B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine durchströmbare Messzelle zur

Aufnahme von Messmitteln zur Messung von chemischen und/ oder

physikalischen Eigenschaften eines di e Messzelle durchströmenden Fluids gemäß Patentanspruch 1 sowie ein System gemäß Patentanspruch 10.

Insbesondere in der Biotechnologie und der Lebensmittel technologi e sind durchströmbare Messzellen zur Steuerung und Val idierung sowie Einhaltung von bestimmten Vorgaben nicht mehr wegzudenken. Anwendungsbeispiele sind die Chromatographie oder Ultrafiltration.

Besonders wichtig ist die Genauigkeit der Messzellen bei der Messung und das schnelle Ansprechen, weshalb solche Messzellen bisher aus qualitativ sehr hochwertigen Materialen hergestellt werden, beispielsweise Edelstahl . Ein wichtiger Aspekt besteht auch in der Reinigungsmöglichkeit, zumal die Messzelle häufig inline eingesetzt werden.

Da häufig, insbesondere in der Biotechnologie, sehr teuere Fluide untersucht werden, spielt auch das Volumen der Messzelle sowie entsprechende

Toträume eine große Rolle. So besteht die Bestrebung, das Volumen des Messraums der Messzellen möglichst zu reduzieren, um beispielsweise eine Verschleppung bei einem Phasenwechsel und entsprechenden

Materialverbrauch der teueren Medien möglichst gering zu halten.

Entscheidend ist aber auch die Leerlaufeigenschaft der Messzelle, damit nach Ende des Messvorgangs keine Reste des Fluids mehr im Messraum

verbleiben .

Nicht nur die Reinigung spielt eine entscheidende Rolle, sondern auch die Möglichkeit einer Sterilisierung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine nach den vorgenannten Vorgaben optimierte durchströmbare Messzelle anzugeben.

Diese Aufgabe wird m it den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 1 0 gelöst. Vorteilhafte Wei terbi l dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche

Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen

Wertbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Der Erfindung li egt der Gedanke zugrunde, eine Messzelle anzugeben, in der bei geringst möglichem Volumen des Messraums sowohl eine Messung mit elektromagnetischer Strahlung als auch eine Leitfähigkeitsmessung und/oder eine pH-Messung und/oder eine Temperaturmessung durchführbar sind. Somit werden mindestens zwei Messungen in einem Messraum durch die

erfindungsgemäße Ausgestaltung der durchströmbaren Messzelle ermöglicht, wovon eine eine Strahlungsmessung mit elektromagnetischer Strahlung ist. Insbesondere für die Strahlungsmessung ist zur Ermittlung der

Wechselwirkung des Fluids mit der elektromagnetischen Strahlung ein gewisser Strahlengang erforderlich, sodass eine Reduzierung des Volumens kaum möglich ist. Die Erfindung besteht daher darin, mindestens eine weitere Messung im selben Messraum vorzusehen , um das bisher erforderl iche

Volumen für beide Messungen insgesamt sowie die Anzahl der zu

verbauenden Messzellen zu reduzieren .

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messzel le zumindest überwiegend, insbesondere zu mindestens 90%, vorzugsweise zu mindestens 95%, aus chemischen Elementen mit einer Ordnungszahl < 17 besteht. Somit ist die Messzelle so weit

gammadurchlässig, dass eine vollständige und homogene Beaufschlagung des Messraums mit Gammastrahlen zur Desinfektion ermöglicht wird. Auf diese Weise wird die Herstellung und der Versand beziehungsweise Transport der erfindungsgemäßen Messzellen stark vereinfacht, da die Messzellen im verpackten Zustand mit Gammastrahlen beaufschlagt und entsprechend desinfiziert werden können. Somit kann eine Kontamination bei der

Verpackung der Messzellen ausgeschlossen werden und die Verpackung entsprechend kostengünsti ger durchge ührt werden.

Indem di e Messzelle einen Temperaturmessbereich zur Anordnung,

insbesondere zum Anschluss, eines Temperatursensors aufweist, lässt sich zusätzlich und auf einfache Art und Wei se eine Temperaturmessung in die Messzelle integrieren.

Die Erfindung geht gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der

Erfindung den zum Stand der Technik entgegengesetzten Weg, indem die Messzelle als Einwegmesszelle, insbesondere überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus Kunststoff ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die für die Messung erforderlichen, hochwertigen und teueren Messmittel, für die besonders hohe Qualitätsanforderungen gelten, nach jedem Zyklus oder j eweils nach einer bestimmten Zeitdauer oder sogar bei j edem Wechsel eines Fluids, auszutauschen, während die teuren Messmittel weiterverwendet werden können. Besonders vortei lhaft ist es bei der vorliegenden Erfindung, dass gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der, insbesondere überwiegend

röhrenförmige, Messraum ein Volumen von weniger als 50ml, insbesondere weniger als 30ml, aufweist. S omit werden auf kleinstem Raum eine Vielzahl von Messungen an dem die M esszelle durchströmenden Fluid ermöglichst und der Materialverbrauch beziehungsweise die Verschleppung beim

Phasenwechsel minimiert.

Indem die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung parallel versetzt zueinander verlaufen, lässt sich die Messzelle optimal in bestehende Systeme einbauen. Hierdurch wird außerdem die Montage der Messzelle erleichtert.

Ein besonders gutes Ström ungsprofi l mit optim al em Leerlaufverhalten ist realisierbar, indem die M esszelle derart gestaltet ist, dass das Flu id von der Eintrittsö ffn ung bi s zur Austrittsöffnung mindestens eine, insbesondere zwei , vorzugsweise genau zwei , Krümmungen durch läu ft. Di e Krümmungen haben insbesondere einen Krümm ungswinkel von mindestens 45 °, vorzugswei se etwa 90° . Auf di ese Wei se werden an der Messzelle mehrere Freiflächen zur Anbringung von Messmitteln geschaffen.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Strahlengang des Strahlungsmessbereichs quer zum Messraum und quer zur Eintrittsöffnung und/oder Austrittsöffnung verläuft. Auf diese Weise wird die Strahlungsmessung mit geringst möglichem

P latzbedarf in die Messzel le oder an der M esszel l e verwirkli cht.

Für die Leitfähigkeitsmessaufnahme und/oder die p H-Messaufnahme gilt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, dass diese längs zur Messform und quer zur Eintrittsöffnung und/oder

Austrittsöffnung angeordnet ist/sind . H ierdurch l ässt sich unter optimaler Platzausnutzung eine Vollintegration der genannten Messmittel bei geringst mögli chen Volumen erreichen.

Das erfindungsgemäße System wird dadurch optimiert, indem gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform di e Messzelle als Einwegmesszelle für einen Messzyklus verwendbar ist beziehungsweise verwendet wird, während die Strahlungsmessmittel und/oder die Leitfähigkeitsmessmittel und/oder die pH- Wert-Messmittel für mehrere Messzyklen verwendbar sind beziehungsweise verwendet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Figur 1 eine perspektivische Ansi cht einer er findungs gern äßen Messzelle mit Schnittebene A und Schnittebene B,

Figur 2 eine geschnittene Ansi cht der Messzelle gemäß S chnittebene A aus Figur 1 und

Figur 3 eine geschnittene Ansicht der Messzelle der Schnittebene B aus

Figur 1 .

In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktion mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine im Wesentlichen quaderförmige, durchströmbare Messzelle 1 mit diversen, unten beschriebenen M itteln zur Aufnahme von Messmitteln zur M essung von ch em i schen und/oder physi kal ischen Ei genschaften eines die Messzelle 1 durchströmenden Fluids. In Figur 3 ist anhand von schematischen Pfeilen (Strömungsverlauf) zu erkennen, dass das Fluid durch eine Eintrittsöffnung 2 zum Einlauf des Fluids in einen Messraum 4 gelangt. Der Messraum 4 erstreckt sich in einem Winkel von 90° zu der Eintrittsöffnung 2 nach rechts, so dass das Fluid einer Krümmung 1 0 und somit einer schematisch durch einen Pfeil dargestellten Kurve folgt. Nachdem das Fluid durch den M essraum 4 hindurch geströmt ist, läuft das Fluid durch eine Austrittsöffnung 3 aus der Messzelle 1 heraus . Kurz vor der Austrittsöffnung 3 ist eine in die entgegengesetzte Richtung der Krümmung 1 0 verlaufende Krümmung 1 1 vorgesehen, sodass das Fluid wiederum einer durch einen Pfeil dargestellte Kurve um 90° folgt.

Sowohl an der Eintrittsöffnung 2 al s auch an der Austrittsöffn ung 3 sind Anschlussmittel 1 2, 1 3 vorgesehen, über welche die Messzelle 1 an

entsprechende Anschlüsse in den Prozcsslauf al s inl ine-Messzelle

anschl ießbar ist. Im mittleren Bereich des M essraums 4 ist eine, insbesondere konusförmige, R eduzierung 1 4 des Messraums 4 vorgesehen, um eine möglichst blasenfreie oder laminare Strömung des Fl uids zu gewährl eisten . An den Anschlussmitteln 12 , 13 sind Dichtungsmittel vorgesehen. Für die Anschlussmittel 1 2, 1 3 si nd mit Vorteil, insbesondere als Einwegadapter ausgebildete, Adapter zum, insbesondere steckbaren, Anschluss

verschiedener Leitungsanschlüsse vorgesehen. Die Adapter sind insbesondere aus Kunststoff gebildet und werden gleichzeitig mit der Messzelle verpackt und als Messzellenset zur Verfügung gestellt. Ein solches Messzellenset bietet den Vorteil, dass der inline-Einbau problemlos, schnell und sicher an verschiedene Leitungssysteme erfolgen kann und somit auch die

Lagerhaltungskosten reduziert werden.

Die Messzelle 1 besteht im Wesentlichen aus einem einteiligen

Messzellenkörper 5 aus Kunststoff, insbesondere Polyphenylensulfon.

Erfindungsgemäße Eigenschaften des Kunststoffs sind: präzise

Bearbeitbarkeit, hohe Steifheit, Gammadurch läss igkeit und hohe Verbrennbarkeit, d.h . zu mindestens 95 % der Masse in der Zeit üblichen Prozessen der Hausmüllverbrennung die Gasphase überführbar.

Durch Vorsehen einer Kodierung 1 5 ist die Messzelle 1 , insbesondere automatisch, mit den Messmitteln unter Vermeidung eines verdrehten oder falschen Ansch lusses koppelbar. Hierzu sind an der anzuschließenden

Leitung oder einer Aufnahme für di e Messzelle 1 an der Leitung

korrespondierende Koppelmittel vorgesehen.

Die Kodierung 1 5 oder eine zusätzliche Kodierung umfasst in einer

vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine Parameterkennung für einen oder mehrere Parameter der Messzelle 1 . Die Parameterkennung kann aus einer geometrischen Ausbildung der Kodierung 1 5 oder der zusätzlichen Kodierung bestehen , di e von den Koppelmittel oder separaten

Erfassungsmitteln erfasst werden . Besonders vortei lhaft ist eine mechanisch e oder el ektronische Parameterkennung. Als elektroni sche Parameterkennung kommt insbesondere ein Transponder für die Identifizierung m it Hi lfe elektromagnetischer Wel len in Frage.

Die Parameter sind insbesondere die Zellkonstante für die

Leitfähigkeitsmessung und/oder die optische Pfadlänge der j eweiligen

M esszelle 1 .

Der Messraum 4 weist einen, insbesondere röhrenförmigen (vorzugsweise mit kreisförmigen Querschnitt), Messkanal 1 6 auf, der sich quasi über die gesamte Länge der Messzelle 1 erstreckt. An einem ersten Ende 17 des Messkanals 1 6 i st die Eintrittsöffnung 2 am Messkanal 1 6 angewinkelt angeordnet, während an einem zweiten Ende 1 8 des Messkanals 16 die Austrittsöffnung 3 angewinkelt angeordnet ist, und zwar in entgegengesetzte Richtung zur Eintrittsöffnung 2. Die Axialrichtung der Eintrittsöffnung 2 und die Axialrichtung der Austrittöffnung 3 sind parallel zueinander und verlaufen quer

beziehungsweise unter einem Winkel von 90° zur Axialrichtung des

Messkanals 1 6.

Quer beziehungsweise unter einem Winkel von 90° zum Messkanal sowie insbesondere auch quer beziehungsweise unter einem Winkel von 90° zu der Axialrichtung der Eintrittsöffnung 2 beziehungsweise der Austrittsöffnung 3 liegt ein Strahlenmessbereich 6 zur Messung der Wechselwirkung des Fluids in der Messzelle 1 mit einer elektromagnetischen Strahlung.

Elektromagnetische Strahlung tritt von einer nicht dargstellten

Strahlungsquel l e durch eine Strah l ungseintrittsö ffnung 1 9 in den Messraum 4 ein und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine

Strahlungsaus tri tts Öffnung 20 wieder aus dem Messraum 4 heraus, wo s ie auf eine Strah lungsmesseinrichtung trifft. Der Strahlengang verläuft quer beziehungsweise in einem Winkel von 90° zu dem Messkanal 1 6 und der Eintrittsöffn ung 2 beziehungsweise der A ustri ttsö ffnung 3. Di e Ax i alrichtung der zueinander fluchtenden Strahlungseintrittsöffnung 1 9 und

Strah lungseintrittsöffnung 20 deckt sich mit dem Strahlengang.

In der Strahleneintrittsöffnung 19 und in der Strahlenaustrittöffnung 20 sind j eweils Fensteraufnahmen 2 1 , 22 zur Aufnahme von für die

el ektromagnetische Strahlung der Strah lungsquelle transparenten Fenstern vorgesehen. Die Fenster dichten den Messraum 4 gegenüber der Umgebung ab.

Die Messzelle 4 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass im Strahlengang zumindest zwischen zwischen der Strahleneintrittsöffnung 19 und der

Strahlenaustrittsöffnung 20, insbesondere zwischen den Fenstern, keine die Messung störenden weiteren Bauteile angeordnet sind. Die optische Pfadlänge, also die Strecke, die die elektromagnetische

Strahlung beim Durchtritt durch das Fluid zurückl egt, ergibt sich durch die Anlage der Fenster an Anschlägen 23 , 24 der Fensteraufnahme 21 , 22.

An dem ersten Ende 1 7 ist eine Leitfähigkeitmessaufnahme 7 zur Aufnahme von Leitfähigkeitsmessmitteln zur M essung der Leitfähigkeit des Fluids in der M esszelle 1 vorgesehen. Die Leitfähigkeitsmessaufnahme 7 besteht im vorliegenden Fall aus vier Aufnahmeöffnungen 25 für Stromelektroden und zwei zwischen den Aufnahmeöffnungen 25 angeordneten Aufnahmeöffnungen 26 für Spannungselektroden. In den Aufnahmeöffnungen 25 , 26 sind die Strom- beziehungsweise Spannungselektroden dichtend aufnehmbar, sodass diese möglichst plan mit dem ersten Ende 1 7 abschließen oder leicht in den Messraum 4 hineinragen. Die Funktion eines Leitfähigkeitssensors ist in der DE 1 99463 1 5C2 beschrieben. In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfi ndung wird der Leitfähigkeitssensor gemäß DE 1 99463 1 5 C2 in einer Au fnahmeöffnung zur Aufnahm e des Gehäuses 1 des Leitfähi gkeitssensors gemäß D E 1 99463 1 5C2 geeignet und in Kombination mit di esem al s

Erfindung mitoffenbart.

Neben (vorzugsweise an der gleichen Seite der Messzelle 1 ) der

Leitfähigkeitsaufnahme 7 ist eine mechanische Kodierung 1 5 vorgesehen, die mit einem entsprechenden Stift eine Aufnahmeeinrichtung beziehungsweise Koppeleinrichtung zur Kopplung der Messzelle 1 an der Prozessleitung vorgesehen, wobei an dem Messzellenkörper 5 mehrere, insbesondere asymmetrisch an dem Messzellenkörper 5 verteilte, Kodierungen 15

vorgesehen sein können.

Ebenfalls neben (vorzugsweise an der gleichen Seite der Messzelle 1 ) der Leitfähigkeitsaufnahme 7 ist ein Temperaturmessbereich 9 in Form eines fast bis zum Messraum 4 reichenden S acklochs 27 vorgesehen. Das Sackloch 27 endet in unmittelbarer Nähe des ersten Endes 1 7 und im Bereich der

Eintrittsöffnung 2. Zwischen dem S ackloch 27 und dem erstem Ende 1 7 ist eine dünne Trennwand 28 vorgesehen, durch di e eine Messspitze eines Temperaturfühlers hindurch gestochen werden kann, sodass eine verlässliche Messung und gleichzeitig eine gute Abdichtung gegenüber der Umgebung ermöglicht wird.

Am gegenüberliegenden zweiten Ende 1 8 ist eine pH-Messaufnahme 8 zur Aufnahme von pH - Wert-Messmitteln zur Messung des pH-Werts des Fluids in der Messzelle 1 vorgesehen. Die pH-Messaufnahme 8 umfasst eine

Aufnahmeöffnung 29, deren Axi alrichtung mit der Axialrichtung des

Messkanals 16 fluchtend ausgerichtet ist. Ein in die Aufnahmeöffnung 29 steckbare pH-Elektrode ist somit dichtend gegenüber der Umgebung der Messzelle 1 in den Messraum 4 steckbar und misst den pH-Wert des vorbeiströmenden Fluids .

Eine Spitze der pH-El ektrode ist bei dem erfindungsgemäßen System mit Vortei l derart in der pH-Messaufnahme 8 anbringbar, dass diese mindestens bis unter der Austrittsöffnung 3 , insbesondere mindestens bis zur Mitte der Austrittsöffnung 3 in dem Messkanal 1 6 reicht. Die pH-Elektrode ist an der Aufnahmeöffnung 29 dichtend fixierbar.

Die Messzelle 1 ist erfindungsgemäß so horizontal ausrichtbar, wie es in den Figuren dargestellt ist, so dass die Eintrittsöffnung 2 und/oder die

Austrittsöffnung 3 mit der Normalen fluchten. Hierdurch wird ein optimales Leerlaufverhalten erreicht.

Der Bauraum der Messzelle 1 wird weiter minimiert, wenn dabei ein

Strahlengang für die Messung der elektromagnetischen Strahlung

(Strahlungsmessbereich 6) horizontal verläuft.

Noch weiter optimierbar ist dies, indem die pH-Messaufnahme im

Wesentlichen horizontal, insbesondere maximal mit einem Winkel von 20° zur Horizontalen, verläuft. Durchströmbare Messzelle zur Aufnahme von Messmitteln

B e z u g s z e i c h e n l i s t e

Messzelle

Eintrittsöffnung

Austrittsöffnung

Messraum

Messzellenkörper

Strahlungsmessbereich

Leitfähigkeitsmessaufnahme

pH-Messaufnahme

Temperaturmessbereich

Krümmung

Krümmung

Anschlussmittel

Anschlussmittel

Reduzierung

Kodierung

Messkanal

Erstes Ende

Zweites Ende

Strahlungseintrittsöffnung

Strahlungsaustrittsöffnung

1 Fensteraufnahme

2 Fensteraufnahme Anschläge

Anschläge

Aufnahmeöffnungen Aufnahmeöffnungen S ackloch

Trennwand

Aufnahmeöffnung