DE102023114111A1 - ATR sensor base assembly with magnetically fixed porous sheath component - Google Patents
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Abstract
Eine ATR-Sensorbasisanordnung (10), umfasst:
- eine Messbereichsbaugruppe (14) mit
+ einem ATR-Element (26) und
+ einem das ATR-Element (26) fassenden Fassungsbauteil (18), wobei das ATR-Element (26) eine zur Außenumgebung (U) der Messbereichsbaugruppe (14) weisende Mess-Grenzfläche (26a) aufweist und derart am Fassungsbauteil (18) aufgenommen ist, dass die Mess-Grenzfläche (26a) an der Messbereichsbaugruppe (14) zur Außenumgebung (U) der Messbereichsbaugruppe (14) hin freiliegt,
- ein poröses Scheidebauteil (22), welches zur lösbaren, die Mess-Grenzfläche (26a) wenigstens teilweise bedeckenden Anordnung an der Messbereichsbaugruppe (14) ausgebildet ist und
- ein Haltebauteil (20), welches zur lösbaren, das poröse Scheidebauteil (22) wenigstens teilweise bedeckenden Anordnung an der Messbereichsbaugruppe (14) und im angeordneten Zustand zur Ausübung einer zur Messbereichsbaugruppe (14) hin wirkenden Belastungskraft (B) auf das Scheidebauteil (22) ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ATR-Sensorbasisanordnung (10) eine Magnetanordnung (31) derart aufweist, dass die zwischen dem Haltebauteil (20) und der Messbereichsbaugruppe (14) auf das Scheidebauteil (22) ausgeübte Belastungskraft (B) wenigstens eine magnetische Kraftkomponente aufweist.
An ATR sensor base assembly (10) comprising:
- a measuring range assembly (14) with
+ an ATR element (26) and
+ a mounting component (18) holding the ATR element (26), wherein the ATR element (26) has a measuring interface (26a) facing the external environment (U) of the measuring range assembly (14) and is received on the mounting component (18) in such a way that the measuring interface (26a) on the measuring range assembly (14) is exposed to the external environment (U) of the measuring range assembly (14),
- a porous separating component (22) which is designed for detachable arrangement on the measuring range assembly (14) so as to at least partially cover the measuring interface (26a) and
- a holding component (20) which is designed for detachable arrangement on the measuring range assembly (14) so as to at least partially cover the porous sheath component (22) and, in the arranged state, for exerting a loading force (B) acting towards the measuring range assembly (14) on the sheath component (22).
According to the invention, it is provided that the ATR sensor base arrangement (10) has a magnet arrangement (31) such that the loading force (B) exerted on the separating component (22) between the holding component (20) and the measuring range assembly (14) has at least one magnetic force component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine ATR-Sensorbasisanordnung zur Bildung eines ATR-Sensors bzw. zum Einsatz in einem ATR-Sensor, welcher ein evaneszentes Feld zur sensorischen Ermittlung von Information nutzt. Die in diesem Kontext bekannte Abkürzung ATR steht dabei für „Attenuated Total Reflection“, also für eine abgeschwächte Totalreflexion. Die ATR-Sensorbasisanordnung umfasst eine Messbereichsbaugruppe mit einem ATR-Element und einem das ATR-Element fassenden Fassungsbauteil.The present invention relates to an ATR sensor base arrangement for forming an ATR sensor or for use in an ATR sensor which uses an evanescent field for the sensory determination of information. The abbreviation ATR known in this context stands for "Attenuated Total Reflection". The ATR sensor base arrangement comprises a measuring range assembly with an ATR element and a mounting component which holds the ATR element.
Dabei weist das ATR-Element eine zur Außenumgebung der Messbereichsbaugruppe weisende Mess-Grenzfläche auf. An der Mess-Grenzfläche des ATR-Elements findet im bestimmungsgemäßen Messbetrieb bei einer Transmission von elektromagnetischer Strahlung, in der Regel Infrarotstrahlung, durch das ATR-Element Totalreflexion statt, wodurch in der Außenumgebung der Mess-Grenzfläche das zum Informationsgewinn genutzte evaneszente Feld ausgebildet wird. Das ATR-Element ist daher derart am Fassungsbauteil aufgenommen, dass die Mess-Grenzfläche an der Messbereichsbaugruppe zur Außenumgebung der Messbereichsbaugruppe hin freiliegt, sodass eine sensorisch zu erfassende Substanz dem evaneszenten Feld zugeführt werden kann.The ATR element has a measuring interface facing the outside environment of the measuring range assembly. During normal measuring operation, total reflection takes place at the measuring interface of the ATR element when electromagnetic radiation, usually infrared radiation, is transmitted through the ATR element, whereby the evanescent field used to gain information is formed in the outside environment of the measuring interface. The ATR element is therefore mounted on the mounting component in such a way that the measuring interface on the measuring range assembly is exposed to the outside environment of the measuring range assembly, so that a substance to be detected by a sensor can be fed into the evanescent field.
Die ATR-Sensorbasisanordnung umfasst weiter ein poröses Scheidebauteil, welches zur lösbaren, die Mess-Grenzfläche wenigstens teilweise bedeckenden Anordnung an der Messbereichsbaugruppe ausgebildet ist.The ATR sensor base assembly further comprises a porous sheath member designed to be removably mounted on the measuring range assembly to at least partially cover the measuring interface.
Die ATR-Sensorbasisanordnung umfasst überdies ein Haltebauteil, welches zur lösbaren, das poröse Scheidebauteil wenigstens teilweise bedeckenden Anordnung an der Messbereichsbaugruppe und im angeordneten Zustand zur Ausübung einer zur Messbereichsbaugruppe hin wirkenden Belastungskraft auf das Scheidebauteil ausgebildet ist.The ATR sensor base assembly further comprises a retaining member designed to be detachably mounted on the measuring range assembly, at least partially covering the porous sheath member, and in the mounted state to exert a loading force on the sheath member, acting toward the measuring range assembly.
Ein ATR-Sensor mit einer gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildeten ATR-Sensorbasisanordnung ist aus der
Ein weiterer ATR-Sensor ist aus der
Noch weitere ATR-Sensoren sind beispielsweise aus der
Das poröse Scheidebauteil wird aus hygienischen Gründen in der Regel nur für einen einzigen Messvorgang verwendet und dann ausgetauscht. Die Messbereichsbaugruppe mit dem verhältnismäßig teuren ATR-Element wird dagegen in der Regel nach einem Reinigungsvorgang wiederverwendet.For hygienic reasons, the porous separating component is usually only used for a single measurement and then replaced. The measuring range assembly with the relatively expensive ATR element, on the other hand, is usually reused after a cleaning process.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte ATR-Sensorbasisanordnung derart weiterzubilden, dass das poröse Scheidebauteil einfach und sicher an der Messbereichsbaugruppe angeordnet und gegen ein anderes Scheidebauteil ausgetauscht werden kann.It is an object of the present invention to further develop the ATR sensor base arrangement mentioned at the outset in such a way that the porous sheath component can be easily and safely arranged on the measuring range assembly and exchanged for another sheath component.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine eingangs genannte ATR-Sensorbasisanordnung, welche zusätzlich eine Magnetanordnung derart aufweist, dass eine zwischen dem Haltebauteil und der Messbereichsbaugruppe auf das Scheidebauteil ausgeübte Belastungskraft wenigstens eine magnetische Kraftkomponente aufweist.The present invention solves this problem by means of an ATR sensor base arrangement as mentioned above, which additionally has a magnet arrangement such that a loading force exerted on the separating component between the holding component and the measuring range assembly has at least one magnetic force component.
Die in der vorliegenden Anmeldung verwendete Terminologie ist wie folgt: die Messbereichsbaugruppe stellt unmittelbar die Mess-Grenzfläche bereit, an deren Außenseite im Messbetrieb das für den Informationsgewinn benötigte evaneszente Feld erzeugt wird. Die Messbereichsbaugruppe ist Teil der ATR-Sensorbasisanordnung, welche der Messbereichsbaugruppe weitere Elemente hinzufügt, aber nicht notwendigerweise über eine für einen ATR-Sensor zwingend erforderliche Quelle elektromagnetischer Strahlung, einen Empfänger für die von der Quelle emittierte Strahlung und ein etwaiges Steuergerät verfügt. Die ATR-Sensorbasisanordnung kann durch Hinzufügen einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, insbesondere einer Infrarotquelle, und eines Strahlungsempfängers zu einem ATR-Sensor ergänzt werden. Der ATR-Sensor kann über ein eigenes Steuergerät in seinem Sensorgehäuse verfügen oder kann durch ein externes Steuergerät angesteuert werden.The terminology used in the present application is as follows: the measuring range assembly directly provides the measuring interface, on the outside of which the evanescent field required for information acquisition is generated during measurement operation. The measuring range assembly is part of the ATR sensor base arrangement, which adds further elements to the measuring range assembly, but does not necessarily have a source of electromagnetic radiation, a receiver for the radiation emitted by the source, and any control device, which are mandatory for an ATR sensor. The ATR sensor base arrangement can be supplemented to an ATR sensor by adding an electromagnetic radiation source, in particular an infrared source, and a radiation receiver. The ATR sensor can have its own control device in its sensor housing or can be controlled by an external control device.
Die ATR-Sensorbasisanordnung der vorliegenden Anmeldung wird, sofern nichts anderes explizit angegeben ist oder sich aus dem Inhalt nicht zwingend etwas anderes ergibt, im messbetriebsbereiten Zustand beschrieben.The ATR sensor base assembly of the present application is, unless otherwise explicitly stated or evident from the content Unless otherwise stated, it is described in the ready-to-measure state.
Es ist nicht auszuschließen, dass je nach Orientierung der ATR-Sensorbasisanordnung im Messbetrieb auch die Schwerkraft, also vorliegend die Gewichtskraft des Haltebauteils, einen Beitrag zu der Belastungskraft leistet. Jedoch ist bevorzugt die magnetische Kraftkomponente die betragsmäßig vorherrschende Kraftkomponente, welche gestattet, das poröse Scheidebauteil klemmend zwischen Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe festzulegen.It cannot be ruled out that, depending on the orientation of the ATR sensor base arrangement during measurement operation, gravity, i.e. in this case the weight of the holding component, also contributes to the load force. However, the magnetic force component is preferably the force component with the predominant magnitude, which allows the porous separating component to be clamped between the holding component and the measuring range assembly.
Die magnetische Kraftkomponente, welche das Haltebauteil und das zwischen Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe angeordnete poröse Scheidebauteil an der Messbereichsbaugruppe hält, ist durch Auswahl der hierfür verwendeten Magnetanordnung betragsmäßig bevorzugt so groß, dass das Haltebauteil unabhängig von der Orientierung der ATR-Sensorbasisanordnung im Schwerefeld der Erde an der Messbereichsbaugruppe gehalten ist.The magnetic force component which holds the holding component and the porous separating component arranged between the holding component and the measuring range assembly to the measuring range assembly is preferably so large in magnitude, by selecting the magnet arrangement used for this purpose, that the holding component is held to the measuring range assembly regardless of the orientation of the ATR sensor base arrangement in the earth's gravitational field.
Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung daran gedacht sein, dass weitere Belastungsmittel vorgesehen sein können, um zusätzlich zur magnetischen Kraftkomponente eine mechanische Kraftkomponente zu erzeugen, um das Haltebauteil zur Messbereichsbaugruppe hin zu belasten. Weitere Belastungsmittel können wenigstens einen Federclip oder/und wenigstens eine Schraube oder/und Rastformationen an Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe zur Bildung einer überwindbaren Verrastung umfassen.In principle, within the scope of the invention, it can be envisaged that further loading means can be provided in order to generate a mechanical force component in addition to the magnetic force component in order to load the holding component towards the measuring range assembly. Further loading means can comprise at least one spring clip and/or at least one screw and/or locking formations on the holding component and measuring range assembly to form a lock that can be overcome.
Da jedoch zum einen bevorzugt daran gedacht ist, einen mit der ATR-Sensorbasisanordnung ausgerüsteten ATR-Sensor mit einer möglichst glatten Außenfläche in einer eng an der Sensor-Außenfläche anliegenden Hülse als Halterung anzuordnen, um da zum anderen bevorzugt auch daran gedacht ist, das poröse Scheidebauteil mit möglichst wenigen Handgriffen und besonders bevorzugt ohne Werkzeugeingriff und für einen Werkzeugeingriff vorgesehene Eingriffsformationen an der ATR-Sensorbasisanordnung wechseln zu können, ist bevorzugt die Magnetanordnung das einzige Haltemittel an der ATR-Sensorbasisanordnung, welche eine von der Orientierung der ATR-Sensorbasisanordnung im Schwerefeld unabhängige Belastungskraft des Haltebauteils in Richtung auf die Messbereichsbaugruppe zu bereitstellt.However, since it is preferred to arrange an ATR sensor equipped with the ATR sensor base arrangement with an outer surface that is as smooth as possible in a sleeve that fits tightly against the outer surface of the sensor as a holder, and since it is also preferred to be able to change the porous sheath component on the ATR sensor base arrangement with as few manual movements as possible and particularly preferably without tool intervention and engagement formations provided for tool intervention, the magnet arrangement is preferably the only holding means on the ATR sensor base arrangement, which provides a loading force of the holding component in the direction of the measuring range assembly that is independent of the orientation of the ATR sensor base arrangement in the gravitational field.
Wie eingangs bereits mitgeteilt wurde, dient das poröse Scheidebauteil der vorliegenden Erfindung einem anderen Zweck als im genannten Stand der Technik. Es soll zwar nicht ausgeschlossen sein, dass die vorliegend diskutierte ATR-Sensorbasisanordnung auch zur messtechnischen Erfassung von Blutproben und insbesondere deren flüssigen Bestandteilen verwendet wird. Bevorzugt ist die vorliegend diskutierte ATR-Sensorbasisanordnung jedoch dazu gedacht, in Bioreaktoren oder vergleichbaren technischen Geräten eingesetzt zu werden. Anders als in der
In den genannten Reaktionsräumen sind in der Regel Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, aufgenommen, die einen gewissen Anteil an Schwebstoffen aufweisen. Bei den Schwebstoffen kann es sich um Ausgangsprodukte oder um Reaktionsreste von biologischen oder/und chemischen Reaktionen handeln, welche in dem Fluid ablaufen. Diese Schwebstoffe können dann, wenn sie ins evaneszente Feld der ATR-Sensorbasisanordnung gelangen, die Messung nachteilig beeinflussen. Die Porosität des porösen Scheidebauteils ist bei der vorliegenden Erfindung daher so gewählt, dass in der sensorisch zu erfassenden Substanz enthaltene Störbestandteile, welche eine Messung nachteilig beeinflussen könnten, von der Mess-Grenzfläche ferngehalten werden und tatsächlich zu erfassende Bestandteile zur Mess-Grenzfläche hin durchgelassen werden.The reaction chambers mentioned generally contain fluids, particularly liquids, which contain a certain amount of suspended matter. The suspended matter can be starting products or reaction residues from biological and/or chemical reactions that take place in the fluid. If these suspended matter enter the evanescent field of the ATR sensor base arrangement, they can have a detrimental effect on the measurement. In the present invention, the porosity of the porous separating component is therefore selected such that interfering components contained in the substance to be detected by the sensor, which could have a detrimental effect on a measurement, are kept away from the measuring interface and components that are actually to be detected are allowed to pass through to the measuring interface.
Eine bevorzugte Ausgestaltungsform des porösen Scheidebauteils ist eine poröse Kunststoffmembran, beispielsweise aus Polyethersulfon (nachfolgend als „PES“) bezeichnet. Für typische Anwendungen im Bereich der Bio-Fermentation bzw. in biologischen Reaktoren kann die Kunststoffmembran eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm aufweisen und kann eine mittlere Porengröße von 0,1 µm bis 0,5 µm, bevorzugt von 0,15 µm bis 0,25 µm, besonders bevorzugt von 0,2 µm, aufweisen. Dies sind jedoch nur beispielhafte Werte für einen bevorzugten Anwendungsfall.A preferred embodiment of the porous separating component is a porous plastic membrane, for example made of polyethersulfone (hereinafter referred to as "PES"). For typical applications in the field of bio-fermentation or in biological reactors, the plastic membrane can have a thickness in the range of 0.05 mm to 0.2 mm and can have an average pore size of 0.1 µm to 0.5 µm, preferably from 0.15 µm to 0.25 µm, particularly preferably 0.2 µm. However, these are only exemplary values for a preferred application.
Grundsätzlich kann die Magnetanordnung eine Elektromagnetanordnung aufweisen oder sein, welche über eine Stromversorgung einer in einem mit der vorliegend diskutierten ATR-Sensorbasisanordnung ausgerüsteten ATR-Sensor vorhandenen elektromagnetischen Strahlungsquelle, insbesondere Infrarot-Strahlungsquelle, versorgt werden kann. Die Elektromagnetanordnung kann außerdem über eine im ATR-Sensor vorhandene Steuereinrichtung gesteuert werden, wobei unter Steuerung auch das Ein- und Ausschalten verstanden sein soll.In principle, the magnet arrangement can have or be an electromagnet arrangement which can be supplied via a power supply of an electromagnetic radiation source, in particular an infrared radiation source, present in an ATR sensor equipped with the ATR sensor base arrangement discussed here. The electromagnet arrangement can also be controlled via a control device present in the ATR sensor, whereby control is also understood to mean switching on and off.
Allerdings soll die ATR-Sensorbasisanordnung mit einem möglichst geringen Bauvolumen bereitgestellt werden. Der die ATR-Sensorbasisanordnung aufweisende aktive Messbereich eines ATR-Sensors ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet mit einem Durchmesser von nicht mehr als 12 mm. Überdies bilden Elektromagnete Wärmequellen, welche in einem ATR-Sensor unerwünschte Nebenwirkungen haben können. Daher ist der Einsatz wenigstens eines Elektromagneten als die Magnetanordnung oder ein Teil davon im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich denkbar, aber nicht bevorzugt.However, the ATR sensor base arrangement should be provided with the smallest possible construction volume. The active measuring area of an ATR sensor having the ATR sensor base arrangement is preferably cylindrical with a diameter of no more than 12 mm. In addition, electromagnets form heat sources, which can have undesirable side effects in an ATR sensor. Therefore, the use of at least one electromagnet as the magnet arrangement or a part thereof is basically conceivable within the scope of the present invention, but not preferred.
Aus Gründen einer sicheren Funktion bei geringem Bauraumbedarf und vorteilhafter Unabhängigkeit von Energiequellen ist in bevorzugter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Bauteil aus dem Fassungsbauteil und dem Haltebauteil eine Permanentmagnetanordnung aufweist oder ist.For reasons of reliable operation with low installation space requirements and advantageous independence from energy sources, a preferred development of the present invention provides that at least one component of the socket component and the holding component has or is a permanent magnet arrangement.
Zur Erzielung einer möglichst hohen vom Haltebauteil zur Messbereichsbaugruppe hin ausgeübten Belastungskraft kann sowohl im Haltebauteil als auch auf Seiten der Messbereichsbaugruppe, etwa im Fassungsbauteil oder/und in einem die Messbereichsbaugruppe aufnehmenden Sensorgehäuse, jeweils wenigstens ein Permanentmagnet angeordnet sein, wobei sich die Permanentmagnete des Haltebauteils und auf Seiten der Messbereichsbaugruppe im messbetriebsbereiten Zustand bei Betrachtung des über der Mess-Grenzfläche angeordneten porösen Scheidebauteils mit Blickrichtung orthogonal auf die Mess-Grenzfläche überlappen. Dies ermöglicht sicherzustellen, dass jeder der überlappenden Permanentmagnete sich im Magnetfeld des jeweils anderen Permanentmagneten befindet. Dabei weisen ungleichnamige Pole der überlappenden Permanentmagnete im Haltebauteil einerseits und auf Seiten der Messbereichsbaugruppe andererseits zur Erhöhung der Belastungskraft aufeinander zu.In order to achieve the highest possible load force exerted by the holding component on the measuring range assembly, at least one permanent magnet can be arranged both in the holding component and on the side of the measuring range assembly, for example in the holder component and/or in a sensor housing that accommodates the measuring range assembly, whereby the permanent magnets of the holding component and on the side of the measuring range assembly overlap in the ready-to-use state when the porous separating component arranged above the measuring interface is viewed orthogonally to the measuring interface. This makes it possible to ensure that each of the overlapping permanent magnets is in the magnetic field of the other permanent magnet. Poles of the overlapping permanent magnets of opposite denominators in the holding component on the one hand and on the side of the measuring range assembly on the other hand point towards each other to increase the load force.
Permanentmagnete, insbesondere aus seltenen Erden, sind jedoch teuer. Daher kann es ausreichen, dass ein Bauteil aus dem Fassungsbauteil und dem Haltebauteil eine Permanentmagnetanordnung aufweist oder ist und das jeweils andere Bauteil aus dem Fassungsbauteil und dem Haltebauteil wenigstens abschnittsweise aus weichmagnetischem Material gebildet ist. Das weichmagnetische Material ist bevorzugt ferromagnetisch, aber nicht dauermagnetisiert, kann jedoch auch paramagnetisch sein. Allerdings erzielen ferromagnetische weichmagnetische Materialien im selben Magnetfeld eines Permanentmagnets üblicherweise höhere Belastungskräfte.However, permanent magnets, especially those made of rare earths, are expensive. It may therefore be sufficient for one component of the socket component and the holding component to have or be a permanent magnet arrangement and for the other component of the socket component and the holding component to be made at least in sections from soft magnetic material. The soft magnetic material is preferably ferromagnetic, but not permanently magnetized, but can also be paramagnetic. However, ferromagnetic soft magnetic materials usually achieve higher load forces in the same magnetic field of a permanent magnet.
Grundsätzlich kann daran gedacht sein, dass ein Permanentmagnet oder zwei oder mehr Permanentmagnete in das Haltebauteil oder/und in das Fassungsbauteil oder/und in das Sensorgehäuse eingesetzt sind. Dann kann das den wenigstens einen Permanentmagneten tragende Bauteil am Anordnungsort des wenigstens einen Permanentmagneten ein lokal starkes Magnetfeld aufweisen.In principle, it can be envisaged that a permanent magnet or two or more permanent magnets are inserted into the holding component and/or into the socket component and/or into the sensor housing. The component carrying the at least one permanent magnet can then have a locally strong magnetic field at the location where the at least one permanent magnet is arranged.
Alternativ kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung daran gedacht sein, dass ein Bauteil aus dem Fassungsbauteil und dem Haltebauteil wenigstens abschnittsweise aus einem mit magnetisierten oder magnetisierbaren Partikeln gefüllten Material gebildet ist. Bevorzugt ist dies das Haltebauteil, welches als Einwegbauteil ausgestaltet sein kann, da es beispielsweise anders als das Fassungsbauteil nicht dauerhaft mit dem aus einem Wellenleiter-Material hergestellten verhältnismäßig teuren ATR-Element verbunden ist. Besonders bevorzugt kann das gesamte Haltebauteil oder wenigstens 80 Gewichtsprozent desselben aus dem mit magnetisierten oder magnetisierbaren Partikeln gefüllten Material gebildet sein.Alternatively, according to an embodiment of the present invention, it can be envisaged that a component consisting of the socket component and the holding component is formed at least in sections from a material filled with magnetized or magnetizable particles. This is preferably the holding component, which can be designed as a disposable component since, for example, unlike the socket component, it is not permanently connected to the relatively expensive ATR element made from a waveguide material. Particularly preferably, the entire holding component or at least 80 percent by weight of the same can be formed from the material filled with magnetized or magnetizable particles.
Das partikelgefüllte Material kann in vorteilhafter Weise urformend hergestellt werden, etwa durch Spritzgießen, und kann somit in großer Stückzahl mit ausreichender Form- und Abmessungstreue produziert werden. Bevorzugt werden die Partikel unmagnetisiert in die Kunststoffmasse eingemischt, dann das Haltebauteil ausgeformt und anschließend, wenn die Partikel im ausgehärteten Haltebauteil fixiert sind, magnetisiert. Dies stellt eine über eine Vielzahl von Haltebauteilen gleiche Polarisierung des Haltebauteils bzw. seines wenigstens einen magnetisierbaren Abschnitts sicher. So kann ein durch ein partikelgefülltes Material, bevorzugt thermoplastisches Material, hergestelltes Haltebauteil aufgrund wiederholbarer Polarisierung desselben mit im Fassungsbauteil bzw. im Sensorgehäuse aufgenommenen Permanentmagneten zur Erhöhung der Belastungskraft zusammenwirken.The particle-filled material can advantageously be produced by molding, for example by injection molding, and can thus be produced in large quantities with sufficient shape and dimension accuracy. The particles are preferably mixed into the plastic mass in an unmagnetized state, then the holding component is molded and then, when the particles are fixed in the hardened holding component, magnetized. This ensures that the holding component or at least one of its magnetizable sections has the same polarization across a large number of holding components. A holding component made from a particle-filled material, preferably thermoplastic material, can thus interact with permanent magnets accommodated in the mounting component or in the sensor housing to increase the load force due to the repeatable polarization of the same.
Grundsätzlich kann auch das Fassungsbauteil teilweise oder vollständig durch ein mit magnetisierten oder magnetisierbaren Partikeln gefülltes Material gebildet sein. In principle, the socket component can also be partially or completely formed from a material filled with magnetized or magnetizable particles.
Für das Fassungsbauteil gilt mutatis mutandis das zum Haltebauteil Gesagte entsprechend.The statements made regarding the holding component apply mutatis mutandis to the socket component.
Das Fassungsbauteil kann grundsätzlich ein gesondertes Bauteil sein, welches in einem Sensorgehäuse der ATR-Sensorbasisanordnung aufgenommen ist. Bevorzugt ist das Fassungsbauteil wenigstens ein Abschnitt eines Sensorgehäuses der ATR-Sensorbasisanordnung. Wenn das Sensorgehäuse zumindest in dem das Fassungsbauteil bildenden Abschnitt desselben aus einem weichmagnetischen Metall gebildet ist, kann die ATR-Sensorbasisanordnung mit vorteilhaft geringer Bauteileanzahl hergestellt werden.The mounting component can basically be a separate component which is accommodated in a sensor housing of the ATR sensor base arrangement. Preferably, the mounting component is at least a section of a sensor housing of the ATR sensor base arrangement. If the sensor housing is made of a soft magnetic metal, the ATR sensor base assembly can be manufactured with an advantageously low number of components.
Das Fassungsbauteil oder und das Haltebauteil kann bzw. können einstückig oder mehrstückig gebildet sein. Bevorzugt ist das Haltebauteil als urgeformtes Bauteil einstückig, gegebenenfalls mit daran aufgenommenen gesonderten Permanentmagneten.The socket component or the holding component can be formed in one piece or in multiple pieces. The holding component is preferably a one-piece, molded component, optionally with separate permanent magnets mounted thereon.
Die in Richtung vom Haltebauteil zu der Messbereichsbaugruppe hin wirkende Belastungskraft, welche eine magnetische Anziehungskraft ist, ist bevorzugt ausreichend, um das poröse Scheidebauteil an der Messbereichsbaugruppe zu halten und gegebenenfalls auch eine gewisse Dichtigkeit in dem Spaltraum zwischen Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe bereitzustellen. Das Haltebauteil kann unter der Wirkung der Belastungskraft die zwischen ihm und der Messbereichsbaugruppe gelegenen Poren des porösen Scheidebauteils komprimieren. Abschnitte des porösen Scheidebauteils, welche nicht von Material des Haltebauteils kontaktiert sind, können unkomprimiert bleiben und ihre Funktion als Scheideformation erfüllen.The loading force acting in the direction from the holding component to the measuring range assembly, which is a magnetic attraction force, is preferably sufficient to hold the porous separating component to the measuring range assembly and, if necessary, also to provide a certain degree of tightness in the gap between the holding component and the measuring range assembly. Under the effect of the loading force, the holding component can compress the pores of the porous separating component located between it and the measuring range assembly. Sections of the porous separating component that are not contacted by material of the holding component can remain uncompressed and fulfill their function as a separating formation.
Um das Scheidebauteil vor einem Eintritt von Substanz aus dem Messraum durch den zwischen Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe nach außen weisenden Rand des Scheidebauteils in das Scheidebauteil hinein abzuschirmen, kann wenigstens ein Bauteil aus Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe eine Dichtlippe aufweisen, welche den Rand des Scheidebauteils wenigstens teilweise überdeckt. Die wenigstens eine Dichtlippe an Haltebauteil und Messbereichsbaugruppe kann um das Scheidebauteil umlaufend, vorzugsweise geschlossen umlaufend, ausgebildet sein. Sie kann in Dickenrichtung und optional auch bezogen auf die Umlaufrichtung nach radial außen von dem sie tragenden Bauteil auskragen. Die Dichtlippe kann einstückig mit dem Haltebauteil oder/und mit der Messbereichsbaugruppe, insbesondere mit deren Fassungsbauteil oder dem Sensorgehäuse, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein gesondert von dem Haltebauteil oder/und von der Messbereichsbaugruppe ausgebildetes Dichtungsbauteil, bevorzugt mit einer gemäß vorstehender Beschreibung ausgestalteten Dichtlippe, an dem Haltebauteil oder/und an der Messbereichsbaugruppe angeordnet sein.In order to shield the separating component from the entry of substance from the measuring space into the separating component through the edge of the separating component pointing outwards between the holding component and the measuring range assembly, at least one component of the holding component and the measuring range assembly can have a sealing lip which at least partially covers the edge of the separating component. The at least one sealing lip on the holding component and the measuring range assembly can be designed to run all the way around the separating component, preferably in a closed manner. It can project radially outwards from the component carrying it in the direction of thickness and optionally also in relation to the direction of rotation. The sealing lip can be designed in one piece with the holding component and/or with the measuring range assembly, in particular with its mounting component or the sensor housing. Alternatively or additionally, a sealing component designed separately from the holding component and/or the measuring range assembly, preferably with a sealing lip designed as described above, can be arranged on the holding component and/or on the measuring range assembly.
Allerdings kann die magnetisch bewirkte Belastungskraft möglicherweise nicht ausreichen, um ohne weitere Maßnahmen das Haltebauteil gegen ein Verschieben relativ zur Messbereichsbaugruppe parallel zur Mess-Grenzfläche zu sichern. In Reaktionsräumen von biologischen und chemischen Reaktoren herrschen Strömungen, welche Kräfte in wechselnden, unvorhersehbaren Richtungen auf einen darin angeordneten ATR-Sensor ausüben. Um zu vermeiden, dass sich das Haltebauteil während einer Messung des ATR-Sensors relativ zur Messbereichsbaugruppe verlagert, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass sich das Haltebauteil im messbetriebsbereiten Zustand der ATR-Sensorbasisanordnung mit dem Fassungsbauteil oder/und dem Sensorgehäuse derart in Formschlusseingriff befindet, dass der Formschlusseingriff eine Relativbewegung zwischen Haltebauteil und Fassungsbauteil parallel zur Mess-Grenzfläche einschränkt oder verhindert.However, the magnetically induced load force may not be sufficient to secure the holding component against displacement relative to the measuring range assembly parallel to the measuring interface without further measures. In reaction chambers of biological and chemical reactors, flows prevail which exert forces in changing, unpredictable directions on an ATR sensor arranged therein. In order to prevent the holding component from displacing relative to the measuring range assembly during a measurement of the ATR sensor, according to a preferred development of the present invention, it is provided that the holding component is in positive engagement with the socket component and/or the sensor housing in the ready-to-measure state of the ATR sensor base arrangement in such a way that the positive engagement restricts or prevents a relative movement between the holding component and the socket component parallel to the measuring interface.
Ebenso bevorzugt verhindert der Formschlusseingriff nicht ein Abheben des Haltebauteils von der Messbereichsbaugruppe in einer Richtung quer, insbesondere orthogonal, zur Mess-Grenzfläche. Wie oben bereits angedeutet, weist das Haltebauteil als Teil eines im Wesentlichen rotationssymmetrischen, vorzugsweise konischen oder besonders bevorzugt zylindrischen, ATR-Sensors an seiner von der Messbereichsbaugruppe weg weisenden Außenfläche eine teil-rotationssymmetrische, bevorzugt eine teil-konische oder besonders bevorzugt eine teil-zylindrische Gestalt auf. Eine zur Mess-Grenzfläche hinweisende Belastungsfläche des Haltebauteils, mit welcher dieses die Belastungskraft auf das poröse Scheidebauteil ausübt, ist vorzugsweise wenigstens größtenteils, besonders bevorzugt vollständig, eben. Likewise preferably, the positive engagement does not prevent the holding component from lifting off the measuring range assembly in a direction transverse, in particular orthogonal, to the measuring interface. As already indicated above, the holding component, as part of a substantially rotationally symmetrical, preferably conical or particularly preferably cylindrical, ATR sensor, has a partially rotationally symmetrical, preferably partially conical or particularly preferably partially cylindrical shape on its outer surface facing away from the measuring range assembly. A loading surface of the holding component facing the measuring interface, with which it exerts the loading force on the porous separating component, is preferably at least largely, particularly preferably completely, flat.
Ebenso ist bevorzugt die Mess-Grenzfläche eben ausgebildet. Die die Mess-Grenzfläche umgebende Auflagefläche der Messbereichsbaugruppe, welcher die Belastungsfläche des Haltebauteils gegenüberliegt, ist vorzugsweise größtenteils oder vollständig eben ausgebildet.Likewise, the measuring interface is preferably designed to be flat. The support surface of the measuring range assembly surrounding the measuring interface, which is opposite the load surface of the holding component, is preferably designed to be largely or completely flat.
Die Außenfläche des Haltebauteils und die Außenfläche des die Messbereichsbaugruppe tragenden Abschnitts des Sensorgehäuses können sich im messbetriebsbereiten Zustand zu einer Gesamtaußenfläche des ATR-Sensors mit, abgesehen von Fügespalten, Messfenstern und dergleichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischer, bevorzugt konischer oder besonders bevorzugt zylindrischer, Gestalt ergänzen. Bevorzugt überschreiten die Außenabmessungen des ATR-Sensors von seinem in einer Einführrichtung in eine Halterung, insbesondere die oben genannte Hülse als die Halterung, vorauseilenden Längsende bis über die Messbereichsbaugruppe hinaus einen Durchmesser von 12 mm nicht. So kann sichergestellt werden, dass der ATR-Sensor in eine genau passende, den Sensor im gehalterten Zustand umgreifenden Halterung durch einfaches Einstecken so ausreichend tief eingeführt werden kann, dass sich sein Messbereich bestimmungsgemäß in einem Messraum befindet.The outer surface of the holding component and the outer surface of the section of the sensor housing that carries the measuring range assembly can, in the ready-to-measure state, add up to a total outer surface of the ATR sensor with, apart from joint gaps, measuring windows and the like, a substantially rotationally symmetrical, preferably conical or particularly preferably cylindrical shape. Preferably, the outer dimensions of the ATR sensor from its longitudinal end leading in an insertion direction into a holder, in particular the above-mentioned sleeve as the holder, to beyond the measuring range assembly do not exceed a diameter of 12 mm. This ensures that the ATR sensor can be inserted into a precisely fitting holder that encompasses the sensor in the held state by simply plugging it in so deeply that its measuring range is located in a measuring space as intended.
Dabei ist der Winkelbereich, den die Außenfläche des Haltebauteils um die Konus- oder Zylinderachse an der Gesamtaußenfläche einnimmt, vorzugsweise kleiner als 180°, besonders bevorzugt kleiner als 140°. Die im Messraum herrschenden Strömungen können bei dieser bevorzugten Ausgestaltung der Gesamtaußenfläche des ATR-Sensors ohne Ausbildung des oben genannten Formschlusseingriffs möglicherweise eine Verlagerung des Haltebauteils relativ zur Messbereichsbaugruppe parallel zur Mess-Grenzfläche bewirken, jedoch keine Kraft, welche für ein Abheben des Haltebauteils von der Messbereichsbaugruppe ausreicht.The angular range that the outer surface of the holding component occupies around the cone or cylinder axis on the entire outer surface is preferably less than 180°, particularly preferably less than 140°. In this preferred embodiment of the entire outer surface of the ATR sensor without the formation of the above-mentioned positive engagement, the currents prevailing in the measuring chamber can possibly cause a displacement of the holding component relative to the measuring range assembly parallel to the measuring interface, but not a force that is sufficient to lift the holding component off the measuring range assembly.
Der Formschlusseingriff kann dadurch bewirkt sein, dass ein Bauteil aus Haltebauteil einerseits und Fassungsbauteil oder/und Sensorgehäuse andererseits einen Vorsprung aufweist, welcher im messbetriebsbereiten Zustand in eine komplementäre Ausnehmung am jeweils anderen Bauteil eingreift. Die Ausnehmung verläuft wenigstens auch längs einer Abhebebahn, längs welcher das Haltebauteil messbetriebsbereit an der Messbereichsbaugruppe angeordnet wurde und von dieser wieder abgehoben werden kann. Dann, wenn der Vorsprung und die Ausnehmung nicht an der Belastungsfläche des Haltebauteils bzw. an der Auflagefläche der Messbereichsbaugruppe, sondern an quer dazu verlaufenden Flankenflächen angeordnet sind, können der Vorsprung und die Ausnehmung parallel zur Mess-Grenzfläche vorstehen bzw. ausgenommen sein.The positive engagement can be achieved by a component consisting of the holding component on the one hand and the socket component and/or the sensor housing on the other hand having a projection which, when ready for measurement, engages in a complementary recess on the other component. The recess runs at least along a lifting path along which the holding component was arranged on the measuring range assembly ready for measurement and can be lifted off again from this. If the projection and the recess are not arranged on the load surface of the holding component or on the support surface of the measuring range assembly, but on flank surfaces running transversely to it, the projection and the recess can protrude or be recessed parallel to the measuring interface.
In einer besonders vorteilhaften, weil einfach herzustellenden und intuitiv handzuhabenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Fassungsbauteil oder/und das Sensorgehäuse eine Ausnehmung aufweisen, in welche das Haltebauteil im messbetriebsbereiten Zustand der ATR-Sensorbasisanordnung eingesetzt ist. Dann bildet quasi das Haltebauteil insgesamt eine Formschlussformation, welche durch Einsetzen in die Ausnehmung am Fassungsbauteil oder/und am Sensorgehäuse in Formschlusseingriff mit dem Fassungsbauteil bzw. Sensorgehäuse bringbar ist. Bevorzugt ist die Ausnehmung komplementär zu dem in sie eingesetzten Randabschnitt des Haltebauteils ausgebildet, sodass im messbetriebsbereiten Zustand zwischen dem Rand der Ausnehmung und dem Randabschnitt des Haltebauteils ein Spalt mit bevorzugt konstanter Spaltweite über wenigstens 75 % der Umlauflänge umläuft. Besonders bevorzugt sind die Ausnehmung und der in sie eingesetzte Randabschnitt des Haltebauteils nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip komplementär ausgestaltet. Ebenso besonders bevorzugt läuft ein Rand der Ausnehmung vollständig um das in die Ausnehmung eingesetzte Haltebauteil um. Ist dann die Spaltweite längs des geschlossenen Umlaufs konstant, kann der Formschluss bei entsprechend geringer Wahl der Spaltbreite zur Abschirmung des Scheidebauteils vor einer Substanz durch dessen äußeren Rand beitragen, etwa in der Art eines Labyrinths. Bevorzugt überragt der Rand der Ausnehmung im messbetriebsbereiten Zustand den Rand des Scheidebauteils.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, because it is easy to manufacture and intuitive to handle, the socket component and/or the sensor housing can have a recess into which the holding component is inserted when the ATR sensor base arrangement is ready for measurement. The holding component then essentially forms a positive locking formation, which can be brought into positive engagement with the socket component or sensor housing by inserting it into the recess on the socket component and/or on the sensor housing. The recess is preferably designed to be complementary to the edge section of the holding component inserted into it, so that when the ATR sensor base arrangement is ready for measurement, a gap with a preferably constant gap width runs around at least 75% of the circumferential length between the edge of the recess and the edge section of the holding component. The recess and the edge section of the holding component inserted into it are particularly preferably designed to be complementary according to the key-lock principle. It is also particularly preferred if an edge of the recess runs completely around the holding component inserted into the recess. If the gap width is then constant along the closed circuit, the positive connection can contribute to shielding the separating component from a substance by its outer edge, for example in the manner of a labyrinth, if the gap width is chosen accordingly. The edge of the recess preferably projects beyond the edge of the separating component in the measuring-ready state.
Grundsätzlich kann daran gedacht sein, in Vorbereitung eines Messvorgangs das poröse Scheidebauteil als gesondertes Bauteil auf die Mess-Grenzfläche des ATR-Elements aufzulegen und durch anschließendes Anordnen des Haltebauteils auf dem poröse Scheidebauteil zu sichern. Eine einfachere und schnellere Herrichtung der ATR-Sensorbasisanordnung für einen Messvorgang kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, dass das poröse Scheidebauteil und das Haltebauteil miteinander verbunden als eine vorgefertigte Baugruppe ausgebildet sind. Dann, wenn das Haltebauteil spritzgusstechnisch erzeugt wird, kann daran gedacht sein, dass Haltebauteil unmittelbar an das poröse Scheidebauteil anzuspritzen. Alternativ kann das poröse Scheidebauteil an das Haltebauteil angeklebt sein, etwa mit Silikon-Klebstoff.In principle, it is possible to place the porous separating component as a separate component on the measuring interface of the ATR element in preparation for a measuring process and to secure it by subsequently arranging the holding component on the porous separating component. A simpler and faster preparation of the ATR sensor base arrangement for a measuring process can advantageously be achieved by connecting the porous separating component and the holding component to one another as a prefabricated assembly. If the holding component is produced by injection molding, it is possible to inject the holding component directly onto the porous separating component. Alternatively, the porous separating component can be glued to the holding component, for example with silicone adhesive.
Das Scheidebauteil ist im messbetriebsbereiten Zustand der ATR-Sensorbasisanordnung derart zwischen der Messbereichsbaugruppe und dem Haltebauteil angeordnet, dass ein über der Mess-Grenzfläche angeordneter Abschnitt des Scheidebauteils von der Außenumgebung her zugänglich ist. So können die Mess-Grenzfläche und damit das an ihr im Messbetrieb ausgebildete evaneszente Feld von einer Substanz erreicht werden, welche durch einen mit der ATR-Sensorbasisanordnung ausgerüsteten ATR-Sensor sensorisch erfasst werden soll.When the ATR sensor base arrangement is in the ready-to-measure state, the separating component is arranged between the measuring range assembly and the holding component in such a way that a section of the separating component arranged above the measuring interface is accessible from the outside environment. In this way, the measuring interface and thus the evanescent field formed at it during measuring operation can be reached by a substance that is to be sensed by an ATR sensor equipped with the ATR sensor base arrangement.
Zu diesem Zweck der Erreichbarkeit des porösen Scheidebauteils während eines Messvorgangs kann das Haltebauteil wenigstens im messbetriebsbereiten Zustand der ATR-Sensorbasisanordnung einen Rahmen mit einer das Haltebauteil durchsetzenden Öffnung bilden, welche vom Scheidebauteil bedeckt ist. Die Öffnung des Haltebauteils, welche ein Messfenster desselben bildet, befindet sich dann im Bereich der Mess-Grenzfläche, sodass nicht nur das poröse Scheidebauteil von Fluid in der Außenumgebung der ATR-Sensorbasisanordnung erreichbar ist, sondern auch die Mess-Grenzfläche, wo das relevante evaneszente Feld ausgebildet wird.For the purpose of making the porous separating component accessible during a measuring process, the holding component can form a frame with an opening that passes through the holding component and is covered by the separating component, at least when the ATR sensor base arrangement is in the ready-to-measure state. The opening of the holding component, which forms a measuring window thereof, is then located in the region of the measuring interface, so that not only the porous separating component is accessible to fluid in the external environment of the ATR sensor base arrangement, but also the measuring interface where the relevant evanescent field is formed.
Zur Bereitstellung einer ausreichenden Belastungskraft kann vorgesehen sein, dass das Haltebauteil die Mess-Grenzfläche in wenigstens zwei entgegengesetzte Richtungen überragt, wobei in jedem der die Mess-Grenzfläche überragenden Bereiche des Haltebauteils je wenigstens eine Magnetanordnung vorgesehen ist. Die beiden überragenden Bereiche befinden sich bevorzugt beiderseits der zuvor genannten Öffnung.In order to provide a sufficient loading force, it can be provided that the holding component projects beyond the measuring interface in at least two opposite directions, with at least one magnet arrangement being provided in each of the areas of the holding component projecting beyond the measuring interface. The two projecting areas are preferably located on both sides of the aforementioned opening.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen ATR-Sensor mit einer ATR-Sensorbasisanordnung, wie sie oben erläutert und weitergebildet ist, und mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle und einem für die elektromagnetische Strahlung nach Durchgang durch das ATR-Element empfindlichen Empfänger.The present invention also relates to an ATR sensor with an ATR sensor base arrangement as explained and further developed above, and with an electromagnetic radiation source and a receiver sensitive to the electromagnetic radiation after passing through the ATR element.
Mit der ATR-Sensorbasisanordnung der vorliegenden Erfindung kann ein vorteilhaft schnelles und sicheres Verfahren zur einsatzbereiten Herrichtung eines ATR-Sensors ausgeführt werden, welches die folgenden Schritte umfasst:
- - Auflegen eines von einer zu erfassenden Substanz unbenetzten porösen Scheidebauteils auf eine Mess-Grenzfläche eines ATR-Elements, und
- - Sichern des porösen Scheidebauteils an der Mess-Grenzfläche durch Auflegen eines Haltebauteils auf eine Messbereichsbaugruppe, welche das ATR-Element und ein das ATR-Element fassendes Fassungsbauteil umfasst, wobei das Haltebauteil unter Beteiligung einer magnetischen Belastungskraft an der Messbereichsbaugruppe gehalten wird.
- - placing a porous separating component unwetted by a substance to be detected on a measuring interface of an ATR element, and
- - Securing the porous sheath member at the measuring interface by placing a holding member on a measuring range assembly comprising the ATR element and a holder member holding the ATR element, the holding member being held to the measuring range assembly with the involvement of a magnetic loading force.
Das Verfahren kann nach dem Schritt des Sicherns in vorteilhafter Weiterbildung einen Schritt einer Anordnung der Mess-Grenzfläche mit dem porösen Scheidebauteil in einem Messraum umfassen.In an advantageous further development, the method can comprise, after the securing step, a step of arranging the measuring interface with the porous separating component in a measuring space.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ATR-Sensorbasisanordnung in einem messbetriebsbereiten Zustand, -
2 die erste Ausführungsform von1 in einer schematischen Explosionsdarstellung, -
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ATR-Sensorbasisanordnung in einem messbetriebsbereiten Zustand, und -
4 die zweite Ausführungsform von3 in einer schematischen Explosionsdarstellung.
-
1 a schematic representation of a first embodiment of an ATR sensor base arrangement according to the invention in a ready-to-measure state, -
2 the first embodiment of1 in a schematic exploded view, -
3 a schematic representation of a second embodiment of an ATR sensor base arrangement according to the invention in a ready-to-measure state, and -
4 the second embodiment of3 in a schematic exploded view.
In
Die ATR-Sensorbasisanordnung 10 umfasst ein sich längs einer virtuellen Zylinderachse Z erstreckendes zylindrisches Sensorgehäuse 12, in welches eine Messbereichsbaugruppe 14 (siehe
In
In der in den
Das in der ersten Ausführungsform aus ferromagnetischem, jedoch unmagnetisiertem Metall, insbesondere Stahl, gebildete Fassungsbauteil 18 weist ein zentrales Fenster 24 auf, durch welches der Betrachter von
Das ATR-Element 26 ist aus Wellenleiter-Material ausgebildet, welches elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich transmittiert. Auf der der Außenseite 26a1 der Mess-Grenzfläche 26a entgegengesetzten Innenseite der Mess-Grenzfläche 26a finden während eines Messvorgangs und damit während einer Transmission der elektromagnetischen Strahlung Totalreflexionen der transmittierten elektromagnetischen Strahlung statt, wodurch auf der Außenseite 26a1, in deren unmittelbarer Nähe, ein evaneszentes Feld gebildet wird, dass durch eine mit der ATR-Messung zu erfassende Substanz beeinflusst wird. Die Beeinflussungen des durch die transmittierte elektromagnetische Strahlung gebildeten evaneszenten Feldes durch die zu erfassende Substanz bilden sich in der transmittierten elektromagnetischen Strahlung selbst ab und können durch Vergleich der transmittierten Strahlung mit einer Referenzstrahlung, etwa der ursprünglich emittierten Strahlung, erkannt und ausgewertet werden. Die Funktionsweise von ATR-Sensoren ist hinreichend bekannt.The
Das Fassungsbauteil 18 muss in der dargestellten ersten Ausführungsform nicht vollständig aus weichmagnetischem Stahl gebildet sein. Jedoch ist es hilfreich, wenn wenigstens die Auflagefläche 18a durch weichmagnetischen Stahl gebildet ist, sodass das Haltebauteil 20 und ein von diesem ausgehendes Magnetfeld im messbetriebsbereiten Zustand der ATR-Sensor Basisbaugruppe 10 mit möglichst geringem Spaltabstand von der Auflagefläche 18a entfernt angeordnet ist. Dadurch kann bei vorgegebenem vom Haltebauteil 20 ausgehendem Magnetfeld eine möglichst große Anziehungskraft des Haltebauteils 20 zur Messbereichsbaugruppe 14 hin bewirkt werden. Diese Anziehungskraft bewirkt eine Belastungskraft B (siehe
Die in den Figuren nicht dargestellte Unterseite des Haltebauteils 20 ist als die in der Beschreibungseinleitung genannte Belastungsfläche ebenso eben ausgebildet wie das fest mit dem Haltebauteil 20 verbundene poröse Scheidebauteil 22.The underside of the holding
Zur Sicherstellung einer eindeutigen Orientierung des Haltebauteils 20 in dem in
Die Berandung 28a der Ausnehmung 28 weist eine Gestalt auf, welche zum seitlichen umlaufenden Rand 20a des Haltebauteils 20 komplementär ist, sodass eine bei in die Ausnehmung 28 eingesetztem Haltebauteil 20 zwischen dem Rand 20a des Haltebauteils 20 und der Berandung 28a der Ausnehmung 28 im messbetriebsbereiten Zustand gebildete Fuge mit etwa konstanter Fugenbreite um das Haltebauteil 20 umläuft.The
Die orthogonal zur Auflagefläche 18a zu messende Tiefe der Ausnehmung 28 ist kleiner als die Dicke D des Haltebauteils 20, vorzugsweise sogar kleiner als die Hälfte der Dicke D. Dadurch kann das Haltebauteil 20 im messbetriebsbereiten Zustand mit einem Fingernagel oder einer Klinge seitlich gegriffen werden, um ein Abheben des Haltebauteils 20 von der Auflagefläche 18a zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Das Haltebauteil 20 ist im messbetriebsbereiten Zustand gegen die das Haltebauteil 20 magnetisch zur Messbereichsbaugruppe 14 hin belastende Belastungskraft B in Abheberichtung A abhebbar, sofern die von dem Haltebauteil 20 im Zusammenwirken mit dem Fassungsbauteil 18 bewirkte magnetische Anziehungskraft überwunden wird. Die Abheberichtung A ist der Wirkungsrichtung der Belastungskraft B entgegengesetzt.The depth of the
Zu Erleichterung eines mechanischen Angriffs kann im Längsabschnitt des Rands 20a eine in Längsrichtung verlaufende und zur Richtung der Dicke D orthogonale Eingriffsnut 30 ausgebildet sein.To facilitate mechanical attack, an
In der ersten Ausführungsform ist das Haltebauteil 20 insgesamt aus einem mit ferromagnetischen Partikeln 31 gefüllten thermoplastischen Kunststoff durch Spritzgießen hergestellt. Das Haltebauteil 20 hat eine praktische Plattenform mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke D über das gesamte Haltebauteil 20 hinweg. Die ferromagnetischen Partikel 31 wurden nach der urformenden Herstellung des Haltebauteils 20 in dessen ausgehärtetem Zustand durch Magnetisierung in einem starken Magnetfeld dauerhaft magnetisiert.In the first embodiment, the holding
Das Haltebauteil 20 weist als ein Messfenster eine zentrale Öffnung 32 auf, welche das Haltebauteil 20 in Dickenrichtung vollständig durchsetzt, sodass der Betrachter der
Zusätzlich oder alternativ zum mechanischen Aushebeln des Haltebauteils 20 in Abheberichtung A aus der Ausnehmung 28 hinaus und damit von der Messbereichsbaugruppe 14 weg kann das Haltebauteil 20 durch einen Lösemagneten 34 aus der in
Alternativ kann das Fassungsbauteil 18 einstückig mit dem Sensorgehäuse 12 ausgebildet sein, wenn dieses aus ferromagnetischem Material gebildet ist. Anstelle einer im Falle einstückiger Ausbildung schwierig herzustellenden Ausnehmung 28 kann die gesamte in Abheberichtung A weisende Fläche der Abflachung 16 als, vorzugsweise ebene, Auflagefläche 18a für die Auflage des porösen Scheidebauteils 22 und des Haltebauteils 20 ausgebildet sein. Eine Lagesicherung des Haltebauteils 20 kann dann durch einige wenige auf der in Abheberichtung A weisenden Fläche der Abflachung 16 aufgelötete oder aufgeklebte oder sonst wie befestigte Vorsprünge realisiert sein.Alternatively, the
Ein gemäß
In den
Gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in der ersten Ausführungsform sind in der zweiten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100.Identical and functionally equivalent components and component sections as in the first embodiment are provided with the same reference numerals in the second embodiment, but increased by the number 100.
Wiederum zeigt
Wie man vor allen Dingen in
Ein weiterer Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass das Haltebauteil 120 nicht aus mit magnetisierbaren oder magnetisierten Partikeln gefülltem Kunststoff gebildet ist, sondern aus einem beliebigen Material, beispielsweise aus thermoplastischem und damit spritzgießfähigem Kunststoff.A further difference between the first and the second embodiment is that the holding
Um die magnetische Belastungskraft bereitzustellen, welche im Messbetrieb das Haltebauteil 120 in Richtung auf die Messbereichsbaugruppe 114 zu belastet, sind in das Haltebauteil 120 in Längsrichtung beiderseits der Öffnung 132 jeweils ein Permanentmagnet 136 eingebaut, beispielsweise umspritzt oder in eine Ausnehmung des Haltebauteils 122 eingeklebt.In order to provide the magnetic loading force which loads the holding
Obwohl in der zweiten Ausführungsform erneut das Fassungsbauteil 118 zumindest an seiner die Auflagefläche 118a bildenden Seite aus einem weichmagnetischem Material gebildet sein könnte, ist als alternative Möglichkeit in den
Die magnetischen Wirkbauteile 138 können zur Erzielung einer besonders hohen magnetischen Anziehungskraft ebenfalls Permanentmagnete sein, wobei diese dann derart angeordnet sind, dass im messbetriebsbereiten Zustand ungleichnamige Pole der Permanentmagneten 136 und der Wirkbauteile 138 einander gegenüberliegen.In order to achieve a particularly high magnetic attraction force, the magnetic
Alternativ können die magnetischen Wirkbauteile 138 weichmagnetische Wirkbauteile sein, welche im Zusammenwirken mit den Magnetfeldern der Permanentmagneten 136 im Haltebauteil 122 eine magnetische Anziehungskraft bewirken, die das Haltebauteil 122 zur Messbereichsbaugruppe 114 hin belastet.Alternatively, the magnetic
Obgleich das Fassungsbauteil 118 erneut einstückig mit dem Sensorgehäuse 112 in der Abflachung 116 ausgebildet sein könnte, ist es als gesondertes Bauteil in eine Ausnehmung 128 in der Abflachung 116 des Sensorgehäuses 112 eingesetzt. Allerdings entspricht in der zweiten Ausführungsform die Tiefe der Ausnehmung 128 der Dicke des Fassungsbauteils 118, sodass die ebene Auflagefläche 118a des Fassungsbauteils 118 im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel bündig mit der ebenen umgebenden Fläche der Abflachung 116 angeordnet ist.Although the
Das Haltebauteil 120 der zweiten Ausführungsform ist länger und auch breiter ausgebildet als das Fassungsbauteil 118 der zweiten Ausführungsform. Es überragt das Fassungsbauteil 118 vor allem in Längsrichtung. Gleiches gilt für das poröse Scheidebauteil 122, welches ebenfalls das Fassungsbauteil 118 überragt.The holding
Als Mittel der Lagefixierung des Haltebauteils 120 und des porösen Scheidebauteils 122 sind stirnseitig in den die Abflachung 116 axial bezüglich der Zylinderachse Z begrenzenden Flanken je eine Ausnehmung 140a und 140b ausgebildet.As a means of fixing the position of the holding
Die Ausnehmungen 140a und 140b sind bezüglich einer zur Zylinderachse Z orthogonalen Spiegelsymmetrieachse spiegelsymmetrisch ausgebildet, sodass die nachfolgende Beschreibung der Ausnehmung 140a ausreicht.The
Die Ausnehmung 140a erstreckt sich parallel zur Abheberichtung A, sodass vor allen Dingen das starre Haltebauteil 120 entgegen der Abheberichtung A auf die Messbereichsbaugruppe 114 aufgelegt werden kann.The
Die Ausnehmung 140a ist in der Abheberichtung A mit zwei unterschiedlichen Gestalten ausgebildet, nämlich einer breiteren Teilausnehmung 140a1, welche näher bei der Mess-Grenzfläche 126a gelegen ist und welche einem Vorsprung 122a des porösen Scheidebauteils 122 durch komplementäre Ausbildung zugeordnet ist, und einer schmaleren Teilausnehmung 140a2, welche in Abheberichtung A weiter von der Mess-Grenzfläche 126a entfernt gelegen ist, und welche einem Vorsprung 120b des Haltebauteils 120 durch komplementäre Ausbildung zugeordnet ist.The
Das als dünne und daher flexible Membran ausgebildete poröse Scheidebauteil 122 kann unter geringer Verformung eben auf die Messbereichsbaugruppe 114 und damit auf die Mess-Grenzfläche 126a aufgelegt werden, wobei ihr Vorsprung 122a in der breiteren Teilausnehmung 140a1 aufgenommen ist.The
Der in axialer Richtung bezüglich der Zylinderachse Z vorstehende und parallel zur Abheberichtung A verlaufende Vorsprung 120b kann in der als Nut wirkenden schmaleren Teilausnehmung 140a2 nur in und entgegen der Abheberichtung A bewegt werden, wobei eine unerwünschte Verlagerung des Haltebauteils 120 orthogonal zur Abheberichtung durch Formschluss sicher verhindert wird.The
Wie außerdem in den
In den gezeigten Ausführungsformen sind zur Vermeidung von Fehlanordnungen die Haltebauteile 20 und 120 sowie die porösen Scheidebauteile 22 und 122 ebenfalls spiegelsymmetrisch bezüglich einer zur Zylinderachse Z orthogonalen ersten Spiegelsymmetrieebene als auch spiegelsymmetrisch bezüglich einer zu der ersten Spiegelsymmetrieebene orthogonalen, die Zylinderachse Z enthaltenden und zur Auflagefläche 118a orthogonalen zweiten Spiegelsymmetrieebene spiegelsymmetrisch ausgebildet.In the embodiments shown, in order to avoid misalignments, the holding
Die erste und die zweite Ausführungsform unterscheiden sich vorrangig durch die unterschiedliche Bereitstellung einer vom Haltebauteil ausgehenden Magnetkraft. Die Gestalt oder/und die Abmessungen des Haltebauteils und der mit dem Haltebauteil zusammenwirkenden Messbereichsbaugruppe einer Ausführungsform können an der jeweils anderen Ausführungsform angewendet werden und umgekehrt. So kann insbesondere auch das Haltebauteil der ersten Ausführungsform mit einer Gestalt ausgebildet sein, welche die Gestalt des Sensorgehäuses im messbetriebsbereiten Zustand mit Ausnahme unvermeidlicher Spalte zu einem Rotationskörper ergänzt.The first and second embodiments differ primarily in the different provision of a magnetic force emanating from the holding component. The shape and/or dimensions of the holding component and the measuring range assembly interacting with the holding component of one embodiment can be applied to the other embodiment and vice versa. In particular, the holding component of the first embodiment can also be designed with a shape that complements the shape of the sensor housing in the ready-to-measure state to form a rotating body, with the exception of unavoidable gaps.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 11,371,882 B2 [0005, 0017]US 11,371,882 B2 [0005, 0017]
- US 2021/165123 A1 [0006]US 2021/165123 A1 [0006]
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- EP 3 026 426 A1 [0007]EP 3 026 426 A1 [0007]
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