專利名稱：用于測量在容器中的介質(zhì)的被測變量的電位探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在測量容器中、特別是在柔性容器中的介質(zhì)的被測變量的電位探針，特別是用于在用于生物技術(shù)、生物化學(xué)、制藥或生物過程中的一次性測量技術(shù)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在一次性容器(也稱為可丟棄、或可丟棄生物反應(yīng)器)中在增加測量中執(zhí)行制藥、化學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)或生物技術(shù)過程。這種一次性容器例如可以分別是例如袋子、軟管 或發(fā)酵槽、或生物反應(yīng)器的柔性容器。生物反應(yīng)器或發(fā)酵槽通常具有供給和排放線路，供給和排放線路可以實(shí)施為例如軟管或柔性管。剛性管狀件也可以應(yīng)用于供給和排放線路。在終止過程之后，可以將一次性容器丟棄。這樣，避免復(fù)雜的清潔和消毒方法。具體來說，通過使用一次性容器，避免交叉污染的風(fēng)險，并且隨之提高生物和過程安全性。一次性容器通常由例如塑料的合成材料制成。在一次性容器中進(jìn)行的過程是與環(huán)境封閉的。通常由于需要消毒條件，一次性容器必須在引入過程介質(zhì)之前被消毒。為此，在生物化學(xué)、生物、生物技術(shù)和制藥應(yīng)用通常使用伽馬輻射。此外，在一次性發(fā)酵槽或不可回收反應(yīng)器中進(jìn)行過程的同時，必須防止細(xì)菌從環(huán)境滲入容器內(nèi)部，從而不會劣化或破壞過程。為了監(jiān)測或控制過程，可能必須測量容器中介質(zhì)的物理或化學(xué)被測變量。監(jiān)測的被測變量可以包括例如溫度、PH值、細(xì)胞密度、光傳輸或化學(xué)物質(zhì)的濃度，該化學(xué)物質(zhì)例如某種離子或某種元素或某種化合物。測量這些被測變量中至少一些的可能性在于光學(xué)傳感器的應(yīng)用。例如，在柔性容器中可以布置能夠由傳感器光學(xué)讀取的活性表面。稱為“光學(xué)傳感器斑點(diǎn)”的這些表面可以通過窗口從外部被無接觸地掃描。但用于傳感器斑點(diǎn)的熒光染料可能對通常在生物技術(shù)和制藥應(yīng)用中用于消毒的伽馬射線敏感，并且還對諸如特別是在生物技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的純化情況下可能發(fā)生的侵蝕性化學(xué)條件敏感。歐洲專利申請EP 2065701A2描述了可以布置在柔性一次性容器中的探針，并且該探針可以經(jīng)由感應(yīng)界面與布置在容器外部的測量變送器(measurement transmitter)交換數(shù)據(jù)。測量變送器也可以經(jīng)由該感應(yīng)界面向探針供應(yīng)能量。這樣，數(shù)據(jù)和能量可通過容器壁感應(yīng)地傳送而不需要用于探針或者至少用于到探針的供應(yīng)線的開口。為了實(shí)施探針與測量變送器之間數(shù)據(jù)和能量的感應(yīng)傳送，在感應(yīng)界面的主側(cè)以及還在副側(cè)上都需要電子電路。這些電路不能承受用于對柔性容器和探針消毒的伽馬射線。國際專利申請WO 2009/071829A2和德國公開DE 102006005533A1描述復(fù)雜的機(jī)
械耦合系統(tǒng)，其能夠?qū)⑼獠肯镜奶结槦o菌地引入一次性容器內(nèi)。從德國實(shí)用新型DE 202007000152U1已知一種用于將光學(xué)探針固定到具有柔性壁的容器的設(shè)備，在該情況下探針位于容器壁的內(nèi)側(cè)上的后表面部分并且通過容器壁的開口通向中心件，其中中心件通過夾持固定到容器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電位探針，該電位探針適于監(jiān)測在容器中、特別是例如一次性發(fā)酵槽或一次性生物反應(yīng)器的柔性容器中、特別是還在通向容器和來自容器的供給和排放線路中的被測介質(zhì)的物理或化學(xué)被測變量，并且該電位探針通用于在大多數(shù)制藥、生物科技、生物和生物化學(xué)方法中使用的 大量不同的一次性物品中。為了特別簡單地構(gòu)造用作一次性發(fā)酵槽或一次性生物反應(yīng)器的容器的使用，電位探針應(yīng)當(dāng)在通過利用伽馬射線照射消毒之前固定地連接到容器內(nèi)，并在其儲藏駐留和其隨后應(yīng)用期間保持在容器中。盡管一次性容器的實(shí)際使用可能僅持續(xù)幾周，但一年或多年量級的儲存時間應(yīng)當(dāng)是可能的。該目的通過一種用于測量在容器中、特別是在一次性生物反應(yīng)器中，或者在一次性反應(yīng)器的供給或排放線路中的介質(zhì)的被測變量的電位探針來實(shí)現(xiàn)，其中該電位探針包括殼體；該殼體具有第一腔室，在該第一腔室中形成參比半電池，該參比半電池經(jīng)由布置在殼體的壁中的電解質(zhì)接觸位置與圍繞殼體的介質(zhì)連通，其中該殼體具有第二腔室，在第二腔室中形成測量半電池，其中第二腔室在一端由測量膜封閉，使得測量膜的背向第二腔室的表面區(qū)域與圍繞殼體的介質(zhì)接觸，并且其中測量半電池具有在測量膜與在與測量膜相對放置的端部上界定測量半電池的封閉元件之間的縱向延伸，其中測量膜距封閉元件的間距與殼體的外直徑的商小于5，特別是小于2。如果測量膜彎曲，則測量膜距封閉元件的間距意味著膜的頂峰、即測量膜的最遠(yuǎn)離封閉元件的點(diǎn)與相對放置的封閉元件之間的間距，該封閉元件可以例如由與測量膜相對放置的殼體壁形成。測量膜距封閉元件的間距對應(yīng)于測量半電池在其縱向延伸方向上的長度。因此測量半電池的長度與殼體的外直徑的商代表探針長度與其直徑的縱橫比。如果測量膜距封閉元件的間距除以殼體外直徑的商為5，則所述間距因此是殼體的外直徑的五倍長。在商為2的情況下，測量膜距封閉元件的間距相應(yīng)地是殼體外直徑的兩倍長。當(dāng)縱橫比小于5、優(yōu)選地小于2或者甚至更小時，則電位探針的形狀與在工業(yè)過程測量技術(shù)中使用的、諸如例如pH單桿測量鏈的通常桿形電位探針相比相對粗短，pH單桿測量鏈也稱為組合電極，其通常具有12mm的外直徑和120mm或更大的長度。這種“粗短”探針可以應(yīng)用于在生物化學(xué)、生物學(xué)、制藥和生物科技過程中使用的大量不同的一次性產(chǎn)品中，因?yàn)榕c桿形電位測量探針相比其占據(jù)少得多的空間，并且所以可以安裝在大多數(shù)幾何形狀的多種不同容器的壁內(nèi)，例如安裝在袋子、軟管、管狀插入件和其它線路中。粗短探針也可以有利地用于監(jiān)測存在于柔性容器內(nèi)的被測介質(zhì)。其可以通過設(shè)置在柔性容器壁中或相應(yīng)地在容器的供給或排放線路中的連接件固定。具有安裝的探針的柔性容器可以通過利用伽馬射線照射來消毒。然后，柔性容器可以以折疊狀態(tài)儲存，其中在儲存期間探針保持在容器內(nèi)。探針的粗短構(gòu)造與常規(guī)桿形探針相比顯著降低損壞危險，常規(guī)桿形探針由于在移動容器的情況下，例如在將容器折疊在一起以便儲存的情況下作用在桿上的剪切力而可能容易損壞和斷裂。 粗短探針可以通過例如將其插入適當(dāng)?shù)哪Ｖ撇考?nèi)而適配在各種連接件內(nèi)，該模制部件具有與一次性容器的連接件互補(bǔ)的連接裝置。這樣，可以將一個相同的探針類型方便地適配以用于具有不同連接件類型的容器。此外，探針本身的殼體可以實(shí)施為用于容器的連接件的精確適配互補(bǔ)件。替代地，還有一種選擇是將探針的殼體永久地焊接到一次性容器或利用粘結(jié)劑將其粘結(jié)到一次性容器，而不必提供用于將探針固定到容器壁內(nèi)的可釋放的連接裝置。封閉元件可以例如由殼體的壁、特別是殼體蓋形成，該封閉元件在其與測量膜相對放置的端部界定測量半電池。但是，該封閉元件也可以由密封元件或封裝化合物形成，其封閉在第二腔室內(nèi)縱向延伸的測量半電池的與測量膜相對放置的端部。特別是，第二腔室可以在其與測量膜相對放置的端部上由封裝化合物密封。在該情況下，封裝化合物形成封閉元件。 測量膜距與測量膜相對放置的封閉元件的間距與殼體的外直徑的商優(yōu)選地至少為0. I。這樣，仍確保足夠用于探針短期使用的參比電解質(zhì)容積，從而為探針的短期使用確保參比半電池的電勢的足夠穩(wěn)定性。在第一實(shí)施例中，第一腔室可以實(shí)施為圍繞第二腔室的環(huán)形腔室，其中環(huán)形腔室由外部管狀殼體壁和與外部管狀殼體壁同心布置的內(nèi)部管狀殼體壁以及彼此相對放置且垂直于管狀殼體壁延伸的兩個殼體壁、特別是環(huán)形殼體壁封圍。因此該實(shí)施例類似于常規(guī)單桿測量鏈的布置。在該實(shí)施例中，測量膜可以特別地通過粘結(jié)、機(jī)械拼接或焊接與內(nèi)部管狀殼體壁的內(nèi)端固定地連接。測量膜也可以直接粘結(jié)、機(jī)械拼接或焊接到與內(nèi)部管狀殼體壁的內(nèi)壁垂直放置的下部殼體壁。測量膜可以特別地是離子選擇性膜，例如PH選擇性玻璃膜或者對特定種類離子選擇的聚合物或固體膜。測量膜也可以直接粘結(jié)到內(nèi)部管狀殼體壁的內(nèi)壁。在測量膜是pH選擇性玻璃膜的情況下，其可以焊接到玻璃管，其中玻璃管和內(nèi)部管狀殼體壁同心布置，并且其中玻璃管被壓入內(nèi)部管狀殼體壁并粘結(jié)到內(nèi)部管狀殼體壁，從而固定到管的玻璃膜在一端封閉第二腔室。該玻璃管可以在后端通過熔融或通過密封元件封閉。在這些實(shí)施例中，在與測量膜相對放置的端部上界定測量半電池的封閉元件由熔融位置或密封元件形成。玻璃管替代地或補(bǔ)充地焊接或粘結(jié)到與測量膜相對放置的殼體的壁。在附加實(shí)施例中，在與測量膜相對放置的端部上界定測量半電池的封閉元件可以通過在殼體背向測量膜的端部上終止殼體的殼體蓋來形成。該封閉元件也可以由密封第二腔室的封裝化合物形成。在附加實(shí)施例中，參比半電池包括容納在第一腔室中的參比電解質(zhì)和浸入?yún)⒈入娊赓|(zhì)內(nèi)的參比電極，參比電極與布置在第一腔室外側(cè)的第一接觸位置連接。測量半電池包括容納在第二腔室中的內(nèi)部電解質(zhì)以及浸入內(nèi)部電解質(zhì)的電勢感測電極，電勢感測電極與布置在第二腔室外側(cè)的第二接觸位置連接。接觸位置例如每一個實(shí)施為在殼體壁上、特別是在殼體蓋外側(cè)上的導(dǎo)電涂層。但是，還有一種選項(xiàng)是提供布置在殼體壁的外側(cè)上的電塞，該電塞分別與參比電極和電勢感測電極連接。
在第二腔室中可選地設(shè)置溫度傳感器，該溫度傳感器由依賴于溫度的電阻器形成。然后溫度傳感器的連接同樣穿過殼體壁通向布置在殼體外側(cè)的接觸位置。該接觸位置以與參比電極和電勢感測電極的接觸位置相同的方式實(shí)施。在外側(cè)上布置有接觸位置的殼體壁實(shí)施為電路卡，該電路卡包括通孔，電勢感測電極和參比電極通過通孔與外側(cè)放置的接觸位置連接。在封閉元件由將殼體和/或第一和第二腔室在其背向測量膜的端部上終止的殼體蓋形成，該封閉元件在其與測量膜相對放置的端部上界定測量半電池的情況下，殼體蓋可以實(shí)施為電路卡，該電路卡包括通孔，電勢感測電極和參比電極通過通孔與形成為電路卡上的印刷導(dǎo)電跡線或接觸表面的向外放置的接觸位置連接。在該情況下，參比電極和電勢感測電極以及在給定情況下布置在第二腔室內(nèi)的探針溫度傳感器的接觸可以通過具有彈簧接觸的塞發(fā)生。替代地，塞可以永久地集成到電路卡上。在附加實(shí)施例中，在電部件、特別是電阻器形式的電路卡上可以布置有電路，在該電路中用于傳感器標(biāo)識的特征電參數(shù)、特別是電阻值是可測量的。該電路優(yōu)選地由電部件 構(gòu)成，這些電部件耐受利用伽馬射線進(jìn)行的消毒。它們包括簡單部件，諸如電阻器和電容器。在該電路中，與探針連接的測量變送器例如可以確認(rèn)特性值，例如確認(rèn)特定電阻值，測量變送器可以基于該特性值檢測存在的電極類型。在附加實(shí)施例中，內(nèi)部電解質(zhì)和參比電解質(zhì)可以實(shí)施為電解質(zhì)凝膠。優(yōu)選地，凝膠是固體凝膠。在該實(shí)施例中，探針可以以任何定向、甚至顛倒地使用。該探針包括接觸區(qū)域，該接觸區(qū)域包括測量膜和電解質(zhì)接觸位置。在執(zhí)行測量期間，使接觸區(qū)域與測量介質(zhì)接觸，其中電解質(zhì)接觸位置包括多孔材料的至少一個插針，該插針嵌入在界定第一腔室的殼體壁中的接觸區(qū)域內(nèi)。電解質(zhì)接觸位置可以由嵌入環(huán)形地圍繞測量膜的殼體壁內(nèi)的多個多孔材料的插針形成。這樣，在低導(dǎo)電率情況下首先發(fā)生的流沖擊效應(yīng)被最小化。多孔材料的實(shí)例包括例如PTFE或聚丙烯的合成材料、玻璃或例如二氧化鋯陶瓷或氧化鋁陶瓷的陶瓷。在附加實(shí)施例中，多孔材料具有小于200nm的平均孔直徑。小孔尺寸避免來自過程的微生物穿透隔膜并進(jìn)入第一腔室中，并在第一腔室引起參比電解質(zhì)的化學(xué)變化。測量膜可以由一個或多個保護(hù)網(wǎng)或保護(hù)籠保護(hù)。這樣，例如pH選擇性玻璃膜的敏感測量膜受到保護(hù)免受機(jī)械損壞。保護(hù)網(wǎng)或保護(hù)籠可以固定到探針的殼體。還有一種選項(xiàng)是保護(hù)網(wǎng)或保護(hù)籠可以設(shè)置成以使得它們在探針的意圖連接之后圍繞測量膜的方式固定到用于將探針連接到容器壁中的連接件。探針的殼體可以具有連接裝置、特別是螺紋，用于將探針與互補(bǔ)連接裝置連接，特別是與用于容納被測介質(zhì)的容器上的互補(bǔ)螺紋連接。連接裝置可以直接形成在探針的殼體上；例如該殼體可以具有切割有螺紋的圓柱形部分。替代地，該殼體也可以插入適配護(hù)套，該適配護(hù)套具有對應(yīng)的連接裝置。因此，庫存中可以保存有不同的適配護(hù)套，探針的殼體可插入到適配護(hù)套內(nèi)，從而將探針適配以用于在大多數(shù)不同幾何形狀的一次性容器、特別是具有不同地實(shí)施的連接裝置的一次性發(fā)酵槽、袋子、軟管、管狀插入件、用于一次性生物反應(yīng)器的供給和排放線路中的應(yīng)用。一種用于容納被測介質(zhì)、包括布置在容器的容器壁中并根據(jù)上述實(shí)施例之一形成的至少一個探針的容器、特別是柔性一次性容器，在容器壁或容器的供給線路或排放線路內(nèi)包括探針連接件，該探針連接件包括開口和連接裝置，該開口和連接裝置實(shí)施為與探針的互補(bǔ)連接裝置接合，從而在開口中以如下方式形狀互鎖地保持該探針，使得包括測量膜、電解質(zhì)接觸位置和外表面在電解質(zhì)接觸位置側(cè)上界定第一腔室的殼體壁的一部分的探針接觸區(qū)域與柔性容器的內(nèi)部接觸，同時探針與該接觸區(qū)域相對放置的連接區(qū)域布置在柔性容器外側(cè)。在該情況下，該接觸區(qū)域優(yōu)選地例如借助于密封環(huán)而相對于柔性容器的環(huán)境密封，該密封環(huán)在探針的連接裝置與柔性容器的互補(bǔ)連接裝置的連接狀態(tài)下被壓緊在密封座中，該密封座例如布置在容器或探針的連接件上的密封座。


將基于附圖中示出的實(shí)施例的實(shí)例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖中 圖I是電位探針的第一實(shí)例的示意性表示；圖2是電位探針的第二實(shí)例的示意性表示，在該情況下半電池與溫度傳感器通過塞發(fā)生接觸；圖3是電位探針的第三實(shí)例的示意性表示，該電位探針插入適配護(hù)套內(nèi)，該適配護(hù)套具有用于將探針固定到容器壁中的連接裝置；圖4是電位探針的第四實(shí)例的示意性表示，在該情況下探針的殼體具有用于將探針固定到容器壁中的連接裝置。
具體實(shí)施例方式圖I示出具有絕緣材料的殼體I的電位探針。殼體I包括實(shí)施為環(huán)形腔室的第一腔室5和大致圓柱形第二腔室9，參比半電池形成在第一腔室中并且被環(huán)形腔室圍繞，并且第二腔室中容納有測量半電池。絕緣材料特別包括例如聚醚醚酮(PEEK)的合成材料。將合成材料應(yīng)用于殼體使探針一方面幾乎不會破裂。另一方面，這種合成材料的殼體可以利用既定的注塑模制方法以有利價格形成，這對于將探針作為一次性部件應(yīng)用是特別有利的。特別是PEEK的使用使得除了通過伽馬射線的消毒之外還能夠進(jìn)行熱蒸汽消毒。第一腔室5由外部管狀殼體壁16和與其同心布置的內(nèi)部管狀殼體壁17以及彼此相對放置的兩個環(huán)形殼體壁圍繞。環(huán)形殼體壁垂直于管狀殼體壁16、17的共用圓柱對稱軸線A延伸并將管狀殼體壁16、17彼此連接。第二腔室9通過內(nèi)部管狀殼體壁17形成，內(nèi)部管狀殼體壁17在其一端由測量膜11封閉，并且在其另一端由與測量膜11相對放置的殼體壁18封閉。參比電解質(zhì)4容納在第一腔室5內(nèi)，參比電極6延伸到參比電解質(zhì)4內(nèi)。參比電解質(zhì)4例如可以為固體電解質(zhì)凝膠。優(yōu)選地使用無毒凝膠，例如不包含有毒單體或在降解情況下不釋放有毒單體的凝膠。在例如國際專利申請WO 03/076917A1中給出適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)凝膠。參比電極6例如為氯化銀絲形式的Ag/AgCl參比電極。第一腔室5的其余空間未填充參比電解質(zhì)4，也稱為補(bǔ)償空間，可以包含空氣或甚至例如硅樹脂泡沫的聚合物補(bǔ)償件。在界定第一腔室5的測量膜側(cè)并用作電解質(zhì)接觸位置或液結(jié)(liquid junction)的環(huán)形殼體壁內(nèi)布置有隔膜7，腔室5的內(nèi)部、特別是其中容納的參比電解質(zhì)4經(jīng)由該隔膜7與殼體I的環(huán)境連通。在探針的測量操作中，隔膜7提供在參比電解質(zhì)4與濕潤隔膜7的被測介質(zhì)之間的離子導(dǎo)電連接。電解質(zhì)接觸位置替代地也實(shí)施為殼體壁上的一個或多個孔或者圍繞測量膜11的環(huán)形間隙。隔膜7可以實(shí)施為多孔材料的盤形或鉛筆形插入件。在這里所示的實(shí)例中，隔膜7實(shí)施為多孔陶瓷、例如有微孔的二氧化鋯陶瓷的插針。在本實(shí)例中，測量膜11是pH值選擇性的玻璃膜。優(yōu)選地，該玻璃膜由低歐姆玻璃制成，低歐姆玻璃使得即使在小玻璃膜表面的情況下也能夠快速響應(yīng)，并能夠?qū)嵺`上使用任何測量變送器進(jìn)行測量，從而圖I所示的探針是通用的。玻璃膜11可以焊接到玻璃管上，該玻璃管壓入圍繞第二腔室9的內(nèi)部管狀殼體壁17內(nèi)或利用粘結(jié)劑粘結(jié)到殼體壁17的內(nèi)偵U。玻璃管可以在其與膜相對放置的端部上被封閉；例如其可以通過熔融或利用粘結(jié)劑封閉，或者其可在該處通過密封元件封閉。如果電位探針實(shí)施為離子選擇性電極，則測量膜11可以是具有或不具有軟化劑、導(dǎo)電鹽和/或離子載體的聚合物膜。這種聚合物膜可以從下方或在其內(nèi)側(cè)上利用粘結(jié)劑接合到或直接焊接到內(nèi)部圓柱形殼體壁17。另一選項(xiàng)是借助抵靠內(nèi)部管狀殼體壁17內(nèi)側(cè)的固體環(huán)承載件壓入。·第二腔室9包含內(nèi)部電解質(zhì)8，電勢感測電極10延伸到電解質(zhì)8內(nèi)。內(nèi)部電解質(zhì)8可以同樣實(shí)施為固體電解質(zhì)凝膠的參比電解質(zhì)4。此外，這里分別包含或釋放無毒單體的無毒凝膠是優(yōu)選的。第二腔室9的無電解質(zhì)的補(bǔ)償空間可以包含空氣或例如硅樹脂泡沫的聚合物補(bǔ)償件。圖I中所示實(shí)例中的第二腔室9中補(bǔ)充地布置有溫度傳感器13，該溫度傳感器13包括布置在玻璃或合成材料的毛細(xì)管12內(nèi)的依賴于溫度的電阻器，并且這樣與內(nèi)部電解質(zhì)8電絕緣。溫度傳感器13僅可選地存在。在圖I中所示實(shí)施例的實(shí)例中，殼體I由環(huán)形注塑模制部件組成，其包括外部管狀壁16和內(nèi)部管狀壁17以及連接兩個管狀壁16、17的隔膜側(cè)環(huán)形壁和承載在環(huán)形注塑模制部件上并封閉第一和第二腔室5、9的殼體蓋18。殼體蓋18這里形成與測量膜11相對放置的壁，并且該壁用作在與測量膜11相對放置的端部上界定測量的半電池的封閉元件。電勢感測電極10、參比電極6和到溫度傳感器13的線路與布置在殼體I的第一和第二腔室外側(cè)的接觸位置3導(dǎo)電連接。在此處所示的實(shí)例中，接觸位置3布置在殼體蓋18的外側(cè)上。它們可例如是布置在殼體蓋18外側(cè)上的導(dǎo)電涂層。接觸位置3可以與測量變送器導(dǎo)電連接，從而執(zhí)行測量。殼體蓋18可以如圖I的實(shí)例中由相同材料制成為環(huán)形注塑模制部件。替代地，殼體蓋也可以實(shí)施為既定的電路卡、電路板材料，例如酚醛樹脂+紙(FRl，F(xiàn)R2 )、環(huán)氧樹脂+紙(FR3)、環(huán)氧樹脂+玻璃纖維織物(FR4，F(xiàn)R5)、聚酰亞胺和/或聚酯、或由非導(dǎo)電陶瓷、LTCC陶瓷(低溫共燒陶瓷)或Al2O3陶瓷制成，并具有用于電勢感測元件10、參比電極6的導(dǎo)電連接以及溫度傳感器13的連接的通孔。這些通孔可以由施加在背向殼體內(nèi)部的后表面上的導(dǎo)電跡線或接觸表面導(dǎo)電連接。在該情況下，經(jīng)由具有彈簧接觸(未示出)的可再用塞出現(xiàn)參比電極6、電勢感測元件10和溫度傳感器13的接觸。由此處在與測量膜11相對放置的端部上界定測量半電池的殼體蓋18形成的封閉元件與測量膜11的最遠(yuǎn)離封閉元件的點(diǎn)、即與測量膜11的頂峰之間的間距h對應(yīng)于腔室9、即測量半電池的長度。間距h除以垂直于間距h延伸的外部管狀殼體壁16的外直徑rA的商，也稱為探針的縱橫比，在這里所示的實(shí)例中例如為h/rA=0. 6。該外直徑rA垂直于測量半電池的縱向延伸并分別地垂直于外部管狀殼體壁16和內(nèi)部管狀殼體壁17的圓柱形對稱軸線A延伸。在圖I的實(shí)例中，殼體的外直徑:rA由管狀殼體壁16的外直徑形成。利用如在此示出的實(shí)例中的h/rA=0. 6的縱橫比，或一般來說利用小于2的縱橫t匕，探針一方面是相對短粗的結(jié)構(gòu)，而另一方面，參比半電池和測量半電池中的電解質(zhì)容積至少對于電位探針的短期使用是足夠的，從而在整個使用期間確保穩(wěn)定和可靠的測量信號。在本實(shí)例中，測量膜11是從殼體I的第二腔室9稍微凸出彎曲的玻璃膜。玻璃膜也可以強(qiáng)烈地凸出彎曲，但優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)最大程度地是半球狀，因?yàn)閷碜员粶y介質(zhì)中氣泡干擾的易感性小于幾乎球形玻璃膜的情況。如果測量膜是離子選擇性固體膜或聚合物膜，則它可以是基本上無曲率的平坦膜。在平坦膜的情況下，在如圖I所示由平面壁形成的封閉元件的程度上，測量膜與在與測量膜相對放置的端部上界定測量半電池的封閉元件之間的間距h基本上對于測量膜的所有點(diǎn)是相同的。 圖2示出電位探針的實(shí)施例的第二實(shí)例，其與圖I所示的電位探針基本上相同地構(gòu)造。這里相同的附圖標(biāo)記指代等同元件或相同類型的元件。與圖I所示的探針對比，第一腔室5在連接側(cè)上由環(huán)形殼體蓋18’封閉，而第二腔室9在連接側(cè)上由封裝化合物14封閉。因此在與測量膜11相對放置的端部上界定測量半電池的封閉元件在該實(shí)例中由封裝化合物14形成。封裝化合物14圍繞并保護(hù)電線，該電線從電勢感測電極10、參比電極6和溫度傳感器引向在給定情況中也至少部分地利用封裝化合物封裝的塞。塞具有插針22，插針22用作布置在殼體I外側(cè)用于電勢感測電極10、參比電極6和溫度傳感器13的引線的接觸位置。然后插針22可以與測量變送器導(dǎo)電連接以執(zhí)行測量。圖3示出電位探針的實(shí)施例的另一實(shí)例，其基本上以與圖2所示的電位探針相同的方式實(shí)施。與圖2所示的探針對比，圖3所示的電位探針的殼體I附加地包括保護(hù)籠23，該保護(hù)籠23固定到界定第一腔室5隔膜側(cè)的環(huán)形殼體壁，或?qū)嵤榕c這種壁一體，并圍繞測量膜以保護(hù)免受機(jī)械損壞。在該情況下，探針集成到管狀塑料適配護(hù)套15內(nèi)，該塑料適配護(hù)套15在其圓柱形外壁上具有螺紋24。該塑料適配護(hù)套15可以擰入設(shè)置在柔性容器內(nèi)的連接件內(nèi)，該連接件具有與螺紋24互補(bǔ)的螺紋。這種連接件例如可以設(shè)置在柔性一次性發(fā)酵槽上或一次性反應(yīng)器上或者在一次性發(fā)酵槽或一次性反應(yīng)器的供給線路或排放線路上、在軟管或管線上、在管狀插入件或用于生物技術(shù)過程的一些其它一次性容器上。在替代實(shí)施例中，保護(hù)籠23也可以固定到塑料適配護(hù)套15。電位探針具有包括接觸區(qū)域，該接觸區(qū)域包括測量膜U、隔膜7和隔膜側(cè)殼體壁的一部分。使接觸區(qū)域與測量介質(zhì)接觸以執(zhí)行其PH值的測量。適于容納集成在塑料適配護(hù)套15內(nèi)探針的容器連接件包括在連接探針的情況下布置在與界定第一腔室5的環(huán)形殼體壁平行的隔膜側(cè)上的密封座。0形環(huán)密封件2容納在該密封座中并將接觸區(qū)域與容器環(huán)境密封。這樣，在連接探針的情況下確保在容器內(nèi)的衛(wèi)生條件。用于0形環(huán)密封件2的材料的實(shí)例包括具有USP class IV資格的材料。代替將探針集成在分開的具有對應(yīng)的固定裝置的塑料配裝護(hù)套15中，另一選項(xiàng)是以該固定裝置直接放置在探針的殼體上的方式實(shí)施探針，該固定裝置用于將探針連接到布置在容器壁中的連接件。例如，探針的殼體外壁可以具有帶螺紋的圓柱形部分。這在圖 4中示出。在該情況下，第一腔室5的外部管狀殼體壁16具有螺紋24。
權(quán)利要求
1.一種用于測量在容器中、特別是在一次性生物反應(yīng)器中的介質(zhì)的被測變量的電位探針，所述電位探針包括 殼體(I); 所述殼體(I)具有第一腔室(5)，在所述第一腔室(5)中形成參比半電池，所述參比半電池經(jīng)由布置在所述殼體(I)的壁中的電解質(zhì)接觸位置(7)與圍繞所述殼體(I)的介質(zhì)連通， 其中所述殼體(I)具有第二腔室(9)，在所述第二腔室(9)中形成測量半電池，其中所述第二腔室(9 )在一端由測量膜(11)封閉，使得所述測量膜(11)的背向所述第二腔室(9 )的表面區(qū)域與圍繞所述殼體(I)的介質(zhì)接觸， 并且其中所述測量半電池具有在所述測量膜(11)與在與所述測量膜(11)相對放置的端部上界定所述測量半電池的封閉元件(18)之間的縱向延伸， 其特征在于， 所述測量膜(11)距所述封閉元件(18)的間距(h)與所述殼體(I)的外直徑(rA)的商小于5，特別是小于2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電位探針， 其中所述測量膜(11)距與所述測量膜(11)相對放置的所述封閉元件(18)的間距(h)與所述殼體(I)的外直徑(rA)的商至少為0. I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電位探針， 其中所述第一腔室(5)實(shí)施為圍繞所述第二腔室(9)的環(huán)形腔室，其中所述環(huán)形腔室由外部管狀殼體壁(16)和與所述外部管狀殼體壁(16)同心布置的內(nèi)部管狀殼體壁(17)以及彼此相對放置且垂直于所述管狀殼體壁(16、17)延伸的兩個殼體壁、特別是環(huán)形殼體壁封圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電位探針， 其中所述測量膜(11)特別通過粘結(jié)、機(jī)械拼接或焊接與所述內(nèi)部管狀殼體壁(17)的內(nèi)端固定地連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電位探針， 其中所述測量膜(11)是焊接到玻璃管的PH選擇性玻璃膜，并且其中所述玻璃管和所述內(nèi)部管狀殼體壁(17)同心布置，并且其中所述玻璃管被壓入所述內(nèi)部管狀殼體壁(17)并粘結(jié)到所述內(nèi)部管狀殼體壁(17)，其中所述玻璃管能夠特別在后端通過熔融或通過密封元件封閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中與所述測量膜(11)相對放置的所述封閉元件由在背向所述測量膜(11)的端部終止所述第一(5 )和第二腔室(9 )的殼體蓋(18 )形成， 或者其中與所述測量膜(11)相對放置的所述封閉元件由封裝化合物、彈性密封元件或玻璃管的熔融體形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中所述參比半電池包括容納在所述第一腔室(5)中的參比電解質(zhì)(4)和浸入所述參比電解質(zhì)(4)內(nèi)的參比電極(6 )，所述參比電極(6 )與布置在所述第一腔室(5 )外側(cè)的第一接觸位置(3)連接，并且其中所述測量半電池包括容納在所述第二腔室(9)中的內(nèi)部電解質(zhì)(8)以及浸入所述內(nèi)部電解質(zhì)(8 )的電勢感測電極(10 )，所述電勢感測電極(10 )與布置在所述第二腔室(9)外側(cè)的第二接觸位置(3)連接， 其中所述接觸位置(3)在每種情況下特別地實(shí)施為殼體壁外側(cè)上、特別是殼體蓋(18)外側(cè)上的導(dǎo)電涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電位探針， 其中所述內(nèi)部電解質(zhì)(8)和所述參比電解質(zhì)(4)實(shí)施為電解質(zhì)凝膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電位探針， 其中所述殼體壁實(shí)施為電路卡，所述接觸位置(3)在所述殼體壁的外側(cè)上布置為導(dǎo)電 涂層，所述電路卡包括通孔，所述電勢感測電極(10 )和所述參比電極(6 )通過所述通孔與外側(cè)放置的接觸位置(3)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電位探針， 其中在以電部件、特別是以電阻器形式的電路卡上布置有電路，在所述電路中用于傳感器標(biāo)識的特征電參數(shù)、特別是電阻值是可測量的。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中所述探針的外壁設(shè)置有塞連接件，所述塞連接件包括接觸，所述電勢感測電極(10)和所述參比電極(6)通過所述接觸與向外放置的接觸位置(22)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中所述探針包括接觸區(qū)域，所述接觸區(qū)域包括所述測量膜(11)和所述電解質(zhì)接觸位置(7)，并且其中所述電解質(zhì)接觸位置(7)包括多孔材料，特別是塑料、玻璃或陶瓷的多孔材料的至少一個插針，所述插針嵌入在界定所述第一腔室(5)的所述殼體壁中的所述接觸區(qū)域內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電位探針， 其中所述電解質(zhì)接觸位置(7)由嵌入環(huán)形地圍繞所述測量膜(11)的殼體壁中的多孔材料，特別是塑料、玻璃或陶瓷多孔材料的多個插針形成，或者由嵌入圍繞所述測量膜(11)的殼體壁中的多孔材料，特別是塑料、玻璃或陶瓷多孔材料的環(huán)形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電位探針， 其中所述多孔材料具有小于200nm的平均孔直徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中所述測量膜(11)由一個或多個保護(hù)網(wǎng)或保護(hù)籠(23)保護(hù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中的一項(xiàng)所述的電位探針， 其中所述殼體(I)具有連接裝置、特別是螺紋(24)，用于將所述探針與布置在所述容器上的探針連接件的連接裝置連接，并且與所述殼體(I)的連接裝置、特別是與所述螺紋(24)互補(bǔ)的螺紋互補(bǔ)，所述容器特別是柔性容器，諸如軟管、袋子或管線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量容納在容器中、特別是可丟棄生物反應(yīng)器內(nèi)的介質(zhì)的測量變量的電位探針，包括殼體(1)；該殼體(1)包括第一腔室(5)，在第一腔室(5)內(nèi)形成參比半電池，所述電池借助設(shè)置在殼體(1)的壁中的電解質(zhì)接觸點(diǎn)(7)與殼體(1)周圍的介質(zhì)連接，其中殼體(1)包括第二腔室(9)，在第二腔室(9)內(nèi)形成測量半電池，其中第二腔室(9)在一端由測量膜(11)封閉，使得測量膜的背向第二腔室(9)的表面與圍繞殼體(1)的介質(zhì)接觸，并且其中測量半電池包括在測量膜(11)與在與測量膜(11)相對放置的一側(cè)上界定測量半電池的封閉元件(18)之間的縱向延伸，其特征在于，測量膜(11)距封閉元件(18)的間距(h)與殼體(1)的外直徑(rA)的商小于5，特別是小于2。
文檔編號G01N27/403GK102971622SQ201180033263
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者托馬斯·威廉, 蒂洛·特拉普 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司