傳感器系統以及傳感器的製作方法

2023-08-06 01:44:46 2

專利名稱：傳感器系統以及傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量用於包裝件生產的消毒i殳備中消毒 劑濃度的傳感器系統。本發明還涉及一種用於包裝件消毒的設備， 其包括該傳感器系統。本發明還涉及一種用於測量氣態消毒劑濃度 的傳感器。
背景技術：
用於容器8消毒的一種設備如圖1所示(來自於SE0203692-9 )。 該設備1典型地由被分成數個區域的罩組成。在第一區域，即加熱 區域2中，引入熱空氣用於加熱包裝件。在第二區域，即消毒區域 3中，引入過氧化氫用於消毒該經加熱的容器8。過氧化氫通過噴 嘴13被注入。在第三區域，即排放區域4，引入熱的經消毒氣體用 於排放容器8，以及在最後區域，即填充區域5中，包裝件8填充 入經消毒的內容物。容器8通過設置在傳送帶10上的設備1被傳 送。在圖1中，容器的閉合頂端ll朝下放置，而它們打開的底端 12朝上。氣態的過氧化氫通常以液態形式提供給氣化器(圖未示)， 在該氣化器中它與加熱的經消毒空氣氣流混合。消毒劑和空氣流被 注入到消毒區域3中的分立容器8中。消毒的程度取決於多種因素， 如單個的包裝件8暴露於過氧化氫的濃度、暴露時間、溫度等。過 低的過氧化氫濃度會導致消毒程度的不充分，而過高的濃度可帶來 在經填充的包裝件8中的過氧化氫剩餘，這是不可接受的。另外， 過高的濃度在經濟上是不利的。在一個備選的相關消毒方法中，消 毒劑^皮允許冷凝在包裝件的表面並由此^皮蒸發。 另一種用於包裝件消毒的設備如圖2所示。在該設備21中， 利用引導輥25、 27的方式，包裝材^牛巻材24^皮引導通過包含有液 態過氧化氫溶液的處理池29。離開該處理池29後，巻材在兩個才齊 幹輥31 ( squeegee rollers )之間經過，4吏過氧4匕氫均勻；也分布在巻 才才24上。'然後巻才才(web ) 24通過入口 39進入力口^!室37,並矛j用 引導輥33、 35的方式，該巻材被引導通過該加熱室37，最後通過 出口41，巻材離開該加熱室37。該力。熱室37包4舌力o熱酉己置，示意 性地用虛線框43表示，其用於實現巻材上過氧化氫的蒸發。顯而 易見地，蒸發率取決於例如加熱溫度以及過氧化氫的環境濃度。如 杲在加熱室中的過氧化氫濃度過低，過氧化氫將會過快蒸發，從而 導致不能完全消毒的風險。另一方面，如果濃度過高，當巻材離開 加熱室後，該巻材上保留過氧化氫殘留的風險會加大。圖2中還顯 示了主催化劑45,主催化劑45在過氧化氫釋》文入環境空氣之前， 對其進行分解。
明顯地，在上述任何情況下，對消毒劑濃度的精確測量是至關 重要的。如果濃度測量方法粗略，則會導致過多的消毒劑一皮^吏用， 因為需保證確定量的最低消毒水平。這進而會導致更長的蒸發時 間，從而減緩了生產率。
傳統:t也，濃度測量通過以下兩種方式中的一種進^亍
間4妻測量，例力o通過測量與加熱空氣的質量;充量或體積:流量相 結合的液態消毒劑的質量流量或體積流量的方式，以及通過測量如 溫度和壓力等參H的方式進行。間4妻測量方法的優點是其通常成本 低、測量精確(至少經4交長時間測量後)。而其缺點的例子為，在 響應變化方面，它相當糹爰'隄，因為其測量消毒劑和空氣隨時間的平 均消耗，這會導致消毒劑非最優化量的使用。另外，用於有效處理 控制的關《建信息涉及針對每個單個包裝件的信息。該信息可確^呆安
全處理、可追溯性以及最低損耗。但該關鍵信息不能利用所述間接 方法獲得。
直接測量，例如，通過在特定位置i更置濃度傳感器進行直才妄測 量。目前為止，所用的一些已有濃度傳感器被證明是精確的，但大
體上，它們(例如IR-傳感器的情形)非常易於損壞、體積過大並 且對於期望的應用而言價格過於昂貴。
另外，傳感器需要被設置的環境較為苛刻，因為過氧化氫具有 腐蝕性，因此首要標準是傳感器材料能夠經受該苛刻環境。第二個 標準是該傳感器材料不應使該不穩定的過氧化氫品質降低。傳感器 通常僅與整個消毒劑體積的一'J、部分接觸，因此第二標準不如第一 標準要求那麼嚴格。
經消毒意口未著去除或殺滅孩i生物至適應於特定應用的確定程 度。根據應用，可選"^不同的殺菌水平，以符合包裝產品期望的上 架壽命。
本文中，消毒處理為用於進行的與物體消毒相關的操作的通用 術語，例如，上述處理中的一種、用於暴露該消毒劑的氣體生成、 之後的蒸發和/或在暴露後排;改以去除消毒劑。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種傳感器系統，當用於消毒處理 時，其可消除或至少減少現有技術中存在的缺點。本發明的另一個
目的是提供一種消毒設備，其通過使用本發明的傳感器系統可容許 改進的處理控制。這些目的通過根據權利要求l中的系統以及利用 所述系統的設備實現。優選的實施方式在從屬權利要求中4皮露。
因此本發明涉及一種用於測量用於包裝件生產的消毒i殳備中
消毒劑濃度的傳感器系統。該系統包括傳感器，適於設置在消毒氣
體中，用於測量該消毒氣體的濃度；電子處理電^各，用於測定來自 於該傳感器的l餘出，以及i/o單元，用於與處理4空制系統相通信。 本發明的傳感器系統進一步包括高壓電源供應，用於該傳感器才喿 作；第一電極，該第一電極與設置為距其一段距離的第二電極一起 形成電暈間隙(corona gap )。當電壓施力口在該間隙，並且電暈電;充 在該電4及之間流動時，該系統利用該間隙的電特性測量以確定在該 間隙中消毒劑的濃度。
本發明的傳感器系統提供了 一種簡單、價格合理以及可靠的在 線濃度測量。其簡單確保了傳感器系統的堅固耐用。其合理的成本 可使必要時在單個的消毒i殳備中i殳置ft個傳感器，而不顯著影響該 消毒設備的總成本。該測量的可靠性和精確度確保了進行預定程度 的消毒的同時，消^毛最少量的消毒劑的可能性。該傳感器系統確保 了監測單個容器的消毒程度。在一些方面偏離的容器(涉及它們的 消毒劑暴露)可^皮分別標記，並—皮丟棄或留待後續處理。
在一個或多個實施方式中，該系統可包括"沒置於同才羊消毒氣體 中的溫度傳感器。使用溫度傳感器確保了傳感器輸出和環境氣體溫 度的相關性。因為該輸出多少與溫度相關，因此為4青確地得出該消 毒劑的絕對濃度，使用溫度傳感器是必要的。
該第 一 電極也可具有比該第二電極低的電位。該關係被稱作 "負電4立"。為該電暈間隙l吏用負電位已一皮i正明可導致在水和消毒 劑之間的改進的區別，這確保了對消毒劑的改進的測量以及區別水 和消毒劑的可能性。
在一個或多個實施方式中，該系統適於傾4+變4匕(ramp)施加 在該電暈間隙的電壓，並測定所4f的作為電壓函悽t的該電暈間隙的
電特性，以推斷冷凝和/或該傳感器的狀態。消毒劑的冷凝在很多消 毒處理中是 一 個關鍵參數。利用本發明的用於該測量的傳感器系 統，可高度精確及高速率地確定冷凝的發生(例如，實際露點)。 電壓的傾斜變化還可4全查該電暈間隙的狀態，並由此自動地傳送狀
態信息至控制系統。通過該方式，該傳感器系統的維護可針對單個 的應用特別進行，從而降低了維護成本。
在一個或多個實施方式中，該第一電才及具有尖端頭的形式，並 且該第二電極提供了 一種保護結構，優選地以大致上U形環或圓頂 形的形式。利用周圍保護該電極的結構作為4妻地點，可減少該傳感 器中部件的數量。另外，繞電極的較少的材料增加了該電極周圍氣 體的流動，這改進了精確度，同時不顯著影響消毒氣體的氣流。由
於基本上相同的原因， <吏用u形環也減少了存在於消毒劑中的化學 穩定劑在該環繞結構上的堆積。該第二電極還可具有L的形式(相 比普通的火花塞的電極)。
在一個或多個實施方式中，該第一電才及、第二電才及和溫度傳感 器(當存在時)可通過普通的絕緣體引導，該絕緣體優選地由陶瓷 材料構成。使用普通的絕緣體確保了傳感器的簡單和堅固耐用。使 用陶瓷材料從多個方面看都是合適的。例如，陶瓷是一種優良的電 絕緣體、耐受性強、並且符合高衛生標準。其他潛在的材料包括玻 璃，聚合物等。
在本發明的一個實施方式中，提供了一種用於包裝件消毒處理 的設備，所述設備包括一種獨創的傳感器系統。該用於包裝件消毒 處理的設備可進一步包括使某個包裝件、包裝件組、或者包裝材料 巻材的一部分與施加在該特定包裝件、包裝件組或者包裝材料巻材 的 一部分上的消毒劑濃度相關的裝置。該後續特徵實施了 一種對本 發明的傳感器系統有益的特徵。它使該消毒處理時間上更有效率、 更加節省成本並且更加可靠。這些後續的處理的例子包括，但不局
限於，容器或容器組的物理標記、記錄濃度測量到預定的容器標識，等。
總的來說，利用本發明系統的消毒設備可受益於所有與本發明 的傳感器系統有關的優點。
本發明還涉及一種用於測量用於包裝件生產的消毒設備中消 毒劑濃度的傳感器。所述傳感器適於設置在消毒氣體中，用於測量 該消毒氣體的濃度。該傳感器的特徵在於它包括第一電才及，該第一 電極與設置為距其一段距離的第二電極一起形成電暈間隙，該兩個 電才及連4妻到電壓電源供應，以及當電壓施力口在該間隙、並且電暈電 流在該電才及之間流動時，該系統利用該間隙的電特性測量，以確定 在該間隙中消毒劑的濃度。


圖1是第一容器消毒設備的透視圖，部分被切去；
圖2是第二容器消毒設備的剖面側視圖2和圖3中的設備在先已經存在；
圖3是關於電暈釋放原理的說明性略圖4是顯示電暈電流測量原理的電路框圖5是顯示出實驗結果的圖表；
圖6是電暈電流作為電暈電位函數的圖表，分別在該電暈電極 上冷凝以及不冷凝；
圖7是在本發明的一個實施方式中4吏用的濃度傳感器的剖面透 視圖，其設置於管道中。
具體實施例方式
在集中討論本發明的傳感器系統之前，以下參考圖3，簡要討 i侖電暈電流測量的一些原理性方面。
圖3是顯示電暈釋放原理的說明性略圖。第一電極101設置為 距連接到地電位的第二電極102 —段距離，兩個電極一起形成電暈 間隙。在該實施例中，It kV的正電位施加到該電4及，/人而形成電 場，由電場線110表示。帶來的結果是，自由電子111開始在施力口 的電場中運動，從而形成電流或電暈電流。當電子接近電極IOI時， 它們會加速到與中性分子112的碰撞將產生更多自由電子的程度， 々。此反覆。這種雪崩,爻應會》文大該電暈電流。
上述處5裡中的馬區動力為電才及101、 102之間電4立的相^寸差，並 且上述或以下實施例中為第二電極102使用地電位不應當從限制的 意義上理解。用語"正電位，，是指上述情況，其中第一電極101具 有比第二電極102高的電位，但它們可以在該限定內，同時為負、 同時為正、或者各為正負。
如果離子，尤其是帶負電的離子113,存在於電暈間隙中，它 們會p及收石並才童電子111, 乂人而消除一些雪崩分支，並在電暈電;克中 產生可標i己及可測量的減少。
施加在電暈間隙上的電壓產生通過電暈間隙的電暈電流，,人而 可賦予該間隙電阻性、導電性和其它電特性。以下參考圖4,解釋 了一種實驗性的設置。
該電才及， 一種尖的金屬端頭101，由開口的金屬罩體102環繞。 該罩體102設計為允許氣體自由通過，並且設計為保護該尖端頭IOI 免受機械破壞。端頭101優選地通過無孔陶瓷絕緣體103,與其周 圍(包括金屬罩體102)電絕緣。罩體102通常可通過電導線200 連接到地電位。該組件i殳置於氣體104 (例如溼空氣)中，在該氣 體104中，期望獲得過氧化氫蒸汽的濃度。
由穩定的電源202產生的高直流電壓(典型地3-8kV)通過電 導線201和電阻105施加到端頭101。該電壓足以在該金屬端頭101 的自由端產生穩定的電暈釋放106,通過測量流經它的電流，可得 出該電暈釋》丈106的大小，該電流可義人在電阻105產生的壓降107 計算得出。觀察發現該電流的大小，以及由此導致的壓降107,大 約與過氧化氫的濃度成反比。有多種用於測量高壓電^各中部件(例 如電暈間隙)電特性(對應於電暈電流、電暈導電性等)的才支術， jt匕處不再"^細"i寸i侖。
與上述的原理性討論相關，過氧化氫氣體是帶負電的，這意味 著分子具有捕獲自由電子的趨勢。當被引入到電暈間隙中時，過氧 化氫分子將會作為電子清除劑，捕獲通過電暈間隙產生電流的自由 電子。因為相比電子，分子具有很大的質量，因此它們會有效地降 低電流。該電流的降低(或者電阻的增加)是可測量的，並且與間 隙中的過氧化氫濃度成正比。在過氧化氫的分解過程中，形成羥基 自由基團，它們甚至是更強的電子清除劑。最終，這些種類會有效 i也固定電子，並由jt匕降〗氐電暈電流。
在涉及包裝件消毒的實際應用中，與水和穩、定劑相混合的過氧 化氫通常用作過氧化氫源。這意味著在電暈間隙中還存在有水分 子。在有關本發明的觀察中，該存在在評價該傳感器信號時^皮補償。
圖5的圖表顯示了過氧化氫濃度隨時間的實際變化，該濃度變 4匕用白線表示，其由測量電暈電流(由實線表示)而測定。由該圖 可明顯看出電暈電阻(或電流)與過氧化氫濃度的高度相關性，從 而可利用電暈電流作為過氧化氫濃度的測量。測量曲線周圍的多條 線只於應於相7於實際變的+/-10%的間隔。
在利用氣態消毒劑消毒的過程中，露點是重要的。在一些情況 下期望避免消毒劑的冷凝，而在另一些情況下，冷凝是期望的結果。
但在任何情況下，期望對冷凝的發生進行可靠的測量。圖6示意性
地顯示了如何通過電暈電壓/電位和電暈電流之間的相關性，利用本
發明的傳感器系統確定冷凝存在。在圖6中，顯示了兩個曲線。第 一曲線(實線)顯示了不帶有冷;疑的曲線衝羊態。在電暈電位乂人零傾 斜變化並增加的過程中，電暈電流將會為零，直至到達確定的閾值 電位。這對應於顯著的電子產生雪崩開始發生時的電位。在該閾值 後，電暈電流正比於電暈電位增加。第二曲線(虛線)顯示了冷凝 存在於電才及上時的才羊態。這會導致洩漏電流，在圖中明確J也顯示為 在閾值電位以下(偽)電暈電流明確地增加。電位的傾斜變化可容 易地操作。
該傳感器系統多功能的另 一 個示例為其操作可被持續或以固 定的間隔進行監測。這可通過例如監測基於天到天的閾值電位。隨 著電極的損耗，閾值電位將會改變，這使在不拆除傳感器的情況下 進行維護或置換成為可能。監測該操作的另一種方式是如在露點測 量中一樣傾存牛變化該電壓，或,人負電位到正電位傾斜變化該電壓。
在消毒處理中，消毒劑的濃度可能緩慢變化或者不變化。電暈 電流的突發峰點表示一種物理對象已撞擊到濃度傳感器。因為物理 對象在消毒處理中不期望出現，因此該信息對於處理控制是重要的。
在傳感器系統中使用的傳感器300的 一個實施方式以下將會參 考圖7進4亍說明，其中傳感器300i殳置在管道310中，在該管道310
中過氧化氬的濃度將一皮測量。
傳感器300包括第一電極301,其為尖金屬端頭的形式，以及 第二電才及302,其為U形環303的形式。該環303還在處理和-使用 中保護第 一 電極301 。第 一 電極301和U形環302設置於絕緣體303 中，該絕緣體303由電絕緣材料製成。當為特定目的用於消毒設備 時，絕緣體303需由符合現存標準的材料製成，例如涉及食品處理 的衛生標準。已證明可候選的材料種類的示例為陶瓷、玻璃或聚合 物。在該顯示的示例中，絕緣體303包括陶乾材料。陶資絕緣體303 進而設置於套管311中，套管311優選地由不4秀鋼製成。傳感器還 可包括溫度傳感器312,其為熱電偶形式。需要精確的溫度測量以 精確測量濃度，因此優選使用原位測量。套管311 一皮裝入管道310 的開口 ，並且密封元件(圖未示)可被設置於周緣凹槽313中，從 而當該套管311的凸鄉彖通過緊固套環314朝向管道310壓迫時，密 封該開口，緊固套環314旋入到管道310。
有限種類的材料可理論上適合於傳感器的作用部分(通常是電 才及301、 302)。該初3+不應一皮過氧4^氫降角竿，也不應降解過氧化氫。 這些材料的示例包括不鏽鋼和鋁，但數種其它材料也是可能的。實 際應用中，對於測量物質的合適的傳感器應答可比第二標準、甚至 第一標準更為重要。另外，電才及可包4舌多種才才津+,例如由一種材泮牛 形成芯，並塗敷另一種材料。
在實際應用中，該傳感器系統設置在消毒設備中。在如圖1所 示的設備l的情形，消毒劑被噴射到單個的容器內，傳感器大致位 於管道中，該管道導引消毒劑到噴射孔13。在如圖2所示的設備 21的情形，帶有消毒處理室29和加熱室37，傳感器大致i殳置於加 熱室37中的合適位置。在濃度測量過程中傳感器300由帶有可變 輸出的高壓電源進行供電。來自於傳感器的信號在微處理器中進行 處理，在該樣i處理器中該電暈間隙相關的電特性一皮得出。該樣i處理 器與處理控制單元相通信，在該處理控制單元中， 一艮據濃度測量， 決定採耳又何種^亍為。這些^亍為包4舌，4旦不限於，^!亭止處理、增加消 毒劑的量、減少消毒劑的量、標記出不充分消毒或過量消毒的容器 等。
在後附權利要求中引用的標號僅用於解釋性的目的，而不應理 解為限制該權利要求的範圍。
權利要求
1.一種用於測量用於包裝件生產的消毒設備中消毒劑濃度的傳感器系統，所述系統包括傳感器(300)，其適於設置在消毒氣體中，用於測量該消毒氣體的濃度；電子處理電路，其用於測定來自於該傳感器(300)的輸出，其中該傳感器系統進一步包括I/O單元，用於與處理控制系統相通信；其特徵在於，該傳感器系統包括用於操作該傳感器的高壓電源供應，第一電極(301)，該第一電極(301)與設置為距其一段距離的第二電極(302)一起形成電暈間隙，以及當電壓施加在該間隙並且電暈電流在該電極(301、302)之間流動時，該系統利用該間隙的電特性測量，以確定在該間隙中消毒劑的濃度。
2. 根據權利要求1所述的傳感器系統，進一步包括設置於該相同 消毒氣體中的溫度傳感器(312)。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的傳感器系統，其中該第 一電 極(301)具有比該第二電極低的電位。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的傳感器系統，其中該系統適 於傾斜變化施加在該電暈間隙上的電壓，並測定所得的作為電 壓函悽t的該電暈間隙的電特性，以4#斷冷;疑和/或該傳感器(300)的狀態。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的傳感器系統，其中該第 一 電才及(301 )具有尖端頭的形式，並且該第二電才及(302 ) ^是供一 種J呆護結構，該4呆護結構伊二選;也為大致上U形環或圓頂形。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的傳感器系統，其中該第 一 電 極(301)、該第二電極(302 )以及，當存在時，溫度傳感器(312)通過普通絕緣體(303 )引導，該絕緣體(303 )優選 地由陶瓷材並+構成。
7. —種用於包裝件消毒處理的設備，其包括根據前述權利要求中 ^f壬 一 項所述的傳感器系統。
8. 根據權利要求7所述的設備，進一步包括使某個包裝件、某包 裝件組、或者包裝材料巻材的一部分與施加在該特定包裝件、 包裝件組或者包裝材料巻材的 一部分上的消毒劑濃度相關的裝置。
9. 一種用於測量用於包裝件生產的消毒i殳備中消毒劑濃度的傳 感器，所述傳感器適於設置在消毒氣體中，用於測量該消毒氣 體的濃度，其特^正在於，該傳感器包4舌第一電才及(301 )，該第一電 極(301 )與設置為距其一段距離的第二電極(302 ) —起形成 電暈間隙，該兩個電才及連4姿到電壓電源供應，以及當電壓施加 在該間隙並且電暈電流在該電才及(301、 302 )之間流動時，通 過該間隙的電特性測量，確定在該間隙中消毒劑的濃度。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量用於包裝件生產的消毒設備中消毒劑濃度的傳感器系統，該系統包括傳感器(300)，適於設置在消毒氣體中，用於測量該消毒氣體的濃度；電子處理電路，用於測定來自於該傳感器(300)的輸出，其中該傳感器系統進一步包括I/O單元，用於與處理控制系統相通信。該傳感器系統進一步包括用於操作該傳感器的高壓電源供應，第一電極(301)，該第一電極(301)與設置為距其一段距離的第二電極(302)一起形成電暈間隙。當電壓施加在該間隙，並且電暈電流在該電極(301、302)之間流動時，該系統利用該間隙的電特性測量，以確定在該間隙中消毒劑的濃度。本發明還涉及一種傳感器。
文檔編號G01N27/68GK101349674SQ20071016552
公開日2009年1月21日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年7月19日
發明者佩爾·奧蘭德斯, 安東尼·格勞澤, 安德斯·彼得松, 託爾比約恩·羅森勒夫, 愛德華·科爾比 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務有限公司