[发明专利]粘度计和使用这种粘度计确定流体中成分浓度的方法

说明书

提出了一种用于在线确定流体粘度的粘度计，其具有驱动装置和测量装置，测量装置包括测量壳体以及测量室，测量室中设置有具有磁作用芯的转子，驱动装置包括驱动壳体，定子布置在驱动壳体中，定子作为电磁旋转驱动装置与转子协作，定子具有多个线圈芯，并且每个线圈芯承载至少一个集中绕组，定子被设计为轴承和驱动定子，转子能够在操作状态下无接触地围绕轴向方向被磁驱动，并且转子能够通过轴承和驱动定子无接触地相对于定子被磁悬浮，并且其中，在驱动壳体中还设置有控制装置。测量装置被设计成插入到驱动装置中，使得线圈芯的端面围绕转子的磁作用芯布置，测量壳体能够可拆卸地连接到驱动壳体。此外，提出了一种用于确定流体中成分浓度的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于在线确定流体粘度的粘度计、一种用于这种粘度计的一次性使用装置、以及一种根据相应类别的独立专利权利要求的前序部分的用于确定流体中成分浓度的方法。

背景技术

流体的粘度通常是流体内部摩擦的量度，并且在许多情况下是重要的参数，通过该参数可以分析流体的性质或状态。动态粘度通常用字母η表示，其可以认为是流体韧性的一种量度。其SI单位为1泊，其对应于0.1 Pa·s。除了动态粘度之外，根据流体密度标准化的运动粘度（通常由字母ν表示）也经常被用作流体的特性。因此，运动粘度是流体的动态粘度和密度的商。在本申请的框架内，根据通常的用法，术语“粘度”应理解为动态粘度。

对于许多过程，例如在生物技术或制药工业中，经常需要知道或还需要监测流体的粘度，因为粘度的变化对流体的其它特性或参数有相当大的影响。例如，考虑到在细胞培养液中生产蛋白质或其他生物物质的生物反应器，细胞培养液的粘度取决于许多因素，诸如温度、细胞密度或细胞培养液中蛋白质的浓度。相反，关于蛋白质浓度的结论（例如免疫球蛋白浓度或一般的细胞外蛋白质浓度）可以从实际粘度中得出，如果需要，加上其他参数。取决于过程，这种信息也可以作为过程监测中的停止标准，例如，如果细胞培养液中的毒素浓度变得过高。

对于这种生物技术过程，还特别期望粘度的确定或监测可以在线进行，即在过程本身中进行。以这种方式，可以避免非常耗时的定期采集流体样本以及随后的离线地粘度确定。

在许多应用中确定粘度的另一个重要标准是测量的准确性或可靠性。

在EP-A-1 284 415中，公开了一种粘度计，其使得能够非常准确地确定粘度，由此也使得能够在线测量粘度。根据EP-A-1 284 415的粘度计包括带有定子的电旋转驱动器，该定子具有定子绕组和可在流体中旋转的转子。在操作状态下，转子可以被驱动以无接触地磁性旋转，并且可以相对于定子无接触地磁悬浮。例如，这是通过根据无轴承马达的原理设计电磁旋转驱动装置来实现的。由于转子在其粘度有待确定的流体中旋转，因此驱动旋转所需的转矩取决于流体的粘度。

一个重要的方面是转子的无接触悬浮和无接触驱动，因为这意味着没有轴承摩擦等形式的损失。转子与旋转驱动器的其余部分、特别是与定子完全机械分离。因此，用于转子在流体中旋转的电驱动功率基本上仅取决于流体的粘度。如果转子在操作期间不提供或仅提供可忽略不计的小液压动力（泵送动力），则转矩产生所需的电流仅取决于内部摩擦，并因此取决于流体的粘度。因此，流体的粘度可以由产生驱动转子旋转的转矩所需的电流和转子的旋转速度（旋转频率）来确定。

如果转子的液压动力是可忽略地小的，则在转子的恒定旋转频率下，流体的粘度与产生转矩的电流成正比。

如果转子的液压动力不可忽略，则它可以通过例如流量测量和对所产生的压差的测量来确定。然后从电驱动功率中减去液压动力，并且然后可以从剩余的功率中确定流体的粘度。

特别地，如果电磁旋转驱动器是根据无轴承马达的原理设计的，则借助于磁旋转场和场定向驱动控制（矢量控制）来进行操作。在这种情况下，可以以简单的方式确定转矩产生电流。

尽管在EP-A-1 284 415中公开的粘度计已经在实践中证明了它自己是非常好的，但是仍然有改进的空间。