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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für einen elektrochemischen Sensor, einen elektrochemischen Sensor mit der erfindungsgemäßen Schaltung, eine Sensorgruppe mit mehreren erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensoren und ein Verfahren zur Messung einer Impedanz von mindestens einem Messkanal des elektrochemischen Sensors.
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In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Diese Messgrößen können beispielsweise mittels elektrochemischer Sensoren erfasst und/oder überwacht werden, wie zum Beispiel potentiometrische, amperometrische, voltammetrische oder coulometrische Sensoren, oder auch Leitfähigkeitssensoren, welche allesamt an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Elektrochemische Sensoren sind häufig in Form von Messsonden mit einem Eintauchbereich zum Eintauchen der Messsonde in das jeweilige Messmedium ausgeführt. Eine Elektronikeinheit, welche beispielsweise zusammen mit dem Sensor oder auch räumlich davon getrennt, angeordnet sein kann, dient ferner der Signalspeisung, -erfassung und/oder -auswertung mittels einer elektrischen Schaltung. Die Elektronikeinheit kann außerdem mit einer übergeordneten Einheit, beispielsweise einem Messumformer, einem Computer oder einem Prozessleitsystem verbunden werden.
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Möchte ein Benutzer eine Impedanzmessung des Messkanals oder der Messkanäle des elektrochemischen Sensors durchführen, so muss ein vorbestimmtes Wechselsignal an einer Elektrode des Sensorkopfs des elektrochemischen Sensors eingespeist werden und das an einer zweiten Elektrode ausgegebene Wechselsignal ausgewertet werden. Bekannte elektrische Schaltungen eines elektrochemischen Sensors benötigen jedoch zum Einspeisen des vorbestimmten Wechselsignals in die Elektrode des Sensorkopfs eine separate Leitung und separate Schaltungsteile. Dies bringt einen komplizierten Schaltungsaufbau für die elektrische Schaltung des elektrochemischen Sensors mit sich, vor allem, wenn die Impedanzen verschiedener Messkanäle des elektrochemischen Sensors über mehrere Elektroden, wie dies zum Beispiel bei kombinierten pH-/Redox-Sensoren der Fall ist, gemessen werden sollen.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung vorzuschlagen, die vielseitig einsetzbar ist und einen einfachen Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße elektronische Schaltung gemäß Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung für einen elektrochemischen Sensor umfasst:
- - einen ersten Schaltungspunkt, der dazu geeignet ist, mit einer ersten Elektrode des elektrochemischen Sensors verbunden zu sein,
- - einen zweiten Schaltungspunkt, der dazu geeignet ist, mit einer zweiten Elektrode des elektrochemischen Sensors verbunden zu sein,
- - einen Schaltungsbezugspunkt,
- - mindestens einen ersten Analog-Digital-Wandler mit einem ersten Analogeingang und mit einem ersten Digitalausgang, wobei der erste Analogeingang mit dem ersten Schaltungspunkt verbunden ist,
- - einen ersten Kondensator der zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem Schaltungsbezugspunkt verbunden ist.
Die elektronische Schaltung weist des Weiteren einen Digital-Analog-Wandler mit einem Analogausgang auf, wobei der Analogausgang mit dem zweiten Schaltungspunkt verbunden ist und dazu geeignet ist, ein analoges Wechselstromsignal auszugeben, wobei die Elektronische Schaltung des Weiteren eine mit dem ersten Analog-Digital-Wandler und mit dem Digital-Analog-Wandler verbundene Steuereinheit umfasst.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung ist es, durch das Verwenden des Digital-Analog-Wandlers im elektrochemischen Sensor Platz einzusparen.
Ebenso ist es dank des Digital-Analog-Wandlers möglich, auf separate Einspeiseleitungen oder zusätzliche Bauteile zur Impedanzmessung zu verzichten, wodurch die Impedanzmessung vereinfacht wird. Falls beim elektrochemischen Sensor mehrere Messkanäle vorhanden sind, kann für alle Messkanäle ein gemeinsames Signal erzeugt und über die zweite Elektrode in die jeweiligen Messkanäle eingespeist werden.
Des Weiteren ermöglicht die elektronische Schaltung die Verwendung von gleichstromfreien Signalen zur Impedanzmessung, wie beispielsweise ein Sinussignal.
Außerdem werden durch die erfindungsgemäße elektronische Schaltung Polarisationseffekte bei den elektrochemischen Messzellen und/oder Elektroden verhindert.
Auch ermöglicht die erfindungsgemäße elektronische Schaltung das Verwenden eines analogen Prüfsignals mit variabler Amplitude und variabler Frequenz in Abhängigkeit der jeweiligen zu prüfenden Impedanz des jeweiligen Messkanals. Die elektronische Schaltung ermöglicht die Änderung des analogen Prüfsignals während des Betriebs des elektrochemischen Sensors. Die elektronische Schaltung erlaubt auch die Verwendung von Frequenz- und Amplituden-gemischten Signalen, explizit bei Anschluss mehrerer Messkanäle mit zum Beispiel jeweils stark unterschiedlicher Impedanz. Die elektronische Schaltung erlaubt auch eine kontinuierliche Messung der Impedanz der Messkanäle, parallel zur Erfassung des eigentlichen Messwerts des Messkanals, z.B. eines pH-Werts.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der erste Analog-Digital-Wandler einen zweiten Analogeingang und einen zweiten Digitalausgang auf, wobei der zweite Analogeingang mit dem zweiten Schaltungspunkt verbunden ist und der zweite Digitalausgang mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei der erste Analog-Digital-Wandler dazu geeignet ist, ein zweites Digitalsignal am zweiten Digitalausgang auszugeben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektronische Schaltung des Weiteren einen zweiten Analog-Digital-Wandler mit einem Analogeingang und mit einem Digitalausgang auf, wobei der Analogeingang mit dem zweiten Schaltungspunkt verbunden ist und der Digitalausgang mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei der zweite Analog-Digital-Wandler dazu geeignet ist, ein zweites Digitalsignal am Digitalausgang auszugeben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das zweite Digitalsignal auszuwerten und abhängig vom zweiten Digitalsignal das erste Digitalsignal zu korrigieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Signalverstärker zwischen dem Analogausgang des Digital-Analog-Wandlers und dem zweiten Schaltungspunkt angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektronische Schaltung des Weiteren einen dritten Schaltungspunkt auf, der dazu geeignet ist, mit einer dritten Elektrode des elektrochemischen Sensors verbunden zu sein,
wobei die elektronische Schaltung des Weiteren einen zweiten Kondensator aufweist, welcher zwischen dem dritten Schaltungspunkt und dem Schaltungsbezugspunkt verbunden ist,
wobei der erste Analog-Digital-Wandler einen mit dem dritten Schaltungspunkt verbundenen dritten Analogeingang und einen mit der Steuereinheit verbundenen dritten Digitalausgang aufweist, wobei der dritte Digitalausgang dazu geeignet ist, ein drittes digitales Wechselstromsignal auszugeben.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren einen elektrochemischen Sensor gemäß Anspruch 3.
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Der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor umfasst:
- - mindestens zwei Elektroden, welche eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfassen,
- - eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung, wobei die erste Elektrode mit dem ersten Schaltungspunkt der elektronischen Schaltung verbunden ist und die zweite Elektrode mit dem zweiten Schaltungspunkt der elektronischen Schaltung verbunden ist.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Sensorgruppe gemäß Anspruch 4.
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Die erfindungsgemäße Sensorgruppe umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße elektrochemische Sensoren, wobei jeder elektrochemische Sensor eine mit allen elektrochemischen Sensoren der Sensorgruppe gemeinsame zweite Elektrode hat.
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Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor gemäß Anspruch 5.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen von mindestens einem elektrochemischen Sensor nach Anspruch 3,
- - Erzeugen eines ersten digitalen Wechselstromsignals durch die Steuereinheit,
- - Ausgeben des ersten digitalen Wechselstromsignals an den Digitaleingang des Digital-Analog-Wandlers,
- - Wandeln des ersten digitalen Wechselstromsignals in ein analoges Wechselstromsignal durch den Digital-Analog-Wandler,
- - Ausgeben eines analogen Wechselstromsignals an die zweite Elektrode über den zweiten Schaltungspunkt durch den Digital-Analog-Wandler,
- - Messen des analogen Wechselstromsignals an der ersten Elektrode über den ersten Schaltungspunkt am ersten Analogeingang des ersten Analog-Digital-Wandlers,
- - Wandeln des am ersten Analogeingang gemessenen analogen Wechselstromsignals in ein zweites digitales Wechselstromsignal,
- - Ausgeben des zweiten digitalen Wechselstromsignals an die Steuereinheit, und
- - Ermitteln einer Impedanz des durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode gebildeten ersten Messkanal des elektrochemischen Sensors durch die Steuereinheit, basierend auf dem ersten digitalen Wechselstromsignal und dem zweiten digitalen Wechselstromsignal und einem bekannten Impedanzwert des ersten Kondensators.
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Gemäß einer Ausführungsform werden nach dem Ausgeben eines analogen Wechselstromsignals an die zweite Elektrode folgende weitere Schritte ausgeführt:
- - Messen des analogen Wechselstromsignals an der dritten Elektrode über den dritten Analogeingang des Analog-Digital-Wandlers,
- - Wandeln des am dritten Analogeingang gemessenen analogen Wechselstromsignals in ein drittes digitales Wechselstromsignal,
- - Ausgeben des dritten digitalen Wechselstromsignals an die Steuereinheit, und
- - Ermitteln einer Impedanz des durch die dritte Elektrode und die zweite Elektrode gebildeten zweiten Messkanal durch die Steuereinheit, basierend auf dem ersten digitalen Wechselstromsignal und dem dritten digitalen Wechselstromsignal und einem bekannten Impedanzwert des zweiten Kondensators.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das erste digitale Wechselstromsignal durch die Steuereinheit auf ein Steuersignal moduliert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird beim Ermitteln der Impedanz durch die Steuereinheit des ersten digitalen Wechselstromsignals und des zweiten digitalen Wechselstromsignals eine Phasenverschiebung und/oder eine Amplitudenänderung zwischen dem ersten digitalen Wechselstromsignal und dem zweiten digitalen Wechselstromsignal untersucht.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- - 1: einen elektrochemischen Sensor mit der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung,
- - 2: eine alternative Ausführungsform der elektronischen Schaltung gemäß 1,
- - 3: einen alternativen elektrochemischen Sensor mit einer schematisch dargestellten alternativen elektronischen Schaltung und
- - 4: eine Sensorgruppe mit zwei elektrochemischen Sensoren gemäß 1.
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1 zeigt einen elektrochemischen Sensor 17 mit einer elektronischen Schaltung 1 und einem Sensorkopf 21. Der Sensorkopf 21 umfasst zwei Elektroden 3, 5. In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensorkopf 21 auch mehr als zwei Elektroden umfassen. Die elektronische Schaltung 1 weist einen ersten Schaltungspunkt 2 auf, der mit einer ersten Elektrode 3 des Sensorkopfs 21 des elektrochemischen Sensors 17 verbunden ist. Die erste Elektrode 3 ist eine sogenannte Messelektrode.
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Des Weiteren weist die elektronische Schaltung 1 einen zweiten Schaltungspunkt 4 auf, der mit einer zweiten Elektrode 5 des Sensorkopfs 21 des elektrochemischen Sensors 17 verbunden ist. Die zweite Elektrode 5 ist eine sogenannte Referenzelektrode.
Die elektronische Schaltung 1 hat einen Schaltungsbezugspunkt 6, der als Masse ausgestaltet ist. Alternativ kann der Schaltungsbezugspunkt 6 auch ein bestimmtes Potential aufweisen.
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Der Sensorkopf 21 ist zum Beispiel dazu geeignet, ein erstes Spannungspotential an der ersten Elektrode 3 auszugeben und ein zweites Spannungspotential an der zweiten Elektrode 5 auszugeben. Das erste Spannungspotential ist zum Beispiel ein Messpotential, welches abhängig von einem pH-Wert eines Messmedium, in welchem sich der Sensorkopf 21 befindet, ist. Das zweite Spannungspotential ist zum Beispiel ein Referenzpotential.
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Die elektronische Schaltung 1 weist mindestens einen ersten Analog-Digital-Wandler 7 mit einem ersten Analogeingang 8 und mit einem ersten Digitalausgang 9 auf. Der erste Analog-Digital-Wandler 7 ist mit dem Schaltungsbezugspunkt 6 verbunden. Der erste Analogeingang 8 ist mit dem ersten Schaltungspunkt 2 verbunden.
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Die elektronische Schaltung 1 weist des Weiteren einen Digital-Analog-Wandler 10 mit einem Digitaleingang und einem Analogausgang 11 auf. Der Analogausgang 11 ist mit dem zweiten Schaltungspunkt 4 verbunden.
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Die elektronische Schaltung 1 weist des Weiteren eine Steuereinheit 12 auf, die mit dem ersten Digitalausgang 9 des ersten Analog-Digital-Wandler 7 und dem Digitaleingang des Digital-Analog-Wandlers 10 verbunden ist. Die Steuereinheit 12 ist dazu geeignet, den Digital-Analog-Wandler 10 zu steuern. Wie die Steuereinheit 12 den Digital-Analog-Wandler 10 steuert, wird später genauer erläutert.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der erste Analog-Digital-Wandler 7 einen zweiten Analogeingang 13 und einen zweiten Digitalausgang 14 auf. Der zweite Analogeingang 13 ist mit dem zweiten Schaltungspunkt 4 verbunden und der zweite Digitalausgang 14 ist mit der Steuereinheit 12 verbunden. Der in 1 gezeigte erste Analog-Digital-Wandler 7 ist zum Beispiel ein differenzieller Analog-Digital-Wandler.
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Die elektronische Schaltung 1 gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform weist einen ersten Signalverstärker 16 zwischen dem Analogausgang 11 des Digital-Analog-Wandlers 10 und dem zweiten Schaltungspunkt 4 auf. Der erste Signalverstärker 16 ermöglicht das Verringern des Ausgangswiderstands der Schaltung am zweiten Schaltungspunkt 4.
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Die elektronische Schaltung 1 gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform weist einen ersten Kondensator 19 auf. Der erste Kondensator 19 ist zwischen dem ersten Schaltungspunkt 2 und dem Schaltungsbezugspunkt 6 verbunden. Der erste Kondensator 19 ist dazu geeignet, einen ausreichend hohen Wechselstromfluss zu ermöglichen.
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Die Kapazität des ersten Kondensators 19 ist bekannt, sie beträgt zum Beispiel zwischen 100 pF und 1 µF. Der erste Kondensators 19 ist vorzugsweise temperaturunabhängig. Die Kapazität des ersten Kondensators 19 bleibt vorzugsweise auch über viele Jahre hinweg konstant. Dank des ersten Kondensators 19 wird ein Stromfluss durch den Messkanal möglich. Dieser Stromfluss bewirkt eine Phasenverschiebung und Amplitudenänderung. Der Kondensator 18 ermöglicht des Weiteren eine Gleichstromfreiheit am ersten Analogeingang 8 des Analog-Digital-Wandlers 7.
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2 zeigt eine elektronische Schaltung 1', welche eine alternative Ausführungsform zur in 1 dargestellten elektronischen Schaltung 1 ist. Die Bauteile der elektronischen Schaltung 1', welche mit der elektronischen Schaltung 1 identisch sind, wurden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zur in 1 gezeigten elektronischen Schaltung 1, weist die elektronische Schaltung 1' einen zweiten Analog-Digital-Wandler 15 mit einem Analogeingang 16 und mit einem Digitalausgang 17 auf. Die Funktion dieser alternativen elektronischen Schaltung 1' ist dieselbe, wie die der elektronischen Schaltung 1 der 1. Der Analogeingang 16 des zweiten Analog-Digital-Wandlers 15 ist mit dem zweiten Schaltungspunkt 4 verbunden. Der Digitalausgang 17 ist mit der Steuereinheit 12 verbunden. In dieser Ausführungsform weist der erste Analog-Digital-Wandler 7 keinen zweiten Analogeingang 13 und keinen zweiten Digitalausgang 14 auf. Diese Ausführungsform eignet sich vor allem dann, wenn der erste Analog-Digital-Wandler 7 nicht geeignet ist, gleichzeitig verschiedene Analogsignale in verschiedene Digitalsignale zu wandeln.
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3 zeigt eine Ausführungsform des elektrochemischen Sensor 17 als kombinierten pH-/Redox-Sensor. Der Sensorkopf 21 ist in ein Messmedium getaucht, um eine physikalische Größe des Messmediums zu messen. Die physikalische Größe kann zum Beispiel der pH-Wert, der Redox-Wert, rH-Wert, ISE-Wert, Ammonium-Wert, Kalium-Wert, etc. des Messmediums sein.
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In 3 weist der elektrochemische Sensor 17 drei Elektroden 3, 5, 22 auf. Die erste Elektrode 3 ist eine Messelektrode, zum Bestimmen des pH-Wertes des Messmediums. Die zweite Elektrode 5 dient als Referenzelektrode den elektrochemischen Sensor 17. Die dritte Elektrode 22 dient zum Bestimmen des Reduktions-/Oxidations-Standardpotential des Messmediums. Die erste Elektrode 3 ist mit dem ersten Schaltungspunkt 2 der elektronischen Schaltung 1" verbunden und die zweite Elektrode 5 ist mit dem zweiten Schaltungspunkt 4 der elektronischen Schaltung 1" verbunden und die dritte Elektrode 22 ist mit einem dritten Schaltungspunkt 23 verbunden. In dieser Ausführungsform ist der dritte Schaltungspunkt 23 mit einem dritten Analogeingang 24 des ersten Analog-Digital-Wandlers 7 verbunden.
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Ein zweiter Kondensator 26 ist zwischen dem dritten Schaltungspunkt 23 und dem Schaltungsbezugspunktes 6 angeordnet. Ebenso ist ein dritter Signalverstärker 27 zwischen dem dritten Schaltungspunkt 23 und dem dritten Analogeingang 24 des ersten Analog-Digital-Wandlers 7 angeordnet.
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Der erste Analog-Digital-Wandler 7 weist einen dritten Digitalausgang 25 auf und ist dazu geeignet, ein Analogsignal auf dem dritten Analogeingang in ein Digitalsignal zu wandeln und auf dem Digitalausgang an die Steuereinheit auszugeben. So lassen sich mit einer kompakten Schaltung mehrere Messelektroden gleichzeitig auswerten.
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Selbstverständlich kann der elektrochemische Sensor 17 mehr als drei Elektroden aufweisen. In diesem Fall weist die elektronische Schaltung 1" für jede Elektrode jeweils einen Schaltungspunkt auf, der mit der jeweiligen Elektrode verbunden ist. Der Analog-Digital-Wandler 7 weist in diesem Fall ebenso für jeden zusätzlichen Schaltungspunkt einen zusätzlichen mit dem jeweiligen Schaltungspunkt verbundenen Analogeingang und einen dem jeweiligen Analogeingang entsprechenden und jeweils mit der Steuereinheit 12 verbundenen Digitalausgang auf. In diesem Fall ist auch an jedem Schaltungspunkt ein Kondensator und ein Signalverstärker, wie oben bezüglich des zweiten Kondensators 26 und des dritten Signalverstärkers 27 beschrieben, angeordnet.
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Die mehr als drei Elektroden können auch durch verschiedene Sensorköpfe bereitgestellt werden. Ebenso ist es möglich, anstatt eines Analog-Digital-Wandlers mit mehreren Eingängen für jeden zusätzlichen Schaltungseingang einen individuellen Analog-Digital-Wandler zu verwenden.
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4 zeigt eine Sensorgruppe 18 mit zwei erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensoren 17, 17'. Die ersten Schaltungspunkte 2 jedes elektrochemischen Sensors 17, 17' sind mit verschiedenen ersten Elektroden 3, 3', welche jeweils eine sogenannte Messelektrode ausbilden, von verschiedenen Sensorköpfen 21, 21' verbunden. Die zweiten Schaltungspunkte 4 jedes elektrochemischen Sensors 17, 17' sind mit derselben zweiten Elektrode 5, eine sogenannte Referenzelektrode, eines der verschiedenen Sensorköpfe 21, 21' verbunden. Die Sensorgruppe 18 ermöglicht, dass verschiedene physikalische Größen eines Messmediums gleichzeitig ausgewertet werden können.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 beschrieben.
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Zuerst wird der elektrochemische Sensor 17 bereitgestellt. Zum Messen der Impedanz eines Messkanals des elektrochemischen Sensors 17 ist der Sensorkopf 21 des elektrochemischen Sensors 17, wie in den 1 bis 4 gezeigt, in ein Messmedium eingetaucht. Ein Messkanal wird durch zwei Elektroden des elektrochemischen Sensors 17 definiert. Der elektrochemische Sensor 17 ist zum Beispiel dazu eingerichtet, den pH-Wert und/oder den Redox-Wert des Messmediums zu messen.
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Dann wird ein erstes digitales Wechselstromsignal DW1 durch die Steuereinheit 12 erzeugt (siehe 1). Das erste digitale Wechselstromsignal DW1 wird dann an den Digitaleingang des Digital-Analog-Wandlers 10 ausgegeben. Der Digital-Analog-Wandler 10 wandelt dann das erste digitale Wechselstromsignal DW1 in ein analoges Wechselstromsignal AW um und gibt das analoge Wechselstromsignal AW an die zweite Elektrode 5 aus. Der erste Analog-Digital-Wandler 7 misst das analoge Wechselstromsignal AW an der ersten Elektrode 3 über den ersten Schaltungspunkt 2 am ersten Analogeingang 8 des ersten Analog-Digital-Wandlers 7. Anschließend wandelt der erste Analog-Digital-Wandler 7 das analoge Wechselstromsignal AW in ein zweites digitales Wechselstromsignal DW2. Der erste Analog-Digital-Wandler 7 gibt das zweite digitale Wechselstromsignal DW2 an die Steuereinheit 12 aus.
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Die Steuereinheit 12 ermittelt dann eine Impedanz des durch die erste Elektrode 5 und die zweite Elektrode 3 gebildeten ersten Messkanals des elektrochemischen Sensors 17, basierend auf dem ersten digitalen Wechselstromsignal DW1 und dem zweiten digitalen Wechselstromsignal DW2 und einem bekannten Impedanzwert des ersten Kondensators 19.
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Beim Ermitteln der Impedanz durch die Steuereinheit 12 des ersten digitalen Wechselstromsignals DW1 und des zweiten digitalen Wechselstromsignals DW2 wird eine Phasenverschiebung und/oder eine Amplitudenänderung zwischen dem ersten digitalen Wechselstromsignal DW1 und dem zweiten digitalen Wechselstromsignal DW2 untersucht. Somit kann von der Steuereinheit 12 ermittelt werden, inwiefern das ursprüngliche erste digitale Wechselstromsignal DW1 durch die Komponenten des jeweiligen Messkanals beeinflusst wurde.
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Falls die Impedanzen von weiteren Messkanälen mit jeweils zugeordneten Kondensatoren durch die Steuereinheit 12 ermittelt werden, so werden diese selbstverständlich basierend auf dem ersten digitalen Wechselstromsignal DW1 und dem jeweils weiteren digitalen Wechselstromsignal des entsprechenden Messkanals sowie des Impedanzwerts des dem Messkanals zugeordneten Kondensators ermittelt.
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Wie in 3 dargestellt, kann der elektrochemische Sensor 17 zum Beispiel eine dritte Elektrode 22 aufweisen und der Analog-Digital-Wandler 7 einen mit der dritten Elektrode 22 verbundenen dritten Analogeingang und einen dritten Digitalausgang aufweisen. Dann kann das Verfahren zur Messung der Impedanz nach dem Ausgeben eines analogen Wechselstromsignals AW an die zweite Elektrode 5 folgende weitere Schritte aufweisen:
- Zuerst wird das analoge Wechselstromsignal AW an der dritten Elektrode 22 über den dritten Analogeingang des Analog-Digital-Wandlers 7 gemessen. Dann wird das am dritten Analogeingang gemessene analoge Wechselstromsignal AW in ein drittes digitales Wechselstromsignal DW3 durch den Analog-Digital-Wandler 7 gewandelt. Anschließend wird das dritte digitale Wechselstromsignal DW3 an die Steuereinheit 12 ausgegeben. Schließlich wird eine Impedanz des durch die dritte Elektrode 22 und die zweite Elektrode 3 gebildeten zweiten Messkanal durch die Steuereinheit 12, basierend auf dem ersten digitalen Wechselstromsignal DW1 und dem dritten digitalen Wechselstromsignal DW3 sowie einem bekannten Impedanzwert des zweiten Kondensators 26 ermittelt.
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Ein Beispiel eines elektrochemischen Sensors 17 mit drei Elektroden ist ein pH-Redox-Kombi-Sensor.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 können entsprechend angewendet werden, wenn der elektrochemische Sensor 17 mehr als drei Elektroden aufweist, zum Beispiel bei einem ISE-Sensor mit bis zu fünf Messkanälen. In diesem Fall weist der Analog-Digital-Wandler 7 für jeden Messkanal einen Analogeingang und Digitalausgang auf, welcher mit der entsprechenden Elektrode des ISE-Sensors verbunden ist. Die Steuereinheit ist mit jedem der Digitalausgänge des Analog-Digital-Wandlers 7 verbunden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 können ebenso angewendet werden, wenn beim Schritt des Bereitstellens von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 mindestens zwei elektrochemische Sensoren 17, 17' bereitgestellt werden und alle der mindestens zwei elektrochemischen Sensoren 17, 17' eine gemeinsame zweite Elektrode 5 aufweisen.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 kann die ermittelte Impedanz an eine Anzeigeeinheit 28 ausgegeben werden. Dies ermöglicht einem Benutzer das komfortable Ablesen der Impedanz jedes Messkanals.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Messen einer Impedanz eines Messkanals von mindestens einem elektrochemischen Sensor 17 kann das erste digitale Wechselstromsignal DW1 durch die Steuereinheit 12 auf ein Steuersignal ST moduliert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Steuersignal ST zum Beispiel zum Einstellen eines Referenzpotentials an der zweiten Elektrode 5 verwendet wird. Somit kann gleichzeitig das Referenzpotential eingestellt werden und eine Impedanzmessung durchgeführt werden.
