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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer pH-Messsonde
mit einer pH-Elektrode und einer Referenzelektrode und mit einem
diese umgebenden Gehäuse,
das wenigstens teilweise mit einem Referenzelektrolyt gefüllt ist
und das einen Gehäusehohlkörper und
einen Gehäuseabschlusskörper, durch
den flüssigkeitsdicht
je ein Anschlusselement der pH-Elektrode
und der Referenzelektrode durchgeführt ist, aufweist.
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Die
Erfindung ist auf dem Gebiet der Messtechnik anwendbar und zwar
bei der Messung von Ladungsträgerkonzentrationen
in Flüssigkeiten
oder an Festkörpern.
Insbesondere findet die Erfindung Anwendung bei der Messung eines
pH-Wertes und bei der Herstellung einer Messsonde für eine derartige
Messung.
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Als
pH-Wert wird der negative dekadische Logarithmus der H+-Ionenkonzentration
(Protonenkonzentration) in einer Flüssigkeit bezeichnet. Diese Wasserstoffionenkonzentration
lässt sich
durch Zugabe von Basen oder Säuren
zu Wasser in weiten Grenzen verändern.
Der pH-Messwert gibt Aufschluss über
die Stärke
der Säure
beziehungsweise Base.
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Der
pH-Wert kann außer
durch bekannte chemisch sensitive Farbindikatoren auch potentiometrisch
gemessen werden. Es sind verschiedene Standardelektroden bekannt,
deren Elektrodenspannung gegenüber
einer Bezugselektrode unter dem Einfluss einer Messsubstanz in einen
gemessenen pH-Wert umgerechnet werden kann.
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Eine
bekannte labortechnisch angewandte Elektrode ist beispielsweise
die Wasserstoffelektrode. In der Praxis hat sich dagegen die sogenannte Glaselektrode
wegen ihrer Robustheit weithin bewährt. Eine derartige Glaselektrode
weist prinzipiell einen Glasbehälter
auf, dessen Glasaußenwand
als Membrane ausgebildet ist und der in seinen Inneren einen ersten
Elektrolyten enthält.
In diesem ersten Elektrolyten befindet sich die sogenannte Mess-
oder Ableitelektrode, im folgenden pH-Elektrode genannt, deren Potential
gegenüber
einer Bezugselektrode, im folgenden Referenzelektrode genannt, gemessen wird.
Die Referenzelektrode liegt außerhalb
des Glasbehälters
in einen zweiten Elektrolyten eingebettet, der mit der Glasmembran
einerseits und mit der zu vermessenden Substanz über ein Diaphragma andererseits
in Verbindung steht.
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Das
Diaphragma muss so gewählt
werden, dass einerseits die Messsubstanz in diesem Bereich mit dem
zweiten Elektrolyten in Verbindung treten kann, dass andererseits
der zweite Elektrolyt durch das Diaphragma nicht zur Gänze austritt.
Ist der zweite Elektrolyt leicht flüssig, so muss darauf geachtet
werden, dass er durch das Diaphragma nicht ausfließt. Das
Diaphragma kann dann als poröse
Membran ausgebildet sein. Bei schwerflüssigen beziehungsweise gel-artigen
Elektrolyten ist dieses Problem verringert und solche Elektroden
können
auch in verschiedenen Messpositionen eingesetzt werden, ohne dass
der zweite Elektrolyt austritt. Das Diaphragma kann dann größere Öffnungen
aufweisen oder als Öffnung
ausgebildet sein.
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Aus
der US-Patentschrift 2002027074 ist eine Messsonde zur Messung von
pH-Werten bekannt, die eine pH-Elektrode, eine Bezugselektrode und
einen zweiten Elektrolyten in Form eines Gels aufweist. Der zweite
Elektrolyt ist in einem Behälter angeordnet,
der ein Diaphragma in Form einer Öffnung aufweist, an der der
gel-artige Elektrolyt nach außen
mit einer Messsubstanz in Kontakt treten kann. Die pH-Elektrode
ist ein ionensensitiver Feldeffekttransistor. Die Messsonde kann
beispielsweise zur Messung des pH-Wertes von Reiskörnern genutzt
werden, um deren Alter zu bestimmen.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0922955 ist eine Messsonde bekannt mit einer
ionenselektiven Glaselektrode, die ebenfalls mit einem Feldeffekttransistor
gekoppelt ist.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift 19857953 ist ebenfalls eine pH-Messsonde
bekannt, bei der das Potential der pH-Elektrode mittels eines ionensensitiven
Feldeffekttransistors verarbeitet wird. Dort steht ein Elektrolyt
mittels eines Diaphragmas mit einer Messflüssigkeit in Verbindung.
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Bei
pH-Messsonden der eingangs genannten Art besteht das Problem, dass
sie einerseits im Bereich ihrer Messspitze die Kommunikation mit
dem zu vermessenden Medium erlauben müssen, das bedeutet beispielsweise
das Eindringen einer zu vermessenden Säure oder zumindest den Austausch über eine
kleine Kommunikationsöffnung
oder ein Diaphragma, so dass die zu vermessende Flüssigkeit Einfluss
auf die pH-Elektrode und die in der Messsonde vorhandenen Elektrolyten
nehmen und somit die elektrischen Verhältnisse in der Messsonde entsprechend
den zu vermessenden Eigenschaften ändern kann.
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An
dem der Messspitze abgewandten Ende werden dann die elektrischen
Größen einer
angeschlossenen oder anschließbaren
Messelektronik durch Anschlusselemente zugeführt. An diesem Ende der pH-Messsonde
muss diese jedoch abgedichtet sein, so dass von den verwendeten
Elektrolyten nichts austreten kann, um einerseits die Messelektronik
nicht zu beschädigen
und andererseits keinen Verlust an Elektrolyten zu erleiden.
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Aus
diesem Grunde wurden verschiedene Aufbauten einer derartigen pH-Messsonde
entwickelt, die jeweils eine dichte Durchführung der Anschlüsse durch
den Gehäuseabschlusskörper durch Einkleben
oder Abdichten mittels O-Ringen erlaubten. Derartige Aufbauten sind
jedoch aufwendig und können
verschiedene Probleme aufwerfen wie beispielsweise die Haltbarkeit
eines Klebers oder die Lebensdauer von Elastomer-Dichtungen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion
einer pH-Messsonde der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer derartigen pH-Messsonde anzugeben, die Herstellungsaufwand
und Kosten reduzieren und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit garantieren.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Messonde
nach Anspruch 10 gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird bezüglich
des Verfahrens zur Herstellung der pH-Messsonde im einzelnen dadurch
gelöst,
dass bei der Herstellung des Gehäuseabschlusskörpers die
Anschlusselemente der pH-Elektrode und der Referenzelektrode mit
diesem vergossen werden.
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Durch
den Verguss der Anschlusselemente mit dem Material des Gehäuseabschlusskörpers wird in
diesem Bereich eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung
geschaffen und gleichzeitig werden die Anschlusselemente festgelegt.
Hierzu ist bei dem Gussvorgang eine Positionierung und Fixierung
der Anschlusselemente notwendig. Gleichzeitig ergibt sich als Vorteil
hierbei, dass die Anschlusselemente an der Außenseite der Messsonde an vorbestimmten Stellen
des Gehäuseabschlusskörpers vorgesehen werden
können
und dass Verbindungselemente beispielsweise in Form von Steckern
vorbereitet werden können,
die auf die definierte Positionierung der Anschlusselemente hin
vorbereitet werden können.
Die Anschlusselemente können
im Gehäuseinneren
später
auch die pH-Elektrode und/oder die Bezugselektrode halten und positionieren,
so dass durch die Fixierung der Anschlusselemente in dem Gehäuseabschlusskörper auch
die Positionierung der Elektroden in der Messsonde vorherbestimmbar
ist. Die Herstellung des Gehäuseabschlusskörpers auf
die beschriebene Weise ist insbesondere bei hohen Stückzahlen
im Spritzgussverfahren selbst mit Einlegen der Anschlusselemente äußerst kostengünstig.
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Als
Material für
den Gehäuseabschlusskörper kommen übliche Spritzgussmaterialien
wie beispielsweise SAN, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisat (ABS), Polycarbonat
(PC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyphenylensulfid (PPS)
oder Polyarylamid (PAA) in Frage.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann vorsehen, dass zunächst
eine Gussform hergestellt wird, die danach unter Einfügung der
Anschlusselemente zur Bildung des Gehäuseabschlusskörpers vergossen
wird, wobei die Gussform einen Teil des Gehäuseabschlusskörpers bildet.
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In
diesem Fall wird zunächst
eine Gussform hergestellt, in die die Anschlusselemente beispielsweise
in vorgefertigten Aufnahmen einlegbar sind, um sie bei dem nachfolgenden
Vergussprozess einfach und zuverlässig zu positionieren. Danach wird
in einem zweiten Schritt das Innere der Gussform mit einem Vergusswerkstoff
gefüllt,
so dass insgesamt ein einstückiges
Gussteil entsteht, das die Gussform als Teil enthält. Auf
diese Weise ist ein einfacher Herstellungsprozess für den Gehäuseabschlusskörper definiert.
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Es
kann dabei auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Gussform als
Gusskörper
hergestellt wird, wobei in die Gussform ein Edelstahlrohr eingegossen
wird, welches sich zum Gehäuseinneren
hin erstreckt.
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Auf
diese Weise wird zusätzlich
zu den Anschlusselementen ein Edelstahlrohr in dem Gehäuseabschlusskörper fixiert,
der im Normalfall später zur
Aufnahme eines Temperatursensors dienen kann.
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Die
Herstellung der Gussform als Gusskörper stellt eine sehr einfache
und kostengünstige
Methode dar. Beispielsweise kann die Gussform aus demselben Vergusswerkstoff
hergestellt sein, mit dem im zweiten Vergussschritt die Gussform
zur Bildung des Gehäuseabschlusskörpers gefüllt wird.
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Es
kann jedoch alternativ vorgesehen werden, dass gleichzeitig mit
den Anschlusselementen ein Edelstahlrohr mit vergossen wird, das
sich von dem Gehäuseabschlusskörper zum
Gehäuseinneren erstreckt.
In diesem Fall ergibt sich nur ein einziger Vergussschritt, was
den Gesamtaufwand bei der Herstellung des Gehäuseabschlusskörpers senkt. Dabei
sind mehrere Elemente bei diesem Vergussschritt zuverlässig zu
positionieren, um die gewünschte
Gesamtstruktur der Anschlusselemente und des Edelstahlrohrs zu erzielen.
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Gleichzeitig
mit dem Edelstahlrohr kann vorteilhaft wenigstens ein Anschlusselement
für einen Temperatursensor
vergossen sein. Dabei kann das Edelstahlrohr an seiner dem Gehäuseinneren
der Messsonde zugewandten Ende verschlossen sein, so dass hierdurch
mit dem Eingießen
des Edelstahlrohrs in den Gehäuseabschlusskörper eine
Dichtung gegenüber
dem Gehäuseinneren
sichergestellt ist. In diesem Fall müssen die Anschlusselemente
für den Temperatursensor
nicht dicht mit dem Gehäuseabschlusskörper vergossen
werden.
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Es
kann weiterhin vorgesehen werden, dass bei der Herstellung des Gehäuseabschlusskörpers auf
dessen dem Gehäuseinneren
zugewandten Seite eine Aufnahme für ein die pH-Elektrode aufnehmendes
Glasrohr angeformt wird. Da die Glaselektrode eine kostengünstige und
besonders einfache Standardelektrode darstellt, wird sie vorteilhaft
bei einer preisgünstigen
(low-cost) pH-Messsonde
verwendet und umgibt die pH-Elektrode unter Zwischenlage eines Elektrolyten.
Das Glasrohr ist dabei im Normalfall gegenüber dem Gehäuseinneren der pH-Messsonde abgeschlossen,
um ein Austreten des Elektrolyten aus dem Glasrohr zu vermeiden.
Vorteilhaft wird das Glasrohr mit seinem offenen Ende in den Gehäuseabschlusskörper so
eingesetzt, dass das Anschlusselement der pH-Elektrode in das Innere
des Glasrohrs hineinragt und dass dort die pH-Elektrode eingesetzt
werden kann. Die Aufnahme für
das Glasrohr sollte so gestaltet sein, dass das Glasrohr unter gleichzeitiger
Abdichtung gegenüber
dem Gehäuseinneren
der Messsonde dort einsetzbar ist. Es handelt sich deshalb bei der
Aufnahme bevorzugt um eine zylindrische Sackbohrung, sofern das
Glasrohr im Querschnitt rund ausgebildet ist.
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Es
kann außerdem
bei der Herstellung des Gehäuseabschlusskörpers an
dessen Umfang ein umlaufender Vorsprung angeformt werden, wobei
in einem späteren
Schritt der Gehäusehohlkörper derart
auf den Gehäuseabschlusskörper aufgeschoben wird,
dass ein umlaufender Rand des Gehäusehohlkörpers an dem Vorsprung des
Gehäuseabschlusskörpers, insbesondere
unter Zwischenlage eines Dichtmittels, dichtet.
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Auf
diese Weise kann nach dem Fertigstellen des Innenaufbaus der pH-Messsonde
und dem Befüllen
des Gehäusehohlkörpers mit
dem Referenzelektrolyten durch Aufschieben des Gehäusehohlkörpers auf
den Gehäuseabschlusskörper die
pH-Messsonde einfach zusammengesetzt und fixiert werden. Als Dichtmittel
kann entweder ein O-Ring oder eine ähnliche Elastomerdichtung oder
auch ein Kleber vorgesehen sein.
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Die
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, wird bezüglich einer
pH-Messsonde mit einer pH-Elektrode und einer Referenzelektrode und
mit einem diese umgebenden Gehäuse,
das wenigstens teilweise mit einem Referenzelektrolyt gefüllt ist
und das einen Gehäusehohlkörper und
einen Gehäuseabschlusskörper, durch
den flüssigkeitsdicht
je ein Anschlusselement der pH-Elektrode und der Referenzelektrode
durchgeführt
ist, aufweist, dadurch gelöst,
dass der Gehäuseabschlusskörper ein Gusskörper ist,
der insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellt ist und in den
Anschlusselemente für
die pH-Elektrode und die Referenzelektrode und insbesondere auch
für einen
Temperatursensor eingegossen sind.
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Ein
vorteilhafter Aufbau des Gehäuseabschlusskörpers sieht
vor, dass in den Gehäuseabschlusskörper ein
Edelstahlrohr zur Aufnahme des Temperatursensors eingegossen ist.
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Ein
besonders einfacher Aufbau der pH-Messsonde sieht vor, dass die
Anschlusselemente der Elektroden als Verlängerungen der Elektroden ausgebildet
sind.
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In
diesem Fall sind beispielsweise beide Elektroden, also sowohl die
pH-Elektrode als auch die Referenzelektrode als Silberdraht oder
als chlorierter Silberdraht ausgebildet und so lang, dass sie von
dem Gebäudeabschlusskörper, in
dem sie eingegossen sind, ausreichend weit in das Gehäuseinnere der
Messsonde hineinragen. Hierdurch wird eine Kontaktierung der Elektroden
mit den Anschlusselementen eingespart.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Anschlusselemente der Elektroden und insbesondere des Temperatursensors
auf der dem Gehäuseinneren
abgewandten Seite des Gehäuseabschlusskörpers Anschlussstifte
bilden, die mittels eines Steckerelementes kontaktierbar sind.
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Auf
diese Weise werden auf der dem Gehäuseinneren abgewandten Seite
des Gehäuseabschlusskörpers keine
weiteren Elemente benötigt, um
die Kontaktierung mit einem Steckerelement zu ermöglichen
und so die Verbindung zu der Mess- und Auswerteelektronik zu schaffen.
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Es
kann jedoch alternativ vorgesehen werden, die Anschlusselemente
des Temperatursensors gesondert in einen Anschlussflansch einzugießen, welcher
in den Gehäuseabschlusskörper einsetzbar ist.
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Wenn
das Edelstahlrohr bereits dicht in den Gehäuseabschlusskörper eingesetzt
ist, dann ist hierdurch ein dichter Abschluss erreicht, so dass
der in das Innere des Edelstahl rohrs hineinragende oder dort positionierte
Temperatursensor ohne eine gas- oder flüssigkeitsdichte Durchführung kontaktierbar ist.
Dennoch kann in besonders einfacher Herstellungsart ein spritzgegossener
Anschlussflansch vorgesehen sein, der die Anschlusselemente des
Temperatursensors positioniert und in den Gehäuseabschlusskörper einsetzbar
ist.
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Es
kann zum Einsparen eines Anschlusselementes auch vorgesehen sein,
dass ein Anschlusselement einer Elektrode mit einem der Anschlusselemente
des Temperatursensors identisch ist.
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Da
die Messung der Temperatur und die pH-Messung elektrisch unabhängig voneinander
erfolgen und da jeweils nur Potential-Unterschiede gemessen werden, kann eines
der Anschlusselemente gemeinsam genutzt werden. Es werden dann nur
drei Anschlusselemente im ganzen benötigt, die durch den Gehäuseabschlusskörper dicht
durchgeführt sein
müssen.
Dies kann in diesem speziellen Fall zum Beispiel auch dadurch gewährleistet
sein, dass der Anschlussflansch, in den die Anschlusselemente des
Temperatursensors eingegossen sind, gasdicht in den Gehäuseabschlusskörper einsetzbar
ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
Anschlusskabel für
eine pH-Messsonde mit Anschlussleitern für die Elektroden und den Temperatursensor,
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2 eine
Gussform für
einen Gehäuseabschlusskörper mit
integriertem Edelstahlrohr,
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3 eine
Zusammenschau der Gegenstände
aus den 1 und 2,
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4 den
Gehäuseabschlusskörper in
vergossener Form mit eingegossenem Anschlusskabelende,
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5 die
Anordnung aus 4, wobei die Aufnahme für das Glasrohr
vorbereitet ist,
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6 die
Konstellation aus der 5, wobei das Glasrohr in die
Aufnahme eingebracht ist,
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7 die
Konstellation aus der 6 mit dargestelltem Temperatursensor
und einem aufgeschobenen Gehäusehohlkörper,
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8 die
pH-Messsonde mit einem aufgeschobenen Gehäuseüberwurf,
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9 eine
pH-Elektrode,
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10 einen
Gehäuseabschlusskörper für eine Low-Cost-Version einer pH-Messsonde,
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11 einen
Gehäuseflansch,
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12 den
Gehäuseflansch
aus der 11 mit angeschlossenen Anschlusselementen
des Temperatursensors sowie einen mit einem Messelektrolyten gefüllten Glasrohr,
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13 den
Zusammenbau der Gegenstände
aus den 9–12,
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14 zusätzlich einen
Gehäusehohlkörper, der
auf den Gehäuseabschlusskörper aufschiebbar ist,
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15 den
Gehäuseabschlusskörper mit aufgeschobenem
und fixierten Gehäusehohlkörper, welcher
mit dem Referenzelektrolyten gefüllt
ist,
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16 die
fertige pH-Messsonde mit einem Steckerelement zum Anschluss einer
Mess- und Auswerteelektronik, und
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17 schematisch
das pH-Messgerät
im Ganzen mit einer Auswerteeinrichtung.
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In 1 ist
ein Anschlusskabel für
eine pH-Messsonde dargestellt, die nach links zu einer nicht näher dargestellten
Auswerteeinheit führt.
Das Anschlusskabel weist eine Kabelummantelung 100 auf,
aus der die Anschlusselemente endseitig herausragen. Dabei sind
zum Anschluss eines Temperatursensors die Anschlusselemente 101 und 102 vorgesehen,
während
ein erster Silberdraht 103 das Anschlusselement für die pH-Elektrode und ein
zweiter Silberdraht 104 das Anschlusselement für die Referenzelektrode
bildet.
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Das
Anschlusselement 102 für
den Temperatursensor und das Anschlusselement 102 für die Referenzelektrode
sind elektrisch miteinander verbunden, so dass in dem Anschlusskabel
nur drei voneinander getrennte elektrische Leiter geführt werden müssen.
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In 2 ist
eine Gussform 105 aus einem Spritzgusswerkstoff, beispielsweise
SAN, Acrylnitril-Butadien-Styrol- Polymerisat
(ABS), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyphenylensulfid
(PPS) oder Polyarylamid (PAA) dargestellt. Die Gussform 105 weist
eine Aufnahme 106 auf, in die die Anschlusselemente 101, 102, 103 und 104 sowie
das Ende des Anschlusskabels mit der Kabelummantelung 100 einführbar sind.
Die Gussform 105 weist außerdem ein eingegossenes Edelstahlrohr 107 sowie
Durchführungsöffnungen 108, 109 für die pH-Elektrode
und die Referenzelektrode auf. Das Edelstahlrohr 107 ist
mittels einer Krempe 110 in der Gussform 105 verankert
und an seinem nicht dargestellten Ende hermetisch verschlossen.
Die Gussform 105 ist unter Einlage des Edelstahlrohres 107 in einer
Spritzgussform durch Spritzgießen
hergestellt.
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Die 3 zeigt
in einer Zusammenschau das Anschlusskabel mit seiner Kabelummantelung 100 während des
Einführens
in die Aufnahme 106 der Gussform 105, wobei die
pH-Elektrode 103 und die Referenzelektrode 104 durch
die entsprechenden Öffnungen 108, 109 hindurchragen.
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In 4 ist
dargestellt, dass das Ende des Anschlusskabels sowie die Anschlusselemente 101, 102, 103, 104 in
der Gussform 105 mittels eines Vergusswerkstoffs 111,
der mit dem Werkstoff der Gussform 105 identisch sein kann,
zu einem Gehäuseabschlusskörper 105, 111, 112 vergossen
sind. Mittels des Vergusswerksstoffs 111 sind auch sämtliche Öffnungen
der Gussform 105 hermetisch verschlossen und die Anschlusselemente 101, 102, 103, 104 festgelegt.
Als Vergussmaterial 111 können grundsätzlich auch Thermoplaste oder
Epoxidharze verwendet werden.
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In 5 ist
der nächste
Verfahrensschritt dargestellt, wobei zunächst der Knickschutz 113 des Anschlusskabels
bis zu dem Gehäuseabschlusskörper 112 aufgeschoben
ist. Andererseits ist dargestellt, dass die Aufnahme 114 für das Glasrohr
in Form einer zylindrischen Sackbohrung für das Einbringen des Glasrohrs 115 vorbereitet
ist. In diese Aufnahme 114 ragt die pH-Elektrode 103 hinein,
die später
im Inneren des Glasrohres 115 positioniert ist. Der Grund
der Aufnahme 114 wird mit einem Dichtmittel, beispielsweise
einem Moosgummi 117 gemäß 6 gefüllt, auf
das der Rand 116 des Glasrohrs 115 dichtend aufgesetzt
werden kann. Vorher ist das Glasrohr 115 mit einem Referenzelektrolyten
zu füllen,
der im Normalfall flüssig
oder gel-artig ist. Das Glasrohr wird zusätzlich mittels eines Harzes
in der Aufnahme verklebt. Durch eine Porosität des Glasrohrs 115 zumindest
in dem Bereich nahe seinem dem Gehäuseabschlusskörper abgewandten
Ende kann der in dem Glasrohr befindliche Elektrolyt mit einem Referenzelektrolyten
und der zu vermessenden Substanz kommunizieren.
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In 7 ist
zusätzlich
der Temperatursensor 118 in Form eines NTC-Widerstandes
(Negative Temperature Coefficient) dargestellt, der mittels der beiden
Anschlusselemente 101, 102 kontaktiert ist. Im
Bereich der Spitze 119, die das Edelstahlrohr 107 abschließt, ist
vorteilhaft eine Wärmeleitpaste
vorgesehen, in die der NTC-Widerstand 118 eingebettet ist,
so dass eine schnelle Temperaturanpassung des NTC-Widerstandes an
die Temperatur des zu vermessenden Mediums möglich ist.
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Außerdem ist
der 7 ein auf den Gehäuseabschlusskörper 112 aufgeschobener
Gehäusehohlkörper 120 zu
entnehmen, der an dem umlaufenden Rand 121 des Gehäuseabschlusskörpers 112 mittels
einer O-Ringdichtung 122 abgedichtet ist. Das Innere des
Gehäusehohlkörpers 120 ist
mit einem in der Figur nicht dargestellten gel-artigen Referenzelektrolyten,
beispielsweise in Form eines Polymerprotolyten gefüllt.
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In 8 ist
mit einem Außengewinde 123 am äußeren Umfang
des Gehäusehohlkörpers 120 ein Überwurf 124 verschraubt,
der dem Gehäusehohlkörper 120 gegen
den Gehäuseabschlusskörper 112 drückt und
der auch den Knickschutz 113 an die pH-Messsonde presst. Der Überwurf 124 kann vorteilhafter
Weise als Spritzgussteil hergestellt sein.
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Das
Glasrohr 115 mit der pH-Elektrode 103 ragt durch
eine Öffnung 125 am
vorderen Ende des Gehäusehohlkörpers 120 hindurch,
ebenso wie die Spitze des Edelstahlrohres 107 mit dem Temperatursensor 118.
Auf diese Weise können
die Membran am Ende des Glasrohres 115 und der Temperatursensor 118 mit
der zu vermessenden Substanz beim Einbringen der pH-Messsonde kommunizieren.
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Es
ist anzumerken, dass in den 5 – 8 die
Referenz- elektrode 104 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt
wurde. Sie ist jedoch nichtsdestoweniger Bestandteil des Aufbaus der
pH-Messsonde. In den 9-16 ist
eine besonders einfach aufgebaute low-cost pH-Messsonde dargestellt.
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In 9 ist
ein chlorierter Silberdraht 203 dargestellt, der später die
pH-Elektrode bildet und der in eine vergoldete Hülse 300 eingeführt und
mit der Hülse 300 an
deren Ende 301 verlötet
oder verquetscht ist. Die Hülse 300 bildet
somit das Anschlusselement der pH-Elektrode 203. In 10 wird
die pH-Elektrode 203 gemeinsam mit der Hülse 300 und der
Referenzelektrode 204 sowie dem Edelstahlrohr 207 in
einen Gehäuseabschlusskörper 212 in
einem einzigen Vergussschritt eingegossen. Dies geschieht am günstigsten
im Spritzgussverfahren. Dabei bleibt ein Aufnahmeraum 206 frei,
in den ein Anschluss element 303 der Referenzelektrode 204 hineinragt.
Der Aufnahmeraum 206 ist direkt mit der Öffnung des Edelstahlrohres 207 verbunden.
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11 zeigt
einen Anschlussflansch 304, in den Anschlussstifte 305, 306 eingegossen
sind. Diese Anschlussstifte 305, 306 werden mit
Anschlusselementen 201, 202 des Temperatursensors 218 mittels
Löten verbunden.
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Die 12 zeigt
einerseits den Anschlussflansch 304 mit den angeschlossenen
Anschlusselementen, andererseits das mit einem Elektrolyten 307 gefüllte Glasrohr 215.
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In 13 ist
der fertig konfektionierte Gehäuseabschlusskörper 212 dargestellt,
wobei der Anschlussflansch 304 gasdicht eingeklebt ist
und an den Anschlussstift 305 sowohl das Anschlusselement 201 des
Temperatursensors 218 als auch das Anschlusselement 303 der
Referenzelektrode 204 angeschlossen ist. Außerdem ist
das Glasrohr 215 in die Aufnahme 214 des Gehäuseabschlusskörpers 212 eingeführt und
dort mittels eines Harzes eingeklebt.
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Die 14 zeigt
die in der 13 dargestellte Konstellation
mit einem aufgeschobenen Gehäusehohlkörper 220.
Dieser weist eine Ausbuchtung 308 für das Ende des Edelstahlrohrs 207 sowie
eine Öffnung 309 zum
Durchtritt der Spitze des Glasrohres 215 auf.
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In 15 ist
der Gehäusehohlkörper 220 vollständig auf
den Gehäuseabschlusskörper 212 aufgeschoben
und auf dem Rand 221 verklebt. Das Gehäuseinnere des Gehäusehohlkörpers 220 ist
wenigstens in seinem vorderen, den Messspitzen zugewandten, Bereich
mit einem Referenzelektrolyten, beispielsweise in Form eines Protolytpolymers 310 gefüllt.
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16 zeigt
einen Verbindungsstutzen 311, an dem die pH-Messsonde mittels
eines zweiten Überwurfs 312 und
eines Gewindes 313 unter Zwischenlage einer Elastomerdichtung 314 verbunden ist.
Im Inneren des Stutzens 311 ist ein Steckerelement 315 mit
mehreren federnden Kontakten 316, 317, 318 dargestellt,
mittels dessen die Anschlusselemente der Elektroden und des Temperatursensors kontaktiert
sind.
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In 17 ist
dargestellt, wie die pH-Messsonde aus der 16 mit
einer Mess- und Anzeigeelektronik verbunden ist. Einerseits sind
die Anschlusselemente des Temperatursensors mit einer Temperturauswerteeinrichtung 319 verbunden,
die die Temperatur des zu vermessenden Gutes bestimmt und einer
Anzeige 320 zuleitet. Gleichzeitig wird der Temperaturwert
der Einheit 321 zur pH-Bestimmung zugeleitet. Diese Einheit 321 empfängt die elektrische
Potentialdifferenz der pH-Elektrode und der Referenzelektrode und
bestimmt hieraus unter Berücksichtigung
der Temperatur einen pH-Wert, der ebenfalls der Anzeigeeinheit 320 zugeleitet
wird.