DE1598401B2

DE1598401B2 - Geraet zur anzeige der konzentration eines anteils eines gasgemisches, beruhend auf der eigenschwingungsaenderung eines piezoelektrischen kristalls

Info

Publication number: DE1598401B2
Application number: DE19661598401
Authority: DE
Inventors: William H Florham Park NJ Kingjun (V St A )
Original assignee: Esso Research and Engineering Co, Elizabeth, NJ (V St A )
Priority date: 1965-07-29
Filing date: 1966-07-28
Publication date: 1973-07-05
Also published as: DE1598401C3; US3478573A; DE1598401A1; CH479965A

Description

35

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Anzeige der Konzentration eines Anteils eines Gasgemisches, beruhend auf dem Nachweis und/oder der Messung der von dem Anteil· des Gasgemisches beeinflußten Eigenschwingungsänderung eines piezoelektrischen Kristalls, wobei eine mit einer Anzeigeeinrichtung versehene Hochfrequenzoszillatorschaltung vorgesehen ist, deren frequenzbestimmendes Element ein piezoelektrischer Kristall ist, der in einem mit einer Zuführ- und einer Abführleitung versehenen Gehäuse eingeschlossen und mit einer an seiner Oberfläche angebrachten, mit dem Anteil des Analysengemisches in physikalische oder chemische Wechselwirkung tretenden Reagenzschicht versehen ist, nach Patent 1198 089.

Die Ausnutzung piezoelektrischer Erscheinungen zur selektiven Analyse"von Gasgemischen ist an sich bekannt und wird insbesondere in dem Hauptpatent näher beschrieben. Das Hauptpatent betrifft ein Gerät bzw. einen Analysator und ein Verfahren zur Verwendung desselben für die Bestimmung von Wasser in Brennstoff, Wasser und/oder H₁, bei der Beschickung von Krafterzeugern, Kohlendioxyd bei der Abgas-, Rauchgas- und Kohlenstoffanalyse sowie SO₂ und SO., bei der Schwefelanalyse. Der in dem Hauptpatent beschriebene Analysator ist zwar in den aufgezählten Fällen voll zur Anwendung geeignet, unterliegt jedoch bestimmten Beschränkungen, welche seine Anwendbarkeit begrenzen.

So lag im besonderen der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Analysator zu schaffen, bei welchem eine Temperaturregelung des piezoelektrischen Stoffes auf einfache Weise möglich ist. Darüber hinaus soll er die Verwendung dieses Stoffes bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur gestatten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der piezoelektrische Kristall mit einem angeformten elektrischen Heizelement versehen ist. Vorzugsweise ist dabei das angeformte elektrische Heizelement auf mindestens eine Fläche eines Quarzkristalls aufgebracht. Es können jedoch auch zwei entgegengesetzte Flächen des Kristalls je ein angeformtes Heizelement tragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Heizelement aus Gold.

Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale werden für den Analysator eine Anzahl neuer und praktischer Anwendungsgebiete erschlossen. Beispielsweise können piezoelektrische Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung mit angeformtem Heizelement als Verbrennungsdetektoren, Absorptions-Desorptions-Nachweisgeräte und als Analysatoren von Gasströmen, /-_f z. B. als Wasseranalysator, verwendet werden. . ■ S

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß piezoelektrische Kristalle mit einem angeformten Heizelement und einer Schicht von der im Hauptpatent beschriebenen Art, die für verschiedene Veränderungen der Umgebung empfindlich ist, verschiedene Schwingungsfrequenzen und -Amplituden bei Veränderungen der Umgebung, für welche die Schicht empfindlich ist oder anspricht, ergeben.

Für Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ferner eine erweiterte Verwendbarkeit gegenüber den bekannten Geräten, da sie als Fernanzeiger verwendet werden können. Die erfindungsgemäßen Geräte senden Hochfrequenzsignale aus, welche von einem einfachen Rundfunkempfänger aufgenommen werden können.

Die zu verwendenden piezoelektrischen Kristalle umfassen solche, die, wenn sie einem mechanischen Druck ausgesetzt werden, einen elektrischen Strom erzeugen, während, wenn sie einem elektrischen Strom ausgesetzt werden, mechanisch verformt wer- , den. Es sind viele derartige Kristalle bekannt, wie ( ·· Quarz, Turmalin, Rochellesalze, keramische Massen aus Bariumtitanat, Bleimetaniobate, Bleizirkonat-Bleititanate u. dgl. Quarz ist der am häufigsten verwendete Kristall, jedoch stellt die neuere Entwicklung auf dem Gebiet der keramischen Massen auf Basis von Bariumtitanat einen hohen Anreiz zur Verwendung als piezoelektrische Kristalle dar. Die zu verwendenden piezoelektrischen Kristalle können eine beliebige geeignete geometrische Form haben. Im allgemeinen sind diese Stoffe im wesentlichen oval oder rund, jedoch können auch andere Querschnittsformen, wie Sechsecke, Quadrate und Achtecke verwendet werden.

Die besondere Frequenz, mit welcher der piezoelektrische Kristall schwingt, hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. von der Dicke des Kristalls und, im Falle von Einkristallen, von der besonderen Achse, längs welcher er geschnitten wurde.

Das erfindungsgemäß verwendete angeformte Heizelement ist ein elektrisches Widerstandsheizelement, welches aus einem Material besteht, das einen elektrischen Strom leitet, und infolge des Widerstandes gegen den Stromfluß Wärme erzeugt. Für das Heizelement geeignete elektrisch leitende Materialien sind

beispielsweise Metalle, ζ. B. Gold, Silber, Kupfer, welch letztere für das Anschalten an einen nicht

Platin, Nickel und Aluminium. gezeigten elektrischen Stromkreis dienen, um einen

Das Heizelement kann auf die Oberfläche des ständigen Stromfiuß durch das elektrisch leitende piezoelektrischen Kristalls z.B. durch Aufdampfen Material 2 zu erhalten. Die Zuleitung 14 bildet die unter Vakuum oder durch Ausfällen aus einer Lösung 5 elektrische Verbindung zwischen der Hochfrequenzaufgebracht werden. Die Oberfläche des piezoelek- elektrode an der Rückseite des Kristalls 1 und dem irischen Kristalls kann entweder zusammenhängend Steckstift 16. Die Stifte 15, 16 und 17 werden durch oder mit Unterbrechungen mit dem Heizelement einen Träger 18 aus starrem Isoliermaterial in ihrer bedeckt werden, wie in den Zeichnungen dargestellt. Stellung gehalten. Die Kombination aus dem Heiz-Ein unterbrochener Überzug läßt sich beispielsweise io element 2, den Zuleitungen 12 und 13 und den dadurch erzielen, daß das gewünschte elektrisch Stiften 15 und 17 wird hier als »angeformtes Heizleitende Material und ein anderes Material aufge- element« bezeichnet.

bracht werden, welch letzteres später von der Ober- In F i g. 2 ist die umgekehrte d. h. die Rückseite

fläche ausgelaugt werden kann, oder mittels Vakuum- des Kristalls 1 von F i g. 1 gezeigt, die eine Schicht 19

bedampfung durch eine Abdeckvorrichtung. 15 aus elektrisch leitendem Material trägt. Die Schicht

Im allgemeinen wird das angeformte Heizelement 19 ist durch die Zuleitung 14 und durch den Stift 16

nur auf die eine Seite des piezoelektrischen Kristalls in einen nicht gezeigten Stromkreis geschaltet. Die

aufgebracht. Piezoelektrische Kristalle mit angeform- Kombination aus dem elektrisch leitenden Material

ten Heizelementen auf mehr als einer Oberfläche 19, der Zuleitung 14 und des Stiftes 16 wird hier als

haben jedoch eine besondere Anwendungsmöglich- 20 »Elektrode« bezeichnet. Die Elemente 12, 13, 15, 17

keit. und 18 sind wie vorangehend in Verbindung mit

Außer dem angeformten Heizelement tragen die Fig. 1 beschrieben. Wie ersichtlich, dient bei der piezoelektrischen Kristalle im allgemeinen eine geeig- in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform das nete Metallelektrode. Der piezoelektrische Kristall angeformte Heizelement auch als Hochfrequenzist mit zwei geeigneten Elektroden, z. B. Hoch- 25 elektrode.

frequenzelektroden, versehen, wobei eine dieser In F i g. 3 ist ein piezoelektrischer Kristall 20 mit Hochfrequenzelektroden auch als das angeformte einer im wesentlichen zusammenhängenden Schicht Heizelement dienen kann. Es können auch Ausfüh- 21 aus einem elektrisch leitenden Material dargestellt, rungsformen vorgesehen werden, bei welchen die Die Schicht 21 ist in einen nicht gezeigten elektrischen Hochfrequenzelektroden sich nicht in elektrischem 30 Stromkreis mit Hilfe von Zuleitungen 22 und 24 und Kontakt mit dem piezoelektrischen Kristall befinden. Stiften 25 und 27 geschaltet. Ebenso wie in F i g. 2 Bei einer solchen Ausführungsform wirkt das ange- ist die Schicht auf der Rückseite des piezoelektrischen formte Heizelement nicht als Hochfrequenzelektrode. Kristalls 20 in einen elektrischen Stromkreis mit Hilfe Die Ausbildung und Anordnung der Elektrode bzw. einer Zuleitung 23 und eines Stiftes 26 geschaltet. Elektroden sowie die Merkmale der zugehörigen 35 Die Stifte 25, 26 und 27 werden durch einen starren Schaltung beeinflussen ebenfalls die besondere Fre- Träger 28 in einer festen Stellung gehalten. Ebenso quenz, mit welcher der piezoelektrische Kristall wie in Fig. 1 und 2 wirkt das angeformte Heizschwingt, element auch hier als Elektrode.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird In Fig. 4 ist ein sechseckiger piezoelektrischer

diese nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnun- 40 Kristall 30 dargestellt, der ein elektrisch leitendes

gen näher beschrieben, und zwar zeigt Material 31 trägt, welches in einen nicht gezeigten

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht eines piezo- elektrischen Stromkreis mittels Zuleitungen 32 und 34

elektrischen Quarzkristalls mit einem angeformten und Steckstiften 35 und 37 geschaltet ist. Das nicht

Heizelement, gezeigte elektrisch leitende Material auf der Rück-

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der Rückseite 45 seite des piezoelektrischen Kristalls 30 ist in einen

des in Fig. 1 dargestellten Kristalls, elektrischen Stromkreis mittels einer Zuleitung 33

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht eines piezo- und eines Stiftes 36 geschaltet. Die Stifte 35, 36 und

elektrischen Kristalls mit einem zusammenhängenden 37 werden durch einen Träger 38 in einer starren

Überzug bzw. einer zusammenhängenden Schicht, Stellung gehalten,

die als angeformtes Heizelement dient, 5° In F i g. 5 ist eine elektronische Schaltung gezeigt,

F i g. 4 eine schaubildliche Ansicht eines piezo- die gleichzeitig zum Heizen des angeformten Heizelektrischen Kristalls von sechseckiger Form, elements des piezoelektrischen Kristalls und zur

F i g. 5 eine beispielsweise elektronische Schaltung, Beobachtung von Schwingungsveränderungen ver-

die für die vorliegenden Zwecke verwendet werden wendet werden kann. Bei den nachfolgend beschrie-

kann, 55 benen Beispielen wurde diese Schaltung verwendet,

F i g. 6 eine graphische Darstellung, bei der die obwohl jede herkömmliche Kristalloszillatorschaltung

Frequenz über der prozentualen relativen Feuchtig- für die vorliegenden Zwecke geeignet ist, voraus-

keit eines Gasstromes aufgetragen ist, in welchem gesetzt, daß angemessene Mittel zur Isolierung des

ein Gerät als Wasseranalysator verwendet wird. Hochfrequenzkreises vom Heizkreis vorgesehen sind.

In F i g. 1 ist ein piezoelektrischer Quarzkristall 1 60 Die in F i g. 5 dargestellte Schaltung arbeitet mit der

dargestellt, bei dem ein elektrisch leitendes Material einen Hochfrequenzelektrode auf dem Erdpotential,

oder Heizelement 2 auf einen Teil seiner einen Fläche Der Heizkreis kann daher mit dem Erdpotential

(die zweckmäßig als die Vorderseite bezeichnet wird) betrieben werden, was experimentell sehr bequem ist.

so aufgebracht ist, daß Bereiche 3 auch auf dieser Der Heizstromkreis ist im oberen Teil der F i g. 5

Vorderseite nicht mit dem elektrisch leitenden Mate- 65 dargestellt. Eine Batterie oder eine andere geeignete

rial 2 beschichtet sind. Elektrische Zuleitungen 12 Stromquelle bewirkt einen Stromfluß durch das ange-

und 13 sind mit dem elektrisch leitenden Material 2 formte Heizelement und die dazugehörigen Teile.

. des Kristalls 1 sowie mit Stiften 17 und 15 verbunden, Die Spannung über das angeformte Heizelement am

Widerstände i?₅ und ^
Rückköpplungsspannung
wenn der Strom durch R₅

piezoelektrischen Kristall (ζ. Β. Quarzkristall) und die Stromstärke werden durch ein Voltmeter V und ein Amperemeter A angezeigt. R₁ ist ein Nebenschlußwiderstand zur Einstellung des Bereichs des Amperemeters A. R₂ ist ein Regelwiderstand, der zur Regelung des Stromes dient. C₁ ist ein Frequenzfilterj um den Heizstromkreis auf Erdpotential zu halten. In den folgenden Beispielen werden im Heizstromkreis geeignete Veränderungen vorgenommen, die für den Fachmann aus den Beispielen erkennbar sind;

Der untere Teil der F i g. 5 ist ein Kondensator mit abgestimmtem Anodenkreis zur Erregung der Hochfrequenzelektroden des piezoelektrischen Kristalls. Wenn diese Hochfrequenzelektroderi zur Erde kurzgeschlossen werden, erhält man einen herkömmliehen Oszillator mit abgestimmtem Anodenkreis der frei mit einer Frequenz schwingt, welche hauptsächlich durch die Werte des Oszillätorschwihgkreises G₅ und L₁ bestimmt wird. Nähere Beschreibungen von Oszillatoren mit abgestimmtem Anodenkreis sind iii den meisten Radio-Handbüchern und elektronischen Lehrbüchern enthalten, so daß sich eine solche Beschreibung hier erübrigt: Infolge der Anordnung des piezoelektrischen Kristalls in der Erdrückleitung des Gitterrückkopplungskreises schwingt der Oszillator auf die Frequenz des piezoelektrischen Kristalls oin, wie nachfolgend beschrieben wird;

Die zum Gitter rückführeride Rüekkopplüngsleitung enthält den piezoelektrischen Kristall, den Abstimmkreis L₂ von niedriger Impedanz ürid die

in Reihenschaltung.' Die zum Gitter ist maximal j ₅ und R^ maximal ist: Dies ist der Fäll, wenn die Impedanz des piezoelektrischen Kristalls am niedrigsten ist. Diese' Bedingung wird nahe der Serieriresonahz des piezoelektrischen Kristalls erhalten. Eine Seriehresörianz kann beim Einstellen des Wertes vori L₁ erkannt uiid auf verschiedene Weise erzielt werden·. Beispielsweise zeigt eine Hochfrequeftzsoride, die an dem piezoälektrische'ri Kristall angebracht ist_s einen Mindestweif der Hochfrequehzspaririung, der Gitterstföhi zeigt ein Maximum, und das Hochfreqüenzausgängssignal zeigt ebenfalls ein Maximum. Iii F i g·. 5 ist nur das Gittefstrorh-Meßverfahreri dargestellt. Bei Serienresoriäriz ist die Impedanz des piezoelektrischen Kristalls im wesentlichen gleich derjenigen eines niedriger! Widerstandes mit einem Wert vori mehreren Ohhi. Wenn der piezoelektrische Kristall durch einen Widerstand vom gleichen Wert ersetzt wird, bleibt die Schaltung unbeeinflußt. Diese Sübstitüiefurig würde vorgenommen, um die Werte bei einem dynamischen Verlüstwiderstand zu erhalten; wie in dem folgenden Beispiel II angegeben. Die Belastung bzw": der TfCibSrpegel des piezoelektrischen Kristalls wird auf einen sicheren Pegel mittels eines Potentiometers i?₄ eingestellt, welcher die Gleichspähnürigsspeisurig der Röhre regelt. Die Funktion der arideren Schaltuh'gseleirientö ergibt sich aus F i g. 5-.

Die folgenden Beispiele sollen zur näheren Erläüteriing dienen:

Beispiel I

Ein Quarzkristall riiit eiriefti ärigeför'rriten Heizeleiiierit von der in Verbindung niit F i g. 1 beschrieberien Art wurde hergestellt; inderii zuerst ein Quarzkristall gründlich iri Säure und darin iii einem Ulträsehallbad; das Wässer ürid Ariiriibriiak enthielt, gereinigt. Der Kristall wurde dann in einem fließenden Wasserstrom, dann in Methylalkohol und dann trocknen gelassen. Hierauf wurde der Kristall in einer Lochmaske angeordnet und in einen Vakuumverdampfer gebracht. Der Druck im Verdampfer wurde sodann auf etwa 10~⁴ Torr herabgesetzt, wobei Gold von einem Wolframfaden durch die Maske auf den Kristall aufgedampft wurde. Der Kristall wurde dann in eine weitere Lochmaske gebracht, urn die Metallschicht aus elektrisch leitendem Material auf der Rückseite zu bilden, wie in F i g. 2 gezeigt. Nach dem Aufbringen von Gold auf beiden Seiten oder, wenn gewünscht, jeweils auf der einen Seite, wurden die Elektroden nickelplattiert, indem der metallplattierte Kristall in eine Nickel-Elektroplattierungslösüng getaucht wurde. Hierauf wurden feine Drähte uririiittelbär an die Metallschichten auf jeder Seite des Kristalls als elektrische Zuleitungen aufgelötet·. Die Löchmaskeri können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß Löcher von geeigneter Größe in einem Metallschirm vorgesehen werden und dänii Drähte über das Loch gelötet werden; um das gewünschte Muster zu erzielen: Die Drähte können durch Spannen parallel und zentriert gehalten werden:

Beispiel Il

Zwei Quarzkristall, d.h. ein Kristall »A« und »B«, wurden hinsichtlich ihres Ansprechens auf Tempefatürveränderungen Untersucht. Es wurden Kristalle vori 9 MHz mit einem ^C-Schnitt gewählt, da sie iri der Industrie einen Standard zur Messung der Temperatur von Kristallöfen darstellen und von ihnen angegeben wird, daß sie einen Frequenz-Temperaturkoeffizienten von 20 ppm/° G haben; Die Tabelle I gibt die Wette an, welche bei dem Teriiperatüre'ichungsversüch erhalten wurden.

Tabelle I
Eichung von Standard-Kristallen rhit /iC-Schnitt

Zellentemperatur	Kristall A	Kristall B
°G	kHz	kHz
-40	8993,950	8993j53Ö
-33,33	8995,000	8995;594
+ 13,89	8998,540	8998,135
12;22	9002,883	9002,496
23;33	9004,869	9004,511
31,95	9006,619	9006,145
34,44	9006;923	9006^528
53;33	9010;555	9Ö10;135
66_;67	9013;343	9012,914
79;44	9016,150	9015;703
93j33	9019,264	9018,798
121,95	9026,230	9025,712
122,22	9026,400	9025>880
137,78	9030,183	9029,630
152,22	9034,600	9034,023
166,67	9039,050	9038j45ö

Die geringe' Fretjuenz-Fehlänpassung Von etwa 4ÖÖ Hz kärin'leicht auf einen beliebigen gewünschten Wert eirischließlich Null dadurch eingestellt werden, daß eiri Kondensator in deri Stromkreis des einen Kristalls geschaltet Wird. Die Kristalle A und B entsprechen einander innerhalb etwa 100 Hz, was etwa 0,5° C entspricht: Die in Tabelle II gegebenen Werte wurden mittels eiries erfindungsgemäßen Gerätes niit

einem Kristall mit einem y4C-Schnitt und einem im wesentlichen wie in Beispiel I beschrieben, angeformten Heizelement bestimmt.

Tabellen

Eichung eines Kristalls mit /IC-Schnitt
und einem angeformten Heizelement

Zellen temperatur ⁰C	Frequenz kHz	Heizelement widerstand Ohm	Dynamischer Verlust widerstand -Ohm*)
+ 13,89	8992,880	12,45	13,0
24,44	8924,650	. 12,72	13,2
38,33	8926,843	13,15	14,6
55,56	8930,190	13,80	19,7
70,00	8933,100	14,43	24,0
93.33	8938,060	15.27	27,4
115,00	8943,470	16,15	20,8
126,67	8946,590	16,72	16,6
146,67	8951,850	17,55	12,4
166,67	8957,350	18,38	14,5

Beispiel IV

Bei manchen Anwendungsfällen ist es wichtig, ein Detektorsystem zu haben, dessen Frequenz sich nicht verändert, wenn sich die Temperatur verändert, so daß eine resultierende Frequenzverwerfung voll durch die Absorption-Desorption des gelösten Gases bedingt sein würde. Der ^Γ-Schnitt Kristall eignet sich für diesen Zweck. Die Tabelle VII zeigt den Frequenzgang eines /IT-Schnitt-lO-MHz-Kristalls mit einem angeformten Heizelement in Abhängigkeit von der Temperatur.

Tabelle IV

Eichung eines yiT-Schnitt-Kristalls
mit angeformtem Heizelement

*) Bestimmt in Serienresonanzschaltung bei einer Mindestspannung von 0,1 V an der Hochfrequenzelektrode des Kristalls (s. F i g. 5).

Die entsprechenden Werte aus den Tabellen I und II sind in der Tabelle III zusammengefaßt, in welcher die Temperaturkoeffizienten des Standard-Kristalls mit /IC-Schnitt und des Kristalls mit y4C-Schnitt und angeformtem Heizelement gezeigt sind.

Tabelle III

Temperaturkoeffizienten des Standard-Kristalls
und des Kristalls mit angeformtem Heizelement

Temperaturintervall	Standard	Mit Heizelement
⁰C	ppm/⁰ C	ppm/°C
-40 bis +10	5,9
+ 10 bis +38	6,2	5,8
38 bis 66	6,8	6,7
66 bis 93	7,6	7,7
93 bis 121	8,6	8,6
121 bis 149	9,1	9,2
149 bis 177	10,6	9,7

35

40

45

Diese Daten zeigen, daß das an den Kristall angeformte Heizelement dessen Temperaturfrequenzkurven nicht wesentlich beeinflußt. Gleichzeitig mit der Bestimmung der Temperaturkoeffizienten des Kristalls mit dem angeformten Heizelement wurde der Widerstand des Heizelements zusammen mit der Bewegungsimpedanz des Kristalls bestimmt. Die geringfügige Veränderung des dynamischen Verlust-Widerstandes des Kristalls zeigt an, daß die Schwingungsfähigkeit durch die Betriebstemperatur nicht ernstlich beeinträchtigt wird.

Kristall	Frequenz kHz	Heizelement
temperatur °C	9849,200	widerstand Ohm
22,22	9849,294	37,70
24,44	9849,175	37,85
57,78	9849,139	44,50
114,44	9849,604	47,20
145,00	9850,823	50,85
175,56	54,50

Der Kristall war eine 12,7 ■ 12,7 ■ 0,16764 mmv4T-Schnitt Quarzscheibe mit einem Nickelheizelement auf der einen Seite, einer 7,94 mm Elektrode auf der anderen Seite, in einem Standard-Messingzellenhalter, 50 ccm/Min. Trockenluftströmung. Serienresonanzfrequenz 9 848 650 Hz dynamischer Verlustwiderstand 27 Ohm bei etwa 24° C. Angepaßter Kristall F_r = 9 851 000 R_r = 12 Ohm, Heizelement 39,8 bei etwa 24° C.

Es läßt sich beobachten, daß ein sehr weiter Temperaturbereich (22 bis 115° C) die Detektorfrequenz nicht wesentlich beeinflußt. Es wurde ein Absorptions-Desorptions-Versuch unter Verwendung von zwei einander angepaßten ^T-Schnitt-Kristallen mit angeformten Heizelementen durchgeführt. Es wurde der gleiche Strom durch beide Detektoren geleitet, um etwa 0,67 Watt in jedem Kristall abzuleiten. Die resultierende Temperatur betrug etwa 121° C. Einer der Kristalle war mit sulfuriertem Polystyrol beschichtet, um ihn für Wasser empfindlich zu machen. Die Wasserkonzentration im eintretenden Gas wurde verändert, und bei jedem Konzentrationspegel wurden Frequenzablesungen mit eingeschaltetem und ausgeschaltetem Strom erhalten. Der Ablesungsunterschied wurde als Signal für den Wassergehalt benutzt.

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung, welche das Signal zeigt, das für beide Gleichgewichtsbedingungen erhalten wurde, wobei der Energiepegel bis zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes aufrechterhalten wurde. Ferner sind Werte für selbsttätiges Schalten gezeigt, bei welchem die Energie durch einen Zeitschalter unterbrochen wurde (1 Min. eingeschaltet und 1 Min. ausgeschaltet). Die Daten zeigen die Brauchbarkeit eines solchen Systems.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309 527/374

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Anzeige der Konzentration eines Anteils eines Gasgemisches, beruhend auf dem Nachweis und/oder der Messung der von dem Anteil des Gasgemisches beeinflußten Eigenschwingungsänderung eines piezoelektrischen Kristalls, wobei eine mit einer Anzeigeeinrichtung versehene Hochfrequenzoszillatorschaltung vorgesehen ist, deren frequenzbestimmendes Element ein piezoelektrischer Kristall ist, der in einem mit einer Zufuhr- und einer Abführleitung versehenen Gehäuse eingeschlossen und mit einer an seiner Oberfläche angebrachten, mit dem Anteil des Analysengemisches in physikalische oder chemische Wechselwirkung tretenden Reagenzschicht versehen ist, nach Patent 1 198 089, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Kristall (1, 20, 30) mit einem angeformten elekirischen Heizelement (2, 19, 21, 31) versehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angeformte elektrische Heizelement (2,19, 21, 31) auf mindestens eine Fläche eines Quarzkristalls (1, 20, 30) aufgebracht ist.

3. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2, 19, 21, 31) aus Gold besteht.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzte Flächen des Kristalls (1, 20, 30) je ein angeformtes Heizelement (2, 19, 21, 31) tragen.