DE1598401B2 - Geraet zur anzeige der konzentration eines anteils eines gasgemisches, beruhend auf der eigenschwingungsaenderung eines piezoelektrischen kristalls - Google Patents
Geraet zur anzeige der konzentration eines anteils eines gasgemisches, beruhend auf der eigenschwingungsaenderung eines piezoelektrischen kristallsInfo
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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
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 ists 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:
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:
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
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.
Eichung eines Kristalls mit /IC-Schnitt
und einem angeformten Heizelement
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 |
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.
Eichung eines yiT-Schnitt-Kristalls
mit angeformtem Heizelement
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.
Temperaturkoeffizienten des Standard-Kristalls
und des Kristalls mit angeformtem Heizelement
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 Fr = 9 851 000 Rr = 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 (4)
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.
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