DE19754268C2 - Elektrochemische Meßzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Meßzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine elektrochemische Meßzelle der genannten Art ist aus der DE 43 35 409 A1 bekanntgeworden. An den Stirnseiten eines zylindrischen, mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Meßzellengehäuses befinden sich ringförmige Elektrodenträger, welche jeweils eine Diffusionsmembran gegenüber dem Meßzellengehäuse einspannen. An den dem Elektrolytraum zugewandten Oberflächen der Diffusionsmembranen sind an einer Stirnseite eine Arbeitselektrode und an der gegenüberliegenden Stirnseite eine Hilfselektrode angebracht. Eine Bezugselektrode befindet sich in einem porösen Füllkörper innerhalb des Elektrolytraumes. Die Elektroden sind über Kontaktdrähte mit einer Leiterplatine verbunden, welche an der zur Arbeitselektrode abgewandten Stirnseite des Meßzellengehäuses angeordnet ist. Aus fertigungstechnischen Gründen werden die Kontaktdrähte durch den Elektrolytraum hindurch zu der Leiterplatine geführt. Die Kontaktdrähte bestehen aus metallisch blankem Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikrometer.

Es hat sich gezeigt, daß bei Dreh- bzw. Kippbewegungen der bekannten Meßzelle spikeartige Störsignale auftreten können, die besonders bei Messungen im ppb- Bereich die Auswertung beeinträchtigen. Durch die spikeartigen Signale können außerdem ungewollt Fehlalarme ausgelöst werden.

Aus der GB-PS 1,152,794 ist eine elektrochemische Meßzelle mit mehreren Elektroden bekannt, bei der die Kontaktdrähte im Bereich der Elektroden direkt durch die Wandung des Meßzellengehäuses nach außen hindurchgeführt sind.

Nachteilig bei der bekannten Meßzelle ist, daß die Konstruktion des Meßzellengehäuses sehr aufwendig ist, die Durchführungsstellen der Kontaktdrähte einzeln abgedichtet werden müssen und die an der Längsseite des Meßzellengehäuses verlaufenden Kontaktdrähte besonders leicht beschädigt werden können.

Aus der DE 37 23 519 A1 ist eine Einstabmeßkette zur Messung von Ionenkonzentrationen bekannt, bei der zwei Halbzellen in einem Glasrohr angeordnet sind. Zwar ist der zu einer der Halbzellen führende Kontaktdraht mit einem isolierenden Überzug versehen, um ihn gegenüber dem Elektrolyten abzuschirmen, jedoch ist dieses nur aus funktionellen Gründen notwendig, damit das Potential der potentiometrischen Meßkette nicht verändert wird. Über Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kontaktdrähten untereinander, werden in der Druckschrift keine Angaben gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßzelle der genannten Art derart zu verbessern, daß sie unempfindlich gegenüber Lageveränderungen ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch das Aufbringen einer Isolierschicht auf die Kontaktdrähte, zumindestens in den Bereichen, die vom Elektrolyten benetzt werden, der Störsignalpegel deutlich reduziert wird. Der Effekt ist auch deswegen überraschend, da die Oberfläche der Kontaktdrähte, aufgrund des geringen Durchmessers von etwa 100 Mikrometer, sehr viel kleiner als die Oberfläche der zugehörigen Elektroden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßzelle eignet sich besonders vorteilhaft zum Nachweis von Sauerstoff, da sich neben der geringen Störanfälligkeit gegenüber Lageveränderungen zusätzlich noch eine deutliche Reduktion des Grundstromes einstellt, welche bei der Sauerstoffmessung besonders ausgeprägt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch ein Meßzellengehäuse 2 einer elektrochemischen Meßzelle 1 zum Nachweis von Sauerstoff in einem Gasgemisch. Das Meßzellengehäuse 2 umschließt einen Elektrolytraum 3 zur Aufnahme eines für die Sauerstoffmessung geeigneten flüssigen Elektrolyten 4, wie zum Beispiel Schwefelsäure. In dem Elektrolytraum 3 sind hinter einer PTFE- Diffusionsmembran 5 eine Meßelektrode 6, eine Schutzelektrode 7, eine Hilfselektrode 8 und eine Bezugselektrode 9 angeordnet. Die der Diffusionsmembran 5 gegenüberliegende Seite des Meßzellengehäuses 2 ist mit einer porösen PTFE-Scheibe 10 verschlossen, durch die der Druckausgleich mit der Umgebung erfolgt. Das Meßzellengehäuse 2 besteht ebenfalls aus porösem PTFE, um den Druckausgleich mit der Umgebung zu verbessern und um einen lageunabhängigen Druckausgleich zu gewährleisten. Der Abstand zwischen den Elektroden 6, 7 wird mittels eines Vlieses 11 eingestellt. Zwei weitere Vliese 12 zwischen den Elektroden 7, 8 und einem die Bezugselektrode 9 aufnehmenden porösen Glaskörper 13 sorgen für einen lageunabhängigen Elektrolytkontakt der Elektroden 6, 7, 8, 9. Die Elektroden 6, 7, 8, 9 sind über durch den Elektrolytraum 3 verlaufende Kontaktdrähte 14, 15, 16, 17 mit einer auf einer Anschlußplatte 18 befindlichen Leiterplatine 19 verbunden. Die Leiterplatine 19 enthält ein EEPROM als Datenspeicher 20, einen in der Figur nicht dargestellten NTC-Widerstand für Temperaturmessungen und weitere in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Signalverarbeitungselemente. Zur Weiterleitung der von den Elektroden 6, 7, 8, 9 gelieferten Signale ist an der Anschlußplatte 18 eine Anschlußbuchse 21 befestigt. Die Kontaktdrähte 14, 15, 16, 17 sind mit einer PTFE-Beschichtung 22 als Isolierung versehen. Durch die PTFE-Beschichtung 22 wird eine elektrische Brückenbildung zwischen den Kontaktdrähten 14, 15, 16, 17 unterbunden. Die Isolierung bewirkt einerseits eine deutliche Reduzierung der Störsignale, die sich bei einer Lageveränderung der elektrochemischen Meßzelle einstellen, und es ergibt sich andererseits ein deutlich kleinerer Grundstrom, der zu einem größeren Signal-Rausch-Verhältnis bei der Sauerstoffmessung führt. Die Absenkung des Grundstromes wirkt sich besonders vorteilhaft bei Messungen von Sauerstoffkonzentrationen im ppb-Bereich aus.

Claims (3)

1. Elektrochemische Meßzelle zum Nachweis von gasförmigen Bestandteilen in Luft, mit mindestens drei Elektroden (6, 8, 9) in einem mit einem flüssigen Elektrolyten (4) gefüllten Elektrolytraum (3) und mit zu den Elektroden (6, 8, 9) durch den Elektrolytraum (3) verlaufenden Kontaktdrähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktdrähte (14, 16, 17) mit einer längs der Kontaktdrähte (14, 16, 17) verlaufenden Isolierung (22) versehen sind.

2. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus der Gruppe der Materialien PTFE, PFA oder PVC ausgewählt ist.

3. Verwendung einer elektrochemischen Meßzelle mit mindestens drei Elektroden (6, 8, 9) in einem mit einem flüssigen Elektrolyten (4) gefüllten Elektrolytraum (3) eines Meßzellengehäuses und mit zu den Elektroden (6, 8, 9) führenden Kontaktdrähten (14, 16, 17), die zumindestens in den vom Elektrolyten benetzbaren Teilabschnitten mit einer Isolierung versehen sind, zur Messung von Sauerstoff und/oder toxischen Gasen in Luft.