DE19804332C2

DE19804332C2 - Elektrochromes Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen

Info

Publication number: DE19804332C2
Application number: DE19804332A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Haarer; Stephan Schmidt; Christian Paulus
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: JP2002502983A; DE19804332A1; WO1999040451A1; TW434408B; EP1053481A1; AU2621099A

Description

Die Erfindung betrifft ein analoges Meß- und Anzeigeinstrument für elektrische Meßgrößen, dem ein elektrochromes Medium gleichzeitig zur Messung und Anzeige der Meßgröße dient.

Zum Anzeigen und Messen von elektrischen Meßgrößen werden zwei Instrument typen verwendet. Beim ersten Typ wird die Messung der elektrischen Größe auf die Messung eines Stroms zurückgeführt. Die Anzeige erfolgt mechanisch. Das Galvano meter ist ein typisches Meßgerät mit mechanischer Anzeige. Beim Galvanometer wird eine stromdurchflossene Spule durch die Lorentzkraft im Feld eines Permanent magneten ausgelenkt. Ein mit der Spule fest verbundener Zeiger bewegt sich ent sprechend der Stromstärke in der Spule über die Meßskala. Solche elektro-mechani schen Meß- und Anzeigeinstrumente sind aufwendig zu bauen und wenig robust. Zu dem unterliegen sie mit ihrer Mechanik dem ständigen Verschleiß.

Neuere Meßinstrumente messen die elektrischen Meßgrößen elektronisch über einen Operationsverstärker. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers wird über einen Analog/Digitalwandler für die Anzeige in einer, meist flüssigkristallinen, An zeige aufbereitet. In diesen neueren Meßinstrumenten sind die Meßeinheit und die Anzeigeeinheit voneinander getrennt. Dies macht den Aufbau aufwendig.

Meßvorrichtungen wie z. B. Batterietester, die auf einem elektrochromen Effekt an einer Arbeitselektrode basieren, sind bekannt. Der in US 5,654,640 offenbarte Batterietester besteht aus zwei Elektroden, zwischen denen sich einerseits ein elektrochromes Material befindet, das sich bei Oxidation oder Reduktion färbt, und andererseits ein Elektrolyt, der die für die Färbung notwendigen Ionen bereitstellt. Das elektrochrome Medium und der Elektrolyt sind in zwei Schichten getrennt. Die Elektrode, die mit dem elektrochromen Material in Kontakt steht, wird Arbeitselektrode genannt, weil hier die Färbung auftritt, und die Elektrode, die in Kontakt mit dem Elektrolyt steht, wird Gegenelektrode genannt. Es handelt sich um ein asymmetrische Systeme, da beide Elektroden unterschiedliche Aufgaben haben. Wird eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt, kommt es zu einer kapazitiven Aufladung der Zelle.

Der in EP 497 616 offenbarte Batterietester besteht aus einer Arbeitselektrode, die ein elektrochromes Material enthält, und einer Gegenelektrode, zwischen denen sich ein Elektrolyt befindet.

Die bekannten elektrochromen Batterietester sind nicht für die schnelle und scharfe Anzeige von Meßergebnissen ausgelegt, da sie lediglich den Ladezustand von Batterien anzeigen sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelles Meßgerät für elektrische Meßgrößen mit einer scharfen Anzeige zu konzipieren, das einerseits verschleißfrei arbeitet und andererseits durch eine Kopplung der Meß- und Anzeigefunktion einfach aufgebaut ist.

Eine elektrochrome Zelle besteht aus zwei Elektroden zwischen denen sich das elektrochrome Medium befindet. Beim Anlegen einer ausreichend hohen Spannung an die Elektroden fließt ein Strom zwischen den Elektroden und das elektrochrome Medium färbt sich. Dies ist der elektrochrome Effekt. Die Strom-Spannungs- Kennlinie einer elektrochromen Zelle ist S-förmig (Fig. 1). Unterhalb einer gewissen Spannung, der Schaltspannung (U_sch), fließt kein Strom in der elektrochromen Zelle und es findet kein elektrochromer Effekt statt. Oberhalb der Schaltspannung kommt es aufgrund der zunehmenden Ladungsübertragung von der Elektrode auf das elektrochrome Medium zu einem Anstieg des Stromes und der elektrochrome Effekt setzt ein. Beim Erreichen der Sättigungsspannung (U_Sätt) geht der Strom in einen Sättigungstrom (I_Sätt) über, der auch bei einer weiteren Spannungserhöhung konstant bleibt. Bei U_Sätt erreicht die elektrochrome Zelle ihre maximale Farbtiefe.

Elekrochrome Medien, die in der elektrochromen Zelle eingesetzt werden können, sind beispielsweise in den US-A 3 451 741, der EP-A 240 226, der WO 94/23333, der WO 97/30134 und der WO 97/30135 beschrieben. Erfindungsgemäß bevorzugte elektrochrome Flüssigkeiten werden in den deutschen Patentanmeldungen 196 05 451, 196 21 865 und 196 31 729 beschrieben. Die bevorzugten elektrochrome Medien bieten eine starke elektrochrome Absorptionsänderung im Sichtbaren und weisen eine hohe Reversibilität auf.

Das elektrochrome Medium kann eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff sein. Bevorzugt sind Flüssigkeiten und Gele.

Sie enthalten eine oder mehrere elektrochrome Substanzen, gegebenenfalls wenig stens ein Lösungsmittel, gegebenenfalls wenigstens einen UV-Absorber, gege benenfalls wenigstens ein Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit sowie gegebenenfalls wenigstens einen Verdicker.

Geeignete elektrochrome Substanzen sind Paare von Redoxsubstanzen, von denen eine reduzierbar und die andere oxidierbar ist. Beide sind insbesondere farblos oder nur schwach gefärbt. Nach Anlegen einer Spannung an die elektrochrome Zelle wird die eine Substanz reduziert, die andere oxidiert, wobei wenigstens eine farbig wird. Nach Abschalten der Spannung bilden sich die beiden ursprünglichen Redox substanzen wieder zurück und die elektrochrome Zelle entfärbt sich.

Geeignete Paare von Redoxsubstanzen, von denen die reduzierbare Substanz wenig stens zwei chemisch reversible Reduktionswellen im Cyclischen Voltammogramm und die oxidierbare Substanz entsprechend wenigstens zwei chemisch reversible Oxidationswellen besitzen sind aus US-P 4,902,108 ist bekannt. Aus WO 97/30134 sind solche Redoxsysteme bekannt, in denen RED₁ und OX₂ bzw. OX₁ und RED₂ über eine Brücke B kovalent aneinander gebunden sind. Solche Substanzen sind ebenfalls geeignet. Ebenfalls geeignet sind solche Redoxsysteme, bei denen der reversible Übergang zwischen RED und OX oder umgekehrt mit dem Lösen oder Schließen einer σ-Bindung verbunden ist. Solche Substanzen sind beispielsweise aus WO 97/30135 bekannt. Im Sinne der Erfindung geeignet sind auch Metallsalze oder Metallkomplexe von solchen Metallen, die in mindestens zwei Oxidationsstufen existieren. Vorteilhaft unterscheiden sich die beiden Oxidationsstufen um eine Oxidationsstufe. Ebenfalls geeignet sind Oligo- und Polymere, die mindestens eines der genannten Redoxsysteme, aber auch Paare solcher Redoxsysteme, wie sie oben definiert sind, enthalten. Ebenfalls geeignet sind Mischungen der eben beschriebenen Substanzen, vorausgesetzt diese Mischungen enthalten mindestens ein reduzierbares und mindestens ein oxidierbares Redoxsystem. Geeignete Lösungsmittel, Salze, UV- Absorber und Verdicker sind bekannt.

Die Schaltspannungen derartiger elektrochromer Flüssigkeiten liegen üblicherweise im Bereich zwischen 0,2 und 3 Volt, insbesondere 0,3 bis 1,5 Volt.

Die Erfindung beruht auf der Idee, das Schaltverhalten des elektrochromen Mediums mit einem Spannungsabfall entlang mindestens einer Elektrodenfläche derart zu kombinieren, dass der Ort der elektrochromen Zelle, an dem U_Sch überschritten wird und sich das elektrochrome Medium färbt, als Maß für die angelegte Spannung abgelesen werden kann.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein analoges Meß- und An zeigegerät für elektrische Meßgrößen, das aus einer elektrochromen Zelle besteht, die zwischen zwei Elektroden ein elektrochromes Medium enthält.

Das elektrochrome Medium ist eine Lösung oder ein Gel und enthält mindestens ein Paar von Redoxsubstanzen, von denen eine reduzierbar und die andere oxidierbar ist, wobei wenigstens eine farbig wird, und wobei

a) die reduzierbare Substanz wenigstens zwei chemisch reversible Reduktionswellen im Cyclischen Voltammogramm und die oxidierbare Substanz entsprechend wenigstens zwei chemisch reversible Oxidationswellen besitzen, oder
b) die reduzierbare Substanz und die oxidierbare Substanz über eine Brücke B kovalent aneinander gebunden sind, oder
c) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz solche ausgewählt sind, bei denen der reversible Übergang zwischen der oxidierbaren Form und der reduzierbaren Form mit dem Lösen bzw. dem Schließen einer σ-Bindung verbunden ist, oder
d) die reduzierbare Substanz und die oxidierbare Substanz Metallsalze oder Metallkomplexe von solchen Metallen sind, die in mindestens zwei Oxidationsstufen existieren, oder
e) die reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Oligo- und Polymere sind, die mindestens eines der genannten Redoxssyteme, aber auch Paare solcher Redoxsysteme, wie sie unter a) bis d) definiert sind, enthalten, oder
f) als reduzierbare und/oder oxidierbare Substanz Mischungen der in a) bis e) beschriebenen Substanzen eingesetzt werden, vorausgesetzt diese Mischungen enthalten mindestens ein reduzierbares und mindestens ein oxidierbares Redoxsystem.

Mindestens eine der Elektroden ist wenigstens teilweise transparent und mindestens eine der Elektroden weist einen endlichen Flächenwiderstand auf. Die Grundfläche der Elektroden wird durch eine kurze und eine lange Achse beschrieben. Die Grundfläche ist vorzugsweise rechteckig. Die Grundfläche kann auch hufeisenförmig sein. Die kurze und die lange Achse beschreiben bei einer hufeisenförmigen Fläche das Aspektverhältnis. Elektroden mit einem endlichen Flächenwiderstand weisen vorzugsweise einen Widerstand von 10 bis 200.000 Ohm zwischen den der kurzen Achse entsprechenden Seiten auf.

Der eine Pol des Meßsignals wird an einer der kurzen Achse entsprechenden Seite der Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand angelegt. Der andere Pol wird entweder an die andere, der kurzen Achse entsprechenden Seite der Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand angelegt oder an eine der kurzen Achse ent sprechenden Seite der anderen Elektrode. Werden beide Pole des Meßsignals an die Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand angelegt, so wird diese Elektrode an einer der kurzen Achse entsprechenden Seite elektrisch leitend mit einer der kurzen Achse entsprechenden Seite der anderen Elektrode verbunden. Werden beide Pole des Meßsignals an die der kurzen Achse entsprechenden Seiten von verschiedenen Elektroden angelegt, so können die Elektroden entweder voneinander isoliert sein oder an ihren der kurzen Achse entsprechenden Seiten elektrisch leitend verbunden sein. Elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Elektroden können auch beispielsweise feste oder variable Widerstände oder nichlineare Bauelemente enthalten.

Beide Elektroden können gleiche oder unterschiedliche Flächenwiderstände auf weisen. Eine der Elektroden kann insbesondere eine metallische Leitfähigkeit haben.

In die Verbindung oder die Verbindungen zwischen den Polen des Meßsignals und der Elektrode mit dem endlichen Flächenwiderstand können weitere elektrische Bauteile, wie feste und/oder variable Widerstände oder Dioden, eingefügt werden. Bauteile, die zur Beschaltung der Elektroden dienen, können separate Komponenten sein. Bauteile, insbesondere die Widerstände, können aber auch als integrierte Strukturen in den leitfähigen Beschichtungen oder als leitfähiger Abstandshalter zwischen den beiden Elektrodenflächen realisiert werden. Diese Beschaltung der Elektroden mit zusätzlichen elektrischen Bauteilen kann der Festlegung des Meßbereichs dienen.

Die Messung des Signals erfolgt über die aus dem endlichen Flächenwiderstand von mindestens einer Elektrode resultierende Änderung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Elektroden in Richtung der langen Achse.

Das elektrochrome Medium kann selbstlöschend sein. Die Zelle entfärbt sich wieder durch Rekombination der Ionen des elektrochromen Mediums, sobald die angelegte Spannung unter U_Sch sinkt. Werden selbstlöschende elektrochrome Medien verwendet, so sind Meß- und Anzeigegeräte mit hohem Kontrast der Anzeige und langer Lebensdauer realisierbar.

Ist das elektrochrome Medium nicht selbstlöschend, so muß ein Gegenpotential angelegt werden, um den elektrochromen Effekt rückgängig zu machen. Bei der Verwendung von einem nicht selbstlöschenden elektrochromen Medium bleibt die Anzeige nach der Messung erhalten, bis zur Löschung ein Gegenpotential angelegt wird.

Wenn das elektrochrome Medium eine Flüssigkeit oder ein Gel mit niedriger Viskosität ist, dann sind die Elektroden zweckmäßigerweise auf einem tragfähigen festen oder flexiblen Material (Substrat) aufgebracht. Mindestens ein Substrat besteht dann aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise Glas oder Kunstoff, wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Dieses Substrat ist auf der in Kontakt mit dem elektrochromen Medium stehenden Seite mit einer elektrisch leitfähigen, lichtdurchlässigen Schicht, z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), einem leit fähigen Polymer, z. B. Polyethylendioxythiophen (PEDT), oder jeder anderen leitfähigen, lichtdurchlässigen Schicht versehen. Derartige elektrisch leitfähige und lichtdurchlässige Schichten können einen spezifischen Flächenwiderstand von 1 bis 10.000 Ohm pro Quadrat aufweisen.

Die zweite Elektrode kann identisch wie die erste Elektrode ausgebildet sein. Sie kann aber auch aus einer Metallplatte oder aus einer auf einem Substrat aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schicht bestehen, wobei diese Schicht reflektierende Eigenschaften aufweist. In diesem Fall muß das Substrat keine lichtdurchlässigen Eigenschaften aufweisen. Die reflektierende Eigenschaft kann aber auch durch die Beschichtung des lichtdurchlässigen Substrats auf der nicht dem elektrochromen Medium zugewandten Seite mit einer reflektierenden Substanz, wie z. B. einem Metall, erreicht werden.

Ist das elektrochrome Medium ein Feststoff, beispielsweise ein elektrochromes Polymer, dann muß nur eine Elektrode aus einem tragfähigen Substrat bestehen. Die andere Elektrode kann in diesem Fall nur aus einer leitfähigen Schicht bestehen, beispielsweise einem leitfähigen Polymerfilm oder einer metallischen Aufdampfschicht. Eine der beiden Elektroden muß lichtdurchlässig sein.

Eine bessere Anzeigefunktion wird erreicht, wenn im Anzeigefeld Zahlen, Symbole oder Buchstaben sichtbar gemacht werden, insbesondere solche, die sich auf die Skalierung des Meßwertes beziehen. Dies kann realisiert werden durch eine ent sprechende Strukturierung von einer oder beiden Elektroden oder durch das Be drucken der Substratfläche, falls die elektrisch leitfähige Beschichtung durchsichtig ist, oder durch das Bedrucken der elektrisch leitfähigen Beschichtung selber.

Die elektrochrome Zelle kann auch in verschiedene Kompartimente aufgeteilt sein, vorzugsweise wird sie in Richtung der längeren Achse abschnittsweise unterteilt.

Durch diese Unterteilung wird die Kennlinie der Anzeige steiler und damit die Meß genauigkeit erhöht, da die Möglichkeit der Diffusion der Ladungsträger in Längs richtung der Zelle begrenzt ist. Eine noch schärfere Auflösung wird durch eine Modulierung der Leitfähigkeit der Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand entlang ihrer Längsachse erreicht, wenn die Leitfähigkeit sich genau an den Grenzen zwischen den Kompartimenten ändert.

Das erfindungsgemäße Meß- und Anzeigegerät ist einfach aufgebaut. Es kann fast in beliebiger geometrischer Form realisiert werden und vereinigt Meß- und Anzeige funktion. Das erfindungsgemäße Meß- und Anzeigegerät kann für die Messung von Gleichspannungen oder gepulsten Gleichspannungen, wie sie nach Gleichrichtung von Wechselspannungen erhalten werden, verwendet werden. Der Meßbereich liegt vorzugsweise im Bereich zwischen der Schaltspannung U_sch und dem 3fachen der Sättigungsspannung U_Sätt. Sollen Spannungen gemessen werden, die außerhalb dieses Meßbereiches liegen, so müssen diese, gegebenenfalls durch externe Wandlung, an diesen Meßbereich angepaßt werden. Die Anpassung des Meß- und Anzeigebereiches erfolgt zweckmäßigerweise durch Kalibrier- und Vorwiderstände.

Das Gerät eignet sich damit zur Anzeige von Batteriespannungen, Netzspannungen, gegebenenfalls nach Gleichrichtung, sowie zur Anzeige von beliebigen Meßgrößen nach Umwandlung in ein Spannungssignal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren und den Beispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die an einer elektrochromen Zelle gemessene Strom-Spannungs-Kenn linie.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meß- und Anzeige gerätes.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meß- und An zeigegerätes.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meß- und An zeigegerätes.

Fig. 5 zeigt eine Kombination von Strukturierung der elektrisch leitfähigen Schicht und aufgedruckten Symbolen, wie sie in einem Batterietester verwendet werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Elektrode der elektrochromen Zelle mit eingeschnürter Elektroden geometrie.

Fig. 1 zeigt eine typische Kennlinie einer sich zwischen zwei Elektroden befindlichen elektrochromen Flüssigkeit. Bei steigender Spannung U fließt zunächst kein Strom bis zum Erreichen der Schaltspannung U_sch. Bei U_sch steigt der Strom an. Bei U_Sätt wird der Sättigungsstrom I_Sätt erreicht. Oberhalb von U_Sätt bleibt der Strom auch bei weiter steigender Spannung konstant.

Beispiel 1

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Meß- und Anzeigegerät, das zwei durchsichtige Platten aus Polycarbonat 1, 2 aufweist, die auf ihrer nach innen gerichteten Seite mit einer ITO-Schicht 3, 4 versehen sind. Die beiden Platten bilden gemeinsam mit dem umlaufenden, elektrisch isolierenden Rahmen 5 eine Zelle 6, innerhalb der sich das ECM befindet. Die Zelle weist z. B. ein Verhältnis von Länge der Seite, die der langen Achse entspricht (in Richtung der dargestellten Querschnittszeichnung) zur Länge der Seite, die der kurzen Achse entspricht (senkrecht zur Zeichnungsebene) von 3 : 1 auf. Der Widerstand der ITO-Schichten in Längsrichtung der Zelle beträgt je 300 Ohm. Die aus der Zelle herausgeführten schmalen Seiten der ITO-Schichten weisen metallische Kontakte 7 und 8 auf, an die über einen Vorwiderstand 9 eine Spannungsquelle 10 angeschlossen ist. Der Vorwiderstand wird in Abhängigkeit des Innenwiderstandes und der Spannung der Spannungsquelle 10 so gewählt, dass die Spannung zwischen den Elektroden 3 und 4 in der Nähe der Mitte der Längsausdehnung der Zelle (Pfeil 11) der Schaltspannung U_Sch entspricht. Links des Pfeils ist die Spannung aufgrund des ohmschen Widerstandes der ITO-Schichten höher als die Schaltspannung, rechts des Pfeiles 11 niedriger. Dementsprechend erscheint die Zelle bis zum Pfeil 11 (punktierter Bereich) farbgesättigt, rechts des Pfeiles 11 farblos. Der Meßbereich des Meßgerätes liegt zwischen 80 und 125% des durch Wahl des Vorwiderstandes 9 als 50%-Farbsättigung eingestellten wahr scheinlichen Meßwertes.

Beispiel 2

Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 ist die eine trans parente Glasplatte 101 mit einer ITO-Schicht 103 versehen, deren Widerstand in Längsrichtung der Zelle beispielsweise 500 Ohm beträgt. Die andere Platte 102 weist im Beispiel eine metallische Beschichtung 104 mit zu vernachlässigendem elektrischen Widerstand auf. Prinzipiell kann dies aber auch eine beliebige leitfähige Beschichtung sein, wobei nur die Leitfähigkeit besser als diejenige von 103 sein sollte. Die eine Schmalseite der Elektrode ist kurzgeschlossen (112). Die Zelle 106 wird durch die beschichteten Platten 101 und 102 sowie den umlaufenden, elektrisch isolierenden Rahmen 105 gebildet.

Die zwischen den elektrische Kontakten 107 und 108 anliegende, zu messende Spannung fällt längs der ITO-Schicht 103 ab. In dem Bereich, in dem die Spannung gegenüber der metallischen Gegenelektrode 104 die Schaltspannung des elektrochromen Mediums von beispielsweise 0,8 Volt überschreitet, fließt zwischen den Elektroden 103 und 104 der Sättigungsstrom I_Sätt, so dass dieser Teil der Zelle farbgesättigt ist (punktierter Bereich in der Zeichnung). Wird der wahrscheinlichste Meßwert mittels Vorwiderstand 109 etwa für die Mitte der Zelle (Pfeil 111) kalibriert, beträgt der Meßbereich zwischen 50% und 170% dieses wahrscheinlichsten Meßwertes, wenn der Meßbereich auf einen Bereich von 20% bis 70% der Längsausdehnung der Zelle beschränkt wird.

Beispiel 3

Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 ist die eine transparente Platte 201 mit einer ITO-Schicht 203 versehen ist, deren Widerstand in Längsrichtung der Zelle beispielsweise 200 Ohm beträgt. Die andere Platte 202 weist eine metallische Beschichtung 204 mit zu vernachlässigendem elektrischen Widerstand auf. Die beschichteten Platten sind an den Schmalseiten elektrisch leitend über die Abstandshalter 205 und 206, die über eine endliche Leitfähigkeit verfügen, miteinander verbunden. Der Widerstand durch diese Verbindung beträgt je 400 Ohm.

Die aus der Zelle herausgeführten schmalen Seiten der ITO-Schichten weisen metal lische Kontakte 207 und 208 auf, an die eine Spannungsquelle 209 angeschlossen ist. Die Platte 202 mit der metallischen Beschichtung 204 ist nur mit einem der metal lischen Kontakte verbunden. Im übrigen wird die Zelle 210 durch die beschichteten Platten 201 und 202 sowie elektrisch isolierenden Wänden an den Längsseiten gebil det. Ein externer Vorwiderstand kann entfallen.

Die angelegte Spannung fällt entlang 205 und 206 und der Elektrode 201 ab. Die ab fallenden Spannungen verhalten sich in diesem Beispiel wie 2 : 1 : 2 (400/200/400 Ohm). Wird ein Akkumulator, beispielsweise eine Standard Mignon-Zelle mit einer Spannung von typischerweise 1,5 Volt, direkt an die Kontakte angeschlossen, beträgt das Potential entlang der Beschichtung der transparenten Platte 0,9 bis 0,6 Volt. Bei der Platte mit der metallischen Beschichtung beträgt das Potential einheitlich 0 Volt. Bei einer Schaltspannung des elektrochromen Mediums von z. B. 0,6 Volt ist die ge samte Zelle farbgesättigt. Ist der Akkumulator entladen, beträgt die Akkuspannung typischerweise 1,0 Volt. Entlang der Beschichtung der transparenten Platte beträgt das Potential dann nur noch 0,6 bis 0,4 Volt und die Zelle bleibt farblos.

Beispiel 4

Besondere Meß- und Anzeigefunktionen lassen sich durch eine Strukturierung der Elektroden realisieren. Fig. 6 zeigt eine im mittleren Bereich eingeschnürte Elektro dengeometrie. Die Einschnürung hat eine lokale Erhöhung des Widerstandes der Elektrode zur Folge und führt zu einer Skalendehnung. Eine solche Anzeige kann dazu verwendet werden die Abweichung von einem wahrscheinlichsten Meßwert (Sollwert) besonders zu dehnen. Derselbe Effekt kann durch Veränderung des Wider standes der ITO-Schicht erreicht werden, wobei eine lokale Erhöhung des Wider standes der ITO-Schicht einer Skalendehnung und eine lokale Erniedrigung des Widerstandes der ITO-Schicht eine Skalenkomprimierung bewirkt.

Beispiel 5

Für die Anzeigefunktion können Symbole auf die Zelle aufgebracht werden. Diese Symbole werden neben der eigentlichen Anzeige aufgedruckt werden, sie können aber auch direkt auf beide Seiten einer transparenten Elektrode oder auf die innere Seite einer reflektierenden Elektrode aufgetragen werden. Je nach Farbe der Symbole und je nach dem Ort, an dem die Symbole aufgetragen werden, sind die Symbole immer sichtbar oder bei Einfärbung der Zelle schlechter oder gar nicht mehr sichtbar. In der Regel sind auf den Elektroden aufgedruckte Symbole im stromlosen (ungefärbten) Zustand besser sichtbar als im stromdurchflossenen (gefärbten) Zustand.

Symbole können auch durch die Feinstrukturierung der elektrisch leitfähigen Schich ten sichtbar gemacht werden. Die Entfernung der Schicht in Form eines Symbols (Negativ) oder die Formung eines Symbols aus der leitfähigen Schicht (Positiv) sind möglich. Im ersten Fall färbt sich die Stelle, an der die leitfähige Schicht fehlt, nicht, und es erscheint eine helles (ungefärbtes) Symbol. Im stromlosen Zustand ist kein Symbol zu sehen. Im zweiten Fall färbt sich nur die Stelle mit dem Symbol, während der Rest der Zelle ungefärbt bleibt.

Die Strukturierung der elektrisch leitfähigen Schichten kann mit aufgedruckten Symbolen kombiniert werden.

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Meß- und Anzeigegerät, das beispielsweise zum Test von Batterien verwendet werden kann. Zur Vereinfachung kommen in diesem Beispiel nur die Zustände BAD und GOOD vor. Die Aufschrift BAD (3) ist auf der unteren und in diesem Fall reflektierenden, elektrisch leitfähigen Schicht aufgedruckt und im stromlosen Zustand immer sichtbar. Damit werden auch Batterien klassifiziert, die aufgrund ihres Ladezustandes keine oder nur noch eine Spannung unterhalb der Schaltspannung des elektrochromen Mediums liefern. Bei hinreichend großer Spannung färbt sich der Bereich, in dem sich die Beschriftung befindet, und der Schriftzug BAD verschwindet, wenn die Farbe der Aufschrift der des elektrochromen Mediums entspricht. Liegt die angelegte Spannung der Batterie oberhalb des durch die Geometrie und die elektrischen Eigenschaften der Zelle festgelegten Wertes, färbt sich auch der hintere Bereich der Zelle und der Schriftzug GOOD (2), der aus der elektrisch leitfähigen Schicht (1) herausgelöst wurde, wird als helle Beschriftung sichtbar.

Claims

1. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen bestehend aus einem elektrochromen Medium zwischen zwei Elektroden, deren Grundfläche durch eine kurze und eine lange Achse beschrieben wird, wobei mindestens eine der Elektroden zumindestens teilweise transparent ist, und mindestens eine Elektrode einen endlichen Flächenwiderstand aufweist, und ein Pol des Meßsignals an einer der kurzen Achse entsprechenden Seite der Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand und der andere Pol an eine weitere, der kurzen Achse entsprechenden Seite von einer der beiden Elektroden angelegt wird und die Messung des Signals über die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Elektroden in Richtung der langen Achse erfolgt, wobei das elektrochrome Medium eine Lösung oder ein Gel ist und mindestens ein Paar von Redoxsubstanzen enthält, von denen eine reduzierbar und die andere oxidierbar ist, wobei wenigstens eine farbig wird, und daß

2. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Meßsignals mit jeweils einer der kurzen Achse entsprechenden Seite der beiden Elektroden verbunden werden und die Elektroden nur durch das elektrochrome Medium elektrisch leitend in Verbindung stehen.

3. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Meßsignals mit jeweils einer der kurzen Achse entsprechenden Seite der beiden Elektroden verbunden werden und die Elektroden an jeweils einer der kurzen Achse entsprechenden Seite elektrisch leitend verbunden sind.

4. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Meßsignals mit den beiden der kurzen Achse entsprechenden Seiten der Elektrode mit endlichem Flächenwiderstand verbunden werden, und die beiden Elektroden an jeweils einer der kurzen Achse entsprechenden Seite elektrisch leitend verbunden werden.

5. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden unterschiedliche Flächenwiderstände aufweisen.

6. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden metallische Leitfähigkeit aufweist.

7. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich durch zusätzliche elektrische Bauelemente in der Verbindung zwischen der Elektrode mit dem endlichen Flächenwiderstand und Pol des Meßsignals festgelegt wird.

8. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich mit variablen und/oder festen Widerständen festgelegt wird.

9. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode an mindestens einem Punkt durch einen variablen und/oder festen Widerstand mit der zweiten Elektrode verbunden ist.

10. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode durch ein nichtlineares elektrisches Bauteil mit der zweiten Elektrode verbunden ist.

11. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode strukturiert ist.

12. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der mindestens einen Elektrode Symbole zur Skalierung des Meßwertes enthält.

13. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Substratfläche Symbole zur Skalierung des Meßwertes aufweist.

14. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Substratfläche verspiegelt ist.

15. Meß- und Anzeigegerät für elektrische Meßgrößen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochrome Medium in verschiedenen Kompartimente aufgeteilt ist.