DE2410809A1

DE2410809A1 - Oxygen measurement probe for liquids - having membrane protected cathode as exchangeable unit on threaded anode mounting

Info

Publication number: DE2410809A1
Application number: DE2410809A
Authority: DE
Inventors: Gerold Dr Gamer; Dieter Wendt
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-03-07
Filing date: 1974-03-07
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2410809C2

Abstract

The O2 content of liquids is measured by the polarographic method using a diffusion sensitive film in the form of a steel mesh reinforced (PTFE or polyethylene) membrane in the proximity of the cathode and an anode in effective contact with this by means of an electrolyte. The cathode and membrane are formed as an exchangeable unit mounted on the anode. The membrane is brought into contact with a carrier when the cathode is screwed up, this carrier being metal and therefore acting as cathode. The method is esp. used for environmental protection in waste water and effluent outfalls. The device described combines greater mechanical stability with much improved exchangeability of the more fragile components.

Description

Meßaufnehmer Die Erfindung betrifft einen Meßaufnehmer zur polarographischen Sauerstoffmessung mit einer diffusionsbestimmenden Schicht in Form einer verstärkten Membran im Bereich der Kathode und einer durch einen Elektrolyt mit dieser in Wirkverbindung stehenden Anode.Measuring transducer The invention relates to a measuring transducer for polarographic Oxygen measurement with a diffusion-determining layer in the form of a reinforced one Membrane in the area of the cathode and one in operative connection with this through an electrolyte standing anode.

Derartige Meßaufnehmer werden im Zeitalter des bewußteren Umweltschutzes immer häufiger zur kontinuierlichen Kontrolle von Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, benötigt. Die bislang bekannten Elektrodenanordnungen, wie eine beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 2 124 445 beschrieben ist, verwenden eine dünne Folie von 12,5 bis 25 P Stärke als Membran und spannen diese über die Elektrode. Diese Folie ist sehr empfindlich und wird leicht beschädigt. Der notwendige Austausch der Folie ist umständlich und im Feld häufig undurchführbar. Dieser Nachteil wird auch kaum durch die Verstärkung der Folie durch ein rostfreies Edelstahlnetz gemildert.Such measuring sensors are in the age of more conscious environmental protection more and more often for the continuous control of liquids, especially of Sewage, needed. The previously known electrode arrangements, such as one for example is described by the German Auslegeschrift 2 124 445, use a thin Foil with a thickness of 12.5 to 25 P as a membrane and stretch it over the electrode. This film is very delicate and easily damaged. The necessary exchange the slide is cumbersome and often impracticable in the field. This disadvantage will also hardly mitigated by the reinforcement of the foil with a rustproof stainless steel net.

Zur leichteren Instandsetzung der Elektrode bei Beschädigung der Membran oder Erschöpfung des Elektrolyten wird gelegentlich Membran, Elektrolyt und Elektroden in einer Patrone angeboten, die in den Meßaufnehmer eingesetzt werden kann. Eine derartige Elektrode ist von der Firma International Biophysics Corporation, 2700 DuPont Drive, Irvine, California 92664, beschrieben.For easier repair of the electrode if the membrane is damaged or depletion of the electrolyte will occasionally membrane, electrolyte and electrodes offered in a cartridge that can be inserted into the sensor. One such electrode is from International Biophysics Corporation, 2700 DuPont Drive, Irvine, California 92664.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen polarographischen, membranbedeckten Sauerstoffmeßaufnehmer zu verwirklichen, der die Nachteile der üblichen Bauarten vermeidet und auch gegenüber den bereits bekannten Verbesserungen weitere Vorteile besitzt, nämlich gröbere mechanische Stabilität bei rascher Austauschmöglichkeit der störungsanfälligen Teile.The object of the invention is to provide a polarographic, membrane-covered To realize oxygen measuring transducers, the disadvantages of the usual types avoids and also compared to the already known improvements further advantages possesses, namely coarser mechanical stability with the possibility of rapid exchange the failure-prone parts.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathode mit der Membran als austauschbare Einheit mit der Anode bzw. einem Elektrodenschaft verbunden ist. Dabei ist die Membran unter Einschließung der Kathode auf einem Träger aufgebracht. Der Träger ist porös und kann bei entsprechender Materialauswahl als Kathode wirken.This is achieved according to the invention in that the cathode with the Membrane connected as an exchangeable unit with the anode or an electrode shaft is. The membrane is applied to a support, including the cathode. The carrier is porous and can act as a cathode if the material is selected accordingly.

Als weitere Materialien für den vorzugsweise als Stützkörper dienenden Träger bieten sich Keramik, Glasfritte, poröser Kunststoff, Sintermetall usw. an. Die Kathode selbst wird, wenn sie nicht durch den Träger selbst gebildet ist, auf der einen Seite des Trägers als poröse Metallschicht aufgebracht.As further materials for the one which is preferably used as a support body Carriers are ceramic, glass frit, porous plastic, sintered metal, etc. The cathode itself is, if it is not formed by the carrier itself, on applied to one side of the carrier as a porous metal layer.

Sie kann durch Plasmaspritzen, Aufdampfen im Hochvakuum, Abscheidung aus der Gasphase usw. verwirklicht werden.It can be carried out by plasma spraying, vapor deposition in a high vacuum, or deposition can be realized from the gas phase, etc.

Wird ein poröser Metallträger verwendet, der die Funktion der Kathode übernimmt, so kann dieser katalytisch aktiviert werden, wobei zu den genannten Verfahren noch die stromlose oder elektrolytische, galvanische Abscheidung von Edelmetall hinzugezogen werden kann.A porous metal support is used, which functions as the cathode takes over, then this can be activated catalytically, with one of the processes mentioned nor the electroless or electrolytic, galvanic deposition of precious metal can be consulted.

Stützkörper und Kathodenfunktion kann ebenfalls gleichzeitig von porösem Halbleitermaterial, z. B. von einem Mischoxidsinterkörper oder von poröser Kohle ausgeübt werden. Eine andere Möglichkeit zur Anordnung der Kathode ist die Integration von Kathode und Stützkörper zu einem homogenen Körper in der Art, daß z. B. eine Mischung aus Metall-, und Keramikpulver gesintert wird oder daß der Stützkörper mit Edelmetallsalzlösung getränkt und anschließend zu Metall reduzlert wird.Support body and cathode function can also be porous at the same time Semiconductor material, e.g. B. from a mixed oxide sintered body or from porous coal be exercised. Another Possibility to arrange the cathode is the integration of cathode and support body into a homogeneous body in the Kind that z. B. a mixture of metal and ceramic powder is sintered or that the support body is impregnated with precious metal salt solution and then turned into metal is reduced.

Die diffusionsbestimmende Schicht also die Membran besteht vorzugsweise aus modifizierten Polytetrafluoräthylen (Teflon Wz) oder Polyäthylen. Sie kann durch ein wässriges Dispersionsbeschichtungssystem, durch Wirbelsintern oder Flammsintern aufgebracht werden.The diffusion-determining layer, i.e. the membrane, is preferably made made of modified polytetrafluoroethylene (Teflon TM) or polyethylene. She can get through an aqueous dispersion coating system, by fluidized bed or flame sintering be applied.

Weitere Möglichkeiten sind: Elektrostatische Pulverbeschichtung, elektrophoretische Beschichtung aus wässrigen Dispersionen, Beschichtung aus der Gasphase und Folienkaschierung.Other options are: electrostatic powder coating, electrophoretic Coating from aqueous dispersions, coating from the gas phase and film lamination.

Eventuell ist auch eine dünne, poröse Zwischenschicht zwischen Kathode und Membran zweckmäßig.There may also be a thin, porous intermediate layer between the cathode and membrane appropriate.

Bei einer Anordnung, die sich besonders bewährt hat, besteht der poröse Träger aus A1203, die Kathode aus einer im Hochvakuumverfahren aufgebrachten Goldschicht, wobei aus Preisgründen auch eine Schicht eines anderen Metalles, wie z. B.In an arrangement that has proven particularly effective, there is the porous Carrier made of A1203, the cathode made of a gold layer applied in a high vacuum process, where, for price reasons, a layer of another metal, such as. B.

Silber oder Titan verwendet werden kann, und die diffusionsbestimmende Schicht bei Elektroden für Industrie zwecke aus einer 50 - 100 F starken FEP-Beschichtung und bei Laborelektroden aus einer etwa 25 >i starken FEP-Folienkaschierung.Silver or titanium can be used, and the diffusion determining Layer for electrodes for industrial purposes made of a 50 - 100 F thick FEP coating and for laboratory electrodes from an approximately 25> i thick FEP film lamination.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger in einem Halter befestigt, der unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen mittels einer Uberwurfmutter gegen den Elektrodenschaft gepreßt ist. Im Elektrodenschaft ist im Bereich der Uberwurfmutter eine Kupplung für die Kathodenzuleitung vorgesehen.In an embodiment of the invention, the carrier is fastened in a holder, with the interposition of sealing rings by means of a union nut the electrode shaft is pressed. In the electrode shaft is in the area of the union nut one Coupling provided for the cathode lead.

Die Vorteile dieser Kathodeneinheit sind hauptsächlich die stabile Membran, im Gegensatz zum Edelstahlnetz nach dem zitierten Stand der Technik ist sie vollständig geschützt, die leichte Austauschbarkeit gegenüber dem Patronensystem wird nur ein Teil der Elektrode ausgetauscht und die Zusatzfunktion des Trägers trennt als Diaphragma Anoden- und Kathodenraum.The main advantages of this cathode unit are that it is stable Membrane, in contrast to the stainless steel mesh according to the cited prior art they are completely protected, the easy interchangeability with respect to the cartridge system only part of the electrode is replaced and the additional function of the carrier As a diaphragm separates the anode and cathode compartments.

Dieses Diaphragma verhindert Meßstörungen durch anodisch in Lösung liegende Metallionen. Die poröse Metallkathode reduziert den eindringenden Sauerstoff vollständig und verhindert, daß Sauerstoff in den Elektrolytraum eindringt und Je nach dem verwendeten Anodensystem das Potential der Anode verändert.This diaphragm prevents measurement disturbances due to anodic solution lying metal ions. The porous metal cathode reduces the penetrating oxygen completely and prevents oxygen from entering the electrolyte space and Je changes the potential of the anode according to the anode system used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In-dieser Zeichnung ist nun die Kathodeneinheit und ihr Einbau in eine stabförmige Elektrode dargestellt. Ein Elektrodenschaft 1, in den die Kathodenzuleitung 2 verlegt ist, ist an seinem unteren Ende 3 mit einem Gewinde 4 versehen. Die Kathodeneinheit 5 besteht aus dem Träger 6, der Membran 7 sowie der Kathode 8 und ist in einem Halter 9 befestigt. Dieser Halter 9 wird unter Zwischenschaltung von Dichtungselementen 10 und 11 mittels einer Überwurfmutter 12 gegen den Elektrodenschaft 1 dicht angepreßt.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing explained in more detail. In-this drawing is now the cathode unit and you Installation in a rod-shaped electrode shown. An electrode shaft 1, in the the cathode lead 2 is laid, is at its lower end 3 with a thread 4 provided. The cathode unit 5 consists of the carrier 6, the membrane 7 and the cathode 8 and is fastened in a holder 9. This holder 9 is interposed of sealing elements 10 and 11 by means of a union nut 12 against the electrode shaft 1 tightly pressed.

Dabei ist der Elektrodenschaft am Ende seines Gewindes 4 soweit erweitert, daß eine Flucht mit der Uberwurfmutter 12 gebildet wird, um unnötige Ecken zu vermeiden.The electrode shaft at the end of its thread 4 is expanded to the extent that that an alignment with the union nut 12 is formed in order to avoid unnecessary corners.

Die Kontaktierung der Kathodeneinheit 5 erfolgt durch einen eingesinterten oder aufgekitteten Blechstreifen 13, der punktgeschweißt wird. Zur Verbindung dieses Blechstreifens 13 mit der Kathodenzuleitung 2 ist im Bereich des Gewindes 4 im Elektrodenschaft 1 eine Kupplung vorgesehen. Die Kathodeneinheit wird zweckmäßigerweise in den Träger 9 eingeklebt.The cathode unit 5 is contacted by a sintered one or cemented sheet metal strips 13, which are spot-welded will. To connect this sheet metal strip 13 to the cathode lead 2 is in the area of the thread 4 in the electrode shaft 1, a coupling is provided. The cathode unit is expediently glued into the carrier 9.

Claims

9 sensors for polarographic oxygen measurement with a diffusion-determining one Layer in the form of a reinforced membrane in the area of the cathode and one through an electrolyte with this operatively connected anode, characterized in that that cathode (8) and membrane (7) as an exchangeable unit with the anode or one Electrode shaft (1) are releasably connected.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the Membrane (7) including the cathode (8) applied to a carrier (6) is.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that the Carrier (6) consists of a metal and takes over the function of the cathode.

4. Sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the carrier (6) is fastened in a holder (9) which, with the interposition of Sealing rings (10, 11) against the electrode shaft by means of a union nut (12) (1) is pressed.

5. Sensor according to claim 4, characterized in that the electrode shaft (1) in the area of the union nut a coupling (14) for the cathode lead (2) is provided.