DE2658734C3 - Funktionsüberwachung für einen elektrochemischen Gassensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funktionsüberwachung für einen elektrochemischen Gassensor entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Die elektrochemischen Gassensoren, bekannt als galvanische, polarographische und potentiostatische Sensoren, enthalten Elektroden, die in einen Elektrolyten getaucht sind, der durch eine gasdurchlässige Trennwand von dem zu messenden Gasgemisch getrennt ist Die Trennwand besteht in der einfachsten Form aus einer dünnen Kunststoffmembran, die mehr oder weniger selektiv das zu messende Gas in den Elektrolyten hinein diffundieren läßt. Die Diffusionsrate bestimmt den Wert des Sensorsignals. Durch defekte Membranen geänderte Sensorsignale sind nicht von einer Konzentrationsänderung des zu messenden Gases zu unterscheiden. Eine Funktionsüberwachung ist daher unbedingt notwendig.

Es ist ein Meßkopf mit mehreren über eine Fläche von ca. 0,5 bis 1 cm² verteilten in einen Glaskörper eingeschmolzenen Platindrähten als Arbeitselektroden und einer zu den Platindrähten benachbarten, sie z. B. kreisförmig umschließenden, Silberbezugselektrode bekannt. Die Elektroden sind mit einer möglichst dünnen Folie aus »Teflon« sowie einer Folie aus »Cellophan« überspannt. Zwischen den Elektroden und der Innenseite der Innenfolie befindet sich KCl als Elektrolyt. Durchgeführte Messungen zeigen für die einzelnen Platinelektroden deutlich unterschiedliche Meßwerte. Diese Werte können keine wahren Werte sein. Man kann in ihnen nur einen unterschiedlich großen Abstand zur Hautoberfläche vermuten (Huch-Dissertation, Marburg 1971).

Ein weiterer bekannter Meßkopf zur polarographischen Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes besteht aus mindestens zwei Platinelektroden und einer Referenzelektrode mit einer Abschlußmembran. Die eine Platinelektrode besitzt im Elektrolyten einen hohen, die restlichen Platinelektroden dagegen geringen Diffusionswiderstand zwischen den Platinelektroden und der Abschlußmembran. Die Platinelektrode mit dem hohen Diffusionswiderstand besitzt eine geringe Abhängigkeit von dem tatsächlichen Diffusionswiderstand an der Abschlußmembran; sie ist daher die Eichelektrode. Die Platinelektroden mit dem geringen Diffusionswiderstand zeigen schnell an, während die zuerst genannte eine längere Meßzeit verlangt.

Aus den Meßergebnissen läßt sich auf die Gleichmäßigkeit des Aufsetzens auf das Meßobjekt schließen. Sie sind eine Kontrolle für die gleichen Diffusionswiderstände (DE- AS 22 55 382).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten elektrochemischen Gassensoren mit einer automatischen Funktionsüberwachung auszurüsten, mit der in einfacher Weise die Betriebsbereitschaft festgestellt werden kann. Es soll damit die Notwendigkeit von zasätzlichen Kontrollmeßköpfen vermieden werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Die mit dieser Lösung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in einfacher Weise z.B. Beschädigungen der Abschlußmembran, die zu einem Meßfehler führen würden, deutlich werden. Der durch die Beschädigung austretende Elektrolyt deckt die Membranfläche mehr und mehr ab und verringert damit die Diffusion des zu messenden Gases in den Elektrolyten hinein. Der auf die Arbeitselektrode unterhalb dieser Beschädigung entfallende Meßwert wird kleiner und damit die Differenz zur anderen Arbeitselektrode größer. Die Auswerteeinheit schaltet auf Null. Auf die gleiche Weise wird auch die unterschiedliche Alterung von Arbeitselektroden sichtbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Meßkopf im Schnitt,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Auswerteeinheit.

In einem Gehäuse 8 befindet sich die Gegenelektrode 4. Sie kann aus z. B. Zink, Cadmium, Blei, Kupfer oder Silber bestehen. Der elektrische Anschluß 10 zur Gegenelektrode 4 wird aus dem Gehäuse 8 herausgeführt. In einer Auflage befinden sich zwei kalottenförmige Arbeitselektroden 1 und 2. Ihre elektrischen Anschlüsse la und 2a sind isoliert herausgeführt. Ober die beiden Arbeitselektroden 1 und 2 ist die gasdurchlässige Abschlußmembran 3 gespannt. Gemeinsam für die Elektroden ist der Elektrolyt und die Membran. Die Arbeitselektroden 1 und 2 sind mit der Gegenelektrode 4 geschaltet. Der Alarm der Arbeitselektrode 1 wird über den Meßwiderstand 11 und der der Arbeitselektrode 2 über den Meßwiderstand 12 abgenommen. In dem Elektrolyten fließt ein vom Betrage gleich großer Ionenstrom wie die Summe aus den äußeren getrennten Stromkreisen.

Die Auswerteeinheit nach Fig.2 nimmt von den Meßwiderständen 11 und 12 die Spannungen U_n und Un ab. Der Summierverstärker 13 bildet aus beiden Signalen den Mittelwert, der von dem Anzeigeinstrument 19 angezeigt wird. Parallel zur Anzeige schaltet der Komparator 14 eine Kippstufe ein, die als zusätzliche Funktion bei wählbarer Warnschwelle ein akustisches Signal auslöst. Die Differenzstufen 15 und 17 überwachen die Spannungen Uw und Uu auf gleiche Größe. Wenn die Spannungsdifferenz einen bestimmten Wert überschreitet, dann werden die den Differenzstufen 15 und 17 nachgeschalteten Komparatoren 16 und 18 eingeschaltet, die dann ihrerseits den Alarm auslösen und das Anzeigeinstrument 19 auf Null schalten. Mit der Schaltung auf Null wird eine falsche Beurteilung des Anzeigewertes unmöglich. Die höchst zulässige Differenz zwischen den Arbeitselektroden wird so gewählt, daß der über die Mittelwertbildung angezeigte Fehler gerade noch akzeptabel ist.

tlicr/u 2 Blatt Zfirhiiimiwn

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Funktionsüberwachungseinrichtung für einen elektrochemischen Gassensor, welcher mindestens zwei Arbeitselektroden und eine Gegenelektrode in einem Elektrolyten unter einer Abschlußmembran aufweist, gekennzeichnet durch einem aus den von den jeweiligen Arbeitselektroden gelieferten elektrischen Werten einen Mittelwert bildenden Summierverstärker (13) und die Einzelwerte gleichzeitig auf ihre Größe überwachende Differenzstufen (15,17).

2. Funktionsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Differenzstufen (15,17) Komparatoren (16,18) mit einem Anzeigeinstrument (19) nachgeschaltet sind.