DE2703479B2 - Vorrichtung zum Messen des CO2 -Partialdruckes sowie Verfahren zum Anpassen der Einrichtung - Google Patents
Vorrichtung zum Messen des CO2 -Partialdruckes sowie Verfahren zum Anpassen der EinrichtungInfo
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
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Description
Zeil konstanten geschaltet ist.
Das Meßsignal der COj-Elekirode ist proportional
/um Logarithmus des CO>-PartialdruLkes. Zur Linearisierung
des Zusammenhanges von COi-Partialdruck und elektrischer Signalspannung ist vor der Einrichtung
zur Verkürzung der Einstellzeit des Elektrodensystems
eine Einrichtung zum Delogarithmieren des MeßsignaU
des Elektrodensysiems vorgesehen.
Ein Aufbau mit minimalem Aufwand an Schnitungsmitteln
ist für eine näherungsweise Kompensation dadurch möglich, daß eine Einrichtung zur Verkürzung
der F.instellzeit des Elektrodensystems aus zwei Grundeinheiten Ku Ki besieht, und daß die erste
negative Rückkopplung der Grundeinheit K, als Verzögerungsglied erster Ordnung ausgebildet ist.
Zur Vereinfachung des Abgleichs durch Konstanthaltung des Verstärkungsgrades einer jeden Grundeinheit
ist ein Doppelpoientiometer vorgesehen, mit dessen Hilfe die Einstellung der Amplitudenübertragungsfaktoren
Am Pm so vorgenommen wird, daß ihre Summe
konstant ist.
Die Anpassung der Einrichtung zur Verkü' iung der Einstellzeit des Elektrodensystems an das Einstellverhalten
des Elektrodensystems erfolgt dadurch, daß unter Verwendung einer Sprungfunktion auf den Eingang der
Vorrichtung der Amplitudenübertragungsfaktor P1 der
ersten negativen Rückkopplung der ersten Grundeinheit Ki zu Null gesetzt wird, und daß die Zeitkonstante
Ti der zweiten negativen Rückkopplung so eingestellt
wird, daß das Ausgangssignal der ersten Grundeinheit K[ sich schnellstmöglich auf den Endwert der Sprungfunklion
einstellt, daß anschließen der Amplitudenübertragungsfaktor Pi der ersten negativen Rückkopplung
so eingestellt wird, daß wiederum das Ausgangssignal
der ersten Grundeinheit K, sich schnellstmöglich auf den Endwert der Sprungfunktion einstellt, und daß mit
den nachgeschalteten Grundeinheiten /C>— Kn, entsprechend
vorgegangen wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Hilfe einer einfachen
elektrischen Schaltung, die als Grundeinheit dient, eine
Kompensation des Zeitverhaltens und damit eine Verkürzung der Einsiellzcit einer COj-Elektrode auf
200 ms möglich wird und daß weiterhin auch eine Verwendung dickerer, widerstandsfähigerer Membranen
bei erhaltenen kurzen Einstellzeit :n möglich ist.
Der Vorteil des Verfahrens zur Anpassung der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß
auch komplexe Zeitverläufe seriell in ihre einzelnen Komponenten zerlegt werden und nacheinander abgeglichen werden. Dabei kann das unkomp'insierie Auv
gangssignal einer CXVEIektrode nach einer sprungförmigen
Veränderung der Meßgröße vorteilhaftere eise auf ein Tonband aufgenommen werden und dan» /ur
Anpassung der Einrichtung zur Verkürzung der Einstell/.eit mehrfach auf den Eingang der Einrichtung
gegeben werden.
Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist aus 'lcn Unteransprüchen zu ersehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Gesamtanordnungund
Fig. 2 den Aufbau der Einrichtung /ur Verkürzung der Einsiellzcit.
Anhand der Fig. 1 soll die Wirkungsweise des
Elektrodensystems erläutert werden: Die an der CO»-Elektr<xle anstehende Spannung, Hie proportional
zum Logarithmus des COj-Partialdruckes P1,n ist. wird
über einen Impedanzwandler, der zur galvanischen Trennung ein optisches Übertragungssystem enthalten
kann, einem Verstärker und nachfolgend zur Erzielung eines linearen Zusammenhanges zwischen COj-Partialdruck
und elektrischer Signalspannung einer Antilogarithmiereinheit zugeführt. Zur Verkürzung der Einstellzeit
ist eine Einrichtung F1 nachgeschaltet. die ein
jn gegenüber der Elektrode inverses Zeitverhaiten hat.
Anhand der Fig. 2 wird der Aufbau der Einrichtung
zur Verkürzung der Einstellzeit erläutert: Es sind Grundeinheiten K\ bis Kn, in Serie geschaltet. Eine
Grundeinheit Kn, besteht aus einem Verstärker I mit
J5 dem Verstärkungsgrad Vn, mit einer positiven Rückkopplung
2 mit einem Amplitudenübertragungsfaktor Mn, und einer negativen Rückkopplung 3 mit dem
Amplitudenübertragungsfaktor Pn, und einer negativen
Rückkopplung 4 in Form eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung mit der Zeitkonstanten Tn, und dem
Amplitudenübertragungsfaktor A1n. Die Zeitkonstanten
Tn, können durch flC-Glieder realisiert werden. Zur
Einstellung der Zeitkonstanten ist ggf. der Widerstand veränderbar. Um bei der Dimensionierung einen
konstanten Verstärkungsgrad der Untereinheit zu gewährleisten, kann die Einstellung der Amplitudenübertragungsfaktoren
An, und Pn, mit Hilfe eines
Doppelpotentiometers in der Weise erfolgen, daß ihre Summe konstant ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Messen des COi-Partialdrukkes
mit einem mit einer COi-durchlässigen Membran bespannten pH-ElektrodenEystem und einem
nachgeschalteten Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Elektrodensystem eine Einrichtung zur Verkürzung der Einstellzeit des Elektrodensystems
nachgeschaltet ist, bestehend aus seriell geschalteten Grundeinheiten (Ki-Kn,), weiche aus einem Verstärker
(1) mit einem Verstärkungsgrad (Vn,), einer
positiven Rückkopplung (2) mit einem Amplitudenübertragungsfaktor (Mm) und einer ersten negativen
Rückkopplung (3) mit einem Amplitudenübertragungsfaktor (Pn,) und einer zweiten negativen
Rückkopplung (4) in Form eines Verzögerungsgiiedes erster Ordnung mit einem Amplitudenüben.ragungsfaktor
(Am) und einer Zeitkonstante (Tn,)
bestehen, daß das Produkt des Amplitudenübertragungsfakvcvs
(Mn) der positiven Rückkopplung (2)
und des Verstärkungsgrades (Vm) näherungsweise eins ist, und daß die Grundeinheiten (Ki-Kn,) nach
der Größe ihrer Zeitkonstanten (Tn,) in Serie
geschaltet sind, und daß die Grundeinheit (K1) mit
der größeren Zeitkonstante jeweils vor den Grundeinheiten (Km) mit den nächstkleineren
Zeitkonstanten geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einrichtung zur Verkürzung
der Einstellzeit des Elektrodensystems eine Einheit zum Deloganthmieren des Meßsignals des Elektrodensystem«;
vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einric.V mg zur Verkürzung
der Einstellzeit des Elektrodensystems aus zwei Grundeinheiten (Ki, K2) besteht, und daß die erste
negative Rückkopplung (3) der Grundeinheit (K,) als
Verzögerungsglied erster Ordnung ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelpotentiometer
vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Einstellung der Amplitudenübertragungsfaktoren
(Am, Pm) so vorgenommen wird, daß ihre Summe
konstant ist.
5. Verfahren zum Anpassen der Einrichtung zur Verkürzung der Einstellzeit des Elektrodensystems
an das Einstellverhalten des Elektrodensystems bei einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 —4,
dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Sprungfunktion auf den Eingang der Vorrichtung
der Amplitudenübertragungsfaktor (P\), der ersten negativen Rückkopplung (3) der ersten
Grundeinheit (Ki) zu Null gesetzt wird, und daß die Zeitkonstante (Ti) der zweiten negativen Rückkopplung
(4) so eingestellt wird, daß das Ausgangssignal der ersten Grundeinheit (K\) sich schnellstmöglich
auf den Endwerl der Sprungfunktion einstellt, daß anschließend der Amplitudenübertragungsfaktor
(Pi) der ersten negativen Rückkopplung (3) so eingestellt wird, daß wiederum das Ausgangssignal
der ersten Grundeinheit (Kt) sich schnellstmöglich auf den Endwert der Sprungfunktion einstellt, und
daß mit den nachgeschaltetcn Grundeinheiten (Ki-Kn,) entsprechend vorgegangen wird.
Die Erfindung betrifft ein Elektrodensystem zum Messen des COi-Partialdruckes mit einem mit einer
COi-durchlässigen Membran bespannten pH-Elektrodensystem
und einem nnchgeschalteten Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung sowie ein Verfahren zum
Anpassen der Einrichtung zur Verkürzung der Einstellzeit des Elektrodensyslems an das Einstellverhalten des
Elektrodensystem^. Die Messung des COj-Partialdrukkes
in Gasen und Flüssigkeiten kann mit H„-fe einer
ίο Membranbespannten pH-Elektrode erfolgen. Der zeitliche
Einstellvorgang des Meßsignals ist bestimmt durch physikalische und chemische Prozesse (Diffusion,
Hydratisierung des COi). Um die Einstellzeit solcher Elektroden zu verkürzen, wurden bisher zur Verringerung
der Diffusionszeiten dünnere Membranen oder aber Elektrolyte mit verminderter lonenkonzentration
verwendet (Arndt u. a„ Pflügers Archiv 288, S. 288—
296. 1965, Siesjö in Cerebrospinal fluid and the regulation of ventilation, Oxford 1965). Die durch diese
Maßnahmen erzielbare Verkürzung der Eins:lellzeit auf
etwa 10 s wurde durch Nachteile wie mangelnde Festigkeit der Membranen und durch höhere Störanfälligkeit
erkauft. Außerdem ist die Zeit von 10 s zur Erreichung von 90% des Endwertes für viele technische
und biologische Aufgabenstellungen bei weitem nicht ausreichend. Es ist eine Schaltung zur Messung der
Korrosionsgeschwindigkeit bekannt (deutsche Auslegeschrift P 20 33 619.0-52) bei der zur Verkürzung der
Einstellzeit eines Meßsignals im Augenblick des
Ό Einschaltens mit Hilfe eines /?C-Gliedes ein exponentieller
Spannungsverlauf erzeugt wird, der zusammen mit dem Zeitverlauf der Polarisationsspannung einen
sprungförmigen Verlauf des Meßstromes erzielt. Diese
Einrichtung ist lediglich dazu geeignet einen sprungför-
J5 migen Verlauf des Ausgangssignals zu erzielen; andere
Zeitfunktionen können mit dieser Einrichtung nicht untersucht werden. Darüberhinaus ist diese Einrichtung
nur geeignet jeweils für einen einmaligen Meßvorgang nämlich nach dem Einschalten eint· Kompensation des
Zeitverhaltens zu bewirken, sie ist somit zur Kompensation des Zeitverhaltens während einer kontinuierlichen
Messung nicht geeignet. Außerdem eignet sich die Einrichtung nur für Meßobjekie, deren Sprungantwortfunktion
eine einfache e-Funktion ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Elektrodensysteme
mit wesentlich kürzerer Einstellzcit und besserer mechanischer und elektrischer .Stabilität zu
ermöglichen, mit deren Hilfe auch eine kontinuierliche Messung möglich is!.
^o Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß dem Elektrodensystem eine Einrichtung zur Verkürzung der Einstell/eil des Elektrodcnsystems
nachgeschaltet ist, bestehend aus seriell geschalteten Grundeinheiten K\ — K„h welche aus einem Verstärker
mit einem Verstärkungsgrad Vnh einer positiven
Rückkopplung mit einem Amplitudenüberiragungsfaktor Mn, und einer ersten negativen Rückkopplung mit
einem Amplitudenübertragungsfaktor Pn, und einer
zweiten negativen Rückkopplung in Form eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung mit einem Ampliludenübertragungsfaktor
An, und einer Zeitkonstanle
Tn, bestehen, daß das Produkt des Amplitudenübertragungsfaktors
Mn, der positiven Rückkopplung und des
Verstärkungsgrades Vn, näherungsweise eins ist, und
daß die Grundeinheiten Kt — K„, nach der Größe ihrer
Zeitkonstanten Tn, in Serie geschaltet sind, und daß die
Grundeinheit K\ mit der größeren Zeitkonsiante jeweils
vor den Grundeinheiten Kn, mit der nächstklcincrcn
Priority Applications (1)
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DE19772703479 DE2703479C3 (de) | 1977-01-28 | 1977-01-28 | Vorrichtung zum Messen des CO2 -Partialdruckes sowie Verfahren zum Anpassen der Einrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2703479A1 DE2703479A1 (de) | 1978-08-03 |
DE2703479B2 true DE2703479B2 (de) | 1979-03-08 |
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ID=5999762
Family Applications (1)
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DE19772703479 Expired DE2703479C3 (de) | 1977-01-28 | 1977-01-28 | Vorrichtung zum Messen des CO2 -Partialdruckes sowie Verfahren zum Anpassen der Einrichtung |
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---|---|
DE (1) | DE2703479C3 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1981002831A1 (en) * | 1980-04-11 | 1981-10-15 | Radiometer As | Apparatus and method for measuring the partial pressure of oxygen and of a gas which in aqueous solution generates an acid or a base |
DE4445948A1 (de) * | 1994-12-22 | 1996-06-27 | Draegerwerk Ag | Verfahren zum Betreiben einer amperometrischen Meßzelle |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4321544A (en) * | 1980-02-19 | 1982-03-23 | Riseman John H | Method and improved apparatus for obtaining temperature-corrected readings of ion levels and readings of solution temperature |
-
1977
- 1977-01-28 DE DE19772703479 patent/DE2703479C3/de not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1981002831A1 (en) * | 1980-04-11 | 1981-10-15 | Radiometer As | Apparatus and method for measuring the partial pressure of oxygen and of a gas which in aqueous solution generates an acid or a base |
DE4445948A1 (de) * | 1994-12-22 | 1996-06-27 | Draegerwerk Ag | Verfahren zum Betreiben einer amperometrischen Meßzelle |
DE4445948C2 (de) * | 1994-12-22 | 1998-04-02 | Draegerwerk Ag | Verfahren zum Betreiben einer amperometrischen Meßzelle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2703479C3 (de) | 1979-10-31 |
DE2703479A1 (de) | 1978-08-03 |
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