DE29505572U1 - Meßzelle - Google Patents
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Description
Meßzelle
Die Erfindung betrifft eine Meßzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Meßzellen oder Meßelektroden mit einer Druckausgleichseinrichtung sind beispielsweise von der Firma Syland
Scientific bekannt. Ebenso zeigt die DE OS 3724040 Al eine Meßzelle.
Es wird allgemein angestrebt, die Anwendungsmöglichkeiten derartiger Meßzellen zu verbessern.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Meßzelle zu schaffen, deren Änwendungsmöglichkexten weiter verbessert sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Druckausgleichseinrichtung für den
Elektrolyten abweichend vom Stand der Technik nicht am Elektrodenschaft einer Heßzelle, sondern am Elektrodenkopf
möglichst nahe im Bereich der Elektrodenspitze einer Meßelektrode beziehungsweise, einer Membrane anzuordnen, die
der Elektrodenspitze vorgelagert ist und die das Meßmedium von dem Elektrolyten abtrennt.
Es hat sich gezeigt, daß erst aufgrund der erfinderischen Anordnung die Anwendungsmöglichkeiten der Meßzelle wesentlich
gesteigert werden. Beispielsweise kann die Meßzelle nunmehr zur Messung von Peressigsäure Anwendung finden, was
früher nicht möglich war. Mittels der Meßzelle nach der Erfindung kann der Peressigsäure-Gehalt direkt im Wasser bestimmt
werden.
Die Meßzelle nach der Erfindung besitzt die Eigenschaft, wesentlich besser Druckdifferenzen zwischen dem Elektrolytraum
und dem Meßmedium auszugleichen, als dies beim Stand der Technik möglich ist. Ebenso werden Volumenänderungen,
die durch TemperaturVeränderungen hervorgerufen werden,
durch die Meßzelle nach der Erfindung kompensiert.
Nach einer ersten Ausführungsform besteht die Druckausgleichseinrichtung
aus einer Druckausgleichsbohrung, die in dem Elektrodenkopf ausgebildet ist und in dem Elektrolytraum
mündet. Außen ist die Druckausgleichsbohrung durch eine Druckausgleichsmembrane abgedeckt. Wird der Elektrolytraum
der Meßzelle mit einem Elektrolyten aufgefüllt, wölbt sich die Druckausgleichsmembrane beim Zusammenschrauben der
Meßzelle ballig nach außen. Treten Elektrolytvolumenänderungen auf, werden diese durch die Druckausgleichsmembrane
und deren federelastischen Eigenschaften ausgeglichen. Zum Beispiel bei einer Verminderung des Elektrolytvolumens verhindert
die Druckausgleichsmembrane einen Unterdruck im
Elektrolytraum, so daß bei Verwendung von mikroporösen Membranen die Gefahr vermieden wird, daß das Meßmedium in den
Elektrolytraum eingezogen wird, was die Meßelektrode vergiften würde. Es hat sich gezeigt, daß die Meßelektrode
nach der Erfindung mit der beschriebenen ersten Ausführungsform den Druckausgleich gegenüber bekannten Meßzellen
wesentlich besser auszugleichen vermag. Dies gilt in gleicher Weise für eine Erhöhung des Elektrolytvolumens, was
zum Beispiel aufgrund des osmotischen Effektes auftreten kann.
Aufgrund der großen Beweglichkeit der Druckausgleichsmembrane, die sich auch konkav nach innen wölben kann, können
in vorteilhafter Weise Volumenänderungen bis zu 0,3 ml toleriert werden. Aufgrund der Druckausgleichsmembrane ist
gleichfalls ein Einsatz der Meßzelle nach der Erfindung auch bei erhöhtem Meßwasserdruck ohne weiteres möglich.
Vermutlich ist die vorteilhafte Wirkung der Meßzelle nach der Erfindung darauf zurückzuführen, daß Druckänderungen im
Bereich der Meßelektrode und der vorgelagerten Membrane wesentlich schneller durch die in räumlich enger stehende
Druckausgleichsmembrane ausgeglichen werden. Zusätzlich ist die leichte Beweglichkeit und Elastizität der Druckausgleichsmembrane
von Bedeutung, die so bemessen sind, daß schon kleinste Volumenänderungen kompensiert werden.
Die Druckausgleichseinrichtung im Bereich der Meßelektrode kann nach einer anderen Weiterbildung auch aus mehreren
Druckausgleichsbohrungen und darüber gespannten Druckausgleichsmembranen bestehen. Bevorzugt sind die Druckausgleichsmembranen
aufgeklebt oder angeschweißt, was eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet.
Nach einer anderen Weiterbildung weist der Elektrodenkopf eine Kappe, insbesondere aufschraubbare Kappe auf, die die
Positionierung der Membrane bewirkt, die der Meßelektrode vorgelagert ist. Wird die Kappe zusammen mit der Membrane
entfernt, bietet sich die Möglichkeit, den Elektrolytraum bei stehender Meßzelle von der Elektrodenspitze aufzufüllen.
Hierdurch ist sichergestellt, daß der zugeführte Elektrolyt beim Auffüllen der Elektrolytkammer die empfindlichen
Druckausgleichsmembranen nur wenig belastet. Würde der Elektrolytraum bei abgeschraubtem Elektrodenkopf aufgefüllt
werden, bestünde die Gefahr, daß beim Aufschrauben die konvex hervortretenden Druckausgleichsmembranen beschädigt
werden. Daher ist es vorteilhaft, die aufschraubbare Kappe vorzusehen und den Elektrolytraum von der Meßzellenspitze
her aufzufüllen.
Es hat sich weiter gezeigt, daß insbesondere bei der Bestimmung der Peressigsäure hohe Anforderungen an die Membrane
zu stellen sind, die der Elektrodenspitze der Meßelektrode gegenüberliegt. Wichtig ist, daß Falten und Mikrorisse
vermieden werden. Daher wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, die Membrane, die der Spitze der Meßelektrode
gegenüberliegt, als randseitig versteifte Membranscheibe auszubilden, die in eine Vertiefung der Kappe
einlegbar ist. Bevorzugt handelt es sich bei der randseitig verstärkten Membranscheibe um eine runde Scheibe.
Randseitig verstärkte Membranscheibe, Druckausgleichsmembranen und Druckausgleichsbohrungen bilden zusammen eine
technisch funktionell wirkende Einheit, die es ermöglicht, den Gehalt an Peressigsäure im Wasser noch genauer zu bestimmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Meßzelle nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht einer Druckausgleichseinrichtung in Blickrichtung eines Pfeiles A in Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausfuhrungsform von Druckausgleichsbohrungen
;
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform von Druckausgleichsbohrungen ;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Druckausgleichseinrichtung,
und
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Druckausgleichseinrichtung
.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Meßzelle mit einem Elektrodenschaft 1, einem Elektrodenkopf 12 und einer
Kappe 13. Das vordere freie Ende der Kappe 13 bildet die Meßzellenspitze 31 der Meßzelle. Die Kappe 13 ist mittels
Gewinden 10, 11 auf den vorzugsweise runden Elektrodenkopf 12 aufschraubbar. Ebenso ist der Elektrodenkopf 12 auf den
Elektrodenschaft 1 aufschraubbar, wobei zur Abdichtung
Dichtringe 3, 9 zwischen den einzelnen Teilen vorgesehen
sind.
Der Elektrodenschaft 1 trägt eine konzentrisch angeordnete erste Elektrode 5, die in einen Hohlraum in den Elektrodenkopf
12 hineinragt, der einen Elektrolytraum 2 bildet. Der Elektrolytraum 2 wird mit einem Elektrolyten (nicht dargestellt)
aufgefüllt.
An der Vorderseite weist der Elektrodenkopf 12 eine Bohrung 14 auf, durch die eine zweite Elektrode 6 hindurchtritt,
die über eine Isolation 7 von der ersten Elektrode isoliert gelagert ist. Die zweite Elektrode 6 bildet eine Meßelektrode
und weist bevorzugt eine plane Elektrodenspitze 17 auf. In einer Vertiefung 15 ist. ein Dichtring 16 eingelagert,
der die Elektrodenspitze 17 umgibt. Die Kappe 13 weist auf der Achse X und damit der Elektrode 6 liegend
eine Bohrung 20 auf, die an der Innenseite in einer Vertiefung 19 eine Membrane 18 trägt. Bevorzugt handelt es sich
bei der Membrane 18 um eine runde Membranscheibe, die randseitig verstärkt ist. Die randseitigen Verstärkungen liegen
auf den Schenkeln der Wandung auf, die sich infolge der Vertiefung 19 ergeben.
Wird die Kappe 13 aufgeschraubt, preßt sich der im Durchmesser
an die Vertiefung 19 und die Membranscheibe 18 angepaßte Dichtring 16 an die lose eingelegte Membranscheibe
18. Die Membranscheibe 18 trennt das Meßmedium, zum Beispiel Wasser bei dem der Peressigsäure-Gehalt bestimmt werden
soll, von der Elektrodenspitze 17 der Elektrode 6. Bei der Membrane 18 kann es sich um porenfreies oder mikroporöses
Material handeln. Der soweit, beschriebene Aufbau ermöglicht ein leichtes Auswechseln der Membrane 18, die aufgrund
der randseitigen Versteifung faltenfrei und flächig auf der Elektrodenspitze 17 aufliegt. Dieser faltenfreie
Kontakt zu der Elektrode 6 ermöglicht wesentlich genauere Messungen und insbesondere das Messen von Peressigsäure in
Wasser. Die randseitige Verstärkung an der Membrane 18 ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Die randseitige Verstärkung
bildet einen Kreisring, der die Arbeits- und Diffusionsfläche der Membrane konzentrisch umgibt.
Der Elektrodenkopf 12 kann eine Querbohrung 22 aufweisen, die einerseits in den Elektrolytraum 2 und andererseits in
eine umlaufende Ringnut mündet, die in Fig. 1 als Vertiefung 24 gekennzeichnet ist. In diese Ringnut beziehungsweise
Vertiefung 24 ist ein elastischer Schlauchring 23 eingelegt, der zusammen mit der Querbohrung 22 ein Überdruckventil
bildet. Das Überdruckventil bewirkt, daß der Elektrolyt in dem Elektrolytraum 2 bei Volumenzunahme gegebenenfalls
austreten kann.
Wie weiter aus Fig. 1 erkennbar, weist der Elektrodenkopf 12 in der dort gezeigten Ausfuhrungsform zwei gegenüberliegende
Druckausgleichsbohrungen 26 auf, die sich gleichfalls von dem Elektrolytraum 2 radial nach außen in Richtung auf
das Meßmedium erstrecken. An der Außenseite sind die Druckausgleichsbohrungen 26 durch Druckausgleichsmembranen 28
abgedeckt, die nach Fig. 1 in Vertiefungen 25 eingelagert und dort randseitig verklebt oder verschweißt sind. Je nach
Anwendungsfall können in Vertiefungen 8 Traggitter 27 eingelegt sein, die die Druckausgleichsmembranen 28 mechanisch
abstützen. Bevorzugt sind die Traggitter 27 plan ausgeführt und bewirken, daß die empfindlichen Druckausgleichsmembranen
28 bei Unterdruck in dem Elektrolytraum 2 über ein bestimmtes Sicherheitsmaß hinaus nicht in die Druckausgleichsbohrungen
26 hineingezogen werden. Zur besseren manuellen Handhabung und zum Schutz der Druckausgleichsmembranen
28 sind diese außenseitig mit Schutzgitter 29 abgedeckt.
Der Elektrolyt kann bei aufgeschraubtem Elektrodenkopf 12 und entfernter Kappe 13 über die Bohrung 14 eingefüllt werden.
Hierbei bildet das vordere Ende 4 des Schaftes 1 den hinteren und unteren Wandabschnitt des Elektrolytraums 2.
Beim Auffüllen des Elektrolytraumes 2 wölben sich die Druckausgleichsmembranen 28 konvex nach außen in Richtung
auf das Meßmedium. Die Druckausgleichsmembranen 28 besitzen eine hohe Beweglichkeit und federelastische Eigenschaften.
Das Auffüllen über die Bohrungen 14 entlastet die Druckausgleichsmembranen
und zusätzlich besteht keine Gefahr der Beschädigung beim Aufschrauben des Elektrodenkopfes 12, was
erforderlich wäre, wenn der Elektrolytraum 2 bei aufgeschraubter Kappe 13 und entferntem Elektrodenschaft 1 vorgenommen
würde. Neben der technischen Wirkung, dem planen Anlegen der Membrane 18 an die Membranspitze 16 dient die
aufschraubbare Kappe 13 somit zusätzlich dem Schutz der Druckausgleichsmembranen 28. Daher ist es zweckmäßig den
Elektrodenkopf 12 zusammen mit der Membrane 18 nicht als einstückiges Lieferteil anzubieten sondern mehrteilig zu
gestalten. Hierbei lassen sich die lose eingelegten Membrane 18 bei Bedarf leicht austauschen. Zu leichteren Ab-
und Anschrauben sind umfangseitige Griffrillen 21 an der Kappe 13 vorgesehen.
Aufgrund der hohen Beweglichkeit der Druckausgleichsmembranen 28 und der räumlichen Nähe zu der Membrane 18 beziehungsweise
der Elektrodenspitze 17 hat sich erwiesen, daß Volumenänderungen des Elektrolyten wesentlich besser ausgeglichen
und die Anwendungsmöglichkeiten erhöht werden. Insbesondere ist mit der nach Fig. 1 beschriebenen Meßzelle
die Messung von Peressigsäure in Wasser möglich.
Fig. 2 zeigt einen Blick auf die Druckausgleichseinrichtung in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1, die aus der Druckausgleichsbohrung
26 und der Druckausgleichsmembrane 28 besteht. Die Druckausgleichsbohrung 26 ist in der Fig. 2 gezeigten
Vorderansicht als ovale öffnung beziehungsweise Längsloch gestaltet. Gegenüber einer Kreisbohrung besitzt
die ovale Druckausgleichsöffnung 26 eine größere wirksamere Fläche. Zur besseren Darstellung der Bohrung 26 ist das
Traggitter 27 im Schnitt dargestellt, ümfangseitig werden
• ·
das Traggitter 27 und die Druckausgleichsbohrung 26 von der Vertiefung 25 umgeben, deren Auflagefläche für die Membrane
28 eine Klebefläche 30 bildet. Ebenso ist die Druckausgleichsmembrane
28 in Fig. 2 nur teilweise dargestellt. Die gesamte Druckausgleichseinrichtung bestehend aus der Bohrung
26 und der Membrane 28 wird durch das Schutzgitter 29 abgedeckt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der Druckausgleichseinrichtung.
Hierzu sind in der umlaufenden Ringnut beziehungsweise Vertiefung 24 (Fig. 1) weitere radiale Bohrungen
vorgesehen, die die Druckausgleichsbohrungen 26 bilden. Die Anzahl der Druckausgleichsbohrungen 26 bestimmt
sich nach der erforderlichen wirksamen Fläche. Die Druckausgleichsbohrungen 26 und die Querbohrung 22 werden gleichermaßen
durch den Schlauchring 23 abgedeckt, jedoch im Gegensatz zur Querbohrung 22 sind die Bohrungen 26 mit
kreisringförmigen Klebeflächen 30 versehen, an denen der Schlauchring 23 fest angeordnet ist. Die Ausführungsform
nach Fig. 3 bietet den Vorteil, daß der Schlauchring 23 gleichermaßen die Funktion des Überdruckventils und des
Druckausgleichs bei einfacher Herstellung bewirkt.
Fig. 4 zeigt eine Druckausgleichseinrichtung ähnlich der in Fig. 1 und 2 jedoch bilden hier die Druckausgleichsbohrungen
26 großflächige und ovale Ausparungen in dem Elektrodenkopf 12. Zusätzlich sind abweichend von Fig. 1 keine
Vertiefungen 25 vorgesehen, sondern die Druckausgleichsmembranen 28 auf die Oberfläche der Wandung des Elektrodenkopfes
12 direkt aufgeklebt. Bei den Membranen 28 kann es sich um weiche Kunststoffolien handeln.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Druckausgleichseinrichtung,
die aus einem Faltenbalg 32 besteht, der gleichzeitig den Elektrodenkopf 12 aus Fig. 1 bildet.
Der Faltenbalg 32 übernimmt die Funktion der Druckausglei chsmembran 28 und fängt die Volumenanderungen des Elektrolyten
durch Längenänderungen in Richtung der Achse X ab.
Fig. 6 zeigt eine Ausfuhrungsform der Druckausgleichseinrichtung,
bei der im Inneren des Elektrolytraums 2 ein Drucksensor 33 angeordnet ist. Der Drucksensor 33 detektiert
den Innendruck, was von einer Auswerteelektronik 34 in ein Steuersignal für einen Servomotor 35 umgesetzt wird.
Der Servomotor 35 treibt über eine mechanische Kopplung 36 einen in den Elektrolytraum 2 ragenden Kolben 37 an, der
zur Erhöhung der Dichtigkeit von einer Dichtmembrane 38 umgeben sein kann. Zusätzlich kann ein zweiter Drucksensor 39
vorgesehen sein, der den Druck des Meßmediums bestimmt. Nimmt der Druck in dem Elektrolytraum 2 ab, weil sich dessen
Volumen vermindert, wird der Kolben 37 in den Elektrolytraum 2 eingefahren. Erhöht sich der Druck in dem Elektrolytraum
2, zum Beispiel aufgrund des osmotischen Effektes
über einen zulässigen Wert, wird der Kolben 37 aus dem Elektrolytraum 2 in Mikroschritten zurückgezogen.
1. | Elektrodenschaft | 20 „ | Bohrung |
2. | E1 ektr &ogr; 1 y tr auia | 21. | Griffrillen |
3. | Dichtring | 22 „ | Querbohrung |
4. | vorderes Ende | 23. | Schlauchring |
5. | erste Elektrode | 24., | Vertiefung |
6. | zweite Elektrode | 25. | Vertiefung |
7. | Isolation | 26 „ | Druckaus gle ichsbohrungen |
8. | Vertiefung | 27., | Traggitter |
9. | Dichtring | 28. | Druckausgle i chsmembrane |
10. | Gewinde | 29. | Schutzgitter |
11. | Gewinde | 30 „ | Klebefläche |
12. | Eletrodenkopf | 31. | Meßzellenspitze |
13. | Kappe | 32. | Faltenbalg |
14. | Bohrung | 33., | Drucksensor |
15. | Vertiefung | 34., | Auswerteelektronik |
16. | Dichtring | 35., | Servomotor |
17. | Elektrodenspitze | 36., | mechanische Kopplung |
18. | Membrane | 37. | Kolben |
19. | Vertiefung | 38., | Dichtmembrane |
39., | Drucksensor |
Claims (12)
1. Meßzelle mit
einem Elektrodenschaft (1)?
einem Elektrodenschaft (1)?
einem Elektrodenkopf (12), der an dem Elektrodenschaft (1)
befestigt ist und einen mit einem Elektrolyten gefüllten Elektrolytraum (2) aufweist;
einer ersten und zweiten Elektrode (5, 6), die in dem Elektrolytraum
(2) angeordnet sind;
einer Membrane (18), die der Elektrodenspitze (17) der
zweiten Elektrode (6) vorgelagert den Elektrolytraum (2) zu einem Meßmedium abtrennt und die die Meßzellenspitze (31)
bildet; und
einer Druckausgleichseinrichtung für den Elektrolyten,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckausgleichsexnrichtung am Elektrodenkopf (12) im Bereich der Elektrodenspitze (17) der zweiten Elektrode
(6) angeordnet ist.
2. Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckausgleichseinrichtung ein federelastisches Teil aufweist, das Volumenänderungen des Elektrolyten in dem
Elektrolytraum (2) ausgleicht.
3. Meßzelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckausgleichseinrichtung aus einer oder mehreren Druckausgleichsbohrungen (26), die sich durch die
Wandung des Elektrodenkopfes (12) zu dem Elektrolytraum (2) erstrecken, und einer Druckausgleichsmembrane (28) besteht,
die die Druckausgleichsbohrungen (26) und den Elektrolytraum (2) nach außen zu dem Meßmedium abschließt.
4. Meßzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckausgleichsmembrane (28) eine gummielastische Folie ist, die außen an dem Elektrodenkopf (12) über die Druckausgleichsbohrung
(26) gespannt ist.
5. Meßzelle nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsmembrane (28) an dem Elektrodenkopf
(12) angeklebt oder angeschweißt ist.
6. Meßzelle nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsmembrane (28) in Richtung auf
den Elektrolytraum (2) mittels eines Traggitters (8) mechanisch abgestützt ist.
7. Meßzelle nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsmembrane (28) außen durch ein
Schutzgitter (29) abgedeckt ist, daß mit Abstand zu der Druckausgleichsmembrane (28) angeordnet ist.
8. Meßzelle nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (12) eine auswechselbare Kappe
(13) mit einer Bohrung (20) aufweist, die die Membrane (18)
vor der Elektrodenspitze (17) anordnet.
9. Meßzelle nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membrane (18) eine randseitig verstärkte Membranscheibe bildet.
10. Meßzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (13) eine Vertiefung (19) aufweist, in die die
Membrane (18) einlegbar ist.
11. Meßzelle nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (12) eine Vertiefung (15) aufweist,
die die Elektrodenspitze (17) umgibt und die eine Dichtung (16) aufnimmt.
12. Meßzelle nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle eine Peressigsäure-Meßzelle ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29505572U DE29505572U1 (de) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | Meßzelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29505572U DE29505572U1 (de) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | Meßzelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29505572U1 true DE29505572U1 (de) | 1995-09-21 |
Family
ID=8006251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE29505572U Expired - Lifetime DE29505572U1 (de) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | Meßzelle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29505572U1 (de) |
-
1995
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19951102 |
|
R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 19981201 |