DE29508870U1

DE29508870U1 - Einstabmeßkette zur redundanten pH-Wert-Messung

Info

Publication number: DE29508870U1
Application number: DE29508870U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2005-06-02

Description

Einstabmeßkette zur redundanten pH-Messung

Zur Messung des pH-Wertes in wäßrigen Medien werden derzeit nahezu ausschließlich pH-Glaselektroden eingesetzt.

Die Kalibration erfolgt nach Ausbau der Elektroden aus dem Prozeß in verschiedenen Pufferlösungen oder über aufwendige Armaturen, mit denen die Elektroden automatisch oder manuell aus dem Prozeß gefahren werden und mit Pufferlösungen beaufschlagt werden.

In der DE-A 43 03 187 wird ein Meßverfahren angegeben, bei dem sich durch Verwendung der Meßsignale zweier pH-Meßzellen mit unterschiedlicher Pufferung der Innenlösung der pH-Meßzellen und einem gemeinsamen Bezugssystem durch Redundanz die Steilheit der beiden Elektroden in-line bestimmen läßt. Voraussetzung hierfür ist ein möglichst identisches Verhalten der pH-sensitiven Glasmembranen. Bei genügender Konstanz des Bezugssystems resultiert daraus ein beträchtliche Verlängerung der Kalibrationsintervalle; das birgt aber den Nachteil, daß mindestens zwei Einbauplätze benötigt werden.

Aus Gründen der Platzersparnis und zur Sicherung gleicher Mediumsbedingungen an jeder pH-Glasmembran empfiehlt sich der Aufbau in Form einer Einstabmeßkette mit integriertem Bezugssystem und dem üblichen Schaftdurchmesser von 12 (±4) mm

In der DE-A 43 03 186 und GM 94 17 267 sind derartige Aufbauten beschrieben.

Ziel der Erfindung ist es, die bestehende Temperaturabhängigkeit der pH-Messung in derselben Elektrode ohne externen Temperaturfühler zu kompensieren und zugleich die Geometrie der beiden Glasmembranen so zu optimieren, daß deren in DE-A 43 03 187 geforderte Identität in ausreichendem Maße realisiert wird. Dieses zweifache Ziel wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung erreicht.

Zur Einbringung eines Temperaturfühlers in Form eines Heiß-, Kalt- oder Halbleiters sind im wesentlichen zwei Forderungen zu erfüllen:
Erstens muß ein Elektrodensteckkopf mit mindestens vier Polen (+ Schirm) die Ableitung des zusätzlichen Temperatursignals ermöglichen, zweitens muß der Temperaturfühler in einer geeigneten Geometrie, die ein schnelles Ansprechen gewährleistet, eingebracht werden. Dazu wird ein in einem unten verschlossenen Glasrohr gegen Einwirkungen des Elektrolyten geschützt liegender

Temperaturfühler in kurzem Abstand direkt vor eine der beiden Glasmembranen gebracht. Die Ansprechzeit ist in guter Näherung mit der Erwärmung der Kombination Membran / interne Referenzableitung in Einklang zu bringen.
Zweitens wird durch kugelförmiges Ausblasen der beiden übereinander angeordneten, intern voneinander hochohnaig getrennten Glasmembranen die Aufgabe der Identität der beiden Glasmembranen gelöst. Membranoberfläche und -dicke sind dabei so abgestimmt, daß beide Membranen ähnliche Membranwiderstände liefern und bei Einwirkungen durch das Meßmedium sich praktisch identisch verhalten.

Der Vorteil der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 liegt darin, daß erstmals eine pH-Einstabmeßkette mit redundanter pH-Messung, integriertem Bezugssystem und für die Temperaturkompensation notwendigem, integriertem Temperaturfühler zur Verfugung steht und somit eine echte "Einlochmessung" dieser Art bei optimierter Membranangleichung realisiert werden kann. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Messung nach dem oben genannten Meßverfahren.

Erfindungsgemäß hat die beschriebene pH-Doppelmeßkette mit integriertem Temperaturfühler vier ineinander angeordnete Rohre, vorzugsweise aus Glas. Das erste, äußere Rohr enthält ein Diaphragma und bildet mit dem nächstinneren, zweiten Rohr den Elektrolytraum für den Bezugselektrolyten und umfaßt die Referenzableitung des Bezugsystems. Das zweite und das dritte Rohr bilden den Raum für die erste pH-Meßzelle, welcher den auf den ersten pH-Wert abgepufferten Elektrolyten und die interne Ableitung der ersten pH-Meßzelle enthält.

Die unteren Enden des zweiten und dritten Rohres sind so aufgeweitet, daß sie die kugelförmig ausgeblasene Membran der ersten pH-Meßzelle aufnehmen können. Die Ausformung am unteren Ende des dritten Rohres nimmt gleichzeitig die kugelförmig ausgeblasene Membran der zweiten pH-Meßzelle auf und bildet mit dem dritten Rohr den Raum für den auf einen zweiten pH-Wert gepufferten Elektrolyten, der sich vom pH-Wert des Elektrolyten der ersten pH-Meßzelle unterscheidet, und für die interne Ableitung der zweiten Meßzelle. Das vierte Rohr ist unten geschlossen und enthält den Temperaturfühler. Es wird von der Innenseite aus gesehen mit dem Rohrende ejatweder direkt vor die Membran der ersten pH-Meßzelle oder direkt vor die Membran der zweiten pH-Meßzelle angeordnet.

Die entgegengesetzten Rohrenden sind über einen Steckkopf dicht geschlossen. Die Meßsignale werden über die Kontakte des Steckkopfes zum Meßverstärker

abgeleitet, wobei mindestens vier 4 Kontakte und ein Schirm für die hochohmige Ableitung der Meßsignale zur Verfugung stehen.

Die Erfindung wird anhand Figur 1, die ein Ausfuhrungsbeispiel mit dem Temperaturfühler in der ersten pH-Meßzelle im Längsschnitt darstellt, erläutert:
Die Umgrenzung des Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen Doppelektrode 1 mit integriertem Temperaturfühler 41 wird vom ersten Rohr 11 als Schaft mit variabler, applikationsgerechter Länge und einem Durchmesser von 12 (+4) mm , dem Steckkopf 50, der nach unten abgedichtet ist und die Meßsignale nach außen abführt sowie den Glasmembranen der ersten pH-Meßzelle 20 und der zweiten pH-Meßzelle 30 gebildet. Die Meßkreise zum Bezugssystem werden durch ein Diaphragma 14 geschlossen. Die Referenzableitung 12 befindet sich im vom ersten Rohr 11 und vom zweiten Rohr 21 gebildeten Volumen 13 und taucht in den Bezugselektrolyten ein.
Das zweite Rohr 21 und das dritte Rohr 31 bilden mit der ersten Glasmembran 20 die erste pH-Meßzelle mit einem zweiten Volumen 23, das die interne Ableitung 22 im ersten Meßzellenpuffer enthält. Das dritte Rohr 31 und die Glasmembran 30 bilden das Volumen 33 für die zweite Meßzelle, das die interne Ableitung der pH-Meßzelle 32 im zweiten Meßzellenpuffer enthält. Durch die zweite pH-Meßzelle ist das unten verschlossene vierte Rohr 40, das den Temperaturfühler 41 enthält, bis auf minimalen Abstand auf die Glasmembran 30 geführt.

Claims

Schutzansprüche

1. Einstabmeßkette mit einem Schaftdurchmesser von 12 (±4) mm zur redundanten Messung des pH-Wertes, bestehend aus einer ersten pH-Meßzelle, die einen auf einen ersten pH-Wert abgepufferten Innenelektrolyten enthält, aus einer zweiten pH-Meßzelle, die einen auf einen zweiten pH-Wert abgepufferten Innenelektrolyt enthält, wobei sich diese beiden pH-Werte mindestens um eine pH-Einheit, vorzugsweise um mindestens zwei pH-Einheiten, unterscheiden und aus einem gemeinsamen Bezugssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstabmeßkette über einen in einer der beiden pH-Meßzellen direkt vor einer Glasmembran angeordneten, von der Elektolytlösung abgekapselten Temperaturfühler verfügt und zwei praktisch identische, kugelig ausgeblasene Glasmembranen aufweist.

2. Einstabmeßkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler ein Heiß-, ein Kalt- oder ein Halbleiter ist.

3. Einstabmeßkette nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Membranoberflächen größer als 1:2 und kleiner als 2:1 ist.