DE69801803T2

DE69801803T2 - Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit, des pH-Wertes und des Gehalts an gelöstem Sauerstoff

Info

Publication number: DE69801803T2
Application number: DE69801803T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Mori; Yoshihiro Tarui
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE69802976T2; EP0927885B1; DE69801803D1; EP0857968A1; DE69802976D1; EP0857968B1; US6119508A; EP0927885A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen zumindest zweier der Größen gelöster Sauerstoff, Leitfähigkeit und pH-Wert, welche wahlweise zumindest zwei der Größen Gehalt an gelöstem Sauerstoff, Leitfähigkeit und pH-Wert mit jeweiligen Sonden messen kann, wenn zumindest zwei der Sonden für gelösten Sauerstoff, Leitfähigkeit und pH-Wert in derselben Probe eingetaucht sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Werts sowie der Leitfähigkeit und des Gehalts an gelöstem Sauerstoff gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Beschreibung des Standes der Technik

Wenn bei einer Vorrichtung dieses Typs zumindest zwei der Sonden für gelösten Sauerstoff, der Leitfähigkeitssonde und der pH-Sonde in dieselbe Probe eingetaucht werden, üben diese eine Wechselwirkung und einen Einfluss aufeinander aus. Diese Art Vorrichtung ist wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt aufgebaut.
Das bedeutet, dass Fig. 4 ein Beispiel des Aufbaus für eine herkömmliche Vorrichtung zum Messen gelösten Sauerstoffs oder des pH-Werts zeigt. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 31 die Sonde für gelösten Sauerstoff, an welche zwei Signalleitungen 32, 33 angeschlossen sind. An die eine Signalleitung 32 ist ein Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 34 angeschlossen. Nach dem Schaltkreis 34 ist ein A/D- Wandler-Schaltkreis 35 vorgesehen. Dieser Schaltkreis 35 ist mit einer Prozessor- und Anzeigeeinheit 37 über einen Fotokoppler 36 verbunden. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet die Spannungsversorgung zum Betreiben des Strom/Spannungswandler-Schaltkreises 34, des A/D-Wandler-Schaltkreises 35 bzw. des Fotokopplers 36. An die andere Signalleitung 33 ist ein Bezugspotenzial angelegt.
Bezugszeichen 39 bezeichnet eine pH-Sonde, mit welcher zwei Signalleitungen 40, 41 verbunden sind. An die eine Signalleitung 40 ist ein Impedanzwandler-Schaltkreis 2 angeschlossen. Hinter diesem Schaltkreis 42 ist ein A/D-Wandler-Schaltkreis 43 vorgesehen. Dieser Schaltkreis 43 ist über einen Fotokoppler 44 mit der Prozessor- und Anzeigeeinheit 37 verbunden. Bezugszeichen 45 bezeichnet eine Spannungsversorgung zum Betreiben des Impedanzwandler-Schaltkreises 42, des A/D-Wandler-Schaltkreises 43 bzw. des Fotokopplers 44. An die andere Signalleitung 41 ist ein Bezugspotenzial angelegt.
Da der Schaltkreis I zum Messen gelösten Sauerstoffs die Sonde 31 für gelösten Sauerstoff, die Signalleitung 32, den Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 34, den A/D-Wandler 35, usw. bzw. der Schaltkreis II zum Messen des pH-Werts die pH- Sonde 39, die Signalleitung 40, den Impedanzwandler-Schaltkreis 42, den A/D- Wandler-Schaltkreis 43, usw. aufweisen, wie das in der Anordnung der Fig. 4 dargestellt ist, und diese Schaltkreise I und II mittels Fotokoppler 36, 44 im Hinblick auf ihre Signale isoliert voneinander sind, sind auch die pH-Sonde 39 und die Sonde 31 für gelösten Sauerstoff voneinander isoliert, und Interferenz und Beeinflussungen sind eliminiert.
In der oben in Fig. 4 gezeigten Anordnung sind jedoch nicht nur die A/D-Wandler- Schaltkreise 35, 43, sondern auch die Spannungsversorgungen 38, 45 voneinander isoliert und müssen mit dem Kreis I zum Messen gelösten Sauerstoffs bzw. dem Kreis II zum Messen des pH-Werts verbunden werden, was zu den Nachteilen einer erhöhten Komponentenzahl, erhöhter Kosten und eines erhöhten Schaltkreisflächenbedarfs führt. Diese Aspekte bleiben selbst dann unverändert, wenn die Sonde 31 für gelösten Sauerstoff und der Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 34 durch die Leitfähigkeitssonde und den Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreis ersetzt werden könnte.
Fig. 5 zeigt dagegen einen Aufbau, bei welchem Schalter 46, 47 unmittelbar in den Signalleitungen 33, 41 vorgesehen sind, welche mit der Sonde 31 für gelösten Sauerstoff bzw. mit der pH-Sonde 39 verbunden sind. Der Schalter 47 ist ausgeschaltet (offen), um die pH-Sonde 39 zu isolieren, wenn der gelöste Sauerstoff gemessen wird. Der Schalter 46 ist ausgeschaltet, um die Sonde 31 für gelösten Sauerstoff zu isolieren, wenn der pH-Wert gemessen wird. Das Bezugszeichen 48 bezeichnet einen A/D-Wandler-Schaltkreis, welcher für die Schaltkreise I, II gemeinsam vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 49 bezeichnet eine Spannungsversorgung zum Betreiben des Strom/Spannungswandler-Schaltkreises 34, des Impedanzwandler-Schaltkreises 42 bzw. des A/D-Wandler-Schaltkreises 48.
Bei der gemäß Fig. 5 oben aufgebauten Vorrichtung können Interferenz und Beeinflussungen der pH-Sonde 39 während Messungen für gelösten Sauerstoff und Interferenzen und Beeinflussungen der Sonde 31 für gelösten Sauerstoff bei pH- Messungen gleichzeitig vermieden werden. Ferner liegt hier der Vorteil vor, dass nur ein A/D-Wandler-Schaltkreis 48 oder eine Spannungsversorgung 49 benötigt werden und dass der Aufbau deshalb vereinfacht ist. Jedoch bringt dies folgende Schwierigkeiten mit sich.
Wenn der Schalter 46 in den offenen Zustand zum Messen des pH-Wertes gebracht wird, benötigt es einige Zeit damit sich das Potenzial der Sonde 31 für gelösten Sauerstoff stabilisiert, wenn der Schalter 47 offen ist und der Schalter 46 geschlossen wird, um beim nächsten Mal gelösten Sauerstoff zu messen, wodurch das Problem entsteht, dass die Verfügbarkeit gesenkt wird.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Leitfähigkeitsmessgerät ist unmittelbar in der Signalleitung 53, welche mit der Leitfähigkeitssonde 51 verbunden ist, ein Schalter 56 vorgesehen, so dass die Leitfähigkeitssonde 51 durch Ausschalten des Schalters 56 während der pH-Messung isoliert werden kann. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau ist es möglich, die Interferenz und die Beeinflussungen der pH-Messung zu vermeiden und gleichzeitig den Vorteil zu behalten, dass nur eine Spannungsversorgung 47 zum Betreiben des Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreises 54, des A/D- Wandler-Schaltkreises 55, des Impedanzwandler-Schaltkreises 52 bzw. des A/D- Wandler-Schaltkreises 43 benötigt wird und dass dadurch der Aufbau weiter vereinfacht werden kann, wobei aber die folgenden Schwierigkeiten entstehen.
Wenn der Schalter 56 elektrisch gesteuert wird, wird gewöhnlich ein Schalter aus Halbleitern (z. B. ein Analogschalter) anstelle eines Relay-Schalters, welcher einen Elektromagneten betreibt, verwendet, um den Energieverbrauch zu senken. Wenn aber der Schalter 56 eingeschaltet wird, um die Leitfähigkeit zu messen, übt der Einschaltwiderstand einen Einfluss auf die Messergebnisse in Form von Messfehlern aus, welche bei der Leitfähigkeitsmessung erhalten werden. Dieser Fehler kann jedoch eliminiert werden durch geeignetes Ausbilden der Prozessor- und Anzeigeeinheit 37, wodurch aber eine verkomplizierte Verarbeitung resultiert.
Das Dokument US-A-5, 103,179 aus dem Stand der Technik offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit, des Anteils an gelöstem Sauerstoff und des pH- Werts einer Probe durch eintauchbare Sonden. Um ein Übersprechen zwischen den aktiven Sonden, z. B. der Sonde für gelösten Sauerstoff und der Leitfähigkeitssonde, und der passiven Sonden, z. B. der pH-Elektrode, zu vermeiden, werden die Sonden nur nacheinander betrieben, und, wenn sie nicht in Benutzung sind, elektrisch vom Messsystem isoliert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine hauptsächliche Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes oder der Leitfähigkeit und des Anteils an gelöstem Sauerstoff zu schaffen, bei welcher Interferenzen und Beeinflussungen eliminiert werden können und bei welcher die Leitfähigkeit, der pH-Wert oder der Anteil gelösten Sauerstoffs genau gemessen werden können, wenn die Leitfähigkeitssonde, die pH-Sonde und die Sonde für gelösten Sauerstoff gleichzeitig in derselben Proben eingetaucht sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes einer Probe eine Leitfähigkeitssonde und eine pH-Sonde zum Eintauchen in derselben Probe auf, mit einer Einrichtung zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Leitfähigkeits-Spannungswandler und einer Einrichtung zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Bezugspotenzial, wobei eine Schalteinrichtung zum Isolieren der Leitfähigkeitssonde vom Bezugspotenzial während der Messung mit der pH-Sonde vorgesehen ist, welche gebildet wird von einem nicht-invertierenden Operationsverstärker und ersten und zweiten Schaltern, wobei das Bezugspotenzial mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei die Leitfähigkeitssonde mit dem Ausgang des Operationsverstärkers über den ersten Schalter und mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers über den zweiten Schalter verbunden ist und wobei die zwei Schalter sich simultan öffnen und schließen.
Bei der Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes gemäß diesem Aufbau sind bei der Leitfähigkeitsmessung, wenn die Leitfähigkeit gemessen wird, der erste und der zweite Schalter eingeschaltet (geschlossen). Durch diesen Vorgang wird ein bestimmtes Bezugspotezial an die Leitfähigkeitssonde angelegt.
Da die Ausgangsimpedanz so klein wie möglich gemacht werden kann, um den Schalter einzuschalten, können die Einflüsse aufgrund des Einschaltwiderstands auf die Leitfähigkeitsmessung nahezu vernachlässigt werden, und zwar selbst dann, wenn der Schalter gebildet wird von einem Halbleiter, z. B. einem Analogschalter, usw.
Bei der Messung des pH-Werts sind beide Schalter ausgeschaltet (offen). Durch diesen Vorgang wird die Leitfähigkeitssonde vom pH-Messschaltkreis isoliert, und es werden Interferenzen und Beeinflussungen eliminiert.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen zum Isolieren der Leitfähigkeitsprobe vom Bezugspotenzial, wenn der Anteil gelösten Sauerstoffs gemessen wird, und gleichzeitig zum Isolieren der Sonde für gelösten Sauerstoff und zum Kurzschließen der Elektroden bei der isolierten Sonde für gelösten Sauerstoff, wenn die Leitfähigkeit gemessen wird.
Folglich weist bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des Anteils gelösten Sauerstoffs in derselben Probe eine Leitfähigkeitssonde und eine Sonde für gelösten Sauerstoff zum Eintauchen in derselben Probe auf, mit einer Einrichtung zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Leitfähigkeits-Spannungswandler und mit einer Einrichtung zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Bezugspotenzial, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist zum Isolieren der Leitfähigkeitssonde vom Bezugspotenzial während der Messung mit der Sonde für gelösten Sauerstoff, welche gebildet wird von einem nicht-invertierenden Operationsverstärker und ersten und zweiten Schaltern, wobei das Bezugspotenzial mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei sich die zwei Schalter simultan öffnen und schließen und wobei eine zweite Schalteinrichtung vorgesehen ist zum Isolieren der Sonde für gelösten Sauerstoff und zum Kurzschließen ihrer Elektroden während der Messung mit der Leitfähigkeitssonde.
Auf diese Weise ist es möglich, Interferenzen und Beeinflussungen durch die Leitfähigkeitssonde durch Isolieren der Leitfähigkeitssonde vom Bezugspotenzial zu eliminieren, wenn der Anteil gelösten Sauerstoffs gemessen wird. Da die Sonde für gelösten Sauerstoff beim Messen der Leitfähigkeit vom Bezugspotenzial isoliert ist, ist es möglich, Interferenzen und Beeinflussungen durch die Sonde für gelösten Sauerstoff zu vermeiden. Wenn der Anteil gelösten Sauerstoffs von einem Zustand aus gemessen wird, bei welchem die Sonde für gelösten Sauerstoff vom Bezugspotenzial isoliert ist, um die Leitfähigkeit zu messen, stabilisiert sich das Potenzial der Sonde für gelösten Sauerstoff schnell, weil die Elektroden der isolierten Sonde für gelösten Sauerstoff kurzgeschlossen sind, und die Messung des Anteils gelösten Sauerstoffs kann auf schnelle Weise erfolgen.
Zusätzlich ist beim Messen der Leitfähigkeit selbst dann, wenn die ersten und zweiten mit der Leitfähigkeitssonde verbundenen Schalter von Halbleitern, z. B. Analogschaltern gebildet werden, die Leitfähigkeitsmessung kaum durch den Einschaltwiderstand der Schalter beeinflusst, und die Messungen können in stabiler Art und Weise durchgeführt werden.

FIGURENKURZBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt auf schematische Art und Weise eine erste Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs oder des pH-Werts.
Fig. 2 zeigt auf schematische Art und Weise eine zweite Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Werts gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt auf schematische Art und Weise eine dritte Vorrichtung zum Messen der drei Größen Anteil des gelösten Sauerstoffs, Leitfähigkeit und pH-Wert gemäß der Erfindung.
Fig. 4 zeigt auf schematische Art und Weise eine herkömmliche Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs oder des pH- Werts.
Fig. 5 zeigt auf schematische Art und Weise eine andere herkömmliche Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs oder des pH- Werts.
Fig. 6 zeigt auf schematische Art und Weise eine andere herkömmliche Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs oder des pH- Werts.

DETAILBESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 ist nützlich für das Verständnis der Erfindung, und in Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen I und II den Schaltkreis zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs bzw. den Schaltkreis zum Messen des pH-Werts. Zunächst wird der Aufbau des Schaltkreises I zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs beschrieben. Der Schaltkreis I zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs ist ausgebildet, den Strom der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff zu messen. Mit diesem Schaltkreis sind zwei Signalleitungen 2, 3 verbunden. Mit einer der Signalleitungen 2 ist ein Strom/- Spannungswandler-Schaltkreis über einen ersten Auswahlschalter 4 verbunden.
Genauer weist der erste Auswahlschalter 4 einen "a"-Kontaktanschluss 3a, einen "b"-Kontaktanschluss 4b, einen Anschluss 4c sowie ein Schaltteil 4d auf. Der Anschluss 4c ist mit der Signalleitung 2 verbunden. Der "a"-Kontaktanschluss 4a ist mit dem "a"-Kontaktanschluss 6a des zweiten Auswahlschalters 6, welcher später beschrieben wird, verbunden, während der "b"-Kontaktanschluss 4b mit dem Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 verbunden ist.
Mit der anderen Signalleitung 3 ist ein Bezugspotenzial 7 über einen zweiten Auswahlschalter 6 verbunden. Genauer weist der zweite Auswahlschalter 6 einen "a"- Kontaktanschluss 6a, einen "b"-Kontaktanschluss 6b, einen Anschluss 6c sowie ein Schaltteil 6d auf. Der Anschluss 6c ist mit der Signalleitung 3 verbunden. Der "a"- Kontaktanschluss 6a ist mit dem "a"-Kontaktanschluss 4a des ersten Auswahlschalters 4 verbunden, während der "b"-Kontaktanschluss 6b mit dem Bezugspotenzial 7 verbunden ist. Das Bezugspotenzial 7 ist das Bezugspotenzial für den gesamten Schaltkreis und äquivalent mit dem Eingangsbezugspotenzial des A/D- Wandler-Schaltkreises 13, welcher später beschrieben wird.
Die Auswahlschalter 4, 6 arbeiten wie folgt. Wenn der Abschnitt 4d des ersten Auswahlschalters 4 in Kontakt mit dem "b"-Kontaktanschluss 4b zum Verbinden der Sonde 1 für den gelösten Sauerstoff mit dem Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 über die Signalleitung 2 in Kontakt kommt, ist der Abschnitt 6d des zweiten Auswahlschalters ausgebildet, in Kontakt mit dem "b"-Kontaktanschluss 6b zu kommen, um das Bezugspotenzial 7 über die Signalleitung 3 mit der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff zu verbinden. Wenn der Bereich 4d in Kontakt kommt mit dem "a"-Kontaktanschluss 4a und die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff von dem Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 isoliert ist, kommt der Bereich 6d in Kontakt mit dem "a"-Kontaktanschluss 6a und die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff wird vom Bezugspotenzial 7 isoliert und derart geschaltet, dass die beiden Elektroden (nicht dargestellt) der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff kurzgeschlossen werden. Der Änderungsvorgang findet auf der Grundlage von Kommandos der Prozessor- und Steuereinheit 14 statt, welche später beschrieben wird.
Nachfolgend wird der Aufbau des pH-Messschaltkreises II beschrieben. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine pH-Sonde, an welche zwei Signalleitungen 9 und 10 angeschlossen sind. An eine Signalleitung 9 ist ein Impedanzwandler-Schaltkreis 11 angeschlossen. Die andere Signalleitung 10 ist mit dem Bezugspotenzial 7 über den Schalter 12 verbunden.
Bezugszeichen 13 bezeichnet einen A/D-Wandler-Schaltkreis, welcher vom Messkreis I für gelösten Sauerstoff und vom Messkreis II für den pH-Wert gemeinsam verwendet wird und welcher, obwohl er nicht im Detail dargestellt, ist, auf seiner Eingangsseite einen Auswahlschalter (z. B. einen Analogmultiplexer) aufweist und welcher ausgebildet ist, das Analogsignal von beiden Schaltkreisen I und II alternativ in ein Digitalsignal zu wandeln und an die Prozessor- und Steuereinheit 14 auszugeben. Die Prozessor- und Anzeigeeinheit 14 weist z. B. einen Mikrocomputer auf, welcher die Fähigkeit besitzt, die eingegebenen Signale zu verarbeiten und die verarbeiteten Ergebnisse anzuzeigen und darin in einem Speicher zu speichern. Des Weiteren sind dort verschiedene Steuervorgänge vorgesehen.
Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Spannungsversorgung, welche den Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5, den Impedanzwandler-Schaltkreis 11, den A/D-Wandler-Schaltkreis 13 usw. versorgt.
Es wird nun der Betrieb einer Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs und des pH-Werts beschrieben, welche in der oben beschriebenen Form aufgebaut ist. Es wird dabei angenommen, dass die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff und die Sonde 8 für den pH-Wert gleichzeitig in derselben und nicht dargestellten Probe eingetaucht sind. Wenn unter dieser Art Bedingung der pH-Wert gemessen wird, ist der Schalter 12 des pH-Messschaltkreises II eingeschaltet (geschlossen), und das Bezugspotenzial 7 ist mit der pH-Sonde 8 verbunden. Andererseits werden beim Schaltkreis I zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs der erste Schalter 4 und der zweite Schalter 6 gewechselt und die Anschlüsse 4c, 6c bzw. die "a"-Kontakte 4a, 6a verbunden, um die Sonde für gelösten Sauerstoff vom pH-Messschaltkreis II zu isolieren und um gleichzeitig die beiden Elektroden der isolierten Sonde 1 für gelösten Sauerstoff kurzzuschließen.
Unter der oben genannten Bedingung wird das Ausgangssignal der pH-Sonde 8 über den Impedanzwandler-Schaltkreis 11 dem A/D-Wandler-Schaltkreis 13 zugeführt, und das umgewandelte Ausgangssignal wird in die Prozessor- und Steuereinheit 14 eingegeben. Dadurch werden die pH-Wert-Ergebnisse der Probe erhalten. Durch dieses Vorgehen kann eine Messung mit hoher Genauigkeit erzielt werden, weil die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff vom pH-Wert-Messkreis II isoliert ist und Interferenzen und Beeinflussungen durch die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff auf die pH-Wert-Messung verhindert werden.
Wenn der Anteil gelösten Sauerstoffs gemessen wird, wird der Schalter 12 im pH- Messkreis II ausgeschaltet (geöffnet), um die pH-Sonde 8 vom Messkreis I für den Anteil gelösten Sauerstoffs zu isolieren. Andererseits werden im Messkreis I für gelösten Sauerstoff der erste Schalter 4 und der zweite Schalter 6 umgeschaltet und die Anschlüsse 4c, 6c und die "b"-Kontakte 4b, 6b verbunden, um die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff mit dem Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 zu verbinden. Gleichzeitig wird das Bezugspotenzial 7 an die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff angelegt.
Unter der oben beschriebenen Bedingung wird das Ausgangssignal der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff über den Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 dem A/D- Wander-Schaltkreis 13 zugeführt. Das umgewandelte Ausgangssignal wird der Prozessor- und Steuereinheit 14 zugeführt. Dadurch wird der Anteil gelösten Sauerstoffs in der Probe ermittelt. Durch diese Maßnahme kann eine Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, weil die pH-Sonde 8 vom Messschaltkreis I für gelösten Sauerstoff isoliert ist und Interferenzen und Beeinflussungen auf die Messung des Anteils gelösten Sauerstoffs durch die pH-Sonde 8 verhindert werden.. Wenn die Messbedingungen für den Anteil gelösten Sauerstoffs erreicht sind, ist es möglich, Messungen des Anteils gelösten Sauerstoffs mit einer kurzen Reaktionszeit oder Antwortzeit durchzuführen, weil die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff während der pH-Wert-Messung kurzgeschlossen ist.
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung sind nur ein A/D-Wandler-Schaltkreis 13 zu einem Zeitpunkt und nur eine Spannungsversorgung 15 zum Betreiben des Strom/Spannungswandler-Schaltkreises 5, des Impedanzwandler-Schaltkreises 11 und des A/D-Wandler-Schaltkreises 13 notwendig, und der gesamte Schaltungsaufbau kann vereinfacht und verkleinert werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In Fig. 2 bedeuten die Bezugszeichen II, III einen pH-Wert-Messschaltkreis bzw. einen Leitfähigkeits-Messschaltkreis. Da die Elemente mit den gleichen Bezugszeichen aus Fig. 1 die gleichen Elemente bedeuten, wird eine detaillierte Beschreibung davon an dieser Stelle fortgelassen. Es wird nun eine detaillierte Beschreibung im Hinblick auf den Leitfähigkeits-Messschaltkreis III gegeben. Der Leitfähigkeits-Messschaltkreis III ist ausgebildet, den Strom zu messen, welcher fließt, wenn eine bestimmte Spannung an der Leitfähigkeitselektrode anliegt. Bezugszeichen 21 bezeichnet die Leitfähigkeitssonde, an welche zwei Signalleitungen 22, 23 angeschlossen sind. In einer Signalleitung 22 ist ein Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreis 24 vorgesehen, welcher z. B. einen Konstantspannungs-Strom/Spannungswandler-Schaltkreis zum Messen des in der Leitfähigkeitssonde 21 fließenden Stroms aufweist.
Die andere Signalleitung 23 ist mit dem Anschluss 25 zum Zuführen der für die Leitfähigkeitsmessung bestimmten Spannung vorgesehen. An diesen Anschluss 25 ist die Ausgangsseite des nicht-invertierenden OP AMP 27 über einen ersten Schalter 26 verbunden, welcher z. B. einen Analogschalter aufweist. Zwischen dem invertierenden Eingang 27a dieses nicht-invertierenden OP AMP 27 und dem Anschluss 25 ist ein zweiter Schalter 28 vorgesehen, welcher simultan mit dem ersten Schalter 26 an- oder ausgeschaltet wird. Mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss 27b des nicht-invertierenden OP AMP 27 sind der pH-Wert-Messschaltkreis II, der A/D-Wandler-Schaltkreis 13, usw. in ähnlicher Weise wie bei Fig. 1 mit dem für den gesamten Schaltkreis gemeinsamen Bezugspotenzial 7 verbunden. Die AN- AUS-Schaltsteuerung des ersten Schalters 26 und des zweiten Schalters 28 wird auf der Grundlage von Kommandos der Prozessor- und Steuereinheit 14 ausgeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel betreibt die Spannungsversorgung 15 den Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreis 24, den Impedanzwandler-Schaltkreis 11, den A/D-Wandler-Schaltkreis 13, usw.
Nun wird der Betrieb der wie oben beschriebenen Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes beschrieben. Es wird jetzt angenommen, dass die Leitfähigkeitssonde 21 und die pH-Sonde 8 gleichzeitig in derselben Probe, welche nicht dargestellt ist, eintauchen. Wenn unter diesen Bedingungen der pH-Wert gemessen wird, sind der erste Schalter 26 und der zweite Schalter 28 ausgeschaltet (offen). Durch dieses Vorgehen wird die Leitfähigkeitssonde 21 vom pH-Wert-Messkreis II isoliert. Das Ausgangssignal der pH-Sonde 8 wird über den Impedanzwandler-Schaltkreis 11 in den A/D-Wandler-Schaltkreis 13 eingegeben. Das umgewandelte Ausgangssignal wird in die Prozessor- und Steuereinheit 14 eingegeben. Dadurch werden die pH-Wert-Ergebnisse der Probe erhalten. Bei diesem Vorgehen kann somit eine Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, weil die Leitfähigkeitssonde 21 vom pH-Wert-Messschaltkreis II isoliert ist und von seiten der Leitfähigkeitssonde auf die pH-Wert-Messung bewirkte Interferenzen und Beeinflussungen verhindert werden.
Wenn die Leitfähigkeit gemessen wird, sind die Schalter 26, 28 eingeschaltet (geschlossen). Durch dieses Vorgehen wird ein bestimmtes Bezugspotenzial an die Leitfähigkeitssonde 1 angeschlossen. Der Strom, welcher fließt, wenn die bestimmte Spannung angelegt wird, wird im Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreis 24 in eine Spannung gewandelt. Nachdem diese A/D-gewandelt wurde, wird sie der Prozessor- und Steuereinheit 14 zugeführt. Auf diese Weise wird die Leitfähigkeit der Probe bestimmt. Durch dieses Vorgehen kann durch Einschalten der Schalter 26 und 28 der Einfluss des Einschaltwiderstands des Schalters 26 auf ein nahezu vernachlässigbares Niveau gebracht werden (der durch den geringeren Stromfluss durch den Schalter 28 verursachte Spannungsabfall kann übergangen werden, weil die Eingangsimpedanz des invertierenden Eingangsanschlusses 27a hoch ist), und es kann eine hochgenaue Messung ausgeführt werden, weil es möglich ist, den Schalter mit einer so gering wie möglichen Ausgangsimpedanz einzuschalten, indem die Spannung des Anschlusses 25 auf das gleiche Niveau gebracht wird, wie das der Bezugsspannung 7, und zwar durch die Wirkung des nicht-invertierenden OP AMP 27.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel kann der gesamte Schaltungsaufbau vereinfacht und die Schaltungsfläche reduziert werden, weil nur ein einziger A/D-Wandler-Schaltkreis sowie nur eine Spannungsversorgung 15 benötigt werden zum Betreiben des Leitfähigkeits/Spannungswandler-Schaltkreises 24, des Impedanzwandler-Schaltkreises 1 und des A/D-Wandler-Schaltkreises 13.
Weil der nicht-invertierende OP AMP 27 unmittelbar in der einen Signalleitung 23 der Leitfähigkeitssonde auf die oben beschriebene Art und Weise vorgesehen ist, ist die Messung kaum vom Einschaltwiderstand der Schalter 26, 28 beeinflusst, wenn diese eingeschaltet sind. Folglich ist es möglich, den Energieverbrauch durch Verwendung eines Analogschalters mit vergleichsweise hohem Einschaltwiderstand der Schalter 26, 28 zu verwenden, auch sind Relay-Schalter mit geringem Einschaltwiderstand als Schalter 26, 28 verwendbar.
Wenn die Eingangsimpedanz des invertierenden Eingangsanschlusses 27a des OP AMP 27 merklich hoch ist, kann der Schalter 28 fortgelassen werden (eine derartige Vorrichtung ohne Schalter 28 ist nicht durch die Ansprüche abgedeckt). Wenn der Schalter 28 wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, so besteht ein alter Trick darin, die Eingangsanschlüsse 27a und 27b des OP AMP 27 über einen hohen Widerstand miteinander zu verbinden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zum Messen sowohl des Anteils gelösten Sauerstoffs, der Leitfähigkeit und des pH-Wertes. In Fig. 3 bedeuten die Elemente mit den gleichen Referenzsymbolen wie in Fig. 1 und 2 die jeweils gleichen Elemente, und ihre Beschreibung wird fortgelassen.
Durch Verbinden gemäß Fig. 3 können Interferenzen und Beeinflussungen durch die Leitfähigkeitssonde 21 und die pH-Sonde 8 vermieden werden, indem die Leitfähigkeitssonde 21 und die pH-Sonde 8 vom Bezugspotenzial 7 isoliert werden, wenn der Anteil gelösten Sauerstoffs gemessen wird. Es können die Interferenzen und Beeinflussungen durch die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff und die Leitfähigkeitssonde 21 verhindert werden durch Isolieren der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff und der Leitfähigkeitssonde 21 vom Bezugspotenzial 7, wenn der pH-Wert gemessen wird. Zusätzlich können die Interferenz und Beeinflussungen durch die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff und durch die pH-Sonde 8 verhindert werden durch Isolieren der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff und der pH-Sonde 8 vom Bezugspotenzial 7, wenn die Leitfähigkeit gemessen wird.
Weil die Signalleitungen 2, 3 der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff kurzgeschlossen sind, wenn die Sonde 1 für gelösten Sauerstoff vom Referenzpotenzial 7 isoliert ist, um den pH-Wert oder die Leitfähigkeit zu messen, kann, wenn der Schaltkreis von dieser Bedingung zu einem Zustand abgeändert wird, bei welchem die Leitfähigkeitsmessung ausgeführt werden kann, das Potenzial der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff schnell stabilisiert werden, wenn die Signalleitungen 2, 3 der Sonde 1 für gelösten Sauerstoff mit dem Bezugspotenzial 7 bzw. den Strom/Spannungswandler-Schaltkreis 5 verbunden werden. Und es kann somit die Messung des Anteils gelösten Sauerstoffs geeignet ausgeführt werden.
Selbst wenn die ersten und zweiten Schalter 26, 28, welche mit der Leitfähigkeitssonde 21 verbünden sind, durch Halbleiter gebildet werden, z. B. durch Analogschalter oder dergleichen, können beim Messen der Leitfähigkeit Beeinflussungen des Einschaltwiderstands der Schalter 26, 28 sich kaum auf die Leitfähigkeitsmessung auswirken, und die Messung kann so in stabilisierter Form durchgeführt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, einem Beispiel, bei welchem die drei Sonden 1, 8, 21 in dieselbe Probe eingetaucht sind, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt ist, sondern dass die Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des Anteils gelösten Sauerstoffs auch gemäß Anspruch 2 ausgebildet sein kann.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können für den A/D-Wandler-Schaltkreis 13 ein Auswahlschalter auf der Eingangsseite, anstelle dessen ein Auswahlschalter separat oder ein A/D-Wandler-Schaltkreis 13 ohne Auswahlschalter verwendet werden.
Die Erfindung kann in der oben beschriebenen Art und Weise ausgebildet sein und kann dann die nachfolgenden Eigenschaften besitzen.
Weil bei der Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes das Bezugspotenzial ausgebildet ist, der Leitfähigkeitssonde über einen Schaltkreis zugeführt zu werden, welcher von einem nicht-invertierenden OP AMP mit einem Schalter gebildet wird, und zwar zur Zeit einer Leitfähigkeitsmessung, und weil der Schalter ausgeschaltet wird, um die Leitfähigkeitssonde vom pH-Messschaltkreis zum Zeitpunkt einer pH-Messung zu isolieren, können die pH-Messung und die Leitfähigkeitsmessung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
Das bedeutet, dass mit dieser Erfindung die Schaltungsanordnung vereinfacht und mit preisgünstigen Geräten ausgebildet werden kann.
Ähnliche Wirkungen können mit der Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs und der Leitfähigkeit mit der Vorrichtung zum Messen des Anteils gelösten Sauerstoffs, der Leitfähigkeit und des pH-Wertes erzielt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes einer Probe, mit einer Leitfähigkeitssonde (21) und einer pH-Sonde (8) zum Eintauchen in dieselbe Probe,

gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (22) zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Leitfähigkeits-Spannungswandler (24),

eine Einrichtung (23) zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Bezugspotenzial (7),

- eine Schalteinrichtung (25, 26, 27, 28) zum Isolieren der Leitfähigkeitssonde vom Bezugspotenzial während einer Messung mit der pH-Sonde, welche gebildet wird von einem nicht-invertierenden Operationsverstärker (27) sowie ersten und zweiten Schaltern (26, 28), wobei das Bezugspotenzial mit dem nicht-invertierenden Eingang (27b) des Operationsverstärkers (27) verbunden ist,

- wobei die Leitfähigkeitssonde (21 über den ersten Schalter (26)) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und über den zweiten Schalter (28) mit dem invertierenden Eingang (27a) des Operationsverstärkers verbunden ist und

- wobei die zwei Schalter (26, 28) sich simultan öffnen und schließen.

2. Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit und von gelöstem Sauerstoff in einer Probe,

mit einer Leitfähigkeitssonde (21) und einer Sonde (1) für gelösten Sauerstoff zum Eintauchen in dieselbe Probe,

gekennzeichnet durch:

- eine Einrichtung (22) zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Leitfähigkeits-Spannungswandler (24),

- eine Einrichtung (23) zum Verbinden der Leitfähigkeitssonde mit einem Bezugspotenzial (7),

- eine Schalteinrichtung (25, 26. 27, 28) zum Isolieren der Leitfähigkeitssonde vom Bezugspotenzial während einer Messung mit der Sonde für gelösten Sauerstoff, welche gebildet wird von einem nicht-invertierenden Operationsverstärker (27) sowie ersten und zweiten Schaltern (26, 28), wobei das Bezugspotenzial mit dem nicht-invertierenden Eingang (27b) des Operationsverstärkers (27) verbunden ist,

- wobei die Leitfähigkeitssonde (21 über den ersten Schalter (26)) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und über den zweiten Schalter (28) mit dem invertierenden Eingang (27a) des Operationsverstärkers verbunden ist,

- wobei die zwei Schalter (26, 28) sich simultan öffnen und schließen und

- wobei eine zweite Schalteinrichtung (4, 6) die Sonde für gelösten Sauerstoff isoliert und ihre Elektroden während einer Messung mit der Leitfähigkeitssonde kurzschließt.