DE8814743U1 - Measuring electrode in analytical chemistry - Google Patents

Measuring electrode in analytical chemistry

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Description

Firma Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH a Co., 7016 GerungenConducta Company for Measurement and Control Technology mbH a Co., 7016 Gerungen

Meßelektrode in der analytischen Chemie Stand der Technik Measuring electrode in analytical chemistry State of the art

Die Erfindung betrifft eine Meßelektrode in der analytischen Chemie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring electrode in analytical chemistry according to the preamble of claim 1.

Bei Meßeirktroden in der analytischen Chemie, und zwar angenommen für einen einfachen Fall . einer pH-Eloktrode mit zugeordneter Referenzelektrode, etwa in Form einer Einstabmeßkette, ist es üblich und bekannt,, das extrem hocchmlge (Ri 2 50 »Cha oder mehr) Ausgangeslgnal häufig in Form einer abgeschirmten Leitung zu einem entfernt stehenden Auewertegerät zu übertragen, wobei das Potential der Abschirmung dem Potential der Referenzhalbzelle entsprechen kann. Auf eine solche Einstab-pH-Meßkette wird deshalb genauer eingegangen, weil es sich hier auch um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung handelt, auf welches die Erfindung natürlich nicht eingeschränkt ist.In the case of measuring electrodes in analytical chemistry, and specifically assuming a simple case of a pH electrode with an associated reference electrode, for example in the form of a single-rod measuring chain, it is usual and known to transmit the extremely high (Ri 2 50 »Cha or more) output signal, often in the form of a shielded cable, to a remote evaluation device, whereby the potential of the shield can correspond to the potential of the reference half-cell. Such a single-rod pH measuring chain is therefore described in more detail because it is also a preferred embodiment of the present invention, to which the invention is of course not restricted.

Erst im Bereich des entfernt stehenden AuewertegerMte erfolgt dann eine Impedanzwandlung des sehr hochohmigenOnly in the area of the remote evaluation device does an impedance conversion of the very high-impedance

Meßelektrodensignale von den beispielsweise hier in nums-Measuring electrode signals from the nums-

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riechen Werten angegebenen 50 Megohm d<ur Meßelektrode herunter auf beispielsweise £ 1 kChnt oder weniger, wobei es üblich ist, dem Auswertegerät von einem gesonderten Temperatursensor auch das Temperatursignal der Meßlösung zuzuführen, damit ein temperaturkompensiertes, also entsprechend korrigiertes Ausgangssignal schließlich gewonnen werden kann. Hierzu ist es zu« Teil noch üblich, Im Bereich des Auswertegeräte einen manuell zu betätigenden, beispielweise mit einem Potentiometer verbundenen Stellknopf anzuordnen und in Temperaturgraden zu eichen. Die Bedienungsperson stellt dann das Temperaturpotentiometer auf den vom Temperatursensor erfaßten Wert ein, wodurch sich dann auch eine entsprechende Temperaturkompensation des in seiner Impedanz ebenfalls gewandelten Meßelektroden-Ausgangssignale ergibt.The values given in the table below can be reduced from 50 megohms of the measuring electrode down to, for example, 1 kOhm or less, whereby it is usual to also feed the temperature signal of the measuring solution to the evaluation device from a separate temperature sensor so that a temperature-compensated, i.e. appropriately corrected, output signal can ultimately be obtained. For this purpose, it is still partly usual to arrange a manually operated adjustment knob, for example connected to a potentiometer, in the area of the evaluation device and to calibrate it in degrees of temperature. The operator then sets the temperature potentiometer to the value recorded by the temperature sensor, which then also results in a corresponding temperature compensation of the measuring electrode output signal, whose impedance is also converted.

Problematisch bei diesen bisherigen Meßverfahren ist, daß bei den ohnehin nur relativ geringen, im mV-Jereich liegenden Ausgangsspannungen der lialbzellen die Verbindung zum Auewertegerät über die Steckverbindung an der Meßelektrode zum Auewertegerät hochohmig verläuft, eo daß sich schon hier eine Vielzahl von Fehlern lh dae Meßeignal einschleichen können. Die Temperaturkompensation muß dann am entfernten Stellplatz üblicherweise durch manual- im oomoT riUQGBmxiBcne ncmpensBucn am Auewertegexat vorgencnnen war&mdash; den, wobtfi dae Temperatureignal ebenfalle bie zum Stellplatz gefUhrt warden muß, mi? utir weiteren Möglichkeit einer Fehleranhäufung.The problem with these previous measuring methods is that, given the relatively low output voltages of the lithium cells, which are in the mV range, the connection to the evaluation device via the plug connection on the measuring electrode to the evaluation device is high-impedance, so that a large number of errors can creep into the measuring signal. The temperature compensation must then usually be carried out at the remote location by manual measurements on the evaluation device, while the temperature signal must also be fed to the location, with the further possibility of an accumulation of errors.

Beeondere problematisch let hier ferne«* noch der Urnetand, dae die Schirmung der Fernleitung üblicherweise auf dem Halbzellenpotential der Referenzelektrode liegt undThe original condition is particularly problematic here, since the shielding of the long-distance line is usually at the half-cell potential of the reference electrode and

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beispielsweise durch FeuchtigkeitseinflUsse ein Nebenschluß auftreten kann, wodurch die Halbzelle belastet wird, so daß die ganze Meßanordnung nicht mehr symmetrisch ist und sich Heßfehler bis zu mehreren pH-Werten ergeben können. Diese feuchtigkeitsbedingte Nebenschlußwirkung hat ferner noch den schwerwiegenden Nachteil, daß die AgCl-HaIbzelle der Referenzelektrode reduziert wird.For example, due to moisture influences, a shunt can occur, which puts a strain on the half-cell, so that the entire measuring arrangement is no longer symmetrical and measurement errors can arise up to several pH values. This moisture-related shunt effect also has the serious disadvantage that the AgCl half-cell of the reference electrode is reduced.

Eine ähnliche Wirkung wie ein feuchtigkeitsbedingter Nebenschluß ergibt sich aber auch dann bei einer solchen Binstabmeßkette, wenn über die Auswertegeräte und deren jeweilige Erdverbindungen ein galvanisch durchgehender Nebenschluß zum Gefäß mit der Meßlosung hergestellt wird, wodurch wieder das Halbzellenpotential der Referenzelektrode, da mit der Meßlösung in galvanischer Verbindung stehend, belastet wird. Dieser durch die durchgehenden galvanischen Verbindungen geschaffene Nebenschluß ist im praktischen Ausführungsbeispiel nur schwer zu vermeiden und kommt zu einem eventuellen feuchtigkeitsbedingten Nebenschluß noch hinzu.A similar effect to a moisture-related shunt also occurs with such a binary measuring chain if a continuous galvanic shunt is created to the vessel with the measuring solution via the evaluation devices and their respective earth connections, which in turn puts a strain on the half-cell potential of the reference electrode, as it is in galvanic connection with the measuring solution. This shunt created by the continuous galvanic connections is difficult to avoid in the practical example and is in addition to a possible moisture-related shunt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer insbesondere mit einem zusätzlichen Temperatursensor ausgerüsteten Meßelektrode, speziell für die pH-Messung, dafür zu sorgen, daß sich direkt an der Steckverbindung des Elektrodensteckkopfs ein niederohmiges und gleichzeitig auch tjenperaturkonpensiertes ELektrodenausgangssignal ergibt.The invention is therefore based on the object of ensuring, in a measuring electrode equipped with an additional temperature sensor, especially for pH measurement, that a low-impedance and at the same time temperature-compensated electrode output signal is produced directly at the plug connection of the electrode plug head.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daB durch die niederohmige Impedanzwandlung unmittel-The invention solves this problem with the characterizing features of the main claim and has the advantage that the low-resistance impedance conversion immediately

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bar im elektrodenseitigen Teil der weiterführenden Steckverbindung, also im am Elektrodenschaft befestigten Steckkopf in Verbindung mit der an dieser Stelle ebenfalls stattfindenden Temperaturkompensation und/oder galvanischen Trennung am Ausgang der Meßelektrode sofort ein auf einen vergleichsweise sehr niederohmigen Innen«· widerstand gewandeltes Ausgangssignal anliegt, welches durch den anderen Steckkopfteil der weiterführenden Leitung abgenommen und einem entsprechenden Auswertegerät zugeführt werden kann. Dieses Auswertegerät kann im Aufbau vereinfacht sein, da keine Temperaturkompensation oder Impedanzwandlung mehr erforderlich ist; es brauchen auch keine Vorkehrungen getroffen zu werden, um auf eventuell entstehende Nebenschlüsse durch Erdverbindungen zu achten und sich hierdurch ergebende Belastungen im Referenzelektrodenbereich zu vermeiden.bar in the electrode-side part of the continuing plug connection, i.e. in the plug head attached to the electrode shaft, in conjunction with the temperature compensation and/or galvanic isolation that also takes place at this point, an output signal converted to a comparatively very low internal resistance is immediately present at the output of the measuring electrode, which can be taken by the other plug head part of the continuing line and fed to a corresponding evaluation device. This evaluation device can be simplified in its construction, since no temperature compensation or impedance conversion is required; no precautions need to be taken to pay attention to any shunts that may arise through earth connections and to avoid any resulting loads in the reference electrode area.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß nach außen, etwa im Leitungebereich, keine hoohohmigen Verbindungen auftreten; das am elektrodenseitigen Steckkopfteil abgenommene Auegangssignal ist niederohmig, vorzugsweise schon galvanisch getrennt und vorzugsweise schon temperaturkompensiert und zwar durch Schaltungen, die mit eigener Stromversorgung im elektrodenseitigen Steckkopf in geeigneter Form und Heise und entsprechend miniaturisiert mit eigener Stromversorgung angeordnet sind.It is also particularly advantageous that there are no high-resistance connections to the outside, for example in the cable area; the output signal taken from the electrode-side plug head part is low-resistance, preferably already galvanically isolated and preferably already temperature-compensated, namely by circuits which are arranged with their own power supply in the electrode-side plug head in a suitable form and heat and appropriately miniaturized with their own power supply.

Die Verbindungsleitungen von den meßaktiven Elementen, also den beiden Halbzellen der pH-Elektrode und der Referenzelektrode sowie vom temperaturempfindlichen Element im Bereich der Elektroden,und vorzugsweise eines einheitlich im gleichen Elektroden(glas)schaft angeordneten Temperatursensars,werden also bei vorliegender Erfindung lediglich bis in den Endbereich des Elektro-The connecting lines from the active measuring elements, i.e. the two half-cells of the pH electrode and the reference electrode, as well as from the temperature-sensitive element in the area of the electrodes, and preferably a temperature sensor arranged uniformly in the same electrode (glass) shaft, are therefore only extended to the end area of the electrode in the present invention.

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denechaftes geführt und werden unmittelbar angrenzend sofort mit entsprechenden Anschlüssen von Im elektroden se it Igen Steckkopfteil angeordneten Schaltungen verbunden. Diese Schaltungen können beispielsweise auf kleinen Print- oder Trägertafeln montiert sein, vorzugsweise in hoohintegrierter Form, und weisen entweder eine eigene Stromversorgung durch eine entsprechende Anzahl von Langlebensdauerbatterien auf oder die zur Verfügung stehende Steckverbindung ist so ausgelegt, daß sie neben dem MeBsignal (und einer Erdleitung) mindestens noch eine weitere freie Leitungsverbindung aufnehmen kann - söge** nannter Triaxialsteekkopf; siehe DB-PS 33 24 297 bzw. DE-GM 83 19 463.0). Ober diese dritte zur Verfügung stehende und über die Steckverbindung zur Meßelektrode gelangende Leitung kann dann eine externe Stromversorgung zugeführt werden.The cables are led through the electrode and are immediately connected to the corresponding connections of the circuits arranged in the plug-in head part on the electrode side. These circuits can be mounted on small printed circuit boards or carrier boards, for example, preferably in highly integrated form, and either have their own power supply through a corresponding number of long-life batteries or the available plug-in connection is designed in such a way that it can accommodate at least one other free line connection in addition to the measuring signal (and an earth line) - so-called triaxial plug-in head; see DB-PS 33 24 297 or DE-GM 83 19 463.0). An external power supply can then be fed via this third available line, which reaches the measuring electrode via the plug-in connection.

Hierdurch ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß vor Ort, also sofort an der MsBslektrode bzw. der Sin-' stabmeßkette die erforderliche Meßwertaufbereitung vorgenommen wird und das Meßausgangssignal dann In im Grunde auch beliebiger Weise, nämlich als Gleichstrom, gegebenenfalls aber auch, je nach Auslegung der aufbereiteten Schaltung und Impedanzwandlung, nach Frequenz oder Amplitude codiert oder in beliebiger Heise pulscodemoduliert am elektrodenseitigen Steckkopfteil ansteht und durch die Steckverbindung dann zur Auswertung in diesem Fall auch beliebig weit entfernten Meßwerten zugeführt werden kann.This results in the decisive advantage that the required measurement value processing is carried out on site, i.e. immediately on the MsB electrode or the sin-rod measuring chain, and the measurement output signal is then available in basically any way, namely as direct current, but possibly also, depending on the design of the processed circuit and impedance conversion, coded according to frequency or amplitude or pulse code modulated in any way, on the plug-in head part on the electrode side and can then be fed through the plug connection for evaluation, in this case also to measured values that are any distance away.

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die heutigen Miniaturisierungetechniken machen eine solche Integrierung der aufbereitenden Schaltungen im Bereich des Steekkopfes problemlos möglich/ zusammen mit der auf Batterien beruhenden Stromversorgung oder mit einer zusätzlichen Versorgungsschaltung, wenn eine entsprechende Versorgungsspannung von aufien über die {Steckverbindung zugeführt wird.Today's miniaturization techniques make such integration of the processing circuits in the area of the plug head possible without any problems, together with the battery-based power supply or with an additional supply circuit if a corresponding supply voltage is supplied from outside via the plug connection.

Bevorzugt sind die Schaltungen im Elektrodeneteckkopf so ausgebildet, daB sich ein auf die übliche Bezugstemperatur von 25*C kompensiertes Signal ergibt bei gleichzeitiger Impedanzwandlung des ElektrodenmeBsignals, wenn keine Auslegung auf Sondersignalformen, die auch möglich sind, vorgesehen ist.Preferably, the circuits in the electrode head are designed in such a way that a signal compensated for the usual reference temperature of 25°C is produced with simultaneous impedance conversion of the electrode measurement signal if no design for special signal forms, which are also possible, is provided.

Verwendet man beispielsweise Lithiumbatterien für die Stromversorgung der Aufbereitungsschaltungen im Steckkopf, dann kann mit einer Lebensdauer der Batterie gerechnet werdenf die der Elektrodenlebsnsdausr entspricht. Dabei ist es in allen Fällen und entsprechend den jeweiligen Ausführungsformen vorteilhaft, daB bei grundsätzlich impedanzgewandelter Form des Ausgangssignals dieses galvanisch getrennt und/oder temperaturkompensiert am AuegangskontaktanschluB des elektrodenseitigen Steckkopfteils anliegt und durch die vorgesehene weiterführende (Norm)Steckverbindung, also dem anderen Steckkopfteil, abgenommen und weitergeführt werden kann.If, for example, lithium batteries are used to supply power to the processing circuits in the plug head, then the battery life can be expected to be equal to the electrode life. In all cases and depending on the respective embodiments, it is advantageous that, with a fundamentally impedance-converted form of the output signal, this is applied to the output contact connection of the electrode-side plug head part in a galvanically isolated and/or temperature-compensated manner and can be removed and passed on through the intended continuing (standard) plug connection, i.e. the other plug head part.

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Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. They show:

Pig. 1 als Mögliche Ausfuhrungsfora der Erfindung eine Einstabneßkette mit Elektrodenschaft und Steckkopfteil undPig. 1 as a possible embodiment of the invention a single-rod electrode chain with electrode shaft and plug head part and

Fig. 2 in detaillierter Darstellung die einzelnen MeB-systeae alt ihrer elektrischen Verschaltung und gegensei t igen Zuordnung.Fig. 2 shows a detailed representation of the individual measuring systems, their electrical connections and their mutual assignment.

Beschreibung der AusfuhrungebeispieleDescription of the implementation examples

In Pig. 1 ist als bevorzugte Realiaierungaforn eine Binstabaeßkette 10 dargestellt, bestehend aus Elektrodenschaft 11 und einen ait diesea feet verbundenen Steckkopfteil 12 als der eine Teil einer dl« MeBelektrode alt einer weiterfuhrenden Leitung verbindenden Steckverbindung; in dea Elektrodenschaft 13, beispielsweise 01aaröhrchen, befinden eich drei verschiedene Meßayateae, naalich die Halbteile 14 für die pH-Meßelektrode, die Halbselle 15 für die Referenzelektrode ait Diaphragaa 15a und ein Teaperatursensor 16. Die Anordnung der drei Syateee in elnea Blektrodenschaft ist bevorzugt, aber für die Realisierung der Erfindung nicht notwendig; daher sind in der Darstellung der Flg. 2 die hier vorgesehenen drei Neßsysteae auch getrennt voneinander in die Meßlöeung eintauchend gezeigt, wobei die Halbzelle 15 der Referenzelektrode 15' den Masseanschluß bilden kann und mit dem Referenzeingangsanschluß 18a einesIn Fig. 1, a measuring chain 10 is shown as a preferred embodiment, consisting of an electrode shaft 11 and a plug-in head part 12 connected to these feet as the plug connection connecting one part of a measuring electrode to a further line; in the electrode shaft 13, for example an oil tube, there are three different measuring elements, namely the half parts 14 for the pH measuring electrode, the half part 15 for the reference electrode with diaphragm 15a and a temperature sensor 16. The arrangement of the three systems in one electrode shaft is preferred, but not necessary for the implementation of the invention; therefore, in the illustration in Fig. 2 the three measuring systems provided here are also shown immersed separately in the measuring solution, whereby the half cell 15 of the reference electrode 15' can form the ground connection and is connected to the reference input connection 18a of a

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Impedanzwandlers 18 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß der pH-Elektrode 14* liegt am Meßeingang 18b des Impedanzwandlers 18, während ein weiterer Steuereingang des Impedanzwandlers 18 gebildet ist von einem Rückkopplungsglied zwischen dem Ausgang 18c des Impedanzwandlers ·8 und dem Meßeingang 18b, um hier eine mögliche einfache Ausführungsform von vielen zu zeigen, wie es mit Hilfe des Impedanzwandlers 18 gelingt» gleichzeitig eine Temperaturkompensation des Eingangsmeßsignals an Eingang 18b zu realisieren. Über dem Rückkopplungszweig liegt, dargestellt als veränderlicher Widerstand 16' der Temperatursensor 16, wobei es sich versteht, daß der Impedanzwandler 18 in seinen Daten und Anschlüssen sowie in der Mahl des Temperatursensor 16 so ausgelegt ist, daß sich am Ausgang 18c des Impedanzwandler ein entsprechend temperaturkompensiertes Ausgangesignal des am Meßeingang 18b anliegenden Meßelektrodensignals ergibt. Hier sind eine Vielzahl weiterer Lösungen möglich, die im einzelnen nicht aufgeführt zu werden brauchen, da sie dem Fachmann geläufig sind. Der grundsätzliche Aufbau der Impedanzwandlerechaltung 18 ist jedenfalls so getroffen, daß in Verbindung mit dieser oder, falls gewünscht, natürlich auch getrennt. Mittel zur Temperaturkompensation des Meßelektroden-Ausgangssignala vorgesehen sind, die das Ausgangssignal eines Temperatursensor 16 auswerten und die Temperaturkompensation in einer für sich gesehen üblichen Mais* vornehmen. Als Temperatursensor können NTC-Wideratände, PTC-Elemente oder auch bekannte Temperatursensor auf der Basis Platin- oder !ftckelwiderstände verwendet werden.Impedance converter 18 is connected. The output connection of the pH electrode 14* is connected to the measuring input 18b of the impedance converter 18, while a further control input of the impedance converter 18 is formed by a feedback element between the output 18c of the impedance converter ·8 and the measuring input 18b, in order to show here one possible simple embodiment of many how it is possible with the help of the impedance converter 18 to simultaneously realize a temperature compensation of the input measuring signal at input 18b. The temperature sensor 16 is located above the feedback branch, shown as a variable resistor 16', whereby it is understood that the impedance converter 18 is designed in its data and connections as well as in the size of the temperature sensor 16 so that a correspondingly temperature-compensated output signal of the measuring electrode signal present at the measuring input 18b is produced at the output 18c of the impedance converter. A large number of other solutions are possible here, which do not need to be listed in detail, since they are familiar to the expert. The basic structure of the impedance converter circuit 18 is in any case such that, in conjunction with this or, if desired, of course also separately, means for temperature compensation of the measuring electrode output signal are provided, which evaluate the output signal of a temperature sensor 16 and carry out the temperature compensation in a manner that is conventional in itself*. NTC resistors, PTC elements or well-known temperature sensors based on platinum or cap resistors can be used as temperature sensors.

Wesentlich ist, daß die Schaltung(en) zur Xmpedanzwand-It is essential that the circuit(s) for Xmpedance conversion

lung und Temperaturkompensation innerhalb des elektrodenseitigen Steckkopfteils 12 angeordnet sind, sie könnenand temperature compensation are arranged within the electrode-side plug-in head part 12, they can

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beispielsweise auf einer kleinen Printplatte 17 montiert sein, wie sie bei 17· in Fig. 1 im Steckkopfbereich angeordnet ist. Dort erkennt man auch angedeutet zwei oder mehr wahlweise vorhandene Batterien 19a, 19b, die der Stromversorgung der im Steckkopftc.il integrierten Schaltung dienen.for example, be mounted on a small printed circuit board 17, as is arranged at 17 in Fig. 1 in the plug head area. There you can also see indicated two or more optionally present batteries 19a, 19b, which serve to supply power to the circuit integrated in the plug head.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, die kleine Schalt- oder Trägerplatte 17 im Steckkopfteil in üblicher Heise zu vergießen, also gegenüber sonstigen Umwelteinflüssen, auch Feuchtigkeit u.dgl. durch vollständiges Eintauchen und Überziehen mit einer geeigneten Kunstharzschicht zu immunisieren. Der Auegangsanschluß des Impedanzwandler 18 ist dann jedenfalls direkt mit dem Auegangs-Kontaktstiftanschluß 12a des elektrodenseitigen Steckkopftei\a 12 verbunden.A preferred embodiment consists in encapsulating the small circuit or carrier plate 17 in the plug-in head part at the usual heat, i.e. immunizing it against other environmental influences, including moisture, etc., by completely immersing it and coating it with a suitable synthetic resin layer. The output connection of the impedance converter 18 is then directly connected to the output contact pin connection 12a of the electrode-side plug-in head part 12.

Ist eine Temperaturkompensation nicht erforderlich oder aus sonstigen Gründen nicht erwünscht, dann kann diese gegebenenfalls weggelassen, vorzugsweise aber in Verbindung mit einer weiteren Ausgestaltung vorliegender Erfindung verwendet werden, die darin besteht, daß ferner noch ein galvanisches Trennglied 20 vorgesehen sein kann, welches, mit dem Ausgang des Impedanzwandler 18 verbunden und diesem daher nachgeschaltet, so ausgebildet ist, daß es auf beliebige, für sich gesehen bekannte Heise eine galvanische Trennung zwischen dem ihm eingangsseitig zugeführten Neßelektrodensignal und dem eigentlichen, am Auagangskontaktstift 12a anliegenden Auegangssignal des Meßsystems herstellt.If temperature compensation is not required or not desired for other reasons, then this can be omitted if necessary, but preferably used in conjunction with a further embodiment of the present invention, which consists in the fact that a galvanic isolating element 20 can also be provided, which, connected to the output of the impedance converter 18 and therefore connected downstream of it, is designed in such a way that it produces a galvanic isolation in any known manner between the measuring electrode signal fed to it on the input side and the actual output signal of the measuring system present at the output contact pin 12a.

Das galvanische Trennglied 20 kann ein Optokoppler,The galvanic isolator 20 can be an optocoupler,

ein Miniaturlibertrager oder ein sonstiges, für die Realisierung einer galvanischen Trennung geeignetes Schaltungselement sein, dem das impedanzgewandelte Meß-a miniature transformer or another circuit element suitable for the realization of galvanic isolation, to which the impedance-converted measuring

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elektrodensignal sowie (in Form einer Masseverbindung gezeichnet) das Referenzelektrodensignal zugeführt sind und welches ausgangsseitig an den Anschlüssen 20a, 20b ein potentialfreies Heßsignal liefert, welches durch den vorgeschalteten Impedanzwandler hinreichend niederohmig (Ri < 1 Kiloohm oder weniger) gestaltet ist und welches optional temperaturkompensiert sein kann, in einer bevorzugten Ausführungsform dann auch ist.electrode signal and (drawn in the form of a ground connection) the reference electrode signal are supplied and which on the output side at the connections 20a, 20b supplies a potential-free measurement signal, which is designed to be sufficiently low-impedance (Ri < 1 kiloohm or less) by the upstream impedance converter and which can optionally be temperature-compensated and in a preferred embodiment is.

Es versteht sich, daß der Ausgang der Referenzelektrode als Bezugssignal für das Meße?ektrodensignal der pH-Elektrode nicht notwendigerweise auf Nasse oder auf ein sonstiges festes Potential bezogen zu sein braucht; es ist auch Möglich, die beiden Ausgangseignale der Referenzelektrode und der pH-Elektrode alt den beiden Eingängen des Impedanzwandler erdfrei zu verbinden, eo daß sich an dessen Ausgang das Differenzsignal der beiden Eingangssignal, gegebenenfalls temperaturkompensiert anbietet, welches dann noch, falls erwünscht. Über das galvanische Trennglied zum Ausgang, nämlich sum Anschluß an den mittleren Kontaktzapfen 12a des elektrodenseitigen Steckkopfteils 12 geführt ist. Das Becugspoten*ial ist dann an den äußeren Ringkontakt 12b des elektrodenaeitlgen Steckkopfteils angeschlossen; es spielt dann keine Rolle, ob dieser Leitungeanschluß dann auf Nasse gelegt ist odev in Bereich des Auswertegerät in der einen oder anderen Weise geerdet wird.It is understood that the output of the reference electrode as a reference signal for the measuring electrode signal of the pH electrode does not necessarily have to be related to water or to another fixed potential; it is also possible to connect the two output signals of the reference electrode and the pH electrode to the two inputs of the impedance converter in a floating manner, so that the differential signal of the two input signals, possibly temperature-compensated, is available at its output, which is then, if desired, led via the galvanic isolator to the output, namely to the connection to the middle contact pin 12a of the electrode-side plug-in head part 12. The contact potential is then connected to the outer ring contact 12b of the electrode-side plug-in head part; it then does not matter whether this line connection is then connected to water or is earthed in one way or another in the area of the evaluation device.

Die Stromversorgung der Steckkopf-Schaltungen, die bevorzugt so ausgelegt sein keinen, dafi sie die Eingangssignal der Elektroden im Verhältnis 1 : 1 auf den Auegang udsetzen, erfolgt dann beispielsweise entweder durchThe power supply of the plug-in head circuits, which should preferably be designed in such a way that they convert the input signal of the electrodes to the output in a ratio of 1:1, is then carried out, for example, either by

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im Steckkopfteil 12 angeordnete Batterien, vorzugsweise Langlebensdauerbatterien auf Lithiumbasis, oder durch die Zuführung einer Oleichetromvereorgungeepannung von außen über den Steckkopf, wozu dieser dann vorzugsweise noch einen weiteren Kontaktanechluß, vorzugsweise ebenfalle in konzentrischer Form, aufweist. Solehe Kontaktverbindungen für Heßelektroden, insbesondere Binstabmeßketten sind für sich gesehen bekannt (DE-PS 33 24 297 bzw. DB-QM 63 19 463.0) und können vorzugsweise für diese Zwecke ebenfalls eingesetzt werden.batteries arranged in the plug head part 12, preferably long-life lithium-based batteries, or by supplying an oil current supply voltage from the outside via the plug head, for which purpose this then preferably has another contact connection, preferably also in a concentric form. Such contact connections for measuring electrodes, in particular binary measuring chains are known per se (DE-PS 33 24 297 or DB-QM 63 19 463.0) and can preferably also be used for these purposes.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen sowie der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All features presented in the description, the following claims and the drawing can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Claims (10)

DlPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT.:. :..!6.&tgr;&eacgr;5&ogr; LeonbergDlPL-ING. PETER OTTE PATENT ATTORNEY.:. : .. ! 6.&tgr;&eacgr;5&ogr; Leonberg Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße 15Representative at the European Patent Office / European Patent Attorney Tiroler Straße 15 2204/ot/mU
04.11.19882204/ot/mU
04.11.1988 Firma Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH A Co., 7016 GerungenConducta GmbH A Co., 7016 Gerungen SehutzanaprücheProtection claims 1. Meßelektrode in der analytischen Chemie, insbesondere pH-Elektrode mit zugeordneter Referenzelektrode (Einstabmeßkette) und mit einer (Norm)Steckverbindung zu einer weiterführenden Leitung und einem gegebenenfalls an dieser angeschlossenen entfernt stehenden Auswertegerät, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) ein das hochohmige Elektrodenausgangssignal (Ri > 50 Megohm) auf niederohmige Herte (Ri* < 1 Kiloohm) herabsetzender Impedanzwandler (18) mit Stromversorgung entweder über ebenfalls im Gehäuse des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) eingebaute Batterie(n) (19a, 19b) oder durch Zuleitung über die Steckverbindung angeordnet ist, dessen Ausgang mindestens mittelbar mit dem Ausgangsanschlußkontakt (12a) des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) verbunden ist, dessen einer Eingang (18b) mit dem Meßelektrodenausgang verbunden ist und der mindestens einen weiteren Steuereingang aufweist, der mit dem Ausgang eines Temperatursensors (16) verbunden ist zur direkten Gewinnung einer gleichzeitig niederohmigen und temperaturkompensierten, am Ausgang des Steck-1. Measuring electrode in analytical chemistry, in particular pH electrode with associated reference electrode (combination electrode) and with a (standard) plug connection to a further line and a remote evaluation device possibly connected to this, characterized in that within the housing of the electrode-side plug head part (12) there is arranged an impedance converter (18) which reduces the high-impedance electrode output signal (Ri > 50 megohms) to low-impedance values (Ri* < 1 kiloohm) with power supply either via battery(s) (19a, 19b) also installed in the housing of the electrode-side plug head part (12) or by supply line via the plug connection, the output of which is connected at least indirectly to the output connection contact (12a) of the electrode-side plug head part (12), one input (18b) of which is connected to the measuring electrode output and the has at least one further control input which is connected to the output of a temperature sensor (16) for directly obtaining a simultaneously low-resistance and temperature-compensated temperature sensor at the output of the plug-in /2/2 2204/ot/mü2204/ot/mu 04.11.1988 - 2 -04.11.1988 - 2 - kopfteils anstehenden Elektrodenausgangsspannung.head part of the electrode output voltage. 2. Meßelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impedanzwandlers mit einem nachgeschalteten, galvanischen Trennglied (20; Optokoppler, übertrager) verbunden ist zur direkten Gewinnung einer niederohmigen, temperaturkompensierten und galvanisch getrennten Elektrodenausgangsspannung am Ausgang der Steckverbindung.2. Measuring electrode according to claim 1, characterized in that the output of the impedance converter is connected to a downstream, galvanic isolating element (20; optocoupler, transformer) for directly obtaining a low-resistance, temperature-compensated and galvanically isolated electrode output voltage at the output of the plug connection. 3. Meßelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Referenzelektrode (15') mit einem zweiten Eingang (18a) des Impedanzwandlers (18) verbunden ist.3. Measuring electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the reference electrode (15') is connected to a second input (18a) of the impedance converter (18). 4. Meßelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Referenzelektrode und die deren Potential führenden Anschlüsse mit Masse verbunden (geerdet) sind.4. Measuring electrode according to claim 3, characterized in that the output of the reference electrode and the terminals carrying its potential are connected to ground (grounded). 5. Meßelaktrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (16) zusammen mit der pH-Elektrode (14') und der Referenzelektrode (15·) im gleichen Meßelektrodengehäuse (durch Temperatursensor erweiterte Einstabmeßkette) angeordnet ist.5. Measuring electrode according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor (16) is arranged together with the pH electrode (14') and the reference electrode (15·) in the same measuring electrode housing (combined measuring chain extended by temperature sensor). 6. Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den temperaturkompensierenden Impedanzwandler und/oder das galvanische Trennglied bildenden Schaltungen in miniaturisierter Form auf einer Trägerplatte angeordnet sind, die innerhalb des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) befestigt ist.6. Measuring electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the circuits forming the temperature-compensating impedance converter and/or the galvanic isolator are arranged in miniaturized form on a carrier plate which is fastened within the electrode-side plug-in head part (12). /3/3 2204/ot/mü2204/ot/mu 04.11.1988 - 3 -04.11.1988 - 3 - 7. Meßelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Impedanzwandler und/oder das galvanische Trennglied tragende Schaltungsplättchen im Inneren des elektrodenseitigen Steckkopfes mit einem Kunstharz vergossen ist.7. Measuring electrode according to claim 6, characterized in that the circuit plate carrying the impedance converter and/or the galvanic isolator is encapsulated with a synthetic resin inside the electrode-side plug head. 8. Meßelektrode nach einem.der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrodenseitige Steckkopfteil Aufnahmetaschen für die Stromversorgung der elektronisch miniaturisierten Schaltungen übernehmende Batterien aufweist.8. Measuring electrode according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrode-side plug-in head part has receiving pockets for batteries that provide the power supply for the electronically miniaturized circuits. 9. Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrodenseitige Steckkopfteil und sein komplementäres, die Steckverbindung vervollständigende leitungsseitige Steckkopfteil drei Kontaktanschlüsse aufweisen (Triaxial-Steckkopf) und daß eine der Kontaktverbindungen der Zuführung einer externen Versorgungsspannung zu den Schaltungen innerhalb des elektrodenseitigen Steckkopfteils dient.9. Measuring electrode according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrode-side plug-in head part and its complementary line-side plug-in head part completing the plug connection have three contact connections (triaxial plug-in head) and that one of the contact connections serves to supply an external supply voltage to the circuits within the electrode-side plug-in head part. 10. Meßelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Triaxial-Steckkopf aus konzentrisch zueinander angeordneten Kontaktflächen und -zapfen besteht.10. Measuring electrode according to claim 9, characterized in that the triaxial plug head consists of contact surfaces and pins arranged concentrically to one another.
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