DE8816348U1 - Submersible sensor for measuring gases and vapors in liquids - Google Patents
Submersible sensor for measuring gases and vapors in liquidsInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für Gase und Flüssigkeiten mit einem Reflektor, dessen Reflexionsvermögen sich unter der Einwirkung des Gases oder des Dampfes der Flüssigkeit ändert und der jeweils über einen Lichtleiter an eine Lichtquelle bzw. an einen Empfänger angeschlossen ist.The invention relates to a sensor for gases and liquids with a reflector whose reflectivity changes under the influence of the gas or the vapor of the liquid and which is connected to a light source or a receiver via an optical fiber.
Es sind Sensoren zur Messung von Gasen und Dämpfen bekannt, die als Sensormaterial ein optisches Filter mit reversibler Farbänderung enthaliten. Auch die Transparenz des Filters kann sichSensors for measuring gases and vapors are known that contain an optical filter with a reversible color change as the sensor material. The transparency of the filter can also change unter der Einwirkung der Gase ändern. Diese Filter enthalten ein Gemisch von einem basischen oder sauren Farbbildner oder Farbstoff und einer komplementären Verbindung. Als Farbbilder können beispielsweise Triphenylmethan-Systeme, insbesondere Kristallviolett acton, vorgesehen sein. Ferner können sie Farbunder the influence of the gases. These filters contain a mixture of a basic or acidic color former or dye and a complementary compound. For example, triphenylmethane systems, in particular crystal violet acetone, can be used as color formers. They can also contain color stoffe des Triphenylmethan-Systems, insbesondere Phthaleine oder Sulfophthaleine, enthalten. Das Filtermaterial kann auch in eine Matrix eingebettet und gegebenenfalls Mit einem Träger versehen sein. Die Änderung der Transparenz des Filters unter der Einwirkung der Gase oder Dämpfe wird in ein elektrischessubstances of the triphenylmethane system, in particular phthaleins or sulfophthaleins. The filter material can also be embedded in a matrix and optionally provided with a carrier. The change in the transparency of the filter under the influence of the gases or vapors is converted into an electrical Signal umgesetzt und in einer Elektronik verarbeitet (DE-OS 35 06 686).Signal converted and processed in an electronic system (DE-OS 35 06 686).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Ausführungsform eines Tauchsensors anzugeben, die eine kontinuierliche Messung des Partialdruckes bzw. der Konzentration praktisch aller Gase und Flüssigkeiten einer Meßlösung auch bei Raumtemperatur gestattet.The object of the invention is to provide a simple embodiment of an immersion sensor which allows continuous measurement of the partial pressure or the concentration of practically all gases and liquids in a measuring solution even at room temperature.
Es sind Metallkomplexe bekannt, deren Liganden hydrophobierende Eigenschaften besitzen. Zu dieser Substanzklasse gehören ein-Metal complexes are known whose ligands have hydrophobic properties. This class of substances includes
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Kin 2 KoeKin 2 Koe
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zähnige Liganden, z.B. Dimethylformamid, zweizähnige Liganden, sog. Chelatliganden, z.B. Ethylendiamine und Acetylacetonate, Podanden und Makroeyclen, insbesondere Kronenether und Kryptanden. 5dentate ligands, e.g. dimethylformamide, bidentate ligands, so-called chelate ligands, e.g. ethylenediamines and acetylacetonates, podands and macrocyclics, especially crown ethers and cryptands. 5
Ein bekannter Sensor für Gase enthält einen Reflektor, dessen Reflexionsvermögen sich unter der Einwirkung des Gases ändert. Dieser Lichtreflektor ist an eine Lichtquelle angeschlossen und das reflektierte Licht wird einem Empfänger zugeführt, derA well-known sensor for gases contains a reflector whose reflectivity changes under the influence of the gas. This light reflector is connected to a light source and the reflected light is fed to a receiver, which einen photoelektrischen Wandler, beispielsweise ine Photodiode oder einen Phototransistor, und einen Verstärker enthält. Unter der Einwirkung des Gases ändert der Reflektor seine Farbe und die entsprechende Abnahme des rfcflektierten Lichtes dient als Meßgröße für die Signalbildung (US-PS 4 115 067).a photoelectric converter, for example a photodiode or a phototransistor, and an amplifier. Under the influence of the gas, the reflector changes its color and the corresponding decrease in the reflected light serves as a measurement for the signal generation (US-PS 4 115 067).
Eine weitere bekannte Ausführungsform eines Sensors enthält einen Reflektor, der jeweils über einen Lichtleiter mit einer Lichtquelle bzw. einem Detektor verbunden ist. Der Reflektor hat die Form eines Prismas, das mit seiner Grundfläche an denAnother known embodiment of a sensor contains a reflector, which is connected to a light source or a detector via a light guide. The reflector has the shape of a prism, which is attached with its base to the Stirnflächen der Lichtleiter befestigt ist. Dieser Sensor dient als Füllstandsensor. Er ändert den Anteil des reflektierten Lichts, sobald er in eine Flüssigkeit eintaucht (First Int. Conf. on Optic Fibre Sensors, London IEEE (1983), Seiten 96-99).front surfaces of the light guides. This sensor serves as a level sensor. It changes the proportion of reflected light as soon as it is immersed in a liquid (First Int. Conf. on Optic Fibre Sensors, London IEEE (1983), pages 96-99).
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es hydrophobe Metallkomplexe oder Mischungen ajs Phthaliden und sauren Verbindungen gibt, die unter der Einwirkung von Gasen oder Dämpfen ihr Reflexionsvermögen ändern können und sie besteht in denThe invention is based on the knowledge that there are hydrophobic metal complexes or mixtures of phthalides and acidic compounds that can change their reflectivity under the influence of gases or vapors and it consists in the kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Der Reflektor ändert unter der Einwirkung des Gases oder des Dampfes den Anteil des reflPktierten Lichts und diese Änderung dient als Meßgröße für die Signalbildung. Der Partialdruck bLW. die Konzentration des nachzuweisenden Gases oder der Flüssigkeit erzeugt am Reflektorcharacterizing features of claim 1. The reflector changes the proportion of the reflected light under the influence of the gas or vapor and this change serves as a measurement for signal generation. The partial pressure bLW. the concentration of the gas or liquid to be detected generates at the reflector
Reflektor ist verhältnismäGig einfach herstellbar. Dieser Reflektor ist verhältnismäßig einfach herstellbar. Die Änderung seiner optischen Eigenschaften ist analog der Konzentration des einwirkenden Gases oder der Flüssigkeit. Die Nachweisgrenze liegt wesentlich unter 1 ppm,Reflector is relatively easy to manufacture. This reflector is relatively easy to manufacture. The change in its optical properties is analogous to the concentration of the acting gas or liquid. The detection limit is significantly below 1 ppm,
Die Sensorschicht besteht wenigstens teilweise aus makrocyclischen Metallkomplexen, insbesondere mit Liganden vom Typus Kronenether oder Kryptanden. Als Liganden können beispielsweise §-Benzo[15]Krone-5 oder auch §-Benzo-Kryptanden, beispielsweise §-5,6-Benzo-4,7,13,16,21,24-hexaoxa-l,10-diazabicyclo [8.8.8jhexacosan gewählt werden, die unter der Bezeichnung §-Kryptand [2ß.2.2] bekannt sind.The sensor layer consists at least partially of macrocyclic metal complexes, in particular with ligands of the crown ether or cryptand type. Ligands that can be selected are, for example, §-benzo[15]crown-5 or §-benzo-cryptands, for example §-5,6-benzo-4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo [8.8.8]hexacosane, which are known under the name §-cryptand [2 ß .2.2].
Die Metallkomplexe können Vorzugs veise einen polymeren Kronenether oder Kryptanden enthalten, der an einem Metallion mit variabler Ladung koordiniert, beispielsweise an Übergangsmetallionen wie Kobaltionen Co++und Nickelionen Ni++ und Kupferionen Cu + + .The metal complexes may preferably contain a polymeric crown ether or cryptand which coordinates to a metal ion with variable charge, for example to transition metal ions such as cobalt ions Co ++ and nickel ions Ni ++ and copper ions Cu + + .
Besonders geeignet sind polymere Strukturen, aus denen stabile Reflektoren hergestellt werden können.Polymer structures from which stable reflectors can be made are particularly suitable.
Ferner geeignet sind makrocyclische Metallkomplexe mit Gegenionen variabler Nukleophilie, beispielsweise Chloridanionen Cl" oder Perchloratanionen C10,,~.Also suitable are macrocyclic metal complexes with counterions of variable nucleophilicity, for example chloride anions Cl" or perchlorate anions C10,,~.
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-ifc' ;gnete Lusubstanzen sind Verbindungen, die zur /\nionen- oder Kationensolvatation geeignet sind und somit positiv oder negativ geladene Teilchen stabilisieren können. Dies können beispielsweise feste oder auch poly funktioneile Alkohole sein; be- 'j sonders geeignet ist Pyrogallol oder veretherte Polyethylenglykole. -ifc'; Magnetized substances are compounds that are suitable for ion or cation solvation and can thus stabilize positively or negatively charged particles. These can be, for example, solid or polyfunctional alcohols; pyrogallol or etherified polyethylene glycols are particularly suitable.
Ferner geeignet sind Phthalide, vorzugsweise substituierte Phthalide, beispielsweise 3-(N-Methyl-3-indolyl)-6-dimethyl aminophthalid, sowie 3,3-Dipheny!phthalide, beispielsweise 3,3-Bis(p-dirnethylaminophenyl)-6-dimethylaminophthalidf das unter der Bezeichnung Kristallviolettlacton bekannt ist oder 3-(p-Dimethylaminophenyl)-3-(p-methoxyphenyl)-6-dimethylaminophthalid. Also suitable are phthalides, preferably substituted phthalides, for example 3-(N-methyl-3-indolyl)-6-dimethylaminophthalide, and 3,3-diphenylphthalides, for example 3,3-bis(p-dimethylaminophenyl)-6-dimethylaminophthalide , which is known under the name crystal violet lactone, or 3-(p-dimethylaminophenyl)-3-(p-methoxyphenyl)-6-dimethylaminophthalide.
Als acide Cosubstanzen sind vorzugsweise phenolische Säuren, insbesondere 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan, das unter der Bezeichnung "Bisphenol-A" im Handel ist, oder Hydroxy-(phenyl)-bis(p-hydroxyphenyl)-methan geeignet, das unter der Bezeichnung "Benzaurin" im Handel ist.Suitable acidic co-substances are preferably phenolic acids, in particular 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, which is sold under the name "bisphenol-A", or hydroxy-(phenyl)-bis(p-hydroxyphenyl)methane, which is sold under the name "benzaurin".
Als transparentes Trägermaterial sind Glas und Kunststoffe geeignet. Das sensoraktive Material kann auch in eins Matrix eingebettet werden, wozu anorganische und organische polymere Substanzen geeignet sind, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, Silikone und Kollodium und vor allem auch Polymere mit aktiven funktionellen Gruppen, die zur Kationen- und Anionensolvatation geeignet sind.Glass and plastics are suitable as transparent carrier materials. The sensor-active material can also be embedded in a matrix, for which inorganic and organic polymeric substances are suitable, such as polyvinyl chloride, silicones and collodion and, above all, polymers with active functional groups that are suitable for cation and anion solvation.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. In Figur 2 ist eine besondere Ausführungsform des Reflektors dargestellt. To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which Figure 1 schematically illustrates an embodiment of a sensor according to the invention. Figure 2 shows a special embodiment of the reflector.
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Ir. cer Ausführungsform eines optischen Tauchsensors gemäß Figur 1 in Lichtleitertechnik zum Nachweis von Gasen und Flüssigkeiten in Lösungen ist eine Lichtquelle mit 2, ein als Zuleitung dienender Lichtleiter mit 4 und ein als Rückleitung dienender Lichtleiter mit 5 und ein Empfänger mit 8 bezeichnet. Die Enden der beiden Lichtleiter 4 und 5 können beispielsweise ein gemeinsames Lichtleiterbündel 6 bilden, an dessen freier Stirnfläche ein Reflektor 10 befestigt ist. Dieser Reflektor enthält «ine Sensorschicht 11, die vorzugsweise mit einem Träger 12 versehen sein kann. Das Ende des Lichtleiterbündels 6 mit dem Reflektor 10 kann zweckmäßig mit einer als Membran dienenden Hülle 14 versehen sein.The embodiment of an optical immersion sensor according to Figure 1 in fiber optic technology for detecting gases and liquids in solutions is designated by 2 as a light source, 4 as a light guide serving as a supply line, 5 as a light guide serving as a return line and 8 as a receiver. The ends of the two light guides 4 and 5 can, for example, form a common light guide bundle 6, to the free end face of which a reflector 10 is attached. This reflector contains a sensor layer 11, which can preferably be provided with a carrier 12. The end of the light guide bundle 6 with the reflector 10 can expediently be provided with a cover 14 serving as a membrane.
Als Lichtquelle 2 kann beispielsweise eine Lumineszenzdiode (LED, light emission diode), vorzugsweise ein Laser, insbesondere ein gepulster Halbleiterlaser, vorgesehen sein. Die Lichtleiter 4 und 5 bestehen jeweils aus einem Bündel von Glasfasern, die am Ende zu einem gemeinsamen Glasfaserbündel 6 vereinigt sind, und von denen ein Teil zur Zuführung des Licht-Strahls und der übrige Teil zur Rückführung des reflektierten Lichts dient. Als Reflektor 10 kann vorzugsweise eine Schicht aus einem 3,3-Diphenylphthalid vorgesehen sein, deren Dicke beispielsweise etwa 0,1 bis 0,2 pm betragen kann. Als Träger ist vorzugsweise eine Kunststoffolie, insbesondere eine PoIyesterfolie, geeignet, deren Dicke beispielsweise etwa 100 pm betragen kann. Die Hülle 14 besteht aus einem Material, das die Diffusion des zu messenden Gases oder des Dampfes der zu messenden Flüssigkeit aus der Meßlösung 16 zum Reflektor 10 ermöglicht; diese Eigenschaft hat beispielsweise Tetrafluorethylen (Teflon).A light emission diode (LED), preferably a laser, in particular a pulsed semiconductor laser, can be provided as the light source 2. The light guides 4 and 5 each consist of a bundle of glass fibers, which are combined at the end to form a common glass fiber bundle 6, and of which a part serves to supply the light beam and the rest to return the reflected light. A layer of 3,3-diphenylphthalide can preferably be provided as the reflector 10, the thickness of which can be, for example, approximately 0.1 to 0.2 pm. A plastic film, in particular a polyester film, is preferably suitable as the carrier, the thickness of which can be, for example, approximately 100 pm. The casing 14 consists of a material which enables the diffusion of the gas to be measured or the vapor of the liquid to be measured from the measuring solution 16 to the reflector 10; tetrafluoroethylene (Teflon), for example, has this property.
In einer weiteren Ausführungsform des Sensors können die beiden Lichtleiter 4 und 5 gemäß Figur 2 auch derart nebeneinander angeordnet sein, daß die Stirnflächen an ihren Enden in einer Ebene liegen. An den beiden Stirnflächen ist ein als ReflektorIn a further embodiment of the sensor, the two light guides 4 and 5 according to Figure 2 can also be arranged next to each other in such a way that the end faces lie in one plane at their ends. A reflector is attached to the two end faces.
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.:i'ip.enjos t-risnia befestigt, Gas mit der Sensorschicht 11 versehen ist. Die in der Figur strichpunktiert angedeutete, im Lichtleiter 4 ankommende Strahlung 18 wird dann nach zweimaliger Reflexion an den Seitenflächen in den Lichtleiter 5 zurückgeleitet. Die reflektierte Lichtmenge ändert sich, wenn durch die Gaseinwirkung die Transparenz oder die Farbe des Reflektors 10 geärgert wird..:i'ip.enjos t-risnia attached, gas is provided with the sensor layer 11. The radiation 18 arriving in the light guide 4, indicated in the figure by dash-dotted lines, is then guided back into the light guide 5 after being reflected twice on the side surfaces. The amount of light reflected changes if the transparency or the color of the reflector 10 is affected by the effect of the gas.
Außerdem kann auch ein kegelförmiqer Reflektor vorgesehen sein, an dessen Grundfläche die Stirnflächen der beiden Lichtleiter U und 5 derart befestigt werden, daß sie unmittelbar nebeneinanderliegen und dessen Mantel mit der Sensorsrhicht versehen ist.In addition, a conical reflector can also be provided, to the base of which the end faces of the two light guides U and 5 are fastened in such a way that they lie directly next to each other and whose casing is provided with the sensor layer.
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Claims (30)
30 u. Sensor according to claim 3, characterized by §-Benzo ,.15J Krone-5 .
30
3516. Sensor according to claim 1, characterized by a substituted phthalide.
35
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8816348U DE8816348U1 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Submersible sensor for measuring gases and vapors in liquids |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8816348U DE8816348U1 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Submersible sensor for measuring gases and vapors in liquids |
| DE3808469 | 1988-03-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8816348U1 true DE8816348U1 (en) | 1989-10-19 |
Family
ID=25865923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8816348U Expired DE8816348U1 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Submersible sensor for measuring gases and vapors in liquids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8816348U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4424628A1 (en) * | 1994-07-13 | 1996-01-18 | Matthias Dipl Ing Lau | Method and arrangement for measuring the refractive index of different media |
-
1988
- 1988-03-14 DE DE8816348U patent/DE8816348U1/en not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4424628A1 (en) * | 1994-07-13 | 1996-01-18 | Matthias Dipl Ing Lau | Method and arrangement for measuring the refractive index of different media |
| DE4424628B4 (en) * | 1994-07-13 | 2005-11-17 | Lau, Matthias, Dipl.-Ing. | Method and arrangement for measuring the refractive index of different media |
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