DK158751B - Detektor for ionkoncentrationen i en vaeske - Google Patents

Description

i

DK 158751 B

Den foreliggende opfindelse angår en detektor for ionkoncentrationen i en væske, og af den art, der er angivet i indledningen til krav 1.

5 Nærværende opfindelse kan anvendes til detektion af ionkoncen-trationen eller ionstyrken i en vandig opløsning, som udledes fra en kromatografikolonne. Detektoren vil dog også kunne finde anvendelse inden for andre områder.

10 Inden for dette område er det foreslået at udforme ionkoncentrationsdetektorer eller sal tkoncentrationsdetektorer som ledningsevnemålere, der måler ændringerne i ledningsevnen for den væske, der cirkulerer i en målesonde. Det er også foreslået at måle ændringerne i dielektricitetskonstanten for væsken ved at 15 lade denne passere mellem to plader, som udgør elementerne i en kondensator, hvis kapacitetsændringer man detekterer.

F.eks. ved at måle resonansfrekvensen af et oscillerende kredsløb, hvori denne kondensator indgår.

20 i disse kendte apparater er væsken i berøring med elektroder, hvorimellem der er en spændingsforskel. Det er ikke altid muligt at undgå elektrolysefænomener, som er tilbøjelige til at påvirke detektionen eller ændre væskens egenskaber, hvilket kan være meget generende i forbindelse med anvendelsen til 25 kromatografi.

Fra DE offentliggørelsesskrift nr. 3.030.069 og "Measurement Techniques, bind 17, nr. 11, november 1984, siderne 1764-1767 (A.M. Bunyak et al.; "Resonant LC circuit as a contactless 30 conductometric converter"), kendes apparater til kontaktfri- måling af elektrisk ledningsevne i en væske. Et resonanskredsløb med en ledende spole anbragt omkring et rørstykke, som gennemløbes af den væske, hvis koncentration skal måles påtrykkes et udgangssignal fra en oscillator, og der er tilslut-35 tet organer til resonanskredsløbet for at afgive et udgangssignal, der repræsenterer væskens ionkoncentration.

2

DK 158751 B

Præcisionen af målingen påvirkes imidlertid af variationer i omgivelserne.

Fra US patentskrift nr. 4.138.639 kendes et apparat der udnyt-5 ter en transformator, hvis primærvikling er forbundet til en oscillator, og hvis sekundærvikling er koblet til primærviklingen gennem væsken og som afgiver et signal, der repræsenterer væskens ledningsevne. For at forøge målingens nøjagtighed, stabiliseres udgangssignalet fra oscillatoren ved brugen af en 10 tilbagekoblingsvikling på transformatoren primære side.

Den foreliggende opfindelse har også til formål at tilvejebringe en detektor, som kan frembringe et målesignal, som med stor nøjagtighed angiver ionkoncentrationen eller ionkraften 15 for en væske, især en saltopløsning, uden at komme i berøring med denne væske.

Dette opnås med en detektor, der omfatter en målecelle med et rørstykke i et elektrisk isolerende materiale, med en central 20 passage, som er indrettet til at blive tilført den væske, hvis ionkoncentration skal måles, og med et elektrisk kredsløb, som har en oscillator med en fast frekvens og et første resonanskredsløb med en spole, der er monteret omkring rørstykket, og som påtrykkes oscillatorens udgangssignal og har midler, 25 der er koblet til resonanskredsen for at levere et udgangssignal, hvis ændringer repræsenterer ændringer af ionkoncentrationen for væsken i rørstykket, og ifølge opfindelsen har det elektriske kredsløb en anden resonans-referencekreds, som ligeledes forsynes af signalet med den faste udgangsfrekvens fra 30 oscillatoren, og en komparator, der modtager begge signaler, der frembringes af de to resonanskredsløb, og som afgiver et elektrisk signal, hvis amplitude repræsenterer differensen mellem de signaler, den modtager, og som ændrer sig i afhængighed af ionkoncentrationen for væsken i rørstykket.

Takket være anvendelsen af et referenceresonanskredsløb kan man frigøre sig for afhængigheden af visse kredsløbsegenskaber, som skyldes ydre betingelser, især temperaturen.

35

DK 158751 B

3

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser et diagram af en foretrukken udførelsesform for en detektor ifølge opfindelsen.

5 Den væske, hvis koncentration eller ionstyrke skal måles, f.eks. en væske indeholdende en vandig saltopløsning, der udgår fra en kromatografikolonne, gennemløber den centrale passage la i et rørstykke 1, der danner detekti onscellen. Rørstykket 1 er i et elektrisk ikke ledende materiale, f.eks..

10 glas, og er indsat i et rør 2, hvortil det er forbundet via overgangsled 3, 4.

En spole LI er monteret omkring rørstykket 1 og er forbundet parallelt med en kondensator Cl med variabel kapacitet for at 15 danne et første resonanskredsløb 11. En anden spole L2 af samme dimensioner som spolen LI er forbundet parallelt med en anden kondensator C2, ligeledes med variabel kapacitet, til dannelsen af et andet resonanskredsløbet 12.

20 Kredsløbene 11 og 12 er forbundet til knudepunkterne Bl, B2 og til stel. Knudepunkterne Bl og B2 er via kondensatorer henholdsvis C3, C4 og via en spændingsdeler 13 forbundet til udgangen af en oscillator 10. Denne afgiver et signal med en fast høj frekvens stabiliseret af et kvartskrystal 10a.

25

Denne frekvens ligger f.eks. mellem 10 og 100 MHz. Spændingsdelen 13 kan f.eks. være resistiv og er indrettet til at videresende oscillatorens udgangssignal på symmetrisk måde til de to grene med resonanskredsløbene 11 og 12.

30

Knudepunkterne Bl og B2 er i øvrigt via kondensatorer henholdsvis C5 og C6 koblet til indgangene på en komparator 14. Komparatoren har detektionsorganer, f.eks. dioder Dl og 02, der indgår i forbindelsen fra knudepunkterne henholdsvis Bl og 35 B2 til hver sin indgang på differentialforstærkeren A. På udgangen af denne finder man et målesignal sm, som repræsenterer differensen mellem amplituderne af de signaler, der påtrykkes 4

DK 158751 B

indgangene, d.v.s. i dette tilfælde et signal, som repræsenterer amplitudedifferensen mellem de signaler, der er til stede på knudepunkterne Bl og B2.

5 Detektorens funktion skal beskrives nærmere i det følgende.

Når ionkoncentrationen af væsken i rørstykket 1 varierer, dannes en tilsvarende variation af selvinduktionen i spolen LI og følgelig af resonansfrekvensen for kredsløb 11. Amplituden af 10 signalet på knudepunktet Bl varierer ligeledes. Kapaciteten af kondensatoren Cl justeres på en sådan måde, at amplituden af signalet på knudepunktet Bl varierer monotont (voksende eller aftagende) i det koncentrationsområde, som skal måles. Med andre ord justeres denne kapacitet på en sådan måde, at det mu-15 lige variationsområde for resonansfrekvensen af kredsløbet 11 befinder sig på én og samme side af frekvensen for oscillatoren 10 og i nærheden af denne.

Resonanskredsløbene 12 afgiver til knudepunktet B2 en referen-20 cespænding, som sammenlignes med spændingen i knudepunktet Bl (i komparatoren 14) på en sådan måde, at udgangssignalet sm repræsenterer koncentrationen for væsken i røret 1. For at nuljustere detektoren er det tilstrækkeligt at tilføre røret demineraliseret vand og justere kapaciteten af kondensatoren 25 C2.

Med en detektor som vist på figuren skal det bemærkes, at relationen mellem amplituden af signalet sm og ionkoncentrationen er logarithmisk.

30

Det er en væsentlig fordel ved detektoren ifølge opfindelsen, at væsken , hvis ionkoncentration skal måles, ikke bringes i kontakt med elektroderne, men blot udsættes for et alternerende højfrekvensfelt, hvis feltstyrke kan være meget svag.

Det skal· bemærkes, at for en given længde bestemmer diameteren af passagen la følsomheden af detektoren. Jo større diameter, 35

Claims (3)

1. Detektor for ionkoncentrationen i en væske med en målecelle med et rørstykke (1) i et elektrisk isolerende materiale, med en central passage (la), som er indrettet til at 25 blive tilført den væske, hvis ionkoncentration skal måles, og med et elektrisk kredsløb, som har en oscillator (10) med en fast frekvens og et første resonanskredsløb (11) med en spole (LI), der er monteret omkring rørstykket (1), og som påtrykkes oscillatorens udgangssignal og har midler, der er koblet til 30 resonanskredsen (11) for at levere et udgangssignal, hvis ændringer repræsenterer ændringer af ionkoncentrationen for væsken i rørstykket (1), kendetegnet ved, at det elektriske kredsløb har en anden resonans-referencekreds (12), som ligeledes forsynes af signalet med den faste udgangsfre-35 kvens fra oscillatoren (10) og en komparator (14), der modtager begge to signaler, der frembringes af de to resonanskredsløb (11, 12), og som afgiver et elektrisk signal (sm), hvis DK 158751 B amplitude repræsenterer differensen mellem de signaler, den modtager, og som ændrer sig i afhængighed af ionkoncentrationen for væsken i rørstykket (1).

2. Detektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det første resonanskredsløb (11) har en resonansfrekvens, som ændrer sig i afhængighed af koncentrationen af væsken i rørstykket (1) i et område, der ligger på den ene side af osciallato-rens (10) faste frekvens og i nærheden af denne frekvens. 10

3. Detektor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det andet resonanskredsløb (12) omfatter en spole monteret omkring et andet rørstykke med en central passage af dimensioner, der afviger fra dimensionerne af den centrale pas-15 sage i det første rørstykke på en sådan måde, at der dannes en første og en anden målecelle med forskellige følsomheder, og hvor hver af disse celler kan tilføres en væske, hvis ionkoncentration skal måles eller kan fungere som reference. 20 25 30 35