WO2010072601A1 - Measuring probe for electrochemical measurements - Google Patents

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WO2010072601A1
WO2010072601A1 PCT/EP2009/067034 EP2009067034W WO2010072601A1 WO 2010072601 A1 WO2010072601 A1 WO 2010072601A1 EP 2009067034 W EP2009067034 W EP 2009067034W WO 2010072601 A1 WO2010072601 A1 WO 2010072601A1
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WO
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electrically conductive
measuring
measuring probe
electrode
electrically
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/067034
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Hanko
Katrin Scholz
Original Assignee
Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
VOIGTLÄNDER, Jens
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg, VOIGTLÄNDER, Jens filed Critical Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
Publication of WO2010072601A1 publication Critical patent/WO2010072601A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36Glass electrodes

Definitions

  • the invention relates to a measuring probe for electrochemical, in particular potentiometric, measurements.
  • a potentiometric measuring probe can, for example, be designed as a probe of an ion-selective sensor, a pH sensor being understood here as a special case of an ion-selective sensor for H 3 ⁇ + ions, or of a redox sensor.
  • Such measuring probes usually comprise at least one measuring piece and at least one reference half-cell.
  • a half-cell is generally understood to mean an assembly which contains at least one electrode which is in contact with a liquid or gelatinous electrolyte solution, the electrode being electrically conductive with means or devices for detecting the electrical potential of the electrode or for setting a defined potential the electrode can be connected.
  • a measuring half-line of a measuring probe of an ion-selective sensor comprises an ion-selective layer or membrane.
  • this is an H 3 ⁇ + ion-selective glass membrane
  • in the example of an ion-selective sensor for other than H 3 O + ions is often an ion-selective polymer membrane.
  • the respective sensor membrane separates an interior of a measuring half-cell housing, which is closed off from the surroundings of the probe, generally at least partially filled with a liquid or gel electrolyte, from the probe surroundings.
  • the measuring probe In measuring operation, the measuring probe is immersed in a mostly liquid measuring medium such that the ion-selective layer or membrane of the measuring half cell comes into contact with the measuring medium.
  • a potential dependent on the ion activity to be determined forms on the ion-selective layer or membrane, which potential is applied to measuring electronics via a measuring system arranged in the measuring half cell and which can be determined against a reference potential also applied to the measuring electronics. to determine the corresponding ion activity or the corresponding pH.
  • the lead-off system also referred to as a lead-off, can be designed as a lead-off electrode, which dips into the electrolyte of the measuring half-cell, or alternatively as a solid lead.
  • a fixed lead comprises a solid, electrically conductive assembly which is electrically conductively connected to the ion selective layer or membrane to drain the membrane potential.
  • a measuring half-cell of a probe of an ion-selective sensor for.
  • a Halbleuscherefement for example, an ion-selective field effect transistor (! SFET) 1 may include.
  • the JSFET is brought into contact with a measuring medium and its conductivity, which is dependent on the ion activity to be determined in the measuring medium, between source and drain is determined with the aid of measuring electronics.
  • the corresponding ion activity or the corresponding pH can be determined.
  • the reference potential is provided by a reference half-line for a potentiometric probe.
  • the reference half-cell comprises a reference system, for example a silver / silver chloride system.
  • This reference system is generally formed from a liquid or gel electrolyte, for example, a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, and a drain electrode immersed in the electrolyte.
  • the lead-out electrode often consists of a silver wire coated with silver chloride.
  • the discharge electrode is electrically conductively connected via a contact point arranged outside the electrolyte with the measuring electronics.
  • This reference system is housed in a completely closed compared to the measuring half-cell housing. In measuring operation, the reference system is in contact with the measuring medium for charge equalization, for example via a diaphragm provided in the housing wall of the reference half-cell.
  • such measuring probes can be provided with an additional electrode arranged predominantly on a housing outer wall of the measuring probe. This is used, inter alia, for sensor diagnosis, for example for measuring and monitoring the electrical resistance or the electrical impedance of the diaphragm of the reference half cell or the ion-sensitive membrane or layer of the measuring half cell.
  • an additional electrode can be used to ground a measuring medium, for example a process solution in which the measuring probe is immersed, or to set it to a defined potential.
  • the redox potential of the measuring medium can be determined with the aid of such an additional electrode.
  • the additional electrode is electrically conductively connected to a contact point, which is arranged outside the immersion region of the measuring probe in the measuring operation, and which in turn is connected in an electrically conductive manner to the measuring electronics.
  • the lead electrodes of the measuring half cell and the reference half cell and the additional electrode are often designed as connected to the measuring electronics metal wires or connected by means of metallic wires to the measuring electronics.
  • Such a designed measuring probe is described for example Sn DE 102 43 930 A1 without additional electrode or in US 2003/0132755 A1 with additional electrode.
  • Measuring electronics can be connected. This means that a liquid and preferably Gas or vapor-tight implementation of the wires through glass or adhesive layers must be provided. A liquid and preferably also gas or vapor-tight execution is to ensure safe only by increased effort, for example by providing additional sealing elements. This makes the production very complicated and complicates the automation of the production of such probes.
  • a disadvantage of a measuring probe with a wire-shaped additional electrode is that it requires a complex fastening process in the course of the production process of the measuring probe, for example by melting the additional electrode into the housing of the measuring probe, and secondly that it is susceptible to defects.
  • DE 10 2005 033 727 A1 describes a potentiometric measuring probe, in particular for pH measurement, in which the discharge electrodes are each designed as a coating of a housing inner wall of the measurement or reference half cell.
  • EP 1 610 120 A1 describes a potentiometric measuring probe with a metallic coating, for example of platinum, applied on the housing outer wall of the measuring probe as an additional electrode.
  • a non-constant electrode surface for example due to a varying immersion depth of the acting as an electrode surface of the electrically conductive layer, wherein the varying immersion depth, for example, by a level change of the measuring medium or the inner electrolyte or the reference electrolyte of the probe may result, or if on the surface of the medium to be contaminated, such as by öiige substances or foam.
  • a measuring probe for electrochemical, in particular for potentiometric, measurements comprising a component formed at least on a surface of electrically insulating material, in particular glass or plastic, wherein the measuring probe has at least one electrode with an electrically insulating on the off Material formed surface of the component applied electrically conductive coating is electrically conductively connected, wherein at least a portion of the electrically conductive coating is overcoated with at least one electrically insulating layer.
  • a component of the measuring probe may, for example, be understood to be a single component, an assembly or a subregion of a component or an assembly of the measuring probe.
  • Under an electrode is here and below an electrically conductive at least on the surface Component of the probe understood, which is in contact with a liquid or gel electrolyte, in particular also a measuring medium.
  • An electrically conductive connection is to be understood as meaning a connection which allows charge transport between two spatially remote points to be connected.
  • This charge transfer is preferably carried out metallically conductive, but can also be carried out semiconducting or io ⁇ en consideredd or in combinations thereof.
  • Such a compound can be produced by attaching the contacting coating to, for example, a junction
  • Electrode is sputtered or on the provision of conductive interconnected intermediate layers, via compression, melting or with the help of conductive adhesive, etc.
  • the electrically conductive coating which merely serves to make contact with the actual electrode
  • an electrically insulating layer in at least one subarea, no unwanted reactions can occur in this area, for example due to the formation of concentration elements or falsification of measured values or diagnostic parameters due to contamination in the area of an interface , For example, between the measuring medium and an adjacent gas phase or an inner electrolyte of the probe and an adjacent gas phase occur.
  • the electrically insulating layer serves to protect the underlying electrically conductive coating from mechanical wear, for example abrasion.
  • the measuring probe has a housing, wherein the component formed from electrically insulating material forms at least a part of the housing.
  • the electrically conductive coating is applied at least partially on an outer wall of the housing of the measuring probe.
  • the electrically conductive coating can be used to make contact with an additional electrode which is applied to the outside of the housing and which is brought into contact with the measuring medium during measuring operation.
  • the housing of the measuring probe comprises an immersion region for immersion in a measuring medium for performing electrochemical, in particular potentaeometric, measurements, wherein the at least one electrically conductive coating is conductively connected to an electrical contact point, which is arranged outside the immersion region.
  • the immersion region is understood to be that region of the measuring probe which comes into contact with the measuring medium during a measurement.
  • the electrode is arranged on the outside of the housing of the measuring probe with its entire surface within the immersion region.
  • the conductive coating used for Contacting the electrode is used, extends according to the part in the immersion area and partly in a non-immersion area belonging to the surface area of the housing outer wall.
  • the electrically insulating layer preferably extends both over the part not in the immersion region! the electrically conductive coating as well as in the immersion compartment, so that the electrically conductive coating in the region of the interface between the Meßmedtum and the adjacent gas phase is also electrically and chemically isolated.
  • the electrically conductive coating comprises a metal, in particular platinum, silver, copper or gold, a composite material with metal pigments, in particular platinum, silver, copper or gold pigments, for example silver-conductive ink, an electrically conductive polymer, in particular the group comprising polyacetylenes,
  • Indium zinc oxide ZnO: In
  • aluminum zinc oxide ZnO: Al
  • fluorine tin oxide SnO 2 : F
  • Spectral range are transparent. They therefore allow a visual inspection of the region of the measuring probe located below the coating, for example of a housing interior, even if the electrically conductive coating is applied over a large area to the component of the measuring probe.
  • the electrically conductive oxides in conjunction with an electrically insulating housing of Gias represent particularly advantageous materials for the electrically conductive coating, since processes known from the field of plasma picture screen technology are known to apply electrically conductive oxide layers of very good stability to glass substrates. As a rule, these coatings can be applied without an adhesion promoter layer between the glass substrate and the electrically conductive oxide layer. In contrast, when using metal layers as the electrically conductive coating on a glass substrate is often the
  • the layer thickness of the electrically conductive coating is, for example, in the range between 5 nm and 500 ⁇ m, in particular between 50 nm and 5 ⁇ m, in particular between 50 and 700 nm.
  • the insulating layer comprises an oxide applied by sputtering in particular or a plastic, in particular perfluoropolymers, polytetrafluoroethylene (Teflon), polyetheretherketones (PEEK), poly-sulfones (PSU), polyvinyl chloride (PVC) 1 polyethersulfones (PES) or an insulating ceramic.
  • the said oxide can be selected in a development from the group consisting of SiO 2 , silicates, silicate glasses, oxide glasses and Al 2 O 3 .
  • the layer thickness of the insulating layer can be arbitrarily large in principle, it is in particular 50 nm to 500 .mu.m, in particular 50 to 5 .mu.m, in particular 50 to 700 nm.
  • the electrically insulating layer is at least partially overlaid with at least one further electrically conductive layer.
  • This additional electrically conductive layer may serve the electromagnetic shielding of the underlying, separated by the electrically insulating layer of the additional electrically conductive layer electrically conductive coating for contacting the electrode. In this case it is placed on a defined potential, in particular on ground.
  • the additional electrically conductive layer may alternatively also serve for contacting a further electrode.
  • a layer stack may be provided instead of a single electrically conductive coating overcoated with an insulating layer or a layer package with a first electrically conductive reinforcement overlaid with an electrically insulating layer and a further electrically insulating layer arranged thereon comprising any number of electrically conductive layers, each separated at least by an insulating layer.
  • the various electrically conductive layers can serve, for example, for contacting a plurality of different electrodes.
  • the outermost electrically conductive layer can serve as electromagnetic shielding.
  • the further electrically conductive coating or, in the case of a multilayer, the further conductive layers is or are connected, for example, to a respective contact point which is arranged outside the immersion region of the measuring probe and via which a defined potential or ground is applied to the electrically conductive layer can be tapped or a potential or another electrochemical characteristic can be tapped.
  • the further electrically conductive layer or the further electrically conductive layers in principle all materials mentioned above are suitable, which are also suitable for forming the electrically conductive coating for contacting the electrode. Because of their transparency in the visible spectral range, the above-mentioned electrically conductive oxides are particularly suitable as a material for the further electrically conductive layer.
  • the further, arranged on the first insulating layer, electrically conductive layer or the uppermost electrically conductive layer of MultÜayers be covered with at least one further insulating coating, which they both electrically and chemically compared to the measuring medium or substances in the the measuring medium adjacent gas phase isolated, or protects the underlying layer package from mechanical wear, such as abrasion.
  • This optional insulating coating can consist, for example, of an oxide applied by means of sputtering or a plastic, in particular from the group comprising perfluoropolymers, polytetrafluoroethylene (Teflon), polyetheretherketones (PEEK), polysulphones (PSU), polyvinyl chloride (PVC) and polyethersulphones (PES).
  • the said oxide may be selected in a Rothbiidung from the group comprising 2 S1O, silicates, Siltkatgiäser, oxidic glasses and AI2O3.
  • the layer thicknesses of the further electrically conductive layers and the further insulating layers can be selected in the same order of magnitude as the layer thicknesses of the electrically conductive coating for contacting the electrode or the insulating layer arranged on this electrically conductive coating.
  • the electrode is formed at least by an electrically conductive layer comprising a metal, in particular platinum, silver or gold, which is applied to a further part of the electrically conductive coating applied to the assembly or component.
  • the metal layer can be covered with additional layers.
  • the metal layer may be formed of silver and may be coated with another layer of a sparingly soluble silver salt, e.g. Silver chloride, to be overcoated.
  • the electrode is formed by a shaped body, in particular a ring or a pin, of a material which comprises a metallic conductor, in particular a metal, an ion conductor and / or a semiconductor.
  • a metallic conductor in particular a metal, an ion conductor and / or a semiconductor.
  • an electrode in the form of a metal ring which can be glued or pressed onto the housing is particularly advantageous. If the housing is made of Gias, the metal ring can also be fixed by melting on the housing wall.
  • the housing has a first housing part, which delimits a first housing interior, and a second housing, which delimits a second housing interior, wherein the first and the second housing interior are liquid-tightly separated from each other, and wherein the first housing part is part of a measuring half-cell and the second housing part is part of a reference half-cell.
  • the two housing parts can be connected to each other in such a way that they form a combination electrode, for example for measuring an ionic activity or a pH.
  • the first and / or the second housing part or at least one further third housing part is in contact with the measuring medium with its housing outside in an immersion region.
  • the measuring half-cell comprises the first, in particular tubular, housing part, a measuring diaphragm, which is arranged in particular on a first end portion of the first GeHouseteüs and the first housing part closes liquid-tight, a first electrolyte, in particular comprising a buffer solution, a first Ableitelektrode with the first electrolyte is in contact to derive a first electrical potential.
  • the reference half-line in this development comprises the second, in particular tubular, housing part, at least one second electrolyte, in particular a potassium chloride solution or a
  • Gel containing potassium chloride solution which is in contact with a, the second housing part at least in a partial area surrounding medium, a second discharge electrode, which is in contact with the at least one second electrolyte to derive a second electrical potential.
  • the second housing part may surround the first tubular housing part at least in sections and be connected to the first tubular housing part adjacent to the first end section, so that an annular housing interior is formed between the first tubular housing part and the second tubular housing part, in which the second
  • Electrolyte is added.
  • This annular chamber forms the housing of the Referenzhaibzelle, while the first tubular housing part forms the housing of the measuring half cell.
  • the measuring half-cell can be equipped with a fixed discharge.
  • the measuring half cell comprises the first, in particular tubular, housing part, a measuring diaphragm, which is preferably arranged at a first end portion of the first tubular housing part and the first housing part liquid-tight, a solid electrically conductive assembly which is electrically conductively connected to the measuring diaphragm to derive a first electrical potential.
  • the reference half-line comprises the second, in particular tubular, housing part, at least one electrolyte, in particular a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, which is in contact with a medium surrounding the second housing part at least in a partial region, an electrode which is in contact with the at least one second electrolyte to dissipate a second electrical potential.
  • electrolyte in particular a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution
  • the measuring probe as a single-rod measuring chain
  • mitte is an electrically conductive coating, which is covered with at least one other, in particular an electrically insulating layer, contacted and with a in a connection-side region of Measuring probe arranged contact point for connection to a measuring electronics are electrically conductively connected.
  • the at least one electrically conductive coating which is at least partially coated with at least one electrically insulating layer and the electrode connected therewith in an electrically conductive manner is applied to an outer wall of the first and / or the second and / or another housing part.
  • the electrode in this embodiment can be used as an additional electrode. If the outer wall of the first, second or further housing part forms an inner wall of a housing part of the measuring probe which forms the housing of the measuring half cell or of the reference half cell, then the electrode can serve as a deflection electrode of the measuring or reference half line.
  • the invention also encompasses a device for carrying out potentiometric measurements comprising: a measuring probe according to one of the embodiments or developments described above and a higher-order unit, in particular a measuring transducer, wherein the superordinate unit is provided with the electrically conductive coating applied to the component formed from electrically insulating material Vietnamesesseiemente, in particular via elements for Signalwandiung and / or for signal transmission and / or power transmission, is connected.
  • Such elements may include individual electronic components, such as a microcontroller, but also entire circuits or circuit parts.
  • the device for carrying out potentiometric measurements comprises means for setting a defined potential at the at least one electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating and / or means for determining an electrode electrically conductively connected between the electrically conductive coating and another Part of the device prevailing electrical or electrochemical characteristic, in particular a potential difference, a resistance or an impedance.
  • the latter allows the monitoring of the measuring probe, in particular with regard to the functionality of individual half-cells or, if the measuring probe is configured as a single-rod measuring chain, of the entire combination electrode.
  • a measuring medium in which the measuring probe is immersed with the additional electrode can be earthed or grounded in the case where the electrode forms an additional electrode a defined potential.
  • the measuring probe can be connected symmetrically, as described for example in the patent EP 1248101 B1.
  • the means for detecting a potential difference between the electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating and another part of the device, in particular a further electrode may comprise an input of a measuring amplifier or of an impedance converter, which is adapted to a potential difference between the with the electrically conductive coating connected electrode connected electrode and another part of the device, in particular a further electrode, as a voltage or current signal! output and the amplified or converted voltage signal for analog / digital conversion, display and / or processing to the parent unit passes.
  • 1 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a first embodiment
  • Fig. 3 is an electrically conductive coating which is electrically conductive with an electrode of
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a variant of the first
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a second embodiment
  • Fig. 6 is an electrically conductive coating which is electrically conductive with an electrode of
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a device for carrying out potentiometric measurements with a measuring probe according to FIG. 2.
  • the measuring probe 1 has an electrically insulating housing, for example of Gias, which has, as a first housing part, an electrically insulating inner tube 3 which is closed off at one end by a pH-sensitive glass membrane 5.
  • the inner tube 3 is surrounded by a second housing part designed as an electrically insulating shaft tube 7, wherein the shaft tube 7 is connected to the inner tube 3 in its end region facing the glass membrane 5, so that an annular space extending around the inner tube 3, from the housing interior of the inner tube 3 completely liquid-tight separated and electrically isolated chamber is formed.
  • the enclosed by the glass membrane 5 and the inner tube 3 Gezza ⁇ seinnenraum the inner tube 3 is filled with a pH-buffering solution 13 of known pH, into which a discharge electrode 11, which is formed for example of a chlorided silver wire dips.
  • the measuring half-cell of the measuring probe 1 thus formed is electrically conductively connected to a measuring electrode (not shown) via a contact point 15 which is connected in an electrically conductive manner to the deflecting electrode 11.
  • the Ri ⁇ ghunt enclosed by the housing outer wall of the inner tube 3 and the housing inner wall of the shaft tube 7 is filled with a Referenzelektroiyt 17, for example, a 3 molar aqueous potassium chloride solution.
  • a Ableiteiektrode 19 dips which may be formed as the lead electrode 11 as silver chloride coated with silver wire.
  • an opening 21, for example, a diaphragm is provided, which is an exchange of charge carriers between the through the shaft tube. 7 limited annular chamber and the environment allows.
  • the reference half-line of the measuring probe 1 thus formed is electrically conductively connected to the measuring electronics via a contact point 23 connected to the deflecting electrode 19, which comprises, inter alia, means for determining the potential difference between the potential of the measuring half cell and the potential of the reference half cell.
  • the measuring electronics can, for example, be housed at least in part in a plug-in head attached to the measuring probe 1 itself or in a measuring transducer connected to the measuring probe 1.
  • the measuring probe 1 is immersed in a measuring medium 25.
  • the region of the housing outer wall of the measuring probe 1, which comes into contact with the measuring medium 25, is referred to as the immersion region.
  • the measuring probe 1 has, in an end section opposite the immersion region, one or more end parts which enclose the electrolyte or buffer solution in the reference or measuring half-line.
  • the diverting electrodes 1 1, 19 are passed through the end part (s) and are electrically conductively connected to the contact points 15, 23 arranged outside the half-cells.
  • an electrically conductive coating 27 for example made of platinum, is applied in the form of a longitudinal strip extending from the immersion region of the measuring probe 1 to a contact point 29 arranged outside the immersion region.
  • the partially immersed in the measuring medium 25 during measurement operation electrically conductive coating 27 can be used as an additional electrode, for example as a redox electrode, by the contact point 29 is connected to the measuring electronics.
  • concentration elements can occur in the measurement operation due to different electrolyte concentrations at different regions of the electrode surface, which can lead to a progressive destruction of the conductive coating 27 acting as an electrode and to a falsification of the measurement results.
  • corrosive substances can affect the electrically conductive coating 27 in its functionality, for example by passivation or corrosion.
  • a change in the depth of immersion of the measuring probe 1 in the measuring medium 25 or the presence of contamination at the interface between the measuring medium 25 and the adjoining gas phase 31 may also lead to a falsification of the measurement or diagnostic results.
  • solid particles present in the measuring medium 25 can stress the coating 27 mechanically and lead to abrasion, which in turn can impair the conductivity of the coating 27.
  • 2 shows a generic measuring probe 201 for measuring the pH value with an additional electrode which is equipped in such a way that these sources of error are avoided. Like the measuring probe shown in FIG.
  • the measuring probe 201 has an electrically insulating housing, which comprises a first housing part for forming the measuring half cell, which consists of an electrically insulating inner tube 203 of the measuring probe 201 and a dome-shaped glass membrane 205 terminating the inner tube 203 at one end is formed.
  • the inner tube 203 is filled with a pH buffering solution 213 of known pH, for example, with a potassium chloride aqueous acetic acid / acetate buffer solution, into which a dip electrode 211 formed by a chlorided silver wire is inserted, through which the measurement half is terminated final conclusion part is passed, and outside the measuring half-cell housing via a contact point 215 can be electrically connected to a measuring electronics.
  • the reference half cell is formed by an electrically insulating shaft tube 207 surrounding the inner tube 203, which is connected in one end region to the inner tube 203 to form an annular chamber.
  • the annular chamber is filled with a reference electrolyte 217, for example a 3-molar aqueous KCl solution, into which a discharge electrode 219, likewise formed by means of a chlorided silver wire, is immersed.
  • a reference electrolyte 217 for example a 3-molar aqueous KCl solution
  • Reference electrolyte 217 may also be incorporated into a gel, for example based on diallyldimethylammonium chloride (DADMAC), which fills the reference half-cell.
  • DADMAC diallyldimethylammonium chloride
  • Shaft tube 207 is an opening 221, for example, a diaphragm, is provided which a
  • the Ableitelektrode 219 is by a reference HalbzeNe terminal side final
  • Passed end part and can be electrically connected via a lying outside the reference half-cell housing contact point 223 with the measuring electronics.
  • an additional electrode 233 On the outer wall of the shaft tube 207 is located in an immersion region at the membrane-side end portion of the probe 201, an additional electrode 233, which is melted into the glass of the shaft tube 207 as a metal ring, for example as a platinum ring.
  • the additional electrode 233 is electrically conductively connected to a contact point 229 arranged outside the immersion region via an electrically conductive coating 235 on the outer wall of the shaft tube 207.
  • the electrically conductive reinforcement 235 is designed in the form of a longitudinal strip running parallel to the probe axis.
  • the electrically conductive coating 235 can also cover a larger area, in particular also the entire cylinder jacket surface of the outer wall of the shaft tube 207 above the additional electrode 233.
  • the material for the coating 235 are, for example, transparent, electrically conductive oxides, such as indium tin oxide ITO, antimony tin oxide (SnG ⁇ Sb), indium zinc oxide (ZnO: ln), Aluminum zinc oxide (ZnO: Al) or fluorine tin oxide (SnÜ 2 : F) in question, but also the aforementioned electrically conductive polymers, metals, doped plastics, etc.
  • Particularly advantageous transparent, electrically conductive oxides can be used if a large-area coating 235 desired is because using these layers, in contrast to metal layers, the probe inside is visible, so that, for example, the level of the reference half-line with electrolyte, defects of the dissipation or reference electrode or other problems with the electrolyte are visually recognizable even with large-area coating 235.
  • such layers are also excellently suitable as electromagnetic sheaths covering the shaft tube 207.
  • the electrically conductive coating 235 is almost completely overcoated with another layer 237 of electrically insulating and preferably chemically inert material, for example sputtered SiO 2 , and thus almost completely chemically and electrically insulated from the surroundings of the measuring probe 201 against aggressive media, on the other hand also an electrical insulation of the electrically conductive coating 235. If the measuring probe 201 immersed in measuring mode with its immersion area in a measuring medium 225, the metal ring designed as an additional electrode 233 always completely immersed in the measuring medium 225. On the other hand, the overlaying with an electrically insulating further layer 237 prevents chemical reactions and mechanical abrasion on the electrically conductive coating 235.
  • electrically insulating and preferably chemically inert material for example sputtered SiO 2
  • the additional electrode instead of a metal ring as a metallic coating, such as platinum, be configured on the outer wall of the shaft tube.
  • a primer layer of chromium or another transition metal it is advisable to provide a primer layer of chromium or another transition metal.
  • FIG. 3 a) shows a plan view of the layer system
  • FIG. 3 b) shows a cross section through the layer system and the wall of the shaft tube 207 along the line A
  • FIG. 3 c) shows a cross section through the layer system and the wall of the shaft tube 207 along the lines B and C shows.
  • the electrically conductive coating 235 for example, indium tin oxide (ITO), applied.
  • ITO 1 as well as the other mentioned electrically conductive Oxides, already adheres without adhesion promoter layer very well on glass substrates, but it can be an additional layer, for example, from splintered SiO 2 , are provided (not shown here).
  • This coating serves in particular as insulation against the diffusion of ions from the material of the shaft tube 207 into the electrically conductive oxide layer.
  • the electrically conductive coating 235 is formed from a different material, for example from platinum, an additional adhesion promoter layer, for example of titanium, chromium, molybdenum, tantalum or tungsten, may be provided between the glass substrate and the electrically conductive coating 235.
  • the electrically conductive coating 235 is overcoated in a central region over almost its entire length with a further layer 237, for example sputtered SiO 2 .
  • the electrically conductive coating is covered by a contact point 229 directly adjacent to the further layer 237, which can likewise be configured as a metallic layer, for example of gold.
  • a Anschiussdraht be soldered, which connects the contact point 229 electrically conductive with a measuring electronics.
  • the opposite end of the coating 235 formed as a longitudinal strip is covered with a conductive layer, for example made of platinum, which adjoins the SiO 2 layer 237 laterally, forming the additional electrode 233.
  • the platinum ring of the additional electrode 233 shown in FIG. 2 can be arranged laterally, for example melted, laterally adjacent to the SiO 2 layer 237.
  • FIG. 4 shows a variant of the measuring probe shown in FIG. 2 for pH measurement.
  • the reference and Messhaibzeile the probe 201 ' is identical to the corresponding halftimes of the probe 201 of FIG. 2 with an inner tube 203', which is closed by a dome-shaped glass membrane 205 'at one end, and in which a buffer solution 213' added is, in which a discharge electrode 211 'is immersed.
  • the reference electrolyte 217 ' is accommodated in a chamber formed by a shaft tube 207' connected to the inner tube 203 '.
  • the potential of the reference half-cell is derived by a discharge electrode 219 'immersed in the reference electrolyte.
  • a diaphragm 221 ' is a charge carrier exchange between the reference electrolyte 217' and the measuring medium 225 'geilorrleitstet.
  • the diverting electrodes are connected to the contact points 215 ', 223' outside the immersion region of the measuring probe 201 '.
  • On the outer wall of the shaft tube 207 ' is formed as a ring auxiliary electrode 233', for example, melted.
  • the additional electrode 233 ' is connected by means of an electrically conductive coating 235' to the outside of the Eäntauch Schemes arranged contact point 229 ', via which an electrical characteristic, such as a potential can be tapped or adjusted.
  • the layer 235 ' may, for example, consist of a conductive oxide.
  • the layer thickness of the layer 235 ' is for example 310 nm.
  • the coating 235' is a large-area coating all around on the Zylindermantet Chemistry the shaft tube 207 'applied. It is covered with an insulating layer 237 ', which consists, for example, of splintered SiO 2 , with a layer thickness of, for example, 500 nm.
  • a further electrically conductive coating 236' which in turn extends all around the cylinder jacket surface of the shaft tube 207 'is applied, which preferably consists of an optically transparent conductive oxide and whose thickness is approximately 300 nm.
  • This additional electrically conductive layer 326 ' serves as electromagnetic shielding and, as such, can be acted upon or grounded by way of a (not shown) additional contact point with a defined potential.
  • the additional electrically conductive layer 236 ' may be overcoated with at least one further insulating layer 238', which protects it from aggressive media, or is electrically insulated from the surroundings of the measuring probe.
  • the additional insulating layer 238 ' may be made of Teflon or of sputtered SiO 2 , for example.
  • the additional electrically conductive layer which is covered with an electrically insulating layer, also serve for the electrically conductive contacting of a further additional electrode, for example a further platinum ring.
  • a further additional electrode for example a further platinum ring.
  • FIG. 5 shows a measuring probe 501, likewise designed as a single-rod measuring chain, in which the supply line to the reference electrode 519 is realized by means of an electrically conductive coating 537.
  • the electrically insulating measuring probe housing is of analogous design as in the measuring probes shown in FIGS. 1 and 2, namely with a measuring half cell with a likewise electrically insulating inner tube 503, a Giasmembran 505, a recorded in the inner tube 503
  • Buffer solution 513 and a discharge electrode 511 for deriving the measuring half-cell potential which is electrically connected via a contact point 515 in connection with the measuring electronics, and a
  • Housing part in the form of a connected to the inner tube 503, electrically insulating shaft tube
  • the reference half-cell comprises a reference electrolyte 517, which has a
  • the discharge electrode 519 of the reference cell is configured as a silver / silver chloride layer on the outer wall of the first housing part, namely the electrically insulating inner tube 509.
  • the silver / silver chloride layer is connected via an electrically conductive coating 539 to a contact point 523 outside the reference half cell, by means of which the discharge electrode 519 can be electrically connected to the measuring electronics.
  • the electrically conductive coating 539 is covered in a region between the contact point 523 and the reference electrode 519 with a further layer 541, for example made of SiO 2 , and thus electrically and chemically isolated from the reference electrolyte 517 and the environment.
  • FIG. 6 shows in more detail the layer structure of the discharge electrode 519 and the feed line formed by the electrically conductive coating 539 for the measuring electronics.
  • Fig. 6 a) shows a plan view of the layer system
  • Fig. 6 b) shows a cross section through the layer system and the wall of the inner tube 503 along the line A
  • Fig. 6 c) shows a cross section through the layer system and the wall of the In ⁇ enrohres 503 along lines B and C shows.
  • the electrically conductive coating 539 for example of ITO, applied with a layer thickness of, for example, 310 nm.
  • an intermediate layer of SiO 2 may be provided between the ITO layer and the glass substrate.
  • the electrically conductive coating 539 is covered in a first region with a silver / silver chloride layer.
  • This silver / Siiberchlorid layer forms the Ableitelektrode 519. It can be prepared, for example, by first electrochemically, by sputtering or by adhering a silver foil, a silver layer is applied to the ITO layer, which is then chlorided.
  • the electrically conductive coating 539 is covered with at least one further layer 541, which is directly laterally adjacent to the silver / silver chloride layer, of electrically insulating and preferably chemically inert material, for example sputtered SiO 2 , with a layer thickness of, for example, approximately 500 nm. Only in one end region of the electrically conductive coating remains uncovered. This area serves as a contact point 523, to which a connection wire can be attached, which connects the contact point 523 in an electrically conductive manner to a measuring electronics.
  • the electrically conductive coating 539 in the region of the contact point 523 may also be covered with a metal layer, for example of gold, in order to provide a better material transition to the connection wire.
  • the electrically conductive coating itself may be formed as a silver layer, which is chlorided in an end region, and so in this area
  • Reference electrode is used.
  • the silver layer is covered in this embodiment with an electrically insulating layer.
  • An advantage of this embodiment of the measuring probe with an electrically conductive coating 539, which is covered with a further electrically insulating layer 541, on the one hand is the simplified sealing of the reference half cell. This results from the fact that on a difficult to tight implementation of a metal wire or pin as Ableitelektro, as in the measuring probes gem. Fig. 1 or 2 necessary, can be omitted.
  • a further electrically conductive coating for electromagnetic shielding can be provided. This can in turn be optionally covered with a further insulating layer.
  • An additional electrode is not shown in the example of FIG. 5.
  • the measuring probe 501 can also be equipped with such an additional electrode, for example in the embodiment according to FIG. 2.
  • the lead-in electrode of the measuring half-cell can also be electrically conductively connected to the pad 515 by means of an electrically lettable coating, which is covered with an electrically insulating further layer.
  • the discharge electrode and the electrically conductive coating can be configured analogously, as described for the reference electrode 519 of the reference half-cell, and applied to the inside of the inner tube 503,
  • FIG. 7 schematically shows a device for carrying out potentiometric measurements.
  • this is a device for carrying out a pH measurement mitteis a measuring probe, which is designed as described with reference to FIG. 2, and a connected to the probe via a connector SK transmitter MU, the For example, it may be connected to a process control center L.
  • the measuring electronics (not shown) may be completely housed in the transmitter MU, but it may also be housed, at least in part, in the plug head of the probe, which forms the sensor-side part of the connector.
  • the measuring electronics may further comprise means to connect one between the additional electrode 233 and another part of the device, for example one of the discharge electrodes 211, 219 to determine prevailing electrical or electrochemical characteristic.
  • the impedance comes into question. This can be determined for the purpose of sensor diagnosis.
  • Another such characteristic may be a potential, for example, between the additional electrode and the Referenzhaibzeile.
  • the additional electrode serves as a redox electrode.
  • electrodes of a measuring probe of a conductivity sensor can be contacted by means of an electrically conductive coating or a layer stack with a plurality of electrically conductive shafts according to one of the embodiments described above.
  • electrodes of a measuring probe of an amperometric sensor can also be contacted by means of such a coating or a layer stack.

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Abstract

The invention relates to a pH measuring probe for electrochemical, particularly potentiometric, measurements comprising a component made of an electrically insulating material, particularly glass or plastic, at at least one surface, wherein the measuring probe comprises at least one electrode, which is connected in an electrically conductive manner to an electrically conductive coating applied to the component made of electrically insulating material, and wherein at least one part of the electrically conductive coating is overlaid with at least one electrically insulating layer.

Description

Messsonde für elektrochemische Messungen Measuring probe for electrochemical measurements
Die Erfindung betrifft eine Messsonde für elektrochemische, insbesondere potentiometrische, Messungen.The invention relates to a measuring probe for electrochemical, in particular potentiometric, measurements.
Eine potentiometrische Messsonde kann beispielsweise als Sonde eines ionenselektiven Sensors, wobei ein pH-Sensor hier als SpezialfaN eines ionenselektiven Sensors für H3θ+-Ionen verstanden wird, oder eines Redoxsensors ausgestaltet sein. Solche Messsonden umfassen in der Regel mindestens eine Messhaibzeüe und mindestens eine Referenzhalbzelle. Unter einer Halbzelle versteht man im Allgemeinen eine Baugruppe, welche mindestens eine Elektrode beinhaltet, die in Kontakt mit einer flüssigen oder gelartigen Elektrolytlösung steht, wobei die Elektrode elektrisch leitfähig mit Mitteln oder Vorrichtungen zur Erfassung des elektrischen Potentials der Elektrode oder zum Einstellen eines definierten Potentials an der Elektrode verbunden werden kann.A potentiometric measuring probe can, for example, be designed as a probe of an ion-selective sensor, a pH sensor being understood here as a special case of an ion-selective sensor for H 3 θ + ions, or of a redox sensor. Such measuring probes usually comprise at least one measuring piece and at least one reference half-cell. A half-cell is generally understood to mean an assembly which contains at least one electrode which is in contact with a liquid or gelatinous electrolyte solution, the electrode being electrically conductive with means or devices for detecting the electrical potential of the electrode or for setting a defined potential the electrode can be connected.
Eine Messhalbzeile einer Messsonde eines ionenselektiven Sensors umfasst eine ionenselektive Schicht oder Membran. Im Beispiel eines pH-Sensors handelt es sich dabei um eine H3θ+-Ionen- selektive Glasmembran, im Beispiel eines ionenselektiven Sensors für andere als H3O+-lonen handelt es sich häufig um eine ionenselektive Polymermembran. Die jeweilige Sensormembran trennt einen gegenüber der Umgebung der Sonde abgeschlossenen, im Aligemeinen mindestens teilweise mit einem flüssigen oder gelartigen Elektrolyten gefüllten, Innenraum eines Messhalbzellengehäuses von der Sondenumgebung. Im Messbetrieb wird die Messsonde derart in ein meistens flüssiges Messmedium eingetaucht, dass die ionenselektive Schicht oder Membran der Messhalbzelle mit dem Messmedium in Kontakt kommt. Im Kontakt mit dem Messmedium bildet sich an der ionenselektiven Schicht oder Membran ein von der zu bestimmenden lonenaktivität abhängiges Potential aus, das über ein in der Messhalbzelle angeordnetes Abieitsystem an einer Messelektronik anliegt, und das gegen ein ebenfalls an der Messelektronik anliegendes Referenzpotential bestimmt werden kann, um die entsprechende lonenaktivität bzw. den entsprechenden pH-Wert zu bestimmen. Das Ableitsystem, auch als Ableitung bezeichnet, kann als Ableitelektrode, die in den Elektrolyten der Messhalbzelle eintaucht, oder alternativ als Festableitung ausgestaltet sein. Eine Festableitung umfasst eine feste, elektrisch leitfähige Baugruppe, die mit der ionenselektiven Schicht oder Membran elektrisch leitfähig verbunden ist, um das Membranpotential abzuleiten.A measuring half-line of a measuring probe of an ion-selective sensor comprises an ion-selective layer or membrane. In the example of a pH sensor, this is an H 3 θ + ion-selective glass membrane, in the example of an ion-selective sensor for other than H 3 O + ions is often an ion-selective polymer membrane. The respective sensor membrane separates an interior of a measuring half-cell housing, which is closed off from the surroundings of the probe, generally at least partially filled with a liquid or gel electrolyte, from the probe surroundings. In measuring operation, the measuring probe is immersed in a mostly liquid measuring medium such that the ion-selective layer or membrane of the measuring half cell comes into contact with the measuring medium. In contact with the measuring medium, a potential dependent on the ion activity to be determined forms on the ion-selective layer or membrane, which potential is applied to measuring electronics via a measuring system arranged in the measuring half cell and which can be determined against a reference potential also applied to the measuring electronics. to determine the corresponding ion activity or the corresponding pH. The lead-off system, also referred to as a lead-off, can be designed as a lead-off electrode, which dips into the electrolyte of the measuring half-cell, or alternatively as a solid lead. A fixed lead comprises a solid, electrically conductive assembly which is electrically conductively connected to the ion selective layer or membrane to drain the membrane potential.
Eine Messhalbzelle einer Sonde eines ionenselektiven Sensors, z. B. eines pH-Sensors, kann auch ein Halbleäterefement, beispielsweise einen ionenselektiven Feldeffekt-Transistor (!SFET)1 umfassen. Im Messbetrieb wird der JSFET in Kontakt mit einem Messmedium gebracht und dessen von der zu bestimmenden lonenaktivität im Messmedium abhängige Leitfähigkeit zwischen Source und Drain mit Hilfe einer Messelektronik ermittelt. Unter Verwendung eines ebenfalls an der Messelektronäk anliegenden Referenzpotentials kann die entsprechende lonenaktivität bzw. der entsprechende pH- Wert bestimmt werden.A measuring half-cell of a probe of an ion-selective sensor, for. As a pH sensor, a Halbleäterefement, for example, an ion-selective field effect transistor (! SFET) 1 may include. During measuring operation, the JSFET is brought into contact with a measuring medium and its conductivity, which is dependent on the ion activity to be determined in the measuring medium, between source and drain is determined with the aid of measuring electronics. Using a likewise at the Messelektronak adjacent reference potential, the corresponding ion activity or the corresponding pH can be determined.
Das Referenzpotential wird bei einer potentiometrischen Messsonde von einer Referenzhalbzeile zur Verfügung gestellt. Die Referenzhalbzelle umfasst ein Referenzsystem, beispielsweise ein Silber/Silberchlorid-System. Dieses Referenzsystem wird im Allgemeinen aus einem flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten, beispielsweise einer Kaliumchloridlösung oder einem Gel, das eine Kaliumchioridiösung umfasst, sowie einer in den Elektrolyten eintauchenden Ableitelektrode gebildet. Die Ableitelektrode besteht häufig aus einem mit Silberchlorid überzogenen Silberdraht. Die Ableitelektrode ist über eine außerhalb des Elektrolyten angeordnete Kontaktstelle mit der Messelektronik elektrisch leitfähig verbunden. Dieses Referenzsystem ist in einem gegenüber der Messhalbzelle vollständig abgeschlossenen Gehäuse untergebracht. Im Messbetrieb steht das Referenzsystem mit dem Messmedium zum Ladungsausgleich in Kontakt, beispielsweise über ein in der Gehäusewand der Referenzhalbzelle vorgesehenes Diaphragma.The reference potential is provided by a reference half-line for a potentiometric probe. The reference half-cell comprises a reference system, for example a silver / silver chloride system. This reference system is generally formed from a liquid or gel electrolyte, for example, a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, and a drain electrode immersed in the electrolyte. The lead-out electrode often consists of a silver wire coated with silver chloride. The discharge electrode is electrically conductively connected via a contact point arranged outside the electrolyte with the measuring electronics. This reference system is housed in a completely closed compared to the measuring half-cell housing. In measuring operation, the reference system is in contact with the measuring medium for charge equalization, for example via a diaphragm provided in the housing wall of the reference half-cell.
Zusätzlich können derartige Messsonden mit einer überwiegend an einer Gehäuseaußenwand der Messsonde angeordneten Zusatzelektrode versehen werden. Diese dient unter anderem zur Sensordiagnose, beispielsweise zur Messung und Überwachung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen Impedanz des Diaphragmas der Referenzhalbzelle oder der ionenseiektiven Membran oder Schicht der Messhalbzelle. Außerdem kann eine solche Zusatzelektrode dazu eingesetzt werden, um ein Messmedium, beispielsweise eine Prozesslösung, in welche die Messsonde eingetaucht ist, zu erden bzw. auf ein definiertes Potential zu legen. Darüber hinaus kann mit Hilfe einer solchen Zusatzeiektrode das Redoxpotential des Messmediums bestimmt werden. Die Zusatzelektrode ist elektrisch leitfähig mit einer Kontaktstelle verbunden, die im Messbetrieb außerhalb des Eintauchbereichs der Messsonde angeordnet ist, und die wiederum mit der Messelektronik elektrisch leitfähig verbunden ist,In addition, such measuring probes can be provided with an additional electrode arranged predominantly on a housing outer wall of the measuring probe. This is used, inter alia, for sensor diagnosis, for example for measuring and monitoring the electrical resistance or the electrical impedance of the diaphragm of the reference half cell or the ion-sensitive membrane or layer of the measuring half cell. In addition, such an additional electrode can be used to ground a measuring medium, for example a process solution in which the measuring probe is immersed, or to set it to a defined potential. In addition, the redox potential of the measuring medium can be determined with the aid of such an additional electrode. The additional electrode is electrically conductively connected to a contact point, which is arranged outside the immersion region of the measuring probe in the measuring operation, and which in turn is connected in an electrically conductive manner to the measuring electronics.
Die Ableitelektroden der Messhalbzelle und der Referenzhalbzelle sowie die Zusatzelektrode sind häufig als mit der Messelektronik verbundene Metalidrähte ausgestaltet bzw. mittels metallischer Drähte mit der Messelektronik verbunden. Eine derart ausgestaltete Messsonde ist beispielsweise Sn DE 102 43 930 A1 ohne Zusatzelektrode oder in US 2003/0132755 A1 mit Zusatzelektrode beschrieben.The lead electrodes of the measuring half cell and the reference half cell and the additional electrode are often designed as connected to the measuring electronics metal wires or connected by means of metallic wires to the measuring electronics. Such a designed measuring probe is described for example Sn DE 102 43 930 A1 without additional electrode or in US 2003/0132755 A1 with additional electrode.
Ein Nachteil einer Messsonde gemäß DE 102 43 930 A1 , bei der die Ableitelektroden als Drähte ausgestaltet sind, besteht darin, dass diese Drähte durch eine die Messsonde anschlussseitig abschließende Gehäusewand oder Verschlusskappe geführt werden müssen, damit sie mit derA disadvantage of a measuring probe according to DE 102 43 930 A1, in which the discharge electrodes are designed as wires, is that these wires must be passed through a connecting wall terminating the measuring probe or closure cap, so that they with the
Messelektronik verbunden werden können. Dies bedeutet, dass eine flüssigkeits- und vorzugsweise auch gas- bzw. dampfdichte Durchführung der Drähte durch Glas oder Klebeschichten vorgesehen werden muss. Eine flüssigkeits- und vorzugsweise auch gas- bzw. dampfdichte Durchführung ist jedoch nur durch erhöhten Aufwand sicher zu gewährleisten, beispielsweise durch Vorsehen zusätzlicher Dichtungselemente. Dies macht die Herstellung sehr aufwändig und erschwert die Automatisierung der Fertigung solcher Messsonden.Measuring electronics can be connected. This means that a liquid and preferably Gas or vapor-tight implementation of the wires through glass or adhesive layers must be provided. A liquid and preferably also gas or vapor-tight execution is to ensure safe only by increased effort, for example by providing additional sealing elements. This makes the production very complicated and complicates the automation of the production of such probes.
Ein Nachteil einer Messsonde mit einer drahtförmigen Zusatzelektrode besteht darin, dass diese zum einen einen aufwändigen Befestigungsvorgang im Zuge des Herstellungsverfahrens der Messsonde erfordert, beispielsweise durch Einschmelzen der Zusatzelektrode in das Gehäuse der Messsonde, zum anderen a!s zusätzliche mechanische Komponente anfällig für Defekte ist.A disadvantage of a measuring probe with a wire-shaped additional electrode is that it requires a complex fastening process in the course of the production process of the measuring probe, for example by melting the additional electrode into the housing of the measuring probe, and secondly that it is susceptible to defects.
Zur Überwindung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, die Ableitelektroden oder die Zusatzelektrode als elektrisch leitfähige Schichten auszugestalten. So beschreibt die DE 10 2005 033 727 A1 eine potentiometrische Messsonde, insbesondere zur pH-Wert-Messung, bei der die Ableitelektroden jeweils als Beschichtung einer Gehäuseinnenwand der Mess- bzw. Referenzhalbzelle ausgestaltet sind. In EP 1 610 120 A1 ist eine potentiometrische Messsonde mit einer auf der Gehäuseaußenwand der Messsonde aufgebrachten metallischen Beschichtung, beispielsweise aus Platin, als Zusatzelektrode beschrieben.To overcome these disadvantages, it has been proposed to configure the discharge electrodes or the additional electrode as electrically conductive layers. Thus, DE 10 2005 033 727 A1 describes a potentiometric measuring probe, in particular for pH measurement, in which the discharge electrodes are each designed as a coating of a housing inner wall of the measurement or reference half cell. EP 1 610 120 A1 describes a potentiometric measuring probe with a metallic coating, for example of platinum, applied on the housing outer wall of the measuring probe as an additional electrode.
Nachteile dieser Lösungen ergeben sich daraus, dass die gesamte elektrisch leitfähige Schicht als aktive Eiektrodenfläche wirkt. So können insbesondere beim Vorhandensein unterschiedlicher Elektrolytkonzentrationen bzw. Elektrofytaktävitäten an unterschiedlichen Bereichen der Elektrodenoberfläche Konzentrationselemente auftreten, die zu einer fortschreitenden Zerstörung der Elektrode und zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen können. Solche sich negativ auswirkenden Konzentrationseiemente können beispielsweise an elektrisch leitfähigen Schichten auftreten, die, wie die in EP 1 610 120 A1 beschriebenen Schichten, auf einer Gehäuseaußenwand aufgebracht sind und mit dem Messmedium in Kontakt stehen, wenn Substanzen im Messmedium und/oder in angrenzenden Phasen, wie beispielsweise einer Schaumschicht oder der an das Messmedium angrenzenden Gasphase, nicht im chemischen Gleichgewicht vorliegen. Zudem können gegebenenfalls auf der Gehäuseaußenwand der Messsonde liegende elektrisch leitfähige Schichten durch korrosiv wirkende Substanzen in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden, beispielsweise durch Passivierung oder Korrosion.Disadvantages of these solutions result from the fact that the entire electrically conductive layer acts as an active electrode surface. Thus, in particular in the presence of different electrolyte concentrations or Elektrofytaktävitäten at different areas of the electrode surface concentration elements occur, which can lead to a progressive destruction of the electrode and to a falsification of the measurement results. Such negative-affecting concentration elements can occur, for example, on electrically conductive layers which, like the layers described in EP 1 610 120 A1, are applied to an outer wall of the housing and are in contact with the measuring medium if substances in the measuring medium and / or in adjoining phases, such as a foam layer or adjacent to the measuring medium gas phase, not in chemical equilibrium. In addition, possibly lying on the outer housing wall of the measuring electrode electrically conductive layers can be affected by corrosive substances in their functionality, for example by passivation or corrosion.
Auch bei als elektrisch leitfähige Schichten ausgebildeten Ableätelektroden im Gehäuseinneren der Messsonde können derartige unerwünschte Effekte vor allem im Bereich der Durchführung derEven when formed as electrically conductive layers Ableätelektroden in the housing interior of the probe such undesirable effects, especially in the field of implementation of the
Metallschicht durch die Gehäusewand hin zu einem außerhalb des Gehäuses liegendenMetal layer through the housing wall towards an outside of the housing
Kontaktpunkt, an dem die Schichten jeweils elektrisch leitend mit der Messelektronik verbunden sind, auftreten. Somit ist die Abdichtung der Durchführung selbst zwar vereinfacht, jedoch muss im Bereich des außerhalb des Mess- bzw. Referenzhalbzellengehäuses liegenden Kontaktpunkts die Schicht beispielsweise vor korrosiven Dämpfen oder anderen schädlichen Substanzen durch weitere Dichtungsmaßnahmen geschützt werden.Contact point at which the layers are each electrically conductively connected to the measuring electronics, occur. Thus, although the sealing of the bushing itself is simplified, the layer must be protected from corrosive vapors or other harmful substances by further sealing measures in the region of the contact point lying outside the measuring or reference half-cell housing, for example.
Auch wenn die als Elektrode wirkende Fläche der elektrisch leitfähigen Schicht unbestimmt, insbesondere nicht konstant, über die Einsatzdauer der Messsonde ist, kann dies ebenfalls zu einer Verfälschung der Mess- und Diagnoseergebnisse, insbesondere bei der Verwendung der elektrisch leitfähigen Schicht als Zusatzelektrode für die Sensordiagnose, führen. Eine nicht konstante Elektrodenoberfläche kann beispielsweise aufgrund einer variierende Eintauchtiefe der als Elektrode wirkenden Fläche der elektrisch leitfähigen Schicht entstehen, wobei sich die variierende Eintauchtiefe beispielsweise auch durch eine Füllstandsänderung des Messmediums bzw. des Innenelektrolyten oder des Referenzelektrolyten der Messsonde ergeben kann, oder wenn auf der Oberfläche des Messmediums Verschmutzungen vorliegen, wie beispielsweise durch öiige Substanzen oder Schaum.Even if the surface of the electrically conductive layer which acts as an electrode is indeterminate, in particular not constant, over the period of use of the measuring probe, this can also falsify the measurement and diagnostic results, in particular when using the electrically conductive layer as additional electrode for the sensor diagnosis. to lead. A non-constant electrode surface, for example due to a varying immersion depth of the acting as an electrode surface of the electrically conductive layer, wherein the varying immersion depth, for example, by a level change of the measuring medium or the inner electrolyte or the reference electrolyte of the probe may result, or if on the surface of the medium to be contaminated, such as by öiige substances or foam.
Bei elektrisch leitfähigen Schichten auf der Gehäuseaußenwand der Messsonde kann es zudem zu mechanischen Verschleißerscheinungen, beispielsweise zum Abrieb der mit dem Messmedium in Kontakt stehenden elektrisch leitfähigen Schichten kommen.In the case of electrically conductive layers on the housing outer wall of the measuring probe, mechanical wear phenomena may also occur, for example for abrasion of the electrically conductive layers in contact with the measuring medium.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Messsonde anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll eine hohe Stabilität der Elektroden, sowie eine hohe Messgenauigkeit bzw. Verlässlichkeit von Diagnosemessungen auch unter widrigen Bedingungen sichergestellt werden.It is therefore the object of the invention to specify a generic measuring probe which overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, a high stability of the electrodes, as well as a high accuracy of measurement or reliability of diagnostic measurements should be ensured even under adverse conditions.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messsonde für elektrochemische, insbesondere für potentiometrische, Messungen umfassend eine zumindest an einer Oberfläche aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Glas oder Kunststoff, gebildete Komponente, wobei die Messsonde mindestens eine Elektrode aufweist, die mit einer auf der aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Oberfläche der Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei mindestens ein Teil der elektrisch leitfähigen Beschichtung mit mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht überschichtet ist.This object is achieved by a measuring probe for electrochemical, in particular for potentiometric, measurements comprising a component formed at least on a surface of electrically insulating material, in particular glass or plastic, wherein the measuring probe has at least one electrode with an electrically insulating on the off Material formed surface of the component applied electrically conductive coating is electrically conductively connected, wherein at least a portion of the electrically conductive coating is overcoated with at least one electrically insulating layer.
Unter einer Komponente der Messsonde kann beispielsweise ein einzelnes Bauteil, eine Baugruppe oder ein Teilbereich eines Bauteils oder einer Baugruppe der Messsonde verstanden werden. Unter einer Elektrode wird hier und im Folgenden eine zumindest an der Oberfläche elektrisch leitfähige Komponente der Messsonde verstanden, welche in Kontakt mit einem flüssigen oder gelartigen Elektrolyten, insbesondere auch einem Messmedium, steht.A component of the measuring probe may, for example, be understood to be a single component, an assembly or a subregion of a component or an assembly of the measuring probe. Under an electrode is here and below an electrically conductive at least on the surface Component of the probe understood, which is in contact with a liquid or gel electrolyte, in particular also a measuring medium.
Unter einer elektrisch leitfähigen Verbindung ist eine Verbindung zu verstehen, die einen Ladungstransport zwischen zwei räumlich voneinander entfernt liegenden zu verbindenden Punkten erlaubt. Dieser Ladungstransfer erfolgt bevorzugt metallisch leitend, kann jedoch auch halbleitend oder ioπenleitend oder in Kombinationen hiervon erfolgen. Eine derartige Verbindung kann erzeugt werden, indem die kontaktierende Beschichtung beispielsweise an einer Verbindungsstelle auf dieAn electrically conductive connection is to be understood as meaning a connection which allows charge transport between two spatially remote points to be connected. This charge transfer is preferably carried out metallically conductive, but can also be carried out semiconducting or ioπenleitend or in combinations thereof. Such a compound can be produced by attaching the contacting coating to, for example, a junction
Elektrode aufgesputtert wird oder über das Vorsehen leitfähig verbundener Zwischenschichten, über Verpressung, Einschmelzen oder mit Hilfe von Leitkleber etc.Electrode is sputtered or on the provision of conductive interconnected intermediate layers, via compression, melting or with the help of conductive adhesive, etc.
Indem die lediglich zur Kontaktierung der eigentlichen Elektrode dienende elektrisch leitfähige Beschichtung mindestens in einem Teilbereich von einer elektrisch isolierenden Schicht überdeckt ist, können in diesem Bereich keine unerwünschten Reaktionen, beispielsweise durch die Ausbildung von Konzentrationselementen oder Verfälschung von Messwerten oder Diagnoseparametern durch Verschmutzungen im Bereich einer Grenzfläche, beispielsweise zwischen dem Messmedium und einer angrenzenden Gasphase oder einem Innenelektrolyt der Messsonde und einer angrenzenden Gasphase, auftreten. Zusätzlich dient die elektrisch isolierende Schicht als Schutz der darunter liegenden elektrisch leitfähigen Beschichtung vor mechanischem Verschleiß, beispielsweise Abrieb.By covering the electrically conductive coating, which merely serves to make contact with the actual electrode, with an electrically insulating layer in at least one subarea, no unwanted reactions can occur in this area, for example due to the formation of concentration elements or falsification of measured values or diagnostic parameters due to contamination in the area of an interface , For example, between the measuring medium and an adjacent gas phase or an inner electrolyte of the probe and an adjacent gas phase occur. In addition, the electrically insulating layer serves to protect the underlying electrically conductive coating from mechanical wear, for example abrasion.
In einer Weiterbildung weist die Messsonde ein Gehäuse auf, wobei die aus elektrisch isolierendem Material gebildete Komponente zumindest einen Teil des Gehäuses bildet.In one development, the measuring probe has a housing, wherein the component formed from electrically insulating material forms at least a part of the housing.
In einer Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Beschichtung zumindest teilweise auf einer Außenwand des Gehäuses der Messsonde aufgebracht. In diesem Fall kann die elektrisch leitfähige Beschichtung zur Kontaktierung einer an der Gehäuseaußenseite aufgebrachten Zusatzelektrode dienen, die im Messbetrieb in Kontakt mit dem Messmedium gebracht wird.In one embodiment, the electrically conductive coating is applied at least partially on an outer wall of the housing of the measuring probe. In this case, the electrically conductive coating can be used to make contact with an additional electrode which is applied to the outside of the housing and which is brought into contact with the measuring medium during measuring operation.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Gehäuse der Messsonde einen Eintauchbereich zum Eintauchen in ein Messmedium zur Durchführung von elektrochemischen, insbesondere potentäometrischen, Messungen, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Beschichtung mit einer elektrischen Kontaktstelle leitfähig verbunden ist, welche außerhalb des Eintauchbereichs angeordnet ist. Unter dem Eintauchbereich wird derjenige Bereich der Messsonde verstanden, der bei einer Messung mit dem Messmedium in Kontakt kommt.In a further embodiment, the housing of the measuring probe comprises an immersion region for immersion in a measuring medium for performing electrochemical, in particular potentaeometric, measurements, wherein the at least one electrically conductive coating is conductively connected to an electrical contact point, which is arranged outside the immersion region. The immersion region is understood to be that region of the measuring probe which comes into contact with the measuring medium during a measurement.
In einer Weiterbildung ist die Elektrode auf der Gehäuseaußenseite der Messsonde mit ihrer gesamten Fläche innerhalb des Eintauchbereichs angeordnet. Die leitfähige Beschichtung, die zur Kontaktierung der Elektrode dient, erstreckt sich entsprechend zum Teil in den Eintauchbereich und zum Teil in einen nicht zum Eintauchbereich gehörenden Oberflächenbereich der Gehäuseaußenwand. Die elektrisch isolierende Schicht erstreckt sich vorzugsweise sowohl über den nicht im Eintauchbereich befindlichen Tei! der elektrisch leitfähigen Beschichtung als auch in den Eintauchbereäch hinein, so dass die elektrisch leitfähige Beschichtung im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Messmedtum und der angrenzenden Gasphase ebenfalls elektrisch und chemisch isoliert ist.In one development, the electrode is arranged on the outside of the housing of the measuring probe with its entire surface within the immersion region. The conductive coating used for Contacting the electrode is used, extends according to the part in the immersion area and partly in a non-immersion area belonging to the surface area of the housing outer wall. The electrically insulating layer preferably extends both over the part not in the immersion region! the electrically conductive coating as well as in the immersion compartment, so that the electrically conductive coating in the region of the interface between the Meßmedtum and the adjacent gas phase is also electrically and chemically isolated.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrisch leitfähige Beschichtung ein Metall, insbesondere Platin, Silber, Kupfer oder Gold, ein Kompositmaterial mit Metallpigmenten, insbesondere Platin-, Silber-, Kupfer- oder Goidpigmenten, beispielsweise Sifber-Leitlack, ein elektrisch leitfähiges Polymer, insbesondere aus der Gruppe umfassend Polyacetylene,In a further embodiment, the electrically conductive coating comprises a metal, in particular platinum, silver, copper or gold, a composite material with metal pigments, in particular platinum, silver, copper or gold pigments, for example silver-conductive ink, an electrically conductive polymer, in particular the group comprising polyacetylenes,
Polyphenylene, Polyphenyienvänylene, Polyfurane Polyaniiine, Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4- ethylendioxythiophene, PEDOT) und deren Derivate, dotierten Kohlenstoff, Kohienstoff-Nanoröhrchen (Nanotubes), dotierte Kohienstoff-Nanoröhrchen, eine elektrisch leitfähige Keramik, oder ein elektrisch leitfähiges Oxid, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Oxid wie Antimonzinnoxid (SnO2: Sb),Polyphenylenes, Polyphenyienvänylene, Polyfurane Polyaniiine, Polypyrrole, Polythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene, PEDOT) and their derivatives, doped carbon, carbon nanotubes, doped carbon nanotubes, an electrically conductive ceramic, or an electrically conductive oxide , in particular an electrically conductive oxide such as antimony tin oxide (SnO 2 : Sb),
Indiumzinkoxid (ZnO:ln), Aluminiumzinkoxid (ZnO:AI), Fluorzinnoxid (SnO2:F) oder IndiumzinnoxidIndium zinc oxide (ZnO: In), aluminum zinc oxide (ZnO: Al), fluorine tin oxide (SnO 2 : F) or indium tin oxide
(ITO), Diese leitfähigen Oxide besitzen den zusätzlichen Vorteil, dass sie im sichtbaren(ITO), These conductive oxides have the added advantage of being visible
Spektralbereich transparent sind. Sie erlauben deshalb eine visuelle Betrachtung des unterhalb der Beschichtung liegenden Bereiches der Messsonde, beispielsweise eines Gehäuseinnenraums, selbst wenn die elektrisch leitfähige Beschichtung großflächig auf der Komponente der Messsonde aufgebracht ist.Spectral range are transparent. They therefore allow a visual inspection of the region of the measuring probe located below the coating, for example of a housing interior, even if the electrically conductive coating is applied over a large area to the component of the measuring probe.
Unter einem fertigungstechnischen Aspekt stellen die elektrisch leitfähigen Oxide in Verbindung mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse aus Gias besonders vorteilhafte Materialien für die elektrisch leitfähige Beschichtung dar, da aus dem Bereich der Plasmabildschirmtechnik etablierte Verfahren bekannt sind, elektrisch leitfähige Oxidschichten sehr guter Stabilität auf Glassubstrate aufzubringen. in der Regel können diese Beschichtungen ohne Haftvermittlerschicht zwischen dem Glassubstrat und der elektrisch leitfähigen Oxidschicht aufgebracht werden. Demgegenüber ist bei Verwendung von Metallschichten als elektrisch leitfähige Beschichtung auf einem Glassubstrat häufig dasFrom a production-technical point of view, the electrically conductive oxides in conjunction with an electrically insulating housing of Gias represent particularly advantageous materials for the electrically conductive coating, since processes known from the field of plasma picture screen technology are known to apply electrically conductive oxide layers of very good stability to glass substrates. As a rule, these coatings can be applied without an adhesion promoter layer between the glass substrate and the electrically conductive oxide layer. In contrast, when using metal layers as the electrically conductive coating on a glass substrate is often the
Vorsehen einer Haftvermittlerschicht angeraten.Provision of a primer layer advised.
Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung liegt beispielsweise im Bereich zwischen 5 nm und 500 μm, insbesondere zwischen 50 nm und 5 μm, insbesondere zwischen 50 und 700 nm.The layer thickness of the electrically conductive coating is, for example, in the range between 5 nm and 500 μm, in particular between 50 nm and 5 μm, in particular between 50 and 700 nm.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die isolierende Schicht ein insbesondere mittels Sputtern aufgetragenes Oxid oder einen Kunststoff, insbesondere Perfluorpolymere, PolytetrafJuorethylen (Teflon), Poiyetheretherketone (PEEK), PoJysulfone (PSU), Polyvinylchlorid (PVC)1 Polyethersulfone (PES) oder eine isolierende Keramik. Das besagte Oxid kann in einer Weiterbildung aus der Gruppe umfassend Siθ2, Silikate, Silikatgläser, oxidische Gläser und AI2O3 ausgewählt sein.In a further embodiment, the insulating layer comprises an oxide applied by sputtering in particular or a plastic, in particular perfluoropolymers, polytetrafluoroethylene (Teflon), polyetheretherketones (PEEK), poly-sulfones (PSU), polyvinyl chloride (PVC) 1 polyethersulfones (PES) or an insulating ceramic. The said oxide can be selected in a development from the group consisting of SiO 2 , silicates, silicate glasses, oxide glasses and Al 2 O 3 .
Die Schichtdicke der isolierenden Schicht kann im Prinzip beliebig groß sein, sie beträgt insbesondere 50 nm bis 500 μm, insbesondere 50 bis 5 μm, insbesondere 50 bis 700 nm.The layer thickness of the insulating layer can be arbitrarily large in principle, it is in particular 50 nm to 500 .mu.m, in particular 50 to 5 .mu.m, in particular 50 to 700 nm.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrisch isolierende Schicht mindestens teilweise mit mindestens einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht überschichtet. Diese zusätzliche elektrisch leitfähige Schicht kann der elektromagnetischen Schirmung der darunter liegenden, durch die elektrisch isolierende Schicht von der zusätzlichen elektrisch leitfähigen Schicht getrennten elektrisch leitfähigen Beschichtung zur Kontaktierung der Elektrode, dienen. In diesem Fall wird sie auf ein definiertes potential, insbesondere auf Masse gelegt. Die zusätzliche elektrisch leitfähige Schicht kann alternativ auch zur Kontaktierung einer weiteren Elektrode dienen.In a further embodiment, the electrically insulating layer is at least partially overlaid with at least one further electrically conductive layer. This additional electrically conductive layer may serve the electromagnetic shielding of the underlying, separated by the electrically insulating layer of the additional electrically conductive layer electrically conductive coating for contacting the electrode. In this case it is placed on a defined potential, in particular on ground. The additional electrically conductive layer may alternatively also serve for contacting a further electrode.
In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung kann anstelle einer einzelnen mit einer isolierenden Schicht überschichteten elektrisch leitfähigen Beschichtung oder einem Schichtpaket mit einer ersten mit einer elektrisch isolierenden Schicht überschichteten elektrisch leitfähigen Beschächtung und einer darauf angeordneten weiteren elektrisch isolierenden Schicht ein Schichtstapel, ein sog. Multilayer, vorgesehen sein, das beliebig viele elektrisch leitfähige Schichten umfasst, die jeweils mindestens durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind. Die verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichten können beispielsweise zur Kontaktierung mehrerer verschiedener Elektroden dienen. Die äußerste elektrisch leitfähige Schicht kann als elektromagnetische Schirmung dienen.In a further development of this embodiment, a layer stack, a so-called multilayer, may be provided instead of a single electrically conductive coating overcoated with an insulating layer or a layer package with a first electrically conductive reinforcement overlaid with an electrically insulating layer and a further electrically insulating layer arranged thereon comprising any number of electrically conductive layers, each separated at least by an insulating layer. The various electrically conductive layers can serve, for example, for contacting a plurality of different electrodes. The outermost electrically conductive layer can serve as electromagnetic shielding.
Die weitere elektrisch leitfähige Beschichtung bzw. im Falle eines Multilayers die weiteren leitfähigen Schichten ist bzw. sind beispielsweise mit jeweils einer Kontaktstelle verbunden, die außerhalb des Eintauchbereichs der Messsonde angeordnet ist, und über die ein definiertes Potential bzw. Masse an die elektrisch leitfähige Schicht angelegt werden kann bzw. ein Potential oder eine andere elektrochemische Kenngröße abgegriffen werden kann.The further electrically conductive coating or, in the case of a multilayer, the further conductive layers is or are connected, for example, to a respective contact point which is arranged outside the immersion region of the measuring probe and via which a defined potential or ground is applied to the electrically conductive layer can be tapped or a potential or another electrochemical characteristic can be tapped.
Ais Materialien für die weitere elektrisch leitfähige Schicht bzw. die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten kommen grundsätzlich alle zuvor genannten Materialien in Frage, die auch zur Bildung der elektrisch leitfähigen Beschichtung zur Kontaktierung der Elektrode geeignet sind. Wegen ihrer Transparenz im sichtbaren Spektralbereich sind die weiter oben genannten elektrisch leitfähigen Oxide besonders als Material für die weitere efektrisch leitfähige Schicht geeignet. Optional kann die weitere, auf der ersten isolierenden Schicht angeordnete, elektrisch leitfähige Schicht bzw. die oberste elektrisch leitfähige Schicht des MultÜayers noch mit mindestens einer weiteren isolierenden Beschichtung überschichtet sein, die sie sowohl elektrisch als auch chemisch gegenüber dem Messmedium bzw. Substanzen in der an das Messmedium angrenzenden Gasphase isoliert, bzw. das darunterliegende Schichtpaket vor mechanischem Verschleiß, beispielsweise Abrieb schützt. Diese optionale isolierende Beschichtung kann beispielsweise aus einem mitteis Sputtern aufgetragenem Oxid oder einem Kunststoff, insbesondere aus der Gruppe umfassend Perfluorpolymere, Polytetrafluorethylen (Teflon), Polyetheretherketone (PEEK), Polysulfone (PSU), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyethersulfone (PES) bestehen. Das besagte Oxid kann in einer Weiterbiidung aus der Gruppe umfassend S1O2, Silikate, Siltkatgiäser, oxidische Gläser und AI2O3 ausgewählt sein.As materials for the further electrically conductive layer or the further electrically conductive layers, in principle all materials mentioned above are suitable, which are also suitable for forming the electrically conductive coating for contacting the electrode. Because of their transparency in the visible spectral range, the above-mentioned electrically conductive oxides are particularly suitable as a material for the further electrically conductive layer. Optionally, the further, arranged on the first insulating layer, electrically conductive layer or the uppermost electrically conductive layer of MultÜayers be covered with at least one further insulating coating, which they both electrically and chemically compared to the measuring medium or substances in the the measuring medium adjacent gas phase isolated, or protects the underlying layer package from mechanical wear, such as abrasion. This optional insulating coating can consist, for example, of an oxide applied by means of sputtering or a plastic, in particular from the group comprising perfluoropolymers, polytetrafluoroethylene (Teflon), polyetheretherketones (PEEK), polysulphones (PSU), polyvinyl chloride (PVC) and polyethersulphones (PES). The said oxide may be selected in a Weiterbiidung from the group comprising 2 S1O, silicates, Siltkatgiäser, oxidic glasses and AI2O3.
Die Schichtdicken der weiteren elektrisch leitfähigen Schichten und der weiteren isolierenden Schichten können in derselben Größenordnung gewählt werden wie die Schichtdicken der elektrisch leitfähigen Beschichtung zur Kontaktierung der Elektrode bzw. der auf dieser elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordneten isolierenden Schicht.The layer thicknesses of the further electrically conductive layers and the further insulating layers can be selected in the same order of magnitude as the layer thicknesses of the electrically conductive coating for contacting the electrode or the insulating layer arranged on this electrically conductive coating.
In einer möglichen Ausgestaltung ist die Elektrode mindestens durch eine elektrisch leitfähige Schicht umfassend ein Metali, insbesondere Platin, Silber oder Gold, welche auf einem weiteren Teil der auf der Baugruppe oder Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung aufgebracht ist, gebildet. Die Metallschicht kann mit weiteren Schichten überschichtet sein. Beispielsweise kann zur Bildung einer Ableitelektrode einer Referenzhalbzelle der Messsonde die Metallschicht aus Silber gebildet und mit einer weiteren Schicht aus einem schwerlöslichen Silbersalz, z.B. Silberchlorid, überschichtet sein.In one possible embodiment, the electrode is formed at least by an electrically conductive layer comprising a metal, in particular platinum, silver or gold, which is applied to a further part of the electrically conductive coating applied to the assembly or component. The metal layer can be covered with additional layers. For example, to form a deflection electrode of a reference half-cell of the measuring probe, the metal layer may be formed of silver and may be coated with another layer of a sparingly soluble silver salt, e.g. Silver chloride, to be overcoated.
In einer dazu alternativen Ausgestaltung ist die Elektrode durch einen Formkörper, insbesondere einen Ring oder einen Stift, aus einem Material, welches einen metallischen Leiter, insbesondere ein Metall, einen lonenleiter und/oder einen Halbleiter umfasst, gebildet. Besonders vorteilhaft ist im Fall eines Gehäuses mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, eine Elektrode in Form eines Metallrings, der auf das Gehäuse aufgeklebt oder aufgepresst sein kann. Wenn das Gehäuse aus Gias besteht, kann der Metallring auch durch Aufschmelzen an der Gehäusewand befestigt sein.In an alternative embodiment, the electrode is formed by a shaped body, in particular a ring or a pin, of a material which comprises a metallic conductor, in particular a metal, an ion conductor and / or a semiconductor. In the case of a housing with a substantially circular cross section, an electrode in the form of a metal ring which can be glued or pressed onto the housing is particularly advantageous. If the housing is made of Gias, the metal ring can also be fixed by melting on the housing wall.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil, welches einen ersten Gehäuseinnenraum begrenzt, und ein zweites Gehäuseteit, welches einen zweiten Gehäuseinnenraum begrenzt, auf, wobei der erste und der zweite Gehäuseinnenraum flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind, und wobei das erste Gehäuseteil Bestandteil einer Messhalbzelle und das zweite Gehäuseteil Bestandteil einer Referenzhalbzelle ist. Die beiden Gehäuseteüe können derart miteinander verbunden sein, dass sie eine Einstabmesskette, beispielsweise zur Messung einer lonenaktivität oder eines pH-Werts, bilden.In a further embodiment, the housing has a first housing part, which delimits a first housing interior, and a second housing, which delimits a second housing interior, wherein the first and the second housing interior are liquid-tightly separated from each other, and wherein the first housing part is part of a measuring half-cell and the second housing part is part of a reference half-cell. The two housing parts can be connected to each other in such a way that they form a combination electrode, for example for measuring an ionic activity or a pH.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Messsonde a!s Einstabmesskette steht das erste und/oder das zweite Gehäuseteil oder mindestens ein weiteres drittes Gehäuseteil mit seiner Gehäuseaußenseite in einem Eintauchbereich in Kontakt mit dem Messmedium.In such a configuration of the measuring probe as a single-rod measuring chain, the first and / or the second housing part or at least one further third housing part is in contact with the measuring medium with its housing outside in an immersion region.
In einer Weiterbildung umfasst die Messhalbzelle das erste, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil, eine Messmembran, weiche insbesondere an einem ersten Endabschnitt des ersten Gehäuseteüs angeordnet ist und das erste Gehäuseteil fiüssigkeitsdicht verschließt, einen ersten Elektrolyt, insbesondere umfassend eine Pufferlösung, eine erste Ableitelektrode, die mit dem ersten Elektrolyten in Kontakt steht, um ein erstes elektrisches Potential abzuleiten.In a further development, the measuring half-cell comprises the first, in particular tubular, housing part, a measuring diaphragm, which is arranged in particular on a first end portion of the first Gehäuseteüs and the first housing part closes liquid-tight, a first electrolyte, in particular comprising a buffer solution, a first Ableitelektrode with the first electrolyte is in contact to derive a first electrical potential.
Die Referenzhalbzeile umfasst in dieser Weiterbildung das zweite, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil, mindestens einen zweiten Elektrolyt, insbesondere eine KaliumchJorid-Lösung oder ein eineThe reference half-line in this development comprises the second, in particular tubular, housing part, at least one second electrolyte, in particular a potassium chloride solution or a
Kaliumchlorid-Lösung umfassendes Gel, der in Kontakt mit einem, das zweite Gehäuseteil zumindest in einem Teilbereich umgebenden Medium steht, eine zweite Ableitelektrode, die mit dem mindestens einen zweiten Elektrolyt in Kontakt steht, um ein zweites elektrisches Potential abzuleiten.Gel containing potassium chloride solution, which is in contact with a, the second housing part at least in a partial area surrounding medium, a second discharge electrode, which is in contact with the at least one second electrolyte to derive a second electrical potential.
Dabei kann das zweite Gehäuseteil das erste rohrförmige Gehäuseteil zumindest abschnittsweise umgeben und angrenzend an den ersten Endabschnitt mit dem ersten rohrförmigen Gehäuseteil verbunden sein, so dass zwischen dem ersten rohrförmigen Gehäuseteil und dem zweiten rohrförmigen Gehäuseteil ein ringförmiger Gehäuseinnenraum ausgebildet ist, in dem der zweiteIn this case, the second housing part may surround the first tubular housing part at least in sections and be connected to the first tubular housing part adjacent to the first end section, so that an annular housing interior is formed between the first tubular housing part and the second tubular housing part, in which the second
Elektrolyt aufgenommen ist. Diese ringförmige Kammer bildet das Gehäuse der Referenzhaibzelle, während das erste rohrförmige Gehäuseteil das Gehäuse der Messhalbzelle bildet.Electrolyte is added. This annular chamber forms the housing of the Referenzhaibzelle, while the first tubular housing part forms the housing of the measuring half cell.
In einer dazu alternativen Weiterbildung kann die Messhalbzelle mit einer Festableitung ausgestattet sein. In diesem Fall umfasst die Messhalbzelle das erste, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil, eine Messmembran, welche bevorzugt an einem ersten Endabschnitt des ersten rohrförmigen Gehäuseteils angeordnet ist und das erste Gehäuseteil flüssigkeitsdicht verschließt, eine feste elektrisch leitfähige Baugruppe, die mit der Messmembran elektrisch leitfähig verbunden ist, um ein erstes elektrisches Potential abzuleiten. Die Referenzhalbzeile umfasst das zweite, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil, mindestens einen Elektrolyt, insbesondere eine Kaüumchlorid-Lösung oder ein eine Kaliumchlorid- Lösung umfassendes Gel, das in Kontakt mit einem, das zweite Gehäuseteii zumindest in einem Teilbereich umgebenden Medium steht, eine Elektrode, die mit dem mindestens einen zweiten Elektrolyt in Kontakt steht, um ein zweites elektrisches Potential abzuleiten.In an alternative development, the measuring half-cell can be equipped with a fixed discharge. In this case, the measuring half cell comprises the first, in particular tubular, housing part, a measuring diaphragm, which is preferably arranged at a first end portion of the first tubular housing part and the first housing part liquid-tight, a solid electrically conductive assembly which is electrically conductively connected to the measuring diaphragm to derive a first electrical potential. The reference half-line comprises the second, in particular tubular, housing part, at least one electrolyte, in particular a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, which is in contact with a medium surrounding the second housing part at least in a partial region, an electrode which is in contact with the at least one second electrolyte to dissipate a second electrical potential.
In dieser Ausgestaltung der Messsonde als Einstabmesskette können beispielsweise die Abieitelektroden bzw. die eine Festableitung bildende feste elektrisch leitfähige Baugruppe mitteis einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, die mit mindestens einer weiteren, insbesondere einer elektrisch isolierenden Schicht überschichtet ist, kontaktiert und mit einer in einem anschlussseitigen Bereich der Messsonde angeordneten Kontaktstelle zum Anschluss an eine Messelektronik elektrisch leitfähig verbunden werden.In this configuration of the measuring probe as a single-rod measuring chain, for example the Abieitelektroden or the solid dissipation forming solid electrically conductive assembly mitteis an electrically conductive coating, which is covered with at least one other, in particular an electrically insulating layer, contacted and with a in a connection-side region of Measuring probe arranged contact point for connection to a measuring electronics are electrically conductively connected.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens eine zumindest teilweise mit mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht überschichtete, eäektrisch leitfähige Beschichtung und die damit elektrisch leitfähig verbundene Elektrode auf einer Außenwand des ersten und/oder des zweiten und/oder oder eines weiteren Gehäuseteils aufgebracht. Dies bringt eine Vereinfachung für die Herstellung der elektrisch leitfähigen Beschichtung mit sich. Wird die elektrisch leitfähige Beschichtung beispielsweise mittels Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht, ist die Außenseite für ein entsprechendes Werkzeug leichter zugänglich, während das Aufsplittern oder Aufdampfen einer Beschichtung in einem Gehäuseinnenraum, je nach Gehäusegröße, sehr aufwändig sein kann.In a further refinement, the at least one electrically conductive coating which is at least partially coated with at least one electrically insulating layer and the electrode connected therewith in an electrically conductive manner is applied to an outer wall of the first and / or the second and / or another housing part. This brings about a simplification for the production of the electrically conductive coating. If the electrically conductive coating is applied, for example, by means of sputtering or vapor deposition, the outside is more easily accessible for a corresponding tool, while the splitting or vapor deposition of a coating in a housing interior, depending on the housing size, can be very complicated.
Bildet die Außenwand des ersten, zweiten oder weiteren Gehäuseteils gleichzeitig die im Messbetrieb mit dem Messmedium in Kontakt stehende Außenwand der Messsonde, so kann die Elektrode in dieser Ausgestaltung als Zusatzelektrode verwendet werden. Bildet die Außenwand des ersten, zweiten oder weiteren Gehäuseteils eine Innenwand eines Gehäuseteils der Messsonde, der das Gehäuse der Messhalbzelle oder der Referenzhalbzelle bildet, so kann die Elektrode als Ableitelektrode der Mess- bzw. Referenzhalbzeile dienen.If the outer wall of the first, second or further housing part simultaneously forms the outer wall of the measuring probe that is in contact with the measuring medium during measurement operation, the electrode in this embodiment can be used as an additional electrode. If the outer wall of the first, second or further housing part forms an inner wall of a housing part of the measuring probe which forms the housing of the measuring half cell or of the reference half cell, then the electrode can serve as a deflection electrode of the measuring or reference half line.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen umfassend: eine Messsonde nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen oder Weiterbildungen und eine übergeordnete Einheit, insbesondere einen Messumformer, wobei die übergeordnete Einheit mit der auf der aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung über Verbindungseiemente, insbesondere über Elemente zur Signalwandiung und/oder zur Signalübertragung und/oder zur Energieübertragung, verbunden ist. Solche Elemente können einzelne elektronische Bauteile, wie z.B. einen Mikrocontroller, aber auch ganze Schaltungen oder Schaltungsteile umfassen.The invention also encompasses a device for carrying out potentiometric measurements comprising: a measuring probe according to one of the embodiments or developments described above and a higher-order unit, in particular a measuring transducer, wherein the superordinate unit is provided with the electrically conductive coating applied to the component formed from electrically insulating material Verbindungsseiemente, in particular via elements for Signalwandiung and / or for signal transmission and / or power transmission, is connected. Such elements may include individual electronic components, such as a microcontroller, but also entire circuits or circuit parts.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen Mittel zum Einstellen eines definierten Potentials an der mindestens einen mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode und/oder Mittel zur Bestimmung einer zwischen der mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode und einem anderen Teil der Vorrichtung herrschenden elektrischen oder elektrochemischen Kenngröße, insbesondere einer Potentialdifferenz, eines Widerstands oder einer Impedanz. Letzteres erlaubt die Überwachung der Messsonde, insbesondere hinsichtlich der Funktionalität einzelner Halbzellen bzw. falls die Messsonde als Einstabmesskette ausgestaltet ist, der gesamten Einstabmesskette. Mit Hilfe der Mittel zum Einstelien eines definierten Potentials an der mindestens einen mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode kann im Falle, dass die Elektrode eine Zusatzelektrode bildet, ein Messmedium, in welche die Messsonde mit der Zusatzelektrode eingetaucht ist, geerdet bzw. auf ein definiertes Potential gelegt werden. Auf diese Weise kann die Messsonde symmetrisch beschaltet werden, wie beispielsweise in der Patentschrift EP 1248101 B1 beschrieben.In one embodiment, the device for carrying out potentiometric measurements comprises means for setting a defined potential at the at least one electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating and / or means for determining an electrode electrically conductively connected between the electrically conductive coating and another Part of the device prevailing electrical or electrochemical characteristic, in particular a potential difference, a resistance or an impedance. The latter allows the monitoring of the measuring probe, in particular with regard to the functionality of individual half-cells or, if the measuring probe is configured as a single-rod measuring chain, of the entire combination electrode. With the aid of the means for adjusting a defined potential at the at least one electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating, a measuring medium in which the measuring probe is immersed with the additional electrode can be earthed or grounded in the case where the electrode forms an additional electrode a defined potential. In this way, the measuring probe can be connected symmetrically, as described for example in the patent EP 1248101 B1.
Die Mittel zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen der mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode und einem anderen Teil der Vorrichtung, insbesondere einer weiteren Eiektrode, können einen Eingang eines Messverstärkers oder eines impedanzwandlers umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine Potentialdifferenz zwischen der mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung verbundene Elektrode verbundenen Elektrode und einem anderen Teil der Vorrichtung, insbesondere einer weiteren Elektrode, als Spannungs- oder Stromsigna! auszugeben und das verstärkte oder gewandelte Spannungssignal zur Analog/Digital-Umsetzung, Anzeige und/oder Verarbeitung an die übergeordnete Einheit weitergibt.The means for detecting a potential difference between the electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating and another part of the device, in particular a further electrode, may comprise an input of a measuring amplifier or of an impedance converter, which is adapted to a potential difference between the with the electrically conductive coating connected electrode connected electrode and another part of the device, in particular a further electrode, as a voltage or current signal! output and the amplified or converted voltage signal for analog / digital conversion, display and / or processing to the parent unit passes.
Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Einstabmesskette zur Bestimmung eines pH-Werts eines Messmediums;1 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium.
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Einstabmesskette zur Bestimmung eines pH-Werts eines Messmediums nach einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine elektrisch leitfähige Beschichtung, die elektrisch leitfähig mit einer Elektrode der2 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a first embodiment; Fig. 3 is an electrically conductive coating which is electrically conductive with an electrode of
Einstabmesskette gem. Fig. 2 verbunden ist;Combination electrode acc. Fig. 2 is connected;
Fig. 4 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Einstabmesskette zur Bestimmung eines pH-Werts eines Messmediums nach einer Variante des ersten4 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a variant of the first
Ausführungsbeispiels;Embodiment;
Fig. 5 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Einstabmesskette zur Bestimmung eines pH-Werts eines Messmediums nach einem zweiten Ausführungsbeispiei;5 is a schematic longitudinal sectional view of a combination electrode for determining a pH of a measuring medium according to a second embodiment;
Fig. 6 eine elektrisch leitfähige Beschichtung, die elektrisch leitfähig mit einer Elektrode derFig. 6 is an electrically conductive coating which is electrically conductive with an electrode of
Einstabmesskette gem. Fig. 5 verbunden ist;Combination electrode acc. Fig. 5 is connected;
Fig. 7 eine schematische Darsteilung einer Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen mit einer Messsonde gemäß Fig. 2.7 shows a schematic illustration of a device for carrying out potentiometric measurements with a measuring probe according to FIG. 2.
In Fig. 1 ist zunächst der prinzipielle Aufbau einer herkömmlichen als Einstabmesskette ausgestalteten Messsonde 1 gezeigt. Die Messsonde 1 besitzt ein elektrisch isolierendes Gehäuse, beispielsweise aus Gias, welches als ein erstes Gehäuseteil ein elektrisch isolierendes Innenrohr 3 aufweist, das an einem Ende durch eine pH-sensitive Glasmembran 5 abgeschlossen ist. Das Innenrohr 3 ist von einem als elektrisch isolierendes Schaftrohr 7 ausgebildeten zweiten Gehäuseteil umgeben, wobei das Schaftrohr 7 in seinem der Glasmembran 5 zugewandten Endbereich mit dem Innenrohr 3 verbunden ist, so dass eine ringförmig um das Innenrohr 3 herum verlaufende, vom Gehäuseinnenraum des Innenrohrs 3 vollständig flüssigkeitsdicht getrennte und elektrisch isolierte Kammer gebildet wird.In Fig. 1, the basic structure of a conventional designed as a single rod measuring probe 1 is shown first. The measuring probe 1 has an electrically insulating housing, for example of Gias, which has, as a first housing part, an electrically insulating inner tube 3 which is closed off at one end by a pH-sensitive glass membrane 5. The inner tube 3 is surrounded by a second housing part designed as an electrically insulating shaft tube 7, wherein the shaft tube 7 is connected to the inner tube 3 in its end region facing the glass membrane 5, so that an annular space extending around the inner tube 3, from the housing interior of the inner tube 3 completely liquid-tight separated and electrically isolated chamber is formed.
Der durch die Glasmembran 5 und das Innenrohr 3 umschlossene Gehäυseinnenraum des Innenrohrs 3 ist mit einer den pH-Wert puffernden Lösung 13 mit bekanntem pH-Wert gefüllt, in die eine Ableitelektrode 11 , die beispielsweise aus einem chloridierten Silberdraht gebildet ist, eintaucht. Die so gebildete Messhalbzelle der Messsonde 1 ist über eine mit der Ableitelektrode 11 elektrisch leitfähig verbundene Kontaktstelle 15 elektrisch leitfähig mit einer (nicht dargestellten) Messelektronäk verbunden. Die von der Gehäuseaußenwand des Innenrohrs 3 und der Gehäuseinnenwand des Schaftrohrs 7 umschlossene Riπgkammer ist mit einem Referenzelektroiyt 17, beispielsweise einer 3 molaren wässrigen Kaliumchloridlösung, gefüllt. In den Referenzelektrolyt 17 taucht eine Ableiteiektrode 19 ein, die wie die Ableitelektrode 11 als mit Silberchlorid überzogener Silberdraht ausgebildet sein kann. Im Schaftrohr 7 ist eine Öffnung 21 , beispielsweise ein Diaphragma, vorgesehen, die einen Austausch von Ladungsträgern zwischen der durch das Schaftrohr 7 begrenzten Ringkammer und der Umgebung ermöglicht. Die so gebildete Referenzhalbzeile der Messsonde 1 ist elektrisch leitend über eine mit der Ableitelektrode 19 verbundene Kontaktstelle 23 elektrisch leitfähig mit der Messelektronik verbunden, die unter anderem Mittel zur Bestimmung der Potentialdifferenz zwischen dem Potential der Messhalbzelle und dem Potential der Referenzhalbzelle umfasst. Die Messelektronik kann beispielsweise zumindest zum Teil in einem an der Messsonde 1 selbst angebrachten Steckkopf oder in einem an die Messsonde 1 angeschlossenen Messumformer untergebracht sein. Im Messbetrieb wird die Messsonde 1 in ein Messmedium 25 eingetaucht. Der Bereich der Gehäuseaußenwand der Messsonde 1 , der dabei in Kontakt mit dem Messmedium 25 kommt, wird als Eintauchbereich bezeichnet.The enclosed by the glass membrane 5 and the inner tube 3 Gehäυseinnenraum the inner tube 3 is filled with a pH-buffering solution 13 of known pH, into which a discharge electrode 11, which is formed for example of a chlorided silver wire dips. The measuring half-cell of the measuring probe 1 thus formed is electrically conductively connected to a measuring electrode (not shown) via a contact point 15 which is connected in an electrically conductive manner to the deflecting electrode 11. The Riπgkammer enclosed by the housing outer wall of the inner tube 3 and the housing inner wall of the shaft tube 7 is filled with a Referenzelektroiyt 17, for example, a 3 molar aqueous potassium chloride solution. In the reference electrolyte 17, a Ableiteiektrode 19 dips, which may be formed as the lead electrode 11 as silver chloride coated with silver wire. In the shaft tube 7, an opening 21, for example, a diaphragm, is provided, which is an exchange of charge carriers between the through the shaft tube. 7 limited annular chamber and the environment allows. The reference half-line of the measuring probe 1 thus formed is electrically conductively connected to the measuring electronics via a contact point 23 connected to the deflecting electrode 19, which comprises, inter alia, means for determining the potential difference between the potential of the measuring half cell and the potential of the reference half cell. The measuring electronics can, for example, be housed at least in part in a plug-in head attached to the measuring probe 1 itself or in a measuring transducer connected to the measuring probe 1. In measuring operation, the measuring probe 1 is immersed in a measuring medium 25. The region of the housing outer wall of the measuring probe 1, which comes into contact with the measuring medium 25, is referred to as the immersion region.
Die Messsonde 1 weist in einem dem Eintauchbereich entgegengesetzten Endabschnitt ein oder mehrere Abschlussteile auf, die die Elektrolyt- bzw. Pufferlösung in der Referenz- bzw. Messhalbzeile einschließen. Die Ableitelektroden 1 1 , 19 sind durch das oder die Abschlussteile hindurchgeführt und mit den außerhalb der Halbzellen angeordneten Kontaktstellen 15, 23 elektrisch leitend verbunden.The measuring probe 1 has, in an end section opposite the immersion region, one or more end parts which enclose the electrolyte or buffer solution in the reference or measuring half-line. The diverting electrodes 1 1, 19 are passed through the end part (s) and are electrically conductively connected to the contact points 15, 23 arranged outside the half-cells.
Auf der Außenwand des Schaftrohrs 7, die gleichzeitig eine Außenwand des Messsondengehäuses bildet, ist eine elektrisch leitfähige Beschichtung 27, beispielsweise aus Platin, in Form eines Längsstreifens aufgebracht, der vom Eintauchbereich der Messsonde 1 bis zu einer außerhalb des Eintauchbereichs angeordneten Kontaktstelle 29 verläuft. Die im Messbetrieb teilweise in das Messmedium 25 eintauchende elektrisch leitfähige Beschichtung 27 kann als Zusatzelektrode, beispielsweise als Redoxelektrode, genutzt werden, indem die Kontaktstelle 29 mit der Messelektronik verbunden wird.On the outer wall of the shaft tube 7, which simultaneously forms an outer wall of the probe housing, an electrically conductive coating 27, for example made of platinum, is applied in the form of a longitudinal strip extending from the immersion region of the measuring probe 1 to a contact point 29 arranged outside the immersion region. The partially immersed in the measuring medium 25 during measurement operation electrically conductive coating 27 can be used as an additional electrode, for example as a redox electrode, by the contact point 29 is connected to the measuring electronics.
Wie eingangs beschrieben, können im Messbetrieb aufgrund unterschiedlicher Elektrolytkonzentrationen an unterschiedlichen Bereichen der Elektrodenoberfläche Konzentrationselemente auftreten, die zu einer fortschreitenden Zerstörung der als Elektrode wirkenden leitfähigen Beschichtung 27 und zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen können. Zudem können korrosive Substanzen die elektrisch leitfähige Beschichtung 27 in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigen, beispielsweise durch Passivierung oder Korrosion.As described at the outset, concentration elements can occur in the measurement operation due to different electrolyte concentrations at different regions of the electrode surface, which can lead to a progressive destruction of the conductive coating 27 acting as an electrode and to a falsification of the measurement results. In addition, corrosive substances can affect the electrically conductive coating 27 in its functionality, for example by passivation or corrosion.
Eine Änderung der Eintauchtiefe der Messsonde 1 in das Messmedium 25 oder das Vorliegen von Verschmutzungen an der Grenzfläche zwischen dem Messmedium 25 und der daran angrenzenden Gasphase 31 kann ebenfalls zu einer Verfälschung der Mess- bzw. Diagnoseergebnisse führen. Darüber hinaus können im Messmedium 25 vorhandene feste Partikel die Beschichtung 27 mechanisch beanspruchen und zu Abrieb führen, was wiederum die Leitfähigkeit der Beschichtung 27 beeinträchtigen kann. Fig. 2 zeigt eine gattungsgemäße Messsonde 201 zur Messung des pH-Werts mit einer Zusatzelektrode, die so ausgestattet ist, dass diese Fehlerquellen vermieden werden. Wie die in Fig. 1 dargestellte Messsonde weist die Messsonde 201 ein elektrisch isolierendes Gehäuse auf, welches einen ersten Gehäuseteil zur Bildung der Messhalbzelle umfasst, der aus einem elektrisch isolierenden Innenrohr 203 der Messsonde 201 und einer das Innenrohr 203 an einem Ende abschließenden kalottenförmigeπ Glasmembran 205 gebildet ist. Das innenrohr 203 ist mit einer den pH-Wert puffernden Lösung 213 mit bekanntem pH-Wert gefüilt, beispielsweise mit einer Kaiiumchiorid enthaltenden wässrigen Essigsäure/Azetat-Pufferlösung, in die eine mittels eines chloridierten Silberdrahts gebildete Ableätelektrode 211 eintaucht, die durch ein die Messhalbzeüe aπschlussseitig abschließendes Abschlussteil hindurchgeführt ist, und außerhalb des Messhalbzellengehäuses über eine Kontaktstelle 215 elektrisch leitend mit einer Messelektronik verbunden werden kann.A change in the depth of immersion of the measuring probe 1 in the measuring medium 25 or the presence of contamination at the interface between the measuring medium 25 and the adjoining gas phase 31 may also lead to a falsification of the measurement or diagnostic results. In addition, solid particles present in the measuring medium 25 can stress the coating 27 mechanically and lead to abrasion, which in turn can impair the conductivity of the coating 27. 2 shows a generic measuring probe 201 for measuring the pH value with an additional electrode which is equipped in such a way that these sources of error are avoided. Like the measuring probe shown in FIG. 1, the measuring probe 201 has an electrically insulating housing, which comprises a first housing part for forming the measuring half cell, which consists of an electrically insulating inner tube 203 of the measuring probe 201 and a dome-shaped glass membrane 205 terminating the inner tube 203 at one end is formed. The inner tube 203 is filled with a pH buffering solution 213 of known pH, for example, with a potassium chloride aqueous acetic acid / acetate buffer solution, into which a dip electrode 211 formed by a chlorided silver wire is inserted, through which the measurement half is terminated final conclusion part is passed, and outside the measuring half-cell housing via a contact point 215 can be electrically connected to a measuring electronics.
Die Referenzhalbzelle wird wie bei der in Fig. 1 dargestellten Messsonde durch ein das Innenrohr 203 umgebendes, elektrisch isolierendes Schaftrohr 207 gebildet, welches in einem Endbereich mit dem innenrohr 203 unter Bildung einer ringförmigen Kammer verbunden ist. Die ringförmige Kammer ist mit einem Referenzelektrolyt 217, beispielsweise einer 3 molaren wässrigen KCI-Lösung, gefüllt, in den eine ebenfalls mittels eines chloridierten Silberdrahts gebildete Ableitelektrode 219 eintaucht. DerAs in the case of the measuring probe shown in FIG. 1, the reference half cell is formed by an electrically insulating shaft tube 207 surrounding the inner tube 203, which is connected in one end region to the inner tube 203 to form an annular chamber. The annular chamber is filled with a reference electrolyte 217, for example a 3-molar aqueous KCl solution, into which a discharge electrode 219, likewise formed by means of a chlorided silver wire, is immersed. Of the
Referenzelektrolyt 217 kann auch in ein Gel, beispielsweise auf der Basis von Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) eingebunden sein, das die Referenzhalbzelle ausfüllt. ImReference electrolyte 217 may also be incorporated into a gel, for example based on diallyldimethylammonium chloride (DADMAC), which fills the reference half-cell. in the
Schaftrohr 207 ist eine Öffnung 221 , beispielsweise ein Diaphragma, vorgesehen, die einenShaft tube 207 is an opening 221, for example, a diaphragm, is provided which a
Ladungsträgeraustausch zwischen der Referenzhalbzelle und der Umgebung der Messsonde 201 erlaubt. Die Ableitelektrode 219 ist durch ein die ReferenzhalbzeNe anschlussseitig abschließendesCharge carrier exchange between the reference half cell and the environment of the probe 201 allowed. The Ableitelektrode 219 is by a reference HalbzeNe terminal side final
Abschlussteil hindurchgeführt und kann über einen außerhalb des Referenzhalbzellengehäuses liegenden Kontaktpunkt 223 elektrisch leitend mit der Messelektronik verbunden werden.Passed end part and can be electrically connected via a lying outside the reference half-cell housing contact point 223 with the measuring electronics.
Auf der Außenwand des Schaftrohrs 207 befindet sich in einem Eintauchbereich am membranseitigen Endbereich der Messsonde 201 eine Zusatzelektrode 233, die als Metallring, beispielsweise als Platinring, in das Glas des Schaftrohres 207 eingeschmolzen ist. Die Zusatzelektrode 233 ist mit einer außerhalb des Eintauchbereiches angeordneten Kontaktstelle 229 über eine elektrisch leitfähige Beschichtung 235 auf der Außenwand des Schaftrohrs 207 elektrisch leitfähig verbunden. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrisch leitfähige Beschächtung 235 in Form eines parallel zur Messsondenachse verlaufenden Längsstreifens ausgeführt. Gleichermaßen kann die elektrisch leitfähige Beschichtung 235 aber auch eine größere Fläche, insbesondere auch die gesamte Zylindermantelfläche der Außenwand des Schaftrohrs 207 oberhalb der Zusatzelektrode 233 überdecken. Als Material für die Beschichtung 235 kommen beispielsweise transparente, elektrisch leitfähige Oxide, wie z.B. Indiumzinnoxid ITO, Antimonzinnoxid (SnG^Sb), Indiumzinkoxid (ZnO:ln), Aluminiumzinkoxid (ZnO:AI) oder Fluorzinnoxid (SnÜ2:F) in Frage, aber auch die bereits eingangs genannten elektrisch leitfähigen Polymere, Metalle, dotierten Kunststoffe etc. Besonders vorteilhaft können transparente, elektrisch leitfähige Oxide eingesetzt werden, wenn eine großflächige Beschichtung 235 gewünscht ist, da bei Verwendung dieser Schichten im Gegensatz zu Metallschichten das Messsondeninnere einsehbar ist, so dass beispielsweise der Füllstand der Referenzhalbzeile mit Elektrolyt, Defekte der Ableit- oder Referenzelektrode oder sonstige Probleme mit den Elektrolyten auch bei großflächiger Beschichtung 235 visuell erkennbar sind. Aus dem gleichen Grund sind solche Schichten auch als das Schaftrohr 207 überdeckende elektromagnetische Schirmungen hervorragend geeignet.On the outer wall of the shaft tube 207 is located in an immersion region at the membrane-side end portion of the probe 201, an additional electrode 233, which is melted into the glass of the shaft tube 207 as a metal ring, for example as a platinum ring. The additional electrode 233 is electrically conductively connected to a contact point 229 arranged outside the immersion region via an electrically conductive coating 235 on the outer wall of the shaft tube 207. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the electrically conductive reinforcement 235 is designed in the form of a longitudinal strip running parallel to the probe axis. Equally, however, the electrically conductive coating 235 can also cover a larger area, in particular also the entire cylinder jacket surface of the outer wall of the shaft tube 207 above the additional electrode 233. As the material for the coating 235 are, for example, transparent, electrically conductive oxides, such as indium tin oxide ITO, antimony tin oxide (SnG ^ Sb), indium zinc oxide (ZnO: ln), Aluminum zinc oxide (ZnO: Al) or fluorine tin oxide (SnÜ 2 : F) in question, but also the aforementioned electrically conductive polymers, metals, doped plastics, etc. Particularly advantageous transparent, electrically conductive oxides can be used if a large-area coating 235 desired is because using these layers, in contrast to metal layers, the probe inside is visible, so that, for example, the level of the reference half-line with electrolyte, defects of the dissipation or reference electrode or other problems with the electrolyte are visually recognizable even with large-area coating 235. For the same reason, such layers are also excellently suitable as electromagnetic sheaths covering the shaft tube 207.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung 235 ist mit einer weiteren Schicht 237 aus elektrisch isolierendem und vorzugsweise chemisch inertem Material, beispielsweise aus aufgesputtertem SiO2, nahezu komplett überschichtet und so gegenüber der Umgebung der Messsonde 201 nahezu vollständig chemisch und elektrisch isoliert, Diese Isolierung bewirkt zum einen Schutz gegen aggressive Medien, zum anderen auch eine elektrische Isolierung der elektrisch leätfähägen Beschichtung 235. Wird die Messsonde 201 im Messbetrieb mit ihrem Eintauchbereich in ein Messmedium 225 eingetaucht, so taucht die als Metallring ausgestaltete Zusatzelektrode 233 immer vollständig ins Messmedium 225 ein. An der elektrisch leitfähigen Beschichtung 235 werden dagegen durch die Überschichtung mit einer elektrisch isolierenden weiteren Schicht 237 chemische Reaktionen sowie mechanischer Abrieb unterbunden.The electrically conductive coating 235 is almost completely overcoated with another layer 237 of electrically insulating and preferably chemically inert material, for example sputtered SiO 2 , and thus almost completely chemically and electrically insulated from the surroundings of the measuring probe 201 against aggressive media, on the other hand also an electrical insulation of the electrically conductive coating 235. If the measuring probe 201 immersed in measuring mode with its immersion area in a measuring medium 225, the metal ring designed as an additional electrode 233 always completely immersed in the measuring medium 225. On the other hand, the overlaying with an electrically insulating further layer 237 prevents chemical reactions and mechanical abrasion on the electrically conductive coating 235.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Zusatzelektrode statt als Metailring auch als metallische Beschichtung, beispielsweise aus Platin, auf der Außenwand des Schaftrohres ausgestaltet sein. In diesem Fall ist es ratsam, eine Haftvermittlerschicht aus Chrom oder einem anderen Übergangsmetall vorzusehen. Die Kontaktierung der als Zusatzelektrode verwendeten Platinschicht über eine elektrisch leitfähige Beschichtung 235, die mittels einer weiteren isolierenden Schicht 239 gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert ist, wäre in diesem Fall analog wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ausgestaltet.In an alternative embodiment, the additional electrode instead of a metal ring as a metallic coating, such as platinum, be configured on the outer wall of the shaft tube. In this case, it is advisable to provide a primer layer of chromium or another transition metal. The contacting of the platinum layer used as an additional electrode via an electrically conductive coating 235, which is electrically insulated from the environment by means of a further insulating layer 239, would be designed in this case analogously as in the embodiment of FIG.
In Fig. 3 ist der Aufbau der elektrisch leitfähigen Beschichtung 235 und der weiteren Schicht 237 auf der Außenwand des Schaftrohres 207 noch einmal im Detail dargestellt. Fig. 3 a) zeigt eine Aufsicht auf das Schichtsystem, während Fig. 3 b) einen Querschnitt durch das Schichtsystem und die Wand des Schaftrohres 207 entlang der Line A, und Fig. 3 c) einen Querschnitt durch das Schichtsystem und die Wand des Schaftrohres 207 entlang der Linien B und C zeigt.In Fig. 3, the structure of the electrically conductive coating 235 and the further layer 237 on the outer wall of the shaft tube 207 is shown again in detail. 3 a) shows a plan view of the layer system, while FIG. 3 b) shows a cross section through the layer system and the wall of the shaft tube 207 along the line A, and FIG. 3 c) shows a cross section through the layer system and the wall of the shaft tube 207 along the lines B and C shows.
Auf dem Schaftrohr 207 aus Glas ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 235, beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), aufgebracht. ITO1 wie auch die anderen genannten elektrisch leitfähigen Oxide, haftet bereits ohne Haftvermittlerschicht sehr gut auf Glassubstraten, es kann jedoch eine zusätzliche Schicht, beispielsweise aus aufgesplittertem SiO2, vorgesehen werden (hier nicht dargestellt). Diese Beschichtung dient insbesondere als Isolierung gegenüber der Diffusion von Ionen aus dem Material des Schaftrohrs 207 in die elektrisch ieitfähige Oxidschicht. Falls die elektrisch leitfähige Beschichtung 235 aus einem anderen Material, beispielsweise aus Platin gebildet ist, kann zwischen dem Giassubstrat und der elektrisch leitfähigen Beschichtung 235 eine zusätzliche Haftvermittlerschicht, beispielsweise aus Titan, Chrom, Molybdän, Tantal oder Wolfram vorgesehen sein. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 235 ist in einem zentralen Bereich fast über ihre gesamte Länge mit einer weiteren Schicht 237, beispielsweise aus aufgesputtertem SiO2, überschichtet. In einem ersten Endbereich ist die elektrisch ieitfähige Beschichtung von einer direkt an die weitere Schicht 237 angrenzenden Kontaktstelle 229 überdeckt, die ebenfalls als metallische Schicht, beispielsweise aus Gold, ausgestaltet sein kann. An die Kontaktstelle 229 kann ein Anschiussdraht angelötet sein, der die Kontaktstelle 229 elektrisch leitend mit einer Messelektronik verbindet. Das entgegengesetzte Ende der als Längsstreifen ausgebildeten Beschichtung 235 ist mit einer lateral direkt an die SiO2-Schicht 237 angrenzenden leitfähigen Schicht, z.B. aus Platin, überschichtet, die die Zusatzelektrode 233 bildet. Alternativ kann lateral an die SiO2-Schicht 237 angrenzend auch der Platinring der in Fig. 2 dargestellten Zusatzelektrode 233 angeordnet, beispielsweise aufgeschmolzen, sein.On the shaft tube 207 made of glass, the electrically conductive coating 235, for example, indium tin oxide (ITO), applied. ITO 1 as well as the other mentioned electrically conductive Oxides, already adheres without adhesion promoter layer very well on glass substrates, but it can be an additional layer, for example, from splintered SiO 2 , are provided (not shown here). This coating serves in particular as insulation against the diffusion of ions from the material of the shaft tube 207 into the electrically conductive oxide layer. If the electrically conductive coating 235 is formed from a different material, for example from platinum, an additional adhesion promoter layer, for example of titanium, chromium, molybdenum, tantalum or tungsten, may be provided between the glass substrate and the electrically conductive coating 235. The electrically conductive coating 235 is overcoated in a central region over almost its entire length with a further layer 237, for example sputtered SiO 2 . In a first end region, the electrically conductive coating is covered by a contact point 229 directly adjacent to the further layer 237, which can likewise be configured as a metallic layer, for example of gold. At the contact point 229, a Anschiussdraht be soldered, which connects the contact point 229 electrically conductive with a measuring electronics. The opposite end of the coating 235 formed as a longitudinal strip is covered with a conductive layer, for example made of platinum, which adjoins the SiO 2 layer 237 laterally, forming the additional electrode 233. Alternatively, the platinum ring of the additional electrode 233 shown in FIG. 2 can be arranged laterally, for example melted, laterally adjacent to the SiO 2 layer 237.
In Fig. 4 ist eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Messsonde zur pH-Messung gezeigt. Die Referenz- und Messhaibzeile der Messsonde 201 ' ist identisch aufgebaut wie die entsprechenden Halbzeiten der Messsonde 201 gemäß Fig. 2 mit einem Innenrohr 203', das durch eine kalottenförmige Glasmembran 205' an einem Ende abgeschlossen ist, und in dem eine Pufferlösung 213' aufgenommen ist, in die eine Ableitelektrode 211' eintaucht. Der Referenzelektrolyt 217' ist in einer durch ein mit dem Innenrohr 203' verbundenes Schaftrohr 207' gebildeten Kammer aufgenommen. Das Potential der Referenzhalbzelle wird durch eine in den Referenzelektrolyten eintauchende Ableitelektrode 219' abgeleitet. Mittels eines Diaphragmas 221 ' ist ein Ladungsträgeraustausch zwischen dem Referenzelektrolyt 217' und dem Messmedium 225' gewährleitstet. Die Ableitelektroden sind mit den Kontaktstellen 215', 223' außerhalb des Eintauchbereichs der Messsonde 201 ' verbunden. Auf der Außenwand des Schaftrohrs 207' ist eine als Ring ausgebildete Zusatzelektrode 233' befestigt, beispielsweise eingeschmolzen.FIG. 4 shows a variant of the measuring probe shown in FIG. 2 for pH measurement. The reference and Messhaibzeile the probe 201 'is identical to the corresponding halftimes of the probe 201 of FIG. 2 with an inner tube 203', which is closed by a dome-shaped glass membrane 205 'at one end, and in which a buffer solution 213' added is, in which a discharge electrode 211 'is immersed. The reference electrolyte 217 'is accommodated in a chamber formed by a shaft tube 207' connected to the inner tube 203 '. The potential of the reference half-cell is derived by a discharge electrode 219 'immersed in the reference electrolyte. By means of a diaphragm 221 'is a charge carrier exchange between the reference electrolyte 217' and the measuring medium 225 'gewährleitstet. The diverting electrodes are connected to the contact points 215 ', 223' outside the immersion region of the measuring probe 201 '. On the outer wall of the shaft tube 207 'is formed as a ring auxiliary electrode 233', for example, melted.
Die Zusatzelektrode 233' ist mittels einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 235' mit der außerhalb des Eäntauchbereichs angeordneten Kontaktstelle 229' verbunden, über die eine elektrische Kenngröße, z.B. ein Potential abgegriffen oder eingestellt werden kann. Die Schicht 235' kann beispielsweise aus einem leitfähigen Oxid bestehen. Die Schichtdicke der Schicht 235' beträgt beispielsweise 310 nm. Die Beschichtung 235' ist als großflächige Beschichtung rundum auf der Zylindermantetfläche des Schaftrohres 207' aufgebracht. Sie ist mit einer isolierenden Schicht 237' überschichtet, die beispielsweise aus aufgesplittertem SiO2 besteht, mit einer Schichtdicke von beispielsweise 500 nm.The additional electrode 233 'is connected by means of an electrically conductive coating 235' to the outside of the Eäntauchbereichs arranged contact point 229 ', via which an electrical characteristic, such as a potential can be tapped or adjusted. The layer 235 'may, for example, consist of a conductive oxide. The layer thickness of the layer 235 'is for example 310 nm. The coating 235' is a large-area coating all around on the Zylindermantetfläche the shaft tube 207 'applied. It is covered with an insulating layer 237 ', which consists, for example, of splintered SiO 2 , with a layer thickness of, for example, 500 nm.
Auf dieser isolierenden Schicht 237' ist eine wiederum rundum auf der Zylindermantelfläche des Schaftrohrs 207' verlaufende weitere elektrisch leitfähige Beschichtung 236' aufgebracht, die vorzugsweise aus einem optisch transparenten leitfähigen Oxid besteht und deren Dicke etwa 300 nm beträgt. Diese zusätzliche elektrisch leitfähige Schicht 326' dient als elektromagnetische Schirmung und kann als solche über einen (nicht eingezeichneten) zusätzlichen Kontaktpunkt mit einem definierten Potential beaufschlagt werden bzw. auf Masse gelegt werden.On this insulating layer 237 ', a further electrically conductive coating 236' which in turn extends all around the cylinder jacket surface of the shaft tube 207 'is applied, which preferably consists of an optically transparent conductive oxide and whose thickness is approximately 300 nm. This additional electrically conductive layer 326 'serves as electromagnetic shielding and, as such, can be acted upon or grounded by way of a (not shown) additional contact point with a defined potential.
Optional kann die zusätzliche elektrisch leitfähige Schicht 236' mit mindestens einer weiteren isolierenden Schicht 238' überschichtet sein, die sie vor aggressiven Medien schützt, bzw. gegenüber der Umgebung der Messsonde elektrisch isoliert. Die zusätzliche isolierende Schicht 238' kann beispielsweise aus Teflon oder aus aufgesputtertem SiO2 bestehen.Optionally, the additional electrically conductive layer 236 'may be overcoated with at least one further insulating layer 238', which protects it from aggressive media, or is electrically insulated from the surroundings of the measuring probe. The additional insulating layer 238 'may be made of Teflon or of sputtered SiO 2 , for example.
Weiterhin kann die zusätzliche elektrisch leitfähige Schicht, welche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überschichtet ist, auch zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung einer weiteren Zusatzelektrode, beispielsweise eines weiteren Platinrings, dienen. Somit ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe der beiden Zusatzelektroden, die elektrisch leitend über einen Kontaktpunkt an eine entsprechende übergeordnete Einheit, beispielsweise einen Messumformer, angeschlossen sind, die elektrische Leitfähigkeit des Messmedäums zu bestimmen.Furthermore, the additional electrically conductive layer, which is covered with an electrically insulating layer, also serve for the electrically conductive contacting of a further additional electrode, for example a further platinum ring. Thus, it is possible, for example, with the help of the two additional electrodes, which are electrically connected via a contact point to a corresponding higher-level unit, such as a transmitter, connected to determine the electrical conductivity of Messmedäums.
In Fig. 5 ist eine ebenfalls als Einstabmesskette ausgestaltete Messsonde 501 dargestellt, bei der die Zuleitung zur Referenzelektrode 519 mittels einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 537 realisiert ist.FIG. 5 shows a measuring probe 501, likewise designed as a single-rod measuring chain, in which the supply line to the reference electrode 519 is realized by means of an electrically conductive coating 537.
Dabei ist das elektrisch isolierende Messsondengehäuse analog ausgestaltet wie bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Messsonden, nämlich mit einer Messhalbzelle mit einem ebenfalls elektrisch isolierenden Innenrohr 503, einer Giasmembran 505, einer im Innenrohr 503 aufgenommenenIn this case, the electrically insulating measuring probe housing is of analogous design as in the measuring probes shown in FIGS. 1 and 2, namely with a measuring half cell with a likewise electrically insulating inner tube 503, a Giasmembran 505, a recorded in the inner tube 503
Pufferlösung 513 und einer Ableitelektrode 511 zur Ableitung des Messhalbzellenpotentials, die über einen Kontaktpunkt 515 elektrisch leitend mit der Messelektronik in Verbindung steht, sowie einerBuffer solution 513 and a discharge electrode 511 for deriving the measuring half-cell potential, which is electrically connected via a contact point 515 in connection with the measuring electronics, and a
Referenzhalbzelle, die in einem zweiten, gegenüber der Messhalbzelle flüssigkeitsdicht isoliertenReference half-cell, the liquid-isolated in a second, compared to the measuring half-cell
Gehäuseteil in Form eines mit dem innenrohr 503 verbundenen, elektrisch isolierenden SchaftrohresHousing part in the form of a connected to the inner tube 503, electrically insulating shaft tube
507 aufgenommen ist. Die Referenzhalbzelle umfasst einen Referenzelektrolyten 517, der über eine507 is recorded. The reference half-cell comprises a reference electrolyte 517, which has a
Öffnung 521 , beispielsweise ein Diaphragma zum Ladungsträgeraustausch mit dem Messmedium in Kontakt steht. Die Ableitelektrode 519 der Referenzhaibzelle ist als Silber/Siiberchlorid-Schicht auf der Außenwand des ersten Gehäuseteils, nämlich des elektrisch isolierenden Innenrohrs 509, ausgestaltet. Die Silber/Siiberchlorid-Schicht ist über eine elektrisch leitfähige Beschichtung 539 mit einer Kontaktstelle 523 außerhalb der Referenzhalbzelle verbunden, mittels derer die Ableitelektrode 519 elektrisch leitend an die Messelektronik anschließbar ist. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 539 ist in einem Bereich zwischen der Kontaktstelle 523 und der Referenzelektrode 519 mit einer weiteren Schicht 541 , beispielsweise aus SiO2, überschichtet, und somit elektrisch und chemisch gegenüber dem Referenzelektrolyt 517 und der Umgebung isoliert.Opening 521, for example, a diaphragm for charge carrier exchange with the measuring medium in contact. The discharge electrode 519 of the reference cell is configured as a silver / silver chloride layer on the outer wall of the first housing part, namely the electrically insulating inner tube 509. The silver / silver chloride layer is connected via an electrically conductive coating 539 to a contact point 523 outside the reference half cell, by means of which the discharge electrode 519 can be electrically connected to the measuring electronics. The electrically conductive coating 539 is covered in a region between the contact point 523 and the reference electrode 519 with a further layer 541, for example made of SiO 2 , and thus electrically and chemically isolated from the reference electrolyte 517 and the environment.
In Fig. 6 ist die Schichtstruktur der Ableitelektrode 519 und der durch die elektrisch leitfähige Beschichtung 539 gebildeten Zuleitung zur Messelektronik detaillierter dargestellt. Fig. 6 a) zeigt eine Aufsicht auf das Schichtsystem, während Fig. 6 b) einen Querschnitt durch das Schichtsystem und die Wand des Innenrohres 503 entlang der Line A, und Fig. 6 c) einen Querschnitt durch das Schichtsystem und die Wand des Inπenrohres 503 entlang der Linien B und C zeigt.FIG. 6 shows in more detail the layer structure of the discharge electrode 519 and the feed line formed by the electrically conductive coating 539 for the measuring electronics. Fig. 6 a) shows a plan view of the layer system, while Fig. 6 b) shows a cross section through the layer system and the wall of the inner tube 503 along the line A, and Fig. 6 c) shows a cross section through the layer system and the wall of the Inπenrohres 503 along lines B and C shows.
Auf dem elektrisch isolierenden innenrohr 503, das vorzugsweise aus Glas gebildet ist, ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 539, beispielsweise aus ITO, mit einer Schichtdicke von beispielsweise 310 nm aufgebracht. Wie zuvor anhand Fig. 3 beschrieben, kann zwischen der ITO- Schicht und dem Glassubstrat eine Zwischenschicht aus SiO2 vorgesehen sein. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 539 ist in einem ersten Bereich mit einer Silber/Siiberchlorid-Schicht überdeckt. Diese Silber/Siiberchlorid-Schicht bildet die Ableitelektrode 519. Sie kann beispielsweise hergestellt werden, indem zunächst elektrochemisch, durch Sputtern oder durch Aufkleben einer Silberfolie eine Silberschicht auf die ITO-Schicht aufgebracht wird, welche anschließend chloridiert wird. In einem zweiten Bereich ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 539 mit mindestens einer direkt lateral an die Silber/Silberchloridschicht angrenzenden weiteren Schicht 541 aus elektrisch isolierendem und vorzugsweise chemisch inerten Material, beispielsweise aus aufgesputtertem SiO2, mit einer Schichtdicke von beispielsweise ca. 500 nm überdeckt. Nur in einem Endbereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung bleibt diese unbedeckt. Dieser Bereich dient als Kontaktstelle 523, an die ein Anschlussdraht angebracht sein kann, der die Kontaktstelle 523 elektrisch leitend mit einer Messelektronik verbindet. Alternativ kann die elektrisch leitfähige Beschichtung 539 im Bereich der Kontaktstelle 523 auch mit einer Metallschicht, beispielsweise aus Gold, überschichtet sein, um einen besseren Materialübergang zum Anschlussdraht bereitzustellen.On the electrically insulating inner tube 503, which is preferably formed of glass, the electrically conductive coating 539, for example of ITO, applied with a layer thickness of, for example, 310 nm. As described above with reference to FIG. 3, an intermediate layer of SiO 2 may be provided between the ITO layer and the glass substrate. The electrically conductive coating 539 is covered in a first region with a silver / silver chloride layer. This silver / Siiberchlorid layer forms the Ableitelektrode 519. It can be prepared, for example, by first electrochemically, by sputtering or by adhering a silver foil, a silver layer is applied to the ITO layer, which is then chlorided. In a second region, the electrically conductive coating 539 is covered with at least one further layer 541, which is directly laterally adjacent to the silver / silver chloride layer, of electrically insulating and preferably chemically inert material, for example sputtered SiO 2 , with a layer thickness of, for example, approximately 500 nm. Only in one end region of the electrically conductive coating remains uncovered. This area serves as a contact point 523, to which a connection wire can be attached, which connects the contact point 523 in an electrically conductive manner to a measuring electronics. Alternatively, the electrically conductive coating 539 in the region of the contact point 523 may also be covered with a metal layer, for example of gold, in order to provide a better material transition to the connection wire.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die elektrisch leitfähige Beschichtung selbst als Silberschicht ausgebildet sein, die in einem Endbereich chloridiert ist, und so in diesem Bereich alsIn an alternative embodiment, the electrically conductive coating itself may be formed as a silver layer, which is chlorided in an end region, and so in this area
Referenzelektrode dient. In einem als elektrisch leitfähige Verbindung der Kontaktstelle zur Referenzelektrode dienenden weiteren Bereich ist die Silberschicht in dieser Ausgestaltung mit einer elektrisch isolierenden Schicht überdeckt.Reference electrode is used. In as an electrically conductive connection of the contact point to Reference area serving further area, the silver layer is covered in this embodiment with an electrically insulating layer.
Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung der Messsonde mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 539, die mit einer weiteren elektrisch isolierenden Schicht 541 überdeckt ist, ist zum einen die vereinfachte Abdichtung der Referenzhalbzelle. Diese ergibt sich daraus, dass auf eine schwer zu dichtende Durchführung eines Metalldrahtes oder Stiftes als Ableitelektrode, wie bei den Messsonden gem. Fig. 1 oder 2 notwendig, verzichtet werden kann.An advantage of this embodiment of the measuring probe with an electrically conductive coating 539, which is covered with a further electrically insulating layer 541, on the one hand is the simplified sealing of the reference half cell. This results from the fact that on a difficult to tight implementation of a metal wire or pin as Ableitelektro, as in the measuring probes gem. Fig. 1 or 2 necessary, can be omitted.
Wie im Beispiel der Fig. 4 kann eine weitere elektrisch leitfähige Beschichtung zur elektromagnetischen Schirmung vorgesehen sein. Diese kann wiederum optional mit einer weiteren isolierenden Schicht überschichtet sein.As in the example of FIG. 4, a further electrically conductive coating for electromagnetic shielding can be provided. This can in turn be optionally covered with a further insulating layer.
Eine Zusatzeiektrode ist im Beispiel der Fig. 5 nicht dargestellt. Selbstverständlich kann die Messsonde 501 jedoch auch mit einer solchen Zusatzelektrode ausgestattet sein, beispielsweise in der Ausgestaltung gemäß Fig. 2.An additional electrode is not shown in the example of FIG. 5. Of course, however, the measuring probe 501 can also be equipped with such an additional electrode, for example in the embodiment according to FIG. 2.
In einer Abwandlung kann bei einer Messsonde nach Art der in Fig. 5 dargestellten Messsonde 501 auch die Ableitelektrode der Messhalbzelle mittels einer elektrisch lettfähigen Beschichtung, die mit einer elektrisch isolierenden weiteren Schicht überschichtet ist, mit der Kontaktstelle 515 elektrisch leitfähig verbunden sein. Die Ableitelektrode und die elektrisch leitfähige Beschichtung können analog ausgestaltet sein, wie für die Ableitelektrode 519 der Referenzhalbzelie beschrieben, und auf der Innenseite des Innenrohrs 503 aufgebracht sein,In a modification, in the case of a measuring probe of the type shown in FIG. 5, the lead-in electrode of the measuring half-cell can also be electrically conductively connected to the pad 515 by means of an electrically lettable coating, which is covered with an electrically insulating further layer. The discharge electrode and the electrically conductive coating can be configured analogously, as described for the reference electrode 519 of the reference half-cell, and applied to the inside of the inner tube 503,
In Fig. 7 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen dargestellt. Im Beispiel der Fig. 7 handelt es sich dabei um eine Vorrichtung zur Durchführung einer pH-Wert-Messung mitteis einer Messsonde, die ausgestaltet ist wie anhand von Fig. 2 beschrieben, sowie einem mit der Messsonde über eine Steckverbindung SK verbundenen Messumformer MU, der beispielsweise mit einer Prozessleitstelle L verbunden sein kann. Die Messelektronik (nicht dargestellt) kann vollständig im Messumformer MU untergebracht sein, sie kann jedoch auch, mindestens zum Teil, im Steckkopf der Messsonde untergebracht sein, der den sensorseitigen Teil der Steckverbindung bildet. Sie umfasst unter anderem Mittel zum Einstellen eines definierten Potentials an der mittels der elektrisch leitfähigen Beschichtung 235 mit der Kontaktstelle 229 verbundenen Zusatzelektrode 233, so dass die Zusatzelektrode 233 beispielsweise verwendet werden kann, um das Messmedium 225 auf ein definiertes Potential zu legen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messelektronik weiterhin Mittel umfassen, um eine zwischen der Zusatzelektrode 233 und einem anderen Teil der Vorrichtung, beispielsweise einer der Ableitelektroden 211, 219 herrschenden elektrischen oder elektrochemischen Kenngröße zu ermitteln. Als derartige Kenngröße kommt beispielsweise die Impedanz in Frage. Diese kann zu Zwecken der Sensordiagnose bestimmt werden. Eine andere derartige Kenngröße kann ein Potential, beispielsweise zwischen der Zusatzelektrode und der Referenzhaibzeile sein. In diesem Fall dient die Zusatzelektrode als Redoxeiektrode. Mittels zweier Zusatzelektroden kann daneben beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit des Messmediums bestimmt werden.FIG. 7 schematically shows a device for carrying out potentiometric measurements. In the example of FIG. 7, this is a device for carrying out a pH measurement mitteis a measuring probe, which is designed as described with reference to FIG. 2, and a connected to the probe via a connector SK transmitter MU, the For example, it may be connected to a process control center L. The measuring electronics (not shown) may be completely housed in the transmitter MU, but it may also be housed, at least in part, in the plug head of the probe, which forms the sensor-side part of the connector. It comprises, inter alia, means for setting a defined potential at the additional electrode 233 connected to the contact point 229 by means of the electrically conductive coating 235, so that the additional electrode 233 can be used, for example, to lay the measuring medium 225 at a defined potential. Alternatively or additionally, the measuring electronics may further comprise means to connect one between the additional electrode 233 and another part of the device, for example one of the discharge electrodes 211, 219 to determine prevailing electrical or electrochemical characteristic. As such characteristic, for example, the impedance comes into question. This can be determined for the purpose of sensor diagnosis. Another such characteristic may be a potential, for example, between the additional electrode and the Referenzhaibzeile. In this case, the additional electrode serves as a redox electrode. By means of two additional electrodes next to it, for example, the electrical conductivity of the medium can be determined.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispieϊe beschränkt und umfasst jede weitere technisch mögliche Realisierungsart, welche in die Reichweite der nachfolgenden Ansprüche fällt. So können beispielsweise auch Elektroden einer Messsonde eines Leitfähigkeitssensors mittels einer elektrisch leitfähigen Beschichtung bzw. eines Schichtstapels mit mehreren elektrisch leitfähigen Schächten nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen kontaktiert werden. Gleichermaßen können auch Elektroden einer Messsonde eines amperometrischen Sensors mittels einer derartigen Beschichtung bzw. eines Schichtstapels kontaktiert werden. The invention is not limited to the exemplary embodiments shown and encompasses any further technically possible implementation, which falls within the scope of the following claims. Thus, for example, electrodes of a measuring probe of a conductivity sensor can be contacted by means of an electrically conductive coating or a layer stack with a plurality of electrically conductive shafts according to one of the embodiments described above. Likewise, electrodes of a measuring probe of an amperometric sensor can also be contacted by means of such a coating or a layer stack.

Claims

Patentansprüche claims
1. Messsonde (201 , 201', 501 ) für elektrochemische, insbesondere potentiometrische, Messungen umfassend eine zumindest an einer Oberfläche aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Glas oder1. Measuring probe (201, 201 ', 501) for electrochemical, in particular potentiometric, measurements comprising at least on a surface of electrically insulating material, in particular glass or
Kunststoff, gebildete Komponente, wobei die Messsonde (201 , 201', 501 ) mindestens eine Elektrode (233, 233', 519) aufweist, die mit einer auf der aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung (235, 235', 539) elektrisch leitfähig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teif der elektrisch leitfähigen Beschichtung (235, 235', 539) mit mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht (237, 237', 541 ) überschichtet ist.Plastic, formed component, wherein the measuring probe (201, 201 ', 501) has at least one electrode (233, 233', 519), which is provided with an electrically conductive coating (235, 235 ') applied to the component formed from electrically insulating material 539) is electrically conductively connected, characterized in that at least one part of the electrically conductive coating (235, 235 ', 539) is covered with at least one electrically insulating layer (237, 237', 541).
2. Messsonde (201 , 201', 501 ) nach Anspruch 1 , wobei die Messsonde (201 , 201 ', 501 ) ein Gehäuse aufweist und die zumindest an einer Oberfläche aus elektrisch isolierendem Material gebildete Komponente zumindest einen Teil des Gehäuses bildet.2. Measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 1, wherein the measuring probe (201, 201', 501) has a housing and the at least formed on a surface of electrically insulating material component forms at least part of the housing.
3. Messsonde (201 , 201', 501 ) nach Anspruch 2, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (235, 235', 539) zumindest teilweise auf einer Außenwand des Gehäuses aufgebracht ist.3. measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 2, wherein the electrically conductive coating (235, 235', 539) is at least partially applied to an outer wall of the housing.
4. Messsonde (201 , 201', 501 ) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Gehäuse der Messsonde (201, 201 ', 501 ) einen Eintauchbereich zum Eintauchen in ein Messmedium (225, 225', 525) zur Durchführung von elektrochemischen, insbesondere potentiometrischen, Messungen umfasst, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Beschichtung (235, 235' 539) mit einer elektrischen Kontaktstelle (229, 229', 523) elektrisch leitfähig verbunden ist, welche außerhalb des Eintauchbereichs angeordnet ist.4. Measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 2 or 3, wherein the housing of the measuring probe (201, 201', 501) has an immersion area for immersion in a measuring medium (225, 225 ', 525) for carrying out electrochemical, in particular potentiometric, measurements, wherein the at least one electrically conductive coating (235, 235 '539) with an electrical contact point (229, 229', 523) is electrically conductively connected, which is arranged outside the immersion region.
5. Messonde (201 , 201 ', 501) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (235, 235', 539) ein Metail, insbesondere Platin, Silber, Kupfer oder Gold, ein Kompositmaterial mit Metallpigmenten, insbesondere Platin-, Silber-, Kupfer- oder Gold-Pigmenten, beispielsweise Silber-Leitlack, ein elektrisch feitfähiges Polymer, inbesondere aus der Gruppe umfassend Polyacetylene, Polyphenylene, Polyphenylenvinylene, Polyfurane, Polyaniline, Polypyrrole, Polythiophene, Po!y(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) und deren Derivate, dotierten Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Nanotubes), eine elektrisch leitfähige Keramik, oder ein elektrisch leitfähiges Oxid, insbesondere ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid wie Antimonzinnoxid (SnO2:Sb), Indiumzinkoxid (ZnO:ln), Aluminiumzinkoxid (ZnO:AI), Fluorzinnoxid (SnO2:F) oder Indiumzinnoxid (ITO), umfasst.5. measuring probe (201, 201 ', 501) according to one of claims 1 to 4, wherein the electrically conductive coating (235, 235', 539) a Metail, in particular platinum, silver, copper or gold, a composite material with metal pigments, in particular Platinum, silver, copper or gold pigments, for example silver conductive ink, an electrically conductive polymer, in particular from the group comprising polyacetylenes, polyphenylenes, polyphenylenevinylenes, polyfurans, polyanilines, polypyrroles, polythiophenes, poly (3,4-) ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and their Derivatives, doped carbon, in particular carbon nanotubes (nanotubes), an electrically conductive ceramic, or an electrically conductive oxide, in particular a transparent electrically conductive oxide such as antimony tin oxide (SnO 2 : Sb), indium zinc oxide (ZnO: In), aluminum zinc oxide (ZnO: Al), fluorine tin oxide (SnO 2 : F) or indium tin oxide (ITO).
6. Messsonde (201 , 201', 501) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die isolierende Schicht (237r 237', 541) ein insbesondere mittels Sputtern aufgetragenes, Oxid oder einen Kunststoff, insbesondere aus der Gruppe umfassend Perfluorpolymere, Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketone (PEEK), Polysulfone (PSU), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethersuifone (PES), oder eine elektrisch isolierende Keramik, umfasst.6. measuring probe (201, 201 ', 501) according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating layer (237 r 237', 541) applied in particular by means of sputtering, oxide or a plastic, in particular from the group comprising perfluoropolymers, polytetrafluoroethylene , Polyether ether ketones (PEEK), polysulfones (PSU), polyvinyl chloride (PVC), polyethersulfones (PES), or an electrically insulating ceramic.
7. Messsonde (201 , 201', 501 ) nach Anspruch 6, wobei das Oxid aus der Gruppe umfassend Siθ2, Silikate, Silikatgläser, oxidische Gläser und AI2O3 ausgewählt ist.The measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 6, wherein the oxide is selected from the group consisting of SiO 2 , silicates, silicate glasses, oxide glasses and Al 2 O 3.
8. Messsonde (201 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elektrisch isolierende Schicht (2371) mindestens teilweise mindestens mit einer weiteren elektrisch feätfähigen Schicht (236') überschichtet ist, welche zur elektromagnetischen Abschirmung oder zur elektrischen Kontaktierung einer weiteren Elektrode dient.8. Measuring probe (201 ') according to one of claims 1 to 7, wherein the electrically insulating layer (237 1 ) at least partially overcoated with at least one further electrically wettable layer (236'), which for electromagnetic shielding or for electrically contacting another Electrode serves.
9. Messsonde (201 , 201', 501 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Elektrode (233, 233', 519) mindestens durch eine elektrisch leitfähige Schicht umfassend ein Metall, insbesondere Platin oder mit Silberchlorid überzogenes Süber, welche auf einem weiteren Teil der auf der Baugruppe oder Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung aufgebracht ist, gebildet ist.9. measuring probe (201, 201 ', 501) according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode (233, 233', 519) at least by an electrically conductive layer comprising a metal, in particular platinum or coated with silver chloride Süber, which a further part of the applied on the module or component applied electrically conductive coating is formed.
10. Messsonde (201 , 201') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Elektrode (233, 233') durch einen Formkörper, insbesondere einen Ring aus einem Material, welches ein Metall, einen lonenleiter oder einen Halbleiter umfasst, gebildet ist.10. Measuring probe (201, 201 ') according to one of claims 1 to 8, wherein the electrode (233, 233') by a shaped body, in particular a ring of a material which comprises a metal, an ion conductor or a semiconductor is formed ,
11. Messsonde (201 , 20V, 501 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil (203, 203', 503), welches einen ersten Gehäuseinnenraum begrenzt, und ein zweites Gehäuseteil (207, 207', 507), welches einen zweiten Gehäuseinnenraum begrenzt, aufweist, wobei der erste und der zweite Gehäuseinnenraum flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind, und wobei das erste Gehäuseteil (203, 203', 503) Bestandteil einer Messhalbzelle und das zweite Gehäuseteil (207, 207', 507) Bestandteil einer Referenzhalbzelle ist. 11. Measuring probe (201, 20V, 501) according to one of claims 2 to 10, wherein the housing has a first housing part (203, 203 ', 503), which delimits a first housing interior, and a second housing part (207, 207', 507 ), which defines a second housing interior, wherein the first and the second housing interior are liquid-tightly separated from each other, and wherein the first housing part (203, 203 ', 503) part of a measuring half-cell and the second housing part (207, 207', 507) Component of a reference half cell is.
12. Messsonde (201 , 201', 501) nach Anspruch 11 , wobei das erste (203, 203\ 503) und/oder das zweite Gehäuseteil (207, 207', 507) und/oder mindestens ein weiteres drittes Gehäuseteil mit seiner Gehäuseaußenseite in Kontakt mit dem Messmedium (225, 225', 525) steht.12. Measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 11, wherein the first (203, 203 \ 503) and / or the second housing part (207, 207', 507) and / or at least one further third housing part with its housing outside in contact with the measuring medium (225, 225 ', 525).
13. Messsonde (201 , 201 ', 501 ) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Messhalbzelle umfasst: das erste, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil (203, 203', 503), eine Messmembran (205, 205', 505), welche insbesondere an einem ersten Endabschnitt des ersten Gehäuseteils (203, 203', 503) angeordnet ist und das erste Gehäuseteil (203, 203', 503) flüssigkeitsdicht verschließt, einen ersten Elektrolyt (213, 213', 513), insbesondere umfassend eine Pufferlösung, eine erste Ableitelektrode (211 , 211', 511 ), die mit dem ersten Elektrolyten (213, 213', 513) in Kontakt steht, um ein erstes elektrisches Potential abzuleiten; und die Referenzhalbzelle umfasst: das zweite, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteii (207, 207', 507), mindestens einen zweiten Elektrolyt (217, 217', 517), insbesondere eine Kaliumchlorid- Lösung oder ein eine Kaliumchlorid-Lösung umfassendes Gel, der in Kontakt mit einem, das zweite Gehäuseteil (207, 207', 507) zumindest in einem Teilbereich umgebenden Medium13. Measuring probe (201, 201 ', 501) according to claim 11 or 12, wherein the measuring half-cell comprises: the first, in particular tubular, housing part (203, 203', 503), a measuring diaphragm (205, 205 ', 505), which in particular at a first end portion of the first housing part (203, 203 ', 503) is arranged and the first housing part (203, 203', 503) liquid-tightly seals, a first electrolyte (213, 213 ', 513), in particular comprising a buffer solution, a first diverter electrode (211, 211 ', 511) in contact with the first electrolyte (213, 213', 513) for diverting a first electric potential; and the reference half-cell comprises: the second, in particular tubular, housing part (207, 207 ', 507), at least one second electrolyte (217, 217', 517), in particular a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, which in Contact with a, the second housing part (207, 207 ', 507) at least in a partial area surrounding medium
(225, 225', 525) steht, eine zweite Abieitelektrode (219, 219', 519), die mit dem mindestens einen zweiten Elektrolyt (217, 217', 517) in Kontakt steht, um ein zweites elektrisches Potential abzuleiten.(225, 225 ', 525), a second ablating electrode (219, 219', 519) in contact with the at least one second electrolyte (217, 217 ', 517) for deriving a second electrical potential.
14. Messsonde nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Messhalbzelle umfasst: das erste, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil; eine Messmembran, welche an einem ersten Endabschnitt des ersten rohrförmigen14. Measuring probe according to one of claims 11 or 12, wherein the measuring half-cell comprises: the first, in particular tubular, housing part; a measuring diaphragm, which at a first end portion of the first tubular
Gehäuseteils angeordnet ist und das erste Gehäuseteil fiüssigkeitsdicht verschließt; eine feste, elektrisch leitfähige Baugruppe, die mit der Messmembran elektrisch verbunden ist, um ein erstes elektrisches Potential abzuleiten; wobei die Referenzhalbzelle umfasst: das zweite, insbesondere rohrförmige, Gehäuseteil; mindestens einen Elektrolyt, insbesondere eine Kaliumchlorid-Lösung oder ein eine Kaliumchlorid-Lösung umfassendes Gel, das in Kontakt mit einem, das zweite Gehäuseteil zumindest in einem Teilbereich umgebenden Medium steht, eine Elektrode, die mit dem mindestens einen zweiten Elektrolyt in Kontakt steht, um ein zweites elektrisches Potential abzuleiten.Housing part is arranged and closes the first housing part fluid-tight; a solid, electrically conductive subassembly electrically connected to the sensing diaphragm to dissipate a first electrical potential; wherein the reference half-cell comprises: the second, in particular tubular, housing part; at least one electrolyte, in particular a potassium chloride solution or a gel comprising a potassium chloride solution, which is in contact with a medium surrounding the second housing part at least in a partial region, an electrode in contact with the at least one second electrolyte to dissipate a second electrical potential.
15. Messonde (201 , 201 ', 501 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die mindestens eine zumindest teilweise mit einer weiteren, insbesondere elektrisch isolierenden Schicht (237, 237', 541 ) überschichtete, elektrisch leitfähige Beschichtung (235, 235', 539) und die damit elektrisch leitfähig verbundene Elektrode (233, 233', 519) auf einer Außenwand des ersten (503) und/oder des zweiten (207, 207') und/oder eines weiteren Gehäuseteils aufgebracht sind.15. measuring probe (201, 201 ', 501) according to any one of claims 10 to 14, wherein the at least one at least partially overcoated with another, in particular electrically insulating layer (237, 237', 541), electrically conductive coating (235, 235 ', 539) and the electrode (233, 233', 519) electrically conductively connected thereto are applied to an outer wall of the first (503) and / or the second (207, 207 ') and / or a further housing part.
16. Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen umfassend: eine Messsonde (201 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, und eine übergeordnete Einheit (MU, L), insbesondere einen Messumformer (MU)1 wobei die übergeordnete Einheit (MU, L) mit der auf der aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Komponente aufgebrachten elektrisch leitfähägen Beschichtung über16. A device for carrying out potentiometric measurements comprising: a measuring probe (201) according to one of claims 1 to 15, and a higher-order unit (MU, L), in particular a measuring transducer (MU) 1 wherein the superordinate unit (MU, L) with the on the formed of electrically insulating material component applied electrically conductive coating over
Verbindungselemente, insbesondere zur Signalwandlung und/oder zur Signalübertragung und/oder zur Energieübertragung, verbunden ist.Connecting elements, in particular for signal conversion and / or signal transmission and / or energy transmission, is connected.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung zur Durchführung potentiometrischer Messungen Mittel zum Einstellen eines definierten Potentials an der mindestens einen mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode und/oder Mittel zur Bestimmung einer zwischen der mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung (235, 439) elektrisch leitfähig verbundenen Elektrode (233, 419) und einem anderen Teil der Vorrichtung herrschenden elektrischen oder elektrochemischen Kenngröße, insbesondere einer Impedanz, eines Widerstands oder einer Potentialdifferenz, aufweist. 17. Device according to claim 16, wherein the device for carrying out potentiometric measurements comprises means for setting a defined potential at the at least one electrode electrically conductively connected to the electrically conductive coating and / or means for determining an intermediate between the and the electrically conductive coating (235). 439) electrically conductively connected electrode (233, 419) and another part of the device prevailing electrical or electrochemical characteristic, in particular an impedance, a resistance or a potential difference comprises.
PCT/EP2009/067034 2008-12-22 2009-12-14 Measuring probe for electrochemical measurements WO2010072601A1 (en)

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