WO2020030267A1 - Sensor for the conductometric measurement of the co2 dissolved in a liquid - Google Patents

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WO2020030267A1
WO2020030267A1 PCT/EP2018/071548 EP2018071548W WO2020030267A1 WO 2020030267 A1 WO2020030267 A1 WO 2020030267A1 EP 2018071548 W EP2018071548 W EP 2018071548W WO 2020030267 A1 WO2020030267 A1 WO 2020030267A1
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electrode
sensor
liquid
electrodes
membrane
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PCT/EP2018/071548
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Günter Fafilek
Martin Joksch
Stefan WIBIHAL
Johannes Österreicher
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
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    • G—PHYSICS
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    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/004—CO or CO2

Definitions

  • the invention relates to a sensor for measuring the CO 2 (carbon dioxide) dissolved in a liquid, the
  • Severinghaus electrodes membrane-based sensors for C02 have long been known, such as so-called Severinghaus electrodes.
  • the Severinghaus electrode is a pH electrode, which is preceded by a measuring chamber with a buffer. About a gas permeable
  • Membrane penetrates C02 from the liquid to be measured
  • the pH in the buffer then depends on the concentration of CO 2 in the liquid to be measured.
  • a corresponding electrical potential difference is established between the measuring electrode and the reference electrode, which is potentiometric, that is to say avoiding a
  • Concentration of the C02 and the measurement signal an electrical voltage.
  • the potentiometric measurement requires a time-delayed response to changes in the C02 content of the liquids examined.
  • Optical methods are also known for measuring pH changes, for example colorimetrically or by means of fluorescence.
  • the starting point is a sensor for measuring the in a
  • Liquid dissolved C02 wherein the sensor comprises at least
  • each electrode has an end section which is connected to the
  • End sections of the two electrodes are filled with liquid, while a space that connects to the end sections on the side of the end sections facing away from the membrane cannot be filled with liquid.
  • the detection volume is in the height direction through the Height of the end sections of the electrodes specified. This height is much less than the height of the detection volume of a Severinghaus electrode. Because in the Severinghaus electrode, the measuring electrode is rod-shaped and in the height direction
  • the end of the measuring electrode is at a distance from the membrane that is a multiple of the diameter of the measuring electrode.
  • the lower detection volume of the sensor according to the invention results in a shorter one
  • the liquid that is between the end portions of the two electrodes is - immediately after
  • End sections of the two electrodes is at least partially filled with a porous solid as a storage layer.
  • the electrode according to the invention can be particularly simple
  • the end section has at least one branch and at least one branch of an end section of an electrode is at least partially arranged between two branches of the end section of the other electrode.
  • the area of the end sections of the electrodes which is effective for the measurement can thus be enlarged.
  • the mutual distance between the branches advantageously corresponds to a fraction of the length of that section of one
  • the ratio of the distance to the length of that section of the branch can advantageously be in the
  • the end section is in each case comb-shaped with a number of n branches and (n-1) branches of one end section of an electrode are each arranged between two branches of the end section of the other electrode.
  • branches it can be provided that at least one branch, in particular (n-1) branches, one
  • an inner branch projects at least two thirds of its length between the two neighboring branches of the other electrode.
  • One of the outer branches of an electrode always has only one adjacent branch of the other electrode and then also overlaps with this by more than two thirds of its length.
  • the end sections on the side facing away from the membrane rest on a carrier made of an electrically insulating material, a solid. This serves the one hand
  • the space between the end sections of the two electrodes is limited in this way, so that, viewed in the vertical direction, the liquid can only extend from the membrane to this support, so the volume of the liquid can be kept very low.
  • the sensor according to the invention can be used to measure the
  • the C02 concentration can be determined.
  • the CO 2 concentration can be measured with the sensor according to the invention, in particular if the measured values of the
  • Conductivity measurement can be output as measured values of the C02 concentration.
  • Electrodes can be detected more quickly than using potentiometry.
  • the conductivity measurement is advantageously carried out using alternating current. In principle, however, a conductivity measurement with direct current would also be possible.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive
  • Fig. 2 is a detailed view of Fig. 1 in the area of
  • FIG. 3 shows a top view of the electrodes from FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a sensor according to the invention, the sensor is partially shown in longitudinal section on the left.
  • the sensor comprises two electrodes 3, 4, which are surrounded by an electrically insulating jacket 2, here cylindrical, which is not permeable to gases and liquids.
  • the height direction of the sensor runs normal to the surface of the membrane 1, that is to say from left to right in FIG. 1, the transverse direction of the sensor runs perpendicularly in FIG. 1.
  • Each electrode 3, 4 has an end section 5, 6 which bears on the membrane 1.
  • the end sections 5, 6 are like this
  • End sections 5, 6 and the membrane 1 can occur. On the other side of the membrane, the end sections 5, 6 abut an electrically insulating carrier 8.
  • the end sections 5, 6 are designed such that no liquid can pass between the end sections 5, 6 and the carrier 8 in the height direction of the sensor. Only the gap 9 between the
  • End sections 5, 6 of the two electrodes are filled with liquid, while a space which adjoins the end sections on the side of the end sections 5, 6 facing away from the membrane 1 cannot be filled with liquid.
  • Electrodes 3, 4 can optionally be at least partially filled with a porous solid as a storage layer in order to further reduce the volume available to the liquid and thus to reduce the response time for changes in the CO 2 content.
  • the detection volume in The height direction is therefore predetermined by the height of the end sections 5, 6 of the electrodes 3, 4.
  • the membrane 1 can be attached to the jacket 2 by means of an O-ring
  • the membrane 1 can be a Teflon membrane, for example.
  • the membrane 1 is flush with the end face of the jacket 2.
  • Electrodes 3, 4 can be seen better.
  • Each end section 5, 6 has branches, so that a branch of an end section
  • an electrode 5 of an electrode 3 is at least partially arranged between two branches of the end section 6 of the other electrode 4.
  • the membrane 1 is held at its edge between the carrier 8 and the jacket 2, in particular clamped.
  • the membrane 1 does not extend to the inner end face of the carrier 8, while according to FIG. 1 the membrane 1 extends to the inner end face of the carrier 8 and even beyond.
  • End section 5, 6 is comb-shaped and has four branches 7, which here run parallel to one another.
  • Three branches 7 of one end section 5, 6 each protrude between two branches 7 of the other end section 6, 5, in each case more than two thirds of the length of the branch 7.
  • the branches 7 of both end sections 5, 6 are here parallel to one another. The mutual distance of the branches 7, where they are in their longitudinal direction with the branches 7 of the other end section 5,
  • the mutual spacing of the branches 7 corresponds to a fraction of the length of that section of a branch 7 where adjacent branches 7 run parallel to one another (overlap one another).
  • the ratio of distance to length of that section of branch 7 is here, for example, about 1: 5.
  • a measuring device for conductivity measurement can be connected to the electrode connections 10. If the sensor with the membrane 1 is immersed in a liquid to be measured, a change in the CO 2 content in the liquid to be measured outside of the sensor causes one
  • Resistance its reciprocal value, the conductivity, can be determined and the current C02 content can be determined by calibrating the measuring device beforehand.
  • the space 9 between the end sections 5, 6 of the two electrodes 3, 4 can be partial, or as here
  • the storage layer here has the same height as the electrodes 3, 4 and fills the entire space 9. The volume of the liquid is therefore as small as possible. It would also be conceivable that the storage layer is less high than the electrodes 3, 4.
  • the storage layer continues to fill the space 9 completely in the transverse direction of the sensor, but not in the vertical direction, so that the volume for the

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Abstract

The invention relates to a sensor for the conductometric measurement of the CO2 dissolved in a liquid, the sensor comprising at least • - two electrodes (3, 4), and • - a casing (2) which is impermeable to gases and liquids, • - a membrane (1) which is permeable to CO2, adjoins the casing (2) and, together with the casing, forms an inner space which surrounds the electrodes (3, 4). According to the invention, to allow a faster response time of the sensor, each electrode (3, 4) has an end section (5, 6) which bears against the membrane (1), wherein the interstice (9) between the end sections (5, 6) of the two electrodes (3, 4) is filled with liquid, whereas a space which adjoins the end sections on the side of the end sections (5, 6) remote from the membrane cannot be filled with liquid.

Description

Beschreibung description
SENSOR ZUR KONDUKTOMETRISCHEN MESSUNG DES IN EINER FLÜSSIGKEIT GELÖSTEN C02 SENSOR FOR CONDUCTOMETRIC MEASUREMENT OF THE C02 SOLVED IN A LIQUID
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung des in einer Flüssigkeit gelösten C02 (Kohlenstoffdioxid) , wobei der The invention relates to a sensor for measuring the CO 2 (carbon dioxide) dissolved in a liquid, the
Sensor zumindest umfasst Sensor at least includes
- zwei Elektroden, sowie  - two electrodes, as well
- einen für Gase und Flüssigkeiten nicht durchlässigen  - not permeable to gases and liquids
Mantel, und Coat, and
- eine Membran, die für C02 durchlässig ist, an den Mantel anschließt und gemeinsam mit dem Mantel einen Innenraum bildet, der die Elektroden umgibt.  - A membrane that is permeable to C02, connects to the jacket and forms an interior together with the jacket, which surrounds the electrodes.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Membranbasierte Sensoren für C02 sind seit längerem bekannt, etwa sogenannte Severinghaus-Elektroden . Die Severinghaus- Elektrode ist eine pH-Elektrode, der eine Messkammer mit einem Puffer vorgeschaltet ist. Über eine gaspermeable Membrane-based sensors for C02 have long been known, such as so-called Severinghaus electrodes. The Severinghaus electrode is a pH electrode, which is preceded by a measuring chamber with a buffer. About a gas permeable
Membran dringt C02 aus der zu messenden Flüssigkeit Membrane penetrates C02 from the liquid to be measured
entsprechend dem dort herrschenden Partialdruck in die in accordance with the partial pressure prevailing there
Pufferlösung ein. Es stellt sich deshalb im Puffer nach einer kurzen Zeit ein pH-Wert ein, der von der Konzentration des C02 in der zu messenden Flüssigkeit abhängt. Zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode stellt sich ein entsprechender elektrischer Potentialunterschied ein, der potentiometrisch, das heißt unter Vermeidung eines Buffer solution. After a short period of time, the pH in the buffer then depends on the concentration of CO 2 in the liquid to be measured. A corresponding electrical potential difference is established between the measuring electrode and the reference electrode, which is potentiometric, that is to say avoiding a
Stromflusses, gemessen wird. Current flow is measured.
Der Nachteil der potentiometrischen Messung liegt einerseits im stark nichtlinearen Zusammenhang zwischen der The disadvantage of potentiometric measurement is, on the one hand, the strongly non-linear relationship between the
Konzentration des C02 und dem Messsignal, einer elektrischen Spannung. Andererseits bedingt die potentiometrische Messung ein zeitverzögertes Ansprechen auf Änderungen des C02-Gehalts der untersuchten Flüssigkeiten. Bekannt sind auch optische Methoden, um pH-Wert-Änderungen zu messen, z.B. colorimetrisch oder mittels Fluoreszenz. Concentration of the C02 and the measurement signal, an electrical voltage. On the other hand, the potentiometric measurement requires a time-delayed response to changes in the C02 content of the liquids examined. Optical methods are also known for measuring pH changes, for example colorimetrically or by means of fluorescence.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Messung der Another possibility is to measure the
Leitfähigkeit des Elektrolyten innerhalb der Messzelle, da die Leitfähigkeit abhängig von der HC03- Konzentration ist. Conductivity of the electrolyte inside the measuring cell, since the conductivity depends on the HC03 concentration.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor zur Messung des in einer Flüssigkeit gelösten C02 bereit zu stellen, welcher die Nachteile der Severinghaus-Elektroden überwindet, insbesondere eine schnellere Ansprechzeit und andere Messverfahren ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a sensor for measuring the CO 2 dissolved in a liquid, which overcomes the disadvantages of the Severinghaus electrodes, in particular enables a faster response time and other measurement methods.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by claim 1.
Ausgangspunkt ist ein Sensor zur Messung des in einer The starting point is a sensor for measuring the in a
Flüssigkeit gelösten C02, wobei der Sensor zumindest umfasstLiquid dissolved C02, wherein the sensor comprises at least
- zwei Elektroden, sowie - two electrodes, as well
- einen für Gase und Flüssigkeiten nicht durchlässigen  - not permeable to gases and liquids
Mantel , Coat,
- eine Membran, die für C02 durchlässig ist, an den Mantel anschließt und gemeinsam mit dem Mantel einen Innenraum bildet, der die Elektroden umgibt. Dabei ist vorgesehen, dass jede Elektrode einen Endabschnitt aufweist, der an der  - A membrane that is permeable to C02, connects to the jacket and forms an interior together with the jacket, which surrounds the electrodes. It is provided that each electrode has an end section which is connected to the
Membran anliegt, wobei der Zwischenraum zwischen den Diaphragm is applied, the space between the
Endabschnitten der beiden Elektroden mit Flüssigkeit befüllt ist, während ein Raum, der an der von der Membran abgewandten Seite der Endabschnitte an die Endabschnitte anschließt, nicht mit Flüssigkeit befüllbar ist. End sections of the two electrodes are filled with liquid, while a space that connects to the end sections on the side of the end sections facing away from the membrane cannot be filled with liquid.
Das heißt, im Betriebszustand des Sensors ist nur der Raum zwischen den Elektroden mit Flüssigkeit gefüllt und dient als Detektionsvolumen. Definiert man die Querrichtung des Sensors als Richtung parallel zur Fläche der Membran, und die This means that in the operating state of the sensor, only the space between the electrodes is filled with liquid and serves as the detection volume. Define the transverse direction of the sensor as the direction parallel to the surface of the membrane, and the
Höhenrichtung des Sensors als normal zur Fläche der Membran, dann ist das Detektionsvolumen in Höhenrichtung durch die Höhe der Endabschnitte der Elektroden vorgegeben. Diese Höhe ist viel geringer als die Höhe des Detektionsvolumens einer Severinghaus-Elektrode . Denn in der Severinghaus-Elektrode ist die Messelektrode stabförmig und in Höhenrichtung Height direction of the sensor than normal to the surface of the membrane, then the detection volume is in the height direction through the Height of the end sections of the electrodes specified. This height is much less than the height of the detection volume of a Severinghaus electrode. Because in the Severinghaus electrode, the measuring electrode is rod-shaped and in the height direction
ausgerichtet. Das Ende der Messelektrode weist dort einen Abstand zur Membran auf, der ein Vielfaches des Durchmessers der Messelektrode ist. Durch das geringere Detektionsvolumen des erfindungsgemäßen Sensors ergibt sich eine kürzere aligned. The end of the measuring electrode is at a distance from the membrane that is a multiple of the diameter of the measuring electrode. The lower detection volume of the sensor according to the invention results in a shorter one
Ansprechzeit auf Änderungen der C02-Konzentration . Response time to changes in C02 concentration.
Die Flüssigkeit, die sich zwischen den Endabschnitten der beiden Elektroden befindet, ist - unmittelbar nach der The liquid that is between the end portions of the two electrodes is - immediately after
Fertigung des Sensors - vorzugsweise destilliertes Wasser, um als Startwert eine möglichst kleine Leitfähigkeit Manufacture of the sensor - preferably distilled water in order to have the lowest possible conductivity as a starting value
aufzuweisen . to show.
Um das Flüssigkeitsvolumen weiter zu verkleinern, kann vorgesehen sein, dass der Zwischenraum zwischen den In order to further reduce the liquid volume, it can be provided that the space between the
Endabschnitten der beiden Elektroden zumindest teilweise mit einem porösen Festkörper als Speicherschicht befüllt ist. End sections of the two electrodes is at least partially filled with a porous solid as a storage layer.
Die erfindungsgemäße Elektrode kann besonders einfach The electrode according to the invention can be particularly simple
hergestellt werden, wenn der Endabschnitt zumindest einer Elektrode, insbesondere von beiden Elektroden, direkt auf der Membran aufgebracht ist. Dann muss nur noch die Membran mit den Elektroden am Mantel des Sensors befestigt werden und müssen die Endabschnitte der Elektroden mit den Zuleitungen der Elektroden verbunden werden. are produced if the end section of at least one electrode, in particular of both electrodes, is applied directly to the membrane. Then only the membrane with the electrodes has to be attached to the jacket of the sensor and the end sections of the electrodes have to be connected to the leads of the electrodes.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Endabschnitt zumindest eine Verzweigung aufweist und zumindest ein Zweig eines Endabschnitts einer Elektrode zumindest teilweise zwischen zwei Zweigen des Endabschnitts der anderen Elektrode angeordnet ist. Damit kann die für die Messung wirksame Fläche der Endabschnitte der Elektroden vergrößert werden. Der gegenseitige Abstand der Zweige entspricht vorteilhafter Weise einem Bruchteil der Länge jenes Abschnitts eines In one embodiment of the invention it is provided that the end section has at least one branch and at least one branch of an end section of an electrode is at least partially arranged between two branches of the end section of the other electrode. The area of the end sections of the electrodes which is effective for the measurement can thus be enlarged. The mutual distance between the branches advantageously corresponds to a fraction of the length of that section of one
Zweigs, wo benachbarte Zweige parallel zueinander laufen (einander überlappen) . Das Verhältnis von Abstand zu Länge jenes Abschnitts des Zweigs kann vorteilhafter Weise im Branch where neighboring branches run parallel to each other (overlap each other). The ratio of the distance to the length of that section of the branch can advantageously be in the
Bereich zwischen 1:4 und 1:6, beispielsweise um 1:5, liegen. Range between 1: 4 and 1: 6, for example around 1: 5.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Endabschnitt jeweils kammförmig mit einer Anzahl von n Zweigen ausgebildet ist und (n-1) Zweige eines Endabschnitts einer Elektrode jeweils zwischen zwei Zweigen des Endabschnitts der anderen Elektrode angeordnet sind. In particular, it can be provided that the end section is in each case comb-shaped with a number of n branches and (n-1) branches of one end section of an electrode are each arranged between two branches of the end section of the other electrode.
Bei den Verzweigungen kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Zweig, insbesondere jeweils (n-1) Zweige, eines In the branches, it can be provided that at least one branch, in particular (n-1) branches, one
Endabschnitts einer Elektrode in ihrer Längsrichtung um mehr als zwei Drittel mit den benachbarten Zweigen des End portion of an electrode in its longitudinal direction by more than two thirds with the adjacent branches of the
Endabschnitts der anderen Elektrode überlappen. Mit anderen Worten ragt ein innerer Zweig zu mindestens zwei Dritteln seiner Länge zwischen die beiden benachbarten Zweige der anderen Elektrode. Einer der äußeren Zweige einer Elektrode hat immer nur einen benachbarten Zweig der anderen Elektrode und überlappt mit diesem dann ebenfalls zu mehr als zwei Drittel seiner Länge. Overlap the end portion of the other electrode. In other words, an inner branch projects at least two thirds of its length between the two neighboring branches of the other electrode. One of the outer branches of an electrode always has only one adjacent branch of the other electrode and then also overlaps with this by more than two thirds of its length.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endabschnitte an der Seite, die von der Membran abgewandt ist, auf einem Träger aus elektrisch isolierendem Material, einem Feststoff, aufliegen. Dies dient einerseits der In one embodiment of the invention, it is provided that the end sections on the side facing away from the membrane rest on a carrier made of an electrically insulating material, a solid. This serves the one hand
Stabilisierung der Elektrode. Andererseits wird auf diese Weise der Zwischenraum zwischen den Endabschnitten der beiden Elektroden begrenzt, sodass sich, in Höhenrichtung gesehen, die Flüssigkeit nur von der Membran bis zu diesem Träger erstrecken kann, das Volumen der Flüssigkeit also sehr gering gehalten werden kann. Stabilization of the electrode. On the other hand, the space between the end sections of the two electrodes is limited in this way, so that, viewed in the vertical direction, the liquid can only extend from the membrane to this support, so the volume of the liquid can be kept very low.
Der erfindungsgemäße Sensor kann zur Messung der The sensor according to the invention can be used to measure the
Leitfähigkeit einer außerhalb des Sensors befindlichen Flüssigkeit verwendet werden. Aus den Ergebnissen der Conductivity of a sensor located outside the sensor Liquid can be used. From the results of the
Leitfähigkeitsmessung kann die C02-Konzentration bestimmt werden. Insofern kann mit dem erfindungsgemäßen Sensor die C02-Konzentration gemessen werden, insbesondere wenn durch entsprechende Kalibrierung die Messwerte der Conductivity measurement, the C02 concentration can be determined. In this respect, the CO 2 concentration can be measured with the sensor according to the invention, in particular if the measured values of the
Leitfähigkeitsmessung als Messwerte der C02-Konzentration ausgegeben werden. Conductivity measurement can be output as measured values of the C02 concentration.
Die Leitfähigkeitsmessung hat den Vorteil, dass Veränderungen in der zu messenden Flüssigkeit außerhalb des Sensors und die daraus folgenden Veränderungen in der Flüssigkeit im The conductivity measurement has the advantage that changes in the liquid to be measured outside the sensor and the resulting changes in the liquid in the
Zwischenraum zwischen den Endabschnitten der beiden Gap between the end sections of the two
Elektroden rascher detektiert werden können als mittels Potentiometrie . Electrodes can be detected more quickly than using potentiometry.
Die Leitfähigkeitsmessung wird vorteilhafter Weise mittels Wechselstrom durchgeführt. Grundsätzlich wäre aber auch eine Leitfähigkeitsmessung mit Gleichstrom möglich. The conductivity measurement is advantageously carried out using alternating current. In principle, however, a conductivity measurement with direct current would also be possible.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die schematischen Figuren Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Einzelheiten und mögliche Einsatzgebiete der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigt To further explain the invention, reference is made in the following part of the description to the schematic figures, from which further advantageous details and possible areas of application of the invention can be found. The figures are to be understood as exemplary and are intended to illustrate the character of the invention, but in no way to narrow it down or even reproduce it conclusively. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive
Sensor,  Sensor,
Fig. 2 eine Detailaufnahme der Fig. 1 im Bereich der  Fig. 2 is a detailed view of Fig. 1 in the area of
Membran,  Membrane,
Fig. 3 eine Aufsicht der Elektroden aus Fig. 1. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG 3 shows a top view of the electrodes from FIG. 1. WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor, links ist der Sensor teilweise im Längsschnitt dargestellt. Der Sensor umfasst zwei Elektroden 3, 4, die von einem, hier zylindr ischen, für Gase und Flüssigkeiten nicht durchlässigen, elektrisch isolierenden Mantel 2 umgeben sind. Eine Membran 1, die für C02 durchlässig ist, schließt an den Mantel 2 an und verschließt dadurch auf einer Seite den Mantel 2. Auf der anderen Seite ist der Mantel 2 flüssigkeits- und gasdicht abgeschlossen, hier sind die Zuleitungen der Elektroden 3, 4 aus dem Innenraum des Sensors nach außen durchgeführt und enden in Elektrodenanschlüssen 10. Die Höhenrichtung des Sensors verläuft normal zur Fläche der Membran 1, also von links nach rechts in Fig. 1, die Querrichtung des Sensors verläuft in Fig. 1 senkrecht. Fig. 1 shows a sensor according to the invention, the sensor is partially shown in longitudinal section on the left. The sensor comprises two electrodes 3, 4, which are surrounded by an electrically insulating jacket 2, here cylindrical, which is not permeable to gases and liquids. A membrane 1, which is permeable to C02, connects to the jacket 2 and thereby closes the jacket 2 on one side carried out to the outside of the interior of the sensor and end in electrode connections 10. The height direction of the sensor runs normal to the surface of the membrane 1, that is to say from left to right in FIG. 1, the transverse direction of the sensor runs perpendicularly in FIG. 1.
Jede Elektrode 3, 4 weist einen Endabschnitt 5, 6 auf, der an der Membran 1 anliegt. Die Endabschnitte 5, 6 sind so Each electrode 3, 4 has an end section 5, 6 which bears on the membrane 1. The end sections 5, 6 are like this
ausgeführt, dass in Höhenrichtung des Sensors (also von links nach rechts in Fig. 1) keine Flüssigkeit zwischen explained that in the height direction of the sensor (ie from left to right in Fig. 1) no liquid between
Endabschnitte 5, 6 und die Membran 1 treten kann. Auf der anderen Seite der Membran liegen die Endabschnitte 5, 6 an einem elektrisch isolierenden Träger 8 an. Die Endabschnitte 5, 6 sind so ausgeführt, dass in Höhenrichtung des Sensors keine Flüssigkeit zwischen Endabschnitte 5, 6 und den Träger 8 treten kann. Nur der Zwischenraum 9 zwischen den End sections 5, 6 and the membrane 1 can occur. On the other side of the membrane, the end sections 5, 6 abut an electrically insulating carrier 8. The end sections 5, 6 are designed such that no liquid can pass between the end sections 5, 6 and the carrier 8 in the height direction of the sensor. Only the gap 9 between the
Endabschnitten 5, 6 der beiden Elektroden ist mit Flüssigkeit befüllt, während ein Raum, der an der von der Membran 1 abgewandten Seite der Endabschnitte 5, 6 an die Endabschnitte anschließt, nicht mit Flüssigkeit befüllbar ist. Der End sections 5, 6 of the two electrodes are filled with liquid, while a space which adjoins the end sections on the side of the end sections 5, 6 facing away from the membrane 1 cannot be filled with liquid. The
Zwischenraum zwischen den Endabschnitten 5, 6 der beidenSpace between the end sections 5, 6 of the two
Elektroden 3, 4 kann optional zumindest teilweise mit einem porösen Festkörper als Speicherschicht befüllt sein, um das der Flüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen weiter zu verkleinern und damit die Ansprechdauer für Änderungen im C02-Gehalt zu verringern. Das Detektionsvolumen in Höhenrichtung ist also durch die Höhe der Endabschnitte 5, 6 der Elektroden 3, 4 vorgegeben. Electrodes 3, 4 can optionally be at least partially filled with a porous solid as a storage layer in order to further reduce the volume available to the liquid and thus to reduce the response time for changes in the CO 2 content. The detection volume in The height direction is therefore predetermined by the height of the end sections 5, 6 of the electrodes 3, 4.
Die Membran 1 kann mittels eines O-Rings am Mantel 2 The membrane 1 can be attached to the jacket 2 by means of an O-ring
befestigt sein, oder wie in Fig. 1 dargestellt, zwischen Mantel 2 und Träger 8 geklemmt sein. Die Membran 1 kann beispielsweise eine Teflon-Membran sein. Die Membran 1 schließt hier bündig mit der Stirnfläche des Mantels 2 ab. be attached, or as shown in Fig. 1, be clamped between the jacket 2 and carrier 8. The membrane 1 can be a Teflon membrane, for example. The membrane 1 is flush with the end face of the jacket 2.
In Fig. 2 ist der Aufbau der Endabschnitte 5, 6 der In Fig. 2, the structure of the end portions 5, 6 is the
Elektroden 3, 4 besser zu erkennen. Jeder Endabschnitt 5, 6 weist Verzweigungen auf, sodass ein Zweig eines EndabschnittsElectrodes 3, 4 can be seen better. Each end section 5, 6 has branches, so that a branch of an end section
5 einer Elektrode 3 zumindest teilweise zwischen zwei Zweigen des Endabschnitts 6 der anderen Elektrode 4 angeordnet ist. Die Membran 1 ist an ihrem Rand zwischen dem Träger 8 und dem Mantel 2 gehalten, insbesondere geklemmt. Die Membran 1 reicht in dieser Ausführungsvariante nicht bis zur inneren Stirnfläche des Trägers 8, während gemäß Fig. 1 die Membran 1 bis zur inneren Stirnfläche des Trägers 8 und sogar darüber hinaus ragt. 5 of an electrode 3 is at least partially arranged between two branches of the end section 6 of the other electrode 4. The membrane 1 is held at its edge between the carrier 8 and the jacket 2, in particular clamped. In this embodiment variant, the membrane 1 does not extend to the inner end face of the carrier 8, while according to FIG. 1 the membrane 1 extends to the inner end face of the carrier 8 and even beyond.
In Fig. 3 sind die Endabschnitte 5, 6 der Elektroden 3, 4 nochmals in Aufsicht dargestellt, wenn man also etwa in Fig.In Fig. 3, the end portions 5, 6 of the electrodes 3, 4 are shown again in supervision, so if one is in Fig.
1 von links auf die Stirnfläche des Sensors schauen würde. Beide Endabschnitte 5, 6 sind gleich ausgeführt. Jeder 1 would look at the end face of the sensor from the left. Both end sections 5, 6 are identical. Everyone
Endabschnitt 5, 6 ist kammförmig aufgebaut und weist vier Zweige 7 auf, die hier parallel zueinander verlaufen. Drei Zweige 7 eines Endabschnitts 5, 6 ragen jeweils zwischen zwei Zweige 7 des anderen Endabschnitts 6, 5, und zwar zu jeweils mehr als zwei Drittel der Länge des Zweigs 7. Somit sind die Zweige 7 beider Endabschnitte 5, 6 hier parallel zueinander. Der gegenseitige Abstand der Zweige 7, wo sie sich in ihrer Längsrichtung mit den Zweigen 7 des anderen Endabschnitts 5,End section 5, 6 is comb-shaped and has four branches 7, which here run parallel to one another. Three branches 7 of one end section 5, 6 each protrude between two branches 7 of the other end section 6, 5, in each case more than two thirds of the length of the branch 7. Thus, the branches 7 of both end sections 5, 6 are here parallel to one another. The mutual distance of the branches 7, where they are in their longitudinal direction with the branches 7 of the other end section 5,
6 überlappen, entspricht hier der ein- bis zweifachen Breite des Zweiges. Damit ist eine ausreichend große Länge jeder Elektroden 3, 4 gegeben, die sich in Kontakt mit der 6 overlap, corresponds to one or two times the width of the branch. This provides a sufficiently large length for each electrode 3, 4 which is in contact with the
Flüssigkeit im Sensor befindet. Gleichzeitig liegt jede There is liquid in the sensor. At the same time everyone lies
Elektrode 3, 4 einer entsprechend großen bzw. langen Elektrode 4, 3 gegenüber. Der gegenseitige Abstand der Zweige 7 entspricht einem Bruchteil der Länge jenes Abschnitts eines Zweigs 7, wo benachbarte Zweige 7 parallel zueinander laufen (einander überlappen) . Das Verhältnis von Abstand zu Länge jenes Abschnitts des Zweigs 7 liegt hier beispielsweise bei etwa 1:5. Electrode 3, 4 of a correspondingly large or long one Electrode 4, 3 opposite. The mutual spacing of the branches 7 corresponds to a fraction of the length of that section of a branch 7 where adjacent branches 7 run parallel to one another (overlap one another). The ratio of distance to length of that section of branch 7 is here, for example, about 1: 5.
An die Elektrodenanschlüsse 10 kann ein Messgerät für die Leitfähigkeitsmessung angeschlossen werden. Wenn der Sensor mit der Membran 1 in eine zu messende Flüssigkeit getaucht wird, bewirkt eine Veränderung des C02-Gehalts in der zu messenden Flüssigkeit außerhalb des Sensors eine A measuring device for conductivity measurement can be connected to the electrode connections 10. If the sensor with the membrane 1 is immersed in a liquid to be measured, a change in the CO 2 content in the liquid to be measured outside of the sensor causes one
entsprechende Veränderung des C02-Gehalts in der Flüssigkeit im Zwischenraum 9 zwischen den Endabschnitten 5, 6. Durchcorresponding change in the CO 2 content in the liquid in the intermediate space 9 between the end sections 5, 6
Anlegen eines Wechselstroms und Messung des Ohm' sehe Apply an alternating current and measure the ohm 'see
Widerstands kann dessen Kehrwert, die Leitfähigkeit, bestimmt werden und durch vorherige entsprechende Kalibrierung des Messgeräts der aktuelle C02-Gehalt bestimmt werden. Resistance, its reciprocal value, the conductivity, can be determined and the current C02 content can be determined by calibrating the measuring device beforehand.
Der Zwischenraum 9 zwischen den Endabschnitten 5, 6 der beiden Elektroden 3, 4 kann teilweise, oder wie hier The space 9 between the end sections 5, 6 of the two electrodes 3, 4 can be partial, or as here
vollständig, mit einem porösen Festkörper als Speicherschicht befüllt werden. Die Speicherschicht weist also hier die gleiche Höhe wie die Elektroden 3, 4 auf und füllt den gesamten Zwischenraum 9 aus. Das Volumen der Flüssigkeit ist dabei also so klein wie möglich. Denkbar wäre auch, dass die Speicherschicht weniger hoch ist als die Elektroden 3, 4.completely, with a porous solid as a storage layer. The storage layer here has the same height as the electrodes 3, 4 and fills the entire space 9. The volume of the liquid is therefore as small as possible. It would also be conceivable that the storage layer is less high than the electrodes 3, 4.
Dann füllt die Speicherschicht den Zwischenraum 9 zwar weiterhin vollständig in Querrichtung des Sensors aus, aber nicht in Höhenrichtung, wodurch das Volumen für die Then the storage layer continues to fill the space 9 completely in the transverse direction of the sensor, but not in the vertical direction, so that the volume for the
Flüssigkeit vergrößert wäre. Bezugs zeichenliste : Liquid would be enlarged. Reference character list:
1 Membran 1 membrane
2 Mantel des Sensors  2 jacket of the sensor
3 Elektrode 3 electrode
4 Elektrode  4 electrode
5 Endabschnitt der Elektrode 5 end portion of the electrode
6 Endabschnitt der Elektrode 7 Zweig der Elektrode 6 end portion of the electrode 7 branch of the electrode
8 Träger 8 carriers
9 Zwischenraum  9 space
10 EiektrodenanSchlüsse  10 electrode connections

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensor zur Messung des in einer Flüssigkeit gelösten 1. Sensor for measuring the dissolved in a liquid
C02, wobei der Sensor zumindest umfasst  C02, the sensor comprising at least
- zwei Elektroden (3, 4), sowie  - Two electrodes (3, 4), as well
- einen für Gase und Flüssigkeiten nicht durchlässigen Mantel (2 ) ,  - a jacket (2) which is not permeable to gases and liquids,
- eine Membran (1), die für C02 durchlässig ist, an den Mantel (2) anschließt und gemeinsam mit dem Mantel einen Innenraum bildet, der die Elektroden (3, 4) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (3, 4) einen Endabschnitt (5, 6) aufweist, der an der Membran (1) anliegt, wobei der Zwischenraum (9) zwischen den  - A membrane (1) which is permeable to C02, connects to the jacket (2) and, together with the jacket, forms an interior space which surrounds the electrodes (3, 4), characterized in that each electrode (3, 4) has an end section (5, 6) which bears against the membrane (1), the intermediate space (9) between the
Endabschnitten (5, 6) der beiden Elektroden (3, 4) mit Flüssigkeit befüllt ist, während ein Raum, der an der von der Membran abgewandten Seite der Endabschnitte (5, End sections (5, 6) of the two electrodes (3, 4) is filled with liquid, while a space on the side of the end sections (5,
6) an die Endabschnitte anschließt, nicht mit 6) connects to the end sections, not with
Flüssigkeit befüllbar ist.  Liquid can be filled.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die2. Sensor according to claim 1, characterized in that the
Flüssigkeit, die sich zwischen den Endabschnitten (5, 6) der beiden Elektroden (3, 4) befindet, destilliertes Wasser ist. Liquid which is located between the end sections (5, 6) of the two electrodes (3, 4) is distilled water.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (9) zwischen den Endabschnitten (5, 6) der beiden Elektroden (3, 4) zumindest teilweise mit einem porösen Festkörper als Speicherschicht befüllt ist . 3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate space (9) between the end sections (5, 6) of the two electrodes (3, 4) is at least partially filled with a porous solid as a storage layer.
4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (5, 6) zumindest einer Elektrode (3, 4) direkt auf der Membran (1) aufgebracht ist. 4. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the end section (5, 6) of at least one electrode (3, 4) is applied directly to the membrane (1).
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (5, 6) zumindest eine Verzweigung aufweist und zumindest ein Zweig (7) eines Endabschnitts (5, 6) einer Elektrode (3, 4) zumindest teilweise zwischen zwei Zweigen (7) des 5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the end section (5, 6) has at least one branch and at least one branch (7) of an end section (5, 6) of an electrode (3, 4) at least partially between two branches (7) of the
Endabschnitts (6, 5) der anderen Elektrode (4, 3) angeordnet ist.  End section (6, 5) of the other electrode (4, 3) is arranged.
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (5, 6) jeweils kammförmig mit einer Anzahl von n Zweigen (7) ausgebildet ist und (n-1) Zweige eines Endabschnitts (5, 6) einer Elektrode (3, 4) jeweils zwischen zwei Zweigen (7) des Endabschnitts (6, 5) der anderen Elektrode (4, 3) angeordnet sind. 6. Sensor according to claim 5, characterized in that the end section (5, 6) is each comb-shaped with a number of n branches (7) and (n-1) branches of an end section (5, 6) of an electrode (3, 4) are each arranged between two branches (7) of the end section (6, 5) of the other electrode (4, 3).
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zweig (7), insbesondere jeweils (n-1) Zweige (7), eines Endabschnitts (5, 6) einer Elektrode (3, 4) in ihrer Längsrichtung um mehr als zwei Drittel mit den benachbarten Zweigen (7) des Endabschnitts (6,7. Sensor according to claim 6, characterized in that at least one branch (7), in particular in each case (n-1) branches (7), an end portion (5, 6) of an electrode (3, 4) in its longitudinal direction by more than two thirds with the adjacent branches (7) of the end section (6,
5) der anderen Elektrode (4, 3) überlappen. 5) overlap the other electrode (4, 3).
8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (5, 6) an der Seite, die von der Membran (1) abgewandt ist, auf einem Träger (8) aus elektrisch isolierendem Material 8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the end sections (5, 6) on the side facing away from the membrane (1) on a support (8) made of electrically insulating material
aufliegen .  lie on.
9. Verwendung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Messung der Leitfähigkeit einer außerhalb des Sensors befindlichen Flüssigkeit. 9. Use of a sensor according to one of claims 1 to 8 for measuring the conductivity of a liquid located outside the sensor.
10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei durch Messung der 10. Use according to claim 9, wherein by measuring the
Leitfähigkeit die C02-Konzentration bestimmt wird.  Conductivity the C02 concentration is determined.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2926138A1 (en) * 1979-06-28 1981-01-08 Siemens Ag Carbon di:oxide liq. content meter - has gas permeable diaphragm in cell in contact on one side with carbon di:oxide contg. liq., and on another side with measuring liq.
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