DE2652370A1 - Mehrfachmessystem fuer die elektrochemische analyse stroemender fluessigkeiten und gase - Google Patents

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem Mehrfachmeßsystem für die elektrochemische Analyse strömender Flüssigkeiten und Gase nach der Gattung des Hauptanspruchs.
• Die elektrochemische Analyse hat dank der stürmischen Entwicklung der ionenselektiven Elektroden in letzter Zeit einen erheblichen Aufschwung genommen. Eine zur Durchführung solcher Analysen geeignete Meßkette ist beispielsweise in der DT-OS 2 503 176 beschrieben. Dort wird unter anderem eine Einstabmeßkette vorgeschlagen, bei der eine Meßelektrode und mit eine Bezugselektrodevgeringem Abstand nebeneinander an der gleichen Oberfläche eines Elektrodenkörpers angeordnet sind und diese Oberfläche eine Begrenzung einer flachen wannenförmigen Meßkammer bildet, in deren Schmalseiten Zu- und Abflußkanäle münden. Die Meßkammer und die Zu- und Abflußkanäle sind in einem Isolierkörper ausgebildet.
• Es ist auch schon eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Durchflußmessung verschiedener Parameter einer Flüssigkeit bekannt geworden (Orion Research Newietter, Vol. VI, No. 2, 1974). Die Flüssigkeit wird hierbei in einzelne Zweige aufgeteilt, die je einen Modul mit zwei ionenselektiven Elektroden und einer Bezugselektrode durchströmen. Die Elektroden sind getrennt voneinander in dem Modul angeordnet und über Leitungen miteinander verbunden.
• Die Module erfordern deshalb einen großen Herstellungsaufwand, sind verhältnismäßig störungsanfällig und schwer sauber zu halten. Die verwendeten Elektroden mit Flüssigkeitsfüllung haben eine ziemlich kurze Lebensdauer. Wenn eine Elektrode ausfällt oder sich störende Ablagerungen in den Verbindungsleitungen und Meßkammern gebildet haben, muß der ganze Modul ausgewechselt und durch einen neuen ersetzt werden.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sowohl die Sensoren (Elektroden), als auch die Meßkammern sämtlich leicht auswechselbar zu einem kompakten Mehrfachmeßsystem vereinigt sind, wobei die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Meßkammern auf dem kürzesten Wege verlaufen. Die Sensoren sind untereinander austauschbar ausgebildet, so daß sie an beliebiger Stelle der Meßkette und in beliebiger Anzahl eingesetzt werden können. Dasselbe gilt für die Verbindung mit der Bezugselektrode. Der alle Meßkammern umschließende Metallrahmen dient zur Halterung der Sensoren und übernimmt gleichzeitig die Aufgabe, das ganze Meßsystem wirksam gegen äußere Störeinflüsse abzuschirmen.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Mehrfachmeßsystems möglich. So wird durch die Anbringung je einer Meßkammer an den gegenüberliegenden Stirnseiten jedes Isolierkörpers eine Verdoppelung der Meßstellen auf kleinstem Raum erreicht. Die beiden Meßkammerketten können unabhängig voneinander, hintereinander oder parallel von dem Strömungsmittel durchflossen werden.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Gesamtansicht des Mehrfachmeßsystems in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine Draufsicht desselben mit gestrichelter Darstellung der inneren Kanäle und Bohrungen, Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines Isolierkörpers in größerem Maßstab, Fig. 4a u. 4b Beispiele von an das Meßsystem angepaßten Sensoren und Fig. 4c ein Anschlußstück für die Zuführung des Bezugselektrolyten.
• Beschreibung der Erfindung Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Mehrfachmeßsystem weist einen Rahmen 1 aus Metall auf, der aus zwei parallelen Balken 2 und 3 und zwei Stirnwänden 4 und 5 besteht. Die Stirnwände sind mit Schrauben 6 an den Balken 2 und 3 befestigt. Außerdem sind die Stirnwände mit Bohrungen 7 versehen, die als Zu- und Ableitungskanäle für das zu analysierende Strömungsmedium dienen. Ferner weist die eine Stirnwand 4 eine Bohrung 8 zum Einsetzen einer Spannschraube 9 auf. SchlieBlich sind an Ober- und Unterseite der Stirnplatten 4 und 5 Schraubenlöcher 10 angebracht, die zum Befestigen einer Grundplatte 11 und einer nicht dargestellten Deckplatte aus Metall dienen.
• In den Balken 2 und 3 befinden sich in regelmäßigen Abständen Gewindebohrungen 12, in die jeweils wahlweise ein Stopfen (nicht dargestellt), ein Sensor 13 oder ein Anschluß stück 14 für den Bezugselektrolyten eingesetzt werden können. Sensoren und Anschlußstücke werden weiter unten näher beschreben.
• Im Zwischenraum zwischen den Balken 2 und 3 und den Stirnplatten 4 und 5 befindet sich eine Reihe gleichartig ausgebildeter Isolttrkörper 15, deren Anzahl derjenigen der Getindebohrungen 12 in einem seitlichen Balken entspricht. In denjenigen Stirnflächen der Isolierkörper 15, die den Balken 2 und 3 zugekehrt sind, sind Meßkammern 16 ausgebildet, die den Mitten der Gewindebohrungen 12 gegenüberliegen.
• Ein Isolierkörper, der beispielsweise aus Polyacrylglas besteht, ist in Fig. 3 in größerem Maßstab dargestellt. An den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 17 ist je eine Rinne 18 ausgefräst, in deren Mitte sich eine als Meßkammer 16 dienende Vertiefung befindet. Von den beiden Seitenflächen 19 des Isolierkörpers führen Kanäle 20 (Fig. 2) zu der Meßkammer 16, und zwar ist die Meßkammer 16 etwas flacher als die Kanäle 20. Die Austrittsöffnung 21 der Kanäle befinden sich in erhabenen Vorsprüngen 22 der Seitenflächen 19; die Oberflächen dieser Vorsprünge 22 sind als planparallele, die Austrittsöffnungen 21 umgebende Dichtflächen 23 ausgebildet.
• Wenn die parallelepipedischen Isolierkörper 15 in den Rahmen 1 eingesetzt sind, werden sie mittels der Spannschraube 9 zusammengepreßt, so daß die Dicht flächen 23 sich ohne zusätzliche Dichtungsmittel flüssigkeits- und gasdicht aneinanderlegen und eine ungehinderte Durchströmung der in einer Reihe liegenden Kette von Kanälen 20 und 25eßkar.u..ern 16 ermöglichen.Die Bohrungen 7 in den Stirnplatten 4 und 5 sind so anqebracht,daß sie mit den Kanälen 20 fluchten,so daß Zu-und Ableitungen 24 in die Kanäle 20 der äußersten Isolierkörper 15 eingeführt werden können.Die beiden Meßkammerreihen können mittels eines Verbindungsschlauches 25 hintereinandergeschaltet werden.Sie können aber auch getrennt und unabhängig verwendet oder zwecks Durchführung von Differentialmessungen parallelgeschaltet werden.
• Einige Beispiele für Einsatzkörper (Sensoren und Anschluß für den Bezugselektrolyt) sind in Fig.4 dargestellt.Alle Einsatzkörper besitzen ein Außengewinde 26, das in das Innengewinde der Gewindebohrungen 12 paßt. Ein Sechskant 27 ermöglicht den Ein- und Ausbau.
• Ferner besitzt jeder Einsatzkörper eine ebene Stirnfläche 28, die durch Einschrauben des Einsatzkörpers dichtend an den Grund der Rinne 18 angedrtickt werden kann und so die Meßkammer 16 abschließt.
• Fig. 4a zeigt eine ionenselektive Elektrode 29 mit einem Anschlußkontakt 30, der über einen Draht 31 mit einer Platinelektrode 32 verbunden ist. Diese ist Von einem Acrylglasmantel 33 umgeben; an der Stirnseite der Platinelektrode befindet sich eine scheibenförmige Membran 34, in der sich ein ionenselektives Material befindet.
• Fig. 4b zeigt eine zur Messung des Sauerstoffpartialdrucks dienende Elektrode 35. Sie besitzt einen zweipoligen Anschluß; die Zuleitung ist an den Anschlußkontakt 36 und die Rückleitung an Masse gelegt. Die Zuleitung ist mit einem Platindraht 37 verbunden, der von einem Glasmantel 38 umgeben ist.
• Die Rückleitung führt zu einer Bezugselektrode 39, die zugleich den Ausfluß des Elektrolyten 40 verhindert. Eine aufgeschweißte gasdurchlässige PTFE-Membran 41 gestattet den Durchtritt des Sauerstoffs aus dem zu analysierenden Medium.
• Fig. 4c zeigt ein Anschlußstück 14 für die Zuführung des Bezugselektrolyten. In einen Hohlkörper 42, an dem das Gewinde 26 ausgebildet ist, ist an der Stirnseite ein Stopfen 43 aus PTFE eingesetzt, der mit einer Mikrobohrung 44 versehen ist. Der Bezugselektrolyt 45 (KC1) kann über einen Anschlußstutzen 46 von einem Gefäß zugeleitet werden, in dem sich eine nicht dargestellte Bezugselektrode befindet. über die Mikrobohrung 44 steht der Bezugselektrolyt in Verbindung mit dem durch die angrenzende Meßkammer 16 strömenden Medium.
• Es sind verschiedene Abwandlungen des dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich. So kann die Spannschraube 9 durch eine Druckfeder ersetzt werden und mittels eines weiteren Einsatzkörpers, der ähnlich wie der Anschluß 14 ausgebildet ist, können dem Analysenmedium Zusätze zur vorbereitenden Durchführung chemischer Reaktionen zugeführt werden.
• Je nach der Führung der Zu- und Ableitungen 24 bzw. der Verbindungsleitung 25 können die beiden Meßkammerreihen getrennt, parallel oder hintereinander von dem Analysenmedium durchströmt werden. Die Isolierkörper 15 können nach Abnahme der Deckplatte einzeln herausgenommen und gereinigt bzw. ausgewechselt werden.
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Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Mehrfachmeßsystem für die elektrochemische Analyse strömender Flüssigkeiten und Gase mit mehreren selektiv empfindlichen Sensoren, die an nacheinander von dem zu analysierenden Strömungsmittel durchflossene Meßkammern angrenzen, wobei jede Meßkammer als Vertiefung in der Oberfläche dnes Isolierkörpers ausgebildet ist und im Isolierkörper verlaufende Zu- und Abflußkanäle in die Meßkammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (15) an den Austrittsöffnungen (21) der Zu- und Abflußkanale (20) zueinander parallele, die Austrittsöffnungen ringförmig umgebende Dichtflächen (23) aufweisen und mit aneinanderliegenden Dicht flächen gemeinsam in einen Metallrahmen (1) eingespannt sind, der mit Bohrungen (12! zum Einsetzen der Sensoren (13), sowie mit Zu- und Ableitungen (7) für das Strömungsmittel versehen ist.
2. 2. Mehrfachmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (23) an Vorsprüngen (22) aus den Seitenwänden (19) der parallelepipedisch geformten Isolierkörper (15) ausgebildet sind.
3. 3. Vehrfachmeßsystera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch qekennzeichnet, daß in jedem Isolierkörper (15) die Meßkammer (16) als Vertiefung am ebenen Grund einer Rinne (18) in einer Stirnfläche (17) ausgebildet ist.
4. 4. Mehrfachmeßsystent nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierkörrer (15) zwei an gegenüberliegenden Stirnflächen (17) ausgebildete Meßkammern (16) mit zugeordneten Zu- und Ableitungskanälen (20) aufweist.
5. 5. Mehrfachmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spannschraube (9), die in eine Stirnplatte (4) des Rahmens eingesetzt ist und an einer Seitenfläche (19) des benachbarten Isolierkörpers (15) anliegt.
6. 6. Mehrfachmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an dem Rahmen (1) befestigte Grund-und Deckplatten (11) aus Metall.
7. 7. Mehrfachmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (12) für die Sensoren (13) als Gewindebohrungen ausgebildet sind.
8. 8. Mehrfachmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (13) an seiner Stirnseite eine ebene, die Meßkammer (16) ringförmig umgebende Dichtfläche (28) aufweist.
9. 9. Mehrfachmeßsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in eine Sensorbohrung (12) des Rahmens (1) einsetzbaresAnschlußstück (14) für die Zuführung eines Bezugselektrolyten.