電位傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電位傳感器，其包括：測(cè)量半電池，其具有導(dǎo)體元件；基準(zhǔn)半電池，其具有基準(zhǔn)元件；測(cè)量電路，其與測(cè)量半電池的導(dǎo)體元件和基準(zhǔn)半電池的基準(zhǔn)元件連接，并且被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生取決于導(dǎo)體元件與基準(zhǔn)元件之間的電位差的測(cè)量信號(hào)，其中，測(cè)量半電池包括：外殼，在該外殼中形成外殼室，該外殼室由第一離子選擇性膜封閉；第一內(nèi)部電解液，其容納在外殼室內(nèi)、接觸離子選擇性膜并且被所述導(dǎo)體元件接觸，其中，導(dǎo)體元件包括：內(nèi)部導(dǎo)體，尤其是包括金屬導(dǎo)體的內(nèi)部導(dǎo)體，該內(nèi)部導(dǎo)體與測(cè)量電路連接；以及氣密阻擋層，該氣密阻擋層將內(nèi)部導(dǎo)體與第一內(nèi)部電解液隔開。
【專利說明】
電位傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電位傳感器，其中該電位傳感器具有測(cè)量半電池和基準(zhǔn)半電池以及測(cè)量電路，該測(cè)量電路被配置成產(chǎn)生取決于測(cè)量半電池與基準(zhǔn)半電池之間的電位差的測(cè)量信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002]這些傳感器通常用于化學(xué)、生物化學(xué)、藥學(xué)、生物技術(shù)、食品技術(shù)、水資源管理和環(huán)境技術(shù)的許多領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)室和過程測(cè)量技術(shù)中，以分析測(cè)量介質(zhì)，特別地，測(cè)量流體。借助于電位傳感器，可在測(cè)量流體中檢測(cè)與例如離子的化學(xué)物質(zhì)相關(guān)的活性以及相關(guān)的被測(cè)變量，諸如，分析物濃度或PH值ο活性或濃度將被傳感器測(cè)量的物質(zhì)也被稱為分析物。
[0003]通常，電位傳感器包括測(cè)量半電池和基準(zhǔn)半電池以及測(cè)量電路。當(dāng)與測(cè)量流體接觸時(shí)，測(cè)量半電池形成取決于測(cè)量介質(zhì)中的分析物的濃度或活性的電位，而基準(zhǔn)半電池提供不取決于分析物的濃度的穩(wěn)定基準(zhǔn)電位。測(cè)量電路產(chǎn)生表示測(cè)量半電池與基準(zhǔn)半電池之間的電位差的測(cè)量信號(hào)。能夠通過測(cè)量電路將測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)竭M(jìn)一步處理測(cè)量信號(hào)的上位單元，例如，測(cè)量變換器。
[0004]通用傳感器的基準(zhǔn)半電池包括與基準(zhǔn)電解液接觸的基準(zhǔn)元件。基準(zhǔn)電解液容納在外殼室內(nèi)，其中該外殼室形成在基準(zhǔn)電極的外殼內(nèi)。為了執(zhí)行測(cè)量，基準(zhǔn)電解液必須與測(cè)量介質(zhì)電解接觸。此接觸通過匯合部(junct1n)來建立，其中該匯合部例如由例如穿過外殼壁的通孔、多孔膜片或間隙組成?；鶞?zhǔn)半電池的電位通過基準(zhǔn)電解液和基準(zhǔn)元件來限定。如果例如基準(zhǔn)電極被構(gòu)造為銀/氯化銀電極，那么基準(zhǔn)電解液是具有高氯化物濃度的水溶液，并且基準(zhǔn)元件是涂以氯化銀的銀線。基準(zhǔn)元件以導(dǎo)電方式與上文所述的測(cè)量電路連接。
[0005]測(cè)量半電池包括電位形成元件，其中在測(cè)量半電池被構(gòu)造為離子選擇性電極的狀況下，電位形成元件可為離子選擇性膜。這些離子選擇性電極中的這些離子選擇性膜的示例為例如如普通PH玻璃電極中所使用的pH敏感玻璃膜、液體或聚合物膜，諸如，鈉電極或銨電極中所使用的液體或聚合物膜，或單晶膜，例如，用于氟化物電極的單晶膜。
[0006]被構(gòu)造為離子選擇性電極的測(cè)量半電池通常包括外殼，該外殼中形成了由離子選擇性膜封閉的外殼室，外殼室容納內(nèi)部電解液以及與內(nèi)部電解液接觸的導(dǎo)體元件。通常，尤其在基準(zhǔn)半電池包括銀/氯化銀電極時(shí)，至少部分涂以氯化物的銀線用作導(dǎo)體元件。當(dāng)離子選擇性膜與測(cè)量介質(zhì)接觸時(shí)，由于分析物活性或濃度改變，導(dǎo)致測(cè)量流體與經(jīng)由內(nèi)部電解液而與膜接觸的導(dǎo)體元件之間的平衡伽伐尼(Galvani)電位差的相對(duì)改變。由測(cè)量電路記錄的提供恒定基準(zhǔn)電位的基準(zhǔn)半電池與測(cè)量半電池的導(dǎo)體元件之間的電位差相對(duì)于測(cè)量流體中的分析物的活性或濃度發(fā)生的改變而改變。
[0007]在這些電位傳感器在過程測(cè)量技術(shù)的領(lǐng)域中的一些應(yīng)用中，觀察到傳感器通常展現(xiàn)顯著縮短的使用壽命，尤其是在涉及傳感器暴露到高溫和/或溫度改變的過程中或在涉及傳感器暴露到含有例如，硫化氫、氰化氫或氨的某些氣體的測(cè)量流體或清潔劑的過程中。同樣，在使用壽命內(nèi)，所測(cè)量的值的質(zhì)量并不是始終令人滿意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供上文所述的類型的通用電位傳感器，其中該電位傳感器將在這些應(yīng)用中提供可靠的測(cè)量值且具有延長(zhǎng)的使用壽命。
[0009]該目標(biāo)通過根據(jù)權(quán)利要求1的電位傳感器來解決。有利實(shí)施例列舉在從屬權(quán)利要求中。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的電位傳感器包括:
[0011 ]-測(cè)量半電池，其具有導(dǎo)體元件；
[0012]-基準(zhǔn)半電池，其具有基準(zhǔn)元件；
[0013]-測(cè)量電路，其與測(cè)量半電池的導(dǎo)體元件以及基準(zhǔn)半電池的基準(zhǔn)元件連接，且被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生取決于導(dǎo)體元件與基準(zhǔn)元件之間的電位差的測(cè)量信號(hào)，
[0014]其中測(cè)量半電池包括:
[0015]-外殼，其中形成了外殼室，外殼室由第一離子選擇性膜封閉，以及
[0016]-第一內(nèi)部電解液，其容納在外殼室內(nèi)、接觸離子選擇性膜，且被導(dǎo)體元件接觸，
[0017]其中導(dǎo)體元件包括:
[0018]-內(nèi)部導(dǎo)體，其與測(cè)量電路連接，且特別地包括金屬導(dǎo)體；以及
[0019]-氣密阻擋層，其將內(nèi)部導(dǎo)體與第一內(nèi)部電解液分離。
[0020]傳感器可特別地用于記錄取決于測(cè)量流體中的分析物的濃度或活性的測(cè)量變量。
[0021]在上述應(yīng)用的狀況下，變得明顯的是，現(xiàn)有技術(shù)的普通電位傳感器中的測(cè)量半電池的導(dǎo)體元件上的化學(xué)過程損害其測(cè)量準(zhǔn)確性，或可甚至導(dǎo)致早期功能故障。
[0022]如果例如測(cè)量流體不僅含有將通過電位傳感器來監(jiān)視的分析物，而且含有穿透離子選擇性膜進(jìn)入到測(cè)量半電池的內(nèi)部電解液中且與導(dǎo)體元件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的其它物質(zhì)，那么這可導(dǎo)致測(cè)量質(zhì)量降低。舉例來說，液體膜和聚合物膜對(duì)于如測(cè)量流體中所含有的氣體——如硫化氫、氰化氫或氨——來說是可滲透的。這些氣體可與例如用作導(dǎo)體元件的涂以氯化物的銀線的導(dǎo)體元件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其中化學(xué)反應(yīng)影響電位傳導(dǎo)。在存在硫化物離子的情況下，用作導(dǎo)體元件的涂以氯化物的銀線將例如轉(zhuǎn)化為銀/硫化銀電極，這不適于用作測(cè)量半電池的I導(dǎo)體。這可在短時(shí)間段內(nèi)，甚至可能在幾天內(nèi)，導(dǎo)致傳感器的功能故障。穿透膜而從測(cè)量流體進(jìn)入到內(nèi)部電解液中的氫氰酸和氨具有類似效果。
[0023]此外，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)中已知的普通電位傳感器的溫度上升時(shí)，氯化銀可溶解為復(fù)合物，其中導(dǎo)體元件被構(gòu)造為涂以氯化物的銀線。隨著溫度的隨后降低，所溶解的氯化銀沉積在外殼室內(nèi)的可用表面上，包括離子選擇性膜的面向外殼的內(nèi)側(cè)的后側(cè)。特別地，這可在傳感器通常暴露到顯著溫度波動(dòng)的過程中日益增加地發(fā)生。然而，膜上的氯化銀沉積是不合需要的，這是因?yàn)槁然y沉積可影響離子選擇性膜的后側(cè)上的電位形成。特別在由于還原物質(zhì)和光的影響，膜的內(nèi)側(cè)上的氯化銀完全或部分還原為金屬銀時(shí)，預(yù)期到這種情形。
[0024]然而，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括氣密阻擋層，其中該氣密阻擋層將內(nèi)部導(dǎo)體與第一內(nèi)部電解液分離。以此方式，傳感器受到保護(hù)而免受經(jīng)由膜從所測(cè)量的液體進(jìn)入到測(cè)量半電池的外殼室中的物質(zhì)所導(dǎo)致的化學(xué)改變。因此，這些物質(zhì)或早期功能故障所導(dǎo)致的對(duì)測(cè)量半電池的電位的影響被有效地防止。同樣，熱變化所導(dǎo)致的第一離子選擇性膜的面向測(cè)量半電池的內(nèi)部的一側(cè)上的氯化銀沉積得以避免。
[0025]在有利實(shí)施例中，阻擋層對(duì)于尤其是諸如硫化氫、氫氰酸或氨的氣體的干擾物質(zhì)和/或諸如硫化物、氰化物和/或銨離子的干擾離子來說是不可滲透的。在特別有利的實(shí)施例中，阻擋層對(duì)于干擾物質(zhì)來說是化學(xué)惰性的。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體元件被構(gòu)造為膜電極，該膜電極包括:第二外殼室，其布置在所述外殼室內(nèi)，且由第二離子選擇性膜閉合；以及第二內(nèi)部電解液，其容納在第二外殼室內(nèi)，其中，內(nèi)部導(dǎo)體與第二內(nèi)部電解液接觸。
[0027]在此實(shí)施例中，第二離子選擇性膜可為pH敏感玻璃膜或氣密離子選擇性固體膜。
[0028]優(yōu)選地，尤其如果第二離子選擇性膜是pH敏感玻璃膜，那么第一內(nèi)部電解液與第二內(nèi)部電解液兩者含有緩沖劑系統(tǒng)。玻璃膜的面向第一內(nèi)部電解液的前側(cè)與玻璃膜的面向第二內(nèi)部電解液的后側(cè)之間的電位差根據(jù)能斯特方程式基本上取決于第一內(nèi)部電解液與第二內(nèi)部電解液的PH值之間的差。因此，有利的是，兩種電解液的pH值由緩沖劑系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0029]在特別有利的實(shí)施例中，第一內(nèi)部電解液與第二內(nèi)部電解液兩者含有相同緩沖劑系統(tǒng)且具有相同PH值。在此實(shí)施例中，如果不考慮膜上通常極低的不對(duì)稱電位，那么第二離子選擇性膜上的電位差為0V。
[0030]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二內(nèi)部電解液和第一內(nèi)部電解液可為相同成分物。這從制造觀點(diǎn)來看是有利的，這是因?yàn)樵诖藸顩r下，不需要產(chǎn)生兩種不同的電解液溶液。
[0031]在替代實(shí)施例中，導(dǎo)體元件可包括導(dǎo)電內(nèi)部導(dǎo)體和涂層，其中該涂層充當(dāng)將導(dǎo)電內(nèi)部導(dǎo)體與內(nèi)部電解液屏蔽的阻擋層。
[0032]舉例來說，導(dǎo)體元件可被設(shè)計(jì)為具有由搪瓷(enamel)制成的涂層的搪瓷電極。
[0033]充當(dāng)阻擋層的涂層可包括至少一層離子導(dǎo)電聚合物或離子導(dǎo)電陶瓷。特別地，離子導(dǎo)電聚合物可為質(zhì)子導(dǎo)電聚合物或氫氧化物離子導(dǎo)電聚合物。
[0034]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，阻擋層涂層可包括玻璃層。這可例如熔合或沉積到內(nèi)部導(dǎo)體或圍繞內(nèi)部導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)上。
[0035]可替代地，導(dǎo)體元件可包括電解液-絕緣體-半導(dǎo)體(EIS)結(jié)構(gòu)，特別地，包括離子選擇性場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFET)。在這些狀況下，EIS結(jié)構(gòu)的隔離物或ISFET的柵極層可充當(dāng)氣密阻擋層。
[0036]基準(zhǔn)半電池可具有另外的外殼室和基準(zhǔn)電解液，其中基準(zhǔn)電解液容納在所述另外的外殼室中，經(jīng)由布置在所述另外的外殼室的壁中的匯合部而與圍繞所述另外的外殼室的測(cè)量流體接觸，其中，與測(cè)量電路連接的基準(zhǔn)元件與測(cè)量電路連接。
[0037]基準(zhǔn)元件和內(nèi)部導(dǎo)體的設(shè)計(jì)可相同。舉例來說，基準(zhǔn)元件以及內(nèi)部導(dǎo)體可包括至少部分涂覆氯化物的銀線。基準(zhǔn)電解液和/或第二內(nèi)部電解液可具有高氯化物濃度，特別地，呈具有3mol/l的濃度的溶解氯化鉀的形式。
[0038]第一離子選擇性膜可為離子選擇性液體膜或聚合物膜。特別地，這些膜對(duì)于如硫化氫、氨或氫氰酸等氣體或其離子來說是可滲透的。然而，由于阻擋層，所述氣體或其離子無法到達(dá)內(nèi)部導(dǎo)體并導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)。第一離子選擇性膜可同樣為離子選擇性固體膜或PH敏感玻璃膜。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器可被設(shè)計(jì)為組合電極，其中該組合電極具有外殼，測(cè)量半電池和基準(zhǔn)半電池形成在該外殼中，且因此相互不可分離地連接。
【附圖說明】
[0040]下文將基于附圖所示的實(shí)施例示例來更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。其中:
[0041]圖1是電位傳感器的示意性表示；
[0042]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有導(dǎo)體元件的離子選擇性電極的示意性表示；
[0043]圖3是離子選擇性電極的示意性表示，其中該離子選擇性電極具有通過氣密阻擋層而與離子選擇性電極的內(nèi)部電解液分離的導(dǎo)體元件；
[0044]圖4是被設(shè)計(jì)為pH玻璃電極的具有導(dǎo)體元件的離子選擇性電極的示意性表示。
【具體實(shí)施方式】
[0045]在圖1中，以示意性方式描繪用于測(cè)量測(cè)量流體3中的分析物的活性或濃度的電位傳感器I的結(jié)構(gòu)。電位傳感器I包括至少部分浸入在測(cè)量流體3中的測(cè)量半電池2和同樣至少部分浸入在測(cè)量流體3中的基準(zhǔn)半電池4以及測(cè)量電路5。測(cè)量電路5被設(shè)計(jì)成尤其以無電流方式檢測(cè)測(cè)量半電池2與基準(zhǔn)半電池4之間的電位差，且產(chǎn)生表示此電位差的測(cè)量信號(hào)。此夕卜，測(cè)量電路5可被設(shè)計(jì)成進(jìn)一步處理測(cè)量信號(hào)，特別地，被設(shè)計(jì)成放大測(cè)量信號(hào)和/或?qū)⑵鋽?shù)字化，且例如將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到上位單元或顯示設(shè)備。
[0046]基準(zhǔn)半電池4可例如以通常被稱為基準(zhǔn)電極類型2的方式來設(shè)計(jì)。特別地，此基準(zhǔn)電極具有外殼，其中形成了容納基準(zhǔn)電解液的室。此基準(zhǔn)電解液經(jīng)由布置在外殼中的匯合部，諸如例如，孔、接頭或膜片，與圍繞外殼的介質(zhì)電解接觸?；鶞?zhǔn)電解液被基準(zhǔn)元件接觸，其中基準(zhǔn)元件從基準(zhǔn)電極的后側(cè)突出并且與測(cè)量電路5連接。通常使用的電極將為銀/氯化銀電極。作為基準(zhǔn)元件，在此狀況下，使用至少部分涂以氯化物的銀線?；鶞?zhǔn)電解液在此狀況下含有高氯化物濃度。舉例來說，基準(zhǔn)電解液可含有具有3mol/l的濃度的氯化鉀。
[0047]測(cè)量半電池2可例如為離子選擇性電極。特別地，離子選擇性電極的電位可取決于尤其為Na+、K+或NH4+的陽離子或例如C1—、F—或N03—陰離子的濃度。離子選擇性電極的電位可同樣取決于測(cè)量流體中的水合氫離子一一H+或H3O+—一的濃度或活性，S卩，取決于pH值。從現(xiàn)有技術(shù)已知被選擇用于記錄所要離子的適當(dāng)膜。為了測(cè)量PH值，例如，可使用具有pH敏感玻璃膜的離子選擇性電極。膜可同樣被設(shè)計(jì)為固體膜、聚合物膜或液體膜。離子選擇性聚合物膜可包括例如親脂性溶劑、將與親脂性反離子一起被測(cè)量的離子類型的鹽以及作為用于使膜穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)形成物的聚合材料。此外，膜可含有離子載體。
[0048]圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的此離子選擇性電極6的示意性表示。離子選擇性電極6具有柱形外殼7，其中柱形外殼7在其前側(cè)上由離子選擇性膜8關(guān)閉。外殼7的后側(cè)例如通過粘合或融合以液密方式封閉。內(nèi)部電解液9容納在外殼7中所形成的外殼室內(nèi)，其中內(nèi)部電解液9與離子選擇性膜8的面向外殼室的后側(cè)接觸。與測(cè)量電路5連接的導(dǎo)電導(dǎo)體元件10浸入在內(nèi)部電解液9中。該導(dǎo)體元件的設(shè)計(jì)可與基準(zhǔn)半電池4的基準(zhǔn)元件相同，例如，可為至少部分涂以氯化物的銀線。舉例來說，類似于基準(zhǔn)半電池4中的基準(zhǔn)電解液，內(nèi)部電解液9可包括所設(shè)定的氯化物濃度，例如，濃度為3mol/l的氯化鉀，以及可能的pH緩沖劑系統(tǒng)。pH緩沖劑系統(tǒng)至少包括弱酸及其對(duì)應(yīng)堿，或弱堿及其對(duì)應(yīng)酸，且用于使電解液的PH值穩(wěn)定。
[0049]為了借助于電位傳感器I來對(duì)測(cè)量流體3中的分析物濃度進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)半電池4和測(cè)量半電池2以下述方式浸入在測(cè)量流體中:使得測(cè)量半電池2的離子選擇性膜的外側(cè)和基準(zhǔn)半電池4的匯合部完全浸沒在測(cè)量流體3中。在所示出的示意圖中，測(cè)量半電池2和基準(zhǔn)半電池4具有兩個(gè)空間上分離的外殼。然而，傳感器I可同樣以已知方式設(shè)計(jì)為組合電極，其中測(cè)量半電池2和基準(zhǔn)半電池4的外殼相互緊固地連接。
[0050]如上所述，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有此測(cè)量半電池的電位傳感器的測(cè)量質(zhì)量以及使用壽命可因經(jīng)由膜8而進(jìn)入到內(nèi)部電解液9中的來自測(cè)量流體3的物質(zhì)而受到損害，其中所述物質(zhì)在連接器元件10上觸發(fā)化學(xué)過程。同樣，溫度波動(dòng)可因溶解且稍后在膜8的后側(cè)上形成沉積的導(dǎo)體元件10的氯化銀而導(dǎo)致測(cè)量質(zhì)量的損害。
[0051]圖3示出避免了這些問題的離子選擇性電極11。代替圖2所示的離子選擇性電極6，類似于圖1所示，離子選擇性電極11作為電位傳感器I的測(cè)量半電池2而插入到電位傳感器中。相同組件的附圖標(biāo)記保持相同。離子選擇性電極11包括外殼7，其中外殼7包圍外殼室，外殼室的后側(cè)以氣密方式密封，而前側(cè)由離子選擇性膜8封閉。在外殼室內(nèi)，容納了與膜8的后側(cè)接觸的內(nèi)部電解液9。本示例中的內(nèi)部電解液是可含有額外緩沖劑系統(tǒng)的具有所設(shè)定的氯化物濃度的水溶液。類似于圖1示意性地示出的傳感器I，從外殼7突出且浸入在內(nèi)部電解液9中的導(dǎo)體元件12可與電位傳感器的測(cè)量電路連接。
[0052]導(dǎo)體元件12包括:內(nèi)部導(dǎo)體13，其與傳感器I的測(cè)量電路5連接，并且特別地，包括金屬導(dǎo)體;以及氣密阻擋層14，其將內(nèi)部導(dǎo)體13與內(nèi)部電解液9分離。在本示例中，導(dǎo)體元件12被設(shè)計(jì)為搪瓷電極，S卩，氣密阻擋層14由圍繞內(nèi)部導(dǎo)體13的搪瓷層形成。在本示例中，內(nèi)部導(dǎo)體13被設(shè)計(jì)為金屬線，例如，銀線或鉑線。由于搪瓷層屏蔽內(nèi)部導(dǎo)體13與電解液9的事實(shí)，在導(dǎo)體元件處有效地避免可導(dǎo)致傳感器測(cè)量質(zhì)量降低或?qū)е略缙趥鞲衅鞅罎⒌那笆龌瘜W(xué)反應(yīng)。
[0053]如果例如離子選擇性膜8是特別地如硫化氫、氫氰酸或氨的氣體的干擾物質(zhì)可從測(cè)量流體3進(jìn)入到內(nèi)部電解液9中的聚合物膜或液體膜，那么氣密阻擋層14防止對(duì)內(nèi)部導(dǎo)體13的化學(xué)侵襲。
[0054]圖4示出離子選擇性電極20的第二示例，其中類似于圖1所示的傳感器I，離子選擇性電極20充當(dāng)電位傳感器的測(cè)量半電池。在此電極中，損害傳感器的測(cè)量質(zhì)量和使用壽命的這些過程被同樣避免。再次，圖2和圖3所示的離子選擇性電極的相同組件的附圖標(biāo)記在此圖中保持相同。
[0055]離子選擇性電極20包括柱形外殼7，其中柱形外殼7在其后側(cè)上以液密方式封閉。在前側(cè)上，外殼7通過形成外殼室而由第一離子選擇性膜8封閉。在外殼室內(nèi)，存在第一內(nèi)部電解液9，其中第一內(nèi)部電解液9與第一離子選擇性膜8的面向外殼室的后側(cè)接觸。第一內(nèi)部電解液9可為例如含有所設(shè)定的氯化物濃度和緩沖劑系統(tǒng)的水溶液。
[0056]可與測(cè)量電路5(圖1)連接的第一導(dǎo)體元件15浸入在第一內(nèi)部電解液9中。導(dǎo)體元件15包括具有管狀壁的外殼16，其中外殼16穿過離子選擇性電極14的外殼7的后側(cè)突出，而以液密方式密封。外殼16可例如通過粘合或融合而連接到外殼7的后側(cè)。屬于導(dǎo)體元件15的外殼16的后側(cè)同樣以液密方式封閉，在前側(cè)上，S卩，在面向離子選擇性電極14的第一離子選擇性膜8的一側(cè)上，外殼16由氣密第二離子選擇性膜18封閉。此膜可為如示意圖所示的平坦膜?；蛘撸诙x子選擇性膜18可具有不同幾何結(jié)構(gòu)，例如，圓拱形式。因此，第二外殼室形成在導(dǎo)體元件15的外殼16內(nèi)。此外殼室容納第二內(nèi)部電解液17，其中第二內(nèi)部電解液17與第二離子選擇性膜18的后側(cè)接觸。內(nèi)部導(dǎo)體19浸入在此第二內(nèi)部電解液中，其中內(nèi)部導(dǎo)體19從導(dǎo)體元件15的外殼16突出且可連接到電位傳感器I的測(cè)量電路5(圖1)。
[0057]第二離子選擇性膜18可例如為固體膜或玻璃膜。在任何狀況下，第二離子選擇性膜18形成氣密阻擋層，特別地，不允許任何物質(zhì)從第一內(nèi)部電解液9進(jìn)入到第二內(nèi)部電解液17中或反之亦然。
[0058]在本示例中，第二離子選擇性膜18是pH敏感玻璃膜。內(nèi)部導(dǎo)體19可被設(shè)計(jì)為至少部分涂以氯化物的銀線。在本示例中，第二內(nèi)部電解液17包括緩沖劑系統(tǒng)，例如，各自具有
0.lmol/1的濃度的磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，以及所設(shè)定的氯化物濃度，例如，3mol/l。
[0059]在有利實(shí)施例中，第一內(nèi)部電解液9和第二內(nèi)部電解液17包括優(yōu)選具有類似濃度的類似緩沖劑系統(tǒng)，以使得兩種內(nèi)部電解液9、17的pH值相同。因此，基于內(nèi)部電解液的pH值之間的差的、被設(shè)計(jì)為pH玻璃膜的第二膜18上的電壓基本上為OV，除可忽略的不對(duì)稱電位之外。同樣，在溫度波動(dòng)的狀況下，兩種內(nèi)部電解液9、17在此狀況下展現(xiàn)相同行為，以使得PH敏感膜的前側(cè)與后側(cè)之間的電位差基本上不會(huì)也根據(jù)溫度來改變。從制造的觀點(diǎn)來看，尤其有利的是，兩種內(nèi)部電解液是相同成分物。
[0060]在本示例中，第一離子選擇性膜8可為固體膜、玻璃膜或聚合物或液體膜。
[0061]如果離子選擇性電極20暴露到溫度波動(dòng)，那么可在導(dǎo)體元件的外殼室內(nèi)發(fā)生氯化銀沉積，如上所述。然而，因?yàn)榈诙?8充當(dāng)離子選擇性電極20的第二內(nèi)部電解液17與第一內(nèi)部電解液9之間的阻擋層，所以在第一離子選擇性膜8的后側(cè)上，可不發(fā)生氯化銀沉積。取決于測(cè)量流體3中的分析物濃度的第一膜8上的電位差可因此不受氯化銀沉積負(fù)面影響。雖然可在第二膜18，在此處被設(shè)計(jì)為pH敏感膜，的后側(cè)上發(fā)生氯化銀沉積，但氯化銀沉積無法負(fù)面影響測(cè)量質(zhì)量。
[0062]如果第一離子選擇性膜8是來自測(cè)量流體的干擾物質(zhì)可通過其進(jìn)入到第一內(nèi)部電解液9中的聚合物膜或液體膜，那么內(nèi)部導(dǎo)體有效地受到氣密第二膜18的保護(hù)而免受可負(fù)面地影響測(cè)量質(zhì)量的化學(xué)過程。
[0063]如本文所述的具有離子選擇性電極20的電位傳感器可如圖1的所述的傳感器I來設(shè)計(jì)。在此狀況下，離子選擇性電極20將形成測(cè)量半電池2。此傳感器的基準(zhǔn)半電池可為將涂以氯化銀的銀線作為基準(zhǔn)元件的銀/氯化銀電極，包括與基準(zhǔn)元件接觸且具有所設(shè)定的氯化物濃度并經(jīng)由匯合部而與測(cè)量流體3接觸的基準(zhǔn)電解液。此外，傳感器可包括與內(nèi)部導(dǎo)體19和基準(zhǔn)元件連接的測(cè)量電路。測(cè)量電路產(chǎn)生取決于內(nèi)部導(dǎo)體19與基準(zhǔn)元件之間的電位差的測(cè)量信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電位傳感器，包括: -測(cè)量半電池，所述測(cè)量半電池具有導(dǎo)體元件； -基準(zhǔn)半電池，所述基準(zhǔn)半電池具有基準(zhǔn)元件； -測(cè)量電路，所述測(cè)量電路與所述測(cè)量半電池的所述導(dǎo)體元件和所述基準(zhǔn)半電池的所述基準(zhǔn)元件連接，并且所述測(cè)量電路被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生取決于所述導(dǎo)體元件與所述基準(zhǔn)元件之間的電位差的測(cè)量信號(hào)， 其中，所述測(cè)量半電池包括: -外殼，在所述外殼中形成外殼室，所述外殼室由第一離子選擇性膜封閉， -第一內(nèi)部電解液，所述第一內(nèi)部電解液容納在所述外殼室內(nèi)、接觸所述離子選擇性膜，并且被所述導(dǎo)體元件接觸， 其特征在于，所述導(dǎo)體元件包括內(nèi)部導(dǎo)體，尤其是包括金屬導(dǎo)體的內(nèi)部導(dǎo)體，所述內(nèi)部導(dǎo)體與所述測(cè)量電路連接，并且所述導(dǎo)體元件進(jìn)一步包括氣密阻擋層，所述氣密阻擋層將所述內(nèi)部導(dǎo)體與所述第一內(nèi)部電解液隔開。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電位傳感器， 其中，對(duì)于適于與所述內(nèi)部導(dǎo)體的材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的干擾物質(zhì)，尤其是氣體和/或干擾離子，所述阻擋層不是可滲透的。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電位傳感器， 其中，所述阻擋層對(duì)于所述干擾物質(zhì)是化學(xué)惰性的。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述導(dǎo)體元件被構(gòu)造為膜電極，包括: 第二外殼室，所述第二外殼室布置在所述外殼室內(nèi)，并且被第二離子選擇性膜封閉；以及 第二內(nèi)部電解液，所述第二內(nèi)部電解液容納在所述第二外殼室內(nèi)，并且接觸所述第二離子選擇性膜，其中，所述內(nèi)部導(dǎo)體與所述第二內(nèi)部電解液接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電位傳感器， 其中，所述第二離子選擇性膜是PH敏感玻璃膜。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電位傳感器， 其中，所述第一內(nèi)部電解液和所述第二內(nèi)部電解液含有緩沖劑系統(tǒng)。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述第一內(nèi)部電解液與所述第二內(nèi)部電解液兩者含有相同的緩沖劑系統(tǒng)并且具有相同pH值。8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述第一內(nèi)部電解液和所述第二內(nèi)部電解液成分相同。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述導(dǎo)體元件包括導(dǎo)電內(nèi)部導(dǎo)體和涂層，所述涂層充當(dāng)將所述導(dǎo)電內(nèi)部導(dǎo)體與所述內(nèi)部電解液屏蔽的阻擋層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電位傳感器， 其中，所述導(dǎo)體元件被設(shè)計(jì)為搪瓷電極，并且所述涂層由搪瓷形成。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的電位傳感器， 其中，充當(dāng)阻擋層的所述涂層包括至少一層離子導(dǎo)電聚合物或離子導(dǎo)電陶瓷。12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，充當(dāng)阻擋層的所述涂層包括至少一個(gè)玻璃層。13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述導(dǎo)體元件包括離子選擇性場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFET)。14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述基準(zhǔn)半電池具有另外的外殼室和容納在所述另外的外殼室中的基準(zhǔn)電解液，所述基準(zhǔn)電解液經(jīng)由布置在所述外殼室的壁中的匯合部與圍繞所述外殼室的測(cè)量流體接觸，其中，與所述測(cè)量電路連接的所述基準(zhǔn)元件與所述測(cè)量電路連接。15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述基準(zhǔn)元件以及所述內(nèi)部導(dǎo)體包括至少部分涂覆氯化物的銀線。16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的一項(xiàng)所述的電位傳感器， 其中，所述第一離子選擇性膜是離子選擇性液體膜或聚合物膜。
【文檔編號(hào)】G01N27/333GK105823814SQ201610041492
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】斯特凡·維爾克, 延斯·費(fèi)特曼, 延斯·福格特倫德, 瑪格達(dá)蕾娜·洛西克, 邁克爾·漢克
【申請(qǐng)人】恩德萊斯和豪瑟爾測(cè)量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司