Sonde zur Bestimmung von in Flüssigkeiten gelösten Gasen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde zur Bestimmung von in Flüssigkeiten gelösten Gasen, mit einem im Gehäuse der Sonde angeordneten Elektrodensystem aus Edelmetallen, das nach aussen durch eine gasdurchlässige Membrane abgeschirmt ist.
Zu grosser Bedeutung ist die Messung von in Wasser, in Wasserlösungen oder in anderen Flüssigkeiten gelösten Gase gelangt. Als besonders wichtig erweist sich hierbei die Feststellung des Sauerstoffes in enthärteten oder auf andere Weise zubereiteten Zusatzwassern und Kondensaten von deren Einspeisung in Dampfkessel, ferner das Problem der Bestimmung von gelöstem Sauerstoff im ruhenden Wasser und Flusswasser und besonders die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes und der Konzentration in Nährböden für biochemische Zwecke.
Es sind nun schon verschiedene Sonden hierfür bekannt geworden. So ist zum Beispiel ein elektrochemischer Analysator für den Sauerstoffgehalt in Kesselspeisewasser bekannt, in dem die Anode der Messzelle aus Eisen, Nickel oder Kobaltin besteht und im unmittelbaren Kontakt mit dem zu analysierenden Wasser steht.
Bekannt sind auch Fühler, die ein Elektrodensystem aus Edelmetallen enthalten, wobei das System von der zu messenden Flüssigkeit durch eine gasdurchlässige Membrane abgeschirmt ist. Bei Sonden dieser Art ist aber von Nachteil, dass die zu der Herstellung der Membrane verwendeten Materialien, wie etwa Polymere von plastischen Massen, beispielsweise Polypropylen oder Polyisobutylen, bei längerem Gebrauch derartigen Spannungen unterworfen sind, dass bleibende Deformationen auftreten, wobei sich die Grösse der Deformationszunahme als eine Funktion der Belastung, der Temperatur und der Zeit erweist.
Zu ähnlichen Erscheinungen kommt es auch bei der Sterilisation der Sonde durch Erwärmung über 100 C. In beiden Fällen ändert sich die Dicke der Elektrolytschicht, der Strom im Messkreis, der Permeabilitätskoeffizient des Materials der Membrane und somit die Kalibrierung der Elektroden und zwar auch bei Konstantem Wert von gelöstem bauerstoff. Die geringe Stabilität der Einrichtung erlaubt keine übliche Anwendung der Sonde für die Kontrolle vom Gasgehalt und Gaskonzentration, und zwar besonders vom Sauerstoff, zum Beispiel in Nährböden und bei lange währenden Prüfungen des Sauerstoffgehalts im Wasser.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer Sonde, welche die Nachteile der bekannten Ausführungsformen vermeidet und welche sich durch besondere Druckfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturänderungen insbesondere bei Sterilisation, auszeichnet. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gehäuse der Sonde aus einem rohrförmigen Körper besteht, der an seinem einen Ende einen abnehmbaren Verschlussteil und an seinem anderen Ende die Membrane trägt, wobei sich innenseitig des Gehäuses ein Fühlerkörper erstreckt, der sich verschiebbar gegen die Wirkung einer Feder auf der Innenseite der Membrane abstützt.
Durch diese Massnahmen ist es möglich, eine konstante Dicke des Elektrolyten zu erreichen, die wesentlich grösser sein kann als bei Sonden bekannter Art, so dass sich die Empfindlichkeit der Sonde wesentlich erhöhen lässt. Es kann aber auch eine stärkere Membrane verwendet werden, die mechanisch widerstandsfähiger ist und bei einem längeren Gebrauch auch bessere Eigenschaften aufweist.
Die Wirkung der Feder erweist sich hierbei als ein Mittel zur kontinuierlichen Kompensation von Druckänderungen, hervorgerufen etwa durch Erwärmung auf Temperaturen bis 1300C und durch langdauernden Betrieb der Sonde bei üblichen Temperaturen. Als Material für die Herstellung des Fühlerkörpers können zum Beispiel durch Polymerisation entstandene plastische Massen verwendet werden, mit Vorteil vor allem Fluoroplaste.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes soll anhand der Zeichnung, welche eine Sonde in Schnitt zeigt, nachfolgend näher erläutert werden.
Die dargestellte Sonde zur Bestimmung von in Flüssigkeiten gelösten Gasen, insbesondere Sauerstoff, umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 6, das in der Darstellung obenseitig durch einen abnehmbaren Deckel 4 mit zwischenliegender Dichtung 3 verschlossen ist. Durch diesen Deckel 4 hindurch ist, von Dichtungsmitteln 2 umgeben, ein Messkabel 1 hindurchgeführt, an welchem sich innerhalb der Sonde geführte Messdrähte erstrecken.
Bodenseitig ist die Sonde durch eine Membrane 14 verschlossen, welche mittels zwei Ringen 10 aus Silikon Kautschuk am Gehäuse 6 befestigt ist. Die Membrane besteht zweckmässig aus Polytrifluormonochloräthy len.
Innerhalb der Sonde erstreckt sich ferner ein Fühlerkörper 7 aus Polytetrafluoräthylen, der sich mit seiner einen Stirnseite auf der Innenfläche der Membrane 14 verschiebbar abstützt. Andererseits wird der Fühlerkörper 10 von einer Feder 5 belastet, welche Feder sich mit ihrem oberen Ende an der Innenseite des Deckels 4 abstützt. Zwecks dichtendem Zusammenwirken mit der Innenwandung des Gehäuses 6 weist der Fühlerkörper 7 an seiner Mantelfläche zwei ringförmige Abragungen 8 auf, die an der Innenwandung des Gehäuses 6 anliegen.
Ferner ist innerhalb des Fühlerkörpers 11 eine Kathode 11 aus Edelmetall befestigt, welche eine Vertiefung aufweist, in die sich ein sogenannter Kompensationsthermistor 9, ein Heizleiter zur Temperaturkompensation, erstreckt. Die Anode 13 aus reinem Silber hingegen umgibt den Fühlerkörper 7 aussenseitig im Bereich einer Eindrehung in Nachbarschaft der Membrane 14, wobei der so gebildete Ringspalt 12 innerhalb der Sonde die Gaskammer bildet.
Probe for the determination of gases dissolved in liquids
The present invention relates to a probe for determining gases dissolved in liquids, with an electrode system made of noble metals which is arranged in the housing of the probe and which is shielded from the outside by a gas-permeable membrane.
The measurement of gases dissolved in water, in water solutions or in other liquids has become of great importance. The determination of the oxygen in softened or otherwise prepared additional water and condensates from their feeding into steam boilers proves to be particularly important, furthermore the problem of the determination of dissolved oxygen in still water and river water and especially the determination of the oxygen content and the concentration in nutrient media for biochemical purposes.
Various probes for this have now become known. For example, an electrochemical analyzer for the oxygen content in boiler feed water is known in which the anode of the measuring cell consists of iron, nickel or cobaltin and is in direct contact with the water to be analyzed.
Also known are sensors which contain an electrode system made of noble metals, the system being shielded from the liquid to be measured by a gas-permeable membrane. The disadvantage of probes of this type, however, is that the materials used to manufacture the membrane, such as polymers of plastic compounds, for example polypropylene or polyisobutylene, are subject to such stresses during prolonged use that permanent deformations occur, with the size of the deformation increase proves to be a function of load, temperature and time.
Similar phenomena also occur when the probe is sterilized by heating it to over 100 C. In both cases, the thickness of the electrolyte layer, the current in the measuring circuit, the permeability coefficient of the material of the membrane and thus the calibration of the electrodes change, even if the value remains constant of dissolved building material. The low stability of the device does not allow the probe to be used normally for checking the gas content and gas concentration, especially oxygen, for example in nutrient media and for long-term tests of the oxygen content in water.
The present invention now aims to create a probe which avoids the disadvantages of the known embodiments and which is characterized by particular pressure resistance and resistance to temperature changes, in particular during sterilization. This is achieved in that the housing of the probe consists of a tubular body that carries a removable closure part at one end and the membrane at its other end, with a sensor body extending inside the housing, which can be displaced against the action of a spring on the inside of the membrane.
These measures make it possible to achieve a constant thickness of the electrolyte, which can be considerably greater than with probes of the known type, so that the sensitivity of the probe can be increased significantly. However, a stronger membrane can also be used, which is mechanically more resistant and also has better properties with longer use.
The action of the spring turns out to be a means of continuously compensating for pressure changes, caused for example by heating to temperatures of up to 1300C and by long-term operation of the probe at normal temperatures. As a material for the production of the sensor body, for example, plastic masses produced by polymerisation can be used, advantageously primarily fluoroplastics.
An example embodiment of the subject matter of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, which shows a probe in section.
The probe shown for determining gases dissolved in liquids, in particular oxygen, comprises a tubular housing 6 which, in the illustration, is closed on the top by a removable cover 4 with an interposed seal 3. A measuring cable 1 is passed through this cover 4, surrounded by sealing means 2, on which measuring wires extend inside the probe.
On the bottom side, the probe is closed by a membrane 14 which is fastened to the housing 6 by means of two rings 10 made of silicone rubber. The membrane is suitably made of Polytrifluormonochloräthy len.
A sensor body 7 made of polytetrafluoroethylene extends inside the probe, one end face of which is slidably supported on the inner surface of the membrane 14. On the other hand, the sensor body 10 is loaded by a spring 5, which spring is supported with its upper end on the inside of the cover 4. For the purpose of sealing interaction with the inner wall of the housing 6, the sensor body 7 has two ring-shaped projections 8 on its outer surface, which are in contact with the inner wall of the housing 6.
Furthermore, a cathode 11 made of noble metal is fastened within the sensor body 11 and has a recess into which a so-called compensation thermistor 9, a heating conductor for temperature compensation, extends. The anode 13 made of pure silver, on the other hand, surrounds the sensor body 7 on the outside in the area of a recess in the vicinity of the membrane 14, the annular gap 12 thus formed forming the gas chamber within the probe.