DE10351682A1 - Selbstüberwachende pH-Elektrode - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pH-Messsystem, wobei mindestens eine Mehrpunktspannungsmessung zwischen einer pH-Elektrode mit mindestens zwei Referenzelektroden bzw. einer Referenzelektrode mit mindestens zwei pH-Elektroden vorgenommen wird.

Description

• pH-Sensoren sind wie andere ionenselektive Sensoren in zeitlichen Abständen zu Warten und auf ihre Steilheit mittels Kalibrierung durch bekannte Eichlösungen zu prüfen. Ursachen dafür können Verunreinigung an den Oberflächen der Sensormembran bzw. des Diaphragmas der Referenzelektrode, chemische Veränderungen der Membranen selbst oder deren inneren Ableitsysteme sein. Entscheidend dabei ist, dass Veränderungen im gesamten Sensorsystem, die zur Messverfälschung führen können, rechtzeitig erkannt werden bzw. durch zyklische Kalibrierung ständig neu bewertet und im Messergebnis berücksichtigt wird. Dieser Kalibrierungsvorgang wird je Einsatz der Sensoren manuell bzw. automatisiert durchgeführt.
• Beim Einsatz von Sensoren mit manueller Kalibrierung/Wartung besteht bei zu geringer Wartung die Gefahr, daß die Sensoren falsche Messergebnisse liefern und bei zu häufiger Wartung der Service- und Betriebskostenaufwand sehr groß wird. Die optimale Variante kann bei laufenden Messprozessen nur durch langjährige empirische Erfahrungen des Wartungspersonales ermittelt werden.
• Diese Nachteile zu beheben und eine manuelle Kalibrierung/Wartung nur dann durchzuführen, wenn diese erforderlich wird, ist Gegenstand der folgenden Erfindung.
• Das pH-Messsystem besteht zum Unterschied zu anderen pH-Messsystemen nicht nur aus einer Referenzelektrode sondern aus mindestens zwei oder mehreren Referenzelektroden, die als inneren Referenzelektrolyten einen pH-Unterschied aufweisen. Die pH-Elektrode ist weiterhin als Bezugssystem zu sehen, indem die unterschiedlichen Referenzelektroden gegen das Bezugssystem bewertet werden. Unter der Voraussetzung, daß pH-stabile Referenzelektrolyte verwendet werden, entstehen bei jeder pH-Messung mit dem Meßsystem und an jeder Referenzelektrode Spannungen die Parallel, im gleichen Anstieg, und um einen festen pH-Wert zueinander verschoben, verlaufen. Dieser pH-Unterschied ist dabei die pH-Differenz zwischen den pH-Werten der Referenzelektrolyten in den Referenzelektroden.
• Als Steilheit S für die pH-Elektrode gilt dann
• 
• Damit wird es möglich unabhängig der wiederkehrenden Messaufgaben die Steilheit der pH-Elektrode ständig zu überwachen, diese zu bewerten und entsprechend deren zeitlichen Veränderung eine erforderliche manuelle Wartung und Kalibrierung zu signalisieren.
• Dieses Verfahren kann auch dann angewendet werden, wenn die Parallelität zwischen den beiden Kennlinien der Sensorspannung 1 und Sensorspannung 2 nicht gegeben ist. In diesem Fall ist die Beschreibung der beiden Kennlinien zueinander dem Auswertesystem mittels vorheriger Kalibrierung bekannt zu geben, womit analog ständig zu hohe Abweichungen des Messsystems aus dem zulässigen Messtoleranzbereich erkannt, bewertet und signalisiert werden können.
• Mit Einsatz dieses Messsystems kann auf turnusmäßige oder vorbeugende Wartung und Kalibrierung der Elektroden verzichtet werden, womit diese Arbeiten erst dann durchgeführt werden müssen, wenn diese vom Messsystem angefordert werden. Damit wird eine hohe Betriebs- und Prozesssicherheit gewährleistet, ohne komplexe Messautomationen einsetzen zu müssen.
• Die gleichzeitige Auswertung mittels mehrerer Elektrodenkennlinien kann prinzipiell auch durch die Kombination von zwei pH-Elekdroden unterschiedlicher Ableitelektrolyten und einem Referenzsystem realisiert werden. Auf diese Möglichkeit wird in den Schutzrechten verwiesen, ist aber in der Zeichnung nicht explizit aufgeführt.

1

pH-Elektrode

1a

Glasmembran

1b

Messelektrolyt

1c

Ableitelektrode

2

Referenzelektrode 1

2a

Diaphragma

2b

Referenzelektrolyt 1

2c

Ableitelektrode

3

Referenzelektrode 2

3a

Diaphragma

3b

Referenzelektrolyt 2

3c

Ableitelektrode

4

Meßwandler Sensorspannung 1

5

Meßwandler Sensorspannung 2

6

Auswerteeinheit für Sensorspannungen

Claims (7)

1. pH-Messsystem gekennzeichnet das mindestens eine Mehrpunktspannungsmessung zwischen einer pH-Elektrode mit mindestens 2 Referenzelektroden bzw. einer Referenzelektrode mit mindestens 2 pH-Elektroden gegeben sein muß.
2. Messsystem nach Tz1, indem die Referenzelektrolyten bzw. Ableitelektrolyten in den pH-Elektroden jeweils unterschiedliche stabile pH-Werte aufweisen
3. Messsystem nach Tz1, das die n-1 fache pH-Elektrode bzw. Referenzelektrode das Basisbezugspotential zu den Referenzelektroden bzw. pH-Elektroden bildet
4. Messsystem nach Tz1, das der Quotient aus der Differenz der Spannungspotentiale der Mehrfachelektroden und die Differenz der pH-Werte der inneren Elektrolyte der Elektroden die Steilheit des Messsystem charakterisieren
5. pH-Messsystem gekennzeichnet, dass n-fache unterschiedliche Referenzsysteme und m-fache pH-Elektrodensysteme in Kombination zur Online-Mehrpunktmessung geschaltet sein können, um die Messgenauigkeiten zu erhöhen
6. pH-Messsystem gekennzeichnet, dass mehrere Elektrodensysteme konstruktiv miteinander kombiniert bis hin zum Einstabmesssystem gebaut sein können.
7. pH-Messsystem gekennzeichnet, die über eine elektronische Auswerteeinheit mit mehreren Spannungseingängen zur Beschaltung mit mehreren Elektroden verfügt und deren Kennlinienbeschreibung pH = Fkt(Elektrodenspannungen_n_Elektroden) der beschalteten Elektroden bekannt ist bzw. durch Kalibrierung des pH-Messsystems bekannt gegeben wird.