DE2617045C3 - Verfahren und Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden FlüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit,
insbesondere einer strömenden Flüssigkeit mittels mindestens zweier gleichartiger jeweils eine Meßelektrode
und eine Bezügselektrode, die sich in die strömende flüssigkeit erstrecken, enthaltenden Meßkreise,
in denen jeweils eine den gemessenen pH-Werten entsprechende Signalspannung erzeugt wird.
Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Anordnung diesel' Art (DE-OS 18 03 863) werden
jeweils die Meßelektrode und die Bezugselektrode der beiden Meßkreise in den Strömungsweg einer Flüssig*
keit, nämlich Blut, eingebracht, um auf diese Weise pH'Wertmessungen vorzunehmen, und die Meßelektroden
werden mit unterschiedlichen Membranen abgedeckt, um auf diese Weise die Eigenschaften dieser
Membranen im Zusammenhang mit den pH-Wertmessungen zu ermitteln, wozu außerdem Flüssigkeit aus
dem Strömungsweg entnommen wird, um so den pH-Wert zusätzlich zu bestimmen und Bezugsgrößen
für dit! mit den Elektroden ermittelten Meßwerte zu erhalten.
Diesies bekannte Verfahren und diese bekannte Anordnung dienen also lediglich zur Bestimmung der
Eigenschaften von die Meßelektroden abdeckenden Membranen, um so ßine wirksame Abdeckung für die
Messung von 3Iut zu finden, da nicht abgedeckte pH-Glaselektroden, wie sie üblicherweise zu pH-Wertmessungen
benutzt werden, zur Hämolyse, d. h. zur Zerstörung der das Hämoglobin tragenden roten
Blutkörperchen führt
Es ist bekannt, daß die bisherigen Verfahren und Anordnungen zur Messung des pH-Wertes sich zwar
recht gut für den Einsatz in Laboratorien eignen, daß sich jedoch Schwierigkeiten ergeben, wenn die Messungen
bei industriellen oder technischen Prozessen durchgeführt werden sollen, bei denen eine große
Verschmutzungsgefahr für die Meß- und die Bezugselektrode besteht. Durch derartige Verschmutzunffen
der Elektroden vermindert sich deren Empfindlichkeit, und es kommt häufig zu fehlerhaften Messungen.
Man hat daher bereits unterschiedlichste Verfahren angewendet, um Meß- und Bezugselektroden zu
reinigen, etwa durch Spülung mit Wasser, durch Reinigung mit Säure, Reinigung mittels Ultraschall,
Reinigung mittels automatisch arbeitender Bürsten u. a.
Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sich nach der Reinigung nicht feststellen läßt, ob die
Elektroden wieder voll funktionsfähig sind, und es ist daher im allgemeinen eine zusätzliche optische Überprüfung
der Elektroden erforderlich. Darüber hinaus beeinträchtigen die vorstehend genannten Reinigungsverfahren
entweder für eine gewisse Zeit die Meßgenauigkeit oder sie verkürzen die Lebensdauer der
Elektroden, wie etwa bei der Behandlung mit Ultraschall.
Eine weitere Schwierigkeit bei allen diesen Reinigungsverfahren
besteht darin, daß der Messung bzw. den Mießergebnissen nicht entnommen werden kann,
wann eine Reinigung erforderlich ist. Vielmehr muß die Reinigung in bestimmten, als optimal angesehenen
Zeitabständen erfolgen, und es ist sehr wohl möglich,
daß die Meß- und/oder Bezugselektrode bereits vor Durchführung der Reinigung so verschmutzt sind, daß
sich keine korrekte Messung mehr ergibt und damit unter Umständen fehlerhafte Regelvorgänge eingeleitet
werden, die zu erheblichen Schaden führen können.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine automatische Überwachung bei der pH-Wertmessung
zu erreichen, so daß eine Verschlechterung der Meßempfindlichkeit und/oder -genauigkeit sofort festgestellt
wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Verfahren der eingangs erwähnten Art derart ausgestaltet, daß die
zeitliche Änderung der Signalspannung der einzelnen Meßkreise bestimmt wird und daß bei Abweichung der
absoluten Größe dieser zeitlichen Änderungen voneinander über eine vorgegebene Zeitspänne der Meßkfeis
mit der kleinsten zeitlichen Änderung unwirksam gemacht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zwei gleichartige Meßkreise verwendet, durch die die Wahrscheinlichkeit, daß gar keine korrekte Messung durchgeführt wird, bereits erheblich verringert wird, wird also derjenige Meßkreis, dessen Meßwert sich über
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zwei gleichartige Meßkreise verwendet, durch die die Wahrscheinlichkeit, daß gar keine korrekte Messung durchgeführt wird, bereits erheblich verringert wird, wird also derjenige Meßkreis, dessen Meßwert sich über
eine vorgegebene Zeilspanne am langsamsten ändert, unwirksam gemacht, da vermutet werden kann, daß die
Elektroden dieses Kreises überdurchschnittlich verschmutzt oder beschädigt sind.
Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, daß das Potential an einer einwandfreien Meßelektrode
einer Änderung des pH-Wertes der zu überwachenden Flüssigkeit praktisch ohne zeitliche Verzögerung folgt,
so daß eine Verzögerung in der Potentialänderung gegenüber der pH-Wert-Änderung ein Hinweis dafür to
ist, daß eine Elektrode gealtert oder verschmutzt ist. Diese Verzögerung läßt sich selbstverständlich nicht
mittels des gleichen Meßlereises feststellen, in dem auch die verschlechterten Elektroden liegen, sondern hierzu
ist der getrennte Meßkreis erforderlich, mit dem ebenfalls der pH-Wert bzw. seine Änderung gemessen
wird. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, daß die Verschmutzung der Elektroden der verschiedenen
Meßkreise nicht gleichmäßig erfolgt, daß also eine verstärkte Verschmutzung einer Elektrode des einen
Meßkreises ohne weiteres mittels des anderen Meßkreises
festgestellt werden kann.
Es ist jedoch erforderlich, die zur gegenseitigen
Überwachung benutzte Größe der zeitlichen Änderung der Signalspannung der einzelnen Meßkreise über eine
vorgegebene Zeitspanne von beispielsweise 30 bis 90 Sekunden, vorzugsweise von etwa 60 Sekunden, zu
messen und erst dann ein Unwirksammachen des Meßkreises mit der kleinsten zeitlichen Änderung zu
bewirken, da es sehr wohl möglich ist, daß die zeitliche Änderung der Signalspannung auch in einem verschlechterten
Meßkreis während relativ kurzer Zeit spanne, etwa von 1 bis 5 Sekunden, größer sein kann als
in dem genaueren Meßkreis.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, die sich dadurch auszeichnet,
daß mit dem Signalspannungsausgang jedes Meßkreises eine Differenzierschaltung verbunden ist, deren Ausgänge
jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers fikoppelt sind, und daß der Ausgang des
Differenzverstärkers über den Meßkreisen zugeordnete, Zeitverzögerungsglieder enthaltende Kanäle mit
einem bistabilen Element zur Aktivierung des einen Meßkreises bei gleichzeitiger Unwirksammachung des
anderen Meßkreises verbunden ist.
Mit d'sser Anordnung werdet also die zeitliche
Änderung der Signalspannung der einzelnen Meßkreise bezeichnende Spannungen erzeugt und auf einen
Differenzverstärker gegeben, der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Vorzeichen den langsameren Meßkreis
bezeichnet, der. wenn diese langsamere zeitliche Änderung der Signalspannung über eine gewisse
Zeitspanne, die durch Zeitverzögerungsglieder in den den Meßkreisen zugeordneten Kanälen bestimmt wird,
unwirksam gemacht wird. Zu diesem Unwirksammachen dient ein bistabiles Element, etwa ein Kipprelais,
das mit einem Umschaltkontakt den schnelleren Meßkreis aktiviert, beispielsweise an eine Regelanordnung
für den pH-Wert legt.
Um die unterschiedliche Vorzeichen enthaltenden Ausgangssignale des Differenzverstärkers auf unterschiedliche
Kanäle verteilen zu können, kann einer dieser Kanäle einen Inverter enthalten, der beispielsweise
bei Anlegen einer negativen Spannung eine positive Spannung abgibt, jedoch beim Anlegen einer
positiven Spannung sperrt. Dadurch wird erreicht, daß der den Inverter enlha'iinde Kanal negative Ausgangssignalc
des Differenzverstärkers und der andere Kanal positive Ausgangssignale des Differenzverstärkers
verarbeitet.
Da häufig das Unwirksammachen eines Meßkreises nur dann sinnvoll ist, wenn die Unterschiede zwischen
den zeitlichen Änderungen der Signalsparinungen der beiden Meßkreise einen gewissen Wert erreichen,
können die Kanäle jeweils einen Schwellwertschalter enthalten, der verhindert, daß zu geringe Unterschiede
zwischen den zeitlichen Änderungen eine Betätigung des bistabilen Elementes bewirken.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch in einem Blockschaltbild dai gestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert
In einem Behälter 1 befindet sich eine zu überwachende Flüssigkeit 2, die beispielsweise senkrecht zur
Zeichenebene durch diesen Behälter strömt und deren pH-Wert innerhalb vorgegebener Grenzen konstant
gehalten werden soll.
Zu diesem Zweck tauchen in die Flüssigkeit 2 zwei Elektrodenpaare ein, und zwar die rJlaseIektrode 3 und
die Bezugselektrode 4 eines erster Meßkreises sowie
die Glaselektrode 13 und die Bezugselektrode 14 eines zweiten Meßkreises. Die an diesen Elektroden auftretenden
Potentiale werden jeweils einem Diffei^nzverstärker
5 bzw. 15 zugeführt, an deren Ausgang die Signalspannung U1 bzw. Lh auftritt. Diese Signalspannungen
bezeichnen die Größe des pH-Wertes der Flüssigkeit 2, und sie können beispielsweise an der,
Signalausgängen 6 bzw. 16 abgenommen und auf einen Streifenschreiber gegeben werden. Die Signalspannungen
können in der Größenordnung von 100 mV/1 pH liegen.
In der dargestellten Schaltung ist außerdem der Signalausgang 6 über den Umschaltkontakt 41 des
bistabilen Relais 40 an einen Eingang eines Differenzverstärkers 42 gelegt, an dessen anderem Eingang ein
Potentiometer 43 liegt Mit diesem Potentiometer 43 läßt sich der Soll-Wert des pH-Wertes der Flüssigkeit 2
einstellen, während dem Differenzverstärker 42 über den Umschaltkontakt 41 die den Ist-Wert bezeichnende
S:3nalspannung U\ zugeführt wird. Das Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 42, das dann im Verstärker 44 noch einmal verstärkt wird, stellt somit ein Maß für die
Abweichung des pH-Wertes der Flüssigkeit 2 von einem gewünschten Soll-Wert dar und kann benutzt werden,
um den pH-Wert in Richtung auf den Soll-Wert zu regeln.
Zur Überwachung der beiden Meßkreise und insbesondere der Elektrodenpaare 3, 4 und 13, 14 sind
außerdem an jeden Signalausgang verstärkende Differenzierschaltungen 7 und 17 angeschlossen, an deren
Ausgang, wie angedeutet, eine die zeitliche Änderung der Signalspannung bezeichnende Spannung auftritt, die
ein positives oder negatives Vorzeichen haben kann. Da es im vorliegenden Fall nur auf den Absolutwert der
zeitlichen Änderung der Signalspannung ankommt, wird
dieser Absolutwert in den Betragungsbildungsschaltungen 8 und 18 gebildet, wozu die Schaltungen 8 und 18
jeweils aus eine"! Brückengleichrichter bestehen können.
Die die absoluten Größen der zeitlichen Änderungen der Signalspannungen bezeichnender'. Spannungen
werden jeweils einem Eingang eines Differenzverstärkers 20 zugeführt, dessen Ausgangssignal bei Gleichheit
der beiden Einga/igsspannungen Null ist und deren Ausgangsspannung einen negativen Wert hat, wenn die
zeitliche Änderung der Signalspannung U\ größer ist als die zeitliche Änderung der Signalspannung Lh, während
die Ausgangsspannung positiv ist, wenn die zeitliche Änderung der Signalspannung Ui größer ist als die
zeitliche Änderung der SignalspartHUng U\.
Die Äusgangsspannung des Differenzverstärkers 20 dient zur Steuerung des bistabilen Relais 40, das
beispielsweise zwei getrennte, gegensinnig wirkende Wicklungen aufweist. Hierzu ist das bistabile Relais 40
mit zwei Kanälen verbunden, die am Ausgang des Differenzverstärkers 20 liegen, und von denen einer den
Inverter 21, den Schwellwertschalter 22 und das Zeitverzögerungsglied 23 und der andere den Schwellwertschalter
32 und das Zeitverzögerungsglied 33 enthält.
Tritt beispielsweise am Ausgang des Differenzverstärkers 20 eine negative Ausgangsspannung auf, so
wird diese über den Inverter 21 in eine positive Spannung umgewandelt und an den Schwellwertschalter
22 weitergegeben, während der Schwellwertschalter 32 die negative Ausgangsspannung nicht weitergibt.
Überschreitet die Spannung am Ausgang des Inverters 21 einen vorgegebenen Wert, so tritt am Ausgang des
Schwellwertschalter 22 eine Spannung auf, die dem ZeitverzögerungsgÜed 23 zugeführt wird. Wenn diese
Spannung während einer vorgegebenen Zeitspannung, beispielsweise 60 Sekunden, aufrechterhalten bleibt,
wenn also die zeitliche Änderung der Signalspannung U\ während dieser Zeitspanne immer oberhalb des
Wertes liegt, der durch den Schwellwertschalter 22 bestimmt ist, gelangt ein Ausgangssignal des Zeitverzögerungsgliedes
23 an das bistabile Relais 40, um dessen Umschaltkontakt 41 in die dargestellte Lage zu
bringen, in der der die Elektroden 13 und 14 enthaltende Meßkreis für die pH-Wertregelung über den Differenzverstärker
42 und den Verstärker 44 unwirksam gemacht wird.
Ergibt sich andererseits am Ausgang des Differenzverstärkers 20 infolge größerer zeitlicher Änderung der
Signalspannung U2 gegenüber der Signalspannung U\
eine positive Spannung, so wird diese nicht über den Inverter 21 weitergegeben, sondern gelangt lediglich in
den Schwellwertschalter 32 und, bei Erfüllung der vorstehend erwähnten Bedingungen, an das bistabile
Relais 40, das dann den Umschaltkontakt 41 nach unten umlegt, so daß dem einen Eingang des Differenzverstärkers
42 die Signalspannung Ui zugeführt und zur
Regelung des pH-Wertes ausgenutzt wird.
Um eine Anzeige für das Unwirksammachen eines Meßkreises bzw. die Umschaltung des bistabilen Relais
40 zu erhalten, können die an den Ausgängen der Zeitverzögerungsglieder 23 und 33 auftretenden Ausgangssignale
über Dioden 51 und 52 zusammengefaßt und einem Relais 53 zugeführt werden, in das zur
Vereinfachung ein Arbeitskontakl eingezeichnet ist, der ebenso wie der Kontakt 55 bei Auftreten eines
Äüsgangssignals schließt. In dieser Stellung liegt die
Lampe 57 zwischen der Spannungsquelle 54 und Masse, und durch den als Selbsthaltekontakt geschalteten
Kontakt 55 fließt über diesen, die Entkopplungsdiode 56 und den Arbeitskontakt des Relais 53 ein Hallestrom für
das Relais 53 nach Masse. Somit zeigt die Lampe 57 eine Umschaltung des Kontaktes 41 und damit eine
Umschaltung auf den anderen Meßkreis an.
Die Anzeige kann durch Öffnen der Rückstelltaste 58 ausgeschaltet werden, da durch dieses öffnen der
Haltestromkreis für das Relais 53 unterbrochen wird.
Mittels der Erfindung erfolgt somit ein Unwirksammachen des jeweils langsameren Meßkreises für die
pH-VVertmPSSung, d.h. es erfolgt nicht erst eine Reaktion, wenn einer der Meßkreise vollständig
ausgefallen ist. Vielmehr ergab sich bei einer aufgebauten Schaltung eine zuverlässige automatische Umschaltung
zwischen den MeUkreisen, wenn.die Änderungsgeschwindigkeit
der Signalspannung am Eingang der Differenzierschaltung 5 χ 10-5 V/Sekunden betrug.
Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß die Überwachung selbstverständlich auch so durchgeführt werden kann, daß nur die Änderungsgeschwindigkeit der Signalspannung bei Zunahme oder bei Abnahme des pH-Wertes ausgewertet wird. In diesem Fall können dann die Betragsbildungsschaltungen 8 und 18 die Form von Einweg-Gleichrichterschaltungen haben.
Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß die Überwachung selbstverständlich auch so durchgeführt werden kann, daß nur die Änderungsgeschwindigkeit der Signalspannung bei Zunahme oder bei Abnahme des pH-Wertes ausgewertet wird. In diesem Fall können dann die Betragsbildungsschaltungen 8 und 18 die Form von Einweg-Gleichrichterschaltungen haben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit,
mittels mindestens zweier gleichartiger jeweils eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode, die
sich in die strömende Flüssigkeit erstrecken, enthaltenden Meßkreise, in denen jeweils eine den
gemessenen pH-Werten entsprechende Signalspannung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die zeitliche Änderung der Signalspannung der einzelnen Meßkreise bestimmt wird und
daß bei Abweichung der absoluten Größe dieser zeitlichen Änderung voneinander über eine vorgegebene
Zeitiipanne der Meßkreis mit der kleinsten zeitlichen Änderung unwirksam gemacht wird.
2. Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit,
mit mindestens zwei jeweils eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode, die sich in die strömende
Flüssigkeit erstrecken, enthaltenden Meßkreiseri zur
Erzeugung einer dem gemessenen pH-Wert entsprechenden Signalspannung, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Signalspannungsausgang (6; 16) jedes Meßkreises (3, 4, 5; 13, 14, 15) eine
Differenzierschaltung (7; 1/) verbunden ist, deren Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers
(20) gekoppelt sind, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (20) über den Meßkreisen (3, 4, 5; 13, 14, 15) zugeordnete,
Zeitverzögemngsglieder (23; 33) enthaltende Kanäle mit einem bistabil-rn Elen <;nt (40) zur Aktivierung
des einen Meßkreises bei gleichzeitiger Unwirksammachungdes
anderen Meßkr; ses verbunden ist
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der an den Ausgang des
Differenzverstärker (20) angeschlossenen Kanäle einen Inverter (21) enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle jeweils einen
Schwellwertschalter (22; 32) enthalten.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zeitverzögemngsglieder (23; 33) mit einer Anzeigeschaltung
(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58) zur Anzeige des Auftretens ei.ies Ausgangssignals gekoppelt
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762617045 DE2617045C3 (de) | 1976-04-17 | 1976-04-17 | Verfahren und Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762617045 DE2617045C3 (de) | 1976-04-17 | 1976-04-17 | Verfahren und Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2617045A1 DE2617045A1 (de) | 1977-10-20 |
DE2617045B2 DE2617045B2 (de) | 1978-08-17 |
DE2617045C3 true DE2617045C3 (de) | 1979-04-19 |
Family
ID=5975679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762617045 Expired DE2617045C3 (de) | 1976-04-17 | 1976-04-17 | Verfahren und Anordnung zur Messung des pH-Wertes einer Flüssigkeit, insbesondere einer strömenden Flüssigkeit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2617045C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4029321A1 (de) * | 1990-09-15 | 1992-03-19 | Hoechst Ag | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des ph-wertes von fluessigkeiten |
US5502388A (en) * | 1993-02-04 | 1996-03-26 | Hoechst Aktiengesellschaft | Method of measuring the pH value of a test solution with glass-electrode measuring cells and of simultaneously calibrating the measuring cells |
-
1976
- 1976-04-17 DE DE19762617045 patent/DE2617045C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2617045A1 (de) | 1977-10-20 |
DE2617045B2 (de) | 1978-08-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EGA | New person/name/address of the applicant |