DE4232564A1 - Schaltungsanordnung zur Messung von ionensensitiven Feldeffekttransistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnuung zur Messung des Elektrolytkontaktes während des Meßbetriebes von ionensensiti­ ven Feldeffekttransistoren.

Es ist bekannt, daß ionensensitive Feldeffekttransistoren zur Arbeitspunkteinstellung ein definiertes Lösungspotential benö­ tigen, das mittels einer Referenzelektrode oder Pseudorefe­ renzelektrode realisiert wird. Eine Unterbrechung des Elektro­ lytkontaktes durch Anschlußfehler oder Austrocknung führt zu fehlerhaften Messungen.

Bekannt ist weiterhin und wird nach den Ausführungen von Herrmann V., Tesche M., Kaiser S. in "Wissenschaftlicher Zeit­ schrift der TU Dresden Jahrgang 1989 Heft 5/6 Seite 319" em­ pfohlen, die Reaktion von Potentialsprüngen der Elektrode in der Lösung am ionensensitiven Feldeffekttransistor zu bewer­ ten.

Danach muß bei Ausbleiben dieser Reaktion am ionensensitiven Feldeffekttransistor auf eine Elektrolyt-Unterbrechung und damit auf fehlerhafte Meßwerte geschlossen werden. Der Nachteil besteht in der statischen Änderung des ionensen­ sitiven Feldeffekttransistoren-Potentials während der Prü­ fung, die zusätzliche Drift- und Einschwingvorgänge verur­ sachen kann.

Aus Patentschrift DD 257301 ist bekannt, wonach eine Meßschal­ tung zur Temperaturmessung mittels Wechselspannungsmodulation der Referenzelektrode beschrieben wird.

Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die temperaturabhängige Steilheit des ionensensitiven Feldeffekt­ transistors zwar bewertet wird, jedoch nicht den Aspekt der Unter­ brechung des Elektrolytkontaktes berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung zum Messen auf ungestörten Elektrolyt zu schaffen, die frei ist von den Nachteilen einer diskontinuierlichen Prüfung, die zusätzliche Drifterscheinungen als Folge stati­ scher Potentialsprünge verursacht. Das Meßverfahren, entspre­ chend der Schaltungsanordnung, soll kontinuierlich arbeiten und der Verbesserung der Meßsicherheit von ionensensitiven Meßsystemen dienen.

Erfindungsgemäß wird eine Kleinsignalwechselspannung der Elek­ trodenspannung überlagert. Bei ungestörtem Elektrolytkontakt zwischen Elektrode und ionensensitivem Feldeffekttransistor bewirkt die Modulation der Lösung die Kleinsignalansteuerung des ionensensitiven Feldeffekttransistor-Sensors. Damit wird das ionensensitive Feldeffekttransistor-Ausgangssignal eben­ falls moduliert. Dabei bleibt der statische Arbeitspunkt des Feldeffekttransistor-Sensors unverändert, statische Poten­ tialsprünge und damit zusätzliche Drifterscheinungen werden vermieden.

Eine Bewertungsschaltung am ionensensitven Feldeffekttran­ sistoren-Ausgang prüft die Anwesenheit der Wechselspannung und signalisiert, ob die modulierte Spannung erscheint. Kann das modulierte Wechselspannungssignal nicht nachgewie­ sen werden, liegt eine Unterbrechung des Elektrolytkontaktes vor.

Gemäß Fig. 1 stellt die Betriebsschaltung des ionensensitiven Feldeffekttransistors (4) den statischen Arbeitspunkt des ionensensitiven Feldeffekttransistors-Sensors (3) über das Po­ tential der zu messenden elektrolytischen Lösung (2) mittels der Elektrode (1) ein. Erfindungsgemäß wird in einer Misch­ stufe (6) dem Gleichspannungspotential (5) der Elektrode (1) eine niederfrequente Wechselspannung (7) mit geringer Ampli­ tude überlagert. Ohne Unterbrechung des Signalweges, d. h. bei Anwesenheit des Elektrolyten und bei störungsfreier Leitungs­ führung wird über eine Entkoppelschaltung (8) oder direkt die NF-Spannung der Bewertungsschaltung (9) zugeführt. Die Bewer­ tungsschaltung (9) signalisiert bei vorhandener Wechselspan­ nung (7) einen ordnungsgemäßen Elektrolytkontakt. Fehlt diese Wechselspannung (7), wird ein unterbrochener Elektrolytkontakt am Ausgang der Bewertungsschaltung (10) und damit ein Fehler im Meßsystem angezeigt.

Am Signalausgang (11) kann unabhängig von der beschriebenen Testfunktion das unverfälschte Sensorsignal abgenommen werden.

Bezugszeichenliste

 1 Elektrode in der Meßlösung
 2 Meßlösung
 3 ionensensitiver Feldeffekttransistor-Sensor
 4 Betriebsschaltung des Sensors
 5 Vorspannung für die Elektrode 1
 6 Mischstufe
 7 Niederfrequenzspannung UNF
 8 Entkoppelschaltung
 9 NF-Bewertungsschaltung
 10 Bewertungssignal
 11 Sensorausgangssignal

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung für den ionensensitiven Feldeffekt­ transistor-Meßbetrieb zum Nachweis des Elektrolytkon­ taktes, gekennzeichnet dadurch, daß eine Wechselspan­ nung (7) dem Potential der Lösung (2) überlagert wird und diese Wechselspannung (7) am Ausgang des ionensen­ sitiven Feldeffekttransistors-Sensors ohne Beeinflus­ sung der Meßgröße bei ordnungsgemäßen Elektrolytkontakt durch die NF-Bewertungsschaltung (9) nachgewiesen wird, wobei das Fehlen der Wechselspannung bei der Betriebs­ schaltung des Sensors (4) einen gestörten Elektrolyt­ kontakt anzeigt.

2. Schaltungsanordnung zum Nachweis des Elektrolytkontak­ tes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zum Test erforderliche Wechselspannung (7) nur für die Zeit der Testphase zugeschaltet wird.

3. Schaltungsanordnung zum Nachweis des Elektrolytkontak­ tes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Testschaltung sowohl im ionensensitiven Feldeffekttran­ sistor-Meßgerät oder auf dem Halbleitersensor-Chip realisiert werden kann.

4. Schaltungsanordnung zum Nachweis des Elektrolytkontak­ tes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Nachweis der Wechselspannung (7) an der Entkoppelschal­ tung sowohl durch eine analoge Bewertungsschaltung als auch über eine digitale Signalverarbeitung erfolgen kann.

5. Schaltungsanordnung zum Nachweis des Elektrolytkontak­ tes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Nachweis der Wechselspannung (7) durch phasensynchrone Signalbewertung den Einfluß von möglichen Störspannun­ gen verhindert.