DE8814742U1 - Measuring electrode in analytical chemistry - Google Patents

Description

DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT.I. * CbQDIPL-ING. PETER OTTE PATENT ATTORNEY.I. * CbQ

·. Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße 15·. Representative at the European Patent Office / European Patent Attorney Tiroler Straße 15

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Firma Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH ft Co., 7016 GerungenConducta Company for Measurement and Control Technology mbH ft Co., 7016 Gerungen

Meßelektrode in der analytischen Chemie Stand der Technik Measuring electrode in analytical chemistry State of the art

Die Erfindung betrifft eine Meßelektrode in der analytischen Chemie nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring electrode in analytical chemistry according to the preamble of claim 1.

Bei Meßelektroden in der analytischen Chemie, und zwar angenommen für einen einfachen Fall . einer pH-Elektrode mit zugeordneter Referenzelektrode, etwa in Form einer Einstabmeßkette, ist es Üblich und bekannt, das extrem hochohnlge (Ri 2 SO MQtan oder mehr) Aaagangssignal häufig in Form einer abgeschirmten Leitung zu einem entfernt stehenden Auswertegerät zu Übertragen, wobei das Potential der Abschirmung dem Potential der Referenzhalbzelle entsprechen kann. Auf eine solche Einstab-pH-Meßkette wird deshalb genauer eingegangen, weil es sich hier auch um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung handelt, auf welches die Erfindung natürlich nicht eingeschränkt ist.For measuring electrodes in analytical chemistry, and specifically assuming a simple case of a pH electrode with an associated reference electrode, for example in the form of a single-rod measuring chain, it is usual and known to transmit the extremely high-impedance (Ri 2 SO MQtan or more) output signal, often in the form of a shielded cable to a remote evaluation device, whereby the potential of the shield can correspond to the potential of the reference half-cell. Such a single-rod pH measuring chain is therefore described in more detail because it is also a preferred embodiment of the present invention, to which the invention is of course not restricted.

Erst im Bereich des entfernt stehenden Auswertegerats erfolgt dann eine Impedanzwandlung des sehr hochohmigen Meßelektrodensignale von den beispielsweise hler in nume-Only in the area of the remote evaluation device does an impedance conversion of the very high-impedance measuring electrode signals from the sensors, for example, into numerical

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rischen Werten angegebenen 50 Hegohm der Meßelektrode herunter auf beispielsweise £ 1 kChm oder weniger, wobei es üblich ist, dem Auswertegerät von einem gesonderten Temperatursensor auch das Temperatursignal der Meßlösung zuzuführen, damit ein temperaturkompensiertes, also entsprechend korrigiertes Ausgangssignal schließlich gewonnen werden kann. Hierzu ist es zum Teil noch üblich, im Bereich des Auswertegeräts einen Manuell zu betätigenden, beispielsweise ait einen Potentiometer verbundenen Stellknopf anzuordnen und in Tenperaturgraden zu eichen. Die Bedienungsperson stellt dann das Temperaturpotentioraeter auf den von Teaperatürsensor erfaßten Nert ein, wodurch sich dann auch eine entsprechende Temperaturkompensation des in seiner Impedanz ebenfalls gewandelten Meßelektroden-Ausgangseignais ergibt.ical values of the measuring electrode down to, for example, £ 1 kChm or less, whereby it is usual to also feed the temperature signal of the measuring solution from a separate temperature sensor to the evaluation device so that a temperature-compensated, i.e. appropriately corrected, output signal can ultimately be obtained. For this purpose, it is still partly usual to arrange a manually operated adjustment knob, for example connected to a potentiometer, in the area of the evaluation device and to calibrate it in temperature degrees. The operator then sets the temperature potentiometer to the value recorded by the temperature sensor, which then also results in a corresponding temperature compensation of the measuring electrode output signal, the impedance of which is also converted.

Problematisch bei diesen bisherigen Meßverfahren ist, daß bei den ohnehin nur relativ geringen, im mV-Bereich liegenden Auegangsspannungen der Halbzellen die Verbindung zum Auswertegerät Über die Steckverbindung an der Meßelektrode zum Auswertegerät hochohmig verläuft, so daß sich schon hier eine Vielzahl von Fehlern in das Meßsignal einschleichen können. Di· Temperaturkompensation nuß dann an entfernten Stellplatz üblicherweise durch Ie oder autonntlscne Ronpeneatlcn an Auswertegerät vorgenonm den, wobei das Tenperatursignal ebenfalls bis zum Stellplatz geführt werden muß, mit der weiteren Möglichkeit einer Fehleranhaufung.The problem with these previous measuring methods is that, given the relatively low output voltages of the half cells in the mV range, the connection to the evaluation device via the plug connection on the measuring electrode to the evaluation device is high-impedance, so that a large number of errors can creep into the measurement signal. Temperature compensation must then be carried out at a remote location, usually by means of sensors or autonomous relays on the evaluation device, whereby the temperature signal must also be fed to the location, with the further possibility of an accumulation of errors.

Besonders problematisch ist hier ferner noch der Umstand, daß die Schirnung der Fernleitung üblicherweise auf dem Halbzellenpotentlal der Referenzelektrode liegt undParticularly problematic here is the fact that the shielding of the long-distance line is usually at the half-cell potential of the reference electrode and

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beispielsweise dutch Feuehtigkeitseinflüsse ein Nebenanschluß auftreten kann, wodurch die Halbzelle belastet wird, so daß die ganze Meßanordnung nicht mehr symmetrisch ist und eich Meßfehler bis zu mehreren pH-Werten ergeben können. Diese feuchtigkeitsbedingte Nebenschlußwirkung hat ferner nuch den schwerwiegenden Nachteil, daß die AgCl-Halbzella der Referenzelektrode reduziert wird.For example, due to moisture influences, a shunt can occur, which puts a strain on the half-cell, so that the entire measuring arrangement is no longer symmetrical and measurement errors of up to several pH values can result. This moisture-related shunt effect also has the serious disadvantage that the AgCl half-cell of the reference electrode is reduced.

Sine Ähnliche Wirkung wie ein feuchtigkeitebedingter Nebenanschluß ergibt sich aber auch dann bei einer solchen Ein-5fcösNÜS&bgr;&lgr;«u&idiagr;>&thgr; , weil« ÜmbjT uie &Agr;&udigr;&iacgr;&idigr;&tgr;&aacgr;&Ggr;&iacgr;&Bgr;^&bgr;&idiagr;&agr;&iacgr;&agr; uiiu ucleu jeweilige Erdverbindungen ein galvanisch durchgehender Nebenschluß sum Gefäß mit der Meßlösung hergestellt wird, wodurch wieder das HalbZellenpotential der Referenzelektrode, da mit der Meßlösung in galvanischer Verbindung stehend, belastet wird. Dieser durch die durchgehenden galvanischen Verbindungen geschaffene Nebenschluß ist. int praktischen Ausftthrungsbeispiel nur schwer zu vermeiden und kommt zu einem eventuellen feuchtigkeitsbedingten Nebenschluß noch hinzu.A similar effect to a moisture-related shunt also occurs with such a single-phase system, because a galvanically continuous shunt is created between the respective earth connections and the vessel containing the measuring solution, which in turn places a load on the half-cell potential of the reference electrode, which is in galvanic connection with the measuring solution. This shunt created by the continuous galvanic connections is difficult to avoid in a practical example and is in addition to any moisture-related shunt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer insbesondere mit einem zusätzlichen Temperatursensor ausgerüsteten MeSelektrode, speziell für uie pS-Messung, dafür zu sorgen, daß sich direkt an der Steckverbindung des Elektrodeneteckkopfes ein niederohmiges und gegenüber den vorhandenen Erdverbindungen im Meßbereich galvanisch getrenntes und daher durch im Wege der Auswertung auftretende Nebenschlüsse gegen Masse nicht mehr beeinflußbares, insoweit also fehlerfreies Elektrodenausgangssignal ergibt.The invention is therefore based on the task of ensuring, in a measuring electrode equipped with an additional temperature sensor, especially for pS measurement, that a low-resistance electrode output signal is produced directly at the plug connection of the electrode plug head, which is galvanically isolated from the existing earth connections in the measuring range and therefore can no longer be influenced by shunts to ground occurring during evaluation, and is therefore error-free.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß durch die niederohmige ImpedanzWandlung unmittel-The invention solves this problem with the characterizing features of the main claim and has the advantage that the low-impedance conversion immediately

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bar im elektrodenseitigen Teil der weiterführenden Steckverbindung, also im am Elektrodenschaft befestigten Steckkopf in Verbindung mit der an dieser Stelle ebenfalle stattfindenden Temperaturkompensation und/oder galvanischen Trennung am Auegang der Meßelektrode sofort ein auf einen vergleichsweise sehr niederohmigen Innenwiderstand gewandeltes Ausgangssignal anliegt, welches durch den anderen Steckkopfteil der weiterführenden Leitung abgenommen und einem entsprechenden Auswertegerät zugeführt werden kann. Dieses Auswertegerät kann im Aufbau vereinfacht sein, da keine Temperaturkompensation oder Impedanzwandlung mehr erforderlich ist; es brauchen auch keine Vorkehrungen getroffen zu werden, um auf eventuell entstehende Nebenschlüsse durch Brdverbindungen zu achten und sich hierdurch ergebende Belastungen im Referenzelektrodenbereich zu vermeiden.In the electrode-side part of the further plug connection, i.e. in the plug head attached to the electrode shaft, in conjunction with the temperature compensation and/or galvanic isolation that also takes place at this point, an output signal converted to a comparatively very low internal resistance is immediately present at the output of the measuring electrode, which can be taken by the other plug head part of the further line and fed to a corresponding evaluation device. This evaluation device can be simplified in its structure, since no temperature compensation or impedance conversion is required; no precautions need to be taken to pay attention to any shunts that may arise through BRD connections and to avoid any resulting loads in the reference electrode area.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß nach außen, etwa im Leitungebereich, keine hochohmigen Verbindungen auftreten; das am elektrodenseitigen Steckkopfteil abgenommene Ausgangssignal ist niederohmig, vorzugsweise schon galvanisch getrennt und vorzugsweise schon temperaturkompensiert und zwar durch Schaltungen, die mit eigener Stromversorgung im elektrodenseitigen Steckkopf in geeigneter Form und Heise und entsprechend miniaturisiert mit eigener Stromversorgung angeordnet sind.It is also particularly advantageous that there are no high-resistance connections to the outside, for example in the cable area; the output signal taken from the electrode-side plug head part is low-resistance, preferably already galvanically isolated and preferably already temperature-compensated by circuits that are arranged with their own power supply in the electrode-side plug head in a suitable shape and heat and appropriately miniaturized.

Die Verbindungsleitungen von den meßaktiven Elementen, also den beiden Halbzellen der pH-Elektrode und der Referenzelektrode sowie vom temperatureinpfindlichen Element im Bereich der Elektroden,und vorzugsweise eines einheitlich im gleichen Elektroden(glas)schaft angeordneten Temperatürsensors ,werden also bei vorliegender Erfindung lediglich bis in den Endbereich des Elektro-The connecting lines from the active measuring elements, that is, the two half-cells of the pH electrode and the reference electrode as well as from the temperature-sensitive element in the area of the electrodes, and preferably a temperature sensor arranged uniformly in the same electrode (glass) shaft, are therefore only extended to the end area of the electrode in the present invention.

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donschaftes geführt und werden unmittelbar angrenzend sofort mit entsprechenden Anschlüssen von im elektrodenseitigen Steckkopfteil angeordneten Schaltungen verbunden. Diese Schaltungen können beispielsweise auf kleinen Print- oder Trägertafeln montiert sein, vorzugsweise in hochintegrierter Form, und weisen entweder eine eigene Stromversorgung durch eine entsprechende Anzahl von Langlebensdauerbatterien auf oder die zur Verfügung stehende Steckverbindung ist so ausgelegt» daB sie neben dem MeBsignal (und einer Erdleitung) mindestens noch eine weitere freie Leitungsverbindung aufnehmen kann - sogenannter Triaxialsteekkopf; siehe DE-PS 33 24 297 bzw. DE-GM 83 19 463.0). Über diese dritte zur Verfügung stehende und über die Steckverbindung zur MeBelektrode gelangende Leitung kann dann eine externe Stromversorgung zugeführt werden.The cables are led along the shaft of the electrode and are immediately connected to the corresponding connections of the circuits arranged in the plug-in head part on the electrode side. These circuits can be mounted on small printed circuit boards or carrier boards, preferably in a highly integrated form, and either have their own power supply through a corresponding number of long-life batteries or the available plug-in connection is designed in such a way that it can accommodate at least one other free line connection in addition to the measuring signal (and an earth line) - so-called triaxial plug-in head; see DE-PS 33 24 297 or DE-GM 83 19 463.0). An external power supply can then be fed in via this third available line, which reaches the measuring electrode via the plug-in connection.

Hierdurch ergibt sich der entscheidende Vorteil, daB vor ort, also sofort an der MeBelektrode bzw. der EinstöbräeSkette die eEiöidecÜcm nenwectäüfbereitung vorgenommen wird und das MeBausgangssignal dann in im Grunde auch beliebiger Heise, nämlich als Gleichstrom, gegebenenfalls aber auch, je nach Auslegung der aufbereiteten Schaltung und Impedanzwandlung, nach Frequenz oder Amplitude codiert oder in beliebiger Weise pulscodemoduliert am elektrodenseitigen Steckkopfteil ansteht und durch die Steckverbindung dann zur Auswertung in diesem Fall auch beliebig weit entfernten Meßwerten zugeführt werden kann.This results in the decisive advantage that the electrical signal processing is carried out on site, i.e. immediately at the measuring electrode or the input chain, and the measuring output signal is then available at the electrode-side plug-in head part in basically any desired form, namely as direct current, but possibly also, depending on the design of the processed circuit and impedance conversion, coded according to frequency or amplitude or pulse code modulated in any desired way, and can then be fed through the plug connection for evaluation, in this case also to measured values that are any distance away.

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die heutigen Miniaturisierungstechniken machen eine solche Integrierung der aufbereitenden Schaltungen im Bereich des Steckkopfes problemlos möglich, zusammen mit der auf Batterien beruhenden Stromversorgung oder mit einer zusätzlichen Versorgungsschaltung, wenn eine entsprechende Versorgungsspannung von auften Ober die Steckverbindung zugeführt wird.Today's miniaturization techniques make such integration of the processing circuits in the area of the plug head possible without any problems, together with the battery-based power supply or with an additional supply circuit if a corresponding supply voltage is supplied from outside via the plug connection.

Bevorzugt sind die Schaltungen im Elektrodensteckkopf so ausgebildet» daB sich ein auf die übliche Bezugstemperatur von 2S⁰C kompensiertes Signal ergibt bei gleich* zeitiger Impedanzwandlung des ElektrodenmeBsignals, wenn keine Auslegung auf Sonder&bgr;ignalformen, die auch möglich sind, vorgesehen ist.Preferably, the circuits in the electrode plug head are designed in such a way that a signal compensated for the usual reference temperature of 25 ^° C is produced with simultaneous impedance conversion of the electrode measurement signal if no design for special signal forms, which are also possible, is provided.

Verwendet man beispielsweise Lithiumbatterien für die Stromversorgung der Aufbereitungssehaltungen im Steck" kopf, dann kann mit einer Lebensdauer der Batterie gerechnet werden, die der Elektrodenlebensdauer entspricht. Dabei ist es in allen Fällen und entsprechend den jeweiligen Ausführungsformen vorteilhaft, daß tai. grundsätzlich impedanzgewandelter Form des Ausgangssignals dieses galvanisch getrennt und/oder temperaturkompensiert am AusgangskontaktanschluB des elektrodenseitigen Steckkopfteils anliegt und durch die vorgesehene weiterführende (Norm)Steckverbindung, also dem anderen Steckkopfteil, abgenommen und weitergeführt werden kann.If, for example, lithium batteries are used to power the processing units in the plug-in head, then the battery life can be expected to be the same as the electrode life. In all cases and depending on the respective embodiments, it is advantageous that, in a fundamentally impedance-converted form of the output signal, this is applied to the output contact connection of the electrode-side plug-in head part in a galvanically isolated and/or temperature-compensated manner and can be removed and passed on through the intended (standard) plug connection, i.e. the other plug-in head part.

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Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. They show:

Fig. 1 als Mögliche AusfUhrungeform der Erfindung eine Binstabmeßkette «it Elektrodenschaft und Steckkopfteil undFig. 1 as a possible embodiment of the invention a binary electrode with electrode shaft and plug head part and

Pig. 2 in detaillierter Darstellung die einzelnen HeB-eysterne nit ihrer elektrischen Verschaltung und gegenseitigen Zuordnung.Figure 2 shows in detail the individual HeB stars with their electrical connections and mutual assignment.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Pig. 1 ist als bevorzugte Realisierungsform eine Einstabaeßkette 10 dargestellt, bestehend aus Blektrodenschaft 11 und eine« «it diesen fest verbundenen Steckkopfteil 12 als der eine Teil einer dl« Meßelektrode *it einer weiterführenden Leitung verbindenden Steckverbindung; in den Elektrodenschaft 13, beispielsweise Glaaröhrchen, befinden sich drei verschiedene Meßaysterne, nämlich die Halbzelle 14 für die pH-Meßelektrode, die Halbzelle M für die Referenzelektrode mit Diaphragma 15a und ein Temperatursensor 16. Die Anordnung der drei Systeme in einem Elektrodenschaft ist bevorzugt, aber für die Realisierung der Erfindung nicht notwendig; daher sind in der Darstellung der Pig. 2 die hier vorgesehenen drei Heßsysterne auch getrennt voneinander in die Meßlösung eintauchend gezeigt, wobei die Halbzelle 15 der Referenzelektrode 15' den Masseanschluß bilden kann und mit dem Referenzeingangsanschluß 18a einesIn Fig. 1, a single-rod measuring chain 10 is shown as a preferred embodiment, consisting of an electrode shaft 11 and a plug-in head part 12 firmly connected to it as one part of a measuring electrode with a further line; in the electrode shaft 13, for example a glass tube, there are three different measuring systems, namely the half-cell 14 for the pH measuring electrode, the half-cell M for the reference electrode with diaphragm 15a and a temperature sensor 16. The arrangement of the three systems in an electrode shaft is preferred, but not necessary for the implementation of the invention; therefore, in the illustration in Fig. 2, the three measuring systems provided here are also shown separately from one another immersed in the measuring solution, whereby the half-cell 15 of the reference electrode 15' can form the ground connection and can be connected to the reference input connection 18a of a

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Impedanzwandlers 18 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß der pH-Elektrode 14' liegt am Meßeingang 18b des Impedanzwandlers (8, während ein weiterer Steuereingang des Impedanzwandlers 18 gebildet ist von einem Rückkopplungsglied zwischen dem Ausgang 18c des Impedanzwandlers 18 und dem Meßeingang 18b, um hier eine nßgliche einfache Ausführungsforra von vielen zu zeigen, wie es mit Hilfe des Impedanzwandlers 18 gelingt, gleichzeitig eine Temperaturkompensation des Eingangsmeßsignals am Eingang 18b zu realisieren, über dem Rückkopplungszweig liegt, dargestellt als veränderlicher Widerstand 16* der Temperatursensor 16, wobei es sich versteht, daß der Impedanzwandler 18 in seinen Daten und Anschlüssen sowie in der Wahl des Temperatürsensors 16 so ausgelegt ist, daß sich am Ausgang 18c des Impedanzwandlers ein entsprechend temperatürkompensiertes Ausgangssignal des am Meßeingang 18b anliegenden Heßelektrodensignals ergibt. Hier sind eine Vielzahl weiterer Lösungen möglich, die im einzelnen nicht aufgeführt zu werden brauchen, da sie dem Fachmann geläufig sind. Der grundsätzliche Aufbau der Impedanzwandlerschaltung 18 ist jedenfalls so getroffen, daß in Verbindung mit dieser oder, falls gewünscht, natürlich auch getrennt, Mittel zur Temperaturkompensation des Meßelektroden-Ausgangssignals vorgesehen sind, die das Ausgangasignal eines Temperatursensor 16 auswerten und die Temperaturkompensation in einer für sich gesehen üblichen Weise vornehmen. Als Temperatursensor können NTC-Wideretinde, PTC-Elemente oder auch bekannte Tempecatursensoren auf der Baal« Platin- oder Nickelwidersttnde verwendet werden.impedance converter 18. The output connection of the pH electrode 14' is located at the measuring input 18b of the impedance converter (8, while another control input of the impedance converter 18 is formed by a feedback element between the output 18c of the impedance converter 18 and the measuring input 18b, in order to show here a possible simple embodiment of many how it is possible with the help of the impedance converter 18 to simultaneously realize a temperature compensation of the input measuring signal at the input 18b, the temperature sensor 16 is located above the feedback branch, shown as a variable resistor 16*, whereby it is understood that the impedance converter 18 is designed in its data and connections as well as in the choice of the temperature sensor 16 so that at the output 18c of the impedance converter there is a correspondingly temperature-compensated output signal of the measuring input 18b measuring electrode signal. A large number of other solutions are possible here, which do not need to be listed in detail, since they are familiar to the expert. The basic structure of the impedance converter circuit 18 is in any case such that, in conjunction with this or, if desired, also separately, means for temperature compensation of the measuring electrode output signal are provided, which evaluate the output signal of a temperature sensor 16 and carry out the temperature compensation in a manner that is conventional in itself. NTC resistors, PTC elements or also known temperature sensors based on platinum or nickel resistors can be used as temperature sensors.

Wesentlich ist, daß die Schaltung(en) zur Impedanzwandlung und Temperaturkompensation Innerhalb dee elektrodenseitigen Steckkopfteils 12 angeordnet sind, sie könnenIt is essential that the circuit(s) for impedance conversion and temperature compensation are arranged within the electrode-side plug-in head part 12; they can

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beispielsweise auf einer kleinen Printplatte 17 montiert sein, wie sie bei 17' in Pig. 1 im Steckkopfbereich angeordnet ist. Dort erkennt man auch angedeutet zwei oder mehr wahlweise vorhandene Batterien 19a, 19b, die der Stromversorgung der im Steckkopfteil integrierten Schaltung dienen.for example, it can be mounted on a small printed circuit board 17, as is arranged at 17' in Figure 1 in the plug head area. There you can also see indicated two or more optional batteries 19a, 19b, which serve to supply power to the circuit integrated in the plug head part.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, die kleine Schalt- oder Trägerplatte 17 in Steckkopfteil in üblicher Meise zu vergießen, also gegenüber sonstigen Umwelteinflüssen, auch Peuchtigkeit u.dgl. durch vollständiges Eintauchen und Überziehen mit einer geeigneten Kunstharzschicht zu immunisieren. Der Auegangeanschluß des Impedanzwandlers 18 ist dann jedenfalls direkt mit dem Auegangs-KontaktstiftanschluO 12a des elektrodenseitigen rteckkopfteils 12 verbunden.A preferred embodiment consists in encapsulating the small circuit or carrier plate 17 in the plug-in head part in the usual way, i.e. immunizing it against other environmental influences, including humidity, etc., by completely immersing it and covering it with a suitable synthetic resin layer. The output connection of the impedance converter 18 is then connected directly to the output contact pin connection 12a of the electrode-side plug-in head part 12.

Ist eine Temperaturkompensation nicht erforderlich oder aus sonstigen Gründen nicht erwünscht, dann kann diese gegebenenfalls weggelassen, vorzugsweise aber in Verbindung mit einer weiteren Ausgestaltung vorliegender Erfindung verwendet werden, die darin besteht, daß ferner noch ein galvanisches Trennglied 20 vorgesehen sein kann, welches, mit dem Ausgang des Impedanzwandler* 18 verbunden und diesem daher nachgeschaltet, so ausgebildet ist, daß es auf beliebige, für sich gesehen bekannte Heise eine galvanische Trennung zwischen dem ihm eingangsseitig zugeführten Heßelektrodensignal und dem eigentlichen, am Ausgangskontaktstift 12a anliegenden Ausgangssignal des M«ßeysterne herstellt.If temperature compensation is not required or is not desired for other reasons, then this can be omitted if necessary, but preferably used in conjunction with a further embodiment of the present invention, which consists in the fact that a galvanic isolating element 20 can also be provided, which, connected to the output of the impedance converter 18 and therefore connected downstream of it, is designed in such a way that it produces a galvanic isolation in any known manner between the measuring electrode signal fed to it on the input side and the actual output signal of the measuring star present at the output contact pin 12a.

Das galvanische Trennglied 20 kann ein Optokoppler, ein MiniaturUbertrager oder ein sonstiges, für die Realisierung einer galvanischen Trennung geeignetes Schaltungselement sein, dem das impedanzgewandelte Meß-The galvanic isolating element 20 can be an optocoupler, a miniature transformer or another circuit element suitable for the implementation of a galvanic isolation, to which the impedance-converted measuring

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elektrodensignal sowie (in Form einer Hasseverbindung gezeichnet) das Referenzelektrodensignal zugeführt sind und welches ausgangsseitig an den Anschlüssen 20a, 20b ein potentialfreies Heßsignal liefert, welches durch den vorgeschalteten Impedanzwandler hinreichend niederohmig (Ri < 1 Kiloohm oder weniger) gestaltet ist und welches optional temperaturkompensiert sein kann, in einer bevorzugten Ausführungsform dann auch ist.electrode signal and (drawn in the form of a Hasse connection) the reference electrode signal are supplied and which on the output side at the connections 20a, 20b supplies a potential-free measurement signal, which is designed to be sufficiently low-impedance (Ri < 1 kiloohm or less) by the upstream impedance converter and which can optionally be temperature compensated and in a preferred embodiment is.

Es versteht sich, daß der Ausgang der Referenzelektrode als Bezugssignal für das Heßelektrodensignal der pH-Elektrode nicht notwendigerweise auf Hasse oder auf ein sonstiges festes Potential bezogen zu sein braucht; es ist auch Möglich, die beiden Ausgangesignale der Referenzelektrode und der pH-Elektrode «it den beiden Eingängen des Impedanzwandlere erdfrei zu verbinden, so daß sich an dessen Ausgang das Differenzsignal der beiden Eingangseignale, gegebenenfalls temperaturkoapensiert anbietet, welches dann noch, falls erwünscht. Über das galvanische Trennglied zum Auegang, nämlich zum Anschluß an den mittleren Kontaktzapfen 12a des elektrodenseitigen Steckkopfteils 12 geführt ist. Das Bezugspotential ist dann an den Mußeren Ringkontakt 12b des elektrodenseitigen Steckkopfteils angeschlossen; et spielt dann keine Rolle, ob dieser LeitungsanechlvB dann auf Hasse gelegt ist oder in Bereich des Auswertegerits in der einen oder anderen Meise geerdet wird.It is understood that the output of the reference electrode as a reference signal for the measuring electrode signal of the pH electrode does not necessarily have to be related to ground or to another fixed potential; it is also possible to connect the two output signals of the reference electrode and the pH electrode to the two inputs of the impedance converter in a floating manner, so that the difference signal of the two input signals, possibly temperature-compensated, is available at its output, which is then, if desired, led via the galvanic isolator to the output, namely to the connection to the middle contact pin 12a of the electrode-side plug-in head part 12. The reference potential is then connected to the middle ring contact 12b of the electrode-side plug-in head part; It then does not matter whether this cable connection is then laid on the ground or is earthed in one or the other location in the area of the evaluation device.

Die Stromversorgung der Steckkopf-Schaltungen, die bevorzugt so ausgelegt Min kflnmn,daA< «la die Eingangssignal· der Elektroden in Verhältnis 1 : 1 auf den Ausgang umsetzen, erfolgt dann beispielsweise entweder durchThe power supply of the plug-in head circuits, which are preferably designed so that the input signal of the electrodes is converted to the output in a ratio of 1:1, is then carried out, for example, either by

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Im Steckkopftell 12 angeordnete Batterien, vorzugsweise Langlebensdauerbatterien auf Lithiumbasis, oder durch die Zuführung einer Gleichstromversorgungsspannung von außen über den Steckkopf, wozu dieser dann vorzugsweise noch einen weiteren Kontaktanschluß, vorzugsweise ebenfalls in konzentrischer Form, aufweist. Solche Kontaktverbindungen für Meßelektroden, insbesondere Einstabmeßketten sind fUr sich gesehen bekannt (DE-PS 33 24 297 bsw. DE-GM 83 19 463.0) und können vorzugsweise für diese Zwecke ebenfalls eingesetzt werden.Batteries arranged in the plug-in head part 12, preferably long-life lithium-based batteries, or by supplying a direct current supply voltage from the outside via the plug-in head, for which purpose this then preferably has another contact connection, preferably also in a concentric form. Such contact connections for measuring electrodes, in particular single-rod measuring chains, are known per se (DE-PS 33 24 297 bsw. DE-GM 83 19 463.0) and can preferably also be used for these purposes.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen sowie der Zeichnung dargestellt** Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All features shown in the description, the following claims and the drawing** can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Claims (10)

DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT _&phgr;| ........ _D.₇₂5OLeonbergDIPL-ING. PETER OTTE PATENT ATTORNEY _&phgr;| ........ _D . ₇₂ 5OLeonberg Vertreter beim Europäischen Patentamt / European.Ffe(ent;Attorrjey · ''."::": Tiroler StraßeRepresentative at the European Patent Office / European.Ffe(ent;Attorrjey · ''."::": Tiroler Straße 2204/ot/mü
04.11.19882204/ot/mu
04.11.1988 Firma Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH A Co., 7016 GerungenConducta Company for Measurement and Control Technology mbH A Co., 7016 Gerungen Schu t&zgr; ansprü.cheSchu t&zgr; ansprü.che 1. Meßelektrode in der analytischen Chemie, insbesondere pH-Elektrode mit zugeordneter Referenzelektrode (Einstabmeßkette) und mit einer (Norm)Steckverbindung zu einer weiterführenden Leitung und einem gegebenenfalls an dieser angeschlossenen entfernt stehenden Auswertegerät, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses des elektrodenseitigen Steckkopfteils
(12) ein das hochohmige Elektrodenausgangssignal
(Ri > 50 Megohm) auf niederohmige Werte (Ri* < 1 Kiloohm) herabsetzender Impedanzwandler (18) mit Stromversorgung entweder über ebenfalls im Gehäuse des
elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) eingebaute
Batterie(n) (19a, 19b) oder durch Zuleitung über die Steckverbindung angeordnet ist, dessen einer Eingang (18b) mit dem Meßelektrodenausgang verbunden ist und an dessen Ausgangsanschluß (18c) ein galvanisches
Trennglied (20; Optokoppler, Übertrager) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Ausgangsanschlußkontakt (12a) des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) verbunden ist zur direkten GEwinnung einer niederohmigen, galvanisch getrennten, an der Steckverbindung anstehenden Elektrodenausgangsspannung.1. Measuring electrode in analytical chemistry, in particular pH electrode with associated reference electrode (combination electrode) and with a (standard) plug connection to a further line and a remote evaluation device possibly connected to this, characterized in that within the housing of the electrode-side plug head part
(12) the high-impedance electrode output signal
(Ri > 50 Megohm) to low-impedance values (Ri* < 1 Kiloohm) reducing impedance converter (18) with power supply either via also in the housing of the
electrode-side plug head part (12) built-in
Battery(s) (19a, 19b) or by supply line via the plug connection, one input (18b) of which is connected to the measuring electrode output and to whose output connection (18c) a galvanic
Isolating element (20; optocoupler, transformer) is connected, the output of which is connected to the output connection contact (12a) of the electrode-side plug head part (12) for the direct generation of a low-resistance, galvanically isolated electrode output voltage present at the plug connection. /2/2 2204/ot/mü2204/ot/mu 04.11.1988 - 2 -04.11.1988 - 2 - 2. Meßelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Steuereingang des Impedanzwandlers (18) mit dem Ausgang eines Temperatursensors (16) verbunden ist zur direkten Gewinnung eines niederohmigen, sowohl galvanisch getrennten als auch temperaturkompensierten, an der Steckverbindung anstehenden Elektrodenausgangsspannung.2. Measuring electrode according to claim 1, characterized in that a further control input of the impedance converter (18) is connected to the output of a temperature sensor (16) for the direct generation of a low-resistance, both galvanically isolated and temperature-compensated electrode output voltage present at the plug connection. 3. Meßelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Referenzelektrode (15*) mit einem zweiten Eingang (18a) des Impedanzwandlers (18) verbunden ist.3. Measuring electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the reference electrode (15*) is connected to a second input (18a) of the impedance converter (18). 4. Meßelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Referenzelektrode und die deren Potential führenden Anschlüsse mit Masse verbunden (geerdet) sind.4. Measuring electrode according to claim 3, characterized in that the output of the reference electrode and the terminals carrying its potential are connected to ground (earthed). 5. Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (16) zusammen mit der pH-Elektrode (14*) und der Referenzelektrode (15*) im gleichen Meßelektrodengehause (durch Temperatursensor erweiterte Einstabmeßkette) angeordnet ist.5. Measuring electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temperature sensor (16) is arranged together with the pH electrode (14*) and the reference electrode (15*) in the same measuring electrode housing (combined measuring chain extended by temperature sensor). 6» Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den temperaturkompensierten Impedanzwandler und/oder das galvanische Trennglied bildenden Schaltungen in miniaturisierter form auf einer Trägerplatte angeordnet sind, die innerhalb des elektrodenseitigen Steckkopfteils (12) befestigt ist.6» Measuring electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the circuits forming the temperature-compensated impedance converter and/or the galvanic isolating element are arranged in miniaturized form on a carrier plate which is fastened within the electrode-side plug-in head part (12). /3/3 It····It···· 2204/ot/mü2204/ot/mu 04.11.1988 - 3 -04.11.1988 - 3 - 7. Meßelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Impedanzwandler und/oder das galvanische Trennglied tragende Schaltungsplättchen im Inneren des elektrodenseitigen Steckkopfes mit einem Kunstharz vergossen ist.7. Measuring electrode according to claim 6, characterized in that the circuit plate carrying the impedance converter and/or the galvanic isolator is cast with a synthetic resin inside the plug-in head on the electrode side. 8. Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eiektrodenseitige Steckkopfteil Aufnahmetaschen für die Stromversorgung der elektronisch miniaturisierten Schaltungen übernehmende Batterien aufweist.8. Measuring electrode according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plug-in head part on the electrode side has receiving pockets for batteries that supply power to the electronically miniaturized circuits. 9. Meßelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eiektrodenseitige Steckkopfteil uns sein komplementäres, die Steckverbindung vervollständigende leitungsseitige Steckkopfteil drei Kontaktanschlüsse aufweisen (Triaxial-Steckkopf) und daß eine der Kontaktverbindungen der Zuführung einer externen Versorgungsspannung zu den Schaltungen innerhalb des elektrodenseitigen Steckkopfteils dient.9. Measuring electrode according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrode-side plug-in head part and its complementary line-side plug-in head part, which completes the plug connection, have three contact connections (triaxial plug-in head) and that one of the contact connections serves to supply an external supply voltage to the circuits within the electrode-side plug-in head part. 10. Meßelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Triaxial-Steckkopf aus konzentrisch zueinander angeordneten Kontaktflächen und -zapfen besteht.10. Measuring electrode according to claim 9, characterized in that the triaxial plug head consists of contact surfaces and pins arranged concentrically to one another.