[发明专利]电位传感器组件以及监测电位传感器的传感器功能的方法

说明书

电位传感器组件(1)包括：‑离子敏感电极(2)，其包括离子敏感玻璃球管(3)，‑参考电极组件(4)，其包括参考电极(5)，‑离子感测电路(6)，其具有连接到离子敏感电极(2)的第一端子(7)和连接到参考电极(5)的第二端子(8)，所述电路(6)设计成测量在参考电极(5)与离子敏感电极(2)之间的回路中产生的电位差(V1)，‑数字存储单元(9)，其设计成至少保存表征传感器的健康功能的额外电位差(ΔV1)的预期范围和/或表征传感器的健康功能的玻璃球管(3)的电阻抗(Rsubgt;玻璃/subgt;)值的范围，其中离子感测电路还设计成：a)将预先限定的电测试电流(I1)从离子感测电路(6)注入到包括参考电极(5)和离子敏感电极(2)的回路中，b)监测在对注入测试电流(I1)的反应中在参考电极(5)与离子敏感电极(2)之间的回路中产生的额外电位差(ΔV1)，c)确定额外电位差(ΔV1)是否在表征传感器的健康功能的预期范围内。

技术领域

本发明关于一种电位传感器组件，包括离子敏感电极，其包括离子敏感玻璃球管(bulb)；还包括参考电极组件，其包括参考电极；还包括离子感测电路，其具有连接到离子敏感电极的第一端子和连接到参考电极的第二端子，所述电路设计成测量在参考电极与离子敏感电极之间的回路中产生的电位差；还包括数字存储单元，其设计成至少保存表征传感器的健康功能的玻璃球管的电阻抗值的范围。

本发明还关于一种用于监测电位传感器的传感器功能的方法，该电位传感器包括离子敏感电极，其包括离子敏感玻璃球管；还包括参考电极组件，其包括参考电极；还包括离子感测电路，其具有连接到离子敏感电极的第一端子和连接到参考电极的第二端子，所述电路设计成测量在参考电极与离子敏感电极之间的回路中产生的电位差。

背景技术

此类电位传感器组件将离子敏感电极应用于测量液体样品中的离子浓度。由离子敏感玻璃球管确定灵敏度。对于离子选择性电极的电子等效物是带有高内阻抗(典型地在几百MΩ的范围内)的电压源。故在离子敏感电极处产生的电位的电位测量需要高阻抗电压测量能力。

传感器的健康功能可假设在玻璃球管的阻抗处于几百MΩ的范围内(例如，处于100 MΩ与500 MΩ之间的范围内)的情况下。

对于此类电位传感器组件的最广泛应用但非限制性的示例中的一个是电位pH传感器组件。在现有技术中，测量pH的离子敏感电极是众所周知的。常规上，pH传感器通常由测量或pH电极和参考电极构成，这些电极各自具有银线(Ag)，银线(Ag)在其端部处带有氯化银(AgCl)涂层。pH电极典型地具有：内部填充的在水溶液中的氯化物缓冲剂，其具有通常为大约7的pH的所选择的pH(氯化物缓冲剂)；以及在内部银线和氯化物缓冲剂周围的pH敏感玻璃。参考电极典型地具有带有内部填充的在水溶液中的氯化钾参考溶液(参考溶液)的容器。离子敏感玻璃典型地具有两个水合凝胶层，一层在内表面上且另一层在外表面上。PH感测在两个水合凝胶层之间产生电位差时完成。氢离子在水溶液中不单独存在。它与水分子相关联，以形成水合氢离子(H₃O⁺)。当水合氢离子变得足够接近于玻璃球管表面以用于氢离子跃变(jump)且变得与设置在玻璃球管表面上的外部水合凝胶层中的水合氢离子相关联时，玻璃包围的pH电极产生电位。该薄凝胶层对于电极响应是必需的。pH传感器中对pH测量电路的输入是在暴露于样品液体的具有电位Eg的外玻璃表面与由具有所选择的pH的氯化物缓冲剂润湿的具有电位 Er的内玻璃表面之间产生的电位差。所产生的电位差遵循能斯特(Nernst)方程。假设氯化物缓冲剂具有25°C的温度和7的pH，则电位差(其常规上也是对离子感测(这里为pH测量)电路的输入)为：

E_g-E_r~0.1984 (T+273.16)(7-pH)。

所产生的电位差与过程(process) pH和25°C下7 pH的偏差成比例。如果过程流的pH等于7，则所测量的电位差将为零。