DE19514214C2 - Elektrochemische Meßzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Meßzelle gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 42 32 909 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrolytbefüllung bei einem elektrochemischen Sensor bekannt geworden, wobei eine Membrankappe eine den Elektrolytraum gegenüber dem zu messenden Medium abschließende Membran trägt und der Elektrolytraum sowohl durch die Membran als auch durch eine zwischen der Membrankappe und dem Sensorschaft zur Wirkung gelangende Ringdichtung abgedichtet ist. Zusätzlich ist ein Druckring vorgesehen, welcher auf die Ringdichtung zu deren radialer Ausweitung Druck ausübt und mit einem die Dichtwirkung erhöhenden pastösen, hochisolierenden, hydrophoben Material (Silikonpaste) versehen sein kann und/oder die miteinander in Kontakt tretenden Teile sind mit einem festen, hochisolierenden, hydrophoben Material, insbesondere PTFE, beschichtet.

Aus der DE 35 42 559 A1 geht eine elektrochemische Zelle mit einer darin befindlichen Elektrode hervor, die mit Hilfe eines O-Ringes mit einem PTFE-Film in der Zelle abgedichtet werden kann.

Aus der DE 27 43 197 A1 ist es bekannt, polymere Fluorkohlenstoffbeschichtungen als Dichtungsmaterial für elektrochemische Vorrichtungen zu verwenden, indem das Polymer auf die voneinander zu isolierenden Oberflächenteile aufgebracht und dann geschmolzen wird, so daß es sich mit den Oberflächen verbindet.

Eine gattungsgemäße elektrochemische Meßzelle ist in der DE 43 35 409 A1 beschrieben. Bei der bekannten Meßzelle befindet sich im Gehäuse je eine Meß- und eine Gegenelektrode. Auf der Seite des Gehäuses, in dessen Stirnöffnung sich die Gegenelektrode befindet, sind die Kontaktdrähte der Meßzelle angeordnet, welche überlicherweise zwischen Gehäusewand und Meßzellendeckel in den Außenraum der Meßzelle geführt und dort mit einer Leiterplatine mit Vorverstärker, Signalverarbeitungseinrichtung und weiteren elektronischen Bauteilen sowie ausgangsseitig mit einem Stecker zur Weiterleitung und Auswertung der Meßsignale verbunden sind.

Gegenelektrode und Meßelektrode stehen in Flüssigkeitsverbindung mit einem je nach Meßzellentyp und Einsatzzweck geeigneten Elektrolyten (Elektrolytlösung), der sich im Elektrolytraum befindet. Diese Elektrolyten, z. B. Phosphor- oder Schwefelsäure, besitzen mehr oder weniger ätzende und korrodierende Eigenschaften. Es ist daher notwendig, den Elektrolytraum hermetisch abzudichten, da andernfalls bei der Handhabung der Meßzelle Verletzungen auftreten und Meß- oder Auswertegeräte beschädigt werden können. Nach dem Stand der Technik wird der Elektrolytraum entweder durch O-Ringe, Verkleben und/oder Verschweißen abgedichtet.

Es hat sich nun jedoch herausgestellt, daß diese Maßnahmen nicht ausreichen, da der Elektrolyt an der Verbindungsstelle zwischen Gehäusewand und Meßzellendeckel oder auch an den Kontaktdrähten, welche meistens aus Platin bestehen, nach außen gelangen kann. Diese Leckagen treten insbesondere bei großen Temperaturschwankungen auf, da die zu kombinierenden Materialien (Edelmetalle, Kunststoffe) sehr unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäße elektrochemische Meßzelle Mittel bereitzustellen, die bei weitgehender Beibehaltung des üblichen Gehäuseaufbaus die hermetische Abdichtung des Elektrolyten im Inneren des Gehäuses sicherstellen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß als Dichtmaterial bekannte Substanzen verwendet werden können und daß nur einfache konstruktive Änderungen erforderlich sind. Als Dichtmaterial wird ein chemikalienbeständiges Harz, Fett oder Silikonkleber verwendet. Geeignete Stoffe sind z. B. Epoxyharze ohne Härter, Hochvakuumfett auf Silikonbasis oder Hochvakuumfett auf Polytetrafluorethylen-Basis.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Dichtmaterial durch eine kleine Öffnung in die parallel zur Gehäusewand verlaufende Ausnehmung einzuspritzen und diese damit auszufüllen. Weiter ist es vorteilhaft, die Kontaktdrähte durch die Ausnehmung zu führen und in das Dichtmaterial einzubetten. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Figur im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ausschnittsweise eine Seite des Gehäuses einer elektrochemischen Meßzelle im Längsschnitt mit einem in diesem Fall zylinderförmigen Gehäuse 1, das in diesem Fall zwar gasdurchlässig, aber in jedem Fall elektrolytundurchlässig ist. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE). Der dargestellte Ausschnitt zeigt die Gegenelektrode 2, welche an ihrer Unterseite mit einem Kontaktdraht 4 verbunden ist. Unterhalb der Gegenelektrode 2 befinden sich der Elektrolytraum sowie die weiteren nicht dargestellten Bestandteile der elektrochemischen Meßzelle.

Wesentlicher Teil der Erfindung ist die als nutförmiger Ringraum 6 ausgebildete Ausnehmung, welcher im einfachsten Fall dadurch gebildet wird, daß die innere Wandung des Gehäuses 1 um die Höhe des Ringraumes 6 verkürzt ist bei sonst gleichen Abmessungen der übrigen Bauteile der Meßzelle. Die Kontaktdrähte 4 der Meßzelle sind in der Figur rechts durch den Ringraum 6 diagonal geführt und anschließend zwischen der äußeren Wandung des Gehäuses 1 und dem Meßzellendeckel 3 nach außen an eine Leiterplatine mit elektronischen Signalverstärkungs- und ggf. weiteren geeigneten Signalaufbereitungselementen sowie letztlich einem Stecker 5 zur Weiterleitung der Signale für die weitere Auswertung oder Anzeige. Der Ringraum 6 wird im einfachsten Fall nach der Montage der Meßzelle durch mindestens eine Öffnung 7 mit einem geeigneten Dichtmaterial aufgefüllt. Die Öffnung 7 kann als Bohrung im Meßzellendeckel 3 ausgeführt sein. Aufgabe des Dichtmaterials ist es, auch bei starken Temperaturschwankungen und Druckstößen Leckagen des Elektrolyten zu verhindern und die Kontaktdrähte 4 hermetisch einzubetten. Als geeignete Materialien haben sich chemikalienbeständige Harze, Fette oder Kleber erwiesen. Im Ausführungsbeispiel wurden Epoxyharze ohne Härter verwendet. Hochvakuumfette auf Silikonbasis sind ebenfalls geeignete Dichtmaterialien, ebenso Silikonkleber.

Claims (4)

1. Elektrochemische Meßzelle zum Nachweis von Bestandteilen in fluiden Medien, welche innerhalb eines Gehäuses (1) je eine Meßelektrode und eine Gegenelektrode (2) aufnimmt, die in Flüssigkeitsverbindung mit einem Elektrolyten stehen und wobei eine Seite des Gehäuses (1) eine gaspermeable, elektrolytundurchlässige Membran aufweist, über welche die nachzuweisenden Bestandteile in Diffusionskontakt mit der Meßelektrode gebracht sind, und die andere Seite des Gehäuses mit einem Meßzellendeckel (3) abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zur Umfangsrichtung des Gehäuses (1) verlaufende Ausnehmung (6) zwischen Meßzellendeckel (3) und Gehäuse (1) vorgesehen ist, welche mit einem elektrolyt- und temperaturbeständigen Dichtmaterial ausgefüllt ist, wobei zur Ausfüllung der Ausnehmung (6) mit Dichtmaterial mindestens eine Öffnung (7) durch den Meßzellendeckel (3) oder das Gehäuse (1) in die Ausnehmung (6) führt.

2. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktdrähte (4) durch die mit dem Dichtmaterial ausgefüllte Ausnehmung (6) hindurchgeführt sind.

3. Elektrochemische Meßzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmaterial ein Epoxyharz ohne Härter und/oder ein Hochvakuumfett auf Silikon- oder auf Polytetrafluorethylen-Basis ist.

4. Elektrochemische Meßzelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktdrähte (4) schräg von innen nach außen durch die Ausnehmung (6) verlaufen und im Dichtmaterial eingebettet sind.