專利名稱：用于測定電化學(xué)電位的電極與單桿式測量鏈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測定電化學(xué)電位(例如依賴于pH值的電位)的電極與單桿式測量鏈，特別是玻璃電極。在上述領(lǐng)域中廣泛使用玻
璃電極。對于pH值測量，特別是使用所謂的帶有pH玻璃半電池或pH
電極與參考半電池或參考電極的單桿式測量鏈，所述參考半電池或參考電極可以提供恒定的參考電位。為了產(chǎn)生參考電位，主要在濃度恒
定的KC1溶液中使用Ag/AgCl-體。
背景技術(shù)：
通用的單桿式測量鏈基本上具有兩個同中心的玻璃圓柱體，所述兩個玻璃圓柱體在第一軸向端部節(jié)段相互熔合在一起，其中，內(nèi)部的圓柱體在第一端部節(jié)段常常承載有pH玻璃膜，并且裝填有緩沖劑，內(nèi)部圓柱體與外部圓柱體之間的環(huán)形腔室包含有KC1溶液，并且外部圓柱體在第一軸向端部節(jié)段或與第一軸向端部節(jié)段相鄰接的軸向節(jié)段上具有多孔隔膜，通過所述多孔隔膜可以產(chǎn)生通向周圍的測量介質(zhì)的電解質(zhì)橋。從內(nèi)部圓柱體中以及從環(huán)形腔室中各引出一金屬導(dǎo)線來，以便導(dǎo)出pH電位或參考電位。
結(jié)構(gòu)性的要求在于，在第二軸向端部節(jié)段中需要密封地封閉環(huán)形腔室與內(nèi)部圓柱體，但又不會妨礙電位的導(dǎo)出，其中，所述第二軸向端部節(jié)段與第一軸向端部節(jié)段相對置。封閉元件的密封性必須保證既可以耐高溫(例如在壓煮時"30'C)，又可以耐高壓，例如確保承受最大約16巴或更高的壓力。
傳統(tǒng)的是，金屬絲作為金屬導(dǎo)線熔入玻璃中或者通過或多或少的合適材料粘結(jié)并澆鑄到套管中。只有耗費很高的成本才能密封地制造這種套管。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供電位測量用電極，該電極可以克服現(xiàn)有技術(shù)缺點。
根據(jù)本發(fā)明地，通過依照獨立權(quán)利要求1所述的電極來解決該任務(wù)。
根據(jù)本發(fā)明的電極包括
至少一個第一玻璃體，在所述第一玻璃體中構(gòu)成有至少一個第一
腔室，
至少一種布置在第一腔室中的第一電解質(zhì)，
至少一個產(chǎn)生電位的第一元件，所述元件布置在腔室中，在接觸
第一電解質(zhì)的情況下產(chǎn)生第一電位，
至少一個第一封閉元件，所述封閉元件連同第一電解質(zhì)與產(chǎn)生電位的第一元件一起都在第一腔室中被軸向固定，并且密封地封閉所述第一電解質(zhì)及所述第一元件，其特征在于，第一封閉元件可以導(dǎo)電，產(chǎn)生電位的第一元件導(dǎo)電地接觸第一封閉元件，以及
所述電極還包括至少一個第一電導(dǎo)體，所述第一電導(dǎo)體在第一封閉元件的背離第一電解質(zhì)的側(cè)上電接觸第一封閉元件。
根據(jù)本發(fā)明的電極可以是單個的pH電極或是單個的參考電極。同樣地，單桿式測量鏈的pH電極和/或參考電極可以設(shè)計為根據(jù)本發(fā)明的電極。
在本發(fā)明的第一設(shè)計方案中，所述電極是pH電極。根據(jù)本發(fā)明的第一設(shè)計方案，第一玻璃體包括圓柱形管，該圓柱
形管的第一軸向端部節(jié)段在形成第一腔室的情況下，利用pH玻璃膜被封閉起來。第一電解質(zhì)包含pH緩沖劑，例如包含KC1。
于是，產(chǎn)生電位的第一元件包括AgCl儲存器，所述AgCl儲存器被電解質(zhì)或pH緩沖劑潤濕，并且與導(dǎo)電的封閉元件導(dǎo)電地連接。
在當(dāng)前優(yōu)選的設(shè)計方案中，產(chǎn)生電位的元件包括導(dǎo)電的元件體，所述導(dǎo)電的元件體具有多孔(優(yōu)選開放多孔的)彈膠體，所述彈膠體的孔含有電解質(zhì)或pH緩沖劑及AgCl，并且所述導(dǎo)電的元件電接觸封閉元件。銀顆?；蚝y顆?；蝈冦y玻璃顆粒嵌入彈膠體中，以便達(dá)到導(dǎo)電的元件的足夠的導(dǎo)電性能。
在第一改進(jìn)方案中，封閉元件可以包括導(dǎo)電的封閉體，所述封閉體具有彈膠體，具有含銀表面的顆粒同樣嵌入所述彈膠體中，以便可
以使封閉體導(dǎo)電。封閉體例如可以從圓柱形玻璃體的第二軸向端部壓入玻璃體的開口中，以便封閉玻璃體。在此，封閉元件可以通過夾座上的徑向夾緊力在封閉元件的軸向位置上完全固定。根據(jù)pH電極的構(gòu)造，封閉體可以是實心塞子或者是環(huán)形體或O型圈。
如果在圓柱形玻璃體中還要安裝溫度探針，那么就需要O型圈，所述溫度探針可以從圓柱形玻璃體的第二端部節(jié)段朝pH玻璃膜的方向延伸。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，元件體與封閉體一體地形成。
在本發(fā)明的另一設(shè)計方案中，封閉元件包括粘合劑，所述粘合劑可以通過嵌入銀顆粒、含銀顆?；蝈冦y的玻璃顆粒達(dá)到導(dǎo)電目的。
合適的彈膠體或密封料，特別是帶有銀添加劑或含銀添加劑的硅橡膠料，例如可以從Roseheim (羅森海姆)的Laird-Technologies (萊爾德科技)買到，其中，所述銀添加劑或含銀添加劑是用于獲得所需導(dǎo)電性。
根據(jù)本發(fā)明電極以上設(shè)計方案的原理，可以根據(jù)意義轉(zhuǎn)變?yōu)閰⒖及腚姵亍Ｈ缓螅梢栽O(shè)置多孔的隔膜代替圓柱形玻璃體的第一端部節(jié)段區(qū)中的pH玻璃膜，用以實現(xiàn)所謂的電鍵。相應(yīng)于所要達(dá)到的功能，電解質(zhì)包括參考電解質(zhì)，例如3摩爾KC1溶液。
上述結(jié)構(gòu)同樣也適用于如下所謂的單桿式測量鏈，所述單桿式測量鏈包括pH電極和同軸地布置的參考電極，其中，參考電極的圓柱形玻璃體在形成環(huán)形腔室的情況下，包圍pH電極的圓柱形玻璃體，其中，環(huán)形腔室在第一端部節(jié)段區(qū)域可以通過兩玻璃體的熔合而封閉起來。參考電解質(zhì)與形成參考電位的元件被布置在環(huán)形腔室中。腔室中的至
少一個，也就是pH電極的腔室或第二電極的環(huán)形腔室，是利用之前所
介紹的導(dǎo)電封閉體來封閉。但是，優(yōu)選利用如上所述的導(dǎo)電封閉體來封閉兩個腔室。


下面這里借助附圖中所示的實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明pH電極的第一實施例的縱剖面。圖2示出根據(jù)本發(fā)明pH電極的第二實施例的縱剖面。圖3示出根據(jù)本發(fā)明單桿式測量鏈的實施例的縱剖面。
具體實施例方式
在圖1中所示的pH電極1包括圓柱形玻璃管2，所述玻璃管的下端部被以pH玻璃膜3封閉。玻璃管2與pH玻璃膜3圍起容腔，在該容腔中裝填有含KC1的pH緩沖劑。
為了產(chǎn)生依賴于pH的電位，設(shè)計有AgCl儲存器4，所述AgCl儲存器4包括銀細(xì)?；驇в秀y表面的細(xì)粒，所述細(xì)粒至少部分地氯化。
AgCl儲存器與封閉元件5導(dǎo)電連接，所述封閉元件5封閉玻璃管2。為了固定AgCl儲存器4的軸向位置，在玻璃管2中設(shè)計有軸向阻擋層6，所述軸向阻擋層6對于pH緩沖劑可以透過，從而pH緩沖劑可以潤濕AgCl儲存器。阻擋層6例如可以包括由玻璃或塑料制成的環(huán)形篩板。
在這種設(shè)計方案中，封閉元件5包括導(dǎo)電的0型圈，所述O型圈由摻入銀顆粒的彈膠體制成。O型圈可以通過徑向夾緊力在軸向上完全固定。
為了導(dǎo)出依賴于pH的電位，可以通過接觸彈簧接觸O型圈，所述接觸彈簧壓向O型圈的背離AgCl儲存器的端側(cè)。在此，接觸彈簧如此程度地軸向預(yù)緊，使得即使在振動或溫度波動時也可以保持電接觸，但是通過接觸彈簧不會導(dǎo)致O型圈的軸向移動。
溫度傳感器8的玻璃桿沿著pH電極的軸線分布，所述溫度傳感器8可以在pH玻璃膜所圍起的容腔的中心來采集pH緩沖劑的溫度。由于溫度傳感器的原因，所以封閉元件5與軸向阻擋層6設(shè)計成環(huán)形。如果取消溫度傳感器，那么封閉元件5與軸向阻擋層6可以相應(yīng)地設(shè)計成實心塞子或通透的篩板。
在圖2中所示的pH電極11包括圓柱形玻璃管12，所述玻璃管12的下部端部被以pH玻璃膜13封閉。玻璃管12與pH玻璃膜13圍起容腔，所述容腔裝填有含KCl的pH緩沖劑。
為了產(chǎn)生依賴于pH的電位，設(shè)計有產(chǎn)生電位的元件14,所述元件14包括導(dǎo)電的、開放多孔的且有彈性的環(huán)形塞子，所述塞子的孔至少部分地含有AgCl顆粒，所述銀顆粒被電解質(zhì)或pH緩沖劑潤濕。環(huán)形塞子例如可以包括通過銀顆粒或帶有銀表面的顆粒實現(xiàn)導(dǎo)電的彈膠體，其中，環(huán)形塞子例如可以通過徑向夾座被軸向固定。在這種設(shè)計方案中，封閉元件15包括導(dǎo)電的密封料，所述密封料 包括摻有銀顆粒的彈膠體，所述彈膠體借助合適的配料裝置鑄入玻璃 管中，從而與環(huán)形塞子14形成導(dǎo)電接觸。
為了導(dǎo)出依賴于pH的電位，把導(dǎo)出金屬絲17的端部鑄入封閉元
件15中，但不完全穿過封閉元件。選擇性地，也可以在彈膠體硬化后，
把導(dǎo)出金屬絲的端部與封閉元件的表面粘結(jié)在一起。
溫度傳感器18的玻璃桿沿著pH電極的軸線分布，所述溫度傳感 器18可以在pH玻璃膜所圍起的容腔的中心采集pH緩沖劑的溫度。由 于溫度傳感器的原因，所以產(chǎn)生電位的元件的環(huán)形塞子14與封閉元件 15被設(shè)計成環(huán)形。如果取消溫度傳感器，那么可以取而代之地設(shè)計實 心塞子，以用于產(chǎn)生電位的元件，并且封閉元件15也相應(yīng)整面地鑄入 玻璃管中。
最后，圖3示出帶有根據(jù)本發(fā)明的pH電極的單桿式測量鏈21， 所述單桿式測量鏈適用于頭朝上裝配，也就是說以pH玻璃膜朝上。在 這種情況下，對于pH緩沖劑或參考電解質(zhì)，完全注滿玻璃管非常重要， 這是因為在未完全注滿的情況下，pH玻璃膜的內(nèi)壁不再被潤濕，并且 測量鏈也將中斷。
單桿式測量鏈21的pH電極包括圓柱形玻璃管22，所述圓柱形玻 璃管22的上端部被以pH玻璃膜23封閉。玻璃管22與pH玻璃膜23 圍起容腔，所述容腔完全裝填有含KCl的pH緩沖劑。
為了產(chǎn)生依賴于pH的電位，設(shè)計有產(chǎn)生電位的元件24，所述元 件24包括導(dǎo)電的、開放多孔的并且有彈性的環(huán)形塞子，所述環(huán)形塞子 的孔至少部分地含有AgCl顆粒，所述AgCI顆粒可以被pH緩沖劑潤 濕。環(huán)形塞子例如可以包括通過銀顆?；驇в秀y表面的顆粒實現(xiàn)導(dǎo)電的彈膠體，其中，環(huán)形塞子通過徑向夾座被軸向固定。
封閉元件25與環(huán)形塞子以導(dǎo)電接觸的方式鄰接，所述封閉元件25 密封地封閉以pH緩沖劑及產(chǎn)生電位的元件24填充的容腔。
在這種設(shè)計方案中，封閉元件25包括導(dǎo)電O型圈，所述O型圈 具有摻有銀細(xì)粒或含銀細(xì)粒的彈膠體。O型圈借助徑向夾緊力在軸向 上完全固定。
為了導(dǎo)出依賴于pH的電位，可以通過接觸彈簧27接觸O型圈， 所述接觸彈簧27壓向0型圈的背離產(chǎn)生電位的元件24的端側(cè)。在此， 接觸彈簧27如此程度地在軸向預(yù)緊，使得即使在振動或溫度波動時也 可以保持電接觸，但是通過接觸彈簧不會導(dǎo)致O型圈25的軸向移動。
溫度傳感器28的玻璃桿沿著pH電極的軸線分布，所述溫度傳感 器28可以在pH玻璃膜23所圍起的容腔的中心采集pH緩沖劑的溫度。
pH電極的玻璃管22被第二玻璃管32同軸地包圍，這樣就可以在 兩個玻璃管之間形成環(huán)形腔室，所述環(huán)形腔室裝填有參考電解質(zhì)，所 述參考電解質(zhì)包括3摩爾KC1溶液。
第二玻璃管32在軸向端部節(jié)段中與pH電極的玻璃管22熔合在一 起，所述軸向端部節(jié)段與pH玻璃膜的軸向位置相連，其中環(huán)形腔室在 加載有測量介質(zhì)的端部節(jié)段區(qū)域被密封。在這種端部節(jié)段區(qū)域中，外 部玻璃管另外還具有多孔的陶瓷隔膜，通過所述陶瓷隔膜可以實現(xiàn)用 于測量介質(zhì)的電解質(zhì)橋。
為了形成參考電位，在環(huán)形腔室中設(shè)計有AgCl儲存器34，所述 儲存器包含有銀細(xì)?；驇в秀y表面的細(xì)粒，優(yōu)選鍍銀的玻璃顆粒，所 述顆粒至少被部分地氯化，并且與封閉元件35導(dǎo)電連接，所述封閉元件35封閉第一玻璃管22與第二玻璃管32之間的環(huán)形腔室中裝填有參 考電解質(zhì)的區(qū)段。
為了固定AgCl儲存器34的軸向位置，在環(huán)形腔室中設(shè)計有軸向 阻擋層36，所述軸向阻擋層36對于參考電解質(zhì)是可以透過的，從而可 以使電解質(zhì)潤濕AgCl儲存器。阻擋層36包括由玻璃或塑料制成的環(huán) 形篩板。在這種設(shè)計方案中，封閉元件35包括導(dǎo)電的0型圈，所述導(dǎo) 電的O型圈具有摻有銀顆粒的彈膠體。O型圈通過徑向夾緊力在軸向 上完全固定。
為了導(dǎo)出參考電位，用導(dǎo)電粘膠把導(dǎo)出金屬絲37的端部節(jié)段在與 O型圈成導(dǎo)電接觸的情況下，粘貼到環(huán)形腔室中，其中，導(dǎo)電粘膠此 外可以用作相對于O型圈冗余的密封件。
盡管圖3以頭朝上的布置示出了單桿式測量鏈，但是這僅僅涉及 到本發(fā)明的有利應(yīng)用，當(dāng)然本發(fā)明包括具有任意其它電極取向方式的 測量布置。
權(quán)利要求
1.電極，包括至少一個優(yōu)選圓柱形的第一玻璃體，在所述第一玻璃體中設(shè)計有至少一個第一腔室，至少一種布置在第一腔室中的第一電解質(zhì)，至少一個產(chǎn)生電位的第一元件，所述第一元件布置在所述腔室中，并且在與所述第一電解質(zhì)接觸的情況下產(chǎn)生第一電位，至少一個第一封閉元件，所述第一封閉元件連同所述第一電解質(zhì)與所述產(chǎn)生電位的第一元件都被軸向固定在所述第一腔室中，并且密封地封閉所述第一電解質(zhì)及所述第一元件，其特征在于所述第一封閉元件是導(dǎo)電的，所述產(chǎn)生電位的第一元件導(dǎo)電地接觸所述第一封閉元件，以及所述電極還包括至少一個第一電導(dǎo)體，所述第一電導(dǎo)體在所述第一封閉元件的背離所述第一電解質(zhì)的側(cè)上電接觸所述第一封閉元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中，所述產(chǎn)生電位的第一元件 包括AgCl儲存器，所述AgCl儲存器被所述電解質(zhì)潤濕，并且與所述 導(dǎo)電的封閉元件成導(dǎo)電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中，所述產(chǎn)生電位的第一元件包括導(dǎo)電的元件體，所述導(dǎo)電的元件體具有多孔彈膠體，并且所述導(dǎo) 電的元件體接觸所述封閉元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極，其中，所述導(dǎo)電的元件體的孔含 有電解質(zhì)與AgCl。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電極，其中，所述元件體的所述彈 膠體具有嵌入銀顆粒的、含銀顆粒的或鍍銀的玻璃顆粒。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電極，其中，所述封閉元件包括 導(dǎo)電的封閉體，所述封閉體包括彈膠體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中，所述封閉體的所述彈膠體具有嵌入銀顆粒的、含銀顆粒的或鍍銀的玻璃顆粒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電極，其中，所述封閉體被壓入所 述玻璃體的開口中，并且所述封閉元件通過夾座上的徑向壓緊力被固 定在其軸向位置上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3及根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中，所述元 件體與所述封閉體一體地形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的電極，其中，所述封閉元件 包括導(dǎo)電的粘接劑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電極，其中，所述粘接劑具有嵌入銀 顆粒的、含銀顆粒的或鍍銀的玻璃顆粒。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電極，其中，所述電極是pH電極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電極，其中，所述玻璃體的第一軸向 端部在形成所述第一腔室的情況下，被以pH玻璃膜封閉，并且所述第 一電解質(zhì)包括pH緩沖劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l至ll之一所述的電極，其中，所述電極包括 參考電極，并且在所述腔室中布置有參考電解質(zhì)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電極，其中，所述參考電解質(zhì)包括KC1溶液。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電極，其中，在所述圓柱形玻 璃體的端部節(jié)段中布置有多孔的隔膜。
17. 單桿式測量鏈，包括 pH電極，以及 參考電極，其中所述pH電極與所述參考電極分別具有圓柱形玻璃體，并且所述參 考電極的玻璃體在形成環(huán)形腔室的情況下包圍所述pH電極的玻璃體， 其中，所述pH電極是根據(jù)權(quán)利要求12所述的電極，和/或者所述參考 電極是根據(jù)權(quán)利要求14所述的電極。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的電極(1)包括至少一個優(yōu)選為圓柱形的第一玻璃體(2)，在所述第一玻璃體(2)中設(shè)計有至少一個第一腔室；至少一種布置在第一腔室中的第一電解質(zhì)；至少一個產(chǎn)生電位的第一元件(4)，所述第一元件(4)布置在所述腔室中，并在與第一電解質(zhì)接觸的情況下產(chǎn)生第一電位；至少一個第一封閉元件(5)，所述第一封閉元件(5)連同第一電解質(zhì)與產(chǎn)生電位的第一元件(4)都被軸向固定在第一腔室中，并且密封地封閉所述第一電解質(zhì)及所述第一元件，其中第一封閉元件(5)還可以導(dǎo)電，產(chǎn)生電位的第一元件導(dǎo)電接觸第一封閉元件，并且所述電極還包括至少一個第一電導(dǎo)體，所述第一電導(dǎo)體在第一封閉元件的背離第一電解質(zhì)的側(cè)上電接觸第一封閉元件。
文檔編號G01N27/36GK101542275SQ200780043120
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者卡特林·肖爾茨, 英格麗德·文德利希, 賴納·弗朗茲赫爾德 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司