專利名稱：確定和/或監(jiān)視介質(zhì)的至少一個(gè)過程變量的方法、相應(yīng)的電化學(xué)傳感器和相應(yīng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電化學(xué)傳感器確定和/或監(jiān)視介質(zhì)的至少一個(gè)過程變量的方法、一種相應(yīng)的電化學(xué)傳感器和一種相應(yīng)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
很多的傳感器被利用來監(jiān)視介質(zhì)的性質(zhì)。因此，例如在分布式網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)視水質(zhì)特別是飲用水的情形中，以下參數(shù)中的至少一個(gè)受到監(jiān)視:溫度；流量例如流率；壓力；pH值；氧化還原電勢；氧、銨、磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯含量；全局參數(shù)，特別是化學(xué)和/或生物化學(xué)需氧量；傳導(dǎo)率；和(被溶解的)有機(jī)成分，特別是總(被溶解的)碳和濁度。在這種情形中，能夠使用所謂的多參數(shù)傳感器。多參數(shù)傳感器是能夠(同時(shí)地)測量多于一個(gè)過程變量的傳感器。在本發(fā)明意義上的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該被理解為包括(管)線、筒倉、罐、容器、水網(wǎng)或者燃?xì)夤芫W(wǎng)。理想地，傳感器在至少一年的較長時(shí)期中進(jìn)行測量而不要求維護(hù)和校準(zhǔn)。當(dāng)然，在這個(gè)時(shí)期中，測量應(yīng)該是準(zhǔn)確的。用于測量pH值、氧化還原電勢、氧和氯的傳感器主要地利用電化學(xué)方法，特別地電勢測定和電流測定方法。將在這里參考電勢測定傳感器解釋本發(fā)明所涉及的問題。然而，本發(fā)明不限于電勢測定傳感器，而是一般地涉及用于在電化學(xué)測量系統(tǒng)中使用的傳感器。進(jìn)而一個(gè)選項(xiàng)在于將本發(fā)明的思想應(yīng)用于非電化學(xué)傳感器。電勢測定傳感器具有至少一個(gè)測量電極和參比電極，在它們之間電勢差得以確定。電勢差在這種情形中依賴于正在測量的物質(zhì)的活性或者濃度；在PH測量的情形中，例如依賴于氫離子H+的活性，該活性在稀釋溶液的pH測量的情形中本質(zhì)上對(duì)應(yīng)于質(zhì)子濃度。除了包括被分開地引入介質(zhì)中的測量電極和參比電極的系統(tǒng)，特別地在pH測量領(lǐng)域中，在一個(gè)探頭中組合測量電極和參比電極的、所謂的單桿測量鏈也是已知的。這些探頭通常包括兩個(gè)同心地布置的管子，其中低電阻參比半電池被布置在外部管子中，并且同時(shí)地用于屏蔽高電阻PH半電池。除了所描述的實(shí)施例，在厚膜或者薄膜技術(shù)中仍然存在其它形式的電化學(xué)傳感器的實(shí)施例。在所有的情形中，電極中的至少一個(gè)浸入在經(jīng)由液體接界與介質(zhì)電解接觸的電解質(zhì)中。通常，在具有通常為3摩爾的、限定的氯離子活性的電解質(zhì)中使用銀/氯化銀電極。特別地參比電極的電解質(zhì)經(jīng)由液體接界隨著時(shí)間耗盡。這導(dǎo)致在測量值中的連續(xù)漂移，并且測量變得不準(zhǔn)確。因?yàn)殡娊赓|(zhì)耗盡，測量值每天漂移例如0.1 - 0.2mV。還能夠形成同樣影響測量的擾動(dòng)擴(kuò)散和泳動(dòng)電勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的因此在于使得能夠耐久地可靠和正確地測量與分布式網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的參數(shù)。利用一種方法實(shí)現(xiàn)了該目的，該方法利用包括至少第一參比半電池和第二參比半電池的至少一個(gè)電化學(xué)傳感器執(zhí)行并且包括如下方法步驟:-關(guān)于第一參比半電池以第一測量周期^nreas和第一測量間隔^int測量第一電測量變量Xucont,-關(guān)于第二參比半電池以第二測量周期t2,_s和第二測量間隔t2,int測量至少第二電測量變量
乂2，discont，其中第二測量間隔t2,int大于第一測量間隔tut-根據(jù)至少一個(gè)電測量變量Xuemt或者X2,dis_t確定至少一個(gè)過程變量。特別地有利的是，該方法提供第一電測量變量X1, cont和與其獨(dú)立的第二電測量變量x2,dis_t的測量。因此，第二測量間隔t2,int能夠選擇為大于第一測量間隔能夠根據(jù)至少一個(gè)電測量變量Xumt或者x2,discont確定過程變量。在不損失一般性的情況下，第一測量間隔tuint能夠例如選擇為等于第一測量周期^nreas (即連續(xù)測量)，并且第二測量間隔t2, int能夠被設(shè)為每日測量。第二電測量變量X2, discont能夠被用于評(píng)估第一電測量變量X1,
的測量的質(zhì)量。隨后，能夠采取相應(yīng)的措施；例如，重新校準(zhǔn)、調(diào)整、調(diào)節(jié)、更換、重新填充
坐寸ο
`
在有利的實(shí)施例中，差分電測量變量Xdiff得以記錄，即Xdiff (t=t0) =Xljcont (t=t0) -Xljcont (t=t0-tl),其中t代表時(shí)間，h代表電流測量值的時(shí)間點(diǎn)，并且h代表測量間隔^int的整數(shù)倍，并且其中差分電測量變量Xdiff降至低于下閾值X1, min或者差分電測量變量Xdiff升至高于上閾值X1,_意味著改變過程變量的事件的發(fā)生。根據(jù)電測量變量Xurant，差分測量變量Xdiff因此得以記錄，由此在工藝參數(shù)中的、更為快速的變化能夠得以確定。有利地，當(dāng)確定差分電測量變量XdifJS于閾值Xumin或者高于閾值X1,_時(shí)，第二電測量變量X2,discont的測量被觸發(fā)。以此方式，經(jīng)由第二測量，能夠檢查測量結(jié)果并且能夠進(jìn)行相應(yīng)的測量。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)由電勢測定方法確定電測量變量X1, cont或者X2, discont中的至少一個(gè)，其中設(shè)置了與介質(zhì)接觸的、具有傳感器作用的部件，其中相對(duì)于具有傳感器作用的部件測量第一電測量變量X1, _t，并且其中相對(duì)于具有傳感器作用的部件或者相對(duì)于第一參比半電池測量第二電測量變量X2, discont。在可替代的優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)由電流測定方法確定電測量變量Xhcont或者X2,dis_t中的至少一個(gè)，其中設(shè)置了被實(shí)現(xiàn)為反電極的電極表面。進(jìn)而利用一種包括至少第一參比半電池和第二參比半電池的電化學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)了該目的，其中第一參比半電池以第一測量周期^nreas和第一測量間隔^int確定第一電測量變量X1, _t，其中第二參比半電池以第二測量周期t2,_s和第二測量間隔t2, int確定第二電測量變量X2,dis_t，其中第二測量間隔t2,int大于第一測量間隔tUint，其中設(shè)置了根據(jù)至少一個(gè)電測量變量Xucont或者x2,dis_t確定至少一個(gè)過程變量的至少一個(gè)上級(jí)單元。有利的是，該傳感器包括用于確定第一電測量變量X1^nt的第一參比半電池和與其獨(dú)立地用于確定第二電測量變量X2, discont的第二參比半電池。因此，第二測量間隔t2, int能夠選擇得大于第一測量間隔&-并且該上級(jí)單元能夠根據(jù)至少一個(gè)電測量變量X1,。_或者X2
，discont
確定過程變量。在不損失一般性的情況下，第一測量間隔\-能夠例如選擇得等于第一測量周期ti,_s (即連續(xù)測量)，并且第二測量間隔t2,int能夠被設(shè)為每日測量。第二電測量變量X2,discont能夠因此被用于評(píng)估第一電測量變量X1,_t的測量的質(zhì)量。該上級(jí)單元然后能夠采取相應(yīng)的措施；例如，第一參比半電池的重新校準(zhǔn)、調(diào)整、調(diào)節(jié)、更換、重新填充等。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該上級(jí)單元利用Xdiff (t=t0) =Xljcont (t=t0) - Xljcont Ct=Vt1),確定差分電測量變量Xdiff，其中t是時(shí)間，h代表電流測量值的時(shí)間點(diǎn)，并且h代表測量間隔^int的整數(shù)倍，其中上級(jí)單元將低于下閾值Xumin或者高于上閾值Xumax的差分電測量變量Xdiff的值與改變過程變量的事件的發(fā)生相關(guān)聯(lián)。根據(jù)電測量變量X1, cont,上級(jí)單元因此確定差分測量變量Xdiff,由此在工藝參數(shù)中的、更為快速的變化得以確定。在這種情形中，在實(shí)施例的一種有利的形式中，當(dāng)確定差分電測量變量Xdiff低于閾值X1,min或者高于 閾值Xumax時(shí)，上級(jí)單元觸發(fā)第二電測量變量X2, dis_t的測量。以此方式，經(jīng)由第二測量，測量結(jié)果能夠得以檢查，并且能夠采取相應(yīng)的措施。該措施能夠是:重新校準(zhǔn)、調(diào)整、調(diào)節(jié)、更換、重新填充等。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種與介質(zhì)接觸的、具有傳感器作用的部件，其中第一參比半電池經(jīng)由電勢測定方法相對(duì)于具有傳感器作用的部件確定測量變量Xurant，和/或其中第二參比半電池經(jīng)由電勢測定方法相對(duì)于具有傳感器作用的部件或者相對(duì)于第一參比半電池確定測量變量x2,dis_t。在可替代的優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)由電流測定方法，第一參比半電池確定測量變量X1,_和/或第二參比半電池確定測量變量X2,dis_t，其中設(shè)置了被實(shí)現(xiàn)為反電極的電極表面。有利地，第二參比半電池包括至少一個(gè)電解質(zhì)源并且經(jīng)由至少第一液體接界與介質(zhì)接觸，其中液體接界被實(shí)現(xiàn)為是可控的，并且上級(jí)單元控制液體接界，使得在測量操作期間，液體接界是能夠以電解方式滲透的。優(yōu)選地，與第二參比半電池相關(guān)聯(lián)的液體接界的控制間隔對(duì)應(yīng)于第二測量間隔
tint2 ο這是有利的，因?yàn)橐后w接界的控制間隔能夠與第二測量間隔tint2匹配。液體接界關(guān)于它的滲透性和/或它的電解質(zhì)流量而被改變，并且僅僅為了測量而被打開。以此方式，第二參比半電池的電解質(zhì)源的耗盡以及第二參比半電池被介質(zhì)的污染能夠大大地放緩，并且傳感器的壽命能夠增加。如已經(jīng)述及地，第二參比半電池的測量能夠用于第一參比半電池的重新校準(zhǔn)、調(diào)整、調(diào)節(jié)等。在實(shí)施例的優(yōu)選形式中，第一參比半電池包括至少一個(gè)電解質(zhì)源，并且經(jīng)由至少第二液體接界與介質(zhì)接觸，其中液體接界被實(shí)現(xiàn)為是可控的，并且上級(jí)單元控制液體接界，使得在測量操作期間，液體接界是能夠以電解方式滲透的，其中第二液體接界的控制間隔對(duì)應(yīng)于第一測量間隔tintl。有利地,該具有傳感器作用的部件是一次半電池(galvanic halfcell)、離子選擇性膜特別是PH玻璃膜、半導(dǎo)體絕緣體層堆疊體，特別是ISFET、金屬電極或者金屬/金屬氧化物電極、或者非金屬氧化還原電極，特別是碳電極。借助于所述具有傳感器作用的部件，該目的能夠得以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟軌蛴纱舜_定分布式網(wǎng)絡(luò)有關(guān)參數(shù)。進(jìn)而利用一種在分布式網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該目的，其中該系統(tǒng)包括至少兩個(gè)電化學(xué)傳感器，其中處于第一位置的第一電化學(xué)傳感器在第一時(shí)間點(diǎn)記錄信息，特別是測量數(shù)據(jù)和/或事件，其中被布置在至少一個(gè)其它位置處的又一個(gè)電化學(xué)傳感器或者多個(gè)其它的電化學(xué)傳感器在以后的時(shí)間點(diǎn)記錄這種信息和/或事件，并且其中上級(jí)控制單元檢測信息和/或事件的傳播并且觸發(fā)過程，特別是記錄、報(bào)告和/或所要采取的措施。有利的是在分布式網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用多個(gè)電化學(xué)傳感器允許該網(wǎng)絡(luò)的幾何分布監(jiān)視。因此，能夠經(jīng)由它們?cè)跁r(shí)間和空間中的進(jìn)展檢測和跟蹤發(fā)生的事件。一個(gè)選項(xiàng)在于，該事件被記錄、存儲(chǔ)和/或記入日志。根據(jù)事件的類型，能夠采取相應(yīng)的措施。因此，上級(jí)單元例如經(jīng)由門的打開/關(guān)閉等命令介質(zhì)流的重定向。選項(xiàng)包括發(fā)出報(bào)告、報(bào)警等。除了別的以外，事件能夠是例如污染、測量值(過于)快速的或者(過于)緩慢的變化、檢測到不期望的元素、過高或者過低的元素濃度。通常，如果某些意外的或者非期望的情況發(fā)生，則能夠經(jīng)由本發(fā)明以適時(shí)的方式對(duì)此作出反應(yīng)。


現(xiàn)在將基于附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，本發(fā)明的圖如下地示出:圖1為本發(fā)明的電化學(xué)傳感器的第一實(shí)施例的示意圖；圖2為利用本發(fā)明的電化學(xué)傳感器確定的差異測量；圖3為本發(fā)明的電化學(xué)傳感器的第二實(shí)施例的示意圖；圖4為本發(fā)明的電化學(xué)傳感器的第三實(shí)施例的示意圖；圖5a為本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；和圖5b為利用本發(fā)明圖5a的系統(tǒng)記錄的事件的時(shí)間和位置進(jìn)展的示意圖。在附圖中，同樣的特征被賦予同樣的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖1概略地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電化學(xué)傳感器I的結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記I指的是全部的傳感器。傳感器I是利用厚膜技術(shù)生產(chǎn)的。然而，薄膜技術(shù)也是一個(gè)制造選項(xiàng)。在厚膜技術(shù)的情形中，最經(jīng)常地使用絲網(wǎng)印刷隨后進(jìn)行燒制而將(功能)層施加到載體上。經(jīng)常在這個(gè)過程中，另外的、不可印刷的部件被施加到載體上，為此，還提到了厚膜混合技術(shù)。在薄膜技術(shù)的情形中，利用物理(例如蒸發(fā)、濺射、離子電鍍或者ICB (離化團(tuán)粒束)技術(shù))和化學(xué)氣相沉積的方法(特別地還有等離子體支持方法)，最經(jīng)常地在常為由硅或者陶瓷制成的襯底的載體的全部表面上發(fā)生層的沉積。傳感器I包括能夠是陶瓷襯底、陶瓷膜、電路板等并且被介質(zhì)2包圍的載體3。在圖1、圖3和圖4中，介質(zhì)2被不為在傳感器I上方。經(jīng)由相應(yīng)的S封系統(tǒng)(未不出)，能夠針對(duì)介質(zhì)2保護(hù)傳感器I的某個(gè)區(qū)域。這里，特別地參考電線19的區(qū)域和通常地傳感器I對(duì)于介質(zhì)敏感的區(qū)域。進(jìn)而，傳感器I能夠被安裝在分布式網(wǎng)絡(luò)中，因此被安裝在(管)線、筒倉、罐、容器、燃?xì)夤芫W(wǎng)并且特別地被安裝在輸水管網(wǎng)20中(比較圖5)，并且介質(zhì)圍繞其流動(dòng)。將基于電勢測定傳感器，特別地基于pH傳感器解釋本發(fā)明的方案。在這種情形中，通常，無任何電流流過電線19。然而，本發(fā)明還能夠應(yīng)用于電化學(xué)方法，其中諸如、例如在電流分析或者電量分析的情形中，電流的確流動(dòng)。而且，還能夠使用多參數(shù)傳感器，即測量多于僅一個(gè)工藝參數(shù)的傳感器。還有一個(gè)選項(xiàng)是利用多參數(shù)傳感器記錄特別地包括溫度、傳導(dǎo)率、流量、壓力或者濁度的、不能以電化學(xué)方式確定的過程變量，。傳感器I本質(zhì)上由具有傳感器作用的部件4 (在示例中作為測量半電池實(shí)現(xiàn)并且在中間示出)、第一參比半電池5和第二參比半電池6構(gòu)成。圖1示出第一實(shí)施例。具有傳感器作用的部件4因此與第一參比半電池5形成第一原電池23并且與第二參比半電池6形成第二原電池24。第一原電池23以第一測量周期^nreas和測量間隔int進(jìn)行測量；第二原電池24以第二測量周期t2,_s和測量間隔t2,int進(jìn)行測量。具有傳感器作用的部件4穿過敏感區(qū)域14與將要確定其pH值的介質(zhì)2具有接觸。敏感區(qū)域14是pH敏感層并且例如被實(shí)現(xiàn)為薄玻璃膜( 50um)。經(jīng)由例如混合傳導(dǎo)氧化物層和金層構(gòu)成的引線15，敏感區(qū)域14與電線19連接。第一參比半電池5包括最經(jīng)常地代表銀/氯化銀電極的電極7。進(jìn)而，參比半電池5包括最經(jīng)常地形式為氯化鉀溶液的電解質(zhì)源8。經(jīng)由液體接界9，電解質(zhì)源8與介質(zhì)2接觸。液體接界9能夠被實(shí)現(xiàn)為隔膜或者小的開口。為了感測電勢，電極7與電線19連接。還被稱為鈍化層的覆蓋層13保護(hù)傳感器I的、不應(yīng)該與介質(zhì)2具有任何直接接觸的全部區(qū)域，從而防止腐蝕，并且因此防止損壞。在利用厚膜技術(shù)制造的情形中，覆蓋層13能夠是耐受介質(zhì)的膜，例如由聚合物或者陶瓷制成的膜。在利用薄膜技術(shù)制造傳感器的情形中，覆蓋層13是由氧化硅、氮化硅、碳化硅等制成的層。第二參比半電池6包括最經(jīng)常地由銀/氯化銀電極代表的電極10。進(jìn)而，參比半電池6包括最經(jīng)常地形式為氯化鉀溶液的電解質(zhì)源11。經(jīng)由液體接界12，電解質(zhì)源11與介質(zhì)2接觸。為了感測電勢，電極7與電線19連接。提供至少一個(gè)測量裝置18，用于測量電極的電勢，分別為具有傳感器作用的部件4、第一參比半電池5和第二參比半電池6的電壓。在所描述的pH測量示例中，測量裝置18代表電壓測量器件。根據(jù)測量電壓(測量變量)，利用能斯特方程經(jīng)由上級(jí)單元16 (s.u.)確定PH值(過程變量)。與第一參比半電池5的液體接界9相對(duì)照，第二參比半電池6的液體接界12關(guān)于其滲透性及其電解質(zhì)流量是可控的，即液體接界12能夠被打開和關(guān)閉。液體接界12經(jīng)由電線19與上級(jí)單元16連接。上級(jí)單元16能夠是微控制器、微處理器、FPGA、FPAA、ASIC等。而且，測量發(fā)送器等能夠承擔(dān)上級(jí)系統(tǒng)16的不同功能。上級(jí)單元16指令并且控制液體接界12，使得在測量操作中液體接界是能夠以電解方式滲透的。在圖1中，以及還在 圖3和圖4中，作為不同的部件給出上級(jí)單元16和測量裝置18。在圖4中，給出兩個(gè)上級(jí)單元16。因此每一個(gè)功能由獨(dú)立的單元承擔(dān)是可能的。然而，另一個(gè)選項(xiàng)在于，功能由單一的緊湊單元承擔(dān)。通常，上級(jí)單元16不是電化學(xué)傳感器I的一體部件。上級(jí)單元16的功能能夠是:電壓測量和/或電壓測量的控制(為此目的，在圖1中，上級(jí)單元16與測量裝置18連接)、電壓比較、對(duì)于這種比較作出反應(yīng)、電勢感測一個(gè)或多個(gè)引線的控制、數(shù)據(jù)評(píng)估、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算過程變量，特別地計(jì)算PH值、監(jiān)視過程變量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、記錄事件、對(duì)于事件作出反應(yīng)等。而且,上級(jí)單元16能夠建立第一原電池(galvanic element)23的測量時(shí)間I^meas和測量間隔int，以及還建立第二原電池24的測量時(shí)間t2,_s和測量間隔t2, int。最經(jīng)常地，t2,int大于^int，并且^meas等于Kint,即在第一原電池23處連續(xù)地進(jìn)行測量。在液體接界12的打開狀態(tài)中，在電解質(zhì)源11和介質(zhì)2之間存在電解接觸。在關(guān)閉狀態(tài)中，不存在任何接觸。因此，能夠確保測量僅僅在特定時(shí)間發(fā)生；例如，與在第一原電池23的情形中相比，能夠遠(yuǎn)沒有那么頻繁地-例如每天一次地測量在第二原電池24處的電壓。這具有如此優(yōu)點(diǎn):在第一原電池23處，例如連續(xù)地測量電壓，并且因此pH值得以確定。除了連續(xù)測量，確定了差異PH值，即從瞬時(shí)測量值減去了過去的測量值。借助于這個(gè)差異值，能夠最優(yōu)地跟蹤在測量中的變化。圖2示出這樣的跟蹤。在例如20s的范圍內(nèi)PH值從7改變?yōu)?.5的情形中，根據(jù)不同的差異時(shí)間范圍h，差異測量的峰值以不同的強(qiáng)度發(fā)生。在3s的時(shí)間范圍^的情形中，在所示示例中接收到最高偏移。高于特定閾值-在該示例中這個(gè)閾值為OV-的差異電壓被作為“事件”由上級(jí)單元16檢測到。在具有可控液體接界12的 第二原電池24處，如已經(jīng)述及很多地，沒有頻繁地進(jìn)行測量。因?yàn)橐后w接界12被少得多地打開，所以能夠由此假設(shè)較少的電解質(zhì)源11被耗盡，并且因此這個(gè)測量是更加準(zhǔn)確的。測量信號(hào)能夠用作為對(duì)第一原電池23處的值的校正、校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)、調(diào)整等。通過組合連續(xù)測量與差異測量，突然地發(fā)生的事件能夠被最優(yōu)地檢測到。非連續(xù)測量經(jīng)久地保證了過程變量的正確測量。圖3示出本發(fā)明的傳感器的另一個(gè)實(shí)施例。在這種情形中，具有傳感器作用的部件4與第一參比半電池5形成第一原電池23。作為對(duì)比，第二原電池24由第一參比半電池5和第二參比半電池6形成。優(yōu)選地，以低歐姆方式實(shí)現(xiàn)參比電極7、10。圖4示出本發(fā)明的傳感器的第三實(shí)施例。這里，第二參比半電池6的液體接界12和第一參比半電池5的液體接界17這兩者都是可控的。因此，還能夠顯著地增加第一參比半電池5的壽命。應(yīng)該予以關(guān)注的是，測量間隔int和差異時(shí)間范圍A得以選擇得足夠小，使得暫時(shí)地發(fā)生的事件仍然能夠得以檢測。進(jìn)而，實(shí)施例的任何組合都是可能的。因此，例如一個(gè)選項(xiàng)是，兩個(gè)參比半電池5、6的液體接界是可控的，并且由兩個(gè)參比半電池5、6形成第二原電池24。圖5a示出本發(fā)明的電化學(xué)傳感器I在分布式網(wǎng)絡(luò)20中特別地在輸水管網(wǎng)中的應(yīng)用。分布式網(wǎng)絡(luò)20由水線路21構(gòu)成。在這種情形中，至少兩個(gè)一在該示例中五個(gè)一傳感器SI到S5被設(shè)置于輸水管網(wǎng)20內(nèi)的不同位置處。傳感器SI到S5例如經(jīng)由總線系統(tǒng)與上級(jí)控制單元22連接。上級(jí)控制單元22能夠是控制室或者站。如果傳感器SI如在圖5b中示出地記錄事件，則該事件的進(jìn)展能夠由傳感器S2到S5追蹤。一個(gè)選項(xiàng)是記錄、存儲(chǔ)和/或日志記錄該事件。上級(jí)控制單元22然后例如交付相應(yīng)的報(bào)告，從而能夠例如通過經(jīng)由門的打開/關(guān)閉等重定向介質(zhì)流而對(duì)于該事件作出反應(yīng)。附圖標(biāo)記的列表I電化學(xué)傳感器2 介質(zhì)3 載體4具有傳感器作用的部件5第一參比半電池6第二參比半電池75的電極85的電解質(zhì)源95的液體接界106的電極116的電解質(zhì)源126的液體接界13覆蓋層144的敏感區(qū)域I5 引線16上級(jí)單元175的液體接界(可控)18測量裝置19 電線20分布式網(wǎng)絡(luò)21水線路22上級(jí)控制單元23第一原電池24第二原電池SPhSS電化學(xué)傳感器
權(quán)利要求
1.一種利用至少一個(gè)電化學(xué)傳感器(I)確定和/或監(jiān)視介質(zhì)(2)的至少一個(gè)過程變量的方法，所述至少一個(gè)電化學(xué)傳感器(I)包括至少第一參比半電池(5)和第二參比半電池(6)，并且所述方法包括如下步驟: -關(guān)于所述第一參比半電池(5)以第一測量周期^meas和第一測量間隔^int測量第一電測量變量&,。_， -參考所述第二參比半電池(6)以第二測量周期&,_3和第二測量間隔12,心測量至少第二電測量變量 ^■2，discont， 其中所述第二測量間隔t2,int大于所述第一測量間隔^int, -根據(jù)至少一個(gè)電測量變量Xucont或者X2,dis_t確定所述至少一個(gè)過程變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其中利用Xdiff (t=t0) =Xljcont (t=t0) -Xljcont Ct=Vt1), 記錄差分電測量變量Xdiff，其中t是時(shí)間，h代表電流測量值的時(shí)間點(diǎn)，并且代表所述第一測量間隔^int的整數(shù)倍，并且 其中所述差分電測量變量Xdiff降至低于下閾值X1,-或者所述差分電測量變量Xdiff升至高于上閾值X1,_意味著改 變過程變量的事件的發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其中，當(dāng)確定所述差分電測量變量xdiff低于閾值X1, min或者高于閾值X1, _時(shí)，觸發(fā)所述第二電測量變量 乂2，discont 的測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中至少一項(xiàng)所述的方法， 其中經(jīng)由電勢測定方法確定所述電測量變量X1,_t或者X2,dis_t中的至少一個(gè)， 其中設(shè)置了與所述介質(zhì)(2)接觸的、具有傳感器作用的部件(4)，其中相對(duì)于所述具有傳感器作用的部件(4)測量所述第一電測量變量Xucont,并且 其中相對(duì)于所述具有傳感器作用的部件(4)或者相對(duì)于所述第一參比半電池(5)測量所述第二電測量變量 ^■2，discont °
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中至少一項(xiàng)所述的方法， 其中經(jīng)由電流測定方法確定所述電測量變量X^nt或者X2,dis_t中的至少一個(gè)， 其中設(shè)置了被實(shí)現(xiàn)為反電極的電極表面。
6.一種用于確定和/或監(jiān)視介質(zhì)(2)的至少一個(gè)過程變量的電化學(xué)傳感器(I )，包括至少一個(gè)第一參比半電池(5)和第二參比半電池(6)， 其中所述第一參比半電池(5)以第一測量周期tu_s和第一測量間隔^int確定第一電測量變量X1, _t， 其中所述第二參比半電池(6)以第二測量周期t2,_s和第二測量間隔t2,int確定第二電測量變量X2,dis_t， 其中所述第二測量間隔t2,int大于所述第一測量間隔^int, 其中設(shè)置了根據(jù)至少一個(gè)電測量變量X1, cont或者X2, discont確定所述至少一個(gè)過程變量的至少一個(gè)上級(jí)單元(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中所述上級(jí)單元(16)，利用Xdiff (t=t0) =Xljcont (t=t0) -Xljcont Ct=Vt1), 確定差分電測量變量Xdiff，其中t是時(shí)間，h代表電流測量值的時(shí)間點(diǎn)，并且代表所述第一測量間隔^int的整數(shù)倍， 其中所述上級(jí)單元(16)將低于下閾值X1, min或者高于上閾值X1, _的所述差分電測量變量Xdiff的值與改變過程變量的事件的發(fā)生相關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中當(dāng)確定所述差分電測量變量Xdiff低于閾值Xumin或者高于閾值X1,_時(shí)，所述上級(jí)單元(16)觸發(fā)所述第二電測量變量X2,dis_t的測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中設(shè)置了與所述介質(zhì)(2)接觸的具有傳感器作用的部件(4)，其中所述第一參比半電池(5)經(jīng)由電勢測定方法相對(duì)于所述具有傳感器作用的部件(4)確定測量變量，和/或 其中所述第二參比半電池(6)經(jīng)由電勢測定方法相對(duì)于所述具有傳感器作用的部件(4)或者相對(duì)于所述第一參比半電池(5)確定測量變量X2,diS_t。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中經(jīng)由電流測定方法，所述第一參比半電池(5)確定測量變量X^nt和/或所述第二參比半電池(6)確定測量變量X2,dis_t， 其中設(shè)置了被實(shí)現(xiàn)為反電極的電極表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)傳感器(1)， 其中所述第二參比半電池(6)包括至少一個(gè)電解質(zhì)源(11)并且經(jīng)由至少第一液體接界(12)與所述介質(zhì)(2)接觸， 其中所述液體接界(12)被實(shí)現(xiàn)為是可控的并且上級(jí)單元(16)控制所述液體接界(12)，使得在測量操作期間，所述液體接界(12)是能夠以電解方式滲透的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電化學(xué)傳感器(1)， 其中與所述第二參比半電池(6)相關(guān)聯(lián)的液體接界(12)的控制間隔對(duì)應(yīng)于所述第二測量間隔tint2。
13.根據(jù)權(quán)利要求6-12中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中所述第一參比半電池(5)包括至少一個(gè)電解質(zhì)源(8)、并且經(jīng)由至少第二液體接界(9，17)與所述介質(zhì)(2)接觸， 其中所述至少一個(gè)液體接界(9，17)被實(shí)現(xiàn)為是可控的，并且所述上級(jí)單元(16)控制所述至少一個(gè)液體接界(9，17)，使得在測量操作期間，所述至少一個(gè)液體接界(9，17)是能夠以電解方式滲透的， 其中所述至少一個(gè)液體接界(9，17)的控制間隔對(duì)應(yīng)于所述第一測量間隔tintl。
14.根據(jù)權(quán)利要求6-13中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)傳感器(I)， 其中所述具有傳感器作用的部件(4)是一次半電池、離子選擇性膜，特別是pH玻璃膜、半導(dǎo)體絕緣體層堆疊體，特別是ISFET、金屬電極或者金屬/金屬氧化物電極、或者非金屬氧化還原電極，特別是碳電極。
15.一種在分布式網(wǎng)絡(luò)(20)中的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求6到14中至少一項(xiàng)所述的至少兩個(gè)電化學(xué)傳感器(1)，其中在第一位置處的第一電化學(xué)傳感器(1)在第一時(shí)間點(diǎn)記錄信息，特別是測量數(shù)據(jù)和/或事件， 其中被布置在至少一個(gè)其它位置處的又一個(gè)電化學(xué)傳感器(I)或者多個(gè)其它的電化學(xué)傳感器(1)在以后的時(shí)間點(diǎn)記錄這樣的信息和/或事件，并且 其中上級(jí)控制單 元(22)檢測所述信息和/或所述事件的傳播并且觸發(fā)過程，特別是記錄、報(bào)告和/或所要采取的措施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用包括至少第一參比半電池(5)和第二參比半電池(6)的至少一個(gè)電化學(xué)傳感器(1)確定和/或監(jiān)視介質(zhì)(2)的至少一個(gè)過程變量的方法，并且包括如下方法步驟關(guān)于第一參比半電池(5)以第一測量周期t1，meas和第一測量間隔t1，int測量第一電測量變量X1，cont，關(guān)于第二參比半電池(6)以第二測量周期t2，meas和第二測量間隔t2，int測量至少第二電測量變量X2，discont，其中第二測量間隔t2，int大于第一測量間隔t1，int，根據(jù)至少一個(gè)電測量變量X1，cont或者X2，discont確定該至少一個(gè)過程變量。進(jìn)而，本發(fā)明涉及一種電化學(xué)傳感器和一種系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N27/26GK103091375SQ20121044219
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者阿希姆·加爾, 托爾斯滕·佩希施泰因, 托馬斯·威廉 申請(qǐng)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