[发明专利]用于测量探头的信号传输设备和相关的传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量探头使用的信号传输设备，具体涉及电化学测量探头，如pH值测量探头或氧气测量探头，它还涉及根据权利要求1、8和12的前序部分分别描述的传输方法和测量探头。

背景技术

根据[1]U.Tietze，Ch.Schenk，Halbleiterschaltungs-technik，11.Auflage，1.Nachdruck，Springer Verlag，Berlin 1999，Kapitel 22，第1189 und 1190页(U.Tietze，Ch.Schenk，Semiconductor Circuit Design，第11版，第2次印刷，Springer出版社，Berlin 1999，第22章，1189-1190页)，在将测量得到的电子信号发送至例如处理单元中的A/D转换器前通常需要首先变换此信号。根据[1]，需要用于此目的的测量电路，其传递由低阻抗电压源提供的输出信号。不施加负载测量高阻抗信号源电压的优选方法是将运算放大器作为阻抗变换器使用。根据[1]，需要注意的事实是，高阻抗输入导线对电容干扰十分敏感。

根据[1]的第23.4章1256-1258页，传感器和检测信号的位置通常由具有强干扰的大的距离和区域分开。因此用于放大测量信号的放大器，如在[1]中第1189页，图22.1中示出的阻抗变换器，被放置在离传感器很近的位置。

根据[2]，WO 92/21962，越来越趋向于使用电极系统，主要是玻璃电极，来测量液体中的氢离子浓度，即pH值测量，例如用于监测例如食品加工科技领域中的化学和生物工艺。为此目的而更多的使用电极使得对于长期使用的测量精度有更为严格的要求。保持满意的测量精度要求持续监测使用的电极的状况，因为例如由于对离子敏感膜的损坏、对隔膜的污染、电极内的导体断路和/或短路都会对测量精度造成破坏。尽量消除这些性能破坏因素的需求使得对故障识别方法的需求越来越大，故障识别方法允许不中断电极使用的过程、特别是不从被测量的介质中卸除或撤除玻璃电极而对玻璃电极工作条件和正确功能进行监控。

根据[2]，包括玻璃电极和参考电极的测量探头被插入测量介质中，其接收来自高阻抗源的不同幅度和持续时间的方波脉冲；测量通过探头阻抗改变的测量探头的电压，将测量值与实验或计算确定的未接触的测量探头参考值对比。此设置中的方波脉冲在处理器的模拟输出端输出，通过独立的传输线传递给测量探头。

在EP 0 419 769 A2[3]描述的工艺中，通过由控制单元传递的对称双极电流脉冲的进行监测。电流脉冲的周期长度可自由选取，可以根据测试探头所需的精度进行设定。此方法需要相对大量的电路，特别是用于生成对称双极电流脉冲的两路控制线，它允许在正极电压源和负极电压源间转换，或者在测量pH值的测量阶段和测试电极的测试阶段间转换。

在EP 0 497 994 A1[4]中公开了一种测试pH测量电极的方法，除了玻璃电极和参考电极还包括辅助电极。公开的概念中进一步包括两个处理设备，其分别由第一发电机和第二发电机提供AC测试电压。此结构中的第一发电机的工作频率是第二发电机工作频率的整数倍。这样使得可以分别监测玻璃电极和参考电极。在第一个实例中，测试由玻璃电极和辅助电极形成的链路的电阻，而在第二个实例中测试由参考电极和辅助电极形成的链路的电阻。通过上面描述的发电机频率比，可以得到两个处理单元输出信号间足够精确的差值，在每个实例中，通过一个电极的处理电路中的相敏整流器抑制另一个电极的输出信号。因此处理设备不再直接检测玻璃电极和参考电极间的电位差。然而，它们检测玻璃电极和辅助电极间的电位差，以及参考电极和辅助电极间的电位差。因为这两个电位差都是针对相同的辅助电极的，因此玻璃电极和参考电极间的电位差可以通过差分放大器确定。使用此测量电路，测量探头因此接收两个不同发电机的AC测试电压。这些AC测试电压然后被用于随之的信号相位相干处理，因此还必须通过合适的导线从处理单元正常传输到测量探头。

但是，使用额外的导线进行信号传输增加了成本和复杂度。同时，已经安装的系统缺少需要的导线，很难改进翻新或需要很高的成本，并且系统需要停工。这代表了一种劣势，因为随着小型化的发展趋势以及由此带来的智能构件分散布置的可能性，传输附加信号的要求在增加，更先进的为分散安装而设计的测量探头在现有系统中只能得到有限的使用。

因此本发明的目标是提出一种改进的用于测量探头的信号传输设备，进一步提出用于该信号传输设备的传输方法和测量探头，具体是pH值测量探头或氧气测量探头。