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Verfahren zur Untersuchung von Gasgemischen und quantitativer Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Gasen, insbesondere für geophysikalische Zwecke.
Bei der Untersuchung von Gasgemischen und bei der quantitativen Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Gasen macht man von dem Messprinzip Gebrauch, das Gasgemisch mit einem elektrisch erhitzten Platinfaden in Berührung zu bringen, an dem sich das Gas entzündet und dieses zusätzlich erwärmt, und die durch die zusätzliche Erwärmung hervorgerufene Widerstandsänderung des beispielsweise in eine Wheatstone'sche Brücke eingeschalteten, in einer Verbrennungskammer angeordneten Platinfadens zu bestimmen.
Neben Vorschlägen, wonach die Messung bei strömendem Gas erfolgen soll und die Messung bei in der Verbrennungskammer ruhendem Gas überhaupt verworfen wird, sind empfindlicher Verfahren bekanntgeworden, bei denen das Gasgemisch gerade bei der Messung in der Verbrennungskammer ruht und die durch die katalytische Verbrennung hervorgerufene Änderung der ballistischen Ausschlagskurve eines in den Stromkreis des beheizten Drahtes geschalteten Galvanometers gemessen wird.
Dem letzteren Verfahren haftet noch folgender Mangel an : Bei der Verwendung eines ballistischen Galvanometers in der Wheatstone'schen Brücke lässt sich bei einem Gasgemisch mit geringer Konzentration an brennbaren Anteilen nicht mehr unterscheiden, ob der Instrumentenausschlag von der Verbrennung oder von der ungleichen Abstimmung der Widerstände herrührt.
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genau abzustimmen, dass sich die Zweigwiderstände für jede Temperatur, beispielsweise zwischen 200 und 1000 , immer um genau gleiche Beträge erhöhen. Aus diesem Grunde ergibt sich bereits bei der Untersuchung nicht brennbarer Gase eine Ausschlagskurve, die mit wachsender Heizstromstärke von der Nullinie ausgehend einen Anstieg aufweist und schliesslich wieder in die Nullinie einmündet.
Der Abstieg dieser Ausschlagskurve rührt daher, dass vor der Ausführung der Vergleichsmessung mit nicht brennbarem Gas und brennbarem Gasgemisch durch Zusatzwiderstände die Brücke derartig abgestimmt ist, dass beim Endwert der Heizstromstärke das Nullinstrument kein Strom durchfliesst. Verwendet man als Nullinstrument ein ballistisches Galvanometer, also ein solches, welches Stromimpulswerte misst, die über eine bestimmte Zeit integriert werden, so wird das Einmünden in die Nullinie gemäss der exponentiellen Abklingungskurve eines ballistischen Galvanometers asymptotisch erfolgen. Diese Ausschlagskurve wird daher der Verbrennungskurve bei kleinen Konzentrationen, welche ebenfalls zunächst ansteigt und sodann nach einer exponentiellen Funktion abklingt, ähnlich sehen.
Die beiden Kurven unterscheiden sich zwar der Amplitude nach etwas entsprechend der zusätzlichen Erwärmung bei der Verbrennung des brennbaren Gasgemisches, jedoch, wie gesagt, nicht wesentlich in ihrem zeitliehen Verlaufe. Daher ist es nicht möglich zu unterscheiden, ob die Differenz der Amplituden Verbrennungs-bzw. Gaswerten entspricht oder ob sie allgemeine Streuungswerte darstellt, die beispielsweise herrühren von der Reibung des Nullinstrumentes in den Achsen, von den Spannungsänderungen des Akkumulators, von Lageveränderungen des Platinfadens in der Messkammer oder anderm mehr.
Dieser Nachteil wird durch das den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende ähnliche Verfahren vermieden, welches auch bei der Untersuchung von Gasgemischen mit geringer Konzentration an brennbaren Anteilen einwandfreie und zuverlässige Messergebnisse gewährleistet. Das Verfahren gemäss der Erfindung, bei dem ebenfalls mit der Wheatstone'schen Brückenschaltung gearbeitet wird und die Messung unter Verwendung eines üblichen Galvanometers bei ruhendem Gasgemisch erfolgt, besteht darin, dass der Gasgemischstrom bis zur Erreichung eines Gleichgewichtszustandes zwischen der vom Gemisch abgeführten und der durch die Verbrennung zugeführten Wärme durch die den Mess-
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draht enthaltende Verbrennungskammer hindurchgeleitet, dann die Gasströmung unterbrochen und der zeitliche Verlauf der Widerstandsänderung des Messdrahtes,
insbesondere die Differenz des Höchstwertes und des hienach sich asymptotisch einstellenden Endwertes des Widerstandes bestimmt wird.
In den Fig. 1 und la der Zeichnung ist der zeitliche Verlauf des Vorganges schematisch als Kurve A dargestellt.
So lange noch kein'Gemisch durch die Verbrennungskammer strömt, ist die Wheatstone'sche Brücke auf einen konstanten i-Wert abgestimmt. Im Zeitpunkt To setzt die Strömung des Gasgemisches durch die den beheizten Messdraht enthaltende Verbrennungskammer ein. Es findet zunächst eine Abkühlung des Messdrahtes statt, da das strömende Gasgemisch ja Wärme mit fortführt. Deshalb sinkt die i-Kurve im Zeitpunkt To recht beträchtlich auf einen Wert imin, um nun infolge der einsetzenden Verbrennung auf einen über imin liegenden Wert anzusteigen.
Unter der Voraussetzung, dass der Druck in der Verbrennungskammer und die Lage des Messdrahtes sich nicht allzusehr ändern, stellt sich nach gewisser Zeit ein Gleichgewichtszustand zwischen der vom strömenden Gemisch abgeführten und der durch die Gasverbrennung zugeführten Wärmemenge ein, der durch den zwischen den Punkten To und T\ liegenden geradlinig verlaufenden Kurventeil angedeutet ist. Wenn nun plötz- lich der Gemischstrom im Zeitpunkt Ti unterbrochen wird, so steigt die i-Kurve momentan auf einen Höchstwert imax an. Es wirkt in diesem Augenblick einerseits zwar noch die ganze Verbrennungwärme, anderseits fällt die Abkühlung des Messdrahtes durch das strömende Gasgemisch weg.
Von diesem Höchstwert iman sink die Kurve wieder allmählich auf einen konstanten t-Wert oK., der übrigens nicht gleich to zu sein braucht, wenn das verbrannte Gas z. B. eine andere Wärmeleitfähigkeit als das ursprünglich die Verbrennungskammer füllende Gas hat. Das langsame Absinken des Höchstwertes imax nach Unterbrechung des Gasflusses. hängt damit zusammen, dass nicht das ganze in der Verbrennungskammer ruhende Gemischvolumen auf einmal mit dem Messfaden in Berührung kommt und verbrennt, sondern dass die brennbaren Gasteile allmählich zum Messfaden diffundieren, so dass der Verbrennungsvorgang des ruhenden Gemischvolumens eine gewisse Zeit dauert.
Der zeitliche Verlauf dieser abfallenden i-Kurve, insbesondere die Differenz des Höchstwertes imax und des hienach sich asymptotisch einstellenden Endwertes m, ! s < . ist charakteristisch für die Konzentration des Gemisches. Bei sehr geringen Konzentrationen an brennbaren Anteilen im Gasgemisch, wo die zu messende Zusatzerwärmung verhältnismässig klein gegen die durch das Fliessen bzw.
Abstoppen des Gemischstromes hervorgerufenen Temperaturschwankungen ist, ist es zweckmässig, mit unterdrücktem Nullpunkt zu messen bzw. das Anzeigeinstrument in Abhängigkeit vom Öffnen und Schliessen des Gasstromes ab-und auszuschalten bzw. kurzzuschliessen. In diesem Falle kann man dann ein sehr empfindliches Galvanometer mit beschränktem Messbereich verwenden und dessen Schalter gegebenenfalls mit dem Gashahn in geeigneter Weise kuppeln. Es sei noch darauf hingewiesen, dass, wie aus Vorstehendem hervorgeht, aus der Neigung von an die Verbrennungskurve (Bereich zwischen imax und oKs ;.) gelegten Tangenten auch Schlüsse auf die Diffusionskonstante des Gases gezogen werden können, so dass man auch Anhaltspunkte für die Analyse des untersuchten Gasgemisches bekommt.