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Gerät zur Messung der Konzentration brennbarer Gase und Dämpfe
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Die Doppeldeutigkeit, die oben erläutert wurde und die den bisherigen Geräten eigentümlich ist, konnte früher ohne weiteres in Kauf genommen werden, da die Geräte nur bei geringen Konzentrationen an brennbaren Bestandteilen in der Atmosphäre zum Einsatz kamen. Da, wie man inzwischen weiss, im
Bergbau in gewissen Fällen auch hohe Konzentrationen auftreten, stellt die Doppeldeutigkeit einen ge- wissen Nachteil dar, denn die Bedienungsperson des Gerätes weiss nicht, ob sie sich in einer Atmosphäre mit niedrigem oder mit hohem Methangehalt befindet. (Die bisher bekannten Geräte der beschriebenen
Art lassen zwar nicht eine Anzeige für alle Konzentrationen zu ; die Skala des Messinstruments reicht vielmehr nur bis zu einem Wert, der z. B. 21o Methangehalt bzw. nach Umschaltung des Messbereiches 5% Methangehalt entspricht.
Liegt der Methangehalt oberhalb dieser Werte, so zeigt der Zeiger mit
Ausnahme des erwähnten Bereiches der Doppeldeutigkeit bei hoher Konzentration an Brennbarem Voll- ausschlag an. Die Anzeige bei Vollausschlag ist an sich vieldeutig, da ihm unendlich viele Konzentra- tionswerte zugeordnet sind ; diese theoretische Vieldeutigkeit spielt jedoch in der Praxis keine Rolle, da für die Bedienungsperson Vollausschlag in jedem Falle "Gefahr" bedeutet und es dann gleichgültig ist, ob der Methangehalt z. B. 20%, 40% oder 601o beträgt.)
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die erwähnte Doppeldeutigkeit zu beseitigen, die
Anzeige innerhalb des Messbereiches also eindeutig zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den elektrischen Kreis ein zusätzlicher, nicht in der Wheatstone'schen Brücke liegender, dem Gemisch ausgesetzter Widerstand eingeschaltet ist, dessen Widerstandsänderung auf
Grund der von der Konzentration des Brennbaren abhängigen Wärmeleitungseigenschaften des Gemisches als Steuergrösse für einen elektronischen Schalter benutzt wird, der einen Strom oberhalb einer Konzen- tration des Brennbaren einschaltet, die höher als die dem Messbereich des Messinstruments zugeordnete Konzentration liegt, wobei dieser Strom ein elektrisches Aggregat beaufschlagt, das sein Fliessen bei diesen Konzentrationen erkennbar macht.
Die Erfindung macht sich also die Tatsache zunutze, dass sich der Widerstandswert eines der Probe ausgesetzten Widerstandes mit der Konzentration des Brennbaren infolge der Wärmeleitung ändert. Bei Methan erniedrigt er sich, wenn die Methankonzentration zunimmt, weil Methan die Wärme besser leitet als Luft. Andere Gase, die schlechtere Wärmeleiter als Luft sind, führen bei Konzentrationserhöhung zu einer Widerstandserhöhung. Dieser von der Konzentration abhängige Widerstandswert des Zusatzwiderstandes wird erfindungsgemäss als Steuergrösse benutzt, um einen Strom zu schalten, der in irgendeiner Form erkennbar gemacht wird. Auf diese Weise ist es dem Messenden möglich, die beiden Konzentrationsbereiche voneinander zu unterscheiden.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, dass der Strom dem Messinstrument zugeleitet wird und so dimensioniert ist, dass dieses bei jeder Konzentration oberhalb der dem Messbereich zugeordneten Konzentrationen Vollausschlag anzeigt. Es wird also dafür Sorge getragen, dass die Kurve gemäss Fig. 2 nach Durchlaufen ihres Maximums nicht wieder in den Anzeigebereich eintaucht, sondern bis einschliesslich 1000/0 oberhalb des Wertes a verläuft, wenn a den Vollausschlag dokumentiert.
Eine andere Lösung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass als elektrisches Aggregat eine Alarmvorrichtung vorgesehen ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Fig. 3-6, von denen jede ein Ausführungsbeispiel darstellt.
In Fig. 3 ist die Messkammer mit 5 bezeichnet, in welche das zu messende Luft-Gas-Gemisch eingeleitet wird. In dieser befinden sich zwei Widerstände 6 und 7 einer Wheatstone'schen Brücke 8, von denen der Widerstand 6 der Kompensationswiderstand und der Widerstand 7 der Detektorwiderstand ist. In dem Diagonalzweig der Wheatstone'schen Brücke 8 liegt das Anzeigeinstrument 9.
Die beiden Punkte 10 und 11 sind über einen Schalter 12 mit einer Stromquelle UB verbunden.
Parallel zu der Brücke 8 liegen zwei weitere Widerstände 13, 14, von denen der Widerstand 13 der Probe ausgesetzt ist und der Widerstand 14 sich in einem geschlossenen, mit Luft gefüllten Raum befindet. Der Widerstand 14 wird von einem Potentiometer 15 überbrückt, dessen Mittelabgriff mit der Basis 16 eines Schalttransistors (z. B. npn-Transistor) 17 verbunden ist. Gemäss einergleichwertigen Altemativlösung kann aber auch derWiderstand 13 vom Potentiometer 15 überbrückt werden (nicht dargestellt). Der Emitter 18 des Transistors 17 ist mit dem negativen Pol der Stromquelle UB und der Kollektor 19 des Transistors 17 über einen Widerstand 20 mit dem negativen Pol 21 des Anzeigeinstruments 9 verbunden.
Das Gerät funktioniert folgendermassen : Ist die Konzentration des Luft-Methan-Gemisches in der Kammer 5 Null, befindet sich also überhaupt kein Methan in der Probe, so zeigt bei eingeschaltetem Schalter 12 das Anzeigeinstrument 9 Null an. Bei steigender Konzentration der Probe ver-
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stimmt sich die Brücke 8 und das Instrument 9 zeigt entsprechende Werte an. Zugleich wird der
Widerstandswert des Widerstandes 13 geringer, da Methan die Wärme des Widerstandes 13 besser abführt als Luft. Infolgedessen wird die Basis 16 des Transistors 17 positiver, was schliesslich dazu führt, dass der Transistor 17 bei Konzentrationen oberhalb des Messbereiches stromführend wird.
Der negative Pol der Stromquelle UB ist somit über den Transistor 17 und den Widerstand 20 mit dem negativen Pol 21 des Anzeigeinstruments 9 verbunden, so dass auch bei hohen Konzentratio- nen (bei denen ohne die erfindungsgemässe Schaltung der Zeigerausschlag wieder in den Messbereich zurückgehen kann) ein Strom durch das Instrument 9 fliesst. Der Kreis muss so abgeglichen sein, dass oberhalb einer Konzentration, die der Einstellung des Schaltpotentials am Schleifer 16 des Wider- standes 15 entspricht, beim Vorhandensein jeder möglichen höheren Konzentration der Zeiger des Messinstruments Vollausschlag anzeigt.
Das Öffnen des Transistors 17 braucht nicht an einem definierten Konzentrationspunkt zu erfolgen, sondern kann in dem Bereich stattfinden, in dem sich die Konzentrationskurve gemäss Fig. 2 oberhalb des Anzeigebereiches befindet.
In Fig. 4 ist eine etwas andere Schaltung dargestellt. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Schaltung gemäss Fig. 3 besteht darin, dass die beiden Widerstände 23 und 24, die den Widerständen 13,14 in der Schaltung gemäss Fig. 3 entsprechen, und von denen der Widerstand 23 der Probe ausgesetzt ist, der Widerstand 24 sich aber in einem geschlossenen Luftraum befindet, nicht parallel zur Wheatstone'schen Brücke 8, sondern in Reihe zu dieser liegen. Die Funktion der Schaltung ist im Prinzip die gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. 3. Die Schaltung nach Fig. 4 hat gegenüber derjenigen nach Fig. 3 den Vorteil, dass ihre Leistungsaufnahme wesentlich geringer ist. Sie beträgt etwa 50% der Schaltung nach Fig. 3.
Eine Weiterentwicklung der Ausführungsformen gemäss den Fig. 3 und 4 besteht darin, dass an Stelle des Widerstandes 20 eine Alarmvorrichtung vorgesehen ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 entspricht demjenigen der Fig. 3. Gleiche Teile sind daher mit den gleichen Bezugsziffern wie bei der Schaltung der Fig. 3 versehen. Der wesentliche Unterschied zu der Schaltung der Fig. 3 besteht darin, dass der Kollektor 19 des Transistors 17 über eine Alarmanlage 25, z. B. eine Lampe oder einen Summer, mit dem positiven Pol der Stromquelle UB verbunden ist. Die Funktion des Gerätes ist im Prinzip die gleiche wie diejenige des Gerätes nach Fig. 3.
Die Lösung nach Fig. 6 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 4, jedoch mit dem Unterschied, dass der Kollektor 19 des Transistors 17 mit dem positiven Pol der Stromquelle (und nicht mit dem negativen Pol des Messinstruments wie in der Ausführungsform der Fig. 4) verbunden ist.
Ist für die erfindungsgemässen Schaltungen keine konstante Brückenspannung vorhanden, so kann mit bekannten elektrischen oder elektronischen Mitteln eine Stabilisierung des Transistorschaltpunktes erreicht werden. Darüber hinaus ist durch Anordnung mehrerer Transistorstufen eine besonders hohe Schaltschärfe zu erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät zur Messung der Konzentration brennbarer Gase und Dämpfe, insbesondere von Methan, bestehend aus einem Messraum, in den das zu prüfende Gemisch eingeleitet wird, und einer Wheatstone'schen Brücke, von der sich zwei benachbarte Brückenwiderstände, nämlich ein auf die Verbrennung des Brennbaren katalytisch wirkender Detektorwiderstand und ein Kompensationswiderstand innerhalb des Messraumes, u. zw.
entweder in einer gemeinsamen Kammer oder in getrennten Kammern be-
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Wheatstone'schen Brücke liegender, dem Gemisch ausgesetzter Widerstand (13, 23) eingeschaltet ist, dessen Widerstandsänderung auf Grund der von der Konzentration des Brennbaren abhängigen Wärmeleitungseigenschaften des Gemisches als Steuergrösse für einen elektronischen Schalter (17) benutzt wird, der einen Strom oberhalb einer Konzentration des Brennbaren einschaltet, die höher als die dem Messbereich des Messinstruments (9) zugeordnete Konzentration liegt, wobei dieser Strom ein elektrisches Aggregat (9,25) beaufschlagt, das sein Fliessen bei diesen Konzentrationen erkennbar macht.
2. GerätnachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassderStromdemMe6instrument (9) zugeleitet wird und so dimensioniert ist, dass dieses bei jeder Konzentration oberhalb der dem Messbe- : eich zugeordneten Konzentrationen Vollausschlag anzeigt.