Vakuumofen zur <B>Untersuchung von Proben</B> Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an einem Vakuumofen zur Untersuchung von Proben, insbesondere zwecks analytischer Bestimmung ihres Gasgehaltes, wobei die zu analysierenden Proben unter Vakuum in einem Behälter aus Graphit oder Kohle, welcher zwischen Stromzuführungselektroden einge spannt und durch direkten Stromdurchgang erhitzt wird, extrahiert werden.
Ein bekannter derartiger Extraktionsofen nach dem Hauptpatent weist zur Kühlung des Probenbehälters innerhalb des Ofengehäuses einen diesen eng um- schliessenden, den übrigen Ofenraum bis auf etwaige Spalte zur elektrischen Isolierung un einen Kanal zur Evakuierung des Probenbehälters ausfüllenden metal lischen Körper auf, wodurch der Vorteil erreicht wird, dass wegen des wesentlich verkleinerten Ofenvolumens eine einfache mechanische Vorvakuumpumpe zur Eva kuierung genügt und die sonst erforderliche Hochvaku umpumpe, meist eine Diffusionspumpe, eingespart wer den kann.
Vor Durchführung einer Analyse mit dem genannten Ofen wird zuerst der sogenannte Leerwert bestimmt, d. h. die Menge des Messgases z. B. CO oder H_ welche vom Ofen mit eingesetztem leerem Probenbehälter während einer Zeitdauer abgegeben wird, die der späteren Extraktionszeit einer Probe ent spricht; dieser Leerwert muss von dem bei der Extrak tion einer Probe gemessenen Wert der aus dem Ofen abgegebenen Gasmenge abgezogen werden, um den wahren Wert der Messgasmenge der Probe zu ermit teln. Der Leerwert des Ofens rührt hauptsächlich von den von den Ofenwänden und von den Dichtungen ab gegebenen Gasen, insbesondere Wasserdampf, her und sollte möglichst gering sein, damit auch Proben, die nur eine geringe Gasabgabe aufweisen, sicher gemessen werden können.
Den Leerwert eines Vakuumofens nach dem Hauptpatent zu verringern, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.
Der erfindungsgemässe Vakuumofen, zur Untersu chung von Proben insbesondere zwecks analytischer Bestimmune ihres Gasgehaltes, mit einem die zu unter- suchende Probe aufnehmenden Behälter aus Graphit oder Kohle welcher zwischen Stromzuführungselektro den einspannbar und durch direkten Stromdurchgang erhitzbar ist und wobei zur Kühlung des Probenbehäl ters innerhalb des Ofengehäuses ein diesen mindestens teilweise umgrenzender metallischer Körper vorgesehen ist, ist gekennzeichnet durch zweiteilige Ausbildung des metallischen Körpers, wobei wenigstens der eine Teil mit einer sacklochartigen Ausnehmung die Kontaktflä che der einen Elektrode bildet.
Durch eine derartige Ausbildung des metallischen Körpers wird eine wesentliche Verminderung des Leer wertes erreicht, weil dabei die aasabgebende Probe sich am Anfang eines zur Pumpe führenden Kanals befin det, und dadurch die Berührung der von den Ofenwän den und den Dichtungen abgegebenen Gase mit dem heissen Probenbehälter vermieden wird. Wie nämlich eingehende Untersuchungen gezeigt haben, ist eine der massgebenden Ursachen eines hohen Leerwertes darin zu sehen, dass der bei Erhitzung von den Ofenwänden desorbierte Wasserdampf mit dem Kohlenstoff des Probengehälters gemäss der Reaktion C+H2O-CO+H2 reagiert; CO und H= bilden aber ge rade die wichtigsten bei der Heissextraktion nachzu weisenden Gaskomponenten, so dass der Leerwert durch die erwähnte Reaktion sehr störend vergrössert wird.
Weiter bewirkt die sacklochartige Ausnehmung eine Leerwertverminderung weil vom Probenbehälter abdampfende Substanzen (besonders verdampfter Koh lenstoff) von den Seitenwänden des Sacklochs abgefan gen werden und nicht so leicht in den Evakuierungska- nal gelangen können, wo sie einen hochabsorptionsfä higen Niederschlag bilden würden, der durch seine un kontrollierbare Gasaufnahme- und Abgabefähigkeit die Messungen stört.
Der Niederschlag an den Wänden des Sacklochs wirkt dagegen weniger störend, weil er bei zweckmässiger Ausbildung im Verhältnis zu den Wän den des Evakuierttngskanals nur eine kleine Fläche be deckt und ausserdem während der Extraktion einer Probe durch die unmittelbare Nähe des heissen Pro benbehälters selbst so stark erhitzt wird, dass er die von der Probe abgegebenen Gase nicht bindet.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Er findung beschrieben.
Die anliegende Fig. 1 zeigt einen Vakuumofen, in welchem zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 der Probenbehälter 5 eingespannt ist, der durch vermittels der Leiter 13 und 14 von aussen zugeführten Strom er hitzt wird. Zur Kühlung des Probenbehälters bilden die Elektroden 1 und 2 einen diesen eng umschliessenden, zweiteiligen, metallischen Körper von bestimmter Wär mekapazität. Der untere Teil dieses Körpers weist die sacklochartige Ausnehmung 2' zur Aufnahme des Pro benbehälters auf, wobei der Boden dieser Ausnehmung den einen stromzuführenden Kontakt ergibt.
Die Ge genelektrode 1 ist mit einem beim Schliessen des Ofens in die sacklochartige Ausnehmung hineinragenden Vorsprung 1' versehen, wodurch eine besonders wirk same Abschirmung -e gen das Eindringen von ver dampftem Behältermaterial in den als Evakuierungska nal ausgebildeten, elektrisch isolierenden Spalt zwi schen den Elektroden 1 und 2 geschaffen wird, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist.
Zweckmässigerweise wird der genannte Vorsprung als ringförmiger Wulst mit einer ringförmigen Kontakt fläche für den Probenbehälter ausgebildet, entspre chend der vergrösserten Darstellung der Fig.2. Dadurch ergibt sich, wie die Fig. 2 zeigt, ein kleiner Hohlraum zwischen der Stirnwand des Probenbehälters und dem zentralen Teil der Elektrode 1, welcher die Wärmeabfuhr an dieser Stirnseite vermindert und damit die Temperaturverteilung im Innern desselben verbessert. Entsprechend kann auch am Boden der sacklochartigen Ausnehmung durch eine zentrale Ver tiefung 2" ein wärmeisolierender Hohlraum geschaffen werden.
Bei der beschriebenen Ausgestaltung eines Vakuum ofens nach dem Hauptpatent werden, wie man aus der Fig. 1 ersieht, die von den Wänden und den Dich tungen abgegebenen Gase zwar auch noch durch die bei 16 anzuschliessende Pumpe gesammelt, aber sie werden nicht mehr chemisch umgesetzt.
Zum Vergleich seien die weniger günstigen Gas strömungsverhältnisse bei der Ausgestaltung eines Ex traktionsofens nach dem Ausführungsbeispiel des Hauptpatentes anhand der Fig. 3 näher erläutert. Diese zeigt plattenförmige Stromzuführungseleketroden 1 und 2, die Gehäusewandung 6, einen den Probenbehälter 5 umgebenden. zwischen den Elektroden befindlichen metallischen Körper 3, die Dichtung 17 und 18 und einen besonderen Evakuierungskanal 15. Die von den Dichtungen und den Ofenwänden desorbierten Gase streichen, wie ersichtlich, auf ihrem Weg zur Gassam- melpumpe an den Wänden des heissen Probenbehälters 5 vorbei (wie durch Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist) und unterliegen dort den unerwünschten chemischen Reaktionen.
Zur Extraktion einer Probe wird diese in dem zwi schen den Stromzuführungselektroden eingespannten Behälter durch direkten Stromdurchgang auf Tempera turen von z. B. 3000 C gebracht. Die während der kur zen Erhitzungszeit entwickelte Wärmemenge kann von der Metallmasse der Elektroden leicht aufgenommen und in der Pause bis zur Erhitzung der nächsten Probe nach aussen abgeführt werden. Die Elektroden können gekühlt werden, indem über Zuleitungen und Ableitun- gen 7 bis 10 in die Hohlräume 11 und 12 ein Kühlmit tel zu- bzw. abgeführt wird.
Beim Evakuieren wird der Druck zur Anpressung der Elektroden an den Probenbehälter durch den äus- seren Atmosphärendruck selbsttätig erzeugt, der jedoch je nach der Grösse der Elektrodenflächen bzw. der Festigkeit des Probenbehälters durch den äusseren Atmosphärendruck selbsttätig erzeugt, der jedoch je nach der Grösse der Elektrodenflächen bzw. der Festigkeit des Probenbehälters gegebenenfalls reduziert werden muss. Dazu können Druckfedern 19 mit ver stellbaren Anschlägen 20 dienen. Die auf den Proben behälter im geschlossenen Zustand ausgeübte Kraft ist dann um die Federkraft vermindert.
Ein brauchbarer Probenbehälter bekannter Art ist gemäss Fig. 2 als Topf mit zylindrischer Wand 21, Boden 22 und abnehmbarem Deckel 23 ausgebildet: Er besteht aus Graphit, wobei die von der Probe abge gebenen Gase durch die Behälterwandung hindurch diffundieren können. Natürlich können auch Probenbe hälter mit besonderen Entlüftungsöffnungen verwendet werden.
Die Umsetzung von Wasserdampf zu CO und H_ wurde nur als Beispiel erwähnt. Andere desorbierte Gase z. B. von den Dichtungen abgegebenen Kohle wasserstoffe könnten durch Berührung mit den heissen Wänden des Probenbehälters ebenfalls zu die Messung störenden Gasen abgebaut werden, was durch die Er findung verhindert werden kann.
Vacuum furnace for the examination of samples The invention relates to an improvement in a vacuum furnace for the examination of samples, in particular for the analytical determination of their gas content, the samples to be analyzed being placed under vacuum in a container made of graphite or carbon, which clamped between power supply electrodes and heated by direct passage of current, are extracted.
A known extraction furnace of this type according to the main patent has, for cooling the sample container inside the furnace housing, a metal body that tightly encloses the furnace chamber and fills the rest of the furnace chamber with the exception of any gaps for electrical insulation and a channel for evacuating the sample container, which has the advantage that, due to the significantly reduced furnace volume, a simple mechanical backing pump is sufficient for evacuation and the otherwise required high vacuum pump, usually a diffusion pump, can be saved.
Before carrying out an analysis with the oven mentioned, the so-called blank value is first determined, i.e. H. the amount of sample gas z. B. CO or H_ which is released from the oven with the empty sample container inserted for a period of time that corresponds to the subsequent extraction time of a sample; This blank value must be subtracted from the value of the amount of gas released from the furnace during the extraction of a sample in order to determine the true value of the amount of gas to be measured in the sample. The blank value of the furnace is mainly due to the gases emitted by the furnace walls and the seals, in particular water vapor, and should be as low as possible so that even samples that emit only a small amount of gas can be measured reliably.
The aim of the present invention is to reduce the blank value of a vacuum furnace according to the main patent.
The vacuum furnace according to the invention, for the investigation of samples, in particular for the purpose of analytical determination of their gas content, with a container made of graphite or carbon that holds the sample to be investigated and which can be clamped between the power supply electrode and heated by direct current passage and where for cooling the sample container within the Furnace housing a metallic body is provided which at least partially delimits this, is characterized by a two-part design of the metallic body, at least one part with a blind hole-like recess forming the contact surface of one electrode.
Such a design of the metallic body results in a substantial reduction in the blank value, because the aasabbeende sample is located at the beginning of a channel leading to the pump, and thereby the contact of the gases released by the furnace walls and the seals with the hot sample container is avoided. As detailed investigations have shown, one of the main causes of a high blank value is that the water vapor desorbed from the furnace walls when heated reacts with the carbon in the sample container according to the reaction C + H2O-CO + H2; However, CO and H = form the most important gas components to be detected during hot extraction, so that the blank value is increased in a very disruptive manner by the reaction mentioned.
The blind hole-like recess also reduces the blank value because substances that evaporate from the sample container (especially evaporated carbon) are caught by the side walls of the blind hole and cannot easily get into the evacuation channel, where they would form a highly absorbent precipitate, which is uncontrollable gas uptake and release capacity interferes with the measurements.
The precipitate on the walls of the blind hole, on the other hand, has a less disturbing effect because, with appropriate design, it only covers a small area in relation to the walls of the evacuation channel and, moreover, heats up so strongly during the extraction of a sample due to the close proximity of the hot sample container that it does not bind the gases given off by the sample.
An embodiment of the invention will be described below.
The attached Fig. 1 shows a vacuum furnace in which between the two electrodes 1 and 2, the sample container 5 is clamped, it is heated by means of the conductors 13 and 14 from the outside supplied current. To cool the sample container, the electrodes 1 and 2 form a tightly enclosing, two-part, metallic body of certain heat mekap. The lower part of this body has the blind hole-like recess 2 'for receiving the sample container, the bottom of this recess giving a current-carrying contact.
The counter electrode 1 is provided with a protrusion 1 'protruding into the blind hole-like recess when the furnace is closed, creating a particularly effective shielding effect against the penetration of vaporized container material into the electrically insulating gap between the electrodes, which is designed as an evacuation channel 1 and 2 is created, as can be seen from the drawing.
Advantageously, said projection is designed as an annular bead with an annular contact surface for the sample container, corresponding to the enlarged view of FIG. As shown in FIG. 2, this results in a small cavity between the end wall of the sample container and the central part of the electrode 1, which reduces the heat dissipation at this end face and thus improves the temperature distribution inside the same. Accordingly, a heat-insulating cavity can also be created at the bottom of the blind hole-like recess by a central recess 2 ".
In the described configuration of a vacuum oven according to the main patent, as can be seen from FIG. 1, the gases released from the walls and the log lines are also collected by the pump to be connected at 16, but they are no longer chemically converted.
For comparison, the less favorable gas flow conditions in the design of an Ex traction furnace according to the embodiment of the main patent with reference to FIG. 3 are explained in more detail. This shows plate-shaped power supply electrodes 1 and 2, the housing wall 6, and a sample container 5 surrounding it. The metallic body 3 located between the electrodes, the seal 17 and 18 and a special evacuation channel 15. As can be seen, the gases desorbed from the seals and the furnace walls sweep past the walls of the hot sample container 5 on their way to the gas collection pump (as is indicated by arrows in the drawing) and are subject to the undesired chemical reactions there.
To extract a sample, this is in the clamped between the power supply electrodes container by direct passage of current to tempera tures of z. B. 3000 C. The amount of heat developed during the short heating time can easily be absorbed by the metal mass of the electrodes and removed to the outside during the break until the next sample is heated. The electrodes can be cooled in that a coolant is fed into or removed from the cavities 11 and 12 via feed lines and lines 7 to 10.
During evacuation, the pressure to press the electrodes against the sample container is generated automatically by the external atmospheric pressure, which, however, is automatically generated by the external atmospheric pressure depending on the size of the electrode surfaces or the strength of the sample container, but depending on the size of the electrode surfaces or the strength of the sample container may have to be reduced. To this end, compression springs 19 with adjustable stops 20 can be used. The force exerted on the sample container in the closed state is then reduced by the spring force.
A useful sample container of known type is designed as shown in FIG. 2 as a pot with cylindrical wall 21, bottom 22 and removable lid 23: It consists of graphite, the gases emitted from the sample can diffuse through the container wall. Of course, sample containers with special ventilation openings can also be used.
The conversion of water vapor to CO and H_ was only mentioned as an example. Other desorbed gases e.g. B. released by the seals hydrocarbons could also be broken down by contact with the hot walls of the sample container to gases interfering with the measurement, which can be prevented by the invention.