DE1092698B - Thermal conductivity measuring chamber block for electrical smoke gas detectors - Google Patents

Thermal conductivity measuring chamber block for electrical smoke gas detectors

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DE1092698B
DE1092698B DEL23517A DEL0023517A DE1092698B DE 1092698 B DE1092698 B DE 1092698B DE L23517 A DEL23517 A DE L23517A DE L0023517 A DEL0023517 A DE L0023517A DE 1092698 B DE1092698 B DE 1092698B
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gas
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thermal conductivity
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Paul Haffner
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Landis and Gyr AG
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Landis and Gyr AG
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Elektrische Rauchgasprüfer mit C O2- und CO+H2-Messung erfordern eine relativ hohe Meßgenauigkeit. Wird eine Meßgenauigkeit von ± 1%· des Endausschlages verlangt, so wird z. B. für 20% CO2 Endausschlag die verlangte Anzeigegenauigkeit + 0,20ZoCO2. Die Messung des CO2-Gehaltes beruht bekanntlich darauf, daß das Gas seine Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit des CO2-Gehaltes ändert. Diese Änderung wird mittels eines elektrisch geheizten Platindrahtes festgestellt, welcher bei Änderung der Wärmeleitfähigkeit seine elektrische Leitfähigkeit ändert. In einer Wheatstoneschen Brücke wird der Heizstrom dieses Drahtes mit dem Heizstrom eines Drahtes in Luft verglichen. Bei einer üblichen Temperatur von 150° C des Meßdrahtes gibt eine Änderung des COä-Gehaltes \*on ± 0,2% eine Temperaturänderung von ± 0,010C. Dabei soll die Meßgenauigkeit über längere Zeit, d. h. über einige Wochen bis einige Monate, konstant bleiben, ohne daß eine Nachstellung des Nullpunktes erforderlich ist. Analog sind die Verhältnisse für die CO + Ho-Messung.Electric flue gas detectors with CO 2 and CO + H 2 measurement require a relatively high level of measurement accuracy. If a measurement accuracy of ± 1% · of the final deflection is required, z. B. for 20% CO 2 full scale the required display accuracy + 0.2 0 ZoCO 2 . As is known, the measurement of the CO 2 content is based on the fact that the gas changes its thermal conductivity as a function of the CO 2 content. This change is determined by means of an electrically heated platinum wire, which changes its electrical conductivity when the thermal conductivity changes. In a Wheatstone bridge, the heating current of this wire is compared with the heating current of a wire in air. At an ordinary temperature of 150 ° C of the measuring wire is a change of the CO -content ä \ * ± 0.2% on a temperature change of ± 0.01 0 C. The aim is the measurement accuracy over a long period, ie over a few weeks to a few Months, remain constant without having to readjust the zero point. The ratios for the CO + Ho measurement are analogous.

Bei den bekannten Rauchgasprüfern sind Meßkammerblöcke vorgesehen, die eine von dem zu prüfenden Rauchgas bzw. von der Vergleichsluft durchströmte Strömungskammer und eine den beheizten Draht enthaltende Meßkammer enthalten, wobei beide Kammerräume so miteinander verbunden sind, daß aus der Strömungskammer Gas in die Meßkammer übertreten kann. Selbstverständlich müssen die Meßkammeru elektrisch und geometrisch mit größter Symmetrie gebaut sein.In the known flue gas testers, measuring chamber blocks are provided, one of which is to be tested Flue gas or flow chamber through which the reference air flows and one containing the heated wire Contain measuring chamber, the two chamber spaces are connected to each other that from the Flow chamber gas can pass into the measuring chamber. Of course, the measuring chamber u electrically and geometrically built with the greatest symmetry.

Es hat sich nun gezeigt, daß jegliche Gasströmung in der Umgebung des Meßdrahtes die Stabilität der Messung stört, und man hat sich deshalb bemüht, die Meßkammerblöcke so auszubilden, daß trotz des Gas-Übertritts aus der Strömungskammer in die Meßkammer in letzterer nur eine möglichst geringe Strömung auftritt.It has now been shown that any gas flow in the vicinity of the measuring wire reduces the stability of the Measurement interferes, and efforts have therefore been made to design the measuring chamber blocks in such a way that despite the gas transfer from the flow chamber into the measuring chamber in the latter only the smallest possible flow occurs.

Bei einer bekannten Ausführung sind die horizontalen Meßkammern, in denen die ebenfalls horizontalen Meßdrähte gespannt sind, mit den parallel dazu angeordneten Strömungskammern in der Nähe der Ein- und Austrittsöffnungen der letzteren durch Kanäle so verbunden, daß die Meßkammern hinsichtlich der Gasströmung einen Nebenweg zu den Strömungskammern bilden. In den Meßkammern herrscht dann aber immer noch eine beträchtliche Strömung, wenn diese auch viel ruhiger ist als die in den Strömungskammern. Diese Restströmung reicht bei den unvermeidbaren Strömungsänderungen in der Strömungskammer aus, um die Meßstabilität stark zu mindern. Bei einer anderen, ebenfalls auf dem Prinzip der Ventilation der Meßkammer beruhenden, bekannten Anordnung ist die Strömungskammer als hohler Zylindermantel ausge-Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock
für elektrische RauchgasprüferIn a known embodiment, the horizontal measuring chambers, in which the horizontal measuring wires are stretched, are connected to the parallel flow chambers in the vicinity of the inlet and outlet openings of the latter by channels so that the measuring chambers have a bypass path to the flow chambers with regard to the gas flow form. In the measuring chambers, however, there is still a considerable flow, even if it is much quieter than that in the flow chambers. With the unavoidable changes in flow in the flow chamber, this residual flow is sufficient to greatly reduce the measurement stability. In another known arrangement, also based on the principle of ventilation of the measuring chamber, the flow chamber is designed as a hollow cylinder jacket — a thermal conductivity measuring chamber block
for electric smoke gas detectors

Anmelder:
Landis & Gyr A. G., Zug (Schweiz)Applicant:
Landis & Gyr AG, Zug (Switzerland)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 14Representative: Dr.-Ing. A. Schulze, patent attorney,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 14

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 9. November 1955Claimed priority:
Switzerland from November 9, 1955

Paul Haffner, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt wordenPaul Haffner, Zurich (Switzerland),
has been named as the inventor

bildet mit tangential anliegender Meßkammer und einem Schlitz in der Berührungslinie der beiden Zylinder. Der Gasstrom durchströmt die Strömungskammer quer zur Achsenrichtung des Zylinders und tritt dabei tangential in die zylindrische Meßkammer, in deren Achse der Meßdraht gespannt ist. Bei dieser Anordnung ist eine hinreichende Ansprechempfindlichkeit erreicht worden, die Meßstabilität befriedigt dagegen ebenfalls nicht.forms with a tangential measuring chamber and a slot in the contact line of the two cylinders. The gas flow flows through the flow chamber transversely to the axial direction of the cylinder and occurs in the process tangentially into the cylindrical measuring chamber, in the axis of which the measuring wire is stretched. With this arrangement a sufficient response sensitivity has been achieved, but the measurement stability is satisfactory not either.

Bei anderen bekannten Meßkammerblöcken erfolgt der Übertritt des Gases aus der Strömungs- in die Meßkammer nach dem Prinzip der Diffusion. Zu diesem Zweck können z. B. in der Trennwand einige Kapillaren angeordnet sein, durch die das Gas in die Meßkammer hineindiffundiert. Diese Anordnung leidet unter dem Nachteil, daß die Diffusion sehr langsam erfolgt, so daß die Meßeinrichtung eine unerwünscht große Zeitkonstante erhält. Besser ist in dieser Hinsicht ein bekannter Meßkammerblock, bei dem die Trennwand dünn und mit vielen Löchern versehen ist, also als eine Art Sieb ausgebildet und dadurch gasdurchlässig gemacht ist. Die Diffusion nähert sich dabei bereits einer Strömung, die aber so gleichmäßig und ruhig verläuft, daß sie die Stabilität der Messung nicht stört, allerdings nur unter der Voraussetzung, daß die Strömung in der Strömungskammer sehr konstant ist. Es zeigt sich jedoch, daß bereits bei den normalen Schwankungen dieser Strömung wieder Stabilitätsstörungen auftreten.In other known measuring chamber blocks, the gas is transferred from the flow to the Measuring chamber based on the diffusion principle. For this purpose z. B. some capillaries in the partition be arranged through which the gas diffuses into the measuring chamber. This arrangement suffers with the disadvantage that the diffusion takes place very slowly, so that the measuring device is undesirable gets large time constant. A known measuring chamber block is better in this regard, in which the Partition wall is thin and provided with many holes, so designed as a kind of sieve and thus gas-permeable is made. The diffusion is already approaching a flow, but it is so even and runs smoothly that it does not interfere with the stability of the measurement, but only on the condition that that the flow in the flow chamber is very constant. It turns out, however, that even with the normal Fluctuations in this flow again cause stability disturbances.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Stabilitätsstörungen bei Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblöcken mit gasdurchlässigen Trennwänden zwischen Strömungs- und Meßkammer nicht von derThe invention is based on the knowledge that the stability disturbances in thermal conductivity measuring chamber blocks with gas-permeable partitions between the flow chamber and the measuring chamber not from the

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Geschwindigkeit der Gasströmung in der Strömungskammer abhängen, sondern von dem Grad der Inhomogenität dieser Strömung, und daß die Stabilitätsstörungen verschwinden, wenn die Gasströmung in der Strömungskammer homogen erfolgt.Speed of the gas flow in the flow chamber depend, but on the degree of inhomogeneity this flow, and that the stability disturbances disappear when the gas flow in the Flow chamber takes place homogeneously.

Gemäß der Erfindung wird demgemäß vorgeschlagen, einen Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock für Rauchgasprüfer, bei dem ein elektrisch beheizter Draht, dessen Leitfähigkeit sich mit der Rauchgaszusammensetzung ändert, in einer Meßkammer untergebracht ist, die über eine gasdurchlässige Trennwand mit einer der Meßkammer zugeordneten Strömungskammer verbunden ist, in der Weise auszubilden, daß in der Strömungskammer, in Strömungsrichtung gesehen, hinter ihrer Gaseintrittsstelle und vor ihrer Gasaustrittsstelle beiderseits der diesen Stellen zugekehrten Enden der gasdurchlässigen Trennwand Gitter angeordnet sind, die das Gas über den Querschnitt der Strömungskammer in Stromfäden von wenigstens annähernd gleich großer Strömungsgeschwindigkeit aufteilen, wobei die gasdurchlässige Trennwand den Strömungsquerschnitt der Strömungskammer gegen die Meßkammer in einer wenigstens angenähert horizontalen Ebene abgrenzt.According to the invention it is proposed accordingly, a thermal conductivity measuring chamber block for Flue gas detector, in which an electrically heated wire, the conductivity of which depends on the composition of the flue gas changes, is housed in a measuring chamber, which has a gas-permeable partition with a the flow chamber associated with the measuring chamber is connected to be designed in such a way that in the flow chamber, seen in the direction of flow, behind their gas inlet point and in front of their gas outlet point grids are arranged on both sides of the ends of the gas-permeable partition facing these points, which the gas across the cross-section of the flow chamber in stream filaments of at least approximately the same divide large flow velocity, the gas-permeable partition wall the flow cross-section between the flow chamber and the measuring chamber in an at least approximately horizontal plane.

Als Gitter zur Aufteilung der Strömung in Stromfäden von wenigstens annähernd gleich großer Strörnungsgeschwindigkeit können mit Vorteil gelochte Blechscheiben verwendet werden. Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn ein einziges Stück gelochten Bleches sowohl die gasdurchlässige Trennwand als auch die beiden Gitter bildet.As a grid for dividing the flow into streams with at least approximately the same flow velocity Perforated sheet metal washers can be used with advantage. A particularly simple one Construction arises when a single piece of perforated sheet metal is both gas-permeable Partition wall as well as the two grids forms.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. The drawing shows in

Fig. 1 einen Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock im Längsschnitt, inFig. 1 shows a thermal conductivity measuring chamber block in longitudinal section, in

Fig. 2 im Querschnitt und in Fig. 3 eine Ansicht von unten.Fig. 2 in cross section and in Fig. 3 a view from below.

Aus einem Metallblock 10 sind zwei nebeneinanderliegende, horizontale Kammern mit vertikalen Wänden herausgearbeitet, wobei der untere Teil 11 jeder Kammer breiter und langer ist als der obere Teil 12. Beide Kammern sind genau gleich ausgebaut. Die eine Kammer wird vom Rauchgas, die andere Kammer von der Vergleichsluft durchströmt. Die Beschreibung beschränkt sich in der Folge auf eine einzelne Kammer. Die Kammern sind durch einen Boden 13 und einen Deckel 14 verschlossen. Der Boden 13 hat eine Gaseintrittsöffnung 15 und eine Gasaustrittsöffnung 16. Am Deckel 14 sind vier Stromdurchführungen 20 isoliert eingesetzt. Zwischen diesen Durchführungen sind in der Längsrichtung der Kammer, und zwar in einer horizontalen Ebene, zwei Heizdrähte 22 gespannt, wobei die Spannkraft jedes Heizdrahtes durch je eine kleine Zugfeder 21 erreicht ist.A metal block 10 consists of two adjacent, horizontal chambers with vertical walls worked out, the lower part 11 of each chamber being wider and longer than the upper part 12. Both Chambers are developed in exactly the same way. One chamber is from the flue gas, the other chamber from the reference air flows through. The description is limited to a single chamber in the following. The chambers are closed by a base 13 and a cover 14. The bottom 13 has a Gas inlet opening 15 and a gas outlet opening 16. Four electrical feedthroughs 20 are located on cover 14 used in isolation. Between these bushings are in the longitudinal direction of the chamber, namely in a horizontal plane, two heating wires 22 tensioned, the tension force of each heating wire through a small tension spring 21 is reached.

Die ganze Kammer ist durch eine horizontale, gasdurchlässige Trennwand in Form eines gelochten Bleches 17 in den oberen Raum 12 als Meßkammer und den unteren Raum 11 als Strömungskammer geteilt. Das bei 15 eintretende und bei 16 austretende Gas durchströmt die Strömungskammer 11 der Länge nach und diffundiert durch die Trennwand 17 in die Meßkammer 12. Damit nun die Gasströmung in der Strömungskammer 11 ungeachtet der Querschnittsänderung und der Richtungsänderung beim Ein- und Austritt homogen erfolgt, sind in die Strömungskammer beiderseits der Enden der gasdurchlässigen Trennwand 17 Gitter 18 und 19 eingebaut, durch die derGasstrom hindurchtreten muß. Diese Gitter 18, 19 sind im vorliegenden Fall als gelochte Blechscheiben ausgebildet. Zweckmäßig werden, wie gezeigt, die Trennwand 17 und die beiden Gitter 18 und 19 von einem einzigen Stück gelochten Bleches gebildet, indem an einem Streifen von der Breite der Strömungskammer die beiden Enden entsprechend der Höhe der Strömungskammer rechtwinklig abgebogen sind. Die Gitter 18, 19 bewirken, daß auch bei schwankender Strömungsgeschwindigkeit des Gases die Strömungsgeschwindigkeit über den ganzen Querschnitt der Strömungskammer vollständig homogen, über die Länge der Strömungskammer mit großer Annäherung homogen erfolgt. Durch diese Homogenität der Strömung wird bewirkt, daß in der Meßkammer auch bei rascher Diffusion durch die Trennwand 17 hindurch keine die Meßstabilität störende Gasströmung auftritt.The whole chamber is perforated by a horizontal, gas-permeable partition in the form of a Sheet 17 divided into the upper space 12 as a measuring chamber and the lower space 11 as a flow chamber. The gas entering at 15 and exiting at 16 flows through the length of the flow chamber 11 and diffuses through the partition 17 into the measuring chamber 12. This means that the gas flow in the flow chamber 11 regardless of the change in cross-section and the change in direction at entry and exit takes place homogeneously, are in the flow chamber on both sides of the ends of the gas-permeable partition 17 grids 18 and 19 installed through which the gas flow must pass. These grids 18, 19 are in the present Case designed as perforated sheet metal disks. As shown, the partition wall 17 and the two grids 18 and 19 formed from a single piece of perforated sheet metal by attaching to one Strip the width of the flow chamber, the two ends are bent at right angles according to the height of the flow chamber. The grids 18, 19 cause the flow rate to fluctuate even when the flow rate of the gas fluctuates Completely homogeneous over the entire cross section of the flow chamber, over the length of the flow chamber takes place homogeneously with great approximation. This homogeneity of the flow is causes that in the measuring chamber even with rapid diffusion through the partition 17 through no die Measurement stability disturbing gas flow occurs.

Der Effekt der Gitter 18,19, auch bei rascher Diffusion durch die Trennwand 17 und schwankender Strömungsgeschwindigkeit in der Kammer 11 eine störende Strömung in der Meßkammer 12 zu verhindern, wird dadurch unterstützt, daß die Meßkammer 12 und die Meßdrähte 22 horizontal angeordnet sind. Die horizontale Anordnung verhindert in der Meßkammer eine stärkere Gasströmung infolge der Erwärmung des Gases. Eine solche Wärmeströmung des Gases, die ja stets senkrecht gerichtet ist, kann dann nicht in Längsrichtung des Drahtes, sondern nur quer zum Draht erfolgen. Die schwächste Zirkulation wird erreicht, wenn die in einer horizontalen Ebene liegenden Meßdrähte einen Abstand aufweisen, der ungefähr doppelt so groß ist wie der Abstand jedes Drahtes von seiner benachbarten Wand.The effect of the grids 18, 19, even with rapid diffusion through the partition 17 and fluctuating flow velocity in the chamber 11 a To prevent disturbing flow in the measuring chamber 12 is supported by the fact that the measuring chamber 12 and the measuring wires 22 are arranged horizontally. The horizontal arrangement prevents in the measuring chamber a stronger gas flow due to the heating of the gas. Such a heat flow of the Gas, which is always directed vertically, can then not in the longitudinal direction of the wire, but only transversely to the wire. The weakest circulation is achieved when they lie in a horizontal plane Measuring wires have a spacing that is approximately twice the spacing of each wire from its neighboring wall.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wurde erreicht, daß bei einer mittleren Gasmenge von 40 1 pro Stunde und bei zeitweiligen Schwankungen von 10 bis 100 1 pro Stunde, entsprechend einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 bis 10 cm pro Sekunde in der Strömungskammer, die Nullpunktstabilität bei hinreichender Anzeigegeschwindigkeit über mindestens einige Wochen erhalten bleibt.With the arrangement according to the invention it was achieved that with an average amount of gas of 40 1 per Hour and with temporary fluctuations of 10 to 100 liters per hour, corresponding to a flow rate from 1 to 10 cm per second in the flow chamber, the zero point stability with sufficient Display speed is maintained for at least a few weeks.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock für Rauchgasprüfer, bei dem ein elektrisch beheizter Draht, dessen Leitfähigkeit sich mit der Rauchgaszusammensetzung ändert, in einer Meßkammer untergebracht ist, die über eine gasdurchlässige Trennwand mit einer der Meßkammer zugeordneten Strömungskammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungskammer (11), in Strömungsrichtung gesehen, hinter ihrer Gaseintrittsstelle (15) und vor ihrer Gasaustrittsstelle (16) beiderseits der diesen Stellen zugekehrten Enden der gasdurchlässigen Trennwand (17) Gitter (18,19) angeordnet sind, die das Gas über den Querschnitt der Strömungskammer (11) in Stromfäden von wenigstens annähernd gleich großer Strömungsgeschwindigkeit aufteilen, wobei die gasdurchlässige Trennwand (17) den Strömungsquerschnitt der Strömungskammer (11) gegen die Meßkammer (12) in einer wenigstens angenähert horizontalen Ebene abgrenzt.1. Thermal conductivity measuring chamber block for flue gas detectors, in which an electrically heated Wire, the conductivity of which changes with the composition of the flue gas, in a measuring chamber is housed, which is assigned to one of the measuring chamber via a gas-permeable partition wall Flow chamber is connected, characterized in that in the flow chamber (11), seen in the direction of flow, behind their gas inlet point (15) and in front of their gas outlet point (16) grids on both sides of the ends of the gas-permeable partition wall (17) facing these points (18,19) are arranged, which the gas over the cross section of the flow chamber (11) in flow threads divide by at least approximately the same flow velocity, the gas-permeable partition (17) the flow cross-section of the flow chamber (11) against the Measuring chamber (12) delimits in an at least approximately horizontal plane. 2. Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (18,19) aus gelochten Blechscheiben bestehen.2. Thermal conductivity measuring chamber block according to claim 1, characterized in that the grid (18,19) consist of perforated sheet metal disks. 3. Wärmeleitfähigkeits-Meßkatnmerblock nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Stück gelochten Bleches sowohl die Trennwand (17) als auch die beiden Gitter (18, 19) bildet.3. Thermal conductivity measuring sensor block according to claim 1 and 2, characterized in that a single piece of perforated sheet metal both the partition (17) and the two grids (18, 19) forms. 4. Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß4. Thermal conductivity measuring chamber block according to claim 1, 2 or 3, characterized in that die Längsachse der Meßkammer (12) und die darin angebrachten, elektrisch beheizten Drähte (22) waagerecht angeordnet sind.the longitudinal axis of the measuring chamber (12) and the electrically heated wires (22) attached therein are arranged horizontally. 5. Wärmeleitfähigkeits-Meßkammerblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden Meßdrähte (22) voneinander etwa das Doppelte des waagerechten Abstandes jedes einzelnen Meßdrahtes (22) von der ihm benachbarten Wand der als prismatischer Hohlraum gestalteten Meßkammer (12) beträgt.5. Thermal conductivity measuring chamber block according to claim 4, characterized in that the distance of the two measuring wires (22) from each other about twice the horizontal distance of each one Measuring wire (22) from the wall adjacent to it designed as a prismatic cavity Measuring chamber (12) is. In Betracht gezogene Druckschriften: österreichische Patentschrift Nr. 134 963; USA.-Patentschrift Nr. 2 585 959.Documents considered: Austrian patent specification No. 134 963; U.S. Patent No. 2,585,959. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DEL23517A 1955-11-09 1955-11-28 Thermal conductivity measuring chamber block for electrical smoke gas detectors Pending DE1092698B (en)

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