DE1498778A1

DE1498778A1 - Vorrichtung zur Messung des Gehaltes an paramagnetischen Gasen in Gasgemischen

Info

Publication number: DE1498778A1
Application number: DE19631498778
Authority: DE
Inventors: Engelhardt Dr Rer Nat Heinz; Krupp Dipl-Phys Dr Helmar; Rabenhorst Dr Helmut; Gottfried Spengler; Harry Wismath
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1963-06-05
Filing date: 1963-06-05
Publication date: 1970-02-12
Also published as: US3347087A; DE1498778B2

Description

HARTMANN & BRAUN Frankfurt/Main, 13. Mai 1963

Aktiengeaellachaft Grafstraße 97 de H./Hi

Vorrichtung zur Meaaung des Gehaltes an paramagnetischen Gasen in Gasgemischen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Gehaltes an paramagnetischen Gasen in Gasgemischen. Besondere Bedeutung hat eine solche Vorrichtung für die Messung des Sauerstoffgehaltes, da der Sauerstoff ein Gas ist, welches sich gegenüber fast allen anderen technischen Gasen durch besonders starken Paramagnetismus auszeichnet. Je nach dem Gehalt an paramagnetischen Gasen, also z.B. nach dem Sauerstoffgehalt der Gasmischungen ändert sich deren magnetische Suszeptibilität. Diese ist außerdem dem Druck und dem reziproken Wert der Temperatur proportional. Da man Temperatur und Druck in bekannter Weise bestimmen kann, läßt sich aus der Messung der magnetischen Suszeptibilität der Sauerstoffgehalt des Gases bestimmen*

E3 ist eine Anordnung zur Messung des Gehaltes an paramagnetischen • Gasen in Gasgemischen bekannt, bei der eine Meßkammer zwischen den Polen eines Magneten angeordnet und das Gasgemisch in der Meßkammer periodischen Druokänderungen unterworfen ist und die im Magnetkreis auftretenden Flußänderungen bestimmt werden. Die in den Beispielen angegebenen Druckänderungen erfolgen mit einer Frequenz von etwa 10 Hz. Als Wechseldruckgeneratoren sind periodisch bewegte Kolben oder Membranen» Gasflußzerhacker und rotierende Exzenterscheiben

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aufgeführt. Die niedrige Frequenz der mit diesen Geräten erzielbaren Druckänderungen bringt für den Meßvorgang eine Reihe von Nachteilen mit sich. Für die Verstärkung der niederfrequenten Meßspannung sind aufwendige Spezialverstärker notwendig. Außerdem ist es unbedingt erforderlich, die Meßgeräte gegen niederfrequente Störfelder (50 Hz) völlig abzuschirmen, was große Schwierigkeiten bereitet. Des weiteren hat die niedrige Frequenz eine entsprechend große Ansprechzeit der Meßgeräte zur Folge. Bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten des Meßgases ist dann eine kontinuierliohe Überwachung des Sauerstoffgehaltes des Meßgases nicht möglich. Schließlich ist der mit den angegebenen Mitteln erreichbare Weehseldruck begrenzt. . .

Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile der bekannten Anordnung weitgehend vermieden werden, wenn Schallsender in der Meßkammer stehende Schallwellen derartig erzeugen, daß ein Druckbauch zwischen den Magnetpolen im Gebiet des stärksten Magnetflusses liegt. Auf" diesem Wege ist es mit relativ einfachen, technischen Hilfsmitteln möglich, Druckschwankungen hoher Frequenz ^^ Amplitude gerade, im lereic&e der · größten; Feldstärke zu erzeugen und damit einen guten TÜrkungsgraa zu erzielen* lie iqnatrwktiöEt einer derartigen Anordnung w4rd erleichtert it wenn elektraakustiselie Sehallsepder und besondere eleMtroakUiatiaciiie oitrsscfoallseiicfcer

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u litt der HörriG%tüßg naeli der die Forderung, einen stetigen Gasaustausch in der ließkammer durchzuführen, leicht ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer rohrförmigen Meßkammer, deren Durchmesser von. beiden Enden aus symmetrisch zur Mitte hin, abnimmt und bei der die offenen. Bilden durch, zwei piezoelektrische m.traaGhallge^E abga^öclct S₁XHd Uftd das

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Gasgemisch an den Nahtatellen zwischen Meßkammer und Ultraschallgeber zu- bzw. abgeführt wird .und die Ultraachallgeber so erregt werden, daß sich zwischen den Polschenkeln des magnetischen Kreises in der Meßkammer ein Gebiet maximaler Druckschwankung ausbildet. Das Gebiet der größten Druckschwankung liegt genau in der Kammermitte, wenn zwischen der Wellenlänge J^ des abgestrahlten Schalls und der Meßkammerlänge is die Beziehung ±? - η "w besteht, wobei η eine ganze positive Zahl ist,, und unter den TJltraacliallgebern eine Phasenverschiebung von ψ .=■ η ' 180 herrscht. ■

An Hand der Abbildung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Ein Keramikrohr 1 _f das sich von den Enden symmetrisch zur Mitte hin stark verjüngt, umschließt die Meßkammer. Ihre Länge 1 ist ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge 1 des die Keßkammer durchsetzenden Ultraschalles. Auf die Enden des Keramikrohres sind Halter 2 und 3 für die piezoelektrischen Ultraschallgeber 4 und i? aufgesetzt. Die Schallgeber bilden die Enden der Meiikauister und decken die öffnungen vollkommen ab, ohne jedoch die Wandung des Keramikrohi-es 1 direkt zu berühren, Durch 'den verbleibenden Spalt strömt das Gasgemisch hindurch. Dieses wird äuxvh die Leitung 6 dem linken Halter 2 zugeleitet und durch die Leitung 7 in dem rechten Halter 3 mittels der Pumpe 8 abgesaugt. Der Schallgeber- 4 ist in einem S.chneidenring 9 gelagert, der sich an einer.Kehle 10 im Halter 2 abstützt. Durch die an der aufschraubbaren Halterrückwand 11 isoliert befestigten Kontaktfedern 12, die an dem Schallgeber anliegen, wird der Schneidenring· gegen die Kehle 10 gedrückt. Der Schallgeber 5 ist auf der anderen Seite entsprechend gelagert.

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Die Umgebung des kleinsten Querschnittes der Meßkammer 1 liegt zwischen den Polschuhen eines Dauermagneten 13. Zwischen den Polschuhen und der Meßkammer liegen für die Erzeugung der Meßspannung Induktionsspulen 14-.-Die Induktionsspulen sind über einen Verstärker 16 an das Anzeigeinstrument 17 angeschlossen»

Die piezoelektrischen Schallgeber werden mit einem 8,5 kV-Wechselspannungsgenerator 18 so betrieben, daß die Wellenlänge des abgestrahlten Schalles der Beziehung η · ^ = 1 genügt. Dabei muß zwischen den beiden Schallgebern eine Phasenverschiebung bestehen, die bei einem Schallgeberabstand von (2 η - 1) halben Schallwellenlängen 180°, bei η Sehallwellenlängen 0° beträgt. In diesem Fall ist die Druckschwankung in der Mitte der Meßkammer am größten. Die Meßkammer befindet sich zusammen mit dem Magnetsystem in einem Thermostaten 15, mit dem sich die Temperatur als eine die Meßapannung beeinflussende Größe ausschalten läßt.

Während des Betriebes ist der Thermostat 15 auf eine feste Temperatur eingeregelt. Das dem linken Halter 2 über die Leitung 6 zugeführte Gasgemisch strömt durch den Spalt zwischen dem Ultraschallgeber 4 und dem Keramikrohr 1 in die Meßkammer hinein, verläßt sie durch den Spalt zwischen dem Keramikrohr 1 und dem Ultraschallgeber 5 und wird durch die Pumpe 8 über den Halter 3 und die leitung 7 abgesaugt. In der Meßkammer wird das Gasgemisch von beiden Enden durch die piezoelektrischen Schallgeber beschallt.

Änderungen in der Zusammensetzung des Gasgemisches beeinflussen die Geschwindigkeit des Schalles in dem Gasgemisch., Damit würde sich auch bei konstanter Frequenz der Schallgeber die Schallwellenlänge ändern und die Abstimmung der Meßkammer aus der Resonanz heraus- · wandern.. Dies kann man durch eine akustische Rückkopplung verhin-

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dern. Dazu ist an der engsten Stelle der Meßkammer ein piezoelektrischer Empfänger 19 vorgesehen, der über einen-Phasenschieber den Generator 18 steuert. Erregt man die Schallgeber so, daß das Produkt von Schallfrequenz und Schalldruck-Amplitude konstant bleibt, so sind die in der Spule 14 induzierten Wechselspannungen proportional dem Partialdruck des Sauerstoffs, wenn man die Suszeptibilität des irägergases vernachlässigen kann. Die Änderungen der Meßspannung sind dann eindeutig auf eine Änderung des Sauerstoffanteils zurückzuführen.

Ist difi Suszeptibilität des Trägergases nicht vernachlässigbar, so kann der Sauerstoffgehalt durch Anwendung der Additivitätaregel der Suszeptibilitäten ermittelt werden» .

Claims

Patentansprüche; 1498'·' /8

1. Anordnung zur Messung des Gehaltes an paramagnetiachen Gasen in Gasgemischen, bei der eine Meßkammer zwischen ien Polen eines Magneten angeordnet und das Gasgemisch in der Maßkammer periodischen Druckänderungen unterworfen ist und die im Magnetkreis auftretenden Flußänderungen bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ochallsender in der Meßkammer stehende Schallwellen derart erzeugen, daß ein Druckbauch zwischen den Magnetpolen im Gebiet des stärksten Magnetflusses liegt»

2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsender elektroakustisch Schallf.ender sind.

3ο Anordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsender Ultraschallsender sind.

4ο Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkamm^r rohrförmig ist und ihr Durchmesser von beiden Enden aus symmetrisch zur Mitte hin abnimmt, die offenen Enden durch elektroakustische Ultraschallgeber (4, 5) abgedeckt sind, die Gasmischung an den Nahtstellen zwischen Meßkammer und Ultraschallgeber zu- bzw» abgeführt wird und die Ultraschallgeber so erregt werden, daß sich zwischen den Polschenkeln (13> 14) in der Meßkammer ein Gebiet maximaler Druckschwankungen ausbildete

5, Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _f mit zwei die Meßkammer an ihren Enden abdeckenden Schallsendern, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wellenlänge JL des abgestrahlten Schalles und der Meßkainmerlänge 1 die Beziehung 1 - η —

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besteht, wobei η eine .ßmi-ze positive Zahl int, und unter den

en.ο l-hasenvernchiebunfj von 9 = π · 180° herrscht.

0. Anordnun : i-ricli. eine::, aer- vorlier^eiionden ■ Ansprüche," dadurch !',eKc-v.iir.ei cljiet, du!.-' in der K'i:.n:r.erv.-Tridunr (1) der Ueßkammer im GoPic-t if:r ::iaxi:a'ilen Druclcrsehwankuiii: ein -elektroakustischer iS:npfüiiße-r (]Q) eingebaut und dieser über einen Phasenschieber (20) mit" :ie:;i TJ3 tranch'ill generator (1c) elektrisch verbunden ist.

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