DE1598554A1 - Gasspuergeraet - Google Patents

Description

98 SSO-W „κ, lü

Dipl. Ing. R. Mertens

fitokfurt/M., Aminelburgstraße 34

UKi. 1969

HONEYWELL INC. 2701, Fourth Avenue South,

Minneapolis 8, Minnesota/USA

"I " Gasspürgerät "

Die Erfindung betrifft ein Gasspürgerät. Ferner betrifft sie Gasdetektoren und Brenrarkontrollgeräte. Außerdem erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen von Gasanteilen in atmosphärischer Luft.

Das Gasspürgerät, die Gasdetektoren und das Brennerkonrrollgerät nach der Erfindung sind geeignet zum Messen der relati-' ven-Anteile, von reduzierendem Gas und oxydierendem Gas in ei- * ner gashaltigen Umgebung. Bei einer bevorzugten Ausführungs-. form dee Detektorelementes ist das reduzierende Gas Kohlenetoffmonosyd und das oxydierende Gas ist Sauerstoff. Bs ergibt

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1b98554

sich., daß in einer Atmosphäre von Luft, in der die Sauerstoffkonzentration relativ konstant iet, ein Gasspürgerät nach der Erfindung dazu benutzt werden kann, den Kohlenoxydgasgehalt aufzuspüren oder anzuzeigen.

Das Gasspürgerät besteht erfindungsgemäß aus einem Heizgerät und einem unter dem Wärmeeinfluß des Heizgerätes stehenden Körper mit in Abstand darauf angeordneten Elektroden, der aus einem Metalloxyd besteht, dessen elektrische Eigenschaften sich unter Wärmeeinfluß bei Wechsal der relativen Anteile von oxydierenden und reduzierenden Gasen in der ihn umgebenden Atmosphäre kennzeichnend ändern, sp daß eine elektrische liessung, die das zu bestimmende Verhältnis darstellt, vorgenommen werden kann·

Von den bekannten Geräten unterscheidet sich das Gerät nach der Erfindung dadurch, daß es nicht den.integrierenden, sondern den differenzierenden Detektortypen zuzurechnen ist.Das heißt, die bekannten Detektoren sind fast alle so eingerichtet, daß sie nachjAblauf einer gewissen Meßzeit in kummu-lativer Weise auf eine festgelegte Gasmenge oder Menge von Gasen, der sie ausgesetzt wurden, reagieren. Demgegenüber ist der Detektor nach der' Erfindung so eingerichtet, daß er eine kontinuierliche Anzeige der Konzentration spezieller Gase oder Gasmischungen angibt. Detektoren des Strahlungsabsorptionstyps sind auch für differentiale Wirkungsweise geeignet, sind aber verhältnismäßig kompliziert und teuer.

Die Erfindung umfaßt auch ein kombiniertes Gerät, das aus einem Brenner, der entweder ein Pilotbrenner , ein Hauptbrenner oder ein Hauptbrenner mit Pilotbrenner sein kann, einen Fühler, der mit dem erfindungegemäßen Detfctorelement

'BAD ORIGINAL

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,.mn.

'ff,'

eins ist und einem Kontrollgerät, das mit dem Fühlergerit verbunden ist* Das Kontrollgerät wird in den meisten Fäl- ' * len ein Ventil sein, aber es kann auch einfach ein Heiais, i ein Alarmgerät oder dergl. sein. Der Fühler betätigt das Kontrollgerät und kann gegebenenfalls die Brennflüssigkeit '■ des Brenners regeln. Außer dem Ansprechen auf gewisse vor- ■ ί bestimmte Mengen von Kohlenstof fmonoxyd kann der Fühler auch . " ^: auf die Brennertemperatur ansprechen. Das hat den Sinn, daß, wenn die Brennerflamme zu niedrig wird oder erlöscht, der Fühler den Brennstoff von dem Brenner absperrt. ^:

Damit erhält man ein vereinfachtes Kontrollgerät, eine Art Kombination von Sicherheitspilot und Kohlenstoffmonoxydkontrolle, das Vorteile hat, die besonders wichtig sind bei der Raumheizung, wo eine mögliche Erstickung lange Zeit ein Problem gewesen ist. Die Vorzüge sind zum großen Teil der Verwendung eines einzelnen Fühlergerätes zur Ausstattung eines Brenners zu verdanken, welches in der Lage ist, sowohl auf . .die Brennertemperatur als auch auf den Kohlenstoffmonoxydgehalt in der j Umgebung des Brenners anzusprechen, ohne daß _; ^: eine .Mehrzahl! von Fühlergerät en verwendet wird. Ganz allgemein gesagt reagierender Fühler nach der Erfindung auf zwei verschiedene Konditionen. * .·· "r / „' . ;■

BAD ORiGiNAL

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt. Es sind:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Detektor als veränderlicher Widerstand arbeitet,

Figur 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der Detektor als veränderlicher Kondensator arbeitet,

Figur 3 eine vorzugsweise Ausführungsform, Figur 4· eine weitere Ausführungsform,

Figur 5 eine Schar von Temperaturkurven zu einem Detektor mit zinnhaltigen Oxyden,

Figur 6 eine einzelne Temperaturkurve zu einem Detektor mit·Zinnoxyd-Material,

Figur 7 eine Ansprechkurve des Detektors auf Kohlenmonoxyd- Konzentrationen bei Verwendung von Zinkoxid,

Figur 8 eine Ansprechkurve eines Detektors auf Kohlenmonoxyd mit Nickeloxyd-Material,

Figur 9 die Ansprechkurve eines Detektors auf Kohlenoxydgas " mit Wolframoxyd-Material,

FiguriO die Ansprechkurve eines Detektors auf Kohlenmonoxyd bei Verwendung von Antimonoxyd-Material,

Figur11 die Ansprechkurve eines Detektors auf Kohlenmonoxyd-Gas bei Verwendung von Kupferoxydmaterial,

Figur 12 und 13 die Ansprechkurven bei Verwendung von zinnhaltigen Oxyden auf wechselnde'Kohlenmonoxydmengen bei verschiedenen Temperaturen,

Figur14 einen Detektor in einem Stromkreis,

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Figur 15 ein Diagramm für die Einwirkung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf die Feinfühligkeit . des Detektors,

Figur 16 eine schematische Darstellung einer Einrichtung für kontinuierliche Gasanalyse,

Figur 17 eine schematische Darstellung einer Brennerkontrollvorrichtung ,

Figur 18 eine andere Ausführungsform einer Brennerkontrollvorrichtung .

In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teilet Der Detektor in Fig. 1 "besteht aus einer isolierenden Hinterlage oder Platte 10, beispielsweise aus Glas, Keramik oder dgl. Quarzglas hat sich als sehr zufriedenstellend für diesen Zweck herausgestellt. Auf der Unterlage 10 befindet sich ein Körper 11 aus einem Stoff, der die Form einer dünnen Schicht oder eines Filmes hat. In diesem Falle kann der Körper 11 durch Vakuumniederschlag oder auf andere ' bekannte Weise auf die Unterlage aufgebracht werden. Der Körper 11 ist der gasspürende Teil des Detektors und besteht im wesentlicheil aus Metalloxyd oder aus einem anderen chemisch reaktiven Material, das in der Lage ist, eine oxydierendereduzierende Reaktion mit dem aufgespürten Gas einzugehen, die sich durch einen entsprechenden Wechsel in den elektrischen Eigenschaften des Materials bemerkbar macht. Das heißt, der elektrische Widerstand oder die Kapazitanz des Körpers ändert sich. .

Mit Abstand voneinander sind zwei Elektroden 12 und 13 mit dem Körper 11 verbunden. Sie bestehen aus dünnen Schichten

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von Gold oder dgl., die niedergeschlagen werden oder sonstwie durch bekannte Techniken gebildet werden. Diese Elektroden haben die Aufgabe, den Anschluß an ein elektrisches Gerät herzustellen, z.B. ein Meßgerät oder einen Widerstandsanzeiger, der auf Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Körpers 11 aufgrund von Reaktionen, die sich darin abspielen,anspricht, wenn die Gegenwart von Gas festgestellt werden soll oder gemessen werden soll.

Es ist dargestellt, daß der Detektor sich in einer geheizten Umgebung beflu^et, die sich als notwendig zur Unterstützung der Reaktionen erwiesen hat, die in dem Körper 11 stattfinden, wenn er den Gasen ausgesetzt wird, die aufgespürt oder gemessen werden sollen. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Heizeinrichtung wird anhand der Figur 3 beschrie-' ben. In Figur 1 sieht man ein Thermoelement, das die Temperatur der geheizten Umgebung mißt. Das Thermoelement ist mit den Heizeinrichtungen für die Umgebung des Detektors verbunden, so daß es die Temperatur oberhalb eines festgesetzten Minimums kontrolliert. Man kann aber auch andere bekannte Mit-"tel an die Stelle des Thermoelementes setzen, um die Temperatur festzustellen und zu kontrollleren.

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Eine besonders kennzeichnende Anwendungsmöglichkeit für die Erfindung ist die Aufspürung von Kohlenmonoxydgas in der atmosphärischen Luft. Hierbei ist das Kohlenmonoxydgas ein reduzierendes Gas und der Sauerstoff der Luft ist das oxydierende Gas. Das ist der Grund, warum die Daten der verschiedenen Typen von gasempfindlichen Materialien, die jetzt besprochen werden, hauptsächlich anhand des Aufspürens, Entdeckens und Messens von Kohlenmonoxyden dargelegt werden. Der Detektor

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nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Bei Berührung mit Gras, "beispielsweise mit Kohlenmonoxyd in Luft, erfährt der Körper 11 eine Änderung in seinem elektrischen Widerstand. Die Größe der Änderung des Widerstandes hängt ab von der relativen Menge des Kohlenmonoxyd und des Sauerstoffes der in der Umgebung anwesend ist. Die chemische Reaktion, die der Körper 11 eingeht, kann am besten als zwei getrennte chemische Reaktionen oder als ehe langsame (steady state) Reaktion bezeichnet werden. Das heißt, daß das Metall-Oxyd des Körpers 11 völlig gleichzeitig eine oxydierende Reaktion und eine reduzierende Reaktion durchmacht, was auf den jeweiligen Einfluß des Sauerstoffs und des Kohlenmonoxydes zurückzuführen ist. Wie schon zuvor gesagt, hängt das größte Maß der Oxyditation und der Reduktion des Metalloxydes von den relativen Mengen von Sauerstoff und. Kohlenmonoxyd in dem Gas ab. Man sieht, daß, wenn eines der Gase z.B. der Sauerstoff, in einer konstanten Konzentration erhalten bleibt, der Detektor die tatsächliche Konzentration des anderen, z.B. des Kohlenmonoxyd mißt. Das heißt bei dem Beispiel, daß jede *'" Änderung des elektrischen Widerstandes des Körpers 11 unmit-"* telbar proportional der Konzentration oder der Menge des Kohlenmonoxydes ist; Diese Seite der Erfindung erlaubt, daß der Detektor auf dip bequemste Wöise dazu benutzt wird, reduzierende Gase, beispielsweise''Kohlenmonoxyd in atmosphärischer Luft aufzuspüren, weil die Konzentration von Sauerstoff in der Luft faktisch konstant ist. Das Metalloxyd, aus dem der Körper 11 besteht, kann verschiedener Art sein. Zinnoxyd (sowohl zinnhaltige Oxyde als auch Zinnoxyd getrennt, oder miteinander ge« · mischt) ist das am besten brauchbare Oxyd zum Aufspüren von Kohlenmonoxyd, weil es für dieses spezielle Gas in einzig- ' artigerweise Eignung zeigt ·.. Wenn im folgenden der Ausdruck "Zinnoxyd" benutzt wird, dann soll darunter entweder Zinn-

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oder zinnenthaltendes Oxyd verstanden sein. Die anderen Metalloxyde, die im folgenden beschrieben werden, könnenjdazu verwendet werden, in atmosphärischer Luft Kohlenmonoxyd oder andere reduzierende Gase, z.B. Wasserstoff, Ammoniak, Schwefeldioxyd und dergleichen aufzuspüren. Als Beispiel wird in Tabelle I gezeigt, welche relative Empfindlichkeit zinnhaltige Oxyde gegenüber verschiedenen reduzierenden Gasen haben. Man sieht, daß ein zinnhaltiges Oxyd die größte Feinfühligkeit beim Aufspüren von Kohlenmonoxyd hat.

Tabelle I

Widerstand eines Körpers aus SnO, 200 £ dick bei 275° C in unterschiedlichen gashaltigen Räumen.

Gas . ' Widerstand in Megohm

00 ' 1.62

NO₂ 7.2

H₂ ..- 78.0

NH, . . .· 114-.0. '

NO ^! · ' ... 500

Luft 1000

η-Butan . ■ 1000

. Argon . · 1000

CQ₂ << < 1000

O₂ ^iOOO

N₂ 1000

Tabelle II zeigt die Reihenfolge in der Empfindlichkeit von Kupferoxyd gegenüber den gleichen Gasen plus einem zusätzlichen Gas. Diese Tabelle zeigt, daß das Kupferoxyd seine höchste Empfindlichkeit bei /Schwefeldioxyd hat.

Tabelle II

Widerstand eines Körpers aus CuO, 200 χ dick bei 275° C in Räumen mit verschiedenen Gasen.

109809/0382 bad '

Gas ' Widerstand in Megohm

SO₂ " * 0.002

H₂ . · 0.0031

NO₂ . · O.OO75

CO " 0.065

NO · 8

Luft · 1000

Watur Gas · · 1000 ,, _M>

H₂S ' 1000

NH₅ 1000

Argon . 1000

CO₂ 1000

O₂ '. 1000

N₂- 1000

Andererseits entwickelt Antimontüioxyd eine größte Empfindlichkeit gegenüber Salmiak und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Schwefeldioxyd und Kohlenmonoxyd.

Veränderlichkeiten des Widerstandes von Körpern aus zinnhaltigem Oxyd gegenüber Konzentrationen von Kohlenmonoxyd bei verschiedenen Temperaturen werden in Figur 5 gezeigt. Diese Kurvenschar zeigt, daß der Detektor bei verschiedenen Temperaturen betätigt werden sollte, damit man zu zufriedenstellenden Arbeitsbedingungen kommt. ~Es ist festzustellen, daß man zur Durchführung von Eeihenmessungen bei gewissen Räumen, in denen Kohlenmonoxyd aufgespürt werden soll, eine spezielle konstante Temperatur auswählendnuß und aufrechterhalten muß, damit die verschiedenen Veränderlichkeiten im Widerstand in der richtigen Weise direkt zu Jbderui^n in der Konzentration des Kohlenmonoxydes in Bezug gesetzt werden können. Ee kann auf zuiriecfen-etellende Art und Weise mit dem einfachen Hilfemittel bewerkstelligt werden, daß man ein

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Thermoelement oder ein anderes temperaturempfindliches Element in den geheizten Raum einschließt, wie bei 15 in Figur 1 zu sehen ist, und daß man es in zweckentsprechender Weise an die Heizeinrichtung anschließt.

Die 250° Kurve in Figur 6 ist eine gestreckte Darstellung der 350° Kurve aus Figur 5· Die Figur 6 unterscheidet sich leicht · von der Kurve nach Figur 5» dadurch, daß die Veränderlichkeiten· im Widerstand eines Zinnoxyddetektors bei Veränderlichkeiten des Kohlenstoffmonoxydes, ausgedrückt in Teilen auf 1 Million, statt in olu^en Prozenten, darstellt; Diese Figur gibt einen Begriff von der hohen Empfindlichkeit des Zinnoxyddetektors auf Kohlenstoffmonoxyd, wenn die Temperatur ausreichend geregelt ist.,·-.

Es wurde schon erwähnt, daß eine geheizte Umgebung in Verbindung mit der Betätigung des Metalloxydgasdetektors sich als notwendig herausgestellt hat« Im Falle eines Zinnoxydes, beim Aufspüren von Kohlenmonoxyd in atmosphärischer Luft, hat sich als die beste Temperatur für eine maximale Empfindlichkeit· etwa 180⁰C erwiesen. Es wird auf Tabelle III hingewiesen. Diese Tabelle zeigt die Empfindlichkeit, ausgedrückt in Megohm bei !einem Zinnoxyddetektor und wechselnden Temperaturen für unterschiedliche gashaltige Räume. Es ist/zu sehen, daß eine Mindesttemperatur von etwa 180^öerreicht werden muß, bevor

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ein brauchbares Ansprechen stattfindet. Es wird festgestellt, daß diese Mindesttemperatur die gleiche für alle gashaltigen Räume mit-Ausnah-me von Lüftest, die kein reduzierendes Mittel * enthält.

^BAD

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Tabelle III

Zinn

oxyd (200 A dick, 3cm Elektrodenabstand) - <- _{a o c L}- \

0> S%A _ I 0 Ό O O O I)

; m. o*

I

>1000

H

η

us · CO

Dampf

10# ί?0.

100£ . CO

1(?$

4QF^ HH,-

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68.0 ·

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>1000

MOOO

>1000

>1000

•>1O0C

) >1000

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34.0 .

•

•

i i Raum- ■ temp. ; bis ί175° C

j 135 j "' i :

N

500

340

260

' 240

320

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292 ' .

280* ·. η ·

15.4 .

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3.1 ·

2.7 ^

.002 .

•000020

.000020

.000021

3.0

2.6

.0001

,Mindestt emper atvtr ^80 0 (annähernd)

Die !Tabellen IV bis VIII geben die-selbe Erläuterung für andere Metalloxyde. In allen Fällen, haben höhere Temperaturen eine verbesserte Empfindlichkeit zur Folge. Auch ist in allen Fällen eine ■ Mindesttemperatur erforderlich, um einen Detektor überhaupt in brauch ■barer „_eise „^^ „ _lessen._: ..^g_80970382- . __,

BAD ORK3INAL

Tabelle IV

CuO (200AdICk, 3 cm Elektrodenabstand)

• Soso

Dampf

•	*	;· Kaum- • temp. bis '	j ϊ	^1000	1% CO	i	ϊ 10CyU CO I	{ ' 2	i	1u/oii2
	ί	195°	i f 1 I 1 I	Il	^1000	j	• >'.C00 .	^ICCO'	j j i	>1C00 '·
	2CO	i ϊ ί	- Il	S20	j	850		j i	410 j
	205	4 t	Il	880	I	830-	581	I.	5S2
	250	[	Il	252	j	242	•53 .	I	54
	500		Il '	62	•1	58 *	5.4	i	5.2
550		Il	IS	17	• ' .54'		.31 '
400		4.8	3.2 ·	.'" .022		.02 "

Mindesttemperatur 200° C (annähernd)

Tabelle V WO, (200 Sdick,-3 cm Elektrodenabstand)-;;·.'·' .·■

ϊ Teap."	ί ί ί '	U	Dampf	10C&C0
. i	ϊ ■ ί	S 1C$ CO X.-·-" ^"	.>ιοοα. ■
Räumtemp. bis .3000G	>1000	■>ιοοο ■	282
510 ,	"	■ 340	209
515 j	Il	262	•6.1 .
550 !	Il	8.1	.63
400 , I "	.82	.063
450 ■ \	.-.082

Kindesttemperatur 510⁰C (annähernd)

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Tabelle VI ο (400A dick, 3 cm Elektrodenabstand)

; Teap.	I luft	Dampf	1CCJi CO
	„000		>1.C00 J
j Raumtemp. bis 200° C	Il		720
t . " j 22>O		j i	640 j
245	Il		220
3C0'	Il		152·
I 350	Il	ί	140
400 · ■'
I

Mindesttemperatur 240⁰C (annähernd)

Tabelle VII ο
Zn 0 (200 Adick, 3 cm Elektrodenabstand)

üfoap. ii	Dampf	>1COO
Räumtemp. bis 150° G i !	Luft j 10C$ CO	620
' ί j 160 ;	^'^1000	500
165 ι''	. · U	' 240
200	'"ίΓ	• 120
250	η	60
300	η
H

Mindesttemperatur 160° C (annähernd)

• ■ , '

BAD OFHGINAL

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Tabelle VIII

j b 9 b b b 4

Sb₂O, (200Ä dick, 3 cm Elektrodenabstand)

Teaip,

Dampf

Luft

jRaumtemp.
I bis
|300° G

->1000

MOCO

O»

I I 310 ·	! - · i	.430
j 350-	"	%
j 400	I -	3Λ
! 450	Il	0.2

Mindesttemperatur 310° C (annähernd)

Die Figuren 7 bis 11 zeigen die Arbeitscharakteristi ic von Detektoren, die mit verschiedenen Metalloxyden hergestellt sind. Figur 7 zeigt die Beziehung zwischen Widerstand und Kohlenmonoxydkpnzentration bei Zinkoxyd. Eine Dicke von ungefähr 500 A. und eine Arbeitßtemperatur von ungefähr 500 C sind zum Aufspüren von, Kohlenmonoxyd mit Hilfe von Zinkoxyd richtig. Figur 8 zeigt Nickeloxyd; Figur 9 zeigt Wolframoxyd und Figur 10 zeigt Antimontrioxyd, die alle dem Zinnoxyd ähnlich sind, die aber durchweg in einem höheren Widerstandgebiet arbeiten.. Die optimalen Dicken und Arbeitstemperaturen zunMessen von Kohlenmonoxyd sind In jeder Figur angezeigt.

Kupferoxyd zeigt, wie in ^igur 11 zu sehen, eine Umkehrung des Kurvenverlaufes bei höheren Kohlenmonoxydkonzentrationen. Die Kurve für Kohlenmonoxyd, wie sie mit Hilfe von Kupferoxyd

BAD oft/G/;

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nach Figur 11 aufgespürt wircL, zeigt, daß Kupferoxyd eine besondere Verwendung findet beim Messen von Kohlenmonoxyd entweder von sehr geringer oder von sehr hoher Konzentration. Das ist mit der außergewöhlich hohen Empfindlichkeit zu erklären, die an jedem Ende der Kupferoxydkurve auftritt.

Die Veränderlichkeiten im Widerstand von zinnhaltigem Oxyd bei unterschiedlichen Konzentrationen von Kohlenmonoxyd wurden für Temperaturen zwischen 175 und 350 ° gemessen und in den Figuren 12 und 13 dargestellt. Sie umfassen den 'Bereich von 0 bis 1600 Teilen pro Mill, und von 0,25 bis 2,1 % Volumenteilen Kohlenmonoxyd in Luft. Die Gasmischung wurde analysiert durch Einflößen einer gewissen Menge von Kohlenmonoxyd in ein verschlossenes System und durch Messen seiner Konzentration mit Hilfe einer gaschromatographischen Analyse. Das gleiche Verfahren wurde benutzt um die in dieser Beschreibung dargelegten Werte zu prüfen. Der sanfte Übergang der Muster der Widerstandskurven bei der Temperatur wird als besonders zufriedenstellend angesehen. Eine logarithmische Darstellung des Detektorwiderstandes über der Kohlenstoffmonoxydkonzentration (in ppm in Figur 12 und' in Volumenprozenten in Fig. 13) ergibt, daß die Empfindlichkeit des Detektors, ausgedruckt durch die relative Änderung des Detektorwiderstandes mit der Kohlenstoffmonoxydkonzentration, die der Steiguigder Kurven entspricht ■ - -

Steigung

d (CO) 2.303d (CO)

anwächst mit ansteigenden Detektortemperaturen und mit geringer werdender Kohlenstoffmonoxydkonzentration.

BAD

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Die Dicke des Metalloxydes (Körper 11) ist ohne Bedeutung für die Handhabung des Detectors nach dieser Erfindung. Es hat sich aber herausgestellt, daß die höchste Empfindlichkeit nur in den geringeren Dickenbereichen unterhalb von 500 S im Falle von Zinnoxyd-Detektoren erreichbar ist. Mit ansteigender Dicke wird die Empfindlichkeit und die Reaktionszeit des Zinnoxydes auf das Kohlenstoffmonoxyd nach und nach abgeschwächt. Im Falle von Wolf-ramoxyd schjai aber die Dicke der Schicht keinen Einfluß auf die Empfindlichkeit des Detektors zu haben. Deshalb mag in einigen Fällen eine Unterlage unnötig sein, weil das gasempfindliche Material dick genug ist, um sich selber zu tragen. Im Falle von Stoffen wie Zinkoxyd oder in Fällen, wo die maximale Empfindlichkiet nicht speziell gewünscht wird und ein dicker selbsttragender Körper von beispielsweise Zinnoxyd benutzt wird, sollte man selbsttragendes Gasqiirmaterial verwenden.

Die Ausführungsform nach Figur 2 ist in dem Aufbau ähnlich der eines Kondensators, worin das Dielektrikum ein Körper von gasempfindlichem Material 11 ist,' beispielsweise ein Metalloxyd in Form einer dünnen Schicht oder eines Films. Der Körper 11 wilrd von der Elektrode 12 getragen, die einfach eine Lage von leitendem Stoff, beispielsweise von einem Metall ist. Die Elektrode--^ ist wiederum aif der Unterlage 10 gelagert. Die obere Fläche des Körpers 11 wird völlig von einer Elektrode 13 abgedeckt, die eine sehr dünne, gasdurchlässige Schicht von Gold oder dergleichen ist. Verbindet man das Gerät mit einem entsprechenden elektrischen Kreis (nicht dargestellt) kann die Änderung der Kapazitanz des Detektors als Anzeige der Gas konzentrat ion in gleicher Weise genommen -werden, •wie bei dem Detektor nach Figur 1, der in Werten von Widerstandäiiderungen anzeigt.

Figur 3 zeigt ein Torzugaweisee Gerät, das nach dem Detektor

BAD ~~ 109809/0382

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gemäß Figur 1 gebaut ist. Die Unterlage 10 ist ein hohler Zylinder. Er "besteht vorteilhafterweise aus Quarzglas. Auf die obere Hälfte der Oberfläche der Unterlage 10 ist der Körper 11 aufgetragen, eine dünne Schicht von Metalloxyd, z.B. zinnhaltigem Oxyd. In Abstand voneinander berühren die Elektroden 12, 15 den Körper 11. Diese Elektroden können Schichten von Gold oder dergleichen sein. Zu dieser Ausführungsform der Erfindung gehört auch ein Heizelement 14, das zum Anheizen des Körpers 11 benutzt; wird und die Reaktion zwischen dem Metalloxyd und dem Gas fördert.

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BAD ORiGINAL

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Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in der Art des Widerstandstyps dar. Beim Niederschlagen von gasempfindlichem Material 11 auf einer flachen Unterlage wird eine rostförmige Anordnung eingehalten. Vielfingrige Elektroden 13 liegen auf der Oberfläche des Materials 11. Sie geometrische Struktur hat den Zweck, die Empfindlichkeit des Detektors auf Gase, denen er ausgesetzt wird, zu erhöhen und seine Verwendung auch bei niederen Widerstandsbereichen zuzulassen, was durch den vergrößerten Leitungsweg ermöglicht wird.

Es wird nunmehr auf die Fig. 14 Bezug genommen, die einen Gasspürapparat zeigt, wo der Detektor, mit 16, ein Widerstandsanzeiger mit 17, ein Heizgerät mit 18 und ein Temperaturregelgerät mit 19. bezeichnet ist. Der Widerstandsanzeiger 17 ist von der bekanten Bauart, die als selbständige Baugruppe zu verwenden sind und eine eigene Stromquelle haben. Er ist an die Elektroden 12 und 13 angeschlossen, die sich mit dem Körper 11 aus gasempfindlichem Material in Kontakt befinden. Die Heizvorrichtung 18 besteht im wesentlichen aus einem Heizkörper 14, beispielsweise einem elektrischen Widerstandsdraht oder dergl. und der Heizstromquelle 21. Der Temperaturregler 19 besteht im wesentlichen aus dem Temperaturfühler 15, beispielsweise einem Thermoelement und dem Wärmeregler 22. Man kann aber auch jeden andefen Wärmefühler anstelle des Thermoelementes verwenden. Der Detektor 16, der Wärmefühler 15 und das Heizelement 14 sind zusammengebaut, wie durch die gestrichelte Linie angezeigt wird, damit der Deifetor in ausreichendem Maße unter Heizungs- und Temperaturkontrolle steht und um die geeignete Umgebung für seine Tätigkeit herzustellen.

Im Betrieb wird mit der Heizung 14 von der Heizstromquelle her der Detektor 16 auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht, die in erster Linie davon abhängt, aus welchem Material der Körper 11 besteht und welches Gas aufgespürt werden soll.

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Das Thermoelement 15 spricht auf die Heiztemperatur an, und durch den Wärmeregler 22 und die Heizstromquelle 21 wird ein Strom in das Heiz-element 14 geleitet, so daß eine völlig konstante Temperatur oberhalb des festgelegten Minimums gehalten wird. Wird der Detektor 16 von dem oder den Gasen, die gemessen werden sollen, berührt, dann ändert sich der Widerstand des Körpers 11, was festgestellt und entsprechend von dem Widerstandsanzeiger 17 angezeigt wird.

Für eine kontinuierliche Analyse in einer wechselnden bung, z.B. in einer solchen, in der der Prozentsatz von Kohlenstoff monoxyd sich ändert, ist es notwendi-g, daß in allen Ausführungsformen, außer der nach Fig. 2, MIttel vorgesehen sind, die das Gas über die Oberfläche des Gasspürmaterials strömen lassen, damit ein empfindliches Ansprechen auf die wechselnde Zusammensetzung des Gases erzielt wird. Das Diagramm von Fig. 15 zeigt, wie die Empfindlichkeit eines Zinnoxyddetektors sich mit zunehmender Geschwindigkeit der Strömung ändert. Bei den Versuchen, die zur Vorbereitung dieser Darstellung dienten, wurde ein Zinnoxyddetektor einer Kohlenstoffmonoxydkonzentration von 0 - 10% bei absolut konstanter Temperatur ausgesetzt, wobei die Strömung am Detektor ungefähr 1-10 cm/Sek. betrug. Man sieht in der Kurve, daß die Empfindlichkeit des Detektors mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit ebenfalls anwächst.

Da diese Tatsache besteht, muß man beim Bau eines so empfindlichen Apparates zum Analysieren von Gas von verschiedener Zusammensetzung eine Anordnung treffen, wie sie in Fig. 16 gezeigt ist · Der Detektor 16 ist einschließlich der Heizung und der Temperaturkontrolle in eine Kammer 25 eingebaut, wo die Geschwindigkeit des Gasstromes gemessen und

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auch geregelt wird mit Hilfe eines Ventilators 24·. Natürlich können auch andere Mittel hierzu verwendet werden· In bestimmten Situationen stellt sich die Strömung auf natürlichem Wege ein, wenn beispielsweise der Detektor in einem Kamin untergebracht ist, um Rauchgase zu untersuchen. Hierbei wird die gewünschte Strömung durch die natürliche Führung der heißen Gase erzeugt. Diese Gase bringen auch die für die Betätigung des Detektorelementes erforderlichen Wärmebedingungen mit.

Das Brenner-Kontrollgerät nach Fig. 17 enthält ein Gasspürelement nach Fig. 2. Das Gasdetektorelement umfaßt den Fühler (Sensor).

Bei dem Apparat nach Fig. 17 wird ein Brenner des Primärluftprinzips mit 20 bezeichnet. Der Brenner 20 setzt sich zusammen aus dem Brennerrohr 25 und einem Gehäuse 26, das daran seitlich angefügt ist. Gehäuse 26 und Brennerrohr 25 sind so zusammengefügt, daß sie in gutem Wärmeaustausch miteinander stehen. In .- dem Gehäuse 26 ist ein Fühler 27, der sowohl auf Kohlenstoffmon-03Qrd und auf diej Temperatur des Brenners 20 anspricht. Im oberen Ende des Gehäuses 26 ist ein Einlaß.28 für die atmosphärische Luft in=Pfeilrichtung. Ein weiterer Einlaß 22 befindet sich -am unteren Ende des Brennerrohres 25 des Brenners 20, durch den die atmosphärische Luft aus dem Gehäuse in das Innere des Brennerrohres 25 in Pfeilrichtung eintritt. Im Inneren des Brennerrohres 25 mischt sich die atmosphärische Luft mit dem Brennstoff des Brenners zu einer brennbaren Mischung. Indem Gehäuse >, 26 befindet sich vorzugsweise ein Bimetall 32 für die Kontrol-,.Ie des Luft st rom a durch das Gehäuse 26 vom'Einlaß 28 her.

Der Fühler 27 spricht entweder allein .auf die Brennertemperatur an oder auf gewisse vorbestimmte Bereiche von Kohlenmonoxyd und vorbostimntt Temperaturbereiche· >Sr< ist von der Art,die eine Schicht von Zinnoxyd oder dtrgl, auf einer Unterlage trägt·

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Das Zinnoxyd spricht⁵ auf Temperaturänderungen oder auf verschiedene Bereiche von Kohlenmonoxyä bei bestimmten Temperaturen ai, indem es seine elektrischen Eigenschaften ändert,z.B. seinen Widerstand. Wenn also der Fühler 27 mit einem Brenner, wie er in Fig. I7 gezeigt ist, in einem Gehäuse 26 in gutem Wärmeaustausch mit dem Brennerrohr 25 zusammengebaut ist.und. aus einer entsprechenden Stromquelle 31 mit Strom -versorgt wird, sowie an ein elektrisch betätigtes Ventil 32 in der Treibstoffleitung des Brenners 20 verbunden ist, dann regelt der Fühler die Brennstoffzufuhr zu dem Brenner 20 in Abhängigkeit davon, ob er hohe oder rdsdrige Temperaturen mißt oder welcher Kohlenmonoxidgehalt, in der.Atmosphäre besteht, die den Brenner umgibt, wenn diese eine bestimmte Konzentration überschreitet.

Die Ausführungsform nach Fig. 18 verwendet dnen Brenner des nicht primär Luft geführten Type ,(der allgemein mit 20 bezeichnet ist. Der Brenner 20 enthält ein Rohr 25 und ein Ge- -"häuse 26, die in gutem Wärmeaustausch miteinander stehen.In dem Gehäuse 26 befindet sich ein Fühler 27» entsprechend der Anordnung in Flg. I7. Bei diesem Brennertyp hat das Gehäuse. 26 einen Einlaß 23 in seiner unteren Partie, durch den die atmosphärische Luft in' Pfeilrichtung eintritt. Der iuslaß 34 befindet sich in der oberen Partie des Gehäuses 26, wo die Luft in Pfeilrichtung austritt* Auch hier ist ein Bimetallstreifen so angebracht, daß er in optimaler Weise die Strömung der umgebenden Luft durch das Gehäuse 36 in Abhängig- . keit von der Lufttemperatur regelt, die wiederum von der Ge-■ häueetemperatur und von der Strönung abhängig iat. Die Funktion des Brenners nach Fig. 18 ist im übrigen die gleiche wie die Funktion dee Brenners nach Fig. I7.

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Patentansprüche t

Claims (1)

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Pa t ent aneprü ο h e :

1) Gasspürgerät, gekennzeichnet durch ein Heizgerät und einen unter dem Wärmeeinfluß des Heizgerätes stehenden Körper (11, 27) mit im Abstand darauf angeordneten Elektroden (12, 13) aus einem Metalloxyd, dessen elekrtische Eigenschaften sich unter Wärmeeinfluß bei Wechsel der relativen Anteile von oxydierenden und reduzierenden Gasen in der ihn umgebenden Atmosphäre kennzeichnend ändern, so daß eine elektrische Messung, die das zu bestimmende Verhältnis darstellt, vorgenommen werden kann.

2) Gasspürgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxydkörper (11, 27) auf einer Unterlage (10) angeordnet ist und die Elektroden'(12, 13) in Abstand von der Unterlage (10) auf dem Körper (11, 27) angebracht sind.

3) Gasspürgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers angeordnet sind und eine: von ihnen auf der Unterlage angeordnet ist, während die andere ausreichend gasdurchlässig ist, um den Durchtritt des oxydierenden und des reduzierenden Gases von dem Metalloxydkörper zur Atmosphäre zu erlauben.

4) Gasspürgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch eine mehrf ingrige Auebildung der Elektroden (12, 13) »wischen ihren

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Kanten eine !fläche des Metalloxydkörpers (11) frei-liegt, die einen großen Weg darstellt.

5) Gasspürgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (10) ein Zylinder ist, in dem ein Heizelement (14) untergebracht ist.

■ 6) Gasspürgerät nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquelle die Wand (26) eines Brenners oder ein Wärmenebenschluß ist, der damit thermisch verbunden ist.

7) Wärme spürgerät nach den Ansprüchen-2 - 6, d a d u roh gekennzeichnet , daß das Metalloxyd ein Zinnoxyd igt, das in einer Schicht vorliegt, deren Dicke 500 A nicht überschreitet.

8) Gasdetektor zur Yerndndung in einem Gasspürgerät nach den Ansprüchen 2- 6, dadurch gekenn z ei ohne t, daß das Jtetalloxyd Kupferoxyd, Kicke1-oxyd ' oder Antimonoxyd ist«

9) Gasdetektor zur Terwendung in einem Gasspürgerät nach den Ansprüchen 1 und 4, 6 oder 7» dadurch ge· kennzeichnet, daß das Metalloxyd Wolframoxyd ist.

10) Gasdetektor nit einem KSrper nach den Ansprüchen 1 "9· gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler (1£,30) zur Anzeige der Tempe-

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ratur des Metalloxydkörpers und in Verbindung damit einem Wärmeregler zur Konstanthaltung der Temperatur.

11) Gasdetektor nach Anspruch 10, gekenn zeichnet durch eine Leitung für Gasproben, in der der Körper (11, 27) einem Gasstrom ausgesetzt ist·

12) Gasdetektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilator (24) den Gasstrom erzeugt.

13)Brenner mit einem Gasspürgerät und einem Gasdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die Wand des Brenners (20) einen Teil seiner Wand oder die Wand darstellt, und daß der Temperaturfühler und Temperaturregler einen Bimetallstreifen (30) enthält, der auf die Gastemperatur in der Leitung (26) anspricht und ihr entsprechend die Strömung des Gases du*rch einen Einlaß regeltr

Brenner, nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Einlaß (33) zu der Leitung (26) in der Wand des Brenners (20) und einen Auslaß (34) zur Atmosphäre.

Brenner nach Anspruch 13« dadurch geke nnzeichnet, daß die Leitung (26) durch einen Einlaß (33) und einen Auslaß (34) mit der Atmosphäre direkt verbunden ist·

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16) Verfahren zur Bestimmung der oxydierenden und resultierenden Bestandteile der Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper (11) aus Metalloxyd, der über eine Schwelle hinaus erhitzt ti.rd, einer Strömung ausgesetzt wird, die in der Atmosphäre erzeugt wird und daß die elektrische Charakteristik des Widerstandes oder der kapazitiven Reaktanz dee Körpers gemessen wird.

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