DE1648924C3 - Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität - Google Patents
Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer SuszeptibilitätInfo
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Description
Es sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der magnetischen Suszeptibilität bzw.
zur Messung des Sauerstoffgehaltes auf der Grundlage der hohen paramagnetischen Suszeptibilität des
Sauerstoffs bekannt. Alle thermomagnetischen Methoden und auch alle mit Hitzdraht-System als Differenzdruckempfänger
arbeitender« Methoden scheiden für eine Schnellanalyse mit einer Ansprechzeit in der
Größe von weniger als 0,1 Sekunde aus Gründen der thermischen Trägheit aus. Auch die nach dem
Pauling-Prinzip arbeitenden Geräte kommen wegen des relativ großen Meßzellenvolumens (einige cm3)
und wegen der aus Gründen der Einwirkung auf das Meßsystem begrenzten Strömungsgeschwindigkeit
nicht in Frage. Bei dem von Schmidt in der DT-PS 8 40 614 beschriebenen System ist eine Schnellanalyse
ίο mit den zur Messung von Gleichdrücken in der Größe
von 0,001 bis 0,01 mm WS verfügbaren Meßgeräten
mit der unvermeidbaren Trägheit dieser Geräte ebenfalls nicht möglich. Bei dem von Hummel (DT-AS
1149 187) beschriebenen Gerät ist eine Schnellanalyse
prinzipiell möglich, doch ist bei einer Auflösung von weniger als 0,1 Sekunde das Arbeiten mit
höheren Frequenzen (über etwa 25 Hertz) erforderlich. Magnetische Kreise lassen sich bei diesen Frequenzen,
insbesondere bei hochpermeablem Ferromagnetikum, nur aus Blcchkernen aufbauen. Dabei
entsteht ein relativ hoher magnetomechanischer Störeffekt, der zudem noch trägergasabhängig ist. Es wird
unten gezeigt, wie die erfindungsgeniäße Vorrichtung
diese Nachteile vermeidet. Als weitere Nachteile der thermomagnetischen Geräte sind zu nennen: Trägergasabhängigkeit
für Nullpunkt und Empfindlichkeit, aufwendige und individuelle Justier- und Eichbarkeit
der Geräte sowie besondere Anforderungen an die Geräteferligung. Die letzteren beiden Mängel treffen
auch für die Geräte nach dem Pauling-Prinzip zu. Diese Geräte besitzen zudem eine starke Durchflußabhängigkeit.
Bei den auf der Messung der Druckänderung eines sauerstolfhaltigen Gases im Magnetfeld
beruhenden Geräten (S c h m i d t, DT-PS 8 40 614,
Hummel, DT-AS 11 49 187, und Luft, »Chemie-Ing.-Technik«,
Mai 1967) entsteht eine Durchflußabhängigkeit und damit verknüpft auch eine Trägergasabhängigkeit
auf Grund der Tatsache, daß die Strömungs- und Konzentrationsverhältnisse in der für
den Meßdruck wirksamen Inhomogenitätszone von der Strömungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung
von Meß- und Vcrgleichsgas abhängen. Zu bemerken ist ferner, daß bei den genannten Anordnungen
(einschließlich der thermomagnetischen Me-
Ihodeund dem Pauling-Prinzip) stets bestimmte Polformen
mit besonders ausgeprägten Inhomogenitätszonen und definierter Zuordnung derselben zum
übrigen System verwendet werden.
In der US-PS 32 87 95«), welche weitgehend dem Aufsatz von Luft (Chemie-Ingenieur-Technik, Mai
1967. S. 575 ff.) bzw. der DT-AS 12 12 747 entspricht, wird in den Fig. I und 2 eine Anordnung
mit inhomogenem Magnetfeld gezeigt. Für die Anordnung gilt bezüglich der Durchllußabhängigkeit,
der Trägergasabhängigkeit und der Polform das im vorigen Absatz gesagte.
Die US-PS 32 40 051 zeigt eine Anordnung, bei der die beiden Zuleitungen für Meß- und Vergleichsgas und die gemeinsame Ableitung im Magnetfeld
münden. Das Magnetfeld, ein magnetisches Wechselfeld, wird mit Hilfe eines Permanentmagneten und
zwei Magnetpolpaaren mit je einem Meßspalt in Verbindung mit einem um seine Achse rotierenden eisernen
Schrägzylinder durch periodische Änderung des magnetischen Widerstandes erzeugt. Da bei dieser
Anordnung Sondenrohre für Meß- bzw. Vergleichsgas verwendet werden, wird wegen der dabei notwendigen
größeren Spalilänge eine Verjüngung der
Magnetpole erforderlich, um hinreichend große Feldstärken im Meßspalt zu erhalten. Hieraus ergibt sich
eine wesentliche technische Schwierigkeit, eine ausreichend große homogene Feldzone zu erzielen, bei
welcher die Mischzone zwischen Meß- und Verglsichsgas auch im homogenen Bereich verbleibt.
Durchfluß- und trägerßasabhängige Durchmischungseffekte zwischen Meß- und Vergleichsgas üben daher einen störenden Einfluß auf die Messung aus.
Auch hier sind bestimmte Polformen mit definierter Zuordnung der Inhomogenitätsbereiche zum
übrigen System erforderlich. Ferner wandert das Magnetfeld bei der Drehung des zylindrischen Eisenkörpers
in Richtung der Achse des Meßröhrchens, so daß auch in dieser Richtung ein Feldgrudient
existiert.
Es wird nun eine Vorrichtung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasgemischen beschrieben,
die es gestattet, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Arbeitsweisen zu vermeiden, und mit
dessen Hilfe es gelingt, die Analyse von Gasgemischen, wie insbesondere die Saucrstollschnellanalyse,
mittels magnetischer Wcchseldruckmessung in einer den Anforderungen der Praxis genüge leistenden
Weise durchzuführen.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mir paramagnetischer
Suszeptibilitüt, insbesondere zur Sauerstolfniessung,
bestehend aus einem geschlossenen, wechselflußcrregtcn ferromagnetische)! Kreis mit
einem homogenen Qucrspalt sowie Zuführungen tür zuströmendes Meß- und Vergleichsgas und einer
gemeinsamen Abführung für beide Gase, wobei die Zuführung des Vergleichsgases im homogenen Teil
des Magnetfeldes erfolgt, mit ferner einer Wechseldriickdiffcrcnzmcßcinrichtung
für den zwischen Meß- und Vergleichsgas entstehenden Differenzdruck. Sie
ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) daß der Querspalt, in dem das homogene Magnetfeld herrscht, unmittelbar als Küvettenraum
ausgebildet ist und
b) daß die Meßgaszuleitung im Bereich der Inhomogenitätszone des Magnetfeldes als flacher
Spalt, flacher Kanal oder dünnes Röhrchen ausgebildet ist und im Querspalt mündet.
In der DT-AS 12 12 747 ist ein Sauerstoltmesser
mit einem Permanentmagneten beschrieben, dessen homogener Luftspalt durch zwei Uegrcnzungstlächen
als rechteckige Kammer ausgebildet ist. An der einen Seite dieser Kammer strömt ein Vergleichsgus in den
Luftspalt ein, während an der anderen Seite das Meßgas durch Diffusion zugeführt wird. Die infolge
des magnetischen Druckes auftretende Strömung wird mit Hilfe eines sich außerhalb des Magnetfeldes belindcnden
thermoelektrische!! Gasströimmgsmessers
gemessen. Bei diesem Sauerstollnicsser sollen die dem
Meßgas zugewandten Begrcnziingsliächen des Magnetspaltes
solche Form aufweisen, daß das den magnetischen Druck bewirkende inhomogene Feld im
wesentlichen im Meßgas verläuft. Wie die Formgebung der Begren/ungsflüchcn gestaltet sein soll, um
das gewünschte Ziel zu erreichen, ist nicht gesagt.
Da das den Luftspalt durchströmende Vergleichsgas an der Stelle austritt, an der das Meßgus durch
das inhomopcne Feld hindurch eindiifundiert, ist in
dem den magnetischen Druck bewirkenden inhomogenen Feld immer ein Gemisch von Meß- und Vergleichsgas
vorhanden. Die Ausbildung dieser Mischzone, die nicht nur von den magnetischen Eigenschaften
der Gase abhängt, beeinflußt das Meßergebnis.
Nach dem der Anmeldung zugrunde liegenden Prinzip werden Meß- und Vergleichsgas dem homogenen
Magnetfeld an getrennten Stellen zugeführt, kommen dort in Berührung und strömen gemeinsam
ίο der Ableitung zu. Eine Vermischung der beiden Gase
(Meß- und Vergleichsgas) oder eine Veränderung der Gaszusammensetzung durch wechselseitige Diffusion
kann nur in der homogenen Zone und in der Ableitung erfolgen. Hierdurch wird erreicht, daß die eine
für das Zustandekommen des Meßeffekts erforderliche Inhomogenitätszone nur Meßgas und die andere
nur Vergleichsgas enthält.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der
Figuren beispielsweise näher erläutert.
Im Bild 1 ist ein derartiges Gerät gezeigt. In einem
Magneten 1 wird mittels einer Erregerspule 2 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Erregung erfolgt
mit pulsierendem Gleichstrom, der aus 50 Hertz Wechselstrom durch Einweggleichrichtung (Gleichrichter
3) hergestellt wird. Der Magnet enthält einen parallelen Querspalt mit einem Spaltraum 4 und dem
Spaltraumabschluß 5 und 6. Meß- bzw. Vergleichsgas strömt durch Röhrchen 7 bzw. 8 und werden von
dort durch Drosseln 9 bzw. 10 und Zuleitungen 11 bzw. 12 in den Spaltraum 4 gesaugt. Aus 4 wird das
Gas gemeinsam über ein Ableitungsröhrchen 13, eine Drossel 14, ein Puffervolumen 15 und eine Drossel 16
mittels einer Säugpumpe 17 abgesaugt. Ein U-Rohr 18 dient zur Anzeige des Saug-Unterdruckes zum
Zwecke der Durchllußeinstellung und Kontrolle. Die Zuleitungen 11 und 12 sind über Leitungen 19 und
20 mit einem Wechseldruckdifferenzempfänger 21 (z. B. einem Kondensatormikrophon) verbunden.
Dieser ist über eine Gleichspannungsquelle 22 an einen hochohmigcn Arbeitswiderstand 23 von etwa
M)7 ii gelegt. Der Arbeitswiderstand 23 liegt am Eingang
eines Wechselspannungsverstärkers 24 mit phasen richtiger Gleichrichtung. Sein Steuersignal erhält
der Gleichrichter von einer Steuerspule 25. Das Steuersignal wird durch den Wechselfluß des Magneten 1
in 25 induziert. Ein Schreiber 26 registriert das Ausgangsglcichstromsignal
des Verstärkers. Wenn Meß- und Vergleichsgas im Überdruck vorliegen, kann die Säugpumpe 17 mit U-Rohr 18 entfallen. Zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Anordnung wird davon ausgegangen, daß im Spaltraum ein räumlich homogenes,
zeitlich zwischen 0 und der Feldstärke W0 mit der Frequenz 50 Hertz schwankendes Magnetfeld
herrscht. Lediglich an den Eintrits- bzw. Austrittsstellen der Röhrchen 11, 12 und 13 ist das homogene
Feld gestört. Für den übrigen Feldraum sei angenommen, daß der homogene Feldverlauf praktisch ungestört
ist. Die Drosseln 9, 10 und 14 sollen das innere Meßsystem, bestehend aus Spaltraum mit Meßempfiinger
nebst den Leitungen 11, 12, 13, 19 und 20 gegen Druckstöße und Druckschwankungen von der
Gasz.u- bzw. -ableitung abtrennen und gleichzeitig die fortlaufende Beströmung sicherstellen. Die Gaszuleitungen
11 und 12 sind wegen der fortlaufenden Zufuhr neuen Gases bis in den Bereich des homogenen
Feldes hinein stets mi! Meßcas bzw. Verplri.-Vxnias
gefüllt. Entsprechend und proportional zum O2-Gehalt
besitzen die beiden Gaströme die Suszeptibilität y.M
bzw. xv. Es läßt sich durch Integration über den Gasweg
von einer Empfängerseite über 19, 11, 4, 12 und 20 zur anderen Empfängerseite nachweisen, daß
der Differenzwechseldruck am Empfänger proportional der Suszeptibilitätsdifferenz xm~*v 'st- Hierbei
liefern nur die Leitungsstücke 11 und 12 an der Übergangstelle vom feldfreien Raum (Längskanal)
in den homogenen Feldraum einen Beitrag, da innerhalb des homogenen Feldes auf den Sauerstoff keinerlei
Kraftwirkung ausgeübt wird. Von besonderer Wichtigkeil ist die Feststellung, daß der Feldverlauf
in der Inhomogenitätszone ohne Einfluß auf die Größe des Meßeffektes ist. Die Berücksichtigung
diese für die meßtechnische Funktion sehr wichtigen Feststellung zeichnet die beschriebene Vorrichtung
vor den bekannten magnetischen O2-Messern
aus.
Die Anordnung nach der Erfindung hat folgende Vorteile:
1. Da bei einer sprunghaften Konzentrationsänderung im Meßgas nur das einige mm:) (etwa
5 mm3) betragende Volumen der Inhomogenitätszone erneuert werden muß, beträgt die Anzeigenverzögerung
weniger als 0,1 Sekunde bei einer Strömungsgeschwindigkeit von nur 1 Liter pro Stunde.
2. Die Strömungsgeschwindigkeit hat in weiten Grenzen keinen Einfluß auf das Meßcrgehnis.
3. Die Trägergaszusammensetzung des Meßgases (Konzentration und Art der Bcgleitgasc im Meßgas)
haben praktisch keinen Einfluß auf das Meßergebnis, soweit nicht die diamagnetische
Suszeptibilität bei O2-Konzentrationen unter
0,5 0Zo eine Rolle spielt.
4. Gemäß 2. und 3. ist das Gerät ein reines Suszeptibilitätsmeßgerät,
auf dessen Meßergebnis weder mechanische noch thermische Daten des Meßgases, wie Dichte, spezifische Wärme, Zähigkeit,
Diffusionskonstante einen Einfluß haben. Dies ermöglicht bei durchgeführter Grundeichung
die rechnerische Ermittlung jeder gewünschten Eichung.
5. Die Anforderungen an die Präzision der feinmechanischen Fertigung sind gering.
Bei der Schweizer Patentschrift 2 80 228 ist in Fig. 3 und 4 eine Anordnung mit einem magnetischen
Drehfeld beschrieben, bei der ebenfalls Zuleitungsröhrchen für Meß- und Vergleichsgas und ein gemeinsames
Ableitungsröhrchen vorgesehen sind, doch besitzt diese Anordnung den Nachteil, daß die für
den Modulationseffekt maßgebende Inhomogenitätszone (das ist die, welche der Trennungslinie der beiden
Halbkreissegmente aus Eisen bzw. aus nicht ferromagnetischem Werkstoff entspricht) über das
Meßröhrchen hinwegwandert. Da das Konzentrationsprofil in der Mischzone unbestimmt ist und da andererseits
der Konzentrationsverlauf einen starken Einfluß auf den Meßeffekt hat, so ergibt sich hierbei eine
große Meßunsicherheit, welche zudem von den Gaseigenschaften (Dichte und Zähigkeit) und von der
Gasgeschwindigkeit in starkem Maße abhängt. Hinzu kommt ferner, daß die Verbreiterung der Mischzone
durch das umlaufende Magnetfeld begünstigt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei den ersten Modellen auch bei Ο.,-Differenz Null zwischen
Meß- und Vergleichsgas ein »Nulleffckl«, dessen
Größe von der Trägcrgaszusammcnsclziing abhing,
beobachtet. Dieser »Nulleifckt« wird durch einen magnetomechanischen Wechseldruck verursacht,
der wegen des unsymmetrischen Aulbaues des Empfängers und der unsymmetrischen Beschikkung
der Zuleitungen (Leitung 11 enthält Meßgas, Leitung 12 Vergleichsgas) zu einem Wechseldnicksignal
im Empfänger führt. Dieser Wirkung wurde ίο durch zwei Maßnahmen entgegengetreten. Die erste
betrifft den Spallraumabschluß 5 und 6, die /weite betrifft die Ausgestaltung dcsSpallraumcs als media
nisch stabile Mcßzcllc. Die Pole des Magneten 1 ziehen sich mil einer dem Quadrat der Feldstärke
proportionalen Kraft an. Durch diese Kraft wird dei
;ils Rahmen ausgebildete Spaltraumabschluß 5 und ( gestaucht. Diese Stauchung führt zu einer Volumen
\crmindcrung des Spaltraumes und als Folge elavoi
/u einem WcdiseWlnick im Spall raum. Durch Vor
größerung des Rahmenquerschnittes um den Fak tor 5 konnte dieser Effekt praktisch beseitigt werden
da hierbei der Druckanstieg um den Faktor 5 kleine: wird und gleichzeitig das »komprimierte« Volumer
um den Faktor 5 verkleinert wurde (s. auch Bild 2) Die technische Lösung der zweiten Maßnahme, di<
Verwendung einer getrennten Mcßzelle, ist in Bild ;
wiedergegeben. Die mit den angedeuteten Anschlüs sen für Zuleitungen 31, 32 und Ableitung 33 vcr
sehene Mcßzelle ist kraftschlüssig zwischen die Pol schuhe des Magneten! nach Bild 1 eingeschoben
Die Meßzelle besteht aus zwei etwa 5 mm stärket Weicheisenplatten 34, 35, zwischen denen sich — ver
lötet eider verklebt — ein aus Messing oder V 4 A Blech bestehender Rahmen 36 von 0,25 bis 0,5 mn
Stärke, der den eigentlichen Spaltraum umschließt befindet. Der Magnet 1 ist bei der Frequenz voi
50 Hertz aus hochpermeablen Einzelblechen aufge baut. Die Verwendung einer Meßzelle gemäß Bild \
wurde nötig, um den ebenfalls zu einem »Nulleffekt« führenden magnctostriktiven Wechseldruckeflek
(eventuell handelt es sich hierbei auch nur um einer magnetomechanischen Effekt, der als Ergebnis voi
Vibrationen der Einzelblcche aufgetreten ist) zu be
seitigen. Die Verwendung der Meßzelle hat den mi dem Blechkemaufbau verknüpften »Nulleffekt« wirk
sam beseitigt. Der aus hochpermeablen Blechen auf gebaute Magnet bringt als weiteren Vorteil die Er
zeugung eines sehr starken Magnetfeldes im Spalt raum bei vergleichsweise sehr geringer elektrische]
und magnetischer Verlustleistung mit sich. Ferne; war es möglich, mit Bandkernen von nur 10X15 mn
Querschnitt vollausreichende Meßeffekte zu erzielen Bei einer anderen Ausführung wurde die Meßzellf
nicht kraftschlüssig, sondern freitragend im Spalt raum montiert. Magnet und Meßzelle wurden dabe
unabhängig voneinander an einen Montageblocl montiert. Dies ergibt eine weitere Verringerung de:
magnetomechanischen Störeffektes, bringt abei gleichzeitig eine Vergrößerung des magnetischer
Widerstandes des magnetischen Kreises mit sich, wai bei gleicher Amperewindungszahl zu einer Verringerung
der Feldstärke führt.
Da es — wie erläutert — keine Rolle spielt, ir welcher Weise die Inhomogenitätszone durchlaufer
wird, so ist auch die Zufuhr von Meß- bzw. Ver gleichsgas von der Seite her möglich, z. B. inden
durch den Spallraumabschluß5 und 6 (Bild 1) je
wcils ein dünnes Zuleilungsröhrchen oder besser nocl
ein flacher Zulcitimgsspalt hindurchfühlt. In letzterem
Fall kann der gesinnte Spaltraum nebst den Zuleitungen als ein durchgehender llacher Querkanal von
z. B. (),2i) () min, senkrei'lu zur Feldriehtung und
parallel zur größeren Seite des rechteckigen Kernquorschnitles,
ausgeführt werden.
Ein praktisches Anwcndungshcispiel aus der Medizin ist die Messung des Ο.,-Gehaltes in der Atemluft
des Menschen. Als Meßbereich wird ein Hereich von 20,5 bis 12,5"ΉΟ., gewählt. Als Vergleiehsgus i<
> kann hier die Raumluft dienen. Die geringe Anzeigeverzögerung
(kleiner als 0,1 Sekunde) ermöglichte die Registrierung des Ο.,-Gehaltes während einer
Hyperventilation mit einer Atemperiode von weniger als einer Sekunde. '5
Ferner ermöglicht das Gerät die Messung de? Ο.,-Gehaltes in schnell verlaufenden Verbrennungsvorgängen in Reaktoren oder im Abgas von Verbrennungsmotoren.
Auf die Verwendungsmöglichkeit des Gerätes in 2n
der gaschromatographischen Schnellanalysc in Verbindung mit Kapillarsäiilen sei ebenfalls hingewiesen.
Mit O., als Trägergas lassen sich hier etwa die gleichen
konzentrationscmpfiiullichkeiten wie bei den
Wärmeleitdetektoren erzielen. Das sehr kleine Meßzellenvolumen und die hohe Ansprechgeschwindigkeit
dürften hier die Lösung schwieriger Trennaufgaben wesentlich erleichtern.
Die neue Vorrichtung wurde im Frequenzbereich von 3 Hertz bis 100 Hertz untersucht. Bei 3 Hertz
konnte eine massive Topfmagnetanordnung verwendet werden. Die Verwendung höherer Frequenzen als
100 Hertz dürfte vor allem in Hinblick auf eine Reduzierung des Verstärkelaufwandes von Interesse
sein.
Da es für manche technischen Anwendungen unpraktisch ist, ein geeignetes Vergleichsgas bereitzustellen,
so wurde eine Variante der Vorrichtung entwickelt, bei der der Vergleichgasstrnm aus einem
Teilstrom des Meßgases dadurch hergestellt wird, daß dieser Teilstrom vor dem Eintritt in den Spaltraum,
unmittelbar vor Beginn der Inhomogenitätszone, auf eine vorgegebene Übertemperatur von z. B.
100" C gebracht wird. Durch entsprechende Dimensionierung
des Gasleitungs- und Beheizungssystems ist dafür gesorgt, daß die Temperatur Tv des als Vergleichsgas
wirkenden Teilstromes im Bereich der Inhomogenitätszone praktisch konstant und unabhängig
von der Triigergaszusammensetzung ist. Diese Bedingung ist im Rahmen der für einen technischen
0.(-Analysator bei einem Meßbereich von beispielsweise 0 bis 5°/o O., mit einem zugelassenen Fehler
von 0,1 °/o O., erfüllt, wenn die Temperatur des Gases um nicht mehr als 3° C beim Durchlaufen der Inhomogenitätszone
abfällt. Bei einem Vergleich dieser neuen Methode mit den bekannten thermomagnetischen
Meßverfahren stellen sich folgende Vorteile heraus:
const. \/Τλι-üc
wirksame
60
1. Das wirksame Temperaturfeld liegt außerhalb des wirksamen'Magnetfeldes. Infolgedessen sind
keine festgelegten Verknüpfungen zwischen Magnet- und Temperaturfeld einzuhalten. Durch
die Verlegung ties gesamten Temperalurfeldes nach außen (außerhalb des magnetischen Kreises)
ist eine ausreichende Dimensionierung ties Heiz
systems möglich, wodurch eine von der Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit des
Gases sowie von der Neigung des Gerätes unabhängige Temperatur '/',. erzielt werden kann.
2. Es ergibt sich auch hier ein der Suszeplibilitälsdilferenz *„ y.y proportionaler MeLielfekt, wobei
für y.st die Suszeptibilität des Meßgases bei
der Temperatur 'Tu (von z. B. 40 ' C bzw. 313"' K)
und für xv die Suszeptibilität des Meßgases bei der Temperatur 7,. (von z. B. 140'C bzw. 413" K)
zu setzen ist. Der Diamagnctismus des Trägergases, der wegen seiner Abhängigkeit von der
Dichte proportional 1/7' ist, sei gegenüber dem l'araniagnetismus wegen seiner quadratischen
Tempcralui abhängigkeit (proportional 1 /T-)
vernachlässigt. Dann ergeben sich für die parainagnetische Suszeptibilität eines C).,-haltigen
diamagnetischen Trägergases bei den Temperaturen T11 bzw. /',. die Werte «„
bzw. av const. I /T1.-, somit ist
Sus/eptinililütsdifferenz
Z1J y.v const. C ·[ Ι/Τ",,- 1'7,.-|,
wobei C die zu messende (^.-Konzentration ist.
Der Meßelfekt ist somit unabhängig von der Dichte, der Zähigkeit und der spezifischen Wärme
des Trägergases. Es kommt daher bei hinreichend dimensioniertem Wärmeaustausch gar
nicht mehr auf die Trägergaszusammensetzung an. Dies ist ein Ergebnis, das mit keinem der
bekannten thermomagnetischen Ο.,-Messcrn erzielt werden konnte. Eine Verminderung der
diamagnetischen Störung um den Faktor 2 ist zwar prinzipiell bei den meisten thermomagnetischen
Methoden gegeben, doch kann dieses meßtechnisch günstige Faktum erst bei der erfindungsgemäßen
Anordnung ausgenutzt werden, weil die anderen Trägergas-Störeffekte ausgeschaltet
werden konnten.
In Bild 3 ist der Aufbau der Anordnung ohne
Vergleichsgas wiedergegeben. Die Anordnung besteht aus einem Wechselfeldmagneten 41, einem als Querkanal
(etwa 0,5 -.6 mm) ausgebildeten Spaltraum 42, mit je einer rechteckigen Eintrittsöffnung (z. B.
0,5X6 mm) versehenen Spaltraum-Abschlußstücken und 44 (aus Isoliermaterial), einem beheizten
Rohrstück 45 (Heizung 47), einem unbeheizten Rohrstück 46, Verbindungsleitungen 48 und 49 zum
Wechseldruckcmpfänger 50, einer Meßgaszuleitung 51, Meßgasteilslrömen 52 und 53 mit Strömungsdrosseln 54 und 55 sowie einer Gasableitung 56 mit
Strömungsdrossel 57.
Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht im wesentlichen der für B i 1 d 1 beschriebenen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität,
insbesondere zur Sauerstoßmessung, bestehend aus einem geschlossenen, wechselflußerregten
ferromagnetischen Kreis mit einem homogenen Querspalt sowie Zuführungen für zuströmendes
Meß- und Vergleichsgas und einer gemeinsamen Abführung für beide Gase, wobei
die Zuführung des Vergleichsgases im homogenen Querspalt erfolgt, mit ferner einer Wechseldruckdiffcrenzmeßeinrichtung
für den zwischen Meß- und Vergleichsgas entstehenden Differenzdruck, gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Merkmale:
a) daß der Querspalt (4), in dem das homogene Magnetfeld herrscht, unmittelbar als
Küvettenraum ausgebildet ist und
b) daß die Meßgaszuleitung (11, 31, 46) im Bereich der Inhomogenitätszone des Magnetfeldes
als flacher Spalt, flacher Kanal oder dünnes Röhrchen ausgebildet ist und im Querspalt (4) mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der magnetomechanischen
Deformation des Querspaltes ein Teil des Spaltes durch ein nicht ferromagiietisches
Blech (36) von der Stärke der Spaltlänge mit einem länglichen Ausschnitt (etwa in der Mitte),
der den verbleibenden Spaltraum darstellt, ausgefüllt wird und daß die Zuleitungen etwa an den
beiden Enden des Ausschnittes und die Ableitung in der Mitte münden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß be! Verwendung von
hochpermeablen Blechkernen (z. B. Schnittbandkernen) zur Vermeidung magnetomechanischer
oder magnetcstriktiver Einwirkungen vom Blechkern auf den Spaltraum eine Küvette, bestehend
aus zwei ferromagnetischen Platten (34, 35), zwischen denen das nichtferromagnetische Blech (36)
eingelötet, eingeklebt, eingeschraubt oder eingepreßt ist, in den Querspalt eingeschoben ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführungsleitung für
das Vergleichsgas vor der Inhomogenitätszone ein Rohrleitungsstück (45) mit einer Heizung (47)
angeordnet ist und daß ferner hinter der Meßgaszuleitung (51) ein Verzweigungsstück angeordnet
ist, welches über eine Drossel (54) mit der Zuführungsleitung für das Vergleichsgas verbunden
ist.
5. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Messung der magnetischen
Suszeptibilität von Gasgemischen.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1648924A DE1648924B2 (de) | 1967-08-31 | 1967-08-31 | Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität |
GB40453/68A GB1236825A (en) | 1967-08-31 | 1968-08-23 | Instruments for measuring the magnetic susceptibility of a mixture of gases, particularly of a mixture the oxygen content of which varies rapidly |
US756655A US3584499A (en) | 1967-08-31 | 1968-08-30 | Quick response oxygen analyser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEH0063761 | 1967-08-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1648924C3 true DE1648924C3 (de) | 1978-01-19 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3642912A1 (de) * | 1986-12-16 | 1988-06-30 | Leybold Ag | Messeinrichtung fuer paramagnetische messgeraete mit einer messkammer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3642912A1 (de) * | 1986-12-16 | 1988-06-30 | Leybold Ag | Messeinrichtung fuer paramagnetische messgeraete mit einer messkammer |
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