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Verfahren zur Bestimmung des Anteils von Stoffen mit paramagnetischen
Eiu schaften in Stoffgemischen Es sind Geräte zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes
in Gasen bekannt, die die paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffes benutzen.
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Ein Gerät dieser Art besteht aus einer ringförmigen an zwei gegenüber
liegenden Steilen mit einer GaszufUhrungs-und Gasableitungsleitung versehenen Glaskammer.
Die ringförmige Kammer ist mit einem im Durchmesser liegenden Verbindungßrohr der
beiden Ringh§Xten versehen, dessen eine Seite sich in einem Magnetreld befindet,
und daß im übrigen von einer Heizwicklung umgeben ist.
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Wenn das zu untersuchende Gas durch die Ringkammer geleitet wird,
wird durch den Magneten ein Teil des Sauerstoffes in das Verbindungsrohr eingesaugt,
wobei in der Gegend der Magnete ein Uberdruck entsteht. Im Verbindungsrohr bildet
sich ein Druckgefälle zwischen dem Bereich des kalten Magnetfeldes zum warmen Bereich
des Verbindungsrohres, so daß ein Gasfluß stattfindet. Dieser wirkt kühlend auf
den einen Teil der Heizwicklung, die im mittleren Teil angezapft in Wheatstonesche
Brücke eingeschaltet ist.
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Mit dieser wird die Temperaturänderung und damit der Sauerstoffgehalt
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Nachteilig ist, daß das Gerät lage- und beschleunigungsabhängig ist,
da Ja die Querströmung durch Änderungen in der Lage oder durch Beschleunigung des
Gerätes beeinflußt wird.
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Es ist weiterhin ein Gerät zur Bestimmung von Sauerstoff bekannt,
bei dem ein nicht sauerstoffhaltiges Vergleichsgas durch zwei parallel geschaltete
Strömungskanäle geleitet wird, die an ihrem Abgangsende miteinander verbunden sind,
wobei das Ende des einen Strömungskanals von einem Magneten umgeben ist.
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Das zu untersuchende Gas wird an der Vereinigungsstelle der Abgangsenden
der beiden Strömungskanäle zugeführt.
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Wenn in dem zu untersuchenden Gas Sauerstoff enthalten ist, wird dieser
durch den Magneten angesaugt, wodurch der Gaswiderstand in den von dem Magneten
umgebenen Abgangsende des einen Strömungskanals erhöht ist.
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Damit wird das Verhältnis der Gasströmungen durch die beiden parallel
geschalteten Strömungskanäle entsprechend dem Sauerstoffgehalt des zu messenden
Gases verändert.
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Diese Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit wird mit Hilfe der
Abkühlung an Heizwendeln, die zu einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet, bestimmt.
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Dieses Gerät verlangt die Erzeugung und den Verbrauch eines kontinuierlichen
Gasstromes eines Vergleichsgases.
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Außerdem ist auch dieses Gerät lage- und beschleunigungsabhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Bestimmung
des Anteils eines Stoffgemisches an Stoffen mit paramagnetischen Eigenschaften zu
schaffen, das insbesondere zur Bestimmung von Sauerstoff in Gasgemischen dient und
das einfach im Aufbau, lage- und beschleunigungsunabhängig ist, und das zu seiner
Arbeitsweise nicht die Zufuhr von Fremdgas benötigt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils von
Stoffen mit paramagnetischen Eigenschaften in Mischungen mit amagnetischen Stoffen
unter Verwendung des Paramagnetismus des zu bestimmenden Stoffes wie insbesondere
zur Bestimmung von Sauerstoff in Gasen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der zu untersuchende Stoff, wie insbesondere
das zu messende Gasgemisch einerseits und ein nicht leitfähiges Material andererseits
mit Wechsel durch den Luftspalt eines Dauermagneten geführt
werden,
und daß die durch die Unterschiede der magnetischen Eigenschaften beider Stoffe
erzeugte Änderung des magntischen Flusses gemessen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch folgendermaßen an einem
Beispiel erläutern.
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In einem magnetischen Kreis, der beispielsweise seine magnetische
Spannung von einem Dauermagneten erhält, ist der magnetische Fluß abhängig von der
Größe der magnetischen Widerstände. Ein Teil dieser Widerstände ist ein Luftspalt.
Durch diesen wird abwechselnd beispielsweise ein .
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zu untersuchendes Gasgemisch - mit einem Gehalt an paramagnetischem
Sauerstoff - und andererseits ein Vergleichsgas mit konstanten magnetischen Eigenschaften
geführt.
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Das Vergleichsgas kann rein amagnetisch sein. Dabei verändert sich
der magnetische Fluß Je nach dem, welches Gas durch den Luftspalt geführt wird.
Diese magnetische änderung Flu wird gemessen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die zur Durchführung
dieses Verfahrens dienenden Geräte lage-und beschleun.igungsunabhängig sind und
daß bei der Messung kein V¢rgleichsgas verbraucht wird.
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Eine einfache Durchführung des Verfahrens besteht dabei darin, daß
zur Bestimmung der magnetischen Fluß&nderung die in einer den magnetischen Fluß
umgebenden Spule erzeugte Spannung gemessen wird, wobei die miteinander zu vergleichenden
Stoffe mit konstantem Bewegungsablauf
und mit konstantem Wechsel
durch den Luftspalt geführt werden. Bei dieser Messung der FluBänderung ist in weiterer
Fortführung der vorhergehenden beispielsweisen Erklärung die Größe der in der Spule
induzierten Spannung direkt proportional dem Sauerstoffgehalt, der damit gemessen
werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Meßgerät zur Durchführung des
Verfahrens und besteht dabei darin, daß der zu untersuchende Stoff einerseits und
der Vergleichsstoff andererseits in sektorenartig angeordneten Kammern eines mit
einem Antrieb versehenen Rades angeordnet ist, das mit konstanter Drehzahl durch
den Luftspalt des Dauermagneten umläuft.
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Dabei können die Kammern für das zu untersuchende Gas in radialer
Richtung beidseitig offen und das in seinem Mittelteil mit einer Bohrung versehene
Rad mit dem Gasansaugstutzen versehen sein, so daß das Rad als Fliehkraftrörderer
wirkt und das zu untersuchende Gas durch den Ansaugstutzen ansaugt. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, daß das Meßgerät zugleich zum Ansaugen des zu untersuchenden Gases
dient.
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Im Ubrigen kann bei diesem Gerät als Vergleichsmaterial ein Gas dienen,
mit dem die geschlossenen Kammern gefüllt sind.
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Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gerätes
besteht darin, daß der zu untersuchende Stoff einerseits und der Vergleichsstoff
andererseits in zwei an den Enden eines Schwingers angeordneten Kammern untergebracht
sind , die beim Schwingen des Schwingers abwechselnd in den Luftspalt des Dauermagneten
einschwenken.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung sind anhand der im nachfolgenden
erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben und sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es zeigen die Fig. 1 bis 5 schematisch und halb perspektivisch Darstellungen
5 Ausführungsformen von Geräten.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erzeugt der Dauermagnet in einem
magnetischen Kreis, bestehend aus den magnetischen Widerständen der beiden Pol schuhe
und des Luftspaltes einen magnetischen Fluß. Der Motor treibt über die Welle das
Fliehkraftlüfterrad an, das aus elektrisch schlecht leltendem und vorzugsweise amagntschem
Material besteht. Dieses FliehkraftlUfterrad hat auf dem Durchmesser, der durch
den magnetischen Luftspalt geführt wird, eine oder mehrere Meßkammern aus elektrisch
schlecht leitendem und vorzugsweise amagnetischem Material und vorzugsweise amagnetischem
Inhalt. Das drehende Fliehkraftlüfterrad fördert einerseits das zu messende Gas
von dem Lufteintritt zu dem Luftaustritt, andererseits rührt es periodisch wechselnd
eine der Meßkammern und dann das zu messende Gas durch den Luftspalt. Weist der
magnetische Widerstand der Msikammer einen anderen Wert auf als das durch das FliehkraftlUrterrad
geführt Meßgas, so wird in dem magnetischen
Kreis der magnetische
Fluß geändert.
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Bei konstanter Drehzahl des Motors ist die in der Spule induzierte
Meßspannung proportional dem Sauerstoffpartialdruck des zu messenden Gases. Diese
Meßspannung wird nach bekannten Verfahren elektrisch verstärkt, gleichgerichtet
und einem Anzeigegerät zugeführt. Sofern von dem Motor oder einem drehenden Teil
ein elektrisches Signal abgegriffen werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Gleichrichtung
phasenempfindlich erfolgt, damit Fremdwechselspannungen, die von außen mit anderer
Frequenz in die Spule induziert werden, unwirksam werden. Es ist daher zweckmässig,
die Drehzahl des Motors und die Anzahl der Meßkammern so zu wählen, daß die Frequenz
der induzierten Meßspannung von technischen Frequenzen und deren häufigsten Oberwellen
abweicht. Durch geeignete Führung des Meßgases kann auch erreicht werden, daß das
Fliehkraftlüfterrad den An- und Abtransport des zu messenden Gases übernimmt, hierdurch
wird in Systemen ohne Druckgefälle ein zusätzlicher Lüfter erspart.
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Ist mit starken magnetischen Fremdeinstreuungen, die mit den bekannten
Methoden nicht ausreichend abgeschirmt werden können, zu rechnen, so kann neben
dem o.a. Magnetsystem, bestehend aus Dauermagnet, Polschuhe und magnetischer Luftspalt,
ein zweites Magnetsystem mit Meßspule-nach Fig. 2 verwendet werden. Dieses zweite
Magnet system ist aber so anzuordnen, daß sich invseinem Luftspalt gerade eine Meßkammer
befindet, während in dem ersten Magnetsystem
das Meßgas durch den
Luftspalt geführt wird und umgekehrt.
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Ist der Windungssinn beider Spulen gleich , so sind die beiden Meßspannungen
um 1800 phasenverschoben. Die von außen induzierte Störspannung ist aber in beiden
Spulen gleichphasig. Durch eine Reihenschaltung beider Meßspannungen, wobei die
Polarität'so sein muß, daß sich die durch den Meßvorgang induzierte Spannung addiert
und die durch eine Fremddnstreuung induzierte Spannung subtrahiert, kann eine magnetische
Fremdeinstreuung eliminiert und die Meßspannung verdoppelt werden.
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In der Fig. 3 ist ein Sauerstoffmeßgerät dargestellt, welches statt
mit einem Motor mit einem durch eine Erregung angetriebenen Schwinger arbeitet.
Die Resonanzfrequenz des Schwingers ist gleich der doppelten Frequenz der Wechselspannung
oder, sofern ein Gleichrichter in Reihe mit der Spule verwendet wird, gleich der
Frequenz der Wechselspannung. Die prinzipielle Wirkungsweise ist die- gleiche wie
die im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebene. Auch hier wird abwechselnd eine
Meßkammer und dann das Meßgas durch den magnetischen Luftspalt geführt. Sofern die
Frequenz und die Amplitude, die durch die Anschläge begrenzt werden kann, konstant
sind, ist auch hier die Meßspannung proportional dem Sauerstoffpartialdruck des
zu messenden Gases. Durch Anordnen eines zweiten Magnetsystems, wie in der Fig.
2 gezeigt wurde, kann auchbei dem Sauerstoffmeßgert mit
Schwinger
eine Kompensation von Fremdelnstreuungen erreicht werden.
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Der Schwinger und auch das Fliehkraftlüfterrad kann mechanisch angetrieben
sein, um mit Sicherheit eine Fremdeinstreuung durch den Motor auszuschließen.