DE1926510C - Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur empfindlichkeit der Vorrichtung wird also durch Analyse von Gasen auf Komponenten mit para- diesen sogenannten pneumatischen Störpegel beeinmagnetischer Suszeptibilität, bei der zwei Vergleichs- irächtigt. Die Vergleichsgaszuleitungen bilden mit der gas führende Zuleitungen, eine Meßgas führende Vcrbindungsleitung über die Meßkammer einen Gas-Zuleitung sowie eine Meß- und Vergleichsgas ab- 5 kreislauf. Bei Drehbewegungen senkrecht zur Ebene führende Ableitung an eine Meßkammer angeschlos- dieses Gaskreislaufs wirkeh auf die eingeschlossene sen sind, bei der das aus einer der beiden Zuleitun- Gassäule Trägheitskräfte ein, die durch keine Wandgen in die Meßkammer einströmende Vergleichsgas fläche aufgefangen werden. Sie rufen ebenfalls stödurch ein Magnetfeld geleitet ist, und bei der ein rende Strömungen im Strömungsmeßfühler hervor, Strömungsmeßfühler in einer Verbindungsleitung io Viele Erschütterungen im betrieblichen Einsatz der zwischen den beiden Vergleichsgas führenden Zu- Vorrichtung sind mit solchen Drehbewegungen Verleitungen angeordnet ist. bunden, und es hat sich gezeigt, daß hiervon die Die paramagnetische Suszeptibilität eines para- größten Störungen verursacht werden. Alle geradmagnetischen Meßgases, ζ. B. eines sauerstoffhaltigen linigen Beschleunigungen der Vorrichtung haben Gases, läßt sich dadurch ermitteln, daß man es einem 15 weitaus geringere Störeffekte zur Folge.
Magnetfeld aussetzt. Im' inhomogenen Teil des Weitere Meßstörungen werden durch Druck-Magnetfeldes, d. h. an den Rändern des Magnet- impulse in der Meßkammer hervorgerufen, die bei feldes, wirken Kräfte in Richtung höherer Feldstärke schnellen Änderungen der Meßgasströmung auftreauf das paramagnetische Gas ein. Der maximal auf- ten. Diese werden zwar symmetrisch auf die Vertretende Druck ist proportional der Volumensuszep- ao gleichsgaszuleitungen übertragen, sie erzeugen aber tibilität und dem Quadrat der maximalen Magnet- infolge der Dichteänderung im Vergleichsgas stöfeldstärke, d. h. der Magnetfeldstärke im homogenen rende Strömungseffekte, wenn der Strömungsmeß-Teil des Magnetfeldes. Im homogenen Teil des fühler nicht genau in der Symmetrie der Vergleichs-Magnetfeldes ist der Druck konstant; er baut sich im gaszuleitungen angeordnet ist. Die beiden beiderseits inhomogenen Teil des Magnetfeldes bis auf Null ab. 35 des Strömungsmeßfühlers gelegenen pneumatischen Wird über eine Zuleitung ein nichtparamagnetisches Zeitglieder sollten also dasselbe Zeitverhalten be-Vergleichsgas (z. B. reiner Stickstoff) in das homo- sitzen.

gene Magnetfeld geleitet und befindet sich im Aus der USA.-Patentschrift 3 302 448 ist ein Meßinhomogenen Magnetfeldbereich paramagnetisches gerät zur Bestimmung des Anteils einer magnetisch Meßgas (ζ. B. ein Sauerstoff enthaltendes Gas), so ₃₀ aktiven Komponente in einem Meßgas bekannt, bei wirkt dem nichtparamagnetischen Vergleichsgas der dem ein Vergleichsgas nicht benötigt wird. Eine volle, vom paramagnetischen Anteil des Meßgases Meßgas führende Zuleitung verzweigt sich in eine aufgebaute Druck entgegen. Dieser Druck kann in erste und zweite Kapillare, deren Ausgänge über eine der Zuleitung für das Vergleichsgas gemessen wer- Verbindungsleitung, welche einen Differenzdruckdcn. Enthält das Vergleichsgas ebenfalls einen para- ₃₅ messer enthält, miteinander verbunden sind. An den magnetischen Anteil, so wird ein Druck entsprechend Ausgang der ersten Kapillare schließt sich eine dritte der Differenz derVolumensuszeptibilität beider Gase, Kapillare und an den Ausgang der zweiten Kapillare die z. B. ein Maß für den unterschiedlichen Sauer- schließt sich eine vierte Kapillare an. Die Ausgänge stoffgehalt der beiden Gase ist, gemessen. der dritten und vierten Kapillare sind an einer Aus-

Aus der Druckschrift »Chemie-Ing.-Technik«, 40 gangsleitung vereinigt. Die erste und dritte Kapillare, 39. Jahrgang, 1967, Heft 9/10, S. 575 ist bereits eine die aus einem nichtmagnetisierbaren Material beVorrichtung der eingangs erwähnten Art zum Messen stehen, sind einem starken Magnetfeld ausgesetzt, der Suszeptibilitätsdifferenz zweier Gase bekannt, Die mittleren Teilstücke aller Kapillaren sind jeweils welche auf der Bestimmung einer infolge des para- um mindestens 360° kreisförmig gebogen und somit magnetischen Druckes auftretenden Gasströmung 45 zu Spulen aufgewickelt. Die erste Spule und die beruht. An eine von Meßgas durchströmte Meß- dritte Spule liegen in einer oberen Ebene axial zukammer, die am Eingang des Meßgases einen einander im Luftspalt eines Radialmagneten. Die Strömungsgleichrichter enthält, ist beidseitig je eine zweite Spule liegt axial zu der vierten Spule, und Verglcichsgas führende Zuleitung angeschlossen. Die beide zusammen liegen in einer unteren Ebene. Die eine der beiden Vergleichsgaszuleitungen ist durch 50 Eingänge der ersten und zweiten Kapillare befinden den Luftspalt eines Permanentmagneten geführt. sich in einer mittleren Ebene zwischen der oberen Beide Vergleichsgaszuleitungen, die aus einer ge- und unteren Ebene.

meinsamen Zuleitung mit Vergleichgas versorgt wer- Die erste Kapillare beschreibt zunächst einen

den, sind über eine Verbindungsleitung miteinander Bogen von etwa 90" in der mittleren Ebene, führt verbunden. In dieser Vcrbindungsleitung ist ein aus 55 dann schräg nach oben zum um 360° gebogenen zwei elektrischen Widerständen bestehender thermi- Mittelteil (I.Spule) und knickt dann schräg nach scher Ströniungsmeßfühlcr angeordnet. Eine ent- unten zum Eingang da in der unteren Ebene liegensprechend aufgebaute thermische Strömungssonde ist den dritten Spule ab. Der schräg nach oben führende zu Vergleichszweekcn in einer Ringleitung angeord- Teil kreuzt dabei den schräg nach unten abknickennet, die an die Vcrhindimgslcilmig angeschlossen ist. 60 den Teil der ersten Kapillare. Die erste Anschluß-Die vier Widerstünde sind zu einer Wheatstonc'sehen stelle der Verbindiinj'.sleiluiig am Ausgang der ersten Brücke ziisainmcngeschaltet. . Kapillare liegt in der minieren Ebene.

Dii bei Anwendung des genannten Meßverfahrens Die zweite Kapillare beschreibt zunächst ebenfalls

sehr kleine Gusströmungen gemessen werden müssen, einen Bogen von etwa 00' in der mittleren Ebene, ist eine derartige Vorrichtung besonders erschütte- 65 führt dann aber schräg nach unten zu ihrem niittrungsanfüilig. Jede unerwünschte Bewegung der Vor- leren, um 360 ' gebogenen Teil (2. Spule) und knickt richtung hat den Aufbau einer Strömung zur Folge, anschließend schräg nach oben zum Eingang der in die als MeßcITekt nachgewiesen wird. Die Nachweis- der oberen Ebene liegenden vierten Spule ab. Der

126

3 4

schräg nach unten führende Teil knjuzt dabei den die in die Meßkammer MK münden, und in eino

schräg nach oben abknickenden Teil der zweiten Verbindungslcitung VL, die ebenfalls vollstündig in-

Kapillare. Die zweite Anschlußstelle der Verbin- nerhalb des Blockes M liegt. Die beiden DifTcrenz-

dungsleitung liegt wiederum in der mittleren Ebene. druckleitungcn DPI und DPI sind über die Verbin-

Die erste Kapillare ist gegensinnig zur zweiten Kapil- 5 dungsleitung VL miteinander verbunden. Die Ver-

lare gewickelt. D}e beschriebene Anordnung der bindungslcitung VL ist gekreuzt geführt. In ihrer

Kapillare» wurde aus Gründen der Raumersparnis Symmetrielinie A ist ein Strömungsmeßfühler SM

und der Einsparung eines zusätzlichen Magneten angebracht, Es können auch mehrere Strömungsmcß-

gewählt. fühler in pneumatischer Parallelschaltung und elek-

Aus der britischen Patentschrift 974 690 ist ein io frischer Reihenschaltung eingesetzt werden,
thermischer Strömungsmesser bekannt, bei dem das Wird der Block M in eine Drehbewegung versetzt, strömende Medium ein elektrisch und thermisch gut z. B. um seinen Schwerpunkt, so würde sich bei einer leitendes Rohr durchfließt, dessen Enden auf stets nicht gekreuzt geführten Verbindungsleitung VL eine gleicher Temperatur gehalten werden. Das Rohr wird auf das Gas innerhalb der Verbindungsleitung VL beim Durchgang eines elektrischen Stroms aufge- 15 wirkende Trägheitskraft bemerkbar machen. Diese heizt. Zumindest an einer Stelle des Rohres wird Trägheitskraft würde das Gas innerhalb der Verdie Temperatur, die ein Maß für die Strömung des bindungsleitung VL bewegen, so daß der Strömungs-Mediums ist, mittels eines aus Thermoelementen und meßfühler SM eine nicht auf dem Meßeffekt in der einem Nachweisgerät aufgebauten Meßkreises ge- Meßkammer MK beruhende Strömung nachweisen messen. Bei einer Ausführungsform dieses Strö- ao würde. Durch die gekreuzte Führung der Verbinmungsmessers ist das beheizte Rohr gekreuzt geführt, dungsleitung VL entsteht aber bei einer Drehbewe- und der Kreuzungspunkt ist als eine elektrische und gung des Blockes M in den beiden Teilen der Verthermische Verbindungsstelle ausgebildet. An den bindungsleitung VL zwischen dem Strömungsmeßbeiden Enden des Rohres liegt eine elektrische Strom- fühler SM und den Differenzdruckleitungcn DP 1 und quelle, so daß ein Heizstrom von dem einen Rohr- 35 DPI eine sich aufhebende gegenläufige Bewegung ende zum Kreuzungspunkt und von dort zum an- der Gasmengen.

deren Rohrende fließt. Der restliche Teil des Rohres, Es ist auch möglich, die Verbindungsleitung VL

d. h. die Schleife, liegt auf dem elektrischen Potential derart auszubilden, daß sie aus zwei nebeneinander-

des Kreuzungspunktes und wird nicht vom Heiz- liegenden, an einem Ende miteinander verbundenen

strom durchflossen. An zwei voneinander entfernten 30 Teilleitungen besteht. An dem der Verbindungsstelle

Stellen der Schleife sind Thermoelemente angeord- gegenüberliegenden Ende einer der Teilleitungcn

net, die mit einem Meßgerät verbunden sind. Durch muß dann der Strömungsmeßfühler SM angeordnet

die gekreuzte Führung des Rohres wird hier also werden.

gewährleistet, daß das Meßgerät ausschließlich die Die Verbindungsleitung VL, die Differenzdruck-Temperaturdifferenz zwischen den beiden Stellen des 35 leitungen DPI und DP2 und die Meßkammer MK Rohres mißt und nicht vom Heizstrom beeinflußt bilden einen geschlossenen Gaskreislauf, bei dem sich wird. das große, einseitig liegende Meßkammervolumen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die etwas störend auswirken sollte. Praktische Messun-

eingangs erwähnte Vorrichtung derart auszugestalten, gen haben jedoch ergeben, daß die dargestellte Vor-

daß die bei Drehungen auftretenden Trägheits- 40 richtung eine Verringerung des erschütterungsabhän-

kräfte kompensiert werden. gigen Störpegels von mindestens 70 %> aufweist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird Infolge der Anordnung des Strömungsmeßfühlers SM

dadurch gelöst, daß die Verbindungsleitung gekreuzt in der den Differenzdruckleitungen DP 1 und DP 2

geführt ist. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht und der Verbindungslcitung VL gemeinsamen Sym-

vor, daß der Strömungsmesser in der Symmetrie- 45 metrielinie A können sich die von Druckimpulsen

linie der Verbindungsleitung und der beiden Ver- in der Meßkammer MK verursachten Dichteände-

gleichsgas führenden Zuleitungen angeordnet ist. rungen in der Verbindungsleitung VL nicht als stö-

Durch diese Weiterbildung ergibt sich der zusätzliche rende Strömungsänderungen im Strömungsmcßfühler

Vorteil, daß die Wirkung von Druckimpulsen auf SM auswirken.

den in der Verbindungsleitung angeordneten Strö- 50 Der Strömungsmeßfühler SM besteht aus zwei

mungsmeßfühler ausgeschaltet ist. nahe beieinander liegenden, elektrisch beheizten Git-

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs- tern Gl und Gl, die als veränderliche elektrische beispiels mittels der Fig. 1 und 2 im folgenden Widerstände in eine nicht näher dargestellte Brückennäher erläutert. schaltung geschaltet sind. Bei Bcströmung von einer

In Fig. 1 ist ein Block M dargestellt, der aus 55 Seite werden die beiden Gitter <71 und Gl untereincm nichtmagnctischcn Material (z. B. Aluminium) schiedlich thermisch beeinflußt. Daraus ergibt sich oder aus Kunststoff besteht. Innerhalb dieses Blök- eine elektrische Widerstandsänderung der beiden kes Λ/ sind alle erforderlichen Gasleitungen und eine Gitter G I und Gl, und die Brückenverstimmung ist Meßkammer MK angeordnet. Zwei Vergleielisgaszu- ein Maß für die Strömung in der Verbindungsleitungen Vl und VZ, die Drosseln Dl und Dl ent- 60 leitung VL.

halten, werden über eine gemeinsame Zuleitung Z In zwei Ausnehmungen /Vl und N 2 des BlockesM mit Vcrglcichsgas V versorgt. In der Zuleitung Z ist beidseitig der Meßkammer MK und der DilTcrenzeine Blende B eingebaut, welche die erforderliche druckleitung DP 1 sind die Pole N und S eines geringe Strömungsgeschwindigkeit des Vcrulcichs- Magnetjoches J angeordnet. Mittels einer Wechselgases F in den Vergleichsgaszuleitungen Vl und 65 spannung, die an eine auf das Magnetjoch J ge- Vl einstellt. Hinter den Drosseln/)! und Dl ver- schobene Spule gelegt ist, wird innerhalb des von zweigen sich die Vcrgleichsgaszuleilungen Vl und den Polen /V und S überdeckten Teiles der Meßkam- Vl in ic eine Dillcrenzdrucklcitung DP I bzw. DP2, mer MK und der üillerenzdruckleitung PPI ein

1 926

Magnetfeld wechselnder Magnetfeldstärke erzeugt. Die beiden Pole N und S des Magnetjoches / sind von der Meßkammer MK und der Differenzdrucklcitung DP 1 über eine schmale Metall- bzw. Kunststoffwandung getrennt. Weiterhin sind die beiden Pole N und S des Magnetjoches / derart angeordnet, daß die durch das Wechselmagnetfeld bedingte Kontraktion, d. h. Veränderung des Abstandes zwischen den beiden Polen N und 5, sich nicht nachteilig auf das Meßkammervolumen und das Volumen der Differenzdruckleitung DPI auswirkt.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Block M im Bereich der Meßkammer MK und der DiffcrenzdruckleitungenDPl und DPI. Die Meßkammer MK besitzt angenähert die Form eines langgestreckten Quaders mit einer Länge von etwa JOO mm. Ihre Höhe ist gering und beträgt etwa 1 mm. Ihre Breite ist abhängig von der Größe des Magnetjoches J und von strömungstechnischen Bedingungen. Über eine Meßgaszuleitung MG strömt an einem Ende Meßgas MA in die Meßkammer MK ein. Die beiden Vergleichsgas führenden Differenzdruckleitungen DPI und DPI münden ungefähr in die Meßkammer MK ein. Das Vergleichgas V und das Meßgas MA strömen gemeinsam über eine Gasableitung GA ab, die am anderen Ende der Meßkammer MK angeordnet ist. Die Lage des Magnetjoches / über die Differenzdruckleitung DP 1 und der Mcßkammcr MK ist gestrichelt eingezeichnet. Das aus der Differenzdruckleitung DP 1 in die Meßkammer MK einströmende Vergleichsgas V mischt sich mit dem durch die Meßgaszuleitung MG einströmenden Meßgas MA in einem Bereich der Meßkammer MK, in dem das vom Magnetjoch / erzeugte Magnetfeld homogen ist. Dadurch ist die Messung in weiten Grenzen von den Strömungsgeschwindigkeiten beider Gase unabhängig.

Durch turbulente Strömungen des Meßgases MA in der Mcßkammcr MK werden unsymmetrische Druckimpulsc über die Differcnzdruckleitungen DP 1 und DPI auf den Strömungsmeßfühlcr SM übertragen. Um derartige Störungen zu vermeiden, muß für eine laminare Strömung des Meßgases MA in der Mcßkammcr MK gesorgt werden. Die Wirksamkeit der bisher üblichen Strömungsgleichrichter am Eingang der Meßkammer MK ist aber begrenzt durch die Strömungsgeschwindigkeit der die Meßkammei MK durchströmenden Gase. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist eine turbulenzfreie Führung der Gase in den bisher verwendeten Meßkammern auch bei Verwendung der besten Strömungsgleichrichter nicht gewährleistet. Um also einen turbulenzfreien Raum in der Meßkammer MK, zumindest aber im

ίο Bereich der Einmündungen der DifferenzdruckleitungenDPl und DP 2 zu erhalten, ist die Meßkammer MK der dargestellten Meßvorriehtung langgestreckt ausgebildet. Die geometrische Form der Meßkammer MK wird den größtmöglichen vorkommenden Strömungsgeschwindigkeiten angepaßt. Die Abstände von der Meßgaszuleitung MG bzw. von der Gasableitung GA bis zur Mischzone an den Einmündungen werden also derart bemessen, daß bei den praktisch vorkommenden Strömungsgeschwindigkei-

ten eine laminare Strömung des Meßgases MA an den beiden Einmündungen des Vergleichsgases V erreicht ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität, bei der zwei Vergleichsgas führende Zuleitungen, eine Meßgas führende Zuleitung sowie

eine Meß- und Vergleichsgas führende Ableitung an eine Meßkammer angeschlossen sind, bei der das aus einer der beiden Zuleitungen in die Meßkammer einströmende Vergleichsgas durch ein Magnetfeld geleitet ist, und bei der ein

Strömungsmeßfühlcr in einer Verbindungsleitung zwischen den beiden Vergleichsgas führenden Zuleitungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (VL) gekreuzt geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmeßfühler (5M) in der Symmctrielinie(/4) der Vcrbindungsleitung (VL) und der beiden Vergieichsgase (V) führenden Zuleitungen (Vl und (Vl) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■ ^-