DE1951342A1

DE1951342A1 - Vorrichtung zur Messung des Anteils an paramagnetischem Gas in einer Gasmischung

Info

Publication number: DE1951342A1
Application number: DE19691951342
Authority: DE
Inventors: Sylvain Janssen
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1969-10-11
Publication date: 1970-05-06
Also published as: FR1588140A; US3646431A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz o Qk*. täfiä

Dr. Gertrud Hauser tooo Monch.n *o, ' & ^μ ^

Dipl.-Ing. Gottfried Leiser E™.b.r_e.r.»roi.. 19 .,. .

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Unser Zeichen: G 2724

COMPAGNIE DES COMPTEURS

3, Rue Dosne, Paris 16^e/Frankreich

Vorrichtung zur Messung des Anteils an paramagnetischem Gras in einer Gas mischung

Es gibt bereits mehrere Vorrichtungen, mit denen der Sauerstoffanteil in einer Gasmischung gemssen werden kann. Die meisten Vorrichtungen dieser Art nutzen eine Eigenschaft aus, durch welche sich der Sauerstoff von den anderen üblichen Gasen deutlich unterscheidet: Seinen Paramagnetismus.

Bekanntlich nimmt in den magnetischen Induktionsfeldern der Partialdruck eines paramagnetischen Gases zu, wobei diese Druckzunahme dp/dx proportional zu der Volumen-Susaeptibilität 7C_V und zu dem Gradienten des Quadrats der Induktion B ist

- κ-

dx

Diese Erscheinung wird dazu ausgenutzt mechanische Kräfte auf Prüfkörper auszuüben, welche in geeigneter Weise in den L_uftspalten zwischen den die Magnetfelder erzeugenden Polschuhen angeordnet sind, wobei das para-

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magnetische Gas den Raum zwischen den Polschuhen ausfüllt und darin strömen kann. ~

Die bekannten Vorrichtungen enthalten im wesentlichen ein Fühlglied, das als Prüfkörper in einem divergierenden Magnetfeld angeordnet ist und Abstossungskräften ausgesetzt ist. Diese Kräfte werden auf massive Körper nämlich nur dann ausgeübt, wenn ein divergierendes Feld besteht, da die Felddivergenz beim Vorhandensein eines paramagnetischen Gases einen Druckgradient erscheinen lässt. Solche Kräfte sind im allgemeinen sehr gering, und sie können daher nur schwierig ausgewertet werden, so dass es beim gegenwärtigen Stand der Technik kaum möglich ist, einen Sauerstoffgehalt von kleiiem Wert, beispielsweise mit einem Volumenanteil in der Grössenordnung von 10 genau zu messen.

Die bekannten Vorrichtungen weisen darüberhinaus, noch einige zusätzliche Nachteile auf. '

Die Abstossungskraft ändert sich mit der Stellung des Fühlglieds, und ihre Messung kann daher nur dann ausgewertet werden, wenn das Fühlglied in Bezug auf die Polschuhe eine vollkommen feste Stellung beibehält. Man kann diesem Kachteil durch eine geeignete Bemessung des Fühlglieds und der Polschuhe abhelfen, doch führt dies dann im allgemeinen zu komplizierten Formen. Es ist ferner notwendig, die Felddivergeoz möglichst gut auszunutzen; zu diesem Zweck muss man oft von ziemlich umfangreichen Fühlgliedern Gebrauch machen. Dies hat zur Folge, dass das Verhältnis Abstossnungskraft: Fühl gliedmasse. meistens ungünstig ist. Ferner darf nicht unberücksichtigt bleiben, dass es kein Fühlglied gibt, welches vollkommen unberührt von den Wirkungen des Induktionsfeldes ist. Gleichgültig? ob das Fühlglied

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diamagnetisch oder paramagnetisch ist,- es ist stets mechanischen Wirkungen unterworfen» Wenn .-es paramagnetisch ist, wirken darauf temperaturabhängige Störkräfte ein, so dass der Systemnullpunkt nicht stabil ist. Wenn es diamagnetisch ist, sind die Störkräfte weniger temperaturabhängig, doch ist ihre Störwirkung so gross, dass es dennoch notwendig ist, eine feste Gegenkraft, zu erzeugen, die gerade deshalb, weil sie sehr klein ist, sehr schwierig stabil gehalten werden kann·

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der zuvor erwähnten Nachteile.

Mit der Erfindung wird im wesentlichen eine Vorrichtung geschaffen,die so ausgebildet ist, dass die Pelddivergenz in möglichst kleinen Räumen maximal konzentriert werden kann, wobei auf diese Räume andere Räume mit gleichförmiger Induktion folgen, bei welcher ferner alle additiven Wirkungen von Kräften oder Drehmomenten ausgenutzt werden, und bei der jede Störkraft beseitigt wird, die von der paramagnetischen oder diamagnetischen Beschaffenheit des unter der Wirkung des Gases stehenden JTUhlgl'ieds stammen· ,

Eine nach der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zur Messung des Anteils an paramagnetischem Gas in einer Gasmischung, mit einem Fühlglied von im wesentlichen flacher Form, das als Prüfkörper senkrecht zu den Kraftlinien eines von einem Magneten erzeugten, räumlich veränderlichen Magnetfelds angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlglied wenigstens ein Element enthält, das aus einem abgeflachten Abschnitt und einem eich in einem Luftspaltbereich mit gleichförmiger

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Induktion daran anschliessenden Abschnitt in Form einer mit einem nichtparamagnetischen Gas gefüllten oder evakuierten Zelle besteht und dass die beiden Abschnitte in den Feldbereichen mit starker Divergenz gleichwertige massive Querschnitte aufweisen·

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, P ' deren Fühlglied ein einziges Element aufweist,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, deren FUhlglied mehrere in linearer Anordnung aufeinanderfolgende Elemente enthält und

Fig.3 eine Oberansicht einer Vorrichtung, deren Fühlglieder mehrere in einer kreisrunden Anordnung aufeinanderfolgende Elemente aufweist.

Fig.1 zeigt ein FUhlglied mit einem einzigen Element von im allgemeinen flacher Form mit einem massiven Abschnitt 1 und einem sich daran anschliessenden Abschnitt 2. Der * Abschnitt 2 hat die Form einer Zelle, die mit einem nichtparamagnetischen Gas gefüllt 1st. Das FUhlglied ist senkrecht zu den Kraftlinien eines Magneten, angeordnet', dessen Polschuhe 3 und 4 in an sich bekannter Weise ein d ivergierendes Magnetfeld erzeugen. Der Luftspalt des Magneten bildet einen Bereich gleichförmiger hoher Induktion B₁, zu dessen beiden Seiten die Induktion B₂ klein, aber gleichfalls gleichförmig ist.Das Fühlglied ist so angeordnet, dass die Verbindungsstelle zwischen den Abschnitten 1 und 2 im Innern des Luftspalts, vorzugsweise in seinem mittleren Bereich liegt.

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ORtQlNALINSPECTED

Die beiden Abschnitte 1 und 2 des Fühlgliedes sind aus einem geeignet gefalteten einzigen Teil oder aus zwei aneinander befestigten getrennten Teilen hergestellt. Ungeachtet der Herstellungsart sind die Dicken der metallischen Wände gleich bemessen, so dass die Abschnitte 1 und 2 in den Feldbereichen mit starker Divergenz (an den Rändern des Kagnets), die in Fig.1 schraffiert dargestellt sind, gleichwertige massive Querschnitte aufweisen, während die ihrem äusseren Umriss entsprechenden geometrischen Querschnitte beträchtlich verschieden sind. Eine solche Ausbildung ermöglicht die Beseitigung der Störwirkungen, die vom Pnramagnetismus oder vom Diaraagnetismus des das Fühlglied bildenden Materials stammen, da jeder Volumenkonzentrationsgradient des massiven Materials ausschliesslich in den Bereichen mit gleichförmiger Induktion B₁ bzw. B„ liegt. Andrerseits sind die verdrängten Volumina des pa.ramagnetischen Gases zu beiden Seiten der Verbindungszone der Abschnitte 1 und 2 verschieden.

In Fig.2 und 3 sind Fühlglieder mit Mehrfachelementen dargestellt, die so ausgebildet sind, dass die Addition der Kräfte oder Drehmomente möglich ist, wobei Magnete mit Mehrfachpolschuhen verwendet werden, deren Luftspalt abwechselnd Bereiche hoher Induktion B^ und Be.reiche geringer Induktion Β« aufweist, wobei die . Induktionen jeweils gleichförmig sind.

Bei dem in Fjg.2 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält cte Fühlglied eine Reihe von massiven Elementen, die in einer linearen Anordnung hintereinander angeordnet sind, wobei die abgeflachten Abschnitte 1a, 1b, 1c, 1d

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mit zellenförmigen Abschnitten 2a, 2b, 2c, 2d abwechseln. Die Polschuhe 3a, 3b, 3c, 3d einerseits und 4a, 4b, 4c, 4d andrerseits sind in gleichartiger Weise aneinandergereiht, und sie liegen jeweils einander gegenüber. Das lühlglied hat in diesem Tall die F_ovm einerPlatte.Man kann eine solche Platte aus zwei miteinander verklebten oder verschweissten Platten bilden, die zuvor so geprägt worden sind, dass sie in gleichförmigen Abständen liegende Querwellungen aufweisen, die einander gegenüber angeordnet werden. Dadurch werden in der fertigen Platte geschlossene Zellen gebildet, in deren Innres bei der Herstellung ein ™ nichtparamagnetisches (ras eingebracht wird, oder in denen ein Vakuum erzeugt wird.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält das Fühlglied eine Reihe von fest miteinander verbundenen Elementen, die in einer kreisrunden Anordnung hintereinander angeordnet sind, wobei abgeflachte Abschnitte 1a, 1b, 1c, 1d mit zellenförmigen Abschnitten 2a, 2b, 2c, 2d abwechseln. Die P_olschuhe 3a, 3b, 3c, 3d einerseits und die (in der Zeichnung nicht sichtbaren) jeweils gegenüber-«· liegenden anderen Polschuhe sind in gleichartiger Weise aneinandergereiht. Das J¹UbIgIied hat in diesem Pall die fe Form einer Scheibe. Man kann eine solche Scheibe aus zwei miteinander verklebten oder verschweissten Scheiben bilden, die zuvor so geprägt worden sind, dass sie in gleichförmigen Abständen liegende radiale Wellungen aufweisen, die einander gegenüber angeordnet werden. Dadurch werden in der fertigen Scheibe geschlossene Zellen gebildet, in deren Inneres man bei der Herstellung ein nichtparamagnetisches Gas einbringt, oder in denen ein Vakuum erzeugt wird.

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Ein eich räumlich änderndes Io Kreisiing periodisches permanenteβ Induktionsfeld B.-Bp-B.-B«, das die gleiche ' Heilung wie die zuvor definierten Wellungen hat, ermöglicht die Erzeugung eines Drehmoments, das auf der Addition der auf jedes Fühlgliedelement ausgeübten Kräfte resultiert* Dieses Drehmoment" sucht die Scheibe EU drehen· Die Scheibe wird durch ein Gegendrehmoment nach dem bekannten, Üblicherweise bei den Kräftewaagen angewendeten Verfahrea dee Wiederabgleichs In der richtigen Lage gehalten.Zu diesem Zweck ermöglicht das gleichförmige Induktionsfeld B^ (oder auch das Induktionsfeld Bg, falls es nicht zu schwach ist) die Erzeugung des Gegendrehmoments, wenn ein Gegenkopplungsstrom 1 einen (nicht dargestellten) an geeigneter Stelle auf der Scheibe befestigten Draht durchfliesst. Es 1st nicht nötig , eine Gegenkopplung mit sehr grosser Verstärkung BU erzeugen, da infolge der Form der Wellung das aktive Drehmoment über einen gewiesen Drehwinkel der Scheibe konstant ist.

Pa t e nta ns prüc he

OfIiQlNAt. INSPECTED

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Claims

!Patentansprüche

τ· Vorrichtung zur Messung des Anteils an paramagnetischem ^y Gae in einer Gasmischung, mit einem lUhlglied von in wesentlichem flacher Form, das als Prüfkörper senkrecht zu den Kraftlinien eines von einem Magneten erzeugten räumlich veränderlichen Magnetfelds angeordnet ist* dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlglied wenigstens ein Element enthält, das aus einem abgeflachten Abschnitt jfe und einem sich in einem Luftspaltbereich mit gleichförmiger Induktion daran anschliessenden Abschnitt in Form einer mit einem nichtparamagnetischen Gas gefüllten oder evakuierten Zelle besteht und dass die beiden Abschnitte in den Feldbereichen mit starker Divergenz gleichwertige massive .Querschnitte aufweisen,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlglied aus einer Reihe von hintereinander angeordneten Elementen besteht, die mit einem Magnet mit Mehrfachpolschuhen zusammenwirken» dessen Luftspalt^reiche gleichförmiger hoher Induktion aufweist, die mit Bereichen geringer, aber gleichfalls gleichförmiger Induktion 0| abwechseln.

B. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Ftjhlglied bildenden Elemente in einer linearen Anordnung hintereinander angeordnet sind«

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das I'ühlglied bildenden Elemente in einer kreisrunden Anordnung hintereinander angeordnet sind.

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5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüohe, ' dadurch gekennzeichnet, dass die das Fühlglied bildenden Elemente aus zwei aneinander befestigten, geprägten Teilen gebildet sind.

ff· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Gegendrehmoments auf dem Fühlglied ein Leiter befestigt ist, der in einem Bereioh gleichförmigen Felds liegt und von einem Strom durchflossen ist.

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