DE19841723C2 - Magnetomechanischer Gasanalysator, insbesondere paramagnetischer Sauerstoffanalysator - Google Patents
Magnetomechanischer Gasanalysator, insbesondere paramagnetischer SauerstoffanalysatorInfo
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Description
Magnetomechanischer Gasanalysator, insbesondere paramagnetischer
Sauerstoffanalysator mit einer in dem Wirkbereich eines inhomogenen magnetischen
Feldes drehbar aufgehängten Hantel, welche von Meßgas umspült wird, wobei die
Hantel drehfest mit einem Spiegel zur Ablenkung eines Lichtstrahles verbunden ist,
gemäß Oberbegriff des Patenentanpruches 1.
Sauerstoffanalysatoren dieser Art nutzen die paramagnetische Eigenschaft des
Sauerstoffes aus, die eine Ablenkung des paramagnetischen Sauerstoffes im
inhomogenen Feld im Effekt ausnutzen.
Bei bekannten Anordnungen dieser Art wird eine diamagnetische Hantel drehbar an
einem Spannband in einem inhomogenen Feld drehbar aufgehängt.
Bei Anwesenheit von Sauerstoff wird der Hantelkörper aus dem Magnetfeld
herausgedrängt. Mit Hilfe einer Kompensationspule wird die Hantel wieder in ihre
Ausgangslage zurückgedreht. Der dazu benötigte Strom ist ein Maß für die
Sauerstoffkonzentration im umströmenden Meßgas. Die Drehung bzw die
Rückdrehung wird dabei durch ein Lichtstrahl-Spiegelsystem sichtbar bzw erfassbar
gemacht.
Die begrenzenden Faktoren für die Leistungsfähigkeit dieses Meßverfahrens sind die
Nachweisgrenze und die Schnelligkeit der Messung. Der kleinste dabei mögliche
erfassbare bzw auflösbare Meßbereich wird physisch durch die Unruhe der Hantel im
Abgleichpunkt vorgegeben.
Dabei hängt die Schnelligkeit der Messung im wesentlichen davon ab den besagten
Abgleichpunkt auch schnell zu finden.
Bei Analysatoren der bekannten Art, wie bspw aus der DE-OS 23 39 960 ist ein solcher
Gasdetektor bekannt, bei welchem auf dem Hantelkörper in der Ebene eine flächige
Überdimensionierung der Leiterbahnen vorgenommen ist, wobei diese Bereiche unter
dem Einfluß des Magnetfeldes als Wirbelstrombremse wirkt. Dadurch werden
Drehschwingungen um diese Ebene gedämpft.
Aus der WO 98/12553 ist eine magnetische Sauerstoff messeinrichtung bekannt, die
bereits in vorteilhafter Weise einen silizium-mikromechanisch hergestellten
Hantelkörper aufweist. Es sind jedoch keine expliziten Mittel zur
Schwingungsdämpfung angegeben.
Es liegen aber durch Erschütterungen oder Vibrationen, die an dem Gerät angreifen,
Schwingungen auch in übrigen Ebenen vor. Dabei ist es grundlegend zu erkennen,
daß Vibrationsschwingungen die auch an der Hantel angreifen und die besagte
Unruhe um den Abgleichpunkt hervorrufen eine Summe von linear unabhängigen
Einzelschwingungen sind, die mathematisch aus orthogonalen Schwingungsanteilen
bestehen. Dies wiederum heißt, daß eine Dämpfung lediglich in einer
Schwingungsebene keine Dämpfungswirkung eines Schwingungsanteiles in einer
entsprechend dazu orthogonalen Ebene bewirken kann.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Schwingungen aller Art
die einen negativen Einfluß auf die Ruhe im Abgleichpunkt haben zu dämpfen,
und die Nachweisgrenze und die Geschwindigkeit der Messung zu erhöhen.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Gasanalysator der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Kern dieser Erfindung ist die Verwendung einer Wirbelstrombremse zur Beruhigung
bzw gedämpften Bewegung der Hantel, die numehr nicht nur in einer Ebene, nämlich
der Drehebene der Hantel wirkt, sondern auch übrige Schwingungsebenen bedämpft.
Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, daß senkrechte Schwingungsebenen
mathematisch und physikalisch unabhängig voneinander sind, so daß eine Dämpfung
in einer Ebene keine Dämpfungsankopplung an eine der anderen Schwingungsebenen
liefert. Zu diesem Zweck sind mindestens 2 weitestgehend senkrecht zueinander
stehende elektrisch leitende Flächensegmente zur Wirbelstromdämpfung auf der
Hantel oder im mechanischen Eingriff auf die Hantel und im Wirkbereich des
inhomogenen Feldes angeordnet. Das vorhandene inhomogene magnetische Feld
weist dabei Feldanteile in quasi allen Richtungen auf. Dies hat wiederum zur Folge,
daß auch ein magnetischer Eingriff auf die verschiedenen Ebenen bzw die in
verschiedenen Ebenen liegenden Wirbelstromflächen erfolgt. D. h. es wird auch hierbei
lediglich eine Magnetfeldanordnung benötigt.
Dadurch erfolgt eine wirksame Wirbelstrominduktion resultierend aus Schwingungen
mindestens zweier Raumrichtungsanteile statt. D. h. daß eine erheblich wirksamere
Bedämpfung im Bereich des besagten Abgleichpunktes möglich ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eines der wirksamen Flächensegmente
durch den aufgebrachten bzw aufgedampften Spiegel gebildet. Diese Spiegelfläche ist
dabei als Wirbelstrombremse für denjenigen Schwingungsanteil, der senkrecht zur
Spiegelebene liegt. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung die Hantel in
mikromechanischer Silizium-Bauweise oder in Glas zu realisieren. In beiden Fällen
kann die Spiegelfläche in einfacher Weise aufgedampft werden. Die Dicke der
aufgedampften Spiegelfläche ist so zu dimensionieren, daß im Hinblick auf die für die
Wirbelstrombremsung nötige Stromdichte erzielbar ist.
Die weitere metallische Fläche, die als weitere Wirbelstrombremse wirkt und senkrecht
zur Spiegelfläche ist, wird im Bereich der Strompfade auf der Hantel gebildet.
Zur Aufdampfung werden Verfahren entweder mittels PVD- oder CVD-Technik
eingesetzt.
Ferner ist das Material für die Wirbelstrombremse vorteilhafterweise ein chemisch
beständiges Material. Hierzu sind besonders geeignet,
Platin, Rodium, Rhenium, Aluminium, Titan oder Nickel.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1: Hantel mit Spiegelfläche
Fig. 2: Schnitt A-B gemäß Fig. 1, Draufsicht
Fig. 1 zeigt die besagte Hantel 1 in einer Seitenansicht, in welcher der aufgebrachte
Spiegel 3 erkennbar ist. Die Hantel selbst ist von einem hier nicht weiter dargestellten
inhomogenen magnetischen Feld umgeben. Die Hantel kann dabei wie oben bereits
ausgeführt entweder in mikromechanischer Siliziumbauweise oder aus Glas bestehend
hergestellt sein. In beiden Fällen wird die Spiegelfläche mittels oben bereits
beschriebener Technik aufgebracht. Die Spiegelfläche 3 ist dabei senkrecht zur
anderen Wirbelstromfläche 9, welche im Bereich der Strompfade der Abgleichspule
oder entweder auf der Unterplatte 7 oder der Oberplatte 6 liegt.
Somit ergeben sich zwei senkrecht zueinander liegende Wirbelstromflächen, welche
dementsprechend auch zwei Raumrichtungsanteile von auftretenden Schwingungen
dämpfen kann. Es kann durchaus noch eine weitere dritte Wirbelstromfläche
vorgesehen sein, so daß alle drei Raumrichtungen bzw Raumebenen
dämpfungsmäßig erfasst werden.
Fig. 2 zeigt die Hantel 1 in einer Draufsicht gemäß Schnitt A-B aus Fig. 1 auf die
Abgleichspule 4 und deren Strompfade. In dieser Umgebung bzw parallel dazu
befindet sich auch eine der wirksamen Wirbelstromflächen.
Claims (7)
1. Magnetomechanischer Gasanalysator, insbesondere paramagnetischer
Sauerstoffanalysator mit einer in dem Wirkbereich eines inhomogenen
magnetischen Feldes drehbar aufgehängten Hantel, welche von Meßgas umspült
wird, wobei die Hantel drehfest mit einem Spiegel zur Ablenkung eines Lichtstrahles
verbunden und das auf den Bereich um den Hantelköper wirkende magnetische
Feld inhomogen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei weitestgehend senkrecht zueinander stehende elektrisch
leitende Flächensegmente (3, 9) als Wirbelstrombremse wirkende Flächen auf der
Hantel (1) oder im mechanischen Eingriff auf die Hantel und im Wirkbereich des
inhomogenen magnetischen Feldes angeordnet sind.
2. Magnetomechanischer Gasanalysator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine der als Wirbelstrombremse wirksamen Flächen der aufgebrachte
metallische Spiegel (3) ist, welcher dickenmäßig so dimensioniert ist, daß eine im
Hinblick auf eine in dieser Raumebene zur Wirbelstrombremsung nötige
Stromdichte erzeugbar ist.
3. Magnetomechanischer Gasanalysator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hantel (1) in mikromechanischer Silizium-Bauweise erstellt ist.
4. Magnetomechanischer Gasanalysator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hantel (1) aus Glas besteht.
5. Magnetomechanischer Gasanalysator nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spiegel (3) sowie eine andere Wirbelstromfläche durch Anwendung der
PVD-Technik aufgebracht sind.
6. Magnetomechanischer Gasanalysator nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spiegel (3) sowie eine andere Wirbelstromfläche durch Anwendung der
CVD-Technik aufgebracht sind.
7. Magnetomechanischer Gasanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirbelstromflächen aus Platin, Rodium, Rhenium, Aluminium, Titan oder
Nickel bestehen.
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