DE2017423A1

DE2017423A1 - Auf den magnetischen Eigenschaften eines Gases beruhender Gas analysator

Info

Publication number: DE2017423A1
Application number: DE19702017423
Authority: DE
Inventors: Herbert 6231 Niederhöchstadt Machytka
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1970-04-11
Filing date: 1970-04-11
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE2017423B2; US3866461A; NL166332B; NL166332C; GB1295615A; FR2089412A5; JPS5243399B1; NL7102944A

Description

"Auf den magnetischen Eigenschaften eines Gases beruhender Gasanalvsator"

Zur Messung der Konzentration paramagnetischer Gasbestandteile in Gasgemischen haben sieh Gasanalysatoren eingeführt, bei welchen die Kraftwirkung eines inhomogenen Magnetfeldes auf die Moleküle des Gasbestandteiles als Ließeffekt herangezogen wird. Eine Ausführungsfora eines derartigen Gasanalysators zeigt z.B. Pig. 1 der US-Patentschrift 3.287.959· An die abgeschrägten Pole eines Permanentmagneten sind zwei Gaskammern mit einer gemeinsamen Gasableitung angesetzt. Mittels einer Pumpe in der Gasableitung wird durch die eine Kammer das l.Ießgas und durch die andere Kammer ein Yergleichsgas konstanter Suszeptibilität gesaugt. Durch die Einwirkung des inhomogenen Randfeldes des Magneten auf die paramagnetisehen Gasbestandteile entsteht zwischen den Kammern eine Druckdifferenz, die in einer Verbindungsleitung der beiden Kammern zu einer Gasströmung führt. Die Gasströmung wird Kit Hilfe einer tempera-

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turabhängigen Brückenschaltung nach der Y/ärnieleitfähigkeitsmethode gemessen. Enthalten die beiden Gase als paramagnetischen Bestandteil, z.B. Sauerstoff, so ist das elektrische Ausgangssignal der Brücke ein Maß für die Differenz der Sauerstoffkonzentration in beiden Gasen bzw. für den Sauerstoffgehalt des Meßgases.

Zur Messung der Druckdifferenz eignen sich auch Membrankondensatoren, wobei es in meßtechnischer Hinsicht günstig ist, einen Magneten mit V/echselerregung vorzusehen. Das Ausgangs signal des Gasanalysegerätes ist dann eine Y/echs el spannung mit einer entsprechend der Sauerstoffkonzentration sich ändernden Amplitud

Der bei diesen Gasanalysatoren sich ergebende Meßeffekt ist sehr schwach, so daß jede Maßnahme, welche eine allgemeine Erhöhung des Differenzdruckes bewirkt, von Bedeutung ist. Die Erfindung befaßt sich mit dieser Aufgabe und erreicht eine Erhöhung des Meßeffektes durch, eine besondere Ausbildung einer im Luftspalt des Magneten befindlichen Meßkammer, die bei gemeinsamer Gasabführung gleichzeitig vom Meß- und einem Vergleichsgas durchströmt v/ird. Es ist dabei eine Yfechselerregxing des Magneten vorgesehen, die von vorneherein eine relativ große Meßempfindlichkeit garantiert.

Gemäß der Erfindung ist der Gasanalysator dadurch gekennzeichnet daß in zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des aus unmagnetischem Material· bestehenden Meßkaimnergehäuses je ein Polschuh

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aus 7/eicheisen so eingelassen ist, daß die Kammer mit den Polschuhen formschlüssig zwischen die planparallelen Polflächen des Magneten einschiebbar ist und die Polschuhe innerhalb der Kästner einen schmalen Luftspalt bilden, und die Innenv/andungen des Kammergehäuses an einander gegenüberliegenden Seiten des Luftspaltes Ausbuchtungen aufweisen, die mit den Zuführungsleitungen für Ließ- und Vergleichsgas verbunden sind und einer der Polschuhe zum Luftspalt hin eine Mittelbohrung aufweist, die in seinem Innern rechtwinklig abgebogen ist und sich in einer korrespondierenden Bohrung im Kamniergehäuse nach außen zum Anschluß der Gasableitung fortsetzt.

Bei einer "besonders vorteilhaften Ausgestaltung der I.ießkammer sind runde Polschuhe in eine runde Bohrung des Kammergehäuses mit enger Passung eingesetzt und die Ausbuchtungen sichelförmig geformt«

Ein besonders großer Meßeffekt mit geringem Störpegel ergibt sich, wenn die Polschuhe zum Luftspalt hin sich erweiternde Ausnehmungen aufweisen und diese Ausnehmungen, um eine Turbulenz der Gasströmungen zu vermeiden, mit unmagnetischem Material ausgefüllt oder verschlossen sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausfülirungsbeispiels näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Meßkammer.

des Gasanalysators und
Pig. 2 einen waagerechten Schnitt längs der Linie I...I der ' Pig. 1.

Eine Platte 1 aus nichtmagnetischem Material, "beispielsweise.. Messing, ist mit einer zylindrischen, an den "beiden Öffnungen stufenförmig erweiterten Bohrung versehen. Zwei Polschuhe 2, aus ,Weicheisen, deren Form den Öffnungen der Bohrung genau angepaßt ist, verschließen die Stirnseiten der Bohrung. Es ist zweckmäßig, zusätzlich ein Klebemittel zu verwenden, um einen vollkommen gasdichten Abschluß zu erzielen. Die Polschuhe liegen formschlüssig an den parallelen Polflächen der Pole 4 eines wechselerregten· Magneten an. Handelt es sieh um einen Elektromagneten, so kann die Erregung beispielsweise durch einen pulsierenden Gleichstrom konstanter Amplitude erfolgen. Die Polschuhe, die sich sehr nahe gegenüber stehen, weisen zum Luftspalt hin sich erweiternde kegelförmige Ausnehmungen 5> 6 auf, die mit nichtmagnetischem Material so ausgefüllt sind, daß sich ein enger Luftspalt 7 ergibt. Der Polschuh 6 ist höher als der Polschuh 5> um'ohne Schwierigice 1-J ten darin eine Mittelbohrung 8 unterzubringen, die zunächst in Richtung der Feldlinien verläuft, dann senkrecht abbiegt und sich in einer Bohrung 9 der Platte 1 nach außen fortsetzt. Das Meß- und ein Vergleichsgas treten durch die Kanäle 10 bzw. 11 in einander gegenüberliegenden sichelförmigen Aus-

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buchtungen 12, 13 der zylindrischen Meßkammerbohrung ein, von wo sie zur Mitte des Parallelspaltes strömen, um so dann durch· die Mittelbohrung 8 des Polschuhes 5 und die Bohrung 9 in der Platte 1 wieder aus der Meßkammer auszutreten. Ton den sichelförmigen Ausbuchtungen führen noch zwei Kanäle 14, 15 nach außen.zum Anschluß eines empfindlichen Differenzdruckmessers.

Der beim Gegenstand der Erfindung zu beobachtende große Meßeffekt ist eine Folge der Eigenschaften der Meßkammer. Zum einen ergibt sich bei der Meßkammer durch die Polschuhanordnung mit der zentralen Gasableitung ein sehr schmaler luftspalt hoher Feldstärke, wodurch sich die Inhomogenitätszohen> die sich von den Polschuhrändern nach außen und innen erstrecken, durch einen großen Feldgradienten auszeichnen, dessen Wert bekanntermaßen die Größe des Meßeffektes bestimmt. Da die Meßkammer formschlüssig an den Polflächen des wechselerregten Magneten anliegt, wird außerdem eine Elektrostriktion, die zu Störsignalen Anlaß geben würde, vermieden. Des weiteren bewirkendie sichelförmigen Ausbuchtungen, daß praktisch das gesamte inhomogene Randfeld zur Kraftwirkung auf die Gasmoleküle ausgenutzt v/ird. Die Gaszuleitungen können, ohne daß der Meßeffekt geringer wird, sehr eng ausgeführt werden, was wiederum dazu führt, daß Drückverluste infolge Druckausgleich mit dem Außenräüm auf ein Minimum herabgesetzt werden. Schließlich ist auf Grund der Formgestaltung der Meßkammer im Kammergehäuse eine weitgehend laminare Gasströmung gegeben, was bedeutet-, daß der Störpegel sehr klein bleibt. ■:■-..

Claims

Patentansprüche

M.I.Auf den magnetischen Eigenschaften eines Gases beruhender Gasanaiysator mit einer im Luftspalt eines wechselerregten Magneten befindlichen Meßkammer, die bei gemeinsamer Gasableitung von dem Meß- und einem Vergleichsgas durchströmt wird, wobei sich der Meßwert durch die vom magnetischen Y/echselfeld erzeugten Differenzdruckschwankungen ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des aus' unmagnetischem Material bestehenden Meßkammergehäuses je ein Polschuh aus Weicheisen so- eingelassen ist, daß die Kammer mit den Polschuhen formschlüssig zwischen die planparallelen Polflächen des Magneten einschiebbar ist und die Polschuhe innerhalb der Kammer einen schmalen Luftspalt

bilden, und die Innenwandungen des Kammergehäuses an ein- _..

ander gegenüberliegenden Seiten des Luftspaltes Ausbuchtungen aufweisen, die mit den Zuführungsleitungen für Meß- und Vergleichsgas verbunden sind und einer der Polschuhe zum Luftspalt hin eine Mittelbohrung aufweist, die in seinem Innern rechtwinklig abgebogen ist und sich in einer korrespondierenden Bohrung im Kammergehäuse nach außen zum Anschluß der Gasableitung fortsetzt.
2. Gasanaiysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe innerhalb der Kammer einen schmalen .Luftspalt mit planparallelen Begrenzungsflächen bilden*.

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3. G-asanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe mit zum Luftspalt hin sich erweiternden Ausnehmungen versehen sind.
4. Gasanalysator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in den Polschuhen mit unmagnetischem Material ausgefüllt oder verschlossen sind.
5. Gasanalysatcr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch (J gekennzeichnet, daß runde Polschuhe in eine runde Bohrung des Kammergehäuses mit enger Passung eingesetzt sind und die Ausbuchtungen sichelförmig sind.

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