DE2035817A1 - Continuous detection or measurement of discrete gases - by diffusion through membrane - Google Patents
Continuous detection or measurement of discrete gases - by diffusion through membraneInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum kontinuierlichen Nachweis oder zum Messen von speziellen Gasanteilen Die vorliegende Erfindung betrifft. ein Verfahren zum kontinuierlichen Nachweis oder zum Messen von speziellen Gasanteilen, insbesondere zum Nachweis oder zum Messen des Wasserstoffgehaltes in flüssigen Metallen. Das erfindungs -gemäße Verfahren wurde entwickelt zum Nachweis oder zum Messen von Wasserstoff im Kühlmittel von flUssigmetallgekühlten Kernenergieanlagen, es pgßt sich aber sinngemäß auch für andere Anwendungsfälle einsetzen, Die Durchlässigkeit gewisser Werkstoffe für spezielle Gase ist bekannt, so z.B. Nickel für Wasserstoff oder Glimmer für Helium. Weiterhin ist bekannt, einen Meßraum durch eine dünnwandige Membrane aus einem bestimmten Werkstoff gegenüber einem Meßmedium abzuschließen und diesen Meßraum zu evakuieren, um das Eindringen des nachzuweisenden Gas durch die Membrane in den Meßraum zu beschleunigen und um das nachzuweisende Gas vom Meßmedium zu separieren.Process for continuous detection or for measuring special Gas fractions The present invention relates to. a process for continuous Detection or for measuring special gas proportions, in particular for detection or for measuring the hydrogen content in liquid metals. According to the invention Method was developed to detect or measure hydrogen in the coolant of liquid metal-cooled nuclear power plants, but it also works accordingly use for other applications, The permeability of certain materials for special gases are known, e.g. nickel for hydrogen or mica for helium. It is also known to provide a measuring space by a thin-walled membrane from a specific To seal off the material from a measuring medium and to evacuate this measuring space, to allow the gas to be detected to penetrate through the membrane in to accelerate the measuring space and to separate the gas to be detected from the measuring medium.
Neben den chemischen Nachweismethoden, die hier nicht interessieren sollen, ist es auch bekannte z.B. geringe Wasserstoffanteile in einem Inertgas durch Messung der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches oder durch Messung der Lichtmession des zu einer elektrischen Entladung angeregten Gasgemisches festzustellen. Außerdem kann man geringe Wasserstoffmengen in einem Inertgas mittels heißem Kupferoxyd verbrennen und die entstehende Feuchtigkeit des Inertgases mittels eines Feuchtemessers bestimmen. Alle diese Verfahren haben Nachteile. Entweder sind sie nicht kontinuierlich durchzuführen oder ste sind unter rauhen Betriebsbedingungen nicht störungsfrei, bzw.Besides the chemical detection methods, which are not of interest here it is also known, e.g. low hydrogen content in an inert gas Measurement of the thermal conductivity of the gas mixture or by measuring the light mass of the gas mixture excited to an electrical discharge. aside from that you can burn small amounts of hydrogen in an inert gas by means of hot copper oxide and determine the resulting moisture in the inert gas using a moisture meter. All of these methods have disadvantages. Either they are not to be carried out continuously or ste are not trouble-free under rough operating conditions, or
erfordern einen hohen Wartungsaufwand. Oft 15 t auch die Zeit vom Auftreten eines speziellen Gas anteils bis zur Signalgabe an einem Meßgerät au lang. Diese Zeit ist besonders wichtig beim Nachweis von Wasserstoff in flüssigmetallgekühlten Kernenergieanlagen, da der Nachweis von Wasserstoff in flüssigem Metall den ersten Hinweis für einen Schadensfall in einem Wärmetauscher zwischen dem flüssigen Metall und dem Wasser-Dampf-Gemisch darstellen soll. Auch bei der direkten Energiegewinnung mittels Thermionikelementen ist der schnelle Nachweis vonWaoserstoff im Kühlmittel der Kernenergieanlage von großer Bedeutung.require a high level of maintenance. Often 15 t also the time from Occurrence of a special gas portion until a signal is given to a measuring device. This time is particularly important for the detection of hydrogen in liquid metal cooled Nuclear power plants, since the detection of hydrogen in liquid metal is the first Note for a case of damage in a heat exchanger between the liquid metal and should represent the water-steam mixture. Even with direct energy generation by means of thermionic elements is the quick detection of hydrogen in the coolant the nuclear power plant is of great importance.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren aus kontinuierlichen Nachweise oder zum Messen von speziellen Gas anteilen in einem Meßmedium Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Meßraum vom Meßmedium durch eine für das spezielle Gas durchlässige Membrane getrennt wird und der Meßraum vor der Messung durch eine Vakuumpumpe evakuiert wird und während der Messung durch eine'Ionen-ZerstAuberpumpe, auch Penning-Pumpe genannt, unter Vakuum gehalten wird und die Stromaufnahme der lonen-Zerstäuberpuipe als Anzeige- oder Meßwert für den Partialdruck des speziellen Gases im Meßmedium benutzt wird. Die Durchlässigkeit einer Membrane fUr ein spezielles Gas ist, wenn man von geometrischen Abmessungen und einigen anderen konstanten Werten absieht, nur noch von der Temperatur der Membrane und von dem Gas partialdruck auf beiden Seiten der Membrane abhängig. Wenn also die Temperatur der Membrane und die Saugleistung der Ionen-Zerstäuberpumpe bei dem vorliegenden Gas partialdruck im Meßraum bekannt sind, l0ßt sich der Gasparttaldruok im Meßmedium bestimmen. Voraussetzung ist, daß die maximale Saugleistung der Ionen-Zerstäuberpumpe größer ist als der Gasdurchsatz durch din Membrane, so daß sich ein Gleichgewicht zwischen dem Gasdurchsatz durch die Membrane und der abgesaugten Gasmenge ein&;tellen kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ionen-Zerstäuberpumpe (Penning-Pumpe) ist besonders für kleine Gasmengen und ein hohes Vakuum geeignet, sie ist sehr robust und praktisch wartungsfrei.The object of the present invention is a process from continuous Evidence or for measuring special gas components in a measuring medium To the Solution to this problem is proposed that the measuring space from the medium to be measured by a for the special gas permeable membrane is separated and the measuring space in front of the Measurement is evacuated by a vacuum pump and during the measurement by an ion atomizer pump, also called Penning pump, is kept under vacuum and the current consumption of the ion atomizer pipe as a display or measured value for the partial pressure of the special Gas is used in the measuring medium. The permeability of a membrane for a special one Gas is when you think of geometric dimensions and some other constant values apart from the temperature of the membrane and the gas partial pressure depends on both sides of the membrane. So if the temperature of the membrane and the Suction power of the ion atomizer pump with the present gas partial pressure im Are known, the gas part valley pressure in the measuring medium can be determined. pre-condition is that the maximum suction power of the ion atomizer pump is greater than that Gas flow through the membrane, so that there is a balance between the gas flow through the membrane and the amount of gas extracted. According to the invention proposed ion atomizer pump (Penning pump) is especially for small amounts of gas and a high vacuum, it is very robust and practically maintenance-free.
Der Pumpeffekt dieser Iönen-Zrstäuberpumpe beruht auf der Chemisorption von selbstgebildeten Getterschichten innerhalb der Pumpe und darauf, daß Ionen auf Grund der elektrischen Peldverhältnisse in das Kathodenmaterial eindringen kennen. Die ständige Erneuerung der Getterschichten erfolgt durch Kathoden-Zerstäubung der Titan-Kathode. Durch ein von außen aufgebrachtes Magnetfeld wird die Ionisationswahrscheinlichkeit der Gasteilchen durch Elektronen so weit erhöht, daß auch bei sehr niedrigen Drücken eine Gasentladung brennt und die Kathode zerstäubt wird. Der Entladungsstrom und damit die Saugleistung der lonen-Zerstäuberpumpe sind proportional dem Gasdruck. Damit wird also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn die maximale Saugleistung größer ist ale die Durchlässigkeit der Membrane, im Meßraum ein konstantes Vakuum eingestellt und der Entladungsstrom ist ein Maß für die Durchsatzmenge der Membrane und damit für den speziellen Gas anteil im Meßmedium. Die maximale Saugleistung einer Ionen-Zerstäuberpumpe ist von der Gasart abhängig. Wenn die maximale Saugleistung der Pumpe für Luft, Stickstoff-, Kohlendioxyd- und Wasserdampf 100 8 beträgt, so ist das Saugvermögen für Wasserstoff 270 %, für Methan 150 8, für Sauerstoff 55 %, für Helium 10 8 und für Argon 1 t.The pumping effect of this Iönen atomizer pump is based on chemisorption of self-formed getter layers within the pump and of the fact that ions are present Understand the reason for the electrical field conditions to penetrate into the cathode material. The constant renewal of the getter layers takes place by cathode sputtering the titanium cathode. An externally applied magnetic field increases the probability of ionization the gas particles are increased by electrons to such an extent that even at very low pressures a gas discharge burns and the cathode is sputtered. The discharge current and thus the suction power of the ion atomizer pump is proportional to the gas pressure. Thus, in the method according to the invention, when the maximum suction power The permeability of the membrane is greater, and there is a constant vacuum in the measuring chamber set and the discharge current is a measure of the throughput rate of the membrane and thus for the special gas content in the measuring medium. The maximum suction power an ion atomizer pump depends on the type of gas. When the maximum suction power the pump for air, nitrogen, carbon dioxide and water vapor is 100 8, so the pumping speed for hydrogen is 270%, for methane 150 8, for oxygen 55 %, for helium 10 8 and for argon 1 t.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wesentlich, daß der Meßraum vor der Messung durch eine Vakuumpumpe evakuiert wird, deren Saugleistung von der Gasart unabhängig ist> alsobeispieisweise durch eine Ol-Diffusionspumpe. Sinn dieser Maßnahme ist es, einerseite Zeit zu sparen, da die Saugleistung der Ione*-Zerstäuberpumpe an sich gering ist und andererseits eine Ansammlung solcher Gase im Meßraum zu vermeiden, die nicht oder nur in geringem Maße von der Ionen-Zerstäuberpumpe entfernt werden. Zur Durchführung dieser Vorevakuierung ist es sicher zweckmäßig, den Meßraum wie auch die Ionen-Zerstäuberpumpe zu beheizen.To carry out the method according to the invention, it is essential that the measuring space is evacuated before the measurement by a vacuum pump whose suction power is independent of the type of gas> alsobeispieweise by an oil diffusion pump. The purpose of this measure is, on the one hand, to save time, since the suction power of the Ione * nebulizer pump is small per se and on the other hand an accumulation of such Avoid gases in the measuring room which are not or only to a small extent from the ion atomizer pump removed. To carry out this pre-evacuation, it is certainly advisable to to heat the measuring room as well as the ion atomizer pump.
in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Yerfahrens, Insbesondere zuni Massen von sehr gerlngen Gasenteilen wird vorgeschlagen, daß die Stromzufuhr zur Ionen-Zerstäuberpumpe in regelmäßigen Abständen unterbrochen wird und entweder der während einer bestimmten Zelt gemessene Druckans tlt'.g oder die für einen bestimmten Druckanstieg benötigte Zeit als Meßwert für den Partialdruck des speziellen Gases im Meßmedium benutzt wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens l.lßt sich die Meßempfindlichkeit einer gegebenen Meßanordnung erheblich steigern. Zur L'rläuterung der Vorteile dieses Verfahrens wird auf ein Beispiel aus der Strdmungslehre hingewiesen.in a further embodiment of the method according to the invention, in particular For the masses of very small gas parts it is suggested that the power supply to the ion atomizer pump is interrupted at regular intervals and either the pressure tlt'.g measured during a certain tent or that for a certain Pressure rise required time as a measured value for the partial pressure of the special gas is used in the measuring medium. Using this method, the measurement sensitivity can be determined significantly increase a given measuring arrangement. To explain the advantages of this Procedure, reference is made to an example from flow theory.
Will inan etne geringe, aber ständig fließende Wassermenge messen, beisplelsweise mit einem Wirkdruckgeer oder mit einem Flügelradzähler, so hat jedes technisch brauchbare Meßinstrument eine untere Grenze fUr die Durchsatzmenge, unterhalb der eine exakte Messung nicht mehr möglich ist, Spelchert man aber die ständig fließende Wassermenge kurzzeitig in einem Behälter und leitet diese Wassermenge in regelmäßigen Abständen durch das gleiche Meßgerät, so ist wieder eine exakte, wenn auch kurzzeitig unterbrochene Mengenmensung möglich. Bei der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend die ständig durch die Membrane hindurchtretende Gasmenge kurzzeitig im Meßraum gespeichert und in regelmäßigen Abständen über die Stromaufnahm der Lonen-Zerstäuberpumpe gemessen.I want to measure a small but constantly flowing amount of water, for example with a differential pressure generator or with an impeller meter, so each has technically usable measuring instrument a lower limit for the throughput rate, below which an exact measurement is no longer possible, but if you spelch the constantly flowing one Amount of water briefly in a container and forwards this amount of water on a regular basis Distances by the same measuring device, it is again an exact one, albeit briefly interrupted quantity measurement possible. The present invention accordingly the amount of gas that constantly passes through the membrane is briefly stored in the measuring chamber and measured at regular intervals via the power consumption of the ion nebulizer pump.
In spezieller Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß zum Nachweis des Wasserstoffgehaltes eine Nickelmembrane oder zum Messen des Heliumgehaltes im Meßmedium eine Glimmermembrane benutzt wird. Beide Stoff sind nahezu selektiv durchlässig illr das angegebene Gas.In a special embodiment of the method according to the invention suggested that a nickel membrane or for the detection of the hydrogen content a mica membrane is used to measure the helium content in the measuring medium. Both Substances are almost selectively permeable to the specified gas.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Temperatur der Membrane während der Messung konstant gehalten wird. In spezieller Ausgestaltung diesen Gedankens, insbesondere bei gut wärmeleitenden Meßmedium wird vorgeschlagen, daß die Membrane durch das Meßmedium regelbar beheizt wird und die Temperatur des Meßmediums in der Nähe der Membrane gemessen wird. Die, Temperatur der Membrane ist, wie in dem weiter unten folgenden Rechenbeispiel nachgewiesen wird, von erheblichem Einfluß auf die Meßgenauigkeit des Verfahrens.In a further embodiment of the invention it is proposed that the The temperature of the membrane is kept constant during the measurement. In special Refinement of this idea, especially in the case of a measuring medium that conducts heat well proposed that the membrane is controllably heated by the measuring medium and the The temperature of the medium to be measured is measured in the vicinity of the membrane. The temperature of the membrane, as shown in the calculation example below becomes, of considerable influence on the measurement accuracy of the method.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Leitung vom Meßraum zur Ionen-Zerstäuberpumpe und/ oder die Ionen-Zerstäuberpumpe gekühlt wird. Die Membrane, als Trennung zwischen Meßmedium und Meßraum, hat im allgemeinen die Temperatur des Meßmediums, die, um dia Durchsatz menge der Membrane zu steigern, absichtlich hoch gehalten wird. Da der Meßraum mit Rücksicht auf die Evakuierung mög lichst klein gehalten wird, läßt es sich -kaum vermeiden, daß sowohl der Meßraum als auch die Zerstäuberpumpe vom Meß medium her aufgehei£t wird. Versuche haben aber gezeigt, das schon bei einer Temperatur von 600 C der Ionenstrom der Zer stäuberpumpe großer ist, als der Bindung der eindrigenden Gasmengen entspricht. Es ist also zu vermuten, daß bei höheren Temperaturen in der Pumpe die bereits gebundenen Gasmengen wider frei werden.In a further embodiment of the invention it is proposed that the Line from the measuring room to the ion atomizer pump and / or the ion atomizer pump is cooled. The membrane, as a separation between the measuring medium and the measuring space, has in in general, the temperature of the medium to be measured, the flow rate of the membrane to increase is deliberately kept high. Since the measuring room with consideration for the Evacuation is kept as small as possible, it can hardly be avoided that both the measuring space as well as the atomizer pump is heated up by the measuring medium. try but have shown that the ion current of the Atomizer pump is larger than the binding of the penetrating gas quantities. It can therefore be assumed that at higher temperatures in the pump the already bound Gas quantities against are released.
Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Meßmedium tritt bei 1 in einen im Gegenstrom geschalteten Regenerativwärmetauncher 12. Bei 2 wird das Meßmedium auf eine vorgeebene Temperatur regelbar aufgeheizt und durchströmt dann bei 3 mehrere Nickelröhrchen 4 mit dünner Wandung.The drawing shows an example of a device for implementation of the method according to the invention. At 1 the measuring medium enters a countercurrent switched regenerative heat exchanger 12. At 2, the measuring medium is on a pre-level temperature controllably heated and then flows through at 3 several nickel tubes 4 with thinner Wall.
diese Nickelröhrchen werden von dem Messraum 5 umsclllossen, der ilber das Kühlrippenrohr 6 mit der lonen-Zerstäuberpumpe 8 verbunden ist. 7 ist ein vakuumdicht verschlicßbarer Stutzen für den Anschluß einer beliebigen Vakuumpumpe für die Vorevakuierung. 9 ist die llochspannungsversorgung mit der druckproportionalen lonenstromanzeige 10. Die Temperatur des Meßmediums und damit die Temperatur der Nickelmembrane wird bei 11 angezeigt.these nickel tubes are enclosed by the measuring chamber 5, the silver one the cooling fin tube 6 is connected to the ion atomizer pump 8. 7 is a vacuum tight Lockable connector for connecting any vacuum pump for pre-evacuation. 9 is the hole voltage supply with the pressure-proportional ion current display 10. The temperature of the measuring medium and thus the temperature of the nickel membrane is displayed at 11.
Nach der ttessung durchströmt das Meßmedium den Warmetauscher 12 und tritt bei 13 auß.After the measurement, the medium to be measured flows through the heat exchanger 12 and occurs at 13 out.
Es folgt ein berechnetes Beispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beit dem das Meßmedium flüssiges Natrium ist, die Membrane aus Nickel besteht und der Wasserstoffgehalt des Natriums bestimmt werden soll: Die Wasserstoffdiffusion durch eine Nickelmembrane ist gegeben durch mit q 1 Wasserstoffdurchsatz durch die Nickelmembran in at cm³/sec K s Diffusionskonstante für Wasserstoff durch Nickel = 1,4#10-³ at cm 3/ sec Torr 1/2 d 1 Wanddicke der Membrand in cm F 1 Flache der Membran in cm Eo= Molwärme X 27000cal / g mol Pi;Pa =Wasserstoffpartialdrücke in Torr, innerhalb und außerhalb des Meßraums Pi# = Wasserstoffpartialdruck im Meßraum nach Eistellung des Gleichgewichts.The following is a calculated example of a device for carrying out the method according to the invention, in which the measuring medium is liquid sodium, the membrane is made of nickel and the hydrogen content of the sodium is to be determined: The hydrogen diffusion through a nickel membrane is given by with q 1 hydrogen throughput through the nickel membrane in at cm³ / sec K s diffusion constant for hydrogen through nickel = 1.4 # 10 -³ at cm 3 / sec Torr 1/2 d 1 wall thickness of the membrane in cm F 1 area of the membrane in cm Eo = molar heat X 27000cal / g mol Pi; Pa = hydrogen partial pressures in Torr, inside and outside the measuring space Pi # = hydrogen partial pressure in the measuring space after equilibrium has been established.
T = Temperatur der Nickelmembrane in °K R = Gaskonstante = 1,986 cal/g
mol grad Der Exponentialausdruck enthält die Temperaturabhängigkeit der Gasdurchlässigkeit.
Es ist fUr
Für 350 °C, F = 100 cm², d = 0,03 cm, Pa # Pi beträgt die Wasserstoffdurchlässigkeit für pa 10 2 Torr ist q 1 0,84#10-5 atom 3/sec für Pa 1 10 1 Torr ist q X 2,7 .10-5 at cm 3/sec für Pa = 1 Torr ist q = 8,4 #10-5 at cm²/sec Eine Ionen-Zerstäuberpumpe mit der Saugleistung S (cm³/sec) entzeiht dem Meßraumvolumen V (cm³) in der Zeiteinheit die Gasmenge Pi = Druck in der Ionen-Zerstäuberpumpe in Torr.For 350 ° C, F = 100 cm², d = 0.03 cm, Pa # Pi the hydrogen permeability is for pa 10 2 Torr is q 1 0.84 # 10-5 atom 3 / sec for Pa 1 10 1 Torr is q X 2.7 .10-5 at cm 3 / sec for Pa = 1 Torr is q = 8, 4 # 10-5 at cm² / sec An ion atomizer pump with the suction power S (cm³ / sec) removes the amount of gas from the measuring space volume V (cm³) in the unit of time Pi = pressure in the ion atomizer pump in torr.
Durch die Nickelmembrane diffundiert während der Zeit dt dic oder für Pa Die Ionen-Zerstäuberpumpe mit der Saugleistung S (cm3/sec) entzieht dem Volumen V während der Zeit dt die Gasmenge qi = #### dt at cm³ Für die Druckänderung im Inneren des Systems gilt die Differentialgleichung ### dPi = qa - qi oder mit der Lösung Für t -y oo gilt Die Saugleistung einer bestimmten Ionen-Zerstäuberpumpe beträgt für Wasserstoff S = 2,7 # 10³ cm³/sec.During the time dt dic diffuses through the nickel membrane or for Pa The ion atomizer pump with the suction power S (cm3 / sec) withdraws the gas quantity qi = #### dt at cm³ from the volume V during the time dt. The differential equation ### dPi = qa - qi applies to the pressure change inside the system or with the solution For t -y oo applies The suction power of a certain ion atomizer pump is S = 2.7 # 10³ cm³ / sec for hydrogen.
und die Empfindlichkeit dieser Pumpe wird mit 10 A/Torr angegeben.and the sensitivity of this pump is given as 10 A / Torr.
Für eine Nickelmembrane mit F = 100 cm², d = 0,03 cm und 350° C ist N = 0,84#10-5 at cm³/sec Torr 1/2 Bei einem bestimmten H2-Partialdruck stellen sich folgender Innandruek und Entladungsstrom in diesem Meßsystem ein: Pa = 10-² Torr Pi = 2,4 # 10-5 Torr = 7,1#10-5A Pa = 10-¹ Torr Pi = 7,5 # 10-6 Torr = 2,2#10-4A po 1 Torr Pi = 2,4#10 Torr = 7,1#10 A Der Entladungsstrom der Ionen-Zerstäuberpumpe variiert in diesem Druckbereich zwischen 70 und 700 µA.For a nickel membrane with F = 100 cm², d = 0.03 cm and 350 ° C N = 0.84 # 10-5 at cm³ / sec Torr 1/2 At a certain H2 partial pressure the following pressure and discharge current in this measuring system: Pa = 10-² Torr Pi = 2.4 # 10-5 Torr = 7.1 # 10-5A Pa = 10-1 Torr Pi = 7.5 # 10-6 Torr = 2.2 # 10-4A po 1 Torr Pi = 2.4 # 10 Torr = 7.1 # 10 A The discharge current of the ion atomizer pump varies in this pressure range between 70 and 700 µA.
Für t s O ist const = Pio - Pi# Für die Ansprechzeit des System bei schnellem Wasserstoff-Partialdruckanstieg an der Außenzeite der Nickelmembrane die Ansprechzeit zu t = V/S # ln ####### d. g. für eine kleine Ansprechzeit ist ein kleines Meßraumvolumen vorteilhaft.For ts O, const = Pio - Pi # For the response time of the system in the event of a rapid increase in the partial pressure of hydrogen on the outside of the nickel membrane the response time at t = V / S # ln ####### dg for a short response time, a small measuring space volume is advantageous.
Für den Innendruck zur Zeit t Pit 1 0,63 (Pi# - Pio) + Pio und ftir V æ 103 cm3' und s s 2,7#10³ cm³/sec beträgt die Ansprechzeit 1 1 t= ### ln e = 0,37 sec Eine Methode zur Empfindlichkeitssteigerung der erfindungsgemäßen Meßanordnung ist ein unterbrochener Betrieb der Ionen-Zerstäuberpumpe. Dazu wird die Ionen-Zerstluberpumpe bei einem vorgegebenen Innendruck Pio im Meßraum abgeschaltet und die Zeit t gemessen bis der Innendruck auf einen vorgegebenen Wert Pit angestiegen iat, Der Zus,ammenhang zwischen dem Wasserstoffpartialdruck Pa im Natrium und der gemessenen Zeit ergibt sich aus folgender Formel: Diese Druckanstiegsmethode erfordert zur Bestimmung des vorgegebenen Druckes Pit eine zusätzliche Druckmeßanordnung Wesentlich einfacher ist es, die Ionen-Zerstäuberpumpe ein vorgegeben Zeit t1 abzuschalten und die Zeit zu bestimmen, bis der Ionenstrom auf einen dem vorgegebenen Meßraumdruck Pio proportionalen Wert abgesunken ist. Während der Zeit t1, in der die Pumpe abgestaltet ist, steigt der Druck im Meßraum von Pio auf Pit, und während der Zeit t2 wird mit der Ionen-Zerstäuberpumpe der Druck im Meßraum von Pit auf Pio abgesenkt. rür die Zeit t2 gilt folgende Formel: Diese Methode zur Empfindlichkeitssteigerung hat den Vorteil, daß kein zusätzliches Druckmeßsystem notwendig Lst, so daß neben einer Zeitmessung lediglich Pio bestimmt werden muß, was mit dem Strom der Ionen-Zerstäuberpumpe -geschehen kann.For the internal pressure at the time t Pit 1 0.63 (Pi # - Pio) + Pio and for V æ 103 cm3 'and ss 2.7 # 10³ cm³ / sec, the response time is 1 1 t = ### ln e = 0 , 37 sec One method for increasing the sensitivity of the measuring arrangement according to the invention is an interrupted operation of the ion atomizer pump. For this purpose, the ion atomizer pump is switched off at a given internal pressure Pio in the measuring room and the time t is measured until the internal pressure has risen to a given value Pit. The relationship between the hydrogen partial pressure Pa in sodium and the measured time results from the following formula: This pressure increase method requires an additional pressure measuring arrangement to determine the specified pressure Pit. It is much easier to switch off the ion atomizer pump for a specified time t1 and to determine the time until the ion current has dropped to a value proportional to the specified measurement chamber pressure Pio. During the time t1, in which the pump is switched off, the pressure in the measuring chamber rises from Pio to Pit, and during the time t2 the pressure in the measuring chamber is reduced from Pit to Pio by means of the ion atomizer pump. The following formula applies to the time t2: This method of increasing sensitivity has the advantage that no additional pressure measuring system is required, so that, in addition to a time measurement, only Pio has to be determined, which can happen with the current of the ion atomizer pump.
Im folgenden wird noch auf die Temperaturabhängigkeit t der' Gasdurchlässigkeit der Nickelmembrane hingewiesen.In the following, the temperature dependency t of the gas permeability will be discussed the nickel membrane pointed out.
Im stationären Pall ist Die Ableitung nach T ergibt Es ist für 3500 C Eo / 2RT Z 10,9 450°C = 550°C = d.h. Temperaturschwankungen wirken 8- bis 11-fach verstärkt auf den Innendruck des Systemes, unel, da weiterhin ### = 1/2 ### ist.In the stationary Pall is The derivative with respect to T gives It is for 3500 C Eo / 2RT Z 10.9 450 ° C = 550 ° C = ie temperature fluctuations have an 8 to 11-fold increased effect on the internal pressure of the system, unel, since ### = 1/2 ### is.
täuschen die Temperaturschwankungen etwa 16- bis 22-fache Außendruckschwankungen (Pa = H2-Patrialdruck im Natrium) vor.the temperature fluctuations deceive about 16 to 22 times the external pressure fluctuations (Pa = H2 patrial pressure in sodium).
Durch andere im Natrium gelöste Gase wie Argon, Stickstuff und Sauerstoff sind Meßfehler denkbar. Die Durchlässigkeit der Nickelmembrane für diese Gase ist klein, jedoch können sich auch geringe Mengen störend auswirken, wenn gleichzeitig die Saugleistung der Ionen-Zerstäuberpumpe für diese Gase auch klein ist. Für Stickstoff beträgt diese Saugleistung der Pumpe 100 % gegenüber 270 % für Wasserstoff; da aber die Durchläusigkeit der Nickelmembrane für Stickstoff um weitaus mehr als um einen Faktor 2,7 kleier luft, kann Stickstoff sich nicht störend bemerkbar machen. Bei einer Saugleistung von 55 } für Sauerstoff ergibt sich ein Faktor 4,9. Für Argon beträgt die Saugleistung 1 t, d.h. die Durchlässigkeit der Membrane für Argon muß um weitaus mehr als 270-fach kleiner sein, wenn das gelöste Argon nicht stören soll, Nickel erfüllt diese Anforderungen.By other gases dissolved in the sodium such as argon, nitrogen and oxygen measurement errors are conceivable. The permeability of the nickel membrane for these gases is small, but small amounts can also have a disruptive effect if at the same time the suction power of the ion atomizer pump for these gases is also small. For nitrogen this suction power of the pump is 100% compared to 270% for hydrogen; here but the permeability of the nickel membrane for nitrogen by far more than one With a factor of 2.7, nitrogen cannot have a disturbing effect. at a suction power of 55} for oxygen results in a factor of 4.9. For argon the suction power is 1 t, i.e. the permeability of the membrane for argon must be be much more than 270 times smaller if the dissolved argon should not interfere, Nickel meets these requirements.
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| DE19702035817 DE2035817A1 (en) | 1970-07-18 | 1970-07-18 | Continuous detection or measurement of discrete gases - by diffusion through membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19702035817 DE2035817A1 (en) | 1970-07-18 | 1970-07-18 | Continuous detection or measurement of discrete gases - by diffusion through membrane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2035817A1 true DE2035817A1 (en) | 1972-01-27 |
Family
ID=5777235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19702035817 Pending DE2035817A1 (en) | 1970-07-18 | 1970-07-18 | Continuous detection or measurement of discrete gases - by diffusion through membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2035817A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3949593A (en) * | 1975-03-07 | 1976-04-13 | Continental Oil Company | Diffusion monitoring apparatus |
| EP0025625A1 (en) * | 1979-09-13 | 1981-03-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Gas analysis apparatus |
-
1970
- 1970-07-18 DE DE19702035817 patent/DE2035817A1/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3949593A (en) * | 1975-03-07 | 1976-04-13 | Continental Oil Company | Diffusion monitoring apparatus |
| EP0025625A1 (en) * | 1979-09-13 | 1981-03-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Gas analysis apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHW | Rejection |