DE2045965C3 - Vorrichtung zur Anzeige auch hoher Konzentrationen brennbarer Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige auch hoher Konzentrationen brennbarer Gase mit einem aufheizbaren, katalytisch wirkenden und in einer Wheatstone-Brücke angeordneten Faden auf Grund der bei einer Oxydation entstehenden Wärmetönung, mit einem Meßinstrument im Nullzweig der Brücke, wobei das Meßinstrument an einen weiteren, ein Schaltelement enthaltenden Stromkreis angcschlossen ist, der bei überschreiten einer bestimmten Konzentration an brennbaren Gasen das Meßinstrument auf Vollausschlag hält.

Eine solche Vorrichtung ist beschrieben in der deutschen Auslegeschrift 1 281 722. Auch dieser bckannten Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anzeigerückgang bei sehr hoher Konzentration an Verbrennungsgasen auf Grund des gleichzeitig erfolgenden Abfalls der Sauerstoffkonzentration zu verhindern. Zu diesem Zweck verwendet die bekannte Vorrichtung zwei im wesentlichen vollkommen voneinander getrennte Schaltkreise, einen Schaltkreis zur üblichen Messung der Konzentration des. brennbaren Gases und einen anderen, als Sensor geschalteten und einen geheizten Widerstand umfassenden Schaltkreis, wobei bei Vorhandensein von Methan als brennbaren Gas der Widerstandswert dieses geheizten Widerstandes geringer wird, da Methan die Wärme des Widerstands besser abführt als Luft. Bei sehr hohen Methankonzentrationen wird dieser geheizte Widerstand so stark gekühlt, daß er einen Transistor schalten kann, der dem üblicherweise verwendeten Brückeniiistrument zur Konzentrationsmessung einen Strom zuführt, der Vollausschlag des Meßinstrumentes bewirkt. Bei Zurückgang der Konzentration schaltet sich auch dieser Widerstand wieder ab. Nachteilig ist hierbei, daß sich zwar eine Vorrichtung zur Anzeige auch hoher Konzentrationen brennbarer Gase ergibt, bei der eine eindeutige Anzeige auf Grund der Erfassung der Wärmeleitfähigkeit gewährleistet wird, daß jedoch nur solche Gase gemessen werden können, deren thermische Leitfähigkeit besser als Luft ist, und zwar in einem entsprechenden Maße besser, da sich sonst eine Widerstandsänderung in dem Sensorkreis und eine daraus resultierende Spannungsänderung nicht ergeben würde. Nachteilig ist weiterhin, daß auf Grund der ständigen Heizung der parallelen Widerstände neben der Stromversorgung der Meßbrücke ein bcträchl'cher Stromverbrauch ergibt, da der Sensorkreis selbstverständlich ständig einsatzbereit gehalten werden muß. Die bekannte Vorrichtung ist daher zur Verwendung in einem tragbaren, von einer Batterie gespeisten Instrument weniger geeignet.

Ausgehend von dieser bekannten Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anzeige auch hoher Konzentrationen brennbarer Gase zu schaffen, die für sämtliche Gase einsetzbar ist, d.h. nicht auf solche Gase beschränkt bleibt, die ein besseres Wärmeableitvermögen als Luft aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der Vorrichtung der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art und besteht erfindungsgemäß darin, daß eine auf dem Meßfaden fokussiertc Fotozelle vorgesehen ist, ferner eine Verriegelungsschaltung, die auch bei nur vorübergehendem Aufleuchten des Fadens derart umschaltbar ist, daß ein fortdauernder Vollausschlag des Meßinstruments bewirkt wird.

Die Erfindung ist daher in der Lage, auch auf nur einen vorübergehenden Zustand des katalytischen Fadens zu reagieren und verriegelt dann elektronisch einen Stromkreis, der einen Vollausschlag des in einer Wheatstone-Brücke angeordneten Meßinstruments bewirkt; dieser Vollausschlag ist erst durch Drücken einer Taste cntriegelbar.

Normalerweise kann davon ausgegangen werden, daß sich in der Meßkammer Luft befindet und enthält die zu messende Probe brennbare Gase mit einer Konzentration oberhalb eines Explosionslimits, dann gelangen diese in die Kammer, wobei die Gaszusammensetzung in der Kammer dann auf jeden Fall durch den explosiven Bereich gehen muß. Das Meßinstrument der verwendeten Wheatstone-Brücke ist dabei normalerweise so einjustiert, daß es vollständig ausschlägt, wenn die Brenngaskonzentration so hoch

ist, daß eine Explosion auf Grund dieser Konzentration stattfinden kann. Ist jedoch die Konzentration der brennbaren Gase extrem groß, dann wird ursprünglich in der Meßkammer enthaltende Luft schnell verbraucht bzw. ausgespült, so daß ungenügend Sauerstoff zur Unterhaltung der Verbrennung vorhanden ist. Der katalytische Faden dunkelt dann wieder ab, was übrigens auch dann auftreten kann, wenn der Anteil an brennbaren Gasbestandteilen eine so hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, daß dadurch eine Kühlung des Fadens stattfindet. Unter diesen Bedingungen würde dann das Meßinstrument keine brennbaren Bestandteile in der Probenkammer mehr anzeigen, auch wenn tatsächlich ein huntertprozentiger Anteil brennbarer Bestandteile im Gas vorhanden ist. Es können sich auf diese Weise gefährliche Situationen ergeben. Bei der Erfindung erzeugt jedoch das gegebenenfalls nur vorübergehende Aufleuchten auf Grund einer Verbrennung am katalytischen Faden zumindest für einen bestimmten »o Zeitraum eine Strahlung, die ausreichend ist, um den von der fotoelektrischen Zelle gesteuerten Stromkreis /u aktivieren, der sich nach Aktivierung in Form ■.•ines Selbsthaltekreiscs verriegelt.

Die Verwendung einer, allerdings nur auf eine Farbänderung eines stark geheizten Widerstandes ansprechenden Fotozelle ist dabei schon bekannt aus der USA.-Patentschrift 3 238 519. Bei dieser bekannten Vorrichtung glüht der geheizte Faden iteller, wenn brennbares Gas vorhanden ist, was von der Fotozelle festgestellt wird. Diese bekannte Vorrichtung ist nicht geeignet, eine Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe zu erbringen, eine Anzeige auch bei extrem hohen Brenngaskonzentrationen zu ermöglichen, d. h. einen durch unvollständige Oxydanon bewirkten Anzeigerückgang zu verhindern und ist im übrigen schon in ihrer Grundkonzeption zur Erfindung unterschiedlich, nachteilig ist weiterhin, daß eine ständige Heizung einer Glühwendel notwendig ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand "der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung, in welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist, der weiteren Erläuterung.

In der Zeichnung ist ein Gehäuse 1 dargestellt, in welchem zwei Kammern 2 bzw. 3 vorgesehen sind, die jeweils durch einen Verschluß oder eine Kappe 4 verschlossen sind. Während die eine Kammer 2 vollständig abgedichtet ist, besitzt die andere Kammer 3 einen Ein- und Auslaß S bzw. 6, durch welche eine Probe des betreffenden, zu prüfenden Gases ein- bzw. ausgeleitet werden kann. Unter »Gas« ist auch ein Dampf zu verstehen.

In der abgedichteten Kammer 2 ist ein Vergleichsfaden 8 aus Platin angeordnet, während ein ähnlicher Meßfaden 9 in der Meßkammer 3 vorgesehen ist. Diese beiden Fäden sind durch eine Leitung 10, - welche die beiden Kappen 4 durchdringt, miteinander verbunden. Des weiteren stehen die beiden Fäden 8, 9 mittels Leitungen 11 bzw. 12 mit einer außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Batterie 13 in Verbindung, durch welche sie mit elektrischem Strom versorgt werden. Parallel zur Batterie 13 sind drei Widerstände 14, 15 und 16 geschaltet. Der mittlere dieser drei Widerstände ist über einen weiteren Widerstand 17 und unter Zwischenschaltung eines Meßinstruments 18 an die beiden Fäden 8,9 miteinander verbindenden Leitung 10 angeschlossen. Dieser eben beschriebene Stromkreis bildet eine Wheatstonsche Brücke, die so eingestellt werden kann, daß kein Strom durch das Meßinstrument 18 fließt, wenn keine brennbaren Gase in der Meßkammer 3 vorhanden sind. Die eben beschriebene Vorrichtung ist im übrigen, wie eingangs schon erwähnt, bekannt.

Gemäß der Erfindung ist die bekannte Vorrichtung weiterhin so ausgebildet, daß auch dann eine Gefahrensituation noch angezeigt wird, wenn die Gasprobe sogar 100% brennbare Bestandteile aufweist. Zu diesen Zweck ist das Gehäuse I im Bereich der Meßkammer 3 mit einer Ausnehmung 20 ausgestattet, in welcher eine Fotozelle 21 angeordnet ist. Die Fotozelle 21 ist auf den Meßfaden 9 eingestellt, und zwar in der Art, daß der elektrische Widerstand der Zelle abhängig ist von der Größe der auf die Fotozelle einwirkenden Strahlungsenergie. Wenn eine Fotozelle in Anwendung gelangt, deren Widerstand durch eine Erhöhung der Strahlungsenergie kleiner wird, so ist eine Anschlußklemme der Fotozelle 21 über eine Leitung 22 und einen normalerweise geschlossenen Schalter 23 mit der Leitung 12 verbunden. Die andere Klemme dei Fotozelle 21 steht dagegen über eine Leitung 24 mit der Basis eines Transistors 25 in Verbindung. Der Emitter dieses Transistors ist über eine weitere Leitung 26 mit der Leitung 11 verbunden, während der Kollektor über eine Leitung 27 mit dem Emitter eines zweiten Transistors 28 und gleichzeitig auch mit der Basis eines dritten Transistors 29 in Verbindung steht. Die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors 28 sind durch eine gemeinsame Leitung 31 an eine zwischen dem Widerstand 17 und dem Meßinstrument 18 gelegenen Verbindungsstelle angeschlossen. Der Kollektor des dritten Transistors 29 ist über eine Leitung 32 mit der Basis des Transistors 25 verbunden. Durch eine weitere Leitung 33 ist der Emitter des Transistors 29 zwischen der Fotozelle 21 und dem Schalter 23 an die Leitung 22 angeschlossen.

Während des Betriebes dieser Vorrichtung gibt der Meßfaden9 keine Strahlungsenergie, z.B. Infrarotoder Lichtstrahlen, ab, solange die Konzentration der brennbaren Bestandteile im Meßgas unterhalb des Explosionslimits verbleibt, so daß unter diesen Bedingungen die Vorrichtung wie bisher arbeitet. Wenn jedoch die untere Grenze, bei welcher eine Explosion stattfinden kann, erreicht oder geringfügig überschritten wird, wird die katalytische Verbrennung am Meßfaden 9 entsprechend so groß, daß die Fadentemperatur ansteigt und der Faden glüht und Energie ausstrahlt. Durch diese Svrahlungsencrgie vermindert sich der Widerstand der Fotozelle 21, so daß ein Strom über die Fotozelle zum Transistor fließt und dieser somit leitend wird. Sobald dies erfolgt, fließt der Strom vom Transistor 25 zum zweiten Transistor 28 und zum Meßinstrument 18. Solange dieser Strom, im Stromkreis des Meßinstruments 18 fließt, wird durch diese der explosive Zustand der Gasprobe fortwährend angezeigt. Der Transistor 28 ist dabei in Form einer Diode geschaltet., um einen Stromfiuß durch die Brücke zu verhindern, wenn der Stromkreis der Fotozelle nicht wirksam ist.

Der durch die beiden Transistoren 25 und 28 flie-

ßcnde Strom betätigt auch den dritten Transistor 29, so daß ein Strom durch ihn und zwischen der Leitung 22 sowie der Basis des Transistors 25 fließen kann, auch wenn der Faden 9 auf Grund der hohen Konzentration der brennbaren Bestandteile nun dunkler wird und der Widerstand der Fotozelle 21 wieder auf seine ursprüngliche Größe ansteigt. Der Transistor 29 bildet somit einen sperrenden Selbsthaltekreis für den Stromkreis der Fotozelle 21, so daß das Meßinstrument-18 weiterhin die explosive Konzentration der brennbaren Bestandteile im Gas anzeigt, bis der Schalter 23 geöffnet wird. Wenn die Konzentration der brennbaren Bestandteile des Gases die untere Explosionsgrenze übersteigt, glüht der Faden 9 für wenigstens kurze Zeit auf, bis die Konzentration für eine weitere katalytische Verbrennung zu groß wird. Dieses Aufglühen des Fadens reicht aus, um den Transistor 25 zu betätigen.

Die Basis des Transistors 25 ist über einen Kondensator 35 mit der Leitung 26 verbunden, durch den der Stromkreis gegenüber einem falschen Auslösen durch ein elektrisches Streufeld geschützt wird. Ein parallelgeschalteter Widerstand 36 dient als Vorwiderstand und hält den Transistor 25 normalerweise in nichtleitendem Zustand. "Weiterhin sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwei Widerstände 37 und 38 vorgesehen, die zur Begrenzung des Stromes in diesen Hilfsstromkreisen dienen.

Wenn eine Fotozelle verwendet wird, deren elektrischer Widerstand größer wird, wenn sie der Strahlungsenergie ausgesetzt wird, ist einer ihrer Anschlüsse wie bisher mit der Leitung 24 verbunden. Der andere Anschluß dagegen steht an Stelle mit der Leitung 22 mit der Leitung 26 in Verbindung. Weiterhin ist ein Anschluß des Widerstandes 36, wie in der Zeichnung dargestellt, mit der Leitung 24 verbunden, wogegen der andere WiderstandsanschluC nun mit der Leitung 22 anstatt mit der Leitung 26 ir Verbindung steht. Auf Grund dieser Anordnung kann, wenn der Widerstand der Fotozelle 21 größei wird, genügend Strom durch den Widerstand 36 zurr Transistor 25 fließen, so daß dieser leitend wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Anzeige auch hoher Konzentrationen brennbarer Gase mit einem aufheizbaren, katalytisch wirkenden und in einer Wheatstone Brücke angeordneten Faden auf Grund der bei einer Oxydation entstehenden Wärmetönung, mit einem Meßinstrument im Nullzwdg der Brücke, wobei das Meßinstrument an einen wcitercn, ein Schaltelement enthaltenden Stromkreis augeschlossen ist, der bei Überschreiten einer bestimmten Konzentration an brennbaren Gasen das Meßinstrument auf Vollausschlag hält, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Meßfaden (9) fokussierte Fotozelle (21) vorgesehen ist, ferner eine VerriegeJungsschaltung (25, 29), die auch bei nur vorübergehendem Aufleuchten des Fadens (9) derart umschaltbar ist, daß ein fortdauernder Vollausschlag des Meßin- ao strumentes bewirkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement ein normalerweise sperrender Transistor (25) verwendet wird, dessen Basis mit dem einen Pol der Fotozelle (21) und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren Transistors (29) verbunden ist, der mit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel zu den Anschlüssen der Fotozelle (21) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung des weiteren, die Transistoren (25, 29) enthaltenden Stromkreises ein Schalter (23) vorgesehen ist und daß der die Fotozelle (21) überbrückende Transistor (29) so bemessen und geschaltet ist, daß er den vollen Einschaltstrom des weiteren Stromkreises aufrechterhält, auch wenn der" Widerstand der Fotozelle (21) sich auf Grund geringerer Strahlungsenergie des Fadens (9) verringert und daß der von dem Transistor (29) und dem Transistor (25) gebildete Selbsthaltekreis erst bei öffnen des Schalters (23) ausschaltbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung des Stromkreises zu dem Meßinstrument ein als Diode geschalteter Transistor (28) geschaltet ist.