DE2163087A1

DE2163087A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines physikalischen Parameters

Info

Publication number: DE2163087A1
Application number: DE19712163087
Authority: DE
Inventors: Nigel Phillip Maidenhead Berkshire; Turner Robert Edward Henfield Sussex; Kraty (Großbritannien)
Original assignee: Graviner Colnbrook Ltd
Current assignee: Graviner Colnbrook Ltd
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1972-07-13
Also published as: GB1379204A; US3879667A; FR2118821A5

Description

PGientanwälie

Dr.-Ing. Wilhelm

üfi. Weisung Reichel

6 Fiank-Uli a. M. 1

Parksxraße 13

6924

GRAVINER (COLNBROOK) LIMITED, London, W.4., England

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines physikalischen Parameters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines physikalischen Parameters sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Bestimmung eines physikalischen Parameters ist dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Sauerstoffteildrucke an zwei Elektroden vorgesehen werden und daß ein Elektrolyt zwischen den Elektroden gebildet wird, wodurch eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Elektroden auftritt, wobei einer der Verfahrensschritte durch den Parameter beeinflußt wird, so daß die Potentialdifferenz von dem Parameter abhängt.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehen.

Gemäß der Erfindung ist außerdem eine Flammenbestimmungsvorrichtung vorgesehen, die zwei Elektroden aufweist, die aus dem gleichen oxydierbaren Werkstoff hergestellt sind und die

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so zu der Erzeugungsvorrichtung der Flamme angeordnet c.-.nd, daß sie auf verschiedenen Temperaturen gehalten wordon, wenn eine Flamme vorhanden ist und die ferner eine Ber.tiniriuri^sschaltung mit großer Eingangsimpedanz aufweist, durch die die Potentialdifferenz, die zwischen den Elektroden auftritt, wenn die Flamme vorhanden ist, bestimmt wird.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine weitere Flammenbestimmungsvorrichtung vorgesehen, die zwei Elektroden aus verschieden oxydierbarem Werkstoff enthält, die gegenüber der Quelle für die Flamme so angeordnet sind, daß sie durch die Flamme im wesentlichen auf der gleichen Temperatur gehalten werden, wenn die Flamme vorhanden ist und die ferner eine Bestimraungsschaltung mit großer Eingangsimpedanz aufweist, durch die der Potentialunterschied, der zwischen den Elektroden auftritt, wenn die Flamme vorhanden ist, bestimmt wird.

Gemäß der Erfindung ist ferner auch noch eine Flammenbestimmungsvorrichtung vorgesehen, die zwei Elektroden aus verschieden oxydierbarem Werkstoff aufweist, die im Verhältnis zu der Quelle der Flamme so angeordnet sind, daß sie, wenn die Flamme vorhanden ist, auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden und die eine Bestimmungsschaltung hoher Eingangsimpedanz aufweist, durch die der Potentialunterschied zwischen den Elektroden festgestellt wird, wenn die Flamme vorhanden ist.

Gemäß der Erfindung ist auch eine Vorrichtung vorgesehen, die auf einen Parameter eines gasförmigen Mediums anspricht, die eine Kammer zur Aufnahme des gasförmigen Mediums aufweist, die ferner zwei Elektroden in der Kammer enthält, die so angeordnet sind, daß sie verschiedene Sauerstoffteildrucke im Gleichgewichtszustand aufweisen, die ferner eine Einrichtung enthält, durch die ionisierende Strahlen in die Kammer eingegeben werden und die außerdem eine Bestimmungsschaltung mit einer großen Eingangsimpedanz aufweist, durch die eine elektrische Potentialdifferenz, die an den Elektroden vorliegt, bestimmt wird.

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BAD ORiGiNAL

Gemäß der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Gasbestimmung vorgesehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein gasförmiges Medium nacheinander durch zwei Elektroden geleitet wird, daß das gasförmige Medium, bevor es die zweite Elektrode erreicht, durch eine ionisierende Strahlung geleitet wird und daß die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Elektroden festgestellt wird, wobei dann die Potentialdifferenz von den relativen Verhältnissen von positive und negative Ionen bildenden Gasen in dem gasförmigen Medium und/oder von dem Durchfluß des gasförmigen Mediums abhängt.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine auf Gas ansprechende Vorrichtung vorgesehen, welche eine Einrichtung aufweist, die einen Durchlaß bildet, längs welchem das gasförmige Medium in einer bestimmten Richtung geleitet werden kann, die ferner zwei in dem Durchlaß in einem Abstand voneinander angeordnete Elektroden aufweist, so daß das gasförmige Medium durch diese Elektroden fließt, bei der ferner das gasförmige Medium einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wird, bevor es die zweite Elektrode erreicht und bei der eine Bestimmungsschaltung mit großer Eingangsimpedanz mit den beiden Elektroden verbunden ist, um die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Elektroden zu bestimmen, wobei die Potentialdifferenz von dem relativen Verhältnis der positive und negative Ionen bildenden Gase in dem gasförmigen Medium und/oder dem Durchfluß des gasförmigen Mediums abhängt.

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Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins einer Flamme einschließlich der
elektrischen Verbindungen in dieser Vorrichtung,

Fig. 2 und 3 schematische Schaltbilder abgewandelter Ausführungsformen der Vorrichtung nach Fig. 1,
wobei einige der Teile in diesen Figuren als Blöcke dargestellt sind,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Bestimmung von Teraperaturänderungen oder zur Bestimmung von Gasen verwendet werden kann und

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung
von Gasen.

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Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung eine Sonde 5 auf, die so angeordnet ist, daß eine Flamme 6, deren Vorhandensein festgestellt werden soll, darauf aufgrifft. Ein Brenner 8, der die Flamme 6 abgibt und der einen guten elektrischen Kontakt mit der Flamme macht, ist mit Erde verbunden. Die Sonde 5 ist mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors 10 zur Impedanzwandlung verbunden, dessen Quellenelektrode und dessen Senkenelektrode in Reihe mit einem Lastwiderstand 14 zwischen eine Speiseleitung 12 und Erde oder Masse geschaltet sind. Die Spannung an dem Lastwiderstand wird einer Triggerschaltung 16 (beispielsweise einer Schmitt-Trigger-Schaltung) zugeführt, deren Triggerschwellwert mit Hilfe einer Anzapfung 18 eines Spannungsteilers 20, der zwischen die Speiseleitung 12 und Masse geschaltet ist, einstellbar ist.

Der Ausgang der Triggerschaltung 16 speist eine Relaisspule 22, deren Kontakte nicht dargestellt sind.

Bei Betrieb wird eine Spannung durch die Flamme 6 erzeugt, und sie wird an die Sonde 5 übergeben, wobei die Spannung dann zwischen der Sonde und dem Brenner 8 auftritt. Diese Spannung wird der Überwachungsschaltung zugeführt, die den die Impedanz wandelnden Transistor 10 und die einstellbare Triggerschaltung 16 aufweist, und sie hält die Triggerschaltung 16 in dem Zustand, in dem diese die Relaisspule 22 erregt. Wenn der Zustand "keine Flamme" vorliegt (d.h. wenn die Flamme 6 verschwindet), dann verschwindet die durch die Sonde 5 aufgenommene Spannung, und die Triggerschaltung 16 schaltet in ihren entgegengesetzten Zustand um. Die Relaisspule 22 wird entregt, wodurch ihre Kontakte umschalten und ein Warnsignal abgeben.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Sonde 5 keine Spannung von außen zugeführt wird und daß die einzige an ihr anliegende Spannung durch die Flamme 6 selbst gebildet wird. Die erzeugte Spannung kann die Größenordnung von 1 V aufweisen.

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Die Ausgangsimpedanz für die auf der Sonde 5 durch die Flamme erzeugte Spannung hängt vom Grad der Ionisation in der Flamme ab, und in einer heißen Kohlenwasserstoff-Luft-Flamme ist die Impedanz nur 100 ks> . Für die überwachungsschaltung kann eine Eingangsimpedanz von weniger als 1 M^ ohne weiteres verwendet werden, wobei immer noch eine leicht feststellbare Spannung überwacht werden kann» Durch Aucv^hl einer geeigneten niedrigen Eingangsimpedanz läßt sich das von außen aufgenommene Rauschen vermindern, während eine hohe Ansprechgeschwindigkeit immer noch aufrechterhalten wird. Wenn eine rein ohmsche Eingangsimpedanz zu große Schwierigkeiten bei der Aufnahme von Signalen bereitet, dann kann man k am Eingang einen kapazitiven Nebenschluß verwenden, obwohl dadurch die Ansprechgeschwindigkeit vermindert wird.

Die Sonde 5 kann aus irgendeinem geeigneten elektrirch leitenden Werkstoff bestehen, der die Temperatur d--jr Flamme ohne weiteres aushält, und sie kann aus demselben. Y.'erkstoff hergestellt sein, wie der Brenner 8. Es ist nicht notwendig, daß die Sonde 5 aus einem Werkstoff hergestellt wird, der bei der Temperatur, auf die er durch die Flamme erhitzt wird, Glühelektronen emittiert, und bei mindestens einer Ausführungs- ■ form der Vorrichtung ist die Sonde aus einem Werkstoff hergestellt, der bei der Temperatur,auf die er durch die Flamme erhitzt wird, keine Glühelektronen emittiert. Die Sonde 5 kann mit Hilfe eines Strömungsmittels gekühlt sein, so daß der Temperaturbereich, innerhalb dessen sie durch die Flamme erhitzt wird, begrenzt ist.

Es ist nicht notwendig, daß die Flamme 6 tatsächlich auf die Sonde 5 auftrifft. Die Sonde kann getrennt von der Flamme angeordnet sein, wenn nur das ionisierte Gas der Flamme auf der Sonde auftrifft.

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Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann ein elektrisch leitender Schirm (nicht'dargestellt) neben der Flamme vorgesehen sein, und er kann so polarisiert sein, daß er Ionen aus der Flamme herauszieht. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann die Sonde 5 in einem bestimmten Abstand von der Flamme angeordnet sein (sie muß jedoch in einem Bereich angeordnet sein, in den die Ionen hineingezogen werden), und es ergeben sich dadurch Vorteile, daß die von der Flamme erzeugte Wärme den Werkstoff der Sonde nicht ohne weiteres zerstören kann.

Die an der Sonde 5 erzeugte Spannung wird aufgrund einer Batteriewirkung hervorgerufen, die weiter unten noch näher erklärt ist.

Bei einem bestimmten Werkstoff von einer bestimmten Temperatur liegt ein bestimmter Sauerstoffpartialdruck vor, der an der Oberfläche im Gleichgewicht ist und dies bedeutet, daß bei diesem Sauerstoffpartialdruck die Bildung und Zersetzung von Oxiden des Werkstoffs ausgeglichen ist. Wenn man die Temperatur erhöht, dann erhöht sich der Sauerstoffpartialdruck für den Gleichgewichtszustand. Bei irgendeiner bestimmten Temperatur weisen verschiedene Werkstoffe verschiedene Sauerstoffpartialdrucke für den Gleichgewichtszustand auf. Der Sauerstoffpartialdruck für den Gleichgewichtszustand an der Oberfläche eines Werkstoffs kann durch einen Energiewert dargestellt werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Sonde der Brenner 6 aus dem gleichen Werkstoff hergestellt, sie befinden sich jedoch, wenn eine Flamme vorhanden ist, auf verschiedenen Temperaturen. Damit bilden sich an ihren Oberflächen verschiedene Sauerstoffpartialdrucke für den Gleichgewichtszustand. Die verschiedenen Energiewerte, die durch diese verschiedenen Partialdrucke dargestellt werden, bilden einen elektrischen Potentialunterschied zwischen der Sonde 5 und Masse.

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Die Sauerstoffpartialdrucke für Gleichgewicht, die oben erwähnt worden sind, ergeben sich an der Werkstoff/Oxid-Zwischenfläche. .Wenn der Elektrodenwerkstoff kein stabiles Oxid bilden kann oder wenn (unabhängig davon ob die Elektroden aus diesem Werkstoff bestehen oder nicht und ob sie aus dem gleichen Werkstoff bestehen oder nicht) der Partialdruck oder die Partialdrucke im Gleichgewichtszustand an den Elektroden größer ist oder sind, als es durch die Sauerstoffkonzentration in dem Bereich, in dem sich jede Elektrode befindet, vorgegeben ist, dann wird sich kein Sauerstoffpartialdruck bilden. In diesem. Fall wird sich ein elektrisches Potential dadurch ergeben, daß an den beiden Elektroden durch die Flamme verschiedene Sauerstoffpartialdrucke hervorgerufen werden, was jedoch nicht von einer Temperaturdifferenz zwischen den Elektroden abhängt. Ferner ist es nicht wesentlich, daß die Partialdruckdifferenz durch eine Differenz des Sauerstoffpartialdrucks gebildet wird.

Im Innern der Flamme befinden sich ionisierte Teilchen, die als ein Elektrolyt wirken und die Impedanz der Batterie, die so gebildet ist, wie es oben beschrieben ist, vermindert.

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Da das elektrische Potential mindestens dann, wenn der Elektrodenwerkstoff oxidierbar ist, durch eine Batteriewirkung hervorgerufen wird, muß man eine unzulässige Entladung der Batterie zu verhindern suchen. Eine vollständige Entladung würde tatsächlich zu einer vollständigen Oxydation des Elektrodenwerkstoffs führen. Jedoch würde bereits bevor dieser Zustand erreicht ist, durch die Bildung von Oxidschichten auf den Elektroden die Batterieimpedanz bis auf einen unbrauchbaren Wert erhöht sein.

Die sehr große Eingangsimpedanz des Feldeffekttransistors hilft verhindern, daß dieser Zustand auftritt, aber wenn es nicht zweckmäßig ist, solche Ausleseeinrichtungen zu verwenden, weil beispielsweise die Verhältnisse in der Umgebung Leckströme verursachen, dann könnte ein Lade/Entlade-Verfahren zum Auslesen der Spannung verwendet werden. Bei solch einem Verfahren würde zwischen der Sonde 5 und dem Brenner 6 eine Spannung von außen zugeführt werden, deren Polarität zu der durch die Flamme erzeugten Polarität entgegengesetzt ist. Zum Auslesen würde dann diese äußere Spannung abgeschaltet, und die an der Sonde, erzeugte Spannung würde dann in der angegebenen Weise überwacht werden.

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Bei einer abgewandelten Ausführungsform, die in Fig. 2 dargestellt ist, bei der die Bestimmungsschaltung für die Spannung an der Sonde durch einen Block 23 dargestellt ist, ist der Brenner 8 nicht mit Masse verbunden, sondern eine Verbindung mit Masse wird durch eine zweite Sonde 24 gebildet, auf die die Flamme 6 auftrifft. Diese zusätzliche Sonde und die Sonde 5 sollten in verschiedenen Reaktionszonen in der Flamme vorgesehen sein. Beispielsweise könnte die zusätzliche Sonde 24 nahe an dem Brenner 8 angeordnet sein, dort nämlich wo der Verbrennungsvorgang gerade beginnt und zwar im Gegensatz zu der Lage der Sonde 5 am äußeren Ende der Flamme. Die Betriebsweise ist die gleiche, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Die beiden Sonden 5 und 24 bestehen aus dem gleichen Werkstoff.

In Fig. 2 ist auch eine zweite Bestimmungsschaltung 25 dargestellt, die zu den Sonden 5 und 24 mit Hilfe eines Schalters 26 parallelgeschaltet werden kann, um die oben erwähnte Ladespannung zuzuführen. Wenn ein Auslesen vorgenommen werden soll, dann wird die Bestimmungsschaltung 25 mit Hilfe des Schalters 26 abgeschaltet und die Bestimmungsschaltung 23 stattdessen angeschlossen.

Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 3, bei der die Bestimmungsschaltung für die Spannung an der Sonde 5 wieder durch einen Block 23 dargestellt ist, befinden sich zwei Sonden 5 und 27 in der gleichen Reaktionszone der Flamme, d.h. in einer Zone, in der der Sauerstoffpartialdruck im wesentlichen gleich ist. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform bestehen die Sonden aus verschiedenem Werkstoff. Gemäß der oben beschriebenen Theorie unterscheidet sich der Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewichtszustand an den beiden Sonden, obwohl sich die beiden Sonden auf der gleichen Temperatur befinden. Wenn eine Flamme vorhanden ist, dann ergibt sich ein Spannungsunterschied zwischen den Proben durch die verschiedenen verwendeten Werkstoffe. Es hat sich beispiels-

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weise gezeigt, daß bei einer bestimmten Flamme Sonden, die aus Aluminium bzw. aus Kupfer bestehen, eine zwischen ihnen liegende Spannung aufweisen, die, dann wenn die Flamme vorhanden ist, etwa 1,8 V beträgt, wohingegen Sonden, die aus Kupfer bzw. aus Eisen bestehen, eine Spannung in der Größenordnung von nur 0,4 V aufweisen. Die Flamme wirkt, so wie es oben beschrieben ist, zwischen den beiden Sonden als ein Elektrolyt, und die Spannung wird mit Hilfe ci^r Batteriewirkung erzeugt. Um eine Entladung der Batterie, die durch die beiden Sonden und die Flamme gebildet ist, bei einem längeren Auslesevorgang zu vermeiden, könnte das Lade/Entlade-Verfahren beim Auslesen der Spannung verwendet werden.

Wenn zwei Sonden aus verschiedenem Werkstoff in verschiedene Reaktionszonen der Flamme eingesetzt werden, dann wird sich die Spannung, die sich aus dem unterschiedlichen Probenwerkstoff ergibt, entweder zu der Spannung, die durch den Temperaturunterschied an den Proben gebildet ist, addieren oder von dieser subtrahieren, (was von der relativen Lage der beiden Sonden zueinander abhängt). Beispielsweise wird bei einer Leuchtgas/Luft-Flamme zwischen einem Kupferbrenner und einer Aluminiumsonde, die in einen Bereich der Flamme in einem bestimmten Abstand von dem Brenner eingesetzt ist, eine Spannung erzeugt, die in der Größenordnung von 2,5 V liegt. Wenn anstelle der Aluminiumsonde eine Eisensonde verwendet wird, dann vermindert sich die Spannung auf 1,1 V. Bei Verwendung eines Aluminiumbrenners und einer Kupfersonde wird eine Spannung in der Größenordnung von 0,5 V erzeugt.

Wenn die einzige Sonde 5 oder eine der Sonden, für den Fall daß zwei Sonden vorhanden sind, in der äußeren Flammenhülle angeordnet wird, läßt sich ein Flackern der Flamme durch Änderungen der erzeugten Spannung überwachen.

Die an Hand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtungen sind nicht besonders sicher, da ein Kurzschluß zwischen der

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Sonde 5 und dem Brenner oder zwischen den beiden Sonden die gleiche Wirkung hervorruft, wie sie sich bei gelöschter Flamme ergibt.

Wenn auch die an Hand von Fig. 1 beschriebene Vorrichtung als Bestimmungsvorrichtung für den Zustand "Flamme aus" dargestellt worden ist, so kann sie jedoch auch als Bestimmungsvorrichtung für das Vorhandensein einer Flamme verwendet werden, die beispielsweise dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine Flamme festgestellt wird.

Es wäre möglich, eine Beschädigung der Sonde 5 dadurch zu überwachen, daß eine Ionisationsquelle vorgesehen wird,die so angeordnet ist, daß sie die Luft zwischen der Sonde 5 und dem Brenner 8 ionisiert. Wenn keine Flamme vorhanden ist, dann würde die Ionisationsquelle eine geringere Spannung erzeugen, als sie durch die Flamme erzeugt würde. Diese geringere Spannung würde den Zustand "Flamme aus" anzeigen. Wenn nun ein Bruch in der Sonde vorliegt (oder wenn ein Kurzschluß zwischen der Sonde und dem Brenner vorliegt), dann ergäbe sich im Zustand "Flamme aus" überhaupt keine Spannung und dadurch würde ein Fehler in der Vorrichtung angezeigt werden.

Gemäß Fig. 4 sind zwei Elektroden 30 und 32 in einem gewissen Abstand voneinander in einer Sauerstoffatmosphäre 34 angeordnet, die teilweise durch eine radioaktive Quelle 36, beispielsweise einen Emitter für Alphateilchen ionisiert ist. Die beiden Elektroden 30 und 32 bestehen aus verschiedenem Werkstoff. Deshalb unterscheiden sich, so wie es an Hand von Fig. 1 erläutert, worden ist, die Sauerstoffpartialdrücke für den Gleichgewichtszustand an den beiden Elektroden, wodurch eine Spannung zwischen diesen beiden Elektroden erzeugt wird. Diese Spannung wird durch eine geeignete Bestimmungsschaltung 38 festgestellt, die beispielsweise einen Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz aufweist, und die Spannung wird auf einem Meßinstrument 40 angezeigt. Es wurde be-

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reits erläutert, daß sich der Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewichtszustand bei verschiedenen Elektrodenwerkstoffen mit der Temperatur ändert. Das Verhältnis zwischen dem Gleichgewichtsdruck und der Temperatur ist jedoch nicht für alle Werkstoffe gleich. Wenn man daher für die Elektroden zwei Werkstoffe auswählt, die sich in einem gewissen Maß unterscheiden, dann kann die Spannung, die zwischen den Elektroden 30 und 32 gebildet wird, von dei/Temperatur abhängig gemacht werden, und damit ist die Anzeige auf dem Instrument 40 ein Maß für die Temperatur der Elektroden und der sich zwischen ihnen befindenden Atmosphäre. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung besteht eine der Elektroden aus Kohlenstoff, dessen Sauerstoffpartialdruck absinkt, wenn sich die Temperatur erhöht, während die andere Elektrode aus einem Werkstoff, beispielsweise aus Nickel, besteht, dessen Sauerstoffpartialdruck ansteigt, wenn sich die Temperatur erhöht.

In Wirklichkeit wirkt die ionisierte Luft zwischen den beiden Elektroden als ein Elektrolyt und die zwischen den beiden Elektroden erzeugte Ausgangsspannung ist wiederum eine Batterieausgangsspannung. Aus diesem Grund ist es wiederum vorzuziehen, das Lade/Entlade-Verfahren zum Auslesen der Ausgangsspannung, so wie es oben beschrieben worden ist, zu verwenden, wobei dann eine Entladung der Batterie bei einem längeren Auslesevorgang verhindert wird.

Eine Vorrichtung der gleichen Ausfuhrungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, kann auch dazu verwendet werden, das Vorhandensein von Gasen, beispielsweise das Vorhandensein von Sauerstoff, in einer Atmosphäre festzustellen.

Bei einer solchen Anwendung würde eine der Elektroden (beispielsweise die Elektrode 30) so ausgewählt werden, daß sie einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewicht aufweist, während die andere Elektrode (die Elektrode 32) so

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ausgewählt wäre, daß sie einen sehr hohen Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewicht aufweist. Die radioaktive Quelle 34 ruft eine Ionisation des Gases zwischen den beiden Elektroden hervor. Wenn der Partialdruck des Sauerstoffs in der Atmosphäre zwischen den Elektroden größer ist als der Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewichtszustand an jeder der Elektroden, dann hängt die Spannung zwischen den Elektroden von dem Unterschied zwischen den beiden Sauerstoffpartialdrucken im Gleichgewichtszustand ab, so wie es an Hand von Fig. 1 erklärt worden ist. Wenn der Partialdruck des Sauerstoffs in dem Gas zwischen den Elektroden geringer ist als der Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewichtszustand der Elektrode 32, jedoch größer ist als der der Elektrode 30, dann wird die Spannung, die von der Bestimmungsschaltung 38 abgefragt wird und auf dem Instrument 40 angezeigt wird, durch den Druckunterschied zwischen dem Sauerstoffpartialdruck im Gleichgewichtszustand der Elektrode 30 und dem Partialdruck des Sauerstoffs in dem Raum zwischen den Elektroden bestimmt: Dies ist dadurch bedingt, daß der Sauerstoffpartialdruck in dem Raum jetzt den wirklichen Sauerstoffpartialdruck an der Elektrode 32 reguliert. Deshalb steht die durch die Bestimmungsschaltung 38 abgegebene Spannung in Beziehung zur Konzentration des Sauerstoffs in dem Gas zwischen den Elektroden.

W Auf diese Weise könnte die Vorrichtung dazu verwendet werden, den Druck eines reduzierenden Gases, welches beispielsweise eine Verunreinigung darstellt, in der Atmosphäre des Raums zwischen den beiden Elektroden festzustellen, da das Vorhandensein eines solchen Gases eine umgekehrte Wirkung hätte wie der Sauerstoff. Es wäre möglich, zwischen verschiedenen Gasen dadurch zu unterscheiden, daß man die Stärke der Ionisation durch die Ionisationsquelle ,36 verändert; da verschiedene Gase bei verschiedenen Werten ionisieren, ließe sich die Ionisationsstärke durch die Ionisationsquelle so weit vermindern, bis das Ausgangssignal verschwindet, und es könnte

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dann an Hand der Ionisationsstärke der lonisationsquelle 36, bei der dieser Zustand eintritt, ein Gas identifiziert werden.

Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die erzeugte Spannung im wesentlichen eine Batterieausgangsspannung, und es läßt sich folglich das Lade/Entlade-Verfahren zum Auslesen der Ausgangsspannung, so wie es oben beschrieben ist, vorteilhaft anwenden, wenn man vermeiden will, daß sich die Batterie bei einem zu langen Auslesevorgang entlädt.

Beispiele für Werkstoffe, die für die Elektroden verwendet werden können, sind Aluminium für die Elektrode mit geringem Sauerstoffpartialdruck und Kupfer für die andere Elektrode.

Die Vorrichtung kann in dieser Ausführungsform etwas temperaturempfindlich sein, da die Temperatur den Sauerstoffpartialdruck in den beiden Elektroden unterschiedlich beeinflussen kann. Dies könnte dadurch verhindert werden, daß man die gleichen Werkstoffe für die Elektroden verwendet und daß man ' einen konstanten Temperaturunterschied zwischen ihnen aufrecht erhält, (da bei gleichem Elektrodenwerkstoff der Temperaturunterschied erforderlich ist, ein partialdruckabhangiges Ausgangssignal zu erzeugen).

Wenn in dem Raum zwischen den Elektroden der Druck des Sauerstoffs größer wird als der an der Hochdruckelektrode, dann erreicht die zwischen den Elektroden gebildete Spannung einen Maximalwert.

Gemäß Fig. 5 ist ein elektrische nichtleitendes Rohr 42 vorgesehen, welches zwei Elektroden 44,und 46 aufweist, die in dem Rohr in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind und die so ausgeführt sind, daß sie den Gasstrom durch das Rohr nicht verhindern: Sie können beispielsweise gitterförmig ausgeführt sein. In dem Rohr ist ferner eine radio-

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aktive Quelle 48 vorgesehen, die ionisierte Teilchen auf die Elektrode 44 richtet.und die mindestens teilweise das Gas, welches in das Rohr 42 in Richtung eines Pfeils A eintritt, ionisiert. Die Spannung zwischen den Elektroden wird durch eine Bestimmungsschaltung 50 überwacht, die einen Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz aufweisen kann und die ein Meßinstrument 52 steuert.

Wenn bei Betrieb Sauerstoff in Richtung des Pfeils A durch das Rohr fließt, dann nimmt die Elektrode 46 ein negatives Potential gegenüber der Elektrode 44 an, und dies wird auf dem Instrument angezeigt. Wenn andererseits anstelle von Sauerstoff Wasserstoff durch das Rohr fließt, dann wird die Elektrode 46 gegenüber der Elektrode 44 positiv.

Man kann annehmen, daß die Ionen, die aufgrund der Ionisation des einströmenden Gases durch die Quelle 48 ionisiert werden, sich bei oder nahe bei der Elektrode 46 rekombinieren, wodurch Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden, was von der Polarität der Ionen abhängt.

Wenn eine Gasmischung durch das Rohr 42 fließt, dann hängt der sich zwischen den Elektroden ergebende Potentialunterschied von dem relativen Mengenverhältnis der beiden Gase ab, obwohl er natürlich auch in gewissem Maße davon abhängt, wie leicht diese beiden Gase ionisiert werden. Wenn beispielsweise eine Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff durch das Rohr fließt, dann könnte das Instrument 52 so geeicht sein, daß es anzeigt, wann das Verhältnis der Gase in der Mischung explosiv ist. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Gasbestimmungsvorrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, keine Vorrichtung zum Aufheizen des Gases, aufweist und damit die Gefahren, die bei einem solchen Aufheizen entstehen, vermeidet.

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Die Vorrichtung nach Fig. 5 kann auch als Durchflußbestimmungsvorrichtung verwendet werden. Wenn die Zusammensetzung des Gases konstant bleibt, dann ist die Potentialdifferenz, die zwischen den Elektroden gebildet wird, von dem Gasdurchfluß abhängig.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Bestimmung eines physikalischen Parameters, adurch gekennzeichnet, daß verschiedene Gasdrucke an zwei Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27; 30, 32) vorgesehen werden und daß ein Elektrolyt zwischen den Elektroden (5,. 8; 5, 24; 5, 27; 30,32) gebildet wird, wodurch eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27; 30, 32) auftritt, wobei mindestens einer der Verfahrensschritte durch den Parameter beeinflußt wird, so daß die Potentialdifferenz von diesem Parameter abhängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,bei dem die Elektroden (5,8; 5,24) aus dem gleichen oder unterschiedlichen oxydierbaren Werkstoff (beispielsweise Kupfer und Aluminium oder Eisen be-.stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter (6) unterschiedliche Sauerstoffteildrucke an den beiden Elektroden (5, 8; 5, 2^) vorsieht, dadurch daß er die Elektroden in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf verschiedenen Temperaturen hält, wobei die Sauerstoffteildrucke an den beiden Elektroden (5, 8; 5, 24) die Sauerstoffteildrucke im Gleichgewicht bei zwei verschiedenen Temperaturen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1,bei dem die Elektroden (5,24) aus verschiedenem oxydierbarem Werkstoff (beispielsweise Kupfer und Aluminium oder- Eisen) hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Parameter (6) der Elektrolyt zwischen den Elektroden (5, 24) gebildet wird und daß die Elektroden auf im wesentlichen der gleichen Temperatur gehalten werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der physikalische Parameter eine Flamme (6) ist, die auch den Elektrolyten zwischen den Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27) bildet, und daß durch die Größe des Potentialunterschieds angezeigt wird, ob die Flamme vorhanden ist oder nicht.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,· daß der Bereich zwischen den Elektroden (5, 8; 5» 24; 5, 27) einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wird, so daß ein Potentialunterschied zwischen den Elektroden (5, 8; 5, 24,

5. 27), wenn die Flamme nicht vorhanden ist, gebildet wird, wobei dieser Potentialunterschied geringer ist als der, der dann an den Elektroden (5> 8; 5» 24; 5, 27) beim Vorhandensein der Flamme auftritt.
6. Verfahren nach Anspruch 1,bei dem die Elektroden (30,32) aus verschieden oxydierbarem Werkstoff bestehen oder, wenn sie aus dem gleichen Werkstoff bestehen, auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter ein Parameter ist, durch den der Sauerstoffteildruck in einem ionisierten gasförmigen Medium zwischen den beiden Elektroden (30, 32) beeinflußt wird und daß der Unterschied zwischen dem Sauerstoffteildruck an den beiden Elektroden (30, 32) und dementsprechend der Potentialunterschied verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, zur Verwendung bei zwei EIetroden (30, 32) die aus verschiedenem oxydierbaren Werkstoff hergestellt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter die Umgebungstemperatur der Elektroden (30, 32) und eines ionisierten sauerstoffhaltigen gasförmigen Mediums zwischen ihnen verwendet wird und daß dadurch der Wert des Potentialunterschieds gesteuert wird.

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8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein außen erfolgter Potentialunterschied den Elektroden (5, 8; 5,24; 5, 27; 30, 32) zugeführt wird, dessen Polarität entgegengesetzt zu der Polarität des an ihnen auftretenden Potentialunterschieds ist und daß dann der außerhalb erzeugte Potentialunterschied entfernt wird, bevor der Potentialunterschied, der zwischen den Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27; 30, 32) auftritt, festgestellt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

* daß die Elektroden (5, 8;5, 24), die aus dem gleichen oder unterschiedlichem Werkstoff(beispielsweise Kupfer und Aluminium oder Eisen) bestehen, in einem Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sie von verschiedenen Bereichen der Flamme (6), die untersucht werden soll, getroffen werden oder sich neben diesen befinden und daß eine Bestimmungsschaltung (10, 16, 24) großer Eingangsimpedanz vorgesehen ist, die die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden (5, 8;5, 24) beim Vorhandensein einer Flamme feststellt, wobei eine der Elektroden (8) wahlweise der die Flamme bildende Brenner ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ^ 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden (5, 27) aus dem gleichen oder einem verschiedenen oxydierbaren Werkstoff (beispielsweise Kupfer und Aluminium oder Eisen) bestehen und in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sie von verschiedenen Zonen der Flamme (6), die untersucht werden soll, getroffen werden oder neben,diesen liegen, und daß eine Bestimmungsschaltung (24) mit hoher Eingangsimpedanz vorgesehen ist, die den Potentialunterschied bestimmt, der zwischen den Elektroden (5, 27) bei Vorhandensein der Flamme (6) gebildet wird.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß neben den beiden Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27) eine Quelle für Ionisationsstrahlen vorgesehen ist, die eine Ionisation zwischen den Elektroden (5, 8;5, 24; 5, 27) bei Abwesenheit einer Flamme hervorruft, wodurch zwischen den Elektroden (5,8;5, 24; 5, 27) ein niedrigerer Wert einer Potentialdifferenz erscheint, als er beim Vorhandensein der Flamme (6) auftritt..
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (34) zur Aufnahme des gasförmigen Mediums vorgesehen ist, daß zwei Elektroden (30, 32) in der Kammer (34) angeordnet sind, die aus dem gleichen oder aus einem verschiedenen oxydierbaren Werkstoff (beispielsweise Kohlenstoff und Nickel) hergestellt sind, daß in der Kammer (34) eine Quelle (36) für lonisationsstrahlen vorgesehen ist, daß eine Bestimmungsschaltung (38, 40) zur Bestimmung des Potentialunterschieds zwischen den Elektroden (30, 32) vorgesehen ist und daß nur dann, wenn die Elektroden (30, 32) aus dem gleichen oxydierbaren Werkstoff hergestellt sind, eine Temperatursteuervorrichtung vorgesehen ist, die einen im wesentlichen konstanten Temperaturunterschied zwischen den Elektroden (30, 32) aufrechterhält.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladeschaltung (25) zur Erzeugung eines elektrischen Potentialunterschieds vorgesehen ist, daß ferner ein Schalter (26) zur Verbindung dieser Ladeschaltung (25) mit den Elektroden (5, 8; 5, 24j 5, 27;30, 32) vorgesehen ist, daß die Ladeschaltung (26) mit umgekehrter Polarität zur Polarität des Potentialunterschieds, der an den Elektroden (5, 8; 5, 24; 5, 27; 30, 32) vorliegt, mit den Elektroden verbunden ist und daß die Ladeschaltung wieder von den Elektroden getrennt wird, damit der zuletztgenannte Potentialunterschied festgestellt werden kann.

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14. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gek en nzeichnet, daß die Elektroden aus dem gleichen oder verschiedenem Werkstoff hergestellt sind (beispielsweise einem Metall, welches kein Oxid bilden kann) und daß durch den Parameter verschiedene Gasdrucke an den Elektroden vorgesehen werden, wodurch die Potentialdifferenz von der Druckdifferenz abhängt.
15. Verfahren zur Untersuchung eines gasförmigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium nacheinander durch zwei Elektroden (44, 46) geleitet wird, daß das gasförmige Medium ionisierenden Strahlen ausgesetzt wird, bevor es die zweite Elektrode (46) erreicht und daß der elektrische Potentialunterschied zwischen den Elektroden (44, 46) bestimmt wird, wobei der Potentialunterschied von den relativen Anteilen von positive und negative Ionen bildenden Gasen und/oder vom Durchfluß des gasförmigen Mediums abhängt.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15_f dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaß (42) vorgesehen ist, durch den das gasförmige Medium in einer vorbestimmten Richtung (A) hindurchgehen kann, daß zwei Elektroden (44, 46) in dem Durchlaß (42) in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, so daß das gasförmige Medium durch sie hindurchfließt, daß eine Quelle (48) für ionisierende Strahlen in dem Durchlaß (42) zur Ionisierung des gasförmigen Mediums, bevor es die zweite Elektrode (46) erreicht, vorgesehen ist, und daß eine Bestimmungsschaltung (50, 52) mit hoher Eingangsimpedanz mit den beiden Elektroden (44, 46) verbunden ist, um den elektrischen Potentialunterschied zwischen den beiden Elektroden zu bestimmen.

Rei/Gu

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