DE2208493A1

DE2208493A1 - Vorrichtung zum Messen gasartiger Verunreinigungen der umgebenden Atmosphäre

Info

Publication number: DE2208493A1
Application number: DE19722208493
Authority: DE
Inventors: Leonard Norman La Jolla; Lai Stanley Horn San Diego; Calif. Liebermann (V.StA.)
Original assignee: TIF Instruments Inc
Current assignee: Advanced Test Products Inc
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1972-09-28
Also published as: USRE32552F1; IT948933B; JPS4733687A; JPS523598B1; DE2208493C2; GB1335778A; USRE32552E; FR2129380A5; US3742475A

Description

PAT ENTANWÄ LT E

Dipping. El DEN EI ER Dipl.-Chem. Dr. RUFF DipL-lng.d. BEiER

7 STUTTGART 1 Neckarstraße 50 Telefon 22 7O51

24» 1. 1972 - JB/Sto

Anmelder: T ± F Instruments, Inc., 3655 N.W. 74th Street, Miami, Florida, U.S.A.

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Vorrichtung zum Messen gasartiger Verun« reinigungen der umgebenden Atmosphäre .

Me Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen gasartiger Verunreinigungen der umgebenden Atmosphäre· _t insbesondere durch. Verwendung von Koroaasatladttngen«

Me ./irkung von Verunreinigungen auf die elektrischen Cnarakteriatiken von Gasentladungen sind seit einiger Zeit bekannt ι und verschiedene Endlsdungsphäaoiaene sind zur Pest= 3teilung der Verunreinigung verwendet wordene In den meisten Fällen sind die elektrischen Phänomene, die bei den versohl©·=· denen Ke fiver fahr en eine Rolls spielten.} nialrb «hinreichend klar verstanden worden, &?,& ein solches Phänomen aus des

•τοπίο Stuttanrt 423 30 · Drasdr-ss· Bank Siuilgari ι*ο>·'.ο '(SCiC - Patent Osöio

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Kenntnis eines anderen vorausgesagt werden kann. Ks k'ibt keine befriedigende,vereinheitlichende Theorie, welche in der Lage ist, Ciasentladungen in allen Bereichen und unter allen Bedingungen zu beschreiben, und deshalb gibt es nur eine schmale und schwache Basis für die Ausv/ertungen von Untersuchungen und Experimenten.

Aus der US-Patentschrift 264O87O ist bereits ein Detektor bekannt, der zur Kessung von Spuren von Stickstoff und Argon einen konstanten, hochintensiven Lichfeogen hoher Stromstärke verwendet, in dem Veränderungen des Energieverbrauchs zur Bestimmung der Konzentration der Verunreinigungen gemessen werden. Weiterhin sind aus der US-PS IO7O55O und aus der US-P3 2932966 Vorrichtungen zur Messung von Rauch bekannt, üemäß der erstgenannten Patenschrift wird eine durch Wechselspannungen angeregte Funkenentladungsanordnung verwendet, in der bei Anwesenheit von Rauch zwischen den Elektroden Funken überspringen; in der letztgenannten Patentschrift wird ein elektrostatischer Ausfällapparat verwendet, der so verändert ist, daß er eine Kollektorelektrode zur Sammlung der Rauchpartikel umfaßt, 30 daß ein resultierender Ionenstrom gemessen wird, welcher proportional zur Verunrein'igungskonzentration ist. In der US-PS 2550498 ist ein Detektor offenbart, dessen Arbeitsweise auf der Ionenbildung beruht, die durch Erwärmen der Verunreinigungen durch ein heiües Platinelement beruht, wobei Wechaelspannungen oder Gleichspannungen verwendet werden. In diesem Zusammenhang ist ferner noch ein Aufsatz von Pitkethly zu

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erwähnen, der in Analytical Chemistry, 1958» Vol. 50, Kr. β, 1309-1314» veröffentlicht ist und ein gaschromatographisches Verfahren beschreibt, bei dem Detektoren zur Kessung von Gleichstromentladungen verwendet werden. üin wechselstrombe^tL/riebenes Meßsystem zum Aufspüren von undichten Stellen, das eine heiße Ionenquelle verwendet, ist aus der US-PS 3009074 bekannt. Ein Verfahren zum Messen seltener Gase ist aus der US-PS 265405I bekannt, in der Gleichstromentladungen verwendet und SpannungsSchwankungen gemessen werden.

In diesem Zusammenhang werden die US-PS 3046396 ^und 2933676 erwähnt, in denen eine Gleichstromentladung zum Messen von Helium bzw. eine Gleichstromentladung in einem Manometer verwendet werden. Erwähnt werden ferner noch die US-PS 208908, 1231045, I42172O, 1990706, 2783647, 299666I, 3022498, 3065411, 3071722, 3076139, 31446ΟΟ, 3277364 und 3339136. Hingewiesen wird ferner noch auf die britische PS 826195 und auf die folgenden Aufsätze:

"Effect of CCl Vapor on the Dielectric Strength of Air, "Rodine und Herb, Physical Review, 1937, "Magnetic-Electric Tranducer," K. S. Lion, Reviews of Scientific Instruments« 27, Ko. 4, 222; "A Radio Frequency Detector for Gas Chromatography", Karmen and Bowman, Gas Chromatography, Second International Symposium Held Under the Auspices of the Instrument Society of America, June 1959» 65-73, (Academic Press, Mew York and London, 1961).

Sie obengenannten Detektoren sind im großen und ganzen nicht fähig, Halogengase geringer Konzentration zu erfassen oder

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die Konzentration einer bekannten Verunreinigung bei niedrigem oder hohem Verunreinigungsgrad mit hinreichender Genauigkeit zu messen. Das Aufspüren von Halogengasen in niedriger Konzentration ist besonders wichtig für die Entdeckung undichter Stellen an Kühlsystemen, die Freon und ähnliche halogenhaltige Kühlmittel verwenden. Die Entdeckung von Halogen ist zwar aus den US-PS 3460125 und 3559049 bereits bekannt. Gemäß diesen Patentschriften beruht die. Messung auf Veränderungen der Funkendurchschlagsspannung der Testatmosphäre bei Vorhandensein von Verunreinigungen; gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Gegensatz dazu Verfahren verwendet» die nicht die Funkendurchschlagsspannung verwenden, sondern Effekte im kontinuierlichen Hereich der Koronaentladung verwenden.

Gemäß der Erfindung werden gasförmige Verunreinigungen dadurch gemessen, daß zwischen zwei Elektroden, die in der zu untersuchenden Atmosphäre angeordnet sind, Koronaentladungen erzeugt werden und die Gleichstromkomponente des Entladungsstromes gemessen wird. Dieses Gleichstromzeichen ist ein hochempfindliches Maß für das Vorhandensein und die Konzentration gasartiger Verunreinigungen, die auch aus Substanzen bestehen können, die sich wie gasartige Verunreinigungen verhalten, z.B. schwebende Flüssigkeits- und Festkörperteilchen.

Zum Verständnis der verschiedenen charakteristischen Bereiche,

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die bei einer Änderung der Spannung an dem Elektrodenpaar auftreten können, wird aus dem Aufsatz voa V/eis si er und Kohr "Kegative Corona in Freon-Air Mixtures" Physical Review, 1947, Vol. 72_} Nc. 4 zitiert

"Die charakteristischen Kurven einer beliebigen Punkt=· i'lächen-Korona, in denen der Strom zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung aufgetreten ist, bestehen aus drei besonders interessanten Bereichen. Der "Dunkelstrom"~ Bereich tritt hinreichend weit unterhalb dem Einsetzen irgendeiner sichtbaren Koronaerscheinung ein_s und je schärfer dieser Punkt-ist, desto schmaler ist dieser Bereich. Es besteht eine sehr starke Abhängigkeit von dem ersten ΐον/nsend-Koeffizienten c& und eine weniger starke Abhängigkeit von dem sekundären Mechanismus nahe dem Punkt. Der letztgenannten wird im wesentlichen durch die Effizienz der Befreiung von Elektroden von der Punktfläche durch den Beschuss mit positiven Ionen verursacht₅ und außerdem durch photoelektrische Auslösxing voa Elektronen aus der Kathode. Die Ströme in diesem

—1A "Q Bereich liegen zwischen 10 ^A und 10 A₀ Sowohl Photoionisierung und »anregung in dem Gas als auch itaumladungs störungen des statischen elektrischen Feldes sind vernaehXässigbar klein»

In dem pulsierenden Koronabereich, schwanken die Ströme zwischen 10~° A und 10™ A xmö, dis Koron? ei-scheirvung wird ciehtbar_e Zusätzlich ?,n dem

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Koeffizienten <*■ gewinnen die sekundären Vorgänge an der Kathodenspitze Bedeutung. Das besonders charakteristische Merkmal dieses Bereichs ist die flimmernde, intermittierend sichtbare Korona. In diesem Bereich treten starke Stromschwankungen bei einem beliebigen festen Potential und flüchtige Haumladungsimpulse in unmittelbarer Nachbarschaft der Spitze auf. Die Raumladungsstörungen des elektrischen Feldes treten pulsierend auf. Die Korona ist von alleine nicht beständig und benötigt zur erneuten Auslösung Elektronen von einer äußeren Ionisierungsquelle.

Im dritten Bereich der "kontinuierlichen Korona" sind die Ströme für ein vorgegebenes Potential stetig und repro- * duzierbar, und die Erscheinung ist zweifelsfrei sichtbar. Die Korona-ist beständig, und die Ströme verändern sich nur wenig und langsam im Bereich von 10 A, bis diese Entladung schließlich durch einen durchschlagenden Funken oder Bogen beendet wird."

Das hier offenbarte Verfahren verwendet den Bereich der kontinuierlichen Koronaentladung. Während jedoch die Messung bei einer positiven Korona möglich ist, ist die Empfindlichkeit bei Verwendung einer negativen Korona wesentlich größer; folglich wird die letztere bevorzugt.

Weissler und Mohr, welche die Wirkung von Halogenen auf eine durch konstante Elektrodenspannung erzeugte Entladung beschreiben, haben folgendes herausgefunden:

-T-

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"Bei Mischungen von 0,1-1 ^c/a Preon in trockener Luft bestand der einzige, erwähnenswerte Unterschied in einer Erscheinung in dem pulsierenden oder intermittierenden Koronabereich, die als Hysterese-Effekt "bezeichnet werden kann."

Mit anderen Worten, in dem Bereich der kontinuierlichen Korona wurdekein Effekt festgestellt, sondern es wurde lediglich in dem intermittierenden Xoronabereich ein Hysterese-Effekt mit großer Zeitkonstante (in der Größenordnung von Minuten) festgestellt.

Um so überraschender ist es deshalb, daß Spannungsimpulse im Bereich der kontinuierlichen Koronaentladung eine Entladung hervorrufen, die extrem empfindlich auf eine Freon-Konzentration anspricht, selbst im Bereich von 1 ppm.

In gleichem Maße überrascht die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von Yerunreinigungskonzentrationen niedrigen Grades, im Gegensatz sirs· einfachen Peststellung von Verunreinigungen. Der Elektrodengleichstrom ist ein genaues Maß dieser Konzentration.

Gemäß einem negativen Koronadetektor der Erfindung können sogar Konzentrationen von Freon 12 (GCl₉F-) von 1 ppm festgestellt werden. Selbst noch niedrigere Konzentrationen von anderen Freon-Arten sind feststellbar. Im allgemeinen erhöhen elektropositive Gase wie Kohlenmonoxyd, Methan} Propan und dergl. den Koronagleichstrom, wohingegen elektro·

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negative Gase wie i'reon 12 diesen herabsetzen. Die Empfindlichkeit gegenüber elektropositiven Gasen reicht zur Feststellung von 1000 ppm in Mittelwert. Die Erfindung schafft die Möglichkeit einer präzisen Messung von ι Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas einer Brennkraftmaschine, in dem es in einer Konzentration von 1-10 "/» vorliegt. Das so gemessene Kohlenmonoxyd ist ein gutes Maß für den Wirkungsgrad der Verbrennung.

Zur Erzielung einer optimalen Empfindlichkeit wird gemäß der Erfindung ein asymmetlsches Elektrodenpaar verwendet. Vorteilhafterweise wird eine Spitzenelektrode gegenüber einer halbkugelförmig ausgebildeten Flächenelektrode verwendet, die keinerlei Verunreinigungen enthält.

Der kontinuierliche Koronabereich ist im wesentlichen durch den Strom definiert, so daß der Widerstand eines besonderen Elektrodenpaars den geeigneten Spannungsbereich für die Messung der Erfindung bestimmt. Für einen Elektrodenwiderstand von 50 Megaohm z.B. kann ein Spannungsbereich von 1800 V bis.27OO V verwendet werden, der einen Spitzenstrom von ungefähr 40 Mikroamper liefert. Der Elektrodenwiderstand ist definiert als das Verhältnis der Impulsspitzenspannung zu dem größten Entladungsstrom bei den zur Messung verwendeten Betriebsbedingungen (d.h. bei der verwendeten Pulsfolgefrequenz).

Die physikalischen Einzelheiten der Entladung, welche den minimalen und den maximalen Abstand der Impulsebestimmen,

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sind noch nicht vollständig erkannt. Die Messung ist gemäß der Erfindung mit einem Wechselstrom von 60 Hz möglich; die Empfindlichkeit der Messung beträgt jedoch nur 1/10 der Empfindlichkeit, die man bei einer Entladung erhält, die durch Impulse unterhalb einer Millisekunde Dauer und die mit einem Abstand von ungefähr 10 Millisekunden voneinander erzeugt wird. '

V/eitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Detektors,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Hauptkoronastrom, sowohl für gleichgerichtete al3 auch für pulsierende Elektrodenspannungen, gegenüber der Elektrodenspannung dargestellt ist,

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Hauptkoronastrom in Abhängigkeit von der Konzentration von Freon 12 darstellt, wobei die Konzentration in parts per million (ppm.) gemessen ist,

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Fig. 4 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liefert eine Spannungsquelle 10 negative Impulse an eine Spitzenelektrode 11. Eine weitere Elektrode 12, die vorzugsweise als kleine halbkugelförmige Flächenelektrode ausgebildet ist, ist um die Spitzenelektrode 11 angeordnet, wie es in der Fig. dargestellt ist. Die halbkugelförmige Elektrode 12 ist geerdet.

Die Spitzenelektrode 11 kann aus einem feinen Draht mit einem Durchmesser von z.B. 3/IOOO Zoll (θ/1000 cm), vorzugsweise aus hoch—härtebeständigem Material wie Tungsten hergestellt sein. Die halbkugelförmige Elektrode soll an ihrer inneren Oberfläche keinerlei Vorsprünge oder Kanten aufweisen, die einen Funkenüberschlag verursachen könnten. Der innere Hadius der halbkugelförmigen Elektrode 12 beträgt j/)^{2 Zo11} (etwa 0,243 cm) und die Elektrode kann Löcher oder Schlitze aufweisen, durch die die zu untersuchende Atmosphäre in den Koronabereich gelangen^v kann.

Die Spannungsquelle 10 dieses Ausführungsbeispiels soll negative Impulse mit Spitzenspannungen zwischen 1600 V und 27OO V erzeugen können. Die Pulsbreite kann vorzugs-

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weise von wenigen Mikr0Sekunden bis zu ungefähr 3OO MikrοSekunden variieren, mit einer Pulsfolgefrequenz in der Größenordnung von 100 Impulsen pro Sekunde. Die Impulslänge und der .Impulsabstand sind nicht kritisch, und es tritt keine nennenswerte Veränderung der Messcharakteristiken ein, falls sie sich etwas ändern. Die Pulsfolgefrequenz muß hoch genug sein, damit man für die beabsichtigte besondere Anwendung angemessene Abtastungen erreicht (d.h., gewöhnlich sind wenigstens 10 Impulse pro Sekunde notwendig), die Pulsfolgefrequenz sollte aber hinreichend niedrig sein, damit ein tastverhältnis größer als ungefähr 10 > vermieden wird. Das Tastverhältnis liegt vorteilhafterweise bei 1 °/< >.

Ein Amperemeter 15, das einen gemittelten Strom messen kann, liegt in Serie mit der Spannungsquelle 10 und dem Slektrodenpaar 11 und 12 und .mißt den mittleren Strom oder die Gleichstromkomponente des Elektrodenpaars. Dieser Gleichstrom stellt gemäß der Erfindung ein empfindliches Maß für die Konzentration an Verunreinigungen dar. Das Amperemeter sollte fähig sein, Mikroampereströme anzuzeigen.

Die Fig. 2 zeigt die Keßfähigkeit bzw. Meßempfindlichkeit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung im Vergleich mit derjenigen einer ähnlichen Vorrichtung, die eine Elektrode verwendet, die mit einer Gleichspannung versorgt wird. Auf der Koordinatenachse sind lediglich Zahlen aufgetragen^ die relativen Änderungen des Hauptkoronastromes beim Betrieb mit Gleichspannung und beim Betrieb

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mit pulsierender Spannung anzuzeigen. Zu diesem Zweck wurden die in Fig. 2 dargestellten Untersuchungen in trockener Luft durchgeführt, wobei Freon 12 als Verunreinigung verwendet wurde. In Abwesenheit irgendwelcher Verunreinigungen (Kurve für O ppm.) wurde der Hauptkoronastrom als Punktion der Spannung sowohl für den pulsierenden Setrieb als &i» den (rleichspannungsbetrieb aufgetragen. Obwohl dqr tatsächliche mittlere Koronastrom offensichtlich für den pulsierenden Betrieb andere als für den Gleichspannungebetrieb ist, wurden beide Kurven als eine Kurve aufgetragen, in dem zum Zwecke des Vergleiches ein Maßstabsfaktor eingeführt wurde* Derselbe Haßstabsfaktor wurde beim Auftragen der Kurven für den Impulsbetrieb und für den Gleichspannungsbetrieb bei einer Verunreinigungskonzentration von 100 ppm. verwendet, so daß diese Kurven einen genauen Vergleich der Meßempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit bekannten Vorrichtungen ermöglichen, z.B. mit den aus dem obengenannten Aufsatz von Weissler und Mohr bekannten Vorrichtungen: Die beiden Kurven, die bei einer Verunreinigungskonzentration von 100 ppm. gemessen wurden, zeigen deutlich die größere Meßimpfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung einer pulsierenden Elektrodenspannung.

Eine genaue Erklärung dieses wesentlich verbesserten Ergebnisses ist bisher nicht bekannt; die Verbesserung des Ergebnisses kann jedoch auf die Anwesenheit schwerer Ionen Cl" und F~ zurückzuführen sein. Diese Ionen bilden

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eine Raumladungszone um die negative Elektrode. In einem Gleichspannungsfeld neigt diese Raumladung zunächst dazu, den Entladungsstrom zu verringern; danach entfernt sich die Raumladung von der negativen Elektrode und ermöglicht wieder einen Stromfluß. Bei pulsierender Anregung jedoch kann der Mangel an ausreichender Zeit zur Entfernung der Ionenwolke von der negativen Elektrode den EJffekt dieser schweren Ionenverstärken, so daß eine Messung bei niedrigeren Verunreinigungsgraden ermöglicht wird, als es früher möglich war.

Hinsichtlich der Elektrodenspannung und des Stromes allein ist es theoretisch nicht notwendig, den mittleren Koronastrom zu messen, um eine Messung gemäß der Erfindung zu erhalten; der Koronaspitzenstrom könnte im pulsierenden Betrieb, wie er beschrieben wurde, gemessen werden und würde theoretisch eine genau so empfindliche Messung ergeben. Im Welchselspannungsbetrieb, d.h. bei pulsierendem Betrieb, jedoch_; verursachen Streukapazitäten zusätzliche Spurenströme, die Anteile des gemessenen Wertes bilden. Es ist deshalb notwendig, den Koronastrom so zu messen, daß die Beiträge dieser Spurenströme ausgeschlossen werden und lediglich der wahre Koronastrom gemessen wird. Dies geschieht gemäß der Erfindung durch Messung des mittleren Koronastromes, da der Koronastrom naturgemäß gleichgerichtet wird, so daß der Effekt von Streuströmen ausgelöscht wird.

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Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm (mit logarithmisch geteilter Abszisse) des mittleren Koronastromes, wie er mit einer Vorrichtung der Fig. 1 in Abhängigkeit von der Konzentration von Freon 12 gemessen in parts per million (pro Volumen) gemessen wurde.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die ein hörbares Ausgangszeichen liefert, das eine üeihe von Klick- oder Knackgeräuschen erzeugt. Wie in einem Geigerzähler wird die Frequenz dieser Knackgeräusche proportional zu der erhöhten Konzentration von Verunreinigungen, die das Instrument mißt, erhöht, so daß damit ein extrem wirkungsvolles Verfahren zum Aufspüren einer undichten Stelle z.B. eines Kühlsystems geschaffen ist.

Die Spannungsquelle der Fig. 4 besteht aus einem Sperroszillator20, der einen Ausgangstransformator 21 umfaßt, dessen Sekundärwicklung 22 mit der Spitzenelektrode des Elektrodenpaares 23 verbunden ist, um der Spitzenelektrode negative Impulse zuzuführen. Der Sperroszillator umfaßt einen Transistor 24 dessen Collector-Emitter -Aus gangs zeich en einer Primärwicklung 25 des Transformators zugeführt wird. Ein veränderlicher Begrenzungswiders tand 26 liegt in Reihe mit einer itückkopplungswicklung 27 des Sperroszillators, um die maximale Elektrodenspannung auf einen Wert unterhalb des Funkendurchschlags zu begrenzen. Diese Begrenzung soll sowohl bei der höchsten erwarteten Verunreinigungskonaentration als auch bei einer Atmosphäre,

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die völlig frei von Verunreinigungen ist, einen Funkendurchschlag verhindern, wenn die Batterie schwächer wird, wird der Begrenzungswiderstand 26 verändert, so daß den Elektroden Impulse mit im wesentlichen konstanter Amplitude zugeführt werden, was z.B. durch eine konstante Knackfrequenz bei Abwesenheit von Verunreinigungen offenbar wird.

Zur Messung des mittleren Koronastromes ist eine R-C-Schaltung, die aus zwei Widerständen 28 und 29 und einem parallel liegenden Kondensator JO besteht, zwischen die Ausgangswicklung 22 und . Erde gelegt. Ein zweipoliger Schalter 51 mit zwei Schaltstellungen wird dazu verwendet, die Vorrichtung von einem hochempfindlichen Meßbereich, in dem die gesamte Ausgangsleistung der R-C-Schaltung der Audiostufe zugeführt wird, in einen weniger empfindlichen Meßbereich umzuschalten, in den lediglich ein Teil der Ausgangsspannung der Audioschaltung zugeführt wird. Wenn der Schalter 51 in der Stellung VE liegt, in der der weniger empfindliche Meßbereich eingestellt ist, dann wird die Ausgangsspannung zwischen den Widerständen 28 und 29 abgegriffen. Ein zusätzlicher Kondensator 55 ist für den weniger empfindlichen Meßbereich als Nebenschluß für hohe Frequenzen vorgesehen.

Die AusgangsSpannung der R-C-Schaltung wird dem Steuereingang eines Feldeffekttransistors 54 zugeführt, so daß'die positive Steuerspannung bei Abwesenheit von Verunreinigungen fast zur Abschnürung ausreicht. Die

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Versorgungsschaltung für die Quelle und die Senke des Feldeffekttransistors 34 liegt in der Rückkopplungsschleife eines aus zwei Transistoren bestehenden Multivibrators 35, damit die Schwingfrequenz des Multivibrators gesteuert wird. Las Ausgangszeichen des Multivibrators wird über einen Lautsprecher 36 geführt, der eine Heihe von Knackgeräuschen erzeugt, die vorzugsweise wie die eines Geigerzählers klingen, wie es oben beschrieben wurde.

Wenn der Feldeffekttransistor 34 nahezu abgeschnürt ist, schwingt der Multivibrator 35 mit einer niedrigen Frequenz. Mit zunehmender Konzentration an Verunreinigungen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, fallen der mittlere- Koronastrom und damit die Ausgangsspannung der R-C-Schaltung, die der Steuerelektrode des Feldtransistors 34 zugeführt wird, ab, so daß die Schwingfrequenz des Oszillators 35 erhöht wird. Infolgedessen zeigt die Knackfrequenz, oder bei höheren Frequenzen·die Tonhöhe des Hörzeichens, das von dem Lautsprecher 36 erzeugt wird, deutlich das Vorhandensein einer undichten Stelle und das Ausmaß dieses Fehlers an. Es kann ein Kondensator 37 zwischen der Quelle des Feldeffekttransistors 34 und Erde vorgesehen sein, der die Tonqualität des Hörzeichens verbessert. In der weniger empfindlichen Stellung des Schalters 31 liegt möglicherweise keine hinreichend große Spannung an dem Feldeffekttransistor 34» um diesen nahezu abzuschnüren. Um ein Hörzeichen mit hinreichend niedriger Frequenz zu erzeugen, ist deshalb eine Hilfsspannungsquelle 32 vorgesehen, welche die Hochspannungsimpulse ausnutzt, die an der Hück-

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kopplungswicklung 27 des Sperroszillators erscheinen. Die Vorspannungsquelle 32 umfaßt eine Diode 38, die in Keine mit einer R-C-Schaltung liegt, die aus einem Kondensator 39 und einem widerstand 40 besteht, dessen veränderlicher Abgriff einen Anschluß des Empfindlichkeitsschalters 31 bildet, wodurch zusätzlich eine gleichgerichtete Vorspannung an dem Steuereingang des Feldeffekttransistors 34 erzeugt wird, wenn der Schalter auf den weniger empfindlichen Meßbereich eingestellt ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der. Wert des veränderlichen Begrenzungswiderstands 2β ungefähr 1000 0hm, während in der hochempfindlichen Stellung des Schalters 31 die Widerstände 28 und 29 Werte von 13 Megaohm und der Kondensator 39 einen wert von 0,01 Mikrofarad haben. Die Zeitkonstante der R-C-Schaltung sollte ein Vielfaches der Periode zwischen zwei Impulsen betragen.

i)ie Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem der Fig. 4 ähnlich ist, in dem aber statt eines Hörzeichens ein sichtbares Ausgangszeichen erzeugt wird, wodurch eine genauere Messung der Verunreinigungskonzentration möglich wird. Die nicht mit Bezugszeichen versehenen Elemente in Fig. 5 sollen mit denen identisch sein, die in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben worden sind. Der Feldeffekttransistor 34 ist als ein Arm einer

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Wheatstoneschen-Brückenschaltung geschaltet, deren andere Arme von dem Widerstand 41 und von den beiden Seiten des Potentiometers 42, das durch einen veränderlichen Abgriff geteilt ist, gebildet werden. Im Betrieb wird das Potentiometer 42 auf 5 Nullablesungen des Voltmeters 43 eingestellt, welches direkt in Einheiten der Verunreinigungskonzentration geeicht werden kann. Die Zeitkonstante des Voltmeters 43 sollte ein Mahrfaches der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen bei Abwesenheit von Verunreinigungen betragen, so daü man Iconstanter Verunreinigungskonzentration auch eine konstante Anzeige erhält.

Änderungen, Verbesserungen oder andere Ausführungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels fallen in den Schutzbereich der.Erfindung.

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Claims

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Ansprüche

Verfahren zum Messen gasartiger Verunreinigungen der umgebenden Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß einem Elektrodenpaar (11, 12), das in einer solchen Atmosphäre angeordnet ist, Spannungsimpulse zugeführt werden, die hinreichend stark sind, eine kontinuierliche Koronaentladung zwischen den Elektroden zu erzeugen, und daß der mittlere Koronastrom

von;

dieser Entladung, der sich in Abhängigkeit <der Verunreinigungskonzentration ändert, gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Entladung erzeugt wird und daß die Impulsdauer ungefähr eine bis etwa 500 MikroSekunden' beträgt und die Pulsfolgefrequenz größer als 10 Impulse pro Sekunde ist, jedoch nicht so groß, daß das Tastverhältnis größer als 10 /ä ist.

3. Vorrichtung zum Messen gasartiger Verunreinigungen in der umgebenden Atmosphäre, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch ein asymmetrisches Elektrodenpaar (11, 12), das in eine solche Atmosphäre eingebracht werden kann, durch eine mit den Elektroden (11, 12) verbundene Spannungsquelle (1O), welche Spannungsimpulse erzeugen kann, die stark genug sind, zwischen den Elektroden (11, 12) eine kontinuierliche Koronaentladung zu erzeugen, und durch eine Einrichtung

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(35» 36) die den mittleren Koronastrom mißt, der ein Maß für die Konzentration der Verunreinigungen ist.

4· Vorrichtung nach Anspruch 3 > dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode eine Spitzenelektrode (11) ist und daß die Spannungsquelle (1O) dieser Spitzenelektrode (11) negative Impulse mit einer Breite von ungefähr 1 - 3OO Mikrpsekunden mit einer·Pulsfolgefrequenz von mehr als 10 Impulsen pro Sekunde zuführt, wobei die Pulsfolgefrequenz so gewählt wird, daß das Tastverhältnis nicht größer als 10 ^c/o ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 » dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35) eine R-C-Schaltung (28, 29, 33) umfaßt, die mit dem Elektrodenpaar (11, 12, 23) in rteihe liegt und eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem zeitlichen Mittelwert des Entladungsstromes proportional ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5·> dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung

(35) einen spannungsgesteuerten Multivibrator umfaßt, der den Lautsprecher (3b)betreibt und dem zu seiner Steuerung die genannte Ausgangsspannung zugeführt wird, so daß die Frequenz des Lautsprechers

(36) ein Maß für die Konzentration der Verunreinigung bildet.

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"I. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3· bis 5-» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35) einen aktiven Verstärker (54) umfaßt, der auf die genannte Ausgangsspannung anspricht und mit der Anzeigeeinrichtung (35, 45) verbunden ist.

8. Verfahren zur Kessung gasartiger Verunreinigungen in der umgebenden Atmosphäre, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß einem asymmetrischen Elektrodenpaar (11, 12, 23) Spannungsimpulse zugeführt werden, die stark genug sind, eine kontinuierliche Koronaentladung zu verursachen, und daß die Spitzenwerte des wahren Koronaentladungsstromes gemessen werden, der ein Maß für die Verunreinigungskonzentration ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Begrenzungswiderstand (26) zur Verhinderung eines Funkendurchschlaga bei allen Verunreinigungskonzentrationen, die in einer solchen Umgebungsatmosphäre auftreten.

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