DE2208493C2

DE2208493C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Halogene enthaltenden Verbindungen als gasförmige Verunreinigungen der umgebenden Atmosphäre

Info

Publication number: DE2208493C2
Application number: DE2208493A
Authority: DE
Inventors: Hom San Diego Calif. Lai; Leonard Norman La Jolla Calif. Liebermann
Original assignee: TIF INSTRUMENTS Inc MIAMI FLA US; TIF Instruments Inc
Current assignee: TIF INSTRUMENTS Inc MIAMI FLA US; Advanced Test Products Inc
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE2208493A1; US3742475A; FR2129380A5; USRE32552E; JPS4733687A; JPS523598B1; IT948933B; USRE32552F1; GB1335778A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Wirkung von Verunreinigungen auf die elektrischen Charakteristiken von Gasentladungen sind seit einiger Zeit bekannt, und verschiedene Entladungsphänomene sind zur Feststellung der Verunreinigung verwendel worden. In den meisten Fällen sind die elektrischen Phänomene, die bei den verschiedenen Meßverfahren eine Rolle spielten, nicht so hinreichend klar verstanden worden, daß ein solches Phänomen aus der Kenntnis eines anderen vorausgesagt werden kann. Es gibt keine befriedigende, vereinheitlichende Theorie, welche in der I^age ist, Gasentladungen in allen Bereichen und unter dien Bedingungen zu beschreiben, und deshalb gibt es nur eine schmale und schwache Basis für die Auswertungen von Untersuchungen und Experimenten.

Aus der US-Patentschrift 26 40 870 ist bereits ein Detektor bekannt, der zur Messung von Spuren von Stickstoff und Argon einen konstanten, hochintensiven Lichtbogen hoher Stromstärke verwendet, in dem Veränderungen des Energieverbrauchs zur Bestimmung der Konzentration der Verunreinigungen gemessen werden. Weiterhin sind aus der US-PS 10 70 556 und aus der US-PS 29 32 966 Vorrichtungen zur Messung von Rauch bekannt. Gemäß der crr'zenannten Patentschrift 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, so daß ein resultierender lonenstrom gemessen wird, welcher proportional zur Verunreinigungskonzentration ist. In der US-PS

25 50 498 ist ein Detektor offenbart, dessen Arbeitsweise auf der lonenbildung beruht, die durch Erwärmen der Verunreinigungen durch ein heißes Platinelement beruht, wobei Wechselspannungen oder Gleichspannungen verwendet werden. In diesem Zusammenhang ist ferner noch ein Aufsatz von Pitkethly zu erwähnen, dei in Analytical Chemistry, 1958, Vol. 30. Nr. 8,1309-1314 veröffentlicht ist und ein gaschromatographisches Verfahren beschreibt, bei dem Detektoren zur Messung von Gleichstromentladungen verwendet werden. Eir wechselstrombetriebenes Meßsystem zum Aufspürer von undichten Stellen, das eine heiße Ionenquelle ver wendet, ist aus der US-PS 30 09 074 bekannt. Ein Ver fahren zum Messen seltener Gase ist aus der US-P:

26 54 051 bekannt, in der Gleichstromentladungen ver wendet und Spannungsschwankungen gemessen wer den.

In diesem Zusammenhang werden die US-I" 30 46 396 und 29 33 676 erwähnt, in denen eine Gleich Stromentladung zum Messen von Helium bzw. ein

Gleichstromentladung in einem Manometer verwendet werden. Erwähnt werden ferner noch die US-PS 2 68 908, 12 31045, 14 21720, 19 90 706, 27 83 647, 2996661, 3022 498, 3065411, 30 71722, 30 76 139, 31 44 600, 32 77 364 und 33 39 136. Hingewiesen wird ferner noch auf die britische PS 8 26 195 und auf die folgenden Aufsätze:

»Effect of CCU Vapor on the Dielectric Strength of Air«, »Rodine und HerL·«, Physical Review, 1937, »Magnetic-Electric Tranducer«, K. S. Lion, Reviews of Scientific Instruments, 27, No. 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, New York and London, 1961).

Die obengenannten Detektoren sind im großen und ganzen nicht fähig, Halogengase geringer Konzentration zu erfassen oder 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 Entdekkung vcn Halogen ist zwar aus den US-PS 34 60 125 und 35 59 049 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 Bereich der Koronaentladung verwenden.

Es ist ein Verfahren bekannt (DE-OS 14 98 655), bei dem der Unterschied in der Spannungsabhängigkeit der Koronaentladungen einer Nadel-Platte Funkenstrecke in Luft bzw. stark elektronegativen Gasen zur Kontrolle der Reinheit dieser Gase bzw. zur Überprüfung eines gewünschten Mischungsverhältnisses zwischen Luft und diesen Gasen verwendet wird. Dabei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß das Aussehen und Auftreten positiver und negativer Koronaentladungen in Abhängigkeit von der verwendeten Spannung in reiner Luft unterschiedlich ist als in stark elektrisch-negativen Gasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem Halogengas geringer Konzentration erfaßt oder die Konzentration einer bekannten Verunreinigung bei niedrigem oder hohem Verunreinigungsgrad mit möglichst großer Genauigkeit gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs und bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst.

Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

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 Gif iohstromzeichen 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 charakteristisehen Bereiche, die bei einer Änderung der Spannung an dem Elektrodenpaar auftreten können, wird aus dem Aufsatz von Weissler und Mohr »Negative Corona in Freon-Air Mixtures« Physical Review. 1947, Vol.72, No. 4 zitiert

Die charakteristischen Kurven einer beliebigen Punkt-Flächen-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, und je schärfer dieser Punkt ist, desto schmzler ist dieser Bereich. Es besteht eine sehr starke Abhängigkeit von dem er.-vjjn Townsend-Koeffizienten cc und eine weniger stark" 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 Beschüß mit positiven Ionen verursacht, und außerdem durch photoelektrische Auslösung von Elektronen aus der Kathode. Die Ströme in diesem Bereich liegen zwischen 10-'⁴A und 10~⁸A. Sowohl Fhotoioneisierung und -anregung in dem Gas als auch Raumladungsstörungen des statischen elektrischen Feldes sind vernachlässigbar klein.

In dem pulsierenden Koronabereich schwanken die Ströme zwischen 10-" A und IQ-* A und die Koronaerscheinung wird sichtbar. Zusätzlich zu dem Koeffizienten α 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 Raumladungsiinpulse in unmittelbarer Nachbarschaft der Spitze auf. Die Raumiadungsstörungen des e'ektrischen Feldes treten pulsierend auf. Die Korona ist von alleine nicht beständig und benötigt zur erzeuten Auslösung Elektronen von eineräußeren lonisierungsquelle.

Im dritten Bereich der »kontinuierlichen Korona« sind die Ströme für ein. vorgegebenes Potential stetig und reproduzierbar, und die Erscheinung ist zweifelsfrei sichtbar. Die Korona ist beständig, und die Ströme verändern sich nur wenig und langsam im Bereich von IU-⁵A, bis diese Entladung jchließlich 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:

«Bei Mischungen von 0,1 — 1% Freon 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 Krona wurde kein Effekt festgestellt, sondern es wurde lediglich in dem intermittierenden Koronabereich 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 Maß überrascht die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von Verunre!nig»ng?kon7entrat!onen niedrigen Grades, im Gegensatz zur einfachen Feststellung von Verunreinigungen. Der Elektrodengleichstrom ist ein genaues Maß dieser Konzentration.

Gemäß einem negativen Koronadetektor der Erfindung können sogar Konzentrationen von Freon 12 (CCIcigi) 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 clektronegative Gase wie Freon 12 diesen herabsetzen. Die Empfindlichkeit gegenüber elektropositivcn Gasen reicht zur Feststellung von 1000 ppm im Mittelwert. Die Erfindung schafft die Möglichkeit 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 ein asymetrisches Elektrodenpaar verwendet Vorteilhafterweise wird eine Spitzenelektrode gegenüber einer halbkugelförmig ausgebildeten Flächenelektrode verwendet, die keinerlei Verunreinigungen enthält.

Der kontinuierliche Koronabercich ist im wesentlichen durch den Strom definiert, so daß der Widerstand eines besonderen Elcktrodenpaars den geeigneten Spannungsbereich für die Messung der Erfindung bestimmt. Für einen Elektrodcnwiderstand von 50 Megaohm z.B. kann ein Spannungsbereich von 1800V bis 2700 V verwendet werden, der einen Spitzenstrom von ungefähr 40 Mikroamper liefert. Der Elektrodenwiderstand ist definiert als das Verhältnis der !mpulsspitzenspannung 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 Impulse bestimmen, 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 Vjoder 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Detektors.

F i g. 2 ein Diagramm, in dem der Hauptl.-oronastrom, sowohl für gleichgerichtete als auch für pulsierende Elektrodenspannungen, gegenüber der Elektrodenspannung dargestellt ist,

F i g. 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,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Wie aus F i g. 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 F i g. 1 dargestellt ist. Die halbkugelförmigc Elektrode 12 ist geerdet.

Die Spitzenelektrode 11 kann aus einem feinen Draht mit einem Durchmesser von z.B. ³ΛοοοΖο11 (⁸/iooocm), vorzugsweise aus hoch-härteDeständigem Material wie Tungsten hergestellt sein. Die halbkugelförmige Elektrode soll an ihrer inneren Oberfläche keinerlei Vor-Sprünge oder Kanten aufweisen, die einen Funkenüberschlag verursachen könnten. Der innere Radius der halbkugelförmigen Elektrode 12 beträgt V₃₂ Zoll (etwa 0,243 cm) und die Elektrode 12 kann Löcher oder Schlitze aufweisen, durch die die zu untersuchende Atmo-Sphäre in den Koronabereich gelangen kann.

Die Spannungsquelle 10 dieses Ausführungsbeispiels t soll negative impulse mit Spitzenspannungen zwischen , 1800V und 270OV erzeugen können. Die Pulsbreite kann vorzugsweise von wenigen Mikrosekunden bis zu j5 ungefähr 300 Mikrosekunden 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 I %.

Ein Amperemeter 13, das einen gemittelten Strom messen kann, liegt in Serie mit der Spannungsquelle 10 und dem Elektrodenpaar 11 und 12 und mißt den mittleren Strom oder die Gleichstromkomponente des Elektrodenpaars. Dieser Gleichstrom stellt ein empfindliches Maß für die Konzentration an Verunreinigungen dar. Das Amperemeter sollte fähig sein, Mikroampereströme anzuzeigen.

Die F i g. 2 zeigt die Meßfähigkeit 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, um die relativen Änderungen des Hauptkoronastromes beim Betrieb mit Gleichspannungen und beim Betrieb mit pulsierender Spannung anzuzeigen. Zu diesem Zweck wurden die in F i g. 2 dargeb5 stellten Untersuchungen in trockener Luft durchgeführt, wobei Freon 12 als Verunreinigung verwendet; wurde. In Abwesenheit irgendwelcher Verunreinigungen (Kurve für Oppm.) wurde der Hauptkoronastrom

als Funktion der Spannung sowohl für den pulsierenden Betrieb als auch den Gleichspannungsbetrieb aufgetragen. Obwohl der tatsächliche mittlere Koronastrom offensichtlich für den pulsierenden Betrieb anders als für den Gleichspannungsbctricb ist, wurden beide Kurven als eine Kurve aufgetragen, in dem zum Zwecke des Vergleiches ein Maßstabsfaktor eingeführt wurde. Derselbe ivijßstabsfaktor 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 Meßempfindlichkeit des erfindungsgemäUen 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 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 Effekt dieser schweren Ionen verstärken, 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 Wechselspannungsbetrieb, 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 Kronastromes, da der Koronastrom naturgemäß gleichgerichtet wird, so daß der Effekt von Streuströmen ausgelöscht wird.

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

Die F i g. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die ein hörbares Ausgangszeichen liefert, das eine Reihe 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 Sperroszillator 20, der einen Ausgangstransformator 21 umfaßt, dessen Sekundärwicklung 22 mit der Spitzenelektrode des Elektrodenpaares 23 verbunden ist, um der Spitzenelektrode negative Impulse zuzuführen. Der Spcrros/.illator umfaßt einen Transistor 24 dessen Col··

■; lector-Emitter-Ausgangszeichen einer Primärwicklung: 25 des Transformators zugeführt wird. Ein veränderlicher Bcgrenzungswidersiand 26 liegt in Reihe mit einer Rückkopplungswicklung 27 des Sperroszillators, um di<: maximale Elektrodenspannung auf einen Wert unter-

ίο halb des Funkendurchschlags zu begrenzen. Diese Begrenzung soll sowohl bei der höchsten erwarteten Verunreinigungskonzentration als auch bei einer Atmosphäre, 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 werdeil, 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 2Si und einem parallel liegenden Kondensator 30 besteht, zwischen die Ausgangswicklung 22 und Erde gelegt. Eir zweipoliger Schalter 31 mit zwei Schaltstellungen wird dazu verwendet, die Vorrichtung von einem hochempfindlichen (HE) Meßbereich, in dem die gesamte Ausgangsleistung der Λ-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 31 in der Stellung WE liegt, in der der weniger empfindliche Meßbereich eingestellt ist, dann wird die Ausgangsspannung zwischen den Widerständen 28 und 29 abgegriffen. Ein zusätzlicher Kondensator 33 ist für den weniger empfindlichen Meßbereich als Nebenschluß für hohe Frequenzen vorgesehen.

Die Ausgangsspannung der ft-C-Schaltung wird dem Steuereingang eines Feldeffekttransistors 34 zugeführt, so daß die positive Steuerspannung bei Abwesenheit von Verunreinigungen fast zur Abschnürung ausreicht. Die Versorgungsschaltung für die Quelle und die Senke des Feldeffekttransistors 34 liegt in der Rückkopplung;sschleife eines aus zwei Transistoren bestehenden Multivibrators 35, damit die Schwingfrequenz des Multivibrators gesteuert wird. Das Ausgangszeichen des Multivibrators wird über einen Lautsprecher 36 geführt, der eine Reihe von Knackgeräuschen erzeugt, die vorzugsweise wie die eines Geigerzählers klingen, wie es oben beschrieben wurde.

so Wenn der Feldeffekttransistor 34 nahezu abgeschnürt ist, schwingt der Multivibrator 35 mit einer niedrigen Frequenz. Mit zunehmender Konzentration sin Verunreinigungen, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, fallen der mittlere Koronastrom und damit die Ausgangsspainnung der Λ-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

ω 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 verbesserL 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 niedrieer

Frequenz zu erzeugen, ist deshalb eine Hilfsspannungsquelle 32 vorgesehen, welche die Hochspannungsimpulse ausnutzt, die an der Rückkopplungswicklung 27 des Sperroüzillators erscheinen. Die Vorspannungsquelle 32 umfaßt eine Diode 38, die in Reihe mit einer /?-C-Schal- ■> tung liegt, die aus einem Kondensator 39 und einem Widersland 40 besteht, dessen veränderlicher Abgriff einen Anschluß des Empfindlichkeitsschalters 31 bildet, wodurch zusätzlich eine gleichgerichtete Vorspannung an dem Steuereingang des Feldeffekttransistors 34 er- in zeugt wird, wenn der Schalter auf den weniger empfindlichen Meßbereich eingestellt ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Wert des veränderlichen Begrenzungswiderstands 26 ungefähr 1000 Ohm, 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 ff-C-SchaUun" sollte ein Vielfaches d?r Periode /wischen zwei Impulsen betragen.

Die F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem der Fi g. 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 F i g. 4 beschrieben worden sind. Der Feldeffekttransistor 34 ist als ein Arm einer 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 worden. 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 Mehrfaches der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen bei Abwesenheit von Verunreinigungen betragen, so daß man bei konstanter Verunreinigungskonzentration auch eine konstante Anzei- ge erhält.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

45

55

60

Claims

Patentansprüche:

1.. Verfahren zum Messen von Halogene enthaltenden Verbindungen als gasförmige Verunreinigungen der umgebenden Atmosphäre, bei dem einem in einer solchen Atmosphäre angeordneten asymetrischen Elektrodenpaar Spannung zur Erzeugung einer Koronaentladung angelegt wird und die Eigenschaften der Koronaentladung bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroden (It, 12) Gleichspannungsimpulse angelegt werden, deren Spannung groß genug ist, eine negative kontinuierliche Koronaentladung zu erzeugen, und daß der Koronastrom der Entladung gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Koronastrom gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneC, daß die Spitzenwerte des Koronaentladungsstromes gemessen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer etwa eine bis dreihundert Mikrosekunden beträgt und die Impulsfolgefrequenz größer als zehn Impulse pro Sekunde, jedoch nicht so groß ist, daß das Tastverhältnis größer als 10% wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem asymetrischen Elektrodenpaar einer Spannungsquelle, die an dieses Elektrodenpaar angelegt ist, um eine Koronaentladung zu erzeugen, unö einer Anzeigeeinrichtung für Eigenschaften der Koronaentladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannun_bsquelle (10) Gleichspannungsimpu'se mit negativer Polarität erzeugt, deren Spannung groß genug ist, um eine negative kontinuierliche Koronaentladung zu erzeugen, und daß die Anzeigeeinrichtung (35, 45) den Koronastrom der Entladung mißt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35, 45) den mittleren Koronastrom mißt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (11,12) einen Widerstand von etwa 50 Megohm besitzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer etwa eine bis dreihundert Mikrosekunden beträgt und die Impulsfolgefrequenz größer als 10 Impulse pro Sekunde, jedoch nicht so groß ist, daß das Tastverhältnis größer als 10% wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35) eine K-C-Schaltung (28,29,33) umfaßt, die mit dem Elektrodenpaar (II, 12) in Reihe liegt und eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem zeitlichen Mittelwert des Entladungsstromes proportional ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35) einen spannungsgesteuerten Multivibrator umfaßt, der einen Lautsprecher (36) betreibt und dem zu seiner Steuerung die genannte Ausgangsspannnung zugeführt wird, so daß die Frequenz des Lautsprechers (36) ein Maß für die Konzentration der Verunreinigung bildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (35) einen aktiven Verstärker (34) umfaßt, der auf die genannte Ausgangsspannung anspricht und mit der Anzeigeeinrichtung (35,45) verbunden ist

12. Vorrichtung nach einem der Anspruches bis 11, gekennzeichnet durch einen Begrenzungswiderstand (26) zur Verhinderung eines Funkendurchschlags bei allen Verunreinigungskonzentrationen, die in einer solchen Umgebungsatmosphäre auftreten.