DE2531849A1 - Einrichtung zur bestimmung des sauerstoffanteils eines gasgemisches - Google Patents
Einrichtung zur bestimmung des sauerstoffanteils eines gasgemischesInfo
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Description
Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches (Meßgas) durch Messung
eines Differenzdrucks als Funktion einer in einem inhomogenen Magnetfeld
thermisch erzeugten Suszeptibilitätsdifferenz des Sauerstoff
anteils im Meßgas.
Moleküle paramagnetischer Gase, zu denen auch Sauerstoff gehö erfahren in einem inhomogenen äußeren Magnetfeld eine Beschleunigung
in Richtung höherer Feldstärke, wodurch ein Druckgradient entsteht.
Von diesem Phänomen leitet sich ein Meßverfahren her, bei dem ein Differenzdruck erzeugt und gemessen wird, der eine Funktion der
Suszeptibilitätsdifferenz des paramagnetischen Gases bei verschiedenen
Temperaturen und der maximalen Feldstärke des inhomogenen Magnetfelds ist.
Zur Durchführung dieses Meßverfahrens dient eine bekannte Einrichtung,
bei der ein Teil des durch das Magnetfeld verlaufenden Meßgaswegs aufheizbar ist. Die so aufgrund der thermisch erzeugten
Suszeptibilitäts- und damit Druckdifferenz des paramagnetischen
Gases auftretende Strömung kann in einem offenen- System mittels eines Hitzdrahtanemometers im Strömungsweg oder als Druck mit
Hilfe eines sehr empfindlichen Druckfühlers im geschlossenen System gemessen werden. Diese Suszeptibilitätsdifferenz ist ein Maß
für den Gehalt an molekularem Sauerstoff im Meßgas. Um den auch bei der Ultrarot-Gasanalyse eingesetzten Membrankondensator als
Druckfühler verwenden zu können, wird ein mit Wechselstrom ge-
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speister Elektromagnet zur Erzeugung des Magnetfelds verwendet. Trotz der mit diesem Verfahren erreichbaren guten Selektivität
weisen die bekannten, mit thermomagnetisch erzeugter Suszeptibilitatsdiff
erenz arbeitenden Einrichtungen den Nachteil auf, daß ihre sehr empfindlichen Druck- bzw. Strömungsfühler im Meßgas
angeordnet sind, was in der Praxis bei der Überwachung industrieller Gasgemische eine erhebliche Verschmutzungs- und Korrosionsgefahr mit sich bringt.
Ein anderes, von der vorgenannten Eigenschaft paramagnetischer Gase im inhomogenen Magnetfeld hergeleitetes Meßverfahren verwendet
die Suszeptibilitatsdifferenz zwischen dem paramagnetischen
Sauerstoff und einem aus dem magnetfeldfreien Raum in den homogenen
Bereich des Magnetfelds eingeführten diamagnetischen Vergleichsgases, beispielsweise Stickstoff. Die Druck- oder Strömungsfühler
werden in diesem Fall in dem mi£ dem Vergleichgas beströmten Hilfskreis angeordnet, so daß der dem anderen Verfahren
anhaftende Nachteil der Verschmutzungs- oder Korrosionsgefährdung nicht auftritt. Jedoch ist hier die notwendige Versorgung mit
Vergleichsgas mit relativ hohem Aufwand verbunden, bei geringen Sauerstoffanteilen des Meßgases stören die von den übrigen diamagnetischen
Anteilen des Gasgemisches herrührenden Effekte.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches (Meßgas) zu schaffen,
welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Meßgas zwei Differenzdruckerzeuger nacheinander durchströmt, wobei
die Differenzdruckerzeuger so geschaltet sind, daß die erzeugten Differenzdrücke gegeneinander wirken und daß zwischen
den Differenzdruckerzeugern von der Meßgasleitung eine zu einer Druckmeßeinrichtung führende, mit einem Hilfsgas gefüllte Leitung
abzweigt. Als Hilfsgas kann hier vorzugsweise Luft verwendet werden, die gemeinsam mit dem Meßgas durch einen der Druck-
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erzeuger abströmt. Infolge der gegenläufigen Druckerzeuger und der Druckabnahme zwischen den Druckerzeugern geht der Sauerstoffanteil
der Luft nicht in die Messung ein. Die Versorgung der Meßeinrichtung mit dem an Ort und Stelle aus der Umgebung zu entnehmenden
Hilfsgas Luft ist problemlos, die Meßfühler sind nicht mehr schmutz- oder korrosionsgefährdet, da sie mit dem eigentlichen
Meßgas nicht in Berührung kommen.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele
schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
Figur 1 erläutert das Funktionsprinzip.
Die beiderseits offene Meßgasleitung 1 führt durch zwei hintereinander
angeordnete Differenzdruckerzeuger 2 und 2'. Ein derartiger,
an sich bekannter, thermomagnetischer Differenzdruckerzeuger
2 besteht im wesentlichen aus einem Magneten und einer Heizeinrichtung. Der Magnet ist hier ein Elektromagnet 3» in dessen
Luftspalt 4 die Meßgasleitung 1 verläuft. Um die zur Erzeugung einer thermischen Suszeptibilitätsdifferenz des paramagnetischen
Sauerstoffanteils im Meßgas notwendige Temperaturerhöhung zu bewerkstelligen, ist die Meßgasleitung 1" im Bereich einer Inhomogenitätsflanke
des Magnetfelds mit einer Heizwicklung 5 versehen. Wie aus der Figur zu erkennen ist, sind die beiden Differenzdruckerzeuger
2 und 2' so angeordnet, daß die erzeugten Differenzdrücke Δ. ρ gegeneinanderv/irken. Die so entstehende Druckerhöhung
in dem zwischen den beiden Differenzdruckerzeugern liegenden Teil
der Meßgasleitung 1 wird an der Abzweigung 7 über eine Leitung 6 abgenommen und einer Druckmeßeinrichtung 9 zugeführt. Um ein Eindringen
des Meßgases in die Leitung 6 zu verhindern, ist diese mit einem Hilfsgas 8 gefüllt, das Hilfsgas 8 ist vorzugsweise
Umgebungsluft, die in" solcher Menge und unter solchem Druck zugeführt
wird, daß die Leitung 6 stets mit Hilfsgas gefüllt ist.
Ein Einströmen von kleinen Mengen des Hilfsgases 8 in die Meßgasleitung
1 bleibt für die Messung ohne Bedeutung; die von dem Sauerstoffanteil des Hilfsgases im Bereich des Differenzdrucker-
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zeugers 2 hervorgerufene Druckerhöhung geht nicht in die Messung
ein, da nur der Druck gemessen wird, der in beiden Differenzdruckerzeugern gleichermaßen erzeugt wird und sich gegenseitig
abstützt. Bei Meßgas mit einem Sauerstoffanteil größer 21 % kann
durch das Zumischen des Hilfsgases in. dem von beiden Gasen durchströmten
Differenzdruckerzeuger 2 ein Verdünnungseffekt auftreten.
Die dadurch verursachte Druckminderung ist jedoch bei einem praktikablen Hilfsgasanteil von einigen Promille der Meßgasmenge
vernachlässigbar klein.
In Figur 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt. Die Meßgasleitung 1 ist auf einer Teilstrecke in zwei Parallelzweige 1 und 11 aufgeteilt, deren einer d.urch die
Differenzdruckerzeuger 2 und 2' geführt ist. Die Leitung 6 ist als Querverbindung zwischen den beiden Parallelzweigen 1 und 1'
angeordnet und enthält in ihrer Mitte einen Druck- oder·Strömungsfühler
10, beispielsweise einen Membrankondensator oder ein Hitzdrahtanemometer, der Bestandteil einer hier nicht gezeichneten
Druck- oder Strömungsmeßeinrichtung 9 ist. Das Hilfsgas 8 wird beiderseits des Druck- oder Strömungsfühlers 10 der Leitung 6
gedrosselt zugeführt.
Die Verwendung von Membrankondensator" oder Hitzdrahtanemometer als Druck- oder Strömungsfühler in der gezeigten Anordnung bedingt
die an sich bekannte Speisung der Elektromagnete der Differenzdruckerzeuger
2 und 2' mit ViechseIstrom zur Erzeugung eines
pulsierenden Magnetfeldes.
4 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (4)
1.} Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches
(Meßgas) durch Messung eines Differenzdrucks als Funktion einer in einem inhomogenen Magnetfeld thermisch erzeugten
Suszeptibilitätsdifferenz des Sauerstoffanteils im Meßgas,
dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgas zwei Differenzdruckerzeuger
(2, 2') hintereinander durchströmt, wobei die Differenzdruckerzeuger (2, 21) so geschaltet sind, daß die erzeugten
Differenzdrücke ( Δρ) gegeneinander wirken, und daß zwischen den Druckerzeugern (2, 2') von der Meßgasleitung
(1) eine zu einer Druckmeßeinrichtung (9) führende, mit einem Hilfsgas (8) gefüllte Leitung (6) abzweigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasleitung (1) zwei Parallelzweige (1, 1' )l aufweist, deren
einer durch die Differenzdruckerzeuger (2, 21) mit pulsierendem
Magnetfeld geführt ist,
und daß die das Hilfsgas (8) führende Leitung (6) als Querverbindung
zwischen den Parallelzweigen (1, 11) angeordnet ist,
einen Druck- oder Strömungsfühler und eine Zuführung für das Hilfsgas (8) enthält.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsgas (8) Luft ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von durchfließendem Meßgas zu durchfließendem
Hilfsgas (8) in der Größenordnung von 1000 : 1 ist.
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WO2022141319A1 (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 顺磁气体的测量装置和医疗通气系统 |
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1976
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