DE2531849B2 - Einrichtung zur bestimmung des sauerstoffanteils eines gasgemisches - Google Patents
Einrichtung zur bestimmung des sauerstoffanteils eines gasgemischesInfo
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Description
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 Sauerstoffanteils im Meßgas, mit zwei im Strömungsweg des Meßgases hintereinandergeschalteten Differenzdruckerzeugern.
Moleküle paramagnetischer Gase, zu denen auch Sauerstoff gehört, 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
gespeister Elektromagnet zur Erzeugung des Magnet
feldes verwendet.
Trotz der mit diesem Verfahren erreichbaren guten Selektivität weisen die bekannten, mit thermomagnetisch
erzeugter Suszeptibilitätsdifferenz 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,
ίο Bei den ebenfalls in diesem Zusammenhang bekannten Meßfühlern auf der Basis von temperaturabhängigen Widerständen, die häufig mit Widerstandsheizungen für das Meßgas im inhomogenen Feld kombiniert sind, ist, abgesehen von der Ansprechverzögerung der auf meßgasdurchströmten Meßröhrchen angebrachten Widerstandswicklungen, der aufwendige konstruktive Aufbau nachteilig. Derartige kombinierte Temperaturmeß- und -heizwicklungen weist beispielsweise die in der DL-PS 61 368 dargestellte Sauerstoffmeßeinriehtung auf, bei der zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit eine Widerstands-Vollbrücke eingesetzt wird, was bedingt, daß die thermomagnetische Druckerzeugungs- und Strömungsmessung gleichsinnig an z'vei in einer meßgasdurchströmten Leitung hintereinander angeordneten Stellen erfolgt.
ίο Bei den ebenfalls in diesem Zusammenhang bekannten Meßfühlern auf der Basis von temperaturabhängigen Widerständen, die häufig mit Widerstandsheizungen für das Meßgas im inhomogenen Feld kombiniert sind, ist, abgesehen von der Ansprechverzögerung der auf meßgasdurchströmten Meßröhrchen angebrachten Widerstandswicklungen, der aufwendige konstruktive Aufbau nachteilig. Derartige kombinierte Temperaturmeß- und -heizwicklungen weist beispielsweise die in der DL-PS 61 368 dargestellte Sauerstoffmeßeinriehtung auf, bei der zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit eine Widerstands-Vollbrücke eingesetzt wird, was bedingt, daß die thermomagnetische Druckerzeugungs- und Strömungsmessung gleichsinnig an z'vei in einer meßgasdurchströmten Leitung hintereinander angeordneten Stellen erfolgt.
Ein anderes, von der vorgenannten Eigenschaft paramagnetischer Gase im inhomogenen Magnetfeld
hergeleitetes Meßverfahren verwendet die Suszeptibilitätsdifferenz zwischen dem paramagnetischen Sauerstoff
und einem aus dem magnetfeldfreien Raum in den homogenen Bereich des Magnetfelds eingeführten
diamagnetischen Vergleichsgas, beispielsweise Stickstoff. Die Druck- oder Strömungsfühler werden in
diesem Fall in dem mit dem Vergleichsgas beströmten Hilfskreis angeordnet, so daß der dem anderen
Verfahren anhaftende Nachteil der Verschrnutzungs- 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, sowie ein Verfahren zum
Betrieb dieser Einrichtung anzugeben.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß 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 Druckerzeuger
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.
Eine Weiterbildung dieser Einrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Ein Verfahren zum Betrieb der
Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Mengenverhältnis von durchfließendem Meßgas zu durchfließendem Hilfsgas, vorzugsweise Luft, in der
Größenordnung von 1000 : 1 eingestellt wird.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 und 2 Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und im
folgenden beschrieben.
F i g. 1 erläutert das Funktionsprinzip.
Eine 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 gegeneinander wirken. 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 Differenzdruckerzeugers 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 als 21% kann durch das Zumischen des Hilfsgases in dem von beiden Gasen
ίο durchströmten Differenzdruckerzeuger 2 ein Verdünnungseffekt
auftreten. Die dadurch verursachte Druckminderung ist jedoch bei einem praktikablen Hilfsgasanteil
von einigen Promille der Meßgasmenge vernachlässigbar klein.
In Fig.2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Meßgasleitung 1 ist auf
einer Teilstrecke in zwei Parallelzweige 1 und 1' aufgeteilt, deren einer durch die Differenzdruckerzeuger
2 und 2' geführt ist. Die Leitung 6 ist als Querverbindung zwischen den beiden Parallelzweigen 1
und Γ 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 Wechselstrom zur Erzeugung eines pulsierenden Magnetfeldes.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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 MeQ-gas, mit zwei im Strömungsweg des Meßgases
hintereinandergeschalteten Differenzdruckerzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß die
Differenzdruckerzeuger (2, 2') so geschaltet sind, daß die erzeugten Differenzdrücke (μ) gegeneinander
wirken und daß zwischen den Differenzdruckerzeugern (2, 2') von der Meßgasleitung (1) eine zu
einer Druckmeßeinrichtung (9) führende, mit einem Hilfsgas (8) gefüllte Leitung (6) abzweigt.
2. Einrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasleitung (1) zwei Parallclzweige
(1, V) aufweist, deren einer durch die Differenzdruckerzeuger (2, 2') mit pulsierendem
Magnetfeld geführt ist, und daß die das Hilfsgas (8) führende Leitung (6) als Querverbindung zwischen
den Parallelzweigen (1, V) angeordnet ist und einen Druck- oder Strömungsfühler (10) und eine Zuführung
für das Hilfsgas (8) enthält.
3. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mengenverhältnis von durchfließendem Meßgas zu durchfließendem Hilfsgas (8), vorzugsweise Luft, in
der Größenordnung von 1000:1 eingestellt wird.
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- 1976-07-16 BE BE169002A patent/BE844242A/xx unknown
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