DE2531849C3

DE2531849C3 - Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE2531849C3
Application number: DE19752531849
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ing.(Grad.) 6729 Jockgrim Aidam
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1978-06-01
Also published as: BE844242A; DE2531849B2; LU75093A1; AT359753B; FR2318416A1; ATA474876A; FR2318416B3; DE2531849A1

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 Suszeptibilitätsdirerenz 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 (iases 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

■ο 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 DD-PS 61 368 dargestellte Sauerstoffmeßeinrich tung auf, bei der zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit eine Widerstands-Vollbrücke eingesetzt wird, was bedingt, daß die thermomagnetische Druckerzeugungs- und Strömungsmessung gleichsinnig an zwei 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 Sauer- stoff 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 Verschmutzungsoder 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 Gasgemi sches (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 Differenzdru«.(cerzeuger 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 korrosiorsgefährdet, 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, vo'zugsweise 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 Meßgasleiiung 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 mi' einer Heizwicklung 5 versehen. Wie aus der Figur zu erkennen isi, 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 1 zugeführt. I Im ein Eindringen des Meßgases in die Leitung 6 zu vernindern, 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 ir 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 2!% kaim 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 Hilfsgasanteii 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 Paralleizweigen I 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 Druckes 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 1 mit Wechselstrom zur Erzeugung eines pulsierenden Magnetfeldes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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, mit zwei im Strömungsweg des Meßgases hintereinandergeschalteten Differenzdruckerzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdruckerzeuger (2, 2') so geschaltet sind, daß die erzeugten Differenzdrücke (p) gegeneinander wirken und daß zwischen den Differenzdruckerzeugern (2, 2') von der Meßgasleitung (1) eine zu einer Druckmeßeinrichtung (9) fühlende, mit einem Hilfsgas (8) gefüllte Leitung(6) abzweigt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasleitung (1) zwei Parallelzweige (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 (I, 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.