DE2655954A1

DE2655954A1 - Vorrichtung zur eindeutigen anzeige des anteils brennbarer bestandteile in einer gasprobe

Info

Publication number: DE2655954A1
Application number: DE19762655954
Authority: DE
Inventors: Dieter Heller; Julius Mass
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1978-06-22
Also published as: BE861685A; GB1575767A; DE2655954B2; FR2373793B1; FR2373793A1; DE2655954C3

Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft

2400 Lübeck, Moislinqer Allee 53-55

Vorrichtung zur eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe mit einer die Gasprobe aufnehmenden Meßkammer, in der hintereinandergeschaltet ein durch Aufheizung die Verbrennung des brennbaren Bestandteils der Gasprobe bewirkender Meßwiderstandsdraht und ein weniger aufgeheizter Kompensationswiderstandsdraht untergebracht sind, deren Verbindungsstelle eine Ecke einer Wheatstone¹ sehen Brückenschaltung bildet.

Die auf der Basis der Bestimmung der Wärmetönung, d.h. der Messung der bei der Verbrennung des brennbaren Gases freiwerdenden Wärme arbeitenden Gasmeßvorrichtungen benötigen in der Probe einen für die Verbrennung ausreichenden Anteil an Sauerstoff. Sei höheren Konzentrationen an brennbarem Gas reicht der Sauerstoff nicht aus. Es kann daher zu einem zweideutigen Meßergebnis kommen. Die Anzeige kann sowohl auf eine niedrige als auch auf eine hohe Konzentration hinweisen. Für z.B. Methan ergibt sich nach der Verbrennungsgleichung

CH₄ + 2O₂ -*- CO₂ + 2H₂O + 193,5 Kcal,

809825/0048

daß der CH.-Gehalt bis zu 9,5 % noch quantitativ richtig bestimmt werden kann. 3ei höheren Gehalten ist er annähernd der Hälfte des Sauerstoffgehaltes proportional.

Eine Anzeige von 1 % CH.

könnte auch eine Konzentration von 90 %

und eine Anzeige von 2 % CH.

eine Konzentration von 80 % usw.

bedeuten.

Eine derartige Doppeldeutigkeit der Anzeige schließt die Verwendung von nur mit der Bestimmung der Wärme— tönung arbeitenden Vorrichtungen aus. Mit der Messung einer weiteren Komponente kann die Eindeutigkeit erreicht werden. Es wäre vorteilhaft, wenn dazu der Sauerstoffanteil benutzt werden könnte. Die Kenntnis des wirklichen Sauerstoffgehalts könnte dann gleichzeitig etwas über die Atembarkeit der Gasprobe aussagen.

Eine bekannte Vorrichtung zur Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe, die nach dem Wärmetönungsprinzip arbeitet, besitzt zur Ausschaltung der bei höheren Konzentrationen an brennbarem Gas möglichen Doppeldeutigkeit der Anzeige eine zusätzliche Einrichtung zur Messung der Wärmeleitfähigkeit. Die Eindeutigkeit wird durch eine Auslegung des Wärmeleitfähigkeitswiderstandsdrahtes erreicht, mit der im normalen Meßbereich der Geräte von z.B. 0 bis 5 % CH. nur ein vernachlässigbarer Einfluß auf die Anzeige ausgeübt wird, die jedoch bei hohen Methangehalten bis zu 100 % den geringeren Wärmetönungswert überholt und gewährleistet, daß der Zeiger über den Meßbereich heraus ausschlägt· Die Vor-

809R7 5/0CUR

richtung enthält eine Wheatstone¹sehe Brückenschaltung, in der in zwei benachbarten Zweigen je ein Wärmetönungs- und ein Kompensationswiderstandsdraht eingebaut sind. In den beiden anderen Zweigen der Brükkenschaltung befinden sich je ein Wärmeleitungs- und ein dazu passender Kompensationswiderstandsdraht. In der Brückendiagonale liegt das Anzeigegerät. Die beiden zuerst genannten Widerstandsdrähte und der zuletzt genannte Wärmeleitungswiderstandsdraht sind in einer von dem zu messenden Gas durchströmten gemeinsamen Meßkammer untergebracht. Der Kompensationswiderstandsdraht für die Wärmeleitung befindet sich in einer abgeschlossenen Kammer, die mit dem zu untersuchenden Gas, jedoch ohne seine brennbaren Anteile, gefüllt ist. Durch unterschiedliche Temperaturen der Widerstandsdrähte wird einmal durch Verbrennung die Wärmetönung und zum andern nur die Wärmeleitung bewirkt. Die eindeutige Anzeige des Anteils der brennbaren Bestandteile ist mit dieser Vorrichtung nur sichergestellt, wenn sie einen von den übrigen nicht brennbaren Anteilen abweichenden Wärmeleitwert besitzen. Ein gleicher Wert könnte z.B. bei einer Zumischung von Methan und Butan gegeben sein. Durch den Ausschlag des Zeigers des Anzeigegerätes über den Meßbereich hinaus, ist eine weitere Verfolgung der tatsächlichen Konzentrationsverhältnisse nicht mehr möglich. (DT-PS 16 98 549).

Bekannt ist weiterhin ein Gerät mit einer Einrichtung zur Unterdrückung des bei hohen Anteilen an brennbarem Gas durch unvollständige Oxydation bedingten Anzeigerückganges. Das Meßprinzip beruht auf der Messung der bei der Oxydation auftretenden Wärmetönung. Dazu besitzt das· Gerät eine Wheatstone¹sehe Brücke

809825/0048

mit einem der Probe ausgesetzten Meßwiderstand und einem in Serie liegenden, gleichfalls der Probe ausgesetzten Kompensationswiderstand. In dem zu messenden Luft-Gas-Gemisch ist außerdem ein Widerstand angeordnet, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von den Wärmeleitungseigenschaften ändert. An diesem Widerstand ist ein elektrischer Schalter angeschlossen, auf den eine der Widerstandsänderung proportionale Strom- bzw. Spannungsänderung als Steuergröße einwirkt und der oberhalb des Bereiches vollständiger Oxydation einen Strom einschaltet, wobei dieser Strom direkt oder indirekt das Meßinstrument auf Vollausschlag hält. Es wird also auch bei diesem Gerät mit einer zusätzlichen Wärmeleitfähigkeitseinrichtung versucht, zu einer eindeutigen Anzeige zu kommen. Nachteilig zeigt sich auch hier die bereits oben zum anderen Gerät genannte Unsicherheit bei gleichen Wärmeleitfähigkeiten des brennbaren Anteils und der übrigen Luft-Gas-Anteile. Nach dem Vollausschlag des Meßinstrumentes ist eine weitere Verfolgung der tatsächlichen Konzentrationsverhältnisse nicht mehr möglich. Der Sauerstoffanteil ist nicht erkennbar. (DT-PS 20 36 371).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Gasmeßgeräten die Eindeutigkeit des Meßergebnisses auch bei der Messung von hohen Konzentrationen an brennbaren Anteilen sicherzustellen und außerdem den Sauerstoffgehalt in dem Gasgemisch festzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Brückensignal zusammen mit dem Signal aus einem Sauerstoffmeßkreis mit einem Sauerstoffsensor in der Meßkammer und einem einstellbaren Schwellwertschalter einem Sum-

809825/0048

miervomtärker anliegt, an dem das Anzeigegerät angeschlossen ist. Die damit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in sicherer Weise ein eindeutiges Meßergebnis garantiert ist. Gleiche Wärmeleitfähigkeiten der brennbaren Anteile mit dem Rest der Gasprobe, die in den bekannten Gasmeßgeräten die Eindeutigkeit verhindern, spielen bei dieser Erfindung keine Rolle. Mit der Tatsache, daß die Fremdgase, also auch die brennbaren Gase, den Sauerstoff verdrängen, ergibt sich eine Abhängigkeit voneinander. Mit der Messung des S-merstof f anteils ist ein Rückschluß auf den Fremdgasanteil möglich. Mit der Wahl der Sauerstoffkonzentration, bei der der Schwellwertschalter schaltet, ist sichergestellt, daß die Wärmetönung noch nicht wieder mangels vorhandenen Sauerstoffs auf einen niedrigeren Anzeigewert zurückgegangen ist. Die .Ausgangsspannung des Schwellwertschalters addiert s'ich zu dem Brückensignal. Damit bleibt die Anzeige des Angelgerätes weiterhin oben.

In Ausbildung der Erfindung schaltet der auf die Sauerstoffkonzentration eingestellte Schwellwertschalter nach dem Durchschalten zusammen mit dem 3rückensignal das Anzeigegerät auf Endausschlag. Mit dieser vorteilhaften Lösung wird sofort deutlich, daß die Konzentration an brennbaren Gasen entsprechend der eingestellten Sauerstoffkonzentration den maximal gewünschten oberen Grenzwert erreicht hat und möglicherweise bereits überschreitet. ■

Mit der weiteren Ausbildung, nach der der Sauerstoff-» sonsor über einen Schalter und einen VersHirJcer dir»*M mit dem Anzeigegerät schaltbar ist, ist βά möglich,

809825/0048

- ir -

in einfacher Weise den Anstieg der brennbaren Gase aus dem Abfall der Sauerstoffkonzentration zu ersehen. Für den Aufenthalt in dieser Atmosphäre ist es für das Personal von großer Bedeutung, daß es die Atembarkeit in bezug auf den Sauerstoffgehalt kennt.

Um die Vorteile von ausgereiften und eingeführten Meßgeräten auszunutzen, wird ein Sauerstoffsensor, der nach bekanntem elektrochemischen Prinzip arbeitet, verwendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Die Vorrichtung zur Messung und eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe arbeitet nach dem Wärmetönungsprinzip. Danach wird ein in einem Zweig einer Wheats tone¹sehen 3rücke eingeschalteter Widerstandsdraht als Detektorelement 1 so weit aufgeheizt, daß brennbare Gase und Dämpfe aus der Gasprobe mit dem vorhandenen Sauerstoff verbrennen. Die dabei entstandene Wärmetönung ist das Maß für die Menge des brennbaren Anteils. Es wird in geeigneter Weise angezeigt. Zur Ausschaltung der das Meßergebnis störenden Wärmeleitfähigkeit der Gasprobe und der Umgebungstemperatur auf den Meßwert ist bei dieser Vorrichtung in den anderen Zweig der Wheatstone¹sehen ^rükke ein Widerstandsdraht als Kompensationselement 2 eingeschaltet. Das Potentiometer 3 vervollständigt die Wheats tone · s\che Brücke. Das Detektorelement 1 und das Kompensationselement 2 sind in der Meßkammer 11 angeordnet, in die die Gasprobe eingeleitet wird. Das Wärmetönungssignal als Irückensignal liegt dem Summier-

809825/00(8

verstärker 4 an. In der Heßkammer 11, der 3^spre'oc ausgesetzt, befindet sich außerdem der elektrochemische Sauerstoffsensor 6. Sein Signal liegt in einem Sauerstoffmeßkreis über den einstellbaren Schwellwertschalter 10 zusammen mit dem !rücken— signal dem Summierverstärker 4 an. Das Potentiometer 7 dient zur Justierung des Sauerstoffsensors An den Summierverstärker 4 ist das Anzeigegerät 5 angeschlossen. Die in die Meßkammer 11 eingeleitete Gasprobe trifft auf das Detektorelement 1, das Kompensationselement 2 und den Sauerstoffsensor 6. Durch die Verbrennung der brennbaren bestandteile entsteht bei gleicher Kompensation des V/Mrmeleitwertes das 3rückensignal, das dem Summierverstärker 4 und dann dem Anzeigegerät 5 anliegt. Parallel dazu mißt der Sauerstoffsensor G den Sauerstoffgehalt der Gasprobe. Nach Abfall auf den im Schwellwertschalter 10 eingestellten Wert, mit dem noch die vollständige Verbrennung erreicht wird, wird das Sauerstoffsignal zusätzlich auf den Summierverstärker 4 gegeben. Das gemeinsame Signal bewirkt auf jeden Fall, daß das Anzeigegerät 5 auf Sndausschlag geht.

Über den Schalter 8 und den Verstärker 9 ist der Sauerstoffsensor 6 unter Abschaltung des Signals aus dem Summierverstärker 4 direkt an das Anzeigegerät 5 angeschlossen. Damit läßt sich die Sauerstoffkonzentration in der Gasprobe direkt verfolgen, so daß eine Beurteilung auf ihre Atembarkeit möglich ist.

809825/0048 °'

Claims

Patentansprüche

1.JVorrichtung zur eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe mit einer die Gasprobe aufnehmenden Meßkammer, in der hintereinandergeschaltet ein durch Aufheizung die Verbrennung des brennbaren Bestandteils der Gasprobe bewirkender MeBwiderstandsdraht und ein weniger aufgeheizter Kompensationswiderstandsdraht untergebracht sind, deren Verbindungsstelle eine Ecke einer Wheatstone¹sehen Brückenschaltung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Brückensignal zusammen mit dem Signal aus einem Sauerstoff meßkreis mit einem Sauerstoffsensor (6) in der Meßkammer (11) und einem einstellbaren Schwellwertschalter (10) einem Summierverstärker (4) anliegt, an dem das Anzeigegerät (5) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Sauerstoffkonzentration eingestellte Schwellwertschalter (10) nach dem Durchschalten zusammen mit dem Brückensignal das Anzeigegerät (5) auf Endausschlag schaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffsensor (6) über einen Schalter (8) und einen Verstärker (9) direkt mit dem Anzeigegerät (5) schaltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffsensor (6) nach bekanntem elektrochemischen Prinzip arbeitet.

80987 5/0(HR