DE2655954B2

DE2655954B2 - Vorrichtung zur eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe

Info

Publication number: DE2655954B2
Application number: DE19762655954
Authority: DE
Inventors: Dieter 2400 Luebeck Heller; Julius 2401 Gross-Sarau 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: 1979-08-23
Also published as: FR2373793A1; BE861685A; GB1575767A; DE2655954A1; DE2655954C3; FR2373793B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur eindeutigen Anzeige des Anteils brennbarer Bestandteile in einer Gasprobe mit einer die Gasprobe auf nehmenden Meßkammer, in der hintereinandergeschaltet ein durch Aufheizung die Verbrennung des brennbaren Bestandteils der Gasprobe bewirkender Meßwiderstandsdraht und ein weniger aufgeheizter Kompensationswiderstandsdraht eines Meßkreises untergebracht sind, deren Verbindungsteile eine Ecke eimer Wheatstoneschen Brückenschaltung bildet sowie mit einem zusätzlichen Korrekturkreis mit einem einstellbaren Schwellwertschalter, dessen Signalwert zusammen mit dem Brückensignal ein Anzeigegerät oberhalb vollständiger Oxidation auf Endausschlag hält.

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

CH₄ + 2O, -» CO, + 2HX) + 193,5 Kcal, daß der CH₄-Gehalt bis zu 9,5% noch quantitativ richtig bestimmt werden kann. Bei höheren Gehallen ist er annähernd der Hälfte des Sauerstoffgehalt* nroDortional.

Eine Anzeige von I % CH₄

könnte auch eine Konzentration von und eine Anzeige von 2% CH₄

eine Konzentration von 809r usw.

■ bedeuten.

Eine derartige Doppeldeutigkeit der Anzeige schließt die Verwendung von nur mit der Bestimmung der Wärmetönung arbeitenden Vorrichtungen aus. Mit der Messung einer weiieren Komponente kann i" 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.

i> Eine bekannte Vorrichtung zur Anzeige des Anteils brennbarer Bestandeile 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% CH₄ nur ein vernachlässigbarer -'> Einfluß auf die Anzeige ausgeübt wird, die jedoch bei hohen Methangehalten bis zu 100% den geringeren Wärmetönungswetf überholt und gewährleistet, daß der Zeiger über den Meßbereich heraus ausschlägt. Die Vorrichtung enthält eine Wheatstonesche Brük-

w kenschaltung, in der in zwei benachbarten Zweigen je ein Wärmetönungs- und ein Kompensationswiderstandsdraht eingebaut sind. In den beiden anderen Zweigen der Brückenschaltung befinden sich je ein Wärmeleitungs- und ein dazu passender Kompensa-

i) tionswiderstandsdraht. 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 Meßkam-

mer 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

4-, 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

V3 nicht brennbaren Anteilen abweichenden Wärmeleitwertbesitzen. 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 Verfol gung der tatsächlichen Konzentrationsverhältnisse nicht mehr möglich (DE-PS 1698549).

Bekannt ist weiterhin ein Gerät mit einer Einrichtung zur Unterdrückung des bei hohen Anteilen an brennbarem Gas durch unvollständige Oxidation be-

bo dingten Anzeigerückganges. Das Meßprinzip beruht auf der Messung der bei der Oxidation auftretenden Wärmetönung. Dazu besitzt das Gerät eine Wheatstonesche Brücke mit einem der Probe ausgesetzten Meßwidentand und einem in Serie liegenden, gleich-

falls der Probe ausgesetzten Kompensationswiderstand. In dem zu messenden Luft-Gas-Gemisch ist außerdem ein Widerstand angeordnet, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von den Wärmelei-

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tungseigenschaften 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 Oxidation einen Strom einschaltet, wobei dieser Strom direkt oder indirekt das Meßinstrument auf Vollausschlag hält. Es wird also auch bei diesem Gerät mit einer zusätzlichen Wärmeleitfähipkeitseinrichtung versucht, zu einer eindeutigen Anzeige zu kommen. Nachteilig zeigt sich auch hier die bereits oben zum anderen Gerät genannt" Unsicherheit bei gleichen Wärmeleitfähigkeiten des brennbaren Anteils und der übrigen Luft-Gas-Anteile. Nach dem Vollausschlag des Meßinstrumentes ist eine weitere Verfolgung der tatsächlichen Konzentrationsverhältnisss nicht mehr möglich. Der Sauerstoffanteil ist nicht erkennbar (DE-PS 2036371).

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 der Korrekturkreis einen Sauerstoffsensor enthält, der in der Meßkammer angeordnet ist, und daß das Brückensignal zusammen mit dem Signal aus dem Korrekturkreis über den Schwellwertschalter einem Summierverstärker 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 Sauerstoffanteils 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 sich ?u dem Brückensignal. Damit bleibt die Anzeige des Anzeigegerätes weiterhin oben.

In Ausbildung der Erfindung, nach der der Sauerstoffsensor über einen Schalter und einen Verstärker direkt mit dem Anzeigegerät schaltbar ist, ist es möglich, 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, ist der Sauerstoffsensor ein nach bekanntem elektrochemischen Prinzip arbeitender Sensor.

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 Wheatstoneschen Brücke 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 Zwei^ der Wheatstoneschen Brücke ein Widerstandsdraht Js Kompensationselement 2 eingeschaltet. Das Potentiometer 3 vervollständigt die Wheatstonesche Brücke. Das Detektorelement 1 und das Kompensationselement 2 sind in. der Meßkammer 11 angeordnet, in die die Gasprobe eingeleitet wird. Das Wärmetönungssignai als Brückensignal liegt dem Summierverstärker 4 an. In der Meßkammer 11, der Gasprobe ausgesetzt, befindet sich außerdem der elektrochemische Sauerstoffsensor 6. Sein Signal liegt in einem Korrekturkreis über den einstellbaren Schwellwertschalter 10 zusammen mit dem Brückensignal dem Summierverstärker 4 an. Das Potentiometer 7 dient zur Justierung des Sauerstoffsensors 6. An dem 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 gleichzeitiger Kompensation des Wärmeleitwertes das Brückensignal, das dem Summierverstärker 4 und dann dem Anzeigegerät 5 anliegt. Parallel dazu mißt der Sauerstoffsensor 6 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 Endausschlag geht.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 wenig aufgeheizter Kompensationswiderstandsdraht eines Meßkreises untergebracht sind, deren Verbindungsstelle eine Ecke einer Wheatstoneschen Brückenschaltung bildet, sowie mit einem zusätzlichen Korrekturkreis mit einem einstellbaren Schwellwertschalter, dessen Signalwert zusammen mit dem Brückensignal ein Anzeigegerät oberhalb vollständiger Oxidation auf Endausschlag hält, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektiurkreis einen Sauerstoffsensor (6) enthält, der in der Meßkammer (11) angeordnet ist. und daß das Brückensignal zusammen mit dem Signal aus dem Korrekturkreis über den Schwellwertschalter (10) einem Summierverstärker (4) anliegt, an dem das Anzeigegerät (5) angeschlossen ist.

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

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffsensor (6) «in nach bekanntem elektrochemischen Prinzip arbeitender Sensor ist.