DE2925242A1

DE2925242A1 - Messwandler fuer stroemende gas-luftgemische

Info

Publication number: DE2925242A1
Application number: DE19792925242
Authority: DE
Inventors: A A Constantinus Lehmann; Franz-Georg Ulses
Original assignee: Berger & Co Gerhard GmbH; Gerhard Berger & Co Fabrik Elektrischer Messgeraete GmbH
Current assignee: Lehmann Constantinus A 5510 Palzem De Ulses F
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE2925242C2

Description

Meßwandler für strömende Gas-Luftgemische
Die Erfindung betrifft einen MelJwandler für strömende Gas-Luftgemische, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin befindlichen, gegen das gehäuse thermisch isoliert, vom Gas-Luftgemisch durchströmten Reaktor mit zwei gleichen Kammern, wobei sich in Jeder Kammer ein in Glas eingeschmolzener Platin-Meßwiderstand befindet und eine Kammer eine katalytisch aktive und die andere eine katalytisch inaktive Substanz gleicher Masse enthält.
Derartige Meßwandler werden, wie bekannt, in Waswarngerälen bereits eingesetzt.
Mit den bisher bekanntgewordenen Meßwandlernmit Katalysatoren lassen sich jedoch viele Aufgaben der Gaswarn-tecnnik überhaupt nicht oder nur mit einem sehr großen Unsicherheitsfaktor behaftet erfüllen.
Bei einem bekannten Gaswarngerät für CO nach dem WärmetUñungsverfahren wird z.B. der als Hopkalit bekannte Katalysator benützt.
Mit ihm lassen sich zwar gute Nullpunktstabilitäten erreichen, ungefähr 0,05 /OC. Ein großer Nachteil jedoch ist die schnelle Alterung (Empfindlichkeitsabfall) bei CO und die Störempfindlichkeit auf Wasserdampf, H2S!usw. Außerdem ist infolge der geringen CO-Empfindlichkeit des Hopkalits ein sehr grober Meßgasdurchsatz notwendig, der zwangsläufig zu erhöhter Schmutz- und Schadstoffeinleitung in den Katalysator und damit zu seiner schnellen Vergiftung führen wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Meßwandler für Gaswarngeräte, insbesondere zur Anzeige von CO, zu schaffen, der die an ein solches Gerät gestellten Bedingungen in bezug auf geringe Alterung, auf gute Ansprechempfindlichkeit, hohe Nulipunktstabilität bezgl. klimatischer Einflüsse des Systemaufbaues und der Hilfseinrichtungen mit niedrigen Gestehungskosten in höchstem Maße erfüllt.
Diese Aufgabe wird bei einem Meßwandler der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch folgende Maßnahmen erzielt und wird an Hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt Fig. 1 den gesamten schematischen Aufbau des Gaswarngerätes Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Reaktor 7 Fig. 3 einen Längsschiiitt durch die Vorwärmkammer d Fig. 4 die schematische innere Anordnung der Einzelteile im Meßwandler als Schnitt A - B Fig. 5 die schematische innere Anordnung der Einzelteile in Draufsicht.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird das zu untersuchende (zu messende) Gas-Luftgemisch über geeignete Filter 1 von einer Pumpe 2 bei konstanter Strömung in einen Meßwandler 3 gedrückt und nach der darin erfolgten katalytischen Verarbeitung wieder nach außen gefünrt. nin Netztei mit elektronik 4 sorgt für die Stromversorgung und die Temperatur-Regelung im Meßwandler 3 sowie die Weiterleitung des Meßsignals, das als hiderstandsänderung angeboten und zu einem normier-,en Ausgangssignal 5 von 0 - 20 mA verarbeitet wird. Gleichzeitig werden Alarmstufen 6 angesteuert, deren Ansprechpegel justierbar ind.
Aus Sicherheitsgründen wird gefordert, daß bei Gas-Luftgemischen Kohlemonoxydwerte von 30 ppm Gaskonzentration in Luit bei einem vertretbaren Gesamtfehler von + 10 = fi 3 ppm noch gut erkennbar sind.
Für das Meßgerät wird ein Meßbereich von 0-300 ppm (CO) = 100 ao festgelegt, so daß die Nullpunktsdrift nur # 1 % = # 3 ppm als Summe aller Fehlerkomponenten, bezogen auf die gesamte Meßapparatur, betragen darf. Rinzelfehler entstehen: a) in der Meßkammer, b) in der Elektronik, c) in der Gasförderpumpe.
Diese werden ausgelöst durch Äliderungen von 1. Umgebungstemperatur6 bei einem zulässigen Bereich von - 10°C bis + 40 C 2. Meßmedientemperatur 3. Strömung 4. Luftfeuchte 5. Elektrik, Versorgung Die Temperatureinflüsse 1 und 2 sind die bedeutendsten.
Das zur Anwendung gebrachte Prinzip der Wärme tönung erbringt bei der konstanten Arbeitstemperatur des Reaktors von ca. 85°C für 300 ppm CO in der katalytisch aktiven Kammer einen Temperaturanstig von 0,50C.
Wenn der Meßfehler als Gesamtnullpunktsdrift von # 1 % im Außentemperaturbereich von -10°C bis + 40°C # 0,05 %/°C nur auf die ekammer bezogen werden kann, verbleibt ein zulässiger Gesamtteperaturfehler von nur # 0,005°C.
Solche Temperaturänderungen mebtechnisch reproduzierbar erlassen zu können erforder neben anderen Maßnahmen den Aufbau einer empfindlichen Brückenschaltung, so daß der ;'Null"-Fehler von + 0,005°C als Fehler beider Meßzweige gegeneinander zu sehen ist.
Da das gasförmige Meßmedium beide Kammern des Reaktors passieren muß und die am Aktiv-Katalyt entstehende Meiswärnemenge durch Widerstandsänderung des ewiderstandes zur Mef3größenverarbeitung weitergegeben werden muß, ist ein spezifisch dafür geeigneter geometrischer Aufbau des Reaktors erforderlich, dessen Beschaffenheit in sich Temperaturvariationen zulassen muß. Es ergibt sich das an Hand von Fig.2 bescllriebene symmetrisch aufgebaute Reaktorsystem.
Der Reaktor enthält im Gehäuseinneren zwei Kammern aus Giasfritte 19, die durch eine gasdurchlässige Trennscheibe 17 getrennt sind. Die eine Kammer enthält eine katalytisch aktive 20a und die andere Kammer eine katalytisch inaktive 20b Substanz möglichst gleicher Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. In dieser S; bstanz sind in jeder Kammer je ein Platin-Meßwiderstand 16 eingebettet. Auf dem rohrförmigen Gehäuse befindet sich, symmetrisch verteilt, die Heizwicklung 18, auf den Seitenflanschen aus Isaliermaterial 15 befinden sich Lötstützpunkte.
Der Reaktorraum und damit der Katalyt wird durch eine elektronische Regelung auf einer konstanten Arbeitstemperatur von ca. ö5 C gehalten.
Thermische Beeinflussungen von außen auf den Reaktor sind jedoch bei den oben erwähnten Fehlergrößen ohne besondere Vorkehrungen nicht zu vermeiden.
Um eine dieser von außen kommenaen Beeinflussungen zu verhindern, wird dem Reaktor eine Vorwärmkammer für das Gas-Luftgemisch vorgeschaltet. Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht diese Vorwärmkammer aus einem rohrtörmigen Gehäuse 12, das außen eine Heizwicklung 21 trägt. An den Seitenflanschen 14 aus Isoliermaterial befinden sich Lötstützpunkte.
Das Innere der Vorwärmkammer enthält gasdurchlässige Lamellen 13, bestehend aus Aluminium-Drahtgittern. Die Temperatur im Inneren der Vorwarmkammer wird elektronisch so geregelt, daß das durchströmende Gasgemisch auf eine konstante Temperatur aufgeheizt wird. Hierdurch r;ird der Einfluß der Meßmediumtemperatur auf die Anzeigegenauigkeit eliminiert.
Um den EinfluB der Aubentemperatur im Bereich von - 10 bis + 400C zu beseitigen, wird erfindungsgemälb der Reaktor, die Vorwärmkammer und die Verbindungswege im Strömungskanal in ein zusätzlich temperaturstabilisiertes Gehäuse eingebaut.
Wie in Fig.4 und Fig. 5 dargestellt, sind der Reaktor und die Vorwärmkammer in ein zylindrisches Gehäuse 9 wärmeisoliert eingebaut. Der zylindrische Teil des dünnwandigen Gehäuses trägt eine Heizwicklung,bestehend aus einem isolierten Heizband, dessen Widerstand sich abhängig von der Auldentemperatur so ändert, daß die Gehäusetemperatur im Inneren auf ca. 500C automatisch eingeregelt und konstant gehalten wird.
Das so beheizte Gehäuse wird nochmals in einen dünnwandigen Blechkasten 3 eingesetzt und gegenüber diesem warmeisoliert.
Als Wärmeisolation 22 in den Gehäusen 3 und 9 wird schlecht wärmeleitendes Material verwendet.
Mit diesen getroffenen Maßnanmen werden, in Verbindung mit dem von uns entwickeiten Katalysator, die gestellten Anforderungen in bezug auf Empfindlichkeit und Nullpunkt-Scabilität mit der erforderlichen Genauigkeit erfüllt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Meß wandler für strömende Gas-Luftgemische, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin befindlichen, gegen das Gehäuse thermisch isolierten, vom Gas-Luitgemisch durchströmten Reaktor mit zwei gleichen Kammern, wobei sich in jeder Kammer ein in Glas eingeschmolzener Platin-Mel3widerstand befindet und die eine Kammer eine katalytisch aktive und die andere eine katalytisch inaktive Substanz gleicher Masse enthält, dadurch gekennzeichnet, daiJ innerhalb des Meliwandler-Gehäuses (3) thermisch von diesem isoliert, sich ein zweites beheiztes Gehäuse (9) befindet und innerhalb dieses Gehäuses (9), thermisch von ihm isoliert, ein beheizter, katalytisch arbeitender Reaktor (7) und eie beheizte Vorwärmkammer (d) untergebracht sind.
2. Meßbandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmkammer (8) aus einem metalliscnen Hohlkörper (12) besteht und mit die Wärme gut leitenden gasdurchlässigen Lamellen (13) gefüllt ist.
3. Meßwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 der Reaktor und die Vorwärmkammer Heizung und Sensoren Clb) bzw. (21) besitzen und damit elektronisch auf thermisch stabile vorgegebene Temperaturwerte geregelt erden.
4. ewandler nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des den Reaktor (7) sowie die yorgeschaltete Vorwärmkammer (o) umschließenden Gehäuses (9) mittels einer Heizwicklung (10) so geregelt wird, daß dieselbe im Gehäuse > 50 C und unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur wird.
5 Meßwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum und durch den Meßwandler führenden Strömungspfade t11) thermisch schlecht leiten und so angeordnet sind, daij das Gas-Luftgemisch die Zu- und Ableitung (11 e bzw. 11 a) in parallelen Zweigen symuietrisch aul kurzem Wege beide Reaktor - kammern durchströmt.