DE2925242C2

DE2925242C2 - Meßwandler für strömende Gas-Luftgemische

Info

Publication number: DE2925242C2
Application number: DE19792925242
Authority: DE
Inventors: A.A. Constantinus 4133 Neukirchen Lehmann; Franz-Georg 7630 Lahr Ulses
Original assignee: Individual
Current assignee: Lehmann Constantinus A 5510 Palzem De Ulses F
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE2925242A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwandler zur kontinuierlichen Bestimmung des C-Anteils, insbesondere CO-Anteils, in einem Gas-Luft-Gemisch, mit einem Reaktor aus zwei Kammern, in denen jeweils elektrisch isolierte gleichartige Temperaturmeßfühler angeordnet sind, wobei eine Kammer eine katalytisch aktive und die andere Kammer eine katalytisch inaktive Substanz gleicher Masse enthält, wobei ferner der Reaktor beheizt sowie isoliert in einem inneren Gehäuse angeordnet ist und dieses innere Gehäuse isoliert in einem äußeren Gehäuse untergebracht ist.

Derartige Meßwandler werden in Gaswarngeräten bereits eingesetzt. Mit den bisher bekanntgewordenen Meßwandlern mit Katalysatoren lassen sich jedoch viele Aufgaben der Gaswarn-Technik überhaupt nicht oder nur mit einem sehr großen Unsicherheitsfaktor behaftet erfüllen.

Bei einem aus der Praxis bekannten Gaswarngerät für CO nach dem Wärmetönungsverfahren wird z, B, der als Hopkalit bekannte Katalysator benützt. Mit ihm lassen sich zwar gute Nullpunktstabilitäten erreichen, ungefähr 0,05%/°C. 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 großer MeDgasdurchsatz notwendig, der zwangsläufig zu erhöhter Schmutz- und Schadstoffeinleitung in den Katalysator und damit zu seiner schnellen Vergiftung führen wird.

Das gilt grundsätzlich auch für einen Meßwandler der eingangs beschriebenen Gattung (DE-OS 15 98 169), der bei vergleichsweise hohen Temperaturen arbeitet und deswegen schnell altert. Mit zunehmender Alterung wird aber auch die Ansprechempfindlichkeit geringer und die Nullpunktstabilität läßt nach. Das gilt insbesondere dann, wenn dieser Meßwandler zur Bestimmung des CO-Gehaltes eingesetzt wird.

Auch ein anderer bekannter Meßwandler (US-PS 37 25 005) arbeitet in einem verhältnismäßig hohen Temperaturbereich von 260 bis 490 Grad Celsius. Diener Meßwandler weist zwar eine Vorwarnkammer auf, diese soll aber lediglich das Gas-Luft-Gemisch so aufheizen, daß eine Kondensation von Wasser und die Absorption reaktionsfähiger Komponenten vermieden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßwandler der eingangs beschriebenen Gattung, insbesondere zur Anzeige von CO, so zu verbessern, daß er nur geringe Alterungserscheinungen zeigt und eine gute, gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit sowie hohe Nullpunkt-Stabilität besitzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß neben dem Reaktor eine diesem in Strömungsrichtung vorgeschaltete, beheizte Vorwärmkammer für das Gas-Luft-Gemisch innerhalb des inneren Gehäuses untergebracht ist und daß das innere Gehäuse von einer Heizwicklung umgeben ist, der eine Temperaturregelung für den Innenraum des inneren Gehäuses zugeordnet ist

Bei diesem Meßwandler wird durch verschiedene Maßnahmen der Wärmefluß innerhalb des Wandlers und werden damit die Temperaturen der einzelnen Bereiche konstant gehalten. Wenn es gelingt, die Temperaturen insbesondere im Reaktor konstant zu halten und den Wärmefluß aus dem Reaktor weitgehend zu begrenzen, können die Absolutwerte der Temperaturen vergleichsweise gering gehalten wercen, ohne daß dadurch die Meßgenauigkeit des Wandlers beeinträchtigt wird. Im vorliegenden Fall ist es möglich, die Arbeitstemperatur des Reaktors bei ca. 85 Grad Celsius und die Innentemperatur des inneren Gehäuses bei ca. 50 Grad Celsius zu halten, womit gleichzeitig auch erreicht wird, daß Alterung und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Ansprechempfindlichkeit sowie die Nullpunktstabilität begrenzt sind und kontrollierbar bleiben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigt

F i g. 1 den gesamten schematischen Aufbau eines Gaswarngerätes,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Reaktor 7,

Fig.3 einen Längsschnitt durch die Vorwärmkammer 8,

F i g. 4 die schematische innere Anordnung der Einzelteile im Meßwandler als Schnitt A-Z?nach F i g. 5,
F i g. 5 die schematische innere Anordnung der Einzelteile in Draufsicht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird das zu untersuchende (zu messende) Gas-Luft-Gemisch 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 geführt. Ein Netzteil mit Elektronik 4 sorgt für die Stromversorgung und die Temperatur-Regelung im Meßwandler 3 sowie die Weiterleitung des Meßsignals, das als Wider-

standsanderung angeboten und zu einem normierten Ausgangssignal 5 von 0—20 mA verarbeitet wird. Gleichzeitig werden Alarmstufen 6 angesteuert, deren Ansprechpegel justierbar sind.

Aus Sicherheitsgründen wird gefordert, daß bei Gas-Luftgemischen Kohlemonoxyiwerte von 30 ppm Gaskonzentration in Luft bei einem vertretbaren Gesamtfehler von ± 10% = ±3 ppm noch gut erkennbar sind.

Für das MrQgerät wird ein Meßbereich von 0-300 ppm (CO) 100% festgelegt, so daß die Nullpunktsdrift nur ±1% = ±3 ppm als Summe aller Fehlerkomponenten, bezogen auf die gesamte Meßapparatur, betragen darf. Einzelfehler entstehen:

a) in der Meßkammer,

b) in der Elektronik,

c) in der Gasförderpumpe.

Diese werden ausgelöst durch Änderungen von

20

1. Umgebungstemperatur, bei einem zulässigen Bereich von -10⁰C bis +40⁰C

2. Meßmedientemperatur

3. Strömung

4. Luftfeuchte

5. Elektrik, Versorgung

Die Temperatureinflüsse 1 und 2 sind die bedeutendsten.

Das zur Anwendung gebrachte Prinzip der Wärmetönung erbringt bei der konstanten Arbeitstemperatur des Reaktors von ca. 85°C für 300 ppm CO in der katalytisch aktiven Kammer einen Temperaturanstieg von 0,5⁰C.

Wenn der Meßfehler als Gesamtnullpunktsdrift von ±1% im Außentemperaturbereich von —10°C bis + 40⁰C 0,05%/°C nur auf die Meßkammer bezogen werden kann, verbleibt ein zulässiger Gesamttemperaturfehler von nur ±0,005° C.

Solche Ten.peraturänderungen meßtechnisch reproduzierbar erfassen zu können erfordert 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 paisieren muß und die am Aktiv-Katalyt entstehende Meßwärmemenge durch Widerstandsänderung des Meßwiderstander· zur Meßgrößenverarbeitung 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 beschriebene symmetrisch aufgebaute Reaktorsystem.

Der Reaktor enthält im Gehäuseinneren zwei Kammern aus Glasfritte 19, die durch eine gasdurchlässige Trennscheibe 17 getrennt sind. Die eine Kammer enthält eine katalytisch aktive 20a und die andere Kammer eine katalytisch inaktive 20ό Substanz möglichst gleicher Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. In dieser w> Substanz 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 Isoliermaterial 15 befinden sich Lötstützpunkte. _b-,

Der Reaktorraum und damit der Katalyt wird durch eine elektronische Regelung auf einer konstanten Arbcitstcmpcratiir von ca. 85°C gehalten.

Thermische Beeinflussungen von außen auf den Reaktor sind jedoch bei den oben erwähnten Fehlergrößen ohne besondere Vorkehrungen nicht zu vermeiden.

LJm eine dieser von außen kommenden Beeinflussungen zu verhindern, wird dem Reaktor eine Vorwärmkammer für das Gas-Luftgemisch vorgeschaltet. Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht diese Vorwärmkammer aus einem rohrförmigen 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 Vorwärmkammer wird elektronisch so geregelt, daß das durchströmende Gasgemisch auf eine konstante Temperatur aufgeheizt wird. Hierdurch wird der Einfluß der Meßmediumtemperatur auf die Anzeigegenauigkeit eliminiert.

Um dtn Einfluß der Außentemperatur im Bereich von — 10 bis +40°C zu beseitigen, wird erfindungsgemäß der Reaktor, die \ orwärmkammer vnd die Verbindungswege im Strörriungskap.a! in ein zusätzlich temperaturstabilisiertes Gehäuse eingebaut.

Wie in F i g. 4 und 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 Außentemperatur so ändert, daß die Gehäusetemperatur im Inneren auf ca. 50° C automatisch eingeregelt und konstant gehalten wird.

Das so beheizte Gehäuse wird nochmals in einen dünnwandigen Blechkasten 3 eingesetzt und gegenüber diesem wärmeisoliert. Als Wärmeisolation 22 in den Gehäusen 3 und 9 wird schlecht wärmeleitendes Material verwendet.

Mit diesen getroffenen Maßnahmen werden, in Verbindung mit dem von uns entwickelten Katalysator, die gestellten Anforderungen in bezug auf Empfindlichkeit und Nullpunkt-Stabilität mit der erforderlichen Genauigkeit erfüllt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßwandler zur kontinuierlichen Bestimmung des C-Anteils, insbesondere OO-Anteils, in einem Gas-Luft-Gemisch, mit einem Reaktor aus zwei Kammern, in denen jeweils elektrisch isolierte gleichartige Temperaturmeßfühler angeordnet sind, wobei eine Kammer eine katalytisch aktive und die andere Kammer eine katalytisch inaktive Substanz gleicher Masse enthält, wobei ferner der Reaktor beheizt sowie isoliert in einem inneren Gehäuse angeordnet ist und dieses innere Gehäuse isoliert in einem äußeren Gehäuse untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Reaktor (7) eine diesem in Strömungsrichtung vorgeschaltete, beheizte Vorwärmkammer (8) für das Gas-Luft-Gemisch innerhalb des inneren Gehäuses (9) untergebracht ist und daß das innere Gehäuse (9) von einer Heizwicklung (10) umgeben ist, der eine Temperaturregelung für den Innenraum des inneren Gehäuses (9) zugeordnet ist

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmkammer (8) aus einem metallischen Hohlkörper (12) besteht und mit die Wärme gut leitenden gasdurchlässigen Lamellen (13) gefüllt ist.

3. Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Temperaturregelungen für den Reaktor (7) und die Vorwärmkammer (8).

4. MeßwaniLer nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichneudaß dir Temperatur im Reaktor auf ca. 85 Grad Celsius geregelt ist.

5. Meßwandler nach einem de - Ansprüche 1 --4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Innenraum des inneren Gehäuses (S) auf ca. 50 G rad Celsius geregelt ist.