DE3446875A1

DE3446875A1 - Gasmessfuehler und verfahren zum nachweisen eines gases

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Publication number: DE3446875A1
Application number: DE19843446875
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sagamihara Kanagawa Sugiyama; Yukio Atsugi Kanagawa Yamauchi
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1985-07-11
Also published as: GB8432152D0; JPS60135757A; US4704536A; GB2152745A

Description

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Gasmeßfühler und Verfahren zum Nachweisen eines Gases

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasmeßfühler und ein Verfahren zum Nachweisen eines Gases, wie beispielsweise CO-Gas, das in kleiner Menge in der Luft enthalten ist, die durch einen Zwischenraum zwischen Elektroden strömt, der durch eine Strahlungsquelle ionisiert wird.

Es ist bereits ein Ionisierungs-Rauchmeßfühler bekannt, der die Anwesenheit eines Aerosols (kleine, in Luft verteilte Partikelchen) nachweist, die in einen mittels einer Strahlungsquelle ionisierten Zwischenraum zwischen einem Elektrodenpaar eintreten. In der US-PS 3 521 263 wird beispielsweise vorgeschlagen, eine Feldstärke des ionisierten Zwischenraums von 5 V/cm oder weniger zu benutzen, um ein Verbrennungsgas (Aerosol) eines Feuers in einfacher Weise nachzuweisen.

Andererseits besteht in neuerer Zeit der Bedarf, einen Gasmeßfühler zu entwickeln, der Reduktionsgase, wie beispielsweise CO, H~ usw., nachweisen kann, und es wurde bereits ein Gasmeßfühler vorgeschlagen, der Gas, wie beispielsweise CO, das in kleiner Menge in Luft enthalten ist, mittels einer Nachweisvorrichtung, die in ähnlicher Weise wie ein herkömmlicher Ionisations-Rauchmeßfühler funktioniert, nachweist.

Jedoch ist die Masse eines Gasmoleküls, wie beispielsweise von CO, etwa ein 1/10.000 der Masse eines Aero-

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sols (eines Rauchpartikels), das in einem herkömmlichen Rauchfühler nachgewiesen wird. Der Nachweis kleiner Gasmoleküle, wie beispielsweise CO, kann durch die ein-, fache Festlegung der Feldstärke auf 5 V/cm, wie in der US-Patentschrift vorgeschlagen, nicht erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung stützt sich auf den Gedanken, nicht nur die Feldstärke zwischen den Elektroden, sondern auch den Abstand dieser Elektroden zueinander zu berücksichtigen. Basierend auf der Erkenntnis der Anmelderin, daß sich Gasmoleküle zu Ionenkomplexen zusammenschließen, wenn sie in das elektrische Feld eines mittels einer Strahlungsquelle ionisierten Raumes eintreten, hat die Anmelderin insbesondere eine genaue Beziehung zwischen dem Elektrodenabstand und der Feldstärke herausgefunden, die den entstehenden Ionenkomplexen angepaßt ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gasmeßfühler und ein Verfahren zum Nachweisen von Gas zu schaffen, der/das in der Lage ist, eine kleine Menge eines in Luft enthaltenen Gases, wie beispielsweise CO, aufgrund einer durch die Gasmoleküle bewirkten Änderung des Ionenstroms nachzuweisen, indem mit einer Nachweisvorrichtung, die einem herkömmlichen Rauchmelder ähnlich ist, das Verhältnis des Elektrodenabstandes zur Feldstärke im Elektrodenzwischenraum entsprechend gewählt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gasmeßfühler geschaffen, der zwei sich gegenüberliegend angeordnete Elektroden aufweist, sowie mindestens eine Strahlungquelle zum Ionisieren mindestens eines Bereichs des Elektrodenzwischenraums, um eine kleine Menge eines in

der in den ionisierten Elektrodenzwischenraum eintretenden Luft enthaltenden Gases, wie beispielsweise CO, nachzuweisen, wobei der Fühler dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verhältnis d/x, d.h. eines Elektrodenabstandes zu einer Feldstärke χ des ionisierten Zwischenraums, 0,4 oder mehr beträgt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden an Hand der beigefügten Figuren im folgenden beispielsweise näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipskizze einer grundlegenden Anordnung einer Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2: eine Prinzipskizze, die einen im ionisierten Zwischenraum gebildeten Ionenkomplex schematisch darstellt;

Fig. 3: eine Prinzipskizze einer möglichen Vorrichtung zum Durchführen eines Versuchs, mit dem die Anwesenheit der Ionenkomplexe nachgewiesen werden kann;

Fig. 4: ein Diagramm, das die Änderung des Ionenstroms aufgrund der Ionenkomplexe darstellt;

Fig. 5: ein Diagramm, das den Grad der Ionenstromänderung, aufgetragen über der Feldstärke, darstellt, wobei der Elektrodenabstand als Parameter aufgetragen ist;

Fig. 6: ein Diagramm, das den Grad der Ionenstromänderung, aufgetragen über dem Verhältnis des Elektrodenabstands zur Feldstärke, darstellt, wobei der Elektrodenabstand als Parameter aufgetragen ist;

Fig. 7, 8 und 9: Prinzipskizzen anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10: eine Prinzipskizze einer elementaren Kammer-

bauweise eines herkömmlichen Ionisations-Rauchmelders.

Zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird als erstes ein herkömmlicher Ionisierung-Rauchmelder beschrieben.

Fig. 10 stellt den elementaren Aufbau eines herkömmlichen Ionisierungs-Rauchmelders dar. Gegensätzlich geladene Elektroden 2 und 3 sind auf einem Isolator 1 derart befestigt, daß sie sich gegenüberliegen. Eine Americium (Am 241) enthaltende Strahlungsquelle 4 ist an der inneren Elektrode 2 derart vorgesehen, daß sie das zwischen den Elektroden befindliche Gas ionisiert. Zwischen den Elektroden 2 und 3 wird durch eine Gleichstromquelle 5 eine Gleichspannung aufgegeben, die zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld aufbaut.

Wenn ein beispielsweise durch Verbrennung entstandenes Aerosol in das durch Gleichstrom aufgebaute elektrische Feld zwischen den Elektroden 2 und 3 eintritt, werden die molekularen Ionen der Luft oder die durch die Strahlungsquelle 4 ionisierten Elektronen von dem eintretenden Aerosol adsorbiert, wodurch der mittels eines Amperemeters 6 gemessene Ionenstrom zwischen den Elektroden 2 und 3 herabgesetzt wird. Die Anwesenheit eines Aerosols kann somit durch das Absinken des Ionenstroms nachgewiesen werden.

Da jedoch die Teilchen eines Gases, wie beispielsweise CO, extrem klein sind, wie oben beschrieben, ist es schwierig, die Anwesenheit des Gases nachzuweisen.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Ionisierungs-Rauchmelder wird im folgenden, an Hand Fig. 1, eine bevor-

zugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Parallel gegenüberliegend sind Elektroden 10 und 11 angeordnet, wobei sie zwischen sich einen Abstand d bilden. Die Elektrode 10 weist auf ihrer der Elektrode 11 zugewandten Fläche eine Strahlungsquelle auf, wie beispielsweise Americium, so daß in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 10 und 11 befindliche Gase durch die Stahlung der Alpha-Strahlen ionisiert werden.

Zwischen den Elektroden 10 und 11 wird mittels einer Gleichstromquelle 13 eine Gleichspannung angelegt, um ein elektrisches Feld vorgegebener Feldstärke zu schaffen. Ein Amperemeter 14 zeigt den zwischen den Elektroden 10 und 11 fließenden Ionenstrom an. Das Amperemeter 14 ist ein Pikoamperemeter, das Ströme in der Größenordnung von Pikoampere nachweisen kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Gasnachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Abstandes d zwischen den Elektroden 10 und 11 zur Feldstärke χ zwischen den Elektroden 10 und 11 festgelegt als:

d/x > 0,4 .

Unter diesen Bedingungen werden Gase, wie beispielsweise CO-Gas, die in den Raum zwischen den Elektroden 10 und 11 eintreten, durch die Stahlungsquelle 12 ionisiert und die in Fig. 2 schematisch dargestellten Ionenkomplexe gebildet. Jeder dieser Ionenkomplexe wird als Anhäufung von mehreren oder von mehreren -zig MoIekular-Ionen angesehen, verhält sich jedoch wie ein ein-

zelnes ionisiertes Molekül.

Die Ionenkomplexe, die derart gebildet werden, wenn Ga-. se, wie beispielsweise CO-Gas usw., in den Zwischenraum eintreten, weisen einen effektiven Ionenradius auf, der größer ist als der herkömmlicher Luftkomponenten, wie beispielsweise N„ - sowie U- -Ionen. Aus diesem Grund ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Ionenkomplexe gering und die Rekombinationswahrscheinlichkeit erhöht. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Ionenkomplexe im einzelnen beschrieben werden in: "Ionisierte Gase", von A. von Engel.

Die Anwesenheit der Ionenkomplexe, die es ermöglicht, Gasmoleküle mittels des Gasmeßfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung nachzuweisen, wird durch folgendes Experiment bewiesen.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Durchführen des Experiments zum Nachweisen, daß Ionenkomplexe in einem elektrischen Feld gebildet werden, das durch eine Strahlungsquelle ionisiert wird.

Die Kammer des erfindungsgemäßen Gassensors, der Elektroden 10 und 11 sowie die Strahlungsquelle 12 aufweist, wie in Fig. 1 dargestellt, ist an der Eingangsseite eines in einem Isolator ausgebildeten Strömungskanals 15 vorgesehen. Durch die Gleichstromquelle 13 wird zwischen den Elektroden 10 und 11 eine Gleichspannung angelegt. Das Amperemeter 14 dient zum Nachweisen eines Ionenstroms zwischen den Elektroden 10 und 11. Ein geerdetes Drahtgewebe 16 ist an der stromabwärts gelegenen Seite der Elektroden 10 und 11 vorgesehen. Doppelkamm-Elektroden 17 und 18 sind stromabwärts vom

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Drahtgitter 16 vorgesehen. Durch eine Gleichstromquelle 19 wird zwischen den Elektroden 17 und 18 eine Gleichspannung angelegt. Ein Pikoamperemeter 20 weist einen⁴ über die Elektroden 17 und 18 fließenden Elektrodenstrom nach.

Der Versuch zum Nachweis der Anwesenheit von Ionen-Komplexen, der die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung benutzt, wird wie folgt durchgeführt:

Durch die Gleichstromquellen 13 und 19 werden jeweils zwischen den Elektroden 10 und 11 sowie zwischen den Elektroden 17 und 18 Gleichspannungen angelegt. In Folge dessen tritt ein Ionenstrom Ia, dessen Betrag durch den Grad der Ionisation der Luftmoleküle bestimmt wird, zwischen die Elektroden 10 und 11 ein.

In diesem Zustand wird Luft in Richtung des Pfeils in den Strömungskanal 15 eingeführt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit einen gewissen Wert übersteigt, werden einige Ionen (zum größten Teil N_ und 0- ) der zwischen den Elektroden 10 und 11 erzeugten Gasmoleküle ausgeblasen, zwischen die stromabwärts angeordneten Elektroden 17 und 18. Demzufolge beginnt ein Ionenstrom Ib zwischen den Elektroden 17 und 18 zu fließen, wobei der Strom vom Amperemeter 20 angezeigt wird.

Somit ist die kritische Strömungsgeschwindigkeit Va bekannt, bei der der Ionenstrom zwischen den Elektroden 17 und 18 auf der stromabwärts gelegenen Seite zu fließen beginnt. Daraufhin wird CO-Gas enthaltende Luft mit einer unter der kritischen Strömungsgeschwindigkeit Va liegenden Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, wodurch eine Änderung der Ionenströme bewirkt wird, wie in Fig.

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4a dargestellt.

Genauer gesagt zeigt Fig. 4a die Ionenströme, nachdem und bevor CO-Gas mit der Strömungsgeschwindigkeit V= 0,2 cm/sec. aufgegeben wird. Bevor das CO-Gas eingespeist wird, beträgt der Ionenstrom Ia zwischen den Elektroden 10 und 11 konstant 55 Pikoampere und der Ionenstrom Ib zwischen den Elektroden 17 und 18 im wesentlichen 0 Pikoampere. Nachdem jedoch CO-Gas zugeführt wurde, sinkt der Ionenstrom Ia zwischen den Elektroden 10 und 11 auf 30 Pikoampere.

Wenn CO-Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise Va = 0,3 cm/sec. zugegeben wird, die höher ist als die kritische Strömungsgeschwindigkeit Va, wird dadurch eine Änderung des Ionenstroms bewirkt, die in Fig. 4b dargestellt ist. Genauer gesagt sinkt der Ionenstrom zwischen den Elektroden 10 und 11 von 55 Pikoampere auf 3 0 Pikoampere, und der Ionenstrom Ib zwischen den stromabwärts gelegenen Elektroden 17 und 18 steigt von 0,3 0 Pikoampere auf 0,3 5 Pikoampere, wenn das CO-Gas bei einer höheren Strömungsgeschwindigkeit als der kritischen Strömungsgeschwindigkeit Va zugegeben wird.

Aus den in Fig. 4 dargestellten Versuchswerten kann die Anwesenheit von Ionenkomplexen wie folgt bewiesen werden:

Setzt man voraus, daß durch die Zugabe von CO-Gas ein gewisses Ion entsteht, das durch die Strömungsgeschwindigkeit leichter beeinflußt wird als die Molekular- Ionen der Luft (N„ , O₂ ) , liegt der Grund, aus dem das neugebildete Ion durch die Strömungsgeschwindigkeit

leicht beeinflußt wird, darin, daß die Bewegungsgeschwindigkeit k des Ions gering ist. Die Geschwindikeit k der Ionenbewegung ist im wesentlichen umgekehrt proportional zum effektiven Radius des Ions. Würden sich die neugeschaffenen Ionen alle lediglich aus einfachen CO Molekular-Ionenkörpern zusammensetzen, könnten sie den Ionenstrom Ib zwischen den stromabwärts gelegenen Elektroden 17 und 18 durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nicht ändern, da sie im wesentlichen denselben oder einen noch geringeren effektiven Radius aufweisen wie die Molekular-Ionen der Luft, N_ , 0„ . Wie jedoch aus Fig. 4b ersichtlich, wird der Ionenstrom Ib zwischen den stromabwärts gelegenen Elektroden durch die Zugabe von CO-Gas erhöht, und dies zeigt, daß die Ionenkomplexe, die einen größeren effektiven Radius aufweisen als die einfachen Molekular-Ionenkörper des CO-Gases, gebildet und stromabwärts ausgeblasen werden.

Die Bildung von Ionenkomplexen kann nicht nur bei CO-Gas, sondern ebenso bei H~~Gas beobachtet werden.

Die Beweglichkeit eines Ions wird im folgenden theoretisch beschrieben.

Zwischen zwei ausreichend großen, parallelen Elektroden wandern Ionenpaare positiver und negariver Ionen, die zwischen den Elektroden entstehen, jeweils zu den Elektroden unterschiedlicher Polarität, wenn mittels einer geeigneten Strahlungsquelle die Gase zwischen den Elektroden gleichförmig ionisiert werden. Durch die Wände-, rung der Ionenpaare ermöglichen einige der Ionenpaare das Fließen eines Ionenstroms, während andere miteinander zusammenstoßen, um rekombiniert und somit neutralisiert zu werden.

Wenn die Bewegungen der Ionen, die den Ionenstrom und die Rekombination bewirken, nach einer gewissen Zeitspanne einen Gleichgewichtszustand erreichen, ist die Anzahl der gebildeten Ionenpaare gleich der Anzahl der verschwindenden Ionenpaare und somit ist auch die Anzahl der negativen Ionen gleich der Anzahl der positiven Ionen der Paare. Diese Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:

N⁺=N^-=N (1)

wobei N eine Ionendichte ist.

Der durch die Zusammenstöße der positiven und negativen Ionen bewirkte Grad der Neutralisation ist proportional zu N . Wenn die Anzahl der Ionenpaare, die jede Sekunde pro Volumeneinheit (cm ) erzeugt werden, als dN/dt betrachtet wird, kann folgende Gleichung aufgestellt werden:

dN/dt = - yN² (2)

wobei f einen Rekombinationskoeffizienten darstellt.

Wenn der Strom, der pro Flächeneinheit eines Bereiches des Elektrodenzwischenraums fließt, als Stromdichte j ausgedrückt wird, kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:

j = J⁺ + j" = e(N⁺v⁺ + N~v~) = eN(v⁺ + v~) (3)

wobei e eine elektrische Ladung und ν sowie ν Bewe gungsgeschwindigkeiten jeweils der positiven und nega tiven Ionen darstellen.

Die in Gleichung (3) dargestellte Bewegungsgeschwindigkeit ν der Ionen ist proportional zur Feldstärke x:

ν = kx (4)

wobei k die Beweglichkeit ist.

Aus den Gleichungen (2), (3) und (4) kann man die folgende Gleichung erhalten:

j = |"(k⁺+k~) e[(dN/dt) f I^1/2)x (5)

In der Gleichung (5) sind e, χ und dN/dt Konstanten, die von den CO-Gasionen nicht geändert werden. Das Verhältnis zwischen dem Rekombinationskoeffizient und der Beweglichkeit k ist in einem Gas unter Atmosphärendruck durch folgende Formel gegeben:

f = 47T- e(k⁺ + k~) (6)

Somit ist in Gleichung (5) die Größe, die durch die Anwesenheit von CO-Ionen geändert wird, die Beweglichkeit k. Die Beweglichkeit k wird vom effektiven Radius des Molekularions beeinflußt und nimmt ab, wenn der Radius größer wird.

Wenn ein Gas, wie beispielsweise CO-Gas, das zuverlässig Ionenkomplexe bildet, selbst in geringer Menge anwesend ist, werden im ionisierten Gas zwischen den Elektroden Ionenkomplexe gebildet. Da der effektive Radius der gebildeten Ionenkomplexe groß ist, wird die Beweglichkeit k gesenkt, und der Ionenstrom j wird aufgrund des Absinkens der Beweglichkeit k ebenfalls gesenkt.

Der Grund, aus dem das Verhältnis d/x zwischen dem Elektrodenabstand d und der Feldstärke χ auf 0,4 oder mehr festgelegt wird, wenn Ionenkomplexe aufgrund der Zugabe von CO oder H₃-GaS gebildet werden, was an Hand des Versuchs erläutert wurde, der unter Zuhilfenahme der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wurde, wird im folgenden erläutert. Das mittels des herkömmlichen Ionisierungs-Rauchmelders nachzuweisende Aerosol weist eine Masse auf, die 10.000 mal größer ist als die der Luftmolekülionen. Aus diesem Grund ist die Beweglichkeit des Aerosols, von dem die Luftmoleküle adsorbiert werden, so gering, daß sie, verglichen mit der Beweglichkeit von Luftmolekülionen, als feststehend betrachtet werden können. Genauer gesagt werden bei dem Ionisierungs-Rauchmelder einige der gebildeten Luftmolekülionen vom Aerosol adsorbiert, und die entstehenden Partikel sind im wesentlichen feststehend, wobei die Anzahl der Ionenpaare herabgesetzt und daher der Ionenstrom verringert wird. Eine solche Verringerung des Ionenstroms, der wie oben beschrieben bewirkt wird, wird stark von der Bauweise der Kammer oder der Stärke des elektrischen Feldes beeinflußt und kann leicht erfaßt werden.

Im Gegensatz dazu weisen die aus dem ionisierten CO-Gas gebildeten Ionenkomplexe eine Masse auf, die mehrfach oder mehrere -zig Mal größer ist als die der Luftmolekülionen, und der Unterschied zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit der Ionenkomplexe und der Bewegungsgeschwindigkeit der Luftmolekülionen, wie beispielsweise N_ , O_? , ist nicht so groß wie der Unterschied zwischen dem Aerosol und den Luftmolekülionen.

In anderen Worten weist der Ionenkomplex eine Bewe-

gungsgeschwindigkeit auf, die nicht so hoch ist wie die des Luftmolekülions, jedoch eine hohe Geschwindigkeit im allgemeinen Sinn. Aus diesem Grund kann ein Gas, wie. beispielsweise CO usw., mit einer herkömmlichen Kammerbauweise eines Ionisierungsrauchmelders nicht nachgewiesen werden. Um die Ionenkomplexe nachzuweisen, wird eine Kammerbauweise vorgeschlagen, die den folgenden Anforderungen, zusammengenommen, genügt:

a.) die Feldstärke χ im Elektrodenzwischenraum wird so gering wie möglich gehalten, um die Geschwindigkeit ν der Ionenbewegung abzusenken(gemäß Gleichung (4); und

b.) der Elektrodenabstand d wird so groß wie möglich gehalten.

Genauer gesagt ist es zum Erreichen einer großen Änderung des Ionenstroms wirksam, die Zeit T zu erhöhen, während der sich die Ionenkomplexe im Elektrodenzwischenraum aufhalten, um die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination zu erhöhen. Die Zeit T, während der sich der Ionenkomplex im Elektrodenzwischenraum aufhält, wird wie folgt ausgedrückt:

T = d/v = d/kx (7)

Diese Gleichung kann umgewandelt werden in:

d/x = Τ·Κ = R (8)

Wenn das Verhältnis R des Elektrodenabstandes d zur Feldstärke χ in Gleichung (8) so groß wie möglich angesetzt wird, wird die Änderung des Ionenstroms, d.h. die Empfindlichkeit auf CO-Gas, erhöht.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das den Änderungsgrad des Ionenstroms in Abhänigkeit von der Feldstärke darstellt, wobei der Elektrodenabstand d als Parameter. aufgetragen ist und die Fühlerbauweise gemäß Fig. 1 benutzt wird. CO-Gas wird in der Konzentration von 100 ppm eingespritzt.

Wie aus dem Diagramm in Fig. 5 ersichtlich, erhöht sich der Grad der Änderung des Ionenstroms mit wachsendem Abstand d und mit abnehmender Feldstärke bei konstantem Elektrodenabstand. Die Abhängigkeit des Änderungsgrads des Ionenstroms vom Verhältnis R des Elektrodenabstands d zur Feldstärke x, wie durch Gleichung 8 gegeben, kann, wie in Fig. 6 dargestellt, auf der Grundlage des Diagramms aus Fig. 5 ausgedrückt werden. Im Diagramm aus Fig. 6 ist ebenfalls der Elektrodenabstand d als Parameter aufgetragen.

In diesem Zusammenhang muß bemerkt werden, daß ein idealer Änderungsgrad des Ionenstroms von 10% oder mehr erwünscht ist und daß mindestens ein Änderungsgrad von 5% des Ionenstroms wirklich benötigt wird, um 100 ppm von CO-Gas sicher nachzuweisen. Wie aus dem Diagramm in Fig. 6 ersichtlich, muß deshalb, um einen Gasmeßfühler für CO-Gas oder H„-Gas zu verwirklichen, das Verhältnis R des Elektrodenabstandes d zur Feldstärke χ wie folgt sein:

R = d/x > 0,4

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand d vergrößert wird, um die Meßempfindlichkeit zu erhöhen.

Der Abstand d zwischen den Elektroden 10 und 11 wird durch die effektive Strahlungsreichweite der Strahlungsquelle 12 beschränkt, die auf der Elektrode 10 an-. geordnet ist. Wenn als Strahlungsquelle 12 Americium (Am 241) verwendet wird, beträgt die effektive Reichweite etwa 4 cm. In dieser Ausführungsform wird daher eine weitere Strahlungsquelle 12' zusätzlich auf der gegenüberliegenden Elektrode 11 vorgesehen, um die effektive Reichweite zu verdoppeln und den Abstand d zwischen den Elektroden 10 und 11 zu erhöhen.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der zwei Strahlungsquellen 12 und 12' an einem Isolator 22 angebracht sind, der seitlich von den sich gegenüberliegenden Elektroden 10 und 11 angeordnet ist, so daß die zwischen den Elektroden 10 und 11 befindlichen Gase aufgrund der seitlichen Bestrahlung durch die Quellen 12 und 12' gleichmäßig ionisiert werden, und um den Abstand d zwischen den Elektroden 10 und 11 zu vergrößern .

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind ein zentraler Elektrodenzylinder 23 und ein äußerer Elektrodenzylinder 24 koaxial angeordnet. Isolatoren 26 und 27, die jeweils Durchgangsöffnungen 25 aufweisen, sind an den entgegengesetzten Enden der mittleren und der äußeren Elektrode 23 und 24 vorgesehen. Ein Ansaugzylinder 28, durch den die zu überprüfende Luft eingelassen wird, ist am Isolator 26 vorgesehen, und ein Auslaßzylinder 29 zum Auslassen der Luft ist am Isolator 28 vorgesehen. Ein Strahlungsabschirmzylinder 30 ist auf der Elektrodenseite des Isolators

26 vorgesehen, und eine Strahlungquelle 12 ist auf der Innenseite des Strahlungsabschirmzylinders 30 angeordnet. Eine Gleichstromquelle 13 legt zwischen dem mittleren Elektrodenzylinder 23 und dem äußeren Elektrodenzylinder 24 eine Gleichspannung an. Der dadurch entstehende Ionenstrom wird mittels eines Amperemeters 14 gemessen .

Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 CO und/oder H_ in der durch den Ansaugzylinder 28 zugeführten Luft enthalten ist, sind die in dem durch die Strahlungsquellen 12 ionisierten Raum hergestellten Ionen der Bildung von Ionenkomplexen und der Rekombination der Ionen, während der gesamten Reise durch den zwischen dem mittleren und dem äußeren Elektrodenzylinder 23 und 24 gebildeten Raum, ausgesetzt. Somit kann ein große Änderung, d.h. eine merkliche Abnahme, des Ionenstroms erreicht werden. In diesem Fall ist der wesentliche Abstand d die vektorielle Summe einer Bewegungsrichtung der Ionen, in Richtung des elektrischen Feldes und in Richtung der Bewegung der Ionen aufgrund der Luftströmung in axialer Richtung.

Claims

KADORKLlJNKERSCHMnT-NII^-HmOT

K 22 211/7al

HOCHIKI KABUSHIKI KAISHA
(Hochiki Corporation)
10-43, Kamiosaki 2 chome,
Shinagawa-ku

Tokyo
JAPAN

Gasmeßfühler und Verfahren zum Nachweisen eines Gases

Patentansprüche

λ Gasmeßfühler mit zwei sich gegenüberliegenden Elektroden und mindestens einer Strahlungsquelle zum Ionisieren mindestens eines Bereichs des Elektrodenzwischenraums zum Nachweisen einer geringen Menge eines Gases, wie beispielsweise CO-Gas, das in der in den ionisierten Elektrodenzwischenraum eintretenden Luft enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis d/x des Abstandes zwischen den Elektroden (10, 11) zur Feldstärke (x) des ionisierten Zwischenraums gleich oder größer als 0,4 ist.
2. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12) auf einer der Elektroden (10, 11) angeordnet ist.
3. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Strahlungsquellen (12, 12') vorgesehen sind und jede auf der entsprechenden Elek-, trode (10, 11) angebracht ist, um den Abstand zwischen den Elektroden zu vergrößern.
4. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12, 12') zwischen den beiden Elektroden (10, 11) derart angeordnet ist, daß sie seitlich in den Elektrodenzwischenraum strahlt.
5. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden jeweils aus einem mittleren Elektrodenzylinder (23) und einem äußeren Elektrodenzylinder (24) bestehen, wobei der mittlere Elektrodenzylinder (23) und der äußere Elektrodenzylinder (24) koaxial zueinander angeordnet sind und wobei der Gasmeßfühler desweiteren Isolatoren (26, 27) mit Durchgangsöffnungen (25), die an den entgegengesetzten Enden der Elektrodenzylinder (23, 24) angeordnet sind, einen Ansaugzylinder (28) und einen Auslaßzylinder (29), die jeweils an den Isolatoren (26, 27) angebracht sind, sowie einen Strahlungsabschirmzylinder (30) aufweist, der an der der Elektrode zugewandten Seite des Isolators befestigt ist, an dem der Ansaugzylinder angebracht ist, und der die Strahlungsquellen (12) in sich aufnimmt .
6. Verfahren zum Nachweisen eines Gases, bei dem mindestens ein Bereich eines Zwischenraumes zwischen zwei sich gegenüberliegenden Elektroden ionisiert wird und bei dem eine geringe Menge eines Gases, wie beispielsweise CO anzeigt, das in der in den ionisierten Zwischenraum eintretenden Luft enthalten ist,d a d u r c h

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gekennzeichnet, daß das Verhältnis d/x des Abstandes (d) zwischen den Elektroden (10, 11) zur Feldstärke (x) des ionisierten Zwischenraums 0,4 oder mehr beträgt.