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Magnetischer Sauerstoffanalysator
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Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffanalysator gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Dieser Sauerstoffanalysator dient zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts
von Gasen, wie z. B. des Auspuffgases von Maschinen und verschiedener Arten industrieller
Kessel.
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Er ist als magnetischer Sauerstoffanalysator aufgebaut, bei dem Elektromagnetspulen
zweier paralleler Elektromagnete wechselweise erregt werden, um ein magnetisches
Feld abwechselnd zwischen zwei Sätzen von Magnetpolen zu erzeugen. Ein Probengas
und ein Referenzgas mit unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität werden zwischen
diesen beiden Sätzen von Magnetpolen hindurchgeleitet, um den Sauerstoffgehalt im
Probengas aufgrund des Grenzflächendrucks zu bestimmen, der sich aus den unterschiedlichen
magnetischen Suszeptibilitäten ergibt.
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Fig. 2 zeigt einen bekannten Sauerstoffanalysator. Eine Probengasleitung
zur Aufnahme eines Probengases mittels einer Saugpumpe ist mit einem Nadelventil
2 und einem Druckregler 3 ausgestattet. Sie verzweigt sich in zwei Probenleitungen
b und c, die mit Kapillaren 5 und 5' ausgestattet sind und mit der Meßkammer bzw.
Meßzelle 6 und 6' in Verbindung stehen. 7. und 7' bzw. 8 und 8' bezeichnen zwei
Sätze in geringem Abstand einander gegenüberstehender Magnetpole in den Meßzellen
6 und 6'. Die sich gegegenüberstehenden
magnetischen Pole 7 und
7' bzw. 8 und 8' bilden mit Hilfe eines Eisenjochs einen geschlossenen magnetischen
Kreis, so daß zwischen den Sätzen der magnetischen Pole 7 und 7' bzw. 8 und 8' ein
starkes magnetisches Feld abwechselnd erzeugbar ist, und zwar durch wechselweises
Anlegen einer Spannung an die Magnetspulen auf jedem Eisenjoch. 9 kennzeichnet eine
Kondensatormikrophonsonde, wobei die beiden Kammern A und B getrennt durch die Kondensatormembran
10, mit den genannten Meßzellen 6 und 6' über die Druckeinleitungsöffnungen 11 und
11' in Verbindung stehen. Der feststehende Pol 12 ist mit dem Vorverstärker 13,
dem Verstärker 14 und dem Anzeigegerät 15 verbunden. g ist eine Refernezgasleitung
mit einem Druckregler 18. Sie steht mit den beiden Kammern A und B über zwei geteilte
Referenzgasleitungen e und f über die Kapillaren 17 und 17' in Verbindung und bringt
das Referenzgas, etwa ein unaktives Gas, wie z. B.
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N2, und Luft in die Meßzellen 6 und 6', und zwar über die beiden Kammern
A und B und über die Druckleitungsöffnungen 11 und 11'. Ein derartiger Sauerstoffanalysator
ist in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 2522/1984 beschrieben.
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Bei diesem konventionellen Sauerstoffanalysator wird ein Probengas
über eine Probengasleitung a und die verzweigten Probengasleitungen b und c in die
Meßzelle 6 geleitet, wohingegen das Referenzgas über die Referenzgasleitung g und
die verzweigten Referenzgasleitungen e und f in die Meßzelle 6' geleitet wird. Zwischen
den magnetischen Polen 7 und 7' bzw. 8 und 8' werden wechselseitig Grenzflächendrücke
erzeugt, die dem Unterschied der magnetischen Suszeptibilität zwischen dem Probengas
und dem Referenzgas proportional sind. Die resultierenden Grenzflächendrücke können
über eine Kondensatormikrophonsonde 9 auf dem Anzeigegerät 15 sichtbar gemacht werden
und damit der Gehalt an Sauerstoff im Probengas ermittelt
werden.
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Dieser Sauerstoffanalysator hat den Nachteil, daß ein Referenzgas,
wie z. B. N2, zusätzlich zum Probengas bereitgestellt werden muß. Zwar kann auch
Luft als Referenzgas verwendet werden, weil der Sauerstoffgehalt der Luft konstant
ist. Aber auch hier tritt ein Nachteil insofern auf, als eine Anzeige erfolgt, obgleich
die Sauerstoffkonzentration im Probengas Null ist und so kein absolutes Nullsignal,
sondern ein Nullpunktfehler entsteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Sauerstoffanalysator
zu schaffen, der keine Bereitstellung eines speziellen Referenzgases erfordert und
in der Lage ist, ein absolutes Nullsignal abzugeben, wenn die Sauerstoffkonzentration
im Probengas Null ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der magnetische Sauerstoffanalysator nach der Erfindung mit zwei parallel
zueinander liegenden Elektromagneten, die jeweils einen Spalt zur Bildung zweier
gegenüberliegender Pole aufweisen und eine Magnetspule tragen, durch die ein magnetisches
Feld zwischen den Polen erzeugbar ist, einer eine Probengas- und eine Referenzgasleitung
enthaltenden Einrichtung zur Zuführung eines Probengases und eines gegenüber dem
Probengas eine andere magnetische Suszeptibilität aufweisenden Referenzgases in
die Räume zwischen den Polen, und mit einer Meßeinrichtung, durch die der Sauerstoffgehalt
im Probengas aufgrund eines Grenzflächendrucks bestimmbar ist, der sich aufgrund
der Differenz der magnetischen Suszeptibilitäten einstellt, zeichnet sich dadurch
aus, daß die Probengasleitung zur
Zuführung des Probengases mit
einer Abzweigleitung verbunden ist, in der eine sauerstoffselektiv durchlässige
Membran angeordnet ist, und daß als Referenzgas das Gas verwendbar ist, das die
sauerstoffselektiv durchlässige Membran passiert hat.
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Vorzugsweise ist die sauerstoffselektiv durchlässige Membran eine
Silicongummi-Membran.
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Wenn im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, hat auch das Referenzgas
eine Sauerstoffkonzentration von Null und erzeugt ein absolutes Nullsignal.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es
zeigen: Fig. 1 einen magnetischen Sauerstoffanalysator gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 einen konventionellen magnetischen Sauerstoffanalysator.
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Beim Sauerstoffanalysator gemäß Fig. 1 ist eine Probengasleitung zur
Prüfung einer Gasprobe mit einer Saugpumpe 1, einem Nadelventil 2 und einem Druckregler
3 ähnlich wie bei dem konventionellen Sauerstoffanalysator vorhanden, verzweigt
sich in zwei Probengasleitungen b und c mit Kapillaren 5 und 5' und dem Puffer 4
und steht mit den Meßzellen 6 und 6' in Verbindung. 7, 7' und 8, 8' stellen zwei
Sätze von magnetischen Polen dar, die sich in den Meßzellen 6 und 6' in geringem
Abstand gegenüberstehen und einen geschlossenen magnetischen Kreis mit Hilfe eines
(nicht dargestellten) Eisenjochs bilden, so daß ein starkes magnetisches Feld in
den Spalten wechselweise erzeugt wird, wenn zwei elektromagnetische Spulen, die
um die Joche gewickelt sind, abwechselnd erregt werden. 9 bezeichnet
eine
Sonde der Art eines Kondensatormikrophons, deren zwei Kammern A und B durch eine
Kondensatormembran 10 getrennt sind und mit den Meßzellen 6 und 6' über die Druckeinleitungsöffnungen
11 und 11' in Verbindung stehen. Eine feststehende Elektrode 12 ist mit dem Vorverstärker
13, dem Verstärker 14 und dem Anzeigegerät 15 verbunden. Ein Leitungszweig d zweigt
von der genannten Probengasleitung in der Mitte zwischen dem Druckregler 3 und dem
Puffer 4 ab, enthält eine sauerstoffselektiv durchlässige Membran 16, die für Sauerstoff
durchlässig, jedoch für andere enthaltene Gase undurchlässig ist und steht über
zwei verzweigte Bezugsgasleitungen e und f mit den genannten Kammern A und B über
die Kapillaren 17 und 17' in Verbindung. Das Gas, dessen Sauerstoffgehalt nach Durchströmen
der genannten sauerstoffselektiv durchlässigen Membran 16 wächst, wird in die Meßzellen
6 und 6' geleitet, und zwar über die Kammern A und B und die Druckeinleitungsöffnungen
11 und 11'. Es können übrigens verschiedene Arten sauerstoffanreichernder Membranen,
wie z. B. Membranen aus Silicongummi vom Typ PMPS oder Siliciumgummi-Membranen als
sauerstoffselektiv durchlässige Membrane 16 verwendet werden.
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Bei einer solchen Anordnung kann der Gehalt an Sauerstoff im Probengas
am Anzeigegerät 15 abgelesen werden, wenn das Probengas durch die Probengasleitung
a und die abzweigenden Probengasleitungen b und c geleitet wird, während das Bezugsgas
durch die abzweigenden Bezugsgasleitungen e und f strömt. Ein Teil des Probengases
kann als Bezugsgas verwendet werden, zu dem es wird, wenn ein Teil des Probengases
über die Abzweigleitung d durch die sauerstoffselektiv durchlässige Membran 16 strömt.
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Wenn allerdings im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, hat auch
das Referenzgas vorschriftsmäßig einen Sauerstoffgehalt von Null. Deswegen kann
ein absolutes Nullsignal angezeigt werden.
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Da, wie aus obiger Beschreibung zu entnehmen ist, ein Teil des Probengases
als Referenzgas verwendet wird, ist es nicht erforderlich, ein spezielles Referenzgas
gesondert, wie beim konventionellen Sauerstoffanalysator, bereitzustellen. Außerdem
wird, wenn im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, ein absolutes Nullsignal
erhalten, so daß keine Nullpunktdrift auftritt.