DE3541341C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Sauerstoffanalysator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Sauerstoffanalysator ist bereits aus P. Profos: Handbuch der industriellen Meßtechnik, 3. Auflage, Essen, 1984, Vulkanverlag, Seiten 741-745 bekannt. Dieser Sauerstoffanalysator dient zur Bestimmung des Sau­ erstoffgehalts von Gasen, wie z. B. des Auspuffgases von Maschinen und verschiedener Arten industrieller Kessel. Er ist als magnetischer Sauerstoffanalysator aufgebaut, bei dem Elektromagnetspulen zweier paralleler Elektro­ magnete wechselweise erregt werden, um ein magnetisches Feld abwechselnd zwischen zwei Sätzen von Magnetpolen zu erzeugen. Ein Probengas und ein Referenzgas mit unter­ schiedlicher magnetischer Suszeptibilität werden zwischen diesen beiden Sätzen von Magnetpolen hindurchgeleitet, um den Sauerstoffgehalt im Probengas aufgrund des Grenzflä­ chendrucks zu bestimmen, der sich aus den unterschiedli­ chen magnetichen Suszeptibilitäten ergibt.

Fig. 2 zeigt einen weiteren bekannten Sauerstoffanalysator dieser Art. 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′ aus­ gestattet sind und mit der Meßkammer bzw. Meßzelle 6 und 6′ in Verbindung stehen. 7 und 7′ bzw. 8 und 8′ bezeich­ nen zwei Sätze in geringem Abstand einander gegenüberste­ hender Magnetpole in den Meßzellen 6 und 6′. Die sich gegenüberstehenden magnetischen Pole 7 und 7′ bzw. 8 und 8′ bilden mit Hilfe eines Eisenjochs einen geschlossenen magnetischen Kreis, so daß zwischen den Sätzen der magne­ tischen Pole 7 und 7′ bzw. 8 und 8′ ein starkes magneti­ sches Feld abwechselnd erzeugbar ist, und zwar durch wech­ selweises Anlegen einer Spannung an die Magnetspulen auf jedem Eisenjoch. 9 kennzeichnet eine Kondensatormikro­ phonsonde, wobei die beiden Kammern A und B getrennt durch die Kondensatormembran 10, mit den genannten Meß­ zellen 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 Referenzgasleitung mit einem Druckregler 18. Sie steht mit den beiden Kam­ mern 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. N₂, und Luft in die Meßzellen 6 und 6′, und zwar über die beiden Kammern A und B und über die Druckleitungsöff­ nungen 11 und 11′. Dieser Sauerstoffanalysator ist in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteran­ meldung 2 522/1984 beschrieben.

Bei diesem konventionellen Sauerstoffanalysator wird ein Probengas über eine Probengasleitung a und die verzweig­ ten Probengasleitungen b und c in die Meßzellen 6 und 6′ gelei­ tet, wohingegen das Referenzgas über die Referenzgaslei­ tung g und die verzweigten Referenzgasleitungen e und f in die Meßzellen 6 und 6′ geleitet wird. Zwischen den magneti­ schen Polen 7 und 7′ bzw. 8 und 8′ werden wechselseitig Grenzflächendrücke erzeugt, die dem Unterschied der ma­ gnetischen Suszeptibilität zwischen dem Probengas und dem Referenzgas proportional sind. Die resultierenden Grenzflächendrücke können über eine Kondensatormikrophon­ sonde 9 auf dem Anzeigegerät 15 sichtbar gemacht werden und damit der Gehalt an Sauerstoff im Probengas ermittelt werden.

Die genannten Sauerstoffanalysatoren haben den Nachteil, daß ein Re­ ferenzgas, wie z. B. N₂, zusätzlich zum Probengas bereit­ gestellt werden muß. Zwar kann auch Luft als Referenzgas verwendet werden, weil der Sauerstoffgehalt der Luft kon­ stant ist. Aber auch hier tritt ein Nachteil insofern auf, als eine Anzeige erfolgt, obgleich die Sauerstoff­ konzentration im Probengas Null ist und so kein absolutes Nullsignal, sondern ein Nullpunktfehler entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magneti­ schen Sauerstoffanalysator zu schaffen, der keine Be­ reitstellung eines speziellen Referenzgases erfordert und in der Lage ist, ein absolutes Nullsignal abzugeben, wenn die Sauerstoffkonzentration im Probengas Null ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Eine vorteilhafte Aus­ gestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Der magnetische Sauerstoffanalysator nach der Erfindung mit zwei parallele zueinander liegenden Elektromagneten, die jeweils einen Spalt zur Bildung zweier gegenüberlie­ gender 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 magneti­ sche Suszeptibilität aufweisenden Referenzgases in die Räume zwischen den Polen, und mit einer Meßeinrichtung, durch die der Sauerstoffgehalt im Probengas aufgrund ei­ nes 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 ver­ bunden ist, in der eine sauerstoffselektiv durchlässige Membran angeordnet ist, und daß als Referenzgas das Gas verwendbar ist, das die sauerstoffselektiv durchlässige Membran passiert hat.

Vorzugsweise ist die sauerstoffselektiv durchlässige Mem­ bran eine Silicongummi-Membran.

Wenn im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, hat auch das Referenzgas eine Sauerstoffkonzentration von Null und erzeugt ein absolutes Nullsignal.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dar. Es zeigt

Fig. 1 einen magnetischen Sauerstoffanalysator gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 einen konventionellen magnetischen Sauerstoff­ analysator.

Beim Sauerstoffanalysator gemäß Fig. 1 ist eine Probengas­ leitung 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 Ka­ pillaren 5 und 5′ und dem Puffer 4 und steht mit den Meß­ zellen 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 be­ zeichnet 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 ste­ hen. Eine feststehende Elektrode 12 ist mit dem Vorver­ stärker 13, dem Verstärker 14 und dem Anzeigegerät 15 ver­ bunden. Ein Leitungszweig d zweigt von der genannten Pro­ bengasleitung in der Mitte zwischen dem Druckregler 3 und dem Puffer 4 ab, enthält eine sauerstoffselektiv durchläs­ sige 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 durchläs­ sigen Membran 16 wächst, wird in die Meßzellen 6 und 6′ geleitet, und zwar über die Kammern A und B und die Druck­ einleitungsöffnungen 11 und 11′. Es können übrigens ver­ schiedene Arten sauerstoffanreichender Membranen, wie z. B. Membranen aus Silicongummi vom Typ PMPS oder Sili­ ciumgummi-Membranen als sauerstoffselektiv durchlässige Membran 16 verwendet werden.

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 ab­ zweigenden Probengasleitungen b und c geleitet wird, während das Bezugsgas durch die abzweigenden Bezugsgas­ leitungen 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. Wenn allerdings im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, hat auch das Referenzgas vorschriftsmäßig einen Sauerstoffgehalt von Null. Deswegen kann ein absolutes Nullsignal angezeigt werden.

Da, wie aus obiger Beschreibung zu entnehmen ist, ein Teil des Probengases als Referenzgas verwendet wird, ist es nicht erforderlich, ein spezielles Referenzgas geson­ dert, wie beim konventionellen Sauerstoffanalysator, be­ reitzustellen. Außerdem wird, wenn im Probengas kein Sauerstoff enthalten ist, ein absolutes Nullsignal erhal­ ten, so daß keine Nullpunktdrift auftritt.

Claims (3)

1. Magnetischer Sauerstoffanalysator, mit

• - zwei parallel zueinander liegenden Elektromagneten, die jeweils einen Spalt zur Bildung zweier gegenüberliegen­ der Pole (7, 7′ bzw. 8, 8′) aufweisen und eine Magnet­ spule tragen, durch die ein magnetisches Feld zwischen den Polen erzeugbar ist,
• - einer eine Probengas- und eine Referenzgasleitung ent­ haltenden Einrichtung zur Zuführung eines Probengases und eines gegenüber dem Probengas eine andere magneti­ sche Suszeptibilität aufweisenden Referenzgases in die Räume zwischen den Polen, und mit
• - einer Meßeinrichtung (9), durch die der Sauerstoffge­ halt im Probengas aufgrund eines Grenzflächendrucks be­ stimmbar ist, der sich aufgrund der Differenz der magne­ tischen Suszeptibilitäten einstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Probengasleitung (a) zur Zuführung des Probengases mit einer Abzweigleitung (d) verbunden ist, in der eine sauer­ stoffselektiv durchlässige Membran (16) angeordnet ist, und daß als Referenzgas das Gas verwendbar ist, das die sauerstoffselektiv durchlässige Membran (16) passiert hat.

2. Magnetischer Sauerstoffanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffselektiv durchlässige Membran (16) eine Silicon- bzw. Silicium-Gummi-Membran ist.