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Verfahren zur Analyse von Gasgemischen, die aus 1Vlolekülen mit verschiedener
Atomzahl bestehen. Das nachstehend beschriebene Verfahren dient zur Analyse von
Gasgemischen, die aus Molekülen mit verschiedener Atomzahl bestehen, wie z. B. Gemischen
aus den im wesentlichen zweiatomigen Bestandteilen der Luft und der dreiatomigen
Kohlensäure, wie sie z. B. in den Rauchgasen oder in der durch Atmung verbrauchten
Luft geschlossener Räume (z. B. in Theatern und Krankenhäusern) auftreten. - Auch
für die Analyse von
Ar-(iri-Stickstof-Wasserst()ff-Geinischen, wie
:;e zur Herstellung der Argonfüllung voll (ilflilampen dienen. und die nach den
bisher gvl)räticlili;lieli Met-lta(len, besonders hei Anwesenheit voll Wasserstoff
nur in sehr langwieriger Weise zti analysieren sind, läßt sich ,las Verfahren beispielsweise
reit Vorteil verwenden.
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Gemäß Vorliegender Erfin(lung wird für die Analyse eine für die Ato
inzahl der Gase charakteristische Konstante, (las kritische Dru-,k-Verhältnis, benutzt,
(las bekanntlich eine reine Funktion des Verhältnisses der heilen spezifischen Wärmen
K = CC I ist und d(sserr Wert Voll der Atomzahl des betreffenden Gases ahhängt.
Wie aus der Theorie des Lavaldüsen 1,el:arrrit ist, stellt sich (las kritische Druckverhältnis
zwischen dein engsten Querschnitt und deln Eingang einer in eine Leitung eingehauteil
Verengung dann ein, wenn ein Gasstrom mit einem Druckverhältnis durch die Leituni
strömt, (las gleich ()der größer ist wie (las kritische. (las beispielsweise für
Argon bzw. Luft hzw. Kohlensäure o.-1.8; bzw. o,528 hzw. 0,ä-1(1 beträgt. Saugt
man also z. B. Luft hzw. Kohlensäure mit einer Pumpe aus einem Raum mit Atmosphären(Irtick
durch eine Verengung (Düse) in einen Rauin finit einem Druck voll weniger als 0.
28 1)zw. o, 3.l(-# .#tinosphären, so stellt sich ini engsten Querschnitt der Düse
der (lern kritischen Druckverhältnis entsprechende Druck voll f),328 hzw. (),3-[()
Atin. ein. Wie theoretisch erwartet und (furch Versuche bestätigt wurde, stellt
sich beim Durchsaugen voll Gemischen aus zwei- und dreiatomigen Gasen, z. B. Luft
und Kohlensäure, (las 1:r itische Druckverhältnis entsprechend dein Mischungsverhältnis
auf Werte zwischen o,528 und o,@.4C( Atill. ein.
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Der Vorliegenden Frfindung dienen die all obigem Beispiel für Kolensäure
und Luft erl:iuterten phVSikalischen Gesetze als Grundlage. Das zti untersuchende
Gasgemisch wird erfindungsgemäß (furch eine geeignete Verengung; (Düse) in der Weise
gedrückt oder gesaugt, (laß an dieser Stelle (las kritische Druckgefälle erzeugt
wird, (las man mittels eines Druckmessers mißt. Aus (-lern ermittelteil Druckverhältnis
kann inan den Gehalt an (lein gesuchten Bestandteil leicht errechnen. Der Druckmesser
kann empirisch geeicht und auch reit einer ltegistriereinrichtung oller Alarmvorrichtung
zur akustischen oder optischen =Anzeige eines bestimmten Prozent-"ehaltes versehen
werden.
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Das zur Erreichung des kritischen Druck-Verhältnisse notwendige Druckgefälle
kann [)ei Gasgemischen mit einem Lrherdruck, der das kritische Druckverhältnis gegenüber
(lern Atmosphärendruck übersteigt, einfach (furch Entspannen auf Atmosphärendruck,
hei Gasgemischen finit kleinere L'1)erdruck, mit Unter-(Iruck oder mit Atmosphärendruck
mittels Ah-@::.u gen durch eine Pumpe, z. B. `@"aaserstralilpumpe, erzeugt werden.
Besonders einfach gestaltet sich rlie Ausführung lies Verfahrens irr den Fällen,
wo (las Gemisch aus einem Raum mit konstantem Druck, z. B. aus der Atmosphäre oder
einem Gasometer, abgesaugt werden kann. In diesem Falle genügt die Messung des Druckes
an der engsten Stelle allein, während hei Schwankungen des Drukkes voll der Meßdüse
die :Messung der Druckdifferenz zwischen Eingang und engstem Querschnitt notwendig
ist.
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v Um jedoch unter den letztgenannten Bedin-(''ungen eine besonders
genaue Messtrug zu erreichen, wendet man das vorliegende @erfahren in Differentialschaltung
an, indem inan -in die Pumpe parallel zu der Vorn Gasgemisch durchströmten Düse
eine Luftdüse schaltet und die Druckdifferenz zwischen den engsten Querschnitten
beider Düsen mit einem Differenzdruckmesser mißt, dessen Empfindlichkeit entsprechend
(lern nunmehr erheblich verkleinerten Meßhereich wesentlich erhöht werden kann.
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Ein besonderer Vorzug des vorliegenden Verfahrens ist die sehr hohe
Empfindlichkeit. Sie beträgt für i Prozent CO, in Rauchgasen etwa 2 lllin Wassersäule,
so daß his auf 11.; Prozent genau ohne L'hersetzung und mit (lern bloßen Auge abgelesen
werden kann. Ferner ist die Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen, gegen
Schwankungen lies Pumpendruckes innerhalb der weiten Grenzen zwischen Vakuum und
kritischere Druck im engsten Düsenquerschnitt und gegen Verengungen des engsten
Düsenquerschnittes durch Staub voll großem Vorteil, ebenso wie die Einfachheit der
Verschiedenen Ausführungsformen. Einige Möglichkeiten sollen all Hand (leg .trlr.
r his 3 erläutert werden: Abh. i zeigt eine Anordnung für ein Gas-Z, (las mehr als
r, i Atni. Überdruck über die Atmosphäre hat. I:in Teil des Geinisches wird mittels
Drosselventil _-1 und Druckregler B (in der Abbildung ein mit Ge- i wicht belastetes
Sicherheitsventil) auf etwa i,r Atin. Überdruck und durch die Meßdüse C auf Atmosphärendruck
entspannt. Die Meß-(lüse ist: in ihrem en-sten Querschnitt hei P seitlich angebohrt
und mit dem Druckmesser E r Arier z. B. ein Ouecl:sill)ernlanometer) verblinden.
Der Druckmesser kann in bekannter Weise für höhere Empfindlichkeit ausgeführt werden,
z. B. reit schiefer Flüssigkeitssäule und für besondere Zwecke auch mit Regi- i
strierwerk oder Alarmvorrichtungen verbunden sein. Die Form der Meßdüse ist an sich
belanglos,
sofern die Druckmessung in ihrem engsten Querschnitt erfolgt. Sie kann z. B. einfach
zylindrisch angebohrt sein. Aus technischen Gründen ist es unter Umständen zweckmäßig,
eine schwach konische Düse zu verwenden, deren engere öffnung in Richtung des geringeren
Druckes liegt, und den Druckmesser kurz vor dem engsten Querschnitt anzuschließen.
Dabei wird allerdings das kritische Druckgefälle nicht voll erreicht, doch bleibt
die Messung auch in diesem Falle unabhängig von Druckschwankungen hinter der Düse.
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Die Ausführungsform t eignet sich beispielsweise für die Analyse von
Argon-Stick--Gemischen, die unter Druck stehen.
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Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform, die für die Analyse von Gemischen,
die unter Atmosphären- bzw. Gasometerdruck stehen, geeignet ist. Das Gas wird hier
einfach durch die ,l eßdüse C nach einer Pumpe, am einfachsten einer Wasserstrahlpumpe,
gesaugt und dadurch das notwendige Druckgefälle, in der Meßdüse erzeugt. Im übrigen
gleicht diese Ausführungsform der unter i beschriebenen. Bei Verwendung der gewöhnlichen
Wasserstrahlpumpen aus Glas wählt man für den engsten Querschnitt der Meßdüse zweckmäßig
einen Durchmesser von nicht über 0,3 bis o,4. mm, um das notwendige Druckgefälle
zu erreichen.
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Abb.3 zeigt die Ausführungsform 2 in Differentialschaltung, wobei
beispielsweise der Druckmesser durch einen registrierenden Differenzdruckmesser,
eine Druckwage, ersetzt ist. Der Differenzdruckmesser kann natürlich auch in beliebiger
anderer Ausführung mit und ohne Registrier- und Alarmvorrichtung verwendet werden.
Diese Ausführungsform eignet sich besonders zum Nachweis der ,Anreicherung von Kohlensäure
in durch Atrnttng verbrauchter, Luft in geschlossenen Räumen.
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Abb. 4. zeigt eine Ausführungsform zur Analyse von Rauchgasen (z.
B. in Dampfbetrieben), für welche die Ausführungsforen 3 wegen der durch die Zugschwankungen
hervorgerufenen Ungenauigkeit der Anzeige nicht geeignet ist. Sie unterscheidet
sich von der Ausführungsform 3 lediglich durch das Hinzufügen eines Druckreglers,
der die Zugschwankungen vor dem Eingang in die vom Gasgemisch durchströmte Meßdüse
durch Herabsetzen des Druckes unter den niedrigsten vorkommenden Druck der Rauchgase
beseitigt, um sie von dem Differenidruckmesser fernzuhalten: Die Pumpe F saugt durch
eine Zweigleitung G mit einer Drosselung von geeignetem Querschnitt die Rauchgase
parallel zur Meßdüsenleitung in den Raum vor der Meßdüse. Der Druck dieses Raumes
wird durch die eine Tauchung H durchperlende Luft und eine vorgeschaltete Drosselstelle
I ein wenig unter dem niedrigst vorkommenden Druck der Rauchgase konstant gehalten.
Der Raum vor der Luftmeßdüse wird zweckmäßig durch eine Flüssigkeitstauchung K auf
denselben Druck gebracht, um dadurch eine Messung von der Nullage des Differenzdruckmesser
aus zu ermöglichen.
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Zur Beseitigung der Zugschwankungen können auch Druckregler anderer
Art, z. B. Membrandruckregler, verwendet werden. An Stelle eines Druckreglers kann
auch ein Kompensator in an sich bekannter Weise an dem Differenzdruckmsser angebracht
werden, um die durch Zugsch"vankungen verursachten Fehler zu beseitigen.