DE390752C - Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis und zur quantitativen Analyse von Gasen und Fluessigkeiten mittels Schallwellen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis und zur quantitativen Analyse von Gasen und Flüssigkeiten mittels Schallwellen. :Diev(@rl'iegide Erfindung hefaßt sich mit dem Nachweis des Vorhandenseins von Gasen tHill Flüssigkeiten und im hesonfleren mit der Bestimmung des -Mengenverhältnisses, in dem ein -Meelium einem an eren heigeinischt ist.
• Es ist bekannt, diese Aufgabe auf aktistischein Wege zu lösen. So bläst nian $. B. mit lein zti untersuchenden Gase Pfeifen an und beobachtet die Tonhöhe. Anderseits ist es bekannt, Schallgeschwindigkeiten dadurch zu niesen. daß man den Schall eine bekannte \Z-egstrecke fle; zti bestimmenden Mediums durchlaufen läßt und die Zeit feststellt. die der Schall zum Durcheilen <Mieser Strecke heni*ttigt. Es ist ein naheliegender Gedanke, aus der Schallgeschwindigkeit auf die Natur eines Gases hzw. die Zusammensetzung eines Gasheniisclies zu schließen. Die Verwendung des letztgenannten Verfahrens scheitert in der l'ratis daran, rlaß verhältnismäßig große Schallstrecken erforderlich sind, uni meßbare Zeitunterschiede hei den verschiedenen Gasen zu erhalten.
• Durch die vorliegen;le Erfindung wird die Aufgabe auf eine diese Schwierigkeiten verinei;lende, neuartige Weise gelöst. Das Wesen der Erfin(lung besteht darin, (Maß Tonwellen bekannter Frequenz durch eine bekannte Strecke des zu bestimmenden Mediums geschickt werden und die Phasendifferenz zwischen den '-clmwingungen am Ende der Meßstrecke und einer - ergleichsscliwingting geme ssen wird. Als Vergleichsschwingung kann z. B. die Schwingung uni Anfang der Meßstrecke benutzt werden. Vielfach wird es für die praktische Ausübung des Verfahrens jedoch zweckmäßig >ein, an Ort und Stelle der Bestinmiung eine Vergleichsschallstrecke mit

  einem hekämiten - -ledi-üm = anzuöi-fliien; las

  hinsichtlich- Druck, Temperatur usw. ange-

  nähert denselben Bedingungen unterworfen

  ist. wie das zu bestimmende -Medium. -Man

  hat dann nur den Phasenunterschie 1 festzu-

  stellen, mit dein der Schall, welcher gleich-

  zeitig am Anfang der mit dein bekannten un#1

  der gleichlangen mit dein zu bestinnnenden

  Me(lium angefüllten oder von ihm @liirclifl(j;-

  senen Strecke erzeugt wird, an den En--len

  ankommt. Ein etwa auftretender Phasen-

  unterschied weist nicht nur das Vorhan#len-

  sein des fraglichen lfediums nach, son-lern

  sein zahlemnäßiger Wert gibt Aufseliliis#e

  über die Natur des Mediums oder über das

  -Mengenverhältnis, in dein ein bekannte; Me-

  dium mit einem anderen gemischt ist.

  Für die -Messung fies Phasenunterschiefl:-s

  zweier Schwingungen gleicher Frequenz stehen

  zahlreiche an sich bekannte Methoden zur

  Verfügung. -Man kann die bekannten tech-

  nischen Phasenmesser verwenden, wenn man

  durch entsprechende Vorrichtungen eine Uni-

  wandlung der Schallschwingungen, deren

  Phasenverschiebung bestimmt werden soll. in

  elektrische Schwingungen vornimmt. Viel-

  fach wird es vorteilhaft sein, Kompensations-

  vorrichtungen zti verwenden. hei denen ent-

  weder die Schallschwingungen direkt durch

  Veränderung der \Verlängen oder Itirch elek-

  trische Mittel nach ihrer L'mwan(Iltuig iii cIek-

  trischc Schwingungen kompensiert werden.

  In Abb. i und 2 -,in-1 zwei Atisfiilirtint#;-

  beispiele für die Erfindung dargestellt.

  In Abt). i hat (las Rohr z eine Gaszufüh-

  rung 2 und eine Abführung 3. Die Mein-

  bran q. wird durch einen von @ler Wechsel-

  stromduelle 5 gespeisten Elektromagneten 0

  ö

  in Schwingungen von gleichbleibender und bekannter Frequenz versetzt. Auf der Innenseite der Membran befindet sich ein zweiter Elektromagnet 7, in dem durch die Membranschwingungen ein Wechselstrom erzeugt wird. Dasselbe geschieht beim Elektromagneten 8, der durch die unter den Einfluß der Schallwellen schwingende Membran g erregt wird. Die Länge des Rohres ist so bemessen, daß bei luftdurchflossenem Rohr i keine Phasendifferenz oder eine solche von bekanntem Wert auftritt. Der Phasenmesser io, auf den die Elektromagneten 7 und 8 einwirken, zeigt infolgedessen Null oder einen bekannten Wert. Wird nun aber der Dreiwegehahn i i umgelegt, so daß nicht mehr Luft, sondern z. B. Rauchgas von einer Kesselfeuerung o. dgl. durch das Rohr strömt, so wird infolge der veränderten Schallgeschwindigkeit der Phasenmesser io eine andere Phasendifferenz anzeigen. Die Größe derselben bildet ein Maß für den Prozentgehalt an beigemischten Gasen. Als Hauptbeimischungen enthalten die Rauchgase vor allem Kohlenoxyd und Kohlensäure. Da Kohlenoxyd ungefähr dieselbe Schallgeschwindigkeit hat wie Luft, tritt es bei der :Messung kaum in Erscheinung, und die anbezeigte Phasendifferenz kommt fast ganz auf Rechnung der Kohlensäure, deren Schallgeschwindigkeit sich zu der von Luft verhält wie 26o,5 : 33i, d. h. wie i : 1,27. Da sich die Schallgeschwindigkeit des Rauchgases proportional mit dem Prozentgehalt an Kohlensäure ändert, ist die gemessene Phasendifferenz direkt ein Maß für diesen Prozentgehalt und der Phasenmesser kann in Prozenten an CO= geeicht werden.
• In Abb.2 ist eine Torrichtung gezeichnet, bei der dauernd eine Vergleichsschallstrecke mitbenutzt wird. Von den gleichlangen Rohren i und 2 ist das eine dauernd mit Luft ,gefüllt oder von ihr durchflossen, während das andere mit dem zu bestimmenden Gas gefüllt wird, durch die Elektromagneten 3 und werden die Membranen 5 und 6 konphas erregt. Infolge der verschiedenen Schallgeschwindigkeiten der im Rohr i und 2 enthaltenen Gase schwingen die Membranen 7 und 8 nicht konphas, sondern je nach der Art und Zusammensetzung mit einer gewissen Phasendifferenz, die vermittels der Elektroinagneten 9 und io von dem Phasenmesser ii angezeigt wird. Die Vorrichtung dürfte nach dein Vorangegangenen ohne weiteres verständlich sein. Man kann sie z. B. in Bergwerken ebenso wie rlie Vorrichtungen nach Abb. i zuiti Nachweis von Grubengas verwenden. Zu diesem Zweck kann das eine Rohr :2 am Doden, das andere an der Decke des betreffenden Raumes angebracht sein. Beide mögen für Gase frei zugänglich sein. Infolge des großen spezifischen Gewichtes wird etwa vorhandenes Grubengas zuerst das untere Rohr füllen und infolgedessen die vorher bei den Membranen 7 und 9 bestehende Phasengleichheit stören. Dadurch kann in irgendeiner Weise eine Alarmvorrichtung betätigt «-erden. Die Vorrichtung kann natürlich aber auch benutzt werden, wenn es sich um Feststellung des Mengenverhältnisses des Gases eines Gasgemisches handelt. Man kann z. ß. beide Rohre nebeneinander in einem Kesselhaus anbringen, mittels einer Pumpe durch das eine Luft, durch das andere die Rauchgase treiben. Der z. B. in Prozentgehalten an C0_ geeichte Phasenmesser kann auf der allgemeinen B:-diemingstafel angebracht werden. Auch auf Automobilen und Lokomotiven sin;l die Apparate anwendbar.

Claims (3)

1. PATENT-AN sPRTcHE: i. Verfahren zum Nachweis und zur quantitativen Analyse von Gasen und Flüssigkeiten, bei dem Schallwellen durch das zu bestimmende Medium auf einem Wege von bekannter Länge geschickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Tonwellen bestimmter Frequenz verwendet werden und die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen am Ende der 1,Ießstrecke und einer Vergleichsschwingung gemessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschwingung die Schwingung am Anfang der Meßstrecke verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschwingung die Schwingung am Ende einer Vergleichsstrecke, insbesondere Luftstrecke, benutzt wird, die gleiche Länge wie die Meßstrecke hat und in die die Schallwellen mit gleicher Phase wie in ilie Meßstrecke eintreten. d.. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke höher oder niedriger im Raum angeordnet ist als .die Vergleichsstrecke, so daß beide nicht gleichzeitig von einem auftretenden Gas erfüllt werden können, das andere Dichte hat als die den Raum erfüllende Luft.