DE4334543B4

DE4334543B4 - Vorrichtung zum Messen der Konzentration an paramagnetischen Bestandteilen von Gasen

Info

Publication number: DE4334543B4
Application number: DE19934334543
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dipl.-Phys. Dr. Krause; Albert Dipl.-Ing. Randow; Rudi Dipl.-Phys. Röß; Roland Dipl.-Ing. Rommel
Original assignee: Fisher Rosemount Gmbh and Co
Current assignee: Emerson Process Management GmbH and Co OHG
Priority date: 1993-10-11
Filing date: 1993-10-11
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: DE4334543A1

Abstract

Vorrichtung zum Messen der Konzentration an paramagnetischen Bestandteilen in einem Gas durch periodisch abwechselndes Einbringen des Gases und eines Vergleichsmediums in einen Spalt in wenigstens einem Magnetkreis und Erfassen der dadurch verursachten periodischen Änderungen des magnetischen Flusses in dem Magnetkreis, mit einem auf einer Welle drehbar gelagerten, scheibenförmigen Rotor, der mit seinem radial äußeren Randbereich den Spalt eines Magnetkreises durchgreift und der in regelmäßigen Abständen und in gleichem Abstand von der Rotationsachse mehrere Kammern aufweist, in die das zu messende Gas eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) zwischen zwei ein allseits geschlossenes Gehäuse (24) begrenzenden Gehäusewänden angeordnet ist, in denen sich die Polschuhe des Magnetkreises und Öffnungen zur Zu- und Abführung des Gases befinden, daß die Kammern (22) im Rotor (1) mit dünnen Deckeln (23) aus diamagnetischem Material verschlossen sind, wobei in den Deckeln (23) auf beiden Seiten des Rotors (1) Öffnungen zum Zu- und Abführen des Gases vorgesehen sind, die bei Drehung des Rotors (1) intermittierend mit den Öffnungen in den Gehäusewänden kommunizieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration an paramagnetischen Bestandteilen in einem Gas durch periodisch abwechselndes Einbringen des Gases und eines Vergleichsmediums in einen Spalt in wenigstens einem Magnetkreis und Erfassen der dadurch verursachten periodischen Änderungen des magnetischen Flusses in dem Magnetkreis, mit einem auf einer Welle drehbar gelagerten, scheibenförmigen Rotor, der mit seinem radial äußeren Randbereich den Spalt des Magnetkreises durchgreift und der in regelmäßigen Abständen und in gleichem Abstand von der Rotationsachse mehrere Kammern aufweist, in die das zu messende Gas eingebracht wird.

Bei einer aus DE 38 40 337 C1 bekannten Vorrichtung der angegebenen Art sind in einem Meßraum eines Gerätegehäuses der Rotor und einseitig der der Antriebswelle abgewandten Drehfläche des Rotors gegenüberliegend die Magnetfeldquellen angeordnet. Die Magnetfeldquellen bestehen hierbei aus einer Magnetplatte und zwischen dieser und dem Rotor angeordneten Eisenkernen, die von den zugeordneten Meßfeldspulen umgeben sind. Das Gas wird an einer von dem Rotor entfernten Stelle durch eine Öffnung dem Meßraum des Gehäuses zugeführt und über eine die Rotorwelle umgebende Austrittsöffnung zur Umgebung abgeführt. Der Rotor weist zwei nierenförmige Austritte auf, die bei Drehung des Rotors die Stirnflächen der Eisenkerne überstreichen. Dieses bekannte Gerät hat eine ungünstige Ansprechzeit, weil das Volumen des mit Gas zu füllenden Meßraumes sehr groß ist. Weiterhin kann der Rotor die Meßgenauigkeit beeinträchtigende Strömungsturbulenzen im Gas hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles Füllen der Kammern des Rotors und damit kurze Ansprechzeiten zu ermöglichen und störende Strömungseffekte an dem Rotor zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Rotor zwischen zwei Gehäusewänden eines geschlossenen Gehäuses angeordnet, wobei sich in den Gehäusewänden die Polschuhe des Magnetkreises befinden. Dies Gehäuse kann den Rotor eng umschließen und ein geringes Füllvolumen mit entsprechend kurzen Ansprechzeiten haben. Weiterhin sind die Kammern im Rotor mit dünnen Deckeln verschlossen sind, die nur vergleichsweise kleine Öffnungen für den Austausch des Gases haben. Hierdurch wird die Scherwirkung zwischen dem eingefüllten Gas und den Gehäusewänden reduziert und störenden Turbulenzstörungen in den Kammern entgegengewirkt. Zusätzlich kann zur Strömungsdämpfung die durch den Rotor gebildete Kammerwand der einzelnen Kammern mit einer Profilierung versehen sein. Die Anordnung der Öffnungen für die Zu- und Abführung des Gases auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors begünstigt außerdem einen schnellen Gasaustausch.

Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Beschickung der Kammern mit frischem Gas unmittelbar auf der Seite des Spalts des Magnetkreises erfolgt, auf der der Rotor aus dem Spalt austritt. Hierdurch läßt sich die Zeitspanne bis zum erneuten Eintritt der mit frischem Gas gefüllten Kammer in den Spalt des Magnetkreises vergleichsweise lang bemessen, so daß die Gasbewegung in der Kammer vor dem Erreichen des Spaltes abklingen kann.

Der Rotor kann erfindungsgemäß aus Quarz oder Plexiglas hergestellt sein. Das Feld der Magnetkreise ist statisch und kann sowohl durch Elektromagneten als auch durch Permanentmagneten gebildet sein. Die Änderungen des Magnetflußes werden durch Spulen ermittelt, die jeweils in dem Magnetkreis angeordnet sind. Die beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden Feldänderungen generieren in den Spulen eine Induktionsspannung, die verstärkt und ausgewertet wird. Zum Antrieb des Rotationskörpers kann ein Motor vorgesehen sein. Anstelle eines Motors kann der Rotationskörper auch mit Hilfe des Gases angetrieben werden, indem der Rotor von dem Gas mit geeigneter Geschwindigkeit tangential von beiden Seiten angeströmt wird.

Ein Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Transparentdarstellung einer Vorrichtung zur Messung des Gehaltes an paramagnetischen Bestandteilen in einem Gas und
2 eine Schnittdarstellung des Rotors und des Rotor gehäuses der Vorrichtung gemäß 1.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung weist einen kreisscheibenförmigen Rotor 1 auf, der auf einer Welle 2 befestigt ist, die in Lagern 3 drehbar gelagert ist. Der Rotor 1 befindet sich innerhalb zweier Magnetkreise 4, 5, die nebeneinander angeordnet sind und aus rechteckigen Ringen aus ferromagnetischem Stahl bestehen. In den Magnetkreisen 4, 5 sind einander gegenüberliegend jeweils zwei Induktionsspulen 6, 7 angeordnet, die in ihrem Kern jeweils einen bipolaren Permanentmagneten 8, 9 haben. Von den einander zugekehrten Polen der Permanentmagnete 8, 9 führen Polschuhe 10, 11 auf beide Seiten des scheibenförmigen Rotors 1. Die Polschuhe 10, 11 bilden mit ihren dem Rotor 1 benachbarten Enden einen Spalt, durch den sich die Rotorscheibe hindurch bewegt, wobei zwischen dem Rotor 1 und den Polschuhen 10, 11 ein kleines, eine Berührung von Rotor 1 und Polschuhen 10, 11 vermeidendes Spiel vorgesehen ist.
Das obere Ende der Welle 3 ragt zwischen den Magnetkreisen 4, 5 hindurch nach außen und trägt dort ein Antriebsrad 12, das über einen Zahnriemen 13 von einem Antriebsrad 14 eines Motors 15 antreibbar ist. Die beiden Antriebsräder 12, 14 und der Motor 15 sind außerhalb eines Abschirmkäfigs 16 angeordnet, der die Magnetkreise 4, 5 mit Abstand umgibt. Durch einen Halter 17 ist der Motor 15 an dem Abschirmkäfig 16 befestigt. Zum Messen der Rotordrehzahl ist eine Licht- oder Induktionsschranke 18 vorgesehen.
In dem von den Polschuhen 10, 11 bestrichenen Bereich des Rotors 1 sind vier zylindrischen Kammern 22 angeordnet, die sich im gleichen Abstand voneinander befinden. Drei der Kammern 22 sind mit beiderseitigen Öffnungen versehen, durch die die Kammern mit einem zu messenden Gas gefüllt werden können. Die Zuführung des Gases erfolgt durch Anschlußelemente 19, 20, die sich beiderseits des Rotors 1 befinden und jeweils mit einem Gasanschluß verbunden sind. Die vierte Kammer 22 in dem Rotor 1 ist geschlossen und zur Bildung eines Empfindlichkeitssignals beispielsweise für die Sauerstoffmessung mit 100% Sauerstoff gefüllt. Je nach Anwendungsfall kann jedoch die vierte Kammer auch mit einem anderen paramagnetischen Werkstoff versehen sein.
Wie aus 2 zu sehen, ist der Rotor 1 von einem Gehäuse 24 umgeben, das allseits geschlossen ist und mit Hilfe von Labyrinthdichtungen 25 gegenüber der Rotorwelle 2 abgedichtet ist. In das Gehäuse 1 sind die Anschlußelemente 19, 20 eingesetzt. Das Anschlußelement 19 dient der Zuführung von zu messendem Gas. Über das Anschlußelement 20 wird aus der Kammer 22 verdrängtes Gas abgeführt. Die Anschlußelemente 19, 20 kommunizieren über dem Rotor 1 zugekehrte Öffnungen und diesen gegenüberliegende Öffnungen in die Kammer 22 verschließenden Deckeln 23 immer dann mit der Kammer 22, wenn diese die Anschlußelemente 19, 20 passiert.

Claims

Vorrichtung zum Messen der Konzentration an paramagnetischen Bestandteilen in einem Gas durch periodisch abwechselndes Einbringen des Gases und eines Vergleichsmediums in einen Spalt in wenigstens einem Magnetkreis und Erfassen der dadurch verursachten periodischen Änderungen des magnetischen Flusses in dem Magnetkreis, mit einem auf einer Welle drehbar gelagerten, scheibenförmigen Rotor, der mit seinem radial äußeren Randbereich den Spalt eines Magnetkreises durchgreift und der in regelmäßigen Abständen und in gleichem Abstand von der Rotationsachse mehrere Kammern aufweist, in die das zu messende Gas eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) zwischen zwei ein allseits geschlossenes Gehäuse (24) begrenzenden Gehäusewänden angeordnet ist, in denen sich die Polschuhe des Magnetkreises und Öffnungen zur Zu- und Abführung des Gases befinden, daß die Kammern (22) im Rotor (1) mit dünnen Deckeln (23) aus diamagnetischem Material verschlossen sind, wobei in den Deckeln (23) auf beiden Seiten des Rotors (1) Öffnungen zum Zu- und Abführen des Gases vorgesehen sind, die bei Drehung des Rotors (1) intermittierend mit den Öffnungen in den Gehäusewänden kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung der Kammern (22) mit frischem Gas unmittelbar auf der Seite des Spalts des Magnetkreises erfolgt, auf der der Rotor (1) aus dem Spalt austritt.