-
Verfahren zur Messung eines Bestandteiles in einem Gasgemisch nach
dem Psychrometer-Prinzip Bei der Durchführung psychrometri@cher Messungen, z. B.
bei .der Bestimmung des Wasserdampfes in Luft, ist bekanntlich die Geschwindigkeit,
mit welcher die Luft an dem feuchten Thermometer vorbeigeführt wird, von großem
Einfluß. Dieser Einfluß wird bei der Messung des Wasserdampfes in der Atmosphäre
nach dem Vorschlage von A ß m a n n und anderen dadurch kompensiert, daß man die
Luft mit Hilfe eines Ventilators o. dgl. mit einer bestimmten Minimalgeschwindigkeit
dem Thermometer zuführt. Bei Messungen des Wasserdampfes in durch Rohrleitungen
streichender Luft ist dieses Verfahren jedoch nicht ohne weiteres anwendbar. - Ganz
besonders schwierig werden die Verhältnisse, wenn man nicht Wasserdampf, sondern
andere Dämpfe, wie z. B. Benzol o. dgl.,- mit Hilfe der psychrometrischen Messung
nachweisen will, da hier der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit zum Teil noch
sehr viel größer ist.
-
Gemäß der Erfindung wird der Einfluß der Geschwindigkeit durch eine
Differenzmessung mittels zweier feuchter therrnometrischer Elemente, die auf die
gleiche Empfindlichkeit abgestimmt sind, eliminiert. Das Verfahren eignet sich besonders
für die Bestimmung eines geringen prozentischen Gehaltes des Prüfgases an dem zu
messenden Bestandteil. Es beruht auf folgender Überlegung: Man kann die vorhandene
psychrometrische Depression auffassen als einen mittleren Wert zwischen der Depression.,
die bei einem Gehalt = 0 an dem Meßgas stattfinden würde, also der maximalen Depression
und der Depression=0. Die einfache Messung, wie dem Meßgas stattfinden würde, also
der Depression = 0. Die einfache Messung, wie sie bisher üblich war, war eine Messung
des Unterschiedes der vorhandenen Depression gegen die D.epression=0. Der Unterschied
dieser beiden Depressionen ist dann. bei der Bestimmung kleiner Mengen viel größer
als der Unterschied der vorhandenen Depression gegen die maximale Depression, der
der zu bestimmenden Dampfmenge entspricht. Wenn man in der bis jetzt gebräuchlichen
Art den ersten Unterschied durch Messung der vorhandenen Depression bestimmt und
für die maximale Depression, die ja tatsächlich mit der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases sich ändert, einen konstanten Wert annimmt, der einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
entspricht, so kann der Fehler bei der Messung der vorhandenen Depression durch
Abweichung der Strömungsgeschwindigkeit von der angenommenen, der unverändert in
das Meßergebnis eingeht, so groß werden, daß er die Größenordnung der zu bestimmenden
Differenz der vorhandenen gegen die maximale Depression, die der Menge des zu bestimmenden
Dampfes entspricht, erreicht, so daß die Messung vollständig illusorisch ist.
-
Gemäß der Erfindung wird zur Vermeidung dieses Übelstandes die Differenz
der vorhandenen
Depression gegen die Depression gemessen, die bei
Abwesenheit des Meßgases sich ergeben würde, also die maximale Depression. Diese
Differenz ist zwar auch nicht völlig unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit,
doch sind ihre Schwankungen bedeutend geringer als die Fehler bei dem üblichen Verfahren,
wenn man dieses auf geringere Gasgeschwindigkeiten anwenden wollte.
-
In Abb. r sind die geschilderten Verhältnisse in Schaulinien dargestellt.
In einem rechtwinkligen Koordinatensystem ist die Strömungsgeschwindigkeit v des
Gases als Abszisse gewählt, und die psychrometrische Depression d ist als Ordinate
aufgetragen. Von den beiden in ausgezogenen Linien gegebenem Kurven stellt die obere,
d" die psychrometrische Depression für den Fall dar, daß der Gehalt an dem zu messenden
Dampf = 0 ist. Die untere ausgezogene Kurve dr stellt die Depression dar für einen
Gehalt von x%, wo x eine kleine Zahl ist, beispielsweise zwischen a und 5. Es sei
mit V der Wert d;ex Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet, für den die maximale Depression
tabellarisch als Funktion der Temperatur festgelegt ist, um durch den Unterschied
der gemessenen, gegen diese nach denn alten Verfahren den Gasgehalt zu bestimmen.
D" sei der zugehörige Wert der maxirealen Depression. Dann ist Dx der Depressionswert,
den man messen müßte, um aus der Differenz Deo - Dx die Dampfmenge richtig
zu bestimmen. Infolge Änderung der Strömungsgeschwindigkeit, die verhältnismäßig
,ring angenommen werden soll, da man ja bei hohen Geschwindigkeiten schon praktisch
genau genug messen kann, wird die Depression de wesentlich kleiner werden als die
gesuchte Dx, und die Abbildung zeigt, daß die Einsetzung der Differenz
Da - dr an Stelle von Do - D" leicht so starke Fehler ergeben kann,
daß die Messung völlig unbrauchbar ist. Bestimmt man dagegen nach der Erfindung
den Wert d"-d." so ist zwar auch dieser von der Strömungsgeschwindigkeit nicht unabhängig,
aber die Änderungen sind in einem großen Bereich gering genug, daß dieselben in
Kauf genommen werden können.
-
In der Abbildung ist die Differenz d" -dX auf der Ordinate für die
Strömungsgeschwindigkeit V an der Differenz D" - D" abgetragen und der Fehler
in der Bestimmung der gesuchten Differenz mit f1 bezeichnet. An Stelle des gesuchten
Wertes x wird Lein Wert y, berechnet, der zu der oberen punktierten Kurve gehört
und sich von dem gesuchten x nur wenig unterscheidet. Der Fehler reit einer Messung
nach dem alten Verfahren ist, in ähnlicher Weise aufgetragen, mit f2 bezeichnet
und würde statt x eine Größe y2 ergeben, .der die untere Kurve entspricht und die
von der gesuchten stark abweicht. _ Ein weiterer Teil der Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Bestimmung des Wertes der maximalen Depression da,
die zu der gemessenen, bei einer Gasgeschwiridigkeit v vorhandenen Depression d"
gehört, also der maximalen Depression, die bei derselben Gasgeschwindigkeit in dem
Prüfgas vorbanden sein würde. Man 'kann zur Bestimmung dieser Größe einen in bekannter
Weise durch Absorptionsmittel von dem Meßgas gereinigten Teil des Prüfgases verwenden,
der die gleiche Strömungsgeschwindigkeit besitzt wie das ursprüngliche Prüfgas.
Es werden dabei die für das Absorptionsverfahren erforderlichen Hilfsmittel dadurch
entbehrlich gemacht und .der Apparatensatz vereinfacht, daß zur Bestimmung der maximalen
Depression nicht das gereinigte Prüfgas, sondern ein anderes Vergleichsgas, vorzugsweise
Luft, verwendet wird. Dieses Verfahren läßt sich dann auch in solchen Fällen verwenden,
in denen ein geeignetes Absorptionsmittel für das Meßgas nicht zur Verfügung steht.
Nun ist aber die Depression in Luft eine andere als in dem Prüfgas. Um gleichwohl
an dem Luftthermometer dieselbe Einstellung zu bekommen wie in einem von dem Meßgas
gereinigten Prüfgas, so daß man ohne weiteres die Differenz - d"
- d" bilden kann, wird gemäß der Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit an dem
Luft- und Gasthermometer in ein, solches Verhältnis gesetzt, daß bei Abwesenheit
des Meßgases die Depression in beiden gleich groß ist. Es wird also der durch die
stoffliche Verschiedenheit der Umgebung bewirkte Unterschied in der Verdunstung
an beiden Stellen durch einen entsprechenden Unterschied in der Geschwindigkeit
der an den Thermometern. vorbeigeführten Gasströme aufgehoben. Mit anderen Worten,
die Thermometer werden mit diesem Mittel auf gleiche maximale Depression eingestellt.
Nun bleibt die Gleichheit der maximalen Depression, wenn sie bei bestimmten absoluten
Werten der Strömungsgeschwindigkeiten und der wie immer beiden Gasen gemeinsamen
Temperatur eingestellt war, für einen. weiten Anwendungsbereich praktisch genügend
gewahrt, wenn man gemäß der Erfindung das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten
an beiden Thermometern konstant läßt.
-
Abb. z stellt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung :eines
konstanten Verhältnisses der Strömungsgeschwindigkeiten -dar. In dem ,MetaEdotz
r, der in bekannter Weise den Wärmeausgleich zwischen den beiden Gasen, also Luft
und Prüfgas in diesem Falle, vermittelt, sind zwei Bohrungen 2 und 3 vorhanden,
in
denen sich thermometrische Elemente, beispielsweise zwei Widerstandsspulen a' und
3', befinden. Diese stehen unter dem abkühlenden. Einfluß der Verdunstung an Dochten
a" und 3", die in ein Gefäß 4 mit der Flüssigkeit 5 tauchen, deren Dampfdichte in
dem Prüfgas bestimmt werden soll. Die Ableitungen der Widerstände sind bei 6 bis
9 angedeutet. Die Temperaturen können mittels der Widerstände einzeln bestimmt werden,
oder es kann in bekannter Weise die Wheatstonesche Brücke zur unmittelbaren Ablesung
der Temperaturdifferenz benutzt werden. Um das konstante Verhältnis der Geschwindigkeiten
herzustellen, wird in eins der an die beiden Bohrungen, welche die Widerstände enthalten,
angesetzten Saugrohre i o und i i, die zum Durchsaugen der beiden Gase dienen, eine
Drossel, z. B. ein Hahn 13, gesetzt. Um die Geschwindigkeiten beider Gasströme gemeinsam
zu regulieren, werden die Saugrohre weiterhin noch zu einer gemeinsamen Leitung
14 vereinigt, in die eine weitere Drosselvorrichtung 15 eingesetzt ist. Die Zufuhr
der Gase zu den Widerständen geschieht durch die Kanäle 16 und 17. Ändert sich die
Geschwindigkeit des Gases im Rohr 14, so bleibt das Verhältnis der Geschwindigkeiten
der beiden Teilströme in den Rohren io und i i konstant, wie es nach der Erfindung
vorgesehen ist.
-
Das beschriebene Verfahren der Eliminierung des Einflusses der Geschwindigkeit
durch Differenzmessung bringt zugleich, wenn die beiden feuchten Thermometer in
ihrem Bau übereinstimmen, auch den Ausgleich anderer Fehler mit sich, die z. B.
aus Änderungen in der Beschaffenheit des Dochtes, Änderungen im Stand der den Docht
speisenden Flüssigkeit, Verzögerung der Einstellung des stationären Zustandes, entstehen.
-
Die Anwendung des Verfahrens gemäß. der Erfindung ist in keiner Weise
abhängig von der Ausführung der thermometrischen Elemente. Es können Quecksilber-
oder ähnliche Thermometer verwendet werden. In dor Technik, wo eine unmittelbare
Ablesung oder Registrierung der Meßergebnisse wünschenswert ist, wird man sich meistens
der Wheatstoneschen Brücke bedienen, die für psychrometrische Messungen schon weitgehend
verwendet wurde. Der Unterschied gegen die bisherige Ausführung besteht dann darin,
daß in zwei nebeneinanderliegenden Seiten der Brücke zwei von der Verdunstungskälte
beeinflu.Bte Widerstände angeordnet werden, von denen der eine sich in dem Prüfgas,
der andere in dem Vergleichsgas, vorzugsweise Luft, befindet. Von den beiden in
den zwei anderen Seiten der Brücke befindlichen Widerständen kann entweder der eine
allein auch als trocknes Thermometer für das Prüfgas benutzt werden oder zur Kontrolle
der Temperaturgleichheit in beiden Gasen beide als trockne Thermometer für Prüf-
und Vergleichsgas.