-
Verfahren zur quantitativen Bestimmung brennbarer Gase in Gasgemischen
Die heute bekannten Vorrichtungen, die zur Bestimmung der Verbrennungswärme von
Gas-Luft-Gemischen dienen, haben eine durchschnittliche Genauigkeit von o, r %.
Ein Meßpriüzip, das in den letzten Jahren viel angewendet wurde, beruht auf der
Widerstandsänderung eines elektrisch erhitzten Platinfadens, wenn an 'demselben
brennbare Gase vorbeiströmen. Der Platinfaden sowie ein Milliamperemeter liegen
in einem Stromkreis. Beim Einschalten des Stromes beginnt bei genügender Spannung
der Faden schwach zu glühen. Läßt man nun an dem erhitzten Platinfaden ein brennbares
Gas vorbeistreichen, z. B. Leuchtgas, so verbrennen die Gasmoleküle, die an dem
Faden direkt vorbeistreichen, infolge der Kontaktwirkung, wodurch die Temperatur
des Fadens über die durch die Strom- und Widerstandsverhältnisse des Systems festgelegte
Temperatur steigt.
-
Diese Temperatursteigerung des Fadens bewirkt eine elektrische Widerstandssteigerung
des Fadens, die durch ein Abfallen des Milliamperemeters direkt angezeigt wird.
Diese Meßmethode hat ihre Vorteile bei Rauchgasprüfern und ähnlichen Vorrichtungen;
sie ist nicht sehr genau, da es äußerst schwierig ist, die Geschwindigkeit der Gasströmung
konstant zu halten. Zur Messung hochverdünnter Gase ist diese Methode wegen ihrer
Ungenauigkeit nicht brauchbar. Die Erfindung betrifft nun ein neues elektrisches
Verfahren, welches die Messung von brennbaren Gasen selbst in den höchsten Verdünnungen
mit Luft oder anderen nicht brennbaren Gasen möglich macht. Nach der Erfindung wird
die durch die katalytische Verbrennung hervorgerufene Änderung der ballistischen
Ausschlagskurve des in den Stromkreis des geheizten Drahtes geschalteten Galvanometers
gemessen.
-
Mit Apparaten, die nach diesem Prinzip arbeiten, kann man die Dampfdrucke
nicht flüchtiger organischer hochpolymerer Verbindungen, die geringsten Undichtigkeitenbei
Ferngasleitungen, j a sogar geringe Emanationen von Kohlenwasserstoffen aus der
Erde messen.
-
An Hand der Zeichnung sei das neue Verfahren näher erläutert.
-
Ein dünner Katalytfaden 1( ist in einem abschließbaren Reaktionsgefäß
A angeordnet, in welches die zu untersuchenden Gase mittels zweier gut schließender-
Hähne H und G hineingebracht werden können (s.- Fig. r). Man schaltet in
die Stromleitung zwischen dem Reaktionsgefäß A und - der den elektrischen Strom
liefernden Batterie D einen Schalter F, ein Galvanometer B und RegulierwiderständeC
und E. Die Widerstands- und Spannungsverhältnisse des ganzen Stromkreises müssen
so gewählt sein, daß der -Katalytfaden I( bei geschlossenem Stromkreis erhitzt wird.
Beim
Einschalten des Stromes zeigt der Zeiger des Instruments B, wenn das Reaktionsgefäß
A nur mit Luft gefüllt ist, eine bestimmte Schwingungskurve um seine Gleichgewichtslage,
welche eine ähnliche Form wie eine rein ballistische Schwingungskurve, aufgenommen
als Stromstärkezeit-Schaubild, besitzt.
-
Diese Kurve kommt dadurch zustande, daß der erste Stromstoß einen
derartig starken Impuls auf das Instrument ausübt, daß der Zeiger über seine Gleichgewichtslage
hinausgeht, dann dem rückwärtigen Impuls folgt und eine Rückschwingung, die zahlenmäßig
bedeutend geringer ist als die erste Schwingung über die Gleichgewichtslage hinaus,
ausführt und sich erst dann allmählich auf seinen Gleichgewichtswert konstant einstellt.
Die Größen der jeweiligen Schwingungen um die Gleichgewichtslage beim Einschalten
des Stromes hängen stark von der Dämpfung des benutzten Instrumentes ab.
-
Hat man die Schwingungskurve des Galvanometers ohne Gasbeimengung
gemessen und vergleicht diese Schwingungskurve, gemannt Leerkurve, mit einer Schwingungskurve,
welche mit einer hochverdünnten Gas-Luft-Füllung ausgeführt worden ist, so erhält
man eine starke Differenz zwischen beiden Kurven, welche durch folgende Vorgänge
hervorgerufen, wird: ' Bei Gegenwart von brennbaren Gasen wird der Draht bei der
Einschaltung infolge des Verbrennungsprozesses der Gase am Draht über seine durch
die Strom- und Spannungsverhältnisse festgelegte Temperatur hinaus erhitzt und so
eine vorübergehende Widerstandserhöhung und damit .eine vorübergehende Stromschwächung
hervorgerufen, die auf die Schwingungskurve ändernd einwirkt. -Die Größe der Differenz
zwischei der Leerkurve und der letzten Kurve ist abhängig z. B. von der Art des
verbrennenden Gases, von der Konzentration des betreffenden Gases, von der molekularen
Verbrennungswärme des verbrennenden Gases und von der Form der Verbrennungsgeschwindigkeitskurve
und deren zeitlichen Verschiebung in die Schwingungsform des benutzten Instrumentes.
-
Die Verbrennungsgeschwindigkeitskurve bei Kontaktverbrennungen hängt
ab u.. a. von der Art und Form des verwandten Kontaktmaterials, von der Art der
zu verbrennenden Gase und von der Zündtemperatur der zu verbrennenden Gase. Man
kann also von demselben Gase bei Veränderung der anderen obenerwähnten Faktoren
ganz verschiedene Verbrennungsgeschwindigkeitskurven erhalten (s. Fig.2). Um jedoch
hoch empfindliche Messungen wiederholt sicher und gleichbleibend ausführen zu können,
muß die Verbrennungsgeschwindigkeitskurve zusammengedrängt werden, so daß das Maximum
der Kurve zeitlich entweder in die Rückwärtsschwingung der Schwingungskurve oder
aber direkt in den ersten Schwingungsimpuls der Schwingungskurve fällt. In Fig.3
ist der erste Fall, in Fig. q. der zweite Fall gezeichnet. Die Schwingungskurven
sind in den Figuren ausgezogen, die Änderungen der Kurven durch den Verbrennungsprozeß
der Gase am Faden dagegen gestrichelt angegeben.
-
Die stärksten Differenzausschläge erhält man also, wenn die Abstimmung
der einzelnen Apparate auf das ganze System so vorgenommen wird, daß der durch die
Übererwärmung des Kontaktfadens entstehende Effekt durch die verringerte elektrische
Induktion einen mechanischen Impuls auf das Instrument hervorruft, und zwar zu einem
Zeitpunkt, in dem die Rückwärtsschwingung in der Schwingungskurve bereits -eingesetzt
hat oder aber vor dem ersten Maximum der Schwingungskurve.
-
Die Rückwärtsschwingung der Schwingungskurve überwindet an sich schon
die Trägheit des Drehsystems des Instrumentes, und so kann der kleine Impuls, der
durch den übererwärmungseffekt bedingt ist, zur vollen Entfaltung kommen und große
Ausschläge hervorrufen. Die Differenz dieser RückscUwingungen in der Schwingungskurve
bei einer Messung ohne und einer mit Gas ist nach einer Gleichung höherer Ordnung
proportional dem Gehalt an brennbarem -Gas bzw. dem Gehalt an Kalorien in dem gemessenen
Gas-Luft-Gemisch.
-
Die katalytische Reaktion kann mit Vorteil, z. B. bei Brückenschaltungen,
auch schon vor dem ersten Maximum einsetzen.
-
Damit ist das Problem, Messurigen von äußerst hochverdünnten Gas-Luft-Gemischen
auszuführen, gelöst.
-
Um die Empfindlichkeit der Meßapparatur weiter zu steigern, ist es
notwendig, den Kontaktfaden durch eine Vergütungsbehandlung in einen derartigen
Zustand zu versetzen, daß dieser Faden Kohlenwasserstoffe im Vergleich zu Luft usw.
selektiv absorbiert.
-
Man kann den Draht gestreckt, in Spiralform oder in Bandform montieren.
-
Eine Apparatur, die mit derartigen Kontaktfäden ausgerüstet ist, kann
noch .Verdünnungen, z. B. von Acetylen in Luft, von r: 1010 oder, in Prozenten ausgedrückt,
eine Verdünnung von o,oooooooz olo nachweisen, selbst wenn man nur wenige Kubikmeter
Gas für die Messung zur Verfügung hat.