DE598789C

DE598789C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Volumenaenderungen beim Ablauf chemischer Reaktionen in Gasen, insbesondere bei Verbrennungen fuer die Schlagwetterbestimmung

Info

Publication number: DE598789C
Application number: DED62232D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-10-19
Filing date: 1931-11-04
Publication date: 1934-06-19
Also published as: BE383534A; GB405379A; FR744281A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Volumenänderungen beim Ablauf chemischer Reaktionen in Gasen, insbesondere bei Verbrennungen für die Schlagwetterbestimmung; dabei wird die chemische Reaktion für zwei gleiche Mengen des zu untersuchenden Gases unter gleichen Temperatur- und Druckbedingungen in zwei mit Einrichtungen zum Ingangbringen der chemischen Reaktion versehenen Kammern herbeigeführt, deren jede mit einem der beiden Schenkel eines Manometers verbunden ist. Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art ließ man die beiden Reaktionen hintereinander vor sich gehen, und die zweite Reaktion in der zweiten Kammer diente lediglich dazu, die erste Reaktion nachzuprüfen und auf diese Weise sich über das einwandfreie Arbeiten der Vorrichtung zu vergewissern.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich demgegenüber dadurch, daß die Reaktion gleichzeitig in beiden Kammern bewirkt und nach stattgefundener Reaktion (Verbrennung) eine der Kammern mit der Außeriluft in Verbindung gesetzt und eine Störung des Gleichgewichts im Manometer beobachtet wird, während man dafür sorgt, daß die Temperaturen in beiden Kammern auch nach der Reaktion und der Verbindung mit der Außenluft dieselben bleiben. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Ablesung unmittelbar erfolgen kann und es nicht notwendig ist, die Abkühlung des Apparates abzuwarten. Da die Abkühlung in beiden Kammern gleichmäßig erfolgt, ist man nicht an einen bestimmten Ablesezeitpunkt gebunden. Weitere Vorteile sind die große Genauigkeit und die Unabhängigkeit von den äußeren Druck- und Temperaturverhältnissen.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich auch grundsätzlich von anderen bekannten Verfahren, bei denen das Gas ebenfalls in zwei Kammern eingebracht wird, bei denen aber nur in einer der Kammern die chemische Reaktion (Verbrennung) vorgenommen wird. Bei einem dieser bekannten Verfahren muß die Abkühlung des Reaktionsraumes abgewartet werden, um einwandfreie Resultate zu erzielen. Bei einem anderen bekannten Verfahren soll zwar diesem Übelstande dadurch abgeholfen werden, daß in der zweiten Kammer ebenfalls eine entsprechende Wärmemenge, und zwar ohne chemische Reaktion, erzeugt wird. Eine für alle Fälle ausreichende Genauigkeit ist

jedoch damit nicht zu erreichen. Schon die Zuführung genau gleicher Wärmemengen während der Erhitzung stößt auf Schwierigkeiten, weil Widerstandsdrähte aus verschiedenem Material verwendet werden müssen, um die Explosion in einer Kammer herbeizuführen, in der anderen zu verhindern. Weiter bewirkt aber auch die nur in einer Kammer frei werdende Verbrennungswärme ungleiche Wärmezufuhr ίο und damit verschiedene Temperaturen, die die Ablesegenauigkeit beeinflussen.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher mehrere Ausführungsbeispiele näher dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. ι eine aufgebaute Grubenlampe, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. i,

Fig. 4 eine andere Betriebsstellung der Anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. i,

Fig. 6 einen Teil der Manometermeßvorrichtung.

Die beiden Kammern a¹, a² zur Aufnahme des Prüfgemisches haben identische Innenräume. Im Ausführungsbeispiel zeigen sie eine längliche, im Querschnitt einer Ellipse ähnelnde Form, welche den Vorteil der leichten Einbringungsmöglichkeit der Platindrähte b für die Entzündung des Gasgemisches im Innern der Kammern bietet. Die Glühfäden b in jeder Kammer α sind vollständig gleichartig angeordnet und werden zur gleichen Zeit vom gleichen Strom durchflossen, beispielsweise indem man sie in Serie an die Klemmen der gleichen Stromquelle legt.

Jede der' Kammern kommuniziert durch Kanäle i° mit je einem der beiden Arme eines Manometerrohres c, das aus zwei kommunizierenden zylindrischen Rohren besteht. Die Kammern a¹ und α² sind aus zwei runden Platten d, e (Fig. 1) gebildet, die aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. Messing, bestehen. Die Platten ruhen mit genau ebenen Flächen aufeinander, die eine ist um ihre Achse drehbar. In jeder der beiden Platten sind symmetrisch zu ihrer Achse zwei Höhlungen ausgebildet, die in einer Stellung der Platten zueinander (Explosionsstellung) mit ihren Rändern einander decken und so zwei voneinander vollständig unabhängige Kammern (Fig. 3) bilden. In einer anderen Relativstellung der Höhlungen (Füllstellung), die durch eine Drehung um 90° der Platten zueinander erreicht wird, kommunizieren die vier Höhlungen über verhältnismäßig große Durchströmquerschnitte miteinander (Fig. 4), so daß keine Druckdifferenzen entstehen können. Leitungen d° in der oberen Platte ermöglichen in dieser zweiten Stellung das Kommunizieren der Höhlungen mit der Außenluft. Diese Leitungen münden in der unteren Fläche dieser Platte zwischen ihren beiden Höhlungen. In der zweiten Stellung der beiden Platten zueinander befinden sich dann die Auslaßöffnungen über den beiden Höhlungen der unteren Platte, während in der Explosionsstellung diese Auslaßöffnungen durch die obere Fläche der unteren Platte abgedeckt sind.

Die obere Platte ist im Innern einer Röhre so angeordnet, daß sie darin wohl axial verschoben, aber nicht um ihre Achse gedreht werden kann. Die Röhre besteht aus zwei Teilen g¹, g², deren einer an seinem unteren Teil für dauernd an der Grubenlampe befestigt ist, während der andere Teil auf den ersten aufgesetzt werden kann, indem man ihn in einen Ring h einschraubt.

Die untere Platte ist fest mit einem rohrförmigen Element i verbunden, das sich in der Röhre g¹, g^z drehen kann. Seine Drehung wird durch eine Art Bajonettring j¹ gesteuert, welcher kleine Nippel i¹, i² trägt. Die ganze Anordnung der beiden Platten steht unter der Wirkung einer Schraubenfeder g^s, welche die Platten fest gegeneinander drückt.

In der Explosionsstellung sind die Leitungen d° von den Kammern a¹ und α² vollständig getrennt, so daß die Explosion nicht nach außen überschlagen kann. Zur Erhöhung dieser Sicherheit sind in der Explosionsstellung die Leitungen d° auch an ihrem anderen Ende verschlossen, und zwar durch den Ring j¹. Einer der Nippel i¹ und i² kann in der Füllstellung mit einer Füllpumpe oder einem Gummibal] verbunden sein, während der andere mit einer Signalpfeife zusammenwirkt oder unmittelbar als solche ausgebildet ist.

Um jede Druckungleichheit zwischen den beiden Kammern am Ende des Füllvorganges unmöglich zu machen, wird zwischen den Nippeln und den zugehörigen Leitungen d° ein gewisses Spiel geschaffen, um ein Entweichen der Luft zu gestatten.

Für die Einleitung der Umgebungsluft in eine Kammer nach der Explosion dient folgende no Anordnung: Im Innern der festen oberen Platte ist ein kleiner Raum/ (Fig. 2) vorgesehen, dessen Inneres mit dem Innern der einen Kammer durch einen Kanal j° verbunden ist. Die Verbindung des Innern des Raumes j mit der Umgebungsluft wird durch einen Zapfen oder Pfropfen oder ein anderes Abschlußorgan k beherrscht, das selbstverständlich während der Explosion sich in seiner Schließstellung befindet.

Die in dem Raum_/ eingeschlossene Luft nimmt fast augenblicklich die Temperatur an, welche in den beiden Kammern a¹, a² herrscht.

Die Geschwindigkeit dieser Temperaturänderung wird durch ein metallisches Sieb in dem Raum ^ erhöht.

Zur Zündung des Gasgemisches sind in der Röhre i zwei Stromführungen m¹, m² angeordnet, deren eine, m¹, in der Achse der Röhre verläuft und in dauerndem Kontakt mit einer Stromzuführungsklemme n¹ ist. Die andere Leitung, m², kann an ihrem unteren Ende

ίο mit einer Blattfeder n² nur dann in Kontakt kommen, wenn die Röhre i sich in ihrer Explosionsstellung befindet. Die Blattfeder kann durch einen Bedienungsknopf p bewegt werden, so daß die Zündung nur erfolgen kann, wenn es erwünscht ist. Die Klemme n¹ und die Blattfeder«² sind elektrisch mit der Stromquelle über Leitungen verbunden, welche zu Kontaktklötzen p¹, p² führen.
Zur genauen Einstellung bzw. zur Änderung des Flüssigkeitsspiegels im Manometer dient eine Pumpe, die am unteren Ende der beiden rohrförmigen Teile c des Manometerrohres mit diesem in Verbindung steht. Der Kolben q dieser Pumpe kann mit Hilfe einer Schraube q¹ betätigt werden unter Zwischenschaltung einer lösbaren Kupplung, die durch einen drehbaren Knopf q² gesteuert wird.

Um die Sicherheit der Anordnung zu erhöhen, insbesondere eine unerwünschte Funkenbildung auszuschließen, sorgt man dafür, daß die Schlagwetterprüfvorrichtung nicht demontiert werden kann, solange der Kopf der Lampe auf dem Akkumulatorenbehälter in Stellung gebracht ist.

Zu diesem Zweck ist ein Riegel r vorgesehen, der in den Ring h so eingeschraubt ist, daß er in seiner Sperrstellung mit einem seiner freien Enden in die Röhre g¹ eindringt und hierdurch ein Herausschrauben der Röhre unmöglich macht. Ebenso macht dieser Riegel bei der Montage der Lampe das Aufsetzen des Kopfes f auf den Akkumulatorenbehälter r¹ unmöglich, wenn er nicht vorher in seine Sperrstellung gebracht ist, da die Länge des Riegels so bemessen ist, daß er in das Innere des Akkumulatorenbehälters so lange vorragt, als er nicht in seine Sperrstellung vollständig eingeschraubt ist.
Die vollständige Entfernung „. des Riegels aus seinem Gehäuse wird durch einen Sicherungsfinger s verhindert, der in dem Ring h befestigt ist und dessen freies Ende mit einer Ausdrehung s¹ am Riegel in Eingriff steht. Die Ausdrehung ist so groß gewählt, daß der Riegel sich innerhalb bestimmter Grenzen frei bewegen bzw. drehen kann.

Eine in dieser Weise aufgebaute Anordnung wirkt dann wie folgt: Zuerst werden die beiden Platten d und e in die Füllstellung gebracht und das Gasgemisch eingeblasen, indem man eine der Leitungen d° mit einer Pumpe oder einem Gummiball in Verbindung bringt. Nun werden die Platten in die Explosionsstellung gedreht. Dieser Vorgang kann auf Grund des symmetrischen Aufbaues des Systems keinen Druckunterschied in den beiden Kammern erzeugen. Jetzt wird die gleichzeitige Verbrennung der beiden Gasmassen durch Betätigung des Knopfes p vorgenommen. Hierauf wird der Zapfen k angehoben. In eine der Kammern tritt nunmehr aus dem Raum j Luft ein, die genau die Temperatur der Kammern selbst aufweist. In diesem Augenblick stellt sich- ein Niveauunterschied zwischen den in den beiden Armen des Manometers enthaltenen Flüssigkeitssäulen ein, und dieser Niveauunterschied zeigt den Gehalt an Schlagwettergasen an.

Man kann nun die Anordnung zur Änderung des Flüssigkeitsniveaus in dem Manometer benutzen, um den Spiegel in einem Schenkel auf einen bestimmten Teilstrich der Skala q* (Fig. 6) einzustellen. Wenn diese Skala aus mehreren einander entsprechenden Zehnerteilungen besteht, deren jede einem Gehalt von 1% Schlagwettergasen entspricht, so kann man durch Einstellung auf den Nullstrich eines Zehners mit Leichtigkeit den Wert der Niveauänderung ablesen.

Bisher wurde angenommen, daß im Augenblick der Explosion die bestehenden Temperaturen einander genau gleich sind. Man kann aber auch eine sehr geringe Temperaturdifferenz vorsehen, welche eine kleine Niveauverschiebung χ (Fig. 6) zwischen den beiden Flüssigkeitssäulen im Augenblick der Explosion bewirkt, so daß man daran erkennen kann, ob die Explosion tatsächlich stattgefunden hat. Ein derartiger Niveauunterschied stört die Messungen in keiner Weise. Um ihn zu erreichen, kann man in den beiden Kammern a¹, a² Platinglühfäden verwenden, deren Widerstände voneinander etwas verschieden sind.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Messung von Volumenänderungen beim Ablauf chemischer Reaktionen in Gasen, insbesondere bei Ver-" brennungen für die Schlagwetterbestimmung, bei welchem die chemische Reaktion für zwei gleiche Mengen des zu untersuchenden Gases unter gleichen Temperatur- und Druckbedingungen in zwei mit Einrichtungen zum Ingangbringen der chemischen Reaktion versehenen Kammern herbeigeführt wird, deren jede mit einem der beiden Schenkel eines Manometers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion gleichzeitig in beiden Kammern bewirkt und nach stattgefundener Reaktion (Verbrennung) eine der Kammern mit der Außenluft in Verbindung gesetzt und eine

Störung des Gleichgewichtes im Manometer beobachtet wird, während man dafür sorgt, daß die Temperaturen in beiden Kammern auch nach der Reaktion und der Verbindung mit der Außenluft dieselben bleiben.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, bei der sich die Kammern während des Einbringens des zu prüfenden Gases miteinander verbinden,

ίο darauf aber trennen lassen, gekennzeichnet durch zwei gegeneinander drehbare Platten (d, e), deren jede zwei Höhlungen enthält, welche in einer ersten Relativstellung der Platten (Explosionsstellung) mit ihren Rändem derart einander decken, daß die beiden Kammern gebildet sind, während in einer zweiten Stellung (Füllstellung) die vier Höhlungen über verhältnismäßig große Durchströmungsquerschnitte miteinander kommunizieren und sich über Leitungen (d°, i^x) mit der Umgebungsluft verbinden lassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitungsteil (d°) in der Explosionsstellung an seinen beiden Enden verschlossen ist, und zwar an dem einen Ende beispielsweise durch eine der Platten (d oder e), an seinem anderen Ende durch einen Ring (J¹).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine kleine, im Zuströmungsweg der Luft im Innern einer der Platten (d, e) vorgesehene und durch eine geeignete Leitung mit einer Kammer verbundene Höhlung (J), in deren Innerm eine Metallmasse, beispielsweise ein Sieb, zur Erzielung eines Wärmeaustausches vorgesehen ist, während die Verbindung der Höhlung (j) mit der Umgebungsluft durch ein Abschlußorgan (k) gesteuert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Ingangbringen der chemischen Reaktion so ausgebildet sind, beispielsweise aus Widerstandsdrähten verschiedenen Widerstandswertes bestehen, daß sie einen ganz geringen Temperaturunterschied innerhalb dieser Kammern nach der Explosion bewirken, so daß ein sehr geringer Unterschied in der Niveauhöhe der in den beiden Armen des Manometers vorhandenen Flüssigkeit zu beobachten ist, bevor die Verbindung einer der Kammern mit der Außenluft hergestellt wird.

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