DE604378C

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Publication number: DE604378C
Application number: DENDAT604378D
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Description

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Partialdruckes oder der Konzentration eines Gases durch Messung des elektrischen Widerstandes einer erhitzten, gasumspülten Metallverbindung dieses Gases Es ist bekannt, in eine Gas- oder Dampfatmosphäre als Prüfkörper ein oxydierbares Metall oder ein reduzierbares Metalloxyd einzubringen und den elektrischen. Widerstand eines solchen. Prüfkörpers zu überwachen. Bei teilweisem Übergang des Metalles in Oxyd bzw. des Oxydes in Metall treten Änderungen, des elektrischen Widerstandes des Prüfkörpers auf, die zur Beurteilung dienen, ob die den Prüfkörper umgebende Atmosphäre mehr oder weniger stark reduzierend oder oxydierend wirkt oder neutral ist.
Man hat ferner beobachtet, daß bei Kupferoxydulgleichrichtern, der Widerstandswert sich in. Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ändert, und daß auch gewisse andere halbleitende Metallverbindungen, z. B. Kupferjodür in joddampfhaltiger Atmosphäre, ähnliche Effekte zeigen.
Die der Erfindung zugrunde liegende eingehende Überprüfung derartiger eigenartiger Erscheinungen hat nun ergeben, daß eine eindeutige gesetzmäßige Abhängigkeit des Widerstandes der halbleitenden Verbindung von dem Partialdruck des Sauerstoffes oder eines anderen Gases oder Dampfes in derh Gasraum vorhanden ist, in dem die halbleitende Verbindung erhitzt wird, so zeigte sich, daß der Widerstand von Kupferoxydul mit abnehmendem Sauerstoffpartialdruck in der Weise steigt, daß er sich bei Änderung des Partialdruckes des Sauerstoffes um eine Zehnerpotenz etwa im Verhältnis--i:?, ändert.
Um den geschilderten Effekt zur Bestimmung des Partialdruckes oder der Konzentration eines Gases auszunutzen, wird gemäß der Erfindung eine solche vorzugsweise rein elektronisch leitende Verbindung des betreffenden Gases als Widerstandskörper verwendet, deren Widerstand mit abnehmendem Partialdruck steigt, und zwar unter solchen Druck- und Temperaturbedingungen, daß das Existenzgebiet der als Prüfkörper verwendeten Verbindung gewahrt bleibt. Es wird also dafür Sorge getragen, daß z. B. bei Anwendung eines Kupferoxydulkörpers für die Sauerstoffmessung dieser Prüfkörper weder ganz noch teilweise in Kupferoxyd oder in Metall übergeht. Es hat sich ergeben, daß dieses Verfahren sowohl zur Bestimmung sehr geringer Gaskonzentrationen als auch für verhältnismäßig große Gaskonzentrationen verwendet werden kann, wenn dabei nur die vorerwähnte Voraussetzung hinsichtlich des Druck- und Temperaturgebietes erfüllt ist.
Auf der Zeichnung ist ein. Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Draht oder Band aus Kupfer a, das mindestens oberflächlich vollständig zu Kupferoxydul oxydiert ist, befindet sich in einer Kammer b. Diese steht mittels zweier Offnungen c mit einer Leitung d in Verbindung, durch welche das auf seinen Sauerstoffgehalt zu prüfende Gasgemisch hindurchströmt. Der Kupferoxydulkörper a, der in der Kammer b zweckmäßig zentral ausgespannt ist, ist zusammen mit einem zweiten, ebenfalls vollständig zu Kupferoxydul oxydierten Körper e in eine Wheatstonesche Brükkenschaltung eingeschaltet, welche außerdem noch die beiden Vergleichswiderstände f und g enthält. Zur Speisung der Brückenschaltung dient eine Batterie h. Die Widerstände der Brückenschaltung sind so dimensioniert, daß durch passende Einstellung des Vorschaltwiderstandes i die beiden Kupferoxydulkörper a und c während der Messung auf über 70o ° C erhitzt werden.
Zur Füllung der Vergleichskammer verwendet man ein Gas, welches einen bestimmten Sauerstoff-Partialdruck hat. Zu diesem Zweck kann man gewünschtenfalls in die Vergleichskammer eine bestimmte Menge eines solchen Metalloxydes einbringen, welches bei der Betriebstemperatur einen bestimmten Sauerstoffdruck hervorruft, beispielsweise Zinkoxyd oder Kadmiumoxyd. Die Auswahl der Füllung der Vergleichskammer hängt im wesentlichen von dem Meßbereich ab. Man wird für diesen Zweck ein Oxyd anwenden, das einen Partialdxuck ergibt, der dem Meßbereich benachbart ist oder in den Meßbereich des Sauerstoffmessers hineinfällt. Zur Anzeige dient in dem Beispiel das Brückengalvanometer k, das beispielsweise in Prozent Sauerstoff geeicht sein kann. Man, kann ein. anzeigendes oder auch ein registrierendes Gerät anwenden.
Der Vorteil der neuen Einrichtung besteht hauptsächlich darin, daß sie zur Messung sehr geringer Mengen Sauerstoff geeignet ist. Es läßt sich in der beschriebenen Weise, wie durch Versuche nachgewiesen ist, ein Sauerstoff-Partialdruck von, der Größenordnung vorl ih, mm ohne weiteres bestimmen und damit für unter Atmosphärendruck stehende Gasgemische eine Sauerstoffkonzentration von 0,002°/Q messen. Entsprechendes gilt für die Bestimmung des Partialdruckes von Schwefeldampf in Gasgemischen bei Anwendung von, Bleiglanz als Prüf- und Vergleichswiderstandskörper oder von Jod bei Verwendung von Kupferjodür als Baustoff für die auf ihren Widerstand zu prüfenden Körper.
Zur Steigerung der Empfindlichkeit kann man in, an sich bekannter Weise auch zwei gegenüberliegende Zweige der Brückenschaltung als Meßkörper und die beiden restlichen Brückenzweige als Vergleichskörper ausbilden. In allen Fällen ist eine möglichst hohe Erhitzung, für Kupferoxydul und Sauerstoffmessung auf über 70o° C, aus dem Grunde zweckmäßig, weil man dadurch eine schnelle Einstellung des Temperaturgleichgewichtes zwischen der `Gasphase und dem Widerstandskörper erhält.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Bestimmung des Partialdruckes oder der Konzentration eines Gases durch Messung des elektrischen Widerstandes einer erhitzten, gasumspülten Metallverbindung dieses Gases, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche vorzugsweise rein elektronisch leitende Verbindung des betreffenden Gases verwendet wird, deren Widerstand mit abnehmendem. Partialdruck steigt, z. B. bei Sauerstoffmessung Kupferoxydul, und zwar unter solchen Druck- und Temperaturbedingungen, daß das Existenzgebiet der als Prüfkörper verwendeten Verrindung gewahrt bleibt.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß der durch die vom Prüfgas umspülte halbleitende Verbindung gebildete Widerstand und derjenige einer identischen, in einer abgeschlossenen, auf gleichbleibendem Pariialdnick des zu bestimmenden Gases gehaltenen Vergleichskammer angeordneten Verbindung in solcher Schaltung mit einem elektrischen Meßgerät verbunden, sind, daß beide Widerstände ständig die gleiche Temperatur haben und das Meßgerät die Widerstandsdifferenz mißt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichskammer außer der als Widerstand benutzten Metallverbindung noch, eine solche Metallverbindung, z. B. bei der Sauerstoffbestimmung Zinkoxyd oder Kadmiumoxyd, enthält, die bei der Erhitzungstemperatur des Vergleichswiderstandes einen bestimmten Partialdruck des betreffenden Gases hervorruft.