-
Verfahren und Einrichtung zur Gas- und Schwebestoffanalyse Die Erfindung
betrifft die Untersuchung vön Gassen, mit dem Ziel, das Vorhandensein und die Konzentration
von Gasen und insbesondere von Fremdgasen sowie Staub, Rauch, Dämpfen, oder Nebel
in einem sebs vorhandenen. Gase, zum Beispiel der atmosphärischen Luft, quantitativ
anzuzeigen. Untersuchungen dieser Art können auß,ex für die Gasanalyse bzw. Ermittlung
von Änderungen in der Zusiammensetzung von Gasen auch für die Druckmessung bzw.
Feststellung von Druckänderungen verwendet werden.
-
Es isst bekannt, für Zwecke der Gas- und Schwebestoffanalyse eine
das zu prüfende Gasenthaltende Ionisatiionskammez mit mehreren Elektroden verschiedenen
Poitentials zu verwenden, in welcher die Potentialänderung einer Elektrode bestimmt
wird. Das erfolgt bei den bekannten Aordnungen in der Weise, d,aß der zwischen zwei
Elektroden fließende Strom. bestimmt wird, dessen Stärke dann. ein Maß ° für die
zu überwachenden Vorgänge im Gasraum bildet. Es isst auch bekannt, zur Ionisation
die eine Elektrode mit einer radioaktiven Substanz zu überziehen.
-
Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Der erzielte .elektrische
Strom und der Stromstärkenunterschied bei verschiedenen Gassen ist sehr klein. Die
Messung dieser Stromstärkenunterschiede bringt erhebliche Schwierrigkeiten. Es ist
bekannt, dazu eine Elektronenröhre und weitere Verstärkerröhren oder kochempfindliche
Relais zu verwenden. Dazu sind jedoch außer der empfindlichen Elektronealröhre noch
Stromquellen konstanter Spannung und weitere empfindliche Apparate
notwendig.
Durch diese Einrichtungen wird das Gewicht und der Umfang der Apparatur groß, deT
Preis hoch und der Transport sehr erschwert. Auch die Erschütterungsempfindlichkeit
ist ein Nachteil.
-
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung nicht der
durch die Kammer gehende Strom gemessen, sondern es wird zur Potentialbestimmung
ein .statisches Instrument benutzt, dessen Ausschlag durch .elektrostatische Kräfteerfolgt.
-
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsfornn der Erfindung
kann zur Konstanthaltung des Stromes in Reihe mit der Ionisationskammer in an sich
bekannter Weise eine zweite Kammer geschaltet sein, in welcher ein elektrischer
Strom durch Ionisation oder durch eine Glüh-, Glimm- orier Photoelektrode flkßt.
Bei der erwähnten bekannten Anordnung zweier hintereinandergeschalteter Ionisationskammern
handelt es sich nicht um die (auch nur bei rein elektrostat'vächer Potentialmessung
mögliche) Konstanthaltung des Stromes, sondern darum, dem durch die Ionisationskammer
fließenden Strom einen genügend großen Widerstand zur Erzeugung eines Spannungsabfalls
zu bieten sowie äußere Einflüsse, wie Luftdruck, Temperatur usw., zu kompensieren.
-
Die Fig. i der Zeichnung zeigt beispielsweise eine schematische Darstellung
einer Anordnung nach der Erfindung.
-
In .einer Kammer i sind die drei Elektroden z, 3 und 4 befestigt.
Elektrode 4 ist von der Kammer i durch die Isolation io hoch isoliert. Die Ionisation
des Gases -wird durch das radiioaktive Präparat 5 bewirkt. Die Durchleitung des
zu prüfenden Gasces geschieht durch die öffnung 6 und 7. Das statnsche Instrument
8, z. B. ein Elektrometer, zeigt die Potentialänderung der Elektrode 4 bei -verschiedenen
Gasen an. Der eine Pol der Gleichstromquelle 9 liegt an der Elektrode 2, der andere
an der ElektrOde 3.
-
Die Anzahl der an die Elektroden 2 und 3 gelangenden -und der wandernden
Ionen wie auch der Potentialverlauf zwischen den ElektToden 2 und 3 hängt von der
Art und dem Drucke des Gases und der darin möglicherweise enthaltenen schwebenden
festen oder flüssigen Teilchen und ihrer Anzahl in cm' ab. Damit ändert sich auch
das Potential der Elektrode 4 und damit der Ausschlag des Instrumentes B.
-
Schaltet man zwischen die Gleichstromquelle 9 und Elt,ktrode 3 einen
sehr großen Widerstand, -so ist das Potential der Elektrode 3 nicht -mehr durch
die Gleichstromquelle 9 unveränderlich gegeben, da an diesem Widerstand eine Potentialdifferenz
entsteht. Man kann so die Potentialänderung der Elektrode 3 selbst zur Gasanalyse
verwenden. und spart so eine Elektrode.
-
Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung einer derartigen Anordnung.
Die Elektrode 3 @muß dabei durch die Isolation i i sehr gut isoliert sein.
-
Die Gleichstromquelle 9 und der sehr große Widerstand 12 dienen nur
dazu, eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden ? und 3 aufrechtzuerhalten,
damit die durch das Ionisation,spräparät 5 gebildeten positiv und negativgeladenen
Teilchen zum Teil dissoziert bleiben und zu den Elektroden 2 und 3 wandern.
-
Trägt man nach Fig.3 als Ordinate den Strom i auf und als Abszisse
den durch die Ionisatianskammer bei verschiedenen Potentialdifferenzen V zwischen
den Elektroden 2 und 3 fließenden Strom, so erhält man für ,ein bestimmtes Gas eine
Kurve, ähnlich der Kurve ,a in Fig. 3. Läßt man. ein anderes Gas in die Kammer treten,
so erhält man z. B. die Kurve b. Die Stromänderung A i bei festem; Potential V1,
die bis jetzt zum Zwecke der Gasanalyse gemessen wurde, ist bei allen möglichen
Potentialdifferenzen V im Punkte A ,am größten, aber immer noch sehr klein, und
kann nicht mehr gesteigert werden.
-
Die Potentialänderung J V bei festem Strom i ist verhältnismäßig groß
und leicht zu messen. Deshalb wird beim Verfahren nach der Erfindung nicht der Strom
durch die Ionisationskammer, sondern die Potentialänderung einer Elektrode zur Gasanalyse
verwendet.
-
Die Potentialänderung der Elektrode 3 in Fig.2 kann bei Einführung
eines andern Gases in die Kammer i bei festem Strom i durch Erhöhung der Potentialdifferenz
zwischen den Elektroden 2 und 3 gegenüber derj-enigen im Punkte A noch gesteigert
werden, wie Fig.3 erkennen läßt.
-
Um bei konstantem Strom arbeiten zu können, kann eine ganz oder beinahe
ganz mit Sättigung arbeitende zweite Ionisationskammer in Serie zur Ionisationskammer
i geschaltet werden und den Widerstand 12 ersetzen. Die zweite Kammer ist in ihren
geometrischen Abmessungen und ihrer Ladung an ionisierendem Präparat so bemessen,
daß sie im gegebenen Falle möglichst mit Sättigung arbeitet. Das heißt, daß i in
Funktion von V, wie es in Fig.3 dargestellt ist, im Arbeitsgebiet möglichst flach
verläuft. Nach dem bisher Bekannten diente eine zweite Kamimer lediglich zum Ersatz
des Widerstandes 12, und man arbeitete deshalb im möglichst linear ansteigenden
linken Teil der Kurven in Fig. 3. Dabei kann an Stelle dieser zweifien
Ionisiatiouslmmmer
eine Kammer mit einer Glüh-, Glimm- oder Photoelektrode, die fast -ganz oder ganz
mit Sättigung arbeitet, treten.
-
Fig. q. zeigt ,schematisch eine solche Anordnung. In der linken Kammer
-i haben sämtliche Teile 2, 3, 5, 6, 7;; i i und auch die Teile 8 und 9 die gleiche
Bedeutung wie in Fig.2. An die Stelle ,des Widerstandes i 2 der Fig. 2 ist die Kammer
13 zwischen Batterie 9 und Elektrode 3 eingeschaltet. In der abgeschlossenen
Kammer 13 fließt ein. Strom zwischen den Elektroden 14 und 15, der durch Ionisation
des Gases durch das radioaktive Präparat 16 entsteht.
-
Der Strom durch die Kammer 13 kann auch durch eine Glüh-, Glimm- oder
Phatoelektrade, die das radioaktive Präparat 16 ünnötig macht, erzeugt werden.
-
Durch geeignete Form, geeignete Ladung mit radioaktiver Substanz oder
geeignete Elektrodenb:eschaffenheit kann erzielt werden, daß in der Kammer 13 beinahe
Sättigung herrscht, das heißt, daß beinahe alle gebildeten Ionen an die Elektroiden
gelangen, unabhängig von kleinen Schwankungen der Potentialdifferenz zwischen den
Elektroden 14 und 15.
-
Der Strom, der 'durch die Kammer fließt, und seine Änderung mit der
Gaszusammensetzung ist sehr klein.
-
Da nun bei dem Verfahren nach der Erfindung das Potential einer Elektrode
gemessen wird, müssen sehr große Anfiorderungen an die Isolation dieser Elektrode
gestellt werden, um das Verfahren überhaupt dur chführbar zu machen.
-
Bei Gasen, die Bestandteile, wie Öle, Fette, Rauch und ähnliches,
mit sich führen, verschmutzt die Isolation -sehr leicht. Es ist bekannt, die Isolation
durch Schutzringe vor direkter Berührung mit dem Gaastrome zu schützen. Dies genügt
jedoch nicht in allen Fällen.
-
Diese Isolation wird deshalb zweckmäßig in einer Kammer außerhalb
des, Gasistromes angeordnet, indem sie vom eigentlichen Gasraume durch eine Wand
getrennt wird, die die Elektrode oder ihre Zuführung fast berührt. Diese Kammer
wird gegebenenfalls von einem Strom reiner oder auch noch getrockneter Luft oder
eines andern Gases durchspült.
-
Fig.5 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen Ausführungsform.
Die Elektrod.e 3 ist von der Durchführungsisolation i i im Gehäuse i der Ionisationskammer
gehalten. Das zu prüfende Gas strömt vom Eintritt 6 zum Austritt 7 durch den linken
Tei:123 der Kammer. Durch den Schutzring 17 und die Wand mit der Durchführung 18
wird der rechte Teil 2q. der Kammer vom strömenden Gase frei gehalten. Durch die
Röhre i 9 kann .ein Luftstrom. gegen die Isolation i i geblasen werden, der durch
die Öffnung 2o wieder abfließen kann. Dieser Luftstrom bläst die Isolation i i wieder
sauber und kann verhindern,, daß das zu prüfende Gas zur Isolation i i strömt.
-
Die Öffnung 2o kann auch wegfallen, dann fließt das bei i9 .eintretende
Reinigungsgas durch den Spalt bei i 8 in die Kanmmer 23 und mit dem zu prüfenden
Gase durch die Öffnung 7 ab. Das Reinigungsgas kann erwärmt oder getrocknet-sein.
Es kann auchdurch' Unterdruck in der Kammer 23 aus -der Kammer 2q. angesaugt- werden.
-
Ist das zu prüfende Gas feucht, so kann die Isolation durch daraix
sich: niederschlagen.-den Wasserdampf verdorben oder zeitweise aufgehoben werden.
-
Dies kann vermieden werden, indem die Isolation, oder das sie umgebende
Gas erwärtmt wind.
-
In Fig.5 ist eine Ausführung als Beispiel skizziert. Die Heizspirale
2 i wird durch die Ererb equelle 22 erwärmt und trocknet so das Gas und durch Strahlung
auch direkt die Isolation.
-
Die Heizspirale kann auch direkt anmit der Isolation in Berührung
gebracht werden oder auf einem Körper sitzen., der mit der Isolation in Berührung
ist.
-
Die Heizspirale kann auch durch eine andere Wärmequelle ersetzt werden,
zum Beispiel durch eine Dampfspirale oder einen glühenden oder strahlenden Körper.
Isst die Energiequelle ein strahlender Körper, .so@ kann sie ihre Energie auch von
außen durch ein Fenster einstrahlen.
-
Die gleichen Vorkehrungen sind auch an der Außenseite der Ionisationskammer
i oder an der Kammer 13 möglich.
-
Auch ein Erwärmen der ganzen Kammer oder einzvIner Ihrer Teile kann
diesem Zwecke dienen.