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Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Gases Es ist bekannt,
daß der elektrische Strom, der durch eine Ionisationskammer fließt, vom Gase in
der Ionisationskammer abhängt.
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Die Veränderungen in der Stromspannungscharakteristik treten z. B.
in folgenden Fällen auf: I. Der Strom hängt je nach den geometrischen Verhältnissen
der Ionisationskammer und der daranliegenden Potentialdifferenz mehr oder weniger
stark davon ab, wieviel Moleküle des Gases im Kubikzentimeter vorhanden sind, d.
h. er kann vom Drucke und der Temperatur des Gases abhängen.
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2. Er ist verschieden je nach der Art der Gasmoleküle, d. Ii. je
nach der chemisches Zusammensetzung des Gases in der Ionisationskammer.
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3. Der Strom hängt von Schwebestoffen, die sich in der Luft befinden,
ab, d. h. er variiert z.B. je nach dem Staubgehalt.
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4. Das Vorhandensein schwerer Ionen, sog.
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Langevin-Ionen, verändert diesen Strom lebenfalls. Damit hängt es
wahrscheinlich zusammen, daß der Strom durch eine Ionisationsv kammer sich ändert,
wenn die Luft in ihr aus der Nähe einer Oxydationsstelle stammt.
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Untersuchungen zeigten, daß sich die elektrischen Verhältnisse in
einer Ionisationskammer sehr stark ändern, wenn die Luft Flammengase enthält. Diese
Änderungen beruhen nicht auf dem Vorhandensein der Ionen der Flammen; denn der Strom,
der durch eine Ionisationskammer fließt, wird beim Vorhandensein von Flammengasen
kleiner. Man würde einen größeren Strom erwarten, da die Flammen selbst schon Ionen
enthalten.
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Diese Ionen verschwinden aber durch Rekombination so rasch, daß sich
durch Verwendung dieses Effektes beispielsweise kein Feuermelder bauen ließe. Die
Eigenschaft der Flammengase, den Strom, der in einer geeigneten Ionisationskammer
fließt, zu verkleinem, überwiegt gegen die Wirkung der Ionen und klingt langsam
ab. Es ist deshalb
auf Grund dieser Eigenschaft möglich, eine äußerst
empfindliche Anordnung zur Feuermeldung zu bauen.
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Durch die Bestimmung der elektrischen Verhältnisse oder deren Änderungen
in einer Ionisationskammer kann man also ein bestimmtes Gas auf irgendwelche Eigenschaften
prüfen, die diese elektrischen Verhältnisse ändern, wie z.B. die obengenannten Eigen.
schaften. Diese Bestimmung kann als einmalige Untersuchung oder als fortlaufende
Kontrolle vorgenommen werden.
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Die Erfindung betrifft allgemeine Verfalznen und Anordnungen zur
Kontrolle eines Gases, indem man dasselbe ionisiert und in einem elektrischen Felde
kontrolliert.
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Es ist bekannt, zum Feststellen obengenaun. ter Veränderungen eines
Gases den Strom, der durch eine Ionisationskammer fließt, und seine Veränderung
mit der Gasänderung zu messen. Diese Stromänderung ist jedoch sehr klein, und die
Messung macht daher erhebliche Schwierigkeiten.
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Ebenfalls ist es bekannt, die Potentialänderung einer Elektrode der
Ionisationskammer zur Feststellung der Gasänderung zu benutzen.
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Dieses Verfahren ist bedeutend leinfachler und wird deshalb auch bei
der vorliegenden Erfindung mitverwendet.
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Die Feststellung der Potentialänderung geschah bisher durch die Messung
des Potentials mit einem Elektrometer, wobei durch elektrische Kräfte eine mechanische
Blewegung erfolgt oder indem durch Elektronenröhren eine Umwandlung dieser Potentialänderung
in einen elektrischen Strom erfolgt.
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Diese Einrichtungen haben große Nachteile, da eine ferne Übertragung
große Schwierigkeiten macht.
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Dies liegt darin, daß bei der lTerwendung elektrostatischer Instrumente
eine Zeigerbewegung in einen Alarm umgewandelt werden muß. Dies gelingt nur mit
Photozellen, die eine weitere komplizierte Apparatur mit sich bringen. Bei der Verwendung
von Elektronenröhren sind weitere Verstärkerstufen oder äußerst empfindliche Relais
notwendig. Es ist deshalb auf diesem Wege nicht möglich, eine kleine und billige
betriebssichere Apparatur zu bauen, die beim Erreichen gewisser Gasveränderungen
Alarm gibt.
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Im Gegensatz dazu ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich,
eine äußerst kleine robuste und sehr billige Alarmeinrichtung zu bauen, die auf
den oben beschriebenen Prinzipien beruht. Dies wird durch die Kombination von Ionisationskammern
mit einer Gasentladung erreicht.
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Beim Verfahren nach der Erfindung dient die Änderung des Potentials
einer in einer Ionisationskammer liegenden Elektrode dazu, eine Gasentladung in
einem abgeschlossenen System, das mit einem geeigneten Gase geeigneten Druckes gefüllt
ist, zu erzeugen oder zu beeinflussen.
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Dies kann dadurch geschehen, daß eine Gasentladung durch Veränderung
des Potentials einer Elektrode der Ionisationskammer gezündet wird. Abb. 1 zeigt
eine derartige Anordnung. Das zu prüfende Gas wird durch die Ionisationskammer I
mit den beiden Elektroden 2 und 3 geleitet. Durch ein z. B. radioaktives Präparat
4 wird dasselbe ionisiert, d. h. elektrisch leitend gemacht. Es fließt nun ein Strom
aus der Batterie 5 über denWiderstand 6 durch das Gas, von der Elektrode 2 zu der
Elektrode 3. Die Batterie 8 dient zur Einstellung der richtigen Vorspannung der
Gasentladungsröhre 9. Am Widerstande 6 entsteht eine Potentialdifferenz, deren Veränderung
mit der Gaszusammensetzung die Gasentladung auslöst.
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Steigt die Potentialdifferenz infolge einer Gasänderung in der Ionisationskammer
I, So wird der Kondensator 10 aufgeladen und entlädt sich über die Glimmstrecke
der Gasentladungslampeg, wenn die Zündspannung erreicht ist. Die Gasentladung brennt
so lange, bis der Kondensator g so weit entladen ist, daß die Löschspannung erreicht
ist. Der durch die Entladung entstehende Stromstoß wird durch den Kondensator 10
auf das Gitter einer Elektrodenröhre oder auf ein mechanisches Relais übertragen.
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Es ist auch möglich, eine Gasentladungsröhre mit drei Elektroden
zu verwenden, wie es schematisch Abb. 2 zeigt. Die Bezeichnungen I bis 5 haben die
gleiche Bedeutung wie oben. Beispielsweise ist eine Ionisationskammer mit drei Elektroden
gezeichnet. Die Gasentladungslampe 12 hat drei Elektroden I3, 14 und 15. Durch eine
Potentialänderung der Elektrode 14 zündet die Entladung und brennt zwischen den
Elektroden I3 und I5 weiter.
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Dieser Strom betätigt das Relais oder die Signaleinrichtung R.
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Bei entsprechender Wahl der Potentiale der Elektrode 13 und 15 kann
die Gasentladungslampe 12 sowohl bei größer wie bei kleiner werdendem Potential
der Elektrode i 4 zünden. Dies rührt daher, daß die Entladung durch eine Zündung
zwischen den Elektroden 13 und 14 oder zwischen 14 und IS eingeleitet werden kann
und dann zwischen den Elektroden I3 und 15 weiterbrennt. Damit beim Einschalten
der Batterie keine Zündung erfolgt, sind die beiden Kondensatoren I 0 und I6 so
bemessen, daß sich beim Einschalten der Batterie 5 ein derartiges Potential einstellt,
daß zunächst keine Zündung erfolgt.
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Da der Strom, der durch die lonisationskammer fließt und seine Änderung
bei einer
Gasänderung äußerst klein ist, ist es nicht immer leicht,
die Zündung einer Gasentladung zwischen festen Elektroden einzuleiten, da daza ein
grewissler Strom erforderlich' ist.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird deshalb
die Veränderung oder das Entstehen einer Gasentladung zwischen einer festen Elektrode
und einer Elektrode, die durch die elektrostatisdben Kräfte bewegt wird, dazu benutzt,
die Veränderung des Gases anzuzeigen.
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Die Potentialdifferenz, die notwendig ist, um in einer Gasentladungslampe
bei einem bestimmten Abstand eine Gasentladung zum Entstehen zu bringen, hängt vom
Abstand der Elektroden ab. Die Gasentladungslampe kann so gebaut werden, daß bei
kleiner werden dem Abstand eine Zündung erfolgt. Denkt man sich z.B. in'Abb. I die
eine der Elektroden der Gasentladungslampe beweglich, so kann bei größer werdender
Potentialdifferenz am Kondensator 10 eine Zündung dadurch entstehen, daß sich diese
Elektrode infolge der elektrostatischen Kräfte gegen die zweite Elektrode bewegt
und dann infolge des verkleinerten Abstandes zündet.
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Ist in Abb. 2 z. 13. die Elektrode 13 leicht beweglich, so wird sie
sich bei größer werdender Potentialdifferenz gegen die Elektroden I4 und 15 bewegen,
und es kann eine direkte Zündung zwischen 13 und 15 entstehen.
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Die Gasentladung kann als Glimm-, Bogen-oder Funkentladung erfolgen,
je nach dem Bau und der Gasfüllung der Gasentladungslampe und den Bedingungen im
äußersten Stromkreis.
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Wesentlich ist nur, daß der Stromdurchgang als Gasentladung erfolgt;
denn ein direkter metallischer Kontakt ist infolge der kleinen elektrischen Kräfte
nicht betriebs. sicher.
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An StelIe der einen Elektrode der Abb. 2 können z.B. auch zwei Elektroden
treten, die in einer Brücke nach Abb. 3 geschaltet sind.
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Man kann dann z.B. Glimmentladungen zwischen der beweglichen Elektrode
13 und den beiden Elektroden I6 und - I7 als zwei Zweige einer elektrischen Brücke
schalten. Das Instrument Z zeigt die Veränderung des Brükkengleichgewichtes und
damit die Gasänderung an.
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Da die bewegenden Kräfte zwischen den Elektroden 13 und 14 der Abt.3
sehr klein sind, müssen Reibungsfehler bei der Bewegung der Elektrode möglichst
ausgeschaltet werden. Bei einem Verfahren nach der Erfindung wird die bewegliche
Elektrode an einem Bande oder Drahte zwischen zwei festen Punkten in seiner Lage
drehbar fixiert. Der an dem genannten Band aufgehängte, beweg. liche Körper kann
sich, wenn das Band sehr dünn ist, leicht um eine Achse drehen, die durch die beiden
Fixpunkte des Bandes geht.
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Ist der bewegliche Körper so ausgebildet, daß ein Kippen des Körpers
vermieden werden soll, so ist es notwendig, daß er an zwei nicht zusammenfallenden
Punkten an dem gespannten Band aufgehängt wird.
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Abt.4, 5, 6 und 7 zeigen schematisch derartige Anordnungen. Abt.4
stellt einen Schnitt, ungefähr von der Seite gesehen, dar, Abb. 5 dieselbe Vorrichtung
von oben gesehen, Abb. 6 eine andere Ausführungsform von der Seite und Abb. 7 von
oben gesehen dar.
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Damit kein Kippen und damit Kurzschlüsse zwischen dem beweglichen
Leiter 21 und dem festen Leiter 22 auftreten, greift das Spannband 24 und 25 an
den Punkten 26 und 27 des Körpers 23 an, der mit dem beweglichen Leiter 21 fest
und leitend verbunden ist. Das Spannband, das auch aus zwei Stücken be stehen kann,
ist an den beiden Haltern z8 und 29 befestigt.
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Wird zwischen dem beweglichen Leiter 21 und dem feststehenden Leiter
22 bzw. zwischen die beiden Zuführungsdrähte 33 und 34 eine Spannung gelegt, so
bewegt sich der Leiter 21 in der Art, daß die Kapazität zwischen ihm und dem Leiter
22 zunimmt. Diese Bewegung dauert so lange, bis ihr vom Gegendrehmoment des Spannbandes
24 und 25 das Gleichgewicht gehalten wird oder bis zwischen den Elektroden 31 und
32 eine Gasentladung entsteht, die diese Elektroden auseinandertreiblen kann.
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Der Strom oder Stromstoß, infolge des Entstehens einer Gasentladung
zwischen 31 und32, lraml dazu dienen, das' Erreichen einer gewissen Spannungsdifferenz
anzuzeigen. Die Vorrichtung arbeitet damit als rein elektrostatisches Relais.
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Die HaIter 28 und 29 können auch federnd ausgebildet sein, damit
das Spannband immer gestreckt bleibt, weil diese Konstruktion leichter auszuführen
sein kann und weil dadurch das bewegliche System vor Stößen abgefedert wird.
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Der Strom, der durch die Ionisationskammer fließt und seine Änderung
mit der Gasd zusattn'ensetzung, ist sehr klein. Da dasPrinzip des Verfahrens in
der Feststellung des Potentials einer Elektrode besteht, müssen sehr große Anforderungen
an die Isolation dieser Elektrode gestellt werden, um das Verfahren überhaupt durchführbar
zu machen.
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Bei Gasen, die Bestandteile wie Öle, Fette, Rauch und ähnliches mit
sich führen, verschmutzt die Isolation sehr leicht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird deshalb diese Isolation
in einer Kammer außerhalb des Gasstromes angeordnet, indem
sie vom
eigentlichen Gasraume durch eine Wand getrennt wird, die die Elektrode oder ihre
Zuführung fast berührt. Diese Kammer kann von einem Strome reiner oder auch noch
getrockneter Luft oder einem anderen Gase durchspült werden.
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Ist das zu prüfende Gas feucht, so kann die Isolation durch daran
sich niederschlagenden Wasserdampf verdorben oder zeitweise aufgehoben werden.
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Dies kann nach einer Ausführungsform der Erfindung vermieden werden,
indem die Isolation oder das sie umgebende Gas erwärmt wird.