DE80179C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Anzeige und Messung der Beschaffenheit von mit Luft vermischten entzündlichen Gasen oder Dämpfen, wie solche in Bergwerken, Oelbehältern und anderen Orten auftreten bezw. gebildet werden.

Zur Messung dieser Gase bezw. Dämpfe verwendet man einen in einen Stromkreis eingeschalteten, besonderen Stromleiter, wie Platin, welcher, durch einen elektrischen Strom erhitzt, in Berührung mit den Gasen gebracht, diese entzündet und, durch die an seiner Oberfläche stattfindende Verbrennung stärker erhitzt, seinen Widerstand in bekannter Weise vergröfsert. Diese Widerstandsänderung des Platinleiters wird, wie bereits geschehen, zur Messung der Mengenverhältnisse bezw. Beschaffenheit dieser Gase auch im vorliegenden Falle verwendet. Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich jedoch von dem bekannten Verfahren darin, dafs zwei Stromkreise verwendet werden und in einem derselben ein seinen Widerstand bei der Gegenwart von Gasen oder Dämpfen ändernder, in dem anderen dagegen ein seinen Widerstand nicht ändernder Leiter eingeschaltet wird. Diese . verschiedenen Widerstände in den Siromkreisen ermöglichen unter Vermittelung eines besonders ausgebildeten Apparates eine Messung der Gase oder Dämpfe an einen beliebig weit von dem seinen Widerstand ändernden Leiter entfernten Orte. Der Apparat ist so eingerichtet, dafs derselbe eine Verbrennung solcher Gase nur in seinem Innern zuläfst, so dafs jede Explosion dieser Gase durch denselben vollständig verhindert wird.

. Auf beiliegender Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche die Anordnung des Apparates in und aufserhalb eines Grubenschachtes, darstellt. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen in schematischer Darstellung abgeänderte Anzeigeapparate. Fig. 4 ist ein Schnitt durch ein eine Anzeigespirale aufnehmendes Gehäuse; Fig. 5 eine Ansicht und Schnitt eines transportablen Anzeigeapparates; Fig. 6 eine Ansicht eines Differential-Galvanometers. Fig. 7 veranschaulicht die Anordnung der unteren Elektromagnete des Differential-Galvanometers, und Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die Wickelungen der Spulen dieses Elektromagneten zeigend.

M ist der Grubenschacht und A¹ Ä* sind die Orte, an welchen die Feststellung von entzündlichen Gasen beabsichtigt wird. M¹ ist eine ari einem geeigneten Orte, wie der Schachteingang, angeordnete Station, in welcher die Beschaffenheit der die Anzeigeapparate in dem Schacht umgebenden Luft angezeigt wird. B ist eine Batterie oder andere geeignete elektrische Kraftquelle die durch Leitungen a a^Y a² mit den bezüglichen Anzeigestationen in dem Schacht verbunden ist. Die Rückleitugen a¹ ei² werden zweckmäfsig mit den Stromschlufsstücken b¹ b² eines Tasters K verbunden, mittelst welchen .der Schlufs der Stromkreise nach Belieben erfolgen kann. I ist ein in den Stromkreis der Batterie B eingeschalteter und zweckmäfsig auf der Station M¹ und nahe dem Taster K angeordneter Anzeiger, welcher in beliebiger Entfernung von ■ den Anzeigestationen A¹ A? den Widerstand, den die Erhitzung

eines in denselben angeordneten Metallstreifens hervorruft, anzeigt und damit die Menge der entzündbaren Gase auf den Stationen angiebt. Es wird bemerkt, dafs die verschiedenen in der Stromleitung und auf den Prüfungsstationen eingeschalteten Mittel, durch welche der Grad des Widerstandes in demselben angezeigt wird, derartig sein müssen, dafs dieselben einen abschätzbaren Widerstand in Bezug auf den Rest der Stromleitung zulassen, so dafs die Aenderungen des durch den verschiedenen Procentsatz von Gasen oder Dämpfen erzeugten verschiedenen Widerstandes ohne die Anwendung von empfindlichen Mefsapparaten gemessen werden kann. Als geeignetes Material hat sich dünner Platindraht erwiesen, welcher, um der Luft eine möglichst grofe Oberfläche, darzubieten, in Spiralform gewunden ist. Die Stromstärke des verwendeten Stromkreises kann solche , sein, dafs dieselbe die Platinspirale in der Dunkelheit mit kaum sichtbarer Röthe erhitzt. Die Stromstärke kann jedoch auch eine derartige sein, dafs die Platinspirale durch dieselbe weifsglühend . gemacht wird. Die. Zunahme des Widerstandes derselben wird unter demselben Verhältnifs von Gas oder Dämpfen in der Luft die gleiche sein, als wenn ein Strom von geringer Stärke verwendet wird. Vorzugsweise wird jedoch ein Strom von solcher Stärke verwendet, welcher die Platinspirale derart erhitzt, dafs dieselbe bei mattem Tageslicht kaum sichtbar roth ist. Wie bemerkt, ist eine Steigerung der Temperatur der Platinspirale gegenüber der durch den dieselbe passirenden elektrischen Strom erzeugten auf die Verbrennung von entzündbaren Gasen an ihrer Oberfläche zurückzuführen. Falls jedoch ein Strom von verhältnifsmäfsig kalter Luft schnell über die Platinspirale streicht, wird die Temperatur derselben der Schnelligkeit des Luftstromes entsprechend proportional herabgemindert werden. Durch die Einwirkung dieses Luftstromes würde daher eine geringe Menge von entzündbaren Gasen angezeigt werden, als in der That vorhanden sind. Um diesem Uebelstande abzuhelfen , ordnet man die Platinspirale in einem Gehäuse an, welches den freien Zutritt der Luft zu derselben gestattet, dagegen einen Luftzug von der Spirale abhält, so dafs derselbe keine Wirkung auf dieselbe ausüben kann.

Das Metallgehäuse A, Fig. 4, welchem zweckmä'fsig die dargestellte Form gegeben wird, dient zur Aufnahme der Platinspirale S und ist am unteren Ende von einer mit konischer Oeffnung d^l versehenen Platte d abgeschlossen. Nahe der Mitte des Gehäuses ist die zweckma'fsig aus Platin bestehende Spirale angeordnet, welche von einem Wärme oder Elektricität nicht leitenden Material d² (Ziegelstein oder Asbest) und von einer in demselben vorgesehenen Oeffnung d^& derart aufgenommen wird, dafs die das Gehäuse durchströmende Luft dicht an die Spirale herangeführt wird. Das obere Ende des Gehäuses ist von einer mit Löchern d^e versehenen Platte d⁵ versehen, die im Verein mit der Abschlufsplatte d jeden Luftzug von der Spirale S innerhalb des Gehäuses abhält. Die Spirale jedoch, wenn dieselbe erhitzt wird, erhitzt gleichzeitig die dieselbe umgebende Luft und erzeugt dadurch einen Luftzug innerhalb des Gehäuses A, welcher dasselbe fortwährend mit einer Zufuhr frischer Luft zur Einwirkung auf die Spirale versorgt. Diese Luftzufuhr hängt natürlich von dem Hitzegrade^: der Spirale ab und ist von jedem in dem Schachte herrschenden Luftzuge unabhängig. Um zu verhüten, dafs die entzündeten Gase die Gase in der umgebenden Luft entzünden oder dieselben zur Explosion bringen, ordnet man über und unter der Spirale S innerhalb des Gehäuses A Gaze F F¹ an, die, falls nothwendig, in Lagen über einander angeordnet sein kann.

Zur Messung des Widerstandes in den Stromkreisen an dem Orte, wo der Zustand der Luft angezeigt werden soll, hat sich eine Wheatstone'sche Brücke am geeignetsten erwiesen. Bei der Verwendung derselben, wie bei W in Fig. ι veranschaulicht, wird, wenn ein passender vergleichender Widerstand bei n> eingeschaltet ist, eine leichte Ablassung der verschiedenen in dem Hauptstromkreise vor sich gehenden Aenderungen bei der richtigen Handhabung des Apparates ermöglicht.

Wie Fig. 2 veranschaulicht, kann auch ein Rheostat R verwendet werden und ein Widerstand hinzugefügt oder entfernt werden, bis der in dem Stromkreis a^m a¹¹ befindliche Widerstand sich mit dem in dem Hauptstromkreise befindlichen Widerstand ausgleicht, was durch ein gewöhnliches, mit den Stromkreisen durch kurze Leitungen g g¹ verbundenes Galvanometer G angezeigt wird. In solchen Fällen, wo ein sich nicht ändernder Widerstand gegen den sich ändernden Widerstand verwendet wird, mufs eine Verbindung des änderbaren Widerstandes mit dem Anzeigeapparat erst dann bewirkt werden, wenn derselbe eine gleichmäfsige Wärme und damit einen bestimmten. Widerstand unter der Einwirkung des zu prüfenden Stromes angenommen hat. Die etwa in der umgebenden Luft vorhandenen Gase oder Dämpfe werden hierauf angezeigt.

Wird der Draht oder Streifen sehr dünn gemacht, um der Luft eine möglichst grofse Oberfläche im Verhältnifs zu seiner Gewichtsmenge darzubieten, so wird derselbe eine gleichmäfsige Temperatur in kürzerer Zeit annehmen, als wenn derselbe eine andere Form erhielte. In vielen Fällen jedoch, wo eine besondere schnelle Handhabung beabsichtigt wird," ist als ausgleichender Widerstand die Anwen-

dung einer Spule oder eines Streifens ähnlich derjenigen der Prüfungsspirale vorzuziehen, die von einer von Gasen freien Luft umgeben ist. Solche Spule kann, wie Fig. ι zeigt, in den Widerstand w eingeschaltet oder so angeordnet werden, wie Fig. 3 veranschaulicht. In diesem Falle braucht eine Erwärmung der Prüfungsspirale nicht abgewartet zu werden, da ein gleichmäfsigerer Widerstand durch die sich folgende Erhitzung der beiden Stromleiter erzielt wird. Diese Anordnung, welche zweckmäfsig in einem zu beschreibenden transportablen Apparat verwendet wird, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Das Gehäuse A¹⁰ enthält eine den Prüfungsspiralen 5 der Stationen A¹A² ähnliche Spirale, die in den Stromkreis α¹⁰ aⁿ eingeschaltet ist. Ein Galvanometer ist gleichzeitig zur Angabe der Stromstärke in den beiden Stromkreisen ii¹⁰^¹¹ und α α¹ angeordnet. Ebenso sind Taster vorgesehen, mittelst welchen die Linienstromkreise und die P.rüfungsstromkreise nach Belieben geschlossen werden können. ^:

In Verbindung mit dem oben erwähnten transportirbaren Apparat wird zweckmäfsig ein" besonderes Galvanometer, dessen Spulen in besonderer Weise gewickelt sind, verwendet. Dasselbe ist besonders für grobe Arbeit geeignet, wird durch kleine Erschütterungen nicht beeinflufst und macht schnelle Angaben.

Dieser transportirbare Apparat ist 'in Fig. 5 dargestellt. B ist eine geeignete elektrische Kraftquelle; c c¹ sind Klemmschrauben, welche mit dem positiven und negativen Pol derselben verbunden sind, und C²C^ Klemmschrauben, welche durch das den Apparat einschliefsende Gehäuse treten. Von der Batterie B ausgehend, ■ werden zwei Stromkreise geschlossen, deren einer, durch volle und punktirte Linien angedeutet, folgenden Weg einschlägt: Von der Klemmschraube c der positiven Elektrode ausgehend , durch eine Leitung und Klemmschraube c¹ und in zu beschreibender Weise durch die Spulen des Galvanometers G¹ und Klemmschraube e, Leitungen α α¹ und Prüfungsspirale 5 und, wenn der Taster R¹ niedergedrückt ist, durch die Stromschlufsfeder k¹ desselben und eine Leitung zurück nach der Klemmschraube c' bezw. zum negativen Pol der Batterie B, wodurch der Stromkreis geschlossen wird. Der andere, durch volle Linien angedeutete Stromkreis wird auf folgende ähnliche Weise geschlossen : Von der Klemmschraube c der Batterie B ausgehend, durch eine Leitung zur Klemmschraube e³, den Spulen des Galvanometers G¹, Klemmschraube e² durch eine Leitung α¹⁰ , zur Spirale S¹ und, wenn der Taster k¹ niedergedrückt ist, durch denselben und eine Leitung a¹¹ zurück zur Klemmschraube c' der Batterie B. Der Taster k¹ ist, wie gezeigt, derart angeordnet, dafs mittelst desselben beide Stromkreise gleichzeitig geschlossen werden können. Bei dem vorliegenden Apparat ist die Spirale S am Ende einer Stange T angeordnet, mittelst welcher dieselbe in solchen Ecken, wo entzündliche Gase vermu.thet werden, eingeführt wird. Dieselbe wird hierbei von Gaze eingeschlossen, welche von Reifen t umgeben ist. Das Galvanometer G¹ ist mit einer an einem Faden g·² hängenden und durch eine Glasplatte g³ verdeckten Nadel g^x versehen. Ebenso ist eine mit Theilstrichen oder Zahlen versehene Platte gⁱ vorgesehen, mittelst welcher durch einen über denselben schwingenden Zeiger die Menge der entzündlichen Gase in der gewöhnlichen Weise festgestellt wird. Die Spirale S¹ des Galvanometers G¹ ist so angeordnet, dafs dieselben an dunklen Orten ihr Licht auf die Platte g·⁴ zwecks Ablesung wirft. Diese beschriebenen Vorrichtungen werden von einem in Fig. 5 dargestellten Gehäuse N zwecks leichter Transportirbarkeit aufgenommen.

Das im Verein mit dem beschriebenen Apparat zweckmäfsig verwendete Galvanometer ist mit Spulen für zwei Stromkreise versehen, die so gewickelt sind, dafs im Falle der gleichen Stromstärke der Stromkreise oder, wenn einer derselben in bestimmter Beziehung zu dem anderen steht, nur einer dieser Elektromagnete magnetisirt, der andere dagegen nicht magnetisirt wird. Weicht jedoch die Stromstärke der Stromkreise von dem festgesetzten Verhältnifs ab, so verliert einer der magnetisirten Elektromagnete einen Theil seiner Energie, wogegen der, bisher nicht magnetisirte Elektromagnet anfängt magnetisirt zu werden. Wenn dagegen einer der Sromkreise in'seiner Stromstärke so herabgemindert wird, dafs derselbe wirkungslos wird, so wird der vorher magnetisirte Elektromagnet entmagnetisirt und der vorher nicht magnetisirte Magnet_ vollständig magnetisirt. Ein in dieser Weise wirkendes Galvanometer ist in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt. In diesen Figuren ist P ein plattgedrückter Ring aus weichem Eisen, welcher mit Erregungsspulen P¹ P² P³ P⁴ versehen ist, von welchen die Spulen P¹ P³ von einem und' die Spulen P² P* von einem anderen Strom durchflossen werden. Dieselben sind derart gewunden, dafs die erzielte magnetische Wirkung im Gegensatz zu einander und die Anzahl der Windungen eine solche ist, dafs das bestimmte Verhältnifs der Stromstärke dieser die Spulen passirenden Stromkreise eine gleiche magnetische Wirkung ausüben. Die Wirkung dieser Stromkreise erzielt die Bildung von gleichen Polen ρ p^x zwischen den magnetischen Polen. Der andere Elektromagnet R³, welcher ein gewöhnlicher mit zwei Polstücken r¹ r² versehener Hufeisenmagnet ist, ist so angeordnet, dafs seine Pole in derselben Horizontalebene wie die gleichen

Pole der ersten Elektromagnete und im rechten Winkel zu der Mittellinie derselben liegen. Eine oder beide der Spulen R¹ R² dieses Elektromagneten sind mit Wickelungen für beide Stromkreise versehen, wobei die Anzahl der Windungen auch hierbei im bestimmten Verhältnifs steht, so dafs bei gleicher Stromstärke der Stromkreise dieser Magnet R³ nicht magnetisirt wird.

Eine an einem Faden g'² aufgehängte Magnetnadel g-^]. ist so angeordnet, dafs dieselbe zwischen den Elektromagneten schwingen kann. Die Wirkung dieser Anordnung ist solche, dafs, sobald wenn der die beiden Stromkreise passirende Strom von gleicher Stromstärke ist, die Nadel in der Richtung der Pollinie ρ ρ ¹ steht. Wenn dagegen ein Strom nur eine der Stromkreisleitungen passirt, so wird die Nadel in Richtung der Pole r¹ r² weisen. Passiren durch die Stromkreisleitungen Ströme, die von den festgesetzten Stromstärken abweichen, so wird die Nadel eine Zwischenstellung zwischen den Polen einnehmen, wobei deren Schwingungswinkel proportional zu der verschiedenen Stromstärke dieser Stromkreise ist. Der Vortheil dieser Anordnung ist derjenige, dafs die Magnetnadel sehr leicht und so hergestellt werden kann, dafs dieselbe in einem starken magnetischen Feld ohne besondere äufsere Beaufsichtigung schwingen kann. Aufserdem würde dieselbe durch äufsere magnetische Einflüsse aus dem obigem Grunde nicht beeinflufst werden können.

Wie in Fig. 3 und 6 gezeigt, können auf der die Eintheilung tragenden Platte gⁱ Stromschlufsstücke f² an der Stelle angeordnet werden, welche die Gefahr anzeigt. Die Nadel wird in diesem Falle mit einem Stromschlufssttick i³ versehen, welches bei Berührung der StromschlufsstUcke t'² eine Alarmvorrichtung durch Schliefsung eines Stromkreises in Thätigkeit. setzt.

Mittelst eines lichtempfindlichen Streifens können die Bewegungen der Nadel fortwährend verzeichnet wurden, so dafs eine Registrirung dieser Nadelbewegungen und damit der Zustand der Luft in dem Grubenschacht zu jeder Zeit abgelassen bezw. registrirt werden kann.

Durch Niederdrücken des Tasters wird der die Anzeigeapparate Beaufsichtigende jederzeit in die Lage versetzt, den Zustand der Luft in dem Schachte zu prüfen, weil durch den Stromschlufs die Platinspirale S erhitzt, eine Luftbewegung in dem Gehäuse A erzeugt, durch welche fortwährend neue Luft angesaugt wird, die, wenn sie entzündliche Gase enthält, durch die Verbrennung derselben auf der Anzeigestation das Vorhandensein dieser Gase anzeigt.

Sollte in der zu prüfenden Luft eine derart grofse Menge Gase enthalten sein, dafs dieselben weder explosions- noch verbrennungsfähig sind, weil dieselben eine gröfsere Aufnahmefähigkeit für Wärme als die Luft besitzen, so wird die Platinspirale in diesen Gasen liegend unter der Einwirkung des elektrischen Stromes einen geringeren Wärmegrad aufweisen, als wenn sie von reiner Luft umgeben sein würde. Dieser Umstand, welcher plötzlich eintritt, verwirrt den Beaufsichtigenden jedoch nicht, da der Procentsatz der Gase in diesem. Falle so hoch ist, dafs derselbe vorerst die Nadel über das Maximum hinausgeschwungen hat.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Ein Verfahren zur Anzeige von mit Luft vermischten entzündlichen Gasen oder Dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Gegenwart und Mengenverhältnisse derselben durch zwei Stromkreise in der Weise angezeigt werden, dafs in einem derselben (a a¹) ein unter der Einwirkung des elektrischen Stromes bei Gegenwart von Gasen oder Dämpfen sich ändernder Widerstand eingeschaltet wird, während der andere Stromkreis (a¹⁰ a^llj einen durch dieselben nicht beeinflufsten Widerstand passirt, welcher unter Vermittelung des. sich ändernden Widerstandes (S) aufser einer Anzeige eine Messung der Mengenverhältnisse der Gase ermöglicht.
2. 2. Der zur Ausführung des unter 1. gekennzeichneten Verfahrens dienende Apparat, bestehend aus einem einen Luftzutritt ermöglichenden, einen Luftzug dagegen abhaltenden Gehäuse (AtJ, welches, an Gase oder Dämpfe enthaltenden Orten aufgestellt, eine Prüfung derselben durch Verbrennung der Gase mittelst eines in den einen Stromkreis eingeschalteten Leiters (SJ innerhalb des Gehäuses ermöglicht, dessen hierdurch erhöhter Widerstand unter Beihülfe eines

   . in einen zweiten Stromkreis eingeschalteten Widerstandes (mj mittelst eines Galvanometers (I) gemessen wird.
3. 3. Eine Abänderung des unter 2. gekennzeichneten Galvanometers, darin bestehend, dafs in einem der Stromkreise (aⁱ⁰ a¹¹) ein Widerstand (S¹J von gleicher Beschaffenheit wie der Anzeigewiderstand in dem anderen Stromkreise (a a¹) an einem der Einwirkung der Gase nicht unterworfenen Orte eingeschaltet wird, zum Zwecke, eine schnellere Anzeige des Vorhandenseins der Gase oder Dämpfe dadurch zu erzielen, dafs ein Abwarten der vollständigen Erhitzung des Anzeigewiderstandes (S) zur Messung der in beiden Stromkreisen (α α¹ α^λ0 aⁿj vorhandenen Widerstände vermieden wird.
4. 4. Als Ersatz des unter 2, gekennzeichneten. Galvanometers ein Galvanometer, welches aus zwei zusammengesetzten Elektromag-

   neten (PR³) besteht, deren Spulen zur Leitung zweier gesonderter Ströme so gewickelt sind, dafs, wenn einer der Ströme dieselbe Stärke wie der andere besitzt bezw. beide in bestimmter Beziehung zu einander stehen, einer dieser Elektromagnete vollständig, der andere dagegen nicht magnetisirt wird, wogegen, wenn die Stromstärke von dem bestimmten Verhältnifs abweicht, der vorher magnetisirte Elektromagnet weniger magneüsirt, der andere vorher nicht magnetisirte Elektromagnet dagegen vollständig magneüsirt wird, zum Zweck, die verschiedenen Magnetisirungen derselben zur Bethätigung einer Magnetnadel (g¹) zu benutzen und damit die Widerstandsunterschiede in zwei Stromkreisen (a a¹ a¹⁰ a¹¹) anzugeben.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.