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Elektrisches Gerät zur Messung des Kohlensäuregehaltes von Gasen
Der
C O2-Gehalt von Gasen, insbesondere von Rauchgasen, kann dadurch gemessen werden,
daß die Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Gases mit derjenigen von Luft verglichen
wird. Der Leitfähigkeitsvergleich ist z. B. nach der Schleiermacherschen Methode
mittels elektrisch beheizter Meßdrähte möglich, deren Widerstand sich umgekehrt
proportional der Leitfähigkeit des umgebenden Gases ändert.
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Naturgemäß befinden sich die Meßdrahtanordnungen in voneinander getrennten
Kammern, von denen die eine vom zu untersuchenden Gas, die andere von der Vergleichsluft
durchströmt wird. Die Verminderung der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemisches durch
das Vorhandensein von Kohlensäure wird in der Regel durch die sonstige Gaszusammensetzung
nicht sonderlich beeinflußt, da die meisten in Frage kommenden Gaskomponenten, wie
N2, 02, CO, Luft oder Wasserdampf, eine weitgehend übereinstimmende Leitfähigkeit
zeigen. Nur die Anwesenheit von Wasserstoff stört in starkem Maße, da die Leitfähigkeit
von Wasserstoff das Zwölffache der von Kohlensäure beträgt, so daß schon bei kleinen
Wasserstoffbeimengungen der Kohlensäuregehalt erheblich zu klein gemessen wird.
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Man hat bisher versucht, die störende Wasserstoffbeimengung durch
Verbrennung (Oxydation) oder Absorption in einer Vorkammer in nichtstörende Gase
umzuwandeln oder zu entfernen. In beiden Fällen ist jedoch der Aufwand an Strom
bzw. Absorptionsmitteln beträchtlich und in der Regel mit der Bildung anderer schädlicher
Gase verknüpft. Abgesehen vom wirtschaftlichen Aufwand und von der Fehlmessung
ist
jedoch die Vermehrung der auftretenden korrodierenden Wirkung, die beide Vorgänge
zur Folge haben, besonders unangenehm.
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Um den störenden Wasserstoffeinfluß auszuschalten, ist erfindungsgemäß
ein anderer Weg eingeschlagen worden. Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden
elektrischen CO-Meßgerät, insbesondere für die Rauchgasuntersuchung, mit einer vom
zu untersuchenden Gas und einer von Luft durchflossenen Kammer, in denen die elektrisch
beheizten Meßdrähte angeordnet sind, ist der Luftkammer ein Diffusionsraum vorgeschaltet,
dessen durch eine Diffusionswandung getrennte Teilräume von Luft und Rauchgas durchströmt
sind, derart, daß im Rauchgas enthaltener Wasserstoff in den Luftraum übertritt.
Für die Diffusionswandung wird ein Stoff gewählt, der für den Wasserstoff durchlässig,
für die schwerere Kohlensäure aber undurchlässig ist. Da die Diffusionsgeschwindigkeit
stets klein ist, strömt das zu untersuchende Gas analytisch praktisch unverändert
zur Untersuchungskammer. Die Vergleichsluft wird so lange mit Wasserstoff angereichert,
bis auf jeder Seite der Diffusionswandung die gleiche Wasserstoffkonzentration erreicht
ist. In den beiden Untersuchungskammern wirkt sich dann der Wasserstoffgehalt im
gleichen Maße aus, was eine vom Wasserstoffgehalt unabhängige Anzeige zur Folge
hat, da die beiden Meßdrähte'in der Meßbrücke einander entgegenwirken.
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In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgedankens dargestellt.
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Die Diffusionswandung A weist beispielsweise die Form eines Zylinders
auf, der sich in dem Diffusionsraum B befindet. Durch die mit I bezeichnete Leitung,
in welche ein Ventil oder eine Fritte C eingeschaltet ist, strömt gewöhnliche Raumluft
in den Raum B und von dort durch die Leitung 2 in die Meßkammer D. Durch eine Leitung
3 wird das zu untersuchende Gas, beispielsweise Rauchgas, angesaugt, das den Diffusionszylinder
A durchströmt und weiter durch eine Leitung 4 zur Meßkammer E gelangt. An die beiden
Meßkammern D und E ist vorzugsweise eine gemeinsame Absaugleitung 5 angeschlossen.
Um bei großem Luftwiderstand des Teils C die Luftansaugung zu gewährleisten, ist
in die Gasansaugleitung 3 eine Drossel o. dgl. eingeschaltet.
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Die in den Meßkammern befindlichen elektrisch beheizten Meßdrahtanordnungen
sind mit G und F bezeichnet.
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Als wasserstoffdurchlässige Wandung kommt vorzugsweise eine dünne
Gummifolie oder Gummimembran in Betracht. Besonders dünne Gummimembranen lassen
sich beispielsweise im Tauchverfahren auf porösen Rohren aus Filterpapier, Textilstoff,
Ton 0. dgl. herstellen. Ein derartiger infolge des verwendeten Trägerstoffs starrer
Körper läßt sich leicht und einfach in den Diffusionsraum B einbauen.
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Natürlich soll die Erfindung nicht auf eine Gummidiffusionswand beschränkt
sein.
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Werden durch die Leitung 5 das zu untersuchende Gas und die Luft
angesaugt und ist das Ventil C zunächst geschlossen, so diffundiert etwaiger in
dem zu untersuchenden Gas enthaltener Wasserstoff durch die Wandung A in den Luftraum
B. Der Diffusionsvorgang hört von selbst auf, sobald in beiden Räumen die gleiche
Wasserstoffkonzentration erreicht ist.
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Öffnet man nunmehr das Ventil C zum Durchtritt für eine sehr kleine
Luftmenge, so wird durch die Luftkammer D dauernd ein Vergleichsluftgemisch gesaugt,
das die gleiche Konzentration an Wasserstoff besitzt wie das durch die Kammer E
strömende zu untersuchende Gas. An den beiden Heizdrähten F und G wirkt sich dann
der Wasserstoffgehalt im gleichen Maße aus. Da die beiden Meßdrähte in der Meßbrücke
gegeneinander wirken, so kompensiert der Wasserstoffgehalt der Luftkammer den der
Gaskammer, so daß die C 02-Anzeige vom Wasserstoffgehalt unabhängig ist.
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In der Praxis wird man an die Stelle des Ventils C eine poröse Fritte
setzen, die eine kleine Luftmenge zuverlässiger dosiert, als dies durch ein Ventil
möglich ist. Der Strömungswiderstand in der Fritte kann beträchtlich sein, damit
der Diffusionsvorgang vollständig stattfindet. Es besteht keine Gefahr, daß der
Kompensationsvorgang zu träge einsetzt. Es liegt vielmehr im Wesen der Wasserstoffbildung
in den praktisch interessierenden Anlagen, daß die Änderung des Wasserstoffgehalts
nur langsam vor sich geht.
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Der Luftstrom durch die Meßkammer D darf daher praktisch unter IO/,
des Gasstroms durch die Gaskammer E bleiben.
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Erwähnt sei noch, daß es allerdings auch möglich ist, mit größeren
Luftgeschwindigkeiten zu arbeiten.
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In diesem Fall ist die Empfindlichkeit der Luftkammer D gegenüber
Wasserstoffbeimengungen zu steigern, so daß der Diffusionsvorgang bei A nicht vollständig,
sondern nur im gleichbleibenden Verhältnis der Wasserstoffempfindlichkeit der Gaskammer
E zu derjenigen der Luftkammer D stattfindet.
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PATENTANSPROCEIE I. Elektrisches Gerät zur Messung des Kohlensäuregehaltes
von Gasen, insbesondere von Rauchgasen, mit einer vom zu untersuchenden Gas und
einer von Luft durchflossenen Kammer, in denen elektrisch beheizte Meßdrähte angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkammer (D) ein Diffusionsraum (B) vorgeschaltet
ist, dessen durch eine Diffusionswandung (A) getrennte Teilräume von Luft und Gas
durchströmt sind, derart, daß im Gas enthaltener Wasserstoff in den Luftraum übertritt.