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Gasuntersuchungsgerät
Es ist eine Reihe von Geräten bekanntgeworden,
mit denen technische Gase nach dem Prinzip der Orsatapparate, jedoch automatisch
auf ihre Bestandteile untersucht werden. Alle diese Apparate arbeiten, wenn man
von solchen absieht, die physikalische Eigenschaften, wie spezifische Wärme, Leitfähigkeit
oder Dichte, als Grundlage nehmen, nicht kontinuierlich, sondern als volumetrisch
messende Vorrichtungen, genau wie ein Orsatapparat diskontinuierlich. Es wird also
nur der Laborant am Orsatapparat durch eine automatisch arbeitende Mechanik ersetzt.
Die auf dieser Arbeitsweise basierenden Geräte sind schon bei der Ermittlung von
ein oder zwei Gasbestandteilen sehr verwickelt und empfindlich und erfordern daher
eine gute Wartung, die nicht immer gewährleistet ist.
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Sollen nun gar vier bis sieben Gaskomponenten bestimmt werden, wie
es z. B. für Vollanalysen bei Gasanstalten und Kokereien erforderlich ist, so ergeben
sich derart komplizierte Apparate, daß eine Bedienung nur von hochwertigsten Spezialisten
denkbar ist. Es sind daher kaum solche Geräte gebaut worden, und man ist auch heute
noch für solche Fälle auf den Handorsatapparat angewiesen, der im Betrieb naturgemäß
teuer ist, und bei dem eine Gesamtbestimmung immer noch 1/2 bis 3/4 Stunde erfordert.
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Man hat auch bereits versucht, kontinuierlich arbeitende Geräte zu
bauen, bei denen beispielsweise mehrere Gaspumpen unter Zwischenschaltung von Absorptions-
oder Verbrennungspipetten hintereinandergeschaltet werden. Durch die zwischen den
einzelnen Pumpen stattfindende Volumenminderung (durch Absorption oder Verbrennung)
ergibt sich eine Drucksenkung, die ein Maß für die absorbierte Gaskomponente darstellt.
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Dieser Konstruktion haftet ein grundsätzlicher Mangel an. Die Pumpenkolben
und Ventile, bei Membranpumpen die Ventile, arbeiten infolge unvermeidlicher Lässigkeitsverluste
niemals gleichmäßig, so
daß ein absolut konstanter volumetrischer
Wirkungsgrad niemals erreicht werden kann. Die geringste Änderung dieses volumetrischen
Wirkungsgrades macht aber ein solches Gerät unbrauchbar. Dieser Fehler wird besonders
in den letzten Stufen fühlbar, da hier wegen der geringen Gasvolumina die absoluten
Drücke besonders niedrig sind.
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Bei dem nachstehend beschriebenen Gerät nach der Erfindung sind diese
Schwierigkeiten vollständig umgangen. Es werden hierbei ventil- und kolbenlose Pumpen
verwendet, die im Flüssigkeitsbad arbeiten und die sich in ihrer Förderleistung
dem verbleibenden Gasrest des zu untersuchenden Gases anpassen. Die Anpassung der
Förderleistung erfolgt durch mehr oder weniger starkes Verdrängen des Flüssigkeitsbades,
was eine mehr oder weniger große Füllung der Pumpenzellen ergibt. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
oder der auf diesem lastende Gasdruck ist ein Maß für den geförderten Gasrest, und
bei zwei hintereinandergeschalteten Gaspumpen ergibt der Unterschied der Flüssigkeitsspiegel
bzw. der Gasdrücke in den beiden Gaspumpen ein Maß für die absorbierte Gasmenge.
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Die Arbeitsweise dieser Pumpen sei vorerst an Hand der Abb. I, 2
und 3 erläutert. Als beispielsweise Ausführung sei ein Schöpfrad a mit gasdichten
Zellenwänden b angenommen, die am Umfang offen sind und in der Achsennähe je einen
seitlichen Austritt c besitzen, die in eine benachbarte Zelle führen.
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Dieses Schöpfrad taucht zum Teil in ein Flüssigkeitsbad, während der
obere Teil in dem zu fördernden Gas läuft. Ist der verbleibende Gasrest klein, so
steht der Flüssigkeitsspiegel hoch wie in Abb. I, und das Fördervolumen der Pumpen
bleibt klein. Wächst die verbleibende Gasmenge, so kann die Pumpe bei dem hochstehenden
Flüssigkeitsspiegel die Gasmenge nicht schlucken, der Gasdruck steigt und der Flüssigkeitsspiegel
fällt, bis die Schluckfähigkeit der Zellen sich der anfallenden Gasmenge angepaßt
hat, siehe z. B.
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Abb. 2. Bei einer weiteren Erhöhung des Gasrestes wird der Spiegel
weiter abgesenkt, und es ergibt sich ein Zustand wie in Abb. 3, bei dem das Schöpfrad
seine höchste Förderleistung aufweist. Schöpfräder dieser Art sind nun zu einer
Anordnung zusammengebaut, wie in der Abb. 4 dargestellt. Das Schöpfrad d arbeitet
als Zuteilrad in der Kammer e, der das frische Gas durch die Leitung f zugeführt
wird. Eine Tauchwand g sorgt dafür, daß der Gasdruck einen maximalen Wert nicht
übersteigen kann, das Gas dem Zuteil- oder Meßrad mit stets gleichbleibendem Druck
zugeführt wird. Das Rad d schöpft somit aus der Kammer eine konstante Gasmenge und
läßt diese durch die Austrittsöffnungen c in die Fangkammer h strömen. Von dort
strömt das Gas über eine Absorbtionspipette oder einen Verbrennungsofen i bzw. über
beide, in denen eine Volumenverminderung eintritt, in eine zweite Kammer k mit Schöpfrad
1. Hier findet der in den Abb. I bis 3 dargestellte Anpassungsvorgang statt, bei
dem sich der Flüssigkeitsspiegel je nach Gasmenge höher oder niedriger einstellt.
Durch Hintereinanderschalten von mehreren solcher Schöpfräder können beliebig viele
Gaskomponenten nacheinander absorbiert und in ihrer Menge bestimmt werden.
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Der Verdrängungsgrad in jeder Zelle kann nun entweder durch ein Glasrohr
in mit Skala n sichtbar gemacht werden, wie in der Abb. 4 dargestellt, oder aber
man mißt den Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit mit einem Druckmesser, wie in Abb.
5 und 6 dargestellt. Der Unterschied der Flüssigkeitsstände oder der Gasdrücke in
den einzelnen Zellen ermöglicht eine Bestimmung der Volumenverminderung. Man kann
auch durch Differenzdruckmessungen, wie in Abb. 7 gezeigt, unmittelbar den Differenzdruck
bestimmen, der ein Maß für die Volumenverminderung des Gases darstellt.
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Abb. 8 zeigt endlich eine beispielsweise Ausführung einer Gesamtanlage
mit einer Zuteilpumpe o und vier Meßpumpen p. Die Messung erfolgt durch Differenzdruckanzeiger
q.
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Für die Messung ist es vorteilhaft, daß die Änderung der Spiegelhöhe
oder des Gasdruckes im linearen Verhältnis zur Fördermenge jeder Pumpe steht, was
bei den Abb. I bis 3 nicht der Fall ist. Es kann dann der Differenzdruck zwischen
zwei Pumpen ohne jede Umrechnung zur Bestimmung des prozentualen Gehaltes des absorbierten
Gasbestandteiles herangezogen werden.
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Die Einzelheiten würden beim Schöpfrad beispielsweise wie in der
Abb. g geformt sein.
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Schließlich sei noch bemerkt, daß die Pumpen nicht als Schöpfräder
ausgebildet sein müssen. Es gibt eine Unzahl von Konstruktionen, die der Forderung
entsprechen, daß sich die Fördermengen der Pumpen der anfallenden Gasmenge anpassen.
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Abb. IO zeigt eine konische Schöpftrommel, Abb. II eine Schöpftrommel
mit schrägstehender Achse, Abb. 12 eine pendelnde Schöpfzelle. Dieses sind nur einige
Beispiele, die durch viele weitere ergänzt werden könnten. Alle diese Konstruktionen
entsprechen der oben beschriebenen Forderung, und es werden die Erfahrungen aus
der Praxis zeigen, welche Ausführung sich den Ansprüchen der Fertigung, des Betriebes
und der Haltbarkeit am besten anpaßt. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels kann, wie
oben angedeutet, mittels durchsichtiger Spiegelstandsanzeiger direkt oder bei Quecksilberfüllung
durch eine entsprechend leichte Flüssigkeitssäule erfolgen, die in bekannter Weise
eine Vergrößerung der Skalenlänge ergibt. Es kann aber auch die Spiegelhöhe des
Quecksilberbades durch einen Widerstandsdraht mit in Reihe geschaltetem elektrischem
Meßgerät bestimmt werden. Mehrere hintereinandergeschaltete Meßpumpen können dann
von einem Mehrfarbenschreiber überwacht werden. Abb. 13 zeigt schematisch eine solche
Kombination. Von diesen elektrischen Meßstellen können natürlich auch automatische
Regeleinrichtungen ihren Impuls erhalten. Abb. 14 zeigt endlich eine Gesamtausführung
eines solchen Apparates mit unmittelbarer Anzeige und parallel geschaltetem Sechsfarbenschreiber.