DE858777C

DE858777C - Vorrichtung zur Gasanalyse durch Messung des Waermeleitvermoegens

Info

Publication number: DE858777C
Application number: DEB6604D
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr Ebbinghaus
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1941-07-13
Filing date: 1941-07-13
Publication date: 1952-12-08

Description

Vorrichtung zur Gasanalyse durch Messung des Wärmeleitvermögens Die Überwachung und Analyse von Gasen durch Messung ihres Wärmeleitvermögens mit mindestens zwei in Brückenschaltung befindlichen und in Gaskammern eingeschlossenen temperaturempfindlichen Meßdrähten, von denen der eine von dem zu messenden, der andere von einem Vergleichsgas umspült wird, gelingt leicht und störungsfrei, wenn sowohl die Gaskammern und Meßdrähte einander weitgehend gleichen und die Gesamtanordnung symmetrisch ist, als auch die beiden zu vergleichenden Gase keine großen Unterschiede aufweisen: So bietet beispielsweise bei Verwendung von Luft als Vergleichsgas der messende Nachweis kleiner Mengen von Wasserstoff oder Kohlendioxyd in Luft keine Schwierigkeit. Will man jedoch, wieder unter Verwendung von Luft als Vergleichsgas, Stickstoff in Kohlendioxyd oder in Acetylen messen, so wird die Beobachtung auch bei völlig symmetrischem Bau der Anordnung sehr schwierig, weil nicht nur sehr kleine Änderungen des Heizstromes für die Meßdrähte, sondern auch kleine Änderungen der Außentemperatur den Nullpunkt für die Anzeige sehr stark, unter Umständen über den ganzen Meßbereich verschieben. Diese Störungen rühren von der Verschiedenheit der Temperaturbeiwerte des Wärmeleitvermögens des zu messenden und des Vergleichsgases her. Man könnte der Schwierigkeiten durch Einbau des Gerätes in einen Thermostaten sowie durch Verwendung eines dem zu messenden Gas möglichst gleichen Vergleichsgases Herr werden, beides bedingt aber einen hohen, meist nicht tragbaren Aufwand.
Es wurde nun gefunden, daß man von Störungen durch Schwankungen des Heizstromes und der Außentemperatur auch beim Arbeiten mit beliebigem Vergleichsgas frei werden kann, wenn man ein Wärmeleitgerät der eingangs beschriebenen Art verwendet, welches einen Nebenwiderstand zu dem einen und einen Vorwiderstand zu dem anderen Meßdraht enthält. Bei passender Bemessung dieser Zusatzwiderstände ,welche temperaturunabhängig sein können, läßt sich bei jeder Zusammenstellung von zu messendem Gas und Vergleichsgas leicht für einen beliebig wählbaren Punkt des Meßbereiches gleichzeitig und in aller Strenge Temperatur- und Heizstromunabhängigkeit erreichen, während in den anderen Teilen des Meßbereiches der Störeinfluß völlig ausreichend klein gehalten wird.
Abb. I gibt eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise wieder. K1 und K sind die die Meßdrähte enthaltenden Meßkammern, R1 und R2 zwei andere Brückenwiderstände. Durch W1 wird z. B. ein wasserstoffhaltiges Gas, etwa ein Gemisch aus 1 Mol Wasserstoff und 4 Mol Stickstoff, geleitet, während in 1c2 die als Vergleichsgas dienende Luft abgeschlossen ist. Durch gleichzeitige Verwendung eines temperaturunabhängigen Vorwiderstandes R. von wenigen Ohm vor der ileßkammer Kt und eines temperaturunabhängigen Nebenwiderstandes R, von einigen Dutzend Ohm zur Meßkammer K gelingt es, die Anordnung gegen beträchtliche Heizstromänderungen und Schwankungen der Außentemperatur völlig unempfindlich zu machen, während die Genauigkeit der Gasanalyse die bei Wärmeleitgeräten bekannte recht hohe ist.
Die erwähnte Unempfindlichkeit gegen Störungen läßt sich wie folgt ableiten: Ist bei einer bestimmten Heizstromstärke in K1 und einer bestimmten Außentemperatur die Brücke stromlos, so ist, wenn die Widerstände der Meßdrähte mit kl und k bezeichnet werden, Soll die Brücke auch bei Änderungen der Außentemperatur und damit auch von k1 und k2 stromlos bleiben, so muß das links stehende Verhältnis gleich demjenigen der Differenzialquotienten nach der Temperatur von Zähler und Nenner sein. Diese Differentialquotienten lassen sich aus der bekannten Bedingung für das Wärmegleichgewicht eines Hitzdrahtes errechnen, und man erhält schließlich eine Kurve für zusammengehörige Werte von Rv und R,l, mit denen bei festgehaltenem Heizstrom die Meßanordnung gegen kleine Außentemperaturschwankungen unempfindlich ist. Andere Heizströme ergeben dicht daneben liegende Kurven. Durch eine genau entsprechende Rechnung läßt sich eine andere Kurvenschar ermitteln, die für jeweils eine festgehaltene Außentemperatur Wertepaare für Rt" R zeigt, mit denen die Anordnung unempfindlich gegen Heizstromschwankungen ist. Der sehr enge Schnittbereich beider Kurvenscharen liefert Wertepaare Rvß R,l, mit denen gleichzeitig praktisch völlige Unempfindlichkeft gegen kleine Schwankungen beider Einflußgrößen erhalten wird.
Auch mit temperaturabhängigen Zusatzwiderständen läßt sich der Einfluß von Heizstrom- und Außentemperaturänderungen ausschalten. Eine in vielen Fällen besonders zweckmäßigeAnordnung erhält man, wenn man als Zusatzwiderstände Meßdrähte in Meßkammern verwendet, so daß dann in dem einen Brückenzweig zwei oder mehr gasumspülte, vorzugsweise unter sich gleiche Meßdrähte parallel, in dem anderen zwei oder mehr gasumspülte, vorzugsweise unter sich gleiche Meßdrähte hintereinandergeschaltet sind. Eine solche Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt.
Hierin sind Ftl und K1, die von dem einen Gas, K2 und ic2, die von dem anderen Gas durchströmten Meßkammern, die sämtlich von völlig gleichem Bau sind und zweckmäßig in einem Block vereinigt werden. Man kann nach Bedarf in dem einen oder anderen Brückenzweig auch mehr als zwei Meßkammern verwenden, auch braucht ihre Zahl in den Zweigen nicht dieselbe zu sein. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Anordnung gemäß Abb. 2 noch durch vorzugsweise temperaturunabhängige Vor- und Nebenwiderstände Rt. und R zu ergänzen. Es ergeben sich zwei Möglichkeiten, die ohne weitere Erläuterung aus den Abb. 3 und 4 verständlich sind.
Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung können auch in Schaltungen verwendet werden, die in jedem Zweig der Brücke Meßkammern enthalten, wie dies in den Abb. 5 und 6 dargestellt ist.
Es war bereits bekannt, in Wärmeleitgeräten durch einen Vorwiderstand Heizstromschwankungen, durch einen anderen, in ganz bestimmter Weise temperaturabhängigen Vorwiderstand Schwankungen der Außentemperatur auszugleichen, jedoch wirkten diese beiden Widerstände völlig unabhängig voneinander. Nach einem anderen Vorschlag sollen Temperaturänderungen der Meßdrähte durch Nebenwiderstände unschädlich gemacht werden, dabei muß aber den Widerständen der Meßdrähte selbst eine ganz bestimmte Bedingung auferlegt werden, die für jede Zusammenstellung von zu messendem und Vergleichsgas anders beschaffen ist.
Auch war es bekannt, kleine Verschiedenheiten der Meßdrähte in den verschiedenen Brückenzweigen durch Nebenwiderstände auszugleichen, man erreicht damit aber nicht den Ausgleich anderer störender Einflüsse. Schließlich hat man schon in einem Wärmeleitgerät zur Bestimmung von Kohlendioxyd oder Kohlenoxyd in durch Wasserkühlung getrockneten Rauchgasen zwei miteinander verbundene Vorwiderstände verwendet, die zu verschiedenen Brückenzweigen gehören, verschiedene ganz bestimmte Temperaturabhängigkeiten besitzen müssen und gemeinsam auf der Temperatur des Kühlwassers gehalten werden.
Die Aufgabe dieser Vorwiderstände ist, etwaige Störungen des Wärmeleitgerätes infolge bei Rühlwassertemperaturschwankungen auftretender Änderungen der restlichen Feuchte der Rauchgase unschädlich zu machen, eine Aufgabe, die mit der vorliegenden nichts gemeinsam hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Gasanalyse durch Messung des Wärmeleitvermögens mit mindestens zwei in Brückenschaltung befindlichen und in Gaskammern eingeschlossenen temperaturempfindlichen Meßdrähten, von denen der eine von dem zu messenden, der andere von einem Vergleichsgas umspült wird, gekennzeichnet durch einen Nebenwiderstand zu dem einen und einen Vorwiderstand zu dem anderen Meßdraht, zwecks Ausschaltung von Störungen durch Schwankungen des Heizstromes und der Außentemperatur.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nebenwiderstand oder Vorwiderstand oder beide wesentlich temperaturunabhängig sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Brückenzweig zwei oder mehr gasumspülte, vorzugsweise unter sich gleiche Meßdrähte hintereinandergeschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Brückenzweig zwei oder mehr gasumspülte, vorzugsweise unter sich gleiche Meßdrähte parallel und in einem anderen Brückenzweig zwei oder mehr gasumspülte, vorzugsweise unter sich gleiche Meßdrähte hintereinandergeschaltet sind.