DE871539C - Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen, insbesondere an Sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen, insbesondere an Sauerstoff

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DE871539C
DE871539C DED3702D DED0003702D DE871539C DE 871539 C DE871539 C DE 871539C DE D3702 D DED3702 D DE D3702D DE D0003702 D DED0003702 D DE D0003702D DE 871539 C DE871539 C DE 871539C
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Description

  • Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen1 insbesondere an Sauerstoff Zur quantitativen Bestimmung von Sauerstoft in Gasgemischen dient unter anderem die spezifisch paramagnetische Eigenschaft des molekularen Sauerstoffs im Magnetfeld. Obwohl die magnetische Suszeptibilität des Sauerstoffs die der meisten anderen Gase, mit Ausnahme z. B. des Sticltoxyds, um Größenordnungen übertrifft, ist die unmittelbare Messung der Suszeptibilität zum Zweck der quantitativen Sauerstoffanalyse nicht vorteilhaft, da die bislang bekannten Absolutbestimmungen der magnetischen Suszeptibilität nicht einfach genug sind, um brauchbare Analysenmethoden darauf aufzubauen.
  • Es wurde auch vorgeschlagen, die Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Sauerstoffs im Magnetfeld zur quantitativen Sauerstoffbestimmung heranzuziehen. Dieses Verfahren arbeitet mit Hilfe eines im homogenen Magnetfeld ausgespannten Heizdrahtes, der von dem zu analysierenden Gasgemisch umspült wird und dessen Temperatur sich infolge der verminderten Wärmeleitfähigkeit des Sauerstoffs -im Magnetfeld erhöht. Die Temperatur- erhöhung wird durch Messung des Widerstandes des Heizdrahtes in einer Wheatstoneschen Brücke bestimmt und daraus auf den Sauerstoffgehalt des den Heizdraht umspülenden Gasgemisches geschlossen.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in der geringen Größe des zur Analyse herangezogenen - Effektes und der damit verbundenen Störmöglichkeit durch Gase, deren Wärmeleitfähigkeit die des Sauerstoffs übertrifft. Wasserstoff und die Edelgase z. B. erhöhen die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches so stark, daß der geringe Effekt der Wärmeleitfähigkeitsänderung des Sauerstoffs im Magnetfeld verdeckt wird. Es besteht zwar die Möglichkeit, durch Verwendung eines zweiten Heizdrahtes, der sich außerhalb des Magnetfeldes befindet und vom gleichen Gasgemisch umspült wird, die dadurch entstehenden Fehler zu kompensieren. Die Herstellung zweier vollkommen abgeglichener Meßstellen bietet aber ganz erhebliche technische Schwierigkeiten.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren benutzt die Entstehung eines thermomagnetischen Windes in der Nähe eines Heizdrahtes, der sich in einem inhomogenen Magnetfeld befindet, zur Sauerstoffanalyse. Dieser magnetische Wind entsteht dadurch, daß der erhitzte Sauerstoff in der Nähe des Heizdrahtes eine geringere Suszeptibilität und eine geringere Dichte als der kohle Sauerstoff außerhalb des Wirkungsbereiches des Heizdrahtes besitzt und daher zufolge der sich ergebenden geringeren Volumsuszeptibilität aus dem Magnetfeld herausgeblasen wird. Dieser so entstehende thermomagnetische Wind bewirkt naturgemäß eine Abkühlung des Heizdrahtes, die man durch Messung der Widerstandsänderung desselben verfolgen und zur Sauerstoffanalyse ausnutzen kann.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Heizdraht zur Vermeidung einer mechanischen Beschädigung nicht mit Gleichstrom oder technischem Wechselstrom, sondern nur mit hochfrequentem Wechselstrom geheizt werden kann. Bei der Heizung - mit - Gieiclr- -oder - nie-derfrequentem Wechselstrom würde nämlich der Draht zufolge elektromagnetischer Kräfte ausudem. Magnetfeld herausgedrängt und dadurch einer unzulässigen mechanischen Beanspruchung unterzogen werden.
  • Die Notwendigkeit, mit Hochfrequenzstrom zu heizen, bedingt naturgemäß einen komplizierteren Apparateaufwand. Der Hauptnachteil des Verfahrens ist der, daß es nicht für die kontinuierliche Analyse eines Gasstromes geeignet ist, da bereits geringe Strömungsgeschwindigkeiten eine Störung des Temperaturgleichgewichtes des Heizdrahtes bewirken. Analysengeräte nach diesem Prinzip haben ferner den Nachteils daß sie lageempfindlich sind.
  • Die Strömung; die die Abkühlung des Heizdrahtes bewirkt, setzt sich nämlich aus zwei Komponenten zusammen: einer, die ihre Ursache in dem bei schriebenen thermomagnetischen Wind hat, und einer anderen, die als Schwereströmung wirkt, da das durch den Heizdraht erwärmte Gas seine 13icktez ändert. Lageänderungen des Heizdrahtes gegen das Schwerefeld ergeben eine Änderung dieser thermischen Schwereströrnung und daher eine Fälschung des Analysenergebnisses.
  • EDs ist noch ein weiteres Verfahren bekannt, daß die paramagnetische Eigenschaft des Sauerstoffs zu dessen Bestimmung ausnutzt. Bei diesem Verfahren wird das Gasgemisch in das Innere einer Hochfrequenzspule eingeleitet und wirkt gleichsam als Spulenkern. Entsprechend dem Anteil an paramagnetischen Bestandteilen wird hierdurch die Selbstinduktion der Spule geändert. Diese Änderung der Induktion der Spule bewirkt eine Verstimmung eines Hochfrequenzkreises, aus deren Größe man den Anteil an paramagnetischen Substanzen bestimmen kann. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der geringen Größe des verwendeten Effektes und den damit verbundenen meßtechnischen Schwierigkeiten.
  • Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft allgemein ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen, das insbesondere zur Bestimmung von Sauerstoff dient. Das Verfahren besteht darin, daß die Dielektrizitätskonstante des Gasgemisches in Magnetfeldern unterschiedlicher Feldstärke gemessen wird. Aus der Größe der zu unterschiedlichen Werten bestimmten Dielektrizitätskonstanten kann auf den verhältnismäßigen Anteil des paramagnetischen Gases im Gasgemisch geschlossen werden, da nur jenes seine Dielektrizitätskonstante mit dem Magnetfeld ändert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, daß das zu analysierende Gasgemisch in einen Gaskondensator geleitet und die Änderung der Kapazität beim Anlegen eines Magnetfeldes in an sich bekannter Art und Weise bestimmt wird. Da sich die Kapazität mit der Dielektrizitätskonstanten ändert, ergibt die gemessene Kapazitätsänderung unmittelbar den Gehalt an paramagnetischen Gasen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß der zu analysierende, vorzugsweise geteilte Gasstrom- zwei Kondensatoren durchströmt, von denen sich nur einer in einem Magnet£eldhefindet, und daß die Kapazitätsdifferenz zwischen den beiden Kondensatoren bestimmt wird. Aus der gemessenen Kapazitätsdifferenz läßt sich der Anteil beispielsweise des Sauerstoffs am Gemisch entweder rechnerisch oder empirisch durch Eichung ermitteln.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet vollkommen trägheitslos und ist daher hervorragend für eine Sofortanalyse geeignet. Mit Hilfe des neuen Verfahrens können auch strömende Gase analysiert werden. Eine mehr oder minder lange Wartezeit bis zur Betriebsbereitschaft, wie sie alle thermischen Analysengeräte zur Einstellung des thermischen Gleichgewichtes benötigen, entfällt bei dem neuen Verfahren. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die vollkommene Lageunempfindlichkeit, da bei ihm keine Vorgänge auftreten, die durch das Schwerefeld irgendwie beeinflußt werden. Das neue Verfahren ist demnach für den Flugzeugbau besonders geeignet. Es kann beispielsweise zur Steuerung des Atemlufthaushaltes im Flugzeug dienen. Da sich Kapazitätsmessungen bekanntlich mit sehr großer Genauigkeit durchführen lassen, kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Meßgenauigkeit zu.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen, insbesondere an Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Gasgemisches in Magnetfeldern unterschiedlicher Feldstärke gemessen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das zu analysierende Gasgemisch in einen Gaskondensator geleitet und daß die Änderung der Kapazität beim Anlegen eines Magnetfeldes in an sich bekannter Art und Weise bestimmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zu analysierende, vorzugsweise geteilte Gasstrom zwei Kondensatoren durchströmt, von denen sich nur einer in einem Magnetfeld befindet, und daß die Kapazitätsdifferenz zwischen den beiden Kondensatoren bestimmt wird.
DED3702D 1943-05-11 1943-05-11 Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes von Gasgemischen an paramagnetischen Gasen, insbesondere an Sauerstoff Expired DE871539C (de)

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