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Meßgerät zur Sanerstoff-Analysze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
den Sauerstoffgehalt von Gasen durch Ausnutzung der magnetischen Eigenschaften des
Sauerstoffs zu bestimmen. Es sind bereits Verfahren bekanntgeworden, bei denen die
gegenüber anderen Gasen hohe magnetische Suszeptibilität des Sauerstoffs zur Analyse
verwendet wird. Bei einer solchen bekannten Anordnung ist das zu analysierende Gasgemisch
in einem Meßkanal einem permanenten magnetischen Felld von hoher magnetischer Induktion
ausgesetzt.
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Ein Teil des Meßkanals wird durch eine elektrisch beheizte Wicklung
auf eine in der Nähe des Curie Punktes liegende Temperatur erwärmt. Hierdurch wird
die magnetische Suszeptibilität des im erwärmten Teil des Meßkanals befindlichen
Gasgemisches herabgesetzt. Das nicht erwärmte Gas im Meßkanal von hoher magnetischer
Suszeptibilität wird dadurch in Richtung des erwärmten Teils des Meßkanals angezogen.
Es entsteht eine Strömung in dem zu analysierenden Gasgemisch, deren Geschwindigkeit
ein Maß des Sauerstoffgehalts ist. Die Messung dieser Strömungsgeschwindigkeit geschieht
durch elektrisch beheizte, temperaturveränderliche Widerstände in einer Brückenschaltung.
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Es sind auch Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen ein durch die
magnetische Anziehung erzeugter Druckunterschied des Gasgemisches zur Bestimmung
des Sauerstoffgehalts dient. Maßgebend für den Meßeffekt ist also bei den bekannten
magnetischen Sauerstoffmeßgeräten die Erzielung einer hohen Strö,mungsgeschwindigkeit
oder eines hohen Druckunterschieds durch eine möglichst hohe magnetische Induktion.
Um diesen Meßeffekt auf
einen für betriebliche; Messungen ausreichenden
Betrag zu steigern, ist ein hoher Aufwand erforderlich, weil die zur Messung benötigten
Geschwindigkeiten oder Druckunterschiede bei technisch erreichbaren magnetischen
Induktionen gering- sind.
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Gegenstand der Erfindung ist es nun, die magnetischen Eigenschaften
des Sauerstoffs dadurch für die analytische Messung heranzuziehen, daß eine sauerstoffilaltige
Gassäule durch ein elelitromagnetisches Wechselfeld'in Schwingungen, vorzugsweise
in Eigenschwingungen, versetzt wird und der Schalldruck oder die Schallschnelle
der schwingenden Gassäule als Maß des Sauerstoffgehalts dient. Durch die Ausnutzung
des Schwingungsvorgangs in der Nähe des Resonanzpunlçts wird eine stärkere Auswirkung
des magnetischen Effekts erzielt, weil bei der geringen Dämpfung der schwingenden
Gassäule die der Messung dienende Energie in mehreren Perioden zugeführt wird.
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Der Erfindungsgedanke kann in verschiedener Weise verwirklicht werden.
In Abb. I ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Das zu- analysierende Gasgemisch
wird durch die Leitung I dem als Meßkammer dienenden zylindrischen Raum 2 zugeführt.
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Der Gasaustritt erfolgt durch die Leitung 3. Außerhalb der Mitte der
Meßkammer ist eine Spule 4 angeordnet, welche- an einen elektrol-nagnetischen Schwingungserzeuger
5 angeschlossen~ ist. Durch das elektromagnetische Wechselfeld der Spule 4 wird
die in der Meßkammer 2 befindliche sauerstoffhaltige Gassäule in Schwingungen versetzt.
Bei der Wahl der Abmessungen der Meßkammer 2 ist es erforderlich, die Frequenz des
Schwingungserzeugers 5 der Eigenfrequenz der Gassäule fn der Meßkammer 2 anzupassen.
Zur Bestimmung--ler ein Maß des Sauerstoffgehalts darstellenden Schallschnelle kann
in der Mitte der Meßkammer ein l:ndikator 6 angeordnet werden, der in bekannter
Weise aus einer Rayleighschen. Scheibe oder einem elektrisch beheizten temperatu'rveränderlichen
Widerstand in einer Brückenschaltung bestehen kann. Es ist auch möglich, anstatt
der Schallschnelle den Schalldruck der schwingenden Gassäule als Maß des Sauerstoffgehalts
heranzuziehen. In diesem Fall ist der Indikator zur Bestimmung des Schalldrucks
am Ende dey schwingenden Gassäule anzuordnen. Als Indikator zur Messung des Schalldrucks
kann z. B. ein Mikrophon im Eingangsstromkreis einer Verstarkerschaltung dienen.
- In Abb. 1 ist der Indikator 7 zur.- Bestimmung des Schalldrucks am Ende der Meßkammer
angebracht. Ein weiteres Ausführungsbeispiel- des Erfindungsgedankens ist in Abb.
2 dargestellt. Das zu analysierende Gas wird in gleicher - Weise wie bei der Anordnung
gemäß Abb. I-einer Meßkammer 2 zugeführt. Die Erzeugung- von Eigenschwingungen der
Gassäule in der;Me-ßkammer 2 wird dadurch gewährleistet, daß ein dem Schalldruck
der schwingenden Gassäule ausgesetztes Mikrophon $ auf den Eingang-sstrom eines
Verstärkers 5'einwirkt, dessen Ausgangsstromkreis an die Spule4 angeschlossen ist.
In dir Spule 4 wird dann in der Eigenfrequens der Gassäule durch akustische Räckkopplung
ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Amplitude des Stroms im Ausgangsstromkreis
des Verstärkers 5 stellt ein Maß für die Amplitude der in seiner Eigenschwingung
schwingenden Gas säule in der Meßkammer 2 Idar und bildet damit ein Maß des zu ermittelnden
Sauerstoffgehalts. Die Messung des - Sauerstoffgehalts kann also unmittelbar durch
ein im Anodenstromkreis angeordnetes elektrisches Meßgerät 9 erfolgen. Es ist bei
dieser Anordnung, liesonders wenn es der zu erfassende Meßbereich als zweckmäßig
erscheinen läßt, auch möglich, die Bestimmung des Sauerstoffgehalts durch unmittelbare
Bestimmung der Schallschnelle oder des Schalldrucks vorzunehmen. In diesem Fall
müßte anstatt des elektrischen Meßgerätsg im Ausgangsstromkreist des Verstärkers
5 ein Indikator 6 zur Bestimmung der Schallschnelle oder ein Indikator 7 zur Bestimmung-des
Schalldrucks gesondert eingebaut werden.
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Da der Meßeffekt von der Dämpfung der Luftsäule in starkem Maß abhängt,
können zur Verbesserung der Anordnung die bekannten Mittel zur Entdämpfung einer
schwingenden Gassäule z. B. mittels elektromagnetisch rückgekoppelter Membran angeordnet
werden. In Abb. 3 ist eine Meßanordnung mit einer Vorrichtung zur Entdämpfung angegeben.
Die Meßkammer besitzt außer dem zur Einleitung der Eigenschwingungen dienenden Mikrophon
8 am entgegengesetzten Ende der Meßkammer eine Membran wo aus paramagnetischem Material,
die in gleicher Weise wie das Mikrophon 8 dem Schalldruck der schwingenden Gassäule
ausgesetzt wird. Vor der -Membran IO ist eine Spule II angeordnet, welche sich ebenfalls
im Ausgangsstromkreis des Verstärkers 5 befindet.
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Durch das magnetische Wechselfeld der Spule In wird die Membran IO
in Schwingungen versetzt, welche in ihrer Phasenlage und Frequenz mit den Schwingungen.
der Gassäule übereinstimmen. Durch geeignete Dimensionierung der Spule II kann die
Amplitude der schwingenden Membran 10 SO gewählt werden, daß eine Entdämpfung der
schwingen den Gassäule erreicht wird und damit der Meßeffekt eine Steigerung erfährt.