DE892981C

DE892981C - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Kontrolle der Zusammensetzung von Gasgemischen

Info

Publication number: DE892981C
Application number: DEP56292A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Gladisch; Hermann Dr Senftleben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-09-29
Filing date: 1949-09-29
Publication date: 1953-10-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Kontrolle der Zusammensetzung von Gasgemischen Die auf physikalischer Grundlage beruhenden gebräuchlichen Methoden zur Bestimmung und Kontrolle der Zusammensetzung von Gasgemischen benutzen die verschiedensten Eigenschaften derselben, wie Dichte, Wärmeleitvermögen, Brechungsquotient u. a. m., und haben dementsprechend bestimmte Grenzen ihrer Anwendungsmöglichkeit.
Es ist daher wichtig, neue Methoden mit anderen Anwendungsgrenzen zu finden, um möglichst viele der in Frage kommenden Gasgemische in möglichst weiten Grenzen erfassen zu können.
Es wurde nun gefunden, daß man die Zulsammensetzung von Gasgemischen mit einer für die meisten technischen Zwecke ausreichenden Genauigkeit auf verhältnismäßig einfachem Wege ermitteln kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wärmeabfuhr eines erhitzten Körpers, z. B. die Abkühlung eines elektrisch geheizten Drahtes, beträchtlich zunimmt, wenn in dem Gas ein elektrisches Feld erzeugt wird. Die im Felde auftretende Elektrostriktion bewirkt in dem zu untersuchenden Gasgemisch eine Strömung, welche die Abkühlung verursacht. Die Stärke dieser Abkühlung hängt von der Polarisierbarkeit a, der spezifischen Wärme cp, der inneren Reibung des Gases 7 und detn Molekulargewichtjt des Gasgemisches ab, und zwar in der Kombination µ Cp a (z. B.
H. Senftleben und H. Gladisch, Zeitschrift für Physik, I26, S. 289 [1949]). Um also zwei Gasgemische unterscheiden zu können, genügt ein wesentlicher Unterschied in einer dieser vier Konstanten.
Eine zur Durchführung des neuen Meßverfahrens geeignete Vorrichtung zeigt die schematische Abb. 1 R1 ist ein zylindrisches, zur Aufnahme des zu untersuchenden Gasgemisches dienendes Gefäß aus Glas, keramischem Material, unter Umständen auch aus Metall (Durchmesser etwa 20 mm), in dem sich ein isoliertes Metallrohr C1 befindet, das mit einer (Wechsel- oder Gleich-) Spannungsquelle, deren Spannung das Voltmeter V anzeigt, verbunden ist.
In vielen Fällen ist es zweckmäßig, ein Gefäß mit innen verspiegelter Wand zu benutzen, wobei diese die Rolle des Metallzylinders C1 übernimmt. In dem Gefäß R1 ist ein Draht D1 (etwa 0,05 mm Durch messer) ausgespannt, der ein Teil einer Wheatstoneschen Brückenanordnung ist, bei der der Meßstrom gleichzeitig als Heizstrom-dient. Das Ampere meter Amp mißt den Strom; das Galvanometer G ist das Nullinstrument der Brücke. WN ist ein Regetwiderstand, W ein fest eingestellter Widerstand, dessen Größe gleich der des Drahtes D1 ist, wenn dieser eine Temperatur von etwa 800 über der Außentemperatur hat.
Zur Messung wird das Gefäß R1 zunächst mit einem Gas, dessen Mischung mit einem anderen untersucht werden soll, gefüllt. Die Außentemperatur des Gefäßes wird während der Messung durch Eintauchen in ein Flüssigkeitsbad konstant gehalten.
Durch Regulierung des Widerstandes WH wird die Stromstärke i so eingestellt, daß das Brückengalvanometer G keinen Ausschlag zeigt, d. h. daß der Drahtwiderstand gleich W ist und damit die Temperatur des Drahtes etwa 800 über der Außentemperatur liegt. Sodann wird die Spannung (Größenordnung je nach Art des zu untersuchenden Gases zwischen 500 und 1500 Volt) an den Zylinder gelegt. Die dadurch hervorgerufene Kühlung des Drahtes bewirkt eine Widerstandsänderung desselben und damit einen Ausschlag A1 des Galvanometers G. In gleicher Weise werden unter gleichen Druck- und Feldverhältnissen für die zweite Komponente des Gasgemisches der zugehörige Ausschlag A2 und schließlich für Mischungen der beiden Gase von bekannter Konzentration die entsprechenden Ausschläge AM bestimmt. Die Werte von A in Abhängigkeit von der Konzentration werden als Kurve aufgetragen. Für eine Gasmischung unbekannter Zusammensetzung ergibt der dazugehörige Ausschlag Ax aus der Kurve direkt den Wert der Konzentration.
Beispiel Bestimmung der Zusammensetzung von einer Mischung aus Propan (C3 H8) und Kohlendioxyd (C 02), deren Molekulargewichte gleich und die darum z. B. durch Messung der Dichte nicht zu unterscheiden sind. In der vorstehend erläuterten Vorrichtung wurden für Propan - Kohlendioxyd-Gemische verschiedener Zusammensetzung bei einer Spannung von V = 1250 Volt und einem Druck von 700 mm Hg die zugehörigen Ausschläge des Galvanometers G bestimmt; dabei ergab sich die in Abb. 2 wiedergegebene Kurve. Da die Ausschläge ohne jede Schwierigkeit auf etwa I bis 20/0 genau bestimmt werden können, erhält man eine Genauigkeit- der Konzentrationsbestimmung der gleichen Größenordnung. Die Genauigkeit kann je nach Art der zu untersuchenden Gase dadurch erhöht werden, daß man das Gefäß nicht horizontal, sondern vertikal stellt. Eine weitere wesentliche Steigerung der Genauigkeit läßt sich durch Differenzmessungen erreichen, d. h. dadurch, daß man an die Stelle des Widerstandes W (s. Abb. I) ein zweites Gefäß R2 mit Metallzylinder C2 und Draht D2 (Abb. 3) stellt.
W1 und W2 sind die beiden festen Vergleichswiderstände der Wheatstone-Brücke.
Zur Messung verfährt man wie folgt: Man füllt beide Gefäße mit dem zu untersuchenden Gas und legt an das eine Gefäß eine elektrische Spannung (Abb. 3). Die Eichung und Messung erfolgt, wie oben beschrieben. Durch diese Anordnung werden Schwankungen der äußeren Bedingungen, wie Druck, Temperatur usw., eliminiert und dadurch die Meßfehler wesentlich herabgesetzt. Die Konstanz der Zusammensetzung einer Gasmischung oder die Reinheit eines Gases läßt sich auf diese Weise sehr genau bestimmen und kontrollieren.
Handelt es sich bei der Messung stets um die gleichen Gasmischungen, so läßt sich der Galvanometerausschlag direkt in Prozenten der Zusammensetzung eichen. In allen Fällen bietet es keine Schwierigkeiten, die Messungen der Zusammensetzung fortlaufend durchzuführen und die Anzeigen des Galvanometers zu registrieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I; Verfahren zur Bestimmung und Kontrolle der Zusammensetzung von Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß man in Abhängigkeit von der Konzentration den Zuwachs der von einem erhitzten Körper abgeführten Energie mißt, den ein in der Umgebung des Körpers erzeugtes elektrisches Feld bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld in der Umgebung des erhitzten Körpers inhomogen ist.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der durch ein inhomogenes elektrisches Feld und Temperaturdiderenz im Gas hervorgerufenen Strömung zur Messung benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Wechselfeld benutzt wird.
5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem zylindrischen Gefäß, in dem sich ein isolierter Metallzylinder befindet, der auf verschiedene Spannungen gebracht werden kann und in dessen Achse ein elektrisch geheizter Draht ausgespannt ist, dessen Temperaturänderungen, z. B. durch eineWheatstonesche Brückenanordnung, gemessen und registriert werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bestehend aus zwei zylindrischen Gefäßen, in denen sich je ein isolierter Metallzylinder befindet, von denen der eine auf verschiedene Spannungen gebracht werden kann und in deren Achsen je einer von zwei elektrisch geheizten Drähten ausgespannt ist, deren Temperaturdifferenz z. B. in einer Brückenanordnung gemessen und registriert wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gelçennzeichnet, daß die innen verspiegelte Wand eines Gefäßes aus isoliertem Material (Glas, keramisches Material) als Elektrode benutzt wird.