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Vorrichtung zur ambulanten elektrischen Bestimmung der relativen Wärmeleitfähigkeit
von strömenden Gasgemischen
Es ist bekannt, von der relativen Wärmeleitfähigkeit
der strömenden Mischung zweier Gase auf deren quantitative Zusammensetzung zu schließen,
sofern man die qualitative Zusammensetzung kennt und die Wärmeleitzahl der einen
Mischungskomponente von der Wärmeleitzahl der anderen Komponente abweicht. So mißt
man beispielsweise die relative Wärmeleitfähigkeit von Rauchgasen und schließt aus
der gemessenen Wärmeleitzahl auf den Kohlensäuregehalt des Rauchgases.
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Ein für die Leitfähigkeitsmessung benutztes bekanntes Gerät besteht
beispielsweise aus einer Brückenschaltung von beheizten, gleich großen Widerständen,
von denen zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen geschaltete Widerstände
in ruhender Luft liegen, während die beiden übrigen Brückenwiderstände durch das
über sie hinwegströmende Rauchgas abgekühlt werden. Die durch die Temperaturänderung
bewirkte Widerstandsänderung der Brüclienwiderstände gilt als Maß für die relative
Wärmeleitfähigkeit des Rauchgases. Die Brückenwiderstände sind in Kammern innerhalb
eines Metallklotzes eingebaut, um die Meßeinrichtung von der Außentemperatur unabhängig
zu machen. Die mit Hilfe einer derartigen Meßeinrichtung gewonnenen Leitfäihigkeitswerte
sind jedoch von dem Strömungszustand und der Temperatur des Rauchgases abhängig.
Bei stationären Messungen, beispielsweise beim Einbau der Meßeinrichtung in Kaminen,
spielen diese Faktoren keine erhebliche Rolle, weil sie in der Eichung oder durch
Korrektur berücksichtigt werden können, wohl aber bei ambulanten Messungen mit jeweils
verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten
und Temperaturen des Rauchgases,
wie beispielsweise bei der Koblensäurebestimmung an den Auspuffgasen von Kraftfahrzeugen.
Hierbei kann die Messung durch die genannten Faktoren völlig verfälscht werden.
Man hat daher auch schon die Meßeinrichtung so getroffen, daß man von dem strömenden
Gas einen Teil abgezweigt und in ruhendem Zustand der Messung unterworfen hat. Da
die Messung mit der beschriebenen Vorrichtung jedoch in einer im allgemeinen nicht
abgeglichenen Brückenschaltung erfolgt, ist ihr Ergebnis stark von der an die Brücke
angelegten Spannung abhängig. Um diesen Fehler auszuschalten, wird nach der Erfindung
ein nicht beheizter Ersatzwiderstand für die Brückenschaltung in dem die Kammern
enthaltenden Metallklotz eingebaut, welcher zur Einstellung der gleichen Batteriespannung
für alle Messungen mit Hilfe eines zusätzlichen Regulierwiderstandes dient.
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Eine Ausführungsform eines Meßgerätes zur Ausführung ambulanter Wärmeleitfähigkeitsbestimmungen
von Abgasen nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In einem Metallblock
1 sind in bekannter Weise in vier Me6-kammern 2, 3, 4 und 5 die gleich großen Brückenwiderstände
6, 7, 8 und 9 untergebracht. Die Widerstände bestehen beispielsweise aus blanken
Edelmetalldrähten. Der Querschnitt der Widerstandsdrähte ist so bemessen, tdaß sie
eine Temperatur von etwa 300- bis 3500 erreichen. Die Brücke wird von der Stromquelle
10 gespeist. An den beiden anderen Ecken der Brückenschaltung liegt in üblicher
Weise das Galvanometer i'i. Die Meßkammern 2 und 3 stehen mit dem Strömungskanal
I2 des Gasgemisches, die Meßkammern 4 und 5 mit der Außenluft in Verbindung. Ein
Schieber I3, der in der Zeichnung in der Meßstellung dargestellt ist, gestattet
in dies!er Stellung dem zu prüfenden Gasgemisch den freien Durchtritt durch den
Strömungskanal q2. Wird der Schieber durch Iden Druck auf die Taste 14 in die Prüfstellung
verschoben, ist die Austrittsöffnung des Strömungskanals I2 geschlossen und dieser
mit den Meßkammern 2 und 3 verbunden, die ihrerseits wiederum je einen freien Austritt
durch den Schieber besitzen. Solange die Taste gedrückt bleibt, strömt das Gas durch
die Meßkammern hindurch und spült die darin enthaltenen Restgase heraus. Wird dann
die Taste wieder in die Meßstellung zurückgebracht, sind die Kammern 2 und 3 mit
einer ruhenden, abgeschlossenen Menge des zu prüfenden Gasgemisches gefüllt. Infolge
der gleichen Ausbildung der vier Brückenwiderstände und der Meßkammern ist die Widerstandsänderung
der Brückenwiderstände 6 und 7 nur noch abhängig von der Leitfähigkeitsdifferenz
des ruhenden Gasgemisches gegenüber der in den Kammern 4 und 5 enthaltenen Luft.
Da die Kammern 2 und 3 durch den Schieber I3 nach außen hin abgeschlossen sind,
bleibt der Ausschlag des Galvanometers 11 genügend lange Zeit zur Ablesung erhalten.
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Um die Abhängigkeit der Messung von der Batteriespannung auszuschließen,
ist eine Abgleichung der Batteriespannung mit Hilfe des Regulierwiderstandes 15
vorgesehen. Da jedoch die Widerstände in den Meßkammern je nach der Vorgeschichte
etwas verschieden sein können, wird die Einstellung des Regulierwiderstandes 15
nicht an der Brückenschaltung selbst, sondern an einem Ersatzwiderstand I6 vorgenommen,
der zur Ausschaltung von Temperaturverschiedenheiten in die Meßkammer eingebaut
ist. Die Einrichtung ist so getroffen, daß die Einstellung der Meßspannung in der
Zeit vorgenommen wird, in welcher sich die Kammern 2 und 3 mit dem Gasgemisch füllen.
Zu diesem Zweck sind die Schalter I7,Ig und 19 für die wahlweise Anschaltung der
Brückenschaltung und des Ersatzwiderstandes I6 sowie für die entsprechende Schaltung
des Anzeigeinstruments II mit dem Schieber I3 gekuppelt. Die Kupplungsstange 20
betätigt außerdem einen Schalter 21, der entweder eine rote Lampe 22 oder eine grüne
Lampe 23 einschaltet, je nachdem das Gerät zur Anpassung der Batteriespannung oder
zur Leitfähigkeitsmessung betriebsbereit ist. Da das Auzeigeinstrument 11 bei der
Spannungsanpassung der Stromquelle 10 als Spannungsmesser benutzt wird, ist ihm
dabei der Widerstand 24 vorgeschaltet. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei
der Herstellung der Meßwiderstände ist das kleine Potentiometer 25 vorgesehen, das
bei der Fertigung der Meßeinrichtung eingestellt und blockiert wird.
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DieBestimmung der relativen Leitfähigkeit eines strömenden Gasgemisches
geschieht mit dem beschriebenen Meßgerät in folgender Weise: Nach Anlegen der Stromquelle
10 durch Schließen des doppelpoligen Schalters 26 an die Meßeinrichtung wird die
Taste 14 gedrückt, so daß der Schieber I3 die Prüfstellung einnimmt. Während das
Gasgemisch, dessen Wärmeleitfähiglceit bestimmt werden soll, durch den Kanal I2
und die Meßkammern 2 und 3 strömt, wird die Meßspannung bzw. Heizspannung am Widerstand
15 auf einen für alle Messungen gleich großen Wert einreguliert, der an dem für
diese Einregulierung als Voltmeter geschalteten Galvanometer III beispielsweise
durch einen roten Strich bezeichnet ist. Dabei leuchtet die rote Lampe 22 auf. Hierauf
wird tdie gefederte Taste 14 losgelassen, und der Schieber I3 geht wieder in die
Meßstellung zurück, wobei er den Austritt des Strömungskanals 12 wieder freigibt
und die Ein- undAustrittslcanäle der Meßkammern 2 und 3 blockiert. Gleichzeiti,g
tritt an Stelle des Ersatzwiderstandes I6 die Brückenschaltung der Metwiderstände
6 bis 9, an die das Galvanometer unter gleichzeitiger Einschaltung der grünen Lampe
23 gelegt wird. Das Galvanosmeter II ist so gereicht, daß es unmittelbar die relative
Leitfähigkeit des in den Meßkammern 2 und 3 enthaltenen Gasgemisches anzeigt. Besteht
das Gemisch aus zwei Komponenten mit bekannten Leitfähigkeitslsoeffizienten. so
läßt sich aus dem gemessenen Leitfähigkeitswert auf das Mengenverhältuis der Komponenten
schließen. Man kann dann die Skala des Galvanometers auch in Prozentgehalten einer
Gemischkomponente
eichen. Voraussetzung ist jedoch, daß keine weiteren
Gemischkomponenten in dem Gasgemisch enthalten sind, die abweichende Wärmeleitzahlen
besi.tzen.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der relativen
Wärmeleitfähigkeit von strömenden Gasgemischen mit Hilfe von vier gleichen, zu einer
Wheatstoneschen Brücke geschalteten, in je einer Kammer eines von dem Gasgemisch
durchströmten Metallklotzes untergebrachten, beheizten Ohmschen Widerständen, von
denen je zwei diametral gelegene von dem Gasgemisch bzw. von Luft umgeben sind,
wobei wahlweise die Gasgemischkammern (2 und 3) mit dem strömenden Gasgemisch durch
einen Schieber verbunden oder abgeschlossen werden,gekennzeichnet durch einen in
den Metallklotz eingebauten Ersatzwiderstand (I6) für die Brückenschaltung, an welchem
die Batteriespannung mittels eines Regelwiderstandes ()I5) auf einen für alle Messungen
gleichen Betrag eingestellt wird.