DE9109034U1

DE9109034U1 - Vorrichtung zur Analyse von Gasen nach dem Wärmeleitfähigkeitsverfahren

Info

Publication number: DE9109034U1
Application number: DE9109034U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1992-08-27
Anticipated expiration: 2001-07-23
Also published as: WO1993002352A1

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Vorrichtung zur Analyse von Gasen nach dem Wärmeleitfähigkeitsverfahren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Gasen nach dem Wärmeleitfähigkeitsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in der europäischen Patentanmeldung 0 039 956 beschrieben. In einer von einem Meßgas durchströmten Meßkammer ist ein mit konstantem Strom beheizter elektrischer Leiter aufgespannt, dessen Temperatur und damit sein Widerstand von der Wärmeleitfähigkeit des ihn umgebenden Meßgases abhängt. Eine Vergleichskammer mit einem ebenfalls beheizten, temperaturabhängigen Vergleichswiderstand enthält ein Vergleichsgas. Aus der Differenz der Widerstandswerte von Meß- und Vergleichswiderstand wird ein Meßwert gebildet, aus dem die Zusammensetzung des Meßgases abgeleitet wird. Zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit ist vorgeschlagen, die Meßwerte zyklisch zu ermitteln, indem die Meßkammer rasch mit dem Meßgas gefüllt, dann die Meßgaszufuhr unterbrochen und die Messung durchgeführt wird, wenn das Meßgas in der Meßkammer zur Ruhe gekommen und der Meßwiderstand sich auf einen konstanten Widerstandswert eingestellt hat. Die Widerstandsdrähte bestehen aus Platin und sind in den Kammern, die als Glaskapillaren oder Glasröhrchen ausgeführt sein können, aufgespannt und in diese eingeschmolzen. Mit diesen Maßnahmen werden zwar kurze Zeitkonstanten für die Aufwärmung oder Abkühlung in Abhängigkeit des Meßgases erreicht, allerdings ist dazu ein großer Fertigungsaufwand erforderlich, und die fertigen Widerstandstemperaturfühler sind schwierig zu handhaben.

Aus der US-PS 3 913 379 ist ein Gasanalysator bekannt, der zwei temperaturabhängige Widerstände aufweist, die in zwei verschiedenen Zweigen einer Meßbrücke geschaltet sind und von denen der eine beheizt, der andere, der Temperaturkompensation dienende,

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nicht beheizt ist. Beide sind dem Meßgas ausgesetzt. Der Brückenstrom wird so eingestellt, daß das Verhältnis der Werte des beheizten und des nichtbeheizten, temperaturabhängigen Widerstandes konstantgehalten wird. Das Meßgas wird beiden temperaturabhängigen Widerständen impulsweise zugeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zeitkonstante der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verkürzen, und zwar vor allem auch dann, wenn die temperaturabhangigen Widerstände außer dem Widerstandsdraht zusätzliche, die Zeitkonstante vergrößernde Massen, z. B. einen Träger für den Widerstandsdraht, enthalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Figur 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 zeigt den Aufbau von im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eingesetzten temperaturabhangigen Widerständen.

In Figur 1 ist mit MK eine Meßkammer bezeichnet, die einen temperaturabhängigen Meßwiderstand RM enthält. Das Meßgas strömt über einen Gaseinlaß GE in die Meßkammer, umspült den Meßwiderstand RM und tritt über einen Gasauslaß GA wieder aus. Eine Vergleichskammer VK, die mit einem Vergleichsgas gefüllt ist, enthält einen temperaturabhangigen Vergleichswiderstand RV. Beide Kammern sind in einem gemeinsamen Block untergebracht und daher wärmeleitend miteinander verbunden. Die beiden temperaturabhängigen Widerstände sind, wie weiter unten im einzelnen beschrieben, beheizt. Der Meßwiderstand RM wird in Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases gekühlt. Wäre, wie bei bekannten Meßvorrichtungen, die Heizleistung konstant, würde sich daher seine Temperatur und damit sein Widerstand entsprechend

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ändern. Eine Messung wäre aber erst dann sinnvoll, wenn sich der gesamte Meßwiderstand RM auf die neue Temperatur eingestellt hat.

Figur 2 zeigt einen in der Vorrichtung nach Figur 1 einsetzbaren Widerstand. Er besteht im wesentlichen aus einem als Glasröhrchen ausgebildeten Träger TR, auf den ein Widerstandsdraht WD bifilar gewickelt ist. In dem gezeigten Beispiel ist der Widerstandsdraht WD durch das Innere des Trägers TR zu der Wicklung geführt. Die Wicklung sowie die Stirnseiten des Trägers sind mit einer Glashaut GH als Schutzschicht überzogen. Durch den Widerstandsdraht WD wird ein Heizstrom geschickt, der den gesamten Temperaturfühler auf eine Temperatur aufheizt, die von der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Gases abhängt. Bei einer Änderung der Wärmeleitfähigkeit ändert sich die Wärmeabgabe des Temperaturfühlers, so daß sich auch dessen Temperatur, und zwar zunächst nur an der Oberfläche, ändert. Auch wenn die neue Wärmeleitfähigkeit über längere Zeit konstant bleibt, stellt sich die Temperatur des Widerstandsdrahtes WD bei konstanter Heizleistung erst dann auf einen neuen Wert ein, wenn der gesamte Temperaturfühler auf gleicher Temperatur ist, also wenn auch die verhältnismäßig große Masse des Trägers TR auf der neuen Temperatur ist. Ein Gasanalysator mit einem derartigen, mit konstantem Heizstrom gespeisten Temperaturfühler hat daher eine große Zeitkonstante.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zeitkonstante dadurch verkürzt, daß der Heizstrom nicht konstant ist, sondern daß der Temperaturfühler auf eine konstante Temperatur geregelt wird.

Der Träger TR wird daher nicht mehr erwärmt oder abgekühlt. Die Zeitkonstante entspricht daher nur noch der Zeit, in welcher der Wärmeübergang durch die Glashaut GH sich auf ein neues Gleichgewicht von Wärmeerzeugung und Wärmeabfuhr einstellt. Es können daher handelsübliche Widerstandstemperaturfühler, wie sie z. B. unter der Bezeichnung PtIOO bekannt sind, eingesetzt werden, auch wenn eine kurze Zeitkonstante verlangt ist. Die Schutzschicht aus Glas sorgt für eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

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Zur Temperaturregelung sind der Meßwiderstand RM und der Vergleichswiderstand RV in je eine Meßbrücke Rl, R2, R3 bzw. RA, R5, R6 geschaltet (Fig. 1). Die Spannungen an den Brückendiagonalen werden von Differenzverstärkern DVl, DV2 verstärkt, an deren Ausgänge Steuereingänge von Transistoren TSl, TS2 angeschlossen sind, über welche die Meßbrücken aus einer Versorgungsspannung UB gespeist werden. Mit den Transistoren TSl, TS2 werden die Speiseströme so eingestellt, daß durch Aufheizen der temperaturabhängigen Widerstände RM, RV die Brücken abgeglichen sind. Der Strom durch den Meßwiderstand RM bzw. die an diesem abfallende Spannung ist ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit des ihn umgebenden Gases. Zu diesem Heizstrom ist die Spannung zwischen Brückendiagonale und Masse proportional, die einem Meßverstärker MV zugeführt ist. Dieser Spannung wird die an der Diagonale der den Vergleichswiderstand RV enthaltenden Brücke gegengeschaltet, so daß die Differenz der Spannungen an den Brückendiagonalen als Meßwert verwendet wird, der in einem an den Meßverstärker MV angeschlossenen Registriergerät RG angezeigt wird.

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Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Analyse von Gasen nach dem Wärmeleitfähigkeitsverfahren mit mindestens einem elektrisch beheizten, temperaturabhängigen Meßwiderstand, der in einer Meßkammer dem zu analysierenden Gas ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (RM) auf eine konstante Temperatur geregelt ist und der Meßwert vom Heizstrom oder von der Heizspannung abgeleitet ist. 10

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrisch beheizter, temperaturabhängiger Vergleichswiderstand (RV), der einem Vergleichsgas ausgesetzt ist, auf eine konstante Temperatur geregelt ist und der Meßwert von der Differenz der Heizströme oder der Heizspannungen abgeleitet ist.

3. Verrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden temperturabhängigen Widerstände (RM, RV) je einen Zweig einer Widerstandsbrücke (Rl, R2, R3; R4, R5, R6) bilden, die über einen Transistor (TSl; TS2) gespeist ist, der so gesteuert ist, daß die Brücke abgeglichen ist, und daß die Differenz der Potentiale an den beiden Brückendiagonalen als Meßwert abgenommen ist.

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