DE921285C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung kleiner Konzentrationen umsetzungsfaehiger Gase im Gemisch mit anderen Gasen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung kleiner Konzentrationen umsetzungsfähiger Gase im Gemisch mit anderen Gasen Zusatz zum Patent 913647 Nach dem Patent 913 647 wurde ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung kleiner Konzentrationen von Acetylen in Gasgemischen mit zur Verbrennung ausreichendem Sauerstoffgehalt an heißen Drahtoberflächen angegeben, wobei als Katalysator Drahtmaterial verwendet wird, welches neben einem überwiegenden Kupfergelialt schwankende Gehalte an Nickel, Chrom und Mangan aufweist.
• Als besonders geeignet für das Verfahren wurde eine an sich bekannte Wechselstrombeheizung der Thermosäule bezeichnet, wobei der entstehende Thermostrom unter Benutzung einer an sich bekannten Brückenschaltung durch Gleichstrominstrumente gemessen wird.
• Die Erfindung bezweckt eine insbesonders für Meßzwecke wichtige Erhöhung der Anzeigegenauigkeit der durch die Umsetzung beliebiger Gase an katalytisch wirkenden Thermosäulen aus beliebigem Kontaktmaterial entstehenden Thermoströme. Die Thermosäulen bestehen entsprechend dem Gegenstand des Hauptpatents aus in Serie geschalteten, abwechselnd katalytisch aktiven und inaktiven Schweißstellen.
• Es hat sich herausgestellt, daß die Anzeige der Umsetzungsreaktionen an den Drähten sehr stark durch Schwankungen des Nullpunktausschlages am Anzeigeinstrument gestört wurde.
• Diese nachteiligen Erscheinungen werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die erhitzte, katalytisch wirkende Thermosäule durch eine Schicht eines die Konvektion (aber nicht die Diffusion des zu untersuchenden Gases zur Kontaktstelle) behindernden Materials gegen den größten Teil des umgebenden Gasraumes abgeschirmt ist.
• Diese Abschirmung, welche die Konvektion verhindert, aber die Diffusion des umzusetzenden Gases an die katalytisch wirkende Drahtoberfläche nur unwesentlich stört, hat eine außerordentlich konstante Nullpunkteinstellung zur Folge und ermöglicht dadurch eine wesentliche Steigerung der Genauigkeit der registrierten Meßresultate.
• Als Material zum Abschirmen können sämtliche durchlässigen Materialien verwendet werden, die den Gas durchgang durch Diffusion gestatten, aber eine Konvektion verhindern. Es ist also Voraussetzung, daß das Material porös ist, wobei es gleichgültig ist, ob es aus faserigem Material, wie Schlackenwolle u. dgl., oder aus porösem- Sintermaterial oder Filtermaterial aufgebaut ist. Mit Rücksicht auf eine ungehemmt erfolgende Diffusion durch diese Schicht ist es zweckmäßig, diese nicht zu dick auszuführen. Als besonders günstig wurde eine Schichtdicke von einigen Millimetern bei Verwendung von Schlackenwolle erkannt. - Je nach Durchlässigkeit dieses Materials kann die Schichtdicke etwas schwächer oder stärker bemessen werden.
• Es ist denkbar, die einzelnen Zweige der Thermosäule in eine zylindrische Hülle des Isoliermaterials einzubauen.
• Als besonders vorteilhaft wurde jedoch die Einrichtung erkannt, bei der die Thermoelementdrähte der Säule in einer Horizontalebene ausgespannt sind und die Isolierschicht aus einer ebenen, gleichzeitig mehrere Meßdrähte abschirmenden Horizontalschicht besteht.
• Diese Anordnung ist nicht nur für die Messung kleiner Konzentrationen von Acetylen geeignet, sondern kann auch für jede an derartigen Drähten erfolgende zu messende Umsetzungsreaktion beliebiger Gase verwendet werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung sei an Hand eines Beispiels und der Fig. I bis 3 erläutert: Fig. I zeigt einen Längsschnitt A-B durch die Meßvorrichtung. I ist eine Umsetzungskammer, in der z. B. eine kleine Menge von Methan in Sauerstoff gemessen werden soll. 2 stellt einen Ring aus Isolierstoff dar, der als Stütze für Thermoelemente 3 dient, die jeweils aus Drähten einer Metallart 11 bis I4 (gestrichelt gezeichnet) und einer zweiten Metallart (ausgezogen gezeichnet, ohne besondere Numerierung) bestehen. Die gemäß Hauptpatent katalytisch wirkende Belegung der unmittelbaren Umgebung der Thermoelementschweißstellen a ruft eine Umsetzung dieser Gasbestandteile hervor. Nach dem Hauptpatent wird durch die schichtweise Abdeckung der Schweißstellen b der Thermosäule durch die Isolierschichten 15 ein erhöhter Thermostrom hervorgerufen, wobei die Intensität der Umsetzung bzw. die Temperaturerhöhung ein Maß für die Konzentration dieser Gasbestandteile ist. Um zu verhindern, daß die bei der lokalen Temperaturerhöhung entstehenden Konvektionsströme des Gases Anzeigestörungen am Meßgerät verursachen, sind erfindungsgemäß Abschirmschichten 4 bei der seits der Umsetzungszone angeordnet. Diese bewirken eine Glättung der Nullpunktanzeige in der beschriebenen Weise.
• Die Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt C-D quer durch die Meßvorrichtung nach Fig. I, aus der neben dem Haltering 2 und den Kontaktschrauben I6 und I7 die Anordnung der Thermoelemente zu einer Thermosäule zu ersehen ist. Die Einrichtung ist für die Messung der verschiedensten Gasbestandteile an beliebig wirkenden Thermosäulen der geschilderten Art verwendbar.
• Als Beispiele seien genannt: die Umsetzung von kleinen Mengen Wasserstoff in überschüssigem Sauerstoff und umgekehrt an Platin oder Palladium bzw. Palladium-Asbest oder von Methan mit überschüssigem Sauerstoff an Nickel oder von Kohlenoxyd mit überschüssigem Sauerstoff an dem gleichen Material.
• Die Fig. 3 zeigt das elektrische Schaltschema der Meßanordnung. Die Wechselstromquelle 6 liefert niedriggespannten Wechselstrom, z. B. 4 Volt, der durch den Widerstand 7, z. B. 2 Ohm, in zwei Teilströme geteilt wird und dann durch die vier Brückenzweige mit den Drähten In bis 14 (zwischen je einer katalytisch-aktiven Schweißstelle a und einer katalytisch-unaktiven Schweißstelle b) fließt. Jeder Brückenzweig besteht aus drei oder mehr bei a und b stumpf aufeinandergeschweißten Drahtstücken von z. B. 15 mm Länge und 0,I5 mm Durchmesser. Die gestrichelt gezeichneten Stücke 11, I2, I3, I4 bestehen aus einer gegenüber den ausgezogen gezeichneten Stücken thermoelektrisch wirksamen Metallegierung (gestrichelt z. B. Konstantan, ausgezogen z. B. Chromnickel). Die Schweißstellen a liegen entweder direkt im Gasstrom oder sind mit einer katalytisch wirksamen Masse umgeben, z B. Palladium-Asbest für Wasserstoffverbrennung. An ihnen verbrennt der festzustellende Gasbestandteil. Die Schweiß stellen b hingegen sind durch eine Schutzschicht I5, z. B. aus Emaille, der Gaseinwirkung entzogen und dadurch inaktiv. Der von der Stromquelle 6 gelieferte Wechselstrom, z. B. 1,2 Amp., erhitzt die vier Zweige der Brücke so hoch, z. B. auf 2000 C, daß die gesuchten Gasbestandteile an den aktiven Schweißstellen verbrennen können. Durch die in der Zeichnung wiedergegebene Schaltung der vier thermoelektrisch wirksamen Brückenzweige wird erreicht, daß die bei der Verbrennung auftretenden Thermoströme sich im anzeigenden Gleichstromgalvanometer 8 addieren. Da es sehr schwer ist, alle vier Drähte der Brücke bzw. der Thermosäule gleich herzustellen, ist es erforderlich, in der Brücke auch bei Abwesenheit brennbarer Gase auftretende Thermospannungen zu kompensieren. Dies geschieht mit Hilfe des Potentiometers g; über ihn wird eine regelbare Wechsel spannung abgezweigt, durch den Meßgleichrichter 10 gleichgerichtet und dem unerwiinschten Thermostrom entgegengeschickt. Auf diese Weise läßt sich der Nullpunkt des Anzeigeinstruments 8 einstellen. Der Widerstand 7 erlaubt, den Wechselstrom in den Brückenzweigen so zu verteilen, daß im Anzeigeinstrument 8 kein Wechselstrom fließt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Messung kleiner Konzentrationen umsetzungsfähiger Gase im Gemisch mit anderen mit ihnen reagierenden Gasen an heißen Drahtoberflächen wechselstrombeheizter Thermosäulen, deren Schweißstellen abwechselnd katalytisch aktiv bzw. inaktiv und in Serie geschaltet sind, wobei der entstehende Thermostrom unter Benutzung einer an sich bekannten Brückenschaltung durch Gleichstrominstrumente gemessen wird, nach Patent 913 647, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte, katalytisch wirkende Thermosäule durch eine Schicht eines die Konvektion (aber nicht die Diffusion des zu untersuchenden Gases zur Kontaktstelle) behindernden Materials gegen den größten Teil des umgebenden Gasraumes abgeschirmt ist.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Meßkammer (I), aus mehreren Thermoelementen (3) zusammengesetzte Thermosäulen (als Teilen einer Wheatstoneschen Brücke) und abschirmende Schichten (4) in der Nähe der Thermosäulen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als abschirmende Schicht gasdurchlässige Materialien, wie Schlackenwolle, Gesteinswolle, Schaumglas, poröses Sintermaterial oder andere, z. B. für Filterung benutzte Materialien verwendet werden, die zweckmäßig elektrisch nichtleitend sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der abschirmenden Schicht einige Millimeter beträgt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke je nach Durchlässigkeit der abschirmenden Schicht schwächer oder stärker bemessen wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine ebene, gleichzeitig mehrere Meßdrähte abschirmende, zweckmäßig horizontale Schicht.