-
Meßgerät zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts unter Verwendung eines
magnetischen Meßverfahrens
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung des
Sauerstoffgehaltes unter Vorwendung eines magnetischen Meßverfahrens.
-
Bei der Sauerstoffmessung, bei der unter Verwendung von Magneten
entweder im homogenen Magnetfeld die Änderung der Wärmeleitfähigkeit oder bei Verwendung
von Magneten im inhomogenen Magnetfeld die Stärke des sich ausbildenden magnetischen
Windes als Maß für den Sauerstoffgehalt dient, wird die Anzeige des Sauerstoffgehaltes
noch mehr oder weniger durch andere Gase in dem zu untersuchenden Gas beeinflußt.
Sofern eine gesetzmäßige Beziehung zwischen dem-Sauerstoffgehalt und dem die Anzeige
störenden zweiten Gas besteht oder sofern der Gehalt an dem zweiten Gas konstant
ist, wird die Eichung eines derartigen Meßgerätes unter Berücksichtigung dieser
Beziehung bzw. des konstanten Gehaltes durchgeführt, so daß sich der tatsächliche
Sauerstoffgehalt unmittelbar ergibt. Ist eine derartige Beziehung jedoch nicht vorhanden
oder kann sich die Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt und dem Gehalt des zweiten
Gases ändern, so ergeben sich Meßfehler, die auf diese Weise nicht mehr ausgeschaltet
werden können. Ein Beispiel, daß sich die Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt
und dem Gehalt des zweiten Gases je nach den Betriebsverhältnissen ändern kann,
liegt
beispielsweise bei der Überwachung von Mischgasfeuerungen vor. Solange mit einem
Brennstoff gleicher maximaler Kohlensäure gefeuert wird, besteht eine eindeutige
Beziehung zwischen Sauerstoff-und Kohlensäuregehalt. Sobald auf einen anderen Brennstoff
umgestellt wird, ändert sich diese Beziehung. Man könnte in diesem Falle zwei verschiedene
Skalen dem Meßgerät geben und einmal die eine, das andere Mal die zweite Skala der
Ablesung zugrunde legen. Sofern aber gleichzeitig mit beiden Brennstoffen gefeuert
wird und das Verhältnis außerdem noch unbekannt ist, würde dieses Verfahren nicht
mehr möglich sein.
-
Zur Beurteilung der Gemischbildung von Otto-Motoren ist es bereits
bekannt, mit Hilfe eines Meßgerätes die Wärmeleitfähigkeit der.Abgase und mit einem
anderen Meßgerät deren Sauerstofficonzentration zu messen. Die Meßgrößen werden
in elektrische Ströme umgeformt und je einer Spule eines Differential-Drehspulgerätes
zugeführt. Wird dem Otto-Motor ein zu armes Gemisch zugeführt, so tritt in den Abgasen
Sauerstoff auf, und die an den Sauerstoffmesser angeschlossene Spule wird vom Strom
durchflossen.
-
Die Anzeige des Wärmeleitfähigkeitsmeßgerätes geht hierbei sehr stark
zurück, und der Strom in der entsprechenden Drehspule nimmt stark ab. Hier liegen
die Verhältnisse also derart, daß jeweils im wesentlichen nur ein Meßgerät arbeitet
und die Drehmomente der Spulen addiert werden.
-
Bei der Bestimmung des Sauerstoffgehaltes wird gemäß der Erfindung
der Einfluß von anderen in dem zu messenden Gas vorhandenen Gasen auf die Anzeige
dadurch beseitigt, daß die eine Spule des als Quotientenmeßwerk ausgebildeten Anzeigegerätes
von dem magnetischen Sauerstoffmeßgerät und die andere Spule außer von einem konstanten
Strom von den durch die Meßgeräte für die anderen Gase erzeugten Strömen beeinflußt
ist.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Einfluß von anderen
in dem zu untersuchenden Gas vorhandenen Gasen auf die Anzeige zu beseitigen, was
dadurch erreicht~wird, daß die diese Gase erfassenden Meßgeräte gleichzeitig mit
dem Sauerstoffmeßgerät auf dasselbe Anzeigegerät einwirken.
-
Zweckmäßig wird als Anzeigegerät ein Quotientenmesser verwendet,
bei dem die eine Spule von dem magnetischen Sauerstoffmeßgerät beeinflußt wird und
die andere Spule außer von einem konstanten Strom von den Strömen beeinflußt wird,
die von den Meßgeräten erzeugt werden, die auf die die Sauerstoffanzeige beeinflussenden
Gase ansprechen.
-
Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei noch folgendes ausgeführt:
Sofern sich in dem zu untersuchenden Gas Bestandteile befinden, die die Sauerstoffanzeige
beeinflussen, wie z. B. Kohlensäure, wird die Anzeige des Sauerstoffgehaltes gefälscht,
und zwar ist bei ovo/, Sauerstoffgehalt kein Einfluß auf die Sauerstofhnessung vorhanden,
während mit steigendem Gehalt an Sauerstoff der Einfluß des anderen Gases wachsend
zunimmt.
-
Außerdem ist bei einem bestimmten Sauerstoffgehalt der Einfluß um
so größer, je größer die Konzentration des anderen Gases ist. Um deshalb den Einfluß
eines anderen Gases zu beseitigen, muß die Anzeige entsprechend der Beziehung A
°/0°2 = b + B verändert werden, wobei A der vom Sauerstoffmeßgerät herrührenden
Spannung proportional ist, b eine konstante Vorspannung und B die voh dem Meßgerät
für das andere Gas gegebene Spannung bedeutet. Um bei gegebener Spannung des Meßgerätes
des anderen Gases B eine Anzeige zu erhalten, die unabhängig von diesem Gasbestandteil
ist, muß die Größe der konstanten Vorspannung b empirisch so gewählt werden, daß
der oben angegebene Quotient unabhängig von diesem Gasbestandteil wird. Ist noch
beispielsweise ein weiterer Gasbestandteil in dem zu untersuchenden Gas vorhanden,
der die Anzeige beeinflußt, so gilt für die Berichtigung die Formel 'A 0/002 = b
+ B + *-C In diesem Fall ist C die Spannung, die von dem Meßgerät für das zweite
die Anzeige beeinflussende Gas geliefert wird. Der Proportionalitätsfaktor k ist
in seiner Größe und seinem Vorzeichen durch das Verhältnis und die Richtung gegeben,
in denen dieser Gasbestandteil in die Messung eingeht.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Die Fig. I zeigt die Schaltung eines magnetischen Sauerstoffmessers
in Verbindung mit einem Wärmeleitfähigkeitsmesser, während Fig. 2 einen magnetischen
Sauerstoffmesser in Zusammenschaltung mit mehreren Konzentrationsmeßgeräten beliebiger
Art zeigt.
-
In Fig. I ist mit I der magnetische Sauerstoffmesser bezeichnet. In
diesem sind von den vier Meßdrähten zwei Meßdrähte von einem Magneten 2 und 3 umgeben.
-
Zur Einstellung des Brückengleichgewichtes dient der Nullpunktsrücker
4. Das Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät 5 besteht in bekannter Weise aus vier elektrisch
geheizten Meßdrähten und enthält gleichzeitig den Nullpunktsrücker 6. Beide Meßgeräte
sind an die gleiche Stromquelle 7 angeschlossen. Der Diagonalstrom, der von dem
magnetischen Sauerstoffmesser I geliefert wird, geht durch die Hauptspule 8 eines
Quotientenmeßgerätes, während der Diagonalstrom des Wärmeleitfähigkeitsmessers 5
durch die Richtspule g dieses Anzeigegerätes fließt. Der Nullpunktsrücker6 wird
nun so eingestellt, daß durch die Diagonalvorspannung an dem Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät
5 bei fehlendem Gehalt des auf diesesWärmeleitfähigkeitsmeßgerät störend einwirkenden
Gases, z. B. Kohlensäure, der Richtstrom in der Spule g eine solche Größe erhält,
daß nur der Sauerstoffgehalt angezeigt wird.
-
Bei Auftreten von Kohlensäure entsteht dann ein zusätzlicher Richtstrom,
der in diesem Falle proportional der Größe des Kohlensäuregehaltes ist.
-
In der Fig. 2 ist mit I wieder das magnetische Sauerstoffmeßgerät
mit den Magneten 2 und 3 und dem Nullpunktsrücker 4 bezeichnet. In diesem Falle
wird jedoch der konstante Richtstromanteil dem Brückenstrom des magnetischen Sauerstoffmeßgerätes
entnommen, indem ein Teil des Stromes durch die
Richtspule IO geführt
wird. Außerdem erhält die Richtspule IO einen Strom von einem nicht dargestellten
Fernsender II, der beispielsweise den Gehalt an Wasserstoff angeben soll. Da angenommen
wird, daß außer Wasserstoff auch Kohlensäure in dem Gas vorhanden ist, wird ferner
von einem entsprechenden, auch nicht dargestellten Fernsender eines Meßgerätes 12
ein Strom durch eine zweite Richtspule 13 gesandt. Das Verhältnis der von den beiden
gasanalytischen Meßgeräten II und 12 in die Richtspulen IO und I3 geschickten Größen
untereinander und zum konstanten, durch die Spule IO fließenden Richtstrom wird
durch die Vor- und Nebenwiderstände 14 bis 19 im Sinne der obigen Ausführungen bestimmt.
-
Es ist zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, daß außer dem Sauerstoffgehalt
sowohl bei der Anordnung nach Fig. I als auch bei der Anordnung nach Fig. 2 unabhängig
vom Sauerstoffgehalt durch dasselbe Anzeigegerät jeweils der Einzelbestandteil des
anderen Gases angezeigt wird. Dies wird durch eine sinngemäße Umschaltung erreicht,
indem der die andere Gaskonzentration bestimmende Strom durch den Hauptrahmen des
Quotientenmeßwerkes geleitet wird, während der Richtrahmen an eine konstante Spannung
gelegt wird.