DE944035C

DE944035C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von paramagnetischen Gasbestandteilen

Info

Publication number: DE944035C
Application number: DEB6035D
Authority: DE
Inventors: Dr Erwin Lehrer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1940-12-07
Filing date: 1940-12-07
Publication date: 1956-06-07
Also published as: FR1051251A

Description

Bekanntlich ist Sauerstoff und Stickoxyd paramagnetisch, während die übrigen Gase diamagnetisch sind. Die Magnetisierbarkeit der zuerst genannten Stoffe, insbesondere von Sauerstoff, ist über hundertmal stärker als die der letztgenannten. Der Gehalt eines Gasgemisches an paramagnetischen Bestandteilen könnte daher durch Messen der magnetischen Suszeptibilität des Gemisches bestimmt werden, was auch schon versucht wurde. ίο Die Versuche, eine technisch brauchbare Vorrichtung zu finden, blieben bisher jedoch erfolglos. Es ist zwar eine Anordnung zur Sauerstoff bestimmung auf physikalischem Wege bekannt, welche mit einem magnetischen Feld arbeitet. Mit ihr wird jedoch nicht die magnetische Suszeptibilität, sondem die Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches durch ein Magnetfeld gemessen. Sie ist daher für Gemische, deren Wärmeleitfähigkeit stark schwanken kann, z. B. wasserstoffhaltige Gase, nicht geeignet. .

Nach der Erfindung wird der Gehalt eines Gasgemisches an paramagnetischen Bestandteilen mittels ihrer magnetischen Suszeptibilität dadurch bestimmt, daß man es an einer Stelle eines starken Magnetfeldes, an der dieses ungleichförmig ist, erhitzt. Infolge des Suszeptibilitätsunterschiiedes zwischen heißem und kaltem Gas übt das Magnetfeld auf die erhitzten Gasteile eine andere Kraft

aus als auf das diese umgebende kalte Gas, so daß eine Strömung des Gases eintritt, deren Richtung und Stärke ein Maß für seinen Gehalt an paramagnetischen Bestandteilen, insbesondere Sauerstoff, ist. Diese Strömung des Gases wird dadurch gemessen, daß man in den Weg der heißen oder der kalten Gasteile einen ader mehrere Temperatur-' fühler bringt, die 'durch die Gasströmung erwärmt oder abgekühlt werden.

ίο Eine Vorrichtung zur Ausführung dieses-Verfahrens ist in Abb; ι dargestellt. In einem starken, ungleichförmigen Magnetfeld ist ein Temperaturfühler a, z. B. ein Thermoelement oder Widerstandsthermometer, neben einem Heizkörper 6 derart angeordnet, daß sich der Temperaturfühler im schwächeren, der Heizkörper im stärkeren Felde befindet. Ist das sie umgebende Gasgemisch diamagnetisch, enthält es also keine oder nur wenig paramagnetische Bestandteile, so wird das kalte Gas von dem Magneten stärker abgestoßen als das heiße. Das heiße Gas bewegt sich daher vom Heizkörper b weg in das stärkere Feld hinein, wie in Abb. ι durch Pfeile angedeutet ist. Das nachfolgende kalte Gas strömt an dem Temperaturfühler α vorbei, der durch Wärmeleitung und .- -strahlung vom Heizkörper etwas erhitzt ist, und kühlt diesen ab. Ist dagegen das Gasgemisch infolge eines höheren Gehalts an paramagnetischen Bestandteilen paramagnetisch, so kehrt sich die . Strömuingsrichtung um. Nunmehr trifft das heiße Gas auif den Temperaturfühler α und erwärmt ihn. Seine Temperatur ist demnach ein Maß für die Richtung und die Stärke der Strömung iund damit für den Gehalt des Gemisches an paramagnetischen Bestandteilen.

An Stelle nur eines Temperaturfühlers können, wie in Abb. 2 dargestellt ist, zwei Temperaturfühler c und d zu beiden Seiten eines Heizkörpers e angeordnet werden, von denen der eine durch die, Gasströmung. erwärmt, der andere gekühlt wird. Ihr Temperaturunterschied kann in bekannter Weise gemessen wenden und gibt ein Maß für den Gehalt des Gasgemisches an paramagnetischen Bestandteilen. ■'.._.. Eine andere zweckmäßige Anordnung ist. in Abb. 3 wiedergegeben. Sie besteht darin, daß in einem starken, ungleichförmigen Magnetfeld zwei Widerstandsthermometer f uinid g nebeneinander angeordnet sind, 'die gleichzeitig als Heizkörper dienen. Durch die Gasströmung wird das eine gekühlt, das andere erwärmt. Ihr Temperaturunterschied kann wieder in bekannter Weise, z. B. mit einer geeigneten' Brückenschaltung, gemessen werden und gibt ein Maß für den Gehalt des Gasgemisches an paramagnetischen Bestandteilen.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung, deren Empfindlichkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches weitgehend unabhängig ist und die sich daher besonders- für wasserstoffhaltige Gase eignet, ist in Abb. 4 dargestellt. Ein Rohr h geht quer durch ein starkes Magnetfeld, hindurch und ist außerhalb des Feldes zweckmäßig durch eine Ringkammer i geschlossen, die von dem zu· untersuchenden Gas'gemisch durchströmt wird. Das Rohr h trägt am Rande des Feldes zwei HeizwicklungenÄ und I aus einem Werkstoff mit temperaturabhängigem Widerstand. Werden die Wicklungen k und / geheizt, so wind durch das Magnetfeld in dem Rohr h eine Gasströmung erzeugt,, die je nach ihrer Richtung die -Wicklung k abkühlt und die Wicklung I erwärmt, ,oder umgekehrt. Der Temperaturunterschied der beiden Wicklungen kann in bekannter Weise durch Widerstandsmessung ermittelt werden und ist ein Maß für den Gehalt des Gasgemisches .an paramagnetischen Bestandteilen. Um Störungen durch Strömungen der das Rohr h umgebenden Luft zu vermeiden, empfiehlt es sich, dieses mit den Wicklungen k und I in einen wärmeisolierenden Stoff einzubetten.

Es ist ferner noch eine Anordnung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasen bekanntgeworden, bei der ein Rohr horizontal ., durch ein Magnötfeld geführt und unsymmetrisch zu dem Feld erwärmt wird. Die an den Enden des Rohres auftretende Druckdifferenz wird mit einem Manometer, gemessen, und aus der Druckdifferenz . wird die Suszeptibilität berechnet. Im. Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Gasgemisch zwar auch an einer Stelle eines Magnetfeldes, an der g₀ dieses ungleichförmig ist, erhitzt, jedoch wird die in dem Gas^ durch das Magnetfeld hervorgerufene Strömung gemessen, und zwar durch die Erwärmung bzw. Abkühlung von 'Temperaturfühlern, wobei meßbare Druckdifferenzen nicht auftreten. Die" bekannte Anordnung ist für die technische Messung paramagnetischer Bestandteile in Gasgemischen nicht geeignet, weil das dort verwendete Manometer viel zu störanfällig ist. Eine andere bekannte Anordnung^ mit der das Curiesche Gesetz demonstriert werden kann,, beruht 'darauf, daß ein warmer Luftstrahl, in einem inhomogenen Magnetfeld auif steigend, in Richtung der Inhomogenität abgelenkt wird, und daß die Verlagerung des warmen Luitstrahls mit einem Thermoelement nachgewiesen wird. Während in diesem Fall der warme Luftstrahl in gleicher Stärke, auch ohne Magnetfeld, vorhanden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Gas an einer Stelle innerhalb des Magnetfeldes erhitzt, und die Strömung, welche no durch das Magnetfeld infolge des Suszeptibilitätsunterschiedes zwischen heißem und kaltem Gas hervorgerufen wird,, wird mit Temperaturfühlern gemessen. Dieses Meßverfahren ist der bekannten Anordnung überlegen, weil der Meßeffekt infolge des kleinen Abständes. von Heizkörper und Temperaturfühler wesentlich geringeren Schwankungen undi Störeinflüssen unterworfen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Verfahren zur Messung von parämagnertischen Bestandteilen in Gasgemischen, mittels ihrer magnetischem Suszeptibilität, dadurch geikennzeichnet, daß das Gasgemisch an einer Stelle eines starken Magnetfeldes, an der 'dieses ungleichförmig ist, erhitzt wird und die durch

das Magnetfeld infolge des Suszeptibilitätsunterschiedes zwischen heißem und kaltem Gas hervorgerufene Strömung durch, die Erwärmung bzw. Abkühlung eines oder mehrerer Temperaturfühler gemessen wird.
2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in einem starken, ungleichförmigen Magnetfeld ein Temperaturfühler (a) neben einem Heizkörper (b) angeordnet ist, welche von dem zu untersuchenden Gasgemisch umgeben sind, wobei die Temperatur des Temperaturfühlers von der durch das Magnetfeld erzeugten Gasströmung beeinflußt wird und als Maß für den Gehalt des Gemisches an para,-magnetischen Bestandteilen dient.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem starken, ungleichförmigen Magnetfeld je ein Temperaturfühler (c, d) beiderseits eines Heizkörpers (e) angeordnet ist und ihr Temperaturunterschied, der durch die vom Magnetfeld erzeugte Gasströmung hervorgerufen wird, in an sich bekannter Weise gemessen wird.
4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem starken, ungleichförmigen Magnetfeld zwei Widerstandsthermometer (f, g) nebeneinander angeordnet sind, die gleichzeitig als Heizkörper dienen, und deren Temperaturunterschied, der durch die vom Magnetfeld erzeugte Gasströmung hervorgerufen wird, in an sich bekannter Weise gemessen wird.
5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch ein starkes Magnetfeld hindurchgehendes Rohr Qi), welches zweckmäßig außerhalb des Feldes durch eine von dem zu untersuchenden Gasgemisch durchströmte Ringkammer (£) geschlossen ist, zwei Heizwicklungen {k, t) mit temperaturabhängigem Widerstand trägt, deren Temperaturunterschied, der durch die magnetisch erzeugte Gasströmung im Rohr hervorgerufen wird, in an sich bekannter Weise gemessen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr Qi) mit den Heizwicklungen, Qi₁ I) in einen wärmeisolierenden Stoff eingebettet ist. .

Angezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Annalen der Physik«, Bd. 81 (1926), S. 229 u. f. und S. 1129 u. f.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen