DE964353C - Verfahren zur Unterdrueckung des Einflusses der Gaseigenschaften ausser der Suszeptibilitaet auf die Anzeige von thermomagnetischen Gasanalysegeraeten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Unterdrüdkung des Einflusses der Gaseigensdiaften außer der Suszeptibilität auf die Anzeige von thermomagnetischen Gasanalysegeräten Bei den therntnmagnetischen Gasanalysegeräten wird ein Heizkörper, dessen Temperatur gemessen wird, in einem inhomogenen magnetischen Feld angeordnet. Durch die Überlagerung des Temperaturfeldes und des inhomogenen magnetischen Feldes entsteht in Ahhängigkeit von der Suszeptibilität des Gasgemisches der. sogenannte magnetische Wind, der den Heizkörper abkühlt.
• Aus der Temperaturänderung kann auf den. Gehalt an solchen Gasen geschlossen werden, die sich wesentlich in der Suszeptibilität von den anderen Komponenten. des Gemisches unterscheiden Dieses Verfahren. findet besonders Anwendung bei der Messung des Gehaltes an Sauerstoff in einem Gasgemisch, da sich. Sauerstoff von fast allen anderen Gasen durch eine große paramagnetische Suszeptibilität auszeichnet. Bei der praktischen Ausführung derartiger Geräte werden meist in einer Brückenschaltung eingeschaltete Heizdrähte benutzt, ähnlich wie sie bei den sogenannten Wärmeleitfähigkeitsmessern, die elienfalls der Gasanalyse dienen, üblich sind. Ebenso wie bei den Wärmeleitfähigkeitskammern verwendet man Meß- und Vergleichskammern, in denen je in benachbarten Zweigen eingeschaltete Drähte angeordnet sind. Bei den thermomagnetischen Geräten wird jedoch die Vergleichskammer nicht mit einem Vergleichsgas, sondern auch mit dem Meßgas gefüllt. Die Vergleichskammer erhält aber keine magnetische Erregung.
• Die Beeinflussung der Messung durch die magnetischen Eigenschaften der meisten. übrigen Gase, außer Sauerstoff, tritt gegenüber dem Sauerstoff weitgehend zurück, so daß das Gerät speX zifisch auf Sauerstoff anspricht. Jedoch ist die Anzeige trotzdem noch von der Zusammensetzung der Begleitgase abhängig, weil sowohl die Abkühlwirkung des magnetischen Windes als auch die Übertemperatur des Heizkörpers, deren Größe durch die Wärmeabgabe über das Gas infolge Wärmeleitung, Konvektion und eventuell Wärmer strahlung ohne magnetischen Wind bedingt wird, von verschiedenen. Eigenschaften, nämlich. von der Wärmeleitfähigkeit, spezifischen Wärme, Dichte, Zähigkeit usw. des Gasgemisches und damit also von seiner Zusammensetzung abhängen. Wenn man auch diese Einflüsse durch Beschicken der Meß- und Vergleichskammer mit demselben Gas bis zu einem gewissen Grad ausschalten kann, so bleibt doch meist noch ein merkbarer Einfluß bestehen. Für den Nullpunkt kann man diesen Einfluß der Trägergase weitgehend beseitigen, indem man Meß- und Vergleichskammer thermisch möglichst gleich macht. Dies erreicht man bei einer bekannten Anordnung z. B. dadurch, daß in die Vergleichskammer ein verstellbarer Körper angebracht ist, der die Wärmeableitungsverhältnisse in der Umgebung des Heizdrahtes der Vergleichs kammer so ändert, daß bei Abwesenheit paramagnetischer Gase, d. h. am Nullpunkt, kein Einfluß der Gaszusammensetzung mehr vorhanden ist.
• Diese Anordnung ist sehr einfach, hat jedoch den Nachteil, daß nur der Nullpunkt gegen Veränderungen der Trägergaszusammensetzung stabilisiert ist. Die Beeinflussung der Anzeige durch die Zusammensetzung des Trägergases. die z. B. durch die Abhängigkeit der Ausgangstemperatur der Heizdrähte von der Wärmeableitung durch das umgehende Gas gegeben ist, wird nicht beseitigt.
• Besonders schädlich ist herbei der Einfluß von Wasserstoff. Da Wasserstoff eine verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit hat, wird bei seiner Anwesenheit die Wärmeabfuhr durch das Gas infolge Wärmeleitung und Konvektion wesentlich größer als bei den meisten anderen Gasen. Die damit verbundene Abkühlung des Heizdrahtes hat eine Schwächung des magnetischen Windes und damit der Empfindlichkeit zur Folge. Die hierdurch bei schwankendem Wasserstoffgehalt verursachten M'eßfehler sind oft erheblich. Ähnliche Störungen können auch durch andere Gase, wenn auch in geringerem Umfang. auftreten.
• Man hat daher schon vorgeschlagen, die Ausgangstemperatur der Heizdrähte unabhängig von der Gaszusammensetzung auf einen konstanten Wert einzuregeln. Die Empfindlichkeit ist dementsprechend dann auch weitgehend von der Gaszusammensetzung unabhängig. Dieses Verfahren bedingt jedoch, daß die Temperatur des Heizdrahtes in der Vergleichskammer laufend überwacht und durch den Überwachungsapparat der Heizstrom entsprechend geregelt wird. Das hat zur Folge, daß weitere Apparate benötigt werden, die die Anordnung kompliziert, kostspielig und störanfällig machen.
• Ein. anderer bekannter Vorschlag, um die Ausgangstemperatur des Heizkörpers unabhängig von der Gaszusammensetzung zu machen, geht dahin, daß nicht ein im Gas angeordneter Heizkörper zur Messung vorgesehen ist, sondern daß als Meßelement ein Röhrchen dient, auf dem sich zwei getrennte Wicklungen, die in nebeneinander angeordneten. Brückensweigen liegen, befinden. Die Heizwicklungen verlaufen im inhomogenen Teil eines Magnetfeldes. Sie erzeugen bei Anwesenheit von Sauerstoff eine Strömung in dem Meßröhrchen, die eine unterschiedliche Temperatur der Heizwicklungen und damit einen Unterschied in ihren Widerständen. hervorruft. Bei fehlendem Magnetwind hat sich die Übertemperatur der Heizwiddungen bei dieser Anordnung als unabhängig von den übrigen Gaseigenschaften erwiesen. Lediglich die Wärmeleitfähigkeit spielte eine gewisse, meist aber vernachlässigbar kleine Rolle. Bei dieser Anordnung muß aber das Röhrchen immer waagerecht liegen. Auch ist die Anzeige wiederum abhängig von der Zusammensetzung des Trägergases, da diese den Strömungswiderstand im Rohr beeinflussen.
• Die Erfindung gibt eine allgemeine Lehre, welche. es gestattet, bei jeder beliebigen Ausführungsform eines thermomagnetischen 5 auer stoffmessers die Einflüsse der Gaseigenschaften auf die Übertemperatur der Heizwicklung zunächst bei fehlendem magnetischem Wind. durch besondere Ausgestaltung jedoch auch bei Vorhandensein von magnetischem Wind, also auch den Einfluß auf die Anzeige, weitgehend auszuschalten. Nach der Erfindung wird die Wärmeableitung zum Kammeräußeren durch den Hei,-körper selbst und seine Halterung so groß gegenüber der Wärmeabgabe über das Gas infolge Wärmeleitung und natürlicher Konvektion, also bohne magnetischen Wind, gemacht, daß Änderungen dieser Wärmeabgabe durch Änderung der Gaseigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme, Zähigkeit, Dichte usw.) nicht störend in Erscheinung treten. Auf diese Weise wird erreicht. daß praktisch die Temperatur des Heizkörpers nur noch durch den magnetischen Wind und die kann stante Wärmeableitung durch den Heizkörper selbst und seine Halterung bestimmt wird Da die Wärmeabgabe durch den magnetischen, Wind aus einer Differenzmessung bestimmt wird, ist sie trotz der sehr viel größeren Wärrneableitung durch Heizkörper und seine Halterung immer noch gut meßbar. Eine gewisse Herabsetzung der Empfindlichkeit muß allerdings in Kauf genommen werden; dieser Nachteil wird aber durch die größere Meßgenauigkeit bei z. B. wechselndem H2-Gehalt aufgehoben. Es ist möglich, das Gerät den jeweils gestellten Forderungen anzupassen.
• Für die bisherigen Ausführungsformen; von thermomagnetischen Gasanalysegeräten galt mit Rücksicht auf den hierdurch verursachten Empfindlichloeitsverlust der Grundsatz, die Wärmeableitung durch. den Heizkörper selbst und seine Halterung möglichst klein zu halten. Bei den meisten bekannten Geräten erreichte die durch die Halterung abgeführte Wärmemenge höchstens 10 °/o der gesamten im Heizkörper erzeugten Wärmemenge. Bei einem Gerät nach der Erfindung kann sie go ozon und mehr ausmachen so daß vielleicht 10 O/o der Wärmemenge über das Gas. abgeführt werden.
• Wie schon oben erwähnt, wird aber nicht nur die Übertemperatur der Meßdrähte, also die Temperatur ohne magnetischenl Wind durch die ?aseigenschaften beeinflußt, sondern auch die thermische Wirksamkeit des magnetischen Windes.
• Auf diese wirken offensichtlich die Wärmeleitfähigkelit, die spezifische Wärme, die Zähigkeit und die Dichte ebenfalls ein, aber in anderer Weise als bei der Wärmeabgabe ohne magnetischen. Wind.
• Durch eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, diesen Einfluß, insbesondere bei Wasserstoff, zu vermindern. Es wird hierzu der Wärmeableitung durch den Heizkörper selbst und seine Halterung und damit dem Einfluß von Änderungen der Gaseigenschaften auf die Wärmeabgabe ohne magnetischen Wind eine bestimmte Größe gegeben, die so bemessen ist, daß Änderungen der Gaseigenschaften sich bei der Wärmeabgabe über das Gas ohne magetischen Wind in möglichst gleicher Größe und umgekehrt wie beim magnetischen Wind auswirken. Man kann dies bei verschiedenen Gasen, insbesondere bei Wasserstoff, deshalb durchführen. weil die betreffenden Einflüsse in entgzegengesetzter Richtung xvirken. Bei einem Stickstoff-Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisch wird z. B. bei Änderung des Was serstoffgehaltes die Wärmeabgabe ohne magnetischen Wind vor allem durch die Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffes beeinflußt und die Wärmeabgabe infolge des magnetischen Windes in höherem Maße auch. durch die anderen Gaseigenschaften. und zwar laufen. beide Einflüsse entgegengesetzt, so daß man bei entsprechender Bemessung erreichen kann, daß sie sich gegenseitig aufheben.
• Zur praktischen D(urch.führung wird zweckmäßig, um eine leichte Anpassung des Gerätes an die jeweiligen Verhältnisse ermöglichen, zu können. die Wärmeableitung durch den Heizkörper selbst und seine Halterung veränderlich gemacht.
• Man kann dies z. B. dadurch erreichen, daß nonan parallel zur Halterung verschiebbare Verdickungen anordnet. Dieser Weg wird aber zumeist nicht ausreichen. da der Heizkörper selbst eine zu geringe Wärmeleitung aufweist. Ein sehr zweckmäßiger Weg ist es deshalb, daß man die Heizwicklung auf einem Röhrchen anbringt, in das man eine Füllung verschiedener Wärmeleitfähigkeit anbringen kann, z. B. 5 intermetalle, Metalloxyde usw. Hierbei ist es wiederum besonders vorteil haft, dieses Heizröhrchen innerhalb eines weiteren Röhrchens anzuordnen, mit dem es z.B. verschmelzen werden kann. Ein solcher Heizkörper ist in der Abbildung dargestellt. Das innere Röhrchen, vorzugsweise aus Glas, ist mit I bezeichnet, 2 ist der Heizdraht, der an der Außenwandung des Röhrchens anliegt oder mit dieser verschmolzen ist. Das Röhrchen I kann leicht mit Substanzen 4 verschiedener Wärmeleitfähigkeit gefüllt werden. Diese Anordnung befindet sich innerhalb eines Röhrchens 3 (z. B. Glasrohr oder auch Verglasung bzw. Emaillierung), dessen Wandstärke je nach den Erfordernissen im Sinne der Erfindung gewählt werden kann.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Unterdrückung des Ein.-flusses der Gaseigenschaften außer der Suszeptibilität auf die Anzeige von thermomagnetischen Gasanalysegeräten, bei denen ein vom Meßgas umgebener Heizkörper, dessen Temperatur gemessen wird, in einem inhomogenen Magnetfeld angeordnet ist, da durch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitung zum Kammeräußeren durch den Heizkörper selbst und seine Halterung so groß gegenüber der Wärmeabgabe über das Gas infolge Wärmeleitung und natürlicher Konvektion ohne magnetischen Wind, gemacht wird, daß Änderungen dieser Wärmeabgabe durch Änderungen der Gaseigenschaften nicht störend in Erscheinung treten.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitung durch den Heizkörper und seine Halterung und. damit der Einfluß von Anderungen der Gaseigenschaften auf die Wärmeabgabe ohne magnetischen Wind eine bestimmte Größe erhält, die so bemessen ist, daß Änderungen der Gaseigenschaften außer der Suszeptibilität sich bei der Wärmeabgabe über das Gas ohne magnetischen Wind in gleicher Größe und umgekehrt wie beim magnetischen Wind auswirken.
3. 3. Thermomagnetisches Gasanalysegerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitung durch den Heizkörper und seine Halterung veränderbar ist.
4. 4. Thermomagnetisches Gasanalysegerät nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß als Heizkörper ein mit einer Heizwicklung versehenes Röhrchen dient, das mit Stoffen verschiedener Wärmeleitfähigkeit füllbar ist
5. 5. Thermomagnetisches Gasanalysegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet. daß der Heizkörper im Innern eines weiteren Röhrchens angebracht Szw. mit einer Glasur oder Emaillierung versehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 805 8I5, 827 727, 835213, 849917, 854277, 858 I52, 859387; »Archiv für Technisches Messen«, V723-I7, vom Juni I952, Lieferung 197, insbesondere S. 126.