DE966104C

DE966104C - Measurement arrangement for the analysis of flammable gases

Info

Publication number: DE966104C
Application number: DES26190A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Naumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-12-06
Filing date: 1951-12-06
Publication date: 1957-07-11
Also published as: JPS339499Y1

Description

Meßanordnung zur Analyse brennbarer Gase Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Analyse von brennbaren Gasen, die in der Weise arbeitet, daß die Gase selbsttätig auf ihre Zündtemperatur erhitzt werden und die infolge der Verbrennung entstehende Temperaturerhöhung als Meßgröße dient. Bei einem bekannten, mit katalytische Verbrennung arbeitenden Gasanalysegerät sind Meßkammer und Vergleichskammer in einem massiven Block angeordnet. Die Vergleichskammer ist hierbei mit Luft gefüllt un.d nach außen abgeschlossen. Um aus ei nein Gasgemisch mehrere Gaskomponenten mit unterschiedlicher Zündtemperatur zu bestimmen, werden mehrere Meßkammern nacheinander von. dem zu. untersuchenden Gas durchströmt. In jeder Kammer ist ein Heizdraht angeordnet, der auf die Zündteinperatur d.es Gases eingestellt ist, das in der betreffenden rammer verbrennen soll. Die Temperatur in den einzelnen Kammern wird hierbei nicht durch einen Regler konstant gehalten., und infolgedessen kann die Zündtemperatur des Gases nur annähernd. ein gehalten werden.Measuring arrangement for the analysis of flammable gases The invention relates to on a measuring arrangement for the analysis of combustible gases, which works in the way, that the gases are automatically heated to their ignition temperature and as a result the temperature increase resulting from the combustion is used as a measured variable. With a well-known Gas analyzers working with catalytic combustion are measuring chamber and comparison chamber arranged in a massive block. The comparison chamber is filled with air and closed to the outside. In order to produce several gas components from a gas mixture To determine with different ignition temperatures, several measuring chambers are used one after the other from. that too. investigating gas flows through. A heating wire is arranged in each chamber, which is set to the ignition temperature of the gas that is present in the relevant rammer should burn. The temperature in the individual chambers is not here kept constant by a controller, and as a result the ignition temperature of the gas only approximately. be respected.

Bei einem we!iteren bekannten Gerät mit katalytischer Verbrennung werden IN' eßkaminer und Vergleichskammer thermisch. voneinander isoliert und auf parallelen Wegen vom Meßgas bzw. Vergleichsgas beströmt. Weiterhin wurde ein Gerät mit einer einzigen. Verbrennungskammer beschriebein, in der das zu messende Gas an. einer Flamme gezündet wird. Die Temperatur des Gases wird dabei beim Eintritt und beim Austritt aus der Verbrennungskammer gemessen und aus dem 'Unterschied der Gehalt an. brennbaren Gasen be. stimmt. Dieses Gerät ist für genaue Messungen ungeeignet, und es kann. eine bestimmte feste Zündtemperatur nicht eingestellt werden, so daß in jedem Fall sämtliche brennbaren Gase an der Zündflamme verbrannt werden. In another known device with catalytic combustion are IN 'dining room and comparison chamber thermal. isolated from each other and on parallel paths flowed by the measuring gas or reference gas. There was also a device with a single. Combustion chamber described in which the gas to be measured at. ignited with a flame. The temperature of the gas is when it enters and measured at the exit from the combustion chamber and from the 'difference of Content of. flammable gases be. it's correct. This device is for accurate measurements not suitable, and it can. a certain fixed ignition temperature cannot be set, so that In any case, all flammable gases are burned on the pilot flame.

Gemäß der Erfindung sind im Wege des zu untersuchenden, mit Luft gemischten Gases oder eines Teilstromes dieses Gases hintereinanderliegend eine Meßkammer und eine in gleicher Weise ausgeb-ildete Vergleichskammer in an sich bekannter Weise in einem massiven Kammerblock angeordnet und durch eine Temperatursteuerung, z. B. mittels Thermoelementen auf die für ein Gas oder eine Gaskomponente erforderliche Zündtemperatur aufgeheizt. Der massive Kammerblock bewirkt eine gleichmäßige. Verteilung der von den Heizwicklungen der Kammern abgegebenen Wärme, so daß die Wände des Gasweges überall die gleiche Temperatur haben. Das den Heizstrom steuernde Tbermoelement kann an einer beliebigen Stelle innerhalb des Kammerblocks angeordnet sein und z. B. in der Wand der Vergleichskammer liegen. According to the invention, by way of the to be examined, with air mixed gas or a partial flow of this gas one behind the other Measuring chamber and a comparative chamber designed in the same way in a known manner Arranged in a massive chamber block and controlled by a temperature control, z. B. by means of thermocouples on the required for a gas or a gas component Ignition temperature heated up. The massive chamber block causes a uniform. distribution the heat given off by the heating coils of the chambers, so that the walls of the gas path have the same temperature everywhere. The thermocouple controlling the heating current can be arranged at any point within the chamber block and z. B. lie in the wall of the comparison chamber.

Infolge der hintereinandergeschalteten Meß -und Vergleichskammer in einem massiven Block wird die Vergleichsmessung an der gleichen Gasprobe ausgeführt, und alle Störeinflüsse werden infolge der gleichartigen Ausbildung der Vergleichskammer bese:itigt. Da die Temperatur der Kammern. mit Hilfe der Steuerung sehr genau auf die Zündtemperatur der jeweils zu erfassenden Gaskomponente eingestellt werden kann, können auch Gasmischung-en-, bei denen die Zündtemperaturen der Komponenten dicht nebeneinanderliegen, noch sicher analysie.rt werden. As a result of the measuring and comparison chambers connected in series the comparison measurement is carried out on the same gas sample in a solid block, and all interfering influences are due to the similar design of the comparison chamber bese: itigt. As the temperature of the chambers. very precisely with the help of the control the ignition temperature of the gas component to be detected can be set, can also be gas mixtures in which the ignition temperatures of the components are tight lying next to each other, can still be safely analyzed.

Am Anfang der Nj'ießkammer kann man die Temperatur etwas höher wählen, beispielsweise durch eine kleine Zündspirale, wodurch das einströmende Gas mit Sicherheit bis über den Zündpunkt erhitzt wird. Im weiteren Verlauf der Meßkammer genügt es dann, wenn die Temperatur in der Kammer die Mindesthöhe einhält, die zur Verbrennung notwendig ist. Die Aufheizung der Meßkammer und der Vergleichslca,mmer erfolgt im gleichen Maße zweckmäßig durch eine Heizpatrone. At the beginning of the Nj'ießkammer you can choose the temperature a little higher, for example by means of a small ignition coil, which ensures that the incoming gas is safe until it is heated above the ignition point. In the further course of the measuring chamber it is sufficient then, when the temperature in the chamber is at the minimum level required for combustion necessary is. The measuring chamber and the comparison chamber are heated in the same dimensions expediently by means of a heating cartridge.

Zweckmäßig wird die Heizpatrone von einem schlechten Wärmeleiter umgeben, damit die bei der Nachverbrennung der Gase en.tstehende Wärme sich in. einer möglichst hoben Temperatursteigerung auswirkt.The heating cartridge is expediently surrounded by a poor heat conductor, so that the heat generated during the afterburning of the gases is converted into one as possible raised temperature increase.

Zur Anzeige des brennbaren. Bestandteiles d.es Gases dient dann. die Temperaturdifferenz zwischen der Meß- und Vergleichskammer, die mitte!ls eines Vielfachthermoelementes erfaßt werden kann., welches in möglichst guten Wärmekontakt mit den Wänden der beiden Kammern. steht. To display the flammable. Component of the gas is then used. the temperature difference between the measuring and comparison chambers, the middle one Multiple thermocouple can be detected. Which in the best possible thermal contact with the walls of the two chambers. stands.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen zwei Skizzen, die nur schematisch gehalten sin.d und infolgedessen die Erfindung nicht auf dargestellte Einzelheiten. beschränken. To explain the invention are two sketches, which are only schematic kept sin.d and consequently the invention is not limited to the details shown. restrict.

In Fig. I enthält ein Block I einen Kan.al 2, durch den das Gas hindurchströmt. Das Gas ist vor seinem Eintritt in. einem bestimmten Verhältnis, welches durch Drosseln 8 eingestellt wird, mit Luft für die Verbrennung gemischt. Bei I7 tritt das Gas wieder aus den Stutzen einer Saugleitung. In Fig. I a block I contains a channel 2 through which the gas flows. Before it enters, the gas is in a certain ratio, which is achieved by throttling 8 is set, mixed with air for combustion. At I7 the gas kicks in again from the nozzle of a suction line.

Der Gasstrom teilt sich im Innern des Blocks in einen Hauptstrom durch: den Hauptkanal 2 und einen Teilstrom durch den Meßkanal 3. Der Meßkanal 3 ist ebenfalls ein Kanal im Innern. des Blocks un.d wird durch zwei Heizpatronen 3, die in dem Meßkanal hintereinander angeordnet sin.d, geheizt. Diese beiden Heizpatronen entwickeln die gleiche Wärmemenge. Daraus ergibt sich in Meß kammer und Vergleichskammer die!selbe Temperatur. Die Stärke des durch. diese Kammern fließenden Teilstromes kann durch Wahl des Querschnittes an d.er Eingangs- oder Ausgangsseite eingestellt werden.; sie ist im allgemeinen verhältnismäßig klein zum Hauptstrom. Wenn. der zur Messung bestimmte Teilstrom in. die Meßkammer I5 eintritt, hat er, solange keine Verbrennung eintritt, wie nachher auch in der Vergleichskammer I6 dieselbe Temperatur. Wenn in der Meßkammer eine Verbrennung entsteht, ergibt sich. daraus ein Temperaturunterschied zwischen der Meßkammer I5 und der Vergleichskammer 6. Nun sind die beiden Kammern jede mit einem gut wärmelelitenden Außenrohr verbunden, welches in Fig. 2 mit 14 bezeichnet ist. Mit diesen beiden Rohren der Meßkammer und der Vergleichskammer sind die Lötstellen eines Vielfachthermoelementes verbunden,, dessen resultierende Spannung unmittelbar von einem Millivoltmetelr 6 gemessen und angezeigt wird. Zu Beginn. der Meßkammer kann der abgezweigte Teilstrom des zu untersuchenden Gases an einer kleinen Glühspiral e vorübergeleitet werden,, welche eine höhere Temperatur als die übrige Meßkammer hat, um auf diese Weise mit Sicherheit zu erreichen, daß eine Zündung stattfindet. Im übrigen. braucht die Temperatur in der Meßkammer nur hoch genug zu sein, um die Verbrennung innerhalb der Meßkammer mit Sicherheit möglichst vollständig gelingen zu lassen. Die sich ergebende Temperaturdifferenz kann auf einem Millivoltmeter unmittelbar als Prozentsatz des Gehaltes an brennbarem Gas angezeigt werden. Der Prozentsatzgehalt kann von 0 bis 100% gehen. weil die Verbrennung nicht von einer katalytischen Wirkung abhängt, und somit auch keine Isatalvsatoren durch zu hohen CO-Gehalt vergiftet werden können.Inside the block, the gas flow divides into a main flow: the main channel 2 and a partial flow through the measuring channel 3. The measuring channel 3 is also a channel inside. of the block un.d is through two heating cartridges 3, which are in the Measuring channel arranged one behind the other sin.d, heated. Develop these two heating cartridges the same amount of heat. This results in the same in the measuring chamber and the comparison chamber Temperature. The strength of the. these chambers flowing partial stream can through Selection of the cross-section on the inlet or outlet side can be set .; it is generally relatively small to the main stream. If. the one for measurement A certain partial flow enters the measuring chamber I5, as long as there is no combustion occurs, as afterwards also in the comparison chamber I6 the same temperature. if a combustion occurs in the measuring chamber, results. from this a temperature difference between the measuring chamber I5 and the comparison chamber 6. The two chambers are now each connected to an outer tube that conducts heat well, which in FIG. 2 is marked 14 is designated. With these two tubes of the measuring chamber and the comparison chamber the soldering points of a multiple thermocouple are connected, the resulting Voltage is measured and displayed directly from a millivoltmetelr 6. to Beginning. the branched off partial flow of the gas to be examined can be in the measuring chamber be passed by a small incandescent spiral, which has a higher temperature than the rest of the measuring chamber in order to achieve in this way with certainty that ignition takes place. Furthermore. only needs the temperature in the measuring chamber to be high enough to ensure that the combustion within the measuring chamber is as safe as possible to be completely successful. The resulting temperature difference can be a millivoltmeter directly as a percentage of the combustible gas content are displayed. The percentage can range from 0 to 100%. because the burn does not depend on a catalytic effect, and therefore also no isolators can be poisoned by excessively high CO levels.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Meßkammer oder die Vergleichskammer gezeigt. Das Innerste der Kammer bildet ein Sin.tertonrohr 9. In Fig. 2 is a cross section through the measuring chamber or the comparison chamber shown. The innermost part of the chamber is formed by a sintered clay tube 9.

Dieses dient als Korrosionsschutz für die Heizwicklung 10 und das metallische Schutzrohr 11 der Heizspirale. Auf der Oberfläche dieses Schutzrohres sind Thermoelemente, beispielsweise Silberkonstantanelemente aufgeschweißt, wie bei 12 angedeutet ist. Um das Schutzrohr 1 1 ist eine schlecht wärmeleitende Masse eingefüllt, beispielsweise Kieselgur oder Magnesia. Die Thermoelemente 12 dienen beispielsweise zur Temperatursteuerung der Heizpatrone. Es können aber auch die Lötstellen des Vielfachthermoelementes 5 dort untergebracht sein. Erst außerhalb des Rohres 14 beginnen dann die Wände des Kammerblocks, in welche die ganze Anordnung eingesetzt ist, damit Meß- und Vergleichskammer vor äußeren Temperatureinflüssen geschützt sind.This serves as corrosion protection for the heating coil 10 and the metallic protective tube 11 of the heating coil. On the surface of this protective tube are thermocouples, for example silver constantan elements, welded on, such as is indicated at 12. To the protective tube 1 1 is a poorly thermally conductive mass filled in, for example kieselguhr or magnesia. The thermocouples 12 are used for example to control the temperature of the heating cartridge. But it can also be Soldering points of the multiple thermocouple 5 can be accommodated there. Only outside of the pipe 14 then begin the walls of the chamber block into which the whole arrangement is used so that the measuring and comparison chamber is in front of the outside Are protected from the effects of temperature.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Mell arrangement for the analysis of combustible Gases. whereby the gases are automatically heated to their ignition temperature and the The temperature increase resulting from the combustion of these gases is a measurable variable serves, characterized in that by way of the to be examined, mixed with air Gas or a partial flow of this gas one behind the other a measuring chamber and a comparison chamber designed in the same way in a manner known per se are arranged in a massive chamber block and controlled by a temperature control. z. B. by means of The.rmoelemente on the required for a gas or a gas component Ignition temperature are heated up.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the The input of the measuring chamber is brought to a higher temperature than the ignition temperature is.

3. Measuring arrangement according to claim I or the following., - characterized. that the heating of the measuring chamber and the comparison chamber by a heating cartridge each takes place electrically and that the heating cartridges are surrounded by a poor heat conductor are.

4. Measuring arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that that the difference between the measuring and comparison chamber temperature by means of a Multiple thermocouple is measurable, the soldering points in. Good thermal contact with the walls. of the l'ciden chambers.

5. INIeß arrangement according to claim X or the following, characterized in that that the difference between the measuring and the lightning chamber temperature by means of resistance thermometers, which are located inside or outside the chambers, is measurable.

6. Measuring arrangement according to claim 4, characterized in that da.s Measuring device for the thermoelectric voltage a scale division according to the percentage of the value to be displayed Has gas.

7. Measuring arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that that the preheating temperature of the measuring and comparison cells is always at least the ignition temperature of the gas you are looking for, but the temperature is below the next higher one Ignition temperature of another combustible gas contained in the gas mixture.

Publications considered: German Patent Specifications No. 273 980, 287 391, 432 087, 493 299, 518 177, 648 669; H e m p e l, »Gas analysis Methods, 1913, pp. 162 to 67.