DE970488C - Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen Es ist bekannt, die Zusammensetzung von Gasgemischen zu bestimmen, indem man die durch ein elektrisches Feld bewirkte Veränderung der Wärmeabfuhr eines in dem Gasgemisch befindlichen erhitzten Körpers mißt. Man hat zu diesem Zweck bislang eine Vorrichtung verwendet, in der ein Heizdraht innerhalb des zu bestimmenden Gases einer zweckmäßig koaxial angeordneten metallischen Wand gegenübersteht. Der Heizdraht wird durch einen elektrischen Strom erhitzt. Seine Temperatur kann bei Verwendung eines Heizdrahtes aus einem Material, dessen elektrischer Widerstand stark temperaturabhängig ist, durch Messung des elektrischen Widerstandes mit Hilfe einer Wheatstoneschen Brücke in einfacher Weise bestimmt werden. Wird dann zwischen dem Heizdraht und der Gefäßwand eine elektrische Spannung in der Größenordnung von einigen tausend Volt angelegt, so verändert sich die Wärmeabfuhr und damit bei gleichbleibender Heizung die Temperatur des Heizdrahtes. Man kann auf diese Weise den Gehalt von Gasgemischen an Gasen bestimmen, die entweder einen Dipol besitzen oder aber polarisierbar sind, wie z. B. Chlormethyl, Blausäure, Chlorwasserstoff, Schwefeldioxyd, Wasserdampf, Acetylen usw. Voraussetzung ist nur, daß die anderen Bestandteile des Gasgemisches keinen Dipol besitzen und auch nicht merklich polarisier- bar sind. Zu letzterer Gruppe von Gasen gehören z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff usw. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist jedoch darin zu sehen, daß die Wärmeabfuhr und damit die Temperaturänderungen des Heizdrahtes nicht nur von dem Gehalt der Gasmischung an einen Dipol besitzenden bzw. polarisierbaren Gasen, sondern auch von dem Wärmeleitvermögen der Gasmischung abhängt, so daß eine Anderung der Zusammensetzung des Anteils der Gasmischung an dipolfreien oder nicht polarisierbaren Bestandteilen das Meßergebnis stark beeinflußt.
• Man hat diesen EinfluB durch eine Differenzmessung zu beseitigen versucht, indem man nur in einer von zwei sonst gleichen Vorrichtungen eine elektrische Spannung anlegt und dann den Unterschied der Heizdrahttemperatur bestimmt. Diese Maßnahme kann jedoch noch nicht befriedigen, weil sich bei einer Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Anteils der Gasmischung an dipolfreien oder nicht polarisierbaren Bestandteilen die Temperaturen der Heizdrähte so weit ändern, daß die Meßgenauigkeit darunter stark leidet.
• Es ist weiterhin bekannt, zur Messung von Gasströmungen usw. sogenannte Hitzdrahtströmungsmesser zu verwenden, bei denen auf einem dünnwandigen, gegen Wärme und elektrischen Strom isolierenden Meßrohr zwei symmetrisch angeordnete Heizdrahtwicklungen aus einem Material angeordnet sind, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur stark ändert. Man mißt dabei den durch das strömende Gas bewirkten Temperaturunterschied der beiden Heizdrahtwicklungen, indem man letztere als nebeneinanderliegende Zweige in eine Wheatstonesche Brücke schaltet. Derartige Hitzdrahtströmungsmesser lassen sich für die Bestimmung von paramagnetischen Bestandteilen in Gasen verwenden, indem man das Meßrohr in ein Magnetfeld bringt, da die Stärke der durch das Magnetfeld hervorgerufenen Gasströmung von dem Gehalt des Gases an paramagnetischen Bestandteilen abhängt.
• Es wurde nun gefunden, daß man die Zusammensetzung von Gasgemischen durch Messung der durch ein elektrisches Feld bewirkten Veränderung der Wärmeabfuhr eines mit dem Gasgemisch in Berührung stehenden erhitzten Körpers vorteilhafter bestimmen kann, wenn man als Vorrichtung ein Meßrohr verwendet, das außen auf seiner Wandung zwei symmetrische Heizdrahtwicklungen trägt und im Innern, vorteilhaft koaxial, nur einer der Heizwicklungen gegenüberstehend, eine Elektrode besitzt.
• Das Meßrohr besteht zweckmäßig aus einem dünnwandigen Material, vorzugsweise Glas. Zweckmäßig ordnet man das Meßrohr als Querverbindung einer Ringkammer an. Für die Heizdrahtwicklungen verwendet man ein Material, dessen elektrischer Widerstand stark temperaturabhängig ist, wie z. B. Platin oder Nickel. Im Interesse eines guten Wärmeüberganges zwischen Heizdrahtwicklung und Meßrohrwandung ist es vorteilhaft, den Heizdraht als Band auszubilden. Die beiden symmetrischen Heizdrahtwicklungen tragen außen zweckmäßig eine Wärmeisolierschicht. Als im Innern des Meßrohres angeordnete Elektrode kann man in einfachsten Fall einen Metalldraht oder -stab verwenden, der in Richtung der Meßrohrachse so weit in das Meßrohr hineinragt, daß er nur einer der beiden Heizwicklungen gegenübersteht. Um jedoch in der gesamten Länge des Meßrohres in etwa gleiche Strömungs- und Wärmeverhältuisse zu erreichen, wird man zweckmäßiger als Elektrode einen durch die gesamte Länge des Meßrohres hindurchreichenden prismatischen Körper aus einem elektrisch nicht leitenden Material verwenden, der nur gegenüber einer der beiden Heizdrahtwicklungen bzw. nur auf einem Ende und bis zur Grenze zwischen . den beiden Heizdrahtwicklungen reichend, eine elektrisch leitende als Elektrode dienende Schicht trägt. Man kann z. B. ein Glasrohr wählen, in dessen Innerem eine metallische Elektrode eingeführt ist. Man kann auch einen Stab oder ein Rohr aus einem elektrisch nicht leitenden Material außen oder innen in bekannter Weise an den erforderlichen Stellen mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen. Der Querschnitt der Elektrode braucht nicht unbedingt zylindrisch zu sein. Ebenso ist es nicht unbedingt erforderlich, die Elektrode genau zentrisch im Meßrohr anzuordnen. Die Dicke der Elektrode kann vom dünnen Draht bis zu einem den Querschnitt des Meßrohres weitgehend ausfüllenden Prisma verändert werden.
• An die Elektrode wird eine Spannung, zweckmäßig zwischen IOOO und 500 Volt, angelegt. Man kann sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung verwenden. Als Gegenelektrode verwendet man zweckmäßig die beiden Heizdrahtwicklungen. Dabei wird ein Punkt der Heizwicklung zweckmäßig mit Ringkammer und Erde leitend verbunden. Es kann vorteilhaft sein, auf das Meßrohr innen oder außen als Gegenelektrode eine metallische Schicht aufzubringen.
• Eine weitere Ausführungsform sieht vor, Elektrode und Gegenelektrode als zwei sich im Innern des Meßrohres gegenüberstehende elektrisch leitende Flächen auszubilden.
• Nachstehend wird die in der Abbildung dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung näher beschrieben, ohne daß damit der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eingeschränkt werden soll.
• Das Meßrohr I ist als eine aus dünnwandigem Glas bestehende Querverbindung der Ringkammer 6 ausgebildet. Außen auf der Wandung des Meßrohres I sind die beiden symmetrischen Heizdrahtwicklungen 2 und 3 angebracht, die von einer Wärmeisolierschicht IO umgeben sind. Die aus einem dünnen Draht bestehende Elektrode 7 wird isoliert durch die metallische Ringkammer 6 von der einen Seite koaxial in das Meßrohr eingeführt und ragt so weit hinein, daß sie nur der Heizdrahtwicklung 3, jedoch nicht der Heizdrahtwicklung 2 gegenübersteht. Als Gegenelektrode dienen die Heizdrahtwicklungen 2 und 3, die mit der metallischen Ringkammer 6 und der Erde leitend ver- hunden sind. Die Elektrode 7 und die Gegenelektrode sind mit der Spannungsquelle 8 verbunden. Die Stromquelle g dient zum Erhitzen der Heizdrahtwicklungen 2 und 3, die zusammen mit den Festwiderständen 4 und 5 und dem Galvanometer II eine Wheatstonesche Brücke bilden.
• Wenn man durch die Ringkammer 6 ein Gasgemisch leitet, dessen eine Komponente einen Dipol besitzt oder polarisierbar ist, und dann die symmetrischen Heizdrahtwicklungen 2 und 3 mittels eines Stromes aus der Stromquelle 9 erhitzt, während man zwischen der Elektrode 7 und der Gegenelektrode eine elektrische Spannung aus der Spannungsquelle 8 anlegt, so wird die Wärmeabfuhr aus der Heizdrahtwicklung 3 erhöht, während sich die Wärmeabfuhr aus der Heizdrahtwicklung 2 verringert, da sich unter der Einwirkung des elektrischen Feldes auf das Gasgemisch im Meßrohr eine Gasströmung ausbildet.
• Die dadurch bewirkten Temperaturänderungen der Heizdrahtwicklungen werden in der Wheatstoneschen Brücke als Widerstandsänderungen gemessen.
• Der Galvanometerausschlag bzw. die Änderung des Galvanometerausschlages kann direkt als Maß für den Gehalt des Gasgemisches an einer einen Dipol besitzenden oder polarisierbaren Komponente verwendet werden.
• Die beschriebene Vorrichtung macht es möglich, sich der für Messungen von Gasen im magnetischen Feld bekannten Vorteile des Hitzdrahtströmungsmessers auch bei Messungen von Gasen im elektrischen Feld zu bedienen. Durch die Anordnung der beiden Heizdrahtwicklungen außen auf dem Meßrohr wird erreicht, daß der größte Teil der zugeführten Energie nach außen abgeleitet wird, während nur ein kleiner Teil in der Größenordnung von wenigen Prozenten der insgesamt zugeführten Energie in das zu messende Gas gelangt. Dadurch ändert sich die Temperatur der beiden symmetrischen Heizdrahtwicklungen auch bei einer wesentlichen Veränderung der dipolfreien bzw. nicht polarisierbaren Anteile des Gasgemisches in bezug auf Wärmeleitvermögen nur so wenig, daß es im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen immer möglich ist, eine merkliche Änderung der Empfindlichkeit der Messung durch Wechsel der Gaszusammensetzung auszuschließen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen durch Messung der durch ein elektrisches Feld bewirkten Veränderung der Wärmeabfuhr eines mit dem Gasgemisch in Berührung stehenden erhitzten Körpers, gekennzeichnet durch ein Meßrohr, das außen auf seiner Wandung zwei symmetrische Heizdrahtwicklungen trägt und innen, nur einer der beiden Heizdrahtwicklungen gegenüberstehend, eine Elektrode besitzt.
2. 2. Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode ein vorzugsweise koaxial langeordneter prismatischer, gegebenenfalls hohler, durch die gesamte Länge des Meßrohres führender Körper aus elektrisch nicht leitendem Material dient, der innen oder außen, nur einer der beiden Heizdrahtwicklungen gegenüberstehend, eine elektrisch leitende Schicht besitzt.
3. 3. Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenelektrode eine innen oder außen auf dem Meßrohr angebrachte elektrisch leitende Schicht dient.
4. 4. Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen nach Anaspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrode und Gegenelektrode als zwei sich im Innern des Meßrohres gegenüberstehende elektrisch leitende Flächen ausgebildet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 834604, 892 98I, 907359, 805 8I5; deutsche Patentanmeldung Nr. S 2677 In/42 1.