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Publication number: DEC0008432MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 10. November 1953 Bekanntgemacht am 26. April 1956Registration date: November 10, 1953. Advertised on April 26, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

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-It is known to determine the composition of gas mixtures by measuring the through a electric field caused a change in the heat dissipation of one located in the gas mixture heated body. For this purpose, a device has hitherto been used in which a heating wire within the gas to be determined, an expediently arranged coaxially facing metallic wall. The heating wire is heated by an electric current. His Temperature can be reduced when using a heating wire. a material whose electrical Resistance is highly temperature dependent, by measuring the electrical resistance with the help a Wheatstone bridge can be determined in a simple manner. Is then between the heating wire and the vessel wall an electrical voltage applied in the order of magnitude of a few thousand volts, the heat dissipation and changes thus the temperature of the heating wire with constant heating. You can this way determine the content of gas mixtures of gases that either have a dipole or are polarizable are, such as B. chloromethyl, hydrocyanic acid, hydrogen chloride, sulfur dioxide, water vapor, Acetylene, etc. The only requirement is that the other components of the gas mixture do not contain any Have a dipole and are not noticeably polarized

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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 Änderung derare cash. The latter group of gases includes, for example, hydrogen, nitrogen, oxygen, etc. A However, the disadvantage of the known device is that the heat dissipation and thus the temperature changes of the heating wire not only depend on the content of the gas mixture Dipole possessing or polarizable gases, but also on the thermal conductivity of the Gas mixture depends, so a change in the

ίο Zusammensetzung des Anteils der Gasmischung an dipolfreien oder nicht polarisierbaren Bestandteilen das Meßergebnis stark beeinflußt.ίο Composition of the proportion of the gas mixture Dipole-free or non-polarizable components strongly influences the measurement result.

Man hat diesen Einfluß 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.You have this influence through a differential measurement tries to eliminate by placing one in only one of two otherwise identical devices electrical voltage is applied and then the difference in heating wire temperature is determined. This Measure cannot, however, be satisfactory because there is a change in thermal conductivity the proportion of dipole-free or non-polarizable components in the gas mixture, the temperatures change the heating wires to such an extent that the measurement accuracy suffers greatly.

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. Heizdrahtwicklurigen, 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.It is also known to measure gas flows, etc., so-called hot wire flow meters to use where on a thin-walled, against heat and electric current insulating measuring tube two symmetrically arranged heating wire windings made of one material whose electrical resistance changes sharply with temperature. You measure it the temperature difference between the two caused by the flowing gas. Heizdrahtwicklurigen by the latter are connected as juxtaposed branches in a Wheatstone bridge. Such Hot wire flow meters can be used for the determination of paramagnetic components in Use gases by placing the measuring tube in a magnetic field, as the strength of the Magnetic field-induced gas flow from the paramagnetic content of the gas depends.

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 seinerIt has now been found that you can determine the composition of gas mixtures by measuring the caused by an electric field change in the heat dissipation of a with the gas mixture in Touching standing heated body can determine more advantageous if one as a device a measuring tube used, the outside of his

'5° Wandung zwei symmetrische Heizdrahtwicklungen trägt und im Innern, vorteilhaft koaxial, nur einer der Heizwicklungen gegenüberstehend, eine Elektrode besitzt.'5 ° wall carries two symmetrical heating wire windings and inside, advantageously coaxially, only one facing the heating coils, has an electrode.

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 Meß rohres angeordnete Elektrode kann man in einfachsten Fall einen Metalldraht oder -stab verwenden, der in Richtung der Meßrohrachse so weit in das Meß rohr hineinragt, daß er nur einer der beiden Heizwicklungen gegenübersteht. Um jedoch in der gesamten Länge des Meßrohres in etwa gleiche Strömungs- und Wärmeverhältnisse zu erreichen, wird man zweckmäßiger als Elektrode einen durch die gesamte Länge des Meß rohres 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 g₀ Meßrohr anzuordnen. Die Dicke der Elektrode kann vom dünnen Draht bis zu einem den. Quer-, schnitt des Meßrohres weitgehend ausfüllenden Prisma verändert werden.The measuring tube is expediently made of a thin-walled material, preferably glass. The measuring tube is expediently arranged as a cross connection in an annular chamber. For the heating wire windings, a material is used, its electrical. Resistance is strongly dependent on temperature, such as B. platinum or nickel. In the interests of good heat transfer between the heating wire winding and the measuring tube wall, it is advantageous to design the heating wire as a band. The two symmetrical heating wire windings expediently have a heat insulating layer on the outside. As inside the measuring tube arranged electrode you can use in the simplest case a metal wire or rod that protrudes so far into the measuring tube in the direction of the measuring tube axis that it faces only one of the two heating coils. However, in order to achieve approximately the same flow and heat conditions over the entire length of the measuring tube, a prismatic body made of an electrically non-conductive material that extends through the entire length of the measuring tube and only opposite one of the two heating wire windings is expediently used as the electrode or only on one end and reaching to the border between the two heating wire windings, carries an electrically conductive layer serving as an electrode. You can z. B. choose a glass tube inside which a metallic electrode is inserted. You can also provide a rod or a tube made of an electrically non-conductive material outside or inside in a known manner at the required points with an electrically conductive coating. The cross section of the electrode does not necessarily have to be cylindrical. Likewise, it is not absolutely necessary _{to arrange the electrode exactly centrally in the g 0} measuring tube. The thickness of the electrode can range from a thin wire to a den. Cross section of the measuring tube largely filling the prism can be changed.

An die Elektrode wird eine Spannung, zweck- gg mäßig zwischen 1000 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. ,A voltage is applied to the electrode, moderately between 1000 and 500 volts applied. You can have both a DC voltage and a Use AC voltage. The two heating wire windings are expediently used as the counter electrode. One point of the heating winding is expedient with an annular chamber and earth conductively connected. It can be advantageous to use the measuring tube inside or outside as a counter electrode to apply a metallic layer. ,

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, Elektrode und Gegenelektrode als zwei.sich im Innern des Meß rohres gegenüberstehende elektrisch leitende Flächen auszubilden.Another embodiment provides an electrode and counter electrode as two opposing electrically conductive ones inside the measuring tube To train surfaces.

Nachstehend wird die in der Abbildung dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung näher beschrieben, ohne daß damit der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eingeschränkt werden soll.The embodiment of the device shown in the figure is described in greater detail below without thereby limiting the subject matter of the present invention.

Das Meß rohr ι ist als eine aus dünnwandigem Glas bestehende Querverbindung der Ringkammer 6 ausgebildet. Außen auf der Wandung des Meßrohres 1 sind die beiden symmetrischen Heizdrahtwicklungen 2 und, 3 angebracht, . die von, einer Wärmeisolierschicht 1.0 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 hur 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-The measuring tube ι is made of thin-walled Glass existing cross connection of the annular chamber 6 is formed. Outside on the wall of the measuring tube 1, the two symmetrical heating wire windings 2 and 3 are attached,. those of, one Heat insulating layer 1.0 are surrounded. The electrode 7 made of a thin wire becomes insulated by the metallic annular chamber 6 inserted from one side coaxially into the measuring tube and protrudes so far that it hur the heating wire winding 3, but not facing the heating wire winding 2. The serve as the counter electrode Heating wire windings 2 and 3, which are conductively connected to the metallic ring chamber 6 and the earth.

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bundeii sind. Die Elektrode 7 und die Gegenelektrode sind mit der Spannungsquelle 8 verbunden. Die Stromquelle 9 dient zum Erhitzen der Heizdrahtwicklungen 2 und 3, die zusammen mit den Festwiderständen 4 und 5 und dem Galvanometer 11 eine Wheatstonesche Brücke bilden.bundeii are. The electrode 7 and the counter electrode are connected to the voltage source 8. The power source 9 is used to heat the Heating wire windings 2 and 3, which together with the fixed resistors 4 and 5 and the galvanometer 11 form a Wheatstone bridge.

Wenn man durch die Ringkammer 6 ein Gasgemisch leitet, dessen eine Komponente einen Dipol besitzt oder polarisierbar ist, und dann die symmeirischen 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.If a gas mixture is passed through the annular chamber 6, one component of which is a dipole owns or is polarizable, and then the symmetrical heating wire windings 2 and 3 by means of a Current from the power source 9 heated while between the electrode 7 and the counter electrode If an electrical voltage is applied from the voltage source 8, the heat dissipation from the heating wire winding 3 increases, while the heat dissipation from the heating wire winding 2 is reduced because under the action of the electric field on the gas mixture forms a gas flow in the measuring tube.

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. -The resulting temperature changes in the heating wire windings are in the Wheatstone Bridge as resistance changes, measured. The galvanometer deflection or the change in. Galvanometer deflection can be used directly as a measure for the content of the gas mixture at a dipole owning or polarizable component can be used. -

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, symmeirischen 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.The device described makes it possible for measurements of gases in magnetic Field known advantages of the hot wire flow meter also for measurements of gases in the electrical field Field to use. Due to the arrangement of the two heating wire windings on the outside of the Measuring tube ensures that most of the energy supplied is diverted to the outside, while only a small part of the order of a few percent of the total supplied Energy gets into the gas to be measured. This changes the temperature of the two, symmetrical ones Heating wire windings even if there is a significant change in the dipole-free or non-polarizable parts of the gas mixture 'in terms of thermal conductivity only so little that In contrast to the known devices, it is always possible to change the Exclude sensitivity of the measurement by changing the gas composition.

Angezogene Druckschriften: jReferenced publications: j

Deutsche Patentschriften Nr. 834604, 892-981,German patent specifications No. 834604, 892-981,

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the composition of 'gas mixtures by measurement the change in the heat dissipation caused by an electric field from a person in contact with the gas mixture heated body, characterized by a measuring tube, the outside on its wall two symmetrical heating wire windings and inside, only one of the two heating wire windings opposite, has an electrode.

2. Device for determining the composition of gas mixtures according to claim i, characterized in that a preferably coaxially arranged electrode is used prismatic, possibly hollow, leading through the entire length of the measuring tube Body made of electrically non-conductive material is used, inside or outside, only one opposite the two heating wire windings, has an electrically conductive layer.

3. Device for determining the composition of gas mixtures according to claim ι and 2, characterized in that as Counter electrode an electrically conductive layer attached to the inside or outside of the measuring tube serves.

4. Device for determining the composition of gas mixtures according to claim i, characterized in that the electrode and the counter electrode are two in the Inside the measuring tube opposing electrically conductive surfaces are formed.

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German patent application No. S-2677 IX / 421.

For this purpose ι sheet of drawings