DE1249566B

DE1249566B -

Info

Publication number: DE1249566B
Application number: DEH55933A
Authority: DE
Publication date: 1967-09-07

Description

DEUTSCHES -WJiTWW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 421-4/10

Nummer: 1 249 566

Aktenzeichen: H 55933IX b/421

1 249 366 Anmeldetag: 30. April 1965

Auslegetag: 7. September 1967

Bei Gasanalysegeräten, die auf dem Hitzedrahtyerfahren beruhen, ist als Meßfühler in der Regel mindestens ein temperaturabhängiger Hitzdraht vorgesehen, der sich in einer Meßkammer befindet und einen Zweig einer Wheatstoneschen Brückenschaltung bildet. Der Hitzdraht ist dem Meßgas ausgesetzt und ändert seinen Widerstand entsprechend der Zusammensetzung des Meßgases. Das Maß für die Konzentration der zu messenden Gaskomponente ist die Brückenverstimmung, die mit einem in der Brückendiagonale eingeschalteten Instrument gemessen wird.

Eine andere Methode zur Bestimmung der Gaszusammensetzung nach demj^rjmej^eitfähijkdtsyerfahren besteht darin, als Meßfühler ein schaltendes Bimetallelement zu benutzen. Das Element ist in einem vom Meßgas durchflossenen Gehäuse untergebracht und wird durch einen elektrischen Strom aufgeheizt. Der ausgelöste Regelvorgang bewirkt, daß das Element eine bestimmte Temperatur annimmt, iwobei die Dauer der laufend zugeführten Stromfimpulse von der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases abhängt. Mit einem elektrischen Meßinstrument wird der für die Gaszusammensetzung maßgebende Mittelwert des pulsierenden Stromes bestimmt.

Die Erfindung geht von dem zuerst genannten Hitzdrahtverfahren aus. Sie schlägt eine besondere Anordnung zum Brückenabgleich vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zusätzlicher Stromkreis mit einstellbarer und meßbarer, der Anzeige der Gaszusammensetzung dienender Stromstärke bzw. Leistung vorgesehen ist, der einen oder mehrere temperaturabhängige Widerstände der Brücke entweder durch direkten Stromdurchgang oder indirekt über getrennte Heizwiderstände im Sinn der Herbeiführung des Brückengleichgewichtes aufheizt. Das Aufheizen der temperaturabhängigen Brückenwiderstände kann in vorteilhafter Weise dadurch geschehen, daß die Ausgangsspannung der Brücke einem elektrischen Regler zugeführt ist, der die zum Brückenabgleich benötigte Energie im zusätzlichen Stromkreis steuert. Es spielt für die Erfindung keine Rolle, welche physikalischen Eigenschaften des Meß gases die Temperatur des Hitzdrahtes beeinflussen. Es können dies z. B. Wärmeleitfähigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit, auch in der Form des magnetischen Windes bei magnetischen Sauerstoffmessern und anderen Eigenschaften, die mit Hitzdrahtgeräten gemessen werden, sein.

Es ist ein Verfahren zur magnetischen Sauerstoffanalyse bekannt, bei dem als Meßfühler ein temperaturabhängiger Draht so aufgeheizt wird, daß seine Ausgangs- oder Bezugstemperatur konstant gehalten Anordnung zur Gasanalyse nach dem
Hitzdrahtverfahren

Anmelder:

Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M. W 13, Gräfstr. 97

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Heinz-Dieter Göldner,
Dipl.-Chem. Karl Hartmann, Frankfurt/M.

wird. Diese Maßnahme steht nicht im Einklang mit dem Merkmal der Erfindung. Es wird nämlich nicht die durch den Meßeffekt hervorgerufene Temperaturänderung des in der Meßzelle befindlichen Hitzdrahtes ausgeglichen, sondern es wird die Grundtemperatur der Hitzdrähte konstant gehalten, um störende Einflüsse, wie sie trotz konstanter Heizung der Drähte durch unterschiedliche Meßgaszusammensetzung oder unterschiedlichen Meßgasdruck auftreten, zu eliminieren. So wird erreicht, daß sich die Temperatur des Hitzdrahtes in der Meßkammer, wie es sein muß, nur insoweit ändert, als das Gas dem magnetischen Einfluß unterliegt.

Die Erfindung wird nun durch ein Ausführungsbeispiel an Hand der Schemazeichnung erläutert. Die Brückenschaltung besteht aus Widerständen R₁ bis R_i. Der Widerstand R₂ sei als temperaturabhängiger Hitzdraht ausgebildet. An der Brücke liegt die konstante Speisespannung U_v, die sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung sein kann. In gutem Wärmekontakt mit dem Hitzdraht R₂, jedoch nicht elektrisch mit ihm verbunden, ist ein Heizwiderstand R₅ angeordnet. Er wird gespeist vom Ausgang eines Regelverstärkers V, der eingangsseitig an die Ausgangsspannung der Brücke angeschlossen ist. Der die gasanalytische Meßgröße kennzeichnende Ausgangsstrom oder auch die Ausgangsleitung werden mit einem Meßinstrument A gemessen.

Der Regelverstärker V weist zweckmäßig ein integrales Verhalten auf. Dadurch wird bei einer Anderung der Meßgröße die dem Heizwiderstand R₅ zugeführte Leistung stets so verändert, daß sich das Brückengleichgewicht wieder exakt einstellt. Die zur thermischen Kompensation der Brücke benötigte Leistung bzw. der zugeführte Strom sind somit ein eindeutiges Maß für die nach der Hitzdrahtmethode bestimmte Zusammensetzung des einer Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle zugeführten Meßgases.

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Claims

Je nach Ausbildung der Brücke und der Meßgaszusammensetzung ergeben sich noch weitere Möglichkeiten für den auf thermische Weise vorgenommenen Brückenabgleich. So kann der Brückenabgleich auch dadurch herbeigeführt weruen, daß S neben Ri auch Ri als temperaturabhängiger Hitzdraht ausgebildet und mit R5 in Wärmekontakt gebracht ist. Dabei ist R2 der durch das Meßgas abgekühlte temperaturabhängige Hitzdraht, während Ri dem Vergleichsgas ausgesetzt ist. Für den Fall, daß der vom Meßgas umspülte Hitzdraht infolge geringer Wärmeleitfähigkeit des Meßgases eine höhere Temperatur annehmen würde als die übrigen Brückenglieder, ist der Heizwiderstand R5 entweder oder Rz zuzuordnen. Des weiteren ist die Abwandlung zu erwähnen, daß zwei in der Brücke gegenüberliegende Hitzdrähte, z. B. R2 und Ri, dem Meßgas ausgesetzt sind. Unterliegen sie einer Kühlwirkung durch das Meßgas, so müssen beide Widerstände mit Hilfe der Regelanordnung aufgeheizt werden; würde sich andererseits durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit des Meßgases eine höhere Temperatur an R2 und Ri einstellen als an R1 und R3, so müßte und R3 Wärmeenergie zugeführt werden. Die Aufheizung der Hitzdrähte mit Hilfe des zusätzlichen Stromkreises kann an sich auch durch direkte, Zuführung elektrischer Energie erfolgen. Es müßte dann Vorsorge getroffen werden, daß die elektrischen Kreise der Brücke und des zusätzlichen Heizkreises sich gegenseitig nicht beeinflussen. Führen die beiden Stromkreise unterschiedliche Stromarten, z. B. Gleich- bzw. Wechselstrom, so können die bekannten Mittel zur elektrischen Trennung eingesetzt werden. Mit Rücksicht auf eine schnelle Einstellung des Meßwertes ist es zweckmäßig, dem Heizwiderstand die Form eines Hitzdrahtes zu geben. Eine meßtechnisch günstige Lösung besteht darin, ihn eng benachbart zu dem eigentlichen Meßdraht in einer kleinen Glaskapillare unterzubringen. Es hat sich gezeigt, daß gegenüber der bekannten Methode der Meßvorgang nicht langsamer vonstatten geht, insbesondere dann nicht, wenn die aktiven Brückenzweige wie beschrieben konstruiert sind und diejenige Schaltungsanordnung-ausgewählt wird, bei der alle Brückenwiderstände die gleiche Temperatur aufweisen. Dies ist verständlich, wenn man berücksichtigt, daß infolge der einheitlichen Temperatur aller Brückenwiderstände praktisch keine den Meßvorgang verzögernden thermischen Ausgleichsvorgänge zwischen den Brückenwiderständen und der Meßkammer stattfinden. Eine vorteilhafte Eigenschaft des Gerätes ist es, daß der Ausgang des Regelverstärkers einen eingeprägten Strom abgibt, so daß noch weitere Registrier- und Regelgeräte in Reihe zum Anzeigeinstrument geschaltet werden können. Die Symmetrie der Anordnung sowohl in elektrischer als auch in thermischer Hinsicht bringt es mit sich, daß die Anzeige durch Störgrößen kaum beeinflußt wird. Auch die Spannungsabhängigkeit ist erheblich geringer als bei den bekannten Wärmeleitfähigkeitsbrücken. Ferner kann die Heizleistung der Brücke herabgestzt und ein Verstärker mit verhältnismäßig niedrigem Eingangswiderstand benutzt werden. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Gasanalyse nach dem Hitzdrahtverfahren mit einer elektrischen Brückenschaltung, die mindestens einen durch den Brükkenstrom erwärmten temperaturabhängigen Widerstand enthält, dessen Temperatur durch die Gaseigenschaften beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Stromkreis mit einstellbarer und meßbarer, der Anzeige der Gaszusammensetzung dienender Stromstärke bzw. Leistung vorgesehen ist, der einen oder mehrere temperaturabhängige Widerstände der Brücke entweder durch direkten Stromdurchgang oder indirekt über getrennte Heizwiderstände im Sinn der Herbeiführung des Brückengleichgewichtes aufheizt.

2. Anordnung zur Gasanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Brücke einem elektrischen Regler zugeführt ist, der die zum Brückenabgleich benötigte Energie im zusätzlichen Stromkreis steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen