DE1906879A1

DE1906879A1 - Fluidisches Gasverhaeltnis-Messgeraet

Info

Publication number: DE1906879A1
Application number: DE19691906879
Authority: DE
Inventors: Rauch William Theodore; Avery Howard William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1969-02-12
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3554004A; CH490676A; FR2002450A1

Description

Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine fluidische Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses oder der Zusammensetzung zweier bekannter Gase. Insbesondere betrifft die Erfindung einen fluidischen Oszillatorkreis, der mit Mitteln zur Anzeige der Oszillatorfreauenz für das Verhältnis der Gase zueinander oder für die Volumenprozente der Gase versehen ist.

CO O CD OO

Es gibt viele Anwendungsfälle, in denen es notwendig ist, die Zusammensetzung (Volumenverhältnis) zweier bekannter Gase zu bestimmen, oder die Anwesenheit eines fremden oder verunreinigenden Gases in einer bestimmten gasförmigen Umgebung festzustellen. Beispielsweise ist es bei einer umlaufenden elektrischen Generatoranordnung, in der Wasserstoffgas als Kühlmedium verwendet wird, erforderlich, daß Luft von dem Wasserstoff ferngehalten wird, um eine mögliche Explosion oder andere Katastrophen zu verhindern, die durch die Mischung von Wasserstoff

in Luft hervorgerufen werden. Auf ähnliche Weise erfordern viele Prozesse in der chemischen Industrie eine spezifische Zusammensetzung zweier bekannter Gase., um eine bestimmte chemische Reaktion zu erreichen.

Eine übliche Vorrichtung zur Messung des Verhältnisses zweier bekannter Gase ist eine elektrische Wheatstone'sehe Brücke, in der ein Widerstand in einem ersten Zweig der Brücke in Bezug zu einem Gasmedium gesetzt ist. In dem zweiten Zweig wird ein Widerstand in dem gasförmigen Medium erhalten, das einer Analyse unterzogen wird. Der Nachteil einer Messung mit Hilfe einer Wheatstone'sehen Brücke liegt darin, daß eine elektrische Energiequelle notwendig ist, die in einigen Fällen nicht leicht verfügbar sein könnte. Darüberhinaus kann die Verwendung elektrischer Energie eine potentielle Gefahrenquelle darstellen und zwar in dem Fall, daß die Gase bei Auftreten eines Funkens, der leicht durch die elektrische Schaltung verursacht werden kann, explodieren können.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auch als Detektor für Gasverunreinigungen arbeitendes Gasverhältnis-Meßgerät zu schaffenj das auf der Fluidik beruht und als Betätigungmedium ein unter Druck gesetztes Strömungsmittel verwendet.

Es ist ferner Aufgabe dieser Erfindung, den Anzeige-Detektor auf dem Prinzip aufzubauen, daß die Betriebsfrequenz des fluidischen Oszillators von den Gaskonstanten des zugeführten gasförmigen Mediums abhängt.

Kurz gesagt, werden die Aufgaben erfindungsgemäß durch einen fluidischen .Oszillator und Mittel zur Anzeige der Frequenz von Fluid-Druckimpulsen gelöst, die durch den Oszillator erzeugt werden. Der fluidische Oszillator ist-ein Kreis, der von einem oder mehreren untereinander verbundenen Fluid-Verstärkern und einer Rückkopplungsschaltung gebildet wird, um Fluid-Druckimpulse zu erzeugen, deren Frequenz von der Gaskonstante des zu-

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geführten gasförmigen Mediums abhängt. Für die Meßwertangabe kann jedes für die Anzeige der Oszillatorfrequenz geeignete Mittel verwendet werden. Im Falle eines Gasverhältnis-Meßgerätes ist die Meßwertanzeige mit einer Teilung versehen, um das Verhältnis oder die prozentuale Mischung eines der zwei bekannten Gase anzuzeigen, die dem fluidischen Oszillator zugeführt werden. Im Falle eines Detektors für Gasverunreinigungen ist die Oszillatorfrequenz für eine reine Atmosphäre eines bestimmten Gases bekannt, und irgendeine Abweichung von dieser bestimmten Frequenz ist ein Hinweis auf das Vorhandensein eines unerwünschten oder verunreinigenden. Gases.

Die Erfindung wird nun zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines ersten -Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung, in der eine mechanisch resonante Anzeigevorrichtung verwendet ist. Fig. 2 ist eine p-raphische Darstellung des Frequenzverlaufes über der prozentualen Zusammensetzung, die mit einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 für eine Heliumverunreinigung der Luft ge- wonnen wurde.

Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer für die vorliegende Erfindung verwendbaren Anzeige, in der ein pneumatoelektrischer Wandler verwendet ist.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Frequenzverlaufes über der prozentualen Zusammensetzung für eine Mischung von Luft in Wasserstoff.

In wifrur 1 ist eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt, in der eine Meßwertangabe mit mechanischer Resonanz für die Anzeige des Verhältnisses oder der Volumenzusammensetzung zweier bekannter Gase oder für das Vorhandensein eines

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verunreinigenden Gases in einer bestimmten gasförmigen Umgebung verwendet ist. Die Erfindung beinhaltet die Kombination von wenigstens zwei Komponenten, nämlich einer fluidischen Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Fluid-Druckimpulsen mit einer Oszillationsfrequenz . die von den Gaskonstanten der zugeführten Gase abhängts und einer darauf ansprechenden Meßwertanzeige 4. die für eine Wiedergabe der Oszillationsfrequenz geeignet ist. In vielen Fällen wird auch ein geeigneter Wandler 25 erforderlich sein, um die Fluid-Impulse so umzuformen, daß sie für eine Verwendung durch die Meßwertanzeige geeignet sind. Es ist festgestellt worden, daß zwischen der Oszillator-frequenz und dem Verhältnis oder der prozentualen Volumenzusammensetzung zweier bekannter Gase eine proportionale Beziehung besteht. Deshalb kann die Meßwertanzeige ohne weiteres mit einer Teilung versehen werden, um das Gasverhältnis oder die Prozentangabe direkt abzulesen. Diese proportionale Beziehung ist aus der bekannten Gleichung 60 ^J R · T*entwickelt, in der CO = 2 Iff ,R die Gaskonstante und T die absolute Temperatur ist. Da sich die Gaskonstanten aus R = 1.544 / MW errechnet, wobei MW das Molekulargewicht bedeutet, ist ersichtlich; daß die Oszillatorfrequenz der Quadratwurzel des Molekulargewichtes des zu überwachenden, bestimmten gasförmigen Mediums umgekehrt proportional ist. Somit muß die Meßwertanzeige mit einem Frequenzbereich gewählt werden. der den bestimmten überwachten Gasen angepasst ist. Es sei darauf hingewiesen, daß eine bestimmte proportionale Beziehung zwischen der Oszillatorfrequenz und der prozentualen Gaszusammensetzung nur für die Oszillatorkreise mit identischen Fluid-Verstärkern gültig ist, da die Betriebsfrequenz auch von der Geometrie und der Größe des Elementes (der Elemente) des Fluid-Verstärkers und der Rückkopplungsschaltung abhängt, die den Oszillatorkreis bilden.

Die Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Fluid-Druckimpulsen umfaßt einen oder mehrere miteinander verbundene Fluid-Verstärkerelemente und eine Rückkopplungsschaltung zur Bildung eines fluidischen Oszillatorkreises J>, In dem bestimmten, in Figur 1

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dargestellten Oszillator 3_; enthält der Oszillator einen üblichen analogartigen Fluid-Verstärker und ein Paar Rückkopplungskanäle 6 und 7 für die Fluid-Strömung, die von den Ausgängen des Fluid-Verstärkers 5 in Gegenkopplung mit dessen Steuereingängen verbunden sind. Die Kanäle 6 und 7 sorgen für eine induktive Wirkung auf die Fluid-Strömung und können lange, enge, eingeschlossene Schlitze enthalten, die für einen einheitlichen Aufbau In dem gleichen Grundmaterial ausgebildet sind, in dem auch die Strömungskanäle des Fluid-Verstärkerelementes gebildet sind. Die andere Möglichkeit besteht darin, daß die Kanäle 6 und 7 eine Rohrleitung großer Längen mit kleinem Durchmesser enthalten,- die extern zwischen die Ausgänge und die Steuereingänge des Fluid-Verstärkers geschaltet ist. Es ist ein ™ Fluid-Verstärker üblicher Art verwendbar, und sein Aufbau braucht an dieser Stelle nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Falls eine genaue Beschreibung dieser Vorrichtung von Interesse ist, sei auf das US Patent 3 232 533 mit dem Titel "Fluid-Operated Logic Circuit" und dort insbesondere auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Die analoge oder nach Art eines Impulsaustausches arbeitende Vorrichtung 5 enthält einen Einlaß 8 für die Leistungsströmung, der zur Bildung eines konstanten Strömungsstrahles in eine Verengung oder Düse mündet. Die Vorrichtung ist aktiv, da der Einlaß für die Leistungsströmung normalerweise mit einer Quelle 9 einer konstanten Druckströmung verbunden ist, um dadurch für einen konstant fließenden Leistungsstrahl zu sor- λ gen. Für den vorliegenden Anwendungsfall ist das zu überwachende Gas die Quelle der konstanten Druckströmung. Ein Paar gegenüberliegend angeordneter Einlasse 10 und 11 für die Regelströmung münden In.Düsen, um Rege1strömungsstrahlen zu bilden, die auf entgegengesetzte Seiten des Leistungsstrahles gerichtet sind. Dadurch Ist der Leistungsstrahl relativ zu einem Paar FIuId-Empfäno-ern 12 und 13 ablenkbar, ,die bezüglich der Leistungsdüse stromabwärts angeordnet sind. Die in den Empfängern aufgenommene Leistungsströmung (Druckrückgewinnung) wird durch den Ablenkungsgrad des Leistungsstrahles bestimmt. der durch den resultierenden seitlichen Impuls der zwei gegenüberliegenden Regelstrahlen her-

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vorgerufen wird. Würden die Regelstrahlen fehlen, so wäre der Leistungsstrahl in die Mitte zwischen die 2 Empfänger gerichtet. In der Nähe der Empfänger sind auf gegenüberliegenden Seiten des Leistungsstrahles ein Paar Abzugskanäle 14 und 15 angeordnet. Sie stehen in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre oder einem Fluid-Sammelbehälter, um einen überschüssigen Fluid-Druck in den Empfängern aufzuheben. Es kann auch in der Mitte ein Abzugskanal 32 verwendet werden.

Der den analogen Verstärker 5 und die Rückkopplungskanäle 6 und 7 umfassende Kreis erzeugt in den Empfängern 12 und 13 Fluid-Wechseldruckimpulse, wenn der Einlaß 8 für die Leistungsströmung mit einer konstanten Druckgasquelle 9 verbunden ist. Somit können die Ausgänge der Empfänger 12 und 13 durch eine geeignete Rohrleitung direkt mit der Meßwertanzeige oder einem Zwischenumformer verbunden sein, um die Betriebsfrequenz des Oszillators zu bestimmen. Es ist jedoch festgestellt worden, daß viele mit einem analogartigen Fluid-Verstärker bestückten Oszillatorkreise mit wachsendem Druck der Leistungsströmung einen ansteigenden Frequenzverlauf aufweisen. Da das zu überwachende Gas nicht notwendigerweise auf einem genau konstanten Druck gehalten ist, sollten einige einfache und billige Mittel vorgesehen sein, um diese variable Frequenz über dem Druck sehr klein zu halten, so daß dadurch ein genaueres Gasverhältnis-Meßgerät erhalten wird. Eine naheliegende Lösung besteht darin, einen Oszillatorkreis mit einem analogartigen Fluid-Verstärker zu wählen, dessen Frequenz über dem Druck im wesentlichen flach verläuft . Eine andere Lösung ist die Verwendung einer zweiten Stufe mit einem digitalartigen Fluid-Verstärker 16". Viele digitalartigen Fluid-Verstärker weisen einen fallenden Verlauf der Frequenz über dem Druck auf und liefern somit ein zweckmäßiges Mittel, um die ansteigenden Kennlinien des Analogverstärkers auszugleichen. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, daß für diese Erfindung jeder fluidische Oszillatorkreis verwendet werden kann; das Kriterium besteht darin, daß die Oszillatorfrequenz im wesentlichen druckunempfindlich ist, d.h. sie soll

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über einen vernünftigen Druckbereich von dem Fluid-Speisedruck unabhängig sein.

Der digital ar ti pe Fluid-Verstärker l6., der für eine Kompensation der ansteigenden Kennlinie der Frequenz über dem Druck in dem Analogverstärker 15 sorgt. weist einen üblichen Aufbau auf und hinsichtlich der Einzelheiten dieses Elementes wird auf das bereits genannte US Patent 3 232 533 verwiesen. Kurz gesagt, ist die digitale Vorrichtung 16 ein bistabiles Element mit einem Einlaß 17 für eine Leistungsströmung, der zur Bildung eines konstanten Strömungsstrahles der Leistungsströmung in eine Düse ^ mündet. Sie enthält ferner ein Paar gegenüberliegend angeordneter Einlasse 18 und 19 für die Regelströmung, die mit den Empfängern 12 bzw. 13, in Verbindung stehen und in Düsen münden, um auf entgegengesetzte Seiten des Leistungsstrahles gerichtete Regelströmungsstrahlen zu bilden. Der Leistungsströmungseinlaß 17 wird von einer konstanten Fluid-Druckquelle 9 gespeist, die sich auf dem gleichen Druck wie die Quelle 9 in der analogen Stufe 5 befinden kann, und auf Jeden Fall enthält sie das zu überwachende Gas. Die Regelstrahlen lenken den'Leistungsstrahl innerhalb einer Zwischenwirkungskammer ab, die durch ein Paar gegenüberliegend angeordneter und divergierender Seitenwände gebildet wird. Diese erhalten eine Grenzschichtwirkung, um die Leistungsströmung im wesentlichen ausschließlich auf einen der zwei ^ Fluid-Empfänger 20 und 21 zu beschränken, die bezüglich des Einlasses der Leistungsströmung stromabwärts angeordnet sind. Der Jeweilige Empfänger, der die Leistungsströmung allein aufnimmt, wird durch den Druckunterschied der Regelströmung bestimmt, die den Regelströmungseinlässen 18 und 19 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des digitalen Fluid-Verstärkers 16 ist somit ein differenziell unter Druck gesetztes Fluid-Signal mit einem Rechteckwellen-Wechselimpulszug konstanter Amplitude, der die gleiche Frequenz besitzt, wie das am Ausgang des Analogverstärkers 5 entwickelte impulsförmige Signal. Bevorzugt sind auch in der digitalen Vorrichtung. 16₃ in der Nähe der Empfänger und auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenwirkungskammer zwei IMf -

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- 8 tungen 22 und 23 vorgesehen.

Die Meßwertanzeige 4 für das erfindungsgemäße Gasverhältnis-Meßgerät enthält eine mechanisch resonante Vorrichtung. Um für diese Vorrichtung ein geeignetes Signal zu erzeugen, wird zur Umwandlung der Fluid-Druckimpulse in den Empfängern 20, 21 in mechanische Schwingungen ein pneumato-mechanischer Umformer 25 verwendet. Für die vorliegende Erfindung können viele Arten mechanisch resonanter Meßwertanzeigen und pneumato-mechanische Umformer verwendet werden. Als ein bestimmtes Beispiel für eine Meßwertanzeige zeigt Fig. 1 eine kammartige Anordnung frequenzabhängiger Zungen 24. Diese Art wird üblicherweise in elektrischen Frequenzmeßgeräten verwendet, um die Drehzahlen von Motoren und Generatoren anzuzeigen. Die den Zungen 24 zugeführte mechanische Erregung wird durch einen pn^umato-mechanischen Umformer 25 in Form einer Membran mit Kammern 26 und 27 erzeugt, die mit den wechselseitigen Ausgängen 21 bzw. 20 des Digitalverstärkers l6 verbunden sind. Die Fluid (Gas)-Druckimpulse in den Empfängern 20. 21 erzeugen eine mechanische Schwingung der Membran 25_Λ die über einen damit in Berührung stehenden Arm 28 auf die. Kammbasis 29 übertragen wird. Die nicht gehalterten Ende der Zungen 24 können frei schwingen, wenn sie bei oder in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz erregt werden. Im allgemeinen schwingen nur ein oder zwei-Zungen mit einer bedeutenden Amplitude zugleich. Die gehalterten Ende der Zungen stehen mit der 'Kammbasis 29 in Verbindung, die an einem Teil 30 mit geringem Gewicht verbunden ist, das wiederum an der Innenfläche der Umhüllung (nicht gezeigt) für das erfindungsgemäße Gasverhältnis-Meßgerät befestigt ist. Als geeignete Anzeige ist in der Nähe und in einer Linie mit den freien Enden der Zungen 24 eine Skala 31 vorgesehen, die im allgemeinen in Prozent des einen Gases in dem anderen Gas unterteilt ist. Eine Anzeige für eine spezifische Gaszusammensetzung wird erhalten, indem die bestimmte oder die zwei benachbarten Zungen festgestellt werden, die als Reaktion auf die Betriebsfrequenz des fluidischen Oszillators schwingen. Die Zahl der verwendeten frequenzabhängigen Zungen 24 hängt von dem interessierenden prozentualen Zusammensetzungsbereich und den ge-

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wünschten, prozentualen Zusammensetzungsstufen ab. Für ein Gasverhältnis-Meßgerät, das sich über den gesamten Zusammensetzungsbereich von 0 bis 100 % erstreckt, wären somit als bevorzugte Zahl mindestens 21 Zungen erforderlich, um Zusammensetzungsstufen von 5 % zu erhalten, d.h. eine Trennung von 5 % zwischen benachbarten Zungen. Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Apparatur als ein Gasverunreinigungsdetektor verwendet wird, würde der prozentuale Zusammensetzungsbereich wahrscheinlich höchstens in der Größe von 0 bis 10 % liegen, und die Stufenabstände der prozentualen Zusammensetzung würden etwa 1 % oder weniger betragen. Somit wären für einen Bereich von 10 % und Zuwachsstufen von 1 % 11 Zungen erforderlich, die mit Zusammensetzungsintervallen von 1 % angeordnet sind. Die Zungen sind Jeweils mit einer genau definierten Resonanzfrequenz kommer¹-ziell erhältlich, und somit können die gewünschten Zusammensetzungsstufen mit den Zungen in Übereinstimmung gebracht werden.

Eine spezielle, in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung, die für eine Verwendung als Verunreinigungsdetektor von Helium in Luft für einen Bereich von 0 bis 20 % bestimmt war, verwendete den 2-stufigen Oszillator mit einem analogartigen Fluid-Verstärker 5 und einem digitalartigen Fluid-Verstärker 16. Jede Leistungsdüse war 1 mm (O₃O¹IO inch) breit, 1 mm (0,0¹IO inch) hoch und wurde mit einem Gas mit einem überdruck von 0,56 kg/cm (8 psi) gespeist. In der Meßwertanzeige 4 waren 11 frequenzabhängige Zungen verwendet, die sich über einen Frequenzbereich zwischen 380 bis 420 Hertz mit Intervallen von 4 Hertz erstreckten. Der Verlauf der Frequenz über der prozentualen Zusammensetzung ist teilweise in Fig. 2 wiedergegeben, in der eine Empfindlichkeit von etwa 2 Hertz Frequenzänderung für jeweils 1 % Helium angegeben ist. Durch Verwendung anderer fluidischer Oszillatoren kann eine größere Empfindlichkeit erzielt werden, und die theoretisch maximale Empfindlichkeit für Helium ist eine Frequenzänderung von 43 Hertz für jeweils 1 % Helium Verunreinigung in Luft bei konstanter Temperatur. Die spezifische Ausführungsform gemäß FIg, 1 war das erste konstruierte Modell,

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um die Durchführbarkeit der vorliegenden Erfindung zu beweisen, und es wurden keine Anstrengungen unternommen, um eine größere Empfindlichkeit zu erhalten. Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik fluidischer Oszillatoren sind Empfindlichkeiten von Hertz für 1 % Helium leicht erzielbar. Somit würde in dem Hertz-Bereich ein Zungenabstand bei Intervallen von 1 Hertz Verunreinigungen von O₃I % pro Zunge anzeigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin als Betrieb-Abbruch-Verunreinigungsdetektor verwendet werden, in dem die Oszillätorfrequenz eines bestimmten Gases für eine reine Atmosphäre bekannt ist, und jede Abweichung der angezeigten Frequenz gibt die unerwünschte Anwesenheit (Verunreinigung) von iienigstens einem anderen Gas an.

Fig. 3 ist eine Ansicht einer zweiten Ausführungsfrom einer für die Erfindung verwendbaren Meßwertanzeige. Hier ist insbesondere ein pneumato-elektrischer Wandler 33 für die Umwandlung der Fluid-Druckimpulse in elektrische Impulssignale verwendet, die zu einer geeigneten elektrischen Meßwertanzeige H2 übertragen werden, die ein übliches Frequenzmeßgerät, ein Oszilloskop oder ein ähnliches Gerät enthalten kann. Der Wandler 33 ist ein gewöhnliches Mikrophon oder eine Hörkapsel mit einem Gehäuse aus einer Plastikkappe 3^ und einem äußeren Grundelement 35, das auch aus einem nichtmagnetischen Material, wie z.B. Kunststoff oder Messing, hergestellt ist. Ein Magnet 3β ist auf eine innere nicht-magnetische Grundplatte 38 geklebt, und um den Mittelsehenkel des Magneten herum ist eine elektrische Spule 37 gewickelt. Eine schwimmende Magnetscheibe 39 ist mittels einer schwimmenden nicht-magnetischen (Kunststoff) Zwischenscheibe ¹SO mit Abstand zu dem Magnet 36 (und dem Grundteil 38) angeordnet. Die Scheibe *J0 sorgt für einen variablen Luftspalt zwischen dem Magneten und der Magnetscheibe 39, Das Grundelement 35 1st mit einem Strömungskanal 4l versehen, durch den eine Verbindung mit dem Empfängerausgang des fluidischen Oszillatorkreises hergestellt wird.

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Die Fluid-Druckimpulse am Ausgang des Oszillators werden durch den Kanal 41 übertragen und entwickeln leichte Drucke an der Scheibe 39. Dadurch wird der Luftspalt zwischen dem Magneten und der Scheibe 39 verändert und in der Spule 37 ein elektrisches Signal erzeugt, das zu der Meßwertanzeige 42 übertragen wird.

Der pneumato-elektrische Wandler 33 in Fig. 3 steht mit einem Ausgang eines Fluid-Oszillators in Verbindung., der einen einzelnen analogartigen Fluid-Verstärker enthält, der mit einer langen Röhre von kleinem Querschnitt versehen ist. Diese ist von dem Empfänger zu den Eingängen der Regelflüssigkeit in Gegenkopplung geschaltet. Mit dieser Anordnung wurde ein Verlauf der Frequenz über der prozentualen Zusammensetzung erhalten, die in Fig. 4 für eine Mischung von Luft in Wasserstoff gezeigt ist. Die Leistungsdüse des Fluid-Verstärkers war 0,5 mm (0,020 inch) breit, 0,5 mm (0,020 inch) hoch und wurde mit einem überdruck von 0,028

ρ
kg/cm (0,4 psi) gespeist. Die Ergebnisse für die sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 4 wiedergegebenen graphischen Darstellungen wurden bei Raumtemperatur von 20° C (70° F) erhalten. Die an der Anzeige 42 festgestellte Frequenz des elektrischen Signales gibt die prozentuale Mischung von Luft in Wasserstoff an. Es ist der Darstellung zu entnehmen, daß die Kurve für die Frequenz über der prozentualen Mischung über einen kleinen Prozentbereich (0 bis 10 %) praktisch linear verläuft. Dies ist der Fall., wenn die Vorrichtung als ein Verunreinigungsdetektor verwendet wird. Der Verlauf bleibt proportional, wird aber über den gesamten Mischungsbereich von 0 bis 100 % nichtlinearer, wenn die Vorrichtung für das breitere Anwendungsgebiet der Bestimmung der Gaszusammensetzunr verwendet wird. Dieser Verlauf ist aus Fig. ersichtlich.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die gestellten Aufgaben gelöst werden. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein fluidbetätigtes Gasverhältnis-Meßgerät, das einen

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Fluid-Oszillator, der aus Elementen, die als Pluid-Verstärker (fluid amplifiers) bekannt sind, ohne bewegliche mechanische Teile aufgebaut ist, und eine geeignete Meßwertanzeige zur Bestimmung der Frequenz der durch den Oszillator erzeugten Fluid-Druckimpulse aufweist. Die Meßwertanzeige kann weiterhin mit einem Zwischenwandler versehen sein, um die Fluid-Druckimpulse in ein passendes Signal umzuformen, das für den Eingang der Meßwertanzeige geeignet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen proportionalen Verlauf der Frequenz über der Gaszusammensetzung aufj und wenn sie als Gasverunreinigungsdetektor verwendet wird, benützt sie eine lineare Kennlinie der Frequenz über der prozentualen Gaszusammensetzung.

Es sind zwar nur zwei Ausführungsformen eines fluidischen Gasverhältnis-Meßgerätes beschrieben worden. Es erscheint jedoch einleuchtend, d.aßModifikationen und Änderungen der Erfindung im Rahmen der aufgezeigten Lehren möglich sind. Es kann somit jede Art eines fluidischen Oszillators zur Erzeugung der Fluid-Druckimpulse verwendet werden, da die vorliegende Erfindung in der Kombination eines fluidischen Oszillators, eines möglicherweise erforderlichen Wandlers und einer geeigneten Meßwertanzeige liegt, um die Zusammensetzung einer Mischung zweier Gase als Funktion der Oszillatorfrequenz anzugeben. Der Einfluß einer Temperaturänderung kann durch die Auftragung einer Kurvenschar der Frequenz über der prozentualen Zusammensetzung ,für verschiedene Temperaturen des gasförmigen Mediums berücksichtigt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ij Pluidisches Gasverhältnis-Meßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluidischer Oszillator(3) zur Erzeugung von Fluid-Druckimpulsen, deren Frequenz von der Gaskonstanten des zu überwachenden und zugeführten gasförmigen Mediums abhängig ist, und eine reagierende Vorrichtung (4,33) zur Anzeige der Frequenz der Fluid-Druckimpulse, wobei die Frequenz der prozentualen Zusammensetzung des gasförmigen Mediums proportional ist.
2. Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät nach Anspruch I₃ " dadurch gekennzeichnet, daß der fluidische Oszillator (3) wenigstens einen Fluid-Verstärker (5) umfaßt, der jeweils einen Eingang (9) für die Leistungsströmung, Eingänge (10, 11) für die Regelströmung, Ausgangsempfänger (12, 13) und eine zwischen die Empfänger und die Regeleingänge geschaltete Rückkopplungsschaltung (6,7) aufweist, das zu überwachende gasförmige Medium den Eingängen (8, 9) für die Leistungsströmung der Fluid-Verstärker zugeführt ist und aus zwei bekannten Gasen besteht_s wobei die Frequenzanzeige die prozentuale Volumenzusammensetzung der zwei Gase angibt.
3. Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät nach den Ansprüchen 1 | und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator einen oder mehrere analogartige Fluid-Verstärker und einen digitalartigen Fluid-Verstärker (16) aufweist, dessen Eingänge (18, 19) für die Regelströmung mit den Empfängern (12, 13) des analogen Verstärkers (5) in Verbindung stehen.
4. Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandler (25, 33) zwischen den Ausgang des Impulsgebers und den Eingang der Anzeigevorrichtung (¹O geschaltet ist, so daß die Fluid-Druckimpulse in ein Signal gleicher

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Frequenz und Form umwandelbar ist, das für die Anzeigevorrichtung geeignet ist.
5. Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät nach Anspruch 4₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (25) eine pneumato-mechanische Vorrichtung zur Umwandlung der Fluid-Druckimpulse in mechanische Schwingungen aufweist, die Anzeigevorrichtung (24) zahlreiche mechanisch resonante Elemente enthält, die jeweils bei einer unterschiedlichen Frequenz in Resonanz schwingen, so daß bei Resonanz eines bestimmten Elementes die Betriebsfrequenz des Oszillators und somit die prozentuale Zusammensetzung des gasförmigen Mediums angezeigt ist.
6. Fluidisches Gasverhältnis-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Wandler (33) eine pneumato-elektrische Vorrichtung zur Umwandlung der Fluid-Druckimpulse in elektrische Signale gleicher Frequenz aufweist, und die Anzeige eine elektrische Vorrichtung zur Anzeige der Oszillatorbetriebsfrequenz enthält, die der prozentualen Zusammensetzung des gasförmigen Mediums proportional ist.

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