DE2017423B2 - Auf den magnetischen eigenschaften eines gases beruhender gasanalysator - Google Patents
Auf den magnetischen eigenschaften eines gases beruhender gasanalysatorInfo
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Description
Die Anmeldung betrifft einen Gasanalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Messung der Konzentration paramagnetischer Gasbestandteile in Gasgemischen haben sich Gasanalysatoren
eingeführt, bei welchen die Kraftwirkung eines inhomogenen Magnetfeldes auf die Moleküle des
Gasbestandteiles als Meßeffekt herangezogen wird. Eine Ausführungsform eines derartigen Gasanalysators
zeigt z.B. Fig. 1 der US-PS 32 87 959. An die abgeschrägten Pole eines Permanentmagneten sind
zwei Gaskammern mit einer gemeinsamen Gasableitung angesetzt. Mittels einer Pumpe in der Gasableitung
wird durch die eine Kammer das Meßgas und durch die andere Kammer ein Vergleichsgas konstanter Suszeptibilität
gesaugt. Durch die Einwirkung des inhomogenen Randfeldes des Magneten auf die paramagnetischen
Gasbestandteile entsteht zwischen den Kammern eine Druckdifferenz, die in einer Verbindungsleitung der
beiden Kammern zu einer Gasströmung führt. Die Gasströmung wird mit Hilfe einer temperaturabhängigen
Brückenschaltung nach der Wärmeleitfähigkeitsmethode gemessen. Enthalten die beiden Gase als
paramagnetischen Bestandteil, z. B. Sauerstoff, so ist das elektrische Ausgangssignal der Brücke ein Maß für die
Differenz der Sauerstoffkonzentration in beiden Gasen bzw. für den Sauerstoffgehalt des Meßgases.
Zur Messung der Druckdifferenz eignen sich auch Membrankondensatoren, wobei es in meßtechnischer
Hinsicht günstig ist, einen Magneten mit Wechselerregung vorzusehen. Das Ausgangssignal des Gasanalystgerätes
ist dann eine Wechselspannung mit einer entsprechend der Sauerstoffkonzentration sich ändern-
"· den Amplitude. Es ist auch schon vorgeschlagen worden (ältere deutsche Patentanmeldung gemäß DT-AS
16 48 924), zwischen die planparallelen Polflächen eines wechselstromerregten Magneten eine Meßkammer mit
formschlüssig an den Polflächen anliegenden Weichei-
■i senpolstücken einzusetzen, in die Kammer an gegenüberliegenden
Stellen Meß- und Vergleichsgas einströmen zu lassen und nach Mischung beider Gase das
Gemisch durch eine Mittelbohrung im oberen Weicheisenpolstück aus der Kammer abzuführen. Bei diesem
> Gerät ist die Meßkammer entsprechend den rechteckigen
Polflächen des Magneten gestaltet und der Gasraum der Kammer weist eine längliche Form auf,
wobei Meß- und Vergleichsgas von unten her in die Kammer einströmen und gegen deren Oberseite
ι gelenk', werden. Die in der inhomogenen Zone des
Magnetfeldes zwischen Meß- und Vergleichsgas entstehenden Differenzdruckschwankungen werden einer
Differenzdruckmeßeinrichtung zur Anzeige der Suszeptibilitäfidifferenz
beider Gase zugeführt.
ι Der bei diesen magnetischen Gasanalysatoren sich
ergebende Meßeffekt ist sehr gering, so daß jede Maßnahme zur Erhöhung des Differenzdruckes von
Bedeutung ist. Die Erfindung befaßt sich mit dieser Aufgabe und stellt sich das Ziel, eine Erhöhung des
ι Meßeffektes durch eine besondere Ausbildung einer Magnetanordnung mit Meßkammer zu erreichen, die
eine sehr weitgehende Ausnutzung des inhomogenen Randfeldes des Magneten zur Kraftwirkung auf die
Gasmoleküle bewirkt und die Gase so in die
> Meßkammer einleitet, daß bei geringem Störpegel die entstehenden Druckänderungen ohne wesentlich gedämpft
zu werden die Differenzdruckeinrichtung beaufschlagen.
Der erfindungsgemäße Gasanalysator ist dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet kreisförmige Polflächen
aufweist, daß der Gasraum der Meßkammer zylindrisch und mit kreisförmig begrenzten Weicheisenpolschuhen
abgeschlossen ist und dem Luftspalt!·and des Magneten einander gegenüberliegende sichelförmige
Ausbuchtungen aufweist, an die jeweils zwei Gasanschlüsse für das Meßgas und die Differenzdruckeinrichtung
bzw. das Vergleichsgas und die Differenzdruckeinrichtung angeschlossen sind.
Ein besonders großer Meßeffekt mit geringem Störpegel ergibt sich, wenn die Weicheisenpolschuhe
zum Luftspalt hin sich erweiternde Ausnehmungen aufweisen und diese Ausnehmungen, um eine Turbulenz
der Gasströmungen zu vermeiden, mit unmagnetischem Material ausgefüllt oder verschlossen sind, so daß ein
schmaler planparalleler Luftspalt gebildet wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
Fig. 1 ?eigt einen senkrechten Schnitt durch eine Meßkammer des Gasanalysators und
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt längs der Linie I... I der F ig. 1.
Eine Platte I aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Messing, ist mit einer zylindrischen, an
den beiden öffnungen stufenförmig erweiterten Bohrung versehen. Zwei Polschuhe 2, 3 aus Weicheisen,
deren Form den öffnungen der Bohrung genau angepaßt ist, verschließen die Stirnseiten der Bohrung.
Es ist zweckmäßig, zusätzlich ein Klebemittel zu verwenden, um einen vollkommen gasdichten Abschluß
zu erzielen. Die Polschuhe liegen formschlüssig an den parallelen Polflächen der Pole 4 eines wechselerregten
Magneten an. Handelt es sich um einen Elektro.nagneten, so kann die Erregung beispielsweise durch einen
pulsierenden Gleichstrom konstanter Amplitude erfolgen. Die Polschuhe, die sich sehr nahe gegenüberstehen,
weisen zum Luftspalt hin sich erweiternde kegelförmige Ausnehmungen 5, 6 auf, die mit nichtmagnetischem
Material so ausgefüllt sind, daß sich ein enger Luftspalt 7 ergibt. Der Polschuh 6 ist höher als der Polschuh 5, um
ohne Schwierigkeiten darin eine Mittelbohrung 8 unterzubringen, die zunächst in Richtung der Feldlinien
verläuft, dann senkrecht abbiegt unr1 sich in einer Bohrung 9 der Platte 1 nach außen fortsetzt. Das Meß-
und ein Vergleichsgas treten durch Kanäle 10 bzw. 11 in einander gegenüberliegenden sichelförmigen Ausbuchtungen
12, 13 der zylindrischen Meßkammerbohrung ein, von wo sie zur Mitte des Parallelspaltes strömen, um
sodann durch die Mittelbohrung 8 des Polschuhes 5 und die Bohrung 9 in der Platte 1 wieder aus der
Meßkammer auszutreten. Von den sichelförmigen Ausbuchtungen führen noch zwei Kanäle 14, 15 nach
außen zum Anschluß eines empfindlichen Differenz-
druckmesser.
Der bei diesem Gasanalysator zu beobachtende große Meßeffekt ist eine Folge der Eigenschaften der
Meßkammer. Zum einen ergibt sich bei der Meßkammer durch die Polschuhanordnui.g mit der zentralen
Gssableitung ein sehr schmaler Luftspalt hoher Feldstärke, wodurch sich die Inhomogenitätszonen, die
sich von den Polschuhrändern nach außen und innen erstrecken, durch einen großen Feldgradienten auszeichnen,
dessen Wert bekanntermaßen die Größe des Meßeffektes bestimmt. Da die Meßkammer formschlüssig
an den Polflächen des wechselerregten Magneten anliegt, wird außerdem eine Elektrostriktion, die zu
Störsignalen Anlaß geben würde, vermieden. Des weiteren bewirken die sichelförmigen Ausbuchtungen,
daß praktisch das gesamte Randfeld zur Kraftwirkung auf die Gasmoleküle ausgenutzt wird. Die Gaszuleitungen
können, ohne daß der Meßeffekt geringer wird, sehr eng ausgeführt werden, was wiederum dazu führt, daß
Druckverluste infolge Druckausgleich mit dem Außenraum auf ein Minimum herabgesetzt werden. Schließlich
ist auf Grund der Formgestaltung der Meßkammer im Kammergehäuse eine weitgehend laminare Gasströmung
gegeben, was bedeutet, daß der Störpegel sehr klein bleibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Auf den magnetischen Eigenschaft . eines Gases beruhender Gasanalysator, bei dem zwischen
die planparallelen Polflächen eines wechselstromerregten Magneten eine Meßkammer mit formschlüssig
an den Polflächen anliegenden Weicheisenpolschuhen eingesetzt ist, in die Kammer an gegenüberliegenden
Stellen Meß- und Vergleichsgas einströmen, die Gase sich vermischen und das Gemisch
durch eine Mittelbohrung in einem der Weicheisenpolschuhe aus der Kammer austritt und bei dem zur
Messung tier zwischen Meß- und Vergieichsgas entstehenden Differenzdruckschwankungen an die
Zuführungsleitungen für das Meß- und Vergleichsgas eine Differenzdruckmeßeinrichtung angeschlossen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet kreisförmige Polflächen aufweist, daß der
Gasraum der Meßkammer zylindrisch und mit kreisförmig begrenzten Weicheisenpolschuhen (2,3)
abgeschlossen ist und am Luftspaltrand des Magneten einander gegenüberliegende sichelförmige Ausbuchtungen
(12, 13) aufweist, an die jeweils zwei Gasanschlüsse (10, 14 bzw. 11, 15) für das Meßgas
und die Differenzdruckeinrichtung bzw. das Vergleichsgas und die Differenzdruckeinrichtung angeschlossen
sind.
2. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weicheisenpolschuhe (2, 3)
mit zum Luftspalt hin sich erweiternden Ausnehmungen (5,6) versehen sind.
3. Gasanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5,6) in den
Weicheisenpolschuhen mit unmagnetischem Material ausgefüllt sind, so daß ein schmaler planparalleler
Luftspalt (7) gebildet wird.
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