DE2017423B2

DE2017423B2 - Auf den magnetischen eigenschaften eines gases beruhender gasanalysator

Info

Publication number: DE2017423B2
Application number: DE19702017423
Authority: DE
Inventors: Herbert 6231 Niederhöchstadt Machytka
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1970-04-11
Filing date: 1970-04-11
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2017423A1; NL7102944A; NL166332B; NL166332C; JPS5243399B1; FR2089412A5; GB1295615A; US3866461A

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

'- Patentansprüche:

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.