DE2247281A1

DE2247281A1 - MEASURING DEVICE FOR DETERMINING THE MAGNETIC SUSPECTIBILITY OF SUBSTANCE MIXTURES, IN PARTICULAR OF GAS MIXTURES

Info

Publication number: DE2247281A1
Application number: DE19722247281
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Rer Nat Hummel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-27
Filing date: 1972-09-27
Publication date: 1974-03-28
Also published as: FR2200528A1; JPS4994399A; US3879658A

Description

Meßvorrichtung zur Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität von Stoffgemischen, insbesondere von Gasgemischen. Measuring device for determining the magnetic susceptibility of mixtures of substances, in particular mixtures of gases.

Der Stand der Technik ist aus dem Handbuch "Messen und Regeln in der chemischen Technik" (1) zu entnehmen. Des weiteren seien genannt: die US-Patentschrift 2416344 (2), die deutschen Offenlegungsschriften 1951342 (3) und 2ooo21Z(4), sowie ein Bericht von Munday (5).The state of the art can be found in the manual "Measurement and Control in Chemical Technology" (1). Furthermore are mentioned: the US patent specification 2416344 (2), the German Offenlegungsschriften 1951342 (3) and 2ooo21Z (4), as well as a report by Munday (5).

Nachteilig für die bekannten Verfahren ist, daß sie entweder als Ausschlagmethode (mit den dazugehörenden Nachteilen der Abhäugikeit des Meßwertes von apparativen Betriebsbedingungen, Feldstärke, Feldgradient, Verstärkungsgrad etc,) ausgeführt werden oder daß in den Anordnungen mit Kompensationsmethode (z.B. nach Munday (5))der Nullpunkt der Messung noch in starkem Maße durch Feldstärke^iänderungen (?. .B, durch Alterung, durch Temperaturänderung oder durch sonstige Umstände bedingt)beeinflußt wird. Ferner ist hierbei die Hierstellung eines Probekörpers mit Stromschleife und Stromzuführung ein fertigungstechnisch sehr schwieriges Problem,vor allem bei der serienmäßigen Fertigung von Geräten.The disadvantage of the known methods is that they can be used either as a knockout method (with the associated disadvantages of the Dependence of the measured value on the operating conditions of the apparatus, field strength, field gradient, degree of amplification, etc.) or that in the arrangements with the compensation method (e.g. according to Munday (5)) the zero point of the measurement is still in strong Measures through changes in field strength (?. .B, through aging, through Temperature change or due to other circumstances) will. Furthermore, the presentation of a test specimen with a current loop and power supply is a very technical aspect in terms of production difficult problem, especially in the serial production of devices.

Es wurde nun gefunden, daß die genannten. Nachteile mit der er-~ findungsgeraäßen Methode vermieden werden können und sich darüber hinaus einige we;sentIiehe Vorteile ergeben. Mit Hilfe der erfindungsgexnäßen Anordnung gelingt es^die Messung der Suszeptibilität von Gasgemischen in einer den Anforderungen-Eter Praxis entsprechenden Weise durchzuführen.It has now been found that the above. Disadvantages with the- ~ Ingenious method can be avoided and think about it there are also some important advantages. With the help of the according to the invention Arrangement succeeds ^ the measurement of the susceptibility of gas mixtures in a practice that meets the requirements to be carried out in an appropriate manner.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich durch folgende Punkte charakterisieren:The arrangement according to the invention can be characterized by the following points:

1. Es sind zwei Magnetkreise vorhanden.1. There are two magnetic circuits.

2. In den beiden Meßspalten sind zwei möglichst gleichartige Probekörper angeordnet (Ansprüche 1 und 2) bzw. die beiden2. Two specimens of the same type as possible are arranged in the two measuring gaps (claims 1 and 2) or the two

Probekörper besitzen die gleiche integrale Volumensuszeptibilität (Anspruch 3)Test specimens have the same integral volume susceptibility (claim 3)

3. Die beiden Probekörper sind in zweckmäßig gleichartigen Feldbereichen angeordnet.3. The two test specimens are expediently in similar field areas arranged.

4. Die beiden Probekörper sind mechanisch zu einem starren Gebilde (Hantel) verbunden.4. The two test specimens are mechanically into a rigid structure (Dumbbell) connected.

5a Die Probekörper sind offene Gefäße _β von denen eines zur Aufnahme der Meßprobe bestimmt ist (Anspruch l)-oder5a The test specimens are open vessels _{β, one} of which is intended to hold the test sample (claim 1) -or

5b die Prpbekörper sind Hohlkörper, von denen der eine das Meß-· gas und der andere ein abgeschlossenes Vergleichsgas enthält (Anspruch 2) - oder5b the specimens are hollow bodies, one of which is the measuring gas and the other contains a closed reference gas (claim 2) - or

5c die Probekörper sind Verdrängungskörper von unterschiedlicher Größe, so daß durch sie unterschiedlichen Meßgasvolumina verdrängt werden (Anspruch 3),.5c the specimens are displacement bodies of different sizes, so that they displace different measurement gas volumes be (claim 3) ,.

6. Die Anordnung und Befestigung der Hantel ist so gewählt, daß bei gleicher Feldstärke in den Meß spalten sich di'e Kräfte bzw. die Drehmomente, die ihre Ursache in der Festkörpersubstanz der Porbekörper haben, aufheben. Es bleiben dann nur noch die Kräfte bzw. Drehmomente wirksam, die sich aus der magnetischen Wirkung der zusätzlichen Meßprobe ergeben (Anspruch6. The arrangement and fastening of the dumbbell is chosen in such a way that the forces split with the same field strength in the measurement or the torques that are caused by the solid substance the porous body have, cancel. Then only the forces or torques remain effective that result from the magnetic effect of the additional test sample (claim

"²- 40981 3/0731" ² - 40981 3/0731

— OV. "*- OV. "*

bzw. Abb. 8-125 a) bzw. die sich aus der Suszeptibilitätsdifferenz zwischen Meß-und Vergleichsgas ergeben (Anspruch 2) bzw. die sich axis der magnetischen Wirkung der Differenz der verdrängten Meßgasvolumina ergeben (Anspruch 3 bzw. Abb. 7). or Fig. 8-125 a) or resulting from the susceptibility difference between the measurement gas and the reference gas result (claim 2) or which result from the magnetic effect of the difference between the displaced measurement gas volumes (claim 3 or Fig. 7).

7.Durch Wähl eines geeigneten Werkstoffes für die Porbekörper wird dafür gesorgt, daß die magnetische Wirkung (Kraft) auf die einzelnen Probekörper größer ist, als die magnetieche Wirkung auf die zusätzliche Meßprobe (Anspruch 1) bzw. auf das in dem mit Öffnungen versehenen Meßgasprobenhohlkörper enthaltene Meßgas (Anspruch 2) bzw. auf das vom größeren Probekörper verdrängte Meßgas (Anspruch 3). Das Kräfteverhältnis sqll beispielweise Io bis loo betragen für die größte im jeweiligen Mebereich auftretende magnetische Wirkung für die Meßprobe bzw. für das Meßgas.7. By choosing a suitable material for the porous body ensured that the magnetic effect (force) on the individual Specimen is larger than the magnetic effect on the additional test sample (claim 1) or on the one with openings provided measuring gas sample hollow body contained measuring gas (claim 2) or on the measuring gas displaced by the larger specimen (claim 3). The balance of power sqll for example be Io to loo for greatest magnetic effect occurring in the respective measuring range for the measuring sample or for the measuring gas.

8.Wenn die Punkte 1 bis 7 erfüllt sind, so können durch eine im rieh-, tigen Sinn und in richtiger Größe vorgenommene Änderung des Magnetfeldes in den Meßspalten die Kräfte (bzw. deren Wirkungen) auf die Probekörpermasse benutzt werden zur Kompensation der Kräfte (bzw. deren Wirkungen), die im Magnetfeld auf die Meßprobe bzw. das Maßgas ausgeübt werden. Dies geschieht über eine Abtasteinrichtung für die Hantelstellung (z.B. optische Drehspiegelabtastung mit Photozelle und Verstärker) und durch Rückführung des Verstärkerausgarfssignales (bei entsprechender Beachtung von Phasenlage und Polarität) zur Änderung der Felderregung mittels einer oder zweier Kompensationswicklungen. 8. If points 1 to 7 are fulfilled, a term sense and made in the correct size change of the magnetic field in the measuring columns the forces (or their effects) on the The mass of the test specimen is used to compensate for the forces (or their effects) in the magnetic field on the test sample or the measurement gas be exercised. This is done via a scanning device for the dumbbell position (e.g. optical rotating mirror scanning with a photo cell and amplifier) and by feeding back the amplifier output signal (with appropriate consideration of phase position and polarity) to change the field excitation by means of one or two compensation windings.

9.Der Strom durch die Kornpensationswicklungen ist dann ein Maß für die zu messende Suszeptibilität der Meßprobe bzw. des Meßgasss.9. The current through the compensation windings is then a measure of the susceptibility to be measured of the test sample or the test gas.

Das Wesen des Erfindungsgedankens liegt darin, daß die zu messende Suszeptibilität des Meßgases (bzw. die Suszeptibilitätsdifferenz zwischen Meß-und Vergleichsgas) oder der Meßprobe mit der konstanten Suszeptibilität der Probekörper verglichen wird. Dies bringt die folgenden bedeutsamen Vorteile:The essence of the inventive idea lies in the fact that the Susceptibility of the measurement gas (or the susceptibility difference between measurement and reference gas) or of the measurement sample with the constant Susceptibility of the test specimen is compared. This brings the following significant advantages:

1. Das Anbringen von Stromzuführungen und Stromschleifen an dem meßtechnisch empfindlichsten Teil kann entfallen (Vergleich hierzu Literaturzitat Nr. 5). Dies ist aus Fertigungstechnischen- und Korrosionsschutzgründen von erheblichem Vorteil. Ferner wird die Gefahr einer elektrischen Überbelastung des Meßsystems praktisch beseitigt. Dies wirkt sich auch in Hinblick auf einen häufig geforderten Explosionsschutz günstig für das Meßgerät aus.1. Attaching power leads and power loops to the metrological the most sensitive part can be omitted (compare reference no. 5). This is from manufacturing engineering and Corrosion protection reasons of considerable advantage. Furthermore, the risk of electrical overloading of the measuring system becomes practical eliminated. This also has a favorable effect on the measuring device with regard to a frequently required explosion protection.

2. Da sowohl für die magnetische Wirkung auf den Probekörper als auch für die magnetische Wirkung auf die Meßprobe bzw. auf das im Probehohlkörper enthaltene Meßgas bzw. auf das vom Probekörper verdrängte Meßgas das Produkt aus Feldstärke und B'eldgradient maßgebend ist, haben gleichmäßige Änderungen der magnetischen Induktion (und damit verknüpfte Änderungen der Feldstärke und des Feldgradienten) in den Meßspalten (z.B. temperatur-oder alterungsbedingt) nur einen vergleichsweise sehr geringen Einfluß auf den Abgleichszustand und damiauch auf das Meßergebnis. Als Vergleich sei hier das Hantelmodell (nach Pauling) mit angebrachter Kompensationsschleife (nach Munday (5)) genannt. Hierbei ist die Korapensationskraft durch die stromdurchflossene Schleife proportional zum Feldgradienten (unabhängig von der Feldstärke), wohingegen die Kraft auf das verdrängte Meßgas proportional dem Produkt aus Feldstärke und Feldgradient ist.2. As both for the magnetic effect on the test specimen as well for the magnetic effect on the test sample or on the gas to be measured contained in the hollow test body or on the gas displaced by the test body Measuring gas the product of field strength and field gradient is decisive, have uniform changes in magnetic induction (and associated changes in field strength and field gradient) in the Measuring gaps (e.g. due to temperature or age) only one comparatively very little influence on the balance status and therefore also on the measurement result. As a comparison, here is the dumbbell model (after Pauling) with attached compensation loop (after Munday (5)) called. Here, the compensation force is due to the current flowing through it Loop proportional to the field gradient (independent of the field strength), whereas the force on the displaced measuring gas is proportional to the product of field strength and field gradient.

409813/0731409813/0731

An Hand der Abb. Ι-δ^ιίη folgenden Ausführungsforraen der Erfindung erläutert.Using the Fig. Ι-δ ^ ιίη the following embodiments of the invention explained.

Die Anordnung der Abb. 1 besteht aus 2 ferromagnetischen Jochen 1 und 2 mit den Meßspalten 3 und 4 und den Probekörpern 5 und 6. Letztere sind Hohlkörper (z.B. Hohlkugeln oder flache Hohlzylinder) mit je einer Gaskammer. Der Meßgasprobekörper 5 enthält kleine öffnungen, die dem Gasuaustausch mit dem Meßgas (M) dienen. Der Vergleichs-Probekörper 6 ist geschlossen und enthält ein Vergleichsgas (V) oder er ist evakuiert. Von diesem Unterschied abgesehen sollen bei*** Probekörper möglichst gleichartig· sein und aus einem Material geringer Suszeptibilität (z.B. Quarz) bestehen.The arrangement of Fig. 1 consists of 2 ferromagnetic yokes 1 and 2 with measuring gaps 3 and 4 and specimens 5 and 6. The latter are hollow bodies (e.g. hollow spheres or flat hollow cylinders) each with a gas chamber. The test gas specimen 5 contains small openings which are used for gas exchange with the test gas (M). Of the Comparison test specimen 6 is closed and contains a comparison gas (V) or it is evacuated. Apart from this difference should be as similar as possible for *** specimens and consist of one Material with low susceptibility (e.g. quartz).

Auf den Magnetjochen 1 und 2 befinden sich die Spulen 7 bis 12. Die Spulenpaare 7, 8 bzw. 9, Io bzw. 11, 12 sollen jeweils möglichst gleich sein, wobei die Paare 9, Io und 11, 12 im allgemeinen eine im Vergleich zu dem Paar 7, 8 geringe V7indungszahl besitzen. Über die Gleichstromkonstantquellen 13 und 14 werden die Spulen in solcher Vieise mit Gleichstrom versorgt, daß die Felder der Hauptspulen 7 und 8 -gleichgerichtet sind,-T*nd· uie Felder der Abgleich spulen 11 und 12*Vemander entgegengerichtet -e-irfttä. Die Stromquelle 14 ist zum Zweck des Feldabgleiches einstellbar und evtl. umpolbar. Die Probekörper 3 und 4 bilden zusammen mit dem Verbindungssteg 15 ein hanteiförmiges Gebilde, das an dem Torsionsfaden 16 (Befestigungen 17 und 18) befestigt ist. In der Mitte trägt die Hantel einen Spiegel 19, der in Verbindung mit der Lichtquelle 2o, der nicht eingezeichneten Optik (Lichtbündel ist durch gestrichelte Linie angedeutet) und der Doppelphotoelement-Differenzanordnung 21 die; Stellung der Hantel abtastet. Das Signal U>(. des Lichtempfängers 21 wird im Verstärker 22 verstärkt und .!liefert einen Ausgangsgleich strom i2, der durch die Spulen 9 und Io und das in Reihe liegende Anzeigeninstrument 23 fließt. Die Spulen 9· und Io (Kompensationsspulen) müssen so geschaltet sein, daß ihre Einwirkung auf das Hauptfeld der Haupt spulen 7. und 8 gegensinnig sind. Die Meßspalte 3 und 4 sowie das Hantelsystem 5,6, 16-19 werden von einer nicht eingezeichneten gasdichten Kammer, durch welche das Meßgas (M) geleitet wird, umschlossen.The coils 7 to 12 are located on the magnet yokes 1 and 2. The coil pairs 7, 8 or 9, Io or 11, 12 should each be as possible be the same, with pairs 9, Io and 11, 12 generally being one in comparison to the pair 7, 8 have a low number of turns. About the constant current sources 13 and 14, the coils are in such Vieise supplied with direct current that the fields of the main coils 7 and 8 are rectified, -T * and the fields of the adjustment coils 11 and 12 * Vemander opposite -e-irfttä. The power source 14 is adjustable and possibly reversible for the purpose of field adjustment. the Test specimens 3 and 4 together with the connecting web 15 form a Dumbbell-shaped structure which is attached to the torsion thread 16 (attachments 17 and 18). In the middle the dumbbell carries a mirror 19, in connection with the light source 2o, the optics not shown (light beam is indicated by a dashed line) and the dual photo element differential array 21; Position of the dumbbell. The signal U> (. Of the light receiver 21 is in Amplifier 22 amplifies and.! Supplies a direct output current i2, that by the coils 9 and Io and the display instrument lying in series 23 flows. The coils 9 and Io (compensation coils) must be switched so that their action on the main field of the main coils 7. and 8 are in opposite directions. The measuring column 3 and 4 as well as the dumbbell system 5,6, 16-19 are not shown by one gas-tight chamber through which the measuring gas (M) is passed, enclosed.

Zur Erläuterung der Funktionsweise der Anordnung sei einmal angenommen, daß das Meßgas aus einem Gas von vernachlässigbarer magnetischer Suszeptibilität z.B. Stickstoff bestehe und daß der Probekörper 6 ebenfalls Stickstoff enthalte. (Der Diamagnetismus von Stickstoff soll dabei unberücksichtigt, bleiben). Das als Folge des Stromes durch 7 und 8 im Meßspalt wirksame Feld übt dann auf die aus bei spiel sv/ei se diamagnetischem q£&a bestehenden Probekörper eino Kraft aus, welche dieselben aus dem Feld herausdrängt. Da. die Kräfte gleich groß sind, ist das auf die Hantel wirksame Drehmoment null. Die Hntel stellt sich dann auf eine solche Gleichgewichtslage ein, daß der Strom i2 ebenfalls zu null wird. Diese Einstellung ist wegen der hohen Verstärkung der optisch-elektrischen Abtastung praktisch sichergestellt. Wird nun ein O₂-haltiges Meßgas eingeführt, (z.B. Io % 02)# so tritt ein Drehmoment auf, welches den Probekörper 5 ins Feld hineinzeiht. Die damit verknüpfte Drehung der Hantel ändert die Ausleuchtung der Photozellen, es entsteht ein Signal UlTo explain the mode of operation of the arrangement, let it be assumed that the measurement gas consists of a gas of negligible magnetic susceptibility, for example nitrogen, and that the specimen 6 also contains nitrogen. (The diamagnetism of nitrogen should not be taken into account here). The field effective as a result of the current through 7 and 8 in the measuring gap then exerts a force on the specimen consisting of, for example, sv / ei se diamagnetic q £ & a , which forces them out of the field. There. the forces are equal, the torque acting on the dumbbell is zero. The half then adjusts to such a position of equilibrium that the current i2 also becomes zero. This setting is practically ensured because of the high amplification of the optical-electrical scanning. If an O ₂ -containing measurement gas is now introduced, (eg Io % 02) #, a torque occurs which pulls the test specimen 5 into the field. The associated rotation of the dumbbell changes the illumination of the photocells, a signal Ul is generated

und als dessen Folge der Strom χ2τ der das Feld in den Meßspalten 3 und 4 so verändert, daß das Drehmoment auf den diamagnetischen Körper nicht mehr null ist und so gerichtet ist, daß die eben genannte Drehung rückgängig gemacht wird. Bei diesem System .·'■ -'" . stellt sich dann ein Gleichgewicht ein zwischen dem Drehmoment, dasand as a consequence the current χ2τ which the field in the measuring columns 3 and 4 changed so that the torque on the diamagnetic body is no longer zero and is directed so that the called rotation is reversed. In this system. · '■ -' ". An equilibrium is then established between the torque that

409813/0731409813/0731

als Folge der Feldkraft auf das paramagnetische Meßgas im Meßgasprobekörper 5 entsteht und dem Drehmoment, das bei unterschiedlichen Feldstärken in den Meßspalten als Folge der unterschiedlichen Kräfte auf die diamagnetische Substanz der Probekörper entsteht. Die Probekörpersubstanz darf auch paramagnetisch sein. Dann muß eben der EeIdunterschied umgekehrt sein. Die Lage bzw. Winkelstellung der Hantel ist wegen der verwendeten hohen optisch-elektrischen Verstärkereinstellung von dem Sauerstoffgehalt des Meßgases praktisch unabhängig. Die Ausgestaltung solcher Abtastsysteme gehört zum Stand der Technik. Die Systeme haben sich in der Praxis bewährt, (siehe Literatur-Zitat (1). Für das oben genannte Gleichgewicht gilt, daß der Strom i2 proportional dem 02-Gehalt des Meßgases ist und damit ein Maß für dessen Gehalt. Bei der eben beschriebenen Anordnung wird die magnetisch« Volumen-Suszeptibilität der Festköjrpersubstanz der Probekörper mit der Volumensuszeptibilität des Meßgases im Innern des Meßgasprobekörpers (5) verglichen. Die Aufgabe der Abgleichspulen 11 und 12 ist es in Verbindung mit der regulierbaren Gleichstromquelle 14 die Feldstärken in den Meßspalten so abzugleichen, daß für den gewünschten Nullpunkt des Systems (im allgemeinen für den O^-Gehalt null), das auf die Hantel wirkende Drehmoment exakt zu null wird. Mit dieser Maßnahme können Unsymetrien in Magnetspulen oder an der Hantel ausgeglichen werden oder gewünschte Meßbereichunterdruckungen (z.B. für einen (^-Meßbereich von 8-lo % O2) vorgenommen werden.as a result of the field force on the paramagnetic gas to be measured in the test gas specimen 5 and the torque that arises at different field strengths in the measuring gaps as a result of the different forces on the diamagnetic substance of the test specimen. The test body substance may also be paramagnetic. Then the difference in identity must be reversed. The position or angular position of the dumbbell is practically independent of the oxygen content of the measuring gas because of the high optical-electrical amplifier setting used. The design of such scanning systems is part of the state of the art. The systems have proven themselves in practice (see reference (1) in the literature). For the above equilibrium, the current i2 is proportional to the O 2 content of the measuring gas and thus a measure of its content. In the arrangement just described the magnetic "volume susceptibility of the solid body substance of the test specimen is compared with the volume susceptibility of the measuring gas inside the measuring gas specimen (5). The task of the adjustment coils 11 and 12 is to adjust the field strengths in the measuring gaps in connection with the controllable direct current source 14 so that for the desired zero point of the system (generally for the O ^ content zero), the torque acting on the dumbbell is exactly zero. With this measure, asymmetries in magnet coils or on the dumbbell can be compensated or desired measurement range suppressions (e.g. for a ( ^ -Measuring range of 8-10 % O2).

In den Abb. 2 und 3 sind zwei grundsätzlich verschiedene Ausführungsformea für Meßspalt und Probekörper wiedergegeben. Da.beide Meßspalten und beide Probekörper (abgesehen von <|en öffnungen im Meßgasprobekörper) gleich sind, wird aus Gründen der Einfachheit nur jeweils ein Spalt und ein Probekörper gezeigt. Der Doppelpfeil gibt hierbei die Bewegungsrichtung des Probekörpers an. In Abb. 2 wird mit einem Parallelspalt 32 und einem flachen .primula» c zylindrischen Hohlkörper 33 gearbeitet. Die Anordnung der Abb. 3 besitzt einen Meßspalt 42 mit abgeschrägten Polschuhen 41 und einem kugelförmigen Hohlkörper 43.In Figs. 2 and 3 there are two fundamentally different embodiments a for measuring gap and specimen. Both measuring columns and both specimens (apart from <| en openings in the measuring gas specimen) are the same, only one gap and one specimen are shown for the sake of simplicity. The double arrow indicates here the direction of movement of the specimen. In Fig. 2, a parallel slit 32 and a flat .primula » c cylindrical hollow body 33 worked. The order 3 has a measuring gap 42 with beveled pole pieces 41 and a spherical hollow body 43.

Das Abtasten der Winkelstellung der Hantel kann natürlich auch mit anderen als optischen Mitteln vorgenommen werden. So kann an einem Steg, der senkrecht zur Aufhängung und senkrecht zur Hantelachse angebracht ist, eine dünne Fahne aus Metall oder Kunststoff angebracht sein. Diese Fahne steht senkrecht zur Drehachse und bewegt sich in einem Differential-Plattenkondensator, dessen Platten ebenfalls senkrecht zur Drehachse stehen. Der Differentialkondensator ist Teil einer symetrisch mit Hoch frequenz spannung (HF-Spannung) tfeBpeisten Brückenanordnungis*läßt sich dann in bekannter Weise ein .der"Winkelstellung der Hantel entsprechendes Meßsignal gewinnen, das nach Verstärkung und Gleichrichtung ähnlich wie oben beschrieben zur SpeisWftg der Kompensationswicklung verwendet werden kann. The scanning of the angular position of the dumbbell can of course also be used other than optical means. So can on a bar that is perpendicular to the suspension and perpendicular to the dumbbell axis attached, a thin metal or plastic flag is attached be. This flag is perpendicular to the axis of rotation and moves in a differential plate capacitor, the plates of which are also perpendicular to the axis of rotation. The differential capacitor is part of a Bridge arrangement * symmetrically fed with high frequency voltage (HF voltage) then in a known manner. the "angular position of the Dumbbell gain corresponding measurement signal that after amplification and Rectification similar to that described above can be used to feed the compensation winding.

Statt des Differentialkondensators Kann auch ein HF-Transformator verwandet werden, bei dem die Kopplung der Spulen durch die bewegte .Fahne der Hantel verändert wird(siehe hierzu OS 2OOO212.4, sowie Chr. Rohrbach Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen VDI-Verlage 1967).Instead of the differential capacitor, an HF transformer can also be used be used, in which the coupling of the coils by the moving .Flag of the dumbbell is changed (see OS 2OOO212.4, as well as Chr. Rohrbach manual for electrical measurement of mechanical quantities VDI publishers 1967).

Man kann die Anordnung der Abb. 1-3 auch dahingehend abändern, daß man die Spulen 7 und 8 mit einem Wechselstrom oder einem Gleichstrom mit V/echsel Stromüberlagerung beschickt. Die Nullabgleichspulen 11 und 12 können dann im allgemeinen entfallen (siehe hierzu auch OS 2ooo212.4 Abb. 4 und 5). Der Verstärker 22 ist dann ein Wechselspannungsverstärker. Das Ausgangssignal des Verst|färkers kann dann direkt gege-The arrangement of Figs. 1-3 can also be modified so that the coils 7 and 8 with an alternating current or a direct current charged with V / echsel current superimposition. The zero adjustment coils 11 and 12 can then generally be omitted (see also OS 2ooo212.4 Fig. 4 and 5). The amplifier 22 is then an AC voltage amplifier. The output signal of the amplifier can then be sent directly

409813/0731409813/0731

- ⁵ - BAD ORIGJNAl.- ⁵ - BAD ORIGJNAl.

beneniails unter Anpassung der Ph?.üf;nlage als Wechselspannungssignal in die Kompensationsspulen geleitet werden. Beim Arbeiten mit Wechselstrom-überlagertem Gleichstrom wird ebenfalls mit einem Wechselspannungsverstärker gearbeitet. Als Kompensationsstrom kann dann jedoch sowohl der in der Phasenlage angepaßte Ausgangswechselstrom des Verstärkers als auch der phasenrichtig gleichgerichtete Ausgangswechselstrom verwendet werden.beneniails with adaptation of the Ph? .üf; nlage as an alternating voltage signal are fed into the compensation coils. When working with alternating current superimposed direct current is also worked with an AC amplifier. As a compensation current However, both the output alternating current of the amplifier and the phase-correct one can then be used rectified output alternating current can be used.

In Abb. 4 ist eine Gleichfeldanordnung mit Permanentmagnet gezeigt. Hierbei kann der Strom zur Felderregung entfallen. In dieser Abbildung ist nur die Hantel (ohne Aufhängung und ohne Abtasteinrichtung) und das Magnetsystem mit den Kompensationspulen wiedergegeben. (Permanentmagnet 51; magnetischer Kreis 52, 53; Palschxrtie 54 und 55; Spalt 56 und 57 für MeßgasprobekÖrper 58 bzw. Vergleichgasprobekörper 59; Kompensationswicklungen 6o und 61). Trotz des hohen magnetischen Widerstandes des Permanentmagneten besitzt der magnetische Nebenkreis 52-55-57-55-53-54-56-54-52 nur einen geringen magnetischen Widerstand. Ferner sind Stromänderungen in den Spulen 6o, 61 mit linearen Feldänderungen verknüpft ( Keine Hysterese-Störung durch den Permanentenmagneten)In Fig. 4 a constant field arrangement with a permanent magnet is shown. In this case, the current for field excitation can be omitted. In this picture only the dumbbell (without suspension and without scanning device) and reproduced the magnet system with the compensation coils. (Permanent magnet 51; magnetic circuit 52, 53; Palschxrtie 54 and 55; Gaps 56 and 57 for measuring gas specimens 58 and reference gas specimens 59; Compensation windings 6o and 61). Despite the high magnetic Resistance of the permanent magnet, the magnetic secondary circuit 52-55-57-55-53-54-56-54-52 has only a low magnetic resistance. Furthermore, there are current changes in the coils 6o, 61 with linear field changes linked (no hysteresis fault by the permanent magnet)

Eine.andere Anordnung mit einem zylindrischen Permanentmagnet, welcher das ganze Meßsystem umschließt, ist in den Abbildungen 5 a und 5 b gezeigt. Die Elemente dieser Anordnung sind:Another arrangement with a cylindrical permanent magnet, which enclosing the entire measuring system is shown in Figures 5 a and 5 b shown. The elements of this arrangement are:

zylindrischer Permanentmagnet 71; ferromagntische Übergangsplatten 72 und 73; Polschuhe 74 und 75 iait Meßspalt^und MeßgasprobekÖrper 77; Polschuhe 78 und 79 mit Meßspalt 8p"uhd_Ayergleichsgasprobekörper 81, sowie die Kompensationswicklungen 82 und 83. Der Probekörper ist hierbei als flacher prismatischer Hohlkörper ausgebildet. cylindrical permanent magnet 71; ferromagnetic transition plates 72 and 73; Pole shoes 74 and 75 with measuring gap and measuring gas sample body 77; Pole pieces 78 and 79 with the measuring gap 8p "uhd _A yergleichsgasprobekörper 81, and the compensation coils 82 and 83. The specimen is embodied as a flat prismatic hollow body.

In Abb. 5 c ist eine der Anordnung von Abb. 5a und 5b entsprechende Ausführung mit zylindrischem Probehohlkörper 77' bzw. 81' gezeigt. Die Zylinderachse ist hierbei senkrecht zur Feldrichtung und parallel zur Bewegungsrichtung. Die Bewegungsrichtung wird in den Abbildungen und auch in den folgenden stets durch den Doppelpfeil angezeigt.In Fig. 5c is one of the arrangement of Fig. 5a and 5b corresponding Execution with cylindrical sample hollow body 77 'or 81' shown. The cylinder axis is perpendicular to the field direction and parallel to the direction of movement. The direction of movement is always indicated in the figures and also in the following by the double arrow.

Die in den Abb. 5 dargestellten prismatischen oder zylindrischen Probekörper unterscheiden sich gegenüber den in den Abb. 2 und 3 gezeigten Körpern sehr vorteilhaft dadurch, daß die Kräfte auf die Probekörper in einem größeren Winkelbereich von der Hantelstellung unabhängig sind. Dies hat den Vorteil, daß die optisch-elektrische Verstärkung in den genannten Beispielen (bzw. ganz allgemein die Abtastverstärkung) bei dem Rückführsystem (Gegenkopplung mittels der Kompensationsspulen) vergleichsweise sehr viel kleiner gehalten werden kann. Erreicht wird dieser Vorteil dadurch, daß wegen der prismatischen (zylindrischen) Form des Probekörpers für einen größeren Bewegungsbereich (Winkelbereich) das Festkörpervolumen und das Hohlraumvolumen im Bereich der inhomogenen Zone konstant bleibt. Der zylindrische Probekörper hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß bei gleicher mechanischer Festigkeit des Probehohlkörpers das Verhältnis von Festkörpervolumen zu Hohlraumvolumen im Bereich der inhomogenen Zone einen minimalen Wert hat im Vergleich zu anderen Hohlkörperformen. Diese Feststellung gilt auch im Vergleich zur Hohlkugel.The prismatic or cylindrical specimens shown in Fig. 5 differ from the bodies shown in Figs. 2 and 3 very advantageously in that the forces on the specimen are independent of the dumbbell position in a larger angular range are. This has the advantage that the optical-electrical amplification in the examples mentioned (or in general the Sampling amplification) in the feedback system (negative feedback by means of the compensation coils) can be kept comparatively much smaller. This advantage is achieved because of the prismatic (cylindrical) shape of the test specimen for a larger Range of motion (angular range) the solid body volume and the Void volume in the area of the inhomogeneous zone remains constant. The cylindrical test specimen also has the advantage of that with the same mechanical strength of the test hollow body the ratio of solid volume to cavity volume in the range of inhomogeneous zone has a minimal value compared to other hollow body shapes. This finding also applies in comparison to Hollow sphere.

Bei den genannten Ausführungsbeispielen kann prinzipiell das drehbare Hantelsystem als richtkraftloses System ausgeführt sein, doch wird man im allgemeinen um eine definierte Gleichgewichtslage des Systems im nicht rückgeführten Zustand zu erhalten, das System mit .Richtkraft ausführen. Darüber hinXaus kann es zu Erzielung von Resonanzüberhöhungen vorteilhaft sein die Richtkraft so zu wählen (durch Wahl einer entsprechenden Torsionsfeder), daß sich in Verbindung mit dem Trägheitsmoment der Hantel eine gewünschte Resonanzfrequenz er- In the above-mentioned exemplary embodiments, the rotatable dumbbell system can in principle be designed as a system without directional force, but in general, in order to obtain a defined equilibrium position of the system in the non-returned state, the system is executed with directional force. In addition, to achieve resonance peaks, it can be advantageous to choose the straightening force (by choosing an appropriate torsion spring) so that a desired resonance frequency is achieved in connection with the moment of inertia of the dumbbell.

"* 4 09813/0731 _BÄD original"* 4 09813/0731 _BÄD original

_ ₆_ 2247^81_ ₆ _ 2247 ^ 81

In Abb. 6a ist eine Anordnung gezeigt, die mit einem linear schwingenden Probekörper (Hantel)-System arbeitet. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Abtastung der mechanischen Stellung bzw. der Schwingung mit einem magnetisch-induktivem System. Jn zwei Magnetjochen 91 und 92 wird mittels der Erregerspulen 97 und 98 und der Wechsel stromquelle lol ein magnetischer Viechsei fluß erzeugt. Die Joche enthalten die Meß spalte 93 und 94 mit dem Meßgasprobekörper 95 mit Öffnungen und dem Vergleichsgasprobekörper 96(geschlossen). Die Probekörper sind zu einer Hantel verbunden, welche über die Biegefelder Io3 an der Halterung Io2 schwingungsfähig befestigt sind. Der Doppelpfeil gibt die Schwingungsrichtung an. An der Hantel ist das Magnetstäbchen Io4 befestigt, das vor dem induktiven Abnehmerkopf Io5 schwingen kann. Beim Vorliegen einer Schwingung liefert der Abnehmerkopf Io5 ein WechseiStromsignal. Dieses Signal wird im VJe ch sei spannungsverstärker Io6 verstärkt, in Frequenzteiler Io7 in seiner Frequenz halbiert und im Phasenschieber loO in einen phasenrichtigen Kompensationswechselstrom i\ umgewandelt. Der Strom i\ durchläuft die Kompensationsspulen 99 und loo und das Anzeigeninstrument Io9. Bei Verwendung von diamagnetisehen Probekörpern ist die Spule 99 so gewickelt, daß der Kompensationsstrom das Wechselfeid im Spalt 93 verstärkt, während der Wicklungssinn für die Spule loo umgedreht ist." Die entsprechende Wirkung läßt sich natürlich auch bei beliebigem Wicklungssinn durch Wahl der Stromrichtung bzw. der Phasenlage herbeiführen. Mit den gemachten Angaben ist die Funktion der Anordnung nach Abb. 6a im übrigen ganz analog wie bei dei Anordnung in Abb. 1. Die Abb. 6b zeigt eine zweckmäßige Polschuhform im Verbindung mit zylindrischen Probekörpern. Fig. 6a shows an arrangement that works with a linearly oscillating test specimen (dumbbell) system. In the exemplary embodiment, the mechanical position or the oscillation is scanned with a magneto-inductive system. In two magnet yokes 91 and 92, a magnetic flux of animals is generated by means of the excitation coils 97 and 98 and the alternating current source lol. The yokes contain the measuring column 93 and 94 with the measuring gas sample body 95 with openings and the reference gas sample body 96 (closed). The test specimens are connected to form a dumbbell, which is fastened to the holder Io2 so that it can vibrate via the bending fields Io3. The double arrow indicates the direction of oscillation. The magnetic bar Io4 is attached to the dumbbell and can swing in front of the inductive pick-up head Io5. If there is vibration, the pick-up head Io5 delivers an alternating current signal. This signal is amplified in VJe ch be voltage amplifier Io6, halved in frequency in frequency divider Io7 and converted in phase shifter loO into an in-phase compensation alternating current i \ . The current i \ runs through the compensation coils 99 and loo and the display instrument Io9. When using diamagnetic test specimens, the coil 99 is wound in such a way that the compensation current amplifies the alternating field in the gap 93, while the direction of winding for the coil is reversed With the information given, the function of the arrangement according to Fig. 6a is otherwise completely analogous to that of the arrangement in Fig. 1. Fig. 6b shows an appropriate pole shoe shape in connection with cylindrical test specimens.

In Abb. 7 und 8 sind.zwei andere Anordnungen gezeigt, die abgesehen von der Form der Probekörper und der Form des Meßspaltes im elektrisch-mechanischen Aufbau der Abb. 6a entspricht. Von den magnetischen Kreisen sind nur die Polsichuhe 111 und 112 bzw. 121 und dargestellt. Die Probekörper 115 und 116 bzw. 125 und 126 befinden sich in den Meßspalten 113 und 114 bzw. 123 und 124. Befestigt ist die zu einer starren Einheit verbundene Probekörperanordnung (Hantel) über die Biegefeder 117 (127) an der Befestigung 118 (123).In Figs. 7 and 8 two other arrangements are shown which apart on the shape of the test specimen and the shape of the measuring gap in the electro-mechanical Structure corresponds to Fig. 6a. Of the magnetic circuits, only the pole shoes 111 and 112 or 121 and shown. The specimens 115 and 116 or 125 and 126 are located in the measuring gaps 113 and 114 or 123 and 124. The test specimen arrangement (dumbbell) connected to form a rigid unit is fastened to the fastening via the spiral spring 117 (127) 118 (123).

In Abb. 7 erfolgt, die Beschickung der Meßspalte mit dem Meßgas in analoger Weise wie box den Abb. 1-6. Die Ausführung der Probekörper hingegen v/eicht von den früher gezeigten ab. Der Probekörper 115 ist eine massive Kugel, der Probekörpe£\ein=Hohlkugel. Beide Körper bestehen aus dem gleichen Material (z.B. Quarz) und besitzen die gleiche Masse an Festkörpersubstanz.In Fig. 7, the measuring gap is charged with the measuring gas in in the same way as box in Fig. 1-6. The execution of the test specimen however, differs from those shown earlier. The specimen 115 is a solid sphere, the specimen £ \ a = hollow sphere. Both bodies consist of the same material (e.g. quartz) and have the same mass of solid substance.

Die Hohlkugel ist mit einem Gas möglichst geringer Suszeptibilität gefüllt. Wenn die beiden Probekörper, wie in der Anordnung vorgesehen, sich in einem Gebiet gleicher Feldstärke und gleichen FeIdgradientens befinden, heben sich die auf die Festkörpersubstanz wirkenden Kräfte auf. Die beiden Probekörper besitzen ein unterschiedliches Volumen z.B. 1 mm³ (für 115) und 5 mm³ (für 116). Entsprechend dem verdrängten Volumen an Meßgas und. dessen 02-Konzentration wirken deshalb zusätzliche Kräfte, welche die Kugeln aus dem Feld herausdrängen. Es bleibt wirksam die Differenz dieser Kräfte, die der Differenz der Verdrängungsvolumina (5 ram³- 1 mm³= 4mra ³) und dem 02-Gehalt des Meßgases entspricht. Die Kessung dieser Differenzkraft, die ein Ma£ für den zu messenden O2-Gehalt des Meßgases (bzw. dessen Suszeptibilität) ist, erfolgt nun wie früher.erläutert mit Hilfe eines Kompensationsstrontes durch eineThe hollow sphere is filled with a gas with the lowest possible susceptibility. If the two test specimens, as provided in the arrangement, are in an area with the same field strength and the same field gradient, the forces acting on the solid substance cancel each other out. The two test specimens have different volumes, for example 1 mm ³ (for 115) and 5 mm ³ (for 116). According to the displaced volume of measuring gas and. its O2 concentration therefore has additional forces that force the balls out of the field. The difference between these forces remains effective, which ^{corresponds to the difference between the displacement volumes (5 ram 3} - 1 mm ³ = 4 mra ³ ) and the O2 content of the measuring gas. The measurement of this differential force, which is a measure of the O2 content to be measured in the gas to be measured (or its susceptibility), is now carried out, as explained earlier, with the aid of a compensation current by a

409813/0731409813/0731

Kompensationswicklung.Compensation winding.

In Abb. 7a ist eine der Abb. 7 entsprechende Variante mit parallelen Meßspalten 113' und 114' (Polpaare 111' und 112') in denen sich wie angegeben ein zylindrisches Stäbchen 115' bzw. ein Hohlzylinder 116* befinden. Die Querschnitte dieser beiden Probekörper sind so gewählt, daß sich im Bereich der hierbei zweckmäßig klein zu haltenden Inhomogenitätszone gleiche Querschnitte ( und somit auch gleiche Volumina) der aus gleichem Material hergestellten Probekörper befinden. Die Funktion dieser Anordnung ergibt sich aus den bisher gemachten Erläuterungen.In Fig. 7a there is a variant corresponding to Fig. 7 with parallel Measuring columns 113 'and 114' (pole pairs 111 'and 112') in which, as indicated, have a cylindrical rod 115 'or a hollow cylinder 116 * are located. The cross-sections of these two specimens are chosen so that in this case Inhomogeneity zone that is expediently kept small has the same cross-sections (and thus also the same volumes) of the test specimens made from the same material. The function of this arrangement results from the explanations given so far.

In einer anderen Ausführung, die der Abb. 7a entspricht, werden prismatische Probekörper (ein prismatisches Stäbchen und ein prismatischer Hohlkörper), bei denen die im vorigen Absatz genannten Querschnittsbedingungen erfüllt sein müsse^, verwendet.In another embodiment, which corresponds to Fig. 7a, prismatic test specimens (a prismatic rod and a prismatic hollow body), in which the in the previous paragraph Cross-sectional conditions must be met ^, used.

Mit der Anordnung nach Abb. 8 wird nicht die Suszeptibilität eines Meßgases sondern die Suszeptibilität einer vergleichsweiseWith the arrangement according to Fig. 8, it is not the susceptibility of a measuring gas but the susceptibility of a comparative gas

kleinen flüssigen oder festen Meßprobe 125 a gemessen. Die Beschickung des Systems mit Meßgas entfällt hierbei. Die Spalträume der Magneten soll"^umit einem Gas geringer Suszeptibilität gefüllt sein. Bei nicht zu kleinen Suszeptibilitäten der Probe 125 a kann das Füllgas auch Luft sein. Gegebenenfalls ist der bekannte Suszeptibilitätswert der Luft bei der Auswertung der Messung zu berücksichtigen. Die Probekörper (beispielsweise aus Quarz) sind als offene Gefäße ausgebildet*small liquid or solid test sample 125 a measured. There is no need to charge the system with measuring gas. The gaps of the magnets intended ^u "be filled with a gas low susceptibility. For not too small susceptibilities of the sample 125 a fill gas may be air. If necessary to take into account the known susceptibility value of the air in the evaluation of the measurement. The sample body (for example, made of quartz) are designed as open vessels *

Der Körper 115 dient zur Aufnahme der Meßprobe 125 a. Das Festkörpervolumen der Probekörper möge beispielsweise 6o mm³ betragen (entsprechend ^i^er^Eohlkugelhälfte mit 8 mm 0 und o,4 mm Wandstärke). Die zu messWrösSSuszeptibilität von 3.1o~⁶ haben (Suszeptibilität des Quarzes ca. l.lo~°). Dann ergibt sich für eine Probe von 2mnrt&'ti. Volumen-Suszeptibilitätsprodukt von 6.1o~6 nmr* im Vergleich zu dem Wert von 6o.lö~^ mm für den Probekörper. Die erforderliche magnetische Kompensationserregung läßt sich wie unten noch ausgeführt dann errechnen. Umgekehrt kann aus der Kompensationserregung (Kompensationsstrom mal * :Windungszahl der Kompensationsspule) bei unbekannter Probe von bekanntem Volumen (bzw. bekannter Masse) die Volumensuszeptibilität (bzw. die Massensuszeptibilität) errechnet werden.The body 115 serves to receive the test sample 125 a. The solid volume of the test specimen may be, for example, 60 mm ³ (corresponding to a hollow sphere half with a wall thickness of 8 mm and 0.4 mm). They have a measurable susceptibility of 3.1o ~ ⁶ (susceptibility of quartz approx. L.lo ~ °). Then, for a sample of 2mnrt &'ti. Volume susceptibility product of 6.1o ~ 6 nmr * compared to the value of 6o.lö ~ ^ mm for the test specimen. The required magnetic compensation excitation can then be calculated as explained below. Conversely, the volume susceptibility (or the mass susceptibility) can be calculated from the compensation excitation (compensation current times *: number of turns of the compensation coil) for an unknown sample of known volume (or known mass).

Die der erfindungsgemäßen Methode anhaftende Eigenschaft, der hohen Ansprechgeschwindigkeit, wird bei den Anordnungen, bei denen der Gasaustausch durch kleine Öffnungen des Meßgasprobe·- körpers (Hohlkörpers) erfolgt, durch die für den Gasaustausch erforderliche Zeit eingeschränkt. Um diesem Mangel abzuhelfen, verwendet man Hohlkörper mit großen Öffnungen, die man so dimensioniert, daß die gleiche integrale Volumensuszeptibilität wie beim Vergleichshohlkörper vorliegt. Dies geschieht beispielsweise bei einem zylindrischen Meßgasprobenhohlkörpers dadurch, daß man Boden und Deckel wegläßt und die Zylinderwandung entsprechend verstärkt. Bei den Anordnungen mit parallelem Meßspalt und schmaler Inhomogenitätszone ist es im übrigen nur erforderlich, daß beide Probekörper im Bereich der inhomogenen Zone übereinstimmen, außerhalb dieser Zone kann der Meßgasprobenhohlkörper ohne Störung für die Messung mit großen Öffnungen versehen werden.The inherent property of the method according to the invention, the high response speed, is in the arrangements in which the gas exchange through small openings in the sample gas - body (hollow body) takes place, limited by the time required for gas exchange. To remedy this deficiency, one uses hollow bodies with large openings, which are dimensioned in such a way that that the same integral volume susceptibility exists as with the comparison hollow body. This happens, for example, with a cylindrical measuring gas sample hollow body, in that the bottom and cover are omitted and the cylinder wall is reinforced accordingly. In the case of the arrangements with a parallel measuring gap and a narrow inhomogeneity zone, it is only necessary that both specimens coincide in the area of the inhomogeneous zone, outside In this zone, the measuring gas sample hollow body can be provided with large openings for the measurement without interference.

Zum besseren Verständnis der Meßmethode seien einige theoretische Ausführungen mit Rechnungsbeispiel gemacht. Unter Beachtung der unten gemachten Symbolerlauterungen gelten die folgenden Beziehungen, wobei von der grundlegenden Formel (1) für die Kraft auf einen Körper im magnetischen Gradientenfeld (inhomogenes Feld) auszugehen ist. 4 0 9813/0 7 31For a better understanding of the measuring method, some theoretical explanations with a calculation example are made. Taking into account the The following relationships apply to the symbol explanations given below, where from the basic formula (1) for the force on a body in the magnetic gradient field (inhomogeneous field) is to go out. 4 0 9813/0 7 31

K - /V' frtufH· V > κ Ci)- K - / V ' frtufH V> κ Ci) -

Für den prismatischen Probekörper im Parallelspalt gilt dann:The following then applies to the prismatic test specimen in the parallel gap:

' κ'κ

Es sei y(\j ta O. Dann gilt im abgeglichenen Zustand unter der Annahme, daßLet y (\ j ta O. Then in the balanced state under the assumption that

die Abgleichsbedingung:the matching condition:

Daraus folgt:It follows:

Tc- H, Xo_x^hTc- H, Xo _x ^ h

Aus den Formeln folgt:From the formulas it follows:

1. Der Nullpunkt der Messung ^^ * Of wird wegen -^-« 0 1. The zero point of the measurement ^^ * Of is due to - ^ - « 0

nicht von Te und somit nicht von der Grunderregung beeinflußt.not influenced by Te and therefore not influenced by the basic excitation.

2. Die Empfindlichkeit der Konzentrationsmessung hängt nur von dem Verhältnis Ak zuli und bei konstant gehaltenem Io somit nur von x\ ab; und zwar linear proportional· _ Änderungen des magnetischen Kraftflusses, die nicht durch^*> bzw. ^tH bewirkt wexden haben keinen' Einfluß auf das Meßergebnis. ' ' '2. The sensitivity of the concentration measurement depends only on the ratio Ak permi and therefore only on x \ if Io is kept constant; namely linear proportional · _ Changes in the magnetic flux that are not caused by ^ *> or ^ tH have no influence on the measurement result. '''

Für den Probenkörper im inhomogenen Feld: ergibt sich in ähnlicher-Weise untervAnnahmeFor the specimen in the inhomogeneous field: results in a similar way under assumption

die Beziehungthe relationship

Zu den eben genannten Vorteilen kommt hierbei nach der für die Messung im inhomogenen Feld sehr wesentliche Vorteil hinzu, daß die Messung nicht mehr vom Feldgradienten abhängt. Diese Fest-In addition to the advantages just mentioned, the for Measurement in the inhomogeneous field adds a very significant advantage that the measurement no longer depends on the field gradient. This festival

22477812247781

stellung ist für den Nullpunkt der Messung von schwerwiegender Bedeutung.position is more serious for the zero point of the measurement Meaning.

Bei den Anordnungen mit Permanentmagneten den Formeln 4 a und 4 b das Produkt Yl₆ «To durch die Permanenterregung β_ΰ zu ersetzen. Dies führt zu einer Beziehung: _{In the arrangements with permanent magnets according} to formulas 4 a and 4 b, the product Yl ₆ « To has to be replaced by the permanent excitation β ΰ. This leads to a relationship:

Eine Durch&rehung für die Anordnungen mit Viech sei feldüberlagertem Gleichfeld zeigt, daß man durch Ersetzen von ti^- durch .? »//s '/~/,-v zu entsprechenden Formeln kommt.
Bei Kompensation mit « .A search for the arrangements with Viech let field-superimposed constant field shows that by replacing ti ^ - with.? »// s' / ~ /, - v comes to corresponding formulas.
With compensation with «.

Gleichstrom Q - J^y. « ^~— (6d) Direct current Q - J ^ y. « ^ ~ - (6d)

bzw. ·respectively. ·

Wechselstrom Cc₂ * Ar ' AC current Cc ₂ * Ar '

Erläuterungen der verwendeten Formelzeichen: (Angaben und Formeln bezeichnen sich auf das CGS-System)Explanations of the symbols used: (Information and formulas refer to the CGS system)

K - Kraft auf Probekörper K - force on specimen

H = Feldstärke am"Ort der Probe H = field strength at the "location of the sample

<Μη£/Η = Feldstärkegradient am Ort der Probe Hd — Gleichfeldstärke ) bei Gleichfeld mit Wechsel- H*/ ~ Wechsel feldstärke J feldüberlagerung Ü = Querschnitt <Μη £ / Η = field strength gradient at the location of the sample Hd - constant field strength) with constant field with alternating H * / ~ alternating field strength J field superimposition Ü = cross section

= Meßgasquerschnitt i.d. inhomogenen Zone bei prismatischem Hohlkörper= Measuring gas cross section i.d. inhomogeneous zone with prismatic Hollow body

= Festsubstanz-Querschnitt in d. inhomogenen Zone bei prismatischem Hohlkörper= Solid substance cross-section in d. inhomogeneous zone with prismatic Hollow body

= Volumen des Probekörpers= Volume of the specimen

= Volumen des Meßgases im Innern des Meßgasprobehohlkörpers = FestsubstanzvolumBn des Probehohlkörpers= Volume of the measuring gas inside the measuring gas sample hollow body = Solid substance volume Bn of the sample hollow body

- magnetische Suszeptibilität- magnetic susceptibility

= magnetische Suszeptibilität des Meßgases ⁼ magnetische Suszeptibilität des Vergleichsgases = magnetische Suszeptibilität der Festsubstanz des Proberkörpers= magnetic susceptibility of the measuring gas ⁼ magnetic susceptibility of the reference gas = magnetic susceptibility of the solid substance of the sample

— magnetische Suszeptibilität von O2 unter Meßbedingungen" = Windungszahl von jeder der beiden Erregerspulen - Magnetic susceptibility of O2 under measurement conditions "= number of turns of each of the two excitation coils

= " " " " " " Kompensationsspulen To - Gleichstrom durch Erregerspule
Χλ/ = Wechselstrom durch Erreger spule
st K = Kompensationsgleichstrom= """""" Compensation coils To - direct current through excitation coil
Χλ / = alternating current through the excitation coil
st K = compensation direct current

= Kompensationswechselstrom= Compensation alternating current

~ Erregung des Permanentmagneten ~ Excitation of the permanent magnet

4 098 y ^.07314 098 y ^ .0731

- Io -- Io -

Abschließend seien noch einmal die Vorteile der Erfingung bei derFinally, the advantages of the invention are once again in the

betrieblichen Anwendung für die kontinuierliche O2-Messeiung herausgestellt: operational application for continuous O2 measurement highlighted:

1. Die Messung ist vcn der Begleitgaszusairanensetzung praktisch unabhängig (ausgenommen sind magnetische Eigenschaften des Begleitgases).1. The measurement is practical of the associated gas composition independent (except for the magnetic properties of the Associated gas).

2. Die Messung ist praktisch Durchflußunabhängig bei Messung mit Wechselfeld. ·2. The measurement is practically independent of the flow rate when measuring with an alternating field. ·

3. Die Messung ist sehr schnell bei Messung mit Wechselfeid.3. The measurement is very fast when measuring with alternating fields.

4. Die Messung weist eine hohe Nullpunkts-und Empfindlichkeits^ konstanz auf.4. The measurement has a high zero point and sensitivity ^ constancy on.

5. Die Meßbereiche können in einfacher V7eise umgestellt werden, da der Kompensationsstrorn linecir proportional zum 02-Gehalt ist. Diese Umstellung kann auch in einfacher Weise durch Ändern von H;_f (z.B. mit Hilfe von Kompensationsspulen mit verschiedenen Abgriffen für verschiedene Windungszahlen) oder durch Ändern von Xo vorgenommen werden.5. The measuring ranges can be changed over in a simple manner, since the compensation current is linearly proportional to the O2 content. This conversion can also be done in a simple manner by changing H; _f (e.g. with the help of compensation coils with different taps for different numbers of turns) or by changing Xo.

6. Eine explosionsgeschützte Ausführung läßt sich mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand bewerkstelligen.6. An explosion-proof version can be compared with manage with little technical effort.

7. Für den empfindlichen Teil des Meßsystems ergeben sich verglichen mit ähnlichen Systemen wesentliche fertigungstechnische und justiertechnische Vereinfachungen.7. There are comparisons for the sensitive part of the measuring system with similar systems essential manufacturing technology and adjustment simplifications.

Literatur zum Stande der Technik Prior art literature

1. Hengstenberg, Sturm und Winkler. Messen und Regeln in der chemischen Technik 19641. Hengstenberg, Sturm and Winkler. Measure and regulate in the chemical engineering 1964

2. US-Patentschrift 2416344 (Pauling)2. U.S. Patent 2416344 (Pauling)

3. deutsche Offenlegungsschrift 1951342 (Janssen)3. German Offenlegungsschrift 1951342 (Janssen)

4. deutsche Offenlegungsschrift 2ooo212 (Hummel)4. German Offenlegungsschrift 2ooo212 (Hummel)

5. Bericht aus der Society of Instrument Technologie Conference in Swansea/England Sept. 1957 von CW. Munday.5. Report from the Society of Instrument Technology Conference in Swansea / England Sept. 1957 from CW. Munday.

40981 3/073140981 3/0731

Claims

7247281 M Patentan sprüche7247281 M patent claims

1. Vorrichtung zum Messen der Differenz zwischen den Werten der Volumenintegrale über die Suszeptibilität >O {integrale VoIumensuszeptibilität 0V) zweier unterschiedlicher Probekörper (Meßkörper 125 + 125 a und Vergleichskörper 126) im Bereich je eines inhomogenen Feldes, in welchem sich die Probekörper befinden, bestehend aus wenigstens 2 Meßspalten (123, 124) in zwei magnetischen Kreisen oder einem magnetischen Doppelkreis mit den beiden beweglich angeordneten zu einer starren Einheit miteinander verbundenen Probekörpern (Hantelanordnung), von denen sich je einer in einem der beiden Meßspalte*. befindet dadurch gekennzeichnet, daß in einem der magnetischen Kreise eine zusätzliche Felderregung erzeugt wird, wobei die Zusatzerregung so gewählt wird, daß die Differenzkraft aus den als Folge dieser Zusatzerregung unterschiedlichen magnetischen .Kräften auf die beiden Probekörper zur Kompensation der zu messenden Differenzkraft, aus den magnetischen Kräften, die auf die unterschiedlichen Probekörper im Magnetfeld bei gleichen Feldstärken in den beiden Meßspalten ausgeübt werden, verwendet wird und daß die Größe der Zusatzerregung (Kompensationserregung) als Maß für die zu messende Differenz der integralen Volumensuszeptibilität dient.1. Device for measuring the difference between the values of the Volume integrals over the susceptibility> O {integral volume susceptibility 0V) of two different specimens (Measuring body 125 + 125 a and comparison body 126) in the area of an inhomogeneous field each in which the test body located, consisting of at least 2 measuring columns (123, 124) in two magnetic circuits or a magnetic double circuit with the two movably arranged test specimens connected to one another to form a rigid unit (dumbbell arrangement), of each one in one of the two measuring columns *. is located characterized in that an additional field excitation is generated in one of the magnetic circuits, the additional excitation being selected so that the differential force from the as This additional excitation results in different magnetic forces acting on the two specimens to compensate for the measuring differential force, from the magnetic forces that act on the different specimens in the magnetic field at the same Field strengths are exerted in the two measuring columns, is used and that the size of the additional excitation (compensation excitation) as a measure of the difference to be measured in the integral volume susceptibility serves.

2. Vorrichtung zum Messen der magnetischen Suszeptibilität'eines Gases oder Gasgemisches (Meßgas M) bestehend aus wenigstens 2 vom Meßgas be strömten Meßspalten (3, ψ) in zwei magnetischen Kreisen (1,2) oder einem magnetischen Doppelkreis (51-55) mit zwei beweglich angeordneten zu einer starren Einheit verbundenen, je eine Gaskammer enthaltenden Probekörpern (5,6) aus einem Material vorgegebener im allgemeinen geringer magnetischer Suszeptibilität* wobei die.eine Gaskammer (6) geschlossen ist und ein Vergleichsgas V enthält und die andere (5) mit kleinen Öffnungen für den Gasaustausch mit dem Meßgas M versehen ist, wobei ferner in jedem der beiden Meßspalte (3,4) je einer der beiden Probekörper (5,6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der magnetischen Kreise eine zusätzliche Felderregung erzeugt wird, wobei diese Zusatzerregung nach Größe und Richtung so gewählt wird, daß die Differenzkraft'aus den als Folge dieser Zusatzerregung, unterschiedlichen "magnetischen Kräften auf dieProbekorperfestsubstanz zur Kompensation der zu messenden Differenzkraft aus den magnetischen Kräften,, die auf die unterschiedlichen Gasinhalte (Meß- bzw, Vergleichsgas) in den Probehohlkörpern im Magnetfeld bei gleicher Feldstärke in den beiden Meßspalten ausgeübt werden, verwendet wird und daß die Größe der Zusatzerregung; (Kompensationserregung) als Maß für die Suszeptibilitätsdifferenz zwischen Meß-und Vergleichsgas und somit bei vorgegebenem Vergleichsgas als Maß für die zu messende Suszeptibilität des Meßgases dient.2. Device for measuring the magnetic susceptibility of a gas or gas mixture (measuring gas M) consisting of at least 2 measuring gaps (3, ψ) flowing from the measuring gas in two magnetic circuits (1,2) or a magnetic double circuit (51-55) two movably arranged test specimens (5, 6), each connected to a rigid unit, each containing a gas chamber, made of a material of predetermined, generally low magnetic susceptibility * whereby the one gas chamber (6) is closed and contains a reference gas V and the other (5) is provided with small openings for the gas exchange with the measuring gas M, one of the two test specimens (5, 6) also being arranged in each of the two measuring gaps (3, 4), characterized in that an additional field excitation in one of the magnetic circuits is generated, this additional excitation being selected according to magnitude and direction so that the differential force from the "different" magnetic forces as a result of this additional excitation en on dieProbekorperfestsubstanz to compensate for the differential force to be measured from the magnetic forces, which are exerted on the different gas contents (measuring or, reference gas) in the sample hollow bodies in the magnetic field with the same field strength in the two measuring gaps, and that the size of the additional excitation ; (Compensation excitation) is used as a measure of the susceptibility difference between the measurement gas and the reference gas and thus, with a given reference gas, as a measure of the susceptibility of the measurement gas to be measured.

3. Vorrichtung zum Messen der magnetischen Suszeptibilität eines MSases oder eines Gasgemisches (Meßgas M) bestehend aus wenigstens zwei vom Meßgas M beströmten Meß spalten (113, 114) in zwei magnetischen Kreisen (Polschuhe 121,122) oder einem magnetischen Doppelkreis mit zwei beweglich angeordneten miteinander zu einer starren Einheit verbundenen Pröbekörpern (115,116) von unterschiedlichera Verdrängungsvolumen für das Meßgas_r jedoch von gleicher aber geringer integraler Volumensuszeptibilitä im Be-3. Device for measuring the magnetic susceptibility of a MSase or a gas mixture (measuring gas M) consisting of at least two measuring gaps (113, 114) flowed by the measuring gas M in two magnetic circuits (pole pieces 121, 122) or a magnetic double circuit with two movably arranged to one another a rigid unit connected sample bodies (115,116) of differenta displacement volumes for the measurement gas _r but of the same but lower integral volume susceptibility in the loading

reich des inhomogenen Feldes, wobei ferner in jedem der beiden Meßspalten je einer der beiden Probekörper angeordnet ist» dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der magnetischer. Kreise eine zusätzliche Felderregung erzeugt wird, wobei die Zusatzerregung nach Größe und Richtung so gewählt wird, daß die Differenzkraft aus den als Folge dieser Zusatzerregung unterschiedlichen magnetischen Kräften auf die beiden Probekörper zur Kompensation der zu messenden Differenzkraft aus den magnetischen Kräften, die auf die unterschiedlichen Probekörper als Folge der unterschiedlichen Meßgasverdrängungvolumina im Magnetfeld bei gleicher Feldstärke in den beiden Meßspalten ausgeübt werden, verwendet wird und daß die Größe der Zusatzerregung {Kompensationserregung) als Maß für die zu messende Suszeptibilität des Meßgases dient.rich of the inhomogeneous field, further being in each of the two Measuring gaps each one of the two test specimens is arranged »thereby characterized in that in at least one of the magnetic. Circles an additional field excitation is generated, whereby the Additional excitation is chosen according to size and direction so that the Differential force from the different as a result of this additional excitation magnetic forces on the two specimens to compensate for the differential force to be measured from the magnetic Forces that act on the different test specimens as a result of the different measurement gas displacement volumes in the magnetic field with the same field strength in the two measuring gaps, is used and that the size of the additional excitation {Compensation excitation) as a measure of the susceptibility to be measured of the measuring gas is used.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer starren Einheit verbundenen Probekörper (Hantel) an einem Torsionselement befestigt sind und daß das als Folge der Zusatzerregung auftretende Drehmoment zur Kompensation des Drehmomentes, das bei gleicher Feldstärke in den Meßspalten als Folge der Unterschiede in den Probekörpern (Anspruch 1) bzw. als Folge der unterschiedlichen Gasinhalte in den Probehohlkörpern (Anspruch 2) bzw. als Folge der unterschiedlichen Meßgasverdrängungsvolumina (Anspruch 3) auftritt, verwendet wird.4. Apparatus according to claim 1-3, characterized in that the to a rigid unit connected test specimen (dumbbell) are attached to a torsion element and that as a result of Additional excitation occurring torque to compensate the torque, that with the same field strength in the measuring gaps as a result of the differences in the test specimens (claim 1) or as a result of the different gas contents in the sample hollow bodies (claim 2) or as a result of the different measurement gas displacement volumes (Claim 3) occurs, is used.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Gleichfeld verwendet wird.5. Apparatus according to claim 1-4, characterized in that a DC magnetic field is used.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennz-eic/hne,tt daß ein magnetisches Wechselfeld angewendet wird»6. Apparatus according to claim 1-4, characterized marked-eic / hne, tt that one alternating magnetic field is applied »

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichfeld mit Wechselfeldüberlagerung angewendet wird.7. Apparatus according to claim 1-4, characterized in that a DC field with alternating field superposition is applied.

■8, Vorrichtung nach Anspruch 5 oder ?' dadurch gekennzeichnet, daß zur Grunderregung (Magnetfeld ohne Kompensationsfeld) ein Permanentmagnet verwendet wird.■ 8, device according to claim 5 or? ' characterized in that a permanent magnet is used for basic excitation (magnetic field without compensation field).

f. Vorrichtung nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß die gpsatzerregung (Kompensationserregung) mittels einer oder zweier Zusatzwicklungen(Kompensationsspulen 9, lo)in einender beiden ojfCder in beiden magnetischen Kreisen erzeugt wird.f. Device according to claims 1-8, characterized in that the GPS excitation (compensation excitation) by means of one or two Additional windings (compensation coils 9, lo) in one of the two ojfCder is generated in both magnetic circuits.

Io. Vorrichtung nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daA sewn Zwecke der Nullpunktseinstellung oder auch der Uullpunktunfierdrückung vergleichsweise geringfügige VerändspjyRgsn ifer magnetischen Induktion in einem eier beiden oder in b#i<J$n k herbeigeführt werden.Io. Device according to Claims 1-9, characterized in that the sewn Purposes of zero point adjustment or also of Uullpunktunfierrückung comparatively minor changes in magnetic variation Induction in one of the two or in b # i <J $ n k be brought about.

H. Vorrichtung nach Anspruch JLq dadurch gekeRn*ei<?hn«t_f <$*§H. Device according to claim JLq thereby gekeRn * ei <? Hn «t _f <$ * §

vorzunehmende Änderung der raagjietiechep Induktion »itti«JU einer oder zweier zusätzlicher Abgleich spulen (11 94»S H fefttf« 11 UK<U2) vorgekommen wird.change to be made to the raagjietiechep induction »itti« JU of one or two additional alignment coils (11 94 »SH fefttf« 11 UK <U2) occurs.