DE2531849C3 - Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines GasgemischesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches (Meßgas) durch Messung eines Differenzdrucks als
Funktion einer in einem inhomogenen Magnetfeld thermisch erzeugten Suszeptibilitätsdirerenz des
.Sauerstoffanteils im Meßgas, mit zwei im Strömungsweg des Meßgases hintereinandergeschalteten Differenzdruckerzeugern.
Moleküle paramagnetischer Gase, zu denen auch Sauerstoff gehört, erfahren in einem inhomogenen
äußeren Magnetfeld eine Beschleunigung in Richtung höherer Feldstärke, wodurch ein Druckgradient entsteht.
Von diesem Phänomen leitet sich ein Meßverfahren her, bei dem ein Differenzdruck erzeugt und gemessen
wird, der eine Funktion der Suszeptibilitätsdifferenz des paramagnetischen Gases bei verschiedenen Temperaturen und der maximalen Feldstärke des inhomogenen
Magnetfelds ist.
Zur Durchführung dieses Meßverfahrens dient eine bekannte Einrichtung, bei der ein Teil des durch das
Magnetfeld verlaufenden Meßgaswegs aufheizbar ist. Die so aufgrund der thermisch erzeugten Suszeptibilitäts- und damit Druckdifferenz des paramagnetischen
(iases auftretende Strömung kann in einem offenen System mittels eines Hitzdrahtanemometers im Strömungsweg oder als Druck mit Hilfe eines sehr
empfindlichen Druckfühlers im geschlossenen System gemessen werden. Diese Suszeptibilitätsdifferenz ist ein
Maß für den Gehalt an molekularem Sauerstoff im Meßgas. Um den auch bei der Ultrarot-Gasanalyse
eingesetzten Membrankondensator als Druckfühler verwenden zu können, wird ein mit Wechselstrom
gespeister Elektromagnet zur Erzeugung des Magnet
feldes verwendet
Trotz der mit diesem Verfahren erreichbaren guten
Selektivität weisen die bekannten, mit thermomagnetisch erzeugter Suszeptibilitätsdifferenz arbeitenden
Einrichtungen den Nachteil auf, daß ihre sehr empfindlichen Druck- bzw. Strömungsfühler im Meßgas angeordnet sind, was in der Praxis bei der Überwachung
industrieller Gasgemische eine erhebliche Verschmutzungs- und Korrosionsgefahr mit sich bringt
■ο Bei den ebenfalls in diesem Zusammenhang bekannten Meßfühlern auf der Basis von temperaturabhängigen Widerständen, die häufig mit Widerstandsheizungen für das Meßgas im inhomogenen Feld kombiniert
sind, ist, abgesehen von der Ansprechverzögerung der
auf meßgasdurchströmten Meßröhrchen angebrachten
Widerstandswicklungen, der aufwendige konstruktive Aufbau nachteilig. Derartige kombinierte Temperaturmeß- und -heizwicklungen weist beispielsweise die in
der DD-PS 61 368 dargestellte Sauerstoffmeßeinrich
tung auf, bei der zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und
-empfindlichkeit eine Widerstands-Vollbrücke eingesetzt wird, was bedingt, daß die thermomagnetische
Druckerzeugungs- und Strömungsmessung gleichsinnig an zwei in einer meßgasdurchströmten Leitung
hintereinander angeordneten Stellen erfolgt.
Ein anderes, von der vorgenannten Eigenschaft paramagnetischer Gase im inhomogenen Magnetfeld
hergeleitetes Meßverfahren verwendet die .Suszeptibilitätsdifferenz zwischen dem paramagnetischen Sauer-
stoff und einem aus dem magnetfeldfreien Raum in den homogenen Bereich des Magnetfelds eingeführten
diamagnetischen Vergleichsgas, beispielsweise Stickstoff. Die Druck- oder Strömungsfühler werden in
diesem Fall in dem mit dem Vergleichsgas beströmten
Hilfskreis angeordnet, so daß der dem anderen
Verfahren anhaftende Nachteil der Verschmutzungsoder Korrosionsgefährdung nicht auftritt. Jedoch ist
hier die notwendige Versorgung mit Vergleichsgas mit relativ hohem Aufwand verbunden; bei geringen
Sauerstoffanteilen des Meßgases stören die von den übrigen diamagnetischen Anteilen des Gasgemisches
herrührenden Effekte.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemi
sches (Meßgas) zu schaffen, welche die vorgenannten
Nachteile nicht aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung anzugeben.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung
der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Differenzdru«.(cerzeuger so
geschaltet sind, daß die erzeugten Differenzdrücke gegeneinander wirken und daß zwischen den Differenzdruckerzeugern von der Meßgasleitung eine zu einer
Druckmeßeinrichtung führende, mit einem Hilfsgas
gefüllte Leitung abzweigt. Als Hilfsgas kann hier
vorzugsweise Luft verwendet werden, die gemeinsam mit dem Meßgas durch einen der Druckerzeuger
abströmt. Infolge der gegenläufigen Druckerzeuger und der Druckabnahme zwischen den Druckerzeugern geht
der Sauerstoffanteil der Luft nicht in die Messung ein. Die Versorgung der Meßeinrichtung mit dem an Ort
und Stelle aus der Umgebung zu entnehmenden Hilfsgas Luft ist problemlos, die Meßfühler sind nicht mehr
schmutz- oder korrosiorsgefährdet, da sie mit dem
eigentlichen Meßgas nicht in Berührung kommen.
Eine Weiterbildung dieser Einrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 2 Ein Verfahren zum Betrieb der
Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Mengenverhältnis von durchfließendem Meßgas zu durchfließendem Hilfsgas, vo'zugsweise Luft, in der
Größenordnung von 1000 :1 eingestellt wird.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 und
2 Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
F i g. 1 erläutert das Funktionsprinzip.
Eine beiderseits offene Meßgasleiiung 1 führt durch zwei hintereinander angeordnete Differenzdruckerzeuger
2 und 2'. Ein derartiger, an sich bekannter, thermomagnetischer Differenzdruckerzeuger 2 besteht
im wesentlichen aus einem Magneten und einer Heizeinrichtung. Der Magnet ist hier ein Elektromagnet
3, in dessen Luftspalt 4 die Meßgasleitung 1 verläuft. Um die zur Erzeugung einer thermischen Suszeptibilitätsdifferenz
des paramagnetischen Sauerstoffanteils im Meßgas notwendige Temperaturerhöhung zu bewerkstelligen,
ist die Meßgasleitung 1 im Bereich einer Inhomogenitätsflanke des Magnetfelds mi' einer Heizwicklung
5 versehen. Wie aus der Figur zu erkennen isi, sind die beiden Differenzdruckerzeuger 2 und 2' so
angeordnet, daß die erzeugten Differenzdrücke Δ ρ gegeneinander wirken. Die so entstehende Druckerhöhung
in dem zwischen den beiden Differenzdruckerzeugern liegenden Teil der Meßgasleitung 1 wird an der
Abzweigung 7 über eine Leitung 6 abgenommen und einer Druckmeßeinrichtung 1 zugeführt. I Im ein
Eindringen des Meßgases in die Leitung 6 zu vernindern, ist diese mit einem Hilfsgas 8 gefüllt; das Hilfsgas 8 ist
vorzugsweise Umgebungsluft, die in solcher Menge und unter solchem Druck zugeführt wird, daß die Leitung 6
stets mit Hilfsgas gefüllt ist.
Ein Einströmen von kleinen Mengen des Hilfsgases 8 in die Meßgasleitung 1 bleibt für die Messung ohne
Bedeutung; die von dem Sauerstoffanteil des Hilfsgases im Bereich des Differenzdruckerzeugers 2 hervorgerufene
Druckerhöhung geht nicht ir die Messung ein, da nur der Druck gemessen wird, der in beiden
Differenzdruckerzeugern gleichermaßen erzeugt wird und sich gegenseitig abstützt. Bei Meßgas mit einem
Sauerstoffanteil größer als 2!% kaim durch das Zumischen des Hilfsgases in dem von beiden Gasen
ίο durchströmten Differenzdruckerzeuger 2 ein Verdünnungseffekt
auftreten. Die dadurch verursachte Druckminderung ist jedoch bei einem praktikablen Hilfsgasanteii
von einigen Promille der Meßgasmenge vernachlässigbar klein.
In Fig. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Meßgasleitung 1 ist auf
einer Teilstrecke in zwei Parallelzweige 1 und 1' aufgeteilt, deren einer durch die Differenzdruckerzeuger
2 und 2' geführt ist Die Leitung 6 ist als Querverbindung zwischen den beiden Paralleizweigen I
und 1' angeordnet und enthält in ihrer Mitte einen Druck- oder Strömungsfühler 10, beispielsweise einen
Membrankondensator oder ein Hitzdrahtanemometer, der Bestandteil einer hier nicht gezeichneten Druckes
oder Strömungsmeßeinrichtung 9 ist. Das Hilfsgas 8 wird beiderseits des Druck- oder Strömungsfühlers 10
der Leitung 6 gedrosselt zugeführt.
Die Verwendung von Membrankondensator oder Hitzdrahtanemometer als Druck- oder Strömungsfühler
in der gezeigten Anordnung bedingt die an sich bekannte Speisung der Elektromagnete der Differenzdruckerzeuger
2 und 1 mit Wechselstrom zur Erzeugung eines pulsierenden Magnetfeldes.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches (Meßgas) durch Messung
eines Differenzdrucks als Funktion einer in einem inhomogenen Magnetfeld thermisch erzeugten Suszeptibilitätsdifferenz des Sauerstoffanteils im Meßgas, mit zwei im Strömungsweg des Meßgases
hintereinandergeschalteten Differenzdruckerzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß die
Differenzdruckerzeuger (2, 2') so geschaltet sind, daß die erzeugten Differenzdrücke (p) gegeneinander wirken und daß zwischen den Differenzdruckerzeugern (2, 2') von der Meßgasleitung (1) eine zu
einer Druckmeßeinrichtung (9) fühlende, mit einem Hilfsgas (8) gefüllte Leitung(6) abzweigt
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasleitung (1) zwei Parallelzweige (1, V) aufweist, deren einer durch die
Differenzdruckerzeuger (2, 2') mit pulsierendem Magnetfeld geführt ist, und daß die das Hilfsgas (8)
führende Leitung (6) als Querverbindung zwischen den Parallelzweigen (I, V) angeordnet ist und einen
Druck- oder Strömungsfühler (10) und eine Zuführung für das Hilfsgas (8) enthält.
3. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mengenverhältnis von durchfließendem Meßgas zu durchfließendem Hilfsgas (8), vorzugsweise Luft, in
der Größenordnung von 1000:1 eingestellt wird.
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