DE2828429B2 - Wärmeleit-Gasanalysator - Google Patents
Wärmeleit-GasanalysatorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmcleit-Gasanalysator
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der (iasanalysc nach dem Wärmcleitfähigkcits-
verfahren wird die Temperaturanderung eines durch
Zufuhr elektrischer Leistung erwärmten Hitzdrahtes von der Wärmeleitfähigkeit des ihn umgebenden
Meßgases und von den geometrischen Verhältnissen der Meßzelle und des in ihr aufgespannten Hitzdrahts
bestimmt Da Gase sich in ihrer spezifischen Wärmeleitfähigkeit unterscheiden, wird die in dem Hitzdraht
erzeugte Wärme je nach Art des Gases in unterschiedlichem Maße an die Innenwand der Meß&jlle abgeführt
Liegen die geometrischen Verhältnisse fest, so ist der elektrische Widerstand des mit konstantem
Strom gespeisten Hitzdrahtes ein Maß für die thermische Leitfähigkeit und somit Aussage über die Art
des in der Meßzelle befindlichen Meßgases. Ist das Meßgas, wie bei industriellen Messungen üblich, ein
Gasgemisch, von welchem ein bestimmter Anteil, z. B. CO^, gemessen werden soll, so wird dem Meßsystem
in einer Brückenschaltung ein Vergleichssystem zugeschaltet, das ebenfalls aus einer Kammer mit
Hitzdraht besteht und welches mit der zu bestimmenden Komponente des Meßgases gefüllt ist Das Brükkenausga'ngssignal
ergibt in diesem Falle den Anteil des Vergleichsgases im Meßgas (siehe z. B. Betriebsanweisung
Nr. 1804-00 00005 000 500 für den Wärmeleit-Gasanalysator der Firma W. H. Joens & Co.
GmbH vom November 1972, Abschnitt 1.3).
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es auch üblich, vier Heizdrähte zu verwenden, die paarweise
dem Meßgas bzw. dem Vergleichsgas ausgesetzt und zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet sind (vergleiche
beispielsweise Siemens-Taschenbuch für Messen und Regeln in der Wärme- und Chemietechnik,
3. Auflage, 1960, Seite 68, Bild 20).
Bei einem dem Umgebungsdruck entsprechenden Gasdruck ist die Wärmeleitung in der Meßzelle
druckunabhängig.
Unterhalb 0,1 bar tritt jedoch in zunehmendem Maße der Pirani-Effekt, d. h., das Meßsignal wird
nicht nur von der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases, sondern auch von dessen Druck abhängig. Die mittlere,
freie Weglänge der Gasmoleküle kann nicht mehr gegen die Hitzdrahtdimensionen vernachlässigt
werden; es wird durch eine verminderte Wärmeabgabe eine Verminderung der Wärmeleitung vorgetäuscht,
was zu einer Fehlmessung führt, die bei gegebener geometrischer Anordnung sowohl dem Hitzdrahtdurchmesser
als auch dem absoluten Gasdruck umgekehrt proportional ist. Es wurde bereits versucht,
die Druckabhängigkeit durch Vergrößerung des Hitzdrahtmessers zu verringern, vorzugsweise durch Verwendung
gewendelter Hitzdrähte, wobei der Wendeldurchmesser als relevanter Durchmesser anzusehen
ist. Dies führt jedoch zu relativ großen, gegen mechanische Einflüsse wie Erschütterung usw. empfindlichen
Meßzellen, die für viele industrielle Einsätze nur bedingt brauchbar sind.
Es ist demgemäß die Aufgabe, einen Wärmeleit-Gasanalysator zu schaffen, bei dem die Druckabhängigkeit
des Meßsignals im Bereich niedriger Absolutdrücke auf ein vernachlässigbares Maß verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs I genannten Maßnahmen
gelöst.
Weiterbildungen der Hrfindung sind Gegenstand der Unteransprüchc.
Da bei der erfindungsgemäßen Ausführung eines Wärmelcit-Gasanalysators beide Drähte in Meßgasatmosphärc
unter gleichem Druck arbeiten, wird bei
gleicher abgegebener WSrmeleistung der Drähte der
Druckeinfluß kompensiert, infolge der unterschiedlichen
geometrischen Verbältnisse verbleibt eine Signaldifferenz zwischen den beiden Systemen, die nur
von der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases abhängig ist.
Die den Hitzdrähten zugeführte elektrische Heizleistung kann in an sich bekannter Weise elektronisch
eingestellt ußi geregelt werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Hitzdrähte als Zweige einer mit konstanter Leistung gespeisten Widerstandsmeßbrücke
zu schalten.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 6 der prinzipielle Aufbau der Meßzelle nebst
Schaltung sowie verschiedene Ausführungsformen schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
Fig. 1: Zwei Hitzdrähte 1 und 2 aus einer Platinlegierung bilden benachbarte Zweige einer Widerstandsmeßbrücke
11, die durch einen festen Widerstand 3 und den einstellbaren Widerstand 4 vervollständigt
ist und die über den die aufgenommene Leistung konstanthaltenden Serienwiders.and aus einer
Konstantspannungsquelle gespeist wird. Die Brückensignalspannung wird von einem Differenzverstärker
6 abgegriffen.
Die Meßzelle 7 enthält zwei Meßkammern 8 und 9, die über den Kanal 10 gasleitend verbunden und
mit dem Meßgas gefüllt sind. In der Kammer 8 befindet sich der Hitzdraht 1, in der kleineren Kammer 9
der gleiche Hitzdraht 2, sie sind derselben Gasatmosphäre unter gleichem Druck ausgesetzt, so daß die
Druckabhängigkeit des Meßeffekts bei richtig eingestelltem Heizleistungsverhältnis kompensiert wird.
Die Ableitung der aus den Oberflächen der beiden Hitzdrähte abgegebenen Wärme ist jedoch unterschiedlich,
da der Wärme widerstand zwischen Hitzdraht und Innenwand der Meßzelle infolge der unter-
schiedlichen Abstände der Hitzdrähte von dieser
verschieden ist und somit eine in dem Verstärker 6 verstärkbare Signaldifferenz verbleibt.
In Fig, 2 ist ein Querschnitt der in Fig. 1 angedeuteten Meßzelle 7 dargestellt Zwei parallele rohrförmige
Kammern 8 und 9, deren Durchmesser D^, D(
sich etwa wie 5:1 verhalten, sind über den als Längsschlitz
ausgebildeten Kanal 10 gasleitend verbunden, in ihren Achsen sind die Hitzdrähte 1 und 2 gleichen
Durchmessers aufgespannt
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Meßzelle 7 als rohrförmige Kammer 8' ausgebildet,
wobei der Hitzdraht 1 mit dem Durchmesser rf, in der
Mittelachse und der Hitzdraht 2 gleichen Durchmessers d2 in einer die Mittelachse enthaltenden Ebene
angeordnet ist, so daß ihre Abstände A1, A1 zu der
Innenwand der Meßkammer 8' verschieden sind.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat die Meßkammer 8' der Meßzelle 7 quadratischen Querschnitt,
der Hitzdraht 1 ist wiede* in der Mittelachse, der Hitzdraht 2 parallel dazu in eineir Winkel des Innenraums
der Meßkammer 8' angeordnet, die Abstände A1, A2 zur Kammerwand sind verschieden.
Andere Ausführungsmöglichkeiten zeigen die Fig. 5 und 6. In Fig. 5 sind in den gasleitend verbundenen
rohrförmigen Kammern 8 und 9 gleichen Durchmessers D8, D9 jeweils axial die Hitzdrähte 1
und 2 unterschiedlichen Durchmessers dv d, aufgespannt.
Der Hitzdraht 2 kann dabei in bekannter Weise als Wendel ausgeführt sein, der Abstand von
seiner Oberfläche zur Kammerwand ist demnach kleiner als der entsprechende Abstand bei Hitzdraht 1.
In Fig. 6 sind die beiden Hitzdrähte 1 und 2 unterschiedlichen
Durchmessers d., d-, exzentrisch in der
rohrförmigen Kammer 8 der Meßzelle 7 in einer die Mittelachse enthaltenden Ebene mit gleichen Achsabständen
zu der Kammerwand aufgespannt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Wärmeleit-Gesanalysator mit
a) einer Meßzelle,
b) zwei in der Meßzelle angeordneten und derselben
Meßgasatmosphäre ausgesetzten Hitzdrähten,
c) einer den Hitzdrähten einen Heizstrom zuführenden Versorgungsschaltung sowie
d) einer Meßschaltung zur Ermittlung der Gaskonzentration
anhand der Widerstandswerte der Hitzdrähte,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) die Abmessungen der Hitzdrähte (1, 2) und/oder ihre Abstände zur Innenwand der
Meßzelle (7) unterschiedlich sind,
f) die Versorgungsschaltung Schaltelemente (3, 4) zur unterschiedlichen Einstellung der
Heizströme der beiden Hitzdrähte (1,2) aufweist, und
g) die Meßschaltung Schaltkreise (6) zur Ermittlung der Differenz der Widerstandswerte
der beiden Hitzdrähte umfaßt.
2. Wärmeleit-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (7)
zwei gasleitend miteinander verbundene rohrförmige Kammern (8,9) aufweist, daß die Hitzdrähte
(1,2) unterschiedlichen Durchmesser (</,, d2) haben
und jeweils axial in den beiden Kammern (8, 9) aufgespannt sind.
3. Wärnieleit-Gasanalysator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, laß die beiden Kammern (8, 9) gleiche Abmessungen haben.
4. Wärmeleit-Gasanalysal r nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzdrähte (1,
2) innerhalb einer gemeinsamen rohrförmigen Kammer (8') der Meßzelle (7) in einer die Achse
der Kammer (8') enthaltenden Ebene jeweils achsparallel aufgespannt sind und unterschiedlichen
Durchmesser (dv d2), aber gleichen Abstand
von der Wand der gemeinsamen Kammer (8') haben.
5. Wärmeleit-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (7)
zwei gasleitend miteinander verbundene rohrförmige Kammern (8, 9) unterschiedlichen Durchmessers
(D., D9) aufweist, und daß die Hitzdrähte
(1, 2) jeweils axial in den Kammern (8, 9) aufgespannt sind und gleichen Durchmesser (dt,d2) haben.
6. Wärmeleit-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzdrähte (1,
2) gleichen Durchmesser (</,, d2) haben und in
einer gemeinsamen rohrförmigen Kammer (8') parallel zur Achse der Kammer (8') in einer die
Achse enthaltenden Ebene und in unterschiedlichem Abstand {A}, A1) von der Wand der Kammer
aufgespannt sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782828429 DE2828429C3 (de) | 1978-06-28 | 1978-06-28 | Wärmeleit-Gasanalysator |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2828429A1 DE2828429A1 (de) | 1980-01-03 |
DE2828429B2 true DE2828429B2 (de) | 1980-06-26 |
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ID=6043034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782828429 Expired DE2828429C3 (de) | 1978-06-28 | 1978-06-28 | Wärmeleit-Gasanalysator |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5535614A (en) * | 1993-11-11 | 1996-07-16 | Nok Corporation | Thermal conductivity gas sensor for measuring fuel vapor content |
-
1978
- 1978-06-28 DE DE19782828429 patent/DE2828429C3/de not_active Expired
-
1979
- 1979-06-27 JP JP8122879A patent/JPS557698A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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JPS557698A (en) | 1980-01-19 |
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