DE720180C

DE720180C - Verfahren und Vorrichtung zur UEberwachung eines Gases

Info

Publication number: DE720180C
Application number: DEJ62984D
Authority: DE
Inventors: Walter Jaeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1938-11-24
Filing date: 1938-11-25
Publication date: 1942-04-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Gases Es ist bekannt, daß der elektrische Strom, der durch eine Ionisationskammer fließt, vom Gase in der Ionisationskammer abhängt.
Die Veränderungen in der Stromspannungscharakteristik treten z. B. in folgenden Fällen auf: I. Der Strom hängt je nach den geometrischen Verhältnissen der Ionisationskammer und der daranliegenden Potentialdifferenz mehr oder weniger stark davon ab, wieviel Moleküle des Gases im Kubikzentimeter vorhanden sind, d. h. er kann vom Drucke und der Temperatur des Gases abhängen.
2. Er ist verschieden je nach der Art der Gasmoleküle, d. Ii. je nach der chemisches Zusammensetzung des Gases in der Ionisationskammer.
3. Der Strom hängt von Schwebestoffen, die sich in der Luft befinden, ab, d. h. er variiert z.B. je nach dem Staubgehalt.
4. Das Vorhandensein schwerer Ionen, sog.
Langevin-Ionen, verändert diesen Strom lebenfalls. Damit hängt es wahrscheinlich zusammen, daß der Strom durch eine Ionisationsv kammer sich ändert, wenn die Luft in ihr aus der Nähe einer Oxydationsstelle stammt.
Untersuchungen zeigten, daß sich die elektrischen Verhältnisse in einer Ionisationskammer sehr stark ändern, wenn die Luft Flammengase enthält. Diese Änderungen beruhen nicht auf dem Vorhandensein der Ionen der Flammen; denn der Strom, der durch eine Ionisationskammer fließt, wird beim Vorhandensein von Flammengasen kleiner. Man würde einen größeren Strom erwarten, da die Flammen selbst schon Ionen enthalten.
Diese Ionen verschwinden aber durch Rekombination so rasch, daß sich durch Verwendung dieses Effektes beispielsweise kein Feuermelder bauen ließe. Die Eigenschaft der Flammengase, den Strom, der in einer geeigneten Ionisationskammer fließt, zu verkleinem, überwiegt gegen die Wirkung der Ionen und klingt langsam ab. Es ist deshalb auf Grund dieser Eigenschaft möglich, eine äußerst empfindliche Anordnung zur Feuermeldung zu bauen.
Durch die Bestimmung der elektrischen Verhältnisse oder deren Änderungen in einer Ionisationskammer kann man also ein bestimmtes Gas auf irgendwelche Eigenschaften prüfen, die diese elektrischen Verhältnisse ändern, wie z.B. die obengenannten Eigen. schaften. Diese Bestimmung kann als einmalige Untersuchung oder als fortlaufende Kontrolle vorgenommen werden.
Die Erfindung betrifft allgemeine Verfalznen und Anordnungen zur Kontrolle eines Gases, indem man dasselbe ionisiert und in einem elektrischen Felde kontrolliert.
Es ist bekannt, zum Feststellen obengenaun. ter Veränderungen eines Gases den Strom, der durch eine Ionisationskammer fließt, und seine Veränderung mit der Gasänderung zu messen. Diese Stromänderung ist jedoch sehr klein, und die Messung macht daher erhebliche Schwierigkeiten.
Ebenfalls ist es bekannt, die Potentialänderung einer Elektrode der Ionisationskammer zur Feststellung der Gasänderung zu benutzen.
Dieses Verfahren ist bedeutend leinfachler und wird deshalb auch bei der vorliegenden Erfindung mitverwendet.
Die Feststellung der Potentialänderung geschah bisher durch die Messung des Potentials mit einem Elektrometer, wobei durch elektrische Kräfte eine mechanische Blewegung erfolgt oder indem durch Elektronenröhren eine Umwandlung dieser Potentialänderung in einen elektrischen Strom erfolgt.
Diese Einrichtungen haben große Nachteile, da eine ferne Übertragung große Schwierigkeiten macht.
Dies liegt darin, daß bei der lTerwendung elektrostatischer Instrumente eine Zeigerbewegung in einen Alarm umgewandelt werden muß. Dies gelingt nur mit Photozellen, die eine weitere komplizierte Apparatur mit sich bringen. Bei der Verwendung von Elektronenröhren sind weitere Verstärkerstufen oder äußerst empfindliche Relais notwendig. Es ist deshalb auf diesem Wege nicht möglich, eine kleine und billige betriebssichere Apparatur zu bauen, die beim Erreichen gewisser Gasveränderungen Alarm gibt.
Im Gegensatz dazu ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, eine äußerst kleine robuste und sehr billige Alarmeinrichtung zu bauen, die auf den oben beschriebenen Prinzipien beruht. Dies wird durch die Kombination von Ionisationskammern mit einer Gasentladung erreicht.
Beim Verfahren nach der Erfindung dient die Änderung des Potentials einer in einer Ionisationskammer liegenden Elektrode dazu, eine Gasentladung in einem abgeschlossenen System, das mit einem geeigneten Gase geeigneten Druckes gefüllt ist, zu erzeugen oder zu beeinflussen.
Dies kann dadurch geschehen, daß eine Gasentladung durch Veränderung des Potentials einer Elektrode der Ionisationskammer gezündet wird. Abb. 1 zeigt eine derartige Anordnung. Das zu prüfende Gas wird durch die Ionisationskammer I mit den beiden Elektroden 2 und 3 geleitet. Durch ein z. B. radioaktives Präparat 4 wird dasselbe ionisiert, d. h. elektrisch leitend gemacht. Es fließt nun ein Strom aus der Batterie 5 über denWiderstand 6 durch das Gas, von der Elektrode 2 zu der Elektrode 3. Die Batterie 8 dient zur Einstellung der richtigen Vorspannung der Gasentladungsröhre 9. Am Widerstande 6 entsteht eine Potentialdifferenz, deren Veränderung mit der Gaszusammensetzung die Gasentladung auslöst.
Steigt die Potentialdifferenz infolge einer Gasänderung in der Ionisationskammer I, So wird der Kondensator 10 aufgeladen und entlädt sich über die Glimmstrecke der Gasentladungslampeg, wenn die Zündspannung erreicht ist. Die Gasentladung brennt so lange, bis der Kondensator g so weit entladen ist, daß die Löschspannung erreicht ist. Der durch die Entladung entstehende Stromstoß wird durch den Kondensator 10 auf das Gitter einer Elektrodenröhre oder auf ein mechanisches Relais übertragen.
Es ist auch möglich, eine Gasentladungsröhre mit drei Elektroden zu verwenden, wie es schematisch Abb. 2 zeigt. Die Bezeichnungen I bis 5 haben die gleiche Bedeutung wie oben. Beispielsweise ist eine Ionisationskammer mit drei Elektroden gezeichnet. Die Gasentladungslampe 12 hat drei Elektroden I3, 14 und 15. Durch eine Potentialänderung der Elektrode 14 zündet die Entladung und brennt zwischen den Elektroden I3 und I5 weiter.
Dieser Strom betätigt das Relais oder die Signaleinrichtung R.
Bei entsprechender Wahl der Potentiale der Elektrode 13 und 15 kann die Gasentladungslampe 12 sowohl bei größer wie bei kleiner werdendem Potential der Elektrode i 4 zünden. Dies rührt daher, daß die Entladung durch eine Zündung zwischen den Elektroden 13 und 14 oder zwischen 14 und IS eingeleitet werden kann und dann zwischen den Elektroden I3 und 15 weiterbrennt. Damit beim Einschalten der Batterie keine Zündung erfolgt, sind die beiden Kondensatoren I 0 und I6 so bemessen, daß sich beim Einschalten der Batterie 5 ein derartiges Potential einstellt, daß zunächst keine Zündung erfolgt.
Da der Strom, der durch die lonisationskammer fließt und seine Änderung bei einer Gasänderung äußerst klein ist, ist es nicht immer leicht, die Zündung einer Gasentladung zwischen festen Elektroden einzuleiten, da daza ein grewissler Strom erforderlich' ist.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird deshalb die Veränderung oder das Entstehen einer Gasentladung zwischen einer festen Elektrode und einer Elektrode, die durch die elektrostatisdben Kräfte bewegt wird, dazu benutzt, die Veränderung des Gases anzuzeigen.
Die Potentialdifferenz, die notwendig ist, um in einer Gasentladungslampe bei einem bestimmten Abstand eine Gasentladung zum Entstehen zu bringen, hängt vom Abstand der Elektroden ab. Die Gasentladungslampe kann so gebaut werden, daß bei kleiner werden dem Abstand eine Zündung erfolgt. Denkt man sich z.B. in'Abb. I die eine der Elektroden der Gasentladungslampe beweglich, so kann bei größer werdender Potentialdifferenz am Kondensator 10 eine Zündung dadurch entstehen, daß sich diese Elektrode infolge der elektrostatischen Kräfte gegen die zweite Elektrode bewegt und dann infolge des verkleinerten Abstandes zündet.
Ist in Abb. 2 z. 13. die Elektrode 13 leicht beweglich, so wird sie sich bei größer werdender Potentialdifferenz gegen die Elektroden I4 und 15 bewegen, und es kann eine direkte Zündung zwischen 13 und 15 entstehen.
Die Gasentladung kann als Glimm-, Bogen-oder Funkentladung erfolgen, je nach dem Bau und der Gasfüllung der Gasentladungslampe und den Bedingungen im äußersten Stromkreis.
Wesentlich ist nur, daß der Stromdurchgang als Gasentladung erfolgt; denn ein direkter metallischer Kontakt ist infolge der kleinen elektrischen Kräfte nicht betriebs. sicher.
An StelIe der einen Elektrode der Abb. 2 können z.B. auch zwei Elektroden treten, die in einer Brücke nach Abb. 3 geschaltet sind.
Man kann dann z.B. Glimmentladungen zwischen der beweglichen Elektrode 13 und den beiden Elektroden I6 und - I7 als zwei Zweige einer elektrischen Brücke schalten. Das Instrument Z zeigt die Veränderung des Brükkengleichgewichtes und damit die Gasänderung an.
Da die bewegenden Kräfte zwischen den Elektroden 13 und 14 der Abt.3 sehr klein sind, müssen Reibungsfehler bei der Bewegung der Elektrode möglichst ausgeschaltet werden. Bei einem Verfahren nach der Erfindung wird die bewegliche Elektrode an einem Bande oder Drahte zwischen zwei festen Punkten in seiner Lage drehbar fixiert. Der an dem genannten Band aufgehängte, beweg. liche Körper kann sich, wenn das Band sehr dünn ist, leicht um eine Achse drehen, die durch die beiden Fixpunkte des Bandes geht.
Ist der bewegliche Körper so ausgebildet, daß ein Kippen des Körpers vermieden werden soll, so ist es notwendig, daß er an zwei nicht zusammenfallenden Punkten an dem gespannten Band aufgehängt wird.
Abt.4, 5, 6 und 7 zeigen schematisch derartige Anordnungen. Abt.4 stellt einen Schnitt, ungefähr von der Seite gesehen, dar, Abb. 5 dieselbe Vorrichtung von oben gesehen, Abb. 6 eine andere Ausführungsform von der Seite und Abb. 7 von oben gesehen dar.
Damit kein Kippen und damit Kurzschlüsse zwischen dem beweglichen Leiter 21 und dem festen Leiter 22 auftreten, greift das Spannband 24 und 25 an den Punkten 26 und 27 des Körpers 23 an, der mit dem beweglichen Leiter 21 fest und leitend verbunden ist. Das Spannband, das auch aus zwei Stücken be stehen kann, ist an den beiden Haltern z8 und 29 befestigt.
Wird zwischen dem beweglichen Leiter 21 und dem feststehenden Leiter 22 bzw. zwischen die beiden Zuführungsdrähte 33 und 34 eine Spannung gelegt, so bewegt sich der Leiter 21 in der Art, daß die Kapazität zwischen ihm und dem Leiter 22 zunimmt. Diese Bewegung dauert so lange, bis ihr vom Gegendrehmoment des Spannbandes 24 und 25 das Gleichgewicht gehalten wird oder bis zwischen den Elektroden 31 und 32 eine Gasentladung entsteht, die diese Elektroden auseinandertreiblen kann.
Der Strom oder Stromstoß, infolge des Entstehens einer Gasentladung zwischen 31 und32, lraml dazu dienen, das' Erreichen einer gewissen Spannungsdifferenz anzuzeigen. Die Vorrichtung arbeitet damit als rein elektrostatisches Relais.
Die HaIter 28 und 29 können auch federnd ausgebildet sein, damit das Spannband immer gestreckt bleibt, weil diese Konstruktion leichter auszuführen sein kann und weil dadurch das bewegliche System vor Stößen abgefedert wird.
Der Strom, der durch die Ionisationskammer fließt und seine Änderung mit der Gasd zusattn'ensetzung, ist sehr klein. Da dasPrinzip des Verfahrens in der Feststellung des Potentials einer Elektrode besteht, müssen sehr große Anforderungen an die Isolation dieser Elektrode gestellt werden, um das Verfahren überhaupt durchführbar zu machen.
Bei Gasen, die Bestandteile wie Öle, Fette, Rauch und ähnliches mit sich führen, verschmutzt die Isolation sehr leicht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird deshalb diese Isolation in einer Kammer außerhalb des Gasstromes angeordnet, indem sie vom eigentlichen Gasraume durch eine Wand getrennt wird, die die Elektrode oder ihre Zuführung fast berührt. Diese Kammer kann von einem Strome reiner oder auch noch getrockneter Luft oder einem anderen Gase durchspült werden.
Ist das zu prüfende Gas feucht, so kann die Isolation durch daran sich niederschlagenden Wasserdampf verdorben oder zeitweise aufgehoben werden.
Dies kann nach einer Ausführungsform der Erfindung vermieden werden, indem die Isolation oder das sie umgebende Gas erwärmt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Überwachung eines Gases, indem man dasselbe in ionisiertem Zustande zwischen Elektroden verschiedenen Potentials hindurchleitet und durch die Potentialänderung einer dieser Elektroden Veränderungen der elektrischen Verhältnisse des Gases zwischen den Elektroden feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Potentialänderung einer in der Ionisationskammer liegenden Elektrode eine Gasentladung in einer dafür vorgesehenen Einrichtung erzeugt oder beeinflußt wird, wobei mindestens ein Teil der Einrichtung, in welcher die Gasentladung erfolgt, in einen Stromkreis gelegt wird, in welchem während einer Gasentladung ein Strom fließt, wobei das Entstehen oder die Veränderung dieses Stromes das Entstehen oder die Veränderung der Gasentladung anzeigt und damit zur Überwachung des zu untersuchenden Gases dient.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwei der Elektroden der Ionisationskammer in Serie mit einem hohen Widerstande und einer Spannungsquelle geschaltet werden, wobei durch die Potlentialänderung der mit dem Widerstande -verbundenen Elektrode der Ionisationskammer eine Gasentladung beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwei Elektroden der Ionisationskammer in Serie mit einer zweiten, beinahe mit Sättigung arbeitenden Ionisa-- tionskammer und einer Spannungsquelle geschaltet werden, wobei durch die Potentialänderung der mit der zweiten Ionisationskammer verbundenen Elektrode der ersten Ionisationskammer eine Gasentladung beeinflußt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen I und/oder 3, dadurch gekennzeichnet,- daß in an sich bekannter Weise eine Ionisationskammer mit mindestens drei Elektrode den verwendet wird, wobei durch die Potentialänderung einer dieser Elektroden eine Gasentladung beeinflußt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, 3 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Gas durch eine radioaktive Substanz ionisiert wird. o.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Potentialänderung einer Elektrode der Ionisationskammer eine Kapazität aufgeladen wird, die sich beim Erreichen eines bestimmten Potentials in Form einer Gasentladung entlädt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Potentialänderung einer Elektrode der Ionisationskammer das Potential einer Zündelektrode einer Gasentladungsstrecke derart geändert wird, daß die Gasentladung zündet.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zündelektrode und bestimmte andere Punkte der Schaltung derart bemessene Kapazitäten derart geschaltet werden, daß beim Einschalten keine Zündung der Gasentladung erfolgt.
9. Verfahren - nach den Ansprüchen 1 und/oder S, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Gasentladung dadurch beeinflußt wird, daß eine Elektrode der Gasentladungsstrecke durch die elektrostatischen Kräfte der Potentialänderung der Ionisationskammer bewegt wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasentladungsstrecke, die durch die Bewegung einer Elektrode beeinflußt wird, als ein Zweig einer elektrischen Brücke geschaltet wird, wobei Veränderungen im Gleichgewicht der Brücke Veränderungen der Gasentladung und damit die Bewegung der Elektrode anzeigen.
I I. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gasentladungen als Zweige einer elektrischen Brücke geschaltet sind und durch die Bewegung einer Elektrode verändert werden.
12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 1 1, bei welcher die sich bewegende Elektrode an einem Bande befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Band die bewegliche Elektrode dadurch drehbar hält, daß es zwischen zwei Punkten ausgespannt ist.
I3. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Band, an dem die bewegliche Elektrode befestigt ist, durch mindestens eine Feder gespannt ist.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen I2 und I3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bewegende Teil aus zwei voneinander isolierten Leitern mit elektrisch getrennter Zuleitung besteht.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung in einem hermetisch abgeschlossenen Gefäß stattfindet.
I6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Isolation der Elektrode, deren Potentialänderung zur Anzeige der Änderung des zu prüfenden Gases dient, von dem Teil der Ionisationskammer, durch den das zu prüfende Gas strömt, durch eine enge Durchffihrung getrennt ist.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis I6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Umgebung der Isolation der Elektrode, deren Potentialänderung zur Anzeige der Veränderung des zu prüfenden Gases dient, oder diese Isolation selbst erwärmt wird.