DE947932C - Vorrichtung zum Messen der magnetischen Suszeptibilitaet von Gasen, insbesondere magnetischer Sauerstoffmesser - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 23. AUGUST 1956

D 18427IX142 l

Zusatz zum Patent 903

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasen und zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung dieser Gase, insbesondere auf einen magnetischen Sauerstoffmesser.

Eine Vorrichtung dieser Art besteht im wesentlichen aus einem Prüfstück, das in einem ungleichförmigen, magnetischen Feld in dem zu prüfenden Gas aufgehängt ist, sowie aus Einrichtungen, welche die auf das Prüfstück einwirkende Kraft messen. Veränderungen in der Zusammensetzung des Gases, welche eine Veränderung der magnetischen Suszeptibilität des Gases hervorrufen, bewirken eine Veränderung der Stellung, die das Prüfstück in dem magnetischen Feld einnimmt, und diese Bewegung des Prüfstückes kann bei entsprechender Kalibrierung zur Feststellung von Änderungen in der Zusammensetzung des zu prüfenden Gases verwendet werden. Eine Vorrichtung dieser Art ist im Patent 903 749 beschrieben und besteht aus einem Magneten und einer Zelle, die zwischen den einander gegenüberliegenden Polen des Magneten eine Kammer bildet, wobei die Zelle aus einem an beiden in der Nähe der Magnetpole gelegenen

Enden offenen Rahmen aus praktisch nichtmagnetischem ' Material besteht und . zwei Polstücke enthält, die so gestaltet sind, daß sie ein -ungleichförmiges, magnetisches Feld erzeugen, ferner aus einem länglichen Prüfstück, das in seinem Schwerpunkt zwischen den beiden Bolstücken mittels eines Fadens aufgehängt ist, der an beiden Enden starr innerhalb der Kammer getragen ist,.aus Einrichtungen zum Durchlesen von Gas durch die ίο Kammer, welche praktisch gasdicht ist, sobald sie sich-in Stellung zwischen den Magnetpolen befindet, sowie aus Einrichtungen zum Messen der Winkel ablenkung des; Prüfstückes in Abhängigkeit von der magnetischen Suszeptibilität des Gases in der Kammer. . · . . -

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, den Widerstand gegen die Bewegung des Prüfstückes zu erhöhen, das in einem ungleichförmigen., magnetischen Feld in .einer Vorrichtung der beschriebenen Art ao aufgehängt ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine ausgeglichene Vorrichtung zu schaffen, bei welcher das Prüfstück im wesentlichen in der Lage des maximalen Gefälles des - magnetischen Feldes gehalten wird, so daß alle Messungen dort aufgezeichnet werden, wo die größte Empfindlichkeit herrscht.

Noch ein weiteres Ziel derErfindung ist eine sich selbst ausgleichende Vorrichtung.

.Es wurde gefunden, daß diese Ziele durch An-■30 Ordnung von Drahtschleifen erreicht werden können, die das Prüfstück umgeben, wie nachstehend beschrieben wird.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht

darin, daß ein aus Draht bestehender starrer Rahmen jeden Arm eines länglichen Prüfstückes mit einer besonderen Schleife umgibt und 'daß beide Schleifen gleiche Abmessungen aufweisen und in derselben Ebene liegen, die in. der Längsrichtung durch das Prüfstück hindurchgeht und die mit den Kraftlinien des ungleichförmigen, magnetischen Feldes einen Winkel einschließt, wobei die Drahtenden

leitend verbunden sind. - .

Unter dem Ausdruck »leitend verbunden« ist zu verstellen, daß die Drahtenden so miteinander verbunden sind, daß sie eine das Prüfstück umgebende Schleife bilden, oder daß sie geerdet und dadurch kurzgeschlossen sind, oder daß sie mit Einrichtungen verbunden 'sind, um einen elektrischen Strom durch den Draht zu leiten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform· liegen die Drahtschleifen in einer Ebene, die im rechten Winkel zu den Kraftlinien des ungleichförmigen, magnetischen Feldes steht. In dieser Stellung wird maximale Empfindlichkeit erzielt. Das Prüfstück nimmt eine solche Stellung in dem magnetischen Feld ein, daß es mit der Linie der maximalen magnetischen Kraft einen Winkel einschließt und nicht parallel zu derselben verläuft oder mit ihr zusammenfällt. Infolgedessen liegen die das Prüfstück umgebenden beiden Schleifen auf entgegengesetzten Seiten dieser Linie der. maximalen magnetischen Kraft. Da die' Schleifen in einem ungleichförmigen magnetischen Feld angeordnet sind, ist jede der das Prüfstück um gebenden Schleifen für sich -zu betrachten. Obwohl der in der Schleife induzierte' oder der Schleife zugeführte Strom auf den entgegengesetzten Seiten der Schleife in entgegengesetzten Richtungen ver- ■ läuft, heben.sich die resultierenden Kräfte infolge des Feldstärkeunterschiedes auf den beiden Seiten nicht auf, sondern erzeugen ein Kräftepaar. Die zweite Schleife rund um den anderen Arm des Prüfstückes ist derart angeordnet, daß sie ein Kräftepaar in der entgegengesetzten Richtung ergibt, welches die dadurch erzielte Bewegung verstärkt.-

Wenii ·— wie oben angegeben — eine das Prüfstück umgebende ununterbrochene Schleife vorgesehen ist, wird durch die Bewegung des Prüfstückes in dem starren Rahmen ein elektrischer Strom induziert, und das, wenn auch sehr geringe, induzierte Moment wirkt' der Bewegung des Prüf^ Stückes entgegen und stellt dadurch ein Mittel dar, um den Widerstand gegen die Bewegung des Prüfstückes zu erhöhen.

Wenn die Schleife nicht aus einem Stück besteht und die Enden zu getrennten elektrischen Verbindungen geführt , sind, kann die Bewegung des Prüfstückes durch das Hindurchleiten eines entsprechenden elektrischen Stromes durch die Schleife gesteuert werden. Die Richtung des Kräftepaares ist von der Richtung des Feldgefälles und von der Richtung des in der Schleife fließenden Stromes abhängig. Statt die Winkelablenkung des Prüfstückes in' Abhängigkeit von der magnetischen Suszeptibilität des das Prüf stück umgebenden Gases zu messen, wird dadurch ermöglicht, die Stromstärke zu messen, die erforderlich ist, um genau dem magnetischen Moment entgegenzuwirken, das die Ablenkung zu bewirken trachtet, wodurch das Prüfstück in einer bestimmten Lage gehalten wird, die zweckmäßig der Lage des maximalen Gefälles des magnetischen Feldes entspricht. Auf diese Weise kann die Vorrichtung so betätigt werden, daß sich das Prüfstück jederzeit in der Stellung maximaler Empfindlichkeit befindet. Eine solche Vorrichtung wird als ausgeglichen bezeichnet.

Die Betätigung der beschriebenen ausgeglichenen Vorrichtung kann von Hand aus oder !selbsttätig erfolgen. Im ersterenFall wird die Stromzuführung zu dem Draht, der den das Prüfstück umgebenden starren Rahmen bildet, von Hand aus eingestellt, um ein Moment zu induzieren,, das gleich und entegengesetzt dem auf das Prüfstück einwirkenden magnetischen Moment ist. Dieser Strom zeigt bei entsprechender Regulierung die magnetische Suszeptibilität des zu prüfenden Gases an.

Andererseits " kann die Vorrichtung dadurch selbsttätig 'oder sich selbst ausgleichend gestaltet werden, daß beispielsweise die Enden, der Drahtschleife mit der Ausgangsseite eines mit dem Prüfstück vereinigten Rück-koppelungsverstärkers verbunden werden. Bei einer Ausführungsform eines selbst ausgleichenden Systems dieser Art trägt das Prüfstück oder seine Aufhängevorrichtung einen Spiegel, der einen Lichtfleck auf eine, photoelek-

Irische Zelle reflektieren kann. Die Ablenkung des Prüfstückes, die durch das auf dasselbe einwirkende magnetische Moment hervorgerufen wird, bewirkt eine Reaktion in der photoelektrischen Zelle, deren Strom verstärkt und auf die beiden Enden des den starren Rahmen bildenden Drahtes zur Wirkung gebracht wird, der das Prüfstück umgibt, um ein Moment zu induzieren, das dem magnetischen Moment gleich und entgegengesetzt ist. Der Strom

ίο des Verstärkers betätigt auch Anzeige- oder Aufzeichnungsainriehtungen, durch welche der dem Prüfstück zugeführte Strom gemessen und danach die magnetische Suszeptibilität des zu prüfenden Gases berechnet werden kann.

Die Vorrichtung gemäß'der Erfindung ist insbesondere auf die im Patent 903 749 beschriebene und beanspruchte Vorrichtung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasen anwendbar.
Der Draht kann aus irgendeinem Metall hergestellt werden, besteht aber vorzugsweise aus einer Platin-Iridium-Legierung oder einem Metall von ähnlichen Eigenschaften. Der Durchmesser des verwendeten Drahtes entspricht den Abmessungen des Prüfstückes. Wenn bei der im Patent 903 749 beschriebenen Vorrichtung das Prüfstück weniger als 5 mg wiegt, beträgt der Durchmesser des Drahtes nicht mehr als 0,05 mm.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. ι ist eine schaubildliche Ansicht eines Teiles einer Ausführungisform 'der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt das Prüfstück und die Schleifen gemäß Fig. 1 im Grundriß;

Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teiles einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 zeigt das Prüfstück und die Schleifen gemäß Fig. 3 im Grundriß;

Fig. 5 ist ein vergrößerter Querschnitt nach der Linie A-A der Fig. 4 mit hinzugefügten Spiegeln; Fig. 6 und 7 stellen ischematisch Teile der Vorrichtung dar und zeigen zwei Anordnungen des Analysators.

Gemäß Fig. 1 ist ein Prüfstück 1 mittels eines Fadens 2 zwischen den magnetischen Polstücken 3 und 4 aufgehängt. Eine ununterbrochene Doppelschleife aus Draht 5 umgibt das Prüfstück, wobei die Ebene, in welcher der Draht liegt, zum Faden 2 und zu den magnetischen Kraftlinien im rechten Winkel steht. Fig. 2 zeigt das Prüfstück, das aus einer Stange 6 besteht, die Kugeln 7 -und 8 trägt. Gemäß den Fig. 3 und 4 ist der das Prüfstück umgebende Draht 9 auf die Stange 6 aufzementiert.

Die Enden des Drahtes 9 sind zu dem mittleren oberen und unteren Teil der Stange geführt, um eine ausgeglichene Aufhängung zu erhalten, und sind mit elektrisch leitenden Aufhängeorganen 10,11 verbunden, die an in den Polstücken 13, 14 angeordneten Haltern 12 befestigt sind. Die Art des Aufzementierens des Drahtes auf die Stange ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 5 zeigt ein Gegengewicht 15 des Drahtes 9, welches das Gewicht des die andere Seite der Stange 6 umgebenden Drahtes 9 ausgleicht. Fig. 5 zeigt ferner Spiegel 16 .und 17, die auf den Seiten der Stange 6 befestigt sind. Jeder Spiegel ist auf beiden Seiten der Stange befestigt, um das Prüfstück vollkommen ausgeglichen zu halten. Auf diese Weise kann das Prüfstück in seinem Trägheitsmittelpunkt aufgehängt werden und das Gerät dadurch lagenunempfindlich gemacht werden.

Fig. 6 zeigt schematisch Teile einer sich selbst ausgleichenden Vorrichtung mit einem Prüfstück gemäß den Fig. 3, 4 und 5.

Das Prüfstück 20 ist mittels der elektrisch leitenden Aufhängeorgane 21, 22 aufgehängt, die mit den Enden des die Schleifen bildenden' Drahtes 23 verbunden sind. Der Spiegel 24 ist auf das Prüfstück aufzementiert. Eine Lichtquelle 25 erzeugt einen Lichtstrahl, der vom Spiegel 24 auf eine photoelektrische Zelle 26 reflektiert wird. Eine Bewegung des Prüfstückes erzeugt einen Strom in der photoelektrischen Zelle, der durch die Einrichtung 27 verstärkt und auf die Enden des die Schleifen bildenden Drahtes zur Wirkung gebracht wird, um ein Moment zu induzieren, das dem auf das Prüfstück wirkenden magnetischen Moment gleich und entgegengesetzt ist, und dadurch das Prüfstück in seine Ausgleichsstellung zurückzuführen. Der Strom der photoelektrischen Zelle wird durch eine Einrichtung 28 gemessen oder aufgezeichnet, die dadurch die Größe des auf das Prüfstück einwirkenden magnetischen Momentes und auf diese Weise die Zusammensetzung des das Prüfstück umgebenden Gases anzeigt.

Fig. 7 zeigt schematisch Teile einer von Hand einzustellenden ausgeglichenen Vorrichtung. Die Teile 20, 21, 22, 23, 24 und 25 entsprechen der Darstellung in Fig. 6. Eine Batterie 29 ist mit einem Meßgerät 32 und einem veränderlichen Widerstand· 30 in Reihe geschaltet. Eine Bewegung des Prüfstückes bewirkt, daß sich der Lichtfleck längs einer Gradeinteilung 31 bewegt. Ein entsprechender elektrischer Strom wird dann durch den Stromkreis mittels der Batterie und des elektrischen Widerstandes hindurchgeleitet, die von Hand aus eingestellt werden können, um den Lichtfleck auf Null einzustellen. An diesem Punkt wird durch den elektrischen Strom ein Moment induziert, das dem auf das Prüfstück einwirkenden magnetischen Moment gleich und entgegengesetzt ist. Der Strom wird durch das Meßgerät 32 gemessen, welches dadurch die Größe des auf das Prüfstück einwirkenden magnetischen Momentes und auf diese Weise ¹¹S die Zusammensetzung des das Prüfstück umgebenden Gases anzeigt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Vorrichtung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasen nach Patent 903 749, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus 'Draht bestehender starrer Rahmen jeden Arm eines Prüfstückes mit einer besonderen Schleife

   umgibt und · daß beide Schleifen gleiche Abmessungen aufweisen und in derselben Ebene liegen, die in der Längsrichtung durch das Prüfstück hindurchgeht und die mit den Kraftlinien des- ungleichförmigen magnetischen Feldes einen Winkel einschließt, wobei die Drahtenden leitend verbunden sind.-

   2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen in einer Ebene

   ίο liegen, die im rechten Winkel zu, den Kraftlinien des ungleichförmigen· magnetischen Feldes.steht.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch'gekennzeichnet, daß die beiden Enden des den Rahmen bildenden Drahtes mit Einrichtungen zum Durchleiten von elektrischem Strom durch den Draht verbunden sind.

   .4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-

   ■ kennzeichnet, daß die die Arme des Prüfstückes ■umgebenden Schleifen des Drahtes so mitein-

   ao ander verbunden sind, daß das von der einen Schleife erzeugte Kräftepaar in entgegengesetzter Richtung zu dem von der anderen Schleife erzeugten Kräftepaar liegt, wodurch die erzielte Bewegung verstärkt wird·.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromzuführung mit Anzeige- oder Aufzeichnungsemrichtungen vereinigt ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung des elektrischen Stromes vorgesehen sind, der durch den den Rahmen bildenden Draht geleitet wird, um in dem Prüfstück ein Moment zu induzieren, das dem auf das Prüfstück einwirkenden magnetischen Moment gleich und entgegengesetzt ist.

   7. Vorrichtung, nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einstellmittel, bestehend aus einem von dem Prüfstück oder seiner Aufhängevorrichtung getragenen Spiegel, aus eimer photoelektrisdien Zelle, aus einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl erzeugt, der von dem Spiegel ■auf die photoeljektrische Zelle reflektiert wird, aus elektrischen Einrichtungen, welche den Strom der photoelektrischen Zelle verstärken, aus Einrichtungen/welche den verstärkten Strom auf die beiden Enden des den Rahmen bildenden Drahtes zur Wirkung bringen, und aus Anzeigeoder. Aufzeichnungseinrichtungen, die durch diesen Strom so betätigt werden, daß eine unter der Wirkung des magnetischen Momentes herbeigeführte Bewegung des Prüfstückes eine. Reaktion, in der photoelektrischen Zelle bewirkt und der verstärkte Strom der photoelektrischen Zelle in dem Prüfstück ein Moment induziert, das dem magnetischen Moment gleich und entgegengesetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ) 509 660/433 2.56 (609 589 8,56)