JPS61217749A - ガスの熱伝導度を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気的にブリッジ並びに主流動管路のバイパ
ス中に配置された加熱可能で温度依存性の測定抵抗を使
用する、ガスの熱伝導度を測定する装置に関する。

従来の技術 一般にこのような装置は、個々のガスが熱伝導等率の異
なることによシ区別されるので、ガス分析装置で使用さ
れる。このような装置および測定抵抗の大きい欠点は、
測定値が分析媒体の流速に大きく依存することである。

従って、例えば大きい流速が見掛は上大きい熱伝導率を
生じる、すなわち出力信号の安定性が流量の変動に依存
する。原理的にこのことは、測定センサが、流動による
冷却および熱伝動による冷却間を区別する状態にないと
表わすことができる。

しかしながら、ガス組成の変動することがあっても相応
する応答速度が必要であるので、流動をなくすることは
できない。

従って、２つの条件、すなわち１方で高い測定精度の要
求および他方で大きい応答速度の要求が真向に対立する
。

前記せる種類の装置は西ｒイツ国特許明細書第２１５６
７５２号第３図により公知である。

この場合、流速の影響は、温度センサをバイパス中に配
置し、従ってこれを分流にだけ曝すことにより低減され
る。バイパス中の流速が小であれば小である程、測定（
直が正確であり、とりわけまだ応答時間が長いか、まだ
その逆である。

極限的事例において流動によるガス交換が完全になくさ
れた場合、測定精度が相応に犬であるが、但し応答時間
が著るしく長い。このような測定センサは、ガス交換の
原理により”拡散セル°”とも呼称され、西Ｐイツ国特
許明細書第２９５２１３７号により公知である。この場
合、温度差により生じる対流でさえ、測定セル体積の容
量を殊に小さくすることによりさらに阻止される。測定
自体は、加熱フィラメントおよび温度測定フィラメント
間のエネルギ搬送に続く熱伝導により行なわれる。この
種類の異なる解決から著るしい小形化が得られたにせよ
、しかしながらこの解決は極めて不活性であるという欠
点を有する。

発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の根底をなす課題は、大きい応答速度に
もかかわらず極めて低い流動感度を有する前記せる種類
の装置、従って流動バイパスを有する装置をうろことで
ある。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題の解決は、前記せる装置におい
て、 ａ）第１の測定抵抗に接近して、加熱可能で温度依存性
の第２の測定抵抗が配置され、これら２つの測定抵抗が
流路の方向に前後に配置され、かつ ｂ）これら２つの測定抵抗が電気的にブリッジの対向ア
ーム中に配置されていることによシ行なわれる。

これら２つの手段を組合せることにより、それぞれの測
定抵抗に不断に存在する流動依存性の補償が行なわれる
。流速が零である場合、加熱された２つの測定抵抗の直
接周囲に、２つの測定抵抗間の対称面に対し同じく対称
である温度分布が形成される。従って理想的には、これ
ら２つの測定抵抗の抵抗値が同じである。ところで流れ
が装入されると、直ちに付加的な熱搬送により、下流側
に配置された測定抵抗の方向に温度ピークが移動する。

次いで、この温度差により生じる抵抗値の差が、該当す
るガスまたはガス混合物の流速の、また熱伝導度の尺度
である。ところで、２つの測定抵抗が本発明忙より電気
的にブリッジの対向アーム中に配置されているので、２
つの抵抗中で逆に作用する流速の影響が補償されるが、
但し２つの測定抵抗中で同じ方向に作用する熱伝導の影
響が維持されたままである。

また本発明による解決において、実際の測定セルをその
容積およびその流路の点で小形化するのが有利であるが
、但しこの必要性は、西ｒイツ国特許明細書第２９５２
１３７号による装置のように全く制限されない。

例えば、バイパス流量対総流量の比が１：１０００のよ
うに設定されることができる。セル容積約５ｆｆｉＩ！
３の場合、排気洗浄を前提とする時定数約０．３秒が得
られる。相応に形成された、材料太さ例えば５μｍを有
する測定抵抗は、測定センサで時定数０．１秒以下が得
られ、従って０．４秒を下廻る応答時間が得られること
ができる。以下の詳述において、この値をさらに低減し
うろことを示す。

西ドイツ国実用新案第１９２０５９７号および西ドイツ
国特許明細書第１２５６９０９号によれば、加熱測定抵
抗を流動方向に前後に接続しかつ抵抗率変動をブリッジ
により検出することはすでに公知であるが、但しこの方
法は反対の目的、すなわち質量流動を検出するために行
なわれる。またこの場合、温度依存性の加熱測定抵抗が
同じブリッジアーム中に配置され、従って流動による熱
伝達の効果が訓戒的に挙動する。

この場合、本発明のもう１つの構造によシ殊に有利なの
は、２つの測定抵抗が、メアンダー状に形成されかつ、
６つの合同の絶縁小板から形成されていてもよいベース
ブロックの透過窓中に配置されている場合である。

さらに有利なのは、ベースブロックが、それぞれ１つの
固有の加熱抵抗が設けられたセラミック板間に配置され
、この加熱抵抗によシ測定セルが一定温度に制御加熱可
能である場合である。

熱伝導度が、セル壁へ向けて、１方で測定抵抗および他
方でセル壁間の温度差に比例するので、測定セルの恒温
加熱が付加的測定精度をもたらす。

本発明のさらに有利な構造が他の従属請求項から明白で
ある。

実施例 以下に、本発明を図面実施例につきさらに詳説する。

第１図において、長手孔２を有する主流動管１が示され
、この長手孔が例えば直径３韻を有する。この主流動管
は、それぞれ直径０．５ｍｍを有する、緊密に隣接する
２つの半径方向分岐孔３および４を有する。これら分岐
孔の範囲内で、主流動管１に、平らな底面６を有する切
欠５が設けられている。

この底面６に、以下に詳述する実際の測定セルフが取付
けられている。測定セルは、例えば珪素樹脂であっても
よい注形コンパウンド８を使用し主流動管１に固定され
ている。

測定セルフの中心部材は窓１０を有するベースブロック
９であるが、その詳細を第３図につきさらに詳説する。

ベースブロック９は、１方が窓１０へ向けた流路１３な
いしは他方がこの窓から離れる流路１４を有する２つの
セラミック板１１および１２間に配置されている。これ
ら２つの流路１３および１４が、半径方向分岐孔３ない
しは４と連通し、その結果矢印により表わした窓１０を
貫通する流れが形成されることができる。

セラミック板１１および１２のそれらの外面に、白金薄
膜抵抗として形成されたそれぞれ１つの加熱抵抗１５お
よび１６が設けられている。

同時に、これら２つの加熱抵抗は、セルフを恒温温度制
御するための測定抵抗である。加熱および制御よシ成る
この組合せが、極めて良好な温度定数による優れた制御
精度を有する。加熱抵抗１５および１６の給電が、導線
１７ないしは１８を経て行なわれる。さらに付加的に、
測定セルフに、同じく注形コンパウンド中に埋設された
ガラスより成る取出し部材１９が設けられている。セラ
ミック板１１および１２の厚さが０−６ｍｔｘであり、
このことからすでに装置全体の小ささが明白である。

第２図は、はぼ正方形の窓１０を有するベースブロック
９の中央絶縁小板２０を示す。この小板２０の両面に、
メアンダー状に形成された２つの測定抵抗２１および２
２が窓を多数回架橋するように配置されているが、これ
ら測定抵抗のうち第２図には測定抵抗２１だけが表わさ
れている。それぞれの測定抵抗の終端部が端子２３およ
び２４に達する。例えば、これら測定抵抗は、５μｍ厚
のニッケル小板をマスキングしかつ化学的にエツチング
することによシ製造されることができる。

第３図は、中央小板２０が、同じ大きさで合同に配置さ
れた窓１０を有する他の２つの絶縁小板２５および２６
間に埋設されていることを示す。この場合配列は、第１
の測定抵抗２１が第１の小板２５および第２の（中央）
小板２０間に、かつ第２の測定抵抗２２が第２の小板２
０および第３の小板２６間に入シ、その場合これら測定
抵抗が合同の窓を第２図に示した方法で架橋するように
行なわれる。前述の方法で、それぞれの窓１０が矢印に
より表わされた流路２７を形成し、かつこの流路中に２
つの測定抵抗２１および２２が前後に配置される。

第４図は、それぞれのブリッジアームに配置されたブリ
ッジ抵抗Ｒ１＋　Ｒ２＋　Ｒ３およびＲ４を有するブリ
ッジを示す。この場合、ブリッジ抵抗Ｒ１およびＲ４が
測定抵抗２２ないしは２１を形成し、かつブリッジ対角
位置で測定された電圧が流路２１中に存在するガスの熱
伝導度の尺度である。

この場合、流動の影響の補償が、測定抵抗２１から測定
抵抗２２までの流動による熱伝達によシ達成される。ブ
リッジ中に対向配置された測定抵抗２１および２２によ
シ、熱伝導の効果が訓戒されるとともに、流動による熱
伝達の効果が減成的に挙動する、それというのも測定抵
抗１から導出された熱エネルギが測定抵抗２に供給され
るからである。従って、第５図に示した特性曲線の特定
の範囲的で、流動依存性の補償が得られる。この場合第
５図によれば、使用された２つの測定抵抗の直線的補償
範囲が約１００ｍｍ３まで達し、従って流速の補償が主
流動管１を通る総流量１１／分およびバイパス分量１／
１０００でも保証される。第１図によれば、バイパスが
、分岐孔３、半径方向の流路１３、窓装置１０、再び半
径方向の流路１４および分岐孔４により形成される。

第１図による実施例の場合、測定セルフのチャンバ容積
、すなわち流路１３および１４および窓装置１０の容積
がほぼ１正３であった。２つの測定抵抗２１および２２
が、１順Ｘ１朋の窓面を架橋しかつ抵抗率２２．５オー
ムを有した。

この実施例において、応答速度、いわゆるＴ９０時間が
、実際に検知不能な流動依存度ないしは完全に十分な流
動補償で８００ミリ秒であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の１実施例の構造を示す縦断
面図、第２図は第１図中のベースブロック中の中央絶縁
小板の構造を示す拡大平面図、第３図は第１図中のベー
スブロックの拡大縦断面図、第４図は本発明による装置
中のブリッジの回路図、および第５図は本発明による装
置中のそれぞれの測定抵抗の流動依存性を示す図表であ
る。 １・・・主流動管、２・・・長手孔、３，４・・・半径
方向分岐孔、５・・・切欠、６・・・切欠底面、７・・
・測定セル、８・・・注形コンパランｒ１９・・・ベー
スブロック、１０・・・窓、１１，１２・・・セラミッ
ク板、１３．１４・・・流路、１５，１６・・・加熱（
測定）抵抗、１７．１８・・・導線、１９・・・取出し
部材、２０・・・中央絶縁小板、２１．２２・・・測定
抵抗、２３．２４・・・端子、２５．２６・・・絶縁小
板、２７・・・流路 ＦＩＧ、　２　　　　　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ
、　３］ 剣 Ｕ （）　　　　　　　　　　　　＋７１　　　　　　　　
　　　０−ヘ 手続補正書（方式） 昭和６１年　Φ月ノア日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気的にブリッジ並びに主流動管（１）のバイパス
   （３、１３、１０、１４、４）中に配置された加熱可能
   で温度依存性の第１の測定抵抗（２１）を使用する装置
   において、 ａ）第１の測定抵抗（２１）に近接して、加熱可能で温
   度依存性の第２の測定抵抗（２２）が配置され、これら
   ２つの測定抵抗（２１、２２）が流路（２７）の方向に
   前後に配置 され、かつ ｂ）これら２つの測定抵抗（２１、２２）が電気的にブ
   リッジの対向アーム中に配置さ れていることを特徴とするガスの熱伝導度 を測定する装置。 ２、２つの測定抵抗（２１、２２）が、メアンダー状に
   形成されかつベースブロック（９）の透過窓（１０）中
   に配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項記載のガスの熱伝導度を測定する装置。 ３、ベースブロック（９）が、それぞれ１つの窓（１０
   ）を有する３つの絶縁小板（２０、２５、２６）が合同
   に重ね合せられて成り、かつ、第１の測定抵抗（２１）
   が第１の小板（２５）および第２の小板（２０）間に、
   および第２の測定抵抗（２２）が第２の小板 （２０）および第３の小板（２６）間に合同の窓を架橋
   して固定されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第２項記載のガスの熱伝導度を測定する装置。 ４、ベースブロック（９）が２つのセラミック板（１１
   、１２）間に固定され、これらセラミック板のそれぞれ
   が、窓（１０）に向かうかないしは窓（１０）から離れ
   る流路（１３、１４）を有し、これら流路が主流動管（
   １）に接続していることを特徴とする、特許請求の範囲
   第２項記載のガスの熱伝導度を測定する装置。 ５、セラミック板（１１、１２）にそれぞれ１つの加熱
   抵抗（１５、１６）が設けられ、これら抵抗により測定
   セル（７）が一定温度に制御加熱可能であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第４項記載のガスの熱伝導度を
   測定する装置。 ６、測定セル（７）内部のバイパス（１３、１４、２７
   ）の総容積が５ｍｍ＾３以下、有利に１ｍｍ＾３以下で
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載のガ
   スの熱伝導度を測定する装置。 ７、セラミック板（１１、１２）とそれらの間に配置さ
   れたベースブロック（９）とが、セラミック板中の流路
   （１３、１４）が主流動管（１）に対し半径方向に整列
   されて主流動管の１方の側壁に取付けられていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第４項記載のガスの熱伝導
   度を測定する装置。