DE1648924B2

DE1648924B2 - Device for analyzing gases for components with paramagnetic susceptibility

Info

Publication number: DE1648924B2
Application number: DE1648924A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Rer.Nat. 6240 Koenigstein-Johanniswald Hummel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-08-31
Filing date: 1967-08-31
Publication date: 1975-05-15
Also published as: GB1236825A; US3584499A; DE1648924A1

Description

körpers in Richtung der Achse des Meßröhrchens, so daß auch in dieser Richtung ein Feldgradient existiert.body in the direction of the axis of the measuring tube, so that a field gradient in this direction as well exists.

Es wird nun eine Vorrichtung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Gasgemischen beschrieben, die es gestattet, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Arbeitsweisen zu vermeiden, und mit dessen Hilfe es gelingt, die Analyse von Gasgemischen, wie insbesondere die Sauerstoffschnellanalyse, mittels magnetischer Wechseldruckmessung in einer den Anforderungen der Praxis genüge leistenden Weise durchzuführen.A device for measuring the magnetic susceptibility of gas mixtures will now be described, which allows the disadvantages of the known working methods to be avoided, and with whose help it is possible to analyze gas mixtures, in particular the rapid oxygen analysis, by means of alternating magnetic pressure measurement in one that satisfies the requirements of practice Way to perform.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität, insbesondere zur Sauer-Stoffmessung, bestehend aus einem geschlossenen, wechselflußerrcgtcn ferromagnetische!! Kreis mit einem homogenen Querspalt sowie Zuführungen für zuströmendes Meß- und Vergleichsgas und einer gemeinsamen Abführung für beide Gase, wobei die Zuführung des Vergleichsgascs im homogenen Teil des Magnetfeldes erfolgt, mit ferner einer Wechseldruckdifferenzmeßeinrichtung für den zwischen Meß- und Vergleichsgas entstehenden Differenzdruck. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zuführung für das Meßgas und die gemeinsame Abführung für Meß- und Vergleichsgas im Querspalt, in dem das homogene Magnetfeld herrscht, angeordnet sind, so daß die Inhomogenitätszonen des Magnetfeldes in den Zuführungen jeweils nur mit Meß- oder Vergleichsgas angefüllt sind und die Mischzone beider Gase im homogenen Magnetfeld liegt.The invention is based on a device for analyzing gases for components with paramagnetic Susceptibility, especially for oxygen measurement, consisting of a closed, alternating flux return ferromagnetic !! Circle with a homogeneous transverse gap and feeds for incoming measuring and reference gas and a common discharge for both gases, the The reference gas is supplied in the homogeneous part of the magnetic field, with an alternating pressure difference measuring device for the differential pressure between the measuring gas and the reference gas. According to the invention, it is characterized in that also the feed for the measuring gas and the common discharge for the measuring and reference gas in the transverse gap, in which the homogeneous magnetic field prevails, are arranged so that the inhomogeneity zones of the Magnetic field in the feeds are only filled with measuring or reference gas and the Mixing zone of the two gases lies in the homogeneous magnetic field.

In der DT-AS 12 12 747 isl ein Sauerstoffmesser nut einem Permanentmagneten beschrieben, dessen homogener Luftspalt durch zwei Begrenzungsfiächen als rechteckige Kammer ausgebildet ist. An der einen Seite dieser Kammer strömt ein Vergleichsgas in den Luftspalt ein, während an der anderen Seite das Meßgas durch Diffusion zugeführt wird. Die infolge des magnetischen Druckes auftretende Strömung wird mit Hilfe eines sich außerhalb des Magnetfeldes befindenden theranoelektrischen Gasströmungsmessers gemessen. Bei diesem Sauerstofvmesser sollen die dem Meßgas zugewandten Begrenzungsflächen des Magnetspaltcs solche Form aufweisen, daß das den magnetischen Dri'ck bewirkende inhomogene Feld im wesentlichen im Meßgas verläuft. Wie die Formgebung der Begrenzungsfiächen gestaltet sein soll, um das gewünschte Ziel zu erreichen, ist nicht gesagt.In the DT-AS 12 12 747 an oxygen meter nut a permanent magnet is described whose homogeneous air gap is formed by two boundary surfaces as a rectangular chamber. On the one A reference gas flows into the air gap on the side of this chamber, while the Measurement gas is supplied by diffusion. The flow occurring as a result of the magnetic pressure is with the help of a theranoelectric gas flow meter located outside the magnetic field measured. With this oxygen meter, the The boundary surfaces of the magnetic gap facing the measuring gas have such a shape that the magnetic Inhomogeneous field causing pressure runs essentially in the measurement gas. Like the design the boundary surfaces should be designed in order to achieve the desired goal is not stated.

Da das den Luftspalt durchströmende Vcrgleichsgas an der Stelle austritt, an der das Meßgas durch das inhomogene Feld hindurch eindiffundiert, ist in dem den magnetischen Druck bewirkenden inhomogenen Feld immer ein Gemisch von Meß- und Vergleichsgas vorhanden. Die Ausbildung dieser Mischzone, die nicht nur von den magnetischen Eigenschaften der Gase abhängt, beeinflußt das Meßergebnis.Since the comparison gas flowing through the air gap emerges at the point where the measuring gas passes through the inhomogeneous field diffuses through it, is inhomogeneous in that which causes the magnetic pressure A mixture of sample and reference gas is always available in the field. The formation of this mixed zone, which not only depends on the magnetic properties of the gases, influences the measurement result.

Nach dem der Anmeldung zugrunde liegenden Prinzip werden Meß- und Vergleichsgas dem homogenen Magnetfeld an getrennten Stellen zugeführt, kommen dort in Berührung und strömen gemeinsam der Ableitung zu. Hierdurch wird erreicht, daß die eine für das Zustandekommen des MeßelTekts erforliche Inhomogenitätszone nur Meßgas und die andere nur Vergleichsgas enthält.According to the principle on which the application is based, the measurement gas and reference gas are fed to the homogeneous magnetic field at separate points, come into contact there and flow together to the discharge line . This ensures that one of the inhomogeneity zones required for the MesselTekt to occur contains only measurement gas and the other only reference gas.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren beispielsweise näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures, for example.

ImBiIdI ist ein derartiges Gerät gezeigt. In einem Magneten i wird mittels einer Erregerspule 2 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Erregung erfolgt mit pulsierendem Gleichstrom, der aus 50 Hertz Wechselstrom durch Einweggleichrichtung (Gleichrichter 3) hergestellt wird. Der Magnet enthält einen parallelen Querspalt mit einem Spaltraum 4 und dem Spaltraumabschluß 5 und 6. Meß- bzw. Vergleichsgas strömt durch Röhrchen 7 bzw. 8 und werden von dort durch Drosseln 9 bzw. 10 und Zuleitungen 11 bzw. 12 in den Spaltraum4 gesaugt. Aus 4 wird das Gas gemeinsam über ein Ableitungsröhrchen 13, eine Drossel 14, ein Puffervolumen 15 und eine Drossel 16 mittels einer Saugpumpe 17 abgesaugt. Ein U-Rohr 18 dient zur Anzeige des Saug-Unterdruckes zum Zwecke der Durchflußeinstellung und Kontrolle. Die Zuleitungen 11 und 12 sind über Leitungen 19 und 20 mit einem Wechseldruckdifferenzempfänger 21 fz. B. einem Kondensatormikrophon) verbunden. Dieser ist über eine Gleichspannungsquelle 22 an einen hochohmigen Arbeitswiderstand 23 von etwa ΙΟ⁷ Ω gelegt. Der Arbeitswiderstand 23 liegt am Eingang eines Wechselspannungsverstärkers 24 mit phasenrichtiger Gleichrichtung. Sein Steuersignal erhält der Gleichrichter von einer Steuerspule 25. Das Steuersignal wird durch den Wechselfiuß des Magneten 1 in 25 induziert. Ein Schreiber 26 registriert das Ausgangsgleichstromsignal des Verstärkers. Wenn Meß- und Vergleichsgas im Überdruck vorliegen, kann die Saugpumpe 17 mit U-Rohr 18 entfallen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung wird davon ausgegangen, daß im Spaltraum ein räumlich homogenes, zeitlich zwischen 0 und der Feldstärke H_n mit Ser Frequenz 50 Hertz schwankendes Magnetfeld herrscht. Lediglich an den Eintrits- bzw. Austrittsstellen der Röhrchen 11, 12 und 13 ist das homogene Feld gestört. Für den übrigen Feldraum sei angenommen, daß der homogene Feldverlauf praktisch ungestört ist. Die Drosseln 9, 10 und 14 sollen das innere Meßsystem, bestehend aus Spaltraum mit Meßempfänger nebst den Leitungen 11, 12, 13, 19 und 20 gegen Druckstöße und Druckschwankungen von der Gaszu- bzw. -ableitung abtrennen und gleichzeitig die fortlaufende Beströmung sicherstellen. Die Gaszuleitungen 11 und 12 sind wegen der fortlaufenden Zufuhr neuen Gases bis in den Bereich des homogenen Feldes hinein stets mit Meßgas bzw. Vergleichsgas gefüllt. Entsprechend und proportional zum O₂-Gehal1 besitzen die beiden Gaströme die Suszeptibilität κ_Μ bzw. y._v. Es laß sch durch Integration über den Gasweg von einer Empfängerseite über 19, 11, 4, 12 und 20 zur anderen Empfängerseite nachweisen, daß der DifTerenzwechseldruck am Empfänger proportional der Suszeptibilitätsdifferenz.-r,, -x_v ist. Hierbei liefern nur die Leitungsstücke 11 und 12 an dei Übergangstelle vom feldfreien Raum (Längskanal] in den homogenen Feldraum einen Beitrag, da innerhalb des homogenen Feldes auf den Sauerstoff keinerlei Kraftwirkung ausgeübt wird. Von besondere! Wichtigkeit ist die Feststellung, daß der Feldverlaul in der Inhomogenitätszone ohne Einfluß auf die Giößc des Meßeffektes ist. Die Berücksichtigung dieses für die meßtechnische Funktion sehr wichtigen Feststellung zeichnet die beschriebene Vorrichtung vor den bekannten magnetischen Ο,,-Messerr aus.Such a device is shown in FIG. An alternating magnetic field is generated in a magnet i by means of an excitation coil 2. The excitation takes place with pulsating direct current, which is produced from 50 Hertz alternating current by means of one-way rectification (rectifier 3). The magnet contains a parallel transverse gap with a gap 4 and the gap closure 5 and 6. Measurement or reference gas flows through tubes 7 and 8 and from there are sucked through throttles 9 and 10 and supply lines 11 and 12 into the gap 4. 4, the gas is sucked out jointly via a discharge tube 13, a throttle 14, a buffer volume 15 and a throttle 16 by means of a suction pump 17. A U-tube 18 is used to display the suction negative pressure for the purpose of flow adjustment and control. The supply lines 11 and 12 are via lines 19 and 20 with an alternating pressure differential receiver 21 fz. B. a condenser microphone) connected. This is connected to a high-ohmic working resistor 23 of approximately ΙΟ ⁷ Ω via a DC voltage source 22. The load resistor 23 is at the input of an AC voltage amplifier 24 with in-phase rectification. The rectifier receives its control signal from a control coil 25. The control signal is induced in 25 by the flux of the magnet 1. A recorder 26 registers the output DC signal of the amplifier. If the measurement gas and reference gas are in excess pressure, the suction pump 17 with U-tube 18 can be omitted. To explain the mode of operation of the arrangement, it is assumed that in the gap there is a spatially homogeneous magnetic field that fluctuates between 0 and the field strength H _n with a Ser frequency of 50 Hertz. The homogeneous field is only disturbed at the entry and exit points of the tubes 11, 12 and 13. For the rest of the field, it is assumed that the homogeneous field course is practically undisturbed. The throttles 9, 10 and 14 are intended to isolate the inner measuring system, consisting of a gap with a measuring receiver and lines 11, 12, 13, 19 and 20 against pressure surges and pressure fluctuations from the gas supply and discharge and at the same time ensure the continuous flow. The gas supply lines 11 and 12 are always filled with measurement gas or reference gas because of the continuous supply of new gas into the region of the homogeneous field. Correspondingly and proportional to the O ₂ content, the two gas flows have the susceptibility κ _Μ and y, respectively. _v . It can be proven by integration via the gas path from one receiver side via 19, 11, 4, 12 and 20 to the other receiver side that the differential pressure at the receiver is proportional to the susceptibility difference.-r ,, -x _v . Only the line sections 11 and 12 at the transition point from the field-free space (longitudinal channel) to the homogeneous field space make a contribution, since no force is exerted on the oxygen within the homogeneous field Inhomogeneity zone is without influence on the size of the measuring effect. The consideration of this finding, which is very important for the measuring function, distinguishes the described device from the known magnetic Ο ,, - knife.

Die Anordnung nach der Erfindung hat folgende Orteile:The arrangement according to the invention has the following parts:

1. Da bei einer sprunghaften Konzentraiionsänderung im Meßgas nur das einige mm¹ (etwa 5 mm³) betragende Volumen der Inhomogenitätszone erneuert werden muß, beträgt die Anzeigenverzögerung weniger als 0,1 Sekunde bei einer Strömungsgeschwindigkeit von nur 1 Liter pro Stunde. ^{1. Since only the volume of the inhomogeneity zone amounting to a few mm 1} (about 5 mm ³ ) has to be renewed in the event of a sudden change in concentration in the measuring gas, the display delay is less than 0.1 second at a flow rate of only 1 liter per hour.

2. Die Strömungsgeschwindigkeit hat in weiten Grenzen keinen Einfluß auf das Meßergebnis.2. The flow rate has no influence on the measurement result within wide limits.

3. Die Trägergaszusammensetzung des Meßgases (Konzentralion und Art der Begleitgase im Meßgas) haben praktisch keinen Einfluß auf das Meßergebnis, soweit nicht die diamagnetische Suszeptibilität bei CX-Konzentrationen unier 0,5 °/o eine Rolle spielt."3. The carrier gas composition of the measuring gas (concentration and type of accompanying gases in the measuring gas) have practically no influence on the measurement result, unless the diamagnetic one Susceptibility at CX concentrations below 0.5% plays a role. "

4. Gemäß 2. und 3. ist das Gerät ein reines Suszeptibilitätsmeßgerät, auf dessen Meßergebnis weder mechanische noch thermische Daten des Meßgases, wie Dichte, spezielle Wärme, Zähigkeit, Diffusionskonstante einen Einfluß haben. Dies ermöglicht bei durchgeführter Grundeichung die rechnerische Ermittlung jeder gewünschten Eichung.4. According to 2. and 3. the device is a pure susceptibility measuring device, on its measurement result neither mechanical nor thermal data of the measurement gas, such as density, special heat, viscosity, Diffusion constant have an influence. This is possible if the basic calibration has been carried out the arithmetic determination of each required calibration.

5. Die Anforderungen an die Präzision der feinmechanischen Fertigung sind gering.5. The demands on the precision of fine mechanical production are low.

Bei der Schweizer Patentschrift 2 80 228 ist in Fig. 3 und 4 eine Anordnung mit einem magnetischen Drehfeld beschrieben, bei der ebenfalls Zuleitungsröhrchen für Meß- und Vergleichsgas und ein gemeinsames Ableitungsröhrchen vorgesehen sind, doch besitzt diese Anordnung den Nachteil, daß die für den Modulatior.seffekt maßgebende Inhomogenitätszone (das ist die, welche der Trennungslinie der beiden Halbkreissegmente aus Eisen bzw. aus nicht ferromagnetischem Werkstoff entspricht) über das Meßröhrchen hinwegwandert. Da das Konzentrationsprofil in der Mischzone unbestimmt ist und da andererseits der Konzentrationsverlauf einen starken Einfluß auf den Meßeffekt hat, so ergibt sich hierbei eine große Meßunsicherheit, welche zudem von den Gaseigenschaften (Dichte und Zähigkeit) und von der Gasgeschwindigkeit in starkem Maße abhängt. Hinzu kommt ferner, daß die Verbreiterung der Mischzone durch das umlaufende Magnetfeld begünstigt wird.In Swiss Patent 2 80 228, FIGS. 3 and 4 show an arrangement with a magnetic one Rotating field described, in which there is also a supply tube for measuring and reference gas and a common one Drainage tubes are provided, but this arrangement has the disadvantage that the for The inhomogeneity zone that determines the modulation effect (that is, the one that separates the two Semicircular segments made of iron or of non-ferromagnetic material) over the Measuring tube wanders away. Since the concentration profile in the mixing zone is indefinite and there on the other hand the concentration profile has a strong influence on the measuring effect, this results in a large measurement uncertainty, which also depends on the gas properties (density and viscosity) and on the Gas velocity depends to a large extent. In addition, the widening of the mixing zone is favored by the rotating magnetic field.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei den ersten Modellen auch bei GyDifferenz Null zwischen Meß- und Vergleichsgas ein »Nulleffekt", dessen Größe von der Trägergaszusammensetzung abhing, beobachtet. Dieser »Nulleffekt« wird durch einen magnetomechanischen Wechseldruck verursacht, der wegen des unsymmetrischen Aufbauens des Empfängers und der unsymmetrischen Beschikkung der Zuleitungen (Leitung 11 enthält Meßgas, Leitung 12 Vergleichsgas) zu einem Wechseldrucksignal im Empfänger führt. Dieser Wirkung wurde durch zwei Maßnahmen entgegengetreten. Die erste betrifft den Spaltraumabschluß 5 und 6, die zweite betrifft die Ausgestaltung des Spaltraumes als mechanisch stabile Meßzelle. Die Pole des Magneten I ziehen sich mit einer dem Quadrat der Feldstärke proportionalen Kraft an. Durch diese Kraft wird der als Rahmen ausgebildete Spaltraumabschluß 5 und 6 gestaucht. Diese Stauchung führt zu einer Volumenverminderung des Spaltraumes und als Folge davon zu einem Wcchscldruck im Spaliraum. Durch Vergrößerung des Rahmenquerschnittes um den Faktor 5 konnte dieser Effekt praktisch beseitigt werden, da hierbei der Druckanstieg um den Faktor 5 kleiner wird und gleichzeitig das »komprimierte« Volumen ü um den Faktor 5 verkleinert wurde (s. auch BiId 2). Die technische Lösung der zweiten Maßnahme, die Verwendung einer getrennten Meßzelle, ist in Bild 2 wiedergegeben. Die mit den angedeuteten Anschlüssen für Zuleitungen 31, 32 und Ableitung 33 verschtivj Mcßzelle ist kraftschlüssig zwischen die Polschuhe des Magneten 1 nach Bild 1 eingeschoben. Die Meß/ellc besteht aus zwei etwa 5 mm starken Weicheisenplattcn 34, 35, zwischen denen sich — verlötet oder verklebt — ein aus Messing oder V 4 Αι 5 Blech bestehender Rahmen 36 von 0,25 bis 0,5 mm Stärke, der den eigentlichen Spaltraum umschließt, befindet. Der Magnet "i ist bei der Frequenz von 50 Hertz aus hochpermcablen Einzelblechcn aufgebaut. Die Verwendung einer Meßzelle gemäß B i 1 d 2 wurde nötig, um den ebenfalls zu einem »Nuileffekt« führenden magnetostriktiven Wechseldruckeffckt (eventuell handelt es sich hierbei auch nur um einen magnetomechanischen Effekt, der als Ergebnis von Vibrationen der Einzelblcche aufgetreten ist) zu beseitigen-Die Verwendung der Meßzelle hat den mit dem Blcchkernaufbau verknüpften »Nulleffekt« wirksam beseitigt. Der aus hochpermeablen Blechen aufgebaute Magnet bringt als weiteren Vorteil die Erzeugung eines sehr starken Magnetfeldes im Spaltraum bei vergleichsweise sehr geringer elektrischer und magnetischer Verlustleistung mit sich. Ferner war es möglich, mit Bandkernen von nur 10;-' 15 mm Querschnitt vollausreichende Meßeffekte zu erzielen.With the arrangement according to the invention, a "background effect", the size of which depended on the composition of the carrier gas, was observed in the first models even with zero Gy difference between the measurement gas and the reference gas and the asymmetrical loading of the supply lines (line 11 contains measurement gas, line 12 reference gas) leads to an alternating pressure signal in the receiver. This effect was countered by two measures. The first concerns the gap closure 5 and 6, the second concerns the design of the gap as mechanically stable The poles of the magnet I attract each other with a force proportional to the square of the field strength. This force compresses the frame closures 5 and 6. This compression leads to a reduction in the volume of the gap and, as a consequence, to a pressure in the gap aum. This effect could be practically eliminated by enlarging the frame cross-section by a factor of 5, since the pressure increase is smaller by a factor of 5 and at the same time the "compressed" volume ü was reduced by a factor of 5 (see also Fig. 2). The technical solution to the second measure, the use of a separate measuring cell, is shown in Figure 2. The different with the indicated connections for supply lines 31, 32 and discharge line 33 is pushed non-positively between the pole shoes of the magnet 1 as shown in FIG. The measuring / ellc consists of two about 5 mm thick soft iron plates 34, 35, between which - soldered or glued - a brass or V 4 Αι 5 sheet existing frame 36 of 0.25 to 0.5 mm thickness, which is the actual Gap enclosing is located. The magnet "i is made up of highly permeable individual sheets at a frequency of 50 Hertz. The use of a measuring cell according to B i 1 d 2 was necessary to avoid the magnetostrictive alternating pressure effect, which also leads to a" Nuile effect "(possibly this is just one magnetomechanical effect, which occurred as a result of vibrations of the individual blocks) - The use of the measuring cell effectively eliminated the "background effect" associated with the block core structure. The magnet made of highly permeable sheet metal has the additional advantage of generating a very strong magnetic field in the gap with comparatively very low electrical and magnetic power loss. Furthermore, it was possible to achieve fully adequate measuring effects with tape cores of only 10-15 mm cross-section.

Bei einer anJeren Ausführung wurde die Meßzellc nicht kraftschlüssig, sondern freitragend im Spaltraum montiert. Magnet und Meßzelle wurden dabei unabhängig voneinander an einen Montageblock montiert. Dies ergibt eine weitere Verringerung des mugnctomcchanischcn Störeffektes, bringt aber gleichzeitig eine Vergrößerung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises mit sich, was bei gleicher Anipcrewindungszahl zu einer Verringerung der Feldstärke führt.In another version, the measuring cell was not frictionally engaged, but cantilevered in the gap assembled. The magnet and the measuring cell were attached to a mounting block independently of one another assembled. This results in a further reduction of the mugnctomcchanischcn disruptive effect, but brings at the same time an increase in the magnetic resistance of the magnetic circuit with it, what leads to a reduction in the field strength with the same number of Anipcrewindings.

Da es — wie erläutert — keine Rohe spielt, in welcher Weise die Inhomogenitätszone durchlaufen wird, so ist auch die Zufuhr von Meß- bzw. Vcrglcichsgas von der Seile her möglich, z. B. indem durch den Spaltraumabschluß 5 und 6 (Bild 1) jeweils ein dünnes Zuleitungsröhrchen oder besser roch ein flacher Znlcitungsspalt hindurchführt. In letztcrem Fall kann der gesamte Spaltraum nebst den Zuleitungen als, ein durchgehender flacher Querkanal von z. B. 0,26X6 mm, senkrecht zur Feldrichtung und parallel zur größeren Seite des rechteckigen Kernquerschnittes, ausgeführt werden.Since - as explained - it does not play raw, in The way in which the inhomogeneity zone is passed through is also the supply of measuring or comparison gas possible from the ropes, e.g. B. by through the gap closure 5 and 6 (Figure 1) respectively a thin supply tube or, better still, a shallow ignition gap leads through it. In last cream In the case, the entire gap space, together with the supply lines, can be used as a continuous flat transverse channel of z. B. 0.26X6 mm, perpendicular to the field direction and parallel to the larger side of the rectangular core cross-section, are executed.

Ein praktisches Anwendungsbeispiel aus der Medizin ist die Messung des 0.,-Gehaltes in der Atemluft des Menschen. Als Meßbereich wird ein Bereich von 20,5 bis 12,5 "/< > O₂ gewählt. Als VergleichsgasA practical application example from medicine is the measurement of the 0., - content in the air we breathe. A range from 20.5 to 12.5 "/ <> O _{2 is} selected as the measuring range. The reference gas

kann hier die Raumluffdienen. Die geringe Anzeigeverzögerung (kleiner als 0,1 Sekunde) ermöglichte die Registrierung des O₂-Gehaltes während einei Hyperventilation mit einei Atemperiode von weni ger als einer Sekunde.The Raumluff can serve here. The short display delay (less than 0.1 second) enabled the O ₂ content to be recorded during hyperventilation with a breathing period of less than one second.

Ferner ermöglicht das Gerät die Messung de: O.,-Gehaltes in schnell verlaufenden Verbrennungs vorgängen in Reaktoren oder im Abgas von Ver brcnmm ^motoren.Furthermore, the device enables the measurement of de: O., - content in rapid combustion processes in reactors or in the exhaust gas of ver brcnmm ^ engines.

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Auf die Verwendungsmöglichkeit des Gerätes in der gaschromatographischen Schnellanalyse in Verbindung mit Kapillarsäulen sei ebenfalls hingewiesen. Mit O₂ als Trägergas lassen sich hier etwa die gleichen Konzentrationsempfindlichkeiten wie bei den Wärmeleitdetektoren erzielen. Das sehr kleine Meßzellenvolurnen und die hohe Ansprechgeschwindigkeit dürften hier die Lösung schwieriger Trennaufgaben wesentlich erleichtern.Reference should also be made to the possibility of using the device in rapid gas chromatographic analysis in conjunction with capillary columns. With O ₂ as the carrier gas, roughly the same concentration sensitivities as with thermal conductivity detectors can be achieved. The very small measuring cell volume and the high response speed should make it easier to solve difficult separation tasks.

Die neue Vorrichtung wurde irr: Frequenzbereich von 3 Hertz bis 100 Hertz untersucht. Bei 3 Hertz konnte eine massive Topfrnagnetanordnung verwendet werden. Die Verwendung höherer Frequenzen als 100 Hertz dürfte vor ailem in Hinblick auf eine Reduzierung des Verstärkeraufwandes von Interesse sein.The new device was insane: the frequency range from 3 Hertz to 100 Hertz was examined. At 3 Hertz could use a massive pot magnet arrangement will. The use of frequencies higher than 100 Hertz is likely to be primarily for a reduction the amplifier effort may be of interest.

Da es für manche technischen Anwendungen unpraktisch ist. ein geeignetes Vergleichsgas bereitzustellen, so wurde eine Variante der Vorrichtung entwickelt, bei der der Vergleichgasstrom aus einem Teilstrom des Meßgases dadurch hergestellt wird, daß dieser Teilstrom vor dem Eintritt in den Spaltraum, unmittelbar vor Beginn der Inhomogenitätszone, auf eine vorgegebene Übertemperatur von z. B. 100⁰C gebracht wird. Durch entsprechende Dimensionierung des Giisleitungs- und Beheizungssystems ist dafür gesorgt, daß die Temperatur T_v des als Vergleichsgas wirkenden Teilstromes im Bereich der Inhomogenitätszone praktisch konstant und unabhängig von der Trägergaszusammensetzung ist. Diese Bedingung ist im Rahmen der für ein~n technischen (!,-Analysator bei einem Meßbereich von beispielsweise 0 bis 5"¹O O„ mit einem zugelassenen Fehler von 0,1 ^(|,o O„ erfüllt, wenn die Temperatur des Gases um nicht mehr als l'~ C beim Durchlaufen der Inhomogenitätszone abfällt. Bei einem Vergleich dieser neuen Methode mit den bekannten thermomagnetisch^ Meßverfahren stellen sich folgende Vorteile heraus:Because it is impractical for some technical applications. To provide a suitable reference gas, a variant of the device was developed in which the reference gas flow is produced from a partial flow of the measurement gas in that this partial flow is reduced to a predetermined excess temperature of z. B. 100 ⁰ C is brought. Appropriate dimensioning of the water supply and heating system ensures that the temperature T _{v of} the partial flow acting as reference gas in the area of the inhomogeneity zone is practically constant and independent of the carrier gas composition. This condition is within the scope of a technical ~ n (- analyzer at a range of for example 0 to 5 ^"1 OO" with an approved error of 0.1 ^(|! Satisfied, o O "when the temperature of the gas to when passing through the inhomogeneity zone does not drop by more than 1 ° C. When comparing this new method with the known thermomagnetic measuring processes, the following advantages emerge:

!. Das wirksame ί cmperaturfeid aegt außerhalb des wirksamen Magnetfeldes, infolgedessen sind keine festgelegten Verknüpfungen zwischen Magnet- und Temperaturfeld einzuhalten. Durch die Verlegung des gesamten Temperaturfeldes nach außen (außerhalb des magnetischen Kreises) ist eine ausreichende Dimensionierung des Heizsystems möglich, wodurch eine von der Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit des Gases sowie von der Neigung des Gerätes unabhängige Temperatur T_x. erzielt werden kann.! The effective ί cmperaturfeid is outside the effective magnetic field, as a result, no fixed links between magnetic and temperature fields have to be observed. By relocating the entire temperature field to the outside (outside of the magnetic circuit), sufficient dimensioning of the heating system is possible, whereby a temperature T _{x which is} independent of the composition and flow rate of the gas as well as the inclination of the device. can be achieved.

2. Es ergibt sich auch hier ein der Suszeptibilitätsdifferenz κ_Μ — κ_ν proportionaler Meßeffekt, wobei für κ_Μ die Suszeptibilität des Meßgases bei der Temperatur T_M (von z. B. 40° C bzw. 313° K) und für x_v die Suszeptibilität des Meßgases bei 2. Here, too, there is a measuring effect proportional to the susceptibility difference κ _Μ - κ _ν , where for κ _Μ the susceptibility of the measuring gas at temperature T _M (of, for example, 40 ° C or 313 ° K) and for x _{v is} the susceptibility of the measurement gas at

der Temperatur T_r (von z. B. 140° C bzw. 413 ° K) zu setzen ist. Der Diamagnetismus des Trägergases, der wegen seiner Abhängigkeit von der Dichte proportional MT ist, sei gegenüber demthe temperature T _r (e.g. 140 ° C or 413 ° K) is to be set. The diamagnetism of the carrier gas, which is proportional to MT because of its dependence on the density, is compared to the

ίο Paramagnetismus wegen seiner quadratischenίο paramagnetism because of its square

Temperaturabhängigkeit (proportional 1/Γ²) vernachlässigt. Dann ergeben sich für die paramagnetische Suszeptibilität eines O₂-haltigen diamagnetischen Trägergases bei den Temperatüren T_M bzw. 7",. die Werte x_M — const. \IT_M ² bzw. y._v — const. 1/Γ,,'-, somit ist die wirksame SuszeptibilitätsdifferenzTemperature dependence (proportional 1 / Γ ² ) neglected. Then for the paramagnetic susceptibility of an O ₂ -containing diamagnetic carrier gas at the temperatures T _M or 7 ", the values x _M - const. \ IT _M ² or y. _V - const. 1 / Γ ,, ' - so is the effective susceptibility difference

x.M - x_v = const. C -[\/T_M- - MT_x,*] ,xM - x _v = const. C - [\ / T _M - - MT _x , *] ,

wobei C die zu messende Ο.,-Konzentration ist.where C is the Ο., concentration to be measured.

Der Meßeffekt ist somit unabhängig von der Dichte, der Zähigkeit und der spezifischen Wärme des Trägergases. Es kommt daher bei hinreichend dimensioniertem Wärmeaustausch gar nicht mehr auf die Trägergaszusammensetzung an. Dies ist ein Ergebnis, das mit keinem der bekannten thermomagnetischen O„-Messern erzielt werden konnte. Eine Verminderung der diamagnetischen Störung um den Faktor 2 ist zwar prinzipiell bei den meisten thermomagnetischen Methoden gegeben, doch kann dieses meßtechnisch günstige Faktum erst bei der erfindungsgemäßen Anordnung ausgenutzt werden, weil die anderen Trägergas-Störeffekte ausgeschaltet werden konnten.The measuring effect is therefore independent of the density, the toughness and the specific heat of the carrier gas. It therefore even occurs if the heat exchange is adequately dimensioned no longer depends on the carrier gas composition. This is a result that does not match any of the known thermomagnetic O "knives could be achieved. A decrease in diamagnetic disturbance by a factor of 2 is in principle with most thermomagnetic Methods given, but this fact, which is favorable in terms of measurement technology, can only be achieved with the method according to the invention Arrangement can be exploited because the other carrier gas disruptive effects are eliminated could become.

In Bild 3 ist der Aufbau der Anordnung ohm Vergleichsgas wiedergegeben. Die Anordnung besteh aus einem Wechselfeldmagneten 41, einem als Quer kanal (etwa 0,5 < 6 mm) ausgebildeten Spaliraum42 mit je einer rechteckigen EintritiscfTnung (z. 3 0,5X6 mm) versehenen Spaltraum-Abschlußstücker und 44 (aus Isoliermaterial), einem beheizter Rohrstück 45 (Heizung 47), einem unbeheizten Rohr stück 46, Verbindungsleitungen 48 und 49 zun Wechseldruckempfänger 50, einer Meßgaszuleituni 51, Meßgasteilströmen 52 und 53 mit Strömungs drosseln 54 und 55 sowie einer Gasableitung 56 mi Strömungsdrossel 57.Figure 3 shows the structure of the arrangement ohm reference gas. The arrangement consists from an alternating field magnet 41, one as a transverse channel (about 0.5 <6 mm) formed spiral space42 each with a rectangular entrance opening (e.g. 3 0.5X6 mm) and 44 (made of insulating material), a heated one Pipe piece 45 (heater 47), an unheated pipe piece 46, connecting lines 48 and 49 zu Alternating pressure receiver 50, a measuring gas supply line 51, measuring gas partial flows 52 and 53 with flow throttles 54 and 55 and a gas discharge line 56 with flow throttle 57.

Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht in wesentlichen der für Bild 1 beschriebenen.The mode of operation of the arrangement essentially corresponds to that described for Figure 1.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

509520/12509520/12

I-■I- ■

879879

Claims

1 2 for a quick analysis with a response time in the claims: size of less than 0.1 second for reasons of thermal inertia. Even those after

1. Apparatus for analyzing gases based on the Pauling principle working devices come because of components with paramagnetic susceptibility 5 of the relatively large measuring cell volume (a few cm ³ ) did, especially for Sauersieff measurement, and because of the reasons of the action on the hend from one closed, alternating flux excitation measuring system limited flow speed th ferromagnetic circuit with a homo- out of the question. In the system described by Schmidt in the DT-PS genen transverse gap as well as infeeds for inflowing S 40 614 is a rapid analysis mendes measuring and veraleichsgas and an io with both gases for the measurement of equal pressures common discharge door, whereby from 0.001 Up to 0.01 mm WS available measuring devices the supply of the reference gas takes place in the homogeneous with the unavoidable inertia of these devices even part of the magnetic field, with further one if not possible. With the device described by Hummel (DT-AS alternating pressure differential measuring device for the 1149 187), a rapid analysis between the measurement gas and the reference gas is possible in principle, but with an on-differential pressure, which means that the working time is less than 0.1 seconds with net that the feed (11) for the measuring higher frequencies (over about 25 Hertz) required gas and the common discharge (i3) for borrowed. With this Fre-MeLs- and reference gas in the transverse gap (4), in which the homogeneous magnetic field prevails, especially in the case of highly permeable Ferrodas, magnetic circles can only be built up from sheet metal cores. In this case, so that the inhomogeneity zones of the magnet are created, a relatively high magnetomechanical interference field is created in the feeds only with a measuring effect, which is also dependent on the carrier gas. It is or reference gas are filled and the mixed below shows how the inventive device zone of both gases is in the homogeneous magnetic field. avoids these disadvantages. As further disadvantages of the

2. Device according to claim 1, characterized in that thermomagnetic devices are to be mentioned: carrier identification, that to reduce the magnetogas dependence for zero point and sensitivity, mechanical deformation of the transverse gap a complex and individual adjustment and calibration Part of the gap due to a non-ferromagnetic device as well as special requirements for the Sheet metal (36) of the thickness of the Spaltlängc with device production. The latter two shortcomings meet an elongated cutout (roughly in the middle), 3 ° also for devices based on the Pauling principle. which represents the remaining gap space, from- These devices also have a strong flow and that the supply lines are about the dependency. In the case of the measurement of the pressure both Ends of the cutout and the derivation of a change in an oxygen-containing gas in the magnetin open in the middle. field-based devices (Schmidt, DT-PS 8 40 614,

3. Device according to claim 1 and 2, da- 35 Hummel, DT-AS 1149 187, and air, »Chemiedurch characterized that when using engineering technology ", May 1967) a high-flow permeability is created Sheet metal cores (e.g. cutting strip dependency and, linked to this, also a carrier core) to avoid magnetomechanical gas dependence due to the fact that the or magnetostrictive effects from the sheet metal flow and concentration conditions in the for kerr on the gap space a cuvette, consisting of 40 the measuring pressure effective inhomogeneity zone of from two ferromagnetic plates (34, 35), between the flow velocity and the coherence which the non-ferromagnetic sheet (36) depend on the measurement and reference gas. to soldered in, glued in, screwed in or noted is furthermore that in the case of the said arrangement presses is inserted into the transverse gap. voltages (including thermomagnetic measurement

4. Apparatus according to claim 1, characterized by the 45 method and the Pauling principle) always identifies certain pole, that in the supply line for shapes with particularly pronounced lihomogeneity A zone for reference gas in front of the inhomogeneity zone and a defined assignment of the same to the Pipe section (45) can be used with a heater (47) rest of the system.

is arranged and that further behind the measuring gas In US-PS 32 87 959, which largely the

supply line (51) a branching piece arranged 50 attachment of air (Chemie-Ingenieur-Technik, May

is, which via a throttle (54) with the 1967, p. 575 ff.) or the DT-AS 12 12 747

Lead line for the reference gas speaks connected, an arrangement in Figs. 1 and 2

is. shown with inhomogeneous magnetic field. For the

5. Use of the device according to the arrangement applies to the flow dependency, Proverbs 1 to 4 for measuring the magnetic 55 of the carrier gas dependence and the pole shape that im Susceptibility of gas mixtures. the previous paragraph.

The US-PS 32 40 051 shows an arrangement in which the two leads for measurement and comparison

gas and the common discharge in the magnetic field

⁶⁰ open, but this is, as can be seen from FIGS. 2 and 6, a highly inhomogeneous one

There are numerous devices and methods in the field. Flow and carrier gas dependent flow

for measuring the magnetic susceptibility or mixing effects between measurement and reference gas

for measuring the oxygen content on the ground therefore have a disruptive influence on the measurement

was due to the high paramagnetic susceptibility of the 65. Here, too, certain pole shapes are

Oxygen known. All thermomagnetic men- tioners assign the inhomogeneity areas to the

methods and also all with a hot wire system as a differential other system required. Furthermore, that migrates

methods that work with differential pressure transducers separate a magnetic field during the rotation of the cylindrical iron