DE2201412A1

DE2201412A1 - Messgeraet zur elektrochemischen Gasanalyse

Info

Publication number: DE2201412A1
Application number: DE19722201412
Authority: DE
Inventors: Perkins Wayne E; Manuel Shaw
Original assignee: Envirometrics Inc
Current assignee: Envirometrics Inc
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1972-08-03
Also published as: US3755125A; CA963088A

Description

Beschreibung zur Patentanmeldung

der Envirometrics Inc., of 13311 Beach Avenue, Marina Del Rey, California, USA

betreffend
Messgerät zur elektrochemischen Gasanalyse

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Bestimmung des Anteiles einer oder mehrerer Komponenten, die in einem Fliessmittelgemisch vorliegend.

Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um ein Gerät und um ein Verfahren zum Nachweis und zur Messung des Anteils eines bestimmten Gases oder Gase in einer Mischung.

Der Nachweis bestimmter gasförmiger Komponenten einer Gasmischung, sei es in der Umgebungsluft oder in den Abgasen, die bei einem bestimmten, gaserzeugenden Prozess oder Mechanismus entstehen, hat schon immer eine erhebliche Bedeutung gehabt. In Anbetracht der anwachsenden %izahl von die erlaubte Emission von umweltverschmutzenden Stoffen begrenzenden Gesetzen und Regelungen hat derartige Nachwei^verfahren in neuester Zeit jedoch noch bedeutungsvoller gemacht. Der Nachweis und die Untersuchungs des Anteiles eines bestimmten Gases in einer Gasmischung sind bereits seit lungern möglich, wobei verschiedene im Labo-

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ratorium erprobte Verfahren und Vorrichtungen Verwendung finden, welche, wenn sie richtig angewendet werden, ausgesprochen zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Manche dieser Verfahren erfordern jedoch Einrichtungen oder Materialien, die sich für die Verwendung im betrieb oder zum Gebrauch durch unerfahrene Handwerker nicht eignen. Beispielsweise finden bei vielen der bekannten Laborverfahren chemische Reagentien und/oder flüssige Lösungsmittel zusammen mit Komplexen und empfindlichen Messgeräten Verwendung, die nicht transportiert oder getragen werden können, wobei die Genauigkeit der Messung in erheblichem ■^usmasse von der Geschicklichkeit der die Untersuchung durchführenden Bedienungsperson abhängt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine ^lektrolytzelle zu verwenden, die in Abhängigkeit vom -Einfluss eines bestimmten Gases entweder eine Widerstandsänderung zeigt, ödet? aber den von ihr erzeugten elektrischen Strom änderte Die Widerstandsänderung oder Stromänderung ist dann eine Anzeige für den Anteil des in Rede stehenden Gases (vergleiche hierzu die USA-Patentschriften 2 913 386, 3 o71 53o, 3 239 444, 3 351 544 und 3 394 069)« Viele der bisher vorgeschlagenen -^lektrolytzellen sind jedoch so komplex oder empfindlich, dass sie lediglich im Laboratorium verwendet werden können^ Allerdings sind auch bereits andere Elektrolytzellen vorgeschlagen worden,die sich auch zur Verwendung unter Nicht-Laborbedingungen eignen, beispielsweise die in der USA-Patentschrift 3 o71 53o beschriebene Elektrolytzelle zum Nachweis von Sauerstoff in Raumfahrzeugen. Andere der bekannten ^lektrolytzellen sind so ausgelegt und aufgebaut, dass sie sich lediglich zxir Ver»- wendung beim Naohweis unterschiedlicher Gase eignen, je nach den speziell vorgesehenen Elektroden und nach dem für die Zelle ausgewählten Elektrolyten.

Ein anderes Problem beim Nachweis bestimmter Gase mittels einer Elektrolytzelle besteht darin, dass die Anzeige der

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Zelle durch die Anwesenheit anderer Gase beeinflusst wird, wodurch die Ablesung ungenau wirdo Beispielsweise wird eine -^lektrolytzeile, die auf Stickstoffoxyde anspricht, ebenfalls durch die Anwesenheit anderer Gase wie Schwefeldioxyd in dem untersuchten Gasgemisch beeinflusst, wodurch die abgelsene -"Mazei^e der Anteile der Stickstoffoxyde verfälscht v/ird. Obwohl Laboratoriumseiiirichtun^en bekannt sind, welche es ermöglichen, zwischen Gasen, wie beispielsweise Stickstoffoxyden und Schwefeldioxid zu unterscheiden, sind diese einrichtungen für aen Gebrauch im !Betrieb nicht zweckmässigo

Die geforderte .empfindlichkeit der Einrichtung zur Gasanalyse hiingt natürlich von der untersuchten Gasmischung ab₀ Beispielsweise wird eine Einrichtung, die sich für die Untersuchung der Abgase eines Industriebetriebes hinsichtlich bestimmter Komponenten eignet, nicht die erforderliche Empfindlichkeit aufweisen, welche notwendig ist, um Umgebungsluft auf dieselben Komponenten hin zu untersuchen. Umgekehrt ist ein empfindlicheres Messgerät, welches sich «ur Untersuchung atmosphärischer luft eignet, normalerweise nicht geeignet, höhere Konzentrationen verschiedener Gase und Schmutzstoffe zu analysieren, wie sie in den Abgasen von industriellen Anlagen auftreten.

Der Erfindung liegt die -⁴¹Ufgäbe zugrunae, ein Messgerät der eingangs genannten Gattung mit einer/neuen Elektrolytzelle zu schaffen, welche stabil, zuverlässig, kompakt und vielseitig hergestellt werden kann und mittels einer Steckverbindung an ein zur ■"•nalyse uienendes elektrisches Messgerät anschliessbar ist, welches eine zur •''■nzeige der Zelle in Beziehung stehende Ablesung liefert. Dabei soll es möglich sein, mein.¹ als eine derartige Zelle in einem und demselben Gasanalysator zu verwenden, um so die Anteile verschiedener Komponenten eines Fliessmittelgemisches dadurch selektiv untersuchen zu können, dass die elektriBchen ^nze±^,eii einer oder mehrerer der Zellen

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verwendet werden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch, gelöst, dass ein Fühler mit einer -^lektrolytzelle vorgesehen ist, der eine elektrische -anzeige liefert, die dem Betrag der Komponente oder Komponenten in dem Gemisch proportional ist, und elektrische Anschlüsse zur Übertragung der elektrischen Anzeige aufweist; dass der Fühler eine Kammer mit einem Einlass und einem Auslass, welche das Hindurchströmen des Gemisches durch die Kammer gestatten, ausweist; dass die Elektrolytzelle mit der Kammer in Verbindung steht; und dass der Fühler mechanisch und elektrisch mit einem elektrischen Messgerät verbindbar ist, welches zur Umwandlung der elektrischen Anzeige in eine quantitative Darstellung des Anteiles der Komponente oder der Komponenten in dem Fliessmittelgemisch geeignet ist.

Der Erfindungsgedanke umfasst auch das Verfahren zur entsprechenden Messung des Anteiles von Komponenten in einer Mischung, bei der die erfindungsfeemäss vorgeschlagene Vorrichtung verwendet wird.

einer bevorzugte» Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich aus durch eine Einrichtung zur elektrischen oder elektronischen Umwandlung der elektrischen, den Anteil einer Komponente repräsentierenden Fühleranzeige in eine quantitative Darstellung des Anteiles der Komponente oder der Komponenten im Fliessmittelgemisch, wobei die elektrische Anzeige des temperaturempfindlichen Elementes zur Kompensierung der TemperaturSchwankungen des Gemisches auf die Fühleranzeige dient.

Eine weitere ^usführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Fühler vorgesehen sind, von denen der erste eine ^lektrolytzelle a zum Nachweis von wenigstens einer der ausgewählten Komponenten und der zweite eine Elektrolytzelle zum Nachweis beider ausgewählter Komponenten

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aufweist; und dass das an die beiden fühler angeschlossene elektrische Messgerät eine elektronische Einrichtung zur Umwandlung der elektrischen Anzeigen der beiden Mhler in eine quantitative Darstellung des ^nteiles einer anderen ausgewählten Komponente in dem Fliessmittelgemisch enthält.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sichais den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemässen, elektrischen Gasanalysator;

Figur 2 in perspektivischer Daretellung den in Figur 1 gezeigten elektrischen Gasanalysator von hinten;

Figur 3 in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemässen Elektrolytzellenfühler in wesentlichem grösseren Massstab als in den Figuren 1 und 2;

^Jligur 4 in fragmentarischer Explosionsdarstellung einen Teil des in Figur 3 gezeigten Fühlersj

■*'igur 5 in perspektivischer Enddaretellung den in Fig_Ur 3 ,gezeigten Elektrlytzellenfühler, wobei jedoch das entgegengesetzte Ende des Fühlers dargestellt ist}

■"'igur 6 in fragmentarischer Explosionsdarstellung das in Figur dargestellte Ende des Fühlers, wobei die elektrischen Verbindungen innerhalb des Fühlers zu erkennen sind;

Figur 7 in der Ansicht von oben das in den ^x'iguren 3 bis 6 gezeigte Fühlergehäuse, wobei die verschiedenen Komponenten ent-

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fernt und "bestimmte Teile im Schnitt dargestellt sind;

g 8

im Schnitt im wesentlichenⁿSliP&Lnie 8-8 von Figur 7 die inneren Kammern des Gehäuses;

Figur 9

in fragmentarischer Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie 9-9 von Figur 7 unter anderem die Konfiguration des Gehäuses;

Figur 1o

eine fragmentarische Schnittansicht entlang der linie 10-1 ο von Figur 3_f ähnlich wie ^'igur 8, wo "bei jedoch die verschiedenen Komponenten der Elektrolytzelle in das Gehäuse in der für die Anwendung erforderlichen Weise eingebaut sind; und

Figur 11

eine perspektivische Explosionsdarstellung der verschiedenen Komponenten, die in das Fühlergehäuse eingebaut werden, um so die in Figur 1o dargestellte Elektrolytzelle zu ergeben.

Wie Figur 7_f 8 und 9 zeigen, ist ein Gehäuse 1o eine Fühlers oder Sensors, welches vor dem Zusammenbau und der Installation der verschiedenen Komponenten, die für den Sensor erforderlich sind, dargestellt ist, vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt, der über eine gute elektrische Isolationsfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit verfügt, und verhältnismässig bruchfest ist, beispielsweise aus Polymethyme thfccrylat, Polypropylen, einem Polyester oder aus einem anderen Material, welches über diese Eigenschaften verfügt. Das Gehäuse 1o kann einstückig durch Giessen oder durch Spritzen hergestellt sein, oder wie in den Zeichnungen dargestellt, aus zwei Teilen bestehen, die entsprechend

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hergestellt und dann miteinander verbunden werden, Im unteren Abschnitt des Gehäuses ist ein Flüssigkeitsbehälter 11 ausgebildet, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge und Breite erstreckt, um auf diese V/eise die maximale praktische volumetrische Kapazität zur Verfügung zu haben. An einem Ende des Gehäuses ist eine kleine Einlassöffnung 12 vorgesehen, die mit dem Flüssigkeitsbehälter 11 kommuniziert und zum anfänglichen Füllen des Behälters mit den flüssigen Elektrolyten sowie zum nachfolgenden ■Auffüllen und Ergänzen der Eletrolytfüllung diente Oben ist im Gehäuse 1o ein Abzug 13 vorgesehen, der mit dem Behälter 11 kommuniziert und nach dem Zusammenbau der Anordnung einen Druckausgleich zwischen dem Behälter 11 und der Atmosphäre ermöglicht, ohne dass dabei die in dem Flüssigkeitsbehälter vorhandene Flüssigkeit einer wesentlichen Verdampfung unterliegt.

Im oberen Abschnitt des Gehäuses 1o ist nahe einem Ende eine oben offene zylindrische Kammer 14 vorgesehen, ^wischen der zylindrischen Kammer 14 und dem Flüssigkeitsbehälter 11 befindet sich ein im wesentlichen zylindrisches Abteil 15 zur Aufnahme der Elektrolytzellenkomponenten. Das Abteil 15 ist durch die obere Öffnung der Kammer 14 hindurch zugänglich. Zwischen der Kammer 14 und dem Abteil 15 befindet sich eine ringförmige Schulter 16. In geringer Entfernung unterhalb der Schulter 16 im Abteil 15 ist eine zweite ringförmige Schulter 17 angeordnet. Die Zylinderform des Abteiles 15 wird durch vier Ausnehmungen 18 unterbrochen, die mit gleichem Abstand entlang des Umfangs angeordnet sind. Die Kammer 14 weist eine Kingnut 19 auf, die nahe den oberen "^nde der Kammer vorgesehen ist und zur Aufnahme eines Sprengringes dient.

Das Gehäuse 1o weist zwei mit Gewinde versehene Flansche 2o, 21 an dem der Kammer 14 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses, jedoch auf derselben Höhe auf. -^ie Flansche 2o, 21 dienen

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zum ^nschliessen von mit Gewinde versehenen Leitungen zum Zuführen und Abführen des zu messenden tasgemisches. Die mit Gewinde versehenen flansche 2o, 21 sind über enge Durchlässe 22 bzw. 23 mit der Kammer 14 an im wesentlichen mit Abstand voneinander angeordneten Steilen der Kammer 14 verbunden, so dass von dem einen Durchlass zum anderen strömendes Gas im wesentlichen die gesamte Kammer 14 durchqueren muss.

Im -tndabschnitt des Gehäuses 1o ist nahe der Kammer 14 und dem Abteil 15 ein flacher Hohlraum 24 ausgebildet, welcher zur Aufnahme der elektrischen Leitungen dient, die für den fühler erforderlich sind,, Vom Hohlraum 24 aus geht eine Öffnung 25 in die Kammer 14» welche zur Aufnahme eines Temperaturfühlers dient, -^in enger durchlass 26 im Gehäuse 1o erstreckt sich seitlich vom Hohlraum aus, verläuft dann durch das Gehäusematerial hindurch nach oben und öffnet sich zur Schulter 16«, Dieser Durchlass 26 dient zur Aufnahme eines elektrischen Leiters (Draht). Ein zweiter -^uurchlass27 verläuft vom Hohlraum 24 aus durch das Gehäuse 1o und öffnet sich auf die Schulter 17· Dieser Durchlass 27 dient ebenfalls zur Aufnahme eines Drahtleiters. Nach dem endgültigen Zusammenbau wird der Hohlraum 24, wie in Figur 5 dargestellt, durch eine Abschlussplatte 28 aus elektrisch isolierendem Material abgedeckt,die in beliebiger V/eise, beispielsweise mittels vier Schrauben 29, lösbar befestigt wird.

In den figuren 3 und 4 ist die Anordnung für den Abzug 13 im Gehäuse 1o dargestellt. Zwei elastische, nachgiebige Kinge 3o werden jeweils auf einer Seite eines Düsenelementes 31 angeordnet, welches entweder, wie gezeigt, / ein zusammengesetztes iilement sein kann oder aber aus einer dicken Scheibe aus geeignetem Material hergestellt ist. Das Düuenelement 31 dient zum Ausgleich des Druckes zwischen dem !Flüssigkeitsbehälter 11 und der Umgebung sowie

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zum Abziehen der im Flüssigkeitsbehäler 11 sich entwickelnden Gase. Auch dient das Düsenelemente31 dazu, die Verdampfung aus dem Behälter 11 heraus auf ein Minimum zu reduzieren« Das Düsenelement oder Abzugselement 31 kann aus einem filterpapier bestehen, welches durch eine Kunststoff scheibe abgedeckt ist, welche lediglich eine enge Bohrung aufweist. Die Abzugsanordnung wird im Abzug 13 mittels eines Halteringes 32 gegen die Schulter, die dort vorgesehen ist, gepresst«. Der Haltering 32 weist nach aussen vorstehende Zacken auf, die, wenn der Ring in seine Stellung gedrückt wird, mit den Wänden der Bohrung in Reibungskontakt kommen<> In die Einlassöffnung 12 ist ein entfernbarer Einfülletopfen 36 eingeschraubt«

Zur Verwendung dee Gehäuses mit der Zufuhr für das zu messende Gasgemisch können übliche Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise von der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Art. Dabei ist ein Nippel 33 in den mit Gewinde versehenen Plansch 2o bzw«, 21 eingeschraubt und verbindet, zusammen mit einem mit Gewinde versehenen Verbundstück 34, Schläuche 35 (oder Röhren) lösbar mit dem Gehäuse. Die Nippel 33» die Verbundstücke 34 und die SchHuche 35 bestehen vorzugsweise aus einem Material, welches vollständig gegenüber den Korrosionseigenschaften oder Lösungsmitteleigenschaften des Gasgemisches, mit denen gerechnet werden muss, widerstandsfähig ist. Hierfür hhben sich insbesondere Polytetrafluoräthylen bzw. Polyäthylen als günstig erwiesen.

In den ^x'iguren 1o und 11 ist der zur Herstellung der Elektrolytzelle und zur Anbringung derselben im Gehäuse 1o erforderliche Zusammenbau dargestellt, ^us Gründen der klareren Darstellung wird er in der Reihenfolge be■ohrieben, in der die einzelnen Elemente während des Zusammenbaue in das Gehäuse 1o eingebaut werden· Es ist klarι dass eines oder meiere der einzelnen Elemente, welche die zusammengebaute Anordnung ergeben, vorher bereits

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zusammengefügt werden können _e -^uch können damit äquivalente einstückige Elemente verwendet werden, die keinen vorherigen Zusammenbau erfordern.. Bevor spezifisch auf die in der Explosionsdarstellung von ^igur 11 gezeigten Elemente Bezug genommen wird, ist zu bemerken, dass in dem Gehäuse in den Durchlässen 26 bzv. 27 abgedichtet elektrische ^anrfcgfr Drahtleiter 37, 38, installiert sind« Dabei liegt ein Abschnitt jeden Drahtes auf den Schultern 16 und 27 des Abteiles 15. Weiterhin ist in dem Flüssigkeit sbehälter 11 ein inertes, absorbierendes Material 39 angeordnet, welches im wesentlichen den Hohlraum ausfüllt, wenn der Elektrolyt zugeführt wird, um hierdurch das Schwappen der flüssigkeit im Behälter auf ein Minimum herunterzudrücken. Als Material 39 hat sich insbesondere zusammengedrückter, synthetischer Schwamm als geeignet erwiesen, der sich beim Zufügen des Elektrolyten aus seinem trockenen Zustand heraus wesentlich ausdehtn.

Wie insbesondere ^igur 1o und 11 zeigt, weist die Elektrolytzellenanordnung einen elektrisch leitenden Ring 4o auf, der auf die Schulter 17 passt und einen elektrischen Kontakt mit dem auf der Schulter 17 liegenden Abschnitt des Drahtes 38 herstellt. Eine flache, kreisförmige Elektrode §> 41» welche ein feinmaschiges Netz aus dem für die Elektrolytzelle geeigneten Metall aufweist, ist oben auf dem '"'ing 4o angeordnet und steht mit diesem in elektrischem Kontakt. Wegen der niedrigen Ströme und der niedrigen Spannung, die durch die Elektrolytzelle entwickelt werden, und wegen der gewünschten hohen Empfindlichkeit des Gerätes 1st die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Netz oder der Elektrode 41 und dem Ring 4o sowie zum Draht 38 hin von höchster Wichtigkeit. Es hat sich daher als günstig erwiesen, den fting 4o beispielsweise aus dünnem Goldblech oder aus goldplattiertem Tantal herzustellen, und das Netz und den Ring, beispielsweise durch Löten, vorher zusammenzufügen. Unterhalb der

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Elektrode 41 ist eine Vielzahl absorbierender Scheiben im Abteil 15 enge ordnet, Diese Scheiben können aus irgendeinem· für diesen Zweck üblichen Material, beispielsweise aus Filterpapier, bestehen. Die vier untersten absorbierenden Scheiben 42weisen jeweils einen einstückig damit ausgebildeten IJochtabschnitt 43 auf, der nach unten gebogen ist und sich in den Behälter 11 erstreckt. Der Dochtabschnitt 43 jeder Scheibe 42 liegt in einer der vier voneinander getrennten, vertikalen Ausnehmungen 18, die im Abteil 15 vorgesehen sind. Unmittelbar oberhalb der vier Scheiben 42, welche die Dochtabschnitte aufweisen, ist eine geeignete Anzahl von zusätzlichen absorbierenden Scheiben 44 angeordnet, um auf diese Weise das Niveau der Schulter 16 im Abteil 15Erreichen. Wie zu erkennen ist, füllen die absorbierenden Scheiben 42 und $4 den Raum zwischen den Elektroden der Elektniytzelle aus und trennen die beiden Elektroden voneinander. Auf der Schulter 16 ist ein elektrisch leitender Ring 45, ähnlich dem -"-ing 4o, jedoch mit grösserem Durchmesser, angeordnet und stellt den elektrischen Kontakt mit dem Draht 37 her« ^ine zweite Netz- oder Siebelektrode 46 ist oben am &ing 45 angeordnet. Diese besteht aus dem zur Bildung der Elektrolytzelle (Elektrolysezelle) geeignete Material und weist vorzugsweise ein noch feinmaschigeres Sieb oder Netz auf als die Elektrode 41. Eine Membran 47 ist oben an der Siebiektrode 46 angeoxdnet und dient zur Trennung des Abteils 15 der Elektrolytzelle von der Gaskammer 14. ^ie Membran 47 besteht aus ejnem beliebigen geeigneten Material, welches einen begrenzten Durchgang von Gasen durch die Membran ermöglicht, wenigstens den Durchgang der Art von Gasen, die untersucht werden. In weitem Ausmass behindert die Membran 47 infolge des dafür verwendeten Materials den Durchgang von flüssigem Elektrolyten und verhindert ihn im wesentlichen. Als geeignetes Material, welches diese semipermeable Charakteristik aufweist, welches sich als praktisch verwend-

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bar erwiesen hat, ist eine Polytetrafluoräthylenfolie, beispielsweise aus dem unter der Handelsbezeichnung Teflon bezeichnete Material.

Um die vorstehend beschriebenen Elemente der Elektrolytzelle bequem im Gehäuse 1o wirkungsvoll anbringen zu können, ist eine oben auf die Membran 47 passende Manschette 48 in Ringform vorgesehen, die etwas weniger tief ist als die Tiefe der Kammer 14 und die Gaskammer innerhalb der Kammer 14 definiert. Die Manschette 48 weist aussen am oberen und unteren x^nde Auskehlungen 49 zur Aufnahme von O-förmigen Dichtungsringen 5o auf, welche aussen um die Manschette angeordnet sind und die Manschette gegenüber dem Gehäuse abdichten. Eine runde platte 51 sitzt passen oben auf der iianschette 48 und bildet ebenfalls eine Dichtung mit dem oberen Dichtungsring 5o, wodurch dar luftdichte Abschluss der Gaskammer 14 vervollständigt wird. Ein Sprengring 52 ist zwischen der Platte 51 und einer zweiten, ebenfalls runden Platte 53 angeordnet und drückt die vorstehend beschriebenen Elemente dicht aneinander, insbesondere die dichtenden O-Ringe 5o<. Ein Haltering sitzt oberhalb der Platte 53 in der Ringnut 19 und hält die gesamte Anordnung fest«

Die Manschette 48 weist zwei öffnungen 55 auf, die mit den Durchlässen 22, 23 ausgerichtet sind und es ermöglichen, dass die Gasmischung in die Kammer 14 hinein- und aus dieser herausströmt. Die Manschette 48 weist eine Bohrung 56 auf, die mit der Öffnung 25 im Gehäuse 1o ausgerichtet ist und zur Aufnahme eines Thermistors 57 dient, der sich von dem flachen Hohlraum 24 aus in die Gaskammer 14 erstreckt.

Der Thermistor ',7 weist zwei elektrische leitungen 58 auf, und erzeugt «inen ütrom, der von der Temperatur in der Kammer 14 abhängt.

Wie üie i'i^uren 5 und 6 zeigen, sind die Drähte 37 und 38, die von den Elektrodenkontaictringen 45 und 4o wegführen,

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durch Drähte 5y, 60 mit Kontaktstiften 61, 62 verbunden, die auf der Abschlussplatte 28 angeordnet sind und sich nach aussen erstrecken. Eine Thermistorleitung 58 ist mit einem dritten, getrennten Kontaktstift 63 verbunden, während, aus Gründen der Bequemlichkeit, die andere Thermistorleitung 58 mit dem Kontaktstift 61 verbunden ist.

Es hat sich gezeigt, dass einige, obwohl nicht alle der erfindungsgemäss verwendeten ^lektrolytzellen eine stabilere und verlässlichere Anzeige im Gebrauch liefern, wenn die Elektroden elektrisch verwundet werden, während die Zelle sich nicht im Betrieb befindet. Aus diesem Grunde ist am Ende der Platte 28 innen eine Blattfeder 64 aus leitendem Material, beispielsweise Kupfer, angeordnet, welche mit einei Ende 65 fest am Kontaktstift 62 angebracht ist, während das andere Ende 66 elastisch gegen den Kontaktstift 61 gedrüokt wird, sich jedoch so vom Kontaktstift 61 entfernen kann, dass der Kontakt aufgehoben wird, wodurch ein Schalter entsteht. In der Abschlussplatte 28 ist ein Loch 67 vorgesehen, welches mit der Feder 64 ausgerichtet ist und sich nahe dem Kontaktstift 61 befindet. Hierdurch wird es ermöglicht, dass ein durch das loch 67 eingeführtes Element das Ende 66 der Feder 64 mit dem Kontaktstift 61 ausser Eingriff bringt, wodurch die Kontaktstoffe 61 und 62 während des Betriebes des Fühlers elektrisch voneinander getrennt werden.

In den Figuren 1 und 2 ist ein typischer, erfindungsgemässer Gasaaalysator von vorne und von hinten dargestellt. Dabei handelt es sich um einen Analysator, der zum Nachweis von zwei verschiedenen Gasen dient, beispielsweise Schwefeldioxyd und Stickstoffoxyd. Es ist klar, dass der Analysator aber auch nur einen der vorstehend beschriebenen Fühler oder Sensoren aufnehmen kann und dann zur Untersuchung eines einzigen Gases dient. Auch kann der Analysator daHü-aeki» zur Untersuchung von mehr Gasen ala zwei verwendet werden, wobei dann mehr als zwei Sensoren oder Fühler

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vorgesehen werden müssen. Der Analysator 7o weist geeignete elektrische Schaltkreise irgendeiner hierfür üblichen Art auf,· Weiterhin sind die üblichen Messgeräte vorgesehen, die in dem Fachmann bekannter Weise zur Verstärkung der elektrischen Ausgangsgrösse des Sensors dienen, wobei die verstärkte Anzeige auf einer Skala 71 erzeugt wird. Fühler desjenigen Typs, bei denen ein elektrischer Strom erzeugt wird, werden vorzugsweise verwendet. Der Analysator 7o ist also in Wirklichkeit ein Strommesser, der eine geeignete Verstärkung und geeignete Korrektureinrichtungen aufweist. Wenn Fühler verwendet werden, bei denen sich der Wideretand in Abhängigkeit von Änderungen der Gaskonzentration ändert, ist der -"-nalysator 7o natürlich ein Ometer.

Die Fühler oder Sensoren können in Stecker 72 eingesteckt werden, die sich hinten am Analysator 7o befinden, wobei die Kontaktstii'te 61, 62 und 63 in im Boden'der Stecker vorgesehene Aufnahmeöffnungen hineinpassen. In jedem Stecker kann ein Kontaktstift 74 ao angeordnet sein, dass er sich durch das Loch 67 im Fühler erstreckt und die Schaltfeder 64 in die Nicht-Verbindungsstellung bringt. Wenn nur ein einziges Gas untersucht wird und der für dieses Gas verwendete Fühler durch andere Gase in dem Gemisch relativ nicht beeinflusst wird, dann muss lediglich dieser einzige Sensor in den betreffenden Stecker 72 eingeführt werden, ^enn zwei verschiedene Gase nachgewiesen und analysiert werden sollen oder ein einziges Gas, bei dem der Fühler durch ein anderes Gas beeinflusst wird, werden zwei Fühler in die Stecker eingeführt. Wie vorstehend beschrieben, sind die SchSuche 35 bereits mit dem Fühler verbunden, welche zum Hindurchleiten der Gasmischung durch den Fühler während der Untersuchung dienen« Ein Wählschalter 75 dient dazu, den betreffenden elektrischen Schaltkreis mit der Skala 71 zu verbinden, um auf diese Weise die Anzeige für das ausgewählte Gas zu liefern. Der Analysator 7o kann verschiedene Stelleinrichtungen 76 zum Nullabgleich der Skala und zum Eichen der Anzeige mittels einer Gasmischung aufweisen,

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welche das ausgewählte Gas in einem bekannten Verhältnis enthält. Eine derartige Nulleinstellung oder Eichung kann periodisch wiederkehrend durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sowohl der Analysator als auch der Fühler stets eine genaue Anzeige liefern.

Zusammengfassend lässt sich die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung dahingehend schildern, dass die Gasmischung oder ein anderes Fliessmittelgemisch, welches untersucht oder analysiert werden soll, über die Schläuche 33 durch den Fühler geleitet wird, wenn eine entweder kontinuierliche oder intermittierende Messung durchgeführt werden soll. Das Gasgemisch strömt dabei durch die Kammer 14 hindurch und gelangt an die Membran 47. Ein Teil des Gasgemisches fliesst durch die Kammer 14 hindurch und gelangt an die Membran 47, während ein Teil des Gasgemisches durch die Membran hindurchgeht und in die Elektrolytzelle gelangt, Durch geeignete Auswahl des für die Elektroden 41 und 46 verwendeten Materials und des Elektrolyten für den Flüssigkeitsbehälter 11, entsprechend den dem Fachmann bekannten Grundsätzen, lässt es sich erreichen, dass ein bestimmtes Gas oder eine Anzahl bestimmter Gase einen Oxydations- oder Reduktionsprozess hervorruft, durch welchen ein variabler Strom (oder, bei anderen Zellen, ein variabler Widerstand) erzeugt wird, dessen Grosse dem Anteil des Gases oder der Gase in der Gasmischung entspricht. Weiterhin kann die Empfindlichkeit der Elektrolytzelle in geeigneter Weise eingestellt werden, wodurch die Zelle spezifisch an den beabsichtigten Anwendungszweck, Ä.h. je nach der Konzentration der Gase, welche zu erwarten ist, angepasst werden kann. Beispielsweise wird eine Zelle zum Nachweis einer Verschmutzung in der Atmosphäre wesentlich empfindlicher für diese Verschmutzung sein als eine Zelle, welche zum Nachweis dieser Verschmutzung in Abgasen dient, in denen sie eine höhere Konzentration hat. Werden jedoch bestimmte Anzeigebereiche für verschiedene Zellen gewählt, dass ähnliche elektrische Ströme erzeugt werden, so kann

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ein und derselbe Analysator 7o dadurch sowohl zum Nachweis von Verschmutzungen der Atmosphäre als auch von Abgasen verwendet werden, dass lediglich die Fühler ausgetauscht werden, wobei die Skala 71 den Prozentsatz des bestimmten Bereiches der Gaskonzentration registriert, welcher durch den bestimmten Fühler gemessen wird. Beispielsweise kann ein Fühler für Schwefeldioxyd einen Anzeigebereich von null bis 5o ppm an Schwefeldioxyd in der Gasmischung (dies ist der übliche .Bereich in der Atemosphäre) aufweisen, während ein anderer Schwefeldioxydfühler einen Gesamt-Anzeigebereich von null bis I0.000 (zehntausend) ppm an Schwefeldioxyd haben kann, wobei dieser Fühler dann für eine Gasmischung gedgnet ist, welche beispielsweise ein Abgas- oder eine andere durch eine Gasquelle erzeuge Gasmischung ist. Die durch jeden der Fühler erzeugten Ströme werden jedoch bei maxiamaler Anzeige gleich gross ein.

Die bisher verwendeten -tflektrolytzellen, die auf bestimmte Gase ansprechen, sprechen unglücklicherweise auch auf andere Gase an, die wahrscheinlich in derselben Atmosphäre oder in demselben Abgas auftreten, wodurch die Anzeige der ^lektroljt zelle nicht korrekt die Konzentration lediglich des ersten Gases angibt, sondern auch durch das zweite Gas beeinträchtigt wird, Beispielsweise wird eine ^lektrolytzelle, welche zum Nachweis von Stickstoffoxyden (beispielsweise Stickstoffoxyd und Stickstoffdioxyd) dient, durch vorhandenes Schwefeldioxyd beeinflufft, wodurch eine ^Anzeige hervorgerufen wird, welche der Kombination der Stickstoffoxyde und des Schwefeldioxydes entspricht. Erfindungsgemäss wird jedoch ein Analysator 7o geschaffen, der es ermöglicht, die ^Anzeigen von zwei Fühlern aufzuzeichnen. Wenn also gleichzeitig mit einem Fühler der Anteil des in der Mischung vorhandenen Gases gemessen wird, welches in unerwünschter Weise die Anzeige des anderen Sensors, der zur Messung des ausgewählten Gases dient, beeinflusst, korrigiert der Analysator 7o über eine geeignete Schaltungsanordnung elektrinch in die unerwünschter Weise beeinflusste Anzeige,

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wodurch auf der Skala 71 lediglich die Anzeige des ausgewählten Gases erscheint. Der Analysator 7o subtrahiert mit anderen Worten elektronisch den Anteil von Schwefeldioxyd, den die andere Elektrolytzelle nicht unterscheiden kann und trennt ihn von den Stickstoffoxyden. Der Analysator 7o dient auch zur elektronischen Kompensation der Veränderungen der Elektrolytzellenabhängigkeit, welche auf Temperaturänderungen zurückzuführen sind, indem der durch den Thermistor 57 erzeugte Strom verwendet wird.

Durch die Erfindung wird also ein neuer, elektrochemischer Fühler mit äusserst stabilen, jedoch einfachem Aufbau geschaffen, der über eine extrem hohe ^nzeigeempfindlichkeit verfügt. Ausserdem ermöglicht die Kombination des Analysators mit den geeigneten Fühlern die Untersuchung von Gasgemischen trotz Konzentrationsschwankungen, Temperatur Schwankungen und einer unerwünschten Beeinflussung der Anzeige der Elektrolytzelle, die zum Nachweis bestimmter Gase dient, durch ein anderes Gas oder durch andere Gase. Das gesamte Gerät ist tragbar, erfordert keine strömenden Fliessmittel und kann mit einem Minimum an Unterweisung und ohne besondere Geschicklichkeit wirkungsvoll bedient werden.

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Claims

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Ansprüche

1c) Netzgerät zur Bestimmung des Anteiles einer oder mehrerer Komponenten, die in einem Fliessmittelgemisch vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühler mit einer Elektrolytzelle (15) vorgesehen ist, der eine elektrische Anzeige liefert, die dem Betrag der Komponente oder Komponenten in dem Gemisch proportional ist, und elektrische Anschlüsse zur Übertragung der elektrischen Anzeige aufweist; dass der Fühler eine Kammer (14) mit einem -Einlass und einem Auslass (22,23), welche das Hindurehströmen des Gemisches durch die Kammer gestatten, ausweist; dass die Elektrolytzelle mit der Kammer (14) in Verbindung steht; und dass der Fühler mechanisch und elektrisch mit einem elektrischen Messgerät verbindbar ist, welches zur Umwandlung der elektrischen Anzeige in eine quantitative Darstellung des Anteiles der Komponente oder der Komponenten in dem Fliessmittelgemisch geeignet ist.

2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler in eine Steckdose in einem Gehäuse deo Messgerätes passt.

Sc Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler einen Behälter (11) mit flüssigen Elektrolyten aufweist, der mit der Elektrolytzelle kommuniziert.

4c Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytzelle eine semipermeable Membran (47) aufweist, welche die Kammer (14) vom Elektrolytbereich trennt.

$. Messgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) in der Betriebsstellung unterhalb der Zelle angeordnet ist.

6. Messgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) einen Abzug (I3)

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aufweist, welcher durch eine semipermeable Membran verschlossen ist.

Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ^lektrolytzelle in einem der Kammer (14) benachbarten Abteil (15) angebracht ist.

Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytzelle zwei ebene Siebelektroden (41» 46) aufweist, welche aus verschiedenen Metallen bestehen und mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, wobei sich zwischen den Elektroden den Zwischenraum ausfüllendes absorJiberendes Material (42) befindet.

9. Messgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (41, 46) aus feinmaschig gewebten Netzen bestehen«

1θβ Messgerät nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkeitsabsorbierende Material eine Vielzahl von Filterpapieren (42) umfasst.

11o Messgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 1o, und -Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Docht (43) vorgesehen ist, der sich von dem flüssigkeitsabsorbierenden Material in den Behälter (11) erstreckte

12. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abteil (15), in welchem die Zelle untergebracht ist, im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, und einen kreisförmigen Querschnitt toat, wobei in dem Abteil ringförmige Schultern (16, 17) zum Abstützen der Elektrode (41, 46) vorgesehen sind.

13o Messgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (16, 17) unterschiedeliche Durehmesser aufweisen·

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14o Messgerät nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Schulter (16) (17) mit einer darauf angeordneten Elektrode (41, 46) in Kontakt stehende elektrische Drähte (37, 38) vorgesehen sind, welche aus dem Abteil (15) herausführen.,

15o Messgerät nach einem der Ansprüche 1 Ms 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass einen Durchlass mit verringertem Durchmesser (22) aufweist.

16. Messgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 15 mit zwei Elektroden (41, 42), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (64) zum Kurzschliessen der Elektrode vorgesehen ist»

17« Messgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum automatischen Öffnen des Kurzschlusschalters (64) beim Verbinden des .Fühlers mit dem elektrischen Messgerät vorgesehen ist.

18. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein temperaturempfindliches Element (57), welches auf Temperaturänderungen im Fliessmittelgemisch anspricht und eine elektrische Anzeige liefert, durch welche die Ablesung des elektrischen Messgerätes hinsichtlich dieser Temperaturänderungen kompensierbar ist,

19· Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18 mit wenigstens zwei Wühlern, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fühler unterschiedliche -^letrolytzellen zum Nachwei» unterschiedlicher, ausgewählter Komponenten des Fliessmittelgemisches aufweist.

2Oc Messgerät nach Anspruch 19 mit zwei Fühlern, dadurch ge-Jcenn^fcdcimet, darjo dan elektrische Measireriit eine Einrichtung zur Korrelation der Anzeigen de3 ersten und des zv/ei ton Fühler» aufwuiut, wodurch eine quantitative Dar-

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stellung des Anteiles entweder der ersten oder zweiten ausgewählten Komponente erzielbar ist.

ο Messgerät nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fühler eine zum Nachweis von Schwefeldioxyd und der zweite Fühler eine zum Nachweis von Stickstoffoxyd und Stickstoffdioxyd geeignete Zelle aufweist.

22* Messgerät nach Anspruch 18 oder nach einem der AnsprücLe 19 bis 21, und Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur elektrischen oder elektronischen Umwandlung der elektrischen, den Anteil einer Komponente repräsentierenden Fühleranzeige in eine quantitative Darstellung des Anteiles der Komponente oder der Komponenten im Fliessmittelgemisch, wobei die elektrische Anzeige des temperaturempfindlichen Elementes (57) zur Kompensierung der Temperaturschwankungen des Gemisches auf die Fühleranzeige dient.

23» Messgerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische oder elektronische Umwandlungseinrichtung im Gehäuse des elektrischen Messgerätes untergebracht ist.

24oMessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei fühler vorgesehen sind, von denen der erste eine Elektrolytzelle zum Nachweis von wenigstens einer der ausgewählten Komponenten und der zweite eine Elektrolytzelle ^zum Nachweis beider ausgewählter Komponenten aufweist; und dass das an die beiden Fühler angeschlossene elektrische Messgerät eine elektronische Hinrichtung zur Umwandlung der elektrischen Anzeigen der beiden Fühler in eine quantitative Darstellung des Anteiles einer anderen ausgewählten Komponente in dem Fliee« mittelgemisch enthält.

25· Messgerät nach Anspruch 24 zum Nachweis eines oder mehrerer Gaa in gasförmigen Fliessmitteln, dadurch gekennzeichnet,

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dass ein erster Fühler mit einer Elektrolytzelle zinn Nachweis von wenigstens einem der ausgewählten Gase vorgesehen ist, die einen ersten elektrischen Strom erzeugt, der zum Anteil des einen ausgewählten Gases in dem gasförmigen Fliessmittel in Beziehung steht; dass ein zweiter Fühler mit einer anderen elektrolytzelle zum Nachweis sowohl des einen ausgewählten Gases als auch wenigstens eines anderen der ausgewählten Gase vorgesehen ist, welche einen zweiten elektrischen Strom erzeugt, der zu den ^Anteilen der nachgewiesenen Gase in dem gasförmigen Fliessmittel in Beziehung steht; und dass ein elektrischer Verstärker vorgesehen ist, an dem die Fühler angeschlossen sind und welcher selektiv betätigbare elektronische Einrichtungen zur Umwandlung des ersten elektrischen Stromes in eine quantitative Darstellung des Anteiles des einen ausgewählten Gases und zur Umwandlung des ersten und zweiten elektrischen Stromes in eine quantitative Darstellung des Anteiles des anderen ausgewählten Gases in dem gasförmigen Fliessmittel aufweist«

26. Messgerät nach einem der -Ansprüche 6 bis 25» dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Gehäuse des Behälters(11) vorgesehene Abzug (13) so eingerichtet ist, dass er zwar einen Gasausgleich gestattet, jedoch eine Einrichtung besitzt, welche das Ausfliessen von Elektrolytflüssigkeit aus dem Behälter (11) verhindert, wobei der Behälter (11) im wesentlichen durch absorbierendes Material gefüllt ist, welches mit dem Elektrolyten gesättigt ist.

27· Messgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die ^lektrolytzelle in dem Gehäuse (1o) lösbar befestigt ist, wobei die Zelle durch eine Feder in dem Abteil (15) festgehalten ist.

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