DE3544967A1 - Geraet zur bestimmung des anteils von paramagnetischen stoffen in stoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung des An­ teils von Stoffen mit paramagnetischen Eigenschaften, ins­ besondere von Sauerstoff, in Stoffgemischen, bestehend aus einer in mehrere Kammern unterteilten Küvettenanordnung, die relativ zu einer Vorrichtung zur Erzeugung eines die Küvettenanordnung durchdringenden Magnetfeldes drehbar an­ geordnet ist, und einer dieser Vorrichtung zugeordneten Spulenanordnung zur Umwandlung der in ihr vom paramagne­ tischen Stoff erzeugten magnetischen Induktion in ein elek­ trisches Signal.

Ein derartiges Gerät ist aus der DE-OS 19 24 228 bekannt.

Das bekannte Gerät besitzt eine drehbare Küvettenanordnung, welche in mehrere Kammern unterteilt ist und sich in den Luftspalten zweier Dauermagnete mit einer festen Umdrehungs­ zahl bewegt. Um das Joch eines jeden Dauermagneten ist eine elektrische Spulenwicklung angebracht. In Gegenwart von Stoffen mit paramagnetischen Eigenschaften in den Meßkammern der Küvettenanordnung richten sich die Stoffmoleküle inner­ halb der von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfelder mehr oder weniger aus und induzieren in den Spulenanordnun­ gen ein elektrisches Signal, dessen Größe dem Gehalt an pa­ ramagnetischen Stoffen in der jeweiligen zu untersuchenden Kammer der Küvettenanordnung entspricht. Das induzierte Meßsignal hängt empfindlich von der Stärke des Magnetfel­ des durch die Permanentmagnete ab. Jede Änderung oder Störung dieses Magnetfeldes wirkt sich in einer meßbaren und unerwünschten Verfälschung des Meßsignales aus. Stö­ rungen können zum Beispiel dadurch auftreten, daß die Luft­ spalte derMagnetjoche unterschiedliche Weiten aufweisen. Diese Spaltweiten dürfen sich typischerweise um nicht mehr als 10^-8 mm während des Meßvorgangs verändern, wenn eine Anderung des Meßsignals aufgrund unterschiedlicher Spalt­ weiten kleiner als 1 Vol% O₂ ausmachen soll. Äußere Stör­ felder durchdringen die Küvettenanordnung und verfälschen das Meßergebnis in unerwünschter Weise. Eine weitere Stör­ möglichkeit besteht in der Übertragung von Schwingungen, z.B. infolge der sich drehenden Küvettenanordnung oder auch infolge Erschütterungen in der Umgebung auf die Permanent­ magnete, so daß diese zusammen mit den elektrischen Signal­ spulen zu Schwingungsbewegungen angeregt werden, durch welche die Spaltweite der Permanentmagnete verändert und somit in den Signalspulen ein Meßsignal erzeugt wird (Mikrofonieeffekt).

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Gerät der genannten Art zur Bestimmung des Anteils von paramagnetischen Stoffen so zu verbessern, daß die An­ ordnung von magnetfelderzeugenden Vorrichtungen und der dazugehörigen Spulenanordnung unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen, wie z.B. Übertragung mechanischer Schwingungen oder Einflüssen eines äußeren Magnetfeldes, ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens vier oder eine höhere geradzahlige Anzahl von magnetfelderzeugenden Vorrichtungen mit den ihnen zugeordneten Meßfeldspulen je­ weils beidseitig der Küvettenanordnung und symmetrisch zu der Rotationsachse auf einem gemeinsamen Gehäuse angeord­ net sind, und daß die Magnetisierungspolung der Vorrich­ tungen mit der Magnetisierungspolung ihrer zu­ geordneten Meßfeldspulen in abwechselnder Ausrichtung zu­ einander kombiniert sind.

Der bedeutende Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die abwechselnde Ausrichtung der Magnetisierungs­ polung von magnetfelderzeugenden Vorrichtungen, wie z.B. stromdurchflossene Spulen oder Permanentmagnete, und der ihnen zugeordneten Meßfeldspulen zu einer Kompensation störender Signaleinflüsse durch Streufelder oder Änderungen der Spaltweiten des magnetischen Luftspaltes infolge mechanischer Schwingungen führt. Schwingungen des Gehäuse­ ober- und -unterteils werden, wenn man sie angenähert als Membranschwingungen ansieht, bis zur dritten Ordnung kom­ pensiert und führen somit nicht zu einem Mikrofonieeffekt.

In besonders vorteilhafter Weise sind die magnetfelder­ zeugenden Vorrichtungen als elektrische Spulenkörper aus­ gebildet. Es ist dann möglich, diese zusammen mit den Meß­ feldspulen auf einen gemeinsamen Kern zu wickeln. Durch ge­ eignete Synchronisation der Zeitpunkte für die Erzeugung eines Magnetfeldes und die Messung der magnetischen In­ duktion mit der Drehzahl der Küvettenanordnung kann dafür gesorgt werden, daß zu einem Meßzeitpunkt ein und dasselbe Stoffgemisch jeweils mit zwei Spulenpaaren mit unterschied­ lichen Magnetisierungspolungen bestimmt wird. Je nach Schaltung läßt sich damit die Störkompensation entweder für eine Zweikammer- oder für eine Vierkammer-Küvette er­ reichen.

Werden in bevorzugter Weise Permantentmagnete zur Erzeugung des Magnetfeldes innerhalb der Kammern der Küvettenanordnung benutzt, wird die unterschiedliche Magnetisierungspolung durch die abwechselnde Anordnung von Nord- und Südpol der Permanentmagnete erfüllt. Der Wicklungssinn der Meßspulen wechselt dabei ebenfalls reihum ab.

Feldleitplatten zur Verbindung der Spulenkerne bewirken bei Verwendung von Hochfrequenzströmen zur Erzeugung der Magnetfelder eine zusätzliche Verstärkung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 den Schnitt durch eine Küvettenanordnung mit den dazugehörigen Magnetfeld- und Meßspulen,

Fig. 2 die Anordnung von Magnetfeld- und Meß­ spulen mit ihrem dazugehörigen Windungs­ sinn,

Fig. 3 eine Darstellung des abwechselnden Win­ dungssinnes von Magnetfeld und Meßspule,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere Küvetten­ anordnung mit Permanentmagneten und Meß­ spulen,

Fig. 5 ein Schaltbild mit Angabe der Magnetpol­ richtung und des Wicklungssinnes der Meßspulen.

Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Gerät zeigt die äußere Kontur einer Küvettenanordnung 1, welche auf einer Welle 2 aufgenommen ist, die über eine Laufbuchse 3 in den Drehlagern 4, 4′ gehalten ist. Zum Antrieb der Kü­ vette 1 dient ein nicht dargestellter Motor, dessen An­ triebswelle mit der Welle 2 verbunden ist. Die Küvette 1 ist von einem Gehäuse 5 umgeben, in welchem jeweils auf dessen Oberteil 51 und Unterteil 52 magnetfelderzeugen­ de Spulenanordnungen 6 als Primärwicklung und Meßfeld­ spulen 7 als Sekundärspule um einen gemeinsamen Kern 8 aus Ferritkeramik gewickelt sind. Jeweils vier Paare 61, 62, 63, 64 von Magnetfeldspulen 6 und Meßfeld­ spulen 7 sind auf dem Oberteil 51 und dem Unterteil 52 vorgesehen. Die Anord­ nung der Spulen 6, 7 ist so ausgeführt, daß jeweils zwei gegenüberliegende Spulenanordnungen 6, 7 ein die Küvette 1 durchdringendes Magnetfeld unterschiedlicher Polarisierungs­ richtung erzeugen. Die Spulenkerne 8 sind mittels Feldleit­ platten 9 aus Ferritkeramik miteinander verbunden. Ober­ teil 51 und Unterteil 52 ruhen mittels Stegen 11 auf der Grundplatte 12. Gehäuse 5 und Feldleitplatte 9 besitzen Eintrittsöffnungen 13 für das zu untersuchende Stoffge­ misch, welches über den Einlaß 14 in die nicht darge­ stellten Meßkammern der in bekannter Weise zusammenge­ setzten Küvettenanordnung 1 eindringen kann. Die Küvette ist eine Vierkammer-Anordnung, bei der zwei durchströmte Meßkammern und zwei mit einer Vergleichssubstanz gefüllte geschlossene Vergleichskammern in abwechselnder Folge an­ geordnet sind. Nach Verlassen der Meßkammern tritt das Stoffgemisch durch entsprechende radial angeordnete Austrittsöffnungen in die Umgebung aus.

In Fig. 2 ist die Ansicht auf die Unterseite des Ober­ teils 51 dargestellt, in welcher die Anordnung von vier Spulenkombinationen 61, 62, 63, 64 dargestellt ist. Hier­ bei sind die Wicklungen für die magnetfelderzeugenden Spulen 6 mit P (Primärwicklung) und die Wicklungen für die Meßfeldspulen 7 mit S (Sekundärspule) symbolisiert worden. Die dargestellten liegenden Kreuze zeigen die Richtung des Magnetfeldes in die Zeichenebene hinein, die dargestellten Punkte innerhalb der Kreise zeigen die Richtung des Magnetfeldes aus der Zeichenebene heraus an. Die Richtung des Magnetfeldes der einzelnen Spulen 6, 7 werden durch das in Fig. 3 angegebene Diagramm näher erläutert. Hier sind symbolhaft die Primärwicklung 6 und Sekundärwick­ lung 7 der Spulenanordnungen 61, 62, 63, 64 angegeben. Der in den jeweiligen Ecken der Darstellungssymbole ange­ brachte Punkt zeigt den Verlauf des Wicklungssinnes der jeweiligen Spulenanordnungen 61, 62, 63 und 64 an.

In Fig. 4 ist die Küvettenanordnung 1 innerhalb eines Ge­ häuses 50 dargestellt. Die Küvettenanordnung 1 ist eben­ falls über die Welle 2 und die Laufbuchse 3 in dem Dreh­ lager 4 und dem nicht dargestellten Drehlager 4′ gelagert. Das Oberteil 51 und das Unterteil 52 des Gehäuses 5 tragen jeweils in gleicher Anordnung wie in Fig. 2 anstelle der Kerne 8 Permanentmagnete 15, 16, 17, 18 und 15′, 16′, 17′, 18′. Diese sind von Meßfeldspulen 71, 72, 73, 74 bzw. 71′, 72′, 73′ und 74′ umgeben. Das der magnetischen Abschir­ mung dienende geschlossene Gehäuse 50 aus weichmagnetischem Material weist eine Eintrittsöffnung 13 zur Einleitung des zu untersuchenden Stoffgemisches in die Küvettenanordnung 1 auf und besitzt in radialer Lage zur Küvettenanordnung 1 Austrittsspalte 10, durch die das aus den Austrittsöff­ nungen der Küvettenanordnung 1 heraustretende Stoffge­ misch in die Atmosphäre gelangen kann.

Die Anordnung der Permanentmagnete 15, 16, 17, 18 und der zu ihnen gehörenden Meßfeldspulen 71, 72, 73, 74 auf der Oberseite 51 ist gemäß Fig. 6 miteinander kombiniert. Die Nord-Süd-Ausrichtung der Permanentmagnete 15, 16, 17, 18 ist mit dem Wicklungssinn der Meßfeldspulen 71, 72, 73, 74 derart gekoppelt, daß eine gleiche Magnetpolung mit gleichem Wicklungssinn übereinstimmt. Die Anordnung der entsprechenden Permanentmagnete 15′, 16′, 17′, 18′ mit den dazugehörigen Meßfeldspulen 71′, 72′, 73′, 74′ auf der Unterseite 52 ist analog ausgeführt, und zwar derart, daß jeweils sich gegenüberliegende Permanentmagnete ein die Küvettenanordnung 1 durchgreifendes Magnetfeld erzeugen.

Claims (4)

1. Gerät zur Bestimmung des Anteils von Stoffen mit para­ magnetischen Eigenschaften, insbesondere von Sauerstoff, in Stoffgemischen, bestehend aus einer in mehrere Kammern unterteilten Küvettenanordnung, die relativ zu einer Vorrichtung zur Erzeugung eines die Küvettenanordnung durchdringenden Magnetfeldes drehbar angeordnet ist, und einer dieser Vorrichtung zugeordneten Spulenanordnung zur Umwandlung der in ihr vom paramagnetischen Stoff er­ zeugten magnetischen Induktion in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier oder eine höhere geradzahlige Anzahl von magnet­ felderzeugenden Vorrichtungen (6, 15, 16, 17, 18) mit den ihnen zugeordneten Meßfeldspulen (7, 71, 72, 73, 74) jeweils beidseitig der Küvettenanordnung (1) und symmetrisch zu der Rotationsachse auf einem gemeinsamen Gehäuse (5) an­ geordnet sind, und daß die Magnetisierungspolung der Vorrichtungen (6, 15, 16, 17, 18) mit der Magnetisierungs­ polung ihrer zugeordneten Meßfeldspulen (7, 71, 72, 73, 74) in abwechselnder Ausrichtung zueinander kombiniert sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetfelderzeugenden Vor­ richtungen als elektrische Spulenkörper (6) ausgebildet sind, zusammen mit den Meßfeldspulen (7) um einen ge­ meinsamen Kern (8) gewickelt sind, und daß die Kombi­ nation der Magnetisierungspolung durch die abwechselnde Ausführung von gleichsinniger und gegensinniger Wick­ lungsrichtung von elektrischem Spulenkörper (6) und Meßfeldspule (7) festgelegt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetfelderzeugenden Vor­ richtungen als Permanentmagnete (15, 15′, 16, 16′, 17, 17′, 18, 18′) ausgebildet sind, um welche die Meßfeldspu­ len (71, 71′, 72, 72′, 73, 73′, 74, 74′) mit abwechselndem Wicklungssinn gewickelt sind, wobei Permanent­ magnete (15, 15′, 16, 16′, 17, 17′, 18, 18′) gleicher Po­ lungsrichtung mit Meßfeldspulen (71, 71′, 72, 72′, 73, 73′, 74, 74′) gleichen Wicklungssinnes kombiniert sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (5) an seinem die Spulenanordnungen (6) und Meßfeldspulen (7) enthalten­ den Oberteil (51) und Unterteil (52) Feldleitplatten (9) besitzt.