Gas analyser based on the magnetic properties of a gas

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Gas analyser based on the magnetic properties of a gas

Patent number:

Publication date:

Inventor:

Applicant:

Classification:

-

international:

-

european:

Application number:

Priority

number(s):

DE3400140

1984-10-18

HUMMEL HEINZ DR HUMMEL HEINZ DR

G01N27/74 G01N27/74

DE1 98434001 40 19840104 DE19843400140 19840104;

DE1 970201 7423 19700411

Abstract of DE3400140

A gas analyser based on the magnetic properties of a gas has a magnet with pole faces,

bearing on which are circularly

bounded ^{soft-iron pole} pieces

(2, 3).

The measuring chamber formed by a non-magnetic ^plate

(1) and the pole pieces

_(2,

3) has a cylindrical gas chamber

(air

gap 5) between the pole pieces

(2, 3).

On the

air

gap edge of the magnet, two sickle-shaped

salients (10, 11) are provided opposite one ^{another. Test} gas

flows into the measuring

chamber via one of the salients (10, 11), the other being used for reference gas. By means of a

differential pressure measuring device, the pressure difference

between the test and the reference gas

is

determined which arises as a result of the magnetic properties of the gas

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^-

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(§)

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

© Patentschrift

©DE ^3400140 CI

©

^{Int. CI. 3:}

G01N 27/74

DEUTSCHES PATENTAMT

Aktenzeichen:

m)

Anmeldetag:

(43) Offenlegungstag:

@

Veroffentlichungstag derPatenterteilung:

P34

00 140.9-52

4. 1.84

18. 10.84 i

(

I

i3

Monaten

nachVeroffentlichung derErteilungkann Einspruch erhoben

werden

(30) Prioritatdes fruheren Patentsbei widerrechtiicher (72) Erfinder:

Entnahme:

@ @ ®

^11.04.70

^DE

^20174236 gleich Patentinhaber

@

Patentinhaber:

@

Im Prufungsverfahren entgegengehaltene

Hummel, Heinz, Dr.,6240Konigstein,

DE

Druckschriften nach §44PatG:

DE-PS

16 48 924

'"7

@

^Aufden magnetischen EigenschafteneinesGases beruhender Gasanalysator

Einaufdenmagnetischen EigenschafteneinesGasesbe- ruhender Gasanalysator hat einenMagnetenmit Polflachen, gegen diekreisfdrmig begrenzte Weicheisenpolschuhe (2, 3) anliegen. Dieauseinernichtmagnetischen Platte (1)und den Polschuhen (2, 3) gebildete Mefckamrner besitzt zwi- schen den Polschuhen (2, 3) einen zylindrischen Gasraum

(Luftspalt5).

Am

LuftspaltranddesMagnetensindzweiein- ander gegenuberliegende, sichelformige Ausbuchtungen

(10, 11)vorgesehen. Uber eine derAusbuchtungen (10, 11) Stromt Mefcgas, uberdieandere Vergleichsgasⁱⁿ die Me(J- kammer. Mittels einer Differenzdruckmelieinrichtung wird dieaufgrund der magnetischen Eigenschaften der Gasbe- standteile entstehende Druckdifferenz zwischen Meft- und Vergleichsgas bestimmt.

u

O

LU

Q

BUNDESDRUCKEREI

^{08.84 408 142/356 80}

34 00 140

Patentanspruch:

Aufden magnetischen Eigcnschafteneincs Gases beruhender Gasanaiysator, bei

dem

^{zwischen die}

planparalleten Polflachen eincswcchsclsiromcireg- ten Magneten eine

McBkammcr

mil formschlussig an den Polflachen anlicgendcn Weicheisenpolschu- hen eingesetzt ^ist.in die

Kammer

angegenubcrlic- gendenSiellen MeB-und Vcrglcichsgas einstromen, die Gase ^sich vermischen und das Gcmisch durch eine Mittelbohrung in cinem dcr Weicheiscnpol- schuhe aus der

Kammer

austritl und bei

dem

zur Messungderzwischen MeB- undVcrglcichsgasent- stehenden Differenzdruekschwankungcn an ^die Zu- fuhrungsleitungen Fur das MeB- und Vcrglcichsgas eine DifferenzdruckmcBcinrichlung angcschlossen ist dadurch

gekcnnzeichnei,

^{daB der Ma-}

gnet kreisformige Polflachenaufweist, da(3derGas- raum ^der

MeBkammer

zylindrisch und mitkreisfor- mig begrenzlen Weicheiscnpolschuhcn ^{(2, 3) abge-} schlossen ist und

am

Luftspaltrand des Magneten einander gegenGbcrlicgende siehclformigc Aus- buchtungen (10, 11) aufweist. die jewcils mit zwei Gasanschlussen(8,12bzw.9t13) furdas

MeBgas

und

die DifferenzdruckmeBeinrichtung bzw. das Ver- gleichsgas und die DifferenzdruckmeBeinrichtung verbundensind.

DieAnmeldung betrifft einen Gasanaiysator

gemaB dem

Oberbegriff desAnspruches 1.

Zur Messung der Konzentration paramagnetischcr GasbestandteileinGasgemischenhabensichGasanaly- satoreneingefuhrt, beiwelchen die Kraftwirkung eines

inhomogenen Magnetfeldes aufdie Molekiile desGas- bestandteiles ais MeBeffckl hcrangczogen ^{wird. Eine} AusfuhrungsformeinesderartigenGasanalysatorszeigt z.B.Fⁱg.I der

US-PS

3287 959.

An

^dieabgeschragten PoleeinesPermanentmagnctcnsindzwei

Gaskammcrn

miteinergemeinsamenGasableitungangesetzt. MineIs

einer

Pumpe

^{in der} Gasableitung wird durch die eine

Kammer

^dasMeBgas und durchdieandere

Kammer

^cin

Vergleichsgas konstanterSuszcptibilitatgesaugt.Durch

die Einwirkung des inhomogenen Randfeldes des Ma- gneten auf die paramagnetischen Gasbestandteile ent- stehtzwischen den

Kammern

eine Druckdifferenz.die in einer Verbindungsleitung dcr beiden

Kammern

zu einer Gasstromung ^{fiihrt. Die} Gasstromung wird mit Hilfe einer temperaturabhangigen Bruckenschaltung nach der Warmeleitfahigkeitsmethode gemessen. ^Ent- halten diebeiden Gase als paramagnetischen Bestand-

teil z.B.Sauerstoff,soistdaselektrischcAusgangssignai der Briicke ein

MaB

fur die Differenz der Saucrstoff- konzentrationinbeidenGasenbzw.furdenSauerstoff- gehalt desMeBgases. Zur Messung der Druckdifferenz eignen sich auch Membrankondensatoren, wobci ^{cs in} meBtechnischer ^{Hinsicht gunstig ist, einen} Magneten

mit Wechselerregung vorzusehen. Das Ausgangssignai desGasanalysegerates ist dann cine Wechselspannung mil einer entsprcchend ^dcr Saucrstoffkon/cntralion sichiindernden Amplitude.

Esistauch schon vorgcschlagcnworden(altcredcui- sche Patentanmeldung

gemaB DE-AS

¹⁶48924). zwi- schendieplanparallelen Polflachen eineswcchselstrom- erregten Magneteneine

MeBkammer

mit formschlussig

an den Polflachen anliegcnden WeicheisenpoJstucken cin/.usctzen, in die

Kammer

^an gegenuberliegenden Stcllcn

Mcl£*Wr-W^

^{einstromen zu lassen}

und nach Mischung bcider Gase das Gemisch durch

5 cine Mittelbohrung im oberen Weicheisenpolstiick aus der

Kammer

abzufuhrcn.Beidiesem Gerat istdie

MeB- kammer

entsprcchend den rechteckigen Polflachen des Magneten ^{gcstaltet und der}

Gasraum

der

Kammer

wcist cine langliche Form auf» wobei

MeB-

und Ver-

io gleichsgasvon unten herindie

Kammer

einstromen und gegen dcrcnOberseite gelenktwerden. Dieⁱⁿderinho-

mogenen Zone des Magnetfeldes zwischen

MeB-

und Vcrglcichsgasentsiehenden Differenzdruckschwankun-

ircn

wc

^rden einer DifferenzdruckmeBeinrichtung ^zur

r, Anzcigc der Suszeptibilitatsdiffcrenz beider Gase ge- fuhrl.

Dcr bei dicsen magnetischen Gasanalysatoren ^sich crgcbcndc McBcfFekt ^{istsehrgering, so}daB jede MaB-

nahmc

zur Erhohung des Differenzdruckes von Bedeu-

20 tung ist. Die Erfindung befaBt ^sich mit dieser Aufgabe undstclllsich dasZiel,cineErhohungdes MeBeffektes durch cine besondere Ausbildung ^einer Magnetanord- nung mit

MeBkammer

zu erreichen,dieeine sehr weit-

gchende Ausnutzungdes inhomogenen Randfeldes^des

25 Magneten zur Kraftwirkung auf die Gasmolekute be- wirktund dieGase soindie

MeBkammer

^{einleitet,daB}

bei geringem Storpegei die entstehenden Druckande- rungen ohnc wcsentlich gedampftzu werdendie Diffe- renzdruckmeBeinrichtungbeaufschlagen.

io DererfindungsgemaBe Gasanaiysator^istdadurchge- kennzeichnnt,daB derMagnet kreisformige Polflachen aufweist,daBderGasraumder

MeBkammer

zylindrisch und mit kreisformig begrenzten Weicheisenpolschuhen abgcschlosscn ^ist und

am

Luftspaltranddes Magneten

55 einander gegenuberliegende sichelformige Ausbuch- lungcnaufweist, die jeweilsmitzwei Gasanschlussen^fiir das MeBgas und die DifferenzdruckmeBeinrichtung bzw.das Vcrglcichsgas unddie DifferenzdruckmeBein- richtungvcrbundensind.

m

foigenden wird ^die Erfindungan

Hand

^{des in den} Zcichnungcn dargcstetlten Ausfuhrungsbeispiels naher crlautcrt.

Fig. ^{1 zcigt} einen senkrechten ^Schnitt durch eine

MeBkammer

^desGasanalysators und

45 Fⁱg.2einen waagerechienSchnitt iangs der^{Linie 1-1} inFi_g. 1.

. .

Eine Platte 1 aus nichtmagnetischem ^{Material, bet-} spielsweise Messing,^ist mit einer zylindrischen, an den beiden Offnungen stufenformig erweiterten Bohrung

50 versehen. Zwei Polschuhe 2, 3 aus Weicheisen, deren

Form

den Offnungen ^der Bohrung genau ^{angepaBt ist,} verschiieBen die Stirnseiten der Bohrung- Es istzweck- maBig, zusatzlich ein Klebemittelzu verwenden,^{urn ei-} nen vollkommen ^{gasdichten AbschluB zu erzielen. Die}

55 Polschuheliegenformschlussig andenparallelen Polfla-

chen der Pole 4 eines wechselerregten Magneten an.

Handelles sich urn einenElektromagneten,sokann^die Erregung beispiclsweise durch einen pulsierenden Gleichstrom konstanter Amplitude erfolgen. Die Pol- 6o schuhe^{sichensichsehr} nahegegeniiber, sodaB sichetn

cngcrLufispalt5^ergibt.DerPolschuh3isthoheralsder Polschuh 2. urnohncSchwierigkeiten darin eine Mittel- bohrung6 unterzubringemdie^{zunachsl in} Richtung^der Fcldlinicn ^verla.uft. dann senkreeht abbiegt und sich in

b^<3 cincr Bohrung7 dcr Platte 1 nach auBen ^fortsetzt. Das

MeB- undcin Vcrglcichsgas tretendurch Kanale8bzw.

9 in einander gegenuberliegenden sichelformigen Aus- buchtungen 10t 11 dcr zylindrischen

McBkammerboh-

34 00 140

rungein, von

wo

siezur Mitte des Parallelspaitcs stro- men,

um

sodann durchdieMittelbohrung6des Polschu- hes3 unddie Bohrung 7 inder Platte 1 wieder aus der

MeQkammer

auszutretcn.

Von

densichelformigenAus- buchtungen 10, 11 fiihren noch zwci Kanalc^12,13 nach ^-3 auOen

zum

AnschluB eincs empfindlichen Differcnz- druckmessers*.

Derbeidiesem Gasanalysator^zu beobachtendegro- Be MeBeffektisteineFolgederEigenschaftender

McB-

kammer.

Zum

einen ergibt sich bei der

MeBkammer

ro

durchdie Polschuhanofdnungmit der zentralen Gasab-

ieiturig ein sehr schmaler Luftspalt hoher Feldstarke, derenWertdieGroBedesMeBeffektesbstimmt.

Da

die

MeBkammer

formschlussigan denPolflachen deswech- seierregtenMagneten anliegt,wird auBerdem eine Ma- is gnetostriktion, diezu StorsignalenAniaB geben wurde, vermieden. Des ^{weiteren bewirken die} sichelformigcn Ausbuchtungen, daBein groBerTei!des Randfeldeszur KraftwirkungaufdieGasmolekuleausgenutzlwird.Die Gaszuleitungen konnen,ohne daBder MeBcffektgerin- 20 ger wird, sehr eng ausgefiihrt werden, was wicderum dazu fuhrt, daB Druckverluste infolge Druckausgieich mit

dem AuBenraum

auf ein

Minimum

herabgesetzt werdeaSchlieBlich^istauf

Grund

erFormgestaltungder

MeBkammer

im Kammergehause eine weitgehend la- 25

minare Gasstromung gegeben, was bedeutet, daB der Storpegel sehrkleinbleibt

Hierzu¹ BlattZeichnungen

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J5

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- Leerseite ^-