DE2156752B2 - DetektormeBzelle für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dctektormeßzel-Ie für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen, bestehend aus einem Metallblock, mindestens einer darin befindlichen Meßfühlerbohrung für die Unterbringung eines Wärmefühlers, sowie aus Zu- und Ableitungsbohrungeti kleineren Durchmessers, welche senkrecht /ur Achse der Meßfühlerbohrung und tangential schneidend zu deren Wandung verlaufen.

Bei verschiedenen bekannten Untersuchungsverfahren, wo die Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Gasgemischen als Maß für die Zusammensetzung der Gase dient, z.B. in dei Gaschromatographie, werden die zu untersuchenden Gase über einen erhitzten Temperaturfühler geleitet, der entsprechend der Gaszusammensetzung mehr oder weniger gekühlt wird, dadurch eine andere Temperatur annimmt und seinen Widerstand ändert. Die Änderung des Widerstandes dient als Maß seiner Temperaturänderung und somit als Maß der Änderung der Gaszusammensetzung.

Bei Verfahren der vorstehend genannten Art werden die Gase beispielsweise direkt über den erhitzten Meßleiter geführt, wie dies aus F i g. 4 hervorgeht. Solche Zellen haben den Vorteil, daß sie sehr rasch und besonders empfindlich auf eine Änderung der Gaszusammensetzung ansprechen, haben aber den großen Nachteil, daß sie auch auf jede geringste Änderung der Geschwindigkeit der Gasströmung ansprechen, wodurch Fehlmessungen entstehen.

Diesen Fehler versuchte man bei einer weiteren bekannten Vorrichtung dadurch zu beheben, daß man gemaß F i g. 5 den Gasstrom über eine Querverbindung an eine im übrigen geschlossene Kammer anschließt, in welche die Gase aus der Strömung dann nur durch Diffusion hineingelangen. Eine solche Zelle ist zwar gegen Änderung der Gasströmung unempfindlich, sie ist jedoch so träge, daß sie zur Messung schnell sich ändernder Gaszusammensctzungen ungeeignet ist.

Finen weiteren, bekannten Versuch dor Abhilfe zeigt F i g. 6, gemäß welcher man vom Haupigasstrom nur einen Teilgasstrom über Kanäle über die eigentliche Meßzelle leitet. Diese Anordnung ist auch unter der Bezeichnung »Teilstromzelle« bekannt. Die Wirkung ist folgende: |e größer der Teilgasstrom ist, desto mehr zeigen sich die Nachteile der Durchflußmeßzelle und je kleiner der Teilgasstrom ist, desto mehr nähen man sich den Bedingungen der Diffusionszelle, d. h.. die Zelle wird träge und unempfindlich.

Durch die GB-PS 7 85 074 und die US-PS 34 74 bbO sind ferner Wärmeleitfähigkeitsmcßzellen für Gasanalysengeräle bekanntgeworden, die aus einer größeren zylindrischen Bohrung bestehen, in welche eine kleinere Einlaßbohrung in einer im wesentlichen tangentialcn Weise eingeführt ist. Eine ebenfalls tangential angeordnete Ausführungsbohrung ist in der Nähe des entgegengesetzten Endes der zylindrischen Haupibohrung angeordnet. Zwar soll auf diese Weise der Nachteil eines Strömungseinflusses auf den Meßfühler vermieden werden, jedoch führt die Gasströmung bei der bekannten Lövung unvermeidbar eine schraubenlinienförmige Bewegung aus, die notwendigerweise eine axiale Strömungskomponente besitzt. Diese beeinflußt den Meßfühler und damit das Meßergebnis nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile /u vermeiden und eine Deieklormeß/ellc anzugeben, bei der der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Gases aufgehoben bzw. unterdrückt wird, wobei gleichzeitig eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erzielt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung dadurch, daß die Zu- und Ableitungsbohrungen über eine gemeinsame Öffnung mit der Meßfühlerbohrung in Verbindung stehen, wobei mehrere Zu- und Ableitungsbohrungen symmetrisch an der oberen Hälfte und an der unteren Hälfte der Meßfühlerbohrung angeordnet sind, und daß die Zuleitung und Ableitung symmetrisch zu den Zu- und Ableitungsbohrungen liegen.

Dadurch entsteht innerhalb der Meßfühlerbohrung gewissermaßen ein Wirbel, welcher der äußeren Wand entlang eine Strömung mit großer Geschwindigkeit erzeugt, während in der Innenzone, in welcher sich der Meßfühler befindet, praktisch keine Strömung vorhanden ist. Es entstehen dadurch ideale Verhältnisse, indem gewissermaßen die sich ändernde Gaszusammensetzung in rascher, sich dauernd austauschender Bewegung ist, wobei sie eine maximale Fläche einnimmt, während die Zone, in der sich der Meßfühler befindet, verhältnismäßig ruhig und klein ist. Eine axiale Strömungskomponente, die auch den Mittenbereich der Meßfühlerbohrung erfassen würde, wird hierbei vollständig vermieden.

Die Strömung z. B. des Trägergases kann bei solchen Zellen sehr hoch gehalten werden, ohne daß der Meßfühler kalt geblasen wird. Er ist gegen eine Änderung der Gaszusammensetzung sehr empfindlich und spricht fast genauso schnell und empfindlich an, wie bei einer Durchströmungszelle.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung werden die Zu- und Ableitungsbohrungen paarweise an der oberen Hälfte und der unteren Hälfte der Meßfühlerbohrung angeordnet.

Ausführungsbeispie'e des Erfindungsgegenstandes und ein Vergleich mit dem Stande der Technik seien nachfolgend an Hand der F i g. 1 bis 6 gegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Meßfühlerbohrung und ihrer Zu- und Ableilungsbohrungen,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Metallblock mit einem Bohrungssystem gemäß Fig.!, wobei die .Schnittebene senkrecht zur Achse der Meßfühlerbohrung verläuft,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Variante der Mcßzelle nach Fig. !. wobei die Schnittebene in der Achse des Wärmefühlers und senkrecht zu den Ac'isen der Zu- und Afaleitungsbohrungcn liegt,

Fig.4, 5 und 6 Längsschnitte durch Metallblöcke in den Ebenen der Wärmefühler bei den verschiedenen, bekannten Meßzellen.

In Fig. I ist mit I ein Wärmefühler bezeichnet, der in der Achse einer Meßfühlerbohrung 2 angeordnet ist. Die Meßfühlerbohrung weist einen Durchmesser von 8 bis 15 mm bei einer Lange von 10 bis 20 mm auf. Senkrecht zur Achse der Bohrung sind vier Zu bzw. Ableitungsbohrungen 3 kleineren Durchmessers, beispielsweise zwischen 1.8 und 3,0 mm angeordnet, deren Achsen tangential schneidend zur Wandung der Mcßfühlerbohrung 2 verlaufen. Die Überschneidung ist so bemessen, daß die Zu- und Abführungsbohrungen im Randbereich in die Meßfühlerbohrung 2 münden. Die gemeinsame Öffnung ist mit 4 bezeichnet.

Die Bohrungen 3 stehen auf der Einlaß- und Auslaßseite über eine Querbohrung 5 von 2 bis 4 mm Durchmesser und eine Auffangbohrung 6 von 3 bis 6 mm Durchmesser miteinander in Verbindung, die die Funktion von Sammelleitungen besitzen. In die Querbohrung 5 mündet eine Zuleitung 7, aus der Auffangbohrung 6 führt eine Gasablcitung 8 heraus. Das Bohrungssystem 3, 5 und 6 sowie die Leitungen 7 und 8 sind symmetrisch zu einer Symmetrieachse Il angeordnet, die mit den Achsen der Leitungen 7 und 8 zusammenfüllt. Die Symmetrieachse teilt die Mcüfühlerbohrung 2 sinngemäß in eine obere Hälfte 9 und eine untere Hülfte 10 auf. Dadurch liegt die Hälfte der paarweise angeordneten Bohrungen 3 am oberen Teil und die andere Hälfte am unteren Teil der Meßfühlerbohrung. Es ist ersichtlich, daß hierdurch eine gleichmäßige Verteilung des zu untersuchenden Gases über die gesamte Länge der Meßfühlcrbohrung 2 erreicht wird.

Aus F i g. 2, die einen Querschnitt durch einen Metallblock 12 mit Bohrungen gemäß F i g. 1 zeigt, ist die tangentiale geometrische Zuordnung von Zu- und Ableitungsbohrungen 3 zur Meßfühlerbohrung 2 zu entnehmen. Die Bezugszeichen sind die gleichen.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Variante der Anordnung gemäß F i g. 1. wobei der Unterschied dann besteht, daß an Stelle der vier Bohrungen 3 deren sechs vorgesehen sind, von denen je drei oberhalb und unterhalb der Symmetrieachse 11 liegen. Die wesentlichsten Abmessungen einer solchen Zelle sind: Durchmesser der MeiJfühlerbehrting 2=5 bis 6 mm: Lunge = 18 bis 30 mm: Zu- und Ableitungsbohrungen 3 = 1.2 bis 2.2 mm.

F i g. 4 zeigt eine der eingangs beschriebenen, /um Stande der Technik gehörenden Meßzcllen mit zentraler Durchsiröniung der Meßfühlerbohriing 2. eine sogenannte Diirchflußmeß/elle.

1 1 g. 5 gibt in analoger Weise eine Anordnung wieder, bei der das zu untersuchende Gas nur durch Diffusion über den Kanal Π in die Meßfühlerbohrung 2 gelangt. Es handelt sich hier um eine sogenannte Diffusionsmcßzclle.

F i g. b schließlich offenbart eine »Teilsimm/elle« mit einer Meßfühlerbohrung 2. der über die beidsi-iiigen Kanüle 14 und 15 ein Teilstrom des durch die Zuleitung 7 und Ableitung 8 strömenden Gases zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Detektormeßzelle für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen, be- S stehend aus einem Metallblock, mindestens einer darin befindlichen Meßfühlerbohrung für die Unterbringung eines Wärmefühlers, sowie aus Zu- und Ableitungsbohrungen kleineren Durchmessers, welche senkrecht zur Achse der Meßfühlerbohrung und tangential schneidend zu deren Wandung verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungsbohrungen (3) über eine gemeinsame öffnung (4) mit der Meßfühlerbohrung (2) in Verbindung stehen, wobei mehrere Zu- und Abieitungsbohrungen (3) symmetrisch an der oberen Hälfte (9) und der unteren Hälfte (10) der Meßfühlerbohrung (2) angeordnet sind, und daß die Zuleitung (7) und die Ableitung (8) symmetrisch zu den Zu- und Ableitungsbohrungen liegen.

2. Detektormeilzeile nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ablcitungsbohrungen (3) paarweise an der oberen Hälfte (9) und der unteren Hälfte (10) der Meßfühlerbohrung (2) angeordnet sind. *5