DE1249566B

DE1249566B -

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Publication number: DE1249566B
Application number: DEH55933A
Authority: DE
Publication date: 1967-09-07

Description

DEUTSCHES -WJiTWW PATENTAMTGERMAN WJiTWW PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

DeutscheKl.: 421-4/10 German class: 421-4 / 10

Nummer: 1 249 566Number: 1 249 566

Aktenzeichen: H 55933IX b/421File number: H 55933IX b / 421

1 249 366 Anmeldetag: 30. April 1965 1 249 366 filing date: April 30, 1965

Auslegetag: 7. September 1967Opened on: September 7, 1967

Bei Gasanalysegeräten, die auf dem Hitzedrahtyerfahren beruhen, ist als Meßfühler in der Regel mindestens ein temperaturabhängiger Hitzdraht vorgesehen, der sich in einer Meßkammer befindet und einen Zweig einer Wheatstoneschen Brückenschaltung bildet. Der Hitzdraht ist dem Meßgas ausgesetzt und ändert seinen Widerstand entsprechend der Zusammensetzung des Meßgases. Das Maß für die Konzentration der zu messenden Gaskomponente ist die Brückenverstimmung, die mit einem in der Brückendiagonale eingeschalteten Instrument gemessen wird. In gas analyzers based on the hot wire method, the measuring sensor is usually at least one temperature-dependent hot wire is provided, which is located in a measuring chamber and forms a branch of a Wheatstone bridge circuit. The hot wire is exposed to the measuring gas and changes its resistance according to the composition of the measuring gas. The measure of concentration of the gas component to be measured is the bridge detuning, which is measured with an instrument switched on in the bridge diagonal.

Eine andere Methode zur Bestimmung der Gaszusammensetzung nach demj^rjmej^eitfähijkdtsyerfahren besteht darin, als Meßfühler ein schaltendes Bimetallelement zu benutzen. Das Element ist in einem vom Meßgas durchflossenen Gehäuse untergebracht und wird durch einen elektrischen Strom aufgeheizt. Der ausgelöste Regelvorgang bewirkt, daß das Element eine bestimmte Temperatur annimmt, iwobei die Dauer der laufend zugeführten Stromfimpulse von der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases abhängt. Mit einem elektrischen Meßinstrument wird der für die Gaszusammensetzung maßgebende Mittelwert des pulsierenden Stromes bestimmt.Another method for determining the gas composition according to the j ^ rjmej ^ eitbarkeitijkdtsyerfahren consists in using a switching bimetal element as a sensor. The element is in housed in a housing through which the measuring gas flows and is driven by an electric current heated up. The triggered control process causes the element to assume a certain temperature, The duration of the continuously supplied current pulses depends on the thermal conductivity of the measuring gas depends. The mean value, which is decisive for the gas composition, is determined using an electrical measuring instrument of the pulsating current is determined.

Die Erfindung geht von dem zuerst genannten Hitzdrahtverfahren aus. Sie schlägt eine besondere Anordnung zum Brückenabgleich vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zusätzlicher Stromkreis mit einstellbarer und meßbarer, der Anzeige der Gaszusammensetzung dienender Stromstärke bzw. Leistung vorgesehen ist, der einen oder mehrere temperaturabhängige Widerstände der Brücke entweder durch direkten Stromdurchgang oder indirekt über getrennte Heizwiderstände im Sinn der Herbeiführung des Brückengleichgewichtes aufheizt. Das Aufheizen der temperaturabhängigen Brückenwiderstände kann in vorteilhafter Weise dadurch geschehen, daß die Ausgangsspannung der Brücke einem elektrischen Regler zugeführt ist, der die zum Brückenabgleich benötigte Energie im zusätzlichen Stromkreis steuert. Es spielt für die Erfindung keine Rolle, welche physikalischen Eigenschaften des Meß gases die Temperatur des Hitzdrahtes beeinflussen. Es können dies z. B. Wärmeleitfähigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit, auch in der Form des magnetischen Windes bei magnetischen Sauerstoffmessern und anderen Eigenschaften, die mit Hitzdrahtgeräten gemessen werden, sein.The invention is based on the first-mentioned hot wire method. She suggests a special one Arrangement for bridge adjustment, which is characterized in that an additional circuit with adjustable and measurable current strength or power used to display the gas composition is provided, the one or more temperature-dependent resistors of the bridge either by direct current passage or indirectly via separate heating resistors in the sense of bringing about it the bridge equilibrium heats up. The heating of the temperature-dependent bridge resistors can be done in an advantageous manner that the output voltage of the bridge an electrical controller is fed to the additional energy required for bridge adjustment Circuit controls. It does not matter to the invention which physical properties of the measurement gases affect the temperature of the hot wire. This can be done e.g. B. Thermal conductivity, the flow velocity, also in the form of the magnetic wind in magnetic oxygen meters and other properties associated with hot wire devices be measured, be.

Es ist ein Verfahren zur magnetischen Sauerstoffanalyse bekannt, bei dem als Meßfühler ein temperaturabhängiger Draht so aufgeheizt wird, daß seine Ausgangs- oder Bezugstemperatur konstant gehalten Anordnung zur Gasanalyse nach dem
HitzdrahtverfahrenA method for magnetic oxygen analysis is known in which a temperature-dependent wire is heated as a sensor so that its starting or reference temperature is kept constant
Hot wire process

Anmelder:Applicant:

Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M. W 13, Gräfstr. 97Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt / M. W 13, Graefstrasse. 97

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Heinz-Dieter Göldner,
Dipl.-Chem. Karl Hartmann, Frankfurt/M.Named as inventor:
Dipl.-Ing. Heinz-Dieter Göldner,
Dipl.-Chem. Karl Hartmann, Frankfurt / M.

wird. Diese Maßnahme steht nicht im Einklang mit dem Merkmal der Erfindung. Es wird nämlich nicht die durch den Meßeffekt hervorgerufene Temperaturänderung des in der Meßzelle befindlichen Hitzdrahtes ausgeglichen, sondern es wird die Grundtemperatur der Hitzdrähte konstant gehalten, um störende Einflüsse, wie sie trotz konstanter Heizung der Drähte durch unterschiedliche Meßgaszusammensetzung oder unterschiedlichen Meßgasdruck auftreten, zu eliminieren. So wird erreicht, daß sich die Temperatur des Hitzdrahtes in der Meßkammer, wie es sein muß, nur insoweit ändert, als das Gas dem magnetischen Einfluß unterliegt.will. This measure is not in accordance with the feature of the invention. Because it won't the change in temperature of the hot wire in the measuring cell caused by the measuring effect balanced, but the base temperature of the hot wires is kept constant to avoid disruptive effects Influences such as those caused by different gas compositions despite constant heating of the wires or different measuring gas pressures occur to be eliminated. In this way it is achieved that the Temperature of the hot wire in the measuring chamber, as it has to be, only changes to the extent that the gas dem subject to magnetic influence.

Die Erfindung wird nun durch ein Ausführungsbeispiel an Hand der Schemazeichnung erläutert. Die Brückenschaltung besteht aus Widerständen R₁ bis R_i. Der Widerstand R₂ sei als temperaturabhängiger Hitzdraht ausgebildet. An der Brücke liegt die konstante Speisespannung U_v, die sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung sein kann. In gutem Wärmekontakt mit dem Hitzdraht R₂, jedoch nicht elektrisch mit ihm verbunden, ist ein Heizwiderstand R₅ angeordnet. Er wird gespeist vom Ausgang eines Regelverstärkers V, der eingangsseitig an die Ausgangsspannung der Brücke angeschlossen ist. Der die gasanalytische Meßgröße kennzeichnende Ausgangsstrom oder auch die Ausgangsleitung werden mit einem Meßinstrument A gemessen.The invention will now be explained by means of an exemplary embodiment on the basis of the schematic drawing. The bridge circuit consists of resistors R ₁ to R _i . The resistor R ₂ is designed as a temperature-dependent hot wire. The constant supply voltage U _v , which can be either an alternating voltage or a direct voltage, is applied to the bridge. A heating resistor R _{5 is} arranged in good thermal contact with the hot wire R ₂ , but not electrically connected to it. It is fed by the output of a control amplifier V, which is connected on the input side to the output voltage of the bridge. The output current characterizing the gas-analytical measured variable or also the output line are measured with a measuring instrument A.

Der Regelverstärker V weist zweckmäßig ein integrales Verhalten auf. Dadurch wird bei einer Anderung der Meßgröße die dem Heizwiderstand R₅ zugeführte Leistung stets so verändert, daß sich das Brückengleichgewicht wieder exakt einstellt. Die zur thermischen Kompensation der Brücke benötigte Leistung bzw. der zugeführte Strom sind somit ein eindeutiges Maß für die nach der Hitzdrahtmethode bestimmte Zusammensetzung des einer Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle zugeführten Meßgases.The control amplifier V expediently has an integral behavior. As a result, when the measured variable changes, the power supplied to the heating resistor R _{5 is} always changed in such a way that the bridge equilibrium is exactly restored. The power or the supplied current required for thermal compensation of the bridge are thus a clear measure of the composition of the measuring gas supplied to a thermal conductivity measuring cell, determined by the hot wire method.

709 640/249709 640/249

Claims

Depending on the design of the bridge and the composition of the gas to be measured, there are still further possibilities for the thermal bridge adjustment. The bridge adjustment can also be brought about by S, in addition to Ri, also being designed as a temperature-dependent hot wire and brought into thermal contact with R5. R2 is the temperature-dependent hot wire cooled by the measurement gas, while Ri is exposed to the reference gas. In the event that the hot wire surrounded by the measuring gas would assume a higher temperature than the other bridge members due to the low thermal conductivity of the measuring gas, the heating resistor R5 is to be assigned to either R5 or Rz. Furthermore, the modification should be mentioned that two opposing hot wires in the bridge, z. B. R2 and Ri are exposed to the measuring gas. If they are subject to a cooling effect from the gas to be measured, both resistors must be heated up with the aid of the control arrangement; If, on the other hand, the low thermal conductivity of the measuring gas would result in a higher temperature at R2 and Ri than at R1 and R3, then thermal energy would have to be supplied to R3. The heating of the hot wires with the aid of the additional circuit can also take place by direct supply of electrical energy. Care should then be taken that the electrical circuits of the bridge and the additional heating circuit do not influence each other. Do the two circuits carry different types of current, e.g. B. direct or alternating current, the known means for electrical separation can be used. With a view to setting the measured value quickly, it is advisable to give the heating resistor the shape of a hot wire. A solution that is advantageous in terms of measurement technology consists in accommodating it in a small glass capillary close to the actual measuring wire. It has been shown that the measuring process does not proceed more slowly than with the known method, especially not when the active bridge branches are constructed as described and that circuit arrangement is selected in which all the bridge resistors have the same temperature. This is understandable if one takes into account that, due to the uniform temperature of all bridge resistors, there are practically no thermal compensation processes between the bridge resistors and the measuring chamber that delay the measurement process. An advantageous property of the device is that the output of the control amplifier emits an impressed current, so that further recording and control devices can be connected in series with the display instrument. The symmetry of the arrangement, both electrically and thermally, means that the display is hardly influenced by disturbance variables. The voltage dependency is also considerably lower than with the known thermal conductivity bridges. Furthermore, the heating power of the bridge can be reduced and an amplifier with a relatively low input resistance can be used. Patent claims:

1. Arrangement for gas analysis according to the hot wire method with an electrical bridge circuit, the at least one temperature-dependent resistor heated by the bridge current contains, the temperature of which is influenced by the gas properties, characterized in that that an additional circuit with adjustable and measurable, the display of the gas composition serving current strength or power is provided, the one or more temperature-dependent resistors of the Bridge either through direct current passage or indirectly through separate heating resistors in the Heats up the sense of bringing about the bridge equilibrium.

2. Arrangement for gas analysis according to claim 1, characterized in that the output voltage the bridge is fed to an electrical controller, which is required for bridge adjustment Controls energy in the additional circuit.

1 sheet of drawings