DE869430C - Messgeraet zur Analyse von Stoff-, insbesondere Gasgemischen, auf magnetischem Wege - Google Patents

Description

• Meßgerät zur Analyse von Stoff-, insbesondere Gasgemischen, auf magnetischem Wege Es ist bekannt, magnetisch becinflußbare Stoffe dadurch zu analysieren,, daß die bei Einwirkung eines Magnetfeldes. auftrebendeTemperaturänderung eine S von dem zu analysierenden Stoffgemisch um, gebenen , geheizten Körpersi gemessen wird.
• Es ist: weiterhin worden, eine Analyse auf magnetischem Wege dedurch vorzunehmen, diaß die Strömungen gemessen werden, die auftreten, wen Stoffee verschiedener Suszeptibi:lität, z. B. Gase oder Flüssigkeiten, einem irrhomogenen Magnetfeld ausgesetzt werden. Zu diesem Zweck läßt sich auch, statt zwei Stoffe verschiederer Suszeptib.ilietät in; das innhomogene Magnetfeldzu bringen, die Suszeptibil@ität eines einzigen: zu analysierenden Stoffes im irrhomogenen Teil eines Magnetfeldes durch, Änderung der Zustandsgrößen ändern.
• Bei dern Meßgerät nach der Erfindung wird die Tatsache, daß in einem inhomogenen, Magnetfeld dfer Stoff. mit der gröfleren Sus(zeptibil@ität zu Stellen größerer und der Stoff miti der kleineren Suszepti:bilität zu Stellen kleinerer Kraftlin:iendichte getrieben wird, in anderer Weise zum Zweck der Analyse ausgewertet.

  Winä aus festem Stoff minn Körper von bestimm,

  ter Suszeptibilität im inhomogenen Teil eines

  Magnetfeldes beweglich angeardne4 so hängt seine

  räumliche Lage von der Suszeptibilität dies ihn: um-

  gebenden,, zwischen den Megnetpolen befindlichen

  Meidiums ab.

  Das. Wesen ,die, Erfindung ist darin zu erblicken,

  daß die Auslenkung gemessen wirdi, die minn in einer

  definierten Nullage gehaltener, Irn inhomogeneni

  Teil, des Magnetdeldes angeordineter Meßkörper aus

  festem Stoff erfährt, wenn: er von dem zu messen-

  ,den Stoffgemisch,umgeben wird. Die Nullage soll

  z. B, dann vorliegen, wenn die Susizeptibxlität des

  Mediums gleich Null, ist (Vakuum). Wird dann der

  Körper von einem Stoff umgeben, dessen Suusizegti-

  hilistät sich von- der dies; Vakuums. unterscheidet, so

  wird: er aus, dieser Nulaage bewegt, und zwar ent-

  sprechend lern Vorzeichen der Suszeptiibiilität nies

  Stoffes entweder in Richtung größerer oder in

  Richtung kleinerer Kraftlnrniendichte. Besteht der

  zu analysierende Stoff z. B, aus. Gasgemischen, bei

  denen etwa eine Komponente, eine vorn der dein

  übrigen abweichende Sus@zeptibilität, besitzt, so kann

  aus 'dür Größe der Auslenkung- dies Meßkörpers auf

  die Konzentration! dieser wirksamen Komponente

  gesichlossen werden. Ales, Beispiel sei die Messung

  der Sauerstoffkonzentration in

  Gasgemischen genannt,.

  Nun höben die Suszeptib:iddtäten fester Körper

  durchweg Werte, die sich von den Suszeptibddätäten

  der Gase sehr stark unterschemden. Infolgedessen

  wirkt, wenn ein Meßkörper aus. festem Stoff ge-

  wählt wird, in einem inhomogenen MagnetfeId von

  vornherein auf ihn eine Kraft, die erheblich größer

  isst als die Differenzen der Kräfte, die sau Abhängig-

  keit von den Suszeptibilitäten der ihn umgebenden

  Gase hervorgerufen werden. Wenn man anderer-

  seits diese Kraft durch eine entsprechende Vor-

  spannung der Richtkraft, die dient Meßkörper in, der

  N:ulIage hält, kompensiert, so wird die Empfindlich-

  keit der Meßianordnung sehr stark herabgesetzt.

  Nach der Erfindung wird, daher ein Meßkörper vor-

  gesiehern"dessen Suszeptiibilitöt in derselben Größen,

  ordnung wie die der zu messenden Stoffe lneggrt und

  bei Gasen z. B. den Wert Null besitzt. Dazu kann

  man z,. B. den Meßköirper dergestadt als Hohlkörper

  ausbilden, daß die Wandung aus einem festen

  Materiiad und der Inhalt aus einem beliebigen Stoff

  besteht, z. B. einem Gas, dessen Suszeptibilität

  in -der Größenordnung der Susizeptib,iddtät dier@ zu

  messenden Stoffe liegt. Die jeweils gewünschte

  Vofumsuszeptibilität des gesamten Meßkörpers

  läßt seich bei, dieser Anordnung durch entsprechende

  Wahl der Stoffe und der räumlichen Abmessungen

  erreichen.

  Nach der Erfm;dung ist es weiterhin möglichy dien

  gesamt'en Meßkörper aus. einem: einzigen Stoff zu

  bil(den, dessen Sugzeptibili;tät ins derselben, Größenf-

  ordnung wie, die der zw messenden Stoffe liegt und

  bei. Gassen z. B. den Wert Null besitzt. Dieser Stoff

  mußl; da es, von Natur aus, keinen solchen unter dien

  festen Stoffen gibt, hergestellt werden.. Das erfolgt,

  z. B. so, daß man einem Stoff von negatiiver Su.s-

  zeptibil.ität einem solchen von positiver beifügt,

  eetwa in der Schmelze (be,i Gläsern, Metallen

  od:. dgh), so -daß der resultierende Stofft die ge-

  wünschte Suszepti.b:i:liität, z. B. die- vom Wert Null

  erhält.

  Das Meßgerät nach, der Erfindung, z.. B. für die

  Gasianalyse, insbesondere die Analyse- von sauer=

  s.toffhsltigen Gasgemischen, ist zunächst, an Hand

  der ein Ausführunigsibeispiel darsbeldenidien Abb. i

  und 2 näher erläutert. Der aus. dem vorstehend

  beschriebenen Stoff gebildete Meßkörper i ist mit-

  tels eines Aufhänge- oder Spannfadens 2 im in-

  homogenen Teil dies zwischen den Magnetpolen 3

  und 4 herrschenden Magretdeldes angeordnet. Die

  in Abb:. ,i, und 2 dazgestelilte Ruhelage dies Meß-

  körpers: i sei vorhanden; wenn er z. B. von Stick-

  stoff umgeben; ist. Wird dien Stickstoff' dann

  Saumstoff zug@es@°tz@t, so wird der Körper in Rieh

  tung des Pfeiles 5 aus dein Magnetfeld getrieben

  und nimmt bei ioa o/o Sauerstoff z. B, die: ge-

  strichelte Lage mini. Aus der Auslenkunig des Meß-

  körpers., ,die zweckmäßig mittels Lupe oder mikro-

  skopisch abgelesen wird, ergibt sich der Sauers.toff-

  aniieid"desidenMeßkörper umgebenden Gasgemisches..

  Natürlich ist es bei, dieser Anordnung auch mög-

  lich, keimen, besonderen Meßkörper i vorzusehen,

  sondern dien Spannfaden :2 selbst aus dem beschrie-

  benen; Stoff herzustelilen und als Meßelement zu

  bemiutzen,

  Ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Er-

  find'ung ist -in der Abb. 3e dargestellt. Aue einem:

  Spannfaiden z ist in dem inhomogienen Teil des

  zwischen den Polen 3: und: q. herrschenden Feldes

  ein Meßplättohen i aus dem beschriebenen, Stoff

  befestigt. Die Ruhe@l,age dies Plättchens, sei in einem

  von Sauerstoff freien Gasgemisch so wie in der

  Abbildung dargestellt Bei Zuggabe von Sauerstoff

  in das. Gasgemisch erfährt: das Plättchen ein Dreh-

  moment in Richtung des Pfeiles 5, so daß der Dreh-

  wi.nked, des Meßplättchenis ein Maß für dien Sauer-

  s'toffgteihalt ist. Die Almlesung der Ausilenkung bann

  durch einen am Plättchen befestigten-Zeiger b:zw.

  mittels Lupen- oder mikroskopischer Ahlesung er-

  folgen. Auch kann: dies- Plättchen als Spiegel aus-

  gebikdet sein und eine Ablesung nach Art der

  Spiegelgalvanometer- oder Lichtzeigermefihode ge-

  statten. Es ist bei dieser Anordnung zweckmäßig,

  ,den Spanrnfaden. z aus. einem Stoff mit wesentlich

  größerer Sus.zepitübilfiät als: der zu untersuchenden

  Stoffgemische herzusroelden, damit eine von, der Ver-

  schiedenheit der Suszeptbiilität der Stoffgemische

  hervorgerufene, rein seitliche und störende Aus-

  lenkunig des Spannfaideens. auf ein Mindestmaß ge-

  bracht wird.

  Ein drittes Ausführungsbeispiel gibt die Abb'. 4

  wieder. An; einem Spannfaden: 2 ist der Meßkörper i

  befestigt. Er besteht aus einer im Drehpunkt 6 be-

  festigiten Nadeldes obern beschriebenen, Stoffes. Das

  eine Endie der Nadel Liegt im inhomogenen Teil- des

  zwischen den Magnetpolen 3 und q. herrschenden

  Feldes, das andere Ende ist zweckmäßig recht-

  winklig umgebogen und wird: als Ablesemarke ver-

  wendet. Die Ablesung erfoligt z. B. diu.rch die Lupe

  oder das Mikroskop 7@ mit Okuliarm.ikrometer. Die Wirkungsweise dieses. Ausführungsbeispiels. entspricht sinngemäß der an Hand der vorhergehenden Beispiele beschriebenen. Der abzulesende. Meßweg kann durch geeignete Wahl der Zeigerlänge passend bemessen werden.
• -Nach der Erfinidung kann der zur Messung benutzte Effekt dadurch verstärkt werden., daß zwei oder mehr Magnetfelder verwendet werden, die auf dasselbe in dem zu untersuchenden. Stoffgemisch liegende M-eßsystem einwirken.
• Abb. 5, zeigt ein. Ausführungsbeispiel mit, zwei Magnetfeldfern. Die Wirkungsweise ergibt, sich aus der Betrachtung der Figur und: in Anlehnung an die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele, wobei unter sonst gleichen Verhältnissen die das Meßsystem auslenkenden Kräfte verdoppelt sind. Die Magnetpole können von. mehreren Magnetsystemen erregt «erden oder auch vorn einem gemeinsamen.
• Bei den bisher beschriebenen Beispielen, ist der Meßweg dadurch begrenzt, daß der gesamte Meßkörper bei seiner -,#-us,lenkung aus der Nullage in Stellen geringerer Kraftliniendichite gelangt und die auf ihn wirkenden Kräfte mit zunehmender Auslenkung infolgedessen abnehmen.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es daher, dafür zu sorgen, daß die während der Auslenkung auf den Meßkörper -einwirkenden magnetischen Kräfte konstant oder annähernd gleichbleiben. Zu diesem Zweck wird z. B. der Meßkörper so ausgebildet, daß ein Teil von ihm bei allen praktisch vorkommenden Auslenkungen, noch in dem lrornogen,en. Teil des Magnetfeldes verbleibt. Ausführungsbei.spiele zeigen Ab b. 6 und, 7. Gemäß .\b1).6 ist die in Abb..4 beschriebene Meßnadel so umgebogen, daß bei allen: Auslenku:n.gen ein Teil von ihr im homogenen Magnetfeld verbleibt. Gemäß _@bb. 7 ist an die Meßnadel i ein aus dem gleichen: Stoff bestehendes Fähnchen 8 angebracht. Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt Abb,. B. In der Ruhelage des Meßsystems befindet sich nur der Teil i' im inhornogenen Teil eines Magnetfeldes, der Teil r" dagegen im homogenen Teil des anderen,. heim Meßvorgang wird zunächst nur eine Kraft auf Teil i' ausgeübt. Wird Teil r' aus seinem Felid! herausgedreht, so, drehlt sich Teil i" in den inhomogenen Teil des entsprechenden; Magnetfeldes und wird, nunmehr, da er jetzt ebenfalls eine Kraftwirkung erfährt, noch weiter in demselben Sinne herausgedreht. Daraus ergibt sich näherungsweise eine verdoppelte Amplitude. Eine weitere Vergrößerung der Amplitude folgt aus der Verwendung von mehr als zwei in diesem Sinne angeordneten Magnetpolsystemen. Dabei können die Pole von einem gemeinsamen oder auch von verschiedenen Magnetsystemen erregt werden. Eine weitere Möglichkeit, die Meßwege zu vergrößern, besteht darin, daß das magnetische Feld durch geeignete, an sich bekannte Formgebung der _NIagnetpo@lflächen so ausgebildet wird, daß das Produkt einen konstanten, und, zwar möglichst großen Wert, aufweist. In. diesem Falle ist die auf den Meßkörper ausgeübte Kraft von der jeweiligen örtlichen Lage des Meßsys,terns innerhalb des Magnetfelides unabhängig.
• Im Sinne der Erfindung ist- es, die Empfindlichkeit des Meßgerätes durch Veränderung der magnetischen Felder beliebig einzustellen, z. B. durch Veränderung der Luftspalte oder mittels magnetischen Nebenschlusses.
• Es ist zweckmäßig, den die Magnetpole und das Meßsystem umschließenden Raum: in allen Fällen so auszubilden, daß er den kleinstmöglichen Inhalt hat-. In diesem Falle können, was für viele Zwecke ä uß xers;t erwünscht ist, die zu untersuchendeni Ga:spro;:en sehr klein gehalten werden. Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, den: Meßraum als Diffusionskammer auszubilden, so d:aß auch die i@4essung strömender Gase möglich ist.
• Da der vom Meßge,rät bei einem bestimmten@ Gasgemisch angezeigte Wert unter sonst gle@ichr bleibenden. Bedingun gen von denn Druck des. Gasgemisches abhängig ist, wird, erfindungsgemäß der Einfluß des Druckes kompensiert. Das erfolgt z. B. mittels eines barometrisch oder manomet@risch gesteuerten: veränderlichen, magnetischen Nebenschlusses.
• Es ist leicht möglich, das Meßgerät so auszubilden, daß eine Fernmessung bzw. -steuereng erfolgen kann. Als Steuerorgan wird zu diesem Zweck das bewegliche Meßsystem benutzt. Zum Beispiel werden erfindungsgemäß bei der in Abb. 7 besch,riebeuen Anordnung die Pole . 3, und, 4 als die eine und das Meßfähnchen 8, mit 1e ltender Oberfläche versehen, als die andere Belegung eines elektrischen Kondensators ausgebildet und nachbekannten Methoden die Kapazitätsänderungen bei. Bewegung des Fähnchens 8, gemessen. Auch. können diie Pole 3 und .I als die beiden Belegungen eines elektrischen Kondensators ausgebildet sein. In diesem Falle wirkt das Fähnchen B. als Dielektrikum, so daß die Kapazität des durch. die räumliche Lagedes Fähnchens innerhalb der Magnetpole 3 und .1 bestimmt ist. Eine weitere Möglichkeit zur Fernanzeige besteht darin, in. der Meßanordnung, z. B. gemäß Abb. 3, den Spannfaden z mit einer passend ausgebildeten, elektrisch leitenden Schicht zu versehen und die Änderung des Schichtwiderstandes bei Verdrillung des Spannfadens zu bestimmen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Meßgerät zur Analyse von Stoff-, insbesondere Gasgemischen@, bei welchem das zu analysierende Stoff(gesnisch der Wirkung eines in:homogenen Magnetfeldes ausgesetzt wird:, dadurch gekennzeichnet, d!aß diie- Auslenk.ung gemessen wird., die ein, in. einer definierten Nulllage gehaltener, im inhomogenen Teil des Magnretfekles angeordneter Meßkörper (i) aus festem Stoff erfährt, wenn: er von dem zu. mes.-s:enden Stoffgemisch umgeben wird. z. Meßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .d.aß die Su,szepti!b-il.itiät( des Meßkörpers in, der Größenordnung der Suszeptibilntäten der zu messenden Stoffgemische Liegt. 3:. Meßgerät nach Anspruch i und 2., dadurch g@lc@enn@zeichnet, daß ein Meßkörper von der Susz@eptib,ilntät Mull verwendet wird. 4.. Meßgerät nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, deß der Meßkörper ausi einer Mischung oder chemischen Verbindung mehre- rer Stoffe von an sich unterschiedd scher Suszep- tibili@tät gebIldet ist. 5.. Meßgeräst nach Anspruch i bis qa, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (i) an einem Spannfaden: (2) befestigt ist. `6. Meßgerät nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Maßkörper ein Spann-- f aden dient. 7.. Meßgerät nach Anspruch. i bis, 4, dadurch gekennzeichnet, daß-derMeßkärper als, an einem . Spann- oder Aufhängeband drehbar befestigtes Plättchen ausgebildete ist. B. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Plättchen als Spiegel dient. g. Meßgerät nach Anspruch i biss 5, dädiumch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (i), an einem Spannfaden (a) drehbar befestigt, als Nadiel ausgeb.ifdet eist. lio. Meßgerät nach Anspruch 9., diadlurch ge- kennzeichnet, daß das eine Ende der Meßnadel im inhomogenen Magnetfedid liegt, das: andere, mit einer Marke versehen, als Abilesezeiger dient. i i. Meß:gerät nach Anspruch i, dadurch. ge- kennzeichnet, daß- mehrere Magrnetpolsysteme vorgesehen sind, die in gleicher Weise auf ein einheitliches, mehrteiliges Meß'system wirken. 1.2. Meßgerät nach Anspruch i i, dadurch ge- kennzeichnet, daß sämtliche, Magnetpole von einem gemeinsamen Magnetsystem erregt werden. 13. Meßigerät nach Anspruch i bis 12, da- durch gekennzeichnet., daß das. Meßsystem so ausgebildet ist, daß bei allen Auslenkungen aus der Nullage ein Teil von ihm im homogenen Magnetfeld verbleibt. il. Meßgerät nach Anspruch i bis 13, da- durch gekennzeichnet, daß-die Lage der einnizel- nen Magnetpo-lie zu dien entsprechenden Teilen dein einheitlichen. mehrteiliimen Meßsysfiems- so gewählt ist, daß bei Ausilenkung aus der Null- lage die einzelnen Teile des Meßsysterns je- weilig nacheinander in den inhomogenen Teil des entsprechenden Magnetpolpaares gelangen. i 5. Meßgerät nachAnspi-uch i bIs: .14, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole so ausge- bildet on,-stan te n sind, y daß das Produkt 5adx 5.d.-5 einen, k möglichst großen Wert aufweist, 16. Meßgerät nach Anspruch i bis 151, da.- ,durch gekennzeichnet, daß der Einfluß dies Druckes des zu untersuchenden Stoffgemisches auf .den Meßwert kompensiert ist. 17. Meßgerät nasch Anspruch i bis. @i6, da- ,durch gekennzeichnet, daß der Meßkörper a:Is die eine, die Magnetpole als die andere Bele- gung eines elektrischen Kondensators, ausgebil- det sind. 1-8. Meßgerät nach Anspruch 17, dadurch ge- kennzeichnet, daß: der Maßkörper mit einer elek br,isch leitenden Oberfläche versehen eist. i9. Meßgerät nach Anspruch i bis 16, da- durch gekennzeichnet, daß die Magnetpole als die beiden Belegungen eines elektrischen Kon- densatürs und dias. Meßsystem aIs Dielektrikum ausgebildet sind. 2.o. Meßgerät nach Anspruch i bis. 16, da- durch: gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden das Meß;system.s mit einer elektrisch leitenden Schicht verstehen ist und die bei seiner Ver- drillung auftretende, Widerstandsänderung die- ser Schicht gemessen wird. 2 i .. Meßgerät nach Anspruch i bis. 2o, da- durch gekennzeichnet, daß der dien Magivetpole und das Meßsystem umschließende Raum so ausgebildet ist, daß er den kleinstmöglichen In- halit hat. 22. Meßgerät nach Anspruch i bis 21, da- durch gekennzeichnet, daß der Maßraum als Diffusionskammer ausgebildet ist.