DE951315C - Verfahren und Vorrichtung zur photoelektrischen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 25. OKTOBER 1956

S 2671g IX / 42i

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur photoelektrischen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen.

Es ist bekannt, für .die Bestimmung des Anteils eines- besonderen, in der Gasmischung enthaltenen Gases die photoelektrische Methode anzuwenden, deren Grundprinzip in folgendem besteht:

Eine gerade Röhre, deren beide Enden durch lichtdurchlässige Flächen geschlossen sind, wird in den Nebenschluß einer durch die zu untersuchende Gasmischung durchströmten Rohrleitung gelegt. Das eine Ende dieser Röhre wird durch eine Glühlampe oder eine Lichtquelle, die ultraviolette oder Infrarotstrahlen erzeugt, beleuchtet, und zwar entsprechend der Wellenlänge, die dem Absorptionsband des besonderen Gases, welches bestimmt werden soll, entspricht. Vor dem, anderen Ende der Röhre wird eine photoelektrische Zelle angeordnet, die für diesen Bereich von Wellenlängen empfindlich ist. Sobald der. Gehalt der Mischung ao an dem zu bestimmenden Gas sich ändert, ändert sich gleichzeitig der photoelektrische, von der Zelle ausgesandte Strom, und dieser Strom wird nach entsprechender Verstärkung ausgenutzt, um in jedem Augenblick den Gehalt der Mischung an.dem zu bestimmenden Gas festzustellen oder ein Alarm-

gerät zum Ansprechen zu bringen, sobald dieser Gehalt einen vorbestimmten Wert erreicht.

In gewissen Fällen wird, um die sich als Folge der unvermeidbaren Schwankungen des Licht-Stroms der Lampe ergebenden Fehler auszuschalten, die Vorrichtung noch durch eine zweite photoelektrische Zelle ergänzt, die der ersten identisch ist und dieser gegenüber, unmittelbar durch die gleiche Lampe beleuchtet, angeordnet ist und die zu Vergleichszwecken dient.

Die Erfindung richtet sich darauf, dieses Verfahren für die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen zu verwenden. Gemäß der Erfindung wird dabei so vorgegangen, daß das Gas durch rauchende Schwefelsäure hindurchgeleitet und die Lichtdurchlässigkeit des hierdurch erzeugten Nebels gemessen wird.

Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß das auf seinen Feuchtigkeitsgehalt zu ao untersuchende Gas von unten nach oben durch eine mit Füllkörpern od. dgl. gefüllte Kolonne geleitet wird, über der ein Behälter mit rauchender Schwefelsäure angeordnet ist, weiche auf die Füllung der Kolonne und durch diese tropft und bei Berührung mit dem feuchten Gas die Bildung eines Nebels bewirkt, welcher ein Analysenrohr durchströmt, nachdem aus ihm durch Hindurchleiten durch eine zweite mit Füllkörpern od. dgl. gefüllte Kolonne die zu großen Nebelteilchen ausgeschieden sind.

Zweckmäßig läßt man die rauchende Schwefelsäure über ein Kapillarrohr in die Kolonne tropfen und hält etwa in ihr enthaltene Festteilchen durch eine oberhalb dieses Rohres angeordnete Platte aus gefrittetem Glas zurück.

Die für die photoelektrische Untersuchung bestimmte Vorrichtung arbeitet zweckmäßig so, daß die Durchstrahlung des im Analysenrohr befindlichen, zu untersuchenden Gases mit moduliertem Licht erfolgt, das nach der Durchstrahlung des Nebels auf eine photoelektrische Zelle fällt und einen elektrischen Strom erzeugt, aus dem alle Frequenzen außer der Grundfrequenz ausgesiebt werden. Vorrichtungen dieser Art sind an sich bekannt, und es bedarf daher keiner weiteren Erläuterung derselben.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der zu seiner Durchführung bestimmten Vorrichtungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. ι die Schaltung einer photoelektrischen Analysiervorrichtung, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Verwendung findet und in

Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Gasen unter Benutzung der in Fig. r dargestellten Schaltung.

An der Sekundärwicklung des Transformators T₁ liegt ein Verstärker mit selektiver Rückkopplung, der aus einer Verstärkerpentodenröhre L₂ besteht,

deren Anode an das Gitter einer Röhre L₃ mit

kathodenseitigem Ausgang angeschlossen ist. Eine Siebkette RC, die auf die Grundfrequenz des modulierten photoelektrischen Stromes abgestimmt ist, liegt im Nebenschluß zur Röhre L₂ zwischen der Röhre L₃ und der Sekundärseite des Transformators T₁ und siebt alle von der Grundfrequenz abweichenden Frequenzen aus. Die Siebkette ist so eingestellt, 'daß parasitäre Schwingungen von anderer Frequenz als der Grundfrequenz verhindert werden.

Der Ausgang der Röhre L₃ ist kapazitiv an das Gitter einer· Triode einer Triodendetektorschaltung L₄ gelegt. Das Gitter der zweiten Triode ist über einen hochohmigen Widerstand R₃ geerdet. Ein in die Anodenzuführungsleitung der Detektorschaltung L₄ eingeschaltetes Potentiometer P₂ ermöglicht die Einstellung des Meßvoltmeters 3 auf den Nullwert, solange keine Impulse auf der Detektorschaltung liegen. Dieses Voltmeter wird mit Gleichstrom betrieben und mißt den Unterschied der Spannungen an den beiden Trioden der Detektorschaltung. Gegebenenfalls ist ein Registriervoltmeter 4 und ein Alarmrelais 5 nachgeschaltet.

Die beschriebene Gesamtanordnung ermöglicht es, Spuren von Gas zu bestimmen. Man erhält hierbei schon bei einer schwachen Gaskonzentration am Ausgang der ersten Verstärkerröhre L₁ eine verhältnismäßig hohe Spannung. Da dieser ersten Verstärkerröhre ein selektiver Verstärker folgt, ist es leicht, schließlich in dem Voltmeter eine Spannung zu erhalten, die es ermöglicht, Gasgehalte in der Größenordnung von 0,001 % zu bestimmen. Erforderlichenfalls kann die Empfindlichkeit noch durch Zufügung einer weiteren Verstärkerstufe gesteigert werden.

Die Vorrichtung kann sowohl zur Prüfung von gefärbten als auch nicht gefärbten Gasen verwendet werden. Für die Bestimmung von nicht gefärbten Gasen wird als Lichtquelle eine Lampe verwendet, die in dem eigenen Spektrum dieser Gase emittiert. Durch Verwendung einer Lichtquelle mit einer für die Beleuchtung des Analysenrohres geeigneten Wellenlänge und gegebenenfalls Einschaltung von optischen Filtern zwischen die Lichtquelle und das Rohr ist es möglich, mittels der Vorrichtung gemäß der letztbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung zahlreiche Gase oder Dämpfe, seien sie gefärbt oder nicht, und insbesondere Schwefelsäureanhydrid zu bestimmen.

Gemäß der Erfindung läßt man zuerst das Gas durch rauchende Schwefelsäure (Oleum) von konstantem Titer hindurchströmen. Hierbei ergibt sich die Bildung eines komplexen Nebels, - der im wesentlichen aus Bläschen von Schwefelsäure besteht. Die Lichtundurchlässigkeit dieses Nebels wird dann in dem Analysenrohr nach der beschriebenen Methode gemessen. Die praktische Ausführungsform dieser Vorrichtung kann, außer der beschriebenen elektrischen Vorrichtung, eine mit Füllkörpern gefüllte Kolonne aufweisen, in welcher die rauchende Schwefelsäure von oben nach unten und die zu analysierende Feuchtluft von unten iss nach oben strömt. Die größten' Teilchen dieses

Nebels können in dem oberen Teil der Kolonne mittels eines Filters zurückgehalten werden, um ein eventuelles Absetzen derselben auf dem Analysenrohr zu verhindern. Die ganze Apparatur muß auf konstanter Temperatur mit einer Toleranz von etwa ± 0,5° gehalten werden. Eine solche Vorrichtung mit einem Analysenrohr von 25 cm Länge ermöglicht die Bestimmung von Feuchtigkeitsgehalten von zwischen 20 und 200 mg je Kubikmeter bis auf 2%.

In Fig. 2- ist eine vorzugsweise Ausführungsform der Gesamtanordnung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen, die besonders dazu bestimmt ist,, fortlaufend sehr geringe Mengen von in industriellen Gasen enthaltenem Wasserdampf zu bestimmen, im einzelnen' dargestellt.

Diese Anordnung kann die Betätigung von Alarmvorrichtungen, Lampen oder Läutewerken bewirken, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Gases in der zu kontrollierenden Leitung, sei es unter einen gewissen Wert abfällt, sei es einen vorher festgelegten Wert übersteigt.

Ferner ermöglicht es diese Vorrichtung, durch direktes Ablesen oder fortlaufende Registrierung den Feuchtigkeitsgehalt der zu analysierenden Gase in jedem Augenblick zu erkennen.

Die in der Abbildung dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei verschiedenen Hauptteilen, nämlich

i. der Gesamtheit der Leitungen und Vorrichtungen zur Bildung des Nebels,

2. der elektrischen Apparatur, die im einzelnen oben beschrieben worden ist und im wesentlichen aus dem Analysenrohr mit der Untersuchungsan-Ordnung, einem Verstärker und den Meß vor richtungen besteht.

Die Gesamtheit der Leitungen und Anordnung für die Erzeugung des Nebels durch Einwirkung des zu untersuchenden Gases auf die rauchende Schwefelsäure ist, wie aus der Abbildung ersichtlich, in der nachstehend beschriebenen Weise angeordnet.

Das zu untersuchende Gas wird in die Vorrichtung durch ein Rohr 1 eingeleitet. Es steigt dann in einer Kolonne 2, die mit Füllkörpern od. dgl. gefüllt ist, auf; in dieser Kolonne trifft es auf die rauchende Schwefelsäure, welche aus einem Ballon 3 über ein Kapillarrohr 4 abgegeben wird. Eine Platte 5 aus gefrittenem Glas verhindert die Verstopfung des Kapillarrohres durch etwa in der rauchenden Schwefelsäure vorhandene feste Teilchen. Der Austritt der rauchenden Schwefelsäure erfolgt über einen Siphon 2_Ö. Das Herabrieseln der rauchenden Schwefelsäure über die Füllung der Kolonne bewirkt durch den Kontakt mit dem feuchten, zu untersuchenden Gas die Bildung eines Nebels, der im oberen Teil der Kolonne durch ein Rohr 6 ausströmt. Dieser Nebel gelangt in eine zweite Kolonne 7, die ebenfalls mit Füllkörpern od. dgl. gefüllt ist und in der sich die zu großen Teilchen des Nebels, die die lichtdurchlässigen Stirnflächen des Analysenrohres verunreinigen würden, niederschlagen. Der Nebel gelangt dann in das Analysenrohr 8, aus welchem er durch das Rohr 9 austritt.

Die Vorrichtung wird zweckmäßig noch durch eine zusätzliche Anordnung E vervollständigt, die es ermöglicht, in sie zum Zwecke der Eichung trockene Luft einzuleiten, und die aus einer Sicherheitsflasche io_ß, einer Schwefelsäuregaswaschflasche io₆, einer mit.Kieselsäuregel gefüllten Kolonne io_c und einer mit Phosphorsäureanhydrid gefüllten Kolonne ΐο_ώ besteht.

Die Vorrichtung kann ferner noch eine mit verdünnter Schwefelsäure von bestimmtem Titer gefüllte Gas waschflasche 11, der eine Sicherheitsflasche n_fl vorgeschaltet ist, enthalten, die es (gleichfalls zum Zwecke der Eichung) ermöglicht, in die Vorrichtung Luft von bekanntem Feuchtigkeitsgrad einzuleiten.

Die gesamte beschriebene Anordnung einschließlich des Analysenrohres, der Beleuchtungslampe und der photoelektrischen Zellen wird vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht, das durch die gestrichelte Linie angedeutet ist und in dem eine konstante Temperatur aufrechterhalten wird.

Der elektrische Teil der Vorrichtung besteht aus einer Beleuchtungslampe 12 für das Analysenrohr, photoelektrischen Zellen 13 und i3_e in einander gegenüberliegender Anordnung, einem Verstärker 14, einem Detektor 15, Meßvorrichtungen 16.

Gegebenenfalls können in der Apparatur noch eines oder mehrere Alarmrelais 17 sowie eine in der Abbildung nicht dargestellte mechanische Vorrichtung zur Modulation des Lichtes vorgesehen sein, wenn nicht die Lampe selbst ein moduliertes Licht erzeugt, wie dies eingangs bereits beschrieben wurde.

Beispielsweise und um einen Begriff von der Empfindlichkeit einer Vorrichtung der letztbeschriebenen Art zu geben, kann gesagt werden, daß die auf die Meßvorrichtung übertragenen Spannungen, die eine Funktion der Feuchtigkeit des untersuchten Gases darstellen, bei einem Feuchtigkeitsgrad von 250 mg je Kubikmeter in der Größen-Ordnung von 100.Volt liegen und bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 100 mg je Kubikmeter in der Größenordnurg von 2 Volt.

Die verwendete rauchende Schwefelsäure hat vorzugsweise einen Gehalt von etwa 5% SO₃. Der uo Verbrauch der Vorrichtung an rauchender Schwefelsäure beträgt bei kontinuierlichem Betrieb nicht mehr als 500 g in 24 Stunden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: llg

1. Verfahren zur photoelektrischen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch rauchende Schwefelsäure hindurchgeleitet und die Lichtdurchlässigkeit des hierdurch erzeugten Nebels gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Gas von unten nach oben durch eine mit Füllkörpern od. dgl. gefüllte Kolonne geleitet wird, über der ein Behälter mit rauchender Schwefelsäure an-

geordnet ist, welche auf die Füllung der Kolonne und durch diese tropft und bei Berührung mit dem feuchten Gas die Bildung- eines Nebels bewirkt, welcher ein Analysenrohr durchströmt, nachdem aus ihm durch Hindurchleiten durch eine zweite mit Füllkörpern od. dgl. gefüllte Kolonne die zu großen Nebelteilchen' ausgeschieden worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rauchende Schwefelsäure über ein Kapillarrohr in die Kolonne herabtropft und etwa in ihr enthaltene Festteilchen durch eine oberhalb dieses Rohres angeordnete Platte aus gefrittetem Glas zurückgehalten werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Eichung der-Vorrichtung dieser eine Anordnung vorgeschaltet ist, die Vorrichtungen zur Entfeuchtung der Luft und zur Einführung der entfeuchteten Luft über geeignete Hähne in das Analysenrohr aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentfeuchtungsanlage aus einer schwefelsäuregefüllten Gaswaschflasche sowie mit Kieselsäuregel und mit Phosphorsäureanhydrid gefüllten Kolonnen besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, mittels deren zum Zwecke der Eichung in das Analysenrohr Luft von bekanntem Feuchtigkeitsgrad eingeleitet werden kann.

7. Anordnung, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, aaß die Vorrichtung aus einer mit verdünnter Schwefelsäure von bestimmtem Titer gefüllten Gaswaschflasche besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 730 478;

USA.-Patentschrift Nr. 2452 122;

Grimsehl-Tomaschek, »Lehrbuch der Physik«, Bd. II, 10. Auflage, S. 506;

Artikel von Scott in »Proceedings of the Institut of Radio Engineers«, 1938, S. 228.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

0 609 508/318 4.56 (609 662 10. 56)