DE10009313A1 - Process for measuring the oxygen concentration in industrial gases comprises measuring high gas contents using a high concentration analysis device and low gas contents using a low concentration analysis device - Google Patents
Process for measuring the oxygen concentration in industrial gases comprises measuring high gas contents using a high concentration analysis device and low gas contents using a low concentration analysis deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines Gases in einem Gas- und/oder Flüssig keitsgemisch, insbesondere zur Messung der Sauerstoff konzentration in Industriegasen. - Bei dem zu analysieren den Gas kann es sich im Rahmen der Erfindung selbstver ständlich auch um ein Gasgemisch handeln.The invention relates to a method for determining the Concentration of a gas in a gas and / or liquid speed mixture, especially for measuring oxygen concentration in industrial gases. - To analyze that the gas can self-ver within the scope of the invention is also always a gas mixture.
Derartige Verfahren sind vielfältig bekannt und kommen üblicherweise bei industriellen Prozessen zum Einsatz, bei welchen es darum geht, z. B. den Sauerstoffgehalt zu messen. Beispiele hierfür sind Inertisierungsvorgänge, das Befüllen von Öfen für die Oberflächenbehandlung von metallischen Werkstücken, das Schweißen unter Schutzgas, das Befüllen von Tankfahrzeugen mit Flüssig-Gasen (Stick stoff, Edelgase, Kohlendioxid) usw..Such methods are widely known and are coming usually used in industrial processes which is about z. B. the oxygen content measure up. Examples of this are inerting processes, the Filling furnaces for the surface treatment of metallic workpieces, welding under protective gas, filling tank vehicles with liquid gases (stick substance, noble gases, carbon dioxide) etc.
Derartige Messverfahren müssen größtenteils einen außer ordentlich großen Konzentrationsbereich des Gas- bzw. Sauerstoffgehaltes abdecken, welcher sich von einigen 10 Vol.-% bis hinunter in den ppm (parts per million)-Bereich erstreckt. Dies hat zur Folge, dass die Konzentration des zu analysierenden Gases regelmäßig in mehreren voneinander unabhängigen Geräten gemessen wird und auch gemessen werden muss. So lässt sich der Vol.-%-Bereich beispielsweise unter Rückgriff auf eine Brennstoffzelle mit einer Lambda-Sonde in ihrem Inneren abdecken, wie dies grundsätzlich in der EP 0 323 658 A2 oder auch dem deutschen Gebrauchsmuster 297 15 633 beschrieben ist. For the most part, such measurement methods must have an exception neatly large concentration range of the gas or Cover oxygen content, which is from some 10 vol .-% down to the ppm (parts per million) range extends. As a result, the concentration of the gas to be analyzed regularly in several of each other independent devices is measured and also measured got to. For example, the volume% range can be below Use of a fuel cell with a lambda probe cover inside like this basically in the EP 0 323 658 A2 or the German utility model 297 15 633 is described.
Konzentrationsmessungen im ppm-Bereich erfordern dagegen zumeist elektrochemische, vor allem amperometrische und galvanische Sensoren, wie sie beispielhaft in der DE 196 37 253 A1 beschrieben sind. Derartige Sensoren weisen den generellen Nachteil auf, dass sie eine relativ lange Regenerationszeit benötigen, falls beispielsweise unbeabsichtigt eine große Menge an zu analysierendem Gas hierauf trifft.Concentration measurements in the ppm range, however, require mostly electrochemical, especially amperometric and galvanic sensors, as exemplified in the DE 196 37 253 A1 are described. Such sensors have the general disadvantage that they are a relative take a long time to regenerate, for example unintentionally a large amount of gas to be analyzed meets this.
Dies hat in der Praxis dazu geführt, dass man bei den beschriebenen Anwendungsfällen mit großem abzudeckenden Analysebereich zumeist auf zwei parallel geschaltete Geräte, einerseits zur Niedrigkonzentrations-Analyse, andererseits zur Hochkonzentrations-Analyse zurückgegriffen hat. Fehler, Leckagen oder andere Störfälle führen hierbei jedoch dazu, dass die ppm-Messzelle - wie beschrieben - für eine längere (Erhol-)Zeit nicht (mehr) zur Verfügung steht. Auch "normale" Füllvorgänge bei Industrieprozessen können zu derartigen Ausfallerscheinungen führen. - Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.In practice, this has led to the fact that the described use cases with large to be covered Analysis area mostly on two connected in parallel Devices, on the one hand for low concentration analysis, on the other hand used for high concentration analysis Has. Errors, leaks or other malfunctions lead to this however, that the ppm measuring cell - as described - for a longer (recovery) time is no longer available. Even "normal" filling processes in industrial processes can lead to such failure symptoms. - Here she wants Invention to remedy the situation.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines Gases in einem Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch anzugeben, mit dessen Hilfe sich ein außerordentlich großer Analysen bereich abdecken lässt, wobei Schädigungen oder Ausfall zeiten der zumeist eingesetzten unterschiedlichen Mess geräte bzw. Messzellen zuverlässig vermieden werden sollen.The invention is based on the technical problem Method for determining the concentration of a gas in specify a gas and / or liquid mixture with whose help is an extraordinarily large analysis covers the area, causing damage or failure times of the mostly used different measurement devices or measuring cells should be reliably avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines Gases in einem Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch, insbesondere zur Messung der Sauerstoffkonzentration in Industriegasen, wonach mittels einer Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung hohe Gasgehalte und unter Rückgriff auf eine Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung niedrige Gasgehalte gemessen werden, und wonach die Hochkonzentrations-Analyse einrichtung die Beaufschlagung der Niedrigkonzentrations- Analyseeinrichtung steuert. - Üblicherweise deckt die Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung den Vol.-%-Bereich ab, während die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung über wiegend im ppm-Bereich arbeitet. Selbstverständlich sind die beiden Analyseneinrichtungen so ausgelegt, dass der gesamte abzudeckende Messbereich lückenlos erfasst wird. Dabei ist es natürlich auch denkbar, auf eine weitere Analyseeinrichtung, beispielsweise für den Mittel konzentrations-Bereich, zurückzugreifen, wenn dies erforderlich sein sollte. In diesem Fall würde die Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung sowohl die Beaufschlagung der Mittelkonzentrations-Analyseeinrichtung als auch der Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung steuern. Hierauf kann nur dann verzichtet werden, wenn die Mittel konzentrations-Analyseeinrichtung gleichsam immun gegenüber überhöhten Konzentrationen ist.The object of the invention is to achieve this object Method for determining the concentration of a gas in a gas and / or liquid mixture, in particular for Measurement of oxygen concentration in industrial gases, after which by means of a high concentration analysis device high gas levels and using a low one concentration analyzer low gas content be measured, and after that the high concentration analysis facility to apply the low concentration Analyzer controls. - Usually covers the high concentration analysis device from the vol.% range, while the low concentration analyzer over works mainly in the ppm range. Of course the two analysis devices are designed so that the entire measuring range to be covered is recorded without gaps. It is of course also conceivable to add another Analysis device, for example for the agent concentration range to fall back on if this should be required. In this case, the high concentration analysis device both the loading the medium concentration analysis device as well as the Control low concentration analyzer. On that can only be waived if the funds Concentration analysis device as it were immune to is excessive concentrations.
Im Rahmen der Erfindung kommt es also darauf an, die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung vor zu hohen Gas gehalten zu schützen, welche deren Funktion vollständig oder zumindest zeitweise stören. Dies wird dadurch erreicht, dass von der Hochkonzentrations-Analyse einrichtung entsprechende Messsignale ausgangsseitig aus gewertet werden. Aus diesen Messsignalen lassen sich ggf. Stellsignale zur Abschottung der Niedrigkonzentrations- Analyseeinrichtung vom zu untersuchenden Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch ableiten. Diese Stellsignale werden in der Regel dann erzeugt, wenn ausgangsseitig der Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung nennenswerte Messsignale aufgenommen werden, die (selbstverständlich im Rahmen der Messungenauigkeiten) größtenteils < 0 sind. Wenn also die Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung anspricht und korrespondierende Messsignale < 0 erfasst, wird die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung vom zu analy sierenden Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch separiert.In the context of the invention, it is important that Low concentration analyzer in front of too high gas kept protecting what their function completely or at least temporarily disturb. This will do so achieved that from the high concentration analysis corresponding measurement signals on the output side get ranked. These measurement signals can be used to Control signals to isolate the low concentration Analysis device of the gas and / or gas to be examined Drain off the liquid mixture. These control signals are in usually generated when the high side on the output side concentration analysis device noteworthy measurement signals are included (of course within the framework of the Measurement inaccuracies) are mostly <0. So if that High concentration analyzer responds and corresponding measurement signals <0, the Low concentration analyzer to analyze separating gas and / or liquid mixture separated.
Damit dennoch dieser erhöhte und mit Hilfe der Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung gemessene Gasgehalt keine schädlichen Wirkungen bei der Niedrigkonzentrations- Analyseeinrichtung in der Zwischenzeit hervorruft, ist nach einem Vorschlag der Erfindung mit besonderer Bedeutung vor gesehen, dass das zu analysierende Gas- und/oder Flüssig keitsgemisch der Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung im Vergleich zu der Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung verzögert zugeführt wird. Hierfür sorgt zumeist eine Ver zögerungsstrecke, durch welche das zu untersuchende Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch zunächst hindurchgeführt wird, bevor es die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung erreicht.So that this nonetheless increased and with the help of the high concentration analysis device measured gas content none harmful effects at low concentration Analysis facility in the meantime is after a proposal of the invention with particular importance seen that the gas and / or liquid to be analyzed mixture of the low concentration analysis device compared to the high concentration analyzer is supplied with a delay. This is usually ensured by a Ver delay line through which the gas to be examined and / or liquid mixture is first passed through, before it's the low concentration analyzer reached.
Diese Verzögerungsstrecke bzw. die sich hierdurch ein stellende Verzögerungszeit ist natürlich so bemessen, dass die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung unter allen Umständen von dem zu messenden Gas- und/oder Flüssigkeits gemisch separiert ist, wenn die Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung entsprechend hohe Gasgehalte ermittelt. Mit anderen Worten werden bei Bemessung der Verzögerungszeit eventuelle Reaktionszeiten der Hochkonzentrations-Analyse einrichtung, einer zumeist angeschlossenen Steuer-/Regel einheit und der hiervon beaufschlagten und üblicherweise vorgesehenen Magnetventile zur Abschottung der Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung berücksichtigt.This delay line or the one thereby The setting delay time is of course such that the low concentration analyzer among all Circumstances of the gas and / or liquid to be measured mixed is separated if the high concentration analysis device correspondingly high gas contents determined. With in other words, when designing the delay time possible reaction times of the high concentration analysis device, a mostly connected control unit and the one charged with it and usually provided solenoid valves to isolate the low concentration analysis device considered.
Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die zeitliche Verzögerung bei der Beaufschlagung der Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung einzustellen, und zwar auf Werte zwischen ca. 0 und 100 sek., insbesondere zwischen 1 sek. und 10 sek., vorzugsweise etwa 6 sek.. Dies hängt natürlich von der Fließgeschwindigkeit des Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisches in einer zugehörigen Mess anlage und auch der Länge der bereits angesprochenen Ver zögerungsstrecke ab. Außerdem spielt selbstverständlich das Ansprechverhalten der jeweils eingesetzten Analyse einrichtungen eine nicht unerhebliche Rolle.It has proven to be particularly advantageous that Delay in loading the low adjust concentration analyzer, namely to values between approx. 0 and 100 sec., in particular between 1 sec. and 10 sec., preferably about 6 sec. This depends of course on the flow rate of the gas and / or liquid mixture in an associated measurement plant and also the length of the already mentioned Ver delay line from. Of course that also plays Responsiveness of the analysis used in each case facilities play a not inconsiderable role.
Um hier die vorgenannten Werte problemlos zu erreichen, schlägt die Erfindung eingangsseitig dieser Messanlage optional einen Druckminderer vor, welcher von einem Durch flussregler flankiert wird. Dieser obligatorische Durch flussregler sorgt dafür, dass der Volumenstrom des zu untersuchenden Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisches bestimmte voreingestellte Werte nicht überschreitet, so dass sich hieraus eine Untergrenze für die Zeit ableiten lässt, welche das Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch zum Passieren der Verzögerungsstrecke benötigt. Dies wird im Einzelnen mit Bezug auf die Figurenbeschreibung noch näher erläutert werden.In order to achieve the above values without problems, the invention suggests on the input side of this measuring system optionally a pressure reducer, which has a through flow controller is flanked. This mandatory through flow controller ensures that the volume flow of the to investigating gas and / or liquid mixture certain pre-set values, so that a lower limit for time can be derived from this lets the gas and / or liquid mixture to Passing the delay line required. This will be in the Individuals with reference to the figure description even closer are explained.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich eine Messanlage, wie sie in den Patenansprüche 6 bis 10 beschrieben ist. - Immer wird ein Schutz der Niedrigkonzentrations-Analyse einrichtung vor zu hohen Gasgehalten zuverlässig erreicht. Folglich steht diese Niedrigkonzentrations-Analyse einrichtung verzögerungsfrei und ohne Messfehler zu produ zieren dann zur Verfügung, wenn es darum geht, beispiels weise Gasgehalte im ppm-Bereich zu analysieren. Denn erst dann wird die Abschottung der Niedrigkonzentrations- Analyseeinrichtung von dem zu untersuchenden Gas- und/oder Flüssigkeitsgemisch aufgehoben, indem das oder die ent sprechenden Magnetventile einen Öffnungsimpuls von der Steuer/Regeleinheit erhalten. Hierdurch ist ein maximaler Schutz der betreffenden Analyseeinrichtung gegeben. Eventuelle Erholzeiten, wie sie der Stand der Technik nicht vermeiden kann, werden schon vom Ansatz her auf Null redu ziert.Finally, the invention relates to a measuring system as described in the patent claims 6 to 10 . - Protection of the low concentration analysis device against excessive gas contents is always reliably achieved. Consequently, this low concentration analysis device is available without delay and without producing measurement errors when it comes to analyzing gas contents in the ppm range, for example. Because only then the partitioning of the low concentration analysis device from the gas and / or liquid mixture to be examined is canceled by the corresponding solenoid valve or valves receiving an opening impulse from the control unit. This provides maximum protection for the analysis device in question. Any recovery times that the state of the art cannot avoid are reduced to zero right from the start.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt eine Messanlage zur Konzentrationsmessung eines Gases in schematischer Dar stellung.In the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment drawing closer explained; the only figure shows a measuring system for Concentration measurement of a gas in a schematic diagram position.
In der Figur erkennt man eine Messanlage, mit deren Hilfe sich die Konzentration eines Gases in einem Gas-/Flüssigkeitsgemisch messen lässt. Vorliegend wird der Sauerstoffgehalt in einem Industriegasgemisch analysiert. In the figure you can see a measuring system with the help the concentration of a gas in one Can measure gas / liquid mixture. In the present case the Analyzed oxygen content in an industrial gas mixture.
Dieser Sauerstoffgehalt kann Werte im zweistelligen Vol.-%- Bereich bis hinunter zu einigen ppm annehmen. Das zu unter suchende Industriegas kommt bei Inertisierungsvorgängen, in Wärmebehandlungsöfen oder zur Darstellung einer Schutzgas atmosphäre beim Schweißen usw. zur Anwendung. Dabei können gelegentliche Lufteinbrüche nicht vermieden werden. Es ist also erforderlich, dass sich die dargestellte Messanlage praktisch verzögerungsfrei erholt, damit unmittelbar auch Messungen im ppm-Bereich aufgenommen werden können.This oxygen content can have values in the double-digit volume% - Accept range down to a few ppm. That too Industrial gas seeking comes in during inerting processes Heat treatment furnaces or to represent a protective gas atmosphere when welding etc. for use. You can occasional air intakes cannot be avoided. It is So it is necessary that the measuring system shown Recovered practically without delay, so immediately Measurements in the ppm range can be recorded.
Zu diesem Zweck weist die Messanlage eine Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung 1, eine Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung 2 und eine angedeutete Steuer-/Regeleinheit 3 auf, wobei die Steuer-/Regeleinheit 3 in Abhängigkeit von ausgangsseitigen Messsignalen der Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung 1 die Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung 2 von dem zu analysieren den Gasgemisch (bzw. Flüssigkeitsgemisch) separiert.For this purpose, the measuring system has a high concentration analysis device 1 , a low concentration analysis device 2 and an indicated control / regulating unit 3 , the control / regulating unit 3 depending on the output-side measurement signals of the high concentration analysis device 1 determining the low concentration Analysis device 2 from which the gas mixture (or liquid mixture) to be analyzed is separated.
Im Einzelnen handelt es sich bei der vorwiegend im Vol.-%- Bereich arbeitenden Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung 1 um einen handelsüblichen Sensor für Gasgehalte im Prozent bereich, wobei bei der Auswahl der Schwerpunkt auf ein schnelles Ansprechverhalten gelegt wird. Beispielhaft sei hier eine Messzelle bzw. Brennstoffzelle mit darin befind licher Lambda-Sonde genannt. Diese Lambda-Sonde weist in bekannter Manier einen im wesentlichen zweiteiligen Keramikkörper auf. Dabei steht der eine Teil des Keramik körpers in Verbindung mit dem zu analysierenden Gasgemisch während der andere Teil mit der Außenluft verbunden ist. Die Oberflächen des Keramikkörpers aus Zirkondioxid (ZrO2) sind mit Elektroden aus einer gasdurchlässigen dünnen Platinschicht versehen. Das verwendete Keramikmaterial der Lambda-Sonde wird bei Temperaturen ab etwa 300°C für Sauerstoffionen leitend. Ist der Sauerstoffanteil auf beiden Seiten der Lambda-Sonde verschieden groß, so ent steht aufgrund der besonderen Eigenschaften des verwendeten Werkstoffes zwischen den beiden Grenzflächen eine elektrische Spannung, welche ein Maß für den Unterschied des Sauerstoffanteils auf beiden Seiten der Lambda-Sonde ist.Specifically, the high concentration analysis device 1, which mainly works in the vol.% Range, is a commercially available sensor for gas contents in the percent range, the focus being placed on a quick response behavior. A measuring cell or fuel cell with a lambda probe located therein may be mentioned as an example. In a known manner, this lambda probe has an essentially two-part ceramic body. One part of the ceramic body is connected to the gas mixture to be analyzed while the other part is connected to the outside air. The surfaces of the ceramic body made of zirconium dioxide (ZrO2) are provided with electrodes made of a gas-permeable thin platinum layer. The ceramic material used for the lambda probe becomes conductive for oxygen ions at temperatures above around 300 ° C. If the amount of oxygen on both sides of the lambda probe is different, an electrical voltage arises between the two interfaces due to the special properties of the material used, which is a measure of the difference in the amount of oxygen on both sides of the lambda probe.
Eine solche Lambda-Sonde weist ein schnelles Ansprech verhalten auf, ist jedoch für viele Gasarten bzw. zu unter suchende Gas- und/oder Flüssigkeitsgemische nicht oder nur eingeschränkt geeignet. Folglich lässt sich für den zu untersuchenden Vol.-%-Bereich an dieser Stelle auch ein elektrochemischer Sensor einsetzen. Dieser erreicht zwar nicht die Ansprechzeiten einer Lambda-Sonde, ist jedoch dafür universeller einsetzbar, was die zu untersuchenden Gas- und/oder Flüssigkeitsgemische angeht.Such a lambda probe has a quick response behaves on, but is too low for many types of gas Gas and / or liquid mixtures not looking for or only limited suitability. Consequently, for the investigating vol .-% range at this point Insert electrochemical sensor. This does reach is not the response times of a lambda probe, however more universally applicable for what the subjects to be examined Gas and / or liquid mixtures are concerned.
Jedenfalls lässt sich mit der Hilfe der Lambda-Sonde oder des elektrochemischen Sensors bzw. der Hochkonzentrations- Analyseeinrichtung 1 der Sauerstoffgehalt - zumeist im Vol.-%-Bereich im zu analysierenden Gasgemisch erfassen.In any case, with the help of the lambda probe or the electrochemical sensor or the high concentration analysis device 1, the oxygen content - usually in the volume% range - in the gas mixture to be analyzed can be recorded.
Im Rahmen der Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 wird zumeist auf einen elektrochemischen Sensor zurück gegriffen, der hier dazu dient, den Sauerstoffgehalt im ppm-Bereich zu messen. In the context of the low concentration analysis device 2 , an electrochemical sensor is mostly used, which serves to measure the oxygen content in the ppm range.
Wie in der DE 196 37 253 A1 grundsätzlich beschrieben,
weist dieser elektrochemische Sensor im Einzelnen eine
sauerstoffsensitive Kathode, eine Anode, einen Elektro
lyten, eine Diffusionsmembran und schließlich ein Gehäuse
mit elektrischen Anschlüssen auf (Mikro-Fuel-Sensor). Jedes
Gas, welches mit der vorerwähnten Diffusionsmembran in
Kontakt kommt, diffundiert durch diese - ggf. selektiv -
hindurch und wird zum Teil im Elektrolyten gelöst. Im vor
liegenden Fall gelangt also Sauerstoff durch die Membrane
hindurch und diffundiert in den Elektrolyten hinein. Auf
diese Weise erreicht der Sauerstoff die sauerstoffsensitive
Kathode, wo er nach der folgenden Reaktionsgleichung redu
ziert wird:
As basically described in DE 196 37 253 A1, this electrochemical sensor has an oxygen-sensitive cathode, an anode, an electrolyte, a diffusion membrane and finally a housing with electrical connections (micro-fuel sensor). Any gas that comes into contact with the aforementioned diffusion membrane diffuses through it, possibly selectively, and is partially dissolved in the electrolyte. In the present case, oxygen passes through the membrane and diffuses into the electrolyte. In this way, the oxygen reaches the oxygen-sensitive cathode, where it is reduced according to the following reaction equation:
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-. (1)O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - . (1)
Man erkennt, dass bei der vorgenannte Reaktion (1) für
jedes reduzierte Sauerstoffmolekül 4 Elektronen (4e-) ver
braucht werden. Diese Elektronen lassen sich bei einer
gleichzeitig an der Anode (beispielsweise Bleianode) statt
findenden Oxidationsreaktion erzeugen, wie die nachfolgende
Reaktionsgleichung deutlich macht:
It can be seen that in the aforementioned reaction ( 1 ) 4 electrons ( 4 e - ) are required for each reduced oxygen molecule. These electrons can be generated in an oxidation reaction taking place simultaneously on the anode (e.g. lead anode), as the following reaction equation makes clear:
2Pb + 4OH- → 2PbO + 2H2O + 4e- . (2)2Pb + 4OH - → 2PbO + 2H 2 O + 4e - . ( 2 )
Der sich einstellende Elektronenstrom von der Anode zur Kathode ist proportional zur Konzentration des Sauerstoffs im zu analysierenden Gasgemisch, genauer gesagt propor tional dem Partialdruck des Sauerstoffs im betreffenden Gasgemisch. Dieser Elektronenstrom lässt sich elektronisch verstärken, und zwar entweder direkt in einem Verstärker in der Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 oder in der Steuer-/Regeleinheit 3.The resulting electron current from the anode to the cathode is proportional to the concentration of oxygen in the gas mixture to be analyzed, more precisely proportional to the partial pressure of the oxygen in the gas mixture in question. This electron current can be amplified electronically, either directly in an amplifier in the low concentration analysis device 2 or in the control unit 3 .
Dabei wird die Empfindlichkeit des im Rahmen der Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung 2 eingesetzten und beschriebenen Mikro-Fuel-Sensors durch die Dicke und das eingesetzte Material der Diffusionsmembran, das gewählte Material und die vorhandene Oberfläche der Kathode sowie durch den eingesetzten Elektrolyten bestimmt, wie dies grundsätzlich bekannt ist und in der DE 196 37 253 A1 beschrieben wird.The sensitivity of the micro fuel sensor used and described in the context of the low concentration analysis device 2 is determined by the thickness and the material used of the diffusion membrane, the selected material and the surface of the cathode as well as by the electrolyte used, as is basically the case is known and is described in DE 196 37 253 A1.
Um nun die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 im Detail vor zu hohen Sauerstoffkonzentrationen des zu unter suchenden Gasgemisches zu schützen, sind zwei 3-Wege Magnetventile 4 vorgesehen, welche von der Steuer-/Regel einheit 3 beaufschlagt werden und einen Bypass 5 mit hierin befindlicher Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 bedarfsweise abschotten. Diese Abschottung wird dabei zumeist so durchgeführt, dass lediglich der Bypass 5 ver schlossen wird, während das zu untersuchende Gasgemisch ungehindert eine parallele Durchflussleitung 6 zum Ausgang 7 hin passieren kann.In order to protect the low concentration analysis device 2 in detail from excessive oxygen concentrations of the gas mixture to be examined, two 3-way solenoid valves 4 are provided, which are acted upon by the control unit 3 and a bypass 5 with the low concentration Isolate analysis device 2 if necessary. This partitioning is usually carried out so that only the bypass 5 is closed ver, while the gas mixture to be examined can pass through a parallel flow line 6 to the outlet 7 unhindered.
Über einen Eingang 8 gelangt das zu analysierende Gas gemisch in eine Zufuhrleitung 9. Dabei wird der Druck des Gasgemisches eingangseitig auf ca. 50 mbar unter Rückgriff auf einen Druckminderer 10 reduziert. Im Anschluss hieran passiert das Gasgemisch einen Durchflussregler 11, welcher den Volumenstrom auf bestimmte einstellbare Werte, vor liegend ca. 60 l/h reduziert. Der Druckminderer 10 und der Durchflussregler 11 können mechanisch eingestellt werden, lassen sich jedoch auch elektrisch beaufschlagen, und zwar mit Hilfe der Steuer-/Regeleinheit 3. Dies ist durch strichpunktierte Steuerleitungen angedeutet.The gas mixture to be analyzed reaches an inlet line 9 via an inlet 8 . The pressure of the gas mixture is reduced on the inlet side to approximately 50 mbar using a pressure reducer 10 . Following this, the gas mixture passes through a flow controller 11 , which reduces the volume flow to certain adjustable values, approximately 60 l / h in a lying position. The pressure reducer 10 and the flow regulator 11 can be set mechanically, but can also be acted on electrically, with the help of the control unit 3 . This is indicated by dash-dotted control lines.
Im Anschluss an den Durchflussregler 11 passiert das Gas gemisch eine Weiche in Form eines T-Stückes 12. Ein Teil des Gasgemisches gelangt danach über eine Verzögerungs strecke 13 zu den bereits angesprochenen Magnetventilen 4 bzw. der Durchflussleitung 6 und/oder zum Bypass 5 mit hierin befindlicher Niedrigkonzentrations-Analyseein richtung 2.Following the flow controller 11 , the gas mixture passes a switch in the form of a T-piece 12 . A portion of the gas mixture then passes through a delay path 13 to the previously mentioned solenoid valves 4 and the flow pipe 6 and / or to the bypass 5 with befindlicher herein low concentration Analyseein direction. 2
Dabei ist die Verzögerungsstrecke 13 von ihrer Länge her so bemessen, dass das hinsichtlich seines Volumenstromes bzw. Durchflusses begrenzte Gasgemisch zumeist ca. 6 bis 10 sek. später die Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 im Vergleich zur dem T-Stück 12 unmittelbar folgenden Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung 1 erreicht.The length of the delay line 13 is dimensioned in such a way that the gas mixture, which is limited in terms of its volume flow or flow rate, is usually approx. later reached the low concentration analysis device 2 in comparison to the high concentration analysis device 1 immediately following the T-piece 12 .
Derartige Verzögerungen werden üblicherweise dann ein gestellt, wenn im Rahmen der Hochkonzentrations-Analyse einrichtung 1 ein elektrochemischer Sensor zum Einsatz kommt. Wird dagegen an dieser Stelle auf eine (schnellere) Lambda-Sonde zurückgegriffen, so reichen oft schon geringere Verzögerungszeiten ΔT von 1 bis 3 sek. aus. Jedenfalls kommt es grundsätzlich darauf an, die zeitliche Verzögerung bzw. die Verzögerungszeit ΔT bei der Beauf schlagung der Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung 2 unter Berücksichtigung der Ansprechzeit der Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung 1 zu minimieren. Such delays are usually set when an electrochemical sensor is used as part of the high concentration analysis device 1 . If, on the other hand, a (faster) lambda probe is used at this point, shorter delay times ΔT of 1 to 3 seconds are often sufficient. out. In any case, it is fundamentally important to minimize the time delay or the delay time ΔT when the low concentration analysis device 2 is acted upon, taking into account the response time of the high concentration analysis device 1 .
Ein zusätzliches Nadelventil 14 im Anschluss an das T-Stück 12 sorgt für eine Feineinstellung des Durchflusses zur unmittelbar darauffolgenden Hochkonzentrations-Analyseein richtung 1. Immer wird durch die Verzögerungsstrecke 13 erreicht, dass das zu untersuchende Gasgemisch das erste Magnetventil 4 erst dann anströmt, wenn dieses bei zu hohen Sauerstoffgehalten bereits geschlossen ist. Die korrespondierende Verzögerungszeit ΔT ist also so bemessen, dass Reaktionszeiten der Hochkonzentrations-Analyse einrichtung 1, der Steuer-/Regeleinheit 3 und schließlich der hiervon beaufschlagten Magnetventile 4 berücksichtigt werden. Dabei sperrt die Steuer-/Regeleinheit 3 die beiden Magnetventile 4 exakt dann ab, wenn die Hochkonzentrations- Analyseeinrichtung 1 reagiert, d. h. vorliegend Sauerstoff konzentrationen sensiert, die < 0 sind und im Prozent bereich liegen sowie für die Niedrigkonzentrations-Analyse einrichtung 2 schädlich wären.An additional needle valve 14 following the T-piece 12 ensures fine adjustment of the flow to the immediately following high-concentration analysis device 1 . It is always achieved through the delay section 13 that the gas mixture to be examined only flows to the first solenoid valve 4 when it is already closed when the oxygen content is too high. The corresponding delay time .DELTA.T is so dimensioned that reaction times of the high concentration analysis device 1 , the control / regulating unit 3 and finally the solenoid valves 4 are taken into account. In this case, the control / regulating unit 3 shuts off the two solenoid valves 4 exactly when the high concentration analysis device 1 reacts, ie in the present case senses oxygen concentrations which are <0 and are in the percent range and would be harmful for the low concentration analysis device 2 .
In diesem Zusammenhang kann mit Hilfe des Druckminderes 10 flankiert von dem Durchflussregler 11 letztlich der Durch fluss des Gasgemisches (ggf. unter Rückgriff auf die Steuer-/Regeleinheit 3) so geregelt werden, dass die vor gegebene Länge der Verzögerungsstrecke 13 zu einer ein stellbaren Verzögerung der Beaufschlagung der Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung 2 korrespondiert. Dies bietet sich immer dann an, wenn ausgangsseitig der Hoch konzentrations-Analyseeinrichtung 1 bestimmte und von der Steuer-/Regeleinheit 3 vorgegebene Grenzwerte überschritten werden, also sich beispielsweise die Fließgeschwindigkeit des Gasgemisches erhöht hat. Denn dann muss die Steuer-/Regeleinheit 3 reagieren und den Durchfluss ver ringern, so dass sich wieder "sichere" Verzögerungszeiten ΔT einstellen.In this context, with the help of the pressure reducer 10 flanked by the flow regulator 11, the flow of the gas mixture (if necessary using the control / regulating unit 3 ) can ultimately be regulated in such a way that the given length of the delay line 13 results in an adjustable delay the application of the low concentration analysis device 2 corresponds. This is useful whenever the output side of the high-concentration-analysis device 1 and 3 certain prescribed limits are exceeded by the control / regulation unit, so, for example, the flow rate of the gas mixture has increased. Because then the control unit 3 must react and reduce the flow rate, so that "safe" delay times ΔT are set again.
Nach Passieren der Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung 1 gelangt das ausgewertete Gasgemisch über einen weiteren Durchflussregler 15 zu einem zusätzlichen Ausgang 16. Ein ähnlicher Durchflussregler 15 findet sich auch vor dem Aus gang 7, in welchen das Gasgemisch entweicht, welches die Durchflussleitung 6 und/oder den Bypass 5 nebst Niedrig konzentrations-Analyseeinrichtung 2 passiert hat. Auch diese beiden Durchflussregler 15 lassen sich optional mit Hilfe der Steuer-/Regeleinheit 3 einstellen, wie strich punktierte Steuerleitungen andeuten.After passing through the high concentration analysis device 1 , the evaluated gas mixture reaches an additional outlet 16 via a further flow controller 15 . A similar flow controller 15 is also found in front of the outlet 7 , in which the gas mixture escapes, which has passed the flow line 6 and / or the bypass 5 together with the low concentration analysis device 2 . These two flow controllers 15 can also optionally be set with the help of the control unit 3 , as dash-dotted control lines indicate.
Claims (10)
- - einer Hochkonzentrations-Analyseeinrichtung (1),
- - einer Niedrigkonzentrations-Analyseeinrichtung (2) und
- - einer Steuer-/Regeleinheit (3),
- - a high concentration analysis device ( 1 ),
- - A low concentration analysis device ( 2 ) and
- - a control unit ( 3 ),
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|---|---|---|---|
| DE2000109313 DE10009313A1 (en) | 2000-02-26 | 2000-02-26 | Process for measuring the oxygen concentration in industrial gases comprises measuring high gas contents using a high concentration analysis device and low gas contents using a low concentration analysis device |
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| DE2000109313 DE10009313A1 (en) | 2000-02-26 | 2000-02-26 | Process for measuring the oxygen concentration in industrial gases comprises measuring high gas contents using a high concentration analysis device and low gas contents using a low concentration analysis device |
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| DE10009313A1 true DE10009313A1 (en) | 2001-09-13 |
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ID=7632681
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| DE2000109313 Withdrawn DE10009313A1 (en) | 2000-02-26 | 2000-02-26 | Process for measuring the oxygen concentration in industrial gases comprises measuring high gas contents using a high concentration analysis device and low gas contents using a low concentration analysis device |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10009313A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105158311A (en) * | 2015-10-20 | 2015-12-16 | 重庆特瑞尔分析仪器有限公司 | Universal oxygen gas analyzer and control method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4343912A1 (en) * | 1993-12-22 | 1995-06-29 | Leybold Ag | Method for operating a test gas leak detector equipped with a sniffer line and test gas leak detector suitable for carrying out this method |
| DE19637253A1 (en) * | 1996-09-13 | 1998-03-19 | Amt Analysenmestechnik Gmbh | Miniaturised, membrane-covered, electro-chemical, gas analysis sensor |
| US5929318A (en) * | 1997-05-02 | 1999-07-27 | Illinois Instruments, Inc. | System and method for sensing low levels of a particular gas in an atmosphere |
-
2000
- 2000-02-26 DE DE2000109313 patent/DE10009313A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4343912A1 (en) * | 1993-12-22 | 1995-06-29 | Leybold Ag | Method for operating a test gas leak detector equipped with a sniffer line and test gas leak detector suitable for carrying out this method |
| DE19637253A1 (en) * | 1996-09-13 | 1998-03-19 | Amt Analysenmestechnik Gmbh | Miniaturised, membrane-covered, electro-chemical, gas analysis sensor |
| US5929318A (en) * | 1997-05-02 | 1999-07-27 | Illinois Instruments, Inc. | System and method for sensing low levels of a particular gas in an atmosphere |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105158311A (en) * | 2015-10-20 | 2015-12-16 | 重庆特瑞尔分析仪器有限公司 | Universal oxygen gas analyzer and control method thereof |
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