DE1952891A1

DE1952891A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige von Gas

Info

Publication number: DE1952891A1
Application number: DE19691952891
Authority: DE
Inventors: Sharad Dave
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1969-03-11
Filing date: 1969-10-21
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR2034800A1; CH494039A

Description

Eaton YaIe & Towne Ine., Cleveland, Ohio/USA

«Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige von Gas"

Die Erfindung richtet sich auf eine Gasanzeige, näher "bezeichnet auf Verfahren und Vorrichtungen zur Anzeige der Produkte anfangender bww. schwelender Verbrennung in der Luft.

Es gibt viele Orte, an denen es wichtig ist, daß ein etwa entstehendes Feuer zum frühstmöglichen Zeitpunkt angezeigt wird. Jedoch ist das Anfangsstadium eines Feuers schwierig festzustellen, da dies anfangs nur kaum wahrnehmbaren Rauch oder Hitze erzeugen mag. So können lediglich sehr geringe Mengen von gewissen Gasen, wie Z₀B. Kohlendioxyd oder Schwefeldioxyd erzeugt werden, und es existieren nur wenige Geräte, welche die Möglichkeit eines Feuers in einem so frühen Stadium anzeigen. Geräte die hierzu in der lage sind, sind sehr kostspielig herzustellen und zu unterhalten und in einigen Fällen sind derartige Geräte sehr gefährlich, da diese radioaktive Materialien verwenden. Soweit bekannt, benutzen die besten Geräte dieser Art sämtlich radioaktives Materialo

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes der in Rede stehenden Art, welches in der lage ist, Feuer in einem frühzeitigen Stadium festzustellen, und zwar mit relativ geringem Aufwand und ohne radioaktives Material.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Prinzipien der Fotoionisation verwendet werden können, um die Gegenwart bestimmter Gase in Mischung mit einem anderen Gas anzuzeigen. So wurde gefunden, daß es möglich ist, eine wirksame Gasanzeige durch Auslösung einer Korona-Entladung zu erhalten. Wenn eine Korona-Entladung in der Atmosphäre stattfindet, kann sehr gut die Anwesenheit geringer Anteile von Rauch oder anderen Produkten einer beginnenden Verbrennung festgestellt werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Korona-Entladung in der Luft oder anderem zu untersuchendem Gas gebildet, wobei die Korona-Entladung ein normales Maß an Ionisation bewirkt, wenn das Gas im Normalzustand ist, wobei das Maß der innisation des Gases gemessen wird, um zu bestimmen, wie sich dies zum normalen Maß verhält. Dabei kann durch das Maß der -Ionisation angezeigt werden, ob eine gasförmige Substanz, die von diesem Gas unterschiedlich ist, sich in Mischung mit diesem Gas befindet.

Häher gesagt, kann in der Nähe der Korona-Entladung- eine bestimmte Gasmenge abgegrenzt v/erden, in welcher nur ein geringer Zerfall der Ionisation stattfindet, die durch die liorona-Ent-

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ladung hervorgerufen worden ist. Daraufhin wird dann die Ionisation dieser bestimmten Gasmenge gemessen. Das Haß der Ionisation weicht dabei entschieden von einem normalen Maß ab, wenn bestimmte Gase oder Bauchbestandteile anwesend sind, wodurch die inzeige von sehr geringen Anteilen von Gas oder Hauch möglich wird.

Hierbei kann man gemäß der Erfindung ein Paar Elektroden verwenden, die zwischen sich eine Gasmenge aufnehmen, ferner Mittel zur Aufbringung einer Spannung zwischen den Elektroden, die eine Korona-Entladung in dem Gas an einer Elektrode bewirken, Mittel welche die andere Elektrode in einer Stellung nahe der Korona-Entladung anbringen, so daß die Korona in einem hohen Maße die Gasmenge zwischen den Elektroden ionisiert und Strommeßmittel, die mit einer Elektrode zur Messung des Ionisationsstromes verbunden sind.

Wenn die Einrichtung zur Anzeige von Rauch und Feuer dient, kann man die Elektroden derart anordnen, daß diese der Atmosphäre ausgesetzt sind und man kann Strommeßgeräte verwenden, welche kontinuierlich den Ionisationsstrom der Korona messen.

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Die Erfindimg ist nachstehend anhand der .Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, und in

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Figo 1 ο

Eine Elektrodenanordnung 10 weist einen Draht 11 auf, der eine Elektrode bildet, an welcher eine positive Korona-Entladung ausgelöst wird und eine Hülse 12, welche eine negative Elektrode bildet, welche den Draht 11 konzentrisch umgibt. Details, mittels welcher der Draht 11 montiert ist, sind für das Verständnis der Erfindung nicht wichtig. Es sei lediglich bemerkt, daß die gegenüberliegenden Endteile des Drahtes 11 an Isolierkappen 13 an gegenüberliegenden Enden der Hülse 12 befestigt sind, wobei eine Feder 14 vorgesehen ist, welche den Draht in ausgefluchteter gespannter Stellung hält. Gegenüberliegende Teile der Hülse 12 sind mit Öffnungen 15 beträchtlicher Größe versehen, welche die Zirkulation von Gas durch die Hülse relativ zum Draht 11 ermöglichen.

Eine Spannungsquelle 16 ist mit dem Draht 11 verbunden und bringt eine positive Spannung auf, welche eine Korona-Entladung in dem Gas an dem Draht auslöst. Die negative Hülse 12

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ist in einen Stromkreis mit der Spannungsquelle 16 eingeschaltet, z.B· durch Erdverbindungen. Ebenso ist in den stromkELS mit der Hülse 12 ein Strommesser 17 eingeschaltet, welcher den Ionisierungsstrom der Korona mißt»

pur den Fachmann versteht es sich, daß das Gas um den Draht in Abhängigkeit von der Auslösung der Korona-Entladung foto-" ionisiert wird. Bei der Dimensionierung der Elektrodenhülse 12 wird ein Durchmesser gewählt, welcher die Hülse 12 in eine solche Nähe zum Draht 11 bringt, in welcher die innere Fläche der Hülse 12 sich in der Nähe der Korona-Entladung befindet. Diese Nähe ist derart, daß die Hülse 12 eine Gasmenge umgrenzt, welche die Korona-Entladung in einem relativ hochionisierten Zustand hält. Mit anderen Worten, die Hülse 12 und der Draht sind so zueinander angeordnet, daß nur ein geringer Zerfall der Ionisation in dem Gas zwischen den Elektroden stattfindet.

Es wurde festgestellt, daß die Einrichtung besonders gut arbeitet, wenn der Innendurchmesser der Hülse 12 etwa 0,7 cm (0,275 ") beträgt und der Draht 11 ein Wolfram-Draht mit einem Durehmesser von etwa 0,008 (0,003 ") ist. Es wird dann eine wirksame Korona-Entladung durch Aufbringung einer 3»400 Volt Spannung zwischen den Elektroden erzeugt. Die Erfindung soll jedoch nicht auf diese vorerwähnten Maßangaben beschränkt sein, da die Erfindung auch bei anders ausgebildeten Elektroden arbeitet. Beispielsweise kann eine Hülse mit größerem Durch-

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messer, etwa von 3,8 cm (1,5 ^lf) verwendet werden, wobei dann eine Korona-Entladung durch Aufbringung von 6.400 Volt ausgelöst wird. Es ist lediglich erforderlich, daß die Hülse eine Gasmenge umgrenzt, in welcher nur ein geringer Zerfall der durch die Korona-Entladung bewirkten Ionisation möglich ist. Jedoch arbeitet die Einrichtung bei größeren Durchmessern der Hülse etwas weniger wirksam und vorzugsweise verwendet man eine Hülse mit einem Durchmesser in der Größenordnung yon etwa 0,7 cm (0,275^tl)· ^Es wurden Elektroden mit einer Länge von etwa 9 cm (3,5^IT) und etwa So cm (8'») verwendet, jedoch ist ihre bestimmte Länge relativ unwichtig und kann unter Berücksichtigung der Strommengen gewählt werden, die erforderlich sind, um die Anzeige eines bestimmten Meßgerätes 17 zu bewirken.

Beim Gebrauch der erfindungsgemäßen Einrichtung wurde festgestellt, daß diese keinen irgendwie wesentlichen Niederschlag von Staubpartikeln bewirkt, was unerwünscht wäre. Der !Potoionisationseffekt der Korona-Entladung bewirkt, daß der Ionisationsstrom auf anwesende Gase anspricht. Bei einem Beispiel wurden 16.000 Teile pro Million Kohlendioxyd zu relativ reiner Luft zugegeben und festgestellt, daß der Ionisationsstrom einen Betrag von 19 Mikro-Amp. aufwies, verglichen mit 35 Mikro-Amp. bei relativ reiner Luft» Tatsächlich kann sehr leicht die Gegenwart von Kohlendioxyd selbst in einem kleinen Verhältnis von 8.000 Teilen pro Million angezeigt werden. Auf

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diese Weise können Produkte einer beginnenden Verbrennung und andere Gase angezeigt werden, die in swhr geringen Verhältnissen anwesend sind, einschließlich Kohlenmonoxyd, Schwefeldioxyd, Schwefelwasserstoff, Methan und gasförmigen Substanzen, wie Rauch·

Ss erscheint nicht notwendig, eine Tollständige Theorie für die Wirkungsweise der Erfindung zu geben, es wird jedoch angenommen, daß der Erfolg der Erfindung sich aus der sToßionisation ergibt, die durch den Fotoeffekt einer Korona-Entladung bewirkt wird, zusammen mit der Tatsache, daß die Ionen sich lediglich ein kurzes stück bis zu einer Elektrode bewegen müssen und sich nicht in einem wesentlichen Maße in dem Gas verbrauchen bzw. zerfallen. Unterschiedliche Gase haben dann beträchtlich verschiedene Einflüsse auf das Haß der Ionisation.

Sie Erfindung erlaubt die Anzeige sehr geringer Anteile von produkten anfänglicher Verbrennung, wenn diese sich in Mischung mit der Luft befinden und erlaubt den Bau eines wirksamen Rauch- und Peueranzeigere, der mit geringen Kosten hergestellt und unterhalten werden kann, ohne die Gefahren radioaktiver Stoffe zu haben. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht begrenzt auf Rauch- und Feueranzeiger, sondern kann auch in weiteren Fällen verwendet werden, in denen geringe Anteile eines Gases angezeigt werden sollen, das von einem Gas, mit dem

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es in Mischung ist, unterschiedlich ist.

Patentansprüche :

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Claims

Patentansprüche :

1, y Verfahren zur Anzeige einer gasförmigen Substanz in einem Gas, welche von diesem unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korona-Entladung in dem Gas ausgelöst wird, welche ein normales Maß an Gasionisation bewirkt, wenn sich das Gas im Normal- oder Reinzustand befindet, und daß das Maß der Ionisation gemessen wird, um durcl Abweichungen von dem normalen Maß der Ionisation anzuzeigen, ob eine gasförmige Substanz, die sich von dem. Gas unterscheidet, sich in Mischung mit dem Gas befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hähe der Korona-Entladung eine Gasmenge umgrenzt wird, in welcher nur ein relativ kleiner Zerfall der durch die Korona bewirkten Gasionisation stattfindet, wobei die Ionisation der Gasmenge gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Korona-Entladung erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas einem Elektrodenpaar entgegenge-

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setzter Polarität ausgesetzt und eine Korona-Entladung in dem Gas an einer der Elektroden ausgelöst wird, wobei die Elektroden in solcher Nähe zueinander angeordnet werden, daß sie eine Grasmenge umgrenzen, die in einem relativ hohen Maße durch den lOtoionisationseffekt der Korona-Entladung ionisiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Spannung auf die Elektrode aufgebracht wird, an welcher die Korona-Entladung gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräsmenge auf eine Abmessung begrenzt wird, welche nicht mehr als 1,9 cm (0,75") beträgt, gemessen zwischen den Oberflächen der gegenüberliegenden Elektroden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einer Luftzirkulation zwischen den Elektroden ausgesetzt werden, wobei der zwischen den Elektroden fließende Strom kontinuierlich gemessen wird, um durch eine Änderung des Stromes eine Änderung der Menge der gasförmigen Substanz in der Luft anzuzeigen.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ein Paar Elektroden (11,12), welche zwischen sich eine Gasmenge aufnehmen können, Mittel (16) zur Aufbringung einer Spannung

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zwischen den Elektroden, welche eine Korona-Entladung in dem Gas an einer Elektrode (11) auslösen, Mittel (13)ι welche die andere Elektrode (12) in einer der Korona nahen Stellung anbringen, derart, daß diese die Gasmenge in einem hohen Maße ionisiert, welche sich zwischen den Elektroden befindet und durch Strommeßmittel (17), welche mit einer Elektrode (12) zur Messung des Stromes verbunden sind, welcher bei der Erzeugung der Korona-Entladung fließt.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (16) zur Aufbringung einer Spannung auf die Elektroden (11,12) eine positive Korona-Entladung bewirken.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11,12) einen Abstand voneinander von nicht mehr als etwa 1,9 cm (0,75 ") aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als ein Draht und eine Platte ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht und die platte einen gleichbleibenden Abstand voneinander aufweisen, der nicht mehr als etwa 1,9 cm (0,75 ") beträgt.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Elektroden (11,12) etwa 0,7 cm (0,275 ^lf) beträgt.
H. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als Hülse (12) ausgebildet ist, die konzentrisch zu dem Draht (11) angeordnet ist, wobei die Hülse Öffnungen (15) für eine Zirkulation des Gases relativ zu der Korona-Entladung an dem Draht aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Hülse (12) nicht mehr als etwa 3,8 cm (1,5") beträgt»

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