DE19624683C1 - Wärmeleitfähigkeitsdetektor - Google Patents

Description

Bei einem aus der EP-A-0 039 956 bekannten Wärmeleitfähig­ keitsdetektor sind ein Heizwiderstand in einer von einem Meß­ gas durchströmten Meßkammer und ein weiterer Heizwiderstand in einer Vergleichskammer zusammen mit weiteren Widerständen zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet, die mit kon­ stantem Strom gespeist wird. Die in dem Heizwiderstand er­ zeugte Wärme wird unter Ausnutzung der Wärmeleitfähigkeit des Meßgases auf die Wand der Meßkammer übertragen, wobei sich die Temperatur und damit der Widerstandswert des Heizwider­ standes bei höherer Wärmeleitfähigkeit des Meßgases verrin­ gert und bei niedrigerer Wärmeleitfähigkeit erhöht. Daraus resultierende Änderungen des Widerstandswertes des Heizwider­ standes in der Meßkammer gegenüber dem weiteren Heizwider­ stand in der Vergleichskammer führen zu einer Änderung der Brückendiagonalspannung, die als Meßwert erfaßt wird. Um bei den Messungen einen Wärmetransport aufgrund der Wärmekapa­ zität des Meßgases und somit Meßwertverfälschungen zu ver­ meiden, wird die Meßgaszufuhr in die Meßkammer zyklisch unterbrochen und jede Messung erst dann ausgeführt, wenn das Meßgas in der Meßkammer zur Ruhe gekommen ist.

Bei Änderungen des Meßgases stellt sich bei dem Heizwider­ stand in Abhängigkeit von der geänderten Wärmeleitfähigkeit des Meßgases eine neue Temperatur ein. Da die neue Temperatur mit einer zeitlichen Verzögerung erreicht wird, kann die nachfolgende Messung erst nach Ablauf dieser Verzögerung er­ folgen. Zur Vermeidung solcher Meßverzögerungen werden daher bei gleichermaßen aus der WO 93/02352 und der DE-OS 23 11 103 bekannten Wärmeleitfähigkeitsdetektoren die Heizwiderstände auf eine konstante Temperatur geregelt, wobei als Meßwert die Differenz der jeweils benötigten Heizspannungen oder Heizströme erfaßt wird.

Von Wärmeleitfähigkeitsdetektoren grundsätzlich zu unter­ scheiden sind Strömungsdetektoren, die, wie aus der DE-AS 15 73 098 oder der bereits erwähnten DE-OS 23 11 103 bekannt, ebenfalls mit Heizwiderständen arbeiten können. Hierbei wird jedoch nicht der Wärmetransport aufgrund der Wärmeleitfähigkeit eines Meßgases, sondern der Wärmetransport aufgrund der Strömung eines Gases erfaßt. Dazu sind bei dem aus der DE-AS 15 73 098 bekannten Strömungsdetektor zwei im Gasstrom hintereinanderliegende Heizwiderstände zusammen mit weiteren Widerständen zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet, die mit einer konstanten Spannung ge­ speist wird. Bei der Messung wird der von dem strömenden Gas zuerst getroffene Heizwiderstand stärker abgekühlt als der nachgeordnete Heizwiderstand, was zu einer Änderung der als Meßwert erfaßten Brückendiagonalspannung führt. Bei dem aus der DE-OS 23 11 103 bekannten Strömungsdetektor werden beide Heizwiderstände jeweils auf konstante Temperatur geregelt, wobei als Meßwert die Differenz der benötigten Heizspannungen erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeleit­ fähigkeitsdetektor anzugeben, der sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch den in Anspruch 1 angegebenen Wärmeleitfähigkeitsdetektor gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmeleit­ fähigkeitsdetektors sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmeleit­ fähigkeitsdetektors besteht darin, daß im Unterschied zu den bekannten Wärmeleitfähigkeitsdetektoren eine Vergleichskammer nicht vorhanden ist, so daß der Aufbau des erfindungsgemäßen Wärmeleitfähigkeitsdetektors besonders einfach ist. Von außen kommende Temperaturschwankungen wirken sich auf beide Heiz­ widerstände im Hinblick auf die Bildung des Meßsignals gleichsinnig aus und beeinträchtigen so nicht die Messung.

Damit die Wärmekapazität von Materialien, die die Heizwider­ stände umgeben, z. B. Tragkörper für die Heizwiderstände, auf die Signalhöhe und Ansprechzeit des Meßsignals keinen Einfluß haben, werden die Heizwiderstände vorzugsweise jeweils auf konstante Temperaturen geregelt.

Bei strömenden Medien ist der zweite Heizwiderstand mit der höheren Temperatur stromabwärts zu dem ersten Heizwiderstand angeordnet, so daß Meßwertverfälschungen durch einen Wärme­ transport aufgrund der Wärmekapazität des strömenden Mediums ausgeschlossen sind.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, die beispielhaft ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wärmeleitfähigkeits­ detektors zeigt.

Eine Meßkammer MK wird von einem zu untersuchenden Medium in Richtung des Pfeiles MG durchströmt. In der Meßkammer MK ist ein erster Heizwiderstand R1 angeordnet, der mittels einer Einrichtung G1 auf eine erste konstante Temperatur T1 gere­ gelt wird. Dazu beaufschlagt die Einrichtung E1 den Heiz­ widerstand R1 bei einer Heizspannung U1 mit einem Heizstrom I1, wobei die Heizspannung U1 und/oder der Heizstrom I1 der­ art geregelt werden, daß sich für den temperaturabhängigen Heizwiderstand R1 ein vorgegebener konstanter Widerstandswert einstellt. Stromabwärts zu dem ersten Heizwiderstand R1 ist in der Meßkammer MK ein zweiter Heizwiderstand R2 angeordnet, der durch eine zweite Einrichtung E2 über eine Heizspannung U2 und einen Heizstrom I2 auf eine zweite konstante Tempera­ tur T2 geregelt wird, die um etwa 100°C größer als die Tem­ peratur T1 des ersten Heizwiderstandes ist. Zur Bildung eines Meßsignals S wird in einer Einrichtung M die Differenz der beiden Heizleistungen U1 · I1 und U2 · I2 der beiden Heizwider­ stände R1 und R2 gebildet.

In Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des zu unter­ suchenden Mediums wird die in dem zweiten Heizwiderstand R2 erzeugte Wärme auf den ersten Heizwiderstand R1 übertragen. Die daraus resultierende Änderung der Differenz der Heizlei­ stungen U1 · I1 und U2 · I2 der beiden Heizwiderstände R1 und R2 ist das Meßsignal S. Dadurch, daß der zweite Heizwiderstand R2 mit der höheren Temperatur T2 stromabwärts angeordnet ist, wird das Ergebnis der Wärmeleitfähigkeitsmessung nicht durch einen Wärmetransport aufgrund der Wärmekapazität des zu un­ tersuchenden strömenden Mediums verfälscht.

Der erfindungsgemäße Wärmeleitfähigkeitsdetektor wird vor­ zugsweise bei der Gaschromatographie verwendet, wobei das die Trennsäule des Gaschromatographen verlassende Trägergas den Wärmeleitfähigkeitsdetektor durchfließt. Als Trägergas wird üblicherweise ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, wobei in dem Trägergas enthaltene Meßkomponenten in Relation zum Trägergas eine andere, meistens geringere, Wärmeleit­ fähigkeit aufweisen. Tritt nun eine Meßkomponente in den Wär­ meleitfähigkeitsdetektor ein, so ändert sich die Wärmeleit­ fähigkeit und der dadurch ermöglichte Wärmetransport von dem zweiten Heizwiderstand R2 zu dem ersten Heizwiderstand R1.

Claims (6)

1. Wärmeleitfähigkeitsdetektor zur Erfassung der Wärmeleit­ fähigkeit eines zu untersuchenden Mediums,

• - mit einem von dem Medium umgebenen ersten Heizwiderstand (R1),
• - mit einem von dem Medium umgebenen und zu dem ersten Heizwiderstand (R1) benachbarten zweiten Heizwiderstand (R2),
• - mit einer Einrichtung (E1) zur Regelung des ersten Heiz­ widerstandes (R1) auf eine erste Temperatur (T1),
• - mit einer Einrichtung (E2) zur Regelung des zweiten Heiz­ widerstandes (R2) auf eine um eine konstante Temperatur­ differenz höhere zweite Temperatur (T2) und
• - mit einer Einrichtung (M) zur Bildung eines Meßsignals (S) durch Vergleich der Heizströme (I1, I2) oder Heizspannungen (U1, U2) für beide Heizwiderstände (R1, R2).

2. Wärmeleitfähigkeitsdetektor nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (E1, E2) die Heiz­ widerstände (R1, R2) jeweils auf konstante Temperaturen (T1, T2) regeln.

3. Wärmeleitfähigkeitsdetektor nach Anspruch T oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Meßsignal (S) aus der Differenz der Heizleistungen (U1 · I1, U2 · I2) beider Heizwider­ stände (R1, R2) gebildet wird.

4. Wärmeleitfähigkeitsdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei strömendem Medium der zweite Heizwiderstand (R2) stromabwärts zu dem ersten Heiz­ widerstand (R1) angeordnet ist.

5. Wärmeleitfähigkeitsdetektor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste konstante Tem­ peratur (T1) geringfügig über der Temperatur des Mediums liegt.

6. Wärmeleitfähigkeitsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Temperaturdifferenz etwa 100°C beträgt.