CH639763A5 - Ueberwachungsvorrichtung, in welcher die menge wenigstens einer ausgewaehlten komponente eines fluidgemisches gemessen wird. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung, bei welcher die Menge wenigstens einer ausgewählten Komponente eines Fluidgemisches gemessen wird, mit einer Sammelschicht mit einer Stirnseite zum Sammeln der ausgewählten Komponente, mit einem Boden, der die Sammelschicht trägt, falls sie nicht selbsttragend ist, und mit einer Hüllwand,

die dazu dient, die Sammelschicht zu umhüllen und wenigstens eine Kammer abzugrenzen, die einen Eintritt aufweist, durch den hindurch das Fluidgemisch in die Kammer diffundiert, und wobei eine ruhige Schicht Fluid innerhalb der Kammer angeordnet ist.

Es besteht ein Bedürfnis zur quantitativen Ermittlung von Stoffen, die auf die Umgebung in Fluiden wie Luft, Wasser usw. Einfluss haben. In den vergangenen Jahren ist eine je länger je grössere Aufmerksamkeit darauf gelenkt worden, Industriearbeiter in einer Umgebung arbeiten zu lassen, die keine gefährlichen Mengenanteile giftiger Stoffe aufweist. Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) der United States Government, Department of Labor hat Verordnungen erlassen, mit denen gefordert wird, dass industrielle Ümgebungen überwacht werden, um das Mass festzustellen, in welchem Arbeiter verschiedener gefährlicher Gase ausgesetzt sind. Es wurden Normen aufgestellt, die die Menge eines jeweiligen gefährlichen Gases, dem ein Arbeiter während einer vorbestimmten Zeitspanne ausgesetzt werden darf, begrenzen.

Um das Ausmass festzustellen, gemäss welchem eine Einzelperson einer jeweiligen Verunreinigung ausgesetzt ist, müssen Proben des Fluidgemisches entnommen werden, welche diese Verunreinigung enthalten. Üblicherweise wurden solche Proben entnommen, indem Probenpumpen verwendet worden sind oder abgesogene Volumen verwendet wurden, um damit ein vorbestimmtes Volumen des Verunreinigungen enthaltenden Fluids durch einen zweckdienlichen Filter oder in einen Behälter zu führen. Dieses Verfahren zum Entnehmen von Proben wurde in einem grossen Ausmass vereinfacht und verbessert, indem diffusionsgesteuerte Überwachungseinrichtungen eingeführt wurden, die denjenigen entsprechen, die in den US-PS 3924219 und 3950980 offenbart sind, welche dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehören. Diese Vorrichtungen nützen die Brownische Bewegung aus, um das Entnehmen der Proben in ein Sammelmedium zu steuern. Diese Vorrichtungen weisen ein leichtes Gewicht auf, behindern nicht, sind ökonomisch und benötigen keine äussere Energiequelle. Diese Vorrichtungen weisen eine Umhüllung auf, welche eine Sammelschicht enthält, die mit der Verunreinigung oder Verunreinigungen aus dem Umgebungsfluid eine Umsetzung durchführt oder diese Verunreinigungen wählbar entfernt, wobei eine oder mehrere Dämpfungsschichten die Öffnung der Umhüllung verschliessen.. Das Umgebungsfluid tritt durch die Dämpfungsschicht mittels Diffusion in die Vorrichtung ein, und die ausgewählte Komponente diffundiert durch eine ruhige Schicht eines Fluids hindurch, um die Sammelschicht zu erreichen. Die ruhige Schicht nimmt ein Volumen innerhalb des Gehäuses ein und ist mittels der äusseren Dämpfungsschicht vom Umgebungsfluid getrennt. Die Dämpfungsschicht bzw. Dämpfungsschichten und die ruhige Schicht bzw. ruhigen Schichten des Fluids vermindern in beträchtlichem Mass unerwünschte Auswirkungen, die durch das Bewegen des Fluids relativ zur Vorrichtung entstehen. Nachdem die ausgewählten Verunreinigungen während einer vorbestimmten Zeitspanne von der Sammelschicht gesammelt worden sind, kann die Konzentration der Verunreinigung im Umgebungsfluid festgestellt werden, indem die Sammelschicht analysiert wird, wobei verschiedene herkömmliche Verfahren verwendet werden, abhängig von der chemischen Eigenschaft der Sammelschicht und der überwachten Verunreinigung.

Bei einer diffusionsgesteuerten Überwachungsvorrichtung, die gemäss der oben beschriebenen ausgebildet ist, ist es erwünscht, folgende Eigenschaften auf einen Maximalwert zu bringen: (1) Unabhängigkeit von Geschwindigkeit; (2) Empfindlichkeitssteuerung über einen weiten Bereich der Konzentration der Verunreinigung; und (3) Gleichförmigkeit des

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molekularen oder atomaren Stromes pro Flächeneinheit bei der Sammelschicht. Die Vorrichtungen, die gemäss dem Stand der Technik ausgebildet sind, weisen nicht die optimale Kombination aller vorgenannten drei Eigenschaften auf. Insbesondere stellen die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht eine hohe Empfindlichkeit zur Verfügung (für eine Verwendung in Umgebungen mit tiefer Konzentration), ohne dass gleichzeitig die Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten vermindert ist.

Mit Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten in einer Dif-fusionsüberwachungsvorrichtung ist das Ausmass der Freiheit von Auswirkungen unterschiedlicher Fluidgeschwindig-keiten im Bereich unmittelbar neben der Überwachungsvorrichtung gemeint. Um die Bedeutung der Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit zu verstehen, ist folgendes in Betracht zu ziehen.

Moleküle, welche von einer Diffusionsüberwachungsvor-richtung zur Probe entnommen werden, müssen durch folgendes hindurchbewegt werden: (1) eine äussere Grenzschicht, die dem Durchtritt der Moleküle einen veränderlichen Widerstand entgegensetzt und (2) eine innere, ruhige Schicht, die dem Durchgang der Moleküle einen verhältnismässig unveränderlichen Widerstand entgegensetzt.

Die äussere Grenzschicht ist mit der Aussenseite der äusserten Dämpfungsschicht verbunden, und der Widerstand dieser Schicht ändert sich entsprechend der Geschwindigkeit des Fluids. Die innere ruhige Schicht ist zwischen der äusser-sten Dämpfungsschicht und der Sammelschicht angeordnet, und ihr Widerstand bleibt unverändert, wenn die Schicht ruhig bleibt.

Wenn die Grössenveränderungen des Widerstandes, der durch die äusserste Grenzschicht erzeugt wird, in bezug auf die ruhige Schicht bzw. den inneren Widerstand klein sind, weist die Überwachungsvorrichtung eine hohe Unempfind-lichkeit bezüglich der Geschwindigkeit auf. Wenn das Verhältnis von innerem zu äusserem Widerstand erhöht wird, kann diese Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten erhöht werden. In der vorliegenden Erfindung wird die Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten vergrössert, ohne dass dabei der molekulare Strom pro Flächeneinheit bei der Sammelschicht beeinträchtigt wird.

Bei den Vorrichtungen, die gemäss dem Stand der Technik ausgebildet sind, die derjenigen entsprechen, die in der US-PS 3950980 offenbart ist, wird ein Steuern der Empfindlichkeit erreicht, indem die Dicke der Dämpfungsschichten und der ruhigen Schicht verändert wird. Stärker dämpfende Dämpfungsschichten, wie beispielsweise poröse Platten eines körnigen Stoffes, vermindern den Mengenstrom des in die Vorrichtung eintretenden Fluides, so dass die Empfindlichkeit vermindert ist. Schwächer dämpfende Dämpfungsschichten und verminderte Dicke der ruhigen Schicht lassen zu,

dass eine grössere Menge des Fluides in die Vorrichtung eintreten kann, so dass folglich die Empfindlichkeit erhöht ist. Jedoch wurde diese erhöhte Geschwindigkeit durch die Verwendung von schwächer dämpfenden Beruhigungsmitteln und einer verkleinerten Dicke der ruhigen Schicht nur durch ein Opfern der Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit erhalten.

Ziel der Erfindung ist, die genannten Nachteile zu beheben und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit aufweist, ohne dass die Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit geopfert werden muss. Weiter soll die Empfindlichkeit vermindert werden, ohne dass behindernde Dämpfungsanordnungen verwendet werden müssen. Es soll nun ein Steuern der Empfindlichkeit der Vorrichtung innerhalb eines weiten Bereiches erzielt werden, ohne dass die Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit geopfert werden muss. Diese Steuerung der Empfindlichkeit über einen weiten

Bereich macht es möglich, dass eine Mehrkammerüberwa-chungsvorrichtung erzeugbar ist, bei der jede Kammer eine unterschiedliche Empfindlichkeit aufweist, und wobei jede Sammelschicht jeweils für sich getrennt analysierbar ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.

Bei den Vorrichtungen gemäss dem Stand der Technik hatte die Verwendung von hemmenden Dämpfungsgliedern, beispielsweise porösen Platten und/oder Diffusionsmaschenwerke, obwohl diese für viele Anwendungsfälle zufriedenstellend sind, zur Folge, dass bei der Sammelschicht ein nicht gleichförmiger molekularer Strom pro Flächeneinheit vorhanden ist, d.h. das Ansammeln von Molekülen der Verunreinigung würde bei einigen Bereichen der Sammelschicht gross sein und bei anderen Bereichen klein sein. Mit der vorliegenden Vorrichtung ist nun ein gleichförmiger Strom pro Flächeneinheit möglich, der der Forderung einer Steuerung der Empfindlichkeit über einen weiten Bereich und auch der Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit entspricht.

Zusammengefasst kann bei der vorliegenden Vorrichtung die Empfindlichkeit an weite Konzentrationsbereiche der Verunreinigung der Umgebung, welche überwacht wird, angepasst werden. Es ist eine dauernde gleichförmige Ablagerung der gesammelten Verunreinigung möglich. Die vorliegende Vorrichtung ermöglicht für jede vorgegebene Konzentration der Verunreinigung eine Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten, währenddem eine Auswählbarkeit der Grössenordnung des molekularen Stromes pro Flächeneinheit bei der Sammelschicht beibehaltbar ist. Weiter können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Mehrkammervorrichtungen geschaffen werden, in denen die Empfindlichkeit von Kammer zu Kammer verschieden ist. Solche Vorrichtungen sind in einem weiten Bereich von Konzentrationen der Verunreinigung genau. Wenn die Sammelschicht bzw. die Sammelschichten solcher Mehrfachkammervorrichtungen ein sichtbares Auslesen enthalten, beispielsweise eine kalibrierte Farbänderung, ist es möglich, dass der Verwender der Vorrichtung selbst beobachten kann, zu welchem Ausmass er einer besonderen Konzentration ausgesetzt ist, indem er das Fortschreiten der Farbänderung von den empfindlichsten Kammern bis zur am wenigsten empfindlichen Kammer beobachtet.

Wenn eine Komponente einer festen, d.h. unveränderlichen Konzentration in einem Fluid festgestellt wird, wird die Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung durch die Moleküle bestimmt, die pro Flächeneinheit gesammelt wurden oder eine Umsetzung durchgeführt haben. Je grösser die Anzahl der Moleküle pro Flächeneinheit ist, desto grösser ist die Empfindlichkeit der Übewachungsvorrichtung, und die Empfindlichkeit nimmt ab, wenn weniger Moleküle pro Flächeneinheit auf der Sammelschicht gesammelt werden. Der molekulare Strom pro Flächeneinheit (J) der gemessenen Komponente auf der Sammelschicht in einer Diffusionsüber-wachungsvorrichtung ist mit der Empfindlichkeit der Vorrichtung verbunden.

Der molekulare Strom pro Flächeneinheit (J) wird definiert als die Anzahl der Moleküle, die innerhalb der Zeitspanne t pro Flächeneinheit der Sammelschicht auftreffen.

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Nach dem Integrieren der obigen Beziehung können die Moleküle, die pro Flächeneinheit während einer Zeitspanne t in einer vorbestimmten Fläche A gesammelt werden, mittels folgender Beziehung ausgedrückt werden:

n/A = J t + K

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wobei n die gesamte Zahl der gesammelten Moleküle bedeutet und K eine Integrationskonstante ist. Daher ist die gesamte Anzahl der pro Flächeneinheit gesammelten Moleküle, oder damit umgesetzten Moleküle, der Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung direkt proportional und ist auch direkt dem molekularen Strom pro Flächeneinheit proportional, der bei der Sammelschicht der Überwachungsvorrichtung vorhanden ist. Die Ermittlungsempfindlichkeit der Diffusionsüberwachungsvorrichtungen kann dann geändert werden, indem man den molekularen Strom pro Flächeneinheit auf die Sammelschicht der Komponente steuert, welche gemessen wird. Eine Überwachungsvorrichtung, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, weist ein zylindrisches Gehäuse auf, durch welches die Moleküle hindurch diffundieren müssen, bevor sie die Sammelschicht erreichen. Der molekulare Strom pro Flächeneinheit (J) (Moleküle/s/cm2) auf die Sammelschicht in einer solchen Vorrichtung kann durch Ficks erstes Gesetz der Diffusion ausgedrückt werden

J = - D dc/dx wobei D der binäre Diffusionskoeffizient ist, und dc/dx der Konzentrationsgradient innerhalb des Gehäuses bedeutet. Beim Eintritt zum Diffusionsgehäuse, wo x = 0, ist die Konzentration C im wesentlichen gleich der Konzentration Ci der Umgebung. Bei der Sammelschicht, wo x = 1, wobei 1 die Dicke des Gehäuses ist, beträgt die Konzentration Co. Die obige Beziehung kann in eine Dimension integriert werden, um folgende Beziehung zu ergeben:

J = (Q - Co) D/1

Daher ist der molekulare Strom pro Flächeneinheit (J) umgekehrt proportional zur Dicke (1) des Diffusionsgehäuses und direkt proportional zum Unterschied zwischen der Konzentration (Cj) im Eintritt von der Konzentration (Co) bei der Sammelschicht des Diffusionsgehäuses. Wenn solche Überwachungsvorrichtungen verwendet werden, um Fluid mit einer unveränderlichen Konzentration (Cj) aus der Umgebung zu messen, ist die Dicke (1) des Diffusionsgehäuses ein Mittel, um den molekularen Strom pro Flächeneinheit (J) auf die Sammelschicht zu steuern und daher die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu steuern.

Bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann der Molekülstrom pro Flächeneinheit auf die Sammelschicht und daher die Empfindlichkeit der Probenentnahme gesteuert werden, indem z.B. die diametrische Form der Diffusionskammer bzw. des Durchganges unmittelbar neben der Sammelschicht und/oder dem ensprechenden Sammelschichtbe-reich und Kammereintrittsbereich geändert wird. In den zylindrischen Diffusionsgehäusen, die gleichförmig verlaufende, vertikale Seitenwände aufweisen, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, verläuft die Diffusion eindimensional, weil der Gradient der Konzentration der Moleküle der ausgewählten Komponente im Gehäuse entlang der Zylinderachse linear verläuft. Falls die Diffusionsgehäuse nicht gleichförmige, vertikale Seitenwände aufweisen, wird die Diffusion in mehr als einer Dimension erfolgen, weil der Gradient der Konzentration in mehr als einer Richtung gerichtet sein wird.

Diese mehrfach gerichteten Gradienten sind in den Vorrichtungen gemäss dem Stand der Technik, beispielsweise der US-PS 3950980 bis zu einem solchen Ausmass vorhanden gewesen, dass diese innerhalb des Inneren der porösen Dämpfungsschichten stattfanden, die in den Überwachungsvorrichtungen gemäss dem Stand der Technik verwendet worden sind. In diesen Fällen war jedoch die Auswirkung immer in der Richtung eines Verminderns des molekularen Stromes pro Flächeneinheit bei der Sammel- bzw. Umsetzungsschicht, und das Vorhandensein der Dämpfungsschicht bewirkte zeitweilig eine ungleichförmige molekulare Ablagerung bzw. Umsetzung. Bei der vorliegenden Erfindung finden wir nun, 5 dass indem: (1) die Grösse und Form der Kammer; und (2) das Verhältnis des Flächenmasses der Sammelschicht zum Flächenmass der Kammereintritt gesteuert wird, man entweder eine Vergrösserung oder eine Verkleinerung des molekularen Stromes pro Flächeneinheit erreichen kann, und daher 10 eine Vergrösserung oder Verkleinerung der Empfindlichkeit bei der Sammelschicht erreichen kann und auch dauernd einen gleichförmigen, molekularen Strom pro Flächeneinheit und eine Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit erreichen kann. Daher können verschiedene Einzelkammerüberwa-15 chungsvorrichtungen hergestellt werden, um weite Bereiche der Konzentration in der Umgebung festzustellen.

Obwohl die Steuerung der Empfindlichkeit, die mittels dieser Erfindung möglich ist, mit Überwachungsvorrichtungen mit nur einer Kammer verwendet werden kann, ist diese 20 insbesondere vorteilhaft für Mehrfachkammervorrichtungen, bei denen die Empfindlichkeit gesteuert schrittweise von Kammer zu Kammer vergrössert ist.

Die Vorrichtungen sind derart ausgerüstet, dass sie die Menge wenigstens einer ausgewählten Komponente eines 25 Fluidgemisches messen können. In der Vorrichtung ist eine Sammelschicht vorhanden, die eine Stirnfläche zum Sammeln der ausgewählten Komponente aufweist. Diese Sammelschicht ist von einem Boden getragen. Die Sammelschicht kann in gewissen Fällen auch als Boden dienen, wenn diese 30 Schicht selbsttragend ist und wenn die Berührung mit dem Umgebungsfluid nur innerhalb der Kammer stattfindet. Die Sammelschicht ist von einer Hüllwand umhüllt, so dass wenigstens eine Kammer vorhanden ist, die einen Eintritt aufweist, durch den hindurch das Fluidgemisch in die Kam-35 mer hinein diffundiert und in der die Sammelschicht angeordnet ist. Innerhalb der Kammer ist eine weitgehend ruhige Schicht eines Fluids angeordnet. Die Verhältniszahl Flächenbereich des Eintrittes der Kammer zum Flächenbereich der Stirnseite der Sammelschicht ist vorbestimmt, so 40 dass eine Messvorrichtung geschaffen ist, die einen nichtlinearen Konzentrationsgradienten der ausgewählten Komponente in die Kammer hinein aufweist und die eine molekulare Förderung durch die Kammer zwischen dem Eintritt der Kammer und der Sammelschicht aufweist, die konvergierend 45 und/oder divergierend ist. Im Gegensatz dazu können nicht ausgewählte Komponenten des Fluids frei in die Kammer hinein und aus der Kammer heraus diffundieren.

Wenn die Verhältniszahl des Flächenbereiches des Kammereintrittes zum Flächenbereich der Vorderseite der Sam-50 melschicht grösser als eins ist, und/oder wenn die Form der ruhigen Schicht derart ist, dass die molekulare Vorwärtsbewegung zusammenlaufend ist, werden die Moleküle der Verunreinigung, die in die Kammer eintraten, pro Flächeneinheit auf der Sammelschicht konzentriert. Eine solche Vorrichtung 55 weist eine vergrösserte Empfindlichkeit im Vergleich mit einer Vorrichtung auf, bei welcher r gleich oder weniger als eins ist, und ist entsprechend beim Überwachen von Umgebungen, in welchen die Konzentration der Verunreinigung klein ist, genauer. Der Ausdruck «Flächenbereich des Eintrit-60 tes zur Kammer», der in dieser Beschreibung verwendet wird, bezeichnet den flachen Oberflächenbereich der grössten Öffnung beim Kammereintritt. Der Ausdruck «Stirnfläche», der bei den Sammelschichten angewendet wird, bezieht sich auf die 1 :l-Projektion der ebenen bzw. sichtbaren Fläche, und 65 nicht auf das tatsächliche Oberflächenmass des porösen Stoffes, welches höher sein kann.

Es ist auch festgestellt worden, dass die Empfindlichkeit der Vorrichtung gesteuert werden kann, ohne dass eine Ein-

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busse an einer gleichförmigen, molekularen Absetzung oder an Unabhängigkeit von Geschwindigkeiten erlitten werden muss, indem die Form und folglich der innere Widerstand gegen den molekularen Strom pro Flächeneinheit in der Kammer des ruhigen Fluides neben der Sammelschicht geändert wird. Vorrichtungen, in denen die Wände der Kammer allgemein mit der Ebene einer gegebenen Sammelschicht einen spitzen Winkel einschliessen, weisen einen grösseren Widerstand auf und die molekulare Vorwärtsbewegung erfolgt in auseinanderlaufendem, divergierendem Sinn. Vorrichtungen, bei denen die Wände der Kammer mit der Ebene der Sammelschicht gleicher Abmessungen einen stumpfen Winkel einschliessen, weisen einen verminderten, inneren Widerstand auf, eine erhöhte Empfindlichkeit und eine zusammenlaufende, konvergierende Vorwärtsbewegung der Moleküle. Die Wände der Kammer können auch bogenförmig verlaufen, um den Widerstand der Kammer, dem sie dem molekularen Flux entgegensetzt zu erhöhen oder zu vermindern, so dass dabei die Empfindlichkeit erhöht oder vermindert wird, sogar wenn die Verhältniszahl (r) des Flächenmas-ses des Kammereintrittes zum Flächenmass der Sammelschicht die gleiche ist. Die auseinanderlaufende oder zusammenlaufende Form der Kammerwände kann auch in einer stufenweisen Form erzielt werden, dies im Gegensatz zur Verwendung von gleichförmig verlaufenden zusammen- oder auseinanderverlaufenden Wänden.

Der Ausdruck «Kammer», der in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf denjenigen Abschnitt der Vorrichtung zwischen der Sammelschicht und der Dämpfungsschicht oder der innersten Dämpfungsschicht, falls mehr als eine vorhanden ist. Kanäle innerhalb der Beruhigungsschicht bzw. dem Diffusionsgitter werden nicht als Teil der «Kammer» im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrachtet. Weiter ist es nicht notwendig, dass in allen Vorrichtungen die Kammer entlang der gesamten Entfernung zwischen Sammelschicht und Dämpfungsschicht verläuft. In einigen Vorrichtungen ist die Dämpfungsschicht etwas oberhalb der Innenwände, die die Kammer bzw. Kammern der Vorrichtung beschreiben, angeordnet, so dass ein Tragen der Dämpfungsschicht entlang ihres Umfanges möglich ist, dieses im Falle von Mehrkammervorrichtungen, so dass es möglich ist, dass die Dämpfungsschicht mehr als einer Kammer zugeordnet sein kann. Bei solchen Vorrichtungen ist ein gemeinsamer, flacher Eintrittsbereich bzw. eine Vorkammer vorhanden, welche nicht als Teil der Kammer der Vorrichtung betrachtet ist.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Überwachungsvorrichtung, die gemäss dem Stand der Technik ausgebildet ist, wie beispielsweise diese, die in der US-PS 3924219 offenbart ist, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Überwachungsvorrichtung, die gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und die eine vergrösserte Empfindlichkeit aufweist,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Überwachungsvorrichtung, die gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und die eine verminderte Empfindlichkeit aufweist,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Vorrichtung, die gleich derjenigen der Fig. 4 ausgebildet ist, die neben der porösen Grenzschicht einen Fluidsammelabschnitt aufweist,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Überwachungsvorrichtung, die Seitenwände aufweist, die in einer stufenweisen Form gegen die Sammelschicht hin zusammenlaufend ausgebildet sind,

Fig. 7 eine Aufsicht auf eine Mehrkammerüberwachungs-vorrichtung mit unterschiedlicher Empfindlichkeit, Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7,

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine Mehrfachkammersammel-vorrichtung,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 der Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt in vergrössertem Massstab gezeichnet eines Teiles der in der Fig. 10 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 12 in auseinandergezogener Darstellung eine schaubildliche Ansicht der Übergangsvorrichtung, die in den Fig. 9-11 gezeigt ist, wobei die verschiedenen Einzelteile gezeigt sind,

Fig. 13 eine Aufsicht auf eine Mehrkammerüberwa-chungsvorrichtung,

Fig. 14 einen Schnitt entlang der Linie 14-14 der Fig. 13,

Fig. 15 einen Schnitt durch eine Einkammerüberwa-chungsvorrichtung, die eine äusserst hohe Empfindlichkeit aufweist, und

Fig. 16 bis 17 Kurven, die mit verschiedenen Vorrichtungen erhalten wurden, in denen die Empfindlichkeit als Funktion der gesteuerten Beiwerte ist.

Eine Überwachungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist verwendbar, um die Menge einer ausgewählten Komponente eines Fluides in einem Gemisch festzustellen. Sie ist derart ausgebildet, dass sie von einer Einzelperson getragen werden kann oder in der Umgebung angeordnet werden kann, in welcher die ausgewählten Komponenten zur Probe entnommen werden sollen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Überwachungsvorrichtung 20 dargestellt, die gemäss dem Stand der Technik ausgebildet ist, und die keine Anordnung aufweist, um die Empfindlichkeit zu erhöhen oder zu vermindern, mit der Ausnahme, dass die Länge des zylindrischen Diffusionsgehäuses vergrössert oder verkleinert werden kann. In der Aufsicht weist die Vorrichtung 20 eine ungefähr kreisrunde Form auf und weist eine Sammelschicht 22 auf, die vom Boden 24 des Gehäuses getragen ist. Der Boden 24 ist einstückig mit den Seitenwänden 26 ausgebildet und beschreibt zusammen mit den Seitenwänden 26 ein Gehäuse 28, in welchem die Sammelschicht 22 enthalten ist. Die Sammelschicht wird am Boden 24 des Gehäuses 28 mittels eines Halteringes 30 gehalten. Über der Öffnung des Gehäuses 28 erstreckt sich eine darauf angeordnete poröse Dämpfungsschicht 32, welche zulässt, dass das Fluidgemisch in das Gehäuse 28 hineindiffundieren kann und die Auswirkungen des ausserhalb des Gehäuses sich bewegenden Fluides auf die Genauigkeit der Vorrichtung deutlich vermindert. Das Fluid innerhalb des Gehäuses 28 ist weitgehend ruhig. Die Seitenwände 26 enden bei den freien Rändern in einem Rand, in dem eine Rille 34 ausgebildet ist, in der ein Haltering 36 lösbar eingesetzt ist, der dazu dient, die poröse Dämpfungsschicht 32 abzudichten und festzuhalten. Von den Wänden 26 erstreckt sich bei einer Seite der Vorrichtung ein Flansch 38, in dem eine Öffnung 40 ausgebildet ist, mittels welcher die Vorrichtung zweckdienlich bei der vorgewählten Messstelle befestigt werden kann, beispielsweise neben dem Atembereich eines Arbeiters.

Die Verhältniszahl (r) des Flächenmasses der Vorderseite (Kammereintrittsfläche) der porösen Dämpfungsschicht 32 zum Flächenmass der vorderen Oberfläche der Sammelschicht 22 ist ungefähr eins. Somit besteht keine Erhöhung oder Verminderung des molekularen Stromes pro Flächeneinheit bei der Oberfläche der Sammelschicht.

In der Fig. 3 ist nun beispielsweise eine Überwachungsvorrichtung gezeigt, welche gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und die eine Empfindlichkeit aufweist, die höher ist als diejenige der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung. In der Aufsicht ist die Vorrichtung 42 ebenfalls weitgehend kreisförmig ausgebildet. Sie unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik in zwei hauptsächlichsten Punkten. Erstens ist das Flächenmass der Vorderseite der Dämpfungs-

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Schicht 44 beispielsweise fünfzig Mal grösser als das Flächenmass der Oberseite der Sammelschicht 46. Zweitens ist die Form der Kammer 48 geändert, indem Innenwände 50 hinzugefügt sind, die nicht senkrecht zur Ebene stehen, die durch die Sammelschicht 46 beschrieben ist, sondern im Gegensatz mit der Sammelschicht einen stumpfen Winkel einschliessen, so dass eine Kammer eines umgekehrt stehenden Kegelstumpfes gebildet ist, wobei die Sammelschicht 46 den Scheitel des Kegels bildet und die Dämpfungsschicht die Basis des Kegels bildet. Während der Zeitspanne des Entnehmens der Probe ist der molekulare Flux bei der Sammelschicht im Vergleich mit derjenigen der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 um eine Verhältniszahl grösser, die gleich der Verhältniszahl der Durchmesser des Eintrittes der Kammer zur Vorderseite der Sammelschicht entspricht, beispielsweise ungefähr 700%. Diese Vorrichtung ist zur Probeentnahme von Verunreinigungen aus Umgebungen dienlich, welche kleine Konzentrationen der Verunreinigungen enthalten. Das Flächenmass der Vorderseite der Sammelschicht 46 beträgt ungefähr 2% des Flächenmasses derjenigen der Vorrichtung, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Daraus geht hervor, dass die Kosten für die Sammelschicht im Vergleich mit denjenigen der Vorrichtung der Fig. 1 stark verkleinert sind. Weiter, weil die gesamte molekulare Strömung durch die Dämpfungsschicht viel kleiner ist, d.h. einen kleineren Mengenstrom aufweist, beispielsweise 13 bis 14% dessen der Vorrichtung der Fig. 1 und 2, sind Probenfehler aufgrund von Fluidgeschwindigkeiten in der Umgebung stark vermindert. Diese Verminderung der Fehler, die von Extremwerten der Geschwindigkeiten des Umge-bungsfluids stammen, ist eine Folge der Vergrösserung der Verhältniszahl innerer zu äusserem Widerstand gegen die Molekularströmung. Der innere Widerstand gegen die Molekularströmung hängt von der Form und den Abmessungen der Kammer neben der Sammelschicht und von (r) ab. Der äussere Widerstand ist eine Funktion der Geschwindigkeit des Umgebungsfluids und dem Flächenbereich und der Dicke der Fluidgrenzschicht ausserhalb und neben der äusserten Dämpfungsschicht der Vorrichtung. Wenn die Verhältniszahl von innerem Widerstand zu äusserem Widerstand ver-grössert wird, werden Fehler, die aufgrund der Fluidgeschwindigkeiten der Umgebung auftreten, vermindert. Die vorliegende Erfindung kombiniert nun die Verminderungen von Fehlern aufgrund der Geschwindigkeit mit einem Ver-grössern des molekularen Stromes pro Flächeneinheit bei der Sammelschicht. Bei manchen bekannten Vorrichtungen müssen Abschreibungen bei erwünschten Eigenschaften gemacht werden. Bei der vorliegenden Erfindung können die Auswirkungen aufgrund der vergrösserten Empfindlichkeit und verkleinerten Geschwindigkeit nebeneinander bestehen, und beide sind erwünscht.

Die Überwachungsvorrichtung 52 der Fig. 4 weist eine Empfindlichkeit auf, die im Vergleich mit derjenigen der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 vermindert ist, und ist dazu ausgebildet, in Umgebungen verwendet zu werden, die eine hohe Konzentration der zu überwachenden Verunreinigung aufweisen. Der Flächenbereich des Kammereintritts unterhalb der Dämpfungsschicht 44 beträgt beispielsweise ein Fünfzig-stel des Flächenbereiches der Vorderseitenfläche der Sammelschicht 56. Die Seitenwände 58 schliessen mit der Sammelschicht 56 nicht einen rechten Winkel ein und schliessen mit dieser zusammen einen spitzen Winkel ein. Die Wände 58 sind nach innen geneigt angeordnet, um eine Kammer 60 in der Form eines Kegelstumpfes zu umschreiben, welche Kammer 60 die Sammelschicht enthält, wobei die Sammelschicht 56 die Basis des Kegels bildet und die Dämpfungsschicht 54 den Scheitel des Kegels beschreibt. Die Sammelschicht 56 wird mittels eines Halteringes 62 festgehalten. Im Vergleich mit der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 ist der molekulare Strom pro Flächeneinheit bei der Sammelschicht beträchtlich vermindert, in der in dieser Figur gezeigten Darstellung ein Wert von ungefähr 86%. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass der molekulare Strom pro Flächeneinheit im 5 Abschnitt der Kammer 60 unmittelbar neben der Dämpfungsschicht 54 ungefähr 7mal grösser ist als derjenige der Fig. 1 und 2. Als Folge dieses hohen molekularen Stromes pro Flächeneinheit unmittelbar neben der porösen Öffnung der Vorrichtung sind Fehler der Proben aufgrund von Geschwindig-10 keiten vergrössert, insbesondere diejenigen, die mit kleinen Umgebungsgeschwindigkeiten auftreten. Der Grund dazu ist mit dem Grund verwandt, dass die Probenfehler aufgrund von Geschwindigkeiten für die Vorrichtung der Fig. 3 vermindert sind. Im Falle der Überwachungsvorrichtung der Fig. 4 15 ist der Widerstand der Grenzschicht viel höher als derjenige der Überwachungsvorrichtung der Fig. 3. Daher ist die Verhältniszahl von der ruhigen Schicht bzw. innerem Widerstand zur Grenzschicht bzw. äusserem Widerstand kleiner, und Fehler aufgrund von Geschwindigkeiten sind entsprechend 20 höher. Die Form der Kammer 60 ist derart, dass eine gleichförmige molekulare Ablagerung oder Umsetzung durchführbar ist.

Die Überwachungsvorrichtung 64 der Fig. 5 ist, wie auch das der Fall bei derjenigen der Fig. 4 ist, dazu ausgebildet, 25 Proben in Umgebungen zu entnehmen, welche hohe Konzentrationen der zu überwachenden Verunreinigung enthalten. Sie ist jedoch etwas abgeändert ausgebildet, um Fehler der Probenentnahmen aus Gründen der Geschwindigkeit zu vermindern, die der Vorrichtung nach der Fig. 4 eigen sind. Das 30 Flächenmass der vorderen Stirnseite der Dämpfungsschicht 66 ist ungefähr auf einem Wert vergrössert, der gleich demjenigen der Vorrichtung der Fig. 1 ist. Fluid, das durch die Dämpfungsschicht 66 in die Vorrichtung eintritt, trifft zuerst auf einen Molekülsammelabschnitt 68 auf, der durch die 35 Innenwände 70 gebildet ist, welche vom Rand aus nach innen schräg verlaufen, um damit einen Abschnitt in der Form eines auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfes zu bilden, der oben eine Öffnung 72 aufweist, welche mit der Kammer 74 verbunden ist, die neben der Sammelschicht 76 angeordnet ist. Die 40 inneren Seitenwände der Kammer 74 sind derart schief angeordnet, dass sie mit der Ebene, die von der Sammelschicht 76 beschrieben ist, einen spitzen Winkel einschliessen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewirkt das verminderte Flächenmass der Öffnung 72 im Verhältnis zum Flächenmass der 45 Sammelschicht 76 (z.B. ein Verhältnis 1:49), dass eine verminderte Empfindlichkeit vorhanden ist. Bei der Entnahme der Probe entstehende Fehler aufgrund der Geschwindigkeit sind in dieser Vorrichtung kleiner als diejenigen in der Vorrichtung der Fig. 4, und dies ungefähr um den Betrag, um welchen 50 die prozentuale Vergrösserung des Flächenmasses der Vorderseite der Dämpfungsschicht 66 ist. Der molekulare Strom pro Flächeneinheit bei der Oberfläche der Sammelfläche 77 wird auf einen Wert vermindert, der kleiner ist als derjenige der Fig. 4, weil aufgrund des Sammelabschnittes 68 den Mole-33 külen ein Widerstand entgegengesetzt ist.

Die Überwachungsvorrichtung 78 der Fig. 6 ist von der Vorrichtung, die je in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, insofern verschieden, dass eine Dämpfungsschicht 80 vorhanden ist, die ein beträchtlich grösseres Flächenmass aufweist, als dasjenige 60 der Vorderseite der Sammelschicht 82. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung ist im Vergleich mit der Empfindlichkeit der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 stark vergrössert. Die Empfindlichkeit dieser Vorrichtung ist ungefähr dieselbe, wie diejenige der Vorrichtung der Fig. 3, und das Verhältnis des Flä-65 chenmasses des Kammereintrittes zum Flächenmass der Oberseite der Sammelschicht ist ungefähr dasselbe. Die Kammer 84 weist Wände auf, welche entlang einer Folge von 5 Stufen 86 von der Dämpfungsschicht 80 zur Sammelschicht

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82 zusammenlaufend ausgebildet sind. Der innere Widerstand, der sich dem molekularen Strom pro Flächeneinheit, der sich durch die ruhige Schicht bewegt, entgegensetzt, kann in wenigstens zwei Weisen verändert werden: (1) indem die Geometrie der ruhigen Schicht verändert wird, wie in Fig. 3; (2) indem das Flächenmass der Sammelschicht in bezug auf das Flächenmass des Kammereintrittes geändert wird. In letzterem Fall kann der innere Widerstand vergrössert werden, indem das Flächenmass der Vorderseite der Sammelschicht vermindert wird, wobei das Flächenmass des Kammereintrittes unveränderlich gehalten wird, obwohl das Volumen der ruhigen Schicht dasselbe bleibt. Dieses erhöht die Empfindlichkeit und vermindert auf Geschwindigkeit beruhende Fehler. Die Vorrichtung 78 der Fig. 6 weist zusätzlich ein Gelenk 88 auf, das bei der Basis der Vorrichtung angeordnet ist, welches zulässt, dass die Basisplatte 90 geöffnet werden kann, so dass ein Zugang zur Sammelschicht geschaffen ist. Wenn die Sammelschicht einen chemischen Stoff aufweist, der seine Farbe abhängig von einer vorbestimmten Menge einer Verunreinigung ändert, kann das Ausmass des Ausgesetztseins visuell erkannt werden. Wahlweise kann die Basisplatte 90 der Vorrichtung aus einem lichtdurchlässigen, d.h. durchsichtigen Material hergestellt sein, beispielsweise aus einem optisch klaren Polymer, so dass es nicht notwendig ist, eine angelenkte Basisplatte für visuell auslesende Vorrichtungen zu verwenden.

In den Fig. 7 und 8 ist eine Mehrkammerüberwachungs-vorrichtung 92 dargestellt, bei welcher die Empfindlichkeit von Kammer zu Kammer aufgrund der Form der Kammern neben den Sammelschichten unterschiedlich ist. Die Dämpfungsschicht 94 ist entlang ihres Umfanges abgestützt und erstreckt sich über die Oberseite der Vorrichtung. Fluid, das durch die Dämpfungsschicht 94 in die Vorrichtung eintritt, tritt in eine Vorkammer 96 ein und strömt dann von dieser in eine der Kammern 98, 100 oder 102. Die Sammelschicht 104 ist derart angeordnet, dass sie den inneren Boden der Vorrichtung vollständig überdeckt, obwohl nur diejenigen Abschnitte der Sammelschicht 104 verwendet werden, die unmittelbar die Kammern 98, 100 und 102 berühren. Die Empfindlichkeit der Kammern 98, die die Form eines abgestumpften Eis oder eines Geschosses aufweisen, ist überraschend grösser als diejenige der Kammer 100, die die Form eines Kegelstumpfes aufweist, die ihrerseits empfindlicher ist als die Kammer 102, die trompetenförmig ausgebildet ist, d.h. die einander gegenüberliegende Wände aufweist, deren Querschnittsform ausgebaucht verläuft. Es wird angenommen,

dass der molekulare Strom pro Flächeneinheit bei der Oberfläche der Sammelschicht in der Kammer 98 grösser ist als in den Kammern 100 und 102, weil der innere Widerstand der Kammer verkleinert ist, d.h. der innere Widerstand der ruhigen Schicht, durch welche die Moleküle hindurch diffundieren, um in Berührung mit der Sammelschicht zu kommen, verkleinert ist. Währenddem die Form der Kammer von Kammer 98 zu Kammer 100 zu Kammer 102 ändert, ist die Empfindlichkeit entsprechend vermindert, obwohl (r) immer denselben Wert beibehält.

In den Fig. 9 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform einer Mehrfachkammervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung gezeichnet. In der Aufsicht ist die Vorrichtung 106, wie dies in der Fig. 9 gezeigt ist, ungefähr kreisförmig. In der Fig. 12 sind die verschiedenen Teile der Vorrichtung in auseinandergezogener Darstellung gezeichnet. Die Vorrichtung weist eine Grundplatte 108 auf, welche die Sammelschicht 110 trägt. Die Seitenwände 112 erstrecken sich von der Grundplatte 108 vertikal weg und umschreiben einen flachen Behälter, der ein offenes Ende aufweist. Die einzelnen Kammern der Vorrichtung weisen Platten 114 und 116 auf, die jeweils eine Mehrzahl kreisförmiger Löcher 118 bzw. 120 aufweisen. Die Platten sind mittels drei Führungsschrauben 122, die in auseinandergezogener Darstellung in der Fig. 11 gezeigt sind, miteinander ausgerichtet. Die Löcher 120 in der Platte 116 bilden den oberen Abschnitt der Kammer und einige wei-5 sen einen grösseren und die anderen weisen einen kleineren Durchmesser auf, als die entsprechenden Löcher 118 der Platte 114, die den unteren Abschnitt der Kammern bildet. Wie dies in der Fig. 10 im Schnitt gezeigt ist, endet der Durchmesser jeder dieser Löcher in der Platte 114 bei dem Oberflä-10 chenbereich der Sammelschicht in jeder Kammer. Der Durchmesser jedes Loches in der Platte 116 besimmt das Flächenmass bei Eintritt in jede Kammer. In einigen Fällen ist das Loch in der Platte 114 grösser, als das Loch in der Platte 116, mit dem es ausgerichtet ist. Daher weist diese Kammer 15 eine verminderte Empfindlichkeit auf. In gleicher Weise ist in einigen Fällen das Loch in der Platte 114 kleiner als das Loch in der Platte 116, mit dem es ausgerichtet ist, so dass eine Kammer hervorgeht, die eine vergrösserte Empfindlichkeit aufweist. Die Kammern sind nun derart angeordnet, dass ein 20 stufenweises Fortschreiten der Empfindlichkeit erzielt ist. Die Dämpfungsschicht 124 ist über dem oberen Teil der Platte 116 angeordnet und mittels eines Randes 126 von dieser in Abstand gehalten, welcher Rand 126 vom Umfang der Platte 116 aus verläuft, so dass eine gemeinsame Vorkammer gebil-25 det ist. Der Haltering 128 passt um die Einzelteile der Vorrichtung und hält diese zusammen.

In den Figuren 13 und 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrkammervorrichtung gezeigt, in der die einzelnen Kammern in einer einzelnen Platte ausgebildet sind und 30 allgemein die Form eines Kegelstumpfes aufweisen. In der Aufsicht ist die Fig. 130, wie dargestellt, ungefähr viereckig. Sie weist eine Grundplatte 132 und Seitenwände 134 auf, die einen flachen Behälter umschreiben, in dem die Sammelschicht 136 angeordnet ist. Die Platte 138, die in den Innen-35 räum des Behälters hineinpasst, weist eine Folge kegelförmiger Löcher 150 auf, die durch diese hindurch verlaufen und damit eine Mehrzahl von Kammern bilden. Die Verhältniszahl der Durchmesser der Öffnungen bei einer Seite der Platte zu den Durchmessern der Öffnungen bei der anderen 40 Seite der Platte ändert sich von weniger als 1 zur Gleichheit und bis zu grösser als 1. Daher ist die Schiefstellung der Innenseitenwand von Kammer zu Kammer verschieden. Die Kammern sind derart angeordnet, dass eine Reihe gebildet ist, die von einer empfindlichsten Kammer bis zu einer am 45 wenigsten empfindlichen Kammer reicht. Falls die Sammelschicht 136 einen Stoff aufweist, der abhängig von einer vorbestimmten Menge der Verunreinigung seine Farbe ändert, ist es möglich, eine Vorrichtung zu bilden, bei der die Sammelschicht jeder Kammer progressiv die Farbe ändert, abhängig 50 von wie stark der Arbeiter der Verunreinigung ausgesetzt ist. Die Grundplatte 132 kann mit einem Gelenk versehen sein, das in der Fig. 14 gezeigt ist, so dass der Benützer der Vorrichtung die Vorrichtung einfach öffnen kann, um die Farbe jeder Kammer zu beobachten. Alternativ kann die Grundplatte aus 55 einem lichtdurchlässigen bzw. durchsichtigen Stoff gefertigt sein.

In der Fig. 15 ist eine Vorrichtung 142, die gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, gezeigt, welche Vorrichtung eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweist. Die Sammel-60 schicht 144 ist auf einem Substrat 146 angeordnet, das oberhalb der Grundplatte 148, der mittels eines säulenförmigen Gliedes 150 angeordnet ist. Die Grenz- bzw. Dämpfungsschicht 152 umgibt die Sammelschicht, um eine ungefähr kugelförmige Kammer zu bilden. Die Verhältniszahl des Flä-65chenmasses der Dämpfungsschicht 152 zum Flächenmass der Sammelschicht 144 und auch der innere Widerstand der Kammer, die die ruhige Schicht umschreibt, sind derart, dass die Empfindlichkeit auf einen Höchstwert gebracht ist. Die

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Vorrichtung ist zur Verwendung in Umgebungen bestimmt, die eine äusserst kleine Konzentration der zu überwachenden Verunreinigung aufweisen.

Die Kurven, die in den Fig. 16 bis 17 gezeigt sind, werden nun zusammen mit den nachfolgenden Beispielsbeschreibungen erläutert.

Im Gebrauch werden die erfindungsgemässen Vorrichtungen während einer gemessenen Zeitspanne einem Fluidgemisch ausgesetzt. Die Sammelschicht der Vorrichtung nimmt während dieser Zeitspanne eine vorbestimmte Verunreinigung auf. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird die Sammelschicht analysiert. Der höhere molekulare Strom pro Flächeneinheit beim Sammler weist eine Konzentration von Verunreinigungen in Sammelstoffen zu, die beispielsweise Aktivkohle, Chromasorb® 102 (Johns-Manville) (geschützte Marke), XAD-2 und XAD-4 Aufnahmestoffe (Rohm & Haas). Andererseits lässt die Verminderung des molekularen Stromes pro Flächeneinheit in die Sammelkammer zu, dass hohe Konzentrationen der Verunreinigungen überwacht werden können, ohne dass der Aufnahmestoff überbelastet wird. Analytische Verfahren sind beispielsweise Gaschromatographie, Massenspektroskopie, Infrarotverfahren und andere, und das Gemisch kann zur Analyse thermisch ausgespült werden oder mittels Spülstoffen, beispielsweise CS2. Colorimetrische Umsetzungen können analysiert werden, indem Vergleiche mit bekannten Farbnormen gemacht werden, oder indem ein densitometrisches Verfahren gewählt wird.

Die Erfindung wird nun weiter mittels den folgenden, diese nicht begrenzenden Beispielen erläutert:

Beispiel 1

Es wurde eine Vorrichtung hergestellt, die gleich derjenigen ist, die in der Fig. 13 und 14 gezeigt ist, die zwanzig zusammenlaufend ausgebildete Kammern aufweist, wobei die Verhältniszahlen vom Durchmesser beim Kammereintritt zum Durchmesser bei der Sammelschicht unterschiedlich war. Die Kammerdicke betrug zehn Millimeter. Die Kammereintritte waren mit Celgard® (Celenese) (Schutzmarke), einem mikroporigen Polypropylen, überdeckt. Es wurde eine Schwefelwasserstoff-Sammelschicht hergestellt, indem ein What-man-Papier Nr. 5 in eine l%ige Lösung eines Bleinaphthena-tes in Methyl-Ethyl-Keton eingetaucht wurde. Nach dem Trocknen wurde ein Abschnitt des behandelten Papieres in die oben beschriebene Mehrkammervorrichtung angeordnet und der Luft ausgesetzt, die 12 ppm Schwefelwasserstoff enthielt, wobei die Zeitspanne des Aussetzens unterschiedlich war. Für jede Zeitspanne wurde ein frisches Stück des zu behandelten Papieres benutzt, wobei die Zeitspannen des Ausgesetztseins 10,15,30 und 60 Minuten betrugen. Das behandelte Papier entwickelte eine Folge von Dunkelbildern, welche von Kammer zu Kammer in bezug auf ihre Intensität verschieden waren, welche Bilder die Folge dessen war, dass das Papier dem Schwefelwasserstoff ausgesetzt war. Dann wurde die optische Dichte des Filterpapiers in den Kammern mittels eines Macbeth-Reflektionsdensitometers gemessen. Fünf Kammern hatten Bilder, die mittels des eben erwähnten Densitometers nicht gemessen werden konnten. Aus den obigen Messungen war es möglich, diejenige Zeitspanne ziemlich genau abzuschätzen, innerhalb welcher das Bild in jede Kammer eine optische Dichte von 50% des Maximalbetrages aufwies. Die Empfindlichkeit jeder Kammer ist proportional zur Verhältniszahl des Durchmessers des Kammereintrittloches (di) zum Durchmesser des Loches (dì), das die Sammelschicht berührt. Die Zeitspanne, die notwendig war, dass eine jeweilige Kammer eine vorbestimmte optische Dichte erreichte, ist der Empfindlichkeit umgekehrt proportional. In der nachfolgenden Tabelle I ist diejenige Zeitspanne aufgezeichnet, die notwendig war, 50% der maximalen optischen

Dichte zu erreichen. Die Empfindlichkeit (di/cb = r) jeder Kammer und der Kehrwert der Empfindlichkeit (d2/di = 1/r) sind ebenfalls aufgezeichnet. Die Daten sind in der Fig. 16 aufgezeichnet.

Tabelle I

Kam di

Empfindlichkeit Kehrwert der

Zeit mer

(mm)

(r)

Empfindlichkeit spanne

Nr.

(1/r)

(min)

1

2,3

0,23

4,4

61

2

2,8

0,28

3,6

50

3

3,0

0,30

3,3

46

4

3,3

0,33

3,0

38

5

3,8

0,38

2,6

32

6

4,3

0,43

2,3

28

7

5,1

0,51

2,0

24

8

5,7

0,57

1,8

21

9

6,4

0,64

1,6

19

10

7,2

0,72

1,4

16

11

8,9

0,89

1,1

13

12

10,0

1,00

1,0

10

13

10,0

1,22

0,8

8

14

10,0

1,64

0,6

6

15

10,0

2,38

0,4

3

Wie dies in der Fig. 16 aufgezeichnet ist, ist die Zeitspanne, um eine vorbestimmte optische Dichte zu erreichen, eine lineare Funktion des Kehrwertes der Empfindlichkeit (äi/di).

Beispiel 2

Es wurde eine Mehrkammervorrichtung hergestellt, die gleich der Vorrichtung ist, die in den Fig. 9 bis 12 gezeichnet ist. Die Vorrichtung wies 15 zylindrische Zellen auf. Die Dicke der Platte 114 war 1,1 mm und die der Platte 116 13,6 mm. Es wurde eine Schicht zum Sammeln von Schwefelwasserstoff hergestellt, indem ein Whatman-Filterpapier Nr. 5 in eine Lösung eingetaucht wurde, die 2% Silbernitrat, 1% Salpetersäure, 5% Glycerol und 20% Methanol enthielt. Nach dem Trocknen wurden Abschnitte des behandelten Papieres in die oben beschriebene Mehrkammervorrichtung angeordnet und während unterschiedlichen Zeitspannen der Luft ausgesetzt, welche 40 ppm Schwefelwasserstoff enthielt. Die optischen Dichten des verdunkelten Bildes wurde bei jeder Kammer mit dem Reflektionsdensitometer gemessen.

Es ist gefunden worden, dass die Empfindlichkeit mit zylindrischen Kammern proportional dem Quadratwert der Verhältniszahl des Durchmessers des Loches beim Eintritt di zum Durchmesser des Loches bei der Sammelschicht di entspricht. Daher ist die Zeitspanne des Ausgesetztseins, die für jede Kammer notwendig ist, um eine vorbestimmte optische Dichte zu erreichen, den Kehrwert des Quadratwertes der Verhältniszahl di/d2 proportional.

Die Zeitspannen des Ausgesetztseins, die notwendig waren, dass die Bilder einen Wert von 85% der maximalen optischen Dichte erreichten, sind in der nachfolgenden Tabelle II aufgezeichnet. Die Empfindlichkeit, die im Verhältnis di/da ausgedrückt ist, und der Quadratwert der Verhältniszahl (di/dì)2 sind ebenfalls aufgezeichnet. Zusätzlich ist der Kehrwert jeder obiger Verhältniszahlen aufgezeichnet. Die Daten sind in der Fig. 17 gezeichnet.

8

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Tabelle II

Kam di

Empfindlichkeit

Kehrwert der

Zeit mer

Empfindlichkeit spanne

Nr.

(mm)

(di/d2)

(di/d2)2

(d2/di)

(d2/di)2

(min)

1

1,1

0,11

0,012

9,1

82,6

573

2

1,3

0,13

0,017

7,7

59,2

425

3

1,7

0,17

0,029

5,9

34,6

278

4

2,0

0,20

0,040

5,0

25,0

215

5

2,5

0,25

0,063

4,0

16,0

163

6

2,8

0,28

0,078

3,6

12,8

143

7

3,2

0,32

0,102

3,1

9,8

123

8

3,6

0,36

0,130

2,8

7,7

108

9

4,3

0,43

0,185

2,3

5,4

95

10

5,0

0,50

0,250

2,0

4,0

82

11

5,6

0,56

0,314

1,8

3,2

80

12

6,3

0,63

0,397

1,6

2,5

78

13

7,1

0,71

0,504

1,4

2,0

73

14

8,4

0,83

0,689

1,2

1,5

70

15

10,0

1,00

1,000

1,0

1,0

68

Wie aus der Fig. 17 hervorgeht, ist die Zeitspanne zum Erreichen der vorbestimmten optischen Dichte eine lineare Funktion des Quadratwertes der Verhältniszahl von d2/di.

Beispiel 3

Es wurde eine Untersuchung durchgeführt, um die Auswirkungen der Änderungen der Form der Kammer zu zeigen. Es wurde eine Vorrichtung hergestellt, die gleich der in der Fig. 8 gezeigten ist, welche Vorrichtung drei Kammern aufwies. Der Durchmesser der grösseren Enden war jeweils 1,05 cm und der der kleineren Enden jeweils 0,25 cm. Die Dicke jeder Kammer war 1,0 cm.

Eine der Kammer wies die Form eines Kegelstumpfes auf, die andere war trompetenförmig und die dritte wies die Form eines Geschosses auf.

Die Vorrichtung wurde geprüft, indem ein Papier verwendet wurde, das FLS-Nachweispapier, welches Papier in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Bei einer Prüfung berührten die grösseren Löcher die Sammelschicht (HhS-Nachweispa-pier) und in einer zweiten Prüfung waren die kleineren Öffnungen in Berührung mit der Sammelschicht. Die Ergebnisse, die als optische Dichte erhalten wurden, die von einm Reflek-tionsdensitometer abgelesen wurden, waren die folgenden:

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Grosse Öffnungen gegen Sammelschicht:

Geschoss Kegel Trompete

12 ppm während 30 min 0,16 0,11 0 07

Kleine Öffnungen gegen Sammelschicht: 12 ppm während 6 min 0,44 0,38 0,28

In beiden Fällen bildete sich das Bild bei der trompeten-förmigen Kammer am langsamsten und bildete sich das Bild bei der geschossförmigen Kammer am schnellsten.

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt die Zunahme der Empfindlichkeit, die aus einer Verminderung des Flächenmasses einer goldenthaltenen Sammelschicht hervorgeht, welche goldenthaltene Sammelschicht Quecksilberatome ermittelt, indem es seine elektrische Leitfähigkeit ändert. Überwachungsvorrichtungen, die einen Goldfilm enthalten, um Quecksilberdampf zu ermitteln, sind im einzelnen in der US-PS Nr. 3924219 offenbart.

Es wurden vier Überwachungsvorrichtungen hergestellt (3M Marke Quecksilberdampf-Überwacher Nr. 3600) indem ein Goldfilm verwendet wird, der eine Dicke von ungefähr 0,015 ^m aufweist, 3,3 mm breit ist und etwa 14,0 mm lang ist, wobei der Film in einem schlangenförmigen Muster auf einer gleichförmigen Polystyrenoberfläche abgelegt worden war. Die Goldoberfläche war mit einem schlangenförmigen Kabel ausgerichtet, der eine Breite und eine gesamte Länge aufweist, deren Abmessungen derjenigen der Goldoberfläche gleich war. Die Tiefe des Kanales war ungefähr 6,6 mm. Über den Eintritt zur Kammer wurde eine Celgard® (Schutzmarke) Dämpfungsschicht angeordnet.

Dann wurden fünf weitere Überwachungsvorrichtungen hergestellt, die gleich den vier obigen waren, mit der Ausnahme, dass die Goldoberfläche eine Breite von lediglich 0,7 mm aufwies. Daher was das Flächenmass, das für eine Umsetzung mit Quecksilberatomen zur Verfügung stand, vom Flächenmass der breiteren Filme, die in der ersten Gruppe der Überwachungsvorrichtungen verwendet wurden, ungefähr 21% kleiner.

Wenn nun diese zwei Gruppen von Überwachungsvorrichtungen in gleicher Weise 0,9935 mg Quecksilber pro Kubikmeter Luft während 3,02 Stunden ausgesetzt waren, erzeugte die erste Gruppe eine durchschnittliche Widerstandsänderung von 3,75%, währenddem die zweite Gruppe, die einen engeren Goldfilm aufwies, eine Widerstandsänderung von 8,32% erzeugte. Bezüglich des absoluten Empfindlichkeitsverhältnisses erzeugten die Überwachungsvorrichtungen, die weniger Gold enthielten, ein Ansprechen, das 2,22mal dasjenige der anderen ÜberwachungsVorrichtung war. Daher könnten diese bei entsprechend kleineren Quecksilberkonzentrationen verwendet werden.

9

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

G

4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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1. Überwachungsvorrichtung, bei welcher die Menge wenigstens einer ausgewählten Komponente eines Fluidgemi-sches gemessen wird, mit einer Sammelschicht mit einer Stirnseite zum Sammeln der ausgewählten Komponente, mit einem Boden, der die Sammelschicht trägt, falls sie nicht selbsttragend ist, und mit einer Hüllwand, die dazu dient, die Sammelschicht zu umhüllen und wenigstens eine Kammer abzugrenzen, die einen Eintritt aufweist, durch den hindurch das Fluidgemisch in die Kammer diffundiert, und wobei eine ruhige Schicht Fluid innerhalb der Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Verhältnisses des Flächenmasses des Eintritts zur Kammer zum Flächenmass der Stirnseite der Sammelschicht vorbestimmt ist, so dass ein nichtlinearer Konzentrationsgradient der ausgewählten Komponente innerhalb der Kammer gebildet ist, so dass die Moleküle der ausgewählten Komponente der Kammer zwischen dem Eintritt und der Sammelschicht konvergieren und/oder divergieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllwand derart angeordnet ist, dass die wenigstens eine Kammer entgegengesetzt liegenden Enden aufweist, wobei die Sammelschicht bei einem der Enden und eine poröse Dämpfungsschicht beim anderen Ende angeordnet sind, so dass die Moleküle durch die poröse Dämpfungsschicht in die Kammer hinein diffundieren, und dass der Querschnitt der Kammer zwischen den einander gegenüberliegenden Enden unterschiedlich ist, derart, dass die Kammer gegen das eine der Enden konvergiert.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer eine Mehrzahl zylindrischer Abschnitte aufweist, deren Durchmesser in Richtung zur Sammelschicht abnehmend sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer eine Mehrzahl zylindrischer Abschnitte aufweist, deren Durchmesser in Richtung zur Sammelschicht zunehmend sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer die Form eines Kegelstumpfes aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Schnitt der Kammer die Form eines abgestumpften Eis aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Schnitt der Kammer einander gegenüberliegende, ausgebaucht verlaufende Wände aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandanordnung eine Mehrzahl Kammern mit jeweils unterschiedlicher Empfindlichkeit abgrenzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschicht nach dem Sammeln einer vorbestimmten Menge der ausgewählten Komponente die Farbe verändert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die meisten Kammern eine Mehrzahl ungefähr zylindrischer Abschnitte unterschiedlicher Querschnittsabmessungen aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die meisten Kammern kegelstumpfförmig sind.