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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse eines Messfluids,
insbesondere eines Messgases.
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Zur
Analyse der Bestandteile von Fluiden, seien es Gase oder Flüssigkeiten,
sind verschiedenste Arten von Sensoren bekannt, die physikalische
oder chemische Eigenschaften von Bestandteilen des Fluides nachweisen,
wie beispielsweise bei Flüssigkeiten
den ph-Wert oder die elektrische Leitfähigkeit oder die Ionen-Leitfähigkeit.
Für die
Vermessung von Gasen sind elektrochemische, optische und andere
Gassensoren bekannt, die beispielsweise die Vermessung der Konzentrationen
von Sauerstoff, CO, NO, NO
2 oder SO
2 erlauben. Derartige Sensoren gehen in ihrer
Anwendung beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 19710527 A1 und
noch näher
aus der
DE 4417665
A1 hervor.
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Bei
dem Betrieb derartiger Sensoren zum Nachweis von Bestandteilen eines
Fluids besteht ein grundlegendes Problem darin, dass ein optimaler
Betrieb des jeweiligen Sensors nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich
des zu vermessenden Bestandteiles in dem Messfluid möglich ist.
Bei einer höheren
Konzentration wird die Messung möglicherweise
ungenau oder der Sensor wird überlastet,
vergiftet oder gesättigt.
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Es
wird daher für
derartige Sensoren ein nomineller Messbereich angegeben, in dem
eine zuverlässige
Messung garantiert werden kann. Für eine Vielzahl von praktischen
Anwendungen reicht dieser nominelle Messbereich jedoch nicht aus.
Zur Beseitigung dieses Problems ist es bekannt, das Messfluid ge zielt
zu verdünnen,
um bei zu hoher Konzentration des zu messenden Bestandteiles dennoch
eine Messung zu erlauben. Es wird dazu ein Messfluid entnommen und
in einer Messvorrichtung mit einem Verdünnungsfluid zu einem Mischfluid
gemischt, das dann einem Sensor zugeführt wird. Dabei ist es, wenn
absolute Konzentrationen gemessen werden sollen, unerlässlich,
dass das Verdünnungsverhältnis genau
bestimmt wird. Dann kann aus dem tatsächlichen Messergebnis auf die
Konzentration im Messfluid zurückgerechnet
werden.
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Das
Verdünnungsverhältnis kann
zum Beispiel dadurch bestimmt werden, dass ein einfach zu vermessender
Bestandteil des Messfluids in seiner Konzentration vor und nach
der Verdünnung
vermessen wird. Aus dem Verhältnis
der Konzentrationen kann das Verdünnungsverhältnis berechnet werden.
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In
der
DE 44 07 345 A1 wird
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines Gasmediums mit
einem einen nominellen Messbereich aufweisenden chemischen Sensor
beschrieben. Der chemische Sensor ist einem Gasgemisch aus einem Probegasstrom
und einem Verdünnungsgasstrom ausgesetzt.
Um zu gewährleisten,
dass der chemische Sensor stets in seinem nominellen Messbereich arbeitet,
wird das Verdünnungsverhältnis nachgeregelt.
Dazu wird das Verdünnungsverhältnis durch eine
Stoffkonzentrationsmessung einer vorgegebenen Stoffkomponenten bestimmt.
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Um
den bei einer solchen Messung auftretenden hohen Aufwand zur Vermessung
des Verdünnungsverhältnisses
zu verringern, ist in der
DE 19643981
A1 eine Lösung
für die
Verdünnung
des Messfluids vorgeschlagen, die eine zeitlich alternierende Zuführung des
Messfluids und eines Verdünnungsfluids
zu einem Mischraum durch ein getaktetes Umschaltventil vorsieht,
wobei der zeitliche Anteil, in dem das Verdünnungsfluid zugeführt wird
im Verhältnis
zu dem zeitlichen Anteil, in dem das Messfluid zugeführt wird,
das Verdünnungsverhältnis im wesentlichen
bestimmt. Dieses Taktverhältnis
kann dann je nach dem gewünschten
Verdünnungsgrad auch
gesteuert werden. Das Verdünnungsverhältnis lässt sich
in jedem Fall aus den Ansteuerzeiten für die jeweilige Zuführung von
Messfluid und Verdünnungsfluid
berechnen.
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Für diese
Lösung
ist jedoch mindestens ein schnell umschaltendes Ventil sowie eine
aufwändige elektrische
Steuervor richtung für
dieses Ventil notwendig, um eine entsprechende Aussteuerung des Messfluidstroms
und des Verdünnungsstroms
zu erlauben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, eine
in einem weiten Messbereich einzusetzende Vorrichtung zur Analyse
eines Fluids zu schaffen, die mit möglichst geringem apparativen
Aufwand und niedrigen Drücken
auskommt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Wesentlich
für die
Erfindung ist dabei mindestens ein Strömungswiderstandselement, das/die in
dem ersten Messkanal und/oder dem Verdünnungskanal angeordnet ist/sind
und das/die einen definierten Strömungswiderstand aufweisen derart, dass
in dem ersten Messkanal und/oder dem Verdünnungskanal ein konstanter
Fluidstrom gegeben ist. Das Mischverhältnis kann dabei durch den
Einbau der Strömungswiderstandselemente
mit definiertem Strömungswiderstand
eingestellt werden, wobei bei gleichen Fluiddrücken die jeweiligen Fluidmengen umgekehrt
proportional zu den jeweiligen Strömungswiderständen sind.
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Vorteilhafterweise
befinden sich sowohl im ersten Messkanal als auch im Verdünnungskanal derartige
Strömungswiderstände. Dadurch
entfällt eine
komplizierte Ansteuerung eines Umschaltventils mit veränderlichem
Zeittakt wie etwa bei getakteten Mischern, was eine kostengünstige Auslegung
erlaubt. Dabei ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung im Gegensatz
beispielsweise zu Düsenmischern
möglich,
bei geringen Gasdrücken
auch sehr geringe Gasflüsse
verlässlich
zu mischen.
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Die
Strömungswiderstandselemente
werden bevorzugt durch Kapillaren beispielsweise mit einem Innendurchmesser
im Bereich einiger Zehntel-Millimeter verwirklicht. Es können aber
andere Strömungswiderstände erzeugende
Elemente wie etwa Querschnittseinschnürungen undsoweiter verwendet werden.
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Um
das Verdünnungsverhältnis noch
genauer bestimmen zu können,
ist es hilfreich, die Förderleistungen
der eingebauten Pumpen möglichst
genau zu kennen. Dann kann über
die bekannten Strömungswiderstände der
eingebauten Kapillaren das Verdünnungsverhältnis bestimmt
werden. Die Förderleistungen
werden dabei vorteilhaft unabhängig vom
Messbetrieb gemessen.
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Es
wird bei dieser Vorrichtung davon ausgegangen, dass die Messpumpe
während
des Messbetriebs dieselbe Förderleistung
aufweist wie bei der Messung der Förderleistung unabhängig vom
Messbetrieb oder dass die Leistung im Messbetrieb sich zumindest
aus der bei der Kalibriermessung gemessenen Förderleistung bestimmen lässt. Ebenso
gilt dies für
die Verdünnungspumpe.
Dann lassen sich die Förderleistungen
der beiden Pumpen zueinander in Beziehung setzen und es lassen sich
beide Pumpen leicht aneinander anpassen. Wenn beide Pumpen nach
dem selben Prinzip arbeiten und ähnlich ausgelegt
sind, beispielsweise als Membranpumpen, dann werden sich auch störende Einflussgrößen beim
gleichzeitigen Betrieb beider Pumpen, auf die Förderleistungen beider Pumpen
in ähnlicher
Weise wirken, so dass das Verdünnungsverhältnis dennoch ausreichend
genau berechenbar ist.
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In
besonders einfacher Weise lässt
sich die Erfindung dadurch verwirklichen, dass als Vorrichtung zur
Messung der Förderleistung
ein Differenzdrucksensor eingesetzt wird, der durch die Messpumpe
und/oder die Verdünnungspumpe
druckbeaufschlag bar ist. Aus dem Druck, der durch die jeweilige
Pumpe in dem Differenzdrucksensor aufbaubar ist, lässt sich
auf die Förderleistung
zurückrechnen. Dabei
spielen auch Undichtigkeiten beziehungsweise Bypasskanäle eine
Rolle. Wird zum Beispiel jeweils bei der Messung ein Bypasskanal
geöffnet,
so kann aus dem Strömungswiderstand
des Bypasskanales und dem sich an dem Differenzdrucksensor aufbauenden
Druck die Förderleistung
der jeweiligen Pumpe abgelesen werden beziehungsweise in einer entsprechenden
Kennlinie zugeordnet werden. Beispielsweise können der erste Messkanal und
der Verdünnungskanal
gemeinsam mit einem Mischraum verbunden sein, der ebenfalls mit
einem Differenzdrucksensor verbunden ist. Abwechselnd kann die Messpumpe
oder Verdünnungspumpe
getestet werden, wobei der der jeweils nicht der zu testenden Pumpe
zugeordnete Kanal als Bypasskanal fungiert oder noch zusätzlich ein
weiterer Bypasskanal zum Abströmen
des Fluides/Gases vorgesehen ist. Daran, wie hoch der sich aufbauende
Druck an dem Differenzdrucksensor ist, lässt sich die Förderleistung der
jeweiligen Pumpe ablesen, insbesondere lässt sich das Verhältnis der
Förderleistungen
dem Verhältnis
der beiden aufgebauten Drucke zuordnen. Es wird davon ausgegangen,
dass das Verhältnis
dieser beiden Förderleistungen
später
im Messbetrieb auch dem Mengenverhältnis der zugeführten Fluide/Gase entspricht
und sich somit auf das Verdünnungsverhältnis auswirkt.
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Es
kann bei der Messung vorgesehen sein, verschiedene Bestandteile
des Messfluides zu vermessen, so dass gleichzeitig unterschiedliche
Sensoren betrieben werden. Um hierzu unabhängige Messungen zuzulassen,
kann es vorgesehen sein, von dem ersten Messkanal Abzweigmesskanäle abzweigen
zu lassen, in denen jeweils unterschiedlich geartete Fluidsensoren
(Gassensoren) beispielsweise zur Messung von CO, CO2,
O2, SO2, NO2, H2S oder anderen
Fluidbestandteilen angeordnet sind.
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Wenn
für diese
unterschiedlichen zu vermessenden Bestandteile verschiedene Verdünnungsverhältnisse
benötigt
werden, kann es sinnvoll sein, den Verdünnungskanal auch direkt mit
einem der Abzweigmesskanäle
oder mit dem ersten Messkanal stromabwärts des Abzweigpunktes von übrigen Abzweigmesskanälen zu verbinden.
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Wenn
für die
erfindungsgemäße Vorrichtung der
Einsatz eines Mehrwegventils geplant ist, dann kann dies dazu benutzt
werden, verschiedene Verdünnungsvarianten
einzustellen, dadurch, dass der Verdünnungskanal entweder wie oben
beschrieben nur mit einem Abzweigmesskanal verbunden wird oder,
dass andererseits der Verdünnungskanal
bereits vor dem Abzweigpunkt mit dem Messkanal verbunden wird, so
dass das gesamte Messfluid im gleichem Maß verdünnt wird.
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Die
Verbindung zwischen der Verdünnungspumpe
und dem ersten Messkanal kann durch ein Ventil verschließbar sein,
das wahlweise den Verdünnungskanal
mit dem Differenzdrucksensor über
einen Mischraum bzw. ein Umschaltventil verbindet. In dieser Konstellation
kann einerseits die Förderleistung
der Verdünnungspumpe
gemessen, andererseits bei gleichzeitigem Betrieb der Messpumpe
das Verdünnungsfluid
und das Messfluid in dem dann bekannten Verhältnis miteinander gemischt
und dem ersten Messkanal und den Abzweigmesskanälen zugeführt werden.
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Soll
ein Ventil möglichst
eingespart werden, so kann der Messkanal mit einem ersten Fluidanschluss
des Differenzdrucksensors und der Verdünnungskanal mit einem zweiten
Fluidanschluss des Differenzdrucksensors verbunden werden, wobei
der Differenzdrucksensor so ausgebildet sein kann, dass er den Durchfluss
eines Fluids vollständig
verhindert. Der Ver dünnungskanal
ist in diesem Fall gleichzeitig mit dem ersten Messkanal stromabwärts des
Differenzdrucksensors und insbesondere auch stromabwärts des
Abzweigpunktes von ersten und weiteren Abzweigmesskanälen verbunden.
In dieser Konstellation kann die Messpumpe und die Verdünnungspumpe
alternativ betrieben und der jeweils an dem Differenzdrucksensor
erzeugte Druck gemessen und einer Förderleistung zugeordnet werden.
Werden im Betrieb beide Pumpen gleichzeitig betrieben, so kann aus
der Messung des Differenzdruckes während des Messbetriebes auch
auf die Stabilität
des Verhältnisses
der Förderleistungen
von Messpumpe und Verdünnungspumpe
und somit auf die Konstanz des Verdünnungsverhältnisses geschlossen werden.
Die Verdünnungsverhältnisse
werden bei bekanten Förderleistungen
aus den Verhältnissen
der Strömungswiderstände von
in den Kanälen
vorgesehenen Kapillaren berechnet.
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Typischerweise
sind die Messpumpe und die Verdünnungspumpe
als Membranpumpen ausgebildet. Besonders wenn derartige Pumpen verwendet werden,
aber auch generell kann es vorteilhaft sein, in dem Messkanal beziehungsweise
dem Verdünnungskanal
Dämpfungseinrichtungen
wie Dämpfungskammern
zur Erzeugung eines gleichmäßigen Flusses
vorzusehen.
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Schließlich kann
die Mischeinrichtung als Mischkammer, T-Stück
oder Y-Stück,
vorzugsweise jeweils mit kleinem Mischvolumen ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Analysevorrichtung zur Analyse von Rauchgas mit einem Dreiwegeventil
zur Umschaltung zwischen Teil- und
Gesamtverdünnung und
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2 eine
Analysevorrichtung, die ebenfalls zur Analyse von Rauchgas dient,
mit der Möglichkeit der
Verdünnung,
jedoch ohne ein Ventil.
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Die 1 zeigt
einen Messkanal, der zunächst
als erster Messkanal 1 eingangsseitig von einer Sondenöffnung 2 über eine
Messpumpe 3, einen Abzweigpunkt 4, eine Kapillare 5 und
eine Mischkammer 6 und danach als zweiter Messkanal 1' bis zu einem
Sensor 7 zum Nachweis von Kohlenmonoxid und danach zu einem
Auspuff 8 reicht. Der Messkanal kann teilweise als Schlauch,
Rohr oder Durchgangsöffnung
in einem massiven Körper
ausgebildet sein und ist nach außen hin bis auf die als Sondenöffnung 2 ausgebildete
Einstromöffnung
und die Öffnung
am Auspuff 8 abgedichtet. Am Abzweigpunkt 4 zweigt
ein Abzweigkanal 9 ab, der eine weitere Kapillare 10 sowie
Sensoren zum Nachweis von Sauerstoff (O2) 11 und
Stickoxiden (NO) 12 sowie eine Ausströmöffnung zu einem Auspuff 13 aufweist.
Die Kapillaren 5, 10 sind dabei so eingerichtet,
dass ein geeignetes Verhältnis
von Durchflüssen
in dem ersten Messkanal 1 und dem Abzweigkanal 9 gewährleistet ist.
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Die
Sensoren 7, 11, 12 sind typisch als elektrochemische,
optische oder sonstige Gassensoren ausgebildet, die eine besondere
Sensibilität
für den jeweils
von ihnen nachzuweisenden Gasbestandteil aufweisen. Der NO-Sensor
kann auch im zweiten Messkanal 18 angeordnet sein.
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Die
typische Funktionsweise der Analysevorrichtung ist diejenige, dass
Rauchgas über
die Sondenöffnung 2 mittels
einer Membranpumpe 3 angesaugt wird und zum Teil in den
ersten Messkanal 1, zum übrigen Teil in den Abzweigkanal 9 gelangt.
Dort werden im Weiteren die interessierenden Rauchgasbestandteile
durch die Sensoren 7, 11, 12 analysiert und
entsprechende Bestandteile bezüglich
des Vorhandenseins und der Menge beziehungsweise des prozentualen
Anteils mittels einer nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung dargestellt.
Wenn der Messfluiddruck ausreicht, kann die Messpumpe (3)
auch weggelassen werden.
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Zur
Kalibrierung beziehungsweise Nullung der Sensoranzeigen kann die
Analysevorrichtung beispielsweise in neutraler Umgebungsluft betrieben werden,
dadurch dass die Sondenöffnung 2 aus
einem Rauchgasstrom entfernt und in normaler Umgebungsluft positioniert
wird, während
eine Messung durchgeführt
wird.
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Die
vorliegende Analysevorrichtung erlaubt jedoch auch eine Eichungsmessung,
während
die Sondenöffnung 2 in
einem Rauchgasstrom positioniert ist, dadurch dass eine weitere
Einstromöffnung 14 vorgesehen
ist, die sich außerhalb
des Messbereichs der Sondenöffnung 2 im
Frischluftbereich befindet. Bei einem handelsüblichen Rauchgasmessgerät kann diese
Einströmöffnung 14 beispielsweise im
Griff des Messgerätes
angeordnet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, an dieser
Einströmöffnung 14 auch
ein Gasreservoir mit besonders reinem Vergleichsgas, beispielsweise
synthetischer Luft, anzuschließen.
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Für den Kalibrierbetrieb
wird das Dreiwegeventil 15 in eine Stellung gebracht, in
der die Membranpumpe (Verdünnungspumpe) 16 von
der Einströmöffnung 14 das
Verdünnungsgas über den
Ventilweg 2/3 zu dem Mischraum 17 gelangen lässt. Dazu
ist die Messgaspumpe 3 ausgeschaltet, so dass ausschließlich das
Verdünnungsgas
in die Mischeinrichtung 17 gelangt. Von dort wird das Verdünnungsgas
durch den Druck der Verdünnungspumpe 16 in
den ersten Messkanal 1 und den ersten Abzweigmesskanal 9 gepumpt,
wo es an die Sensoren 7, 11, 12 gelangt.
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Während dieser
Kalibrierung ist der Weg 2/1 des Ventils 15 geschlossen.
Nach der Kalibrierung kann die Verdünnungspumpe 16 abgeschaltet
und die Messpumpe 3 für
eine Messung eingeschaltet werden.
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Ist
beabsichtigt, dass das zu untersuchende Messgas zu verdünnen, so
werden während
des Messvorgangs die Messpumpe 3 und die Verdünnungspumpe 16 gleichzeitig
betrieben. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Dreiwegeventil 15 in einen
Zustand gebracht, in dem es bei eingeschalteter Verdünnungspumpe
das Verdünnungsgas
auf dem Wege 2/3 zu der Mischeinrichtung 17 gelangen lässt, wo
dieses mit dem Messgas vermischt wird, worauf das Mischgas zu dem
Abzweigpunkt 4 und von dort durch die Kapillaren 5/10 zu
den jeweiligen Sensoren 7, 11, 12 gelangt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in den Messkanal 1 und
den Abzweigmesskanal 9 ein Messgas mit demselben Verdünnungsverhältnis gelangt.
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Wahlweise
kann bei einem anderen gewünschten
Verdünnungsverhältnis das
Dreiwegeventil 15 auch so eingestellt werden, dass es während des
Messvorgangs das Verdünnungsgas
von der Einstromöffnung 14 direkt
zu der Mischeinrichtung 6 gelangen lässt. Auf diese Weise wird erreicht, dass
das Messgas lediglich im ersten Messkanal 1 verdünnt, im
ersten Abzweigmesskanal 9 jedoch unverdünnt untersucht wird. Das Verdünnungsverhältnis wird
dann in der Mischeinrichtung durch das Verhältnis des Strömungswiderstandes
der Kapillare 5 und des Strö mungswiderstandes des Verdünnungskanals 19 bestimmt.
Zur genaueren Definition des Strömungswiderstandes
des Kanals 19 kann auch dort eine zusätzliche Kapillare vorgesehen
sein.
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Letztlich
könnte
das Dreiwegeventil 15 auch so ausgelegt werden, dass es
die Beschickung der Mischeinrichtungen 6, 17 gleichzeitig
erlaubt, um entsprechende Verdünnungsverhältnisse
herzustellen.
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Um
nicht nur eindeutige Verdünnungsverhältnisse
herstellen, sondern diese auch messen und nachweisen zu können, ist
es erforderlich, die Mengenverhältnisse
von Messgas und Verdünnungsgas möglichst
genau zu definieren beziehungsweise zu erfassen. Dazu könnten einerseits
Durchflussmessungen in dem Messkanal 1, beziehungsweise
dem ersten Abzweigkanal 9, dem Kanal 18 beziehungsweise
dem weiteren Verdünnungskanal 19 gemacht werden.
Da hierzu jedoch aufwändige
Messeinrichtungen notwendig wären,
werden die Durchflussmengen mittels der Charakteristika der Messpumpe 3 und
der Verdünnungspumpe 16 bestimmt.
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Die
Messpumpe 3 erzeugt vor der Mischeinrichtung 17 einen
Druck, dessen Kenntnis bei den bekannten Gasströmungsverhältnissen, insbesondere der
Kapillaren 5, 10 die Berechnung des Gasdurchflusses
erlaubt. Hierzu wird der in der Mischeinrichtung 17 erzeugte
Druck mittels eines Differenzdrucksensors 20 gemessen,
dessen einer Gasanschluss 21 an den Gasraum 17 angeschlossen
ist, während der
zweite Gasanschluss 22 mit Atmosphärendruck beaufschlagt ist.
Der Differenzdrucksensor 20 lässt keinen Gasdurchfluss zwischen
seinem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 zu.
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Zur
Messung des Gasdurchflusses in dem Kanal 18 wird die Messpumpe 3 abgeschaltet
und die Verdünnungspumpe 16 eingeschaltet,
wobei das Dreiwegeventil 15 die Verbindung von der Verdünnungspumpe 16 zum
Kanal 18 freischaltet und den weiteren Verdünnungskanal 19 verschließt. In gleicher
Weise wie bei der Vermessung der Messpumpe 3 wird mittels
des Differenzdrucksensors 20 der vor der Mischeinrichtung
erzeugte Druck gemessen und hieraus die Durchflussmenge im Kanal 18 bestimmt.
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Während des
Betriebs der Analysevorrichtung kann der Differenzdrucksensor 20 ebenfalls
betrieben werden, um eventuelle Druckschwankungen vor der Mischeinrichtung 17 zu
detektieren. Diese können
beispielsweise durch Änderungen
des Gaszugs im Bereich der Sondenöffnung 2 entstehen.
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Es
wird davon ausgegangen, dass die Verdünnungspumpe 16 im
Betrieb ihre Förderleistung
im wesentlichen beibehält,
wobei eventuelle Rückwirkungen
beider Pumpen aufeinander durch die Erhöhung des Drucks an der Mischeinrichtung 17 zumindest
das Mischungsverhältnis
in erster Näherung nicht
beeinflussen.
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Das
beschriebene System lässt
auch Kontrollmessungen der Analyseeinheit vor dem eigentlichen Messvorgang
zu, beispielsweise um die Dichtigkeit des Messkanals zu prüfen. Hierzu
wird die Sondenöffnung 2 verschlossen,
der Differenzdrucksensor 20 genullt und danach die Messpumpe 3 eingeschaltet. Überschreitet
der Druck vor der Mischeinrichtung 17 einen Schwellwert,
so ist dies ein Zeichen dafür,
dass der Messkanal 1 undicht ist. Das Messgerät muss überprüft werden.
Andererseits kann auch die Leistungsfähigkeit der Verdünnungspumpe 16 einzeln
getestet werden, um zu verhindern, dass bei spielsweise im Falle
eines aggressiven Messgases ungenügend verdünntes Messgas zu den Sensoren gelangt.
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Im
Betrieb kann das Dreiwegeventil so geschaltet werden, dass das Verdünnungsgas
direkt von der Verdünnungspumpe 16 zur
zweiten Mischeinrichtung 6 gelangt und dort mit dem Messgas
vermischt wird. In diesem Fall muss aus den bekannten Strömungsverhältnissen
und den vorher gemessenen Durchflussmengen der Messpumpe 3 und
der Verdünnungspumpe 16 das
Mischungsverhältnis
an der Mischeinrichtung 6 berechnet werden.
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Wird
eine Mischung in der ersten Mischeinrichtung 17 vorgenommen,
so dass ein einheitliches Messgas in den ersten Messkanal 1 und
den ersten Abzweigmesskanal 9 gelangt, so kann auch beispielsweise
der Anteil von O2 oder einem anderen Gasbestandteil,
dessen Anteil sowohl am Messgas als auch am Verdünnungsgas bekannt ist, durch
den Sensor 11 bestimmt und mit dem in dem bekannten Verdünnungsgas
enthaltenen O2-Anteil verglichen werden.
Aus diesen Anteilen kann dann ebenfalls das Verdünnungsverhältnis bestimmt werden. Dies ist
beispielsweise auch bei der Verwendung von Frischluft als Verdünnungsgas
bei bekanntem O2-Anteil möglich.
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In
der 2 ist ein Gaswegschema gezeigt, das ohne ein Mehrwegeventil
auskommt. Gleiche Elemente der beiden Gaswegschemata sind mit identischen
Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Gaswegschema aus 1 ist
gemäß 2 vorgesehen,
dass die Messpumpe 16 dauerhaft über die Kapillare 24 mit
der zweiten Mischeinrichtung 6 und zusätzlich mit dem zweiten Anschluss 22 des
Differenzdrucksensors 20 verbunden ist. Eine Verbindung
zu dem ersten Mischraum 17 besteht bei dieser Variante
von der Verdünnungspumpe 16 aus nicht.
Vor der Messpumpe 3 kann eine Kondensatfalle 23 angeordnet werden,
in der beispielsweise Feuchtigkeit aus dem Messgas ausgefällt werden kann.
Eine solche Kondensatfall ist optional und könnte beispielsweise auch bei
der Vorrichtung nach 1 eingesetzt werden.
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Das
unverdünnte
Messgas gelangt im Verhältnis
der Kapillargrößen durch
die Kapillaren 5, 10 und somit in den ersten Messkanal 1 beziehungsweise
den ersten Abzweigmesskanal 9. Im übrigen können auch weitere Abzweigmesskanäle vorgesehen sein,
ebenso wie bei der Ausgestaltung gemäß 1.
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Das
unverdünnte
Messgas gelangt in die zweite Mischeinrichtung 6, in welche
durch die Verdünnungspumpe 16 über die
Kapillare 24 Verdünnungsgas,
beispielsweise Frischluft eingepumpt wird. Nach der Mischung gelangt
das Mischgas dann zu dem CO-Sensor 7 zur weiteren Messung.
Die Mischeinrichtung können übliche Mischkammern, T-Leitungsstücke, Y-Leitungsstücke etc.
sein, die vorzugsweise ein kleines Mischvolumen aufweisen.
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Um
das Verdünnungsverhältnis bestimmen zu
können,
sind auch hier Kenntnisse über
die Durchflussmengen der Messpumpe 3 und der Verdünnungspumpe 16 notwendig.
Zur Bestimmung der Durchflussmengen können die Strömungswiderstände der
Kapillaren (5, 10, 24) herangezogen werden. Zur
noch genaueren Erfassung dieser Durchflussmengen wird vor dem Messbetrieb
zunächst
nur die Messpumpe 3 eingeschaltet. Ihre Durchflussmenge wird
durch Differenzdruckmessung an dem Differenzdrucksensor 20 bestimmt,
wobei der zweite Anschluss 22 des Differenzdrucksensors
bei ausgeschalteter Verdünnungspumpe 16 drucklos
bleibt.
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Danach
wird die Messpumpe 3 abgeschaltet und die Verdünnungspumpe 16 eingeschaltet.
Der Druck, der sich vor der Kapillare 24 aufbaut, wird über den
Differenzdrucksensor 20 an seinem zweiten Anschluss 22 erfasst,
wobei der erste Anschluss 21 auf Niederdruckniveau ist.
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Dadurch
lässt sich
der von der Verdünnungspumpe 16 erzeugte
Durchfluss durch die Kapillare 24 bestimmen. Da das Aufteilungsverhältnis des
durch die Messpumpe 3 auf die Kapillaren 5, 10 verteilten Messgasstroms
bekannt ist, ist die absolute Messgasmenge bekannt, die durch die
Kapillare 5 strömt. Die
durch die Kapillare 24 strömende Verdünnungsgasmenge ist ebenfalls
bekannt, so dass hieraus das Verdünnungsverhältnis, das sich in der zweiten Mischeinrichtung 6 zwischen
dem Messgas und dem Verdünnungsgas
einstellt, berechnet werden kann.
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Während des
Messbetriebes kann der Differenzdrucksensor 20 ebenfalls
betrieben werden, wobei er den Differenzdruck anzeigt zwischen dem
im Messkanal 1 erzeugten Messgasdruck und dem im weiteren
Verdünnungskanal 19 erzeugten
Druck des Verdünnungsgases.
Etwaige Schwankungen in der Leistung der Pumpen 3, 16 oder
im Druck des Messgases an der Sondenöffnung 2 können hierdurch festgestellt
und berücksichtigt
werden.
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Zusätzlich zu
den dargestellten Ausführungsbeispielen
sind Abwandlungen denkbar, insbesondere ist der Einsatz für andere
Arten von Gasmessgeräten,
aber auch bei der Analyse von Flüssigkeiten
denkbar. Die entsprechenden Pumpen müssen dann natürlich für Flüssigkeiten
ausgelegt sein, ansonsten bleiben die Natur von Strömungswiderständen und
Mischräumen
anzupassen. Im Prinzip ändert
sich an der Funktionsweise jedoch nichts.
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Die
beschriebene Vorrichtung zur Gasanalyse erlaubt mit einfachen Mitteln
eine genaue Erfassung von Bestandteilen des Messgases auch bei geringen
Drücken
bei entsprechender Schonung der Gassensoren, soweit dies erforderlich
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass zur weiteren Verdünnung zusätzliche
Verästelungen
in beliebiger Zahl und Form möglich
sind.