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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Einspeisen von Probengas
in eine Gas-Analyse-Vorrichtung mit:
- – einer
von einem Probengaseinlass zu einem Probengasauslass führenden
Probengasleitung; und
- – einem
in der Probengasleitung angeordneten Mehrwegventil, an das eine
zu einer Analyseeinheit führende
Zuführleitung
angeschlossen ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 102 28 912 C1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung
umfasst einen Mehrwegventil-Block, der an einem Gaseinlass und einem
Gasauslass angeschlossen ist. Ferner ist der Mehrwegventil-Block
an eine innere Messkreisleitung angeschlossen, die mit der Driftkammer
eines Ionenmobilitätsspektrometers
verbunden ist. Die Driftkammer des Ionenmobilitätsspektrometers ist schließlich auch
noch an eine Driftgasleitung angeschlossen, über die Driftgas durch die
Driftkammer des Ionenmobilitätsspektrometers
gepumpt wird.
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Zur
Probenentnahme werden im Mehrwegventil-Block enthaltene Ventile
kurzzeitig umgeschaltet. Dadurch wird eine im Mehrwegventil-Block
ausgebildete Probenschleife, die im Normalfall mit Probengas durchströmt wird,
kurzzeitig mit der inneren Messkreisleitung verbunden, so dass das
in der Probengasschleife enthaltene Probengas in die innere Messkreisleitung
gelangt. Insbesondere wird das Probengas durch die Messkreisleitung
zur Driftkammer des Ionenmobilitätsspektrometers
gepumpt und kann dort detektiert werden.
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Ein
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass es bei hohen Konzentrationen
gesuchter Substanzen im Probengas leicht zur Sättigung des Ionenmobilitätsspektrometers
kommen kann.
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Außerdem ist
mit der bekannten Vorrichtung kein kontinuierlicher Messbetrieb
möglich.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung für
das Einspeisen von Probengas in eine Gas-Analyse-Vorrichtung zu
schaffen, mit der sich eine Sättigung
der Gas-Analyse-Vorrichtung vermeiden lässt und mit der ein kontinuierlicher
Messvorgang durchführbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst. In den
davon abhängigen
Ansprüchen
sind weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
der Vorrichtung sind die Probengasleitung und die Zuführleitung über eine
für Probengas durchlässige Diffusionsbrücke verbunden. Über eine derartige
Diffusionsbrücke
kann Probengas kontinuierlich zur Gas-Analyse-Vorrichtung gelangen,
so dass ein kontinuierlicher Betrieb der Gas-Analyse-Vorrichtung
möglich
wird. Außerdem
kann die Diffusionsbrücke
dazu dienen, ein Konzentrationsgefälle zwischen der Probengasleitung
und der Zuführleitung
aufrecht zu erhalten, so dass die Gas-Analyse-Vorrichtung auch bei
hoher Konzentration einer gesuchten Substanz im Probengas nicht
in die Sättigung
geht. Falls die Gas-Analyse-Vorrichtung keine gesuchte Substanz
im Probengas feststellen kann, besteht immer noch die Möglichkeit,
das Mehrwegventil zu öffnen
und das Probengas über
die Zuführleitung
der Gas-Analyse-Vorrichtung zuzuführen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Vorrichtung ist die Diffusionsbrücke außerhalb des Mehrwegventils
angeordnet. Damit können
für das
Mehrwegventil handelsübliche
Ventile verwendet werden.
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Die
Diffusionsbrücke
wird unabhängig
vom Schaltzustand des Mehrwegventils, wenn die Diffusionsbrücke in Strömungsrich tung
vor dem Umschaltventil in der Probengasleitung angeordnet wird.
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Umgekehrt
kann die Diffusionsbrücke
vom Probengasstrom getrennt werden, wenn die Diffusionsbrücke in Strömungsrichtung
hinter dem Mehrwegventil in der Probengasleitung angeordnet wird.
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Die
Zuführleitung
kann an eine innere Messkreisleitung angeschlossen sein. In diesem
Fall kann ein kontinuierlicher Gastransport durch die Zuführleitung
zu der Gas-Analyse-Vorrichtung
aufrechterhalten werden, was einen kontinuierlichen Messvorgang ermöglicht.
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Um
die Messung von niedrigen Konzentrationen im quasikontinuierlichen
Betrieb zu ermöglichen,
kann stromaufwärts
vor dem ersten Mehrwegventil in der Probengasleitung ein zweites
Mehrwegventil angeordnet sein, das zusammen mit dem ersten Mehrwegventil
eine Probengasschleife mit definierten Volumen bildet. Die Probengasschleife
bildet dabei eine äußere Messkreisleitung,
die durch kurzzeitiges Umschalten des ersten und zweiten Mehrwegventils
mit der Gas-Analyse-Vorrichtung verbunden werden kann. Da das Volumen
der Probengasschleife bekannt ist, können dann in der Gas-Analyse-Vorrichtung
Konzentrationen gesuchter Substanzen im Probengas bestimmt werden.
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Um
die Durchspülung
der äußeren Messkreisleitung
im quasikontinuierlichen Messbetrieb zu ermöglichen, kann in der inneren
Messkreisleitung ein drittes Schaltventil vorgesehen sein, das die
innere Messkreisleitung unterbricht, wenn die äußere Messkreisleitung über das
erste und zweite Mehrwegventil geöffnet wird.
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Die
Diffusionsbrücke
wird vorzugsweise von einer für
das Probengas durchlässigen
Membran gebildet.
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Ferner
handelt es sich bei der Gas-Analyse-Vorrichtung vorzugsweise um
ein Ionenmobilitätsspektrometer.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung im Einzelnen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 ein
Ionenmobilitätsspektrometer,
dessen Zuführvorrichtung
mit einer Diffusionsbrücke
versehen ist; und
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2 ein
weiteres Ionenmobilitätsspektrometer,
dessen Zuführvorrichtung
mit einer Diffusionsbrücke
versehen ist.
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In 1 ist
ein Ionenmobilitätsspektrometer 1 dargestellt.
Das Ionenmobilitätsspektrometer 1 umfasst
einen Gaseinlass 2 und einen Gasauslass 3, zwischen
denen sich eine Probengasleitung 4 erstreckt. Die Probengasleitung 4 führt vom
Gaseinlass 2 zunächst
zu einem Gaseinlass 5 eines Ventilblocks 6, in
dem eine Diffusionsbrücke 7 ausgebildet
ist. Der Diffusionsbrücke 7 ist
eine Probenschleife 8 nachgeordnet, die zwischen Probeschleifenanschlüssen 9 an
den Ventilblock 6 angeschlossen ist. Das Volumen der Probenschleife 8 ist
durch ein erstes Mehrwegventil 10 und ein zweites Mehrwegventil 11 begrenzt, die
beide im Ventilblock 6 angeordnet sind. Über einen
Gasauslass 12 des Ventilblocks 6 und eine Probenentnahmepumpe 13 führt die
Probengasleitung 4 schließlich zu dem Gasauslass 3.
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Das
erste Mehrwegventil 10 ist ferner an eine Zuführleitung 14 angeschlossen,
die über
einen Gasauslass 15 zu einer Driftkammer 16 des
Ionenmobilitätsspektrometers 1 führt. Die
Driftkammer 16 ist auch an einen Driftgaskreislauf 17 angeschlossen, der
neben einer Kreislaufpumpe 18 ein Kreislauffilter 19 umfasst.
Von dem Driftgaskreislauf 17 zweigt eine Messkreisleitung 20 ab,
die über
einen Gaseinlass 21 zu der Diffusionsbrücke 7 und von dort über ein Schaltventil 22 zu
der Zuführleitung 14 geführt ist.
Vor dem Schaltventil 22 zweigt von der Messkreisleitung 20 eine
Rückführleitung 23 ab,
die zum zweiten Mehrwegventil 11 zurückführt. Der von der Driftkammer 16 zu
der Messkreisleitung 20 führende Abschnitt des Driftgaskreislaufes 17 bildet
zusammen mit der Messkreisleitung 20 und dem zur Driftkammer 16 zurückführenden
Abschnitt der Zuführleitung 14 einen
inneren Messkreislauf 24. Bei dem in 1 dargestellten
Schaltzustand der Mehrwegventile 10 und 11 sowie
des Schaltventils 22 ist der innere Messkreislauf 24 von
der Probengasleitung 4 getrennt. Durch kurzzeitiges Umschalten
der Mehrwegventile 10 und 11 sowie des Schaltventils 22 kann
ein äußerer Messkreislauf 25 hergestellt
werden, der den von der Driftkammer 16 zur Messkreisleitung 20 führenden
Abschnitt des Driftkreislaufes 17, den zurück zur Leitung 23 führenden
Abschnitt der Messkreisleitung 20, die Rückführleitung 23,
die Probenschleife 8 sowie die Zuführleitung 14 umfasst.
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Neben
den bereits beschriebenen Komponenten kann das Ionenmobilitätsspektrometer 1 mit weiteren
Komponenten, wie ein dem Gaseinlass 2 vorgeschalteter Partikelfilter 26,
Temperaturfühlern 27 und 28,
einem Drucksensor 29 und einem der Aufrechterhaltung eines
Mindestdruckes in der Probengasleitung 4 dienenden differenziellen
Druckschalter 30 versehen sein.
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Ferner
sei angemerkt, dass die Diffusionsbrücke 7 des in 1 dargestellten
Ionenmobilitätsspektrometers 1 eine äußere Strömungskammer 31 aufweist,
die an die Probengasleitung 4 angeschlossen ist, sowie
eine innere Strömungskammer 32,
die mit der Messkreisleitung 20 verbunden ist. Die äußere Strömungskammer 31 und
die innere Strömungskammer 32 sind
durch eine Membran 33 getrennt, durch die Probengas von
der äußeren Strömungskammer 31 in
die innere Strömungskammer 32 diffundieren
kann.
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Insbesondere
gelangt bei dem in 1 dargestellten Schaltzustand
der Mehrwegventile 10 und 11 sowie des Schaltventils 22 kontinuierlich
Probengas aus der Probengasleitung 4 in den inneren Messkreislauf 24 und
kann in der Driftkammer 16 detektiert werden. Da nur ein
Teil des durch Probengasleitung 4 hindurch strömenden Gases
durch die Membran 33 hindurch in den inneren Messkreislauf 24 eintritt, kann
das Ionenmobilitätsspektrometer 1 auch
zur Detektion von hohen Probengaskonzentrationen verwendet werden,
ohne dass ein in der Driftkammer 16 ausgebildeter Detektor 34 in
die Sättigung
geht. Falls der Detektor 34 kein Messsignal ausgibt, das
auf die Anwesenheit einer gesuchten Substanz hindeutet, kann das
Ionenmobilitätsspektrometer 1 neben
dem in 1 dargestellten kontinuierlichen Betriebszustand
auch in einem quasikontinuierlichen Betriebszustand betrieben werden,
bei dem die Mehrwegventile 10 und 11 sowie das
Schaltventil 22 wiederholt kurzzeitig umgeschaltet werden.
Dadurch wird das in der Probenschleife 8 enthaltene Probengas
aus der Probengasschleife 8 abgepumpt und der Driftkammer 16 zugeführt. Dort
kann das Probengas auf das Vorliegen gesuchter Substanzen untersucht
werden.
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Das
Ionenmobilitätsspektrometer 1 bietet den
Vorteil, dass hohe Konzentrationen gesuchter Substanzen im Probengas
kontinuierlich gemessen werden können.
Gleichzeitig kann das Probengas auch auf das Vorliegen niedriger
Konzentrationen gesuchter Substanzen untersucht werden, indem das Ionenmobilitätsspektrometer
vom kontinuierlichen Messbetrieb in den quasikontinuierlichen Messbetrieb
umgeschaltet wird.
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In 2 ist
ein weiteres Ionenmobilitätsspektrometer 35 dargestellt,
bei dem die Probengasleitung 4 nach dem Gaseinlass 5 zu
einem zweiten Mehrwegventil 36 führt, in das eine Diffusionsbrücke integriert
ist. Die Diffusionsbrücke
des Mehrwegventils 36 kann beispielsweise eine in einen
Schlusselement integrierte Membran des Mehrwegventils 36 sein.
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Beispielsweise
kann ein in einen Schieber des Mehrwegventils 36 integrierte
Membran als Diffusionsbrücke
dienen.
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Daneben
ist es auch denkbar, die Diffusionsbrücke 7 beispielsweise
zwischen dem ersten Mehrwegventil 11 und dem Gasauslass 12 anzuordnen.
In diesem Fall ist die Diffusionsbrücke allerdings mit der Zuführleitung 14 verbunden,
so dass im quasikontinuierlichen Betrieb ein Teil des in der Probenschleife 8 eingespeisten
Probengases über
die Diffusionsbrücke
verloren gehen kann. Es ist daher von Vorteil, wenn die Diffusionsbrücke entweder
wie in 1 an die Messkreisleitung 20 oder wie
in 2 an die Rückführleitung 23 angeschlossen
ist.
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Ferner
ist es möglich,
den Montageblock des Ventilblocks 6 aus Material zu fertigen,
das geeignete Permeationseigenschaften aufweist, um eine Diffusion
der im Probengas enthaltenen Substanzen von der Probengasleitung 4 in
die Zuführleitung 14,
die Messkreisleitung 20 oder die Rückführleitung 23 zu ermöglichen.
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Für die Mehrwegventile 10, 11 und 36 sowie das
Schaltventile 22 werden vorzugsweise 3/2-Wegeventile verwendet.
Danebenkönnen
aber auch andere Mehrwegventile eingesetzt werden. Ferner sei angemerkt,
dass durch geeignete Kalibrierung dem vom Detektor 34 gelieferten
Messsignal auch im kontinuierlichen Messbetrieb eine Substanzkonzentration
zugeordnet werden kann.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang
mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel
kombiniert werden können,
außer wenn
dies aus Gründen
der Kompatibilität
ausgeschlossen ist.
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Schließlich wird
noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung
der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang
etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel
verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.
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- 1
- Ionenmobilitätsspektrometer
- 2
- Gaseinlass
- 3
- Gasauslass
- 4
- Probengasleitung
- 5
- Gaseinlass
- 6
- Ventilblock
- 7
- Diffusionsbrücke
- 8
- Probenschleife
- 9
- Probenschleifenanschluss
- 10
- Mehrwegventil
- 11
- Mehrwegventil
- 12
- Gasauslass
- 13
- Probenentnahmepumpe
- 14
- Zuführleitung
- 15
- Gasauslass
- 16
- Driftkammer
- 17
- Driftgaskreislauf
- 18
- Kreislaufpumpe
- 19
- Kreislauffilter
- 20
- Messkreisleitung
- 21
- Gaseinlass
- 22
- Schaltventil
- 23
- Rückführleitung
- 24
- innerer
Messkreislauf
- 25
- äußerer Messkreislauf
- 26
- Partikelfilter
- 27
- Temperaturfühler
- 28
- Temperaturfühler
- 29
- Drucksensor
- 30
- Druckschalter
- 31
- Strömungskammer
- 32
- Strömungskammer
- 33
- Membran
- 34
- Detektor
- 35
- Ionenmobilitätsspektrometer
- 36
- Mehrwegventil