DE2349404B2 - Vorrichtung zur quantitativen Analyse - Google Patents
Vorrichtung zur quantitativen AnalyseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen und quantitativen Ermittlung eines
oder mehrerer Bestandteile eines Fluids, die eine Meßzelle, ein die zu messenden Bestandteile aus dem
Fluid absorbierendes Absorptionsfilter, eine Eichquelle, die dem Fluid eine bekannte Menge der zu messenden
Bestandteile liefert, eine Verbindungsvorrichtung mit zwei Ein- und zwei Ausgängen, Zu- und Abfuhrleitungen
und ein den Durchfluß des Fluids durch die Leitungen bewirkendes Durchströmungsglied enthält, wobei die
Zufuhrleitung in einem ersten T-Stück endet, dem sich eine Leitung anschließt, in die das Absorptionsfilter
aufgenommen ist, das mit dem ersten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, während weiter
eine Leitung vorgesehen ist, die direkt mit dem zweiten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist,
wobei die Abfuhrleitung mit einem zweiten T-Stück beginnt, dem sich eine Leitung anschließt, die mit dem
zweiten Ausgang der Verbindungsverrichtung verbunden
ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist, in der die Meßzelle angeordnet ist, die mit dem ersten
Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist und die Eichquelle sich in der Verbindungsleitung
zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang befindet.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 55 107 bekannt.
Die bekannte Vorrichtung benutzt für die Eichung der
40 Messung eine Eichquelle, die dem sie durchfließenden Fluid eine bekannte Menge zu messender Bestandteile
liefert. Für eine derartige Eichquelle können Injektionsverfahren verwendet werden, die diskontinuierlich oder
kontinuierlich arbeiten, wobei z. B. über eine sehr schmale Öffnung unter Überdruck eine bekannte
Menge Bestandteile pro Zeiteinheit in die Fluidströmung injiziert wird. In der Praxis können für diesen
Zweck Injektionsspritzen mit einer Injektionsnadel, die von einem Motor angetrieben werden, oder Gaszylinder
mit einer Injektionsnadel verwendet werden. Auch werden Diffusionsverfahren angewendet. Die bekannte
Vorrichtung enthält beispielsweise eine SO2-Quelle, die
aus einem Vorratsraum mit SO2 besteht, der eine kleine
öffnung besitzt, die in einen Durchströmungsraum mündet. Die öffnung ist mit einer halbdurchlässigen
Wand bedeckt, wobei also durch Diffusion kleine Mengen SO2 dem den Durchströmungsraum durchfließenden
Gas geliefert werden.
Wenn eine Eichquelle einer derartigen Bauart für ein anderes Gas oder eine andere Flüssigkeit verwendet
wird, stellt sich in der Praxis heraus, daß in gewissen Fällen eine Schwierigkeit in Form von Angriff,
Verschmutzung oder chemischer Reaktion an der
6") Oberfläche der halbdurchlässigen Wand auftritt. Eine
Lösung für diese Schwierigkeit besteht darin, daß man die Diffusion zu einem Trägerfluid stattfinden läßt, das
keine Reaktion an der Oberfläche der halbdurchlässigen
Wand herbeiführt, so daß die Abgabe der bekannten Menge Bestandteile durch die Eichquelle nicht gestört
wird. Zu diesem Zweck kann ein Vorratszylinder mit einem inerten Fluid verwendet werden, das kontinuierlich
an der halbdurchlässigen Wand entlang strömt Diese Strömung mit den abgegebenen Bestandteilen
wird in das zu messende Fluid gebracht
Die Erfindung bezweckt, eine besonders einfache Lösung für die genannte Schwierigkeit zu schaffen, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eichquelle aus einer ,
Eichquellenleitung mit Strömungswiderstand aufgebaut ist, in die ein Reinigungsfilter und ein Vorratsgefäß mit
zu messenden Bestandteilen zur Lieferung der bekannten Menge zu messender Bestandteile an das Fluid mit
Hilfe eines Trägerfluids eingebaut sind, daß zum Ableiten des Trägerfluids in die Eichquellenleitung
zwischen dem Eingang der Zufuhrleitung und den Eingängen der Verbindungsvorrichtung eine Leitungsabzweigung angebracht ist, an die die Eichquellenleitung
auf der Eingangsseite des Reinigungsfilters angeschlossen ist, während zwischen der Leitungsabzweigung
und dem Anschluß der Eichquelle Hauptstromwiderstände angeordnet sind, über denen durch
den Fluidstrom ein Druckgefälle erzeugbar ist und deren Widerstandswert viele Male kleiner als der Wert
des Strömungswiderstandes ist, und daß die Eichquellenleitung auf der Ausgangsseite des Vorratsgi-fäßes
mit einem dritten T-Stück verbunden ist, das sowohl den einen als auch den anderen Anschluß der Eichquelle in
der Verbindungsleitung bildet.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist den Vorteil auf, daß ein gesondert aufzubewahrendes Trägerfluid
nicht benötigt wird, sondern daß dieses Fluid aus der zu messenden Fluidströmung dadurch hergestellt wird, daß
letztere von allen Fluidbestandteilen, die einen Angriff auf die Oberfläche der halbdurchlässigen Wand oder
eine Reaktion in dieser Oberfläche herbeiführen könnten, befreit wird. Die Vorrichtung nach der
Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung eines Diffusionsvorganges, sondern kann auch bei jeder
Art Quelle mit Vorratsraum verwendet werden, von der bekannt ist, daß die zu messende Fluidströmung
Bestandteile enthält, die im Absorptionsfilter nicht zurückbleiben, sondern wohl die Injektionsstelle des
Vorratsraumes angreifen oder verschmutzen und damit die Eichung zunichte machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Leitungsabzweigung und ein Hauptströmungswiderstand
in der Zufuhrleitung angebracht. Dabei soll das Reinigungsfilter alle zu messenden Bestandteile absorbieren,
aber soll auch aggressive Bestandteile entfernen, die die Eichung stören können.
Eine andere zweckmäßige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabzweigung
zwischen dem Ausgang des Absorptionsfilters und dem ersten Eingang angebracht und ein erster Hauptstromwiderstand
zwischen dem einen Anschluß der Eichquelle
und der Leitungsabzweigung vorhanden ist, während ein zweiter Hauptstromwiderstand mit einem dem des
ersten Hauptstromwiderstandes nahezu gleichen Wert zwischen dem anderen Anschluß der Eichquelle und
dem ersten T-Stück angebracht ist.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist der, daß das Absorptionsfilter auch für den abzuzweigenden Trägerfluidstrom
verwendet wird, so daß das Reinigungsfilter br>
nur zur Entfernung der Restbestandteile eingerichtet zu sein braucht, die die Injektionsstelle angreifen können.
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine bekannte Vorrichtung, F i g. 2 eine Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 3 eine andere Vorrichtung nach der Erfindung, und
F i g. 4 eine Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 3.
In F i g. 1 ist die bekannte Vorrichtung blockschematisch
dargestellt Das auf das Vorhandensein bestimmter Stoffe zu prüfende Fluid wird dem Eingang 16 einer
Zufuhrleitung 5 zugeleitet Ober ein T-Stück kann der Fluidstrom durch eine Leitung 10 zu einem Eingang 2
einer Verbindungsvorrichtung 7 geführt werden, wenn sich diese in der Lage »Messen« befindet, wobei der
Eingang 2 mit dem Ausgang 3 verbunden ist Wenn sich die Verbindungsvorrichtung 7 in der Lage »Nullpunktbestimmung«
oder »Eichen« befindet, wobei der Eingang 1 mit dem Ausgang 3 oder mit dem Ausgang 4
verbunden ist, wird der Fluidstrom durch ein Absorptionsfilter 6 über eine Leitung 11 zu dem Eingang 1
geführt Die zu messenden Bestandteile im Fluidstrom werden vom Filter 6 entfernt
Die Verbindungsvorrichtung 7 kann aus einem Vierwegehahn oder aus steuerbaren Ventilen bestehen,
wobei stets die richtigen Eingänge mit den gewünschten Ausgängen verbunden werden. Die Eichquelle 8 ist mit
Anschlüssen 17 und 18 in eine Verbindungsieitung zwischen der an den Ausgang 4 angeschlossenen
Leitung 12 und der an den Ausgang 3 angeschlossenen Leitung 13 aufgenommen. Ein Durchströmungsglied 28,
an das die Leitungen 14 und 15 angeschlossen sind, bewirkt, daß das Fluid die Vorrichtung durchfließt,
wobei es über die Abfuhrleitung 210 abgeführt wird. Die Leitung 14 ist mit der Leitung 12 und die Leitung 15 ist
mit der Meßzelle 9 verbunden, die mit Meßklemmen 19 und 20 versehen ist.
Der andere Anschluß der Meßzelle 9 ist über eine Leitung mit der Leitung 13 verbunden. Wenn die
Leitung 12 einen Fluidstrom führt, teilt dieser sich in einen von der Leitung 14 abgeführten Teil und in einen
die Eichquelle 8 und die Meßzelle 9 passierenden Teil. Dem gereinigten Strom wird durch die Eichquelle 8 eine
bekannte Menge an Bestandteilen zugesetzt, die in der Meßzelle 9 gemessen werden und dadurch ein
Eichsignal an den Klemmen 19 und 20 erzeugen. Wenn die Leitung 13 einen Fluidstrom führt, teilt dieser sich in
einen die Eichquelle 8 ventilierenden und von der Leitung 14 abgeführten Teil und in einen die Meßzelle 9
passierenden Teil, der an den Meßklemmen 19 und 20 ein Nullsignal erzeugt, wenn sich die Vorrichtung 7 in
der Verbindungslage 1-3 befindet, während er ein Meßsignal erzeugt, wenn sich die Vorrichtung 7 in der
Verbindungslage 2-3 befindet. Die Meßzelle 9 ist dazu eingerichtet, die zu messenden Bestandteile aus dem
Fluidstrom in ein proportionales elektrisches Signal umzuwandeln, so daß sich daraus, z. B. eine Konzentration
ermitteln läßt, die in Mikrogrammen pro Liter oder in einer Anzahl Teilen pro Mil'ion Teile (parts per
million) ausgedrückt wird.
F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung unter Verwendung des Blockschaltbildes nach Fig. 1
und der darin bereits angewandten Zifferbezeichnung der Teile.
Das Durchströmungsglied 28 ist aus nahezu gleichen Strömungswiderständen 23 (in der Leitung 14) und 24 (in
der Leitung 15) aufgebaut, die über ein T-Stück 37 in der Leitung 210 zusammengefügt werden, in die eine Pumpe
25 mit ein*?r AusströmuniTsöffnun(7 26 aufgenommen ist.
Die Widerstände 23 und 24, ζ. B. in Form kapillarer Drosselungen, bestimmen die Durchströmungsgeschwindigkeit
des Fluidstromes in der ganzen Vorrichtung. Sie sind als Stromquellen zu betrachten, die eine
konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten. Die Vorrichtung nach F i g. 1 enthält nach F i g. 2 in der
Zufuhrleitung 5 eine Abzweigung 29 und einen kleinen Durchströmungswiderstand 21 zwischen der Abzweigung
29 und dem T-Stück 38. Die Eichquelle 8 enthält die Anschlüsse 17 und 18 in Form eines T-Stücks 35 mit
Zufuhranschlüssen 36. Daran ist eine Leitung 34 angeschlossen, die andererseits an ein Vorratsgefäß 33
angeschlossen ist, das aus einem Durchströmungsraum 31 und einem Vorratsraum 32 besteht. Der andere
Anschluß des Durchströmungsraurnes 31 ist an ein
Reinigungsfilter 27 angeschlossen, das über einen Durchströmungswiderstand 22 und eine Leitung 30 an
die Abzweigung 29 angeschlossen ist. Der Fluidstrom in der Leitung 5 erzeugt über dem Hauptstromwiderstand
21 ein Druckgefälle, das zwischen der Abzweigung 29 und dem Anschluß 36 des T-Stückes 35 gemessen
werden kann. Der Wert dieses Widerstandes 21 ist derartig, daß dieses Druckgefälle, über der Eichquellenleitung
30—34 gemessen, unabhängig von der Lage der Vorrichtung 7 nahezu konstant ist. Da in der genannten
Eichquellenleitung 30—34 ein Strömungswiderstand vorhanden ist, dessen Wert viele Male größer als der
Wert des Widerstandes 21 ist, wird ein kleiner Teil des Fluidstromes in der Leitung 5 abgezweigt und
durchfließt dann die Eichquellenleitung.
Es ist ersichtlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit dieses Teiles durch die angewandten Maßnahmen
nahezu konstant ist. In F i g. 2 ist der Strömungswiderstand der Eichquellenleitung annahmeweise in dem
Widerstand 22 konzentriert. Das Reinigungsfilter 27 befreit den kleinen Strom des Fluids von unerwünschten
Bestandteilen, unter ihnen auch die zu ermittelnden Bestandteile, so daß der Durchströmungsraum 31 einen
derart reinen Fluidstrom empfängt, daß eine bekannte Menge zu messender Bestandteile aus dem Vorratsgefäß
32 diesem Strom zugesetzt wird. Dieser Trägerfluidstrom ist also derart zusammengesetzt, daß, je nach Art
Injektion, z. B. unter Verwendung einer Injektionsnadel und einer halbdurchlässigen Wand, die Injektionsstelle
nicht verunreinigt oder chemisch angegriffen wird. Als Beispiel sei das Messen von NO2 in einem Gasstrom, wie
Luft, erwähnt, wobei im Vorratsraum 32 eine konzentrierte Menge NO2 vorhanden ist und die Abgabe der
bekannten Menge über eine halbdurchlässige Wand stattfindet. Das Filter 27 sorgt dafür, daß NO2 entfernt
wird und daß der Wasserdampf absorbiert wird, weil gefunden wurde, daß Wasserdampf an der Oberfläche
der halbdurchlässigen Wand die Abgabe von NO2 stark herabsetzt.
F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 2, wobei entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Eichquellenleitung ist mit ihrer Abzweigung 29 nun hinter dem
Absorptionsfilter 6 angeordnet, wodurch das Reinigungsfilter 27 vereinfacht werden kann. Dieses Filter 27
braucht nun nur die weiteren aggressiven Bestandteile aus dem Trägerfluidstrom aufzunehmen. In dieser
Vorrichtung sollen zwei Hauptstromwiderstände angebracht werden, die zwischen der Abzweigung 29 und
dem Anschluß 17 (ζ. B. in F i g. 3 mit 21a bezeichnet) und
zwischen dem T-Stück 38, über die Leitung 10, und dem Anschluß 18 (z.B. in Fig. 3 mit 216 bezeichnet]
angeordnet werden müssen. Die Verbindungsvorrichtung 7 kann auch diese Hauptstromwiderstände in Form
bereits vorhandener Verjüngungen enthalten.
F i g. 4 zeigt eine Erweiterung der Vorrichtung nach F i g. 3, die grundsätzlich auch bei der Vorrichtung nach
F i g. 2 angewandt werden kann.
Die Verbindungsvorrichtung 7 ist mit mehrerer Ausgängen 4, und zwar den Ausgängen 4a, 4b und 4c
versehen. Es sind drei Eichquellen 8a, 8Z>, 8c und
Eichquellenleitungen 34a, 34b bzw. 34c vorgesehen, die alle auf die in F i g. 2 dargestellte Weise ausgebildet sind
Das Reinigungsfilter 27 ist in Fig.4 kombinien dargestellt, wodurch eine vorteilhafte Ersparung erhalten
wird. Jede Eichquelle besitzt einen eigenen Strömungswiderstand 22a, 22b bzw. 22c, ein Vorratsgefäß
33a, 33b bzw. 33c und ein Anschluß-T-Stück 35a, 35f
bzw. 35c, die in Verbindungsleitungen zwischen der Ausgängen 3-4c, 4c-4b und 4b-4a aufgenommen sind
Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, drei Eichpunkte zu erhalten, damit eine nichtlineare Meßkurve dei
Meßzelle 9 auf richtige Weise geeicht werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen und quantitativen Ermittlung eines oder mehrerer Bestandteile
eines Fluids, die eine Meßzelle, ein die zu messenden Bestandteile aus dem Fluid absorbierendes Absorptionsfilter,
eine Eichquelle, die dem Fluid eine bekannte Menge der zu messenden Bestandteile
liefert, eine Verbindungsvorrichtung mit zwei Ein- und zwei Ausgängen, Zu- und Abfuhrleitungen und
ein den Durchfluß des Fluids durch die Leitungen bewirkendes ■ Durchströmungsglied enthält, wobei
die Zufuhrleitung in einem ersten T-Stück endet, dem sich eine Leitung anschließt, in die das
Absorptionsfilter aufgenommer ist, das mit dem ersten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden
ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist, die direkt mit dem zweiten Eingang der Verbindungsvorrichtung
verbunden ist, wobei die Abfuhrleitung mit einem zweiten T-Stück beginnt, dem sich
eine Leitung anschließt, die mit dem zweiten Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist,
während weiter eine Leitung vorgesehen ist, in der die Meßzelle angeordnet ist, die mit dem ersten
Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, und die Eichquelle sich in der Verbindungsleitung
zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eichquelle (8) aus einer Eichquellenleitung (30, 34) mit Strömungswiderstand (22) aufgebaut ist, in die
ein Reinigungsfilter (27) und ein Vorratsgefäß (33) mit zu messenden Bestandteilen zur Lieferung der
bekannten Menge zu messender Bestandteile cn das Fluid mit Hil'e eines Trägerfluids eingebaut sind, daß
zum Ableiten des Trägerfluids in die Eichquellenleitung (30) zwischen dem Eingang (16) der Zuführleitung
(5) und den Eingängen (1, 2) der Verbindungsvorrichtung (7) eine Leitungsabzweigung (29)
angebracht ist, an die die Eichquellenleitung (30) auf
der Eingangsseite des Reinigungsfilters (27) angeschlossen ist, während zwischen der Leitungsabzweigung
(29) und dem Anschluß (17, 18) der Eichquelle (8) Hauptstromwiderstände (21,21a, 2ib)
angeordnet sind, über denen durch den Fluidstrom ein Druckgefälle erzeugbar ist und deren Widerstandswert
viele Male kleiner als der Wert des Strömungswiderstandes (22) ist, und daß die
Eichquellenleitung (34) auf der Ausgangsseite des Vorratsgefäßes (33) mit einem dritten T-Stück (35)
verbunden ist, das sowohl den einen (17) als auch den anderen (18) Anschluß der Eichquelle (8) in der
Verbindungsieitung(12,13) bildet
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabzweigung (29) und ein
Hauptsiromwiderstand (21) in der Zufuhrleitung (5) angebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabzweigung (29) zwischen
dem Ausgang (11) des Absorptionsfilters (6) und dem ersten Eingang (1) angebracht und ein erster
Hauplstromwiderstand (2\a) zwischen dem einen Anschluß (17) der Eichquelle (8) und der Leitungsabzweigung
(29) vorhanden ist, während ein zweiter Hauptstromwiderstand (2ib) mit einem dem des
ersten Hauptstromwiderstandes (2\a) nahezu gleichen Wert zwischen dem anderen Anschluß der
Eichquelle (8) und dem ersten T-Stück (38) angebracht ist.
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