DE2425470A1

DE2425470A1 - Gasdosiervorrichtung

Info

Publication number: DE2425470A1
Application number: DE19742425470
Authority: DE
Inventors: Johan Christiaan Wil Kruishoop
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1974-12-19
Also published as: AU6947974A; CA1013146A; US3998239A; AT338409B; SE412007B; FR2231998B1; ATA443374A; FR2231998A1; BE815762A; SE7407064L; AU498199B2; JPS5021596A; JPS5524899B2; NL7307629A; GB1468959A

Description

■***" PHiI. 6941

Va/WH/Groe 3O-I-I974

Dipl.-Ing. Heinrich Hartmann

lder: MV. '?>::ϋ?$' GLOBLAMPENFABRIEKEN
Akte: PHN 6941

Anmeldung vamj 24o5e>74

Gasdosiervorrichtung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Gasdosiervorrichtung, die eine Strömungsleitung für ein Trägergas enthält, in der ein Mischgafäss und ein stromaufwärts liegendes Umschaltventil aufgenommen sind, welches Umschaltventil mit einer "bestimmten Frequenz f ein Volumen Dosiergas aus einem Torratsgefäss dem Trägergas zusetzt.

Gasdosiervorrichtungen werden bei Beatmungsapparaturen für Patienten, bei deren eine bekannte Dosiergasmenge einem kontrollierten Luftstrom zugesetzt werden muss, und bei Gasanalyseapparaturen verwendet, bei deren eine Eichung der Apparatur dadurch erfolgen kann, dass eine bekannte Eichgasmenge einem Trägergas zugesetzt und die Konzentration dieses Sichgases mit der Apparatur gemessen wird.

Zur Mischung des Dosiergases mit dem Trägergas muss die hindurchgeflossene Menge beider Gase mit genügender Genauigkeit gemessen und geregelt werden können. Pur sehr grosse Stromstärken des

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Trägergases lässt sich dies, auch bei grossen Verdünnungen in den p.p.in.Gebiet (1O~ ) oder in den p.p.b.-Gebiet (1O ), auf einfache Weise erzielen. Für kleine Dosiermengen und geringe Strömungsgeschwindigkeiten nüssen aber besondere Kassnahnen getroffen werden.

Es liegt auf der Eand, eine geringe Menge des Dosier-

gases mit einer sehr grossen Menge, des Trägergases zu mischen und einen grossen Teil dieses Gemisches ungebraucht abzuleiten. Auch kann dieses Verdünnen und Ableiten in mehreren Stufen erfolgen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass kostspielige Massnahnen getroffen werden müssen, wenn es sich um (Jemische axt teueren oder giftigen Dosiergasen handelt, die nicht ohne weiteres abgeleitet werden, oder wenn die Herstellung des Trägergases mit grösster Sorgfalt stattfinden soll, während ein grosser Teil nicht gebraucht wird. Manchmal können Verdünnungen dadurch erhalten werden, dass ein Teil des bereits dosierten Trägergasstroms abgezweigt, dieser von Dosiergas- befreit und dann der gereinigte Teil wieder den Strom zugesetzt wird. Auch in diesen Falle tritt ein DosiergasverlLust: auf, und es nüssen zusätzliche Filtriermittel vorgesehen werden.

Bekannte und allgemein anwendbare Verfahren zun Messen und Regeln eines sehr kleinen Dosierstrones in einem Trägergasstron vorgegebener Grosse sind:
1. Durchdringung

Das Dosiergas ist in eineia Gefäss eingeschlossen, von dem ein Teil der Wand aus einem Elastomer, wie Silikongunni oder Polythen, besteht, an den das Trägergas entlang strömt. Durch Durchdringung kann eine konstante Abgabe von Bosiergas mit sehr niedrigen Vert erhalten werden. Die Abgabe wird durch die Art und die Abnessurger der Elastromerschicht, durch die Art und den Druck des Dosiergases, durch die Temperatur und nanchmal durch die relative Feuchtigkeit

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"bestimmt. Es ist dabei nachteilig, dass die Abgabe des Dosiergases nicht gestoppt oder auf einfache und schnell messbare Weise geändert werden kann; weiter dass, mit Rücksicht auf die schlechte Reproduzierbarkeit der verwendeten Elastomere und die Abhängigkeit von den genannten anderen Faktoren, jede Dosiergasquelle gesondert geeicht were.«: muss, und dass die Abgabe durch die Abnahme des Druckes in dem Gefäss beim allmählichen Entleeren des Gefässes nachlässt. 2. Mechanische Verfahren

Dabei strömt das Dosiergas aus einem Vorratsgefäss unter dem Einfluss eines gegebenenfalls regelbaren Druckunterschiedes über einen gegebenenfalls regelbaren Strömungswiderstand oder ein gegebenenfalls regelbares Ventil in die Leitung, durch die das Trägergas strömt und in der auch die Mischung stattfindet. Meist kann die Abgabe genau gemessen und geregelt und nötigenfalls gestoppt werden. Pur kleine Dosierströme müssen aber kostspielige und verletzbare, mechanische Mittel vorgesehen werden.

Bekannte mechanische Mittel sind:

das Vorratsgefäss mit Dosiergas unter Druck, das über einen einstellbaren Regler, gegebenenfalls einen Strömungsmesser, Gasströme von 0,1 Millilitern/l-Iinute an liefern kann, und die Spritze mit Zylinder nit Dosiergas, die auf einer Seite mit einem Kolben verschlossen ist, der gegebenenfalls von einem Motor mit Übersetzung gleichraässig fortbewegt wird, während die Spritze auf der anderen Seite eine Dosiernadel mit einer sehr engen Öffnung enthält, wobei kleinere Dosiergasmengen von einigen Kxkrolitern/liinute an dosiert werden können. Bei diesen Verfahren ist die grosse Empfindlichkeit für änderungen in dem Aussendruck und der Umgebungstemperatur nachteilig.

Ein besseres Verfahren zum Erhalten einer genauen und gut einstellbaren Gasdosierung ist das Impulsverdünnungsverfahren, bei

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dein periodisch, während kurzer Zeit ein Ventil geöffnet wird, um einen verhältnismässig grossen Dosiergasstron in einen Trägergasstrom zu injizieren. Es soll dann aber eine Torrichtung, wie ein IiLschgefass, vorhanden sein, um eine Homogenisierung zu bewirken.

Ein Beispiel dieses Impulsverdünnungsverfahrens ist in dem Artikel von Breuer und Schreckling "Eine Anordnung zur kontinuierlichen Erzeugung genauer Gasspurenkonzentrationen für die Überprüfung analytischer Verfahren" in A.T.M. (Archiv für technisches Hessen), Blatt V 723-34, Januar 1970, S. 5 - 10 beschrieben. Dadurch, dass mit einstellbaren regelmässigen Intervallen eine bekannte Dosiergasmenge in den Trägergas strom injiziert und dann in einem liischgefäss eine Homogenisierung bewirkt wird, wird eine Konzentration erhalten, die der Injektionsfrequenz proportional ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass das Dosiergas sich in strömenden Zustand befinden muss, was einen grossen Verbrauch dieses Gases bedeutet. Auch ist es nicht möglich, ohne Verdünnung und somit Verlust an Gasen Konzentrationen von weniger als 1 pcp.m. zu erhalten.

Eine Gasdosiervorrichtung nach der Erfindung beseitigt die genannten Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussleitung eine erste Abzweigung enthält, an die über eine erste Leitung das Umschaltventil angeschlossen ist, das über eine zweite Leitung mit dem Vorratsgefäss und über eine dritte Leitung mit einem Dosierraum verbunden ist und mindestens eine Dosierlage und eine Füllage aufweist, wobei die erste mit der dritten Leitung bzw. die zweite mit der dritten Leitung "verbunden sind, während weiter das Vorratsgefäss zwei Räume enthält, die durch eine bewegbare, für Gas undurchlässige Wand voneinander getrennt sind und von denen der erste Raum über eine vierte Leitung an eine zweite in bezug auf die erste stromaufwärts liegende Abzweigung der Durchflussleitung ange-

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schlossen ist und der zweite Raum das Dosiergas enthält und an die zweite Leitung angeschlossen ist und dessen Inhalt viele Male grosser als der Inhalt des Dosierraumes ist, wobei in diesem zweiten Raun ein Druckunterschied +dp in bezug auf den ersten Raun vorherrscht.

Es ist dabei vorteilhaft, dass ein völlig abgeschlossenes Gasdosiersystem erhalten wird, das keine Verbindungen mit der Umgebung besitzt und unter einem Druck arbeitet, der zu den in der Durchflussleitung vorherrschenden Gasdruck in Beziehung steht. Der Dosiergasvorrat wird mit einer derartigen Vorrichtung völlig für Dosierung gebraucht, wobei also kein Dosiergas ungebraucht abgeleitet werden muss, wie dies bei bekannten Yerdünnungsverfahren wohl der Fall ist. Auch können die Parameter, die die Konzentration bestimmen, wie der überdruck dp, das Dosiervolumen Vd, die Dosierzeit Td, die Dosierfrequenz f, der Strömungswiderstand Rc, etwaige Drosselungen in der Durchflussleitung R1 und R2 und die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases, genau gewählt und eingestellt werden.

Mit einer Dosiervorrichtung nach der Erfindung kann

bereits bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases von 10 bis 200 Millilitern/Minute eine Mindestkonzentration erreicht werden, die in vielen Fällen einen Vert von 1 p.p.b. aufweisen kann, wobei eine Einstellgenauigkeit von 1 $ und ein dynamischer Bereich- von einem Faktor 1000 erhalten werden können.

Eine vorteilhafte Anwendung kann in Messtationen für

Luftverunreinigung gefunden werden, in denen Messapparatur regelnässig geeicht werden muss. Die Dosiervorrichtung nach der Erfindung entspricht nämlich den für diesen Zweck gestellten Anforderungen, die sich auf Miniaturisierung, Automatisierung, analoge sowie digitale Fernsteuerbarkeit und Fernmessbarkeit und auf die Möglichkeit beziehen, während .längerer Zeit ohne Wartung, Ersatz oder liachfüllung wirksam zu sein.

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Diese Eigenschaften nachen die Dosiervorrichtung auch besonders geeigns zur Anwendung in Laboratorien.

Der Torteil des völlig geschlossenen Dosiersysteias"

äussert.sich bei den genannten Kessstationen besonders stark, weil es keine gegebenenfalls verdünnte Sichgasströme gTbt, die bei einer derartigen Kessstation in die Atmosphäre gelangen können und dadurch d: Kessung der ursprünglichen Luftverunreinigungskonponenten beeinflussen können. Durch den geringen Verbrauch an Dosiergas und an Trägergas wir: bei einer Dosiervorrichtung nach der Erfindung eine Ersparung an Filte: an Kesszellen und an Speicherung von Eichgasvorrat erhalten, so dass eine kleinere und preiswertere Einheit erhalten wird, die längere Zeit ohne überwachung und ohne Wartung arbeiten kann.

Bei einer Ausführungsfora ist das Vorratsgefäss zylindrisch gestaltet und ist die bewegbare Wand ein Kolben, der durch das Vorhandensein eines Quecksilberringes reibungslos bewegbar ist und das Dosiergas hermetisch verschliesst. Ausserdem kann auf einfache Veise damit eine sichtbare Anzeige des noch vorhandenen Dosiergasvorrats erhalten werden. Auch eine Fernsignalisierung der Kolbenlage ist dann erzielbar. Kittels des Gewichts des Kolbens, gegebenenfalls mit zusätzlicher Kasse ergänzt, kann ein unabhängiger Überdruck dp eingestellt werden. Vorzugsweise wird dann der Zylinder senkrecht angeordnet und wird er aus einen durchsichtigen Material, wie Glas, hergestellt, damit der Verbrauch visuell geprüft werden kann. Eine Volumenmessung pro Dosierung lässt sich einfach dadurch erhalten, dass das Volumen zwischen zwei Kolbenlagen bestimmt und durch die Anzahl Dosierungen geteilt wird, die zur Versetzung von einer Lage in die andere erforderlich ist.

Für die bewegbare Wand kann auch ein 3algengebilde oder eine Kunststoffolie verwendet werden.

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Für grössere zu dosierende Mengen kann bei einer bevorzugten Ausführungsfora der Dosierraum ein Kapillarrohr sein, in den sich ein Tropfen einer Flüssigkeit, wie Quecksilber, hin und her bewegen kann.

Indem Strömungswiderstände in der Durchflussleitung angebracht werden, kann sich der Tropfen unter dem Einfluss der dadurch erhaltenen Druckunterschiede hin und her bewegen und kann sich das Kapillarrohr in der Füllage des TJiaschaltventils nit Dosiergas füllen und sich in der Dosierlage dieses Ventils entleeren.

Für kleine Konzentrationen ist der Inhalt des TTaschaltventils, das vorzugsweise magnetisch betätigbar ist, als Dosierraun genügend. Dosiervolumina von einigen Mikrolitern werden auf diese Weise erhalten.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Gasdosiervorrichtun. nach der Erfindung kann die Zufuhrleitung, über die das Dosiergas in die Durchflussleitung geführt wird, als ein enges Kapillarrohr ausgebildet sein, das einen grossen Strömungswiderstand darstellt. Durch Regelung der Dosierzeit Td und des Druckunterschiedes dp kann eine druck- und temperaturunabhängige geringe Dosierung erhalten werden. Dabei ist es sogar möglich, den Dosierraum dauernd mit dem Vorratsgefäss zu verbinden.

Es sei noch bemerkt, dass die Gasdosiervorrichtung nach der Erfindung für vielerlei Dosiergase und Gemische von Gasen, die stabil sind und nicht die verwendeten Materialien angreifen, wie z.B. Ozon und Stickstoff-dioxid, die beide das Quecksilber angreifen, Anwendung finden kann.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Gasdosiervorrichtung,

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Fig. 2 eine Gasdosiervorrichtung nach der Erfindung!

Fig. 3 eine Ausführungsfora der Dosiervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Ausführungsform eines Umschaltventil zur Anwendung in einer Dosiervorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 6 ein Diagramm der impulsförmigen Steuerung; und der erhaltenen Konzentrationen als Funktion der Zeit.

In Fig. 1 ist schematisch eine bekannte Gasdosiervorrichtung dargestellt, wobei die Mittel, mit deren Hilfe die Gasströme erhalten und. gegebenenfalls in bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden, nicht dargestellt sind. In einer Durchflussleitung 1, die mit einem Mischgefäss 2 versehen ist, wird ein Strom eines Trägergases beibehalten, das an einem Eingang' 3 eintritt und an einem Ausgang die Leitung verlässt. In der Leitung 1 ist ein Umschaltventil 5 angeordnet, das als ein Drehhahn mit Gehäuse 7 und drehbarem Innenteil 6 mit einer Bohrung 8 dargestellt ist. In einer Lage des inneren Teiles werden die Bohrungen A und B im Gehäuse mittels der Bohrung 8 miteinander verbunden und strömt das Trägergas grösstenteils direkt von dem Eingang 3 zu dem Ausgang 4· In der anderen, um 90° gedrehten Lage verbindet die Bohrung 8 die Bohrungen C und D im Gehäuse 7 miteinander und kann ein Dosiergas aus einem Vorratsgefäss 9 über eine Leitung 10 zu einer Abfuhrleitung 11 strömen. Inzwischen strömt das Trägergas über eine Druckabgleichsleitung 12 mit einer Drosselung 13· Die Bohrung 8 wird nun mit einer Menge Dosiergas gefüllt, die durch das Volumen der Bohrung 8 und die Strömungsgeschwindigkeit des Dosiergases bestimmt wird.

Diese Dosiergasmenge in der Bohrung 8 wird nun in der

ursprünglichen Stellung des Hahnes von dem Trägergas mitgeführt, sobald der Hahn wieder in diese Stellung gebracht ist. In dem Gefäss 2 findet

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eine Mischung statt. Durch geeignete 3eraessung dieses Gefässes und durch passende Wahl der Drehfrequenz f des Hahnes kann am Ausgang i t-~" der impulsförmigen Dosierung eine einstellbare Dosiergaskonzentraticn in "bezug auf das Trägergas erhalten werden, die- bei einer niedrigen Frequenz f eine geringe Welligkeit (mit Frequenz f) aufweist. In der Lage A-B des Hahnes strönt das Dosiergas von der Leitung 10 zu der Leitung 11 über die Abgleichslextung 14 mit Drosselung 15· *

Fig. 2 zeigt schematisch eine Dosiervorrichtung nach der Erfindung, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffem wie in Fig. 1 bezeichnet sind.

Das Unischaltventil 5 ist ausserhalb der Leitung 1 ar.gsbracht. Das Gehäuse 7 ist mit einer Bohrung 16 versehen, an die eine erste Leitung 17 angeschlossen ist, die mit einer ersten Abzweigung IS der Durchflussleitung 1 verbunden ist. Sine Bohrung 19 ist mit einer zweiten Leitung 20 an das Gefäss 9 angeschlossen, während eine Bohrung 21 über eine dritte Leitung 22 an einen Dosierraun 23 angeschlossen ist. In einer Füllstellung des Unschaltventils verbindet die Bohrung 8 des inneren Teiles 6 die Leitung 20 nit der Leitung 22 und in einer Dosierstellung, die dadurch erhalten wird, dass der innere Teil um 90° gedrer.: wird, wird die Leitung 22 mit der Leitung 17 verbunden. Das Yorratsgefä; 9 ist in einen ersten Baum 24, der über eine vierte Leitung 25 an eine zweite Abzweigung 26 in der Durchflussleitung 1 angeschlossen ist, und einen zweiten Raum 27 unterteilt, der mit der Leitung 20 verbünden ist und in den sich das Dosiergas befindet. Die beiden Räume sind voneinander durch eine für Gas undurchlässige bewegbare Wand getrennt, die hier die Form eines Kolbens 28 aufweist, der sich mit geräumiger Fasaur.s und somit reibungslos in dem Gefäss 9 &in und her bewegen kann. ?ür einen guten Gasverschliiss ist ain Ucfang des Kolbens 28 in einer Aussparung ein äuecksilberring 29 angebracht. Dadurch, dass die Oberfläche

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-jO-des Kolbens durch das Gewicht G des Kolbens geteilt wird, kann der Überdruck dp bestimmt werden, den das Dosiergas in den Haua 27 in bezug auf den in den Raun 24 vorherrschenden Druck aufweist, welcher Druck gleich dem Druck in der Durchfluss leitung i ist. In der Fiillstellung des Ventils 5 ist der Dosierraura 23 mit Volumen Yd nit dem Raum 27 des Gefässes 9 verbunden, so dass der Druck in dem Volumen Vd auch p+dp ist, wenn ρ der Druck in der Leitung list. Wird nun das Ventil 5 in die Dosierstellung versetzt, so ist der Raun 23^xmit der Durchflussleitung verbunden und wird ein Teil des Dosiergases in den Raum 2J wegen des Druckunterschiedes dp in die Leitung 1 strömen. Wenn der ganze Druckunterschied dp dadurch abgeglichen wird, dass die Dosierseit Td, in der die Dosierlage erreicht wird, genügend lang ist, lässt sich errechnen, dass ein Volumen Vc an Dosiergas in das Trägergas injiziert wird, wobei gilt:

Vc = dp/p .Vd (1).

Fig. 3 zeigt die Dosiervorrichtung nach Fig. 2, wobei

eine besondere Ausführungsfora des Dosierraumes dargestellt ist. Dieser Raum besteht nun aus einem Kapillarrohr mit Dosierraua 23, in dea ein Quecksilbertropfen eine äusserste Lage 30 "and eine andere äusserste Lage 31 einnehmen kann. Die eine Seite des Kapillarrohres ist mit der Leitung 22 und die andere Seite über eine Leitung 32 mit einer dritten Abzweigung 33 in der Durchflussleitung 1 verbunden. In Fig. 3 ist ausserdem eine Möglichkeit angegeben, den überdruck, gegebenenfalls in Verbindung nit dem Gewicht des Kolbens, mittels einer Verjüngung R2 mit Strömungswiderstand R2 in der Durchflussleitung 1 zwischen den Abzweigungen 26 und 33 einzustellen. Der überdruck ist dadurch nit der Strömungsgeschwindigkeit F. des Trägergases gekoppelt, so dass gilt:

dp = F₁.R₂(₊ G/o) (2).

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In der Füllstellung des Ventils 5 "bewirkt der Überdruck dp, dass der Quecksilbertropfen sich von der Lage 30 zu der Lage 31 "bewegt, so dass der Dosierraum 23 mit Dosiergas gefüllt wird. Un in der Dosierstellung zu "bewirken, dass sich der Quecksilbertrcpfen zurückbewegt, wobei also der ganze Gasinhalt des Dosierrauines injiziert wird, ist eine Drosselung R1 zwischen den Abzweigungen 18 und 33 in der Leitung angebracht. In diesem Falle ist das Dosiervolunen Vc durch

Vc = (1 + dp/p)Vd (3)

•be stimmt.

Fig. 4 zeigt die Dosiervorrichtung mit einigen besonderen Ausführungsformen von Einzelteilen.

Das-Mischgefäss 2 ist als mehrfacher exponentieller Verdünner ausgebildet. Zu diesem Zweck ist es mittels Lochwände 34 -„37 in mehre're Mischkammern 38 - 42 unterteilt. Das Gas kann durch viele lange und dünne Kanäle 43 in den dickwandigen Lochwänden 34-37 von einer Kammer zu der anderen strömen. Die Mischung in den Mischkanniern 39-42 findet grösstenteils durch Diffusion statt. Zu diesem Zweck weisen diese Mischkaranern in der Strömungsrichtung des Gases eine geringe Abmessung und senkrecht dazu einen grossen Querschnitt auf, so dass der Diffusionsweg in der Strömungsrichtung und die lineare Strömungsgeschwindigkeit sehr gering sind. Uia zu sichern, dass der Diffusionsweg senkrecht zu der Strömungsrichtung klein ist, wird die

Verbindung zwischen den Mischkammern über eine Vielzahl enger Löcher oder Kanäle 43 in den dickwandigen Lochwänden 34 - 37 hergestellt, die gleichmässig über den ganzen Querschnitt jeder der Lochwände verteilt sind. Die Mischung wird ausserdeia durch die grösseren Strömungsgeschwindigkeiten und die dadurch auftretende Konvektion an den Ein- und Ausgängen jedes der Löcher gefördert.

Das Vorratsgefäss 9 weist einen Baum 27 auf, der durch einen biegsamen Stoff 44 in Form einer bewegbaren für Gas undurch-

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lassigen Wand begrenzt wird. Gegebenenfalls kann ein Gewicht 45 den Druckunterschied dp herbeiführen.

Das Umschaltventil 5 ist hier von dem völlig geschlossenen Typ und magnetisch betätigbar. Das Gehäuse 7 weist einen Anschluss für die Leitung 20 und einen Anschluss für die Leitung 17 auf. Innerhalb des Gehäuses 7 kann sich ein Kolben 6 unter der Einwirkung einer Federkraft und magnetischer, von einer ausserhalb des Gehäuses 7 angebrachten Spule 46 erzeugten Kräfte bewegen. Für eine befriedigende Wirkung besteht der Kolben 6 aus einem magnetischen Material und das Gehäuse 7 aus einem nichtmagnetischen Material.

Das frei bleibende Volumen innerhalb des Gehäuses dient als Dosierraum und ist dauernd nit dem Vorratsgefäss 9 verbunden. Die Leitung 17 ist als ein enges Kapillarrohr mit einem Strömungswiderstand Rc ausgebildet. Wenn die Spule 46 erregt wird, bewegt sich der Kolben 6 aufwärts und verlässt damit den Sitz 47 > &er bisher gasdicht von dem Kolben bedeckt war.

Durch den Druckunterschied dp und den Strömungswiderstand Rc stellt sich ein Dosiergasstrom konstanten Wertes ein. Die Dosierzeit Td bestimmt nun ebenfalls das in die Leitung 1 injizierte Dosiergasvolunen. Es lässt sich sagen, dass das Dosiervolumen Vc der Beziehung:

Vc = dp/Rc . Td (4)

entspricht.

In Fig. 5 ist schematisch ein Umschaltventil mit

Steuerung dargestellt, das vom gleichen Typ wie das magnetische Ventil nach Fig. 4 ist.

Der Kolben 6 ist niit einem federnden Verschluss 48, der mit dem Sitz 47 zusammenwirkt, an dem die Leitung I7 befestigt ist, und mit einem federnden Verschluss 49 versehen, der mit dein Sitz 50 zusammen-

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wirkt, an dem die Leitung 20 befestigt ist. Ausserhalb des nichtmagnetischen Gehäuses 7 sind zwei Spulen 51 und 52 zur Betätigung des Kolbens 6 vorgesehen. Venn keine der beiden Spulen erregt ist, befindet sich der Kolben 6 in- der Mitte des Gehäuses und verschliessen die Verschlüsse 48 und 49 die Sitze 47 und 50· Wenn die Spule 51 erregt wird, verschiebt sich der Kolben 6 in Richtung auf diese Spule und "verlässt der Verschluss 48 den Sitz 47» wodurch der Dosierraun des Gehäuses mit der Leitung 17 verbunden wird. Bei Erregung der Spule 52 steht der Dosierraun mit der Leitung 20 in Verbindung. Naturgemäss. kann eine der Spulen durch eine mechanische Feder ersetzt werden, die den Kolben stets gegen einen der Sitze drückt. In Fig. 5 ist auch mit einem Umschalter 55 angegeben, wie die Spulen 51 und 5² von einer Speisung V aus betätigt werden müssen. Der Umschalter 55 kann ein Seiais mit Spule 54 sein, die von einer einstellbaren Impulsquelle 53 erregt werden kann. Durch passende Wahl der Zeitdauern der Impulse lässt sich die Dosierung einstellen, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

• In Fig. 6 ist mit a) eine Impulsreihe bezeichnet, deren Zeitdauer konstant ist, während die Zeit Tv variieren kann. VTenn diese Zeitdauern die Dosierzeit bzw. die Füllzeit darstellen, wird die Dosierfrequenz f durch f = 1/Td + Tv bestimmt werden. Im Diagramm b) ist die Konzentration C über derselben Zeitachse wie unter der Impulsreihe a) aufgetragen. Bei b1 wird mit einer Frequenz f1 eine Konzentration 1 erreicht; ändert sich die Frequenz zu -gf1, so wird die Konzentration bei b2 ebenfalls -j?. Dies trifft auch für b3 zu, wo die mittlere Konzentration bei einer Frequenz i/4f1 i/4 ist. Die Velligkeit bei den Kurven b1, b2 und bj ist übertrieben dargestellt, um anzugeben, dass das Gasdosiersystem grundsätzlich digital ist. Als Beispiel sei erwähnt, dass ein exponentieller Verdünner, wie er in Fig. 4 nit 2 bezeichnet ist, derart entworfen sein kann, dass bei

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einer Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases von 2,5 Millilitern/See und einer Frequenz von 10 Dosierungen/See, also 1 zu 100 Sekunden, die Anstieg— und Abfallzeiten des Gefässes J>00 Sekunden sind und die Velligkeit nur 55^ beträgt.

Je nach der gewünschten Dosierung oder den in den

-1 -2

Figuren dargestellten System kann die Dosierzeit Td 10 bis 10 Sekunden sein und die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases 0,2 bis Millilitern/See betragen.

Venn die Volumina Yc, wie sie in den Beziehungen 1), 3) und 4) vorkommen, mit der Dosierfrequenz f multipliziert werden, wird eine Dosiergasströmungsgeschwindigkeit erhalten. Durch Teilung der Trägergasgeschwindigkeit F1 durch diese Strömungsgeschwindigkeit lässt sich die Konzentration C errechnen. Für ein System der an Hand der Figur 4 beschriebenen Art unter Verwendung der Beziehung 4) kann die Konzentration in Volumenteilen ausgedrückt werden:

_r f . dp . Td.
Hc . F1

Es leuchtet ein, dass die verschiedenen Ausführungsformen nach den Figuren 2, 3»4 und 5 des Mischgefässes 2, des Vorratsgefässes 9» des Umschaltventils 5j des Dosierraunes 23 und der Leitung 17 nicht an die in den Figuren gezeigten Kombinationen gebunden sind. Je nach der Anwendung kann eine günstige Kombination gewählt werden.

Der Umschalthahn 5 nach den Figuren 2 und 3 kann neben der Dosier- und der Füllsteliung noch mehr Stellungen aufweisen. Venn z.B. noch eine Bohrung 56 im Gehäuse 7 der Bohrung 21 gegenüber vorhanden ist, kann eine Verbindung mit der Bohrung I9 hergestellt werden, un das Vorratsgefäss 9 ^i"t Dosiergas zu füllen. Eine Verbindung zwischen der Bohrung 56 und der Bohrung 16 kann zum Zuführen zu messender Gase von Bedeutung sein. In einem solchen Falle wird eine Messzelle an den Ausgang 4 und ein Reinigungsfilter an den Eingang 3

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angeschlossen sein. Der Strora zn messenden Gases fliesst entweder
unmittelbar über die Verbindung zwischen 16 und 56 zu &er liesszelle oder wird über das Filter gereinigt und in der Hahnlage 19-22, die zugleich die Füllstellung ist, durch die Leitung 1 geführt, oder wire zunächst von zu messenden Komponenten gereinigt und dann in der
Hahnlage 22-17 und abwechselnd in der vorhergehenden Lage nit einer bekannten Menge an diesen Komponenten für Eichzwecke versehen, wie
beschrieben ist.

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Claims

PATENTASSERUCHE:

Λ, j Gasdosiervorrichtung, die eine DurchfTussleitung für ein

Trägergas enthält, in der ein Kischgefäss und ein stromaufwärts liegende Umschaltventil aufgenommen sind, welches Umschaltventil mit einer bestimmten Frequenz f ein Volumen Dosiergas aus einem Vorratsgefäss de~ Trägergas zusetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussleitung (i eine erste Abzweigung (i8) enthält, an die über eine erste Leitung (17) das Unschaltventil (5) angeschlossen ist, das über eine zweite Leitung (20) mit den Vorratsgefäss (9) und über eine dritte Leitung (22) nit einem Dosierraura (23) verbunden ist und mindestens eine Dosierstellung und eine Füllstellung aufweist, wobei die erste mit der dritten bzw. die zweite mit der dritten Leitung verbunden ist, während weiter das Vorratsgefäss (9) zwei Räume (24f 27) enthält, die voneinander durch eine bewegbare für Gas undurchlässige Wand (28, 44) getrennt sind und von denen der erste Raum (24) über eine vierte Leitung (25) an eine zweite, in bezug auf die erste stromaufwärts liegende Abzweigung (26) der Durchflussleitung (1) angeschlossen ist und der zweite Raum (27) das Dosiergas enthält und an die zweite Leitung (2O) angeschlossen int, wobei der Inhalt des letzteren Raumes (27) viele ITaIe grosser als der Inhalt des Dosierraumes (23) ist und in diesem Raum (27) ein Druckunterschied (+dp) in bezug auf den ersten Raum (24) herrscht.
2. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsgefäss (9) zylindrisch gestaltet ist und dis bewegbare für G-as undurchlässige Wand ein Kolben (28) mit einem Q,uecksilberring (29) für Gasverschluss ist (Fig. 2, 3)·
3. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare für Gas undurchlässige VTand (44/ c-^en zweiten Raum (27) grösstenteils umgibt und aus einen dünnen biegsamen Werkstoff, wie Kunststoffolie, hergestellt ist.

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4. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 31 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied (dp) einer auf die "bewegbare Wand (28,- 44) ausgeübten Kraft, wie der Schwerkraft, proportional ist.
5. .Gasdosiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierraum (23) ein Kapillarrohr ist, in dem ein gasabdichtender Tropfen (30) einer Flüssigkeit bewegbar ist, wobei der Teil der Kapillare auf einer Seite des Tropfens mit der dritten Leitung (22) und der Teil der Kapillare •auf der anderen Seite des Tropfens über eine fünfte Leitung (32) mit einer dritten, zwischen der ersten (18) und der zweiten (26) Abzweigung der Durchflussleitung (i) liegenden Abzweigung (33) verbunden ist (Pig. 3). ■
6. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (18) und der dritten Abzweigung (33) und~zwischen der zweiten (26) und der dritten (33) Abzweigung Strönungswiderstände (Ji1 bzw. R2) angebracht sind.
7· Gasdosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4i

dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierraum (23) und die dritte Leitung (22) mit dem umschaltventil (5) zusammengebaut sind und der Inhalt des Umschaltventils der Dosierraum ist.
8. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil ein elektromagnetisches Ventil mit einem völlig geschlossenen Gehäuse (7) ist, mit dem die erste (17) und die zweite (20) Leitung verbunden sind und in dem·Verschlussglieder für -die Füllstellung und die Dosierstellung mittels eines ausserhalb des Gehäuses erzeugten Magnetfeldes bewegbar sind.
9. Gasdosiervorricntung nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung ein Kapillarrohr mit einem Strömungswiderstand Rc ist, so dass während der Dosier·-

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zeit Td, während deren sich das Umschaltventil in der Dosierlage befindet, eine nahezu konstante Dosiergasströnungsgeschwindigkeit in diesem Rohr erhalten wird.

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