DE2822697A1 - Dosimeter - Google Patents

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

München

24. MAI 1978

Postanschrift / Postal Address Postfach 860109, 8OOO München 86

Flenzenauerstrafie 28

Telefon 98 32 23

Telegramme: Chemindus München

Telex: CO) 523993

PF-6093

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V. St. A.

Dosimeter

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Zusammenfassung

Verbessertes Dosimeter zur Überwachung von Arbeitsbereichen, bei welchem Luft vorzugsweise in einem verhältnismässig grossen Volumen durch das Dosimeter mit geregelter konstanter Strömung gepumpt wird und jegliche Teilchen oder Dämpfe in der Luft auf eine^ Filter gesammelt werden, wobei die Verbesserung in der Verwendung in einer Pumpe mit regelbarem Antrieb liegt, die mit dem Filter verbunden ist und durch einen elektrischen Motor angetrieben wird und die durch einen Rückkopplungskreis eines Integrators und Verstärkers gesteuert wird, wobei die Pumpe eine konstante Luftströmung durch das Dosimeter aufrechterhält und im Betrieb des Dosimeters der Integrator ein Signal von einem Druckschalter erhält, der Änderungen in der Luftströmung durch das Dosimeter durch eine Änderung in einem Druckabfall der durch eine öffnung gepumpten Luft ermittelt, wobei ferner das Dosimeter in einem Arbeitsbereich aufgestellt und am Ende einer Zeitspanne, wie beispielsweise eines Arbeitstags, das Filter entnommen und der angesammelte Inhalt durch übliche Verfahren analysiert wird, wie beispielsweise mittels Gaschromatographie, um den Belastungsgrad der in diesem Bereich arbeitenden Personen zu bestimmen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Dosimeter und insbesondere ein Dosimeter zur Überwachung von Arbeitsbereichen.

Dosimeter sind bekannt und wurden verwendet, um den Grad der Belastung von Arbeitern gegenüber Fremdstoffen in der Luft, beispielsweise chemischen Dämpfen oder Rauchgasen, Staub-' teilchen und dgl., zu bestimmen. Ein Dosimeter wird in einem Arbeitsbereich aufgestellt und Luft wird durch ein Filter gepumpt, welches Fremdstoffe in der Luft zurückhält. Am Ende einer Aufnahmeperiode wird das Filter entfernt und auf irgendwelche Fremdstoffe untersucht. Eine Schwierigkeit bei diesen

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Dosimetern lag darin, dass die Luftströmungsgeschwindigkeit durch das Dosimeter nicht genau auf eine konstante Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt wurde. Ist beispielsweise das Filter teilweise blockiert, so dass der Lufteintritt zeitweilig angehalten oder während einer Zeitspanne verringert ist, so ist es nicht möglich, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft einzustellen und zu erhöhen, um die Blockierung

oder Verringerung der durch das Filter des Dosimeters tretenden Luft zu kompensieren. Jede Verringerung der Luftströmungsgeschwindigkeit verringert die vom Filter gesammelte Menge an Fremdstoffen und gibt dadurch eine ungenaue Anzeige.

Zusammenfassung; der Erfindung

Ein verbessertes Dosimeter zur Überwachung von Arbeitsbereichen hat eine FiIteranordnung, einen elektrischen Motor, eine Leistungsquelle und eine Auslassöffnung, in der Teilchen oder Dämpfe in einem durch das Dosimeter gepumpten Luftstrom an der Filteranordnung gesammelt werden; die hierbei verwendete Verbesserung zur Erzielung einer geregelten konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch das Dosimeter enthält eine Pumpe mit mehreren Zylindern und regelbarem Antrieb, die rohrartig mit der Filteranordnung verbunden und mit dem elektrischen Motor gekoppelt ist und den Luftstrom durch die FiIteranordnung saugt, eine Öffnung, die in einem mit der Pumpe und der Auslassöffnung verbundenen Rohr angeordnet ist, so dass der Luftstrom mittels der Pumpe durch die Öffnung gepumpt wird und dadurch einen Luftdruckabfall erzeugt, der sich mit dem Fliessen des Luftstroms ändert,

ein Differential-Welligkeitsfilter, das in einem mit der Auslassöffnung verbundenen und parallel zu dieser liegenden Bohr angeordnet ist und Schwingungen im Luftstrom verringert,

einen Differentialdruckschalter, der in einem parallel mit dem Differential-Welligkeitsfilter verbundenen Rohr ange-

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ordnet ist und durch, eine Änderung im Luftdruckabfall des Luftstroms betätigt wird und ein elektrisches Niederspannungs-Eingangs signal erzeugt, wobei ein elektrisch mit der Leistungsquelle und dem Druckschalter verbundener Integratorkreis das vom Druckschalter erzeugte Niederspannungs-Eingangssignal verwendet und dieses Signal integriert, und

einen elektrisch mit der Leistungsquelle verbundenen Yerstärkerkreis, der in Serie mit dem Integratorkreis und dem elektrischen Motor liegt und das vom Integratorkreis erzeugte Signal verstärkt und dieses verstärkte Signal dem elektrischen Motor zuführt, so dass die Drehzahl des Motors geregelt wird und die Pumpe in Abhängigkeit von dem vom Druckschalter erzeugten Signal angetrieben wird, um die Luftströmung auf einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit zu halten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltbild des Dosimeters,

Fig. 2 ist ein Schaltbild des Differential-Welligkeitsfilters,

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Dosimeters, welches einen Detektorkreis für niedrige Luftströmung und einen Batterieprüfkreis aufweist, und

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Zeitgeberkreises. Einzelbeschreibung der Erfindung

Das Dosimeter hat Abmessungen von etwa 10,1 cm χ 12,7 cm χ 5,7 cm. Das Dosimeter ist widerstandsfähig ausgebildet, preiswert und für eine industrielle Anwendung gut geeignet.

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Das Dosimeter wird in einem Arbeitsbereich angeordnet, um die Umgebung zu überwachen, der die Arbeiter ausgesetzt sind. Nachdem das Dosimeter während einer Zeitspanne, die gewöhnlich einer 8 Stunden-Schicht entspricht, betrieben wird, wird das Filter entnommen und sein Inhalt analysiert.

Unter Bezugnahme auf Hg. 1 ist die grundlegende Anordnung des Arbeitsbereich-Dosimeters dargestellt. Luft wird am Einlass 1 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit angesaugt und gelangt durch ein Filter 2. Der Lufteinlass und das Filter werden mittels eines Rohres mit einer Luftpumpe 3 mit mehreren Zylindern und regelbarem Antrieb verbunden, die durch einen elektrischen Gleichstrommotor 9 angetrieben wird. Die Luft wird durch eine Öffnung 5 gepumpt, die in dem zur Auslassöffnung führenden Rohr angeordnet ist und einen Luftdruckabfall erzeugt. Ein Differential-Welligkeitsfilter 4 ist in einem mit der Auslassöffnung verbundenen Rohr angeordnet und liegt parallel zur öffnung 5· Ein Druckschalter 6 liegt parallel zum Differential-Welligkeitsfilter und wird durch Jede Änderung im Luftdruckabfall betätigt. Der Druckschalter 6 ist elektrisch mit dem Integratorkreis 7 verbunden, der das Eingangssignal vom Druckschalter verarbeitet und ein elektrisches Signal erzeugt. Das vom Integrator 7 erzeugte Signal wird dem Verstärkerkreis 8 zugeführt, der das Signal verstärkt und das Signal regelt die Geschwindigkeit des die Pumpe 3 antreibenden elektrischen Motors 9i um eine geregelte konstante Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch das Dosimeter zu gewährleisten. Der Integrator und der Verstärker sind elektrisch mit einer Gleichstrom-Leistungsquelle 11 verbunden, die gewöhnlich aus einer Batterie besteht. Ein Ein-Aus-Schalter 10 ist zwischen der Leistungsquelle 11 und dem Verstärker- und Integratorkreis angeordnet.

Für das Dosimeter kann eine andere Anordnung als die vorausgehend erwähnte verwendet werden. Beispielsweise kann die öffnung rohrartig in Reihe mit dem Filter und der Pumpe lie-

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gen. Die Pumpe saugt einen Luftstrom durch die öffnung und durch das Filter an. Wie vorausgehend erwähnt, sind ein Welligkeitsfilter und ein Druckschalter parallel zur öffnung angeordnet und der Schalter misst jede Inderung in einem Luftdruckabfall. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind ein Filter und die Öffnung rohrförmig in Reihe mit einer Pumpe verbunden und die Pumpe saugt die Luft durch das Filter und die Öffnung. Ein Welligkeitsfilter und ein Druckschalter liegen parallel zur Öffnung und der Schalter misst jede Änderung im Luftdruckabfall. Bei jeder der vorausgehenden Ausführungen würde das Dosimeter ohne Welligkeitsfilter arbeiten, aber die Lebensdauer des Druckschalters würde wesentlich verkürzt. Ferner wird bei jeder der vorausgehend genannten Anordnungen die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch die Grosse des Durchtrittsquerschnitts der öffnung und dem zur Betätigung des Druckschalters erforderlichen Druck bestimmt.

Das Filter 2 des Dosimeters kann darauf abgestellt werden, nahezu jede Art eines Stoffs, wie beispielsweise Gase, Flüssigkeiten oder Festkörper, aufzufangen. Falls nur eine mechanische Filtrierung erforderlich ist, beispielsweise um Staubteilchen zu sammeln, denen ein Arbeiter ausgesetzt ist, so wird ein Filter vorgesehen, welches Teilchen von 0,01 Mikron oder grosser zurückhält. Falls das Filter ein Gas, wie beispielsweise Schwefeldioxid, zurückhalten soll, wird ein chemisches Filter verwendet, das dieses Ga-s zurückhält. Falls Dämpfe zurückgehalten werden sollen, so wird ein Filter, wie beispielsweise ein Kohlefilter, verwendet, welches die Dämpfe zurückhält. Am Ende einer Periode, wie beispielsweise einer 8 Stunden-Schicht, während welcher das Dosimeter zur Überwachung eines Bereichs verwendet wird, ' wird das Filter entfernt und auf den Stoff oder die Stoffe untersucht, die im Arbeitsbereich vorhanden waren. Dabei kann eine einfache Auszählung der Teilchen unter einem Mikroskop verwendet werden oder das Filter kann analysiert werden, beispielsweise mittels eines Gaschromatographen oder zur

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Ermittlung der Gewicb.tsertLOh.ung durch, einen Gewichtsanalysator.

Eine Luftpumpe mit mehreren Zylindern und regelbarem Antrieb wird im Dosimeter verwendet. Im allgemeinen wird eine Membranpumpe mit vier Zylindern verwendet, die von etwa 5 bis 10 000 car Luft/Minute bei kontinuierlicher oder nahezu kontinuierlicher Strömung fördert. Die Pumpe ist elektrisch mit einem üblichen Gleichstrommotor mit 0,074-57 bis 74-,57 W (0,0001 bis 0,1 Pferdestärken) verbunden. Der Motor ist ein geschwindigkeitsregelbarer Motor und arbeitet mit etwa 5 bis 10 000 U/Minute. Gewöhnlich wird ein Riemen zur Verbindung des Motors mit der Pumpe verwendet; bei Verwendung einer Treibscheibenanordnung kann durch Ändern der Grosse der verschiedenen Treibscheiben die Drehzahl des Motors verändert werden. Ein Vorteil des Treibriemens und der Treibscheiben liegt daran, dass der Treibriemen schlüpft, falls die Pumpe blockiert wird und kein Motorschaden entsteht. Der Motor kann auch unmittelbar mit der Pumpe verbunden oder über ein Getriebe mit dieser verbunden sein.

Ein Drosselventil ist in einem die Pumpe mit der Auslassöffnung verbindenden Rohr angeordnet. Die Drosselöffnung erzeugt einen Druckabfall im Luftstrom von etwa 0,762 bis 25>4- cm (0,3 bis 10 inches) Wassersäule. Gewöhnlich wird ein Druckabfall von etwa 7i62 cm (3 inches) Wassersäule verwendet und entsprechend wird ein Druckschalter mit einem Einstellpunkt von 7»62 cm Wassersäule eingesetzt. Es kann eine konstante oder einstellbare Drosselöffnung verwendet werden.. Eine typische einstellbare Drosselöffnung, die vorzugsweise verwendet wird, ist ein verstellbares Nadelventil. Beispiele von konstanten Drosselöffnungen sind ein Venturirohr und eine Platte mit einem Loch gewünschter Grosse.

Das Differential-Welligkeitsfilter beseitigt Druckanstiege im Luftstrom, die von der Pumpe verursacht werden, so dass der Druckschalter nicht bei jedem vom Pumpenhub verursachten

Druckanstieg anspricht, sondern bei einem Durehschnittsdruckabfall an der Drosselstelle betätigt wird, wodurch die Lebensdauer des Druckschalters vergrössert wird. Das Wel— ligkeitsfilter verursacht ferner eine Verzögerung des zum Druckschalter gelangenden Drucksignals. Diese Verzögerung veranlasste den die Pumpe steuernden Schaltkreis, die Pumpendrehzahl in wiederholbarer Weise zu erhöhen oder zu erniedrigen. Fig. 2 zeigt die Bauelemente des Differential-Welligkeit sfilt er s. Die von der Pumpe kommende Luft fliesst durch die Drosselöffnung 5- Es wird ein Druckabfall an der Drosselöffnung 5 erzeugt, welche am Einlass einen höheren Druck als an der Auslasseite der Drosselöffnung 5 liefert. Der höhere Druck wird über die Drosselöffnungen 12 und 13» die Anstiege im Luftstrom verringern, übertragen. ELn Druckanstieg im Luftstrom an der Einlasseite der Drosselöffnung 5 tritt zunächst durch die Drosselöffnung 12 und füllt das Abteil A der Speicherkammer 14. In dieser Kammer gestattet eine biegsame Membran 15 eine beträchtliche Volu— menänderung, bevor sich ausreichend Druck aufbaut und die Luftströmung durch die Drosselöffnung drückt· Der in das Abteil A gelangende Druckanstieg veranlasst die Membran 15, sich zu bewegen, wodurch wiederum ein Druckimpuls im Abteil B oder der anderen Seite der Membran 15 erzeugt wird und veranlasst diesen kleineren Druckimpuls, durch die Drosselöffnung 16 zur Niederdruckseite des Druck schalters 6 zu fliessen. Dieser Vorgang verringert im wesentlichen den Anstieg an der Hochdruckseite des Druckschalters 6, der weiter durch die Drosselöffnung 13 gedämpft wurde. Die Auslassseite der Drosselöffnung 5 muss mit der Mederdruckseite des Druckschalters verbunden sein, so dass der Druckschalter 6 in different!eiler Weise arbeiten kann. Die Verbindung zur Niederdruckseite des Druckschalters 6 wird durch Drosselöffnungen 16 und 17 hergestellt, um dabei an der Drosselöffnung 5 erzeugte Druckanstiege weiter zu verkleinern. Das Differential-Welligkeitsfilter dämpft somit die Luftdruckanstiege im Luftstrom und liefert einen verhältnisnässig

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konstanten Druckpegel an den Druckschalter, der den Mittelwert des an der Drosselöffnung 5 erzeugten Druckabfalls darstellt und ermöglicht einen weichen und kontinuierlichen Betrieb der Luftpumpe, da das vom Druckschalter erzeugte Signal vom Integratorkreis zur Steuerung des Betriebs der Luftpumpe verwendet wird.

Im allgemeinen wird ein Differentialdruckschalter verwendet, der einen Einstellpunkt aufweist, der etwa der gleiche wie der Druckabfall an der Drosselstelle ist und cer auf eine Druckabfalländerung im Luftstrom von etwa 0,0254- bis 1,27 cm (0,01 bis 0,5 inches) Wassersäule anspricht. Die Empfindlichkeit des Schalters oder der zur Betätigung des Schalters erforderliche Druckbetrag bestimmt die Anzahl der dem Integrator zugeführten Signaländerungen. Ein Schalter mit einem niedrigen Empfindlichkeitswert würde weniger Ein-Aus-Signaländerungen zum Integrator leiten als ein Schalter hoher Empfindlichkeit. Es kann ein Schalter mit konstantem Empfindlichkeitswert oder ein Schalter mit einstellbarem Empfindlichkeitswert verwendet werden.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch den Öffnungsquerschnitt der Drosselöffnung und durch die Empfindlichkeit des Druckschalters bestimmt. Palis ein Betrieb unter konstanten Betriebsbedingungen vorgesehen ist, so kann eine nicht verstellbare Drosselöffnung mit einem Druckschalter konstanter Empfindlichkeit verwendet werden. Für einen Betrieb bei veränderlichen Bedingungen kann eine einstellbare Drosselöffnung oder ein Druckschalter mit einstellbarer Empfindlichkeit verwendet werden, oder sowohl die Drosselöffnung als auch der Druckschalter können einstellbar sein.

Der Integratorkreis nimmt das vom Druckschalter erzeugte Ein-Aus-Signal auf und bildet daraus ein sich langsam veränderndes kontinuierliches Signal, das dem Verstärkerkreis zugeführt wird. Der Integratorkreis ist mit etwa +0,6 Volt

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vorgespannt und das vom Schalter kommende Signal steigt auf etwa 1,2 Volt an, wenn der Druckschalter betätigt wird und fällt auf etwa +0,0 Volt ab, wenn der Schalter inaktiviert wird. Der Integratorkreis erzeugt eine sich allmählich verringernde Ausgangsspannung, die dem Verstärker zugeführt wird, wenn der Druckschalter geschlossen ist und eine allmählich ansteigende Spannung, wenn der Druckschalter offen ist. Der Integratorkreis ist aus üblichen Transistoren, Kapazitäten und Widerständen aufgebaut. Ein Ausführungsbeispiel des Integratorkreises wird anschliessend beschrieben.

Der Verstärkerkreis empfängt das vom Integratorkreis erzeugte Signal und verstärkt das Signal, so dass der elektrische Gleichstrommotor bei verschiedenen Geschwindigkeiten eingeregelt werden kann, um eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch das Dosimeter zu gewährleisten.

Der Verstärkerkreis verstärkt das vom Integrator kommende Signal auf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamtspannung der Leistungsquelle. Beispielsweise wird bei einer 5 Volt-Leistungsquelle das Signal auf 4-, 8 Volt verstärkt. Im allgemeinen hat der Verstärker eine Impedanz, die grosser als 10 Ohm ist und bis zu 1 Megohm betragen kann. Jedoch kann ein Verstärker mit einer Impedanz von weniger als 10 Ohm verwendet werden, beispielsweise mit einer Impedanz von 0,01 bis 10 Ohm. Der Verstärker ist aus üblichen Transistoren, Kapazitäten und Widerständen aufgebaut.

Die Leistungsquelle ist gewöhnlich eine Batterie von etwa 5 bis 6 Volt. Im allgemeinen werden zwei Niekel-CadmiumBatterien mit jeweils vier Zellen verwendet. Eine Gleichstrom-Leistungsquelle unter Verwendung eines gleichgerichteten Wechselstroms kann ebenfalls eingesetzt werden.

Ein wahlweise im Dosimeter verwendbarer Schaltkreis ist ein Batterie-Prüfkreis. Der Schaltkreis verwendet einen Präzisions-Spannungsdetektor, der auf die Spannung einer jeden Zelle eingestellt werden kann und der derart eingestellt wird,

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dass er bei der vollen Ladespannung der Batterie aktiviert wird. Eine Leuchtdiode, die durch einen Schalter eingeschaltet wird, wird gewöhnlich zur Anzeige der vollständigen Ladung der Batterie verwendet.

Ein weiterer wahlweise verwendbarer Schaltkreis, der im Dosimeter verwendet werden kann, ist ein Detektorkreis für

geringe Luftströmung, der mit dem Integratorkreis verbunden ist und aktiviert wird, wenn das Spannungsausgangssignal des Integratorkreises sich infolge einer Unterbrechung des durch das Dosimter gepumpten Luftstroms auf einem höheren als dem normalen Betriebspegel befindet. Der Detektorkreis für geringe Strömung enthält einen bistabilen Multivibratorkreis, der elektrisch mit einer Leuchtanzeige, wie beispielsweise einer Leuchtdiode, verbunden ist.

Ein weiterer wahlweise im Dosimeter verwendbarer Schaltkreis ist ein Zeitgeberkreis. Der Zeitgeber kann sowohl eine Zeitangabe aufweisen, welche die laufende Zeit liefert als auch eine Voreinstellung, durch welche die Pumpe am Ende einer yoreingestellten Zeitspanne angehalten wird.

Es sind zwei Ausführungsformen der Zeitangabe erforderlich, um alle verschiedenen Probeentnahme-Situationen zu umfassen. Die erste Ausführungsform ist ein Zeitgeber, der sich selbsttätig zu Beginn einer geden Prüfperiode auf Null zurückstellt, wenn der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Die zweite Ausführungsform ist ein Zeitgeber, der sich nicht zurückstellt, wenn die Pumpe ein- und ausgeschaltet wird und die gesamte kumulative laufende Zeit erfasst· Diese Ausführungsform benötigt selbstverständlich einen getrennten, manuell betätigbaren Rückstellschalter, um die Rückstellfunktion durchzuführen.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild des Pumpensteuersystems mit einem Druckschalter, der einen Integratorkreis treibt, einem Verstärker, der den Pumpenmotor treibt, einem

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Detektorkreis für geringe Luftströmung und einer Batterie-Ladungsanzeige.

In Eig. 3 hat die Batterie B 1, die den Schaltkreis mit Leistung versorgt, ihre negative Klemme mit der gemeinsamen Leitung verbunden und ihre positive Elemme mit dem Leistungsschalter SW 1. Die andere Seite von SW 1 ist mit der positiven Sammelleitung verbunden.

Der Verstärker A 1 (der ein Operationsverstärker sein kann, beispielsweise einer der vier Verstärker in einem Operationsverstärker vom Typ LM 324) ist in einer integrierten Anordnung mit einem Rückkopplungskondensator C 1 (üblicherweise 6,8 Mikrofarad) verbunden, der,ausgehend von der Ausgangsklemme,mit dem negierenden (-) Eingang des Verstärkers A 1 verbunden ist. Der Eingangswiderstand R 3 (üblicherweise 12 Megaohm) ist mit der negierenden Eingangsklemme von A verbunden. Die Werte von S 3 usd C 1 bestimmen die Integriergeschwindigkeit und beeinflussen das Ansprechen des Regelkreises. Die Werte sind so ausgewählt, um die beste Regelung bei der jeweiligen Pumpe und dem jeweiligen Differential-Welligkeitsfilter zu ergeben.

Der Widerstand R 1 (typischerweise 10 k Ohm)ist ausgehend von der +Sammelleitung mit einer Anode der Diode CR 1 (typischerweise vom Typ 1ΪΤ4148) verbunden und die Kathode von CR 1 ist mit der Anode der Diode CR 2 (typischerweise vom Typ 1N 4148) verbunden, deren Kathode mit der gemeinsamen Leitung verbunden ist. Dies liefert eine Vorspannung von näherungsweise 0,6 Volt an der Anode von CR 2 und von 1,2 Volt an der Anode von CR 1 infolge des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung der beiden Dioden. Der 0,6 Volt-Punkt ist mit der nicht-negierenden Eingangsklemme (+) des Verstärkers A 1 verbunden um die + Eingangsklemme bei 0,6 Volt über der gemeinsamen Leitung vorzuspannen, über einen Widerstand R 4 (typischerweise 12 Megaohm), welcher Spannungsabweichungserscheinungen des Verstärkers so gering wie möglich hält. Ein Widerstand

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R 2 (typischerweise 22 k Ohm) ist,ausgehend von der Eingangski emme des Widerstands R 3 (Punkt B) mit der gemeinsamen Leitung oder Erde verbunden. Dies liefert 0,0 Volt an den Eingangswiderstand, wenn der Druckschalter SW 2 offen ist. SW 2 ist typischerweise ein Druckschalter, der bei 7,62 cm (3, 0 inches) Wasserdruck arbeitet. Der Integrator erzeugt eine sich allmählich verringernde. Spannung an der Verstärkerausgang ski emme, wenn SW 2 geschlossen ist und eine sich allmählich erhöhende Spannung, wenn SW 2 offen ist. Die Spannung an der Ausgangsklemme des Verstärkers A 1 ist ein Motordrehzahlsignal, das bei Verstärkung durch einen anschliessend beschriebenen Verstärker die Drehzahl des Pumpeamotors bestimmt. Eine Verbindung von + Sammelschiene und gemeinsamer Leitung wird zu A1 hergestellt, um Leistung zu liefern. Diese Verbindungen liefern Leistung für A 2, A 3 und A 4.

Das Motordrehzahlsignal wird dem Verstärker A 2 (typischerweise 1/4 eines Typs LM 324) zugeführt, über in Reihe angeschlossene Dioden CR 3 und CR 4 (üblicherweise IN.4143) zum nicht-negierenden (+) Eingang von A 2 zugeführt. Der Lastwiderstand R6 liegt zwischen der Eingangsklemme von A und Erde. Das verstärkte Signal von der Ausgangsklemme von A 2 wird der Basis des Transistors Q 1 (typischerweise ein NPN Typ 2N2926) über einen Widerstand R 8 (typischerweise 10 k Ohm) zugeführt. Das Signal vom Kollektor von Q 1 wird der Basis der parallel-verbundenen Transistoren Q 2 und Q (typischerweise PNP Typ 2N$226) über Widerstand R 10 (typischerweise 100 Ohm), der am Punkt A angeschlossen ist und über Widerstände R 11 und R 12 (typischerweise 100 Ohm), die vom Punkt A . ausgehend mit den Transistorbasen verbunden sind, zugeführt. Das Ausgangssignal von den gemeinsamen Kollektoren von Q 2 und Q 3 wird dem Pumpenmotor M 1 zugeführt, der , ein drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ist. Die andere Seite von M 1 ist mit der gemeinsamen Leitung verbunden.

Der Emitter von Q 1 ist mit der gemeinsamen Leitung über einen Widerstand R 11 (typischerweise 220 0hm) verbunden.

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Der Kondensator C 3 (typischerweise 0,01 Mikrofarad) ist, ausgehend von der Basis mit dem Kollektor Q 1 verbunden, um ein Häuschen im Stromkreis zu verringern. Der Emitter von Q 2 und Q 3 ist mit der + Sammelleitung verbunden. Punkt A ist mit der + Sammelleitung über den Widerstand E 9 (typischerweise 1 kOhm) verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand R 7 (typischerweise 47 kOhm) ist, ausgehend von den Kollektoren von Q 2 und Q 3» mit der negierenden (-) Eingangsklemme von A 2 zur Lieferung einer negativen Rückkopplung verbunden. Die negierende Eingangskiemme von A 2 ist mit der gemeinsamen Leitung über den Widerstand R 5 (typischerweise 2,2 kOhm) verbunden.

Die Widerstände R 5 und R 7 bestimmen den Gesamtspannungsgewinn des Kreises vom Ausgang von A 1 zu der am Pumpenmotor zugeführten Spannung. Diese Widerstände können derart eingestellt werden, um ein optimales Gleichgewicht zwischen schnellem Regelansprechen und stabilen Betrieb in Pumpen mit verschiedenen Charakteristiken zu liefern. Der Kondensator C 2 (typischerweise 0,01 Mikrofarad) ist, ausgehend von der Ausgangsklemme von A 2, mit der negierenden Eingangsklemme von A 2 zur Verringerung eines Stromkreisrauschens verbunden. Diese Verbindung: von A 2, Q 1, Q 2, Q 3 und ihrem zugeordneten Widerstand und ihren zugeordneten Kondensatoren stellt einen von vielen Verstärker-Schaltkreisen dar, die sich zur Verstärkung des Motordrehzahlsignals von A 1 eignen, jedoch liefert dieser Schaltkreis einen breiten Spannungsbereich zum Motor, typischerweise 0 bis 4,8 Volt, und liefert ein konstantes Spannungs-Ausgangssignal, das bei einigen Pumpenanordnungen bevorzugt wird, beispielsweise wo eine sehr geringe Motordrehzahl für eine Niederdruckströmung erforderlich ist.

Das Ausgangssignal von A 1 schwankt zwischen etwa 0 bis 1,5 Volt während der normalen Regelung, kann jedoch allmählich auf einen Sättigungspegel von näherungsweise 3 Volt

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ansteigen (für eine Leistungs-Versorgungsspannung von 4,0 Volt), wenn die Pumpe den erforderlichen Luftstrom nicht aufrechterhalten kann, beispielsweise wenn das Einlassrohr verstopft und die Luftströmung blockiert ist. Indem abgetastet wird, wenn das Ausgangssignal von A 1 2,5 Volt übersteigt, wird ein Detektor für geringe Strömung geschaffen. Daher ist der Verstärker A 3 (typischerweise 1/4 von LM 324) mit seiner'negierenden Eingangsklemme mit einem Auslösespannung spegel verbunden. Wird eine Spannung an den nichtnegierenden (+) Eingang von A 3 angelegt, die grosser als der Auslösespannun gspegel ist, so ändert sich das Ausgangssignal von A 3 vom normalen Nullpegel auf einen hohen Pegel von näherungsweise 4,8 Volt (bei einer 5 Volt-Leitungsquelle).

Ein Widerstand E 14 (typischerweise 47 KOhm) liegt zwischen der + Sammelleitung und dem Widerstand R 15 (typischerweise 22 kOhm). Die andere Seite von R 15 ist mit der gemeinsamen Leitung verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen R 14 und R 15 ist an den negierenden (-) Eingang von A 3 angeschlossen.

Eine Diode CR 6 (typischerweise 1N4148) ist, ausgehend von der Ausgangsklemme von A 3? an die nicht-negierende Eingangsklemme angeschlossen, um das Ausgangssignal von A 3 auf einem hohen Wert zu halten, selbst wenn das ursprüngliche Spannungssignal weggenommen wird. Eine Diode CR 7 (typischerweise 1N4148), ein Widerstand R 17 (typischerweise 220 Ohm), eine Leuchtdiode D 1 (typischerweise HP 5082-4484) und ein Prüfschalter SW 3 für kurzzeitige Betätigung liegen in Reihe zwischen der Ausgangsklemme von A 3 und der gemeinsamen Leitung. Ist SW 3 geschlossen und das Ausgangssignal von A auf einem'hohen Wert, so leuchtet D 1. Der Verstärker A 3^r kann auf einen Betrieb mit niedrigem Ausgangssignal zurückgestellt werden, indem der Schalter SW 1 geöffnet wird, um die Leistung vom Schaltkreis wegzunehmen. Ein Widerstand R 16 (typischerweise 1,2 Megaohm) ist zwischen der nichtnegierenden Eingangsklemme von A 3 und der gemeinsamen Leitung

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angeordnet, um zu gewährleisten, dass A 3 nicht in unbeabsichtigter Weise in den Betriebszustand mit hohem Ausgangssignal gelangt, wenn dem Schaltkreis erstmals eine Leistung zugeführt wird. Ein Widerstand E 13 (typischerweise 41 KOhm) liegt zwischen der AusgangskLemme von A 1 und der Anode der Diode CE 5 (typischerweise LN 4143), die ihrerseits mit der nichtnegierenden Eingangsklemme von A 3 verbunden ist und das Signal von' A 1 mit dem Strömungsdetektorkreis koppelt. Der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von CE 5 trägt dazu bei, Streusignale an einer unbeabsichtigten Auslösung des Detektors für niedrige Strömung zu hindern. Bei diesem Aufbau braucht der Schaltkreis normalerweise 20 Sekunden, nachdem die Strömung unterbrochen wurde, bis der Schaltkreis auslöst. Diese Zeit kann verkleinert werden, indem das Verhältnis von E 14 zu E 15 vergrössert wird.

Ein Batteria-Prüfkreis wird auf der Grundlage einer besonderen Leuchtdiode D 2 (typischerweise HP 5082-4732 von Hewlett-Packard Corporation) aufgebaut, die bei einem bestimmten Wert der zugeführten Spannung (typischerweise 2,4 Volt) aufleuchtet. Ein Verstärker A 4 (typischerweise 1/4 von LM 324) treibt mit einem Ausgangssignal einen Transistor Q 4 (typischerweise 2ΙΓ 2926). Der Kollektor von Q 4 ist mit der + Sammelleitung verbunden. Der Emitter von Q 4 ist mit der negierenden (-) Eingangsklemrae von A 4 verbunden und liefert eine einfache Verstärkung für die der nicht-negierenden Eingangsklemme (+) zugefübrten Signale. Der Emitter von Q 4 ist mit der Anode (oder + Eingangsklemme) von D 2 verbunden und die Kathode von D 2 ist an eine Seite des Schalters SW 3 angeschlossen. Die andere Seite von SW 3 ist mit der gemeinsamen Leitung verbunden. D 2 leuchtet auf, wenn SW 3 geschlossen wird und das Aus-' gangssignal von A 4 grosser als eine Triggerspannung (typischerweise 2,4 Volt) ist. Ein Widerstand E 18 (typischerweise 100 kOhm) liegt zwischen der +· Sammelleitung und der nicht-negierenden (+) Eingangsklemme von A 4 und ein Widerstand E 19 (typischerweise 100 kOhm) liegt zwischen der

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(+) Eingangsklemme von A 4 und der gemeinsamen Leitung. Das Verhältnis von R 18 und R 19 kann eingestellt werden, um 2,4 Volt der nicht-negierenden Eingangsklemme von A 4 beim gewünschten Batterie-Spannungsprüfpegel zuzuführen, der typischerweise 5>15 Volt für eine Batterie beträgt, die durch Verbindung von vier wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Zellen in Seihe aufgebaut ist.

Ein Zeitrelaiskreis, das zum Anhalten der Pumpe nach einer voreingestellten Zeitspanne verwendet wird, könnte in den vorausgehend beschriebenen Integratorkreis an der Verbindung von S3, R4 und SW2 (Punkt B) der Fig. 3 eingefügt werden. Ein an diesem Punkt zugeführtes positives Spannungssignal veranlasst den Integrator, seinen Ausgang zu verkleinern, und der Motor M1 kommt schliesslich zum Stillstand.

Schaltungsausführungen für elektronische Festkörper-Zeitrelais, die sich für diese Anwendung eignen, sind wohl bekannt und zahlreich. Die Schaltkreise können aus diskreten Komponenten (wie beispielsweise Transistoren, Widerständen usw.) aufgebaut sein oder aus hochintegrierten Kreisen, wie sie in Armbanduhren mit Festkörperschaltkreisen verwendet werden. Ein zweckmässiger Schaltkreis eines Zeitrelais mit den gewünschten Merkmalen ist in Fig. 4 dargestellt, das ein Blockschaltbild eines digitalen Zeitrelais ist.

Ein Oszillator IC1 liefert ein Impulssignal mit einer typischen Frequenz von 4660 Impulsen je Sekunde als die Basis für die Zeitgabefunktion. Dieses Impulssignal wird durch einen Vorteiler IC2 auf eine kleinere Impulsfolge, wie beispielsweise 128 Impulse je Stunde, geteilt. Dieses kleinere Signal wird das Eingangssignal für einen zweiten Teiler IC3 mit Ausgang s signal en von 10 geteilt durch zwei (·?2).

Für die Zeitrelaisfunktion werden die Ausgangsklemmen mit einer Eeihe von zehn Lampen verbunden, die mit 1 Min., 2 Min., 4 Min., 8 Min., 1/4 Stunde, 1/2 Stunde, 1 Stunde, 2 Stunden

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4 Stunden und 8 Stunden bezeichnet sind. Die Frequenz von 128 Impulsen je Stunde ergibt bei einer Teilung durch 64 Impulse je Stunde, was näherungsweise 1 Impuls Je Minute entspricht und so gekennzeichnet wird. Die Frequenz von 64 Impulsen je Stunde ergibt bei einer Teilung durch 2 32 Impulse je Stunde, was näherungsweise 2· Impulsen je

Minute entspricht und so gekennzeichnet wird; entsprechend wird weiter verfahren bis zu 4 Impulsen je Stunde, was

1 Impuls je 1/4 Stunde entspricht und so gekennzeichnet wird, und so weiter bis zur letzten Ausgangsklemme, entsprechend 128 Impulsen je Stunde, geteilt durch 10-mal 2 (oder

2 oder 1024), was einem Impuls in 8 Stunden entspricht

und so gekennzeichnet wird. Ein derartig aufgebautes Zeitrelais kann jeder Zeit abgelesen werden, indem der Schalter SW4 geschlossen wird und die Werte aller beleuchteten Lampen addiert werden.

Für die voreingestellte Anhaltefunktion werden die Ausgänge von IC3 ferner mit einem Koinzidenz^-Detektorkreis IC4 verbunden, dem auch eine Gruppe von Eingangssignalen von den voreingestellten Schaltern zugeführt wird. Der Koinzidenz-Detektor liefert ein STOP-Ausgangssignal, wenn zwischen den beiden Sätzen von Eingangssignalen Koinzidenz vorliegt (wenn die Muster der beiden Signalgruppen genau übereinstimmen). Das STOP-Signal veranlasst den Pumpenregelkreis abwärts zu integrieren (und die Pumpe anzuhalten) und signalisiert ferner dem Oszillator zn stoppen.

Die Teiler IC2 und IC3 werden normalerweise durch ein Rückstellsignal auf Null zurückgestellt, das jedes Mal erzeugt wird, wenn die Dosimeterpumpe eingeschaltet wird. Der Schalter SW5 kann geöffnet werden und das Zeitrelais wird^T nicht zurückgestellt. Dies ist zweckmässig bei Verwendung des Zeitrelais bei der Summenbildung einer Reihe von Zeitperioden. Offensichtlich müssen die Teiler IC2 durch eine von der Dosimeterpumpe getrennte Stromquelle mit Leistung versorgt werden, die immer eingeschaltet bleibt, falls

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3W-6O93 , ₂₃ 282269?

diese integrierten Schaltkreise üblicher Bauart sind, die immer Leistung haben muss, um das Ausgangssignal zu "erinnern"

Beim praktischen Betrieb des Dosimeters wird dieses in einem Bereich aufgestellt, in dem die Arbeiter tätigt sind. Gewöhnlich ist eine 8 Stunden-Schicht die Zeitspanne,während der das Dosimeter betrieben wird. Am Ende der Schicht wird der Schaltkreis geprüft, um zu bestimmen, ob der Einlass während dieser Periode blockiert wurde, indem die Leuchtdiode (D 1 der Fig. 3) beobachtet wird, während der Kurzzeitschalter (SW 3 der Fig. 3) niedergedrückt wird. Leuchtet die Diode auf, so erfolgte eine Blockierung während der Schicht. Das Filter wird anschliessend aus dem Dosimeter entnommen und einem Laboratorium zur Analyse eingesandt und die Ergebnisse werden aufgezeichnet. Falls eine unzulässig hohe Belastung aufgetreten ist, können die Arbeiter aus dem jeweiligen Bereich abgezogen und mit einer anderen Arbeit betraut werden.

Ende der Beschreibung

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Claims (11)

1. Pat entan sp rü ehe

   Dosimeter mit einem Elektromotor, einer Leistungsquelle, einer Auslassöffnung und einer Filteranordnung, in der Teilchen oder Dämpfe, die in einem mit geregelter konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch das Dosimeter gepumpten Luftstrom vorhanden sind, gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Teile enthält:

   eine mehrere Zylinder und einen Eegelantrieb aufweisende Pum-Oe (3), die rohrartig mit der leiteranordnung (2) verbunden, mit dem Elektromotor (9) gekoppelt ist^ und den Luftstrom durch die leiteranordnung saugt, eine öffnung (5)» die in einem Rohr vorgesehen ist, das mit der Pumpe (3) und der Auslassöffnung verbunden ist, so dass der Luftstrom durch die Öffnung (5) gepumpt wird und dadurch einen Luftdruckabfall erzeugt, ein Differential-Welligkeitsfilter (12-16), das in einem mit der Auslassöffnung verbundenen Rohr angeordnet ist und parallel zur öffnung (5) liegt und die Welligkeit im Luftstrom verkleinert,

   einen Differentialdruckschalter (6), der in einem Rohr parallel zum Differential-Welligkeitsfilter (12-16) « liegt und durch eine Änderung im Luftdruckabfall des Luftstroms betätigt wird und ein elektrisches Niederspannungseingangssignal liefert,

   einen elektrisch mit einer Leistungsquelle (B1) und dem Druckschalter (6; SW2) verbundenen Integratorkreis,

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   oRONM.

   der das vom Druckschalter erzeugte Niederspannungs-Eingangssignal verwendet und integriert, einen elektrisch mit der Leistungsquelle (B1) verbundenen Verstärkerkreis, der in Reihe mit dem Integratorkreis und dem Elektromotor liegt und das. vom Integratorkreis erzeugte Signal verstärkt und das verstärkte Signal dem Elektromotor (M1) zuführt, um dadurch die Drehzahl des die Pumpe treibenden Motors abhängig von dem vom Druckschalter (6; SW2) erzeugten Signal zu regeln, um den Luftstrom auf einer geregelten, konstanten Strömungsgeschwindigkeit zu halten.
2. 2. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine mehrere Zylinder aufweisende Kolbenpumpe ist.
3. 3- Dosimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine Vier-Zylinder-Membranpumpe ist.
4. 4. Dosimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die öffnung (5) ein einstellbares Nadelventil ist.
5. 5. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (6; SW2) durch einen Luftdruckabfall von 7162 cm (3 inches) Wassersäule und eine Luftdruckabfalländerung von 0,0254· bis 1,27 cm (0,01 bis 0,5 inches) Wassersäule betätigt wird.
6. 6. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integratorkreis auf etwa +0,6 Volt vorgespannt ist und das Signal vom Integratorkreis allmählich auf etwa +1,2 Volt ansteigt, wenn der Druckschalter (6; SW2) betätigt wird und allmählich auf +0,6 Volt absinkt, wenn der Druckschalter inaktiviert wird.
7. 7- Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerkreis das vom Integratorkreis kommende

   8098487 ϊ)§8 S

   Signal auf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamtspannung der Leistungsquelle verstärkt und eine Impedanz von mehr als 10 Ohm aufweist.
8. 8. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsklemme des Integratorkreises elektrisch ein Detektorkreis für geringe Luftströmung angeschlossen

   ist, der einen bistabilen Multivibratorkreis enthält, der elektrisch mit einer Anzeigelampe verbunden ist.
9. 9· Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, dass mit der Leistungsquelle, die aus einer Batterie (B1) besteht, ein Batterie-Prüfkreis verbunden ist, der einen Präzisionsspannungsdetektor aufweist, der auf die volle Ladespannung der Batterie eingestellt ist.
10. 10. Dosimeter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeitrelaiskreis, der elektrisch mit der Leistungsquelle (B1) verbunden ist, und die Betriebszeit der Pumpe angibt und die Pumpe nach einem gegebenen Zeitintervall abschalten kann.
11. 11. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine Membranpumpe mit vier Zylindern ist, dass die öffnung (5) ein einstellbares Nadelventil ist, das einen Luftdruckabfall von etwa 7>62 cm Wassersäule erzeugt,

    dass der Luftdruckschalter (6; SW2) bei einer Luftdruckänderung von etwa 0,254- bis 1,270 cm Wassersäule betätigt wird,

    dass der Integratorkreis auf etwa +0,6 Volt vorgespannt ist und das Signal vom Integratorkreis allmählich auf" etwa +1,2 Volt ansteigt, wenn der Druckschalter (6; SW2) betätigt wird und allmählich auf +0,6 Volt abfällt, wenn der Druckschalter inaktiviert wird

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    FF-6093

    dass der Verstärkerkreis das vom Integratorkreis kommende Signal auf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamtspannung der Leistungsquelle verstärkt und eine Impedanz von weniger als 10 Ohm aufweist,

    dass die Leistungsquelle eine Batterie mit einem Maximum von 5i5 "Volt ist und Nickel-Cadmium-Zellen enthält, und elektrisch mit einem Detektorkreis für geringe Luftströmung verbunden ist, der elektrisch mit der Ausgangsklemme des Integratorkreises verbunden ist und einen bistabilen Multivibratorkreis enthält, der elektrisch an eine Anzeigelampe angeschlossen ist, dass ein Batterie-Prüfkreis elektrisch mit der Leistungsquelle (B1) verbunden ist, die aus einer Batterie (B1) besteht und einen Prazisxonsspannungsdetektor enthält, der auf etwa 5»2 Volt eingestellt ist, und dass ein Zeitrelaiskreis elektrisch mit der Leistungsquelle (B1) verbunden ist und die Betriebszeit der Pumpe anzeigt und die Pumpe nach einem gegebenen Zeitintervall abschalten kann.

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