DE2840867A1 - Gasmessvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden gas durchstroemten pruefroehrchen - Google Patents

Description

• Gasmeßvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden
• Gas durchströmten Prüfröhrchen Die Erfindung betrifft eine Gasmeßvorrichtung mit einem von dem nachzuweisendem Gas durchströmten Prüfröhrchen entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
• Die mit einem pulverförmigen oder körnigen chemischen Reagenz gefüllten sogenannten Prüfröhrchen dienen gemeinhin der Bestimmung gasförmiger Bestandteile in Gasgemischen, die durch das Röhrchen gesaugt oder gedrückt werden. Bei diesem Vorgang verfärbt sich das Röhrchen in fortschreitendem Maße in Richtung des Gasflusses. Die Länge der verfärbten Zone ist proportional zur Menge des in das Röhrchen hineingeströmten Gasbestandteils, auf den das Reagenz spezifisch anspricht. Wenn die Menge des durch das Röhrchen gesaugten oder gedrückten Trägergases bekannt ist, läßt sich aus der Länge der verfärbten Zone die Größe der Verunreinigung des Trägergases durch den spezifischen Gasbestandteil ermitteln.
• Solche Röhrchen werden sowohl für einmalige Tests als auch in Verbindung mit einer Gasförderpumpe für Langzeitüberwachung eingesetzt. In jedem Falle erhält man eine Aussage über die ins Röhrchen geströmte Menge an zu messendem Gas. Es kann von Bedeutung sein, zu wissen, ob zu irgendeinem Zeitpunkt während der Überwachungsperiode Spitzen- oder Tiefstwerte der Konzentration des zu messenden Gases auftreten, um möglicherweise, wenn kritische Konzentrationswerte über- bzw. unterschritten werden sollten, einen Alarm auslösen zu können.
• Eine bekannte Vorrichtung zur Kenntlichmachung von Gaskonzentrationen, insbesondere von CO-Konzentrationen in Luft, gibt nach einer bestimmten Zeit bei einer bestimmten Gaskonzentration nach Farbänderung der Reaktionsschicht ein optisches und/oder akustisches Signal. Die Vorrichtung besteht aus toner motorisch angetriebenen Pumpe, einer Fassung für ein Prüfröhrchen auf der Saug- oder Druckseite der Pumpe und einer photoelektrischen Abtasteinrichtung.
• Diese ist längs des Prüfröhrchens verstellbar so angeordnet, daß sie eine bestimmte Stelle eines in die Fassung eingesetzten Prüfröhrchens abtastet. Die bei der Änderung der Farbe der Reaktionsschicht an der Abtaststelle sich entsprechend ändernde intensität des auf die Abtaststelle gerichteten und reflektierten Lichtstrahles auf dem lichtempfindlichen Element der Abtasteinrichtung ändert den abgegebenen Strom und löst damit eine optische und/oder akustische Alarmvorrichtung aus. Mit dieser Vorrichtung wird mit der Länge der Farbänderung die Menge des insgesamt durch das Prüfröhrchen geführten Fremdgases gemessen und evtl. gewarnt. Die momentane Konzentration dieses Gases in der zu messenden Luft wird damit nicht erfaßt. Gerade diese ist aber entscheidend. Die physiologische Wirksamkeit von Giften hängt nicht nur von der aufgenommenen Menge ab, sondern sehr stark auch von der Höhe der Konzentration. Die Messung der Menge kann damit sogar sinnlos werden.
• (DE-OS 15 98 021) In einer weiteren bekannten Anordnung zur Gasmessung und Warnung wird in der durch das Prüfröhrchen hindurchgedrückten oder gesaugten zu überwachenden Luft das für dieses Prüfröhrchen spezifische Gas gemessen, - sinne Konzentration festgestellt und, falls bestimmte Grenzen überschritten werden, ein Alarm ausgelöst. Dazu wird die Wandergeschwindigkeit v der Verfärbungsfront zwischen der verfärbten Zone und der ursprünglichen Farbe erfaßt. Die Erfassung der Wandergeschwindigkeit der Front geschieht mit Hilfe von Lichtschranken, die, bestehend aus jeweils einer Leuchtdiode und einem Detektor, parallel zur Prüfröhrchenachse angeordnet sind. Dabei wird die Lichtintensität der nacheinander abgefragten Lichtschranken mit dem Wert aus einer Referenzlichtschranke verglichen und in ein Ja- oder Nein-Signal umgewandelt. Der Überwachungsvorgang erfolgt in Abfragezyklen, gesteuert aus einer Abfrageschaltung, in deren Verlauf die Leuchtdioden nacheinander angesteuert und die zugeordneten Detektoren nacheinander abgefragt werden.
• Die festgestellten Ja-Signale werden dabei in einem ersten Zähler, die Zahl der Ja-Signale aus dem folgenden Abfragezyklus in einem zweiten Zähler gespeichert. Nach dem jeweiligen Zyklus, der sich aus der Einstellung des ZeitiVervalles ergibt,werden die beiden Zählerinhalte miteinander verglichen. Die Differenz ist ein Maß für die Wandergeschwindigkeit v der Verfärbungsfront, aus der sich die Gaskonzentration bestimmen läßt, die dann zur Alarmgabe benutzt wird.
• Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Meßgenauigkeit, also die Feststellung der Wandergeschwindigkeit v der Verfärbungsfront, direkt abhängig von der Anzahl der Licht -schranken pro Längeneinheit. Zum Eneichen einer hohen Meßgenauigkeit ist daher eine große Anzahl von Lichtschranken in einem engen Abstand voneinander erforderlich.
• Für hohe Meßgenauigkeiten ist ein entsprechend hoher technischer Aufwand in der Optik und in der Elektronik notwendig. (DE-PS 26 28 790) Aufgabe der Erfindung ist eine Gasmeßvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden Gas durchströmten Prüfröhrchen zur Messung der Konzentration und/oder zur Messung der Konzentrationsänderungen über einen Zeitraum von einigen Minuten bis zu einigen Tagen. Die Gasmeßvorrichtung soll dabei in einfacher kompakter Bauform zuverlässig funktionieren.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen der Ansprüche 1 und 7.
• Danach wird die aus einer Lichtquelle stammende Lichtstrahlung über Lichtleiter einer Faseroptik, die in einer Abtasteinrichtung längs es Prüfröhrchen angeordnet sind, auf die Länge des Prüfröhrchens aufgelassen. Von dort wird sie, nach dem sie an dem für den Farbumschlag vorgesehenen Stoff in den Reagenzien im Inneren des Prüfröhrchens reflektiert wurde, über aufnehmende Lichtleiter auf einen angeschlossenen Empfänger geleitet. Das Ausgangssignal des Empfängers ergibt in definierter Weise aus dem Reflexionslicht minus dem Streulicht an dem Stoff im Prüfröhrchen ein Maß für die Verfärbung des Prüfröhrchens und damit einen Nachweis über das zu messende Gas.
• Mit dieser Gasmeßvorrichtung wird - solange die Konzentration der zu messenden Gaskomponente, die die Farbänderung im Reagenz hervorruft, gleich Null ist - das Ausgangssignal des Empfängers im Verlaufe der Meßzeit unverändert bleiben.
• Tritt nun die zu messende Gaskomponente - z.B. ein Schadstoffin einer von Null verschiedenen Konzentration auf, dann wird das Ausgangssignal des Empfängers sich infolge der Änderung der Intensität, respektive der Änderung derspektralen Zusammensetzung der reflektierten und/oder gestreuten Strahlung ändern. Danach wird eine konstante Schadstoffkonzentration durch Verfärbung des Reagenz und durch Fortschreiten der Verfärbungsfront als Funktion der Zeit zu einem linearen Absinken des Ausgangssignals führen. Die Steigung der Funktion S (t), wobei S das Ausgangssignal darstellt und t die Zeit bedeutet, ist dann ein Maß für die Schadstoffkonzentration.
• Eine Änderung dieser Steigung ist in definierter Weise mit einer Änderung der Schadstoffkonzentration korreliert.
• Der wesentliche Vorteil der Gasmeßvorrichtung besteht darin, daß die Messung der fortschreitenden Verfärbungsfront ohne eine aufwendige und damit möglicherweise bedienungskomplizierte und störanfällige Mechanik erfolgt. Die Abtasteinrichtung enthält keine der Abnutzung unterliegenden Bestandteile. Die Vorrichtung ist kompakt herstellbar und lageunabhängig. Mit einfachen und bekannten Steuerungen der für das Licht vorhandenen elektrischen Energie sind Meßzeiten jeder beliebigen Länge und auch Verhältnisrechnungen S/t durchführbar.
• Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Diese bestätigen in vorteilhafter Weise die einfachen technischen Möglichkeiten aus dem Hauptanspruch.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht der Gasmeßvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch die Abtasteinrichtung, Fig. 3 ein Signalprofil über 10 Stunden, Fig. 41as 7 Anordnungen der Lichtleiter.
• Die Gasmeßvorrichtung besteht aus der Prüfröhrchenhalterung 1 mit dem eingesetzten Prüfröhrchen 2, an die die Pumpe 3 anget schlossen ist, und der Abtasteinrichtung 4.
• Die Abtasteinrichtung 4 enthält die Lichtquelle 5, den die Lichtstrahlung auf das Prüfröhrchen 2 aufbringenden Teil 6, den die reflektierte Lichtstrahlung aufnehmenden Teil 7 und den daran angeschlossenen Empfänger 17. Das Ausgangssignal des Empfängers 17 kann in dem Steuergerät umgerechnet und sichtbar gemacht werden.
• Der die Lichtstrahlung aufbringende Teil 6 besteht aus den die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 5 gleichmäßig längs des Prüfröhrchens 2 aufbringenden Lichtleitern8 und der die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmende Teil 7 aus Lichtleitern 9. Die Lichtleiter 8 enden in der Fläche 10 (Fig. 2) und die Lichtleiter 9 beginnen in der Fläche 11 gegenüber der Prüfröhrchenwand 12. Die Flächen 10 und II sind axial zur Prüfröhrchenachse angeordnet. Die Lichtquelle 5 befindet sich gegenüber den in der Ebene 13 beginnenden gebündelten Lichtleitern 8.
• Die Fig. 4 bis 7 zeigen mögliche Ausbildungen des aufbring genden Teiles 6 und des aufnehmenden Teiles 7 und Kombinationen der Lichtleiter 8 und 9 in einem gemeinsamen Teil 14.
• Mit dem Gasmeßgerät nach Fig. 1 wird eine vorgegebene Gasmenge pro Zeikinheit durch das Prüfröhrchen 2 gepumpt.
• Bei Anwesenheit einer Schadstoffkonzentration wird dieselbe mit den Reagenzien 15 chemisch reagieren und es wird zu einer Ausbildung einer Verfärbungsfront 16, die in dem Beispiel von links nach rechts wandert, kommen. Die aus der Lichtquelle 5 stammende Lichtstrahlung gelangt in die Lichtleiter 8 des aufbringenden Teiles 6 der Abtasteinrichtung 4.
• Aus diesem gelangt sie über die Länge der Abtasteinrichtung 4 verteilt auf das Prüfröhrchen 2 und wird in den fein verteilten Reagenzien im Prüfröhrchen 2 reflektiert oder gesteut. Die reflektierte Lichtstrahlung wird im aufnehmenden Teil 7 von den Lichtleitern 9 aufgenommen und dem Empfänger 17 zugeführt.
• Ein typisches Signal profil über zehn Stunden zeigt die Fig. 3.
• In den beiden ersten Stunden der Meßzeit ist die die Verfärbung bewirkende Schadstoffkonzentration Null. Danach beträgt sie beispielsweise 50 ppm für einen Zeitraum von weiteren zwei Stunden. Anschließend ist die Schadstoffkonzentration erneut Null. (Strecke b-c). Im Anschluß daran wird eine hohe Schadstoffkonzentration gemessen, die zu einem raschen Abfall des Signals aus dem Empfängerl7 (Strecke c-d) führt. Die Strecke d-e ist wiederum durch die Schadstoffkonzentration Null charakterisiert. In den letzten beiden Stunden der Meßzeit dieses Beispiels weist die Schadstoffkonzentration denselben Wert auf, wie er in der zweiten bis vierten Stunde gemessen wurde.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Gasmeßvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden Gas durchströmten Prüfröhrchen mit einer photoelektrischen Abtasteinrichtung zum Nachweis einer durch das Prüfröhrchen wandernden Verfärbung und einem an die photoelektrische Abtasteinrichtung angeschlossenen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (4) aus einem die Lichtstrahlung aus einer Lichtquelle (5) gleichmäßig auf die Länge des Prüfröhrchens (2) aufbringenden Teil (6) und aus einem die an den chemischen Reagenzien reflektierten Lichtstrahlung aufnehmenden und dem angeschlossenen Empfänger (17) zuleitenden Teil (7) einer Faseroptik mit Lichtmetern (8,9) besteht.
2. 2. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (8) des die Lichtstrahlung aufbringenden Teiles (6) und die Lichtleiter (9) des die Lichtstrahlung aufnehmenden Teiles (7) in einer gegenüber der Prüfröhrchenwand (12) axial zu dem Prüfröhrchen angeordneten Fläche (14) enden bzw. beginnen.
3. 3. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufbringende Teil (6) für den Austritt der Lichtstrahlung und der aufnehmende Teil (7) für die Aufnahme der reflektierten Lichtstrahlung je eine der Prüfröhrchenwand (12) gegenüber angeordnete Fläche (10,11) besitzt.
4. 4. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (8) des aufbringenden Teiles (6) und die Lichtleiter (9) des aufnehmenden Teiles (7) abwechselnd hintereinander in einer axial zu den Prüfröhrchen angeordneten Fläche (14) gegenüber der Prüfröhrchenwand (12) enden bzw. beginnen.
5. 5. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5) den in einer Ebene (13) beginnenden gebündelten Lichtleitern (8) gegenüber angeordnet ist.
6. 6. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dß der Empfänger (17) an die gebündelten Lichtleiter (9) des aufnehmenden Teiles (7) angeschlossen ist.
7. 7. Gasmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aufbringende Teil (6) über eine Umschaltvorrichtung Lichtquelle-Empfänger auch der aufnehmende Teil (7) ist.