DE2950746A1 - Breath test gas analyser - has radial turbine extractor drive which acts as motor or generator with signal rate monitor - Google Patents

Abstract

The device in a mobile breath testing arrangement with a gas analysing measurement cell is for quantitative analysis of the breath of a person for defined components, esp. alcohol, enables rapid accurate repeated testing. It is compact, easy to operate, and can be purified with clean air between measurements. The hollow shaft (7) of a radial turbine (6) is pneumatically connected to the measurement cell (1) gas outlet (3). The turbine is mechanically connected to an electrical machine (4) operable as a motor or as a generator. An electronic circuit produces a signal indicating that the generator output parameter rate of change has changed sign. When the machine is operated as a generator its output is fed to an indicator (12) via an integrator (13).

Description

Einrichtung in einem Atemtestgerät mit gasanalytischerSet up in a breath test device with gas analysis

Meßzelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in einem Atemtestgerät mit gasanalytischer Meßzelle.Measuring cell The invention relates to a device in one Breath test device with gas analytical measuring cell.

Derartige Atemtestgeräte werden eingesetzt, um die Atemluft von Testpersonen quantitativ auf bestimmte Komponenten, insbesondere auf Alkohol, zu überprüfen.Such breath test devices are used to test the breath of test subjects to check quantitatively for certain components, especially alcohol.

Dabei soll durch eine Anzeige der Blasstärke bzw. der Blasmenge sichergestellt werden, daß eine für die Messung ausreichende Menge Atemluft in bzw. durch das Gerät geblasen wird.In this case, the blowing strength or the blowing amount is to be ensured by means of a display that a sufficient amount of breathing air for the measurement is in or through the device is blown.

Zur schnellen und genauen Durchführung einer Reihe von Einzelmessungen ist es auch notwendig, das Gerät jeweils nach Beendigung jeder Messung mit reiner Luft durchzuspülen, um sämtliche Gasreste der eingeblasenen Atemluftprobe aus den Gaswegen und der Meßzelle zu entfernen.For the quick and accurate implementation of a series of individual measurements it is also necessary to switch the device on after each measurement with pure Purge air to remove all gas residues from the inhaled breath sample To remove gas paths and the measuring cell.

Da derartige Atemtestgeräte hauptsächlich für mobilen Einsatz vorgesehen sind, wird kompakte Bauweise und einfache Handhabung verlangt.Because such breath test devices are mainly intended for mobile use compact design and easy handling are required.

Es besteht somit die Aufgabe, ein Atemtestgerät so aufzubauen, daß es diesen Anforderungen genügt.There is thus the task of building a breath test device so that it meets these requirements.

Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung in einem Atemtestgerät mit gasanalytischer Meßzelle gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Gasauslaßstutzen der Meßzelle die Hohlwelle einer Radialturbine pneumatisch angeschlossen ist, und daß die Radialturbine mechanisch mit einer als Motor oder Generator betreibbaren elektrischen Maschine gekoppelt ist.One solution to the problem is in a facility in a breath test device seen with a gas-analytical measuring cell, which is characterized in that the Gas outlet of the measuring cell is pneumatically connected to the hollow shaft of a radial turbine is, and that the radial turbine can be operated mechanically as a motor or generator electric machine is coupled.

Beim Generatorbetrieb sind die Anschlüsse der elektrischen Maschine mit einem Anzeigegerät für die drehzahlabhängige Generatorausgangsgröße verbunden, diese entspricht der Blasstärke bzw. nach Integration über die Zeit der Menge der eingeblasenen Atemluft.In generator mode, the connections to the electrical machine are connected to a display device for the speed-dependent generator output variable, this corresponds to the blowing strength or, after integration over time, the amount of blown breath.

Da bei einigen Messungen auch Atempausen, die zu ehlmessungen führen können, angezeigt werden sollen, sind in einer Weiterbildung der Einrichtung elektronische Mittel zur Erzeugung eines die Vorzeichenumkehr des Gradienten der Generatorausgangsgröße oder deren Differentialquotienten nach der Zeit anzeigenden Signals vorgesehen.There are also pauses in breathing for some measurements, which lead to incorrect measurements can, should be displayed, are electronic in a further development of the facility Means for generating the sign reversal of the gradient of the generator output variable or their differential quotient is provided according to the signal indicating the time.

Bei Motorbetrieb wird die Turbine als Spülpumpe betrieben und fördert Spülluft durch die Gaswege und die Meßzelle.When the engine is running, the turbine is operated and promoted as a scavenging pump Purge air through the gas paths and the measuring cell.

Durch die Möglichkeit des wechselweisen Generator- oder Motorbetriebs vereinigt die erfindungsgemäße Einrichtung somit die Funktionen einer Blasstärken- bzw. Blasmengenindikation wie auch die einer Spüleinrichtung in sich.With the option of alternating generator or motor operation the device according to the invention thus combines the functions of a blown starch or an indication of the amount of blowing as well as that of a flushing device in itself.

Durch modularen Aufbau läßt sich die Einrichtung auch für die Nachrüstung bereits vorhandener Testgeräte vcrwenden.Thanks to its modular structure, the device can also be retrofitted Use existing test equipment.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in den Figuren ein Ausführungsbeisp.iel stark schematisiert und nicht maßstäblich dargestellt und im folgenden beschrieben.An exemplary embodiment is shown in the figures to explain the invention highly schematized and not shown to scale and described below.

Figur 1 zeigt die beispielsweise einen katalytischen Halbleiter-Meßfühler für die zu bestimmende Atemluftkomponente enthaltende Meßzelle 1 des Atemtestgerätes mit einem Gaseinlaß 2 für die Atemluft und einem Gasauslaßstutzen 3, aus welchem die durch die Meßzelle 1 geblasene Atemluft austritt.Figure 1 shows, for example, a catalytic semiconductor probe for the breath test device containing the measuring cell 1 to be determined with a gas inlet 2 for the breathing air and a gas outlet 3, from which the breathing air blown through the measuring cell 1 emerges.

Auf der Welle 5 einer elektrischen Maschine 4, die sowohl als Generator wie auch als Motor betrieben werden kann, ist eine Radialturbine 6 befestigt, deren als Einlaß für das Arbeitsmittel dienende Hohlwelle 7 so weit in den Gasauslaßstutzen 3 der Meßzelle 1 ragt, daß der verbleibende Ringspalt 8 zwischen Welle und Innenfläche des Auslaßstutzens 3 einen genügend großen pneumatischen Widerstand zur Verringerung von Leckverlusten bildet.On the shaft 5 of an electrical machine 4, both as a generator as can also be operated as a motor, a radial turbine 6 is attached, whose as an inlet for the working medium serving hollow shaft 7 so far into the gas outlet 3 of the measuring cell 1 protrudes that the remaining annular gap 8 between the shaft and the inner surface of the outlet 3 a sufficiently large pneumatic resistance to reduce of leakage losses.

Mittels eines Schalters 9 läßt sich die elektrische Maschine 4 wahlweise an eine Stromquelle 10 oder an eine elektronische Schaltungsanordnung 11 legen zur Anzeige der Generatorausgangsgröße bzw. einer von ihr abgeleiteten Größe.By means of a switch 9, the electrical machine 4 can optionally to a power source 10 or to an electronic circuit arrangement 11 Display of the generator output variable or a variable derived from it.

Wird durch den Gaseinlaß 2 von der Testperson Atemluft durch die Meßzelle 1 geblasen, so beaufschlagt die aus den Auslaßstutzen 3 austretende Atemluft die Turbine 6 und versetzt sie in Drehung. Die elektrische Maschine 4 wird dabei als Generator betrieben, ihre drehzahlproportionale Ausgangsgröße entspricht der Blasstärke und kann in dem Anzeigegerät 12 angezeigt werden. Interessiert die für bestimmte Messungen vorgeschriebene Atemluftmenge, so wird das Generatorausgangssignal in dem Integrationsglied 13 integriert. Die integrierte Größe entspricht der durch das Gerät geblasenen Luftmenge und wird in dem entsprechend kalibrierten Anzeigegerät 12 angezeigt. Ein Grenzwertgeber 14 stellt sicher, daß die zur Messung notwendige Mindestmenge an Atemluft durch die Meßzelle 1 geströmt ist.The test person breathes air through the measuring cell through the gas inlet 2 1 blown, the exiting air from the outlet 3 acts on the Turbine 6 and sets it in rotation. The electric machine 4 is as Generator operated; its output variable, which is proportional to the speed, corresponds to the blowing strength and can be displayed in the display device 12. Interested in certain Measurements, the generator output signal is in the integration member 13 integrated. The integrated size corresponds to the through the device blows air volume and is in the accordingly calibrated Display device 12 displayed. A limit indicator 14 ensures that the measurement necessary minimum amount of breathing air has flowed through the measuring cell 1.

Der aus der Radialturbine 6 und der elektrischen Maschine 4 bestehende Turbogenerator ist so ausgelegt, daß er bereits bei geringem Differenzdruck, etwa in der Größenordnung von 20 mbar, anspringt. Dazu wird eine elektrische Maschine 4 mit möglichst geringer Rückhaltekraft verwendet. Zur Erleichterung der Ingangsetzung kann der elektrischen Maschine 4 während des Anblasens eine Spannung in Höhe eines Bruchteils der Nennspannung bei Motorbetrieb aufgeschaltet werden.The one consisting of the radial turbine 6 and the electrical machine 4 Turbo generator is designed in such a way that it can operate at low differential pressure, for example in the order of 20 mbar, starts. This is done using an electrical machine 4 used with the lowest possible retention force. To facilitate the start-up the electric machine 4 can generate a voltage equal to a A fraction of the nominal voltage can be switched on during motor operation.

Zur Anzeige von Atempausen können hier nicht im einzelnen dargestellte bekannte elektronische Mittel vorgesehen werden, die aus der Vorzeichenumkehr des Gradienten der Generatorausgangsgröße oder aus deren vorzeichenbehafteten, zeitlichen Differential ein entsprechendes Signal ableiten.For the display of breathing pauses, not shown in detail here known electronic means are provided, which from the sign reversal of the Gradients of the generator output variable or from their signed, temporal Differential derive a corresponding signal.

Wird die elektrische Maschine 4 durch Umlegen des Schalters 9 an eine Stromquelle 10 geschaltet, wirkt sie als Motor und treibt die Turbine 6 als Pumpe an, diese fördert axial Spülluft durch die Gaswege und durch die Meßzelle 1 und wirft sie radial aus.If the electrical machine 4 by flipping the switch 9 to a When current source 10 is switched, it acts as a motor and drives the turbine 6 as a pump on, this axially promotes scavenging air through the gas paths and through the measuring cell 1 and ejects them radially.

Die Einrichtung kann sehr kompakt aufgebaut werden, bei einer für tragbare Atemtestgeräte vorgesehenen Ausführung beträgt der Durchmesser der Turbine 40 mm, und die axiale Länge des Turbinen-Motor-Aggregats beträgt etwa 30 mm, wobei der mit einer Spannung von 12 V betreibbare Motor die Turbine mit 8 000 Ulmin antreibt. Die Förderleistung liegt dann bei etwa 2 bis 3 1/min» sie ist ausrei- chend, um innerhalb von 10 bis 20 sec die Gaswege und die Meßzelle durchzuspülen und für eine weitere Messung vorzubereiten.The facility can be built very compactly, with one for portable breath test equipment is the diameter of the turbine 40 mm, and the axial length of the turbine-motor assembly is approximately 30 mm, whereby the motor, which can be operated with a voltage of 12 V, drives the turbine at 8,000 rpm. The delivery rate is then around 2 to 3 1 / min »it is sufficient chanting to flush the gas paths and the measuring cell within 10 to 20 seconds and for to prepare for another measurement.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Turbinenrad der Radialturbine 6 mit den Schaufeln 15. Die Turbine 6 ist auf einfache Weise aus Kunststoffpreßteilen zusammensetzbar.Figure 2 shows a section through the turbine wheel of the radial turbine 6 with the blades 15. The turbine 6 is made of molded plastic parts in a simple manner composable.

Claims (4)

Patentansprüche 9 Einrichtung in einem Atemtestgerät mit gasanalytischer Meßzelle, d a d u.r c h g e k e n n z e i c h n e t daß an den Gasauslaß (3) der Meßzelle (1) die Hohlwelle (7) einer Radialturbine (6) pneumatisch angeschlossen ist und daß die Radialturbine (6) mechanisch mit einer als Motor oder Generator betreibbaren elektrischen Maschine (4) gekoppelt ist.Claims 9 device in a breath test device with gas analysis The measuring cell is connected to the gas outlet (3) of the Measuring cell (1) pneumatically connected to the hollow shaft (7) of a radial turbine (6) is and that the radial turbine (6) mechanically with one as a motor or generator operable electrical machine (4) is coupled. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, da dur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlüsse der elektrischen Maschine (4) bei Generatorbetrieb mit einer Anzeige (12) für die drehzahlabhängige Generatorausgangsgröße verbunden sind.2. Device according to claim 1, since dur c h g e -k e n n z e i c h n e t that the connections of the electrical machine (4) with generator operation a display (12) for the speed-dependent generator output variable are connected. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß elektronische Mittel zur Erzeugung eines die Vorzeichenumkehr des Gradienten der Generatorausgangsgröße oder deren Differentialquotient nach der Zeit anzeigenden Signals vorgesehen sind.3. Device according to claim 2, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that electronic means for generating a reversal of the sign of the gradient the generator output variable or its differential quotient according to time Signal are provided. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgangsgröße der elektrischen Maschine (4) bei Generatorbetrieb über ein Integrationsglied (13) auf ein Anzeigegerät (12) geschaltet ist.4. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the output variable of the electrical machine (4) in generator mode is switched to a display device (12) via an integration element (13).