DE19743953C2 - Gas analyzer for determining the concentration of heteroatomic gases designed as a plug-in card for a personal computer - Google Patents
Gas analyzer for determining the concentration of heteroatomic gases designed as a plug-in card for a personal computerInfo
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Abstract
Es wird ein Gasanalysator zur Bestimmung der Konzentration von heteroatomigen Gasen, insbesondere der CO¶2¶-Konzentration in Büroräumen oder in öffentlichen Gebäuden beschrieben, in denen durch die Ausatmung größerer Mengen an CO¶2¶ der Bedarf einer Belüftung erkannt werden soll. Das Gerät funktioniert auf der Grundlage der Infrarot-Absorption, ausgebildet als Einschubkarte für einen Personalcomputer zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Überwachung der Gaskonzentration in der Umgebung des Personalcomputers, Fig. 3.A gas analyzer is described for determining the concentration of heteroatomic gases, in particular the CO¶2¶ concentration in offices or in public buildings, in which the need for ventilation is to be recognized by the exhalation of large amounts of CO¶2¶. The device works on the basis of infrared absorption, designed as a plug-in card for a personal computer for the continuous or discontinuous monitoring of the gas concentration in the vicinity of the personal computer, FIG. 3.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasanalysator zur Bestimmung der Konzentration von he teroatomigen Gasen, insbesondere der CO2-Konzentration in Büroräumen oder in öf fentlichen Gebäuden, in denen durch die Ausatmung größerer Mengen an CO2 der Be darf einer Belüftung erkannt werden soll, auf der Grundlage der Infrarot-Absorption, ausgebildet als Einschubkarte für einen Personalcomputer zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Überwachung der Gaskonzentration in der Umgebung des Perso nalcomputers.The invention relates to a gas analyzer for determining the concentration of he teroatomigen gases, in particular the CO 2 concentration in offices or in public buildings, in which ventilation may be detected by exhaling larger amounts of CO 2 , based on the infrared absorption, designed as a plug-in card for a personal computer for continuous or discontinuous monitoring of the gas concentration in the vicinity of the personal computer.
In Bürogebäuden besteht häufig die Gefahr der Erhöhung des Kohlendioxidgehaltes in der Luft, wenn viele Menschen auf engem Raum zusammenarbeiten. Die Menschen erzeugen bei der Ausatmung Kohlendioxid und Wasserdampf. Problematisch ist dabei Kohlendioxid, dessen zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration in der Bundesre publik Deutschland 5.000 ppm beträgt. Kohlendioxid erzeugt schon bei niedrigen Kon zentrationen Erschöpfungsgefühl und wirkt sich hemmend auf die geistigen Fähigkeiten des Menschen aus.In office buildings there is often a risk of an increase in the carbon dioxide content the air when a lot of people work together in a confined space. The people produce carbon dioxide and water vapor during exhalation. The problem is Carbon dioxide, its permissible maximum workplace concentration in the federal government public Germany is 5,000 ppm. Carbon dioxide generates even at low con the feeling of exhaustion and has an inhibiting effect on mental abilities of man.
Für die Detektion von Gasen in der Luft gibt es verschiedene Gaswarngeräte, die ent weder stationär installiert sind, z. B. an einer Wand oder mobil, d. h. in tragbarer Form, zur Verfügung stehen.There are various gas detectors for the detection of gases in the air are neither installed stationary, e.g. B. on a wall or mobile, d. H. in portable form, be available.
Ein besonders selektives Meßverfahren ist die Infrarot-Gasanalysetechnik, die geeignet ist, heteroatomige Gase verschiedener Konzentration zu messen. Im Gegensatz zu chemischen Methoden kennt die Infrarot-Gasanalysetechnik keinen Erschöpfungszu stand der Meßzelle, so daß theoretisch eine unbegrenzte Lebensdauer möglich wird.A particularly selective measuring method is the infrared gas analysis technology, which is suitable is to measure heteroatomic gases of different concentrations. In contrast to Infrared gas analysis technology has no chemical methods of exhaustion stood the measuring cell, so that theoretically an unlimited lifespan is possible.
Bei der Infrarot-Gasanalysetechnik wird ein Breitbandstrahler als Sender und ein pyro elektrischer Detektor oder eine Thermosäule als Empfänger benutzt. Beide werden durch eine optische Küvette verbunden. Das zu messende Gas wird in diese Küvette entweder durch Zwangsströmung oder durch Diffusion eingebracht. Hier erfolgt die Be stimmung der Konzentration der gewünschten Gaskomponente. In infrared gas analysis technology, a broadband radiator is used as a transmitter and a pyro electrical detector or a thermopile used as a receiver. Both will connected by an optical cuvette. The gas to be measured is placed in this cuvette introduced either by forced flow or by diffusion. Here is the loading the concentration of the desired gas component.
Als wichtigster Zusammenhang wird dabei die Lambert-Beersche Gleichung genannt:
The most important connection is the Lambert-Beer equation:
I Strahlungsintensität am Detektor
I0 Vom Strahler erzeugte Strahlungsintensität
T Transmission
A Absorption
c Konzentration des Gases im Gemisch
l Küvettenlänge
α AbsorptionskoeffizientI radiation intensity at the detector
I 0 Radiation intensity generated by the emitter
T transmission
A absorption
c concentration of the gas in the mixture
l cell length
α absorption coefficient
In DE 44 38 244 C1 ist ein Infrarot-Gasanalysator dargestellt, der über eine Gasmeß platine mit Küvette, Strahler und Detektor verfügt.DE 44 38 244 C1 shows an infrared gas analyzer that uses a gas measurement board with cuvette, emitter and detector.
Als tm-Technisches Messen, 54, 1987, Seite 439-441 ist ein Meßgerät bekannt, das die Überwachung der maximalen Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Werte) durchführt. Das hier dargestellte System dient zur Überwachung der Explosionsgefahr oder von toxischen Gasen und von Sauerstoffmangel. Ein Mikrocomputer dient hier zur Steue rung und Auswertung.As tm-Technischen Messen, 54, 1987, page 439-441 a measuring device is known that monitors the maximum workplace concentration (MAK values). The system shown here is used to monitor the risk of explosion or toxic gases and lack of oxygen. A microcomputer is used for control and evaluation.
Ein Mikroprozessor ist als Steuerung eines entsprechenden Meßgerätes aus WO 96/17 239 A1 und DE 196 05 054 A1 bekannt.A microprocessor is used to control a corresponding measuring device WO 96/17 239 A1 and DE 196 05 054 A1 are known.
Diffusionsküvetten sind ebenfalls bekannt, wie US 4 709 150 zeigt.Diffusion cuvettes are also known, as shown by US 4,709,150.
Es gibt weiterhin verschiedene Einschubkarten für einen Personalcomputer im Handel, wie z. B. analoge und digitale Ein- und Ausgabekarten und eine Vielzahl verschiedener Spezialmodule. Nicht bekannt ist bis heute die Möglichkeit der Installation einer Gasein schubkarte in den Personalcomputer, mit deren Hilfe die Konzentration verschiedener Gase während der Arbeit am Personalcomputer automatisch erfaßt werden kann.There are also various plug-in cards for a personal computer in stores, such as B. analog and digital input and output cards and a variety of different Special modules. The possibility of installing a gas unit is still unknown card in the personal computer, with the help of which concentration of different Gases can be detected automatically while working on the personal computer.
Aufgabe der Erfindung ist daher eine erhöhte Konzentration von störenden heteroato migen Gasen auf einfache Weise festzustellen und unter Benutzung vorhandener Grundgeräte die Darstellung der gemessenen Werte und die Abgabe eines Signals zu ermöglichen. The object of the invention is therefore an increased concentration of disruptive heteroato gases in a simple way and using existing ones Basic devices the representation of the measured values and the To enable a signal to be sent.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des einzigen Patentanspruchs.According to the invention, the object is achieved by the features of the only one Claim.
Es werden auf einer Einschubkarte die optischen, elektronischen und mechanischen Module für die Gasanalyse aufgebaut. Diese Einschubkarte wird in den Personalcom puter eingebaut und dort für die periodische oder kontinuierliche Überwachung der um gebenden Atmosphäre genutzt. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Anordnung die Mög lichkeit, die Stromversorgung des Personalcomputers, die mechanische Halterung des Personalcomputer-Gehäuses sowie seine Peripherie zu benutzen. Dadurch entfällt der Bedarf eines zusätzlichen Bildschirmes, einer Tastatur und weiterer Bedienelemente, der Betrieb einer Gasmeßplatine im Personalcomputer wird kostengünstig und komfor tabel. Besonders vorteilhaft ist die gleichzeitige Nutzung der im Rechner vorhandenen Software für die Auswertung der Messung und die Bedienung des Meßgerätes.The optical, electronic and mechanical are on a plug-in card Modules for gas analysis built. This plug-in card is in the Personalcom built in and there for the periodic or continuous monitoring of the order giving atmosphere. The possibility is particularly advantageous in this arrangement the power supply of the personal computer, the mechanical mounting of the Personal computer case and its peripherals to use. This eliminates the Need for an additional screen, a keyboard and other controls, the operation of a gas measuring board in the personal computer is inexpensive and convenient tabel. The simultaneous use of those available in the computer is particularly advantageous Software for evaluating the measurement and operating the measuring device.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:The invention is described with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1.: Gasmeß-Einschubkarte mit Sinterküvette Fig. 1 .: Gas measurement card with sintered cell
Fig. 2.: Gasmeß-Einschubkarte mit gasdichter Küvette und pneumatischen Modulen Fig. 2 .: Gas measurement card with gas-tight cuvette and pneumatic modules
Fig. 3.: Gasmeß-Einschubkarte im Personalcomputer Fig. 3 .: Gas measurement card in the personal computer
Fig. 4.: Warnmeldung auf dem Bildschirm des Personalcomputers bei erhöhter Kon zentration Fig. 4 .: Warning message on the screen of the personal computer when the concentration is increased
Auf einer Grundplatine, die den äußeren Abmessungen einer Personalcomputer- Einschubkarte entspricht, wird die optische Küvette als zentrales Modul untergebracht, wobei die Küvette entweder porös (Küvette 2 in Fig. 1) oder gasundurchlässig (Kü vette 13 in Fig. 2) sein kann. Um dieses Modul herum sitzen der Strahler (1) und der Detektor (3). Die für das Meßverfahren notwendige Modulation der vom Strahler (1) er zeugten Infrarotstrahlung erfolgt entweder durch elektronisches Takten des Strahlers (1) oder durch den Einsatz eines mechanischen Choppers. Die Meßsignale werden von den aktiven Bausteinen (4) und den passiven Bausteinen (5) der Schaltung erfaßt, im Mikrocontroller (6) vorverarbeitet und an den Personalcomputer zur weiteren Datena nalyse weitergeleitet. Die Küvette (13), samt Strahler (1) und Detektor (3), kann ther misch und elektrisch isoliert werden. On a motherboard, which corresponds to the outer dimensions of a personal computer card, the optical cuvette is housed as a central module, the cuvette can either be porous (cuvette 2 in Fig. 1) or gas impermeable (cuvette 13 in Fig. 2). The emitter ( 1 ) and the detector ( 3 ) sit around this module. The time required for the measurement method of the modulation (1) he testified to infrared radiation is carried out from the emitter, either by electronic clocks of the radiator (1) or by the use of a mechanical chopper. The measurement signals are detected by the active components ( 4 ) and the passive components ( 5 ) of the circuit, preprocessed in the microcontroller ( 6 ) and passed on to the personal computer for further data analysis. The cuvette ( 13 ), together with the radiator ( 1 ) and detector ( 3 ), can be thermally and electrically isolated.
Das Gas kann entweder durch freie Diffusion, s. Fig. 1, oder durch Zwangsströmung, s. Fig. 2, in die Küvette gelangen. Im ersten Fall benötigt man lediglich eine poröse Küvet te (2), z. B. aus Sinterstahl. Der Lüfter (14) des Personalcomputers fördert das Gas in das Gehäuse des Personalcomputers und durchströmt dabei auch die poröse Küvette (2), siehe Fig. 3. Im zweiten Fall werden pneumatische Elemente für den Transport des Ga ses, wie Luftförderpumpe (10), Druckregler (11) und Strömungsmesser (12) benötigt. Wichtig bei der Lösung nach Fig. 2 ist die Unterbringung eines Luftfilters (9) außerhalb des Einschubes. So kann der Filter leicht gewechselt werden. Diese Lösung empfiehlt sich besonders bei staubiger Umgebungsluft.The gas can either by free diffusion, s. Fig. 1, or by forced flow, s. Fig. 2, get into the cuvette. In the first case you only need a porous cuvette ( 2 ), e.g. B. made of sintered steel. The fan ( 14 ) of the personal computer conveys the gas into the housing of the personal computer and also flows through the porous cuvette ( 2 ), see FIG. 3. In the second case, pneumatic elements for transporting the gas, such as an air pump ( 10 ), Pressure regulator ( 11 ) and flow meter ( 12 ) required. It is important in the solution according to FIG. 2 to accommodate an air filter ( 9 ) outside the slot. So the filter can be changed easily. This solution is particularly recommended for dusty ambient air.
Die Verbindung zwischen Einschubkarte und Personalcomputer sollte mit einer her kömmlichen IDE- oder einer PCI-Schnittstelle (7) erfolgen.The plug-in card and personal computer should be connected using a conventional IDE or PCI interface ( 7 ).
Zum Personalcomputer gehören normalerweise ein Bildschirm, eine Tastatur und eine Maus. Mit Hilfe dieser Bedienungselemente kann das Menü zur Einstellung der Be triebsbedingungen und zum Ablesen einer entsprechenden Warnung (beim Vorhanden sein erhöhter Konzentrationen an den zu messenden Gasen) und evtl. des momenta nen Meßergebnisses sichtbar gemacht werden, s. Fig. 4. Mit Hilfe der Tastatur können Befehle zur Kalibrierung oder zur Quittierung der Warnmeldung eingegeben werden.The personal computer normally includes a monitor, a keyboard and a mouse. With the help of these controls, the menu for setting the operating conditions and for reading a corresponding warning (if there are increased concentrations of the gases to be measured) and possibly the current measurement result can be made visible, see Fig. 4. The keyboard can be used to enter commands for calibration or for acknowledging the warning message.
Eine Applikation als externes Zusatzgerät (Tisch- oder Wandgerät) ist ebenfalls mög lich. Allerdings werden dabei Gehäuse, Stromanschluß und Stromversorgung benötigt. Dieser Anwendungsfall ist aufwendiger als der Einbau in den Personalcomputer.An application as an external additional device (table or wall device) is also possible Lich. However, housing, power connection and power supply are required. This application is more complex than the installation in the personal computer.
Optional sollte auch die Lüftung eines Gebäudes durch diese Einschubkarte gesteuert werden können. Entsprechende Möglichkeiten für die Lüftungssteuerung wären z. B. Schaltausgänge auf der Einschubkarte oder die Anbindung an ein Feldbussystem. Der Zugang zu dieser Lüftungssteuerung kann über den Stecker (8) erfolgen.Optionally, the ventilation of a building should also be controllable with this plug-in card. Corresponding options for ventilation control would be z. B. Switch outputs on the plug-in card or connection to a fieldbus system. This ventilation control can be accessed via the connector ( 8 ).
Bei Verbrennungsprozessen, wie bei einem Kaminfeuer oder durch Autoabgase in einer Garage, können darüber hinaus Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasser stoffe (HC) entstehen und in die Atemluft gelangen. Die Erfassung dieser Substanzen könnte mit der Einschubkarte ebenfalls möglich sein. In combustion processes, such as in a fireplace or from car exhaust in one Garage, can also carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbon substances (HC) are formed and get into the air we breathe. The detection of these substances could also be possible with the plug-in card.
Eine weitere Anwendung ist der Einsatz im medizinischen Bereich, z. B. für die Über wachung der Konzentration verschiedener Gase in der ausgeatmeten Luft aus der Lun ge. Die Einschubkarte könnte dabei auch in eines der sowieso vorhandenen medizini schen Überwachungsgeräte integriert werden.Another application is the use in the medical field, e.g. B. for the over monitoring the concentration of various gases in the exhaled air from the lun ge. The plug-in card could also be placed in one of the existing medical facilities monitoring devices.
Claims (1)
- 1. auf der Einschubkarte ein Strahler,
- 2. eine aus Sintermaterial bestehende und durch die freie Diffusion ohne Gasaufberei tung beaufschlagte Küvette, oder
- 3. eine aus einem gasundurchlässigen Material bestehende, durch Zwangsströmung beschickte Küvette mit Luftfilter, Pumpe, Druckregler und Strömungsmesser für die Gasaufbereitung und den Gastransport und
- 4. ein Detektor angeordnet sind,
- 5. das Meßsystem in den Personalcomputer hard- und softwaretechnisch so integriert ist, daß eine geeignete Software alle Komponenten des Meßsystems verbindet, und durch Mitbenutzung der Bedienungsumgebung des Personalcomputers angesteuert werden kann,
- 6. die Darstellung der Meßergebnisse sowie die Kalibrierung des Gasanalysators mit tels des Bildschirmes des Personalcomputers erfolgt und
- 7. die vom Personalcomputer bereitgestellten Dienste, wie die Übertragung der Meß daten mittels Netzwerk oder Modem, genutzt werden können.
- 1. a spotlight on the plug-in card,
- 2. a cuvette consisting of sintered material and acted upon by the free diffusion without gas treatment, or
- 3. a gas-impermeable material that is fed by forced flow and has an air filter, pump, pressure regulator and flow meter for gas processing and gas transport and
- 4. a detector is arranged,
- 5. the measuring system is integrated into the personal computer in terms of hardware and software so that suitable software connects all components of the measuring system and can be controlled by sharing the operating environment of the personal computer,
- 6. the presentation of the measurement results and the calibration of the gas analyzer by means of the screen of the personal computer and
- 7. the services provided by the personal computer, such as the transmission of the measurement data by means of a network or modem, can be used.
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1997
- 1997-10-04 DE DE19743953A patent/DE19743953C2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| DE19743953A1 (en) | 1999-04-29 |
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