CH648189A5 - Einrichtung zur bestimmung der beeinflussung gasfoermiger bestandteile eines gasstroms durch verduennung und/oder diffusion. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung gasförmiger Bestandteile eines durch ein gasdurchlässiges Prüfobjekt fliessenden Gasstroms durch
Verdünnung und/oder Diffusion mit einer ein Eichgas durch zumindest einen Teil des Prüfobjektes ziehenden Saugquelle, mit einem Volumenmesser für das in das Prüfobjekt einströmende Eichgas und mit einer Messeinrichtung für die Konzentration des aus dem Prüfobjekt austretenden Gases.
Eine solche Einrichtung ist zur Untersuchung beliebiger, gasdurchlässiger Prüfobjekte geeignet, wobei als Beispiele Filter, insbesondere Filterstäbe, Cigarren und Cigaretten genannt werden sollen. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Untersuchung von Cigaretten näher erläutert.
Während in vielen Veröffentlichungen die Änderungen der Konzentration des Hauptstromrauches bei Cigaretten während der Verbrennung untersucht worden sind, wurden die Auswirkungen von Verdünnung und Diffusion auf die Konzentration von gasförmigen Bestandteilen wegen der experimentellen Schwierigkeiten erst in letzter Zeit erforscht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Diffusions- und Verdünnungseffekte experimentell nicht von der Gaserzeugung durch die Verbrennung unterschieden werden konnten.
Da jedoch die gasförmigen Bestandteile des Rauchs, insbesondere die sogenannten niedermolekularen Gase, wie beispielsweise Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Kohlenmon-oxid, Kohlendioxid und Stickoxide, in zunehmendem Masse Bedeutung erlangen, wurde eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung der gasförmigen Bestandteile des Rauchstroms durch Verdünnung und Diffusion der angegebenen Gattung entwickelt (Beiträge zur Tabakforschung, Band 9, Heft 3, Oktober 1977, Seite 141 ff).
Dabei wird ein Eichgas aus einem Gasbeutel von einer Rauchmaschine durch eine Cigarette gezogen und anschliessend quantitativ analysiert, d.h., die Konzentration des Gases in der aus der Cigarette austretenden Strömung bestimmt. Vor dem Beginn jeder Messreihe wird das Eichgas durch eine Seifenblasen-Bürette gezogen, um das Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases zu bestimmen. Aus dem konstanten Hub der Rauchmaschine und damit dem konstanten, von der Rauchmaschine angesaugten Yolu-men, aus dem Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases und aus der gemessenen Konzentration des austretenden Gases lässt sich die Konzentrationsänderung des Eichgases ermitteln, die auf die Diffusion des Eichgases durch das Cigarettenpapier nach aussen bzw. auf das durch das Cigarettenpapier in die Cigarette gesaugte, das Eichgas verdünnende Umgebungsgas zurückzuführen ist. Das Eichgas wird zuvor aus einem Druckgasbehälter (Gasflasche) in den Gasbeutel überführt, da das Eichgas für die beschriebene Messmethode nicht unter Überdruck gegenüber der die Cigarette umgebenden Atmosphäre stehen darf.
In der Praxis, insbesondere bei der routinemässigen Kontrolluntersuchung von Cigaretten, haben sich jedoch mehrere Nachteile der bekannten Einrichtung herausgestellt: Die Bedienung einer Seifenblasen-Bürette ist äusserst umständlich, zeitaufwendig und fehleranfallig. Die Konzentration des aus einer Gasflasche in den Gasbeutel abgefüllten Eichgases, die sich durch Restgase infolge unvollständiger Evakuierung des Gasbeutels, durch eingeströmtes Fremdgas während der Handhabung des Gasbeutels oder infolge von Undichtigkeiten verändern kann, lässt sich nicht ohne Eingriff in das geschlossene Messsystem überprüfen.
Und schliesslich ist keine Kontrolle des Volumens des in die Cigarette einströmenden Gases während der eigentlichen Messung möglich, da das durch die Seifenblasen-Bürette geströmte Eichgas wegen des aufgenommenen Wasserdampfes für eine Messung der Verdünnung und Diffusion nicht herangezogen werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung der gasförmigen Bestandteile eines Gasstromes durch Verdünnung
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und/oder Diffusion der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Insbesondere soll eine Einrichtung vorgeschlagen werden, die trotz einfacher Handhabung die exakte Überwachung und Eichung der verschiedenen, die Messung beeinflussenden Parameter ermöglicht.
Zweckmässige Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, dass der Volumenmesser ständig in den Strömungsweg zwischen Gasquelle und Cigarette eingeschaltet bleibt, also bei jedem Hub der Rauchmaschine gleichzeitig auch das Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases ermittelt wird, ohne dass dadurch die eigentliche Messung beeinträchtigt wird. Bei jeder Messung liegt also dieses Volumen vor, so dass etwaige Schwankungen des eingezogenen Eichgasvolumens bei der Auswertung berücksichtigt werden können.
Durch Einschalten des Bypasses in den Strömungsweg strömt das Eichgas aus der Gasquelle über den zur Volumenmessung dienenden Laminar-Widerstand an der Cigarette vorbei zu der Messeinrichtung für die Konzentration des Eichgases.
Bei dieser Betriebsart kann sehr einfach eine Überprüfung der Eichung des Volumenmessers durchgeführt werden.
Das von der Rauchmaschine angesaugte Volumen bleibt auch über längere Zeiträume exakt konstant, so dass dieses bekannte Volumen beim Durchströmen des Bypasses mit der Anzeige des Volumenmessers korreliert und damit der Volumenmesser geeicht werden kann.
Ausserdem lässt sich bei dieser Betriebsart die Konzentration des in die Cigarette einströmenden Eichgases ohne Eingriff in das geschlossene Messsystem einfach und schnell überprüfen. Änderungen in der Eichgas-Konzentration können also auf diese Weise ebenfalls erfasst und bei der späteren Auswertung berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes den Prinzip-Aufbau der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 einen detaillierten Schaltplan für die erfindungsge-mässe Einrichtung.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist die erfmdungsgemässe Einrichtung eine Quelle 10 für ein Eichgas, beispielsweise einen Gasbeutel, auf, in den das Eichgas aus einer Flasche (nicht dargestellt) eingeleitet wird. Diese Gasquelle 10 ist an einen Strömungsweg 12 angeschlossen.
Mit der Gasquelle 10 ist ein im Strömungsweg 12 angeordneter Laminar-Widerstand 14 verbunden, an dem ein Druckabfall des von einer Kolbenrauchmaschine 34 angesaugten Eichgases auftritt. Die an dem Laminar-Widerstand 14 entstehende Druckdifferenz wird durch einen Differenzdruck-Aufnehmer 16 erfasst und einem Verstärker 18 zugeführt. Das verstärkte Differenzdruck-Signal wird auf einen Integrator 20 gegeben, der die Druckdifferenz über die Strömungszeit integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 20, das ein direktes Mass für das bei einem Hub aus der Gasquelle 10 abgezogene Eichgasvolumen darstellt, wird in einer Anzeigeeinrichtung 22 angezeigt.
Das Eichgas gelangt nach dem Durchströmen des Lami-nar-Widerstandes 14 zu einem ersten Magnetventil 24. In Abhängigkeit von der Stellung dieses Magnetventils 24 strömt das Eichgas entweder durch einen Bypass 26 oder durch ein in einen Halter 28 eingespanntes Prüfobjekt, in diesem Fall eine Cigarette 30. Die beiden Köpfe 28a und 28b des Halters können relativ zueinander verschoben werden,
wie in Fig. 1 durch den Doppelpfeil angedeutet ist. In diesen Köpfen 28a und 28b des Halters 28 werden die Enden der Cigarette 30 gasdicht aufgenommen, so dass nur der zwischen den Köpfen 28a und 28b befindliche Bereich der Oberfläche der Cigarette 30 in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre ist. Nur über diesen, genau definierten Bereich kann also ein etwaiger Gasaustausch durch das Cigarettenpapier zwischem dem Innern der Cigarette und der umgebenden Atmosphäre erfolgen. Durch eine Verschiebung der Köpfe 28a und 28b lässt sich dieser Bereich der Oberfläche bei Bedarf variieren.
Die Rückführung des durch den Bypass 26 strömenden Gases zum Hauptströmungsweg, nämlich zum Strömungsweg durch die Cigarette 30, erfolgt über ein zweites Magnetventil 32. An dieses zweite Magnetventil 32 ist ein drittes Magnetventil 40 angeschlossen, das einerseits mit der Kolbenrauchmaschine 34 und andererseits mit einer nur schematisch angedeuteten Messeinrichtung 36 für die Konzentration des in dem Gasvolumen vorhandenen Eichgases verbunden ist. Die Art der Messeinrichtung 36 hängt von der Art des zu untersuchenden Gases ab. Bei der gleichzeitigen Untersuchung mehrerer Gase wird beispielsweise ein Gaschromatograph verwendet. Wenn nur ein bestimmtes Gas, beispielsweise CO, untersucht werden soll, bietet sich eine kontinuierliche Messung bei jedem Hub, beispielsweise mittels eines Infrarotgerätes, an. Das Messergebnis wird in einer Anzeigeeinrichtung 38 dargestellt.
Eine Kolbenrauchmaschine 34 saugt bei jedem Hub ihres Kolbens ein konstantes Gasvolumen an und stösst dieses Gasvolumen beim Kolbenrücklauf wieder aus.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 näher erläutert, die einen Schaltplan der Einrichtung darstellt und neben den bereits erwähnten Teilen noch Taster TA und TE für die Einschaltung der verschiedenen Teile, Relais Rei, Re2 und Re3 für die Steuerung der verschiedenen Teile, einen Motor M für die Rauchmaschine 34, einen Schalter Si für das erste Magnetventil 24 und eine Anzeigelampe Lj zeigt.
Während die Taster und die Relais an einer üblichen Speisespannung von 24 Volt liegen, wird der Motor M durch eine Netzspannung von 200 Volt gespeist. Da zweckmässigerweise ein Gleichstrommotor verwendet wird, muss diese Netzspannung noch in einem Gleichrichter 42 gleichgerichtet werden.
Bei der im allgemeinen manuell erfolgenden Betätigung des Tasters TA zieht das Relais Rei an und geht in Selbsthaltung. Dadurch schaltet das Relais Rei den Motor M der Kolbenrauchmaschine 34 an, so dass die Kolbenrauchma-schine 34 einen Hub beginnt. Gleichzeitig verbindet das Relais Rei die Relais Re2 und Re3 mit der Speisespannung.
Das Relais Re2 schaltet nun die beiden Magnetventile 32 und 24, deren Funktion durch einen Schalter Sx unterbrochen werden kann. Die Stellung der beiden Magnetventile wird durch die Lampe Lj angezeigt.
Das Relais Re3 zieht nach einer zeitlichen Verzögerung von 0,5 sec. an, wodurch die Startleitung zum Integrator 20 unterbrochen wird.
Damit zieht also die Rauchmaschine 34 in einem Hub ein genau definiertes Gasvolumen an und saugt dabei eine bestimmte Gasmenge aus dem Gasbeutel 10 ab. Diese Menge durchströmt den Laminar-Widerstand 14, an dem auf die oben erläuterte Weise über die gesamte Zugzeit das différentielle Strömungsvolumen gemessen, über die Strömungszeit integriert und in der Anzeigeeinrichtung 22 dargestellt wird.
Die Integration der Druckdifferenz und damit die Volumenmessung beginnt also zu einem genau definierten, von dem Relais Re3 bestimmten Zeitpunkt.
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Das Eichgas strömt von dem Laminar-Widerstand 14 zu dem Magnetventil 24, dessen Stellung durch den Schalter Si bestimmt wird. In Abhängigkeit von seiner Stellung strömt das Eichgas entweder durch den Bypass 26 oder durch die Cigarette 30. Anschliessend strömt das Gas durch das zweite, entsprechend eingestellte Magnetventil 32 und durch das dritte Magnetventil 40 in die Rauchmaschine 34.
Wenn der Kolben der Rauchmaschine 34 seine Endlage erreicht, wird der Endlagetaster TE betätigt, der die Selbsthaltung des Relais Rei löst. Dadurch wird die Drehrichtung des Motors umgepolt, so dass der Kolben der Rauchmaschine 34 in seine Ausgangslage zurückbewegt und damit das Gasvolumen aus der Rauchmaschine 34 ausgestossen wird.
Synchron mit der Umkehr der Drehrichtung des Motors M wird das dritte Magnetventil 40 geschaltet, so dass das aus der Rauchmaschine 34 ausgestossene Gasvolumen zu der Messeinrichtung 36 strömt, die den ermittelten Wert in der Anzeigeeinrichtung 38 darstellt.
Zur Eichung der Einrichtung, insbesondere zur Überprüfung der Eichgaskonzentration und des in die Cigarette eintretenden Strömungsvolumens, werden das erste und zweite Magnetventil 24, 32 so eingestellt, dass das Eichgas durch den Bypass 26 strömt, während bei der eigentlichen Messung das Eichgas nach Umstellung dieser Magnetventile 24, 32 durch die Cigarette 30 strömt. Aus dem konstanten, von der Rauchmaschine 34 angesaugten Volumen, aus der Konzentration des in die Cigarette 30 einströmenden Eichgases, aus dem in die Cigarette 30 einströmenden Volumen und aus der gemessenen Konzentration des aus der Cigarette 30 austretenden Gases kann dann berechnet werden, wie stark die Verdünnung des Gases infolge der in die Cigarette eingeströmten Umgebungsgase (z.B. Luft) bzw. aufgrund der Diffusion des Eichgases aus der Cigarette heraus ist.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung gasförmiger Bestandteile eines durch ein gasdurchlässiges Prüfob-jekt (30) fliessenden Gasstroms durch Verdünnung und/oder Diffusion, mit einer ein Eichgas durch zumindest einen Teil des Prüfobjektes ziehenden Saugquelle (34), mit einem Volumenmesser (16-22) für das in das Prüfobjekt einströmende Eichgas und mit einer Messeinrichtung (36, 38) für die Konzentration des aus dem Prüfobjekt austretenden Gases, gekennzeichnet durch einen im Strömungsweg (12) von der Gasquelle (10) zum Prüfobjekt (30) liegenden Laminar-Widerstand (14), durch eine Einrichtung (16,18,20, 22) zur Messung des Strömungsvolumens aus der an dem Laminar-Widerstand (14) auftretenden Druckdifferenz und durch einen wahlweise in den Strömungsweg (12) zwischen dem La-minar-Widerstand (14) und der Saugquelle (34) einschaltbaren, das Prüfobjekt (30) umgehenden Bypass (26).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an den Laminar-Widerstand (14) angeschlossenen Dif-ferenzdrucknehmer (16), durch einen Verstärker (18) zur Speisung des Differenzdrucknehmers und zur Signal-Aufbereitung, durch einen Integrator (20) zur Bestimmung des in das Prüfobjekt (30) einströmenden Gasvolumens mittels Integration des Differenzdruckes über die Zeit, und durch eine Anzeigeeinrichtung (22) für den Differenzdruck und für das Strömungsvolumen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Magnetventil (24) zwischen dem Laminar-Widerstand (14) einerseits und dem Bypass (26) bzw. dem Prüfobjekt (30) andererseits.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein zweites Magnetventil (32) zwischen der Saugquelle (34) einerseits und dem Bypass (26) bzw. dem Prüfobjekt (30) andererseits.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Saugquelle eine Kolbenrauchmaschine (34) mit einstellbarem Kolbenhub vorhanden ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein drittes Magnetventil (40) zwischen dem zweiten Magnetventil (32) einerseits und der Saugquelle (34) bzw. der Messeinrichtung (36) andererseits.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Kolbenrauchmaschine (34) beim Erreichen der Endlage selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und dabei das angesaugte Gasvolumen ausstösst.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen der Endlage des Kolbens das dritte Magnetventil (40) automatisch umgeschaltet und dadurch die Kolbenrauchmaschine (34) mit der Messeinrichtung (36) verbunden wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (TA, TE, Rei, Re2, Re3, Si) zur Steuerung des umschaltbaren Motors (M) der Kolbenrauchmaschine (34), des ersten, zweiten und dritten Magnetventi-les (24, 32,40) und der Messungen.
10. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Prüfobjekt ein Filterstab, eine Cigarre oder eine Cigarette ist.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |