DE10112485B4 - Gerät zur Analyse von Gasen und Gasgemischen - Google Patents

Abstract

Gerät zur Analyse von Gasen oder Gasgemischen, insbesondere von Lösungsmitteldämpfen und flüchtigen organischen und anorganischen Substanzen, mit mehreren Gassensoren sowie einer in der Richtung umkehrbaren Gastransportvorrichtung (17) zur Zu- und Abführung der Gase zu den Sensoren, wobei die Gassensoren in einem tragbaren Gehäuse angeordnet sind und mit der Gastransportvorrichtung (17) über eine erste Gasleitung (18) ein zu analysierendes Gas oder Gasgemisch und durch eine Richtungsumkehr über eine zweite Gasleitung (19) ein Referenzgas oder -gasgemisch den Gassensoren zuleitbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Analyse von Gasen und Gasgemischen nach Anspruch 1.
• Zur Detektion von Gasen werden heute Messwertaufnehmer eingesetzt, bei denen es durch Absorbtion, Adsorbtion oder Desorbtion der Gasmoleküle zu einer Änderung der Masse des Messwertaufnehmers kommt. Diese Masseänderung wird dann durch geeignete Maßnahmen erfasst. Beispielsweise können hierzu Schwingquarze, Oberflächenwellenbauelemente oder Schwingerzungen eingesetzt werden, bei denen Masseänderungen zu einer Veränderung der Eigenfrequenz führen. Die bekannten Geräte zur Gasdetektion sind dabei jedoch relativ voluminös und für den stationären Einsatz gedacht. Auch ermöglichen sie in der Regel keine qualitative und quantitative Bestimmung von Gasen mit einer ausreichenden Genauigkeit.
• Aus der DE 694 16 842 T2 ist ein Gasanalysegerät mit mehreren, unterschiedlichen und in unterschiedlichen Messkammern angeordneten Sensoren bekannt. Der Gasfluss erfolgt mittels einer Pumpe in einer Richtung durch die Messkammern. Eine transportable Ausgestaltung oder ein Einsatz von Referenzgas wird nicht gelehrt.
• Die DE 76 02 256 U1 beschreibt ein transportables Gasspürgerät mit einer Schlauchpumpe als Fördereinrichtung, die der Gasbeaufschlagung eines Prüfröhrchens dient. Eine Umkehrung der Förderrichtung wird nicht beschrieben.
• Die WO 99/42820 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Bestimmung von gasförmigen Verbindungen mit einer Sammeleinheit für einen Probegasstrom, die mit einer umkehrbaren Förderpumpe ausgerüstet ist. Sowohl diese Sammeleinheit als auch die eigentliche Messeinrichtung werden immer nur über eine Leitung mit Gas beschickt. Deswegen benötigt diese Einrichtung relativ aufwändige Ventileinrichtungen und -steuerungen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein überall einsetzbares Gerät zu schaffen, das sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Bestimmung von Gasen mit hoher Genauigkeit erlaubt und konstruktiv einfach ist.
• Die Aufgabe wird mit einem Gerät zur Analyse von Gasen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die tragbare Ausgestaltung des Geräts ermöglicht einen Einsatz für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle. Es können Labors und Arbeitsräume rasch und einfach auf eventuell vorhandene Gase hin überprüft oder Reaktionsprozesse auf entstehende Gase untersucht werden. Dadurch, dass mehrere Sensoren vorgesehen sind, ist die erzielbare Genauigkeit höher als beim Vorsehen nur eines Sensors. Die Sensoren können dabei vom gleichen Typ oder auch unterschiedlichen Typs sein, sodass die Verlässlichkeit des Messergebnisses durch die Verwendung unterschiedlicher Messprinzipien erhöht werden kann.
• Die Gastransportvorrichtung ist in der Richtung umkehrbar. Dadurch ist es möglich, zwei Gaseinlassöffnungen im Gehäuse vorzusehen und im Wechsel das zu analysierende Gas oder Gasgemisch sowie ein Referenzgas anzusaugen und wieder an die Umgebung abzugeben. Vorteilhafterweise können dabei die Sensoren in einer Messkammer angeordnet sein, die eine Baueinheit mit der Gastransportvorrichtung bildet. Auf diese Weise sind kleinste Einbauräume für Messanordnung und Gastransportvorrichtung möglich. Die Messkammer mit den Sensoren und die Gastransportvorrichtung können dann gemeinsam mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik und/oder einer Anzeige für die Messergebnisse auf einer Platine angeordnet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das gesamte Gerät in einer Größe gefertigt werden, die es ermöglicht, es in einer Hand zu halten.
• Zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung kann die Gasdetektion vorzugsweise bei abgeschalteter Gastransportvorrichtung erfolgen.
• Außerdem ist es möglich, an einem Auslass des Gehäuses für das zu analysierende Gas oder Gasgemisch einen Filter anzuordnen, der auch mehrere unterschiedliche Filtermaterialien aufweisen kann. Eine solche Filtereinrichtung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Gerät auch zur Detektion gesundheitsgefährdender Gase oder Gasgemische eingesetzt wird. Am Gasauslass kann auch ein Mehrwegeventil angeordnet sein, mit dem der Gasfluss vom Auslass des zu analysierenden Gases über den Filter zu einem Einlass eines Referenzgases oder -gasgemisches umschaltbar ist. Als Referenzgasgemisch kann beispielsweise Luft eingesetzt werden.
• Da die Sensoren sehr temperaturempfindlich sind, können sie während der Messung vorzugsweise nur kurzfristig in Betrieb genommen werden. Außerdem ist es möglich, eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur der Sensoren sowie eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung für die Sensoren vorzusehen, um Temperatureinflüsse auf das Messergebnis möglichst ausschließen zu können.
• Als weitere Maßnahme kann die Ansteuer- und Auswerteelektronik eine Minimierung der Temperaturabhängigkeit der Messergebnisse und/oder eine Elimination von Querempfindlichkeiten der Sensoren, insbesondere von Feuchte, auf das Messergebnis vornehmen.
• Zur Ermittlung des Analyseergebnisses kann die Ansteuer- und Auswerteelektronik die Messergebnisse mit in einem Speicher der Auswerteelektronik abgelegten Referenzwerten vergleichen. Dadurch lassen sich auch Querempfindlichkeiten unterdrücken. Die Referenzwerte können entweder bereits vom Gerätehersteller oder aber auch vom Anwender eingegeben werden.
• Die Auswerteelektronik kann bei einer qualitativen Gasanalyse auch eine Minimierung der Konzentrationsabhängigkeit vornehmen. Ist jedoch eine quantitative Bestimmung eines Gases oder der Komponenten eines Gasgemisches nötig, so kann dies ebenfalls durch Vergleich mit im Speicher der Auswerteelektronik abgelegten Referenzvektoren erfolgen.
• Die Messergebnisse können nicht nur über eine Anzeigeeinheit im Gerät selbst angezeigt werden, sondern auch, beispielsweise über eine Steckverbindung, an ein externes Gerät ausgegeben werden.
• Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gerätes anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 eine Draufsicht auf eine Platine mit allen wesentlichen Funktionseinheiten eines erfindungsgemäßen Gerätes;
• 2 eine Seitenansicht auf die Platine aus 1;
• 3 eine Ansicht von unten auf die Platine aus 1.
• 1 zeigt eine Platine 10 eines Gerätes zur Analyse von Gasen und Gasgemischen, auf der elektronische Komponenten 11 und 12 einer Ansteuer- und Auswerteelektronik für sich in einer aus 3 ersichtlichen Messkammer 13 befindende Gassensoren angeordnet sind. Außerdem ist auf der Vorderseite der Platine 10 ein Display 14 zur Anzeige der Messergebnisse angeordnet. Im unteren Bereich der Platine 10 sind ein Bedienfeld 15 sowie ein Stecker 16 zum Anschluss einer Tastatur oder zur Datenübertragung vorgesehen.
• Wie die 2 und 3 verdeutlichen, ist auf der Rückseite der Platine 10 die Messkammer 13 mit den hier nicht näher dargestellten mehreren Gassensoren sowie eine Gastransportvorrichtung 17 in Form einer Saug- und Druckpumpe angeordnet. Die Saug- und Druckpumpe 17 und die Messkammer 13 bilden dabei eine Baueinheit, wodurch der sehr platzsparende Aufbau möglich ist, der eine Voraussetzung dafür ist, dass auch die Messkammer 13 und die Gastransportvorrichtung 17 auf der Platine 10 integriert werden können. Sowohl zur Messkammer 13 als auch zur Gastransportvorrichtung 17 führen jeweils eine Gaszu- und -ableitung 18, 19. Über die Leitung 18 kann das zu analysierende Gas oder Gasgemisch in die Messkammer 13 transportiert werden. Wird die Pumpe 17 in der Richtung umgekehrt, kann über die Leitung 18 außerdem ein über die Leitung 19 angesaugtes Referenzgas wieder aus der Messkammer 13 entfernt werden. Die Leitung 18 kann beispielsweise mit einem Ansaugschlauch oder einer Ansaugnadel für das zu analysierende Gas oder Gasgemisch verbunden werden. An die Leitung 19 lässt sich ein Ansaugschlauch für Referenzluft oder aber auch ein Filter anschließen. Der Filter kann mit einem einheitlichen Filtermaterial oder aber auch mit unterschiedlichen Filtermaterialien gefüllt sein und dafür sorgen, dass das aus der Messkammer 13 abgeleitete Gas vor Abgabe an die Umgebung gefiltert wird. Bei Umkehrung des Gasflusses kann über diesen Filter eine Referenzgasgewinnung erfolgen. Es ist außerdem möglich, die Leitung 19 mit einem Mehrwegeventil zu verbinden, das einmal eine Abgabe von Gas über den Filter und einmal ein Ansaugen von Referenzgas ermöglicht.
• Die Abmessungen des gesamten, hier nicht näher dargestellten Gerätes werden im Wesentlichen durch die Abmessungen der Platine 10 bestimmt. Dies bedeutet, dass das gesamte Gerät so klein gebaut werden kann, dass es problemlos in einer Hand gehalten werden kann. Die Einsatzmöglichkeiten des Gerätes sind somit außerordentlich vielfällig. Es ist eine Gasanalyse in Reaktionsgefäßen ebenso möglich wie die Detektion von Gasen in Räumen. Eine bevorzugte Anwendung des Gerätes liegt in der Erkennung und Analyse von Lösungsmitteldämpfen oder von flüchtigen organischen oder anorganischen Substanzen.

Claims (14)

1. Gerät zur Analyse von Gasen oder Gasgemischen, insbesondere von Lösungsmitteldämpfen und flüchtigen organischen und anorganischen Substanzen, mit mehreren Gassensoren sowie einer in der Richtung umkehrbaren Gastransportvorrichtung (17) zur Zu- und Abführung der Gase zu den Sensoren, wobei die Gassensoren in einem tragbaren Gehäuse angeordnet sind und mit der Gastransportvorrichtung (17) über eine erste Gasleitung (18) ein zu analysierendes Gas oder Gasgemisch und durch eine Richtungsumkehr über eine zweite Gasleitung (19) ein Referenzgas oder -gasgemisch den Gassensoren zuleitbar ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu analysierende Gas oder Gasgemisch über die zweite Gasleitung (19) von den Gassensoren ableitbar ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzgas über die erste Gasleitung (18) von den Gassensoren ableitbar ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in einer Messkammer (13) angeordnet sind, die eine Baueinheit mit der Gastransportvorrichtung (17) bildet.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (13) mit den Sensoren und die Gastransportvorrichtung (17) gemeinsam mit einer Auswerte- und Ansteuerelektronik (11, 12) und/oder einer Anzeige (14) für die Messergebnisse auf einer Platine (10) angeordnet sind.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektion bei abgeschalteter Gastransportvorrichtung (17) erfolgen kann.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Auslass des Gehäuses für das zu analysierende Gas oder Gasgemisch ein Filter angeordnet ist, der bei Gasflussumkehr auch zur Referenzgasgewinnung einsetzbar ist.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gasleitung (19) ein Mehrwegeventil angeordnet ist, mit dem der Gasfluss vom Auslass des zu analysierenden Gases über den Filter zu einem Einlass des Referenzgases oder -gasgemisches umschaltbar ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren während der Messung nur kurzfristig in Betrieb genommen werden können.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur der Sensoren aufweist.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung für die Sensoren aufweist.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteelektronik (11, 12) eine Minimierung der Temperaturabhängigkeit der Messergebnisse und/oder eine Elimination von Querempfindlichkeiten der Sensoren, insbesondere von Feuchte, auf das Messergebnis vornehmen kann.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteelektronik (11, 12) die Messergebnisse mit in einem Speicher der Ansteuer- und Auswerteelektronik (11, 12) abgelegten Referenzwerten, insbesondere auch zur Unterdrückung von Querempfindlichkeiten, vergleichen kann.
14. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteelektronik (11, 12) bei einer qualitativen Gasanalyse eine Minimierung der Konzentrationsabhängigkeit vornehmen kann.