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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf neuartige Verfahren für Mess-
und Analysegeräte, die in einem Fluid, also einem Gas,
Gasgemisch, z. B. Luft, oder in einer Flüssigkeit Verunreinigungen
bzw. Partikel messen. Die Erfindung bezieht sich auch auf entsprechende
Mess- und Analysegeräte. Einerseits betrifft die Erfindung
ein Verfahren und eine Anordnung zur Partikeltrennung, wobei in
einem Gas oder einer Flüssigkeit, die ein Partikelgemisch
enthalten, Zielpartikel mit vorbestimmten Eigenschaften von Restpartikeln
getrennt werden. Die Zielpartikel selbst werden analysiert bzw.
gemessen. Neben der Partikeltrennung erlaubt eine neuartige Kühlung
den Einsatz von Strahlenquellen mit sehr hoher Leistung, wie es
für die Messung von wenigen Partikeln bzw. von kleinsten
Verunreinigungen notwendig ist. Dazu erlaubt ein erweiterter elektrischer
Messbereich die Bestimmung von kleinen, aber auch von größeren
Vorkommen an Partikeln und Verunreinigungen. Zusätzlich
vereinfacht eine neuartige Benutzer-Schnittstelle die Inbetriebnahme
solcher Geräte.
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Hintergrund und Stand der Technik
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Es
gibt eine Reihe von Problemen bei den derzeit existierenden Mess-
und Analysegeräten für Verunreinigungen bzw. Partikel
in einem Fluid, d. h. einem Gas, Gasgemisch oder einer Flüssigkeit
und den entsprechenden Mess- und Analyseverfahren.
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Ein
erster Problemkreis betrifft die Partikeltrennung oder Partikelseparierung.
Bei verschiedenen Anwendungen sind z. B. nur Partikel mit einer gewissen
Größe von Bedeutung und nur diese sollen in eine
Messkammer gelangen, d. h. das eingangs vorhandene Partikelgemisch
muss nach bestimmten Partikeleigenschaften getrennt werden. Diese
Partikelseparierung erweist sich als schwierig, insbesondere wenn
es sich um Gemische mikroskopisch kleiner Partikel handelt. Dies
sei an einigen Beispielen erläutert.
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Ein
häufig bei industriellen, technischen aber auch biologischen
oder medizinischen Untersuchungen, z. B. in der Diagnostik, auftretende
Aufgabe besteht in der Trennung von Gasen oder Suspensionsgemischen
durch Verteilung oder Sortierung von Mikropartikeln aus einer großen
Ausgangsmenge in bestimmte Gruppen mit jeweils den gleichen Eigenschaften.
Gelingt es, mittels einer Partikeltrennung bzw. Partikelseparierung
nur die gewünschten Zielpartikel der Messkammer bzw. dem
Messbereich zuzuführen, so hat dies folgende Vorteile:
- 1. Erhöhung der Betriebssicherheit
des Geräts aufgrund weniger bzw. keiner Fehlmessungen durch
Partikel, welche nicht den Zielpartikeln entsprechen.
- 2. Verlängerung der Gerätelebensdauer wegen der
geringeren bzw. verhinderten Verschmutzung der optischen Mess-/Analyse-Einrichtung
durch größere Partikeln.
- 3. Vereinfachung des Geräts, da Schutzkomponenten,
z. B. Filter, oder Messkomponenten, welche die größeren
Partikel messen, entfallen können.
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In
einem beispielhaften Anwendungsfall sei die Detektion und Messung
von kleinsten Mengen an Brandaerosolpartikeln betrachtet, wie diese
in sogenannten Ansaugrauchmelden (ARM, Aspirating Smoke Detector, ASD)
vorkommt. Hier wird Luft des zu überwachenden Raums über
ein Rohrsystem angesaugt. Dieses Rohrsystem besteht aus einem oder auch
mehreren Rohren und ist in der Gesamtlänge meistens zwischen
10 und 200 m lang. Es hat im Abstand von ca. 4 m Ansaugöffnungen
von einem Durchmesser von ca. 2–6 mm. Damit kann z. B.
eine Lagerhalle, ein IT Rechenzentrum, ein Fertigungsbereich oder
eine elektrische Schaltanlagen, etc. überwacht werden.
Die Messkammer im Gerät misst dann das Vorkommen von Brandaerosolpartikeln
und gibt bei Erreichen eines bestimmten, vorher eingestellten Wertes
Alarm.
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Brandaerosolpartikel
haben eine Größe von ca. 0,01–10 μm
(Mikrometern). Kleinere Partikel wären z. B. Viren und
größere Staub. Um bereits kleinste Mengen von
Brandaerosolpartikeln detektieren zu können, wird eine
hochempfindliche Messkammer benötigt. Hier wird eine Strahlung,
z. B. Licht von einer Lichtquelle, in einen Detektionsbereich abgegeben.
Befinden sich nun in diesem Bereich solche kleinen Brandaerosolpartikel,
so streuen diese das Licht. Dieses Effekt verursacht auf einem photoelektrischen Sensor
entweder eine Lichttrübung (Transmissionsmessung), weil
dann weniger Licht auftritt, oder durch die Lichtstreuung gelangt
erst Licht auf den Sensor (Reflexionsmessung). Mit einem dieser
beiden Prinzipien werden die feinen Partikel festgestellt. Als Strahlungsquelle
kann eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode (LD), eine
Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet werden. In der Messkammer
können sich noch andere Bauteile, z. B. optische Linsen,
ein oder mehrere photoelektrischer Sensoren und/oder auch eine Verstärkerschaltung befinden.
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Eine
andere Möglichkeit der Detektion von Brandaerosolpartikeln
besteht in der Verwendung einer Ionisationskammer.
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Nachfolgend
seien als Beispiel derzeit genutzte Verfahren und Vorrichtungen
als Beispiele für die Partikelseparierung bzw. -abscheidung
beschrieben.
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Es
sei noch erläutert, dass hier unter ”Partikelseparierung” die
Trennung der Partikel nach vorgegebenen Partikeleigenschaften verstanden
wird, wobei auch die getrennten Partikel prinzipiell im Fluid, d.
h. in getrennten Volumina des Fluids verbleiben. Demgegenüber
sei hier unter ”Partikelabscheidung” die Entfernung
der ungewünschten Partikel aus dem Fluid verstanden.
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Ein
Verfahren ist die Sedimention durch Schwerkraft, Fliehkraft oder
Umlenkung, wie es z. B. bei Zyklonen zum Einsatz kommt. Hier sind
die Geräte relativ groß und meist aufwendig zu
fertigen, was die Verwendung als Wand- oder Tischgeräte
limitiert. Zusätzlich ist die Partikelabscheidung in gewissen Anwendungsfällen
und speziell bei Größen im Mikrometerbereich nicht
gut genug. Das Problem liegt hier im Prinzip, da eine Abscheidung
von Partikeln für die Messung nicht notwendig ist. Es dürfen
diese bzw. bestimmte Partikel nicht in den Messbereicht gelangen,
jedoch dürfen diese in einem Strom außerhalb des
Messbereichs verbleiben. Diese Geräte beabsichtigen, die
Partikel aus einem Gas abzuscheiden und somit wäre anschließend
das gesamte Fluid frei von diesen Verunreinigungen. Bis heute wurde
jedoch übersehen, dass dies für die hier angeführten Anwendungsfälle
gar nicht notwendig ist. Grössere Partikel können
im Hauptstrom verbleiben. Es reicht aus, wenn vom Fluid nur eine
kleine Menge abgezweigt wird, die ohne Verunreinigungen ist. Eine
Partikelabscheidung bzw. -ausscheidung ist gar nicht notwendig und
damit entfällt z. B. das Entleeren und Reinigen des Zyklons,
Filteraustausch etc.
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Bei
einer elektrostatischen Abscheidung werden die Partikel elektrostatisch
aufgeladen und in einem elektrischen Feld abgelenkt. Nachteile sind hier
die zusätzlich notwendigen, elektrischen Bauteile und die
Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieser Variante, die ihren Einsatz
begrenzt.
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Bei
einer Partikelabscheidung durch Filter, z. B. Filtermatten, Gewebefilter
etc., werden größere Partikel beim Eindringen
in das Gerät bzw. in die Messkammer zurückgehalten.
Ein Nachteil solcher Filter ist aber, dass sie einen Druckabfall
verursachen. Die Ansaugvorrichtung, z. B. ein Lüfter, muss daher
entsprechend leistungsfähiger ausgelegt sein, was wiederum
einen höheren Energiebedarf nach sich zieht. Ein weiterer
und viel gravierenderer Nachteil dieser Filter ist aber, dass sie
sich während des Betriebs mehr und mehr zusetzen mit den
zurückgehaltenen Partikeln. M. a. W., es können
immer weniger der zu messenden Zielpartikel den Filter passieren.
Im Extremfall verhindert ein verstopfter Filter, dass die gewünschten
Zielpartikel überhaupt in den Messbereich gelangen. Bei
einem Brandmelder, wie oben beschrieben, können dann die
Brandaerosolpartikel, welche eigentlich gemessen werden sollen, nicht
mehr in die Messkammer strömen. Im Gefahrenfall würde
solch ein Gerät nur unzureichend oder gar nichts detektieren,
d. h. der Brandmelder würde nichts melden. Dies erfordert
einen regelmäßigen Filtertausch, da ein Verstopfen
des Filters und damit die Blackade der Zuströmung in die
Messkammer nicht vorhergesagt werden kann.
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Als
weitere Möglichkeit kann das Vorkommen von unerwünschten,
z. B. grösseren Partikeln auch mittels eines zusätzlichen
beispielsweise optischen Messverfahren bestimmt werden. Nachteilig ist
hier, dass die Messkammer speziell durch die größeren
Partikel verschmutzt wird, mehr elektrische Komponenten benötigt
werden und die Einstellung und Kalibrierung des Geräts
mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist.
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Alternativ
kann auch das Verschmutzen der Messkammer akzeptiert werden und
elektrische oder elektronische Massnahmen zur Korrektur der Messergebnisse
benutzt werden. Wenn die Messoptik im laufenden Betrieb Partikel
aufnimmt, d. h. verstaubt, reduziert sich ihre Empfindlichkeit.
Um dies zu kompensieren, wird elektronisch die Empfindlichkeit des Messystems
korrigiert bzw. nachjustiert. Dieses elektronische Nachjustieren
wird ”Driftkompensation” genannt. Beispielsweise
wird mit der Zeit das Ansprechverhalten sensibler gestaltet, da
man davon ausgeht, dass die optischen Bauteile(Schmutz-)Partikel
aufnehmen, womit weniger Licht in die Messkammer und auf den Messsensor
gelangt. Ob nun tatsächlich eine Verschmutzung entsteht
oder ob diese stärker oder geringer ist, ist für
die sozusagen ”geplante”, d. h. voreingestellte
Kompensation unerheblich. Daraus resultiert aber der gravierende
Nachteil dieser ”Driftkompensation”, nämlich
dass das Messverhalten und damit auch das Ansprechverhalten des
Geräts, z. B. des Brandmelders, sich im Laufe des Betriebs
verändert und diese Veränderung nicht mit der
tatsächlichen Empfindlichkeit bzw. dem Verschmutzungsgrad korreliert.
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Einige
der genannten Verfahren sind am Beispiel eines Brandmelders in der
veröffentlichten Patentanmeldung
WO 2005/043479 A1 beschrieben. Dort
wird z. B. ein Verfahren beschrieben, wie eine Unterscheidung der
Partikel nach deren Größe erfolgen kann.
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Ein
zweiter Problemkreis betrifft die Partikelablagerungen in der Messkammer,
insbesonder auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen
Einrichtungen. Diese Einrichtungen befinden sich in einem Bereich,
der vom Medium, d. h. dem Gas oder der Flüssigkeit, durchströmt
wird. Sobald nun zusätzliche Teile bzw. die dafür
notwendige Öffnungen in die Messkammer oder den Strömungsbereich
eingefügt werden, z. B. Linsen, Sensoren, Strahlungsquellen,
etc., entstehen Unebenheiten wie Fugen, Öffnungen für
die Strahlungsquelle bzw. den Sensor. Diese resultieren in Verwirbelungen
des strömenden Mediums, was wiederum zu Ablagerungen von
Partikeln an meist unerwünschten Stellen führt.
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Entstehen
solche Ablagerungen auf den optischen Komponenten, insbesondere
an oder auf der Strahlungsquelle, so hat dies hat zur Folge, dass
weniger von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung in den Messbereich
gelangt. Dies alleine schon verzerrt die Messung. Gleiches gilt
für den Sensor. Schlagen sich auf seiner Oberfläche
oder der seiner Komponenten, z. B. Linsen, Partikel nieder, so reduziert
sich sein Empfindlichkeit und damit sein Vermögen, korrket
Messungen zu ermöglichen. M. a. W., eine Partikelablagerung
verhindert die angestrebte einwandfreie und genaue Analyse und Messung.
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Eine
bekannte Methode, um dies zu verhindern, ist es, mittels eines separaten
vorgeschalteten Feinfilters praktisch alle Partikel, inklusive der
Zielpartikel, aus dem Medium zu filtern und damit quasi ein reines
Fluid zu erzeugen. Dieses strömt dann sowohl über
die Strahlungsquelle als auch über den Sensor; es verhindert,
dass sich auf diesen beiden Teilen bzw. in deren Bereichen Partikel
niederschlagen. Später gelangt dieses reine Gas wieder
in den Hauptstrom. Die Nachteile eines Filters wurden schon vorher
dargelegt. Sein Verschmutzungs- und Verstopfungsgrad kann nicht
bestimmt werden und somit auch nicht, wann der Filter verstopft
und damit die Gas-/Luftzufuhr in die Messkammer reduziert bzw. blockiert
ist. Die Folgen können z. B. bei einem Brandmelder fatal
sein, wenn eine Brandgefahr zu spät oder gar nicht detektiert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o. g.
Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen in Bezug auf
den ersten Problemkreis zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch Massnahmen
und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen
definiert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und
Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen
Patentansprüchen ergeben.
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Die
nachfolgend beschriebenen, erfindungsgemässen Partikelseparierungen
sind verbesserte Trennverfahren, die sich durch einen hohen Durchsatz,
eine hohe Trennschärfe und eine kostengünstige
Fertigung auszeichnen und die Nachteile der oben angeführten
heutigen Verfahren vermeiden. Gleiches gilt für die offenbarten
Trennvorrichtungen zur Implementierung derartiger Verfahren.
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Mit
der erfindungsgemässen Partikelseparierung wird weiterhin
auch das o. g. Problem der Ablagerungen in der Messkammer, insbesondere
auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen Einrichtungen,
beseitigt oder zumindest vermindert. Durch die Separierung wird
allgemein der Partikelgehalt des zu messenden Mediums vermindert,
wodurch generell das Eindringen von größeren Partikeln
in den Messbereich verhindert und das Verschmutzen der Bauteile
wie die Strahlungsquelle und/oder des Sensors reduziert wird. Die
sich möglicherweise dennoch ablagernden, kleineren Zielpartikel
stellen eine wesentlich geringere Beeinträchtigung dar.
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Ein
dritter Problemkreis bei den hier diskutierten Mess- und Analyseverfahren
und -geräten betrifft die Licht- oder Strahlungsquelle,
die in oder an der Messkammer angeordnet ist und mit deren Hilfe die
eigentliche Messung durchgeführt wird. Diese Strahlungsquelle
muss eine entsprechende Leistung abgeben, beispielsweise Licht im
sichtbaren Bereich abstrahlen, um die Detektion und Messung von kleinsten
Mengen sehr kleiner Partikel zu ermöglichen. Das Problem
ist hierbei, dass die Strahlungsquelle eine hohe Strahlungsleistung
erbringen muss und dies möglichst konstant über
eine möglichst lange Lebensdauer. Dazu ist der Betrieb
in einem entsprechenden, engen und meist niedrigen Temperaturband
essentiell. Nur so kann gewährleistet werden, dass die
maximal mögliche Lebensdauer erreicht wird.
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Hierfür
werden heutzutage folgende, beispielhaft beschriebene Methoden verwendet.
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Es
werden Kühlkörper so angeordnet, dass die von
der Licht- oder Strahlungsquelle erzeugte Wärme an die
Umgebung abgegeben wird. Hierbei ist natürlich ein entsprechender
Kühlkörper notwendig, welcher wiederum im Gerät
oder außerhalb platziert werden muss. Dies erfordert einerseits
baulichen Aufwand, andererseits macht es das Gerät unhandlicher.
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Die
Licht- oder Strahlungsquelle wird pulsiert betrieben, z. B. mit
1 Hz oder weniger. Damit erzeugt die Lichtquelle weniger Wärme
und die Kühlleistung kann reduziert werden. Allerdings
ist damit eine kontinuierliche Messung unmöglich, insbesondere
sind einzelne Spitzenwerte nicht erfassbar.
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Die
Strahlungsquelle wird zur Kühlung im Fluidstrom platziert.
Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass Partikel, welche sich
im Fluidstrom befinden, sich an der Strahlungsquelle niederschlagen können.
Dies wiederum verringert die abgegebene Strahlungsleistung, welche
in die Messkammer abgestrahlt werden kann. Sollte hingegen die Strahlungsquelle
in einem Bereich mit verringertem Fluidstrom platziert werden, so
kann die Kühlleistung nicht ausreichen, womit sich wiederum
die Lebensdauer der Strahlungsquelle verringert.
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Schliesslich
kann eine Strahlungsquelle mit reduzierter Leistung verwendet werden.
Damit wird jedoch das Mess- und Detektionsvermögen des
Geräts reduziert.
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Die
vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o. g.
Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch in Bezug
auf den dritten Problemkreis zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch
Massnahmen und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen
defi niert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und
Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen
Patentansprüchen ergeben.
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So
ist die hier aufgezeigte, erfindungsgemässe Anordnung der
Kühleinrichtung für die Strahlungsquelle für
Mess- und Analysegeräte geeignet, die genannten Nachteile
der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine konstante, hohe
Strahlungsleistung über einen langen Zeitraum aufrecht
zu erhalten. Sie zeichnet sich auch durch eine einfache Konstruktion
und damit kostengünstige Fertigung aus.
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Ein
vierter Problemkreis betrifft die Grösse oder Bandbreite
des elektrischen Messbereichs von Mess- und Analysegeräten
der hier beschriebenen Art. Bei der Messung von kleinsten Partikelmengen an
z. B. Brandaerosolpartikeln, gibt eine Strahlungsquelle, z. B. eine
LED, Laserdiode (LD), Xenon-Lampe, etc., ihre Strahlung in einen
Messbereich ab. Ein hochempfindlicher photoelektrischer Sensor mit
einer elektrischen Verstärkerschaltung misst anschließend
die Strahlungstrübung oder die Strahlungsreflexion, hervorgerufen
von Partikeln, welche sich im Medium in der Messkammer befinden.
Die Signalverstärkung erfolgt in der Regel über
mehrere hintereinandergeschaltete Transistoren (Darlingtonschaltungen)
bzw. Operationsverstärkern.
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Damit
bereits kleine Mengen an sehr kleinen Partikel feststellbar sind,
muss im mindestens eine, meist mehrere der folgende Voraussetzungen
erfüllt sein:
- 1. Ein Messsystem mit
einem sehr hohen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Ratio);
- 2. eine Strahlungsquelle mit der erforderlichen Strahlungsleistung;
- 3. eine grosse Verstärkung des Sensor-Ausgangssignals,
um ein für die Auswerteschaltung verarbeitbares Signal
bereitzustellen, z. B. für eine Anzeige.
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Der
Nachteil dieser Charakteristik ist jedoch, dass zwar kleinste Mengen
an Partikeln mit einer sehr hohen Auflösung gemessen werden
können, aber der elektrische Messbereich ist dafür
sehr klein. In bestimmten Anwendungsfallen will man aber nicht nur
kleinste Mengen an Partikeln messen, sondern zusätzlich
auch ein erhöhtes Aufkommen. Dort versagt dann die Messeinrichtung,
da der elektrische Messbereich überschritten wird.
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Die
EP 0733894 zeigt eine mögliche
Lösung für dieses Problem. Bei dieser Lösung
verringert ein Sensor den der Lichtquelle zugeführten Treiberstrom,
um damit die Empfindlichkeit des Geräts auf ein niedrigeres
Niveau einzustellen. Der Nachteil ist hier, dass diese Steuerung
kompliziert und nicht unbedingt linear ist, denn von der Ansteuerung
der Lichtquelle bis hin zum Sensor, welcher das Signal aufnimmt
befinden sich zu viele Komponenten, welche mit ihren Toleranzen,
Alterungen etc., ein lineares Messergebnis negativ beeinträchtigen.
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Eine
andere Möglichkeit die zum Einsatz kommt ist, die Verstärkung
eines oder mehreren hintereinander geschalteten Verstärkern
zu verändern. So kann z. B. mittels eines Schalters von
einem Verstärkungswert auf einen anderen umgeschalten.
Da bei vielen Verstärkern Widerstandswerte die Verstärkung
bestimmen, kann man mittels z. B. mechanischen Schalter von einem
Widerstandwert auf einen anderen umschalten und damit die Verstärkung
der Schaltung ändern. Diese kann somit erhöht
oder auch verringert werden. Der Nachteil ist hier, dass umgeschalten
werden muss, entweder manuell oder elektronisch, wobei letzteres
wiederum zusätzliche Bauteile erfordert.
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Auch
hier liefert die vorliegende Erfindung eine Lösung; diese
sind in den Patentansprüchen definiert, wobei vorteilhafte
Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere
aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben.
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Die
aufgezeigte, erfindungsgemässe Schaltung, die das Ausgangssignal
des Sensors verstärkt, hat einen sehr grossen Verstärkungsbereich
ohne eine manuelle Umschaltung zu erfordern und erlaubt eine automatische
Anzeige einer sehr grossen Bandbreite von Messwerten. Dabei zeichnet
sie sich durch eine einfache Struktur und damit kostengünstige
Fertigung aus.
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Als
fünfter Problemkreis in Verbindung mit Analyse- und Messgeräten
der genannten Art ist die Schnittstelle für die Grundeinstellung
und die Inbetriebnahme eines solchen Geräts, insbesondere
eines Brandmelders. Es bedarf keiner besonderen Fantasie, dass die
Fehleinstellung eines Brandmelders katastrophale Folgen haben kann.
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Wie
bereits beschrieben, kommen für die Detektion und Messung
von Verunreinigungen in Luft oder anderen Gasen Geräte
zum Einsatz, die über ein Rohrleitungssystem mittels einer
Ansaugvorrichtung Proben ansaugt, diese einer Messkammer zuführen
und dort auswertet. Das Rohrleitungssystem ist i. d. R. zwischen
10 und 200 m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen,
häufig mit einem Öffnungsdurchmesser von 2–6
mm. Die Geräte für die Detektion von Brandaerosolen
werden Ansaugrauchmelder (ARM oder ASD für Aspirating Smoke
Detector) genannt und sind weit verbreitet.
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Diese
Geräte müssen vor Ort eingestellt werden und diese
Einstellung bzw. Inbetriebnahme ist kompliziert, fehleranfällig
und eine Fehleinstellung kann, wie erwähnt, katastrophale
Folgen haben.
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Es
ist Stand der Technik bei der Inbetriebnahme von Ansaugrauchmeldern
die Empfindlichkeit der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik
in %-Lichttrübung/m eingestellt. Z. B. wird oft 0,5%-Lichttrübung/m
am Gerät bei der Auslieferung eingestellt. Für
die Inbetriebnahme vor Ort muss der erforderliche Einstellungswert
bestimmt und die Einstellung korrgiert werden. Dieser selbst sagt
jedoch nichts aus, ob die Geräteeinstellung eine normale, hohe
oder höchste Empfindlichkeit ist und wie rasch z. B. eine
Brandgefahr detektiert wird.
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Bei
der Einstellung muss ein Techniker vor Ort zuerst den gewünschten
Zielwert je Ansaugöffnung bestimmen. Will man ein Ansprechverhalten
erzielen, welches vergleichbar mit einem herkömmlichen
Punktmelder ist, so wird z. B. 5%-Lichttrübung/m gewählt.
Diesen Wert muss der Techniker entweder auswendig wissen oder nachschlagen
bzw. nachfragen.
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Im
Brandfall gelangt im ungünstigsten Fall nur in eine einzige
Ansaugöffnung Rauch mit Brandaerosolen, in alle anderen
Ansaugöffnungen gelangt nach wie vor nur (reine) Luft ohne
Brandaerosole. Hat nun das Rohrsystem eine bestimmte Anzahl an Ansaugöffnungen,
so ist der gewünschte Zielwert je Ansaugöffnung
durch Anzahl der Ansaugöffnungen zu dividieren. Das Ergebnis
der Division ist anschließend am Gerät einzustellen.
Hat z. B. ein Rohrsystem 6 Ansaugöffnungen und der Zielwert
je Ansaugöffnung ist 5% Lichttrübung/m, so errechnet
man den Wert von 0,83% Lichttrübung/m, nämlich
5%:6 = 0,83%. Dieser Wert muss bei der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik
eingestellt werden. Verursachen nun Brandaerosole eine Lichttrübung
von 0,83% Lichttrübung/m in der Messkammer, so löst das
Gerät einen Alarm aus.
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Diese
Form der Einstellung, wie sie bei praktisch allen am Markt verfügbaren
Geräten zu erfolgen hat, erfordert eine Rechnung, die zwar
nicht sehr kompliziert ist, bei der aber leicht Fehler passieren können.
Die fatalen Folgen wurden oben schon erwähnt.
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Auch
hier liefert die vorliegende Erfindung eine einfache und praktikable
Lösung, indem sie eine Anordnung vorschlägt, bei
der nur noch die Anzahl der Ansauglöcher eingegeben werden
muss. Dieser einfache Vorgang ist kaum fehleranfällig und
führt daher zu einer weitestgehend sicheren Inbetriebnahme insbesondere
von Brandmeldern (Ansaugrauchmeldern).
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Einzelheiten
der Erfindung sind den Patentansprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang
mit den Zeichnungen zu entnehmen.
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Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
werden die verschiedenen Aspekte der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen,
die auch in den dazugehörigen Zeichnungen dargestellt sind,
im Detail erläutert. Auf den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Brandmeldesystem im Grundaufbau;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel für eine Partikeltrennung;
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3a–3c weitere
Ausführungsbeispiele für eine Partikeltrennung,
wobei 3a eine Draufsicht und die 3b und 3c schematische Ansichten
zweier Ausführungsformen zeigen;
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4 ein
Beispiel für eine gekühlte Strahlungsquelle;
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5 ein
Beispiel für die Anordnung von Abschirmungen;
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6 ein
Beispiel für eine Mehrbereichs-Verstärkerschaltung;
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7 eine
Tabelle der erzielbaren Verstärkungsfaktoren;
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8a–8b zwei
Ausführungsbeispiele für Einstellvorrichtungen;
und
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9 eine
Tabelle zur Berechnung der Grundeinstellung eines Brandmelders.
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Die
nachfolgend beschriebene Partikelseparierung ist ein verbessertes
Verfahren, das sich durch einen hohen Durchsatz, eine hohe Trennschärfe
und eine kostengünstige Fertigung auszeichnet und dabei
die Nachteile der oben angeführten, bekannten Verfahren
nicht aufweist.
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Die
Grundidee besteht darin, vorab eine Partikeltrennung in einem Gas-
bzw. Luftsystem in der Weise durchzuführen, dass nur die
gewünschten Zielpartikel in die eigentliche Messkammer
gelangen.
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1 zeigt
als Beispiel ein Brandmeldesystem. Dort wird die Partikeltrennung
erreicht, indem die Luft von einem Rohrleitungssystem 11 aufgenommen
wird und in das Brandmeldegerät 12 einströmt. Das
Rohrleitungssystem 11 besteht aus einem oder mehreren Rohren
und jedes davon hat zumindest eine, meist mehrere Ansaugöffnungen 14.
Ein Druckunterschied, welcher von einer Ansaugvorrichtung, z. B.
einem Lüfter 13, erzeugt wird, verursacht das
Einströmen der Luft, die somit von den Ansaugöffnungen über
das Rohrleitungssystem zum Brandmeldegerät 12.
In letzterem befindet sich eine Abzweigkammer 24. Dieses
separiert die Partikel in der angesaugten Luft und nur jener Teil
mit den gewünschten Zielpartikeln gelangt zur Messkammer 15.
Diese misst dann das Partikelvorkommen. Die Luft mit allen Partikeln
verlässt das Brandmeldegerät 12 über
den Gehäuseausgang 29. Am Gerät befindet
sich eine Schnittstelle 16, welche z. B. Messdaten bzw.
Statusinformationen darstellt, Einstellungs- bzw. Datenübertragungsmöglichkeiten
anbietet, etc.
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1 zeigt
sozusagen den Grundaufbau. In 2 ist nun
ein erstes Beispiel für das erfindungsgemässe
Partikeltrennverfahren dargestellt, in dem die Partikelseparierung
durch Beschleunigung erfolgt. Das Gerät hat eine Einlassöffnung 22 an
dem das Rohrsystem (siehe 1) angeschlossen
wird. Im Gerät selbst befindet sich eine sogenannte Abzweigkammer 24.
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Diese
weist eine Eintrittsöffnung 25, eine Messkammerabzweigung 26 und
eine Austrittsöffnung 27 auf.
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Die
Luft strömt von einem Rohr, dessen Ende die Eintrittsöffnung 25 in
die Abzweigkammer 24 bildet, in letztere ein, wobei die
Strömungsrichtung 23 in Richtung der Austrittsöffnung 27 beibehalten wird.
Zwischen der Eintrittsöffnung 25 und der Austrittsöffnung 27 reduziert
sich die Geschwindigkeit der Luft durch die Querschnittsvergrösserung
auf einer sehr kurzen Wegstrecke. Anschließend wird jedoch
der Querschnitt wieder kleiner, womit sich die Luftgeschwindigkeit
wieder erhöht.
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Die
Messkammerabzweigung 26 liegt hingegen am anderen Ende
der Abzweigkammer 24, d. h. entgegen der Luft-Strömungsrichtung.
Der Austrittswinkel bei der Messkammerabzweigung kann in einem Winkel α von
z. B. 90 Grand in Bezug auf die Strömungsrichtung erfolgen.
Von dort wird der nun beruhigte Luftstrom 28 zur Messkammer 15 geleitet. Dieser
Luftstrom ist viel kleiner als der an der Einlassöffnung 22.
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Diese
Konstruktion bewirkt, dass größere Partikel ihre
Strömungsrichtung beibehalten und im Hauptstrom 21 verbleiben.
Damit wird verhindert, dass sie die Messkammer erreichen. Zur Messkammerabzweigung 26 und
in weiterer Folge in die Messkammer 15 gelangen somit nur
die kleineren Zielpartikel.
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In
der Messkammer 15 befinden sich die Messelektronik und
die dafür benötigten, z. B. optischen Komponenten.
Nachdem die Zielpartikel die Messkammer durchströmt haben,
gelangen diese zum Wiedervereinigungspunkt 20, wo sie mit
dem Hauptstrom 21 wieder zusammentreffen. Gemeinsam gelangen
diese dann zur Ansaugvorrichtung 13 und in weiterer Folge
zum Gehäuseausgang 29.
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Die
Partikelseparierung wird im wesentlichen bestimmt durch folgende
Faktoren:
- – Form der Abzweigkammer
- – Abstand, Verbreiterung und anschließender
Verjüngung von der Eintrittsöffnung 25 bis
zur Austrittsöffnung 27;
- – Abstand von der Eintrittsöffnung 25 bis
zur Messkammerabzweigung 26;
- – Druckunterschied Δp zwischen der Eintrittsöffnung 25 und
der Messkammerabzweigung 26.
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Ein
wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist die kostengünstige
Herstellung der Abzweigkammer, da diese praktisch beliebige Formen
aufweisen kann, sowohl rund als auch quadratisch bzw. rechteckig
sein kann, was die Fertigung relativ einfach gestaltet.
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Die 3a bis 3c zeigen
ein zweites Beispiel für das erfindungsgemässe
Partikeltrennverfahren. Hier erfolgt die Partikelseparierung durch Zentrifugalkräfte.
In diesem Beispiel – wie auch im vorangehenden – kann
das Medium eine Flüssigkeit, aber auch ein Gas oder Gasgemisch
wie Luft, kurz ein Fluid sein.
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Es
ist bekannt, dass eine Partikelseparierung auch durch eine Rotationsbewegung
und die damit verbundene Fliehkraft erzielt werden kann. Dabei wird
das partikelhaltige Fluid durch geeignete Strömungsführung
in eine Rotationsbewegung versetzt, wodurch auf die schwereren,
meist grösseren Partikel Zentrifugalkräfte wirken,
die eine Bewegung dieser Partikel radial nach außen zur
Folge haben. Die größeren Partikel werden somit
an den Rand gedrängt und in der Mitte des Fluids befinden
sich die kleineren Partikel. Sogenannte Zyklone verwenden dieses
Verfahren zur Abscheidung fester wie flüssiger Partikel.
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Im
vorliegenden Fall erfolgt jedoch keine Abscheidung der Partikel.
Die größeren Partikeln verbleiben im Hauptstrom
des Fluids und strömen später aus dem Gerät
wieder aus. Es erfolgt eine Separierung und nur das Fluid mit den
kleineren Partikeln gelangt in die Messkammer; später gelangt
dieses Fluid wieder in den Hauptstrom und verlässt das
Gerät. Die Funktion des Geräts wird nun im Zusammenhang
mit den 3a bis 3c erläutert.
Ein Behälter 54, der die Abzweigkammer 50 darstellt,
weist eine Einlauföffnung 53, eine Messkammerabzweigung 55 und
einen unten liegende, sich verengende Austrittsöffnung
mit einem sich anschliessenden Austrittskanal 62 (siehe 3b und 3c)
auf.
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In
den Behälter strömt das Fluid 52 tangential über
die Einlauföffnung 51, z. B. einen Schlitzeinlauf,
ein. Durch die Anordnung des Einströmkanals und des Behälters
zwingt man das Fluid nun in eine Kreisbahn 56, d. h. in
eine Drehströmung. Generell werden sich dabei die schwereren
Partikel, die meistens auch die grösseren sind, infolge
der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte zur äußeren
Wand des Behälters bewegen.
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In
der Mitte des Behälters befinden sich somit nur die kleineren,
leichteren Partikel. Hier befindet sich nun auch die Abzweigung
zur Messkammer. Dies besteht aus einem Rohr 68 mit einer Öffnung 64. Aufgrund
des vorhandenen Druckunterschieds strömt nun eine kleine
Menge des Fluids 65 durch die Messkammerabzweigung und
gelangt in weiterer Folge in eine Messkammer 15. Dort wird
die Menge bzw. Anzahl der kleineren bzw. leichteren Zielpartikel gemessen.
Schwerere Partikel gelangen nicht in die Messkammer. Der Fluid-Hauptstrom 63 mit
den schwereren Partikeln strömt nach unten. Dort weist der
Behälter einen sich verengenden Austrittskanal 62 auf,
in der sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht.
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Der
Behälter 60 kann einerseits zylindrisch sein,
wie in 3b gezeigt. Andererseits kann
auch ein konischer Behälter verwendet werden, wie er in 3c dargestellt
ist. Natürlich sind auch Mischformen möglich.
Weist der Behälter die in 3c gezeigte
konische Form mit Winkel β auf, so verkleinert sich der
Radius 71 in Richtung der Strömung 63,
was wiederum eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids mit den Partikeln zur Folge hat. Vorteilhafterweise erhöhen
sich dabei die Zentrifugalkräfte. Beim Einlauf ist auch
ein sogenannter Spiraleinlauf möglich. Sollte der Fluid
senkrecht zur Austrittsöffnung zuströmen, so kann
auch ein sogenannter, herkömmlicher Wendeleinlauf verwendet
werden.
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In
diesem Fall wird die Partikelseparierung im wesentlichen bestimmt
durch folgende Faktoren:
- – Durchmesser
und Höhe des Behälters
- – Behälterform
- – Rohrlänge der Messkammerabzweigung
- – Öffnungsquerschnitt bzw. Durchmesser des Rohrs
der Messkammerabzweigung
- – Druckunterschied Δp zwischen der Öffnung
des Rohrs der Messkammerabzweigung und dem Fluid-Hauptstrom
- – Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Behälter
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Der
oben bereits angesprochene dritte Problemkreis bei den hier diskutierten
Mess- und Analyseverfahren und -geräten betrifft die in
oder an der Messkammer angeordnete Licht- oder Strahlungsquelle.
Dabei ist einerseits die notwendige Kühlung zu betrachten,
andererseits die im Betrieb auftretende Verschmutzung durch Ablagerung
von Partikeln. Beides beeinflusst die Leistung der Strahlungsquelle und
damit die Genauigkeit der Messung bzw. Analyse.
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Die 4 und 5 zeigen
beispielhaft eine Lösung, die die eingangs genannten Nachteile
vermeidet.
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4 zeigt
drei Ansichten einer auf einer Platte, z. B. einer Leiterplatte 80,
angeordneten Lichtquelle, hier eine LED 81. Diese Leiterplatte
mit der LED ist in der 4 in der Vorderansicht 80a,
Seitenansicht 80b und in der Rückansicht 80c dargestellt. Die
Referenznummern sind in 5 wiederholt.
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Dabei
fungiert die Unterseite der Leiterplatte 80 als Kühlkörper
und ist aus diesem Grund mit einem temperaturleitenden Material 82 beschichtet. Eine
temperaturleitende Durchkontaktierung 83 ermöglicht
den Wärmefluss von der Lichtquelle zum temperaturleitenden
Material 82. Damit gelangt die Wärme der Lichtquelle
zur Rückseite der Leiterplatte und kann von dort ab-/weitergeleitet
werden.
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Um
die Wärmeableitung zu optimieren, wird die Rückseite
der Leiterplatte 80 – jene mit dem temperaturleitenden
Material 82 – im Hauptstrom 86 des Mediums
bzw. Fluids platziert. Damit wird die Wärmeabgabe und die
Kühlung der Lichtquelle deutlich verbessert.
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Wie
in 5 gezeigt, gibt die Strahlungsquelle 81 ihre
Strahlung durch eine Öffnung 84 in die Messkammer 15 ab.
Durch z. B. Strahlungstrübung oder -reflexionen, hervorgerufen
durch präsente Partikel, kann deren Existenz im Medium
bzw. Fluid nachgewiesen und gemessen werden. Dies erfolgt mittels
eines Sensors 85a zur Messung von Strahlungsreflexionen
und/oder eines Sensors 85b zur Messung der Strahlungstrübung,
d. h. zur Transmissionsmessung.
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Um
eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, muss
eine Fluidströmung 86 vorhanden sein. Sollte diese
ausfallen – weil z. B. die Ansaugvor richtung 13 defekt
ist – so würde das die Lebensdauer der Strahlungsquelle
negativ beeinträchtigen. Somit muss die Strömung
bzw. die Ansaugvorrichtung überwacht werden. Dies erfolgt
mittels einer Überwachungsschaltung 87. Solange
die Ansaugvorrichtung läuft und einen entsprechenden Fluidstrom
erzeugt, gibt diese den Treiberstrom für die Lichtquelle
frei. Sollte die Ansaugvorrichtung ausfallen oder ihre Leistung
reduziert werden, sperrt bzw. reduziert die Überwachungsschaltung
den Treiberstrom. Eine Überhitzung der Strahlungsquelle 81 wird
damit verhindert. Die Überwachungsschaltung kann diesen Zustand
an einer lokalen Anzeige darstellen bzw. diese Information an eine
externe Anzeige übertragen.
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Das
oben bereits angesprochene Problem der Partikelablagerung, das ja
einerseits schon durch die beschriebene Partikelseparierung wesentlich
vermindert, wenn nicht gar vermieden wird, kann durch weitere Massnahmen
reduziert werden.
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In 5 sind
eine Reihe von strahlungs- bzw. lichtdurchlässigen Abschirmungen 88, 88a und 88b angeordnet.
Abschirmung 88 befindet sich direkt vor der Strahlungsquelle 81;
die Abschirmung 88a vor dem Sensor 85a für
die Reflexionsmessung und die Abschirmung 88b vor dem Sensor 85b für
die Transmissionsmessung. Die Abschirmungen sind durch die Halterungen 90, 90a und 90b fixiert.
Die Abschirmungen zusammen mit den Halterungen sollten folgende
Bedingungen erfüllen:
- 1. Die Abschirmungen
erstrecken sich bis an den Eingang bzw. den Beginn der Messkammer,
wo das Fluid einströmt. Sie müssen eine Länge
aufweisen, die mögliche Verwirbelungen am Anfang der Abschirmung
entstehen lässt und nicht im Messbereich. Diese Verwirbelungen
werden verursacht durch die Abschirmungen selbst und die dafür
notwendigen Halterungen, wodurch unvermeidlich Unebenheiten, Fugen, Öffnungen,
etc. entstehen, die durch Verwirbelung die Ablagerung von Partikeln
in diesen Bereichen verursachen. Dies ist jedoch außerhalb
des Messbereichs und hat deswegen keinen Einfluss auf die Messung.
- 2. Die Messkomponenten, wie z. B. die Strahlungsquellen, Sensoren,
Linsen, etc. müssen überdeckt werden. In diesen
Bereichen dürfen die Abschirmungen nicht unterbrochen werden.
- 3. Die Abschirmungen erstrecken sich in Strömungsrichtung
bis hinter den zur Messung benutzen Bereich. Dort entstehende Unebenheiten,
Fugen, Öffnungen, etc. führen zwar wiederum zu Verwirbelungen
und damit zur Ablagerung von Partikeln ab. Dies ist jedoch wiederum
außerhalb des Messbereichs und hat daher keinen Einfluss auf
die Messung.
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Die
Abschirmung 89 vor der Strahlungsquelle 81 reduziert
zwar die Strahlungsmenge, welche in den Messbereich abgegeben wird – ebenso
reduziert die Abschirmung vorm Sensor die Strahlungsmenge welche
zum Sensor gelangt – aber dieser Effekt bleibt über
die Betriebslebensdauer konstant, da sich hier keine Partikel ablagern.
Das Gerät kann nun in der Fertigung entsprechend kalibriert
werden und verfügt dann über konstante Messempfindlichkeit während
der gesamten Betriebszeit. Eine Nachkalibrierung erübrigt
sich.
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Das
eingangs genannte Problem des zu kleinen elektrischen Messbereichs
oder Messbands löst die Erfindung durch eine entsprechend
modifizierte, jedoch relative einfache Verstärkerschaltung
mit erweitertem Dynamik- bzw. Messbandbereich, die nachfolgend beschrieben
wird.
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6 zeigt
diese Verstärkerschaltung. Der IC1 erhält das
sehr kleine Eingangssignal 100 von einem Sensor, üblich
sind wenige mV bzw. mA oder weniger. Dies kann z. B. das Ausgangssignal
einer Fotodiode sein. Dieses sehr kleine Signal muss nun entsprechend
verstärkt werden, um es weiterverarbeiten zu können.
Abgegriffen wird es am Ausgang 103, wo es in der Regel
auf mehrere Volt verstärkt ist. Dazu werden meist mehrere,
hin tereinander geschaltete Operationsverstärker verwendet.
Bei den Operationsverstärkern wird die Verstärkung
bestimmt vom Verhältnis von Rückkopplungswiderstand
zum Eingangswiderstand. Somit wird die Verstärkung des IC1
bestimmt von R2/R1, die Verstärkung des IC2 von R4/R3 und
die des IC3 von R6/R5. D. h. über diese drei Operationsverstärker
wird das sehr kleine Eingangssignal 100 auf den gewünschten
Wert verstärkt und liegt dann am Ausgang 103 an.
Steigt nun das Eingangssignal weiter an, so kommt IC3 ab einem bestimmten
Eingangswert in die Sättigung, womit sich das Signal am
Ausgang 103 nicht mehr erhöhen kann. Ab hier können
die Messwerte nicht mehr bestimmt werden.
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In
der Schaltung nach 6 wird das Signal nach der ersten
Verstärkerstufe IC1 aufgesplittet. Das Ausgangssignal des
IC1 wird sowohl dem IC2 als Eingangssignal 101 zugeführt
(und gelangt später über den IC3 zum Ausgang 103)
als auch dem IC4 als Eingangssignal 102. Beim IC wird die
Verstärkung bestimmt vom Verhältnis R8/R7, die
jedoch so gewählt sind, dass der IC4 eine geringere Verstärkung als
IC2 und IC3 zusammen hat. Damit kommt bei höheren Eingangssignalen 100 zwar
der IC3 in die Sättigung, aber nicht der IC4. Folglich
liegt dann am Ausgang 104 des IC4 noch ein Messsignal welches
in Bezug steht zum Eingangssignal 100.
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Unter
der Annahme, dass alle in 6 gezeigten
Operationsverstärker den gleichen Verstärkungsfaktor
von 10 haben, wird das Eingangssignal 100 um den Faktor
10E3 bis zum Ausgang 103 und um den Faktor 10E2 bis zum
Ausgang 104 verstärkt. Daraus resultiert die in 7 dargestellte
Tabelle. Die Spalte T100 stellt den Wert des Eingangssignals 100,
die Spalte T103 den Wert des Ausgangs 103 und die Spalte
T104 den Wert des Ausgang 104 dar. Alle Werte sind in mV
und es wird angenommen, dass sich der Operationsverstärker
ab 10'000 mV, d. h. ab 10 V, in der Sättigung befindet.
Bis zu einem Eingangswert von 10 mV verfügt der Ausgang 103 über
eine größere Auflösung als der Ausgang 104. Darüber
liegende Eingangswerte können jedoch, auf Grund der Sättigung,
nicht mehr am Ausgang 103 dargestellt werden. Ab hier wird
dann auf das Signal des Ausgangs 104 zugegriffen, das noch
Eingangssignale bis 100 mV darstellen kann.
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Das
Signal kann z. B. vom Ausgang 103 mittels eines Konverters 105 auf
ein erstes Bargraph-Display 107 zur Anzeige gebracht werden. Dieses
zeigt die geringen Partikelwerte an. Das Signal des Ausgangs 104 wird,
z. B. auch über einen Konverter 106 auf einem
zweites Bargraph-Display 108 zur Anzeige gebracht. Dieses
zeigt dann die größeren Partikelkonzentrationen
an.
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Die
beiden Displays 107 und 108 können mit den
entsprechenden Spannungsangaben in mV von 1 bis 10 bzw. von 10 bis
100 versehen werden. Diese können aber jede beliebige anderen
Werte darstellen oder auch entfallen. Ebenso können die
beiden Ausgänge 103 und 104 über
einen Analog-/Digital-Wandler in einen Mikroprozessor eingespeist
werden, wo die Ausgangsignale weiterverarbeitet werden. Eine Darstellung
kann dann auf einem lokalen Display am Gerät erfolgen und/oder über
eine Datenverbindung übertragen werden um das Signal an
einer externen Anzeige darzustellen bzw. es weiterzuverarbeiten
z. B. in einem Computersystem.
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Als
letzte Aufgabenstellung bei Analyse- und Messgeräten der
genannten Art wurde eingangs die Schnittstelle für die
Grundeinstellung und die Inbetriebnahme eines solchen Geräts,
insbesondere eines Brandmelders beschrieben.
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Eine
neuartige Einstellungsschnittstelle gemäss der Erfindung
verhindert Fehler und reduziert den Zeitaufwand für die
Inbetriebnahme eines Brandmelders und ähnlicher Geräte.
Wie oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben,
kommen für die Detektion und Messung von Verunreinigun gen
in Gasen und Gasgemischen, insbesondere Luft, Geräte 12 zum
Einsatz, welche über ein Rohrleitungssystem 11 mittels
einer Ansaugvorrichtung 13 Gasproben ansaugt und diese
einer Messkammer 15 zuführt, wo sie ausgewertet
werden. Das Rohrleitungssystem ist i. d. R. zwischen 10 und 200
m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen 14.
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Das
erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Anordnung
ist so einfach, dass Fehleinstellungen, die bei Brandmeldern natürlich
besonders kritisch sind, praktisch ausgeschlossen werden können.
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In
den 8a, 8b und 9 sind Einzelheiten
dargestellt, die nachfolgend erläutert werden.
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Auf
dem in 8a gezeigten Display 120 wird
beim erfindungsgemässen Verfahren die Anzahl der Ansauglöcher
eingestellt, was z. B. mittels einer ersten Taste 121,
welche beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher
um je eins erhöht, sowie optional einer zweiten Taste 123,
die beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher um
je eins reduziert, sowie einer Quittierungs- oder Bestätigungstaste 122,
welche die Eingabeprozedur beendet. Diese Anzeige muss sich nicht
unbedingt am Gerät befinden. Sie kann sowohl als ein tragbares
Gerät mit einem Verbindungsstecker ausgeführt
sein, als auch als Softwarelösung, welche auf einem PC
läuft und mittels Datenschnittstelle auf das Gerät übertragen
wird.
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In 8b ist
eine weitere Einstellungsmöglichkeit dargestellt. Ein auf
einer Leiterplatte angeordneter, sogenannter DIP- bzw. DIL-Switch
Schalter 124 hat z. B. 12 kleine Schalter. Wenn z. B. Schalter Nr.
10 Stellung ON/EIN hat und alle anderen sind auf OFF/AUS, dann stellt
man damit 10 Ansaugöffnungen ein.
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Nachdem
die Anzahl an Ansaugöffnungen eingestellt worden sind,
wird standardmäßig der Auslöse- und Alarmschwellwert
für einen Zielwert von z. B. 5% Lichttrübung/m
für jede Ansaugöffnung errechnet. Dazu ist die
in 9 gezeigte Tabelle hinterlegt. In der ersten Zeile 130 befindet
sich der Zielwert je Ansaugöffnung. Die Anzahl der Ansaugöffnungen
ist in Spalte 131 aufgeführt. Das Ergebnis wird
errechnet, indem der Zielwert je Ansaugöffnung durch die Anzahl
der Ansaugöffnungen dividiert wird. Dieses Ergebnis steht
in dann Spalte 132. Bei z. B. acht Ansaugöffnungen
und dem Standard-Zielwert je Ansaugöffnung von 5% Lichttrübung/m
muss die Messkammer bei einem Lichttrübungswert von 0,63
Alarm auslösen.
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Neben
der Einheit von % Lichttrübung pro Meter wird auch dB/m
verwendet. Die hier angeführte neuartige Einstellungsschnittstelle
funktioniert selbstverständlich mit beiden Einheiten.
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Die
Tabelle in 9 zeigt noch zwei weitere Einstellmöglichkeiten.
Bei einem Zielwert von 8% Lichttrübung/m für jede
Ansaugöffnung würde das Auslösen eines
Alarms verzögert, dagegen würde das Auslösen
früher erfolgen bei einem Zielwert von 2% Lichttrübung/m
für jede Ansaugöffnung. Dies ist dargestellt in
den Spalten 133 bzw. 134. Selbstverständlich
sind weitere und andere Abstufungswerte möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/043479
A1 [0015]
- - EP 0733894 [0033]