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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem und eine Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches für einen Reaktionsträger, der zumindest zwei Strömungskanäle aufweist, wobei zumindest ein Strömungskanal eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsstoff bildet und der Reaktionsstoff mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Reaktionsträger für eine derartige Messvorrichtung sowie ein Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches.
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Aus dem Stand der Technik sind Gasprüfröhrchen bekannt, die mit einem Reaktionsstoff gefüllt sind, welcher mit einer bestimmten chemischen Verbindung eine optisch erkennbare Reaktion eingeht. Dabei wird beispielsweise mit einer Handpumpe eine definierte Menge eines Gasgemisches durch das Gasprüfröhrchen gepumpt. Anschließend wird mittels einer Verfärbung des Reaktionsstoffs eine Konzentration der zu messenden chemischen Verbindung bestimmt.
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Darüber hinaus sind so genannte Chip-basierte Messsysteme bekannt, bei welchen der Reaktionsstoff in Reaktionskammern auf einem Reaktionsträger angeordnet ist, welcher in eine Messvorrichtung eingeführt werden kann. Die Messvorrichtung erkennt den Reaktionsträger und führt ein entsprechendes Messverfahren zur Messung einer Konzentration der entsprechenden Komponente des Gasgemisches durch. Beispielsweise weist der Reaktionsträger eine Mehrzahl von Reaktionskammern auf, die jeweils für eine Messung gebraucht werden können. Für jede Reaktionskammer ist ein mechanischer Arretierzapfen vorgesehen, welcher bei unbenutzten Reaktionskammern hervorsteht, sodass er an der Messvorrichtung mechanisch einrasten kann. Bei einer Messung mit einer Reaktionskammer wird der zugehörige Arretierzapfen eingedrückt. Bei Einführen des Reaktionsträgers in die Messvorrichtung wird der Reaktionsträger jeweils soweit in die Messvorrichtung eingezogen, bis der erste hervorstehende Arretierzapfen mechanisch in der Messvorrichtung einrastet und somit jeweils die erste unbenutzte Reaktionskammer für die jeweilige Messung verwendet wird. Nach Abschluss der Messung wird der Reaktionsträger jeweils vollständig aus der Messvorrichtung ausgestoßen. Eine unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung in einer beliebigen Relativposition ist nicht möglich.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Messvorrichtung sowie einen entsprechenden Reaktionsträger und ein verbessertes Messverfahren bereitzustellen, welches eine erhöhte Flexibilität im Messverfahren und eine akkurate Konzentrationsbestimmung ermöglicht.
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Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder eine aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches für einen Reaktionsträger, der zumindest zwei Strömungskanäle aufweist, wobei zumindest ein Strömungskanal eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsstoff bildet und der Reaktionsstoff mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht, weist einen Gaszuflusskanal und einen Gasabflusskanal auf, welche jeweils einen Gasanschluss aufweisen, wobei die Gasanschlüsse ausgebildet sind, um eine Verbindung mit einem der Strömungskanäle des Reaktionsträgers herzustellen, um ein Strömen des Gasgemischs vom Gaszuflusskanal durch den Strömungskanal zum Gasabflusskanal zu ermöglichen. Die Messvorrichtung umfasst ferner eine Gasfördereinrichtung zur Förderung des Gasgemisches durch den Gasabflusskanal, eine Reaktionsträgerfördereinrichtung zum Bewegen des Reaktionsträgers relativ zu dem Gaszuflusskanal und dem Gasabflusskanal, und einen Positionssensor zum Erfassen einer Relativposition von Reaktionsträger und den Gasanschlüssen, wobei der Positionssensor vorzugsweise eine Codierung am Reaktionsträger, insbesondere eine optische Codierung, erfasst. Die Reaktionsträgerfördereinrichtung ist ausgebildet, um in einem Messvorgang den Reaktionsträger in einer ersten Relativposition zu den Gasanschlüssen zu positionieren, zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen über einen ersten Strömungskanal zum Durchspülen des Gaszuflusskanals, und in einer zweiten Relativposition zu den Gasanschlüssen zu positionieren, zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen über einen zweiten Strömungskanal, welche eine Reaktionskammer bildet, zur Messung der zumindest einen Komponente des Gasgemisches.
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Auf diese Weise wird eine komplexe Bewegung des Reaktionsträgers innerhalb der Messvorrichtung während eines Messvorgangs ermöglicht. Zudem kann der Gaszuflusskanal in der ersten Relativposition des Reaktionsträgers durchgespült werden, wodurch mögliche Restgasmengen einer vorhergehenden Messung im Gaszuflusskanal ausgespült werden. Vorteilhafterweise kann so die Messung der Konzentration mittels der Reaktionskammer in der zweiten Relativposition mit erhöhter Genauigkeit durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Reaktionsträgerfördereinrichtung einen Motor, insbesondere einen elektrischen Servomotor, welcher eine Relativbewegung des Reaktionsträgers in zumindest zwei entgegengesetzte Richtungen ermöglicht. Auf diese Weise wird ein beliebiges Verfahren zwischen verschiedenen Relativpositionen des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung ermöglicht.
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Beispielsweise kann der Reaktionsträger über eine einzige Öffnung in der Messvorrichtung herein und heraus gefahren werden. Somit kann eine Verschmutzung des Innenraums der Messvorrichtung über eine zweite Öffnung zum Herein- bzw. Herausfahren des Reaktionsträgers vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Speichereinrichtung, welche Daten zumindest der vorhergehenden Messung speichern kann, insbesondere Daten über die zu messende Komponente des Gasgemisches und der gemessenen Konzentration, und wobei die Messvorrichtung vorzugsweise eine Bewertungseinrichtung umfasst, welche aufgrund der gespeicherten Daten zumindest der vorhergehenden Messung und der zu messenden Komponente der folgenden Messung entscheidet, ob ein Durchspülen des Gaszuflusskanals erfolgt oder nicht.
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Auf diese Weise kann das Messverfahren situationsabhängig angepasst werden. So kann die Verfahrensdauer reduziert werden, indem nicht notwendige Verfahrensschritte nicht durchgeführt werden. Beispielsweise ist ein Durchspülen der Gaszuflusskanals nicht nötig, wenn die vorhergehenden Messung die gleiche zu messende Komponente des Gasgemischs mit gleicher oder niedrigerer Detektionsschwelle betraf und die Komponente nicht gemessen wurde bzw. unterhalb der Detektionsschwelle lag.
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Die Messvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um auf dem Reaktionsträger gespeicherte Anweisungen oder Hinweise (die beispielsweise in einer Codierung oder einem Informationsfeld gespeichert sind) auf in der Messvorrichtung gespeicherte Anweisungen zur Positionierung der Gasanschlüsse und/oder Aktivierungselemente und/oder zur Durchführung des Messverfahrens auszulesen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung ein Ventil, welches stromaufwärts des Gaszuflusskanals angeordnet ist und welches in einer ersten Stellung einen Gasstrom durch den Gaszuflusskanal ermöglicht und in einer zweiten Stellung einen Gasstrom durch den Gaszuflusskanal verhindert. Durch Schließen des Ventils kann die Dichtigkeit des Gaszuflusskanals überprüft werden.
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Vorzugsweise ist der Gaszuflusskanal aus Glas. Auf diese Weise wird eine chemische Reaktion oder eine Ablagerung von Gaskomponenten an der Wand des Gaszuflusskanals verhindert oder reduziert.
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Zur Erfassung der optisch detektierbaren Reaktion ist beispielsweise ein optischer Sensor als Digitalkamera ausgebildet, die ein entsprechend großes Aufnahmefeld zur Erfassung von zumindest einer Reaktionskammer aufweist.
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Vorzugsweise wird das Aufnahmefeld mit breitbandigem Licht, insbesondere weißem Licht, beleuchtet und der optische Sensor nimmt ein Farbbild mit mehreren Farbkanälen auf. Um für unterschiedliche Farbveränderungen bei unterschiedlichen Arten von optisch detektierbaren Reaktionen eine optimale Auswertung zu ermöglichen, können die Farbkanäle mit jeweils verschiedenen Gewichtungen ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Messvorrichtung tragbar und somit klein und leicht ausgebildet. Die Bedienungselemente sind vorzugsweise so groß ausgebildet, dass eine Bedienung mit Schutzhandschuhen möglich ist.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Reaktionsträger, wobei der Reaktionsträger ausgebildet ist für eine Messvorrichtung der vorliegenden Anmeldung, mit zumindest zwei Strömungskanälen, die sich zwischen jeweils zwei Anschlusselementen erstrecken, wobei zumindest ein Strömungskanal eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsstoff bildet und der Reaktionsstoff mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Die Anschlusselemente sind so ausgebildet, um in einer dem jeweiligen Strömungskanal zugeordneten Relativposition von Reaktionsträger und Messvorrichtung den Gasanschlüssen der Messvorrichtung eine Verbindung herzustellen, um ein Strömen des Gasgemischs vom Gaszuflusskanal durch den Strömungskanal zum Gasabflusskanal zu ermöglichen. Der Reaktionsträger umfasst ferner eine Codierung, vorzugsweise eine optische oder elektronische Codierung, welche ausgebildet ist, um vom Positionssensor erfasst zu werden und eine unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers in jeder der den Strömungskanälen zugeordneten Relativpositionen zu ermöglichen.
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Eine derartige Codierung ermöglicht eine flexible unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers in verschiedenen Relativpositionen, wodurch ein flexibles Messverfahren ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Reaktionsträger einen separaten Strömungskanal zum Durchspülen des Gaszuflusskanals auf, wobei der Strömungskanal keine Reaktionskammer mit Reaktionsstoff bildet. Dies ermöglicht ein Durchführen eines Durchspülvorgangs jederzeit mittels des Strömungskanals ohne Reaktionskammer.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mit einem Reaktionsträger, der zumindest zwei Strömungskanäle aufweist, wobei zumindest ein Strömungskanal eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsstoff bildet und der Reaktionsstoff mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht, und einer Messvorrichtung mit einem Gaszuflusskanal und einem Gasabflusskanal, welche jeweils einen Gasanschluss aufweisen, vorzugsweise mit einer in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Messvorrichtung, insbesondere mit einem in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Reaktionsträger. Das Messverfahren umfasst die Verfahrensschritte des Positionierens des Reaktionsträgers in einer ersten Relativposition zu den Gasanschlüssen der Messvorrichtung und Herstellens einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen durch einen ersten Strömungskanal; des Förderns von Gas durch Abflusskanal, ersten Strömungskanal und Gaszuflusskanal zum Durchspülen des Gaszuflusskanals; des Positionierens des Reaktionsträgers in einer zweiten Relativposition zu den Gasanschlüssen der Messvorrichtung und Herstellens einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen durch einen zweiten Strömungskanal, welche eine unbenutzte Reaktionskammer aufweist; und des Förderns von zu messenden Gasgemisch durch Gasabflusskanal, zweiten Strömungskanal und Gaszuflusskanal und Bestimmung der Konzentration der zumindest einen Komponente mittels der optisch detektierbaren Reaktion in der Reaktionskammer des zweiten Strömungskanals.
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Indem der Gaszuflusskanal in der ersten Relativposition des Reaktionsträgers durchgespült wird, werden mögliche Restgasmengen einer vorhergehenden Messung im Gaszuflusskanal ausgespült. Auf diese Weise kann die Messung der Konzentration mittels der Reaktionskammer in der zweiten Relativposition mit erhöhter Genauigkeit durchgeführt werden. Eine unbenutzte Reaktionskammer ist in diesem Zusammenhang eine Reaktionskammer mit der noch keine Messung einer Konzentration durchgeführt wurde.
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Gemäß einer Verfahrensvariante wird bei jeder Messung mittels eines Reaktionsträgers der Reaktionsträger in der gleichen ersten Relativposition positioniert. Dies ermöglicht einen einfachen Verfahrensablauf, da keine besondere Codierung vorgesehen werden muss, die eine Codierung einer sich ändernden erste Relativposition codieren können muss.
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Dabei wird die Verbindung vorzugsweise durch einen Strömungskanal ohne Reaktionskammer hergestellt. Ein solcher Strömungskanal kann beispielsweise auch einen größeren Strömungsquerschnitten aufweisen als Strömungskanäle welche eine Reaktionskammer ausbilden. Auf diese Weise kann ein größerer Volumenstrom transportiert werden, da der Strömungswiderstand gesenkt und/oder der Strömungsquerschnitt erhöht wird.
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Vorteilhafterweise ist die erste Relativposition in einer Einführrichtung des Reaktionsträgers in die Messvorrichtung vor der zweiten Relativposition. Auf diese Weise muss der Reaktionsträger für die Positionierung in der ersten und zweiten Relativposition in nur einer Richtung bewegt werden.
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Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das Messverfahren zusätzlich zumindest einen der folgenden Verfahrensschritte: Entscheiden bei einer bestimmten durchzuführenden Messung, ob die Schritte des Positionierens in der ersten Relativposition und des Durchspülen durchgeführt werden, wobei die Entscheidung in Abhängigkeit von in der Messvorrichtung gespeicherten Daten der vorhergehenden Messung und/oder Daten der durchzuführenden Messung, insbesondere Daten über die zu messende Komponente des Gasgemisches und der gemessenen Konzentration, getroffen wird; und/oder Herstellen der Verbindung zwischen den Gasanschlüssen in der ersten Relativposition durch einen Strömungskanal mit einer unbenutzten Reaktionskammer, Bestimmen einer Konzentration der zumindest einen Komponente mittels der optisch detektierbaren Reaktion in der Reaktionskammer während des Förderns von Gas zur Durchspülung des Gaszuflusskanals und Entscheiden, ob eine Messung an der zweiten Relativposition mit einem zweiten Strömungskanal mit unbenutzter Reaktionskammer durchgeführt wird, in Abhängigkeit der bestimmten Konzentration während des Durchspülen.
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Auf diese Weise kann das Messverfahren beschleunigt werden, beispielsweise falls die Umstände der jeweiligen Messung einen Spülvorgang unnötig werden lassen. Sollte ein Reaktionsträger verwendet werden, welcher ausschließlich Strömungskanäle mit Reaktionskammer aufweist, so kann auf diese Weise auch bei der erstmaligen Verwendung des Reaktionsträgers eine zuverlässige Messung durchgeführt werden, wobei wenn möglich nur ein Strömungskanal mit einer unbenutzten Reaktionskammer verwendet wird.
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Eine weitere Verfahrensvariante umfasst die Verfahrensschritte des Überprüfen von Leckageströmen vor dem Fördern von Gas zum Durchspülen des Gaszufuhrkanals, wobei ausschließlich der Gasanschluss des Gasabflusskanals mit einem Anschlusselement des Strömungskanals verbunden wird und Gas durch Gasabflusskanal und Strömungskanal gefördert wird, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zur Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Gaszuflusskanal stromaufwärts verschlossen werden, vorzugsweise durch ein Ventil, und beide Gasanschlüsse des Gasabflusskanals und des Gaszuflusskanals mit den zugeordneten Anschlusselementen des Strömungskanals verbunden werden und Gas durch Gasabflusskanal, Strömungskanal und Gaszuflusskanal gefördert werden, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zur Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Auf diese Weise kann die Dichtigkeit des Messsystems bestehend aus Messvorrichtung und Reaktionsträger überprüft werden. Somit wird ein ungewolltes Ansaugen von Gas über Leckagestellen und einer entsprechenden Verfälschung des Messergebnisses verhindert. Eine entsprechende Warnung kann an den Benutzer ausgegeben werden, woraufhin die Dichtigkeit des Reaktionsträgers und/oder der Messvorrichtung überprüft werden kann.
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In einer weiteren Verfahrensvariante wird ein Volumenstrom durch den Gasabflusskanal bestimmt und eine Förderdauer des Durchspülvorgangs berechnet. So kann beispielsweise die Förderdauer des Durchspülvorgangs ausgelegt werden, um ein Mehrfaches, beispielsweise das Doppelte, des Volumens des Gaszuflusskanals zu spülen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Messsystem mit einer in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Messvorrichtung und einem in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Reaktionsträger, insbesondere geeignet zur Durchführung für ein in der vorliegenden Anmeldung beschriebenes Messverfahren.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander und mit den vorstehend beschriebenen Aspekten kombiniert werden, um erfindungsgemäße Vorteile zu erreichen. Im Folgenden werden bevorzugte Kombinationen von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, wobei:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung und einen erfindungsgemäßen Reaktionsträger zeigt;
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2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung und einen erfindungsgemäßen Reaktionsträger zeigt;
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3 eine Detailansicht eines Reaktionsträgers und einer Reaktionsträgerfördereinrichtung zeigt;
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4 eine Detailansicht einer ersten Ausbildungsform des Gasanschlusses und des Anschlusselement des Reaktionsträgers in einer ersten Stellung zeigt;
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5 eine Detailansicht einer ersten Ausbildungsform des Gasanschlusses und des Anschlusselement des Reaktionsträgers in einer zweiten Stellung zeigt;
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6 eine Detailansicht einer zweiten Ausbildungsform des Gasanschlusses und des Anschlusselement des Reaktionsträgers zeigt;
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7 eine Detailansicht einer zweiten Ausbildungsform des Gasanschlusses und des Anschlusselement des Reaktionsträgers in einer zweiten Stellung zeigt;
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8 eine Seitenansicht der Digitalkamera, der des Reaktionsträger mit einem Anzeigestift in einer ersten Stellung und dem Reaktionsträger mit dem Anzeigestift in einer zweiten Stellung zeigt;
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9 eine perspektivische Ansicht des Anzeigestift in der ersten Stellung und Anzeigestiftes in einer zweiten Stellung zeigt;
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10 das Messsystem gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei sich der Reaktionsträger in einer ersten Relativposition in der Messvorrichtung befindet;
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11 das Messsystem gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei sich der Reaktionsträger in einer zweiten Relativposition in der Messvorrichtung befindet;
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12 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsträgers in einer ersten relativ Stellung in der Messvorrichtung zeigt; und
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13 die zweite Ausführungsform des Reaktionsträgers in einer zweiten relativ Stellung in der Messvorrichtung zeigt.
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1 illustriert eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasmesssystem, im Folgenden auch Messsystem 10 bezeichnet, dient zur Messung bzw. Erfassung der Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten. In eine Messvorrichtung 12, auch bezeichnet als Gasmessanordnung oder übriges Gasmesssystem, wird ein austauschbarer Reaktionsträger 14, auch bezeichnet als Reaktionsträgereinheit, manuell von Hand von einem Benutzer eingeführt. Dabei ist das Messsystem 10 bzw. die Messvorrichtung 12 eine kleine, tragbare Vorrichtung, die mobil einsetzbar ist und mit einer Batterie als Energieversorgung versehen ist.
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An einem Gehäuse der Messvorrichtung 12 ist eine Gasfördereinrichtung 28 angeordnet, die durch eine als Saugpumpe ausgebildete Pumpe realisiert ist. Das Gehäuse bildet außerdem eine Lagerung, insbesondere Gleitlagerung, für den verschieblichen Reaktionsträger 14. Mittels einer Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 mit einem Motor, z. B. einem als Servomotor ausgebildeten Elektromotor und einer von dem Servomotor in eine Rotationsbewegung versetzbares Getriebe, insbesondere Antriebsrolle, kann der Reaktionsträger innerhalb des Gehäuses der Messvorrichtung bewegt werden, da ein mechanischer Kontakt bzw. eine Verbindung zwischen der Antriebsrolle und dem Reaktionsträger besteht.
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Das Messsystem 10 umfasst die Messvorrichtung 12 und zumindest einen Reaktionsträger 14. Die Messvorrichtung 12 weist einen Gaszuflusskanal 16 und einen Gasabflusskanal 18 auf. Der Gaszuflusskanal 16 erstreckt sich von einer Gasgemischeinströmöffnung 20 zu einem ersten Gasanschluss 22. Der Gasabflusskanal 18 erstreckt sich von einem zweiten Gasanschluss 24 zu einer Gasgemischausströmöffnung 26. Im Gasabflusskanal 18 ist ferner die Gasfördereinrichtung 28, beispielsweise eine Saugpumpe, zur Förderung eines Gases oder Gasgemisches durch den Gasabflusskanal 18 vorgesehen.
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Der Gaszuflusskanal 16 ist aus Glas gefertigt, wodurch eine chemische Reaktion oder eine Ablagerung von Gaskomponenten an der Wand des Gaszuflusskanals verhindert oder reduziert wird.
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Ein Durchflusssensor 30, der in der gezeigten Ausführungsform als Massenstromsensor ausgebildet ist, ermöglicht die Messung eines durch den Gasabflusskanal 18 strömenden Gases. Als Durchfluss- oder Massenstromsensor können sowohl Vorrichtungen verwendet werden, welche den Durchfluss bzw. den Massenstrom direkt messen, als auch solche, die andere Messwerte erfassen und mittels dieser Messwerte den Durchfluss bzw. Massenstrom bestimmen.
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Ferner ist im Gasabflusskanal 18 ein Puffer 32 angeordnet, welcher einen gleichförmigen Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 ermöglicht.
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Die Messvorrichtung 12 umfasst darüber hinaus eine Reaktionsträgerfördereinrichtung 34, welche ein Bewegen des Reaktionsträgers 14 relativ zum Gaszuflusskanal 16 und dem Gasabflusskanal 18 ermöglicht.
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Ein Positionssensor 36 dient zum Erfassen einer Relativposition von Reaktionsträger 14 und den Gasanschlüssen 22, 24.
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Ein optischer Sensor zur Erfassung einer optisch detektierbaren Reaktion ist in Form einer Digitalkamera 38 vorgesehen und ermöglicht eine Aufnahme des in 1 durch das gepunktete Rechteck gezeigten Aufnahmefeldes 40.
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Eine zentrale Steuerungseinheit 41 ist vorgesehen, welche die von dem optischen Sensor erfassten Daten verarbeiten kann und das Messverfahren steuert.
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Der Reaktionsträger 14 weist eine Mehrzahl von Strömungskanälen 42 auf, die sich jeweils zwischen zwei Anschlusselementen 44 erstrecken. In der gezeigten Ausführungsform bildet jeder der Strömungskanäle 42 eine Reaktionskammer 46, welche mit einem Reaktionsstoff 48 gefüllt ist. Der Reaktionsstoff 48 ist eine chemische Verbindung, welche mit einer zu messenden Gas und/oder ein aerosolförmigen Komponente eines Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Dies ist beispielsweise eine kolorimetrische Reaktion.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die Strömungskanäle 42 jeweils auf ihrer rechten Seite mit dem Reaktionsstoff 48 gefüllt. Auf der linken Seite der Strömungskanäle 42 ist ein anderes Gasbehandlungselement vorgesehen, beispielsweise eine Trocknungssubstanz.
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Jedem Strömungskanal 42 ist ein Anzeigestift 50 zugeordnet, welcher eine Codierung 51 bildet, die vom Positionssensor 36 erfasst wird und eine unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers 14 in jeweils den Strömungskanälen 42 zugeordneten Relativpositionen ermöglicht. Es kann auch eine andere Art der Codierung 51, beispielsweise eine elektrische, elektronische oder magnetische Codierung vorgesehen sein, welche von einen entsprechenden Positionssensor 36 erfasst werden kann. Vorzugsweise ist jedoch zumindest zusätzlich eine optische Codierung 51 vorgesehen, damit ein Benutzer des Messsystems 10 durch Betrachten des Reaktionsträgers 14 auf einen Blick feststellen kann, ob der Reaktionsträger noch unbenutzte Reaktionskammern aufweist.
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Der Reaktionsträger 14 weist ferner ein Informationsfeld 52 auf, auf welchen Informationen gespeichert sind. In der gezeigten Ausführungsform ist das Informationsfeld 52 als optisches Informationsfeld ausgebildet, auf dem Informationen gespeichert sind, die durch die Digitalkamera 38 ausgelesen werden können. Alternativ kann das Informationsfeld 52 als elektronischer Speicher für Informationen vorgesehen sein und beispielsweise als RFID-Chip oder SROM-Chip ausgebildet sein, die über Funk oder über elektrische Kontakte ausgelesen und/oder beschrieben werden können.
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Das Aufnahmefeld der Digitalkamera 38 ist in der gezeigten Ausführungsform so ausgebildet, dass die Reaktionskammern 46, die Anzeigestifte 50, und das Informationsfeld 52 in jeweils zumindest einer Relativposition des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 durch die Digitalkamera 38 erfasst werden. Auf diese Weise kann die Digitalkamera 38 einerseits für die Erfassung der optisch detektierbaren Reaktion des Reaktionsstoffes 48 in den Reaktionskammern 46 des Reaktionsträgers 14 und andererseits für das Auslesen der Information im Informationsfeld 52 und als Positionssensor 36 zum Erfassen der Relativposition von Reaktionsträger und den Gasanschlüssen 22, 24 verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass Positionssensor 36 und eine Auslesevorrichtung zum Auslesen des Informationsfeldes 52 als ein oder zwei separate Vorrichtungen ausgebildet sind.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messvorrichtung 12, die sich von der vorhergehenden Ausführungsform lediglich durch ein Ventil 54 unterscheidet. Das Ventil 54 ist an der Gasgemischeinströmöffnung 20 stromaufwärts des Gaszuflusskanals 16 angeordnet. Das Ventil ermöglicht in seiner gezeigten ersten Stellung einen Gasstrom durch den Gaszuflusskanal 16 und verhindert in einer zweiten Stellung einem Gasstrom durch den Gaszuflusskanal 16. In der gezeigten Ausführungsform ist das Ventil 54 als 2/2-Wegeventil ausgebildet.
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3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Reaktionsträgers 14 und der Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 der Messvorrichtung 12. Die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 umfasst einen Servomotor 56 und ein Getriebe 58. Das Getriebe 58 umfasst beispielsweise ein Zahnrad, welches in eine entsprechende Verzahnung 59 am Reaktionsträger 14 eingreift. Die Verzahnung 59 ist an einem Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 ausgebildet.
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Die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 ermöglicht eine Relativbewegung des Reaktionsträgers 14 in zwei entgegengesetzte Richtungen, wodurch ein beliebiges Positionieren des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 ermöglicht wird. Vorzugsweise erfolgt die Einfuhr und Ausfuhr des Reaktionsträgers 14 in bzw. aus der Messvorrichtung 12 heraus durch eine einzige Zuführöffnung in einem Gehäuse der Messvorrichtung 12.
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Der Reaktionsträger 14 umfasst ein Gehäuse 60, das lichtdurchlässig ist. Auf eine in 3 dargestellten Oberseite des Gehäuses 60 sind zehn als Glasröhrchen ausgebildete Röhrchen angeordnet, so dass die Röhrchen einen Strömungskanal 42 begrenzen und innerhalb dieses Strömungskanals 42 bzw. der Röhrchen sind in den zehn Glasröhrchen ein identischer Reaktionsstoff angeordnet. An einem in 3 rechts dargestellten Ende des Glasröhrchen weisen diese eine Einströmöffnung auf und an einen in 3 linken Ende der Glasröhrchen weisen diese eine Ausströmöffnung auf. Die Ein- und Ausströmöffnungen sind dabei von einer Abdichtung 64, zum Beispiel einer Glasabdichtung, fluiddicht abgedichtet. Dadurch ist sichergestellt, dass der Reaktionsstoff innerhalb der Glasröhrchen vor einem Durchleiten des Gasgemisches durch die Röhrchen mittels der Gasfördereinrichtung 28, beispielsweise einer Saugpumpe, keine Farbveränderung an den Reaktionsstoff bzw. den Reaktionsstoffen eintritt aufgrund einer nicht beabsichtigten und unkontrollierbaren Beaufschlagung des Reaktionsstoffes mit gas- und/oder einer aerosolförmigen Komponenten. Beispielsweise dient der Reaktionsstoff zur Erfassung von Aceton, so dass bei einem Durchleiten eines Gasgemisches mit Aceton eine Farbveränderung an den Reaktionsstoff eintritt. Im Bereich der Ausströmöffnungen ist jeweils ein Anzeigestift 50 angeordnet. Jedem der zehn Glasröhrchen ist somit jeweils ein Anzeigestift 50 zugeordnet. Ferner ist auf der Oberseite des Gehäuses 60 auch eine optische Codierung als Matrixkodierung bzw. Matrixbarcodierung vorhanden.
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Die Ein- und Austrittsöffnungen bilden gemeinsam mit ihrer Abdichtung 64 die Anschlusselemente 44 der Strömungskanäle 52.
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Die Gasanschlüsse 22 und 24 des Gaszuflusskanals 16 bzw. des Gasabflusskanals 18 sowie die zugehörigen Anschlusselemente 44 des Reaktionsträgers 14 werden im Folgenden anhand der 4 bis 7 beschrieben.
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Eine erste Ausführungsform wird in den 4 und 5 beispielhaft für den Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18 beschrieben. An der Gasfördereinrichtung 28 ist ein Gasstutzen des Gasabflusskanals 18 und eine Dichtung 68 angeordnet. An einem dem Gasstutzen umschließenden Auflagering 69 liegt untenseitig ein elastischer Dichtring, zum Beispiel ein Gummidichtring, auf bzw. ist an dem Auflagering 69 befestigt, wobei der Dichtring die Dichtung 68 bildet. Der Auflagering 69 weist außerdem senkrecht zu der Zeichenebene von 4 und 5 eine Erweiterung als Anzeigestiftbewegungselement auf (nicht dargestellt). In 4 ist eine erste Stellung des Gasanschlusses 24 dargestellt und in 5 eine zweite Stellung. In der ersten Stellung gemäß 4 kann kein Gas von der Gasfördereinrichtung 28 durch das Glasröhrchen des Strömungskanals 42 angesaugt werden und die Abdichtung ist weiterhin verschlossen. Bei einer Bewegung des Gasanschlusses 24 wird zunächst von dem Gasstutzen die Abdichtung aufgebrochen bzw. durchstoßen und anschließend wird der Dichtring außenseitig, oberseitig auf dem Gehäuse 60 und das Glasröhrchen aufgelegt, so dass die in die Abdichtung eingefügte Öffnung vollständig abgedichtet ist. Darüber hinaus wird von einem weiteren Stutzen des anderen Gasanschlusses 22 (nicht dargestellt) die Abdichtung an der entsprechenden Einströmöffnung des Glasröhrchen durchstoßen und geöffnet, damit durch die Einströmöffnung das Gasgemisch in das Glasröhrchen einströmen kann. Anschließend wird die Gasfördereinrichtung 28 aktiviert und dadurch das Gasgemisch durch die Einströmöffnung eingesaugt, anschließend um den Reaktionsstoff geleitet bzw. der Reaktionsstoff mit dem Gasgemisch beaufschlagt und anschließend wird das Gasgemisch durch die Ausströmöffnung, den Gasstutzen und die Gasfördereinrichtung 28 wieder in die Umgebung gefördert.
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Eine alternative Ausführungsform der Gasanschlüsse 22, 24 und Anschlusselemente 44 ist in den 6 und 7 gezeigt. Die Anschlusselemente 44 des Reaktionsträgers 14 umfassen eine Dichtungsvorrichtung 62 mit einer ersten Abdichtung 64 und einer zweiten Abdichtung 66, welche ein Eindringen von Gas in den Strömungskanal 42 verhindern. Der Strömungskanal 42 wird durch ein Röhrchen 70, in der gezeigten Ausführungsform durch ein Glasröhrchen, gebildet, welches in das Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 eingebettet ist. Das Glasröhrchen endet in einer Ausnehmung 72 im Gehäuse 60. Die Ausnehmung 72 im Gehäuse 60 ist durch die erste Abdichtung 64 verschlossen. Die erste Abdichtung 64 ist beispielsweise durch ein Glasplättchen oder einen Film gebildet. Die zweite Abdichtung 66 ist durch ein verschlossenes Ende des Glasröhrchens gebildet. Das geschlossene Ende des Glasröhrchen des Strömungskanals 42 ragt frei in die Ausnehmung 72 im Gehäuse 60 hinein.
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Die Gasanschlüsse 22, 24 sind am Ende des Gaszuflusskanals 16 bzw. am Anfang des Gasabflusskanals 18 ausgebildet. Der Gasanschluss 22, 24 umfasst eine Dichtung 68 und einen Gasstutzen. 6 zeigt den Gasanschluss 22, 24 in einer Ausgangsposition, in der der Gasanschluss 22, 24 vom Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 getrennt ist. Der Gasanschluss 22, 24 kann in Richtung des Reaktionsträgers 14 abgesenkt oder alternativ der Reaktionsträger 14 in Richtung des Gasanschlusses bewegt werden. Beim Absenken des Gasanschlusses 22, 24 stößt das untere Ende des Gasstutzens gegen die erste Abdichtung 64 und durchstößt diese. Anschließend kommt die Dichtung 68 des Gasanschlusses 22, 24 am Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 zum Anliegen und bildet eine gasdichte Abdichtung der Ausnehmungen 72 des Anschlusselement 44.
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Beim weiteren Absenken des Gasanschlusses 22, 24 bricht der Gasstutzen das verschlossene Ende des Glasröhrchen 70 des Strömungskanals 42 ab und geöffnet auf diese Weise die zweite Abdichtung 66 des Anschlusselements 44. 7 zeigt die Endstellung des Gasanschlusses 22, 24, in der die Verbindung zwischen dem Gasanschluss 22, 24 und dem Anschlusselement 44 des Strömungskanals 42 hergestellt ist.
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Alternativ ist es möglich, dass die erste Abdichtung 64 beispielsweise flexibel ausgebildet ist, so dass ein Durchstoßen der ersten Abdichtung 64 erst geschieht, wenn die Dichtung 68 des Gasanschlusses 22, 24 bereits abdichtend am Gehäuses 60 des Reaktionsträgers 14 anliegt. Es ist auch möglich, dass die Dichtung 68 so ausgebildet ist, dass diese beim Absenken des Gasanschlusses 22, 24 zuerst zur Abdichtung der Ausnehmung 72 am Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 zur Anlage kommt. Ferner ist es auch möglich, dass nur eine der Abdichtungen 64 oder 66 der Dichtungsvorrichtung 62 an den Anschlusselementen 44 des Reaktionsträgers 14 vorgesehen sind.
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Die Codierung 51 des Reaktionsträgers 14 zur unabhängigen Positionierung des Reaktion Trägers 14 in einer Vielzahl von verschiedenen Relativpositionen in der Messvorrichtung 12 wird im Folgenden anhand der 8 und 9 beschrieben.
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Der Positionssensor 36 zum Erfassen der Relativposition von Reaktionsträger 14 und den Gasanschlüssen 22, 24 ist in der gezeigten Ausführungsform gemeinsam mit dem optischen Sensor zur Erfassung der optisch detektierbare Reaktion des Reaktionsstoffes 48 durch die Digitalkamera 38 realisiert. Auf diese Weise wird kein separates Bauelement für die Funktion des Positionssensor benötigt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein nicht-optischer Positionssensor vorgesehen ist, beispielsweise ein elektrischer oder magnetischer Positionssensor, der eine entsprechende Codierung 51 des Reaktionsträgers 14 erkennen kann.
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Die Erfassung der Position des Reaktionsträgers 14 erfolgt dabei ebenfalls in einfacher Weise mittels der Digitalkamera, da die Auswerteeinrichtung über eine entsprechende optische Software verfügt, mittels der die Position des Reaktionsträgers 14 aufgrund der von der Digitalkamera erfassten Daten bestimmbar ist. Anschließend wird der Gasanschluss 22, 24 nach unten bewegt, so dass dadurch von dem Gasstutzen die Abdichtung durchbrochen und das Gasgemisch durch die Ausströmöffnung angesaugt werden kann. Dabei wird von einer nicht dargestellten Erweiterung bzw. Anzeigestiftbewegungselement des Auflageringes zusätzlich der Anzeigestift 50 von einer ersten Stellung gemäß dem oberen Reaktionsträger 14 in 8 in eine zweite Stellung gemäß dem unteren Reaktionsträger 14 in 8 bewegt. In der ersten Stellung des Anzeigestiftes 50 steht dieser aus dem Gehäuse 60 des Reaktionsträgers weiter heraus als in der zweiten Stellung. Die Stellung des Anzeigestiftes 50 kann auch mit der Digitalkamera erfasst werden und der Anzeigestift weist eine andere Farbe, zum Beispiel orange, auf, als der übrige Reaktionsträger 14, beispielsweise ist das Gehäuse 60 zumindest teilweise blau gefärbt. Die Digitalkamera 38 weist dabei zwei getrennte ROIs (regions of interest), d h. Teilbereiche 74 des Aufnahmefeldes 40 der Digitalkamera 38, auf, so dass in der in 9 oberen Teilbereich 74 in der ersten Stellung an dem oberen Teilbereich 74 die Farbe orange auftritt und in der zweiten Stellung an dem oberen Teilbereich 74 keine oder eine wesentlich geringere Menge der Farbe des Anzeigestiftes 50 an dem oberen Teilbereich 74 auftritt. Dadurch kann durch die optische Auswertesoftware der Auswerteeinrichtung der zentralen Steuerungseinheit 41 erfasst werden, ob ein Anzeigestift 50 in der ersten oder zweiten Stellung sich befindet. Aufgrund dieser Erfassung der ersten oder zweiten Stellung des Anzeigestiftes 50 wird ferner selbsttätig und automatisch von dem Servomotor 56 die Reaktionsträgerfördereinheit 34 in eine derartige Stellung bewegt, so dass das erste bisher nicht benutzte Glasröhrchen, durch welches bisher kein Gasgemisch geleitet worden ist, mit der Ausströmöffnung oberhalb des Gasstutzens des Gasanschlusses 22, 24 liegt und erst anschließend wird der Gasanschluss 22, 24, insbesondere die Saugpumpe und der Gasstutzen entsprechend 4 und 5, nach unten bewegt.
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Der Anzeigestift 50 ist in der gezeigten Ausführungsform jeweils benachbart zu den Anschlusselementen 44 am Rande des Reaktionsträgers 14 angeordnet. Somit liegt der Anzeigestift 50 im Randbereich des Aufnahmefeldes 40 der Digitalkamera 38 und wird somit von der Digitalkamera 38 in einem Winkel schräg erfasst, wodurch die Höhe des Anzeigestiftes erfasst werden kann.
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Auf diese Weise kann die Digitalkamera 38 bzw. die optische Auswertesoftware einerseits eine Position eines Anzeigestifts 50 erfassen, und somit jede beliebige Relativposition des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 über die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 ansteuern. Andererseits kann über die Höhe des Anzeigestifts 50 die Information ausgelesenen werden, ob der entsprechende Strömungskanal 42 bereits benutzt wurde oder nicht.
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Anstelle einer optischen Codierung 51 kann beispielsweise auch eine elektrische oder magnetische Codierung 51 vorgesehen sein, die beispielsweise über ein elektrisch leitfähiges Feld auf der Oberfläche des Gehäuses 60 realisiert werden kann.
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In den 10 und 11 ist eine Ausführungsform des Messsystems 10 mit der Messvorrichtung 12 gemäß 2 und einer ersten Ausführungsform des Reaktionsträgers 14 gezeigt. Der Reaktionsträger 14 umfasst eine Mehrzahl von Strömungskanälen 42, in der gezeigten Ausführungsform sind jeweils fünf Strömungskanäle vorgesehen. Die Strömungskanäle 42 sind jeweils identisch ausgebildet und erstrecken sich zwischen den jeweiligen Anschlusselementen 44. Die Strömungskanälen 42 sind als Glasröhrchen 70 ausgebildet, in denen eine Reaktionskammer 46 gebildet ist, die mit einem Reaktionsstoff 48 gefüllt ist.
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Im folgenden wird ein Messverfahren unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben.
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Der Reaktionsträger 14 wird in eine Einführöffnung 80 in einem Gehäuse 82 der Messvorrichtung 12 eingeführt. Der Reaktionsträger 14 wird von Hand in die Einführöffnung gesteckt, von der Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 erfasst und in Einfuhrrichtung vorwärts transportiert.
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Beim Transportieren des Reaktionsträgers 14 durchläuft das Informationsfeld 52 des Reaktionsträgers 14 das Aufnahmefeld 40 der Digitalkamera 38, wobei die Informationen auf dem Informationsfeld 52 von der Digitalkamera 38 erfasst werden und in einer Auswerteeinrichtung der zentralen Steuerungseinheit 41 ausgewertet werden können. Es ist auch möglich, dass der Reaktionsträger in einer Ausleseposition positioniert wird, in der ein Auslesen des Informationsfelds 52 ermöglicht wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Information auf dem Informationsfeld 52 optisch gespeichert und kann somit auf einfache Weise von der Digitalkamera 38 ausgelesen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass ein elektronisches Informationsfeld 52 vorgesehen ist, welches beispielsweise als aktiver oder passiver RFID-Chip oder SRAM-Chip ausgebildet ist und über Funk oder über elektrische Kontakte ausgelesen werden kann. Die elektrischen Kontakte sind vorzugsweise über Datenleitungen zu den Ein- und Ausströmöffnungen der Strömungskanäle 42 und Gasstutzen aus einem stromleitenden Material hergestellt, sodass eine Strom- bzw. Datenverbindung zwischen dem SRAM-Chip und einer entsprechenden Auslesevorrichtung hergestellt wird, während sich die Gasstutzen in den Ein- und Ausströmöffnungen befinden.
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In einem ersten Verfahrensschritte werden die auf dem Informationsfeld 52 enthaltenen Informationen des Reaktionsträgers 14, insbesondere in Bezug auf die zu messende Komponente des Gasgemisches und einen entsprechenden Konzentrationsbereich, ausgelesen.
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Daraufhin wird entschieden, ob bei der durchzuführenden Messung ein Durchspülvorgang zum Durchspülen des Gaszuflusskanals 16 durchgeführt werden soll. Dazu werden beispielsweise die Daten der durchzuführenden Messung und der vorhergehenden Messung berücksichtigt, insbesondere Daten über die zu messende Komponente des Gasgemisches und der zuvor gemessenen Komponente des Gasgemisches und deren Konzentration. So kann beispielsweise bei aufeinanderfolgenden Messungen gleichartiger Komponenten auf einen Durchspülvorgang verzichtet werden, wenn bei der vorhergehenden Messung die Komponente nicht detektiert wurde bzw. die Konzentration unter der Konzentrationsschwelle des Konzentrationsbereich der jetzt durchzuführenden Messung lag. Durch Verzicht auf den Durchspülvorgang kann die Messung schneller durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, bei Verwendung eines neuen Reaktionsträgers 14 ohne bereits benutzte Strömungskanäle 42 eine sofortige Messung durchzuführen, sodass nur ein unbenutzter Strömungskanal 42 für die Messung benötigt wird.
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Wenn eine Bewertungseinrichtung 76 der zentralen Steuerungseinheit 41 entschieden hat, einen Durchspülen des Gaszuflusskanals durchzuführen, so wird der Reaktionsträger 14 in einer ersten Relativposition positioniert, in der ein ausgewählter Strömungskanal 42 zum Durchspülen des Gaszuflusskanals 16 benutzt wird. Vorzugsweise ist der ausgewählte Strömungskanal 42 ein bereits benutzter Strömungskanal 42. Dies kann beispielsweise der in Einfuhrrichtung erste Strömungskanal 42 sein oder der jeweils zuletzt auf diesem Reaktionsträger 14 benutzte Strömungskanal 42.
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In dem Fall, indem der Reaktionsträger 14 keine bereits benutzte Reaktionskammer 46 aufweist, kann die Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22 und 24 in der ersten Relativposition des Reaktionsträgers 14 durch einen Strömungskanal 42 mit einer unbenutzten Reaktionskammer 46 hergestellt werden. Während des Förderns von Gas zur Durchspülung des Gaszuflusskanals 16 wird dabei mittels der Digitalkamera 38 eine Konzentration der zumindest einen zu messenden Komponente mittels der optisch detektierbare Reaktion in der Reaktionskammer 46 bestimmt. In einem darauf folgenden Verfahrensschritte wird entschieden, ob eine Messung an der zweiten Relativposition mit einem zweiten Strömungskanal mit unbenutzte Reaktionskammer durchgeführt werden soll. Die Entscheidung wird beispielsweise aufgrund der bestimmten Konzentration während des Durchspülen sowie beispielsweise Informationen einer vorhergehenden Messung und deren Ergebnisses gefällt. Soweit diese Ergebnisse eine mögliche viel Messung im wesentlichen ausschließen lassen, kann auf die Messung mit dem zweiten Strömungskanal 42 in der zweiten relativ Stellung des Reaktionsträgers 14 verzichtet werden, wodurch der zweite Strömungskanal mit der unbenutzten Reaktionskammer für eine weitere Messung zur Verfügung steht. Die Messvorrichtung gibt somit den beim Durchspülen des Gaszuflusskanals gemessenen Konzentration als Messergebnis aus.
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In dem Fall, indem der Reaktionsträger 14 zumindest eine bereits benutzte Reaktionskammer 46 oder einen zum Durchspülen bestimmten Strömungskanal 42 ohne Reaktionskammer 46 aufweist, wird der Reaktionsträger 14 in einer ersten Relativposition zu den Gasanschlüssen 22, 24 der Messvorrichtung 12 positioniert, die dem zum Durchspülen bestimmten Strömungskanal, der im Folgenden als erster Strömungskanal 42 bezeichnet wird, entspricht. In der ersten Relativposition wird durch Absenken der Gasanschlüsse 22, 24 eine Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22 und 24 über den ersten Strömungskanal hergestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist dieser erste Strömungskanal 42 der in Einfuhrrichtung vorderste Strömungskanal 42. Es kann jedoch grundsätzlich auch ein anderer Strömungskanal 42 ausgewählt werden um entsprechend der ersten Relativposition als erster Strömungskanal 42 zu dienen.
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Die Gasfördereinrichtung 28 fördert Gas durch den Gasabflusskanal 18, den ersten Strömungskanal 42 und den Gaszuflusskanal 16 zum Durchspülen des Gaszuflusskanals 16. Auf diese Weise wird von einer vorhergehenden Messung im Gaszuflusskanal 16 verbliebenes Gas aus dem Gaszuflusskanal 16 gespült. Die Dauer des Durchspülen des Gaszuflusskanals kann auf einen vorbestimmten Wert festgelegt werden oder es kann mithilfe des Durchflusssensors 30 ein bestimmtes Volumen von Gas gefördert werden, welches beispielsweise einem bestimmten Vielfachen des Volumens des Gaszuflusskanals 16 entspricht.
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Anschließend wird der Reaktionsträger 14 in einer zweiten Relativposition zu den Gasanschlüssen 22, 24 der Messvorrichtung 12 positioniert, wobei ein Strömungskanal 42 ausgewählt wird, welcher eine unbenutzte Reaktionskammer 46 aufweist. Eine Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22, 24 wird durch den zweiten Strömungskanal 42 hergestellt und die Gasfördereinrichtung 28 fördert ein zu messendes Gasgemisch durch den Abflusskanal 18, den zweiten Strömungskanal 42 und den Gaszuflusskanal 16, wobei die Digitalkamera 38 eine eventuelle optische detektierbare Reaktion in der Reaktionskammer 46 erkennt und mittels des zeitlichen Verlaufs oder des Grads einer Verfärbung der optisch detektierbaren Reaktion eine Konzentration der zu bestimmenden Komponente des Gasgemisches bestimmt wird. Ist die zu bestimmende Komponente des Gasgemisches nicht im Gasgemisch enthalten oder liegt in einer Konzentration unter einer Detektionsschwelle des Konzentrationsbereichs des vorliegenden Reaktionsträgers vor, so wird keine optisch detektierbare Reaktion in der Reaktionskammer festgestellt. Ein entsprechendes Ergebnis der Messung wird durch die Messvorrichtung beispielsweise optisch oder akustisch angezeigt.
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Durch den Spülvorgang vor der eigentlichen Messung wird ein Eindringen von Restgas einer vorhergehenden Messung in die jeweilige Reaktionskammer 46 des Reaktionsträgers 14 verhindert.
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Die 12 und 13 zeigen eine schematische Ansicht eines Messsystems 10 mit Reaktionsträger 14 sowie einer schematisch gezeigten Messvorrichtung 12, von der lediglich die Gasanschlüsse 22, 24 und die Gaszufluss- und Abflusskanäle 16, 18 gezeigt sind. Der Reaktionsträger 14 unterscheidet sich von dem Reaktionsträger der vorhergehenden Ausführungsformen im Wesentlichen dadurch, dass der in Einführrichtung vorderste Strömungskanal 42 ohne Reaktionskammer 46 ausgebildet ist. Es ist insbesondere auch möglich, dass dieser erste Strömungskanal 42 einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist, so dass ein höherer Volumenstrom durch den Strömungskanal 42 gefördert werden kann. Die anderen Strömungskanäle 42 des Reaktionsträgers 40 sind analog zu den vorhergehenden Ausführungsformen ausgebildet. Bereits in vorhergehenden Messungen benutzte Reaktionskammern 46 (Strömungskanäle 2 und 3) sind dunkel schattiert gezeichnet, während unbenutzte Reaktionskammern 46 (Strömungskanäle 4 bis 6) hell schattiert gezeichnet sind. Die Anzeigestifte 50 der Codierung 51 sind entsprechend hell und dunkel gezeichnet, wobei die hell gezeichneten Anzeigestifte den weiter hervorstehenden Anzeigestiften 50 aus 8 und 9 entsprechen, die unbenutzte Reaktionskammern 46 codieren.
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Bei dieser Ausführungsform wird das Messverfahren angepasst, sodass der Reaktionsträger 14 für den Durchspülvorgang jeweils immer in der gleichen ersten Relativposition positioniert wird, wobei der Durchspülvorgang über den in Einführrichtung vordersten Strömungskanal 42 ohne Reaktionskammer durchgeführt wird. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der Strömungskanal 42 ohne Reaktionskammer 46 an einer anderen Position des Reaktionsträgers 14 angeordnet ist.
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Vorzugsweise findet bei jedem Herstellen einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22, 24 über einen Strömungskanal 42 eine Überprüfung von Leckageströmen statt.
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In einem ersten Schritt wird der Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18 mit dem zugehörigen Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 verbunden. In einem zweiten Schritt wird Gas durch den Gasabflusskanal 18 und den damit verbundenen Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 gefördert, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zur Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Ist das System von Gasabflusskanal und Strömungskanal gasdicht, so wird im Wesentlichen kein Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 gemessen, da der Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 über das von der Dichtungsvorrichtung 62 verschlossene zweite Anschlusselement 44 gasdicht verschlossen ist.
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In einem weiteren Schritt wird der Gaszuflusskanal 16 stromaufwärts durch das Ventil 54 verschlossen und der Gasanschluss 22 des Gaszuflusskanals 16 wird mit dem entsprechenden Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 verbunden. Anschließend wird Gas durch die Gasfördereinrichtung 28 durch den Gasabflusskanal 18, den Strömungskanal 42 und den Gaszuflusskanal 16 gefördert, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zu Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Ist das System von Gasabflusskanal 18, Strömungskanal 42 und Gaszuflusskanal 16 gasdicht, so wird im Wesentlichen kein Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 gemessen, da der Gaszuflusskanal 16 durch das Ventil 54 gasdicht verschlossen ist.
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Bei einem gasdichten Messsystem 10, bei dem vor Überprüfung der Leckageströme Normaldruck in Gasabflusskanal 18, Strömungskanal 42 und/oder Gaszuflusskanal 16 vorliegt, ist die in den vorhergehenden Absätzen beschriebene Messung von im Wesentlichen keinem Gasstrom dahingehend zu verstehen, dass ein im Wesentlichen exponentiell abnehmender, dem Unterdruck folgendem Gasfluss gemessen wird. In anderen Worten entspricht der gemessene Gasstrom bei einem gasdichten Messsystem 10 dem zu Beginn der Messung in den Kanälen 16, 18, 42 vorliegendem Gasvolumen, welches bei der Überprüfung der Leckageströme durch die Gasfördereinrichtung 28 abgepumpt wird.
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Wird ein Leckagestrom durch den Gasabflusskanal 18, d. h. ein über den im vorhergehenden Absatz genannten Gasstrom hinausgehender Gasstrom, bei der Überprüfung gemessen, so wird eine entsprechende Fehlermeldung durch die Messvorrichtung 12 ausgegeben. Der Strömungskanal 42 auf dem Reaktionsträger 14 oder Gasabflusskanal 18 und Gaszuflusskanal 16 der Messvorrichtung 12 können dann beispielweise durch den Benutzer überprüft werden.
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Es ist auch möglich, dass bereits in einem ersten Schritt beide Gasanschlüsse 22, 24 des Gasabflusskanals 18 und des Gaszuflusskanals 16 mit den entsprechenden Anschlusselementen 44 des Strömungskanals 42 verbunden werden und entsprechend eine einzige Überprüfung von Leckageströmen durchgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Messsystem
- 12
- Messvorrichtung
- 14
- Reaktionsträger
- 16
- Gaszuflusskanal
- 18
- Gasabflusskanal
- 20
- Gasgemischeinströmöffnung
- 22
- Gasanschluss
- 24
- Gasanschluss
- 26
- Gasgemischausströmöffnung
- 28
- Gasfördereinrichtung
- 30
- Durchflusssensor
- 32
- Puffer
- 34
- Reaktionsträgerfördereinrichtung
- 36
- Positionssensor
- 38
- Digitalkamera
- 40
- Aufnahmefeld
- 41
- zentrale Steuerungseinheit
- 42
- Strömungskanal
- 44
- Anschlusselemente
- 46
- Reaktionskammer
- 48
- Reaktionsstoff
- 50
- Anzeigestift
- 51
- Codierung
- 52
- Informationsfeld
- 54
- Ventil
- 56
- Servomotor
- 58
- Getriebe
- 59
- Verzahnung
- 60
- Gehäuse
- 62
- Dichtungsvorrichtung
- 64
- erste Abdichtung
- 66
- zweite Abdichtung
- 68
- Dichtung
- 69
- Auflagering
- 70
- Röhrchen
- 72
- Ausnehmung
- 74
- Teilbereiche
- 76
- Bewertungseinrichtung
- 78
- Speichereinrichtung
- 80
- Einführöffnung
- 82
- Gehäuse (der Messvorrichtung)
