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Gerät zur selbsttätigen Gasanalyse durch Absorption und Volumenmessung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur selbsttätigen Gas analyse durch Absorption
und Volumenmessung.
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In abgeschlossenen Räumen, in denen sich Menschen längere Zeit aufhalten,
ist es erforderlich, die Menge des einen oder anderen in der Luft vorhandenen Bestandteils
ständig zu überwachen. Diese Forderung betrifft vor allem Flugzeugkabinen, Schiffe,
ferner Untertagebetriebe, sowie bestimmte industrielle Fabrikationsräume.
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Um beispielsweise den in der Luft vorhandenen Kohlensäuregehalt zu
messen, ist es bekannt, eine bestimmte Menge der zu untersuchenden Luft mit Natronlauge
in Berührung zu bringen. Nach der Absorption der Kohlensäure wird die Volumenverminderung
gemessen. Letztere ist ein Maß für die in der untersuchten Luft enthalten gewesene
Menge Kohlensäure. Die bisher bekannten Geräte dieser Art eignen sich nur zur Absorption
desjenigen Gases, wofür sie konstruiert sind. Sie werden durchweg nur von Hand bedient.
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Demzufolge ist gut geschultes Personal immer erforderlich. Selbsttätig
arbeitende Geräte, z. B. solche für Rauchgasanalysen, sind verhältnismäßig groß,
schwer und sperrig aufgebaut; sie sind daher ortsgebunden. Die Bedienung und Überwachung
dieser Geräte erfordert ebenfalls Fachkräfte.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Geräte ist, daß sie
nur in einer bestimmten räumlichen Lage einwandfrei arbeiten; sobald die Geräte
schräg gehalten werden, versagen sie ihren Dienst. Auch bereits vorübergehendes
Schräghalten stört die Funktion der Geräte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein in allen räumlichen Lagen zuverlässig
arbeitendes unempfindliches und selbsttätiges Gasanalysengerät bzw. Gasspürgerät
zu schaffen, das bei Erreichen einer kritischen Konzentration der zu untersuchenden
Gaskomponente eine Fernanzeige beliebiger Länge, eine Alarmanlage oder gegebenenfalls
gleich eine Frischluftanlage in Tätigkeit setzt. Das Gerät soll von jedermann bedienbar
sein und keine besondere Ruhestellung erfordern.
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Das Gerät nach der Erfindung benutzt eine Pumpe, ein Absorptionsgefäß,
ein Volumenmeßgerät, einen Vorratsbehälter für die Absorptionsmasse sowie Verbindungsleitungen
und ein Steuerventil, das zusammen mit der Pumpe im Sinne zeitlich aufeinanderfolgender
Analysen angetrieben wird.
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Nach der Erfindung wird die Absorptionsmasse beim Einströmen des
Meßvolumens oder unmittelbar danach eingespritzt. Hierzu kann z. B. eine von einer
Einspritzpumpe gespeiste Einspritzdüse dienen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Einsprühung
mittels eines Injektors in die Einsaugleitung des Absorptionsgefäßes.
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Der Injektor besteht beispielsweise aus einer oder mehreren Kapillaren,
die mit ihren einen Enden in die Absorptionsmasse tauchen und mit ihren anderen
Ende in die gegebenenfalls nach Art eines Venturirohres ausgebildete Einsaugleitung
des Gerätes ragen.
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Die genannten Einrichtungen werden zweckmäßigerweise so gestaltet,
daß eine möglichst feine Zerstäubung der Absorptionsflüssigkeit mit dem Meßvolumen
erzielt wird.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Vorratsbehälter
für die Absorptionsmasse als Beutel - beispielsweise aus Kunststoffolie bestehend
- ausgebildet ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Wirkungsweise des Gerätes in
jeder räumlichen Lage ermöglicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels und den Ansprüchen.
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In der Zeichnung stellt dar: Fig. 1 den schematischen Aufbau des
Analysengerätes (der Steuerschieber befindet sich in seiner oberen Stellung, Pumpe
ist eingeschaltet), Fig. 2 das Steuerventil des Gerätes nach Fig. 1 in seiner mittleren
Stellung beim Einströmen des Meßvolumens in das evakuierte Absorptionsgefäß (Pumpe
ist abgeschaltet), Fig. 3 das Steuerventil des Gerätes nach Fig. 1 in seiner unteren
Stellung während des Absorptionsvorganges.
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Ein Elektromotor 10 treibt über eine Welle 11 (schematisch angedeutet)
eine Pumpe 12, z.B. eine
Flügelradpumpe bekannter Bauart. Der Einlaß
der Pumpe ist über Leitungen 13, 13' mit dem Steuergehäuse 14 und dem Absorptionsgefäß
44 und über Leitung 15, 15' mit dem Volumenmeßgerät 17 verbunden. Der Auslaß 18
der Pumpe 12 ragt ins Freie.
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An Leitung 13 ist ein Rohr 19 angeschlossen, das in ein Auffanggefäß
20 für verbrauchte Absorptionsmasse mündet.
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Das Steuergehäuse 14 enthält einen Kolben 25 mit drei Durchlässen
26, 27, 28, ferner eine Feder 29, die den Kolben 25 über einen Stößel 30 ständig
gegen eine Programmscheibe 31 drückt. Die Ansaugleitung 35 ist nach Art eines Venturirohres
gestaltet.
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Im Bereich des engsten Querschnittes des Venturirohres befinden sich
die Enden 36 einiger Kapillarröhrchen37. Sie stecken mit ihren anderen Enden in
einem Vorratsbehälter 38 für die Absorptionsmasse. Der Vorratsbehälter 38 ist als
flüssigkeitsdichter Beutel, z.B. aus einer Kunststoffolie bestehencl, ausgebildet
und mit einer Fassung 39 verbunden.
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Letztere ist durch einen Stopfen 40 oder durch einen Schnellverschluß
(nicht dargestellt) verschlossen. In den Vorratsbehälter 38 kann während der gesamten
Betriebsdauer keine Luft eindringen; durch den Beutel ist stets gleicher Innen-
und Außendruck gewährleistet. Die Einsaugleitung 35 ist hinter dem Steuergehäuse
14 durch ein kurzes Rohr 35' an das Absorptionsgefäß 44 angeschlossen. Das Volumenmeßgerät
17 besteht aus einem Rohr 45 geeigneter Länge, in dem sich ein Kolben 46 bewegen
kann.
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Durch Fettschmierung wird eine ausreichende Abdichtung bei relativ
leichter Verschiebemöglichkeit erreicht.
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Am anderen Ende des Absorptionsgefäßes 44 befindet sich eine Bohrung
47, in der ein Stab 48 gasdicht geführt ist. Im Innern des Stabes 48 sind elektrische
Leitungen 49 verlegt, die zu den Kontaktstiften 50 führen. Die Leitungen 49 stehen
über eine Stromquelle 51 mit einer Klingel 52 als Alarmanlage in Verbindung. Der
Stab 48 hat ferner Kerben 53, in die eine unter der Kraft einer Feder 54 stehende
Kugel 55 einrastet. Der Stab 48 läßt sich hierdurch in das Volumenmeßgerät 17 einschieben
und feststellen. Auf diese Weise wird diejenige kritische Konzentration eines in
der Luft vorhandenen Gasbestandteils eingestellt, bei der die Klinge 52 alarmiert.
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Zweckmäßigerweise wird - je nachdem welcher Bestandteil der Luft gerade
vermittelt werden soll - eine (nicht dargestellte) Skala am Stab 48 vorgesehen.
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Diese Skala kann z. B. Marken mit den Bezeichnungen: CO.2 = EXohlensäure,
CO = Kohlenoxyd, NH3 Ammoniak usw. tragen. Die hierbei zu verwendenden Absorptionsmassen
sind beispielsweise: Natronlauge, Kalilauge, Wasser usw. Auf diese Weise wird eine
einfache Bedienung durch angelernte Kräfte ermöglicht.
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Die Programmscheibe 31 ist so gestaltet, daß nacheinander der Steuerkolben
25 die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Stellungen einnimmt. Neben der Programm
scheibe 31 ist eine zweite Programmscheibe 60, die während der Stellung des Steuerkolbens
25 nach Fig. 1 den Stromkreis 62 des Motors 10 über einen Schalter 61 schließt.
Die Pumpe 12 läuft hierdurch an. Mit 63 ist eine Stromquelle angedeutet.
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Mit Pfeil 65 ist angedeutet, daß die Programmscheiben 31, 60 durch
einen (nicht dargestellten) Motor mit Untersetzungsgetriebe angetrieben werden.
Beispielsweise kann dieser Antrieb so gewählt werden,
daß die Programmscheiben31,
60 eine Umdrehung pro Minute machen, d. h. daß in jeder Minute eine Analyse erfolgt.
Zur Kontrolle des durch die Pumpe erreichten Unterdrucks ist an dem Absorptionsgefäß
44 ein Manometer 70 mit Schleppzeiger angebracht.
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Zweckmäßigerweise können Maßnahmen getroffen sein, durch die das Manometer
70 ein Warnsignal auslöst, wenn die Pumpe 12 den erforderlichen Unterdruck aus irgendeinem
Grunde nicht herstellt. Alle mit Absorptionsmasse in Berührung kommenden Teile des
Gerätes sind aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt. Die Wirkungsweise
des Gerätes ist folgende: Sobald die Kurvenscheibe 6ü den Schalter 61 betätig, läuft
der Motor 10 und damit die Pumpe 12 an. Die Kurvenscheibe 31 hat dabei den Steuerkolben
25 in die Lage nach Fig. 1 gebracht. Die Pumpe 12 saugt die Luft über die Leitungen
13', Bohrung 28, Leitung 13 aus dem Absorptionsgefäß 44. Gleichzeitig wird über
Leitung 15', Bohrung 27, Leitung 15 Luft aus dem Raum. oberhalb des Kolbens 46 des
Volumenmeßgeräts abgesaugt. Sobald ein genügend großes Vakuum erzeugt ist, drückt
die Kurvenscheibe 31 den Steuerschieber in die in Fig.2 dargestellte Lage. Gleichzeitig
öffnet der Schalter 61 den Stromkreis, wodurch die Pumpe zum Stillstand kommt. Die
Leitungen 13, 15 sind nunmehr abgeschlossen. Die Bohrung 27 des Steuerkolbens 25
stellt über den Einlaß 35 und Leitung 35' eine Verbindung zwischen der Außenluft
und dem Absorptionsgerät 44 her. Infolge des Druckunterschiedes strömt Luft in das
Absorptionsgefäß 44, wie durch Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist.
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Die an den oberen Enden der Kapillaren 36 vorbeiströmende Luft reißt
dabei Absorptionsmasse - z. B.
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Natronlauge - mit in das Absorptionsgefäß 44 hinein. Durch die Querschnittsverengung
im Venturirohr wird eine erhöhte Geschwindigkeit und gute Durchwirbelung zwischen
Luft und Absorptionsmasse erzielt. Beim Einströmen wird der Kolben 46 des Volumenmeßgerätes
in seine Ausgangslage (in der Zeichnung nach oben) geschoben. Sofort nach dem Einströmvorgang
bringt die Kurvenscheibe 31 den Steuerkolben 25 in die in Fig. 3 gezeichnete Lage.
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Alle Leitungen sind nun verschlossen, lediglich die Bohrung 26 stellt
über Öffnung 15" Leitung 15' eine Verbindung mit dem Außendruck her, so daß auf
die dem Absorptionsgefäß 44 abgewandte Seite des Kolbens 46 nunmehr Außendruck wirkt.
Infolge der inzwischen stattfindenden Absorption eines Bestandteiles der Luft (z.
B. Kohlensäure) verringert sich das in dem Absorptionsgefäß 44 eingeschlossene Luftvolumen.
Der Kolben 46 wird hierdurch in Richtung auf das Absorptionsgefäß geschoben. Die
Länge seines hierbei zurückgelegten Weges entspricht dem Volumen der absorbierten
Gaskomponente (z. B.
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Kohlensäure). Sobald bei einer dieser Messungen der Kolben 46 gegen
die Kontakte 50 des Stabes 48 drückt, schließt sich ein Stromkreis und setzt die
Klingel 52 in Betrieb.
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Die beschriebenen Vorgänge beginnen hieran anschließend wieder von
vorn.
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Das Gerät ist universell für viele absorbierbare Gase verwendbar.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Die
Injektion der Absorptionsmasse kann beispielsweise auch mittels einer besonderen
Einspritzpumpe erfolgen. Gleichfalls kann - wenn dies zweckmäßiger erscheinen sollte
- statt
des Kolbens 46 eine Membran oder ein Federbalg, wie er beispielsweise
an Thermostaten bekannt ist, vorgesehen werden.