DE1773796C

DE1773796C - Method and device for conveying and metering gases for gas analysis

Info

Publication number: DE1773796C
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. 5090 Leverkusen; Siemer Klaus 5072 Schildgen. BOIl 11-00 Breuer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Publication date: 1972-07-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fördern und Dosieren von Gasen für Gayanalysen mittels einer Pumpe, die das Gas mit konstantem Volumen pro Arbeitstakt fördert. Die Vorrichtung hierfür, wie sie bei Gasanalysengeräten Anwendung findet, besteht aus einer taktweise arbeitenden Gasförderpumpe mit einem Elektromotor als Antrieb, der mit einem Frequenzgeber zur Drehzahlvorgabe verbunden ist.The invention relates to a method and an apparatus for pumping and dosing gases for gay analyzes by means of a pump that carries the gas with constant volume per work cycle. The device for this, as used in gas analyzers Is used, consists of a cyclic gas feed pump with an electric motor as Drive that is connected to a frequency generator for speed specification.

In dem Buch von Hengstenberg-Sturm-Winkler, Messen und Regeln in der Chemischen Technik, 2. Auflage, 1964, wird auf den Seiten 406 und 407 erwähnt, daß die volumetrische Abfüllung von Gasen wegen der Druck- und Temperaturabhängigkeit mit Schwierigkeiten verbunden ist. In der deutschen Patentschrift 516 719 wird eine Vorrichtung zur Entnahme von Gaspioben aus Leitungen mit schwankendem Druck beschrieben. Sinkt hierbei der Druck in der Leitung unter einen bestimmten Sollwert ab, so wird ein Gashahn in der Absaugeleitung für die Pro-, ao ben über einen Stellmotor geschlossen. Bei zu tiefem Druck findet also keine Entnahme von Gasproben statt.In the book by Hengstenberg-Sturm-Winkler, Measurement and Control in Chemical Technology, 2nd edition, 1964, it is mentioned on pages 406 and 407 that the volumetric filling of gases is associated with difficulties because of the pressure and temperature dependence. In the German patent specification 516 719 is a device for the removal of Gaspioben from lines with fluctuating Pressure described. If the pressure in the line falls below a certain setpoint, so a gas tap in the suction line for the sample, ao ben is closed via a servomotor. At too deep No gas samples are taken under pressure.

Bei einem Verfahren zur Gewinnung einer Durchschnittsprobe von Gasen (deutsche Patentschrift 839 725) werden Zug- und Drucksperren angewendet, um ungleich näßige Gasströmungen infolge von Druck- und Temperaturschwankungen zu verhindern. Eine Regelung der Gasströmung im Sinne eines konstanten Massenflusses ist hicmit jedoch nicht möglich.In a method for obtaining an average sample of gases (German patent specification 839 725) tension and pressure barriers are used to prevent uneven gas flows as a result of Prevent pressure and temperature fluctuations. A regulation of the gas flow in the sense of a However, this does not mean constant mass flow possible.

In der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 954645 wird ein Gasanalysator zur Untersuchung von Dieselabgasen beschrieben. Zur Erzielung einer höheren Meßsicherheit wird die im Analysator eingebaute Gasförderpumpe erst nach Erreichen einer festgelegten Gerätebetriebstemperatur über einen mit einem Temperaturfühler gekoppelten elektrischen Schalter eingeschaltet. Auch bei dieser Apparatur ist nicht vorgesehen, die Gasdosierung in Abhängigkeit von der Temperatur so zu steuern, daß ein konstanter Massenfluß erzielt wird.In the German utility model 1 954645 describes a gas analyzer for examining diesel exhaust gases. To achieve a higher The gas feed pump built into the analyzer only becomes reliable when a specified one is reached Device operating temperature via an electrical switch coupled to a temperature sensor turned on. In this apparatus, too, there is no provision for the gas metering to be dependent on to control the temperature so that a constant mass flow is achieved.

Werden geringe Anforderungen an die Meßgenauigkeit bei Gasanalysen gestellt, so kann man Dosierpumpen verwenden, die pro Arbeitstakt ein konstantes Volumen fördern und deren Antriebsfrequenz konstant gehalten wird. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen muß jedoch die Änderung des Gasvolumens bei einer entsprechenden Änderung der Zustandsgrößen Druck und Temperatur des zu untersuchenden Gases im Analysenergebnis berücksichtigt werden. Schon bei Luftuntersuchungen führen die meteorologisch bedingten Zustandsänderungen der Luft beispielsweise im ausgeglichenen nordwestdeutschen Raum zu einem Fehler von ± 7,5 °/« (97,5 ⁰Ie ige Sicherheit), Dagegen verbleibt nach Be· rücksichtigung der Temperatur nur noch ein Restfeh· ler von + 2,2 ·/« (97,5 V₀ige Sicherheit) infolge der nicht korrigierten Druckschwankungen, If low demands are placed on the measurement accuracy in gas analyzes, metering pumps can be used which deliver a constant volume per work cycle and whose drive frequency is kept constant. In the case of higher accuracy requirements, however, the change in the gas volume with a corresponding change in the state variables pressure and temperature of the gas to be examined must be taken into account in the analysis result. Even with air investigations, the meteorologically induced state changes the air cause, for example in the balanced North-West Germany in an error of ± 7.5 ° / "(97.5 ⁰ Ie owned security) In contrast, the temperature only remains to Be · consideration a Restfeh · ler of + 2.2 · / «(97.5 V ₀ ige security) as a result of the uncorrected pressure fluctuations,

Eine solche, die Genauigkeit von Oasanalysen er· höhende Berücksichtigung der Temperatur erfolgt bisher in der Regel durch eine aufwendige Thermo· statisicrung des Systems oder rechnerische Auswertung der gesondert gemessenen Temperaturen,Such a consideration of the temperature, which increases the accuracy of oasis analyzes, takes place hitherto usually by means of a complex thermal statisicration of the system or a computational evaluation of the separately measured temperatures,

Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile be· hoben werden können, wenn die Zeitfolge der Ar· feeltstakte der Pumpe in Abhängigkeit von der Gas· temperatur derart geregelt wird, daß eine massen* konstante Förderung erzielt wird. Auf diese Weise wird der Temperaturfehler, der bei den bisher bekannten Verfahren die Messung verfälschte, vermieden. It has now been found that these disadvantages can be eliminated if the time sequence of the articulation cycles of the pump is regulated as a function of the gas temperature in such a way that a constant flow rate is achieved. In this way, the temperature error, which falsified the measurement in the previously known methods, is avoided.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasförderpumpe ein Temperaturfühler zur Messung der Gastemperatur angeordnet ist, der mit dem Frequenzgeber zur Regelung der Zeitfolge der Arbeitstakte der Gasförderpumpe zwecks Erzielung massenkonstanter Gasförderung gekoppelt ist.The device according to the invention for performing the method is characterized in that that a temperature sensor for measuring the gas temperature is arranged in the gas feed pump, which with the frequency generator to regulate the timing of the working cycles of the gas feed pump for the purpose of achieving this is coupled to constant mass gas delivery.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigtThe invention will be explained using an exemplary embodiment with the aid of a drawing. It shows

F i g. ( die Vorrichtung im Blockschema undF i g. (the device in the block diagram and

F i g. 2 die technische Ausführungsform der Vorrichtung. F i g. 2 shows the technical embodiment of the device.

In F i g. 1 wird eine Pumpe 1 konstanten Fördervolumens pro Arbeitstakt von einem Elektromotor 2 angetrieben, dessen Drehzahl durch die Frequenz eines Frequenzgebers 3 vorgegeben ist. Der Frequenzgeber 3 wird durch einen in der Pumpe 1 saugseitig angeordneten Temperaturfühler 4 derart ge-'steuert, daß die Folge der Arbeitstakte der Pumpe I im Sinne einer massenkonstanten Gasförderung verändert wird. Zum Beispiel bewirkt ein Anstieg der Gastemperatur eine Frequenzzunahme, die so abgeglichen ist, daß genausoviel mehr an Volumen gefördert wird, wie die Masse pro Volumen infolge des Temperaturanstieges abgenommen hat. Eine entsprechend entgegengesetzte Wirkung erfolgt bei einem Abfall der Gastemperatur.In Fig. 1 becomes a pump 1 with a constant delivery volume per work cycle from an electric motor 2 driven, the speed of which is predetermined by the frequency of a frequency generator 3. The frequency generator 3 is controlled by a temperature sensor 4 arranged on the suction side of the pump 1 in such a way that that the sequence of the work cycles of the pump I changed in the sense of a constant-mass gas delivery will. For example, an increase in gas temperature causes an increase in frequency, which is thus balanced is that just as much more volume is conveyed as the mass per volume as a result of the Temperature rise has decreased. A correspondingly opposite effect occurs with one Drop in gas temperature.

Diese Vorrichtung hat den großen Vorteil, daß die ohnehin zur Gasanalyse erforderliche Gasförderpumpe gemäß der Erfindung nur geringfügig abzuwandeln ist, um die gewünscht», konstante Masse zu fördern, insbesondere, da in der Regel die für die Analysen benötigten Gasmengen mit leistungsarmen Einheiten gefördert werden und in vielen Fällen netzunabhängige Gasanalysen mit batteriebetriebenen Pumpen durchgeführt werden, die bereits durch Synchronmotoren mit elektronischem Frequenzgeber angetrieben sind.This device has the great advantage that the gas feed pump, which is required anyway for gas analysis is only slightly modified according to the invention in order to achieve the desired constant mass promote, especially since the gas quantities required for the analyzes are usually low-powered Units are funded and in many cases, network-independent gas analyzes with battery-operated Pumps are already carried out by synchronous motors with electronic frequency generators are driven.

In F i g. 2 ist eine Ringschaltung mit drei Transistoren 5 so ausgeführt, daß jeweils einer dieser Transistoren S elektrisch leitend ist, den folgenden ansteuert und selbst gesperrt wird. Die drei um jeveils 120' phasenverschobenen Gleichstromimpulse erzeugen in den drei Feldwicklungen 6 des Elektromotors 2 ein Drehfeld, mit dessen Frequenz der Magnetanker 7 des Motors 2 rotiert. Die in den Feldwicklungen 6 des Motors 2 induzierten Gegenspannungen sind proportional der Drehzahl des Motors 2. Sie werden mittels drei Gleichrichtern 8 ausgekoppelt, geglättet und über eine vorgeschaltete Zenerdiode 9 einem Regeltransistor 10 zugeführt. Übersteigt die Induktionsspannung- infolge erhöhter Mo· tordrehzahl die Zenerspannung, »0 bewirkt der Regeltransistor 10 ein Absinken der Frequenz im Sinne einer konstanten Drehzahl des Ankers 7. In Fig. 2, a ring circuit with three transistors 5 is designed so that in each case one of these transistors S is electrically conductive, controls the following one and is itself blocked. The three direct current pulses, each phase shifted by 120 ', generate a rotating field in the three field windings 6 of the electric motor 2, at the frequency of which the magnet armature 7 of the motor 2 rotates. The counter voltages induced in the field windings 6 of the motor 2 are proportional to the speed of the motor 2. They are decoupled by means of three rectifiers 8, smoothed and fed to a control transistor 10 via an upstream Zener diode 9. If the induction voltage exceeds the Zener voltage as a result of the increased motor speed, the regulating transistor 10 causes the frequency to drop in the sense of a constant speed of the armature 7.

Die Drehzahl des Motors 2 kann verändert wer· den, indem man die induzierte Spannung mit einem Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 11 und 12, verbindet, dessen Abgriff mit der Zenerdlode9 verbunden ist. Da als Spannungsteiler ein konstanter Widerstand 12 und ein temperaiurabhänglger Widerstand 11, der gleichzeitig den Temperaturfühler 4 darstellt, gewählt wurde, ist die Drehzahl des Motors 2 in Abhängigkeit von der in der OavThe speed of the motor 2 can be changed by changing the induced voltage with a Voltage divider, consisting of resistors 11 and 12, connects its tap with the Zenerdlode9 connected is. As a voltage divider, a constant resistor 12 and a temperature dependent Resistor 11, which at the same time represents the temperature sensor 4, was selected, is the speed of the Motors 2 depending on the one in the Oav

förderpumpe gemessenen Temperatur ,eränderlich im Sinne einer massenkonstanten Gasförderung.feed pump measured temperature, changeable in the sense of a gas delivery of constant mass.

Claims

Patent claims:

1. Method for conveying and metering gases for gas analyzes by means of a pump that promotes the gas with a constant volume per work cycle, characterized in that the The time sequence of the work cycles of the pump is regulated in this way as a function of the gas temperature is that a constant wet gas pumping is achieved.

-> Device for conveying and dosing Gases for gas analyzes, consisting of a tftkl-Sf ^ working Gas feed pump with emero

ErÄluns n, _aS s = nkons.ant «
is coupled.

1 sheet of drawings