DE19533510A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung flüchtiger und/oder gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme gelöster Gase oder flüchtiger Komponenten aus Flüssigkeiten zum Zwecke der Bestimmung ihrer Konzentration in dieser Flüssigkeit. Die Erfindung eignet sich besonders zur Ermittlung organischer Lö­ sungsmittel, flüchtiger Kohlenwasserstoffe, CO₂, O₂ und ähnlicher Gase und ist deshalb einem breiten Anwendungsgebiet zugänglich. Die Erfindung gewährleistet eine kontinuierliche Entnahme zwecks Bestimmung der Konzentration flüchtiger und/oder gelöster Stoffe. Diese kontinuierliche Entnahme ist für einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung, wie beispielsweise zur Beobachtung, Bedienung und Steuerung von Produktionsprozessen oder zur Überwachung und rechtzeitigen Erkennung von Umweftbelastungen von großer Bedeutung.

Für den Stoffübergang des gelösten Gases aus der Flüssigkeit zum Trägergas werden vordring­ lich zylinderförmige Sonden aber auch ein mikroporöse Körper in EP 0448 816 A2 verwendet. Letzterer ist wegen seiner Konstruktion vordringlich nur in Rohrleitungen mit strömenden Flüssigkeiten einsetzbar. Sonden mit zylindrischem Körper können auch in geschlossenen Behältern mit wechselnden Füllständen installiert werden. Sie verwenden die schlauchförmige Zylinderoberfläche oder aber die Zylinderstirnfläche zum Stoffaustausch. Die Stirnfläche, bei­ spielsweise in DE 36 11 596 A1, verfügt über eine kleine Austauschflächen und ist deshalb zum Nachweis geringerer Konzentrationen schlechter geeignet. Bei Sonden mit schlauchförmiger Austauschfläche wie beispielsweise DE-OS 23 10 264, EP 0 054 537 oder EP 0 174 417 A1 ist der Trägergaskanal gewindeförmig in den Sondenfinger eingearbeitet und mit einer permeablen Membran umspannt. Eine Querbohrung zum Sondeninneren sowie eine Sackboh­ rung innerhalb der Sonde sorgen für die Zuführung des angereicherten Trägergases zu einem Analysator. Nachteilig bei EP 0 054 537 oder EP 0 174 417 A1 sind der komplizierte Aufbau und die damit verbundene Störanfälligkeit, die Anordnung des Sensors in der Sonde, der lange Transportweg des Trägergases durch einen einzigen Permeationskanal. Letzteres ist mit vergleichsweise großem Trägergasvolumen und relativ langen Verweilzeiten in der Sonde verbunden.

Herkömmliche Sonden sind für einen zu messenden Konzentrationsbereiches konzipiert. Für Messungen in anderen Konzentrationsbereichen muß die Sonde umkonstruiert werden, um eine Anpassung der Arbeitsbereiche der Sonde und des Sensors zu erreichen, denn die zur Messung effektiv genutzte Membranfläche ist konstant und durch die Konstruktion vorgegeben. Her­ kömmliche Sonden können nicht in wechselnden Konzentrationsbereichen eingesetzt werden. Ein Problem herkömmlicher Sonden ist deren Meßwertverfälschung bei Änderungen der Flüs­ sigkeitstemperatur. Die starke Temperaturabhängigkeit betrifft den Stoffübergang durch die Membran und die Kennlinie des Sensors. Eine Temperaturänderung von beispielsweise 25°C auf 35°C bei einer Flüssigkeitskonzentration von 1 Vol% Ethanol in Wasser verändert den Stoffübergang an einer Silicon-Membran bereits um etwa 75%. Der zweite Effekt - die starke Temperaturabhängigkeit der Sensoren - wird am Beispiel der Kennlinie oft verwendeter Zinndioxid (SnO₂) Halbleiter-Gassensoren in Fig. 2 dargestellt: Die Kennlinie des Sensors verschiebt sich durch Temperaturerhöhung hin zu niedrigeren Widerständen (kleinerem Meß­ bereich). Falls der Sensor wie in EP 0 054 537, EP 0 174 417 A1 im Innern der Sonde ange­ ordnet ist, überlagern sich beide Effekte: Eine Temperaturerhöhung in der Flüssigkeit vergrö­ ßert zunächst den Stoffübergang durch die Membran (Konzentrationserhöhung in′ Trägergas). In dem Maße, in dem durch Wärmeaufnahme die Temperatur der Sonde erhöht wird, ver­ schiebt sich auch die Sensorkennlinie. Durch die zeitversetzte Wirkung auf Stoffübergang und Sensor ergibt sich ein komplizierter dynamischer Zusammenhang zwischen Temperatur­ änderung in der Flüssigkeit und dem Meßergebnis. Herkömmliche Sonden berücksichtigen nicht die zeitversetzte Teilwirkung der Temperaturänderung der Flüssigkeit auf die Membran und Sensor, da nur extern die augenblickliche Flüssigkeitstemperatur und nicht die unmittel­ bare Membrantemperatur und die Sensortemperatur bei der Temperaturkompensation des Meßergebnisses berücksichtigt wird. Herkömmliche Sonden sind somit nur für ein einge­ schwungenes Temperaturniveau einsetzbar. In Phasen der Temperaturschwankungen der Flüssigkeit treten erhebliche Meßfehler auf. In DE 36 11 596 A1 werden zwei Temperatur­ sensoren zur Regelung der Sondentemperatur (hier Permistor) und zur Temperaturregelung der beheizbaren Membran eingesetzt. Dies ist relativ aufwendig, komplex und somit nicht kostengünstig.

Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung flüchtiger und/oder gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen anzugeben, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der genannten Art vorzuschlagen, die einem breiten Einsatzgebiet zugänglich und für verschiedene Einsatzfälle konfigurierbar ist, die zum Nachweis in verschiedenen Konzentrations-Meßbereichen geeignet ist, deren Aufbau weniger kompliziert und daher weniger störanfällig und weniger kostenintensiv ist, die eine hö­ here Wirtschaftlichkeit durch Verringerung des Trägermedienverbrauchs bei vergleichbarer Membranfläche aufweist, bessere dynamische Eigenschaften durch eine geringere Verweilzeit des Trägermediums in der Sonde zu verzeichnen hat, bei der auch in Phasen mit Temperatur­ schwankungen des Meßmediums korrekte Meßwerte ermittelt werden.

Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Vor­ teile der erfindungsgeinäßen Vorrichtung zum Tragen kommen.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung zur Bestimmung flüchtiger und/oder gasförmiger Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen gelöst, wie sie in einem oder mehren der Ansprüche von 1 bis 12 und einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der An­ sprüche 13 bis 20 beschrieben sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Sondenkörper aus nur einem Grundkör­ per, dem zylinderförmigem Bauteil mit Flansch. Der Grundkörper verfügt dabei über außen­ seitig scheitelförmig verlaufende, mit ein oder mehreren Zuführnuten und ein oder mehrere Rückführnuten versehene Permeationskanäle zur Aufnahme des Trägermediums. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin mit einem Temperatursensor zur rechnerischen Tem­ peraturkompensation des Membran-Stoffübergangs ausgestattet. Die Permeationskanäle und der Temperatursensor sind durch eine selektiv wirkende Permeationsmembran abgedeckt. Die Permeationskanäle werden über Zuführkanäle mit dem Trägermedium versorgt. Die Entsor­ gung der Permeationskanäle erfolgt über die Rückführkanäle zum Trägermedienaustritt. Das angereicherte Trägermedium wird durch im Sondenkörper verlaufende Temperierkanäle mit einem einstellbaren Trägermedien-Bypaß verdünnt. Das mit der oder den Meßkomponenten angereicherte Trägermedium wird zu einem am Sondenkopf wärmeisoliert zum Grundkörper installierbarem oder installiertem Sensorträger mit temperaturstabilisiertem Sensor zwecks quantitativem Konzentrationsnachweis geführt.

Es ist im Falle geringerer Konzentrationen der angereicherten Substanz von Vorteil, wenn der Trägermedien-Bypaß mit Temperierkanälen entfällt und/oder jeweils nur eine Zulaufnut und eine Rückführnut verwendet wird.

Vorteilhafterweise verfügt der Grundkörper an seinem Fußende über eine Gewindebohrung oder einen Gewindestift, über die bzw. den ein Stopfen am Grundkörper montiert werden kann. Der Stopfen ist gegenüber dem Stutzen arretiert, z. B. durch einen Stift, der durch Stut­ zen und Stopfen geführt ist und der den Stopfen bei An- bzw. Abschrauben des Grundkörpers fixiert und somit gegen Verdrehen schützt. Um den Austritt von Flüssigkeit bei Sondeninstal­ lation in einem Behälter zu verhindern, verfügt entweder der Behälterstutzen über eine Ab­ dichtung, z. B. einen O-Ring, oder Stopfen und Grundkörper sind mit einer Abdichtung, z. B. einem O-Ring, ausgestattet.

Darüber hinaus ist von Vorteil, wenn der Grundkörper über Permeationsmembran und im Be­ darfsfall installierter Schutzmembran eine mit Öffnungen versehene Schutzhülle aufweist und diese beispielsweise mittels Gewinde am Grundkörper in einem solchen Abstand installiert ist, daß unter der Schutzhülle genügend Abstand zum Zirkulieren des Meßmediums verbleibt und zwischen äußerer Schutzhülle, Grundkörper und Stopfen eine plane Oberfläche entsteht.

Erfindungsgemäß wird eine Verringerung des Trägermedienvolumens und Verkleinerung der Verweilzeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Stoffübergangsfläche durch eine scheitel­ förmige Anordnung der Permeationskanäle erreicht. Im Gegensatz zu einer nach Stand der Technik gewindeförmigen Trägermedienführung erlaubt die scheitelförmige Trägermedien­ führung eine Aufteilung des Trägermedienstroms auf viele, parallel verlaufende Permeations­ kanäle. Durch Anzahl und Querschnitt der Permeationskanäle können Trägermedienvolumen und Verweilzeit bei vergleichbarer Membranfläche so reduziert werden, daß insgesamt ein günstigeres dynamisches Verhaften erzielt wird.

In der vorliegenden Vorrichtung wird die Überlagerung der Temperaturabhängigkeiten von Membran und Sensor dadurch ausgeschlossen, daß der Sensor am Kopfende der Sonde, wär­ meisoliert von der Sonde, angeordnet und seine Umgebungstemperatur durch eine Tempera­ turregelung stabilisiert wird. Weiterhin wird die Temperatur direkt unter der Permeations­ membran durch einen integrierten Temperatursensor gemessen. Die Anordnung des Tempera­ tursensors unter der Permeationsmembran ermöglicht die Messung direkt an der Membran. Der Temperatursensor ist für einen ggf. notwendigen Austausch zugänglich, wobei lediglich die Permeationsmembran zunächst zu entfernen und dann wieder neu zu installieren ist. Die Temperaturabhängigkeit des Membran-Stoffübergangs wird extern rechnerisch, z. B. durch einen Computer, oder direkt am Sensor durch eine elektronische Kompensationsschaltung ausgeglichen. Die Kenntnis des Temperatur-Zeitverhaltens des Membran-Stoffübergangs er­ laubt eine dynamische (zeitabhängige) Kompensation ohne Störung durch Überlagerung des Sensor-Einflusses.

Für den Fall konstanter Flüssigkeitstemperatur können der Temperatursensor an der Penneati­ onsmembran und die rechnerische Temperaturkompensation und/oder elektronische Kompen­ sationsschaltung entfallen.

Neben der Sensor-Umgebungstemperatur wirkt die Temperatur des Trägergases auf die Ar­ beitsweise des Sensors. Der eingehende Trägergasstrom ist wesentlich kälter als die Sensor- Oberfläche und führt zu einer Abkühlung derselben. Kleinere Schwankungen der Trägergas- Temperatur kann der Sensor kompensieren. Überschreitet die Trägergas-Temperatur aber ei­ nen gewissen Betrag, so ist ein Temperieren des Trägergases auf Arbeitstemperatur notwen­ dig, um eine Verschiebung des Sensor-Arbeitspunktes zu vermeiden.

Es ist somit günstig, zwischen Sonde und Sensor eine Temperierstufe zum Einstellen der Ar­ beitstemperatur des Trägermediums zu installieren. Im Falle veränderlicher Flüssigkeitstempe­ raturen kann die Temperierstufe mit einem Temperatursensor als Geber für einen Regelkreis zur Einstellung der Trägermedien-Arbeitstemperatur ausgestattet sein. Auch der Temperatur­ sensor an der Permeationsmembran kann als solcher Geber verwendet werden. Wird das Trä­ germedium in der Temperierstufe stark abgekühlt, kann eine drohende Kondensatbildung durch eine Trägermedien-Trocknung am Ausgang der Temperierstufe verhindert werden.

Liegt die Flüssigkeitstemperatur konstant im Bereich der Trägermedien-Arbeitstemperatur, so kann die Temperierstufe entfallen. Ist die Differenz zwischen Flüssigkeitstemperatur und Trä­ germedien-Arbeitstemperatur konstant, so können Regelkreis und Temperatursensor entfallen. Wird das Trägermedium in der Temperierstufe nicht abgekühlt, so kann die Trocknungsstufe entfallen, da keine Gefahr der Kondensatbildung besteht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Sonde so an die Sensoreigenschaften anzupassen, daß die Kennlinie optimal für unterschiedlichste Konzentrationsbereiche genutzt werden kann. Dies soll am Beispiel des bereits erwähnten Zinndioxid-Sensors dargestellt werden (Fig. 2). Dieser Sensor bestimmt die Konzentration in Abhängigkeit vom Widerstand. Im unteren Kon­ zentrations-Meßbereich verfügt der Sensor über eine hohe Empfindlichkeit - kleine Konzen­ trationsänderungen bringen große Widerstandsänderungen. Im oberen Konzentrationsbereich hingegen sind für große Änderungen der Konzentration nur kleine Widerstandsänderungen meßbar. Der Sensor hat somit im unteren Konzentrationsbereich eine hohe Empfindlichkeit und sollte in diesem Teil der Kenninie betrieben werden. Von besonderer Bedeutung beim Einstellen der Trägergaskonzentration der Meßkomponente ist die Membranfläche. Zum Nachweis sehr geringer Konzentrationen ist eine große Fläche wünschenswert. Sehr große Konzentrationen des Gases in der Flüssigkeit erfordern eher kleine Flächen, um nicht in den weniger empfindlichen Teil der Sensorkennlinie zu gelangen. Es ist somit äußerst vorteilhaft, daß die erfindungsgemäß eingesetzte Membranfläche variabel ist.

Die variable Fläche wird dadurch erreicht, das mehrere Flächensegmente auf der zylindrischen Oberfläche des Sondenfingers angeordnet werden. Ein solches Segment der Permeationsfläche besteht jeweils aus einer Zulaufnut, einer Ablaufnut und den zwischen beiden verlaufenden Permeationskanälen (vergl. Fig. 1). Die Segmente werden getrennt mit Trägergas versorgt. Ihre Ablaufkanäle werden im Sondeninneren gemeinsam dem Sensor zugeleitet. Die Segmente können bei Bedarf von außen über das Trägergas "zugeschaltet" bzw. "abgeschaltet" werden und führen so zu einer im laufenden Betrieb stufenweise einstellbaren Permeationsfläche.

Eine weitere Methode zur Anpassung der Konzentration der Substanz im Trägergas besteht in der Verdünnung der Meßkomponenten vor deren Messung im Sensor durch einen Trägergas- Bypaß (vergl. dazu Mandenius, C. F., Holst, O.: Monitoring of ethanol in production of baker′s yeast using an improvedment membrane gas sensor. Acta Chemica Scandinavica, B37 (1983), Nr.8, S. 746-748). Durch geschickte Wahl des Verdünnungsverhältnisses kann somit über einen größeren Meßbereich die hohe Empfindlichkeit des Sensors im unteren Konzentra­ tionsbereich genutzt werden. Das Verdünnungsverhältnis geht in die Sondeneichung ein. Dazu muß das Bypaß-Trägergas konstant über die gleiche Temperatur wie das mit den Meßkompo­ nenten angereicherte Trägergas verfügen, um Konzentrationsänderungen durch Mischen bei unterschiedlichen Temperaturen zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird das Bypaß-Medium deshalb im Innern der Sonde über einen Temperierkanal auf gleiche Temperatur gebracht. Der Temperierkanal kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein. Bei geringer Differenz zwischen Temperatur des Trägergases und Temperatur der Flüssigkeit (mit Meßkomponente) reichen zwei Sackbohrungen ins Sondeninnere aus, die mit einer Querbohrung verbunden sind. Höhere Temperaturdifferenzen erfordern eine größere Wärmeübergangsfläche, so daß eine Führung des Temperierkanals direkt unter der Sondenoberfläche ebenfalls scheitelförmig oder klassisch gewindeförmig notwendig wird. Wie weiter oben beschrieben, ist der scheitel­ förmigen Temperierkanal wegen kleinerem Volumen bei gleicher Wärmetauschfläche zu be­ vorzugen. In jedem Fall muß ein stabiles Gleichgewicht zwischen Meßgasdurchfluß und Bypaßgasdurchfluß vorhanden sein. Beide Kanäle können über Stelleinrichtungen zu Einstel­ lung des Trägermediendurchflusses verfügen, beispielsweise über Regulierschrauben mit Durchbohrung. Der Gasdurchfluß kann bei Bedarf vollständig unterbrochen werden. Die ge­ trennte Einspeisung unterschiedlicher Volumenströme an Bypaß- und Trägergas von außen ist ebenfalls eine praktikable Lösung. Durch Verstellen des Mischverhältnisses erfolgt somit eine Meßbereichsanpassung für die Vorrichtung.

Im speziellen Anwendungsfall kann es von Vorteil bzw. erforderlich sein, die Permeations­ membran gegen aggressive Medien mittels einer selektiven schlauchförmigen Schutzmembran zu schützen und mittels Festdrehens des Stopfens an ihren Stirnflächen abzudichten, soweit diese nicht durch ihr Aufbringen auf die Permeationsmembran bereits über einen festen Sitz verfügt. Als Beispiel sei hier die Ethanol-Konzentrationsmessung bei der Essigsäureherstellung genannt.

Die Vorrichtung kann zur Anreicherung eines Trägergases mit flüchtigen Komponenten be­ nutzt werden, das anschließend nach Präparation des Gasstromes einem externen Analysator zugeführt wird. Beispiele hierfür seien Flammenionisationsdetektoren, Massenspektrometer oder Gaschromatographen. Die Vorrichtung wird dann ausschließlich zur Probenahme ver­ wendet. Sie braucht nun nicht mit einem Sensor ausgestattet zu sein. Durch geschickte Wahl der Permeationsmembran und des Sensors kann die Vorrichtung auch zur Bestimmung von Komponentenkonzentrationen in Gasgemischen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sollen anhand nach­ folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Zur besseren Verständlichkeit ist in Fig. 1 die abgerollte zylindrische Oberfläche des Sonden­ körpers schematisch dargestellt. Das Trägergas 1 wird über eine Zulaufnut 2 auf viele, parallel angeordneten Permeationskanälen 3 aufgeteilt und dann über eine Ablaufnut 4 dem Analysator zugeführt. Während Zulaufnut 2 und Ablaufnut 4 über ähnlich dimensionierte Querschnitte wie herkömmliche Sonden verfügen, ermöglicht die parallele Führung des Trägergases eine erhebliche Reduzierung der Querschnittsfläche der einzelnen Permeationskanäle 3. Die Summe der Querschnitte der einzelnen Permeationskanäle 3 kann beispielsweise dem Querschnitt der Zulaufnut 2 oder Ablaufnut 4 entsprechen, um eine konstante Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen. Die effektive Permeationsfläche für den Stoffübergang bleibt erhalten. Das darunter befindliche Trägergasvolumen ist erheblich geringer. Die Verweilzeit wird reduziert, der Trägergasstrom kann ggf. verringert werden. Der Sondenkörper ist durch einfache Oberflächenbearbeitung zu fertigen und kann über geringere Abmaße verfügen, falls dies die benötigte Austauschfläche erlaubt. Der einfache Aufbau der Sonde hat eine geringere Störanfälligkeit zur Folge.

Im Folgenden sollen zwei Ausführungsbeispiele die Vorrichtung näher beschreiben. In Flüssig­ keiten mit großem Änderungsbereich der Konzentration ist bei kleinen Konzentrationen eine große Fläche, hingegen bei großen Konzentrationen eine kleinere Permeationsfläche von Vorteil.

1. Ausführungsbeispiel

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer im laufenden Betrieb stufenweise einstellbaren Permeationsfläche skizziert. Die Vorrichtung (A) besteht im Wesentlichen aus einem zylinderförmigem Grundkörper 5, bei Bedarf, einem Sensorträger 6 und einem Sensor 7. Durch den Trägergaseintritt 8 wird das Trägergas 1 über den Zuführkanal 9, die Zuführnut 2, den Permeationskanälen 3, die Rückführnut 4, den Rückführkanal 10, zum Sondenkopf geführt. Dabei wird das Trägergas über die Membran 11, welche über dem Sondenkörper in­ stalliert ist, mit der in der Flüssigkeit gelösten Komponente angereichert. Im 1. Ausführungs­ beispiel können 4 Membransegmente verwendet werden. Sie werden einzeln über die Träger­ medieneintritte 8, 8′, 8′′ und 8′′′ (8′′ und 8′′′ nicht dargestellt) gespeist. Die Segmente um­ fassen jeweils 25% der Permeationsfläche. Das mit Substanz angereicherte Trägergas wird im Rückführkanal 10 gesammelt, im Sensor 7 quantitativ nachgewiesen und dem Trägermedien­ austritt 12 zugeleitet.

Über die Abdichtung 13 und den Flansch 14 kann die Vorrichtung (A) mittels Überwurfmutter in einem Behälter oder anderem Ausrüstungsteil installiert werden. Zum Schutz der Permeati­ onsmembran 11 kann bei Bedarf eine schlauchförmige, ebenfalls permeable Schutzmembran (nicht dargestellt) sowie eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Schutzhülse (nicht darge­ stellt) über der Permeationsmembran 11 installiert werden. Der Temperatursensor 15 ist direkt unter der Membran installiert. Seine Meßleitungen werden durch den Kanal 16 nach außen geführt. Die Membran-Temperaturmessung wird zur externen Korrektur des tempera­ turabhängigen Stoffübergangs verwendet. Sensorträger 6 und Sensor 7 sind unter einer Hei­ zung 18 mit der Verschraubung 19 am Grundkörper 5 verschraubt und durch die Wärmeisola­ tionsschicht 26 von diesem getrennt. Der Temperatursensor 20 erfaßt die Sensor-Umge­ bungstemperatur und dient als Geber für die Regelung der Sensor-Umgebungstemperatur durch die Heizung 18. Die Heizung 18 dient zur Temperaturerhöhung, wenn die Sensor-Um­ gebungstemperatur unterhalb der Solltemperatur liegt. Der zylindrische Teil der Verschrau­ bung 19 dient zur Abgabe von Wärme, falls die Sensor-Umgebungstemperatur größer als die Solltemperatur ist. Die Solltemperatur muß in diesem Falle über der Umgebungstemperatur der Sonde liegen, um den Kühleffekt zu ermöglichen. Die Meß- und Heizleitungen werden am Meßleitungsaustritt 21 aus der Sonde geführt.

Der Grundkörper 5 verfügt am Fußende über eine Gewindebohrung oder einen Gewindestift (nicht dargestellt). Bei Bedarf kann daran einen Stopfen mit Abdichtung installiert werden, um den Behälter befüllen zu können, während sich die Sonde in herausgezogener Position befindet.

2. Ausführungsbeispiel

Das zweite Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist eine Vorrichtung mit Trägergas-Bypass und Sen­ sor. Sie verfügt im Vergleich zu Beispiel 1 über nur ein Permeationsflächensegment. Dies er­ streckt sich über die gesamte Zylinderfläche des Sondenkörpers. Durch den Trägergaseintritt 8 wird das Trägergas 1 über den Zuführkanal 9, die Zuführnut 2, die parallel angeordneten Per­ meationskanälen 3, die Rückführnut 4, den Rückführkanal 10 und die Regulierschraube 24 in den Mischraum 25 geführt. Dabei wird das Trägergas 1 über die Membran 11 mit Nach­ weissubstanz angereichert. Im Unterschied zum 1. Beispiel strömt ein Teil des Trägergases 1 im Zuführkanal 9 über die Temperierkanäle 22 und die Regulierschraube 23 im Bypaß zum Mischraum 25. Dieser Bypaß wird nicht mit Nachweissubstanz angereichert. Das aus dem Mischraum 25 zum Sensor strömende Trägergas hat also insgesamt eine geringere Konzen­ tration an Nachweissubstanz und erlaubt das Betreiben des Sensors im empfindlicheren Bereich der Sensorkennlinie. Um die Abbildung zu vereinfachen, wurden die weiteren, in Ausführungs­ beispiel 1 enthaltenen Komponenten Temperatursensor 15 und 20, Kanal für Meßleitung 16, Schutzhülse, Schutzmembran, Gewindebohrung (Gewindestift) sowie Stopfen mit Abdichtung nicht dargestellt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren konnten die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Bezugszeichenliste

1 Trägermedium
2 Zuführnuten
3 Permeationskanäle
4 Rückführnuten
5 Grundkörper
6 Sensorträger
7 Sensor
8 Trägergaseintritt
9 Zuführkanäle
10 Rückführkanäle
11 Permeationsmembran
12 Trägermedienaustritt
13 Abdichtung
14 Flansch
15 Temperatursensor
16 Kanal für Temperaturmeßleitung
17 Wärmeisolationsschicht
18 Heizung
19 Verschraubung
20 Temperatursensor
21 Meßleitungsaustritt
22 Temperierkanäle
23 Regulierschraube
24 Regulierschraube
25 Mischraum

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Bestimmung flüchtiger und/oder gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper aus nur einem Grundkörper, dem zylinderförmigen Bauteil (5) sowie dem Flansch (14) besteht, wobei der Grundkörper (5) über außenseitig scheitelförmig verlaufende, mit ein oder mehreren Zuführnuten (2) und einer oder mehreren Rückführnuten (4) versehene Permeations­ kanäle (3) zur Aufnahme eines Trägermediums (1) verfügt, mit einem Temperatursensor (13) zur rechnerischen Temperaturkompensation des Membran-Stoffübergangs ausgestattet ist, zur Ab­ deckung der Permeationskanäle (3) und des Temperatursensors (15) eine selektiv wirkende Permea­ tionsmembran (11) angeordnet ist, zur Versorgung der Permeationskanäle (3) mit Trägermedium ein oder mehrere Zuführkanäle (9) und zur Entsorgung dieser vom Trägermedium ein oder mehrere Rückführkanäle (10) zum Trägermedienaustritt (12) vorgesehen sind, zur Verdünnung des angerei­ cherten Trägermediums selbst im Sondenkörper verlaufende Temperierkanäle (22) mit einem ein­ stellbaren Trägermedien-Bypass angebracht sind und am Sondenkopf, wärmeisoliert zum Grund­ körper (5), ein Sensorträger (6) mit temperaturstabilisiertem Sensor (7) zwecks quantitativem Kon­ zentrationsnachweis der einen oder mehreren Meßkomponenten, mit der oder denen das Träger­ medium angereichert ist, installiert ist oder installiert werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Permeationsmembran (11) während des Betreibens der Vorrichtung ohne Unterbrechung der normalen Nutzung eine variabel zu aktivierende Stoffübergangsfläche aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß im Falle geringer Kon­ zentration der angereicherten Substanz der Trägermedien-Bypaß mit Temperierkanälen (22) entfal­ len kann und/oder jeweils nur eine Zulaufnut (2) und eine Rücklaufnut (4) installiert sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net daß zwischen Sonde und Sensor eine Temperierstufe zum Einstellen der Arbeitstemperatur des Trägermediums für die Messung installiert ist, die Temperierstufe einen Temperatursensor als Geber für eine Regelung der Arbeitstemperatur des Trägermediums und bei Kondensatbildung im Falle der Trägermedienabkühlung eine Trägermedientrocknungsstufe enthält.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net daß im Falle konstanter Flüssigkeitstemperatur der Temperatursensor (15) und die rechnerische Temperaturkompensation entfallen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net daß im Falle geringer Differenz zwischen Flüssigkeitstemperatur und Trägermedienarbeits­ temperatur die Temperierstufe mit Temperatursensor und Trägermedientrocknung entfallen kann.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grundkörper (5) an seinem Fußende über eine Gewindebohrung oder einen Gewinde­ stift verfügt, über die (den) ein Stopfen am Grundkörper (5) montiert werden kann und dieser Stop­ fen mit einer Arretierung Stopfen zu Stutzen oder Stopfen zu Gehäuse ausgerüstet ist sowie über eine Abdichtung zur Montage in einem Stutzen oder Gehäuse verfügen kann, soweit nicht in Stutzen oder Gehäuse bereits eine Abdichtung installiert ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net daß zum Schutz der Permeationsmembran (11) gegen aggressive Medien im Bedarfsfall eine schlauchförmige Schutzmembran über der Permeationsmembran (11) fest und abgedichtet installiert ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grundkörper (5) über eine Abdichtung (13) zur möglichen Installierung in einem Stutzen oder Gehäuse verfügt, sofern nicht im Stutzen oder Gehäuse bereits eine Abdichtung installiert ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über der Permeationsmembran (11) und der im Bedarfsfall installierter Schutzmembran eine mit Öffnungen versehene Schutzhülle am Grundkörper (5) in einem solchen Abstand installiert ist, daß unter der Schutzhülle genügend Abstand zum Zirkulieren des Meßmediums verbleibt und zwischen Schutzhülle, Grundkörper (5) und Stopfen eine plane Oberfläche entsteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Öffnungen versehene Schutzhülle mittels eines Gewindes oder einer anderen Befestigung am Grundkörper (5) installiert ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprache von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der am Sensorkopf wärmeisoliert zum Grundkörper (5) installierte Sensorträger (6) mit temperaturstabilisiertem Sensor (7) im Falle des Konzentrations-Nachweises in einem externen Analysator entfällt.

13. Verben zur Bestimmung flüchtiger und/oder gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der An­ sprüche von 1 bis 12 eingesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium über am Grundkörper außenseitig angebrachte und scheitelförmig verlaufende sowie mit ein oder mehreren Zu- und Rückführnuten versehene Permeationskanäle aufgenommen wird, mittels eines Tem­ peratursensors die rechnerische Temperaturkompensation des Membran-Stoffübergangs erfolgt, die Permeationskanäle und der Temperatursensor durch eine selektiv wirkende Permeations­ membran abgedeckt sind, die Permeationskanäle über Zuführkanäle mit Trägermedium versorgt und über Rückführkanäle zum Trägermedienaustritt vom Trägermedium entsorgt und das ange­ reiche Trägermedium selbst durch im Sondenkörper Verlaufende Temperierkanäle mit einstell­ baren Trägermedien-Bypass verdünnt wird und das mit der oder den Meßkomponenten angerei­ cherte Trägermedium zu einem, am Sondenkopf wärmeisoliert zum Grundkörper installierbarem oder installiertem Sensorträger mit temperaturstabilisiertem Sensor zwecks quantitativem Kon­ zentrationsnachweis geführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle geringerer Konzentration der angereicherten Substanz auf den Trägermedien-Bypaß mit Temperierkanälen verzichtet wird und/oder jeweils nur eine Zu- und Rückführnut verwendet wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche von 12 bis 15, dadurch gekennzeich­ net daß die Arbeitstemperatur des Trägermediums für die Messung mittels einer Sonde zwischen Sonde und Sensor installierten Temperierstufe eingestellt wird, die einen Temperatursensor als Geber für einen Temperatur-Regelkreis enthält und/oder über eine Trägermedien-Trocknung verfügt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche von 13 bis 16, dadurch gekennzeich­ net daß im Falle konstanter Flüssigkeitstemperatur auf den diesbezüglichen Temperatursensor verzichtet wird.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche von 13 bis 17, dadurch gekennzeich­ net daß im Bedarfsfall die Trägermedientrocknung und/oder die Temperaturregelung mit Tempe­ ratursensor und/oder die gesamte Temperierstufe entfallen.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche von 13 bis 18, dadurch gekennzeich­ net daß die Permeationsmembran im Bedarfsfall gegen aggressive Medien durch eine selektive schlauchförmige Schutzmembran geschützt wird, welche über der Permeationsmembran installiert und mittels Festdrehens des Stopfens an ihren Stirnflächen abgedichtet werden kann, soweit sie nicht durch ihr Aufbringen auf die Permeationsmembran bereits über einen festen Sitz verfügt.

20. Verfahren nach einem oder mehrere der Ansprüche von 13 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß der am Sondenkopf wärmeisoliert zum Grundkörper installierte Sensorträger mit tempe­ raturstabilisiertem Sensor im Falle des Konzentrationsnachweises mit einem externen Analysator entfällt.