DE19538125C2

DE19538125C2 - Gasmeßgerät

Info

Publication number: DE19538125C2
Application number: DE1995138125
Authority: DE
Inventors: Ingo Kaneblei; Mathias Martens; Ingo Pooch
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: DE19538125A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasmeßgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 15 98 021 geht eine Vorrichtung zur Kenntlichmachung von Gaskonzentrationen hervor, wobei eine definierte Stelle eines gasspezifischen Prüfröhrchens photoelektrisch abgetastet und eine Alarmvorrichtung betätigt wird, sobald die durch das spezielle Gas bewirkte Verfärbung die abgetastete Stelle passiert, das heißt eine entsprechende Gaskonzentration erreicht wird.

Ein Gasmeßgerät, bei welchem die zu untersuchende Gasprobe durch ein Prüfröhrchen hindurchgesaugt und der Konzentrationsanteil der nachzuweisenden Komponente in der Gasprobe durch Auswertung der Verfärbung eines Reagenzes bestimmt wird, ist aus der DE-PS 28 14 843 bekanntgeworden. Bei dem bekannten Gasmeßgerät wird die Wandergeschwindigkeit der Verfärbungsfront zwischen der verfärbten und der unverfärbten Zone des Reagenzes erfaßt, und für den Fall, daß die Wandergeschwindigkeit eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, ein Alarm ausgelöst. Zusätzlich wird die Konzentration der Komponente in der Gasprobe, die sich aus der Wandergeschwindigkeit ergibt, angezeigt.

Nachteilig bei dem bekannten Gasmeßgerät ist, daß bei hohen Konzentrationen schon nach sehr kurzer Zeit ein Alarm ausgelöst wird und eine genaue Konzentrationsbestimmung wegen der Kürze der auswertbaren Meßzeit nicht möglich ist. Auf der anderen Seite erfordert der Nachweis einer geringen Gaskonzentration unter Umständen eine sehr lange Meßzeit.

Um einen großen Meßbereich abzudecken, sind mehrere Prüfröhrchen mit abgestuften Meßbereichen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Dynamikbereich des Gasmeßgerätes hinsichtlich des Nachweises von hohen und geringen Konzentrationen der Komponente in der Gasprobe zu verbessern und die Meßzeit beim Nachweis von geringen Konzentrationen zu verkürzen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch die Verringerung des Probenahmeflusses durch den Meßkanal während der Startphase ein Nachweis von hohen Konzentrationen erleichtert wird. Andererseits ist ein Nachweis von geringen Konzentrationen in einer vertretbaren Meßzeit möglich, da durch die erfindungsgemäß vorgenommene Veränderung des Probenahmeflusses neben hohen auch niedrige Konzentrationen in der Gasprobe mittels eines einzigen Meßzyklus bestimmt werden können. Somit ist das Vorhalten von Meßkanälen mit unterschiedlicher Reagenzbelegung für hohe und für niedrige Konzentrationen nicht mehr erforderlich, bzw. kann in der Anzahl reduziert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Gasmeßgerätes,

Fig. 2 exemplarisch die zeitabhängige Verfärbung des Reagenzes in Abhängigkeit von der Konzentration und der Begasungszeit,

Fig. 3 den Verlauf der Konzentrations-Zeit-Kurve für die Konzentrationswerte nach der Fig. 2,

Fig. 4 den Verlauf eines Volumenstrom-Vorgabewertes V_e.

Fig. 1 zeigt ein Gasmeßgerät 1 in schematischer Anordnung. Über eine Förderleitung 2 wird die zu untersuchende Gasprobe mittels einer Pumpe 3 in einen Meßkanal 4 mit einem streifenförmig darin angeordneten Reagenz 5 gesaugt, wobei die nachzuweisende Komponente eine Farbänderung des Reagenzes 5 bewirkt. Die bei der Verfärbung des Reagenzes 5 entstehende Verfärbungsfront 6 wandert, je nach Menge der in den Meßkanal 4 einströmenden Komponente, von einer Gaseintrittsseite 7 zu einer Gasaustrittsseite 8. Die zeitabhängige Verfärbung des Reagenzes 5 wird von einer opto-elektronischen Abtastvorrichtung 9 erfaßt, die im vorliegenden Fall die zeitabhängige Verfärbung des Reagenzes 5 an einer festen Stelle des Meßkanals 4 registriert. Der Meßkanal 4 und weitere in der Fig. 1 nicht dargestellte Meßkanäle sind auf einem chipförmigen Träger 10 angeordnet. Der Träger 10 enthält weiter ein Informationsfeld 11 mit Kalibrierdaten des Meßkanals 4 und der übrigen nicht dargestellten Meßkanäle, wobei die im Informationsfeld 11 gespeicherten Daten mittels einer Abtastvorrichtung 12 in eine Auswerteeinheit 13 eingelesen werden. Neben Kalibrierdaten sind aus dem Informationsfeld 11 auch Meßbereich und Gasart des Meßkanals 4 abrufbar.

Die opto-elektronische Abtastvorrichtung 9 ist über eine Meßleitung 14 mit der Auswerteeinheit 13 verbunden und liefert über die Meßleitung 14 ein der zeitabhängigen Verfärbung des Reagenzes 5 proportionales Meßsignal als ein Verfärbungs-Istwert E(t), welcher, je nach Menge der umgesetzten Komponente, zwischen einem ersten Verfärbungswert E₀, bezogen auf das unverfärbte Reagenz 5, und einem zweiten Verfärbungswert E₁, bezogen auf das vollständig verfärbte Reagenz 5, liegt. Das pro Zeiteinheit von der Pumpe 3 geförderte Gasvolumen wird mittels einer an die Pumpe 3 angeschlossenen Pumpensteuerung 15 nach einem von einem Funktionsgeber 16 gelieferten Volumenstrom-Vorgabewert V_e eingestellt. Ein den Volumenstrom-Vorgabewert V_e erfassender Integrator 17 liefert das während eines Meßzyklus geförderte Gasvolumen V_g an die Auswerteeinheit 13. In der Auswerteeinheit 13 wird aus der gemessenen Verfärbung des Reagenzes 5 und dem innerhalb eines Meßzyklus geförderten Volumen V_g ein Konzentrationswert C errechnet und über eine Anzeigeeinheit 18 ausgegeben.

Fig. 2 zeigt exemplarisch den Verlauf der zeitabhängigen Verfärbung E(t) des Reagenzes 5 an einer festen Stelle des Meßkanals 4 für drei unterschiedliche Konzentrationswerte C₁, C₂ und C₃ der Komponente in der Gasprobe als Kurven 19, 20, 21. Die Kurven 19, 20, 21 wurden mit einem konstantem Volumenstrom-Vorgabewert V_e aufgenommen. Ein Verfärbungsgrad des Reagenzes 5 von 50%, E50, wird zu den Zeiten t₁, Kurve 19, t₂, Kurve 20, und t₃, Kurve 21, erreicht. Die Konzentration C₁ ist dabei größer als C₂ und C₂ größer als C₃.

In Fig. 3 sind die Konzentrationswerte C₁, C₂ und C₃ in Abhängigkeit von t₁, t₂ und t₃ als Konzentrations-Zeit-Kurve C(t) aufgetragen. Es ergibt sich, daß hohe Konzentrationen C bereits nach sehr kurzer Meßzeit anzeigbar sind, während kleine Konzentrationen erst nach vergleichsweise langer Meßzeit zur Verfügung stehen.

Das erfinderische Merkmal des Gasmeßgerätes 1 besteht nun darin, daß der von der Pumpe 3 geförderte Volumenstrom während eines Meßzyklus nach einem von dem Funktionsgeber 16 vorgegebenen Muster erhöht wird. Ein derartiges Muster für das Fördervolumen der Pumpe 3 ist beispielhaft in der Fig. 4 durch die Kurven 22, 23 veranschaulicht. Bei Kurve 22 wird der Volumenstrom-Vorgabewert V_e stufenweise von V_e1 über V_e12 auf V_e2 erhöht, während Kurve 23 ein stetiges Anwachsen des Volumenstrom- Vorgabewertes V_e zeigt.

Bei Kurve 22 liegt bis zur Zeit t=ta der Volumenstrom-Vorgabewert V_e1 vor, zwischen den Zeiten ta und tb nimmt er den Wert V_e12 an und wird zur Zeit t=tb auf V_e2 erhöht. Zum Zeitpunkt t=tc ist die Gasprobenahme beendet und die Pumpe 3 wird abgeschaltet.

Mit der Veränderung des Volumenstrom-Vorgabewertes V_e wird qualitativ erreicht, daß Kurve 19, Fig. 2, abgeflacht und damit besser auswertbar wird, während Kurve 21, Fig. 2, steiler verläuft und damit der E₅₀-Wert besser zu detektieren ist.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Gasmeßgerätes 1 mit dem angegebenen Flowmuster für die Pumpe 3 ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Anteil der Komponente in der Gasprobe, d. h. die nachzuweisende Konzentration, von der Größenordnung her unbekannt ist. Würde man nämlich das Reagenz 5 mit einem konstanten, mittleren Volumenstrom- Vorgabewert V_e begasen, tritt bei höherer Konzentration bereits nach sehr kurzer Zeit t eine Verfärbung ein, wobei der Farbumschlag, d. h. der Übergang vom ersten Verfärbungswert E₀ auf den zweiten Verfärbungswert E₁ auf der Zeitachse dicht zusammen liegt und daher quantitativ nicht mehr auswertbar ist. Um den Übergang von E₀ auf E₁ besser aufzulösen, müßte mit einem weiteren Meßkanal eine neue Messung mit einem verringerten Volumenstrom durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Volumenstrom-Vorgabewert V_e nach einer auf das Reagenz 5 bezogenen Konzentrations-Zeit-Umkehrfunktion, d. h. entsprechend der Umkehrfunktion der Kurve C(t) der Fig. 3 gebildet wird. Mit einem derartigen Verlauf für den Volumenstrom-Vorgabewert V_e würde sich für die Kurve C(t) der Fig. 3 eine Gerade ergeben. Nichtlinearitäten der Konzentrations-Zeit-Kurve wären damit eliminiert.

Claims

1. Gasmeßgerät (1) mit einer Pumpe (3) zur Förderung eines Volumenstrom-Vorgabewertes V_e einer Gasprobe mit einer nachzuweisenden Komponente durch einen ein Reagenz (5) enthaltenden Meßkanal (4), wobei der Nachweis der Komponente durch Farbänderung des mit der Komponente reagierenden Reagenzes (5) erfolgt und mit einer die Verfärbung des Reagenzes (5) erfassenden Abtastvorrichtung (9), welche ein der Verfärbung und damit der Konzentration C der Komponente in der Gasprobe proportionales Meßsignal als Verfärbungs-Istwert E(t) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Volumenstrom-Vorgabewert V_e der Pumpe (3) während eines Meßzyklus erhöhender Funktionsgeber (16) vorgesehen ist.

2. Gasmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom-Vorgabewert V_e von einem ersten Volumenstrom- Vorgabewert V_e1, welcher den Nachweis eines ersten Konzentrationswertes C₁ gestattet, ausgeht, wobei der erste Volumenstrom-Vorgabewert V_e1 derart festgelegt ist, daß als erster Konzentrationswert C₁ die höchste nachzuweisende Konzentration auswertbar ist.

3. Gasmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom-Vorgabewert V_e, ausgehend von dem ersten Volumenstrom-Vorgabewert V_e1, durch den Funktionsgeber (16) auf zumindestens einen derartigen, gegenüber dem ersten Volumenstrom- Vorgabewert V_e1 erhöhten Volumenstrom-Vorgabewert V_e2 in der Weise eingestellt ist, daß mit dem Volumenstrom-Vorgabewert V_e2 die kleinste nachzuweisende Konzentration auswertbar ist.

4. Gasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgeber (16) Mittel zur stufenweisen Veränderung des Volumenstrom-Vorgabewertes V_e aufweist.

5. Gasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgeber (16) Mittel zur kontinuierlichen Veränderung des Volumenstrom-Vorgabewertes V_e aufweist.

6. Gasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom-Vorgabewert V_e nach einer auf das Reagenz (5) bezogenen Konzentrations-Zeit-Umkehrfunktion gebildet ist.

7. Verfahren zum Nachweis einer in einer Gasprobe enthaltenen Komponente mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte, den den Förderstrom der Pumpe angebenden Volumenstrom-Vorgabewert V_e der Pumpe (3) während eines Meßzyklus kontinuierlich und/oder diskontinuierlich zu erhöhen.