DE19811177A1

DE19811177A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Probenahmegasstromes bei Atemalkoholmessungen

Info

Publication number: DE19811177A1
Application number: DE19811177A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Stock
Original assignee: Draeger Sicherheitstechnik GmbH
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1998-03-14
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2018-03-15
Also published as: CA2249923A1; DE19811177C2; AU741164B2; GB9825415D0; FR2776075A1; AU8423598A; CA2249923C; GB2335275A; FR2776075B1; GB2335275B; US6150177A

Abstract

Eine Vorrichtung, bestehend aus der Kombination eines Mundstückes (2) mit einer das Mundstück (2) aufnehmenden Halterung (1), welche einen zu einem Atemalkoholmeßgerät führenden Probenahmekanal (4) und einen im Verbindungsbereich zwischen der Halterung (1) und dem Mundstück (2) angeordneten Temperaturfühler (11) besitzt, soll derart verbessert werden, daß eine Erfassung der Temperatur des in die Halterung (1) eingesetzten Mundstückes (2) ermöglicht ist. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß das Mundstück (2) für einen im Probenahmekanal (4) angeordneten Temperaturfühler (11) als die Innenwand des Probenahmekanals (4) im Bereich des Temperaturfühlers (11) überdeckendes Wandstück (10) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Für eine Messung der Atemalkoholkonzentration ist die präzise Erfassung der Temperatur der von dem Probanden in das Meßgerät eingeblasenen Gasprobe notwendig. Aus hygienischen und anwendungstechnischen Gründen kann jedoch der Temperaturfühler nicht direkt in den Mundbereich des Probanden gebracht werden. Vielmehr befindet er sich hinter einem auswechselbaren Mundstück, das in eine beheizte Halterung am Meßgerät eingesteckt wird. Um Kondensationseffekte der mit Feuchtigkeit gesättigten Gasprobe innerhalb der Halterung zu vermeiden, wird diese, und meistens auch nachgeschaltete Komponenten, auf eine Temperatur von etwa 39 Grad Celsius aufgeheizt.

Vor Beginn der Messung wird ein Mundstück in die Halterung eingesteckt, in das der Proband hineinbläst. Da normalerweise mehrere Messungen mit verschiedenen Probanden in zeitlich kurzer Abfolge durchgeführt werden, wird das Mundstück erst kurz vor der Messung in die Halterung eingesetzt. Normalerweise befindet sich die Temperatur des Mundstückes vor dem Gebrauch auf Umgebungstemperaturniveau, welches je nach Einsatzort und Jahreszeit starken Schwankungen unterworfen ist. Sofern das Mundstück nicht vollständig vor der Messung die Temperatur der Halterung angenommen hat, wird die Temperaturmessung verfälscht, da die Atemgasprobe beim Einblasen in das Atemalkoholmeßgerät durch das Mundstück abgekühlt wird. Da man auf der anderen Seite nicht warten kann, bis sich ein stabiler Temperaturgradient zwischen dem Mundstück und der beheizten Halterung eingestellt hat, ist eine Kenntnis der Temperatur des Mundstückes beim Einsetzen in die Halterung notwendig.

Aus der Publikation "Schonknecht, G.; Stock, B.; The Technical Concept for Evidential Breath Testing in Germany, 13th International Conference on Alcohol, Drugs and Traffic Safety, Adelaide, 13. August-18. August 1995" ist eine Probenahmevorrichtung eines Atemalkoholmeßgerätes bekannt, bei der ein Mundstück in eine vorgeheizte Halterung eingesetzt wird. Der Temperaturfühler befindet sich jedoch in einem Probenahmekanal , der von der Wandung der Halterung umschlossen wird. Beim Einschieben des Mundstückes in die Halterung ändert sich die Temperatur am Temperaturfühler nur wenig, da dieser durch die Wandung des Probenahmekanals von dem Mundstück abgeschirmt wird. Der Einfluß der Lagertemperatur des Mundstückes auf die Temperaturmessung des Probenahmegasstromes ist bisher unterschätzt worden, da das Mundstück eine sehr geringe Masse hat und zum anderen auch nur eine Länge von wenigen Zentimetern besitzt. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, daß durch Berücksichtigung der Temperatur des Mundstückes bei der Atemalkoholanalyse die Meßgenauigkeit deutlich verbessert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art derart zu verbessern, daß eine Erfassung der Temperatur eines in eine Halterung eines Atemalkoholmeßgerätes eingesetzten Mundstückes ermöglicht ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Aufgabe wird auch mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Mundstück so ausgebildet wird, daß das Wandstück, welches sich im Überdeckungsbereich mit der Halterung befindet, an der Innenseite des Probenahmekanals anliegt und den im Probenahmegasstrom liegenden Temperaturfühler umfaßt. Hierdurch ist ein Temperaturunterschied zwischen der Halterung und dem Mundstück deutlich feststellbar, da der Temperaturfühler direkt von dem Wandstück der Halterung umgeben ist.

Besonders vorteilhaft ist es, das Wandstück als einen den Temperaturfühler rohrförmig umschließenden Auslaßkanal auszubilden. Der Auslaßkanal hat bevorzugt eine Länge von etwa 8 Millimeter und einen lichten Durchmesser von etwa 4 Millimeter.

Besonders vorteilhaft ist es, einen zweiten Temperaturfühler vorzusehen, der unmittelbar im Verbindungsbereich zwischen der Halterung und dem Mundstück angeordnet ist und in direktem Kontakt mit dem Mundstück steht. Auf diese Weise ist eine Bestimmung der Oberflächentemperatur des Mundstückes möglich, ohne Beeinflussung durch den Probenahmegasstrom.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung eines der Temperatur des Mundstückes proportionalen Kennwertes besteht darin, mit dem Temperaturfühler, nach dem Einsetzen des Mundstückes in seine Halterung, den maximalen Abfall der Temperatur zu messen und diesen Wert als der Temperatur des Mundstückes proportionale Kenngröße zu verwenden.

Weiterhin vorteilhaft ist es, unmittelbar nach dem Aufsetzen des Mundstückes mit der Probenahmepumpe des Atemalkoholmeßgerätes eine kleine Luftmenge durch das Mundstück zu saugen. Durch die strömende Luft wird das Ansprechverhalten der Temperaturfühler deutlich verbessert.

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

Es zeigen:

Fig. 1 ein Mundstück in einer Halterung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der im Bereich des Mundstückes gemessenen Gastemperatur,

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung nach der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein in einer Halterung 1 eingesetztes Mundstück 2 im Längsschnitt. Die Halterung 1 besitzt einen Gehäusekörper 101, der aus gut wärmeleitendem Material gefertigt und mit einer Heizung 3 versehen ist, um einen von dem Gehäusekörper 101 umschlossenen Probenahmekanal 4 auf eine Temperatur von etwa 38 Grad Celsius bis 39 Grad Celsius aufzuheizen. Die Halterung 1 besitzt an einem Ende eine zylindrische Aufnahme 5 für das Mundstück 2 und am anderen Ende eine Anschlußtülle 6 für einen Probenahmeschlauch 7, der mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Atemalkoholmeßgerät verbunden ist. Das im wesentlichen zylindrisch ausgeführte Mundstück 2 besteht aus einem Probandenabschnitt 8, welcher in den Mundbereich eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Probanden eingeführt wird und einem Kupplungsteil 9, das sich innerhalb der Aufnahme 5 der Halterung 1 befindet. An das Kupplungsteil 9 schließt sich ein etwa 8 Millimeter langer, rohrförmiger Auslaßkanal 10 an, dessen Außendurchmesser der lichten Weite des Probenahmekanals 4 von etwa 5 Millimeter entspricht. Innerhalb des Probenahmekanals 4 befindet sich ein Temperaturfühler 11, der innerhalb des Auslaßkanals 10 derart angeordnet ist, daß er von der vom Probanden abgegebenen Gasprobe direkt angeströmt wird.

In der Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der mit dem Temperaturfühler 11 gemessenen Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t vor und nach der Gasprobenahme veranschaulicht. Auf der Ordinate ist die Temperatur T in Grad Celsius und auf der Abszisse die Zeit t in Sekunden aufgetragen. Die Halterung 1 ist dabei auf eine Betriebstemperatur T_H von circa 39 Grad Celsius aufgeheizt worden. Bis zum Zeitpunkt t₁ befindet sich kein Mundstück 2 innerhalb der Aufnahme 5, so daß der Temperaturfühler 11 im wesentlichen die Temperatur des Gehäusekörpers der Halterung 1 erfaßt. Zum Zeitpunkt t₁ wird ein Mundstück 2 in die Aufnahme 5 eingesetzt. Die Kurven A und B geben für Zeiten größer t₁ den zeitlichen Verlauf der Temperatur T für Mundstücke 2 an, die zuvor bei unterschiedlichen Temperaturen gelagert wurden. So besitzt das zur Kurve A gehörige Mundstück 2 eine Lagertemperatur T_L von 20 Grad Celsius und das zur Kurve B gehörige Mundstück 2 ist bei einer Temperatur T_L von 5 Grad Celsius gelagert worden. Nach dem Einsetzen des Mundstückes 2 in die Aufnahme 5 fällt die Temperatur zunächst ab, da mit dem Temperaturfühler 11 die Temperatur innerhalb des Auslaßkanals 10 gemessen wird. Der Temperaturabfall ist um so stärker, je mehr die Temperatur des Mundstückes 2 von der Temperatur der Halterung 1 abweicht. Nach der allmählichen Erwärmung des Auslaßkanals 10 steigt die Temperatur T bis zu einem Zeitpunkt t₂ an, bis die Temperatur T_H der Halterung 1 erreicht worden ist. Während der Zeitspanne zwischen t₁ und t₂ erwärmen sich aber nur das Kupplungsteil 9 und der Auslaßkanal 10 des Mundstückes 2, während sich das Probandenteil 8 noch auf einer tieferen Temperatur befindet. Dieser Einfluß ist in der Fig. 2 zum Zeitpunkt t₃ erkennbar. Wenn zum Zeitpunkt t₂ der Proband in das Mundstück 2 bläst, mit einer hier angenommenen Temperatur von 35 Grad Celsius der ausgeatmeten Luft, dann fällt bei einem Mundstück 2, das zuvor bei einer Temperatur T_L von 20 Grad Celsius gelagert wurde - Kurve A -, die mit dem Temperaturfühler 11 gemessene Temperatur zum Zeitpunkt t₃ auf einen Wert T_3A ab. Demgegenüber ergibt sich bei einem Mundstück 2 mit der Lagertemperatur von T_L von 5 Grad Celsius - Kurve B - die Temperatur T_3B. Die Temperaturdifferenz zwischen T_3A und T_3B ist ein Maß für die durch das Mundstück 2 verursachte Verfälschung der Temperaturmessung. Da die Lagertemperatur des Mundstückes 2 stark schwanken kann, etwa zwischen 0 Grad Celsius und 40 Grad Celsius, kann dieses zu einer Meßunsicherheit bei der Temperaturmessung von einigen Grad Celsius führen. Um diese Meßunsicherheit korrigieren zu können, muß die Temperatur des Mundstückes 2 vor Beginn der Messung berücksichtigt werden. Die Temperatur T_M des Mundstückes 2, im folgenden beispielhaft anhand der Kurve A erläutert, läßt sich mit folgender empirischer Beziehung abschätzen:

T_M = T_H - 3 × dT.

Hierbei ist T_H die Temperatur der Halterung 1 vor dem Einsetzen des Mundstückes, und dT der Temperaturabfall der Kurve A auf das relative Minimum nach dem Einstecken des Mundstückes 2 in die Aufnahme 5.

Aus der zum Zeitpunkt t₃ gemessenen Temperatur T_3A läßt sich die korrigierte Temperatur T_K für die Atemalkoholmessung, die sich bei einem Mundstück 2 ergeben würde, das vollständig auf die Temperatur T_H aufgeheizt worden ist, mit folgender empirischen Beziehung errechnen:

T_K = T_3A + a × (T_3A - T_M) - b × (T_H - T_3A).

Der Wert a hängt dabei von dem Volumen des in das Mundstück 2 eingeblasenen Atemgases ab und beträgt 0,05 für ein Volumen zwischen 2,5 Liter und 5 Liter. Bis zu einem Volumen von 2,5 Liter hat a den Wert 0,1.

Der Faktor b beschreibt die Erwärmung der Gasprobe durch die Energiezufuhr von der Halterung 1 über das Kupplungsteil 9 und den Auslaßkanal 10 auf die Atemgasprobe. Im vorliegenden Fall beträgt der Faktor b etwa 0,1. Eine entsprechende Korrektur kann auch für die Kurve B vorgenommen werden. Der besseren Übersicht wegen wurde der Temperaturabfall dT in die Kurve B nicht eingezeichnet.

In der Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform veranschaulicht, bei der, gegenüber der Vorrichtung nach der Fig. 1, innerhalb der Halterung 1, im Verbindungsbereich zwischen der Aufnahme 5 und dem Kupplungsteil 9, ein Temperatursensor 12 angebracht ist. Mit dem Temperatursensor 12 kann unmittelbar die Oberflächentemperatur des Kupplungsteils 9 gemessen werden. Der Temperatursensor 12 befindet sich dabei an der Innenwandung der Aufnahme 5. Aus der mit dem Temperatursensor 12 gemessenen Temperaturänderung beim Einsetzen des Mundstückes 2 in die Halterung 1, läßt sich die Lagertemperatur des Mundstückes ermitteln, ohne daß die Messung durch das im Probenahmekanal 4 befindliche Gas beeinflußt wird. Die Temperatur der Gasprobe wird mit dem Temperaturfühler 11 gemessen.

Claims

1. Kombination eines Mundstückes (2) mit einer das Mundstück (2) aufnehmenden Halterung (1), welche einen zu einem Atemalkoholmeßgerät führenden Probenahmekanal (4) und einen im Verbindungsbereich zwischen der Halterung (1) und dem Mundstück (2) angeordneten Temperaturfühler (11) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (2) für einen im Probenahmekanal (4) angeordneten Temperaturfühler (11) als die Innenwandung des Probenahmekanals (4) im Bereich des Temperaturfühlers (11) zumindestens teilweise überdeckendes Wandstück (10) ausgebildet ist.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandstück ein den Temperaturfühler (11) rohrförmig umschließender Auslaßkanal (10) des Mundstückes (2) ist.

3. Kombination eines Mundstückes (2) mit einer das Mundstück (2) aufnehmenden Halterung (1), welche einen zu einem Alkoholmeßgerät führenden Probenahmekanal (4) und einen im Verbindungsbereich zwischen der Halterung (1) und dem Mundstück (2) angeordneten Temperaturfühler (11) besitzt, wobei das Mundstück (2) im Verbindungsbereich als ein Kupplungsteil (9) und die Halterung (1) als eine Aufnahme (5) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler als Temperatur sensor (12) an der Halterung (1) in einer die Oberflächentemperatur des Kupplungsteils (9) erfassenden Weise angebracht ist.

4. Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (12) im Bereich der Innenwandung der Aufnahme (5) angeordnet ist.

5. Verfahren zur Bestimmung eines der Temperatur eines Mundstückes (2) proportionalen Kennwertes mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Schritte,

- mit dem Temperaturfühler (11, 12) eine erste Temperatur T_H vor dem Einsetzen des Mundstückes (2) in die Halterung (1) zu messen,
- nach dem Einsetzen des Mundstückes (2) den maximalen Abfall der Temperatur dT gegenüber der ersten Temperatur T_H zu ermitteln und
- den Temperaturabfall dT als der Temperatur des Mundstückes (2) proportionalen Kennwert zu verwenden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, unmittelbar nach dem Einsetzen des Mundstückes (2) mit einer Probenahmepumpe des Atemalkoholmeßgerätes eine kleine Luftmenge durch das Mundstück (2) anzusaugen.