DE19811177C2 - Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Mundstückes bei Atemalkoholmessungen - Google Patents
Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Mundstückes bei AtemalkoholmessungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft 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.
Mundstücke für Atemalkoholmeßgeräte sind in vielfältigen Ausführungsformen
bekannt. So ist in der DE 32 33 462 A1 ein Mundstück mit einem Auslaßkanal
gezeigt, welcher sich innerhalb eines Probenahmekanals einer Halterung befindet,
die das Mundstück aufnimmt. Bei der Gasprobenahme wird der Auslaßkanal von
dem Ausatemgas des Probanden durchströmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine
Erfassung der Temperatur eines in eine Halterung eines Atemalkoholmeßgerätes
eingesetzten Mundstückes ermöglicht ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das erfindungsgemäße 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 dT gegenüber der Temperatur TH der Halterung
ohne Mundstück zu messen und diesen Wert als der Temperatur des
Mundstückes proportionale Kenngröße zu verwenden, wobei die Temperatur TM
des Mundstückes mit der Beziehung TM = TH - 3 × dT abgeschätzt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Mundstück verwendet, bei dem ein
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. Das
Wandstück ist dabei als ein den Temperaturfühler rohrförmig umschließender
Auslaßkanal ausgebildet. Der Auslaßkanal hat bevorzugt eine Länge von etwa 8
Millimeter und einen lichten Durchmesser von etwa 4 Millimeter.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Unteranspruch angegeben.
Vorteilhaft ist es, mit der Probenahmepumpe des Atemalkoholmeßgerätes
unmittelbar nach dem Aufsetzen des Mundstückes eine kleine Luftmenge durch
das Mundstück zu saugen. Durch die strömende Luft wird das Ansprechverhalten
des Temperaturfühlers deutlich verbessert.
Das Verfahren wird im
folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Mundstück in einer Halterung, welcher zur Durch
führung des Verfahrens verwendet werden kann;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der im Bereich des Mundstückes
gemessenen Gastemperatur;
Fig. 3 ein weiteres Mundstück mit einem zweiten
Temperaturfühler, welches ebenfalls
zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.
Fig. 1 gibt weitgehend den Stand der Technik wieder mit einem in eine Halterung
1 eingesetzten Mundstück 2. 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 TH 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 TL von 20 Grad Celsius und das zur
Kurve B gehörige Mundstück 2 ist bei einer Temperatur TL 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 TH 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 TL von 20 Grad
Celsius gelagert wurde - Kurve A -, die mit dem Temperaturfühler 11 gemessene
Temperatur zum Zeitpunkt t3 auf einen Wert T3A ab. Demgegenüber ergibt sich bei
einem Mundstück 2 mit der Lagertemperatur von TL von 5 Grad Celsius - Kurve B
- die Temperatur T3B. Die Temperaturdifferenz zwischen T3A und T3B 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 TM des Mundstückes 2, im folgenden beispielhaft anhand der
Kurve A erläutert, läßt sich mit folgender empirischer Beziehung abschätzen:
TM = TH - 3 × dT
Hierbei ist TH 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 T3A läßt sich die korrigierte
Temperatur TK für die Atemalkoholmessung, die sich bei einem Mundstück 2
ergeben würde, das vollständig auf die Temperatur TH aufgeheizt worden ist, mit
folgender empirischen Beziehung errechnen:
TK = T3A + a × (T3A - TM) - b × (TH - T3A)
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 ein weiteres Mundstück dargestellt, bei welchem
gegenüber der Vorrichtung nach 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 (2)
1. Verfahren zur Bestimmung eines der Temperatur eines Mundstückes (2)
proportionalen Kennwertes mit einem Temperaturfühler (11), welcher sich in
einer das Mundstück (2) aufnehmenden Halterung (1) befindet und in einem
zu einem Atemalkoholmeßgerät führenden Probenahmekanal (4) im
Verbindungsbereich zwischen der Halterung (1) und dem Mundstück (2)
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem Temperaturfühler (11) eine erste Temperatur (TH) ohne Mundstück (2) gemessen wird,
ein Mundstück (2) mit einem Auslaßkanal (11), welcher sich innerhalb des Probenahmekanals (4) befindet und den Temperaturfühler (11) rohrförmig umschließt, in die Halterung (1) eingesetzt und danach der maximale Abfall der Temperatur (dT) gegenüber der ersten Temperatur (TH) ermittelt wird,
wobei als Kennwert für die Temperatur des Mundstückes (2) der Temperaturabfall (dT) verwendet wird und wobei die Temperatur (TM) des Mundstückes (2) mit folgender Beziehung abgeschätzt wird:
TM = TH - 3 × dT.
mit dem Temperaturfühler (11) eine erste Temperatur (TH) ohne Mundstück (2) gemessen wird,
ein Mundstück (2) mit einem Auslaßkanal (11), welcher sich innerhalb des Probenahmekanals (4) befindet und den Temperaturfühler (11) rohrförmig umschließt, in die Halterung (1) eingesetzt und danach der maximale Abfall der Temperatur (dT) gegenüber der ersten Temperatur (TH) ermittelt wird,
wobei als Kennwert für die Temperatur des Mundstückes (2) der Temperaturabfall (dT) verwendet wird und wobei die Temperatur (TM) des Mundstückes (2) mit folgender Beziehung abgeschätzt wird:
TM = TH - 3 × dT.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach
dem Einsetzen des Mundstückes (2) mit einer Probenahmepumpe des
Atemalkoholmeßgerätes eine kleine Luftmenge durch das Mundstück (2)
angesaugt wird.
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