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Die
Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung zum
Fördern
eines Fluidvolumens in oder durch eine Meßkammer eines Gerätes zur
Analyse des Fluidvolumens, z.B. zur Bestimmung der Konzentration
eines darin enthaltenen Stoffes, wie etwa der Alkoholkonzentration
in der Atemluft eines Probanden, einer Stoffkonzentration aus Luftproben
der Umgebung, aus Gasproben, Abgasen und dergleichen. Außerdem wird
ein hierfür
geeignetes Gerät
und Verfahren zur Analyse des Fluidvolumens angegeben.
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Bekanntlich
ist zur Untersuchung eines Fluids, um z.B. die Zusammensetzung und/oder
den Anteil einzelner Komponenten zu bestimmten, eine exakte und
reproduzierbare Bestimmung des zu untersuchenden Fluidvolumens unabdingbar.
Dies gilt vor allem für
sog. coulometrische Meßverfahren.
Bei einem solchen Verfahren wird nicht unmittelbar die Konzentration
bestimmt, sondern die Menge einer an einer Sensoroberfläche in einem
bestimmten Zeitraum aus dem vorbeiströmenden Fluid umgewandelten
Spezies. Um aus der gemessenen Menge auf die Konzentration der gesuchten
Komponente(n) im Fluid schließen
zu können,
ist es erforderlich, der Meßvorrichtung
ein definiertes Volumen einer Fluidprobe bereitzustellen. Die vorliegende
Erfindung richtet sich aber auch auf andere Meßmethoden, bei welchen die Konzentration
der zu untersuchenden Komponente im Fluid pro definiertem Volumen
ermittelt wird. Dabei wird aus einem z.B. gasförmigen Fluidvorrat eine jeweils
reproduzierbare gasförmige
Probe definierten Volumens entnommen und einem entsprechenden Sensor
zugeführt,
welcher die gewünschte
Analyse der Fluidprobe durchführen
kann.
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Beispielsweise
Atemalkoholprüfgeräte zum Bestimmen
der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft eines Probanden müssen äußerst exakt
arbeiten, da fehlerhafte Messungen weitreichende negative Folgen
für den
Probanden haben können.
Hinzukommend werden diese Geräte
oft unter widrigen und stark wechselnden Witterungsbedingungen im Freien
verwendet, was einen weiteren Unsicherheitsfaktor in der Meßgenauigkeit
nach sich ziehen kann. Außerdem
müssen
die Geräte
vom Benutzer, beispielsweise einem Streifenpolizisten, einfach mitzuführen und
sofort einsetzbar sein. Üblicherweise
erfolgt die Entnahme der Mess probe während eines Ausatemhubes aus
der Ausatemluft des Probanden. Dazu bläst der Proband über ein
Mundstück
in ein beidseitig offenes Blasrohr. Von diesem Blasrohr zweigt ein
Eingangskanal ab, durch den eine definierte Menge der Ausatemluft
angesaugt werden kann. Es ist jedoch problematisch, stets eine exakt
reproduzierbare Ansaugmenge (Fluidvolumen) aus dieser Ausatemluft
abzuteilen.
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Aus
der
DE 296 19 660
U1 ist ein Probenahmegerät für die Atemalkoholmessung bekannt,
welches einen elektrochemischen Sensor, eine Förderpumpe und eine Auswerte-
und Steuereinheit enthält. Hinter
dem elektrochemischen Sensor ist ferner ein Rückschlagventil mit Sperrwirkung
in Gasströmungsrichtung
zum elektrochemischen Sensor, ein nachfolgendes Puffervolumen und
eine an das Puffervolumen anschließende Pumpe angeordnet. Die
Förderpumpe
ist dabei als Membranpumpe mit einer definierten Förderleistung
ausgebildet, wobei ab einem bestimmten Druck stets eine exakte Atemprobe
entnommen wird. Nachteilig hieran ist aber, daß aufwendige Vorrichtungen
zum Messen des Druckes notwendig sind. Dies gestaltet das bekannte
Probenahmegerät
als sehr teuer.
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Die
DE 38 12 235 A1 offenbart
ein Atemanalysegerät
mit einer Analysekammer und einem darin angeordneten Sensor. Mittels
eines beweglichen Kanalelementes werden Proben unter Verwendung
einer mechanischen Dosiervorrichtung der Analysekammer zugeführt. Nachteilig
hieran ist, daß die
Dosierung der Atemprobe in Abhängigkeit
von dem Ausblasdruck bestimmt wird, welcher individuell von Proband
zu Proband variieren kann. Somit ist die Dosierung der Atemprobe
nicht exakt reproduzierbar.
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Die
DE 39 04 994 A1 schlägt eine
Vorrichtung zur Förderung
einer Meßprobe
in die Meßkammer
eines Meßfühlers vor.
Hierbei wird aus dem Ausblasatemstrom eines Probanden eine definierte
Probe mittels einer als Förderelement
ausgebildeten Kolben-Zylindereinheit angesaugt. Die angesaugte Probe
durchläuft
bei jedem Ansaughub des Kolbens ein Sensorelement. Hat der Kolben
seine Endposition (Totpunkt) erreicht, so wird keine weitere Atemprobe
mehr angesaugt. Somit wird gewährleistet,
daß eine
stets reproduzierbare Probenmenge das Sensorelement durchlaufen
hat. Der Kolben wird mittels einer Pleuelstange im Zylinder hin
und her bewegt, welche mit einer Exzenterscheibe verbunden ist,
die von einem Motor angetrieben wird. Nachteilig hieran ist, daß der mechanische
Aufbau des Kolbenantriebes wartungsanfällig ist und verhältnismäßig viel Raum in
Anspruch nimmt, wodurch die gesamte Vorrichtung groß und unhandlich
wird. Außerdem
ist nachteilig, daß der
Antrieb viel Energie bedarf, weshalb eine tragbare Vorrichtung mit
großen
leistungsfähigen
Batterien ausgerüstet
werden muß,
die zu einem erhöhten
Gewicht der Vorrichtung beitragen. Zusätzlich kann es, bedingt durch
den nicht geradlinigen Pleuelstangen-Antrieb, zu Verkantungen des Kolbens
innerhalb des Zylinders kommen. Dadurch nimmt mit der Zeit die Dichtung
zwischen Kolben und Zylinder ab, was zur Folge hat, daß ein geringerer Unterdruck
erzeugt und damit ein geringeres Probenvolumen angesaugt wird. Dies
führt im
Umkehrschluß zu
einem fehlerhaften Messergebnis.
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Von
der Fa. Alcohol Counter Measure Systems Corporation (ACS), Ontario,
Kanada, ist ferner eine Vorrichtung zur Förderung einer Meßprobe in die
Meßkammer
eines Alkoholmeßgeräts bekannt, bei
welcher ebenfalls eine Atemprobe mittels einer Kolben-Zylindereinheit
als Förderelement
aus dem Ausblasatemstrom entnommen wird. Hierbei wird der Kolben über eine
aus dem Zylinderraum herausragende Kolbenstange mittels eines nachgeschalteten elektrischen
Linearmotors bewegt. Die Spule des Linearmotors ist derart angeordnet,
daß die
verlängerte
Kolbenstange über
die Kolben-Zylindereinheit hinaus ein stückweit in die Spule des nachgeschalteten Linearmotors
hineinragt. Somit wird die Stange des Kolbens bei Erregung der Spule
vollständig
in den Linearmotor aufgenommen, wobei der Kolben von der Ruheposition
zur Endposition bewegt wird. Bei Abschaltung der Spulenerregung
wird das elektromagnetische Feld abgebaut und der Kolben mittels
einer Rückstellfeder
wieder in die Ruheposition zurück
bewegt. Nachteilig hieran ist, daß diese Vorrichtung sehr viel
Energie benötigt,
da beim Bewegen des Kolbens in die Endposition zusätzlich die
Federkraft der Rückstellfeder überwunden
werden muß.
Dadurch, daß zusätzlich ein
Linearmotor in Verbindung mit der Kolben-Zylindereinheit angeordnet
ist, ist die Vorrichtung insgesamt verhältnismäßig lang ausgestaltet, weswegen
sie in dem Alkohol-Meßgerät sehr viel Raum
benötigt.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine Fördervorrichtung
zum Fördern
eines Fluidvolumens dahingehend zu verbessern, daß diese
Vorrichtung ein exakt reproduzierbares Fluidvolumen fördert, dennoch
einfach und klein aufgebaut ist und bevorzugt im Gebrauch eine geringe
Energieaufnahme benötigt.
Ferner möchte
die Erfindung ein hierfür
geeignetes Gerät
und Verfahren zur Analyse des Fluidvolumens bereit stellen.
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Die
Erfindung erreicht dieses Ziel durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
von Anspruch 1, ein Analysegerät
mit den Merkmalen von Anspruch 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen
von Anspruch 16. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Danach
schafft die Erfindung eine Fördervorrichtung
zum Fördern
eines Fluidvolumens in oder durch eine Meßkammer eines Gerätes zur
Analyse des Fluidvolumens, z.B. zur Bestimmung der Konzentration
eines darin enthaltenen Stoffes, wie etwa der Alkoholkonzentration
in der Atemluft eines Probanden, einer Stoffkonzentration aus Luftproben
der Umgebung, aus Gasproben, Abgasen und dergleichen, wobei die
Fördervorrichtung
eine elektromotorisch betriebene Kolben-Zylindereinheit enthält, die mit
einem Fluidvorrat in Verbindung steht, und deren Kolben magnetische,
elektrische und/oder elektromagnetische Eigenschaften aufweist und über eine/ein
um den Zylinder herum angeordnete/s Spule oder Spulenelement zur
Förderung
des Fluidvolumens erregbar ist. Unter Analyse des Fluidvolumens wird
vorliegend beispielsweise verstanden: ein Nachweis eines Bestandteils,
eine Bestimmung eines oder mehrerer Bestandteile, eine Konzentrationsangabe eines
oder mehrerer Bestandteile, jeweils im untersuchten Fluidvolumen,
z.B. die Bestimmung einer Konzentrationsangabe von Alkohol oder
anderen Komponenten in der Ausatemluft eines Probanden.
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Vorzugsweise
weist der Kolben ein permanentmagnetisches Element auf oder ist
aus einem solchen ausgebildet, und zumindest ein Abschnitt des Zylinders
ist radial von der Spule umgeben, derart, daß der Kolben bei einer Erregung
der Spule elektromagnetisch in eine erste Richtung bewegbar ist.
Eine derart ausgebildete Fördervorrichtung
ist aufgrund der geringen Anzahl an Komponenten schnell, einfach
und kostengünstig
herstellbar. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung liegt darin,
daß der Kolben
unter weitgehend vernachlässigbaren
Energieverlusten durch die induktive Kopplung direkt bewegt werden
kann. Bei einem Vergleich zwischen der hier angegebenen Kolben/Spulen-Einheit
und einer herkömmlichen
elektromotorischen Pumpe können der
Kolben direkt als Rotor und die Spule als Stator agierend angesehen
werden. Dadurch, daß keine Rückstellfeder
benötigt
wird, läßt sich
eine weitere Energieeinsparung erzielen. Der somit erreichbare Wirkungsgrad
ist hoch. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß die Spule
sehr nah am Kolben angeordnet ist, wodurch eine weitere Miniaturisierung
erreicht wird.
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Vorzugsweise
führt der
Kolben bei einer Bewegung in die erste Richtung einen Ansaughub
aus, wodurch das Fluidvolumen in oder durch die Meßkammer
gefördert
wird. Es erweist sich durch diese Ausgestaltung als besonders vorteilhaft,
daß ein stets
reproduzierbares Fluidvolumen in oder durch die Meßkammer
gefördert
wird, wodurch die Messung genau durchführbar ist. Vorzugsweise ist
der Kolben bei einer umgekehrten Erregung der Spule elektromagnetisch
in eine zweite Richtung bewegbar. Durch diese Ausführungsform
ist keine Rückstellfeder
erforderlich, welche im Betrieb der Fördervorrichtung zu einer erhöhten Energieaufnahme
führen
würde.
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Vorzugsweise
führt der
Kolben bei einer Bewegung in die zweite Richtung einen Ausblashub aus.
Dadurch wird das Fluidvolumen aus der Meßkammer herausgefördert. Es
erweist sich als besonders vorteilhaft, daß dieser Ausblashub lediglich
mittels einer Umpolung des elektromagnetischen Feldes (umgekehrte
Erregung der Spule) ausgeführt
werden kann. Somit ist die Fördervorrichtung
sehr energieeffizient, wodurch beispielsweise ein mit dieser Fördervorrichtung
ausgestattetes tragbares Abgas- oder Alkoholmeßgerät weniger Batterien oder eine
kleinere und/oder leichtere Akkueinheit benötigt und somit insgesamt leichter
ist.
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Vorzugsweise
ist Umfangsbereich des Kolbens und/oder die Innenwand des Zylinders
aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizient und mit geringem
thermischen Ausdehnungskoeffizient ausgebildet. Beispielsweise ist
der Umfangsbereich des Kolbens zumindest teilweise aus Glas ausgebildet.
Dadurch wird, insbesondere bei ausreichender Paßgenauigkeit, wobei die Laufflächen aufeinander eingeschliffen
sind, eine gleich gute Abdichtung für einen großen Temperaturbereich ermöglicht.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Umfang des Kolbens zumindest
teilweise aus Graphit, Keramik, Teflon oder graphithaltigem Material,
z.B. graphitiertem Kohlenstaub, ausgebildet. Dazu ist der Innenbereich des
Zylinders vorzugsweise aus Glas ausgebildet. Dadurch wird der Vorteil
erzielt, daß durch
die Schmiereigenschaften des Graphits ein sehr geringer Reibungskoeffizient
erzielt wird, so daß eine
geringe Reibung bei hoher Dichtigkeit entsteht. Damit wird der Wirkungsgrad
der Fördervorrichtung
erhöht, wodurch
sie weniger Energie benötigt.
Zugleich wird eine hohe Lebensdauer durch sehr geringen Abrieb erreicht.
Es erweist sich weiterhin als vorteilhaft, das Glas und Graphit
chemisch inert sind, so daß Korrosionsgefahr
durch Be standteile in der Meßprobe
oder eventuell enthaltene Chemikalien keine nachteiligen Auswirkungen
haben.
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Vorzugsweise
ist/sind eine oder beide der Stirnflächen des Zylinders zumindest
teilweise ferromagnetisch ausgebildet oder weisen ein ferromagnetisches
Element auf. Ein Vorteil einer derartigen Ausgestaltung liegt darin,
daß der
Kolben, welcher z.B. magnetische oder elektromagnetische Eigenschaften
hat, somit jeweils an den Endpositionen des Zylinders gehalten wird,
ohne daß Energie
aufgewendet zu werden braucht. Somit wird die Lebensdauer der Batterien
erhöht.
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Vorzugsweise
ist an mindestens einer Stelle, z.B. der Stirnseite des Zylinders,
ein Schaltelement angeordnet, welches bei Kontakt des Kolbens an
der jeweiligen Stirnfläche
des Zylinders ein Steuersignal auslöst. Somit kann der Meßvorgang
einfach und sicher überwacht
werden, um z.B. festzustellen, ob der Kolben tatsächlich in
Ruheposition bzw. Meßposition ist.
Wenn das mindestens eine Schaltelement kein Steuersignal auslöst, obwohl
der Kolben an einer der Positionen sein sollte, bedeutet dies beispielsweise, daß ein zu
geringes Fluidvolumen angesaugt wurde. In einem solchen Fall würde das
Analyseergebnis verworfen werden und eine neue Analyse durchgeführt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Schaltelement als Reed-Schalter ausgebildet.
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Die
Erfindung schafft ferner ein Gerät
zur Analyse eines Fluidvolumens, insbesondere zur Bestimmung einer
Stoffkonzentration wie etwa der Alkoholkonzentration in der Atemluft
eines Probanden, einer Stoffkonzentration aus Luftproben der Umgebung,
aus Gasproben, Abgasen und dergl., aufweisend: eine Fördervorrichtung
zum Fördern
des Fluidvolumens nach der vorstehenden Art; eine mit der Fördervorrichtung
in Verbindung stehende Meßkammer,
welche eine Einrichtung zur Analyse des Fluidvolumens enthält, und
eine mit der Fördervorrichtung und
der Meßkammer
in Verbindung stehende Fluidvorratseinheit, aus welcher unter Einwirkung
der Fördervorrichtung
das Fluidvolumen in die Meßkammer befördert wird.
Das derart ausgebildete Analysegerät enthält somit nur wenige Bauteile,
wodurch es in der Herstellung preiswert ist. Vorzugsweise wird in
dem Analysegerät
das Fluidvolumen mittels der Fördervorrichtung
durch einen mit der Fluidvorratseinheit in Verbindung stehenden
Eingangskanal aus der Fluidvorratseinheit herausgefördert, und
durch die zwischen dem Eingangskanal und der Fördervorrichtung angeordnete
Meßkammer
entlanggeführt.
Alternativ kann das Fluidvolumen auch durch den Ansaughub in den
Zylinder angesaugt und durch den Ausblashub aus dem Zylinder durch
die Meßkammer
entlanggefördert
werden. Vorzugsweise enthält
das Analysegerät
ferner eine Alarmeinrichtung, welche mit dem mindestens einen Schaltelement
verbunden ist, wobei die Alarmeinrichtung in Ansprechen auf das
Steuersignal einen Alarm auslöst,
wenn sich jeweils der Kolben zu Beginn eines Ansaughubes nicht an
einer Ruheposition und/oder nach Beendigung des Ansaughubes nicht
an einer Endposition befindet. Somit kann sichergestellt werden,
daß stets
ein reproduzierbares definiertes Fluidvolumen angesaugt und durch
die Meßkammer
geführt
wird.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Analyse eines Fluidvolumens,
insbesondere zur Bestimmung einer Stoffkonzentration wie etwa der
Alkoholkonzentration in der Atemluft eines Probanden, einer Stoffkonzentration
aus Luftproben der Umgebung, aus Gasproben, Abgasen und dergl.,
unter Verwendung der vorstehenden Fördervorrichtung bereit, wobei
der Kolben einen Ansaughub ausführt, durch
den das Fluidvolumen in die Meßkammer
gefördert
wird, worin es während
der Analyse verweilt. Weiter bevorzugt führt bei dem Verfahren der Kolben einen
Ausblashub aus, wobei das analysierte Fluidvolumen aus der Meßkammer
herausgestoßen
wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Diese werden anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Geräts zur Analyse eines Fluidvolumens,
und
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung zur
Verwendung in einem Gerät
nach 1.
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In
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele werden gleiche
und gleichwirkende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau der wesentlichen Komponenten eines Gerätes zur
Analyse eines Fluidvolumens. Für
den Fachmann ist klar, daß ein
derartiges Gerät
noch die üblichen
weiteren Komponenten, wie Gehäuse,
Schalt, Steuer-, Energieversorgungs- und/oder Anzeigeeinrichtungen, aufweist,
die hier nicht dargestellt sind. Bei dem vorliegenden Gerät kann es
sich beispielsweise um ein Nachweisgerät zum Bestimmen der Alkoholkonzentration
in der Atem- bzw.
Ausatemluft, sog. Atemalkohol-Prüfgerät, handeln.
Gleichwohl ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfaßt beliebige Messungen
und Analysen von Stoffen und Komponenten in einem zu untersuchenden
Fluid, bevorzugt einem gasförmigen
Fluid.
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Das
in 1 schematisch dargestellte Beispiel eines Atemalkohol-Prüfgeräts enthält eine
Fluidvorratseinrichtung 2 in Form eines z.B. auswechselbaren
Blasrohres, welches an beiden Enden offen ist und ein Mundstück 4 am
vorderen Ende besitzt, welches ein nicht-dargestellter Proband in
den Mund nimmt und seine Ausatemluft in Richtung der dargestellten
Pfeile durch die Fluidvorratseinrichtung 2 hindurchbläst. Seitlich
zweigt ein Eingangskanal 6 aus der Fluidvorratseinrichtung 2 in
eine Meßkammer 8 des
Geräts
ab. Die Meßkammer 8 enthält eine
Einrichtung 10 zur Analyse der abgezweigten Fluidvolumens,
d.h. der abgezeigten Atemluftprobe. Bei dieser Einrichtung 10 kann
es sich allgemein um einen Sensor oder einen Meßfühler handeln, welcher ausgelegt ist,
um z.B. eine elektrochemische Analyse des daran entlang geführten Fluidvolumens
durchzuführen.
Die Meßkammer 8 stellt
hierfür
ein definiertes Volumen bereit.
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An
der Meßkammer 8 schließt sich
eine in Strömungsverbindung
befindliche Fördervorrichtung 12 an.
Die Meßkammer 8 und
die Fördervorrichtung 12 sind
mittels einer dichten Leitung 14 miteinander verbunden.
Die Fördervorrichtung 12 dient
zum Ansaugen einer definierten Atemluftprobe aus der in der Fluidvorratseinrichtung 2 befindlichen
Ausatemluft des Probanden. Durch Betätigung der Fördervorrichtung 12 wird
dabei ein definiertes und reproduzierbares Fluidvolumen aus der
in der Fluidvorratseinrichtung 2 enthaltenen Atemluft in
die Meßkammer 8 hinein
und entlang der Analyseeinrichtung 10 befördert, um
beispielsweise die einleitend erwähnte coulometrische Alkoholkonzentrationsmessung
durchzuführen.
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Die
Fördervorrichtung 12 weist
hierfür
eine Kolben-Zylindereinheit als Förderelement auf, wobei ein
freilaufender Kolben 16 dicht mit der Innenwand eines in
einem Zylinderkörper 17 eingefaßten Zylinders 18 abschließt. Die
Ausführung
der Fördervorrichtung 12 wird
in Verbindung mit 2 näher erläutert. Der Kolben 16 enthält einen
Permanentmagneten 20, welcher in Längsrichtung zum Kolben 16 angeordnet
ist. Im Bereich der hinteren Hälfte
des Zylinderkörpers 17 ist
außen
eine Spule 22 oder eine gleichartige elektrische Leitung
radial angeordnet. Wird diese Spule 22 mit einem Strom,
z.B. Gleichstrom, beaufschlagt, so baut sich ein elektromagnetisches
Feld auf, welches in Wechselwirkung mit dem magnetischen Kolben 16 tritt
und je nach Feldrichtung zum Laden bzw. Entladen des Zylinderaumes und
damit zum Fördern
des Fluidvolumens den Kolben 16 hin- und herbewegen kann,
wie nachfolgend näher
erläutert
wird.
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Die
Fördervorrichtung 12 zum
Fördern
des Fluidvolumens arbeitet, soweit sie bis jetzt beschrieben wurde,
nach folgendem Verfahren: In der Ruheposition befindet sich der
Kolben 16 am Anschlag mit der in 1 gezeigten
linken Stirnfläche 19 des
Zylinders 18. Wenn ein Proband in die Fluidvorratseinrichtung 2 Atemluft
einbläst,
wird eine Messung einer Atemprobe durch das Gerät initiiert, woraufhin der Kolben 16 von
der Ruheposition zur Meßposition (Anschlag
mit der rechten Stirnfläche 21 des
Zylinders 18) bewegt wird. Hierfür wird die Spule 22 mit
einem Gleichstrom beaufschlagt, der so gepolt ist, daß eine Anziehungskraft
auf den magnetischen Kolben 16 in Richtung der hinteren
Stirnfläche 21 des
Zylinders 18 ausgeübt
wird. Durch die resultierende Bewegung des Kolbens 16 wird
im Zylinder 18 ein Unterdruck erzeugt, der zu einem Ansaugen
eines definierten Atemluftvolumens aus der Fluidvorratseinrichtung 2 führt, welches
exakt dem Hohlvolumens des Zylinders 18 entspricht. Dieses
angesaugte Atemluftvolumen wird dabei durch die Meßkammer 8 geleitet,
und mittels der Analyseeinrichtung 10 wird die Alkoholkonzentration
in dem Fluidvolumen während
der Verweildauer in der Meßkammer 8 gemessen.
Nach Beendigung der Messung wird die Spule 22 entgegengesetzt
gepolt, so daß der
Kolben 16 durch elektromagnetische Abstoßungskraft
von der Meßposition
(Anschlag an rechter Stirnfläche 21 des Zylinders 18 in 1)
wieder in die Ruheposition (Anschlag an linker Stirnfläche 19 des
Zylinders 18 in 1) bewegt wird. Auf diese Weise
werden die Meßkammer 8 und
der Zylinder 18 vollständig
von dem gemessenen Fluidvolumen entleert, indem dieses einfach in
umgekehrter Richtung durch den Fluidkanal ausgeblasen wird. Zudem
steht dann das Gerät
wieder für
eine neue Messung bereit. Damit zwischen der rechten Stirnfläche 21 des
Zylinders 18 und der rechten Seite des Kolbens 16 kein
Unterdruck bzw. Überdruck
entsteht, ist eine Lüftungsöffnung 24 an
der rechten Stirnfläche 21 des
Zylinders 18 vorgesehen.
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2 zeigt
die Fördervorrichtung 12 näher in einer
Querschnittsansicht. Dabei ist der Kolben 16 dargestellt,
welcher in dieser Ausführungsform
eine magneti schen Kern in Form eines Permanentmagneten 20 enthält. Der
Umfangsabschnitt 26 des Kolbens 16 ist z.B. aus
Glas ausgebildet. Auch die Innenwand 28 des Zylinders 18 kann
aus Glas ausgebildet sein. Beide Glasflächen 26, 28 sind
aufeinander exakt eingeschliffen, wodurch eine gleich gute Abdichtung
mit ausreichender Paßgenauigkeit
erreicht wird. Alternativ kann der Umfangsabschnitt 26 des
Kolbens 16 aus einem Graphitring ausgebildet sein, welcher
in dem Glaszylinder 28 des Zylinders 18 läuft. Dadurch wird
zugleich eine gute Abdichtung mit ausreichender Paßgenauigkeit,
als auch ein sehr geringer Reibungskoeffizient erreicht. Die bevorzugt
aus mehreren Kupferwindungen bestehende Spule 22 ist ebenfalls,
wie in der schematischen Darstellung der 1 gezeigt,
außen
am hinteren Bereich des aus Kunststoff gefertigten Zylinderkörpers 17 angeordnet.
Alternativ kann die Spule 22 am vorderen Bereich des Zylinderkörpers 17 angeordnet
sein, wobei dann ein Meßhub
(Bewegung in die Meßposition)
des Kolbens 16 durch elektromagnetische Abstoßung ausgeführt wird.
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Die
Stirnflächen 19, 21 des
Zylinders 18 sind in dieser Ausführungsform aus einem ferromagnetischen
Material ausgebildet oder weisen ein Element aus einem ferromagnetischen
Material auf. Dadurch wird der Kolben 16 allein durch magnetische
Wechselwirkung, auch ohne Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes
durch die äußere Spule 22,
jeweils an den Endpositionen gehalten. Zudem kann sichergestellt
werden, daß sich
der Kolben 16 stets an der gewünschten Position befindet.
Diese Lösung
erweist sich zudem als sehr energiesparend, da die Spule 22 nur
dann erregt zu werden braucht, wenn eine Bewegung des Kolbens 16 eingeleitet
werden soll. An der hinteren Stirnseite 21 des Zylinders 18 ist ferner
ein Schaltelement 29 angeordnet, welches bei Kontakt des
Kolbens 16 an der Stirnfläche 21 des Zylinders 18 ein
Steuersignal auslöst.
Somit kann der Meßvorgang
einfach und sicher überwacht
werden, um z.B. festzustellen, ob der Kolben 16 tatsächlich in der
Meßposition
angelangt ist. Wenn das Schaltelement 29 kein Steuersignal
auslöst,
obwohl der Kolben 16 an seiner Meßposition sein sollte, bedeutet dies
beispielsweise, daß ein
zu geringes Fluidvolumen angesaugt wurde. Die Analyse würde somit
verfälscht
werden. In einem solchen Fall würde
das Meßergebnis
verworfen werden und eine neue Analyse durchgeführt. Bevorzugt ist das Schaltelement 29 ein Reed-Schalter.
Ein Reed-Schalter löst
bei Annäherung
eines magnetischen Feldes ein Steuersignal aus. Vorteilhaft hieran
ist, daß der
Kolben 16 durch seinen Permanentmagneten 20 bei
Annäherung
an den Reed-Schalter das Steuersignal auslösen kann. Vorteilhaft ist auch,
daß der
Kolben 16 nicht in unmittelbarem Kontakt mit dem Reed-Schalter
zu stehen braucht, sondern auch ein Abstand von einigen Millimetern
ausreicht, um das Steuersignal auszulösen. Diese Lösung erweist
sich daher als sehr gering im Verschleiß.
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Der
Zylinderraum, der zur Aufnahme des Fluidvolumens dient (also der
Zylinderraum zwischen den linken Stirnflächen von Zylinder 18 und
Kolben 16) kann ein Austrittsventil 30 aufweisen,
durch welches das Fluidvolumen nach der Messung sehr schnell und
restlos ausgeblasen werden kann. Außerdem kann das Austrittsventil 30 zum
Ansaugen von Frischluft in den Zylinder 18 geöffnet werden.
Dadurch kann gewährleistet
werden, daß eventuell
verbliebene Restmengen des Fluidvolumens zu keiner Verfälschung
der darauffolgenden Analyse führen können. Durch
schnelles Hin- und Herbewegen des Kolbens 16 kann diese
Durchlüftung
noch verbessert werden. Diese Ausgestaltung erweist sich als vorteilhaft,
da somit der Zylinder 18, als auch die Meßkammer
schnell und einfach belüftet
werden können, ohne
daß Rückstände, insbesondere
in der Meßkammer,
verbleiben. Zur besseren Durchlüftung
können der
Ein- und Ausblashub mehrfach hintereinander ausgeführt werden.
Bedingt durch diese schnelle Durchlüftung können mehrere Analysen kurz
hintereinander ausgeführt
werden, ohne daß Meßfehler auftreten.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß alle oben beschriebenen Teile
für sich
alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details als zur Erfindung gehörig beansprucht
werden. Abänderungen hiervon
sind dem Fachmann geläufig.