DE2244719B2

DE2244719B2 - Vorrichtung zur konstanthaltung der stroemungsmenge einer fluidprobe

Info

Publication number: DE2244719B2
Application number: DE19722244719
Authority: DE
Inventors: David P. Lexington Mass. Lieb (V.St.A.)
Original assignee: Thermo Electron Corp
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1976-03-11
Also published as: GB1378037A; JPS4856489A; FR2166950A5; IT988568B; US3763877A; DE2244719A1; CA963689A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gernäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (vgl. US-PS 22 58 758) durchströmt das Fluid, dessen Durchflußmenge konstant zu halten ist, mit Ausnahme des durch die Zweigleitung abgeführten Anteils den gesamten Druckregler, was besonders nachteilig ist, wenn das Fluid aggressiv ist, da es entweder die Verwendung besonders korrosionsfester Werkstoffe für den Druckregler bedingt oder dessen Lebensdauer stark verringert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Fluidprobe auf möglichst kurzem Weg durch die Vorrichtung geführt wird, insbesondere nicht mit dem Druckregler in Berührung kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Durch das Ergänzungsfluid wird verhindert, daß die gegebenenfalls aggressive Fluidprobe in den Druckregler eintreten kann, wobei das Ergänzungsfluid selbst nicht aggressiv ist, z. B. Luft sein kann, so daß der Druckregler eine hohe Lebensdauer zeigt bzw. aus nicht besonders korrosionsfesten Werkstoffen hergestellt werden kann, d. h. nur die Drosseln brauchen aus einem korrosionsfesten Werkstoff wie Glas hergestellt zu werden. Ferner wird durch die Steuerung der Ergänzungsfluid-Durchflußmenge in verhältnismäßig einfacher Weise die Konstanthaltung der Durchflußmenge der Fluidprobe erzielt, und zwar über einen weiten Bereich von Fluidprobenquellen-Drucken.

Der Druckregler arbeitet insbesondere in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen einem Referenzdruck und dem Druck zwischen den beiden Drosseln, wobei als Referenzdruck auch der Druck in der Kam- fa mer in Frage kommt. Im einfachsten Fall, wenn das Ergänzungsfluid Luft ist, ist der Druckregler mit seiner einen Seite an die Atmosphäre als Ergänzungsfluidquelle angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für ⁶:i Analysengeräte zweckmäßig, die konstante Durchflußmengen, insbesondere von Gas, erfordern, wobei in den Analysengeräten gewisse »Reaktionen« stattfinden, worunter ζ B. Flammenionisations-, Lichtabsorptionsund Lichtstreu-, Chemolumineszenzprozesse od. dgl. verstanden werden. Eine besonders wichtige Anwendung der Vorrichtung ist ihr Einsatz bei einem Chemnlumineszenzdetektor für die Analyse von Kraftfahrzeug-Abgasen. Dafür wird üblicherweise ein bestimmtes Abgasvolumen gesammelt und zu einem späteren Zeitpunkt auf seine verschiedenen gasförmigen Komponenten einschließlich Stickoxid und Stickstoffdioxid hin untersucht. Wenn nämlich starre Sammelbehälter verwendet werden, nimmt der Druck in diesen mit der Entleerung der Probe während der Analyse ab. so daß die Durchflußmenge zum Detektor hin vermindert wird. Auch die Abgas-Analyse direkt vom Kraftfahrzeug-Auspuff her wird normalerweise durch Druck- und damit Durchflußmengenschwankungen behindert, die aber durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitig! werden können.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 d^s Prinzipschaltbild eines grundsätzlichen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsart des Reglers von F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und mehr im Detail und

Fig. 3 ein Fließbild für ein Analysengeräi mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1.

Gemäß F i g. I ist eine zu einer Kammer 12 führende Speiseleitung 10 mit einer zuströmseitigen Drossel 14. einer abströmseitigen Drossel 16 und einer Pumpe 18 versehen. Die Pumpe 18 hält die Kammer 12 auf einem genügend geringen Druck für die kontinuierliche Ansaugung der Fluidprobe von einer Quelle 20 her durch die Speiseleitung 10 und die Drosseln 14 und 16. Zwischen diesen Drosseln 14 und 16 zweigt eine Abzweigströmungseinrichtung 22 ab, die eine Leitung 24, eine saugende Abzweigpumpe 26 mit einer vorgeschalteten Zweigleitung 2.3 und einem Ausgang 25 und einen mit einer Ergänzungsfluidquelle 30 in Verbindung stehenden Druckregler 28 umfaßt.

Bei Betrieb muß ein praktisch konstanter Probefluidstrom unabhängig von den Bedingungen wie Druckschwankungen der Probenquelle 20 in die Kammer 12 eintreten.

Der Betrieb der Anordnung kann durch Energieversorgung beider Pumpen 18 und 26 ausgelöst werden, so daß die Fluidprobe über die Drosseln 14 und 16 zur Kammer 12 hin angesaugt wird, wobei etwas von der Fluidprobe, welche die Drossel 14 passiert hat, über die Zweigleitung 23 abgezogen und von der Pumpe 26 über ihren Ausgang 25 abgegeben wird. Die Pumpe 26 ist auch in der Lage, Fluid von der Ergänzungsfluidquelle 30 her über den Druckregler 28 anzusaugen. Es ist richtig zu verstehen, daß die Menge der Fluidprobe, die zwischen den Drosseln 14 und 16 abgezogen wird, eine Funktion der Menge des von der Quelle 30 her angesaugten Ergänzungsfluids ist. Für eine geeignete Konstanthaltung steuert der Druckregler 28 die Menge des in die Leitung 24 eintretenden Ergänzungsfluids in Abhängigkeit von der Menge der durch die Pumpe 18 von der Fluidprobenquelle 20 her angesaugten Fluidprobe. Eine Art und Weise, in der dies geschehen kann, wird durch F i g. 2 illustriert, die eine Ausführungsart eines Druckreglers 28 im Detail zeigt, der für die Verwendung in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 geeignet ist.

Der Druckregler 28 umfaßt ein Gehäuse 32 mit einer beweglichen Membran 34, die den Innenraum in eine

Rjferenzkammer 36 und eine Regeldruckkammer 38 unterteilt. Die Regeldruckkammer 38 ist mit der Leitung 24 verbunden, die zur Zweigleitung 23 zur Pumpe 26 und zum Übergang zwischen den Drosseln 14 und 16 führt. In der Referenzkammer 36 wild ein Referenzdruck vorgesehen, der mit dem Druck zwischen den Drosseln 14 und 16 verglichen werden kann. Zur Bereitstellung des Referenzdruckes kann irgendeine gewünschte Druckquelle verwendet werden. Beispielsweise kann die Referenzkammer 36 dicht abgeschlossen und durch ein Fluid oder eine Feder »vorgespannt« sein, oder sie kann mit der Atmospähre oder einer anderen äußeren Druckquelle in Verbindung stehen (die dann den Referenzdruck ergeben). Wenn die Referenzkammer 36 dicht abgeschlossen ist, kann der Referenzdruck allein durch eine Feder 48 vorgesehen werden. Alternativ kann die Referenzkammer 36 mit einer Verbindung 50 versehen sein, so daß der Referenzdruck in funktionell Beziehung gesetzt werden kann mit einem von der Spannung der Feder 48 unterschiedlichen Eingang. Wenn die Druckquelle für die Referenzkammer 36 über die Verbindung 50 vorgesehen wird, ist die Verwendung der Feder 48 wahlfrei. Eine Wand oder Prallplatte 40 mit einem Ventilsitz 42 trennt die Referenzdruckkammer 38 von einer Einlaßkammer 44 ab. Die Einlaßkammer 44 ist mit der Ergänzungsfluidquelle 30 über Mittel 29 verbunden. Ein Ventilkörper 46 arbeilet mit dem Ventilsitz 42 zusammen und ist mit der Membran 34 verbunden.

Probenfluid wird von der Quelle 20 her über die Drossel 14 angesaugt. Die Pumpe 18 saugt etwas der Probe durch die Drossel 16 und in die Kammer 12. Die Abzweigpumpe 26 zieht Probenfluid vom Übergang zwischen den Drosseln und Ergänzungsfluid über den Druckregler 28 an. Der Druckregler 28 spricht auf die Druckdifferenz zwischen dem Referenzdruck und dem /wischen den Drosseln 14 und 16 bestehenden Druck ίπ. Wenn der Druck also zwischen den Drosseln abnimmt, wird der Druckregler 28 im Hinblick auf eine Erhöhung der Ventilöffnung tätig. Die resultierende Zunahme im Zustrom von Ergänzungsfluid zur Ab-/weigpumpe 26 hin vermindert die Menge an Probenfluid. die zwischen den Drosseln abgezogen wird, so daß der gewünschte Druck zwischen den Drosseln aufrechterhalten wird. Auf der anderen Seite führt eine Zunahme des Druckes zwischen den Drosseln zu einer Verminderung der Ventilöffnung. Die resultierende Abnnhme der Ergänzungsfluidströmung durch den Druckregler 28 verursacht eine entsprechende Erhöhung der Probenfluidströmung durch die Abzweigpumpe 26. Die Zunahme der Probenfluidabströmung vom Übergang zwischen den Drosseln her stellt dann den gewünschten Druck zwischen den Drosseln wieder ein. Der praktisch konstante Druck zwischen den Drosseln 14 und 16 bewirkt eine praktisch konstante Strömung zur Kammer 12 hin über die Drossel 16.

F i g. 3 zeigt nun einen Chemolumineszenzdetektor zur Messung von Stickoxidmengen in Mischgasproben durch Umsetzung mit einem Sauerstoff-Ozon-Reaktionspartnergemisch. Zu F i g. 1 und 2 analoge Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Chemolumineszenzdetektor umfaßt eine Kammer 12, die mit einer Speiseleitung 10 und einer Reaktionspartnerleitung 56 in Verbindung ist. Ein Lichtübertragungselement 58 ist in einer Wand der Kammer 12 angeordnet, und eine Lichtnachweisvorrichtung 60 befindet sich außerhalb bzw. an der Außenseite des Lichtübertragungselements 58. Eine elektrische Energieversorgung 62 und eine Verstärker- und Ausgangsschaltung 64 sind mit der Lichtnachweisvorrichtung 60 verbunden.

Eine Reaktionspartnerleitung So ist über eine Kapillare 66 mit einem Ozongenerator 68 verbunden. Der Ozongenerator 68 wird von einer Energiequelle 70 mit elektrischer Spannung versorgt. Ein Regler 72 verbindet den Ozongenerator 68 mit einer Sauerstoffquelle 74, und ein Druckmesser 76 zeigt den Druck zwischen dem Regler 72 und dem Ozongenerator 68 an.

Die Speiseleitung 10 ist mit einer ersten abströmseitigen Drossel 16 in Form einer Kapillare verbunden. Diese Drossel 16 ist in Reihe mit einer zuströmseitigen Drossel 14 und die Drossel 14 ist wiederum über ein Filter 84 mit einer Mischgasprobenquelle 20 in Verbindung. Ein Druckmesser 87 ist an den Übergang zwischen den Drosseln 14 und 16 angeschlossen. Ein Druckmesser 88 ist mit dem Auslaß 90 der Kammer verbunden, und eine Saug- bzw. Ausstoßpumpe 18 verbindet den Auslaß 90 mit der Atmosphäre.

Ein Abzweigströmungssystem wird von der gestrichelten Linie 22 umschlossen und umfaßt ein Rotameter 96, das mit dem Übergang zwischen der Drossel 14 und der Drossel 16 verbunden ist. Der Auslaß des Rotameters 96 irt mit der Zweigleitung 23 einer Abzweigpumpe 26 verbunden. Die Zweigleitung 23 ist im übrigen über einen Druckregler 28 und weiter ein Luftfilter 104 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Der Referenzdruck des Druckreglers 28 wird durch eine Verbindung zwischen dem Druckregler und dem Auslaß 90 der Kammer 12 erhalten. Der Referenzdruck ist mithin praktisch gleich dein Druck innerhalb der Kammer 12. Der Referenzdruck des Druckreglers 28 kann auch auf andere Art und Weise als durch Verbindung des Druckreglers mit der Kammer 12 festgelegt werden. Beispielsweise kann eine Referenzdruckkammer abgeschlossen oder mit einer anderen geeigneten Druckquelle verbunden sein. Eine solche geeignete Druckquelle ist die umgebende Atmosphäre. Wenn der Referenzdruck mit dem atmosphärischen Druck funktionell in Beziehung gesetzt ist, wird die Arbeitsweise durch Ausschaltung der Wirkungen atmosphärischer Druckschwankungen verbessert.

Die Pumpen 18 und 26 haben beide vorzugsweise konstante Förderleistung. Die Kapillaren 66 und 16 ergeben beide relativ hohen Strömungswiderstand, während die Drossel 14 einen etwas geringeren Strömungswiderstand hat. Alle diese Drosseln sind typischerweise aus Glas. Das Filter 84 besteht vorzugsweise aus porösem gesinterten Inertmetall. Bei annäherungsweise Zimmertemperatur ist rostfreier Stahl geeignet. Praktisch reiner Sauerstoff wird von der Sauerstoffquelle 74 zugeliefert, und der Ozongenerator 68 erzeugt eine Reakiionspartnermischung mit etwa 2% Ozon, Rest Sauerstoff.

Der Detektor arbeitet in folgender Weise: Die Pumpen 18 und 26 werden angestellt und der Ozongenerator 68 in Betrieb genommen. Der Regler 72 wird so eingestellt, daß eine bestimmte-Ablesung am Druckmesser 76 erreicht wird, von der man weiß, daß sie der gewünschten Strömungsmenge der Reaktionspartnermischung in die Kammer 12 hinein bei Betriebsdruck der Kammer 12 entspricht. Ein typischer Kammerdruck liegt bei etwa 5 Torr, und eine typische Strömungsmenge der Reaktionspartnermischung liegt bei etwa 120 ml pro Minute.

Gasförmige Probenmischung wird von der Quelle 20 über das Filter 84 und die Drossel 14 zu dem Übergang zwischen der Drossel 14 und der Drossel 16 gesaugt.

Die Pumpe 18 saugt etwas der den Übergang erreichenden Mischung durch die Drossel 16 in die Kammer 12 hinein. Die Abzweigpumpe 26 zieht Probenmischung von dem Übergang ab und Luft durch das Filter 104 und den Druckregler 28. Der Druckregler 28 ist manuell eingestellt zur Erzielung einer bestimmten Druckablesung am Druckmesser 87 von typischerweise etwa 60 bis 700 Torr absolut, die der gewünschten Strömungsmenge der Probenmischung in die Kammer 12 hinein entspricht.

Der Druckregler 28 beginnt dann mit der Hrfassung der Druckdifferenz zwischen dem Übergang zwischen den Drosseln und dem Referenzdruck von der Kammer 12 her. Irgendeine Abnahme des Druckes am Übergang zwischen den Drosseln wird durch den Druckregler 28 in eine Erhöhung der Luftströmung durch den Regler 28 umgewandelt. Die erhöhte Luftströmung durch den Druckregler 28 vermindert die Menge der Probengemischströmung von dem Übergang zwischen den Drosseln weg zum Eingang der Abzweigpumpe, su daß der gewünschte Druck am Übergang zwischen den Drosseln wiederhergestellt wird. Der konstante Druck am Übergang zwischen den Drosseln 14 und 16 gewährlei stet eine konstante Strömung durch die Drossel 16 Eine ähnliche Betriebsweise kompensiert irgendein). Zunahme des Drucks am Übergang zwischen der Drosseln 14 und 16.

Ein Anhalt der Probengemischströmung /wischer der Probenquelle 20 und dem Übergang zwischen der Drosseln zeigt sich in einer Abnahme des Druckes an Übergang. Der Druckregler 28 kann die Druckabnah

ίο nie in der beschriebenen Weise kompensieren. Eine au ßere Anzeige dafür, daß kein Probengemisch in die Kammer 12 strömt, wird durch das Rotamctcr % er reicht. Dieses Rotamcter % kann nach Wunsch durd andere Strömungsanzeiger ersetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird alst automatisch eine konstante Strömungsmenge von Pm bengemisch in eine Kammer aufrechterhalten. Die Er findung ist insbesondere brauchbar für einen Chernolu mineszenzdetektor, kann aber auch zusammen mit an deren Analysengeräten verwendet werden, die eine konstante Strömungsmenge eines Probengemisches er fordern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Konstanthaltung der Stromungsmenge einer Fluidprobe, die über eine Leitung einer Kammer zuströmt, mit zwei in der Leitung angeordneten Drosseln, zwischen denen eine Zweigleitung angeschlossen ist, und mit einem auf den Druck zwischen den Drosseln ansprechenden Druckregler, der die Strömungsmenge in der Zweigleitung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zweigleitung (23) eine Leitung (24) für die Zufuhr eines Ergänzungsfluids angeschlossen ist, deren Zuflußmenge von dem Druckregler (2S) unmittelbar gesteuert wird, wobei der Druck in der Kammer (12) im wesentlichen konstant ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Druckes in der Kammer (12) an diese eine Pumpe (18) angeschlossen ist.