DE2349404C3

DE2349404C3 - Vorrichtung zur quantitativen Analyse

Info

Publication number: DE2349404C3
Application number: DE2349404A
Authority: DE
Inventors: Johan Christiaan Willem Eindhoven Kruishoop
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1981-04-16
Also published as: FR2203510A5; JPS4976581A; JPS5419195B2; CA1006377A; BE805843A; ATA854973A; AT339076B; DE2349404B2; DE2349404A1; NL7213711A; SE410124B; AU6110273A; US3888112A; GB1441300A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen und quantitativen Ermittlung eines oder mehrerer Bestandteile eines Fluids, die eine Meßzelle, ein die zu messenden Bestandteile aus dem Fluid absorbierendes Absorptionsfilter. eine Eichquelle, die dem Fluid eine bekannte Menge der zu messenden Bestandteile liefert, eine Verbindungsvorrichtung mit zwei Ein- und zwei Ausgängen, Zu- und Abfuhrleitungen und ein den Durchfluß des Fluids durch die Leitungen bewirkendes Durchströmungsglied enthält, wobei die Zufuhrleitung in einem ersten T-Stück endet, dem sich eine Leitung anschließt, in die das Absorptionsfilter aufgenommen ist, das mit dem ersten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist, die direkt mit dem zweiten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Abfuhrleitung mit einem zweiten T-Stück beginnt, dem sich eine Leitung anschließt, die mit dem zweiten Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist, in der die Meßzelle angeordnet ist, die mit dem ersten Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist und die Eichquelle sich in der Verbindungsleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang befindet.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 55 107 bekannt.

Die bekannte Vorrichtung benutzt für die Eichung der

to Messung eine Eichquelle, die dem sie durchfließenden Fluid eine bekannte Menge zu messender Bestandteile liefert. Für eine derartige Eichquelle können Injektionsverfahren verwendet werden, die diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten, wobei z. B. über eine sehr schmale Öffnung unter Überdruck eine bekannte Menge Bestandteile pro Zeiteinheit in die Fluidströmung injiziert wird. In der Praxis können für diesen Zweck Injektionsspritzen mit einer Injektionsnadel, die von einem Motor angetrieben werden, oder Gaszylinder mit einer Injektionsnadel verwendet werden. Auch werden Diffusionsverfahren angewendet Die bekannte Vorrichtung enthält beispielsweise eine SCb-Quelle, die aus einem Vorratsraum mit SO2 besteht, der eine kleine Öffnung besitzt, die in einen Durchströmungsraum mündet. Die öffnung ist mit einer halbdurchlässigen Wand bedeckt, wobei also durch Diffusion kleine Mengen SO2 dem den Durchströmungsraum durchfließenden Gas geliefert werden.

Wenn eine Eichquelle einer derartigen Bauart für ein anderes Gas oder eine andere Flüssigkeit verwendet wird, stellt sich in der Praxis heraus, daß in gewissen Fällen eine Schwierigkeit in Form von Angriii. Verschmutzung oder chemischer Reaktion an der Oberfläche der halbdurchlässigen Wand auftritt Eine Lösung für diese Schwierigkeit besteht darin, daß man die Diffusion zu einem Trägerfluid stattfinden läßt, das keine Reaktion an der Oberfläche der halbdurchlässigen

Wand herbeifuhrt, so daß die Abgabe der bekannten Menge Bestandteile durch die Eichquelle nicht gestört wird. Zu diesem Zweck kann ein Vorratszylinder mit einem inerten Fluid verwendet werden, das kontinuierlich an der halbdurchlässigen Wand tatlang strömt Diese Strömung mit den abgegebenen Bestandteilen wird in das zu messende Fluid gebracht.

Die Erfindung bezweckt, eine besonders einfache Lösung für die genannte Schwierigkeit zu schaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eichquelle aus *_-iner Eichquellenleitung mit Strömungswiderstand aufgebaut ist, in die ein Reinigungsfilter und ein Vorratsgefäß mit zu messenden Bestandteilen zur Lieferung der bekannten Menge zu messender Bestandteile an das Fluid mit Hilfe eines Trägerfluids eingebaut sind, daß zum Ableiten des Trägerfluids in die Eichquellenleitung zwischen dem Eingang der Zufuhrleitung und den Eingängen der Verbindungsvorrichtung eine Leitungssbzweigung angebracht ist, an die die Eichquellenleitung auf der Eingangsseite des Re»nigungsfilters angeschlossen ist, während zwischen der Leitungsabzweigung und dem Anschluß der Eichquelle Hauptstromwiderstände angeordnet sind, über denen durch den Fluidstrom ein Druckgefälle erzeugbar ist und deren Widerstandswert viele Male kleiner als der Wert des Strömungswiderstandes ist, und daß die Eichquellenleitung auf der Ausgangsseite des Vorratsgefäßes mit einem dritten T-Stück verbunden ist, das sowohl den einen als auch den anderen Anschluß der Eichquelle in der Verbindungsleitung bildet.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist den Vorteil auf, daß ein gesondert aufzubewahrendes Trägerfluid nicht benötigt wird, sondern daß dieses Fluid aus der zu messenden Fluidströmung dadurch hergestellt wird, daß letztere von allen Fluidbestandteilen. die einen Angriff auf die Oberfläche der halbdurchlässigen Wand oder eine Reaktion an dieser Oberfläche herbeiführen könnten, befreit wird. Die Vorrichtung nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung eines Diffusionsvorganges, sondern kann auch bei jeder Art Quelle mit Vorratsraum verwendet werden, von der bekannt ist. daß die zu messende Fluidströmung Bestandteile enthält, die im Absorptionsfilter nicht zurückbleiben, sondern wohl die Injektionsstelle des Vorratsraumes angreifen oder verschmutzen und damit die Eichung zunichte machen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Leitungsabzweigung und ein Hauptströmungswiderstand in der Zuführleitung angebracht. Dabei soll das Reinigungsfilter alle zu messenden Bestandteile absorbieren. aber soll auch aggressive Bestandteile entfernen, die die Eichung stören können.

Eine andere zweckmäßige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsibzweigung zwischen dem Ausgang des Absorptionsfilters und dem ersten Eingang angebracht und ein erster Hauptftromwiderstand zwischen dem einen Anschluß der Eichquelle und der Leitungsabzweigung vorhanden ist, während ein zweiter Hauptstromwiderstand mit eiaem dem des ersten Hauptstromwiderstandes nahezu gleichen Wert zwischen dem anderen Ar· rh'uß der Eichquelle und dem ersten T-Stuck angeüi au κ ist.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist der, daß das Absorptionsfilter auch für den abzuzweigenden Trägerfluidstrom verwendet wird, so daß das Reinigungsfilter nur zur Entfernung der Restbestandteile eingerichtet zu sein braucht, die die Injektionsstelle angreifen können. Einige Ausführungsformpn der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Vorrichtung, F i g. 2 eine Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 eine andere Vorrichtung nach der Erfindung, und

F i g. 4 eine Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 3.

In F i g. 1 ist die bekannte Vorrichtung blockschematisch dargestellt- Das auf das Vorhandensein bestimmter Stoffe zu prüfende Fluid wird dem Eingang 16 einer Zufuhrleitung 5 zugeleitet Über ein T-Stück kann der Fluidstrom durch eine Leitung 10 zu einem Eingang 2 einer Verbindungsvorrichtung 7 geführt werden, wenn sich diese in der Lage »Messen« befindet, wobei der Eingang 2 mit dem Ausgang 3 verbunden ist Wenn sich die Verbindungsvorrichtung 7 in der Lage »Nullpunktbcstimmung« oder »Eichen« befindet wobei der Eingang 1 mit dem Ausgang 3 oder mit dem Ausgang 4 verbunden ist, wird der Fluidstrom durch ein Absorptionsfilter 6 über eine Leitung 11 zu dem Eingang 1 geführt Die zu messenden Bestandteile im Fluidstrom werden vom Filter 6 entfernt

Die Verbindungsvorrichtung 7 kann aus einem Vicwegehahn oder aus steuerbaren Ventilen bestehen, wobei stets die richtigen Eingänge mit den gewünschten Ausgängen verbunden werden. Die Eichquelle 8 ist mit Anschlüssen 17 und 18 in eine Verbindungsleitung zwischen der an den Ausgang 4 angeschlossenen Leitung 12 und der an den Ausgang 3 angeschlossenen Leitung 13 aufgenommen. Ein Durchströmungsglied 28, an das die Leitungen 14 und 15 angeschlossen sind, bewirkt, daß das Fluid die Vorrichtung durchfließt, wobei es über die Abfuhrleitung 210 abgeführt wird. Die Leitung 14 ist mit der Leitung 12 und die Leitung 15 ist mit der Meßzelle 9 verbunden, die mit Meßklemmen 19 und 20 versehen ist.

Der andere Anschluß der Meßzelle 9 ist über eine Leitung mit der Leitung 13 verbunden. Wenn die Leitung 12 einen Fluidstrom führt, teilt dieser sich in einen von der Leitung 14 abgeführten Teil und in einen die Eichquelle 8 und die Meßzelle 9 passierenden Teil. Dem gereinigten Strom wird durch die Eichquelle 8 eine bekannte Menge an Bestandteilen zugesetzt, die in der Meßzelle 9 gemessen werden und dadurch ein Eichsignal an den Klemmen 19 und 20 erzeugen. Wenn die Leitung 13 einen Fluidstrom führt, teilt dieser sich in einen die Eichquelle 8 ventilierenden und von der Leitung 14 abgeführten Teil und in einen die Meßzelle 9 passierenden Teil, der an den Meßklemmen 19 und 20 ein Nullsignal erzeugt, wenn sich die Vorrichtung 7 in der Verbindungslage 1-3 befindet, während er ein Meßsignal erzeugt, wenn sich die Vorrichtung 7 in der Verbindungslage 2-3 befindet. Die Meßzelle 9 ist dazu eingerichtet, die zu messenden Bestandteile aus dem Fluidstrom in ein proportionales elektrisches Signal umzuwandeln, so daß sich daraus, z. B. eine Konzentration ermitteln läßt, die in Mikrogrammen pro Liter oder in einer Anzahl Teilen pro Million Teile (parts per million) ausgedrückt wird.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung unter Verwendung des Blockschaltbildes nach F i g. i und der darin bereits angewandten Zifferbezeichnung der Teile.

Das Durchströmungsglied 28 ist aus nahezu gleichen Strömungswiderständen 23 (in der Leitung 14) und 24 (in der Leitung 15) aufgebaut, die über ein T-Stück 37 in der Leitung 210 zusammengefügt werden, in die eine Pumpe 25 mit einer Ausströmungsöffnung 26 aufgenommen ist.

„i.

Die Widerstände 23 und 24, ζ. B. in Form kapillarer Drosselungen, bestimmen die Durchströmungsgeschwindigkeit des Fluidstromes in der ganzen Vorrichtung. Sie sind als Stromquellen zu betrachten, die eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten. Die Vorrichtung nach F i g. 1 enthält nach F i g. 2 in der Zufuhrleitung 5 eine Abzweigung 29 und einen kleinen Durchströmungswiderstand 21 zwischen der Abzweigung 29 und dem T-Stück 38. Die Eichquelle 8 enthält die Anschlüsse 17 und 18 in Form eines T-Stücks 35 mit Zufuhranschlüssen 36. Daran ist eine Leitung 34 angeschlossen, die andererseits an ein Vorratsgefäß 33 angeschlossen ist, das aus einem Durchströmungsraum 31 und einem Vorratsraum 32 besteht. Der andere Anschluß des Durchströmungsraumes 31 ist an ein Reinigungsfilter 27 angeschlossen, das über einen Durchslrömungswiderstand 22 und eine Leitung 30 an die Abzweigung 29 angeschlossen ist. Der Fluidstrom in der Leitung 5 erzeugt über dem Hauptslromwiderstand 21 ein Druckgefälle, das zwischen der Abzweigung 29 und dem Anschluß 36 des T-Stückes 35 gemessen werden kann. Der Wert dieses Widerstandes 21 ist derartig, daß dieses Druckgefälle, über der Eichquellenleitung 30—34 gemessen, unabhängig von der Lage der Vorrichtung 7 nahezu konstant ist. Da in der genannten Eichquellenleitung 30—34 ein Strömungswiderstand vorhanden ist, dessen Wert viele Male größer als der Wert des Widerstandes 21 ist, wird ein kleiner Teil des Fluidstromes in der Leitung 5 abgezweigt und durchfließt dann die Eichquellenleitung.

Es ist ersichtlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit dieses Teiles durch die angewandten Maßnahmen nahezu konstant ist. In Fig. 2 ist der Strömungswiderstand der Eichquellenleitung annahmeweise in dem Widerstand 22 konzentriert. Das Reinigungsfilter 27 befreit den kleinen Strom des Fluids von unerwünschten Bestandteilen, unter ihnen auch die zu ermittelnden Bestandteile, so daß der Durchströmungsraum 31 einen derart reinen Fiuidstrom empfängt, daß eine bekannte Menge zu messender Bestandteile aus dem Vorratsgefäß 32 diesem Strom zugesetzt wird. Dieser Trägerfluidstrom ist also derart zusammengesetzt, daß, je nach Art Injektion, z. B. unter Verwendung einer Injektionsnadel und einer halbdurchlässigen Wand, die Injektionsstelle nicht verunreinigt oder chemisch angegriffen wird. Als Beispiel sei das Messen von NO2 in einem Gasstrom, wie Luft, erwähnt, wobei im Vorratsraum 32 eine konzentrierte Menge NO2 vorhanden ist und die Abgabe der

■> bekannten Menge über eine halbdurchlässige Wand stattfindet. Das Filter 27 sorgt dafür, daß NO₂ entfernt wird und daß der Wasserdampf absorbiert wird, weil gefunden wurde, daß Wasserdampf an der Oberfläche der halbdurchlässigen Wand die Abgabe von NO₂ stark herabsetzt.

Fi g. 3 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 2, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Eichquellenleitung ist mit ihrer Abzweigung 29 nun hinter dem Absorptionsfilter 6 angeordnet, wodurch das Reinigungsfilter 27 vereinfacht werden kann. Dieses Füller 27 braucht nun nur die weiteren aggressiven Bestandteile aus dem Trägerfluidstrom aufzunehmen. In dieser Vorrichtung sollen zwei Hauptstromwiderstände ange-

2« bracht werden, die zwischen der Abzweigung 29 und dem Anschluß 17 (ζ. B. in F i g. 3 mit 21a bezeichnet) und zwischen dem T-Stück 38, über die Leitung 10, und dem Anschluß 18 (z.B. in Fig.3 mit 216 bezeichnet) angeordnet werden müssen. Die Verbindungsvorrich-

2^r> tung 7 kann auch diese Hauptstromwiderstände in Form bereits vorhandener Verjüngungen enthalten.

F i g. 4 zeigt eine Erweiterung der Vorrichtung nach F i g. 3, die grundsätzlich auch bei der Vorrichtung nach F i g. 2 angewandt werden kann.

jo Die Verbindungsvorrichtung 7 ist mit mehreren Ausgängen 4, und zwar den Ausgängen 4a, 46 und 4c, versehen. Es sind drei Eichquellen 8a, 86, 8c und Eichquellenleitungen 34a, 346 bzw. 34c vorgesehen, die alle auf die in F i g. 2 dargestellte Weise ausgebildet sind.

i·-, Das Reinigungsfilter 27 ist in Fig.4 kombiniert dargestellt, wodurch eine vorteilhafte Ersparung erhalten wird. Jede Eichquelle besitzt einen eigenen Strömungswiderstand 22a, 226 bzw. 22c, ein Vorratsgefäß 33a, 336 bzw. 33c und ein Anschluß-T-Stück 35.a, 356

■in bzw. 35c, die in Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen 3-4c, 4c-46 und 46-4a aufgenommen sind. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, drei Eichpunkte zu erhalten, damit eine nichtlineare Meßkurve der Meßzelle 9 auf richtige Weise geeicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen und quantitativen Ermittlung eines oder mehrerer Bestandteile eines Fluids, die eine Meßzelle, ein die zu messenden Bestandteile aus dem Fluid absorbierendes Absorptionsfilter, eine Eichquelle, die dem Fluid eine bekannte Menge der zu messenden Bestandteile liefert, eine Verbindungsvorrichtung mit zwei Ein- und zwei Ausgängen, Zu- und Abfuhrleitungen und ein den Durchfluß des Fluids durch die Leitungen bewirkendes Durchströmungsglied enthält, wobei die Zuführleitung in einem ersten T-Stück endet, dem sich eine Leitung anschließt, in die das Absorptionsfilter aufgenommen ist, das mit dem ersten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist, die direkt mit dem zweiten Eingang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Abfuhrleitung mit einem zweiten T-Stück beginnt, dem sich eine Leitung anschließt, die mit dem zweiten Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, während weiter eine Leitung vorgesehen ist. in der die Meßzelle angeordnet ist. die mit dem ersten Ausgang der Verbindungsvorrichtung verbunder, ist, und die Eichquelle sich in der Verbindungsleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichquelle (8) aus einer Eichquellenleitung (30, 34) mit Strömungswiderstand (22) aufgebaut ist, in die ein Reinigungsfilter (27) und ein Vorratsgefäß (33) mit zu messenden Bestandteilen zur Lieferung der bekannten Menge zu messender Bestandteile an das Fluid mit Hilfe eines Trägerfluids eingebaut sind, daß zum Ableiten des Trägerfluids in die Eichquellenlei· tung (30) zwischen dem Eingang (16) der Zufuhrleitung (5) und den Eingängen (1, 2) der Verbindungsvorrichtung (7) eine Leitungsabzweigung (29) angebracht ist, an die die Eichquellenleitung (30) auf der Eingangsseite des Reinigungsfilters (27) angeschlossen ist, während zwischen der Leitungsab-7.weigung (29) und dem Anschluß (17, 18) der Eichquelle (8) Hauptstroniwiderstände (21,21a, 2Ib) angeordnet sind, über denen durch den Fluidstrom ein Druckgefälle erzeugbar ist und deren Widerstandswert viele Male kleiner als der Wert des Strömungswiderstandes (22) ist, und daß die Eichquellenleitung (34) auf der Ausgangsseite des Vorratsgefäßes (33) mit einem dritten T-Stück (35) verbunden ist, das sowohl den einen (17) als auch den anderen (18) Anschluß der Eichquelle (8) in der Verbindungsleitung (12,13) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabzweigung (29) und ein Hauptstromwiderstand (21) in der Zufuhrleitung (5) angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabzweigung (29) zwischen dem Ausgang (11) des Absorptionsfilters (6) und dem ersten Eingang (1) angebracht und ein erster Haupistromwiderstand (21a,) zwischen dem einen Anschluß (17) der Eichquelle (8) und der Leitungsabzweigung (29) vorhanden ist, während ein zweiter Hauptstromwiderstand (2ib) mit einem dem des ersten Hauptstromwiderstandes (2Ia^ nahezu gleichen Wert zwischen dem anderen Anschluß der Eichquelle (8) und dem ersten T-Stück (38) angebracht ist.