DE2401278C3 - Einrichtung zur Korrektur des Nullpunktes von unter Tage eingesetzten Infrarot-Gasanalysegeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektur des Nullpunktes von unter Tage eingesetzten Infrarot-Gasanalysegeräten, welche eine Meßküvette mit einer Gaseinlaßleitung und einer Gasauslaßleitung aufweisen, mit einer anstelle des Probengasvolumens an die Meßküvette anschließbaren Nullgasquelle und mit einer Zeitsteuerschaltung zur Steuerung der Anschlußzeiten der Nullgasquelle an die Meßküvette.

Infrarot-Gasanalysegeräte dienen im Untertagebergbau beispielsweise der Früherkenr.ung von Bränden. Dann messen solche Geräte den Kohlenmonoxydgehalt in der Luft. Über den erwähnten Küvetten befindet sich dann ein Infrarotstrahler, dessen Strahlung von einem zwischen ihm und den Küvetten angeordneten Blendenrad abwechselnd auf die Meß- sowie auf die Vergleichsküvette gegeben wird. Unterhalb der Küvetten ist gewöhnlich ein thermischer Strahlungsempfänger angeordnet, der die aufgenommene Reststrahlung absorbiert und in eine Druckänderung umsetzt. Diese Druckänderung wirkt auf eine Membran, deren periodische Deformation bei Anwesenheit des die Infrarotstrahlung absorbierenden Kohlenmonoxyds ein elektrisches Signal hervorruft, das ein Maß für den Gehalt an Kohlenmonoxyd in dem Gasgemisch darstellt. Dieses Signal wird auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht.

Das eingangs bezeichnete Gerät ist bekannt (DE-OS 16 73 182). Bei diesem Gerät wird das Eichgas aus einem Reservoir entnommen. Ein solches Eichgasreservoir läßt sich in der Regel nicht in dem Gerät selber unterbringen und muß deswegen extern angeordnet werden. Bei anderen bekannten Meßgeräten (Zeitschrift Engineering and Mining Journal, 172, April 1971, S. 124—128) wird das Eichgas aus dem Betriebsgas mit Hilfe eines Filters hergestellt. Auch hierbei muß das Filter in der Regel extern angebracht werden, weil die Filter auf den vollen Durchsatz am Betriebsgas <>5 ausgelegt sein müssen und deshalb so große Abmessungen annehmen, daß sie sich nicht mehr in dem Gerät selbst unterbringen lassen.

Wenn die Geräte für die Messung von Kohlenoxyd in Grubenwettern bestimmt sind, werden sie zur Früherkennung von Bränden unter Tage benutzt. Wegen der externen Anordnung der Eichgaseinrichtungen an den bekannten Geräten besteht die Gefahr, daß durch praktisch unvermeidliche Undichtigkeiten während der Nullpunktkorrektur Falschgas (Betriebsgas) angesaugt und dadurch der Nullpunkt verfälscht wird. Das hat erhebliche Nachteile und Gefahren zur Folge, weil die fraglichen Messungen zumeist automatisch durchgeführt und über Tage häufig in Computern ausgewertet werden.

Die externe Anordnung der Eichgaseinrichtungen hat ferner erhebliche Nachteile bei Meßgeräten, die im Steinkohlenbergbau unter Tage eingesetzt werden. Diese Meßgeräte müssen in der Regel schlagwettergeschützt ausgeführt werden. Da sich die Geräte im allgemeinen nicht eigensicher betreiben lassen, sind druckdichte Kapselungen erforderlich. Die druckdichte Kapselung muß jedoch für die Einführung des Eichgases geöffnet sein, was beträchtliche Schwierigkeiten zur Folge hat

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Nullkorrektur zu schaffen, welche sich insbesondere für Untertage-Gasmeßgeräte eignet, weil sie mit Filtern erheblich geringerer Abmessungen und/oder erheblich längeren Standdauern auskommt, so daß die Möglichkeit geschaffen wird, das Filter in das Gasmeßgerät selbst einzubauen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nullgasquelle eine zwischen Gasauslaß- und Gaseinlaßleitung der Meßgeräte angeordnete Kurzschlußleitung aufweist, in die ein das nachzuweisende Gas zurückhaltendes Filter eingebaut ist, und daß durch die Zeitsteuerschaltung betätigbare Einrichtungen zur Erzeugung eines geschlossenen Gaskreislaufes durch die Meßküvette und die Kurzschlußleitung vorgesehen sind.

Die neue Einrichtung zur Nullpunktkorrektur verwendet ausschließlich den Inhalt der Meßküvette als Eichgas, indem das in der Meßküvette enthaltene Betriebsgas über das Gasfilter im Kreislauf geführt wird, in dem es von der Meßkomponente befreit wird. Im Hinblick auf die Ausbildung des Filters einerseits und das Volumen der Meßküvette sowie das auszuspülende Volumen der Gaswege andererseits kann hierdurch erreicht werden, daß sich das Filter in das Gasmeßgerät selbst einbauen läßt, weil es verhältnismäßig geringe geometrische Abmessungen mit einer Standzeit von mehreren Jahren verbindet, so daß im allgemeinen die Standzeit des Filters größer als die Lebensdauer des Gerätes ist.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die neue Einrichtung zur Nullpunktkorrektur auch in bereits vorhandene druckdichte Gehäuse von Gasmeßgeräten einbauen läßt bzw. sich bereits im Einsatz befindliche Geräte nachträglich entsprechend umbauen lassen.

Ein anderer Vorteil ist der, daß die Steuersignale, welche aus den Meßwarten von über Tage ankommen, keine zusätzlichen elektrischen Durchführungen durch die druckfeste Kapselung erfordern, weil das Filter eingebaut ist.

Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die neue Einrichtung so ausgebildet, daß sie eine zur Erzeugung eines geschlossenen Gaskreislaufes in der Kurzschlußleitune aneeordnetc

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Pumpe mit umfaßt

Im folgenden wird die Erfindung zum besseren Verständnis anhand der Zeichnungen ausführlicher erläutert; es zeigt

F i g. I schematisch ein CO-Gasmeßgerät mit einer Einrichtung zur Nullpunktkorrektur,

F i g. 2 schematisch eine Zeitsteuerung zur Ansteuerung des Gegenstandes nach Fig.!,

Fig.3 schematisch eine von der Zeitsteuerung abgegebene Impulsfolge zur Nullpunktkorrektur,

Fig.4 einen von der Zeilsteuerung abgegebenen Impuls zur Kontrolle der optischen Einrichtungen des Gegenstandes nach Fi g. 1.

Das in der F i g. 1 dargestellte, unter Tage eingesetzte CO-Gasmeßgerät besitzt eine Meßküvette 1, durch die das zu messende Gasgemisch von einer Pumpe 2 über einen Gaseinlaß 3 zu einem Gasauslaß 4 gefördert wird. Neben der Meßküvette 1 befindet sich eine mit Stickstoff gefüllte Vergleichsküvette 5.

Oberhalb der beiden Küvetten 1, 5 ist ein Infrarotstrahler 6 angeordnet dessen Infrarotstrahlung mit Hilfe einer rotierenden Blendenscheibe 7 periodisch auf eine der beiden Küvetten 1, 5 gegeben wird. Die Blendenscheibe 7 wird angetrieben von einem Synchronmotor 8, der mit der Blendenscheibe 7 über eine Welle9 verbunden r ·

Unterhalb der küvetten 1, 5 befindet s ch ein Strahlungsempfänger 10, der die aufgenommene Reststrahlung absorbiert und in Druckänderungen umsetzt. Die Druckänderungen wirken auf eine nicht dargestellte Membran, deren periodische Deformation bei Anwesenheit von Kohlenmoncxyd in dem zu messenden Gasgemisch ein elektrisches Signal hervorruft, das mit einer Hochfrequenz moduliert, in einem Hochfrequenzverstärker Il und nach Demodulation in einem Demodulator 12 in einem Niederfrequenzverstärker 13 verstärkt wird, dessen Ausgang mit einem Anzeigegerät

14 verbunden ist. Das Anzeigegerät 14 kann Teil des Gasmeßgerätes sein, es kann aber auch über eine Fernleitung an dieses angeschlossen werden.

Zur Nullpunktkorrektur der elektrischen Schaltung ist ein Potentiometer 15 vorgesehen, das in den Stromkreis eines auf der Welle 9 angeordneten Generators 16 geschaltet ist und dessen verstellbarer Abgriff 17 mit dem Niederfrequenzverstärker 13 verbunden ist.

Zur Einstellung des Nullpunkts der elektrischen Schaltung ist es erforderlich, daß der Meßküvette 1 ein CO-freies Gasgemisch zugeführt wird. Dazu sind Gaseinlaß 3 und Gasauslaß 4 mit einer Kurzschlußleitung 18 verbunden, in der eine Pumpe 19 und ein CO-Filter 20 angeordnet sind. Die Pumpe 19 ist über einen von einer Zeitsteuerung 21 betätigten Schalter 22 an eine Stromquelle 23 angeschlossen, die zugleich auch die für den Betrieb der Pumpe 2 erforderliche Energie liefert Der Schalter 22 ist so ausgebildet daß jeweils nur eine der beiden Pumpen 2 bzw. 19 an die Stromquelle 23 angeschlossen ist.

Wenn die Meßküvette 1 von einem CO-freien Gasgemisch durchströmt wird, kann das Potentiometer

15 so verstellt werden, daß am Anzeigegerät 14 ein Nullsignal erscheint. Dazu wird der Ausgang des Niederfrequenzverstärkers 13 einem Soll/Istwert-Vergleicher zugeführt, der aus einem Vorverstärker 24, einem Gleichrichter 25 und einem Komparator 26 besteht. Am Eingang des Komparators 26 liegl auch das Signal eines Sollwertgebers Zi an.

Am Ausgang des Komparators 26 liegt die Differenz-Spannung zwischen Soll- und Istwert an, die die Eingangsgröße für einen Regelmotor 28 bildet der das auf seiner Welle 29 sitzende Potentiometer 15 so weit verstellt bis die Soll/Istwert-Difierenz verschwindet d. h. bis der Nullpunkt der elektrischen Schaltung erreicht ist

Zwischen dem Komparator 26 und dem Regelmotor 28 befindet sich ein von der Zeitsteuerung 21 beaufschlagter Schalter 30. der, wie weiter unten erläutert nach einem von der Zeitsteuerung 21 vorgegebenen Programm betätigt wird.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Schalter so gelegt, daß das Gasmeßgerät sich in Meßstellung befindet. Die Zeitsteuerung 21 ist so programmiert, daß sie alle 24 Stunden eine Nullpunktkorrektur auslöst. Dazu wird von der Zeitsteuerung über einen Anschluß 22' ein 5 Minuten währender Impuls abgegeben, der den Schalter 22 betätigt, so daQ das in der Meßküvette 1 befindliche Gasgemisch im Kreislauf über die Pumpe 19 und den CO-Filter 20 in der Kurzschlußleitung 18 geführt wird. Gleichzeitig wird durch einen Ausgang 31' der Zeitsteuerung 21 ein Schalter 31 betätigt, der an einem im Stromkreis des Generators 16 liegenden hochohmigen Widerstand 32 ein zum Eingang des Niederfrequenzverstärkers 13 geführtes Kontrollsignal abgreift, das beispielsweise als Information für einen mit dem Gasmeßgerät verbundenen Prozeßrechner über die nunmehr eingeleitete Nullpunktkorrektur dient. Das Kontrollsignal besitzt eine Größe, die einer CO-Konzentration von 100 ppm entspricht und wird während einer Zeit von etwa 2 Minuten aufrechterhalten (Fig. 3). Nach dem Abschalten des Kontrollsignals und einer Einschwingzeit wird über den Ausgang 30' der Zeitsteuerung 21 der Schalter 30 betätigt und der Soll/Istwert-Vergleicher mit dem Regelmotor 28 verbunden, der nunmehr den Abgriff Π des Potentiometers 15 so weit verschiebt, bis der Nullpunkt des elektrischen Systems erreicht ist

Dieser Funktionsablauf wird regelmäßig und automatisch in einem 24-Stunden-Zyklus von der Zeitsteuerung 21 ausgelöst. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zusätzlich Nullpunktkorrekturen durchzuführen, indem ein an der Zeitsteuerung 21 angeordneter Schalter 34 betätigt wird. Dieser Schalter kann auch durch Fernbedienung betätigt werden.

Zur Kontrolle der optischen Einrichtungen besitzt die Zeitsteuerung 21 einen weiteren Ausgang 35', der durch Betätigen eines an der Zeitsteuerung angebrachten Schalters 36 ein Relais 35 betätigt, das mit Schaltern 37, 38 verbunden ist.

Der Schalter 37 liegt im Stromkreis des Generators 16 vor dem Potentiometer 15 und schaltet bei Betätigung des Relais 35 den Stromkreis des Generators 16 auf ein weiteres Potentiometer 39, dessen Abgriff 40 über den Schalter 38 mit dem Niederfrequenzverstärker 13 verbunden wird. Durch Abgleich des Potentiometers 39 können Ungenauigkeiten der optischen Einrichtungen festgestellt werden.

Die an den Ausgängen 35' bzw. 22', 3Γ, 30' ablaufenden Programme der Zeitsteuerung 21 sind so gegeneinander verriegelt, daß ein gleichzeitiger Ablauf nicht möglich ist. Die Zeiten für die einzelnen Programmschritte sind frei wählbar und können den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden.

Bei Einsatz eines Prozeßrechners zur Auswertung der von dem Meßgerät abgegebenen Meßsignale wird das Rechnerprogramm so aufgebaut, daß der Prozeßrechner durch das Kontroüsigna! die an dem GasmeBserät

ablaufende Nullpunktkorrektur erkennt und nach Beendigung der Nullpunktkorrektur den neuen Nullpunkt in seinen Speicher übernimmt. Dadurch werden Übertragungsfehler zwischen dem Gasmeßgerät und dem Prozeßrechner eliminiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

24 Ol Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Korrektur des Nullpunkts von unter Tage eingesetzten Infrarot-Gasanalysegeräten, welche eine Meßküvette mit einer Gaseinlaßleitung und einer Gasauslaßleitung aufweisen, mit einer anstelle des Probengasvolumens an die Meßküvette anschließbaren Nullgasquelle und mit einer Zeitsteuerschaltung zur Steuerung der Anschlußzeiten der Nuligasquelle an die Meßküvette, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullgasquelle eine zwischen Gasauslaß- und Gaseinlaßleitung (4,3) der Meßküveite (1) angeordnete Kurzschlußleitung (18) aufweist, in die ein das nachzuweisende Gas zurückhaltendes Filter (20) eingebaut ist, und daß durch die Zeitsteuerschaltung (21) betätigbare Einrichtungen (19) zur Erzeugung eines geschlossenen Gaskreislaufs durch die Meßküvette (1) und die Kurzschlußleitung(lS) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines geschlossenen Gaskreislaufes eine in der Kurzschlußleitung (18) angeordnete Pumpe (19) umfaßt.

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