DE2459343C2

DE2459343C2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft

Info

Publication number: DE2459343C2
Application number: DE19742459343
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 2000 Hamburg Fuhrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2459343B1

Description

Das Hauptpatent 24 22 270 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Be-Stimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft, unter Verwendung eines nichtspezifischen Gasdetektors, insbesondere Gas-Halbleiters als Meß^elle durch vergleichende Messungen des die Meßkomponente enthaltenden Prüfgases mit einem die Meßkomponente enthaltenden Vergleichsgas, bei dem der Meßzelle wechselweise zur Nullpunkt- und Kalibrierkontrolle von der Meßgaskomponente befreites Prüfgas, das die Meßgaskomponente enthaltende Prüfgas und ein Gemisch von der Meßgaskomponente entsprechendem Lösemitteldampf und von der Meßgaskomponente betreitem Prüfgas zu Meßzwecken zugeführt wird, zur Erzeugung des Gemisches von Lösemitteldampf und von der Meßgaskomponente befreitem Prüfgas flüssiges, der Meßgaskomponente entsprechendes Lösemittel zum Zwecke der Kalibrierung verdunstet, das Lösemittel-Gas-Gleichgewicht bei den Verdunstungsraum durchströmendem, von der Meßgaskomponente befreitem Prüfgas drucklos und unabhängig von der Füllhöhe und der Menge des Lösemittels in den Verdunstungsraum konstant gehalten, das von der Meßgaskomponente befreite Prüfgas jeweils im gleichen Zyklus zur Kalibrierung mit dem Lösemitteldampf vermischt, beide Vorgänge, die Nullpunktkontrolle und die Kalibrierung fortlaufend in einstellbaren Intervallen

⁶S wiederholt und die von der Meßzelle erhaltenen Meßwerte mit dem jeweils festgehaltenen Bezugswert in einer Meßbrücke elektrisch verglichen werden. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur auto-

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manschen Bestimmung von Spuren von organischen zelle, ein zweites Absperrventil, eine erste Kapillare, Lösemitteldämpfen in Luft besteht darin, daß die mit eine zweite Kapillare, eine Membranpumpe und eine einer Gaspumpe, der ein Durchflußregler und der Gas- dritte Kapillare angeordnet sind, daß zur Zuführungsdetektor als Meßzelle vorgeschaltet sind, verbundene leitung für das Prüfgas eine Leitung parallel geschaltet Zuführungsleitung für das Prüfgas ein Steuerventil und 5 ist, die zwischen der Meßzelle und dem zweiten Abeine oberhalb des Steuerventils und unterhalb dieses in sperrventil sowie zwischen diesem und der ersten Kadie Zuführungsleitung mündende e".ie Abzweigleitung, pillare in die Zuführungsleitung für das Prüfgas mündet in die ein Aktiv-Kohle-Filter mit vorgeschaltetem und in der ein erstes Akliv-Kohle-Filter und ein drittes Steuerventil eingeschaltet ist, und zwischen dem Aktiv- Absperrventil angeordnet sind, und daß die Zufüh-Kohle-Filter und der Meßzelle eine zweite Abzweiglei- 10 rungsleitung für das Prüfgas über eine zweite Leitung, lung aufweist, die mit dem Auslaßstutzen einer Kali- die zwischen der ersten und der zweiten Kapillare in briereinrichtung verbunden ist, die ein der Kalibrierein- die Zuführungsleitung für das Prügas mündet, mit einer richtung vorgeschaltetes Steuerventil und eine zwi- Kalibriereinrichtung mit einer vorgeschalteten vierten sehen diesem und der Kalibriereinrichtung angeordne- Kapillare und mit einer weiteren Zuführungsleitung te Kapillare aufweist und daß die Steuerventile als Ma- 15 verbunden ist, die in die Zuführungsleitung für das Prüfgnetventile ausgebildet und mit einem Programm- gas zwischen dem ersten Absperrventil und dem Rotaschaltwerk verbunden sind. meter mündet und in der ein zweites Aktiv-Kohle-Fil-

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die ter mit je einem vorgeschalteten vierten und fünften

Vorrichtung nach der Hauptpatentanmeldung bezug- Absperrventil angeordnet ist und die über eine Leitung

lieh Konstanz und Ansprechgeschwindigkeit des Kali- 20 mit der Zuführungsleitung für das Prüfgas verbunden

briervoTganges wesentlich zu verbessern, zumal das ist; dabei mündet die Leitung einerseits mit dem vierten

Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung unter Ver- und dem fünften Absperrventil in die Leitung mit dem

Wendung der entsprechenden Anordnung mit einem zweiten Aktiv-Kohle-Filter und andererseits zwischen

Großflächenverdunster arbeitet und daher bis zur kon- der dritten Kapillare und der Membranpumpe in die

tinuierlichen Abgabe einer definierten Lösemittel- 25 Zuführungsleitung für das Prüfgas und weist ein sech-

Dampfkonzentration eine bestimmte Einlaufzeit benö- stes Absperrventil auf.

tigt, die bis zu mehreren Stunden liegt, ehe sich der Mittels des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfah-

Innenraum des Kalibriergefäßes auf eine konstante rens und der hierfür ausgebildeten Vorrichtung wird

Konzentration einstellt. die Einstellgeschwindigkeit der Prüfgasrate und damit

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur 30 die schnelle Verfügbarkeit wesentlich verbessert wer-

automatischen Bestimmung von Spuren von o"-gani- den, was im wesentlichen auf die Anwendung eines

sehen Lösemitteldämpfen in Luft vorgeschlagen, das Kreislaufverfahrens zurückzuführen ist.

gemäß der Erfindung in der Weise arbeitet, daß die In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur automati-

Meßgasprobe im direkten Durchfluß der Meßanord- sehen Bestimmung von Spuren von organischen Löse-

nung und die über einen Aktiv-Kohle-Filter geleitete 35 mitteldämpfen in Luft an Hand von Ausführungsbei-

Nullpunktprobe in gleicher Weise direkt zugeführt und spielen dargestellt, und zwar zeigt

daß im Kalibriergaszyklus der Gasdurchsatz über ein F i g. 1 die Vorrichtung während des Betriebszustan-

weiteres Aktiv-Kohle-Filter und Kapillarsysteme im des »Messen« in einer schematischen Darstellung,

Kreislauf gefördert wird, indem nach Austritt des Kali- F i g. 2 die Vorrichtung gemäß F i g. I während des

briergases aus der Meßzelle die Meßkomponente 40 Betriebszustandes »Kalibrieren«,

durch das weitere Aktiv-Kohle-Filter entfernt und an- Fig. 3 die Vorrichtung gemäß F i g. 1 während des

schließend die konzentrierte Meßgaskomponente aus Betriebszustandes »Nullpunkt«,

dem Kalibriergas-Erzeuger durch Mischung über das F i g. 4 ein Diagramm des Kreislaufsystems und

Kapillarsystem verdünnt und somit auf einen konstan- F i g. 5 die Kaiibriereinrichtung, teils in Ansicht, teils

ten Kalibrierwert gebracht und anschließend wieder in 45 in einem senkrechten Schnitt,

die Meßzelle geleitet wird. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh-

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Spuren von organi- automatischen Bestimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft, unter Verwendung sehen Lösemitteldämpfen in Luft wird das bei X zugeeines nichtspezifischen Gasdetektors, insbesondere 5° führte und die Meßkomponente beinhaltende Prüfgas Gas-Halbleiters als Meßzelle, durch vergleichende einer Zuführungsleitung 10 zugeführt, die an eine Gas-Messungen des die Meßkomponente enthaltenden pumpe, z.B. Membranpumpe 11, angeschlossen ist. Prüfgases mit einem die Meßkomponente enthaltenden Über die Gaspumpe 11 wird das Prüfgas durch die Zu-Vergleichgases nach dem voranstehend beschriebenen führungsleitung 10 angesaugt. Eingangsseitig weist die Verfahren, bei der eine mit einer Gaspumpe, der ein 55 Zuführungsleitung 10 ein Absperrventil 300 auf, dem Gssdetektor als Meßzelle vorgeschaltet ist, verbünde- ein Rotameter 301 nachgeschaltet ist. An das Rotamene, ein Steuerventil aufweisende Zuführungsleitung für ter schließt sich in der Zuführungsleitung 10 eine Meßdas Prüfgas mit einer Abzweigleitung, in die ein Aktiv- zelle 13 an, der wiederum ein Absperrventil 310 nach-Kohle-Filter mit einem vorgeschalteten Steuerventil geschaltet ist. Zwischen dem Absperrventil 310 und der eingeschaltet ist, und mit einer weiteren Abzweiglei- 60 Gaspumpe 11 sind zwei Kapillaren 305, 306 in der Zutung verbunden ist, die mit dem Auslaßstutzen einer führungsleitung 10 angeordnet. Ausgangsseitig ist in Kalibriereinrichtung verL..naen ist, der ein Steuerventil der Leitung 10 eine weitere Kapillare 307 angeordnet,
und eine Kapillare vorgeschaltet sind, wobei die Parallel zur Zuführungsleitung 10 ist eine Leitung Steuerventile als Magnetventile ausgebildet und mit 312 angeordnet, die einerseits zwischen der Meßzelle einem Programmschaltwerk verbunden und die erfin- ⁶5 13 und dem Absperrventil 310 und andererseits zwidungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, daß in der sehen dem Absperrventil 310 und der Kapillaren 305 in Zuführungsleitung für das Prüfgas hintereinanderlie- die Zuführungsleitung 10 mündet. In dieser Leitung 312 eend ein erstes AbsDerrventil. ein Rotameter. die Meß- ist ein erstes Aktiv-Kohle-Filter 325 angeordnet, dem

ein weiteres Absperrventil 320 nachgeschaltet ist.

Die Zuführungsleitung 10 steht ferner mit einer weiteren Leitung 322 in Verbindung, an die die nachstehend noch näher beschriebene Kalibriereinrichtung 40 angeschlossen ist. Die Leitung 322 mündet in die Zuführungsleitung 10 zwischen den beiden Kapillaren 305 und 306. Ferner ist in der Leitung 322 eine weitere Kapillare 308 angeordnet.

Über eine weitere Leitung 332 steht die Zuführungsleitung 10 mit einem zweiten Aktiv-Kohle-Filter 335 in Verbindung. Diese Leitung 332 mündet in die Zuführungsleitung 10 zwischen dem Absperrventil 300 und dem Rotameter 301. In der Leitung 332 sind ferner zwei Absperrventile 330 und 340 angeordnet.

Über eine Leitung 342 mit in dieser angeordnetem Absperrventil 350 ist die Leitung 332 mit der Zuführungsleitung 10 verbunden, wobei die Leitung 342 einseitig zwischen den beiden Absperrventilen 330, 340 mit der Leitung 332 und mit ihrem anderen Ende zwischen der Membranpumpe 11 und der Kapillaren 307 mit der Leitung 10 verbunden ist.

Die Kalibriereinrichtung 40 gemäß F i g. 5 besteht aus einem waschflaschenartig ausgebildeten Behälter mit einem in diesem angeordneten Zulaufrohr 43, das mit dem Einlaßstutzen 41 verbunden ist. Das Zulaufrohr 43 ist in dem Innenraum des Kalibrierbehälters solang bemessen, daß das freie Zuführungsrohrendioberhalb des Spiegels der Flüssigkeit zu liegen kommt, die sich in dem Kalibrierbehälter befindet, im oberen Dom 44 des Behälters ist der Auslaßstutzen 42 vorgesehen. Im Innenraum des Behälters ist eine Großflächenverdunstungseinrichtung 45 vorgesehen, die aus mindestens einer sternförmig gefalteten Manschette 49 aus Filtrierpapier besteht. An Stelle einer Manschette 49 aus Filtrierpapier können auch mehrere konzentrisch ineinander angeordnete zylindrische Keramikkörper vorgesehen sein. Wesentlich ist, daß die Verdunstungseinrichtung 45 einerseits eine möglichst große Fläche aufweist und zum anderen aus einem Material besteht, über das eine Verdunstung des sich in dem Behälter befindenden Lösungsmittels ermöglicht. Über den Einlaßstutzen 41 wird der Kalibriereinrichtung 40 vom Meßgas befreites Prüfgas zugeführt, während die vom Lösemittel in dem Behälter gebildeten Lösemitteldämpfe zusammen mit dem durchströmenden, von der Meßkomponente befreiten Prüfgas über den Auslaßstutzen 42 abgeführt werden.

Die in der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Meßanordnung angegebenen Absperrventile 300. 310, 320, 330, 340 und 350 können paarweise zusammengefaßt als Dreiwegehähne ausgebildet sein. So bilden die beiden Absperrventile 310, 320, die beiden Absperrventile 300, 340 und die beiden Absperrventile 330, 350 je einen Dreiwegehahn.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist wie folgt, wobei in den F i g. 1 bis 3 die sich für die einzelnen Betriebszustände »Messen«, »Kalibrieren« und »Nullpunkt« ergebenden Gaswege stärker ausgezogen dargestellt sind

Im Betriebszustand »Messen« ergibt sich folgende Gasführung gemäß F i g. 1: Über die Zuführungsleitung 10 wird das die Meßkomponente beinhaltende Prüfgas von der Gaspumpe 11 angesaugt. Das Prüfgas strömt durch das Rotameter 301 und durch die Kapillaren 305,

306 der Gaspumpe 11 zu und dann über die Kapillare

307 zum Ausgang der Zuführungsleitung 10. Die Kapillare 307 dient — wie aus den F i g. 2 und 3 zu ersehen ist — zur Begrenzung und zum Druckausgleich im Kreislauf bzw. zum Ablassen des Prüfgases bei geschlossenem Ventil 350. Die Absperrventile nehmen dabei folgende Stellung ein: Die Absperrventile 320, 330, 340 sind geschlossen, während die Absperrventile 300,310,350 geöffnet sind.

Mittels der Kapillaren 308 wird das Prüfgas aus der Kalibriereinrichtung 40 dosiert. Der Trägergasdurchsatz durch die Kalibriereinrichtung 40 wird durch die Begrenzungskapillarc 306 mittels der Gaspumpe 11

ίο konstant gehalten. Während des Meßvorganges wird kontinuierlich Lösemitleldampf aus der Kalibriereinrichtung 40 entnommen, der jedoch erst hinter der Meßzelle 13 zugesetzt wird und die Messung nicht beeinflußt.

Für den Betriebszustand »Kalibrieren« ergibt sich gemäß F i g. 2 folgende Gasführung: Zunächst wird der Eingang für das Prüfgas über das Absperrventil 300 geschlossen. Die Gaspumpe 11 saugt dann über die Kapillaren 305 und 306 den Trägergasstrom durch das gcöffnete Ventil 320, wobei das Ventil 310 geschlossen ist, ferner über das Aktiv-Kohle-Filter 325. die Meßzelle 13 und das Rotameter 301. Der Ausgang der Gaspumpe 11 drückt das Kalibriergasgemisch über das geöffnete Ventil 340 über das Rolameter 301 in die Meßzelle 13.

wodurch der Kreislauf geschlossen ist. Nach dem Austritt des Gases aus der Meßzelle 13 ist das Kalibriergas in dem Aktiv-Kohlc-Filter 325 wieder von der Meßgaskomponente befreit worden, so daß nunmehr das Trägergas — Luft — im Kapillarsystem 305. 306, 308 die ursprüngliche genau definierte Gaskonzentration erhält. Diese gelangt dann auf dem voranstehend erwähnten Weg wieder zur Meßzelle 13. Die Kapillare

307 dient im Betriebszustand »Kalibrieren« zum Druckausgleich. Während des Betriebszustandes »Kalibrieren« sind die Absperrventile 300, 310, 330 geschlossen und die Absperrventile 320,340,350 geöffnet.

Der Vorteil dieser Anordnung ist der, daß der schon während des Meßvorganges — »Messen« — dauernd erzeugte Kalibriergasstrom nach Umschaltung auf »Kalibrieren« sofort zur Verfügung steht und die Einstellung des Kalibrierwertes schnell erfolgen kann.

Um das Aktiv-Kohle-Filter 325 während der Meßperiode, die zeitlich ein Vielfaches der Kalibrierperiode beträgt, nicht unnötig zu belasten, wird der aus der Meßzelle 13 austretende Gasstrom direkt über das geöffnete Absperrventil 310 dem Kapillarsystem 305. 306,

308 zugeleitet.

Für den Betriebszustand »Nullpunkt« ergibt sich — wie in F i g. 3 gezeigt — folgende Gasführung: Der Nullpunktzyklus ähnelt dem Meßzyklus insofern, als das aus der Meßzelle 13 austretende Gas über das geöffnete Ventil 310, über das Kapiüarsystem 305. 306. 308 und über die Gaspumpe 11 über die Kapillare 307 nach außen abgeleitet wird. Das Nullpunktgas wird erhalten, indem der Meßzelle 13 über das Aktiv-Kohle-Filter 335 bei geöffnetem Absperrventil 330 und geöffnetem Absperrventil 340 Gas zugeführt wird. Bei dem in F i g. 3 gezeigten Betriebszustand sind die Absperrventile 300,320,350 geschlossen, während die Absperrventile 310,330,340 geöffnet sind.

Die technischen Vorteile des Meßsystems beruhen

auf der Kreislaufförderung des Kalibriergases und der schnellen Einstellmöglichkeit der Meßzelle, wodurch eine definierte Kalibriergaskonzentration dauernd zur Verfügung steht

In Fig.4 ist die Wirksamkeit des Kreislaufsystems, d. h. die schnelle Einstellung des Kalibriergases der bisherigen Methode gegenübergestellt. Der in dem Dia-

gramm gezeigte gestrichelte Kurvenverlauf läßt erkennen, daß die Kalibrierzyklen wesentlich kürzer gehalten werden können, und daß die Verfügbarkeit des Mrß/yklus bzw. des Meßgerätes wesentlich erhöht wird. Die 90%-Zeit beträgt im Gegensatz zu der im Hauptpalent beschriebenen Methode, die etwa 2 Stunden beträgt, nur noch wenige Minuten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Bestimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft unter Verwendung eines nichtspezifischen Gasdetektors, insbesondere Gas-Halbleiters als Meßzelle durch vergleichende Messungen des die Meßkomponente enthaltenden Prüfgases mit einem die Meßkomponente enthaltenden Vergleichsgas, bei dem der Meßzelle wechselweise zur Nullpunkt- und Kalibrierkontrolle von der Meßgaskomponente befreites Prüggas, das die Meßgaskomponente enthaltende Prüfgas und ein Gemisch von der Meßgaskomponente entsprechendem Lösemitteldampf und von der Meßgaskomponente befreitem Prüfgas zu Meßzwecken zugeführt wird, zur Erzeugung des Gemisches von Lösemitteldampf und von der Meß-■gaskomponente befreitem Prüfgas flüssiges, der Meßgaskomponente entsprechendes Lösemittel zum Zwecke der Kalibrierung verdunstet, das Lösemittel-Gas-Gleichgewicht bei den Verdunstungsraum durchströmendem, von der Meßgaskomponente befreitem Prüfgas drucklos und unabhängig von der Füllhöhe und der Menge des Lösemittels in dem Verdunstungsraum konstant gehalten, dar von der Meßgaskomponente befreite Prüfgas jeweils im gleichen Zyklus zur Kalibrierung mit dem Lösemitteldampf vermischt, beide Vorgänge, die Nullpunktkontrolle und die Kalibrierung, fortlaufend in einstellbaren Intervallen wiederholt und die von der Meßzelle erhaltenen Meßwerte mit dem jeweils festgehaltenen Bezugswert in einer Meßbrücke elektrisch verglichen werden nach Patent 24 22 270, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasprobe im direkten Durchfluß der Meßanordnung und die über einen Aktiv-Kohle-Filter (335) geleitete Nullpunktprobe in gleicher Weise direkt zugeführt, und daß im Kalibriergaszyklus der Gasdurchsatz über ein weiteres Aktiv-Kohle-Filter (325) und Kapillarsysteme (305, 306, 308) im Kreislauf gefördert wird, indem nach Austritt des Kalibriergases aus der Meßzelle (13) die Meßkomponente durch das weitere Aktiv-Kohle-Filter (325) entfernt und anschließend die konzentrierte Meßgaskomponente aus dem Kalibriergas-Erzeuger durch Mischung über das Kapillarsystem (305, 306, 308) verdünnt und somit auf einen konstanten Kalibrierwert gebracht und anschließend wieder in die Meßzelle geleitet wird.

2. Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft, unter Verwendung eines nichtspezifischen Gasdetektors, insbesondere Gas-Halbleiters als Meßzelle, durch vergleichende Messungen des die Meßkomponente enthaltenden Prüfgases mit einem die Meßkomponente enthaltenden Vergleichsgas nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, bei der eine mit einer Gaspumpe, der ein Gasdetektor als Meßzelle vorgeschaltet ist, verbundene, ein Steuerventil aufweisende Zuführungsleitung für das Prüfgas mit einer Abzweigleitung, in die ein Aktiv-Kohle-Filter mit einem vorgeschalteten Steuerventil eingeschaltet ist, und mit einer weiteren Abzweigleitung verbunden ist, die mit dem Auslaßstutzen einer Kalibriereinrichtung verbunden ist, der ein Steuerventil und eine Kapillare vorgeschaltet sind, wobei die Steuerventile als Magnetventile ausgebildet und mit einem Programmschaltwerk verbunden und dadurch gekennzeichnet sind, daß in der Zuführungsleitung (10) für das Prüfgas hintereinanderliegend ein erstes Absperrventil (300), ein Rotameter (301), die Meßzelle (13), ein zweites Absperrventil (310), eine erste Kapillare (305), eine zweite KapHlare (306), eine Membranpumpe (11) und eine dritte Kapillare (307) angeordnet sind, daß zur Zuführungsleitung (10) eine Leitung (312) parallel geschaltet ist, die zwischen der Meß/.elle (13) und dem zweiten Absperrventil (310) sowie zwischen diesem und der ersten Kapillare (305) in die Zuf jhrungsleitung (10) für das Prüfgas mündet und in der ein erstes Aktiv-Kohle-Filter (325) und ein drittes Absperrventil (320) angeordnet sind, und daß die Zuführungsleitung (10) über eine zweite Leitung (322), die zwischen der e^rsten und der zweiten Kapillare (305, 306) in die Zuführungsleitung (10) mündet, mit einer Kalibriereinrichtung (40) mit einer vorgeschalteten vierten Kapillare (308) und mit einer weiteren Zuführungsleitung (332) verbunden ist, die in die Zuführungsleitung (10) zwischen dem ersten Absperrventil (300) und dem Rolameter (301) mündet und in der ein zweites Aktiv-Kohle-Filter (335) mit je einem vorgeschalteten vierten und fünften Absperrventil (330, 340) angeordnet ist und die über eine Leitung (342) mit der Zuführungsleitung (10) verbunden ist, dabei mündet die Leitung (342) einerseits zwischen dem vierten und dem fünften Absperrventil (330, 340) in die Leitung (332) und andererseits zwischen der dritten Kapillare (307) und der Membranpumpe (11) in die Zuführungsleitung (10) und weist ein sechstes Absperrventil (350) auf.