DE2509999A1

DE2509999A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines gasaufspuerers

Info

Publication number: DE2509999A1
Application number: DE19752509999
Authority: DE
Inventors: Harris David Levine
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1975-10-02
Also published as: CA1017968A; US3906473A; GB1496538A; JPS50128599A; NL7502690A; SE7502623L; FR2263513A1; FR2263513B1; BE826443A

Description

Diving. E. BERKENFELD . Dlpl.-ng. H. BERKEMFELD, Patentanwalt·, ΚδΙη Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom Name d. Anm.

Harris David LeVine 14 Upton Road Albany, New York, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Gasaufspürers

Es gibt viele Anwendungen für den Fall, wo es gewünscht wird, den Gehalt bestimmter Gase in der Luft wahrnehmen zu können« Eine besondere Anwendung einer solchen Vorrichtung besteht in dem Nachweis des Gehalts gefährlicher bzw. giftiger Gase in der Luft. Beispielsweise kann Kohlenmonoxyd, welches sich in überschüssigen Mengen in einem Gebäude oder Fahrzeug ansammelt, die Fähigkeit einer Person, in dieser Umgebung zu arbeiten, ernstlich oder vollständig beeinträchtigen oder kann sogar zum Tode führen. Eine gefährliche Situation kann auch in bezug auf Methangas eintreten, welches ernstliche Explosionsoder Feuergefahr herbeiführen kann.

Viele Arten an Nachweisgeräten zum Nachweisen der Anwesenheit von Gasen sind bisher bekannt. Eine dieser Vorrichtungsarten benutzt einen Gasaufspürer, der eine IV-Qxydverbindung verwendet, welche durch Adsorption Sauerstoff in die kristalline Molekularmatrix absorbiert, wenn sie bei hoher Temperatur dem Sauerstoff ausgesetzt ist. Der absorbierte Sauerstoff wirkt als Elektronenakzeptor und vermindert die elektrische Leitfähigkeit des Oxyds. Wenn Gase wie Kohlenmonoxyd, Methan, Pro- ! pan, Buthan oder andere reduzierende Gase mit der Oberfläche des Nachweisgerätes in Berührung kommen, so werden diese absorbiert und wirken als Eiektronendonatoren, wobei der Widerstand des Oxydkörpers herabgesetzt wird. Als Folge davon steigert sich der elektrische Strom, welcher in Reaktion auf eine an d&n Oxydkörper angelegte Spannung durch diesen hindurchfließt, über einen anfangs stabilen "Null"-Strom, wenn der Körper mit solchen reduzierenden Gasen in Berührung kommt. Wenn der Oxyd-Aufspürer bei hinreichend hoher Temperatur arbeitet, so wird der in der Luft getragene Sauerstoff in den Aufspürer

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hinein absorbiert, bis ein Gleichgewicht erreicht ist, was zu einem feststehenden Gleichgewichts-Widerstandswert führt. Dieses Gleichgewicht ist ein Maß für die Konzentration der berührenden reduzierenden Gase. Wenn das reduzierende Gas nur vorübergehend mit dem aufspürenden Oxyd in Berührung steht, so "spült" ein Erhitzen des Aufspürers auf sehr hohe Temperatur in Sauerstoffatmosphäre den Aufspürer aus und bringt ihn auf sein Stadium vollen hohen Widerstandes zurück. Eine im Handel erhältliche Form eines solchen Gasaufspürers ist bekannt unter der Bezeichnung Taguchi Gas Sensor, hergestellt von der Figaro Engineerung Company, Inc., Osaka, Japan (beispielsweise beschrieben in der USA Patentschrift 3 676 820).

Eine Schwierigkeit des Messens von Gasen auf Gleichgewichtsbasis besteht darin, daß beim Arbeiten des Aufspürers in solch hohem Temperaturbereich sein Ansprechen auf Kohlenmonoxyd und Methan wesentlich geringer ist als auf andere Gase mit stärker komplexen Kohlenwasserstoffmolekülen. Ferner ist die Empfindlichkeit der Gleichgewichtsmethode geringer, als dies für manche-Zwecke wünschenswert ist.

Es wurde nunmehr gefunden, daß bei solchen Aufspürern ein niedrigerer Arbeitstemperaturbereich existiert, in welchem das Ansprechen des Aufspürers auf Kohlenmonoxyd und Methan höher wird und das Ansprechen auf andere, mehr komplexe Kohlenwasserstoffe sehr viel geringer wird. Jedoch erfolgt bei solchen niedrigeren Temperaturen die oben erwähnte Wiederabsorption des Sauerstoffs nicht bis zu wesentlichem Grad und wenn der Aufspürer fortwährend mit selbst sehr geringen Mengen beispielsweise an Kohlenmonoxyd in Berührung gebracht wird, so sammelt sich das Kohlenmonoxyd an, bis der Aufspürer gesättigt ist. Dies veranlaßt den Aufspürer, eine große Ausgangsanzeige zu erzeugen,, selbst wenn ei:trem geringe und sichere Kohlenmonoxydgehalte eine wesentliche Zeit lang anwesend sind, und es wird keine brauchbare weitere Ablesung von Kohlenmonoxyd erzielt, wenn die Sättigungsbedingung existiert.

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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, bei welcher ein Gasaufspürer solcher Art angewandt wird, welcher ein wesentliches Ansprechen bei Berührung durch eine gegebene Gasart zeigt, wenn die Temperatur des Aufspürers sich in einem niedrigeren Bereich befindet, und welcher sich selbst von diesen Gasen freispült, wenn er in einem Temperaturbereich gefahren wird, welcher höher ist als der genannte niedrigere Temperaturbereich. Der Aufspürer arbeitet abwechselnd und wiederholt in dem niedrigeren Temperaturbereich, um die Anwesenheit dieser Gase aufzuspüren, und in dem höheren Temperaturbereich, um den Aufspürer von diesen Gasen freizuspülen, und das Ansprechen des Aufspürers während des Arbeitens im niedrigeren Temperaturbereich wird bemustert und es wird während dieser bemusterten unteren Temperaturintervalle das Ansprechen des Aufspürers angezeigt.

Erfindungsgemäß wird ein Gasaufspürer solcher Art, welcher vorzugsweise auf Berührung mit Kohlenmonoxyd anspricht, wenn er zur Herabsetzung seines elektrischen Widerstandes in einem niedrigeren Temperaturbereich gefahren wird, und welcher viel weniger auf Berührung mit Kohlenmonoxyd ansprechbar ist, wenn er in einem höheren Temperaturbereich gefahren wird, abwechselnd und wiederholt im niedrigeren Temperaturbereich und im höheren Temperaturbereich gefahren. Das Arbeiten im höheren Temperaturbereich spült den Aufspürer von Kohlenmonoxyd frei und das Arbeiten im niedrigeren Temperaturbereich erzeugt Signale, welche für die Konzentration des CO, welches den Aufspürer berührt, maßgebend sind. Der Strom, welcher durch den Aufspürer fließt, stellt den Kiderstand des Aufspürers dar und wird während der Intervalle bemustert, wo der Aufspürer sich im unteren Temperaturbereich befindet, um hiervon Signalproben abzuleiten, welche die Konzentration des Kohlenmonoxyds darstellen. Ein Haltestromkreis wandelt diese Proben in ein kontinuierliches Signal um, welches in Übereinstimmung mit der Kohlenmonoxydkonzentration variiert. Ein Schwellenstromkreis spürt auf, wenn dieses kontinuierliche Signal über eine vorbestimmte

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Sicherheitsebene hinaus ansteigt und löst zu solcher Zeit einen Alarm aus.

Der Gasaufspürer gehört vorzugsweise der Klasse an, welche beim Arbeiten im niedrigeren Temperaturbereich stärker auf Berührung mit CO oder Methan ansprechen, als wenn sie im höheren Temperaturbereich gefahren werden. Vorzugsweise ist der Gasaufspürer
von solcher bekannter Art, bei welcher das Ansprechen des Aufspürers auf¹CO oder Methan größer ist als das Ansprechen auf
stärker komplexe Kohlenwasserstoffgase, wenn man im niedrigeren Temperaturbereich arbeitet, jedoch geringer ist als das Ansprechen auf solche anderen komplexen Kohlenwasserstoffe, wenn man
im höheren Temperaturbereich arbeitet. Der Aufspürer ist vorzugsweise auch solcher Art, daß er beim Absorbieren von Sauerstoff
weniger leitfähig wird und Sauerstoff leichter absorbiert, wenn man im höheren Temperaturbereich arbeitet, als wenn man im niedrigeren Temperaturbereich arbeitet.

Da der Aufspürer gegen CO oder Methan sehr empfindlich ist, wenn er im unteren Temperaturbereich gefahren wird, stellen die Proben des Ansprechens des Aufspürers, welche während des Arbeitens bei niedriger Temperatur genommen werden, genau und empfindlich die Menge an anwesendem CO oder Methan dar. Das abwechselnde
Arbeiten im Hochtemperaturbereich vollzieht ein Spülen, um eine Sättigung des Aufspürers zu verhindern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erfolgt das abwechselnde Heizen und Kühlen des Aufspürers durch einen Heizoszillator, welcher durch einen periodischen Zeitgebungsgenerator intermittierend ein- und ausgeschaltet wird und der Widerstand des Aufspürers wird gemessen,
indem man einen Strom durch ihn hindurchgehen läßt. Der Zeitgebungsgenerator steuert auch die Zeiten der Bemusterung bzw.
der Probenahme und es wird ein Haltestromkreis angewandt, um die Probesignale zu halten und sie in ein kontinuierliches Signal

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umzuwandeln. Ein Schwellenstromkreis nimmt wahr, wenn das kontinuierliche Signal eine gewisse, vorbestimmte Höhe erreicht, beispielsweise eine Höhe, auf welcher die Konzentration von CO bzw. Methan gefährlich wird und in Reaktion hierauf wird ein Alarm ausgelöst. Ebenfalls bei einer bevorzugten Ausführungsform vollzieht man das Heizen, indem man einer widerstandsmessenden Gleichspannung eine Heizwechselspannung überlagert und man wendet von Hand bedienbare Testschalter zum Abbrechen des unterbrochenen Aufspürerausgangssignales an, welches normalerweise zur Bewirkung der Probenahme bzw. Bemusterung angewandt wird und welches es dem Gesamtausgang des Aufspürers gestattet, auf den restlichen Stromkreis als Testoperation kontinuierlich angewandt zu werden.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten spezifischen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A bis 2G sind graphische Darstellungen, welche das Arbeiten dieser bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, auf welche bei der Beschreibung des Arbeitens des Erfindungsgegenstandes Bezug genommen ,wird; und

Fig. 4 ist ein elektrisches Schaltschema einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Ein Gasaufspürer 10 (siehe insbesondere Fig. 1) wird angewandt, welcher ein solcher des oben erwähnten Taguchi-Typs sein kann, bei welchem eine IV-Oxydverbindung verwendet wird, deren Widerstand abnimmt, wenn sie reduzierende Gase absorbiert, und deren Widerstand zunimmt, wenn sie Sauerstoff absorbiert. Ein gesteuertes Erhitzen des Aufspürers wird durch eine Heizspirale vollzogen, welche im Aufspürermaterial eingebettet ist und welcher eine Wechselspannung zugeführt wird, wobei der Widerstand

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des Aufspürers gemessen wird, indem man von einer Meßstromquelle 14 her einen Strom durch ihn hindurchgehen läßt. Ein Widerstandselement in Serie mit der Stromquelle und den Elektroden des Aufspürers erzeugt dann eine Spannung, welche proportional dem Strom des Aufspürers und daher umgekehrt porportional dem Widerstand des Aufspürers ist.

Fig. 3 veranschaulicht ein typisches Ansprechen eines solchen Aufspürers auf zwei unterschiedliche Klassen von Gasen, welche mit ihm in Berührung stehen. In der letzteren Figur gibt die Ordinate das relative Ansprechen des Aufspürers bzw. das Ausgangssignal des Aufspürers in Form des Stromes durch den Aufspürer hindurch bzw. der Spannung am Widerstand in Serie mit dem Aufspürer an. Die Abszisse gibt die Temperatur des Aufspürers in Celsius-Graden an. Die Kurve A gilt für ein typisches relativ komplexes Kohlenwasserstoffgas, in diesem Falle Propangas, und die Kurve B gilt für Kohlenmonoxydgas. Es ist ersichtlich , daß im niedrigeren Temperaturbereich, in diesem Falle etwa 20 bis 40 C, das Aufspüreransprechen bzw. das Ausgangssignal für den typischen, stärker komplexen Kohlenwasserstoff extrem niedrig ist, während oberhalb etwa 60° C das Ansprechen für solche Gase hoch wird. Auch ist im niedrigeren Temperaturbereich von etwa 20 bis 40 C das Ansprechen auf Kohlenmonoxyd hoch und vielfach größer als das Ansprechen auf Propan. In höheren Temperaturbereichen oberhalb 60° C ist das Ansprechen auf Kohlenmonoxyd wesentlich niedriger als das auf Propan. Auch ist ein höherer Temperaturbereich zwischen etwa 200 und 320° C gezeigt, wobei beim Arbeiten innerhalb dieses Bereiches der Aufspürer veranlaßt wird, sich selbst zu spülen und zu einem Zustand hohen Bezugswiderstandes zurückzukehren. Wenn auch dieses Spülen nicht notwendigerweise vollständig ist, falls das berührende Gas weiterhin anwesend bleibt, so wird doch nichtsdestoweniger eine sehr wesentliche Herabsetzung der Menge absorbierten reduzierenden Gases bewirkt, so daß diese Menge bis gut unterhalb der Sättigungsebene vermindert wird.

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In diesem Ausführungsbeispiel wird der Heizstrom zum Beheizen des Aufspürermaterials durch einen Heizoszillator 24 geliefert, welcher vorzugsweise einen Wechselstromausgang über einen Transformator bereitstellt. Die erzeugten Oszillationen werden zu einer Heizspirale übertragen, welche einen Teil der Gasaufspürereinheit 10 bildet.

Der Heizoszillator 24 wird gesteuert ein- und ausgeschaltet,und zwar in diesem Falle mittels eines elektronischen Schalters 40, welcher durch einen Zeitgebungsgenerator 42 gesteuert wird. Der Ausgang des Zeitgebungsgenerators kann die in Fig. 2A gezeigte Wellenform besitzen. Bei einer typischen Vorrichtung können die mehr positiven Teile der Wellenform eine Dauer von etwa 20 Sekunden haben und die dazwischenliegenden mehr negativen Teile eine Dauer von etwa 40 Sekunden.

Der Ausgang des Zeitgebungsgenerators 42 ist an den elektronischen Schalter 40 angelegt, welcher einen Weg geringen Widerstandes nach Masse bzw. Erde für die Emitter der Transistoren im Heizoszillator schafft und dem Heizoszillator 24 das Arbeiten ermöglicht. Solche Arbeitsperioden des Heizoszillators erfolgen während der mehr positiven Teile des in Fig. 2A gezeigten Ausgangssignals des Zeitgebungsgenerators. Während der dazwischenliegenden Zeiten ist der elektronische Schalter 4O ausgeschaltet und der Heizoszillator arbeitet nicht. Der Heizoszillatorausgang ist daher im allgemeinen so, wie er in Fig. 2B dargestellt ist und bildet Oszillationsstöße, welche nur während der positiven Impulse vom Zeitgebungsgenerator her erfolgen. Selbstverständlich können viel mehr Perioden des Heizoszillatorausganges für jeden Impuls des Zeitgebungsgenerators vorhanden sein als gezeigt ist, wobei eine relativ kleine Anzahl an Perioden lediglich der Klarheit halber dargestellt ist.

Demgemäß werden die Heizoszillationen an den Gasaufspürer nur während der positiven Impulse vom Zeitgebungsgenerator her angelegt. Wie in Fig. 2C gezeigt, steigert sich die Temperatur des Aufspürers bis zu einem vorbestimmten Sättigungsgrad während sol-

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eher Intervalle der Heizoszillation, wobei der Aufspürer sich zwischen solchen Heizzeiten auf eine niedrige Temperatur abkühlt. Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung werden Intensität und Dauer des Heizens und die Zeit zwischen dem Heizen der Intervalle so ausgewählt, daß die Temperatur des Aufspürers während der Heizintervalle bis zu dem höheren Temperaturbereich ansteigt, welcher in Fig. 3 mit "Spülen" bezeichnet ist, und in der letzten

Hälfte des Intervalles zwischen aufeinanderfolgenden Beheizungen des Aufspürers in einen niedrigeren Temperaturbereich abfällt, welcher in Fig. 3 mit "Aufspürregion" bezeichnet ist.

Fig. 2D veranschaulicht die Art des Aufspürerausganges, wobei die ausgezogene Kurve für niedrigere, sichere Konzentrationen von CO bzw. Methan gilt, und die gestrichelte Kurve für gefährlich hohe Konzentrationen gilt.

Das Ausgangssignal des Aufspürers ist an den Bemusterungs- bzw. ProbenahmeStromkreis 88 angelegt. Das Signal über den Bemusterung swiderstand 20 ist an den Transistor des Bemusterungsstromkreises angelegt. Wenn der Transistor angeschaltet ist, so fällt seine Spannung bis auf die Nähe des Massepotentials ab, ungeachtet des Wertes der Ausgangsspannung des Aufspürers, und wenn der Transistor abgeschaltet ist, so folgt seine Ausgangsspannung dem Ausgang des Aufspürers.

Die Zeiten, zu welchen der Probenahmestromkreis 88 arbeitet, werden vom Zeitgebungsgenerator 42 her mittels des VerzögerungsStromkreises 98 gesteuert. Die positiven Impulse vom Zeitgebungsgenerator her, wie sie in Fig. 2A gezeigt sind, sind dadurch an einen Kondensator im Verzögerungsstromkreis 98 angelegt und zwischen solchen Impulsen fällt die Spannung am Kondensator auf ihren ursprünglichen Wert ab, wie dies in Fig. 2E dargestellt ist. In Fig. 2E stellt die horizontale Linie L die Grundspannungsebene dar, oberhalb welcher der Transistor im ProbenahmeStromkreis stark leitend wird. Der Probenahmetransistor verbleibt

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demgemäß leitfähig (vgl. Fig. 2E), um den Aufspürerausgang während der Heizzeiten des Aufspürers und ein vorbestimmtes Intervall danach zu eliminieren, bis der Ausgang des Verzögerungsstromkreises auf die Ebene L, wie zur Zeit S_Q, abgefallen ist. Der Probenahmetransistor bleibt nicht leitfähig, bis der Beginn des nächsten Ausgangsimpulses des Zeitgebungsgenerators zu den Zeiten 3, erfolgt. Nur während des Probenahmeintervalles S, welches während des letzten Teils des Intervalles zwischen den Heizimpulsen stattfindet, geht demgemäß der Ausgang des Aufspürers zu dem Haltestromkreis 104.

Die Fig. 2F stellt daher den Ausgang des Probenahmestromkreises dar, welcher aus Proben des Ausgangssignals des Aufspürers bestehen, die während der späteren Teile der Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Eeizimpulsen und daher zu Zeiten erzeugt wurden, zu welchen der Aufspürer in die Aufspürregion, in diesem Beispiel etwa 20 bis 40° C, abgekühlt ist.

Der Haltestromkreis 104 spricht auf die Proben des Aufspürerausgangssignals an und hält deren Werte während der Intervalle zwischen den Proben, wodurch das Signal der Proben in sin kontinuierliches Signal umgewandelt wird. Dies kann vollzogen werden, indem man den Ausgang des ProbenahmeStromkreises an die Anode eines Diodengleichrichters anlegt, dessen Kathode über einen Kondensator mit Masse verbunden ist, wobei das Signal über den Kondensator dann den Ausgang des Haltestromkreises bildet. Der sich ergebende Ausgang des Haltestromkreises ist in Fig. 2G dargestellt und bildet ein kontinuierliches Signal, dessen Höhe mit der Höhe des Probenahmesignals variiert.

Die Kurven, welche in den Fig. 2Dj, 2F und 2G in ausgezogener Linie gezeigt sind, stellen den Fall dar, in welchem ein relativ niedriger, sicherer Gehalt an Kohlenmonoxyd bzw. Methan am Aufspürer vorhanden ist, und die Kurven in gestrichelter Linie stellen den Fall dar, in welchem eine wesentlich höhere

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und gefährliche Menge an CO bzw. Methan vorhanden ist. Die höhere Menge an Kohlenmonoxyd bzw. Methan vermindert den Widerstand des Aufspürers, was den Strom durch ihci hindurch und seine Ausgangsspannung veranlaßt, höher zu sein als sonst während der Intervalle, in denen die Temperatur des Aufspürers sich im niedrigen Temperaturbereich befindet, und die während des Arbeitens des Aufspürers im niedrigen Temperaturbereich genommenen Proben besitzen demgemäß eine wesentlich höhere Amplitude, wenn die größere, unsichere Menge an Kohlenmonoxyd bzw. Methan vorhanden ist. In ähnlicher Weise besitzen die kontinuierlichen Ausgangssignale aus dem Haltestromkreis eine höhere Ebene, wenn die größeren Mengen an Kohlenmonoxyd bzw. Methan anwesend sind. In Fig. 2G veranschaulicht die unterbrochene Linie T zwischen den beiden Aufzeichnungen kontinuierlichen Signals eine Schwellenebene, welche die Gefahrenebene für die Konzentration von Kohlenmonoxyd bzw. Methan darstellt. Die ausgezogene Linienkurve in Fig. 2G bedeutet also eine Sicherheitsebene des Kohlenmonoxyds bzw. Methans und die gestrichelte Linienkurve, welche oberhalb der Schwellenebene liegt, bedeutet eine gefährliche Konzentration.

Der Ausgang des HalteStromkreises 104 wird in diesem Beispiel dazu benutzt, um eine Alarmeinrichtung zu betätigen, wenn dieser Ausgang die Schwellenebene bzw. den Schwellenwert überschreitet. Dies wird in diesem Beispiel vollzogen, indem man den Ausgang des Haltestromkreises im Verstärker 106 verstärkt und ihn dazu heranzieht, einen Alarmoszillator 108 einzuschalten, welcher eine Alarmeinrichtung IiO betätigt, wenn der Ausgang des Haltest rosikreises die .Schwellenebene T überschreitet. Der Ausgang des Verstärkers 106 ist an den elektronischen Schalter 107 angelegt, um diesen ein- und auszuschalten und so den Alarmoszillator 108 ein- und auszuschalten.

Die Alarmeinrichtung 110 kann einen kleinen permanentmagnetischen Lautsprecher aufweisen, welcher in Serie verbunden ist mit einem von Hand betätigbaren Lautsprecherschalter 152, mit einem von Hand variierbaren Lautstärkereglerwiderstand 154 und mit der Sekundärßeite 156 des Transformators 158 _Q dessen Primärseite 160

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den Alarmoszillatorausgang der Alarmeinrichtung zuführt. Wenn der Alarmoszillator arbeitet, so gibt der Lautsprecher 150 einen hörbaren Alarm ab, solange der Schalter 152 geschlossen ist. Ist erst einmal der Alarm hörbar, so kann der Schalter 152 geöffnet werden. Der Widerstand 154 kann eingestellt werden, um die gewünschte Lautstärke des Alarms bei einer gegebenen Anwendung hervorzurufen.

Im Betrieb ist die Vorrichtung so gelagert, daß der Gasaufspürer 10 mit der Atmosphäre, welche die aufzuspürenden Gase enthält, in Berührung steht. Die Vorrichtung arbeitet dann automatisch und spürt den Gehalt an Kohlenmonoxyd und/oder Methan in der Atmosphäre auf, wobei der Aufspürer im niedrigeren Temperaturbereich von etwa 20 bis 40 C arbeitet und der Aufspürer durch Hochtemperaturarbeiten in Intervallen zwischen aufeinanderfolgenden Aufspürungen gespült wird. Wenn die Konzentration von Kohlenmonoxyd und/oder Methan niedrig genug ist, um sich auf sicherer Ebene zu befinden, so wird kein Schallalarm ausgelöst. Wenn jedoch die Konzentration über eine Sicherheitsebene hinaus ansteigt, so wird hörbarer Alarm ausgelöst, um diese Tatsache anzuzeigen. Selbstverständlich ist die Dauer der Probenahmen des Aufspürerausganges hinreichend kurz, daß der Aufspürer nicht gesättigt wird, zumindest hinsichtlich der Sicherheitskonzentrationen von CO und/oder Methan.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung auch einen normalerweise offenen Testschalter 190 auf. Wenn sich der Schalter in seiner normalen, offenen Stellung befindet, so hat er auf das oben beschriebene Arbeiten keine Wirkung. Wird Schalter 190 von Hand geschlossen, so geht das Ausgangssignal 15 des Aufspürers ohne Unterbrechung "bzw. probenahme zum Haltestromkreis. Wenn daher das Schließen des Schalters 190 einen Alarm auslöst, so ist dies ein Test, welcher zeigt, daß alle Stromkreise (mit Ausnahme des Verzögerungsstromkreisteiles) arbeiten.

Wenn gewünscht, kann auch ein "Spül"-Schalter im Verzögerungs-

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Stromkreis 98 eingebaut sein, um den Aufspürer in dem Fall vollkommen zu spülen, daß zu gegebener Zeit ein unübliches, gründliches und vollständiges Spülen gewünscht wird.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind Teile, welche denjenigen in Fig. 1 entsprechen, durch entsprechende Bezugszahlen mit Zusatz A bezeichnet. So der Zeitgebungsgenerator 42A, elektronischer Schalter 4OA, Heizoszillator 24A, Gasaufspürer 1OA, elektronischer Schalter 107A, Alarmoszillator 1O8A und Alarmeinrichtung 11OA, wie sie in bezug auf Fig. 1 gezeigt und beschrieben sind. Der hauptsächliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen liegt in der Stromkreisführung zwischen dem Ausgang des Gasaufspürers und dem Eingang zum elektronischen Schalter 1O7A, welcher den Alarm auslöst.

Bei der Ausführungsforxn der Fig. 4 werden insbesondere die positiven, im allgemeinen rechteckigen Impulse des Ausganges des Zeitgebungsgenerators 42A, welche Zeiten definieren, in denen der Heizoszillator arbeitet, durch einen Differentiatorstromkreis 200 geleitet, welcher an seinem Ausgang entsprechende sehr enge Impulse erzeugt, die zu den Zeiten der Vorder- und Hinterkanten dieser Impulse auftreten. Diese differenzierten Impulse gehen durch einen Umformer 202 so hindurch, daß der Ausgang des Umformers 202 positive Impulse enthält, welche den Zeitpunkten des Auftretens der Hinterkanten der Zeitgebungsgeneratorimpulse entsprechen und somit zu der Zeit auftreten, wenn die Heizoszillationen enden. Diese umgeformten differenzierte Impulse werden zur Steuerung der Eingänge eines jeden von drei Speicherregistern 204, 206 und 208, welche von herkömmlicher Form sein können, so angelegt, daß die oben erwähnten positiven differenzierten Impulse die Register von der vorhergehenden Information wirksam löschen und sie in Vorbereitung zur Aufnahme der nachfolgenden Information versetzen.

Die Aufspürerelektrode 18A ist über den veränderlichen Widerstand 220 mit Masse verbunden. Die Spannung über diesen Widerstand wird

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zugeführt: der Basis eines NPN-Transistors 222 über Widerstand 224; der Basis eines anderen NPN-Transistors 226 über eine vorwärts vorgespannte Diode 228 und einen Widerstand 230; und der Basis eines weiteren NPN-Transistors 232 über die Reihenkombination der oben erwähnten vorwärts vorgespannten Diode 228 und die weitere Reihenkombination zweier zusätzlicher vorwärts vorgespannter Dioden 240 und 242 und einen weiteren Reihenwiderstand 244.

Jeder der Transistoren 222, 226 und 232 ist ein solcher, welcher eine geringe, jedoch bestimmte positive Spannung benötigt, um eingeschaltet zu werden. Demgemäß muß über den veränderlichen Widerstand 220 eine erste Spannungsebene entwickelt werden, bevor der Transistor 222 angeschaltet wird. Der Transistor 226 wird nicht eingeschaltet, bis eine zweite, höhere Spannungsebene erreicht ist und der Transistor 232 wird nicht angeschaltet, bis die Spannung eine dritte, noch höhere Ebene erreicht. Die Summe der Spannung fällt in den drei Dioden 228, 240, 242 ab.

Beispielsweise kann der Stromkreis so eingestellt sein, daß der Transistor 222 erst eingeschaltet wird, wenn die Konzentration an CO etwa 35 Teile je Million beträgt; Transistor 226 mag eingeschaltet werden bei etwa 70 Teilen CO je Million; und Transistor 232 mag eingeschaltet werden bei einer Konzentration von etwa 140 Teilen CO je Million.

Dem Auftreten der Hinterkante jedes Seitgebungsgeneratorimpulses folgend, können die drei Speicherregister 204, 206 und 208 vorbereitet sein, vm Anzeigen zu empfangen und zu speichern, daß die Höhe des Aufspürsignais, welches benötigt wird, um den entsprechenden Transistor einzuschalten, erreicht worden ist. Wenn also Transistor 222 eingeschaltet ist, was anzeigt, daß der Ausgang des Aufspürers die Höhe 1 erreicht hat, so wirkt Speicherregister 208 durch Umformer 250 hindurch, um die lichtaussendende Diode 252 einzuschalten. Wenn in ähnlicher Weise der Ausgang des Aufspürers die zweite Höhe erreicht, so wird'Speicherregister 206 betätigt und arbeitet über den entsprechenden Umformer 253, um die lichtaussendende Diode 254 einzuschalten. Wenn der Ausgang

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des Aufspürers die Höhe 3 erreicht, so betätigt Transistor 2 32 Speicherregister 2O4_f welches wiederum über Umformer 260 arbeitet, um die lichtaussendende Diode 262 einzuschalten. Das Hellwerden einer, der beiden oder aller drei der lichtabstrahlenden Dioden schafft daher eine Anzeige, ob ein Minimum nachweisbaren CO-Gehaltes,. das Zweifache dieses Gehaltes oder das Vierfache dieses Gehaltes nachgewiesen worden ist.

Die Ausgänge der drei Umformer 250, 253 und 260 werden auch an einen Verstärker 314 angelegt und zwar jeweils über von Hand bedienbare einpolige Einregelschalter 300, 302 bzw. 304 sowie über entsprechende Dioden 306, 308 bzw. 310. Die Anordnung ist so, daß ein Ausgang von irgendeinem der drei Speicherregister her, welcher über den entsprechenden Satz der drei Schalter wirkt, ausreichend ist, um den Verstärker 314 zu betätigen und einen Ausgang für den Schallalarm zu erzeugen. Wenn sämtliche drei Schalter offen sind, wird unter keinen Umständen Alarm ausgelöst. Zu einer Zeit, wo ein Schalter geschlossen ist, wird ein hörbarer Alarm gegeben, wenn der Aufspürerausgang die Ebene überschreitet, welche dem Schalter zugehörig ist.

Die Verwendung der drei Ebenen zum Steuern des Alarms schafft eine größere Vielseitigkeit des Systems, indem dieses nicht nur befähigt ist, auf unterschiedliche Ebenen eingestellt zu werden, denen der Benutzer begegnen mag, sondern auch größere Vielseitigkeit als Warnsystem, auch wenn die untere Ebene als Anzeiger möglicher Anwesenheit übler Gase benutzt werden kann und die höheren Ebenen als deren bestimmte Anzeige benutzt werden.

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELü · Olpl.-lng. H. BERKcNFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom Name d. Anm.

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Patentansprüche

1Λ Verfahren zum Betreiben eines Gasaufspürers solcher Art, wel- *-^ eher wesentliches Ansprechen auf Berührung mit bzw. auf Adsorption von einer gegebenen Klasse von Gasen zeigt, wenn die Temperatur des Aufspürers sich in einem niedrigeren Bereich befindet, und sich der Aufspürer selbst von diesen adsorbierten Gasen freispült, wenn er in einem Temperaturbereich gefahren wird, welcher höher ist als der niedrigere Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß man den Aufspürer abwechselnd und wiederholt in diesem niedrigeren Temperaturbereich fährt, um diese Gase wahrzunehmen, und in diesem höheren Temperaturbereich fährt, um den Aufspürer zu spülen; daß man das Ansprechen des Aufspürers selektiv für vorbestimmte Zeitintervalle während des Fahrens im niedrigeren Temperaturbereich bemustert; und daß man von diesem Ansprechen, welches während der Bemusterungen hervorgerufen wird, eine Anzeige bzw. Anzeigen herleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechen eine Modifikation der Leitfähigkeit des Aufspürers ist und daß man die Anzeige des Ansprechens dadurch herleitet, daß man die Stromänderung durch den Aufspürer hindurch, wahrnimmt, indem man die Spannung über einen Widerstand überwacht und einen Alarmstromkreis betätigt, wenn die Spannung eine gegebene Höhe überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man getrennte Alarmstromkreise betätigt, wenn die Spannung unterschiedliche Ebenen übersteigt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

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einen Gasaufspürer (10, 10A) aus der Klasse, dessen Leitfähigkeit sich durch Berührung mit einer gegebenen ersten Klasse an Gasen ändert, wenn der Aufspürer in einem niedrigeren Temperaturbereich gefahren wird, wobei der Aufspürer sich selbst von diesen Gasen freispült und seine ursprüngliche Leitfähigkeit wiederherstellt, wenn er in einem Temperaturbereich gefahren wird, welcher höher ist als der niedrigere Temperaturbereich;

Einrichtungen zum abwechselnden und wiederholten Betreiben des Aufspürers im niedrigeren Temperaturbereich, um die Gase aufzuspüren, sowie im höheren Spültemperaturbereich, um den Aufspürer auszuspülen; und

Einrichtungen zum selektiven Messen und Anzeigen des Leitfähigkeitsansprechens des Aufspürers, welches auftritt, wenn der Aufspürer im niedrigeren Temperaturbereich gefahren wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Anzeigeeinrichtungen folgende Mittel aufweisen: Mittel, welche Stromfluß durch den Aufspürer hindurch verursachen, Mittel zum Messen dieses Stromflusses, sowie eine Anzahl von Alarmstromkreisen, welche jeweils auf verschiedenen Höhen des durch den Aufspürer fließenden, gemessenen Stromes betätigt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der ersten Klasse von Gasen CO und Methan gehört, wobei der Aufspürer vielmals stärker in dem niedrigeren Temperaturbereich auf diese erste Klasse von Gasen anspricht als auf eine zweite Klasse von Gasen, zu denen komplexere Kohlenwasserstoffe zählen, und der Aufspürer vielmal stärker auf die zweite Klasse von Gasen als auf die erste Klasse von Gasen in einem dritten Temperaturbereich anspricht, welcher höher ist als der niedrigere Temperaturbereich, jedoch geringer ist als der Spültemperaturbereich.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechen in einer Änderung des elektrischen Widerstandes des Aufspürers besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum selektiven Messen und Anzeigen des Ansprechens folgende Mittel aufweisen? Mittel zum Durchgang eines Stromes durch den Aufspürer zum Schaffen eines Signales, welches ein Maß des Widerstandes des Aufspürers ist; Mittel zum Bemustern bzw. zur Probenahme dieses Signals innerhalb von Intervallen vorbestimmter Dauer, wenn sich der Aufspürer im niedrigeren Temperaturbereich befindet? und Mittel, welche auf das Probenahmesignal ansprechen, um zu bestimmen, wenn das Probenahmesignal einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese letztgenannten Mittel einen Haltestromkreis aufweisen, welcher auf das Probenahmesignal anspricht zwecks Erzeugung eines kontinuierlichen Signals, welches mit der Amplitude des Probenahmesignals variiert, und daß Anzeigemittel vorhanden sind, welche auf dieses kontinuierliche Signal ansprechen zwecks Erzeugung von Anzeigen, wenn dieses kontinuierliche Signal eine vorbestimmte Höhe erreicht,
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, ä&B die Mittel zum Hindurchgehen eines Stromes durch den Aufspürer hindurch ein Paar im Abstand voneinander befindlicher Elektroden im Kontakt mit dem Aufspürer, sowie Mittel sum Anlegen einer Gleichspannung zwischen diesen Elektroden aufweisen, wobei die Mittel zum Betreiben des Aufspürers abwechselnd in den höheren und den niedrigeren Temperaturbereichen folgende Mittel umfassen, nämlich Mittel zum Anlegen eines Wechselstromsignals an eine dieser Elektroden ₃ wobei die Vorrichtung auch Testmittel aufweist, welche von Hand bsdienbar sind, um die Probenahmemittel außerstande su setzen_? die

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Anlegung- des Signals an die Anzeigemittel„ ohne Probenahme, zu verursachen_e
11. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 10 zum automatischen Auslösen eines Alarms, wenn die Konzentration von CO in der Luft eine vorbestimmte Höhe überschreitet, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmales

"eine Gasaufspüreinrichtung, welche auf Berührung mit CO-haltiger Luft anspricht, wobei deren elektrischer Widerstand herabgesetzt wird, insbesondere wenn man in einem niedrigeren Temperaturbereich arbeitet, wobei der Gasaufspürer dazu neigt, fortschreitend steigendes Ansprechen zu zeigen, wenn die Dauer des Inberührungstehens mit CO zunimmt,, und wobei der Gasaufspürer von CO freispülbar ist, falls er bei einer Temperatur in einem Bereich gefahren wird, welcher höher ist als der niedrigere Temperaturbereich?

einen Eeitgebungsgenerator zur Erzeugung eines periodischen Seitbemessungssignals;

einen Heizossillator und Heizmittel in Verbindung mit dem Aufspürer sum Beheizen des Äufspürers auf den höheren Temperaturbereich, wenn der Oszillator arbeitet; Kictsl, welche auf das periodische Zeitbemessungssignal ansprechen» \sm "zn veranlassen, dai3 der Heizoszillator abwechselnd arbeitet und nicht arbeitet ^ wodurch abwechselnd der Jiiafspürer auf den höheren Temperaturbereich geheizt und auf den niedrigeren Temperaturbereich abgekühlt wird; Mittel zum Durchgang eines Stromes durch den Aufspürer, um ein Signal zu entwickeln_p welches mit Änderungen des elektrischen Widerstandes des Aufepürsrs variiert; Probenahmemittel, welche auf das Zeitgebungssignal ansprechen sur unterbrechung dieses Signals mit Ausnahme während der Probenahmeintervalle eiasr vorbestimmten Dauer, während welcher aer Aufspürer in dam niedrigeren Temperaturbereich arbeitet?
einen Haltestromkreis, welehsr auf är-s Probenahmesignal der .Probsrsahrceeinrickfcung anspricht_p sweeks Erzeugung eines

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kontinuierlichen Signals, welches mit der Amplitude des Probenahme signals variiert;

elektrisch arbeitende Alarmeinrichtungen; und einen Schwellenstromkreis, welcher-auf dieses kontinuierliche Signal anspricht, zum Betätigen der Alarmeinrichtungen, wenn dieses kontinuierliche Signal eine vorbestimmte Höhe erreicht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Durchgang eines Stromes durch den Aufspürer aus einem Paar im Abstand voneinander befindlicher Elektroden in Berührung mit dem Aufspürer, sowie aus Mitteln zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen diesen Elektroden bestehen, wobei die Vorrichtung auch von Hand bedienbare Testschalter aufweist, um das Unterbrechen dieses Signals zwecks Testen des Arbeitens der Vorrichtung nicht fortzuführen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspürer vielfach ansprechbarer auf CO ist, wenn er sich in dem niedrigeren Temperaturbereich befindet, als wenn er sich in dem höheren Temperaturbereich befindet.

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