DE2628790B1 - Gasmess- und warnvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden gas durchstroemten pruefroehrchen - Google Patents

Description

Farbänderung die Menge des insgesamt durch das Prüfröhrchen geführten Fremdgases gemessen und evtl. gewarnt. Die momentane Konzentration dieses Gases in der zu messenden Luft wird damit nicht erfaßt. Gerade diese ist aber entscheidend. Die physiologische Wirksamkeit von Giften hängt nicht nur von der aufgenommenen Menge ab, sondern sehr stark auch von der Höhe der Konzentration. Die Messung der Menge kann damit sogar sinnlos werden (DT-OS 15 98 021).

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Messung der CO-Konzentration mittels Prüfröhrchen benutzt die Verfärbung eines Reaktionsgels bei Anwesenheit von CO in der durch das Prüfröhrchen geleiteten Luft. Dabei ist das Prüfröhrchen im Strahlengang eines Spektrophotometers angeordnet. Die für die Erzielung einer gewissen Schwächung der Strahlung beim Durchgang durch die sich verfärbende Schicht des Reaktionsgels benötigte Zeit wird gemessen. Diese Zeit ist eine Funktion der CO-Konzentration in der durch das Prüfröhrchen geleiteten Luft.

Dieses Verfahren ist nachteilig, weil es Reaktionsqualitäten benötigt, die in der ganzen Schicht immer gleich und gleichmäßig durchfärben. Die zu messende Farbtönung, die das Maß für die CO-Konzentration ist, kann leicht durch Fremdlicht beeinflußt werden. In Langzeitüberwachungen ist nur eine Gesamtmessung, also eine Mittelwertfeststellung, möglich. Konzentrationsspitzen oder -tiefen können nicht erfaßt werden (A CLINICAL METHOD FOR THE DETERMINATION OF CARBON MONOXIDE IN AIR, Tore Andersso η und Hans Dahlström, Science Tools, April 1958, Seiten 9 bis 11).

Ein bekanntes Anwesenheits-Prüfsystem besitzt Fotodetektoren, mit denen ein kontinuierlicher Lichtvorhang erzeugt wird, um eine Grenze eines zu schützenden Bereiches zu definieren. Es ist beispielsweise in eine Stanze eingebaut, die um das Stanzwerkzeug eine Gefahrenquelle besitzt. Dieser abzuschirmende Bereich soll durch eine Barriere abgeschirmt werden. Beim Eindringen eines Objektes, wie einer Hand, in diese Barriere, wird ein sofortiges Stehenbleiben der Maschine bewirkt. Das Anwesenheits-Prüfsystem besitzt dazu einen Lichtvorhang, der sich über die Zugangsöffnung zum Stanzwerkzeug erstreckt. Es enthält an einer Seite dieser Öffnung einen Sendemast und einen Empfangsmast auf der anderen Seite. Innerhalb des Sendemastes befindet sich eine Anzahl in einem engen Abstand zueinander angeordnete Lichtquellen in Form von lichtaussendenden Dioden und gegenüber im Empfangsmast in gleicher Weise angeordnete Fotodetektorelemente. Es werden jeweils in einer schnellen Folge Lichtstrahlen, jedoch nur einer zur Zeit, nacheinander erzeugt Sie bilden praktisch einen Lichtvorhang vor der zu schützenden öffnung. Dieses Anwesenheits-Prüfsystem enthält keine Auswerteeinrichtungen, mit denen im Sinne der vorliegenden Aufgabe nach der Erfindung Konzentrationen eines durch Prüfröhrchen fließenden zu messenden Gases festgestellt werden könnten und mit denen bei Überbzw. Unterschreiten von Grenzwerten ein Alarm ausgelöst werden könnte (DT-OS 24 51 100).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Langzeitüberwachungen mittels Prüfröhrchen die Konzentrationen der zu messenden Gase festzustellen und beim Über- bzw. Unterschreiten von Grenzwerten Meßwerte und/oder Alarm zu geben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Die mit diesem Verfahren erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß auch bei Langzeitüberwachungen sichergestellt wird, daß sowohl die Konzentration jederzeit ablesbar ist, als auch bei sich schnell ändernden Konzentrationen mit vorzubestimmenden Spitzen durch Alarm gewarnt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasmessung und Warnung ist in der Lage, durch die mögliche feine

ίο Unterteilung der Meßstrecke auch Spitzenwerte sicher und schnell zu erkennen. Nach einer Warnung kann das Prüfröhrchen weiterhin zur Messung benutzt werden, bis es ganz aufgebraucht ist. Dies ist für eine Langzeitüberwachung auch ein großer wirtschaftlicher Vorteil. Die Alarmschwelle kann ohne mechanische Mittel lediglich durch Verstellung des Zeitgebers verändert werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere die Ausführung der Lichtschranken als Reflexlichtschranken kann dort Vorteile bieten, wo die Lichtdurchlässigkeit des Prüfröhrchenmaterials nicht ausreicht. Derartiges Material kann für bestimmte mit Prüfröhrchen zu messende Gassorten notwendig werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 die Gasmeß- und Warnvorrichtung,
F i g. 2 ein Prüfröhrchen in der Einspannvorrichtung,

F i g. 3 die entsprechende Signalkurve.

In der Anordnung zur Gasmessung und Warnung, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist, wird in der durch das Prüfröhrchen 1 hindurchgedrückten oder -gesaugten zu überwachenden Luft das für dieses Prüfröhrchen spezifische Gas gemessen, seine Konzentration festgestellt und, falls bestimmte Grenzwerte überschritten werden, ein Alarm ausgelöst. Dabei wird, wie auch aus F i g. 2 und 3 deutlich wird, die Wandergeschwindigkeit ν der Front 2 der verfärbten Zone 3 während des gesamten Überwachungs- (Meß-) Vorganges erfaßt Für diese Wandergeschwindigkeit ν ist eine Schwelle vorgegeben, bei deren Überschreiten der Alarm ausgelöst wird. Zusätzlich dazu oder auch allein kann die jeweils vorliegende Wandergeschwindigkeit v, aus der sich die Konzentration ergibt, angezeigt werden.

Die Erfassung der Wandergeschwindigkeit ν der verfärbten Zone 3 geschieht mit Hilfe der Lichtschranken 4, 5 aus jeweils einem optischen Sender, wie Leuchtdiode 4, und einem Detektor 5, die in Zeilen parallel zur Prüfröhrchenachse angeordnet sind. Die Leuchtdioden 4 können auch durch eine einzelne Lichtquelle ersetzt sein. Die Intensität des Lichtes aus den Leuchtdioden 4 wird durch Vergleich mit dem Schwellwert aus der Referenzlichtschranke 6, 7 in ein Ja- oder Nein-Signal umgewandelt. Dieses Signal ist die Aussage über die erfolgte Verfärbung des Reaktionsmaterials in dem Prüfröhrchen.

Der Einspannvorrichtung 8 mit den Lichtschranken 4, 5, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, und der Referenzlichtschranke 6,7 ist die Abfrageschaltung 9 und dieser wiederum die Auswerteeinheit 22 nachgeschaltet.

Die Abfrageschaltung 9 enthält den Multiplexer 10 mit der Steuerlogik 11 und dem Komparator 12. Die Auswerteeinheit 22 besitzt hinter dem Umschalter 13 parallel zueinander den Zähler 14 und den Zähler 15, die beide an die Zählerabfragelogik 16 angeschlossen sind. Elemente der Zählerabfragelogik 16 sind der Zeitgeber

17 und der Zeitnehmer 18.

Die Anzeigevorrichtung 19 mit dem Alarmsignalgeber 20 und dem Anzeigegerät 21 erhält ihre Werte aus der Zählerabfragelogik 16.

Der Überwachungsvorgang erfolgt in Abfragezyklen, gesteuert aus der Abfrageschaltung 9, in deren Ablauf die Leuchtdioden 4 nacheinander angesteuert und die zugeordneten Detektoren 5 nacheinander abgefragt werden. Die festgestellten Ja-Signale werden entsprechend der Stellung des Umschalters 13 in einem der Zähler, z. B. dem Zähler 14, gespeichert. Die Zahl der Ja-Signale aus dem unmittelbar anschließenden Abfragezyklus wird nach Schaltung des Umschalters 13 dann im Zähler 15 gespeichert. Die Zahl der Ja-Signale des dann folgenden nächsten Zyklus wird wieder in den Zähler 14 gegeben, wodurch dessen bisheriger Inhalt gelöscht wird. In dieser Weise werden alternierend die beiden Zähler 14 und 15 mit der Zahl der in den einzelnen Zyklen abgefragten Ja-Signale beaufschlagt.

Nach Vollendung eines jeden Zyklus werden die beiden Zählerinhalte über die Zählerabfragelogik 16 verglichen. Immer, wenn einer der Zähler eine höhere Zahl an Ja-Signalen als der andere gespeichert hat, werden der Zeitgeber 17 und der Zeitnehmer 18 gestartet. Der Zeitgeber 17 läuft während eines fest einstellbaren Zeitintervalls und wird nach dessen Ablauf wieder auf Null und in Wartestellung gestellt. Sollte die Zählerabfragelogik 16 innerhalb der Laufzeit des Zeitgebers 17 erneut feststellen, daß die beiden Zähler 14 und 15 ungleiche Inhalte aufweisen, so wird über den Alarmsignalgeber 20 ein Alarm oder eine andere entsprechende Maßnahme ausgelöst. Durch die Länge des Zeitintervalls des Zeitgebers 17 kann eingestellt werden, unterhalb welcher Zeitspanne die Verfärbungsfront 2 nicht von einem zum nächsten Detektor laufen darf.

Der Zeitnehmer 18 läuft immer weiter, bis die Zählerabfragelogik 16 wieder Ungleichheit der Zählerinhalte anzeigt, sei es nun, daß dieses Ereignis innerhalb oder außerhalb der Laufzeit des Zeitgebers 17 liegt. Bei Ungleichheit der Zahl der Ja-Signale werden beide Zeitglieder wieder auf Null gestellt (der Zeitgeber 17 nur, wenn er noch nicht abgelaufen war) und laufen von neuem los. Vor Nullstellung des Zeitnehmers 18 wird aber die seit seiner letzten Nullstellung verstrichene Zeitdauer abgefragt und deren Reziprokwert gebildet. Dieser Reziprokwert der Zeitdauer, die der Laufzeit der Verfärbungsfront zwischen zwei Detektoren 5 entspricht, ist direkt proportional zu der mittleren während der Laufzeit des Zeitnehmers 18 vorliegenden Gaskonzentration. Diese wird von dem Anzeigegerät 21 angezeigt.

Damit ist jederzeit während des Überwachungsvorganges die Feststellung der vorliegenden Konzentration des zu überwachenden Gases möglich. Bei einem zu schnellen Anstieg dieser Konzentration erfolgt ein Alarm und damit eine Warnung für das zu schützende Personal oder Objekt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasmeß- und Warnvorrichtung mit einem von dem nachzuweisenden Gas durchströmten Prüfröhrchen, mit einer photoelektrischen Abtasteinrichtung zum Nachweis einer durch das Prüfröhrchen wandernden Verfärbung, einer an die photoelektrische Abtasteinrichtung angeschlossenen Auswerteschaltung und einer Alarmeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die photoelektrische Abtasteinrichtung eine Anzahl von Lichtschranken (4,5) zur Abtastung des Prüfröhrchens (1) an einer entsprechenden Anzahl von entlang der Strömungsrichtung im Abstand zueinander liegenden Orten umfaßt, und

b) die Auswerteschaltung folgende Funktionseinheiten aufweist:

1. einen Schaltungsteil (10,12) zur Erzeugung von Normsignalen aus den Ausgangssignalen der einzelnen Lichtschranken (4, 5) bei Auftreten einer Verfärbung an den jeweiligen Abtastorten,

2. zwei Zähler (14, 15) zur Speicherung der Normsignale,

3. eine Steuerschaltung (11) zur wiederholten aufeinanderfolgenden Abfragung der den einzelnen Lichtschranken (4, 5) zugeordneten Normsignaie und zur alternierenden Aktivierung jeweils eines der beiden Zähler (14,15) für die während eines Abfragezyklus anfallenden Normsignale,

4. einen vom Auftreten einer Differenz der Zählerinhalte aktivierten Zeitgeber (17) zur Vorgabe eines Kontrollzeitintervalls, innerhalb dessen ein erneutes Auftreten einer Differenz die Alarmeinrichtung (20) auslöst, sowie

5. eine ebenfalls vom Auftreten einer Differenz der Zählerinhalte aktivierte Zeitmeßschaltung (18) zur Erzeugung des Reziprokwerts der bis zum erneuten Auftreten einer Zählerdifferenz vergehenden Zeitspanne.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Referenzlichtschranke (6, 7) zur Abtastung eines keine Verfärbung aufweisenden Ortes des Prüfröhrchens (1) vorgesehen ist und daß der Schaltungsteil (10, 12) zur Erzeugung von Normsignalen eine Multiplexschaltung (10) und einen von der Multiplexschaltung und der Referenzlichtschranke (6, 7) beaufschlagten Komparator (12) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Steuerschaltung (11) betätigter Umschalter (13) zur alternierenden Verbindung des Komparators (12) mit einem der beiden Zähler (14,15) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranken (4, 5; 6, 7) als Reflexlichtschranken ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Gasmeß- und Warnvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die mit einem puiverförmigen oder körnigen chemischen Reagenz gefüllten sogenannten Prüfröhrchen dienen gemeinhin der Bestimmung gasförmiger Bestandteile in Gasgemischen, die durch das Röhrchen gesaugt oder gedrückt werden. Bei diesem Vorgang verfärbt sich das Röhrchen in fortschreitendem Maße in Richtung des Gasflusses. Die Länge der verfärbten

ίο Zone ist proportional zur Menge des in das Röhrchen hineingeströmten Gasbestandteils, auf den das Reagenz spezifisch anspricht. Wenn die Menge des durch das Röhrchen gesaugten oder gedrückten Trägergases bekannt ist, läßt sich aus der Länge der verfärbten Zone die prozentuale Verunreinigung des Trägergases durch den spezifischen Gasbestandteil ermitteln.

Solche Röhrchen werden sowohl für einmalige Tests als auch in Verbindung mit einer Gasförderpumpe für Langzeitüberwachung eingesetzt. In jedem Falle erhält man eine Aussage über die ins Röhrchen geströmte Menge an zu messendem Gas. Insbesondere bei Langzeitüberwachung ist die am Ende der Überwachungsperiode abgelesene Länge der Verfärbungszone ein Maß für die über den gesamten Überwachungszeitraum gemittelte Gaskonzentration des zu messenden Gases. In vielen Fällen ist es aber von Bedeutung, auch zu wissen, ob zu irgendeinem Zeitpunkt während der Überwachungsperiode Spitzenwerte der Konzentration auftreten, um möglicherweise, wenn kritische Konzentrationswerte überschritten werden sollten, sofortigen Alarm auslösen zu können.

Eine bekannte Vorrichtung zur Bestimmung und Registrierung des Gehaltes bestimmter Bestandteile in Luft oder anderen Gasen ermöglicht die Feststellung der augenblicklichen Konzentration für kürzere Überwachungszeiträume. In dieser Vorrichtung werden in einem Magazin angeordnete, bereits geöffnete Prüfröhrchen nacheinander in den zu prüfenden Luftstrom eingeschaltet. Das Magazin wird durch eine Schalteinrichtung, wie Schaltuhr, in bestimmten Zeitabständen selbsttätig so weiterbewegt, daß jeweils ein neues Prüfröhrchen in den Weg des Luftstromes eingeschaltet ist. In dieser Stellung verbleibt es so lange, bis die Luftfördervorrichtung den Luftstrom unter festgelegten Bedingungen durch das Prüfröhrchen geführt hat.

Diese Vorrichtung ist mechanisch sehr kompliziert. Die Feststellung der Meßwerte erfolgt über Beobachtung durch den Prüfer; dabei ist man auf das Geschick des jeweiligen Beobachters angewiesen. Sehr nachteilig ist, daß eine automatische Alarmgabe nicht möglich ist (DT-PS 10 93 113).

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Kenntlichmachung von Gaskonzentrationen, insbesondere von CO-Konzentrationen in Luft, gibt nach einer bestimmten Zeit bei einer bestimmten Gaskonzentration nach Farbänderung der Reaktionsschicht ein optisches und/oder akustisches Signal. Die Vorrichtung besteht aus einer motorisch angetriebenen Pumpe, einer Fassung für ein Prüfröhrchen auf der Saug- oder Druckseite der Pumpe und einer photoelektrischen Abtasteinrichtung. Diese ist so angeordnet, daß sie eine bestimmte Stelle eines in die Fassung eingesetzten Prüfröhrchens abtastet. Der bei einer Änderung der Intensität des auf die Abtaststelle gerichteten und reflektierten Lichtstrahles aus dem lichtempfindlichen Element der Abtasteinrichtung abgegebene Strom löst eine optische und/oder akustische Alarmvorrichtung aus. Mit dieser Vorrichtung wird mit der Länge der