DE2702516A1

DE2702516A1 - Verfahren und geraet zum pruefen der konzentration einer fluidkomponente

Info

Publication number: DE2702516A1
Application number: DE19772702516
Authority: DE
Inventors: Imanuel Bergman
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1976-01-21
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1977-08-11
Also published as: DE2702516C2; US4141689A; GB1559683A

Description

•We '

■H-N-H-MITSCHEILieil IM₁-IMa-ReUNSCHMAIa

21. Januar 1977

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street
London SW 1 / England

Patentanmeldung

Verfahren und Gerät zum Prüfen der Konzentration einer Fluidkomponente

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Prüfen einer Fluidsubetanz auf die Anwesenheit wenlfetens einer Komponente.

In einem Gerät zur Überprüfung der Konzentration einer Fluidkomponente über lange Zeiträume besteht die Gefahr einer langsamen einförmigen Veränderung in der NuIleineteilung de· Gerätes, d.h. einer Nullpunktwanderung z.B. auf Grund von Temperaturänderungen· Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirkung einer Nullpunktwanderung auf eine Anzeige herabzusetzen. Sin weiteres Problem kann darin bestehen, daß ein Meßgerät je nach dem gemessenen Fluid eine beträchtliche Zeit benötigt,

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bis Gleichgewicht erreicht und eine zuverlässige Anzeig· geliefert wird. Einige Ausführungsformen der Erfindung sind dazu bestimmt, solche Probleme zu minimieren.

In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "aktive Komponente" eine Komponente, für die eine Meßvorrichtung empfindlich ist.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Prüfen einer Fluidsubstanz auf die Anwesenheit wAiAgstens einer Komponente dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung nacheinander zwei von der Fluideubstanz abgeleiteten Fluidmaseen au*gf«~ setzt wird, die in Bezug auf die Konzentration einer aktiven Kopponente um einen Betrag differieren, der von der Konzentrattfcion der wenigstens einen zu ermittelnden Komponente An der Fluidsubstanz abhängt, und daß die Meßvorrichtung auf die Konzentration der aktiven Komponente in dem Fluid anspricht, dem die Meßvorrichtung ausgesetzt tttd.

In einem Verfahren werden die zwei Fluidmassen von einer einzelnen Probe der Fluidsubstanz abgeleitet, und ein Modifizierung rungsechritt zwischen den aufeinanderfolgenden Aussetzungen der Meßvorrichtung wird aui die Probe angewandt, um die Konzentrationedifferenz zu bewirken. In einem anderen Verfahren wird jede Fluldmasee von einer unterschiedlichen Probe der Fluideubetanz abgeleitet, und ein Modifizierungsechritt wird auf eine Probe angewandt, um die Konzentrationsdifferenz zu bewirken.

In einem Verfahren ist die wenigstens eine Komponente eine aktive Komponente, und der Modifizierungeechritt beseitigt die aktive Komponente.

In einem anderen Verfahren wandelt der Modiflzierungeeekrit die wenigstens eine Komponente in eine aktive Komponente um·

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In einem anderen Verfahren beseitigt der Modifizierungsschritt die wenigstens eine Komponente, wobei die Konzentration der aktiven Komponente in dem Fluid von der Konzentration der wenigstens einen Komponente abhängt.

Außerdem ist erfindungsgemäß ein Gerät zum Prüfen einer Fluidsubstanz auf die Anwesenheit wenigstens einer Komponente durch eine Meßvorrichtung gekennzeichnet, die auf die Konzentration einer aktiven Komponente anspricht, und durch eine Einrichtung, um die Meßvorrichtung nacheinander zwei von der Fluidsubstanz abgeleiteten Fluidmassen auszusetzen, die sich in Bezug auf die Konzentration der aktiven Komponente um einen Betrag unterscheiden, der von der Konzentration der wenigstens einen Komponente in der Fluidsubstanz abhängt.

Es ist einzusehen, daß ein Basis- oder Nullniveausignal erzeugt wird, wenn eine Fluidmasse dme Meßvorrichtung kontaktiert, der die aktive Komponente fehlt, und daß ein Signal entsprechend der Konzentration der aktiven Komponente erzeugt wird, wenn eine Fluidmasse die Meßvorrichtung kontaktiert, die die aktive Komponente enthält. Durch Ermittlung der Differenz zwischen den zwei abwechselnd gelieferten Signalen kann die Konzentration der aktiven Komponente bestimmt und eine Nullpunktwanderung in dem Gerät kompensiert werden. Das Nullsignal und das der Konzentration eetsprechende Signal können entweder beide von derselben Probe geliefert werden, oder 4fl||MflttVflNR00l· e^^pSfefQBSHHBBlP^HBHVPQPfcr nächstfolgenden Probe der Fluidsubstanz geliefert werden· Das Gerät kann entweder kontinuierlich betrieben werden, wenn fmippen dieser zwei Signale ohne wesentliche Zeitverzögerung zwischen ihnen geliefert werden, oder kann intermittierend arbeiten, wenn zwischen jeder Gruppe von zwei Signalen eine Verzögerung liegt«

Mehrere Ausführungeformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

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Figur 1
Figur 2
Figur 3
Figur if
Figur 5
Figur 6

Figur 7
Figur δ

eine Ansicht der Mechanischen Teile eines kontinuierlich arbeitenden Kohlenmonoxyd-Prüfgerätes; 13eispiele der Signalfolgen, die von den in Figur 1 gezeigten Gerät geliefert werden können; ein schematisches Blockdiagramm der mechanischen und elektrischen Teile des in Figur 1 gezeigten Gerätes; eine \nsicht der mechanischen Teile von einem Typ eines von Hand ausgelösten Kohlenmonoxyd-Heßgerätes; die Signalfolgen, die von dem in Figur /| gezeigten Gerät geliefert v/erden;

eine Ansicht der mechanischen Teile von einem anderen Typ eines von hand ausgelösten Gerätes, das fortlaufend mit einer Testatmosphäre ins Gleichgewicht gebracht werden kann;

die Signalfolge, die von dem in Figur 6 gezeigten Gerät geliefert wird;
und Figur 9 alternative Gasströmungssysteme.

In Figur 1 ist eine Probenröhre 12 mit einem Durchströmungswandler 16, z.B. einem elektrochemischen Detektor, verbunden, der empfindlich für Kohlenmonoxyd ( der aktiven Komponente in dieser Ausführungsform) ist, und der mit dem in Figur 3 gezeigten elektrischen Schaltkreis durch ein Kabel 1δ elektrisch verbunden ist. Noch unter Bezugnahme auf Figur 1 ist der Wandler 16 mittels einer Röhre 2o durch ein·· Kohlenmonoxyd-Filter (scrubber) 22, z.B. eine Palladium/Aluminiumoxyd-Mischung, daa die Oxydation von CO-Gas durch atmosphärischen Sauerstoff katalysiert, mit einer ventillosen Gummibalgpumpe 2.k verbunden. Die Pumpe wird durch eine Kurbelstange 26 betätigt, die exzentrisch mit einer Kurbel 28 verbunden *st, die durch einen elektrischen Niederleistungsmotor 30 gedreht werden kann» Die Kurbelrolle 2δ trägt nahe ihrer Peripherie einen Magneten 32, und das Motorgehäuse hält einen normalerweise offenen berührungslosen Schalter 34» der durch Annäherung des Magneten geschlossen werden kann.

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ORlGJNAL INSPECTED

Beim Betrieb wird das Mundstück Io der Uöhrj 12 in einer Atmosphäre plaziert, die Kohlenmonoxyd enthalten kann. Dotation der Kur-eirolle 28 bewirkt Hinundherbewegung der Kurbelstange 26 und Betrieb der Balgpumpe 2i\, wenn der Balg sich ausdehnt, wird eine Probe der Atmosphäre durch den /andler 16 gozogan, der ein Signal liefert, das in linearer Beziehung zu der Konzentration von Kohlenmonoxyd in dieser Fluidmasse 3teht. Die Probe passiert das Filter 2.2._y das das.Kohlenmonoxyd beseitigt, in die Balgpumpe Zk. Wenn der Balg sich zusammendrückt, wird die kohlennionoxydfreie Luft durch das Filter 22, die Röhre 2o, den Wandler 16 und die Röhre 12 in die Atmosphäre ausgestoßen, und der Wandler 16 liefert dann eine der kohlenmonoxydfreien Fluidmasse entsprechende Anzeige. Durch Abziehen des Signals, das durch das Passieren der Fluidmasse erzeugt ist, in der Kohlenuionoxyd abwesend ist, von dem Signal, das durch die iluidmasse erzeugt ist, in der Kohlenmonoxyd vorhanden ist, kann der Effekt einer Nullpunktwanderung auf die gemessene Konzentration von GO-Gas reduziert oder eliminiert werden. Die Balgpumpe arbeitet kontinuierlich, und es ist vorteilhaft, das kohlenmonoxydfreie Signal einer vorhergehenden Fluldsubvtanaprob· von dem Kohlenmonoxyd enthaltenden Signal einer folgenden Probe der Fluideubetan* abzuziehen. Der größte Fehler, der auftreten kann, wird dann auf die Nullpunktwanderung begrenzt, die sich während eines Zyklus des Gerätes entwickelt. Eine typische Zykluszeit sind zwei Minuten. Alternativ können die Signale von eine* einzigen Probe der Fluidsubstanz vor und nach der Modifikation verwendet werden.

Die Arbeitsweise ist in Figur 2 dargestellt. Angenommen, in einer Atmosphäre ist Kohlenmonoxyd mit einer konstanten Konzentration anwesend, wie in Figur 2(i) durch die Linie XY angedeutet. Wenn der Wandler 16 nicht der Atmosphäre ausgesetzt wäre, würde das Auegangssignal zunehmen, wie in Figur 2(ii) durch die Linie OABCDE angedeutet, auf Grund einer Nullpunktwanderung, die zur Verdeutlichung stark übertrieben ist. Die

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OHIGINALi INSPECTED

-Jr-

/O

Wanderung ist hier positiv dargestellt, sie kann aber auch negativ sein. Die Balgpumpe zieht die Atmosphäre während der Perioden AB und CD durch den Wandler ein und stößt sie während der Perioden OA, 3C und DE aus. Wenn Kohlenmonoxydgas in den Wandler gelangt, nimmt das Ausgangssignal schnellstens von A auf a zu und fährt dann fort, auf Grund der liullpunktwanderung längs der Linie ab zuzunehmen, während eine CO-Gas mit unveränderter Konzentration enthaltende Fluidmasse den Wandler durchläuft, und fällt dann auf den Punkt B ab, wenn gefilterte Luft von dem Balg durch den V/andler ausgestoßen wird. Die wahre Konzentration wird durch die Höhen Aa, Bb, Cc und Dd wiedergegeben, die alle gleich sind, da die Konzentration konstant ist. «Venn die Anzeige bei Punkt A von der Anzeige bei Punkt a abgezogen wird, wird die Konzentration ohne Nullpunktwanderungsfehler gemessen. Wenn die Anzeige bei Punkt A von der Anzeige bei Punkt b abgezogen wird, wird der Fehler gleich der Differenz zwischen den Anzeigen bei A und B sein, der klein und gewöhnlich ein annehmbarer Fehler ist. Wenn im nächsten Zyklus die Anzeige bei Punkt C von der Anzeige bei Punkt d abgezogen wird, wird der Nullpunktwanderungsfehler nicht kuauXatlir aein und wird kleiner sein als der Fehler, der sich während eines Zyklus entwickelt. Wenn die CO-Konzentration plötzlich zunimmt (Figur 2(i) ), wird im nächsten Zyklus die Köhe Ee größer sein als die Höhe Dd.

In Figur 3 ist ein Schaltkreis gezeigt, der dazu dient, die Abzüge automatisch vorzunehmen. Der Wandler 16, das Filter und die Pumpe 2.l\ sind schematisch dargestellt, die Bewegung von Luft plus Cü-Gas ist durch Dreifachpfeile 36 angedeutet, und die Bewegung von kohlenmonoxydfreier Luft ist durch die Doppelpfeile 33 angedeutet. An einem bestimmten Punkt in der Rotation der Kurbelrolle 28 kommt der Magnet dem berührungelosen Schalter J>l\ nahe, der dann schließt. Wenn die Rolle weiter rotiert, öffnet der berührungslose Schalter wieder.

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In der¹ elektrischen Teil des Schaltkreises sind die elektrischen Signale durch Einfachpfeile angedeutet. Der V,'andler 16 ist mit einom Vertsärker '+o verbunden, der eine erste Seite eines Anzeigeinstruraents A-2 über eine Leitung kk beliefert, u!id der auch den ersten ^injaiio eines Koraparators 2f6 beliefert. Der zweite Xoinparatoreingaiio wird von einem Analogspeicher if3 in einer Servoschleife beliefert, die den berührungslosen ■jchalter 3^f und den Komparatorausgang enthält. Der Analogspeicher ist über eine Leitung 5o auch mit einer zweiten Seite des Instruments 42 verbunden.

Wenn eine Fluidmasse ausgestoßen wird, liefert der Wandler 16 ein der kohlenraonoxydfreien Luft entsprechendes Signal; wenn der Großteil de'r Fluidmasse ausgestoßen worden ist, schließt der Magnet 32 den berührungslosen Schalter 34» und der Komparator gleicht das Niveau des in dem Analogspeicher gespeicherten Signals an, bis es den verstärkten Signal von dein //andler gleicht, welches Punkt A in Figur 2(ii) wiedergibt.

Vi'enn die nächstfolgende Probe angesaugt wird, liefert der ..'andler 16 ein Signal, das der Konsentration von Kohlenmonoxyd in der nächsten Probe entspricht, und das Instrument kZ seigt die Differenz zwischen diesem Signal und dem gespeicherten Signal an, das heißt, Punkt A wird von de« der Linie ab in Figur 2(ii) äquivalenten Signal abgezogen. Die Nullpunktwanderung in diesem Signal wird gewöhnlich so klein sein, daß sie während einer einzelnen Anzeige nicht bemerkbar ist, aber ein kumulativer Fehler über mehrere Zyklen würde sich auf die Anzeige auswirken. In dem nächsten Zyklus wird der Analogspeicher zurückgestellt, sodaß Punkt C von der Linie cd abgezogen wird; also ist der Fehler nicht kumulativ.

Der Analogspeicher kann ein Kondensator mit einem Spannungsfolgersystem sein, das eine im Vergleich zum Pumpenzyklus lange Zeitkonstante hat, um eine Auswirkung von Kondensatorverlusten auf die Instrumentenanzeige zu verhindern.

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ORIGINAL INSPECTEP

jei der in Figur ?.(?Λ) gezeigten Betriebsweise ist'angenommen, daß der /andler auf die Anwesenheit von Kohlennionoxyd sofort anspricht. ..'enn der wandler jedoch langsam auf die Anwesenheit von υθ-üas anspricht, würde das Ausgangssignal wie in Figur 2(iii) aussehen, ia eier die wahren Anzeigen bei Anwesenheit von wü-Liaö syciptotisch angenähert werden; das /Jignalniveau bei Abwesenheit von OC-Cias wird auch langsam erreicht.

Unter solchen Umstanden muß die Balgpumpe genügend langsam betrieben v/erden, uv-· das Erreichen von Jleichgewicht zu gestatten, wo im CC-^aa anv/eGend oder abwesend ist. Vorteilhaf ter-"oise _ltaan das in L'if-.ur 1 gezeigte Gerät aodifixiert werden, UiU ein völlig handbctäti;jtes Gerät vorzusehen. Angenommen, die .!urbelstange ,lZ wirci von dem Balg 2)\ getrennt und durch einen ..landgrifi ex'setzt, und angenommen, es werden Verriegelungavorrichtungen vor,-;· sohcn, um den Balg in der voll expandierton und in .1er voll zusammengedrückten Stellung zu halt ei:, 'jXG er von ::and ausgelöst wird. Dann liönnte der 3alg von nana e::pandiort '.vorden, bis eine Verrie^elungsvorrichtuu^ wirkt, .telaacer· /erden, bis ein Gleichgewichtssignal erreicht int, VJiI .^nd iUjaiiiMengedrückt werden, bis die andere .-.iperrvorricliLiui:: v/ir'-t, ut¹ -;ela^cjsen werden, bis ein Gleich,jev;ic'itssi^- ι¹ erreic'nt". lüt. ilceruativ könnte das 'lori'.t d'U'ch einen 'J:,:¹ ohr-, ο bor ücLätigt werden; die Zeitintervalle zwischen den i-um pe nh übe η könnten dann nach Bedarf gewählt werden. Um die Diffusion -¹Cr A!;M03pIiLrc in den Detektor zu vermeiden, wenn der 'alg in aeiiier otellung verri?^elt ist, sollte bei beiden ..ujrüiiurigen eine lan.je enge j'i'ihre 1 1 ^usäbzlj.ch vorgesolien werden, wie in "^;_ur 1 jostrichelt angedeutet.

.Ciin - wieder unter ^riesu^,nahino auf d^G automatische (Terät die für einen Zyklus benötigte Zeitdauer übermäßig ist, wenn z.'^. ein häufiges Alarmsignal benötigt wird, kann das Gerät in der in Figur 2(iv) gezeigten Weise betrieben werden, die als Betriebsart mit begrenzter Kontaktzeit bezeichnet wird.

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ORIGINAL INSPECTED COPY

Die Zykluszeit der Pumpe ist beträchtlich kurzer als vorher, cli.i für die Expansion des Dalgs benötigte Zeit wird genau gesteuert und so gewählt, daß das «Vandlersignal bei Anwesenheit von CÜ-Gas kein lileichüewicht erreicht, aber in jedem Zyklus ein bekanntes Verhältnis des Gleich^ewichtssignals erreicht. dot itaig drückt sich dann zusammen, und j.3i ./aaJlcr liefert eil? ,Signal, das das korrekte CO-jasfreie t,iveau einschließlich ",'ullpui-.'ztY/anv'.erun^ erreicht. Golch eine Anordnung gestattet 23, da.:, violc- Anzeigen tier Konzentration eines Gases in einer kurzen Ijeit geliefert werden, was vorteilhaft sein kann, v/eun flor ^:'u?lf3hlor nchnoll ansteigt, und v/as die schnellste I.iöreruns Gin«r einzelnen Anzeige zu Alarmzv/ecken gestattet.

Alternativ oder zusätzlich l.ann ein korrektes ^ig uei Abwesenheit von CO-Gas angenähert v/erden, welches iiiveau i.an nicht das Gleichgewichtsuiveau erreichen läf.t, aber vcri;ufxsv.eise gestaltet man wenigstens einem Signal,

Dio zur Expansion und zur Kontraktion dee Balgs benötigten ."jciLon .,orden nun so gesteuert werden müssen, daß sie ungleich sind. ^UiU Beispiel ist in Figur 2(iv) die Balgexpansionszeit t. 'dirzer als die 'telgkontraktionszeit t~. Das in Figur 1 gezeigte ierLit muß dann modifiziert werden, indem die Kurbel 2(3 durch eine nockenscheibe passender Form ersetzt wird. Für einen elektrochemischen Detektor für Kohlenmonoxyd ist t. typisch 12 Sekunden und t_ '+8 .Sekunden.

Figuren 1 und 3 stellen Komponenten eines automatisch und kontinuierlich arbeitenden Gasprüfers dar. Die Srfindung kann auch auf ein Gerät angewandt werden, das eine einzelne Anzeige dor Konzentration einer aktiven Komponente liefert, wenn es von Hand ausgelöst wird, das aber in der Lage sein soll, viele Male nacheinander ausgelöst zu werden, um eine unterbrochene ßetriebsfolge vorzusehen- Solch ein Gerät ist in Figur /+

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.r-i'ieljt, in der ein "ohlcnnono.c.ydfühler 52 durch eine gesinterte Scheibe 5't und eine ?robenröhre 56 mit der Atmosphäre verbunden ist, und durch die Scheibe 54 und eine zweite riöhre ^CS mit einem ''ohlenmonoxydfilier 6o. Das Filter ist durch eiiien flexiblen Schlauch o2 über ein einstellbares strömungsbegrenzendes Ventil '6h mit. oiner dalgpumpe 66 verbunden, die bei 6o drehbar gelagert ist und durch eine kurbelstange 7o oetriebsn wird. Die Kurbelstange ist mit einer Kurbelscheibe 72. verbunden, die einen Vorsprung 7k hat, der mit einen von !land zu betätigenden und durch eine Blattfeder ?3 gespannten Auslöser 76 zusammenarbeitet. Die ilurbelscheibe ist auch so ausgebildet, daß sie durch Verknüpfung mit einer Feder 8o über eine V/indenschnur ⁿ>1 als ,Vinde wirkt.

Nun wird die Irbeitsweise der balgpumpe betrachtet: um das Oerät zu spannen, wird die airbelscheibe aus der stellung, in der sie gezeigt ist, von Hand im Uhrzeigersinn gedreht, bis der Vorsprung 7k durch den Auslöser 76 verriegelt wird; das bewirkt die ,xpansion der Feder 8o durch die Windenschnur jV, die um die ^urbelscheibe gewickelt ist, und die Balgpumpe wird expandiert und dann völlig zusammengedrückt. Wenn der Auslöser 76 ausgelöst wird, wird die Kurbelscheibe durch die Kontraktion der Feder 8o gegen den Uhrzeigersinn um etwa gedreht. Der Balg wird zunächst völlig expandiert und dann teilweise zusammengedrückt. Die Kurbelscheibe 72 wird dann von üand gedreht und der Auslöser 76 noch einmal gespannt.

Da der HaIg expandiert wird, wenn der Auslöser gespannt wird, wird atmosphärisches .las duroh dl· Röhr« 56, über den Fühler 52, durch die Höhre 58 und das Filter 6o in den Balg eingesaugt. Der i'alg enthält deshalb kohlenmonoxydfreie Luft. Die nachfolgonde völlige Kontraktion des Balgs während des Spannens stößt diese Luft über den Fühler 52 aus, was ein Null- oder Basissignal ergibt. Wenn der Auslöser ausgelöst wird, saugt die resultierende volle Expansion des Balges eine Kohlenmonoxyd

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enthaltende i'robe der Atmosphäre durch den Fühler, der ein der CO-Gaskonzentration entsprechendes Signal liefert. Die darauffolgende teilweise Kontraktion des Balges stöfit wieder CO-freie Luft durch den Fühler 52 aus und sieht eine klar definierte Betriebsart mit begrenzter Kontaktzeit vor. Wie bei dem in Figur 1 dargestellten Gerät kann das Null- oder ',asissignal Ton einer vorhergehenden Probe dazu verwendet werden, einen Nullfehler bei der Messung einer nächstfolgenden Probe zu korrigieren, uie Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen des Auslösers darf nicht so lang sein, daß Kohleninonoxyd von der umgebenden Attiosphäre in den Fühler diffundiert. Am beginn einer Folge von Tests können aus diesem "runrl die ersten paar Anzeigen inkorrekt sein.

Das strömungsbegrenzencte Ventil Gk kann verändert werden, um die '^xpansionszeit nach der Auslösung des Halles zu steuern.

Die Probenröhre % sollte genügend lang sein, um diffusion der Atmosphäre zu dem Fühler während der Perioden zu vermeiden, in denen das Gerät /respannt wird. Alternativ kann die Höhre v/.ihrend solcher Perioden abgedichtet werden.

•:s ist ein besonderer Vorteil dieser Anordnung, daß ein tragbarer :.a3detei:cor vorgesehen werden ^;;ann. Das Gerät -.-arm auch modifiziert werden, indem die Kurbelstange und die lvurbelscheioc durch eine zweite Schraubenfeder und einen zweiten Auslöser ersetzt werden, soaaß "etäti&ung des ersten Auslösers der ersten Schraubenfeder gestattet, den 3alg zu expandieren, und rlnnn den 7,vrei.ten Auslöser betätigt, welcher der zweiten Schraubenfeder gestattet, den Balge teilweise zusammenzudrücken. Beide Auslöser würden von Hand beim Spannen des Gerätes eingestellt werden. Das Gerät kann in einer Betriebsart mit begrenzter Kontaktzeit betrieben werden, welche Antriebsanordnung auch immer vorgesehen wird.

Das Ausgangssignal des in Figur if gezeigten Fühlers 52 würde

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bei Handbetätigung dem Signal der Figur 2(iv) ähnlich sein, jedoch mit aussetzenden Spitzen.

Figur 5 zeigt eine wahrscheinliche Ansprechfolge, wieder mit einer übertriebenen Nullpunktwanderung. Vorteilhafterweise wird ein Anzeigegerät oder ein Meßwertschreiber, mit dem der Ausgang des Fühlers verbunden ist, auf null gestellt, z.B. bei !"unkt F, nachdem der Wandler durch völliges Spannen des in Figur 1+ gezeigten Gerätes mit kohlenmonoxydfreier Luft ausgespült worden ist. Nullpunktwanderung wird bewirken, daß die 4nzeige sich langsam längs der Linie FG verändert. Wenn eine I.'essung von C0-Oaskonzentration erfordert wird, wird das Instrument von Hand auf null gestellt, Punkt II. So bald wie möglich, z.!3. bei Punkt I, wird der Auslöser ausgelöst, und eine CO enthaltende Fluidmasse wird für ein festes Zeitintervall IJ an den Fühler geliefert. Der Fühler-Ausgangswert steigt auf eine Spitze der Höhe h an, die die CO-Konzentration repräsentiert. Die Zeitverzögerung t₁ zwischen dem Zeitpunkt, J, zu dem die Cü-Lieferuns beendet wird, und dem maximalen Fühler-Ausgangswert entsteht auf Grund der endlichen Ansprechzeit des 7/andlers.

Zu dem durch Punkt J repräsentierten Zeitpunkt wird CO-freie Luft durch die Pückbewegung des Balges an den Fühler geliefert, und der Ausgangswert des Fühlers kehrt zu der Nullpunktwanderungs-Basislinie zurück. Das Vorgehen kann dann durch Spannen des Gerätes wie vom Punkt F wiederholt werden. Die Höhe der Spitze wird minimal durch die Nullpunktwanderung beeinflußt. Die Höhe repräsentiert auch ein relativ schnell erhaltenes TTaß für die CO-Konzentration.

in den Figuren 1, 3 und k gezeigte Gerät ist unter Bezugnahme auf die Ermittlung von Kohlenaonoxydgas beschrieben worden, entweder mittels einer schnell ansprechenden Meßrorrichtung oder mittels einer langsam ansprechenden Meßvorrivhtung,

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die in einer Betriebsart mit begrenzter Kontaktzeit betrieben wird. Viele andere Gase können auch durch die Wahl geeigneter Meßvorrichtungen und Filter ermittelt werden, aber es ist nicht immer möglich, ein schnell ansprechendes Heßsystem vorzusehen. Ferner neigen einige Gase wie z._. Schwefeldioxyd dazu, auf der Oberfläche des Gerätes zu adsorbieren, mit dem das Gas in Berührung kommt, und inkorrekte Messungen können erhalten werden, wenn solche Adsorption nicht vollständig ist. Als eine «lternative zu der Betriebsart mit begrenzter Fontaktzeit kann es passend sein, ein Gerät ständig im Gleichgewichtszustand zu halten nit einer Atmosphäre, die eine zu messende aktive Komponente enthält, außer dann, wenn das Strömen einer modifizierten Probe durch die Keßvorrichtung bewirkt wird.

Solch ein Gerät ist in Figur 6 gezeigt, in der ein Schwefeldioxydfühler 82 über zwei gesinterte Bronzescheiben 8^, 86 und einen Diffusionskanal 88 direkt mit einer SO~-Gas enthaltenden Atmosphäre verbunden ist. Der Fühler ist auch durch die Scheibe Sk mit einer Röhre 9o verbunden, die mit einem SOp-Filter 92 verbunden ist, das seinerseits durch ein strömungsbegrenzendes Ventil % mit einer Balgpumpe 96 verbunden ist, die von einer Druckfeder 98 betätigt wird. Die Feder 98 kann von Hand durch einen Spanngriff I00 komprimiert und durch einen federgespannten Auslöser Io2 in gespannter Stellung gehalten werden.

Beim Betrieb wird der Auslöser des Gerätes gespannt, die Atmosphäre diffundiert durch die gesinterten Scheiben 84, 86 zu dem Fühler 82, und die SC^-Konzentration am Fühler wird aufrechterhalten, sodaß sich der Fühler langsam einem Gleichgewicht annähern kann. Dies liefert ein Basis- (nicht mehr ein echtes Null-) Signal. Wenn der Auslöser betätigt wird, komprimiert die Feder 98 den Balg und stößt SOp-freies gefiltertes Gas durch den Fühler 82 aus. Dies liefert eine Betriebsart mit begrenzter Kontaktzeit. Der Abfall des Signals ist

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der SCp-Gaskonzentration in der Atmosphäre proportional, »enn der 3alg das Ende seiner ßevegung erreicht hat, wird wieder SCu-'ias von der Atmosphäre zu dem Fühler diffundieren, und das äasissignal wird wieder angenähert werden. Das Basissignal wird sich also ändern sowohl wegen Nullpunktwanderung als auch wegen Konzentrationsänderungen des SOp-Gases in der Atmosphäre. L's wird jedoch keine liückkehrbewegung des Balges benötigt, um eine Messung zu machen. Alternativ kann SOpfreies Gas von einer getrennten Quelle wie z.3. einer Gasflasche geliefert werden, die anfänglich gefüllt worden ist, indem das Durchströmen atmosphärischen Gases durch eine Schicht bewirkt wird, um alles darin eventuell vorhandenes SOp-Uas au entfernen.

Bei dieser Betriebsweise wird im Gegensatz zu derjenigen Betriebsweise, bei der eine die Diffusionsgeschwindigkeit begrenzende Höhre, wie die Röhre 11 in der modifizierten Figur und die Röhre 56 in Fi₁TUr Zf, zwischen dem Fühler und der Atnosphäre liegt, der Fühler auf Änderungen in der atmosphärischen konzentration des zu ermittelnden Gases ansprechen, sogar ohne Betrieb des Balges. Dies ermöglicht es, Konzentrationsn leichter au entdecken.

Die Vorgangsfolge ist in Fi_t*ur 7 dargestellt. Vorteilhafterweise wird ein Anzeigeinstrument oder heßwertschreiber, mit dem der Ausgang des Fühlers verbunden ist, auf null gestellt, z.B. bei Punkt K, wenn der Fühler mit SOp-Gas in Luft ins Gleichgewicht gebracht ist. Nullpunktwanderung wird bewirken, das das oignal langsam längs der Linie KL variiert. Wenn eine Messung der S0₀-Gaskonzentration erfordert wird, wird das Instrument von ;iand auf null, Punkt ii, gestellt. Und so bald wie iiiügiich, z. j. bei loinkt rt, wird der Auslöser ausgelöst, Sijp-freie Luft wird an den Fühler geliefert, und das Ausgangssignal nimmt ab; der Balg erreicht das Ende seiner Bewegung

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ORiGlNAi INSPECTED

bei Punkt P, und nun diffundiert wieder Gas von der Atmosphäre zu dem Fühler. Dies liefert eine Betriebsart mit begrenzter ivontaktzeit. Das Signal zeigt eine invertierte Spitze der Höhe h, die der 30--Gaskonzentration in der Atmosphäre proportional und minimal durch die Nullpunktwanderung beeinflußt ist. Das Signal nähert sich dann wieder der Tiullpunktwanderungs-Basislinie, wenn sich die SUp-Konzentration nicht zwischenzeitlich geändert hat. Das Vorgehen kann dann durch Spannen des Gerätes wie vom Punkt K wiederholt werden. Die Zeitverzögerung tp zwischen dem rinde der Lieferung SCu-freier Luft und der Minimalanzeige ist auf die endliche Ansprechzeit des .Vandlers zurückzuführen.

Wenn die SOp-Konzentration plötzlich zunähme, würde die Instrumentanzeige auch plötzlich zunehmen. Qm die neue Konzentration zu messen, wird das Instrument von Hand auf null gestellt, der Auslöser wird unmittelbar ausgelöst, und die neue, höhere 30 -Gaskonzentration wird durch eine größere Höhe der invertierten Spitze wiedergegeben (nicht gezeigt).

3ei den beiden in den Figuren ^ und 6 gezeigten Geräten können elektrische Schaltkreise vorgesehen werden, sodaß nach anfänglicher Betätigung eines Schalters eine korrigierte Anzeige automatisch erhalten wird, wie unter Bezug auf die Figuren 1 und 3 beschrieben·

In der bisher beschriebenen Erfindung ist eine von einer besonderen Komponente freie Fluidmasse dadurch erhalten worden, daß sie eine Filterschicht in einer Sichtung und dann dieselbe in der Gegenrichtung passiert. Es kann jedoch in einigen Fällen wichtig sein, eine konstante Strömung durch den Absorber oder eine andere Modifizierungsvorrichtung zu haben, zum Beispiel um einen bestimmten Grad von Selektivität der Behandlung eines P Paares von Pollutionsetoffen aufrechtzuerhalten. Dies könnte erreicht werden, indem die Atmosphäre in swei Parallelstroeen

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ORIGINAL INSPECTED

gepumpt wird, und zwar in einem durch eine FiIterschicht und in den anderen durch eine inaktive Schicht mit äquivalentem Strömungswiderstand.

Ventile würden dann zyklisch geschaltet werden, um jeden Gasstrom abwechselnd zu dem Fühler und zu einem Luftauslaß zu lenken. Wenn eine Atmosphäre, die eine aktive Gattung enthält, für etwa 12 Sekunden und der gefilterte Strom für etwa 48 Sekunden in jeder Minute zu dem Fühler gelenkt würde, würde der Fühler ein Signal ähnlich dem in Figur 2(iv) zeigen.

Mine Anordnung zur Erzielung dieses Effekts ist in Figur 8 fjczexAt. Gas von einer Testatmosphäre wird mittels einer Pumpe I05 durch eine Finlaßröhre 1o/f angesaugt und passiert entweder eino Filterschicht I06 oder eine inaktive Schicht I08, die einen dem der Filterschicht äquivalenten Strömungswiderstand aufweist. Die Auslässe der Schichten I06 und I08 sind mit entgegengesetzten Anden eines Durchströmungswandlers 1Io und mit entsprechenden Auslaßröhren 112, II4 verbunden, die durch entsprechende Ventile 116, II8 verschlossen sind, die in ihrer Arbeitsweise so eingerichtet sind, daß jeweils das eine offen und das andere geschlossen ist, und zwar abwechselnd. Es wird angenommen, daß der Wandler 110 einen vernachlässigbaren Strömungswiderstand hat; also sollte die Strömung durch die Filterschicht die gleiche sein, welches Ventil auch immer offen ist. In einer Anordnung sind die Röhren zwischen den Teilen des Gerätes relativ elastische Silikongummischläuche, und die Ventile bestehen aus Einrichtungen zum Klemmen der Auslaß«' IVkit eonläuche.

Sine alternative Anordnung ist in Figur 9 gezeigt, in der eine Pumpe 12o Gas durch zwei abwechselnd arbeitende Ventile 122, 12/f pumpt, entweder zu einer Filterschicht 126 oder zu einer inaktiven Schicht 128. Nach Passieren einer der Schichten durchläuft das Gas eine chromatografische Säule, f!ziervorrichtung 132 und eine Fühlvorrichtung 134.

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In dieser Anordnung trennt die chromatografische Säule die verschiedenen Gasgattungen zeitlich, sodaß sie durch die FUhI-vorrichtung 13*t individuell ermittelt werden können. Die Modifiziervorrichtung 132 ist nur dann erforderlich, wenn das zu ermittelnde Gas keine aktive Komponente ist. Wenn z.B. monomeres Vinylchlorid zu ermitteln ist, kann die Modifiziervorrichtung eine Permanganatschicht sein, um das Vinylchlorid in Chlor umzuwandeln, und die Fühlvorrichtung 134 kann empfindlich für Chlor sein.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung war die aktive Komponente immer in einer Atmosphäre anwesend, von der die Probe genommen wird, und wird dann durch eine Filtervorrichtung aus der Probe entfernt. In den in Figuren 1 und ^ dargestellten Geräten hat die Expansion des Balges ein Meßsignal und die Kontraktion des Balges ein Null- oder Basissignal geliefert. Wenn jedoch die zu ermittelnde Komponente ein Gas ist, für das es keine genaue oder billige oder sonstige wünschenswerte Meßvorrichtung gibt, d.h. wenn das Gas keine "aktive Komponente" nach der Definition am Beginn dieser Beschreibung ist, dann kann die Komponente modifiziert werden, z.B. durch chemische Reaktion, um eine andere Komponente zu bilden, die eine "aktive Komponente" ist. In diesem Fall wird die Filtervorrichtung zum Beispiel durch eine Katalysatorschicht ersetzt. Die aktive Komponente ist dann nach Durchlaufen der Modifiziervorrichtung in der Balgpumpe anwesend, die Expansion des Balges liefert das Nulloder Basissignal, und die Kontraktion liefert das Meßsignal.

Zum Beispiel sei angenommen, daß die Konzentration von Stickoxydgas NO zu messen ist. Es wird eine für Stickstoffdioxyd empfindliche, aber für NO-Gas unempfindliche Meßvorrichtung vorgesehen, und das Filter, z.B. in dem in Figur 1 oder Figur k gezeigten Gerät, wird durch eine Chromsäure-Katalysatorschicht ersetzt. Eine Probe der Atmosphäre wird durch die

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Meßvorrichtung eingezogen und ein Null- oder Basissignal geliefert. Die Probe paseiert die Chromsäure, und vorhandenes NO-Gas wird durch atmosphärischen Sauerstoff zu NO--Gas entsprechender Konzentration oxydiert. Die modifizierte Probe wird dann ausgestoßen und die Konzentration von NO₂-GaS gemessen.

Die Anordnung kann auch dazu verwendet werden, die Konzentration von NO-Gas sogar bei Anwesenheit von NO.-Gas zu messen, da das Basissignal bei Expansion des Balges der NO--Konzentration entsprechen wird, und das Meßsignal bei Kontraktion des Balges einen Meßwert von in NOp umgewandeltem NO plus ursprünglichem NO- geben wird; die Differenz ist der NO-Gaskonzentration proportional.

Wenn die Summe der Konzentrationen einer aktiven Komponente und einer inaktiven Komponente einer Atmosphäre benötigt werden, kann in einer anderen Modifikation die inaktive Komponente vor Lieferung an den Detektor in die aktive Komponente umgewandelt werden. Zum Beispiel kann die Summe der Konzentrationen von NO-Gas und NO₂-GaS gemessen werden, indem eine Probe einer Atmosphäre über eine Chromsäureschicht zur Umwandlung von NO in NO- , durch einen NO--FUhler zur Abgabe eines konzentrationsabhängigen Signals, durch eine NO--Filterschicht und wieder durch die Meßvorrichtung zur Lieferung eines Basisoder Nullsignals gezogen wird.

Wenn eine Atmosphäre zwei aktive Komponenten enthält und nur die Konzentration einer Komponente benötigt wird, kann in einer anderen Modifikation die HinzufUgung einer selektiven Filterschicht zwischen der Atmosphäre und dem Detektor erforderlich werden. Wenn z.B. die Konzentration von CO-Gas in der Gegen· wart von NO₂-GaS zu messen ubA der Detektor empfindlich für beide Gase ist, erlaubt die HinzufUgung einer Holzkohleschicht zwischen dem Detektor und der Atmosphäre die Beseitigung von NOp-Gas, bevor die Probe den Fühler erreicht.

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In einer anderen Modifikation kann die Konzentration eines Gases in einer Gasmischung gemessen werden, indem die Konzentration eines anderen Gases in der Mischung gemessen wird, das zu messende Gas so modifiziert wird, daß es den Partialdruck des anderen Gases verändert, und wieder die Konzentration des anderen Gases in der modifizierten Probe gemessen wird.

In einer Anordnung wird bewirkt, daß die Probe eine Adeorptlons achicht passiert, die das zu messende Gas völlig beseitigt. Um zum Beispiel die Konzentration von Kohlendioxydgas in der Atmosphäre zu messen, ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in einer Probe der Atmosphäre zu messen, dieselbe oder eine andere Probe durch einen CO--Absorber zu schicken, und die Sauerstoffkonzentration in der modifizierten Probe zu messen. Die Differenz in den gemessenen Partialdrücken des Sauerstoffs kann zur Berechnung der CC^-Konzentration verwendet werden.

In einer anderen Anordnung wird bewirkt, daß eine Probe eine katalytische oder reagierende Vorrichtung paseiert, um das zu messende Gas in ein anderes Gas zu verwandeln, für das die Meßvorrichtung nicht empfindlich ist; um in diesem Fall den Partialdruck zu ändern, ist es wesentlich, daß jedes Molekül des zu messenden Gases in eine höhere oder niedrigere Anzahl von Molekülen des anderen Gases umgewandelt wird.

In noch einer anderen Anordnung wird die Reaktion des zu messenden Gases mit der aktiven Komponente selbst bewirkt, die im Überschuß vorhanden sein muß.

Während die Erfindung hinsichtlich der Messung der Gase CO, CO₂, NO, NO₂, SO₂ und Vinylchlorid iasLhfiebeBctoteeaniWfcrden ist, ist sie nicht auf solche Gase beschränkt, sondern kann verwendet werden, um die Konzentration anderer Gase in Luft,

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einer Komponente einer Gasmischung und einer Komponente einer flüssigen Mischung oder Lösung zu bestimmen.

In der gesamten Beschreibung ist angenommen worden, daß die Meßvorrichtungen, d.h.idie Wandler oder Fühler, nicht von der Strömumgsgeschwindigkeit abhängen.

Ansprüche:

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Claims

Ansprüche

\J Verfahren zum Prüfen einer Fluidsubstanz auf die Anwesenheit wenigstens einer Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung nacheinander zwei von der Fluidsubstanz abgeleiteten Fluidmassen ausgesetzt wird, die in Bezug auf die Konzentration einer aktiven Komponente um einen Betrag differieren, der von der Konzentration der wenigstens einen zu ermittelnden Komponente in der Fluidsubstanz abhängt, und daß die Meßvorrichtung auf die Konzentration der aktiven Komponente in dem Fluid anspricht, dem die Meßvorrichtung ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Fluidmassen von einer einzigen Probe der Fluidsubstanz abgeleitet werden, und daß ein Modifizierungsschritt zwischen den aufeinanderfolgenden Aussetzungen der Meßvorrichtung auf die Probe angewandt wird, um die Konzentrationsdifferenz zu bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fluidmasse von einer unterschiedlichen Probe der Fluidsubstanz abgeleitet wird, und daß ein Modifizierungsschritt auf eine Probe angewandt wird, um die Konzentrationsdifferenz zu bewirken.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die wenigstens eine Komponente eine aktive Komponente ist, und daß ein Modifizierungsschritt die aktive Komponente beseitigt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß ein Modifizierungsschritt die wenigstens eine Komponente in eine aktive Komponente umwandelt.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3t dadurch gekennzeichnet , daß ein Modifizierungsschritt die wenigstens eine Komponente beseitigt, wobei die Konzentration der aktiven Komponente in dem Fluid von der Konzentration der wenigstens einen Komponente abhängt.

7. Gerät zum Prüfen einer Fluidsubstanz auf die Anwesenheit wenigstens einer Komponente, gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung, die auf die Konzentration einer aktiven Komponente anspricht, und durch eine Einrichtung, um die Meßvorrichtung nacheinander zwei von der Fluidsubstanz abgeleiteten Fluidmassen auszusetzen, die sich in Bezug auf die Konzentration der aktiven Komponente um einen Betrag unterscheiden, der von der Konzentration der wenigstens einen zu ermittelnden Komponente in der Fluidsubstanz abhängt.

8. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung '24), die das Strömen einer Probe der Fluidsubstanz durch die Meßvorrichtung (16), durch die Modifiziervorrichtung (2.2) und wieder durch die Meßvorrichtung (16) bewirkt, wobei die Proben vor und nach der Modifizierung die zwei Fluidmassen umfassen.

9. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (2k), die das Stömen einer Folge von Proben der Fluidsubstanz durch die Meßvorrichtung (16), durch die Modifiziervorrichtung (22) und wieder durch die Meßvorrichtung (16) bewirkt, wobei eine vorhergehende Probe nach Modifizierung und eine nachfolgende Probe vor Modifizierung die zwei Fluidmassen umfassen.

10. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (84, 86), um die Meßvorrichtung (82) im wesentlichen fortlaufend der Fluidsubstanz auszusetzen,

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und durch eine intermittierend arbeitende Vorrichtung (96, 98, 1o2), um das Strömen einer modifizierten Probe der Fluidsubstanz durch die Meßvorrichtung zu bewirken, wobei der in Kontakt mit der Meßvorrichtung befindliche Teil der Fluidsubstanz und die modifizierte Probe die zwei Fluidmassen umfassen.

11. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, um das Strömen abwechselnder Proben der Fluidsubstanz durch die Meßvorrichtung bzw. durch die Modifiziervorrichtung und dann durch die Meßvorrichtung zu bewirken.

12. Gerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1o5, 116, 118), um das Strömen abwechselnder Proben der Fluidsubstanz durch die Modifiziervorrichtung (166) bzw. durch eine inaktive Vorrichtung (1o8) mit ähnlichem Strömungswiderstand zu bewirken, wobei eine konstante Strömungsgeschwindigkeit durch die Modifiziervorrichtung (1o6) aufrechterhalten wird.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12^ dadurch gekennzeichnet , daß die Meßvorrichtung wenigstens einer der zwei Fluidmassen über eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die für die Meßvorrichtung ausreicht, um einen bekannten Anteil ihres Gleichgewichtszustandes mit jeder aktiven Komponente in dieser Fluimasse zu erreichen.

11f. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß es ferner eine chromatografische Säule (130) umfaßt, die zwischen der Fluidsubstanz und der Meßvorrichtung 03*0 angeordnet ist, wodurch eine Vielzahl von zu ermittelnden Komponenten zeitlich getrennt werden kann.

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15. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 1Zf, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zur Abgabe eines der Konzentration der aktiven Komponente in jeder der zwei Fluidmassen entsprechendes Ausgangssignal augebildet ist, und daß ferner eine Subtraktionsvorrichtung (42, 46, 48) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, daß sie ein Signal von dem anderen abzieht und ein drittes Ausgangssignal abgibt, das der Konzentration der aktiven Komponente in einer der zwei Fluidmassen entspricht.

Der Patentanwalt V)

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