DE2713623B2

DE2713623B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Konzentrations-Zeit-Produktes wenigstens einer Komponente eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE2713623B2
Application number: DE19772713623
Authority: DE
Inventors: Peter Von Dipl.-Ing. 2070 Schmalenbek Windau
Original assignee: Preussag AG Feuerschutz
Current assignee: Preussag AG Feuerschutz
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2713623A1; DE2713623C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

is In der Abgasmeßtechnik sind neben der zu einem bestimmten Zeitpunkt in Atemhöhe gemessene Konzentration eines gas-, dampf- oder staubförmigen Arbeitsstoffes in der Luft eines Arbeitsraumes auch über bestimmte Zeitintervalle gemittelte Durchschnittswerte, beispielsweise die für 30minütige Zeitintervalle festgelegten maximalen Immissionskonzentrationen, von Bedeutung. Die mittlere Konzentration über einen festgelegten Zeitraum kann durch eine zeitliche Integration der Augenblickskonzentrationen bestimmt werden. Dies führt jedoch zu Fehlern bei der Bestimmung des Konzentrations-Zeit-Produktes, wenn die Konzentrationsänderungen schneller als die Konzentrationsmesstaig sind und wenn wegen großer Konzentrationsschwankungen zur Bestimmung der

.in augenblicklichen Konzentration ein Gasanalysegerät mit großem Meßbereich erforderlich ist.

Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Vergrößerung des Volumens des Sammelgefäßes dadurch herbeigeführt, daß eine in ihm enthaltene Sperrflüssigkeit zum Ablaufen gebracht wird (DE-PS 713376). Ein anderes bekanntes Verfahren und eine andere bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art verwenden für denselben Zweck einen durch das

4(i zu untersuchende Gasgemisch in c^m Sammelgefäß verschiebbaren Kolben oder ein durch das Gasgemisch aufzublasendes Sammelgefäß aus elastischem Material, z. B. einen Faltenbalg (DE-PS 839725). Beide bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch nur für diskontinuierliche Messungen des Konzentrations-Zeit-Produktes eines Gasgemisches bestimmt und für eine kontinuierliche Messung ungeeignet, da ein hoher anfänglicher Konzentrationswert der zu überwachenden Komponente sofort zu einer Schwellwertüberschreitung und damit zu einem Alarm führen würde, obwohl eine gefährliche Dosierung noch nicht erreicht ist.

Es ist auch bekannt, das Überschreiten des Schwellwerts der Konzentration einer bestimmten Komponente in einem Gasgemisch mit Hilfe eines Halbleiter-Widerstandsfühlers anzuzeigen (GB-PS 1448307).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Bestimmung

fiii des Konzentrations-Zeit-Produktes ohne Integrationsfehler kontinuierlich ermöglichen, so daß bei Überschrcifcn einer maximalen Dosis ein Dosisalarm gegeben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Λ5 Kennzeichen des Anspruchs I bzw. des Anspruchs 2 gegebenen Maßnahmen gelöst.

Das erfindung.sgcmaße Verfahren und die erfindungsgcinäße Vorrichtung eröffnen die Möglichkeit,

jederzeit die Dosis abzulesen und gegebenenfalls Dosisalarm zu geben, wobei gleichzeitig eine kontinuierliche Überwachung der Spitzenwerte der Augenblickskonzentrationen durchgeführt werden kann. Die Einfüllung einer definierten Menge eines neutralen Gases in das Sammelgefäß ermöglicht außerdem die Einstellung einer sinnvollen Alarmschwelle, verhindert also Fehlalarme. Aus der kontinuierlichen Überwachung der Konzentration des gesammelten Gases ergibt sich außerdem der Vorteil, daß das Konzentrations-Zeit-Produkt ohne eine besondere Zeitmessung erhalten wird. Dadurch, daß das Sammelgefäß immer ein Gemisch der in dem überwachten Zeitraum gesammelten Gase enthält, ergibt sich die Möglichkeit, nach einem Gasunfall bzw. einer Alarmgabe dessen Ursache retrospektiv auf einfache und schnelle Weise zu ermitteln. Durch diese Dokumentierbarkeit der jeweils zurückliegenden Atmosphäre, beispielsweise der zurückliegenden 10-Stunden-Atmosphäre, stehen gegebenenfalls wertvolle Daten zur Verfügung, die erst wegen einer Alarmauslösung ihre volle Bedeutung erhalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Überwachung des Konzentrations-Zeit-Produktes von Gasen in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Empfindlichkeitsfunktion der Halbleiter-Meßzelle der Vorrichtung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von deren Temperatur für zwei verschiedene Gase, und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Gaskonzentration in der Meßkammer der Vorrichtung nach Fig. 1 und dem Ausschlag des Anzeigeinstrumentes der Vorrichtung nach Fig. 1.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Überwachung des Konzentrations-Zeit-Produktes strömt die auf toxische Gase oder sonstige Gase, wie Abwassergase, zu untersuchende Luft über ein Ansaugrohr 1 u'id eine Ansaugleitung 3 zu einer ersten Meßkammer 5 zur Bestimmung der augenblicklichen Konzentration sowie über eine Förderpumpe 7, ein Einblasrohr 9 und einen Absperrhahn 10 in eine Gassammeleinrichtung 11 zur Bestimmung der durchschnittlichen Konzentration. Die Gassammeleinrichtung 11 ist in Fig. 1 schematisch als ein Zylinder mit einem Kolben 13 dargestellt, um deren prinzipielle Funktionsweise zu veranschaulichen. Eine blasebalgähnliche Gassammeieinrichtung mit variablem Volumen oder eine andere su-kähnliche Einrichtung kann ebenfalls zum Sammeln des durch die Förderpumpe 7 eingeblaserven Gas- oder Luftstromes Verwendung finden. Zu Beginn der Dosisüberwachung kann die Gassammeieinrichtung teilweise mit reiner Luft gefüllt werden, so daß schon von Anfang an die Möglichkeit gegeben ist, eine von der Spitzenwert-Überwachung unabhängige Dosisüberwachung vorzunehmen. Beim Einblasen der Gase in die Gassammeleinrichtung 11 bewegt sich der Kolben 13 in Fig. 1 nach rechts, so daß sich das Volumen der Gassammeleinfichfung 11 bei konstantem Druck entsprechend der eingepumpten Gasmenge vergrößert. Das in dem durch den Kolben 13 begrenzten Mischraum 15 gesammelte Gas wird in einer zweiten Meßkammer 17 im Umlaufbetrieb kontinuierlich analysiert. Dazu ist die Meßkammer 17 über eine Saugpumpe 19 und zwei Rohrleitungen 18 und 79 mit der Gassammelleitung 11 verbunden (Umlaufbetrieb).

Die in die Meßkammern 5 und 17 gelangenden Gase werden auf ihre chemische Zusammensetzung oder auf luft- und wasserfremde Stoffe mit Hilfe zweier Halbleiter-Meßzellen untersucht, die wahlweise über in Fig. 1 nicht dargestellte elektronische oder mechanische Umschalter an einen Heiz- und Meßschaltkreis anschließbar sind. Während die in der Meßkammer S angeordnete Halbleiter-Meßzelle zur

in Untersuchung der augenblicklichen Konzentration dient, dient die in der Meßkammer 17 angeordnete Halbleiter-Meßzelle 23 zur Bestimmung des Konzentrations-Zeit-Produktes. Die Gasanalyse beruht dabei darauf, daß sich der Widerstand der Halbleiter-Meßzelle 23 in Abhängigkeit von der Konzentration und der Art der in der Meßkammer 17 enthaltenen Gase ändert. Erhängt von der unterschiedlichen Wärmeleitung der anwesenden Gase und deren jeweiligen Partialdrücken ab und wird bei einer an der Oberfläche der Halbleiter-Meßzelle stattfindenden, konzentrations- und temperaturabhängigen Chemosorption außerdem noch von dem unterschiedlichen Verhalten der Gasmoleküle an der Oberfläche der Halbleiter-Meßzelle 23 beeinflußt. Die bei der Chemosorption an der Oberfläche der Halbleiter-Meßzelle 23 sorbierten Gasmoleküle werden mit Hilfe einer Freibrenneiiirichtung wieder entfernt, so daß eine gleichbleibende Empfindlichkeit und Stabilität des Nullpunktes sowie eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer der Halbleiter-Meßzelle 23 erreicht wird. Die Freibrenneinrichtung besteht im wesentlichen aus einem in seiner Spannung und Frequenz einstellbaren Impulsgenerator 25, dessen Ausgangsspannung an die beiden Enden der Heizwicklung der Halbleiter-Meßzelle 23 angeschlossen ist. Bei niedrigen Freibrenn-Frequenzen kann die Widerstandsmessung zur Zeit der Freibrenn-Impulse kurz selbsttätig unterbrochen werden; jedoch ist dies bei hohen Frequenzen nicht notwendig.

4(i Die Widerstände der Halbleiter-Meßzelle 23 und der in der Meßkammer 5 angeordneten Halbleiter-Mel?7.elle werden mit Hilfe einer Wheatstoneschen Brückenschaltung 27 bestimmt, wobei der Nullpunkt der abgleichbaren Meßbrücke 27 und der die jeweilige Halbleiter-Meßzelle aufheizende Strom einstellbar sind. Der Ausgang der Meßbrücke 27 ist an einen Verstärker 29 angeschlossen, dessen Verstärkungsgrad ebenfalls einstellbar ist, so daß die Empfindlichkeit der Gasanalyse den jeweiligen Verhältnissen anpaßbar ist. Mit dem Ausgang des Verstärkers. 29 sind ein Alarmgeber 33 und ein Anzeigeinstrument 31 verbunden. Das A.izeigeinstrument 31 zeigt die jeweilige in der Meßkammer 17 oder 5 vorhander.2 Gaskonzentration an, die ein unmittelbares Maß für die mittlere Konzentration oder die augenblickliche Konzentration der durch das Ansaugrohr 1. angesaugten Gasmenge ist. Mit Hilfe einstellbarer Schwellenwertschalter des Alarmgebers 33 können beim Überschreiten einer kritischen Grenze ein Alarm sowie

fto weitere Maßnahmen ausgelöst werden.

Wegen der Einstellbarkeit der Temperatur der Halbletter-Meßzellen durch Verändern der Heiz- und Meßströme, kann der Arbeitspunkt der Haioleiter-Meßzellcn den jeweils zu messenden Gasen optimal

λ5 angepaßt werden, um eine möglichst hohe Empfindlichkeit und Sclektix ität bei der Messung zu erhalten. Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit oder der relativen Widerstandsänderung pro Konzen-

trationseinheit der Halbleiter-Meßzelle 23 von tieren Temperatur für zwei Oase A und Ii. Dem Kiirvciivcrlauf kann unmittelbar entnommen werden, daß für die Temperatur T₂ für beide Gase A und Ii eine gleiche mittlere Empfindlichkeit erhalten wird. Bei den Temperaturen T₁ und 7j ist jedoch eine gewisse Selektivität vorhanden. Bei der Temperatur T₁ ist die Einwirkung des Gases A auf den Widerstand der Meßzelle 23 größer als die Einwirkung des Gases R, während bei der Temperatur T, die Chemosorption un der Halbleiter-Meßzelle 23 zu einer besonders ausgeprägten Empfindlichkeit für das Gas B führt, wobei die Halbleiter-Meßzelle 23 jedoch für das Gas A eine gewisse Querempfindlichkeit beibehält.

Die Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der in der Meßkammer 17 vorhandenen Gaskonzentration und dem Ausschlag des Anzeigeinstrumentes 31. wobei die beiden dargestellten Kurven für die Gase A und Ii jeweils in Abwesenheit des zweiten Gases gelten. VVie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann der Verlauf tier beiden in Fig. 3 dargestellten Funktionen durch Veränderung der Temperatur der Halblcitcr-Mcß-/elle 23 verändert werden, so daß einem bestimmten Skalenwert des Meßinstrumentes 31 ein Schwellenwert zugeordnet werden kann, der der höchstzulässigen Konzentration der Gase A und B entspricht.

Dadurch, daß in dem Einblasrohr 9 der Absperrhahn 10 vorgesehen ist, kann bei Auslösungeines Dosisalarms die in der Gassammeieinrichtung 11 vorhandene Luft- und Gasmenge eingeschlossen werden und über ein Ventil 16 für eine genauere Analyse mittels herkömmlicher Methoden entnommen werden. Gegenüber der Verwendung von Daucrröhrchen besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur den Vorteil der höheren Genauigkeit und Zuverlässigkeit, sondern es ist gleichzeitig eine Spitzenwertüberwachung mit Alarm und eine Dosisüberwachung mit

in Alarm sowie eine retrospektive Dokumentierung und Analyse möglich. Durch den Wegfall eines an einem Gasanalysegerät angeschlossenen Schreibers wird der Aufwand zur Dosisbestimmung wesentlich erniedrigt und die Gefahr von Integrationsfehlern vcrmie-

ii den.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Halbleiter-Mcßzelle 23 unmittelbar in dem Mischrauin 15 der Gassammeieinrichtung 11 anzuordnen, so daß sie dort durch freie Konvektion bzw. Diffusion mit McB-

:n gas verborgt wird, wobei die zusätzliche Pumpe I¹J nicht mehr benötigt wird.

Bei einem anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, ist die Gassanimeleinrichtung 11 als Kunststoffbeutcl mit Septum ausgebil-

:< det. so daß sich in besonders vorteilhafter Weise jederzeit mittels einer Injektionsspritze Gasproben entnehmen lassen, ohne daß die einfache und platzsparende Archivicrbarkeit beeinträchtigt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen des Konzentrations-Zeit-Produktes wenigstens einer Komponente eines Gasgemisches, bei dem

a) aus dem zu untersuchenden Gasgemisch kontinuierlich ein Probenstrom entnommen wird,

b) der Probenstrom über eine vorgegebene Zeit in ein Sammelgefäß unter Vergrößerung des Volumens dieses Sammelgefäßes eingeführt wird,

c) die Konzentration der Komponente des gesammelten Gasgemisches gemessen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Sammelgefäß bereits vor der Einführung des Probenstromes mit einer definierten Menge eines bezüglich der Konzentrationsmessung neutralen Gases gefüllt wird,

e) die Kprzentration der Komponente des Probenstrortis in das Sammelgefäß kontinuierlich gemessen wird.

2. Vorrichtung zur Bestimmung des Konzentrations-Zeit-Produktes wenigstens einer Komponente eines Gasgemisches mit

a) einem Sammelgefäß veränderlichen Volumens,

b) einer an das Sammelgefäß angeschlossenen Probenförderleitung, über die dem Sammelgefäß für eine vorbestimmte Zeitspanne kontinuierlich ein Probenstrom des Gasgemisches unter Vergrößerung des Volumens des Sammelgefäfies zugcrtihrt ist,

c) einer Gaskonzeiitrations-Meßeinrichtung zur Messung der Konzentration der im Sammelgefäß gesammelten Komponente,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Sammelgefäß (11) eine definierte Menge eines die Gaskonzentrations-Meßeinrichtung nicht beeinflussenden Gases enthält,

e) die Gaskonzerstrations-Meßeinrichtung einen in eine Widerstandsmeßschaltung (27) eingebauten Halbleiter-Widerstandsfühler (23) umfaßt,

f) der Widerstandsfühler (23) dem gesammelten Gasgemisch dauernd ausgesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsfühler (23) unmittelbar in dem Sammelgefäß angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsfühler (23) in einer separaten Vießkammer (17) angeordnet ist, die mit dem Sammelgefäß (11) über zwei Rohrleitungen (18,20) in Verbindung steht, und daß eine Fördereinrichtung (19) zur Umwälzung des gesammelten Gasgemisches in dem von dem Sammelgcfäß, den Rohrleitungen und der Meßkammer gebildeten System vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Probciifördcrlci'tung (1) eine weitere Meßkammer (5) angeschlossen ist, in der ein weiterer HaIbleiter-Widerstandsfühlei zur Messung der Momentankonzentration des Probenstromes vorgesehen ist.

(S. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dall das Sammclgefäß

(11) mit einem Ventil (16) zur Entnahme von Gasproben ausgestattet ist,

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgefäß (11) als gasdichter Kunststoffbeutel ausgebildet ist, der mit einem Septum versehen ist.