DE2737383A1 - METHOD FOR MIXING GASES IN A PRECISE RATIO - Google Patents
METHOD FOR MIXING GASES IN A PRECISE RATIOInfo
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(EURATOM)(EURATOM)
MÖNCHEN: DIPL.-IN8. H ANS-HKINRICH WKV OIPL.-ΙΝβ. KKKCHARO KÖRNKRMÖNCHEN: DIPL.-IN8. H ANS-HKINRICH WKV OIPL.-ΙΝβ. KKKCHARO KÖRNKR
EerlJ \, dtn 16. August 1977EerlJ \, dtn August 16, 1977
Verfahren zum Mischen von Gasen in präzisem VerhältnisMethod of mixing gases in precise proportions
12 Seiten r-eschreibung12 pages description
13 Patentansprüche13 claims
3 Blatt Zeichnungen3 sheets of drawings
Em - 27 177/178 Em - 27 177/178
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Gasen in präzisem Verhältnis unter definierter Beimischung eines ersten Gases zu einem kontinuierlich strömenden Verdünnungsgas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for mixing gases in a precise ratio with a defined admixture a first gas to a continuously flowing diluent gas and a device for carrying out the Procedure.
In industriellen und Forschungs-Chemielaboratorien sind für verschiedene Anwendungen Standard- oder Eich-Gasmischungen notwendig. Da derartige Gasmischungen in vorgefertigter Form in der Regel umständlich zu beschaffen sind, eine lange Lieferzeit haben und darüber hinaus auch relativ kostspielig sind, ist der Laborchemiker bestrebt, sich derartige Gasmischungen selbst herzustellen, wenn er sie benötigt. Da dabei die Mischungsverhältnisse eine große Genauigkeit aufweisen müssen, ist aber auch die Eigenherstellung in der Regel mit Schwierigkeiten verbunden.In industrial and research chemical laboratories, standard or calibration gas mixtures are used for various applications necessary. Since such gas mixtures are usually awkward to procure in prefabricated form, a have long delivery times and are also relatively expensive, laboratory chemists strive to produce such gas mixtures himself if he needs them. Since the mixing ratios are a big one Must have accuracy, but the in-house production is usually associated with difficulties.
In der Vergangenheit sind verschiedene Versuche unternommen worden, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, die es gestatten, Gasmischungen nach den jeweiligen Erfordernissen am Orte der Verwendung kurzfristig herzustellen. So wurden beispielsweise Gasmischungen mittels Meßzylindern unter kombinierter Auswertung von Partialdruck- und Gewichtsmessungen hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch zeitraubend, kostenaufwendig und erfordert eine gewisse Menge Spezialkenntnisse und Erfahrung. Die Genauigkeit dieses Verfahrens wird durch Absorptionseffekte eingeschränkt. Für Konzentrationen von Gasbeimischungen, die geringer sind als 1 ppm, ist das Verfahren in der Praxis nicht mehr anwendbar.Various attempts have been made in the past to develop methods and devices that allow gas mixtures to be produced at short notice according to the respective requirements at the place of use. So were for example gas mixtures using measuring cylinders with combined evaluation of partial pressure and weight measurements manufactured. However, this method is time consuming, costly and requires some Lots of specialist knowledge and experience. The accuracy of this method is limited by absorption effects. For concentrations of gas admixtures that are less than 1 ppm, the process is no longer in practice applicable.
Bei einem anderen Verfahren durchdringt ein unter Druck verflüssigtes Gas mit einer bestimmten Rate die Wandung eines Teflonrohrs, in das es eingeschlossen ist. Ein Verdünnungsgas, dem das verflüssigte Gas beigemischt werdenIn another method, a gas liquefied under pressure penetrates the wall at a certain rate a Teflon tube in which it is enclosed. A diluent gas to which the liquefied gas is added
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soll, umströmt das Permeationsrohr von außen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es auf leicht verflüssigbare Gase wie SO2/ H3S, NO- etc. beschränkt ist.should, flows around the permeation tube from the outside. The disadvantage of this process is that it is limited to easily liquefiable gases such as SO 2 / H 3 S, NO etc.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eichmischungen zweier Fluide ist in der LU-PS 57 552 beschrieben. Dabei strömt das beizumischende Gas unter Druck durch eine Düse in eine Mischkammer ein, welche von dem Träger- oder Verdünnungsgas durchströmt wird. Die Mengen der beteiligten Gase werden von einer Vorrichtung gesteuert, welche die Bestandteile des resultierenden Gasgemisches quantitativ analysiert und Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert feststellt. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß sehr kleine Gasbeimengungen nur schwer zu bewerkstelligen sind. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich bei der Steuerung der Mengen der beteiligten Gase Regelschwingungen ausbilden. A device for generating calibration mixtures of two fluids is described in LU-PS 57 552. It flows the gas to be admixed is introduced under pressure through a nozzle into a mixing chamber through which the carrier or diluent gas flows. The amounts of gases involved will be controlled by a device which quantitatively analyzes the constituents of the resulting gas mixture and detects deviations from a predetermined target value. This device has the disadvantage that very small gas admixtures are difficult to manage. There is also the risk that the control the quantities of gases involved develop control oscillations.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die es ermöglichen, Gasanteile in einem präzisen Verhältnis kontinuierlich zu mischen, wobei die Möglichkeit bestehen soll, das Mischungsverhältnis in einem breiten Bereich zu variieren. Die gewünschten Gasmischungen sollen ohne besondere Vorbereitungen auch von nicht spezialisierten Kräften mit einer einfachen Vorrichtung herstellbar sein.The invention is based on the object of specifying a method and a device for performing the method, which make it possible to continuously mix gas components in a precise ratio, with the possibility should exist to vary the mixing ratio within a wide range. The desired gas mixtures should be able to be produced by non-specialized workers with a simple device without any special preparation be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die periodische Beimischung kleiner Volumina des ersten Gases bei zeitlich konstanter Strömung des Verdünnungsgases gelöst.According to the invention, this object is achieved by the periodic Admixture of small volumes of the first gas dissolved with a constant flow of the diluent gas over time.
Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Tatsache, daß die Menge des dem Verdünnungsgas beizumischenden ersten Gases in einfacher Weise über dieParticularly advantageous in the method according to the invention is the fact that the amount of the first gas to be admixed with the diluent gas easily exceeds the
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herrschenden Druckverhältnisse zu steuern ist.the prevailing pressure is to be controlled.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine besonders genaue Dosierung der Gasbeimischung in einem weiten Bereich durch eine periodische Zugabe von definierten Gasmengen möglich ist, wobei bei einer bevorzugten Heiterbildung der Erfindung die Mengenverhältnisse in einfacher Weise über die gewählten Druckverhältnisse steuerbar sind. Durch eine Heraufsetzung des Druckes des beizumischenden Gases wird die Taktfrequenz der Beimischung des definierten Volumens erhöht. Dabei ist durch die Druck veränderung des beizumischenden Gases eine viel feinere Mengendosierung möglich als es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen der Fall ist. Die Druckveränderung der beteiligten Gaskomponenten stellt ein an sich sinnfälliges Mittel zur Veränderung der Gasteile einer Gasmischung dar, das dem Benutzer von Mischvorrichtungen einfacherer Art geläufig ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch die Steuerung des Druckes unter Auswertung einer Druckdifferenz in eine hochgenaue Steuerung von Mengenvo lumina umgesetzt.The invention is based on the knowledge that a particularly precise metering of the gas admixture is possible in a wide range by periodic addition of defined amounts of gas, with a preferred development of the invention the quantitative ratios can be controlled in a simple manner via the selected pressure ratios. By increasing the pressure of the gas to be admixed, the cycle frequency of admixing the defined volume is increased. Due to the change in pressure of the gas to be admixed, a much finer amount of metering is possible than is the case with the known methods and devices. The change in pressure of the gas components involved represents a sensible means for changing the gas parts of a gas mixture, which the user of mixing devices of a simpler type is familiar with. In the method according to the invention, however, the control of the pressure by evaluating a pressure difference is converted into a highly precise control of quantitative volumes.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter* ansprüchen gekennzeichnet. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Preferred developments of the invention are characterized in the sub- claims. An advantageous embodiment of the method according to the invention or the Vorrich device for performing the method is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Mischung von Gasen, 1 shows a schematic representation of a device for the continuous mixing of gases,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung des in Fig. 1 dargestellten Steuerventils in Abhängigkeit von der ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Gas-Dosiervor-FIG. 2 shows a schematic representation of an electrical circuit for controlling the control valve shown in FIG. 1 as a function of the also shown in Fig. 1 gas metering device
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richtung,direction,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Dosiervorrichtung gemäß Fig. 1,3 shows a sectional view of the metering device according to FIG. 1,
Fig. 4 die Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz der Gas-Dosiervorrichtung von der Druckdifferenz zwischen der Primär- und Sekundär-Gasleitung in einer Diagrammdarstellung, 4 shows the dependence of the operating frequency of the gas metering device of the pressure difference between the primary and secondary gas line in a diagram,
Fig. 5 die Abhängigkeit des Verhältnisses der Gaskonzentrationen in der Primär- und der Sekundär-Gasleitung in Abhängigkeit vom reziproken Wert der Arbeitsfrequenz der Gasdosiervorrichtung, ebenfalls im Diagramm dargestellt und5 shows the relationship between the gas concentrations in the primary and secondary gas lines depending on the reciprocal value of the operating frequency of the gas metering device, too shown in the diagram and
Fig. 6 die Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz der Gas-Dosiervorrichtung von der Gaskonzentration in der Sekundär-Gasleitung.6 shows the dependence of the operating frequency of the gas metering device on the gas concentration in the secondary gas line.
In der in Fig. 1 wiedergegebenen schematischen Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird ein Verdünnungsgas in einer Leitung von in der Zeichnung links her zugeführt. Ein dem Verdünnungsgas beizumischendes Primärgas gelangt über Leitungsteile 2 und 3 über ein Schaltventil 4 in eine Gas-Dosiervorrichtung 5 und von dort zurück über das Schaltventil 4 und eine Drossel 6 in die Leitung 1, wo es dem Verdünnungsgas beigemischt wird. Der Druck des Primärgases in dem Leitungsteil 2 wird durch einen Druckregler 7 durch ein Differential-Manometer 8 so gesteuert, daß zwischen der Leitung 1 und dem Leitungsteil 2 eine vorgegebene Druckdifferenz besteht. Die Gas-Dosiervorrichtung ist über einen Leitungsteil 9 zusätzlich mit dem Leitungsteil 2 verbunden, so daß hier ein Druckausgleich stattfinden kann. Das Schaltventil 4 wird über elektrische Anschlüsse 10 und 11 gesteuert, wobei es abwechselnd in Richtung der Pfeile a und b eine Leitungsverbindung uffnet.In the schematic representation of an apparatus for carrying out the method shown in FIG. 1, a Diluent gas supplied in a line from the left in the drawing. A primary gas to be admixed with the diluent gas reaches a gas metering device 5 via line parts 2 and 3 via a switching valve 4 and from there back Via the switching valve 4 and a throttle 6 into the line 1, where it is mixed with the diluent gas. Of the The pressure of the primary gas in the line part 2 is controlled by a pressure regulator 7 through a differential manometer 8 so that that between the line 1 and the line part 2 there is a predetermined pressure difference. The gas metering device is additionally connected to the line part 2 via a line part 9, so that a pressure equalization takes place here can. The switching valve 4 is controlled via electrical connections 10 and 11, it alternating in the direction the arrows a and b opens a line connection.
Die Gas-Dosiervorrichtung weist zwei Kammern 12 und 13 auf,The gas metering device has two chambers 12 and 13,
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die durch eine Membran 14 getrennt sind. Die Kammer 12 ist mit dem Schaltventil 4 und die Kammer 13 mit dem Leitungsteil 9 verbunden. Die Stellung der Membran 14 wird von zwei Detektoren 15 und 16 abgefühlt, wobei über einen elektrischen Anschluß 17 ein Signal abgegeben wird, wenn sich die Membran 14 in einer oberen und über den elektrischen Anschluß 18 ein Signal abgegeben wird, wenn sich die Membran in einer unteren Extremstellung befindet. Das Differential-Manometer 8 ist ähnlich aufgebaut wie die Gas-Dosiervorrichtung 5, weist jedoch nur einen Detektor 19 mit einem elektrischen Anschluß 20 auf. Eine Membran 21 trennt hier zwei Kammern 22 und 23, wobei die Kammer 22 mit dem Leitungsteil 2 und die Kammer 23 mit der Leitung in Verbindung steht. Der Detektor 19 gibt ein elektrisches Signal zum Anschluß 20 ab, wenn eine vorgegebene Auslenkung der Membran 21 erreicht ist, der überdruck im Leitungsteil 2 im Vergleich zur Leitung 1 also einen bestimmten Wert erreicht.which are separated by a membrane 14. Chamber 12 is connected to the switching valve 4 and the chamber 13 to the line part 9. The position of the diaphragm 14 is sensed by two detectors 15 and 16, a signal being output via an electrical connection 17 when The membrane 14 is in an upper and via the electrical connection 18 a signal is emitted when the Diaphragm is in a lower extreme position. The differential manometer 8 is constructed similarly to the gas metering device 5, however, has only one detector 19 with an electrical connection 20. A membrane 21 separates here two chambers 22 and 23, the chamber 22 with the line part 2 and the chamber 23 with the line communicates. The detector 19 emits an electrical signal to the terminal 20 when a predetermined deflection the membrane 21 is reached, the overpressure in the line part 2 compared to the line 1 so a certain Value reached.
In Fig. 2 ist die Ansteuerung des Schaltventils 4 in Abhängigkeit von den Detektoren 15 und 16 in der Gas-Dosiervorrichtung 5 schematisch dargestellt. Die elektrischen Anschlüsse 17 und 18 der Gas-Dosiervorrichtung in Fig. 1 sind mit dem Eingang einer Verstärker- und Stromversorgungseinrichtung 24 verbunden. Letztere steuert ein Relais 25 an, dessen Ausgang zu elektrischen Anschlüssen 10 und 11 des Schaltventils 4 in Fig. 1 führt.In Fig. 2, the control of the switching valve 4 is dependent on the detectors 15 and 16 in the gas metering device 5 shown schematically. The electrical connections 17 and 18 of the gas metering device in FIG. 1 are connected to the input of an amplifier and power supply device 24. The latter controls a relay 25, the output of which leads to electrical connections 10 and 11 of the switching valve 4 in FIG.
In einer in Fig. 2 oberhalb des Relais 25 wiedergegebenen Obersicht sind die Schaltstellungen des Relais 25 und die resultierenden Stellungen des Schaltventils 4 in Abhängigkeit von der Position der Membran 14 zwischen den Detektoren 15 und 16 dargestellt: Nimmt die Membran ihre untere Endlage in der Nähe des Detektors 16 ein, so wird das Re lais 25 betätigt und es wird der Verbindungsweg b desIn a top view shown in Fig. 2 above the relay 25, the switching positions of the relay 25 and the resulting positions of the switching valve 4 are shown depending on the position of the membrane 14 between the detectors 15 and 16: If the membrane takes its lower end position in the vicinity of the detector 16 a, so the re relay 25 is operated and it is the connecting path of the b
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Schaltventils 4 geöffnet. Nimmt dagegen die Membran 14 ihre obere Endlage in der Nähe des Detektors 15 ein, so schaltet das Relais 25 wieder um und es wird der Verbindungsweg a des Schaltventils 4 geöffnet. In dem rechten Block der Darstellung nimmt die Membran 14 wieder ihre untere Endlage ein und der Schaltvorgang entspricht dem im äußeren linken Block dargestellten. Es wird damit wieder der Verbindungsweg b im Schaltventil 4 geöffnet.Switching valve 4 open. If, on the other hand, the membrane 14 takes their upper end position in the vicinity of the detector 15, the relay 25 switches over again and it becomes the connection path a of the switching valve 4 is open. In the right block of the illustration, the membrane 14 takes its lower one again End position and the switching process corresponds to that shown in the outer left block. It will be with it again the connection path b in the switching valve 4 is opened.
In Fig. 3 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel der Gas-Dosiervorrichtung 5 gemäß Fig. 1 dargestellt. Um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu verbessern, ist die Gas-Dosiervorrichtung in Fig. 3 in teilweise zerlegtem Zustand wiedergegeben. Sie besteht aus einem Ober- und einem Unterteil 26 bzw. 27 sowie Deckelteilen 28 und 29, die mittels Schrauben miteinander verbindbar sind. Die Membran 14 wird zwischen Ober- und Unterteil 26 bzw. 27 eingespannt und trennt die Kammern 12 und 13 voneinander. Die Kammern 12 und 13 stehen über Verbindungswege 30 und 31 bzw. 32 und 33 mit Hohlräumen 34 und 35 in Verbindung, in die ihrerseits Leitungsanschlüsse 36 und 37 münden. Der Leitungsanschluß 36 führt zum Schaltventil 4 und der Leitungsanschluß 37 steht mit dem Leitungsteil 9 in Verbindung. Dichtungsringe 38 bis 41 schließen das Innere der Gas-Dosiervorrichtung 5 nach außen hin hermetisch ab, wenn sie zusammengesetzt ist. Die Detektoren 15 und 16 sind in das Ober- bzw. Unterteil 26 bzw. 27 eingeschraubt. Sie sind mit elektrischen Zuleitungen 17'/17" bzw. 18'/18" versehen, welche durch Durchführungsteile 42 und 43 hindurch aus dem Gehäuse der Gas-Dosiervorrichtung 5 herausgeführt sind und die elektrischen Anschlüsse 17 und 18 (Fig. 1) derselben bilden. Die Detektoren 15 und 16 können dabei als elektrische Annäherungsschalter verschiedener Art, wie beispielsweise Kontakt-, kapazitive oder induktive Schalter ausgebildet sein.In FIG. 3, a structural embodiment of the gas metering device 5 according to FIG. 1 is shown. To the To improve the clarity of the drawing, the gas metering device in FIG. 3 is in a partially disassembled state reproduced. It consists of an upper and a lower part 26 and 27 as well as cover parts 28 and 29, which can be connected to one another by means of screws. The membrane 14 is between the upper and lower part 26 and 27, respectively clamped and separates the chambers 12 and 13 from each other. The chambers 12 and 13 are via connecting paths 30 and 31 or 32 and 33 with cavities 34 and 35 in connection, into which line connections 36 and 37 in turn open. The line connection 36 leads to the switching valve 4 and the line connection 37 is connected to the line part 9. Sealing rings 38 to 41 hermetically seal the interior of the gas metering device 5 from the outside when it is composed. The detectors 15 and 16 are in the upper and lower part 26 and 27 are screwed in. They are provided with electrical leads 17 '/ 17 "or 18' / 18", which lead out of the housing of the gas metering device 5 through lead-through parts 42 and 43 and form the electrical connections 17 and 18 (Fig. 1) thereof. The detectors 15 and 16 can thereby as electrical proximity switches of various types, such as contact, capacitive or inductive switches be trained.
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Das in Fig. 1 dargestellte Differential-Manometer 8 entspricht vorteilhafterweise in seinem konstruktiven Aufbau demjenigen der Gas-Dosiervorrichtung 5. Es entfällt bei der Montage lediglich das Oberteil 26, so daß das Deckelteil 28 direkt mit der Membran und dem Unterteil verbunden ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, die eine besonders kompakte Bauform zuläßt, können das Differential-Manometer 8 und die Gas-Dosiervorrichtung 5 direkt in der Weise räumlich miteinander verbunden sein, daß das Differential-Manometer in Form eines wei-<· teren Unterteils einschließlich eines Deckelteils und einer zusätzlichen Membran an das Unterteil 27 der Gas-Dosiervorrichtung angeschlossen sind, wobei dann der Hohlraum mit einem zusätzlichen mit dem Leitungsteil 9 in Verbindung stehenden Leitungsstutzen versehen sein muß. Diese Konstruktion macht sich die Tatsache zunutze, daß unterhalb der Membran 14 der Gas-Dosiervorrichtung 5 und oberhalb der Membran 21 des Differential-Manometers 8 der selbe Druck herrscht.The differential manometer 8 shown in Fig. 1 corresponds advantageously in its structural design that of the gas metering device 5. It is omitted in the assembly only the upper part 26, so that the cover part 28 is connected directly to the membrane and the lower part is. In an advantageous development of the invention, which allows a particularly compact design, can the differential manometer 8 and the gas metering device 5 are spatially connected to one another directly in this way be that the differential manometer is in the form of a white < Direct lower part including a cover part and an additional membrane on the lower part 27 of the gas metering device are connected, the cavity then having an additional with the line part 9 in connection standing pipe socket must be provided. This construction takes advantage of the fact that below the membrane 14 of the gas metering device 5 and above the membrane 21 of the differential manometer 8 the same pressure prevails.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Mischung von Gasen läuft bei der dargestellten Vorrichtung nun folgendermaßen ab: Das den Druckregler 7 passierende Primärgas stellt ein reines Gas oder eine Mischung bekannter Zusammensetzung dar. Unter der Annahme, daß das Schaltventil zunächst in Richtung a geöffnet sei, füllen sich die beiden Kammern 12 und 13 der Gas-Dosiervorrichtung mit dem Primärgas gleichmäßig auf. Das Schaltventil 4 kann beispielsweise durch ein Magnetventil gebildet werden, welches in nicht aktiviertem Zustand den Weg a öffnet, während es den Verbindungsweg b öffnet, wenn seine Magnetspule von Strom durchflossen und es damit aktiviert ist. Das Verdünnungsgas durchströmt die Leitung 1 mit einer vorbestimmten konstanten Strömungsgeschwindigkeit, welche mittels eines Durchflußmessers 44 (Fig. 1) kontrolliertThe process of the invention for continuous mixing of gases now takes place as follows in the device shown: The one passing through the pressure regulator 7 Primary gas represents a pure gas or a mixture of known composition. Assuming that the switching valve is first opened in direction a, fill the two chambers 12 and 13 of the gas metering device with the primary gas evenly. The switching valve 4 can be formed, for example, by a solenoid valve, which in the non-activated state opens path a, while it opens connection path b when current flows through its magnetic coil and it is thus activated. The dilution gas flows through the line 1 at a predetermined constant flow rate, which controlled by means of a flow meter 44 (Fig. 1)
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werden kann. Mittels des Druckreglers 7 wird ein bestimmter überdruck ΔΡ des primären Gases in Bezug auf das Sekundärgas eingestellt, welcher mittels des Differential-Manometers 8 kontrolliert werden kann. Es ist dabei auch eine Anordnung anwendbar, bei der der Druckregler 7 den Druck im Leitungsteil 2, gesteuert über den elektrischen Anschluß 20 des Differential-Manometers 8 selbsttätig bei einem vorgegebenen überdruck ΔΡ hält.can be. By means of the pressure regulator 7, a certain overpressure ΔΡ of the primary gas in relation to the secondary gas is established set, which can be checked by means of the differential manometer 8. It is there too an arrangement applicable in which the pressure regulator 7 controls the pressure in the line part 2 via the electrical Terminal 20 of the differential manometer 8 automatically holds at a predetermined excess pressure ΔΡ.
Wenn die beiden Kammern 12 und 13 der Gas-Dosiervorrichtung 5 gleichmäßig mit Gas gefüllt sind, nimmt die Membran 14 ihre dem Detektor 16 angenäherte Position ein (entsprechend den beiden äußeren Darstellungen in der Übersicht gemäß Fig. 2). Daraufhin wird die Magnetspule im Schaltventil 4 aktiviert und der Verbindungsweg b geöffnet. Jetzt strömt eine geringe Menge des beizumischenden Primärgases über die Drossel 6 in die Leitung 1 und expandiert in das Verdünnungsgas. Damit wird der Druck in der Kammer 13 größer als derjenige in der Kammer 12 der Gas-Dosiervorrichtung Die Membran 14 wird in Richtung auf den Detektor 15 ausgelenkt. Daraufhin wird der Stromfluß durch die Magnetspule des Schaltventils 4 wieder unterbrochen und es stellt sich der Verbindungsweg a ein, wodurch die Kammer 12 der Gas-Dosiervorrichtung erneut mit Primärgas gefüllt wird, dessen Druck gleich demjenigen im unteren Systembereich ist, der vom Druckregler 7 gehalten wird, über den Ver bindungsweg b und die Drossel 6 entspannt sich die in der Kammer 12 befindliche Gasmenge anschließend wieder in das Verdünnungsgas auf der Leitung 1. When the two chambers 12 and 13 of the gas metering device 5 are evenly filled with gas, the membrane 14 assumes its position approximated to the detector 16 (corresponding to the two outer representations in the overview according to FIG. 2). The solenoid in the switching valve 4 is then activated and the connection path b is opened. Now a small amount of the primary gas to be admixed flows through the throttle 6 into the line 1 and expands into the diluent gas. The pressure in the chamber 13 is thus greater than that in the chamber 12 of the gas metering device. The membrane 14 is deflected in the direction of the detector 15. Then, the flow of current is interrupted again by the solenoid of the switching valve 4, and it provides the communication path A, a, whereby the chamber 12 of the gas dosing device is again filled with the primary gas, whose pressure is equal to that in the lower system area which is maintained by the pressure regulator 7 , Via the connection path b and the throttle 6 , the amount of gas in the chamber 12 then expands again into the diluent gas on the line 1.
Dieser Ablauf wiederholt sich fortlaufend in der Weise, daß mit einer bestimmten Wiederholungsrate pro Zeitein heit definierte Gasmengen dem Verdünnungsgas beigemischt werden. Der Druckabfall in der Kammer 12 beträgt jeweils 6P. Die Frequenz der "Injektion" des Primärgases in das This process is repeated continuously in such a way that defined amounts of gas are added to the diluent gas at a certain repetition rate per Zeitein unit. The pressure drop in the chamber 12 is 6P in each case. The frequency of the "injection" of the primary gas into the
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Verdünnungsgas ist über die Veränderung des Differenzdruckes zwischen den Leitungsteilen 2, 3 und 9 gegenüber der Leitung 1 in einem weiten Bereich fein einstellbar, wie aus den folgenden Ableitungen und Diagrammen ersichtlich ist. Durch die Drossel 6 wird die an sich impulsförmige Beimischung des Primärgases in das Verdünnungsgas "geglättet". Der Querschnitt der Drossel 6 kann dabei um so enger gewählt werden je größer die Druckdifferenz AP im vorgesehenen Arbeitsbereich eingestellt wird, wobei die Glättungswirkung entsprechend zunimmt. Dadurch ist es möglich, das Mischverfahren in weiten Grenzen dem vorgesehenen Einsatzbereich anzupassen. Ist zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit des Verdünnungsgases in der Leitung 1 gering, wird man bestrebt sein, eine Gasbeimischung zu erreichen, die möglichst kleinen Schwankungen unterliegt, wobei geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise eine große Druckdifferenz ΔΡ, getroffen werden können, um auch die Nachfüllzeit für die Kammer 12 klein zu halten.Diluent gas is opposed to the change in the differential pressure between the line parts 2, 3 and 9 of line 1 can be finely adjusted over a wide range, as can be seen from the following derivations and diagrams is. Through the throttle 6, the impulse-shaped admixture of the primary gas into the diluent gas "smoothed". The cross section of the throttle 6 can be selected to be narrower the greater the pressure difference AP is set in the intended work area, with the smoothing effect increasing accordingly. This is how it is possible to adapt the mixing process to the intended area of application within wide limits. For example is the Flow rate of the diluent gas in line 1 is low, efforts will be made to add gas to achieve that is subject to the smallest possible fluctuations, taking suitable measures, such as a large Pressure difference ΔΡ, can also be taken to the To keep refilling time for the chamber 12 small.
Die während eines jeden "Injektionsvorgang" dem Verdünnungsgas beigemischte Volumenmenge Primärgas ergibt sich nach der FormelThe volume of primary gas added to the diluent gas during each "injection process" is determined by the formula
ν = V. 6P 273 ν = V. 6P 273
760 273+T *760 273 + T *
Dabei ist V das Volumen in der Kammer 12 einschließlich des Volumens des Schaltventils 4 für den Fall, daß der Durchlaßweg b geöffnet ist. V stellt damit eine unveränderliche Größe dar. Bei fest angebrachten Detektoren 15 und 16 ist auch für eine gegebene Drossel 6 der Wert von 6P festgelegt, so daß die Arbeitsfrequenz f der Gas-Dosiervorrichtung eine Funktion von ΔΡ bildet:V is the volume in the chamber 12 including the volume of the switching valve 4 in the event that the Passage path b is open. V thus represents an unchangeable quantity. With detectors 15 firmly attached and 16, the value of 6P is also fixed for a given throttle 6, so that the operating frequency f of the gas metering device forms a function of ΔΡ:
f = k · ΔΡ
Dieser Zusammenhang ist in Fig. 4 dargestellt. Die Konstan-f = k · ΔΡ
This relationship is shown in FIG. The constant
909809/0259 - 11 -909809/0259 - 11 -
te k, welche die Steigung der Geraden bestimmt, hängt von der Art des Primärgases ab. Das Verhältnis der Konzentration C des Primärgases zu derjenigen des Primärgases im Verdünnungsgas ergibt sich nach der Formel:te k, which determines the slope of the straight line, depends on the type of primary gas. The ratio of concentration C of the primary gas to that of the primary gas in the diluent gas results from the formula:
£- ι fl+ ι£ - ι fl + ι
C f VC f V
Die Abhängigkeit des Konzentrationsverhältnisses von der reziproken Arbeitsfrequenz der Gas-Dosiervorrichtung ist in dem Diagramm gemäß Fig. 5 wiedergegeben, Q ist dabei die von dem Durchflußmesser 44 gemessene Menge des Sekundärgases pro Zeiteinheit.The dependence of the concentration ratio on the reciprocal working frequency of the gas metering device is in the diagram according to FIG. 5, Q is the amount of secondary gas measured by the flow meter 44 per time unit.
In dem in Fig. 6 wiedergegebenen Diagramm ist die Abhängigkeit der Frequenz f von der Konzentration c dargestellt. Da alle diese Zusammenhänge proportional sind, ist im Einzelfall eine genaue Einstellung des gewünschten Mischungsverhältnisses möglich. Bei einer vorgegebenen Einrichtung sind die Größen V, 6P und ν konstant. Die AbhängigkeitIn the diagram reproduced in FIG. 6, the dependence of the frequency f on the concentration c is shown. Since all of these relationships are proportional, the desired mixing ratio must be precisely set in each individual case possible. For a given device, the quantities V, 6P and ν are constant. The dependence
f = k·ΔΡf = k · ΔΡ
kann für das jeweils verwendete Primärgas ermittelt und graphisch dargestellt werden. Die Veränderung der Konzentration c im Sekundärgas kann dann jeweils durch das alleinige Verändern von ΔΡ oder Q erreicht werden. Durch eine geeignete Wahl der übrigen Parameter ist es möglich, daß der gewünschte Konzentrationsänderungsbereich in einen ausgewählten Bereich einstellbarer Druckänderungen fällt, über eine Variierung der Steigungen der Geraden läßt sich auch die Feinheit der Einstellung des Mischungsverhältnisses, d.h. die Veränderung der Konzentration pro Änderung der Druckdifferenz einstellen. Der Anteil des zugemischten Gases läßt sich im Bereich von ppm bis Prozent verändern. Um Mischungen von mehr als zwei Gasanteilen zucan be determined and graphically displayed for the primary gas used. The change in concentration c in the secondary gas can then be achieved by changing ΔΡ or Q alone. By a Suitable choice of the other parameters, it is possible that the desired concentration change range in one selected range of adjustable pressure changes, a variation of the gradient of the straight line can be also the fineness of the setting of the mixing ratio, i.e. the change in concentration per change adjust the pressure difference. The proportion of the admixed gas can be in the range from ppm to percent change. To add mixtures of more than two parts of gas
- 12 909809/0259 - 12 909809/0259
erhalten, lassen sich mehrere der dargestellten Vorrichtungen hintereinanderschaIten, so daß die entsprechenden Gasbeimischungen nacheinander erfolgen.obtained, several of the devices shown can be connected in series so that the corresponding Gas admixtures take place one after the other.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die dargestellten mathematischen Zusammenhänge und die für die jeweiligen Gase spezifischen Größen in einem Mikroprozessor abgespeichert werden, welcher während des Mischungsvorgangs auch die Steuerung und Überwachung von Gasdurchfluß und -druck übernimmt. Damit ist es möglich, eine Gasmischungsvorrichtung aufzubauen, welche nach Voreinstellung des gewünschten Mischungsverhältnisses und der beteiligten Gase an einem Bedienungspult es ermöglicht, eine vorgegebene Menge einer gewünschten Gasmischung ohne komplizierte Überlegungen und Einstellungen direkt hergestellt zu erhalten.In another advantageous embodiment of the invention the mathematical relationships shown and the parameters specific for the respective gases are stored in a microprocessor, which also controls and monitors the mixing process of gas flow and pressure takes over. This makes it possible to build a gas mixing device which after pre-setting the desired mixing ratio and the gases involved on a control panel, it enables a predetermined amount of a desired gas mixture without complicated considerations and adjustments directly get manufactured.
Chr - 27 177/178Chr - 27 177/178
909809/0259909809/0259
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Claims (13)
eine Gas-Dosiervorrichtung (5) vorgesehen ist, welche
eine Kammer (12) aufweist, die mit einer Leitung (1) für das Verdünnungsgas mindestens zeitweise und mit einer Zufuhrleitung (Leitungsteil 2) für das erste Gas periodisch verbunden ist.6. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that
a gas metering device (5) is provided, which
a chamber (12) which is connected at least temporarily to a line (1) for the dilution gas and periodically to a supply line (line part 2) for the first gas.
Verdünnungsgases aufweist und die Kammer (12) mit der Zufuhrleitung (Leitungsteil 2) verbunden ist, wenn der
Druck um einen vorgegebenen Differenzdruck (5P) unter dem Druck in der Kanuner (12) beim Trennen liegt.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the chamber (12) of the supply line (line part 2) is separated when the pressure in the chamber (12) is an overpressure (ΔΡ) compared to the pressure of the
Has diluent gas and the chamber (12) with the supply line (line part 2) is connected when the
Pressure by a predetermined differential pressure (5P) below the pressure in the Kanuner (12) during separation.
Druck in der Kammer (12) auslenkbaren Membran 14 versehen ist, welche über Detektoren (15, 16) die Verbindung der
Kammer (12) zu der Zufuhrleitung (Leitungsteil 2) bei den genannten Drücken herstellt bzw. unterbricht.8. Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the gas metering device (5) with a function of the
Pressure in the chamber (12) is provided deflectable membrane 14, which via detectors (15, 16) the connection of the
Chamber (12) to the supply line (line part 2) produces or interrupts at the pressures mentioned.
entsprechenden Steuerungsmitteln vorgesehen ist.13. Device according to one of claims 6 to 12, characterized in that a gas metering device (5) with the for the admixture of several gases to the dilution gas for each gas to be admixed
appropriate control means is provided.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE19772737383 DE2737383A1 (en) | 1977-08-16 | 1977-08-16 | METHOD FOR MIXING GASES IN A PRECISE RATIO |
| EP78100011A EP0000859A1 (en) | 1977-08-16 | 1978-06-01 | Method and apparatus for mixing gases in accurate proportions. |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19772737383 DE2737383A1 (en) | 1977-08-16 | 1977-08-16 | METHOD FOR MIXING GASES IN A PRECISE RATIO |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2737383A1 true DE2737383A1 (en) | 1979-03-01 |
Family
ID=6016771
Family Applications (1)
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Country Status (2)
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| EP (1) | EP0000859A1 (en) |
| DE (1) | DE2737383A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3814917A1 (en) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Kernforschungsz Karlsruhe | GAS MIXER FOR GENERATING A CONTINUOUS GAS MIX FLOW |
| DE10205056A1 (en) * | 2002-02-07 | 2003-08-14 | Hartwin Hobler | Method and apparatus for mixing gaseous or sparingly soluble active materials with other fluids, e.g. directly into blood stream, comprises feeding them in controlled doses into fluid using pressure pulses |
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1977
- 1977-08-16 DE DE19772737383 patent/DE2737383A1/en active Pending
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- 1978-06-01 EP EP78100011A patent/EP0000859A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0000859A1 (en) | 1979-03-07 |
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