DE2814843B1

DE2814843B1 - Gasmess- und Warnvorrichtung

Info

Publication number: DE2814843B1
Application number: DE2814843A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Phys Dr Wiesner
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1978-04-06
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2814843C2; US4245997A; NL7901035A; CA1127418A; JPS6118983B2; FR2422159A1; GB2018418A; JPS54134691A; AU4583879A; FR2422159B1; GB2018418B; AU522347B2

Description

des auf die Abtaststelle gerichteten und reflektierten Lichtstrahles auf dem lichtempfindlichen Element der Abtasteinrichtung ändert den abgegebenen Strom und löst damit eine optische und/oder akustische Alarmvorrichtung aus. Mit dieser Vorrichtung wird mit der Länge der Farbänderung die Menge des insgesamt durch das Prüfröhrchen geführten Fremdgases gemessen und evtl. gewarnt. Die momentane Konzentration dieses Gases in der zu messenden Luft wird damit nicht erfaßt. Gerade diese ist aber entscheidend. Die physiologische Wirksamkeit von Giften hängt nicht nur von der aufgenommenen Menge ab, sondern sehr stark auch von der Höhe der Konzentration. Die Messung der Menge kann damit sogar sinnlos werden (DE-OS 1598021).

In einer weiteren bekannten Anordnung zur Gasmessung und Warnung wird in der durch das Prüfröhrchen hindurchgedrückten oder gesaugten zu überwachenden Luft das für dieses Prüfröhrchen spezifische Gas gemessen, seine Konzentration festgestellt und, falls bestimmte Grenzen überschritten werden, ein Alarm ausgelöst. Dazu wird die Wandergeschwindigkeit ν der Verfärbungsfront zwischen der verfärbten Zone und der ursprünglichen Farbe erfaßt. Die Erfassung der Wandergeschwindigkeit der Front geschieht mit Hilfe von Lichtschranken, die, bestehend aus jeweils einer Leuchtdiode und einem Detektor, parallel zur Prüfröhrchenachse angeordnet sind. Dabei wird die Lichtintensität der nacheinander abgefragten Lichtschranken mit dem Wert aus einer Referenzlichtschranke verglichen und in ein Ja- oder Nein-Signal umgewandelt. Der Überwachungsvorgang erfolgt in Abfragezyklen, gesteuert aus einer Abfrageschaltung, in deren Verlauf die Leuchtdioden nacheinander angesteuert und die zugeordneten Detektoren nacheinander abgefragt werden. Die festgestellten Ja-Signale werden dabei in einem ersten Zähler, die Zahl der Ja-Signale aus dem folgenden Abfragezyklus in einem zweiten Zähler gespeichert. Nach dem jeweiligen Zyklus, der sich aus der Einstellung des Zeitintervalls ergibt, werden die beiden Zählerinhalte miteinander verglichen. Die Differenz ist ein Maß für die Wandergeschwindigkeit ν der Verfärbungsfront, aus der sich die Gaskonzentration bestimmen läßt, die dann zur Alarmgabe benutzt wird.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Meßgenauigkeit, also die Feststellung der Wandergeschwindigkeit ν der Verfärbungsfront, direkt abhängig von der Anzahl der Lichtschranken pro Längeneinheit. Zum Erreichen einer hohen Meßgenauigkeit ist daher eine große Anzahl von Lichtschranken in einem engen Abstand voneinander erforderlich. Für hohe Meßgenauigkeiten ist ein entsprechend hoher technischer Aufwand in der Optik und in der Elektronik notwendig (DE-AS 2628790).

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

Die Lösung erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß es mit der einen Lichtschranke, die sehr empfindlich gesteuert ist, möglich wurde, die Meßgenauigkeit wesentlich zu erhöhen. Die Steuerung über die von dem Stellmotor angetriebene Drehspindel erfolgt über die elektronische Auswerteschaltung sehr feinfühlig. Die Lichtschranke wird in sehr engen Schritten der Verfärbungsfront nachgeführt.

> Die Zahl der Schritte pro Zeiteinheit, festgehalten in der Auswerteeinheit, ist ein exaktes Maß für die Wandergeschwindigkeit der Verfärbungsfront und damit auch ein Maß für die Gaskonzentration. Die verwendeten elektronischen Bauteile sind ausgereift und si-

i<> ehern eine einwandfreie Funktion auch über längere Benutzungsfristen hinaus.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese speziellen Ausbildungen bestätigen den vorteilhaften, einfachen und übersichtliehen Aufbau der Vorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden beschrieben.

Die Figur zeigt die Gasmeß- und Warnvorrichtung in schematischer Anordnung. In dieser wird die zu überwachende Luft durch das Prüfröhrchen 1 hindurchgedrückt oder -gesaugt und das für dieses Prüfröhrchen spezifische Gas gemessen, seine Konzentration festgestellt und, falls bestimmte Grenzwerte überschritten werden, ein Alarm ausgelöst.

Dabei wird die Wandergeschwindigkeit ν der Verfärbungsfront 2 zwischen der verfärbten Zone 3 und der ursprünglichen Farbe während des gesamten Überwachungs-(Meß-)Vorganges erfaßt. Für diese Wandergeschwindigkeit ν ist eine Schwelle vorgege-

jo ben, bei deren Überschreiten ein Alarm ausgelöst wird. Zusätzlich dazu oder auch allein kann die Konzentration, die sich aus der jeweils vorliegenden Wandergeschwindigkeit ν ergibt, angezeigt werden.
Die Erfassung der Wandergeschwindigkeit ν der Verfärbungsfront 2 geschieht mit Hilfe der beweglichen Sender-Empfänger-Einheit 4, 5 aus einem optischen Sender 4, wie Leuchtdiode, und einem Detektor 5. Dabei ist der Lichtstrahl des Senders 4 senkrecht zur Prüfröhrchenachse und durch das Prüfröhrchen 1 gerichtet. Die Intensität des Lichtes aus dem optischen Sender 4 wird durch Vergleich mit de π Schwellwert aus der Referenzlichtschranke 6,7 in ein Ja- oder Nein-Signal umgewandelt. Dieses Signal entscheidet über die Nachsteuerung der beweglichen Sender-Empfänger-Einheit 4, 5.

Die Sender-Empfänger-Einheit 4, 5 ist auf einem Abtastschlitten 20 angeordnet, der parallel zur Prüfröhrchenachse geführt wird. Der optische Sender 4 und der Detektor 5 befinden sich dabei in Höhe der Längsachse beidseitig des Prüfröhrchens 1. Der Abtastschlitten 20 wird mittels des aus der Steuerschaltung 13 angesteuerten Stellmotors 9 über die Drehspindel 21 bewegt.

Der Einspann- und Abtastvorrichtung 8 mit der Sender-Empfänger-Einheit 4, 5 auf dem Abtastschlitten 20 und der Referenzlichtschranke 6, 7 sowie dem Stellmotor 9 mit der Drehspindel 21 ist über den elektronischen Schalter 10 die Steuerschaltung 13 und dieser wiederum die Auswerteeinheit 19 nachgeschal-

bo tet.

Der elektronische Schalter 10 schaltet wechselweise die Sender-Empfänger-Einheit 4,5 und die Referenzlichtschranke 6,7. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Lichtschranken vermiete den. Durch die damit verbundene Modulation wird außerdem der Einfluß von außen einwirkenden Störlichtes vermindert.

Die Steuerschaltung 13 enthält den Komparator 11

und den Schrittgeber 12. Der Schrittgeber 12 steuert den Stellmotor 9 an, der über eine Spindel den Abtastschlitten 20 mit der Sender-Empfänger-Einheit 4, 5 bewegt. Der Schrittgeber 12 wird immer in Betrieb gesetzt, wenn die Intensität des von der Sender-Empfänger-Einheit 4, 5 festgestellten Lichtes kleiner als ein festgelegter Bruchteil (z. B. 50%) der von der Referenzlichtschranke 6, 7 gemessenen Intensität ist. Sobald der festgelegte Wert wieder erreicht ist, wird der Schrittgeber 12 abgeschaltet.

Der Impulszähler 15 stellt die Anzahl der Stellmotorschritte in dem mit dem Zeitgeber 14 einstellbaren

Zeitintervall fest. Überschreiten diese die durch den Schwellendetektor 17 bestimmte Höhe, so erfolgt über den Alarmgeber 18 ein optischer oder akustischer Alarm. Die Alarmschwelle kann ohne mechanische Mittel lediglich durch Verstellung des Zeitgebers 14 verändert werden.

Die Zahl der pro Zeitintervall im Impulszähler 15 gezählten Stellmotorschritte und damit Bewegung der Sender-Empfänger-Einheit 4,5 sind ein Maß für die momentan vorliegende zu messende Gaskonzentration. Sie wird in dem Anzeigegerät 16, das dem Impulszähler 15 nachgeschaltet ist, direkt angezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasmeß- und Warnvorrichtung für eine Komponente eines Gases mit

a) einem von dem zu überwachenden Gas durchströmten Prüfröhrchen,

b) einer Meßlichtschrankenanordnung zur Abtastung eines sich bei Anwesenheit der Komponente verfärbenden Bereichs des Prüfröhrchens,

c) einer Referenzlichtschranke zur Abtastung einer nicht verfärbenden Stelle des Prüfröhrchens,

d) einem Komparator zum Vergleich der Ausgangssignale der Meßlichtschrankenanordnung und der Referenzlichtschranke und zur Erzeugung eines Schaltsignals im Falle eines wesentlichen Unterschieds zwischen den beiden Ausgangssignalen,

e) einem Impulszähler,

f) einem Zeitgeber zur Vorgabe von Kontrollzeitintervallen für den Impulszähler,

g) einem mit dem Impulszähler zusammenwirkenden Schwellwertdetektor,

h) einer auf eine Überschreitung des Schwellwerts durch den Inhalt des Impulszählers innerhalb eines Kontrollzeitintervalls ansprechenden Alarmeinrichtung sowie

i) einer an den Impulszähler angeschlossenen

Anzeige,
dadurch gekennzeichnet, daß

j) die Meßlichtschrankenanordnung nur eine, entlang der Prüfröhrchenachse verschiebbar gelagerte Sender-Empfänger-Einheit (4, 5) aufweist,

k) ein die Verschiebung der Sender-Empfänger-Einheit steuernder Schrittgeber (12) vorgesehen ist, der eingangsseitig an den Ausgang des Komparators (11) angeschlossen ist,

1) der Ausgang des Schrittgebers (12) an den Eingang des Impulszählers (15) angeschlossen ist.

2. Gasmeß- und Warnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Schalter (10) zur wechselweisen Verbindung der Ausgänge der Sender-Empfänger-Einheit (4, 5) und der Referenzlichtschranke (6, 7) mit den zugeordneten Eingängen des Komparators (11) vorgesehen ist.

3. Gasmeß- und Warnvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Empfänger-Einheit (4, 5) auf einem Schlitten (20) montiert ist, in dem eine parallel zur Achse des Prüfröhrchens (1) verlaufenden Drehspindel (21) gelagert ist, und daß ein die Drehspindel (21) antreibender und vom Schrittgeber (12) gespeister Stellmotor (9) vorgesehen ist.

4. Gasmeß- und Warnvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Empfänger-Einheit (4, 5) auf einem Schlitten montiert ist, der mittels einer magnetisch gebremsten Unruhe bewegbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Gasmeß- und Warnvorrichtung entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die mit einem pulverförmigen oder körnigen chemischen Reagenz gefüllten sogenannten Prüfröhrchen dienen gemeinhin der Bestimmung gasförmiger Bestandteile in Gasgemischen, die durch das Röhrchen gesaugt oder gedrückt werden. Bei diesem Vorgang verfärbt sich das Röhrchen in fortschreitendem Maße in Richtung des Gasflusses. Die Länge der verfärbten Zone ist proportional zur Menge des in das Röhrchen hineingeströmten Gasbestandteils, auf den das Reagenz spezifisch anspricht. Wenn die Menge des durch das Röhrchen gesaugten oder gedrückten Trägergases bekannt ist, läßt sich aus der Länge der verfärbten Zone die prozentuale Verunreinigung des Trägergases durch den spezifischen Gasbestandteil ermitteln.

Solche Röhrchen werden sowohl für einmalige Tests als auch in Verbindung mit einer Gasförderpumpe für Langzeitüberwachung eingesetzt. In jedem Falle erhält man eine Aussage über die ins Röhrchen geströmte Menge an zu messendem Gas. Insbesondere bei Langzeitüberwachung ist die am Ende der Überwachungsperiode abgelesene Länge der Verfär-

-5 bungszone ein Maß für die über den gesamten Überwachungszeitraum gemittelte Gaskonzentration des zu messenden Gases. In vielen Fällen ist es aber von Bedeutung, auch zu wissen, ob zu irgendeinem Zeitpunkt während der Überwachungsperiode Spitzen- oder Tiefstwerte der Konzentration des zu messenden Gases auftreten, um möglicherweise, wenn kritische Konzentrationswerte über- bzw. unterschritten werden sollten, sofortigen Alarm auslösen zu können. Eine bekannte Vorrichtung zur Bestimmung und Registrierung des Gehaltes bestimmter Bestandteile in Luft oder anderen Gasen ermöglicht die Feststellung der augenblicklichen Konzentration für kürzere Überwachungszeiträume. In dieser Vorrichtung werden in einem Magazin angeordnete, bereits geöffnete Prüfröhrchen nacheinander in den zu prüfenden Luftstrom eingeschaltet. Das Magazin wird durch eine Schalteinrichtung, wie Schaltuhr, in bestimmten Zeitabständen selbsttätig so weiterbewegt, daß jeweils ein neues Prüfröhrchen in den Weg des Luftstromes einj geschaltet ist. In dieser Stellung verbleibt es so lange, bis die Luftfördervorrichtung den Luftstrom unter festgelegten Bedingungen durch das Prüfröhrchen geführt hat.

Diese Vorrichtung ist mechanisch sehr kompliziert.

ίο Die Feststellung der Meßwerte erfolgt über Beobachtung durch den Prüfer; dabei ist man auf das Geschick des jeweiligen Beobachters angewiesen. Sehr nachteilig ist, daß eine automatische Alarmgabe nicht möglich ist (DE-PS 1093113).

Eine bekannte Vorrichtung zur Kenntlichmachung von Gaskonzentrationen, insbesondere von CO-Konzentrationen in Luft, gibt nach einer bestimmten Zeit bei einer bestimmten Gaskonzentration nach Farbänderung der Reaktionsschicht ein optisches und/oder akustisches Signal. Die Vorrichtung besteht aus einer motorisch angetriebenen Pumpe, einer Fassung für ein Prüfröhrchen auf der Saug- oder Druckseite der Pumpe und einer photoelektrischen Abtasteinrichtung. Diese ist längs des Prüfröhrchens verstellbar so angeordnet, daß sie eine bestimmte Stelle eines in die Fassung eingesetzten Prüfröhrchens abtastet. Die bei der Änderung der Farbe der Reaktionsschicht an der Abtaststelle sich entsprechend ändernde Intensität