DE2822697C2 - Dosimeter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosimeter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Bei einem Dosimeter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I, wie es aus der US-PS 35 01899 bekannt ist, wird der Motor der Pumpe über einen Druckschalter gesteuert, so daß der Motor beim Zusetzen des Sammelfilters schneller läuft und dadurch den erhöhten Luftwiderstand des Sammelfilters ausgleicht. Bis zur Erhöhung der Drehzahl des Motors ist jedoch über einen bestimmten Zeitraum die Strömungsgeschwindigkeit zu gering, wodurch die Dosismessung verfälscht wird.

Aus der US-PS 39 65 748 ist es zwar bekannt, den Strömungsdurchsatz aufzuintegrieren. Es s'nd jedoch keinerlei Einrichtungen vorgesehen, um den während der Phase der Erhöhung der Motordrehzahl zu geringen Strömungsdurchsatz zu kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosimeter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es Pulsationen der Luftströmung in einem weiten Bereich von Werten des Luftdurchsatzes wirksam dämpft

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 infolge der Unterteilung der Speicherkammer durch eine Membran eine besonders hohe Dämpfungswirkung hat Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird die Verwertung einer Fehlmessung infolge Überschreitens des Integrationsbereiches vermieden. Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 verhindert Fehimessungen infolge Erschöpfens der Stromquelle.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Dämpfung der Strömungspulsationen die Häufigkeit des Ansprechens des Druckschalters erniedrigt wird und dadurch die Lebensdauer des Druckschalters verlängert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild des Dosimeters. F i g. 2 ein Schaltbild des Pulsationsdämpfungsfilters,

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Dosimeters einschließlich der elektrischen Schaitkreise und

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Zeitgeberkreises.

Das Dosimeter hat Abmessungen von etwa 10,1 cm · 12,7 cm · 5,7 cm. Das Dosimeter ist widerstandsfähig ausgebildet, preiswert und für eine industrielle Anwendung gut geeignet

Das Dosimeter wird in einem Arbeitsbereich angeordnet, um die Umgebung zu überwachen, der die Arbeiter ausgesetzt sind. Nachdem das Dosimeter während einer Zeitspanne, die gewöhnlich einer 8 Stunden-Schicht entspricht, betrieben wird, wird das Sammelfilter entnommen und sein Inhalt analysiert.

F i g. 1 zeigt den Aufbau des Dosimeters. Luft wird am Einlaß 1 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit angesaugt und gelangt durch ein Sammelfilter 2. Der Einlaß 1 und das Sammelfilter werden mittels eines Rohres mit einer Pumpe 3 mit mehreren Zylindern und regelbarem Antrieb verbunden, die durch einen elektrischen Gleichstrommotor 9 angetrieben wird. Die Luft wird durch eine Drosselöffnung 5 gepumpt, die in dem zur Auslaßöffnung führenden Rohr angeordnet ist und einen Luftdruckabfall erzeugt. Ein Pulsationsdämpfungsfilter 4 ist in einem mit der Auslaßöffnung verbundenen Rohr angeordnet und liegt parallel zur Drosselöffnung 5. Ein Druckschalter 6 liegt parallel zum Pulsationsdämpfungsfilter 4 und wird durch jede Änderung im Lufidruckabfall betätigt. Der Druckschalter 6 ist elektrisch mit dem Integrator 7 verbunden, der das Eingangssignal vom Druckschalter 6 verarbeitet und ein elektrisches Signal erzeugt. Das vom Integrator 7 erzeugte Signal wird dem Verstärker 8 zugeführt, der das Signal verstärkt und das Signal steuert die Geschwindigkeit des die Pumpe 3 antreibenden elektrischen Motors 9, um eine geregelte konstante Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch das Dosimeter zu gewährleisten. Det Integrator 7 und der Verstärker 8 sind elektrisch mit einer Gleichstromquelle 11 verbunden, die gewöhnlich aus einer Batterie besteht.

Ein Ein-Aus-Schalter io ist zwischen der Stromquelle 11 und dem Verstärker8 und dem Integrator? angeordnet.

Für das Dos^:meter kann eine andere Anordnung als die vorausgehend erwähnte verwendet werden. Beispielsweise kann die Drosselöffnung 5 in Reihe mit dem Sammelfilier 2 und der Pumpe 3 liegen. Die Pumpe 3 saugt einen Luftstrom durch Drosselöffnung 5 und durch das Sammelfilter 2 an. Das Pulsationsdämpfungsfilter 4 und der Druckschalter 6 sind parallel zur Drosselöffnung 5 angeordnet und der Druckschalter 6 mißt jede Änderung des Luftdruckabfalls. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind ein Sammelfilter 2 und die Drosselöffnung 5 in Reihe mit einer Pumpe 3 verbunden und die Pumpe 3 saugt die Luft durch das Sammelfilter 2 und die Drosselöffnung. Bei jeder der vorausgehenden Ausführungen würde das Dosimeter auch ohne Pulsationsdämpfungsfilter 4 arbeiten, aber die Lebensdauer des Druckschaliers 6 würde wesentlich verkürzt Ferner wird bei jeder der vorausgehend genannten Anordnungen die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch die Größe des Durchtrittsquerschnitts der Drosselöffnung 5 und dem zur Betätigung des Druckschalters 6 erforderlicher. Druck: bestimmt.

Das Sammelfilter 2 des Dosimeters kann darauf abgestellt werden, nahezu jede Art eines Stoffs, wie beispielsweise Gase, Flüssigkeiten oder Festkörper, aufzufangen. Falls nur eine mechanische Filtrierung erforderlich ist, beispielsweise um Staubteilchen zu sammeln, denen ein Arbeiter ausgesetzt ist, so wird ein Sammelfilter vorgesehen, welches Teilchen von 0,01 μίτι oder größer zurückhält. Falls das Sammelfilter 2 ein Gas, wie beispielsweise Schwefeldioxid, zurückhalten soll, wird ein chemisches Filter verwendet, das dieses Gas zurückhält. Falls Dämpfe zurückgehalten werden sollen, so wird ein Sammelfilter 2, wie ein Kohlefilter, verwendet, welches die Dämpfe zurückhält Am Ende einer Periode, wie beispielsweise einer 8 Stunden-Schicht während welcher das Dosimeter zur Überwachung eines Bereichs verwendet wird, wird das Sammelfilter 2 rntfernt und auf den Stoff oder die Stoffe untersucht, die im Arbeitsbereich vorhanden waren. Dabei kann eine einfache Auszählung der Teilchen unter einem Mikroskop verwendet werden oder das Filter kann analysiert werden, beispielsweise mittels eines Gaschromatographen oder zur Ermittlung der Gewichtserhöhung durch einen Gewicfosanalysator.

Eine Pumpe 3 mit mehreren Zylindern und regelbarem Antrieb wird im Dosimeter verwendet. Im allgemeinen wird eine Membranpumpe mit vier Zylindern verwendet, die von etwa 5 bis IO 000 cm³ Luft/Minute bei kontinuierlicher oder nahezu kontinuierlicher Strömung fördert. Die Pumpe ist elektrisch mit einem üblichen Gleichstrommotor 9 mit 0,075 bis 75 W verbunden. Der Motor ist ein geschwindigkeitsregelbarer Motor und arbeittt mit etwa 5 bis 10 000 U/Minute. Gewöhnlich wird ein Riemen zur Verbindung des Motors 9 mit der Pumpe 3 verwendet; bei Verwendung einer Treibscheibenr.nordnung kann durch Ändern der Größe der verschiedenen Treibscheiben die Drehzahl des Motors 9 verändert werden. Ein Vorteil des Treibriemens und der Treibscheiben liegt daran, daß der Treibriemen schlüpft, falls die Pumpe 3 blockiert wird und kein Motorschaden entsteht. Der Motor 9 kann auch unmittelbar mit der Pumpe 3 verbunden oder über ein Getriebe mit dieser verbunden sein.

Eine Drosselöffnung 5 ist in einem die Pumpe 3 mit der AuslaUöffnung verbindenden Rohr angeordnet. Die Drosselöffnung 5 erzeugt einen Druckabfall im Luftstrom von etwa 0,762 bis 25,4 cm Wassersäule. Gewöhnlich wird ein Druckabfall von etwa 7,62 cm Wassersäule verwendet und entsprechend wird ein Druckschalter mit einem Einstellpunkt von 7,62 cm Wassersäule eingesetzt Es kann eine konstante oder eine einstellbare Drosselöffnung 5 verwendet werden. Eine typische einstellbare Drosselöffnung 5, die vorzugsweise verwendet wird, ist ein verstellbares Nadelventil. Beispiele von konstanten Drosselöffnungen 5 sind ein Venturirohr und eine Platte mit einem Loch gewünschter Größe.

Das Pulsationsdämpfungsfilter beseitigt Druckstöße im Luftstrom, die von der Pumpe 3 verursacht werden, so daß der Druckschalter 6 nicht bei jedem vom Pumpenhub verursachten Druckstoß anspricht, sondern bei einer Durchschnittsdruckabfall an der Drosselöffnung 5 betätigt wird, wodurch die Lebensdauer des Druckschalters 6 vergrößert wird. Das Pulsationsdämpfungsfilter 4 verursacht ferner eine Verzögerung des zum Druckschalter 6 gelangenden Drucksignals. Diese Verzögerung veranlaßte den die Pun^e 3 steuernden Schaltkreis, die Pumpendrehzahl in wkderholbarer Weise zu erhöhen oder zu erniedrigen. F i g. 2 zeigt die Bauelemente des Pulsationsdämpfungsfilters 4. Die von der Pumpe 3 kommende Luft fließt durch die Drosselöf'nung 5. Es wird ein Druckabfall an der Drosselöffnung 5 erzeugt welche an der Einlaßseite einen höheren Druck als an der Auslaßseite der

jo Drosselöffnung 5 liefert. Der höhere Druck wird über die Drosselöffnungen 12 und 13, die Druckstöße im Luftstrom verrringern, übertragen. Ein Druckanstieg im Luftstrom an der Einlaßseite der Drosselöffnung 5 tritt zunächst durch die Drosselöffnung 12 und füllt das

J5 Abteil A der Speicherkammer 14. In der Speicherkammer 14 gestattet eine biegsame Membran 15 eine beträchtliche Volumenändeiung, bevor sich ausreichend Druck aufbaut und die Luftströmung durch die Drosselöffnung 13 drückt. Der in das Abteil A gelangende Druckanstieg veranlaßt die Membran 15, sich zu bewegen, wodurch wiederum ein Druckimpuls im Abteil B, d. h. der anderen Seite der Membran 15, erzeugt wird und veranlaßt diesen kleineren Druckimpuls, durch die Drosselöffnung 16 zur Niederdruckseite des Druckschalters 6 zu wandern. Dieser Vorgang verringert wesentlich den Druckanstieg auf der Hochdruckseite des Druckschalters 6, der weiter durch die Drosselöffnung 13 gedämpft wurde. Die Auslaßseite der Drosselöffnung 5 muß mit der Niederdruckseite des Druckschalters 6 verbunden sein, so daß der Druckschalter 6 auf den Druckunterschied anspricht. Die Verbindung zur Niedendruckseitc des Druckschalters 6 wird durch Drosselöffnungen 16 und 17 hergestellt, um dabei an der Drosselöffnung 5 erzeugte Druckanstiege weiter ;-(j verkleinern. Der Pulsationsdämpfungsfilter dämpft somit die Luftdruckanstiege im Luftstrom und liefert einen verhältnismäßig konstanten Druckpegel an den Druckschalter 6, der den Mittelwert des an der Drosselöffnung 5 erzeugten Druckabfalls darstellt und ermöglicht einen weichen und kontinuierlichen Betrieb der Pumpe 3, da das vom Druckschalter 6 erzeugte Signal vom Integrator 7 zur Steuerung des Betriebs der Pumpe 3 verwendet wird.

Im allgemeinen wird ein Differenz-Druckschalter

b) verwendet, der einen Einstellpunkt aufweist, der etwa dem Druckabfall an der Dmssclstelle entspricht und Jer auf tine Druckabfalländerung im Luftstrom von etwa 0.0254 bis 1,27 cm Wassersäule anspricht. Die Empfind-

lichkeit des Druckschalters 6 bestimmt die Anzahl der dem Integrator 7 zugeführten Signaländerungen. Ein Druckschalter 6 mit einer niedrigen Empfindlichkeit würde weniger Ein-Aus-Signaländertingen zum Integrator 7 leiten als ein Druckschalter hoher Empfindlichkeit. Es kann ein Druckschalter 6 mit konstantem Empfindlichkeitswert oder einer mit einstellbarem Empfindlichkeitswert verwendet werden.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch den Öffnungsquerschnitt der Drosselöffnung 5 und durch die Empfindlichkeit des Druckschalters 6 bestimmt. Falls ein Betrieb unter konstanten Betriebsbedindiingen vorgesehen ist, so kann eine nicht verstellbare Drosselöffnung 5 mit einem Druckschalter 6 konstanter Empfindlichkeit verwendet werden. Für einen Betrieb bei veränderlichen Bedingungen kann eine einstellbare Drosselöffnung 5 oder ein Druckschalter 6 mit einstellbarer Empfindlichkeit verwendet werden, oder ¹SGWCh! die DrcSSelöffnür!" 5 2!s 2UCh der Druckschuh er 6 können einstellbar sein.

Der Integrator 7 nimmt das vom Druckschalter 6 erzeugte Ein-Aus-Signal auf und bildet daraus ein sich langsam veränderndes kontinuierliches Signal, das dem Verstärker 8 zugeführt wird. Der Integrator 7 ist mit etwa +0,6 Volt vorgespannt und das vom Druckschalter kommende Signal steigt auf etwa 1.2 Volt an, wenn der Druckschalter 6 betätigt wird und fällt auf etwa + 0,0 Volt ab, wenn der Druckschalter inaktiviert wird. Der Integrator 3 erzeug» eine sich allmählich verringernde Ausgangsspannung, die dem Verstärker 8 zugeführt wird, wenn der Druckschalter 6 geschlossen ist und eine allmählich ansteigende Spannung, wenn der Druckschalter 6 offen ist. Der Integrator 7 ist aus üblichen Transistoren. Kapazitäten und Widerständen aufgebaut. Ein Ausführungsbeispiel des Integralorkreises wird anschließend beschrieben.

Der Verstärker 8 empfängt das vom Integrator 7 erzeugte Signal und verstärkt das Signal, so daß der elektrische Gleichstrommotor 9 mit verschiedenen Geschwindigkeiten gesteuert werden kann, um eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch das Dosimeter zu gewährleisten. Der Verstärkerskreis verstärkt das vom Integrator kommende Signal auf ein Maximum von etwa 96% der Spannung . der Stromquelle 11. beispielsweise wird bei einer 5 Volt-Stromquelle das Signal auf 4,8 Volt verstärkt. Im allgemeinen hat der Verstärker 8 eine Impedanz, die größer als 10 Ohm ist und bis zu 1 Megohm betragen kann. Jedoch kann ein Verstärker 8 mit einer Impedanz von weniger als 10 Ohm verwendet werden, beispielsweise mit einer Impedanz von 0,01 bis 10 Ohm. Der Verstärker 8 ist aus üblichen Transistoren, Kapazitäten und Widerständen aufgebaut

Die Stromquelle 11 ist gewöhnlich eine Batterie von ; etwa 5 bis 6 Volt. Im aligemeinen werden zwei Nickel-Cadmium-Battcrien mit jeweils vier Zellen verwendet. Eine Gleichstromquelle unter Verwendung eines gleichgerichteten Wechselstroms kann ebenfalls eingesetzt werden. h

Ein wahlweise im Dosimeter verwendbarer Schaltkreis ist ein Batterie-Prüfkreis. Der Schaltkreis verwendet einen Präzisions-Spannungsdetektor. der auf die Spannung einer jeden Zelle eingestellt werden kann und der derart eingestellt wird, daß er bei der vollen * Ladespannung der Batterie aktiviert wird. Eine Leuchtdiode, die durch einen Schalter eingeschaltet wird, wird gewöhnlich zur Anzeige der vollständigen Ladung der Batterie verwendet.

Wahlweise kann ferner ein Schaltkreis zur Erkennung eines über eine längere Zeitdauer anhaltenden zu geringen Luftströmung verwendet werden, der mit dem , Integrator 7 verbunden ist und aktiviert wird, wenn das Spannungsausgangssignal des Integrators 7 sich infolge einer Unterbrechung des durch das Dosimeter gepumpten l.uftstroms auf einem höheren als dem normalen Betriebspegel befindet. Der Detektorkreis für geringe ι Strömung enthält einen bistabilen Multivibratorkreis, der elektrisch mit einer Leuchtanzeige, wie beispielsweise einer Leuchtdiode, verbunden ist.

Ein weiterer wahlweise im Dosimeter verwendbarer Schaltkreis ist ein Zeitgeberkreis. Der Zeitgeber kann , sowohl eine Zeitangabe aufweisen, welche die laufende Zeit liefert als auch eine Voreinstellung, durch welche die Pumpe 3 am Ende einer vorangestellten Zeitspanne angehalten wird.

Es sind zwei Arten von Zeitschaltfunktionen erforder . lirh um ::lle verschiedenen Probeentnahme-Situationen /u umfassen. Die erste ist ein Zeitgeber, der sich selbsttätig zu Beginn einer jeden Prüfperiode auf Null zurückstellt, wenn der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Die zweite ist ein Zeitgeber, der sich nicht zurückstellt, wenn die Pumpe 3 ein- und ausgeschaltet wird und die Gesamtzeit erfaßt. Diese Ausführungsform benötigt selbstverständlich einen getrennten, manuell betätigbaren Rückstellschalter, um die Rückstellfunktion d* '-hzuführen.

ι Fig.3 ist ein schematisches Schaltbild ues Pumpensteuersystems mit einem Druckschalter 6, der einen Integrator 7 treibt, einem Verstärker 8. der den Pumpenmotor 9 treibt, einem Dstektorkreis für geringe Luftströmung und einer Battcric-Ladungsanzeige. In F i g. 3 hat die Batterie B1, die den Schaltkreis mit Strom versorgt, ihre negative Klemme mit der Masse verbunden und ihre positive Klemme mit dem Leistungsschalter .9IVI. Die andere Seice von 5VVl ist mit der positiven Sammelleitung verbunden, ι Der Verstärker A I (der ein Operationsverstärker sein kann, beispielsweise einer der vie Verstärker in einem Operationsverstärker vom Typ LM 324) ist in einer integrierten Anordnung mit einem Rückkopplungskondensator C1 (üblicherweise 6,8 μF) verbunden, der. ausgehend von der Ausgangsklemme, mit dem negierenden ( —) Eingang des Verstärkers A 1 verbunden ist. Der Eingangswiderstand /?3 (üblicherweise 12 ΜΩ) ist mit der negierenden Eingangskiemme von A 1 verbunden. Die Werte von R 3 und Cl bestimmen die Integriergeschwindigkeit und beeinflussen das Ansprechen des Regelkreises. Die Werte sind so ausgewählt, um die beste Regelung bei der jev. eiligen Pumpe 3 und dem jeweiligen Pulsationsdämpfungsfilter zu ergeben.

Der Widerstand Ri (typischerweise lOkil) ist ausgehend von der +Sammelleitung mit einer Anode der Diode CR1 (tpyischerweise vom Typ IN 4148) verbunden und die Kathode vom CR 1 ist mit der Anode der Diode CR 2 (typischerweise vom Typ IN 4148) verbunden, deren Kathode mit Masse verbunden ist. Dies liefert eine Vorspannung von näherungsweise 0,6 Volt an der Anode von CR 2 und von 1.2 Volt an der Anode von CR1 infolge des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung der beiden Dioden. Der 0,6-Volt-Punkt ist mit der nicht-negierenden Eingangsklemme (+) des Verstärkers A 1 verbunden um die + Eingangsklemme bei 0.6 Volt über Masse vorzuspannen, über einen Widerstand /?4 (typischerweise 12 ΜΩ), welcher

Spannungsabweichungscrscheinungen des Verstärkers 8 so gering wie möglich hält. Ein Widerstand R 2 (typischerweise 22 VSl) ist ausgehend von der Eingangsklemme des Widerstands R 3 (Punkt B) mit der Masse verbunden. Dies liefert 0,0 Volt an den Eingangswiderstand, wenn der Druckschalter SW2 offen ist. SW2 ist typischerweise ein Druckschalter, der bei 7,62 cm Wasserdruck arbeitet. Der Integrator 7 erzeugt eine sich allmählich verringernde Spannung an der Vcrstärkeracsgangsklemme, wenn SW2 geschlossen ist und eine sich allmählich erhöhende Spannung, wenn SW2 offen ist. Die Spannung an der Ausgangsklemme des Verstärkers A I ist ein Motordrehzahlsignal, das bei Verstärkung durch einen anschließend beschriebenen Verstärker die Drehzahl des Pumpenmotors 9 bestimmt. Eine Verbindung von + Sammelschiene und Masse wird zu A I hergestellt. Diese Verbindungen liefern Leistung für Λ 2. A 3 und A 4.

Diis Motordrehzahlsignal wird dem Verstärker A 2 (typischerweisc 'Λ eines Typs LM 324) zugeführt, über in Reihe angeschlossene Dioden CR 3 und CR 4 (üblicherweise IN 4143) zum nicht-negierenden ( + ) Eingang von A 2 zugeführt. Der Lastwiderstand R β liegt zwischen der Eingangsklemme von A 2 und Erde. Das verstärkte Signal von der Ausgangsklenime von A 2 wird der Basis des Transistors Q 1 (typischerweise ein NPN Typ 2N 2926) über einen Widerstand K 8 (typischerweise I OVSl) zugeführt. Das Signal vom Kollektor von Q I wird der Basis der parallel-verbundenen Transistoren Q 2 und Q 3 (typischerweise PN P Typ 2N 5226) über Widerstand R10 (typischerweise 100O¹Im), der am Punkt A angeschlossen ist und über Widerstände RW und Λ 12 (typischerweise 100 Ohm), die vom Punkt A ausgehend mit den Transistorbasen verbunden sind, zugeführt. Das Ausgangssignal von den gemeinsamen Kollektoren von Q2 und Q~i wird dem Pumpenmotor M 1 zugeführt, der ein drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ist. Die andere Seite von M I ist mit der Masse verbunden.

Der Emitter von Q 1 ist mit der Masse über einen Widerstand R 11 (typischerweise 220 0hm) verbunden.

Der Kondensator C3 (typischerweise 0,01 (iF) ist. ausgehend von der Basis mit dem Kollektor Q1 verbunden, um ein Rauschen im Stromkreis zu verringern. Der Emitter von Q2 und Q 3 ist mit der + Sammelleitung verbunden. Punkt A ist mit der + Sammelleitung über den Widerstand R 9 (typischerweise 1 ΚΩ) verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand R 7 (typischerweise 47 kQ) ist, ausgehend von den Kollektoren von Q2 und ζ)3, mit der negierenden ( —) Eingangsklemme von A 2 zur Lieferung einer negativen Rückkopplung verbunden. Die negierende Eingangsklemme von A 2 ist mit der Masse über den Widerstand R 5 (typischerweise 22 kOhm) verbunden.

Die Widerstände R 5 und R 7 bestimmen den Gesamtspannungsgewinn des Kreises vom Ausgang von A 1 zu der am Pumpenmotor 9 zugeführten Spannung. Diese Widerstände können derart eingestellt werden, um ein optimales Gleichgewicht zwischen schnellem Regelansprechen und stabilen Betrieb in Pumpen 3 mit verschiedenen Charakteristiken zu liefern. Der Kondensator C2 (typischerweise 0.01 μψ) ist ausgehend von der Ausgangsklemme von A 2, mit der negierenden Eingangsklemme von A 2 zur Verringerung eines Stromkreisrauschens verbunden. Diese Verbindung von A 2, Ql, QZ Q 3 und ihrem zugeordneten Widerstand und ihren zugeordneten Kondensatoren stellt einen von vielen Verstärker-Schaltkreisen dar, die sich zur Verstärkung des Motordrehzahlsignals von A I eignen, jedoch liefert dieser Schaltkreis einen breiten Spannungsbereich zum Motor, typischerweise 0 bis 4,8 Volt, und liefert ein ■) konstantes Spanntings-Ausgangssignal, das bei einigen Pumpenanordnungen bevorzugt wird, beispielsweise wo eine sehr geringe Motordrehzahl für eine Niederdruckströmung erforderlich ist.

Das Ausgangssignal von A 1 schwankt zwischen etwa

in 0 bis 1,5VoIt während der normalen Steuerung, kann jedoch allmählich auf einen Sättigungspegel von näherungsweise 3 Volt ansteigen (für eine Leistungs-Versorgungsspannung von 4,0 Volt), wenn die Pumpe .3 den erforderlichen Luftstrom nicht aufrechterhalten

; . kann, beispielsweise wenn das Kinlallrohr verstopft und die Luftströmung blockiert ist. Indem abgetastet wird, wenn das Ausgangssignal von A 1 2,5 Volt übersteigt, wird ein Detektor für geringe Strömung geschaffen. Daher ist der Verstärker A 3 (typischerweise 7 4 von LM 324) mit seiner negierenden Eingangsklemme mit einem Auslösespannungspegel verbunden. Wird eine Spannung an den nichtnegierenden ( + ) Eingang von A 3 angelegt, die größer als der Auslösespannungspegel ist, so ändert sich das Ausgangssignal von A 3 vom

2·) normalen Nullpegel auf einen hohen Pegel von näherungsweise 4,8 Volt (bei einer 5 Volt-Leitungsquel-Ie).

Ein Widerstand R 14 (typischerweise 47 kQ) liegt zwischen der +Sammelleitung und dem Widerstand

in R 15 (lypischerweise 22 VQ). Die andere Seite von R 15 ist mit Masse verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen R 14 und R 15 ist an den negierenden ( —) Eingang von A 3 angeschlossen.

Eine Diode CR6 (typischerweise IN 4148) ist,

r. ausgehend von der Ausgangsklemme von A 3, an die nicht-negierende Eingangsklemme angeschlossen, um das Ausgangssignal von A 3 auf einem hohen Wert zu halten, selbst wenn das ursprüngliche Spannungssignal weggenommen wird. Eine Diode CR 7 (typischerweise

μ IN 4148). ein Widerstand R17 (typischerweise 220 0hm), eine Leuchtdiode Di (typischerweise HP 5082-4484) und ein Prüfschalter SW3 für l-urzzei'.ige Betätigung liegen in Reihe zwischen der Ausgangsklemme von A 3 und Masse. Ist SW3 geschlossen und das

ι·ι Ausgangssignal von A3 auf einem hohen Wert, so leuchtet D1. Der Verstärker A 3 kann auf einen Betrieb mit niedrigem Ausgangssignal zurückgestellt werden, indem der Schalter SW I geöffnet wird, um die Leistung vom Schaltkreis wegzunehmen. Ein Widerstand R 16

>(i (typischerweise 1,2 ΜΩ) ist zwischen der nicht-negierenden Eingangsklemme von A 3 und Masse angeordnet, um zu gewährleisten, daß Λ 3 nicht in unbeabsichtig'er Weise in den Betriebszustand mit hohem Ausgangssignal gelangt, wenn dem Schaltkreis erstmals eine Leistung zugeführt wird. Ein Widerstand R13 (typischerweise 41 VQ) liegt zwischen der Ausgangsklemme von A 1 und der Anode der Diode CR 5 (typischerweise LN 4148), die ihrerseits mit der nicht-negierenden Eingangsklemme von A 3 verbunden ist und das Signal von A 1 mit dem Strömungsdetektorkreis koppelt. Der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von CR 5 trägt dazu bei, Streusignale an einer unbeabsichtigten Auslösung des Detektors für niedrige Strömung zu hindern. Bei diesem Aufbau braucht der Schaltkreis normalerweise 20 Sekunden, nachdem die Strömung unterbrochen wurde, bis der Schaltkreis auslöst. Diese Zeit kann verkleinert werden, ändern das Verhältnis von R 14 zu R15 vergrößert wird.

Ein Batterie-Prüfkreis wird auf der Grundlage einer besonderen Leuchtdiode D2 (typischerweise HP 5082-4732) aufgebaut, die bei einem bestimmten Wert der zugeführten Spannung (typischerweise 2,4 Volt) aufleuchtet. Ein Verstärker A 4 (lypischerweise '/j von LM 324) treibt mit einem Ausgangssignal einen Transistor QA (typi^iiei weis«. 2N 2926). Der Kollektor von Q4 ist mit der +Sammelleitung verbunden. Der Emitter von QA ist mit der negierenden ( —) Eingangsklemme von A 4 verbunden und liefert eine ι einfache Verstärkung für die der nicht-negierenden Eingangsklemme ( + ) zugeführten Signale. Der Emitter von QA ist mit der Anode (oder + Eingangsklcmmc) von D 2 verbunden und die Kathode von D 2 ist an eine Seite des Schalters SW3 angeschlossen. Die andere : Seite von SW 3 ist mit Masse verbunden. D2 leuchte; auf, wenn SW3 geschlossen wird und das Ausgangssignal von A A größer als eine Triggerspannung (typischerweise 2,4 Volt) ist. Ein Widerstand R18 (typischerweise 100 kQ) liegt zwischen der + Sammel- : leitung und der nicht-negierenden (+) Eingangsklcmme von A 4 und ein Widerstand R19 (typischerweise 10OkQ) liegt zwischen der ( + ) Eingangsklemme von A A und Masse. Das Verhältnis von R 18 und R 19 kann eingestellt werden, um 2,4 Volt der nicht-negierenden : Eingangsklemme von A A beim gewünschten Batterie-Spannungsprüfregel zuzuführen, der lypischerweise 5,15 Volt für eine Batterie beträgt, die durch Verbindung von vier wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Zellen in Reihe aufgebaut ist. ι

Ein Zeitrelaiskreis, das zum Anhalten der Pumpe 3 nach einer vorangestellten 7eitspanne verwendet wird, könnte in den vorausgehend beschriebenen Integrator 7 an der Verbindung von R3, RA und SW2 (Punkt ß;dcr F i g. 3' eingefügt werden. Ein an diesem Punkt ! zugeführten positives Spannungssignal veranlaßt den Integrator 7, seinen Ausgang zu verkleinern, und der Motor M 1 kommt schließlich zum Stillstand.

Schaltungsausführungen für elektronische Festkörper-Zeitrelais, die sich für diese Anwendung eignen, sind ^J wohl bekannt und zahlreich. Die Schaltkreise können aus diskreten Komponenten (wie beispielsweise Transistoren. Widerständen usw.) aufgebaut sein oder aus hochintegrierten Kreisen, wie sie in Armbanduhren mit Festkörperschaltkreisen verwendet werden. Ein zweck- ^: mäßiger Schaltkreis eines Zeitrelais mit den gewünschten Merkmalen ist in Fig.4 dargestellt, das ein Blockschaltbild eines digitalen Zeitrelais ist.

Ein Oszillator /Cl liefert ein Impulssignal mit einer typischen Frequenz von 4660 Impulsen je Sekunde als die Basis für die Zeitgabefunktion. Dieses Impulssignal wird durch einen Vorteiler IC2 auf eine kleinere Impulsfolge, wie beispielsweise 128 Impulse je Stunde, geteilt. Dieses kleinere Signal wird das Eingangssignal für einen zweiten Teiler IC3 mit Ausgangssignalen von Zehn geteilt durch Zwei (-=- 2).

Für die Zeitrelaisfunktion werden die Ausgangsklemmen mit einer Reihe von zehn Lampen verbunden, die mit 1 Min, 2 Min, 4 Min, 8 Min, V₄ Stunde. Vi Stunde.

1 Stunde, 2 Stunden, 4 Stunden und 8 .Stunden bezeichnet sind. Die Frequenz von 128 Impulsen je Stunde ergibt bei einer teilung durch 2 64 Impulse je Stunde, was näherungsweise 1 Impuls je Minute entspricht und so gekennzeichnet wird. Die Frequenz von 64 Impulsen je Stunde ergibt bei einer Teilung durch 2 32 Impulse je Stunde, was näherungsweise 2 Impulsen je Minute entspricht und so gekennzeichnet wird; entsprechend wird weiter verfahren bis zu 4 Impulsen je Stunde, was I Impuls je '/4 Stunde entspricht und so gekennzeichnet wird, und so weiter b's zur letzten Ausgangsklemme, entsprechend 128 Impulsen je Stunde, lOmal geteilt durch 2 (oder 2^ln oder 1024), was einem Impuls in 8 Stunden entspricht und so gekennzeichnet wird. Fin derartig aufgebautes Zeitrelais kann jeder Zeit abgelesen werden, indem der Schalter SWA geschlossen wird und die Werte aller beleuchteten Lampen addiert werden.

Für die vorcingestellte Anhaltelunktion werden dit Ausgänge von IC3 ferner mit einem Koinzidenz- Detektorkreis iC4 verbunden, dem auch eine Gruppe von Eingangssignalen von den voeingestellten Schaltern zugeführt wird. Der Koinzidenz-Detektor liefert ein STOP-Ausgangssignal, wenn zwischen den beiden Sätzen von Eingangssignalen Koinzidenz vorliegt (wenn die Muster der beiden Sigruilgruppen genau übereinstimmen). Das STOP-Signal veranlaßt den Pumpenregelkreis abwärts zu integrieren (und die Pumpe anzuhalten) und signalisiert ferner dem Oszillator, zu stoppen.

Die Teiler /C"2 und IC3 werden normalerweise durch ein Rückstellsignal auf Null zurückgestellt, das iedes Mal erzeugt wird, wenn die Dosimcterpumpe eingeschaltet wird. Der Schalter SW5 kann geöffnet werden und das Zeitrelais wird nicht zurückgestellt. Dies ist zweckmäßig bei Verwendung des Zeitrelais bei der Summenbildung einer Reihe von Zeitperioden. Offensichtlich müssen die Teiler IC2 durch eine von der Dosimeterpumpe getrennte Stromquelle versorgt werden, die immer eingeschaltet bleibt, falls diese integrierten Schaltkreise üblicher Bauart sind, die immer Leistung haben muß, um sich an das Ausgangssignal zu »erinnern«.

Beim praktischen Betrieb des Dosimeters wird dieses in einem Bereich aufgestellt, in dem die Arbeiter tätig sind. Gewöhnlich ist eine 8 Stunden-Schicht die Zeitspanne, während der das Dosimeter betrieben wird. Am Ende der Schicht wird der Schaltkreis geprüft, um zu bestimmen, ob der Einlaß während dieser Periode blockiert wurde, indem die Leuchtdiode (D 1 der F i g. 3) beobachtet wird, während der Kurzzeitschalter (SW3 der F i g. 3) niedergedrückt wird. Leuchtet die Diode auf. so erfolgte eine Blockierung während der Schicht. Das Filter wird anschließend aus dem Dosimeter entnommen und einem Laboratorium zur Analyse eingesandt und die Ergebnisse werden aufgezeichnet. Falls eine unzulässig hohe Belastung aufgetreten ist. können die Arbeiter au? dem jeweiligen Bereich abgezogen und mit einer anderen Arbeit betraut werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuneen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dosimeter mit einer einen Regelantrieb aufweisenden Pumpe, einem Sammelfilter und einer Prosseiöffnung, die in Reihe angeordnet sind, so daß die von der Pumpe erzeugte pulsierende Luftströmung durch den Sammelfilter und die Drosselöffnung strömt und dadurch an der Drosselöffnung ein Druckabfall erzeugt, und mit einem Druckschalter, der ein Ein-Aus-Signal zur Steuerung der Pumpe in Abhängigkeit von dem Druckabfall und zur Erzielung eines gleichmäßigen Durchflusses liefert, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Pulsationsdämpfungsfilter (4) parallel zu der Drosselöffnung (5) angeordnet ist; u

daß der Druckschalter (6) parallel zum Pulsationsdämpfungsfilter (4) angeordnet ist; daß das Ein-Aus-Signal des Druckschalters (6) durch einen Integrator (7) in der Weise aufintegriert wird, daß das Ausgangssignal des Integrators (7) langsam abfällt ur.d ansteigt, wenn der Druckschalter (6) offen bzw. geschlossen ist, und das Ausgangssignal des Integrators (7) dem Regelantrieb der Pumpe (3) zugeführt wird.

2. Dosimeter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsationsdämpfungsfiller (4) eine Speicherkammer (14) aufweist, die durch eine biegsame Membrane (15) in zwei Abteile (A, B) unterteilt ist, die durch Drosselöffnungen (12,17) mit der Hochdruck- bzw. Niederdruckseite der Drosselöffnung (5) verbunden sind und daß der Druckschalter (6) parallel zu der Speicherkammer (14) über Drosselöffnungen (1?> 16) vt- bunden ist

3. Dosimeter »ach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die D; ^sselöffnung (5) ein κ einstellbares Nadelventil ist.

4. Dosimeter nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Integrators (7) einem Schaltkreis zur Feststellung eines über eine längere Zeitdauer anhaltenden zu geringen Durchflusses zugeführt wird, wobei der Schaltkreis ein Ausgangssignal liefert, wenn das Ausgangssignal des Integrators (7) einen bestimmten Wert übersteigt.

5. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, «5 gekennzeichnet durch ein Zeitrelais, das die Betriebszeit der Pumpe angibt und durch das die Betriebszeit der Pumpe auf eine vorgegebene Zeitdauer einstellbar ist.

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