DE2903017A1

DE2903017A1 - DEVICE FOR DETERMINING A SUBSTANCE IN A GAS FLOW

Info

Publication number: DE2903017A1
Application number: DE19792903017
Authority: DE
Inventors: Frank Kitzinger
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-01-26
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2419517B1; BE874449A; JPS54157689A; GB2016142A; JPS5912132B2; FI790325A; FI69930C; FI69930B; FR2419517A1; DE2903017C2; GB2016142B; CA1085647A

Description

Device for determining a substance in a gas flow

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer bestimmten Substanz in einem Gasstrom unter Verwendung von Reagenzpapieren.The invention relates to a device for determining a specific Substance in a gas stream using reagent papers.

Es ist bekannt, unter Zuhilfenahme der Verfärbung eines Reagenzpapiers die Anwesenheit eines Gases oder einer Gaskomponente in einer Gasmischung oder Luft festzustellen. Bekannte Vorrichtungen hierfür sind beispielsweise in den US-Patentschriften 4 023 930 und 4 032 297 beschrieben. Diese bekannten Vorrichtungen verwenden eine Lampe als Lichtquelle zum Beleuchten des Reagenzpapiers, das in einer Meßkammer angeordnet ist, durch welche das Gas, das untersucht werden soll, zirkuliert. Ein lichtempfindliches Element,wie beispielsweise eine Fotozelle, ermittelt ein Anwachsen von Lichtabsorption durch das Reagenzpapier aufgrund der Verfärbung des Reagenzpapieres in Abhängigkeit vom Einfluß durch das Gas. Bei allen bekannten Vorrichtungen wird ein Ausgangssignal verwendet, das eine nichtlineare Anzeige der sich anhäufenden Gasmenge, welche mit dem Reagenzpapier reagiert hat, aufgrund des exponentieilen Gesetzes der Lichtabsorption nach Bouguer und Lambert wiedergibt. Die bekannten Vorrichtungen sind dabei so aufgebaut, daß sie ein Alarmsignal abgeben, wenn eine bestimmte Gasmenge des festzustellenden Gases erreicht wird. Keine der bekannten Vorrichtungen vermittelt eine ständige Anzeige der Konzentration des zu überwachenden Gases, wenn dieses durch das Meßinstrument hindurchströmt.It is known with the aid of the discoloration of a reagent paper determine the presence of a gas or a gas component in a gas mixture or air. Known devices for this are for example, in U.S. Patents 4,023,930 and 4,032,297. These known devices use a lamp as a light source for illuminating the reagent paper, which is arranged in a measuring chamber is through which the gas to be examined circulates. A photosensitive element such as a photocell detects an increase in light absorption by the reagent paper due to the discoloration of the reagent paper depending on the influence through the gas. In all known devices an output signal is used which is a non-linear display of the accumulating Amount of gas that has reacted with the reagent paper due to the exponential law of light absorption according to Bouguer and Lambert reproduces. The known devices are constructed so that they emit an alarm signal when a certain amount of gas of the to be detected gas is achieved. None of the known devices gives a constant indication of the concentration of the monitored Gas when it flows through the measuring instrument.

Außerdem ist bei den bekannten Vorrichtungen vor der Durchführung einer Ablesung keine automatische Nulleinstellung vorgesehen. Die Einstellung muß daher manuell durchgeführt werden.In addition, the known devices do not provide for an automatic zero setting prior to taking a reading. the Setting must therefore be carried out manually.

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Außerdem unterliegen die bekannten Vorrichtungen Beeinträchtigungen dahingehend, daß keine Kompensation der Lampenalte rung und der Lampenspannungsschwankungen vorgesehen ist.In addition, the known devices are subject to impairments to the effect that no compensation for the lamp age and the lamp voltage fluctuations is provided.

Ferner wird bei den bekannten Vorrichtungen das Papierblatt durch die Lampe, welche als Lichtquelle dient, erhitzt und die Genauigkeit der Verfärbung des Reagenzpapiers wird dadurch insbesondere gegen Ende des Meßvorgangs beeinträchtigt.Furthermore, in the known devices, the paper sheet is through the Lamp, which serves as a light source, heats and the accuracy of the discoloration of the reagent paper is impaired in particular towards the end of the measuring process.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche im wesentlichen frei von den vorstehenden Beeinträchtigungen ist und welche insbesondere eine fortlaufende Anzeige der Konzentration der zu überwachenden Substanz ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned at the beginning Art to create which is essentially free from the above impairments and which in particular is a continuous display the concentration of the substance to be monitored.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine Meßkammer vorgesehen, welche ein Reagenzpapier aufnehmen kann, das verfärbt wird, wenn es mit einer bestimmten Substanz in einem Gas, das in der Kammer vorhanden ist, in Berührung kommt. Ferner enthält die Vorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Lichtstrahls, der auf das Reagenzpapier in der Meßkammer gerichtet ist. Eine lichtempfindliche Einrichtung spricht auf den Grad an, um welchen das Reagenzpapier in der Meßkammer sich in Abhängigkeit des Einflusses einer bestimmten Substanz in einem Gasstrom verfärbt. Ein Verstärker ist mit der lichtempfindlichen Einrichtung verbunden und erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zur Verfärbung des Reagenzpapieres ist. Mit dem Verstärker sind Mittel verbunden, die ein Ausgangssignal vorsehen, welches eine ständige Anzeige der Konzentration der zu überwachenden Substanz ermöglicht.To solve this problem is in the device according to the invention a measuring chamber is provided, which can hold a reagent paper that is discolored when it is mixed with a certain substance in a gas, that is present in the chamber comes into contact. Furthermore, the device contains means for generating a light beam which is directed to the Reagent paper is directed in the measuring chamber. A photosensitive device is responsive to the degree to which the reagent paper is in the measuring chamber depending on the influence of a certain Substance discolored in a gas stream. An amplifier is sensitive to the light Connected device and generates an output voltage that is proportional to the discoloration of the test paper. With the amplifier Means are connected to provide an output signal which is a constant indication of the concentration of the substance to be monitored enables.

In bevorzugter Weise ist die Vorrichtung mit einem Lichtverteiler ausgestattet, der den Lichtstrahl in zwei getrennte Lichtstrahlen aufteilt, von denen der eine Lichtstrahl auf das Reagenzpapier in der MeßkammerThe device is preferably equipped with a light distributor, which splits the light beam into two separate light beams, one of which is directed onto the reagent paper in the measuring chamber

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gerichtet ist und der andere Lichtstrahl auf ein verstellbares optisches Filter sowie eine zweite lichtempfindliche Einrichtung, die auf die Durchlässigkeit des einstellbaren optischen Filters anspricht. Die Verstärker, welche in vorliegender Anmeldung angesprochen werden, sind als Fotozellenverstärker bevorzugt ausgebildet und sprechen auf die beiden lichtempfindlichen Einrichtungen an in der Weise, daß sie ein Ausgangssignal bilden, welches eine Funktion des Verhältnisses des Lichtes ist, das durch die beiden lichtempfindlichen Einrichtungen ermittelt wird, unabhängig von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle.is directed and the other light beam to an adjustable optical Filters as well as a second photosensitive device that acts on the transmittance of the adjustable optical filter responds. The amplifiers that are addressed in this application are photocell amplifiers preferably designed and respond to the two light-sensitive devices in such a way that they provide an output signal which is a function of the ratio of light detected by the two light-sensitive devices, independently from fluctuations in the intensity of the light source.

In bevorzugter Weise kann eine automatische Nulleinstellung vorgesehen sein, welche den Ausgang des Fotozellenverstärkers auf Null zurücksetzt, bevor eine Messung vorgenommen wird.An automatic zero setting can preferably be provided which resets the output of the photocell amplifier to zero before a measurement is taken.

Die Mittel, welche ein Ausgangssignal vorsehen, das ständig den Wert der Konzentration der zu überwachenden Substanz angibt, enthalten bevorzugt eine signalaufbereitende Schaltung, die mit dem Fotozellenverstärker verbunden ist und welche bewirkt, daß der Fotozellenverstärker ein Ausgangssignal abgibt, das eine lineare Funktion der sich anhäufenden Menge der Substanz, die mit dem Reagenzpapier reagiert, ist. Außerdem ist mit dem Ausgang des Fotozellenverstärkers ein Differentiator verbunden, der von der ständigen Konzentration der Substanz eine Ableitung bildet. Eine derartige Signalaufbereitungsschaltung kann als Operationsverstärker ausgebildet sein, dessen Ausgang mit dem Eingang des Fotozellenverstärkers verbunden ist und der vom Ausgang des Fotozellenverstärkers eine Mitkopplung aufweist, so daß der Eingangswert des Fotozellenverstärkers in einer solchen Richtung geändert wird, daß sein Ausgang linear wird. Dabei sieht die Differentiation des linearen Ausgangs des Fotozellenverstärkers eine ständige Anzeige der Konzentration der festzustellenden Substanz vor.The means of providing an output signal that constantly changes the value indicating the concentration of the substance to be monitored, preferably contain a signal processing circuit that works with the photocell amplifier is connected and which causes the photocell amplifier to give an output signal that is a linear function of the accumulating The amount of substance that reacts with the reagent paper. There is also a differentiator with the output of the photocell amplifier connected, which forms a derivative of the constant concentration of the substance. Such a signal conditioning circuit can be as Operational amplifier be designed, the output of which is connected to the input of the photocell amplifier and that of the output of the photocell amplifier has a positive feedback, so that the input value of the photocell amplifier is changed in such a direction that its output becomes linear. The differentiation of the linear output of the photocell amplifier sees a constant display of the concentration the substance to be determined.

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Ein Tiefpaßfilter kann in bevorzugter Weise mit dem Ausgang des Fotozellenverstärkers verbunden sein, um Rauschkomponenten des Ausgangssignals zu beseitigen.A low-pass filter can preferably be connected to the output of the photocell amplifier be connected to remove noise components of the output signal.

Außerdem kann ein Zersetzungskompensator vorgesehen sein, der den Fotozellenverstärker mit dem Differentiator verbindet, um die gewöhnliche Zersetzung der Substanz, welche mit dem Reagenzpapier reagiert, zu kompensieren.In addition, a decomposition compensator can be provided that the Photocell amplifier connects to the differentiator to avoid the usual decomposition of the substance that reacts with the reagent paper, to compensate.

Um eine Beeinträchtigung des Reagenzpapiers durch die von der als Lichtquelle wirkenden Lampe erzeugten Wärme zu verhindern, kann ein Wärmefilter im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sein, bevorzugt zwischen der Lampe und dem Lichtverteiler.In order to prevent the reagent paper from being adversely affected by the heat generated by the lamp acting as a light source, a Heat filters can be arranged in the beam path of the light beam, preferably between the lamp and the light distributor.

Außerdem kann im Lichtstrahl vor dem Lichtverteiler ein Filter vorgesehen sein, welches Licht mit einer bestimmten Wellenlänge hindurchläßt. Dieses Filter kann ein Interferenzfilter oder ein optisches Glasfilter sein. Die Verwendung eines selektiven Filters erhöht die Empfindlichkeit bei der Ermittlung bestimmter Verfärbungen.In addition, a filter can be provided in the light beam in front of the light distributor which allows light with a certain wavelength to pass through. This filter can be an interference filter or an optical glass filter. The use of a selective filter increases the sensitivity in identifying certain discolorations.

Das Reagenzpapier besteht normalerweise aus einem Streifen mit bestimmter Länge, mit dem verschiedene Ablesungen durchgeführt werden können. Dieser Streifen kann daher so angeordnet werden, daß er schrittweise durch die Meßkammer hindurchgeführt wird, wobei eine Reihe von Messungen erfolgt. Zum Antrieb des Reagenzpapiers kann daher ein Motor in der Vorrichtung vorhanden sein. Um ein Vorrücken des Papiers zu ermöglichen, kann die Meßkammer in zwei Abschnitte aufgeteilt sein, von denen der eine Abschnitt durch einen geeigneten Mechanismus, welcher in bevorzugter Weise mit dem Motor für den Antrieb des Papiers verbunden ist, bewegt werden kann. Außerdem ist die Vorrichtung mit einer Programmeinrichtung versehen, welche aufeinanderfolgend denThe reagent paper usually consists of a strip of certain Length with which various readings can be taken. This strip can therefore be arranged to be stepwise is passed through the measuring chamber, with a series of measurements being made. A motor can therefore be used to drive the reagent paper be present in the device. To enable the paper to advance, the measuring chamber can be divided into two sections, one of which is through a suitable mechanism, which is preferably connected to the motor for driving the paper connected, can be moved. In addition, the device is provided with a program device which successively the

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Motor kurzzeitig zum Vorschub des Bandes speist sowie die automatische Nulleinstellung kurzzeitig speist, um die Vorrichtung auf Null zurückzusetzen und schließlich eine Pumpe betätigt, welche den Gasstrom in die Meßkammer einbringt.The motor briefly feeds the tape and the automatic Zero setting briefly feeds to reset the device to zero and finally actuates a pump, which the gas flow into the Introduces measuring chamber.

Das einstellbare optische Schwärzungsfilter kann eine Scheibe sein, deren Durchlässigkeit innerhalb eines Bereiches geändert werden kann, der dem Bereich eines bestimmten Reagenzpapiers entspricht. Eine derartige Scheibe kann auf der Welle eines Servomotors angeordnet sein, der durch die vorstehend erwähnte automatische Nulleinstelleinrichtung betrieben wird. Andererseits kann das einstellbar Schwärzungsfilter auch als Streifen mitbestimmter Länge ausgebildet sein, welcher durch einen linearen Servomotor verschoben wird. Die automatische Nulleinstelleinrichtung kann einen Operationsverstärker aufweisen, der mit dem Ausgang des Fotozellenverstärkers verbunden ist. Außerdem können Schalter vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von der Programmeinrichtung betätigt werden und welche den Operations- bzw. Funktionsverstärker und den Servomotor miteinander verbinden. Demzufolge wird während der automatischen Nulleinstellzeit der Servomotor in der Weise betätigt, daß er den Ausgang des Fotozellenverstärkers auf Null setzt.The adjustable optical density filter can be a disk whose Permeability can be changed within a range that corresponds to the area of a particular reagent paper. Such a one Disc may be placed on the shaft of a servo motor operated by the aforementioned automatic zeroing device will. On the other hand, the adjustable blackening filter can also be designed as a strip of a certain length, which is characterized by a linear Servomotor is moved. The automatic zero setting device may have an operational amplifier connected to the output of the photocell amplifier. Switches can also be provided be, which are operated depending on the program device and which the operational or functional amplifier and connect the servo motor to each other. Accordingly, during the automatic zeroing time, the servomotor is operated in such a manner that it sets the output of the photocell amplifier to zero.

Der Fotozellenverstärker kann einen Funktionsverstärker aufweisen, mit dessen invertierendem Eingang die erste lichtempfindliche Einrichtung in Reihe geschaltet ist und parallel zu dessen invertierendem Eingang und Ausgang die zweite lichtempfindliche Einrichtung geschaltet ist für die automatische Einstellung der Verstärkung des Fotozellenverstärkers als Funktion des Verhältnisses des Lichtes, welches durch die beiden lichtempfindlichen Einrichtungen ,unabhängig von Intensitätsschwankungen der Lichtquellen, ermittelt wird. Außerdem ist eine Bezugsspannungsquelle vorgesehen sowie eine Summierschaltung, welche den Ausgang des Funktionsverstärkers mit der Referenzspannung vergleicht. Mit dem Ausgang der Summier schaltung ist ein Inverter verbunden, der das Ausgangssignal des Fotozellenverstärkers vorsieht.The photocell amplifier can have a function amplifier, with the inverting input of which the first light-sensitive device is connected in series and in parallel with its inverting input and the output of the second photosensitive device is connected for the automatic adjustment of the gain of the photocell amplifier as a function of the ratio of the light that passes through the two light-sensitive devices, regardless of intensity fluctuations of the light sources. It is also a reference voltage source and a summing circuit which compares the output of the functional amplifier with the reference voltage. With the output of the summing circuit is connected to an inverter that the Provides output signal of the photocell amplifier.

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In den beiliegenden Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:In the accompanying figures is an embodiment of the invention shown. The invention is to be explained in greater detail on the basis of these figures. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, die ein AusfühFig. 1 is a block diagram of a device that an execution

rungsbeispiel der Erfindung ist;is approximately example of the invention;

Fig. 2 ein Folgediagramm, welches durch die ProgrammeinFig. 2 is a sequence diagram made by the programs in

richtung bestimmt wird;direction is determined;

Fig. 3 die Durchlässigkeit eines Reagenzpapiers in Abhängig3 shows the permeability of a reagent paper as a function

keit von der Menge einer Substanz, mit der das Papier reagiert;speed of the amount of a substance with which the paper reacts;

Fig. 4 eine elektrische Schaltung der elektrischen Komponenten,4 shows an electrical circuit of the electrical components,

welche in der Vorrichtung der Fig. 1 verwendet werden, undwhich are used in the device of Fig. 1, and

Fig. 5 die Ausgangsspannung des Fotozellenverstärkers alsFig. 5 shows the output voltage of the photocell amplifier as

Funktion der Menge der Substanz, welche mit dem Reagenzpapier reagiert bei verschiedenen Graden nichtlinearer Konditionierung.Function of the amount of the substance which reacts with the reagent paper at different degrees of nonlinearity Conditioning.

In der Fig» 1 ist eine aus zwei Abschnitten 12 und 14 bestehende Meßkammer dargestellt. Der Abschnitt 12 der Meßkammer ist beweglich in Richtung eines Doppelpfeils A, so daß ein Reagenzpapier 16 mit Hilfe eines Motors 18 durch die Meßkammer hindurchbewegt werden kann. Die Bewegung des Abschnittes 12 der Meßkammer wird bevorzugt durch den Motor 18 gesteuert, wobei ein nicht näher dargestellter herkömmlicher Kupplungsmechanismus zur Anwendung kommt. Der Gasstrom, welcher die festzustellende Substanz enthält, wird durch eine Einlaßleitung 20 in den Abschnitt 12 der Meßkammer mit Hilfe einer nicht näher darge-In FIG. 1 there is a measuring chamber consisting of two sections 12 and 14 shown. The section 12 of the measuring chamber is movable in the direction of a double arrow A, so that a reagent paper 16 with the help a motor 18 can be moved through the measuring chamber. The movement of the section 12 of the measuring chamber is preferred by the Motor 18 controlled, a conventional clutch mechanism, not shown, is used. The gas flow, which contains the substance to be determined is fed through an inlet line 20 into section 12 of the measuring chamber with the aid of a

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stellten geeigneten Pumpe eingebracht. Der Gasstrom verläßt durch einen Auslaß 22 im Abschnitt 14 der Kammer die Meßkammer. Ein O-Ring oder andere geeignete ,nicht näher dargestellte Mittel sind zwischen den beiden Abschnitten der Meßkammer angeordnet, so daß eine Abdichtung der Meßkammer während der Messung erzielt wird.installed suitable pump. The gas flow leaves the measuring chamber through an outlet 22 in section 14 of the chamber. A O-ring or other suitable, not shown means are between the two sections of the measuring chamber arranged so that a seal of the measuring chamber is achieved during the measurement.

Der Teil des Reagenzpapiers, der sich in der Meßkammer befindet, wird durch einen Lichtstrahl, der von einer Lampe 24 erzeugt wird, bestrahlt. Die Lampe 24 wirkt dabei als Lichtquelle. Der Lichtstrahl wird geformt durch plan-konvexe Linsen 26 und 28, welche unmittelbar vor einer Blende 30 angeordnet sind. Ein Bild des Lichtstrahls, der durch die Blende 30 hindurchtritt, wird durch eine achromatische Linse 32 sowie durch einen Lichtverteiler 34 sowohl auf dem Reagenzpapier 16 als auch auf einem einstellbaren optischen Filter 36 gebildet. Verschiedene optische Anordnungen können zur Formung der vorstehend erwähnten Bilder verwendet werden. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der Blende und der achromatischen Linse so ausgewählt sein, daß dieser der doppelten Brennweite f der Linse entspricht. In gleicher Weise kann der Abstand zwischen der achromatischen Linse und dem Lichtverteiler plus dem Abstand zwischen dem Lichtverteiler und dem Reagenzpapier oder zwischen dem Lichtverteiler und dem einstellbaren optischen Filter auf 2f eingestellt sein. Eine achromatische Linse wird bevorzugt verwendet, um chromatische Aberration zu verhindern. Das Ende des Kammerabschnitts 14 ist durch eine lichtdurchlässige Platte 37 abgeschlossen, so daß der Lichtstrahl durch diese hindurchgehen kann.The part of the reagent paper which is located in the measuring chamber is irradiated by a light beam which is generated by a lamp 24. The lamp 24 acts as a light source. The light beam is shaped by plano-convex lenses 26 and 28, which are immediately in front of a diaphragm 30 are arranged. An image of the light beam passing through the aperture 30 is obtained through an achromatic lens 32 and formed by a light distributor 34 both on the test paper 16 and on an adjustable optical filter 36. Different optical assemblies can be used to form the aforementioned images. For example, the distance between the diaphragm and the achromatic lens must be selected so that this corresponds to twice the focal length f of the lens. In the same way can the distance between the achromatic lens and the light distributor plus the distance between the light distributor and the test paper or be set to 2f between the light distributor and the adjustable optical filter. An achromatic lens is preferred to prevent chromatic aberration. The end of the chamber section 14 is closed by a transparent plate 37, so that the light beam can pass through them.

Ein Wärmefilter 38 ist zwischen der als Lichtquelle wirkenden Lampe 24 und den Linsen 26 und 28 angeordnet, um zu verhindern, daß die von der Lampe ausgesendete Wärme den Feuchtigkeitsgehalt des Reagenzpapiers beeinflußt. Dies hat einen großen Einfluß auf die Genauigkeit der Ablesung, insbesondere gegen Ende der Meßzeit, da das Papier allmählichA heat filter 38 is between the lamp 24 acting as a light source and lenses 26 and 28 arranged to prevent the heat emitted by the lamp from affecting the moisture content of the reagent paper influenced. This has a great influence on the accuracy of the reading, especially towards the end of the measuring time, as the paper gradually

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durch die von der Lampe erzeugte Hitze getrocknet wird. Natürlich kann das Hitzefilter irgendwo zwischen der Lichtquelle und dem Lichtverteiler angeordnet sein.is dried by the heat generated by the lamp. Of course you can the heat filter can be placed somewhere between the light source and the light distributor.

Ein Filter 40, welches als Interferenzfilter oder optisches Glasfilter ausgebildet sein kann, ist vor dem Lichtverteiler angeordnet und läßt eine Farbe bestimmter Wellenlänge hindurch. Wenn beispielsweise die auf dem Reagenzpapier zu beobachtende Verfärbung gelb ist, wird bevorzugt ein blaues Filter verwendet. Es ist von Bedeutung, daß das Filter vor dem Lichtverteiler angeordnet ist, so daß beide Fotozellen gleich beeinflußt werden. Durch die Verwendung eines selektiven Filters wird die Empfindlichkeit bei der Messung einer bestimmten Verfärbung erhöht.A filter 40, which can be used as an interference filter or an optical glass filter can be formed, is arranged in front of the light distributor and lets a color of a certain wavelength through. For example, if the The discoloration observed on the reagent paper is yellow is preferred a blue filter was used. It is important that the filter is arranged in front of the light distributor, so that both photocells are influenced equally. By using a selective filter increases the sensitivity when measuring a particular discoloration.

Das Licht, welches durch das Reagenzpapier 16 hindurchtritt, wird von einer Fotozelle 42 ermittelt, welche hinter einer lichtdurchlässigen Platte 44 im Meßraumabschnitt 12 untergebracht ist. Das Licht, welches durch das einstellbare optische Schwärzungsfilter 36 hindurchtritt, wird durch eine Fotozelle 46 empfangen, welche hinter dem einstellbaren Filter 36 angeordnet ist. Es können auch andere lichtempfindliche Einrichtungen, weiche auf das Licht, das durch das Reagenzpapier bzw. das einstellbare Filter hindurchtritt bzw. von diesem reflektiert wird, ansprechen. Die Fotozellen 42 und 46 sind variable Impedanzeinrichtungen, welche an einem geeigneten Fotozellenverstärker 48 angeschlossen sind. Dieser sieht ein Ausgangssignal vor, das proportional zur Verfärbung des Heagenzpapieres ist und welches ein direktes Verhältnis des Lichtes angibt, das durch die beiden Fotozellen, unabhängig von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle, ermittelt wird. Diese Intensitätsschwankungen können beispielsweise durch Alterung der Lampe oder durch Lampenspannungsschwankungen auftreten. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Verstärkers ist in Fig. 4 dargestellt und wird im einzelnen noch weiter unten erläutert. Wenn die Lichtdurchlässigkeit des einstell-The light that passes through the reagent paper 16 is from a photocell 42 is determined, which is housed behind a transparent plate 44 in the measuring space section 12. The light which passes through the adjustable optical density filter 36 is received by a photocell 46, which is located behind the adjustable filter 36. Other light-sensitive devices, soft respond to the light that passes through or is reflected by the reagent paper or the adjustable filter. The photocells 42 and 46 are variable impedance devices, which are connected to a suitable photocell amplifier 48. This provides an output signal that is proportional to the discoloration of the heap paper and which gives a direct ratio of the light that passes through the two photocells, regardless of intensity fluctuations the light source is determined. These intensity fluctuations can for example be caused by aging of the lamp or by Lamp voltage fluctuations occur. An embodiment of one Such an amplifier is shown in Fig. 4 and will be explained in detail below. If the light transmission of the adjustable

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baren Filters 36 auf das Reagenzpapier abgestimmt wird, wobei noch kein Gasdurchfluß durch die Meßkammer erfolgt, ist die Impedanz der beiden Fotozellen 42 und 46 gleich. Das Ausgangssignal des Fotozellenverstärkers ist Null. Der Nullvoltausgang zeigt einen Zustand an, der im folgenden als Durchlässigkeitswert 1 bezeichnet wird. Dieser Betriebszustand herrscht vor dem Einbringen des Gases, das in der Meßkammeijuntersucht werden soll. Wenn die Lichtdurchlässigkeit des einstellbaren optischen Filters 36 nicht exakt mit der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapiers übereinstimmt, wie dies vor dem Einbringen des zu untersuchenden Gases in die Kammer sein soll, besitzt die Fotozelle 46 eine gegenüber der Fotozelle 42 unterschiedliche Impedanz. Der Ausgang des Fotozellenverstärkers 48 wird daher von Null verschieden sein. Dieser Ausgang wird an einen Servo verstärker 50 für die automatische Rückstellung geliefert, der als automatische Nulleinstelleinrichtung wirkt. Der Ausgang des Servoverstärkers wird, gesteuert durch eine Programmeinrichtung 52,an einen Servomotor 54 gelegt, welcher das einstellbare optische Filter 36 antreibt. Wenn daher der Ausgangswert des Fotozellenverstärkers vor dem Einbringen des Gases in die Meßkammer von Null abweicht, verdreht der Servomotor 54 automatisch das einstellbare optische Filter 36, so daß die Lichtdurchlässigkeit des einstellbaren optischen Filters mit der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapieres übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Ausgang des Fotozellenverstärkers automatisch auf Null zurückgebracht.Baren filter 36 is matched to the reagent paper, with still there is no gas flow through the measuring chamber, the impedance is the both photocells 42 and 46 the same. The output signal of the photocell amplifier is zero. The zero-volt output indicates a state which is referred to below as permeability value 1. This operating state prevails before the introduction of the gas which is investigated in the measuring chamber shall be. When the light transmittance of the adjustable optical filter 36 does not exactly match the light transmittance of the reagent paper corresponds to how it should be before the gas to be investigated is introduced into the chamber, is possessed by the photocell 46 has a different impedance compared to the photocell 42. The output of the photocell amplifier 48 will therefore be non-zero. This output is sent to a servo amplifier 50 for automatic Reset supplied which acts as an automatic zero setting device. The output of the servo amplifier is controlled by a program device 52, connected to a servomotor 54 which drives the adjustable optical filter 36. Therefore, if the output value of the photocell amplifier deviates from zero before the gas is introduced into the measuring chamber, the servomotor 54 automatically rotates the adjustable one optical filter 36, so that the light transmission of the adjustable optical filter corresponds to the light transmission of the test paper. In this way the output of the photocell amplifier is automatically brought back to zero.

Die Programmeinrichtung 52 kann als Zeilgebereinrichtung ausgebildet sein, welche zum Einschalten des Motors 18 ,des Servomotors 54 und der nicht näher dargestellten Gaspumpe dient. Die Schaltfolge ist in der Fig. 2 dargestellt. Während eines vorbestimmten Zeitintervalles, beispielsweise 20 Sekunden, wird der Motor 18 in Betrieb gesetzt, so daß die Kammer 10 geöffnet wird und der Vorschub des Reagenzpapierstreifens erfolgen kann. Der Motor wird dann angehalten und die Kammer geschlossen. Der Servoverstärker 50 wird anschließend an den Servo-The program device 52 can be designed as a cell encoder device be which to turn on the motor 18, the servo motor 54 and the not shown is used gas pump. The switching sequence is shown in FIG. During a predetermined time interval, for example 20 seconds, the motor 18 is put into operation, so that the chamber 10 is opened and the advance of the test paper strip can be done. The motor is then stopped and the chamber closed. The servo amplifier 50 is then connected to the servo

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2303017 • λ5- 2303017 • λ5-

motor 54 angeschlossen und bewirkt die automatische Nulleinstellung des Ausgangswertes des Fotozellenverstärkers 48. Eine Zeitdauer von 1-10 Sekunden dürfte ausreichend sein, um diese Einstellung vorzunehmen. Der Servomotor 54 wird dann abgeschaltet und die Pumpe steuert das Einführen des Gases in die Meßkammer. Damit beginnt der Meßvorgang, der innerhalb einer bestimmten Zeitdauer durchgeführt wird. Diese Zeitdauer ist dahingehend bemessen, daß das Reagenzpapier 0,5 der Lichtdurchlässigkeit erreicht. Es ist auch möglich, eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise 2 bis 8 Stunden, für die Messung vorzusehen, wenn die Gasprobe keine ausreichenden Mengen an festzustellender Substanz aufweist.motor 54 is connected and causes the automatic zero setting of the Output value of the photocell amplifier 48. A period of 1-10 seconds should be sufficient to make this setting. The servo motor 54 is then switched off and the pump controls the introduction of the gas into the measuring chamber. This starts the measuring process, which is carried out within a certain period of time. This period of time is measured so that the reagent paper 0.5 of the light transmission achieved. It is also possible to provide a predetermined period of time, for example 2 to 8 hours, for the measurement, if the gas sample does not contain sufficient quantities of the substance to be detected.

Während der Meßzeit wird beim Vorhandensein einer festzustellenden Substanz, beispielsweise Arsengas in Luft, die Farbe des Reagenzpapieres allmählich geändert. Als Reagenzpapier kann ein solches verwendet werden, welches beispielsweise mit Quecksilber-II-Bromid imprägniert ist. Die Farbe wechselt dann von weiß nach gelb. Wenn unter Verwendung eines Blaufilters das Reagenzpapier mit einem blauen Lichtstrahl bestrahlt wird, verringert die Farbänderung die Lichtdurchlässigkeit des Papiers und die Impedanz der Fotoselle 42 erhöht sich,während die Impedanz der Fotozelle 46 gleich bleibt. Dabei wird ein Ausgangs signal durch den Fotozellenverstärker erzeugt, das in Abhängigkeit von der sich ansammelnden Menge von Arsen, welches mit dem Reagenzpapier reagiert, ansteigt. Die Kurvendarstellung in Fig. 3 zeigt die Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapiers als Funktion der Menge an Arsen in pg, welche mit dem Reagenzpapier reagiert hat. Diese Kurve verläuft nichtlinear aufgrund des Exponentialgesetzes der Lichtabsorption nach Bouguer and Lambert. Das Ausgangs signal des Fotozellenverstärkers ist daher, falls entsprechende Kompensationsmittel fehlen, nichtlinear. Wie im einzelnen noch erläutert wird, kann bei der Erfindung das Ausgangssignal des Fotozellenverstärkers mit Hilfe eines geeigneten Differentiators 46 differenziert werden, so daß eine ständige Anzeige der Konzentration der Substanz,During the measuring time, if there is a Substance, for example arsenic gas in air, the color of the test paper gradually changed. The reagent paper used can be one which is impregnated with mercury (II) bromide, for example. The color then changes from white to yellow. When using a blue filter irradiate the reagent paper with a blue light beam is, the color change decreases the transmittance of the paper and the impedance of the photo cell 42 increases while the impedance is increased the photocell 46 remains the same. An output signal is generated by the photocell amplifier, which depends on the accumulating The amount of arsenic that reacts with the reagent paper increases. The graph in Fig. 3 shows the light transmission of the reagent paper as a function of the amount of arsenic in pg, which with reacted to the reagent paper. This curve is non-linear due to the exponential law of light absorption according to Bouguer and Lambert. The output signal of the photocell amplifier is therefore non-linear if the appropriate compensation means are missing. As in detail Will be explained, in the invention, the output signal of the photocell amplifier be differentiated with the help of a suitable differentiator 46, so that a constant display of the concentration of the substance,

909838/0592909838/0592

, 290301, 290301

welche mit dem Reagenzpapier reagiert, angezeigt werden kann. Diese Konzentration kann durch eine Wiedergabeeinrichtung 58 (Fig. 1) wiedergegeben werden. Da jedoch der Ausgang des Fotozellenverstärkers nichtlinear ist, gibt die Differentiation des Ausgangssignals keine getreue Anzeige der Konzentration der Substanz, welche mit dem Reagenzpapier reagiert. Damit der Fo to zellen verstärker 48 ein lineares Ausgangs sign al erzeugt, kann eine Signalaufbereitungsschaltung 60vorgesehen sein, welche an den Ausgang des Fotozellenverstärkers 48 angeschlossen ist. Dieser kompensiert dieNichtlinearität der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapiers, welche sich aus dem Exponentiatesetz der Lichtabsorption ergibt. Ein Ausführungsbeispiel für eine Signalaufbereitungsschaltung wird im einzelnen noch im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert.which reacts with the reagent paper can be displayed. These Concentration can be displayed by display device 58 (FIG. 1). However, as the output of the photocell amplifier is non-linear, the differentiation of the output signal does not give a faithful indication of the concentration of the substance, which with the reagent paper reacted. So that the photo cell amplifier 48 has a linear output signal is generated, a signal conditioning circuit 60 which is connected to the output of the photocell amplifier 48 can be provided. This compensates for the non-linearity of the light transmission of the reagent paper, which results from the exponential law of light absorption. An exemplary embodiment for a signal conditioning circuit will be explained in detail in connection with FIG.

Die Fig. 4 zeigt eine Schaltung, welche den Fotozellenverstärker 48, den Servoverstärker 50 für das automatische Rücksetzen, den Differentiator 56, die Signalaufbereitungsschaltung 60 und außerdem ein Tiefpaßfilter sowie einen Zersetzungskompensator 64 aufweist.Fig. 4 shows a circuit which the photocell amplifier 48, the Servo amplifier 50 for the automatic reset, the differentiator 56, the signal conditioning circuit 60 and also a low-pass filter and a decomposition compensator 64.

Der Fotozellenverstärker 48 enthält einen Funktionsverstärker OPl, dessen invertierender Eingang über einen lichtempfindlichen Widerstand Rl (entspricht der Fotozelle 42 in der Fig. 1) an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist. Die positive Spannung wird, wie noch erläutert wird, durch die Signalaufbereitungsschaltung 60 vorgesehen. Der nicht invertierende Eingang des Funktions Verstärkers liegt an Masse. Ein lichtempfindlicher Widerstand R2 (entspricht der Fotozelle 46 in der Fig. 1) ist in einer Rückkopplungsschleife des Funktions Verstärkers zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang vorgesehen. Wenn die Lichtdurchlässigkeit des einstellbaren optischen Filters 36 mit der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapiers (bei noch nicht vorhandenem Gasfluß durch die Meßkammer) in Übereinstimmung gebracht ist, ist Rl = R2. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist dann umgekehrtThe photocell amplifier 48 contains a function amplifier OPl, the inverting input of which is connected to a positive voltage source via a light-sensitive resistor R1 (corresponds to the photocell 42 in FIG. 1). The positive voltage is, as will be explained is provided by the signal conditioning circuit 60. The non-inverting input of the function amplifier is connected to ground. A light-sensitive resistor R2 (corresponds to the photocell 46 in FIG. 1) is in a feedback loop of the function amplifier provided between the inverting input and the output. When the light transmittance of the adjustable optical filter 36 is brought into agreement with the light permeability of the reagent paper (in the absence of gas flow through the measuring chamber), is Rl = R2. The output of the operational amplifier is then reversed

⁹¹¹⁵ 90 9838/0592 ⁹¹¹⁵ 90 9838/0592

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

-W--W-

zur Spannung, welche am Widerstand Rl liegt. Der Ausgang des Funktionsverstärkers OPl ist an den invertierenden Eingang eines Funktions» Verstärkers OP2 angeschlossen, der als Inverter über einen ersten Widerstand R3 eines Summierungsnetzwerkes, welches einen zweiten Widerstand R4 aufweist, wirkt. Der Widerstand R4 ist an eine Bezugsspannungs quelle V REF und an den invertierenden Eingang des Invertierers OP2 angeschlossen. Beim Betriebszustand, bei welchem die Lichtdurchlässigkeit 1, 0 hat, ist die Bezugsspannung der Quelle V⁺REF so gewählt, daß 0 Volt am invertierenden Eingang des Invertierers OP2 anliegen. Die Ausgangs spannung V_Q = 0 liegt dann am Ausgang des Inverters. Ein Widerstand R5 ist zwischen den Ausgang des Inverters OP2 und seinen invertierenden Eingang geschaltet, so daß die Verstärkung des Inverters festgelegt werden kann. Der nichtinvertierende Eingang des Funktions Verstärkers liegt an Masse.the voltage across the resistor Rl. The output of the functional amplifier OP1 is connected to the inverting input of a functional amplifier OP2, which acts as an inverter via a first resistor R3 of a summation network which has a second resistor R4. The resistor R4 is connected to a reference voltage source V REF and to the inverting input of the inverter OP2. In the operating state in which the light transmittance is 1.0, the reference voltage of the source V ⁺ REF is selected so that 0 volts are applied to the inverting input of the inverter OP2. The output voltage V _Q = 0 is then at the output of the inverter. A resistor R5 is connected between the output of the inverter OP2 and its inverting input, so that the gain of the inverter can be determined. The non-inverting input of the function amplifier is connected to ground.

Wenn die Lichtdurchlässigkeit des einstellbaren Filters 36 mit der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapieres vor dem Einleiten des Gases in die Kammer nicht übereinstimmt, besitzt die Impedanz R2 (Fotozelle 46) einen Wert, der von der Impedanz Rl (Fotozelle 42) abweicht. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers OPl und damit des Inverteres OP2 weicht von Null ab. Dieser Ausgangswert wird an den invertierenden Eingang eines Funktionsverstärkers OP3 über einen Widerstand R 6 weitergegeben, der als Komparator wirkt. Der nichtinvertierende Eingang des Funktionsverstärkers OP3 liegt an Masse. Ein Widerstand R7 ist zwischen den invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers und den Ausgang des Funktionsverstärkers geschaltet, um die Verstärkung des Funktionsverstärkers festzulegen. Der nichtinvertierende Eingang des Funktions Verstärkers OP3 liegt an Masse. Der Ausgang des Funktions verstärkrers OP3 ist mit dem Servomotor 54 (Fig. 1) über Kontakte RL-I eines Relais RL, das· durch die Programmeinrichtimg 52 (Fig. 1) gespeist wird, verbunden. Der Funktionsverstärker OP3 übernimmt dieWhen the light transmittance of the adjustable filter 36 with the light transmittance of the reagent paper does not match before the gas is introduced into the chamber, has the impedance R2 (photocell 46) a value that deviates from the impedance Rl (photo cell 42). The output signal of the functional amplifier OP1 and thus of the inverter OP2 deviates from zero. This output value is sent to the inverting Input of a functional amplifier OP3 passed through a resistor R 6, which acts as a comparator. The non-inverting input of the functional amplifier OP3 is connected to ground. A resistor R7 is between the inverting input of the function amplifier and the Output of the functional amplifier switched to determine the gain of the functional amplifier. The non-inverting input of the Function amplifier OP3 is connected to ground. The output of the function amplifier OP3 is connected to the servo motor 54 (Fig. 1) via contacts RL-I of a relay RL, which by the program device 52 (Fig. 1) is fed, connected. The function amplifier OP3 takes over this

⁹¹¹⁵ 9 03-8 3$ AO 5*9. ⁹¹¹⁵ 9 03-8 3 $ AO 5 * 9.

■Μ-■ Μ-

Funktion des Servoverstärkers 50 in der Fig. 1, welcher die automatische Rücksetzung durchführt. Dieser Verstärker betätigt den Motor 54, der das einstellbare optische Filter 36 in Abhängigkeit von der Polarität der Fehlerspannung, welche am Ausgang des FunktionsVerstärkers OP2 erscheint, in die eine oder andere Richtung verdreht. Dies erfolgt bei Beginn eines jeden Meßvorgangs, der von der Programmeinrichtung 52 gesteuert wird.Function of the servo amplifier 50 in FIG. 1, which is the automatic Performs a reset. This amplifier operates the motor 54, the adjustable optical filter 36 depending on the polarity the error voltage which is present at the output of the function amplifier OP2 appears twisted in one direction or another. This is done at Beginning of each measuring process, which is controlled by the program device 52.

Die Ausgangs spannung V_Q des Funktions Verstärkers OP2 des Fotozellenverstärkers kann direkt an den Differentiator 56 gelegt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Ausgangsspannung einen erheblichen Anteil an nicht erwünschten R aiBchanteilen enthält, welche bevorzugt durch ein Tiefpaßfilter beseitigt weiden. Dieses Tiefpaßfilter enthält einen Funktionsverstärker OP4 und ein Filternetzwerk zweiter Ordnung mit Widerständen R8 und R9 sowie Kondensatoren Cl und C2. Die Widerstände R8 und R9 sind in Reihe geschaltet und liegen zwischen dem Ausgang des Funktionsverstärkers OP2 und dem nichtinvertierenden Eingang des Funktions Verstärkers OP4. Der Kondensator Cl ist zwischen den nichtinvertierenden Eingang des Funktionsverstärkers OP4 und Masse geschaltet, während der Kondensator C2 zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R8 und R9 sowie dem Ausgang des Funktionsverstärkers OP4 geschaltet ist. Der invertierende Eingang des Funktionsverstärkers ist mit seinem Ausgang verbunden. Die Werte der Widerstände R8 und R9 sowie der Kondensatoren Cl und C2 hängen von der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters ab. Eine ausreichende Beseitigung derRauschanteile läßt sich erzielen, wenn die Grenzfrequenz im Bereich von 0,1 - 2 Hz liegt.The output voltage V _{Q of} the function amplifier OP2 of the photocell amplifier can be applied directly to the differentiator 56. It has been found, however, that this output voltage contains a considerable proportion of undesired R aiBch parts, which are preferably eliminated by a low-pass filter. This low-pass filter contains a functional amplifier OP4 and a second-order filter network with resistors R8 and R9 and capacitors C1 and C2. The resistors R8 and R9 are connected in series and lie between the output of the functional amplifier OP2 and the non-inverting input of the functional amplifier OP4. The capacitor C1 is connected between the non-inverting input of the functional amplifier OP4 and ground, while the capacitor C2 is connected between the connection point of the resistors R8 and R9 and the output of the functional amplifier OP4. The inverting input of the functional amplifier is connected to its output. The values of the resistors R8 and R9 and the capacitors C1 and C2 depend on the cutoff frequency of the low-pass filter. Sufficient elimination of the noise components can be achieved if the cutoff frequency is in the range of 0.1-2 Hz.

Der Ausgangswert des Funktionsverstärkers OP2 wird außerdem an die Signalaufbereitungsschalung 60 (Fig. 1) gelegt. Diese Schaltung enthält den Funktions verstärker OP5 und Widerstände RlO₅, RlI und R12. Der Widerstand RlO ist mit einer Bezugsspannungsquelle V~REF sowieThe output value of the functional amplifier OP2 is also applied to the signal conditioning circuit 60 (FIG. 1). This circuit contains the function amplifier OP5 and resistors RlO ₅ , RlI and R12. The resistor R10 is connected to a reference voltage source V ~ REF as well

309838 /Ό-5 9 2 ORIGINAL INSPECTED309838 / Ό-5 9 2 ORIGINAL INSPECTED

mit dem invertierenden Eingang des Funktions Verstärkers OP5 verbunden. Der Widerstand RIl ist ein einstellbarer Widerstand, der zwischen den invertierenden Eingang des Funktions Verstärkers OP5 und den Ausgang des Funktionsverstärkers OP2 geschaltet ist. Der Widerstand R12 ist ein Rückkopplungswiderstand, der zwischen den Ausgang des Funktions-Verstärkers OP5 und den invertierenden Eingang dieses Verstärkers geschaltet ist. Die Signalaufbereitungsschaltung kompensiert Nichtlinearitäten, welche aus der Lichtdurchlässigkeit des Reagenzpapiers resultieren und welche in der Fig. 3 dargestellt sind. Wenn diese Nichtlinearitäten nicht kompensiert werden, kann der Differentiator 56 keine fortlaufende genaue Angabe der Konzentration der zu überwachenden Substanz, welche mit dem Reagenzpapier reagiert, wiedergeben.connected to the inverting input of the function amplifier OP5. The resistance RIl is an adjustable resistance between the inverting input of the function amplifier OP5 and the output of the functional amplifier OP2 is switched. The resistor R12 is a feedback resistor placed between the output of the function amplifier OP5 and the inverting input of this amplifier is connected. The signal conditioning circuit compensates for non-linearities, which result from the transparency of the reagent paper and which are shown in FIG. 3. If these nonlinearities are not compensated, the differentiator 56 cannot provide a continuous precise indication of the concentration of the substance to be monitored, which reacts with the reagent paper.

Die Verwendung der Signalaufbereitungsschaltung 60, wie sie beispielsweise in der Fig. 4 dargestellt ist, und welche in der Rückkopplungsschleife des Fotozellenverstärkers zur Anwendung kommt, bewirkt, daß der Fotozellen verstärker eine Ausgangsspannung V erzeugt, die folgende Charakteristik hat:The use of the signal conditioning circuit 60, such as in Fig. 4, and which is used in the feedback loop of the photocell amplifier, causes the photocell amplifier generates an output voltage V, the following Characteristic has:

V₀= V REF(T-I)
1 + kTV ₀ = V REF (TI)
1 + kT

In dieser Formel bedeuten:In this formula:

V REF = Spannung an der SignalaufbereitungsschaltungV REF = voltage on the signal conditioning circuit

Vq = Ausgangs spannung des FotozellenverstärkersVq = output voltage of the photocell amplifier

T = Durchlässigkeit bzw. Verhältnis des Lichtes, welches aufT = transmittance or ratio of the light, which on

die Fotozellen 42 und 46 fälltthe photocells 42 and 46 falls

k = RIOk = RIO

RIlRIl

⁹¹¹⁵ 909838/0592 ⁹¹¹⁵ 909838/0592

ORjGJMAL INISPECTEDORjGJMAL INISPECTED

Aus der Fig. 5 ergeben sich eine Anzahl von Kurven, welche für verschiedene Werte von k unter Verwendung von Quecksilber-n-Bromid für das Reagenzpapier bei der Ermittlung von Arsen abgeleitet worden sind. Der Kurvenverlauf ,der am meisten linear ist, entspricht einem Wert von k = 0,5. Diese Kurve ist bis zum Punkt B linear und entspricht einer Lichtdurchlässigkeit von T = 0,5.From Fig. 5 there are a number of curves, which for different Values of k using mercury n-bromide for the reagent paper has been derived from the determination of arsenic. The curve, which is the most linear, corresponds to a value of k = 0.5. This curve is linear up to point B and corresponds to one Light transmission of T = 0.5.

Um die Ausgangsspannung linear zu machen, wird eine bekannte Konzentration der Substanz, die untersucht werden soll, in fortlaufendeReaktion mit dem Reagenzpapier gebracht. Die Verstärkung des Funktionsverstärkers wird durch den einstellbaren Widerstand RIl so lange verändert, bis ein Mnearer Spannungsanstieg bei der Ausgangsspannung erzielt wird.To make the output voltage linear, a known concentration is used of the substance to be tested is brought into continuous reaction with the reagent paper. The gain of the functional amplifier is changed by the adjustable resistor RIl until a Mnearer voltage increase is achieved in the output voltage.

Die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers OP4 wird an den Differentiator gelegt, der einen Funktions verstärker OP6, einen Widerstand R13 und einen Kondensator C3 aufweist. Der Widerstand R13 ist zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Funktionsverstärkers OP6 geschaltet. Der Kondensator C3 ist in Reihe mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers OP4 und dem invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers OP6 geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Funktions Verstärkers OP6 liegt an Masse. Der Differentiator 56 enthält außerdem einen Widerstand R14, der in Reihe mit dem Kondensator C3 geschaltet ist. Ein Kondensator C4 ist parallel zum Widerstand R13 geschaltet. Der Widerstand R14 und der Kondensator C4 wirken als Tiefpaßfilter zur Unterdrückung von Rauschanteilen. Das Verhältnis von R13 zu R14 beträgt bevorzugt 100 oder mehr. In bevorzugter Weise hat der Kondensator C3 etwa die hundertfache Kapazität vom Kondensator C4,The output voltage of the functional amplifier OP4 is sent to the differentiator laid, which has a function amplifier OP6, a resistor R13 and a capacitor C3. Resistor R13 is between the inverting input and the output of the functional amplifier OP6 are switched. The capacitor C3 is in series with the output of the Functional amplifier OP4 and the inverting input of the functional amplifier OP6 switched. The non-inverting input of the function Amplifier OP6 is connected to ground. Differentiator 56 also includes a resistor R14 connected in series with the capacitor C3. A capacitor C4 is connected in parallel with the resistor R13. The resistor R14 and the capacitor C4 act as low-pass filters to suppress noise components. The ratio of R13 to R14 is preferably 100 or more. Preferably has the capacitor C3 about 100 times the capacity of the capacitor C4,

Die Farbflecken auf dem Reagenzpapier zersetzen sich bzw. verblassen im Laufe der Zeit um einen bestimmten Betrag. In bevorzugter Weise kommt daher eine Kompensation dieser Zersetzung sur Anwendung. Die entsprechende Kompensationsschaltung enthält Widerstände R15 und R16The stains of color on the test paper will decompose or fade by a certain amount over time. Preferably This is why this decomposition is compensated for. the corresponding compensation circuit includes resistors R15 and R16

309838/0592309838/0592

"Γ '"Γ '

sowie einen einstellbaren Widerstand RlY. Die Widerstände R15 und R17 wirken als Spannungsteiler, wobei ein Teil der Spannung V_n über den Widerstand R16 an den nichtinvertiaenden Eingang des Funktions Verstärkers OP6 gelegt wird. Der Wert des Widerstandes R16 ist bevorzugt der gleiche wie der des Widerstandes R13, so daß die Teilspannung aus V_QJ welche durch das Verhältnis von R15 zu R17 bestimmt wird, am Ausgang des Funktions Verstärkers mit umgekehrter Polarität vorhanden ist. Die Kompensationsschaltung kann durch Stoppen der Gaszirkulation nach einer merklichen Verfärbung des Reagenzpapier es eingestellt werden. Ohne Kompensation besteht die Gefahr, daß die Ausgangsspannung des Differentiators unter 0 fällt aufgrund des Verblassens der Farbe auf dem Reagenzpapier, welche auf Zersetzung zurückzuführen ist. Der einstellbare Widerstand RlY wird so eingestellt, daß die Ausgangs spannung des Differentiators auf Null zurückgeht.and an adjustable resistor RlY. The resistors R15 and R17 act as voltage dividers, with part of the voltage V _{n being applied} to the non-inverting input of the function amplifier OP6 via the resistor R16. The value of resistor R16 is preferably the same as that of resistor R13, so that the partial voltage from V _QJ, which is determined by the ratio of R15 to R17 , is present at the output of the function amplifier with reversed polarity. The compensation circuit can be set by stopping the gas circulation after a noticeable discoloration of the reagent paper. Without compensation, there is a risk that the output voltage of the differentiator will drop below 0 due to the fading of the color on the reagent paper, which is due to decomposition. The adjustable resistor RlY is set so that the output voltage of the differentiator goes back to zero.

Im vorstehenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert worden. Gegenüber diesem Ausführungsbeispiel abgeänderte Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise kann die Signalaufbereitungsschaltung eine andere Ausbildung besitzen als die im vorstehenden beschriebene Ausführangsform. Zwischen dem Differentiator und den Fotozellenverstärker können Operatorverstärker mit exponentieller Funktion geschaltet werden, welche für einen geradlinigen Kurvenverlauf, wie in Fig. 3 gezeigt, sorgen. Die erzeugte lineare Funktion kann dann mit Hilfe eines einfachen Differentiators differenziert werden. Dieser Differentiator gibt dann eine ständige Anzeige der Konzentration des Gases, welches mit dem Reagenzpapier reagiert, an. Es können auch ■ andere Arten von Einstellschaltungen für die automatische Nullstellung verwendet werden. Zur Kompensation der Lampenalterung bzw. der Spannungsschwankungen für die Versorgungsspannung der Lampe können ebenfalls andere Mittel zur Anwendung kommen. Es können auch andere Typen von Fotozellenverstärkem, Tiefpaßfiltern, Zersetsungskompensatoren und Differentiatoren verwendet werden.In the foregoing, the invention has been explained using an exemplary embodiment. Embodiments modified from this exemplary embodiment are possible. For example, the signal conditioning circuit can have a different design than the embodiment described above. Operator amplifiers with an exponential function can be connected between the differentiator and the photocell amplifier, which ensure a straight curve, as shown in FIG. 3. The generated linear function can then be differentiated using a simple differentiator. This differentiator then gives a constant display of the concentration of the gas which reacts with the reagent paper. Other types of auto zero setting circuits can also be used. Other means can also be used to compensate for lamp aging or for the voltage fluctuations for the supply voltage of the lamp. Other types of photocell amplifiers, low pass filters, decomposition compensators and differentiators can also be used.

9115 909838/05929115 909838/0592

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Ermittlung einer bestimmten Substanz in einem Gasstrom geschaffen. Diese Vorrichtung enthält eine Meßkammer, welche ein Reagenzpapier aufnehmen kann, das sich verfärbt, wenn es mit einer bestimmten Substanz in einem Gas, das in der Meßkammer vorhanden ist, in Berührung kommt. Mittel zur Erzeugung eines Lichtstrahls und zum Richten dieses Lichtstrahls auf das Reagenzpapier in der Meßkammer sind ebenfalls vorge sehen. Lichtempfindliche Einrichtungen, welche in Abhängigkeit von der Lichtintensität arbeiten, welche durch das Reagenzpapier in der Meßkammer hindurchgeht, sind vorgesehen. Das Reagenzpapier verfärbt sich in Abhängigkeit von dem Einfluß der im Gasstrom vorhandenen festzustellenden Substanz. Ein Verstärker ist an die lichtempfindliche Einrichtung angeschlossen und sieht eine Ausgangsspannung vor, die proportional zur Verfärbung des Reagenzpapieres ist. An den Verstärker sind Einrichtungen angeschlossen, die ein Ausgangssignal vorsehen, das ständig die Konzentration der zu überwachenden Substanz angibt. Die Vorrichtung enthält außerdem einen Lichtverteiler, der den Lichtstrahl in zwei getrennte Strahlen unterteilt, von denen dereine Strahl auf das Reagenzpapier in der Meßkammer gerichtet ist und der andere Strahl auf ein einstellbares optisches Filter gerichtet ist. Eine zweite lichtempfindliche Einrichtung arbeitet in Abhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit des einstellbaren optischen Filters. Der Verstärker sieht in Abhängigkeit von den beiden lichtempfindlichen Einrichtungen eine Ausgangsspannung vor, welche eine Funktion des Verhältnisses der Lichtmengen der beiden lichtempfindlichen Einrichtungen ist. Diese Ausgangs spannung ist unabhängig von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle. Eine automatische Nulleinstelleinrichtung dient zum Zurücksetzen der Ausgangsspannung des Verstärkers auf Null vor dem Beginn eines Meßvorgangs.The invention provides a device for determining a specific Substance created in a gas stream. This device contains a measuring chamber, which can hold a reagent paper, which changes color when it comes into contact with a certain substance in a gas that is present in the measuring chamber. Funds for Generating a light beam and directing this light beam onto the reagent paper in the measuring chamber are also provided. Light-sensitive devices, which work as a function of the light intensity which is generated by the reagent paper in the measuring chamber passes through are provided. The reagent paper changes color depending on the influence of those to be detected in the gas flow Substance. An amplifier is attached to the photosensitive device connected and provides an output voltage that is proportional to the discoloration of the reagent paper. There are facilities attached to the amplifier connected, which provide an output signal that constantly indicates the concentration of the substance to be monitored. The device also includes a light splitter that divides the light beam into two separate beams, one of which is aimed at the test paper is directed in the measuring chamber and the other beam is directed to an adjustable optical filter. A second photosensitive The device works as a function of the light transmission of the adjustable optical filter. The amplifier looks in dependence from the two photosensitive devices an output voltage which is a function of the ratio of the light quantities of the two photosensitive devices is. This output voltage is independent of the intensity fluctuations of the light source. An automatic one Zero setting device is used to reset the output voltage of the amplifier to zero before the start of a measurement process.

909838/0592909838/0592

Claims

Lied !, Nöth, Zeitler NeueTei_Nr n ^ n7Qu Patentanwälte 'JCUC' Li · m ■ - υ ■> I - ^ '*! 0OO Munich 22 · Steinsoorrstrabe 2 Ί - 22 · 1eIe f ο η 089/29 84 62 NORANDA MINES LIMITED PO Box 45, Suite 4500, Commerce Court West Toronto, Ontario, Canada M5L IB6 Device for determining a substance in a gas flow Claims:

1. Device for determining a substance in a gas stream, characterized by:

a) a measuring chamber (12, 14) for receiving a reagent paper (16), which changes color when it is mixed with a certain substance in an in the gas present in the measuring chamber comes into contact,

b) a light source (24);

c) light beam deflection means (34) which the light from the light source (24) point at the reagent paper (16) in the measuring chamber (12, 14),

B 9115 - N / Li 9098 3 8/0592

./■ 29C3017

■ i-■ i-

d) a photosensitive device (42) which measures the degree of discoloration of the reagent paper in the measuring chamber (12, 14) responds depending on the influence of the substance present in the gas flow,

e) an amplifier (48) which is connected to the light-sensitive device (42) is connected and provides an output signal proportional to the discoloration of the reagent paper and

f) a device (60) connected to the amplifier (48), which the The output signal of the amplifier is processed in such a way that this output signal is a constant display of the concentration of the Substance means.

2. Device according to claim 1, characterized by an adjustable optical filter (36),

a light distributor (34), the light beam of the light source (24) in divided into two separate beams, one of which is directed onto the reagent paper (16) located in the measuring chamber (12, 14) and the other beam is directed at the adjustable optical filter (36),

a second photosensitive device (46) which in dependence on the transmittance of the adjustable optical filter (36) works and

the amplifier (48), which is dependent on the two light-sensitive Means (42 and 46) produces an output signal which is a function of the ratio of the amounts of light passing through the two light-sensitive Facilities, regardless of fluctuations in the intensity of the light source (24), have been determined, is.

9115 909838/0592

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that an automatic zero setting device (50) with the amplifier (48) the optically adjustable filter (36) connects in such a way that the output of the amplifier is set to zero before the start of a measurement process.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the devices that create a baseline value that constantly changes the value of the concentration of the substance to be monitored indicates a signal conditioning circuit (60) which is connected to the amplifier (48) such that the output of the amplifier is a linear function of the accumulating amount of the monitored substance that comes into contact with the reagent paper, and that a differentiator (56) is connected to the output of the amplifier (48) which is a derivative of the constant concentration value of the Substance to be monitored forms in the gas stream.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the signal conditioning device (60) is connected to the input of the amplifier (48) and a feedback loop from the output of the Amplifier has in such a way that the input of the amplifier is changed in such a direction that its output is linear, The differentiation of the linear amplifier output continuously displays the concentration of the substance to be monitored.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that that a display device (58) is connected to the output of the differentiator (56) which provides a visual display of the concentration reproduces the substance to be monitored in the gas stream.

⁹¹¹⁵ 909838 / 0SS2

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that a low-pass filter at the output of the amplifier (48) is connected, which noise components of the output signal eliminated.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that between the amplifier (48) and the differentiator (56) a decomposition compensator (64) to compensate for the decomposition of the Substance that has reacted with the reagent paper.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that a heat filter (38) is arranged in the light beam in front of the light distributor (34), which flows the heat of the light beam on the reagent paper.

10. Device according to one of claims 1 Ms 9, characterized in that that a filter (40) is arranged in the light beam in front of the light distributor (34), which light with a certain wavelength lets through.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that that for the intermittent advance of the band-shaped reagent paper (16) by a certain distance through the reaction chamber (12, 14) a motor (18) is provided which is switched on by a program device (52) for certain periods of time, and that the program device (52) also switches on an automatic zero setting device during a second predetermined period of time, during which the amplifier output is set to zero and that finally the measuring process by the program device (52) is switched on.

9115 909838/0592

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that that the automatic zero setting device has a servomotor (54) which is connected to the adjustable optical filter (36) is connected and also has a function amplifier (OP3) which is connected to the output of the amplifier (48) and that, depending on the program device, a switch (RLl) is actuated which connects the function amplifier with the servo motor.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the amplifier (48) has a function amplifier (OPl), with the inverting input of which a light-sensitive device (42 or Rl) is connected in series and with its inverting The input and output of the other light-sensitive device (46 or R2) is connected so that the amplifier output value is directly proportional to the ratio of the amounts of light which have been detected by the two light-sensitive devices, regardless of the intensity fluctuations of the light source 24, and that a reference voltage source ( V ⁺ REF) a summing network for comparing the output voltage of the functional amplifier (OPl) are provided with the reference voltage, and that an inverter (OP2) is connected to the output of the summing network (R3, R4) and forms a corresponding output signal.

⁰¹¹⁵ 909818/0592