DE2912181C2 - Kalibriereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibriereinrichtung entsprechend dem Gattungsbegriffes Anspruches 1.

Meßgeräte mit Halbleitersensoren, bei denen die elektrische Leitfähigkeit des Sensoi materials durch die Adsorption von Gas beeinflußt wird, bedürfen einer Kalibriermöglichkeit, da sich das Signal des Halbleitersensors durch Benutzung und Alterung verändert Jc nach Beanspruchung und der erforderlichen Genauigkeit kann die Kalibrierung auch in kürzeren Zeitabständen erforderlich sein.

Eine bekannte Kalibriereinrichtung für Vorrichtungen zur automatischen Bestimmung von Spuren von organischen Lösemitteldämpfen in Luft unter Verwendung eines Halbleitersensors besteht aus einem waschflaschenanigen, wärmeisolierten und beheizten Behälter, in dem sich zu einem Teil seiner Höhe flüssiges Lösemittel befindet. Eine Verdunstungseinrichtung aus sternförmig gefaltetem Filterpapier ist in der Flüssigkeit angeordnet und ragt in den Gasraum des Behälters empor. Ein Zulaufrohr für die Luft endet oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Die Ableitung für das Abführen der Lösemittel-Dampf-Konzentration aus der Kalibriereinrichtung befindet sich in einem oberen Dom des Behälters. Die Ableitung mündet über eine Kapillare und ein Steuerventil in die Prüfgasleitung. Diese ist mit dem Halbleitersensor verbunden, an den sich ein Durchflußregler und die Gaspumpe anschließen. Ein Programmschaltwerk besorgt in fest eingestellten Zeitabständen die Umschaltung zwischen Messung und Kalibrierung. Während der Messung wird die zu untersuchende Luft von der Pumpe über die Prüfgasleitung zum Halbleitersensor gesaugt. Während der Kalibrierung wird der Prüfgasleitung ein Filier vorgeschaltet, in dem die Luft von der Meßkomponente befreit wird. Danach wird durch den in der Prüfgasleitung herrschenden Unterdruck über die Kapillare und das geöffnete Steuerventil Lösemitteldampf aus der Kalibriereinrichtung angesaugt, mit der von der Meßkomponente befreiten Luft in der Prüfgasleitung vermischt und dem Halbleitersensor zugeführt Um -> nach Beendigung der Kalibrierung eine Kondensation aus dem dann in der Ableitung stehenden Lösemittel· dampf zu vermeiden, verbindet eine mit einer Kapillare versehene Umgehungsleitung unter Umgehung von Steuerventil und Halbleitersensor die Ableitung ständig

in mit dem Durchflußregler und der Pumpe. Dadurch wird der Kalibriereinrichtung ständig ein Teilstrom entnommen, der den Inhalt der Ableitung erneuert Nachteilig ist, daß durch die Verwendung von Flüssigkeit die Einrichtung lageabhängig ist. Die in der Kalibrierein-

i·:· richtung gebildete Konzentration ist stark von der Temperatur abhängig, die durch aufwendige Isolation und zusätzliche Beheizung mit hohem Energiebedarf konstant gehalten werden muß. Die in der Prüfgasleitung erhaltene Konzentration wird außer von vorherigen Kondensationen auch von den Druck- und Strömungsverhältnissen an der Mischstelle beeinflußt und in ihrer Zuverlässigkeit beeinträchtigt (DE-PS 24 22 271).

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Nachweisen

2". und zur quantitativen Bestimmung eines Gases wird eine Probe, beispielsweise eine auf Alkohol zu untersuchende Atemprobe, in einen Probensammler eingeblasen. Der Probensammler ist ein gewickeltes enges Rohr mit einem Wärmemantel, das an einem

hi Ende in die Umgebung offen und am anderen Ende schaltbar mit der Einblasöffnung, dem elektrochemischen Sensor oder einer Kalibriereinrichtung verbunden ist. Zur Messung wird das Gas aus dem Probensammler durch eine Pumpe über den Sensor und

!■'■ einen Strömungsmesser angesaugt und mit dem Sensor gemessen. Jeder Messung geht eine Kalibrierung voran. Dabei wird zunächst der Sensor mit der Einblasöffnung verbunden und zur Spülung Umgebungsluft durch die Pumpe angesaugt. Gleichzeitig ist der Probensammler

•ίο mit der Kalibriereinrichtung verbuchen, einem Druekgaszylinder, der Luft und Äthanoldampf enthält. Die Zusammensetzung ist so gewählt, daß bei der niedrigsten Betriebstemperatur kein Äthanol auskondensiert und daß auch kein Wasserdampf anwesend ist.

r. Auf Drücken eines Betätigungsknopfes strömt Kalibriergas aus dem Druckgaszylinder in den Probensammler und füllt diesen. Danach wird diese Kalibrierungsprobe dem Sensor zugeführt und dessen Anzeige entsprechend der bekannten Konzentration korrigiert.

V) Nachteilig ist, daß keine Mittel angegeben sind, die die Füllmenge des Probensammlers mit Kalibriergas festlegen. Bei zu kurzem Drücken des Betätigungsknopfes bleibt die Menge zu gering und die Kalibrierung führt zu fehlerhaften Resultaten. Bei zu langem Drücken

w wird der Probensammler überfüllt, an seinem offenen Ende tritt Kalibriergas in die Umgebung aus und geht verloren, der Kalibriergasvorrat ist vorzeitig erschöpft (DE-OS 22 40 422).

Eine bekannte Vorrichtung zur Untersuchung der

'0 Lungenfunktion, insbesondere im Hinblick auf den Gasstoffwechsel, mit einem Ätemstromrezepior zur Erfassung des Atemstromes und einer über eine Saugleilung am Atemstromrezeptor angeschlossenen Absaugeinrichtung besitzt einen Gasanalysator zur

i"i Ermittlung bestimmter Gasanteile im Atemgas. Ein Eichgasvolumengeber soll mit dem Beginn jeder Exspiration der Saugleitung am Atemstromrezeptor ein bestimmtes vorgebbares kleines Eichgasvolumen zufüh-

verbunden. Der Halbleitersensor 8 ist ferner über die Leitung 10, das 2, Ventil Il und das 3, Ventil 12 mit der Leitung 13 verbunden, deren Ende 14 zur Umgebung offen ist. An das 2, Ventil 11 ist über die Leitung 15 mit der Drossel 16 die Kalibriergasquelle 17 angeschlossen. > An das 3. Ventil 12 ist über die Leitung 18 mit der Drossel 19 die zylindrische Kammer 20 angeschlossen. In der Kammer 20 ist die verschiebliche Wand 21 als Kolben gegen die Kraft der Feder 22 beweglich. Endschalter 22 und 24 sind an die Steuerung 25 κι angeschlossen und melden dieser das Erreichen der Leer- bzw. Vollstellung durch die Wand 21. An die Steuerung 25 sind ferner die Antriebe der Ventile 4,11 und 12 angeschlossen sowie (mit nicht dargestellten Leitungen) der Strömungsfühler 2, der Halbleitersensor 8 und die Pumpe 9.

Die Steuerung 25 führt damit außer einer Steuerung der Abläufe auch noch Speicherung und Anzeige des Meßwertes durch.

Bei Aktivierung durch die Steuerung 25 gelangen die > <i Ventile von der dargestellten Grundstellung in die Schaitsteiiung. Das i. Ventil 4 verbindet in der Grundstellung den Probensammler 5 mit der Leitung 3 und sperrt Leitung 7; es verbindet in der Schakstellung den Probensammler 5 mit Leitung 7 und sperrt Leitung >^r, 3. Das 2. Ventil 11 verbindet in der Grundstellung die Leitung 10 mit dem 3. Ventil 12 und sperrt Leitung 15; es verbindet in der Schaltstellung Leitung 15 mit dem 3. Ventil 12 und sperrt Leitung 10. Das 3. Ventil 12 verbindet in der Grundstellung die Leitung 13 mit dem to 2. Ventil 11 und sperrt Leitung 18; es verbindet in der Schaltstellung Leitung 18 mit dem 2. Ventil 11 und sperrt Leitung 13.

Während der gesamten Betriebszeit läuft die Pumpe 9 und saugt über den Halbleitersensor 8 einen konstanten r> Gasstrom an, der bei 26 in die Umgebung austritt. Bei der gleichmäßigen Strömung kann der Halbleitersensor 8 auf einer gleichmäßigen Betriebstemperatur gehalten werden.

In der Grundstellung wird am Ende 14 b'mgebungs- au luft angesaugt und gelangt über Leitung 13, Ventile 12 und 11 und Leitung 10 zum Halbleitersensor 8. Von der Grundstellung ausgehend kann wahlweise sine Kalibrierung oder eine Probandenmessung vorgenommen werden. v>

Die Durchführung einer Kalibriermessung wird durch Tastendruck an der Steuerung 25 ausgelöst. Diese bringt die Ventile 4, 11 und 12 in Schaltstellung. Nunmehr wird am Ende 6 Umgebungsluft angesaugt und gelangt über den Probensammler5, das I. Ventil 4 und Leitung 7 zum ^r>o Halbleitersensor 8. Gleichzeitig ist die Kalibriergasquelle i? über die Ventile ti und 12 mit der Kammer 20 verbunden. Die Kalibriergasquelle 17 ist ein Druckgasbehälter von etwa 200 cm³ Größe, in dem einphasig unter einem Anfangs-Überdruck von etwa 8 bar das v> Kalibriergas gespeichert ist. Es besteht aus einer Mischung von Luft mit etwa 1 μΙ Alkohol. Diese Mischung ist bei Umgebungstemperatur gasförmig, eine Kondensation tritt nicht auf. Das Kalibriergas gelangt mit von den Drosseln 16 und 19 begrenzter Strömung in bo die Kammer 20 und bringt die Wand 21 gegen die Kraft der Feder 22 in die Vollstellung. Unabhängig vom Druck in der Kalibriergasquelle 17 enthält die gefüllte Kammer 20 etwa 2 cm' Rauminhalt das Kalibriergas stets unter demselben, durch die Federkraft hervorgerufenen βί Überdruck von e'.v/a 1,5 bar. Die dadurch bestimmte Gasmenge ist so festgelegt, daß sie mit Sicherheit zur Durchführung der Kalibermessung ausreicht. Falls bei ren. Es soll im Gasanalysator als solches erkannt und durch Abgabe eines Steuerimpulses registriert werden. Der Eichgasvolumengeber besteht aus einer Überdruekflasche mit Eichgas, das über eine Druckreduziereinheit, ein Drosselventil sowie ein Eingangsschaltventil einem Eichprobengefäß zuführbar ist. Das Eichprobengefäß ist dabei das Zwischenleitungsstück zwischen dem Eingangsschaltventil und einem Ausgangsschaltventil. Das Innenvolumen des Zwischenleitungsstückes entspricht dem Volumen an Eichgas, das zu Beginn der exspiratorischen Phase dem Eingang der Saugleitung zu dem Gasanalysator zugeführt wird. In das Eichprobengefäß wird das Eichgas direkt ohne Druckminderer eingeleitet. Damit beeinflussen Druckänderungen im Vorratsbehälter den Füllzustand des Eichprobengefäßes und damit die Eichgasmenge und dann die Strömungsgeschwindigkeit. Es gibt im Eichprobengefäß keine Endschalter und daher keine Möglichkeiten eines automatischen Meßabbruches bei nur teilweiser Füllung. Große Meßfehler könnten die Folge sein (DE-AS 27 10 783).

Aufgabe der Erfindung ist eine KaSibnereinriehiung, die bei sparsamem Verbrauch an Kalibriergas und ohne zusätzlichen Energiebedarf definierte Kalibrierungen sichert

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Danach wird durch die Füllung der Kammer für jede Kalibrierung gerade die erforderliche Kalibriergasmenge bereitgestellt. Dadurch sind Fehlnwssungen ausgeschlossen. Es werden aber auch Verluste vermieden und mit geringem Kalibriergasvorrat eine lange Gebrauchszeit erreicht, was sich bei tragbaren Geräten vorteilhaft auswirkt. Unabhängig von wechselndem Vorratsdruck des Kalibriergases steht es in der Kammer stets unter dem durch die Federkraft bestimmten Druck und wird somit dem Halbleitersensor unter definierten Bedingungen zugeführt. Dadurch sind definierte Kalibrierungen gesichert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit dem Merkmal des Anspruches 2 ergibt sich durch die gasförmige Füllung eine lageunabhängige Verwendung bei stets gleicher Konzentration des Kalibriergases. Eine Beheizung und die damit verbundenen Energiequellen sind nicht erforderlich.

Nach dem Merkmal des Anspruches 3 kann zur Bereitstellung des Kalibriergases auch ein Verdunster eingesetzt werden, wobei das gebildete Kalibriergas dem Halbleitersensor durch die Kammer definiert und sparsam zugeführt wird.

Das Merkmal des Anspruches 4 macht einen programmierten Ablauf der Kalibrierung möglich und vermeidet Fehler durch Bediemingsirrtümer oder nicht erkannte Erschöpfung des Kalibriergasvorrates.

Die nach dem Merkmal des Anspruches 5 vorgeschaltete Drossel verhindert Störungen der Kalibrierung durch das Auftreten übermäßiger Strömungsgeschwindigkeiten bei hohem Vorratsdruck des Kalibriergases.

Ein Ausführungibeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in prinzipieller Darstellung gezeigt und wird im folgenden beschrieben.

Die Einblasöffnung 1 ist über den Strömungsfühler 2, die Leitung 3 und das I.Ventil 4 mit dem geheizten Probensammler 5, einem mit seinem Ende 6 zur Umgebung offenen Kohrwickel, verbunden. Das I. Ventil 4 ist über die Leitung 7 mit dem temperierten Halbleitersensor 8 und der nachgeschalteten Pumpe 9

entleerter Kalibriergasquelle 17 eine Füllung der Kammer 20 nicht möglich ist und die Wand 21 den Endschalter 24 nicht erreicht, wird der weitere Ablauf von der Steuerung 25 unterbrochen. Am Ende des Füllvorganges betätigt die Wand 21 den Endschalter 24 und löst über die Steuerung 25 eine Umschaltung der Ventile 11 und 4 in die Grundstellung aus, während das 3. Ventil 12 in Schaltstellung verbleibt. Damit ist die Leitung 7 durch das 1. Ventil 4 geschlossen. Das in der Kammer 20 enthaltene Kalibriergas strömt über die Drossel 19, die Leitung 18, die Ventile 12 und 11 und die Leitung 10 zum Halbleitersensor 8 und von dort über die Pumpe 9 in die Umgebung. Dabei erfolgt am Halbleitersensor 8 die Kalibriermessung. Da stets die gleiche Kammerfüllung unter dem Druck der Feder 22 zuströmt, ergibt sich für jede Kalibriermessung ein reproduzierbarer Verlauf. Am Ende des Entleerungshubes betätigt die Wand 21 den Endschalter 23. Die Steuerung 25 beendet dann die Kalibriermessung durch Umschaltung des 3. Ventils 12 in die Grundstellung. Damit befindet sich die gesamte Anordnung wieder in der Grundstellung.

Die Probandenmessung wird durch Einblasen der

Atemluft in die Einblasöffnung 1 begonnen, wobei der Strömungsfühler 2 die Steuerung 25 auslöst. Die Atemluft fließt über den Strömungsfühler 2, die Leitung 3 und das I. Ventil 4 in den Probensammler 5 und füllt ■ diesen, wobei der bisherige Inhalt des Probensammlers am offenen Ende 6 in die Umgebung verdrängt wird. Aufgrund der Signale des Strömungsfühlers 2 werden dann von der Steuerung 25 die Ventile 4 und 12 in die Schaltstellung gebracht. Dadurch wird die Leitung 10

in gesperrt, denn eine Strömung aus der leeren Kammer 20 kann nicht erfolgen. Die Atemluftprobe wird aus dem Probensammler 5 über das I. Ventil 4. die Leitung 7 und den Halbleitersensor 8 gefördert. Der Maximalwert des Sensorsignals wird in der Steuerung 25 gespeichert und

ι. als Meßwert angezeigt. Unmittelbar anschließend an die Atemluftprobe wird Umgebungsluft gefördert, die am Ende 6 des Probensammlers 5 angesaugt wird. Reste der Atemluftprobe werden dadurch aus dem Leitungszug vom Probensammler 5 zum Halbleiterscnsor 8 ausgc-

.'" spült. Sobald das Sensorsignal seinen Grundwert für Umgebungsluft wieder erreicht, werden durch die Steuerung 25 die Ventile 4 und 12 und damit die gesamte Anordnung wieder in die Grundstellung gebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Kalibriereinrichtung für ein Atemalkohol-Meßgerät mit Halbleitersensor, umfassend eine mit dem Halbleiiersensor über eine Ventilanordnung verbindbare Kalibriergasquelle, gekennzeichnet durch eine über Ventile (11, 12) abwechselnd mit der Kalibriergasquelle (17) und dem Halbleitersensor (8) verbindbare zylindrische Kammer (20), die eine gegen die Kraft einer Feder (22) zwischen zwei Endlagen als Kolben verschiebliche Wand (21) aufweist.

2. Kalibriereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriergasquelle (17) ein Druckgasbehälter mit Kalibriergasfüllung ist.

3. Kalibriereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriergasquelle (17) ein an eine Druckgasversorgung angeschlossener Verdunster ist.

4. Kalibriereinrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20) an den Endlagen der verschiebüchen Wand (21) angeordnete, mit einer an die Ventile (11, 12) angeschlossenen Steuerung (25) verbundene Endschalteriaa, 24) besitzt

5. Kalibriereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (20) eine Drossel (19) vorgeschaltet ist.