DE2931647C2 - Einrichtung zur Bestimmung der Beinflussung gasförmiger Bestandteile eines Gasstroms durch Verdünnung und/oder Diffusion - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung der Beinflussung gasförmiger Bestandteile eines Gasstroms durch Verdünnung und/oder DiffusionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung gasförmiger Bestandteile eines
durch ein gasdurchlässiges Prüfobjekt fließenden Gasstroms durch Verdünnung und/oder Diffusion mit
einer ein Eichgas durch zumindest einen Teil des Prüfobjektes ziehenden Saugquelle, mit einem Volumenmesser
für das in das Prüfobjekt einströmende Eichgas und mit einer Meßeinrichtung für die
Konzentration des aus dem Prüfobjekt austretenden Gases.
Eine solche Einrichtung ist zur Untersuchung beliebiger, gasdurchlässiger Prüfobjekte geeignet, wobei
als Beispiele Filter, insbesondere Filterstäbe, Cigarren und Cigaretten genannt werden sollen. Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Untersuchung von Cigaretten näher erläutert.
Während in vielen Veröffentlichungen die Änderungen der Konzentration des Hauptstromrauches bei
Cigaretten während der Verbrennung untersucht worden sind, wurden die Auswirkungen von Verdünnung
und Diffusion auf die Konzentration von gasförmigen Bestandteilen wegen der experimentellen
Schwierigkeiten erst in letzter Zeit erforscht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Diffusions- und Verdünnungseffekte
experimentell nicht von der Gaserzeugung durch die Verbrennung unterschieden werden konnten.
Da jedoch die gasförmigen Bestandteile des Rauchs, insbesondere die sogenannten niedermolekularen Gase,
wie beispielsweise Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Stickoxide, in
zunehmendem Maße Bedeutung erlangen, wurde eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung der
gasförmigen Bestandteile des Rauchstroms durch Verdünnung und Diffusion der angegebenen Gattung
entwickelt (Beiträge zur Tabakforschung, Band 9, Heft 3, Oktober 1977, Seite 141 ff).
Dabei wird ein Eichgas aus einem Gasbeutel von einer Rauchmaschine durch eine Cigarette gezogen und
anschließend quantitativ analysiert, d. h., die Konzentration des Gases in der aus der Cigarette austretenden
Strömung bestimmt. Vor dem Beginn jeder Meßreihe wird das Eichgas durch eine Seifenblasen-Bürette
gezogen, um das Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases zu bestimmen. Aus dem
konstanten Hub der Rauchmaschine und damit dem konstanten, von der Rauchmaschine angesaugten
Volumen, aus dem Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases und aus der gemessenen
Konzentration des austretenden Gases läßt sich die Konzentrationsänderung des Eichgases ermitteln, die
auf die Diffusion des Eichgases durch das Cigarettenpapier nach außen bzw. auf das durch das Cigarettenpapier
in die Cigarette gesaugte, das Eichgas verdünnende Umgebungsgas zurückzuführen ist. Das Eichgas wird
zuvor aus einem Druckgasbehälter (Gasflasche) in den Gasbeutel überführt, da das Eichgas für die beschriebene
Meßmethode nicht unter Überdruck gegenüber der die Cigarette umgebenden Atmosphäre stehen darf.
In der Praxis, insbesondere bei der routinemäßigen Kontrolluntersuchung von Cigaretten, haben sich
jedoch mehrere Nachteile der bekannten Einrichtung herausgestellt: Die Bedienung einer Seifenblasen-Büret-
te ist äußerst umständlich, zeitaufwendig und fehleranfälüg.
Die Konzentration des aus einer Gasflasche in den Gasbeutel abgefüllten Eichgases, die sich durch
Restgase infolge unvollständiger Evakuierung des Gasbeutels, durch eingeströmtes Fremdgas während
der Handhabung des Gasbeutels oder infolge von Undichtigkeiten verändern kann, läßt sich nicht ohne
Eingriff in das geschlossene Meßsystem überprüfen.
Und schließlich ist keine Kontrolle des Volumens des in die Cigarette einströmenden Gases wahrend der
eigentliche.-! Messung möglich, da das durch die Seifenblasen-Bürette geströmte Eichgas wegen des
aufgenommenen Wasserdampfes für eine Messung der Verdünnung und Diffusion nicht herangezogen werden
kann. is
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung der
gasförmigen Bestandteile eines Gasstroms durch Verdünnung und/oder Diffusion der angegebenen
Gattung zu schaffen, bei der die obei. erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Insbesondere soll eine Einrichtung vorgeschlagen werden, die trotz einfacher Handhabung die exakte
Überwachung und Eichung der verschiedenen, die Messung beeinflussenden Parameter ermöglicht
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß der Volumenmesser ständig in
den Strömungsweg zwischen Gasquelle und Prüfobjekt eingeschaltet bleibt, also z. B. bei jedem Hub einer
Rauchmaschine gleichzeitig auch das Volumen des in die Cigarette einströmenden Eichgases ermittelt wird,
ohne daß dadurch die eigentliche Messung beeinträchtigt wird. Bei jeder Messung liegt also dieses Volumen
vor, so daß etwaige Schwankungen des eingezogenen Eichgasvolumens bei der Auswertung berücksichtigt
werden können.
Durch Einschalten des Bypasses in den Strömungsweg strömt das Eichgas aus der Gasquelle über den zur
Volumenmessung dienenden Laminar-Widerstand an der Cigarette vorbei zu der Meßeinrichtung für die
Konzentration des Eichgases.
Bei dieser Betriebsart kann sehr einfach eine Überprüfung der Eichung des Volumenmessers durchgeführt
werden.
Das von der Rauchmaschine angesaugte Volumen bleibt auch über längere Zeiträume exakt konstant, so
daß dieses bekannte Volumen beim Durchströmen des Bypasses mit der Anzeige des Volumenmessers
korreliert und damit der Volumenmesser geeicht werden kann.
Außerdem läßt sich bei dieser Betriebsart die Konzentration des in die Cigarette einströmenden
Eichgases ohne Eingriff in das geschlossene Meßsystem einfach und schnell überprüfen. Änderungen in der
Eichgas-Konzentration können also auf diese Weise ebenfalls erfaßt und bei der späteren Auswertung
berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 in Form eines Blockschaltbildes den Prinzip-Aufbau der Einrichtung, und
F i ε. 2 einen detaillierten SchaltDlan für die Einrich
Wie sich aus F i g. 1 ergibt, weist die Einrichtung eine
Quelle 10 für ein Eichgas, beispielsweise einen Gasbeutel, auf, in den das Eichgas aus einer Flasche
(nicht dargestellt) eingeleitet wird. Diese Gasquelle 10 ist an einen Strömungsweg 12 angeschlossen.
Mit der Gasquelle 10 ist ein im Strömungsweg 12 angeordneter Laminar-Widerstand 14 verbunden, an
dem ein Druckabfall des von einer Kolb^nrauchmaschine 34 angesaugten Eichgases auftritt. Die an dem
Laminar-Widerstand 14 entstehende Druckdifferenz wird durch einen Differenzdruck-Aufnehmer 16 erfaßt
und einem Verstärker 18 zugeführt. Das verstärkte Differenzdruck-Signal wird auf einen Integrator 20
gegeben, der die Druckdifferenz über die Strömungszeit integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 20, das
ein direktes Maß für das bei einem Hub aus der Gasquelle 10 abgezogene Eichgasvolumen darstellt,
wird in einer Anzeigeeinrichtung 22 angezeigt.
Das Eichgas gelangt nach dem Durchströmen des Laminar-Widerstandes 14 zu einem ersten Magnetventil
24. In Abhängigkeit von der Stellung dieses Magnetventils 24 strömt das Eichgas entweder durch
einen Bypass 26 oder durch ein in einen Halter 28 eingespanntes Prüfobjekt, in diesem Fall eine Cigarette
30. Die beiden Köpfe 28a und 28b des Halters können relativ zueinander verschoben werden, wie in F i g. 1
durch den Doppelpfei1 angedeutet ist. In diesen Köpfen 28a und 28£>
des Halters 28 werden die Enden der Cigarette 30 gasdicht aufgenommen, so daß nur der
zwischen den Köpfen 28a und 28£> befindliche Bereich
der Oberfläche der Cigarette 30 in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre ist. Nur über diesen, genau
definierten Bereich kann also ein etwaiger Gasaustausch durch das Cigarettenpapier zwischen dem Innern
der Cigarette und der umgebenden Atmosphäre erfolgen. Durch eine Verschiebung der Köpfe 28j und
2Sb läßt sich dieser Bereich der Oberfläche bei Bedarf variieren.
Die Rückführung des durch den Bypass 26 stromenden Gases zum Hauptströmungsweg, nämlich zum
Strömungsweg durch die Cigarette 30, erfolgt über ein zweites Magnetventil 32. An dieses zweite Magnetventil
32 ist ein drittes Magnetventil 40 angeschlossen, das einerseits mit der Kolbenrauchmaschine 34 und
andererseits mit einer nur schematisch angedeuteten Meßeinrichtung 36 für die Konzentration des in dem
Gasvolumen vorhandenen Eichgases verbunden ist. Die Art der Meßeinrichtung 36 hängt von der Art des zu
untersuchenden Gases ab. Bei der gleichzeitigen Untersuchung mehrerer Gase wird beispielsweise ein
Gaschromatograph verwendet. Wenn nur ein bestimmtes Gas, beispielsweise CO, untersucht werden soll,
bietet sich eine kontinuierliche Messung bei jedem Hub, beispielsweise mittels eines Infrarotgerätes, an. Das
Meßergebnis wird in einer Anzeigeeinrichtung 38 dargestellt.
Eine Kolbenrauchmaschine 34 saugt bei jedem Hub ihres Kolbens ein konstantes Gasvolumen an und stößt
dieses Gasvolumen beim Kolbenrücklauf wieder aus.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 2 näher erläutert,
die einen Schaltplan der Einrichtung darstellt und neben den bereits erwähnten Teilen noch Taster Ta und Te für
die Einschaltung der verschiedenen Teile, Relais Re 1, Re 2 und Re 3 für die Steuerung der verschiedenen
Teile, einen Motor M für die Rauchmaschine 34, einen Schalter Si für das erste Magnetventil 24 und eine
Anzeigelampe L\ zeigt.
Während die Taster und die Relais an einer üblichen Speisespannung von 24 Volt liegen, wird der Motor M
durch eine Netzspannung von 200 Volt gespeist. Da zweckmäßigerweise ein Gleichstrommotor verwendet
wird, muß diese Netzspannung noch in einem Gleichrichter 42 gleichgerichtet werden.
Bei der im allgemeinen manuell erfolgenden Betätigung des Tasters Ta zieht das Relais Re 1 an und geht in
Selbsthaltung. Dadurch schaltet das Relais Re 1 den Motor M der Kolbenrauchmaschine 34 an, so daß die
Kolbenrauchmaschine 34 einen Hub beginnt. Gleichzeitig verbindet das Relais Re 1 die Relais Re 2 und Re3
■mit der Speisespannung.
Das Relais Re 2 schaltet nun die beiden Magnetventi- ι r>
ie 32 und 24, deren Funktion durch einen Schalter S\ unterbrochen werden kann. Die Stellung der beiden
Magnetventile wird durch die Lampe L\ angezeigt.
Das Relais Re 3 zieht nach einer zeitlichen Verzögerung von 0,5 see an, wodurch die Startleitung zum
Integrator 20 unterbrochen wird.
Damit zieht also die Rauchmaschine 34 in einem Hub ein genau definiertes Gasvolumen an und saugt dabei
eine bestimmte Gasmenge aus dem Gasbeutel 10 ab. Diese Menge durchströmt den Laminar-Widerstand 14, 2r>
an dem auf die oben erläuterte Weise über die gesamte Zugzeit das differentielie Strömungsvolumen gemessen,
über die Strömungszeit integriert und in der Anzeigeeinrichtung 22 dargestellt wird.
Die Integration der Druckdifferenz und damit die M)
Volumenmessung beginnt also zu einem genau definierten, von dem Relais Re 3 bestimmten Zeitpunkt.
Das Eichgas strömt von dem Laminar-Widerstand 14 zu dem Magnetventil 24, dessen Stellung durch den
Schalter S\ bestimmt wird. In Abhängigkeit von seiner i">
Stellung strömt das Eichgas entweder durch den Bypass 26 oder durch die Cigarette 30. Anschließend strömt das
Gas durch das zweite, entsprechend eingestellte Magnetventil 32 und durch das dritte Magnetventil 40 in
die Rauchmaschine 34.
Wenn der Kolben der Rauchmaschine 34 seine Endlage erreicht, wird der Endlagetaster Tkbetätigt, der
die Selbsthaltung des Relais Re 1 löst. Dadurch wird die Drehrichtung des Motors umgepolt, so daß der Kolben
der Rauschmaschine 34 in seine Ausgangslage zurückbewegt und damit das Gasvolumen aus der Rauchmaschine
34 ausgestoßen wird.
Synchron mit der Umkehr der Drehrichtung des Motors M wird das dritte Magnetventil 40 geschaltet, so
daß das aus der Rauchmaschine 34 ausgestoßene Gasvolumen zu der Meßeinrichtung 36 strömt, die den
ermittelten Wert in der Anzeigeeinrichtung 38 darstellt.
Zur Eichung der Einrichtung, insbesondere zur Überprüfung der Eichgaskonzentration und des in die
Cigarette eintretenden Strömungsvolumens, werden das erste und zweite Magnetventil 24, 32 so eingestellt,
daß das Eichgas durch den Bypass 26 strömt, während bei der eigentlichen Messung das Eichgas nach
Umstellung dieser Magnetventile 24, 32 durch die Cigarette 30 strömt. Aus dem konstanten, von der
Rauchmaschine 34 angesaugten Volumen, aus der Konzentration des in die Cigarette 30 einströmenden
Eichgases, aus dem in die Cigarette 30 einströmenden Volumen und aus der gemessenen Konzentration des
aus der Cigarette 30 austretenden Gases kann dann berechnet werden, wie stark die Verdünnung des Gases
infolge der in die Cigarette eingeströmten Umgebungsgase (z. B. Luft) bzw. aufgrund der Diffusion des
Eichgases aus der Cigarette heraus ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Einrichtung zur Bestimmung der Beeinflussung gasförmiger Bestandteile eines durch ein gasdurch- ί
lässiges Prüfobjekt fließenden Gasstroms durch Verdünnung und/oder Diffusion mit einer ein
Eichgas durch zumindest einen Teil des Prüfobjektes ziehenden Saugquelle, mit einem Volumenmesser
für das in das Prüfobjekt einströmende Eichgas und mit einer Meßeinrichtung für die Konzentration des
aus dem Prüfobjekt austretenden Gases, gekennzeichnet durch einen im Strömungsweg (12)
von der Gasquelle (10) zum Prüfobjekt (30) liegenden Laminar-Widerstand (14), durch eine '5
Einrichtung (16, 18, 20, 22) zur Messung des Gasvolumens aus dem Integral der an dem
Laminar-Widerstand (14) auftretenden Druckdifferenz über der Zeit und durch einen wahlweise in den
Strömungsweg (12) zwischen dem Laminar-Widerstand (14) und der Saugquelle (34) einschaltbaren,
das Prüf objekt (30) umgehenden Bypass (26).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an den Laminar-Widerstand (14)
angeschlossenen elektrischen Differenzdrucknehmer (16), durch einen Integrator (20) zur Bestimmung
des in das Prüfobjekt (30) einströmenden Gasvolumens mittels Integration des Differenzdruck-Signals
über die Zeit, und durch eine Anzeigeeinrichtung (22) für den Differenzdruck und 3«
für das Gasvolumen.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Magnetventil (24)
zwischen dem Laminar-Widerstand (14) einerseits und dem Bypass (26) bzw. dem Prüfobjekt (30) "
andererseits.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein zweites Magnetventil (32) zwischen der
Saugquelle (34) einerseits und dem Bypass (26) bzw. dem Prüfobjekt (30) andererseits. -to
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Saugquelle eine
Kolbenrauchmaschine (34) mit einstellbarem Zugvolumen (Kolbenhub) verwendet wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein drittes Magnetventil (40)
zwischen dem zweiten Magnetventil (32) einerseits und der Saugquelle (34) bzw. der Meßeinrichtung
(36) andererseits.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, ™
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben der Kolbenrauchmaschine (34) beim Erreichen der
Endlage selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und dabei das angesaugte Gasvolumen
ausstößt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen der Endlage des
Kolbens das dritte Magnetventil (40) automatisch umgeschaltet und dadurch die Kolbenrauchmaschine
(34) mit der Meßeinrichtung (36) verbunden wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung
(Tt, Te, ReI, Re2, Re3, Si) zur Steuerung des
umschaltbaren Motors (M) der Kolbenrauchmaschine (34), der Magnetventile (24, 32, 40) und der
Messungen.
10. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Untersuchung von Filtern,
insbesondere von Filterstäben, Cigarren oder
Cigaretten.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Beiträge zur Tabakforschung, Bd. 9, H. 3, Oktober 1977, S. 141-146 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2931647B1 (de) | 1980-11-13 |
| FR2463410B1 (de) | 1985-01-11 |
| GB2056673B (en) | 1983-12-21 |
| CH648189A5 (de) | 1985-03-15 |
| US4348887A (en) | 1982-09-14 |
| FR2463410A1 (fr) | 1981-02-20 |
| GB2056673A (en) | 1981-03-18 |
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