DE2939957A1

DE2939957A1 - Dosimeter mit niedriger luftdurchflussleistung

Info

Publication number: DE2939957A1
Application number: DE19792939957
Authority: DE
Inventors: Adoniram Judson Wells
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Ema Corp
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1980-04-10
Also published as: ES484663A1; AU523661B2; IT7926162A0; CA1116434A; MX147570A; GB2033109B; US4257746A; SE452200B; CH641564A5; GB2033109A; IT1193235B; AU5130579A; JPS5550177A; NL7907321A; BE879117A; SE7908111L; PT70261A; FR2438291B1; AR218559A1; DE2939957C2

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte X

Müi.chen.

2 Oktober 1979

Postanschrift / Postal Address Postfach 86O1O9, βΟΟΟ München ββ

PienzenauerstraQe 23

Telefon 08 32 22

Telegramme: Chemlndu» München

Telex: (O) 623992

FF 6098

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY

10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898,

V. St. A.

Dosimeter mit niedriger Luftdurchflussleistung

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FF 6098

Die Erfindung betrifft ein Dosimeter zur Überwachung von Arbeitern und Arbeitsräumen, insbesondere ein Dosimeter mit einer geringen Luftdurchflußleistung.

Dosimeter sind an sich bekannt und werden in verstärktem Maße zur Bestimmung des Ausmaßes verwendet, in dem Arbeiter fremden Substanzen in der Luft, beispielsweise chemischen Dämpfen oder Gasen, Staubteilchen und dgl. ausgesetzt sind. Ein Dosimeter wird in einem Arbeitsraum angeordnet oder von einer Einzelperson getragen, wobei Luft durch ein Filter gepumpt wird, das die in der Luft enthaltenen Fremdsubstanzen festhält. Am Ende eines Meßzeitraums wird das Filter entfernt und auf Fremdsubstanzen hin analysiert. Derartige Dosimeter sind in der US-PS 4 o63 824 und in der US-Patentanmeldung 8oo 43o vom 25. Mai 1979 beschrieben.

Bei solchen Dosimetern besteht ein Problem darin, daß sie für eine hohe Luftdurchflußleistung in der Größenordnung von Sog - 4ooo Kubikzentimetern pro Minute (cc/min.) ausgelegt sind und bei geringen Luftdurchflußleistungen in der Größenordnung von 25 - 125 cc/min. nicht betrieben werden können. Innenreibung der Pumpe des Dosimeters verursacht bet einem Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit zur Erzeugung geringer Luftdurchflußleistungen einen unregelmäßigen Pumpenbetrieb. Hohe Luftdurchfliaßleistungen sind für Dosimeter erwünscht, die Filter zum Messen von Staubteilchen in der Luft

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aufweisen. Geringe Luftdurchflußleistungen sind bei Dosimetern erwünscht, die Filter wie Aktivkohlefilter zum Messen von Dämpfen oder Gasen in der Luft verwenden. Mit Pumpen versehene Dosimeter, die für einen Betrieb mit geringen Luftdurchflußleistungen ausgelegt sind, können nicht mit hohen Luftdurchflußleistungen betrieben werden.

Es besteht daher die Notwendigkeit zur Schaffung eines Dosimeters, das anstelle verschiedener Dosimeter für unterschiedliche Luftdurchflußleistungen so eingesetzt werden kann, daß sowohl hohe als auch niedrige Luftdurchflußleistungen erzeugbar sind, die jeweils genau, gleichmäßig und geregelt sind.

Das erfindungsgemäße Dosimeter mit einer niedrigen Luftdurchflußleistung zur überwachung von Arbeitsräumen oder Einzelpersonen hat eine Filtereinrichtung, in der Teilchen oder Dämpfe gesammelt werden, die in einem durch das Dosimeter gepumpten Luftstrom enthalten sind, einen Elektromotor, eine Energiequelle, eine Austragsöffnung, eine Pumpe mit veränderlichem Antrieb, die den Luftstrom durch die Filtereinrichtung saugt, einen durch Rohre mit der Filtereinrichtung verbundenen Eingang und Ausgang aufweist und mit dem Elektromotor gekuppelt ist; eine Drosselstelle, die in einem Rohr sitzt, welches mit der Pumpe und der Austragsöffnung verbunden ist und durch die der Luftstrom gepumpt wird, wobei ein sich mit dem Luftdurchfluß verändernder Druckabfall entsteht; eine Einrichtung zur Reduzierung von Pulsationen des Luftstroms; einen Differenzdruckschalter, der in einem Rohr angeordnet ist, welches wirkungsmäßig parallel zur Drosselstelle verläuft und bei einer Änderung des Luftdruckabfalls anspricht sowie ein elektrisches Niederspannungs-Eingangssignal erzeugt; einen Integrationskreis, der elektrisch leitend mit der Energiequelle und dem Druckschalter verbunden ist und das von diesem erzeugte Eingangssignal integriert; und einen Verstärkerkreis, der elektrisch

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leitend mit der Energiequelle verbunden und mit dem Integrationskreis sowie dem Elektromotor in Reihe geschaltet ist und der das von dem Integrationskreis erzeugte Signal verstärkt sowie dieses verstärkte Signal an den Elektromotor gibt, wodurch die Pumpenantriebsgeschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit von dem durch den Druckschalter erzeugten Signal gesteuert und ein Luftstrom mit gesteuerter, konstanter Durchflußleistung aufrechterhalten wird, wobei zur Erzeugung eines Luftstromes mit niedriger Durchflußleistung durch das Dosimeter ein einstellbares Bypass-Absperrorgan vorgesehen ist, das parallel zu der veränderlich antreibbaren Pumpe angeordnet ist, derart, daß geregelte Luftmengen vom Pumpenausgang zum Pumpeneingang zurückgeführt werden können und die Pumpe so eine konstante, niedrige Luftdurchflußleistung erzeugen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Dosimeters,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Pulsations-Ausgleichsfilters und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schaltkreises für eine bevorzugte Ausführungsform eines Dosimeters, der einen Detektorkreis für einen geringen Luftdurchfluß und einen Batterie-Kontrollkreis umfaßt.

Bei der Benutzung kann das Dosimeter in einem Arbeitsraum angebracht oder von einer Einzelperson getragen werden, um die Umgebung, der der Arbeiter ausgesetzt ist, zu überwachen. Nach der Inbetriebnahme des Dosimeters über einen bestimmten Zeitraum, wie einer Achtstundenschicht, wird das Filter entfernt und der Filterinhalt zur Bestimmung der Substanzen und der Substanzmengen analysiert, denen ein Arbeiter in dieses*

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Zeitraum ausgesetzt war. Das einstellbare Bypass-Absperrorgan des verbesserten Dosimeters ermöglicht dessen Betrieb mit hoher Luftdurchsatzleistung, die für das Sammeln von₄ Staubteilchen empfehlenswert ist, und mit einer geringen Luftdurchflußleistung, die zur Aufnahme von Dämpfen oder Gasen empfehlenswert ist.

Die schematische Darstellung in Fig. 1 zeigt eine Grundanordnung eines Raumdosimeters. Dabei wird Luft mit konstanter Durchflußleistung in den Einlaß 1 gepumpt und durch ein Filter 2 geführt. Der Lufteinlaß und das Filter sind durch ein Rohr mit einer einen verstellbaren Antrieb aufweisenden Luft-Pumpe 3 verbunden, die ihrerseits einen Eingang und einen Ausgang hat und von einem elektrischen Gleichstrommotor 9 angetrieben wird. Ein einstellbares Bypass-Absperrorgan 12 ist parallel zu der Pumpe 3 geschaltet, so daß geregelte Luftmengen von dem Pumpenausgang zum Pumpeneingang hin zurückgeführt werden können, wodurch die Pumpe einen konstanten Luftstrom mit geringer Durchflußleistung erzeugen kann. Luft mit geringer Durchflußleistung wird durch eine Drossel 5 gepumpt, die in einem zu der Austragsöffnung führenden Rohr angeordnet ist und einen Druckabfall der Luft bewirkt. Ein Mittel zur Verringerung von Pulsationen des Luftstroms ist die Verwendung eines Pulsations-Ausgleichsfilters 4, das in einem Rohr positioniert ist, welches parallel zu der Drossel 5 mit der Austragsßffnung verbunden ist. Parallel zu dem Pulsations-Ausgleichsfilter ist ein Druckschalter 6 angeordnet, der durch jede Änderung des Luftdruck-Abfalls betätigt wird. Der Druckschalter 6 ist elektrisch leitend mit dem Integrationskreis 7 verbunden, der das vom Druckschalter kommende Eingangssignal aufnimmt und ein elektrisches Signal erzeugt. Das von dem Integrationskreis 7 erzeugte Signal wird dem Verstärkerkreis 8 zugeführt, der dieses Signal verstärkt, das dann die Geschwindigkeit des die Pumpe 3 antreibenden Elektromotors 9 so steuert, daß ein Luftstrom mit konstanter Dürchflußleistung durch das Dosimeter geführt wird. Der Integrationskreis und der Ver-

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stärkerkreis sind elektrisch mit einer Gleichstromquelle 11 verbunden, die gewöhnlich eine Batterie ist. Zwischen der Energiequelle 11 und dem Verstärkerkreis sowie dem Integratorkreis ist ein Ein-Aus-Schalter 1o angeordnet.

Ein anderer Aufbau des Dosimeters als der zuvor beschriebene kann auch verwendet werden. So kann beispielsweise die Drossel durch ein Rohr in Reihe mit dem Filter und der Pumpe verbunden sein. Die Pumpe zieht einen Luftstrom durch die Drossel und durch das Filter. Wie bei der vorangehend beschriebenen Ausführung können ein Pulsationsfilter und ein Druckschalter parallel zu der Blende angeordnet sein, wobei der Schalter jede Änderung des Luftdruckabfalls mißt. Bei einer anderen Ausführungsform sind ein Filter und eine Drossel 'durch ein Rohr in Hintereinanderanordnung mit einer Pumpe verbunden, wobei die Pumpe die Luft durch das Filter und die Drossel ansaugt. Ein Pulsationsfilter und ein Druckschalter sind parallel zu de"r Drossel angeordnet, wobei der Schalter jede Änderung eines Luftdruckabfalls mißt. Bei jeder der vorangehend erwähnten Aus führungs formen kann das Dosimeter auch ohne das Pulsationsfilter arbeiten, jedoch verkürzt sich dann die Lebensdauer des Druckschalters wesentlich. Außerdem wird bei jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen die Durchflußleistung des Luftstroms durch die Einstellung des einstellbaren Bypass-Absperrorgans, die Größe der Drosselöffnung und des für die Betätigung des Druckschalters erforderlichen Druckes bestimmt.

Das Filter 2 des Dosimeters kann so angepaßt werden, daß es beinahe jede Art von Substanzen wie Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe einfangen kann. Wenn nur eine mechanische Filtrierung gefordert wird, um beispielsweise Staubteilchen zu sammeln, denen ein Arbeiter ausgesetzt ist, wird ein Filter vorgesehen, das Teilchen von o,o1 Mikron oder größer festhält. Wenn das Filter ein Gas wie Schwefeldioxid festhalten soll, wird ein dieses Gas aufnehmendes chemisches Filter verwendet.

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Wenn Dämpfe festgehalten werden sollen, v/ird ein Filter wie ein Aktivkohlefilter verwendet, das Dämpfe aufnehmen kann. Am Ende einer Zeitperiode wie einer Achtstundenschicht, während der das Dosimeter zur überwachung eines Raumes verwendet worden ist, wird das Filter entfernt und auf die Substanz oder Substanzen hin untersucht, die in dem Arbeitsraum vorhanden waren. Dabei kann eine einfache Teilchenzählung unter einem Mikroskop erfolgen oder das Filter beispielsweise durch einen Gas-Chromatografen bzw. zur Ermittlung der Gewichtszunahme durch einen Gewichtsanalysator analysiert v/erden.

In dem Dosimeter wird eine Luft-Pumpe mit verstellbarem Antrieb verwendet. Dabei kann eine Mehrzylinder-Luftpumpe wie eine Vierzylinder-Membranpumpe verwendet werden, die eine Luftmenge von 5oo bis 1o ooo Kubikzentimetern pro Minute (cc/min.) in kontinuierlichem Strom fördert. Die Pumpe ist mit einem konventionellen Gleichstrommotor verbunden, der eine Leistung von ο,οοοΐ - o,1 PS hat. Der Motor ist geschwindigkeitsveränderlich und arbeitet von etwa 5 bis 1o ooo Umdrehungen pro Minute. Bei einer geringeren Drehzahl kann die Pumpe jedoch steckenbleiben, sich festsetzen, anhalten und wieder anlaufen und im wesentlichen unregelmäßig pumpen. Es ist daher erwünscht, die Pumpe für einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Betrieb mit einer Drehzahl von etwa 2oo bis 12oo Upm zu betreiben. Zur Erzielung von Luft-Strömungsmengen unter 5oo cc/min. wird das einstellbare Bypass-Absperrorgan 12 benutzt, wodurch dann Luftdurchflußleistungen von etwa 1 bis 5oo cc/min. mit gleichmäßigem Pumpenbetrieb bequem erreicht werden können.

Eine Einzylinder-Membranpumpe mit verstellbarem Antrieb, die eine Luftmenge von 1o bis 3ooo cc/min. pumpt,kann ebenfalls verwendet werden. Gewöhnlich wird ein zwischen der Pumpe und der Drossel 5 positionierter Luftspeicher zur Reduzierung der Pulsation des Luftstroms bei dieser Einzylinderpumpe verwendet. Der Luftspeicher wird anstelle des Pulsations-Ausgleichs-

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filters verwendet. Ein Dosimeter mit einem solchen Speicher ist in der US-PS 4 o63 824 dargestellt. Um Luftdurchflußleistungen von unter 1o cc/min bei einem solchen Dosimeter zu erreichen, wird ein einstellbares Bypass-Absperrorgan verwendet.

Andere Pumpen wie Kolbenpumpen, Rotationspumpen oder Zentrifugalpumpen können ebenfalls verwendet v/erden.

Durch das öffnen des einstellbaren Bypass-Absperrorgans 12 wird Luft vom Ausgang zum Eingang der Pumpe zurückgeführt, wodurch die Luftdurchflußleistung durch das Dosimeter verringert wird. Durch das Schließen des Bypass-Absperrorgans wird die Luftdurchflußleistung durch das Dosimeter erhöht. Durch eine genaue Einstellung des Bypass-Absperrorgans läßt sich die gewünschte Luftdurchflußleistung durch das Dosimeter erreichen.

Das Bypass-Absperrorgan kann ein einstellbares Nadelventil, ein Ventil mit feststehender Öffnung oder anstelle eines Ventils auch eine feststehende Blende mit oder ohne Absperrventil sein. Es können auch zwei Absperrorgane hintereinander verwendet werden, wobei das eine Absperrorgan für eine Grobeinstellung und das andere für eine Feineinstellung verwendet wird.

Zur Verbindung des Motors mit der Pumpe wird gewöhnlich ein Treibriemen verwendet. Bei Verwendung einer Anordnung mit Riemenscheiben verschiedener Größen läßt sich die Antriebsgeschwindigkeit ändern. Ein Vorteil des Riementriebs besteht darin, daB der Treibriemen schlupft, wenn die Pumpe gehemmt wird, so daß der Motor dadurch nicht geschädigt werden kann. Der Motor kann auch direkt oder durch Zahnräder mit der Pumpe verbunden werden.

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In einem die Pumpe mit der Austragsöffnung verbindenden Rohr ist eine Drosselstelle angeordnet. Die Drossel erzeugt einen Druckabfall des Luftstroms von etwa 7,*· - 25* mm Wassersäule (o,3-1o inches Wassersäule). Gewöhnlich wird ein uruukcujf ?J ι von etwa 76 mm Wassersäule (3 inches Wassersäule) benutzt und in Verbindung damit ein Druckschalter mit einem Einstellpunkt von 76 mm Wassersäule (3 inches Wassersäule) verwendet. Dabei kann eine feste oder auch eine einstellbare Drossel verwendet werden. Beispiele für feststehende Drosseln sind ein Venturirohr sowie eine Lochblende mit einem Loch in der gewünschten Größe. Ein typische einstellbare Drossel, die vorzugsweise verwendet wird, ist ein einstellbares Nadelventil. Vorzugsweise wird ein einstellbares, doppelt konisches Nadelventil verwendet, das eine Grobeinstellung und dann eine Feineinstellung zur exakten Herbeiführung eines gewünschten Druckabfalls erlaubt.

Das Pulsations-Ausgleichsfilter beseitigt Druckstöße des Luftstroms, die durch die Pumpe verursacht werden, so daß der Druckschalter nicht bei jedem Druckstoß anspricht, der bei einem jeden Pumpenhub erzeugt wird, jedoch bei einem mittleren Druckabfall über die Drossel arbeitet, wodurch sich die Lebensdauer des Druckschalters erhöht.

Das Pulsations-Ausgleichsfilter bewirkt außerdem eine Verzögerung des zu dem Druckschalter laufenden Drucksignals. Diese Verzögerung wird durch den Steuerkreis für die Pumpe verursacht, der die Pumpengeschwindigkeit in wiederhohlbarer Weise erhöht oder erniedrigt.

Die Fig. 2 zeigt die Elemente des Pulsations-Ausgleichsfilters. Die von der Pumpe kommende Luft strömt durch die Drossel 5. Durch die Erzeugung eines Druckabfalls über die Drossel 5 ergibt *ich an der Einlaßseite ein höherer Druck als an der Auslaßseite <if.r Drossel. Der höhere Druck wird dem

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Druckschalter durch Drosselstellen 13 und 14 zugeführt, durch die Druckstöße im Luftstrom reduziert werden. Ein Druckstoß im Luftstrom an der Einlaßseite der Drossel 5 geht zunächst durch die Drossel 13 und füllt das Abteil A der Akkumulatorkammer 16. In dieser Kammer ermöglicht eine flexible Membarn 15 beträchtliche Voluinenänderungen, bevor ein Druck aufgebaut wird, der ausreicht, um den Luftstrom durch die Drossel

5 zu drücken. Der in das Abteil A kommende Druckstoß bewirkt eine Bewegung der Membran 15, wodurch wiederum ein Druckimpuls in dem Abteil B bzw. aui der anderen Seite der Membran 15 erzeugt wird, der seinerseits durch die Drossel 18 zur Niederdruckseite des Druckschalters 6 geht. Durch diesen Vorgang wird der Druckstoß auf der Hochdruckseite des Druckschalters

6 beträchtlich verringert und zusätzlich noch durch die Drossel 14 gemildert. Die Austragseite der Drossel 5 muß mit der Niederdruckseite des Druckschalters 6 ^verbanden sein, so daß dieser differentiell arbeiten kann. Die Verbindung zur Niederdruckseite des Druckschalters 6 erfolgt durch Drosseln 17 und 18, durch die über die Drossel 5 erzeugte Druckstöße weiter verringert werden. Auf diese Weise mildert das Pulsations-Ausgleichsfilter Luftdruckstöße im Luftstrom und erzeugt zum Druckschalter hin eine verhältnismäßig konstante Druckhöhe, die den über die Drossel 5 erzeugten mittleren Druckabfall repräsentiert sowie einen gleichmäßigen und kontinuierlichen Betrieb der Luft-Pumpe ermöglicht, da das von dem Druckschalter erzeugte Signal von dem Integrationskreis zur Steuerung des Betriebs der Luft-Pumpe benutzt wird.

Es wird generell ein Differenzdruckschalter verwendet, dessen Einstellwert etwa dem Druckabfall über die Drossel entspricht und der auf einen Wechsel des Druckabfalls im Luftstrom von etwa o,25 - 12,7 mm Wassersäule <o.o1 - σ.5 inches Wassersäule) anspricht. Die Empfindlichkeit des Schalters bzw. die erforderliche Druckhöhe zur Aktivierung des Schalters bestimmt die Zahl der in den Integrator eingegebenen Signaländerungen. Ein Schalter mit geringer Empfindlichkeit gibt an den Inte-

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grator weniger Signale von Ein-Aus-Wechseln ab als ein Schalter höherer Empfindlichkeit. Es können sowohl Schalter mit feststehender Empfindlichkeit als auch mit einstellbarer Empfindlichkeit verwendet werden.

Wie vorangehend schon ausgeführt wurde, wird die Durchflußleistung des Luftstroms durch ein Bypass-Absperrorgan, die Öffnungsgröße der Drossel und die Empfindlichkeit des Druckschalters bestimmt. Falls es erwünscht ist, unter festen Bedingungen zu arbeiten, kann eine nicht einstellbare Drossel mit einem feststehenden Druckschalter verwendet werden. Wenn aber ein Betrieb unter veränderlichen Bedingungen erwünscht ist, können eine Drossel und ein Druckschalter verwendet werden, von denen entweder der eine Teil oder beide Teile einstellbar sind.

Der Integrationskreis nimmt die von dem Druckschalter erzeugten Ein-Aus-Signale auf und bildet daraus ein sich langsam veränderndes kontinuierliches Signal, das dem Verstärkerkreis zugeleitet wird. Der Integrationskreis ist auf eine Vorspannung von etwa + 0,6 Volt eingestellt, die durch das bei der Druckbetätigung von dem Schalter kommende Signal auf etwa 1,2 Volt erhöht und bei der Inaktivierung des Schalters auf + 0,0 Volt verringert wird. Der Integrationskreis erzeugt beim Schließen des Druckschalters eine allmählich abfallende Ausgangsspannung, die dem Verstärker zugeführt wird, während dr bei offenem Druckschalter eine allmählich ansteigende Spannung erzeugt. Der Schaltkreis ist aus herkömmlichen Transistoren, Kondensatoren und Widerständen aufgebaut. Ein Beispiel eines Schaltkreises wird nachfolgend noch beschrieben.

Der Verstärkerkreis empfängt das von dem Integrationskreis erzeugte Signal und verstärkt dieses so, daß der elektrische Gleichstrommotor mit verschiedenen Geschwindigkeiten gesteuert werden kann, um eine konstante Durchflußleistung des Luftstromes durch das Dosimeter sicherzustellen. Der Ver-

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stärkerkreis verstärkt das von dem Integrationskreis kommede Signal auf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamtspannung der Energiequelle. Bei einer 5 Volt-Energiequelle wird das Signal damit beispielsweise auf 4,8 Volt verstärkt. Der Verstärker hat eine Impedanz von über 1o Ohm bis hin zu 1 Megaohm. Ein Verstärker mit einer unter 1o Ohm liegenden Impedanz kann jedoch auch verwendet werden, beispielsweise mit einer Impedanz von o,o1 - 1o Ohm. Der Verstärker ist aus herkömmlichen Transistoren, Kondensatoren und Widerständen aufgebaut .

Die Energiequelle ist üblicherweise eine Batterie mit einer Spannung von 5 bis 6 Volt. Im allgemeinen werden jeweils zwei Nickel-Cadmium-Batterien mit vier Zellen verwendet. Ein direkter Anschluß an eine Energiequelle mit gleichgerichtetem Wechselstroms kann ebenfalls verwendet werden.

Fahlweise kann in dem Dosimeter auch ein Batterie-Uberwachungskreis Verwendung finden. Dieser Schaltkreis verwendet einen Präzisionsspannungsmesser, der auf die Spannung jeder Zelle einstellbar ist und dessen Einstellung dabei so gewählt werden kann, daß er bei voller Ladespannung der Batterie aktiviert wird. Gewöhnlich wird eine durch einen Schalter einschaltbare Leuchtdiode verwendet, um die volle Ladung der Batterie anzuzeigen.

Ein weiterer, in dem Dosimeter wahlweise verwendbarer Schaltkreis ist ein Detektorkreis zur Feststellung eines geringen Luftdurchflusses, der dem Integrationskreis verbunden ist tmd einschaltet, wenn der Spannungsausgang des Integrationskreises die normale Betriebshöhe übersteigt, weil der durch das Dosimeter gepumpte Luftstrom eine Unterbrechung erfahren hat. Der Detektorkreis zur Feststellung eines niedrigen Luftstromes umfaßt einen bistabilen Multivibratorkreis, der elektrisch mit einer Anzeigelampe wie einer Leuchtdiode verbunden ist.

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Ein anderer, wahlweise in dem Dosimeter verwendbarer Schaltkreis ist ein Zeitschaltkreis. Der Zeitschaltkreis kann sowohl für eine Zeitmessung zur Anzeige der laufenden Zeit vorgesehen sein als auch eine Vorwählfunktion haben, mit der die Pumpe am Ende eines vorgewählten Zeitraumes gestoppt werden kann.

Zur Erfassung sämtlicher verschiedener Probenahmemöglichkeiten sind rwei Arten von Zeitschaltfunktionen erforderlich. Bei der ersten handelt es sich um einen Zeitschalter, der bei Beginn eines jeden TestZeitraumes mit dem Anschalten des Energieschalters sich selbst automatisch auf Null einstellt. Bei der zweiten Art handelt es sich um einen Zeitschalter, der sich beim Ausschalten der Pumpe nicht zurückstellt und die Folge der gesamten kumulierten laufenden Zeit festhält. Diese Version erfordert naturgemäß einen besonderen, manuell betätigbaren Rückstellschalter für die Rückstellung.

Die Figur 3 zeigt ein schematisches Schaltbild des Pumpen-Steuersystems mit einem Druckschalter zum Betätigen eines Integrationskreises, mit einem Verstärker zum Betätigen des Pumpenmotors, mit einem Detektorkreis zur Feststellung eines niedrigen Luftdurchflusses und mit einem Batterie-Ladeanzeigegerät.

In der Figur 3 ist die den Schaltkreis mit Energie versorgende Batterie B1 mit ihrem negativen (-) Pol an die Gemeinschaftsleitung und mit ihrem positiven (+) Pol an den Leistungsschalter SW1 angeschlossen. Die andere Seite des Leistungsschalters SW1 ist mit der positiven (+) Hauptleitung verbunden.

Der Verstärker A1 (der ein Operationsverstärker wie einer der vier Verstärker in einem Vierfach-Operationsverstärker der Bauart LM 324 sein kann) ist integrierend mit einem Rückkopplungskondensator C1 (typisch 6,8 Mikrofarad) verbunden, der

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seinerseits vom Ausgang zum umpolenden (-) Eingang des Verstärkers A1 geschaltet ist. Der Eingangswiderstand R3 (typisch 12 Megaohm) ist mit dem umpolenden Eingang von A1 verbunden. Die Werte von R3 und C\ bestimmen die Integrationsgeschwindigkeit und beeinflussen das Ansprechen des Steuerkreises. Die Werte sind so gewählt, daß sie die beste Steuerung für eine bestimmte Pumpe und ein bestimmtes Pulsations-Ausgleichsfilter ermöglichen.

Der Widerstand R1 (typisch 1o Kiloohm) ist von der (+) Hauptleitung zur Anode einer Diode CR1 (typische Bauart IN 4148) verbunden, während die Kathode von CR1 mit der Anode der Diode CR2 (typische Bauart IN 4148) verbunden ist, deren Kathode mit der Gemeinschaftsleitung verbunden ist. Dies führt zu einer Vorspannung von etwa o,6 Volt an der Anode von CR2 und 1,2 Volt an der Anode von CR1 aufgrund der vorderen Spannungsabfälle der beiden Dioden. Der o,6 Volt-Spannungspunkt ist mit dem nicht umpolenden Eingang ( + ) des Verstärkers A1 verbunden, um diesen über die Gemeinschaftsleitung mit einer Vorspannung von o,6 Volt zu versorgen, wobei die Verbindung über einen Widerstand R4 (typisch 12 Megaohm) erfolgt, der die Spannungsverschiebungswirkungen des Verstärkers minimiert. Ein Widerstand R2 (typisch 22 Kiloohm) ist vom Eingangswiderstand R3 (Punkt B) zur Gemeinschaftsleitung oder Erdungsleitung geschaltet. Das führt dazu, daß am Eingangswiderstand eine Spannung von o,o Volt bei geöffnetem Druckschalter SW2 anliegt.

Der Schalter SW2 ist hier eis Druckschalter, der bei einem Druck 76 ram Wassersäule <3,o inches Wassersäule) arbeitet. Der Integrator erzeugt eine allmählich abnehmende Spannung am Verstärkerausgang, wenn SW2 geschlossen ist, tmd eine allmählich ansteigende Spannung, wenn SW 2 offen ist. Die Spannung am Ausgang des Verstärkers A1 ist ein Motorgeschwindigkeits-Signal, das bei seiner Verstärkung durch einen Verstärker {der später noch beschrieben wird) die Laufgeschwindig-

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keit des Pumpenmotors bestimmt. Von der (+) Hauptleitung und der Gemeinschaftsleitung ist eine Verbindung zu A1 hergestellt, um diesen mit elektrischer Energie zu versorgen. Durch diese Verbindung werden A2, A3 und A4 mit Energie versorgt.

Das Signal für die Motorgeschwindigkeit wird im Verstärker A2 (typisch 1/4 einer Bauart LM 324) über in Reihe geschaltete Dioden CR3 und CR4 (typisch IN 4143) zu dem nicht umpolenden (+) Eingang A2 gegeben. Der Lastwiderstand R6 liegt zwischen dem Eingang von A2 und der Erde. Das von dem Ausgang von A2 kommende verstärkte Signal wird der Basis des Transistors Q1 (typisch NPN Typ 2N292 6) über den Widerstand R8 (typisch 1o Kiloohm) aufgegeben. Das vom Kollektor Q1 kommende Signal wird der Basis parallel geschalteter Transistoren Q2 und Q3 (typisch PNP-Typ 2N5226) über den Widerstand Rio (typisch 1oo Ohm) aufgegeben, der mit dem Punkt A verbunden ist, sowie über die Widerstände R11 und R12 (typisch 1oo Ohm), die vom Punkt "A" mit der Basis der Transistoren verbunden ist. Das Ausgangssignal von den gemeinsamen Kolektoren von Q2 und Q3 wird dem Pumpenmotor M1 aufgegeben, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor mit einstellbarer Geschwindigkeit handelt. Die andere Seite von M1 ist an die Gemeinschaftsleitung angeschlossen.

Der Emitter von Q1 ist über den Widerstand R11 (typisch 22o Ohm) mit der Gemeinschaftsleitung verbunden. Der Kondensator C3 (typisch o,o1 Mikrofarad) ist von der Basis zum Kollektor Q1 geschaltet, um die Geräuschbildung in dem Schaltkreis zu vermindern. Der Emitter von Q2 und Q3 ist mit der (+) Hauptleitung verbunden. Der Punkt "A" ist mit der (+) Hauptleitung über den Widerstand R9 (typisch 1 Kiloohm) verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand R7 (typisch 47 Kiloohm) ist von den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 zu dem umpolenden (-) Eingang von A2 geschaltet, um eine negative Rückkopplung herbeizuführen. Der umpolende Eingang von A2 ist mit der Gemeinschaftsleitung über den Widerstand R5 (2,2 Kiloohm) verbunden .

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Die Widerstände R5 und R7 bestimmen den gesamten Spannungsgewinn des Schaltkreises vom Ausgang von A1 bis zu der auf den Pumpenmotor aufgegebenen Spannung. Diese Widerstände können eingestellt werden, um einen optimalen Ausgleich zwischen einer schnellen Steuerregelung und einem stabilen Betrieb der Pumpen verschiedener Eigenschaften zu ermöglichen. Der Kondensator C2 (typisch o,o1 Mikrofarad) ist vom Ausgang von A2 zu dem umpolenden Eingang von A2 geschaltet, um die Lärmbildung des Schaltkreises zu verringern. Diese Verbindung von A2, Q1 , 02, Q3 sowie ihrer zugeordneten Widerstände und Kondensatoren bildet eine von vielen möglichen Verstärkerkreisen dar, die zur Verstärkung des Steuersignals für die Mo tor geschwindigkeit von A1 geeignet sind, jedoch ermöglicht dieser Schaltkreis einen weiten Spannungsbereich für den Motor, der charakteristisch zwischen ο und 4,8 Volt liegt, und erzeugt auch eine konstante Ausgangsspannung, die bei einigen Pumpenbauarten bevorzugt wird, wenn beispielsweise eine sehr geringe Motorgeschwindigkeit für einen niedrigen Durchfluß erforderlich ist.

Das Ausgangssignal von A1 verändert sich während der normalen Steuerung von etwa ο bis 1,5 Volt, kann jedoch auch allmählich auf einen Sättigungsgrad von etwa 3 Volt (für eine Energielieferspannung von 4,ο Volt) ansteigen, wenn die Pumpe den erforderlichen Luftstrom nicht aufrecht erhalten kann, wie dies beispielsweise bei einer Verstopfung des Einlaßrohres und damit verbundener Blockierung des Luftstroms vorkommt. Zur Feststellung, wann die Ausgangsspannung von Al 2,5 Volt überschreitet, ist ein Detektor für einen geringen Durchfluß vorgesehen. So ist der Verstärker A3 (typisch 1/4 von LM 324) an seinem umpolenden Eingang mit einer Auslösespannungsstufe verbunden. Wenn eine größere Spannung als die Aus loses pannungshöhe auf den nicht umpolenden <+) Eingang von A3 aufgegeben wird, ändert sich der Ausgang von A3 von der normalen Höhe von ο auf eine größere Höhe von etwa 4,8 Volt (bei 1VoIt Energiezuführung).

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Der Widerstand R14 (typisch 47 Kiloohm) ist von der (+) Hauptleitung zu dem Widerstand R15 (typisch 22 Kiloohm) geschaltet. Die andere Seite von R15 ist mit der Gemeinschaftsleitung verbunden. Der übergang zwischen R14 und R15 ist mit dem umpolenden (-) Eingang von A3 verbunden.

Die Diode CR6 (typische Bauart IN 4148) ist von dem Ausgang von A3 zu dem nicht umpolenden Eingang geschaltet, um den Ausgang von A3 hoch zu halten, selbst wenn das originale Spannungssignal nicht vorhanden ist. Die Diode CR7 (typische Bauart IN 4148), der Widerstand R17 (typisch 22o Ohm), die Leuchtdiode D1 (typisch HP 5o82-4484) und ein nicht rastender Testschalter SW3 sind in Reihe vom Ausgang von A3 zu der Gemeinschaftsleitung geschaltet. Wenn SW3 bei hoher Ausgangsspannung von A3 geschlossen ist, leuchtet D1 auf. Der Verstärker A3 kann auf den niedrigen Ausgangszustand durch öffnen des Schalters SW1 zurückgestellt werden, wodurch Leistung von dem Schaltkreis weggenommen wird. Der Widerstand R16 (typisch 1,2 Megaohm) ist von dem nicht umpolenden Eingang von A3 zur Gemeinschaftsleitung geschaltet, um sicherzustellen, daß A3 nicht versehentlich in den Hochausgangs zustand koitunt, wenn dem Schaltkreis anfangs Energie zugeführt wird. Der Kiderstand R13 (typisch 41 Kiloohm) ist vom Ausgang von A1 zu der Anode der Diode CR5 (typisch IN 4148) geschaltet, die ihrerseits wiederum mit dem nicht umpolenden Eingang von A3 verbunden ist, wodurch das von A1 kommende Signal an den Durchfluß-Detektorkreis angeschlossen wird. Der vordere Spannungsabfall von CR5 hilft zu verhindern, daß unechte Signale den Detektor für einen geringen Durchfluß falsch ansprechen läßt. Bei dieser Gestaltung benötigt der Schaltkreis normalerweise 2o Sekunden nach einer Unterbrechung des Durchflusses, bis er anspricht. Diese Zeit kann durch eine Steigerung des Verhältnisses von R14 zu R15 verringert werden.

Ein Batterie-Prüfkreis ist basierend auf einer speziellen Leuchtdiode D2 (typisch HP 5ο82-4732^λ, hergestellt von der

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Hewlett-Packard Corporation) aufgebaut, die bei einer bestimmten Höhe der aufgebrachten Spannung (typisch 2,4 Volt) aufleuchtet. Der Verstärker A4 (1/4 des Typs LM 324) liegt mit seinem Ausgang an einem Transistor Q4 (typisch 2N2926). Der Kollektor von Q4 ist mit dem umpolenden (-) Eingang von A4 verbunden und bildet eine 1 X Verstärkung für Signale, die auf den nicht umpolenden Eingang (+) aufgegeben werden. Der Emitter von Q4 ist mit der Anode (oder dem + Eingang) von D2 verbunden, während die Kathode von D2 mit einer Seite des Schalters SW3 verbunden ist. Die andere Seite von SW3 ist mit der Gemeinschaftsleitung verbunden. D2 leuchtet, wenn SW3 geschlossen ist und der Ausgang von A4 größer ist als eine Triggerspannung {2,4 Volt). Der Widerstand R18 (typisch 1oo Kiloohm) ist von der (+) Hauptleitung zu dem nicht umpolenden (+) Eingang von A4 geschaltet, während der Widerstand R19 (typisch 1oo Kiloohm) von dem (+) Eingang von A4 zu der Gemeinschaftsleitung gschaltet ist. Das Verhältnis von R18 und R19 ist einstellbar, damit eine Spannung von 2,4 Volt dem nicht umpolenden Eingang von A4 in der Höhe der gewünschten Batterieprüfspannung aufgegeben wird, die typisch 5,15 Volt für eine Batterie beträgt, welche durch die Reihenanordnung von vier wiederaufladbaren Nickel-Cadmlumzellen gebildet 1st.

Im praktischen Betrieb wird das Dosimeter in einem Raum angebracht, in dem Arbeiter tätig sind, oder von einem Arbeiter getragen, üblicherweise ist eine Acht stund en schicht die Betriebszeitspanne des Dosimeters. Am Ende der Schicht wird der Schaltkreis getestet, um festzustellen, ob der Eingang während der öberwachungsperiode blockiert war, wozu die Leuchtdiode <D1 in Fig» 3) beobachtet wird, während der nicht rastende Schalter <SW3 in Fig. 3) gedrückt wird. Wenn die Diode leuchtet, ist während der Schicht eine Blockierung aufgetreten, woraufhin dann das Filter von dem Dosimeter entfernt und an ein Laboratorium zur Analyse eingesandt wird, deren Ergebnisse aufgezeichnet werden* Bei einem übermäßigem Ausgesetztsein können Arbeiter aus einem besonderen Raum abgesogen und mit einer anderen Arbeit betraut werden.

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Claims

Patentansprüche ;

Dosimeter mit einem Elektromotor, einer Energiequelle, einer Austragsöffnung, einer Filtereinrichtung, in der Teilchen oder Dämpfe aufgefangen werden, die in einem mit konstanter Durchflußleistung durch das Dosimeter gepumpten Luftstrom enthalten sind, gekennzeichnet durch eine Pumpe (3) mit veränderlichem Antrieb, die einen Eingang und einen Ausgang besitzt, über eine Rohrverbindung mit dem Filter (2) verbunden und mit dem Elektromotor (9) gekuppelt ist, wobei sie den Luftstrom durch das Filter (2) fördert, durch eine Drossel (5)₍ die in einem mit der Pumpe und der Austragsöffnung verbundenen Rohr angeordnet ist und die beim Hindurchpumpen des Luftstroms einen Druckabfall erzeugt, durch eine Einrichtung(4) zur Reduzierung von Pulsationen des Luftstroms, durch einen Differenzdruckschalter (6) , der in einem wirkungsmäßig parallel zu der Drossel (5) liegenden Rohr angeordnet ist und bei einer Änderung des Luftdruckabfalls im Luftstrom schaltet, wodurch er ein elektrisches Niederspannungs-Eingangssignal erzeugt, durch einen Integrationskreis, der elektrisch mit einer Energiequelle (11) und mit dem Druckschalter (6) verbunden ist und das von dem Druck-

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ORIGINAL INSPECTED

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schalter erzeugte Niederspannungs-Eingangssignal integriert, durch einen Verstärkerkreis, der elektrisch mit der Energiequelle verbunden sowie in Reihe mit dem Integrationskreis und dem Elektromotor geschaltet ist und der das von dem Integrationskreis erzeugte Signal verstärkt sowie an den Elektromotor gibt, wodurch die Geschwindigkeit des die Pumpe antreibenden Motors (9) abhängig von dem durch den Druckschalter erzeugten Signal gesteuert und so eine geregelte, konstante Durchflußleistung des Xuftstromes aufrechterhalten wird, sowie durch ein einstellbares Bypass-Absperrorgant 12) ,das parallel zu der Pumpe (3) mit dem veränderlichen Antrieb angeordnet ist, wodurch geregelte Luftmengen vom Pumpenausgang zum Pumpeneingang zurückgeführt werden, so daß die Pumpe eine konstante niedrige Durchflußleistung eines Liäftdurchstroiss durch das Dosimeter erzeugen kann,

2« Dosimeter nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet , daß das Bypass-Äbsperrorgan (12) ein einstellbares Nadelventil ist.

3. Dosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bypass-Äbsperrorgan {12} ein einstellbares Nadelventil mit einer feststehenden V&ntilöffnung ist.

4. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daS die Drossel <5) «in einstellbares Nadelventil ist.

5. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet , daS der Druckschalter {€) durch einen Luftdruckabfall von 16 bss Wassersäule |3 inches Wassersaule) vend eine Änderung des Luftdruckabfalles von o,25 - 12,7o wn WassersSule <o,o1 — o,5 inches Wassersäule) betätigt wird.

6. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Integrationskreis eine Vorspannung von + o,6 Volt hat und das
von dem Integrationskreis kommende Signal bei Betätigung des Druckschalters allmählich auf etwa + 1,2 Volt ansteigt, während es bei unbetätigtem Schalter allmählich auf +0,6 Volt abfällt.

7. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärkerkreis das Signal vom Integrationskreis auf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamt spannung der Energiequelle verstärkt und eine Impedanz von über 1o Ohm hat.

8. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Integrationskreises mit einem Detektorkreis zur Erfassung eines niedrigen Luftdurchflusses verbunden ist, der einen bistabilen Multivibratorkreis enthält, welcher elektrisch mit einer Anzeigeleuchte verbunden ist.

9. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß mit der Energiequelle ein Batterie-Prtifkreis verbunden ist, der einen Präzions-Spannungsmesser enthält, welcher auf die volle Ladespannung der Batterie eingestellt ist.

10. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung der Pulsationen im Luftstrom ein Puli*isations-Druckausgleichsfilter,'welcher in einem Rohr angeordnet ist, das seinerseits parallel zu der Drossel (5) mit der Austragsöffnung verbunden ist_f aufweist.

11. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe (3) als

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Mehrzylinder-Kolbenpumpe ausgebildet ist.

12. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe <3) eine Vierzylinder-Membranpumpe ist.

13. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das einstellbare Bypass-Absperrorgan (12) ein Nadelventil ist, daß die Pumpe (3) eine Membranpumpe mit vier Zylindern ist, daß die Drossel (5) ein einstellbares Nadelventil ist, das einen Druckabfall von etwa 76 ram Wassersäule {3 inches Wassersäule) bewirkt, daß die Einrichtung zur Reduzierung von Pulsationen des Luf tstroms ein Pulsations-Ausgleichsfilter umfaßt, das in einem Rohr angeordnet ist, welches parallel zu der Drossel mit der Austragsöffnung verbunden ist, daß der Druckschalter (6) durch eine Änderung des Luftdruckabfalls von etwa 2,5 - 12,7 mm Wassersäule <o,1 - o,5 inches Wassersäule) eingeschaltet wird, daß der Integrationskreis eine Vorspannung von etwa o_f6 Volt hat und das Signal von dem Kreis bei Betätigung des Druckschalters allmählich auf etwa 1,2 Volt ansteigt, während es bei tmbetätigtera Druckschalter allmählich auf + 0,6 Volt abfällt, daß der Verstärkerkreis das von dem integratioBskreis kommende Signal auf ein Maximum von etwa, 96 S der Gesamtspannuiig der Energiequelle verstärkt und eine Impedanz von weniger als 1o Ohm hat, dafl die Energiequelle eine Batterie mit Hickel—Cadmium—Seilen und einer maximalen Spannung von 5,5 Volt ist snd daß daran ein Detektorkreis zur Feststellung eines niedrigen Luftdurchflusses angeschlossen ist» der mit dem Ausgang des Integrationskreises verbunden ist und einen bistabilen tfu It ivibr atorkr eis aufweist, der elektrisch mit einer Anzeigeleuchte verbunden ist, und daß die Batterie mit einem Batterie-Prüfkreis verbunden ist,

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der ein Präzisions-Spannungsmeßgerät aufweist, welches auf etwa 5,2 Volt einstellbar ist.

14. Dosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet ,daß die Einrichtung zur Reduzierung von Pulsationen in dem Luftstrom einen mit der Pumpe und der Drossel verbundenen Luftspeicher aufweist, der von der Pumpe gelieferte überschüssige Luft aufnimmt und eine konstante Durchflußleistung des Luftstroms aufrecht erhält.

15. Dosimeter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe eine Einzylinder-Membranpumpe ist.

16. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das einstellbare Bypass-Absperrorgan (12) ein Nadelventil ist, daß die Pumpe (3) eine Membranpumpe mit einem Zylinder ist, daß die Einrichtung (4) zur Verringerung von Pulsationen des Luftstroms einen Luftspeicher aufweist/ der mit der Pumpe und der Drossel verbunden ist und der von der Pumpe gelieferte überschüssige Luft zur Aufrechterhaltung einer konstanten Luftdurchflußleistung aufnimmt, daß der Druckschalter (6) durch eine Änderung des Luftdruckabfalls von etwa 2,5 - 12,7 mm Wassersäule (o,1 - o,5 inches Wassersäule) betätigt wird, daß der Integrationskreis eine Vorspannung von + o,6 Volt hat und da,s davon ausgehende Signal bei Betätigung des Druckschalters allmählich auf etwa 1,2 Volt ansteigt, während es bei unbetätigtem Druckschalter allmählich auf +0,6 Volt abfällt, daß der Verstärkerkreis die von dem Integrationskreis kommenden Signale auf ein Maximum von 96 % der Gesamtspannung der Energiequelle verstärkt und eine Impedanz von weniger als 1o Ohm hat, daß die Energiequelle eine Batterie mit Nickel-Cadmium-Zellen und einer maximalen Spannung von 5,5

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Volt ist, daß mit der Batterie ein Detektorkreis zur Ermittlung eines niedrigen Luftstromes zugeordnet ist, der mit dem Ausgang des Integrationskreises verbunden ist und einen bistabilen Multivibratorkreis umfaßt, der seinerseits mit einer Anzeigeleuchte verbunden ist, und daß mit der Batterie ein Batterie-Prüfkreis verbunden ist, der ein Präzisions-Spannungsmeßgerät umfaßt, das auf etwa 5,2 Volt eingestellt ist.

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