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Verfahren und Vorrichtung zur
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Messung des C02-Gehaltes von Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Messung des 002 Gehaltes von Gasen sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des
Verfahrens.
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Zur Bestimmung des Kohlendioxid-Gehaltes von Gasen, insbesondere von
Luft, Rauchgasen, Atemluft und dgl. sind bereits die unterschiedlichsten Methoden
angewandt worden, wie beispielsweise Absorptions- und Adsorptions-Verfahren, Auch
ist es bekannt, die in Abhängieit vom
C02-Gehalt unterschiedliche
Wärmeleitfähigkeit des Gases zur Bestimmung des Kohlendioxid-Gehaltes heranzuziehen.
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Alle bekannten Verfahren haben jedoch gewisse Nachteile, die teils
in der umständlichen Handhabung, dem großen apparativen Aufwand oder geringen Meßgenauigkeit
begründet sind.
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Eine physikalische Eigenschaft des Kohlendioxids, die sich auch im
C02-haltigen Gas bemerkbar macht, ist noch nicht zur Bestimmung des C02-Gehaltes
herangezogen worden, nämlich die Schallgeschwindigkeit. Diese beträgt, bezogen auf
OOC und 1 Bar bei Luft 331,8 m/sec, bei Sauerstoff 315 m/sec, bei Stickstoff 334
m/sec und bei Kohlendioxid nur 258 m/sec. Bereits aus diesen Zahlen läßt sich erkennen,
daß der C02-Gehalt eines Gases sich erheblich auf dessen Schallgeschwindigkeit auswirken
muß. Dabei sind die Anforderungen bezüglich des Meßbereiches sehr groß, weil dieser
praktisch von einem Gehalt von 0,032 % (atmosphärische Luft) bis etwa 20 % (verbrennungsabgase)
reicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein neues,
in seiner Handhabung bequemes und eine gute Genauigkeit erzielendes Verfahren zur
Bestimmung des C02-Gehaltes in Gasen anzugeben.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß in einer das
zu messende Gas enthaltenden Meßstrecke die Schallgeschwindigkeit ermittelt und
als Maß für den C02-Anteil verwendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aufgrund der
starken
Abweichung der Schallgeschwindigkeit von C02 gegenüber den anderen in Luft und Verbrennungsgasen
vorkommenden Gasanteilen mit hoher Meßgenauigkeit durchführen, wobei der apparative
Aufwand relativ gering ist, weil die elektronische Messung der Schallgeschwindigkeit
keine großen Probleme aufwirft. Dabei läßt sich das Verfahren so ausgestalten, daß
es auch von Laien ohne große Vorkenntnisse durchgeführt werden kann.
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Die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen. Bei einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung wird die Schallgeschwindigkeit
aus der Laufzeit eines Schallimpulses, vorzugsweise eines Ultraschallimpulses durch
die Meßstrecke ermittelt. Bei einer anderen Durchführungsform der Erfindung wird
die Schallgeschwindigkeit aus Wellenlänge und Frequenz ermittelt. Dazu wird gemäß
einer Ausbildung eine stehende Welle in der Meßstrecke durch Änderung der Meßstreckenlänge
und/oder durch Anderung der Frequenz erzeugt und die Schallgeschwindigkeit aus der
Meßstreckenlänge und der Frequenz in bekannter Weise ermittelt. Zweckmäßigerweise
wird dabei die Länge der Meßstrecke und die Frequenz so gewählt, daß Fehlmessungen
durch Mehrdeutigkeit (Mehrfaches der halben Wellenlänge bei an den Enden geschlossener
Meßstrecke) vermieden sind.
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In vielen Fällen ist eine Absolut-Messung weder erforderlich noch
praktisch. Bei einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher ein Vergleichsverfahren eingesetzt, bei dem zwei
identische
Meßstrecken verwendet werden, von denen eine ein Vergleichsgas bekannter Zusammensetzung
und die andere das zu messende Gas unter gleichem Druck und gleicher Temperatur
enthält; als Maß für den C02-Anteil des zu messenden Gases wird dabei die Laufzeitdifferenz
ermittelt und ausgewertet. Ein derartiges Vergleichsverfahren hat vor allem den
Vorteil, daß weder die Temperatur noch der Druck, die beide das Meßergebnis beeinf]ussen,
berücksichtigt wurden müssen, wenn dafür gesorgt wird, daß in beiden Meßstrecken
gleiche Temperaturen und Drücke herrschen. Dadurch wird das Meßverfahren stark vereinfacht,
weil weder die Temperatur noch der Druck ermittelt und berUcksichtigt werden müssen,
wie dies bei Absolutmessungen mit nur einer Meßstrecke der Fall ist.
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Die Erfindung betrifft jedoch nicht nur ein Verfahren, sondern auch
eine Vorrichtung zur Messung des CO2-Gehaltes von Gasen. Die zu lösende Aufgabe
besteht dabei darin, eine in der Handhabung einfache Anordnung zu schaffen, die
eine hohe Meßgenauigkeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens
bietet.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Vorrichtung
zumindest eine Moßstrecke umfaßt, die das zu messende Gas enthält, daß an einem
Ende der Meßstrecke ein Schallsender und an dem anderen Ende ein Schallempfänger
angebracht sind, und daß ein Laufzeitmesser mit einer Anzeige angeschlossen ist.
Eine derartige Meßvorrichtung ges-tattet ein problemloses und, wie nachher noch
ausgeführt wird, wahlweise analoges oder digitales Erfassen des C02-Gehaltes über
sehr große
Meßbereiche hinweg.
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Bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung sind zwei identische
Meßstrecken vorgesehen, die thermisch und pneumatisch miteinander verbunden sind,
zur Erzielung gleicher Temperaturen und gleicher Drücke, und es ist der Laufzeitmesser
als Differenzmesser ausgebildet und angeschlossen. Es wird also in beiden MeßstnEken
gleichzeitig ein Impuls erzeugt und dann festgestellt, wieviel der eine Impuls länger
zum Durchmessen der gleichlangen Meßstrecke braucht wie der andere Impuls.
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Der Laufzeitmesser startet also seine Zeitmessung bei Eintreffen des
ersten Impulses und beendet sie bei Eintreffen des zweiten Impulses. Es kann jedoch
auch eine kontinuierliche Messung vorgesehen sein, wenn, wie bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, ein Oszillator zur Speisung der Schallsender
verwendet ist und der Differenzmesser als Phasenmesser ausgebildet und an die beiden
Schallempfänger angeschlossen ist. Der gemessene Phasenunterschied ist unmittelbar
ein Maß für das Verhältnis der C02-Anteile in den Gasen der beiden Meßstrecken (bei
im übrigen unveränderter Zusammensetzung der beiden Gase).
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Bei einer bevorzugten weiteren Ausbildung der Erfindung umfaßt der
Phasenmesser für jeden seiner beiden Eingänge einen Verstärker und einen Amplitudendiskriminator
(Schmitt-Trigger); ein Schaltglied ist in den Stromkreis einer Konstantstromquelle
und eines Anzeigeinstrumentes geschaltet, wobei das Schaltglied durch das Schalten
des einen Amplitudendiskriminators ein-und durch das Schalten des anderen Amplitudendiskriminators
ausschaltbar ist. Durch diese Ausbildung des
Phasenmessers wird
also erreicht, daß ein Stromimpuls konstanter Stärke von dem Schaltglied dem Anzeigeinstrument
zugeführt wird, wobei die Dauer dieses Stromimpulses, der in regelmäßiger Periode
wiederkehrt, von der Phasenverschiebung und damit unmittelbar vom C02-Anteil abhängt.
Das Anzeigeinstrument des Phasenmessers kann eine Skala aufweisen, die unmittelbar
in Prozent C02 eingeteilt ist. Jegliche Umrechnungen von Anzeigewerten in C02-Anteile
sind dadurch vermieden.
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Bei einer anderen Ausfahrungsform des Phasenmessers, die ebenfalls
mit einer Analoganzeige durch ein Instrument arbeitet, weist der Phasenmesser für
jeden seiner beiden Eingänge einen Verstärker auf, deren Ausgänge mit dem invertierenden
bzw. dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden sind
wobei ein Anzeigeinstrument an dem Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen
ist. Für Eichung und Skaleneinteilung des Instrumentes gilt das zuvor Gesagte ebenfalls.
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Eine Analoganzeige stellt zwar den Meßwert sehr anschaulich dar und
zeigt auch auf einleuchtende Weise Änderungen der Meßgröße unmittelbar an, doch
erfordert sie beim Ablesen eine bestimmte Ubung und Aufmerksamkeit, damit richtig
interpoliert wird und Ablesefehler durch Parallaxe vermieden werden. Es wird daher
in vielen Fällen eine unmittelbare Ziffernanzeige bevorzugt, bei der Ablese- und
Interpolationsfehler ausgeschlossen sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
einer Meßvorrichtung umfaßt hierzu der Laufzeitdifferenzmesser für jeden seiner
beiden an je einen der
Schallempfänger angeschlossenen Eingänge
einen Verstärker und eine Impulsformerstufe, wobei die Impulsformerstufen einen
elektronischen Zähler ein- bzw. ausschalten, der während seiner Einschaltdauer Impulse
eines Steueroszillators erhält und zählt; an dem Zähler ist eine Digitalanzeige
angeschlossen, die den erreichten Zählerstand anzeigt. Das Ein- bzw. Ausschalten
des elektronischen Zählers durch die Impulsformerstufen kann unmittelbar durch Signalgabe
an einen der Steuereingänge des Zählers erfolgen. Es kann jedoch auch, wie bei einer
anderen Ausführungsform vorgesehen, zwischen Oszillator und Zähler eine von den
Impulsformerstufen (Schmitt-Trigger) angesteuerte Torschaltung angeordnet sein,
die von den beiden Impulsformerstufen in den offenen bzw.
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den geschlossenen Zustand geschaltet wird. Während des offenen Zustandes
erhält der Zähler die Impulse des Steueroszillators und zählt sie.
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Die Zeitdauer, während der der Zähler Impulse erhält, ist die Laufzeitdifferenz
der Schallimpulse in den beiden Meßstrecken. Die erhaltene Digitalanzeige ergibt
sich aus der Oszillatorfrequenz und dieser Laufzeit. Angestrebt wird nun, daß die
Anzeige unmittelbar den C02-Gehalt angibt und nicht der Anzeigewert mittels einer
Tabelle in den tatsächlichen C02-Gehalt umgerechnet werden muß. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist daher die Oszillatorfrequenz des Steueroszillators
auf die Länge der Meßstrecke sowie gegebenenfalls die Richtung und Geschwindigkeit
der Strömung in der Meßstrecke so abgestimmt, daß die Digitalanzeige unmittelbar
den CO2-Gehalt in Prozent oder
Promille anzeigt. Die Oszillatorfrequenz
ergibt sidl dabei aus dem Reziprokwert der Differenz der Verhältnisse von Meßstreckenlänge
zu jeweiliger Schallgeschwindigkeit. Wird beispielsweise eine Meßstrecke mit einer
Länge von 90 mm verwendet, so erhält man eine Oszillatorfrequenz von 13,259 kHz
(das Verhältnis von Meßstreckenlänge zu Schallgeschwindigkeit ist bei C02: 0,09
m : 266,9 m/sec; für Luft gilt: 0,09 m : 343,8 m/ sec. Der Kehrwert aus der Differenz
der beiden vorstehenden Verhältnisse ist die Oszillatorfrequenz).
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Um eine höhere Anzeigegenauigkeit zu erhalten, kann auch eine um den
Faktor 10 oder 100 vergrößerte Oszillatorfrequenz verwendet werden.
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Die angegebene Oszillatorfrequenz gilt unter der Voraussetzung, daß
das Gas in der Meßstrecke ruht.
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Wird, beispielsweise bei kontinuierlichen Messungen, das Gas durch
die Meßstrecke geleitet, so sind die Strömungsrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit
konstant zu halten und zu berücksichtigen (soweit die Strömungsgeschwindigkeit nicht
so gering ist, daß sie auch in der letzten Anzeigestelle sich nicht mehr auswirkt).
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In den Fällen, in den eine Vorgleichsmeßstrecke nicht erwünscht oder
technisch nicht gut möglich ist, wird nur eine Meßstrecke verwendet, und die Vergleichsmeßstrecke
durch eine elektrische Nachbildung mit Druck-und Temperaturkorrektur ersetzt. Allerdings
dürfte der Aufwand für diese Nachbildung einschließlich der Korrekturanordnungen
größer sein als der Aufwand für eine Vergleichsmeßstrecke, so daß diese Anordnung
nur
dann zweckmäßig ist und eingesetzt wird, wenn die Vergleichsmeßstrecke
nicht verwirklicht oder eingesetzt werden kann.
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Die Meßstrecken können sehr unterschiedlich gestaltet und ausgebildet
sein. Bei Messungen in der freien Atmosphäres beispielsweise bei Uberwachungen der
Atmosphäre, kann die Meßstrecke offen sein,und und es sind lediglich Schallsender
und Schallempfänger in einer vorgegebenen Entfernung zueinander starr gehalten.
Bevorzugt werden jedoch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Gase in einer räumlich
eng umgrenzten Meßstrecke erfaßt. Dabei wird über vor- oder nachgeschaltete Pumpen
und Leitungen das Gas der Meßstrecke zugeführt. Hierbei bestehen bevorzugt die Meßstrecken
aus je einem Rohr, an deren Stirnseiten Schallsender und Schallempfänger schallisoliert
angebracht sind; die beiden Meßstrecken sind thermisch gut leitend miteinander verbunden,
und es sind Mittel zum Aufrechterhalten des gleichen Druckes in beiden Meßstrecken
vorgesehen. In weiterer Ausgestaltung sind die Rohrinnenoberflächen aufgerauht oder
mit einer nicht schallreflektierenden Beschichtung versehen, die beispielsweise
aus einer offenporigen Schaumgummiauflage bestehen kann.
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Um Herstelltoleranzen bequem ausgleichen zu können, ist bevorzugt
eines der Rohre zur Justierung mittels eines Schraubgewindes in seiner Länge veränderbar.
Dabei kann das Schraubgewinde entweder am Boden oder auch in der Rohrmitte vorgesehen
sein. Im ersteren Fall wird einer der Böden relativ zum Rohr verschoben, wogegen
im
zweiten Fall zwei Rohrhalften axial gegeneinander verstellbar
sind.
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Die Zu- und Ableitungsanschlüsse für das zu messende Gas müssen zweckmäßig
angeordnet sein, um eine vollständige und gleichmäßige Füllung der Meßstrecke zu
erreichens da nur auf diese Weise eine einwandfreie und reproduzierbare Messung
gewährleistet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
daher der Zu- und der Ableitungsanschluß für das zu messende Gas an entgegengesetzten
Seiten des Rohres angebracht.
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Beispielsweise befinden sich die beiden Anschlüsse jeweils am Ende
der Meßstrecke, wodurch tote Winkel vermieden werden.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der
Zu- und der Ableitungsanschluß im Bereich der halben Länge des Rohres (einander
diametral gegen-Uberliegend) vorgesehen, und es ist in dem Rohr ein Innenrohr konzentrisch
angeordnet, das die eigentliche Meßkammer bildet und das in den dem Zu- und Ableitungsanschluß
entfernten Bereichen perforiert ist. Hierdurch wird innerhalb der Meßkammer eine
praktisch strömungsfreie und dennoch gleichmäßige Verteilung des zu messenden Gases
erzielt. Diese Ausführungsform wird vor allem zur Messung an Abgasen von Verbrennungsanlagen
und Verbrennungsmaschinen eingesetzt. Dabei ist vor allem darauf zu achten, daß
das Gas, wenn es sich in der Meßkammer befindet, die Temperatur dec Gases in der
Vergleichskammr aufweist. Selbstverständlich sind in die Zuleitung zur Meßkammer
Kühler (wozu häufig bereits die Zuleitungen auareichen), Ventile, Kondensatabscheider
u.dgl. eingeschaltet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die zur Durchführung atmosphärischer
Messungen vorgesehen ist, ist die Meßstrecke mit dem Vergleichsgas dicht abgeschlossen
und mit C02-freier Luft gefüllt. Dabei ist an das Rohr der Vergleichsmeßstrecke
eine Druckausgleichsblase angeschlossen. Diese Blase nimmt bei Temperaturanderungen
Gas aus der Vergleichsmeßstrecke auf, ohne daß sich der Druck meßerheblich ändert.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit den Ansprüchen. Es zeigen in vereinfachter-und schematisierter
Darstellung unter Weglassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen
Einzelheiten und Teile: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung mit analo Er
Anzeige, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung mit digitaler Anzeige,
Fig. 3 einen Langsschnitt durch zwei Meßstrecken, und Fig. 4 einen Längsschnitt
durch zwei andere Meßstrecken.
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Ein Oszillator, der eine Frequenz von 38 kHz erzeugt, speist phasensynchron
über Leitungen 2 und 3 je einen piezokeramischen Ultraschallwandler 4 und 5. Die
Ultraschallwandler 4 und 5 sind einander parallel geschaltet und erzeugen aus den
ihnen zugeführten elektrischen Schwingungen mechanische Schwingungen. Sie sind am
Ende
je einer von einem Rohr 6 bzw. 7 umschlossenen Meßstrecke
8 bzw. 9 angeordnet. Am anderen Ende der Rohre 6 und 7 bzw. der Meßstrecken 8 und
9 sind gleichartige Ultraschallwandler 10 und 11 angeordnet, die als Empfänger dienen.
In der geschlossenen Meßstrecke 9 befindet sich ein Vergleichsgas. Dagegen ist das
di Meßstrecke 8 umgebende Rohr 6 an seint beiden Enden mit jeweils einem Zulaufanschlußstutzen
12 bzw. einem Ablaßanschlußstutzen 13 versehen, durch die das zu messende Gas zu-
und abgeleitet wird.
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Die beiden Empfänger-Wandler 10 und 11 sind einpolig miteinander und
mit Masse über eine Masseleitung 14 verbunden. Die beiden anderen Anschlüsse der
Wandler 10 und 11 sind über je eine Meßleitung 15 und 16 mit einem Verstärker 17
bzw. 18 verbunden. Die Ausgänge der beiden Verstärker 17 und 18 sind über Steuerleitungen
19 bzw.
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20 mit dem invertierenden bzw. dem nicht invertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers 21 verbunden. An dessen Ausgang ist ein Anzeigeinstrument
22 angeschlossen.
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Die beiden Ultraschallwandler 4 und 5 erzeugenfrleich phasige) phasensynchrone
mechanische Schwingungen, die sich als Schall durch die Meßstrecke 8 bzw. die Vergleichsmeßstrecke
9 hindurch bis zu den Empfänger-Schallwandlern 10 und 11 ausbreiten. Die Abstände
zwischen den Wandlern 4 und 10 bzw. 5 und 11 sind gleich groß,und es erhalten die
Wandler 10 und 11 gleichphasige Schallschwingungen, falls in den beiden Meßstrecken
8 und 9 ein Gas mit der gleichen Zusammensetzung bzw. mit der gleichen Schallausbreitungsgeschwindigkeit
vorhanden ist (gleicher Druck und gleiche
Temperatur in den beiden
Meßstrecken 8 und 9 urausgesetzt). Weicht jedoch in der Meßstrecke 8 die Gazzusammensetzung
von der in der Vcrgleichsmeßstrecke 9 ab, beispielsweise aufgrund eines etwas höheren
CO2-Anteiles, dann ergibt sich eine Phasendifferenz zwischen den von den beiden
Wandlern 10 und 11 erze ten Signalen, weil die Schallwellen den Wandler 10 geringfügig
verzögert und daher nicht mehr phasensynchron erreichen. Die Verstärker 17 und 18
verstärken die Signale. Bei phasensynchronen elektrischen Signalen der Wandler 10
und 11 gelangen diese entsprechend verstärkt an die Eingänge des Opcrations verstärkers
21, dessen Ausgangssignal dann Null ist, weil die Differenz der beiden Eingangssignale
ebenfalls Null ist. Ergibt sich jedoch eine Phasenabweichung, dann ist die Differenz
der Eingangssignale nicht mehr Null, und am Ausgang des Operationsverstärkers 21
erscheint ein dieser Phasendifferenz proportionales Signal, das als Strom das Anzeigeinstrument
22 speist. Das Anzeigeinstrument 22 weist eine in Prozent C02 eingeteilte Skala
auf.
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Es versteht sicht daß anstelle des Operationsverstär kers 21 auch
eine elektrische Anordnung verwendet werden kann, die zwei von den Steuerleitungen
19 und 20 angesteuerte Impulsformor umfaßt, denen ein ODER-Gliedinachgeschaltet
ist, das seinerseits das Anzeigeinstrument 22 ansteuert.
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Bei der mechanischen Bemessung~der Meßstrecken 8 und 9, also der Länge
der Rohre 6 und 7 sowie der Wahl der Frequenz des Generators 1 ist darauf zu achten,
daß *bzw. ein Flip-Flop
über den gewünschten Meßbereich hinweg
die Phasenvorschiebung den Wert von 1800 nicht überschreitet, weil ab 1800 der Ausschlag
sich wieder vermindern würde.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform speist ein Impulsgenerator
23 über Leitungen 2 und 3 wieder die Wandler 4 und 5. Die nachgeschaltete Anordnung
bis einschließlich der Verstärker 17 und 18 ist unverändert gegenüber dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1. Der Impulsgenerator erzeugt jedoch nicht eine gleichmäßige Schwingung,
sondern schmale Impulse mit einer Impulsbreite von ca. 26 sec, die einen Abstand
von ungefähr 1 msec voneinander aufweisen. Die auf die Eigen-Resonanz der Ultraschallwandler
4 und 5 abgestimmte Impulsbreite regt die Wandler 4 und 5 zu einer aperiodisch gedämpften
mechanischen Schwingung an, von denen jeweils der erste mit der größten Amplitude
ausgenutzt wird. Je nach der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Gas der Meßstrecke
8 bzw. 9 trifft dieser aperiodische Schwingungszug nach unterschiedlichen Zeiten
bei den Wandlern 10 und 11 ein und ergibt ein entsprechendes elektrisches Signal,
das von den Verstärkern 17 und 18 verstärkt wird. Die Steuerleitungen 19 und 20
führen dieses Signal einem Amplitudendiskriminator in Gestalt eines Schmitt-Triggers
24 bzw. 25 zu, dessen Ansprechschwelle so eingestellt ist, daß er auf die erste
Halbschwingung der aperiodisch gedämpften Schwingung anspricht. Am Ausgang der beiden
Schmitt-Trigger 24 und 25 erscheint dann jeweils ein Impuls, wobei die beiden Impulse
zueinander zeitlich versetzt sind. Der zuerst ankommende Impuls des Schmitt-Triggers
25 wird über eine Impulsleitutlg 27 einom Betriebseingang eines
elektronischen
Zählers 28 zugeführt. Der zeitlich danach erscheinende Impuls des Schmitt-Triggers
24 wird über eine Impulsleitung 26 einem Stillsetzeingang des elektronischen Zählers
28 zugeführt. Der Zähleingang des elektronischen Zählers 28 ist über eine Zählleitung
2q mit einem Oszillator 30 verbunden. Mit Eintreffen des Impuls es auf der Impulsleitung
27 beginnt der Zähler 28 die Impulse des Oszillators 30 zu zählen. Er beendet diesen
Zähivorgang mit Beginn des Eintreffens des Impulses auf der Impulsleitung 26. Der
erreichte Zähler stand wird auf einer Digitalanzeige 31 dargestellt.
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Die Frequenz des Oszillators 30 ist so auf die Länge der Meßstrecken
8 und 9 abgestimmt, daß die Anzeige 31 unmittelbar dem C02-Anteil des zu messenden
Gases in der Meßstrecke 8 in Prozent anzeigt.
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Statt die Impulsleitungen 26 und 27 an Steuereingänge des elektronischen
Zählers 28 zu führen, können diese Leitungen auch eine Torschaltung ansteuern, die
in den Verlauf der Zählleitung 29 eingeschaltet ist und die Impulse des Oszillators
30 nur vom Beginn des Impulses auf der Impulsleitung 27 bis zum Beglnn des Impulses
auf der Impulsleitung 26 durchläßt.
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In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch zwei Meßstrecken 8 und 9 dargestellt,
die sich für die Rauchgacmessung an Heizungsanlagen eignen. Die beiden aus Metall
bestehenden Rohre 6 und 7 sind durch je eine gut temperaturleitfähige Brücke 32
im Abstand von ihren Enden starr miteinander verbunden. Der Zulaufanschluß 12' ist
diametral gegenüberliegend dem Ablaufanschluß 131 etwa in der halben Länge des Rohres
Ó
angeordnet. Innerhalb des Rohres 6 befindet sich ein Innenrohr
33,. das außer in seinem mittleren, den Anschlußstutzen 12' und 13' gegenüberliegendem
Bereich perforiert ist. Das Innenrohr 33 ist an seinen beiden Enden im Rohr 6 durch
je einen Gummiring 34 konzentrisch gehalten und fixiert. Die Enden des Innenrohres
33 sind durch den Wandler 4 und den Wandler 10 verschlossen. Das zu messende Gas
strömt durch den Zulauf anschlußstut zcn 12' zu, verteilt sich im Ringraum und dringt
durch die Perforation in die durch das Innenrohr 33 gebildete Meßkammer ein. Von
dort aus gelangt es wieder in den Ringraum und strömt zum Ablaßanschlußstutzen 13'
hinaus, Die das Durchströmen bewirkende Pumpe sowie weitere Aggregate, wie Ventile,
Leistungen, Kondensatabscheider usw., sind nicht dargestellt.
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Das Rohr 7, das die Vergleichsmeßstrecke 9 umschließt, besteht aus
zwei Rohrabschnitten jeweils etwa halber Länge, die an ihren einander zugewandten
Enden mit einem Feingewinde versehen sind, und durch einen Uberwurfring 35 miteinander
verbunden sind. Durch Aus-und Eindrehen der beiden Rohrhälften kann die Länge, also
der Abstand des Wandlers 5 vom Wandler 11 exakt eingestellt werden. Die beiden Wandler
5 und 11 sind durch Gummiringe 36 schallisoliert-gehäLen. Die Innenoberfläche des
Rohres ist durch eine Schaumgummiauskleidung 37 reflexionsarm gemacht.
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Bei der erstmaligen Justage wird die Meßstrecke 9 mit demselben Gas
gefüllt wie die Meßstrecke 8, und es wird dann durch Einstellung der beiden Rohrhälften
des Rohres 7 das Ausgangssignal der Meßvorrichtung auf Null
eingestellt.
Diese Stellung wird fixiert. Danach kann durch Einbringen des zu messenden Gases
in die Meßstrecke 8 die Bestimmung des COZ-Gehaltes dieses Gases in der zuvor beschriebenen
Weise erfolgen. Die in Fig. 3 dargestellte und zuvor beschriebene Anordnung eignet
sich zur kontinuierlichen Rauchgasmessung.
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Werden nur Einzelmessungen durchgeführt, dann genügt es, die Meßstrecke
8 ohne Innenrohr 33 auszubilden, die Anschlußstutzen 12 und 13 an einander entgegengesetzte
Enden des Rohres 6 anzubringen und die Innenoberflache des Rohres mit einer Schaumgummiauskleidung
37 zu wrsehen. Die Anordnung gemäß Fig. 3 dient vor allem dazu, um Beeinflussungen
des Meßergebnisses durch Strömung in der Meßstrecke zu verhindern.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten AusfUhrungaform handelt es sich um
ein Gerät für atmosphärische Messungen, also für Messungen mit sehr geringem C02-Anteil(
dabei werden hohe Anforderungen an die Meßempfindlichkeit gestellt. Die Meßstrecken
8 und 9' sind erheblich länger als bei den zuvor beschriebenen AusfUhrungsformen;
beide Meßstrecken sind mit einer Schaumgummiauskleidung 37 versehen. Die Meßstrecke
für das zu messende Gas weist an den Enden die beiden Anschlußstutzen 12 und 13
auf. Die Vergleichsmeßstrecke 9' enthält völlig CO2-freie Luft, die dadurch erhalten
wird, daß sie vor dem Einfüllen mehrmals grdndlich mit Kalilauge gespült wird, Die
Meßstrecke 9' ist abgeschlossen und über einen Anschlußstutzen 38 mit einer Druckausglelchsblase
39 verbunden, die dazu dient, bei Temperatiiränderungen, die beide Meßstrecken 8'
und 9' mitmachen, eilen gleichbleibenden atmosphärischen Druck in der Meßstrecke
9' sicherzustellen. Das die Meßstrecke 9' bildende Rohr 7
ist ungeteilt.
Die Anfangsjustage kann dadurch erfolgen, daß einer der beiden Wandler 5 oder 11
axial verschiebbar und fixierbar angebracht ist.
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Zur Messung des C02-Cchaltes von at;mosphirischer LuSt kann auch ein
Syutem mit nur einer Meßstrecke §' verwendet werden. Dabei wird die Vergleichsmeßstrecke
elektrisch dargestelLt durch Verzögerungsglieder, Signalformstufen und Temperatur-
und Druckkorrektoren.
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Um Atemanalysen oder sonstige relativ schnelle Momentanmessungen durchführen
zu können, wird in der Meßstrecke 8 eine nach Stärke und Richtung gleichmäßige Strömung
des zu messenden Atemgases mittels einer Pumpe sehr konstanter Leistung erzeugt,
die durch Zwischenschalten von Drosseln und Ausgleichskammern hinsichtlich ihrer
Konstanz noch verbessert wird. Die durch die Strömung erzeugte Phasenverschiebung
oder Laufzeitveränderung wird bei Durchströmung mit Vergleichsgas oder Normalluft
durch Nulljustierung ausgeglichen, worauf dann die Messung erfolgen kann. Bei digitaler
Meßwert erfassung wird außerdem die Oszillatorfrequenz des Oszillators 30, der den
elektronischen Zähler 28 speist, entsprechend angepaßt.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere können einzelne Erfindungsmerkmale fiir sich oder zu
mehreren kumbinlert Anwendung finden.
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Bevorzugt arbeiten das Gerät bzw. die Vorrichtung nicht mit hörbarem
Schall, sondern mit Ultraschall. Dies hat den Vorteil, daß das Gerät eine sehr handliche
Größe erhält und ermöglicht außerdem eine Abschirmung des Gerätes. Diese Abschirmung
hat den VorteiL, daß weder Störungen von aussen auf das Gerät einwirken noch umgekehrt
das Gerät Störstrahlung nach aussen abstrahlt.
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