DE3413492C2

DE3413492C2 -

Info

Publication number: DE3413492C2
Application number: DE3413492A
Authority: DE
Inventors: Sumio Kyoto Jp Shimizu; Hiroji Kusatsu Siga Jp Kohsaka
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1983-06-04
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1987-08-20
Also published as: US4596156A; JPH0326783B2; DE3413492A1; JPS59225332A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasproben-Entnahmegerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Gasproben-Entnahmegerät ist bereits aus der US-PS 36 99 814 bekannt. Dieses bekannte Gasproben- Entnahmegerät enthält ein Venturi-Rohr, dessen Eingang mit einer Probengasleitung und dessen Ausgang mit einer Pumpe in Verbindung stehen, und das kritisch durchströmt wird, so daß die Strömungsmenge eindeutig festgelegt ist. Aus der Probengasleitung wird durch eine Probengas- Entnahmeleitung eine Gasprobe entnommen (vgl. insbesondere Fig. 3 der US-PS 36 99 814).

Aus der Fig. 5 der US-PS 36 99 814 ist ein Gasproben- Entnahmegerät mit zwei oder mehreren Venturi-Rohren bekannt, die ausgangsseitig mit einer gemeinsamen Pumpe und eingangsseitig mit jeweils getrennten Probengasleitungen in Verbindung stehen, in denen jeweils separate Gas proben-Entnahmeleitungen vorhanden sind.

Derartige Gasproben-Entnahmegeräte werden dazu ver wendet, um zum Beispiel die Zusammensetzung von Abgasen in Verbrennungsmotoren oder dergleichen zu untersuchen.

Ein weiteres bekanntes Gasproben-Entnahmegerät ist in der Fig. 1 dargestellt. Es weist eine Probengasleitung 21 auf, die eine Mischung aus Abgas und einem Verdünnungs gas, zum Beispiel Luft, führt, und die mit einem Venturi- Rohr CFV (Critical Flow Venturi) 20 verbunden ist.

Eine Pumpe 22 ist an den Ausgang des CFV 20 angeschlossen und hält einen Differenzdruck zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite des Venturi-Rohrs aufrecht, der größer ist als der kritische Durchflußdruck. In die Proben gasleitung 21 mündet oberhalb des Venturi-Rohrs 20 eine Gasproben-Entnahmeleitung 23 ein, die eine festgelegte Menge Probengas aus der Probengasleitung entnimmt. Die Durchflußmenge Q 1 des Venturi-Rohrs 20 und die Durchfluß menge Q einer Gasprobe in der Probengasleitung 21 liegen fest. Die Gasprobe wird daher in einem festgelegten Ver hältnis Q/Q ₁ (eigentlich (Q-Q ₁)/Q ₁) entnommen.

Um mit unterschiedlichen Durchflußmengen in der Probengas leitung arbeiten zu können, kann das Venturi-Rohr 20 durch Venturi-Rohre 20′, 20′′ mit anderen kritischen Durch flußmengen Q ₁ ersetzt werden.

Dieses bekannte Gerät hat jedoch verschiedene Nachteile. Die Pumpe 22 muß nämlich so ausgelegt sein, daß sie aus reichende Saugkraft aufweist, um auch ein Venturi-Rohr 20 mit großer kritischer Durchflußmenge Q ₁ sicher unter Aufrechterhaltung der kritischen Druckdifferenz betreiben zu können. Wenn dann dieses Venturi-Rohr 20 durch ein solches mit kleinerer kritischer Gasdurchflußmenge Q ₁ ersetzt wird, arbeitet die Pumpe 22 instabil, wenn die kritische Gasdurchflußmenge Q ₁ nur noch etwa ¹/₃ des Saugvermögens der Pumpe ist. Es ist daher erforderlich, ein Zusatzgerät 27 zum Verhindern von Instabilität vor der Pumpe 22 anzuordnen. Das Zusatzgerät 27 weist ein Drosselventil 24, ein Absperrventil 25 und ein Luft filter 26 oder dergleichen auf, um Luft zwischen dem Venturi-Rohr 20 und der Pumpe 22 zuzuführen. Das Zusatz gerät 27 muß eine größere Durchflußmenge aufweisen als sie dem Saugvermögen der Pumpe 22 entspricht. Durch das Zusatzgerät 27 wird dieses Gasproben-Entnahmegerät voluminös.

Ein Nachteil besteht auch dahingehend, daß das Venturi- Rohr 20 immer dann durch ein anderes zu ersetzen ist, wenn die Durchflußmenge in der Probengasleitung 21 geändert werden soll.

Aus der DE-OS 31 07 617 ist weiterhin bekannt, bei einem Gasanalysator in eine Leitung, durch die Gas aus einer Meßkammer bzw. aus Meßkammern des Gasanalysators austritt, eine die Strömung beeinflußende Einrichtung einzubauen, die derart ausgelegt ist, daß beim Betrieb des Gasanalysators eine kritische Gasströmung besteht. Als eine die Strömung beeinflußende Einrichtung ist beispielsweise ein Venturi- Rohr vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasproben- Entnahmegerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es einfach auf unterschiedliche Durchflußmengen in der Probengasleitung angepaßt werden kann, und bei dem keine Instabilitäten auftreten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere Ven turi-Rohre parallel vor die Pumpe geschaltet sind. Es wer den dauernd alle Venturi-Rohre betrieben, so daß die Pumpe dauernd die gleiche Gasmenge fördern muß. Dadurch kann sie optimal so ausgelegt werden, daß es nicht zu Instabilitäten kommt. Das Probengas wird jeweils nur durch eines oder durch mehrere der Venturi-Rohre geleitet. Durch die übri gen Venturi-Rohre strömt Luft. Um entweder Luft oder Proben gas durch die Venturi-Rohre strömen lassen zu können, sind Umschaltventile vor diesen angeordnet.

Der gesamte Aufbau beansprucht nur ein kleines Volumen, da die Venturi-Rohre wenig Platz beanspruchen. Das Gerät kann auf einfachste Weise an die unterschied lichsten Durchflußmengen angepaßt werden, da hierzu le diglich die Umschaltventile vor den Venturi-Rohren umzu stellen sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen pneumatischen Schaltplan eines bekannten Gasproben-Entnahmegerätes;

Fig. 2 einen schematischen pneumatischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Gasproben-Entnahme gerätes; und

Fig. 3A und 3B zwei schematische pneumatische Schalt pläne über Gasproben-Entnahmeeinrichtungen, wie sie beim Gerät gemäß Fig. 2 verwendet werden können.

Das Gasproben-Entnahmegerät gemäß Fig. 2 weist mehrere Leitungen für konstanten Gasdurchfluß 6.1-6. N auf, die parallel zueinander an eine Probengasleitung 2 angeschlos sen sind. Die Probengasleitung 2 führt eine Mischung eines Gases von einer Verbrennungsmaschine 1 oder dergleichen und Verdünnungsluft von einem Lufteinlaß. Die Luft wird von einer Saugeinrichtung 3, wie einer Pumpe oder einem Gebläse, angesaugt. In jeder Leitung 6 liegt ein Venturi- Rohr 5.1, 5.2 . . . 5. N und vor jedem Venturi-Rohr liegt ein Umschaltventil 4.1 bzw. 4.2 . . . 4. N. Oberhalb der Umschalt ventile ragt in die Probengasleitung 2 eine Gasproben- Entnahmeleitung 7, durch die eine feste Menge Probengas entnommen wird.

Jedes Umschaltventil 4.1-4. N ist über eine Zweigleitung mit einer Luftzufuhrleitung 8 verbunden, in der ein Luft filter 9 angeordnet ist. Die Umschaltventile können so ge schaltet werden, daß entweder Luft von der Luftzufuhrlei tung 8 oder Probengas von der Probengasleitung 2 in das zugehörige Venturi-Rohr 5.1-5. N geleitet werden kann.

Die Venturi-Rohre 5.1-5. N weisen jeweils unterschiedliche kritische Durchflußmengen auf. Das Saugvermögen der Saug einrichtung 3 ist größer als die Gesamtmenge der Durchfluß mengen aller Venturi-Rohre zusammen. Das Saugvermögen ist jedoch nur soviel größer, daß noch keine Pumpinstabilitäten auftreten. Es wird also für alle Venturi-Rohre der kritische Differenzdruck aufrechterhalten, aber nur so weitgehend, daß keine Instabilitäten auftreten. Dazu ist es erforderlich, daß die Gesamtdurchflußmenge durch die Venturi-Rohre 5.1-5. N größer ist als etwa ¹/₃ des Saugvermögens der Pumpe 3.

Die Gasproben-Entnahmeeinrichtung gemäß Fig. 3A weist ebenfalls ein Venturi-Rohr 10 mit kritischer Durchfluß menge auf. Eine Pumpe 11 saugt über das Venturi-Rohr 10, das innerhalb der Probengasleitung 2 angeordnet ist, durch eine Gasproben-Entnahmeleitung 7 die Gasprobe ab. Die Gas proben-Entnahmeeinrichtung gemäß Fig. 3B weist eine Pum pe 12 mit konstantem Pumpvolumen auf. Der Eingang der Pumpe ist mit einer Gasproben-Entnahmeleitung 7 verbunden, die in die Probengasleitung 2 ragt. Auch durch diese Anordnung wird eine festgelegte Menge einer Gasprobe abgesaugt.

Die Umschaltventile 4.1-4. N stehen weiterhin über strich punktiert eingezeichnete Leitungen mit einer Fernsteuerung 13 in Verbindung.

Mit dem angegebenen Gerät ist es möglich, die Durchfluß menge eines Probengases in vielen Stufen zu ändern, ohne die Gefahr eine Pumpinstabilität hervorzurufen. Die Pump menge für die Pumpe 3 ist dauernd konstant, da das Umschal ten der Umschaltventile 4 vor den Venturi-Rohren lediglich dazu führt, daß Luft von der Luftversorgungsleitung 8 durch Probengas ersetzt wird, oder umgekehrt. Durch das Verwenden von N Venturi-Rohren mit jeweils unterschiedlicher Durchfluß rate können durch verschiedene Permutationen und Kombina tionen viele unterschiedliche Durchflußmengen eingestellt werden. Die Durchflußmenge kann auf einfache Art und Weise dadurch geändert werden, daß lediglich die Umschaltventile 4 umgeschaltet werden. Das umständliche Austauschen eines Venturi-Rohres ist nicht mehr erforderlich. Darüber hinaus tritt keine Pumpinstabilität mehr auf, da die Summe der kritischen Durchflußmengen aller Venturi-Rohre größer als ¹/₃ der Saugkapazität der Saugeinrichtung 3 gewählt wird. Die Summe dieser kritischen Durchflußraten aller Venturi- Rohre und das Saugvermögen der Pumpe 3 sind dauernd kon stant, unabhängig davon, wie sich die Menge an Probengas ändert. Selbst wenn sich die Menge an Probengas auf weni ger als ein ¹/₃ des Saugvermögens der Pumpe 3 ändert, führt dies zu keinen Problemen, da dann durch Umschaltventile, durch die kein Probengas strömt, Luft durchgelassen wird.

Die Venturi-Rohre 5.1-5. N müssen nicht alle unterschied liche kritische Gasdurchflußmengen aufweisen. Es ist auch möglich, daß mehrere oder sogar alle dieselbe kritische Gasdurchflußmenge aufweisen.

Darüber hinaus ist es möglich, daß statt Drei-Wege-Ventile Zwei-Wege-Ventile als Umschaltventile 4.1-4. N verwendet werden. Statt fernbedient können auch handgesteuerte Ventile verwendet werden.

Ein erfindungsgemäßes Gasproben-Entnahmegerät weist also mehrere Leitungen mit konstanter Durchflußmenge auf, in denen jeweils ein Venturi-Rohr und oberhalb von diesem je weils ein Umschaltventil liegt. Die Umschaltventile können auf Luft- oder Probengasdurchlaß geschaltet werden. Die parallel liegenden Leitungen mit konstanter Durchflußmenge liegen zwischen einer Saugeinrichtung und einer Probengas leitung, die mit einer Gasproben-Entnahmeleitung verbunden ist.

Es ist nicht nur möglich, die Durchflußmenge des Probengases leicht durch bloßes Umschalten der Umschaltventile zu ändern, ohne in mühseliger Art und Weise Venturi-Rohre auszutauschen, sondern es besteht auch der Vorteil, daß keine Pumpinstabili täten beim Ändern der Durchflußmenge des Probengases mehr auftreten, da das Verhältnis aus dem Pumpvermögen der Pumpe zur Summe der Gesamtdurchflußmengen durch alle Venturi-Rohre konstant bleibt. Es ist also nicht mehr erforderlich, ein Zusatzgerät zum Verhindern von Pumpinstabilität zu verwen den.

Darüber hinaus ist es möglich, mit wenigen Venturi-Rohren unterschiedlicher Durchflußmengen eine sehr große Anzahl unterschiedlicher Durchflußmengen einzustellen.

Claims

1. Gasproben-Entnahmegerät mit

- einer Pumpe,
- einem oberhalb der Pumpe angeordneten ersten Venturi rohr (5.1) mit kritischer Strömung und
- einer Probengasleitung (2) mit einer Gasproben-Entnahme leitung (7) oberhalb des ersten Venturirohrs,

gekennzeichnet durch

- mindestens ein weiteres Venturirohr (5.2 . . . 5. ), das mit dem ersten Venturirohr parallel zwischen der Probengasleitung (2) und der Pumpe (3) angeordnet ist,
- ein Umschaltventil (4.1-4. N) oberhalb von jedem Venturirohr, um entweder das Probengas oder Luft durch das jeweilige Venturirohr durchzulassen, und
- eine Pumpe (3), deren Saugvermögen größer ist als die gesamte Durchflußmenge der Venturirohre bei kritischer Durchströmung, aber so gering ist, daß keine Instabilitäten wegen zu großen Saugvermögens einfallen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umschaltventile (4.1-4. N) Drei-Wege-Ventile sind.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drei-Wege-Ventile fern steuerbar sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Venturirohre eine andere kritische Durchflußrate aufweist als die übrigen.