DE3440729A1 - Duese zur kontinuierlichen entnahme repraesentativer probe von staubhaltigem gas zwecks analysierens desselben - Google Patents

Description

Patentanwälte

:"·:--:■ ": " - X:„:Dr. Loesenbeck (1980) ·..··..· .:,.:. ·,.- : Dipl.-lng. Stracko ^ Dipl.-lng. Loesenbeok

Oy Tampel 1 a Ab -iottteiteker Str. 164,4800 Bielefeld 1

SF-33101 Tampere, Finnland 3 440729

Düse am: tontinuierlichen Entnahme repräsentativer Probe von staubhalt ig em Gas zwecks Analysierens desselben

Diese Erfindung betrifft eine Düse zur Entnahme e.-aer ret>räsentativen Probe eines eventuell staubförmiger Pest st of !^enthaltenden G-asgemischs zwecks Analysierens desselben, welche Düse eine in den Probenahmeraum mündende ProbenahmeÖffnung mit einem sich anschliessenden Kanal zur Entnahme der Probe und deren Weiterleitung zur Analyse und einen zweiten Kanal zum Einspeisen von Flüssigkeit in die besagte Probenahmeöffnung zwecks Reinigens derselben und zwecks Untermischens von Flüssigkeit unter die Gasprobe aufweist.

Bekannt ist bereits ein mit sog. Schwenkstrahlsonde ausgerüsteter Säuerstoffanalysator, dessen Sonde von einem in den Probenahmeraum mündenden Rohr mit wassergekühltem Mantel gebildet wird, das noch ein zweites Rohr aufweist, welches dazu dient, Wasser von der Sondenspitze aus in Richtung der Gasprobe, unter die Probe gemischt, einzuspeisen. Das Wasser wird dabei vor das Probenahmerohr gespritzt, wobei ein Teil des Wassers sich mit dem in die Sonde einströmenden Probegas vermischt und ein Teil die Sondenöffnung von anhaftendem Staub freispült. Eine solche Sonde ist nicht brauchbar zum Absorbieren von Feststoff oder Gas in Wasser wenn es darum geht, den Gas-oder Feststoffgehalt einer Gasprobe oder einer Suspension quantitativ zu bestimmen. Der Wasserstrahl in der Probenahmesonde eines solchen Sauerstoffanalysators dient denn auch lediglich dem Zweck, die Entnahmeöffnung desProbenahmerohres bei der Entnahme von staubhaltigen Rauchgaspro.ben offen zu halten. Die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes erfolgt an der getrockneten und gereinigten Gasprobe, so dass die zum Freispülen der Sondenöffnung verwendete Wassermenge im Hinblick auf die Analyse ohne Bedeutung ist.

Dieser Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Düse zur Entnahme einer repräsentativen Probe zu analysierenden staubhaltigen Gases zu schaffen, welche Düse eine in den Probenahraeraum

gerichtete Öffnung mit einem daran anscliliessenden Kanal zur Entnahme und Weiterleitung der Probe zur Analyse sowie einen zweiten Kanal zum Einspeisen von Flüssigkeit, vorzugsweise von Wasser, in die Mündung des "besagten Probenahmerohres zwecks Sauberhaltens derselben und Untermischens von Flüssigkeit unter die Gasprobe aufweist, in v/elcher sämtliche Spülflussigkeit verlustlos aufgefangen wird, so dass die aus dem G-as in die Flüssigkeit in Lösung gegangenen festen und gasförmigen Bestandteile quantitativ bestimmt vier den können. Da die Analyse an der Spülflüssigkeit und nicht wie bei der o.g. bereits bekannten Probenahmevorrichtung an den getrockneten und gereinigten Gasen erfolgt, ist es äusserst wichtig, dass sämtliche Spülflüssigkeit bei gleichzeitiger Sicherung des Offenbleibens der Probenahmesonde quantitativ erfasst wird.

In der Beschreibung und in den Patentansprüchen der Anmeldung ist unter dem Begriff "Analysieren eventuell staubhaltigen Feststoff enthaltenden Gasgemischs" die Bestimmung von im Gasgemisch enthaltenen gasförmigen Komponenten und/oder in Staubform vorliegenden diversen Feststoffkomponenten zu verstehen. Unter dem Begriff "Gasgemisch" ist entsprechend eine wenigstens zwei gasförmige Stoffe oder wenigstens einen gasförmigen Stoff und wenigstens einen Feststoff enthaltende Kombination zu verstehen.

Die Hauptmerlanale der Erfindung gehen aus den beigefugten Patentansprüchen hervor.

Die oben genannten Ziele und Vorteile v/erden dadurch erreicht, dass der zinn Eintragen von Flüssigkeit dienende zweite Kanal wenigstens ein um die Mittelachse der Probenahmekanalöffnung angeordnetes, zu besagter Mittelachse quer stehendes spaltförmiges Kanalteil aufweist, Über welches die Öffnung sauber haltende und das Gas mischende Flüssigkeit im wesentlichen vom gesamten Umfang der Öffnung aus quer zur GasStrömungsrichtung in die Probenahmeöffnung eingespritzt wird. In der Praxis erreicht man dies einfach durch Anordnung einer zum Probenahmerohr im wesentlichen konzentrischen, über dessen probenahmeseitiges Ende etwas hervorstehenden Hülse, die zwecks Einspeisens von Flüssigkeit über den Zwischenraum bzw. über Zwischenräume zwischen Hülse und Probenahmerohr vor die Öffnung des letzteren mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden ist, wobei an der Innenseite des über das Probenahmerohr hervorstehenden Httlsenteils nach innen zu eine quer zur

Gasströmungsrichtung vex-laufende ringförmige Prallfläche ausgebildet ist, so dass sich zwischen Prallfläche und Probenahmerohrende das besagte spaltförmige Kanalteil ergibt.

Die von der. Innenwand des über die Probenahme öffnung des Probenahmerohrs hervorstehenden offenen Teils der Hülse nach innen hin quer zur Gasströmungsrichtung verlaufende ringförmige Prallfläche bildet mit der Längsachse des Probenahmerohres und mit der Strömungsrichtung des Gases vorzugsweise einen Winkel von etwa 90°, so dass sich in der Probenahmeöffnung des Probenahmerohres ein den gesamten Rohrquerschnitt möglichst gut ausfüllender Plüssigkeitsfilm oder Tröpfchenschleier bildet, der sich infolge des im Probenahmerohr herrschenden Sogs mit dem Gasstrom intensiv vermischt.

Der zwischen Probenahmerohrende und ringförmiger, quer zum Gasstron gerichteter Prallfläche der Hülse gebildete Spalt hat, axial gemessen, eine Breite von vorzugsweise 0,005 bis 0,1 mm, beispielsweise von etwa 0,05 mm» Dieser zwischen Probenahmerohrende und ringförmiger Prallfläche gebildete Spalt muss ununterbrochen und möglichst gleichmässig geformt sein um einen den Probenahmerohröffnungs-Querschnitt möglichst gut deckenden Tröpfchenschleier oder Flüssigkeitsfilm zu be\d.rken. Der Spalt ist vorzugsweise regulierbar, zum Beispiel in der Weise, dass die Hülse axial verschiebbar auf das Probenahmerohr aufgezogen und dann an diesem verriegelt wird. Dieses gegenseitige Verriegeln von Hülse und Probenahmerohr kann zum Beispiel durch eine Schneidringkupplung oder auf andere geeignete Weise unter Einlegung eines Passbleches in den Spalt beim Verriegelungsvorgang erfolgen.

Zwecks Bildung eines symmetrischen Spalts, d.h. spaltförmigen Kanalteils, und damit eines möglichst symmetrischen JFlüssigkeitsschleiers im Probennahmerohr sind Probennahmerohr und Hülse vorzugsweise konzentrisch angeordnet, und zwischen ihnen liegt vorzugsweise ein zusammenhängender, im Querschnitt ringförmiger Zwischenraum.

Der Durchmesser der von der ringförmigen Prallfläche der Hülse gebildeten Öffnung ist vorzugsweise höchstens ebenso gross wie der Innendurchmesser des Probenahmerohres, in gewissen Fällen jedoch sogar etwas !deiner als dieser Innendurchmesser.

Die Flüssigkeit wird unter Druck in den vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Zwischenraum zwischen Hülse und Probenahmerohr eingespeist, und die Flüssigkeitsleitung ist vorzugsweise im wesentlichen rechtwinklig sowie tangential zum Erdbenahmerohr verlaufend an die Hülse gefügt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mit erfindungsgemässer Düse ausgerüstete Gasanalysenanlage;

Fig. 2 ein Schnittbild der in Fig. 1 dargestellten Sonde in grösserem !/Hass st ab;

Fig. 3 ein Teilschnittbild der in Fig. 2 gezeigten Sonde in noch etwas grösserem Massstab;

Fig. 4 eine der erfindungsgemässen Ausführungsformen der Sonde.

In Fig. 1 trägt der Rauchgaskanal die Bezugszahl 1. Probegas 2 wird mit bestimmter Geschwindigkeit durch die erfindungsgemässe Probennahmesonde 4 hindurch angesaugt. Die Innenfläche der Sonde 4 wird durch einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl bespült, wobei als Flüssigkeit im allgemeinen Wasser dient. Das Wasser wird über die Leitung 5 so zum probenahmeseitigen Ende der Probenahmesonde 4 geleitet, dass es zwecks Waschens des Probegases und Spülens der Sondeninnenfläche mit einer genau gemessenen Menge Wasser in seiner Gesamtheit ins Innere der Sonde 4 gelangt, wonach dieses Wasser Über die Leitung 6 der Trennvorrichtung 7 zugeführt wird, wo eine Trennung der wasserunlöslichen Feststoffteilchen 8 vom Wasserstrom 9 erfolgt, welcher letztere nun in die folgende Trennvorrichtung 10 geleitet wird, wo die Gase 11 vom Wasserstrom 12 getrennt und durch eine Pumpe abgeführt werden. Der Wasserstrom 12 passiert danach die Messzelle 13, wo die ITatriumionenkonaentration mit Hilfe einer Natriumonen-spezifischen Elektrode kontinuierlich gemessen wird. Die Natriumionenkonaentration wird als Elektrodenpotential mit Hilfe eines Schreibgeräts sichtbar gemacht. An Hand der Probegasmenge 2, der Waschlösungsmenge 5 und der gemessenen Natriumionenkonzentration kann die Glaubersalzkonzentration der Rauchgase für jeden Zeitpunkt berechnet werden.

Zum Schluss wird der Viasserstrom 14 in den Abwasserkanal geleitet oder rezirkuliert.

Wie aus Figur 2 genauer ersichtlich ist, "besteht die allgemein mit der Zahl 4- bezeichnete Probenalimesonde aus dem Probenahmerohr 6, dessen Probenahmekopf 17 die zum Probenahmeraum hin gerichtete Probenahmeöffnung 16 aufweist. Auf den Probenahmekopf 17 des Probenahmerohrs 6 ist eine etwas über diesen hinausreichende und diesen umhüllende Hülse 20 aufgezogen, die zwecks Einspeisens von Wasser in den im Querschnitt ringförmigen Zwischenraum 19 zwischen Hülse 20 und Probenahmerohr 6 und von dort weiter über den ringförmigen Spalt zwischen der Aussenwand 18 des Probenahmerohr-6-Probenahmekopfes 17 und der Hülseninnenwand 23 vor das öffnung 16 des Probenahmerohres 6 an die Wasserleitung 5 angeschlossen ist (Details s. ]?ig. 3)· Zur Lenkung des Wasserstroms vor die Öffnung 16 des Probenahmerohrs 6 ist an dem über den Kopf 17 des Probenahmerohrs 6 hervorstehenden Teil der Hülse 20 eine von der Innenwand 23 nach innen zu, q^uer zum Gasstrom stehende ringförmige Prall fläche 22 ausgebildet, die mit der Mittelachse der Probenahmeöffnung 16 des Probenahmerohrs 6 den Winkel OC Mldet. Dieser Winkel OC beträgt in der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform 90°, kann aber auch !deiner oder grosser sein.

Das Mass des Spaltes zwischen Probennahmerohr-6-Probenahmekopf 17 und Prallfläche 22 ist verhältnismässig kritisch und muss, axial gemessen, in der G-rössenordnung von 0,005 - 0,1 mm, bei Verwendung von Wasser als Spülflüssigkeit in der Grössenordnung von vorzugsweise etwa 0,05 mm liegen.

Wie aus Figur 3 genauer hervorgeht, ist der Durchmesser der von der ringförmigen Prallfläche 22 der Hülse 20 gebildeten Öffnung 21 kleine? als der Innendurchmesser des Probenahmerohrs 6, was eine gunstige Wirkung hat, aber nicht unbedingt erforderlich ist.

Wie Figur 2 zeigt, ist die zum Kanal 5 gehörende Wasserleitung im wesentlichen rechtwinklig an die Hülse 20 gefugt und verläuft dabei vorzugsweise gleichzeitig tangential zum Probenahmerohr 6. Die Düse gemäss vorliegender Erfindung ermöglicht die kontinuierliche quantitative Analyse staubhaitigen Gases, da sämtliche eingesetzte Absorptionsflüssigkeit bei gleichzeitiger Sicherung des Offenbleibens der Sondenöffnung zur Messung gelangt. Sollte zum Beispiel unter ungewöhnlich schwierigen Bedingungen einmal die Gefahr bestehen, dass es trotz allem zu einem Verstopfen der Sonde

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kommen könnte, 30 kann die Probenahme für einen Moment unterbrochen werden, wobei der aus dem Spalt 24 austretende Wasserstrom mit Abbrechen des bei der Probenahme im Probenahmerohr 6 herrschenden Unterdrucks sich von der Düse nach aussen zum Probenahmeraum hin ergiesst und dabei die Probenahmerohr-6-Öffnung 16 sowie die von der ringförmigen Prallflclche 22 der Hülse 20 gebildete Öffnung 21 intensiv reinigt. Sin solches kurzzeitiges Spülen kann periodisch durchgeführt werden, so dass es zu keiner Verschmutzung der Düsenspitae kommen kann. Wird dann erneut mit dem Ansaugen von Probe in das Probenahmerohr begonnen, so ist diese sofort von richtiger Beschaffenheit, da ja für die Dauer der besagten periodischen Spülung weder Probe noch Spülflüssigkeit ins Probenahmerohr 6 gelangt ist.

Im Hinblick auf das Funktionieren der Erfindung ist es von Torteil, wenn die Flüssigkeit möglichst nahe bei der Düsenvorderkante in die Düse gespritzt wird, da dann der aum Verschmutzen neigende Probenahmelianalabschnitt möglichst kurz gehalten wird. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, das Prallelement 22 der Hülse 20 zumindest an seinem an die Probenahmeöffnung grenzenden Rand möglichst dünn zu halten.

Mit Hilfe der oben beschriebenen Erfindung erhält man eine Düse, in deren Probenahmerohr sich so nahe wie möglich bei der Eintrittsstelle der Probe ein Plüssigkeitsfilm bildet, auf den das Gas und der von ihm mitgeftthrte Staub auftreffen und sich dabei sofort in der Flüssigkeit au lösen beginnen. Die Flüssigkeit bildet hinter der Düse im Rohr 6 beim Y/eit er strömen zusammen mit dem Gas in ziemlich gleichmässigen Intervallen Pfropfen und spült unter gleichzeitiger Lieferung einer grossen Absorptionsfläche für das Gas und den darin enthaltenen Feststoff die Rohrwand sauber.

Nach Fig. 2 und 3 befindet sich zwischen Hülse 20 und Probenahmerohr 6 ein ringförmiger Zwischenraum 19, über den die Flüssigkeit vor die Düse geleitet wird._In der Praxis kann die Düse auch so konstruiert sein, dass an der Probenahmerohr-Aussenfläche oder an der Hülseninnenfläche längsgerichtete Rillen ausgebildet sind, die sich bis zur Probenahmerohr-Spitze oder bis zur Hülsenprallfläche erstrecken. Dabei verbleibt dann bei aufmontierter Hülse

zwischen dieser und der Düse kein ringförmiger Zwischenraum, sondern nur längsgerichtete Kanäle. Pur das Verhältnis aus Kanälen und Düsenspalt gilt der Grundsatz, dass die im Düsenspalt erfolgende Flüssigkeitsstrom-Drosselung deutlich stärker als die in den Fltissigkeits-Zuführungskanälen erfolgende Drosselung ist, damit der Dtisenspalt tatsächlich als Düse wirkt und einen lückenlosen Flüssigkeitsfilm erzeugt.

Die Düse kann eventuell auch auf andere Weise konstruiert sein. Statt einer Hülsenkonstruktion kann beispielsweise die in Pig. 4 gezeigte Lösung gewählt werden.

Figur 4 zeigt einen Teil des Düsenkopfes, wobei der Düsenkörper die Bezugszahl 25 trägt. Im Düsenkörper ist der Probenahmekanal 6 angeordnet, der sich bis zum vorderen Ende des Körpers erstreckt. Um den Probenahmekanal 6 herum ist am vorderen Ende des Rumpfes 25 eine ringförmige Rille 26 ausgebildet, an die der Spül- und Absorptionsmittel führende Kanal 5 angeschlossen ist. Ans vordere Ende des Körpers ist ein mit Gewinde versehenes pfropfenartiges Teil 28 gefügt, das am Körper 25 entweder über ein in die Körperaussenfläche oder, wie in Pig. 4 dargestellt, in die ringförmige Rille 26 geschnittenes Gewinde befestigt ist. Dabei kann man das Spiel der Düse. d.h. die axiale Breite des Spaltes 24 leicht einstellen durch Formgebung der pfropfenartigen Teile in der V/eise, dass sie eine feste Gegonflache, die sich an die z.B. an der Stelle 27 befindliche Gegenfläche des Körpers legt, und entsprechend beim Spalt 24 eine in axialer Richtung zur Gegenfläche in einem gewissen Abstand von dieser befindliche Begrenzungsfläche 29 aufweisen. Wählt man nun für die verschiedenen Teile 28 den axialen Abstand zwischen Gegenflache und Begrenaungsflache verschieden gross, kann das besagte Düsenspiel (Spaltweite) ohne genaues Messen leicht verändert werden, da man ja die Differenz aus dem Abstand zwischen Rumpf-Gegenfläche und Rumpfstirnseite und entsprechend dem Abstand der Gegenfläche des pfropfenartigen Teils von der Begrenzungsfläche für di£. einzelnen pfropfenartigen Teile kennt.

Das Arbeiten der erfindungsgemässen Düse lässt sich unter gewissen Verhältnissen noch weiter dadurch verbessern, dass man zwei oder

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mehr spaltförmige Kanalteile 24 im Probenahmekanal axial hintereinander anordnet, wobei dann eine entsprechende Anzahl Flüssigkeitofilme gebildet werden, was den VermischungsVorgang intensiviert. Dabei können dann auch schmalere Spalte und damit dünnere Wasnerfilme verwendet werden. Anstelle eines ringförmigen Spalts 24 kann natürlich auch ein Spalt von der Form einer flachen Spirale, die die Probenahmeöffnung wenigstens einmal umschlingt, verwendet werden. Dabei bildet sich dann in Axialrichtung des Probenahmekanals betrachtet ein den gesamten Kanalquerschnitt deckender einheitlicher Pittssigkeitsfilm. Beim Arbeiten mit spiralförmigem Spalt lässt sich bei Wahl passender Konstruktion und passenden Werkstoffs die Spaltbreite durch Zusammendrucken bzw. Dehnen der Spirale in axialer Richtung regulieren. Bei den oben genannten Varianten ist es natürlich von Torteil, wenn der erste Spalt oder das vordere Ende des spiraligen Spalts möglichst nahe beim Rand der Probenahmeöffnung liegt, damit eine Verschmutzung der Randpartie vermieden wird.

Spaltförmige Kanalteile 24 können auch miteinander kombiniert werden, z.B. indem man erst ein ringförmiges Kanalteil und dann ein spiraliges ICanalteil oder umgekehrt anordnet oder eine sonstige
Reihenfolge wählt. Die Xanalteile können so zueinander parallel verlaufen, dass die entstehenden Wasserfilme mit der Dusen-Mittelachse den gleichen Winkel bilden. Die spaltförmigen Kanalteile
können richtungsmässig aber auch so voneinander abweichen,, dass
die Wasserfiline mit der Mittelachse entsprechend verschiedene Winkel bilden.

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Claims (10)

Pat ent ans prttche

1. Düse zur Entnahme einer repräsentativen Probe von einem eventuell staubhaltigen Feststoff enthaltenden Gasgemisch zwecks Analysierens desselben, welche Düse eine in den Pr ο "be nähme raum (1) gerichtete Probenahmeöffnung (16) mit einem sich anschliessenden Kanal (6) zur Entnahme der Probe (2) und deren Weiterleitung zur Analyse (13) und einen zweiten Kanal (5) zum Einspeisen von Flüssigkeit in die besagte Probenahmeöffnung (16) zwecks Reinigens derselben und zwecks üntermischens von Flüssigkeit unter die Gasprobe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem zum Einspeisen von Flüssigkeit dienenden Kanal (5) wenigstens ein um die Mittelachse der Probenahmeöffnung (16) des Probenahmekanals (6) herum angeordneter, quer zu besagter Mittelachse stehender spaltförmiger Kanalteil (24) gehört, aus dem im wesentlich vom gesamten Umfang der Öffnung (16) aus die Öffnung (16) sauber haltende und unter das Gas zu mischende Flüssigkeit quer zur Gasströmungsrichtung in die Öffnung (16) gespritzt wird,

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr spaltförmige Kanalteile (24) vorhanden sind*

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein spaltförmiges Kanalteil (24) spiralförmig gestaltet ist.

4. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein spaltförmiges Kanalteil (24) ringförmig gestaltet ist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (6) vom Probenahmerohr gebildet wird, und dass ein spaltförmiges Kanalteil (24) mit Hilfe einer auf den Kopf des Probenahmerohres (6) aufgezogenen, in axialer Richtung der Probenahmeöffnung (16) etwas liber das Rohrende hervorstehenden und dieses umgebenden Hülse (20) gebildet wird, an deren Innenfläche (23) eine zur Hlllsenmittelachse hin gerichtete ringförmige Prallfläche (22) ausgebildet ist, wobei die Hülse (20) so angeordnet ist, dass sieh die Prallfläche (22) in axialer Richtung in einem Abstand vom Ende des Probenahmerohres (6) befindet, und wobei das besagte ringförmige Kanalteil (24) zwischen Prallfläche (22) und Probenahmerohr

(6) entsteht.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (20) und dem Probenahmerohr (6) wenigstens ein Zwischenraum vorhanden ist, der mit den spaltförmigen Kanalteil (24) in Verbindung steht und einen Teil des zum Einspeisen von Flüssigkeit dienenden Kanals (5) "bildet.

7. Düse nach irgendeinem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein spaltförmiges Kanalteil (24) an allen seinen Stellen im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Probenahmeöffnung verläuft.

8. Düse nach irgendeinem der Ansprüche 1 Ms 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein spaltförmiges Kanalteil (24) an allen seinen Stellen im wesentlichen die gleiche Breite hat.

9. Düse nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des einzelnen spaltförmigen Kanalteils (24) 0,005 - 0,1 mm, vorzugsweise etwa 0,05 mm beträgt, so dass der gewünschte Flüssigkeitsstrom in Relation zur G-asmenge erzielt wird.

10. Düse nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der spaltförmigen Kanalteile (24) im wesentlichen symmetrisch zur Mittelachse der Probenahmeöffnung angeordnet ist.