DE4414561A1 - Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines Gases, insbesondere Ozon - Google Patents
Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines Gases, insbesondere OzonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines
reaktiven Gases, insbesondere Ozon, in Luft oder einem Gasgemisch.
Ozon gehört zu den lokal reizenden Stoffen, und zum Schutz der Personen ist anzustreben,
daß der zulässige MAK-Wert von 0,1 ppm soweit wie möglich unterschritten wird.
Der Entwurf der VDI-Richtlinie 2310 schlägt eine maximale Immissionskonzentration von
0,06 ppm Ozon als Halbstundenmittelwert vor.
Zur Überwachung von Ozon werden derzeit Meßgeräte auf der Basis von Spektroskopie
bzw. Chemielumineszenz angeboten (DE 32 21 893, Fa. Anseros GmbH). Außerdem sind
Meßgeräte, welche den Nachweis anhand von Kaliumiodid ausnutzen, auf dem Markt
erhältlich (Fa. KWS electronic). Diese Meßgeräte stehen dem privaten Nutzer in der Regel
nicht zur Verfügung.
Aus der Literatur sind Verfahren bekannt, die die Konzentration des reaktiven Gases,
insbesondere Ozon, anhand der bei der katalytischen Reaktion entstehenden Wärme
bestimmen (DE-OS 24 41 857). Ein entsprechend zugeordneter Temperaturfühler erfaßt die
Reaktionswärme und die Änderung einer elektrischen Größe wird gemessen (DE 31 02 330,
katalytischer Ozonanalysator von OLMER).
Eine Möglichkeit der Ozonkonzentrationsbestimmung bietet dabei die Anwendung von
Halbleitersensoren (DE 37 11 071 A1). Diese eignen sich allerdings wenig für batterie
betriebene Geräte, da sie teilweise vor der Messung auf bestimmte hohe Temperaturen
aufgeheizt werden müssen bzw. bei dem Wiedereinschalten nach längerer Abschaltzeit
mehrere Tage bis zur endgültigen Stabilisierung benötigen (Schnell (Hrsg.): "Sensoren in der
Automatisierungstechnik", 2. überarbeitete und erweiterte Auflage 1993, Vieweg Verlag
Braunschweig, S. 249f.).
Biochemische Sensoren besitzen den Nachteil der geringen Langzeitstabilität.
Probleme bereiten oft die Abhängigkeit von Umwelteinflüssen (Luft-, Gastemperatur) sowie
die geringe Nachweisempfindlichkeit gerade in Konzentrationsbereichen von 0-1000 ppb.
Um Umgebungseinflüsse weitgehend auszuschließen, werden bisher thermisch getrennt
voneinander angeordnete Meßfühler (Temperaturfühler) bzw. zwei symmetrisch angeordnete
Meßkammern zur Gasdurchströmung genutzt. Dies setzt einen komplizierten mechanischen
Aufbau des Meßgerätes voraus. Des weiteren werden bei größeren Versuchsanordnungen
(OLMER) Thermostate verwendet. Diese Möglichkeit hat den Nachteil, daß ein zusätzlicher
Energieaufwand erforderlich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der
Konzentration eines reaktiven Gases, insbesondere Ozon, durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind beschrieben und in den Unteransprüchen angegeben.
Das Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration von Ozon, insbesondere in
Form eines Handmeßgerätes (10), besteht aus einer Stromversorgungseinheit (15), einem
vorzugsweise geteilten Schiebeschalter (14), einer Auswerteeinheit mit vorzugsweise einem
Microcontroler (12), einer Anzeige- bzw. Signaleinheit (11), mindestens einer Datenübertra
gungseinheit (5, 12) und einem Temperatursensor (2a, 2b) nach Anspruch 1 bis 4.
Erfindungsgemäß ist ein Temperatursensor vorgesehen, welcher aus einer Widerstands-
Meßbrücke mit mindestens 4 Thermistoren besteht. Dadurch wird auch der Einfluß der
Umgebungstemperatur eliminiert. Als Thermistoren werden vorzugsweise NTC-SMD-
Bauteile verwendet, welche sich durch einen hohen Nennwiderstand und einen hohen Temperaturkoeffizienten
auszeichnen. Die geringe Masse der SMD-Bauteile garantiert eine
möglichst trägheitslose Messung.
Eine besonders vorteilhafte Wirkung wird durch die Anordnung des Sensors erreicht, wenn
die SMD-Bauteile nicht auf der Leiterplatte aufliegen, sondern darüber anhand von 2 sehr
dünnen Drähten (ca. 0,2 mm) kontaktiert werden. Die Wärmeableitung ist dann umso
geringer, die Meßgenauigkeit wird erhöht, so daß auch sehr geringe Temperaturdifferenzen
schnell und sicher erfaßt werden können.
Um einen maximalen Meßeffekt zu erhalten, tragen zwei gegenüberliegende Thermistoren
einen Katalysator. Als bevorzugtes Katalysatormaterial kommen im Fall der
Ozonkonzentrationsmessung Aktivkohle und Nickeloxid zur Anwendung. Ebenfalls gut
geeignet ist Manganoxid.
Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß keine Aufteilung des Meßgases in
Teilströme und keine Beheizung von Sensorik nötig ist.
Des weiteren wird eine möglichst trägheitslose Messung garantiert, so daß auch sehr geringe
Konzentrationen anhand der Temperaturdifferenz schnell und sicher erfaßt werden können.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Katalysator in einer dünnen Schicht auf die SMD-
Thermistoren aufzudampfen. Dadurch wird der Vorteil einer maximalen Katalysator
oberfläche bei geringem Volumen ausgenutzt.
Eine durch die Reaktionswärme der katalytischen Reaktion des Ozons hervorgerufene
Widerstandsänderung des Thermistors beeinflußt die Gleichgewichtslage der
Widerstandsmeßbrücke.
Durch die o. g. Anordnung zweier gegenüberliegender bedampfter Thermistoren wird der
Meßeffekt verdoppelt und somit die Empfindlichkeit der Messung erhöht. Die Widerstands
änderung der Thermistoren und somit die Änderung der Brückenspannung ist ein Maß für die
Konzentration des reaktiven Gases. Sie wird verstärkt und zur Anzeige gebracht.
Die Größe des Meßgerätes ist so bemessen, daß es bequem in der Hand liegen kann und be
dienbar ist. Durch die minimale Sensorabmessung besteht die Möglichkeit der Anwendung in
einem einfachen, kompakten Handmeßgerät. Zur Energieversorgung können Batterien,
Akkus oder Solarzellen vorgesehen sein.
Die schiebbare Schalteinrichtung ermöglicht den Filtereinsatz (16) bzw. die Nullmessung
sowie den eigentlichen Meßvorgang.
Die Umwandlung des Meßsignals erfolgt über eine elektronische Auswerteeinheit (12). Das
Ergebnis wird auf einem Display (11) dargestellt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Signaleinrichtung vorzusehen, die bei Über
schreitung bestimmter Grenzwerte wahrnehmbare Signale auslöst.
Von besonderem Vorteil ist eine vorgesehene Speichereinheit, die Meßwerte speichert und
selbige nach Bedarf über das Display bzw. eine Schnittstelle der Auswertung zuführt.
Vorgeschlagen wird ferner, daß eine Datenübertragungseinheit als Schnittstelle zum
Anschluß einer Datenleitung vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, als Stromversorgungseinheit Solarzellen zum
Nachladen der Akkus vorzusehen, welche vorzugsweise am Gehäuse angebracht sind.
Vorteilhaft ist, zwei Temperatursensoren vorzusehen, welche thermisch getrennt sowie Teil
einer oder mehrerer Brückenschaltungen und mit einem aktiven Katalysator versehen sind.
Dabei ist einem Temperatursensor ein Ozonfilter vorgeschaltet, so daß dieser als Vergleichs
sensor dient, während an dem anderen Temperatursensor durch die freiwerdende Reaktions
energie eine Widerstandsmessung erfolgt, welche zu einer meßbaren Brückenverstimmung
führt.
Weitergehend vorteilhaft ist das Vorsehen einer Pumpe bzw. die Anordnung nach Fig. 1,
um das Gas zwangsweise oder durch Diffusion zuzuführen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist anhand der Zeichnung näher beschrieben, daß
die im Temperatursensor verwendeten Thermistoren nach Fig. 2a in einem Abstand von ca.
3 mm über der Leiterplatte (9) anhand von jeweils zwei Drähten (3) mit vorzugsweise
0,2 mm Durchmesser kontaktiert (7) und verlötet (8) sind. Als Befestigungsmaterial (4) kann
vorzugsweise ein gut wärmeisolierendes Material, insbesondere Silikon dienen.
Die Leiterplatte dient als Trägerelement. Der Aufbau wird von einem Schutzgitter (1)
umschlossen. Unterhalb des Trägerelements führen Anschlußdrähte (5) zur Auswerteeinheit
(12).
In Fig. (2b) ist die Draufsicht des ozonsensitiven Temperatursensors dargestellt, aus der die
Anordnung der Thermistoren (2) ersichtlich ist. Vorzugsweise vier gleichartige Thermistoren
bilden eine Wheatston′sche Brücke. Ferner tragen vorzugsweise zwei gegenüberliegende
Thermistoren (2) einen Katalysator (6). Als bevorzugtes Katalysatormaterial kommen im Fall
der Ozonkonzentrationsmessung Aktivkohle und Nickeloxid zur Anwendung. Geeignet ist
ebenfalls Manganoxid.
Erfindungsgemäß ist von besonderem Vorteil, den Katalysator (6) in einer dünnen Schicht
auf die SMD-Thermistoren (2) aufzudampfen. Dadurch wird der Vorteil einer maximalen
Katalysatoroberfläche bei geringem Volumen ausgenutzt.
1 Schutzgitter
2 Thermistor
3 Zuleitungsdraht
4 Befestigungsmaterial (Silikon)
5 Anschlußdrähte zur Elektronik
6 Katalysator
7 Kontaktierung des Thermistors
8 Lötfläche (Kupfer)
9 Trägerplatte
2 Thermistor
3 Zuleitungsdraht
4 Befestigungsmaterial (Silikon)
5 Anschlußdrähte zur Elektronik
6 Katalysator
7 Kontaktierung des Thermistors
8 Lötfläche (Kupfer)
9 Trägerplatte
10 Gehäuse
11 LCD-Display
12 Auswerteinheit
13 gassensitiverTemperatursensor
14 Schalter
15 Batteriefach
16 Filtervorsatz
11 LCD-Display
12 Auswerteinheit
13 gassensitiverTemperatursensor
14 Schalter
15 Batteriefach
16 Filtervorsatz
Claims (12)
1. Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines reaktiven Gases,
insbesondere Ozon, bestehend aus einer Stromversorgungseinheit (15), einem vorzugsweise
geteilten Schiebeschalter (14), einer Auswerteeinheit mit vorzugsweise einem Microcontroler
(12), einer Anzeige- bzw. Signaleinheit (11), mindestens einer Datenübertragungseinheit (12)
und einem Temperatursensor (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, daß
der Temperatursensor (13) aus mehreren, vorzugsweise vier gleichartigen Thermistoren (2)
besteht, die eine Wheatston′sche Brücke bilden, von denen eine geradzahlige Anzahl, vorzugs
weise zwei fest mit einem Katalysator (6) verbunden sind und welche in einzelnen Brücken
zweigen zu gleicher Anzahl an entgegengesetzter Position angeordnet sind, durch welche die
bei der Reaktion des Gases an dem Katalysator (6) anfallende Wärme als Maß für die
Konzentration gemessen wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei als Temperatursensoren vorzugsweise Thermistoren
(2) (NTC-Widerstände) eingesetzt werden, die sich durch einen hohen Nennwiderstand,
einen hohen Temperaturkoeffizienten sowie die geringe thermische Masse auszeichnen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistoren (2) nicht
direkt, sondern vorzugsweise 3 mm über der Leiterplatte (9) angeordnet sind und durch zwei
Drähte (3) vorzugsweise mit einem Durchmesser von 0,2 mm kontaktiert (7) und verlötet (8)
werden.
4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, wobei im Bereich der Zuleitungsdrähte vorzugsweise
ein gut wärmeisolierendes Material, beispielsweise Silikon, als zusätzliches Befestigungsma
terial (4) dient.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator
(6) durch Aufdampfen fest mit den Thermistoren (2) verbunden ist sowie das als Katalysator
material (6) vorwiegend Aktivkohle, Nickeloxid oder Manganoxid dient.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerelement
eine Leiterplatte (9) fungiert, welche die elektrische Vorschaltung der Thermistoren und die
mechanische Befestigung übernimmt sowie entsprechende Anschlüsse, vorzugsweise vier
Anschlußdrähte (5) für eine nachfolgende Sensor- und Auswerteelektronik (12) aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, wonach die schiebbare Schaltereinrichtung (14)
den Filtereinsatz (16), die Nullmessung sowie den eigentlichen Meßvorgang ermöglicht.
8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnittstelle
zum Anschluß einer Datenleitung vorgesehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, wobei als Stromversorgungseinheit Solarzellen
zum Nachladen des Akkus vorgesehen sind, welche vorzugsweise am Gehäuse (10)
angebracht sind.
10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, wonach das Gas vorzugsweise durch
Diffussion oder zwangsweise durch eine Pumpe dem Temperatursensor zugeführt wird.
11. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des
Temperatursensors von einem Schutzgitter (1) umschlossen wird.
12. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, wonach zwei oder mehrere
Temperatursensoren (13) vorgesehen sind, welche thermisch getrennt und mit einem aktiven
Katalysator (6) versehen sind, wobei einem Temperatursensor ein Ozonfilter vorgeschaltet
ist, so daß eine Vergleichsmessung stattfinden kann.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4414561A DE4414561A1 (de) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines Gases, insbesondere Ozon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE4414561A DE4414561A1 (de) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines Gases, insbesondere Ozon |
Publications (1)
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| DE4414561A1 true DE4414561A1 (de) | 1995-10-19 |
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ID=6516484
Family Applications (1)
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| DE4414561A Withdrawn DE4414561A1 (de) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Meßgerät zur quantitativen Bestimmung der Konzentration eines Gases, insbesondere Ozon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4414561A1 (de) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE2145402A1 (de) * | 1971-09-10 | 1973-03-15 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum ueberwachen von temperaturen und/oder stroemungszustaenden fluessiger oder gasfoermiger medien |
| US4164699A (en) * | 1976-02-09 | 1979-08-14 | Nauchno-Issledovatelsky Institut Po Bezopasnosti Rabot V Gornoi Promyshlennosti | Thermochemical combustible gas detector |
| WO1985000424A1 (en) * | 1983-06-30 | 1985-01-31 | Beckman Instruments, Inc. | Temperature measurement probe |
| EP0311439A2 (de) * | 1987-10-08 | 1989-04-12 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Ozonfühler und Gasmessvorrichtung mit dem Ozonfühler |
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1994
- 1994-04-18 DE DE4414561A patent/DE4414561A1/de not_active Withdrawn
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