DK167943B1 - Fremgangsmaade og apparat til detektering af ubetydelige maengder af gasser eller dampe i gasblandinger - Google Patents

Description

i DK 167943 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til detektering af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i luft eller andre gasblandinger, ved hvilken gasblandingen a) kontinuerligt strømmer gennem et kammer, der har en 5 driftszone mellem indgang og udgang, b) ved indgangen til driftszonen ioniseres af en strålingskilde, c) i driftszonen udsættes for det elektriske vekselfelt fra et af parallelle tråde bestående gitter, hvor hosliggende 10 gittertråde i hvert enkelt tilfælde ligger på forskelligt elektrisk potential, og hvor der på de to grupper af gittertråde lægges en vekselspænding med indstillelig frekvens, og d) den på en kollektorelektrode, som findes ved enden af 15 driftszonen, opstående kollektorstrøm måles.

Opfindelsen angår endvidere et apparat til detektering af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i luft eller andre gasblandinger ved den angivne fremgangsmåde og med a) et kammer til gennem!edning af gasstrømmen, 20 b) en driftszone anbragt mellem kammerindgang og kammerudgang, c) en ved indgangen til driftszonen anbragt ioniserende strålingskilde, d) en kollektorelektrode ved enden af driftszonen, 25 e) en anordning til frembringelse af en kontinuerlig gasstrøm gennem driftszonen til kollektorelektroden, f) et i driftszonen anbragt af parallelle tråde bestående gitter, hvor hosliggende gittertråde i hvert enkelt tilfælde ligger på forskelligt elektrisk potential, og 30 hvor der på de to grupper af gittertråde lægges en vekselspænding med indstillelig frekvens, samt g) en anordning, der måler kollektorstrømmen.

Opfindelsen beskæftiger sig med detektering af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i luft eller andre gasblandinger under 35 anvendelse af en ioniseringsmålecelle, som i princippet er kendt fra US-A 4.119.851. I de deri beskrevne måleceller er der i gasstrømmens retning efter hinanden anbragt en løbetids- eller driftszone og en rekombinationszone, hvor den i strømningsretning før eller efter Λ rekombinationszonen anbragte driftszone har den i krav l's DK 167943 B1 2 indledning angivne opbygning og en i strømningsretning-efter driftszonen anbragt gasstrøm-frembringelsesanordning i form af en pumpe sørger for en kontinuerlig gasstrøm gennem målecellen. Det fysiske og kemiske grundlag for målingen med sådanne ioniseringsmåleceller 5 er endvidere udførligt beskrevet i en artikel "Ion-Mobility

Spectroscopy", aftrykt i firmatrykskriftet Scintific Honeywell er, bind 6, hæfte 3, oktober 1985, side 9 til 17. Ved den kendte fremgangsmåde til ionmobilitetsspektroskopi bevæger ionerne sig under indflydelse af et elektrostatisk felt gennem driftszonen, hvor der 10 til frembringelse af dette felt ligger en spænding i størrelsesordenen 2 kV mellem strålingskilden og kollektorelektroden. Da lette ioner vandrer hurtigere end tunge ioner, ankommer de til et bestemt tidspunkt udsendte ioner alt efter deres molekylvægt på forskellige tider til kol lektorelektroden, så at der hver gang opstår et kort 15 strømstød. Den tidsmæssige beliggenhed af strømstødet indenfor et sådant løbetidsspektrum er afhængigt af massen af de pågældende ioner og tillader følgelig en masseafhængig sortering af ionerne. Intensiteten af det respektive afladestrømstød er et mål for antallet af ioner med en bestemt masse i den til et forudgivet tidspunkt 20 udsendte ionpakke. Til detektering af bestemte ioner kræves der altså en løbetidsanalyse af ionstrømmen. Desuden skal driftszonen have en tilstrækkelig længde til, at den tidsmæssige afstand mellem ankomsten af ioner med forskellig masse til kollektorelektroden tillader en adskillelse af de enkelte strømimpulser fra hinanden og 25 dermed detektering af de enkelte iongrupper.

Formålet med opfindelsen er at formindske det apparattekniske forbrug til bestemmelse af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i gasbi åndinger og at tilvejebringe en så enkel og kompakt til disse formål egnet gasdetektor som muligt, der også er egnet til mobil 30 anvendelse, som hurtigt kan gøres driftsklar, og som er robust og pålideligt opbygget.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved hjælp af en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, som er ejendommelig ve, at e) frekvensen af den til gittertrådgrupperne førte 35 vekselspænding ændres periodisk enten kontinuerligt eller i trin, og at kollektorstrømmen derhos måles i afhængighed af gitterspændingsfrekvensen, digitaliseres og som funkton af frekvensen lægges i et lager, f) at der i et yderligere lager er lagret en tabel over DK 167943 B1 3 frekvensafhængigheden af kollektorstrømmen for forskellige gasser eller dampe, g) at en digital komparator, fortrinsvis en mikrodatamat, sammenligner de målte strøm/frekvenskurver med de i 5 tabellen lagrede strøm/frekvenskurver og ved overensstemmelse af målekurven med en kurve i tabellen leverer et for den tilsvarende gas henholdsvis damp karakteristisk indikatorsignal. Der kræves ikke nogen højspænding mellem kollektorelektroden og ionkilden. Desuden bort-10 falder den kostbare løbetidsanalyse af de ankommende ionpakker, som kræver en relativt' lang driftszone. I dennes sted træder en af gitterfrekvensen afhængig måling af kollektorstrømmen. Detektoren kan følgelig opbygges kortere og mere kompakt. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen hviler på den erkendelse, at frekvensen af den på 15 gittertrådene påtrykte vekselspænding er et mål for, hvilken andel af ioner med en bestemt masse, som slippes igennem gitteret og følgelig ankommer til kollektorelektroden. Hvis frekvensen bliver "wobblet" eller ændret trinvis eller kontinuerligt, bliver der i afhængighed af den pågældende frekvens sluppet forskellige ioner 20 igennem. Alt efter om der findes ioner af den ene eller den anden gas i gasblandingen, vil der knyttet til den pågældende frekvens optræde eller ikke optræde en til den bestemte gasart hørende kollektorstrøm. Sammenligner man nu den ved afstemningen af frekvensen fremkomne kollektorstrømkurve med en lagret kollektorstrøm-25 kurve, kan man konstatere, hvilke gasarter der er indeholdt i den undersøgte gasblanding. Denne sammenligning bliver gennemført automatisk og digitalt ved hjælp af en mikroprocessor, så at der opnås en høj pålidelighed af undersøgelsesmetoden.

Det for apparatet ifølge opfindelsen ejendommelige er, at 30 h) tilslutningsklemmerne for de to gittertrådpar er sluttet til udgangene på en firkantgenerator med digitalt styrbar frekvens, i) kollektorelektroden står over en A/D-omsætter i forbindelse med et første lager, 35 j) en tabel over kollektorstrømmens frekvensafhængighed for forskellige gasser eller dampe er lagret i et yderligere lager, k) en mikrodatamat kan som digital komparator på indgangssiden sluttes til de to lagre og sammenligner de DK 167943 B1 4 i det første lager værende målekurver med de i det andet lager lagte referencekurver og samtidigt leverer et signal, der styrer frekvensen af firkantgeneratoren, 1) et visnings- eller alarmapparat er sluttet til en udgang 5 på mikrodatamaten, hvilket alarmapparat ved målekurvens overensstemmelse med en kurve fra tabellen leverer et visningssignal, der er karakteristisk for den tilsvarende gas eller damp.

De ved den nye målefremgangsmåde og det nye apparat opnåede 10 fordele bliver understøttet af foretrukne udførelsesformer for ioniseringsmålecellen og af det tilsluttede evalueringskredsløb.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel under henvisning til tegningen, hvor fi g. 1 til tydeliggørelse af virkemåden af den nye frem-15 gangsmåde viser en afbildning af den normerede kollektorstrøm i = l i afhængighed af 'o gitterfrekvensen f for to arter ioner med forskellig bevægelighed, 20 fig. 2 den af gitterfrekvensen f afhængige kollektorstrøm I for filtreret luft og to luft/gasblåndinger med forskellig koncentration samt de heraf bestemte koncentrationsafhængige differenskurver, fig. 3 skematisk opbygningen af målecellen og 25 fig. 4 et blokdiagram over et til målecellen sluttet evalu eringskredsløb.

Målecellen består af et i det væsentlige rørformet metal hus 1, i hvis udgangsside der tætnet er indsat en flange 2. Flangen 2 bærer en ventilator 3, ved hvis hjælp luftstrømmen, der er forsynet med 30 sporgasser, som skal detekteres, bliver indsuget på indgangssiden 4 gennem indgangsåbninger 5. Gasstrømmen føres først gennem et mekanisk filter 6 og kommer derefter til en sigteagtig strømningsdeler 7, som udjævner indgangsstrømningen og bevirker, at der opstår en i det væsentlige laminar gasstrøm. Strømningsdeleren 7 består af to 35 efter hinanden anbragte sigter 7a og 7b, som er elektrisk forbundet med hinanden. Begge sigter tilsammen har galvanisk forbindelse med metal huset 1 og er ført til en elektrisk tilslutning 8, der tjener som kilde- eller emittertilslutning. Det i strømningsretning efter- Λ følgende område 9 af huset er omgivet af en ringformet folie 10, der DK 167943 B1 5 er belagt med americium 241 som strålingskilde til ionisering af gasstrømmen. Folien 10 bliver understøttet af en metalbøsning 11, der er elektrisk ledende forbundet med tilslutningen 8, strømnings-deleren 7 og huset 1. Herved opnås en fokusering af ionerne med 5 ønsket polaritet i gasstrømmen og en afskærmning mod ydre indflydel ser. Efter bøsningen 11 og elektrisk isoleret af et af plast bestående mellemstykke 12 findes der i strømningsvejen et gitter 13. Det bliver fastholdt af en keramikbøsning 14 og består af parallelle tråde, der hver skiftevis er elektrisk forbundet med hinanden.

10 Derved opstår der to grupper af tråde, så at hosliggende gittertråde i hvert enkelt tilfælde kan forsynes med forskelligt elektrisk potential, så at der altså mellem de to grupper kan dannes et elektrisk vekselfelt.

Elektrisk adskilt fra gitteret 13 ved hjælp af bøsningen 14 15 eller et afstandsstykke af plast, eksempelvis af polytetrafluorethy-len PTFE, er der derefter i strømningsvejen anbragt den ligeledes sigteagtigt udformede kollektorelektrode 16. Den befinder sig ved udgangen af driftszonen og står i forbindelse med en kollektortil-slutning 17, medens de to grupper af gittertråde er ført til gitter-20 tilslutninger 18 og 19. Kollektorelektroden 16 bæres af en PTFE-bøs-ning 15, ved hvis overfor liggende ende der er anbragt en yderligere sigteagtig strømningsdeler 21 for at holde gasstrømningen så laminar som muligt, også på udtrædelsessiden, altså før ventilatoren 3. Ventilatoren 3 frembringer ved hjælp af et omdrejningstalsregule-25 ringskredsløb en ensartet gasstrøm gennem huset 1. Bøsningerne 14 og 15, isolationsringen 12 og metalhylstret 11 er i det mindste delvis omgivet af et plasthylster 23, der samtidig danner afstandsstykket 12 og elektrisk isolerer de nævnte dele i forhold til det ydre metalliske husrør 1. Kollektorelektroden 16 bliver af det efterføl-30 gende forstærkertrin holdt på referencespændingspotential. Strøm-ningsdeleren 21 på udgangssiden er til elektrisk afskærmning af kollektorelektroden 16 forbundet med metal huset 1.

Til forklaring af virkemåden skal det først anføres, at den på sugesiden 4 ind i målecellen indtrædende gasstrøm er en luftstrøm, 35 der er forsynet med en enkelt sporgas. Denne gasblanding indtræder efter beroligelse af sin strømning i strømningsdeleren 7 ind i det af strålerfolien 10 omgivne rum 11, hvori luft- og sporgasmolekylerne dels direkte dels indirekte ioniseres. Dette forløb er udførligt beskrevet i den indledningsvis nævnte artikel.

DK 167943 B1 6

Luftmolekylerne har en væsentligt mindre masse end sporgasmolekylerne. Gasstrømmen kommer derpå til gitteret 13, hvis tråde hver gang skiftevis ligger på forskelligt potential. De to gittertråd-grupper får over ledningerne 18,19 tilført firkantspændinger med 5 samme frekvens, men faseforskudt 180°. Potentialmiddelværdien for gitteret 13 svarer til det på gitterets sted herskende potential af det mellem kollektorelektroden 16 og strålingskilden 9,11 bestående elektriske jævnfelt. Mellem de enkelte gittertråde er et elektrisk vekselfelt altså virksomt, hvilket vekselfelts retning forløber 10 vinkelret på strømningsretningen for gasstrømmen. Dette elektriske tværfelt forsøger at' afbøje ionerne ud fra deres strømningsretning. Dette lykkes desto tidligere, jo mindre dels massen af ionerne er, og dels jo lavere frekvensen af vekselfeltet er. Tunge ioner bliver på grund af deres masse væsentligt mindre let af det elektriske 15 vekselfelt bragt ud af deres bane end lette ioner. Hvis der ligger et statisk elektrisk felt på gitterparrene, vil en del af de afbø-’ jede ioner ramme gittertrådene og deres afledning blive afledet over gittertrådene. Hvis der på den anden side ligger et vekselfelt med meget høj frekvens, kan hverken lette ioner og da slet ikke tungere 20 ioner følge kræfterne af dette hurtigt varierende vekselfelt og vil følgelig uafbøjet træde igennem gitteret. Jo lettere de ioniserede molekyler er, og jo lavere frekvensen er, desto flere ioniserede molekyler vil afgive deres ladning til gitteret 13 og derpå elektrisk neutralt bevæge sig med gasstrømmen i retning mod kollektor-25 elektroden 16. Antallet af de ioniseret til kollektoren 16 ankommende molekyler afhænger altså dels af massen af disse molekyler og dels af frekvensen af den på gitterparret 13 påtrykte vekselspænding. Dermed er de to vigtige kriterier til konstatering og sortering af bestemte ioner givet. Målecellen udnytter den forskellige 30 ionbevægelighed af luft- og gasioner som kriterium for sin skelnen.

Foruden suget fra ventilatoren 3, som bevæger gasstrømmen, indvirker i princippet også det mellem ionkilden 9,10 og kollektoren 16 liggende elektriske jævnfelt på bevægelseshastigheden af ionerne. Styrken af dette felt er imidlertid i betragtning af den lave spæn-35 ding på f.eks. 5 volt mellem kilde og kollektor lille, så at denne accelererende indflydelse på den aksiale bevægelseshastighed af ionerne er forsvindende ringe. Det bevirker imidlertid på grund af de fokuserende tværkomposanter mellem metal huset 1 og gitteret 13 henholdsvis metal huset 1 og kollektoren 16 den krævede DK 167943 B1 7 diffusionshastighed for ioner med uønsket polaritet. Da der til forskel fra den indledningsvis beskrevne målecelle ikke sker nogen aksial løbetidsselektering af ionerne, har sådanne af det svage elektriske jævnfelt betingede løbetidsændringer henholdsvis -varia-5 tioner ingen indflydelse på måleresultatet. I forhold hertil er bortfaldet af en højspændingsfrembringelse for målecellen netop for bærbare apparater og disses betjeningssikkerhed af betydelig fordel.

Som tidligere nævnt vil praktisk taget alle ioner ved meget højfrekvent gittervekselspænding gennemløbe gitteret 13 uden af-10 bøjning og nå frem til kollektoren 16. Den ved en sådan høj gitterfrekvens målte kollektorstrøm er altså et mål for den samlede mængde af alle i gasstrømmen indeholdte ioner og dermed samtidig for gasstrømmen og selve dennes strømningshastighed. Denne ved meget høj gitterfrekvens målte kollektorstrøm I kan følgelig som erværdi 15 ' tilføres en omdrejningstalsregulator for ventilatoren 3 for over en omdrejningstalsregulering af ventilatoren at opretholde en konstant strømningshastighed af gasstrømmen.

En yderligere metode til bestemmelse af strømningshastigheden af gasstrømmen består i måling af ionløbetiden mellem gitteret 13 og 20 kollektorelektroden 16, hvis afstand er kendt. Ud fra afstand og løbetid kan hastigheden bestemmes. Det bliver her forudsat, at strømningshastigheden af gasstrømmen i betragtning af det kun svage elektriske langsfelt mellem kollektor og gitter kun væsentligt adskiller sig fra vandringshastigheden af ionerne. Man foretager en 25 springvis frekvensændring på gitteret 13 og måler tidsrummet, indtil denne frekvensændring fører til en tilsvarende springvis ændring i kollektorstrømmen. Da der ved en kontinuerlig gasanalyse sker en cyklisk ændring af gitterspændingsfrekvensen, kan også ionløbetiden og dermed strømningshastigheden måles i hver cyklus ved en sådan 30 springvis ændring. Denne erværdi bliver derpå ført til omdrejningstal sregul atoren for ventilatoren 3.

. Fig. 1 viser afhængigheden af den normerede kol lektorstrøm i af frekvensen f ved gasser med forskellig ionbevægelighed. Som normeret kollektorstrøm i er angivet forholdet mellem den i afhængighed af 35 frekvensen faktisk målte kollektorstrøm og den maksimale kollektorstrøm, der som ovenfor nævnt optræder ved en meget høj henholdsvis uendeligt høj gitterveksel frekvens. Kurven stammer fra en gas, hvis ioner tilnærmelsesvis har den firedobbelte ionbevæge-1ighed af den gas, som frembringer kurven ij. Derved lader DK 167943 B1 8 ionbevægeligheden sig vise som frekvens, nemlig som den frekvens f , ved hvilken ionstrømmen antager halvdelen af den maksimalt opnåelige værdi. Ved konstant gasgennemstrømning gennem målecellen er f afhængig af ionbevægeligheden og gitterafstanden. Da sidstnævnte 5 forbliver konstant, er f direkte proportional med ionbevægelig heden. I det foreliggende tilfælde blev der arbejdet med et gitter, hvis parallelle tråde havde en diameter på 0,08 mm og en afstand på 0,4 mm. Som det vil ses, stiger kollektorstrømmen i2 for de hurtigere eller mere bevægelige ioner (f = 2 kHz) med voksende git-10 terfrekvens f langsommere end kollektorstrømmen ij for de mindre bevægelige ioner (f^ = 0,5 kHz). På gitteret 13 kan de mere bevægelige ioner nemlig følge det elektriske vekselfelt op til højere frekvenser og rekombinere. Den store del af de mindre bevægelige ioner derimod opnår ved denne frekvens under en halvperiode af git-15 tervekselspændingen ikke den hosliggende gittertråd og når altså frem til kollektoren 16 og bliver der neutraliseret under frembringelse af en strøm. De to kurver i^ og i2 viser altså et typisk forløb af den normerede kollektorstrøm i i afhængighed af frekvens og ionbevægelighed. På grund af disse egenskaber er den beskrevne 20' målecelle egnet til at adskille forskellige gasser fra hinanden ved hjælp af det frekvensafhængige forløb af kollektorstrømmen. Hvis man nemlig i et lager lægger en skare af sådanne normerede frekvensafhængige kollektorstrømme ij, i2 osv., som er kendetegnende for forskellige gasarter, og undersøger man derpå en ukendt gasblanding, 25 idet man periodisk enten kontinuerligt eller i små trin ændrer (wobbler) frekvensen af den til gittertrådgrupperne førte vekselspænding og derved måler kollektorstrømmen henholdsvis den normerede kollektorstrøm i afhængighed af gitterspændingsfrekvensen, digitaliserer den og indfører den i et andet lager som funktion af den 30 pågældende frekvens, kan man ved sammenligning af den lagrede målekurve med de ligeledes lagrede for bestemte gasser karakteristiske kurver finde frem til, hvilken sporgas der er indeholdt i den undersøgte gasstrøm. En sådan sammenligning af digitalt lagrede data sker hensigtsmæssigt ved hjælp af en mikroprocessor, som ved over-35 ensstemmelse af de målte strøm/frekvenskurver med en i form af en tabel lagret for en bestemt gas karakteristisk strøm/frekvenskurve levere et for den tilsvarende gas henholdsvis for en bestemt damp karakteristisk indikatorsignal.

I mange tilfælde vil det ikke være nødvendigt at afstemme hele DK 167943 B1 9 frekvensområdet, men man kan arbejde med udvalgte støttefrekvenser. Først bliver mætningsværdien I af kollektorstrømmen bestemt for en meget høj frekvens, f.eks. 15 kHz. Ud fra denne mætningsværdi kan der ved beregning i givet fald støttet af nogle ved bestemte ud-5 valgte frekvenser udførte målinger bestemmes værdier for et tilstrækkeligt antal frekvensafhængige strømværdier ved bestemte frekvenser for strøm/frekvenskurven for luft og lagres som referenceværdier. Ved undersøgelsen af en ukendt gas bliver de nævnte støttefrekvenser frembragt efter hinanden og kollektorstrømmen målt 10 og digitaliseret over en A/D-omsætter. Enten lagrer man de til de enkelte frekvenser hørende værdier, eller man sammenligner dem ved online-drift umiddelbart med de lagrede værdier af kurven for luft.

På denne måde kan man for bestemte gasarter bestemme typiske kurveforløb og i tilfælde af overskridelse af forudgivne koncentrations-15 grænseværdier udløse et alarmsignal.

I blokdiagrammet i fig. 4 er målecellen 30 med gasindgang 4, filter 6, ventilator 3 og luftudgang 31 kun vist som en blok, fordi der i det følgende kun skal betragtes styringen af målecellen 30 og bearbejdningen af de fremkomne signaler. En firkantgenerator 32 20 frembringer på ledningerne 18 og 19 (jfr. fig. 3) modfaseveksel spændingssignalerne for de to grupper af gittertråde i gitteret 13. Frekvensen af disse firkantsignaler lader sig ved hjælp af et fre-kvensstyrekredsløb 33 ændre enten kontinuerligt eller trinvis svarende til et udgangssignal på frekvensstyreledningen 34 fra mikro-25 processoren 35. Kollektorstrømmen på ledningen 17 føres til en forstærker 36 og derfra til en A/D-omsætter 37. Det digitaliserede kollektorstrømsignal bliver indført i et lager 38 i mikrodatamaten 35 og sammenlignet i en digital komparator 39 med de i et yderligere lager 40 i form af en tabel lagrede for bestemte gasarter karakte-20 ristiske strøm/frekvenskurver. Hvis der herved konstateres en bestemt eksempelvis farlig gasart eller gaskoncentration, bliver der over et alarmkredsløb 41 udløst et akustisk eller optisk alarmapparat 42, og/eller en detekteret gasart og i givet fald også den bestemte koncentration bliver optisk vist på et visningsorgan 43.

25 Endvidere kan et registreringsapparat enten være sluttet til alarmkredsløbet 41 eller umiddelbart til mikrodatamaten 35.

Ved høje strømningshastigheder i målecellen 30 kommer der pr. tidsenhed flere ioner til kollektoren 16 end ved lav strømningsha-stighed. For at udkoble en sådan indflydelse af DK 167943 B1 10 strømningshastigheden på kollektorstrømsignalet kan man enten foretage en af strømningshastigheden afhængig korrektion af kollek-torstrømsignalet, eller man holder strømningshastigheden konstant.

Til måling af strømningshastigheden kan der anvendes en sædvanlig 5 strømningsføler. Indvirkningen på strømningshastigheden sker over omdrejningstallet for ventilatoren 3. I stedet for en særlig strømningsføler kan der som allerede nævnt også anvendes selve kollektorstrømmen, nemlig den kollektorstrøm I , som indstiller sig ved en meget høj gittervekselspændingsfrekvens. Ved en meget høj gitter-10 frekvens på eksempelvis 15 kHz rammer ingen ioner gitteret, men de strømmer alle til 'kollektoren og danner dermed kollektormætnings-strømmen IQ. Denne er samtidig et mål for strømningshastigheden og kan følgelig over et omdrejningstalsreguleringskredsløb 44 tjene til styring af omdrejningstallet for ventilatoren 3. På den simpleste 15 måde bliver i forbindelse hermed den til ventilatoren 3 over ledningen 45 førte spænding ændret henholdsvis frekvensen af magnetiseringsspændingen, når der er tale om en impuls- eller drejestrøm-motor. Det til den pågældende erværdi af strømningshastigheden henholdsvis af kollektormætningsstrømmen svarende signal modtager 20 reguleringskredsløbet 44 over ledningen 46 fra mikrodatamaten 35.

Det bliver der tilvejebragt ud fra det ved meget høj frekvens opstående udgangssignal fra omsætteren 37 eller ved måling af ionløbetiden mellem gitteret 13 og kollektoren 16. Det er allerede blevet nævnt, at adskillelsen af sporgasserne fra luftmolekylerne 25 sker på grundlag af den væsentligt højere masse af ioniserede molekyl komplekser. Det mellem kilde- og kollektorelektrode påtrykte elektriske felt bestemmer ionpolariteten, der skal måles. Hvis man tilfører målecellen ren luft, kan man med de herved tilvejebragte måleværdier justere henholdsvis kontrollere det til målecellen 30 sluttede evalueringskredsløb. En afhængighed hos kollektorstrømmen af luftfugtigheden, som opstår ved tilstedeværelsen af sporgasser på grund af konkurrenceprocesser med negativ indflydelse på kompleksdannelsen, kan der enten tages hensyn til ved anvendelse af en luftfugtighedsmåler, hvis udgangssignal føres til mikrodatamaten 35 35 . og der frembringer en korrektionsværdi svarende til den absolutte luftfugtighed, eller man holder luftfugtigheden konstant ved passende foranstaltninger ved indgangen til målecellen, eksempelvis ved hjælp af et affugtnings- og/eller varmeapparat. På lignende måde kan der tages hensyn til indflydelsen af temperaturændringer på 11 DK 167943 B1 måleresultatet, som opstår på grund af den med temperaturen stigende ionbevægelighed, når man tilfører udgangssignalet fra temperaturføleren 25 til mikrodatamaten 35 og lader denne heraf frembringe en tilsvarende korrektionsværdi for kollektorstrømsignalet, dvs.

5 stigningen af den lagrede referencekurve.

Med den beskrevne fremgangsmåde og det angivne apparat kan ikke kun bestemte arter af sporgas detekteres, men man kan også konstatere disses koncentration. Dette skal forklares i det følgende ved hjælp af fig. 2. Af fig. 1 fremgår det, at stejlheden af strøm/ 10 frekvenskurven ændrer sig i det lineære stigende område i afhængighed af ionmobifiteten. Man kan altså ved måling af kollektorstrømmen ved to forudgivne støttefrekvenser bestemme stigningen af kurven. Fig. 2 viser ved kurve a strøm/frekvenskurven for filtreret luft ved 11% relativ fugtighed. Kurve b angiver forløbet ved ti 1 -15 sætning af 0,050 /ig/1 Sarin og kurve c ved tilsætning af 0,106 μg/l. Hvis man anvender støttefrekvenser på 312,5 Hz og 1.250 Hz, fås for filtreret luft en stejlhed på 3,28 pA/kHz, for kurve b en stejlhed på 4,07 pA/kHz og for kurve c en stejlhed på 5,18 pA/kHz. Ved bestemmelse af kurvestigningen i det lineære område mellem to 20 forudgivne støttefrekvenser kan altså også koncentrationen af sporgassen bestemmes. Dette kan ske i mikrodatamaten 35. I stedet for kan man som ligeledes vist i fig. 2 bestemme differensen af strømværdien mellem filtreret luft og luft, der er tilsat en sporgas med forskellig koncentration, altså værdierne c-a og b-a og udløse en 25 alarm, såfremt denne differensværdi overskrider en tærskelværdi ved en forudgiven frekvens. I det viste eksempel ligger differenskurven (b-a) ved en frekvens på f = 0,7 kHz under en værdi på 1,0 pA, hvorimod kurven (c-a) ved den samme frekvens ligger over 2,0 pA. Ved lagring af tilsvarende justeringskurver kan ikke kun overskridelsen 30 af en forudgiven tærskelværdi, men selve værdien af koncentrationen bestemmes.

35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til detektering af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i luft eller andre gasblandinger, ved hvilken 5 gasblandingen a) kontinuerligt strømmer gennem et kammer, der har en driftszone mellem indgang (5) og udgang (22), b) ved indgangen til driftszonen ioniseres af en strålingskilde (10), 10 c) i driftszonen udsættes for det elektriske vekselfelt fra et af parallelle tråde bestående gitter (13), hvor hosliggende gittertråde i hvert enkelt tilfælde ligger på forskelligt elektrisk potential, og hvor der på de to grupper af gittertråde lægges en vekselspænding med 15 indstillelig frekvens, og d) den på en kollektorelektrode (16), som findes ved enden af driftszonen, opstående kollektorstrøm måles, kendetegnet ved, at e) frekvensen af den til gittertrådgrupperne førte veksel- 20 spænding ændres periodisk enten kontinuerligt eller i trin, og at kollektorstrømmen I derhos måles i afhængighed af gitterspændingsfrekvensen f, digitaliseres og som funktion af frekvensen lægges i et lager (38), 25 f) at der i et yderligere lager (39) er lagret en tabel over frekvensafhængigheden af kol lektorstrømmen for forskellige gasser eller dampe, g) at en digital komparator (39), fortrinsvis en mikrodatamat (35), sammenligner de målte 30 strøm/frekvenskurver med "de i tabellen lagrede strøm/frekvenskurver og ved overensstemmelse af målekurven med en kurve i tabellen leverer et for den tilsvarende gas henholdsvis damp karakteristisk indikatorsignal.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at driftshastigheden af ionerne gennem målecellen holdes konstant ved omdrejningstalsregulering (44) af en ventilator (3), der tjener som gasstrøm-frembringelsesordning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at DK 167943 B1 13 den ved en langt oven for driftsområdet for gittervekselspændingen f målte kun af strømningshastigheden afhængige kollektorstrøm I måles og sammenlignes med en lagret skal værdi, og at der ud fra denne sammenligning afledes et indstillingssignal (45) for omdrejnings-5 talsreguleringen (44) for ventilatoren (3).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der under forløbet af en målecyklus på gitteret (13) foretages en springvis frekvensændring, at den med ionløbetiden mellem gitter og kollektorelektrode (16) forsinkede springvise kollektorstrømændring 10 detekteres, og at strømningshastigheden af gasstrømmen bestemmes ud fra ionløbetiden og den kendte afstand mellem gitter og kollektor-elektrode.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at de to gittertrådgrupper får tilført 15 firkantspændinger, der har samme frekvens, men er faseforskudt 180°, og at potentialmiddelværdien af de to gittertrådgrupper svarer til det på stedet for gitteret (13) herskende potential af det af kol-lektorelektroden (16) frembragte elektriske felt.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, 20 kendetegnet ved, at til bestemmelse af koncentrationen af en konstateret gas subtraheres den ved en højere frekvens af gittervekselspændingen målte værdi af kol lektorstrømmen fra den ved en lav frekvens målte værdi af kollektorstrømmen, og at den heraf bestemte stejl hed af kollektorstrøm/frekvenskurven sammenlignes med 25 den i en til den pågældende gas hørende tabel i afhængighed af kurvestejlheden lagrede koncentrationsværdi.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at til bestemmelse af koncentrationen af en konstateret gas bliver kollektorstrømværdien (a) for en spor- 30 gasfri bæregas, f.eks. luft, subtraheret fra kollektorstrømværdien (b) ved sporgasindeholdende bæregas, og at differensværdien (b-a) sammenlignes med en til den samme frekvens (f) hørende tærskelværdi.

8. Apparat til detektering af ubetydelige mængder af gasser eller dampe i luft eller andre gasblandinger ved fremgangsmåden 35 ifølge krav 1 eller et af de følgende krav med a) et kammer til gennemledning af gasstrømmen, b) en driftszone anbragt mellem kammerindgang (5) og kammerudgang (22), c) en ved indgangen til driftszonen anbragt ioniserende DK 167943 B1 14 strålingskilde (10), d) en kollektorelektrode (16) ved enden af driftszonen, e) en anordning (3) til frembringelse af en kontinuerlig gasstrøm gennem driftszonen til kollektorelektroden 5 (16), f) et i driftszonen anbragt af parallelle tråde bestående gitter (13), hvor hosliggende gittertråde i hvert enkelt tilfælde ligger på forskelligt elektrisk potential, og hvor der på de to grupper af gittertråde lægges en 10 vekselspænding med indstillelig frekvens, samt g) en anordning (35,36,37), der måler kol lektorstrømmen, kendetegnet ved, at h) tilslutningsklemmerne (18,19) for de to gittertrådpar er sluttet til udgangene på en firkantgenerator (32) med 15 digitalt styrbar frekvens, i) kollektorelektroden (16) står over en A/D-omsætter (37) i forbindelse med et første lager (38), j) en tabel over kollektorstrømmens frekvensafhængighed for forskellige gasser eller dampe er lagret i et yderligere 20 lager (39), k) en mikrodatamat (35) kan som digital komparator (39) på indgangssiden sluttes til de to lagre (38,39) og sammenligner de i det første lager (38) værende målekurver med de i det andet lager (39) lagte 25 referencekurver og samtidigt leverer et signal, der styrer frekvensen af firkantgeneratoren (32), l) et visnings- eller alarmapparat (41-43) er sluttet til en udgang på mikrodatamaten, hvilket alarmapparat ved målekurvens overensstemmelse med en kurve fra tabellen 30 leverer et visningssignal, der er karakteristisk for den tilsvarende gas eller damp.

9. Apparat ifølge krav 8, k e n d e t e g n e t ved, at der i gasstrømmen fortrinsvis ved udgangen af driftszonen er anbragt en temperaturføler (25), og at dens udgang er sluttet til mikrodata- 35 maten (35).

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at der ved indgangen (5) til målecellen findes et mekanisk filter (6) og en strømningsdeler (7), som udjævner strømningen og fortrinsvis består af to i afstand anbragte sigter (7a,7b), og/eller at 5 15 DK 167943 B1 der mellem driftszonen og gasstrømfrembringeren (3) er anbragt en sigteagtig strømningsdeler (21). 10 15 20 25 30 35