EP2404152A2 - Analyseverfahren und -geräte für fluide - Google Patents

Analyseverfahren und -geräte für fluide

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Publication number
EP2404152A2
EP2404152A2 EP10716614A EP10716614A EP2404152A2 EP 2404152 A2 EP2404152 A2 EP 2404152A2 EP 10716614 A EP10716614 A EP 10716614A EP 10716614 A EP10716614 A EP 10716614A EP 2404152 A2 EP2404152 A2 EP 2404152A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
branch
measuring chamber
chamber
measuring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10716614A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Dantler
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Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2404152A2 publication Critical patent/EP2404152A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
    • G01N1/2211—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling with cyclones
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/14—Suction devices, e.g. pumps; Ejector devices
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    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/26—Devices for withdrawing samples in the gaseous state with provision for intake from several spaces
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0255—Investigating particle size or size distribution with mechanical, e.g. inertial, classification, and investigation of sorted collections
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    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means

Definitions

  • This invention relates to novel methods and corresponding measuring and analyzing devices which are contained in a fluid, ie a gas, gas mixture, e.g. Air or in a liquid impurities or particles measure.
  • a fluid ie a gas, gas mixture, e.g. Air or in a liquid impurities or particles measure.
  • the invention relates to a method and an arrangement for particle separation, wherein in a gas or a liquid containing a particle mixture, target particles having predetermined properties are separated from residual particles. The target particles themselves are analyzed or measured.
  • the invention allows by a novel cooling the use of radiation sources with very high power, as they are necessary for the measurement of a few particles or smallest impurities.
  • An extended electrical measuring range allows the determination of small but also larger deposits of particles and impurities.
  • a novel user interface simplifies the commissioning of such devices.
  • a first problem area concerns particle separation or particle separation.
  • particles with a certain size of importance and only these should get into a measuring chamber ie the initially existing particle mixture must be separated according to certain particle properties. This particle separation proves to be difficult, especially when it comes to mixtures of microscopic particles. This is explained by some examples.
  • the detection and measurement of the smallest amounts of fire aerosol particles is considered, as occurs in so-called intake smoke detection (ARM, Aspirating Smoke Detector, ASD).
  • intake smoke detection ARM, Aspirating Smoke Detector, ASD
  • air of the room to be monitored is sucked in via a pipe system.
  • This pipe system consists of one or even several tubes and is in the total length usually between 10m and 200m long. It has at a distance of about 4m suction openings of a diameter of about 2-6mm.
  • a warehouse, an IT data center, a production area or an electrical switchgear, etc. can be monitored.
  • the measuring chamber in the device then measures the presence of fire aerosol particles and gives an alarm when a certain preset value has been reached.
  • a light emitting diode LED
  • a laser diode LD
  • a xenon lamp or the like
  • other components e.g. optical lenses, one or more photoelectric sensors and / or an amplifier circuit are located.
  • Another way of detecting fire aerosol particles is to use an ionization chamber.
  • particle separation here means the separation of the particles according to predetermined particle properties, whereby the separated particles also remain in principle in the fluid, ie in separate volumes of the fluid.
  • particle separation is understood to mean the removal of the undesired particles from the fluid.
  • One method is sedimentation by gravity, centrifugal force or redirection as e.g. used in cyclones.
  • the devices are relatively large and usually expensive to manufacture, which limits their use as wall or table units.
  • particle deposition is not good enough in certain applications and especially in the micrometer range.
  • the problem lies here in principle, since a separation of particles for the measurement is actually not necessary. Only these or certain particles may not reach the measuring range, but they may remain in a current outside the measuring range. These devices intend to separate the particles from a gas, and thus all the fluid would subsequently be free of these contaminants. Larger particles can remain in the main stream. It is sufficient if the fluid is diverted only a small amount, which is free from impurities. Particle separation or precipitation is not necessary at all and thus, for example, emptying and cleaning the cyclone or a filter replacement, etc.
  • the particles are electrostatically charged and deflected in an electric field.
  • Disadvantages here are the additional necessary electrical components and the moisture sensitivity of this variant, which limits their use.
  • the occurrence of undesired, e.g. larger particles can also be determined by means of an additional, for example, optical measuring method.
  • additional, for example, optical measuring method is that the measuring chamber is contaminated especially by the larger particles, more electrical components are needed and the setting and calibration of the device is associated with additional effort.
  • the fouling of the measuring chamber can also be accepted and electrical or electronic measures used to correct the measurement results. If the measuring optics picks up particles during operation, ie dusty, their sensitivity is reduced. To compensate for this, the sensitivity of the measuring system is electronically corrected or readjusted. This electronic readjustment is called “drift compensation". For example, over time the Speech behavior designed more sensitive, since it is assumed that the optical components (dirt) receive particles, so less light enters the measuring chamber and the measuring sensor. Whether pollution actually arises or whether it is stronger or less, is irrelevant to the so-called “planned”, ie pre-set compensation. However, this results in the serious disadvantage of this drift compensation, namely that the measurement behavior and thus also the response of the device, eg the fire detector, changes in the course of operation and this change does not correlate with the actual sensitivity or the degree of contamination.
  • a second area of concern concerns particulate deposits in the measuring chamber, in particular on the measuring optical or electronic devices. These devices are in an area that is separate from the medium, i. the gas or liquid is flowed through. As soon as additional parts or the necessary openings are inserted into the measuring chamber or the flow area, e.g. Lenses, sensors, radiation sources, etc., create unevenness such as joints, openings for the radiation source or the sensor. These result in turbulence of the flowing medium, which in turn leads to deposits of particles in mostly undesirable places.
  • a known method for preventing this is to filter virtually all particles, including the target particles, out of the medium by means of a separate upstream fine filter and thus virtually to produce a pure fluid. This then flows both via the radiation source and via the sensor; It prevents particles from precipitating on these two parts or in their areas. Later, this pure gas gets back into the main stream.
  • the disadvantages of a filter have been before explained. Its degree of soiling and clogging can not be determined, and therefore not when the filter clogged and thus the gas / air supply is reduced or blocked in the measuring chamber. For example, the consequences can be fatal for a fire detector if a fire hazard is detected too late or not at all.
  • the present invention has set itself the task, the o.g. Disadvantages of the known methods and devices in relation to the first problem area to avoid and to ensure a simple and reliable separation of the measurement of certain particles in a fluid.
  • This object is achieved by means of measures and devices as defined in the patent claims, with advantageous embodiments and applications of the invention being apparent in particular from the dependent claims.
  • the particle separations according to the invention described below are improved separation processes which are distinguished by high throughput, high selectivity and cost-effective production and avoid the disadvantages of the above-mentioned present-day processes.
  • the abovementioned problem of deposits in the measuring chamber, in particular on the optical or electronic devices used for the measurement is eliminated or at least reduced.
  • the separation generally reduces the particle content of the medium to be measured, which generally prevents the penetration of larger particles into the measuring range and reduces the contamination of the components such as the radiation source and / or the sensor.
  • the possibly still depositing, smaller target particles represent a significantly lower impairment.
  • a third problem area in the measurement and analysis methods and devices discussed here relates to the light or radiation source which is arranged in or on the measuring chamber and with the aid of which the actual measurement is carried out.
  • This radiation source must emit a corresponding power, for example emitting light in the visible range, in order to enable the detection and measurement of very small amounts of very small particles.
  • the problem here is that the radiation source must provide a high radiant power and this as constant as possible over a long service life. For this purpose, operation in a corresponding, narrow and usually low temperature band is essential. Only in this way can it be ensured that the maximum possible lifespan is achieved.
  • Heat sinks are arranged so that the heat generated by the light or radiation source is dissipated to the environment. In this case, of course, a corresponding heat sink is necessary, which in turn must be placed in the device or outside. This requires on the one hand structural effort, on the other hand it makes the device unwieldy.
  • the light or radiation source is operated pulsed, eg with 1 Hz or less.
  • the light source generates less heat and the cooling performance can be reduced.
  • the radiation source is placed in the fluid flow for cooling.
  • this method has the disadvantage that particles which are in the fluid stream can be precipitated at the radiation source. This in turn reduces the emitted radiation power, which can be radiated into the measuring chamber. If, on the other hand, the radiation source is placed in a region with reduced fluid flow, then the cooling capacity may not be sufficient, which in turn reduces the service life of the radiation source.
  • the present invention has set itself the task, the o.g. Disadvantages of the known methods and devices also to avoid in relation to the third problem area. This object is achieved by means of measures and devices as defined in the patent claims, with advantageous embodiments and applications of the invention appearing in particular from the dependent claims.
  • the arrangement of the cooling device for the radiation source for measuring and analyzing devices shown here is suitable for avoiding the mentioned disadvantages of the known arrangements and for maintaining a constant, high radiation power over a long period of time. It is also characterized by a simple construction and thus cost-effective production.
  • a fourth problem area relates to the size or bandwidth of the electrical measuring range of measuring and analysis devices of the type described here.
  • a radiation source such as an LED, laser diode (LD), xenon lamp, etc.
  • a highly sensitive photoelectric sensor with an electrical amplifier circuit measures the radiation haze or radiation reflection caused by particles in the medium in the measuring chamber.
  • the signal amplification takes place via a plurality of transistors connected in series (Darlington circuits) or operational amplifiers.
  • EP 0733894 shows a possible solution to this problem.
  • a sensor reduces the drive current supplied to the light source to lower the sensitivity of the device to a lower level.
  • the disadvantage here is that this control is complicated and not necessarily linear, because of the control of the light source up To the sensor, which receives the signal are too many components, which adversely affect their tolerances, aging, etc., a linear measurement result.
  • Another possibility is to change the gain of one or more amplifiers connected in series.
  • resistance values determine the gain
  • the disadvantage here is that it must be switched, either manually or electronically, the latter in turn requires additional components.
  • the circuit according to the invention which amplifies the output signal of the sensor, has a very large amplification range without requiring manual switching and allows an automatic display of a very wide range of measured values. It is characterized by a simple structure and thus cost-effective production.
  • the fifth problem area in connection with analysis and measuring devices of the type mentioned is the interface for the basic setting and the commissioning of such a device, in particular a fire detector. It There is no need for a special fantasy that the incorrect setting of a fire alarm can have catastrophic consequences.
  • a suction device As already described, often devices are used for the detection and measurement of impurities in air or other gases, which sucks in samples via a piping system by means of a suction device, feed them to a measuring chamber and evaluate them there.
  • the piping system is i.d.R. between 10m and 200m long and usually has several suction openings, often with an opening diameter of 2-6mm.
  • the devices for the detection of fire aerosols are called aspirating smoke detectors (ARM or ASD for Aspirating Smoke Detector) and are widely used.
  • the sensitivity of the measuring chamber or its evaluation in% opacity / m set. For example, often 0.5% light haze / m is set on the device on delivery.
  • the required setting value must be determined and the setting must be corrected. However, this itself does not say whether the device setting is a normal, high or highest sensitivity, or how fast, e.g. a fire hazard is detected.
  • a field technician When setting, a field technician must first determine the desired target per intake. If you want to achieve a response that is comparable to a conventional point detector, so for example, 5% light haze / m is selected. The technician must either know this value by heart or look up or ask for it. In the worst case, in the worst case, smoke only reaches a single intake opening with fire aerosols; in all other intake openings, only (pure) air still passes without fire aerosols. If the pipe system now has a certain number of suction openings, the desired target value per suction opening must be divided by the number of suction openings. The result of the division must then be set on the device.
  • the present invention provides a simple and practical solution by proposing an arrangement in which only the number of suction holes must be entered. This simple process is hardly error-prone and therefore leads to a largely safe start-up especially of fire detectors (aspirating smoke detectors).
  • FIGS. 2a-2c three embodiments for a particle separation
  • FIGS. 3a-3c show further embodiments for a particle separation, wherein FIG. 3a is a plan view and FIGS. 3b and 3c show schematic views of two embodiments;
  • Fig. 5 shows an example of the arrangement of shields
  • Fig. 6 shows an example of a multi-range amplifier circuit
  • FIGS. 8a-8b show two embodiments of adjusting devices.
  • the particle separation described below is characterized by a high throughput, a high selectivity and a cost-effective production and avoids the disadvantages of the above-mentioned, known methods.
  • the basic idea is to carry out a particle separation in advance in a fluid or air system in such a way that only the desired target particles reach the actual measuring chamber.
  • Fig. 1 shows as an example a fire alarm system.
  • the piping system 11 consists of one or more pipes and each thereof has at least one, usually a plurality of suction openings 14.
  • a pressure difference or negative pressure which is generated by a suction device, such as a fan 13, causes the inflow of air, which thus flows from the suction via the piping to the fire detection device 12.
  • a branching chamber 24 In the latter there is a branching chamber 24. This separates the particles in the intake air and only that part with the desired target particles reaches the measuring chamber 15. This then measures the particle occurrence.
  • the air with all particles leaves the fire alarm device 12 via the housing output 29.
  • the device has an interface 16, which for example displays measurement data or status information, provides adjustment or data transmission options.
  • FIG. 1 shows, so to speak, the basic structure.
  • FIG. 2 a shows a first example of the particle separation process according to the invention, in which the particle separation according to the invention takes place by acceleration and subsequent deceleration.
  • the inlet channel 20 here a pipe reaching into the actual branching chamber 24, the pipe system shown in FIG. 1 is connected. Due to the narrow tube cross-section, which has a smaller inside diameter than the connected (not shown here) pipe system, there is an acceleration of the incoming air.
  • the inlet duct 20 terminates in the lower region of the branching chamber 24.
  • the air flowing out of its inlet opening 25, the total flow retains the direction, but reduces the speed because of the cross-sectional enlargement of the branching chamber in the delay region 30 and the resulting possibility of expansion.
  • the delay of the larger particles contained in the main stream is smaller than that of the smaller particles, essentially as a result of the ratio of mass to surface of the particles.
  • the smaller particles are deflected easier.
  • the negative pressure prevailing in the branching chamber 24 is caused on the one hand via the measuring chamber outlet 31, measuring chamber 15 and measuring chamber inlet or measuring chamber branch 26a, on the other hand via the outlet channel 22, wherein the pressure ratios are set so that the slower, smaller particles in the secondary flow to the measuring chamber branch 26a, which is shown here at the other end of the branch chamber 24.
  • the measuring chamber branch 26a can also be located closer to the delay region 27, as shown in FIG. 2c.
  • There is also another exit angle ⁇ at the Meßcrottingarangeist, here about 90 degrees, shown, the z. B. may be an obtuse angle of about 135 degrees, ie an acute angle relative to the main stream 21st
  • the now calmed side stream 28 with the smaller target particles passes to the measuring chamber 15.
  • This secondary stream 28 is considerably smaller than the total stream 21 in the inlet channel 20.
  • a particular advantage is the arrangement of the Meßschalede Trent 26a at a considerable distance from the delay region 30 on the outer wall of the branch chamber 24. This calms namely the flow and enters the branch channel 32a calmed, which is for the subsequent measurement in the measuring chamber 15 as advantageous proves.
  • the inlet opening 25 of the inlet channel 20 can be designed as a nozzle, preferably with one clear cross section, which is about half the size of the clear cross section of the inlet channel 20.
  • outlet opening 27 of the delay region 30, which forms the entrance of the outlet channel 22, so as a funnel-shaped inlet, that it opposes the main stream 23 as low as possible resistance.
  • the measuring electronics In the measuring chamber 15 are the measuring electronics and the required, eg optical components. After the secondary stream 28 has flowed through the measuring chamber 15 with the target particles, this arrives at Messttingauslass 31, where it is merged with the main stream 23 again. Together they then go to the intake, the fan 13 and subsequently to the housing output 29th
  • FIG. 2b illustrates a variation of the design shown in FIG. 2a.
  • a critical feature of the invention is the delay region 30 in which the expansion of the incoming total fluid flow 21 occurs.
  • the branch chamber tapers in the direction of flow of the total flow 21, at least in the delay region 30 up to the outlet opening 27. The first partial flow with the target particles from the delay region 30 thus flows at an angle y to the measuring chamber branch 26b.
  • the measuring chamber branch 26b is designed differently than in Fig. 2a.
  • the adjoining branch channel 32b to the measuring chamber 15 is at least approximately circular arc-shaped and has the radius r.
  • the length transition is carried out without edges, in order to avoid air turbulence and pressure losses.
  • the angle ⁇ and / or the distance from the delay region 30 to the measuring chamber branch 26b are also varied in the design. If only very small particles in the inflowing fluid 21 are to be the target particles, the distance from the delay region 30 to the measuring chamber branch 26b becomes greater and / or the angle ⁇ smaller, e.g. 10 degrees, chosen.
  • the separation of particles smaller than 10 ⁇ m may not get into the measuring chamber 15 and thus must remain in the main stream. This is necessary, for example, for the detection of fire aerosol particles, since these are smaller than 10 ⁇ m, depending on the type, course and time of the measurement.
  • the ratio between the width or the length of the delay region 30 must be 2: 1 or 1/5 of the tube diameter. Messers at the inlet opening 25 amount.
  • the ratio of the distance from the inlet opening 25 to the measuring chamber branch 26b to the pipe diameter of the inlet channel 20 is approximately 1: 1, wherein the angle ⁇ should be less than 20 degrees. This embodiment is shown in Fig. 2b.
  • FIG. 2 c shows a further embodiment, in which also larger particles of the inflowing fluid 23 belong to the target particles.
  • both the delay region 30 itself is different, in particular narrower and shorter, and the distance from the delay region 30 to the measuring chamber branch 26c is smaller.
  • the angle ⁇ less than 90 degrees, e.g. 70 degrees, to be chosen.
  • the particle separation is essentially determined by the following factors:
  • a significant advantage of the device described is the cost-effective production of the branching chamber, since this can have virtually any shape, both round and square or rectangular can be, which makes the production relatively simple.
  • the Fign. 3a to 3c show further examples of the particle separation process according to the invention.
  • the particle separation takes place by centrifugal forces.
  • the medium may be a liquid, but also a gas or gas mixture such as air, in short a fluid.
  • a particle separation can also be achieved by a rotational movement and the associated centrifugal force.
  • the particle-containing fluid is offset by suitable flow guidance in a rotational movement, which act on the heavier and usually larger particles centrifugal forces that have a movement of these particles radially outward. The larger particles are thus pushed to the edge and in the middle of the fluid are the smaller particles. So-called cyclones use this process for separating solid and liquid particles.
  • FIGS. 3a to 3c of which Fig. 3a is a plan view, the other two figures represent schematic sectional views.
  • a container 54 which here represents the branching chamber 50, has an inlet opening 53, a measuring chamber branch 55 and a downwardly narrowing outlet opening with an adjoining outlet channel 62; the latter are shown in FIGS. 3b and 3c can be seen.
  • the fluid 52 flows tangentially through the inlet opening 53, which may be formed, for example, as a slot inlet.
  • the arrangement of the inlet channel 51 and the container forces the fluid now in a circular path 56, ie in a rotary flow.
  • the heavier particles which are usually also the larger ones, will move to the outer wall of the container as a result of the centrifugal forces acting on them.
  • the Messcrouche Trent is arranged, which consists of a tube 68 with an opening 64. Due to the existing pressure difference, a small amount of the fluid 65 now flows through the opening 64 of the measuring chamber branch and subsequently arrives in a measuring chamber 15. There, the quantity or number of smaller or lighter target particles is measured. Heavier particles do not get into the measuring chamber. The heavier particle mainstream fluid 63 flows downwardly, accelerated by the negative pressure generated by the fan 13. Bottom of the container 50 has a narrowing outlet channel 62, in which the flow rate of the fluid increases. At this point, the measurement chamber outlet is additionally arranged laterally, in which the required negative pressure is produced by the high flow velocity of the exiting main stream 63.
  • the container 60 may on the one hand be cylindrical, as shown in Fig. 3b.
  • a conical container as shown in Fig. 3c can be used.
  • the radius 71 decreases in the direction of the flow 63, which results in an increase in the flow velocity of the fluid with the particles.
  • a so-called helical inlet is used when the fluid flows perpendicular to the outlet opening.
  • the particle separation is essentially determined by the following factors:
  • the above-mentioned third problem area in the measurement and analysis methods and devices discussed here relates to the light or radiation source arranged in or on the measuring chamber.
  • the necessary cooling is to be considered, on the other hand, the pollution occurring during operation by deposition of particles. Both influence the power of the radiation source and thus the accuracy of the measurement or analysis.
  • the Fign. 4 and 5 show by way of example a solution according to the invention which avoids the disadvantages mentioned above.
  • FIG. 4 shows three views of a light source arranged on a plate, eg a printed circuit board 80, here an LED 81.
  • This printed circuit board with the LED is shown in FIG. 4 in the front view 80a, side view 80b and in the rear view 80c.
  • the reference numbers are repeated in FIG. 5.
  • the underside of the circuit board 80 acts as a heat sink and is therefore coated with a temperature-conductive material 82.
  • a temperature-conductive via 83 allows the heat flow from the light source to the temperature-conductive material 82.
  • the heat of the light source reaches the back of the circuit board and can be from there or forwarded.
  • the backside of the printed circuit board 80 - that with the temperature-conductive material 82 - is placed in the main stream 86 of the medium or fluid.
  • M.a.W. the useless main flow of the fluid serves to cool the light or radiation source required for the particle measurement in the secondary flow.
  • FIG. 1 A solution according to the invention is shown in FIG. There, the radiation source 81 emits its radiation through an opening 84 into the measuring chamber 15.
  • Radiation haze or reflections caused by presence of particles, their existence in the medium or fluid can be detected and measured. This is done by means of a sensor 86a for measuring radiation reflections and / or a sensor 85b for measuring the radiation haze, i. for transmission measurement. Both measurements can also be made.
  • a fluid flow 86 In order to ensure a lasting and sufficient cooling, a fluid flow 86 must be present. Should this fail - because, for example, the suction device 13 is defective - this would adversely affect the life of the radiation source. Thus, the flow or the intake device should be monitored, which can be done by means of a monitoring circuit 87. This gives the driver current for the Light source free as long as the suction device is running and generates a corresponding fluid flow,. Should the aspirator fail or malfunction, the monitoring circuit disables or reduces the drive current. Overheating of the radiation source 81 is thus prevented. The monitoring circuit can display this state on a local display or transmit this information to an external display.
  • Shield 88 is located directly in front of the radiation source 81; the shield 88a in front of the sensor 85a for the reflection measurement and the shield 88b in front of the sensor 85b for the transmission measurement.
  • the shields are fixed by the brackets 90, 90a and 90b.
  • the shields extend to the entrance or the beginning of the measuring chamber, where the fluid flows. They must have a length that gives rise to possible turbulence at the beginning of the shield and not in the measuring range. This turbulence is caused by the shields themselves and the necessary brackets, which inevitably arise bumps, joints, openings, etc., which cause by swirling the deposition of particles in these areas. However, this is outside the measuring range and therefore has no influence on the measurement. 2.
  • the measuring components such as the radiation sources, sensors, lenses, etc., must be covered. In these areas, the shields must not be interrupted.
  • the shields extend downstream past the area used for the measurement. Any unevenness, joints,
  • the shielding 89 in front of the radiation source 81 reduces the amount of radiation which is emitted into the measuring range
  • the shield in front of the sensor reduces the amount of radiation which reaches the sensor, but this effect remains constant over the service life, since no particles are deposited here.
  • the device can now be calibrated accordingly in the production and then has constant measuring sensitivity during the entire operating time. A recalibration is unnecessary.
  • Fig. 6 shows this amplifier circuit.
  • the IC1 receives the very small input signal 100 from one sensor, with a few mV or mA or less. This can be, for example, the output signal of a photodiode. This very small signal must now be amplified accordingly in order to be able to process it further. It is picked up at the output 103, where it is usually amplified to several volts.
  • a plurality of operational amplifiers connected in series are usually used.
  • the amplification is determined by the ratio of coupling resistance to the input resistance.
  • the gain of the IC1 is determined by R2 / R1, the gain of the IC2 by R4 / R3 and that of the IC3 by R6 / R5.
  • the signal is split after the first amplifier stage IC 1.
  • the output signal of the IC 1 is fed both to the IC2 as input signal 101 (and later through the IC3 to the output 103) and to the IC4 as input signal 102.
  • the gain is determined by the ratio R8 / R7, but chosen that the IC4 has a lower gain than IC2 and IC3 together.
  • the IC3 saturates, but not the IC4. Consequently, a measurement signal which is related to the input signal 100 is then still present at the output 104 of the IC4.
  • the input signal 100 is amplified by the factor 10E3 to the output 103 and by the factor 10E2 to the output 104.
  • the column T100 represents the value of the input signal 100
  • the column T103 the value of the output 103
  • the column T104 the value of the output 104. All values are in mV and it is assumed that the operational amplifier is from 10'00OmV, ie from 10V, in saturation. Up to an input value of 10mV, the output 103 has a higher resolution than the output 104. However, due to the saturation, higher input values can no longer be represented at the output 103. From here on then the signal of the Output 104 accessed, which can still represent input signals up to 10OmV.
  • the signal may e.g. be brought from the output 103 by means of a converter 105 to a first bar graph display 107 for display. This indicates the low particle values.
  • the signal of the output 104 is, e.g. also displayed via a converter 106 on a second bar graph display 108. This then indicates the larger particle concentrations.
  • the two displays 107 and 108 can be provided with the corresponding voltage specifications in mV from 1 to 10 or from 10 to 100. These can represent any other values or even omitted.
  • the two outputs 103 and 104 can be fed via an analog-to-digital converter in a microprocessor, where the output signals are further processed. A representation may then be made on a local display on the device and / or transmitted over a data link to display the signal on an external display or process it, e.g. in a computer system.
  • a novel setting interface according to the invention prevents errors and reduces the time required for commissioning a fire detector and similar devices.
  • devices 12 are used for the detection and measurement of impurities in gases and gas mixtures, in particular air, which are conveyed via a pipeline system 11 by means of a suction device 13 Aspirates gas samples and this feeds a measuring chamber 15, where they are evaluated.
  • the piping system is usually between 10 and 200m long and usually has several suction openings 14.
  • FIGS. 8a, 8b and 9 Details are shown in FIGS. 8a, 8b and 9, which will be explained below.
  • the number of suction holes is set, which is e.g. by means of a first key 121, which increases the number of suction holes by one each upon pressing, and optionally a second key 123, which reduces the number of suction holes by one each when pressed, and an acknowledgment or confirmation key 122 which determines the input procedure completed.
  • This display does not necessarily have to be on the device. It can be designed both as a portable device with a connector, as well as a software solution that runs on a PC and is transmitted via data interface to the device.
  • FIG. 8b another setting option is shown.
  • a so-called DIP or DIL switch 124 arranged on a printed circuit board has e.g. 12 small switches. If e.g. Switch # 10 is ON / ON position and all others are OFF, then you set 10 intake ports.
  • the triggering and alarm threshold is calculated by default for a target value of eg 5% light turbidity / m for each suction opening.
  • a target value eg 5% light turbidity / m for each suction opening.
  • the first line 130 contains the target value per intake opening.
  • the number of suction holes is listed in column 131.
  • the result is calculated by dividing the target value per intake port by the number of intake ports. This result is then displayed in column 132. For example, with eight suction openings and the standard target value per suction opening of 5% light turbidity / m, the measuring chamber must trigger an alarm at a light turbidity value of 0.63.
  • Fig. 9 shows two more settings. With a target value of 8% haze / m for each aspiration opening, the triggering of an alarm would be delayed, whereas the triggering would occur earlier at a target level of 2% haze / m for each aspiration opening. This is shown in columns 133 and 134. Of course, further and other gradation values are possible.

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Abstract

Hier werden neue Verfahren und Vorrichtungen für ein Mess- und Analysegerät, welches in einem Gas bzw. Luft Verunreinigungen und/oder Partikel misst, dargestellt. In einem Partikeltrennschritt werden aus einem Gas oder Gasgemisch wie Luft oder einer Flüssigkeit, kurz einem Fluid, das ein Partikelgemisch enthält, Zielpartikel mit vorbestimmten Partikeleigenschatten von Restpartikeln auf neuartige Weise getrennt und ihr Auftreten und/oder ihre Häufigkeit in einer Messkammer bestimmt. Die ebenfalls neuartige Kühlung der zur Messung notwendigen Strahlungsquellen erlaubt den Einsatz von solchen mit hoher Leistung, wie es für die Messung von wenigen Partikeln bzw. kleinsten Verunreinigungen notwendig ist. Eine weiterhin neuartige Erweiterung des elektrischen Messbereich erlaubt die Messung von kleinen, aber auch von größeren Vorkommen an Partikeln und Verunreinigungen. Zusätzlich vereinfacht eine neuartige Schnittstelle die Inbetriebnahme des Geräts.

Description

Analyseverfahren und -gerate für Fluide
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf neuartige Verfahren und entsprechende Mess- und Analysegeräte, die in einem Fluid, also einem Gas, Gasgemisch, z.B. Luft, oder in einer Flüssigkeit Verunreinigungen bzw. Partikel messen. Einerseits betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anord- nung zur Partikeltrennung, wobei in einem Gas oder einer Flüssigkeit, die ein Partikelgemisch enthalten, Zielpartikel mit vorbestimmten Eigenschaften von Restpartikeln getrennt werden. Die Zielpartikel selbst werden analysiert bzw. gemessen. Neben der Partikeltrennung in Mess- und Analysegeräten ermöglicht die Erfindung durch eine neuartige Kühlung den Einsatz von Strahlenquellen mit sehr hoher Leistung, wie sie für die Messung von wenigen Partikeln bzw. von kleinsten Verunreinigungen notwendig sind. Dazu erlaubt ein erweiterter elektrischer Messbereich die Bestimmung von kleinen, aber auch von größeren Vorkommen an Partikeln und Verunreinigungen. Zusätzlich vereinfacht eine neuartige Benutzer- Schnittstelle die Inbetriebnahme solcher Geräte.
Hintergrund und Stand der Technik
Es gibt eine Reihe von Problemen bei den derzeit existierenden Mess- und Analysegeräten für Verunreinigungen bzw. Partikel in einem Fluid, d.h. einem Gas, Gasgemisch oder einer Flüssigkeit und den entsprechenden Mess- und Analyseverfahren.
Ein erster Problemkreis betrifft die Partikeltrennung oder Partikel- separierung. Bei verschiedenen Anwendungen sind z.B. nur Partikel mit einer gewissen Größe von Bedeutung und nur diese sollen in eine Messkammer gelangen, d.h. das eingangs vorhandene Partikelgemisch muss nach bestimmten Partikeleigenschaften getrennt werden. Diese Partikel- separierung erweist sich als schwierig, insbesondere wenn es sich um Gemische mikroskopisch kleiner Partikel handelt. Dies sei an einigen Beispielen erläutert.
Ein häufig bei industriellen, technischen aber auch biologischen oder medizinischen Untersuchungen, z.B. in der Diagnostik, auftretende Aufgabe besteht in der Trennung von Gasen oder Suspensionsgemischen durch Verteilung oder Sortierung von Mikropartikeln aus einer großen Ausgangsmenge in bestimmte Gruppen mit jeweils den gleichen Eigenschaften. Gelingt es, mittels einer Partikeltrennung bzw. Partikelseparierung nur die gewünschten Zielpartikel der Messkammer bzw. dem Messbereich zu- zuführen, so hat dies folgende Vorteile:
1. Erhöhung der Betriebssicherheit des Geräts aufgrund weniger bzw. keiner Fehlmessungen durch Partikel, welche nicht den Zielpartikeln entsprechen. 2. Verlängerung der Gerätelebensdauer wegen der geringeren bzw. verhinderten Verschmutzung der optischen Mess-/Analyse-Einrichtung durch größere Partikel.
3. Vereinfachung des Geräts, da Schutzkomponenten, z.B. Filter, oder Messkomponenten, welche die größeren Partikel messen, entfallen kön- nen.
In einem beispielhaften Anwendungsfall sei die Detektion und Messung von kleinsten Mengen an Brandaerosolpartikeln betrachtet, wie diese in sogenannten Ansaugrauchmelden (ARM, Aspirating Smoke Detector, ASD) vorkommt. Hier wird Luft des zu überwachenden Raums über ein Rohrsystem angesaugt. Dieses Rohrsystem besteht aus einem oder auch mehreren Rohren und ist in der Gesamtlänge meistens zwischen 10m und 200m lang. Es hat im Abstand von ca. 4m Ansaugöffnungen von einem Durchmesser von ca. 2-6mm. Damit kann z.B. eine Lagerhalle, ein IT Rechenzentrum, ein Fertigungsbereich oder eine elektrische Schaltanlage, etc. überwacht werden. Die Messkammer im Gerät misst dann das Vorkommen von Brandaerosolpartikeln und gibt bei Erreichen eines bestimmten, vorher eingestellten Wertes Alarm.
Brandaerosolpartikel haben eine Größe von ca. 0,01 - 10μm (Mikrometer). Kleinere Partikel wären z.B. Viren und größere Staub. Um bereits kleinste Mengen von Brandaerosolpartikeln detektieren zu können, wird eine hochempfindliche Messkammer benötigt. Hier wird eine Strahlung, z.B. Licht von einer Lichtquelle, in einen Detektionsbereich abgegeben. Befinden sich nun in diesem Bereich solche kleinen Brandaerosolpartikel, so streuen diese das Licht. Dieses Effekt verursacht auf einem photoelektrischen Sensor entweder eine Lichttrübung (Transmissionsmessung), weil dann weniger Licht auftritt, oder durch die Lichtstreuung gelangt erst Licht auf den Sensor (Reflexionsmessung). Mit einem dieser beiden Prinzipien werden die feinen Partikel festgestellt. Als Strahlungsquelle kann eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode (LD), eine Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet werden. In der Messkammer können sich noch andere Bauteile, z.B. optische Linsen, ein oder mehrere photoelektrischer Sensoren und/oder auch eine Verstärkerschaltung befinden.
Eine andere Möglichkeit der Detektion von Brandaerosolpartikeln besteht in der Verwendung einer Ionisationskammer.
Nachfolgend seien als Beispiel derzeit genutzte Verfahren und Vorrichtungen als Beispiele für die Partikelseparierung bzw. -abscheidung beschrieben. Es sei noch erläutert, dass hier unter "Partikelseparierung" die Trennung der Partikel nach vorgegebenen Partikeleigenschaften verstanden wird, wobei auch die getrennten Partikel prinzipiell im Fluid, d.h. in getrennten Volumina des Fluids verbleiben. Demgegenüber sei hier unter "Partikel- abscheidung" die Entfernung der ungewünschten Partikel aus dem Fluid verstanden.
Ein Verfahren ist die Sedimention durch Schwerkraft, Fliehkraft oder Umlenkung, wie es z.B. bei Zyklonen zum Einsatz kommt. Hier sind die Gerä- te relativ groß und meist aufwendig zu fertigen, was die Verwendung als Wand- oder Tischgeräte limitiert. Zusätzlich ist die Partikelabscheidung in gewissen Anwendungsfällen und speziell bei Größen im Mikrometer- bereich nicht gut genug. Das Problem liegt hier im Prinzip, da eine Abscheidung von Partikeln für die Messung eigentlich nicht notwendig ist. Nur dürfen diese bzw. bestimmte Partikel nicht in den Messbereicht gelangen, jedoch können sie in einem Strom außerhalb des Messbereichs verbleiben. Diese Geräte beabsichtigen, die Partikel aus einem Gas abzuscheiden und somit wäre anschließend das gesamte Fluid frei von diesen Verunreinigungen. Grossere Partikel können im Hauptstrom verbleiben. Es reicht aus, wenn vom Fluid nur eine kleine Menge abgezweigt wird, die ohne Verunreinigungen ist. Eine Partikelabscheidung bzw. -ausscheidung ist gar nicht notwendig und damit entfällt z.B. das Entleeren und Reinigen des Zyklons oder ein Filteraustausch etc.
Bei einer elektrostatischen Abscheidung werden die Partikel elektrostatisch aufgeladen und in einem elektrischen Feld abgelenkt. Nachteile sind hier die zusätzlich notwendigen, elektrischen Bauteile und die Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieser Variante, die ihren Einsatz begrenzt.
Bei einer Partikelabscheidung durch Filter, z.B. Filtermatten, Gewebefilter etc., werden größere Partikel beim Eindringen in das Gerät bzw. in die Messkammer zurückgehalten. Ein Nachteil solcher Filter ist aber, dass sie einen Druckabfall verursachen. Die Ansaugvorrichtung, z.B. ein Lüfter, muss daher entsprechend leistungsfähiger ausgelegt sein, was wiederum einen höheren Energiebedarf nach sich zieht. Ein weiterer und viel gravie- renderer Nachteil dieser Filter ist aber, dass sie sich während des Betriebs mehr und mehr zusetzen mit den zurückgehaltenen Partikeln. M.a.W., es können immer weniger der zu messenden Zielpartikel den Filter passieren. Im Extremfall verhindert ein verstopfter Filter, dass die gewünschten Zielpartikel überhaupt in den Messbereich gelangen. Bei einem Brandmelder, wie oben beschrieben, können dann die Brandaerosolpartikel, welche eigentlich gemessen werden sollen, nicht mehr in die Messkammer strömen. Im Gefahrenfall würde solch ein Gerät nur unzureichend oder gar nichts detektieren, d.h. der Brandmelder würde nichts melden. Dies erfordert einen regelmäßigen Filtertausch, da ein Verstopfen des Filters und damit die Blackade der Zuströmung in die Messkammer nicht vorhergesagt werden kann.
Als weitere Möglichkeit kann das Vorkommen von unerwünschten, z.B. grosseren Partikeln auch mittels eines zusätzlichen, beispielsweise opti- sehen Messverfahrens bestimmt werden. Nachteilig ist hier, dass die Messkammer speziell durch die größeren Partikel verschmutzt wird, mehr elektrische Komponenten benötigt werden und die Einstellung und Kalibrierung des Geräts mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist.
Alternativ kann auch das Verschmutzen der Messkammer akzeptiert werden und elektrische oder elektronische Massnahmen zur Korrektur der Messergebnisse benutzt werden. Wenn die Messoptik im laufenden Betrieb Partikel aufnimmt, d.h. verstaubt, reduziert sich ihre Empfindlichkeit. Um dies zu kompensieren, wird elektronisch die Empfindlichkeit des Mes- Systems korrigiert bzw. nachjustiert. Dieses elektronische Nachjustieren wird "Driftkompensation" genannt. Beispielsweise wird mit der Zeit das An- sprechverhalten sensibler gestaltet, da man davon ausgeht, dass die optischen Bauteile (Schmutz-)Partikel aufnehmen, womit weniger Licht in die Messkammer und auf den Messsensor gelangt. Ob nun tatsächlich eine Verschmutzung entsteht oder ob diese stärker oder geringer ist, ist für die sozusagen "geplante", d.h. voreingestellte Kompensation unerheblich. Daraus resultiert aber der gravierende Nachteil dieser Driftkompensation, nämlich dass das Messverhalten und damit auch das Ansprechverhalten des Geräts, z.B. des Brandmelders, sich im Laufe des Betriebs verändert und diese Veränderung nicht mit der tatsächlichen Empfindlichkeit bzw. dem Verschmutzungsgrad korreliert.
Einige der genannten Verfahren sind am Beispiel eines Brandmelders in der veröffentlichten Patentanmeldung WO 2005/043479 A1 beschrieben. Dort wird z.B. ein Verfahren beschrieben, wie eine Unterscheidung der Partikel nach deren Größe erfolgen kann.
In der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2009/0025453 A1 sind ein Rauchmeldegerät und das entsprechende Verfahren beschrieben, bei dem ein Nebenstrom mit kleineren Partikeln aus einem Haupstrom abgezweigt wird, indem der Hauptstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und beschleunigt wird. Die grossere Trägheit der grosseren Partikel lässt diese geradlinig weiterfliegen, während die kleineren Partikel leichter abgelenkt werden in einen Nebenstrom. Dieses an sich bekannte, mechanische Prinzip der Separierung durch Trägheit/Schwerkraft wird hier u.a. in einem Rauch- meider in der Weise genutzt, dass ein Luftstrom in einer Düsenanordnung beschleunigt wird. Ein inmitten der Düse angeordneter Eingang, der einen Unterdruck aufweist, saugt die kleineren Partikel an und bewirkt somit die Trennung. Allerdings ist die Bauweise dieses Geräts sehr aufwendig, insbesondere da die Absaugvorrichting innerhalb der Düse angeordnet ist und einen Teil derselben bildet. Auch ist nicht ersichtlich, wie die gezeigte Konstruktion verhindern soll, dass reflektierte grossere Partikel nicht eben- falls in den zur Untersuchung bestimmten Nebenstrom gelangen. Die nachfolgend angeführten Problemkreise werden in dieser US-Patentanmeldung überhaupt nicht angesprochen.
Ein zweiter Problemkreis betrifft die Partikelablagerungen in der Messkammer, insbesonder auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen Einrichtungen. Diese Einrichtungen befinden sich in einem Bereich, der vom Medium, d.h. dem Gas oder der Flüssigkeit, durchströmt wird. Sobald nun zusätzliche Teile bzw. die dafür notwendige Öffnungen in die Messkammer oder den Strömungsbereich eingefügt werden, z.B. Linsen, Sensoren, Strahlungsquellen, etc., entstehen Unebenheiten wie Fugen, Öffnungen für die Strahlungsquelle bzw. den Sensor. Diese resultieren in Verwirbelungen des strömenden Mediums, was wiederum zu Ablagerungen von Partikeln an meist unerwünschten Stellen führt.
Entstehen solche Ablagerungen auf den optischen Komponenten, insbesondere an oder auf der Strahlungsquelle, so hat dies hat zur Folge, dass weniger von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung in den Messbereich gelangt. Dies alleine schon verzerrt die Messung. Gleiches gilt für den Sensor. Schlagen sich auf seiner Oberfläche oder der seiner Komponenten, z.B. Linsen, Partikel nieder, so reduziert sich sein Empfindlichkeit und damit sein Vermögen, korrket Messungen zu ermöglichen. M.a.W., eine Partikelablagerung verhindert die angestrebte einwandfreie Messung.
Eine bekannte Methode, um dies zu verhindern, ist es, mittels eines separaten vorgeschalteten Feinfilters praktisch alle Partikel, inklusive der Zielpartikel, aus dem Medium zu filtern und damit quasi ein reines Fluid zu erzeugen. Dieses strömt dann sowohl über die Strahlungsquelle als auch über den Sensor; es verhindert, dass sich auf diesen beiden Teilen bzw. in deren Bereichen Partikel niederschlagen. Später gelangt dieses reine Gas wieder in den Hauptstrom. Die Nachteile eines Filters wurden schon vorher dargelegt. Sein Verschmutzungs- und Verstopfungsgrad kann nicht bestimmt werden und somit auch nicht, wann der Filter verstopft und damit die Gas-/Luftzufuhr in die Messkammer reduziert bzw. blockiert ist. Die Folgen können z.B. bei einem Brandmelder fatal sein, wenn eine Brandge- fahr zu spät oder gar nicht detektiert wird.
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o.g. Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen in Bezug auf den ersten Problemkreis zu vermeiden und eine einfache und betriebssichere Sepa- rierung der zur Messung bestimmter Partikel in einem Fluid zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch Massnahmen und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben.
Die nachfolgend beschriebenen, erfindungsgemässen Partikel- separierungen sind verbesserte Trennverfahren, die sich durch einen hohen Durchsatz, eine hohe Trennschärfe und eine kostengünstige Fertigung auszeichnen und die Nachteile der oben angeführten heutigen Ver- fahren vermeiden. Gleiches gilt für die offenbarten Trennvorrichtungen zur Implementierung derartiger Verfahren.
Mit der erfindungsgemässen Partikelseparierung wird weiterhin auch das o.g. Problem der Ablagerungen in der Messkammer, insbesondere auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen Einrichtungen, beseitigt oder zumindest vermindert. Durch die Separierung wird allgemein der Partikelgehalt des zu messenden Mediums vermindert, wodurch generell das Eindringen von größeren Partikeln in den Messbereich verhindert und das Verschmutzen der Bauteile wie die Strahlungsquelle und/oder des Sensors reduziert wird. Die sich möglicherweise dennoch ablagernden, kleineren Zielpartikel stellen eine wesentlich geringere Beeinträchtigung dar.
Ein dritter Problemkreis bei den hier diskutierten Mess- und Analyse- verfahren und -geraten betrifft die Licht- oder Strahlungsquelle, die in oder an der Messkammer angeordnet ist und mit deren Hilfe die eigentliche Messung durchgeführt wird. Diese Strahlungsquelle muss eine entsprechende Leistung abgeben, beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich abstrahlen, um die Detektion und Messung von kleinsten Mengen sehr kleiner Partikel zu ermöglichen. Das Problem ist hierbei, dass die Strahlungsquelle eine hohe Strahlungsleistung erbringen muss und dies möglichst konstant über eine möglichst lange Lebensdauer. Dazu ist der Betrieb in einem entsprechenden, engen und meist niedrigen Temperaturband essentiell. Nur so kann gewährleistet werden, dass die maximal mög- liehe Lebensdauer erreicht wird.
Hierfür werden heutzutage folgende, beispielhaft beschriebene Methoden verwendet.
Es werden Kühlkörper so angeordnet, dass die von der Licht- oder Strahlungsquelle erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Hierbei ist natürlich ein entsprechender Kühlkörper notwendig, welcher wiederum im Gerät oder außerhalb platziert werden muss. Dies erfordert einerseits baulichen Aufwand, andererseits macht es das Gerät unhandlicher.
Die Licht- oder Strahlungsquelle wird pulsiert betrieben, z.B. mit 1 Hz oder weniger. Damit erzeugt die Lichtquelle weniger Wärme und die Kühlleistung kann reduziert werden. Allerdings ist damit eine kontinuierliche Messung unmöglich, insbesondere sind einzelne Spitzenwerte nicht er- fassbar. Die Strahlungsquelle wird zur Kühlung im Fluidstrom platziert. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass Partikel, welche sich im Fluidstrom befinden, sich an der Strahlungsquelle niederschlagen können. Dies wiederum verringert die abgegebene Strahlungsleistung, welche in die Mess- kammer abgestrahlt werden kann. Sollte hingegen die Strahlungsquelle in einem Bereich mit verringertem Fluidstrom platziert werden, so kann die Kühlleistung nicht ausreichen, womit sich wiederum die Lebensdauer der Strahlungsquelle verringert.
Schliesslich kann eine Strahlungsquelle mit reduzierter Leistung verwendet werden. Damit wird jedoch das Mess- und Detektionsvermögen des Geräts reduziert.
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o.g. Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch in Bezug auf den dritten Problemkreis zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch Mass- nahmen und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen er- geben.
So ist die hier aufgezeigte, erfindungsgemässe Anordnung der Kühleinrichtung für die Strahlungsquelle für Mess- und Analysegeräte geeignet, die genannten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine konstante, hohe Strahlungsleistung über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten. Sie zeichnet sich auch durch eine einfache Konstruktion und damit kostengünstige Fertigung aus.
Ein vierter Problemkreis betrifft die Grosse oder Bandbreite des elektri- sehen Messbereichs von Mess- und Analysegeräten der hier beschriebenen Art. Bei der Messung von kleinsten Partikelmengen an z.B. Brandae- rosolpartikeln, gibt eine Strahlungsquelle, z.B. eine LED, Laserdiode (LD), Xenon-Lampe, etc., ihre Strahlung in einen Messbereich ab. Ein hochempfindlicher photoelektrischer Sensor mit einer elektrischen Verstärkerschaltung misst anschließend die Strahlungstrübung oder die Strahlungsreflexi- on, hervorgerufen von Partikeln, welche sich im Medium in der Messkammer befinden. Die Signalverstärkung erfolgt in der Regel über mehrere hin- tereinandergeschaltete Transistoren (Darlingtonschaltungen) bzw. Operationsverstärkern.
Damit bereits kleine Mengen an sehr kleinen Partikel feststellbar sind, muss im mindestens eine, meist mehrere der folgende Voraussetzungen erfüllt sein:
1. Ein Messsystem mit einem sehr hohen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N- Ratio); 2. eine Strahlungsquelle mit der erforderlichen Strahlungsleistung;
3. eine grosse Verstärkung des Sensor-Ausgangssignals, um ein für die Auswerteschaltung verarbeitbares Signal bereitzustellen, z.B. für eine Anzeige.
Der Nachteil dieser Charakteristik ist jedoch, dass zwar kleinste Mengen an Partikeln mit einer sehr hohen Auflösung gemessen werden können, aber der elektrische Messbereich ist dafür sehr klein. In bestimmten Anwendungsfallen will man aber nicht nur kleinste Mengen an Partikeln messen, sondern zusätzlich auch ein erhöhtes Aufkommen. Dort versagt dann die Messeinrichtung, da der elektrische Messbereich überschritten wird.
Die EP 0733894 zeigt eine mögliche Lösung für dieses Problem. Bei dieser Lösung verringert ein Sensor den der Lichtquelle zugeführten Treiberstrom, um damit die Empfindlichkeit des Geräts auf ein niedrigeres Niveau einzustellen. Der Nachteil ist hier, dass diese Steuerung kompliziert und nicht unbedingt linear ist, denn von der Ansteuerung der Lichtquelle bis hin zum Sensor, welcher das Signal aufnimmt befinden sich zu viele Komponenten, welche mit ihren Toleranzen, Alterungen etc., ein lineares Messergebnis negativ beeinträchtigen.
Eine andere Möglichkeit die zum Einsatz kommt ist, die Verstärkung eines oder mehreren hintereinander geschalteten Verstärkern zu verändern. So kann z.B. mittels eines Schalters von einem Verstärkungswert auf einen anderen umgeschalten. Da bei vielen Verstärkern Widerstandswerte die Verstärkung bestimmen, kann man mittels z.B. mechanischen Schalter von einem Widerstandwert auf einen anderen umschalten und damit die Verstärkung der Schaltung ändern. Diese kann somit erhöht oder auch verringert werden. Der Nachteil ist hier, dass umgeschalten werden muss, entweder manuell oder elektronisch, wobei letzteres wiederum zusätzliche Bauteile erfordert.
Auch hier liefert die vorliegende Erfindung eine Lösung; diese sind in den Patentansprüchen definiert, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben.
Die aufgezeigte, erfindungsgemässe Schaltung, die das Ausgangssignal des Sensors verstärkt, hat einen sehr grossen Verstärkungsbereich ohne eine manuelle Umschaltung zu erfordern und erlaubt eine automatische Anzeige einer sehr grossen Bandbreite von Messwerten. Dabei zeichnet sie sich durch eine einfache Struktur und damit kostengünstige Fertigung aus.
Als fünfter Problemkreis in Verbindung mit Analyse- und Messgeräten der genannten Art ist die Schnittstelle für die Grundeinstellung und die Inbe- triebnahme eines solchen Geräts, insbesondere eines Brandmelders. Es bedarf keiner besonderen Fantasie, dass die Fehleinstellung eines Brandmelders katastrophale Folgen haben kann.
Wie bereits beschrieben, kommen für die Detektion und Messung von Verunreinigungen in Luft oder anderen Gasen oft Geräte zum Einsatz, die über ein Rohrleitungssystem mittels einer Ansaugvorrichtung Proben ansaugt, diese einer Messkammer zuführen und dort auswertet. Das Rohrleitungssystem ist i.d.R. zwischen 10m und 200m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen, häufig mit einem Öffnungsdurchmesser von 2-6mm. Die Geräte für die Detektion von Brandaerosolen werden Ansaugrauchmelder (ARM oder ASD für Aspirating Smoke Detector) genannt und sind weit verbreitet.
Diese Geräte müssen vor Ort eingestellt werden und diese Einstellung bzw. Inbetriebnahme ist kompliziert, fehleranfällig und eine Fehleinstellung kann, wie erwähnt, katastrophale Folgen haben.
Es ist Stand der Technik bei der Inbetriebnahme von Ansaugrauchmeldern die Empfindlichkeit der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik in % Lichttrübung/m eingestellt. Z.B. wird oft 0,5% Lichttrübung/m am Gerät bei der Auslieferung eingestellt. Für die Inbetriebnahme vor Ort muss der erforderliche Einstellungswert bestimmt und die Einstellung korrgiert werden. Dieser selbst sagt jedoch nichts aus, ob die Geräteeinstellung eine normale, hohe oder höchste Empfindlichkeit ist oder wie rasch z.B. eine Brandgefahr detektiert wird.
Bei der Einstellung muss ein Techniker vor Ort zuerst den gewünschten Zielwert je Ansaugöffnung bestimmen. Will man ein Ansprechverhalten erzielen, welches vergleichbar mit einem herkömmlichen Punktmelder ist, so wird z.B. 5% Lichttrübung/m gewählt. Diesen Wert muss der Techniker entweder auswendig wissen oder nachschlagen bzw. nachfragen. Im Brandfall gelangt im ungünstigsten Fall nur in eine einzige Ansaugöffnung Rauch mit Brandaerosolen, in alle anderen Ansaugöffnungen gelangt nach wie vor nur (reine) Luft ohne Brandaerosole. Hat nun das Rohr- System eine bestimmte Anzahl an Ansaugöffnungen, so ist der gewünschte Zielwert je Ansaugöffnung durch Anzahl der Ansaugöffnungen zu dividieren. Das Ergebnis der Division ist anschließend am Gerät einzustellen. Hat z.B. ein Rohrsystem 6 Ansaugöffnungen und der Zielwert je Ansaugöffnung ist 5% Lichttrübung/m, so errechnet man den Wert von 0,83% Lichttrübung/m, nämlich 5%:6 = 0,83%. Dieser Wert muss bei der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik eingestellt werden. Verursachen nun Brandaerosole eine Lichttrübung von 0,83% Lichttrübung/m in der Messkammer, so löst das Gerät einen Alarm aus.
Diese Form der Einstellung, wie sie bei praktisch allen am Markt verfügbaren Geräten zu erfolgen hat, erfordert eine Rechnung, die zwar nicht sehr kompliziert ist, bei der aber leicht Fehler passieren können. Die fatalen Folgen wurden oben schon erwähnt.
Auch hier liefert die vorliegende Erfindung eine einfache und praktikable Lösung, indem sie eine Anordnung vorschlägt, bei der nur noch die Anzahl der Ansauglöcher eingegeben werden muss. Dieser einfache Vorgang ist kaum fehleranfällig und führt daher zu einer weitestgehend sicheren Inbetriebnahme insbesondere von Brandmeldern (Ansaugrauchmeldern).
Einzelheiten der Erfindung sind den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen zu entnehmen. Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden die verschiedenen Aspekte der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die auch in den dazugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, im Detail erläutert. Auf den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Brandmeldesystem im Grundaufbau;
Fign. 2a-2c drei Ausführungsbeispiele für eine Partikeltrennung;
Fign. 3a-3c weitere Ausführungsbeispiele für eine Partikeltrennung, wobei Fig. 3a eine Draufsicht und die Fign. 3b und 3c schematische Ansichten zweier Ausführungsformen zeigen;
Fig. 4 ein Beispiel für eine gekühlte Strahlungsquelle;
Fig. 5 ein Beispiel für die Anordnung von Abschirmungen;
Fig. 6 ein Beispiel für eine Mehrbereichs-Verstärkerschaltung;
Fig. 7 eine Tabelle der erzielbaren Verstärkungsfaktoren; Fign. 8a-8b zwei Ausführungsbeispiele für Einstellvorrichtungen; und
Fig. 9 eine Tabelle zur Berechnung der Grundeinstellung eines
Brandmelders.
Die nachfolgend beschriebene Partikelseparierung zeichnet sich durch ei- nen hohen Durchsatz, eine hohe Trennschärfe und eine kostengünstige Fertigung und vermeidet dabei die Nachteile der oben angeführten, bekannten Verfahren.
Die Grundidee besteht darin, vorab eine Partikeltrennung in einem Fluid- bzw. Luftsystem in der Weise durchzuführen, dass nur die gewünschten Zielpartikel in die eigentliche Messkammer gelangen.
Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Brandmeldesystem. Dort wird die Partikeltrennung erreicht, indem die Luft von einem Rohrleitungssystem 11 aufge- nommen wird und in das Brandmeldegerät 12 einströmt. Das Rohrleitungssystem 11 besteht aus einem oder mehreren Rohren und jedes davon hat zumindest eine, meist mehrere Ansaugöffnungen 14. Ein Druckunterschied bzw. Unterdruck, welcher von einer Ansaugvorrichtung, z.B. einem Lüfter 13, erzeugt wird, verursacht das Einströmen der Luft, die somit von den Ansaugöffnungen über das Rohrleitungssystem zum Brand- meldegerät 12 strömt. In letzterem befindet sich eine Abzweigkammer 24. Dieses separiert die Partikel in der angesaugten Luft und nur jener Teil mit den gewünschten Zielpartikeln gelangt zur Messkammer 15. Diese misst dann das Partikelvorkommen. Die Luft mit allen Partikeln verlässt das Brandmeldegerät 12 über den Gehäuseausgang 29. Am Gerät befindet sich eine Schnittstelle 16, welche z.B. Messdaten bzw. Statusinformationen darstellt, Einstellungs- bzw. Datenübertragungsmöglichkeiten bietet.
Fig. 1 zeigt sozusagen den Grundaufbau. In Fig. 2a ist nun ein erstes Beispiel für das erfindungsgemässe Partikeltrennverfahren dargestellt, in dem die Partikelseparierung erfindungsgemäss durch Beschleunigung und nachfolgende Verzögerung erfolgt. Am Eintrittskanal 20, hier ein in die eigentliche Abzweigkammer 24 reichendes Rohr, ist das in Fig. 1 gezeigte Rohrsystem angeschlossen. Durch den engen Rohrquerschnitt, der eine geringere lichte Weite als das angeschlossene (hier nicht gezeigte) Rohr- System hat, erfolgt eine Beschleunigung der einströmenden Luft. Im unteren Bereich der Abzweigkammer 24 endet der Eintrittskanal 20. Die aus seiner Eintrittsöffnung 25 mit hoher Geschwindigkeit strömende Luft, der Gesamtstrom, behält die Richtung bei, verringert aber die Geschwindigkeit wegen der Querschnittsvergrösserung der Abzweigkammer im Verzöge- rungsbereich 30 und der daraus resultierenden Expansionsmöglichkeit. Dabei ist die Verzögerung der im Hauptstrom enthaltenen grosseren Partikel geringer als die der kleineren Partikel, im Wesentlichen infolge des Verhältnisses Masse zu Oberfläche der Partikel. Somit werden die kleineren Partikel leichter abgelenkt. Insgesamt wird die Bewegung des Fluids, hier der Luft, durch den Lüfter 13 erzeugt. Der in der Abzweigkammer 24 herrschende Unterdruck wird einerseits über den Weg Messkammerauslass 31 , Messkammer 15 und Messkammereinlass bzw. Messkammerabzweigung 26a hervorgerufen, andererseits über den Austrittskanal 22, wobei die Druckverhältnisse so eingestellt sind, dass sich die langsamen, kleineren Partikel im Nebenstrom sich zur Messkammerabzweigung 26a bewegen, die hier am am anderen Ende der Abzweigkammer 24 gezeigt ist. Letzteres ist aber keine unabänderliche Bedingung, sondern die Messkammerabzweigung 26a kann sich auch näher am Verzögerungsbereich 27 befinden, wie in Fig. 2c gezeigt. Dort ist auch ein anderer Austrittswinkel α bei der Messkammerabzweigung, hier ca. 90 Grad, gezeigt, der z. B. ein stumpfer Winkel von ca. 135 Grad sein kann, d.h. ein spitzer Winkel relativ zum Hauptstrom 21.
Von der Messkammerabzweigung 26a gelangt der nun beruhigte Nebenstrom 28 mit den kleineren Zielpartikeln zur Messkammer 15. Dieser Nebenstrom 28 ist erheblich kleiner als der Gesamtstrom 21 im Eintrittskanal 20.
Ein besonderer Vorteil ist die Anordnung der Messkammerabzweigung 26a in einem erheblichen Abstand vom Verzögerungsbereich 30 an der Aussenwand der Abzweigkammer 24. Dadurch beruhigt sich nämlich die Strömung und tritt beruhigt in den Abzweigkanal 32a ein, was sich für die nachfolgende Messung in der Messkammer 15 als vorteilhaft erweist.
Die gezeigte Konstruktion bewirkt mit grosser Sicherheit, dass größere Partikel im Hauptstrom 21 verbleiben und verhindert, dass sie die Messkammer erreichen. Zur Messkammerabzweigung 26a und in weiterer Folge in die Messkammer 15 gelangen nur die kleineren Zielpartikel, deren Vorhandensein und ggf. Dichte in der Messkammer 15 bestimmt werden soll. Der für die Funktion des Geräts notwendige Unterdruck wird, wie gesagt, durch den Lüfter 13 erzeugt. Da an der Messkammerabzweigung 26a ein bestimmter Unterdruck herrschen muss, um den Nebenstrom in die Mess- kammer 15 zu bringen, ist das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten im Einlasskanal 20 und im Auslasskanal 22 von Bedeutung, da der Unterdruck im Messkammerbereich ja über den Messkammerauslass 31 erzeugt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Querschnitt des Austrittskanals 22 kleiner zu wählen als den des Einlasskanals 20, vorzugs- weise etwa halb so gross.
Um dem Haupstrom 21 beim Eintritt in den Verzögerungsbereich 30 eine möglichst grosse Geschwindigkeit zu geben, was ja, wie oben erwähnt, für eine gute und sichere Partikeltrennung wesentlich ist, kann die Eintritts- Öffnung 25 des Eintrittskanals 20 als Düse gestaltet sein, vorzugsweise mit einem lichten Querschnitt, der etwa halb so gross wie der lichte Querschnitt des Eintrittskanals 20 ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Austrittsöffnung 27 des Verzögerungs- bereichs 30, die ja den Eingang des Austrittskanals 22 bildet, so als trichterförmigen Einlauf zu gestalten, dass sie dem Hauptstrom 23 möglichst geringen Widerstand entgegensetzt.
Es scheint auch von Bedeutung für die Sicherheit und Güte der Trennung von Haupt- und Nebenstrom zu sein, dass im Verzögerungsbereich 30 quasi ein Stau auftritt, bevor der Hauptstrom 23 mit den grosseren Partikeln in den Austrittskanal 22 eintritt.
In der Messkammer 15 befinden sich die Messelektronik und die dafür be- nötigten, z.B. optischen Komponenten. Nachdem der Nebenstrom 28 mit den Zielpartikeln die Messkammer 15 durchströmt hat, gelangt dieser zum Messkammerauslass 31 , wo er mit dem Hauptstrom 23 wieder zusammengeführt wird. Gemeinsam gelangen diese dann zur Ansaugvorrichtung, dem Lüfter 13 und in weiterer Folge zum Gehäuseausgang 29.
Fig. 2b stellt eine Variation des in Fig. 2a gezeigten Designs dar. Auch hier ist ein entscheidendes Merkmal der Erfindung der Verzögerungsbereich 30, in dem die Expansions des eintretenden Fluid-Gesamtstroms 21 stattfindet. Einerseits verjüngt sich die Abzweigkammer in Strömungsrichtung des Gesamtstroms 21 , zumindest im Verzögerungsbereich 30 bis zur Aus- trittsöffnung 27. Damit strömt der erste Teilstrom mit den Zielpartikeln vom Verzögerungsbereich 30 im Winkel y zur Messkammerabzweigung 26b.
Auch ist hier die Messkammerabzweigung 26b anders gestaltet als in Fig. 2a. Der anschliessende Abzweigkanal 32b zur Messkammer 15 ist zu- mindest näherungsweise kreisbogenförmig und hat den Radius r. Die Ll- bergänge erfolgen jeweils ohne Kanten, um Luftverwirbelungen und Druckverluste zu vermeiden. Je nach Separierungserfordemis variiert man beim Design auch den Winkel γ und/oder den Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26b. Sollen ausschließlich ganz kleine Partikel im einströmenden Fluids 21 die Zielpartikeln sein, so werden der Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26b größer und/oder der Winkel γ kleiner, z.B. 10 Grad, gewählt.
Soll z.B. die Separierung von Partikel kleiner als 10μm (Mikrometer) erzielt werden, dann dürfen größere Partikel nicht in die Messkammer 15 gelangen und müssen somit im Hauptstrom verbleiben. Dies ist z.B. für die De- tektion von Brandaerosolpartikeln notwendig, denn diese sind je nach Brandart, -verlauf und Messzeitpunkt kleiner als 10μm. Um diesen Sepa- rierungsgrad zu erreichen, muss das Verhältnis zwischen der Breite bzw. der Länge des Verzögerungsbereiches 30 2:1 bzw. 1/5 des Rohrdurch- messers bei der Eintrittsöffnung 25 betragen. Anschließend erfolgt sofort eine starke Beschleunigung des Fluids durch eine Querschnittsverringerung im Austrittskanal 22. Das Verhältnis vom Abstand Eintrittsöffnung 25 bis Messkammerabzweigung 26b zum Rohrdurchmesser des Eintritts- kanals 20 beträgt ungefähr 1 :1 , wobei der Winkel γ kleiner als 20 Grad sein sollte. Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2b dargestellt.
Fig. 2c zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der auch grossere Partikel des einströmenden Fluids 23 zu den Zielpartikeln gehören. Dort ist sowohl der Verzögerungsbereich 30 selbst anders, insbesondere schmäler und kürzer ausgebildet als auch der Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26c kleiner gewählt. Dazu kann wahlweise alternativ oder zusätzlich der Winkel γ kleiner als 90 Grad, z.B. 70 Grad, gewählt werden.
Die Partikelseparierung wird im wesentlichen bestimmt durch folgende Faktoren:
Form/Gestaltung der Abzweigkammer und des Verzögerungsbereichs 30; - Abstand, Verbreiterung und anschließender Verjüngung von der Eintrittsöffnung 25 bis zur Austrittsöffnung 27; Abstand von der Eintrittsöffnung 25 bis zur Messkammerabzweigung 26;
Druckunterschied Δp zwischen der Eintrittsöffnung 25 und der Messkammerabzweigung 26.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist die kostengünstige Herstellung der Abzweigkammer, da diese praktisch beliebige Formen aufweisen kann, sowohl rund als auch quadratisch bzw. recht- eckig sein kann, was die Fertigung relativ einfach gestaltet. Die Fign. 3a bis 3c zeigen weitere Beispiele für das erfindungsgemässe Partikeltrennverfahren. Hier erfolgt die Partikelseparierung durch Zentrifugalkräfte. In diesem Beispiel - wie auch im vorangehenden - kann das Medium eine Flüssigkeit, aber auch ein Gas oder Gasgemisch wie Luft, kurz ein Fluid sein.
Es ist bekannt, dass eine Partikelseparierung auch durch eine Rotationsbewegung und die damit verbundene Fliehkraft erzielt werden kann. Dabei wird das partikelhaltige Fluid durch geeignete Strömungsführung in eine Rotationsbewegung versetzt, wodurch auf die schwereren und meist grosseren Partikel Zentrifugalkräfte wirken, die eine Bewegung dieser Partikel radial nach außen zur Folge haben. Die größeren Partikel werden somit an den Rand gedrängt und in der Mitte des Fluids befinden sich die kleineren Partikel. Sogenannte Zyklone verwenden dieses Verfahren zur Abschei- düng fester wie flüssiger Partikel.
Im vorliegenden Fall erfolgt jedoch keine Abscheidung der Partikel. Die größeren Partikeln verbleiben im Hauptstrom des Fluids und strömen später aus dem Gerät wieder aus. Es erfolgt eine Separierung und nur das Fluid mit den kleineren Partikeln gelangt in die Messkammer; später gelangt dieses Fluid wieder in den Hauptstrom und verlässt das Gerät.
Die Funktion eines solchen Geräts wird nun im Zusammenhang mit den Fign. 3a bis 3c erläutert, wovon Fig. 3a eine Draufsicht, die beiden ande- ren Figuren schematisierte Schnittansichten darstellen.
Ein Behälter 54, der hier die Abzweigkammer 50 darstellt, weist eine Eintrittsöffnung 53, eine Messkammerabzweigung 55 und einen hier unten liegende, sich verengende Austrittsöffnung mit einem sich anschliessen- den Austrittskanal 62; letztere sind in den Fign. 3b und 3c ersichtlich. In den Behälter 54 strömt das Fluid 52 tangential über die Eintrittsöffnung 53 ein, die z.B. als Schlitzeinlauf ausgebildet sein kann. Die Anordnung des Eintrittskanals 51 und des Behälters zwingt das Fluid nun in eine Kreisbahn 56, d.h. in eine Drehströmung. Generell werden sich dabei die schwereren Partikel, die meist auch die grosseren sind, infolge der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte zur äußeren Wand des Behälters bewegen.
In der Mitte des Behälters befinden sich somit nur die kleineren, leichteren Partikel. Hier ist auch die Messkammerabzweigung angeordnet, die aus einem Rohr 68 mit einer Öffnung 64 besteht. Aufgrund des vorhandenen Druckunterschieds strömt nun eine kleine Menge des Fluids 65 durch die Öffnung 64 der Messkammerabzweigung und gelangt in weiterer Folge in eine Messkammer 15. Dort wird die Menge bzw. Anzahl der kleineren bzw. leichteren Zielpartikel gemessen. Schwerere Partikel gelangen nicht in die Messkammer. Der Fluid-Hauptstrom 63 mit den schwereren Partikeln strömt nach unten, beschleunigt durch den Unterdruck, den der Lüfter 13 erzeugt. Unten weist der Behälter 50 einen sich verengenden Austrittskanal 62 auf, in der sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht. An dieser Stelle ist ausserdem seitlich der Messkammerauslass angeord- net, in dem durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Hauptstroms 63 der erforderliche Unterdruck entsteht.
Der Behälter 60 kann einerseits zylindrisch sein, wie in Fig. 3b gezeigt. Andererseits kann auch ein konischer Behälter verwendet werden, wie er in Fig. 3c dargestellt ist. Natürlich sind auch Mischformen möglich. Weist der Behälter die in Fig. 3c gezeigte konische Form mit dem Winkel δ auf, so verkleinert sich der Radius 71 in Richtung der Strömung 63, was eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids mit den Partikeln zur Folge hat. Vorteilhafterweise erhöhen sich dabei die Zentrifugalkräfte. Beim Einlauf ist auch ein sogenannter Spiraleinlauf möglich, alternativ ist auch ein sogenannter Wendeleinlauf verwendbar, wenn das Fluid senkrecht zur Austrittsöffnung zuströmt.
In diesem Fall wird die Partikelseparierung im wesentlichen bestimmt durch folgende Faktoren:
Durchmesser und Höhe des Behälters Behälterform
Rohrlänge der Messkammerabzweigung - Öffnungsquerschnitt bzw. Durchmesser des Rohrs der Messkammerabzweigung
Druckunterschied Δp zwischen der Öffnung des Rohrs der Messkammerabzweigung und dem Fluid-Hauptstrom Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Behälter
Der oben bereits angesprochene dritte Problemkreis bei den hier diskutierten Mess- und Analyseverfahren und -geraten betrifft die in oder an der Messkammer angeordnete Licht- oder Strahlungsquelle. Dabei ist einerseits die notwendige Kühlung zu betrachten, andererseits die im Betrieb auftretende Verschmutzung durch Ablagerung von Partikeln. Beides beeinflusst die Leistung der Strahlungsquelle und damit die Genauigkeit der Messung bzw. Analyse.
Die Fign. 4 und 5 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemässe Lösung, die die eingangs genannten Nachteile vermeidet.
Fig. 4 zeigt drei Ansichten einer auf einer Platte, z.B. einer Leiterplatte 80, angeordneten Lichtquelle, hier eine LED 81. Diese Leiterplatte mit der LED ist in der Fig. 4 in der Vorderansicht 80a, Seitenansicht 80b und in der Rückansicht 80c dargestellt. Die Referenznummern sind in Fig. 5 wiederholt. Dabei fungiert die Unterseite der Leiterplatte 80 als Kühlkörper und ist aus diesem Grund mit einem temperaturleitenden Material 82 beschichtet. Eine temperaturleitende Durchkontaktierung 83 ermöglicht den Wärmefluss von der Lichtquelle zum temperaturleitenden Material 82. Damit gelangt die Wärme der Lichtquelle zur Rückseite der Leiterplatte und kann von dort ab- oder weitergeleitet werden.
Um die Wärmeableitung zu optimieren, wird die Rückseite der Leiterplatte 80 - jene mit dem temperaturleitenden Material 82 - im Hauptstrom 86 des Mediums bzw. Fluids platziert. M.a.W. der an sich nutzlose Hauptstrom des Fluids dient zur Kühlung der für die Partikel-Messung im Nebenstrom erforderlichen Licht- oder Strahlungsquelle. Damit wird ohne weiteren Aufwand die Wärmeabgabe und die Kühlung der Lichtquelle erheb- lieh verbessert.
Eine erfindungsgemässe Lösung ist in Fig. 5 gezeigt. Dort gibt die Strahlungsquelle 81 ihre Strahlung durch eine Öffnung 84 in die Messkammer 15 ab. Durch z.B. Strahlungstrübung oder -reflexionen, hervorgerufen durch präsente Partikel, kann deren Existenz im Medium bzw. Fluid nachgewiesen und gemessen werden. Dies erfolgt mittels eines Sensors 85a zur Messung von Strahlungsreflexionen und/oder eines Sensors 85b zur Messung der Strahlungstrübung, d.h. zur Transmissionsmessung. Es können auch beide Messungen vorgenommen werden.
Um eine dauerhafte und ausreichende Kühlung zu gewährleisten, muss eine Fluidströmung 86 vorhanden sein. Sollte diese ausfallen - weil z.B. die Ansaugvorrichtung 13 defekt ist - würde dies die Lebensdauer der Strahlungsquelle negativ beeinträchtigen. Somit sollte die Strömung bzw. die Ansaugvorrichtung überwacht werden, was mittels einer Überwachungsschaltung 87 erfolgen kann. Diese gibt den Treiberstrom für die Lichtquelle frei, solange die Ansaugvorrichtung läuft und einen entsprechenden Fluidstrom erzeugt,. Sollte die Ansaugvorrichtung ausfallen oder nicht mehr richtig arbeiten, sperrt bzw. reduziert die Überwachungsschaltung den Treiberstrom. Eine Überhitzung der Strahlungsquelle 81 wird damit verhindert. Die Überwachungsschaltung kann diesen Zustand an einer lokalen Anzeige darstellen bzw. diese Information an eine externe Anzeige übertragen.
Das oben bereits angesprochene Problem der Partikelablagerung, das ja einerseits schon durch die beschriebene Partikelseparierung wesentlich vermindert, wenn nicht gar vermieden wird, kann noch durch weitere Massnahmen reduziert werden.
In Fig. 5 sind eine Reihe von strahlungs- bzw. lichtdurchlässigen Ab- schirmungen 88, 88a und 88b angeordnet. Abschirmung 88 befindet sich direkt vor der Strahlungsquelle 81 ; die Abschirmung 88a vor dem Sensor 85a für die Reflexionsmessung und die Abschirmung 88b vor dem Sensor 85b für die Transmissionsmessung. Die Abschirmungen sind durch die Halterungen 90, 90a und 90b fixiert.
Die Abschirmungen zusammen mit den Halterungen sollten folgende Bedingungen erfüllen:
1. Die Abschirmungen erstrecken sich bis an den Eingang bzw. den Beginn der Messkammer, wo das Fluid einströmt. Sie müssen eine Länge aufweisen, die mögliche Verwirbelungen am Anfang der Abschirmung entstehen lässt und nicht im Messbereich. Diese Verwirbelungen werden verursacht durch die Abschirmungen selbst und die dafür notwendigen Halterungen, wodurch unvermeidlich Unebenheiten, Fugen, Öffnungen, etc. entstehen, die durch Verwirbelung die Ablagerung von Partikeln in diesen Bereichen verursachen. Dies ist jedoch außerhalb des Messbereichs und hat deswegen keinen Einfluss auf die Messung. 2. Die Messkomponenten, wie z.B. die Strahlungsquellen, Sensoren, Linsen, etc. müssen überdeckt werden. In diesen Bereichen dürfen die Abschirmungen nicht unterbrochen werden.
3. Die Abschirmungen erstrecken sich in Strömungsrichtung bis hinter den zur Messung benutzen Bereich. Dort entstehende Unebenheiten, Fugen,
Öffnungen, etc. führen zwar wiederum zu Verwirbelungen und damit zur Ablagerung von Partikeln ab. Dies ist jedoch wiederum außerhalb des Messbereichs und hat daher keinen Einfluss auf die Messung.
Die Abschirmung 89 vor der Strahlungsquelle 81 reduziert zwar die Strahlungsmenge, welche in den Messbereich abgegeben wird - ebenso reduziert die Abschirmung vorm Sensor die Strahlungsmenge welche zum Sensor gelangt - aber dieser Effekt bleibt über die Betriebslebensdauer konstant, da sich hier keine Partikel ablagern. Das Gerät kann nun in der Fertigung entsprechend kalibriert werden und verfügt dann über konstante Messempfindlichkeit während der gesamten Betriebszeit. Eine Nachkalibrierung erübrigt sich.
Das eingangs genannte Problem des zu kleinen elektrischen Mess- bereichs oder Messbands löst die Erfindung durch eine entsprechend modifizierte, relative einfache Verstärkerschaltung mit erweitertem Dynamikbzw. Messbandbereich, die nachfolgend beschrieben wird.
Fig. 6 zeigt diese Verstärkerschaltung. Der IC1 erhält das sehr kleine Ein- gangssignal 100 von einem Sensor, üblich sind wenige mV bzw. mA oder weniger. Dies kann z.B. das Ausgangssignal einer Fotodiode sein. Dieses sehr kleine Signal muss nun entsprechend verstärkt werden, um es weiterverarbeiten zu können. Abgegriffen wird es am Ausgang 103, wo es in der Regel auf mehrere Volt verstärkt ist. Dazu werden meist mehrere, hin- tereinander geschaltete Operationsverstärker verwendet. Bei den Operationsverstärkern wird die Verstärkung bestimmt vom Verhältnis von Rück- kopplungswiderstand zum Eingangswiderstand. Somit wird die Verstärkung des IC1 bestimmt von R2/R1 , die Verstärkung des IC2 von R4/R3 und die des IC3 von R6/R5. D.h. über diese drei Operationsverstärker wird das sehr kleine Eingangssignal 100 auf den gewünschten Wert verstärkt und liegt dann am Ausgang 103 an. Steigt nun das Eingangssignal weiter an, so kommt IC3 ab einem bestimmten Eingangswert in die Sättigung, womit sich das Signal am Ausgang 103 nicht mehr erhöhen kann. Ab hier können die Messwerte nicht mehr bestimmt werden.
In der Schaltung nach Fig. 6 wird das Signal nach der ersten Verstärkerstufe IC 1 aufgesplittet. Das Ausgangssignal des IC 1 wird sowohl dem IC2 als Eingangssignal 101 zugeführt (und gelangt später über den IC3 zum Ausgang 103) als auch dem IC4 als Eingangssignal 102. Beim IC wird die Verstärkung bestimmt vom Verhältnis R8/R7, die jedoch so gewählt sind, dass der IC4 eine geringere Verstärkung als IC2 und IC3 zusammen hat. Damit kommt bei höheren Eingangssignalen 100 zwar der IC3 in die Sättigung, aber nicht der IC4. Folglich liegt dann am Ausgang 104 des IC4 noch ein Messsignal welches in Bezug steht zum Eingangssignal 100.
Unter der Annahme, dass alle in Fig. 6 gezeigten Operationsverstärker den gleichen Verstärkungsfaktor von 10 haben, wird das Eingangssignal 100 um den Faktor 10E3 bis zum Ausgang 103 und um den Faktor 10E2 bis zum Ausgang 104 verstärkt. Daraus resultiert die in Fig. 7 dargestellte Tabelle. Die Spalte T100 stellt den Wert des Eingangssignals 100, die Spalte T103 den Wert des Ausgangs 103 und die Spalte T104 den Wert des Ausgang 104 dar. Alle Werte sind in mV und es wird angenommen, dass sich der Operationsverstärker ab 10'00OmV, d.h. ab 10V, in der Sättigung befindet. Bis zu einem Eingangswert von 10mV verfügt der Ausgang 103 über eine größere Auflösung als der Ausgang 104. Darüber lie- gende Eingangswerte können jedoch, auf Grund der Sättigung, nicht mehr am Ausgang 103 dargestellt werden. Ab hier wird dann auf das Signal des Ausgangs 104 zugegriffen, das noch Eingangssignale bis 10OmV darstellen kann.
Das Signal kann z.B. vom Ausgang 103 mittels eines Konverters 105 auf ein erstes Bargraph-Display 107 zur Anzeige gebracht werden. Dieses zeigt die geringen Partikelwerte an. Das Signal des Ausgangs 104 wird, z.B. auch über einen Konverter 106 auf einem zweites Bargraph-Display 108 zur Anzeige gebracht. Dieses zeigt dann die größeren Partikelkonzentrationen an.
Die beiden Displays 107 und 108 können mit den entsprechenden Spannungsangaben in mV von 1 bis 10 bzw. von 10 bis 100 versehen werden. Diese können aber jede beliebige anderen Werte darstellen oder auch entfallen. Ebenso können die beiden Ausgänge 103 und 104 über einen Ana- Iog-/Digital-Wandler in einen Mikroprozessor eingespeist werden, wo die Ausgangsignale weiterverarbeitet werden. Eine Darstellung kann dann auf einem lokalen Display am Gerät erfolgen und/oder über eine Datenverbindung übertragen werden um das Signal an einer externen Anzeige darzustellen bzw. es weiterzuverarbeiten z.B. in einem Computersystem.
Als letzte Aufgabenstellung bei Analyse- und Messgeräten der genannten Art wurde eingangs die Schnittstelle für die Grundeinstellung und die Inbetriebnahme eines solchen Geräts, insbesondere eines Brandmelders beschrieben.
Eine neuartige Einstellungsschnittstelle gemäss der Erfindung verhindert Fehler und reduziert den Zeitaufwand für die Inbetriebnahme eines Brandmelders und ähnlicher Geräte. Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, kommen für die Detektion und Messung von Verunreinigungen in Gasen und Gasgemischen, insbesondere Luft, Geräte 12 zum Einsatz, welche über ein Rohrleitungssystem 11 mittels einer Ansaugvorrichtung 13 Gasproben ansaugt und diese einer Messkammer 15 zuführt, wo sie ausgewertet werden. Das Rohrleitungssystem ist i.d.R. zwischen 10 und 200m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen 14.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Anordnung ist so einfach, dass Fehleinstellungen, die bei Brandmeldern natürlich besonders kritisch sind, praktisch ausgeschlossen werden können.
In den Fig. 8a, 8b und 9 sind Einzelheiten dargestellt, die nachfolgend er- läutert werden.
Auf dem in Fig. 8a gezeigten Display 120 wird beim erfindungsgemässen Verfahren die Anzahl der Ansauglöcher eingestellt, was z.B. mittels einer ersten Taste 121 , welche beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher um je eins erhöht, sowie optional einer zweiten Taste 123, die beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher um je eins reduziert, sowie einer Quittie- rungs- oder Bestätigungstaste 122, welche die Eingabeprozedur beendet. Diese Anzeige muss sich nicht unbedingt am Gerät befinden. Sie kann sowohl als ein tragbares Gerät mit einem Verbindungsstecker ausgeführt sein, als auch als Softwarelösung, welche auf einem PC läuft und mittels Datenschnittstelle auf das Gerät übertragen wird.
In Fig. 8b ist eine weitere Einstellungsmöglichkeit dargestellt. Ein auf einer Leiterplatte angeordneter, sogenannter DIP- bzw. DIL-Switch Schalter 124 hat z.B. 12 kleine Schalter. Wenn z.B. Schalter Nr. 10 Stellung ON/EIN hat und alle anderen sind auf OFF/AUS, dann stellt man damit 10 Ansaugöffnungen ein.
Nachdem die Anzahl an Ansaugöffnungen eingestellt worden sind, wird standardmäßig der Auslöse- und Alarmschwellwert für einen Zielwert von z.B. 5% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung errechnet. Dazu ist die in Fig. 9 gezeigte Tabelle hinterlegt. In der ersten Zeile 130 befindet sich der Zielwert je Ansaugöffnung. Die Anzahl der Ansaugöffnungen ist in Spalte 131 aufgeführt. Das Ergebnis wird errechnet, indem der Zielwert je Ansaugöffnung durch die Anzahl der Ansaugöffnungen dividiert wird. Dieses Ergebnis steht in dann Spalte 132. Bei z.B. acht Ansaugöffnungen und dem Standard-Zielwert je Ansaugöffnung von 5% Lichttrübung/m muss die Messkammer bei einem Lichttrübungswert von 0,63 Alarm auslösen.
Neben der Einheit von % Lichttrübung pro Meter wird auch dB/m verwen- det. Die hier angeführte neuartige Einstellungsschnittstelle funktioniert selbstverständlich mit beiden Einheiten.
Die Tabelle in Fig. 9 zeigt noch zwei weitere Einstellmöglichkeiten. Bei einem Zielwert von 8% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung würde das Auslösen eines Alarms verzögert, dagegen würde das Auslösen früher erfolgen bei einem Zielwert von 2% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung. Dies ist dargestellt in den Spalten 133 bzw. 134. Selbstverständlich sind weitere und andere Abstufungswerte möglich.
Die obigen detaillierten Beschreibungen erlauben es dem Fachmann, weitere Ausführungen der Erfindung zu gestalten, wobei die Partikelmessung und -bestimmung schon dann wesentlich verbessert wird, wenn nur ein Teil der o.g. Elemente der Erfindung Verwendung findet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zur Analyse von in einem Fluid verteilten Partikeln mit unterschiedlichen Eigenschaften, mit - einer Abzweigkammer (24, 50), in der das einströmende Fluid (21 ) in zwei Teilströme mit unterschiedlichen Partikeleigenschaften aufgeteilt wird, wovon der erste Teilstrom (28) als Nebenstrom die zu analysierenden, leichteren Zielpartikel und der zweite Teilstrom (23) als Hauptstrom die schwereren Restpartikel enthält,
- und einer der Abzweigkammer (24, 50) nachgeschalteten Messkammer (15) mit einer Messeinrichtung (81 , 85a, 85b), in die der erste Teilstrom (28) mit den Zielpartikeln geleitet und diese von der Messeinrichtung analysiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Abzweigkammer (24) als Verzögerungsbereich (30) ausgebildet ist, in dem durch eine Querschnittsvergrösserung eine Trennung der leichteren Ziel- partikel durch Verzögerung gegenüber den schwereren Restpartikeln und damit eine Trennung der beiden Teilströme (23, 28) erfolgt,
- dass an einer Aussenwand der Abzweigkammer (24) eine mit Unterdruck beaufschlagte Messkammer-Abzweigung (26) vorgesehen ist, durch die der erste Teilstrom (28) mit den Zielpartikeln ausgeleitet und der Messkammer (15) zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass die Abzweigkammer (24) aus einem äusseren Hohlkörper mit einem ersten lichten Querschnitt besteht und einem sich näherungsweise zentrisch in diesen äusseren Hohlkörper hinein erstreckenden, kürzeren inneren Hohlkörper als Eintritts- kanal (20), insbesondere einem geraden Rohr, mit einer zweiten, geringerem lichten Querschnitt, durch den das Fluid (21) einströmt, wobei der Verzögerungsbereich (30) durch den Raum zwischen dem Ende (25) des inneren Hohlkörpers und dem Ende des äusseren Hohlkörpers gebildet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Abzweigkammer (24) in Strömungsrichtung vorzugsweise etwa mittig einen gegenüber der Abzweigkammer verengten Austrittskanal (22) aufweist, durch den der zweite Teilstrom (23, 63) des Fluids ausgeleitet wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass der lichte Querschnitt des Austrittskanals (22) etwa halb so gross ist wie der des Eintrittskanals (20).
5. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Eintrittskanal (20) an seinem in den Verzögerungsbereich (30) gerichteten Ende eine Düse aufweist, deren lichter Querschnitt etwa halb so gross wie der lichte Querschnitt des Eintrittskanals (20) ist.
6. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Messkammer-Abzweigung (26) in einem vorgegebenen Abstand vom Verzögerungsbereich (30) entgegen der Richtung des einströmenden Fluids (21) angeordnet ist und der Winkel a zwischen Abzweigung (26a) und Wand der Abzweigkammer (24) näherungsweise 90°+/- 20 " beträgt.
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Messkammer Abzweigung (26c), insbesondere nahe am Verzögerungsbereich (30), derart angeordnet ist, dass sie mit der Richtung des einströmenden Fluids (21) einen spitzen Winkel γ, d.h. einen Winkel von weniger als 90 Grad bildet.
8. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass der äussere Hohlkörper der Abzweigkammer (24) an seinem im Verzögerungsbereich (30) liegenden Ende einem geringeren lichten Querschnitt aufweist als an seinem entgegengesetzten Ende.
9. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass im Austrittskanal (22) ein Messkammerauslass (31 ) für den aus der Messkammer (15) ausströmenden ersten Teilstrom (28) angeordnet ist, wodurch in der Messkammer (15) ein Unterdruck erzeugt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass die Abzweigkammer (50) als Zyklon oder Hydrozyklon ausgebildet ist, der etwa mittig eine Messkammer-Abzweigung (68) aufweist, mittels der der erste Teilstrom (65) des Fluids mit leichteren Partikeln ausgeleitet wird.
11. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Teil der Messeinrichtung (81 ) so angeordnet ist, dass er vom zweiten Teilstrom (86), vorzugsweise an seiner der Messkammer (15) abgewandten
Seite, umflossen und gekühlt werden kann.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet,
- dass in der Messkammer (15) eine Strahlungsquelle (81 ) und strahlungs- empfindliche Sensoren (85a, 85b) zur Bestimmung der Transmission bzw. der
Reflexion des ersten Teilstroms (28) des Fluids vorgesehen sind und
- dass die Strahlungsquelle (81 ) an ihrer sich ausserhalb der Messkammer (15) befindlichen Rückseite (83) durch den zweiten Teilstrom gekühlt wird.
13. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass in der Messkammer mindestens eine strahlungs- bzw. lichtdurchlässige Abschirmung (88, 88a, 88b) angeordnet ist, vorzugsweise eine erste Abschirmung (88) vor der Strahlungsquelle (81) und eine zweite Abschirmung (88a, 88b) vor einem der Sensoren (85a, 85b), wobei sich die Abschirmung insbesondere vom Eingang der Messkammer bis über die Strahlungsquelle bzw. den Sensor hinaus erstreckt.
14. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die verschiedenen Komponenten in einem gemeinsamen, bis auf mindestens eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung geschlossenen Gehäuse angeordnet sind und
- dass in oder auf diesem Gehäuse eine Ansaugvorrichtung (13), insbesondere ein Lüfter, zur Erzeugung eines Unterdrucks angeordnet ist.
15. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass sie als Brandmeldegerät (12) ausgestaltet ist.
16. Verstärkerschaltung zur Verwendung mit einer Anordnung zur Analyse gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, - dass mehrere Operationsverstärker (IC1 ... IC4) vorgesehen sind, wovon ein erster (IC1) das zu verstärkende Eingangssignal (100) empfängt und ein verstärktes Ausgangssignal abgibt,
- dass dieses Ausgangssignal einem ersten Zweig aus zwei oder mehr Operationsverstärkern (IC2, IC3) zugeführt wird, wobei der letzte Operationsverstärker (IC3) ab einer bestimmten Höhe des Eingangssignals in die Sättigung kommt, und
- dass das Ausgangssignal gleichzeitig parallel einem zweiten Zweig aus einem oder mehr Operationsverstärkern (IC4) zugeführt wird, wobei die Gesamtverstärkung des zweiten Zweigs geringer als die Gesamtverstärkung des ersten Zweigs gewählt ist, damit der bzw. die Operationsverstärker (IC4) des zweiten Zweigs die Sättigung nicht oder später als der letzte Operationsverstärker (IC3) des ersten Zweigs erreicht.
17. Verfahren zur Grundeinstellung bzw. Inbetriebnahme einer Anordnung zur Analyse gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 mit mehreren Ansaugöffnungen (14), insbesondere eines Brandmeldegerät (12) gemäss Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, - dass mittels einer ersten Eingabevorrichtung (121 , 124) die Anzahl der Ansaugöffnungen (14, 131) eingestellt wird,
- dass aus einer gespeicherte Wertetabelle (Fig. 9) mittels einer zweiten Eingabevorrichtung ein Zielwert (130) für die gewünschte Lichttrübung ausgewählt wird und
- dass daraus selbsttätig der Alarm-Schwellwert der Lichttrübung ermittelt wird, bei dem die Messeinrichtung (81 , 85a, 85b) anspricht.
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