FI62731C - Anordning foer bestaemning av alkoholhalten i andningsluft - Google Patents

Description

iUM**·] [el m,KUULUTUSJULKA.SU

JS* UTLAGGN I NGSSKRI FT 627 31 C Patentti myönnetty 10 Gil 1983

VvM Patent ncddclat ^^ (SI) Kv.ik.3/totci.3 G 01 N 27/12 SUOMI—FINLAND (M) λμλαλα·—ρμ*·«λμιβι 22kiljk (22) H«k*ml*pilv·—Anrtkrtngidag 23.07.Jk ' ' (13) AlkupiJvl—Giltlfhttadaf 23.QJ.jk (41) Tulkit |ulklMkai — Riivit effmNg

Patentti· ]· rekisterihallitus ............ 25-01.75 ... . - ____, (44) Nlhavtkslpsnon |t kuuljullultun pvm. —

Patent- och ragicterstyralaan Ansttkan utlafd och Utl.ikrtft*ti publfcarad 29.10.82 (32)(33)(31) Pyyd*«y «tuolksut—Bsjtnj priority 2t.07.73

Saksaa Liittotasavalta-Förbundsrepubliken !tyskland(DE) P 2337988.6-52 y (71) C.S.S. Container Storage Service Est. , Postfach 3t.679» Hauptstrasse 871, FL~9t90 Vaduz, Liechtenstein(LI) (72) Bob Kok, Hamburg, Erhardt Krause, Hamburg, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7t) Berggren Oy Ab (5t) Laite hengitysilman alkoholipitoisuuden määrittämiseksi - Anordning för bestämning av alkoholhalten i andningsluft

Keksintö koskee laitetta hengitysilman alkoholipitoisuuden määrittämiseksi, johon kuuluu kaasukenno, jossa on huokoiseen, puolijohtavaan vaippaan upotettu, virtalähteeseen yhdistetty kuumennus lanka ja pienelle etäisyydelle siitä vaippaan upotettu, virtalähteen toiseen napaan yhdistetty elektrodi sekä merkinantolaite, johon vaikuttaa hengitysilman suurenevan alkoholipitoisuuden mukana kasvava virranjuoksu kaasukennon läpi.

Alkoholin nauttiminen vaikuttaa testihenkilöiden, esimerkiksi autonkuljettajien, arvostelu- ja reaktiokykyyn sitä voimakkaammin, mitä korkeampi on veren alkoholipitoisuus. Veren alkoholipitoisuus nousee alkoholijuomien nauttimisen jälkeen ensiksi noin tunnin tai kahden kuluttua maksimiin ja alenee siitä taas vähitellen. Koska veri keuhkoissa joutuu kosketuksiin hengitysilman kanssa, sisältää hengitysilma veren alkoholipitoisuudesta riippuvan pienen määrän alkoholia. Tätä seikkaa käytetään hyväksi määrättäessä kaasuanalyyttisella pika-kokeella veren alkoholipitoisuus; testihenkilö joutuu tällöin puhaltamaan hengitysilmaansa koeputkeen. Hengitysilmassa oleva alkoholi aikaansaa koeputkessa olevien kemikalioiden värinmuutoksen, joka leviää sitä pitemmälle alueelle, mitä korkeampi veren alkoholipitoisuus on. Tätä menetelmää käyttävät varsinkin liikennepoliisit autonkuljettajien veren alkoholipitoisuuden kontrolloimiseen, mutta kokeen tarkkuudessa on paljon toivomisen varaa.

2 62731 US-patentista· 3 676 820 tunnetaan laite, jossa kaasudetektorin elektrodit virtalähteeseen yhdistävään johtoon on järjestetty sähköinen hälytin tai esimerkiksi sähkömagneettiseksi releeksi muodostettu kytkentälaite. Tässä rakenteessa on kuitenkin hälyttimen aktivoimiseksi järjestettävä suhteellisen korkea jännite, niin että käytännössä tarvitaan laitteessa verkkoliitäntä tai muuntaja.

US-patentista 3 609 732 tunnetaan edelleen laite, jossa on 110 V:n tai 220 V:n verkkoon liitetty muuntaja sekä noin 100 V:n käyttöjännitteellä toimiva tyristori. Myöskin aikakauslehdessä "Elektronik" (1972, sivut 155-156), on esitetty muuntajalla toimiva puolijohde-kaasudetektori, jossa hälytintä syöttää kaasudetektorin elektrodi-johdossa syntyvä virta.

Lopuksi tunnetaan DT-hakemusjulkaisusta 2 218 166 hengitysilman alkoholipitoisuuden määrityslaite, jossa katalyyttinen vastuselementti sekä ei-katalyyttinen mutta muutoin samanlainen vastuselementti on järjestetty Wheatstone-sillaksi. Mitattava hengitysilma johdetaan monimutkaiseen puhalluslaitteeseen, jossa on venttiilikammio, asetus-ruuvilla suljettava kanava sekä puhalluksen kestoajan valvova valvontalaite. Alkoholin esiintyminen mitattavassa ilmassa johtaa sillan ulostulosignaalin muutokseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada johdannossa mainittua tyyppiä oleva laite, joka on tukevan verkosta riippumattoman kannettavan laitteen muodossa ja joka myöskin yö- ja/tai sadeolo-suhteissa mahdollistaa nopean ja tarkan hengitysilman alkoholipitoisuuden määrittämisen samoin kuin peräkkäisten mittauksien suorittamisen nopeassa tahdissa.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle laitteelle tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukainen laite voidaan valmistaa kevyenä, pienikokoisena ja halpana käsilaitteena poliisin liikennevalvonnassa käytettäväksi, se on vankkarakenteinen ja antaa erittäin nopeasti tarkat alkoholipitoisuuden arvot. Laite voidaan liittää auton sytytysvirtapiiriin siten, että autoilijan on pakko kulloinkin ennen auton käyntiin panoa puhaltaa laitteeseen.

Keksinnön mukaisen laitteen suosituimpia toteutusmuotoja on kuvattu alipatenttivaatimuksissa.

Seuraavassa valaistaan esimerkin vuoksi lähemmin laitteen toteutus-muotoja viitaten mukana oleviin piirustuksiin. Niissä: 3 62731

Kuva 1 esittää kytkinkaavaa eräästä auton sytytysvirtapiiriin asennetusta laitteesta, kuva 2 esittää kaavamaista poikkileikkausta eräästä kaasukennosta, kuva 3 esittää kytkinkaavaa kannettavasta laitteesta .ja kuva 4 esittää osittain poikkileikattua piirrosta kuvan 3 mukaisesta laitteesta.

Kuvassa 1 esitetyssä laitteessa on kaasukenno 1 ja siinä huokoiseen puoli johtavaan vaippaan 5 upotettu hehkulanka 2, joka liittyy esivastuk-sen 4 (25Ω) välityksellä virtalähteeseen (12 V, tasavirta) ja on käytettäessä kuumennettu lämpötilaan 300-350°C, nimenomaan lämpötilaan noin 330°C. Puolijahtavassa vaipassa 5 on pienen matkan päässä hehkulangasta 2 upotettuna käämin mukaiseksi muodostettu anodisondi 3, jonka päät on oikosuljettu. Anodisodin 3 anodijohto 3a liittyy säätö-vastuksen 6 (4700 0) ja milliamperimetrin 7 kautta virtalähteen positiiviseen napaan samoin kuin yhdistysjohtojen kautta transistorin 9 kantaan ja emitteriin. Transistorin 9 (BC 107) kollektoripuoli liittyy releen 10 kautta virtalähteen negatiiviseen napaan. Rele 10 säätelee sulkukytkintä 11 ja vihreän kontrollilampun 15 ja nunaisen kontrollilampun 16 kontoroUilamppukytkintä 14.

Sulkukytkin 11 on yhteysjohdon kautta sytvtysreleen 20 kanssa yhteydessä, joka on asennettu sytytysvirtapiiriin. Sytytysrele 20 säätää sytytyskäämikytkintä 21 ja itsestään toimivaa pysäytyskytkintä 22. Sytytyskytkin 21 on asennettu sytytyslukosta 17 sytytvskäämiin 18 ja katkoimeen 19 johtavaan sytytysjohtoon siten, että tämä on suljettuna vain silloin kun sytytysreleessä 20 virtaa virta. Oytytyskää-mikytkintä 21 ja itsestään toimivaa pysäytyskytkintä 22 säätelee sytytysrele 20 kulloinkin yhteisesti niin,että kun virta kulkee sytytysreleessä 20, ovat sytytyskäämikytkin 21 ja itsestään toimiva nysäy-tyskytkin 22 suljettuna.

Sulkukytkin 11 on toisaalta mikrokytkimen 12 ja vastuksen 13 kautta kytkettynä massaan.

Kuvan 2 mukaisessa laitteessa on kaasukenno 1 kaasusäiliössä 30, jossa on sisäänpuhallusaukko 31 ja useita ulostuloaukkoja 32. Putken muotoiseksi tehdyssä sisääntuloaukossa 31 on keskellä olevan kierto-akselin 35 ympäri kiertyvä sulkuventtiili 33, joka kuvassa 2 esitetyssä lepoasennossa sulkee lähes täydellisesti sisäännuhallusaukon 31· 4 62731

Sulkuventtiilin selkämystä vasten lepää heikko jousi 3JI, joka työntää sitä lepoasentoon; jousi koskettaa löyhästi mikrokytklmen 11' kytkinnappia lepoasennossa, mutta sulkuventtiilin 33 kääntyessä sisäänpuhallusasentoon se panee toimimaan mikrokytkimen kytkinnapin.

Kun kuvissa 1 ja 2 esitetty laite on käynnissä, ovat rele 10 ja sy-tytysrele 20 ilman virtaa ennen kuin sytytyslukko 17 on toiminnassa, niin että sytytyskäämikytkin 21 ja itsestään toimiva pysäytyskytkin 22 ovat auki ja sulkukytkin 11 on kiinni. Koska myös mikrokytkin 12 on auki, jää sytytysrele 20 myös sytytyslukon 17 ollessa toiminnassa ilman virtaa, niin että autoa ei voida käynnistää. Tämä pakottaa autonkuljettajan puhaltamaan ensiksi kaasusäiliön 30 sisääntuloauk-koon 31» jolloin ilmavirta kiertää sulkuventtiilin 33 sisäänpuhollus-asentoonsa, niin että hengitysilma pääsee kaasusäiliöön ja kaasuken-noon 1. Sulkuventtiilin 33 kääntyessä siirtyy jousi 3J| syrjään, niin että se puolestaan käynnistää mikrokytkimen 12 kytkinnapin ja sulkee sen. Kun sisäänhengitys on päättynyt, työntää jousi 3;< sulkuventtiilin 33 takaisin lepoasentoonsa, niin että sisäänpuhallettu hengitysilma pysyy kaasusäiliöön sulkeutuneena ja diffundoituu vain hyvin hitaasti ulos poistoaukoista 32. Jos hengitysilma sisältää alkoholia, se vaikuttaa kaasukennon 1 vastukseen ja anodijohdossa virtaa hengitysilman alkoholipitoisuuteen verrannollinen heikko virta, jonka osoittaa mil-liamperimittari 7. Mikäli hengitysilman alkoholipitoisuuden suhteen verrannollinen virranvoimakkuus anodijohdossa ylittää ennakolta määrätyn, säätövastuksella 6 tarkennettavan arvon, on seurauksena virran juoksu transistorin 9 yli releen 10 läpi, josta syystä sulkukytkin 11 aukenee ja kontrollilamppukytkin 1^ liikkuu asentoon, jossa se yhdistää punaisen kontrollilampun 16 virtalähteen kanssa.

Niin kauan kun hengitysilman alkoholipitoisuuden suhteen verrannollinen virran voimakkuus anodijohdossa ei ylitä säätövastuksen 6 säätämää raja-arvoa, on rele 10 ilman virtaa ja siten sulkukytkin 11 suljetussa asennossaan. Kun mikrokytkin 12 on hengitysilman tultua kaasu-säiliöön 30 suljettuna, virtaa nyt sytytyslukosta 17 sytytysreleen 20, sulkukytkimen 11, mikrokytkimen 12 ja vastuksen 13 kautta virta, minkä johdosta sytytysrele 20, sytytyskäämikytkin 21 ja itsestään toimiva pysäytyskytkin 22 sulkeutuvat, niin että sytytysrele 20 ei enää ole 62731 ilman virtaa kun mikrokytkin 12 tämän jälkeen avataan ja auto voidaan käynnistää tavalliseen tapaan. Kont rol lilampnu j ori 1 'j ja 1.6 avulla ilmaistaan kulloinkin, onko hengitysilman alkoholipitoisuus tietyn raja-arvon ylä- vai alapuolella.

Kuvassa 4 esitetyssä kannettavassa laitteessa, jonka kytkinkaava on esitetty kuvassa 3> tapahtuu huokoiseen keramiikkavaipnaan 5 upotetun hehkulangan 2 virransyöttö muuntajavaiheen kautta, jossa on tran-sitori 24 (BC 178), vastus 25 (100 ΚΩ), potentiometri 26 (4/0 Κω), kondensaattori 23 (0,1 ^uF), kondensaattori 27 (50 ^uF), vastus ?tt (220Ω), vastus 29 (1000Ω), kondensaattori 36 (0,33 /UF), tr-ansistori 37 (ASy 24) ja muuntaja 38.

Kaasukennossa 1 on edelleen pienen matkan päässä hehkulangasta. 2 keramiikkavaippaan 5 upotettu anodisondi 3> joka liittyy anodijohdon 3a ja säätövastuksen 6 välityksellä virtalähteen positiiviseen pooliin. Säätövastuksen 6 (25 ΚΩ) luistiin liittyy vhdysjohto 48, joka on säätövastuksen 40 (25 ΚΩ) kautta yhteydessä transistorin 9 (AC 109) kannan kanssa. Transistorin 9 emitteripuoli on toisen yhdysjohdon kautta yhteydessä virtalähteen positiivisen navan kanssa. Transistorin 9 kollektoripuoli on toisaalta Schmitt-laukaisijan tulotransisto-rin 42 kannan ja toisaalta vastuksen 41 (1300Ω) kautta yhteydessä virtalähteen negatiivisen poolin kanssa. Tulotransistorin 48 (AC J09) kollektoripuoli on Schmitt-laukaisijan tehotransistorin 44 (AC 109) kannan ja toisaalta vastuksen 43 (1300Ω) kautta virtalähteen) riognt i i-visen poolin kanssa yhteydessä. Tulotransistorin 42 ja tehotransistorin 44 emitteripuolet ovat yhdysjohtojen kautta keskenään ja vastuksen 45 (10Ω) kautta virtalähteen positiivisen poolin kanssa yhteydessä. Tehotransistorin 44 kollektoripuoli on yhteydessä virtalähteen negatiiviseen pooliin releen 10 kautta, joka säätelee kontrollilampun 16 kytkintä 11.

Kuvassa 3 esitetyssä kytkinkaavassa on yleiskäsityksen helpottamiseksi esitetty vain yksi kontrollilamnpu 16 ja vastaavasti vain yksi transistori 9 ja siihen kuuluva Schmitt-laukaisija. Kuvassa 4 esitetyssä laitteessa on kuitenkin kolme kontrollilamnnua 16a, 16b ja 16c, joita jokaista säätelevät transistoria 9 vastaava transistori, siihen kuuluva Schmitt-laukaisija ja rele riippumatta anodijohdossa 3a olevan virran vahvuudesta siten, että ne syttyvät kukin määrätyn, toisistaan eroavan, etukäteen määrätyn alkoholipitoisuuden vaikutuksesta. Laitteen täydellinen kytkinkaava sisältää sen vuoksi to Ime 62731 kuvan 3 oikeanpuoleista kytkinjärjestelyä, joissa kussakin on yhteiseen yhdysjohtoon 48 säätövastuksenko kautta liittyvä transistori y ja kuhunkin on liitettynä järjestyksessä Schmitt-laukaisija, rele ja kontrollilamppu.

Kuvassa k esitetyn laitteen kaasusäiliön 30' sisääntuloaukolla 31' ja ulospääsyaukolla 32' varustetussa kaasukennossa 1 on hehkulanka 2 ja anodisondi 3 keramiikkavaipan 5 sisässä ja vanunkiverkon la suojaamana. Kaasusäiliö 30' on koottu sähkölaitteet sisältävän kotelon k9 sisään niin, että istukoiksi muodostetut sisääntuloaukko 31' ja ulostuloaukko 32' pistävät siitä esiin ulkopuolelle. Sisääntuloaukon 31’ sisältävän istukan päälle on pistetty irrotettava suukappale ky. Ulospääsyaukon 32' sisältävä istukka on varustettu ulkopinnalla olevilla olakkeilla sen päälle vedetyn, kaasutiiviin pussin 46 kiinnipitämiseksi; tämän pussin tilavuus on täyteenpuhallettuna ennalta määrätyn suuruinen. Kotelon 49 sivuseinällä on vierekkäin keltainen kontrollilamppu 16a, punainen kontrollilamppu 16b ja sininen kontrolli-lamppu 16c samoin kuin kotelon alaosassa vihreä kontrollilamppu IS'. Laite yhdistetään kotelon 49 alaosassa olevan sisäänvientikaapelin välityksellä liitäntärasiaan, esimerkiksi autossa olevaan, ja se varustetaan käyttöjännitteellä 12V.

Kuvissa 3 ja 4 esitetty laite soveltuu erikoisesti hengitysilman alkoholipitoisuuden määräyksiin liikennetarkkailussa ja se voi olla jokaisessa partioautossa liikennepoliisin mukana. Kun laitetta käytetään, se pistetään ensiksi johtokaapelin 50 avulla nartioauton liitäntärasiaan ja se saa auton patterista virtaa. Painamalla kotelon 49 toisella sivulla olevaa, kuvassa 4 näkymätöntä nappia saadaan laite kytketyksi. Laite on valmis käytettäväksi heti, kun kontrolli-lamput 16a, 16b ja 16c ovat sammuksissa ja vihreä kontrollilamppu 15' syttyy. Jokaiselle koehenkilölle pistetään uusi suutin 4/ istukkaan, joka sisältää kaasun sisääntuloaukon 31' ja kaasun ulospääsyaukon 32' sisältävään istukkaan vedetään päälle kaasutiivis nussi 46. .'Jori jälkeen koehenkilö puhaltaa suuttimen 47 sisään, kunnes nussi 46 on täynnä. Hengitysilmassa oleva alkoholi palaa katalyyttisesti kaasu-kennon 1 hehkulangassa 2 ja tällöin syntyvä lämpöefekti aiheuttaa kaasukennon 1 vastuksen alenemisen hehkulangan 2 ja anodisondin 3 välillä. Vastus on tällöin sitä pienemoi, mitä korkeampi on hengitysilman alkoholipitoisuus. Säätelemällä vastaavasti säätövastusta 6 ja yksityisiin kontrollilamppuihin asennettuja säätövastuksia 40 7 62731 voidaan laite säätää siten, että alkoholin puuttuessa hengityskaaaus-ta vain vihreä kontrollilamppu 15' palaa, jos alkoholipitoisuus on alle 0,8 %, syttyy keltainen kontrollilamppu 16a ja vihreä kontrolli-lamppu 15T sammuu, jos alkoholipitoisuus on 0,8-1,2 JS, syttyvät keltainen kontrollilamppu 16a ja punainen kontrollilamppu 16b, ja kun alkoholipitoisuus on yli 1,2 %, syttyvät keltainen kontrollilamppu 16a, punainen kontrollilamppu 16b ja sininen kontrollilampnu 16c yhdessä, ja vihreä kontrollilamppu 15' on sammunut.

Jo lyhyen ajan kuluttua mittauksesta on laite taas valmis käyttöön, eli heti kun kontrollilamput 16a, 16b ja 16c ovat sammuneet ja vihreä kontrollilamppu 15’ syttyy.

Kun laite kytketään päälle, sille syötetään tasavirtaa, jonka jännite on 12 V, joka saa ensiksi muuntajan 38 ja siihen kuuluvan transistorin 37 heilahtelemaan. Täten kehitetään ensiksi 1,2 V:n jännite, joka sitten alenee 0,9 V:ksi kaasukennon 1 hehkulangan 2 kuumennettua kuvassa 3 esitettyjen elementtien yhteisvaikutuksen tuloksena, varsinkin transistorin 24, säätövastuksen 26 ja kondensaattorin 27. Tätä arvoa voidaan kuitenkin säätää kulloinkin tarkoitustaan vastaavaksi. Kaasukennossa 1, jossa on lämpötilaan 300-350°C kuumennettu hehkulanka 2, on lämpöherkkä vastus ja se muodostaa jälkeen kytketyn säätövastuksen 6 kanssa muuttuvan vastuksen, joka säätelee säätövastuksen 40 kautta transistoria 9 ja jälkeen kytkettyjä Schmitt-1aukaisijan transistoreja 42 ja 44. Kun tehotransistori 44 on läpikytketty, sulkee rele 10 kytkimen 11 ja vastaava kontrollilamppu 16 kytkeytyy. Oamalla tavoin saadaan aikaan myös muiden kontrollilampDujen syttyminen, mutta kulloinkin niitä vastaavien säätövastusten 40 säätämisellä määrätään, millä alkoholipitoisuudella kontrollilamppu syttyy.

Edellä olevaa, parhaimpina pidettyjen toteutusmuotojen perusteella kuvattua laitetta voi asiantuntija muunnella aina vaatimustensa mukaan eri tavalla tarkoitustaan vastaavasti, ja varsinkin yhden tai useamman kontrollilampun asemasta voidaan käyttää yhtä tai useampaa osoitti -mella varustettua ilmaisijaa. Keksinnön mukaisessa laitteessa käytettyä sähkökytkentää voi samaten asiantuntija aina käyttövaatimusten mukaan muutella käyttäen samanarvoisiksi tuntemiaan sähkötarvikkeita.

Claims (5)

1. 8 62731
2. 1. Laite hengitysilman alkoholipitoisuuden määrittämiseksi, johon kuuluu kaasukenno, jossa on huokoiseen, puolijohtavaan vaippaan upotettu, virtalähteeseen yhdistetty kuumennuslanka ja pienelle etäisyydelle siitä vaippaan upotettu, virtalähteen toiseen napaan yhdistetty elektrodi sekä merkinantolaite, johon vaikuttaa hengitysilman suurenevan alkoholipitoisuuden mukana kasvava virranjuoksu kaasuken-non läpi, tunnettu siitä, että a) laite on tehty parisbokäyttöiseksi, kannettavaksi käsikojeeksi, b) kaasukenno (1) on sovitettu kaasukammioon (30), jossa on hengitysilman puhallusaukko (31) ja vähintään yksi poistoaukko (32), c) kaasukennon (1) elektrodi (3) on säätövastuksen (6) kautta yhdistetty pariston toiseen napaan ja yhdysjohdon kautta transistorin (9) kantaan, ja d) transistorin (9) emitteripuoli vastaavasti kollektoripuoli on yhdistetty pariston vastaavaan napaan transistorin (9) ohjaaman kytkinlaitteen välityksellä vaikuttamaan ainakin yhteen tarkkailulamp-puun (15, 16).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet tu siitä, että on sovitettu useita, kulloinkin vastaavan transistorin (9) vaikuttamia tarkkailulamppuja ja kunkin transistorin (9) kanta on kulloinkin säätövastuksen (40) kautta yhdistetty elektrodijohtoon.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että virran mittaamiseksi kaasukennon (1) elektrodista (3) pariston napaan johtavassa elektrodijohdossa (3a) on sovitettu milli-amperimittari. M. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että on sovitettu milliamperimittarin (7) kanssa rinnan kytketty potentiometri.
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-k mukainen laite, tunnettu siitä, että transistori (9) on liitetty Schmitt-triggerin (39) sisään-tulotransistorin (^2) kantaan ja Schmitt-triggerin (39) tehotransistori (44) on liitetty kytkentälaitteeseen (10). 62731 9