NL8900800A - Werkwijze en inrichting voor het kontinu analyseren van de samenstelling van gassen. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het konintu analyseren van de samenstelling van gassen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het kontinu analyseren van de samenstelling van gassen met behulp van een meetkop die wordt gebruikt voor het bepalen van de stromingssnelheid van de te meten gassen als funktie van de tijd, terwijl de samenstelling wordt geanalyseerd met behulp van analyse-apparatuur die op afstand van de meetkop is geplaatst en daarmee verbonden is door een monsterleiding waardoorheen met behulp van een zuigpomp gas wordt aangezogen.

Wanneer men op een dergelijke wijze de samenstelling van gassen wil analyseren wanneer die samenstelling in de tijd niet veel verandert, of wanneer men toch slechts geïnteresseerd is in de gemiddelde samenstelling, ontstaan er geen bijzondere problemen. Wanneer de gassamenstelling sterk kan fluktueren en wanneer men die fluktua-ties met grote nauwkeurigheid wil volgen, en speciaal wanneer men daarbij ook een verband wil leggen met de stromingssnelheid van de te meten gassen, wordt een moeilijkheid veroorzaakt doordat de meting van de stromingssnelheid direkt plaatsvindt, en de meting van de concentraties als gevolg van de afstand van de analyse-apparatuur tot de meetkop verschoven is in de tijd. Om dit tijdsverschil te korrigeren ging men tot nu toe zo te werk dat met de hand, met behulp van een ballon, een hoeveelheid van een geschikt ijkgas in of nabij de aanzuigopening van de monsterleiding bij de meetkop werd toegevoerd om dan uit het waargenomen tijdstip van binnenkomst van dat ijkgas in de analyse-apparatuur de looptijd van de gassen door de monsterleiding, tussen de meetkop en de analyse-apparatuur, te bepalen. Deze ijking is echter niet nauwkeurig, enerzijds doordat het tijdstip van afgifte van een hoeveelheid ijkgas met de hand niet nauwkeurig kan worden bepaald resp. niet nauwkeurig kan worden gekorreleerd met de waarneming in de analyse-apparatuur, maar anderzijds vooral omdat de doorlooptijd geen kon- stante is. Die doorlooptijd is immers afhankelijk van allerlei omgevingsomstandigheden, waarvan de temperatuur de voornaamste isf maar waarbij ook de atmosferische druk en bijvoorbeeld het vochtgehalte van het te analyseren gas een rol spelen. Het verrichten van metingen aan gassen met variaties in de samenstelling met een periode van 2 a 3 sekonden was dan ook zo onnauwkeurig dat men kan stellen dat die metingen tot nu toe niet konden worden verricht.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een oplossing voor dit probleem.

Daartoe vertoont de werkwijze volgens de uitvinding in de grondgedachte het kenmerk dat, voor het in hoofdzaak kontinu bepalen van het verband tussen de stromingssnelheid en de samenstelling, vanuit de apparatuur een reeks ijkgasimpulsen wordt toegevoerd, en dat daarmee de gemiddelde doorlooptijd van de gassen wordt bepaald onder de op dat moment ter plaatse heersende omstandigheden.

Door aldus vanuit de apparatuur de afgifte van ijkgasimpulsen te sturen wordt een grotere nauwkeurigheid mogelijk bij de bepaling van het tijdstip waarop elke puls weer door de apparatuur wordt waargenomen. Door een gemiddelde te nemen over een reeks ijkgasimpulsen worden ge-konstateerde ruisverschijnselen ondervangen. Het middelen van een reeks metingen heeft dus de bedoeling de ijknauw-keurigheid te vergroten en uiteraard niet om de invloed van eventueel veranderende omstandigheden te laten verdwijnen.

In tegendeel is het met de uitvindinggedachte zeer eenvoudig mogelijk om met grote frequentie hernieuwde ijking uit te voeren, zodra men vermoedt dat er een verandering in de omstandigheden is opgetreden, of slechts om zeker te stellen dat een dergelijke verandering niet is opgetreden.

De keuze van een ijkgas zal worden bepaald door de analysemogelijkheden in de apparatuur. Wanneer die apparatuur bijvoorbeeld geschikt is voor het analyseren van het koolzuurgehalte, kan koolzuur worden gebruikt als ijkgas.

De uitvinding betreft verder een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze als bovenvermeld, omvattend een meetkop die aansluitbaar is op de bron van de te analy seren gassen, welke meetkop voorzien is van een volume-omzetter of dergelijk instrument voor het kontinu bepalen van de stromingssnelheid van de te meten gassen als funktie van de tijd, analyse-apparatuur voor het bepalen van de samenstelling van de gassen, voorzien van een zuigpomp waarop een monsterleiding is aangesloten die de meetkop verbindt met de analysator.

Volgens de uitvinding is die inrichting gekenmerkt door een bron van ijkgas in de analyse-apparatuur, een ijk-gasleiding en een aansluiting van die ijkgasleiding op de monsterleiding op een plaats op korte afstand van de aan-zuigopening daarvan met de meetkop, middelen om de bron van ijkgas onder druk te brengen of te houden en middelen om periodiek een klep in de ijkgasleiding te openen voor het injekteren van ijkgasimpulsen, en middelen om de doorlooptijd van die ijkgasimpulsen door de monsterleiding te bepalen.

Het vochtgehalte van het te analyseren gas kan een betrekkelijk grote invloed hebben op de looptijd. Dit geldt in het bijzonder wanneer, zoals dikwijls het geval is, het te analyseren gas vrijwel verzadigd is met waterdamp. In de monsterslang vindt afkoeling plaats, en dus kondensatie. Daardoor verandert de weerstand van de monsterleiding, en daardoor ook de looptijd van het bemonsteringspunt naar de analyser.

Om dit probleem te ondervangen wordt de inrichting volgens de uitvinding bij voorkeur zo uitgevoerd dat de de monsterleiding over tenminste een deel van de lengte uitgevoerd is uit een voor waterdamp doorlatend materiaal.

Wanneer dit deel van de monsterleiding een voldoende lengte heeft kan worden bereikt dat de relatieve vochtigheid daalt tot onder de kondensatiedrempel zodat de genoemde veranderingen in de looptijd worden voorkomen.

Een belangrijk toepassingsgebied van de uitvinding is het analyseren van de menselijke ademhalingslucht, in het bijzonder voor het onderzoek van stofwisselingsprocessen. De meetkop is dan een buisstuk waardoor de te onderzoeken persoon zowel in- als uitademt, en de analyse-appara- tuur is ingericht voor het bepalen van het gehalte aan 02 en C02· Met de uitvinding kan dan binnen elke in- en uitademings-slag nauwkeurig het verband worden vastgesteld tussen het gehalte aan die beide gassen en het in- resp. uitgeademde volume.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. 1 geeft een schema van de inrichting en fig. 2 toont in aanzicht, gedeeltelijk langsdoor-snede, een dubbele verbindingsslang tussen de meetkop en de ana1yseapparatuur.

De analyse-apparatuur 1 bevat de eigenlijke gas-analyser die door 2 is aangeduid en die voorzien is van een zuigpomp 3. Deze zuigt door de monsterleiding 4, zoals aangeduid door de pijl Pl, voortdurend gas aan uit de in zijn geheel door 5 aangeduide meetkop. De te analyseren gassen komen die meetkop binnen volgens de pijl P2 en verlaten hem volgens de pijl P3. In de stromingsdoorlaat van de meetkop is een instrument 6 zoals een volume-omzetter opgenomen voor het bepalen van de gasdoorlaat.

In de analyse-apparatuur is verder een reservoir 7 opgenomen voor een ijkgas onder druk. Dit kan door een klep 8 worden afgegeven aan een ijkgasleiding 9 onder tussen-plaatsing van een stromingsweerstand 10 voor het nauwkeurig bepalen van de doorstromende hoeveelheid ijkgas. Dit ijkgas stroomt volgens de pijl P4. De ijkgasleiding 9 is op een door 11 aangeduide plaats dicht bij de aanzuigopening van de monsterleiding 4 bij de meetkop op die monsterleiding 4 aangesloten.

Onder besturing van een in zijn geheel door 12 aangeduide besturingselektronika kan de klep 8 periodiek worden geopend en gesloten om aldus ijkgaspulsen af te geven die bij 11 in de monsterleiding komen en vervolgens de analyser 2 weer bereiken. Het tijdstip van aankomst van elke ijkgaspuls bij de analyser wordt vervolgens weer teruggevoerd naar de elektronika 12 om aldus de doorlooptijd vanaf het punt 11 tot de ingang van de analyser te kunnen vaststellen.

Men kan bijvoorbeeld werken met reeksen van tien ijkgasimpulsen, elk met een tijdsduur van 1 sekonde en met tussenafstanden van 1 sekonde. De eerste en tweede puls dienen dan slechts voor het inwassen van de leiding 9 met het ijkgas, en de puls 3 t/m 10 worden gebruikt voor de meting .

Fig. 2 toont een konkrete uitvoeringsvorm van een kombinatie van de monsterleiding 4 en de ijkgasleiding 9.

Het aansluitstuk 13 is geknikt uitgevoerd om de nog te beschrijven boringen gemakkelijk te kunnen maken. Het deel 14 is uitwendig enigszins toelopend zodat het gemakkelijk ingestoken kan worden in een geschikte opening in de meetkop.

Het is voorzien van een axiale boring 15.

Het andere deel 16 staat in de getekende uitvoering onder een hoek van ongeveer 135° op het deel 14. Het is voorzien van twee langsboringen 17 resp. 18. Men ziet uit de tekening dat deze als gevolg van de onderlinge hoek van de delen 14 en 16 beide op boring 15 kunnen aansluiten.

Een flexibele dunne buis 19 is over enige afstand in boring 18 gestoken en kan bijvoorbeeld daarin zijn vastgelijmd. Deze is vervaardigd van een materiaal dat doorlatend is voor waterdamp en dient als stabilisatieslang. Een eveneens flexibele buis is niet op dezelfde manier als buis 19 direkt ingestoken in de boring 17 maar - in boring l^een kort pijpstukje 21 gestoken, dat bijvoorbeeld van metaal kan zijn en dat ook over enige afstand buiten het aansluitstuk uitsteekt, zoals aangeduid door 21', zodat dit kan worden gebruikt voor het opschuiven en eventueel vastlijmen van het buismateriaal 20. Deze dient als ijkgasleiding.

Op vergelijkbare wijze zijn de buizen 19 en 20 bevestigd aan het koppelstuk 22 dat weer twee onderling evenwijdige langsboringen 23 resp. 24 heeft. Het uiteinde van de flexibele buis 19, aangeduid door 19', is over enige afstand in boring 23 geschoven. Aan de andere kant is weer een kort metalen buisje 25 in de boring gestoken; op het buiten het koppelstuk uitstekende deel daarvan is de flexibele buis 26 geschoven.

De in de tekening onderste boring 24 in het koppelstuk bevat een metalen buisje 27 dat aan beide zijden buiten het koppelstuk 22 uitsteekt· Aan de ene kant is op het uitstekende deel het einde van de buis 20' geschoven. Aan de andere kant is op dit metalen pijpje 27 de flexibele buis 28 geschoven.

De buisstukken 19 en 20 tussen het aansluitstuk 13 en het koppelstuk 22 zijn omgeven door een gezamenlijke kous 29 die enerzijds op het aansluitstuk 13 is geschoven ter plaatse van een gedeelte 30 met verkleinde middellijn, anderzijds op een gedeelte 31 met verkleinde middellijn van het koppelstuk 22. De kous 29 dient om de buizen 19 en 20 bij elkaar te houden maar moet uiteraard uit een opengewerkt, zoals een geweven, materiaal bestaan om buis 20 zijn funktie te kunnen laten vervullen. Tenslotte zijn op dezelfde plaats korte moffen 32 resp. 33 over de aansluitplaatsen op het aansluitstuk 13 resp. koppelstuk 22 geschoven als stabilisatie van de verbindingen tussen de buizen 19 en 20 en de stukken 13 en 22.

De lengte van de buisstukken 19 en 20 tussen het aansluitstuk 13 en koppelstuk 22 wordt bepaald door de lengte die nodig is om met de voor waterdamp doorlaatbare buis 19 het vochtgehalte van het monstergas beneden de kon-densatiedrempel te brengen. De buizen 26 en 28 overbruggen dan de rest van de afstand tussen de meetkop en de analyse-apparatuur. Deze buizen 26 en 28 kunnen overigens over de hele lengte met elkaar zijn verbonden zodat in dwarsdoorsnede de vorm van een 8 ontstaat.

Voor een goed begrip van het met de uitvinding bereikte effekt kan worden vermeld dat, in een konkreet toe-passingsgeval, een monsterleiding 4 tussen de meetkop en de analyse-apparatuur 1 een lengte heeft van ongeveer 1,8 m. De zuigpomp 3 trekt door die monsterleiding uit de meetkop 5 200 tot 250 ml te analyseren gas per minuut. De doorlooptijd is dan ongeveer 1 sekonde. Om, bij fluktuerende samenstelling met perioden van 2 a 3 sekonden kontinu een verband te kunnen leggen tussen de gassamenstelling en het doorgestroomde volume dient de looptijd van het monstergas door de monsterleiding bekend te zijn binnen 5 msec. Men kan dit in principe bereiken wanneer een reeks van tien impulsen van het ijkgas wordt afgegeven, zodanig dat telkens de klep 1 sekonde open en 1 sekonde gesloten wordt. Die in-jektie van monstergas kan plaatsvinden met een stromingssnelheid van 100 tot 150 ml per min. Zoals gezegd, bedraagt, wanneer de monsterleiding 4 een lengte heeft van 1,8 m, de doorlooptijd ongeveer 1,0 sek. Zonder vochtstabilisator zou de looptijd als gevolg van kondensvorming tot 100 msek kunnen veranderen, zijnde dus ongeveer 10% van de waarde van de looptijd. In de genoemde konkrete uitvoeringsvorm is ongeveer 40 cm als lengte van de vochtstabilisatieslang 19 voldoende gebleken om een konstante doorlooptijd te handhaven, onbeïnvloed door vocht.

Tenslotte wordt opgemerkt dat, in de toepassing van de uitvindingsgedachte bij een inrichting voor het analyseren van menselijke ademhalingslucht, de meetkop 5 het zogenaamde patiëntmondstuk is met ingebouwde volume-transducer.

Anders dan bij het analyseren van bijvoorbeeld rookgassen, die steeds in dezelfde richting volgens de in fig. 1 aangeduide pijlen P2 en P3 lopen, wordt het patiëntenmondstuk in twee richtingen doorstroomd; bij de uitademingsslag geven de pijlen P2 en P3 dan de stroomrichting aan, maar die stroomrichting wordt omgekeerd bij de inademingsslag.

Claims (6)

1. Werkwijze voor het kontinu analyseren van de samenstelling van gassen met behulp van een meetkop die wordt gebruikt voor het bepalen van de stromingssnelheid van de te meten gassen als funktie van de tijd, terwijl de samenstelling wordt geanalyseerd met behulp van analyse-appa-ratuur die op afstand van de meetkop is geplaatst en daarmee verbonden is door een monsterleiding waardoorheen met behulp van een zuigpomp gas wordt aangezogen, waarbij een ijkgas aan de monsterleiding wordt toegevoerd op een plaats in of nabij de aanzuigopening van de monsterleiding bij de meetkop, met behulp hiervan de doorlooptijd van de gassen wordt bepaald, en met behulp van die doorlooptijd een fase-verschuiving wordt ingevoerd bij het bepalen van het verband tussen de stromingssnelheid en de samenstelling, met het kenmerk, dat, voor het in hoofdzaak kontinu bepalen van het verband tussen de stromingssnelheid en de samenstelling, vanuit de apparatuur een reeks ijkgasimpulsen wordt toegevoerd, en dat daarmee de gemiddelde doorlooptijd van de gassen wordt bepaald onder de op dat moment ter plaatse heersende omstandigheden.

2. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze van conclusie 1, omvattende een meetkop (5) die aansluit-baar is op de bron van de te analyseren gassen, welke meetkop voorzien is van een volume-omzetter (6) of dergelijk instrument voor het kontinu bepalen van de stromingssnelheid van de te meten gassen als funktie van de tijd, analyse-apparatuur (1) voor het bepalen van de samenstelling van de gassen, voorzien van een zuigpomp (3) waarop een monsterleiding (4) is aangesloten die de meetkop (5) verbindt met de analysator (2), gekenmerkt door een bron (7) van ijkgas in de analyse-apparatuur (1), een ijkgasleiding (9) en een aansluiting (11) van die ijkgasleiding (9) op de monsterleiding (4) op een plaats op korte afstand van de aanzuigopening daarvan met de meetkop (5), middelen om de bron (7) van ijkgas onder druk te brengen of te houden en middelen (12) om periodiek een klep (8) in de ijkgasleiding te openen voor het injekteren van ijkgasimpulsen, en middelen (12) om de doorlooptijd van die ijkgasimpulsen door de monsterleiding (4) te bepalen.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een aansluitstuk (13) aanwezig is, dat aan de ene zijde een enkele doorboring (15) heeft die zich splitst tot twee boringen (17, 18) aan de andere zijde.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het aansluitstuk (13) geknikt is uitgevoerd en de beide boringen (17, 18) in het gedeelte (16) aan de ene zijde van de knik de enkele boring (15) in het gedeelte (14) aan de andere zijde van de knik bereiken.

5. Inrichting volgens een der conclusies 2 tot 4, met het kenmerk, dat de monsterleiding (26, 19) over tenminste een deel (19) van de lengte uitgevoerd is uit een voor waterdamp doorlatend materiaal.

6. Inrichting volgens een der conclusies 2 tot 5, ingericht voor het analyseren van de menselijke ademhalings-lücht.