NO773652L - Maaleinnretning for bestemmelse av mengden av brennbare gasser i luft - Google Patents

Description

Bestemmelsen av mengden av brennbare gasser i luft blir i våre dager - av hensyn til de tekniske problemer som fore-kommer på mange forskjellige områder - stadig mer1 betydningsfull.

Man kan bare tenke på gruvedrift (tilstedeværelse

av metangass), på innføring av jordgassanvendelse (beskyttelse mot eksplosjoner) eller på trafikksikkerhet (alkoholfølere).

De tidligere benyttede metoder (kjemisk og fototek-nisk metode) er imidlertid av flere grunner ikke tilfredsstillende. De lar seg vanskelig kontrollere, de er egnet bare for en eneste anvendelse, det oppstår materialforbindelser med ugunstige egen-skaper under målingene, apparatene er ikke nøyaktige, osv.

På bakgrunn av arbeider utført av Harger og andre

kan det påvises at den menneskelige utåndingsluft eller pust kan betraktes som et prøvemateriale som i målingsøyeblikket korrekt gjenspeiler den virkelige alkoholkonsentrasjon i det arterielle blod i lungene. I forhold til analyse av blod og andre kroppsvev oppviser pustanalysen samtidig en fordel som følge av enkelheten av prøvetagningen og bearbeidelsen av denne.

Den kjente teknikk når det gjelder den med pustanalyse gjennomførte metode, gjenspeiler seg i følgende verker: Harger N.R., Toxicology: Mechanism and Analytical Methods (Vol.

II. Academic Press, New York, 1963) .

Dubowski K.M.: Measurement of Ethyl Alcohol in Breath (Laboratory Diagnosis of Diseases caused by Toxic Agents, Chapter 31.316, 1970).

Det er forståelig at forskningen på dette område i

de senere år har tiltatt og blitt livligere. De apparater som er egnet for måling av alkoholinnhold i utåndet luft, kan etter sin sikkerhet grupperes på følgende måte: Filtersonder for landeveis-trafikk (såkalt prearrest, screening devices, road tester, etc.)

og pustanalysatorer som er i stand til å avgi beviskraftige re-sultater som er likeverdige med blodalkoholanalyse og er akseptert av myndighetene. For tiden finnes det bare et eneste, av Dubowski utviklet apparat, med navnet "Breathalyzer", som er tilgjengelig i handelen og er egnet for pustanalyse. Dette apparat kan imidlertid - som følge av sin vekt - ikke anvendes for ovennevnte for-mal.

Flere fysiske prinsipper kan ligge til grunn ved oppbygning av et slikt apparat, f.eks. innretninger som fungerer på basis av infrarød absorpsjon eller elektrokjemisk oksydasjon. Sådanne målesonder er allerede kjent. Et felles problem for de måleapparater som fungerer på basis av alkoholoksydasjon, består i at utåndingsluften, foruten den alkoholmengde som skal kontrolleres, samt oksygen og nitrogen, også inneholder vanndamp og CC^ av vekslende mengde. Da oksydasjonen av alkohol kommer i stand ved 200 - 300°C (avhengig av katalysatoren), skal den aktive sone av måle-cellen oppvise den samme temperatur. Tilstedeværelsen av vanndamp og CO2 av vekslende mengde virker derfor forstyrrende, da deres varmeledningsevne avviker fra varmeledningsevnen for ren luft og måleelementets varmetap derved forandres i forhold til den rene luft og blir til en kilde for forstyrrelsessignaler. (Dette benevnes som varmeledningsevneef fekt eller som "Katharaomete.r-ef f ekt" .) Et slikt måleapparat fremstilles av firmaet Borg-Warner (Type: Alert T.M.J. 2A-1000). Dette er det eneste med målesonde Utstyrte apparat som benyttes av politiet.

Det er videre kjent en metode som er utviklet av J.C. Crawford og er offentliggjort i tidsskriftet "The Police Chief"

(24. januar 1975). Til grunn for denne metode ligger det prinsipp at det på grunn av forbrent alkohol tilveiebringes ladningsbærende par på overflaten av en halvleder av N-type, og således tiltar led-ningsevnen. Problemet her er at de forstyrrende materialer er alt for mange og at oppvarmingen av det halvledende materiale trenger mye energi. Ifølge fremstillingsfirmaet kan det ved en eneste opp-ladning maksimalt utføres 20 - 40 undersøkelser.

Da en detektor som oppbygges i overensstemmelse med' typen katalytisk tråd, forbruker mer energi og det som forstyrrelse bare kan tas hensyn til CO2og vanndamp, gjennomfører firmaet Warner-Borg videre undersøkelsene med denne løsning. Som alkohol-sonde er det videre kjent en katalytisk detektor.

Fra DT-OS 2 257 486 er det kjent en konstruksjon hvor virkningen av varmeledningsevne på grunn av vanndamp og CC^elimineres på den måte at bare ett element av to identiske, katalytiske elementer mottar den pust eller utåndingsluft som skal måles, idet det til det andre element ankommer sådan utåndingsluft fra hvilken alkoholen på en eller annen måte er blitt fjernet, f.eks. forbrent. Den oppståtte CO,, og vannet utgjør en så liten mengde at målingen ikke lenger påvirkes av denne. Således blir det på grunn av Katharometer-effekt i måleboren ikke forårsaket noe avvik. Ved hjelp av dette apparat kan hverken tilstedeværelsen av vann eller av CO2påvises. Det største problem ved dette apparat består i at en synkron tilførsel av prøven til de to måle-elementer er vanskelig. Slik det vil innses av det foregående, kan problemet ikke løses på tilfredsstillende måte ved hjelp av apparater av samme type.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en måleinnretning som eliminerer ulempene ved de tidligere kjente innretninger for det aktuelle formål. Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved en måleinnretning av den innledningsvis angitte type som utmerker seg ved de i patentkravet angitte, karakteriserende trekk.

Ved hjelp av oppfinnelsen var oppfinnerne i stand til å eliminere ulempene ved de hittil kjente innretninger. I forhold til de kjente apparater oppviser innretningen'ifølge oppfinnelsen følgende fordeler: 1. Apparatet reagerer straks (i løpet av noen sekunder). 2. Apparatet inneholder ingen bestanddeler som skal utskiftes.

3. Det kan settes i drift så ofte man ønsker.

4. Apparatets elektroniske system avgir et signal som er proporsjonalt med innholdet av brennbart materiale. 5. Apparatets følsomhet er betydelig (større enn 0,005). 6. Apparatets detektor er beskyttet mot overbelastning.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebrakt

en elektronisk måleinnretning ved hjelp av hvilken det tilveiebringes et elektrisk signal som er proporsjonalt med gassinnholdet i den gjennom detektoren strømmende luft,, og som er uavhengig av luftstrømningens hastighet og av de andre ikke-brennbare gasser. Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at den luftmengde som skal undersøkes, ved hjelp av diffusjon ledes gjennom en tynn membran til to tynne, glødende metalltråder. Den ene av disse metalltråder er på overflaten overtrukket med et katalytisk materiale, mens den andre er uten katalytisk belegg. De to tråder blir ved hjelp av en tilkoplet elektronisk koplingsanordning ved hjelp av en tråd-strøm holdt på en vilkårlig temperatur. Når det i luften er til stede en brennbar gass, vil den bli forbrent på overflaten av den katalytiske tråd.

I området for en liten konsentrasjon oppstår det på glødetrådens overflate en med konsentrasjonen proporsjonal varmeytelse. Den elektroniske koplingsanordning hindrer en økning av glødetrådens temperatur på en slik måte at den elektroniske gløde-effekt reduseres like mye som størrelsen av den på katalytisk måte frembrakte varmeytelse. Glødetrådens temperatur oppviser derfor en konstant verdi, og tilbakestyringen beskytter glødetråden også i ekstraordinære tilfeller når en gassmengde av høy konsentrasjon kan ankomme til trådens overflate. En konstantholdelse av gløde-trådens temperatur muliggjør eliminasjon av en målefeil som er et resultat av endringen av luftens varmeledningsevne (idet ikke-brennbare komponenter, såsom vanndamp, CC^etc., er til stede), og av endringer av luftens strømningshastighet, og da på den måte at temperaturen av den ikke katalytiske tråd kan stabiliseres på en verdi ved hvilken de ovennevnte endringer fordrer en elektrisk effektendring som svarer til den katalytiske glødetråd.

Når utgangssignalet dannes.av forskjellen mellom signalene fra begge de temperaturstabiliserende strømkretser, inneholder utgangssignalet bare en komponent som svarer til den katalytiske forbrenning.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i tilknytning til et utførelseseksempel under henvisning til

tegningen hvis ene figur skjematisk viser måleinnretningens koplingsanordning .

Måleinnretningen består av et målekammer i hvilket

det er anordnet to glødetråder, nærmere bestemt en glødetråd C, som oppviser en katalytisk overflate, og en glødetråd som har nøytral overflate. Glødetråden C-, med katalytisk overflate er tilkoplet til utgangen fra en i og for seg kjent styrestrømkrets G^, og gløde-tråden C2er koplet til utgangen fra en med strømkretsen G^analog styrestrømkrets G2• Til de to glødetråder er det i målekammeret tilkoplet en respektiv temperaturføler E^hhv. E2som på sin side .er forbundet med inngangene til styrestrømkretsene G^ hhv. G2• Styrestrømkretsene er dessuten forbundet med et respektivt potensio-meter hhv. P2;idet deres andre utgang er forbundet med den positive hhv. negative inngang til en subtraksjonsforsterker E.

Den luft som skal undersøkes, strømmer inn i kammeret som inneholder de to glødetråder. Temperaturen på de enkelte gløde-tråder avføles ved hjelp av temperaturfølerne E^hhv. E^,

og verdien av glødestrømmen gjennom styrestrømkretsene G^hhv. G2økes eller minskes på samme måte som signalene fra temperaturfølerne avviker fra en forhånd innstilt verdi på potensiometeret P^hhv. P 2. Ved hjelp av potensiometeret P^kan temperaturen på glødetråden

C innstilles på en for katalysasjonen nødvendig temperatur på

200 - 300°C.

Temperaturen på glødetråden C2blir ved hjelp av potensiometeret P2innstilt på en slik måte at verdien av utgangs-spenningen U, . ikke endres ved endring av luftens innhold av ikke brennbare gasser.

Claims (1)

1. Måleinnretning for bestemmelse av mengden av brennbare gasser i luft, omfattende et målekammer og to i dette an-ordnede glødetråder av hvilke den ene er overtrukket med katalytisk materiale og den andre har en nøytral overflate, samt styrekretser og en subtraksjonsforsterker, karakterisert ved at glødetråden (C1 ) med katalytisk overflate er tilkoplet til en utgang fra den med denne glødetråd forbundne styrestrømkrets (G1 ), mens den andre glødetråd (C2 ) er tilkoplet til en utgang fra en ytterligere styrestrømkrets (G2 ), at den katalytiske glødetråds (C^ ) temperaturføler (E^ ) er forbundet med inngangen til den første styrestrømkrets (G^ og den nøytrale glødetråds (C2 ) temperaturføler (E2 ) er forbundet med inngangen til den andre styrestrømkrets (G2 ), og at begge styrestrømkretser (G^ , G2 ) på utgangssiden er forbundet med potensiometre (?■] _' P2 ^°9 med ^e positive hhv. negative innganger til subtraksjonsforsterkeren (E).