SE449267B - Dosimeter med pump for konstant luftstromningshastighet - Google Patents

Description

449 267 elektrisk energikälla, en med pumpen förbunden luftbehålla- re, som kvarhâller eventuell till pumpen matad överskotts- luft för att upprätthålla konstant strömningshastighet hos luftströmmen, ett strypelement, som befinner sig i ett med behållaren förbundet rör och åstadkommer tryckfall, när luftströmen pumpas genom detsamma, en före strypelementet anordnad differentialtryckströmställare, som är aktiverbar av variationer i tryck hos luftströmen och alstrar en elektrisk signal, en med energikällan och strömkällan förbun- den integrator, som mottager signalen från strömställaren och integrerar densamma, en med energikällan och integratorn förbunden förstärkare för förstärkning av den integrerade signalen och matning av den förstärkta signalen till motorn, så att motorns varvtal styres i förhållande till den av strömställaren alstrade signalen för att hålla luftströmen vid konstant strömningshastighet, kännetecknas enligt upp- finningen av en före pumpen anordnad och med densamma förbun- den luftackumulator, vars ena vägg företrädesvis består av tunt, böjligt material och som kvarhåller luft och upprätthål- ler jämn strömning av luft till pumpens inlopp, och en av minst ett strypdon i kombination med en luftkammare bestående filter- enhet, som är anordnad mellan strypelementet och strömställa- ren och reducerar pulseringar i luftströmmen i beröring med strömställaren, så att strömställarens verksamhet är begrän- sad till avsevärda ändringar i_hfiïströmmens tryck.

Uppfinningen beskrivas närare nedan med ledning av åtföljande ritning, där fig. l visar ett blockschema för dosimetern och fig. 2 ett kopplingsschema för en utföringsform av dosimetern.

Dosimetern, som innehåller en ackumulator och en fil- terenhet för-lufttryckspulseringar, arbetar med likformig och jämn strömning av luftströmmen genom dosimetern_vid en strömningshastighet av l - 3 liter per minut. Dosimetern är jämförelsevis ekonomiskt uppbyggd och någon extra pump eller dyr styrutrustning erfordras ej för uppnående av denna lik- formiga strömningshastighet. Dosimetern är främst avsedd för enskilt bruk och är kompakt uppbyggd med dimensionerna 449 267 cirka 4 x lO x 16 cm och väger cirka 723 g. Dosimetern kan bäras av en arbetare t.ex. i en ficka eller på ett bälte eller i ett halsband eller liknande utan att vara obekväm eller hindra verksamhet. Dosimetern är vidare stabilt upp- byggd och användbar i industriell miljö. Dosimetern med sin konstanta strömningshastighet förbättrar den noggrannhet, med vilken ett stort antal olika miljörisker med hänsyn till enskilda kan övervakas. övervakning av damm i gruvor eller fabriker av olika slag, vinylklorid- eller bensenångor inom industriella arbetsområden och giftig radongas och giftrela- terade produkter av radongas i gruvor är typiskt för vä- sentliga tilläfnpningsfaii för aosimetern.

I fig. 1 visas principschemat för dosimetern. Luft inpumpas till inloppet l med konstant strömningshastighet och bringas att passera genom ett uppsamlingsfilter 2. Luft- intaget och filtret är via rör förbundna med en ackumula- tor 3, som via en kanal är förbunden med en pump 4, som är drivbar med variabelt varvtal medelst en elektrisk lik- *strömsmotor l8. Ackumulatorn möjliggör, att överskottsluft så småningom bildas på pumpens sugsida, och bidrar till att moderera luftströmningen genom reducering av luftstötar, som uppkommer vid pumpens pumpslag. Från pumpen 4 pumpas luft till en luftbehållare 5, som även modererar luftströmningen och reducerar av pumpen alstrade luftstötar. Ett strypele- ment 6 i form av t.ex. en inställbar nålventil befinner sig i en kanal, som leder till ett utlopp 7, och förorsakar tryckfall hos luften. En tryckströmställare 14 är anordnad före strypelementet och aktiverar av varje i lufttryckfal- let. För att reducera stötar i luften är en pulseringsfilter- enhet 13 anordnad i en kanal före tryckströmställaren. Denna strömställare är på ena sidan utsatt för luftströmmen, medan den på andra sidan är öppen till atmosfären. När strömstäl- laren 14 aktiveras av en ändring i tryckfallet, alstras en elektrisk signal och matas denna signal till en integrator 15, som är elektriskt förbunden med tryckströmställaren. In- tegratorn integrerar denna signal, som sedan tillföres en 449 267 förstärkare 16 för förstärkning av signalen. Både integra- torn och förstärkaren kan vara utformade såsom integrerade kretsar på en enda tunn skiva l7Å Den förstärkta signalen styr varvtalet hos motorn 18, som driver luftpumpen 4, och åstadkommer därigenom konstant luftströmning genom dosime- tern. Integratorn och förstärkaren är elektriskt förbundna med en likspänningskälla 20, som vanligen är ett batteri.

En strömställare 19 är inkopplad mellan källan 20 och för- stärkaren och integratorn.

Dosimetern kan vara uppbyggd på annat än ovan beskriv- na sätt och kan användas för att fylla säckar med luftprover genom fastsättning av en säck vid utloppet. För detta ända- mål anslutes strömställaren 14 på lâgtryckssidan till ut- loppet 7 via ytterligare en filterenhet, som är uppbyggd pâ' samma sätt som enheten 13. Alternativt skulle de båda filter- enheterna kunna vara kombinerade för bildande av en diffe- rentialfilterenhet. Om ett filter såsom ett träkolsfilter an- vändes, som ej är känsligt för pulseringar i luftströmmen, är det möjligt att utesluta ackumulatorn 3. Om en pump med t.ex. fyra cylindrar användes, som enbart förorsakar små pulseringar, är det även möjligt att utesluta ackumulatorn 3 och/eller luftbehållaren 5.

Strypelementet 6, filterenheten l3 och tryckströmstäl- laren 14 kan vara anordnade mellan filtret 2 och ackumula- torn 3. Med denna uppbyggnad kan luftbehållaren 5 uteslutas, men för filtret skulle en differentialanslutningskoppling erfordras och skulle filterenheten och tryckströmställaren utsättas för ett lufttryckfall vid inloppet över filtret, så att luftläckor kan uppkomma.

Uppsamlingsfiltret 2 kan vara inrättat att avskilja i det närmaste varje typ av ämne såsom gaser, vätskor eller fasta ämnen. Om t.ex. enbart mekanisk filtrering erfordras för uppsamling av dammpartiklar, för vilka en arbetare ut- sättes, användes ett filter, som kan avskilja partiklar i storleksordningen 0,01 mikron eller större. Om filtret skall avskilja en gas såsom svaveldioxid, användes ett kemiskt fil- 449 267 ter, som avskiljer denna gas, eller kan luftströmmen bringas att bubbla genom en lösning, som reagerar med denna gas. Om ångor skall avskiljas, användes ett filter såsom ett trä- kolsfilter, som avskiljer ängor. Ett rent uppsamlingsfilter placeras i dosimetern i början av en arbetsperiod såsom ett åtta-timmars skift. Vid slutet av perioden avlägsnas filtret och undersökas med avseende på det eller de ämnen, för vilka individen varit utsatt. Härvid kan enkel partikelräkning ske under ett mikroskop eller kan filtret analyseras t.ex. medelst en gaskromatograf. _ _ Ackumulatorn 3 är vanligen utförd i ett stycke till- sammans med ett stativ på vilket olika i dosimetern ingående komponenter är monterade, och är försedd med erforderliga öppningar. Företrädesvis är åtminstone ackumulatorns ena vägg framställd av tunt böjligt material såsom neoprengummi och har en volym av cirka 5 - 20 cm3. Såsom framhållits ovan, har ackumulatorn till uppgift att reducera eller moderera luftstötar, som uppkommer till följd av pumpens pumpslag, genom att möjliggöra, att luft så småningom bildas på pumpens sugsida.

Pumpen 4 är vanligen av membrantyp för pumpning av cirka 1 - 3 liter per minut. Andra pumpar såsom kolvpumpar, rotationspumpar och centrifugalpumpar kan även användas. Fö- reträdesvis användes en membranpump, vid vilken ventilerna är framställda av ett elastomermaterial eller ett plastmate- rial såsom polyesterliknande polyetylentereftalat. Pumpen är elektriskt förbunden med en konventionell likströmsmotor med en effekt av cirka 0,1 - 20 watt. Motorn kan drivas med varvtal mellan cirka 1000 till 20.000 varv per minut. Under vissa omständigheter kan en reduceringsväxel användas mel- lan motorn och pumpen.

Luftbehållaren 5 är vanligen utförd i ett stycke till- sammans med stativet, på vilken de olika i dosimetern ingåen- de komponenterna är monterade, och är försedd med erforder- liga öppningar. En del av behållaren kan vara innesluten i tunt plastmaterial, så att eventuella pulseringar hos luft- strömmen, som förorsakas av pumpen, lätt kan dämpas medelst 449 267 materialet, som absorberar pulseringarna. Behållaren har till uppgift att utjämna pulseringar hos luftströmmen, som förorsakas av pumpen, åtminstone i någon utsträckning, in- nan luftströmmen passerar genom strypelementet. Behållaren har så liten volym som möjligt men så stor volym, att pulse- ringar i luftströmmen reduceras. En typisk behållare har en volym av cirka 1 - 5 cm3. Strypdonet 6 i form av t.ex. en inställbar nålventil befinner sig i ett rör, som har in- kopplats mellan behållaren och utloppet, Ett strypelement användes, som förorsakar ett tryckfall av cirka l - 10 cm vatten. Vanligen användes ett tryckfall av 6,35 - 8,25 cm.

Filterenheten 13 är anordnad i luftströmmen före strypelementet 6 och före tryckströmställaren 14, som är parallellkopplad med strypelementet. Enheten reducerar avse- värt och eliminerar ofta pulseringar och luftstötar, som förorsakas av pumpen, så att tryckströmställaren ej aktive- ras vid varje tryckstöt och strömställarens livstid därmed förlänges. Filterenheten förorsakar även en fördröjning av trycksignalen till strömställaren, varvid denna fördröj- ning âstadkommer, att kretsarna för styrning av pumpen upp- repat ökar eller minskar pumpens varvtal.

De i filterenheten 13 ingående delarna visas i fig. l.

Luften från pumpen strömmar genom strypelementet 6 och ett tryckfall uppkommer över strypelementet, som alstrar ett högre tryck på inloppssidan än på utloppssidan av stryp- elementet. Det högre trycket överföres till tryckströmstäl- laren via strypdon 8, 10 och 12. En tryckstöt i luftströmmen på inloppssidan av strypelementet 6 passerar först genom strypdonet 8 och fyller ackumulatorns 9 kammare. Därefter passerar stöten genom strypdonet 10 till ackumulatorns ll kammare och sedan genom strypdonet 12 till strömställaren 14.

Filterenheten modererar sålunda lufttryckstötarna i luft- strömmen och åstadkommer jämförelsevis konstant trycknivå för tryckströmställaren, som representerar medelvärdet av tryckfallet, som uppkommer över strypelementet 6, och möjlig- gör jämn och kontinuerlig drift av luftpumpen, eftersom den av tryckströmställaren alstrade signalen utnyttjas av inte- 449 267 gratorn för styrning av luftpumpens drift.

Generellt användes en tryckomställare med en inställ- ningspunkt, som i det närmaste är densamma som tryckfallet över strypelementet 6, varvid strömställaren är känslig för en ändring i tryckfall i luftströmmen av cirka 0,0254 - 1,27 cm vatten. Strömställarens känslighet eller den tryck- nivå, som erfordras för aktivering av strömställaren, be- stämmer antalet signaländringar, som tillföres integratorn.

En strömställare med låg känslighetsnivå skulle mata färre till-från-signaländringar till integratorn än en strömstäl- lare med högre känslighet. En strömställare med en fast känslighetsnivå eller en strömställare med inställbar käns- lighetsnivâ kan användas.

Luftströmmens strömningshastighet bestämmes av stor- leken av öppningen i strypelementet och av tryckströmställa- rens känslighet. När det är önskvärt att arbeta under be- stämda tillstånd kan ett icke-inställbart strypelement an- vändas tillsammans med en fast inställd tryckströmställare.

När det är önskvärt att arbeta under variabla tillstånd, kan ett inställbart strypelement eller en inställbar tryckström- ställare användas eller också kan både strypelementet och strömställaren vara inställbara.

Integratorn 15 mottager den av tryckströmställaren alstrade till-från-signalen och bildar en långsamt varieran- de kontinuerlig signal av densamma, som tillföres förstär- karen 16. Integratorn är förspänd till cirka +0,6 volt och signalen från strömställaren ökar till cirka 1,2 volt, när tryckströmställaren aktiveras, och nedgår till cirka 0,0 volt, när strömställaren är avaktiverad. Integratorn alstrar en gradvis minskande utspänning, som tillföres förstärkaren, när tryckströmställaren sluter, och en gradvis ökande spän- ning, när tryckströmställaren bryter. Integratorn är upp- byggd av konventionella transistorer, kondensatorer och mot- stånd.

Förstärkaren 16 mottager den av integratorn alstrade signalen och_förstärker signalen, så att motorn l8 kan regle- 449 267 ras till olika varvtal för att säkerställa konstant ström- ningshastighet hos luftströmmen genom dosimetern. Förstärka- ren förstärker signalen från integratorn till ett maximum av cirka 95 % av spänningskällans totala spänning. Vid t.ex. en spänningskälla för 5 volt kommer signalen att förstärkas till 4,8 volt. Generellt har förstärkaren en impedans, som överstiger 10 ohm och kan uppgå till l megohm. Men en för- * stärkare med en impedans av mindre än 10 ohm kan användas, t.ex. en impedans av 0,01 - 10 ohm. Förstärkaren är uppbyggd av konventionella transistorer, kondensatorer och motstånd.

Energikällan är vanligen ett batteri för cirka 5 - 6 volt. Generellt användes ett nickel-kadmium-batteri med 4 celler. En likströmskälla för likriktad växelström kan även användas.

En koppling, som kan användas valfritt vid dosimetern, är ett batterikontrollsteg. I detta steg ingår en spännings- detektor av precisionstyp, som kan inställas till spänning- en hos varje cell och aktiveras vid batteriets fulla ladd- ningsspänning. En lysdiod, som manövreras medelst en ström- ställare, användes vanligen för att indikera ett fullt lad- dat batteri. Ytterligare en kopplings, som valfritt kan an- vändas tillsammans med dosimetern, är ett detektorsteg för låg luftströmning, som är förbundet med integratorn och ak- tiveras, när utspänningen från integratorn har högre nivå än normala driftsnivåer, som förorsakas av ett avbrott i den genom dosimetern pumpade luftströmmen. Detektorsteget omfat- tar en bistabil multivibrator, som är elektriskt förbunden med en indikator i form av t.ex. en lysdiod.

Användbara utföranden av integratorn, förstärkaren, detektorn för låg luftströmning och batterikontrollsteget beskrives i amerikanska patenten 4 063 824 och 4 123 932.

Dessa komponenter kan utformas såsom integrerade kretsar, 1., som har liten storlek och kan installeras och utbytas på en- kelt sätt.

Fig. 2 visar kopplingsschemat för den för dosimetern använda kopplingen. Kopplingen är baserad på en integrerad 449 267 krets, omfattande en integrator, en förstärkare, ett batte- rikopplingssteg och en detektor för låg luftströmning. Den integrerade kretsen omfattar konventionella transistorkret- sar och är försedd med femton anslutningsklämmor, som är förbundna med övriga elektriska komponenter i kopplingen.

För strömmatning av den med pumpen förbundna motorn M inställes strömställaren SWl till till-läge och matar ström från batteriet till motorn M och via en diod D2 till den in- tegrerade kretsen via ingångsklämman 5. Dioden D2 förhindrar skador på kretsen, om batteriet oavsiktligt skulle anslutas med omkastad polaritet. En kondensator Cl med t.ex. kapaci- tansen 2,2 fmy som är inkopplad mellan klämman 5 och jord- klämman 1, bortfiltrerar elektriskt brus. Under drift av in- tegratorn är spänningen över en kondensator C3 med kapaci- tansen t.ex. 10 , som är förbunden med klämman 6, stän- digt antingen stigande eller fallande i beroende av till- stândet hos tryckströmställaren SW3. När luftens strömnings- hastighet är låg, är SW3 öppen och ökas spänningen vid kläm- man 6, medan SW3 är sluten, när luftens strömningshastighet är hög, och då förbinder klämman 4 med klämman 1, som är den gemensamma klämman för den integrerade kretsen, varvid spän- ningen minskar. Hastigheten för spänningsökning och spän- ningsminskning (tidskonstant) bestämmas av en kondensator C3 och ett motstånd R2 med en resistans av 2,2 Mohm. R2 är för- bundet med jord och klämman 7 är förbunden med integratorn.

För uppnående av lägre tidskonstant, när pumpen först star- tas, bringas en momentan strömställare SW2 att sluta, så att motståndet R3 med en resistans av 100 kohm parallellkopplas med R2. SW2 är inkopplad mellan jord och motståndet R3, me- dan R2 är förbunden med klämman 7 på den integrerade kret- U sen.

Spänningen från den i den integrerade kretsen in- gående integratorn tillföres förstärkaren, som är förbunden med klämmorna 13, 14 och 15. Utgångstransistorn Q1 är för- bunden med dessa klämmor och tillför motorn extra spänning.

Det mellan klämmorna 15 och 1 inkopplade motståndet Rl med en resistans av l ohm bestämmer det maximala strömvärde, som 449 267 10 förstärkaren kommer att alstra. Kondensatorn C2 med kapaci- tansen 2,2 ßü' mellan klämmorna 15 och l stabiliserar för- stärkarens utspänning. Spänningen från integratorn tillfö- res även detektorn för låg luftströmning. En spänning, som är högre än normalt, från integratorn anger låg luftström- ß ning genom pumpen. När detta inträffar, aktiveras detektorn och strömmatas klämman 3, medan klämman 2 avaktiveras. En- dera klämman kan vara förbunden med en lysdiod LED 1 för åstadkommande av önskad indikering av luftströmning. När dioden är inkopplad mellan klämmorna 2 och l, indikerar den- na rätt strömningsreglering och förblir aktiverad, medan dioden kommer att släckas vid låg strömning. När dioden är inkopplad mellan klämmorna 3 och l, anger dioden rätt ström- ningsreglering genom att förbli släckt, medan den kommer att tändas vid låg strömning. Under tillstånd, då låg luftström- ning förekommer och detektorn för låg luftströmning är ak- tiverad och luftströmmen efteråt korrigeras till normalt värde, förblir klämmorna 2 och 3 låsta i sitt tillstånd för låg strömning till följd av att klämman 12 är förbunden med klämman 5. Klämmorna 2 och 3 kvarstår i låst tillstånd, tills energitillförseln upphör, och kommer att hålla lysdioden LED l i dess tända eller släckta tillstånd, som anger låg strömning. Förbindningen mellan klämmorna 12 och 5 kan val- fritt uteslutas, varvid klämmorna 2 och 3 skulle återgå till sitt ursprungliga tillstånd, när tillståndet med låg ström- ning är korrigerat.

Det i den integrerade kretsen ingående batterikon- trollsteget driver en med klämman 8 förbunden lysdiod LED 2, när batterispänningen är över en viss nivå. Motstånd R4 med resistansen 20 kohm, R5 med resistansen 5 kohm och R6 med resistansen 5,1 kohm är seriekopplade mellan strömställaren SWl och jord, varvid glidkontakten på motståndet RS är för- bunden med klämman 9 för matning av en bråkdel av batteri- spänningen till kontrollsteget. När denna spänning är högre än en inställd referensspänning, strömmatas klämman 8, så att dioden LED 2 tänder och anger, att batteriet är helt laddat. När denna spänning är lägre än referensspänningen, 449 267 ll strömmatas ej dioden LED 2, vilket anger, att batteriet ej är helt laddat. En noggrann referensspänning alstras i den integrerade kretsen för kontrollsteget. Klämman ll är nor- malt förbunden med jord. Ett motstånd kan vid behov vara in- kopplat mellan klämmorna ll och l för uppnâende av bättre temperaturstabilitet. En mellan klämmorna 10 ooh 1 inkopp- lad kondensator C4 med kapacitansen 0,02 /uF filtrerar den~ na noggranna referensspänning.

Batteriet kan uppladdas via en kontakt Jl, varvid en diod Dl är inkopplad mellan kontakten Jl och den posi- tiva klämman på batteriet för att förhindra att ström fly- ter, om kontakten oavsiktligt kortslutes.

Claims (2)

449 ro o\ -fl Patentkrav

1. Dosimeter med ett inloPP (1), som är förbundet med en fil- teranordning (2), medelst vilken partiklar eller ångor, som fö- rekommer i en genom dosimetern pumpad luftström, uppsamlas, en' med denna anordning förbunden pump (4) med variabel drivning för pumpning av luftströmmen genom filteranordningen och dosi- metern, en med pumpen förbunden elektrisk motor (18) för driv- ning av densamma, en med motorn förbunden elektrisk energikälla (20), en med pumpen förbunden luftbehållare (5), som kvarhåller eventuell till pumpen matad överskottsluft för att upprätthålla konstant strömnignshastighet hos luftströmmen, ett strypelement (6), som befinner sig i ett med behållaren förbundet rör och åstadkommer tryckfall, när luftströmmen pumpas genom detsamma, en före strypelementet inkopplad differentialtryckströmställare (14), som är aktiverbar av variationer i tryck hos luftströmmen och alstrar en elektrisk signal, en med energikällan och ström- ställaren förbunden integrator, som mottager signalen, från ström- ställaren och integrerar densamma, en med energikällan och inte- gratorn förbunden förstärkare för förstärkning av den integrerade signalen och matning av den förstärkta signalen till motorn, så att motorns varvtal styres i förhållande till den av strömställa- ren alstrade signalen för att hålla luftströmmen vid konstant strömningshastighet, k ä n n e t e c k n a d av en före pumpen (4) anordnad och med densamma förbunden luftackumulator (3), vars ena vägg företrädesvis består av tunt, böjligt material och som kvarhåller luft och upprätthåller jämn strömning av luft till pum- pens inlopp, och en av minst ett strypdon (8, 10,12) i kombina- tion med en luftkammare (9, 11) bestående filterenhet, som är an- ordnad mellan strypelementet (6) och strömställaren (14) och redu- cerar pulseringar i luftströmmen i beröring med strömställaren, sä att strömställarens verksamhet är begränsad till avsevärda änd- ringar i hnäströmmens tryck.

2. Dosimeter enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att filterenheten (13) omfattar ett strypdon (8) i kombination med en luftkammare (9), som är förbunden med ett andra strypdon (10) i kombination med en med ett tredje strypdon (12) förbunden luft- kammare (11).