SE536958C2 - Alkoholmätapparat med snabb driftberedskap - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en alkoholmätapparat med ett munstycke (1 ), vilket är utformat så att entestperson kan avge andningsluft i munstycket; en elektrokemisk sensor (6), med vilken munstycket (1) står i fluidkontakt och är utformad föratt mäta alkohol i testpersonens andningsluft, där sensorn (6) har en framsida och enbaksida; minst två värmeelement (9, 10), där minst ett värmeelement (9) är anordnat på sensorns (6)framsida och minst ett värmeelement (10) är anordnat på sensorns (6) baksida; och en styrenhet (4), till vilken nämnda minst två värmeelement (9, 10) är elektrisk kopplade, föratt tillföra värmeelementen elektrisk energi. Styrenheten (4) är anordnad att värma upprespektive nämnda minst två värmeelement till önskad temperatur. Vidare är styrenheten (4)elektriskt kopplad till sensorn (6) för att bestämma värdet på alkoholkoncentrationen i testpersonens andningsluft. Fig. 1 18

Description

20 25 30 536 958 Anordningen kan användas för att påverka körningen av ett fordon, då alkohol i andningsprovet överstiger ett visst gränsvärde.

Vid kända apparater för mätning av andningsalkoholkoncentrationen (förkortat alkoholmätapparat eller andningsalkoholmätapparat) mäts alkoholkoncentrationen i en testpersons utandningsluft med hjälp av indirekt mätförfarande, såsom exempelvis genom elektrokemisk omsättning av de alkoholmolekyler som utandningsluften innehåller i en mätcell (elektrokemisk sensor). Förfarandet för alkoholbestämning med hjälp av en elektrokemisk sensor baseras på principen för en bränslecell. I detta fall ger exempelvis en genom en elmotor driven kolv (pump) ett luftprov av utandningsluften med en exakt fastställd volym (t. ex 1 cm3) i en provtagningskammare. Där analyserar den elektrokemiska sensorn andningsprovet med högsta möjliga noggrannhet med avseende på vilken mängd etanol andningsprovet innehåller. I sensorn (dvs. sensorhöljet) befinner sig en mätelektrod, en motelektrod, ett mellan dessa elektroder föreliggande membran och ringa mängder elektrolyt. Elektrolyten och elektrodmaterialet är valda så att ämnet som ska analyseras (alkohol eller etanol) oxideras elektrokemiskt vid mätelektrodens katalysatorskikt. Därigenom flyter de vid reaktionen frigjorda elektronerna över sensorns kopplingskablar (dvs. mätelektrodens och motelektrodens kopplingskablar) som en elektrisk ström till en utvärderingsenhet hos alkoholmätapparaten, där elektrodströmmen exempelvis kan mätas över ett lastmotstånd. Vid utvärderingen av sensorströmmen bestäms hela den vid den elektrokemiska reaktionen omsatta elektriska laddningen. Vid denna så kallade Coulometri genomförs en integration av sensorströmmen över tid, varvid integralen över tid av ytan under kurvan motsvarar sensorströmmen.

För bestämning av testpersonens andningsvolym används exempelvis en trycksensor. Innan en minskning (strypning) av gasflödet i mätapparaten (t.ex. i munstycket) bildas genom andningsströmmen ett dynamiskt tryck, vilket tilltar vid ökande andningsström. Detta dynamiska tryck fastställs med trycksensorn och är ett mått på andningsströmmens storlek.

Vid låga temperaturer (t.ex. < 0 °C) måste den tidigare beskrivna elektrokemiska sensorn hos alkoholmätapparaten först värmas, för att möjliggöra en tillförlitlig mätning av alkoholkoncentrationen i testpersonens utandningsluft, då hastigheten för den kemiska reaktionen i sensorn avtar kraftigt med sjunkande temperatur och därmed försvårar en exakt utvärdering av sensorsignalerna. Sensorns temperatur ska för en tillförlitlig mätning minst 10 15 20 25 30 536 958 vara 0 °C. Värmningen av den elektrokemiska sensorn som erfordras sker innan genom påförandet av ett enda värmeelement på sensorns baksida.

Det har visat sig att vid kända alkoholmätapparater enbart då sensorn har uppnått sin erforderliga temperatur på minst 0 °C ger sensorn först efter en viss tid efter att ha uppnått denna temperatur tillräckligt exakt mätresultat. Man måste alltså vänta relativt länge efter att mätapparaten slagits på (dvs. efter inkoppling av värmeelementet för att värma sensorn), tills mätapparaten har nått sin drifttemperatur, för att kunna genomföra en tillförlitlig mätning av andningsalkoholkoncentrationen_ Särskilt vid lnterlocksystem i motorfordon, vid vilka fordonets motor först kan startas efter ett andningstest för mätning av andningsalkoholkoncentrationen, uppfattas detta som mycket besvärande. Hittills har det inte funnits någon förklaring till denna oönskat långa fördröjning tills man når driftberedskap.

Uppfinningen har som ändamål att tillhandhålla en alkoholmätapparat med en elektrokemisk sensor som är anordnad att uppnå en snabb driftberedskap för alkoholmätapparaten.

Detta ändamål löses genom en alkoholmätapparat med särdagen enligt patentkrav 1. I de beroende kraven anges fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen.

Som inledningsvis förklarats är en väsentlig nackdel med känd lösning att vid värmning av den elektrokemiska sensorn på en sida medelst enbart ett värmeelement på en sida vid sensorns eller sensorhöljets utsida, sensorn först efter en viss tid ger exakta mätresultat, så att mätapparaten först efter ganska lång fördröjningstid är driftklar. Orsaken är, som uppfinnaren har kommit fram till, att vid värmning av en sida av sensorn åstadkoms en temperaturgradient över sensorn och därmed sensormembranet. Detta betyder att framsidan och baksidan av sensorns membran inte har samma temperatur, så att mellan membranets framsida och baksida föreligger ett temperaturfall. Härigenom uppstår, som uppfinnaren har upptäckt, en genom Ludwig-Soret-effekten beskriven drift av joner från den varmare sidan i riktning mot den kalla sidan av sensorns membran, varigenom en ytterligare ström (dvs. förutom den egentliga mätströmmen) mellan mätelektroden vid en sida av membranet och referenselektroden vid motstående sida av membranet uppstår. Denna ström stör mätningen av alkoholkoncentrationen, då den genom omsättning av alkoholmolekylerna givna strömmen ska utvärderas. Innan alkoholmätapparaten är driftklar och en alkoholmätning kan 10 15 20 25 30 35 536 958 påbörjas, måste man vänta tills temperaturgradienten genom uppvärmning av sensorn och därmed även den termiskt inducerade sensorströmmen över sensorn membran har avklingat. Dessutom måste sensorn samtidigt vara genomvärmd, så att framsidan och baksidan av sensormembranet väsentligen har samma temperatur. Avklingandet tar ofta längre tid än den egentliga uppvärningen av sensorn och leder därmed till en oönskad fördröjning tills mätapparaten är driftklar. Detta problem löses enligt uppfinningen genom minst ett värmeelement vid sensorns framsida såväl som baksida. På detta sätt kan sensorn snabbt värmas upp och samtidigt reduceras nackdelarna med temperaturgradienten mycket snabbt till ett minsta värde, varigenom en mycket snabb driftberedskap hos mätapparaten ges.

Enligt uppfinningen uppvisar alkoholmätapparaten ett munstycke, vilket är utformat så att en testperson kan blåsa andningsluft i munstycket. Detta munstycke står i fluidkontakt med en elektrokemisk sensor, vilken är utformad för att mäta alkohol i andningsluften hos en testperson och som har en framsida och en baksida. I detta fall är minst ett värmeelement anordnat på sensorns framsida och minst ett värmeelement är anordnat på sensorns baksida. Det är dock även möjligt att ytterligare värmeelement är anordnade på sensorns sidoytor. Placeringen av och antalet sensorer beror väsentligen på sensorns eller sensorhöljets geometri. Avgörande för antalet värmeelement och deras positionering är uppnåendet av en så snabb genomvärmning som möjligt av sensorerna för att så snabbt som möjligt reducera temperaturgradienterna över sensormembranet till ett minsta värde.

Det kan exempelvis vara en fördel att på sensorhöljets baksida anordna två värmeelement och på framsidan enbart anordna ett värmeelement, då membranet i sensorns inre är närmare belägen till sensorns framsida. Alternativt kan värmeelementen även vara olika stora eller ha olika värmeeffekter. För att åstadkomma så bra värmeövergång som möjligt mellan värmeelementen och sensorytan kan till exempel en värmeledande pasta eller ett vidhäftningsmedel med bra värmeledande egenskaper användas. Av betydelse för de ovan angivna utföringsformerna är den snabbaste minimeringen av temperaturgradienterna över sensormembranet.

Mätapparaten uppvisar dessutom en styrenhet, till vilken värmeelementen är kopplade, för att tillföra värmeelementen elektrisk energi, för att värma upp respektive värmeelement till en önskad temperatur. Temperaturen hos det vid sensorns framsida och det vid sensorns baksida anordnade värmeelementen kan vara samma eller olika, vilket även beror på sensorns konstruktion och/eller sensormembranets läge i sensorns inre. För bestämning av 10 15 20 25 30 536 958 temperaturen eller värmeeffekten hos respektive värmeelement genomfördes försök med målet att så snabbt som möjligt reducera temperaturgradienterna över sensormembranet till ett önskvärt minsta värde. Därför tillfördes värmeelementen i flera mätserier olika elektriska energivärden. De funna optimala värdena lagrades därefter i ett minne hos styrenheten.

Dessutom är styrenheten elektriskt kopplad till sensorn, för att bestämma värdet på alkoholkoncentrationen i testpersonens andningsluft.

Företrädesvis står munstycket ifluidkontakt med en trycksensor, vilken är elektriskt kopplad till styrenheten, för att bestämma testpersonens andningsvolym av den i munstycket blåsta andningsluften.

Enligt en föredragen utföringsform uppvisar mätapparaten enligt uppfinningen en pump, vilken står i fluidkontakt med sensorn, för att leda en önskad andningsluftmängd in i sensorn, varvid pumpen styrs genom styrenheten.

Som tidigare belysts är styrenheten företrädesvis utformad för att så snabbt som möjligt värma sensorn med hjälp av värmeelementen till en lämplig drifttemperatur och att samtidigt så snabbt som möjligt reducera temperaturgradienterna över sensorn och företrädesvis över sensorns membran till ett önskat minsta värde. Bestämningen av alkoholkoncentrationen sker först då temperaturgradienten har ett önskat minsta värde (alkoholmätapparaten är driftklar).

Företrädesvis är minst ett av värmeelementen kopplat till en temperaturgivare, för att fastställa temperaturen hos minst ett värmeelement, varvid temperaturgivaren är elektriskt kopplad till styrenheten. Flera temperaturgivare kan vara anordnade eller vara anordnade vid varje respektive värmeelement. På detta sätt kan temperaturerna vid de med en temperaturgivare försedda värmeelementen fastställas och styras exakt. Då exempelvis enbart ett av värmeelementen är försett med en temperaturgivare, kan temperaturen hos detta värmeelement styras till ett önskat värde. Temperaturen hos detta eller de andra värmeelementen kan då styras så att temperaturgradienten över sensorn eller membranet så snabbt som möjligt når ett minsta värde. 10 15 20 25 30 536 958 Vid en symmetrisk konstruktion av sensorn styrs värmeelementen vid sensorns framsida och sensorns baksida till samma temperatur, då i detta fall temperaturgradienten över sensorn är väsentligen lika med temperaturgradienten över membranet. Då sensorn istället har en asymmetrisk konstruktion, dvs. membranet inte är anordnat i mitten mellan sensorns fram- och baksida, kan det vara fördelaktigt att styra värmeelementen vid sensorns fram- och baksida till olika temperaturer. På grund av den asymmetriska värmekapaciteten på båda sidor av membranet ges en mycket snabb reduktion av temperaturgradienterna över membranet, så att mätapparaten mycket snabbt är driftklar. De olika temperaturvärdena hos värmeelementen kan bestämmas experimentellt och lagras i ett minne i styrenheten.

Det är uppenbart att temperaturgivaren eller temperaturgivarna inte måste anbringas direkt vid värmeelementen. Temperaturgivaren eller temperaturgivarna kan även vara positionerade på andra ställen av sensorn elleri mätapparatens inre utrymme.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i anslutning till en utföringsform med åtföljande figurer, där en exemplifierande utföringsform av alkoholmätapparaten enligt uppfinningen förklaras. Uppfinningen är dock inte begränsad till denna utföringsform.

Figur 1 visar en vy av utformningen av en alkoholmätapparat med på båda sidor värmd sensor; och Figur 2 visar sensorsignalerna vid värmning på en sida och på båda sidor under uppvärmning och efter påverkan med alkohol, såväl som temperaturkurvan från ett av värmeelementen.

Alkoholmätapparaten enligt uppfinningen, vars utformning visas i figur 1 uppvisar ett utbytbart munstycke 1, vilket ärförbundet över en fluidkontakt 14 med en elektrokemisk sensor 6, en trycksensor 3 och en pump 5. För mätning av alkoholkoncentrationen blåser testpersonen sin andningsluft i den vänstra änden av munstycket, vilket visas med pilar i figur 1. Det genom andningsluften vid en strypfläns 2 i munstycket 1 uppstående dynamiska trycket mäts med trycksensorn 3 och omräknas i en elektriskt till trycksensorn 3 kopplad utvärderingsenhet, vilken kan vara en del av en styrenhet 4, till ett andningsflödesvärde. Då testpersonen har avgivit en tillräcklig mängd andningsluft tas med pumpen 5 ett definierat 10 15 20 25 30 35 536 958 prov (t.ex. 1 cm3) av andningsluften i den elektrokemiska sensorn 6. Pumpen 5 styrs i detta fall av styrenheten 4 över styrledningen 13. Som inledningsvis beskrivits absorberas alkoholmolekylerna vid sensorns 6 yta och omsätts elektrokemiskt. Den härigenom uppstående elektriska strömmen från sensorn 6 vid mätelektrodens och motelektrodens anslutningar leds över en mätledning 7 till utvärderingsenheten och utvärderas på känt sätt, såsom exempelvis beskrivs i US 4 770 026. Vid sensorns 6 framsida och baksida är ett respektive värmeelement 9, 10 fast anordnat, där de båda värmeelementen 9, 10 styrs över tillhörande styrledningar 12 genom styrenheten 4. På ett av de båda värmeelementen 10 befinner sig dessutom en temperaturgivare 11, som likaså är kopplad till styrenheten 4, för att kunna mäta värmeelementets 10 temperatur. Det är även möjligt, att vid de båda värmeelementen 9, 10 en respektive temperaturgivare är anordnad, för att kunna mäta temperaturen hos de båda värmeelementen. Värmeelementen och temperaturgivaren är företrädesvis fästa med en värmeledande pasta eller med ett värmeledande vidhäftningsmedel.

Som tidigare förklarats måste sensorn 6 vid låga temperaturer (till exempel < 0 °C) värmas genom tillförsel av elektrisk energi. Energimängden, vilken flyter in i sensorn 6 är styrbar exempelvis över värmeelementens 9, 10 temperatur och över längden på uppvärmningstiden. Energimängden är dock även styrbar, då exempelvis inga mätavkännare är anordnade, över motsvarande värden på spänning/ström och värmetid, vilka är lagrade i styrenheten 4, till exempel i en tabell. Då energimängden som ska tillföras även beror av omgivningens temperatur, i vilken mätapparaten drivs, är det en fördel att anordna en temperaturgivare, som mäter denna temperatur. Denna givare kan vara anordnad var som helst i eller vid mätapparatens hölje. När alkoholmätapparaten exempelvis är anordnad som en del i ett lnterlock-system i ett motorfordon, kan mätapparaten vara försedd med eller kopplad till en temperaturgivare, för att mäta temperaturen inuti fordonet. Vid låga temperaturer måste värmeelementen tillföras en högre energimängd än vid höga temperaturer. Värmeelementen 9, 10 hos sensorn kan till exempel vara utformade som elektriska motståndselement.

Energin E_therm som sensorn 6 tillförs över värmeelementen 9, 10 är produkten bestående av värmeövergångskoefficienten a för sensorns 6 membran, ytan A hos värmeelementen 9, 10 såväl som tidsintegralen över temperaturskillnaden dT(t) mellan värmeelementen och sensorns membran 8. Den övre integrationsgränsen t står för det betraktade tidsintervallet: 10 15 20 25 536 958 't- f"\ Ewtherm == aàídTlt) dt: V 0 (Ekvation 1) Temperaturgivaren 11 möjliggör fastställandet av värmeelementets 10 temperatur och styrningen av värmeelementen 9, 10 till en fast temperatur, varvid värmeelementen 9, 10 kan styras till samma temperatur eller till olika temperaturer. Styrningen till en fast temperatur är nödvändig för att nå en termiskjämvikt i sensormembranet. På detta sätt kan temperaturgradienten och därmed även den termiskt inducerade strömmen minimeras. Som beskrivs kan även värmeelementet 9 vara försett med en temperaturgivare. Härigenom kan den snabba minimeringen av temperaturgradienten förbättras och särskilt då den konstanta temperaturen hos de båda värmeelementen ska vara olika.

Viktig är dessutom mätningen av sensormembranets 9 utgängstemperatur med hjälp av temperaturgivaren 11. Detta värde på utgångstemperaturen är nödvändigt för bestämning av minsta energimängd för värmning av sensorn, då energin som krävs för uppvärmning av membranet 8 till den minsta temperaturen på ca 0 °C är beroende av dess utgängstemperatur.

Styrenheten 4 bestämmer därför innan inkoppling av värmeelementen över temperaturgivaren 11 sensorns utgängstemperatur. Så länge värmeelementen 9, 10 ännu inte är inkopplade befinner sig sensorn 6 och värmeelementen 9, 10 genom sin kontakt med varandra i en termiskjämvikt (dvs. de har samma temperatur). Börtemperaturen T_soll för sensorn 6 (t.ex. 30 °C) och energivärdet E_min väljs motsvarande i en i styrenheten lagrad tabell. Tabellvärdena bestäms vid utvecklingen av alkoholmätapparaten experimentellt så att för att nå den minsta temperaturen på ca O °C en så kort uppvärmningstid som möjligt ges.

Dessa tabellvärden är avhängiga sensorns konstruktion och andra parametrar. 10 15 20 25 30 536 958 Exempel: Tstart Tbör E min Uppvärmninqstid -5 °C 20 °C 30 Ws 20 s -40 °C 45 °C 150 Ws 90 s Under uppvärmning fastställs värmeelementens 9, 10 temperatur och den i membranet 8 flutna energimängden enligt Ekvation 1. Efteruppnåendet av börtemperaturen T_bör och det minsta energivärdet E_min testar alkoholmätapparaten sensorsignalen och signalerar vid tillräcklig stabilitet driftberedskap.

Med införandet av E_min blir utvärderingen av uppvärmningssteget oberoende av tiden tills man når T_bör, då man oberoende av tiden enbart fastställer den i sensorn överförda energin. Denna är särskilt viktig vid lnterlock-system, vid vilka matningsspänningen för värmeelementen 9, 10 kraftigt svänger beroende av temperaturen och tillståndet hos batteribanken. Då den i värmeelementen avgivna effekten beror kvadratiskt av spänningen, ges även kraftigt olika tider tills man når T_bör. En fast värmningstid skulle i detta fall inte vara en fördel.

Uppvärmningen på båda sidor av sensorn 6 med hjälp av på båda sidor anordnade värmeelement 9, 10 har här fördelen att vid viss temperatur hos värmeelementen genom den större kontaktytan (dvs. dubbelt så stor) dubbelt så mycket termisk effekt flyter i sensorn, dvs. sensorn värms betydligt snabbare. Eventuellt ges detta även vid uppvärmning på en sida genom en högre effekt och/eller en större kontaktyta hos det ensidigt matade värmeelementet, hur som helst enbart med nackdelen av en mycket större temperaturgradient över sensorn (och därmed över membranet) och en därmed föreliggande kraftig drift av sensorsignalen-orsakad av den termiskt inducerade strömmen. En snabbare uppvärmningstid eller ett snabbare uppnående av drifttillståndet kan som en följd därmed inte åstadkommas. Även vid matning på båda sidor av värmeelementet kan en snabb minimering av temperaturgradienten för att nå en snabbare driftberedskap hos mätapparaten enbart åstadkommas då värmeelementen styrs så att temperaturgradienten så snabbt som 10 15 20 25 30 536 958 möjligt når det önskade minsta värdet. Detta är särskilt viktigt då sensorn har termiskt asymmetriska egenskaper.

Efter inkoppling av alkoholmätapparaten enligt uppfinningen testar styrenheten 4 med hjälp av temperaturgivaren 11 därefter om sensorns 6 temperatur är så låg att (dvs. < 0 °C) så att sensorn 6 måste värmas upp. I detta fall kopplar styrenheten 4 in värmeelementen 9, 10. Då sensorn har nått den önskade temperaturen, minskas värmeelementets värmeeffekt, för att hålla värmeelementets temperatur på det önskade värdet och då temperaturgradienten har nått det önskade minsta värdet, vilket är erforderligt för genomförande av en exakt mätning av andningsalkoholkoncentrationen, signaleras driftklarhet. Denna signalering kan ske optiskt eller akustiskt.

Denna skillnad mellan värmning på en sida och på båda sidor visas i figur 2. Vid grafen i figur 2 är sensorströmmen angiven på den vänstra y-axeln och värmeelementets temperatur angiven på den högra y-axeln. I figur 2 åskådliggörs värmeelementets temperatur genom kurva 20. Vid inkoppling av värmeelementen 9, 10 (punkt 21) stiger värmeelementens 9, 10 temperatur kraftigt. Då man når börtemperaturen (t.ex. 30 °C) vid punkt 22 styr styrenheten 4 värmeelementet 10 till en konstant temperatur (som visas genom det horisontella temperaturförloppet hos linje 20). Värmeelementet 9 styrs parallellt med värmeelementet 10 och styrs därmed likaså till en konstant temperatur. Värmeelementets 9 konstanta temperatur är företrädesvis samma som värmeelementets 10 konstanta temperatur, men kan även avvika från värmeelementets 9 konstanta temperatur och snarare beroende av sensorns 6 termiska egenskaper.

Med hänvisningsbeteckning 23 anges sensorströmmens hos en på en sida uppvärmd sensor, emedan kurvan 24 visar sensorströmmen för en på båda sidor uppvärmd sensor.

Kort efter inkoppling av värmeelementet eller värmeelementen sker en lätt förändring av sensorsignalen, vilket i figur 2 framgår genom av sänkning av sensorströmmen. Som redan framgår är denna effekt vid uppvärmning på en sida (kurva 23) dock betydligt kraftigare utpräglad än vid en uppvärmning på två sidor (kurva 24), då vid uppvärmning på två sidor temperaturgradienten över membranet är betydligt mindre, vilket tidigare förklarades utförligt.

För alkoholmätning är alkoholmätapparaten först klar då sensorsignalen inte längre ändrar sig kraftigt. I annat fall skulle den ytterligare termiskt inducerade strömmen leda till en 10 10 15 20 25 30 536 958 förvanskning av mätningen och särskilt vid ringa alkoholkoncentrationer, vid vilka även sensorsignalen är mycket låg.

Styrenheten 4 testar därför under uppvärmningssteget sensorsignalens förändring över tid.

Ger testet en tillräcklig stabilitet hos sensorsignalen, sker visningen av mätberedskap hos alkoholmätapparaten. Som framgår i figur 2 anges denna punkt med tillräcklig stabilitet hos sensorsignalen vid uppvärmning på två sidor betydligt tidigare, vilket i figur visas genom pilen 25.

På samma sätt framgår vid den punktstreckmarkerade hjälplinjen 26, att sensorsignalen vid uppvärmning på en sida då man når driftklar visserligen är stabil, men dock inte går tillbaka till utgångsvärdet, då vid uppvärmning på en sida då tiden fortlöper temperaturgradienten visserligen blir mindre, men inte försvinner fullständigt, varför en termiskt inducerad kontinuerlig ström kvarblir. Som väntat finns vidare en temperaturgradient över membranet.

Vid uppvärmning på två sidor är så inte fallet och sensorsignalen går då man når driftklart läge tillbaka till utgångsvärdet. Som en följd av detta åstadkoms vid uppvärmning på sensorns båda sidor en mycket högre mätnoggrannhet.

Om testpersonen har avgivit en tillräckligt stor mängd andningsluft genom det utbytbara munstycket 1 i alkoholmätapparaten, drar pumpen 5 (som även betecknas provtagningsenhet) en liten gasmängd (till exempel 0,2 - 1 mL) in i sensorn 6. Det genom strypflänsen 2 hos munstycket uppstående dynamiska trycket fastställs av trycksensorn 3 och omräknas i styrenheten 4 till en andningsvolym.

Signalen (dvs. sensorströmmen) stiger snabbt efter att sensorn påverkats av gasen (mätklart läge vid signalstigning t.ex. 2 sekunder) till ett maximalt värde och avtar därefter exponentiellt, såsom beskrivs till exempel i US 4 770 026. Då signalen har fallit till ca 20 % av det maximala värdet avslutas mätningen. Koncentrationen av alkohol i andningsprovet beräknas på känt sätt ur ytan under kurvan. 11 10 15 20 25 30 536 958 Som tidigare förklarats, måste-för att åstadkomma en så liten temperaturgradient som möjligt över sensorns membran 8-membranet värmas upp samtidigt på framsidan och baksidan. Då hur som helst den elektrokemiska sensorn 6 beroende av värmeövergångsmotståndet (alltså värmeelement-hölje-membran) på konventionellt sätt inte är symmetriskt uppbyggt, måste för en sensorström som försvinner, dvs. samma termiska flöde på membranets båda sidor, värmeelementens temperaturer på sensorns 6 framsida och baksida vara olika.

Temperaturskillnaden mellan de båda värmeelementen 9, 10 kan exempelvis bestämmas experimentellt.

De olika temperaturerna mellan de båda värmeelementen 9, 10 kan nås genom att de båda värmeelementen 9, 10 styrs på olika sätt av styrenheten 4 (t.ex. pulsbreddsmodulation), så att den i värmeelementen införda effekten inte är lika.

En ytterligare metod (vanligen dyrare) beståri att de båda värmeelementen 9, 10 var och en är försedd med en temperaturgivare 11 och att uppnå de olika energiflödena genom olika börtemperaturer av de båda värmeelementen.

I båda fall måste de olika börtemperaturerna eller effekterna bestämmas experimentellt och matas in i efterhand i alkoholmätapparaten. Även en aktiv styrning under uppvärmningen skulle vara möjlig, där värmeelementens effekt styrs så att den termiskt inducerade strömmen blir så låg som möjligt. På grund av den termiska trögheten är denna lösning hur som helst speciellt vid kort uppvärmning mycket svår.

Slutligen har det noterats att istället för de beskrivna två värmeelementen, vilka är anordnade på sensorns framsida och baksida, kan även tre eller flera värmeelement vara anordnade vid den elektrokemiska sensorn. Dessa kan i vissa fall och för vissa sensorkonfigurationer vara erforderliga, för att åstadkomma en bättre värmefördelning och därigenom en mindre temperaturgradient. 12 10 15 20 536 958 Hänvisningsbeteckningslista 1 Munstycke 2 Strypfläns 3 Trycksensor 4 Styrenhet 5 Pump 6 Sensor 7 Mätledning 8 I\/lembran 9 värmeelement 10 värmeelement 11 Temperaturgivare 12 Styrledningar 13 Styrledning 14 Fluidkontakt 20 Temperaturku rva 21 Inkoppling av värmeelementen 22 Uppnående av börtemperatur 23 Sensorsignal vid värmning på en sida 24 Sensorsignal vid värmning på två sidor 25 Stabilisering av sensorströmmen 26 Hjäipiinje 13

Claims (1)

1. 536 958 Patentkrav 1. Alkoholmätapparat med ett munstycke (1), vilket är utformat så att en testperson kan avge andningsluft i munstycket; en elektrokemisk sensor (6), med vilken munstycket (1) står i fluidkontakt och är utformad för att mäta alkohol i testpersonens andningsluft, där sensorn (6) har en framsida och en baksida; minst två värmeelement (9, 10), där minst ett värmeelement (9) är anordnat på sensorns (6) framsida och minst ett värmeelement (10) är anordnat på sensorns (6) baksida; en styrenhet (4), med vilken nämnda minst två värmeelement (9, 10) är elektriskt kopplade, för att tillföra värmeelementen elektrisk energi; där styrenheten (4) är anordnad för att värma respektive av nämnda minst två värmeelement till en önskad temperatur; och där styrenheten (4) är elektriskt kopplad till sensorn (6) för att bestämma värdet på alkoholkoncentrationen i testpersonens andningsluft. Alkoholmätapparat enligt krav 1, där munstycket (1) står i fluidkontakt med en trycksensor (3) och är elektriskt kopplad till styrenheten (4) för att bestämma volymen av den från testpersonen i munstycket (1) avgivna andningsluften. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där styrenheten (4) är utformad för att värma upp sensorn (6) med hjälp av värmeelementen (9, 10), så att temperaturgradienten över sensorn (6) eller sensormembranet uppnår ett minsta önskat värde. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där bestämningen av alkoholkoncentrationen sker först då en temperaturgradient över sensorn (6) eller sensormembranet har uppnått ett minsta önskat värde. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, med en pump (5), vilken ståri fluidkontakt med sensorn (6), för att leda en önskad utandningsluftmängd in i sensorn (6) och som styrs genom styrenheten (4). 14 10. 11. 536 958 Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, med minst en temperaturgivare (11), till vilken minst ett av nämnda minst två värmeelement (9, 10) är kopplad, för att avkänna temperaturen hos minst ett värmeelement (10), där nämnda minst ena temperaturgivare (11) är elektriskt kopplad till styrenheten (4). Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där en temperaturgivare (11) är anordnad vid varje värmeelement (9, 10), för att avkänna temperaturen hos respektive värmeelement, där var och en av temperaturgivarna (11) är elektriskt kopplad till styrenheten (4). Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där värmeelementen (9, 10) är utformade som elektriska motståndsvärmeelement. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där värmeelementen (9, 10) tillförs energimängden E_therm, vilken beräknas med hjälp av formeln f, a :Åjíiífitll då G Ewtherzn = där a är värmeövergångskoefficienten för sensorns membran, A är värmeelementens yta, t är tidsintervallets integrationsgräns, och dT(t) ärtemperaturdifferensen mellan värmeelementen och sensorns membran. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där var och ett av värmeelementen värms upp till en likadan konstant temperatur, för att minimera temperaturgradienterna över sensorn eller sensormembranet. Alkoholmätapparat enligt något av föregående krav, där värmeelementen värms till olika konstanta temperaturer, för att minimera temperaturgradienterna över sensorn eller sensormembranet. 15