WO2014170015A1 - Messvorrichtung, reaktionsträger und messverfahren - Google Patents

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WO2014170015A1
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reaction
reaction carrier
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measuring device
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Hans-Ullrich Hansmann
Philipp Rostalski
Andreas Mohrmann
Andreas Seeck
Dirk Rahn-Marx
Rainer Polzius
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Dräger Safety AG & Co. KGaA
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Definitions

  • the present invention relates to a measuring system and a measuring device for measuring a concentration of gas- and / or aerosol-shaped components of a gas mixture for a reaction carrier having at least two flow channels, wherein at least one flow channel forms a reaction chamber with a reagent and the reactant with at least a component of the gas mixture to be measured undergoes an optically detectable reaction.
  • the invention further relates to a reaction carrier for such a measuring device and to a measuring method for measuring a concentration of gas and / or an aerosol-shaped components of a gas mixture.
  • Gas test tubes are known from the prior art, which are filled with a reactant which undergoes an optically recognizable reaction with a particular chemical compound.
  • a reactant which undergoes an optically recognizable reaction with a particular chemical compound.
  • a hand pump a defined amount of a gas mixture is pumped through the gas test tube.
  • a concentration of the chemical compound to be measured is determined by means of a discoloration of the reaction substance.
  • so-called chip-based measuring systems in which the reaction substance is arranged in reaction chambers on a reaction carrier, which can be introduced into a measuring device.
  • the measuring device detects the reaction carrier and performs a corresponding measuring method for measuring a concentration of the corresponding component of the gas mixture.
  • the reaction carrier has a plurality of reaction chambers, which can each be used for a measurement.
  • a mechanical locking pin is provided, which protrudes at unused reaction chambers, so that it can mechanically engage the measuring device. In a measurement with a reaction chamber of the associated locking pin is pressed.
  • reaction carrier When the reaction carrier is introduced into the measuring device, the reaction carrier is drawn into the measuring device as far as the first protruding one Locking pin engages mechanically in the measuring device and thus each of the first unused reaction chamber is used for the respective measurement. After completion of the measurement, the reaction carrier is in each case completely expelled from the measuring device. An independent positioning of the reaction carrier in the measuring device in any relative position is not possible.
  • reaction chamber for example the reaction substance for an optically detectable reaction and a drying agent which extracts moisture from the gas mixture in the reaction chamber.
  • the dimensions of the reaction chamber are limited by the size of the reaction carrier, whereby only a limited amount of different gas treatment elements can be arranged in a reaction chamber.
  • only those gas treatment elements can be arranged in a common reaction chamber, which do not undergo mutual reactions in the reaction chamber even with prolonged storage of the reaction carrier.
  • it is possible with such a system only those components of a gas mixture to be measured, which undergo an optically detectable reaction with a reactant.
  • the invention relates to a reaction support for a measuring device for measuring a concentration of gas and / or aerosol-shaped components of a gas mixture by means of a reactant which is optically with at least one component of the gas mixture to be measured or a reaction product of the component to be measured
  • the reaction carrier has at least one flow channel divided into at least two partial sections, which extends between two connection elements, and at least one gas treatment element is provided in the at least two partial sections, which changes the chemical or physical properties of the gas mixture flowing through or in dependence the chemical or physical properties reacts.
  • At least two sections of the at least one flow channel are gas-tightly separated from one another by a separating element and at least one coupling element is provided, which is designed to open the separating element upon activation of the coupling element and to establish a connection between the sections.
  • a plurality of different gas treatment elements in the different sections of the flow channel can be arranged.
  • two or more gas treatment elements can be arranged in separate sections, so that they are separated gas-tight during storage of the reaction carrier through the separator and thus no chemical reaction between components of the respective gas treatment elements can take place.
  • the division of the flow channel into several sections also allows the provision of an intermediate reaction in a first section, in which a component to be measured undergoes a chemical reaction with a reactant (intermediate reaction) and the resulting reaction product in a subsequent section the optically detectable reaction with the Reactive substance (Detektionsretician) received. In this way, it is also possible to measure components of a gas mixture for which no suitable optically detectable reaction with a suitable reactant is known.
  • the sections are formed by tubes, preferably glass capillaries, and the separator by at least one sealed tube end and the coupling element is designed to open the separator by breaking the tube end.
  • the at least one sealed tube end is arranged in a cavity in the reaction carrier and the coupling element has a sealing element which closes off the cavity in a gastight manner and which is deformable upon activation of the coupling element in order to break off the at least one closed tube end arranged in the cavity.
  • the formation of the sealing element allows on the one hand a seal of the cavity by the at least one closed pipe end is arranged and on the other hand a simple mechanism for opening the separating element by breaking the pipe end.
  • the reaction carrier preferably has an axial direction which corresponds to a direction of movement of the reaction carrier in the measuring device, and the two connection elements are arranged at the same position in the axial direction.
  • the connection elements are arranged analogously to the connection elements of reaction carriers with one-part flow channels and the reaction carrier with a plurality of partial sections is designed to be compatible with measuring devices which are designed for reaction carriers with one-part flow channels.
  • the coupling elements can be manually activated by a user before the reaction carrier is introduced into the measuring device.
  • one section of the flow channel may cross another section of the same or another flow channel.
  • one of the intersecting sections of the flow channel may be formed as a return path, in which no separate gas treatment element is provided.
  • at least one of the intersecting sections can be formed as a flat channel.
  • the gas treatment elements comprise, for example, at least two of the following gas treatment elements: drying agents, reactants for producing a chemical intermediate, chemical or physical filters, temperature and / or moisture-sensitive substances, reagents for optically detectable reactions.
  • gas treatment elements allow an optimization of the optically detectable reaction by a corresponding pretreatment of the gas mixture, wherein, for example, the number of measurable components, the gas mixture and / or the accuracy of the concentration determination is increased.
  • the invention further relates to a measuring device for measuring a concentration of gas and / or aerosol-shaped components of a gas mixture with a in the present invention described reaction carrier.
  • the measuring device comprises a gas inlet channel and a gas outlet channel, each having a gas connection for connection to the connection elements of the flow channel of the reaction carrier, and at least one activation element, which is designed to activate the at least one coupling element of the reaction carrier.
  • the measuring device can activate the coupling elements of the reaction carrier and thus connect the sections of the flow channel with each other and establish a connection to the connection elements of the flow channel via the gas connections of gas inlet channel and gas outlet channel.
  • an optical sensor is provided, which is designed to simultaneously detect at least two different optically detectable reactions in at least two different partial sections.
  • various components of the gas mixture can be measured independently and / or other parameters, such as a temperature or humidity of the gas mixture or other chemical or physical properties of the gas mixture can be measured, which improves the accuracy of the concentration measurement Allow component of the gas mixture.
  • the optical sensor is a digital camera which has a correspondingly large recording field for the simultaneous detection of at least two gas treatment elements in at least two partial sections.
  • the recording field is illuminated with broadband light, in particular white light
  • the optical sensor records a color image with a plurality of color channels.
  • the color channels can be evaluated with different weights.
  • the at least one activation element has a bridging channel, which produces a connection of the partial sections of the reaction carrier when the coupling element is activated.
  • the connection of the partial sections of the flow channel of the reaction carrier can be produced by the bridging channel of the activation element within the measuring device.
  • the gas ports of the gas inlet channel and the gas outlet channel are preferably arranged on opposite sides of the reaction carrier at a same axial position in the direction of movement of the reaction carrier in the measuring device.
  • the gas connections of the gas inlet channel and / or the gas outlet channel form the activation elements for activating the at least one coupling element of the reaction carrier.
  • the gas connections can be used independently of each other as an activation element.
  • certain coupling elements of the reaction carrier can be selectively activated.
  • At least one gas connection or at least one activation element along an axial direction which corresponds to the direction of movement of the reaction carrier in the measuring device, to be arranged movably in the measuring device and to be positioned axially offset relative to another gas connection or another activation element to become.
  • the measuring device can adapt to reaction carriers with different arrangements of the partial sections of the flow channel and in particular with different number of partial sections.
  • the measuring device is preferably designed to read instructions or instructions stored on the reaction carrier for instructions stored in the measuring device for positioning the gas connections and / or activation elements and / or for carrying out the measuring procedure.
  • an additional gas inlet channel and / or gas outlet channel is provided with corresponding gas connections.
  • the different gas inflow channels or gas outflow channels can each be used with differently configured reaction carriers with different arrangement of the flow channels. For example, it is possible that in each case two gas connections of a gas inlet channel or two gas connections of a gas outlet channel are arranged on different sides of the reaction carrier in the measuring device. Alternatively, it is possible that the corresponding gas connections are arranged on the same side of the reaction carrier in the measuring device.
  • the plurality of gas flow channels or the plurality of gas drainage channels may be connected via a valve to a common portion of a gas feed channel, the valve selectively connecting one of the plurality of gas feed channels or multiple gas flow channels to the common portion of the gas feed channel and the gas discharge channel, respectively.
  • the partial sections of the flow channel are arranged at a right angle to the axial direction of the reaction carrier.
  • This corresponds to the arrangement of the flow channels in reaction carriers with a one-piece flow channel, whereby a uniform arrangement, in particular of sections with gas treatment elements with optically detectable reaction is made possible.
  • this enables a uniform mode of production of the reaction carriers and, on the other hand, a uniform evaluation of the image data of the optical sensor.
  • the measuring device comprises a position sensor, which is designed to detect a relative position of reaction carrier and gas connections, and a reaction carrier conveying device for moving the reaction carrier in an axial direction relative to gas inlet channel and gas outlet channel, wherein the reaction carrier conveyor is adapted to the reaction carrier in a to position the first relative position for activating the at least one coupling element and in a second relative position for connecting the gas connections with the connection elements of the flow channel of the reaction carrier.
  • the invention also relates to a measuring method for measuring a concentration of gas and / or aerosol components of a gas mixture with a
  • Reaction support which has a flow channel extending between two connection elements, wherein the flow channel is divided into two sections, which are gas-tight separated from each other by at least one separating element and in each of which a gas treatment element is provided which alters the chemical or physical properties of the gas mixture flowing through or depending on the chemical or physical properties, and one Measuring device comprising a gas conveyor and gas connections.
  • the measuring method comprises the method steps of establishing a connection between the sections by opening the separating element; establishing a connection of the gas connections of the measuring device with the connection elements of the flow channel of the reaction carrier; the feeding of gas mixture to be measured through the flow channel of the reaction carrier; and determining a concentration of the at least one component by means of an optically detectable reaction in at least one of the partial sections of the flow channel.
  • This measurement method makes it possible to activate reaction carriers in which gas treatment elements are arranged in gas-tightly separated partial sections of a flow channel by connecting the partial sections of the flow channel and to perform a subsequent measurement of the concentration of a component of the gas mixture. In this way, various gas treatment elements can be used, can not be stored for a long time in a common container, for example because they undergo a chemical reaction with each other.
  • the invention further relates to a measuring system with a reaction carrier described in the present application and / or a measuring device described in the present application, which is suitable for carrying out the method described in the present application.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a measuring system according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of a reaction carrier according to the invention
  • FIG. 3 is a detailed view of the reaction carrier of FIG. 2 and FIG.
  • Reaction carrier conveying means
  • Figure 4 is a detail view of an embodiment of the gas connection and the
  • Figure 5 is a detail view of an embodiment of the gas connection and the
  • FIG. 6 shows a detailed view of an embodiment of the coupling element of FIG
  • FIG. 7 shows a detailed view of an embodiment of the coupling element of FIG.
  • Figure 8 is a side view of the digital camera, the reaction of a carrier
  • Figure 9 is a perspective view of the indicator pin in the first position
  • Indicator pin in a second position shows
  • FIG. 10 shows a schematic view of a measuring system with a reaction carrier according to a third embodiment
  • FIG. 11 shows a schematic view of a measuring system with a reaction carrier according to a fourth embodiment
  • Figure 12 is a sectional view of the reaction carrier of Figure 11;
  • FIG. 13 shows a schematic view of a measuring system with a reaction carrier according to a fifth embodiment and a measuring device according to a second embodiment
  • FIG. 14 shows a schematic view of a measuring system with a reaction carrier according to a sixth embodiment and a measuring device according to a third embodiment
  • FIG. 15 shows a schematic view of a measuring system with a reaction carrier according to a seventh embodiment and a measuring device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of the present invention.
  • a gas measuring system also referred to below as measuring system 10 is used for measuring or detecting the concentration of gas- and / or aerosol-shaped components.
  • a measuring device 12 also referred to as a gas measuring arrangement or other gas measuring system
  • an exchangeable reaction support 14 also referred to as a reaction support unit, is manually introduced by a user by hand. That's it Measuring system 10 and the measuring device 12 is a small, portable device that is mobile and has a battery as a power supply.
  • a gas conveying device 28 is arranged, which is realized by a pump designed as a suction pump.
  • the housing also forms a bearing, in particular slide bearing, for the displaceable reaction carrier 14.
  • a reaction carrier conveyor 34 with a motor, for.
  • the reaction carrier can be moved within the housing of the measuring device, as a mechanical contact or a connection between the drive roller and the reaction carrier.
  • the measuring system 10 comprises the measuring device 12 and at least one reaction carrier 14.
  • the measuring device 12 has a gas inflow channel 16 and a gas outflow channel 18.
  • the gas inlet channel 16 extends from a gas mixture inlet opening 20 to a first gas connection 22.
  • the gas outlet channel 18 extends from a second gas connection 24 to a gas mixture outlet opening 26.
  • the gas delivery device 28 for example a suction pump, is provided for conveying a gas or gas mixture the gas drainage channel 18 is provided.
  • the gas inlet channel 16 is made of glass, whereby a chemical reaction or deposition of gas components on the wall of the gas inlet channel is prevented or reduced.
  • a flow sensor 30, which is designed as a mass flow sensor in the illustrated embodiment, allows the measurement of a gas flowing through the gas outflow channel 18.
  • a flow or mass flow sensor both devices can be used which directly measure the flow or the mass flow, as well as those which detect other measured values and determine the flow or mass flow by means of these measured values.
  • a buffer 32 is arranged in the gas drainage channel 18, which allows a uniform gas flow through the gas drainage channel 18.
  • the measuring device 12 furthermore comprises a reaction carrier conveying device 34, which allows the reaction carrier 14 to be moved relative to the gas feed channel 16 and the gas discharge channel 18.
  • a position sensor 36 serves to detect a relative position of reaction carrier 14 and the gas ports 22,24.
  • An optical sensor for detecting an optically detectable reaction is provided in the form of a digital camera 38 and makes it possible to record the examination field 40 shown in FIG. 1 by the dotted rectangle.
  • a central control unit 41 is provided, which can process the data detected by the optical sensor and controls the measuring method.
  • a valve 54 is disposed upstream of the gas inflow channel 16.
  • the valve allows in its first position shown a gas flow through the gas inlet channel 16 and prevented in a second position, a gas flow through the gas inlet channel 16.
  • the valve 54 is formed as a 2/2-way valve.
  • the reaction carrier 14 shown in FIG. 1 has a flow channel 42 which extends between two connection elements 44.
  • the flow channel 42 is divided into three sections 43.
  • the reaction carrier 14 has an axial direction that corresponds to the direction of movement of the reaction carrier 14 in the measuring device 12.
  • the left and right positions with the same number are on the same. Height in the axial direction.
  • the first section 43 extends from a connection element 44 at number two on the left side to a coupling element 45 at number three on the right side of the reaction carrier 14.
  • the second section 43 extends from the coupling element 45 ⁇ at number three on the right you have a second coupling element 45 at number one on the left and the third section 43 extends from the coupling element 45 at number one left to connecting element 44 at 'number two right.
  • the third section 43 of the flow channel 42 forms a reaction chamber 46 which is filled with a reactant 48.
  • the reaction substance 48 is a chemical compound which undergoes an optically detectable reaction with a component of the gas mixture to be measured or a reaction product of the component to be measured. This is, for example, a colorimetric reaction.
  • Each position in the axial direction is associated with a display pen 50, which forms an encoding 51, which is detected by the position sensor 36 and allows independent positioning of the reaction carrier 14 in corresponding relative positions.
  • the reaction carrier 14 is in each case positioned such that the gas connections 22, 24 of the gas feed channel 16 and of the gas discharge channel 18 abut against the corresponding numbered positions of the reaction carrier 14.
  • coding 51 for example an electrical, electronic or magnetic coding, which can be detected by a corresponding position sensor 36.
  • an optical coding 51 is provided which enables a user of the measuring system 10 by viewing the reaction carrier 14 to determine whether the reaction carrier 14 has an unused flow channel with an unused reaction chamber 46.
  • the reaction carrier 14 also has an information field 52 on which information is stored.
  • the information field 52 is formed as an optical information field on which information is stored, which can be read by the digital camera 38.
  • the information field 52 may be provided as an electronic memory for information and be configured for example as an RFID chip or SROM chip, which can be read out and / or described via radio or via electrical contacts.
  • the recording field of the digital camera 38 is designed such that the reaction chamber 46, the indicator pins 50, and the information field 52 are detected by the digital camera 38 in at least one relative position of the reaction carrier 14 in the measuring device 12.
  • the digital camera 38 on the one hand for detecting the optically detectable reaction of the reaction substance 48 in the reaction chamber 46 of the reaction carrier 14 and on the other hand for reading the information in the information field 52 and as a position sensor 36 for detecting the relative position of the reaction carrier and the gas ports 22, 24 can be used.
  • position sensor 36 and a read-out device for reading out the information field 52 are designed as one or two separate devices.
  • FIG. 2 shows a measuring system 10 with a measuring device 12, which is shown only schematically by the gas connections 22, 24 of the gas inlet channel and the gas outlet channel and a second embodiment of a reaction carrier 14.
  • the reaction carrier 14 has three flow channels 42, each of identical design. For the sake of clarity, only the middle flow channel 42 is shown with solid lines, while other two flow channels 42 are shown with dashed lines.
  • the middle flow channel 42 extends from the connection element 44 at position four left via a first coupling element 45 at position five right and a second coupling element 45 at position three left to the second connection element 44 at position four right.
  • connection elements 44 of the flow channel 42 are thus arranged at the same position in the axial direction.
  • the reaction carrier 14 can thus be used in measuring devices 12 whose gas connections 22, 24 are arranged at the same position in a direction of movement of the reaction carrier 14 within the measuring device 10.
  • a gas treatment element 47 is provided in the three partial sections, which changes the chemical or physical properties of the gas mixture flowing through or reacts as a function of the chemical or physical properties.
  • a desiccant or a Filtri fürskar provided as a gas treatment element 47.
  • intermediate reaction material a reactant for producing a chemical intermediate, hereinafter referred to as intermediate reaction material, wherein the component to be measured of the gas mixture with the intermediate reaction substance enters into a chemical reaction and generates a reaction product is provided.
  • a reaction substance 48 is provided as a gas treatment element 47, which forms an optically detectable reaction with the reaction product of the component to be measured.
  • sections 43 of the flow channel 42 are each separated by separating elements 49 gas-tight from each other.
  • the sections 43 of the flow channel 42 are each formed by tubes 70, in particular glass capillaries, which are closed at at least one and preferably at both ends.
  • the separating elements 49 are thus formed by the closed tube ends of the tubes forming part of the sections 43 of the flow channel 42.
  • the coupling elements 45 are designed to open the associated separating element 49 upon activation of the respective coupling element 45 and to establish a connection between the partial sections 43 of the flow channel 42.
  • the coupling elements 45 are designed to open the associated separating element 49 by breaking off the tube ends.
  • FIG. 3 shows a perspective detailed view of the reaction carrier 14 according to FIG. 2 and the reaction carrier conveying device 34 of the measuring device 12.
  • the reaction carrier conveying device 34 comprises a servomotor 56 and a gear 58.
  • the gear 58 comprises, for example, a toothed wheel which engages in a corresponding toothing 59 on the reaction carrier 14 ,
  • the toothing 59 is formed on a housing 60 of the reaction carrier 14.
  • the reaction support conveyor 34 allows relative movement of the reaction support 14 in two opposite directions, whereby any Positioning of the reaction carrier 14 in the measuring device 12 is made possible.
  • the import and export of the reaction carrier 14 into or out of the measuring device 12 preferably takes place through a single feed opening in a housing of the measuring device 12.
  • reaction carrier 14 in the measuring device 12 via a coding 51 on the reaction support 14, which can be detected by a position sensor 36 of the measuring device 12, wherein the reaction carrier conveyor 34 can be controlled or regulated to the reaction support 14 independently in the various Position relative positions.
  • the reaction carrier 14 can be positioned after insertion into the measuring device 12 so that the activation elements 25 of the measuring device 12 can activate the coupling elements 45.
  • the connection between the sections 43 of the flow channel 42 of the reaction support 14 is positioned so that the gas ports 22,24 of the measuring device 12 connected to the connecting elements 44 of the flow channel 42 of the reaction carrier 14 can be.
  • a gas mixture to be measured can be conveyed through the flow channel 42 of the reaction support 14 by means of the gas delivery device 28 and based on the sequence of the optically detectable reaction in the reaction chamber 46 of the third section 43 of the flow channel 42, a concentration of the component to be measured of the gas mixture can be determined.
  • connection elements 44 of the reaction carrier 14 comprise a sealing device 62 with a first seal 64 and a second seal 66, which prevent the penetration of gas into the flow channel 42.
  • the flow channel 42 is formed by a tube 70, in the embodiment shown by a glass tube, which is embedded in the housing 60 of the reaction carrier 14.
  • the glass tube ends in a recess 72 in the housing 60th Die Recess 72 in the housing 60 is closed by the first seal 64.
  • the first seal 64 is formed by a glass plate or a film, for example.
  • the second seal 66 is formed by a closed end of the glass tube. The closed end of the glass tube of the flow channel 42 projects freely into the recess 72 in the housing 60.
  • the gas connections 22, 24 are formed at the end of the gas inflow channel 16 or at the beginning of the gas outflow channel 18.
  • the gas connection 22, 24 comprises a seal 68 and a gas nozzle.
  • FIG. 6 shows the gas connection 22, 24 in an initial position, in which the gas connection 22, 24 is separated from the connection element 44 of the reaction carrier 14.
  • the gas connection 22, 24 can be lowered in the direction of the reaction support 14 or, alternatively, the reaction support 14 can be moved in the direction of the gas connection.
  • the seal 68 of the gas connection 22,24 on the housing 60 of the reaction carrier 14 comes to rest and forms a gas-tight seal of the recesses 72 of the connecting element 44th
  • FIG. 7 shows the end position of the gas connection 22, 24, in which the connection between the gas connection 22, 24 and the connection element 44 of the flow channel 42 is made.
  • the first seal 64 is flexible, for example, so that a piercing of the first seal 64 only occurs when the seal 68 of the gas port 22, 24 already sealingly abuts the housing 60 of the reaction carrier 14. It is also possible for the seal 68 to be designed so that it comes to bear against the housing 60 of the reaction carrier 14 first when the gas connection 22, 24 is lowered to seal the recess 72. Furthermore, it is also possible for only one of the seals 64 or 66 of the sealing device 62 to be provided on the connection elements 44 of the reaction carrier 14. An activation element 25 of the measuring device 12 as well as a coupling element 45 and an associated separating element 49 of the reaction carrier 14 are described below with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the activation element 25 of the measuring device 12 is formed in the embodiment shown by one of the gas connections 22, 24 of the measuring device 12. Alternatively, it is also possible that at least one activation element 25 is formed as a separate independent component of the measuring device 12, which fulfills the same function described below.
  • the coupling element 45 comprises a cavity 73 in the housing 60 of the reaction support 14, which is formed essentially analogously to the recess 72 of the connection element 44 shown in FIG.
  • the separating element 49 is a closed tube end of a glass capillary, which forms a part of the path 43 of the flow channel 42, and projects freely into the cavity 73 of the coupling element 45.
  • the coupling element 45 further comprises a sealing element 71, which closes the cavity 73 gas-tight and which is deformable upon activation of the coupling element 45 in order to break off the at least one closed tube end arranged in the cavity 73.
  • the sealing element 71 of the coupling element 45 is, in contrast to the first seal 64 of the sealing device 62 of the connecting element 44, formed so that it is not pierced by the gas nozzle of the gas port 22, 24 and thus the cavity 73 even after the activation of the coupling element 45 by the sealing element 71 is sealed gas-tight.
  • FIG. 6 shows the gas connection 22, 24 functioning as activation element 25 in a partially lowered position, the sealing element 71 already being partially deformed.
  • the closed tube end of the tube 70 breaks off, as a result of which the separating element 49 is opened.
  • FIG. 7 shows the coupling element 45 after the gas connection 22, 24 acting as the activation element 25 has been raised again.
  • the sealing element 71 is thereby returned to its original starting position and further closes the cavity 73 in the housing 60 of the reaction carrier 14 gas-tight.
  • separating and coupling element may be formed as a common separating and coupling element, which valve-like in an initial position separates the sections 43 of the flow channel 42 and connects the sections 43 of the flow channel 42 with each other in an activation position.
  • a common separating and coupling element can be arranged for example by a recess in the housing 60 of the reaction carrier and moved by an activation element of a measuring device by rotating or lowering from the starting position to the activation position.
  • the coding 51 of the reaction carrier 14 for the independent positioning of the reaction carrier 14 in a plurality of different relative positions in the measuring device 12 will be described below with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the position sensor 36 for detecting the relative position of reaction carrier 14 and the gas ports 22, 24 is realized in the embodiment shown together with the optical sensor for detecting the optically detectable reaction of the reactant 48 by the digital camera 38. In this way, no separate component for the function of the position sensor is needed. However, it is also possible that a non-optical position sensor is provided, for example an electrical or magnetic position sensor, which can detect a corresponding coding 51 of the reject carrier 14.
  • the detection of the position of the reaction carrier 14 also takes place in a simple manner by means of the digital camera 38, since the evaluation device has a corresponding optical software, by means of which the position of the reaction carrier 14 due to determined by the digital camera data can be determined.
  • the gas connection 22, 24 is moved downward, so that thereby the seal from the gas nozzle, the seal can be broken and the gas mixture can be sucked through the discharge opening.
  • the display pin 50 is additionally moved from a first position according to the upper reaction support 14 in FIG. 8 to a second position according to the lower reaction support 14 in FIG. 8 by an extension or indicator pin movement element of the support ring 69.
  • the position of the indicator pen 50 can also be detected with the digital camera and the indicator pen has a different color; for example, orange, as the remaining reaction carrier 14, for example, the housing 60 is at least partially colored blue.
  • the digital camera 38 has two separate ROIs (regions of interest), ie h. Subregions 74 of the recording field 40 of the digital camera 38, so that in the upper portion 74 in the upper position in the upper portion 74 in the upper portion 74 in FIG. 9, the color orange occurs and in the second position ah the upper portion 74 no or a much smaller amount the color of the indicator pin 50 occurs at the upper portion 74.
  • reaction carrier conveying unit 34 is further automatically and automatically moved by the servo motor 56 to such a position, so that the first glass tube not previously used, through which no gas mixture has been passed, with the discharge opening above the gas port of the gas port 22, 24 and only then is the gas port 22, 24, in particular the suction pump and the gas nozzle according to Figures 4 and 5, moved down.
  • the indicator pin 50 is in each case arranged adjacent to the connection elements 44 or coupling elements 45 on the edge of the reaction carrier 14.
  • the display pen 50 is located in the peripheral area of the recording field 40 of the digital camera 38 and thus is obliquely detected by the digital camera 38 at an angle, whereby the height of the display pen can be detected.
  • the digital camera 38 or the optical evaluation software on the one hand, can detect a position of a display pen 50, and thus control any desired relative position of the reaction carrier 14 in the measuring device 12 via the reaction carrier conveying device 34.
  • the information can be read about the height of the indicator pin 50, whether the corresponding Strömungshimnal 42 has already been used or not.
  • the coding 51 further codes whether all coupling elements 45 of a flow channel 42 have been activated and thus all the sections 43 are connected to one another.
  • a display pin 50 may also be provided on each connection element 44 and coupling element 45.
  • an optical coding 51 it is also possible, for example, to provide an electrical or magnetic coding 51 which can be realized, for example, via an electrically conductive field on the surface of the housing 60.
  • FIG. 10 shows a schematic view of a second embodiment of a measuring system 10.
  • the reaction carrier 14 has two flow channels 42, each with three partial sections 43, wherein the upper flow channel 42 is drawn with solid lines and the second, lower flow channel 42 is drawn with dashed lines ,
  • the three sections 43 of the flow channel 42 each extend in the axial direction diagonally offset between two connection / coupling elements 44, 45, wherein the connection element 44 at position three on the left and the connection element 44 at position three on the right in each case the connection elements 44 for the gas connections 22,24 form the gas supply channel 16 and the gas outlet channel 18 of the measuring device 12.
  • the connection / coupling elements 44, 45 of the five positions on the right, four on the right, two on the left and one on the left are each associated with a separating element 49 which separates the sections 43 of the flow channel 42 in a gas-tight manner.
  • the measuring device 12 includes two activation elements 25, which are formed as separate components of the 'measuring device 12 and I each having a bypass channel 84th
  • the ends of the bypass channel 84 may be lowered to connect the bypass channel 84 to the associated port / coupling elements 44, 45 of the sub-sections 43 of the flow channel 42 to be connected, respectively.
  • a fourth embodiment of a reaction carrier 14 is shown in FIGS. 11 and 12.
  • the reaction carrier 14 has three flow channels 42, each comprising three partial sections 43. The middle of the flow channels 42 is drawn with solid lines while the upper and lower flow channels 42 are drawn with dashed lines.
  • the middle flow channel 42 extends from a connecting element 44 at position four left over the first sections 43 to a coupling element 45 at position three right, via a second section 43 to a second coupling element 45 at position three on the left and a third section 43 to a second connection element 44 at position four right.
  • the first section 43 and the third section 43 intersect in the housing 60 of the reaction support 14.
  • the two partial sections 43 intersect at different heights in the housing 60 of the reaction carrier 14.
  • the third section 43 is merely provided as a return path, in which no separate gas treatment element 47 is arranged.
  • the cross-section and the routing of the section 43 can be selected flexibly, whereby, for example, as in the embodiment shown in Figure 12, the returning section 43 is formed as a shallow channel, whereby the reaction carrier 14 can be realized with a low overall height.
  • the connecting elements 44 and the coupling elements 45 are designed analogously to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 13 shows a measuring system 10 with a fifth embodiment of a reaction carrier 14 and a schematically drawn measuring device 12 according to a third embodiment.
  • the reaction support 14 has three flow channels 42, of which the middle flow channel is shown in solid lines and the upper and lower flow channels 42 are shown with dashed lines.
  • the middle flow channel 42 comprises two partial sections 43, which are oriented in each case orthogonal to the axial direction of the reaction carrier 14.
  • the flow channel 42 extends from a connecting element 44 at position three on the left over the first section 43 to a coupling element 45, which extends over the positions three right and four right.
  • the second section 43 of the flow channel 42 extends from position four right to a second connection element 44 at position four left.
  • the coupling element 45 is formed by two cavities 73 which are each formed analogously to those of the coupling element 45 shown in FIGS. 6 and 7, the cavities 73 being connected to one another via an intermediate channel 86.
  • the schematically illustrated measuring device 12 comprises a gas inlet channel 16 with a gas connection 22 and two gas outlet channels 18 with corresponding gas connections 24.
  • the gas connection 24 of the first gas outlet channel 18 is in the direction of movement of the reaction carrier 14 in the measuring device 12 opposite the gas connection 22 of the gas inlet channel 16 at the same Position arranged.
  • the gas connection 24 of the second gas discharge channel 18 is arranged on the same side of the reaction carrier 14 as the gas connection 22 of the gas feed channel 16 and arranged offset in the direction of movement of the reaction carrier 14 by one position.
  • Such a measuring device 12 can connect differently shaped reaction carriers 14 in a flexible manner to the respective gas connections 24 of the two gas outlet channels 18.
  • a common portion of a gas drainage channel 18 is provided by the flow sensor 30, buffer 32 and the gas delivery device 28 is arranged.
  • a valve 88 is provided which selectively connects the first or second gas drain channel 18 to the common portion of the gas drain channel 18. It is possible that it was not used for gas production Gas connection 24 is used as activation element 25 for activating the coupling element 45.
  • FIG. 14 shows a further embodiment of a measuring system 10, which is designed substantially analogously to the preceding measuring system.
  • the reaction carrier 14 differs from the previous reaction carrier 14 in that a further section 43 is provided, which extends from a coupling element 45 at the four left and five left to a connecting element 44 at position five right.
  • the measuring device 12 differs from the measuring device 12 of the previous embodiment in that the two gas connections 24 of the two gas outflow channels 18 are both arranged on the right side of the reaction carrier 14 and thus both opposite the gas connection 22 of the gas feed channel 16.
  • the two gas ports 24 of the two gas outlet channels 18 are offset in the direction of movement of the reaction carrier 14 by two positions.
  • FIG. 15 shows a further embodiment of a measuring system 10.
  • the reaction carrier 14 is constructed analogously to the reaction carrier 14 from FIG. 13 and differs in that the connecting elements 44 and coupling element 45 and thus the flow direction through the partial sections 34 are arranged mirror-inverted.
  • the measuring device 12 has two gas flow channels 16, each with a gas connection 22.
  • a first gas connection 22 of a first Gaszuhne honals 16 lies on the left side of the reaction carrier 14 at the same axial position relative to the gas port 24 of the gas discharge channel 16.
  • the second gas port 22 of the second gas supply channel 16 is located on the right side of the reaction carrier and thus on the same side of the Reaction carrier 14 as the gas port 24 of the gas drainage channel 18th
  • the second gas connection 22 of the second gas feed channel 16 is arranged to be movable in the axial direction, whereby the gas connection 22 can assume different axial offset distances relative to the gas connection 24 of the gas discharge channel 18, and / or on the same side of the reaction carrier 14 as the one first gas connection 22 of the first gas feed channel 16 is arranged axially offset from the first gas connection 22.
  • the two gas feed channels 16 may have a common section that can be selectively connected to the first or second gas feed channel 16 via a valve, the valve in this embodiment being combined with the valve 54 at the mixed gas inlet port 20.
  • the reaction carrier 14 is introduced into an insertion opening 80 in a housing 82 of the measuring device 12.
  • the reaction carrier 14 is inserted, for example, by hand into the insertion, detected by the reaction carrier conveyor 34 and transported forward in the import direction.
  • the information field 52 of the reaction carrier 14 passes through the recording field 40 of the digital camera 38, wherein the information on the information field 52 are detected by the digital camera 38 and can be evaluated in an evaluation of the central control unit 41. It is also possible for the reaction carrier to be positioned in a read-out position in which read-out of the information field 52 is made possible. In the embodiment shown, the information on the information field 52 is optically stored and can thus be easily read out from the digital camera 38. Alternatively, it is also possible that an electronic information field 52 is provided, which is designed for example as an active or passive RFID chip or SRAM chip and can be read out via radio or via electrical contacts.
  • the electrical contacts are preferably via data lines to the inlet and outlet openings of the flow channels 42 and gas nozzle made of an electrically conductive material, so that a power or data connection between the SRAM chip and a corresponding read-out device is produced while the gas nozzles are in the inlet and outlet openings.
  • the information of the reaction carrier 14 contained on the information field 52 in particular with respect to the component of the gas mixture to be measured and a corresponding concentration range, are read out.
  • the information read contains instructions for the measuring method to be carried out or contains an indication of instructions which are stored on the measuring device 12, in particular in the central control unit 41.
  • the reaction support 14 is positioned by the reaction support conveyor 34 so that the gas port 22 of the gas feed channel 16 is located at position three of the reaction carrier 14, and the gas port 22 is lowered to the activation element 25, the coupling element 45 of the reaction carrier activate.
  • the reaction carrier is positioned so that the gas connection 24 of the gas outlet channel 18 is arranged at position five of the reaction carrier 14, and the gas connection 24 is lowered in order to activate the coupling element 45 of the reaction carrier 14 as activation element 25.
  • the reaction carrier is positioned so that the gas connections 22, 24 are arranged at position four of the reaction carrier 14 (see FIG. 2).
  • the gas connections 22, 24 are each connected by lowering with the connection elements 44 of the flow channel 42.
  • the gas conveyor 28 conveys a gas mixture to be measured through the discharge channel 18, the second flow channel 42 and the gas inlet channel 16.
  • the gas mixture flows through the three sections 43 of the flow channel, the to be measured component of the gas mixture in the gas treatment element 47 of the second section 43 reacts with the intermediate reaction material and a reaction product is released.
  • the reaction product is in the third section 43 with the reagent 48 in the reaction chamber 46 an optically detectable reaction.
  • the digital camera 38 recognizes an optically detectable reaction in the reaction chamber 46 when the component to be measured is present in the gas mixture.
  • a concentration of the component of the gas mixture to be determined is determined by the central control unit 41 certainly. If the component of the gas mixture to be determined is not contained in the gas mixture or is present in a concentration below a detection threshold of the concentration range of the present reaction carrier 14, no optically detectable reaction in the reaction chamber 46 is detected.
  • a corresponding result of the measurement is displayed optically or acoustically by the measuring device 12, for example.
  • gas treatment elements 47 are formed by different reactants 48, which in each case undergo optically detectable reactions with different components or with reaction products of components of a gas mixture. It is also possible for gas treatment elements 47 to show an optically detectable change as a function of chemical or physical properties of the gas mixture, for example as a function of the temperature of the gas mixture or of the moisture.
  • the recording field of the digital camera 38 is designed so that several different gas treatment elements 47, in particular in different sections 43 of the flow channel 42 can be simultaneously observed and evaluated. Thus, several components can be measured simultaneously or the measurement of Concentration of a component by the determination of additional parameters, such as temperature and humidity, can be improved.
  • the gas connection 24 of the gas discharge channel 18 is connected to the associated connection element 44 of the reaction carrier 14.
  • gas is conveyed through the gas outlet channel 18 and the associated flow channel 42 of the reaction carrier 14, wherein the gas flow is measured through the gas outlet channel for checking leakage flows. If the system of gas outflow channel and flow channel is gas-tight, substantially no gas flow is measured through the gas outflow channel 18, since the flow channel 42 of the reaction carrier 14 is closed in a gas-tight manner via the second connection element 44 closed by the sealing device 62.
  • the gas inlet channel 16 is closed upstream by the valve 54 and the gas connection 22 of the gas inlet channel 16 is connected to the corresponding connection element 44 of the reaction carrier 14.
  • gas is conveyed through the gas delivery device 28 through the gas discharge channel 18, the flow channel 42 and the gas feed channel 16, wherein the gas flow is measured through the gas discharge channel for checking leakage currents. If the system of gas outflow channel 18, flow channel 42 and gas supply channel 16 is gas-tight, essentially no gas flow is measured through the gas outflow channel 18, since the gas supply channel 16 is sealed gas-tight by the valve 54.
  • Normal pressure in the gas outlet channel 18, flow channel 42 and / or gas inlet channel 16 is to understand the measurement of substantially no gas stream described in the preceding paragraphs to the effect that a substantially exponentially decreasing, the negative pressure following gas flow is measured.
  • the measured gas flow in a gas-tight measuring system 10 corresponds to the gas volume present in the channels 16, 18, 42 at the beginning of the measurement, which is pumped out by the gas delivery device 28 when checking the leakage flows.
  • a leakage flow through the gas drainage channel 18, d. H. a gas flow exceeding the gas flow mentioned in the preceding paragraph, measured during the check then a corresponding error message is output by the measuring device 12.
  • the flow channel 42 on the reaction support 14 or gas drainage channel 18 and gas flow channel 16 of the measuring device 12 can then be checked, for example, by the user.
  • both gas connections 22, 24 of the gas discharge channel 18 and the gas supply channel 16 are connected to the corresponding connection elements 44 of the flow channel 42 and, accordingly, a single check of leakage flows is carried out.
  • Buffer 69 support ring
  • Reaction carrier conveyor 70 tubes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktionsträger (14), eine Messvorrichtung (12) und ein Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mittels eines Reaktionsstoffs (48), der mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches oder einem Reaktionsprodukt der zu messenden Komponente eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Der Reaktionsträger (14) weist zumindest einen in zumindest zwei Teilstrecken (43) aufgeteilten Strömungskanal (42) auf, der sich zwischen zwei Anschlusselementen (44) erstreckt, wobei in den zumindest zwei Teilstrecken (43) jeweils zumindest ein Gasbehandlungselement (47) vorgesehen ist, welches die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des durchströmendes Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert. Zumindest zwei Teilstrecken (43) des zumindest einen Strömungskanals (42) sind durch ein Trennelement (49) gasdicht von einander getrennt und zumindest ein Kopplungselement (45) ist vorgesehen, welches ausgebildet ist, um bei einer Aktivierung des Kopplungselements (45) das Trennelement (49) zu öffnen und eine Verbindung zwischen den Teilstrecken (43) herzustellen. Die Messvorrichtung (12) umfasst zumindest ein Aktivierungselement (25), welches ausgebildet ist, um das zumindest eine Kopplungselement (45) des Reaktionsträgers (14) zu aktivieren.

Description

Dräger Safety AG & Co. KG aA
Messvorrichtung, Reaktionsträger und Messverfahren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem und eine Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches für einen Reaktionsträger, der zumindest zwei Strömungskanäle aufweist, wobei zumindest ein Strömungskanal eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsstoff bildet und der Reaktionsstoff mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Reaktionsträger für eine derartige Messvorrichtung sowie ein Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder eine aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches.
Aus dem Stand der Technik sind Gasprüfröhrchen bekannt, die mit einem Reaktionsstoff gefüllt sind, welcher mit einer bestimmten chemischen Verbindung eine optisch erkennbare Reaktion eingeht. Dabei wird beispielsweise mit einer Handpumpe eine definierte Menge eines Gasgemisches durch das Gasprüfröhrchen gepumpt. Anschließend wird mittels einer Verfärbung des Reaktionsstoffs eine Konzentration der zu messenden chemischen Verbindung bestimmt.
Darüber hinaus sind so genannte Chip-basierte Messsysteme bekannt, bei welchen der Reaktionsstoff in Reaktionskammern auf einem Reaktionsträger angeordnet ist, welcher in eine Messvorrichtung eingeführt werden kann. Die Messvorrichtung erkennt den Reaktionsträger und führt ein entsprechendes Messverfahren zur Messung einer Konzentration der entsprechenden Komponente des Gasgemisches durch. Beispielsweise weist der Reaktionsträger eine Mehrzahl von Reaktionskammern auf, die jeweils für eine Messung gebraucht werden können. Für jede Reaktionskammer ist ein mechanischer Arretierzapfen vorgesehen, welcher bei unbenutzten Reaktionskammern hervorsteht, sodass er an der Messvorrichtung mechanisch einrasten kann. Bei einer Messung mit einer Reaktionskammer wird der zugehörige Arretierzapfen eingedrückt. Bei Einführen des Reaktionsträgers in die Messvorrichtung wird der Reaktionsträger jeweils soweit in die Messvorrichtung eingezogen, bis der erste hervorstehende Arretierzapfen mechanisch in der Messvorrichtung einrastet und somit jeweils die erste unbenutzte Reaktionskammer für die jeweilige Messung verwendet wird. Nach Abschluss der Messung wird der Reaktionsträger jeweils vollständig aus der Messvorrichtung ausgestoßen. Eine unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung in einer beliebigen Relativposition ist nicht möglich.
Es ist ferner bekannt, mehrere unterschiedliche Gasbehandlungselemente in einer Reaktionskammer vorzusehen, beispielsweise den Reaktionsstoff für eine optisch detektierbare Reaktion und ein Trocknungsmittel, welches dem Gasgemisch in der Reaktionskammer Feuchtigkeit entzieht. Die Abmessungen der Reaktionskammer sind jedoch durch die Größe des Reaktionsträgers begrenzt, wodurch nur eine begrenzte Menge verschiedener Gasbehandlungselemente in einer Reaktionskammer angeordnet werden kann. Ferner können nur solche Gasbehandlungselemente in einer gemeinsamen Reaktionskammer angeordnet werden, welche auch bei längerer Lagerung des Reaktionsträgers keine wechselseitigen Reaktionen in der Reaktionskammer eingehen. Ferner ist es mit einem solchen System nur möglich solche Komponenten eines Gasgemisches zu messenden, welche eine optisch detektierbare Reaktion mit einem Reaktionsstoff eingehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Messvorrichtung sowie einen entsprechenden Reaktionsträger und ein verbessertes Messverfahren bereitzustellen, welches eine erhöhte Flexibilität im Messverfahren und eine akkurate Konzentrationsbestimmung einer Vielzahl von chemischen Verbindungen ermöglicht.
In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf " einen Reaktionsträger für eine Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mittels eines Reaktionsstoffs, der mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches oder einem Reaktionsprodukt der zu messenden Komponente eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Der Reaktiönsträger weist zumindest einen in zumindest zwei Teilstrecken aufgeteilten Strömungskanal auf, der sich zwischen zwei Anschlusselementen erstreckt, und in den zumindest zwei Teilstrecken ist jeweils zumindest ein Gasbehandlungselement vorgesehen, welches die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des durchströmenden Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert. Zumindest zwei Teilstrecken des zumindest einen Strömungskanals sind durch ein Trennelement gasdicht von einander getrennt und es ist zumindest ein Kopplungselement vorgesehen, welches ausgebildet ist, um bei einer Aktivierung des Kopplungselements das Trennelement zu öffnen und eine Verbindung zwischen den Teilstrecken herzustellen.
Auf diese Weise kann eine Vielzahl von verschiedenen Gasbehandlungselementen in den verschiedenen Teilstrecken des Strömungskanals angeordnet werden. Insbesondere können auch zwei oder mehrere Gasbehandlungselemente in getrennten Teilstrecken angeordnet werden, so dass diese während einer Lagerung des Reaktionsträgers durch das Trennelement gasdicht getrennt sind und somit keine chemische Reaktion zwischen Bestandteilen der jeweiligen Gasbehandlungselemente stattfinden kann. Die Aufteilung des Strömungskanals in mehrere Teilstrecken ermöglicht zudem das Vorsehen einer Zwischen reaktion in einer ersten Teilstrecke, in der eine zu messende Komponente eine chemische Reaktion mit einem Reaktionsstoff (Zwischenreaktionsstoff) eingeht und das dabei entstehende Reaktionsprodukt in einer nachfolgenden Teilstrecke die optisch detektierbare Reaktion mit dem Reaktionsstoff (Detektionsreaktionsstoff) eingeht. Auf diese Weise können auch Komponenten eines Gasgemisches gemessen werden, für die keine geeignete optisch detektierbare Reaktion mit einem geeigneten Reaktionsstoff bekannt ist.
Gemäß einer Ausbildungsform werden die Teilstrecken durch Röhrchen, vorzugsweise Glaskapillaren, und das Trennelement durch zumindest ein verschlossenes Rohrende gebildet und das Kopplungselement ist ausgebildet, um das Trennelement durch Abbrechen des Rohrendes zu öffnen. Dies ermöglicht eine einfache Ausbildung des Trennelements, sowie eine einfache Art und Weise das Trennelement zu öffnen.
Beispielsweise ist das zumindest eine verschlossene Rohrende in einem Hohlraum , im Reaktionsträger angeordnet und das Kopplungselement weist ein Dichtungselement auf, welches den Hohlraum gasdicht verschließt und welches bei Aktivierung des Kopplungselement verformbar ist, um das im Hohlraum angeordnete zumindest eine verschlossene Rohrende abzubrechen. Die Ausbildung des Dichtungselement ermöglicht einerseits eine Abdichtung des Hohlraums, indem das zumindest eine verschlossene Rohrende angeordnet ist und andererseits einen einfachen Mechanismus zum Öffnen des Trennelements durch Abbrechen des Rohrendes.
Vorzugsweise weist der Reaktionsträger eine axiale Richtung auf, die einer Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung entspricht, und die beiden Anschlusselemente sind auf gleicher Position in axialer Richtung angeordnet. Auf diese Weise sind die Anschlusselemente analog zu den Anschlusselementen von Reaktionsträger mit einteiligen Strömungskanälen angeordnet und der Reaktionsträger mit mehreren Teilstrecken ist kompatibel zu Messvorrichtungen ausgebildet, welche für Reaktionsträger mit einteiligen Strömungskanälen ausgelegt sind. Bei einer solchen Messvorrichtung können beispielsweise die Kopplungselemente von einem Benutzer manuell aktiviert werden, bevor der Reaktionsträger in die Messvorrichtung eingeführt wird.
Es ist möglich, dass zumindest eine Teilstrecke des Strömungskanals eine andere Teilstrecke des gleichen oder eines anderen Strömungskanals kreuzt. Auf diese Weise wird eine flexible Anordnung der verschiedenen Teilstrecken des Strömungskanals auf dem Reaktionsträger ermöglicht. Insbesondere kann eine der sich kreuzenden Teilstrecken des Strömungskanals als eine Rückführungsstrecke ausgebildet sein, in der kein eigenes Gasbehandlungselement vorgesehen ist. Um eine geringe Bauhöhe des Reaktionsträgers zu ermöglichen kann zumindest eine der sich kreuzenden Teilstrecken als Flachkanal ausgebildet sein.
Die Gasbehandlungselemente umfassen beispielsweise zumindest zwei der folgenden Gasbehandlungselemente: Trocknungsstoffe, Reaktionsstoffe zur Erzeugung eines chemischen Zwischenprodukts, chemische oder physikalische Filter, temperatur- und/oder feuchteempfindliche Stoffe, Reaktionsstoffe für optisch detektierbare Reaktionen. Derartige Gasbehandlungselemente ermöglichen eine Optimierung der optisch detektierbaren Reaktion durch eine entsprechende Vorbehandlung des Gasgemisches, wobei beispielsweise die Anzahl der messbaren Komponenten, des Gasgemisches und/oder die Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung erhöht wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mit einem in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Reaktionsträger. Die Messvorrichtung umfasst einen Gaszuflusskanal und einen Gasabflusskanal mit jeweils einem Gasanschluss zur Verbindung mit den Anschlusselementen des Strömungskanals des Reaktionsträgers, und zumindest ein Aktivierungselement, welches ausgebildet ist, um das zumindest eine Kopplungselement des Reaktionsträgers zu aktivieren. Auf diese Weise kann die Messvorrichtung die Kopplungselemente des Reaktionsträgers aktivieren und somit die Teilstrecken des Strömungskanals miteinander verbinden sowie eine Verbindung zu den Anschlusselementen des Strömungskanals über die Gasanschlüsse von Gaszuflusskanal und Gasabflusskanal herstellen.
Vorzugsweise ist ein optischer Sensor vorgesehen, welcher ausgebildet ist, um zumindest zwei verschiedene optisch detektierbare Reaktionen in zumindest zwei verschiedenen Teilstrecken gleichzeitig zu erkennen. Auf diese Weise können in einer Messung verschiedene Komponenten des Gasgemisches unabhängig voneinander gemessen werden und/oder es können weitere Parameter, beispielsweise eine Temperatur oder Feuchtigkeit des Gasgemisches oder andere chemische oder physikalische Eigenschaften des Gasgemisches, gemessen werden, welche eine Verbesserung der Genauigkeit der Konzentrationsmessung der Komponente des Gasgemisches ermöglichen. Beispielsweise ist der optische Sensor eine Digitalkamera, die ein entsprechend großes Aufnahmefeld zur gleichzeitigen Erfassung von zumindest zwei Gasbehandlungselementen in zumindest zwei Teilstrecken aufweist.
Vorzugsweise wird das Aufnahmefeld mit breitbandigem Licht, insbesondere weißem Licht, beleuchtet und der optische Sensor nimmt ein Farbbild mit mehreren Farbkanälen auf. Um für unterschiedliche Farbveränderungen bei unterschiedlichen Arten von optisch detektierbaren Reaktionen eine optimale Auswertung zu ermöglichen, können die Farbkanäle mit jeweils verschiedenen Gewichtungen ausgewertet werden.
Beispielsweise weist das zumindest eine Aktivierungselement einen Überbrückungskanal auf, - welcher bei Aktivierung des Kopplungselements eine Verbindung der Teilstrecken des Reaktionsträgers herstellt. Auf diese Weise kann die Verbindung der Teilstrecken des Strömungskanals des Reaktionsträgers durch den Überbrückungskanal des Aktivierungselement innerhalb der Messvorrichtung hergestellt werden. Um eine Kompatibilität der Messvorrichtung für Reaktionsträgern mit einem einteiligen Strömungskanal zu ermöglichen, sind die Gasanschlüsse des Gaszuflusskanals und des Gasabflusskanals vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Reaktionsträgers an einer gleichen axialen Position in der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung angeordnet.
Vorzugsweise bilden die Gasanschlüsse des Gaszuflusskanals und/oder des Gasabflusskanals die Aktivierungselemente zur Aktivierung des zumindest einen Kopplungselements des Reaktionsträgers. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Bauteile für die Erfüllung der Funktion der Aktivierungselemente benötigt. Vorteilhafterweise können die Gasanschlüsse unabhängig voneinander als Aktivierungselement eingesetzt werden. Somit können bestimmte Kopplungselemente des Reaktionsträgers selektiv aktiviert werden.
Es ist möglich, dass zumindest ein Gasanschluss oder zumindest ein Aktivierungselement entlang einer axialen Richtung, welcher der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung entspricht, in der Messvorrichtung beweglich angeordnet ist und ausgebildet ist, um relativ zu einem anderen Gasanschluss oder einem anderen Aktivierungselement axial versetzt positioniert zu werden. Auf diese Weise kann sich die Messvorrichtung auf Reaktionsträger mit unterschiedlichen Anordnungen der Teilstrecken des Strömungskanals und insbesondere mit unterschiedlicher Anzahl von Teilstrecken anpassen.
Die Messvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um auf dem Reaktionsträger gespeicherte Anweisungen oder Hinweise auf in der Messvorrichtung gespeicherte Anweisungen zur Positionierung der Gasanschlüsse und/oder Aktivierungselemente und/oder zur Durchführung des Messverfährens auszulesen.
Es ist möglich, dass ein zusätzlicher Gaszuflusskanal und/oder Gasabflusskanal mit entsprechenden Gasanschlüssen vorgesehen ist. Die verschiedenen Gaszuflusskanäle bzw. Gasabflusskanäle können jeweils bei verschieden ausgebildeten Reaktionsträgern mit unterschiedlicher Anordnung der Strömungskanäle verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass jeweils zwei Gasanschlüsse eines Gaszuflusskanals oder zwei Gasanschlüsse eines Gasabflusskanals auf verschiedenen Seiten des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung angeordnet sind. Alternativ ist es möglich, dass die entsprechenden Gasanschlüsse auf der gleichen Seite des Reaktionsträgers in der Messvorrichtung angeordnet sind. Die mehreren Gaszuflusskanäle oder die mehreren Gasabflusskanäle können über ein Ventil mit einem gemeinsamen Abschnitt eines Gaszuflusskanals bzw. Gasabflusskanals verbunden sein, wobei das Ventil wahlweise einen der mehreren Gaszufluss Kanäle oder mehreren Gasabflusskanäle mit dem gemeinsamen Abschnitt des Gaszuflusskanals bzw. des Gasabflusskanals verbindet.
Vorzugsweise sind die Teilstrecken des Strömungskanals in einem rechten Winkel zur axiale Richtung des Reaktionsträgers angeordnet. Dies entspricht der Anordnung der Strömungskanäle bei Reaktionsträger mit einteiligen Strömungskanal, wodurch eine einheitliche Anordnung insbesondere von Teilstrecken mit Gasbehandlungselemente mit optisch detektierbare Reaktion ermöglicht wird. Dies ermöglicht einerseits eine einheitliche Produktionsweise der Reaktionsträger und andererseits eine einheitliche Auswertung der Bilddaten des optischen Sensors.
Beispielsweise umfasst die Messvorrichtung einen Positionssensor, welcher ausgebildet ist, um eine Relativposition von Reaktionsträger und Gasanschlüssen zu erfassen, sowie eine Reaktionsträgerfördereinrichtung zum Bewegen des Reaktionsträgers in einer axialen Richtung relativ zu Gaszuflusskanal und Gasabflusskanal, wobei die Reaktionsträgerfördereinrichtung so ausgebildet ist, um den Reaktionsträger in einer ersten Relativposition zur Aktivierung des zumindest einem Kopplungselements und in einer zweiten Relativposition zur Verbindung der Gasanschlüsse mit den Anschlusselementen des Strömungskanals des Reaktionsträgers zu positionieren.
Die Erfindung betrifft auch ein Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mit einem
Reaktionsträger, welcher einen sich zwischen zwei Anschlusselementen erstreckenden Strömungskanal aufweist, wobei der Strömungskanal in zwei Teilstrecken aufgeteilt ist, die zumindest durch ein Trennelement gasdicht von einander getrennt sind und in denen jeweils ein Gasbehandlungselement vorgesehen ist, welches die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des durchströmendes Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert, und einer Messvorrichtung, welche eine Gasfördereinrichtung und Gasanschlüsse umfasst. Das Messverfahren umfasst die Verfahrensschritte des Herstellens einer Verbindung zwischen den Teilstrecken durch Öffnen des Trennelements; des Herstellens einer Verbindung der Gasanschlüsse der Messvorrichtung mit den Anschlusselementen des Strömungskanals der Reaktionsträgers; des Förderns von zu messendem Gasgemisch durch den Strömungskanal des Reaktionsträgers; und der Bestimmung einer Konzentration der zumindest einen Komponente mittels einer optisch detektierbaren Reaktion in zumindest einer der Teilstrecken des Strömungskanals. Dieses Messverfahren ermöglicht es, Reaktionsträger, in denen Gasbehandlungselemente in gasdicht getrennten Teilstrecken eines Strömungskanals angeordnet sind, durch Verbinden der Teilstrecken des Strömungskanals zu aktivieren und eine anschließende Messung der Konzentration einer Komponente des Gasgemischs durchzuführen. Auf diese Weise können auch verschiedene Gasbehandlungselemente verwendet werden, nicht auf längere Zeit in einem gemeinsamen Behältnis gelagert werden können, beispielsweise weil sie eine chemische Reaktion miteinander eingehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Messsytem mit einem in 'der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Reaktionsträger und/oder einer in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Messvorrichtung, welches zur Durchführung des in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander und mit den vorstehend beschriebenen Aspekten kombiniert werden, um erfindungsgemäße Vorteile zu erreichen. Im Folgenden werden bevorzugte Kombinationen von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, wobei:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems zeigt;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsträgers zeigt;
Figur 3 eine Detailansicht des Reaktionsträgers aus Figur 2 und einer
Reaktionsträgerfördereinrichtung zeigt;
Figur 4 eine Detailansicht einer Ausbildungsform des Gasanschlusses und des
Anschlusselement des Reaktionsträgers in einer ersten Stellung zeigt; Figur 5 eine Detailansicht einer Ausbildungsform des Gasanschlusses und des
Anschlusselement des Reaktionsträgers in einer zweiten Stellung zeigt; Figur 6 eine Detailansicht einer Ausbildungsform des Kopplungselements des
Reaktionsträgers und des Aktivierungselement der Messvorrichtung in einer ersten Stellung zeigt;
Figur 7 eine Detailansicht einer Ausbildungsform des Kopplungselements des
Reaktionsträgers und des Aktivierungselement der Messvorrichtung in einer zweiten Stellung zeigt;
Figur 8 eine Seitenansicht der Digitalkamera, der des Reaktionsträger mit einem
Anzeigestift in einer ersten Stellung und dem Reaktionsträger mit dem
Anzeigestift in einer zweiten Stellung zeigt;
Figur 9 eine perspektivische Ansicht des Anzeigestift in der ersten Stellung und
Anzeigestiftes in einer zweiten Stellung zeigt;
Figur 10 eine schematische Ansicht eines Messsystems mit einem Reaktionsträger gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
Figur 11 eine schematische Ansicht eines Messsystems mit einem Reaktionsträger gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
Figur 12 eine Schnittansicht des Reaktionsträger aus Figur 11 zeigt;
Figur 13 eine schematische Ansicht eines Messsystems mit einem Reaktionsträger gemäß einer fünften Ausführungsform und einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Figur 14 eine schematische Ansicht eines Messsytems mit einem Reaktionsträger gemäß einer sechsten Ausführungsform und einer Messvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
Figur 15 eine schematische Ansicht eines Messsystems mit einem Reaktionsträger gemäß einer siebten Ausführungsform und einer Messvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
Figur 1 illustriert eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasmesssystem, im Folgenden auch Messsystem 10 bezeichnet, dient zur Messung bzw. Erfassung der Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten. In eine Messvorrichtung 12, auch bezeichnet als Gasmessanordnung oder übriges Gasmesssystem, wird ein austauschbarer Reaktionsträger 14, auch bezeichnet als Reaktionsträgereinheit, manuell von Hand von einem Benutzer eingeführt. Dabei ist das Messsystem 10 bzw. die Messvorrichtung 12 eine kleine, tragbare Vorrichtung, die mobil einsetzbar ist und eine Batterie als Energieversorgung aufweist.
An einem Gehäuse der Messvorrichtung 12 ist eine Gasfördereinrichtung 28 angeordnet, die durch eine als Saugpumpe ausgebildete Pumpe realisiert ist. Das Gehäuse bildet außerdem eine Lagerung, insbesondere Gleitlagerung, für den verschieblichen Reaktionsträger 14. Mittels einer Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 mit einem Motor, z. B. einem als Servomotor ausgebildeten Elektromotor und einer von dem Servomotor in eine Rotationsbewegung versetzbares Getriebe, insbesondere Antriebsrolle, kann der Reaktionsträger innerhalb des Gehäuses der Messvorrichtung bewegt werden, da ein mechanischer Kontakt bzw. eine Verbindung zwischen der Antriebsrolle und dem Reaktionsträger besteht.
Das Messsystem 10 umfasst die Messvorrichtung 12 und zumindest einen Reaktionsträger 14. Die Messvorrichtung 12 weist einen Gaszuflusskanal 16 und einen Gasabflusskanal 18 auf. Der Gaszuflusskanal 16 erstreckt sich von einer Gasgemischeinströmöffnung 20 zu einem ersten Gasanschluss 22. Der Gasabflusskanal 18 erstreckt sich von einem zweiten Gasanschluss 24 zu einer Gasgemischausströmöffnung 26. Im Gasabflusskanal 18 ist femer die Gasfördereinrichtung 28, beispielsweise eine Saugpumpe, zur Förderung eines Gases oder Gasgemisches durch den Gasabflusskanal 18 vorgesehen.
Der Gaszuflusskanal 16 ist aus Glas gefertigt, wodurch eine chemische Reaktion oder eine Ablagerung von Gaskomponenten an der Wand des Gaszuflusskanals verhindert oder reduziert wird.
Ein Durchflusssensor 30, der in der gezeigten Ausführungsform als Massenstromsensor ausgebildet ist, ermöglicht die Messung eines durch den Gasabflusskanal 18 strömenden Gases. Als Durchfluss- oder Massenstromsensor können sowohl Vorrichtungen verwendet werden, welche den Durchfluss bzw. den Massenstrom direkt messen, als auch solche, die andere Messwerte erfassen und mittels dieser Messwerte den Durchfluss bzw. Massenstrom bestimmen. Ferner ist im Gasabflusskanal 18 ein Puffer 32 angeordnet, welcher einen gleichförmigen Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 ermöglicht.
Die Messvorrichtung 12 umfasst darüber hinaus eine Reaktionsträgerfördereinrichtung 34, welche ein Bewegen des Reaktionsträgers 14 relativ zum Gaszuflusskanal 16 und dem Gasabflusskanal 18 ermöglicht.
Ein Positionssensor 36 dient zum Erfassen einer Relativposition von Reaktionsträger 14 und den Gasanschlüssen 22,24.
Ein optischer Sensor zur Erfassung einer optisch detektierbaren Reaktion ist in Form einer Digitalkamera 38 vorgesehen und ermöglicht eine Aufnahme des in Figur 1 durch das gepunktete Rechteck gezeigten Aüfnahmefeldes 40.
Eine zentrale Steuerungseinheit 41 ist vorgesehen, welche die von dem optischen Sensor erfassten Daten verarbeiten kann und das Messverfahren steuert.
An der Gasgemischeinströmöffnung 20 ist ein Ventil 54 stromaufwärts des Gaszuflusskanals 16 angeordnet. Das Ventil ermöglicht in seiner gezeigten ersten Stellung einen Gasstrom durch den Gaszuflusskanal 16 und verhindert in einer zweiten Stellung einem Gasstrom durch den Gaszuflusskanal 16. In der gezeigten Ausführungsform ist das Ventil 54 als 2/2-Wegeventil ausgebildet.
Der in Figur 1 gezeigte Reaktionsträger 14 weist einen Strömungskanal 42 auf, der sich zwischen zwei Anschlusselementen 44 erstreckt. Der Strömungskanal 42 ist in drei Teilstrecken 43 aufgeteilt. Der Reaktionsträger 14 hat eine axiale Richtung, die der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 entspricht. An der linken und rechten Seite des Reaktionsträgers 14 sind jeweils drei nummerierte Positionen vorgesehen, die über eine Codierung 51 codiert sind, so dass sie vom Positionssensor 36 der Messvorrichtung 12 erkannt werden können. Die linken und rechten Positionen mit der gleichen Nummer befinden sich auf gleicher . Höhe in der axialen Richtung. Die erste Teilstrecke 43 erstreckt sich von einem Anschlusselement 44 bei Nummer zwei auf der linken Seite zu einem Kopplungselement 45 bei Nummer drei auf der rechten Seite des Reaktionsträgers 14. Die zweite Teilstrecke 43 erstreckt sich von dem Kopplungselement 45 · bei Nummer drei rechts du einem zweiten Kopplungselement 45 bei Nummer eins links und die dritte Teilstrecke 43 erstreckt sich von dem Kopplungselement 45 bei Nummer eins links zum Anschlusselement 44 bei ' Nummer zwei rechts.
In der gezeigten Ausführungsform bildet der die dritte Teilstrecke 43 des Strömungskanals 42 eine Reaktionskammer 46, welche mit einem Reaktionsstoff 48 gefüllt ist. Der Reaktionsstoff 48 ist eine chemische Verbindung, welche mit einer zu messenden Komponente des Gasgemisches oder einem Reaktionsprodukt der zu messenden Komponente eine optisch detektierbare Reaktion eingeht. Dies ist beispielsweise eine kolorimetrische Reaktion.
Jeder Position in axialer Richtung ist ein Anzeigestift 50 zugeordnet, welcher eine Codierung 51 bildet, die vom Positionssensor 36 erfasst wird und eine unabhängige Positionierung des Reaktionsträgers 14 in entsprechenden Relativpositionen ermöglicht. In den Relativpositionen ist der Reaktionsträger 14 jeweils so positioniert, dass die Gasanschlüsse 22, 24 des Gaszuflusskanals 16 bzw. des Gasabflusskanals 18 an den entsprechenden nummerierten Positionen des Reaktionsträgers 14 anliegen.
Es kann auch eine andere Art der Codierung 51 , beispielsweise eine elektrische, elektronische oder magnetische Codierung vorgesehen sein, welche von einen entsprechenden Positionssensor 36 erfasst werden kann. Vorzugsweise ist jedoch zumindest zusätzlich eine optische Codierung 51 vorgesehen, die einem Benutzer des Messsystems 10 durch Betrachten des Reaktionsträgers 14 ermöglicht, feststellen, ob der Reaktionsträger 14 einen unbenutzten Strömungskanal mit einer unbenutzten Reaktionskammer 46 aufweist.
Der Reaktionsträger 14 weist ferner ein Informationsfeld 52 auf, auf welchem Informationen gespeichert sind. In der gezeigten Ausführungsform ist das Informationsfeld 52 als optisches Informationsfeld ausgebildet, auf dem Informationen gespeichert sind, die durch die Digitalkamera 38 ausgelesen werden können. Alternativ kann das Informationsfeld 52 als elektronischer Speicher für Informationen vorgesehen sein und beispielsweise als RFID-Chip oder SROM-Chip ausgebildet sein, die über Funk oder über elektrische Kontakte ausgelesen und/oder beschrieben werden können. Das Aufnahmefeld der Digitalkamera 38 ist in der gezeigten Ausführungsform so ausgebildet, dass die Reaktionskammer 46, die Anzeigestifte 50, und das Informationsfeld 52 in jeweils zumindest einer Relativposition des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 durch die Digitalkamera 38 erfasst werden. Auf diese Weise kann die Digitalkamera 38 einerseits für die Erfassung der optisch detektierbaren Reaktion des Reaktionsstoffes 48 in der Reaktionskammer 46 des Reaktionsträgers 14 und andererseits für das Auslesen der Information im Informationsfeld 52 und als Positionssensor 36 zum Erfassen der Relativposition von Reaktionsträger und den Gasanschlüssen 22, 24 verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass Positionssensor 36 und eine Auslesevorrichtung zum Auslesen des Informationsfeldes 52 als ein oder zwei separate Vorrichtungen ausgebildet sind.
Figur 2 zeigt ein Messsystem 10 mit einer Messvorrichtung 12, die lediglich schematisch durch die Gasanschlüsse 22, 24 der Gaszuflusskanals und des Gasabflusskanals gezeigt ist und einer zweiten Ausführungsform eines Reaktionsträgers 14. Der Reaktionsträger 14 weist drei Strömungskanäle 42 auf, die jeweils identisch ausgebildet sind. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich der mittlere Strömungskanal 42 mit durchgezogenen Linien gezeigt, während anderen beiden Strömungskanäle 42 mit gestrichelten Linien gezeigt sind. Analog zum in Figur 1 gezeigten Reaktionsträger 14 weist der Reaktionsträger 14 jeweils links und rechts sieben nummerierte Positionen entlang seiner axialen Richtung auf. Der mittlere Strömungskanal 42 erstreckt sich von dem Anschlusselement 44 bei Position vier links über ein erstes Kopplungselement 45 bei Position fünf rechts und ein zweites Kopplungselement 45 bei Position drei links zum zweiten Anschlusselement 44 bei Position vier rechts. Beide Anschlusselemente 44 des Strömungskanals 42 sind somit auf gleicher Position in axialer Richtung angeordnet. Der Reaktionsträger 14 kann somit bei Messvorrichtungen 12 verwendet werden, deren Gasanschlüsse 22,24 auf gleicher Position in einer Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers 14 innerhalb der Messvorrichtung 10 angeordnet sind.
In den drei Teilstrecken ist jeweils ein Gasbehandlungselement 47 vorgesehen, welches die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des durchströmendes Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert. Beispielsweise ist in der ersten Teilstrecke 43 ein Trocknungsmittel oder ein Filtrierungsmittel als Gasbehandlungselement 47 vorgesehen. In der zweiten Teilstrecke 43 ist ein Reaktionsstoff zur Erzeugung eines chemischen Zwischenprodukts, im folgenden Zwischenreaktionsstoff genannt, wobei die zu messende Komponente des Gasgemisches mit den Zwischenreaktionsstoff eine chemische Reaktion eingeht und ein Reaktionsprodukt erzeugt vorgesehen. In der dritten Teilstrecke 43 ist ein Reaktionsstoff 48 als Gasbehandlungselement 47 vorgesehen, welcher mit dem Reaktionsprodukt der zu messenden Komponente eine optisch detektierbare Reaktion eingeht.
Drei Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 sind jeweils durch Trennelemente 49 gasdicht von einander getrennt. In der gezeigten Ausführungsform sind die Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 jeweils durch Röhrchen 70, insbesondere Glaskapillaren, gebildet, die an zumindest einem und vorzugsweise beiden Enden verschlossen sind. Die Trennelemente 49 werden somit durch die verschlossenen Rohrenden der die Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 bildenden Röhrchen 70 gebildet.
Die Kopplungselemente 45 sind ausgebildet, um bei einer Aktivierung des jeweiligen Kopplungselement 45 die zugeordneten Trennelement 49 zu öffnen und eine Verbindung zwischen den Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 herzustellen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Kopplungselement 45 ausgebildet, um die zugeordneten Trennelement 49 durch Abbrechen der Rohrenden zu öffnen.
Die Strömungsrichtung des Gasgemisches durch Gaszuflusskanal 16, Gasabflusskanal 18 und den Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 ist in den Figuren jeweils durch Pfeile eingezeichnet.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Reaktionsträgers 14 gemäß Figur 2 und der Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 der Messvorrichtung 12. Die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 umfasst einen Servomotor 56 und ein Getriebe 58. Das Getriebe 58 umfasst beispielsweise ein Zahnrad, welches in eine entsprechende Verzahnung 59 am Reaktionsträger 14 eingreift. Die Verzahnung 59 ist an einem Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 ausgebildet.
Die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 ermöglicht eine Relativbewegung des Reaktionsträgers 14 in zwei entgegengesetzte Richtungen, wodurch ein beliebiges Positionieren des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 ermöglicht wird. Vorzugsweise erfolgt die Einfuhr und Ausfuhr des Reaktionsträgers 14 in bzw. aus der Messvorrichtung 12 heraus durch eine einzige Zuführöffnung in einem Gehäuse der Messvorrichtung 12.
Die Positionierung des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 erfolgt über eine Codierung 51 auf dem Reaktionsträger 14, welche von einem Positionssensor 36 der Messvorrichtung 12 erkannt werden kann, wobei die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 entsprechend gesteuert oder geregelt werden kann, um den Reaktionsträger 14 unabhängig in den verschiedenen Relativpositionen zu positionieren. Auf diese Weise kann der Reaktionsträger 14 nach Einführen in die Messvorrichtung 12 so positioniert werden, dass die Aktivierungselemente 25 der Messvorrichtung 12 die Kopplungselemente 45 aktivieren können. Nach Aktivierung der Kopplungselemente 45 durch die Aktivierungselemente 25 der Messvorrichtung 12 und somit der Verbindung zwischen den Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 wird der Reaktionsträger 14 so positioniert, dass die Gasanschlüsse 22,24 der Messvorrichtung 12 mit den Anschlusselementen 44 des Strömungskanals 42 des Reaktionsträgers 14 verbunden werden können. Nach der Herstellung der Verbindung der Gasanschlüsse 22,24 und der Anschlusselemente 44 des Strömungskanals 42 kann mittels der Gasfördereinrichtung 28 ein zu messendes Gasgemisch durch den Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 gefördert werden und anhand des Ablaufs der optisch detektierbaren Reaktion in der Reaktionskammer 46 der dritten Teilstrecke 43 des Strömungskanals 42 eine Konzentration der zu messenden Komponente des Gasgemisches bestimmt werden.
Die Gasanschlüsse 22 und 24 des Gaszuflusskanals 16 bzw. des Gasabflusskanals 18 sowie die zugehörigen Anschlusselemente 44 des Reaktionsträgers 14 werden im Folgenden anhand der Figuren 4 und 5 beschrieben. Die Anschlusselemente 44 des Reaktionsträgers 14 umfassen eine Dichtüngsvorrichtung 62 mit einer ersten Abdichtung 64 und einer zweiten Abdichtung 66, welche ein Eindringen von Gas in den Strömungskanal 42 verhindern.
Der Strömungskanal 42 wird durch ein Röhrchen 70, in der gezeigten Ausführungsform durch ein Glasröhrchen, gebildet, welches in das Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 eingebettet ist. Das Glasröhrchen endet in einer Ausnehmung 72 im Gehäuse 60. Die Ausnehmung 72 im Gehäuse 60 ist durch die erste Abdichtung 64 verschlossen. Die erste Abdichtung 64 ist beispielsweise durch ein Glasplättchen oder einen Film gebildet. Die zweite Abdichtung 66 ist durch ein verschlossenes Ende des Glasröhrchens gebildet. Das geschlossene Ende des Glasröhrchen des Strömungskanals 42 ragt frei in die Ausnehmung 72 im Gehäuse 60 hinein.
Die Gasanschlüsse 22, 24 sind am Ende des Gaszuflusskanals 16 bzw. am Anfang des Gasabflusskanals 18 ausgebildet. Der Gasanschluss 22, 24 umfasst eine Dichtung 68 und einen Gasstutzen. Figur 6 zeigt den Gasanschluss 22, 24 in einer Ausgangsposition, in der der Gasanschluss 22, 24 vom Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 getrennt ist. Der Gasanschluss 22, 24 kann in Richtung des Reaktionsträgers 14 abgesenkt oder alternativ der Reaktionsträger 14 in Richtung des Gasanschlusses bewegt werden. Beim Absenken des Gasanschlusses 22,24 stößt das untere Ende des Gasstutzens gegen die erste Abdichtung 64 und durchstößt diese. Anschließend kommt die Dichtung 68 des Gasanschlusses 22,24 am Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 zum Anliegen und bildet eine gasdichte Abdichtung der Ausnehmungen 72 des Anschlusselement 44.
Beim weiteren Absenken des Gasanschlusses 22, 24 bricht der Gasstutzen das verschlossene Ende des Glasröhrchen 70 des Strömungskanals 42 ab und öffnet auf diese Weise die zweite Abdichtung 66 des Anschlusselements 44. Figur 7 zeigt die Endstellung des Gasanschlusses 22, 24, in der die Verbindung zwischen dem Gasanschluss 22, 24 und dem Anschlusselement 44 des Strömungskanals 42 hergestellt ist.
Alternativ ist es möglich, dass die erste Abdichtung 64 beispielsweise flexibel ausgebildet ist, so dass ein Durchstoßen der ersten Abdichtung 64 erst geschieht, wenn die Dichtung 68 des Gasanschlusses 22, 24 bereits abdichtend am Gehäuses 60 des Reaktionsträgers 14 anliegt. Es ist auch möglich, dass die Dichtung 68 so ausgebildet ist, dass diese beim Absenken des Gasanschlusses 22, 24 zuerst zur Abdichtung der Ausnehmung 72 am Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 zur Anlage kommt. Ferner ist es auch möglich, dass nur eine der Abdichtungen 64 oder 66 der Dichtungsvorrichtung 62 an den Anschlusselementen 44 des Reaktionsträgers 14 vorgesehen sind. Ein Aktivierungselement 25 der Messvorrichtung 12 sowie ein Kopplungselement 45 und ein zugehöriges Trennelement 49 des Reaktionsträgers 14 werden im Folgenden anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben. Das Aktivierungselement 25 der Messvorrichtung 12 wird in der gezeigten Ausführungsform durch einen der Gasanschlüsse 22,24 der Messvorrichtung 12 gebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass zumindest ein Aktivierungselement 25 als separates unabhängiges Bauteil der Messvorrichtung 12 ausgebildet ist, welches die gleiche, im folgenden beschriebene Funktion erfüllt.
Das Kopplungselement 45 umfasst einen Hohlraum 73 im Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14, der im Wesentlichen analog zu dem in Figur 4 gezeigten Ausnehmung 72 des Anschlusselements 44 ausgebildet ist. Das Trennelement 49 ist ein verschlossenes Rohrende einer Glaskapillare, die eine Teilstrecke 43 des Strömungskanals 42 bildet, und ragt frei in den Hohlraum 73 des Kopplungselements 45 hinein.
Das Kopplungselement 45 umfasst ferner ein Dichtungselement 71 , welches den Hohlraum 73 gasdicht verschließt und welches bei Aktivierung des Kopplungselements 45 verformbar ist, um das im Hohlraum 73 angeordnete zumindest eine verschlossene Rohrende abzubrechen. Das Dichtungselement 71 des Kopplungselements 45 ist, im Gegensatz zur ersten Abdichtung 64 der Dichtungsvorrichtung 62 des Anschlusselements 44, so ausgebildet, dass es nicht durch den Gasstutzen des Gasanschlusses 22, 24 durchstoßen wird und somit der Hohlraum 73 auch nach der Aktivierung des Kopplungselement 45 durch das Dichtungselement 71 gasdicht verschlossen ist.
Figur 6 zeigt den als Aktivierungselement 25 fungierenden Gasanschluss 22,24 in einer teilweise abgesenkten Position, wobei das Dichtungselement 71 bereits teilweise verformt ist. Bei einem weiteren Absenken des Gasanschlusses 22,24 bricht das verschlossene Rohrende des Röhrchen 70 ab, wodurch das Trennelement 49 geöffnet wird.
Wie in der Darstellung in Figur 2 zu erkennen ist, enden jeweils zwei Röhrchen 70 in einem Hohlraum 73 eines Kopplungselements 45. Nach Abbrechen der beiden Rohrenden, welche die Trennelement 49 der beiden zugehörigen Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 bilden, sind die beiden Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 über den Hohlraum 73 des Kopplungselements 45 miteinander verbunden. Figur 7 zeigt das Kopplungselement 45 nachdem der als Aktivierungselement 25 fungierenden Gasanschluss 22,24 wieder angehoben wurde. Das Dichtungselement 71 ist dabei in seine ursprüngliche Ausgangsposition zurückgegangen und verschließt weiterhin den Hohlraum 73 im Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14 gasdicht.
Das Trennelement 49 und das Kopplungselement 45 können auch auf andere Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können Trenn- und Kopplungselement als gemeinsamen Trenn- und Kopplungselement ausgebildet sein, welches ventilartig in einer Ausgangstellung die Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 trennt und in einer Aktivierungsstellung die Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 miteinander verbindet. Ein solches gemeinsames Trenn- und Kopplungselement kann beispielsweise durch einer Ausnehmung im Gehäuse 60 des Reaktionsträgers angeordnet sein und von einem Aktivierungselement einer Messvorrichtung durch Drehen oder Absenken von der Ausgangsstellung in die Aktivierungsstellung bewegt werden.
Die Codierung 51 des Reaktionsträgers 14 zur unabhängigen Positionierung des Reaktionsträgers 14 in einer Vielzahl von verschiedenen Relativpositionen in der Messvorrichtung 12 wird im Folgenden anhand der Figuren 8 und 9 beschrieben.
Der Positionssensor 36 zum Erfassen der Relativposition von Reaktionsträger 14 und den Gasanschlüssen 22, 24 ist in der gezeigten Ausführungsform gemeinsam mit dem optischen Sensor zur Erfassung der optisch detektierbare Reaktion des Reaktionsstoffes 48 durch die Digitalkamera 38 realisiert. Auf diese Weise wird kein separates Bauelement für die Funktion des Positionssensor benötigt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein nicht-optischer Positionssensor vorgesehen ist, beispielsweise ein elektrischer oder magnetischer Positionssensor, der eine entsprechende Codierung 51 des Reäktionsträgers 14 erkennen kann.
Die Erfassung der Position des Reaktionsträgers 14 erfolgt dabei ebenfalls in einfacher Weise mittels der Digitalkamera 38, da die Auswerteeinrichtung über eine entsprechende optische Software verfügt, mittels der die Position des Reaktionsträgers 14 aufgrund der von der Digitalkamera erfassten Daten bestimmbar ist. Anschließend wird der Gasanschluss 22, 24 nach unten bewegt, so dass dadurch von dem Gasstutzen die Abdichtung durchbrochen und das Gasgemisch durch die Ausströmöffnung angesaugt werden kann. Dabei wird von einer nicht dargestellten Erweiterung bzw. Anzeigestiftbewegungselement des Auflageringes 69 zusätzlich der Anzeigestift 50 von einer ersten Stellung gemäß dem oberen Reaktionsträger 14 in Figur 8 in eine zweite Stellung gemäß dem unteren Reaktionsträger 14 in Figur 8 bewegt. In der ersten Stellung des Anzeigestiftes 50 steht dieser aus dem Gehäuse 60 des Reaktionsträgers weiter heraus als in der zweiten Stellung. Die Stellung des Anzeigestiftes 50 kann auch mit der Digitalkamera erfasst werden und der Anzeigestift weist eine andere Farbe; zum Beispiel orange, auf, als der übrige Reaktionsträger 14, beispielsweise ist das Gehäuse 60 zumindest teilweise blau gefärbt. Die Digitalkamera 38 weist dabei zwei getrennte ROIs (regions of interest), d h. Teilbereiche 74 des Aufnahmefeldes 40 der Digitalkamera 38, auf, so dass in der in Figur 9 oberen Teilbereich 74 in der ersten Stellung an dem oberen Teilbereich 74 die Farbe orange auftritt und in der zweiten Stellung ah dem oberen Teilbereich 74 keine oder eine wesentlich geringere Menge der Farbe des Anzeigestiftes 50 an dem oberen Teilbereich 74 auftritt. Dadurch kann durch die optische Auswertesoftware der Auswerteeinrichtung der zentralen Steuerungseinheit 41 erfasst werden, ob ein Anzeigestift 50 in der ersten oder zweiten Stellung sich befindet. Aufgrund dieser Erfassung der ersten oder zweiten Stellung des Anzeigestiftes 50 wird ferner selbsttätig und automatisch von dem Servomotor 56 die Reaktionsträgerfördereinheit 34 in eine derartige Stellung bewegt, so dass das erste bisher nicht benutzte Glasröhrchen, durch welches bisher kein Gasgemisch geleitet worden ist, mit der Ausströmöffnung oberhalb des Gasstutzens des Gasanschlusses 22, 24 liegt und erst anschließend wird der Gasanschluss 22, 24, insbesondere die Saugpumpe und der Gasstutzen entsprechend Figuren 4 und 5, nach unten bewegt.
Der Anzeigestift 50 ist in der gezeigten Ausführungsform jeweils benachbart zu den Anschlusselementen 44 bzw. Kopplungselementen 45 am Rande des Reaktionsträgers 14 angeordnet. Somit liegt der Anzeigestift 50 im Randbereich des Aufnahmefeldes 40 der Digitalkamera 38 und wird somit von der Digitalkamera 38 in einem Winkel schräg erfasst, wodurch die Höhe des Anzeigestiftes erfasst werden kann. Auf diese Weise kann die Digitalkamera 38 bzw. die optische Auswertesoftware einerseits eine Position eines Anzeigestifts 50 erfassen, und somit jede beliebige Relativposition des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 über die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 ansteuern. Andererseits kann über die Höhe des Anzeigestifts 50 die Information ausgelesenen werden, ob der entsprechende Strömungskänal 42 bereits benutzt wurde oder nicht. Die Codierung 51 codiert darüber hinaus, ob alle Kopplungselemente 45 eines Strömungskanals 42 aktiviert wurden und somit alle Teilstrecken 43 miteinander verbunden sind. Es kann dazu beispielsweise auch ein Anzeigestift 50 an jedem Anschlusselement 44 und Kopplungselement 45 vorgesehen sein.
Anstelle einer optischen Codierung 51 kann beispielsweise auch eine elektrische oder magnetische Codierung 51 vorgesehen sein, die beispielsweise über ein elektrisch leitfähiges Feld auf der Oberfläche des Gehäuses 60 realisiert werden kann.
Figur 10 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Messsystems 10. Der Reaktionsträger 14 weist zwei Strömungskanäle 42· mit jeweils drei Teilstrecken 43 auf, wobei der obere Strömungskanal 42 mit durchgezogene Linien gezeichnet ist und der zweite, untere Strömungskanal 42 mit gestrichelten Linien gezeichnet ist. Die drei Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung diagonal versetzt zwischen zwei Anschluss/Kopplungselementen 44, 45, wobei das Anschlusselement 44 an Position drei links und das Anschlusselement 44 an Position drei rechts jeweils die Anschlusselemente 44 für die Gasanschlüsse 22,24 des Gaszuflusskanals 16 bzw. des Gasabflusskanals 18 der Messvorrichtung 12 bilden. Die Anschluss/Kopplungselemente 44, 45 der Positionen fünf rechts, vier rechts, zwei links und eins links sind jeweils einem Trennelement 49 zugeordnet, welche die Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 gasdicht voneinander trennen.
Die Messvorrichtung 12 umfasst zwei Aktivierungselemente 25, die als separate Bauelemente der' Messvorrichtung 12 ausgebildet sind und ich jeweils einen Überbrückungskanal 84 aufweisen. Die Enden des Überbrückungskanals 84 können abgesenkt werden, um jeweils eine Verbindung des Überbrückungskanals 84 mit den zugeordneten Anschluss/Kopplungselementen 44, 45 der zu verbindenden Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 herzustellen. Eine vierte' Ausführungsform eines Reaktionsträgers 14 ist in den Figuren 11 und 12 dargestellt. Der Reaktionsträger 14 weist drei Strömungskanäle 42 auf, die jeweils drei Teilstrecken 43 umfassen. Der mittlere der Strömungskanäle 42 ist mit durchgezogenen Linien gezeichnet während der obere und untere Strömungskanal 42 mit gestrichelten Linien gezeichnet ist. Der mittlere Strömungskanal 42 erstreckt sich von einem Anschlusselement 44 bei Position vier links über die erste Teilstrecken 43 zu einem Kopplungselement 45 bei Position drei rechts, über eine zweite Teilstrecke 43 zu einem zweiten Kopplungselement 45 bei Position drei links und über eine dritte Teilstrecke 43 zu einem zweiten Anschlusselement 44 bei Position vier rechts. Die erste Teilstrecke 43 und die dritte Teilstrecke 43 kreuzen sich im Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14.
Wie in der Schnittansicht des Reaktionsträgers 14 in Figur 12 gezeigt ist, kreuzen sich die beiden Teilstrecken 43 auf unterschiedlichen Höhen im Gehäuse 60 des Reaktionsträgers 14.
In der gezeigten Ausführungsform ist die dritte Teilstrecke 43 lediglich als eine Rückführungsstrecke vorgesehen, in der kein eigenes Gasbehandlungselement 47 angeordnet ist. Somit kann der Querschnitt und die Streckenführung der Teilstrecke 43 flexibel gewählt werden, wodurch beispielsweise wie in der in Figur 12 gezeigten Ausführungsform, die rückführende Teilstrecke 43 als flacher Kanal ausgebildet ist, wodurch der Reaktionsträger 14 mit einer geringen Bauhöhe realisiert werden kann.
Die Anschlusselemente 44 und die Kopplungselemente 45 sind analog zur in Figur 2 gezeigten Ausführung ausgebildet.
In der in Figur 1 1 gezeigten Ausführungsform sind an gleichen Positionen in axialer Richtung jeweils rechts und links gegenüberliegende Kopplungselemente 45 oder Anschlusselemente 44 jeweils des gleichen Strömungskanals angeordnet. Auf diese Weise können jeweils die Gasanschlüsse 22, 24 bzw. die Aktivierungselemente 25 auf beiden Seiten des Reaktionsträgers gleichzeitig abgesenkt werden, sodass eine einfache Steuerung der Gasanschlüsse 22, 24 bzw. der Aktivierungselemente 25 möglich ist. Figur 13 zeigt ein Messsystem 10 mit einer fünften Ausführungsform eines Reaktionsträgers 14 und einer schematisch gezeichneten Messvorrichtung 12 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Reaktionsträger 14 weist drei Strömungskanäle 42 auf, von denen der mittlere Strömungskanal mit durchgezogenen Linien gezeigt ist und der obere und untere Strömungskanal 42 jeweils mit gestrichelten Linien gezeigt sind. Der mittlere Strömungskanal 42 umfasst zwei Teilstrecken 43, die jeweils orthogonal zur axialen Richtung des Reaktionsträgers 14 ausgerichtet sind. Der Strömungskanal 42 erstreckt sich von einem Anschlusselement 44 an Position drei links über die erste Teilstrecke 43 zu einem Kopplungselement 45, welches sich über die Positionen drei rechts und vier rechts erstreckt. Die zweite Teilstrecke 43 des Strömungskanals 42 erstreckt sich von Position vier rechts zu einem zweiten Anschlusselement 44 an Position vier links.
Das Kopplungselement 45 ist durch zwei Hohlräume 73, welche jeweils analog zu denen des in den Figuren 6 und 7 gezeigten Kopplungselements 45 ausgebildet sind, wobei die Hohlräume 73 über einen Zwischenkanal 86 miteinander verbunden sind.
Die schematisch gezeigte Messvorrichtung 12 umfasst einen Gaszuflusskanal 16 mit einem Gasanschluss 22 und jeweils zwei Gasabflusskanäle 18 mit entsprechenden Gasanschlüssen 24. Der Gasanschluss 24 des ersten Gasabflusskanals 18 ist in der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers 14 in der Messvorrichtung 12 gegenüberliegend des Gasanschlusses 22 des Gaszuflusskanals 16 an gleicher Position angeordnet. Der Gasanschluss 24 des zweiten Gasabflusskanals 18 ist auf der gleichen Seite des Reaktionsträgers 14 wie der Gasanschluss 22 des Gaszuflusskanals 16 angeordnet und in der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers 14 um eine Position versetzt angeordnet. Eine solche Messvorrichtung 12 kann verschieden ausgebildete Reaktionsträger 14 auf flexible Weise mit den jeweiligen Gasanschlüssen 24 der beiden Gasabflusskanäle 18 verbinden.
In der gezeigten Ausführungsform ist ein gemeinsamer Abschnitt eines Gasabflusskanals 18 vorgesehen, indem Durchflusssensor 30, Puffer 32 und die Gasfördereinrichtung 28 angeordnet ist. Ein Ventil 88 ist vorgesehen, welches wahlweise den ersten oder zweiten Gasabflusskanal 18 mit dem gemeinsamen Abschnitt des Gasabflusskanals 18 verbindet. Es ist möglich, dass der nicht zum Gasfördern benutzte Gasanschluss 24 als Aktivierungselement 25 zum Aktivieren des Kopplungselements 45 genutzt wird.
Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Messsystems 10, welches im wesentlichen analog zum vorhergehenden Messsystem ausgebildet ist. Der Reaktion Träger 14 unterscheidet sich vom vorhergehenden Reaktionsträger 14 dadurch, dass eine weitere Teilstrecke 43 vorgesehen ist, welche sich von einem Kopplungselement 45 an den Positionen vier links und fünf links zu einem Anschlusselement 44 an Position fünf rechts erstreckt. Die Messvorrichtung 12 unterscheidet sich von der Messvorrichtung 12 der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, dass die beiden Gasanschlüsse 24 der beiden Gasabflusskanäle 18 beide auf der rechten Seite des Reaktionsträgers 14 und somit beide gegenüberliegend des Gasanschlusses 22 des Gaszuflusskanals 16 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Gasanschlüsse 24 der beiden Gasabflusskanäle 18 in der Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers 14 um zwei Positionen versetzt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein anderer Versatz in axialer Richtung vorgesehen ist oder, dass zumindest einer der Gasanschlüsse 24 in der Messvorrichtung 12 in axialer Richtung beweglich angeordnet ist und somit der Versatz in axialer Richtung verändert werden kann und an den jeweils verwendeten Reaktionsträger angepasst werden kann.
Figur 15 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Messsystems 10. Der Reaktionsträger 14 ist analog zum Reaktionsträger 14 aus Figur 13 aufgebaut und unterscheidet sich dadurch, dass die Anschlusselemente 44 und Kopplungselement 45 und somit die Strömungsrichtung durch die Teilstrecken 34 spiegelverkehrt angeordnet sind.
Die Messvorrichtung 12 weist zwei Gaszuflusskanäle 16 mit jeweils einem Gasanschluss 22 auf. Ein erster Gasanschluss 22 eines ersten Gaszuflusskänals 16 liegt auf der linken Seite des Reaktionsträgers 14 auf gleicher axialen Position gegenüber dem Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 16. Der zweite Gasanschluss 22 des zweiten Gaszuflusskanals 16 liegt auf der rechten Seite des Reaktionsträger und somit auf der gleichen Seite des Reaktionsträgers 14 wie der Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18. Es ist auch möglich, dass der zweite Gasanschluss 22 des zweiten Gaszuflusskanals 16 in axialer Richtung beweglich angeordnet ist, wodurch der Gasanschluss 22 unterschiedliche axialer Versatzstrecken gegenüber dem Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18 annehmen kann, und/oder auf der gleichen Seite des Reaktionsträgers 14 wie der erste Gasanschluss 22 des ersten Gaszuflusskanals 16 axial versetzt zum ersten Gasanschluss 22 angeordnet ist.
Es ist auch möglich, dass die beiden Gaszuflusskanäle 16 einen gemeinsamen Abschnitt aufweisen, der über ein Ventil wahlweise mit dem ersten oder zweiten Gaszuflusskanal 16 verbunden werden kann, wobei das Ventil in dieser Ausführungsform mit dem Ventil 54 an der Gasgemischeinströmöffnung 20 kombiniert ausgebildet ist.
Im Folgenden wird ein Messverfahren unter Bezugnahme auf die in Figur 1 gezeigte Messvorrichtung 12 und den in Figur 2 gezeigten Reaktionsträger 14 beschrieben.
Der Reaktionsträger 14 wird in eine Einführöffnung 80 in einem Gehäuse 82 der Messvorrichtung 12 eingeführt. Der Reaktionsträger 14 wird beispielsweise von Hand in die Einführöffnung gesteckt, von der Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 erfasst und in Einfuhrrichtung vorwärts transportiert.
Beim Transportieren des Reaktionsträgers 14 durchläuft das Informationsfeld 52 des Reaktionsträgers 14 das Aufnahmefeld 40 der Digitalkamera 38, wobei die Informationen auf dem Informationsfeld 52 von der Digitalkamera 38 erfasst werden und in einer Auswerteeinrichtung der zentralen Steuerungseinheit 41 ausgewertet werden können. Es ist auch möglich, dass der Reaktionsträger in einer Ausleseposition positioniert wird, in der ein Auslesen des Informationsfelds 52 ermöglicht wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Information auf dem Informationsfeld 52 optisch gespeichert und kann somit auf einfache Weise von der Digitalkamera 38 ausgelesen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass ein elektronisches Informationsfeld 52 vorgesehen ist, welches beispielsweise als aktiver oder passiver RFID-Chip oder SRAM-Chip ausgebildet ist und über Funk oder über elektrische Kontakte ausgelesen werden kann. Die elektrischen Kontakte sind vorzugsweise über Daten leitungen zu den Ein- und Ausströmöffnungen der Strömungskanäle 42 und Gasstutzen aus einem stromleitenden Material hergestellt, sodass eine Strom- bzw. Datenverbindung zwischen dem SRAM-Chip und einer entsprechenden Auslesevorrichtung hergestellt wird, während sich die Gasstutzen in den Ein- und Ausströmöffnungen befinden.
In einem ersten Verfahrensschritte werden die auf dem Informationsfeld 52 enthaltenen Informationen des Reaktionsträgers 14, insbesondere in Bezug auf die zu messende Komponente des Gasgemisches und einen entsprechenden Konzentrationsbereich, ausgelesen. Die ausgelesenen Informationen enthalten Anweisungen für das durchzuführende Messverfahren oder enthalten einen Hinweis auf Anweisungen, die auf der Messvorrichtung 12, insbesondere in der zentralen Steuerungseinheit 41 gespeichert sind.
Auf dem Reaktionsträger 14 sind drei unabhängige Strömungskanäle 42 vorgesehen, die jeweils eine Messung ermöglichen. Im Folgenden wird eine Messung mit dem mittleren, mit durchgezogenen Linien gezeichneten Strömungskanal 42 beschrieben. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn bereits eine Messung mit dem in Bewegungsrichtung vordersten Strömungskanal durchgeführt wurde und der vorderste Strömungskanal somit keine unbenutzte Reaktionskammer 46 aufweist. Benutzte und unbenutzte Strömungskanäle 42 sind durch die Codierung 51 gekennzeichnet, die durch die Digitalkamera 38 ausgelesen wird.
In einem darauf folgendem Verfahrensschritt wird der Reaktionsträger 14 durch die Reaktionsträgerfördereinrichtung 34 so positioniert, dass sich der Gasanschluss 22 des Gaszuflusskanals 16 an Position drei des Reaktionsträgers 14 angeordnet ist, und der Gasanschluss 22 wird abgesenkt, um als Aktivierungselement 25 das Kopplungselement 45 des Reaktionsträgers zu aktivieren. Anschließend wird der Reaktionsträger so positioniert, dass sich der Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18 an Position fünf des Reaktionsträgers 14 angeordnet ist, und der Gasanschluss 24 wird abgesenkt, um als Aktivierungselement 25 das Kopplungselement 45 des Reaktionsträgers 14 zu aktivieren.
In einem weiteren Verfahrenschritt wird der Reaktionsträger so positioniert, dass die Gasanschlüsse 22, 24 an Position vier des Reaktionsträgers 14 angeordnet sind (siehe Figur 2). Die Gasanschlüsse 22, 24 werden jeweils durch Absenken mit den Anschlusselementen 44 des Strömungskanals 42 verbunden. Nachdem die Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22, 24 durch den Strömungskanal 42 hergestellt ist, fördert die Gasfördereinrichtung 28 ein zu messendes Gasgemisch durch den Abflusskanal 18, den zweiten Strömungskanal 42 und den Gaszuflusskanal 16. Das Gasgemisch durchströmt die drei Teilstrecken 43 des Strömungskanals, wobei die zu messende Komponente des Gasgemisches im Gasbehandlungselement 47 der zweiten Teilstrecke 43 mit dem Zwischenreaktionsstoff reagiert und ein Reaktionsprodukt freigesetzt wird. Das Reaktionsprodukt geht in der dritten Teilstrecke 43 mit dem Reaktionsstoff 48 in der Reaktionskammer 46 eine optisch detektierbare Reaktion ein.
Die Digitalkamera 38 erkennt bei einem Vorliegen der zu messenden Komponente im Gasgemisch eine optisch detektierbare Reaktion in der Reaktionskammer 46. Mittels des zeitlichen Verlaufs oder des Grads einer Verfärbung bei der optisch detektierbaren Reaktion wird durch die zentrale Steuerungseinheit 41 eine Konzentration der zu bestimmenden Komponente des Gasgemisches bestimmt. Ist die zu bestimmende Komponente des Gasgemisches nicht im Gasgemisch enthalten oder liegt in einer Konzentration unter einer Detektionsschwelle des Konzentrationsbereichs des vorliegenden Reaktionsträgers 14 vor, so wird keine optisch detektierbare Reaktion in der Reaktionskammer 46 festgestellt. Ein entsprechendes Ergebnis der Messung wird durch die Messvorrichtung 12 beispielsweise optisch oder akustisch angezeigt.
Es ist auch möglich, das mehrere der Gasbehandlungselemente 47 durch verschiedene Reaktionsstoffe 48 gebildet werden, welche jeweils optisch detektierbare Reaktionen mit verschiedenen Komponenten oder mit Reaktionsprodukte von Komponenten eines Gasgemisches eingehen. Es ist auch möglich, dass Gasbehandlungselemente 47 eine optisch detektierbare Veränderung in Abhängigkeit von chemischen oder physikalischen Eigenschaften des Gasgemisches zeigen, beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur des Gasgemisches oder der Feuchtigkeit. Das Aufnahmefeld der Digitalkamera 38 ist so ausgelegt, dass mehrere verschiedene Gasbehandlungselemente 47, insbesondere in verschiedenen Teilstrecken 43 des Strömungskanals 42 gleichzeitig beobachtet und ausgewertet werden können. Somit können mehrere Komponenten gleichzeitig gemessen oder die Messung der Konzentration einer Komponente durch die Bestimmung von Zusatzparametern, wie der Temperatur und der Feuchtigkeit, verbessert werden.
Vorzugsweise findet bei jedem Herstellen einer Verbindung zwischen den Gasanschlüssen 22, 24 über einen Strömungskanal 42 eine Überprüfung von Leckageströmen statt.
In einem ersten Schritt wird der Gasanschluss 24 des Gasabflusskanals 18 mit dem zugehörigen Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 verbunden. In einem zweiten Schritt wird Gas durch den Gasabflusskanal 18 und den damit verbundenen Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 gefördert, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zur Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Ist das System von Gasabflusskanal und Strömungskanal gasdicht, so wird im Wesentlichen kein Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 gemessen, da der Strömungskanal 42 des Reaktionsträgers 14 über das von der Dichtungsvorrichtung 62 verschlossene zweite Anschlusselement 44 gasdicht verschlossen ist.
In einem weiteren Schritt wird der Gaszuflusskanal 16 stromaufwärts durch das Ventil 54 verschlossen und der Gasanschluss 22 des Gaszuflusskanals 16 wird mit dem entsprechenden Anschlusselement 44 des Reaktionsträgers 14 verbunden. Anschließend wird Gas durch die Gasfördereinrichtung 28 durch den Gasabflusskanal 18, den Strömungskanal 42 und den Gaszuflusskanal 16 gefördert, wobei der Gasstrom durch den Gasabflusskanal zu Überprüfung von Leckageströmen gemessen wird. Ist das System von Gasabflusskanal 18, Strömungskanal 42 und Gaszuflusskanal 16 gasdicht, so wird im Wesentlichen kein Gasstrom durch den Gasabflusskanal 18 gemessen, da der Gaszuflusskanal 16 durch das Ventil 54 gasdicht verschlossen ist.
Bei einem gasdichten Messsystem 10, bei dem vor Überprüfung der Leckageströme
i
Normaldruck in Gasabflusskanal 18, Strömungskanal 42 und/oder Gaszuflusskanal 16 vorliegt, ist die in den vorhergehenden Absätzen beschriebene Messung von im Wesentlichen keinem Gasstrom dahingehend zu verstehen, dass ein im Wesentlichen exponentiell abnehmender, dem Unterdruck folgendem Gasfluss gemessen wird. In anderen Worten entspricht der gemessene Gasstrom bei einem gasdichten Messsystem 10 dem zu Beginn der Messung in den Kanälen 16, 18, 42 vorliegendem Gasvolumen, welches bei der Überprüfung der Leckageströme durch die Gasfördereinrichtung 28 abgepumpt wird.
Wird ein Leckagestrom durch den Gasabflusskanal 18, d. h. ein über den im vorhergehenden Absatz genannten Gasstrom hinausgehender Gasstrom, bei der Überprüfung gemessen, so wird eine entsprechende Fehlermeldung durch die Messvorrichtung 12 ausgegeben. Der Strömungskanal 42 auf dem Reaktionsträger 14 oder Gasabflusskanal 18 und Gaszuflusskanal 16 der Messvorrichtung 12 können dann beispielweise durch den Benutzer überprüft werden.
Es ist auch möglich, dass bereits in einem ersten Schritt beide Gasanschlüsse 22, 24 des Gasabflusskanals 18 und des Gaszuflusskanals 16 mit den entsprechenden Anschlusselementen 44 des Strömungskanals 42 verbunden werden und entsprechend eine einzige Überprüfung von Leckageströmen durchgeführt wird.
Bezuqszeichenliste
Messsystem 50 Anzeigestift
Messvorrichtung 51 Codierung
Reaktionsträger 52 Informationsfeld
Gaszuflusskanal 54 Ventil
Gasabflusskanal 56 Servomotor
Gasgemischeinströmöffnung 58 Getriebe
Gasanschluss 59 Verzahnung
Gasanschluss 60 Gehäuse
Aktivierungselement 62 Dichtungsvorrichtung
Gasgemischausströmöffnung 64 erste Abdichtung
Gasfördereinrichtung 66 zweite Abdichtung
Durchflusssensor 68 Dichtung
Puffer 69 Auflagering
Reaktionsträgerfördereinrichtung 70 Röhrchen
Positionssensor 71 Dichtungselement
optischer Sensor / Digitalkamera 72 Ausnehmung
Aufnahmefeld 73 Hohlraum
zentrale Steuerungseinheit 74 Teilbereiche
Strömungskanal 76 Bewertungseinrichtung
Teilstrecke 78 Speichereinrichtung
Anschlusselemente 80 Einführöffnung
Kopplungselement 82 Gehäuse (der Messvorrichtung)
Reaktionskammer 84 Überbrückungskanal
Gasbehandlungselement 86 Zwischenkanal
Reaktionsstoff 88 Ventil
Trennelement

Claims

Ansprüche
1. Reaktionsträger (14) für eine Messvorrichtung (12) zur Messung einer
Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mittels eines Reaktionsstoffs (48), der ausgestaltet ist, um mit zumindest einer zu messenden Komponente des Gasgemisches oder einem Reaktionsprodukt der zu messenden Komponente eine optisch detektierbare Reaktion einzugehen,
wobei der Reaktionsträger (14) zumindest einen in zumindest zwei Teilstrecken (43) aufgeteilten Strömungskanal (42) aufweist, der sich zwischen zwei
Anschlusselementen (44) erstreckt, und
in den zumindest zwei Teilstrecken (43) jeweils zumindest ein Gasbehandlungselement (47) vorgesehen ist, welches die chemischen oder physikalischen
Eigenschaften des durchströmenden Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert,
wobei die zumindest zwei Teilstrecken (43) des zumindest einen
Strömungskanals (42) durch ein Trennelement (49) gasdicht von einander getrennt sind und zumindest ein Kopplungselement (45) vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, um bei einer Aktivierung des Kopplungselements (45) das Trennelement (49) zu öffnen und eine Verbindung zwischen den Teilstrecken (43) herzustellen.
2. Reaktionsträger nach Anspruch 1 , wobei die Teilstrecken (43) durch Röhrchen (70) und das Trennelement (49) durch zumindest ein verschlossenes Rohrende gebildet werden und das Kopplungselement (45) ausgebildet ist, um das Trennelement (49) durch Abbrechen des Rohrendes zu öffnen.
3. Reaktionsträger nach Anspruch 2, wobei das zumindest eine verschlossene Rohrende in einem Hohlraum (73) in einem Gehäuse (60) des Reaktionsträger (14) angeordnet ist und das Kopplungselement (45) ein Dichtungselement (71 ) aufweist, welches den Hohlraum (73) gasdicht verschließt und welches bei Aktivierung des Kopplungselement (45) verformbar ist, um das im Hohlraum (73) angeordnete zumindest eine verschlossene Rohrende abzubrechen.
4. Reaktionsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Reaktionsträger (14) eine axiale Richtung aufweist, die einer Bewegungsrichtung des Reaktionsträgers (14) in der Messvorrichtung (12) entspricht, und wobei die beiden Anschlusselemente (44) auf gleicher Position in axialer Richtung angeordnet sind.
5. Reaktionsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Teilstrecke (43) des Strömungskanals (42) eine andere Teilstrecke (43) des gleichen oder eines anderen Strömungskanals (42) kreuzt.
6. Reaktionsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Gasbehandlungselemente (47) zumindest zwei der folgenden umfassen:
Trocknungsstoffe, Reaktionsstoffe zur Erzeugung eines chemischen
Zwischenprodukts, chemische oder physikalische Filter, temperatur- und/oder feuchteempfindliche Stoffe, Reaktionsstoffe (48) für optisch detektierbare Reaktionen.
7. Messvorrichtung (12) zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches für einen Reaktionsträger (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend
einen Gaszuflusskanal (16) und einen Gasabflusskanal (18) mit jeweils einem Gasanschluss (22, 24) zur gas- und/oder aerosolleitenden Verbindung mit den
Anschlusselementen (44) des Strömungskanals (42) des Reaktionsträgers (14), und zumindest ein Aktivierungselement (25), welches ausgebildet ist, um das zumindest eine Kopplungselement (45) des Reaktionsträgers (14) zu aktivieren.
8. Messvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein optischer Sensor (38) vorgesehen ist, welcher ausgebildet ist, um zumindest zwei verschiedene optisch detektierbare Reaktionen in zumindest zwei verschiedenen Teilstrecken (43) gleichzeitig zu erkennen.
9. Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das zumindest eine
Äktivierungselement (25) einen Überbrückungskanal (84) aufweist, welcher bei
Aktivierung des Kopplungselements (45) eine gas- und/oder aerosolleitende Verbindung der Teilstrecken (43) des Strömungskanals (42) des Reaktionsträgers (14) herstellt.
10. Messverfahren zur Messung einer Konzentration von gas- und/oder
aerosolförmigen Komponenten eines Gasgemisches mit einem Reaktionsträger (14), welcher einen sich zwischen zwei
Anschlusselementen (44) erstreckenden Strömungskanal (42) aufweist, wobei der Strömungskanal (42) in zwei Teilstrecken (43) aufgeteilt ist, die zumindest durch ein Trennelement (49) gasdicht von einander getrennt sind und in denen jeweils ein Gasbehandlungselement (47) vorgesehen ist, welches die chemischen oder physikalischen Eigenschaften des durchströmendes Gasgemisches verändert oder in Abhängigkeit der chemischen oder physikalischen Eigenschaften reagiert, und
einer Messvorrichtung (12), welche eine Gasfördereinrichtung (28) und
Gasanschlüsse (22, 28) umfasst,
mit den Verfahrensschritten:
Herstellen einer gas- und/oder aerosolleitende Verbindung zwischen den Teilstrecken (43) des Strömungskanals (42) durch Öffnen des Trennelements (49);
Herstellen einer gas- und/oder aerosolleitende Verbindung der Gasanschlüsse (22, 24) der Messvorrichtung (12) mit den Anschlusselementen (44) des
Strömungskanals (42) der Reaktionsträgers (14);
Fördern von zu messendem Gasgemisch durch den Strömungskanal (42) des Reaktionsträgers (14) und
Bestimmung einer Konzentration der zumindest einen Komponente mittels einer optisch detektierbaren Reaktion in zumindest einer der Teilstrecken (43) des
Strömungskanals (42).
PCT/EP2014/001008 2013-04-16 2014-04-15 Messvorrichtung, reaktionsträger und messverfahren WO2014170015A1 (de)

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