CH632843A5 - Vorrichtung zur quantitativen bestimmung von gas-, dampf- oder staubkonzentrationen in der luft. - Google Patents

Description

35 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Gas-, Dampf- oder Staubkonzentrationen in der Luft.

Vorrichtungen zur quantitativen Bestimmung von Gas-, Dampf- oder Staubkonzentrationen in der Luft sind bekannt 40 und wurden unter anderem verwendet, um den Grad der Belastung von Arbeitern gegenüber Fremdstoffen in der Luft, beispielsweise chemischen Dämpfen oder Rauchgasen, Staubteilchen oder dgl., zu bestimmen. Eine Vorrichtung wird in einem Arbeitsbereich aufgestellt und Luft wird durch ein Filter ge-45 pumpt, welches Fremdstoffe in der Luft zurückhält. Am Ende einer Aufnahmeperiode wird das Filter entfernt und auf irgendwelche Fremstoffe untersucht. Eine Schwierigkeit bei diesen Vorrichtungen lag darin, dass die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Vorrichtung nicht genau auf eine konstante Strö-50 mungsgeschwindigkeit eingeregelt wurde. Ist beispielsweise das Filter teilweise blockiert, so dass der Lufteintritt zeitweilig angehalten oder während einer Zeitspanne verringert ist, so ist es nicht möglich, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft einzustellen und zu erhöhen, um die Blockierung oder Verringerung der 55 durch das Filter der Vorrichtung tretenden Luft zu kompensieren. Jede Verringerung der Luftströmungsgeschwindigkeit verringert die vom Filter gesammelte Menge an Fremdstoffen und gibt dadurch eine ungenaue Anzeige.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur quantitativen Be-60 Stimmung von Gas-, Dampf- oder Staubkonzentrationen in der Luft weist die genannte Unzulänglichkeit praktisch nicht mehr auf.

Die Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Gas-, Dampf- oder Staubkonzentrationen in der Luft gemäss dieser 65 Erfindung ist im vorangehenden Patentanspruch 1 charakterisiert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.

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Fig. 1 ist ein Schaltbild der Vorrichtung, das dieses Gas zurückhält. Falls Dämpfe zurückgehalten werden

Fig. 2 ist ein Schaltbild des Differential-Welligkeitsfilters, sollen, so wird ein Filter, wie beispielsweise ein Kohlefilter, ver-

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten wendet, welches die Dämpfe zurückhält. Am Ende einer Perio-

Ausführungsform der Vorrichtung, welche einen Detektorkreis de, wie beispielsweise einer 8 Stunden-Schicht, während wel-

für niedrige Luftströmung und einen Batterieprüfkreis aufweist 5 eher das Dosimeter zur Überwachung eines Bereichs verwendet und wird, wird das Filter entfernt und auf den Stoff oder die Stoffe

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Zeitgeberkreises. untersucht, die im Arbeitsbereich vorhanden waren. Dabei

Die Vorrichtung hat Abmessungen von etwa 10,1 cm X kann eine einfache Auszählung der Teilchen unter einem Mi-

12,7 cm X 5,7 cm, sie ist widerstandsfähig ausgebildet, preis- kroskop verwendet werden oder das Filter kann analysiert wer-

wert und für eine industrielle Anwendung gut geeignet. 10 den, beispielsweise mittels eines Gaschromatographen oder zur

Die Vorrichtung wird in einem Arbeitsbereich angeordnet, Ermittlung der Gewichtserhöhung durch einen Gewichtsanaly-

um die Umgebung zu überwachen, der die Arbeiter ausgesetzt sator.

sind. Nachdem die Vorrichtung während einer Zeitspanne, die Eine Luftpumpe mit mehreren Zylindern und regelbarem gewöhnlich einer 8 Stunden-Schicht entspricht, betrieben wird, Antrieb wird in der Vorrichtung verwendet. Im allgemeinen wird das Filter entnommen und sein Inhalt analysiert. 15 wird eine Membranpumpe mit vier Zylindern verwendet, die

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist die grundlegende Anord- von etwa 5 bis 10 000 cm3 Luft/Minute bei kontinuierlicher nung der Arbeitsbereich-Vorrichtung dargestellt. Luft wird am oder nahezu kontinuierlicher Strömung fördert. Die Pumpe ist

Einlass 1 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit angesaugt elektrisch mit einem üblichen Gleichstrommotor mit 0,07457

und gelangt durch ein Filter 2. Der Lufteinlass und das Filter bis 74,57 W verbunden. Der Motor ist ein geschwindigkeitsre-

werden mittels eines Rohres mit einer Luftpumpe 3 mit mehre- 20 gelbarer Motor und arbeitet mit etwa 5 bis 10 000 U/Minute,

ren Zylindern und regelbarem Antrieb verbunden, die durch Gewöhnlich wird ein Riemen zur Verbindung des Motors mit einen elektrischen Gleichstrommotor 9 angetrieben wird. Die der Pumpe verwendet ; bei Verwendung einer Treibscheibenan-

Luft wird durch eine Öffnung 5 gepumpt, die in dem zur Aus- Ordnung kann durch Ändern der Grösse der verschiedenen lassöffnung führenden Rohr angeordnet ist und einen Luft- Treibscheiben die Drehzahl des Motors verändert werden. Ein druckabfall erzeugt. Ein Differential-Welligkeitsfilter 4 ist in 25 Vorteil des Treibriemens und der Treibscheiben liegt daran,

einem mit der Auslassöffnung verbundenen Rohr angeordnet dass der Treibriemen schlüpft, falls die Pumpe blockiert wird und liegt parallel zur Öffnung 5. Ein Druckschalter 6 liegt parai- und kein Motorschaden entsteht. Der Motor kann auch unmit-lel zum Differential-Welligkeitsfilter und wird durch jede Ände- telbar mit der Pumpe verbunden oder über ein Getriebe mit rung im Luftdruckabfall betätigt. Der Druckschalter 6 ist elek- dieser verbunden sein.

trisch mit dem Integratorkreis 7 verbunden, der das Eingangssi- 30 Ein Drosselventil ist in einem die Pumpe mit der Auslassöff-gnal vom Druckschalter verarbeitet und ein elektrisches Signal nung verbindenden Rohr angeordnet. Die Drosselöffnung ererzeugt. Das vom Integrator 7 erzeugte Signal wird dem Ver- zeugt einen Druckabfall im Luftstrom von etwa 0,762 bis 25,4 stärkerkreis 8 zugeführt, der das Signal verstärkt und das Signal cm Wassersäule. Gewöhnlich wird ein Druckabfall von etwa regelt die Geschwindigkeit des die Pumpe 3 antreibenden elek- 7,62 cm Wassersäule verwendet und entsprechend wird ein trischen Motors 9, um eine geregelte konstante Strömungsge- 35 Druckschalter mit einem Einstellpunkt von 7,62 cm Wassersäu-schwindigkeit der Luft durch die Vorrichtung zu gewährleisten. le eingesetzt. Es kann eine konstante oder einstellbare Drossel-Der Integrator und der Verstärker sind elektrisch mit einer Öffnung verwendet werden. Eine typische einstellbare Drossel-Gleichstrom-Leistungsquelle 11 verbunden, die gewöhnlich aus Öffnung, die vorzugsweise verwendet wird, ist ein verstellbares einer Batterie besteht. Ein Ein-Aus-Schalter 10 ist zwischen der Nadelventil. Beispiele von konstanten Drosselöffnungen sind Leistungsquelle 11 und dem Verstärker- und Integratorkreis 40 ein Venturirohr und eine Platte mit einem Loch gewünschter angeordnet. Grösse.

Für die Vorrichtung kann eine andere Anordnung als die Das Differential-Welligkeitsfilter beseitigt Druckanstiege vorausgehend erwähnte verwendet werden. Beispielsweise kann im Luftstrom, die von der Pumpe verursacht werden, so dass der die Öffnung rohrartig in Reihe mit dem Filter und der Pumpe Druckschalter nicht bei jedem vom Pumpenhub verursachten liegen. Die Pumpe saugt einen Luftstrom durch die Öffnung und « Druckanstieg anspricht, sondern bei einem Durchschnittsdruck-durch das Filter an. Wie vorausgehend erwähnt, sind ein Wellig- abfall an der Drosselstelle betätigt wird, wodurch die Lebenskeitsfilter und ein Druckschalter parallel zur Öffnung angeord- dauer des Druckschalters vergrössert wird. Das Welligkeitsfilter net und der Schalter misst jede Änderung in einem Luftdruck- verursacht ferner eine Verzögerung des zum Druckschalter ge-abfall. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind ein Filter langenden Drucksignals. Diese Verzögerung veranlasste den die und die Öffnung rohrförmig in Reihe mit einer Pumpe verbun- 50 Pumpe steuernden Schaltkreis, die Pumpendrehzahl in wiederden und die Pumpe saugt die Luft durch das Filter und die holbarer Weise zu erhöhen oder zu erniedrigen. Fig. 2 zeigt die Öffnung. Ein Welligkeitsfilter und ein Druckschalter liegen pa- Bauelemente des Differential-Welligkeitsfilters. Die von der rallel zur Öffnung und der Schalter misst jede Änderung im Pumpe kommende Luft fliesst durch die Drosselöffnung 5. Es Luftdruckabfall. Bei jeder der vorausgehenden Ausführungen wird ein Druckabfall an der Drosselöffnung 5 erzeugt, welche würde die Vorrichtung ohne Welligkeitsfilter arbeiten, aber die 55 am Einlass einen höheren Druck als an der Auslasseite der Lebensdauer des Druckschalters würde wesentlich verkürzt. Drosselöffnung 5 liefert. Der höhere Druck wird über die Dros-Ferner wird bei jeder der vorausgehend genannten Anordnun- selöffnung 12 und 13, die Anstiege im Luftstrom verringern, gen die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms durch die übertragen. Ein Druckanstieg im Luftstrom an der Einlasseite Grösse des Durchtrittsquerschnitts der Öffnung und dem zur der Drosselöffnung 5 tritt zunächst durch die Drosselöffnung 12 Betätigung des Druckschalters erforderlichen Druck bestimmt. 60 und füllt das Abteil A der Speicherkammer 14. In dieser Kam-

Das Filter 2 der Vorrichtung kann darauf abgestellt werden, mer gestattet eine biegsame Membran 15 eine beträchtliche Vo-

nahezu jede Art eines Stoffs, wie beispielsweise Gase, Flüssig- lumenänderung, bevor sich ausreichend Druck aufbaut und die keiten oder Festkörper, aufzufangen. Falls nur eine mediani- Lufströmung durch die Drosselöffnung drückt. Der in das Absehe Filtrierung erforderlich ist, beispielsweise um Staubteilchen teil A gelangende Druckanstieg veranlasst die Membran 15, sich zu sammeln, denen ein Arbeiter ausgesetzt ist, so wird ein Filter 65 zu bewegen, wodurch wiederum ein Druckimpuls im Abteil B

vorgesehen, welches Teilchen von 0,01 Mikron oder grösser oder der anderen Seite der Membran 15 erzeugt wird und verzurückhält. Falls das Filter ein Gas, wie beispielsweise Schwefel- anlasst diesen kleineren Druckimpuls, durch die Drosselöffnung dioxid, zurückhalten soll, wird ein chemisches Filter verwendet, 16 zur Niederdruckseite des Druckschalters 6 zu fliessen. Dieser

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Vorgang verringert im wesentlichen den Anstieg an der Hoch- Die Leistungsquelle ist gewöhnlich eine Batterie von etwa 5 druckseite des Druckschalters 6, der weiter durch die Drossel- bis 6 Volt. Im allgemeinen werden zwei Nickel-Cadmium-Bat-öffnung 13 gedämpft wurde. Die Auslassseite der Drosselöff- terien mit jeweils vier Zellen verwendet. Eine Gleichstrom-Leinung 5 muss mit der Niederdruckseite des Druckschalters ver- stungsquelle unter Verwendung eines gleichgerichteten Wech-bunden sein, so dass der Druckschalter 6 in differentieller Weise 5 selstroms kann ebenfalls eingesetzt werden.

arbeiten kann. Die Verbindung zur Niederdruckseite des Ein wahlweise in der Vorrichtimg verwendbarer Schaltkreis Druckschalters 6 wird durch Drosselöffnungen 16 und 17 her- ist ein Batterie-Prüfkreis. Der Schaltkreis verwendet einen Prägestellt, um dabei an der Drosselöffnung 5 erzeugte Druckan- zisions-Spannungsdetektor, der auf die Spannung einer jeden stiege weiter zu verkleinern. Das Differential-Welligkeitsfilter Zelle eingestellt werden kann und der derart eingestellt wird, dämpft somit die Luftdruckanstiege im Luftstrom und liefert io dass er bei der vollen Ladespannung der Batterie aktiviert wird, einen verhältnismässig konstanten Druckpegel an den Druck- , Eine Leuchtdiode, die durch einen Schalter eingeschaltet wird, Schalter, der den Mittelwert des an der Drosselöffnung 5 er- wird gewöhnlich zur Anzeige der vollständigen Ladung der Batzeugten Druckabfalls darstellt und ermöglicht einen weichen terie verwendet.

und kontinuierlichen Betrieb der Luftpumpe, da das vom Ein weiterer wahlweise verwendbarer Schaltkreis, der in der

Druckschalter erzeugte Signal vom Integratorkreis zur Steue- 15 Vorrichtung verwendet werden kann, ist ein Detektorkreis für rang des Betriebs der Luftpumpe verwendet wird. geringe Luftströmung, der mit dem Integratorkreis verbunden

Im allgemeinen wird ein Differentialdruckschalter verwen- ist und aktiviert wird, wenn das Spannungsausgangssignal des det, der einen Einstellpunkt aufweist, der etwa der gleiche wie Integratorkreises sich infolge einer Unterbrechung des durch der Druckabfall an der Drosselstelle ist und der auf eine Druck- das Dosimeter gepumpten Luftstroms auf einem höheren als abfalländerung im Luftstrom von etwa 0,0254 bis 1,27 cm Was- 20 dem normalen Betriebspegel befindet. Der Detektorkreis für sersäule anspricht. Die Empfindlichkeit des Schalters oder der geringe Strömung enthält einen bistabilen Multivibratorkreis,

zur Betätigung des Schalers erforderliche Druckbetrag be- der elektrisch mit einer Leuchtanzeige, wie beispielsweise einer stimmt die Anzahl der dem Integrator zugeführten Signalände- Leuchtdiode, verbunden ist.

rangen. Ein Schalter mit einem niedrigen Empfindlichkeitswert Ein weiterer wahlweise in der Vorrichtung verwendbarer würde weniger Ein-Aus-Signaländerungen zum Integrator lei- 25 Schaltkreis ist ein Zeitgeberkreis. Der Zeitgeber kann sowohl ten als ein Schalter hoher Empfindlichkeit. Es kann ein Schalter eine Zeitangabe aufweisen, welche die laufende Zeit liefert als mit konstantem Empfindlichkeitswert oder ein Schalter mit ein- auch eine Voreinstellung, durch welche die Pumpe am Ende stellbarem Empfindlichkeitswert verwendet werden. einer voreingestellten Zeitspanne angehalten wird.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, wird die Strömungsge- Es sind zwei Ausführungsformen der Zeitangabe erforder-

schwindigkeit des Luftstroms durch den Öffnungsquerschnitt 30 lieh, um alle verschiedenen Probeentnahme-Situationen zu um-

der Drosselöffnung und durch die Empfindlichkeit des Druck- fassen. Die erste Ausführungsform ist ein Zeitgeber, der sich schalters bestimmt. Falls ein Betrieb unter konstanten Betriebs- selbsttätig zu Beginn einer jeden Prüfperiode auf Null zurück-

bedingungen vorgesehen ist, so kann eine nicht verstellbare stellt, wenn der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Die zweite

Drosselöffnung mit einem Druckschalter konstanter Empfind- Ausführungsform ist ein Zeitgeber, der sich nicht zurückstellt,

lichkeit verwendet werden. Für einen Betrieb bei veränderli- 35 wenn die Pumpe ein- und ausgeschaltet wird und die gesamte chen Bedingungen kann eine einstellbare Drosselöffnung oder kumulative laufende Zeit erfasst. Diese Ausführungsform benö-

ein Druckschalter mit einstellbarer Empfindlichkeit verwendet tigt selbstverständlich einen getrennten, manuell betätigbaren werden, oder sowohl die Drosselöffnung als auch der Druck- Rückstellschalter, um die Rückstellfunktion durchzuführen.

Schalter können einstellbar sein. Fig..3 ist ein schematisches Schaltbild des Pumpensteuersy-

Der Integratorkreis nimmt das vom Druckschalter erzeugte 40 stems mit einem Druckschalter, der einen Integratorkreis treibt,

Ein-Aus-Signal auf und bildet daraus ein sich langsam verän- einem Verstärker, der den Pumpenmotor treibt, einem Detek-

derndes kontinuierliches Signal, das dem Verstärkerkreis zuge- torkreis für geringe Luftströmung und einer Batterie-Ladungs-

führt wird. Der Integratorkreis ist mit etwa + 0,6 Volt vorge- anzeige.

spannt und das vom Schalter kommende Signal steigt auf etwa In Fig. 3 hat die Batterìe B1, die den Schaltkreis mit Lei-

1,2 Volt an, wenn der Druckschalter betätigt wird und fällt auf 45 stung versorgt, ihre negative Klemme mit der gemeinsamen Lei-

etwa 0,0 Volt ab, wenn der Schalter inaktiviert wird. Der Inte- tung verbunden und ihre positive Klemme mit dem Leistungs-

gratorkreis erzeugt eine sich allmählich verringernde Ausgangs- Schalter SW1. Die andere Seite von SW1 ist mit der positiven

Spannung, die dem Verstärker zugeführt wird, wenn der Druck- Sammelleitung verbunden.

Schalter geschlossen ist und eine allmählich ansteigende Span- Der Verstärker A1 (der ein Operationsverstärker sein nung, wenn der Druckschalter offen ist. Der Integratorkreis ist 50 kann, beispielsweise einer der vier Verstärker in einem Opera-aus üblichen Transistoren, Kapzitäten und Widerständen aufge- tionsverstärker vom Typ LM 324) ist in einer integrierten Anbaut. Ein Ausführangsbeispiel des Integratorkreises wird an- Ordnung mit einem Rückkopplungskondensator C1 (üblicher-schliessend beschrieben. weise 6,8 Mikrofarad) verbunden, der, ausgehend von der Aus-

Der Verstärkerkreis empfängt das vom Integratorkreis er- gangsklemme, mit dem negierenden (-) Eingang des Verstär-zeugte Signal und verstärkt das Signal, so dass der elektrische 55 kers A1 verbunden ist. Der Eingangswiderstand R 3 (üblicher-Gleichstrommotor bei verschiedenen Geschwindigkeiten einge- weise 12 Megaohm) ist mit der negierenden Eingangsklemme A regelt werden kann, um eine konstante Strömungsgeschwindig- 1 verbunden. Die Werte von R 3 und C1 bestimmen die Inte-keit des Luftstroms durch das Dosimeter zu gewährleisten. Der griergeschwindigkeit und beeinflussen das Ansprechen des Re-Verstärkerkreis verstärkt das vom Integrator kommende Signal gelkreises. Die Werte sind so ausgewählt, um die beste Regeauf ein Maximum von etwa 96 % der Gesamtspannung der Lei- 60 lung bei der jeweiligen Pumpe und dem jeweiligen Differential-stungsquelle. Beispielsweise wird bei einer 5 Volt-Leistungs- Welligkeitsfilter zu ergeben.

quelle das Signal auf 4,8 Volt verstärkt. Im allgemeinen hat der Der Widerstand R1 (typischerweise 10 k Ohm) ist ausge-Verstärker eine Impedanz, die grösser als 10 Ohm ist und bis zu hend von der + Sammelleitung mit einer Anode der Diode CR 1 Megohm betragen kann. Jedoch kann ein Verstärker mit einer 1 (typischerweise vom Typ IN 4148) verbunden und die Katho-Impedanz von weniger als 10 Ohm verwendet werden, bei- 65 de von CR 1 ist mit der Anode der Diode CR 2 (typischerweise spielsweise mit einer Impedanz von 0,01 bis 10 Ohm. Der Ver- vom Typ IN 4148) verbunden, deren Kathode mit der gemeinstärker ist aus üblichen Transistoren, Kapazitäten und Wider- samen Leitung verbunden ist. Dies liefert eine Vorspannung ständen aufgebaut. von näherangsweise 0,6 Volt an der Anode von CR 2 und von

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1,2 Volt an der Anode von CR 1 infolge des Spannungsabfalls in dieser Schaltkreis einen breiten Spannungsbereich zum Motor, Vorwärtsrichtung der beiden Dioden. Der 0,6 Volt-Punkt ist typischerweise 0 bis 4,8 Volt, und liefert ein konstantes Span-mit der nicht-negierenden Eingangsklemme (+) des Verstär- nungs-Ausgangssignal, das bei einigen Pumpenanordnungen kers A1 verbunden um die + Eingangsklemme bei 0,6 Volt bevorzugt wird, beispielsweise wo eine sehr geringe Motordreh-über der gemeinsamen Leitung vorzuspannen, über einen Wi- 5 zahl für eine Niederdruckströmung erforderlich ist.

derstand R 4 (typischerweise 12 Megaohm), welcher Span- Das Ausgangssignal von A1 schwankt zwischen etwa 0 bis nungsabweichungserscheinungen des Verstärkers so gering wie 1,5 Volt während der normalen Regelung, kann jedoch allmäh-möglich hält. Ein Widerstand R 2 (typischerweise 22 k Ohm) ist lieh auf einen Sättigungspegel von näherungsweise 3 Volt anausgehend von der Eingangsklemme des Widerstands R 3 steigen (für eine Leistungs-Versorgungsspannung von 4,0 Volt), (Punkt B) mit der gemeinsamen Leitung oder Erde verbunden, io wenn die Pumpe den erforderlichen Luftstrom nicht aufrechter-Dies liefert 0,0 Volt an den Eingangswiderstand, wenn der halten kann, beispielsweise wenn das Einlassrohr verstopft und Druckschalter SW 2 offen ist. SW 2 ist typischerweise ein die Luftströmung blockiert ist. Indem abgetastet wird, wenn das Druckschalter, der bei 7,62 cm Wasserdruck arbeitet. Der Inte- Ausgangssignal von A12,5 Volt übersteigt, wird ein Detektor grator erzeugt eine sich allmählich verringernde Spannung an für geringe Strömung geschaffen. Daher ist der Verstärker A 3 der Verstärkerausgangsklemme, wenn SW 2 geschlossen ist und i5 (typischerweise lU von LM 324) mit seiner negierenden Eineine sich allmählich erhöhende Spannung, wenn SW 2 offen ist. gangsklemme mit einem Auslösespannungspegel verbunden. Die Spannung an der Ausgangsklemme des Verstärkers A1 ist Wird eine Spannung an den nicht-negierenden (+ ) Eingang von ein Motordrehzahlsignal, das bei Verstärkung durch einen an- A3 angelegt, die grösser als der Auslösespannungspegel ist, so schliessend beschriebenen Verstärker die Drehzahl des Pum- ändert sich das Ausgangssignal von A 3 vom normalen Nullpe-penmotors bestimmt. Eine Verbindung von + Sammelschiene 20 gel auf einen hohen Pegel von näherungsweise 4,8 Volt (bei und gemeinsamer Leitung wird zu A1 hergestellt, um Leistung einer 5 Volt-Leistungsquelle).

zu liefern. Diese Verbindungen liefern Leistung für A 2, A 3 Ein Widerstand R14 (typischerweise 47 kOhm) liegt zwi-

und A 4. sehen der + Sammelleitung und dem Widerstand R15 (typi-

Das Motordrehzahlsignal wird dem Verstärker A 2 (typi- scherweise 22 kOhm). Die andere Seite von R15 ist mit der scherweise V< eines Typs LM 324) zugeführt, über in Reihe 25 gemeinsamen Leitung verbunden. Die Verbindungsstelle zwi-angeschlossene Dioden CR 3 und CR 4 (üblicherweise IN 4143) sehen R14 und R15 ist an den negierenden (— ) Eingang von zum nicht-negierenden (+) Eingang von A 2 zugeführt. Der A 3 angeschlossen.

Lastwiderstand R6 liegt zwischen der Eingangsklemme von A 2 Eine Diode CR 6 (typischerweise IN 4148) ist, ausgehend und Erde. Das verstärkte Signal von der Ausgangsklemme von von der Ausgangsklemme von A 3, an die nicht-negierende A 2 wird der Basis des Transistors Q1 (typischerweise ein NPN so Eingangsklemme angeschlossen, um das Ausgangssignal von A Typ 2N 2926) über einen Widerstand R 8 (typischerweise 10 k 3 auf einem hohen Wert zu halten, selbst wenn das ursprüngli-Ohm) zugeführt. Das Signal vom Kollektor von Q 1 wird der che Spannungssignal weggenommen wird. Eine Diode CR 7 Basis der parallel-verbundenen Transistoren Q 2 und Q 3 (typi- (typischerweise IN 4148), ein Widerstand R17 (typischerweise schersweise PNP Typ 2N5226) über Widerstand RIO (typi- 220 Ohm), eine Leuchtdiode D1 (typischerweise HP 5082-scherweise 100 Ohm), der am Punkt A angeschlossen ist und 35 4484) und ein Prüfschalter SW 3 für kurzzeitige Betätigung über Widerstände RH und R12 (typischerweise 100 Ohm), liegen in Reihe zwischen der Ausgangsklemme von A 3 und der die vom Punkt A ausgehend mit den Transistorbasen verbunden gemeinsamen Leitung. Ist SW 3 geschlossen und das Ausgangssind, zugeführt. Das Ausgangssignal von den gemeinsamen Kol- signal von A 3 auf einem hohen Wert, so leuchtet D 1. Der lektoren von Q 2 und Q 3 wird dem Pumpenmotor M1 zuge- Verstärker A 3 kann auf einen Betrieb mit niedrigem Ausgangsführt, der ein drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ist. Die an- 40 signal zurückgestellt werden, indem der Schalter SW 1 geöffnet dere Seite von M1 ist mit der gemeinsamen Leitung verbunden, wird, um die Leistung vom Schaltkreis wegzunehmen. Ein Wi-Der Emitter von Q 1 ist mit der gemeinsamen Leitung über derstand R16 (typischerweise 1,2 Megaohm) ist zwischen der einen Widerstand Rll (typischerweise 220 Ohm) verbunden. nicht-negierenden Eingangsklemme von A 3 und der gemeinsa-Der Kondensator C 3 (typischerweise 0,01 Mikrofarad) ist, men Leitung angeordnet, um zu gewährleisten, dass A 3 nicht in ausgehend von der Basis mit dem Kollektor Q1 verbunden, um 45 unbeabsichtigter Weise in den Betriebszustand mit hohem Ausein Rauschen im Stromkreis zu verringern. Der Emitter von Q 2 gangssignal gelangt, wenn dem Schaltkreis erstmals eine Lei-und Q 3 ist mit der + Sammelleitung verbunden. Punkt A ist stungzugeführt wird. Ein Widerstand R13 (typischerweise 41 mit der + Sammelleitung über den Widerstand R 9 (typischer- kOhm) liegt zwischen der Ausgangsklemme von A1 und der weise 1 kOhm) verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand R 7 Anode der Diode CR 5 (typischerweise LN 4148), die ihrerseits (typischerweise 47 kOhm) ist, ausgehend von den Kollektoren so mit der nicht-negierenden Eingangsklemme von A 3 verbunden von Q 2 und Q 3, mit der negierenden ( — ) Eingangsklemme ist und das Signal von A1 mit dem Strömungsdetektorkreis von A 2 zur Lieferung einer negativen Rückkopplung verbun- koppelt. Der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von CR 5 den. Die negierende Eingangsklemme von A 2 ist mit der ge- trägt dazu bei, Streusignale an einer unbeabsichtigten Auslö-meinsamen Leitung über den Widerstand R 5 (typischerweise sung des Detektors für niedrige Strömung zu hindern. Bei die-2,2 kOhm) verbunden. 55 sem Aufbau braucht der Schaltkreis normalerweise 20 Sekun-

Die Widerstände R 5 und R 7 bestimmen den Gesamtspan- den, nachdem die Strömung unterbrochen wurde, bis der nungsgewinn des Kreises vom Ausgang A1 zu der am Pumpen- Schaltkreis auslöst. Diese Zeit kann verkleinert werden, indem motor zugeführten Spannung. Diese Widerstände können der- das Verhältnis von R14 zu R15 vergrössert wird.

art eingestellt werden, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Ein Batterie-Prüfkreis wird auf der Grundlage einer beson-schnellem Regelansprechen und stabilen Betrieb in Pumpen mit 60 deren Leuchtdiode D 2 (typischerweise HP 5082-4732 von verschiedenen Charakteristiken zu liefern. Der Kondensator C Hewlett-Packard Corporation) aufgebaut, die bei einem be-2 (typischerweise 0,01 Mikrofarad) ist, ausgehend von der Aus- stimmten Wert der zugeführten Spannung (typischerweise 2,4 gangsklemme A 2, mit der negierenden Eingangsklemme von A Volt) aufleuchtet. Ein Verstärker A 4 (typischerweise lU von 2 zur Verringerung eines Stromkreisrauschens verbunden. Die- LM 324) treibt mit einem Ausgangssignal einen Transistor Q 4 se Verbindung von A 2, Q1, Q 2, Q 3 und ihrem zugeordneten 55 (typischerweise 2N 2926). Der Kollektor von Q 4 ist mit der + Widerstand und ihren zugeordneten Kondensatoren stellt einen Sammelleitung verbunden. Der Emitter von Q 4 ist mit der von vielen Verstärker-Schaltkreisen dar, die sich zur Verstär- negierenden (— ) Eingangsklemme von A 4 verbunden und lie-kung des Motordrehzahlsignals von A 1 eignen, jedoch liefert fert eine einfache Verstärkung für die der nicht-negierenden

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Eingangsklemme (+) zugeführten Signale. Der Emitter von Q 4 ist mit der Anode (oder + Eingangsklemme) von D 2 verbunden und die Kathode von D 2 ist an eine Seite des Schalters SW

3 angeschlossen. Die andere Seite von SW 3 ist mit der gemeinsamen Leitung verbunden. D 2 leuchtet auf, wenn SW 3 geschlossen wird und das Ausgangssignal von A 4 grösser als eine Triggerspannung (typischerweise 2,4 Volt) ist. Ein Widerstand R18 (typischerweise 100 kOhm) liegt zwischen der 4- Sammelleitung und der nicht-negierenden (+) Eingangsklemme von A

4 und ein Widerstand R19 (typischerweise 100 kOhm) liegt zwischen der (+) Eingangsklemme von A 4 und der gemeinsamen Leitung. Das Verhältnis von R18 und R19 kann eingestellt werden, um 2,4 Volt der nicht-negierenden Eingangsklemme von A 4 beim gewünschten Batterie-Spannungsprüfpe-gel zuzuführen, der typischerweise 5,15 Volt für eine Batterie beträgt, die durch Verbindung von vier wiederaufladbaren Nik-kel-Cadmium-Zellen in Reihe aufgebaut ist.

Ein Zeitrelaiskreis, das zum Anhalten der Pumpe nach einer voreingestellten Zeitspanne verwendet wird, könnte in den vorausgehend beschriebenen Integratorkreis an der Verbindung von R3, R4 und SW2 (Punkt B) der Fig. 3 eingefügt werden. Ein an diesem Punkt zugeführtes positives Spannungssignal veranlasst den Integrator, seinen Ausgang zu verkleinern, und der Motor Ml kommt schliesslich zum Stillstand.

Schaltungsausführungen für elektronische Festkörper-Zeit-relais, die sich für diese Anwendimg eignen, sind wohl bekannt und zahlreich. Die Schaltkreise können aus diskreten Komponenten (wie beispielsweise Transistoren, Widerständen usw.) aufgebaut sein oder aus hochintegrierten Kreisen, wie sie in Armbanduhren mit Festkörperschaltkreisen verwendet werden. Ein zweckmässiger Schaltkreis eines Zeitrelais mit den gewünschten Merkmalen ist in Fig. 4 dargestellt, das ein Blockschaltbild eines digitalen Zeitrelais ist.

Ein Oszillator ICI liefert ein Impulssignal mit einer typischen Frequenz von 4660 Impulsen je Sekunde als die Basis für die Zeitgabefunktion. Dieses Impulssignal wird durch einen Vorteiler IC2 auf eine kleinere Impulsfolge, wie beispielsweise 128 Impulse je Stunde, geteilt. Dieses kleinere Signal wird das Eingangssignal für einen zweiten Teiler IC3 mit Ausgangssignalen von 10 geteilt durch zwei (-5-2).

Für die Zeitrelaisfunktion werden die Ausgangsklemmen mit einer Reihe von zehn Lampen verbunden, die mit 1 Min., 2 Min., 4 Min., 8 Min., 1h Stunde, 1h Stunde, 1 Stunde, 2 Stunden, 4 Stunden und 8 Stunden bezeichnet sind. Die Frequenz von 128 Impulsen je Stunde ergibt bei einer Teilung durch 2 64 Impulse je Stunde, was näherungsweise 1 Impuls je Minute entspricht und so gekennzeichnet wird. Die Frequenz von 64 Impulsen je Stunde ergibt bei einer Teilung durch 2 32 Impulse je Stunde, was näherungsweise 2 Impulsen je Minute entspricht und so gekennzeichnet wird; entsprechend wird weiter verfahren bis zu 4 Impulsen je Stunde, was 1 Impuls je 'A Stunde 5 entspricht und so gekennzeichnet wird, und so weiter bis zur letzten Ausgangsklemme, entsprechend 128 Impulsen je Stunde, geteilt durch 10-mal 2 (oder 210 oder 1024), was einem Impuls in 8 Stunden entspricht und so gekennzeichnet wird. Ein derartig aufgebautes Zeitrelais kann jeder Zeit abgelesen wer-lo den, indem der Schalter SW 4 geschlossen wird und die Werte aller beleuchteten Lampen addiert werden.

Für die voreingestellte Anhaltefunktion werden die Ausgänge von IC3 ferner mit einem Koinzidenz-Detektorkreis IC4 verbunden, dem auch eine Gruppe von Eingangssignalen von 15 den voreingestellten Schaltern zugeführt wird. Der Koinzidenz-Detektor liefert ein STOP-Ausgangssignal, wenn zwischen den beiden Sätzen von Eingangssignalen Koinzidenz vorliegt (wenn die Muster der beiden Signalgruppen genau übereinstimmen). Das STOP-Signal veranlasst den Pumpenregelkreis abwärts zu 20 integrieren (und die Pumpe anzuhalten) und signalisiert ferner dem Oszillator, zu stoppen.

Die Teiler IC2 und IC3 werden normalerweise durch ein Rückstellsignal auf Null zurückgestellt, das jedes Mal erzeugt 25 wird, wenn die Vorrichtungspumpe eingeschaltet wird. Der Schalter SW5 kann geöffnet werden und das Zeitrelais wird nicht zurückgestellt. Dies ist zweckmässig bei Verwendung des Zeitrelais bei der Summenbildung einer Reihe von Zeitperioden. Offensichtlich müssen die Teiler IC2 durch eine von der 30 Vorrichtungspumpe getrennte Stromquelle mit Leistung versorgt werden, die immer eingeschaltet bleibt, falls diese integrierten Schaltkreise üblicher Bauart sind, die immer Leistung haben muss, um das Ausgangssignal zu speichern.

Beim praktischen Betrieb der Vorrichtung wird dieses in 35 einem Bereich aufgestellt, in dem die Arbeiter tätig sind. Gewöhnlich ist eine 8 Stunden-Schicht die Zeitspanne, während der die Vorrichtung betrieben wird. Am Ende der Schicht wird der Schaltkreis geprüft, um zu bestimmen, ob der Einlass während dieser Periode blockiert wurde, indem die Leuchtdiode 40 (Dl der Fig. 3) beobachtet wird, während der Kurzzeitschalter (SW 3 der Fig. 3) niedergedrückt wird. Leuchtet die Diode auf, so erfolgte eine Blockierung während der Schicht. Das Filter wird anschliessend aus der Vorrichtung entnommen und einem Laboratorium zur Analyse eingesandt und die Ergebnisse wer-45 den aufgezeichnet. Falls eine unzulässig hohe Belastung aufgetreten ist, können die Arbeiter aus dem jeweiligen Bereich abgezogen und mit einer anderen Arbeit betraut werden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Gas-, Dampf- oder Staubkonzentrationen in der Luft, mit einem Elektormotor, einer Leistungsquelle, einer Auslassöffnung und einer Filteranordnung, in der Teilchen, Gase oder Dämpfe, die in einem mit geregelter konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch die Vorrichtung gepumpten Luftstrom vorhanden sind, gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Teile enthalt:

   eine mehrere Zylinder und einen Regelantrieb aufweisende Pumpe (3), die rohrartig mit der Filteranordnung (2) verbunden und mit dem Elektrototor (9) gekoppelt ist und den Luftstrom durch die Filteranordnung saugt, eine Öffnung (5), die im Rohr vorgesehen ist, das mit der Pumpe (3) und der Auslassöffnung verbunden ist, so dass der Luftstrom durch die Öffnung (5) gepumpt wird und dadurch einen Luftdruckabfall erzeugt, ein Differential-Welligkeitsfilter (12—16), das in einem mit der Auslassöffnung verbundenen Rohr angeordnet ist und parallel zur Öffnung (5) liegt und die Welligkeit im Luftstrom verkleinert, einen Differentialdruckschalter (6), der in einem Rohr parallel zum Differential-Welligkeitsfilter (12-16) liegt und durch eine Änderung im Luftdruckabfall des Luftstroms betätigt wird und ein elektrisches Niederspannungssignal liefert, einen elektrisch mit einer Leistungsquelle (Bl) und dem Druckschalter (6 ; SW2) verbundenen Integratorkreis, der das vom Druckschalter erzeugte Niederspannungssignal integriert, einen elektrisch mit der Leistungsquelle (Bl) verbundenen Verstärkerkreis, der in Reihe mit dem Integratorkreis und dem Elektromotor liegt und das vom Integratorkreis erzeugte Signal verstärkt und dem Elektromotor (Ml) zuführt, um dadurch die Drehzahl des die Pumpe treibenden Motors abhängig von dem vom Druckschalter (6 ; SW2) erzeugten Signal zu regeln, um den Luftstrom konstant zu halten.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine mehrere Zylinder aufweisende Kolbenpumpe ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine Vier-Zylinder-Membranpumpe ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) ein einstellbares Nadelventil ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (6 ; SW2) durch einen Luftdruckabfall von 7,62 cm Wassersäule und eine Luftdruckabfalländerung von 0,0254 bis 1,27 cm Wassersäule betätigt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integratorkreis auf etwa +0,6 Volt vorgespannt ist und das Signal vom Integratorkreis allmählich auf etwa +1,2 Volt ansteigt, wenn der Druckschalter (6 ; SW2) betätigt wird und allmählich auf Null Volt absinkt, wenn der Druckschalter inaktiviert wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerkreis das vom Integratorkreis kommende Signal auf ein Maximum von etwa 96% der Gesamtspannung der Leistungsquelle verstärkt und eine Impedanz von mehr als 10 Ohm aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsklemme des Integratorkreises ein Detektorkreis für geringe Luftströmung angeschlossen ist, der einen bistabilen Multivibratorkreis enthält, der elektrisch mit einer Anzeigelampe verbunden ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Leistungsquelle, die aus einer Batterie (Bl) besteht, ein Batterie-Prüfkreis verbunden ist, der einen Präzisions-spannungsdetektor aufweist, der auf die volle Ladespannung der Batterie einstellbar ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeitrelaiskreis, der elektrisch mit der Leistungsquelle (Bl) verbunden ist, und die Betriebszeit der Pumpe angibt und die Pumpe nach einem gegebenen Zeitintervall abschalten kann.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine Membranpumpe mit vier Zylindern ist, s dass die Öffnung (5) ein einstellbares Nadelventil ist, das einen Luftdruckabfall von etwa 7,62 cm Wassersäule erzeugt,

    dass der Luftdruckschalter (6;SW2) bei einer Luftdruckänderung von 0,254 bis 1,270 cm Wassersäule betätigt wird,

    dass der Integratorkreis auf etwa +0,6 Volt vorgespannt ist io und das Signal vom Integratorkreis allmählich auf etwa +1,2 Volt ansteigt, wenn der Druckschalter (6 ; SW2) betätigt wird und allmählich auf Null Volt abfällt, wenn der Druckschalter inaktiviert wird,

    dass der Verstärkericreis das vom Integratorkreis kommen-15 de Signal auf ein Maximum von etwa 96% der Gesamtspannung der Leistungsquelle verstärkt und eine Impedanz von weniger als 10 Ohm aufweist,

    dass die Leistungsquelle eine Nickel-Cadmium-Batterie von 5,5 Volt ist und elektrisch mit einem Detektorkreis für geringe 20 Luftströmung verbunden ist, der mit der Ausgangsklemme des Integratorkreises verbunden ist und einen bl stabilen Multivibratorkreis enthält, der elektrisch an eine Anzeigelampe angeschlossen ist,

    dass ein Batterie-Prüfkreis einen Präzisionsspannungsde-25 tektor enthält, der auf etwa 5,2 Volt einstellbar ist, und dass ein Zeitrelaiskreis elektrisch mit der Leistungsquelle (Bl) verbunden ist und die Betriebszeit der Pumpe anzeigt und die Pumpe nach einem gegebenen Zeitintervall abschalten kann.

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