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Dosiereinrichtungen für Gasanalysegeräte Ein bekanntes Gasanalysegerät,
insbesondere zur Erfassung geringer Spuren von Schwefelwasserstoff in Gasen aller
Art und in Luft, arbeitet nach folgendem Prinzip: Ein mit einem Reagenzgetränktes
schmales Papierband, das auf das betreffende Gas, beispielsweise auf Schwefelwasserstoff,
reagiert und sich durch dessen Einwirkung je nach der Konzentration mehr oder weniger
verfärbt, durchläuft mit konstantem Vorschub nacheinander eine Vergleichskammer
und eine Meßkammer. Die Vergleichskammer enthält Luft. Der Meßkammer wird das zu
untersuchende Gas in gleichbleibender Menge zugeführt. Das Reagenzpapierband wird
in beiden Kammern durch eine gemeinsame Lampe angestrahlt. Die Papierhelligkeit
wirkt auf zwei Lichtelemente ein. Das erste Lichtelement empfängt das Licht des
weißen Papierbandes der Vergleichskammer, während das von dem mehr oder weniger
geschwärzten Papier innerhalb der Meßkammer ausgehende Licht dem zweiten Lichtelement
zugeführt wird. Der daraus resultierende Differenzstrom ist dem Gasgehalt, beispielsweise
dem Schwefelwasserstoffgehalt, des untersuchten Gases proportional und wird mit
einem Meßgerät gemessen.
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Dieses Gasanalysegerät hat einen normalen Meßbereich von 0 bis 25
H2.S je Normalkubikmeter bei einem Meßgasdurchfluß von 100 cm8ímin. Man kann wohl
durch Verringerung des Durchsatzes auf 50 cmgimin und Verdoppelung Ider Papiergeschwindigkeit
auf den vierfachen Wert kommen, größere Konzentrationen sind aber nicht mehr meßbar,
da die zu messende Menge den Meßbereich des Analysengerätes übersteigt. Diese Fälle
treten dann auf, wenn es sich um Spurenmeßgeräte, beispielsweise für Schwefelwasserstoff,
handelt, mit denen Verunreinigungen in einem gereinigten Gas festgestellt werden
soll und die außerdem zur Messung des ungereinigten Gases benutzt werden sollen.
Das Mengenverhältnis kann in diesem Falle 1: 1000 und mehr betragen.
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Man hat sich in diesen Fällen bisher so geholfen, daß man zu einer
abgemessenen Menge Luft, zu einem inerten Gas oder zu einem anderen Gas, das die
Analyse nicht beeinflußt, eine dem Meßbereich des Analysengerätes entsprechende
Menge des zu messenden Gases hinzufügt.
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Es ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine Flüssigkeitsprobe in
einen Gaschromatographen eingespritzt wird. Diese Vorrichtung besteht aus einem
länglichen Kolben mit einer diagonalen Bohrung, der in einem Rohr verschiebbar angeordnet
ist. In der einen Endstellung wird die zu untersuchende Flüssigkeit entnommen; in
der anderen Endstellung nimmt das Spülgas die Flüssigkeitsprobe mit und bringt sie
zu dem Gaschromatographen. Damit das Spülgas den Dosierkolben durchspülen kann ist
das Rohr in der einen Endstellung des Kolbens mit zwei Einlaßöffnungen und einer
Auslaßöffnung für das Spülgas versehen. Wenn sich der Dosierkolben nicht in dieser
Endstellung befindet, strömt das Spülgas durch das Rohr und füllt dieses bis an
den Kolben. Befindet sich der Dosierkolben in dieser Endstellung, so strömt das
Spülgas durch die diagonale Bohrung des Kolbens und nimmt die Flüssigkeitsprobe
mit. Außer der sehr kleinen Flüssigkeitsprobe hat diese Vorrichtung den Nachteil,
daß sich vor dem Kolben Spülgas und hinter dem Kolben Probenflüssigkeit befindet,
wobei jeweils der ganze Kolben ausgefüllt ist. Bei der Bewegung des Kolbens entsteht
eine unerwünschte Pumpwirkung, denn das Spülgas bzw. die Probenflüssigkeit müssen
jeweils wieder aus dem Kolben herausgedrückt werden. Diese Pumpwirkung ist bei der
Untersuchung von Flüssigkeiten nicht schädlich.
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Bei der Untersuchung von Gasen ergeben sich durch diese Pumpwirkung
jedoch Druckänderungen und damit Mengenänderungen, die das Untersuchungsergebnis
in unerwünschter Weise beeinträchtigen.
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Eine andere Vorrichtung zum automatischen Einführen bemessener Flüssigkeitsmengen
in einen Gaschromatographen besteht aus einem in einer Buchse zwischen zwei Endstellungen
verschiebbar gelagerten Kolben, der mit Bohrungen zum Verbinden der in der Buchse
liegenden Kanäle versehen ist. In dem Kolben sind zwei Bohrungen und in der Buchse
ist ein Trägergaskanal, dem zwei Probenflüssigkeitskanäle in gleichen Abständen
benachbart sind, angeordnet, wobei der Abstand zwischen einem Probenflüssigkeitskanal
und dem Trägerkanal gleich dem Abstand der beiden Bohrungen im Kolben ist,
so
daß in jede der beiden Stellungen des Kolbens der Durchfluß von Trägergas und Probenflüssigkeit
gewährleistet ist.
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Bei dieser Vorrichtung sind die beiden Bohrungen in den Kolben als
Ringnuten eingearbeitet.
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Durch die Bewegung des Kolbens werden die Bohrungen in dem Gehäuse
während des Verschiebens geschlossen. Hierdurch wird der gleichmäßige Fluß sowohl
des Trägergases als auch der Probenflüssigkeit gestört. Es treten unerwünschte Druckerhöhungen
auf, die bei Freigabe der Bohrungen dazu führen, daß Trägergas und Probenflüssigkeit
mit Stoß abfließen. Dadurch ändert sich die Meßmenge, und es ergeben sich Fehlmessungen.
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Außerdem bedingt der nicht kontinuierliche Durchfluß von Trägergas
und Meßflüssigkeit eine unerwünschte Verzögerung, weil der Durchfluß während des
größten Teiles des Kolbenweges gesperrt und nur kurzzeitig an den Umkehrpunkten
freigegeben ist.
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Die erfindungsgemäßen Dosiereinrichtungen sind in den Patentansprüchen
definiert. Sie haben folgenden entwicklungsraffenden technischen Fortschritt erbracht:
Die neuen Dosiereinrichtungen sind einfach herzustellen. Vorteilhaft bestehen Kolben
und Gehäuse aus dem gleichen gehärteten Material, insbesondere aus Material gleicher
Härte, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, damit Kolben und Zylinder von dem
zu untersuchenden Gas, beispielsweise Schwefelwasserstoff, nicht angegriffen werden.
Außerdem ist bei dem Kolbenschieber eine ausreichende obere deckung der Ringnuten
in dem Gehäuse mit der Dosierkammer in dem Kolben gegeben, damit ist eine gute Abdichtung
vorhanden, denn die Entfernung der beiden Ringnuten im Gehäuse kann günstig gewählt
werden. Außerdem ist eine große Variationsmöglichkeit im Dosiervolumen durch entsprechende
Wahl des Kolbendurchmessers und der Größe der Dosierkammer sowie durch die Hubzahl
in der Zeiteinheit gegeben. Weiterhin ist eine Anzeigeverzögerung nicht vorhanden,
da die eine Ringnut im Gehäuse dauernd vor dem zu untersuchenden und zu dosierenden
Gas durchströmt und das durch die Dosierkammer im Kolben gebildete Dosiervolumen
bei seinem Eintritt in die zur Meßkammer führende andere Ringnut sofort von dem
strömenden Spülgas mitgenommen wird. Schließlich ist infolge der geringen Bewegungsgeschwindigkeit
an den Endpunkten des Kolbenweges genügend Zeit zur Füllung der Dosierkammer vorhanden.
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Die Dosierkammer des Kolbens läßt sich auf verschiedene Weise herstellen,
sie kann entweder durch eine ringförmige Nut, eine Querbohrung oder durch seitlich
angefräste Flächen hergestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Kolbenschieber
aus zwei Teilen, um die Größe der Dosierkammer und damit das Dosiervolumen einstellen
zu können.
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Vorteilhaft wird der Kolbenschieber der Dosiereinrichtung von dem
Uhrwerk für den Transport des Reagenzpapierbandes der Meßeinrichtung mit angetrieben,
da dann der Kolbenschieber zwangsweise mit dem Transport synchron läuft. Es ist
aber auch möglich, die Dosiereinrichtung durch einen Elektromagneten mit Rückzugfeder
zu betreiben, dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Dosierung intermittierend
mit einem den Aufgaben des Gas-
analysengerätes entsprechenden Programm zu gestalten.
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Einzelheiten der neuen Dosiereinrichtungen werden an Hand der in
den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Dosiereinrichtung
mit dem Kolbenschieber und der Dosierkammer in der Zuleitung des zu untersuchenden
Gases, F i g. 2 die Dosiereinrichtung mit dem Kolbenschieber und der Dosierkammer
in Mittelstellung, F i g. 3 die Dosiereinrichtung mit dem Kolbenschieber und der
Dosierkammer in der Meßleitung, Fig. 4 einen Schnitt durch den Kolbenschieber mit
ringförmiger Nut als Dosierkammer, F i g. 5 einen Schnitt durch den Kolbenschieber
mit einer Bohrung als Dosierkammer, F i g. 6 einen Schnitt durch den Kolbenschieber
mit angefrästen Flächen, F i g. 7 einen Kolbenschieber mit verstellbarer Dosierkammer,
Fig. 8 die Dosiereinrichtung mit Antrieb durch einen Elektromagneten, Fig. 9 und
10 zwei Schemen von Gasanalysegeräten mit Dosiereinrichtungen.
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In Fig. 1 befindet sich in dem Gehäusel eine zylindrische Bohrung
2, in der der Kolben 3 durch den Kurbeltrieb 4 hin und her bewegt wird. Der Kolben
3 ist in der Mitte mit einer ringsumlaufenden Nut 5 versehen, die die Dosierkammer
bzw. das Dosiervolumen bildet. Durch die Hin- und Herführung des Kolbens 3 ergibt
sich für die Dosierkammer 5 ein bestimmter Weg. An den beiden Enden dieses Weges
ist in dem Gehäusel je eine Ringnut 6 und 7 angebracht. Durch den Einlaßstutzen
8 strömt das zu untersuchende und zu dosierende Gas (Analysengas) in die Ringnut
6 ein, durchströmt diese und verläßt sie durch den Auslaßstutzen 9. Durch den Einlaßstutzen
10 wird beispielsweise Luft zugeführt, die nach Durchströmen der Ringnut 7 durch
den Auslaßstutzen 11 wieder austritt und von dort zur Meßkammer geleitet wird.
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In Fig.2 hat der Kolben 3 nach 900 Drehung des Kurbeltriebes 4 die
Mittelstellung erreicht, in der die Dosierkammer 5 zwischen den beiden Ringnuten
6 und 7 steht. Die Dosierkammer 5 hat aus der Ringnut 6 die durch ihre Größe vorbestimmte
Menge des zu untersuchenden Gases mitgenommen.
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Die Dosierkammer ist jetzt durch die Gehäuseüberdeckung abgeschlossen.
Mit der Bewegung des Kolbens 3 in Richtung auf die Ringnut 7 transportiert die Dosierkammer
5 die eingeschlossene Gasmenge dorthin. Über den Einlaßstutzen 8, die Ringnut 6
und den Auslaßstutzen 9 strömt weiterhin das untersuchende Gas; gleichzeitig strömt
durch den EinlaßstutzenlO, die Ringnut 7 und den Auslaßstutzen 11 weiterhin Luft
zu der Meßkammer.
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In Fig. 3 hat der Kolben 3 nach einer weiteren Drehung des Kurbeltriebes
4 um 900 die andere Endstellung des Kolbenweges erreicht. Das in der Dosierkammer
5 eingeschlossene Volumen des zu untersuchenden Gases ist jetzt in die Ringnut 7
gelangt. Hier wird es von der durchströmenden Luft mitgenommen und zur Meßkammer
des Gasanalysengerätes transportiert. Durch den Einlaßstutzen 8, die Ringnut 6 und
den Auslaßstutzen 9 strömt weiterhin das zu untersuchende Gas.
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Bei weiterer Drehung des Kurbeltriebes 4 um 1800 hat der Kolben 3
den Ausgangspunkt wieder
erreicht, so daß sich die Dosierkammer5,
wie in F i g. 1 dargestellt, wieder in der Ringnut 6 befindet.
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Die in der Dosierkammer befindliche Luft wird durch das durch den
Einlaßstutzen 8 über die Ringnut 6 zum Auslaßstutzen 9 strömende, zu untersuchende
Gas verdrängt, d. h., die Dosierkammer 5 füllt sich wieder mit Meßgas. Da die Dosiereinrichtung
dauernd von dem zu untersuchenden Gas durchströmt wird, ist immer frisches Meßgas
an der Entnahmestelle, d. h. in der Ringnuten, vorhanden.
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Eine Anzeigeverzögerung ist demnach ausgeschlossen.
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Die Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen verschiedenartige, einander äquivalente,
als Dosierkammer dienende Ausnehmungen im Kolben.
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Die Fig. 4 zeigt eine ringförmige Nut 12, deren Tiefe und Breite
variiert werden kann. Die F i g. 5 zeigt den Kolben 3 mit einer Bohrung 13 als Dosierkammer,
deren Durchmesser in bestimmten Grenzen verändert werden kann. Die Fig. 6 zeigt
eine Dosierkammer, die durch Einfräsungen 14 des Kolbens 3 entstanden ist. In allen
drei Fällen kann zur Anderung der Größe der Dosierkammer auch der Außendurchmesser
des Kolbens 3 variiert werden.
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In Fig. 7 ist ein Kolben dargestellt, bei dem die Größe der Dosierkammer
einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist der Kolben 3 an seinem dem Kurbeltrieb 4 abgewandten
Ende mit einem Zentrierschaft 15 mit Gewindezapfen 16 versehen, auf den eine Hülse
17 aufgeschraubt ist. Durch das Verschieben dieser Hülse 17 auf dem Zentrierschaft
15 wird die Breite der ringförmigen Nut und damit die Größe der Dosierkammer und
das Dosiervolumen verändert.
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Mit Hilfe der Gegenmutter 18 wird die Einstellung der Hülse 17 gesichert.
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In Fig.8 ist gezeigt, wie der Kurbeltrieb beispielsweise durch einen
Elektromagneten 19 ersetzt werden kann. Im angezogenen Zustand des Magneten 19 -
wie dargestellt - befindet sich die Dosierkammer 5 in Höhe der Ringnut 7, im stromlosen
Zustand befördert die Feder 18 den Kolben 3 mit der Dosierkammer 5 vor die Ringnut
6; dabei ist es gleichgültig, ob die Dosierkammer 5 bei angezogenem oder bei stromlosem
Magneten gefüllt wird.
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An Hand der F i g. 9 wird der Anbau einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung
an ein bekanntes Gasanalysengerät erläutert. In der Zuleitung 21 des zu untersuchenden
Gases befindet sich ein Druckregler22, der dafür sorgt, daß der Druck in der Dosiereinrichtung
eine bestimmte Höhe nicht überschreiten kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß
ein Überströmen des zu untersuchenden Gases in der Dosiereinrichtung von der Ringnut
6 zu der Ringnut 7 erfolgt. In der Meßleitung 23 ist vorwiegend ein Druck von etwa
50 bis 100 cm WS vorhandeln; man ist daher bestrebt, in der Zuleitung 21 des zu
untersuchenden Gases den gleichen Druck zu erhalten. Demselben Zweck dient die hinter
der Dosiereinrichtung in der Ableitung 24 des zu untersuchenden Gases angeordnete
Kapillare 25. Die Wassersäule 26 zeigt den in der Leitung Ides zu untersuchenden
Gases vorhandenen Druck an. In der Ringnut 6 muß immer der gleiche Druck vorhanden
sein, damit die von der Dosierkammer 5 entnommene Gasmenge gleich groß bleibt. Der
Inhalt der Dosierkammer 5 wird sonst in Abhängigkeit von dem Druck in der Gasleitung
größer oder kleiner.
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Man arbeitet daher mit einem konstanten Überdruck gegen die Atmosphäre
von beispielsweise 80 mm WS.
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Die durch die Dosierkammer 5 in die Ringnut 7 transportierte Menge
des zu untersuchenden Gases wird von der als Spülgas verwendeten Luft durch die
Meßleitung 23 zu der Meßkammer 27 transportiert. In der Meßkammer 27 wirkt das Meßgas
in bekannter Weise auf das Reagenzpapierband 28 ein, das durch den Vorschub 29,
beispielsweise einen Uhrwerksmotor, intermittierend, beispielsweise mit zwölf Schritten
in der Minute, angetrieben wird. Die Ableitung der Luft aus der Meßkammer 27 erfolgt
über die Leitung 30. Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in
den F i g. 1 bis 3.
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Die Fig. 10 zeigt das gleiche Schema eines Gasanalysegerätes mit
Dosiereinrichtung wie F i g. 9.
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Lediglich der Druckregler 22 ist durch eine Kapillare 31 in der Zuleitung
21 des zu untersuchenden Gases versetzt worden. Diese Kapillare31 sorgt ebenfalls
dafür, daß in der Dosiereinrichtung kein unzulässig hoher Druck auftreten kann.
Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in F i g. 9.