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DE3818784A1 - Verfahren zur kompensation der feuchtigkeitsabhaengigkeit bei einer photoionisations-gasanalyse und detektor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur kompensation der feuchtigkeitsabhaengigkeit bei einer photoionisations-gasanalyse und detektor zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3818784A1
DE3818784A1 DE3818784A DE3818784A DE3818784A1 DE 3818784 A1 DE3818784 A1 DE 3818784A1 DE 3818784 A DE3818784 A DE 3818784A DE 3818784 A DE3818784 A DE 3818784A DE 3818784 A1 DE3818784 A1 DE 3818784A1
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Byron Lee Carnahan
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Mine Safety Appliances Co
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/64—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Abnahme der Empfindlichkeit eines Photoionisations-Gasde­ tektors bei zunehmender Feuchtigkeit des zu analysierenden Gases sowie einen Photoionisations-Gasdetektor zur Durch­ führung des Verfahrens.
Die Gasanalyse unter Nutzung von Photoionisations-Effekten wird gewöhnlich in einer solchen Umgebung durchgeführt, in der gefährliche Gase in die vom Bedienungspersonal geatme­ te Umgebungsluft eindringen können. Ein schwerwiegender Nachteil bei den bekannten Photoionisations-Gasdetektoren, insbesondere in Form von tragbaren Instrumenten, ist die starke Verringerung der Ansprechempfindlichkeit der ver­ wendeten Sensoren in Abhängigkeit von einem Anstieg der Wasserdampfkonzentration. Beispielsweise zeigen Untersu­ chungen von Chilton et.al. (vergl. "American Industrial Hygiene Association Journal", Band 44 [1983], Seiten 710 bis 715) sowie Untersuchungen von Barski et al. (vergl. "American Industrial Hygiene Association Journal", Band 46 [1985], Seiten 9 bis 14), daß die Ansprechempfindlich­ keit von Photoionisations-Detektoren bei ansteigenden Wasserdampfkonzentrationen merklich verringert wird.
In einem typischen Anwendungsfall wird ein tragbares Ele­ ment mit einem Photoionisations-Detektor vor der Verwen­ dung mit einem Eichgas geeicht, welches eine bekannte Konzentration eines ionisierbaren, kontaminierenden Be­ standteils enthält und welches einen festen, normalerweise bei Null liegenden Wasserdampfpartialdruck besitzt. Wenn ein derartiges Instrument anschließend zur Prüfung der Umgebungsluft verwendet wird, die denselben kontaminieren­ den Bestandteil in derselben Konzentration enthält, dann zeigt das Instrument unausweichlich einen niedrigeren Wert als bei der Eichung an, und zwar aufgrund des Vorhanden­ seins von Wasserdampfs in der analysierten Probe. Da die Umgebungsluft stets einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt hat, besteht somit beim praktischen Einsatz der bekannten Instrumente stets eine erhebliche Gefahr, daß der Pegel der toxischen Bestandteile in der Atemluft erheblich zu niedrig angegeben wird.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bzw. einen verbesserten Photoionisations-Gasdetektor anzugeben, mit dem es möglich ist, die erhaltenen Meßergebnisse hinsicht­ lich des Feuchtigkeitsgehalts der Umgebungsluft zu korri­ gieren, insbesondere die abnehmende Empfindlichkeit bei Zunahme der Luftfeuchtigkeit zu kompensieren, so daß der Benutzer einen exakten, korrigierten Meßwert erhält und nicht gezwungen ist, die ermittelten Meßwerte selbst mit der herrschenden Luftfeuchte zu verknüpfen.
Die gestellte Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
  • - Die Konzentration der kontaminierenden Bestandteile in der Umgebungsluft wird mit Hilfe eines Photoioni­ sations-Sensors erfaßt;
  • - die Feuchtigkeit und die Temperatur der Umgebungs­ luft werden erfaßt;
  • - der Absolutwert der Feuchtigkeit der Umgebungsluft wird berechnet;
  • - aufgrund des berechneten Absolutwerts der Feuchtig­ keit wird ein Korrekturfaktor bestimmt, um die abneh­ mende Empfindlichkeit des Photoionisations-Sensors zu kompensieren; und
  • - die gemessene Konzentration der kontaminierenden Bestandteile wird unter Verwendung des Korrekturfak­ tors umgerechnet, um den exakten Konzentrationspegel der kontaminierenden Bestandteile zu erhalten.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich dabei ein Photoionisations-Gasdetektor besonders bewährt, der durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
  • - Es ist ein Photoionisations-Sensor (11) zum Erfassen von kontaminierenden Bestandteilen in der Luft und zum Erzeugen eines der Menge der kontaminierenden Bestandteile proportionalen Signals vorgesehen;
  • - es ist ein Feuchtigkeits-Sensor (12) zum Erfassen der Feuchtigkeit in der zu analysierenden Luft und zum Erzeugen eines zu der erfaßten Feuchtigkeit proportionalen Signals vorgesehen;
  • - es ist ein Temperatur-Sensor (13) zum Erfassen der Temperatur der zu analysierenden Luft und zum Erzeu­ gen eines zu der erfaßten Temperatur proportionalen Signals vorgesehen
  • - es ist ein Microcomputer (14) vorgesehen, dem die Ausgangssignale des Photoionisations-Sensors (11), des Feuchtigkeits-Sensors (12) und des Temperatur- Sensors (13) als Eingangssignale zuführbar sind, und mit dessen Hilfe der Wert der Feuchtigkeit berechen­ bar und daraufhin ein vorgegebener Korrekturfaktor bestimmbar ist, mit dem das Signal des Photoionisati­ ons-Sensors (11) zum Kompensation der Empfindlich­ keitsabnahme bei zunehmender Luftfeuchtigkeit korri­ gierbar ist; und
  • - es sind Anzeigeeinrichtungen (18) vorgesehen, die mit einem Ausgang des Microcomputers (14) verbunden sind und mit deren Hilfe das kompensierte Ausgangssi­ gnal des Photoionisations-Sensors (11) anzeigbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungs­ form eines Photoionisations-Gasdetektors mit Feuchtigkeitskompensation gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Ansprechempfindlichkeit eines Photoionisations- Gasdetektors in Abhängigkeit von der Luftfeuchtig­ keit für verschiedene Konzentrationenen von kontami­ nierenden Bestandteilen, insbesondere von gifti­ gen Gasen.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung einen Photoionisa­ tions-Detektor 10 mit Feuchtigkeitskompensation. Der De­ tektor 10 besteht aus einem Photoionisations-Sensor 11, welcher kontaminierende Gase, wie z. B. Benzen, in der Umgebungsluft erfaßt, aus einem Feuchtigkeit-Sensor 12, der die Feuchtigkeit der von dem Sensor 11 analyisierten Atmosphäre erfaßt, und aus einem Temperatur-Sensor 13, der die Temperatur der von dem Sensor 11 analysierten Atmo­ sphäre erfaßt. Die von dem Feuchtigkeit-Sensor 12 erfaßte Feuchtigkeit und die von dem Temperatur-Sensor 13 erfaßte Temperatur werden in elektrische Signale umgesetzt, die der Feuchtigkeit bzw. der Temperatur der zu überwachenden Luft entsprechen. Diese Signale werden einem Microcomputer 14 zugeführt, der den Absolutwert der Feuchtigkeit der analysierten Atmosphäre berechnet und diesen Wert dazu benutzt, das Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors 11 gemäß einem vorgegebenen Wert zu modifizieren, um die Empfindlichkeit (negative cross-sensibility) des Photoionisations-Sensors aufgrund der Feuchtigkeit der zu analysierenden Atmosphäre zu kompensieren. Das dabei am Ausgang des Microcomputers 14 erhaltene Signal ist bezüglich der Konzentration des erfaßten kontaminierenden Gases in der Atmosphäre ein im wesentlichen exaktes Signal. Dieses Signal wird für den Benutzer an einer Anzeigeeinheit 18 angezeigt.
Im einzelnen basiert der erfindungsgemäße Photoionisati­ ons-Detektor mit Feuchtigkeitskopensation auf der Er­ kenntnis, daß für ein gegebenes kontaminierendes Gas bei­ spielsweise für Benzen, die Abnahme der Ansprechempfind­ lichkeit des Detektors in Abhängigkeit von der Wasser­ dampfkonzentration unabhängig von dem Konzentrationspegel des kontaminierenden Gases ist, und zwar über einen wei­ ten Bereich von Konzentrationspegeln. Wenn also bei einer Probenentnahme die Wasserdampfkonzentration bestimmt wer­ den kann, dann kann das Ausgangssignal des Photoionisati­ ons-Sensors mit einem vorgegebenen Faktor multipliziert werden, wodurch die feuchtigkeitsabhängigen Meßergebnisse so korrigiert werden, daß diejenigen Werte angezeigt wer­ den, die unter Eichbedingungen, d. h. bei trockener Luft gemessen wurden. Dieses Phänomen wird aus Fig. 2 deutlich, wo der Meßkurvenverlauf in Abhängigkeit vom Wasserdampf­ partialdruck für drei verschiedene Konzentrationen von beispielsweise Benzen in Luft gezeigt ist, wobei auf der Y-Achse der grafischen Darstellung die prozentuale Signal­ stärke bezogen auf das Ausgangssignal bei trockener Luft (100%) dargestellt ist. Auf der Achse ist der Wasser­ dampfpartialdruck der (kontaminierten) Atmosphäre aufge­ tragen. Die grafische Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt deut­ lich, daß bei einer Zunahme der Wasserdampfkonzentration in der untersuchten Luft die Signalgröße des Photoionisa­ tions-Sensors 11 abnimmt. Bei einem Wasserdampfpartial­ druck von nur 5 mm Hg (was zum Zeitpunkt der Durchführung der Messungen einer relativen Luftfeuchtigkeit von 25% entsprach), ist das Ausgangssignal des Sensors 11 etwa 50% niedriger als es tatsächlich sein sollte. In einer Umge­ bung, in der giftige Gase vorhanden sein können, verläßt man sich jedoch auf den Photoionisations-Sensor, um die in der Umgebung Beschäftigten zu warnen, wenn eine übermäßige Konzentration giftiger Gase vorliegt. In diesem Fall kann die beobachtete, feuchtigkeitsabhängige Signalabweichung gesundheits- oder sogar lebensgefährlich sein. Die grafi­ sche Darstellung zeigt aber auch, daß bei drei unter­ schiedlichen Konzentrationen von Benzen in Luft die Emp­ findlichkeit bzw. die Höhe des Ausgangssignals des Pho­ toionisations-Sensors 11 als Funktion der relativen Luft­ feuchtigkeit im wesentlichen identisch ist. Dies zeigt, daß die Abnahme der Ansprechempfindlichkeit des Sensors in Abhängigkeit von der Wasserdampfkonzentration über einen breiten Bereich von Konzentrationspegeln unabhängig von dem jeweiligen Konzentrationspegel des kontaminierenden Gases ist. Durch Multiplizieren des Sensorausgangssignals mit dem inversen Wert der Kurve, die der absoluten Feuch­ tigkeit entspricht und die von dem Microcomputer 14 auf­ grund der von dem Feuchtigkeits-Sensor 12 und der von dem Temperatur-Sensor 13 gelieferten Signale berechnet wird, kann jedoch eine exakte Bestimmung der Konzentration eines erfaßten Gases erreicht werden. Wenn beispielsweise der Wasserdampfpartialdruck der untersuchten Luft bei 10 mm Hg liegt, dann liegt der entsprechenden Y-Wert der Kurve bei 33% bzw. einem Drittel des Signalpegels bei trockener Luft. Durch Multiplizieren des Ausgangssignals des Pho­ toionisations-Sensors 11 mit dem Faktor 3 (1 : Y=1/3) wird aus dem Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors 11 ein Signal erhalten, welches dem exakten Wert der Konzentrati­ on des kontaminierenden Gases entspricht. Bei den Versu­ chen, die durchgeführt wurden, um die Meßwerte gemäß Fig. 2 zu erhalten, wurde einem Luftstrom mit einer be­ kannten Konzentration des kontaminierenden Gases ein zwei­ ter Luftstrom mit bekannter Luftfeuchtigkeit zugesetzt. Kurz gesagt besaß die Gas-Mischvorrichtung drei verschie­ dene Zuführkanäle, wobei über den einen Kanal eine bekann­ te Konzentration des Testgases in Luft zur Verfügung stand, wobei über den zweiten Kanal Luft mit einem bekann­ ten Wasserdampfpartialdruck zur Verfügung stand, und wobei über den dritten Kanal trockene Luft zur Verfügung stand. Die Feuchtigkeit der Luft in dem zweiten Kanal wurde er­ halten, indem man einen Strom trockener Luft durch ein Wasserbad perlen ließ. Die Ausgangsströme der drei Kanäle wurden dann so kombiniert, daß die gewünschte Konzentra­ tion des Testgases bei einer gewünschten Feuchtigkeit er­ reicht wurde. Die vollständige Versuchsanordnung ist in der eingangs erwähnten Druckschrift von Chilton et al. beschrieben. Die Versuche zur Gewinnung der in Fig. 2 zusam­ mengefaßten Daten wurden bei einer Temperatur von etwa 22°C ausgeführt.
Bei einem bevorzugten von zahlreichen möglichen Ausfüh­ rungsbeispielen erfaßt ein Photoionisations-Sensor 11 bekannter Bauart kontinuierlich das Vorhandensein schädli­ cher Gase in der Umgebungsluft. Gleichzeitig erfaßt ein Feuchtigkeits-Sensor, wie er beispielsweise unter der Typenbezeichnung 5X38H122R von der Firma Mepco/Electra in den Handel gebracht wird, kontinuierlich dieselbe Luft, die durch den Photoionisations-Sensor 11 analysiert wird. Der Feuchtigkeits-Sensor 12 umfaßt einen Kondensator, dessen Kapazität von der relativen Feuchtigkeit abhängt. Da für den Microcomputer 14 eine Spannung als Eingangs­ signal erforderlich ist, muß die Kapazität des Feuchtig­ keits-Sensors in eine Spannung umgesetzt werden. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise auf die Art, die von Kurt Irgum in "Analytical Chemestry", Band 55, 1983, Seiten 1186 und 1187 beschrieben ist. Im einzel­ nen erfolgt die Feuchtigkeitsmessung, indem der Feuchtig­ keits-Sensor 12 in einem Luftkanal 30 stromabwärts von dem Photoionisations-Sensor 11 angeordnet wird. Die Umgebungs­ luft wird mittels einer Pumpe 24 kontinuierlich durch den Photoionisations-Sensor 11, durch den Kanal 30 und durch den Feuchtigkeits-Sensor 12 gepumpt. Die Pumpe kann bei­ spielsweise eine Motorpumpe des Typs B der Firma MSA sein. In entsprechender Weise ist im Zuge des Luftkanals 30 stromabwärts von dem Feuchtigkeits-Sensor 12 der Tempera­ tur-Sensor 13 angeordnet, um die Temperatur der analysier­ ten Umgebungsluft zu erfassen. Als Temperatur-Sensor könn­ te beispielsweise ein Präzisions-Temperatur-Sensor des Typs LM 335 der Firma National Semiconductor verwendet werden, wobei dieser Sensor gemäß der Druckschrift "Data Conversion/Acquisition Databook, Ausgabe 1984, Seiten 9 bis 17 der Firma National Semiconductor als geeichter Sensor ausgebildet werden könnte. Die Ausgangssignale des Feuchtigkeits-Sensors 12 und des Temperatur-Sensors 13 werden dem Microcomputer 14 zugeführt, der beispielsweise ein Ein-Chip-Microcomputer des Typs MC68H811DY der Firma Motorola sein könnte, dem zusätzlich das Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors 11 zugeführt wird. In Ab­ hängigkeit von der Einstellung eines Funktionsschalters 32 wird das Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors von dem Microcomputer in einem von Hand ausgewählten Bereich für die Konzentration des kontaminierenden Gases in Luft bewertet. Wenn der Schalter 32 auf die Stellung "automa­ tisch" gestellt ist, behandelt der Microcomputer das Si­ gnal automatisch in dem richtigen Bereich, wie dies bekann­ ter Stand der Technik ist.
Aufgrund der Ausgangssignale des Feuchtigkeits-Sensor und des Temperatur-Sensors berechnet der Microcomputer 14 die Wasserdampfkonzentration in dem aus der Umgebungsluft angesaugten Probenstrom. Dies Berechnung erfolgt entspre­ chend der nachstehenden Formel zur Definition der relati­ ven Luftfeuchtigkeit:
wobei Pw der Partialdruck des Wassers in mm Hg bei der Temperatur P in °C ist, wobei Ps der Partialdruck des Wassers in mm Hg bei vollständiger Sättigung bei der Tem­ peratur T ist, und wobei H R die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent ist.
Für den Partialdruck Ps gilt folgende Gleichung:
Ps = 10 + [8 · 1076 - 1750 · 3/(235 + T) ]. (2)
Durch Einsetzen der Gleichung (2) in die Gleichung (1) erhält man:
Für diese Gleichung wird T von dem Temperatur-Sensor 13 gemessen, während H R von dem Feuchtigkeits-Sensor 12 ge­ messen wird.
Der Microcomputer 14 benutzt dann den bei der Berechnung der Wasserdampfkonzentration erhaltenen Wert, um einen Korrekturfaktor für das Roh-Ausgangssignal des Photoioni­ sations-Sensors zu berechnen.
Berücksichtigt man das vorstehend beschriebene Ver­ fahren zur Bestimmung des Korrekturfaktors und außerdem die Tatsache, daß Y den Bruchteil des Ausgangssignals des Sensors 11 bezogen auf trockene Luft angibt, dann gilt die Formel
Y = 1,0 · e- 0,12 · Pw (4)
oder für den prozentualen Wert die Gleichung:
Y = 100% · e- 0,12 · Pw (4a)
Der Korrekturfaktor für das bei feuchter Luft erhaltene Signal beträgt daher:
Wenn Sm der beobachtete Signalpegel bei feuchter Luft ist und wenn Sa der Signalpegel ist, der bei trockener Luft beobachtet würde, d. h., das tatsächliche Signal bei trok­ kener Luft, dann gilt:
Sa = C · Sm = Sm · e0,12 · Pw (6)
wobei für Pw die zu Gleichung (3) angegebene Definition gilt.
Es ist zu beachten, daß das Ausgangssignal des Photoioni­ sations-Sensors 11 die Information in Form eines Strompe­ gels enthält. Der Microcomputer 14 benötigt jedoch ein Eingangssignal, welches spannungsabhängig ist. Der Feuch­ tigkeits-Sensor und der Temperatur-Sensor liefern, wie oben erwähnt, bereits Signale in der richtigen Form. Für den Photoionisations-Sensor 11 wird ein Strom/Spannungs- Wandler mit einem Vorverstärker benutzt - Schaltkreis 20 -, um das Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors 11 in die richtige Form zu bringen, wobei der Schaltkreis 20 zwischen dem Sensor 11 und dem Microcomputer 14 liegt. Ein Strom/Spannung-Wandler ist ein elektronisches Standard- Subsystem, welches in zahlreichen Veröffentlichungen be­ schrieben ist, beispielsweise im Produktdatenbuch, Ausgabe 1982, Seiten 1 bis 34 der Firma Burr-Brown.
Der Korrekturwert kann auf verschiedene Arten erhalten werden. Eine Möglichkeit besteht darin, im Speicher des Microcomputers 14 die inversen Werte der Kurve für einen vorgegebenen Satz von diskreten Feuchtigkeitswerten zu speichern. Wenn die Feuchtigkeitsberechnung abgeschlossen ist, kann der Microcomputer 14 dann seinen Speicher nach demjenigen Feuchtigkeitswert absuchen, der dem berechneten Wert am nächsten kommt und den entsprechenden Korrektur­ wert verwenden, der damit verknüpft ist (das Inverse des Y-Wertes bei dem betreffenden X- bzw. Feuchtigkeitswert). Eine andere Möglichkeit zum Berechnen des Korrekturwertes besteht darin, in dem Speicher die Gleichung der in Fig. 2 grafisch dargestellten Kurve zu speichern. Wenn dann die Feuchtigkeit bzw. die Wasserdampfkonzentration berechnet ist, wird der berechnete Wert als X-Wert in die Gleichung eingesetzt, woraufhin man den Y-Wert für die betreffende Wasserdampfkonzentration erhält. Dieser Y-Wert wird dann invertiert, womit man den Korrekturfaktor hat.
In Abhängigkeit von der Stellung eines Kompensationsschal­ ters 34 wird das Ausgangssignal des Photoionisations-Sen­ sors 11 korrigiert oder nicht. Wenn der Kompensations­ schalter 34 auf den Kanal 28 bzw. den Schaltungspunkt B geschaltet ist, dann wird das Ausgangssignal des Photoio­ nisations-Sensors nicht mit einem Korrekturfaktor umge­ rechnet. Wenn der Kompensationsschalter 34 dagegen auf den Kanal 29, d. h. den Schaltungspunkt A geschaltet ist, dann wird das Ausgangssignals des Photoionisations-Sensors mit dem berechneten Korrekturfaktor korrigiert. Speziell wird die Korrektur durch Multiplikation des Sensorsignals mit dem Korrekturfaktor erreicht.
Die Multiplikation des Sensorsignals mit dem Korrekturfak­ tor erfolgt, da das Ausgangssignal des Photoionisations- Sensors 11 eine Funktion der gemessenen Gaskonzentration ist, wobei der Signalpegel jedoch eine Funktion der Feuch­ tigkeit ist. Das Multiplizieren des Ausgangssignals des Photoionisations-Sensors 11 mit einem vorgegebenen Korrek­ turwert führt dabei unabhängig von der Konzentration des erfaßten Gases zum korrekten Ergebnis. Dies steht bei­ spielsweise im Gegensatz zu der Korrektur durch Addition, bei der die verschiedenen Korrekturwerte zur Erzielung einer exakten Kompensation für jede Gaskonzentration ein­ zeln berechnet werden müssen. Somit erspart man sich bei der Multiplikation mit einem Korrekturfaktor gegenüber der additiven Korrektur einen Schritt, wenn man eine genaue Kompensation des Signals des Photoionisations-Sensors erreichen möchte.
Das Sensorsignal wird schließlich je nach Stellung des Kompensationsschalters 34 in korrigierter oder nicht kor­ rigierter Form an die Anzeigeeinheit 18 angelegt. Die An­ zeigeeinheit kann beispielsweise eine Anzahl von Flüssig­ kristall-Anzeigemodule umfassen, beispielsweise vom Typ BL 100 der Firma Modutec.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß aus­ gehend von dem beschriebenen Beispiel zahlreiche Änderun­ gen und/oder Ergänzungen möglich sind, ohne daß der Fach­ mann dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kompensation der Abnahme der Empfind­ lichkeit eines Photoionisations-Gasdetektors bei zunehmender Feuchtigkeit des zu analysierenden Gases, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Die Konzentration der kontaminierenden Bestand­ teile in der Umgebungsluft wird mit Hilfe eines Photoionisations-Sensors erfaßt;
  • - die Feuchtigkeit und die Temperatur der Umgebungs­ luft werden erfaßt;
  • - der Absolutwert der Feuchtigkeit der Umgebungs­ luft wird berechnet;
  • - aufgrund des berechneten Absolutwerts der Feuch­ tigkeit wird ein Korrekturfaktor bestimmt, um die abnehmende Empfindlichkeit des Photoionisations- Sensors zu kompensieren; und
  • - die gemessene Konzentration der kontaminierenden Bestandteile wird unter Verwendung des Korrektur­ faktors umgerechnet, um den exakten Konzentra­ tionspegel der kontaminierenden Bestandteile zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor C gemäß folgender Gleichung berechnet wird: C = 1,0 · e+ 0,12 · Pw wobei Pw der Wasserdampfpartialdruck in mm Hg ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfpartialdruck Pw gemäß folgender Gleichung berechnet wird: wobei H R die relative Feuchtigkeit in Prozent ist und beim Erfassen der Feuchtigkeit bestimmt wird, und wobei Ps der Wasserdampfpartialdruck in mm Hg bei vollständiger Sättigung bei einer Temperatur T ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für Ps und für Pw gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden: wobei H R die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent ist, wobei T die Temperatur in °C ist und wobei H R und T bei der Erfassung der Luftfeuchtigkeit bzw. der Temperatur ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umrechnung unter Verwendung des Korrek­ turfaktors eine Multiplikatin des erfaßten Konzen­ trationswertes mit dem Korrekturfaktor erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der exakte Konzentrationswert mittels Anzeigeein­ richtungen angezeigt wird.
7. Photoionisations-Gasdetektor mit Feuchtigkeitskompen­ sation, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - Es ist ein Photoionisations-Sensor (11) zum Erfas­ sen von kontaminierenden Bestandteilen in der Luft und zum Erzeugen eines der Menge der kontaminie­ renden Bestandteile proportionalen Signals vorge­ sehen;
  • - es ist ein Feuchtigkeits-Sensor (12) zum Erfassen der Feuchtigkeit in der zu analysierenden Luft und zum Erzeugen eines zu der erfaßten Feuchtigkeit proportionalen Signals vorgesehen;
  • - es ist ein Temperatur-Sensor (13) zum Erfassen der Temperatur der zu analysierenden Luft und zum Erzeugen eines zu der erfaßten Temperatur propor­ tionalen Signals vorgesehen
  • - es ist ein Microcomputer (14) vorgesehen, dem die Ausgangssignale des Photoionisatins-Sensors (11), des Feuchtigkeits-Sensors (12) und des Temperatur- Sensors (13) als Eingangssignale zuführbar sind, und mit dessen Hilfe der Wert der Feuchtigkeit berechenbar und daraufhin ein vorgegebener Korrek­ turfaktor bestimmbar ist, mit dem das Signal des Photoionisations-Sensors (11) zum Kompensation der Empfindlichkeitsabnahme bei zunehmender Luftfeuch­ tigkeit korrigierbar ist; und
  • - es sind Anzeigeeinrichtungen (18) vorgesehen, die mit einem Ausgang des Microcomputers (14) verbun­ den sind und mit deren Hilfe das kompensierte Ausgangssignal des Photoionisations-Sensors (11) anzeigbar ist.
8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor C gemäß folgender Gleichung be­ rechnet wird: C=1,0 · e + 0,12 · Pw ,wobei Pw der Wasserdampfpartialdruck in mm Hg ist.
9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfpartialdruck Pw gemäß folgender Glei­ chung berechnet wird: wobei H R die relative Feuchtigkeit in Prozent ist und beim Erfassen der Feuchtigkeit bestimmt wird, und wobei Ps der Wasserdampfpartialdruck in mm Hg bei vollständiger Sättigung bei einer Temperatur T ist.
10. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für Ps und für Pw gemäß den folgenden Glei­ chungen berechnet werden: wobei H R die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent ist, wobei T die Temperatur in °C ist und wobei H R und T bei der Erfassung der Luftfeuchtigkeit bzw. der Temperatur ermittelt werden.
11. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Photoionisations-Sensor (11) und dem Microcomputer (14) ein Strom/Spannungs-Wandler mit Vorverstärker (Schaltkreis 20) eingefügt ist.
12. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcomputer (14) mit einem Kompensationsschal­ ter (34) versehen ist, mit dessen Hilfe entweder das kompensierte Signal oder das nicht kompensierte Si­ gnal zu den Anzeigeeinrichtungen (18) durchschaltbar ist, sowie einen Funktionsschalter (32), der auf mindestens einen Bereich einstellbar ist, um die Messungen in einem vorgegebenen Bereich von Konzen­ trationspegeln für die kontminierenden Bestandteile durchzuführen.
13. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des von dem Photoionisations-Sensor (11) erzeugten Signals durch Multiplikation desselben mit dem Korrekturfaktor erfolgt.
DE3818784A 1987-06-05 1988-06-02 Verfahren zur Kompensation der Feuchtigkeitsabhängigkeit bei einer Photoionisations-Gasanalyse und Detektor zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE3818784C2 (de)

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