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EP0924456A2 - Gas supply with zero dynamic pressure - Google Patents

Gas supply with zero dynamic pressure Download PDF

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Publication number
EP0924456A2
EP0924456A2 EP98122646A EP98122646A EP0924456A2 EP 0924456 A2 EP0924456 A2 EP 0924456A2 EP 98122646 A EP98122646 A EP 98122646A EP 98122646 A EP98122646 A EP 98122646A EP 0924456 A2 EP0924456 A2 EP 0924456A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
pressure
gas supply
supply system
zero
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98122646A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0924456A3 (en
Inventor
Johann Pongraz
Ulrich Klebe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Messer Group GmbH
Original Assignee
Messer Griesheim GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer Griesheim GmbH filed Critical Messer Griesheim GmbH
Publication of EP0924456A2 publication Critical patent/EP0924456A2/en
Publication of EP0924456A3 publication Critical patent/EP0924456A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/025—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the pressure as the parameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0338—Pressure regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/035—Flow reducers

Definitions

  • the invention relates to a gas extraction method and device for back pressure-free gas feed in measuring and analysis devices.
  • gas analyzes are taken from samples of the ambient air. So z. B. in environmental analysis or workplace monitoring. That is, it samples from a gas atmosphere under normal conditions (1013 mbar absolute, 20 ° C) and fed to a measuring device. Such measuring devices, e.g. B. Gas detectors must be calibrated regularly with a gas mixture (calibration gas) become. The calibration gas must be provided at atmospheric pressure in order to to ensure error-free calibration of the devices. Usually it will Calibration gas provided in pressure cans. A direct, unpressurized supply with The calibration gas has so far not been possible with conventional metering valves.
  • pressure regulators does not solve the problem because the setting of a defined back pressure is required and with minimal and discontinuous Calibration gas consumption inevitably a back pressure in the gas supply line of the Measuring device arises.
  • the volume flow increases with increasing gas pressure the gas to the measuring device. The measurement is falsified.
  • the invention has for its object a direct and reliable back pressure-free gas supply of measuring or analysis devices from one To allow compressed gas source.
  • the task was solved by a gas supply system with compressed gas source and Zero pressure device.
  • Pressurized gas sources are, for example, pressurized gas containers, in particular Pressurized gas cylinders and pressure cans, or pressurized gas lines.
  • Pressure regulators or pressure reducers are used to reduce the gas pressure (Pre-pressure) of a compressed gas source to the consumption pressure (back pressure).
  • back pressure can be set as a fixed control value (device-dependent) or be variably adjustable.
  • Pressure regulator with defined back pressure setting fixed Pressure value on the gas consumer side
  • Back pressure is z. B. in the range of 1 to 600 mbar gauge pressure (relative pressure, based on atmospheric pressure), preferably 10 to 60 mbar, particularly preferably 10 to 50 mbar, in particular 10 to 30 mbar.
  • a gas flow restriction is generally a flow resistance in the gas path, e.g. B. a narrow pipe cross-section in the gas route or a narrowing in the gas route.
  • the Gas flow limitation is usually achieved by installing a line restriction Aperture or capillary in the gas path, especially in the gas supply line in front of the connected measuring device.
  • the gas flow limitation is advantageous in the immediate vicinity behind the pressure regulator (low pressure area; Back pressure area) arranged.
  • the gas flow is generally in the range of 0.01 to 15 liters per hour, preferably in the range of 0.01 to 5 liters per Hour, particularly preferably 0.1 to 0.5 liters per hour and in particular 0.1 to 0.3 liters per hour.
  • the so-called zero pressure device is a gas outlet that is designed so that enough gas can flow out of the gas path (e.g. gas supply line), so that there is no gas back pressure and a diffusion of gas from outside into the Gaseweg is avoided.
  • the gas outlet is one Outflow opening in the gas path, especially in the gas supply line (Gas pipe).
  • the gas outlet is e.g. B. a small hole or opening in the gas line or a section of the gas line (e.g. gas hose or Metal gas pipe).
  • the outflow opening may or may have a fixed size be variable (adjustable).
  • a variable outflow opening can e.g. B.
  • the gas outlet is with a gas back diffusion barrier to prevent gas from entering equipped outside.
  • the gas back diffusion barrier is one example lowest gas flow opening flap or ball seal, a branch in the gas supply line (e.g. T-piece, bypass), a so-called Bunsen valve (Functional principle: slotted rubber hose) or a gas collection bag (pressureless).
  • the gas back diffusion barrier is also a gas flow meter, for example. Of the Gas flow meter is preferably designed for the smallest gas flows.
  • a suitable gas flow meter works for example in the range from 0.1 to 25 Liters per hour, preferably 0.1 to 5 liters per hour, in particular 0.1 to 0.5 liters per hour.
  • Suitable gas flow meters are e.g. B. usual Gas flow meter with a ball or a cone in the gas flow against the Gravity work.
  • Measuring devices connected to the compressed gas source are, for example, mass spectrometers, preferably with gas inlet capillaries, gas sensors or measuring devices with gas sensors, e.g. B. gas detectors or so-called gas monitors.
  • Gas sensors are usually gas diffusion sensors.
  • a gas measuring device is for example under the name Pac III S "from the company Dräger, Lübeck, in the trade. The device is eg equipped with an oxygen sensor.
  • a personal gas warning device is under the name MST ox-8600-D "from MST Micro-Sensor-Technologie GmbH, Kunststoff.
  • Measuring devices such as mass spectrometers are used for zero pressure sampling z.
  • B. equipped with a capillary inlet system through which the sample gas is sucked in.
  • the volume flow generated depends on the capillary and the suction pressure inside the device.
  • the gas composition is in the detector, e.g. B. a quadrupole mass filter.
  • the gas flow to the meter should be less than to the zero pressure device (e.g.
  • Another object of the invention is therefore a gas supply system Zero pressure device, which is built into a measuring device and a small pressure can as a compressed gas source, in particular for calibration.
  • the Gas supply system with zero pressure device is preferably controlled.
  • Fig. 1 shows schematically an example of a pressure-free gas supply in the Longitudinal cross section.
  • the gas e.g. calibration gas
  • Die Zero pressure device 4 is here a connecting piece 5 with an outflow opening 6.
  • the pressure regulator 2 is, for example, a pressure socket regulator with an integrated one Shut-off valve, this is fixed to a back pressure of approx. 10 to 600 mbar, preferably 10 to 60 mbar, particularly preferably 10 to 30 mbar.
  • a Flow limitation of the gas is built in by two Apertures 10 (z. B. in the hose nozzle) formed.
  • the volume flow of the gas is depending on the back pressure of the pressure regulator 2 and depending on the form in the Gas source (e.g. pressure can) about 10 to 15 liters per hour.
  • Control valve 11 After opening the Control valve 11 is the following piece of gas line 3 with Zero pressure device 4 with z. B. 1600 mbar absolute of the gas. It puts a gas flow through the outflow opening 6 (about 10 liters per hour). After an appropriate flushing time (z. B. 2 to 10 seconds), the control valve 12 am The input of the measuring device 8 (e.g. mass spectrometer) opened and the gas arrives at the measuring device 8. The gas is drawn in (approx. 5 liters per hour). Important is that the gas flow between compressed gas source 1 and outflow opening 6 is larger than the gas flow to the measuring device 8. As a result, no atmospheric Contamination is sucked in from the outside via the outflow opening 6. A Gas back diffusion barrier at the outflow opening 6 is advantageous. In the Controlled calibration gas supply to the measuring device are only very small Gas quantities required because the control valves 11 and 12 are only opened for a short time. Small pressure sockets can be used with advantage.
  • FIG. 3 shows, analogously to FIG. 1, a gas supply system with a gas flow meter 9 as a gas back diffusion barrier at the outflow opening 6.
  • the gas flow meter 9 offers the advantage that not only prevents gas from entering the atmosphere is (back diffusion barrier), but at the same time the gas flow is controlled and can be observed.
  • the gas flow can, for example, by means of a valve (Throttle) can be set in gas line 3.
  • the zero pressure device 4 exists from connector 5, outflow opening 6 and gas flow meter 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
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Abstract

Gas supply system comprising a gas source (1), and a zero pressure device (4) to supply a dynamic pressure free calibration gas to a measurement device. The zero pressure device comprises an outlet (6) through which excess gas is discharged. The automated gas supply system includes a pressure regulator (2) and a gas flow limiter (10). The gas source is typically a pressurized container.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasentnahmeverfahren und Vorrichtung zur staudrucklosen Gaseinspeisung in Meß- und Analysengeräte.The invention relates to a gas extraction method and device for back pressure-free gas feed in measuring and analysis devices.

In vielen Bereichen werden Gasanalysen an Proben der Umgebungsluft entnommen. So z. B. in der Umweltanalytik oder der Arbeitsplatzüberwachung. Das heißt, es werden Proben aus einer Gasatmosphäre unter Normalbedingungen (1013 mbar absolut, 20°C) entnommen und einem Meßgerät zugeführt. Solche Meßgeräte, z. B. Gaswarngeräte müssen regelmäßig mit einem Gasgemisch (Kalibriergas) kalibriert werden. Das Kalibriergas muß mit Atmosphärendruck bereitgestellt werden, um eine fehlerfreie Kalibrierung der Geräte zu gewährleisten. Üblicherweise wird das Kalibriergas in Druckdosen bereitgestellt. Eine direkte, drucklose Versorgung mit dem Kalibriergas ist mit herkömmlichen Dosierventilen bisher nicht möglich. Auch der Einsatz von Druckreglern löst das Problem nicht, da die Einstellung eines definierten Hinterdruckes erforderlich ist und bei minimalem und diskontinuierlichem Kalibriergasverbrauch unweigerlich ein Staudruck in der Gasversorgungsleitung des Meßgerätes entsteht. Bei steigendem Gasdruck vergrößert sich der Volumenstrom des Gases zum Meßgerät. Die Messung wird verfälscht.In many areas, gas analyzes are taken from samples of the ambient air. So z. B. in environmental analysis or workplace monitoring. That is, it samples from a gas atmosphere under normal conditions (1013 mbar absolute, 20 ° C) and fed to a measuring device. Such measuring devices, e.g. B. Gas detectors must be calibrated regularly with a gas mixture (calibration gas) become. The calibration gas must be provided at atmospheric pressure in order to to ensure error-free calibration of the devices. Usually it will Calibration gas provided in pressure cans. A direct, unpressurized supply with The calibration gas has so far not been possible with conventional metering valves. Also the use of pressure regulators does not solve the problem because the setting of a defined back pressure is required and with minimal and discontinuous Calibration gas consumption inevitably a back pressure in the gas supply line of the Measuring device arises. The volume flow increases with increasing gas pressure the gas to the measuring device. The measurement is falsified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine direkte und verläßliche staudrucklose Gasversorgung von Meß- oder Analysengeräten aus einer Druckgasquelle zu ermöglichen.The invention has for its object a direct and reliable back pressure-free gas supply of measuring or analysis devices from one To allow compressed gas source.

Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Gasversorgungssystem mit Druckgasquelle und Nulldruckeinrichtung. The task was solved by a gas supply system with compressed gas source and Zero pressure device.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist ein Gasversorgungssystem mit Druckgasquelle, Druckregler, Gasflußbegrenzung und Nulldruckeinrichtung.An advantageous development of the invention is a gas supply system with Pressurized gas source, pressure regulator, gas flow limitation and zero pressure device.

Druckgasquellen sind beispielsweise Druckgasbehälter, insbesondere Druckgasflaschen und Druckdosen, oder Druckgasleitungen.Pressurized gas sources are, for example, pressurized gas containers, in particular Pressurized gas cylinders and pressure cans, or pressurized gas lines.

Druckregler oder Druckminderer dienen zur Verringerung des Gasdruckes (Vordruck) einer Druckgasquelle auf den Verbrauchsdruck (Hinterdruck). Der erzeugte Hinterdruck kann als festeingestellter Regelwert (gerätabhängig) oder variabel einstellbar sein. Druckregler mit definierter Hinterdruckeinstellung (fester Druckwert auf der Gasverbraucherseite) werden bevorzugt eingesetzt. Der Hinterdruck liegt z. B. im Bereich von 1 bis 600 mbar Überdruck (Relativdruck, bezogen auf Atmosphärendruck), vorzugsweise 10 bis 60 mbar, besonders bevorzugt 10 bis 50 mbar, insbesondere 10 bis 30 mbar.Pressure regulators or pressure reducers are used to reduce the gas pressure (Pre-pressure) of a compressed gas source to the consumption pressure (back pressure). Of the generated back pressure can be set as a fixed control value (device-dependent) or be variably adjustable. Pressure regulator with defined back pressure setting (fixed Pressure value on the gas consumer side) are preferably used. Of the Back pressure is z. B. in the range of 1 to 600 mbar gauge pressure (relative pressure, based on atmospheric pressure), preferably 10 to 60 mbar, particularly preferably 10 to 50 mbar, in particular 10 to 30 mbar.

Eine Gasflußbegrenzung ist allgemein ein Strömungswiderstand im Gaseweg, z. B. ein enger Leitungsquerschnitt im Gaseweg oder eine Verengung im Gaseweg. Die Gasflußbegrenzung wird in der Regel durch Einbau einer Leitungsverengung, einer Blende oder Kapillare in den Gaseweg, insbesondere in die Gasversorgungsleitung vor dem angeschlossenen Meßgerät, erzielt. Vorteilhaft wird die Gasflußbegrenzung in unmittelbarer Nähe hinter dem Druckregler (Niederdruckbereich; Hinterdruckbereich) angeordnet. Der Gasfluß liegt im allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 15 Liter pro Stunde, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 5 Liter pro Stunde, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Liter pro Stunde und insbesondere 0,1 bis 0,3 Liter pro Stunde.A gas flow restriction is generally a flow resistance in the gas path, e.g. B. a narrow pipe cross-section in the gas route or a narrowing in the gas route. The Gas flow limitation is usually achieved by installing a line restriction Aperture or capillary in the gas path, especially in the gas supply line in front of the connected measuring device. The gas flow limitation is advantageous in the immediate vicinity behind the pressure regulator (low pressure area; Back pressure area) arranged. The gas flow is generally in the range of 0.01 to 15 liters per hour, preferably in the range of 0.01 to 5 liters per Hour, particularly preferably 0.1 to 0.5 liters per hour and in particular 0.1 to 0.3 liters per hour.

Die sogenannte Nulldruckeinrichtung ist ein Gasauslaß, der so gestaltet ist, daß genügend Gas aus dem Gaseweg (z. B. Gasversorgungsleitung) abfließen kann, damit kein Gasstaudruck entsteht, und eine Diffusion von Gas von außen in den Gaseweg vermieden wird. Der Gasauslaß ist im einfachsten Fall eine Ausströmöffnung im Gaseweg, insbesondere in der Gasversorgungsleitung (Gasleitung). Der Gasauslaß ist z. B. ein kleines Loch oder eine kleine Öffnung in der Gasleitung oder einem Teilstück der Gasleitung (z. B. Gasschlauch oder Metallgasleitung). Die Ausströmöffnung kann eine feste Größe haben oder kann variabel (verstellbar) ausgeführt sein. Eine variable Ausströmöffnung kann z. B. durch ein Ventil, einen Schieber (Veränderung der Öffnungsfläche) oder eine verstellbare Lochblende (drehbare Blendenscheibe mit Löchern von unterschiedlichen Durchmessern) erhalten werden. Vorzugsweise ist der Gasauslaß mit einer Gasrückdiffussionssperre zur Vermeidung von eindringendem Gas von außen ausgestattet. Die Gasrückdiffussionssperre ist beispielsweise eine bei geringstem Gasfluß sich öffnende Klappe oder Kugelabdichtung, eine Verzweigung in der Gasversorgungsleitung (z. B. T-Stück, Bypass), ein sogenanntes Bunsenventil (Funktionsprinzip: geschlitzter Gummischlauch) oder ein Gasauffangsack (drucklos). Die Gasrückdiffussionssperre ist beispielsweise auch ein Gasströmungsmesser. Der Gasströmungsmesser ist vorzugsweise für geringste Gasströmungen ausgelegt. Ein geeigneter Gasströmungsmesser arbeitet beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 25 Liter pro Stunde, bevorzugt 0,1 bis 5 Liter pro Stunde, insbesondere 0,1 bis 0,5 Liter pro Stunde. Geignete Gasströmungsmesser sind z. B. übliche Gasströmungsmesser, die mit einer Kugel oder einem Kegel im Gasstrom gegen die Schwerkraft arbeiten.The so-called zero pressure device is a gas outlet that is designed so that enough gas can flow out of the gas path (e.g. gas supply line), so that there is no gas back pressure and a diffusion of gas from outside into the Gaseweg is avoided. In the simplest case, the gas outlet is one Outflow opening in the gas path, especially in the gas supply line (Gas pipe). The gas outlet is e.g. B. a small hole or opening in the gas line or a section of the gas line (e.g. gas hose or Metal gas pipe). The outflow opening may or may have a fixed size be variable (adjustable). A variable outflow opening can e.g. B. through a valve, a slide (changing the opening area) or a adjustable aperture (rotatable aperture disc with holes from different diameters) can be obtained. Preferably the gas outlet is with a gas back diffusion barrier to prevent gas from entering equipped outside. The gas back diffusion barrier is one example lowest gas flow opening flap or ball seal, a branch in the gas supply line (e.g. T-piece, bypass), a so-called Bunsen valve (Functional principle: slotted rubber hose) or a gas collection bag (pressureless). The gas back diffusion barrier is also a gas flow meter, for example. Of the Gas flow meter is preferably designed for the smallest gas flows. A suitable gas flow meter works for example in the range from 0.1 to 25 Liters per hour, preferably 0.1 to 5 liters per hour, in particular 0.1 to 0.5 liters per hour. Suitable gas flow meters are e.g. B. usual Gas flow meter with a ball or a cone in the gas flow against the Gravity work.

Überschüssiges Gas strömt bei der Nulldruckeinrichtung z. B. durch eine Öffnung gegen die Atmosphäre ab. Ein Druckaufbau wird vermieden, das Meßgerät (Analysengerät) wird drucklos oder nahezu drucklos mit dem Meßgas (Kalibriergas) versorgt. Die Messung wird nicht verfälscht. Druckschwankungen am Meßgerät werden durch die Nulldruckeinrichtung auf ein Minimum reduziert. Druckschwankungen sind in der Regel kleiner als 10 mbar, typischerweise im Bereich von 0 bis 5 mbar, insbesondere 0 bis 3 mbar.Excess gas flows in the zero pressure device z. B. through an opening against the atmosphere. Pressure build-up is avoided, the measuring device (Analyzer) is depressurized or almost depressurized with the sample gas (calibration gas) provided. The measurement is not falsified. Pressure fluctuations on the measuring device are reduced to a minimum by the zero pressure device. Pressure fluctuations are usually less than 10 mbar, typically in Range from 0 to 5 mbar, in particular 0 to 3 mbar.

Mit der Druckgasquelle verbundene Meßgeräte sind beispielsweise Massenspektrometer, vorzugsweise mit Gaseingangskapillare, Gassensoren oder Meßgeräte mit Gassensoren, z. B. Gaswarngeräte oder sogenannte Gasmonitore. Gassensoren sind in der Regel Gasdiffusionssensoren. Ein Gas-Meßgerät ist beispielsweise unter der Bezeichnung

Figure 00030001
Pac III S" von der Firma Dräger, Lübeck, im Handel. Das Gerät ist z. B. mit einem Sauerstoffsensor ausgerüstet. Ein personenbezogenes Gaswarngerät ist unter der Bezeichnung MST ox-8600-D" bei der Firma MST Micro-Sensor-Technologie GmbH, München, erhältlich. Das Gerät ist z. B. mit einem elektrochemischen Gassensor (Meßprinzip: Brennstoffzelle) für Chlor, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Sauerstoff oder Blausäure (HCN) ausgestattet. Ein anderer Meßgerätetyp ist ein Helium-Leckdetektor (modifiziertes Massenspektrometer).Measuring devices connected to the compressed gas source are, for example, mass spectrometers, preferably with gas inlet capillaries, gas sensors or measuring devices with gas sensors, e.g. B. gas detectors or so-called gas monitors. Gas sensors are usually gas diffusion sensors. A gas measuring device is for example under the name
Figure 00030001
Pac III S "from the company Dräger, Lübeck, in the trade. The device is eg equipped with an oxygen sensor. A personal gas warning device is under the name MST ox-8600-D "from MST Micro-Sensor-Technologie GmbH, Munich. The device is, for example, with an electrochemical gas sensor (measuring principle: fuel cell) for chlorine, carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide, oxygen or hydrocyanic acid (HCN) Another type of measuring device is a helium leak detector (modified mass spectrometer).

Staudrucklose (überdrucklose) Bedingungen sind in vielen Bereichen erforderlich, in denen die Zusammensetzung oder ein Bestandteil einer Gasatmosphäre gemessen wird (z. B. Atemgas bei der Narkose oder Helium Lecktest).Back pressure free (overpressure) conditions are required in many areas which the composition or a component of a gas atmosphere measured (e.g. breathing gas during anesthesia or helium leak test).

Meßgeräte wie Massenspektrometer werden für die staudrucklose Probenahme z. B. mit einem Kapillar-Einlaßsystem ausgestattet, über das das Meßgas angesaugt wird. Der erzeugte Volumenstrom hängt von der Kapillare und dem Ansaugdruck innerhalb des Gerätes ab. Die Gaszusammensetzung wird im Detektor, z. B. einem Quadrupolmassenfilter, bestimmt. Die gemessene Konzentration C einer Gaskomponente ist abhängig vom Volumenstrom. Es gilt vereinfacht folgende Abhänigkeit:
C= Detektorsignal / Gas-Volumenstrom.Measuring devices such as mass spectrometers are used for zero pressure sampling z. B. equipped with a capillary inlet system through which the sample gas is sucked in. The volume flow generated depends on the capillary and the suction pressure inside the device. The gas composition is in the detector, e.g. B. a quadrupole mass filter. The measured concentration C of a gas component depends on the volume flow. The following dependency simply applies:
C = detector signal / gas volume flow.

Daraus wird deutlich, daß für die Konzentrationbestimmung der Gas-Volumenstrom für reproduzierbare Ergebnisse sehr konstant sein muß. Er wird durch die Bedingungen außerhalb der Meßsonde oder des Probenahmesystems und den geräteinternen Bedingungen bestimmt. Will man solche Geräte mit in Druckgasflaschen gespeicherten Gasgemischen definierter Zusammensetzung kalibrieren, so ist es nötig, dies unter gleichen Bedingungen, die den gerätespezifischen Meßbedingungen bzw. den Probeentnahmebedingungen entsprechend durchzuführen.From this it becomes clear that the gas volume flow for the concentration determination must be very constant for reproducible results. He is through the Conditions outside the probe or sampling system and device-internal conditions determined. Do you want such devices with in Pressurized gas cylinders stored gas mixtures of defined composition calibrate, it is necessary to do this under the same conditions as the device-specific measurement conditions or the sampling conditions to perform accordingly.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer Kombination aus Druckregler mit fest eingestellter oder einstellbarer Hinterdruckeinstellung, Gasflußbegrenzung im Gaseweg und Nulldruckeinrichtung für den direkten Anschluß von Meßgeräten an eine Druckgasquelle. Bei Verwendung von Druckdosen als Druckgasquelle eignen sich besonders Feindosierentnahmeeinrichtungen wie Feindosierventile und insbesondere Druckregelventile, wie in DE 195 16 602 A1 beschrieben, worauf Bezug genommen wird. Die Feindosierentnahmeeinrichtungen können auch elektrisch, magnetisch, hydraulich oder pneumatisch betrieben werden, was für einen gesteuerten Betrieb vorteilhaft ist. Beispielsweise wird eine Druckdose mit Kalibriergas mit einer Feindosierentnahmeeinrichtung mit integriertem Druckregler ausgestattet. Vorzugsweise wird ein gesteuerter, elektromagnetisch betriebener Druckregler (z. B. Stößel-Druckregler) eingesetzt. Die Druckregelung erzeugt einen Hinterdruck von z. B. 1 bis 600 mbar (1001 bis 1600 mbar absolut), vorzugsweise 10 bis 60 mbar (1010 bis 1060 mbar absolut), besonders bevorzugt 10 bis 50 mbar (1010 bis 1030 mbar absolut), insbesondere 10 bis 30 mbar (1010 bis 1030 mbar absolut).. An den Druckregler ist eine Gasleitung mit Gasflußbegrenzer (z. B. Blende, Leitungsverengung, Kapillare) und Nulldruckeinrichtung (z. B. Ausströmöffnung in der Leitung) angeschlossen, so daß zwischen Druckregler und Nulldruckeinrichtung (Ausströmöffnung) ein Gasfluß (Volumenstrom) im Bereich von 5 bis 10 Liter pro Stunde erzielt wird. Der Gasfluß zum Meßgerät sollte kleiner als zur Nulldruckeinrichtung sein (z. B. 1 bis 5 Liter pro Stunde), um ein Eindringen von Atmosphärengas in die Gasleitung auszuschließen. Durch die Verwendung eines gesteuerten Gaseversorgungssystems kann der Gasverbrauch von Kalibriergas erheblich reduziert werden, so daß statt der üblichen Druckdosen mit einem geometrischen Volumen von 1 Liter Druckdosen mit einem geometrischen Volumen im Bereich von 0,01 bis 0,25 Liter (Kleinstdruckdosen), z. B. 0,125 Liter geometrisches Volumen (5 bar/0,625 Liter Gasinhalt; 12 bar/1,5 Liter Gasinhalt) oder 0,06 Liter geometrisches Volumen (12 bar/0,72 Liter Gasinhalt), verwendet werden können. Aufgrund der geringeren Maße der einsetzbaren Druckdosen (Kleinstdruckdosen) kann das Gaseversorgungssystem mit Druckdose in das Meßgerät (z. B. Massenspektrometer) eingebaut werden und die Steuerung des Gaseversorgungssystems für die Kalibrierung durch eine Steuereinheit im Meßgerät erfolgen.The use of a combination of pressure regulator with fixed is particularly advantageous set or adjustable back pressure setting, gas flow limitation in Gas route and zero pressure device for the direct connection of measuring devices a source of pressurized gas. Suitable when using pressure cans as a source of compressed gas especially fine metering devices such as fine metering valves and in particular pressure control valves, as described in DE 195 16 602 A1, whereupon Reference is made. The fine metering devices can also be operated electrically, magnetically, hydraulically or pneumatically, what controlled operation is advantageous. For example, a pressurized can Calibration gas with a fine metering device with integrated pressure regulator fitted. A controlled, electromagnetically operated one is preferred Pressure regulator (e.g. tappet pressure regulator) used. The pressure control creates one Back pressure of z. B. 1 to 600 mbar (1001 to 1600 mbar absolute), preferably 10 up to 60 mbar (1010 to 1060 mbar absolute), particularly preferably 10 to 50 mbar (1010 to 1030 mbar absolute), in particular 10 to 30 mbar (1010 to 1030 mbar absolute) .. A gas line with a gas flow limiter (e.g. Aperture, line constriction, capillary) and zero pressure device (e.g. Outflow opening in the line), so that between the pressure regulator and Zero pressure device (outflow opening) a gas flow (volume flow) in the range of 5 to 10 liters per hour is achieved. The gas flow to the meter should be less than to the zero pressure device (e.g. 1 to 5 liters per hour) to prevent ingress of Exclude atmospheric gas in the gas line. By using a Controlled gas supply system can reduce the gas consumption of calibration gas be significantly reduced, so that instead of the usual pressure cans with a geometric volume of 1 liter of pressure cans with a geometric volume in the range of 0.01 to 0.25 liters (very small pressure cans), e.g. B. 0.125 liters geometric volume (5 bar / 0.625 liter gas content; 12 bar / 1.5 liter gas content) or 0.06 liter geometric volume (12 bar / 0.72 liter gas content) can be. Due to the smaller dimensions of the pressure sockets that can be used (Very small pressure cans) can the gas supply system with pressure can in the Measuring device (e.g. mass spectrometer) can be installed and the control of the Gas supply system for calibration by a control unit in the measuring device respectively.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Gaseversorgungssystem mit Nulldruckeinrichtung, das in ein Meßgerät eingebaut ist und eine Kleinstdruckdose als Druckgasquelle, insbesondere zur Kalibrierung, enthält. Das Gaseversorgungssystem mit Nulldruckeinrichtung ist vorzugsweise gesteuert.Another object of the invention is therefore a gas supply system Zero pressure device, which is built into a measuring device and a small pressure can as a compressed gas source, in particular for calibration. The Gas supply system with zero pressure device is preferably controlled.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine staudrucklose Gasversorgung im Längsquerschnitt. Von der Gasquelle 1, die in der Regel mit einem Absperrventil ausgerüstet ist, gelangt das Gas (z. B. Kalibriergas) über einen Druckregler 2 und Gasleitung 3 mit den Blenden 10 zur Nulldruckeinrichtung 4. Die Nulldruckeinrichtung 4 ist hier ein Verbindungsstück 5 mit einer Ausströmöffnung 6. Der Druckregler 2 ist beispielsweise ein Druckdosenregler mit integriertem Absperrventil, dieser ist fest auf einen Hinterdruck von ca. 10 bis 600 mbar, vorzugsweise 10 bis 60 mbar, besonders bevorzugt 10 bis 30 mbar, eingestellt. Eine Durchflußbegrenzung des Gases wird durch zwei hintereinander eingebaute Blenden 10 (z. B. in der Schlauchtülle) gebildet. Der Volumenstrom des Gases ist abhängig vom Hinterdruck des Druckreglers 2 und beträgt je nach Vordruck in der Gasquelle (z. B. Druckdose) etwa 10 bis 15 Liter pro Stunde.Fig. 1 shows schematically an example of a pressure-free gas supply in the Longitudinal cross section. From the gas source 1, usually with a shut-off valve is equipped, the gas (e.g. calibration gas) passes through a pressure regulator 2 and Gas line 3 with the orifices 10 to the zero pressure device 4. Die Zero pressure device 4 is here a connecting piece 5 with an outflow opening 6. The pressure regulator 2 is, for example, a pressure socket regulator with an integrated one Shut-off valve, this is fixed to a back pressure of approx. 10 to 600 mbar, preferably 10 to 60 mbar, particularly preferably 10 to 30 mbar. A Flow limitation of the gas is built in by two Apertures 10 (z. B. in the hose nozzle) formed. The volume flow of the gas is depending on the back pressure of the pressure regulator 2 and depending on the form in the Gas source (e.g. pressure can) about 10 to 15 liters per hour.

Das Verbindungsstück 5 zur Kapillare 7 (Eingangskapillare oder Kalibrierkapillare des Meßgerätes) ist in diesem Falle ein Schlauch. Dieser Schlauch ist mit einer Ausströmöffnung 6 versehen, wodurch das überschüssige Gas ausströmt. Die Ausströmöffnung 6 hat einen Öffnungsdurchmesser von 0,5 mm. Über die Kapillare 7 bezieht das Meßgerät 8 (z. B. Massenspektrometer) bei Bedarf (für die Kalibrierung) Gas aus dem Gasstrom, gegebenenfalls über eine Ansaugpumpe. Absperrventil und Druckregler 2 werden bei Bedarf von Hand betätigt. Hierbei ist zu beachten, daß die Druckgasquelle 1, insbesondere bei Verwendung einer Druckdose als Druckgasquelle, innerhalb kurzer Zeit geleert ist, wenn das Absperrventil der Druckgasquelle 1 nicht nach der Kalibrierung geschlossen wird.The connector 5 to the capillary 7 (input capillary or calibration capillary of the measuring device) is a hose in this case. This hose is with one Outflow opening 6 provided, whereby the excess gas flows out. The Outflow opening 6 has an opening diameter of 0.5 mm. Via the capillary 7 obtains the measuring device 8 (e.g. mass spectrometer) if required (for the Calibration) gas from the gas flow, if necessary via a suction pump. Shut-off valve and pressure regulator 2 are operated by hand if necessary. Here is too note that the compressed gas source 1, especially when using a Pressure can as a pressure gas source, is empty within a short time, if that Shut-off valve of compressed gas source 1 is not closed after calibration.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Beispiel für eine staudrucklose Gasversorgung mit Steuerventil 11 (gezeigt im Längsquerschnitt). Das Steuerventil 11 ist beispielsweise ein Magnetventil, das über eine Steuerung zur Kalibrierung geöffnet und geschlossen wird. Die Steuerung ist beispielweise eine Mikroprozessor- oder Computersteuerung. Die Steuerung (Steuereinheit) mit dem Ablaufprogramm für die Ventilsteuerung ist vorzugsweise in dem Meßgerät integriert. Durch eine Gasdurchflußbegrenzung (z. B. Blenden oder Verengungen) in der Gaseleitung 3 kann der gewünschte Volumenstrom des Gases vorgegeben oder eingestellt werden.Fig. 2 shows schematically an example of a pressure-free gas supply with Control valve 11 (shown in longitudinal cross section). The control valve 11 is, for example a solenoid valve that opens via a controller for calibration and is closed. The controller is, for example, a microprocessor or Computer control. The controller (control unit) with the sequence program for the Valve control is preferably integrated in the measuring device. By a Gas flow limitation (e.g. orifices or constrictions) in the gas line 3 can set or set the desired volume flow of the gas become.

Ablauf der automatischen (gesteuerten) Kalibrierung: Nach dem Öffnen des Steuerventils 11 wird das nachfolgende Stück der Gaseleitung 3 mit Nulldruckeinrichtung 4 mit z. B. 1600 mbar absolut des Gases beaufschlagt. Es stellt sich ein Gasstrom über die Ausströmöffnung 6 ein (etwa 10 Liter pro Stunde). Nach einer angemessenen Spülzeit (z. B. 2 bis 10 Sekunden) wird das Steuerventil 12 am Eingang des Meßgerätes 8 (z. B. Massenspektrometer) geöffnet und das Gas gelangt zum Meßgerät 8. Das Gas wird angesaugt (ca. 5 Liter pro Stunde). Wichtig ist das der Gasstrom zwischen Druckgasquelle 1 und Ausströmöffnung 6 größer ist als der Gasstrom zum Meßgerät 8. Dadurch werden keine atmospärischen Verunreinigungen von außen über die Ausströmöffnung 6 angesaugt. Eine Gasrückdiffusionssperre an der Ausströmöffnung 6 ist vorteilhaft. Bei der gesteuerten Kalibriergasversorgung des Meßgerätes werden nur sehr geringe Gasmengen benötigt, da die Steuerventile 11 und 12 nur kurzzeitig geöffnet werden. Kleinstdruckdosen können mit Vorteil eingesetzt werden.Automatic (controlled) calibration process: After opening the Control valve 11 is the following piece of gas line 3 with Zero pressure device 4 with z. B. 1600 mbar absolute of the gas. It puts a gas flow through the outflow opening 6 (about 10 liters per hour). After an appropriate flushing time (z. B. 2 to 10 seconds), the control valve 12 am The input of the measuring device 8 (e.g. mass spectrometer) opened and the gas arrives at the measuring device 8. The gas is drawn in (approx. 5 liters per hour). Important is that the gas flow between compressed gas source 1 and outflow opening 6 is larger than the gas flow to the measuring device 8. As a result, no atmospheric Contamination is sucked in from the outside via the outflow opening 6. A Gas back diffusion barrier at the outflow opening 6 is advantageous. In the Controlled calibration gas supply to the measuring device are only very small Gas quantities required because the control valves 11 and 12 are only opened for a short time. Small pressure sockets can be used with advantage.

Fig. 3 zeigt analog zu Fig. 1 ein Gasversorgungssystem mit einem Gasflußmesser 9 als Gasrückdiffusionssperre an der Ausströmöffnung 6. Der Gasflußmesser 9 bietet den Vorteil, daß nicht nur ein Eindringen von Gas aus der Atmosphäre verhindert wird (Rückdiffusionssperre), sondern gleichzeitig der Gasfluß kontrolliert und beobachtet werden kann. Der Gasfluß kann beispielsweise mittels eines Ventils (Drossel) in der Gasleitung 3 eingestellt werden. Die Nulldruckeinrichtung 4 besteht aus Verbindungsstück 5, Ausströmöffnung 6 und Gasflußmesser 9.3 shows, analogously to FIG. 1, a gas supply system with a gas flow meter 9 as a gas back diffusion barrier at the outflow opening 6. The gas flow meter 9 offers the advantage that not only prevents gas from entering the atmosphere is (back diffusion barrier), but at the same time the gas flow is controlled and can be observed. The gas flow can, for example, by means of a valve (Throttle) can be set in gas line 3. The zero pressure device 4 exists from connector 5, outflow opening 6 and gas flow meter 9.

Fig. 4 zeit schematisch eine Gasversorgung für einen Gasdiffusionssensor eines Gaswarngerätes als Meßgerät 8. Auf den Sensor ist eine Kappe (z. B. Gummikappe) als Verbindungsstück 5 angebracht. Verbindungsstück 5 (Kappe) mit Ausströmöffnung 6 und Gasflußmesser 9 bilden die Nulldruckeinrichtung 4. Verbindungsstück 5 (Kappe) ist über die seitliche Anschlußöffnung mit der Gaseleitung 3 verbunden. Zur Gasflußbegrenzung dient eine Verengung 10, die durch einen Einsatz in der Gasleitung 3, eine zwischengeschaltete Kapillare oder durch eine entsprechend enge Anschlußöffnung gebildet werden kann. Der Druckregler 2 ist vorzugsweise steuerbar. Zur Steuerung können auch ein oder mehrere Steuerventile (z. B. Magnetventile) in der Gaseleitung 3 angebracht werden, z. B. hinter dem Druckregler 2 (Niederdruckseite).Fig. 4 schematically shows a gas supply for a gas diffusion sensor Gas warning device as a measuring device 8. There is a cap on the sensor (e.g. rubber cap) attached as a connector 5. Connector 5 (cap) with Outflow opening 6 and gas flow meter 9 form the zero pressure device 4. Connector 5 (cap) is through the side connection opening with the Gas line 3 connected. A restriction 10 serves to limit the gas flow through an insert in the gas line 3, an intermediate capillary or can be formed by a correspondingly narrow connection opening. Of the Pressure regulator 2 is preferably controllable. One or several control valves (z. B. solenoid valves) in the gas line 3 attached be, e.g. B. behind the pressure regulator 2 (low pressure side).

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

11
GasquelleGas source
22nd
DruckreglerPressure regulator
33rd
GasleitungGas pipe
44th
NulldruckeinrichtungZero pressure device
55
VerbindungsstückConnector
66
AusströmöffnungOutflow opening
77
Kapillare (Gaseingang)Capillary (gas inlet)
88th
MeßgerätMeasuring device
99
GasdurchflußmesserGas flow meter
1010th
Gasflußbegrenzer (Verengung, Blende)Gas flow restrictor (restriction, orifice)
1111
SteuerventilControl valve
1212th
SteuerventilControl valve

Claims (9)

Gasversorgungssystem mit Druckgasquelle (1) und Nulldruckeinrichtung (4).Gas supply system with compressed gas source (1) and zero pressure device (4). Gasverversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregler (2) enthalten ist.Gas supply system according to claim 1, characterized in that a Pressure regulator (2) is included. Gasverversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasflußbegrenzer (10) enthalten ist.Gas supply system according to claim 1 or 2, characterized in that that a gas flow restrictor (10) is included. Gasverversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerventil (11) oder (12) oder ein gesteuerter Druckregler (2) enthalten ist.Gas supply system according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a control valve (11) or (12) or a controlled Pressure regulator (2) is included. Gasverversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldruckeinrichtung (4) eine Gasrückdiffusionssperre enthält.Gas supply system according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the zero pressure device (4) has a gas back diffusion barrier contains. Gasversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gaseversorgungssystem in ein Meßgerät (8) eingebaut ist.Gas supply system according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the gas supply system is installed in a measuring device (8). Gasversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Gasversorgungssystem eine Kleinstdruckdose als Druckgasquelle (1) enthält.Gas supply system according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the gas supply system as a miniature can Compressed gas source (1) contains. Verfahren zur staudrucklosen Gasversorgung von Meßgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß Gas aus einer Druckgasquelle (1) über eine Nulldruckeinrichtung (4) geleitet wird.Process for the pressure-free gas supply to measuring devices, thereby characterized in that gas from a compressed gas source (1) via a Zero pressure device (4) is passed. Verwendung eines Gasversorgungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Kalibrierung von Meßgeräten.Use of a gas supply system according to one of claims 1 to 7 for calibration of measuring devices.
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