Flammenphotometer mit Konstantflussregelung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Flammenphotometer der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

[0002] Flammenphotometer mit Konstantflußregelung wenigstens einer der Brenngaskomponenten ermöglichen die Einstellung einer mit zeitlich konstanter Helligkeit brennenden Flamme, die eine zeitlich konstante Meßauswertung der von in die Flamme eingebrachten Testsubstanzen erzeugten Spektrallinien gestattet. Auf diese Weise werden genaue und reproduzierbare Messungen ermöglicht. Dabei ist zu beachten, daß sowohl Langzeitkonstanz als auch Kurzzeitkonstanz gegeben sein muß, um auswertbare Meßwerte zu ermöglichen.

[0003] Derartige Flammenphotometer der eingangs genannten Art sind seit längerem bekannt, beispielsweise aus der Literaturstelle
R. Herrmann - C.Th.J. Alkemade: Flammenphotometrie.

[0004] Hieraus ist es bekannt, als Steuerventil der eingangs genannten Art, Reduzierventile zu verwenden, die mit einer differenzdruckgesteuerten Membran ein Ventil steuern. Die Membran wird einerseits von der Atmosphäre beaufschlagt, die zumeist im wesentlichen dem Druck hinter der Drossel entspricht und andererseits über die Ausgangsleitung des Ventiles vom Druck im Pufferbehälter. Bei gleichmäßig arbeitendem Brenner, also im wesentlichen gleichmäßigem Gasfluß, regelt die Membran das eigentliche Ventil des Reduzierventiles auf eine mittlere Stellung mit konstantem Fluß ein, woraus sich ein gleichmäßiger Gasfluß ergibt. Störendes Flattern eines solchen Reduzierventiles soll nach Möglichkeit vermieden werden.

[0005] Auch in jüngerer Zeit werden für die eingangs genannten Zwecke noch derartige Reduzierventile verwendet, wie die DE-OS 34 07 552 zeigt. Das membrangesteuerte Reduzierventil ist bei dieser Konstruktion dahingehend verbessert, daß es mit einer motorisch arbeitenden Einstelleinrichtung ausgerüstet ist.

[0006] Die bekannten Reduzierventile arbeiten in der Regel befriedigend, lassen sich aber nicht mit heutzutage erforderlicher sehr hoher Präzision regeln und weisen den Nachteil einer komplizierten Konstruktion mit entsprechender Anfälligkeit und hohen Kosten sowie den Nachteil aufwendiger Ansteuertechnik auf.

[0007] Ferner ist aus der EP-A-0068589 für derartige Zwecke eine Regelung bekannt, bei der als Steuerventil ein Schaltventil verwendet wird. Dieses wird allerdings gesteuert in Abhängigkeit von der Brennertemperatur, was einen aufwendigen und störempfindlichen Temperatursensor erforderlich macht.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Flammenphotometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das hinsichtlich der Konstantflußregelung wesentlich kostengünstiger, präziser und zuverlässiger ausbildbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

[0009] Mit der Erfindung wird eine sehr einfache Konstruktion vorgelegt, die gegenüber den bisher für diese Zwecke verwendeten Reduzierventilen erhebliche Kosten einspart. Dennoch wird eine sehr präzise Flußsteuerung erreicht, die überraschenderweise auch ohne Überwachung der Flammenparameter (Temperaturermittlung) auskommt. Da die erfindungsgemäße Steuerung eine gewisse Druckhysterese zuläßt, kann die Konstruktion stark vereinfacht ausgebildet sein, und es ergibt sich eine vom Puffervolumen abhängige Schaltfrequenz, die bei geeigneter Konstruktionsweise sehr niedrig sein kann. Einfache und billige Schaltventile können daher mit hoher Lebensdauer verwendet werden. Veränderungen am Brenner, die dessen Durchflußwiderstand ändern, können sich nicht störend bemerkbar machen, da der Drosselwiderstand wesentlich höher ist als der Brennerwiderstand. Es können Brenner mit schwankendem Strömungswiderstand verwendet oder Brenner unterschiedlichen Strömungswiderstandes gewechselt werden.

[0010] Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Hierdurch wird der Regelungs- und Installationsaufwand verringert. Wenn der Strömungswiderstand der der Drossel nachgeschalteten Gasstrecke, die im wesentlichen nur aus dem Brenner besteht, ausreichend konstant ist, was in der Regel der Fall ist, so ergibt sich auch mit einer solchen einfachen Konstruktion eine ausreichend genaue Regelung.

[0011] Schließlich sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise kann sehr einfach durch Verstellung an der Regeleinrichtung der gewünschte Sollfluß eingestellt werden.

[0012] In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.

[0013] Die in der Figur dargestellte Gasflußregelung ist in einem Flammenphotometer vorgesehen, dessen sonstige Teile der Einfachheit halber weggelassen sind.

[0014] Von einer ebenfalls nicht dargestellten Gasversorgung, beispielsweise einer Gasflasche, wird über eine Gasleitung 1 in Pfeilrichtung Gas dem Brenner 2 zugeführt.

[0015] Bei dem über die Gasleitung 1 geführten Gas kann es sich um eine brennfähige Gasmischung oder um eine der zur Verbrennung benötigten Gaskomponenten (Brenngas, Oxydans) handeln. Das durchströmende Gas ist mit der dargestellten Regelung im Fluß konstant zu halten, damit der Brenner 2 zeitkonstant arbeitet.

[0016] In der Gasleitung 1 ist ein Schaltventil 3 zwischengeschaltet, das, wie mit entsprechenden Schaltsymbolen angedeutet, die beiden Schaltstellungen AUF und ZU aufweist. Es wird elektrisch betrieben und über eine Steuerleitung 4 taktweise angesteuert.

[0017] Dem Schaltventil 3 ist in der Gasleitung 1 ein Pufferbehälter 5 nachgeschaltet. Über eine Leitung 6 wird der Gasdruck im Behälter 5 einem Druck-/Spannungswandler 7 zugeführt, der über eine Leitung 8 an einen Eingang einer Steuereinrichtung 9 angeschlossen ist. Diese vergleicht den Druckwert im Behälter 5 mit einem vorgegebenen Sollwert und regelt entsprechend über die Steuerleitung 4 das Taktverhältnis AUF/ZU des Schaltventiles 3 derart nach, daß der Druck im Behälter 5 im wesentlichen konstant gehalten wird.

[0018] Dem Behälter 5 ist eine Drossel 10 nachgeschaltet, durch die das Gas über die Gasleitung 1 dem Brenner 2 zufließt.

[0019] Der in der Figur mit dem entsprechenden Symbol angedeutete Strömungswiderstand des Brenners 2 ist bei Flammenphotometern in der Regel sehr klein und gleichmäßig. In der Gasleitung 1 herrscht an der Stelle zwischen der Drossel 10 und dem Brenner 2 daher in der Regel konstanter, im wesentlichen dem Atmosphärendruck entsprechender Druck. Die Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang an der Drossel 10 wird somit durch die Druckregelung im Behälter 5 konstant gehalten. Daher ist der Durchfluß durch die Drossel 10 und somit der Gesamtgasfluß im gewünschten Sinne konstant.

[0020] Da unter Umständen Schwankungen des Strömungswiderstandes im Brenner 2 zu befürchten sind und von der Konstruktion her zugelassen werden soll, daß der Brenner 2 gegen einen anderen Brenner anderen Strömungswiderstandes gewechselt werden kann, wird so ist eine Drossel 10 verwendet, die einen gegenüber dem Strömungswiderstand des Brenners 2 (einschließlich des Gasleitungssystems zwischen der Drossel 10 und dem Brenner 2) erheblich größeren Strömungwiderstand aufweist. Der gesamte Druckabfall zwischen dem Behälter 5 und dem Ausgang 11 des Brenners in die Atmosphäre wird dann durch den Strömungswiderstand der Drossel 10 bestimmt, gegen den der Strömungswiderstand des Brenners 2 vernachlässigt werden kann. Änderungen des Widerstandes am Brenner 2 ergeben dann nur vernachlässigbar kleine Durchflußänderungen.

[0021] In der beschriebenen Ausführungsform erfaßt die Regeleinrichtung 9 über den Druck-/Spannungwandler 7 nur den Druck im Behälter 5, also den Vordruck der Drossel 10. Als Druck hinter der Drossel 10 wird bei dieser Ausführungsform der Atmosphärendruck berücksichtigt. Der Druck-/Spannungswandler 7 kann in üblicher Weise so ausgelegt sein, daß er den Druck auf der Leitung 6 mit dem Atmosphärendruck vergleicht und den Differenzdruck wandelt und an den Regler 9 weitergibt.

[0022] Zur exakten Erfassung der Druckdifferenz an der Drossel 10 kann eine alternative Konstruktion wie folgt vorgesehen sein.

[0023] Am Ausgang der Drossel 10 ist ein zweiter Druck-/Spannungswandler 12 über eine Leitung 13 angeschlossen, der über eine Leitung 14 parallel zur Leitung 8 des Wandlers 7 an die Steuereinrichtung 9 angeschlossen ist, die in diesem Falle als Differenzschaltung arbeitet und das Taktverhältnis des Schaltventiles 3 derart nachregelt, daß die Druckdifferenz zwischen den Gasdrucken in den Leitungen 6 und 13, also am Eingang und Ausgang der Drossel 10, konstant bleibt.

[0024] Bei dieser Differenzdruckregelung kann der Strömungswiderstand im Brenner 2 und dessen Leitungssystem beliebige Werte annehmen, ohne die Konstanthaltung des Gasflusses zu stören.

[0025] Da in der Regel der ohnehin stets vorhandene Druck/Spannungswandler 7 ein Differenzdruckaufnehmer ist, dessen einer Druckeingang an den Behälter 5 und dessen anderer Druckeingang an die Atmosphäre angeschlossen ist, kann dieser Wandler 7 in vereinfachter Ausführungsform auch zur Bestimmung des Differenzdruckes über der Drossel 10 verwendet werden. Dazu wird sein einer Druckeingang an die Leitung 6 und sein anderer Druckeingang an die Leitung 13 angeschlossen. Der ermittelte Differenzdruck wird in Spannung gewandelt und der Steuereinrichtung 9 als Eingangsgröße zugeführt. Auf diese Weise kann bei Ermittlung des Differenzdruckes der zweite Wandler 12 eingespart werden.

[0026] Dem Schaltventil 3 kann in üblicher Weise ein Druckminderer, z. B. in Form einer weiteren Drossel, vorgeschaltet sein, um den hohen Speisedruck, beispielsweise einer Gasflasche, auf ein vom Schaltventil 3 verarbeitbares Druckniveau zu reduzieren.

[0027] Die Steuereinrichtung 9 ist vorzugsweise als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet, die die über die Leitung 8 ankommende Steuergröße bzw. die Differenz der über die Leitung 8 und 14 ankommenden Steuergrößen mit einem elektrisch vorgegebenen Sollwert vergleicht und bei Abweichungen über die Steuerleitung 4 das Taktverhältnis des Schaltventiles entsprechend nachregelt. Dabei kann vorzugsweise eine Verstelleinrichtung, beispielsweise in Form eines Stellpotentiometers 15 vorgesehen sein, mit der die elektrische Sollwertvorgabe verstellt werden kann. Auf diese Weise kann der Druck im Behälter 5 bzw. der Differenzdruck an der Drossel 10 und damit der Sollwert des konstant zu haltenden Gasflusses auf den gewünschten Wert eingestellt werden, um beispielsweise im Brenner 2 die gewünschte Flammengröße zu erhalten.

[0028] Die erwähnte Verstelleinrichtung für die Steuereinrichtung 9 kann beispielsweise auch als Vorwahlsteuerung ausgebildet sein, mit der beispielsweise über Tastendruck bestimmte voreingestellte Flüsse wählbar sind. Es kann auch eine Ansteuerung aus einem Computer erfolgen, z. B. nach einem bestimmten Programm. Auf diese Weise ist es möglich, je nach Anforderung bestimmte Flüsse zu wählen, beispielsweise je nach dem im Flammenphotometer zur Zeit verwendeten Meßverfahren, wenn also beispielsweise für unterschiedliche fotometrische Verfahren unterschiedliche Flammenintensitäten erforderlich sind.

[0029] Die Regeleinrichtung 9 steuert das Schaltventil 3 in Abhängigkeit vom Differenzdruck an der Drossel 10

[0030] Die erfindungsgemäße, schaltungstechnisch sehr einfach realisierbare Konstruktion, die sich in Versuchen bewährt hat, besteht darin, das Schaltventil 3 bei Unterschreiten eines ersten tieferliegenden Druckes aufzuschalten und bei Überschreiten eines vorgegebenen höheren Druckes zuzuschalten. Hierbei ergibt sich also im Behälter 5 ein zwischen den beiden vorgegebenen Druckwerten schwankender Druck, wobei diese Hysterese aber sehr klein gehalten werden kann. Wenn der Behälter in seinem Volumen entsprechend groß ist, arbeitet das Schaltventil 3 sehr langsam. Die Regelung und das Schaltventil können folglich sehr einfach konstruiert werden.

Ansprüche

1. Flammenphotometer mit Konstantflußregelung wenigstens einer der Brenngaskomponenten mittels eines Steuerventiles (3), das den Gaszufluß zu einem Pufferbehälter (5) steuert, welchem über eine Drossel (10) der Brenner nachgeschaltet ist, wobei das Steuerventil in Abhängigkeit vom Differenzdruck über der Drossel den Druck im Pufferbehälter derart regelt, daß der Differenzdruck konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil als AUF/ZU-Schaltventil (3) ausgebildet ist, das von einer Regeleinrichtung (9) bei Unterschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes aufgeschaltet und bei Überschreiten eines vorgegebenen zweiten höheren Differenzdruckes zugeschaltet wird, wobei der Strömungswiderstand der Drossel (10) um so viel größer ist als der der nachgeschalteten Gasstrecke (2), daß bei Änderung des Restwiderstandes sich ergebende Gasflußfehler unterhalb einer vorgegebenen zulässigen Fehlergrenze bleiben.

2. Flammenphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (9) in Abhängigkeit vom Vordruck (6) der Drossel (10) regelt, wobei als Ausgangsdruck der Drossel (10) der Atmosphärendruck berücksichtigt wird.

3. Flammenphotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (9) eine Verstellvorrichtung zur Einstellung des gewünschten Differenzdruckes aufweist.

Claims

1. Flame photometer with constant flow control of at least one of the combustion gas components by means of a control valve (3) which directs the gas flow into a buffer container (5), connected downstream of which via a throttle (10) is the burner, the control valve controlling the pressure in the buffer container in dependence on the pressure differential across the throttle in such a manner that the pressure differential remains constant, characterised in that the control valve is constructed as an open-close pilot valve (3) which is switched open by a control device (9) when the pressure differential falls below a predetermined value and is switched closed when a predetermined second higher pressure differential is exceeded, the flow resistance of the throttle (10) being so much greater than that of the gas path (2) downstream of it that when the residual resistance alters resulting gas flow inaccuracies remain below a predetermined permissible inaccuracy threshold.

2. Flame photometer as claimed in the preceding claim, characterised in that the control device (9) controls in dependence on the inlet pressure (6) of the throttle (10), atmospheric pressure being considered to be the outlet pressure of the throttle (10).

3. Flame photometer as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the control device (9) has an adjustment device for adjusting the desired pressure differential.

Revendications

1. Photomètre de flamme avec régulation constante de l'écoulement d'au moins un constituant de gaz combustible, à l'aide d'une valve (3) de commande, qui commande le débit d'alimentation en gaz d'un récipient tampon (5) auquel est relié en aval, par l'intermédiaire d'un organe (10) d'étranglement, le brûleur, la valve de commande régulant, en fonction de la différence de pression de part et d'autre de l'organe d'étranglement, la pression régnant dans le récipient tampon de manière à maintenir constante la différence de pression, photomètre caractérisé en ce que la valve de commande est réalisée sous forme d'un relais pneumatique (3) ouvert/fermé qui est ouvert par un dispositif (9) de régulation si la différence de pression tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée de différence de pression et qui est fermé si cette différence de pression excède une seconde valeur plus élevée de la différence de pression, la résistance opposée par l'organe (10) d'étranglement à l'écoulement étant si supérieure à la résistance opposée à l'écoulement par le trajet (2) de gaz subséquent que, en cas de modification de la résistance résiduelle, l'erreur qui en résulte pour le débit de gaz demeure au-dessous d'une limite d'erreur tolérable prédéterminée.

2. Photomètre de flamme selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (9) de régulation régule l'organe (10) d'étranglement en fonction de la pression amont (6), et l'on considère alors la pression atmosphérique comme étant la pression de sortie de l'organe (10) d'étranglement.

3. Photomètre de flamme selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (9) de régulation présente un dispositif de réglage pour régler la pression différentielle voulue.

Zeichnung