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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung oder Überprüfung eines
Apparates zur Bestimmung der Konzentration einer spezifischen Substanz
in der Ausatemluft einer Person, wobei der Apparat Mittel umfasst,
um die Ausatemluft entlang einer freien Messstrecke davon zu führen, und
Mittel, um Luft mit einer vorgegeben Zusammensetzung der Messstrecke
zuzuführen,
um einen Luftfluss entlang besagter Strecke zu erzeugen.
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Eine
Vorrichtung dieser Art ist in
WO-A-9820346 beschrieben.
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Damit
der Apparat auch dann ein verlässliches
Untersuchungsergebnis liefert, wenn er außerhalb für bewegliche Polizeikontrollen
der Nüchternheit
von Fahrern eingesetzt wird, ist es eine Voraussetzung, dass der
Apparat genau kalibriert ist und während des Einsatzes in Abständen einfach
rekalibriert und überprüft werden
kann.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Die
US-A-4,793,173 beschreibt
ein Verfahren zum Kalibrieren eines Gasmessgeräts. Eine Testkammer wird mit
einem Spülgas
gespült
und anschließend
wird eine spezifische Menge einer Kalibriersubstanz mit dem Spülgas in
der Testkammer vermischt, um ein Kalibriergas mit festgelegter Zusammensetzung
zu bilden. Die Kalibriersubstanz kann als ein Gas oder als eine
Flüssigkeit,
die in der Testkammer verdampft wird, zugeführt werden.
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Wenn
der Apparat der oben genannten Art kalibriert werden soll, ist es
für die
Genauigkeit der mit einem solchen Apparat erhaltenen Testergebnisse
essentiell, dass ebenfalls die Konzentration von Wasserdampf in
dem Luftstrom durch das Gehäuse gemessen
wird und dass dies berücksichtigt
wird, wenn der Apparat kalibriert oder überprüft wird.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Es
ist eine primäre
Aufgabe der Erfindung, ein Kalibrierungsverfahren bereitzustellen,
bei dem ebenfalls die Konzentration des Wasserdampfs berücksichtigt
wird, um die Genauigkeit zu verbessern, die beim Kalibrieren des
Apparats der oben genannten Art erzielt wird.
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Dies
wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 erzielt, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass eine flüssige
Mi schung von besagter Substanz mit Wasser in einer spezifizierten
Konzentration davon sofort verdampft wird, um als ein Gas in besagte Luft
injiziert zu werden, wenn diese der Messstrecke zugeführt wird,
dass die Konzentration von besagter Substanz und die Konzentration
von Wasserdampf in dem Luftstrom entlang der Messstrecke bestimmt wird,
dass der gesamte Gasfluss und der Gasfluss entlang der Messstrecke
berechnet werden, um den Gasfluss der Substanz und den Wasserdampffluss zu
bestimmen und das Verhältnis
davon mit der spezifischen Konzentration von besagter Mischung verglichen
wird.
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Weitere
Details des Verfahrens der Erfindung sind in den angefügten Ansprüchen definiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung wird detaillierter unten mit Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert,
worin
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1 eine
schematische axiale Querschnittansicht eines Apparates ist, bei
dem das Verfahren der Erfindung eingesetzt werden kann, wobei der
Apparat von der Art ist, der in der
1 der
WO-A-9820346 offenbart
ist,
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2 ein
Graph ist, der den gemessenen Gehalt der spezifischen Substanz in
dem Luftfluss gegen die Zeit aufgetragen zeigt, und
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3 ein
Graph ist, der den gemessenen Gehalt des Wassers in dem Luftfluss
gegen die Zeit aufgetragen zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Der
Apparat umfasst ein wärmeisoliertes
zylindrisches Gehäuse 10.
Das Gehäuse
ist an einem seiner Enden mit Hilfe eines Endelements 11 verschlossen,
wohingegen es am anderen Ende eine Einlassöffnung 12 aufweist.
Eine zylindrische Küvette 13,
die eine Messstrecke bildet, ist koaxial innerhalb des Gehäuses befestigt,
wobei sie einen ringförmigen
Kanal 14 durch das Gehäuse
bildet. Ein offenes Ende der Küvette
ist axial beabstandet von der Einlassöffnung 12 angeordnet,
wohingegen das andere Ende an dem Endelement 11 befestigt
ist, wobei es mit einem Querkanal 15 in dem Endelement
kommuniziert. Ein Rohr 16, das ein Gebläse 17 aufweist, öffnet sich
radial in den Kanal 14 benachbart zu dem Endelement 11.
Ein Sauggebläse 18 ist
mit dem Kanal 15 verbunden.
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Eine
Strahlungsquelle (Lichtquelle) 19 ist in dem offenen Ende
der Küvette 13 gehalten,
wobei die Strahlung von der Quelle in Richtung eines Detektors 20 durch
ein Fenster 21 und ein Filterrad 22 abgegeben
wird. Ein Computer 23 ist mit dem Detektor verbunden, um
das Detektorausgabesignal zu verarbeiten.
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Wenn
der beschriebene Apparat verwendet wird, um die Konzentration einer
spezifischen Substanz und die Konzentration des Wassers in der Ausatemluft
zu messen, führt
das Gebläse
17 einen
Luftfluss mit festgelegter Zusammensetzung dem Kanal
14 zu.
Die Luft entweicht teilweise durch die Öffnung
12 in die umgebende
Atmosphäre
und gelangt teilweise durch die Küvette
13 zu dem Kanal
15 und
von dort in die umgebende Atmosphäre. Das Gesicht der zu testenden
Person wird von der aus der Öffnung
12 austretenden
Luft umspült,
bevor die Person in die Einlassöffnung
12 ausatmet.
Dann, wenn das Ausatmen stattfindet, gelangt die Ausatemluft durch
die Küvette
13 und
die Konzentration der spezifischen Substanz und des Wassers werden
von dem Detektor
20 gemessen. Das Gebläse
18 zieht die Ausatemluft
durch die Küvette
13 und
wird verwendet, um den Fluss durch die Küvette insbesondere dann zu
regeln, wenn die zu testende Person bewusstlos ist. Bezüglich weiterer
Details des verwendeten Testverfahrens wird auf die
WO-A-9820346 verwiesen.
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Für den Zweck
der Erfindung ist der Apparat mit einer Kalibrier- oder Überprüfungseinrichtung versehen,
die einen geschlossenen Behälter 25 beinhaltet,
der eine Mischung der Substanz, auf die der Apparat kalibriert werden
soll und Wasser unter Überdruck
enthält.
Die Substanz kann z. B. Ethylalkohol sein. Der Druck kann während des
Befül lens des
Behälters
hergestellt werden, oder ein Kolben mit Gas unter Druck kann mit
dem Behälter
verbunden werden. Eine Membran oder ein Stopfen 26 verschließen den
Behälter
und können
so versiegelt werden, dass der Inhalt des Behälters nicht manipuliert oder
ausgetauscht werden kann, ohne dass das Siegel gebrochen wird. Die
Membran oder Stopfen sind von einer Kanüle 27 durchdrungen,
die den Behälter
mit einem Ventil 28 verbindet, das wirksam mit einem geeigneten
Zubehör 29 mit
einem Magneten 30 zum Betätigen des Ventils verbunden
ist, das geschlossen ist, wenn der Magnet abgeschaltet ist. Das Ventil
sollte ein Hochgeschwindigkeitsventil sein, das einen sehr geringen
Totraum aufweist. Ein kappilarförmiges
Röhrchen 31 erstreckt
sich von dem Auslass des Ventils 28 zu einer beheizten
Düse 32,
die in dem Rohr 16 auf der Druckseite des Gebläses 17 angeordnet
ist. In dem Rohr 16 ist ebenfalls auf der Druckseite des
Gebläses
eine elektrische Heizspirale 33 ausgebildet.
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Während eines
Kalibrierzyklusses wird Luft aus einem Raum, in dem die Luft frei
von der spezifischen Substanz ist, auf die der Apparat kalibriert
werden soll, oder die eine bekannte Konzentration der Substanz aufweist,
von dem Gebläse 17 durch
das Rohr 16 zugeführt,
um einen Luftfluss durch den ringförmigen Kanal 14 in
Richtung der Einlassöffnung 12 zu
erzeugen. Die Luft wird mit Hilfe der Heizspirale 33 erhitzt,
so dass die Oberflächen
in der Apparat, die die Luftkanäle
darin definieren, erhitzt werden, um zu verhindern, dass in der
Luft mitgerissene Feuchtigkeit sich auf den Oberflächen niederschlägt. Ein Hauptteil
der zugeführten
Luft entweicht in die umgebende Atmosphäre durch die Einlassöffnung 12,
und ein kleinerer Teil gelangt durch die Küvette 13 in den Kanal 15 und über das
Gebläse 18 in
die umgebende Atmosphäre.
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Flüssigkeit
wird der beheizten Düse 32 von dem
Behälter 25 zugeführt, indem
der Magnet 30 eingeschaltet wird, und so das Ventil 28 geöffnet wird. Der
Fluss der Flüssigkeit
wird entweder durch den Überdruck
in dem Behälter
und den Strömungswiderstand
in dem kappilarförmigen
Röhrchen 31 bestimmt,
wobei das Ventil kontinuierlich offen gehalten wird, oder indem
das Ventil mit kurzen Öffnungspulsen
in schneller Folge betrieben wird. Die Flüssigkeit wird in der beheizten
Düse 32 verdampft,
um in den Luftfluss als ein Gas eingeleitet zu werden, wobei die Verdampfung
der Flüssigkeit
im Wesentlichen durch den Heizeffekt der Heizspule 33 aufrecht
erhalten wird. Die Kondensation auf den Oberflächen der Luftkanäle wird
verhindert, indem die Oberflächen
durch den erwärmten
Luftfluss warmgehalten werden.
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Mit
Bezug auf die 2 wird die Injektion eines festgelegten
Volumens der Flüssigkeit,
die in dem Behälter 25 enthalten
ist, durch die Düse 33 zu einer
Zeit T1 initiiert. Der von dem Detektor 20 in
dem Luftfluss gemessene Gehalt der spezifischen Substanz ist 0 bis
die Luft mit der darin mitgerissenen Substanz das linke Ende der
Küvette 13 erreicht
und zu der Zeit T2 in diese Küvette ge langt.
Zu dieser Zeit wird der von dem Detektor gemessene Gehalt der spezifischen
Substanz zunehmen und möglicherweise
zu der Zeit T3 einen maximalen Wert erreichen.
Da das Volumen des Strömungskanals
von dem Injektionsbereich zu dem linken Ende der Küvette 13 und das
Volumen des Strömungskanals
in der Küvette 13 zwischen
deren Enden ebenso bekannt sind wie jeweils die Zeitabstände zwischen
den Zeiten T1 und T2 und
T2 und T3, kann
der gesamte Gasfluss und der Fluss durch die Küvette 13 berechnet
werden. Da das Volumen der injizierten Flüssigkeit ebenfalls bekannt
ist, kann der Gasfluss A der spezifischen Substanz (Alkohol) berechnet
werden. Alle Berechnungen werden von dem Computer 23 durchgeführt.
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Die 3 zeigt
den entsprechenden Graph für
Wasser in dem Luftfluss, und der Fluss B des Wasserdampfs wird in
derselben Weise bestimmt.
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Da
das Verhältnis
A/B (Konzentration) der Flüssigkeit
in dem Behälter 31 bekannt
ist, kann der Apparat kalibriert werden, um jeweils die absoluten Werte
der spezifischen Substanz (Alkohol) A und Wasser B anzuzeigen.
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Bei
dem Apparat können
Messungen bei (drei) verschiedenen Wellenlängen der von der Quelle 19 emitierten
Strahlung durchgeführt
werden, indem das Filterrad 22 so eingestellt wird, verschiedene
Filter darin in dem abgestrahlten Strahl anzuordnen. Wenn der Apparat
kalibriert wird, werden die bei verschiedenen Messungen erhaltenen
Graphen durch Anpassung im Computer zur Kongruenz gebracht. Dann,
wenn der Apparat zum Messen von unbekannten Gehalten einer spezifischen
Substanz wie z. B. Alkohol in der Ausatemluft verwendet wird, ist
sichergestellt, dass keine andere Substanz beteiligt ist, wenn die
bei verschiedenen Wellenlängen
erhaltenen Ergebnisse dieselben sind. Wenn der Apparat auf Ethylalkohol
kalibriert worden ist und wenn eine Divergenz der Werte beim Messen
auftritt, wenn die Ausatemluft einer Person Ethylalkohol enthält, kann die
Divergenz dadurch begründet
sein, dass die Ausatemluft weiterhin beispielsweise Methylalkohol
enthält.
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Es
ist ebenfalls möglich,
den Apparat auf verschiedene Substanzen zu kalibrieren, so dass
eine Unterscheidung zwischen diesen Substanzen beim Messen erfolgen
kann.
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Das
Verfahren der Erfindung kann ebenfalls verwendet werden, um zu überprüfen, dass
ein Apparat, der unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens kalibriert
wurde, die Kalibrierung aufrecht erhält, indem verschiedene Behälter 25,
die verschiedene Substanzen vermischt mit Wasser und/oder Substanzen
und Wasser in verschiedenen Mischungsverhältnissen enthalten, verwendet
werden.
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Die
Erfindung ist mit Bezug auf eine spezifische Ausführungsform
des in der
WO-A-9820346 offenbarten
Apparats beschrieben worden, aber sie kann ebenfalls bei den anderen
in der
WO-A-9820346 beschriebenen
Ausführungsformen und
im Allgemeinen bei Apparaten, die konstruiert sind, um das in der
WO-A-9820346 beschriebene Verfahren
zu praktizieren, verwendet werden.