DE19638761C2 - Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture - Google Patents

Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture

Info

Publication number
DE19638761C2
DE19638761C2 DE1996138761 DE19638761A DE19638761C2 DE 19638761 C2 DE19638761 C2 DE 19638761C2 DE 1996138761 DE1996138761 DE 1996138761 DE 19638761 A DE19638761 A DE 19638761A DE 19638761 C2 DE19638761 C2 DE 19638761C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
quartz tube
detector according
cells
gas detector
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1996138761
Other languages
German (de)
Other versions
DE19638761A1 (en
Inventor
Harde
Wolff
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to DE1996138761 priority Critical patent/DE19638761C2/en
Publication of DE19638761A1 publication Critical patent/DE19638761A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19638761C2 publication Critical patent/DE19638761C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2418Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G01N29/2425Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics optoacoustic fluid cells therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/024Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024Mixtures
    • G01N2291/02416Solids in liquids

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasdetektor zur Messung der Konzentration einer Komponente eines Gases in einem Gasgemisch gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1, wie aus Science, 177, 1972, Seite 347-349, bekannt.The invention relates to a gas detector for measuring the Concentration of a component of a gas in a gas mixture according to the Oberbe handle of claim 1, as from Science, 177, 1972, Page 347-349.

Es sind photoakustische Gasdetektoren bekannt, die eine Meßzelle mit einem Fenster, einen Infrarot-Strahler, einen Zerhacker sowie ein Mikrofon im Hohlraum der Meßzelle, einen Lock-In-Verstärker und eine Auswerteeinheit aufweisen.Photoacoustic gas detectors are known, one Measuring cell with a window, an infrared emitter, a Chopper and a microphone in the cavity of the measuring cell, one Have lock-in amplifiers and an evaluation unit.

Allerdings handelt es sich bei dem Infrarot-Strahler um ein Keramikelement aus Silikonkarbid (o. ä.) oder um ei­ nen oxidbeschichteten Widerstandsdraht (Nernststift). Beide Strahler haben den Nachteil, daß sie beim Einschaltvorgang eine lange Aufheizzeit brauchen, um ihre Arbeitstemperatur zu erreichen (ca. 5 Minuten); entsprechend lange braucht der Detektor für das Erreichen seiner Betriebsbereitschaft. Der Nernststift ist dazu recht teuer; das Keramikelement ist in der Regel sehr unhandlich.However, it is the infrared emitter a ceramic element made of silicon carbide (or similar) or an egg oxide-coated resistance wire (Nernst pin). Both Spotlights have the disadvantage that they turn on need a long warm up to their working temperature to reach (about 5 minutes); takes a correspondingly long time the detector for reaching its operational readiness. The Nernst pen is quite expensive for this; the ceramic element is usually very bulky.

Weiterhin erfolgt die Modulation der Strahlung mit Hilfe eitles Metallblattes, das zentrisch auf einer Mo­ torachse montiert ist, und das für den Strahlungsaustritt mit mehreren Öffnungen versehen ist. Im folgenden wird die­ ser Zerhacker als Blattchopper bezeichnet. Um den Strahler vollständig abzudecken bzw. frei zu geben, ist dieser Modu­ lator recht groß. Aufgrund seines großen Trägheitsmomentes ist er auch nicht besonders stabil gegen Verkippen und ge­ rät leicht ins Schlingern, was insgesamt einen instabilen Detektor zur Folge hat. Hinzu kommt, daß bei einem Blatt­ chopper modulierte Strahlung nur von einer Seite zugänglich ist. Die gleichzeitige Plazierung einer Meß- und einer Re­ ferenzzelle am Strahler ist somit unmöglich und für die De­ tektion einer Phasenreferenz mit einer Photodiode ist eine zusätzliche LED im Aufbau erforderlich (Lichtschranke).The radiation is also modulated with Help of vain metal sheet that is centered on a mo door axis is mounted, and that for the radiation exit is provided with several openings. The following is the This chopper is called a leaf chopper. To the spotlight This module is to be completely covered or released lator quite large. Because of its large moment of inertia it is also not particularly stable against tilting and ge advises a slight lurching, which is an unstable overall Detector. Added to that is that with a leaf Chopper modulated radiation accessible from one side only is. The simultaneous placement of a measuring and a re Reference cell on the radiator is therefore impossible and for the De  tection of a phase reference with a photodiode is one additional LED required in the construction (light barrier).

Die DE-AS 11 73 700 beschreibt einen Detektor für die Gaschromatographie, bei dem die Modulation der Strahlung mit Hilfe einer rotierenden Blende erfolgt. In der DE-OS 21 07 673 wird eine infrarote Strahlungsquelle vorgestellt, die auf dem Erhitzen von Glas beruht. Aus JP 55-48 641 A in Patents Abstracts of Japan, P 16, 20. Juni 1980, Vol 4 No. 86 ist weiterhin ein Gasdetektor bekannt, der eine Refe­ renzzelle nutzt. Die Druckschrift tm-Technisches Messen, 60, 1993, Seiten 296-301, beschreibt Gasdetektoren, die den Einsatz eines optischen Filters vorsehen, dessen Transmis­ sion auf die zu detektierende Komponente des Gases und vor­ handene Störkomponenten angepaßt ist. Gaseinlaß und Gasaus­ laß des Giftgaswächters Typ 1306 der Firma Brüel & Kjaer sind jeweils mit einem Ventil ausgerüstet, das während der Messung geschlossen wird (Firmenschrift Brüel & Kjaer, Naerum, Dänemark, Impressum BG 0485-11, 4 Seiten). Aus DE 37 16 763 A1 ist eine Meßzelle bekannt, deren innere Ober­ fläche mit einer reflektierenden Schicht ausgestattet ist, um Störsignale der Wände zu vermindern.DE-AS 11 73 700 describes a detector for the Gas chromatography, in which the modulation of the radiation with the help of a rotating screen. In DE-OS 21 07 673 an infrared radiation source is presented, which is based on heating glass. From JP 55-48 641 A in Patents Abstracts of Japan, P 16, June 20, 1980, Vol 4 No. 86 is also known a gas detector, the Refe cell uses. The publication tm-Technischen Messen, 60, 1993, pages 296-301, describes gas detectors that use the Provide the use of an optical filter, the transmis sion on the component of the gas to be detected and before existing interference components is adjusted. Gas inlet and gas outlet leave the poison gas monitor type 1306 from Brüel & Kjaer are each equipped with a valve that during the Measurement is closed (company letter Brüel & Kjaer, Naerum, Denmark, Imprint BG 0485-11, 4 pages). From DE 37 16 763 A1 a measuring cell is known, the inner upper surface is equipped with a reflective layer, to reduce noise from the walls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem handlicheren, robusteren und kostengünstigeren Aufbau, der schneller betriebsbereit ist, Gase zu detektieren.The invention has for its object with a handier, more robust and less expensive construction, the is ready to detect gases more quickly.

Diese Aufgabe wird durch den Gasdetektor zur Messung der Konzentration eines Gases gemäß dem Patentanspruch 1 ge­ löst.This task is performed by the gas detector for measurement the concentration of a gas according to claim 1 ge solves.

Bei dem Infrarot-Strahler handelt es sich gemäß An­ spruch 1 um einen Quarzrohrstrahler mit einem Quarzgutrohr, das mittels einer eingeschlossenen Heizwendel erwärmt wird. Dieser Quarzrohrstrahler findet üblicherweise seine Anwen­ dung beim Trocknen und Aktivieren von Chemikalien oder als Heizung für Brennöfen, Tauchsieder, Haartrockner u. ä. Seine spektrale Emission liegt im Bereich zwischen 2 und 7 µm, wo viele Moleküle starke Absorptionsbanden haben. Eine infra­ rot-aktive Komponente im Gemisch mit infrarot-passiven Kom­ ponenten kann mit dem Quarzrohrstrahler auf einer ganzen Vi­ brations-Rotations-Bande angeregt und selektiv nachgewiesen werden.The infrared heater is according to An say 1 about a quartz tube heater with a quartz tube, which is heated by means of an enclosed heating coil. This quartz tube heater is usually used when drying and activating chemicals or as Heating for stoves, immersion heaters, hairdryers and. His spectral emission is in the range between 2 and 7 µm, where  many molecules have strong absorption bands. An infra red active component in a mixture with infrared passive com components can be used on the entire Vi brations rotation band excited and selectively detected become.

Das Quarzgutrohr erreicht durch eine geringe Wärmekapa­ zität schnell seine Arbeitstemperatur (ca. 1 Minute) und der Detektor ist erfindungsgemäß schneller betriebsbereit. Eine höhere Wendeltemperatur ermöglicht ein größeres Strahlungs­ vermögen, und geringere Absorptionsverluste des Materials machen den Quarzrohrstrahler effizienter. Weiterhin ist der Quarzrohrstrahler kostengünstiger als der Nernststift und handlicher als das Keramikelement.The quartz tube is achieved through a low heat capa quickly its working temperature (approx. 1 minute) and the According to the invention, detector is ready for operation faster. A higher coil temperature enables greater radiation ability, and lower absorption losses of the material make the quartz tube heater more efficient. Furthermore, the Quartz tube heater cheaper than the Nernst pen and more handy than the ceramic element.

Bei dem Zerhacker handelt es sich um ein Rohr, durch dessen eines Ende der Quarzrohrstrahler hinein gehalten wird, dessen anderes Ende auf der Achse eines Motors mon­ tiert ist, und das mit mehreren Öffnungen in der Rohrwand für den Strahlungsaustritt versehen ist. Im folgenden wird dieser Zerhacker als Zylinderchopper bezeichnet. Dieser Mo­ dulator besitzt nur wenig größere Abmessungen als der Quarz­ rohrstrahler selbst und bildet somit erfindungsgemäß einen sehr platzsparenden Zerhacker. Die achsnahe Bauweise hat ein kleines Trägheitsmoment zur Folge, was ihn sehr stabil gegen Verkippen macht und den Einsatz besonders kleiner und ko­ stengünstiger Motoren erlaubt. Weiterhin ermöglicht diese Bauweise die gleichzeitige Plazierung einer Meß- und einer Referenzzelle an der Strahlungsquelle. Durch die Detektion der Phasenreferenz mit einer Photodiode direkt an der Strah­ lungsquelle erübrigt sich die übliche Lichtschranke mit LED.The chopper is a pipe through one end of which held the quartz tube radiator inside whose other end is on the axis of a motor mon is tiert, and with several openings in the tube wall is provided for the radiation exit. The following will this chopper is called a cylinder chopper. This Mon dulator is only slightly larger than the quartz tube radiator itself and thus forms one according to the invention very space-saving chopper. The design close to the axis has one small moment of inertia, which makes it very stable against Tilting makes the use particularly small and economical most economical engines allowed. This also enables Construction the simultaneous placement of a measuring and a Reference cell at the radiation source. By detection the phase reference with a photodiode directly on the beam the usual light barrier with LED is no longer necessary.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das zeit­ lich gemittelte Photodioden-Signal zur Normierung des photo­ akustischen Signals bzgl. der Emissionsleistung des Quarz­ rohrstrahlers genutzt werden. Obwohl ein Quarzrohrstrahler eine sehr konstante Emission zeigt und nur wenig altert, kann eine Normierung die Genauigkeit des Detektors erhöhen.According to an embodiment of the invention, this can take time Lich averaged photodiode signal for normalizing the photo acoustic signal regarding the emission power of the quartz tube radiator can be used. Although a quartz tube heater  shows a very constant emission and only ages a little, normalization can increase the accuracy of the detector.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Ein­ satz einer Referenzzelle vor, die mit der zu detektierenden Gaskomponente in bekannter Konzentration gefüllt ist. Diese dient zur Selbstkalibrierung des Gasdetektors, indem die Konzentration der zu detektierenden Gaskomponente in der un­ bekannten Probe durch Vergleich der Signale von Meß- und Re­ ferenzzelle errechnet wird. Dadurch eliminiert man gleich­ zeitig Einflüsse von Veränderungen der Emission des Quarz­ rohrstrahlers auf das photoakustische Signal.Another embodiment of the invention sees the one set a reference cell in front with the one to be detected Gas component is filled in a known concentration. This is used for self-calibration of the gas detector by the Concentration of the gas component to be detected in the un known sample by comparing the signals from measurement and Re reference cell is calculated. This eliminates it immediately influences of changes in the emission of the quartz tube emitter on the photoacoustic signal.

Für die Detektion einer Gaskomponente im Gemisch mit anderen infrarot-aktiven Gasen eignet sich eine weitere Aus­ gestaltung der Erfindung. Für diesen Fall ist zwischen dem Quarzrohrstrahler und den verwendeten Zellen noch ein opti­ sches Filter plaziert, dessen Transmission auf das zu detek­ tierende Gas und die vorhandenen Störkomponenten angepaßt ist. Besonders kompakt und kostengünstig ist dies realisier­ bar, indem die verwendeten Zellenfenster gemäß einer weite­ ren Ausgestaltung gleichzeitig das optische Filter darstel­ len.For the detection of a gas component in a mixture with other infrared active gases is a further option design of the invention. In this case, between the Quartz tube emitters and the cells used still an opti placed filter, the transmission of which to detect tating gas and the existing interference components adapted is. This is particularly compact and inexpensive bar by changing the cell window used according to a wide ren design simultaneously represent the optical filter len.

Außerdem kann das System gemäß weiterer Ausgestaltungen mit geschlossenen Zellen oder im Durchfluß betrieben werden.In addition, the system can, according to further refinements be operated with closed cells or in flow.

Vorteilhaft ist die Ausstattung der verwendeten Zellen mit je einem zweiten Fenster für den Strahlungsaustritt. Durch diese Maßnahme läßt sich ein Aufheizen der Zellen ver­ meiden, und die Störsignale der Wände werden vermindert.The equipment of the cells used is advantageous with a second window for the radiation exit. This measure allows the cells to be heated up avoid, and the interference signals of the walls are reduced.

Durch die Verwendung von Zellen mit resonanter Geome­ trie und die Modulation der Strahlung mit dieser Resonanz­ frequenz ist eine Überhöhung des photoakustischen Signals am Ort des Mikrofons möglich. Dies gestattet, genau wie die da­ mit verbundene Unterdrückung äußerer akustischer Störungen, einen sehr empfindlichen Nachweis.By using cells with resonant geomes trie and the modulation of the radiation with this resonance frequency is an excess of the photoacoustic signal on Location of the microphone possible. This allows, just like the one there with associated suppression of external acoustic disturbances, very sensitive evidence.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung für den Nach­ weis von Kohlendioxid sind in den Zeichnungen dargestellt.Two embodiments of the invention for the night White of carbon dioxide are shown in the drawings.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des Gasdetektors zur Messung der Konzentration von CO2 im Gemisch mit N2 und O2. Die zylindrische Meßzelle 10 (Makrolon, Innen: 15 mm lang, 21 mm Durchmesser) wird von einem NaCl-Fenster 11 (5 mm dick, 25 mm Durchmesser) be­ grenzt. Der Quarzrohrstrahler 1 wird von einem Haltearm 2 in den direkt vor der Meßzelle befindlichen Zylinderchopper (3, 4) gehalten. Bei dem Zylinderchopper (3, 4) handelt es sich um ein Rohr 3 aus Aluminium (Innen-Durchmesser 10 mm, Länge 20 mm, Wandstärke 1 mm), das mit zwei Öffnungen verse­ hen ist (je ¼ des Rohrs 3), und auf einem Motor 4 montiert ist. Der Zylinderchopper (3, 4) moduliert die Strahlung mit 140 Hz. Die photoempfindliche Fläche einer Photodiode 5 ist auf die Rückseite des Quarzrohrstrahlers 1 gerichtet. Gas­ einlaß 13 und Gasauslaß 14 der Meßzelle 10 sind offen und die Gasprobe durchströmt die Meßzelle 10 mit einem konstan­ ten Fluß von 0.3 l/min. CO2 wird dabei auf der gesamten Ban­ de 0000-0001 (um 4,4 µm) angeregt. Das photoakustische Signal in der Meßzelle 10 wird mit einem Mikrofon 12, z. B. einem Elektret-Mikrofon, aufgenommen und von einem Lock-In-Ver­ stärker 15 phasenempfindlich verstärkt. Das Spannungssignal der Photodiode 5, dient als Phasenreferenz für den phasen­ empfindlichen Verstärker 15. Aufgrund der sehr konstanten Emission des Quarzrohrstrahlers 1, ist das photoakustische Signal direkt proportional zur Konzentration von CO2 in der Probe. Figs. 1 and 2 show a first embodiment of the gas detector for measuring the concentration of CO 2 in a mixture with N 2 and O 2. The cylindrical measuring cell 10 (Makrolon, inside: 15 mm long, 21 mm diameter) is limited by a NaCl window 11 (5 mm thick, 25 mm diameter). The quartz tube radiator 1 is held by a holding arm 2 in the cylinder chopper ( 3 , 4 ) located directly in front of the measuring cell. The cylinder chopper ( 3 , 4 ) is a tube 3 made of aluminum (inner diameter 10 mm, length 20 mm, wall thickness 1 mm), which is provided with two openings (each ¼ of the tube 3 ), and on a motor 4 is mounted. The cylinder chopper ( 3 , 4 ) modulates the radiation at 140 Hz. The photosensitive surface of a photodiode 5 is directed towards the rear of the quartz tube radiator 1 . Gas inlet 13 and gas outlet 14 of the measuring cell 10 are open and the gas sample flows through the measuring cell 10 with a constant flow of 0.3 l / min. CO 2 is excited over the entire range de 00 0 0-00 0 1 (around 4.4 µm). The photoacoustic signal in the measuring cell 10 is with a microphone 12 , z. B. an electret microphone, recorded and amplified by a lock-in Ver 15 phase sensitive. The voltage signal of the photodiode 5 serves as a phase reference for the phase-sensitive amplifier 15 . Due to the very constant emission of the quartz tube radiator 1 , the photoacoustic signal is directly proportional to the concentration of CO 2 in the sample.

Die Meßzelle 10 wurde zuvor von verschiedenen Kali­ brierstandards durchströmt (ebenfalls 0.3 l/min). Die pho­ toakustischen Signale wurden gemessen und abgespeichert. Ei­ ne Auswerteeinheit 6 errechnet nun durch Interpolation der Kalibrierpunkte den CO2-Gehalt der Probe und zeigt diesen an. The measuring cell 10 was previously flowed through by various calibration standards (also 0.3 l / min). The photo-acoustic signals were measured and saved. An evaluation unit 6 now calculates the CO 2 content of the sample by interpolation of the calibration points and displays this.

Fig. 3 beinhaltet eine zweite Ausführungsform des Gas­ detektors, die vor der Überschreitung der maximal zulässigen Konzentration von CO2 am Arbeitsplatz (MAK-Grenzwert = 0,5% Vol.) warnt (Raumluftüberwachung). Quarzrohrstrahler 1, Hal­ tearm 2 und Zylinderchopper (3, 4) bilden die selbe Einheit wie in der ersten Ausführungsform. Der Aufbau ist jedoch um eine Referenzzelle 20 erweitert. Meßzelle 10 und Referenz­ zelle 20 haben die gleiche Geometrie wie die Meßzelle 10 in der ersten Ausführungsform und befinden sich - einander ge­ genüber - im gleichen Abstand vom Quarzrohrstrahler 1. Die Photodiode 5 befindet sich seitlich vom Quarzrohrstrahler 1. Fig. 3 includes a second embodiment of the gas detector, which warns of exceeding the maximum permissible concentration of CO 2 at the workplace (MAK limit = 0.5% vol.) (Indoor air monitoring). Quartz tube heater 1 , Hal tearm 2 and cylinder chopper ( 3 , 4 ) form the same unit as in the first embodiment. However, the structure is expanded by a reference cell 20 . Measuring cell 10 and reference cell 20 have the same geometry as the measuring cell 10 in the first embodiment and are located - opposite one another - at the same distance from the quartz tube radiator 1 . The photodiode 5 is located on the side of the quartz tube radiator 1 .

In einer Luftprobe befindet sich allerdings neben CO2 mit H2O noch eine weitere infrarot-aktive Komponente. Die Fenster 11, 21 beider Zellen 10, 20 stellen deshalb gleich­ zeitig Interferenzfilter dar, die nur Strahlung um 4,4 µm passieren lassen. Die Referenzzelle 20 dient in diesem Bei­ spiel zur Selbstkalibrierung des Detektors. Sie enthält 0,5% (Vol.) CO2 in N2 und ihr Gaseinlaß 23 und Gasauslaß 24 sind geschlossen.In addition to CO 2 with H 2 O, there is another infrared-active component in an air sample. The windows 11 , 21 of both cells 10 , 20 therefore simultaneously represent interference filters that only let 4.4 µm radiation pass through. In this example, the reference cell 20 is used for self-calibration of the detector. It contains 0.5% (vol.) CO 2 in N 2 and its gas inlet 23 and gas outlet 24 are closed.

Nach dem Befüllen der Meßzelle 10 werden deren Gasein­ laß 13 und Gasauslaß 14 für die Zeit der Messung mit Hilfe zweier Ventile geschlossenen. Die photoakustischen Signale von Meßzelle 10 und Referenzzelle 20 werden von baugleichen Mikrofonen 12, 22, z. B. Elektret-Mikrofonen, aufgenommen und von baugleichen Lock-In-Verstärkern 15, 25 verstärkt. Beide Lock-In-Verstärker 15, 25 erhalten eine Phasenreferenz von der Photodiode 5. Eine Normierung der Signale ist ebenso wie eine Kalibrierung des Detektors nicht mehr erforderlich. Ei­ ne Auswerteeinheit 6 vergleicht beide Signale, und sobald das Meßsignal größer ist als das Referenzsignal, erfolgt ein Alarm.After filling the measuring cell 10 whose gas inlet 13 and gas outlet 14 are closed for the time of the measurement by means of two valves. The photoacoustic signals from measuring cell 10 and reference cell 20 are of identical microphones 12 , 22 , z. B. electret microphones, recorded and amplified by identical lock-in amplifiers 15 , 25 . Both lock-in amplifiers 15 , 25 receive a phase reference from the photodiode 5 . It is no longer necessary to standardize the signals or calibrate the detector. Egg ne evaluation unit 6 compares both signals, and as soon as the measurement signal is greater than the reference signal, an alarm occurs.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß mit einem handlicheren, robusteren und kostengünstigeren Aufbau, der schneller betriebsbereit ist, Gase detektiert werden können.The advantages achieved with the invention are special in that with a handier, more robust and  less expensive construction, which is ready for operation faster, Gases can be detected.

Claims (9)

1. Gasdetektor zur Messung der Konzentration einer Komponente eines Gases in einem Gasgemisch mit einer Meßzelle mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß zur Aufnahme des Gasgemisches, die an einem Ende mit einem Fenster ausgestattet ist, das einem Infrarot-Strahler zugewandt ist, dessen Strahlung mit Hilfe eines Zerhackers moduliert wird, mit einem Mikrofon im Hohlraum der Meßzelle, das zur phasenempfindlichen Verstärkung seines Signals betriebsmäßig mit einem Lock-In- Verstärker verbunden ist, dem ein der modulierten Strahlung entsprechendes Spannungssignal als Phasenreferenz dient, und der betriebsmäßig mit einer Auswerteeinheit verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Infrarot-Strahler ein Quarzrohrstrahler (1) ist, dessen Quarzgutrohr mittels einer eingeschlossenen Heizwendel erwärmt wird, daß der Zerhacker aus einem Rohr (3) besteht, durch dessen eines Ende der Quarzrohrstrahler (1) in das Rohr (3) gehalten wird, dessen anderes Ende auf der Achse eines Motors (4) befestigt ist und das mit mehreren Öffnungen für den Strahlungsaustritt versehen ist, und daß das Referenzsignal für den Lock-In-Verstärker (15) von einer Photodiode (5) erzeugt wird, deren photoempfindliche Fläche dem Quarzrohrstrahler (1) zugewandt ist.
1. Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture with a measuring cell with a gas inlet and a gas outlet for receiving the gas mixture, which is provided at one end with a window facing an infrared radiator, the radiation of which is by means of a chopper is modulated, with a microphone in the cavity of the measuring cell, which is operationally connected to a lock-in amplifier for phase-sensitive amplification of its signal, to which a voltage signal corresponding to the modulated radiation serves as a phase reference, and which is operationally connected to an evaluation unit,
characterized by
that the infrared radiator is a quartz tube radiator ( 1 ), the quartz tube of which is heated by means of an enclosed heating coil, that the chopper consists of a tube ( 3 ) through one end of which the quartz tube radiator ( 1 ) is held in the tube ( 3 ), the other end of which is fixed on the axis of a motor ( 4 ) and which is provided with a plurality of openings for the radiation exit, and that the reference signal for the lock-in amplifier ( 15 ) is generated by a photodiode ( 5 ) whose photosensitive surface facing the quartz tube heater ( 1 ).
2. Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode (5) ebenfalls betriebsmäßig mit der Auswerteeinheit (6) verbunden ist, und das zeitlich gemittelte Photodioden-Signal zur Normierung des Meßsignals bzgl. der Emissionsleistung des Quarzrohrstrahlers (1) dient. 2. Gas detector according to claim 1, characterized in that the photodiode ( 5 ) is also operationally connected to the evaluation unit ( 6 ), and the time-averaged photodiode signal is used to normalize the measurement signal with respect to the emission power of the quartz tube emitter ( 1 ). 3. Gasdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Referenzzelle (20) vorgesehen ist, die mit der zu detektierenden Gaskomponente in bekannter Konzentration gefüllt ist, und die mit einem Fenster (21) ausgestattet ist, das ebenfalls dem Quarzrohrstrahler (1) zugewandt ist, und daß im Hohlraum dieser Referenzzelle (20) ein zweites Mikrofon (22) befestigt ist, das zur phasen­ empfindlichen Verstärkung seines Signals betriebsmäßig mit einem zweiten Lock-In-Verstärker (25) verbunden ist, der ebenfalls eine Phasenreferenz von der Photodiode (5) erhält.3. Gas detector according to claim 1 or 2, characterized in that a reference cell ( 20 ) is provided which is filled with the gas component to be detected in a known concentration, and which is equipped with a window ( 21 ), which is also the quartz tube emitter ( 1 ) facing, and that in the cavity of this reference cell ( 20 ) a second microphone ( 22 ) is attached, which is operatively connected to the phase-sensitive amplification of its signal with a second lock-in amplifier ( 25 ), which also has a phase reference the photodiode ( 5 ) receives. 4. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Quarzrohrstrahler (1) und den Zellen (10; 10, 20) noch je ein optisches Filter befindet, dessen Transmission auf die zu detektierende Komponente des Gases und die vorhandenen Störkomponenten angepaßt ist.4. Gas detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the quartz tube emitter ( 1 ) and the cells ( 10 ; 10 , 20 ) there is still an optical filter, the transmission of which to be detected and the component of the gas existing interference components is adjusted. 5. Gasdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster (11; 11, 21) gleichzeitig die optischen Filter darstellen.5. Gas detector according to claim 4, characterized in that the windows ( 11 ; 11 , 21 ) simultaneously represent the optical filter. 6. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gaseinlaß (13; 13, 23) und Gasauslaß (14; 14, 24) der Zellen (10; 10, 20) mit Ventilen ausgerüstet sind, die während der Messung geschlossen werden.6. Gas detector according to one of claims 1 to 5, characterized in that gas inlet ( 13 ; 13 , 23 ) and gas outlet ( 14 ; 14 , 24 ) of the cells ( 10 ; 10 , 20 ) are equipped with valves which during the measurement getting closed. 7. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gaseinlaß (13; 13, 23) und Gasauslaß (14; 14, 24) der Zellen (10; 10, 20) offen sind, um einen Durchfluß zu ermöglichen. 7. Gas detector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gas inlet ( 13 ; 13 , 23 ) and gas outlet ( 14 ; 14 , 24 ) of the cells ( 10 ; 10 , 20 ) are open to allow a flow. 8. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (10; 10, 20) mit je einem zweiten Fenster für den Strahlungsaustritt ausgestattet sind.8. Gas detector according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cells ( 10 ; 10 , 20 ) are each equipped with a second window for the radiation exit. 9. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (10; 10, 20) eine resonante Geometrie besitzen und die Modulationsfrequenz der Strahlung gleich dieser akustischen Resonanzfrequenz der Zellen ist.9. Gas detector according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cells ( 10 ; 10 , 20 ) have a resonant geometry and the modulation frequency of the radiation is equal to this acoustic resonance frequency of the cells.
DE1996138761 1996-09-21 1996-09-21 Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture Expired - Fee Related DE19638761C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996138761 DE19638761C2 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996138761 DE19638761C2 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19638761A1 DE19638761A1 (en) 1998-04-02
DE19638761C2 true DE19638761C2 (en) 1999-08-26

Family

ID=7806460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996138761 Expired - Fee Related DE19638761C2 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19638761C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19828903C2 (en) * 1998-06-18 2001-04-12 Inst Umwelttechnologien Gmbh Photoionization detector for gas trace detection in the ppb range
DE102009023230A1 (en) 2009-05-29 2010-12-02 Pas-Analytik Gmbh Method for detecting a plurality of substances of a gas mixture by a temporal successive determination of the individual concentration of the substances

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1173700B (en) * 1959-07-10 1964-07-09 Bergwerksverband Gmbh Radiation absorption detector preferably for gas chromatography
DE2107673A1 (en) * 1970-02-17 1971-11-18 Nat Res Dev Device for determining the concentration of a component of a mixture, in particular a gas mixture
DE3716763A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-03 Brueel & Kjaer As PHOTOACOUSTIC GAS ANALYZER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1173700B (en) * 1959-07-10 1964-07-09 Bergwerksverband Gmbh Radiation absorption detector preferably for gas chromatography
DE2107673A1 (en) * 1970-02-17 1971-11-18 Nat Res Dev Device for determining the concentration of a component of a mixture, in particular a gas mixture
DE3716763A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-03 Brueel & Kjaer As PHOTOACOUSTIC GAS ANALYZER

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Giftgaswächter Typ 1306, Firmenschrift Brüel & Kjaer, Naerum, Dänemark, Impr. BG 0485-11, 4 Seiten *
JP 55-48641 A: In: Patents Abstracts of Japan, P 16, 20. Juni 1980, Vol. 4/No. 86 *
Science, 177, 1972, S. 347-349 *
tm-Technisches Messen, 60, 1993, S. 296-301 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19638761A1 (en) 1998-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19925196C2 (en) Gas sensor arrangement
EP0760474B1 (en) Photo-acoustic gas sensor and its use
DE3918994C1 (en)
EP0277662B1 (en) Detection device for opto-acoustically tracing gases
EP0855592A1 (en) Optoacoustic gas sensor
DE102011056953A1 (en) Gas concentration measuring device
WO2000055603A1 (en) Infrared gas analyzer and method for operating said analyzer
CH674264A5 (en)
DE102007043643A1 (en) Breath Analyzer
EP1517132B1 (en) Contactless measurement of the surface temperature of a probe exposed to artificial weathering
DE69632385T2 (en) Method and device for determining the alcohol concentration in a gas mixture
DE102009028254A1 (en) Method for investigations on liquids and device therefor
DE3139917C2 (en)
DE19608604A1 (en) Gas analyzer
DE1946211B2 (en) Method for calibrating a non-dispersive infrared gas analyzer working according to the single-beam principle and calibratable non-dispersive single-beam infrared gas analyzer according to the method
DE4443016A1 (en) Spectral analyser of gas concentration
DE19926121C2 (en) Analyzer
DE102007056682A1 (en) Device and measuring arrangement for determining the particle concentration, the particle size, the mean particle size and the particle size distribution of the particles of a disperse phase within a disperse system and its turbidity
DE10051691A1 (en) Gas detector has control circuit coupled to smoke and gas sensors for combining the output of smoke sensor with the output of gas sensor for determining the presence of selected condition
DE19638761C2 (en) Gas detector for measuring the concentration of a component of a gas in a gas mixture
DE102021118119A1 (en) Substitute gas photoacoustic sensor and detection method using such a sensor
EP0509249B1 (en) Method and apparatus for analysing gases
DE102021100321B4 (en) SPR sensor unit and method for determining the refractive index of a sample medium and measuring device for detecting the density of a measuring medium
DE19848120C2 (en) Device for measuring the radiation absorption of gases
DE60131648T2 (en) THE CONCENTRATION OF WATER VAPOR COMPENSATING CALIBRATION PROCESS

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8122 Nonbinding interest in granting licenses declared
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee