CN102656440B - 用于测量在测量气体中的至少一种气体成分的浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量在测量气体中的至少一种气体成分的浓度的方法，其中，将光源的光沿着光路穿过含有测量气体的测量容积引导至检测器单元，并且基于在那里所检测到的、取决于波长的光吸收来确定该气体成分的浓度。在此，光路在测量容积的外部被引导穿过保持在封闭的容积中的代用气体。为了以简单的方法和低成本确保所发出的测量结果不受到涌入到光路的被代用气体所填充的区域中的环境气体的影响，应用具有处在预定的浓度下的代用气体成分的代用气体，其中，该代用气体成分在大气和测量气体中的浓度和预定的浓度相比不明显更低，或者以相对于需测量的气体成分的已知的比例存在，在封闭的容积中，在不持续地供给气体和排出气体的情况下保持住代用气体，并且借助检测到的、取决于波长的光吸收来监控代用气体成分的浓度，并且在浓度下降超过了预定的程度的情况下产生错误信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量在测量气体中的至少一种气体成分的浓度的方法。
背景技术
在由EP1 693 665A1中已知的这种方法中，具有在其中需被确定的气体成分的测量气体通过测量试管形式的测量容积进行引导，或在原地测量过程（In-situ-Messungen）中以管或设备的其它送气部件的形式进行引导。该测量容积具有两个窗口，这两个窗口具有由设置在其间的任意的测量通道所预定的长度。可调节波长的光源（例如，二极管激光器）产生了光线，该光线的波长被调节成与待确定的气体成分的吸收线保持一致，并且该光线穿过测量容积对准了检测器。由检测器产生的信号取决于测量容积中的光吸收，由此在参考气体成分的特定的吸收率和已知的测量通道长度的情况下可以从该信号中计算出气体成分的浓度。
需测量的气体成分的浓度越低，那么由在测量容积的外部（也就是在光源和测量容积之间以及在测量容积和检测器之间）的光路区域中的环境气体的成分所引起的干扰吸收的影响就越强。由此已知了利用气体来清洗该区域，该气体在需测量的气体成分的吸收线的波长区域中不具有吸收能力。适用于多种情况的清洗气体例如是氮气。然而持续地利用新鲜的清洗气体来进行清洗导致运行成本相对较为高昂。
由上述的EP 1 693 665 A1中另外已知了，单独地检测干扰的气体成分并且由此修改测量结果，该干扰的气体成分作为环境气体的组成部分可能由于泄漏而涌入清洗气体路径中。由此将光源的光分成了两个部分光线，其中一个穿过测量容积对准已描述过的检测器，而另一个则穿过由清洗气体流过的试管对准第二检测器。
由US 5,747,809中已知了：为了将作为环境气体的组成部分的、可能由于泄露而涌入清洗气体循环中的干扰气体成分去除，在循环中通过具有吸收物质的过滤器来引导清洗气体。由于根据过滤器的效率，干扰气体成分可能无法完全去除，所以为此也要单独地检测涌入清洗气体中的干扰气体成分，从而由此对测量结果进行修改。与EP 1 693 665 A1的情况类似，为此也要将光源的光分成两个部分光线，其中一个穿过测量气体容积对准检测器，而另一个穿过由清洗气体流过的试管对准第二检测器。
由EP 2 000 792 A1中已知了，在光路中，与测量容积排列地布置有参考容积。该参考容积包括测量气体成分、例如氧气，具有特定的同位素，例如18O2，处在特定的丰度比18O2：16O2之中，该丰度比高于测量容积中的气体成分的该同位素的已知的天然丰度比。利用该光来扫描两个同位素16O2和18O2的吸收线。基于朗伯定律（Lambertschen Gesetz）并且考虑到已知的同位素丰度比，通过位于吸收线的顶点上的检测信号比来计算出测量容积中的气体成分的浓度。为了稳定可调节光源的波长，可以将波长固定调整成与18O2同位素的吸收线相符。基于在测量容积和参考容积的外部的、处于光路区域中的环境气体的成分，干扰性吸收所产生的问题并不是EP 2 000 792 A1的主题，并且在此不对其进行论述。
发明内容
本发明的目的在于以简单的方法和低成本来确保所输出的测量结果不受到在测量容积的外部的填充了代用气体的光路区域中的环境气体的干扰成分的影响。
根据本发明，通过权利要求1所给出的方法来实现该目的。
因此，本发明的主题是一种用于测量在测量气体中的至少一种气体成分的浓度的方法，其中
-将光源的光沿着光路穿过含有测量气体的测量容积引导至检测器单元，并且基于在那里所检测到的、取决于波长的光吸收来确定气体成分的浓度；
-在测量容积的外部的光路的区域通过封闭的容积进行引导，在该封闭的容积中，在不持续地供给气体和排出气体的情况下保持住代用气体；
-应用具有处在预定的浓度下的代用气体成分的代用气体，其中，该代用气体成分在大气和测量气体中的浓度和预定的浓度相比不明显更低，或者以相对于需测量的气体成分的已知的比例存在；以及
-借助所检测到的、取决于波长的光吸收来监控代用气体成分的浓度，并且在浓度的下降超过了预定的程度的情况下产生错误信息。
由于封闭容积中的代用气体在不持续地供给气体和排出气体的情况下被保持住，所以避免了利用新鲜的清洗气体持续地进行清洗而产生的运行成本。另一方面，代用气体填充与封闭的容积的密封性一样好。在如上述的EP 1 693 665 A1和US 5,747,809所示地，对于由于泄漏导致干扰气体成分涌入封闭的容积中的检测要求将光源的光分成两个部分光线，其中一个需要由清洗气体流过的试管，而另一个需要第二检测器。本发明利用了以下的事实，即根据环境气体涌入到封闭容积中的程度而从容积中排出代用气体，并且由此来监控预定的，也就是封闭容积中的被挑选出来的代用气体成分的已知浓度。在浓度下降超过了预定的比例的情况下将产生错误信息，该错误信息显示出，测量气体中的气体成分浓度的测量结果受到了干扰，至少是不可靠的。
在应用可调节波长的光源（例如，激光分光仪）时，在波长不同的情况下利用同一个检测器来确定气体成分的浓度以及监控代用气体成分的浓度。在另一个备选的方法（例如，NDIR-气体分析）中，可以例如应用两个相继设置的检测器用于气体成分和代用气体成分，或在应用唯一的检测器的情况下使得不同的光谱过滤仪周期性地相继地移动穿过光路。
所挑选出来的代用气体成分涉及的是代用气体的多个成分或代用气体本身，然而其中，为了不影响测量，却并未包括代用气体中的需测量的气体成分。而对于以下情况来说则属于例外情况，即在测量容积中，代用气体成分以相对于需测量的气体成分的已知的比例存在。这尤其可以适用于同位素。由此，为了测量在测量气体中的氧气浓度优选地对氧气同位素16O2的浓度进行确定并且应用氧气同位素18O2作为代用气体成分。随后通过氧气同位素16O2的测量到的浓度和同位素16O2和18O2的已知的天然丰度比来计算需确定的氧气浓度或在校准时对其进行校准。可以根据测量到的16O2浓度，根据在参考了天然的同位素丰度比的情况下所计算出来的、测量气体中的18O2浓度来修改代用气体成分（在此为同位素18O2）的需监控的浓度。
另外应用了在大气和测量气体中的浓度不比封闭的容积中的预定的浓度低或仅比其明显更低的代用气体成分。在此可以将明显更低的浓度理解成那种与导致产生错误信息的、封闭容积中的代用气体成分的浓度下降相比可以被忽略的浓度。
利用由可调节波长的光源所产生的光分别扫描了测量气体中的需测量的气体成分的吸收线和代用气体成分的吸收线。借助检测到的、取决于波长的光吸收来监控代用气体成分的浓度并且在浓度下降超过预定的程度的情况下产生错误信息。目标气体成分和代用气体成分的测量可以并行地实现或在时分复用的情况下实现，然而其中仅应用了一种测量渠道，也就是说仅应用了一束光线和一个检测器。
另外，可以以有利的方式将需监控的代用气体成分用于稳定可调节的光源的波长，这以如下方式实现，即将波长固定地调节成与代用气体成分的吸收线相符，正如由EP 2 000 792 A1中所已知地那样。
Claims (4)
1.一种用于测量在测量气体中的至少一种气体成分的浓度的方法，其中
-将光源的光沿着光路穿过含有测量气体的测量容积引导至检测器单元，并且基于在那里所检测到的、取决于波长的光吸收来确定所述气体成分的浓度；其中，
-在所述测量容积的外部的所述光路的区域通过封闭的容积进行引导，在所述封闭的容积中，在不持续地供给气体和排出气体的情况下保持住代用气体；并且
-应用具有处在预定的浓度下的代用气体成分的代用气体，其中，所述代用气体成分在大气和测量气体中的浓度和所述预定的浓度相比不明显更低，或者以相对于需测量的所述气体成分的已知的比例存在，使得所输出的测量结果不受到在测量容积的外部的填充了代用气体的光路区域中的环境气体的干扰成分的影响；以及
-借助所述所检测到的、取决于波长的光吸收来监控所述代用气体成分的浓度，并且在浓度的下降超过了预定的程度的情况下产生错误信息，从而指示出测量气体中的气体成分浓度的测量结果受到了干扰，至少是不可靠的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在应用可调节波长的光源的情况下，为了稳定所述光源的波长而将所述波长固定地调节为与所述代用气体成分的吸收线相符。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将需测量的所述气体成分的同位素用作为所述代用气体成分，所述同位素的天然丰度是低的和/或已知的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了测量在所述测量气体中的氧气浓度而确定氧气同位素16O2的浓度，并且将氧气同位素18O2用作为所述代用气体成分，从而由测量到的氧气同位素16O2的浓度以及同位素16O2和18O2的天然丰度比中计算出需测量的氧气浓度，并且根据在所述测量气体中的同位素18O2的计算出的浓度来修改所述代用气体成分的需监控的浓度。
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Granted publication date: 20150429 Termination date: 20181208 |
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