CN104220864A - 气体测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质(432)的至少一种化学和/物理参数的气体测量仪，其中所述气体测量仪包括第一壳体(101、201、301、401、501)；至少一个激光器(102、202、302、402)作为辐射源，其被布置在第一壳体(101、201、301、401、501)中；至少一个过程窗口(114、214、314、414、514)用以将由激光器(102、202、302、402)发出的辐射耦合输入测量介质(432)；和至少一个检测器(103、203、303、403)，辐射在与所述测量介质(432)相互作用后可以通过该检测器检测出来；其特征在于，第一过程窗口(114、214、314、414、514)被构造作为无焦点凹凸透镜，其包括凹形表面和凸形表面。

Description

气体测量仪
技术领域
本发明涉及具有第一过程窗口(Prozessfenster)的气体测量仪，其用以在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质的至少一种化学和/物理参数。
背景技术
激光吸收光谱和带有可调谐激光的所谓的半导体激光吸收光谱也被称作可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)，特别适合确定气态测量介质的至少一种化学和/物理参数。
借助于激光吸收光谱可以非常准确地测定测量环境中所存在的或测量介质中所存在的气体的浓度或含量。此外还可以测定其他参数，例如温度或压力。
如果使用可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)，测量介质可通过可调谐的激光的辐射而被穿透辐射的波长在预先确定的波长范围内被周期性调谐，其中由激光穿透的波长范围优选包括有待检测气体的一个或几个吸收光谱带。被覆盖的波长范围通过所使用的激光，特别是半导体激光确定。已知大量的激光和半导体激光。所谓的分布反馈型激光(DFB-激光)可能覆盖大约700nm至大约3μm之间的波长范围。所谓的垂直腔面发射激光(VCSEL-激光)可能覆盖至2.1μm的波长范围，QCL-激光(量子级联激光)覆盖的是大约3.5μm以上的以及甚至大约4.3μm以上的波长范围。
大多数情况下在透射结构中测量，其中已知在Transflexion-结构中测量。通过测量介质灵活地或通过与其相互作用由适当的检测器(Detektor)检测到激光或半导体激光发出的辐射。
可以检测到的是在所用的波长范围内具有至少一个典型吸收光谱带或吸收线(Absorptionslinie)的气体。可以借助于激光吸收光谱检测到的其他包括氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氮气(NOX)、胺类、氨气(NH3)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、卤族氢气复合物，例如HCI或HF、气态水或由其构成的混合物。
特别是激光，尤其例如可在760nm范围内发射和调谐的激光适于确定例如氧气，可在1500m范围内发射和调谐的激光适于确定NH3，因为在这些范围内氧气和NH3分别具有很强的吸收光谱带。
“测量环境”和“测量介质”概念在此指在该范围内可以测量或分析的环境和介质。
美国专利文件US 5,331,409 A公开了一种带有可调谐半导体激光的气体测量仪以及连接在其上的气体测量结构，有待检测的气体被导入到该气体测量结构中并且该气体测量结构包括多个气体测量工位(Gasmesszelle)。所述辐射通过准直透镜被引导至具有射束分离器第一气体测量工位，所述射束分离器通过每个聚焦透镜将辐射引至另一个测量工位或参照工位(Referenzzelle)分别具有检测器。但使用这些透镜会导致出现影响到吸收光谱带探测工作的干扰。为尽可能抵制这一效果，所述测量工位应被设计地尽可能长。
在过程环境中以及由其在容器中使用气体测量仪时，激光辐射可以典型地通过过程窗口被耦合输入测量介质或测量环境中。如美国专利文件US 5,331,409 A所公开的内容，所述过程窗口可以是透镜。另外已知具有楔形窗口(Keilfenster)或正常窗口作为过程窗口的气体测量仪。所述楔形窗口经常被安装为与光轴稍稍倾斜。正常窗口大多被安装在布儒斯特角下方，也就是同样与光轴倾斜。过程窗口在布儒斯特角下方的安装可以根据激光偏振的方向导致信号损失，而即使通过尽可能准确的校准也无法完全消除这一问题。因此这一解决方案的缺点是比较经常安装成对的窗口，这样可以充分修正光路，为此必须为所述过程窗口特别地涂覆增透膜，从而抵制出现的干扰效应。干扰效应可能消极地影响测量结果并导致依赖于温度的功能变化。另外精确地安装这种窗口，由于必要的校准相当耗费时间，而制造非常精准的楔形窗口成本高昂。
在过程装置或测量环境中，尤其在恶劣条件控制下的测量环境中安装气体测量仪时，安装被涂层的光学元件是有缺陷的，因为涂层有时可能被腐蚀和破坏或者毁坏，这样就又会导致测量准确度受损。恶劣条件在此理解为例如温度相对高或低的、压力相对大或小的和/或在其中使用了有侵略性化学物质的环境。恰好在将其安装在过程装置或大气研究中时，确保在整个测量周期和/或气体测量仪使用寿命内的充分校准是非常困难的，因为只能将气体测量仪拆卸后才能对其进行校准。
吸收光谱气体测量仪可以例如在潜在具有爆炸危险的过程或过程装置中，例如在原油精炼厂或燃烧过程中，在原位监控气体浓度，特别是氧气浓度。另一个使用领域是大气研究。
为控制和/或分析这种过程和测量环境，特别重要的是所使用非常可靠的气体测量仪，测量值应尽可能不需维护并具有很强的可复制性。
发明内容
因此本发明的任务是提供一种针对原位确定的、具有过程窗口的吸收光谱气体测量仪，其特别耐用，同时在恶劣的条件下也尽可能地不会影响到测量准确性和可复制性。
该任务通过在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质的至少一种化学和/或物理参数的气体测量仪解决。所述气体测量仪包括第一壳体、至少一个激光器作为辐射源、至少第一过程窗口以将由该激光器发出的辐射耦合输入气态测量介质和至少一个检测器，辐射在与测量介质相互作用后可被该检测器检测到。如本发明所述，所述第一过程窗口被构造作为无焦点(afokal)的凹凸透镜(Meniskuslinse)，其包括凹形表面和凸形表面。
使用无焦点的凹凸透镜是特别有利的，因为由于这种无焦点凹凸透镜缺乏的成像特性，相对于测量光束特殊对准或校准无焦点的凹凸透镜是不必要的，因为无焦点的凹凸透镜不具有成像特性。
凹凸透镜可以是有焦点的，也就是成像的和散光透镜和/或聚光透镜，或者无焦点的，也就是不能成像的透镜。与具有有限焦距的、有焦点的凹凸透镜相反，无焦点的焦距具有基本上无限的焦距。
如果有焦距的凹凸透镜被用作第一过程窗口，那么应为每个气体测量仪计算其几何形状，特别是弯曲半径、折射率和透镜中心厚度，并且尽可能准确地适应测量距离的长度和/或其他所使用的元件，例如激光器、检测器和/或光学偏转元件。为确保测量结果的可复制性，使用有焦点的凹凸透镜作为第一和/或第二构成窗口时，所述测量距离应具有基本上固定的长度。为此基于作为第一过程窗口的有焦点凹凸透镜的成像特性，在校准凸形和凹形平面方面基本上预先确定其结构。
如本发明所述，气体测量仪的第一过程窗口被构造作为无焦点的凹凸透镜。使用无焦点凹凸透镜作为第一过程窗口是有利的，因为可以不考虑测量距离的长度而使用它，这就在校准方面导致它很不灵敏并且使气体测量仪非常牢固。因此凹凸透镜由于其光学特性可以使激光射线耦合输入和/或耦合脱离测量介质或测量环境，从而尽量避免在检测器上形成有干扰作用的干涉。
使用无焦点凹凸透镜作为过程窗口的另一个优点是无焦点凹凸透镜如平板(Planplatte)可被布置在所述气体测量仪的任意方向上。无焦点的凹凸透镜可以使其凸形或凹形平面对准测量介质，但并不改变所述气体测量仪的光学特性。
由于无焦点凹凸透镜的光学特性，气体测量仪可以具有没有涂层，特别是没有增透(抗反射)涂层的过程窗口。它恰好在过程装置中用于在原位确定时使用气体测量仪时有利，因为这样可以通过过程窗口尽量避免光学错误和干涉。测量稳定性和测量结果的可复制性可以长期保持，指示极限可得以提高。被构造为无焦点凹凸透镜的第一过程窗口可以连同不同已知的、其发出固定波长的辐射或可调谐的激光或半导体激光被使用在如本发明所述的气体测量仪中，只要所述第一过程窗口针对所使用的辐射是能被光穿透的。
适用于所述过程窗口的材料例如是硅酸硼、玻璃、石英、石英玻璃、蓝宝石、金刚石、硒化锌或锗。当然如本发明所述的过程窗口也可由其他针对光学透镜已知的材料制成，特别是由光学玻璃制成。
根据所使用的激光的波长范围，在激光吸收光谱中已知的不同的检测器，例如光电二极管、光电倍增管、光电管、GaAs-检测器或热电检测器都适于作为检测器，其中还可以使用其他已知的辐射检测器。
如本发明所述的吸收光谱气体测量仪可以例如用来在任意测量环境中检测气态测量介质。使用在过程装置中时，所述气体测量仪优选用来确定容器中的参数，其中过程装置的不同零件都可被理解为“容器”，特别是反应容器以及所有类型的输入管道和输出管道，在其内都能进行吸收光谱检测。此外其他可在其内存储、运输或使用气态测量介质、气体或气体混合物的容器也属于这一范围。
在一个实施例中，所述气体测量仪还可以包括光学偏转元件，其将通过所述第一过程窗口被耦合输入到测量介质中的辐射又引回第一过程窗口中，这样所述辐射可以再次从所述测量介质中耦合脱离。
所述光学偏转元件可以包括例如至少一个下述光学元件：猫眼透镜(Katzenaugenoptik)、三棱镜、三面镜、平面镜(planarer Spiegel)和/或成像的镜子、
在所述气体测量仪的另一个实施例中，所述检测器和激光器可被布置在第一壳体中。所述第一过程窗口在该结构中用于将由激光器发出的辐射耦合输入所述测量介质以及在其与测量相互作用后将该辐射从测量介质中耦合输出。
在另一个实施例中，所述气体测量器可以具有第二壳体和第二过程窗口，其中所述检测器或偏转元件被布置在第二壳体中。
在第一过程窗口和偏转元件或第二过程窗口之间，用于以吸收光谱方式检测致死一个化学和/或物理参数的测量距离在工作中形成。使用偏转元件时，由激光器发出的辐射两次穿过从激光器到检测器的路径上的测量距离。
在另一个实施例中，所述光学偏转元件可被布置在第二壳体中，这样通过所述第一过程窗口被耦合输入测量介质的辐射首先通过第二过程窗口从测量介质中耦合脱并偏转至所述光学偏转元件。所述辐射通过光学偏转元件发生偏转，并且再次通过所述第一和第二过程窗口以及测量介质被引回在该结构中被布置在第一壳体中的检测器。通过辐射穿过测量介质的双重投射可以增加吸收测量的指示极限，因为依据朗伯比尔定律，测量距离的长度与吸收强度直接成比例关系。
激光器、检测器和/或偏转元件在两个壳体中的布置首先适用于使用在所谓的烟囱结构或开放路径结构。在烟囱结构中，所述测量介质处于封闭的或开放的容器，其被透射，例如在管道中。在开放路径结构中首先使用非常长的测量距离，例如在大气研究或环境研究，特别是针对空气分析。针对烟囱结构或开放路径结构，激光器被布置在第一壳体，检测器被布置在第二壳体中，或者激光器和检测器被布置在第一壳体，偏转元件被布置在第二壳体中。
同样所述第二过程窗口优选被构造作为优选无焦点的凹凸透镜，其具有凹形和凸形表面。使用两个凹凸透镜作为第一和第二过程窗口是有利的，因为可以不给两个过程窗口涂层。由于无焦点凹凸透镜的光学特性，在具有两个被构造为凹凸透镜的过程窗口的气体测量仪中，所述无焦点的凹凸透镜可以被定向与所述测量介质相同方面或不同方向。在每个结构中，所述气体测量仪相对于几何结构干扰稳定并为此在测量距离方面基本上不依赖于长度。
可以根据使用条件调整所述无焦点的凹凸透镜的厚度，特别是可以根据所述无焦点凹凸透镜的厚度在确定范围内调整其压力稳定性。所述无焦点凹凸透镜越厚，被构造为该类型的过程窗口以及所属的气体测量仪对压力越稳定。
可以借助于下述用于计算透镜厚度，更准确地说用来计算透镜中心厚度以及计算凸面半径R2的公式计算适当的无焦点凹凸透镜：
d = ( R 2 - R 1 ) × ( n n - 1 )
R 2 = R 1 + d a   其中 a = ( n n + 1 )
其中n是透镜材料的折射率，d所述透镜中心厚度，R1是凹面半径，R2是凸面半径。根据这些公式计算出的无焦点凹凸透镜基本上没有成像效果，也就是无焦点的。这种无焦点凹凸透镜包括比穿透过去的辐射，更准确地说比辐射光束的直径稍长或稍短，类似于无限调节的望远镜。这例如导致两个测量光束(Messstrahl)发生有利的距离变化，也就是辐射从激光器向偏转元件和从偏转元件向检测器。
在另一个实施例中，所述气体测量仪还包括气体探针，其包括基本为圆柱形的、带有至少一个过程开口的探针壳体，所述测量介质在工作过程中可以经过该过程开口进入探针壳体的内部。
所述气体测量仪带有气体探针的结构对于在容器内部测量特别有利，因为这样可以在容器内部形成确定的测量距离。
所述探针壳体优选基本包括金属材料，例如钢、镍合金，特别是镍钼合金，钛、锆石或钽，或合成材料，例如PEEK、PMMA或POM；或者由其构成的混合物。
所述气体探针可被构造作为第二壳体或被布置在第一和第二壳体之间，其中所述气体探针的端部分别与第一壳体和/或第二壳体连接。
另外所述气体探针可以包括至少一个针对扫气用气体的扫气用气体接口以及扫气用气体管道。使用扫气用气体能够改善测量结果，因为通过这一方式可以使用扫气用气体完全或部分地清洗气体探针，这样能清除沉积物和/或不愿看到的测量介质的残渣，并且可能产生针对每次测量可比较的启动条件。
所述扫气用气体优选如此被布置在探针内，从而在工作过程中，第一和/或第二过程窗口在介质一侧具有扫气用气体垫(Spülgaspolster)。通过这一方式可以显著减少凹凸透镜上面的沉积物，从而能够提高测量准确性。
在所述气体测量仪的另一个实施例中，所述光学偏转元件非密封地被固定在所述气体探针背向第一壳体的端部上。为此所述扫气用气体管道在所述光学偏转元件范围内包括一个出口孔，这样扫气用气体在工作过程中在周围冲刷所述光学偏转元件。
所述第一过程窗口可以被布置在第一壳体内或所述气体探针的面向第一壳体的端部上。所述第二过程窗口可被布置在第二壳体内或所述气体探针的背向第一壳体的端部上。
另外所述气体测量仪可以包括至少一个接口或用于将气体测量仪连接在容器上的法兰。所述至少一个接口或法兰可以根据结构方式被固定在第一壳体上，第二壳体上和/或在所述气体探针的一个和/或两个端部上。
如本发明所述的气体测量仪可以特别用于以吸收光谱的方式确定一个或几个下述的化学和/或物理参数。这些参数包括测量介质的温度或压力和/或气体的浓度，例如氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、胺类、氨气、硫化氢、二氧化硫、卤族氢气复合物、水或由其构成的混合物。
另外所述气体测量仪可以包括控制和/或调节单元，其至少部分被布置在第一和/或第二壳体内。所述控制和/或调节单位也可能基本被构造为单独的仪器，其无线或有线地与所述气体测量仪连接。
所述气体测量仪作为激光器优选包括可调谐的半导体激光。为确定氧气可以使用例如激光或半导体激光，其发出和/或可在大约700至大约800nm的波长范围内被调谐，其中激光的波长范围至少包括其中一个已知的氧气吸收光带。
附图说明
下文借助于附图进一步描述如本发明所述的气体测量仪的不同实施例，其中相同的元件使用相同的附图标记。图示如下：
图1：如本发明所述的气体测量仪的第一实施例，具有第一过程窗口和气体探针和连接在其上的控制和/或调节单元；
图2：如本发明所述的气体测量仪的第二实施例，具有第一过程窗口和第二过程窗口和气体探针，其被布置在第一壳体和第二壳体之间，其中在第二壳体内布置有光学偏转元件；
图3：如本发明所述的气体测量仪的第三实施例，具有第一过程窗口和第二过程窗口和气体探针，其被布置在第一壳体和第二壳体之间，其中在第二壳体内布置有检测器；
图4：如本发明所述的气体测量仪的第四实施例，具有第一过程窗口和第二过程窗口和气体探针，其中激光器被布置在第一壳体，检测器被布置在第二壳体内；
图5：如本发明所述的气体测量仪的剖面图，具有第一过程窗口和气体探针、光学偏转元件和扫气用气体管道。
具体实施方式
图1示出如本发明所述的气体测量仪的图示。所述气体测量仪包括第一壳体101、在其内布置有激光器102作为辐射源和检测器103。所述第一壳体101在此基本上相当于光谱仪，作为激光器102具有可调谐的半导体激光器，例如用于TDLAS和德国专利文件DE 20 2008 013 557 U1中所公开。所述壳体101与在此示出的控制和/或调节单元104连接，其又可以通过适当的无线的或在此示出的有线的连接105与上一级控制设备，例如过程控制中心连接。
所述控制和/或调节单元104可以如此处所示连接在壳体101上，但也可以部分地布置在壳体101上并与其只能无线或有线连接。所述控制和/或调节单元104特别用于发出控制命令和/或预先指定的参数给气体测量仪，控制激光器102以及采集由检测器103接收到的数据和/或原始数据并进一步传递给适当的分析单元。
所述壳体101还具有用于连接在气体探针107的相对法兰108上的第一法兰106。所述气体测量仪可以，如此处所示，通过法兰106和相对法兰108被连接在容器109上，其壁部在此有所示。所述容器109优选具有另一个法兰，如图2所示。所述气体测量仪还可以，如图5所示，具有另一个法兰，其适合连接在容器109上。已知不同法兰系统和法兰类型用于过程装置，因此本文没有详细解释。
所述气体探针107包括基本为圆柱形的探针壳体110，其具有一个或多个过程开口111，测量介质可以通过上述过程开口进入或从中流过。如图所示，所述过程开口111可被布置为有所位移地或沿着共同的轴。此外如果气体探针107具有几个彼此相对的过程开口111，这样所述气体测量介质能够尽可能不受阻挡地流经探针壳体110，因此是有利的。
光学偏转元件112位于所述气体探针107的与壳体101相对的端部内，该光学偏转元件用于将由激光器102发出的辐射，如此处所述的光路113，重新引回壳体101以及特别引回到在布置在其中的检测器103。通过这一方式，所述辐射在激光器102和检测器103之间的路径上两次经过测量介质中的测量距离。除此处所示的三棱镜，其他元件也可被用作光学偏转元件，例如至少一个猫眼透镜、平面镜或成像镜或三面镜。
无焦点的凹凸透镜作为过程窗口114被布置在气体探针107中。在图1中，凹凸透镜的凸形表面与测量介质相对。如上文所述，无焦点的凹凸透镜还可以翻转，也就使用与测量介质相背的凸形表面。
所述过程窗口114通过适当的密封工具，例如O形环，与探针壳体110密封分开。将所述过程窗口114布置在气体探针107中非常有利，因为这样可以从外部封闭气体探针107，不需要另一个分开容器109和环境的窗口。为此基本上包括光谱仪的壳体101可被简单拆下，例如在受控条件下校准和/或测定。为此可以更换光谱仪，这样例如在同一个容器或同一个测量环境中可以进行不同波长范围的测量。
图2示出如本发明所述气体测量仪的第二实施例的图示。如此处所示，所述气体测量仪被安装在管道或可比的容器209中。在容器209的壁部内有用于容纳气体测量仪的彼此相对的绝缘套管(Durchführung)215，其在外部分别具有法兰支座(Flanschstutzen)216。
所述气体测量仪包括第一壳体201，在其内布置激光器202和检测器203，以及与所述第一壳体201相对的壳体217，在其内布置有光学偏转元件212，在此为镜子。两个壳体201、217具有法兰206，每个壳体都可以通过该法兰被固定在气体探针207和/或容器209上。
所述气体探针207具有几个过程开口211，以及第一和第二过程窗口214、218，其分别被布置在光路213中的气体探针的端部上。两个过程窗口214、218被构造为无焦点的凹凸透镜。所述第一过程窗口214被安置在光路中，这样所述无焦点凹凸透镜的凹形表面面向测量介质，如此安置所述第二过程窗口218，这样无焦点凹凸透镜的凸形表面面向测量介质。两个过程窗口214、218又将所述气体探针和容器209，也就是绝缘套管215与外部封闭，但所述测量介质从容器209中泄漏进入环境。
图3示出所述气体测量仪的第三实施例的图示。与图1和图2所示的气体测量仪相反，激光器302在此被布置在第一壳体301中，检测器303被布置在第二壳体312中。两个壳体312又通过适当的法兰与气体探针307和/或容器309，例如管道连接。所述气体探针307基本上与图2所示相符，其中不论是第一还是第二过程窗口314、318被构造作为无焦点凹凸透镜，其凹形表面在此对准测量介质。由于激光器302和检测器303分开，激光器203的辐射只能通过一次测量介质，如图所示通过光路313。
图4示出如本发明所示的气体测量仪的第四实施例的图示。如图3已显示，所述气体测量仪包括激光器402，其被布置在第一壳体401中，和检测器403，其被布置在第二壳体412中。两个壳体401、412被布置为彼此相对并且可以，如此处所示，固定在容器409上，例如输入或输出管上。这一结构可被用作用于分析容器外测量环境的所谓的开放路径结构。与图1至图3所示的实施方式相反，第四实施方式不具有气体探针。在每个壳体401、412中布置过程窗口414、418，其被构造为无焦点凹凸透镜，其凸形表面在此与测量介质432相对。所述光路413直接延伸通过含有测量介质432的测量环境或容器409。
图5示出如本发明所述的气体测量仪的剖面图。所述气体测量仪包括第一壳体501，带有激光器和检测器。所述第一壳体501借助于法兰506被可松脱地固定在气体探针507的相对法兰508上。
所述气体探针507包括法兰壳体530，其与圆柱形探针壳体510连接。在法兰壳体530内布置有无焦点凹凸透镜作为过程窗口521，这样其凹形表面面向测量介质。所述过程窗口521通过密封工具528，在此为O形环被密封装配进入法兰壳体530，这样即使没有壳体101，测量介质也不会从容器509经过气体探针507泄漏。
在探针壳体510中构造有几个过程开口511，这样气态测量介质可以通过探针壳体510流过。所述法兰壳体530包括另一个法兰519，所述气体探针507通过该法兰419与容器509的壁部内的法兰516连接。
所述气体探针507在销(Zapfen)531中结束，在其内无密封地在悬挂装置中悬有一个光学偏转元件512。所述光学偏转元件512在此被构造为三棱镜。
另外扫气用气体的气体进口520也位于法兰壳体530上。所述扫气用气体可分布在与探针壳体平行延伸的、探针壳体510中的扫气用气体管道523上方，这样在工作过程中，至少在过程窗口514前的区域529区域内可以形成扫气用气体垫。同样扫气用气体可以在周围冲刷所述光学偏转元件512，这样区域524和525在工作过程中同样具有扫气用气体垫。为此扫气用气体从气体接口通过扫气用气体管道523被引导经过探针壳体510，通过探针壳体510中不同位置的开口521、522和526从扫气用气体管道523中泄漏出去。所述开口521位于法兰开口中，开口522在法兰壳体530和销531之间，开口526在所述光学偏转元件512的附近。图5所示的、具有扫气用气体接口和扫气用气体管道的气体探针当然也可以在上文所示的、带有气体探针的气体测量仪中实现。
尽管本文通过对特定实施例的图示描述了本发明，但很明显可以根据对本发明的认识创造其他无数的实施变型方案，例如将单个实施例的特征组合和/或更换实施例的单个功能单元。特别是可以在附图中示范性示出的结构实施为带有不同偏转元件以及嗲有或没有气体探针。
附图标记
101、201、301、401、501 第一壳体
102、202、302、402 激光器
103、203、303、403 检测器
104 控制和/或调节单元
105 连接部
106、206、306、506 法兰
107、207、307、507 气体探针
108、208、308、508 法兰
109、209、309、409、509 容器/容器壁
110、210、310、510 探针壳体
111、211、311、511 过程开口
112、212、512 光学偏转元件
113、213、313、413、513 光路
114、214、314、414、514 第一过程窗口
215 绝缘套管
216 法兰
217、317、417 第二壳体
218、318、418 第二过程窗口
519 法兰
520 气体接口
521 开口
522 开口
523 扫气用气体
524 区域
5251 矛
526 开口
527 支架
528 密封元件
529 区域
530 法兰壳体
531 销
432 测量介质

Claims (12)

1.在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质(432)的至少一种化学和/物理参数的气体测量仪，其中所述气体测量仪包括第一壳体(101、201、301、401、501)；至少一个激光器(102、202、302、402)作为辐射源，其被布置在第一壳体(101、201、301、401、501)中；至少一个过程窗口(114、214、314、414、514)用以将由激光器(102、202、302、402)发出的辐射耦合输入测量介质(432)；和至少一个检测器(103、203、303、403)，辐射在与所述测量介质(432)相互作用后可以通过该检测器检测出来；其特征在于，第一过程窗口(114、214、314、414、514)被构造作为无焦点凹凸透镜，其包括凹形表面和凸形表面。
2.如权利要求1所示的气体测量仪，其特征在于，它还包括光学偏转元件(112、212、512)，其将耦合输入测量介质的辐射回引至第一过程窗口(114、214、514)。
3.如权利要求2所示的气体测量仪，其特征在于，所述光学偏转元件(112、212、512)包括至少一个猫眼透镜、至少一个三菱镜、至少一个三面镜、至少一个平面镜或成像镜。
4.如权利要求1或2所示的气体测量仪，其特征在于，检测器(103、203)和激光器(102、202)被布置在第一壳体(101、201、501)中，第一过程窗口(114、214、514)用于将由激光器(102、202)发出的辐射耦合输入到测量介质以及在其与测量介质相互后将辐射从测量介质中辐射输出。
5.如权利要求1或2所示的气体测量仪，其特征在于，它还包括第二壳体(217、317、417)和第二过程窗口(218、318、418)，其中检测器(303、403)或光学偏转元件(212)被布置在第二壳体中。
6.如权利要求5所示的气体测量仪，其特征在于，第二过程窗口(218、318、418)被构造为无焦点凹凸透镜，其具有凹形和凸形表面。
7.如权利要求1至6其中任一项所示的气体测量仪，其特征在于，它还包括气体探针(107、207、307、507)，其包括基本圆柱形的、带有过程开口(111、211、311、511)的探针壳体(110、210、310、510)，在工作过程中，测量介质通过上述过程开口能够挤进所述探针壳体(110、210、310、510)的内部，其中所述气体探针(107、207、307、507)的端部在工作过程中与第一壳体(101、201、301、501)连接。
8.如权利要求7所示的气体测量仪，其特征在于，所述气体探针包括针对扫气用气体的扫气用气体接口(520)和至少一个扫气用气体通道(523)。
9.如权利要求8所示的气体测量仪，其特征在于，在工作过程中，第一过程窗口(514)和/或第二过程窗口在介质一侧具有扫气用气体垫。
10.如权利要求7至9其中任一项所示的气体测量仪，其特征在于，所述光学偏转元件(512)被无密封地固定并在工作过程中由扫气用气体在周围冲洗。
11.如权利要求1至10中任一项所示的气体测量仪，其特征在于，所述激光器(102、202、302、402)是可被调谐的。
12.如权利要求1至11其中任一项所示的气体测量仪，其特征在于，有待检测的化学和/或物理参数包括至少一个下述参数：温度、压力和/或至少一种气体的浓度，例如氧气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、胺类、氨气、硫化氢、二氧化硫、卤族氢气复合物、水或由其构成的混合物。
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