DD261436A1 - Einrichtung zur ein- oder mehrkomponentenanalyse mittels strahlungsabsorption - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse mittels Strahlungsabsorption. Sie dient der kontinuierlichen Analyse von bis zu 4 Komponenten in der betrieblichen und Prozesstechnik. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ein- oder Mehrkomponentenanalysator auf der Basis von Festkoerperdetektoren zu schaffen, der bei geringem Bauteilaufwand mit hohem Wiederholteilgrad in hohem Mass variabel und funktionssicher ist und eine nachtraegliche Nachruestung der Einrichtung auf die Maximalzahl der Komponenten ermoeglicht. Das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, dass an einer Modulationseinrichtung 9 einerseits die zylindrisch ausgefuehrten Baueinheiten Strahlungsdetektoreinrichtung(en) 7 und andererseits Kuevette(n) 4 oder Kuevette(n) 4 und Strahlungsquelle(n) 1 mittels Verbindungselemente 13 befestigt sind, und diese Verbindungselementen 13 als Lochplatte mit einer symmetrischen Innenkontur und entsprechend gestalteter Aussenkontur ausgefuehrt sind. Fig. 1

Description

ergibt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lochplatte (15) in ihrer Innenkontur mindestens zwei durchgezogene Laschen (19) enthält, die beim axialen Eindrehen der

' Lochplatte (15) in die Nut (17) einen Kraftschluß ergeben, bzw. daß diese Laschen (19) am Ende rechtwinklig abgebogen sind und dadurch einen Anschlag zu den Erhebungen (20) auf der Küvette(4) bilden und die Lochplatte (15) in eine definierte Stellung zur Küvette (4) bringen, wobei sich die Nutbreite S₃ zu

S₁ < S₂ < S₃

je nach aufzubringender Kraft ergibt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Gegenstücke zu den die Lochplatte(n) (15) enthaltenden Küvetten (4) einen als vorlaufende Passung ausgebildeten Zentrieransatz (21) aufweisen, der am Ende eine umlaufende Nut (22) zur Aufnahme einer Rundringdichtung (23) und am vorderen Teil eine Nut (24) senkrecht zur optischen Achse enthält, in die beim Zusammenfügen ein Zylinderstift (25), der fest mit der Küvette (4) verbunden ist, eingreift und damit Küvette (4) und Gegenstück gegen Verdrehung sichert.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse mittels Strahlung'sabsorption. Sie ist prinzipiell bei allen Flüssigkeits- und Gasanalysatoren, die nach dem Prinzip der Strahlungsabsorption arbeiten, anwendbar, bezieht sich aber insbesondere auf solche, bei denen die Konzentration einer in einem Gas- oder Flüssigkeitsgemisch enthaltenen Komponente durch Messung der Strahlungsabsorption mit Hilfe von Festkörperdetektoren erfolgt.

-2- 261 436 Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Messung eines gasförmigen oder flüssigen Bestandteils in einem Gemisch, sind eine Reihe von Analysatoren bekannt,

z. B. nichtdispersive Infrarotgasanalysatoren. Die meisten von ihnen arbeiten mit gasgefüllten Strahlungsdetektoreinrichtungen, in denen infrarote Strahlung durch ein fest eingeschlossenes Volumen der zu messenden Komponente des Gasgemisches durch einen Membrankondensator oder einen Strömungsfühler nachgewiesen wird (DE-AS 1773177; DE-AS 2325502).

Zweistrahlgeräte erfordern dabei in ihrem Aufbau einen hohen Grad an Symmetrie. Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen die Funktionseinheiten zu einer zylindrischen Baueinheit gleichen Durchmessers zusammengefaßt sind und die Lagerung und Befestigung der zylindrischen Baueinheit in einer ihrem Durchmesser angepaßten Hohlkehle einer Tragschiene erfolgt (DE-AS 1598535).

Weiterhin ist bekannt, an Küvetten mit quadratischen Flanschen auf der einen Seite mit gleichen Abmaßen gasdicht eine Strahlungsgebereinheit und auf der anderen Seite an die Küvette ebenfalls mit gleichen Abmaßen eine Strahlungsempfängereinheit mittels diagonal angeordneten Schrauben zu befestigen (DD-PS 103965).

Ein wesentlicher Nachteil dieser Einrichtungen besteht darin, daß jeweils eine derartige Einrichtung zum Nachweis je einer Komponente benötigt wird und somit Mehrkomponentenanalysatoren nur durch Verwendung mehrerer Einrichtungen realisierbar sind. In Praxi sind Zweikomponentengeräte bekannt, die jedoch eine hohe Masse und einen hohen mechanischen Aufwand bedingen.

Weiterhin sind Anordnungen mit Strömungsfühlerdetektoren (DE-AS 2325502 und DE-AS 1773177) bekannt, bei denen zwei optische Kanäle zusammengefaßt werden. Die mit dem Einsatz gasgefüllter Detektoren verbundene Forderung nach Konstanz der Detektorgaszusammensetzung, das heißt, nach absoluter Dichtheit der Strahlungsdetektoren, läßt sich technologisch nur unvollkommen und mit hohem Aufwand verwirklichen. Deshalb sind in letzter Zeit Geräte bekannt geworden, die mit breitbandigen Festkörperdetektoren und optischen Filtern zurSensibilisierung arbeiten (DE-PS 1159184, DD-PS 110562, DD-PS 159366).

Bei diesen Geräten werden u.a. Meß- und Vergleichsfilter wechselseitig in den Strahlengang eingebracht und die entstehenden Signale getrennt weiterverarbeitet und durch Rechenschaltungen das der Konzentration des gesuchten Bestandteils proportionale Ausgangssignal gewonnen. Die Weiterverarbeitung großer Signale setzt voraus, daß Amplitude und Phase dieser Signale besonders stabil sein müssen, was insbesondere im Spurenbereich schwer beherrschbar ist.

Diesen Nachteil haben auch alle Geräte zur Mehrkomponentenanalyse, die mit umlaufenden Interferenzfiltern arbeiten.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, die geteilte Interferenzfilter benutzen. Neben der schwer beherrsch baren Technologie zur Herstellung dieser Filter besitzen derartige Verfahren den Nachteil, daß absorbierende Störkomponenten in Zwischenräumen auf Meß- und Vergleichsseite sich unterschiedlich auswirken, und so die Nullpunktstabilität negativ beeinflussen.

Die einfache Übertragung der üblichen Anordnungen und Einrichtungen bzw. der üblichen Labortechnik zur Schaffung von Mehrkomponentenanalysatoren ist nicht sinnvoll.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse auf der Basis der Strahlungsabsorption, die sich bei der Differenzbildung in den optischen Kanälen durch eine Langzeitstabilität gegenüber bekannten Infrarot-Analysatoren auszeichnet und ohne wesentliche Massevergrößerung auskommt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse auf Basis der Strahlungsabsorption zu schaffen, die bei geringem Bauteilaufwand mit hohem Wiederholteilgrad mit einfachen Mitteln die Differenzbildung in allen optischen Kanälen gleichzeitig durchführt und eine Nachrüstung mit weiteren optischen Kanälen ohne Beeinflussung bereits vorhandener optischer Kanäle gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse mittels Strahlungsabsorption gemäß Oberbegriff des Erfindungsanspruchs an der Modulationseinrichtung einerseits die zylindrischen Baueinheiten Strahlungsdetektoreinrichtung(en) und andererseits Küvette(n) oder Küvette(n) und Strahlungsquelle(n) mittels Verbindungselemente befestigt sind.

Diese Verbindungselemente sind als Lochplatte mit einer symmetrischen Innenkontur und entsprechend gestalteter Außenkontur ausgeführt. Die Lochplatte wird durch Aufstecken auf die Küvette und anschließendes axiales Verdrehen in einer Nut bis zur Selbsthemmung form- und kraftschlüssig mit dieser zu einer unlösbaren Einheit verbunden.

Die Küvette ist weiterhin mit einem zylindrischen Zentrieransatz versehen, der in ein entsprechendes Gegenstück eingreift, wobei die Baueinheit Küvette mit mindestens zwei Schrauben über die Lochplatte gegen das Küvettengegenstückfest angezogen wird.

Die Küvetten besitzen mindestens zwei symmetrisch auf dem Umfang angeordnet liegende Erhebungen, in die die Nut eingebracht wird und die gleichzeitig zur Aufnahme von Stutzen dienen.

Die Lochplatte weist in ihrer Innenkontur mindestens zwei keilförmige Ansätze auf, wobei der arithmetische Mittelwert der durch die Eckpunkte der Ansätze festgelegten Durchmesser D1 und D2 näherungsweise mit dem Durchmesser D3 der Nut in der Küvettenaußenkontur übereinstimmt.

Die Ansätze bilden durch Verformung in ihrer Dicke den Keil, wobei die Nutbreite S₃ auf der Außenkontur der Küvette sich

näherungsweise zu

S₁ - S₂

ergibt.

Die Lochplatte enthält in ihrer Innenkontur mindestens zwei durchgezogene Laschen, die beim axialen Eindrehen der Lochplatte in die Nut einen Kraftschluß ergeben, bzw. daß diese Laschen am Ende rechtwinklig abgebogen sind und dadurch einen Anschlag zu den Erhebungen auf der Küvette bilden und dabei die Lochplatte in eine definierte Stellung zur Küvette bringen, wobei sich die Nutbreite S₃ zu S₁ < S₂ < S₃ je nach aufzubringender Kraft ergibt.

Die Gegenstücke zu den die Lochplatte(n) enthaltenden Küvetten weisen einen als vorlaufende Passung ausgebildeten Zentrieransatz auf. Der Zentrieransatz enthält am Ende eine umlaufende Nut zur Aufnahme einer Rundringdichtung und am vorderen Teil eine Nut senkrecht zur optischen Achse, in die beim Zusammenfügen ein Zylinderstift, der fest mit der Küvette verbunden ist, eingreift und damit Küvette und Gegenstück gegen Verdrehung sichert. Die elektronische Weiterverarbeitung der Signale ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1: Eine Einrichtung zur Ein-oder Mehrkomponentenanalyse mittels Strahlungsabsorption — schematisch dargestellt —

Fig.2: Einen Meßkanal der Einrichtung— schematischer Längsschnitt —

Fig. 3: Den Schnitt der Verbindung zwischen Gegenstück und Küvette

Fig. 4: Eine I.Variante der Lochplatte zur Verbindung von Baugruppen der Einrichtung — schematisch dargestellt —

Fig. 5: Eine 2. Variante der Lochplatte zur Verbindung von Baugruppen der Einrichtung — schematisch dargestellt —

Fig. 6: Eine 3. Variante der Lochplatte zur Verbindung von Baugruppen der Einrichtung —schematisch dargestellt —

Fig.7: Die Küvette zu den in Fig.4bis Fig. 6 gezeigten Lochplatten — schematisch dargestellt.

Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Ein-oder Mehrkomponentenanalyse mit Anordnung der optischen Kanäle in den Eckpunkten eines auf der Spitze stehenden Quadrats.

Die Strahlungsquellen 1 sind über Verbindungselemente 13 mit den Küvetten 4 bzw. mit einer Kombination von Küvetten 4 und Filterküvetten 14 verbunden, die ihrerseits mit einer Modulationseinrichtung 9 mittels Verbindungselementen 13 verbunden

Die Strahlungsdetektoreinrichtung 7 wird gemäß Figur 1 in den am Modulationseinrichtungsblock 9 vorhandenen Ansätzen aufgenommen.

Gemäß Figur 2 gelangt die von dem Strahlungsemitter 2 der Strahlungsquelle 1 ausgehende Infrarotstrahlung, die durch den Reflektor 3 parallelisiert wird, durch die aus je zwei Küvettenkammem aufgebaute Küvette 4, die durch strahlungsdurchlässige Fenster 6 abgeschlossen ist, durch die Strahlenbündelungseinrichtung 11 auf dieSelektivierungseinrichtung 10. · DiezurSensibilisierung und Selektivierung verwendeten Selektivierungseinrichtungen 10 sind so abgestimmt, daß ihre Durchlaßmaxima mit einer Absorptionswellen länge eines nachzuweisenden Bestandteils übereinstimmen z.B. bei Verwendung von Interferenzfilter als Selektivierungseinrichtung 10 können die Durchlaßmaxima bei einer 4-Komponenten-Abgasanalyse auf 3,34pm; 4,25 pm; 4,67 pm und 5,75 pm gewählt werden.

Zwischen Strahlungsquelle 1 und Strahlungsdetektoreinrichtung 7 ist die Modulationseinrichtung 9 zur periodischen Unterbrechung der Strahlung angeordnet, wobei die Modulationsscheibe 5 so ausgebildet ist, daß in allen Kanälen gleichzeitig die Küvettenkammem der Küvette 4 derart freigegeben werden, daß die Summe der von Meßstrahlengang und Vergleichsstrahlengang freigegebenen Fläche zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Mittels einer Strahlungsbündeleinrichtung 11 gelangt die Strahlung auf einen Detektor 8, von wo aus die Signale über einen Signalverstärker 12 der Weiterverarbeitung zur Verfugung gestellt werden.

Befinden sich eine oder mehrere nachzuweisende Komponenten nicht im zu analysierenden Gemisch, so haben die entsprechenden Meß- und Vergleichsstrahlen die gleiche Intensität und der entsprechende Detektor 8 erhält ein konstantes Signal. Bei Verwendung von pyroelektrischen Detektoren, die nur auf alternierende Signale ansprechen, gibt der Detektor das Signal „0" ab. Befindet sich nun die nachzuweisende Komponente im Gemisch, so wird die Strahlung entsprechend dem Lambert-Beerschen Gesetz von dieser Komponente absorbiert.

Der Detektor 8 erhält vom Meßstrahlengang einen geringeren Intensitätswert, als vom entsprechenden Vergleichsstrahlengang, so daß das Ausgangssignal des Detektors 8 die Gestalt eines verschliffenen Sägezahnes annimmt.

Die Baugruppen Strahlungsquelle 1, Küvette 4, Modulationseinrichtung 9 und Strahlungsdetektoreinrichtung 7 sind über Verbindungselemente 13 miteinander verbunden.

Figur 3zeigt den Schnitt der Verbindung zwischen Gegenstück und Küvette 4, wobei ein vorlaufender Zentrieransatz 21 am Ende eine umlaufende Nut 22 zur Aufnahme einer Rundringdichtung 23 besitzt.

Am vorderen Teil des Zentrieransatzes 21 befindet sich eine senkrecht zur optischen Achse liegende Nut 24, in die beim Verbinden ein Zylinderstift 25, der fest mit der Küvette 4 verbunden ist, eingreift.

In Figur4 ist eine I.Variante der Lochplatte 15 zum Verbinden von Baugruppen einer Einrichtung zur Ein-oder Mehrkomponentenanalyse dargestellt. Die vier Ansätze 16 sind so ausgebildet, daß der Mittelwert der durch die Eckpunkte der

Γ)7=Ρ1+Ρ2-Ρ1 Ansätze festgelegte Durchmesser D1 und D2 näherungsweise mit dem Durchmesser , 2 derin

Figur 7 dargestellten Nut 17 übereinstimmt. Dadurch ist eine form-und kraftschlüssige Verbindung gesichert. Die vier keilförmigen Ansätze 16 sind symmetrisch auf dem Umfang verteilt.

In Figur 5 ist eine 2. Variante der Lochplatte 15 dargestellt, in der die Ansätze 18 in ihrer Dicke keilförmig ausgebildet sind. Die Bedingung . .... „.

S₁ - S₉ S 3 = -V^- ₊ S₂

sichert hier den Form- und Kraftschluß zur Küvette gemäß Figur Eine 3. Variante der Lochplatte 15 mit durchgezogenen Laschen 19 ist in Figur 6 dargestellt.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Küvette 4 mit vier symmetrisch auf dem Umfang verteilt liegenden Erhebungen20.

Claims (4)

1. •1. Einrichtung zur Ein- oder Mehrkomponentenanalyse mittels Strahlungsabsorption, bestehend aus mindestens einer Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung einer optischen Strahlung, mindestens einer dieser Strahlungsquelle zugeordneten Küvette (4), mindestens einer Strahlungsdetektoreinrichtung (7), die für die Strahlung empfindlich ist, mit einer optischen Modulationseinrichtung (9) zum periodischen Unterbrechen der Strahlung in wenigstens einem Meßkanal und einer der Strahlungsdetektoreinrichtung nachgeordneten Signalverarbeitungsschaltung, die ein der Konzentration der Meßkomponente(n) proportionales Meßsignal bildet, gekennzeichnet dadurch, daß an der Modulationseinrichtung (9) einerseits die zylindrischen Baueinheiten Strahlungsdetektoreinrichtung(en) (7) und andererseits Küvette(n) (4) oder Küvette(n) (4) und Strahlungsquelle(n) (1) mittels Verbindungselemente (13) befestigt sind, und diese Verbindungselemente (13) als Lochplatte (15) mit einer symmetrischen Innehkontur und entsprechend gestalteter Außenkontur ausgeführt sind, wobei die Lochplatte (15) durch Aufstecken auf die Küvette (4) und anschließendes axiales Verdrehen in einer Nut (17) bis zur Selbsthemmung form- und kraftschlüssig mit dieser zu einer unlösbaren Einheit verbunden sind, die Küvette (4) weiterhin mit einem zylindrischen Zentrieransatz (21) versehen ist, der in ein entsprechendes Gegenstück eingreift und die Baueinheit Küvette (4) mit mindestens zwei Schrauben über die Lochplatte (15) gegen das Küvettengegenstück fest angezogen wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Küvetten (4) mindestens zwei symmetrisch auf dem Umfang angeordnet liegende Erhebungen (20) besitzen, in die die Nut (17) eingebracht wird und die gleichzeitig zur Aufnahme von Stutzen dienen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lochplatte (15) in ihrer Innenkontur mindestens zwei keilförmige Ansätze (16) aufweist, wobei der arithmetische Mittelwert der durch die Eckpunkte der Ansätze festgelegten Durchmesser D1 und D2 näherungsweise mit dem Durchmesser D3 der Nut (17) in der Küvettenaußenkontur übereinstimmt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lochplatte (15) in ihrer Innenkontur mindestens zwei Ansätze (18) aufweist, die durch Verformung in ihrer Dicke einen Keil bilden, wobei die Nutbreite S₃ auf der Außenkontur der Küvette (4) sich näherungsweise zu

   S - ¹^

   1 2

   b + b