DE10005923C2 - Infrarotoptische Gasmessvorrichtung und Gasmessverfahren - Google Patents

Infrarotoptische Gasmessvorrichtung und Gasmessverfahren

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmessvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung eines Gases und ein Gasmessverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Derartige Gasmessvorrichtungen und Gasmessverfahren sind aus verschiedenen Veröffentlichungen bekannt und werden unter anderem eingesetzt für die Über­ wachung der Luftqualität, die Erfassung von Luftverunreinigungen, die Konzen­ trationsmessung von Gasen, beispielsweise Kohlendioxid, Methan, Lachgas, oder auch zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft eines Menschen.
Die durch die zu messenden Gase hindurchtretende Infrarotstrahlung wird dabei gasspezifisch in bestimmten Wellenlängenbereichen durch Absorption geschwächt. Die Stärke der Absorption wird messtechnisch erfasst. Sie hängt von der Konzentration des Gases, der Länge des Strahlungswegs und weiteren Einflussfaktoren wie Temperatur, Verschmutzungen von Spiegeln und Fenstern oder sonstigen Strahlabdeckungen ab, die als nicht gasbedingt bei der Konzentrationsmessung unberücksichtigt bleiben sollen.
Prinzipiell besteht eine infrarotoptische Gasmessvorrichtung zur Konzentrations­ bestimmung eines Gases aus einer Strahlungsquelle und einem Strahlungs­ detektor. Die Strahlungsquelle sendet Messsignale im infraroten Wellenlängen­ bereich aus, diese Messsignale durchlaufen das zu messende Gas, werden vom Gas zum Teil absorbiert und in verminderter Intensität vom Strahlungsdetektor empfangen. Die Verminderung der Intensität ist dabei ein Maß für die Gaskonzentration.
Es ist bekannt, in infrarotoptischen Gasmessvorrichtungen zur Kompensation von nicht gasbedingten, gleichwohl gemessenen Intensitätsabnahmen der Messsignale im infraroten Wellenlängenbereich zwei Strahlungsdetektoren zu verwenden. Ein Strahlteiler, mit dem die Aufteilung eines einfallenden Lichtstrahls auf zwei Strahlungsdetektoren möglich ist, wird in der DE 41 13 795 C1 beschrieben. Der Strahlteiler hat die geometrische Form einer gleichschenkligen, stumpfen Pyramide. In der Pyramidengrundseite ist ein gleichschenkliges Dreieck ausgespart, dessen Spitze auf der Pyramidensymmetrieachse liegt und in Richtung des einfallenden Lichts zeigt. Die Pyramide ist an den Außenseiten und den Kathetenseiten des ausgesparten Dreiecks verspiegelt. Das einfallende Licht wird an den verspiegelten Dreiecksflächen nach beiden Seiten hin abgelenkt. Jeder Teilstrahl wird an den Pyramidenseiten um 90° umgelenkt und tritt an der Basis der Pyramide aus. Es wird so eine gleichmäßige Aufteilung der Intensität des einfallenden Lichts auf jeden der beiden Strahlungsdetektoren erreicht. Ferner wird in der US 4,915,489 ein pyramidenförmiges Prisma für die Umleitung von Lichtstrahlen beschrieben. Mit Hilfe des pyramidenförmigen Prismas mit reflektierenden Seitenflächen und eines darin angeordneten Reflektors können mehrere Lichtstrahlen aus einem einzigen einfallenden Lichtstrahl erzeugt werden und so beispielsweise auf zwei Strahlungsdetektoren verteilt werden. Während der erste Detektor nur Strahlung aus einem Wellenlängenbereich misst, in dem das in seiner Konzentration zu messende Gas eine Absorptionsbande besitzt, ist der zweite Detektor nur für Strahlung aus einem spektralen Bereich, in welchem das Gas nicht absorbiert, empfindlich. Der Quotient aus diesen beiden Messsignalen ändert sich nur, wenn in der Gasmessstrecke das nachzuweisende Gas vorhanden ist. Alterungseffekte und andere, nicht spektral abhängige Änderungen der Strahlungsintensität wirken normalerweise auf beide Strahlungsdetektoren gleichermaßen, so dass der Quotient in diesen Fällen konstant bleibt. Allerdings können auch in einem Aufbau mit zwei Strahlungsdetektoren Driften auftreten, die durch eine Verschmutzung des Strahlengangs verursacht werden. Verschmutzungen sind im allgemeinen nicht homogen über den Strahlquerschnitt verteilt, so dass sich die räumliche Strahlungsintensitätsverteilung über den Querschnitt des optischen Systems ändert. Im Zusammenhang mit der verbleibenden Asymmetrie bei der Aufteilung der Strahlung auf zwei Detektoren führt dies zu einer Änderung des Quotienten, also zu einer Drift des Messergebnisses der Gasmessvorrichtung.
Eine gattungsgemäße Messvorrichtung geht aus der DE 197 13 928 C1 hervor. Dort erfolgt die Konzentrationsbestimmung von Gasen durch Infrarotabsorption mit zwei gleichen Strahlungsquellen und zwei Strahlungsdetektoren, von denen der eine als Messdetektor und der andere als Referenzdetektor dient. Dadurch und durch den Einsatz von optischen Konzentratoren zur Strahlungsbündelung werden trotz auftretender Verschmutzungen oder Strahlabdeckungen der den Gasen oder Gasgemischen ausgesetzten optischen Flächen stabile Messwerte geliefert.
Nachteil dieser und anderer gattungsgemäßer infrarotoptischer Gasmessvor­ richtungen sind ein großer Materialaufwand und Platzbedarf sowie ein hoher Justageaufwand infolge mechanischer Toleranzen der optischen Anordnungen.
Aus der DE 41 33 481 C2 ist ein Multispektralsensor bekannt, mit dem verschiedene Spektralbereiche einer zu messenden Strahlung erfasst werden. Der Multispektralsensor zeichnet sich durch geringe räumliche Abmessungen und hohe Funktionssicherheit aus. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden gewährleistet durch eine hochreflektierende optische Einrichtung zur Strahlteilung, die das Licht über mehrere Filter unterschiedlicher spektraler Transmissionsbereiche auf dahinter angeordnete strahlungsempfindliche Elemente aufteilt.
Nachteil des Multispektralsensors ist, dass er keine Vorkehrungen zur Kompensation nicht gasbedingter Intensitätsänderungen aufweist. Auf diese Weise sind Verfälschungen der gemessenen Ergebnisse nicht auszuschließen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kompakte infrarotoptische Gasmessvorrichtung und ein Gasmessverfahren vorzuschlagen, die trotz im Strahlungsweg auftretender Störungen zuverlässige Messergebnisse für die Konzentrationsbestimmung eines Gases liefern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Gasmessvorrichtung nach Anspruch 1 und das Gasmessverfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gasmessvorrichtung besteht darin, dass durch die Verwendung eines pyramidenförmigen Strahlteilers die Messsignale einer Infrarotstrahlungsquelle auf vier Einzeldetektoren aufgeteilt werden können, und zwar in einem kompakten Aufbau mit wenigen Kompo­ nenten. Die Gasmessvorrichtung lässt sich dadurch in einem kleineren Gehäuse unterbringen. Dies hat erhöhte Stabilität gegenüber thermischer oder mechanischer Beanspruchung zur Folge und erweist sich als Vorteil unter realen Einsatzbedingungen, wenn auf die Gasmessvorrichtung hohe Temperatur­ schwankungen oder Erschütterungen einwirken.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die von vier Einzeldetektoren empfangenen Messsignale. Die Auswertung von vier Signalen bietet Gewähr für höhere Zuverlässigkeit als die von zwei Signalen bei der Messung der Gaskonzentration wegen einer geringeren Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen durch Überschreitung vorgegebener Konzentrationswerte, wenn in Wirklichkeit nur optische Komponenten partiell verschmutzt sind oder Teilkomponenten der Gasmessvorrichtung ausfallen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gasmessverfahren erweist es sich als vorteilhaft, dass vier Messsignale so ausgewertet werden, dass räumlich inhomogene Beein­ trächtigungen der Strahlungsintensität optimal erfasst werden können und somit für die Bestimmung der Gaskonzentration angemessen berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht des pyramidenförmigen Strahlteilers und des Quadrantendetektors aus der Richtung des ein­ fallenden Infrarotstrahls,
Fig. 2 eine Ansicht entlang des Schnitts A-B aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht der gesamten Gasmessvorrichtung mit Infrarotstrahlungsquelle, Spiegeln, pyramidenförmi­ gem Strahlteiler und Quadrantendetektor.
Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht des pyramidenförmigen Strahlteilers 7 und des Quadrantendetektors aus der Richtung des einfallenden Infrarotstrahls, so dass alle vier Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 sichtbar sind.
Wie in der Fig. 2 aus einer Ansicht senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl der Infrarotstrahlungsquelle 1 zu sehen, fällt dieser nach Durchlaufen eines zu messenden Gases auf einen pyramidenförmigen Strahlteiler 7 mit quadra­ tischer Grundfläche und dem Lichtstrahl im Winkel von α = 45° zugewandten Mantelflächen 12, 13, 14, 15, an denen der Lichtstrahl reflektiert und auf die vier Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 des Quadrantendetektors aufgeteilt wird. Die Einzeldetektoren 4, 6 sind dabei in der Fig. 2 nicht sichtbar, da sie oberhalb oder unterhalb der Zeichenebene liegen und dann vom Strahlteiler 7 verdeckt werden.
Die vier Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 nach der Fig. 1 sind quadratisch um den pyramidenförmigen Strahlteiler 7 angeordnet und bestehen aus den beiden jeweils einander gegenüberliegenden Messdetektoren 3, 5 und Referenzdetektoren 4, 6. Die Messdetektoren 3, 5 sind mit ersten identischen Infrarotfiltern 8, 10 und die Referenzdetektoren 4, 6 mit zweiten identischen Infrarotfiltern 9, 11 bestückt. Die Infrarotfilter 8, 10 einerseits und 9, 11 andererseits haben unterschiedliche Transmissionsbereiche, außerhalb derer sie stark reflektierend ausgebildet sind. Daher gelangt der im Transmissionsbereich der ersten Infrarotfilter 8, 10 liegende spektrale Teile des Lichtstrahls auf die Messdetektoren 3, 5 und der im Transmissionsbereich der zweiten Infrarotfilter 9, 11 liegende spektrale Teil des Lichtstrahls auf die Referenzdetektoren 4, 6.
In Fig. 3 ist die gesamte Gasmessvorrichtung aus einer Ansicht senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl zu sehen. Das Licht einer Infrarotstrahlungsquelle 1 wird mit einem ersten Spiegel 16 zu einem Lichtstrahl gebündelt. Der Übersichtlichkeit wegen ist der der Bündelung entsprechende Strahlenverlauf in der Fig. 3 nicht dargestellt. Anschließend fällt der Lichtstrahl auf einen zweiten Spiegel 17 und wird von dort zum pyramidenförmigen Strahlteiler 7 und weiter zum Quadrantendetektor geleitet. Infrarotstrahlungsquelle 1, Strahlteiler 7 und Quadrantendetektor befinden sich üblicherweise in einem Gehäuse 18 zum Schutz vor Verschmutzungen mit einem Fenster 19 für den Aus- und Eintritt des Lichtstrahls. Die Strecke, die der Lichtstrahl zwischen der Austrittsstelle am Fenster 19 des Gehäuses 18 und dem Spiegel 17, und die Strecke, die der Lichtstrahl zwischen dem Spiegel 17 und der Eintrittsstelle am Fenster 19 des Gehäuses 18 zurücklegt, bilden zusammen die Messstrecke, die der Lichtstrahl im Gasvolumen des zu messenden Gases zurücklegt, welches durch wellenlängenabhängige Absorption des Infrarotlichtes in der für dieses Gas charakteristischen Weise nachgewiesen werden kann.
In Abhängigkeit von der Konzentration des nachzuweisenden Gases wird das Infrarotlicht im charakteristischen Wellenlängenbereich absorbiert. Für den Fall, dass das nachzuweisende Gas in erhöhter Konzentration vorliegt, nehmen die von den Messdetektoren 3, 5 empfangenen Messsignale M1 und M2 ab, die von den Referenzdetektoren 4, 6 empfangenen Messsignale R1 und R2 bleiben unbe­ einflusst. Denn während die Messsignale M1 und M2 dem charakteristischen Wellenlängenbereich des zu messenden Gases zugeordnet sind, die ersten Infrarotfilter 8, 10 in ihrem Transmissionsbereich ungehindert passieren und bei Absorption durch das Gas in ihrer Intensität geschwächt sind, sind die Messsignale R1 und R2 einem davon verschiedenen Wellenlängenbereich zugeordnet. Sie passieren die zweiten Infrarotfilter 9, 11 ungehindert in deren Transmissionsbereich, werden vom Gas nicht absorbiert und nehmen in ihrer Intensität nicht absorptionsbedingt ab.
Aus den obigen Überlegungen folgt, dass der Quotient aus den an den Messdetektoren 3, 5 empfangenen Messsignalen M1, M2 und den an den Referenzdetektoren 4, 6 empfangenen Messsignalen R1, R2 ein Maß für die vorhandene Gaskonzentration darstellt.
Im vorliegenden Fall ergeben sich vier verschiedene Möglichkeiten der Bildung eines Quotienten, und zwar:
Aus den Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 gehen durch eine Normierung die Gas­ konzentrationen C1, C2, C3, C4 hervor, die wie folgt bestimmt werden:
Dabei sind Q°1, Q°2, Q°3, Q°4 Quotienten der eingangs genannten Art, die für ein bekanntes Gas, ein sogenanntes Nullgas, berechnet werden.
Cal 1, Cal 2, Cal 3, Cal 4 sind Kalibrierfaktoren, die bestimmt werden, indem man Messungen an dem später nachzuweisenden Gas in bekannter Konzentration, dem sogenannten Referenzgas, vornimmt und hierfür die Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 und die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 berechnet. Die Kalibrierfaktoren Cal 1, Cal 2, Cal 3, Cal 4 gewinnt man dann als Unbekannte aus den obigen Gleichungen.
Bei einer anschließenden Messung mit einer unbekannten Gaskonzentration wird angenommen, dass die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 in gewissen Grenzen gleich sind. Denn es ist davon auszugehen, dass die zu messende Gaskonzentration über den Infrarotlichtstrahl homogen verteilt ist und somit alle Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 in gleicher Weise wie bei der Kalibrierung bestrahlt werden.
Unter praktischen Anwendungen können über den Strahlquerschnitt inhomogen verteilte Verschmutzungen wie Staub oder Wassertropfen am Fenster 19 oder am Spiegel 17 auftreten, die zu einer bezüglich der Verhältnisse bei der Kalibrierung abweichenden Bestrahlung der Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 führen. Dies wiederum bewirkt, dass unterschiedliche Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 gemessen werden.
Liegen sämtliche Werte der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 noch inner­ halb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, so wird der Mittelwert
C = 0.25 (C1 + C2 + C3 + C4)
gebildet, der als gültiger Messwert für die zu bestimmende Gaskonzentration gelten soll. Liegt mindestens eine der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs, so läßt sich der Mittelwert C als gültiger Messwert für die Gaskonzentration nicht mehr zuverlässig ermitteln. Stattdessen kann zum Beispiel eine Störungsmeldung erfolgen.
Die Wahl des Toleranzbereichs hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise dem Signal/Rauschverhältnis, der Ansprechzeit bei der Messung, geforder­ ten Warnschwellen und geforderter Messgenauigkeit. Der Toleranzbereich ist von daher für jede konkrete Anwendung individuell zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Gasmessvorrichtung und ein Gasmessverfahren stellt die Messung von Methan in explosionsgefährdeten Anlagen wie etwa einer Bohrinsel dar. Methan zeigt im Wellenlängenbereich von 3,3 µm (Mikrometer) eine starke Absorption und läßt sich infrarotoptisch gut nachweisen. Der Spiegel 17 und das Fenster 19 des Gehäuses 18 sind vorzugsweise 8 cm voneinander entfernt. Die vom Lichtstrahl zurückgelegte Messstrecke im Gasvolumen beträgt 16 cm. Dadurch ist ein Kompromiss geschaffen zwischen einer möglichst geringen Baugröße der Gasmessvorrichtung nach Fig. 3 und einer hinreichend großen Messstrecke für die Messung der Lichtabsorption. Die Infrarotfilter 8, 10 vor den Messdetektoren 3, 5 sind optische Interferenzfilter mit einer Zentralwellenlänge von 3,3 µm und einer Halbwertsbreite von 0,1 µm und sind bezüglich ihres Transmissionsbereichs an den Wellenlängenbereich der Gasabsorption angepasst. Die Infrarotfilter 9, 11 vor den Referenzdetektoren 4, 6 sind optische Interferenzfilter mit einer Zentralwellenlänge von 3,9 µm und einer Halbwertsbreite von 0,1 µm, liegen bezüglich ihres Transmissionsbereichs also außerhalb des charakteristischen Wellenlängenbereichs der Absorption durch Methan.
Die Messung der von den Messdetektoren 3, 5 empfangenen Messsignale M1, M2 und der von den Referenzdetektoren 4, 6 empfangenen Messsignale R1, R2 und anschließende Bildung der Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 ist notwendig, um nicht gasbedingte Änderungen der von den Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 wahrgenommenen Änderungen der Strahlungsintensität zu kompensieren, beispielsweise wegen veränderter Leistung der Infrarotstrahlungsquelle 1 oder veränderten Reflexionsverhaltens der Spiegel 16, 17. Hiervon werden Messdetektoren 3, 5 und Referenzdetektoren 4, 6 in gleicher Weise betroffen, und die Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 bleiben unverändert.
Vor der eigentlichen Gasmessung muss die Gasmessvorrichtung kalibriert werden. Hierzu wird die Gasmessvorrichtung zunächst mit Nullgas, vorzugsweise sauberer Luft oder Stickstoff, begast, und die Quotienten Q°1, Q°2, Q°3, Q°4 werden bestimmt. Der Einfachheit halber seien in diesem Fall Q°1 = Q°2 = Q°3 = Q°4 = 1 angenommen, d. h. dass vom Nullgas keine Strahlung im relevanten Wellenlängenbereich absorbiert wird, sondern sowohl die Messsignale (M1, M2) als auch die Messsignale (R1, R2) gleichermaßen unvermindert ihrer Intensität empfangen werden.
Anschließend wird die Gasmessvorrichtung mit einem Referenzgas begast. Für Methan wählt man üblicherweise eine Gaskonzentration von 40% UEG, d. h. 40% der unteren Explosionsgrenze. 100% UEG entsprechen bei Methan 5 Vol.% oder 50.000 ppm. Diese Gaskonzentration schwächt die von den Messdetektoren 3, 5 empfangenen Messsignale M1, M2 erfahrungsgemäß um 12% gegenüber den von den Referenzdetektoren 4, 6 empfangenen unbeeinflussten Messsignalen R1, R2. Für die Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 ergibt sich daher
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = (1 - 0.12)/1 = 0.88.
Ein Gasmessgerät gibt die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 üblicherweise in Einheiten von UEG an, so dass die Kalibrierfaktoren Cal 1, Cal 2, Cal 3, Cal 4 hier bestimmt werden aus den Gleichungen
mit C1 = C2 = C3 = C4 = 40 in % UEG,
Q°1 = Q°2 = Q°3 = Q°4 = 1,
Q1 = Q2 = Q3 = Q3 = Q4 = 0.88.
Daraus ergibt sich
Cal 1 = Cal 2 = Cal 3 = Cal 4 = 333,33.
Wird die Gasmessvorrichtung später zur Überwachung und Bestimmung unbekannter Methangaskonzentrationen eingesetzt, beträgt die erlaubte Fehlergrenze normalerweise 10% vom Messwert, unterhalb von 40% UEG gilt ein Festwert von 4% UEG. Bei einer Überprüfung im Betrieb mit einem Referenzgas mit 40% UEG dürfen die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 also zwischen 36% und 44% UEG liegen.
Angenommen sei nun eine Verschmutzung des Fensters 19 des Gehäuses 18 der Gasmessvorrichtung in der Art, dass für die von den Einzeldetektoren 3, 4, 5, 6 empfangenen Messsignale M1, M2, R1, R2 folgende Abnahme gegenüber früherer Messung ohne Verschmutzung zu verzeichnen ist:
M1 um 5%, M2 um 7%, R1 um 4%, R2 um 3%.
Dann ergibt sich für die Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4:
Q1 = 0.95/0.96 = 0.989, Q2 = 0.95/0.97 = 0.979,
Q3 = 0.93/0.96 = 0.968, Q4 = 0.93/0.97 = 0.958,
für die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 erhält man:
C1 = (1 - 0.989/1).333,33 = 3.66% UEG,
C2 = (1 - 0.979/1).333,33 = 6.99% UEG,
C3 = (1 - 0.968/1).333,33 = 10.66% UEG,
C4 = (1 - 0.958/1).333,33 = 13.99% UEG
und für den Mittelwert C:
C = 8.82% UEG.
Damit liegen die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 nicht sämtlich im Toleranzbereich von 8.82% UEG ± 4% UEG. Die Berechnung des Mittelwertes C als Messwert für die Gaskonzentration macht hier also keinen Sinn, statt dessen sollte eine Störungsmeldung erfolgen.

Claims (13)

1. Gasmessvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung eines Gases mit
einer Messsignale aussendenden Infrarotstrahlungsquelle (1),
einem aus zwei einander gegenüberliegenden Messdetektoren (3, 5) und aus zwei einander gegenüberliegenden Referenzdetektoren (4, 6) bestehenden, die Messsignale empfangenden Quadrantendetektor,
einem pyramidenförmigen Strahlteiler (7), der die Messsignale der Infrarotstrahlungsquelle (1) auf die zwei Messdetektoren (3, 5) und die zwei Referenzdetektoren (4, 6) aufteilt,
ersten identischen Infrarotfiltern (8, 10) mit denen die Messdetektoren (3, 5) bestückt sind,
zweiten identischen Infrarotfiltern (9, 11), mit denen die Referenzdetektoren (4, 6) bestückt sind,
einem die Infrarotstrahlungsquelle (1), den Strahlteiler (7) und den Quadrantendetektor umfassenden Gehäuse (18) mit einem Fenster (19) und
einem Spiegel (17), der das durch das Fenster (19) aus dem Gehäuse (18) austretende Licht der Infrarotstrahlungsquelle (1) durch das Fenster (19) in das Gehäuse (18) auf den Strahlteiler (7) wirft.
2. Gasmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Einzeldetektoren (3, 4, 5, 6) pyroelektrische Detektoren sind.
3. Gasmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass damit die Konzentration von Methan bestimmt wird.
4. Gasmessvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsbereich der Infrarotfilter (8, 10) bei (3,3 ± 0,1) Mikrometer liegt.
5. Gasmessvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsbereich der Infrarotfilter (9, 11) bei (3,9 ± 0,1) Mikrometer liegt.
6. Gasmessverfahren zur Konzentrationsbestimmung eines Gases durch Infrarotabsorption der von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgehenden und von einem Quadrantendetektor, bestehend aus zwei Mess- und zwei Referenzdetektoren, empfangenen Messsignale, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von den Messdetektoren (3, 5) empfangenen Messsignalen (M1, M2) und den von den Referenzdetektoren (4, 6) empfangenen Messsignalen (R1, R2) die Quotienten
gebildet werden und zur Bestimmung der Gaskonzentration herangezogen werden.
7. Gasmessverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Quotienten Q1, Q2, Q3, Q4 durch Normierung die Gaskonzentrationen
hervorgehen,
wobei sich die Quotienten Q°1, Q°2, Q°3, Q°4 auf eine Nullgasmessung beziehen und Cal 1, Cal 2, Cal 3, Cal 4 Kalibrierfaktoren sind, die über die Messung an einem Referenzgas bestimmt werden.
8. Gasmessverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen ermittelt werden.
9. Gasmessverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei sämtlichen Werten der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs ein Wert für den Median bestimmt wird und bei mindestens einem Wert der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs ein Warnsignal abgegeben wird.
10. Gasmessverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei sämtlichen Werten der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs der Mittelwert
C = 0.25 (C1 + C2 + C3 + C4)
gebildet wird und bei mindestens einem Wert der Gaskonzentrationen C1, C2, C3, C4 außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs ein Warnsignal abgegeben wird.
11. Gasmessverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass damit die Konzentration von Methan bestimmt wird.
12. Gasmessverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nullgasmessung als Nullgas saubere Luft oder Stickstoff verwendet wird.
13. Gasmessverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzgas Methan mit einer Konzentration von 40% UEG verwendet wird.
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