DE10036948A1

DE10036948A1 - Verfahren zur MO¶x¶-Messung

Info

Publication number: DE10036948A1
Application number: DE10036948A
Authority: DE
Inventors: Walter Fabinski; Michael Zoechbauer; Michael Moede
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-21
Also published as: US6493087B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur NOx-Messung mit einer spez. Entladungslampe und einem Verfahren zur Steuerung einer fotometrischen Analyseeinrichtung, bei welcher in einem Strahlengang mit Strahlenquelle, Küvette und Detektor ein elektrisch drehbares Filter- oder Blendenrad zum Wechsel verschiedener Blenden und/oder Filter verwendet wird. Um hierbei zu erreichen, daß die Nachweisgrenze des NOx-Resonanzabsorptionsverfahrens verbessert wird, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Filter- und/oder Blendenrad so gesteuert wird, daß die Meßzeit größer als die Transferzeit ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur NOx-Messung, mit einer spezifischen Entladungslampe als Strahlungsquelle bei welcher in einem Strahlengang mit Strahlenquelle, Küvette und Detektor ein elektrisch drehbares Filter- oder Blendenrad zum Wechsel verschiedener Blenden und/oder Filter verwendet wird, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der Firmenschrift CLD 70E/Februar 1997 der Fa. ECO-Physics ist für die Messung kleiner NO-Konzentrationen ein Analysengerät bekannt, das mit Hilfe der Chemilumineszenzmethode (CLD) arbeitet. Die mit dieser Methode arbeitenden Geräte haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zum einen wird ein Ozongenerator benötigt, um das für die Chemilumineszenzreaktion erforderliche Ozon zu erzeugen. Ozon ist sehr giftig, und es muß ein relativ hoher Aufwand getrieben werden, um Ozonaustritt aus dem Gerät zu vermeiden. So ist z. B. ein Ozonvernichter notwendig, der am Meßgasausgang angeordnet ist. Zum anderen benötigt das CLD-Verfahren eine Vakuumpumpe mit Druckregelung. Nachteilig ist hierbei, daß die Vakuumpumpe störanfällig und wartungsintensiv ist. Ein weiterer Nachteil sind die relativ hohen Herstellkosten des CLD-Gerätes.

Aus einer weiteren Firmenschrift der Fa. ABB Analytical ist auch das FTIR-Verfahren bekannt, daß sich für den Nachweis kleiner NO-Konzentrationen einsetzen läßt. Auch hier muß ein relativ hoher Geräteaufwand angesetzt werden. Auf der einen Seite muß eine Langweg-Absorptionszelle verwendet werden, um die hohe Meßempfindlichkeit zu erzielen. Gleichzeitig verhindert das hohe Volumen dieser Zelle eine z. B. in der KFZ- Abgasmeßtechnik gewünschte schnelle Messung. Auf der anderen Seite sind chemometrische Rechnungen notwendig, um störende Querempfindlichkeiten zu unterdrücken. Sie sind aufwendig und stören ebenfalls die schnelle Messung.

Schließlich ist aus der DE 25 41 162 das fotometrische Stickoxid- Resonanzabsorptionsverfahren bekannt. Dieses Verfahren ist zwar einfach aufgebaut und hochselektiv für Stickoxid, aber die bisher realisierte Meßempfindlichkeit reicht nicht aus, um sehr kleine NO-Konzentrationen zu erfassen. Bisher wird hier ein Modulationsverfahren angewandt, bei welchem ein gleichmäßig umlaufendes Filterrad eine Meßphase und eine Vergleichsphase erzeugt. Die eigentliche Meßzeit in Meß- und Vergleichsphase ist bezogen auf die Umlaufzeit des Filterrades vergleichsweise kurz. Auf Grund des ungünstigen Zeitverhältnisses ergibt sich nicht das optimale benötigte Signal-Rausch-Verhältnis und somit nicht die optimale Meßempfindlichkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachweisgrenze des NO- Resonanzabsorptionsverfahrens zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe geht von der Überlegung aus, das Zeitverhältnis von Meßzeit zu Umlaufzeit zu optimieren. Je größer das Verhältnis Meßzeit zu Umlaufzeit wird, desto besser wird die Nachweisgrenze sein. Aus der Rauschtheorie ist bekannt, daß sich mit größerer Meßzeit die elektrische Bandbreite entsprechend verringert und das Rauschen mit der Wurzel aus der Bandbreite abnimmt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß innerhalb der gleichen Periode die Meßzeit für die Aufnahme des Vergleich- und Meßsignales ein Vielfaches größer ist als die Transferzeit. Dadurch wird der gemäß der Lehre nach Anspruch erzielte Effekt noch erhöht, bzw das Signal/Rauschverhältnis noch weiter verbessert.

Wichtig ist hierbei der schrittweise Transfer zwischen Vergleichs- und Meßphase bzw den entsprechenden Filterpositionen am Blendenrad.

Dies wird weiterhin noch dadurch begünstigt, daß in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Filter und/oder Blenden auf dem Blendenrad, die zum einen in der Vergleichsphase und zum anderen in der Meßphase benötigt werden, direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dadurch verringert sich die Transferzeit noch weiter.

Gemäß einer Einrichtung der gettungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in Anspruch 7 angegeben.

Die Erfindung, bzw ihre erfindungsrelevanten Wirkungen sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend noch näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: Verhältnis von Transferzeit und Meßzeit beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 2: Verhältnis von Transferzeit und Meßzeit im Stand der Technik.

Fig. 3: Blendenrad

Fig. 1 zeigt die Meßzeiten A, sowie die Transferzeiten B zwischen den Meßzeiten, in denen durch schrittweises Drehen des Blendenrades Filter oder Blenden nacheinander in den hier nicht weiter dargestellten, da ansonsten bekannten Strahlengang eingeschwenkt werden. Eine prinzipelle Darstellung des Strahlenganges ist in Fig. 3 noch dargestellt.

Hierbei ist zu erkennen, daß die Meßzeiten A, gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 2 signifikant größer, sogar ein Vielfaches größer sind, als die Transferzeiten B. Daraus läßt sich eine drastische Erhöhung des Meß-Rauschsignalverhältnisses erzielen. Auf diese Weise können extrem kleine Konzentrationen, insbesondere kleine NOx- Konzentrationen nachgewiesen werden. Im vorliegenden Fall z. B. verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 10^0,5, also etwa um den Faktor 3.

Eine Möglichkeit zur Umsetzung der Erfindung besteht darin, die gleichmäßige Rotation des Filterrades zu verlassen und das Filterrad statt dessen mit einem Schrittmotor zu steuern. Durch die schrittweise Steuerung ist es möglich, die Meßzeit gezielt zu verlängern und die Transferzeit gezielt zu reduzieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Meß- und Vergleichsphase des Filterrades dicht nebeneinander anzuordnen, um auf diese Weise die Transferzeit zu minimieren.

Fig. 2 zeigt ein typischer Meß-Transferverlauf in einem Verfahren gemäß Stand der Technik. Hierbei sind die Meßzeiten A kurz und die Transferzeiten B lang.

Demgegenüber wird gemäß Fig. 1 aber durch das erfindungsgemäße Verfahren die oben bereits erwähnte drastische Verbesserung erreicht.

Fig. 3 zeigt ein Blendenrad 3 beim welchem die Filter oder Blenden 4 und 5 für Meß- und Vergleichsphase direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind, was die erfindungsgemäß kurze Transferzeit bewirkt bzw begünstigt. Ansonsten besteht der Strahlengang aus einer Strahlenquelle 1, einer Küvette 2, dem Blendenrad 3, welches im Detail nochmal als Ausschnitt gezeigt ist sowie einem Detektor 4.

Das Blendenrad 3 ist dabei schrittmotorgesteuert, wodurch sich die minimalen Transferzeiten auf einfache Weise, in Verbindung mit der direkten nebeneinanderliegenden Anordnung der Blenden oder Filter realisieren lassen, die zu dem beschriebenen erfindungsgemäßen Effekt führen.

Claims

1. Verfahren zur NOx-Messung, mit einer spezifischen Entladungslampe als Strahlungsquelle, bei welcher in einem Strahlengang mit Strahlenquelle, Küvette und Detektor ein elektrisch drehbares Filter- oder Blendenrad zum Wechsel verschiedener Blenden und/oder Filter verwendet wird dadurch gekennzeichnet, daß das Filter- und/oder Blendenrad so gesteuert wird, daß die Meßzeit größer als die Transferzeit ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzeit ein Vielfaches größer als die Transferzeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittweite zur Minimierung der Transferzeit für jeden Meßfall so bestimmt wird, daß die Filter und/oder Blendenradposition jeweils direkt zwischen der Meß- und Vergleichsposition transferierbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Vergleichsphase, bzw die Filter und/oder Blenden direkt nebeneinander angeordnet sind, und die Schrittweite entsprechend darauf abgestimmt bzw minimierbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kleine Konzentrationen von NOx nachgewiesen werden.

6. Einrichtung zur NOx-Messung, mit einer spezifischen Entladungslampe als Strahlungsquelle, bei welcher in einem Strahlengang mit Strahlenquelle, Küvette und Detektor ein elektrisch drehbares Filter- oder Blendenrad zum Wechsel verschiedener Blenden und/oder Filter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehung des Filter- und/oder Blendenrades (3) schrittweise erfolgt, derart
daß die Meßzeit größer als die Transferzeit ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter und/oder Blenden (4, 5) für Meß- und Vergleichsphase auf dem Blendenrad (3) direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind.