DE102014002087A1

DE102014002087A1 - Spectroscopic gas analyzer and method therefor

Info

Publication number: DE102014002087A1
Application number: DE102014002087.8A
Authority: DE
Inventors: Daniele Angelosante; Deran Maas; Hannes Merbold; Hubert Brändle
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine spektroskopische Gasanalysevorrichtung zur Analyse eines Probegases in einem Probebereich (12), umfassend eine Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlengang (3), der zumindest teilweise im Probebereich (12) liegt, vorzugsweise im infraroten, optischen oder ultravioletten Bereich, sowie einen Strahlungssensor (4) zur Messung der Intensität der Strahlung nach Transmission durch den Probebereich (12), wobei eine Hülse (16) vorgesehen ist, welche in einer Isolationsstellung einen inneren Strahlbereich (10) von einem äußeren Außenbereich (15) strömungsisoliert, wobei dieser Strahlbereich (10) den Strahlengang (3) der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Probebereichs (12) einschließt, um eine Kalibrierung der Gasanalysevorrichtung durch Analyse von Kalibrierungsgas innerhalb dieser Hülse (16) zu ermöglichen.The invention relates to a spectroscopic gas analysis apparatus for analyzing a sample gas in a sample area (12), comprising a radiation source (2) for generating electromagnetic radiation with a beam path (3) which lies at least partially in the sample area (12), preferably in the infrared, optical or ultraviolet range, and a radiation sensor (4) for measuring the intensity of the radiation after transmission through the sample area (12), wherein a sleeve (16) is provided, which in an isolation position an inner beam region (10) from an outer outer region (15). flow-isolated, said beam region (10) enclosing the beam path (3) of the electromagnetic radiation within the sample area (12) to allow calibration of the gas analyzer by analysis of calibration gas within said sleeve (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spektroskopische Gasanalysevorrichtung zur Analyse eines Probegases in einem Probebereich, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit einem Strahlengang, der zumindest teilweise im Probebereich liegt, vorzugsweise im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich, sowie einen Strahlungssensor zur Messung der Intensität der Strahlung nach Transmission durch den Probebereich.The present invention relates to a spectroscopic gas analysis apparatus for analyzing a sample gas in a sample area, comprising a radiation source for generating electromagnetic radiation having a beam path which is at least partially in the sample area, preferably in the infrared, visible or ultraviolet range, and a radiation sensor for measuring the intensity of Radiation after transmission through the sample area.

Das Einsatzgebiet der Erfindung umfasst die spektroskopische Analyse von Gasen. Eine solche Gasanalysevorrichtung misst die Absorption elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich, entlang deren Strahlengang in einem Probegas, um Aussagen beispielsweise über Dichte, Temperatur und Druck des Probegases oder von Bestandteilen des Probegases zu ermöglichen. Häufig wird dabei ein spezifischer spektraler Bereich durch vergleichsweise schmalbandige Strahlung abgetastet, um so das Absorptionsspektrum in diesem Bereich zu messen, wie beispielsweise bei Verwendung eines Diodenlasers in der Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS). Der Messaufbau kann verschiedenartig realisiert sein, beispielsweise in Form einer „cross stack” Konfiguration, bei welcher sich das Probegas in einem Probebehältnis zwischen Strahlungsquelle und Strahlungssensor befindet, oder beispielsweise in Form einer „insertion probe” Konfiguration, bei welcher mindestens ein Spiegel in dem Strahlengang montiert ist, welcher die Strahlung zurück in Richtung des Strahlungssensors wirft, welcher im Bereich der Strahlungsquelle angeordnet ist. Eine Gasanalysevorrichtung in Form einer „insertion probe” Konfiguration kann als tragbare Einheit ausgebildet sein.The field of application of the invention comprises the spectroscopic analysis of gases. Such a gas analyzer measures the absorption of electromagnetic radiation, preferably in the infrared, visible or ultraviolet range, along its beam path in a sample gas to allow statements about, for example, density, temperature and pressure of the sample gas or components of the sample gas. Frequently, a specific spectral range is scanned by comparatively narrow-band radiation so as to measure the absorption spectrum in this range, as for example when using a diode laser in tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS). The measurement setup can be implemented in various ways, for example in the form of a "cross-stack" configuration, in which the sample gas is located in a test container between radiation source and radiation sensor, or, for example, in the form of an "insertion probe" configuration, in which at least one mirror in the beam path is mounted, which throws the radiation back in the direction of the radiation sensor, which is arranged in the region of the radiation source. A gas analyzer in the form of an "insertion probe" configuration may be formed as a portable unit.

Gegebenenfalls ist es notwendig, eine solche Gasanalysevorrichtung zu kalibrieren. Ursachen für eine solche Notwendigkeit umfassen zeitliche Veränderungen von Bestandteilen der Gasanalysevorrichtung, einschließlich der Sensitivität des Strahlungssensors, der emittierten Leistung oder der spektralen Eigenschaften der Strahlungsquelle oder mechanische Veränderungen, die beispielsweise durch Vibrationen oder Temperaturschwankungen ausgelöst werden können und die sich beispielsweise auf die Geometrie des Strahlengangs auswirken können. Veränderungen dieser Art können dazu führen, dass die Gasanalysevorrichtung fehlerhafte Analysen liefert.If necessary, it is necessary to calibrate such a gas analyzer. Causes of such a need include temporal changes of components of the gas analyzer, including the sensitivity of the radiation sensor, the emitted power or the spectral properties of the radiation source or mechanical changes that can be triggered for example by vibration or temperature fluctuations and, for example, on the geometry of the beam path can affect. Changes of this nature may cause the gas analyzer to provide erroneous analyzes.

Im allgemein bekannten Stand der Technik wird zur Kalibrierung ein Kalibrierungsgas mit bekannten Eigenschaften analysiert, um die Analysewerte den bekannten tatsächlichen Gasparametern anzupassen. Eine erste Methode besteht darin, die Gasanalysevorrichtung oder Teile davon gegebenenfalls aus dem Probebehältnis zu entfernen und in ein Kalibrierungsbehältnis einzusetzen, in welches ein Kalibrierungsgas gefüllt wird. Eine zweite Methode besteht darin, das Probegas gegebenenfalls aus dem Probebehältnis abzupumpen und dieses anschließend mit Kalibrierungsgas zu füllen.In the well known prior art, a calibration gas with known properties is analyzed for calibration to match the analysis values to the known actual gas parameters. A first method is to optionally remove the gas analyzer or parts thereof from the sample container and place it in a calibration container into which a calibration gas is filled. A second method is to pump out the sample gas from the sample container if necessary and then to fill it with calibration gas.

Nachteilhaft an der ersten Methode ist oftmals, dass sie technisch und zeitlich aufwendig ist, wobei sich ein zeitlicher Aufwand dann besonders nachteilhaft auswirkt, wenn die Gasanalysevorrichtung als Teil eines Regelkreises eingesetzt wird, so dass der gesamte Regelkreis während der Kalibrierung außer Betrieb gesetzt ist. Des Weiteren kann insbesondere in der „cross stack” Konfiguration, bei welcher Strahlungsquelle und Strahlungssensor nicht notwendigerweise mechanisch fest miteinander verbunden sind, eine manuelle Justage des Strahlengangs beim erneuten Einsetzen in das Probebehältnis nach der Kalibrierung erforderlich sein. Diese Justage kann die Qualität der Kalibrierung verringern, beispielsweise wenn sich Position oder Ausrichtung des Strahlungssensors von der im Kalibrierungsbehältnis unterscheidet.A disadvantage of the first method is often that it is technically and time consuming, with a time effort then particularly disadvantageous effect when the gas analyzer is used as part of a control loop, so that the entire control loop is set during calibration out of service. Furthermore, in particular in the "cross-stack" configuration, in which the radiation source and the radiation sensor are not necessarily mechanically firmly connected to each other, a manual adjustment of the beam path upon renewed insertion into the sample container after calibration may be required. This adjustment can reduce the quality of the calibration, for example, if the position or orientation of the radiation sensor differs from that in the calibration container.

Die zweite Methode kann problematisch sein, wenn der Messaufbau es nicht oder nur schwer zulässt, das Probegas gegen ein Kalibrierungsgas auszutauschen, beispielsweise aufgrund von Korrosion oder anderen chemischen Reaktionen mit Bestandteilen des Probebehältnisses oder der Gasanalysevorrichtung. Außerdem kann das Probebehältnis ein großes Innenvolumen besitzen, wodurch das vollständige Abpumpen und Füllen des Probebehältnisses zeitaufwendig und mit ungewünschtem Materialaufwand verbunden sein kann.The second method can be problematic if the measurement setup does not or hardly permits to exchange the sample gas for a calibration gas, for example due to corrosion or other chemical reactions with components of the sample container or the gas analyzer. In addition, the sample container can have a large internal volume, whereby the complete pumping and filling of the sample container can be time-consuming and associated with unwanted material costs.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine spektroskopische Gasanalysevorrichtung dahingehend zu verbessern, dass eine Kalibrierung mit geringem zeitlichem Aufwand und mit einer geringen Menge von Kalibrierungsgas durchführbar ist, während die Gasanalysevorrichtung justiert bleibt.It is therefore an object of the present invention to improve a spectroscopic gas analyzer so that calibration can be performed with little time and with a small amount of calibration gas while the gas analyzer remains adjusted.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Hülse zur Strömungsisolierung vorgesehen ist, welche in einer Isolationsstellung einen inneren Strahlbereich von einem äußeren Außenbereich strömungsisoliert, wobei dieser Strahlbereich den Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Probebereichs einschließt, um eine Kalibrierung der Gasanalysevorrichtung durch Analyse von Kalibrierungsgas innerhalb dieser Hülse zu ermöglichen.The invention includes the technical teaching that a sleeve for flow isolation is provided, which in an isolation position, an inner beam area from an outer outer area, this beam area includes the beam path of the electromagnetic radiation within the sample area to a calibration of the gas analyzer by analyzing Allow calibration gas inside this sleeve.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen spektroskopischen Gasanalysevorrichtung besteht insbesondere darin, dass ein Strahlbereich, der den Strahlengang im Probebereich einschließt, durch eine Hülse luftdicht verschlossen wird, so dass dieser Strahlbereich, der wesentlich kleiner als der Probebereich sein kann, mit einem Kalibrierungsgas gefüllt werden kann, ohne den restlichen Probebereich füllen zu müssen. Dies bewirkt beispielsweise, dass nur wenig Kalibrierungsgas benötigt wird, sowie dass das Füllen mit Kalibrierungsgas nur einen geringen Zeitaufwand in Anspruch nimmt, sowie dass die Gasanalysevorrichtung während der Kalibrierung selbst nicht bewegt werden muss, insbesondere nicht abgebaut oder dejustiert werden muss.The advantage of the spectroscopic gas analysis device according to the invention is, in particular, that a beam region, the Beam path in the sample area is sealed airtight by a sleeve, so that this beam area, which may be much smaller than the sample area, can be filled with a calibration gas without having to fill the remaining sample area. This causes, for example, that only a small amount of calibration gas is required, and that the filling with calibration gas takes only a small amount of time, and that the gas analyzer does not have to be moved during the calibration itself, in particular does not have to be dismantled or misaligned.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme sind eine Kalibrierungsgasdüse und ein Auslassventil vorgesehen, über die das Kalibrierungsgas in den Strahlbereich gefüllt und wieder abgepumpt werden kann. Das Abpumpen kann dabei an die Atmosphäre oder auch in einen gesonderten Container geschehen.According to a measure improving the invention, a calibration gas nozzle and an outlet valve are provided, via which the calibration gas can be filled into the jet area and pumped out again. The pumping can be done to the atmosphere or in a separate container.

Gemäß einer weiteren die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass die Hülse mindestens ein bewegliches Hülsenelement aufweist, welches in eine Öffnungsstellung bewegt werden kann, in welcher der Strahlbereich mit dem Außenbereich strömungsverbunden ist. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht insbesondere darin, dass man durch Bewegung dieses mindestens einen beweglichen Hülsenelements zwischen einer Kalibrierungskonfiguration, in welcher der Strahlbereich strömungsisoliert ist, und einer Messkonfiguration, in welcher der Strahlbereich mit dem Außenbereich strömungsverbunden ist, umschalten kann.According to a further measure improving the invention, it is provided that the sleeve has at least one movable sleeve element which can be moved into an open position in which the jet region is flow-connected to the outer region. The advantage of this measure is, in particular, that it is possible to switch by moving this at least one movable sleeve element between a calibration configuration in which the jet region is flow-isolated and a measurement configuration in which the jet region is flow-connected to the outer region.

Insbesondere ist auch möglich, dass die gesamte Hülse als ein einziges bewegliches Element realisiert ist, welches sich beispielsweise in der „cross stack” Konfiguration aus einer Kammerwand des Probebehältnisses heraus verschiebbar gegen eine gegenüberliegende Kammerwand bewegen lässt und somit einen Strahlbereich abschließt.In particular, it is also possible that the entire sleeve is realized as a single movable element which, for example in the "cross-stack" configuration, can be displaceably moved out of a chamber wall of the test container against an opposite chamber wall and thus closes off a beam region.

Gemäß einer weiteren die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass das mindestens eine bewegliche Hülsenelement mindestens ein inneres Hülsenelement ummantelt. Dadurch wirkt dieses innere Hülsenelement als Führungsschiene für das mindestens eine bewegliche Hülsenelement und reduziert die Freiheitsgrade von dessen Bewegung. Die Berührungsfläche zwischen dem inneren Hülsenelement und dem mindestens einen beweglichen Hülsenelement wirkt dann gleichzeitig als Dichtung zwischen dem Strahlbereich und dem Außenbereich.According to a further measure improving the invention, it is provided that the at least one movable sleeve element encases at least one inner sleeve element. As a result, this inner sleeve element acts as a guide rail for the at least one movable sleeve element and reduces the degrees of freedom of its movement. The contact surface between the inner sleeve member and the at least one movable sleeve member then acts simultaneously as a seal between the jet region and the outer region.

Vorzugsweise ist die Hülse in Form eines Teleskopmechanismus realisiert. Beispielsweise kann in einer „cross stack” Konfiguration das innere Hülsenelement von einer Kammerwand bis in einen Bereich vor der gegenüberliegenden Kammerwand verlaufen, während das mindestens eine bewegliche Hülsenelement das innere Hülsenelement ummantelt und sich, das innere Hülsenelement als Schiene verwendend, in Richtung der gegenüberliegenden Kammerwand bis zum Formschluss bewegen lässt.Preferably, the sleeve is realized in the form of a telescopic mechanism. For example, in a "cross-stack" configuration, the inner sleeve member may extend from one chamber wall into an area in front of the opposite chamber wall, while the at least one movable sleeve member encases the inner sleeve member and, using the inner sleeve member as a rail, towards the opposite chamber wall to move until the form fit.

Um eine Beweglichkeit des mindestens einen beweglichen Hülsenelements in eine andere Richtung als die der optischen Achse der Laserstrahlung zu ermöglichen, kann das mindestens eine bewegliche Hülsenelement beispielsweise in Form eines kreisrunden Hohlzylinders ausgebildet sein. Dahingegen führt jede Form, bei der der Querschnitt des Hülsenelements nicht kreisrund ausgebildet ist, dazu, dass sich das Hülsenelement nur eindimensional, insbesondere parallel zum Strahlengang, bewegen lässt, was die manuelle Betätigung des mindestens einen beweglichen Hülsenelements vereinfachen kann.In order to enable a mobility of the at least one movable sleeve member in a direction other than the optical axis of the laser radiation, the at least one movable sleeve member may be formed, for example in the form of a circular hollow cylinder. On the other hand, any shape in which the cross-section of the sleeve element is not circular leads to the sleeve element moving only one-dimensionally, in particular parallel to the beam path, which can simplify the manual actuation of the at least one movable sleeve element.

Eine bevorzugte Ausbildung der Hülse schließt mit ein, dass sowohl das mindestens eine bewegliche Hülsenelement als auch das innere Hülsenelement jeweils eine oder mehrere Perforationen aufweisen, die in der Messkonfiguration deckungsgleich aufeinander liegen, oder sich zumindest überlappen, und somit einen Gasströmung zwischen Außenbereich und Strahlbereich zulassen, die aber, wenn das mindestens eine bewegliche Hülsenelement hinreichend verschoben ist, gegeneinander versetzt liegen, so dass der Strahlbereich strömungsisoliert gegenüber dem Außenbereich ist. Durch diese Konstruktion lässt sich gerade insbesondere im Falle von vielen kleinen, in der Summe relativ zur restlichen Hülsenfläche aber großflächigen Perforationen erreichen, dass eine kurze Bewegung des mindestens einen beweglichen Hülsenelementes ausreicht, um zwischen einer kompletten Strömungsisolierung des Strahlbereichs gegenüber dem Außenbereich und einem großen Strömungsquerschnitt entlang der gesamten Fläche zwischen beiden Bereichen umzuschalten.A preferred embodiment of the sleeve includes that both the at least one movable sleeve element and the inner sleeve element each have one or more perforations which are congruent to each other in the measurement configuration, or at least overlap, and thus allow gas flow between the outer region and the beam region but, when the at least one movable sleeve member is sufficiently displaced, are offset from each other, so that the beam region is flow-isolated from the outer region. This construction makes it possible, especially in the case of many small perforations, in total relative to the remaining sleeve surface, to achieve a short movement of the at least one movable sleeve element, between a complete flow isolation of the jet region from the outer region and a large flow cross section switch over the entire area between the two areas.

Weiterhin lässt sich insbesondere die manuelle Bewegung des mindestens einen beweglichen Hülsenelementes dadurch vereinfachen, dass die Bewegungsfreiheit des mindestens einen beweglichen Hülsenelementes beispielsweise durch Schienenelemente oder Gewindeelemente oder Anschlagelemente derart beschränkt ist, dass dessen Bewegung nur einen Freiheitsgrad besitzt und in einer geschlossenen und einer maximal geöffneten Stellung anschlägt oder einrastet. Somit lassen sich diese beiden Stellungen mit einer einfachen Handbewegung schnell und mit geringer Fehleranfälligkeit durchführen.Furthermore, in particular, the manual Simplify movement of the at least one movable sleeve member in that the freedom of movement of the at least one movable sleeve member is limited for example by rail elements or threaded elements or stop elements such that its movement has only one degree of freedom and strikes or locks in a closed and a maximum open position. Thus, these two positions can be done quickly with a simple hand movement and low error rate.

Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass die Bewegung des mindestens einen beweglichen Hülsenelementes ohne Eingriff in den Probebereich durchführbar ist. Dies schließt ein, dass die Bewegung über einen mechanischen, elektromagnetischen, pneumatischen, hydraulischen oder einen motorisierten Mechanismus ausgelöst wird. Somit ist es möglich, eine Kalibrierung durchzuführen ohne in den Probebereich eingreifen zu müssen, was in vielen industriellen Anwendungen beispielsweise auch bei der Analyse von Plasmen oder von giftigen oder anderen gefährlichen Stoffen vorteilhaft sein kann. Des Weiteren lässt sich die Kalibrierung dann automatisiert, also ohne menschlichen Eingriff, durchführen.According to another measure improving the invention, it is provided that the movement of the at least one movable sleeve element can be carried out without intervention in the sample area. This implies that the movement is triggered by a mechanical, electromagnetic, pneumatic, hydraulic or motorized mechanism. Thus, it is possible to perform a calibration without having to intervene in the sample area, which may be advantageous in many industrial applications, for example in the analysis of plasmas or of toxic or other hazardous substances. Furthermore, the calibration can then be carried out automatically, ie without human intervention.

Insbesondere ist denkbar, dass der Überdruck, mit dem das Kalibrierungsgas durch die Kalibrierungsdüse in den Strahlbereich gepumpt wird, und der Unterdruck, mit dem das Kalibrierungsgas durch das Auslassventil abgesaugt wird, gleichzeitig dazu dient, das mindestens eine bewegliche Hülsenelement in die offene und in die geschlossene Stellung zu verschieben.In particular, it is conceivable that the overpressure with which the calibration gas is pumped into the jet area through the calibration nozzle and the negative pressure with which the calibration gas is sucked through the outlet valve simultaneously serve to move the at least one movable sleeve element into the open and into the open position move closed position.

Die Dichtwirkung der Hülse lässt sich weiterhin dadurch steigern, dass zusätzlich zum durch die Ummantelung gegebenen Formschluss des mindestens einen beweglichen Hülsenelements ein Dichtstoff oder mindestens ein Dichtungselement wie beispielsweise ein O-Ring vorgesehen ist, der mit dem mindestens einen beweglichen Hülsenelement zusammenarbeitet. Bei dem Dichtstoff kann es sich beispielsweise um Schmieröl handeln. Bei einer teleskopartigen Mechanik ist es auch denkbar, dass auf der gegenüberliegenden Kammerwand ein Dichtungselement angebracht ist, um den Formschluss mit dem mindestens einen beweglichen Hülsenelement zu verbessern. Bei Ausführungen bei denen das äussere Hülsenelement entlang der optischen Achse verschoben wird ist es auch denkbar die Hülsenelemente in Form konzentrischer Kegelschnitte anzuordnen um im geschlossenen Zustand einen definierten Anschlag und verbesserte Dichtigkeit zu erreichen.The sealing effect of the sleeve can be further increased by providing a sealant or at least one sealing element such as an O-ring in addition to the given by the sheathing fit of the at least one movable sleeve member, which cooperates with the at least one movable sleeve member. The sealant may be, for example, lubricating oil. In a telescopic mechanism, it is also conceivable that on the opposite chamber wall, a sealing element is mounted in order to improve the positive connection with the at least one movable sleeve member. In embodiments in which the outer sleeve member is displaced along the optical axis, it is also conceivable to arrange the sleeve members in the form of concentric conics in order to achieve a defined stop and improved tightness in the closed state.

Gemäß einem die Erfindung betreffenden Verfahren ist vorgesehen, eine Kalibrierung einer spektroskopischen Gasanalysevorrichtung durchzuführen, indem der im Probebereich liegende Strahlengang strömungsisoliert wird und indem in diesen isolierten Bereich ein Kalibrierungsgas eingespeist und nach der Kalibrierung abgepumpt wird, wonach auch die Strömungsisolierung geöffnet wird.According to a method relating to the invention, it is intended to perform a calibration of a spectroscopic gas analyzer by fluidizing the test area beam path and feeding a calibration gas into this isolated area and pumping it out after calibration, after which the flow isolation is also opened.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the embodiments described in more detail below with reference to the drawings. Showing:

1a, 1b das Schema einer erfindungsgemäßen spektroskopischen Gasanalysevorrichtung in „cross stack” Konfiguration mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Hülse in Öffnungsstellung beziehungsweise Isolationsstellung, und 1a . 1b the scheme of a spectroscopic gas analysis device according to the invention in "cross-stack" configuration with a first embodiment of the sleeve in the open position or insulation position, and

2a, 2b, 2c eine schematische perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Hülse in Öffnungsstellung beziehungsweise in Isolationsstellung durch Rotation beziehungsweise Translation des beweglichen Hülsenelements, und 2a . 2 B . 2c a schematic perspective view of the first embodiment of the sleeve in the open position or in isolation position by rotation or translation of the movable sleeve member, and

3a, 3b das Schema einer erfindungsgemäßen spektroskopischen Gasanalysevorrichtung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Hülse in Teleskopbauweise in Öffnungsstellung beziehungsweise Isolationsstellung, und 3a . 3b the scheme of a spectroscopic gas analysis device according to the invention with a second embodiment of the sleeve in telescopic construction in the open position or isolation position, and

4a, 4b das Schema einer erfindungsgemäßen spektroskopischen Gasanalysevorrichtung in „insertion probe” Konfiguration mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Hülse in Öffnungsstellung beziehungsweise Isolationsstellung. 4a . 4b the diagram of a spectroscopic gas analysis device according to the invention in "insertion probe" configuration with a third embodiment of the sleeve in the open position or isolation position.

Detaillierte Beschreibung von drei bevorzugten AusführungsformenDetailed description of three preferred embodiments

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1a bis 2c näher beschrieben.A first preferred embodiment of the invention will be described below with reference to 1a to 2c described in more detail.

Gemäß 1a schließt ein Probebehältnis 11 einen mit Probegas gefüllten Probebereich 12 ein. An einer ersten Kammerwand 1 ist eine Laserdiode 2 angebracht die einen Laserstrahl über einen Strahlengang 3 auf einen Fotosensor 4 ausstrahlt, welcher an einer gegenüberliegenden zweiten Kammerwand 5 angebracht ist.According to 1a close a sample container 11 a test area filled with Probegas 12 one. At a first chamber wall 1 is a laser diode 2 attached a laser beam over a beam path 3 on a photosensor 4 radiating, which at an opposite second chamber wall 5 is appropriate.

An beiden Kammerwänden 1, 5 sind die Enden eines hohlzylinderförmigen inneren Hülsenelements 6 befestigt, das Perforationen 7 besitzt und den Strahlbereich 10 mit Strahlengang 3 einschließt und von einem Außenbereich 15 umgeben wird. Im Formschluss mit dem inneren Hülsenelement 6 ist ein bewegliches Hülsenelement 8 auf der Außenseite des inneren Hülsenelements 6 angebracht, wobei das bewegliche Hülsenelement 8 Perforationen 9 besitzt, die in dieser Stellung strömungsverbunden sind mit Perforationen 7 auf dem inneren Hülsenelement.At both chamber walls 1 . 5 are the ends of a hollow cylindrical inner sleeve member 6 attached, the perforations 7 owns and the beam area 10 with ray path 3 includes and from an outdoor area 15 is surrounded. In positive engagement with the inner sleeve member 6 is a movable sleeve element 8th on the outside of the inner sleeve member 6 attached, wherein the movable sleeve member 8th perforations 9 owns, which are fluidly connected in this position with perforations 7 on the inner sleeve member.

Das bewegliche Hülsenelement 8 kann nun so rotiert werden, dass die Perforationen 9 nicht mehr mit dem Strahlbereich 10 strömungsverbunden sind. Dieser Zustand ist in 1b dargestellt. Die Perforationen 9 sind in dieser Darstellung nicht mehr zu sehen, da sie keinen Überlapp mit den Perforationen 7 besitzen, die in der Schnittebene liegen. Der Strahlbereich 10 ist nun von dem Außenbereich 15 strömungsisoliert. Nun kann durch ein Auslassventil 13 und ein Kalibrierungsgasdüse 14 das Probegas in dem Strahlbereich 10 gegen ein Kalibrierungsgas ausgetauscht werden, um damit eine Kalibrierung des Sensors durchzuführen. Anschließend kann das Kalibrierungsgas wieder entnommen und die Strömungsverbindung von Strahlbereich 10 und Außenbereich 15 wiederhergestellt werden.The movable sleeve element 8th can now be rotated so that the perforations 9 no longer with the beam area 10 are fluidly connected. This condition is in 1b shown. The perforations 9 are no longer visible in this representation, since they have no overlap with the perforations 7 own, which lie in the cutting plane. The beam area 10 is now from the outdoor area 15 flow isolated. Now, through an exhaust valve 13 and a calibration gas nozzle 14 the sample gas in the jet area 10 be replaced with a calibration gas to perform a calibration of the sensor. Subsequently, the calibration gas can be taken out again and the flow connection of the jet area 10 and outdoor area 15 be restored.

In 2a ist ergänzend ein perspektivisches Schema der aus dem inneren Hülsenelement 6 und dem beweglichen Hülsenelement 8 bestehenden Hülse in Öffnungsstellung zu sehen. 2b und 2c schematisieren die Hülse in Isolationsstellung, die jeweils durch Rotation beziehungsweise Translation des beweglichen Hülsenelements erreicht wird.In 2a is in addition a perspective diagram of the inner sleeve member 6 and the movable sleeve member 8th see existing sleeve in the open position. 2 B and 2c schematize the sleeve in isolation position, which is achieved in each case by rotation or translation of the movable sleeve member.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der 3a, 3b näher beschrieben.A second preferred embodiment of the invention will be described below with reference to 3a . 3b described in more detail.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom vorherigen im Wesentlichen dadurch, dass die Hülse 16 als Teleskopmechanismus realisiert ist. Das innere Hülsenelement 6 ragt von der ersten Kammerwand 1 bis in die Mitte des Probebereichs 12, während das bewegliche Hülsenelement 8 länger ist als die Differenz der Länge des Probebereichs 12 und der Länge des inneren Hülsenelements 6. In der Öffnungsstellung ist das bewegliche Hülsenelement 8 in Richtung der ersten Kammerwand 1 verschoben, wodurch der Strahlbereich 10 mit dem Außenbereich 15 großflächig strömungsverbunden ist. In Isolationsstellung ist das bewegliche Hülsenelement 8 zur zweiten Kammerwand 5 verschoben, wo es durch Formschluss mit zwei Dichtungsringen 17 den Strahlbereich 10 von dem Außenbereich 15 strömungsisoliert.This embodiment differs from the previous essentially in that the sleeve 16 realized as a telescopic mechanism. The inner sleeve element 6 protrudes from the first chamber wall 1 to the middle of the sample area 12 while the movable sleeve element 8th is longer than the difference in the length of the sample area 12 and the length of the inner sleeve member 6 , In the open position is the movable sleeve element 8th in the direction of the first chamber wall 1 shifted, reducing the beam area 10 with the outside area 15 is fluidly connected over a large area. In isolation position is the movable sleeve element 8th to the second chamber wall 5 moved where it by positive locking with two sealing rings 17 the beam area 10 from the outside area 15 flow isolated.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der 4a, 4b näher beschrieben.A third preferred embodiment of the invention will be described below with reference to 4a . 4b described in more detail.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorherigen im Wesentlichen dadurch, dass die Gasanalysevorrichtung in „insertion probe” Konfiguration realisiert ist. Im Strahlengang 3 ist ein Spiegel 18 an einer nicht dargestellten Halterung montiert, der den Strahl in Richtung der Laserdiode 2 zurückwirft, wodurch die Laserdiode 2 und der Fotosensor 4 nebeneinander angeordnet sind. Die Hülse 16 besteht hier aus einem inneren Hülsenelement 6, das in Form eines an der Mantelfläche perforierten Hohlkreiszylinders mit Deckel ausgebildet ist, und einem beweglichen Hülsenelement, welches wie im ersten Ausführungsbeispiel in Form eines an der Mantelfläche perforierten Hohlkreiszylinder ausgebildet ist. Die Perforationen besitzen dabei in der Öffnungsstellung einen Überlapp und sind in der Isolationsstellung zueinander verschoben, so dass die Funktionsweise der aus dem ersten Ausführungsbeispiel gleicht.This embodiment differs from the previous ones essentially in that the gas analysis device is realized in "insertion probe" configuration. In the beam path 3 is a mirror 18 mounted on a holder, not shown, which the beam in the direction of the laser diode 2 throws back, causing the laser diode 2 and the photosensor 4 are arranged side by side. The sleeve 16 here consists of an inner sleeve element 6 , which is formed in the form of a hollow cylinder with a lid perforated on the lateral surface, and a movable sleeve member, which is formed as in the first embodiment in the form of a hollow cylinder perforated on the lateral surface. The perforations have an overlap in the open position and are displaced relative to one another in the isolation position, so that the mode of operation is similar to that of the first exemplary embodiment.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass mehrere innere oder bewegliche Hülsenelemente verwendet werden um die Hülse zu realisieren, beispielsweise in Form eines mehrstufigen Teleskopmechanismus.The invention is not limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible that a plurality of inner or movable sleeve elements are used to realize the sleeve, for example in the form of a multi-stage telescopic mechanism.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Erste KammerwandFirst chamber wall
22: Laserdiodelaser diode
33: Strahlengangbeam path
44: Fotosensorphotosensor
55: Zweite KammerwandSecond chamber wall
66: Inneres HülsenelementInner sleeve element
77: Perforationen des inneren HülsenelementsPerforations of the inner sleeve member
88th: Bewegliches HülsenelementMovable sleeve element
99: Perforationen des beweglichen HülsenelementsPerforations of the movable sleeve element
1010: Strahlbereichbeam area
1111: Probebehältnissample container
1212: Probebereichtasting area
1313: Auslassventiloutlet valve
1414: KalibrierungsgasdüseKalibrierungsgasdüse
1515: Außenbereichoutdoors
1616: Hülseshell
1717: Dichtungpoetry
1818: Spiegelmirror

Claims

Spectroscopic gas analysis device for analyzing a sample gas in a sample area ( 12 ), comprising - a radiation source ( 2 ) for generating electromagnetic radiation with a beam path ( 3 ), at least partially in the sample area ( 12 ), - a radiation sensor ( 4 ) for measuring the intensity of the radiation after transmission through the sample area ( 12 ), characterized in that a sleeve ( 16 ) is provided for flow isolation, which in an isolation position an inner beam area ( 10 ) from an external outdoor area ( 15 ), this beam area ( 10 ) the beam path ( 3 ) of the electromagnetic radiation within the sample area ( 12 ) to calibrate the gas analyzer by analyzing calibration gas within this sleeve ( 16 ).

Gas analysis device according to claim 1, characterized in that a Calibration gas nozzle ( 14 ) in the beam area ( 10 ) to feed a calibration gas therein.

Gas analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet valve ( 13 ) to the beam area ( 10 ) adjoins gas from the jet area ( 10 ) omit.

Gas analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 16 ) at least one movable sleeve element ( 8th ), which can be moved to an open position in which the beam area ( 10 ) with the outdoor area ( 15 ) is connected to an analysis of outdoor test gas ( 15 ).

Gas analysis device according to claim 4, characterized in that the at least one movable sleeve element ( 8th ) at least one inner sleeve element ( 6 ) sheathed.

Gas analysis device according to claim 4 or 5, characterized in that the sleeve ( 16 ) is realized as a telescopic mechanism.

Gas analysis device according to claim 5 or 6, characterized in that the sleeve elements ( 6 . 8th ) are formed as a hollow cylinder or hollow cone cuts.

Gas analysis device according to claim 7, characterized in that the at least one movable sleeve element at least one perforation ( 9 ), which in the first insulating position to the inner sleeve member ( 6 ) and in opening position to the beam area ( 10 ) borders.

Gas analysis device according to one of claims 4-8, characterized in that the movement of the at least one movable sleeve element ( 8th ) has exactly one degree of freedom and is limited between open position and isolation position.

Gas analysis device according to one of claims 4-9, characterized in that the at least one movable sleeve element ( 8th ) in isolation position with at least one sealing element ( 17 ) or at least one sealant cooperates.

Gas analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source ( 2 ) is a laser.

A method of initiating a calibration of a gas analyzer according to any one of claims 2-11, wherein the at least one movable sleeve member (10) 8th ) is moved to isolation position, and then through the calibration gas ( 2 ) a calibration gas in the beam area ( 10 ) is fed.