DE102016108267B4

DE102016108267B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente eines Gasgemischs

Info

Publication number: DE102016108267B4
Application number: DE102016108267.8A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Wiegleb
Original assignee: Wi Tec Sensorik GmbH; WiTec-Sensorik GmbH
Current assignee: Wi Tec Sensorik GmbH; WiTec-Sensorik GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2036-05-05
Also published as: DE102016108267A1

Abstract

Vorrichtung (3, 19, 27, 32) zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs, aufweisend wenigstens eine Messkammer (4) zur Aufnahme des Gasgemischs und wenigstens eine optoelektronische Messanordnung (5, 20, 28, 33) zum Messen der Konzentration der Gaskomponente, wobei die Messanordnung (5, 20, 28, 33) eingerichtet ist, die Messkammer (4) mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer (4) austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen, wobei die Messanordnung (5, 20, 28, 33) eingerichtet ist, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, zu messen, gekennzeichnet durch wenigstens eine signaltechnisch mit der Messanordnung (5, 20, 28, 33) verbundene Steuer- und/oder Regelelektronik (6), die zur Auswertung von mit der Messanordnung (5, 20, 28, 33) erzeugten Messsignalen (S) und zur Steuerung und/oder Regelung der Messanordnung (5, 20, 28, 33) während eines Messvorgangs eingerichtet ist und zusätzlich eingerichtet ist, während des Messvorgangs zu erfassen, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs, aufweisend wenigstens eine Messkammer zur Aufnahme des Gasgemischs und wenigstens eine optoelektronische Messanordnung zum Messen der Konzentration der Gaskomponente, wobei die Messanordnung eingerichtet ist, die Messkammer mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Stand der Technik
Analyseautomaten zur Bestimmung eines Kohlenstoff- und Schwefelgehalts in einer Probe arbeiten in der Regel nach einem Verbrennungsverfahren. Die zu untersuchende Probe wird dazu durch Erhitzen, beispielsweise unter Verwendung eines induktiven Heizverfahrens, auf eine Zündtemperatur gebracht. In einem Gasstrom, beispielsweise aus reinem Sauerstoff, verbrennen die Bestandteile Kohlenstoff und Schwefel dann zu Kohlendioxid und Schwefeldioxid. In einem nachgeschalteten Gassensor können diese Stoffe detektiert werden.
Die Reaktionsprodukte Kohlendioxid und Schwefeldioxid zeigen dabei einen zeitlichen Konzentrationsverlauf, der mit Beginn der Verbrennung ansteigt und nach einem Maximum wieder abfällt. Der gesamte Verbrennungsvorgang dauert in der Regel etwa 60 Sekunden. Dieser Peak-Verlauf der Konzentration kann in einer nachgeschalteten Elektronik integriert werden, wobei das Integral der Gaskonzentrationen proportional zu der Kohlendioxid- bzw. Schwefeldioxidkonzentration in der Probe ist. Um ein möglichst exaktes und reproduzierbares Ergebnis zu erhalten, muss die Ansprechgeschwindigkeit des Gassensors möglichst klein sein, so dass zeitliche Verzögerungen weitestgehend verhindert werden. Im Allgemeinen hat sich das Verfahren der nichtdispersiven Infrarotabsorption (NDIR) für die erforderliche Gassensorik etabliert.
Ein solcher NDIR-Gassensor ist beispielsweise aus der aus EP 0 794 423 A1 bekannt. Die von einer Infrarot-Strahlungsquelle emittierte Strahlung durchläuft hierbei eine Messküvette, in der sich ein Gasgemisch befindet, und trifft am entgegengesetzten Ende der Messküvette auf einen infrarotempfindlichen Gassensor. Die Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung durch das in der Küvette eingeschlossene Gasgemisch ist nach dem Lambert-Beer`schen Gesetz ein Maß für die Konzentration einer zu messenden Gaskomponente. Das Zeitverhalten des photometrischen Gassensors hängt wesentlich von der Ausspülzeit der Küvette und dem Zeitverhalten einer signaltechnisch mit dem Gassensor verbundenen Auswerteelektronik ab.
Die Empfindlichkeit eines Gassensors wird, neben anderen Größen, durch die Küvettenlänge bestimmt. Eine Verlängerung der Küvette bewirkt aufgrund der höheren eingeschlossenen Gasmenge zwischen Strahlungsquelle und Strahlungssensor eine gesteigerte Empfindlichkeit des Gassensors. Der Absorptionskoeffizient von Schwefeldioxid im IR-Bereich ist jedoch sehr klein. Um geringe Schwefeldioxidkonzentrationen (<1 ppm) im Messgas nachweisen zu können, sind daher lange Messküvetten mit einem großen Kammervolumen erforderlich. Aus diesem Grund wird in der EP 0 794 423 A1 eine Küvette mit veränderbarer Länge zur Anpassung des Detektors an veränderte Konzentrationen vorgeschlagen.
Eine Veränderung der Küvettenlänge vor einer Messung ist allerdings beim Einsatz in Analyseautomaten kaum praktikabel, da beispielsweise der Schwefelgehalt der Probe in der Regel vor der Messung unbekannt ist. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass insbesondere das Zeitverhalten eines Gassensors beim Einsatz in Analyseautomaten die Länge der Küvette beschränkt. Gassensoren sind jedoch bei festgelegter Küvettenlänge nur für einen relativ kleinen Messbereich tauglich. Daher werden in Analyseautomaten häufig mehrere Detektoren mit unterschiedlichen Küvettenlängen für die erforderlichen Messbereiche eingesetzt, was zum einen den konstruktiven Aufwand erhöht und zum anderen durch die verlängerte Ausspülzeit mehrerer Küvetten die Ansprechzeit nachteilig beeinflusst. Hinzu kommt, dass einer Verlängerung der Küvette aufgrund der Abschwächung der Infrarotstrahlung durch unvollständige Reflexion an den Küvettenwänden ohnehin enge Grenzen gesetzt sind. Aus diesem Grund werden längere Küvetten für NDIR-Gassensoren häufig mit einer teuren Goldschicht für eine verbesserte IR-Reflexion versehen.
In Analysenautomaten treten, je nach Anwendung, beispielsweise Proben mit sehr hohen und sehr geringen Schwefeldioxid-Konzentrationen auf. Diese können bei hohen Konzentrationen 0,2 Vol.-% bis 10 Vol.-% Schwefeldioxid im Gasgemisch erzeugen, während kleine Konzentrationen eine Detektion von unter 1 ppm Schwefeldioxid im Gasgemisch erfordern. Herkömmlich werden dazu mehrere unabhängige Gassensoren benötigt, da der Dynamikbereich eines herkömmlichen Gassensors nicht für beide Messbereiche ausreicht. Der Grund für dieses Verhalten liegt im sogenannten Lambert-Beer`schen-Gesetz $I (c) = I_{0} \cdot e^{- α c L},$
wobei I die konzentrationsabhängige Strahlungsintensität am jeweiligen Messdetektor, I₀ die Strahlungsintensität an einem Referenzdetektor, α der Absorptionskoeffizient des Gasgemischs, c die Konzentration der jeweiligen Gaskomponente und L die Länge der Messkammer bzw. Messküvette sind.
Mit zunehmender Konzentration c der jeweiligen Gaskomponente ändert sich die Strahlungsintensität I(c) zunächst sehr stark und kommt dann, mit weiter steigender Konzentration, in die Sättigung. In diesem Sättigungsbereich sind keine genauen Messungen mehr möglich. Für hohe Konzentrationen werden daher herkömmlich Gassensoren mit einer kurzen Messküvette verwendet, während man für die Messung kleiner Konzentrationen der Gaskomponente möglichst lange Messküvetten einsetzt.
Herkömmliche Gassensoren verfügen in der Regel zur Verwendung in Analyseautomaten ein nur unzureichendes Zeitverhalten, da sie nicht an derart schnelle Konzentrationsänderungen angepasst sind. Es hat sich gezeigt, dass eine Messfrequenz von >5 Hz, besser >10 Hz, erforderlich ist, was einerseits eine spezielle Anpassung der Auswerteelektronik erfordert und andererseits eine Verlängerung der Küvette und damit eine Verbesserung der Nachweisgrenze beschränkt.
Weitere Nachteile der bekannten NDIR-Technik sind beispielsweise eine große Querempfindlichkeit durch ein Überlappen der Schwefeldioxid-Absorptionsbande im IR-Bereich mit anderen Gasen. Insbesondere Wasserdampf ist hier sehr kritisch und führt zu Fehlmessungen. Hierzu müssen am Analyseautomat Reagenzien eingesetzt werden, die zur Absorption des entstandenen Wasserdampfs dienen und sich mit der Zeit verbrauchen.
NDIR-Gassensoren nutzen thermische Strahler und thermische Sensoren, die sehr empfindlich auf Temperaturänderungen der Umgebung reagieren. NDIR-Gassensoren nutzen daher in der Regel das AC-Verfahren bei einer Frequenz von 1 Hz bis 10 Hz, um diese Temperatureinflüsse zu reduzieren. Durch die geringe Modulationsfrequenz wird das zeitliche Verhalten der NDIR-Gassensoren stark eingeschränkt. T90-Zeiten, d.h. die Zeitdauer, die ein Gassensor nach einem Temperatursprung braucht, um 90% des Sprungs zu erreichen, unter 0,5 Sekunden sind nur schwer zu erreichen und führen dann zu einem hohen Rauschpegel.
Zur selektiven Messung von Schwefeldioxid, beispielsweise um ein Ansprechen auf Kohlendioxid zu verhindern, sind spezielle und teure IR-Filter erforderlich. Diese Filter arbeiten häufig nicht ausreichend schmalbandig, was zu einer Querempfindlichkeit beispielsweise zu Kohlendioxid führen kann, die in der Regel aufwändig mittels Rechenalgorithmen eliminiert werden müssen. Hierdurch entstehen zusätzliche Messungenauigkeiten.
Die mit der Zeit immer anspruchsvoller werdenden Anforderungen der Industrie, speziell bei der Messung von kleinsten Schwefelgehalten in metallischen Proben, erfordert eine deutliche Herabsetzung der Nachweisgrenze sowie eine Steigerung der Messgenauigkeit, was mit der bekannten NDIR-Technik aufgrund der angesprochenen physikalischen und technologischen Grenzen nicht mehr zu erreichen ist.
DE 10 2010 023 453 B3 offenbart eine Gasanalysatoreinrichtung zur Messung von Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch. Die Gasanalysatoreinrichtung umfasst eine Messküvette zur Aufnahme des Gasgemischs und eine optoelektronische Messanordnung zum Messen der Konzentration einer Gaskomponente des Gasgemischs. Die Messanordnung ist eingerichtet, die Messkammer mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Die Gaskonzentrationsmessung kann unter Verwendung von ultraviolettem Licht erfolgen.
EP 0 383 072 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung der Strahlungsabsorption durch ein Medium, das durch eine Küvette tritt. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Strahlungsquelle und wenigstens einen Detektor auf, die durch das Medium getrennt sind, wobei eine Strahlungsquelle eine Blitzlampe aufweist.
DE 31 37 660 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung des Konzentrationsverhältnisses zweier IR-, NIR-, VIS- oder UV-Strahlung an beliebiger Spektralposition absorbierender Gase in einer Gasmatrix oder zweier in einem Lösungsmittel gelöster Substanzen. Einem Strahler sind ein Spektralmodulator und ein mit dem zu untersuchenden Komponentengemisch gefüllter Messraum nachgeordnet, wobei im Strahlengang hinter beiden ein Breitband-Detektor angeordnet ist, und zwar unter Vorschaltung einer die Strahlung auf ihn fokussierenden Linse. Der Spektralmodulator ist mit einer Kreisfrequenz zu arbeiten in der Lage und weist vier Filter auf, wobei das erste Filter im Bereich des Absorptionsspektrums der einen Messkomponente selektiv absorbiert oder selektiv transmittiert, das zweite Filter im Bereich des Absorptionsspektrums der anderen Messkomponente selektiv absorbiert oder selektiv transmittiert und das zweite und das vierte Filter Gasfilter, die beide Messkomponenten enthalten, oder Interferenzfilter sind, die bei keiner der beiden Messkomponenten transmittieren. Der Detektor ist ausgangssignalseitig an eine Messwertverarbeitungseinrichtung angeschlossen, die ausgangssignalseitig an ein Anzeigegerät angeschlossen ist.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente eines Gasgemischs bereitzustellen, die eine Verbesserung der Nachweisgrenze ermöglicht, den Messbereich einer festen Messkammerlänge vergrößert, unempfindlicher auf mögliche Störeinflüsse reagiert und dabei einfacher und kostengünstiger aufgebaut werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente eines Gasgemischs bereitzustellen, das eine Verbesserung der Nachweisgrenze ermöglicht, den Messbereich einer festen Messkammerlänge vergrößert und unempfindlicher auf mögliche Störeinflüsse reagiert.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen weiterbildenden oder vorteilhaften Aspekt der Erfindung darstellen können. Bevorzugte Weiterbildungen der Vorrichtung können dabei bevorzugten Weiterbildungen des Verfahrens entsprechen, und umgekehrt, selbst wenn im Folgenden hierauf im Einzelfall nicht explizit hingewiesen wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs umfasst wenigstens eine Messkammer zur Aufnahme des Gasgemischs und wenigstens eine optoelektronische Messanordnung zum Messen der Konzentration der Gaskomponente. Die Messanordnung ist eingerichtet, die Messkammer mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Erfindungsgemäß ist die Messanordnung zudem eingerichtet, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, zu messen.
Die Erfindung ermöglicht es, unterschiedliche Konzentrationen der zu messenden Gaskomponente über einen größeren Konzentrationsbereich bei einer fest vorgegebenen Länge der Messkammer sehr exakt zu erfassen. Unter einer Länge der Messkammer ist hierbei die Länge der Messkammer bezüglich der Richtung der die Messkammer durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung zu verstehen. Liegt die Konzentration der Gaskomponente in einem niedrigeren Bereich, kann die Ermittlung der Konzentration der Gaskomponente unter Verwendung der ersten Messwellenlänge erfolgen. Liegt die Konzentration der Gaskomponente in einem höheren Bereich, kann die Ermittlung der Konzentration der Gaskomponente unter Verwendung der weiteren Messwellenlänge erfolgen. Erfindungsgemäß kann somit die Konzentration der Gaskomponente im Bereich von einer einzigen für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande bei zwei verschiedenen Messwellenlängen und bei festgelegter Länge der Messkammer gemessen werden.
Dass die erste Messwellenlänge der Wellenlänge des Maximums der für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, soll bedeuten, dass die erste Messwellenlänge entweder identisch mit der Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande ist oder von der Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande um eine vorgegebene Größe, beispielsweise um maximal +/-10% oder um maximal +/-5% der Halbwertsbreite der Absorptionsbande, geringfügig abweicht. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine solche Absorptionsbande im Bereich ihres Maximums nicht Peak-förmig verläuft, so dass eine geringfügige Abweichung der ersten Messwellenlänge von der Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande bei der Ermittlung der Konzentration der Gaskomponente im Vergleich zu einer Ermittlung dieser Konzentration bei der exakten Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande zu einem nur unwesentlich abweichenden Messergebnis führen würde. Unter einer geringfügigen Abweichung der ersten Messwellenlänge von der Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande soll verstanden sein, dass die erste Messwellenlänge nicht im Bereich einer Seitenflanke der Absorptionsbande liegt, die durch einen steileren Verlauf der Absorptionsbande gekennzeichnet ist. Eine Ermittlung der Konzentration der Gaskomponente würde in diesem Bereich der Absorptionsbande zu einem Messergebnis führen, dass, insbesondere hinsichtlich der Messgenauigkeit, deutlicher von dem Messergebnis bei einer Ermittlung der Konzentration der Gaskomponente bei der ersten Messwellenlänge abweicht.
Dass die wenigstens eine weitere Messwellenlänge in dem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, soll bedeuten, dass die weitere Messwellenlänge deutlicher, das heißt um mehr als die vorgegebene Größe, beispielsweise um mehr als +/-5% oder um mehr als +/-10% der Halbwertsbreite der Absorptionsbande, von der Wellenlänge des Maximums der Absorptionsbande abweicht. Die Messanordnung kann auch eingerichtet sein, abhängig von der jeweiligen Konzentration der Gaskomponente entweder bei der ersten Messwellenlänge oder bei einer von wenigstens zwei weiteren Messwellenlängen zu messen, die jeweils im Bereich einer Seitenflanke der Absorptionsbande liegen, wobei die weiteren Messwellenlängen im Bereich derselben Seitenflanke oder in den Wellenlängenbereichen von verschiedenen Seitenflanken der Absorptionsbande liegen können.
Die Messkammer zur Aufnahme des Gasgemischs, die bezüglich der Hauptrichtung der sie durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung eine fest vorgegebene Länge haben kann, kann als Messküvette ausgebildet sein, die mittels der Messanordnung in Längsrichtung mit der elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt wird. Die Länge der Messkammer kann alternativ variierbar sein.
Die Messanordnung kann wenigstens eine optische Strahlungsquelle zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung aufweisen, die derart relativ zu der Messkammer angeordnet ist, dass die Messkammer mit der elektromagnetischen Strahlung durchleuchtbar ist. Zudem kann die Messanordnung wenigstens einen optischen Strahlungssensor aufweisen, der derart relativ zu der Messkammer und der Strahlungsquelle angeordnet ist, dass mit ihm die aus der Messkammer austretende elektromagnetische Strahlung erfassbar ist.
Dass die Messanordnung eingerichtet ist, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge oder bei der wenigstens einer weiteren Messwellenlänge zu messen, bedeutet, dass die Messanordnung die Konzentration der Gaskomponente bei derjenigen Messwellenlänge misst, die in Abhängigkeit der jeweiligen Konzentration der Gaskomponente einen genaueren Wert der Konzentration der Gaskomponente liefert. Dies ist bei einer geringeren Konzentration der Gaskomponente die erste Messwellenlänge und bei einer höheren Konzentration der Gaskomponente die weitere Messwellenlänge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in einem eingangs beschriebenen Analyseautomaten eingesetzt werden, beispielsweise um einen Schwefelgehalt in einer Probe bestimmen zu können. Es kann aber auch der Gehalt von wenigstens einem anderen Stoff in der Probe mit der Vorrichtung bestimmt werden.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung wenigstens eine signaltechnisch mit der Messanordnung verbundene Steuer- und/oder Regelelektronik, die zur Auswertung von mit der Messanordnung erzeugten Messsignalen und zur Steuerung und/oder Regelung der Messanordnung während eines Messvorgangs eingerichtet ist und zusätzlich eingerichtet ist, während des Messvorgangs zu erfassen, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet. Die Steuer- und/oder Regelelektronik ist also eingerichtet, die Konzentrationsmessung in Abhängigkeit der jeweiligen Konzentration der Gaskomponente entweder bei der ersten Messwellenlänge oder bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen. Zur Erfassung, ob die Konzentration der Gaskomponente den vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, kann die Steuer- und/oder Regelelektronik die Messanordnung derart ansteuern, dass eine vorläufige Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge und/oder der weiteren Messwellenlänge durchgeführt wird. Die Steuer- und/oder Regelelektronik vergleicht den dabei erfassten vorläufigen Wert der Konzentration der Gaskomponente mit dem vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert. Überschreitet die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht, liegt also eine niedrigere Konzentration der Gaskomponente vor, ist die Messanordnung eingerichtet, einen exakten Wert für die Konzentration der Gaskomponente unter ausschließlicher Verwendung der ersten Messwellenlänge zu ermitteln. Überschreitet hingegen die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert, liegt also eine höhere Konzentration der Gaskomponente vor, ist die Steuer- und/oder Regelelektronik eingerichtet, einen exakten Wert für die Konzentration der Gaskomponente unter ausschließlicher Verwendung der weiteren Messwellenlänge zu ermitteln. Beispielsweise kann bei der ersten Messwellenlänge und gleichzeitig bei der weiteren Messwellenlänge jeweils ein Wert für die Konzentration der Gaskomponente ermittelt werden, wobei die Steuer- und/oder Regelelektronik eingerichtet sein kann, wenigstens einen der ermittelten Konzentrationswerte mit dem vorgegebenen Konzentrationswert zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses einen Konzentrationswert aus den beiden erfassten Konzentrationswerten als tatsächlichen Konzentrationswert auszuwählen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuer- und/oder Regelelektronik eingerichtet, während der Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge gleichzeitig eine Referenzmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen. Da die weitere Wellenlänge in Bereich einer Flanke der Absorptionsbande liegt, erfährt die weitere Wellenlänge bzw. die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge somit eine geringe Absorption durch das Gasgemisch und kann daher als Referenzwellenlänge für die Referenzmessung dienen. Steigt die Konzentration der Gaskomponente in dem Gasgemisch weiter an, wird die zweite Wellenlänge zur Messwellenlänge. In diesem hohen Konzentrationsbereich wird die Messung der Konzentration der Gaskomponente ohne Referenz durchgeführt. Da der Messeffekt aber sehr hoch ist, sind Fehlereinflüsse, die durch eine Referenz kompensiert werden müssten, in diesem Fall geringer. Daher kann auch die Referenzmessung bei hohen Konzentrationen der Gaskomponente verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Messanordnung wenigstens eine schmalbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge, wenigstens eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge und wenigstens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge. Zusätzliche Filterelemente, die eine spektrale Selektivierung gewährleisten, sind hierdurch nicht erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Messanordnung wenigstens eine breitbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messwellenlänge und die weitere Messwellenlänge umfasst, und wenigstens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge. Diese Ausgestaltung kann alternativ zu der zuletzt genannten Ausgestaltung vorgesehen sein. Die Messanordnung kann insbesondere eine einzige breitbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messwellenlänge und die weitere Messwellenlänge umfasst, aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Strahlungssensor, mit dem alle Messwellenlängen erfassbar sind, oder für jede zu erfassende Messwellenlänge einen separaten Strahlungssensor. Letzteres hat den Vorteil, dass zusätzliche Filterelemente, die eine spektrale Selektivierung gewährleisten, nicht erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst wenigstens eine Strahlungsquelle zumindest eine Leuchtdiode, wobei wenigstens ein signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regelelektronik verbundener weiterer Strahlungssensor vorhanden ist, und wobei die Steuer- und/oder Regelelektronik eingerichtet ist, eine Strahlungsintensität der Leuchtdiode zu erfassen und die Leuchtdiode in Abhängigkeit der erfassten Strahlungsintensität mit einem elektrischen Strom zu versorgen. Mittels des weiteren Strahlungssensors kann zusätzlich zur Messung der Konzentration der Gaskomponente kann ein Referenzsignal ohne Absorptionsabschwächung aufgenommen und der Steuer- und/oder Regelelektronik zugeführt werden. Hierzu kann die von der Leuchtdiode erzeugte elektromagnetische Strahlung durch einen Strahlteiler geführt werden, von dem ein Anteil der elektromagnetischen Strahlung zu dem weiteren Strahlungssensor geführt wird. Hierdurch ist eine Überwachung der Strahlungsintensität der von der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung bzw. der Leuchtdiode möglich. Die Überwachung der Strahlungsintensität mittels des weiteren Strahlungssensors, der signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regelelektronik verbunden ist, dient beispielsweise zur Erkennung der Alterung der Leuchtdiode. In beliebigen, regelmäßigen Abständen, beispielsweise einmal pro Tag, kann so die Reststrahlungsintensität R_Rest der Leuchtdiode bestimmt und mit dem letzten Reststrahlungsintensitätswert R* verglichen werden. Ist die Differenz ΔR = R* - R_Rest größer als ein vorgegebener Grenzwert ΔR*, kann ein der Leuchtdiode zugeführter Diodenstrom I_D erhöht werden, so dass die Strahlungsintensität dann wieder den ursprünglichen Wert annimmt. Durch diese Maßnahme wird zudem auch noch sichergestellt, dass das Signal/Rausch-Verhältnis und somit auch die Nachweisgrenze über die gesamte Betriebsdauer der Leuchtdiode konstant bleiben. Um diesen Regelprozess ausnutzen zu können, kann beispielsweise mit 20% der Nennleistung der Leuchtdiode begonnen werden. Die Alterung der Leuchtdiode in diesem Stadium ist durch die geringe elektrische Leistung stark reduziert. Erst gegen Ende der Lebensdauer der Leuchtdiode, wenn 100% der Nennleistung erreicht werden, kann mit einem Ausfall der Leuchtdiode gerechnet werden. Über eine Analysesoftware kann dann von der Steuer- und/oder Regelelektronik ein Signal generiert werden, mit dem auf eine Wartung bzw. einen bald erforderlichen Austausch der Leuchtdiode hingewiesen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eine Strahlungsquelle als UV-Leuchtdiode ausgebildet, wobei die Sensoreinrichtung zum Erfassen von UV-Strahlung eingerichtet ist. Hierdurch kann die Vorrichtung auf der Basis der nichtdispersiven UV-Absorption (NDUV) arbeiten. Schwefeldioxid hat im UV-Bereich bei 285 nm eine stark ausgeprägte Absorptionsbande, die nicht durch andere Gase, wie beispielsweise Wasserdampf oder Kohlendioxid, beeinflusst wird. Es kann in diesem Spektralbereich also eine selektive Schwefeldioxid-Messung ohne Filter oder Reagenzien realisiert werden. Kohlendioxid besitzt in diesem UV-Bereich keine Absorptionsbande, weshalb sich die Vorrichtung gemäß dieser Ausgestaltung auch nicht zur Messung von Kohlendioxid eignet. Die UV-Leuchtdiode kann im UV-Spektralbereich schmalbandig abstrahlen. Betreibt man die UV-Leuchtdiode im Gleichstrombetrieb, so ist das zeitliche Ansprechverhalten der Steuer- und/oder Regelelektronik beispielweise lediglich durch das Tiefpassverhalten eines Vorverstärkers der Steuer- und/oder Regelelektronik und die Mittelwertbildung in einem Mikrokontroller der Steuer- und/oder Regelelektronik gegeben und kann unter 100 ms liegen. Für einen erfindungsgemäßen Einsatzzweck brauchbare LED-Technik ist noch relativ jung. Nachteilig bei den herkömmlichen UV-Leuchtdioden ist deren begrenzte Lebensdauer. Im Dauerbetrieb bei Nennstrom liegen die Angaben der Hersteller bei etwa 1000 Stunden. Dies ist für industrielle Anwendungen in einem Analyseautomaten viel zu wenig. Die Analyseautomaten müssen im Dauerbetrieb über 1 bis 2 Jahre störungsfrei arbeiten. Um diese Lebensdaueranforderung einhalten zu können, wird die UV-Leuchtdiode vorzugsweise immer nur dann eingeschaltet, wenn eine Probe gefahren wird. Zwischen den Probezyklen bleibt die UV-Leuchtdiode vorzugsweise ausgeschaltet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Messanordnung eingerichtet, eine Konzentration von wenigstens einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs bei einer Messwellenlänge zu messen, die außerhalb eines der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereichs liegt. Hierdurch kann ein n-kanaliger Betrieb der Vorrichtung zur Messung von n-Gaskomponenten realisiert werden. Auch eine Kompensation von Querempfindlichkeiten kann durch den Einsatz mehrerer Messwellenlängen nützlich sein. Beispielsweise kann ein 4-kanaliger Betrieb zur Messung von Stickstoffmonoxid bei 226 nm, Stickstoffdioxid bei 400 nm und Schwefeldioxid bei der ersten Messwellenlänge (beispielsweise 285 nm) und der weiteren Messwellenlänge (beispielsweise 260 nm) realisiert werden. Stickstoffdioxid ruft eine Querempfindlichkeit bei der Schwefeldioxid-Messung hervor. Diese Querempfindlichkeit kann durch eine Stickstoffdioxid-Messung rechnerisch kompensiert werden, da die Stickstoffdioxid-Messung querempfindlichkeitsfrei ist. Die Stickstoffmonoxid-Messung wird sowohl durch Stickstoffdioxid, als auch durch Schwefeldioxid beeinflusst. Nach der Kompensation der Stickstoffdioxid-Querempfindlichkeit der Schwefeldioxid-Messung und der Stickstoffdioxid-Messung kann mit den daraus folgenden Werten die Stickstoffmonoxid-Messung korrigiert werden, so dass nach der Kompensation keine Querempfindlichkeiten mehr zu erwarten sind. Diese Art der Kompensation kann natürlich mit nahezu beliebig vielen störenden gasförmigen Komponenten erfolgen, die bei der Verbrennung in einem Analysenautomaten entstehen können.
Zur Unterscheidung der einzelnen spektralen Komponenten, die dabei mit den verschiedenen Leuchtdioden erzeugt werden, werden die Leuchtdioden vorzugsweise zeitversetzt ein- und ausgeschaltet, so dass immer nur eine der Leuchtdioden in einem vorgegebenen Zeitintervall eingeschaltet ist, während die übrigen Leuchtdioden ausgeschaltet sind. Dieser Betrieb kann kontinuierlich durchgeführt werden, da die Steuer- und/oder Regelelektronik die Ein- und Ausschaltzeitpunkte für die Leuchtdioden vorgibt und dadurch die Zeitpunkte der Signalgenerierung bekannt sind. Zum Abgleich von elektrischen Offset-Spannungen kann eine zeitliche Dunkelphase mit der Steuer- und/oder Regelelektronik vorgegeben werden, in der alle Leuchtdioden ausgeschaltet sind und somit der Offset ermittelt und kompensiert werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verwendung einer Vorrichtung nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Mit dieser Verwendung sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs umfasst die Schritte:

- Einbringen des Gasgemischs in eine Messkammer;
- Durchleuchten der Messkammer mit elektromagnetischer Strahlung;
- Erfassen und Auswerten der aus der Messkammer austretenden elektromagnetischen Strahlung; und
- Ermitteln der Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht.

Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann die Vorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Insofern können vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sein, auch wenn hierauf im Folgenden nicht explizit hingewiesen wird.
Erfindungsgemäß wird während eines Messvorgangs erfasst, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchgeführt wird, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchgeführt wird, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden wenigstens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge und wenigstens eine weitere Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge verwendet, wobei die Strahlungsquellen im Wechsel ein- und ausgeschaltet werden. Hierdurch können die einzelnen spektralen Komponenten, die mit den verschiedenen Strahlungsquellen, insbesondere Leuchtdioden, erzeugt werden, unterschieden werden. Dieser Betrieb kann kontinuierlich durchgeführt werden, da die Steuer- und/oder Regelelektronik die Ein- und Ausschaltzeitpunkte vorgibt und dadurch die Zeitpunkte der Signalgenerierung bekannt sind. Zum Abgleich von elektrischen Offset-Spannungen kann mit der Steuer- und/oder Regelelektronik eine zeitliche Dunkelphase vorgegeben werden, in der alle Leuchtdioden ausgeschaltet sind und somit der Offset ermittelt und kompensiert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden als Strahlungsquellen UV-Leuchtdioden verwendet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen weiterbildenden oder vorteilhaften Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1 einen Spektralbereich eines in Transmission erfassten Absorptionsspektrums eines Schwefeldioxid enthaltenden Gasgemischs;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
3 einen zeitlichen Verlauf eines aufgenommenen Messsignals zur Bestimmung einer Schwefelkonzentration in einer Probe;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
6 einen Spektralbereich von in Transmission erfassten Absorptionsspektren von Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid;
7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
8 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf von eines Rohmesswerts einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
9 eine beispielhafte Ansteuerung von zwei Strahlungsquellen einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
10 eine beispielhafte Ansteuerung von vier Strahlungsquellen einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Spektralbereich eines in Transmission erfassten Absorptionsspektrums eines Schwefeldioxid enthaltenden Gasgemischs. Es ist die in Transmission gemessene Strahlungsintensität einer durch das Gasgemisch geführten elektromagnetischen Strahlung in % gegenüber der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung in nm aufgetragen.
Es ist an dem Graph 1 zu erkennen, dass die Gaskomponente Schwefeldioxid eine Absorptionsbande aufweist, deren Maximum bei 285 nm liegt. An das Maximum schließen sich Seitenflanken der Absorptionsbande an, die einen steileren Verlauf aufweisen. Der Graph 2 zeigt das Absorptionsverhalten von Stickstoffdioxid in dem gezeigten Spektralbereich. Wie zu erkennen ist, absorbiert auch Stickstoffdioxid im Bereich der Absorptionsbande von Schwefeldioxid die elektromagnetische Strahlung in nicht vernachlässigbarem Ausmaß. Dies führt zu einer Querempfindlichkeit einer Konzentrationsmessung von Schwefeldioxid zu Stickstoffdioxid.
In 1 ist zudem die Halbwertsbreite HWB der dargestellten Absorptionsbande des Schwefeldioxids gezeigt. Die Halbwertsbreite HWB beträgt 40 nm. In diesem Fall kann gemäß der Erfindung die erste Wellenlänge entweder der Wellenlänge (285 nm) des Maximums der Absorptionsbande entsprechen oder maximal um +/-10% der Halbwertsbreite HWB, also um maximal +/-4 nm, von der Wellenlänge (285 nm) des Maximums der Absorptionsbande abweichen. Hiernach liegt eine Wellenlänge in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich, wenn die Wellenlänge um mehr als +/-10% der Halbwertsbreite bzw. mehr als +/-4 nm von der Wellenlänge (285 nm) des Maximums der Absorptionsbande abweicht. Dementsprechend weicht die wenigstens eine weitere Messwellenlänge gemäß der Erfindung, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt, in dieser Ausführungsform um mehr als +/-10% der Halbwertsbreite bzw. um mehr als +/-4 nm von der Wellenlänge (285 nm) des Maximums ab. Der Wert +/-10% bzw. +/-4 nm ist eine vorgegebene Größe im Sinne der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Die Vorrichtung 3 umfasst eine Messkammer 4 zur Aufnahme des Gasgemischs und eine optoelektronische Messanordnung 5 zum Messen der Konzentration der Gaskomponente.
Die Messanordnung 5 ist eingerichtet, die Messkammer 4 mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer 4 austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Die Messanordnung 5 ist zudem eingerichtet, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebenen Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, zu messen.
Die Vorrichtung 3 umfasst des Weiteren eine signaltechnisch mit der Messanordnung 5 verbundene Steuer- und/oder Regelelektronik 6, die zur Auswertung von mit der Messanordnung 5 erzeugten Messsignalen und zur Steuerung und/oder Regelung der Messanordnung 5 während eines Messvorgangs eingerichtet ist. Zusätzlich ist die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 eingerichtet, während des Messvorgangs zu erfassen, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Wellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet.
Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 kann zudem eingerichtet sein, während der Konzentrationsmessung bei der ersten Wellenlänge gleichzeitig eine Referenzmessung bei der weiteren Wellenlänge durchzuführen.
Die Messanordnung 5 umfasst eine schmalbandige Strahlungsquelle 7 zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge, eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle 8 zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge und eine Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweisen.
Alternativ kann die Messanordnung 5 wenigstens eine nicht gezeigte breitbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messwellenlänge und die weitere Messwellenlänge umfasst, und eine Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 9 kann einen einzelnen nicht gezeigten Strahlungssensor aufweisen, mit dem alle Messwellenlängen erfassbar sind. Alternativ kann die Sensoreinrichtung 9 für jede zu erfassende Messwellenlänge einen separaten nicht gezeigten Strahlungssensor aufweisen.
Wenigstens eine Strahlungsquelle 7 bzw. 8 kann zumindest eine nicht gezeigte Leuchtdiode aufweisen. Es kann wenigstens ein signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regelelektronik 6 verbundener weiterer nicht gezeigter Strahlungssensor vorhanden sein. Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 kann hierbei eingerichtet sein, eine Strahlungsintensität der Leuchtdiode zu erfassen und die Leuchtdiode in Abhängigkeit der erfassten Strahlungsintensität mit einem elektrischen Strom zu versorgen.
Wenigstens eine Strahlungsquelle 7 bzw. 8 ist als UV-Leuchtdiode ausgebildet, wobei die Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von UV-Strahlung eingerichtet ist.
Die Messanordnung 5 kann eingerichtet sein, eine Konzentration von wenigstens einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs bei einer Messwellenlänge zu messen, die außerhalb eines der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereichs liegt.
Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 ist des Weiteren signaltechnisch mit einem Hochfrequenzgenerator 10 verbunden, um den Hochfrequenzgenerator 10 ansteuern zu können. Der Hochfrequenzgenerator 10 versorgt eine Heizwicklung 11 eines Verbrennungsofen 12 mit einem hochfrequenten Wechselstrom. In dem Verbrennungsofen 12 ist ein Tiegel 13 angeordnet, in dem eine Probe 14 angeordnet ist. Durch eine Ansteuerung des Hochfrequenzgenerators 10 wird die Probe 14 (und ggf. erforderliche Zuschläge) im Verbrennungsofen 12 bis zur Zündtemperatur der Probe erwärmt. Während der Verbrennung der Probe 14 wird dem Verbrennungsofen 12 Sauerstoff entsprechend dem Pfeil 15 zugeführt. Über eine Leitung 16 werden die entstehenden Verbrennungsgase bzw. wird das entstehende Gasgemisch aus dem Verbrennungsofen 12 abgeführt und der Messkammer 4 zugeführt. Die bei der Verbrennung erzeugten Reaktionsprodukte zeigen dabei einen zeitlichen Konzentrationsverlauf 16, der mit Beginn der Verbrennung ansteigt und nach einem Maximum wieder abfällt.
Die Messanordnung 5 wird durch ein von der Steuer- und/oder Regelelektronik 6 erzeugtes Einschaltsignal 17 eingeschaltet, um die Konzentration einer Gaskomponente in dem der Messkammer 4 zugeführten Gasgemisch messen zu können. Die Messanordnung 5 erzeugt ein Eingangssignal 18, das der Steuer- und/oder Regelelektronik 6 zur Auswertung zugeführt wird. Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 ermittelt aus dem Eingangssignal 18 unter Berücksichtigung einer Probeneinwaage die Konzentration des die Gaskomponente bildenden Stoffs in der Probe. Nach erfolgter Analyse bzw. Auswertung sendet die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 ein Signal an die Messanordnung 5 zum Ausschalten der Messanordnung 5.
Wird die Vorrichtung 3 zum Ermitteln einer Konzentration von Schwefeldioxid in dem Gasgemisch verwendet, kann durch den großen Absorptionskoeffizienten von Schwefeldioxid bei 285 nm die Länge der Messkammer 4, für einen typischen Messbereich von 0 ppm Schwefeldioxid bis 1 Vol.-% Schwefeldioxid, beispielsweise auf 100 mm beschränkt werden. Die Ausspülzeit, also die Zeit zum Ausspülen der Messkammer 4 mit dem Gasgemisch, und damit das Ansprechverhalten der Messanordnung 5 sind dann entsprechen kurz. Hierdurch zeigt sich in der Praxis eine erhebliche Verbesserung der Nachweisgrenze bei gleichzeitiger Steigerung des Messbereichs. Bei einem Innendurchmesser der küvettenartigen, kreiszylinderförmigen Messkammer 4 von beispielsweise 8 mm ergibt sich ein Kammervolumen von 5 cm³. Typische Gasströmungen in einem Analyseautomaten liegen bei etwa 4 Umin bzw. 67 ml/s. Die 3-fache Spülzeit wäre mit dieser Messkammer daher in 225 ms erreicht. Die Ansprechzeit der Steuer- und/oder Regelelektronik sollte daher <100 ms liegen, um keine zusätzlichen Verzögerungen zu generieren.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines aufgenommenen Messsignals S zur Bestimmung einer Schwefelkonzentration in einer Probe. Es ist das Messsignal S gegen die Zeit t aufgetragen. Das Messsignal S kann mit einer Vorrichtung gemäß 2 aufgenommen werden.
Von der Steuer- und/oder Regelelektronik der Vorrichtung bzw. einer darin enthaltenen Analysegerätesoftware kann zum Zeitpunkt t₁ ein Impuls erzeugt werden, wenn eine neue Probe gefahren werden soll. Dieser Impuls dient dazu, die Messanordnung bzw. die wenigstens eine Strahlungsquelle in Form einer UV-Leuchtdiode einzuschalten. Eine Stabilisierungsphase der UV-Leuchtdiode dauert nur wenige Sekunden. Nach dieser Zeit werden Rohmesswerte der Messanordnung auf 1 normiert, indem zum Zeitpunkt t₂, bei dem ein Offset des Messsignals S auftritt, die Messwerte wie folgt verrechnet werden: $\begin{matrix} R_{n o r m} = \frac{R e f (t_{x})}{R e f (t_{2})} & u n d & M_{n o r m} = \frac{M e s s (t_{x})}{M e s s (t_{2})} \end{matrix}$
$R_{n o r m} = \frac{Re ƒ . t_{x}}{Re ƒ . t_{2}} und M_{n o r m} = \frac{M e s s . t_{x}}{M e s s . t_{2}} .$
t_x sind die Werte während der Peakauswertung, also in der Zeit Δt = t₄-t₃. Die so gewonnenen Mess- und Referenzwerte werden zunächst weiterverarbeitet und als Modulation (Mod.) berechnet: $M o d u l a t i o n = \frac{R_{n o r m} - M_{n o r m}}{R_{n o r m}} .$
Hierbei ist R_norm der auf „1“ normierte Referenzwert (Ref) und M_norm der auf „1“ normierte Messwert (Mess).
Durch die Modulationsberechnung werden Driften innerhalb der Messzeit Δt komplett eliminiert. Die Modulation wird dann durch Multiplikation mit der inversen Funktion von Mod(c) in ein konzentrationsabhängiges Ausgangssignal S umgewandelt. Dieses Ausgangssignal beschreibt dann den wahren Konzentrationsverlauf während der Peakauswertung.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 19 zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Die Vorrichtung 19 umfasst eine Messkammer 4 zur Aufnahme des Gasgemischs und eine optoelektronische Messanordnung 20 zum Messen der Konzentration der Gaskomponente. Die Messanordnung 20 ist eingerichtet, die Messkammer 4 mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer 4 austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Die Messanordnung 20 ist zudem eingerichtet, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebenen Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, zu messen.
Die Vorrichtung 19 umfasst des Weiteren eine signaltechnisch mit der Messanordnung 20 verbundene Steuer- und/oder Regelelektronik 6, die zur Auswertung von mit der Messanordnung 20 erzeugten Messsignalen und zur Steuerung und/oder Regelung der Messanordnung 20 während eines Messvorgangs eingerichtet ist. Zusätzlich ist die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 eingerichtet, während des Messvorgangs zu erfassen, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Wellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet.
Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 kann eingerichtet sein, während der Konzentrationsmessung bei der ersten Wellenlänge gleichzeitig eine Referenzmessung bei der weiteren Wellenlänge durchzuführen.
Die Messanordnung 20 umfasst eine breitbandige Strahlungsquelle 21 zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messwellenlänge und die weitere Messwellenlänge umfasst, und wenigstens eine Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge.
Die Messanordnung 20 kann alternativ eine nicht gezeigte schmalbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge, eine weitere nicht gezeigte schmalbandige Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge und die Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 9 umfasst wenigstens einen nicht gezeigten Strahlungssensor, mit dem alle Messwellenlängen erfassbar sind, oder für jede zu erfassende Messwellenlänge einen separaten nicht gezeigten Strahlungssensor.
Die Strahlungsquelle 21 kann eine nicht gezeigte Leuchtdiode aufweisen, wobei ein signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regelelektronik 6 verbundener weiterer Strahlungssensor 22 vorhanden ist, und wobei die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 eingerichtet ist, eine Strahlungsintensität der Leuchtdiode zu erfassen und die Leuchtdiode in Abhängigkeit der erfassten Strahlungsintensität mit einem elektrischen Strom zu versorgen. Hierzu ist ein Strahlteiler 23 vorhanden, der einen Anteil der von der Strahlungsquelle 21 erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf den weiteren Strahlungssensor 22 richtet. Die Strahlungsquelle 21 kann als UV-Leuchtdiode ausgebildet und die Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von UV-Strahlung eingerichtet sein.
Die Messanordnung 20 kann eingerichtet sein, eine Konzentration von wenigstens einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs bei einer Messwellenlänge zu messen, die außerhalb eines der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereichs liegt.
Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 erzeugt ein Einschaltsignal 24, dass der Strahlungsquelle 21 zum Einschalten der Strahlungsquelle 21 zugeführt wird, wenn eine Konzentration einer Gaskomponente eines in der Messkammer 4 befindlichen Gasgemischs ermittelt werden soll. Der Steuer- und/oder Regeleinheit 6 kann ein Steuerimpuls 25 einer übergeordneten, nicht gezeigten Analysenelektronik zugeführt werden. Die Steuer- und/oder Regelelektronik 6 kann ein Ausgangssignal 26 an die übergeordnete Analysenelektronik ausgeben.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 27 zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Die Vorrichtung 27 unterscheidet sich insbesondere dadurch von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass die Messanordnung 28 eine schmalbandige Strahlungsquelle 29 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge, eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle 30 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge und die Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweist. Bezüglich der Gemeinsamkeiten der Vorrichtung 27 mit der in 4 gezeigten Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu 4 verwiesen.
Beide Strahlungsquellen 29 und 30 emittieren jeweils eine elektromagnetische Strahlung, die in den Strahlteiler 23 geleitet wird. Somit ist es möglich, die Strahlungsintensitäten beider Strahlungsquellen 29 und 30 zu erfassen bzw. zu überwachen, wie es oben mit Bezug auf 4 beschrieben ist.
Mit der spektralen Lage der Messwellenlängen kann das Absorptionsvermögen des Messgases angepasst werden, da in dem Lambert-Beer`schen-Gesetz nur das Produkt aus α c L zählt. Bei konstanter Messkammerlänge L kann also bei einer hohen Konzentration c₂ mit einem kleinen Absorptionskoeffzienten α₂ aus der Seitenflanke der gleiche Messeffekt erzielt werden wie bei einer kleinen Konzentration c₃ und einem großen Absorptionskoeffzienten α₃. Es gilt dann: L·c₂·α₂= L·c₃·α₃. Die Küvettenlänge L fällt also bei dieser Berechnung raus, so dass man beide Messbereiche in einer langen Küvette realisieren kann. Eine Unterteilung in drei oder vier Messbereiche ist ebenfalls möglich, wenn eine entsprechende Anzahl von Messwellenlängen bzw. Strahlungsquellen eingesetzt wird.
6 zeigt einen Spektralbereich von in Transmission erfassten Absorptionsspektren von Schwefeldioxid (Graph 1), Stickstoffmonoxid (Graph 31) und Stickstoffdioxid (Graph 2).
Durch den Einsatz mehrerer Messwellenlängen kann eine Kompensation von Querempfindlichkeiten bei einzelnen Gaskomponentenmessungen erfolgen. Durch einen Einsatz von vier verschiedenen Messwellenlängen kann ein 4-kanaliger Betrieb zur Messung von Stickstoffmonoxid bei 226 nm, Stickstoffdioxid bei 400 nm und Schwefeldioxid bei der ersten Messwellenlänge (beispielsweise 285 nm) und der weiteren Messwellenlänge (beispielsweise 260 nm) realisiert werden. Stickstoffdioxid ruft eine Querempfindlichkeit bei der Schwefeldioxid-Messung hervor. Diese Querempfindlichkeit kann durch eine Stickstoffdioxid-Messung rechnerisch kompensiert werden, da die Stickstoffdioxid-Messung querempfindlichkeitsfrei ist. Die Stickstoffmonoxid-Messung wird sowohl durch Stickstoffdioxid, als auch durch Schwefeldioxid beeinflusst. Nach der Kompensation der Stickstoffdioxid-Querempfindlichkeit der Schwefeldioxid-Messung und der Stickstoffdioxid-Messung kann mit den daraus folgenden Werten die Stickstoffmonoxid-Messung korrigiert werden, so dass nach der Kompensation keine Querempfindlichkeiten mehr zu erwarten sind. Diese Art der Kompensation kann natürlich mit nahezu beliebig vielen störenden gasförmigen Komponenten erfolgen, die bei der Verbrennung in einem Analysenautomaten entstehen können.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 32 zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs. Mit dieser Vorrichtung 32 kann ein 4-kanaliger Betrieb realisiert werden, um beispielsweise Stickstoffmonoxid bei 226 nm, Stickstoffdioxid bei 400 nm und Schwefeldioxid bei der ersten Messwellenlänge (beispielsweise 285 nm) und der weiteren Messwellenlänge (beispielsweise 260 nm) messen zu können.
Die Vorrichtung 32 unterscheidet sich insbesondere dadurch von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass die Messanordnung 33 eine schmalbandige Strahlungsquelle 29 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge in Höhe von 285 nm, eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle 30 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer weiteren Messwellenlänge in Höhe von 260 nm, eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle 34 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer weiteren Messwellenlänge in Höhe von 226 nm, eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle 35 in Form einer Leuchtdiode zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer weiteren Messwellenlänge in Höhe von 400 nm und die Sensoreinrichtung 9 zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei allen genannten Messwellenlängen aufweist. Des Weiteren umfasst die Messanordnung 33 eine erste optische Linse 36, mit der eine aus der Messkammer 4 austretende elektromagnetische Strahlung bündelbar ist, und eine zweite optische Linse 37, mit der aus dem Strahlteiler 23 austretende elektromagnetische Strahlung bündelbar ist. Bezüglich der Gemeinsamkeiten der Vorrichtung 32 mit der in 4 gezeigten Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu 4 verwiesen.
8 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf von eines Rohmesswerts M einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Es ist der Rohmesswert M gegen die Zeit t aufgetragen. Die Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ und t₄ sind bereits im Zusammenhang mit 3 erläutert worden. Daher wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu 3 verwiesen.
9 zeigt eine beispielhafte Ansteuerung von zwei Strahlungsquellen einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs. Diese Ansteuerung kann beispielsweise zur Ansteuerung der Strahlungsquellen der Vorrichtung gemäß 5 verwendet werden.
Eine erste Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, wird gemäß dem in 9 oben gezeigten ersten Steuersignalverlauf 38 angesteuert, während eine zweite Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, gemäß dem in 9 unten gezeigten zweiten Steuersignalverlauf 38 angesteuert. Entsprechend werden die beiden Strahlungsquellen im Wechsel ein- und ausgeschaltet, was eine Unterscheidung der von der ersten Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung von der von der zweiten Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung und der daraus resultierenden Messwerte möglich macht.
10 zeigt eine beispielhafte Ansteuerung von vier Strahlungsquellen einer Messanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs. Diese Ansteuerung kann beispielsweise zur Ansteuerung der Strahlungsquellen der Vorrichtung gemäß 7 verwendet werden.
Eine erste Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, wird gemäß dem in 10 oben gezeigten ersten Steuersignalverlauf 40 angesteuert. Eine zweite Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, wird gemäß dem in 10 gezeigten zweiten Steuersignalverlauf 41 angesteuert. Eine dritte Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, wird gemäß dem in 10 gezeigten dritten Steuersignalverlauf 42 angesteuert. Eine vierte Strahlungsquelle, insbesondere in Form einer Leuchtdiode, wird gemäß dem in 10 gezeigten vierten Steuersignalverlauf 43 angesteuert. Entsprechend ist immer nur eine der Strahlungsquellen eingeschaltet, entsprechend der in 10 aufgeführten Nummerierung der Strahlungsquellen. Dies macht eine Unterscheidung der von den einzelnen Strahlungsquellen erzeugten elektromagnetischen Strahlungen voneinander möglich. Zudem sind die Steuersignalverläufe 40 bis 43 derart ausgebildet und zeitlich versetzt zueinander angeordnet, dass in einem mit 0 gekennzeichneten Zeitintervall keine der Strahlungsquellen eingeschaltet ist. Dieses Zeitintervall definiert eine Dunkelphase, die zum Abgleich von elektrischen Offset-Spannungen dient und von der Steuer- und/oder Regelelektronik der Vorrichtung vorgegeben wird. In der Dunkelphase kann der Offset ermittelt und kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Graph (Schwefeldioxid)
2: Graph (Stickstoffdioxid)
3: Vorrichtung
4: Messkammer
5: Messanordnung
6: Steuer- und/oder Regelelektronik
7: Strahlungsquelle
8: Strahlungsquelle
9: Sensoreinrichtung
10: Hochfrequenzgenerator
11: Heizwicklung
12: Verbrennungsofen
13: Tiegel
14: Probe
15: Pfeil (Sauerstoffzufuhr)
16: Konzentrationsverlauf
17: Einschaltsignal
18: Eingangssignal
19: Vorrichtung
20: Messanordnung
21: Strahlungsquelle
22: weiterer Strahlungssensor
23: Strahlteiler
24: Einschaltsignal
25: Steuerimpuls
26: Ausgangssignal
27: Vorrichtung
28: Messanordnung
29: Strahlungsquelle
30: Strahlungsquelle
31: Graph (Stickstoffmonoxid)
32: Vorrichtung
33: Messanordnung
34: Strahlungsquelle
35: Strahlungsquelle
36: erste optische Linse
37: zweite optische Linse
38: Steuersignalverlauf
39: Steuersignalverlauf
40: Steuersignalverlauf
41: Steuersignalverlauf
42: Steuersignalverlauf
43: Steuersignalverlauf
M: Rohmesswert
S: Messsignal
t: Zeit
HWB: Halbwertsbreite

Claims

Vorrichtung (3, 19, 27, 32) zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs, aufweisend wenigstens eine Messkammer (4) zur Aufnahme des Gasgemischs und wenigstens eine optoelektronische Messanordnung (5, 20, 28, 33) zum Messen der Konzentration der Gaskomponente, wobei die Messanordnung (5, 20, 28, 33) eingerichtet ist, die Messkammer (4) mit elektromagnetischer Strahlung zu durchleuchten und die aus der Messkammer (4) austretende elektromagnetische Strahlung zu erfassen, wobei die Messanordnung (5, 20, 28, 33) eingerichtet ist, die Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, zu messen, gekennzeichnet durch wenigstens eine signaltechnisch mit der Messanordnung (5, 20, 28, 33) verbundene Steuer- und/oder Regelelektronik (6), die zur Auswertung von mit der Messanordnung (5, 20, 28, 33) erzeugten Messsignalen (S) und zur Steuerung und/oder Regelung der Messanordnung (5, 20, 28, 33) während eines Messvorgangs eingerichtet ist und zusätzlich eingerichtet ist, während des Messvorgangs zu erfassen, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regelelektronik (6) eingerichtet ist, während der Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge gleichzeitig eine Referenzmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchzuführen.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (5, 20, 28, 33) wenigstens eine schmalbandige Strahlungsquelle (7, 8, 29, 30, 34, 35) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge, wenigstens eine weitere schmalbandige Strahlungsquelle (7, 8, 29, 30, 34, 35) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge und wenigstens eine Sensoreinrichtung (9) zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweist.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (5, 20, 28, 33) wenigstens eine breitbandige Strahlungsquelle (21) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messwellenlänge und die weitere Messwellenlänge umfasst, und wenigstens eine Sensoreinrichtung (9) zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung bei der ersten Messwellenlänge und der weiteren Messwellenlänge aufweist.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) wenigstens einen Strahlungssensor, mit dem alle Messwellenlängen erfassbar sind, oder für jede zu erfassende Messwellenlänge einen separaten Strahlungssensor aufweist.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) zumindest eine Leuchtdiode aufweist, wobei wenigstens ein signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regelelektronik (6) verbundener weiterer Strahlungssensor (22) vorhanden ist, wobei die Steuer- und/oder Regelelektronik (6) eingerichtet ist, eine Strahlungsintensität der Leuchtdiode zu erfassen und die Leuchtdiode in Abhängigkeit der erfassten Strahlungsintensität mit einem elektrischen Strom zu versorgen.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) als UV-Leuchtdiode ausgebildet ist, wobei die Sensoreinrichtung (9) zum Erfassen von UV-Strahlung eingerichtet ist.
Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (5, 20, 28, 33) eingerichtet ist, eine Konzentration von wenigstens einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs bei einer Messwellenlänge zu messen, die außerhalb eines der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereichs liegt.
Verwendung einer Vorrichtung (3, 19, 27, 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs.
Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente, insbesondere Schwefeldioxid, eines Gasgemischs, aufweisend die Schritte: - Einbringen des Gasgemischs in eine Messkammer (4); - Durchleuchten der Messkammer (4) mit elektromagnetischer Strahlung; - Erfassen und Auswerten der aus der Messkammer (4) austretenden elektromagnetischen Strahlung; und - Ermitteln der Konzentration der Gaskomponente entweder bei einer ersten Messwellenlänge, die einer Wellenlänge eines Maximums einer für die Gaskomponente spezifischen Absorptionsbande entspricht oder maximal um eine vorgegebene Größe geringfügig von der Wellenlänge des Maximums abweicht, oder bei wenigstens einer weiteren Messwellenlänge, die in einem einer Seitenflanke der Absorptionsbande zugeordneten Wellenlängenbereich liegt und über die vorgegebene Größe hinaus von der Wellenlänge des Maximums abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Messvorgangs erfasst wird, ob die Konzentration der Gaskomponente einen vorgegebenen Konzentrationsgrenzwert überschreitet oder nicht, und die Konzentrationsmessung bei der ersten Messwellenlänge durchgeführt wird, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert nicht überschreitet, und die Konzentrationsmessung bei der weiteren Messwellenlänge durchgeführt wird, wenn die Konzentration der Gaskomponente den Konzentrationsgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Messwellenlänge und wenigstens eine weitere Strahlungsquelle (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit der weiteren Messwellenlänge verwendet werden, wobei die Strahlungsquellen (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) im Wechsel ein- und ausgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquellen (7, 8, 21, 29, 30, 34, 35) UV-Leuchtdioden verwendet werden.