DE102022101882A1

DE102022101882A1 - Gasdetektionsvorrichtung mit zwei Messkammern und zwei Detektoren

Info

Publication number: DE102022101882A1
Application number: DE102022101882.2A
Authority: DE
Inventors: Arne Jünemann
Original assignee: Bentekk GmbH
Current assignee: Bentekk GmbH
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-07-28
Also published as: US20220236182A1

Abstract

Gasdetektionsvorrichtung zur Detektion eines Zielgases in einem Gasgemisch, mit einer Strahlungsquelle (50), einer ersten Messkammer (6) und einer zweiten Messkammer (6') sowie einem ersten und zweiten Mess-Detektor (7). Ein erstes Gasgemisch fließt durch die erste Messkammer (6), ein zweites Gasgemisch durch die zweite Messkammer (6'). Von der Strahlungsquelle (50) emittierte elektromagnetische Strahlung durchdringt zunächst die erste Messkammer (6) und anschließend die zweite Messkammer (6'). Der erste Mess-Detektor (7) erfasst einen physikalischen Effekt in der ersten Messkammer (6), wobei dieser physikalische Effekt mit der Intensität der die erste Messkammer (6) durchdringenden Strahlung korreliert, und erzeugt ein mit dem physikalischen Effekt (6) korrelierendes erstes Signal. Der zweite Mess-Detektor (7') ist entsprechend ausgestaltet für die zweite Messkammer (6'). Es ist so eine zweite Messstelle geschaffen, ohne eine zweite Strahlungsquelle zu benötigen. Dies spart Aufwand sowie Energie und schafft günstige Messbedingungen für Vergleichs- und Referenzmessungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdetektionsvorrichtung zur Detektion eines Zielgases in einem Gasgemisch. Die Gasdetektionsvorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle, die dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, eine Messkammer sowie einen Mess-Detektor, wobei das Gasgemisch durch die Messkammer fließt und der Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der Messkammer zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die Messkammer durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein des Zielgases in der Messkammer korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der Messkammer korrelierendes Signal zu generieren.
Bei einer Gasdetektionsvorrichtung ist zur Detektion eines Gases in Gasgemischen eine Messkammer und ein Mess-Detektor, insbesondere ausgeführt als Photoionisationsdetektor, vorgesehen. Verwendet werden derartige Gasdetektionsvorrichtungen sowohl in stationären wie insbesondere auch in tragbaren Vorrichtungen. Mittels einer Pumpe oder einer anderen antreibenden Fördereinheit wird das Gasgemisch in die Messkammer eingebracht, und dieses Gasgemisch wird elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt, welche von einer entsprechenden Strahlungsquelle (in der Regel handelt sich hierbei um eine Lampe, insbesondere eine UV-Lampe) in die Messkammer eingestrahlt wird. Ein Vorteil von Photoionisationsdetektoren als Mess-Detektoren liegt darin, dass sie kompakt und robust sind, wodurch sie sich zur Anwendung bei tragbaren Gasdetektionsvorrichtungen eignen. Eine solche Gasdetektionsvorrichtung wird beispielsweise von der Fa. Dräger (Lübeck, Deutschland) unter der Bezeichnung X-PID vertrieben.
CN 110596232 A sowie EP 1 262 770 A2 zeigen jeweils eine Gasdetektionsvorrichtung mit einer Strahlungsquelle, die dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, einer Messkammer sowie einem Mess-Detektor, wobei das Gasgemisch oder wenigstens ein Teil des Gasgemischs durch die Messkammer fließt und quer zur Richtung der emittierten Strahlung an einander gegenüberliegenden Wandungsabschnitten der Wandung jeweils Öffnungen angeordnet sind, durch die das durch den Gasmesspfad strömende Gas in die Messkammer ein- und ausströmt. Aus EP 1 243 921 A2 ist eine Gasdetektionsvorrichtung, die mittels einer gemeinsamen Strahlungsquelle mehrere hintereinander angeordnete Elektroden durchstrahlt, die in einer gemeinsamen Messkammer eines Photoionisationsdetektors angeordnet sind, bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasdetektionsvorrichtung dahingehend zu verbessern, das oder mindestens ein Zielgas mit einer größeren Zuverlässigkeit zu detektieren.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einer Gasdetektionsvorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Gasdetektionsvorrichtung zur Detektion mindestens eines Zielgases in mindestens einem Gasgemisch, wobei die Gasdetektionsvorrichtung eine Strahlungsquelle, die dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, eine erste Messkammer und eine zweite Messkammer sowie einen ersten Mess-Detektor und einen zweiten Mess-Detektor umfasst, wobei die zweite Messkammer räumlich getrennt von der ersten Messkammer ist, wobei die Gasdetektionsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass ein erstes Gasgemisch durch die erste Messkammer fließt und ein zweites Gasgemisch durch die zweite Messkammer fließt, wobei die Gasdetektionsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zunächst die erste Messkammer und anschließend die zweite Messkammer durchdringt, wobei der erste Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der ersten Messkammer zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messkammer durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas in der ersten Messkammer korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der ersten Messkammer korrelierendes erstes Signal zu generieren, und wobei der zweite Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der zweiten Messkammer zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die zweite Messkammer durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas in der zweiten Messkammer korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der zweiten Messkammer korrelierendes zweites Signal zu generieren.
Zuerst seien einige verwendete Begriffe erläutert:

Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich um Licht, insbesondere UV-Licht oder sichtbares Licht, aber auch um Hochfrequenz- oder Röntgenstrahlung handeln, insbesondere weiche (Photonenenergie höchstens 5 keV) Röntgenstrahlung.

Unter einem „Messkammer-Trenner“ wird eine für Fluide, insbesondere Gase, und für Strahlung undurchlässige Struktur, insbesondere an oder in einer Wandung der Messkammer, verstanden. Entsprechendes gilt vorliegend für die Bezeichnung „Messkammer-Fenster“, mit der Maßgabe, dass dieses abweichend für die elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
Das die erste Messkammer durchströmende erste Gasgemisch kann verschieden sein von dem zweiten, die zweite Messkammer durchströmende Gasgemisch. Damit können unabhängige Messungen vorgenommen werden. Zwingend ist die Verschiedenheit der Gasgemische aber nicht, es kann sich auch um ein in Bezug auf seine Bestandteile zumindest teilweise identisches, das gleiche oder auch um dasselbe Gasgemisch handeln. Dies bietet Vorteile für vergleichende Messungen oder Referenzmessungen.
Bei dem „hervorgerufenen physikalischen Effekt“ handelt es sich beispielsweise um eine Abschwächung von elektromagnetischer Strahlung, eine Ionisierung von Molekülen, einen akustischen Effekt oder einen physikalisch messbaren chemischen Effekt.
Jeder Mess-Detektor wirkt mit jeweils einer Messkammer zusammen in der nachfolgend beschriebenen Weise. Er misst einen physikalischen Effekt in der zugeordneten Messkammer, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche diese Messkammer durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas in der Messkammer korreliert, und erzeugt daraus ein mit dem gemessenen physikalischen Effekt korrelierendes Signal.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Zuverlässigkeit der Messung dadurch zu steigern, dass zusätzlich zu der ersten Messkammer eine zweite Messkammer mit einem eigenem ihr zugeordneten zweiten Mess-Detektor vorgesehen ist und die beiden Messkammern von elektromagnetischer Strahlung aus derselben Strahlungsquelle durchstrahlt sind in dem Sinne, dass die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zunächst die erste Messkammer und anschließend die zweite Messkammer durchdringt. Indem die Gasdetektionsvorrichtung eine zweite Messkammer aufweist, wird eine zusätzliche und von der ersten Messkammer räumlich getrennte Messstelle geschaffen, die von einem anderen als oder auch von dem gleichen oder demselben Gasgemisch wie die erste Messkammer durchströmt sein kann, wodurch zwei voneinander unabhängige Messungen an zwei Messstellen in getrennten Messkammern vorgenommen werden. Die Messkammern werden erfindungsgemäß von elektromagnetischer Strahlung durchdrungen, welche von derselben Strahlungsquelle emittiert wird. Dies spart zum einen eine zweite, zusätzliche Strahlungsquelle für die zweite Messkammer ein. Weiter sorgt dies in vielen Fällen dafür, dass wegen der gemeinsam genutzten Strahlungsquelle die die jeweilige Messkammer durchdringende Strahlung gleich ist oder zumindest bei Abwesenheit von Zielgas konstruktionsbedingt die Strahlung durch die zweite Messkammer in einem festen Verhältnis mit der Strahlung durch die erste Messkammer steht (gekoppelt ist). Somit können von den jeweiligen Mess-Detektoren generierte Signale für Messwerte miteinander verglichen werden, da die Strahlungsparameter (Intensität, Wellenlänge usw.) in beiden Messkammern von derselben Strahlungsquelle bestimmt und daher miteinander gekoppelt sind. So wirken sich Veränderungen der Strahlung, beispielsweise durch Alterung der Strahlungsquelle und / oder Einfluss von Umgebungsbedingungen, synchron auf beide Messkammern aus, so dass sich solche Veränderungen insbesondere bei vergleichenden Messungen bis zu einem gewissen Grad aufheben und das Messergebnis somit in geringerem Umfang verfälschen können. Dies stellt insbesondere bei Relativ- oder Differenzmessungen oder zum Ausgleich von alterungsbedingten Änderungen der abgestrahlten Strahlung einen erheblichen praktischen Vorteil dar. Außerdem kann somit insbesondere bei Zuführung desselben Gasgemischs in beide Messkammern eine höhere Zuverlässigkeit des Messergebnisses erreicht werden, da in manchen Fällen Messfehler der beiden Mess-Detektoren entgegengesetzt sein können und sich abschwächen, sowie wünschenswerte Redundanz geschaffen werden, falls einer der Mess-Detektoren oder eine der Messkammern ausfällt.
Zweckmäßigerweise ist die Gasdetektionsvorrichtung weiter so ausgestaltet, dass eine Strahlungsrichtung, in der elektromagnetische Strahlung die erste Messkammer durchdringt, senkrecht oder schräg auf einer Strömungsrichtung, in der das erste Gasgemisch die erste Messkammer durchströmt, steht, und / oder eine Strahlungsrichtung, in der elektromagnetische Strahlung die zweite Messkammer durchdringt, senkrecht oder schräg auf einer Strömungsrichtung steht, in der das zweite Gasgemisch die zweite Messkammer durchströmt. Mit dieser Anordnung steht die Richtung der Strahlung im Wesentlichen quer zu den Strömungsrichtungen der beiden Gasgemische. Damit ergibt sich ein Querstromprinzip für wenigstens eine Messkammer, bevorzugt für beide Messkammern, was günstige Strömungsverhältnisse schafft. Insbesondere die Ausbildung einer für eine präzise Messung vorteilhaften laminaren Strömung des Gasgemischs ist durch das Querstromprinzip begünstigt. Auf diese Weise ist auch mit verhältnismäßig geringem Fluss des jeweiligen Gasgemisches eine sichere und zuverlässige Messung ermöglicht. Weiter hat die Durchstrahlung senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung den Vorteil, dass die Stellen, an denen die Strahlung in die Messkammer eintritt und wieder austritt, jeweils an einem anderen Ort, insbesondere an anderen Seiten, der Messkammer angeordnet sind als die Anschlüsse für die Zuführung bzw. Abführung des Gasgemisches. Die Gefahr von gegenseitigen Beeinträchtigungen, welche zu Ungenauigkeiten und zu schlechterer Messqualität führen könnten, ist damit verringert.
Mit Vorteil umfasst die Gasdetektionsvorrichtung einen Messkammer-Trenner, der die erste Messkammer gasdicht von der zweiten Messkammer trennt und sowohl einen Teil einer Wandung der ersten Messkammer als auch einen Teil einer Wandung der zweiten Messkammer bildet, wobei in den Messkammer-Trenner mindestens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Messkammer-Fenster eingelassen ist und wobei die Gasdetektionsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung die erste Messkammer, dann das oder mindestens ein Messkammer-Fenster und dann die zweite Messkammer durchdringt. Mit dem Messkammer-Trenner kann somit eine besonders kompakte und kleine Gasdetektionsvorrichtung bereitgestellt werden, insbesondere weil die beiden Messkammern ein einziges Bauteil bilden. Die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung kann so auf relativ kurzem Weg von der einen Messkammer in die andere Messkammer gelangen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung. Ferner sorgt dies in Bezug auf die Strahlung für eine besonders enge Ankopplung der beiden Messkammern bezüglich der Strahlung, so dass die in die zweite Messkammer eintretende Strahlung in der zweiten Messkammer gekoppelt ist an die die erste Messkammer verlassende Strahlung.
Weiter kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das Messkammer-Fenster mit einem optischen Filter versehen ist und der optische Filter dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Wellenbereich abzuschwächen. Das kann in der Weise erfolgen, dass das optische Filter als gesondertes Element an dem Messkammer-Fenster angeordnet ist oder das optische Filter in das Messkammer-Fenster integriert ist (bspw. im Fall von optischer Strahlung mittels einer Einfärbung des Messkammer-Fensters). Auf diese Weise erhält die zweite Messkammer die Strahlung mit einem reduzierten Spektrum. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gasdetektionsvorrichtung einen ersten optischen Filter und einen zweiten optischen Filter umfasst, wobei sich zwischen der Strahlungsquelle und der ersten Messkammer der erste optische Filter und zwischen dem ersten optischen Filter und der zweiten Messkammer der zweite optische Filter befindet, sodass die elektromagnetische Strahlung zuerst den ersten optischen Filter und dann den zweiten optische Filter durchdringt, und wobei der zweite optische Filter bevorzugt ein schmalbandigeres Durchlassband aufweist als der erste optische Filter. Auf diese Weise können in der ersten Messkammer Breitbandmessungen (mit vollem oder breiterem Spektrum) und in der zweiten Messkammer selektive Messungen (mit einem reduzierten, also schmaleren Spektrum) vorgenommen werden, wobei die selektive Messung in der zweiten Messkammer durch die gemeinsam genutzte Strahlungsquelle mit der Messung in der ersten Messkammer (Breitbandmessung) gekoppelt ist, beispielsweise in Bezug auf die Intensität der Strahlung. Zum Beispiel strahlt die Strahlungsquelle eine Strahlung mit einem so großen Spektrum ab, dass das Spektrum der Strahlung mindestens zwei verschiedene Spektrallinien enthält (beispielsweise bei einer Krypton-Strahlungsquelle Spektrallinien bei 10,0 eV und 10,6 eV). In der ersten, näher an der Strahlungsquelle gelegenen Messkammer wird zweckmäßigerweise eine Detektion mit vollem Spektrum und der maximalen Ionisationsenergie von 10,6 eV durchgeführt, wobei der optische Filter an der Grenze zu der zweiten Messkammer ein schmalbandigeres Durchlassband aufweist als der erste optische Filter, so dass die 10,6 eV Spektrallinie durch Filterung entfernt wird (z. B. mit Calciumfluorid CaF2 als Material) und die zweite Messkammer dann mit 10,0 eV Spektrallinie bestrahlt ist. Damit lassen sich verschiedene Untersuchungsziele auf vorteilhafte Weise kombinieren, beispielsweise durch Nutzung der energiereicheren 10,6 eV Spektrallinie zugunsten einer besseren Nachweisgrenze und mit der 10,0 eV Spektrallinie zur Nutzung der dort gegebenen besseren Selektivität.
Es sei angemerkt, dass der Messkammer-Trenner und die optischen Filter einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein können, d. h. gasdichte Trennungsfunktion und Filterfunktion sind in einem Element vereinigt, oder gesonderte Elemente für die gasdichte Trennungsfunktion und spektrumsabhängige unterschiedliche Transmissionseigenschaften (optische Filter) sind vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die erste Messkammer und die zweite Messkammer jeweils eigene Öffnungen zum Einströmen sowie Öffnungen zum Ausströmen für das jeweilige Gasgemisch aufweisen, so dass sie unabhängig voneinander von dem jeweiligen Gasgemisch durchströmbar sind. So können unterschiedliche Gasgemische durch die beiden Messkammern fließen, ein erstes Gasgemisch durch die erste Messkammer und ein zweites, unterschiedliches Gasgemisch durch die zweite Messkammer. Dies kann bspw. genutzt werden, um ein in seiner Zusammensetzung bekanntes Referenzgas als Zielgas für die erste Messkammer und ein auf seine Zusammensetzung zu untersuchendes Probegas als Zielgas für die zweite Messkammer vorzusehen.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Fluidverbindung die erste Messkammer mit der zweiten Messkammer verbindet, so dass beide Messkammern von demselben Gasgemisch durchströmt sind. Das Gasgemisch fließt hierbei zunächst durch die eine Messkammer, dann durch die Fluidverbindung und dann durch die andere Messkammer. Es ist so eine Hintereinanderschaltung (Reihenschaltung) der Messkammern gebildet. Möglich ist auch, dass ein Teil des Gasgemischs durch beide Messkammern fließt und ein anderer Teil des Gasgemischs in der Fluidverbindung abgezweigt wird, beispielsweise für eine Untersuchung außerhalb der Messkammern.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die beiden Messkammern parallel zueinander angeordnet sind und die beiden Gasgemische übereinstimmen. Das Gasgemisch wird flussaufwärts von den beiden Messkammern aufgeteilt, sodass ein erster Teil des Gasgemischs durch die erste Messkammer und ein zweiter Teil des Gasgemischs durch die zweite Messkammer fließt. Durch die beiden Messkammern fließt dann das gleiche Gasgemisch. Dies ermöglicht einen größeren Durchsatz und ein schnelleres Ansprechverhalten bei Änderungen des Gasgemisches, bspw. bei sich ändernder Konzentration, verglichen mit einer Gasdetektionsvorrichtung mit nur einer Messkammer.
Möglich ist auch, dass durch die beiden parallel angeordneten Messkammern zwei unterschiedliche Gasgemische fließen. Das eine Gasgemisch fließt nur durch die eine Messkammer, das andere Gasgemisch nur durch die andere Messkammer.
Vorzugsweise umfasst die Gasdetektionsvorrichtung einen Reflektor für elektromagnetische Strahlung, wobei die Strahlungsquelle und der Reflektor so angeordnet sind, dass die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung ein erstes Mal beide Messkammern durchdringt, vom Reflektor reflektiert wird und ein zweites Mal beide Messkammern durchdringt. Es wird so mittels des Reflektors die Strahlung wieder durch die Messkammern zurück reflektiert, und der erzielte optische Weg und damit der hervorgerufene physikalische Effekt werden erhöht. So kann mit wenig Aufwand die nutzbare Strahlung in den Messkammern erhöht werden. Das ermöglicht mit wenig Aufwand eine weitere Steigerung der Messempfindlichkeit.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gasdetektionsvorrichtung so ausgestaltet, dass beiden Messkammern das gleiche oder sogar dasselbe Gasgemisch zugeführt wird. Dabei ist der erste Mess-Detektor dazu ausgestaltet, im zugeführten Gasgemisch mindestens ein vorgegebenes Zielgas in der ersten Messkammer zu detektieren und als erstes Signal ein mit dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Zielgases in dem Gasgemisch korrelierendes Signal zu generieren, und der zweite Mess-Detektor ist dazu ausgestaltet, das Gasgemisch in der zweiten Messkammer zu analysieren und als zweites Signal ein mit einer Zusammensetzung des Gasgemisches korrelierendes Signal zu generieren. Damit kann mittels der ersten Messkammer eine Suche nach der Anwesenheit von einem bestimmten Gas (dem Zielgas) durchgeführt werden. Mittels der zweiten Messkammer kann dann das Gasgemisch auf Bestandteile analysiert werden. In diesem Sinne können die erste Messkammer als ein Sucher für das Zielgas und die zweite Messkammer als Analyseeinrichtung fungieren. Für beide Messkammern wird dieselbe Strahlungsquelle verwendet. Dies ermöglicht einen besonders kompakten und kostengünstigen Aufbau. Dies spart Aufwand und ermöglicht dank zweier Messkammern und gemeinsamer Strahlungsquelle eine Erhöhung der Messqualität.
In einer Fortbildung dieser Ausführungsform ist der zweiten Messkammer eine Trennsäule vorgeschaltet. Eine Trennsäule umfasst typischerweise eine Röhre oder Kapillare mit einem definierten Innendurchmesser, durch welche ein Gasgemisch mit zu analysierenden Substanzen geführt wird; eine derartige Trennsäule stellt das Kernstück eines Gas-Chromatographen dar, und Aufbau sowie Funktionsweise einer Trennsäule sind dem Fachmann bekannt. Häufig sind mehrere Trennsäulen und/oder eine Mehrzahl von Kapillaren für die Trennsäule vorgesehen, insbesondere für mehrparametrige Messungen. Somit kann vorgesehen sein, dass an die Messkammern der erfindungsgemäßen Gasdetektionsvorrichtung verschiedene Trennsäulen oder verschiedene Kapillaren einer Trennsäule angeschlossen sein können. Mit einer solchen unterschiedlichen Belegung wird erreicht, dass für jede Trennsäule und/oder jede Kapillare der Trennsäule jeweils eine eigene Messkammer vorgesehen sein kann.
Zweckmäßigerweise ist dazu weiter vorgesehen, dass die Gasdetektionsvorrichtung eine Kalibriereinrichtung umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, unter Verwendung des zweiten Mess-Detektors die Sensitivität der Trennsäule zu kalibrieren. So kann mit relativ geringem Aufwand die vorgeschaltete Trennsäule kalibriert werden unter Nutzung der zweiten Messkammer. Somit kann eine rasche und weitgehend autarke Kalibrierung erreicht werden, die insbesondere bei tragbaren Gasdetektionsvorrichtungen im Feldeinsatz einen wertvollen Vorteil darstellt, da keine zentrale Teststation benötigt wird. Nicht erforderlich ist, die tragbare Gasdetektionsvorrichtung zwecks Kalibrierung zu dieser zentralen Teststationen zu bringen. Die Kalibriereinrichtung kann weiter dazu ausgebildet sein, die Kalibrierung unter Nutzung der Verkopplung der beiden Messkammern mit ihren Mess-Detektoren durchzuführen. So kann die Kalibriereinrichtung auch dazu ausgebildet sein, mittels der ersten Messkammer mit ihrem Mess-Detektor eine Sensibilitätskalibrierung der zweiten Messkammer und ihrem zweiten Mess-Detektor vorzunehmen. So können auch Schwankungen oder Änderungen der Strahlungscharakteristik der Strahlungsquelle (beispielsweise durch Alterung) erkannt und bis zu einem gewissen Grad rechnerisch kompensiert werden.
Die Gasdetektionsvorrichtung umfasst vorzugsweise zusätzlich zu den beiden Messkammern mindestens eine weitere Messkammer und für die oder mindestens eine weitere Messkammer jeweils einen weiteren Mess-Detektor, wobei die erste Messkammer, die zweite Messkammer und die oder jede weitere Messkammer in einem Stapel angeordnet sind, wobei die Gasdetektionsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung jede Messkammer mindestens einmal durchdringt und wobei der oder jeder weitere Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der zugeordneten weiteren Messkammer zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die zugeordnete weitere Messkammer durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der zugeordneten weiteren Messkammer korrelierendes weiteres Signal zu generieren. Hierbei ist die jeweilige Durchflussrichtung durch die Messkammern bevorzugt senkrecht oder schräg auf der Stapelrichtung. Dadurch können in entsprechende Weise weitere Messkammern zur Bildung von zusätzlichen unabhängigen Messstellen unter gemeinsamer Nutzung der Strahlungsquelle kombiniert werden. Indem die weiteren Messkammern sozusagen auf die ersten und zweiten Messkammern „aufgestapelt“ werden können, ergibt sich mit dieser Stapelbauweise eine relativ kompakte Anordnung, die nicht nur eine effiziente gemeinsame Nutzung der Strahlungsquelle erlaubt, sondern darüber hinaus auch kompakt ist und somit besonders geeignet für eine tragbare Gasdetektionsvorrichtung. Ferner ermöglicht dies einen übersichtlichen und raumsparenden Anschluss von Fluidverbindungen an die Messkammern.
In einer Ausgestaltung ist der erste Mess-Detektor ein erster Ionisierungs-Detektor oder umfasst einen solchen, und der zweite Mess-Detektor ist ein zweiter Ionisierungs-Detektor oder umfasst einen solchen, wobei der erste Ionisierungs-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für die Ionisierung eines Zielgases in der ersten Messkammer zu messen und als erstes Signal ein mit der Ionisierung in der ersten Messkammer korrelierendes erstes Signal zu generieren, und wobei der zweite Ionisierungs-Detektor dazu ausgestaltet ist, ein Maß für die Ionisierung eines Zielgases in der zweiten Messkammer zu messen und als zweites Signal ein mit der Ionisierung in der zweiten Messkammer korrelierendes zweites Signal zu generieren. Bevorzugt sind der erste und der zweite Mess-Detektor als jeweils ein Photoionisationsdetektor realisiert. Photoionisationsdetektoren sprechen robust und schnell an und ermöglichen so eine Gasdetektionsvorrichtung auf kompaktem Raum, die tragbar sein kann.
Mit Vorteil umfasst der erste und/oder der zweite Mess-Detektor jeweils ein Paar von Elektroden, wobei die beiden Elektroden des Elektroden-Paars dergestalt in der zugeordneten Messkammer angeordnet sind, dass das Gasgemisch zwischen den beiden Elektroden hindurchfließt, wenn es durch die Messkammer fließt. Damit befindet sich das Gasgemisch im wirksamen Bereich zwischen den beiden Elektroden, und es kann so eine Erhöhung des Messsignals und damit eine Steigerung der Empfindlichkeit erreicht werden.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Mess-Detektor ein erster Absorptions-Detektor ist oder einen solchen umfasst und der zweite Mess-Detektor ein zweiter Absorptions-Detektor ist oder einen solchen umfasst, wobei der erste Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, als Maß für den physikalischen Effekt eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der ersten Messkammer zu messen und als erstes Signal ein mit der Absorption in der ersten Messkammer korrelierendes erstes Signal zu generieren, und der zweite Mess-Detektor dazu ausgestaltet ist, als Maß für den physikalischen Effekt eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der zweiten Messkammer zu messen und als zweites Signal ein mit der Absorption in der zweiten Messkammer korrelierendes zweites Signal zu generieren. Bevorzugt wird diese Ausgestaltung mit mindestens einem optischen Filter kombiniert. Manche Zielgase absorbieren nämlich nur in bestimmten Wellenlängenbereichen einen erheblichen Anteil von elektromagnetischer Strahlung.
Weiter kann auch vorgesehen sein, dass der erste Mess-Detektor ein erster photoakustischer Detektor ist oder einen solchen umfasst und der zweite Mess-Detektor ein zweiter photoakustischer Detektor ist oder einen solchen umfasst. Bei einem photoakustischen Detektor wird das Gasgemisch in eine Messkammer eingebracht und durch gepulste elektromagnetische Strahlung angeregt. Die Wellenlänge der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung ist dabei so ausgewählt, dass zumindest eine für das nachzuweisende Zielgas spezifische Anregung erzeugt werden kann, weil das Zielgas elektromagnetische Strahlung absorbiert. Durch die dabei aufgenommene Energie werden die Moleküle des Zielgases angeregt und relaxieren nachfolgend unter Ausbildung einer Druckwelle. Es entstehen akustische Wellen. Die Intensität der akustischen Wellen, die mit einem Schallwandler (Mikrofon) oder sonstigen geeigneten Sensor aufgenommen werden können, korreliert mit der Stärke der Absorption und ist daher ein Maß für die Konzentration des Zielgases. Als Maß für den physikalischen Effekt ist der erste Mess-Detektor dazu ausgebildet, einen photoakustischen Effekt in der ersten Messkammer zu messen, und der zweite Mess-Detektor vermag einen photoakustischen Effekt in der zweiten Messkammer zu messen.
Die Erfindung lässt sich somit für unterschiedliche Sensorkonzepte anwenden.
Zweckmäßigerweise umfassen die Messkammern jeweils eine Wandung, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, wobei das jeweilige Gasgemisch durch die Einlassöffnung in die Messkammer strömt und aus der Auslassöffnung wieder aus der Messkammer ausströmt, und wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung einer Messkammer an zwei einander gegenüberliegenden Wandabschnitten der Messkammer angeordnet sind und bevorzugt auf einer Achse miteinander fluchtend angeordnet sind. Damit kann eine besonders rasche und zuverlässige Ausbildung der laminaren Durchströmung erreicht werden, was für ein schnelles Ansprechverhalten und für eine verbesserte Messempfindlichkeit der Gasdetektionsvorrichtung sorgt. Außerdem tritt dank der laminaren Durchströmung keine Vermischung von zeitlich nacheinander eintretenden verschiedenen Gasen auf, somit wird der Fluss des Gasgemischs besser genutzt.
Es ist zweckmäßig, wenn mindestens eine Messkammer eine Wandung umfasst, die in einer Querschnittsfläche eine ovale Form aufweist, wobei zwei Elektroden des Mess-Detektors an den beiden schwächer gekrümmten Bereichen der Wandung angeordnet sind. Durch die Anordnung an den schwächer gekrümmten Seiten kann eine relativ homogene Gestaltung des Felds zwischen den Elektroden erreicht werden, was für günstigere Messeigenschaften (zum Beispiel Linearität) sorgt. Außerdem werden damit die längeren Seiten des Ovals für die Anordnung der Elektroden genutzt, was relativ großflächige Elektroden und damit eine Steigerung der Messempfindlichkeit erlaubt. Diese Ausgestaltung lässt sich insbesondere in Verbindung mit einem Ionisierungs-Detektor verwenden.
Vorzugsweise umfasst die Gasdetektionsvorrichtung einen Fluidförderer, insbesondere eine Pumpe, wobei der Fluidförderer bewirkt, dass das oder jedes Gasgemisch durch die Gasdetektionsvorrichtung fließt. In einer Ausgestaltung bewirkt der Fluidförderer, dass das Gasgemisch aufgeteilt wird und daher wenigstens ein Teil des Gasgemischs durch die erste Messkammer und wenigstens ein anderer Teil des Gasgemischs durch die zweite Messkammer fließt. Möglich ist auch, dass der Fluidförderer zwei verschiedene Gasgemische fördert. Alternativ können zwei verschiedene Fluidförderer für zwei unterschiedliche Gasgemische verwendet werden. Mit dem Fluidförderer kann eine gesicherte und reproduzierbare Zuführung von dem Gasgemisch in die beiden Messkammern sichergestellt werden. Außerdem erreicht das oder das jeweilige Gasgemisch schneller die Messkammern, als wenn das Gasgemisch in die Messkammern hinein diffundieren würde.
Mit Vorteil umfasst die Gasdetektionsvorrichtung eine weitere Strahlungsquelle, wobei sowohl die erste Messkammer als auch die zweite Messkammer sich zwischen der Strahlungsquelle und der weiteren Strahlungsquelle befinden. Die beiden Messkammern werden also von zwei gegenüberliegenden Seiten mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt. Damit kann die gesamte auf die beiden Messkammern einwirkende Strahlung erhöht werden und somit ein größeres Messsignal erzeugt werden, wodurch sich die Messempfindlichkeit der Gasdetektionsvorrichtung in vorteilhafter Weise erhöht. Besonders zweckmäßig ist, wenn die beiden elektromagnetischen Strahlungen, die die beiden Strahlungsquellen emittieren, sich in mindestens einem Wellenbereich unterscheiden. Damit kann eine Verbreiterung des Messbereichs erzielt werden.
Die Gasdetektionsvorrichtung ist zweckmäßigerweise als ein tragbares Gerät ausgestaltet. Hierbei kommen die Vorzüge der kompakten Gestaltung besonders zur Wirkung. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gasdetektionsvorrichtung ausgestaltet ist als ein Gerät, welches ein Benutzer in einer Hand tragen kann. Der Benutzer kann die tragbare Gasdetektionsvorrichtung mit sich führen und wird gewarnt, wenn sich in seiner Umgebung ein Zielgas befindet.
Mit Vorteil umfasst die Gasdetektionsvorrichtung eine eigene Spannungsversorgungseinheit. Diese ist bevorzugt ausgeführt als ein Satz von wiederaufladbaren Batterien. Das begünstigt den portablen Einsatz der Gasdetektionsvorrichtung weiter.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher anhand von beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Es zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer in einer Hand gehaltenen Gasdetektionsvorrichtung;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Gasdetektionsvorrichtung umfassend einen Messeinrichtung mit einer vorgeschalteten Gaschromatografie-Trennsäule;
3a, b eine Aufsicht in Strahlungsrichtung darstellend das Innere einer einzelnen Messkammer und eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Gasdetektionsvorrichtung mit Strahlungsquelle und zwei Messkammern;
4 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Gasdetektionsvorrichtung mit einer Fluidverbindung für Parallelschaltung der Messkammern;
5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Gasdetektionsvorrichtung mit aufeinander gestapelten Messkammern und einer Fluidverbindung für Reihenschaltung;
6 eine alternative Ausführungsform zu der ersten Ausführungsform mit einer anderen Anordnung der Sensor-Elektrode; und
7a, b Detailansichten des strahlungsfernen Endes der Gasdetektionsvorrichtung mit einem aufgesetzten Reflektor oder einer zweiten Strahlungsquelle.

Eine Gasdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet, vgl. 1. Sie weist ein annähernd quaderförmiges Gehäuse 10 auf, an dessen einer Stirnseite 11 ein Einlass 12 zur Zuführung von mindestens einem zu analysierendem Gasgemisch angeordnet ist. Im Inneren des Gehäuses 10 sind eine Messeinrichtung 2 sowie eine Spannungsversorgungseinheit 13, die als ein Energiespeicher zum Betrieb der Gasdetektionsvorrichtung fungiert, angeordnet. Ferner ist eine Auswerte- und Steuerschaltung 18 vorgesehen, die u.a. an die Messeinrichtung 2 angeschlossen ist.
Die Messeinrichtung 2 umfasst zwei Messkammern 6 und 6' und zwei Mess-Detektoren 7 und 7' (je einer für jede Messkammer 6, 6') sowie eine Trennsäule 3, die beide an einem Anschlussblock 20 angeordnet sind, vgl. 2; ferner ist ein weiterer Anschlussblock 21 vorhanden, an dem die Trennsäule 3 mit ihrem Anfang angeschlossen ist. Optionale Fluidleitungen zur Zufuhr und Abfuhr von mindestens einem Gasgemisch sowie Energieversorgungsleitungen und Mess- bzw. Signalleitungen sind nicht dargestellt. Das zu analysierendes Gasgemisch ist von dem Einlass 12 geführt über nicht dargestellte Fluidleitungen zur Messeinrichtung 2, durch diesen hindurch und von dort über eine in diesem Ausführungsbeispiel als Gebläseeinheit ausgeführte Pumpe 4 zu einem Auslass (nicht dargestellt) aus dem Gehäuse 10.
Die Messeinrichtung 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert. Die Messeinrichtung 2 ist als Photoionisationsdetektor (PID) ausgeführt und umfasst eine als UV-Lampe ausgeführte Strahlungsquelle 50 an einem Ende. Die Strahlungsquelle 50 strahlt entlang einer Strahlungsrichtung 51 elektromagnetische Strahlung ab, insbesondere UV-Licht, über ein zur Analyse des Gasgemischs ausreichendes Spektrum, mindestens aber zwei Spektrallinien. Eine Strömungsrichtung, in der das oder jedes Gasgemisch die Messkammern 6, 6' durchströmt, liegt in den Zeichenebenen von 3a) und 3b). Die Strahlungsrichtung 51 steht senkrecht auf der Zeichenebene von 3a) und liegt in der Zeichenebene von 3b).
Die Beschreibung bezieht sich beispielhaft auf eine Orientierung der Gasdetektionsvorrichtung 1, bei der die Strahlungsquelle 50 unten angeordnet ist und die Messkammern 6, 6' senkrecht oberhalb der Strahlungsquelle 50 gestapelt sind. Die Strahlungsquelle 50 ist unmittelbar unterhalb der ersten Messkammer 6 angeordnet, die einen von einer Wandung 61 umhüllten Innenraum 60 aufweist. 3a) zeigt die erste Messkammer 6.
Eine zweite Messkammer 6' ist bevorzugt genauso aufgebaut wie die erste Messkammer 6. Zwischen zwei gegenüberliegenden Abschnitten 62, 63 der Wandung 61 sind jeweils eine Öffnung 64 zum Einströmen von dem Gasgemisch und eine Öffnung 65 zum Ausströmen des Gasgemischs aus dem Innenraum 60 der ersten Messkammer 6 des Gasdetektionsvorrichtung 1 angeordnet. Die Durchflussrichtungen durch die Öffnungen 64, 65 sind auf gleicher Achse positioniert. Damit geben diese Öffnungen 64, 65 eine Richtung für die Strömung des Gasgemischs durch den Innenraum 60 der Messkammer 6 vor. Ferner sind an der Wandung 61 zwei Elektroden 71, 72 des Mess-Detektors 7 angeordnet, und zwar an gegenüberliegenden Wandabschnitten 62, 63 und links bzw. rechts zur Richtung der Gasströmung. Zwischen ihnen liegt nahezu der vollständige Innenraum 60, sodass die Elektroden 71, 72 einen großen Bereich abdecken und somit eine hohe Messempfindlichkeit erzielen können.
Zwischen der Strahlungsquelle 50 und der ersten Messkammer 6 ist ein Messkammer-Trenner 66 angeordnet, der ein Bodenelement der Wandung 61 bildet. Der Messkammer-Trenner 66 umfasst ein für elektromagnetische Strahlung transmissives, jedoch gasdichtes Messkammer-Fenster 68 mit optischem Filter 69 in oder an dem Messkammer-Trenner 66. Als Material für das Messkammer-Fenster 68 mit optischem Filter 69 dient beispielsweise Magnesiumfluorid, jedoch können auch andere für elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Licht, durchlässige Materialien verwendet werden wie beispielsweise Lithiumfluorid oder Calciumfluorid. Die Wandung 61 der Messkammer 6 außerhalb des Messkammer-Fensters 68 besteht aus einem nicht-ionisierenden Material, dass vorzugweise ebenfalls nicht transmissiv ist für elektromagnetische Strahlung. Materialbeispiele hierfür sind Teflon oder Kunststoffmaterial insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen. Zweckmäßigerweise ist dieses Material elektrisch isolierend, um die Gefahr einer negativen Beeinträchtigung auf das von dem Mess-Detektor 7 erfasste elektromagnetische Feld im Innenraum 60 der ersten Messkammer 6 zu reduzieren.
Wie insbesondere in 3a) gut zu erkennen ist, weist die erste Messkammer 6 in ihrer Querschnittsdarstellung in Strahlungsrichtung 51 gesehen eine ovale Form auf. Hierbei sind an dem Scheitelpunkt der stärker gekrümmten (Quer-)Seiten die Öffnungen 64, 65 zum Einlass und Auslass des Gasgemischs und an den schwächer gekrümmten (Längs-)Seiten, vorzugsweise mittig, die Elektroden 71, 72 angeordnet. Damit wird eine laminare Durchströmung der Messkammer 6 durch das Gasgemisch parallel zu dem Messkammer-Trenner 66 erzielt. Die laminare Durchströmung ermöglicht eine bessere Nutzung des Gasgemisch-Flusses für die Messung. Außerdem tritt keine Vermischung von zeitlich nacheinander eintretenden verschiedenen Gasen auf, somit wird der Gasfluss besser genutzt. Der zum Spülen erforderliche Aufwand, insbesondere der zum Spülen erforderliche Fluss kann auf diese Weise reduziert werden. Dies vereinfacht den Fluidtransport, verringert den dafür benötigten Energieverbrauch und ermöglicht so eine höhere Zuverlässigkeit.
Die bauartbedingte Strömungsrichtung des Gasgemisch-Flusses ist somit orthogonal zu der Strahlungsrichtung 51. Dies ergibt einen hohen Ausnutzungsgrad der von der Strahlungsquelle 50 abgestrahlten Strahlung.
Die Elektroden 71, 72 sind so angeordnet, dass sie keinen Kontakt zu dem Messkammer-Trenner 66 aufweisen und insbesondere räumlich vom Messkammer-Trenner 66 beabstandet positioniert sind. Da das für die optischen Filter 69 der Messkammer-Trenner 66 typischerweise verwendete Material eine hohe Dielektrizitätszahl (bevorzugt im Bereich von 4 bis 5, beispielweise für Magnesiumfluorid bzw. im Bereich von 6 bis 7 für Calciumfluorid) aufweist, hat die vom Messkammer-Trenner 66 beabstandete Anordnung der Elektroden 71, 72 den Vorteil, dass der Einfluss der oft unvermeidlichen parasitären Kapazität in vielen Fällen verringert wird.
Auf die erste Messkammer 6 ist eine zweite Messkammer 6' aufgesetzt, mit einem weiteren Messkammer-Trenner 66' dazwischen. Der weitere Messkammer-Trenner 66' weist ebenfalls ein Messkammer-Fenster 68' mit optischem Filter 69' auf, durch das Strahlung aus der ersten Messkammer 6 in die zweite Messkammer 6' längs der Strahlungsrichtung 51 einstrahlt. An der dem Messkammer-Trenner 66 gegenüberliegenden Seite der Messkammer 6' ist entweder ein weiterer Messkammer-Trenner 66' oder ein Deckelement 67 angeordnet. Für die zweite Messkammer 6' gilt im Übrigen das zu der ersten Messkammer 6 vorstehend Beschriebene entsprechend, insbesondere weist sie eine der ersten Messkammer 6 entsprechende bauliche Gestaltung auf einschließlich Anordnung der Elektroden 71, 72 wie in 3a) dargestellt. Gleiche oder gleichartige Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auf diese Weise wird die von der Strahlungsquelle 50 in die erste Messkammer 6 eingestrahlte Strahlung entlang der Strahlungsrichtung 51 weitergeführt, und zwar durch den Messkammer-Trenner 66' zwischen der ersten Messkammer 6 und der zweiten Messkammer 6' hindurch in die besagte zweite Messkammer 6' hinein, sodass dort eine zweite von der Messung in der ersten Messkammer 6 unabhängige Messung durchgeführt wird.
Die Messkammern 6, 6' können unabhängig voneinander mit Gasgemisch versorgt werden, auch mit verschiedenen Gasgemischen. Dies ist in 3 exemplarisch dargestellt, wobei unterschiedliche Anschlussleitungen 14, 14' zur Zuführung von unterschiedlichen Gasgemischen zu den Öffnungen zum Einströmen 64, 64' der beiden Messkammern 6, 6' angeordnet sind. Entsprechend können auch jeweils unterschiedliche Anschlussleitungen 15, 15' an die Öffnungen zum Ausströmen 65, 65' angeschlossen sein. Es kann auch mittels Fluidverbindungen 16 eine Parallelschaltung der Messkammern 6, 6' (s. 4) oder eine Reihenschaltung der Messkammern 6, 6' (vgl. 5) vorgesehen sein.
Da stets dieselbe Strahlungsquelle 50 genutzt wird, wird eine Kopplung bezüglich der Strahlung erzielt, wodurch eine Kalibrierung erleichtert wird. In einer Ausgestaltung umfasst die Gasdetektionsvorrichtung 1 eine Kalibriereinrichtung 17 (vgl. 1), welche unter Nutzung der strahlungsmäßigen Verkopplung der Messkammern 6, 6' eine Kalibrierung durchführt und/oder mittels des Mess-Detektors 7' in der zweiten Messkammer 6' eine vorgeschaltete Trennsäule 3 kalibriert.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist auf der strahlungsquellenfernen Seite der zweiten Messkammer 6' unmittelbar auf der zweiten Messkammer 6' eine weitere Messkammer 6" mit einem weiteren Messkammer-Trenner 66", weiteren Messkammer-Fenster 68" und weiteren optischen Filter 69" sowie einem weiteren Mess-Detektor 7" angeordnet; optional sukzessiv mehrere weitere Messkammern. Dies ist in 5 veranschaulicht; bei der nachfolgenden Erläuterung werden für mit der ersten Ausführungsform gleiche oder gleichartige Elemente dieselben Bezugsziffern verwendet.
Jede der zweiten und weiteren Messkammern 6', 6" ist in gleicher Weise wie die erste Messkammer 6 mit Öffnungen 64', 64" und 65', 65'' zum Einströmen bzw. Ausströmen von dem zu analysierendem Gasgemisch versehen. Es können Leitungsverbindungen als Fluidverbindungen 16 zwischen den Messkammern 6, 6', 6" vorgesehen sein, von denen zur Veranschaulichung eine Fluidverbindung 16 beispielhaft zwischen der ersten und zweiten Messkammer 6, 6' in 5 sowie eine weitere Fluidverbindung 16` zwischen der zweiten und dritten Messkammer 6', 6" dargestellt sind. Auf diese Weise können die Messkammern 6, 6', 6" in Flussrichtung hintereinander geschaltet werden, und so das zu analysierende Gasgemisch von einer Messkammer 6 in die nächste Messkammer 6', 6" geleitet werden. So können zeitlich überlappend mehrere Messreihen mit demselben zu analysierendem Gasgemisch durchgeführt werden.
5 zeigt eine Reihenschaltung von drei Messkammern 6, 6', 6". Möglich ist auch, dass mindestens drei Messkammern 6, 6', 6" parallel geschaltet sind.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass zumindest einige der optischen Filter 69, 69', 69" dergestalt ausgeführt sein können, dass deren Transmissionseigenschaften voneinander abweichen. Unter „abweichend“ wird hierbei insbesondere verstanden, dass das zweite optische Filter 69' einen schmalbandigeren Durchlassbereich aufweist als das optische Filter 69 zwischen der Strahlungsquelle 51 und der ersten Messkammer 6. Eine beispielhafte Ausgestaltung ist die, dass bei einer Abstrahlung seitens der Strahlungsquelle von zwei Spektrallinien im Bereich von 10,0 und 10,6 eV (Elektronenvolt) beide durch das erste optische Filter 69 und den ersten Messkammer-Trenner 66 in die erste Messkammer 6 geleitet werden, jedoch das zweite optische Filter 69' zu der zweiten Messkammer 6' einen schmaleren Durchlassbereich aufweist, sodass dorthin nur die Spektrallinie mit 10,0 eV passieren kann. Dadurch lassen sich mindestens zwei Zielgase in dem zu analysierenden Gasgemisch detektieren und voneinander unterscheiden, indem unterschiedliche Absorptionsvermögen bei den verschiedenen Spektrallinien ausgewertet werden. Weiter können auch Vorzüge der Verwendung bestimmter Spektrallinien miteinander kombiniert werden, beispielsweise wenn bei der Spektrallinien von 10,6 eV eine bessere Nachweisgrenze erreicht werden kann, was insbesondere für einen Sucherdetektor in einem Suchmesspfad von Vorteil ist, und/oder wenn bei der Spektrallinien von 10,0 eV eine bessere Selektivität erreicht werden kann, was insbesondere für einen Trennmesspfad von Vorteil ist. Dank dieser Mehrfachmesskammer-Anordnung können Breitbandmessungen einerseits und selektive Messungen andererseits zeitgleich mit derselben Messeinrichtung 2 durchgeführt werden.
Ferner ist es möglich, die Öffnungen zum Einströmen 64, 64', 64" der verschiedene Messkammern 6, 6', 6" unterschiedlich mit Anschlussleitungen 14 und/oder einer Kapillare der Trennsäule 3 (vgl. 2) zu verbinden, wodurch nicht nur eine sondern ggf. auch mehreren Trennsäulen 3 bzw. bei multikapillaren Trennsäulen die einzelnen Kapillaren auf kostengünstige und kompakte Weise jeweils einzeln angeschlossen und gemessen werden können. Damit können den Messkammern 6, 6', 6" verschiedene zu analysierende Gasgemische zugeführt werden; es kann aber auch vorgesehen sein, zumindest einige der Messkammern in Reihe zu schalten (wie mit der Fluidverbindung 16 in 5 dargestellt), so dass dasselbe zu analysierende Gasgemisch nacheinander durch die verschiedenen Messkammern strömt und so bspw. unter Nutzung unterschiedlichen Spektrallinien, wie vorstehend erläutert, gemessen werden kann. Als eine treibende Kraft für die erforderliche Strömung des Gases kann hierzu insbesondere die Pumpe 4 fungieren.
Für die Ausführung des in Strahlungsrichtung 51 am weitesten von der Strahlungsquelle 50 entfernt liegenden Deckelements 67 sind alternative Gestaltungen in 7a, b gezeigt. So kann vorgesehen sein, auf dieses Deckelement 67 der in Strahlungsrichtung letzten Messkammer 6' oder 6'' einen Reflektor 76 aufzubringen, um so die Strahlung wieder durch die verschiedenen Messkammern 6'', 6', 6 entgegen der ursprünglichen Strahlungsrichtung 51 zurück zu reflektieren und so die Gesamtstrahlung auf effiziente Weise zu erhöhen. Dies hat zusammen mit der vorbeschriebenen Anordnung der Elektroden 71, 72 ferner den Vorteil, dass das Deckelement 67 frei von den Elektroden 71, 72 bleiben kann. Dies ermöglicht es, einen großflächigen Reflektor 76 auf dem Deckelement 67 anzuordnen, um so mit wenig Aufwand die nutzbare Strahlung im jeweiligen Innenraum 60 der beiden Messkammern 6 und 6' zu erhöhen.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, am Deckelelement 67 eine zweite Strahlungsquelle 50' anzubringen, welche von einer entgegengesetzten Seite und vorzugsweise mit einem unterschiedlichen, d. h. von der Strahlungsquelle 50 abweichenden, Spektrum elektromagnetische Strahlung in die Messkammern 6", 6', 6 einstrahlt, was zusätzliche Möglichkeiten bei der Messung eröffnet. Insbesondere kann so die Strahlung verstärkt und so eine höhere Messempfindlichkeit erreicht werden, oder es können durch eine Strahlung mit anderem Spektrum bzw. Spektrallinien zusätzliche Messvarianten erschlossen werden. Die beiden Strahlungsquellen 50, 50' können auch Strahlung mit dem gleichen Spektrum emittieren.

Ein Beispiel für eine zweckmäßige Kombination von sechs Messkammern I bis VI mit voneinander verschiedenen Messkammer-Trennern 66 bzw. optischen Filtern 69', 69 (hier beispielhaft ausgeführt aus Magnesiumfluorid bzw. Calciumfluorid) für unterschiedliche Spektrallinien ist in der folgenden Tabelle angegeben. Hierbei werden ein Sucherpfad, an den die Messkammern I und VI angeschlossen sind, sowie ein Messpfad umfassend mehrere Kapillare (OP-1 bzw. DB-624) der Trennsäule eines Gas-chromatographen (GC), an den die übrigen Messkammern angeschlossen sind, realisiert. Hierbei sind die Messkammern I und IV, II und V sowie III und VI jeweils mittels Fluidverbindungen 16 in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet:

	Funktion	Max. Ionisationsenergie [eV]
Lampe	UV-Quelle	10,6
UV-Fenster [MgF2]	Messkammer-Trenner
Proberaum von Messkammer I	GC mit OP-1	10,6
UV-Fenster [MgF2]	Messkammer-Trenner
Proberaum von Messkammer II	GC mit DB-624	10,6
UV-Fenster [MgF2]	Messkammer-Trenner
Proberaum von Messkammer III	Sucher	10,6
UV-Fenster [CaF2]	Messkammer-Trenner mit optischem Filter
Proberaum von Messkammer IV	GC mit OP-1	10,0
UV-Fenster [MgF2]	Messkammer-Trenner
Proberaum von Messkammer V	GC mit DB-624	10,0
UV-Fenster [MgF2]	Messkammer-Trenner
Proberaum von Messkammer VI	Sucher	10,0
UV-Reflektor	Reflektion

Bei einer alternativen, in 6 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Elektrode 71 am Messkammer-Trenner 66 und die Elektrode 72 am Deckelement 67 angeordnet ist. Dies ermöglicht räumlich ausgedehnte Elektroden 71, 72. Sie sollten aus für die Strahlung transparentem Material bestehen oder aber nicht vollflächig sein, damit die von der Strahlungsquelle 50 emittierte Strahlung in die Messkammern 6, 6' eintreten kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 110596232 A [0003]
EP 1262770 A2 [0003]
EP 1243921 A2 [0003]

Claims

Gasdetektionsvorrichtung (1) zur Detektion mindestens eines Zielgases in mindestens einem Gasgemisch, wobei die Gasdetektionsvorrichtung (1) eine Strahlungsquelle (50), die dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, eine erste Messkammer (6) und eine zweite Messkammer (6') sowie einen ersten Mess-Detektor (7) und einen zweiten Mess-Detektor (7') umfasst, wobei die zweite Messkammer (6') räumlich getrennt von der ersten Messkammer (6) ist, wobei die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass ein erstes Gasgemisch durch die erste Messkammer (6) fließt und ein zweites Gasgemisch durch die zweite Messkammer (6') fließt, wobei die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle (50) emittierte elektromagnetische Strahlung zunächst die erste Messkammer (6) und anschließend die zweite Messkammer (6') durchdringt, wobei der erste Mess-Detektor (7) dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der ersten Messkammer (6) zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die erste Messkammer (6) durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas in der ersten Messkammer (6) korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der ersten Messkammer (6) korrelierendes erstes Signal zu generieren, und wobei der zweite Mess-Detektor (7') dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der zweiten Messkammer (6') zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die zweite Messkammer (6') durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas in der zweiten Messkammer (6') korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der zweiten Messkammer (6') korrelierendes zweites Signal zu generieren.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass eine Strahlungsrichtung (51), in der elektromagnetische Strahlung die erste Messkammer (6) durchdringt, senkrecht oder schräg auf einer Strömungsrichtung, in der das erste Gasgemisch die erste Messkammer (6) durchströmt, steht, und/oder eine Strahlungsrichtung (51), in der elektromagnetische Strahlung die zweite Messkammer (6') durchdringt, senkrecht oder schräg auf einer Strömungsrichtung, in der das zweite Gasgemisch die zweite Messkammer (6') durchströmt, steht.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) einen Messkammer-Trenner (66) umfasst, der die erste Messkammer (6) gasdicht von der zweiten Messkammer (6') trennt und sowohl einen Teil einer Wandung der ersten Messkammer (6) als auch einen Teil einer Wandung der zweiten Messkammer (6') bildet, wobei in den Messkammer-Trenner (66) ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Messkammer-Fenster (68) eingelassen ist und wobei die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle (50) emittierte elektromagnetische Strahlung die erste Messkammer (6), dann das Messkammer-Fenster (68) und dann die zweite Messkammer (6') durchdringt.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messkammer-Fenster (68) mit einem optischen Filter (69) versehen ist und der optische Filter (69) dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in wenigstens einem Wellenbereich abzuschwächen.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) einen ersten optischen Filter (69) und einen zweiten optischen Filter (69') umfasst, wobei sich zwischen der Strahlungsquelle (50) und der ersten Messkammer (6) der erste optische Filter (69) und zwischen dem ersten optischen Filter (69) und der zweiten Messkammer (6') der zweite optische Filter (69') befindet und wobei vorzugsweise der zweite optische Filter (69') ein schmalbandigeres Durchlassband aufweist als der erste optische Filter (69).
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidverbindung (16) die erste Messkammer (6) mit der zweiten Messkammer (6') verbindet, sodass das erste und das zweite Gasgemisch dasselbe Gasgemisch sind, und das Gasgemisch zunächst durch die eine Messkammer (6), dann durch die Fluidverbindung (16) und dann durch die andere Messkammer (6') fließt.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass das Gasgemisch zunächst durch die erste Messkammer (6), dann durch die Fluidverbindung (16) und dann durch die zweite Messkammer (6') fließt.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messkammern (6, 6') parallel zueinander angeordnet sind, das erste und das zweite Gasgemisch dasselbe Gasgemisch sind, und die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass ein erster Teil des Gasgemischs durch die erste Messkammer (6) und ein zweiter Teil des Gasgemischs durch die zweite Messkammer (6') fließt.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) einen Reflektor (76) für elektromagnetische Strahlung umfasst, wobei die Strahlungsquelle (50) und der Reflektor (76) so angeordnet sind, dass die von der Strahlungsquelle (50) emittierte elektromagnetische Strahlung ein erstes Mal beide Messkammern (6, 6') durchdringt, vom Reflektor (76) reflektiert wird und ein zweites Mal beide Messkammern (6, 6') durchdringt.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mess-Detektor (7) dazu ausgestaltet ist, mindestens ein vorgegebenes Zielgas in der ersten Messkammer (6) zu detektieren und als erstes Signal ein mit dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Zielgases korrelierendes Signal zu generieren, und der zweite Mess-Detektor (7') dazu ausgestaltet ist, das Gasgemisch in der zweiten Messkammer (6') zu analysieren und als zweites Signal ein mit einer Zusammensetzung des Gasgemisches korrelierendes Signal zu generieren.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass gesehen in einer Strömungsrichtung des Gasgemisches vor der zweiten Messkammer (6') eine Trennsäule (3) angeordnet ist.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) eine Kalibriereinrichtung (17) umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, unter Verwendung des zweiten Mess-Detektors (7') die Sensitivität der Trennsäule (3) zu kalibrieren.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdetektionsvorrichtung (1) mindestens eine weitere Messkammer (6") und für die oder mindestens eine weitere Messkammer (6") jeweils einen weiteren Mess-Detektor (7") umfasst, wobei die erste Messkammer (6), die zweite Messkammer (6') und die oder jede weitere Messkammer (6") in einem Stapel angeordnet sind, wobei die Gasdetektionsvorrichtung (1) so ausgestaltet ist, dass von der Strahlungsquelle (50) emittierte elektromagnetische Strahlung jede Messkammer (6, 6', 6") mindestens einmal durchdringt und wobei der oder jeder weitere Mess-Detektor (7'') dazu ausgestaltet ist, ein Maß für einen physikalischen Effekt in der zugeordneten weiteren Messkammer (6") zu messen, wobei dieser physikalische Effekt von elektromagnetischer Strahlung, welche die zugeordnete weitere Messkammer (6") durchdringt, hervorgerufen wird und mit dem Vorhandensein von Zielgas korreliert, und ein mit dem physikalischen Effekt in der zugeordneten weiteren Messkammer (6'') korrelierendes weiteres Signal zu generieren.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mess-Detektor (7) ein erster Ionisierungs-Detektor ist oder einen solchen umfasst, und der zweite Mess-Detektor (7') ein zweiter Ionisierungs-Detektor ist oder einen solchen umfasst, wobei der erste Ionisierungs-Detektor (7) dazu ausgestaltet ist, ein Maß für die Ionisierung von Zielgas in der ersten Messkammer (6) zu messen und als erstes Signal ein mit der Ionisierung in der ersten Messkammer (6) korrelierendes erstes Signal zu generieren, und wobei der zweite Ionisierungs-Detektor (7') dazu ausgestaltet ist, ein Maß für die Ionisierung von Zielgas in der zweiten Messkammer (6') zu messen und als zweites Signal ein mit der Ionisierung in der zweiten Messkammer (6') korrelierendes zweites Signal zu generieren.
Gasdetektionsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mess-Detektor (7) ein erster Absorptions-Detektor ist oder einen solchen umfasst und der zweite Mess-Detektor (7') ein zweiter Absorptions-Detektor ist oder einen solchen umfasst, wobei der erste Absorptions-Detektor (7) dazu ausgestaltet ist, als Maß für den physikalischen Effekt eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der ersten Messkammer (6) zu messen und als erstes Signal ein mit der Absorption in der ersten Messkammer (6) korrelierendes erstes Signal zu generieren, und der zweite Absorptions-Detektor (7') dazu ausgestaltet ist, als Maß für den physikalischen Effekt eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der zweiten Messkammer (6') zu messen und als zweites Signal ein mit der Absorption in der zweiten Messkammer (6') korrelierendes zweites Signal zu generieren.