DE1065637B - Absorptions - Meßanordnung, insbesondere Gasanalysator zum Vergleich zweier Konzentrationen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 065

ANMELDETAG:

B EKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFr:

kl. 421 4/13

INTERNAT. KL. G OI H

26. NOVEMBER 1956

17. SEPTEMBER 1959 3.MÄRZ 1960

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT 1 «65 637 (P 1745* IX / 42 1)

Es sind verschiedene Arten von Gasanalysatoren bekannt, bei denen die Konzentration einer in einem Gasgemisch enthaltenen Komponente durch Messung der Absorption, insbesondere infraroter Strahlen, gemessen wird. Bei einer Art von solchen Gasan>alysatoren geschieht das in der Weise, daß zwei von einer Strahlungsquelle ausgehende Strahlenbündel auf verschiedenen Wegen auf eine selektiv absorbierende Strahlungsempfängeranordnung geleitet werden. Eines dieser beiden Strahlenbündel durchsetzt dabei die zu untersuchende Probe, das andere eine vorzugsweise nicht absorbierende Vergleichsprobe: Die Strahlungsempfängeranordnung, die z. B. aus zwei Kammern bestehen kann, welche mit der zu bestimmenden Gaskomponente gefüllt und durch einen Membrankondensator voneinander getrennt sind, liefert einen Meßwert, der abhängt von dem durch die Absorption in der Probe bewirkten Intensitätsunterschied der beiden Strahlenbündel, der also ein Maß für die Absorption der Probe darstellt. Es ist auch schon vorgeschlagen ao worden, nicht den Ausgangsmeßwert der Empfängeranordnung direkt zur Anzeige der Absorption zu benutzen, sondern von diesem Ausgangsmeßwert — über einen Verstärker — eine Blendenanordnung zu steuern, welche das Vergleichsstrahlenbündel so lange auf- oder abblendet bis die Intensitäten der beiden Strahlenbündel einander wieder gleich sind. Der Verstellweg de'r Blende dient dann als Maß für die Absorption der Probe. Eine solche Anordnung hat gegenüber einer direkten Anzeige den Vorteil, daß man dabei von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle oder z. B. Änderungen des \^erstärkergrades der Empfängeranordnung unabhängig wird.

Bei einer anderen Art von Gasanalysatoren durchsetzen beide Strahlenbündel die zu untersuchende Probe. Dazu ist in' dem Strahlengang des einen Strahlenbünde¹ s eine mit der zu untersuchenden Komponente gefüllte »Sensibilisierungszelle«, in dem des anderen jedoch eine Kompensationszelle mit einem nichtabsorbierenden Stoff vorgesehen.

Beide Strahlenbündel treffen dann auf — hier vorzugsweise als Bolometer ausgebildete — Strahlungsempfänger. Die Unterschiede in der Absorption der »Sensibilisierungszelle« und der Kompensationszelle werden dann an der Empfängeranordnung um so weniger wirksam, je stärker die hierfür in Frage kommenden Wellenlängen bereits beim Durchgang durch die Probe herausgefiltert worden sind, je größer also die Konzentration der gesuchten Komponente in der Probe ist.

Es gibt ferner eine Art von Gasanalysatoren, bei denen beide Strahlenbündel durch die Probe geleitet werden und bei denen eine Sensibilisierungszelle vorgesehen ist, die nur von einem der beiden Strahlen-Absorpüons-Meßanordnung,

insbesondere Gasanalysator

zum Vergleich zweier Konzentrationen

Patentiert für:

The Perkin-Elmer Corporation,
.. Norwalk, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. November 1955

Harold Sobcov, Sierra Madre, Calif,

und Joseph L. Borden, Westport, Conn. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

bündel durchsetzt wird, die aber andererseits einen in ganz bestimmter Weise selektiv absorbierenden Strahlungsempfänger benutzt.

Solche Gasanalysatoren sind von Bedeutung bei der Untersuchung von Gemischen, deren Komponenten nahezu die gleichen Wellenlängen absorbieren.

Bei den zuletzt geschilderten beiden Arten von Gasanalysatoren herrscht schon im Nullzustand, d. h. wenn die Probe die gesuchte Komponente nicht enthält, ein unausgeglichener Energiezustand am Empfänger, was natürlich die Empfindlichkeit der Empfängeranordnung beeinträchtigt. Man hat deshalb bei solchen Gasanalysatoren auch schon ein drittes Strahlenbündel vorgesehen, welches von der gleichen Strahlungsquelle ausgeht und ebenfalls auf den Strahlungsempfänger geleitet wird und welches durch eine Blende derart einstellbar ist, daß der erwähnte unausgeglichene Energiezustand im Nullzustand abgeglichen wird.

Es ist weiterhin auch schon vorgeschlagen worden, die Abblendvorrichtung für ein solches drittes Strahlenbündel vom Ausgangsmeßwert der Strahlungsempfängeranordnung zu steuern, um damit auch bei solchen Gasanalysatoren, bei denen die Meßstrahlenbündel selbst nicht zu, Kompensationszwecken

. ' 909 723/99

abgeblendet werden können, eine von Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle od. ä. unabhängige Kompensationsmessung zu ermöglichen.

Es ist nun häufig erforderlich, zwei Proben miteinander zu vergleichen, die beide eine endliche Absorption aufweisen und von denen man nicht von vornherein weiß, welche stärker absorbiert und welche schwächer. Dieses Problem ergibt sich etwa, wenn man eine Probe mit einem Normal von bestimmter Konzentration der untersuchten Komponente vergleichen und feststellen will, ob in ihr die Konzentration dieser Komponente höher oder niedriger als in dem Normal ist. Ähnliche Fragen treten auf, wenn man mit Hilfe von Absorptionsmessungen eine Konzentration einer beispielsweise in einer Leitung strömenden Flüssigkeit auf einen bestimmten, durch ein Normal gegebenen Wert ,einregeln oder zwei Konzentrationen untereinander gleich halten will.

Man hat in den geschilderten Fällen stets entweder zwei Gasanalysatoren der oben beschriebenen Art verwendet und eine Probe dem einen Gasanalysator und die andere dem anderen Gasanalysator zugeführt und hat dann die von den beiden Gasanalysatoren gelieferten Meßwerte miteinander verglichen oder zu Regelzwecken benutzt; oder man hat die beiden Proben nacheinander mit ein und demselben, Gerät untersucht. Das erstere hat den Nachteil, daß man einen erheblichen apparativen Aufwand braucht. Außerdem überlagern sich natürlich die Fehler der einzelnen Geräte, so daß man eine erhöhte Ungenauigkeit bekommt.

Die zweite Methode ist natürlich nicht für eine kontinuierliche Überwachung der Regelung geeignet. Außerdem können Schwierigkeiten auftreten, wenn man zwei Proben miteinander vergleichen muß, die — was häufig vorkommt — beim Zusammenbringen miteinander irgendwie womöglich explosiv chemisch reagieren. Dann muß man nach der Untersuchung der ersten Probe die Apparatur erst umständlich von allen Spuren der Probe säubern, ehe man die Vergleichsprobe einfüllt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine derartige Meßanordnung zum Vergleich zweier Proben durch Absorptionsmessungen, bei welcher also auch Proben, die beide endliches Absorptionsvermögen besitzen, miteinander verglichen werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die einerseits auch eine kontinuierliche Überwachung bzw. Regelung des Absorptionsunterschiedes gestattet, bei der jedoch andererseits nicht für jede Probe eine gesonderte Apparatur erforderlich ist. Außerdem sollen dabei die Fehlermöglichkeiten vermindert werden.

Die Erfindung geht aus von einem Gasanalysator der zuerst geschilderten Art, bei welchem von einer gemeinsamen Strahlenquelle zwei Meßstrahlenbündel ausgehen, die je eine der Proben durchsetzen und einer auf Unterschiede der Intensitäten ansprechenden Strahlungsempfängeranordnung zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu diesen zwei Meßstrahlenbündeln in an sich bekannter Weise ein Abgleichstrahlenbündel vorgesehen, das von der gleichen Strahlungsquelle ausgeht und sich am Strahlungsempfänger dem einen der beiden Meßstrahlenbündel überlagert. Auf das Abgleichstrahlenbündel wirkt eine Abschwächeranordnung, die in Abhängigkeit von dem Ausgangsmeßwert der Strahlungsempfängeranordnung gesteuert wird, wobei der Verstellweg ein Maß für den Intensitätsunterschied liefert, d. h. für den Unterschied in der Absorption der beiden Proben. Die Anfangsintensität des mit dem Abgleichstrahlenbündel zusammenwirkenden Meßstrahlenbündels, d. h. die Intensität, die das Strahlenbündel ohne Absorption in der Probe haben würde, ist gegenüber der des anderen Meßstrahlenbündels vermindert unter gleichzeitiger Angleichung der. Abhängigkeiten der in den Proben absorbierten Energien von den Konzentrationen der gesuchten Komponente.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat gegenüber dem Bekannten erhebliche Vorteile: ■

Es werden die beiden Proben in einer Apparatur direkt miteinander verglichen, wobei die Messung der Absorptionsunterschiede nach einer Kompensationsmethode erfolgt. Die Kompensation erfolgt durch ein gesondertes von den Proben unbeeinflußtes Abgleichstrahlenbündel, so daß man einen absoluten Meßwert für die Differenz der in den Proben absorbierten Energien erhält.

Man weiß nun aber nicht, welche der beiden Proben die stärker absorbierende und welche die schwächer absorbierende ist. Nach der Erfindung wird deshalb die Anfangsintensität des einen Meßstrahlenbündels gegenüber der des anderen vermindert und diesem Meßstrahlenbündel das mehr oder weniger abgeblendete Abgleichstrahlenbündel überlagert. Im Nullzustand, d. h. wenn beide Proben gleich stark absorbieren, wird dann dem abgeschwächten Meßstrahlenbündel durch das Abgleichstrahlenbündel bereits eine gewisse Intensität überlagert. Absorbiert die von dem abgeschwächten Meßstrahlenbündel durchsetzte Probe stärker als die andere, dann wird das- Abgleichstrahlenbündel noch weiter aufgeblendet, absorbiert sie schwächer, dann kann dies jetzt durch ein stärkeres Abblenden des Abgleichstrahlenbündels — über die Nullstellung hinaus — ausgeglichen werden. Der Unterschied in den Anfangsintensitäten der beiden Meßstrahlenbündel richtet sich naturgemäß nach der Größe des maximal zu erwartenden Absorptionsunterschiedes. Gleichzeitig muß man aber für eine Angleichung der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken der beiden Proben sorgen, d. h. der Abhängigkeit der absoluten in den Proben absorbierten Energien von der Konzentration der gesuchten Komponente (in Prozent). Wenn man nämlich in beiden Proben gleiche Verhältnisse beibehalten würde, dann erhielte man keine definierte Anzeige für die Differenz der Konzentrationen, sondern man erhielte verschiedene Anzeigen, je nachdem, ob die Konzentration in der einen oder der anderen Probe sich ändert. Man kann dies leicht an einem Beispiel mit stark vereinfachten Zahlenwerten verstehen. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Intensität des einen Meß-Strahlenbündels nur 50% der Intensität des anderen Meßstrahlenbündels betragen würde, also das erste die Anfangsintensität 0,5 Jo, das zweite die Intensität Jo hätte.

Anfangs sei die Konzentration der gesuchten Komponente Null, beide Proben absorbieren die in Frage kommenden Wellenlängen nicht. Dann stellt sich die Abschwächeranordnung für das Abgleichstrahlenbündel so ein, daß dessen Intensität der Differenz 0,5 Jo der beiden anderen Intensitäten entspricht.

Diese Stellung der Abschwächeranordnung bildet also den Nullpunkt für die Ablesung. Es werde nun in eine im Strahlengang des ersten Strahlenbündels liegende Probekammer die gesuchte Komponente in solcher Konzentration gebracht, daß diese Probe 50% der in Frage kommenden Strahlung absorbiert. Eine

von dem anderen Strahlenbündel durchsetzte Probenkammer absorbiert nach wie vor nicht. Jetzt wirkt auf den Strahlungsempfänger einerseits eine Intensität 0,5 Jo · 0,5 = 0,25 Jo, andererseits eine Intensität Jo. Das Abgleichstrahlenbündel wird zum Ausgleich dieser Differenz auf eine Intensität 0,75 Jo gebracht, d. h., daß sich die Abschwächeranordnung gegenüber dem »Nullpunkt« 0,5 um den Betrag 0,25 verstellt hat. Befindet sich die gleiche Probe jedoch nur im Strahlengang des zweiten Strahlenbündels, dann wirkt das erste Strahlenbündel mit seiner vollen Intensität 0,5 Jo. Das zweite wird durch die Probe um 0,5 geschwächt, wirkt also ebenfalls mit der Intensität 0,5 Jo. In diesem Fall wird das Abgleichstrahlenbündel vollkommen abgeblendet, die Abschwächeranordnung steht auf 0, zeigt also gegenüber ihrem Nullpunkt den Wert —0,5. Während also die Probe in dem einen Strahlengang eine Anzeige 0,25 liefert, liefert die gleiche Konzentration im anderen Strahlengang eine Anzeige von absolut genommen 0,5. Wenn in diesem Fall also beide Proben irgendwie absorbieren, dann würde man überhaupt keinerlei definierte Anzeige der Konzentrationsdifferenz mehr erhalten. . . .

Die Angleichung der Absorptions-Konzentrations-Charakteristik kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei gas- oder dampfförmigen Proben kann man beispielsweise die Anordnung so treffen, daß die Angleichung der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken der beiden Proben durch unterschiedliche Bemessung des Gasdruckes der beiden Proben erfolgt, vorzugsweise derart, daß sich die Gasdrücke der Proben umgekehrt verhalten wie die Anfangsintensitäten der entsprechenden Meßstrahlenbündel. Aber man kann auch den Angleich der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken durch unterschiedliche Dimensionierung der Probenkammern bewirken.

Bei dem soeben benutzen Beispiel könnte man also den Druck eines Gasgemisches, welches in eine Probenkammer im Strahlengang des ersten Strahlenbündels eingebracht wird, doppelt so groß machen wie den Druck, unter dem man das Gasgemisch in der zweiten Probenkammer hält. Da das Absorptionsvermögen des Gasgemisches bei gegebenem prozentualem Konzentrationsverhältnis der Komponenten proportional mit dem Druck anwächst, wird also ein Gasgemisch, das in der ersten Probenkammer 50% der hindurchgehenden Strahlung absorbiert, in der zweiten Probenkammer unter dem niedrigeren Druck nur 25^fl/o absorbieren.

Die auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Intensitäten sind beim Einbringen des Gasgemisches in den Strahlengang des ersten Strahlenbündels 0,5 Jo · 0,5 = 0,25 Jo bzw. Jo. Das Abgleichstrahlenbündel stellt sich auf 0,75 Jo ein, so daß also die auf den Nullpunkt 0,5 bezogene »Anzeige« an der Abschwächeranordnung + 0,25 beträgt. Beim Einbringen der gleichen Probe unter dem halben Druck in den Strahlengang des zweiten, intensiveren Strahlenbündels betragen die beiden am Strahlungsempfänger wirksam werdenden Intensitäten 0,5 Jo bzw. 0,75 Jo. Die Differenz der beiden Intensitäten, auf die sich das Abgleichstrahlenbündel einstellt, ist 0,25, d. h., die Anzeige, bezogen auf den Nullpunkt 0,5, ist —0,25.

Man erkennt daraus, daß sich jetzt eine definierte Anzeige des Absorptionsunterschiedes ergibt, und damit auch eine Anzeige des absoluten Konzentrationsunterschiedes der betrachteten Komponente in den beiden Gasgemischen.

Die Erfindung ist an Hand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematisch schaubildlicher Darstellung eine Meßanordnung nach der Erfindung;
Fig. 2 a, 2 b und 2 c zeigen die Verteilung der Strahlungsintensitäten der drei Strahlenbündel für einige typische Fälle;

Fig. 3 und 4 zeigen an einem typischen Beispiel die Abhängigkeit der durch die Proben hindurchtretenden

ίο Strahlungsenergie von der Konzentration c der gesuchten Komponente.

Von einer Strahlungsquelle S gehen drei Strahlenbündel 10,11,12 aus und werden auf einen Strahlungsempfänger 13 geleitet.

Die beiden Strahlenbündel 11 und 12 sollen im folgenden als Meßstrahlenbündel und das Strahlenbündel 10 als Abgleichstrahlenbündel bezeichnet werden. In den Strahlengängen der beiden Meßstrahlenbündel 11, 12 ist eine Probenkammer 14, 15 angeordnet, die mit

a° Anschlußstutzen für zu untersuchende Gemische versehen ist. Durch eine Blendenscheibe 16, die von einem Motor 17 angetrieben wird, werden die drei Strahlenbündel 10, 11, 12 periodisch unterbrochen.
Dabei erfolgt die Unterbrechung des einen — ersten— Meßstrahlenbündels 12 gleichzeitig mit der Unterbrechung des Abgleichstrahlenbündels 10, während das zweite Meßstrahlenbündel 11 phasenverschoben dazu unterbrochen wird.

Mit dem Motor 17 ist ein Hilfsspannungsgenerator 18 gekoppelt, der eine mit der Unterbrechung synchrone Hilfsspannung erzeugt. Der Strahlungsempfänger 13 liefert einen Spannungsmeßwert, der über einen Vorverstärker 19 und einen Verstärker 20 einem von der Hilfsspannung des Generators 18 ge steuerten phasenempfindlichen Modulator 21 zugeführt wird. Dessen Ausgangsspannung· steuert über ein Siebglied 22 und einen Verstärker 23 einen Stellmotor 24.

Der Stellmotor 24 verstellt eine Blende 25 im Strahlengang des Abgleichstrahlenbündels 25. Die Stellung der Blende 25 wird durch ein Potentiometer 27 abgetastet und davon über ein Siebglied 28 ein Registriergerät 29 gesteuert. Im Strahlengang des ersten Meßstrahlenbündels 12 ist eine justierbare Blende 30 angeordnet.

Die geschilderte Meßanordnung arbeitet wie folgt: Durch die Blendenanordnung 16, 17 werden abwechselnd das Strahlenbündel 11 oder die beiden Strahlenbündel 10 und 12 zusammen auf den Empfänger geleitet. Wenn die Summe der Intensitäten der beiden Strahlenbündel 10 und 12 nicht gleich der Intensität des Strahlenbündels 11 ist, dann tritt am Strahlungsempfänger 13 eine periodische Änderung der auffallenden Strahlungsintensität auf, er liefert also eine Wechselspannung, die über den Vorverstärker 19 und den Verstärker 20 dem phasenempfindlichen Modulator 21 zugeführt wird. Die Phasenlage der vom Empfänger 13 erzeugten Meßwechselspannung hängt davon ab, welche Intensität die größere ist, ob die des Strahlenbündels 11 oder die der beiden Strahlenbündel 10 und 12.

Der phasenempfindliche Modulator 22 liefert ein Signal, das von dieser Phasenlage und also auch davon abhängt, welche Intensität die größere ist. Dieses Signal steuert über das Filter 22 und den Verstärker 23 den Motor 24 in der einen oder der anderen Richtung, wodurch über die Blende 25 das Abgleichstrahlenbündel 10 mehr oder weniger abgeblendet wird. Durch die Blende 30 ist dafür gesorgt, daß die

70-Anfangsintensität des Meßstrahlenbündels 12, d. h.

1 UDO OD I

die Intensität ohne Absorption in der Probe 15 gegenüber der Anfangsintensität des anderen Meßstrahlenbündels 11 vermindert ist.

Schon dann, wenn in beiden Proben 14, 15 keine Absorption stattfindet, muß also das Abgleichstrahlenbündel 10 einen bestimmten Energiebetrag — entsprechend einer bestimmten Stellung der Blende 25 — liefern, damit sich die Intensitäten das Gleichgewicht halten. Absorbiert die Probe 15 stärker als die Probe 14, dann verstellt sich die Blende 25 durch die dann am Strahlungsempfänger entstehende Wechselspannung und blendet gleichzeitig das Abgleichstrahlenbündel 10 so lange auf, bis wieder Gleichgewicht herrscht.

Überwiegt die Absorption der Probe 14, so wird in entsprechender \Veise das Abgleichstrahlenbündel abgeblendet. Die Anordnung gestattet also einen Abgleich nach beiden Richtungen. Der Verstellweg der Blende 25, ausgehend von der Gleichgewichtslage im Nullzustand, wird elektrisch abgetastet und dient als Maß für die Absorption und damit die Konzentrationsunterschiede.

Voraussetzung für ein einwandfreie$ Arbeiten der Meßanordnung ist natürlich, wie oben gezeigt wurde, daß in hier nicht näher dargestellter Weise für eine Angleichung der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken gesorgt ist.

In Fig. 2 a, 2 b und 2 c sind unter dieser Annahme die am Strahlungsempfänger wirksamen Intensitäten Z₁₀, I_n, I₁₂ und ihre Verteilung auf die einzelnen Strahlenbündel 10, 11 und 12 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Fig. 2a zeigt den Nullzustand, wo beide Proben 14, 15 nicht absorbieren, aber das erste Meßstrahlenbündel 12 durch die Blende 30 gegenüber dem zweiten, 11, etwas geschwächt ist. Die Intensität J₁₀ des Abgleichstrahlenbündels 10, dessen Anteil gestrichelt dargestellt ist, ergänzt die Intensität Z₁₂ des Strahlenbündels 12 so, daß am Strahlungsempfänger 13 eine konstante Intensität wirkt.

Der Nullpunkt der Meßanordnung liegt stets einen bestimmten Betrag — entsprechend einer bestimmten Stellung der Blende 25 -— unterhalb der Intensität des zweiten Meßstrahlenbündels 11.

In Fig. 2 b sind die Verhältnisse dargestellt, die herrschen, wenn das erste Meßstrahlenbündel 12 durch Absorption der Probe 15 noch zusätzlich geschwächt wird. Es würde dann zunächst gemäß der gestrichelt gezeichneten Rechteckkurve vom Empfänger 13 eine Wechselspannung geliefert werden, welche bewirkt, daß das Abgleichstrahlenbündel 10 aufgeblendet wird. Die Intensität Z₁₂ des ersten Meßstrahlenbündels 12 liegt jetzt unterhalb der auf die Intensität Z₁₁ des zweiten Meßstrahlenbündels 11 bezogenen Nullmarke. Die Registriervorrichtung 29 registriert einen negativen Wert für die Konzentrationsdifferenz.

Gemäß Fig. 2c ist das zweite Strahlenbündel 11 durch Absorption in der Probe 14 geschwächt. Es entsteht am Strahlungsempfänger die gestrichelt dargestellte Wechselspannung, deren Phase, wie man sieht, um 180° gegenüber der Phase der in Fig. 2 b eingezeichneten Spannung verschoben ist. Das Abgleichstrahlenbündel wird abgeblendet, bis sich die Intensitäten wieder das Gleichgewicht halten. Die Intensität Z₁₂ des ersten Strahlenbündels liegt über der nach unten verschobenen Nullmarke. Die Registriervorrichtung 29 registriert einen positiven Konzentrationsunterschied.

Fig. 3 und 4 zeigen an einem typischen Beispiel die

Absorptionsverhältnisse in den beiden Proben, und zwar stellt Fig. 3 die gesamte durchtretende Strahlungsenergie / der beiden Meßstrahlenbündel in Abhängigkeit von der in Prozent gemessenen Konzentration C der gesuchten Komponente dar.

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab nur die Intensitätsänderungen AJ durch Absorption ebenfalls in Abhängigkeit von der Konzentration C. Bei dem geschilderten Beispiel beträgt die Anfangsintensität des zweiten Strahlenbündels 1000 Einheiten, die des ersten nur 750 Einheiten. Wie man aus Fig. 4 deutlich erkennt, sind deshalb die Steigerungen der Absorptions - Konzentrations - Charakteristiken unterschiedlich. Eine 10°/oige Konzentrationsänderung bewirkt z. B. im ersten Strahlenbündel eine Intensitätsänderung von 15 Einheiten. Im zweiten Strahlenbündel bewirkt sie eine Änderung um 20 Einheiten.

Diese unterschiedlichen Steigungen der Charakteristiken können,. wie oben bereits geschildert, , beispielsweise durch Druckerhöhungen der Probe im

4.0 schwächeren ersten Meßstrahlenbündel ausgeglichen werden, so daß also die gleiche prozentuale Konzentrationsänderung in beiden Strahlenbündeln auch gleiche Intensitätsänderungen, nämlich z. B. 20¹ Einheiten pro 10% Konzentrationsänderung, hervorruft.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Meßapparatur seien schließlich noch die verschiedenen typischen Fälle an Hand von Beispielen, unter Berücksichtigung der in Fig. 3 und 4 dargestellten Verhältnisse tabellarisch zusammengestellt und geschildert:

	A	B	C	D	E
Erstes Meßstrahlenbündel Zweites Meßstrahlenbündel Abgleichstrahlenbündel Anzeige	750 1000 250 0	600 1000 400 + 150	750 850 100 -150	550 900 · 350 + 100	650 800 150 -IQO

Fall A.

Beide Proben absorbieren nicht. Die Intensität des Abgleichstrahlenbündels von 250 Einheiten bestimmt den Nullpunkt der Ablesung.

Fall B.

Nur die Probe im ersten Meßstrahlenbündel enthält die gesuchte Komponente und absorbiert. Das Abgleichstrahlenbündel wird aufgeblendet. Die Anzeige beträgt + 150 Einheiten, entsprechend einer Konzentration der gesuchten Komponente von 75°/o.

Fall C.

Nur die Probe im zweiten Meßstrahlenbündel enthält die gesuchte Komponente. Das Abgleichstrahlenbündel wird gegenüber der Nullstellung abgeblendet. Die Anzeige ist —150'Einheiten, entsprechend einer Konzentration von 75% in der Probe 14.

Fall D.

Beide Proben enthalten die gesuchte Komponente und absorbieren die in Frage kommende Strahlung. Die Konzentration der gesuchten Kompo-

nente ist in der Probe 15 größer als die in der Probe 14. Das sich dem ersten Strahlenbündel überlagernde Abgleichstrahlenbündel 10 muß daher aufgeblendet werden. Die Anzeige beträgt + 100, d.h., die Konzentration der Probe 15 ist um einen Betrag von 50% höher als die der Probe 14.
FaIlE.

Es enthalten ebenfalls beide Proben die gesuchte Komponente. Diesmal ist jedoch ihre Konzentration in der Probe 14 größer als in der Probe 15, das Abgleichstrahlenbündel wird abgeblendet. Es sei noch erwähnt, daß die zu vergleichenden Konzentrationen sich nicht unbedingt auf die gleichen Substanzen zu beziehen brauchen, sondern daß es z. B. auch genügt, wenn sie in vergleichbaren Spektralbereichen absorbieren.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßanordnung zum Vergleich zweier Proben durch Absorptionsmessungen, bei welcher von einer gemeinsamen Strahlungsquelle zwei Meßstrahlenbündel ausgehen, die je eine der Proben durchsetzen und einer auf Unterschiede der Intensitäten ansprechenden Strahlungsempfängeranordnung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Abgleichstrahlenbündel (10) vorgesehen ist, das von der gleichen Strahlungsquelle (S) ausgeht und sich am Strahlungsempfänger (13), dem einen (12) der beiden Meßstrahlenbündel überlagert und auf das Abgleichstrahlenbündel (10) eine Abschwächeranordnung (25) wirkt, die in Abhängigkeit von dem Ausgangsmeßwert der Strahlungsempfängeranordnung (13, 19 bis 23) gesteuert wird, wobei der Verstellweg ein Maß für den Intensitätsunterschied liefert, d. h. für den Unterschied in der Absorption der beiden Proben, und daß die Anfangsintensität des mit "dem Abgleichstrahlenbündel (10) zusammenwirkenden Meßstranlenbündels (12) gegenüber der des anderen Meßstrahlenbündels (11) vermindert ist, unter gleichzeitiger Angleichung der Abhängigkeiten der in den Proben absorbierten Energien von den Kon-■ zentrationen der gesuchten Komponente.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündel (10, 11, 12) periodisch unterbrochen werden, und zwar das Abgleichstrahlenbündel (10) gleichzeitig mit dem einen Meßstrahlenbündel (12) und phasenverschoben zu dem anderen Meß strahlenbündel (H)/

3. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Strahlenbündel (10, 11, 12) auf einen gemeinsamen Strahlungsempfänger (13) geleitet werden.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für gas- oder dampfförmige Proben, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleichung der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken der beiden Proben (14, 15) durch unterschiedliche Bemessung des Gasdruckes der beiden Proben (14,15) erfolgt, vorzugsweise derart, daß sich die Gasdrücke der Proben (14, 15) umgekehrt verhalten wie die Anfangsintensitäten der entsprechenden Meßstrahlenbündel (11, 12).

5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Angleich der Absorptions-Konzentrations-Charakteristiken durch unterschiedliche Dimensionierung der Probenkammern (14, 15) erfolgt.

6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang wenigstens des einen Meßstrahlenbündels (15) eine einstellbare Blende (30) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 688 090.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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