DE1082433B - Anordnung zur Eichung von Gasanalysegeraeten, die auf dem Prinzip der Absorption infraroter Strahlung beruhen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Eichung von Gasanalysegeräten, die auf dem Prinzip der Absorption infraroter Strahlung beruhen. Bei derartigen Gasanalysegeräten wird ein Strahlenbündel infraroten Lichtes durch eine Probe des zu analysierenden Gasgemisches hindurchgeleitet und ein weiteres Strahlenbündel durch eine Probe eines nicht absorbierenden Gases. Die beiden Strahlengänge werden durch eine rotierende Blende gegensinnig oder gleichsinnig moduliert und ihre Intensität in einem oder zwei gegeneinandergeschalteten Empfängern miteinander verglichen, welche auf die Strahlung der von der zu bestimmenden Gaskomponentel absorbierten Wellenlängen selektiv ansprechen. Der Intensitätsunterschied der beiden auf den bwz. die Empfänger auftreffenden modulierten Strahlenbündel ergibt ein Maß für den Gehalt des Analysegases an der zu bestimmenden Komponente. Derartige Geräte sind gegen äußere Störungen außerordentlich empfindlich. Kleine äußere Veränderungen des Betriebszustandes können sich auf die Eichung nachteilig auswirken. Insbesodere die laufenden unkontrollierbaren Veränderungen des Nullpunkts und der Meßempfindlichkeit machen eine wiederholte und häufige Nacheichung des Gerätes notwendig. Diese bedingt jedoch erheblichen Aufwand, da hierfür geeichte Gasproben mit verschiedenen Konzentrationen der zu bestimmenden Komponente notwendig sind. Derartige Nacheichungen nehmen auch viel Zeit in Anspruch, was erhebliche Ausfallzeiten des Gerätes bedingt. ■

Diese Nachteile machen sich besonders bei Geräten bemerkbar, die für Laboratoriumszwecke, und solche, die für diagnostische Zwecke in der Medizin Verwendung finden, da in solchen Fällen sehr häufig die Lage des Analysegerätes verändert werden muß und jede Ortsveränderung eine Veränderung des Eichzustandes bzw. des Nullpunktes zur Folge haben kann. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, eine rohe Kontrolle, des Eichzustandes bzw. des Nullpunktes da- . * durch vorzunehmen, daß -nach Füllung der Meßkammer bzw. der Vergleichskammer mit demselben neutralen Gas der eine Strahlengang in einem vorbestimmten Maße geschwächt wird. Das Maß der Schwächung des Meßstrahlenganges entspricht dann bei einwandfreiem Eichzustand einem bekannten Skalenpunkt des Anzeigegerätes. Abweichungen von dieser Anzeige können durch Einstellung der Empfindlichkeit des Gerätes korrigiert werden. Für die Schwächung des Meßstrahlenganges wurde einfach ," das Einführen eines Drahtes bestimmter Länge und bestimmten Durchmessers in den Meßstrahlengang vorgeschlagen. Die angegebenen Methode ist immer noch verhältnismäßig umständlich in der Durchführung und ermöglicht nur außerdem eine rohe Kon-

zur Eichung von Gasanalysegeräten,

die auf dem Prinzip der Absorption

infraroter Strahlung beruhen

Anmelder:

Hartman & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Gräfestr. 97

Dr. Peter Moyat, Bergen-Enkheim,
ist als Erfinder genannt worden

trolle des Eichzustandes an einem bestimmten Skalenpunkt. Sie ist bei modernen, in ein Schutzgehäuse eingebauten Geräten nur unter Schwierigkeiten" durchführbar. Die Erfindung vermeidet die Nachteile dieser Methode und gestattet eine Überprüfung des Eichzustandes in jedem beliebigen-Skalenpunkt durch einfache und schnell durchführbare Routinemaßnahmen.

Es ist bei Gasanalysegeräten, die auf dem Prinzip der Absorption infraroter Strahlung beruhen, weiterhin bekannt, in den. einzelnen Strahlengängen kontinuierlich verstellbare Blenden anzuordnen, die in Verbindung mit einer Füllung der pneumatischen Empfängerkammern mit verschiedenen. Gaskomponenten den Zweck haben, die Messung vom Einfluß im Meßgas enthaltender Gase, deren Absorptionsbanden mit denen der gesuchten Komponente teilweise übereinstimmen, unabhängig zu machen. Es sind außerdem Anordnungen zur Gasanalyse durch Messungen der Absorption infraroter- Strahlung bekannt, bei welchem im Vergleichsstrahlengang durch eine automatische Regeleinrichtung kontinuierlich verschiebbare Blenden vorgesehen sind, durch welche der Einfluß der Absorption im Meß strahlengang durch die im Analysegas gesuchte Komponente kompensiert wird, wobei die Stellung der im Vergleichsstrahlengang angeordneten Blende ein. Maß für die Konzentration der gesuchten Gaskomponente darstellt. Demgegenüber bezieht sich die Anmeldung auf eine Einrichtung zur Eichung von infraroten Absorptionsgasanalysegeräten, welche in Abwesenheit des AnalysegaseSj bei Füllung der Analysegasküvette mit einem nicht absorbierenden Medium durchgeführt wird. , . ■ .

-009 527/17+

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Die Anordnung nach der. Erfindung zur Eichung U weils gleich, und die Membran des Membrankondenvon Gasanalyegeräten, die auf dem Prinzip der Ab- sators bleibt in Ruhe. Eine Abweichung der Absorpsorption infraroter Strahlung beruhen, macht Ge- tionsverhältnisse in den beiden Strahlengängen, brauch von, dem Grundgedanken, die Strahlung des bewirkt durch das Auftreten der gesuchten Kompoeinen Strahlenganges bei mit nicht absorbierendem 5 nente in der mit dem Analysegas beschickten Gas gefüllter Meßküvette in einstellbarem Maß durch Küvette 8, hat Bewegungen der Kondensatormembran in den einzelnen Strahlengängen angeordnete einstell- mit der Frequenz der Modulatorblende 4 zur Folge, bare Blenden zu schwächen. Nach dem Vorschlag der Die dadurch bewirkten periodischen Spannungsände-Erfindung wird eine im Meßstrahlengang des Analyse- rungen an den Elektroden des Membrankondensators gerätes angeordnete kontinuierlich verstellbare Blende io 11 werden durch den Vorverstärker 11 und den mit einem an einer konstanten Spannung liegenden Hauptverstärker 13 verstärkt und durch das elek-Potentiometer mechanisch gekuppelt und die am trische Anzeigeinstrument 14 als Maß für die gePotentiometer abgegriffene Spannung an ein elek- suchte Gaskonzentration angezeigt. Zur Symmetrietrisches Anzeigeinstrument oder wahlweise unter zeit- rung der beiden Strahlengänge bei mit nicht absorweiliger Abschaltung des Meßwertes an das Anzeige- 15 bierendem Gas gefüllter Meßkammer ist die ver· instrument des Gasanalysators angelegt, wobei eine schiebbare Blende 9 vorgesehen.

Skala des am Potentiometerabgriff liegenden oder I_n dem Strahlenbündel der Strahlungsquelle 2 bedaran anschaltbaren, die Blendenstellung wieder- findet sich zwischen der Meßküvette 8 und der begebenden Meßinstrumentes in Einheiten der durch treffenden Empfängerkammer 10 gemäß dem Vordie Blendenstellung dargestellten Konzentration der 20 schlag der Erfindung noch eine Schneide 16, die um im Analysegas gesuchten Komponente geteilt ist. eine zum Strahlengang senkrechte Achse drehbar geWenn das Anzeigeinstrument des Gasanalysegerätes, lagert ist. In zum Strahlengang paralleler Stellung mit dem das Meßergebnis angezeigt wird, unter zeit- beeinflußt die Schneide 16 den Strahlengang des weiliger Abschaltung vom Ausgang des Gasanalyse- Strahlers 2 kaum, der noch vorhandene Einfluß kann gerätes auch zur Anzeige der Stellung der Eichblende 25 durch entsprechende Verschiebung der Blende 9 ausverwendet wird, so wird dieses außer mit der eigent- geglichen werden. In zum Strahlengang senkrechter liehen Meßskala mit einer zweiten Skala ausgerüstet, Stellung der Schneidenblende 16 wird dagegen ein an deren Teilung die Stellung der Blende in Ein- größerer Teil der Strahlungsenergie des Strahlers 2 heiten der durch sie dargestellten Konzentration der abgeschaltet und gelangt daher nicht in die entgesuchten Komponente im Analysegas ablesbar ist. 30 sprechende Empfängerkammer 10. Die Schneiden-Die kontinuierlich verstellbare Blende kann mit Vor- blende ist über ein Getriebe 24 mit demüberseztungsteil aus einer Schneide bestehen, welche in dem einen faktor 3 : 1 mit dem Schleifer 18 eines Potentiometers Strahlengang, vorzugsweise dem Meßstrahlengang, 17 verbunden; der Schleifer 18 kann durch einen Einangeordnet und um eine zum Strahlengang senkrechte stellknopf 19 verstellt werden. Das Potentiometer 17 Achse drehbar gelagert ist und die mit dem Schleifer 35 wird über die Leitung 20 mit einer konstanten Spaneines feststehenden Schleifdrahtpotentiometers ver- nung gespeist, die vorzugsweise aus der stabilisierten bunden ist. Heizspannungsquelle für die Röhren des Verstärkers

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ab- 13 entnommen wird, über einen Umschalter 23 kann

bildung näher beschrieben. Mit 1 und 2 sind die das Anzeigeinstrument 14 wahlweise an den Ausgang

beiden Strahlungsquellen bezeichnet, die das Meß- 40 des Vorverstärkers 12 und damit die Meßspannung

strahlenbündel und das Vergleichsstrahlenbündel aus- an den Abgriff 18 des Potentiometers 17 geschaltet

senden. Vor diesen Strahlungsquellen rotiert, durch werden.

einen Motor 3 angetrieben, eine Blende 4, die die Die Eichung des Ultrarot-Gasanalysegerätes mit beiden Strahlenbündel gleichsinnig moduliert. Im der Einrichtung nach der Erfindung gestaltet sich auf Strahlengang des Strahlers 1 befinden sich eine 45 folgende Weise. Die für die Beschickung mit dem Filterküvette 5 und die mit dem Vergleichsgas ge- Analysegas vorgesehene Küvette 8 wird mit einem füllte Küvette I₁ im Strahlengang des Strahlers 2 die nicht absorbierenden Gas gefüllt. Das durch den Umder Küvette 5 entsprechende Filterküvette 6 sowie die schalter 23 mit dem Ausgang des Verstärkers vermit dem zu analysierenden Gas beschickte Küvette 8. bundene Anzeigeinstrument zeigt dann den Wert Als Empfänger dienen die beiden Kammern 10, 50 Null an. Ist dies nicht der Fall, so muß ζ. Β. durch welche mit der Gaskomponente gefüllt sind, deren die Symmetrieblende 9 oder durch Gegenschaltung Gehalt im Analysegas bestimmt werden soll. Die einer konstanten Spannung am Meßgeräteingang der Empfängerkammern sprechen demnach selektiv auf Nullpunkt des Gerätes richtig eingestellt werden. Die den Strahlungsanteil der Strahlung an, dessen Wellen- zum Strahlengang parallele Stellung der Schneidenlänge von der zu bestimmenden Komponente im 55 blende 16 entspricht dem Fehlen der gesuchten Analysegas absorbiert werden. Die Kammern 10 sind Komponente im Analysegas. In dieser Stellung der mit den beiden Hälften einer durch eine Membran Schneidenblende 16 wird durch den Schleifer 18 am geteilten Kammer 11 verbunden. Die Membran und Schleifdrahtpotentiometer 17 keine Spannung abgeeine ihr gegenüberliegende Elektrode bilden einen griffen. Wird durch den Umschalter 23 das Meß-Membrankondensator, dessen Ausgang an den Vor- 60 instrument 14 mit dem Ausgang des Schleifdrahtverstärker 12 und den Hauptverstärker 13 geschaltet potentiometers 17, 18 verbunden, so zeigt dieses wird. Der Hauptverstärker ist ausgangsseitig über deshalb den Wert Null an. Die Skala 21 des Meßeinen Umschalter 23 mit dem Anzeigeinstrument 14 Instrumentes 14 ist so geteilt, daß an ihr die der Lage verbunden. Werden die beiden von den Strahlern 1 der Schneidenblende 16 entsprechenden Prozent- und 2 ausgehenden Strahlengänge in gleicher Weise 65 gehalte des Analysegases an der gesuchten Kompobeeinflußt — dies ist der Fall, wenn das Analysegas nente abgelesen werden können, während die eigentin der Küvette 8 die gesuchte Komponente nicht ent- liehe Hauptskala 15 des Instrumentes 14 in Einheiten hält — so sind die durch die modulierte Strahlung be- der gesuchten Komponente im zu analysierenden Gas wirkten Drückänderungen in den beiden Kammern zu direkt geeicht ist. Zur Eichung des Instrumentes wird beiden Seiten des Membankondensators einander je- 70 die Blende 16 und damit das Schleifdrahtpoten-

tiometer bis zum gewünschten Eichbereich verdreht. Diese Lage der Schneidenblende 16 entspricht der Absorption in der Meßküvette 8 bei einem ganz bestimmten Gehalt des Analysegases an der gesuchten Komponente; damit entspricht auch die am Potentiometer 17, 18 abgenommene und durch das Instrument 14 an der Skala 21 angezeigte Spannung einem ganz bestimmten Gehalt des Analysegases an dieser Komponente. Nach Umschaltung des Meßinstrumentes 14 auf den Ausgang d.es Membrankondensators 11 durch Umlegen des Schalters 23 muß bei richtiger Eichung das Meßinstrument 14 an der Hauptskala 15 denselben Meßwert anzeigen wie vorher in der anderen Stellung des Schalters 23 an der Skala 21. Diese Kontrolle kann an jedem Punkt des Meßbereiches durch einfache Routinehandgriffe vorgenommen werden. Erweist sich der Eichzustand des Gerätes als gestört, so kann dieser durch Verschiebung des Nullpunktes und Änderung des Verstärkungsfaktors am Verstärker 13 (Betätigung des Einstellknopfes 26) richtig eingestellt werden.

Die Anordnung nach der Erfindung bietet in Verbindung mit Gasanalysegeräten ohne Temperaturregelung durch einen Thermostaten die Möglichkeit, die Eichung der herrschenden Temperatur anzupassen und somit eine temperaturkorrigierte Messung durchzuführen. Zu diesem Zwecke wird in Serie zum Meßinsrument 14 in dem Kreis des Potentiometers 17 sowie des Schleifkontaktes 18 ein temperaturabhängiger Widerstand, gegebenenfalls eine Wider-Standskombination 22, vorzugsweise mit negativem Temperaturkoeffizienten, eingeschaltet. Wird dann in der oben beschriebenen Weise die Eichung des Gasanalysegerätes vorgenommen, so wird diese Eichung temperaturabhängig. Es wird in diesem Fall nicht der gemessene Wert in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur verändert, wie dies bei Meßanordnungen mit Temperaturkompensation häufig geschieht, sondern es wird die Eichung des Meßinstrumentes in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur vorgenommen. Dies führt bei Geräten, deren Eichzustand ohnedies vor jeder Messung routinemäßig überprüft werden muß, wie dies bei in Laboratorien oder zum Zwecke der Diagnose und anderen medizinischen Anwendungsbereichen verwendeten Gasanalysegeräten, die nach dem Prinzip der Infrarot-Strahlungsabsorption arbeiten, notwendigerweise immer der Fall ist, zu einer einfachen, leicht durchführbaren und wenig aufwendigen Korrekturmöglichkeit der durch Temperaturschwankungen bewirkten Meßfehler. infraroter Strahlung beruhen, durch definierte Schwächung des Meßstrahlenganges bei mit nicht absorbierendem Gas gefüllter Meßküvette und einstellbaren Blenden in den einzelnen Strahlengängen, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Meßstrahlengang des Analysegerätes angeordnete kontinuierlich verstellbare Blende mit einem an einer konstanten Spannung liegenden Potentiometer mechanisch gekuppelt und die am Potentiometer abgegriffene Spannung an ein elektrisches Anzeigeinstrument oder wahlweise unter zeitweiliger Abschaltung des Meßwertes an das Anzeigeinstrument des Gasanalysators angelegt ist, wobei eine Skala des am Potentiometerabgriff liegenden oder an den Potentiometerabgriff anschaltbaren, die Blendenstellung wiedergebenden Meßinstrumentes in Einheiten der durch die Blendenstellung dargestellten Konzentration der im Analysegas gesuchten Komponente geteilt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Anzeigeinstrument des Gasanalysegerätes durch einen Umschalter mit dem Potentiometerabgriff unter Abschaltung des Meßwertes verbunden werden kann und mit zwei Skalen versehen ist, wobei an der einen der Meßwert und nach Betätigung des Umschalters an der anderen die Stellung des Potentiometerabgriffes in Einheiten der der Blendenstellung entsprechenden Gaskonzentration angezeigt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßstrahlengang angeordnete verstellbare Blende als an einer zum Meßstrahlengang senkrecht stehenden Achse gelagerte Schneide ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer von der stabilisierten Spannungsquelle für die Röhrenheizung des Meßverstärkers gespeist wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu dem Potentiometerabgriff ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten oder eine entsprechende Widerstandskombination zur Berücksichtigung der herrschenden Temperatur bei der Eichung eingeschaltet ist.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Eichung von Gasanalysegeräten, die auf dem Prinzip der Absorption In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 008 026; deutsche Patentanmeldung P 7907 IX/421 kanntgemacht am 22. 9. 1955);

USA.-Patentschrift Nr. 2 668 243; Zeitschrift für angewandte Physik (1954), S. 568.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 527/W4 5. 6»