DE1240307B

DE1240307B - Geraet zur Analyse von Gasgemischen unter Verwendung einer Infrarotstrahlung

Info

Publication number: DE1240307B
Application number: DE1958H0032405
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Hummel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-02-13
Filing date: 1958-02-13
Publication date: 1967-05-11

Description

Gerät zur Analyse von Gasgemischen unter Verwendung einer Infrarotstrahlung Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse von Gasgemischen mittels Strahlung bekannt. Insbesondere hat man schon Infratoranalysatoren zur Strahlungsabsorptionsmessung in großem Ausmaß verwendet Bei diesen Analysatoren sind zwei prinzipiell unterschiedliche Methoden bekannt, nämlich die positiven und die negativen Filtermethoden. Bei der ersten wird im allgemeinen mit Wechsellicht unter Verwendung eines selektiven pneumatischen Empfängers gearbeitet, der mit der nachweis enden Gaskomponente gefüllt ist. Die zweite Methode arbeitet sowohl mit Gleich- als auch mit Wechsellicht und benutzt nichtselektive Empfänger, z. B. Bolometer und Thermosäulen. Die Selektivierung erfolgt hierbei durch Einsatz einer mit dem nachzuweisenden Gasbestandteil gefüllten Sensibilisierungsküvette in den Strahlengang. Beide Methoden werden technisch mit zwei Strahlengängen ausgeführt, wobei, abgesehen von einigen Ausnahmen, zwei Strahler und zwei Empfänger benutzt werden. Diese Arbeitsweisen sind jedoch insofern nachteilig, als an die Symmetrie der Anordnung hohe Anforderungen gestellt werden müssen. Dies bedingt auch fertigungstechnisch einen großen Aufwand. Justiervorrichtungen zur Ausgleichung unvermeidbarer Unsymmetrien sind unerläßlich. Das Arbeiten mit solchen Geräten wird dadurch im praktischen Betrieb erschwert. So stört z. B. eine im Dauerbetrieb häufig unvermeidbare Verschmutzung der Küvettenfenster die Symmetrie und hat, abgesehen von der damit verbundenen Empfindlichkeitsänderung, eine starke Nullpunktverschiebung zur Folge.
Veränderungen an den Strahlern und den Empfängern, die bei längerem Betrieb leicht auftreten können, stören ebenfalls die Symmetrie und beeinflussen in erheblichem Maß die Meßgenauigkeit bei geringen Analysenwerten. Auch ist es im allgemeinen schwierig, gleichartige Strahler- bzw. Empfängerpaare zu beschaffen.
Es läßt sich sagen, daß sich die Symmetrieforderung bei den Zweistrahlgeräten nachteilig auf die einwandfreie Arbeitsweise des Gerätes bei verschiedenartigen Störeinflüssen auswirkt.
Weiterhin sind Einstrahlgeräte (z. B. britische Patentschrift 749 689) mit pneumatischem Empfänger bekannt, dessen Füllung ebenfalls aus dem im Gasgemisch nachzuweisenden Gasbestandteil besteht.
Außer der vom Gasgemisch durchströmten Analysenküvette können wie beim Zweistrahlgerät zusätzliche Küvetten in den Strahlengang eingefügt sein, die mit denjenigen Gasen gefüllt sind, welche im Gasgemisch störend wirken. An dieses einfachere Gerät sind zwar keine besonderen Symmetriebedingungen zu stellen, jedoch ist hier ebenfalls kein stabiler Nullpunkt gegeben, denn auch bei Abwesenheit der im Gasgemisch nachzuweisenden Komponente wird der Empfänger energetisch beaufschlagt und dadurch sein Ausgangssignal von den eingangs erwähnten Störeinflüssen abhängig.
Die Erfindung setzt sich das Ziel, ein Gerät zur kontinuierlichen Analyse von Gasgemischen unter Verwendung einer modulierten Infrarotstrahlung und eines pneumatischen Empfängers mit einer Empfangskammer für die Strahlung zu schaffen, das eine wesentlich bessere Nullpunktstabilität aufweist als diese bekannten Geräte. Sie ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.
In den Abbildungen sind zwei Geräteausführungen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Die Ab b. 1 zeigt ein Einstrahlgerät. Die vom Strahlerl ausgehende, vom Reflektor 2 gebündelte Strahlung wird durch das motorisch angetriebene (Motor 3) rotierende Blendenrad 4 periodisch unterbrochen und tritt dann in die Empfangskammer 5 des pneumatischen Strahlungsempfängers 6 ein. Der Empfänger 6 wird durch die Membran 7 in zwei Räume eingeteilt Der Metallmembran7 gegenüber befindet sich eine isolierte Metallplatte 8. Membran 7 und Platte 8 bilden zusammen einen Kondensator.
Das zu analysierende Gasgemisch wird über die Zuleitung 9 und die Strömungsdrosseln 10 und 11 in den pneumatischen Empfänger geleitet und durch die Strömungsdrosseln 12 und 13 und die Ableitung 14 fortgeleitet. Die Strömungsdrosseln sind so angeordnet und bemessen, daß durch die Beströmung des Empfängers kein zusätzlicher Differenzdruck zwischen den beiden Seiten der Membran des pneumatischen Empfängers entsteht. Befindet sich in dem Gasgemisch ein Bestandteil, welcher Infrarotstrahlung absorbiert, so erfolgt eine von der Konzentration abhängige Erwärmung des Empfangskammervolumens und als Folge ein Druckanstieg in der Empfangskammer 5, welcher sich auf die Membran 7 überträgt und diese zur Auslenkung bringt, wodurch sich die Kapazität des aus Membran 7 und isolierter Platte 8 bestehenden Kondensators ändert. Wegen der intermitierenden Strahlung erfolgen Absorption, Erwärmung, Druckanstieg, Membranauslenkung und Kapazitätsänderung periodisch.
Diese periodische Kapazitätsänderung kann mittels einer nicht gezeichneten elektrischen Nachweiseinrichtung in Verbindung mit einem nicht gezeichneten Wechselspannungsverstärker und einem nicht gezeichneten Anzeigeinstrument gemessen werden und ist dann ein Maß für die Konzentration des die Infrarotstrahlung absorbierenden Gasbestandteiles.
An Stelle über die erwähnten Drosseln kann das zu analysierende Stoffgemisch diskontinuierlich über periodisch gesteuerte Ventile geleitet werden. Bei einer derartigen Ausbildung ist zweckmäßig die elektrische Meßeinrichtung nur dann eingeschaltet, wenn kein Stoffgemisch in das Gerät einströmt.
In A b b. 2 ist ein Zweistrahlgerät nach der Erfindung wiedergegeben. Die mit den Reflektoren 16 und 18 ausgestatteten Strahler 15 und 17 erzeugen zwei getrennte Wärmestrahlenbündel, welche durch das motorisch angetriebene (Motor20) rotierende Blendenrad 19 gleichphasig periodisch unterbrochen werden. Jedes der beiden Bündel durchläuft dann eine mit strahlungsdurchlässigen Fenstern versehene Küvette 21 bzw. 22 und trifft dann auf eine der beiden Empfangskammern 23 bzw. 24 des als Differenzdruckmesser ausgebildeten Strahlungsempfängers 25, welcher durch die Membran 26 in zwei Räume geteilt wird, wobei jeder der beiden Räume mit einer Empfangskammer verbunden ist. Der Metallmembran 26 gegenüber befindet sich eine mit einer isolierenden Durchführung 34 in den Empfänger eingesetzte Metallplatte 27. Membran 26 und Platte 27 bilden zusammen einen Kondensator. Die Küvette 21 ist mit einem die Strahlung nicht absorbierenden Gas, z.B.
Stickstoff, und die Küvette 22 mit dem nachzuweisenden Gas, z. B. Kohlenoxyd, gefüllt. Das zu analysierende Gasgemisch wird über die Zuleitung 28 und die Strömungsdrosseln 29 und 30 in den Differenzdruckmesser geleitet und durch die Strömungsdrosseln 31 und 32 und die Ableitung 33 fortgeleitet. Befindet sich in dem Gasgemisch der nachzuweisende Bestandteil, im angegebenen Beispiel Kohlenoxyd, so wird in den Empfangskammern 23 und 24 Strahlung im Bereich der Kohlenoxydabsorption absorbiert. Demzufolge treten wegen der intermitierenden Strahlung periodische Erwärmungen und Druckerhöhungen auf, welche auf die Membran 26 entgegengesetzt wirkende Kräfte ausüben. Da jedoch die auf die Meßkammer 24 auftreffende Strahlung im Bereich der Kohlenoxydbande durch Strahlungsabsorption in der Küvette 22 geschwächt ist, so überwiegt der in der Küvette 23 wirksame Wechseldruck. Die Differenz der beiden Wechseldrücke wird zu periodischen Kapazitätsänderungen des aus Membran 26 und Platte 27 bestehen- den Kondensators, welche dann ihrerseits ein Maß für die Kohlenoxydkonzentration sind und in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach A b b. 1 gemessen werden können.
Enthält das zu untersuchende Gasgemisch nur Kohlenoxyd, so ist offensichtlich wie beim Einstrahlgerät ein »echter« Nullpunkt gegeben mit sämtlichen bereits beim Einstrahlgerät erwähnten Vorteilen. Aber auch bei Vorhandensein anderer Infrarotstrahlung absorbierender Gasbestandteile im Analysengas außer (im vorliegenden Beispiel) Kohlenoxyd, ist die Nullpunktsicherheit wesentlich besser als bei den bekannten normalen Zweistrahlgeräten. Die infolge der Wechselstrahlungsabsorption in den Empfangskammern 23 und 24 durch diese Störkomponenten auftretenden Wechseldrücke sind gleich groß und heben einander auf, so daß kein Meßeffekt auftritt, und zwar auch dann nicht, wenn die Konzentration der Störkomponenten sich ändert. Die Nullpunktstabilität der erfindungsgemäßen Zweistrahlanordnung wird durch alle sonstigen Störgrößen weit weniger beeinflußt, als dies bei den bekannten Zweistrahlgeräten der Fall ist, denn dort kommt am Nullpunkt stets ein Fehlersignal hinzu, das aus der Füllung des Strahlungsempfängers mit dem nachzuweisenden Gasbestandteil resultiert.

Claims

Patentansprüche: 1. Gerät zur Analyse von Gasgemischen unter Verwendung einer modulierten Infrarotstrahlung mit wenigstens einer Empfangskammer für die Infrarotstrahlung, die mit einer Kammer eines Differenzdruckmessers gasleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu analysierende Gasgemisch in die Empfangskammer und die zweite Kammer des Differenzdruckmessers je über solche Einrichtungen zu-und abführbar ist, daß sich eine Druckdifferenz zwischen beiden Kammern des Differenzdruckmessers aufbauen kann.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Infrarotstrahlengänge erzeugt sind, die gegenphasig periodisch unterbrochen und auf die Empfangskammer vereinigt werden, und daß in einen Strahlengang eine Küvette geschaltet ist, welche den nachzuweisenden Gasbestandteil enthält.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer des Differenzdruckmessers ebenfalls mit einer Empfangskammer gasleitend verbunden ist.
4. Gerät nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Zuführung des zu untersuchenden Gases zu den Kammern des Differenzdruckmessers und zu dessen Abführung in den Leitungen vor und hinter den Kammern des Differenzdruckmessers angeordnete Drosseln sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 749 689.