DE1648820C3

DE1648820C3 - Gerät zur nichtdispersiven Ultrarot-Gasanalyse

Info

Publication number: DE1648820C3
Application number: DE1648820A
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Dr.Phil.Nat. 4300 Essen Luft
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1967-07-27
Filing date: 1967-07-27
Publication date: 1976-01-02
Also published as: US3700891A; GB1188626A; DE1648820B2; DE1648820A1

Description

ta und Außenraum mittels poröser Wände »dhe Met»- u ^ porösen Wände der Verbren- er&öglicnt _müs_Sen jedoch sehr gut druckdurchiS>8^sin. L _sonst infolge der durch die Verbren- ^S ^S.^el?'_P,pnden Veränderungen des in der Meß- |jujg eintreten Gasvolumens ein störender

relle ^einf'^C" _zwischen Meßzelle und AußenpjfferenzdrucK (USA.-PatentsLhriften

^^0SP5f und 3 251 654)·

's darauf, daß es mittels poröser Wände ährend der Bestrahlungsperiode durch

Sbsorpticn und Erwärmung des Meßgases sabsmpncn _{aufrecmzuerhaher}t _ist

bekannten gasanalytischen Meßverfahren nicht jedoch in dem angeschlossenen Differenzdruck messer erfolgt, ist, um den Einfluß der Rückdiffusion aus dem Differenzdruckmesser gering zu halten der Durchmesser der Verbindungskanäle zwischen MeIi- und Vergleichskammer nur so groß gehalten daß bei der übertragung des Differenzdruckes gerade noch kein Druckverlust entsteht. Je nach Größe der angeschlossenen Kammervolumina liegt der gunstigste Wert für den Durchmesser der Verbindungskanale

»° zwischen etwa 0,5 und 2 mm.

Um den Störeinfluß äußerer Druckschwankungen

auszuschalten, sind zu beiden Se.ten des Oxtitrenidruckmessers einstellbare Totvolum.na ™m Abgleich der pneumatischen Zeitkonstanten von Meß- und

^αα

lysierende Gasgemisch zuführenden Kanal bei _{andte Strahlung wird} mit

rotierende Blende zerhackten Strahlung i

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Einrichtungen zur Zu-und Abfuhr des

u analysierenden Gasgemisches zu der Meß- und derVergleichskammcr aus porösen Wanden bestehen,

durch die der zu messende Gasstrom m dem das Gemisch zuführenden Kanal von der Meß- und der Vcrgleichskammer getrennt ist.

Als poröse Trennwände eignen sich beispielsweise Trennwände aus Porzellan, Tonen und ähnlichen po-

rigcn Materialien, insbesondere sollen d,e Wände aus Ä^;ö_: und^ruckeffekte ganz

g fc^ ^,_iäle „ _{und 12 m}u dem

™_r ^C^_{kondcnsator 13} verbunden, der zur Ei-Mcm.ranKc _{u und aus} Symn.ctncgrun-

45 ho.un_b ^d^ J _ia,_{kondcnsalor mit} einer Membran den als u _{dcn ausgcb}ildct ,st. Der m-

^d _zjj"JJ^.^ _VersUirker und das Meß.ns ru-

_{mcnt sind} nicht eingezeichnet. Die ^bc^^cn.^c.ⁱⁿ,^st(:": ment sino b _{djcnen zum} Abgleich de.

^a J ™ma ^.^ ^.^ _{dc M b an}

Zctota ^_n _Sy Das durch du

KapHlare „ zu^te Gas^ch ^^

sollen «chtHch Pore.

_{der geslemcll}

_di.„_lif

^n: Angaben so.len die W,r„n,_We,se ^eÄ Messung des Kohlenoxid-

und der gleichzeitig als Filterküvette dienende Diffu- einem Kammervolumen von 0,5 cm³ und einer

sor6 mit einem CH₄-CO₂-Gemisch gefüllt. Die aus Fläche von 1 cm² des aus Sintermaterial von etwa

dem Diffusor in die Empfängerkammer 7 eintretende 1 μ Porenweite bestehenden Kammerbodens eine

Strahlung ist nur im Bereich der CO-Banden modu- Diffusionszeitkonstante von 5 see und eine pneuma-

liert. Diese selektive Modulation ist insofern von Be- 5 tische Zeitkonstante von 0,1 see, die bei einer Modu-

deutung, als durch sie der sogenannte Beil-Effekt, lationsfrequenz von 6 Hz einen Signalverlust von nur

der durch die nichtselektive periodische Erwärmung wenigen Prozent bedingt.

der Kammerwände zustande kommt, stark verringert Geräte gemäß der Anmeldung weisen in einigen

wird. Anwendungsbereichen gegenüber den bisher üb-

Die Diffusion des zu analysierenden Gasgemisches io liehen, mit fest eingeschlossenem Empfängergas ar-

in die Meß- und Vergleichskammer erfolgt mit einer beitenden nichtdispersiven Analysengeräten Vorteile

Zeitkonstanten auf.

y Obwohl der Empfänger an sich auf alle Gase an-

_Tl) = . spricht, die ultrarote Strahlung absorbieren, was

D- nF t5 unter Umständen für summarische Messungen inte-

V == Kammervolumen, «**»^l _u ^sein. ^kann< " ^wobe,i ^di^e Filterküvetten ent-

_ behrhch waren — laßt sich eine mit den üblichen

e -= Dicke des Sinterkörper, Methoden durchaus vergleichbare Selektivität auf

D == Diffusionskonstante, _ej_ne bestimmte Komponente erhalten, wenn man

η = Porenzahl, ao selektive Modulation und Filterung in der oben be-

F == Porenfläche. schriebenen Weise miteinander kombiniert. Da aber

hierzu nur fest in Küvetten eingeschlossene Gase ver-

Der Ausgleich des durch Strahlungsabsorption ent- wendet werden, läßt sich auf einfache Weise eine standenen Druckes erfolgt mit einer Zeitkonstanten Mehrfachanalyse durchführen, indem man nachein-

»5 ander andere Filterkombinationen in den Strahlen-

_ κ · η · 1·Ύ gang einschwenkt. Hinzu kommt, daß durch hohe

^τ* ~~ ^Tf-sT ' Strahlungskonzentration in einem verhältnismäßig

kleinen Empfängervolumen auch bei kleinen Schicht-

x = konstanter Beiwert, dicken im Empfänger eine große Meßempfindlichkeit

η = Zähigkeit des Gases, 3<> erreicht wird, so daß nicht nur Spuren erfaßt, sondern

_D ... auch höhere Konzentrationen noch gut gemessen

Z = mittlere forenlange. werden können. Auch dies kommt den Aufgaben der

Da das Produkt n F die Gesamtporenfläche dar- Mehrfachanalyse "sehr zustatten.

stellt und diese bei gleichbleibender Struktur des So konnten z. B. bei einem praktisch ausgeführten

Sintermaterials unabhängig vom Porendurchmesser d 35 Beispiel mit der gleichen Empfängerkammer von ist, bleibt die Diffusionszeitkonstante bei abnehmen- 8 mm Tiefe sowohl ein Spurenmeßbereich von 0 bis dem Porendurchmesser praktisch konstant, während 10 ppm CO₂ wie auch noch ein Meßbereich von 0 bis die pneumatische Zeitkonstante proportional mit 1/F 1 °/o CO₂ mit ncch annehmbarer Krümmung der zunimmt. Versuche haben gezeigt, daß man mit Sin- Eichkurve eingestellt werden. Das heißt, es ist mögtermaterial von Porenweiten von etwa 1 μ Werte der 40 Hch, durch rein elektrische Änderung der Verstärker-Zeitkonstanten erreicht, die der meßtechnischen Auf- empfindlichkeit, Meßbereichsänderungen im Verhäitgabenstellung angepaßt sind. So ergibt sich z.B. bei nis 1 : 1000 durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 10 Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der kapillaren (16 bzw. Patentansprüche: Jg, Sipterkörper verwendet werden.

1. Gerät zur hichtdispersiven Ultrarot-Gas-

analyse von Gasgemischen mittels des durch Ab- 5

sorption der Strahlung in den Gasgemischen erzeugten optisch-pneumatischen EfEektes, mit einer _{den Versucnen von} T y η d a 11 und R ο η t Meß- und einer Vergleichskammer, mit der Zu- u _bekannte optisch-akustische Effekt, d. h. die und Abfuhr des zu analysierenden Gasgemisches gen' Druckschwankungen in einem strahzur Meß- und Vergleichskammer dienenden Ein- i° tmsien s _{den Gas beim} Eintritt periodisch richtungen, die so ausgebildet sind, daß sich eine ^U _n ⁿ.f_rb^_chender Strahlung, ist seit etwa 30 Jahren Druckdifferenz zwischen den Kammern und dem ^u"*^r _A°'_ang_SPunkt einer Reihe von Verfahren der das zu analysierende Gasgemisch zufuhrenden ;r™ _di * j*_e„ UR-Gasanalysc geworden. Schon zu Kanal bei Strahlungsabsorption in den Kammern ^m" ^lu ^_ieser Entwicklung lassen sich zwei grundaufbauen kann, mit einem zwischen die Kammern 15 °^eS» ^_nord_nungen erkennen. Bei der einen entgeschalteten Druckmeßorgan, vorzugsweise einem ^u . _tisch__akustische bzw. optisch-pneuma-Membrankondensator, zur Messung des durch die stem _ffekt ^F _{unmittelbar m de}m zu untersuchenden Absorption der durch eine rotierende Blende zer- usu.c: ^ ^ Selektivierung auf ein bestimmhackten Strahlung in den Kammern erzeugten uasg""■ ' _{durch vorgesch}altete Filterküvetten er-Wechseldruckes, dadurch gekennzeicti- »» tes ud _anderen entsteht er in einem fest eingen e t, daß die Einrichtungen zur Zu- und Abfuhr zielt « ängergas konstanter Zusammensetdes zu analysierenden Gasgemisches zu der MeIi- ^scmo";" · _{d d}^_{rch eine} Vorabsorption im zu unter- und Vergleichskammer (7 bzw. 10) aus porösen zung una wire' _geschwächt. Praktische BeWänden (8) bestehen, durch die der zu messende suchenden U sgen β ^ ^^ _Anordnung „. Gasstrom in dem das Gemisch zuführenden Kanal »s deutung J^aV°™ _deshaib,weil die kontinuierliche (9) von der Meß- und Vergleichskammer (7 bzw. J⁸^g'JJder geringen Druckeffekte in einer abge-10) getrennt ist. «Jhlossenen Kammer sehr viel leichter möglich ist als

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- «hlossenen J Anordnung, bei der das Empzeichnet, daß die Wände (8) aus Sintermetall be- bei de^g^^ _{mit dem zu} analysierenden Gestehen. ^J . \ · _t „_nj laufend zu- und abgeleitet werden muß.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn- misch, ,j^ laufend zu ^ g^ _neuma_

zeichnet, daß die porösen Wände (8) symmetmch Fur^di ^Mess g _Empfangergas identisch

zu dem das zu analysierende Gasgemisch fuhren- ^j^^iySrenden Gasgemisch ist, ist es be-

den Kanal (9) angeordnet sind. Ss bekannt das zu analysierende Gasgemisch der

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 35 reus bekam», α _ch/_kammer über Strömungszeichnet, daß die porösen Wände (8) hinsichtlich Meß- und' »^{ucn ve} _K| .„ _{s0 zu}_ _und abzuleiten, Porendurchmesser und Porenzahl so d.mensw- drossel1 w ^ · H _d£n ^.^ _{Kammern üe}. niert sind, daß einerseits der Gastaustausch durch ^d^rD,uckmTßorgan durch die in der Meßkammer Diffusion hinreichend rasch erfolgt, andererseits genden D'uckmelttorga au _{Differenzdruck} aber der sich während einer Bestrahlungspenode 40 absorbier_t«^ rnodu «* »^Pg _{der Gasströ}. aufbauende Differenzdruck näherungsweise erhal- entstehtgedoc^^ _(deutsche Auslegeschrift

ten bleibt. Λ·ΐΛητ(\Τ\

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 1 24U M) . ■ _{t daß es sehr} schwierig zeichnet, daß der Porendurchmesser der porösen Es at sch^aHerding^g g^ _KQnstanz ^ ^ Wände (8) zwischen etwa 0,5 und 2 μηι hegt und 45 «X I«^jJ zustellenden Anforderungen zu erdie Gesamtporenoberiläche mindestens 0 1 vor- mungs^d'^osse^ ^z _m _{swiderstand der} Drosseln muß zugsweise über 0,2 cmVcni« Wandflache betragt. "' ^^"^, _{sich der in dcn} Kammern

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekenn groß genug sem, _entstehende Wechselzeichnet, daß der Durchmesser der Verbindung- durch du stran £ ν kontinuierliche kanäle (11, 12) zwischen Meß- ™d Vergleichs- 5» ^^^^_ηά _k]einer Zeitkonstante eine kammer (7 bzw. 10) nur so groß gehalten ist, daß Messung mi mnre _{h die Strö}. bei der übertragung des D.fferenzdruckes gerade ™^«^™_acrt> _{entsteht a} ^g _n U_1116n ein Druck-

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zeichnet, daß der Ausgang des das Gasgemisch schwindigkeit hinreichend auszuschalen, führenden Kanals (9) mit einem Puffergefäß (17) 6₅ Es sind weiter A"⁰^™^..?"^"« J¹F^' in Verbindung steht, wobei die Gaszulcitung zum barer Gaskomponenten mit Hilfe der bei der VerKanal (9) und die Gasableitung aus dem Puffer- brennung entstehenden Temperaturerhöhung be-Bcfäß (17) durch Kapillaren (16 bzw. 18) erfolgt. kannt, bei denen der drucklosc Gasaustausch zwi-