DE1648875C3 - Vorrichtung zur Korrektur des MeBergebnisses eines Gasanalysators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur des durch Störeinflüsse verfälschten Meßergebnisses eines Gas-Analysators unter Verwendung eines ersten Eichgases zur Festlegung eines niedrigen Eichmeßwertes und eines zweiten Eichgases zur Festlegung eine«, hohen Eichmeßwertes, der ein Registriergerät zugeordnet ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 29 39 953 bekannt. Um eine die zuvor vorgenommene Festlegung des niedrigen Eichmeßwertes nicht mehr beeinflussende Festlegung des hohen Eichmeßwertes zu realisieren, ist dort eine aufwendige und mit zahlreichen Abgleicherfordernissen ausgestattete, komplizierte Wechselstrom-Brückenschaltung mit Abgreifschaltungen an denjenigen Diagon 'punkten der Brücke vorgesehen, die nicht der Weuiselspannungs-Einspeisung dienen. Zum Eingriff in diese als Korrektur-Vorrichtung wirkende Brückenschaltung sind daher eine Vielzahl an Maßnahmen aufeinander abzustimmen, was insbesondere dann zu ganz erheblichem Schaltungsaufwand führt, wenn ein periodischer automatischer Abgleich angestrebt ist.

Auch aus dem Buch von Henstenberg — Sturm —Winkler, »Messen und Regeln in der chemischen Technik«, 2. Auflage, Springer-Verlag 1964, S. 503 bis 506 und 803 bis 810, ist es als solches schon bekannt, zwischen einer Meß- oder Analyseeinrichtung und einem Anzeige- oder Registriergerät eine Vorrichtung zur Korrektur des Meßergebnisses vorzusehen, das durch Störeinflüsse verfälscht ist. Allerdings ist es dort lediglich möglich, temperaturabhängige Störeinflüsse auszuschalten, wozu ein temperaturabhängiges Korrektursignal gewonnen wird, das zum Verschieben und/oder zum Verschwenken der Kennlinie der Korrektur-Vorrichtung herangezogen wird. Die Anwendung dieser, insbesondere für pH-Meßgeräte beschriebenen Korrekturmaßnahmen auf Gas-Analysatoren würde aber nicht den angestrebten Erfolg bringen, da nach jener Vorveröffentlichung nur die temperaturabhängigen Ursachen für Drifterscheinungen in Gas-Analysatoren — und diese auch nur mittelbar — erfaßt würden, nicht aber die Störeinflüsse über ihre Auswirkungen insgesamt. Es ist aus dieser Vorveröffenthchung also keinerlei Hinweis zu entnehmen,

welche speziellen Maßnahmen zu treffen wären, um für die Korrektur des Meßergebnisses eines Gas-Analysators die Störeinfiüsse insgesamt zu erfassen und dementsprechende Eingriffe in die Korrektur-Vorrichtung vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung eingangs genannter Art so auszugestalten, daß sie einen einfachen schaltungstechnischen Aufbau und hinsichtlich ihrer einzelnen Funktionsschritte bei der Einspeisung der unterschiedlichen Eichgase funktionell überschaubare Zusammenhänge aulweist, so daß die Bedienungseingriffe bzw. die schaltungstechnischen Maßnahmen zur automatischen Eichung einfacher Natur sind und auf Grund der einfachen funktionellen Zusammenhänge ein sicherer und qualitativ hochwertiger Betrieb des Gas-Analysators. der dieser Korrektur-Vorrichtung vorgeschaltet ist, erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäb im wesentlichen dadurch gelöst,

a) daß eine Eingangsstufe vorgesehen ist, die mit dem Ausgang des Analysators und mit einer ersten Hilfsspannungsquelle verbunden ist, deren Spannung derart einstellbar ist, daß bei Anwesenheit des ersten Eichgases im Analysator das Ausgangssignal der Eingangsstufe verschwindet,

b) daß eine Summierschaltung vorgesehen ist, die einerseits mit dem Ausgang der Eingangsstufe und andererseits nur bei Anwesenheit des zweiten Eichgases im Analysator auch mit einer zweiten Hilfsspannungsquelle verbunden ist, deren Spannung der Differenz zwischen dem hohen und dem niedrigen Eichmeßwerl entspricht, und daß der Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe bei Anwesenheit des zweiten Eichgases im Analysator derart einstellbar ist, daß das Ausgangssignal der Summierschahung verschwindet,

c) und daß unter Beibehaltung der Einstellung des Verstärkungsfaktors der Eingangsstufe bei Anwesenheit des zu messenden Gases im Analysator die Summierschaltung mit einer dritten Hilfsspannungsquelle verbunden ist, deren Spannung dem niedrigen Eichmeßwert entspricht, und mit einer Kompensationsspannungsquelle, die derart einstellbar ist, daß das Ausgangssignal der Vorrichtung verschwindet.

Die Eingriffe in die Korrektur-Vorrichtung beschränken sich also auf je eine Einstellung vor bzw. in der Eingangsstufe der Korrektur-Vorrichtung, nämlich einerseits für das erste und danach für das zweite Eichgas, mit abschließendem Zuschalten einer dem niedrigen Eichmeßwert entsprechenden Hilfs-Spannung, womit die Störeinflüsse in den Meßergebnissen des Gas-Analysators zuverlässig ausgeglichen sind. Dabei erfolgt dieses Einstellen der Korrektur-Vorrichtung in denkbar wenig aufwendiger Weise durch zwei Eichgase mit hinsichtlich der Analysenaufgabe bekannter Zusammensetzung, ohne daß es weiterer Randbedingungen hinsichtlich der Eichgase selbst oder ihrer Einspeisung (Feuchtigkeit, Druck der Eichgasc) oder betriebsbedingter Randbedingungen (etwa Umgebungstemperatur, Schwingungsgegebenheiten und Feuchtigkeit am Betriebsort des Gas-Analysators) bedürfte.

Es ist bekannt, daß selbst nach einmal richtig eingestellter Korrektur-Vorrichtung diese Einstellvorgänge in gewissen Abständen wiederholt werden müssen, da der Betrieb eines Gas-Analysators ständigen und unregelmäßigen Drifteinflüssen unterworfen ist. In dem luxemburgischen Patent 5G 379 wurde bereits vorgeschlagen, Eingriffe in Gas-Analysatoren nachgeschalteten Korrektur-Vorrichtungen in periodischen Zvjitabsiänderi und vorzugsweise automatisch ablaufend vorzunehmen, wozu ein entsprechend programmierter Elektronenrechner eingesetzt wird, der auch durch eine entsprechend aufgebaute unabhängige, automatisch wirkende Eichsteuervorrichtung ersetzbar ist. Solche Eichsteuervorrichtungen, seien es separat erstellte

ίο Anlagen, seien es digitale Rechenanlagen, weisen aber den Nachteil ganz erheblichen apparativen Aufwandes auf, und trotz dieses apparativen Aufwandes gewährleisten sie oft nicht eine unabhängig von der Festlegung eines niedrigen Eichmeßwertes vornehmbare Festlegung bzw. Nachstellung des hohen Eichmeßwertes.

Dagegen eignet sich die Vorrichtung nach der Erfindung zur Korrektur des durch Störeinfiüsse verfälschten Meßergebnisses eines Gasanalysators ganz besonders dazu, mit einer automatischen Eichsteuervorrichtung zum periodischen Wiederholen der genannten Schaltungsverbindungen ausgestattet zu werden; denn nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es dazu lediglich nötig, eine automatische Steuerung zur Herstellung bestimmter Verbindungen vorzusehen.

nämlich einer Verbindung zwischen der Summierschaltung und der zweiten Hilfsspannungsq'ielle bei Anwesenheit des zweiten Eichgases im Analysator bzw. zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Summierschaltung und der dritten Hilfsspannungsquelle bei Anwesenheit des zu messenden Gases im Analysator. Diese automatisch und periodisch eingreifende Eichstcuervorrichlung kann also denkbar einfach aufgebaut sein und gewährleistet einen dementsprechend betriebssicheren Funktionsablauf.

Zweckmäßigerweise wird bei Anwesenheit des ersten oder des zweiten Eichgases im Analysator der Registriergerätekreis abgeschaltet. Auf diese Weise bleibt dem Anwender des Gasanalysators das jüngste noch mit der vorangegangenen Korrektureinstellung erhaltene Meßergebnis auf dem Registriergerät trotz Umschaltens auf die Eichgase unverändert zur Verfügung. Dadurch sind Irrtümer ausgeschaltet, die anderenfalls durch Schwankungen der Anzeige auf dem Registriergerät infolge Umschaltens auf Eichgase und Umschaltens in der Korrektur-Vorrichtung zum Festlegen der Eichmeßwerte hervorgerufen werden könnten. Außerdem wird die Betriebsanwendung des Gasanalysators nicht unterbrochen, der zwar vorübergehend keine neuen Meßergebnisse liefert, aber immerhin noch

so das zuletzt erhaltene, also derzeit günstigste Meßergebnis zur Verfügung stellt.

Wenn der Vorrat des jeweiligen Eichgases für den niedrigen bzw. für den hohen Eichmeßwert erschöpft ist, muß ein neuer Vorrat an Eichgas für die periodische

S5 Einspeisung zwecks Einstellung der Korrektur-Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Aus Kostengründen ist anzustreben, nicht darauf angewiesen zu sein, daß dieser neue Vorrat an Eichgas exakt mit der interessierenden Zusammensetzung des bisher benutz-.en Eichgases übereinstimmt. Es genügt, wenn es sich überhaupt um ein Eichgas zur Festlegung irgendeines niedrigen (bzw. hohen) Eichmeßwertes handelt, dessen Zusammensetzung hinsichtlich der für den Gasanalysator interessierenden Komponente bekannt ist. Es wird dann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung lediglich zur Einstellung der Spannung der dritten Hilfsspannungsquelle auf den Eichmeßwert des ersten Eichgases die Verbindung zwischen dem Ausgang der

Eingangsstufe und der Summicrschaltung aufgetrennt, so daß die Spannung der dritten Hilfsspannungsquelle auf dem Registriergerät angezeigt wird. Durch Eingriff in die dritte Hilfsspannungsquelle, bei der es sich zweckmäßigerweisc wie auch bei den anderen HiITsspannungsquellen um einen verstellbaren Potentiometer-Abgriff handelt, wird dann lediglich die dem niedrigen Eichmeßwert entsprechende Spannung so lange verändert, bis der momentan auf dem nachgeschalteten Registriergerät (oder sonstigen Meßgerät) angezeigte Wert dem vorgegebenen Analysewert des neuen Eichgases entspricht. Für die Dauer der Verwendung dieses neuen Eichgasvorrates ist dann kein neuer Eingriff in die dritte Hilfsspannungsquelle mehr erforderlich. Da Eichgasvorräte nur in größeren Zeiträumen ausgetauscht werden müssen, genügt es. diese Einstellung nicht an eine nach einem automatischen Programm ablaufende Vorrichtung anzuschlie Ben, sondern von Hand vorzunehmen. Für den Fall, daß der Eichgasvorrat für Festlegung eines hohen Eichmeßwertes erschöpft ist, das entsprechende Eichgas also gegen ein neues ausgetauscht wird, erfolgt zweckmäßigerweise die Einstellung der Spannung der zweiten Hilfsspannungsquelle auf den Eichmeßwert des zweiten Eichgases dadurch, daß die Verbindung von der Eingangsstufe sowohl zum Analysator als auch zur ersten Hilfsspannungsquelle aufgetrennt wird und statt dessen die zweite Hilfsspannungsquelle an die Eingangsstufe angeschlossen und der Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe auf den Wert »Eins« eingestellt wird, währenddessen die dritte Hilfsspannungsquelle mit der Summierschaltung verbunden ist, so daß auf dem Registriergerät der hohe Eichmeßwert angezeigt wird. Wiederum wird der Eingriff in die Hilfsspannungsquelle derart vorgenommen, daß die Anzeige auf dem Registriergerät mit der Vorgabe über die Analyse des neuen Eichgases, zur Festlegung des hohen Eichmeßwertes, übereinstimmt. Dann wird die Korrektur-Vorrichtung wieder auf Betrieb mit zu analysierendem, unbekanntem Gas bzw. periodisch auf Betrieb mit den beiden Eichgasen umgeschaltet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zweckmäßigerweise das dem Analysator über die Korrektur-Vorrichtung nachgeschaltete Registriergerät mit einer vierten Hilfsspannungsquelle ausgestattet, die an die Kompensationsspannungsquelle gekoppelt, aber galvanisch von dieser getrennt ist. Dadurch sind jegliche Rückwirkungen aus dem Anzeigekreis in den Kompensationsmeßkreis sicher vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in einer Prinzipdarstellung die Zusammenhänge der Einwirkung der tatsächlichen Zusammensetzung des Gases im Gasanalysator auf den von einem Registriergerät angezeigten Meßwert unter Berücksichtigung der Einflüsse bei der Einstellung der Korrektur-Vorrichtung mit Eichgasen und

F i g. 2 ein Schaltbild der Korrektur-Vorrichtung mit nachgeschaltetem Kompensationsschreiber und ihm zugeordneter, von der Kompensationsspannungsquelle getrennter Hilfsspannungsquelle.

Die Einstellung der Korrektur-Vorrichtung, die zwischen einem Analysator A (beispielsweise einem Infrarot-Gasanalysator) und einem Anzeigegerät (insbesondere einem Registriergerät Q zwischengeschaltet ist wird nachstehend zunächst an Hand der Kennlinienschar in F i g. 1 erläutert bei der de Korrektur-Vorrich tung als Prellvorrichtung B bezeichnet ist. Diese Einstellung erfolgt durch Festlegung sowohl eines niedrigen als auch eines hohen Eichmeßwertes während Einspeisung entsprechender Eichgase Cl, G2 in den Analysator .4. Die beiden Eichmeßwerte liegen vorzugsweise an den Grenzen des Bereiches, innerhalb dessen sich normalerweise die Zusammensetzung des zu analysierenden Gases bewegt.

Die Kurve a im dem Analysator A zugeordneten

ίο Kennlinienbereich der Fig. 1 gibt die ursprüngliche Charakteristik des korrekt arbeitenden Analysators A wieder, ist also als Bezugscharakteristik anzusehen. Gemäß dieser Kurve a liefert der Analysator A für die beiden Eichgase G 1, G 2 Meßergebnissc U\o bzw. L/20.

Diese Meßergebnisse werden nicht unmittelbar auf dem Registriergerät C angezeigt, sondern zunächst in die Eichvorrichtung B eingespeist. Am Ausgang der Eichvorrichlung B bewirken diese beiden Meßergebnissc ίΛο, Iho Ausgangssignale Θ 10 bzw. Θ 20, durch die die Kurve a'im Kennlinienfeld für die Eichvorrichtung B festgelegt ist. Je nach der Charakteristik und der Skalenteilung des der Eichvorrichtung B nachgeschaltelen Registriergerätes C werden den Meßergebnissen t/10, Iho zugeordnete Meßwerte für die Eichgase G 1, G 2 auf dem Registriergerät C angezeigt. Solange der Betrieb des Analysators A keinerlei Störeinflüssen unterliegt, müssen für die beiden Eichgase G 1, G 2 stets dieselben Anzeigen auf dem Registriergerät C erscheinen.

Es sei hier erwähnt, daß die Kennlinie des Analysators A in zulässiger Näherung als Gerade angesehen wird, da es praktisch nicht möglich ist, die, z. B. in Abhängigkeit vom angewandten Meßbereich, vorhandene Kennlinienkrümmung mit ausreichender Genauigkeit zu berücksichtigen, zumal die Abweichung der wirklichen Kurvenkrümmung gegenüber einer Geraden erfah rungsgemäß maximal 0,1 Volumprozent entspricht.

Im Betrieb unterliegt jeder Gas-Analysator A vielfältigen Störeinflüssen, die zusammengefaßt als Drifterscheinungen bezeichnet werden können. Diese Erscheinungen wirken sich in einem Auswandern der Meßergebnisse gegenüber denjenigen bei der ursprünglich angenommenen Bezugscharakteristik des Analysators A aus, d. h„ dessen Arbeitskennlinie verschiebt sich (im Beispiel der F i g. 1 Übergang von der Kurve a in die Kurve b), mit entsprechender Veränderung der Meßergebnisse von U\o nach U\ für das erste Eichgas G 1 und von Lho nach Lh für das zweite Eichgas G 2. Unter diesen Bedingungen am Eingang der Eichvorrichtung B stellen sich an deren Ausgang bei unveränderter, schaltungstechnisch vorgegebener Arbeitskennlinie (bisherige Kurve a) verschobene Ausgangssignale θ 1 bzw. θ 2 ein, die im angeschlossenen Registriergerät C aber nicht mehr zu korrekten Meßwert-Anzeigen für

die Eichgase G1 bzw. G 2 führen. Durch entsprechenden korrigierenden Eingriff in die Arbeitsweise der Eichvorrichtung B sollen diese die Meßergebnisse des Analysators A verfälschenden Störeinflüsse ausgeglichen werden, so daß trotz driftbedingter Kennlinienver- lagerung im Analysator A am Meßgerät eine korrekte Analyseanzeige erfolgt

Um trotz der Kennlinienauswanderung im Analysator A bei Einspeisung der Eichgase G1 bzw. O 2 wieder die korrekten Meßwerte auf dem Registriergerät C anzuzeigen, wird nicht in den Analysator A unmittelbar korrigierend eingegriffen, sondern die Kennlinie der Eichvorrichtung B wird derart verändert daß sich hinsichtlich des angezeigten Meßergebnisses eine die

Störeinflüsse ausgleichende Korrektur ergibt. Dazu bedarf es bei der beschriebenen Lösung jeweils nur eines einzigen Überprüfungs- bzw. Kingriffsvorganges in die Eichvorrichtung B für jedes der beiden Eichgasc GX, C 2. Bezogen auf die symbolische Darstellung der Zusammenhänge zwischen Analysator A und Registriergerät C gemäß Fig. I, wird dabei in folgender Weise vorgegangen:

a) Während des Durchganges des Eichgases G1 durch den Analysator A wird das auf Grund der Störeinflüsse verfälschte Meßergebnis am Ausgang des Analysators A, also auch am Eingang der Eichvorrichtung B, um eine Spannung Delta (Δ) derart verändert, daß kein Ausgangssignal an der Eich vorrichtung B mehr auftritt. In der Kennliniendarstellung der Fig. 1 entspricht dieses einem Übergang von der Kurve «i'zu der Kurve c'infolge Kennlinienverschiebung auf Grund Einspeisung eines zusätzlichen Signals, nämlich der Spannung Delta aus einer ersten Hilfsspannungsquelle, in die Eichvorrichtung B.

b) Das Eichgas G 1 zur Festlegung eines niedrigen Eichmeßwertes wird im Analysator A durch ein Eichgas G 2 zur Festlegung eines hohen Eichmeßwertes ersetzt und das resultierende Signal am Ausgang der Eingangsstufe AX der Eichvorrichtung B, in Fig. 1 als θ 2' angegeben, wird gegen eine von einer Hilfsspannungsquelle gelieferte Spannung kompensiert, die in Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert wird. Die Einspeisung dieser von der betrachteten Hilfsspannungsquelle gelieferten Spannung und ihre Dimensionierung wird unten im Zusammenhang mit F i g. 2 näher erläutert. Es wird nun die wirksame Verstärkung der Eingangsstufe A 1 derart verändert, daß das Ausgangssignal der Eingangsslufe A 1 gerade gegen diese von der Hilfsspannungsquelle gelieferte Spannung kompensiert ist, was einem Verschwenken der Kurve c'in die Kurve d' gemäß Kennlinienfeld der Eichvorrichtung B in F i g. 1 entspricht.

c) Die zuvor unter a) ausgeführte Kennlinienverschiebung muß hinsichtlich ihrer Auswirkung nun wieder rückgängig gemacht werden, da bei korrekt eingestellter Eichvorrichiung B deren Ausgangssignal im Falle des Einspeisens des ersten Eichgases Gi in den Analysator A das Ausgangssignal θ 10 sein muß (während es infolge der Kennlinienverschiebung zunächst noch den Wert Null hat). Hierzu wird im Anschluß an die Kennlinienverschwenkung gemäß b) dem Ausgangssignal der Eingangsstufe A 1 der Eichvorrichtung B dieser fehlende Betrag, also das Ausgangssignal θ 10, hinzugefügt Das entspricht einer Parallelverschiebung der Kurve & in die Kurve b' des Kennlinienfeldes der Eichvorrichtung flin Fig. 1. Aus der grafischen Darstellung der F i g. 1 ergibt sich unmittelbar, daß nunmehr wieder für die beiden Eichgase Gi. C 2 die richtigen, also nicht mehr durch die im Analysator A wirksamen Störeinflüsse verfälschten Meßwerte auf dem Registriergerät C angezeigt werden. Hieraus ergibt sich auch, daß die während des Korrekturabschnittes b) von der Hilfsspannungsquelle gelieferte Spannung der Differenz der Ausgangssignale θ 20 und θ 10 am Ausgang der Eichvorrichtung B entsprechen mußte, so daß nun, nach Einspeisung der Spannung für das Ausgangssignal β 10 in der Darstellung der F i g. 1, für den niedrigen Eichmeßwert wieder das Ausgangssignal θ 10, für den hohen Eichmeßwert das Ausgangssignal θ 20 der Eichvorrichtung B maßgeblich ist und das Registriergerät C ansteuert wenn das Eichgas GX bzw. G 2 in den Analysator A eingespeist wird. Folglich ist die Eichvorrichtung B nur richtig eingestellt, um die infolge der Drifterscheinun gen im Analysator A sich auswirkenden Störeinflüssi vor der Ansteuerung des Registriergerätes C zi .s korrigieren. Werden die Eingriffe in die Eichvorrichtunj B in der beschriebenen Reihenfolge vorgenommen dann sind lediglich diese Eingriffe nötig, aber keine Wiederholungen dieser Eingriffe, denn Rückwirkunger eines späteren Eingriffes auf einen früheren treten nich

ίο auf.

Die Fig.2 zeigt ein Schaltbild für eine bevorzugte Realisierung einer Eichvorrichtung B. die als Korrektur Vorrichtung zwischen einem Gas-Analysator A unc einem Registriergerät C vorzusehen ist. um ii periodischen Abständen derart nachgestellt zu werden daß die infolge Störeinflüssen vorkommenden Verfäl schungen der Meßergebnisse bei der Meßwertausgabc auf dem Registriergerät nicht mehr in Erscheinung treten. Die der Korrektur der Meßergebnisse dienende Eichvorrichtung S weist im dargestellten Ausführungs beispiel zwei Rechenverstärker auf, von denen einer al: Eingangsstufe A I und einer als Ausgangsstufe A 2 wirk und für die erwünschte Verstärkungen bzw. für die notwendigen Operationen des Zusammenfassens vor Signalen (Spannungen bzw. Strömen) beschallet sind.

An den Ausgang der in F i g. 2 dargestellter Schaltung ist wahlweise einer von drei Stellmotorer MX. M2, M3 anschließbar. Diese stellen die Verstell elemente für Kompensationskreise (selbsttätig abglei chende Regelkreise) dar und steuern das Potentiometer PX für die Einstellung des Verstärkungsfaktors dei Eingangsstufe A 1, das Potentiometer P2 für die Einstellung des niedrigen Eichmeßwertes bzw. da; Potentiometer P3 in dem Kompensationsmeßkreis be Betrieb des Analysators A (in Fig. 2 nicht dargestellt mit dem zu analysierenden Gas. bei dem es siel insbesondere um Hochofengas handeln kann. Mit dem Potentiometer Pi ist ein Potentiometer P4 mechanise! gekoppelt, das folglich ebenfalls vom Stellmotor M 3 beeinflußt wird und dem das Registriergerät C nachgeschaltet ist so daß vom Registriergerät C keine Rückwirkungen auf die Schaltung der Eichvorrichtunj B stattfinden. Die Stellmotoren MX. M2 bzw. M3 erfahren eine Drehrichtungs-Umkehrsteuerung nacf der notwendigen Polarität um das Ausgangssignal an der Ausgangsstufe A 2 und damit an der Eichvorrich tung B durch Kompensation auf den Wert Null zi bringen. Die Steuerung erfolgt also je nach der momentanen Abweichung des Ausgangssignals der Ausgangsstufe A 2 bezüglich des zu erzielenden Wertes Null, in dem die Gleichgewichtssituation des abgegliche nen Kompensationskreises erreicht ist

Die in das Schaltbild der Fig.2 eingezeichneten Kontakte, etwa Relais-Kontakte 1 bis 6, dienen dei Festlegung der Eichmeßwerte mittels der beiden Eichgase Gi, G 2; diese Kontakte 1 bis 6 werder zweckmäßigerweise von einer in Fig.2 nicht mi! dargestellten automatischen Steuerung zur Herstellung der entsprechenden Verbindungen in der Schaltung nach Fig.2 angesteuert Die weiteren im Fig.2 dargestellten Kontakte 7 bis 11 werden zweckmäßiger weise von Hand eingestellt, da sie nur betätigt werden müssen, wenn ein Eichgas G1 bzw. G 2 erschöpft ist und gegen einen neuen Vorrat ausgetauscht werden muß dessen Zusammensetzung gegenüber dem zuvor benutzten Eichgas Gl bzw. G 2 unter Umständen verändert ist

Die Funktion der in F i g. 2 dargestellten Schaltung

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wird nachfolgend an Hand der verschiedenen Betriebsarten näher erläutert.

I. Betrieb des Analysators A mit zu analysierendem Gas, insbesondere mit Hochofengas

Die Kontakte 1, 2, 4, 8 und 9 sind geöffnet, die Kontakte 3, 5, 6, 7, 10 und 11 sind geschlossen. Am Eingang der Ausgangsstufe A 2 liegen die momentan von der Kompensationsspannungsquelle, dem Potentiometer P3, abgegriffene Kompensations-Gegenspannung CR. die von der dritten Hilfsspannungsquelle in Form des Potentiometers P5 abgegriffene Spannung θ 10 und das Ausgangssignal der Eingangsstufe A 1, das das Produkt des Verstärkungsfaktors K der Eingangsstufe A 1 und der Differenz aus dem momentanen Meßergebnis U des zu analysierenden Gases im Analysator A und der Hilfsspannung Delta (Δ) der ersten Hilfsspannungsquelle ist, die als Potentiometer P2 dargestellt ist. Der Stellmotor M3 wird derart betrieben, daß die Ausgangsspannung der Ausgangsstufe A 2 der Eichvorrichtung B durch eine entsprechend abgegriffene Kompensations-Gegenspannung CR an der Kompensationsspannungsquelle, also am Potentiometer PX zu Null gemacht wird. Der Betrag der Kompensations-Gegenspannung CR entspricht also einem Werte Θ = θ' + β 10 mit θ' = K ■ (U- Δ).

Um Rückwirkungen vom Registriergerät C in die Schaltung der Eichvorrichtung B zu vermeiden, ist an die Welle des Stellmotors M3 außer dem Potentiometer P3. das als Kompensationsspannungsquelle dient, ein Feinstellpotentiometer P4 angeschlossen, an dem die der Einstellung der Kompensations-Gegenspannung CR entsprechende Spannung E zum Ansteuern des Registriergerätes C abgegriffen wird. Die Winkelstellung des Stellmotors M 3 und damit auch der Wert der abgegriffenen Spannung E ist also proportional der Größe θ, was der in Fig. 1 unten rechts dargestellten Kennlinie für das Registriergerät Centspricht.

2 Betrieb mit dem ersten Eichgas, zur Festlegung eines niedrigen Eichmeßwertes

Die vorgeschriebene Gasanalyse wird von Zeit zu Zeit unterbrochen, um das durch Störeinflüsse verfälschte Meßergebnis mittels entsprechender Einstellung der Eichvorrichtung B zu korrigieren. Dieser erste Korrektureingriff kann auch als Nullpunktkorrektur bezeichnet werden, obwohl es sich beim niedrigen Eichmeßwert nicht unbedingt um einen Nullpunkt in der Meßcharakteristik handeln muß. Die Kontakte 1,3,5,4, 6,8 und 9 sind nun geöffnet, die Kontakte 2,7,10 und 11 geschlossen.

Auf die Eingangsstufe A I der Eichvorrichtung B ist außer dem (durch beliebige Drifterscheinungen verfälschten) Meßergebnis U1 für das erste Eichgas G1 die Spannung Delta {Δ) der ersten Hilfsspannungsquelie geschaltet, die durch das Potentiometer P2 realisiert ist. An den Ausgang der Eichvorrichtung B ist nun nicht mehr der Kompensationskreis für die Ansteuerung des Registriergerätes Cangeschaltet, sondern der Stellmo tor MZ der auf die erste Hilfsspannungsquelle einwirkt, also das Potentiometer P2 entsprechend der Winkelstellung der Motorwelle verstellt Diese Verstellung erfolgt derart daß am Ausgang der Eingangsstufe A t kein Signal mehr erscheint Wie in Zusammenhang mit F i g. 1 schon erläutert, entspricht diese Einstellung der Spannung Delta {Δ) der ersten Hilfsspannungsquelle einer Parallelverschiebung der Kurve a'zur Kurve c'im Xennlinienfeldder Siebvorrichtung B.

3. Betrieb mit dem Eichgas G 2 zur Festlegung des

hohen Eichmeßwertes

Diese Betciebsphase der Einstellung der Eichvorrichtung B zur Korrektur der Störeinflüsse kann auch als Korrektur des Verstärkungsfaktors bezeichnet werden. Nun sind die Kontakte 2, 3, 5, 6, 8 und 9 geöffnet, dagegen die Kontakte 1,4,7,10 und 11 geschlossen.

Auf die vor der Ausgangsstufe A 2 liegende Summierschaltung ist das Ausgangssignal der Eingangsstufe A I geschaltet, das sich aus K ■ (U2 - Δ) ergibt; auf einen weiteren Eingang der Summierschaltung ist die Spannung (θ 20 - Θ 10), die der Differenz zwischen dem hohen und dem niedrigen Eichmeßwert entspricht, als die Spannung der zweiten Hilfsspannungsquelle (dargestellt durch das Potentiometer PG) geschaltet. Es wird nun durch Eingriff in die Rückkoppelung der Eingangsstufe A 1 über den Kompensationskreis mit dem Stellmotor Mi der Verstärkungsfaktor K der Eingangsstufe A 1 so verändert, daß am Ausgang der

Summierschaltung und damit auch am Ausgang der Eichvorrichtung B kein Signal mehr erscheint, daß also die Bedingung gilt: K ■ (Lh - Δ) = θ 20 - θ 10.

Diese Maßnahme des Eingriffes in den wirksamen Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe A i der Eichvor-

richtung B entspricht der schon in Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Drehung der Charakteristik der Eichvorrichtung ö. d. h. also der Kennlinienverschwenkung von der Kurve c'zur Kurve d'.

τ,ο ^' ^^rneutcr Meßbetrieb, d. h. erneutes Ansteuern des Analysators A mit zu messendem (Hochofen-)Gas

Die Kontakte 1, 2, 4, 8 und 9 sind nun geöffnet, die Kontakte 3,5,6,7,10 und 11 geschlossen.
Auf einen Eingang der der Ausgangsstufe A 2

vorgeschalteten Summierschaltung wird zusätzlich die Spannung θ 10 der dritten Hilfsspannungsquelle. dargestellt durch das Potentiometer P5, gegeben, die dem niedrigen Eichmeßwert entspricht. Diese Beaufschlagung der Ausgangsstufe A 2 entspricht einer Verschie-

bung der wirksamen Kennlinie der Eichvorrichtung B also der schon im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Parallelverschiebung der Kurve c/'nach b'.

Die Verwendung eines durch eine unabhängige Spannungsquelle gespeisten Registriergerätes C bietet

einen zusätzlichen wesentlichen Vorteil. Das Registriergerät C speichert nämlich bekanntlich wenigstens den jeweils zuletzt erhaltenen Meßwert, so daß keine Verfälschung der Anzeige auf dem Registriergerät C während der beschriebenen Schritte zur Einstellung der

Charakteristik der Eichvorrichtung B erfolgt da währenddessen der die Aussteuerung des Registriergerätes C bestimmende Steilmotor MZ abgeschaltet ist Dadurch ist es in diesen zwischen den Meßbetrieb eingeschobenen EichintervaUen dem Bedienungstnanri

möglich, den jüngsten erhaltenen, also den bestmöglichen zur Verfügung stehenden Meßwert weiterhin auszuwerten, insbesondere durch Planimetrierung dei registrierten Kurven. Nach Ablauf des Eichvorganges wenn also die Eichvorrichtung B mit Abschaltung dei

to Eichgase Gi, C 2 wieder auf Meßbetrieb zur Analyse des unbekannten Gases umgeschaltet ist werden neue hinsichtlich der derzeitigen Störemflüsse im Analysatoi A korrigierte MeÖergebnisse am Registriergerät C als Meßwerte angezeigt

5. Einstellung der HilfsspannungsqueHen

Die von den HilfsspannungsqueHen gelieferter Spannungen brauchen nur in relativ großen Zertabstän

den nachgestellt zu werden, im wesentlichen nur dann, wenn der Vorrat eines Eichgases G 1 oder G 2 erschöpft ist und ersetzt wird durch ein neues Eichgas G 1 bzw. G 2 anderer, aber bekannter Zusammensetzung. Zur Hinstellung der Spannungen, die die beiden Eiehmeßwerte repräsentieren, ist zweekmäßigerweise die lochvorrichtung ß wie folgt geschaltet: Zum Einstellen der dritten Hilfsspannungsquellc, die durch das Potentiometer /\5 realisiert ist, also zum Einstellen der Spannung (-) 10, die dem niedrigen Eichmeßwert entspricht, sind die Kontakte I, 2, 4 und 7 geöffnet und die Kontakte 3,5 und 6 geschlossen. Infolge Öffnung des Koniaktes 7 hat die Stellung der Kontakte 8 bis 11 keine Bedeutung, d. h., der Ausgang der Eingangsstufe A 1 wirkt nicht auf die Summierschaltung und damit auch nicht auf die Ausgangsstufe A 2 ein. Es ist jetzt der Kotnpensationsregelkreis über den Stellmotor M3, der das Registriergerät C aussteuert, an den Ausgang der lochvorrichtung B, also über eine Motor-Umsteuerung an den Ausgang der Ausgangsstufe A 2 angeschlossen. Das heißt, das Registriergerät C zeigt einen Meßwert an, der der in einen Eingang der Summierschaltung eingespeisten Spannung θ 10 vom Potentiometer P5, also von der dritten Hilfsspannungsquellc, proportional ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Einstellung des Potentiometers P5 von Hand, und zwar so, daß die Meßwert-Anzeige auf dem Registriergerät C der vorgegebenen Zusammenseiizung des neuen Eichgases G 1 entspricht.

Zur Einstellung der zweiten Hilfsspannungsquellc die im Ausführungsbeispiel der Fi g. 2 durch das Potentiometer Pb realisiert ist und die die der Differenz /wischen dem hohen und dem niedrigen Eichmeßwert entsprechende Spannung (Θ 20 - θ 10) liefert, werden die Kontakte 1, 2, 4, 10 und 11 geöffnet,, dagegen die Kontakte 3,5,6,7,8 und 9 geschlossen.

Die ohmschen Widerstände R 2 und R1 in der Rückführung bzw. vor dem Summierpunkt der Eingangsstufe A 1 der Eichvorrichtung B sind so vorgegeben, daß sich für die Eingangsstufe A 1 der resultierende Verstärkungsfaktor »Eins« ergibt. Die auf den Eingang der Eingangsstufe A 1 geschaltete Spannung (Θ 20 - θ 10) erfährt also lediglich eine Vorzeichenumkehr, keine Amplitudenbeeinflussung. Damit erscheint am Ausgang der Eingangsstufe A 1 ein Signal -(Θ 20-θ 10), das auf einen der Eingänge der Summierschaltung vor der Ausgangsstufe A 2 der Eichvorrichtung B geschaltet ist. Auf einen weiteren der Eingänge der Summierschaltung ist die von der dritten Hilfsspannungsquellc also vom Potentiometer P5 abgegriffene Spannung — 0 10 geschaltet, so daß das resultierende Signal am Eingang der Ausgangsstufe A 2 — 0 20 entspricht, das über den Servokreis mit dem Stellmotor M3 und die Kompensationsspannungsquelle in Form des Potentiometers P3 kompensiert wird, mit entsprechender Verstellung des Potentiometers PA, das die Hilfsspannung £zum Ansteuern des Registriergerätes C liefert. Das Registriergerät C zeigt als Meßwert also einen dem hohen Eichmeßwert (Θ 20) proportionalen Meßwert an. Das Potentiometer P6, das die zweite Hilfsspannungsquelle darstellt, wird von Hand derart eingestellt, daß der auf dem Registriergerät C angezeigte Meßwert der hinsichtlich der hier interessierenden Komponente bekannten Zusammensetzung des neuen Eichgases G 2 entspricht.

Für die Zeitspanne, während derer die neuen und durch die Einstellung der Hilfsspannungsquelle berücksichtigten Eichgase Gl, G 2 für die periodische Nachstellung der Eichvorrichuing B zur Verfügung stehen, bedarf es dann keiner Eingriffe von Hand mehr, um die durch die Störeinflüsse verfälschten Meßergebnisse des Analysators A zu korrigieren; hierzu ist lediglich von Zeit zu Zeit auf die vorzugsweise automatisch angesteuerte Einspeisung der beiden Eichgase GI, G2 mit entsprechendem Eingriff in die Eichvorrichtung B. wie oben beschrieben, umzuschalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Korrektur des durch Störeinflüsse verfälschten Meßergebnisses eines Gasanalysators unter Verwendung eines ersten Eichgases zur Festlegung eines niedrigen Eichmeßwertes und eines zweiten Eichgases zur Festlegung eines hohen Eichnießwertes, der ein Registriergerät zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet

a) daß eine Eingangsstufe (A 1) vorgesehen ist. die mit dem Ausgang des Gas-Analysalors (A) und mit einer ersten Hilfsspannungsquelle (P2) verbunden ist, deren Spannung (Δ) derart einste'ibar ist, daß bei Anwesenheit des ersten Eichgases (G 1) im Gas-Analysator (A) das Ausgangssignal der Eingangsstufe (A 1) verschwindet,

b) daß eine Summierschaltung vorgesehen ist, die einerseits mit dem Ausgang der Eingangsstufe (A I) und andererseits nur bei Anwesenheit des zweiten Eichgases (C 2) im Gas-Analysator (A) auch mit einer zweiten Hilfsspannungsquelle (P f>) verbunden ist, deren Spannung (0 20-Θ10) der Differenz zwischen dem hohen und dem niedrigen Eichmeßwert entspricht, und daß der Verstärkungsfaktor (K)der Eingangsstufe (A 1) bei Anwesenheit des zweiten Eichgases (C2) im Gas-Analysator (A) derart einstellbar ist, daß das Ausgangssignal der Summierschaltung verschwindet.

c) und daß unter Beibehaltung der Einstellung des Verstärkungsfaktors (K) djr Eingangsstufe (A 1) bei Anwesenheit des zu messenden Gases im Gas-Analysator (A) die Summierschaltung mil einer dritten Hilfsspannungsqueüe (P5) verbunden ist, deren Spannung (Θ 10) dem niedrigen Eichmeßwert entspricht, und mit einer Kompensationsspannungsquelle (P3), die derart einstellbar ist, daß das Ausgangssignal der Summierschaltung verschwindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Steuerung zur Herstellung der Verbindung zwischen der Summierschaltung und der zweiten Hilfsspannungsquelle (P6) bei Anwesenheit des zweiten Eichgases (C 2) im Gas-Analysator (A) bzw. zur Herstellung der Verbindung zwischen der Summierschaltung und der dritten Hilfsspannungsquelle (P5) bei Anwesenheit des zu messenden Gases im Gas-Analysator (A) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwesenheit des ersten oder zweiten Eichgases (G 1 bzw. G 2) im Gas-Analysator (A) die bei der letzten Messung erziehe Einstellung der Kompensationsspannungsquelle (P3) unverändert beibehalten bleibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Spannung ((■) 10) der dritten Hilfsspannungsquelle (P5) auf den Eichmeßwcrt des ersten Eichgases (Cl) die Verbindung zwischen dem Ausgang der Eingangsstufe (A 1) und der Summicrschaltung auftrennbar ist. so daß die Spannung (H 10) der dritten Hilfsspannungsquelle (P5) auf dem Registriergerät (C)angezeigt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Spannung (Θ 20 — θ 10) der zweiten Hiif:>.,_h-iinnungsquelle (P 6) auf den Eichmeßwert des zweiten Eichgases (G 2) die. Verbindung von der Eingangsstufe (A 1) sowohl zum Gas-Analysator (A) als auch zur ersten Hilfsspannungsquelle (P2) auftrennbar isc, daß statt dessen die zweite Hilfssoannungsquelle (P6) an die Eingangsstufe (A 1) angeschlossen und der Verstärkungsfaktor (K) der Eingangsstufe (A 1) auf den Wert »Eins« eingestellt ist, und daß die dritte Hilfsspannungsquelle ,'PS) mit der Summierschaltunje verbunden ist, so daß auf dem Registriergerät derhohe Eichmeßwert (θ 20) angezeigt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Registriergerät (C) ein Kompensationsschreiber mil zugehöriger vierter Hilfsspannungsquelle (P4) an die Kompensationsspannungsquelle (P3) gekoppelt, aber galvanisch von ihr getrennt ist.