DE2119998A1 - Vorrichtung zur Untersuchung der Konzentration eines Gases mittels Infrarotabsorption - Google Patents

Vorrichtung zur Untersuchung der Konzentration eines Gases mittels Infrarotabsorption

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Description

DIPL..-ING. H. MARSCH * Düsseldorf, DIPPING. K. SPARING postfach 4o*r PATENTANWÄLTE TELEFON (0211) 67 2248
Beschreibung zur Patentanmeldung
der Compteurs Schlumberger, 12 Place des State Unis, Montrouge, Frankreich
betreffend
Vorrichtung zur Untersuchung der Konzentration eines Gases mittels Infrarotabsorption.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration eines bestimmten Gases in einer zu analysierenden Gasmischung mittels Infrarotabsorption, Bit einer Infrarot-Strahlungsquelle, einer die Mischung enthaltende Analysekammer, einem Modulator zur periodischen Einschaltung eines Bezugs-Gasfilters, welches die charakteristischen Strahlen des bestimmten Gases absorbiert und eines Messfilters, welches diese Strahlen nicht absorbiert, in den Strahlengang der Infrarotstrahlung, einer nichtselektiven Messzelle und elektronischen Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung der von der Zelle gelieferten elektrischen Signale.
Die Erfindung betrifft also Vorrichtungen zur Gasanalyse mittels Infrarotabsorption, d.h. also Geräte, bei denen nacheinander eine Infrarotstrahlen aussendende Strahlungsquelle, eine die zu untersuchende Mischung enthaltend· Analysekammer, ein Strahlendetektor, elektronische Verstärkungs- und Verarbeitungskreise sowie ein Anzeigegerät angeordnet sind. Weiterhin sind Einrichtungen zum Auswählen der für ein bestimmtes Gas spezifischen Wellen—
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längen in Verbindung mit dem einem oder dem anderen der drei ersten, oben genannten ""Memente vorgesehen, damit das durch den Detektor gelieferte Signal für die Konzentration des Grases repräsentativ ist.
Vorrichtungen zur Gasanalyse mittels Infrarotabsorption sind bereits bekannt. Sie werden sowohl für medizinische Zwecke (Ataungskontrolle) als auch zur Überwachung von ArbeitsataoSphären sowie zur Kontrolle der Auspuffgase von Fahrzeugen oder zum Regeln bestimmter industrieller Prozesse verwendet.
Sine Vorrichtung dieser Art ist durch den Artikel von D. Hill und R. Stone in "Journal of Scientific Instruments" £1 (1964) bekannt geworden. In diesem Fall werden die für das untersuchte Gas spezifischen Wellenlängen mittels zweier positiver Interferenzfilter ausgewählt, welche für Transmissionsbänder positiv sind, die an der bzw. ausserhalb der Hauptgruppe der für das untersuchte Gas charakteristischen Absorptionsstrahlen liegen. Sie Filter sind an einer Modulatorscheibe angebracht, welche sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht und zwischen der Infrarot-Strahlungsquelle und der Analysekammer angeordnet ist, wobei als Detektor eine einfache photoelektrische Zelle verwendet wird. Bei dieser Anordnung wird das Infrarotstrahlenbündel durch die periodische Zwischenschaltung eines Mesefliters und eines Bezugsfilters moduliert, so dass die Detektorzelle nacheinander ein Meßsignal und ein Bezugeaginal liefert, wobei beide Signale bezüglich des Dunkelpotentials der Zelle definiert sind. Die zugehörigen elektronischen Schaltungsanordnungen dienen der Verstärkung und der Entmischung dieser Signale. Ausseriem stabilisieren die Schaltungsanordnungen die Amplitude des Bezugssignals mittels einer Gegenwirkungsschleife, welche einen beiden Signalen gemeinsamen Regtlverstärker aufweist. Hierdurch ist die Differenz zwischen den Meßsig-
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nalen und dem Bezugssignal auch, nach der Verstärkung und Entmischung ein Mass für die gesuchte Konzentration, welches von Intensitätsänderungen der Infrarotstrahlung unabhängig ist.
Die bekannten Analysatoren dieser Art, welche für ein· !Iransmissionsbande positive Filter aufweisen, haben den Nachteil, dass sie nicht hinreichend selektiv und empfindlich sind.
Eine andere Vorrichtung zur Gasanalyse ist in der USA-Patentschrift 2 534 657 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung durchquert ein Bündel von Infrarotstrahlen eine Messkammer, welche die zu untersuchende Gasmischung enthält. Sann wird das Strahlenbündel durch die periodische Zwischenschaltung einer Kapsel, welche das untersuchte Gas enthält, moduliert, wobei die Kapsel ein negatives Gas-Bezugsfilter darstellt, welches selektiv die charakteristischen Strahlen des Gases absorbiert. Anschliessend geht das Strahlenbündel durch einen für Infrarotstrahlen durchlässigen Meßsektor hindurch, woraufhin der derart modulierte Strahl auf eine nicht-selektive Detektorzelle aufgegeben wird. Das von der Zelle gelieferte Signal ist ein alternativ-(Wechsel) Signal, welches nach Verstärkung und Gleichrichtung zur Bestimmung der Konzentration des untersuchten Gases registriert wird.
Eine derartige Analysevorrichtung, bei der ein Gas-Bezugsfilter verwendet ist, ist empfindlicher und selektiver als die vorstehend beschriebene Vorrichtung. Infolge des Gas-Bezugsfilters wird die Gesamtheit der für das untersuchte Gas spezifischen Strahlen genasen, nicht lediglich die ausgewählte Strahlengnappe, welche das Interferenzfilter passieren kann, so dass die Empfindlichkeit dieser Vorrich- ■ tung bis zu zT iizigmal grosser ist als bei der vorstehend
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beschriebenen Vorrichtung. Ausserdem verhindert es das Gas-Bezugsfilter, dass die spezifischen Strahlen eines Störgases, welche sich eventuell unter den Strahlen des untersuchten Gases befinden (wie es bei Wasserdampf der Pail ist, wenn Kohlensäuregas untersucht werden soll), an der Messung teilnehmen, im Gegensatz zu der Vorrichtung, bei der Interferenzfilter verwendet werden, wodurch die Selektivität der Vorrichtung erheblich verbessert wird. Im Gegensatz dazu, wird, da das erzeugte Meßsignal ein Ein-Richturigs-Signal ist, welches durch die Differenz zwischen den von der Photozelle bei Einschaltung des Gas-Bezugsfilters und des Meßfilters in den Strahlengang alternativ eingenommenen Potentialen gebildet wird, die Stabilität der Messung nicht mehr erreicht· Es ist tatsächlich unmöglich, ein derartiges Signal unabhängig von Änderungen der Strahlungsintensität, von Verunreinigungen der Penster und von der Empfindlichkeit der Zelle zu erhalten, wie es bei einer Analysevorrichtung mit Interferenzfiltern, wie sie vorstehend beschrieben wurde, der Fall ist, bei der bei der alternativ ein Meßsignal und ein Bezugssignal erzeugt werden, so dass sich leicht eine vollständige Stabilität der Messung erreichen lässt. Ausserdem ist die Genauigkeit der als zweites beschriebenen Apparatur geringer als bei der zuerst beschriebenen Vorrichtung, da Übergan^sstörungen erzeugt werden, welche bei Verwendung von Transmissions-Interferenzfiltern nicht auftreten, da dort die beiden verwendeteten Signale (Mess- und Bezugssignal), welche bezüglich des Dunkelpotentials der Zelle definiert sind, einzeln erzeugt werden. Im Gegensatz hierzu besteht bei der Vorrichtung zur Gasanalyse mittels Infrarotabsorption nach der USA-Patentschrift 2 534657 da.s verwendete Signal aus der Differenz zwischen den alternativ von der Zelle bei der alternativen Einschaltung der Messfilter und des Bezugsfilters in den Infrarot-Strahlengang eingenommenen Potentialen, begleitet von Übergangsstörungen dieser Filter, ■welche die Güte der Messung beeinträchtigen. Die Kammer, wel-
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ehe das Bezugsgas enthält, ist direkt in eine glatte aus für Infrarotstrahlen durchlässigem Material eingeschnitten, wobei die Ränder der Kammer Refraktoren sind, wodurch beträchtliche Störsignale (von geringer Dauer, jedoch mit Spitzenamplituden, welche bis zu hundertmal grosser sein können als das eigentlich verwendete Signal) erzeugt werden, welche die Genauigkeit der Messung trot« elementarer Vorsichtsmasanatmen, beispielsweise Impul·- höhenbegrenzung und Filterung, ernstlich beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die den Analysevorrichtungen mit Gas-Bezugsfilter eigene Selektivität und Empfindlichkeit mit der Stabilität und der Genauigkeit der Vorrichtungen mit einem Me··- und einem Bezuga-Interferenzfilter kombiniert wird, wobei die Hachteile der bekannten Vorrichtungen der einen oder der anderen Art vermieden werden sollen.
Erfindungagemäss wird die· durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines einzelnen, in einer Miechuag enthaltenen Gases der eingangs genannten Gattung gelöet, ; welche sich dadurch auszeichnet, da·· die filier *·· Modula- ■ tors durch zwei identische Basisfilter voneinander getrennt sind, welche ein Grau-Tranemiesioneelement mit einer etwa· j kleinomm Transmission als dl· mittlere Tranemieeion des , Bezugefilter* voneinander getrennt eind, so 4a·· dl· If11· nacheinander ein Meßsignal und ein Bezug·signal litftrt, welche jeweils bezüglich eines gemeinsamen, durch die Ba·!·- tilter bestimmten Hiveau» definiert sind} und da·· dl· elektronischen Schaltungeanordnungen zur Signalverarbeitung ; Einrichtungen %va? Verstärkung und zur Bntmiechung der Signal« j sowie Einrichtungen zum Bilden und zum ^uegeben des Quotienten d·· Meßeignal·· und d·· B««ugs«lgnal·· »ufweieen, wobei der ' Quotient einzig die untersucht· lomzentratle* repräsentiert, j
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Weiterhin iat es Srfindungsgemäss vorgesehen, dass die Basisfilter ausser einem Grau-Iransmiasionselement ein Gasfilter Aufweisen, welches »it dem Beaugefilter identisch ist.
Infolge der Basiafilter besitzt die Zelle zwischen den Potentialen, welche sie einniamt, wenn das Gas-Bezugsfilter und das Kessfilter zwiβehengeschaltet werden, ein Tollständig definiertes Bezugepotential, so dass nacheinander zwei deutlich unterschiedene Signale, nämlich ein Meß·signal und ein Beiugsaignal, erzeugt werden, welohe durch Entmischung leicht voneinander getrennt werden können. Der Quotient aus diesen beiden Signalen ermöglicht es, neben der den Analysevorrichtungen Mit Gas-Bezugsfilter eigenen Selektivität und Empfindlichkeit eine charakteristische Stabilität gegenüber Änderungen der mittlren, durch die Zelle aufgenommenen Energie und der Empfindlichkeit der Zelle su erreichen, welche durch den Quotienten des Meßsignales und des Bezugβsignales erzielt wird.
Semäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sie« ein Modulator für ein· derartige Vorrichtung sur Gasanalyse dadurch aus, das* eine dichte, ringförmige Kammer, welohe das eiiUige, untersuchte Gas enthält und zwischen swei runden, aus einem für Infrarotstrahlen durchlässigen Material geschnittenen, aneohlieseend polierten und parallel sueiaa&ier amfeerdneten Scheiben gebildet ist mn* in vier vorsugsweise gleiche Sektoren unterteilt ist, wobei der erste Sekter, welcher von einem Abschnitt des durchlässigen Materials mit parallelen, polierten Flächen gebildet ist, das nassfilter darstellt, der «weite und der dritte Sektor, welek* im Durehmeseerriohtung einander gegenüberliegend am* sftrdmevt*n«, as einer der Deckflächen für Infrarotstrahlen utfraealttssigs flecke* aufweisen und die Basisfilter blldcm mad der dritte Sektor frei ist und das Besugsfilter
1· empfiemlt liefe. *f 1*, I1I1O3S**1*1** Iajlt*m *·*
tigen Abschnitte Bit parallelen flächen, welche zwischen den ringförmigen Kammern angeordnet sind, senkrecht au den Deekflachen verlaufen und sorgfältig poliert sind, und dass zwischen den radialen Kanten der Abschnitte mit parallelen Deckflächen und den Händern der an die Kanten angrem*enden Basisektoren jeweils ein kleiner Winkelabschnitt ohne Flecken vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist es weiterhin vorgesehen, dass jede der konzentrischen Wandungen der ringförmigen Kammern wenigstens eine ringförmige oder helixförmige Nut aufweist, welche eine Breite hat, die annähernd der Höhe der Kammern entspricht, wobei vorzugsweise auf die Wandungen eine schwarze, matte Mantelsehicht aufgebracht ist.
Infolge der ersten, oben beschriebenen Anordnung«, werden die im Augenblick des Übergangs von einem Basisfilter auf ein Heß- oder Interferenzfilter erzeugten Störungen praktisch ausgeschaltet, Infolge der zweiten, oben beschriebenen Anordnunge, werden die parasitären Heflektionen des Infrarotstrahlenbündels unterdrückt. Durch eine gemeinsame Verwendung dieser Anordnungen kann die Genauigkeit der Messung beachtlich gesteigert werden·
Weiterhin ist erfindungsgemäss eine Vorrichtung vorgesehen, mittels welcher die Konzentration, mehrerer, in einer Mischung enthaltener Gase bestimmt werden kann·
Eine Analysevorrichtung dieser Art ist in der französischen Patentschrift 1 o28 79o beschrieben.
Bei dieser Vorrichtung wird ein Infrarot-Strahlenbündel, welches durch die Messkammer hindurchgeht, in zwei gleiche Teile geteilt, welche mittels eines Modulators mit sich drehenden Masken alternat auf zwei Gasfilter, nämlich ein Bezugsfilter und ein . ^ssfilter, und anschliessend auf eine nichtselektive Detektorzelle aufgegeben werden. Das Gas-Bezugsfilttj
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besteht aus einer Kapsel, welche das ναιtersuchte Gas enthält. Das Mess-Gasfilter "besteht aus einer Kapsel, welche ein für die Infrarotstrahlen nicht empfindliches Gas enthält. Ausserdem ist ein gemeinsames Eliminationsfilter vorgesehen welches durch eine Kapsel gebildet ist, die die Gase enthält, die sich in der Mischung befinden können, vorbehaltlich dessen^ dass das in diesem Augenblick untersuchte Gas im Strahlengang angeordnet werden kann. Die Vertausehung der Modulations- und Eliminationefilter als Punktion des einsleinen, untersuchten Gases erfolgt durch die Bedienungsperson von Hand.
Bei der derartigen Vorrichtung ist das alternative Differenzsignal, Welshes durch die Zelle geliefert wird, infolge der Verwendung eines Eliminationsfilters verhältnismässig wenig für andere Gase als das untersuchte Gas empfindlich, so dass die Vorrichtung sehr selektiv arbeitet* Ausserdem ermögelicht die Vorrichtung die Untersuchung der Konzentration mehrerer Gase, welche in einer Mischung vorhanden sind. Eine derartigeVielfachanalyse ist im wesentlichen diskontinuierlich und erfordert die Tätigkeit der Bedienungsperson worin ein Kachteil bei der Verwendung dieser Vorrichtung zu sehen ist« Diese Vorrichtung weist ausserdea noch zahlreiche andere !fachteile auf. Ee ist praktisch unmöglich, die beiden alternativ auf daß Bezugs- und das Messfilter aufgegebenen Teile de« I&fr&rot-Strahlenbündels über lange Zeit gleich zu halten· Auseer&esi ist zu bedenken, dass die verwendbaren Änderungen &er Str«JilungBintensität, welche durch die selektive Abeorptioa der für ein bestimmtes Gas eharakterietisehen Strahlen bewirkt werden, höchstens zwei oder drei Promille der Gesamtenergie des Strahlenbündels darstellt. Hierdurch ist die #i®pllfIM© der Ausnutabaren Änderungen derart schwach, dass 5sä© geringfügig® Äjaderung der Intensität der beiden . Teile des I2afees?®tstrahles ©der der der Oberflächen der Eingänge äor MsimlstormBske für die Qualität und die Empfindlichkeit der Messung von entaclieidender Bedeutung ist. Weiter-
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Min sind die Übergangsstörungen, welche durch den Modulator erzeugt werden, während das Bezugsfilter durch das Messfilter ersetzt wird, derart gross, dass trotz aller Vorsichtsmassnahmen zur Verringerung des End-Einflusses dieser Störungen durch diese Randeffekte die Genauigkeit der Messung deutlich beeinträchtigt und verringert wird.
Infolgedessen ist erfindungsgemäss eine Vorrichtung zur simultanen und automatischen Messung der Konzentration, mehrerer, bestimmter in einer Mischung vorliegender Gas· vorgesehen, welche ebenso empfindlich, selektiv, stabil und genau arbeitet? wie die weiter oben beschriebene Vorrichtung zur Analyse eines einzelnen Gases.
Erfindungsgemäss ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Anzahl H bestimmter Gase, die in einer Mischung vorliegen, mittels Infrarotabsorption gekennzeichnet durch dl« Kombination einer Infrarot-Strahlungsquelle, einer Analysekammer, welche die Mischung enthält, eines Modulators zur periodischen Einschaltung eines Bezugs-Gasfilters, welch· die Gesamtheit der für die N bestimmten Gase charakteristischen Strahlen absorbiert, und von N Gas-Messfiltern, welche jeweils einem einzigen, bestimmten Gas entsprechen und jeweils die charakteristischen Strahlen aller anderen, bestimmten Gase als des einzelnen Gases absorbieren, in den Strahlengang, wobei die (N + 1) Gasfilter voneinander durch (N + 1) identische Basisfilter getrennt sind, welch· ein Grau-Transmissionselement aufweisen, welches eine etwas kleinere Transmission hat als die mittlere Transmission des Bezugsfilters, einer nicht-rselektiven Messzelle, welch· nacheinander N Hessignale und ein Bezugssignal liefert, welche bezüglich eines gemeinsamen Basisniveaus definiert sind, und elektronischer Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung der Signale mit Einrichtungen zur Verstärkung und anschliessenden Entmischung der Signal sowie Einrichtungen zum Bilden und Ausgeben der Quotienten der N Meßsignale und des Bezugsaignalt wobei die Quotienten jeweils für die einzelnen, untersuchten
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Konzentrationen repräsentativ sind.
Weiterhin ist es bei einer derartigen Vorrichtung vorgesehen) dass die Sasisfilter ausser einen Grau-Transmissionselement ein Gasfilter aufweisen, welches mit den Bezugsfilter identisch ist.
Der Modulator für eine derartige Vorrichtung zur Untersuchung der Konzentration einer Anzahl H von Grasen, die in einer Mischung vorliegen, zeichnet sich dadurch aus, dass H dichte, ringförmige Kammern, welche jeweils die untersuchten H Grase enthalten und zwischen (H + 1) parallelen, übereinander angeordneten Scheiben gebildet sind, die aus für Infrarotstrahlen durchlässigem Material bestehen und dann poliert sind, wobei die Anordnung in zwei (N + 1) vorzugsweise gleiche Sektoren unterteilt ist, welche die N Filter, das Bezugsfilter und die (1+1) Basisfilter bilden, und wobei die I Messfilter H in dem durchlässigen Material gebildete Abschnitte mit parallelen, polierten Flächen, welche in den I Kammern jeweils angeordnet sind, die (H + 1) Basisfilter auf einem bestimmten Plateau (1+1) mit für Infrarotstrahlen undurchsichtigen Flecken bedeckte Sektoren und das Bezugsfilter den freien Sektor umfasst.
* Weiterhin sind identische Vorrichtungen wie weiter oben beschrieben vorgesehen, welche zur Ausschaltung der Störreflektionen des Strahlenbündels und zu einem Herabmindern der Störungen bei der Vertauschung der Filter auf ein Minimum dienen.
Durch diese Merkmale ist es gewährleistet, dass die Messung der Konzentration verschiedener, untersuchter Gase nicht nur mit der Selektivität und der Empfindlichkeit erfolgen kann, welche den Analysevorrichtungen mit Gas-Bezugsfilter eigentümlich sind, sondern auch mit einer Stabilität, Genauigkeit und Automation, wie sie bisher in dieser Kombination noch nicht erzielt werden konnte.
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Angenommen, die Absorption a, b, bzw. c , welche durch die Konzentration dreier, bestimmter in einer Mischung vorliegender Gase hervorgerufen wird« sei au untersuchen. In der einfallenden StrahlungE sind die partiellen Intensitäten der für jedes der drei untersuchten Gase spezifischen Strahlen von der Grosse A, B und C. Die partielle Intensität eines ebenfalls vorhandenen Störgases (mit der der Konzentration d) ist D. Diese Intensitäten betragen etwa 1 i» von E. Die drei Gas-Messfilter absorbieren Jeweils die partiellen Intensitäten (B A + B), (A + C) und (D + C) während das Bezugsfilter die partiellen Intensitäten (A + B + C) absorbiert. Die zwischen die oben genannten Gasfilter zwischengeschalteten Basis-Graufilter haben einen Transmiseionskoeffiaenten t von der Grosse o,9o (eine Transmission, die etwas kleiner ist als die mittlere Transmission des Gas-Bezugsfilters, d.h. B-A-B-Cj*/ o,97 E).
Als Funktion der nacheinander empfangenen Strahlungeintensitäten und des Empfindlichkeitskoeffizienten K der Zelle erzeugt diese drei Grund-Measignale M1, M« und M, sowie ein Grund-Bezugssignal Mfi und vier identische Basissignale Mg, wobei diese Signale bezüglich des Dunkelpotentials der Zelle definiert sind.
M1 m K (E - A - B - cC - dD) M2 * K (E - A - bB - C - dD) M5 « K (E - BX - B - C - dD) -K (E -A-B-C- dD)
•MB ■ Kt (B - A - B - 0 - dD)
Praktisch werden die Mess- und Bezugs-Differenzsignale, die nachstehend aufgeführt sind, im wesentlichen direkt durch die Detektorzelle erzeugt:
S1 "M1- ?fB = (E -A- B - C - dD)(1 - t) .K -ι 1-o)C. I
S2 »M2- B * (E -A- B - C - dD)(1 - t) «K -t 1-b)B. K
S3 = M3 - 1B" (E -A- B - C - dD)(i - t) .K -« 1-a)A. K
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3E * M«- M{ « (E - A - B - C - dD) (1 - t).K E 109885/1136
Diese DiffererasigAale folgen am Eingang der zugeordneten elektronischen Sehaltungsanordnungen kontinuierlich aufeinander. Sie haben Amplituden derselben Grössenordnung und enthalten keine ρ Störungen infolge der Yertauschung. Die zugeordneten elektronischen Sehaltungsanordnungen oder Kreise können infolgedessen diese Differenzsignale mit hoher Linearigtät verarbeiten, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird.
Durch an die Verstärkung und Entmischung anschliessende Berechnung der Quotienten der oben genannten Mese-Differenzsignale S1, S2 und S, und des gemeinsamen Bezugs-Differenzsignales Sfi - dieses ist repräsentativ für die ausgesandte Intensität - werden gleichzeitig drei korrigierte Messsignale erhalten, die vollständig für die untersuchten Konzentrationen repräsentativ sind·
So gilt: I1 - S3/SH - 1 +A(I - a)/(E - A - B - G - dD)(1 - t)
Dasselbe gilt für X« und X,. In diesen Ausdrücken enthält der Nenner sueätzlich zu einem Them (1 - t) =» o,1o, der für einen gegebenen Modulator fest ist, einen annähernd konstanten Therm (E-A-B-C), der eine Funktion der ausgesandten Intensität ist, welche bei dem gewählten Beispiel o,97 E beträgt , sowie einen veränderlichen Therm dD. Die Amplitude des zuletzt genannten Therms wird durch den momentanen Wert d der Konzentration des Störgases bestimmt. In der Praxis erreicht d höchstens 1o ?t, so dass bei dem gewählten Beispiel der oben genannte veränderliche Therm einen Maximalwert von 1o~'.E. hat. Dieser Wert ist bezüglich o,97 E vemächlässigbar. Der Quotient der Mess-Differenzsignale und des gemeinsamen Bezugs-Differenzsignales, welche erfindungsgemäss erzeugt werden, ist besonders interessant. Einerseits ermöglicht es dieser Quotient, von Ände-•*rungen der Amplitude E der ausgesandten oder Primärintensität oder -energie, von Verunreinigungen der Fenster
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und der Wände der Analysekammer und der Empfindlichkeit der Detektorzelle, welche zusammen leicht 2o fi erreichen können, wenn keine Vorsichtsmassnahmen getroffen werden, unabhängig zu werden. Andererseits wird die durchgeführte Messung durch diesen Quotienten gegenüber der Konzentration aller anderen Gase der Mischung, welche die Infrarotstrahlen absorbieren, unempfindlich, unabhängig von der Grosse dieser Konzentrationen. Infolgedessen ist diese Gasanalysevorrichtung von ausserordentlicher Selektivität, Empfindlichkeit, Stabilität und Genauigkeit und gestattet eine automatische Durchführung der Messung (bei Viel-Gas-Analysevorrichtungen), wie sie bisher in diesem Ausnass noch nicht erreicht werden konnten.
Wenn das Basisfilter ein Grau-Transmissionselement, jedoch kein Gas-Bezugsfilter enthalten würde, würden die oben genam· ten Signale leicht Modifiziert. Ia Falle des ersten Gases würde sich für das korrigierte Meßsignal ergeben:
X1 = S3/SR = 1 + A(1-a)/(E(1-t)- A-B-C+t (Aft+Bb+Ce)-Dd(1-t Es ist zuerkennen, dass der Nenner des vorstehenden Ausdruckes an Stelle eines einzigen variablen Thermes vier variable Thermen enthält. Es ist bekannt, dass die Amplituden der leiliatensitäten A, B, C und D höchstens 1o .E erreichen. Obwohl die Absorptionskoeffizienten a, b, c und d klein sind (beispw. kleiner als 5 $>) unterscheidet sich die Messung unter diesen Umständen - obwohl sie weniger empfindlich und weniger seÄ-tiv ist, wenig von derjenigen, welche man mit Basisfiltern erhält, die ein Grau-Transmisaionseleaent und ein Gas-Bezugsfilter aufweisen.
Praktisch wird jedoch in jedem Falle ein Modulator Kit Basisfiltern, welche das Bezugsfilter umfassen, gegenüber einem Modulator mit einem Basisfilter, welches kein Bezugsfilter einschliesst, vorzuziehen sein, da ein derartiger Modulator, abgesehen von der verbesserten Qualität der Messung, wesentlich leichter und vorteilhafter sowie Bit geringeren Kosten herzustellen ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben ist. Dabei zeigt:
Figur 1
ein allgemeines Schema eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Gasanalysevorrichtung,
Figur 2
einen Axialschnitt des erfindungsgemässen Modulators und
Figur 3
den in Figur 2 gezeigten Modulator, von oben gesehen.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration zweier Gase A und B dargestellt. Eine Infrarotquelle imSlB, welche beispielsweise aus einem Chromnickelbleoh besteht, welches durch hindurchfliessenden, in seiner Intensität geregelten elektrischen Strom zur Botglut gebracht ist, ist vor einem Parabolspiegel 11 angeordnet. An der Vorderseite des Spiegele 11 befindet sich eine Analysekammer 12, welche zylindrisch ausgebildet ist (beispielsweise 1 cm Dmehmesser, 3 cm Länge). Die Analysekammer 12 weist einen Eingang 13 und einen Ausgang 14 für die zu untersuchende Gasmischung auf. Zwei für Infrarotstrahlen durchlässige Fenster 15 und 16 (beispielsweise aus Fluorkalzium) sind an den Enden der Analysekammer 12 angebracht. Nach dem Ausgangsfenster 16 ist ein optischer Sammelkonus 17 angebracht, auf dessen Spitze eine Zelle 18 angeordnet ist, welche für Infrarotstrahlen nicht selektiv empfänglich ist (beispielsweise eine Fotozelle auf Antimonindiiubasie). Die Zelle 18 ist durch eine nicht gezeigte thermische Regelvorrichtung ttmperaturstabilisiert· Zwischen dem Infrarotsender 1o-11 und der Kammer 12 ist ein Modulator 4o angeordnet, welcher zwei
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Gasfilter aufweist, welche das Gras A bzw. B enthalten. Der Modulator wird durch einen Motor 41 «it 25 Umdrehungen/Sekunde angetrieben. Der Modulator 4o wird weiter unten anhand der Figuren 2 und 3 im einseinen beschrieben.
Die Zelle 18 ist über eine Leitung 19 an einen Koppelkondensator 2o angeschlossen, der mit dem Eingang eines alternativrerstärkers (Wechselverstärker)21 verbunden ist. Auf den Alternativverstärker 21 folgt ein Verstärker 22 mit variabler Leistung, der von einer Steuerspannung gesteuert wird, welche an eine Kieme 23 angelegt ist. Der Ausgang des Verstärkers 23 wird auf einen Halttkreis 24 zum Halten eines Bezugsniveaus aufgegeben. Dann folgt ein Entmisch-oder Entzerr-und Pilterkreis 25, welcher drei Synchroni sat ions signale T1, I2 u*1* T3 aufnimmt· Diese Signale werden von einer Gruppe von Formkreisen 26 geliefert, deren drei Eingänge an eine Gruppen von drei Photodioden 27 angeschlossen sind, welche mit einer Lampe
28 und drei um 12o° versetzten Synchronisations*?alten 91-93-95 zusammenarbeiten, welche in einem Mantel 94 vorgesehen sind, der den Modulator 4o enthält.
Nach der Entmisch- und Filterstufe 24 erscheinen zwei Messignale S- und S«» welche auf zwei Messvorrichtungen
29 und 3o (beispielsweise ein Skalen-Zeiger-Inetrument) aufgegeben werden, sowie ein Bezugssignal Sg* Das Bezugssignal Sg sowie eine von einer Spannungequelle 32 gelieferte BezugBspannung Tp werden auf die Eingänge «ines Differenzialverstärkers 31 aufgegeben, dessen Ausgang mit der Klemme 23 zur Steuerung des Regelverstärkers 22 verbunden ist.
Infolge dieser Anordnung werden nur die Petentialänderangen denen die Zeil« 18unterliegt, durch den Kondensator 2a auf die Verstärke? 21 und 22 Übertragen. Am Ausgang des Haltekreises 2 sum Halten des Bezugsniveaus erscheinen
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Yielfach- oder gemischte Signale (Amplitudenmoduliert^ Impulse) S1, Sp und S-d, welche voneinander verschieden sind und durch den HaltekreiB ?A bezüglich eines festen Basisniveaus definiert sind. An den drei Ausgängen des Lntmisch- und Pilterkreises 25 erscheinen die drei Signale S-, Sp und S, in Form kontinuierlicher Spannungen. Die Amplitudenregelechleife, welche die Verstärker 2 31 und 22 enthält, sorgt dafür, dass Sß = VR bleibt, so dass die Signale S1 bzw. S2, welche auf die Messvorrichtungen 29 und 3o aufgegeben werden, direkt den Quotienten S1ZSp und Sp/S-p proportional sind, da die Leistung des Verstärkers 22, den die Signale S1 und S2 durchqueren, so modifiziert wird, dass S^ = V^ wird. Diese Art der Berechnung der Quotienten S1ZSg und 82Zsr ist besonders einfach und leicht zu bewerkstelligen.
Der in Figur 2 im Axialschnitt gezeigte Modulator 4o weist eine Nabe 42 auf, in deren äusserer Wand kreisrin^örmig zwei Schultern 44 und 46 mit gleichem Durchmesser ausgebildet sind, die durch einen V-förmige Ringnut 48 voneinander getrennt sind. Weiterhin ist eine Ringschulter 5o vorgesehen, welche einen kleineren Durchmesser hat als die Schultern 44, 46 und an der Basis eines Flansches 52 ausgebildet ist. An den Enden der Nabe 4 2 sind Innenkanten &£ 54 und 56 sowie Aussenkanten 58-6o angefräst. Zur Abstützung auf der Eingschulter 5o kann ein Ring 62 auf dem Felanseh 52 aufgeschoben werden. Der Ring 62 hat dieselbe Höhe wie der Flansch 52 und weist aussen zwei angefräste Kanten 64, 66 auf. Am Umfang des Ringes 62 sind eine Ringschulter 68 und eine V-förmige Nut 7o ausgebildet. Drei Scheiben 72, 74 und 76 mit parallelen Deckflächen, welche aus Fluorkalzium (oder einem anderen, für Infrarotstrahlen durchlässigen Material) bestehen und sorgfältig poliert sind, liegen an den Schultern 44, 46 und 68 an. Die Scheiben werden durch zwei Fassungen 78 und 8© in ihrer Stellung gehalten, welche bei 82 inein-
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andergesteilt sind, so daas zwei Kammern 73» 75 entstehen. Die Passung 78 weist eine Innenschulter 84 und eine V-förmige Nut 86 auf, welche zu der Ringschulter 68 bzw. zu der Nut 7o hin gerichtet £5ind. In gleicher weise weist die Passung 8o zwei Schulbern 88, 9o auf, welche zu den Schultern 44, 46 hingerichtet sind. Weiterhin weist die Passung 8o eine V-förmige Nut 92 auf, welche zu der Ringnut 48 hingerichtet isb. An der Passung 8o ist der Mantel 94 befestigt, in dem drei Synchronisationsspalte, siehe 93 und 95, ausgebildet sind. Weiterhin sind zwei Beladeöffnungen 96 bzw. 98 in den Passungen 78 bzw. 8o vorgesehen. Zwei Meßsektoren loo, 1o2 aus Pluorkalzium mit einer Öffnung von 6o° sind in den Kammern 73 und um jeweils 12o° gegeneinander versetzt. Die Sektoren 1oo, 1o2 haben parallele Deckflächen und hierzu senkrecht verlaufende Kanten, wobei die Deckflächen und die Kanten optisch poliert sind.
Zum Zusammenbau der β Einzelelemente des Modulators wird in folgender Weise vorgegangen: Es wird ein Zylinderkaliber angebracht, auf dem der Mantel 94 reibungsfrei gleiten kann und welcher eine zentrale Achse mit einem Durchmesser aufweist, der der fentralbohrung der Nabe entspricht. Dann wird die Scheibe 72 auf der oberen Deckfläche oder auf dem Platemu des Kalibers, in dichtung der Zentralachse, angeordnet. Anschliessend wird der Mantel 94 auf den Zylinderkaliber aufgeschoben, woraufhin die Nabe 42 auf dessen Achse aufgeschoben wird. In ähnlicher Weise stützt sich die Scheibe 72 auf den Schultern 44 bzw. 9o ab, welche an der Nabe 42 und an der Passung vorgesehen sind. Dann wird der Sektor 1o2 zwischen der Passung 9o und der Nabe 42 an einer Stelle angeordnet, die vorher auf dem Palteau des Kalibers durch eintn Strich gekennzeichnet worden ist (wenn erforderlich, trfolgt die Anordnung des Sektors 1o2 mittels einee abnehmbaren. Zwischenstückes). Bann wird der Sektor 1o2 an 4er Fassung
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80 und an der Habe 42 festgekelbt, woraufhin das Zwischenstück abgenommen wird. Anschliessend wird die Scheibe 74 auf den Schultern angeordnet, die an der Nabe 42 und an der Fassung 80 vorgesehen sind. Dann werden die Fassung 78 und der Hing 62 angebracht, so dass die Scheibe 74 zwischen ihren Schultern und den schultern der Nabe 42 und der Fassung 80 eingeklemmt wird. Der Vektor I00 wird dann auf der Scheibe 74 an einer LJtelLe angeordnet, welche durch eine andere Markierung auf dem Plateau des Kalibers gekennzeichnet ist. Dann wird die Scheibe 76, abgestützt auf der Schulter 68 des Hinges 62 und auf der Schulter 84 der Fassung 78, angebracht.
Vor dem Zusammenbau der Einzelteile wird ein kleiner Klebstoffs treif en auf der Wölbung jeder Schulter und an jeder Kante eines Elementes, welche mit einem anderen Elemente in Berührung kommt, angebracht. Dann werden weitere KIefast off streif en in die an den Aussenkanten der zusammengebauten Stücke ausgebildeten Fräsungen angebracht. Die Anordnung bleibt geschlossen, bis die Klebstoffstreifen sich verfestigt haben und eine unlösbare Verbindung hergestellt haben.
Zur Realisierung eines Modulators mit Basisfiltern, welcher kein Bezugsfilter enthält, sind zusätzliche durchlässige Sektoren erforderlich, um die Abschnitte der ringförmigen Kammern auszufüllen, welche den Basisfiltern ausgesetzt sind. In Anbetracht der hohen Kosten derartiger Sektoren ist es ersichtlich, dass ein Modulator mit Basisfilter, welcher auch ein Bezugsfilter έ^ufweist, beachtlich weniger Kosten Terursacht als ein Modulator mit Basisfilter, welcher kein Bezugsfilter enthält.
Weiterhin istffestzustellen, siehe Figur 2, dass die Dicke des Meßsektors 1o2 (identisch mit dem Sektor I00) deutlich kleiner ist als die Höhe der ringförmigen Kammer 93,
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welche durch die Scheiben 72 und 74 gebildet ist. Diese Höhe ist gewählt, um die Amplitude des durch den Sektor erzeugten Meßsignales zu verringern. Eine derartige Anordnung wird gewählt, da das Verhältnis der Maximalkonzentrationen der beiden Gase A und B, welche untersucht werden, bekannt ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Meßsignale dieselbe Maximalamplitude haben und dass als Anzeigeinstrumente identische !lesevorrichtungen verwendet werden können, welche eine Skala aufweisen, die a3s Funftion der Maximalkonzentration der beiden Gase eingeteilt ist, auch in dem Fall, indem die Konzentrationen der beiden Gase deutlieh voneinander verschieden sind.
Die Nuten 48-92 und 7o-86 haben den Zweck, parasitäre Vielfachreflektionen zu unterdrücken, die an den konzentrischen Wänden der ringförmigen Kammern 73-75 entstehen wurden, wenn, trotz* eines schwarzen, matten Mantels, diese Wände zylindrisch wären. Derartige parasitäre oder Störreflektionen würden dazu führen, dass schräg verlaufende Strahlen nach dem Durchgang durch die beiden Gasfilter mit den direkt durch einen Meßsektor hindurchgehenden parallelen Strahlen kombiniert würden, wodurch das i-1eßsignal mit einem Fehler behaftet würde, der 1o 56 der Maximalkonzentration erreichen kann. Vorzugsweise wird daher zur Verbesserung der Wirksamkeit der Nuten ein schwarzer, matter Mantel an der Oberfläche der Nuten angeordnet, Es ist auch möglich, dass die Nuten, anders als bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel, mehrfach ausgebildet sind und beispielsweise Gewindeform haben.
Wie Figur 3 zeigt, in der der Modulator 4o in der Aneicht von oben gezeigt ist, weist die Scheibe 72 drei Basis-Sektoren I04, I06 und I08 auf, welche um 12o gegeneinander versetzt und mit für Infrarotstrahlen undurchsichtigen (opaken) Punkten bedeckt sind, die regelaässig angeordnet
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sind. Biese opaken Punkte - welche auch durch Einritzungen ersetzt werden können - werden vorzugsweise serigraphisch hergestellt. Die Dichte dieser Punkte wird so gewählt, dass der Grau-TransmissionekÄeffizient der so gebildeten Schicht ein wenig kleiner ist als die mittlere Transmission der Kammern 73 und 75» welche die Gase Λ und B enthalten. Zwischen die Basissektoren sind die beiden Meßsektoren 1oi*4o2 und ein Bezugssektor 11o eingeschaltet. Wie ersichtlich, hat der Basissektor 1o4 einen Winkelbereich von 4o°. Zwei Sektoren 1o3-1o5 mit einer von opa&feen Punkten freien Öffnung von 1o trennen den Basissektor 1o4 von den ^eßsektoren 1oo und 1o2. Wie ersichtlich, haben die BasisSektoren 1o6 und 1o8 eine Winkelöffnung von 5o°, wobei zwei andere Sektoren 1o7, 1o9 mit einer Öffnung von 1o°, welche von opaken Punkten frei ist, die Basissektoren 1o6 und 1o8 von den Meßsektoren 1oo und 1o2 trennen.
Diese Anordnung hat den Zweck, die bei einer Vertauschung der Meßsektoren 1oo und 1o2 auftretenden Störungen wirkungsvoll auf ein Minimum zu begrenzen. Unabhängig von der Güte der Polierung der radialen Kanten der transparenten Sektoren 1oo und 1o2 zeigt nämlich eine Untersuchung der Änderung des Traksmiseionskoeffizienten eines Modulators, welcher Srausektoren und Meßsektoren aufweist, welche scharf abgegrenzt sind, dass jeder Übergang von einem Grauaektor auf einen Meßsektor oder umgekehrt eine deutliche Absorption des Strahlenbündels mit sich bringt, welche anwächst, big die radialen Kanten an die Stelle des Strahlenbündels kommen und welche dann wieder abnimmt.
Diese Absorption äussert sich im Meßsignal durch einen nicht vernachlässigbaren Fehler. Indem zwischen die Meöeektoren 1oo und 1o2 und die Basissektoren 1o4, 1o6 und 1o8 mit Grautransmission ein Sektor 1o3, 1o5, 1o7 oder 1o9 geschaltet wird, welcher durchlässiger ist, wird der Einfluss der Absorption, welche beimHindurchgehen
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der radialen Kanten der Sektoren 1oo und 1o2 durch das Strahlenbündel erzeugt wird, deutlich verringert. Die genaue Grosse dieser Sektoren, welche durchlässiger sind, wird experimentell bestimmt. Mit einer derartigen Anordnung lässt sich die Messgenauigkeit der erfindungsgeaässen Vorrichtung deutlich erhöhen.
Die Füllung der Kammern 73 und 75 mit den Gasen A bzw, B geschieht in folgender Weise: Jede Kammer weist eine Beladeöffnung 96 bzw. 98 auf. An jede dieser öffnungen ist ein dünnes Rohr angeschweisst. Zunächst wird die Kammer über dieses Rohr evakuiert; ansehliessend wird das Gas A oder B eingefüllt, daraufhin wird vin neuen evakuiert. Dieser Vorgang wird zwei- oder dreimal wiederholt, um sicherzustellen, dass praktisch alle von den Gasen A oder B verschiedenen Moleküle, welche an den Wänden der Kammer absorbiert sind, durch das Spülen entfernt werden. Ansehliessend werden die Beladerohre zusammengequetscht, verschlossen und au$eine geeignete Länge abgeschnitten. Die Relativstellungen der Synchronieationsspalt· 911 93, 95 und der Sektoren 1oo, 1o2 und 11o sind noch nicht präzisiert worden. Praktisch ist es so, dass der Spalt 91 den Meßsektor 1oo und einen beachtlichen Abschnitt (2o i* beispielsweise) der Basissektoren 1o4-1o6, e, welcher an den Sektor 1oo angrenzt, umgibt. In ähnlicher Weise umgibt der Spalt 93 Äwn Meßsektor 1o2 und einen beträchtlichen Teil der Basissektoren 1o4-1o8, welcher an den Sektor 1o2 angrenzt. In gleicher Weise umgibt der Spalt 95 den Besugssektor Ho und einen beträchtlichen Teil der Basissektoren I08 und I06, welcher an den Sektor Ho angrenzt. Auf diese Weise erfolgt die Entmischung der Meßsignale Sj-S2 und des Bezugssignales S„, welche von der Zelle registiiert
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werden, wenn die Sektoren I00, 1o2 und Ho in den Infrarot-Strahlengang eingeschaltet werden, unter vorteilhafteren Bedingungen.
Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführung^· 109885/1138
beispiel beschränkt. In dem Pall beispielsweise, dass auch die Konzentration eines dritten Gases untersucht werden soll, würde der erfindungsgemässe Modulator acht Sektoren und eine dritte Kammer aufweisen, welcl» das dritte Gas enthält. Weiterhin würden dann ein zweiter Nabenring sowie gegebenenfalls eine dritte Fassung vorgesehen sein, welche den Zusammenbau der neuen Elemente (Scheibe und durchlässiger Sektor) einer derartigen Anordnung ermöglichen. Weiterhin müssten ein vierter Synchroni sationespalt sowie eine vierte Photodiode vorgesehen sein, wobei der Entmischkreis entsprechend anzupassen wäre.
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Claims (1)

13 \ V I
(i J Vorrichtung ssur Ermittlung der Konzentration eine» bestimmten Gases in einer zu analysierenden Gassiischung mittels Infrarotabsorption, mit einer Infrarot-Strahlungsquelle, einer die Mischung enthaltende Analysekamaer, einem Modulator zur periodischen Einschaltung eines Bezugs-Gasfliters, welches die charakteristischen Strahlen des bestimmten Grases absorbiert und eines Messfilters, welches diese Strahlen nicht absorbiert, in den Strahlengang der Infrarotstrahlung, einer nicht-selektiven Messzelle und elektronischen Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung der von der Zelle gelieferten elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter des Modulators (4o) durch zwei identische Basisfilter (1o4, 1o6t 1o8) voneinander getrennt sind, welche ein Grau-Transmissionselement mit einer etwa» kleineren !Transmission als die mittlere Transmission des Bezugsfilters (11o) voneinander getrennt sind, so dass die Zelle (18) nacheinander ein Meßsignal und ein Bezugssignal liefert, welche jeweils bezüglich eines gemeinsamen, durch die Basiefliter bestimmten Niveaus definiert sind; und dass die elektronischen Schaltungeanordnungen zur Signalverarbeitung Einrichtungen zur Verstärkung und zur Entmischung (25) der SigneLe sowie Einrichtungen (22, 31) zum Bilden und zum Ausgeben des Quotienten des Meßsignalee und de« Bezugssignales aufweisen, wobei der Quotient einzig die untersuchte Konzentration repräsentiert.
2· Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Ermittlung der Konzentration einer "*nzahl H von bestimmten, in einer zu untersuchenden-Mischung vorhandenen Gase mittels Infrarotabsorption, gekennzeichnet durch die Kombination, einer Infrarot-Strahlungsquelle (1o), einerAnalysekammer (12), welche die Mischung enthält, eines Modulator» (4o) zur periodischen Einschaltung eines Bezugs-Gasfilter», welche die Gesamtheit der für die N bestimmten Gase charakte» ristischen Strahlen absorbiert, und von M Gas-Messfilterm, welche jeweils einem einzigen, bestimmten Gas entsprechend
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und jeweils die charakteristischen Strahlen aller anderen, bestimmten Gase als des einzelnen Gases absorbieren, in den Strahlengang, wobei die (N + 1) Gasfilter voneinander durch (N + 1) identische Basisfilter getrennt sind, welche ein Grau-Transmissionselement aufweisen,welches eine etwas kleinere Transmission hat als die mittlere Transmission des Bezugsfilters, einer nicht-selektiven Messzelle (18), welche nacheinander N Meßsignale und ein Bezugssignal liefert, welche bezüglich eines gemeinsamen Basisniveaus definiert sind, und elektronischer Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung der Signale mit Einrichtungen (25) zur Verstärkung und anschliessenden Entmischung der Signale sowie Einrichtungen (31, 22) zum Bilden und Ausgeben der Quotienten der N Meßsignale und des Bezugsignale, wobei die Quotienten jeweils für die einzelnen, untersuchten Konzentrationen repräsentativ sind.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfilter ausser einem Grau-Transmissionselement ein Gasfilter aufweisen, welches mit dem Bezugsfilter identisch ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen 4 zur Verstärkung des ^eßsignaleβ oder der Meßsignale und des Bezugssignaleβ einen Regelverstärker (22) aufweisen, welcher unter der Einwirkung einer Steuerspannung steht; und dass eine Regel schleife für die Aaplitude des entmischten Bezugssignales vorgesehen ist, welche den Regelverstärker einschließet und durch welche daß Meßsignal oder die Miisignale (entmischt) direkt in dem oder die gesuchten Quotienten umgewandelt wird bzw. werden.
5. Modulator für die Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3 oder nach Anspruch 4 und Anspruch 1 und 3f gekennzeichnet durch eine dichte, ringförmige Kammer (73), welche das einzige, untersuchte Gas enthält und zwischen zwei runden,
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aus einem für Infrarotstrahlen durchlässigen Material geschnittenen, anschliessend polierten und parallel zueinander angeordneten Scheiben gebildet und in vier vorzugsweise gleiche Sektoren unterteilt ist, wobei der erste Sektor (1o2), welcher von einem Abschnitt des durchlässigen Materials mit parallelen, polierten Flächen gebildet ist, das Messfilter darstellt, der zweite und der dritte Sektor (1o4, 1o6), welche in Durchmesserrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind, an einer der Deckflachen für Infrarotstrahlen undurchlässige Flecken aufweisen und die Basisfilter bilden und der dritte Sektor (11o) frei ist und das Bezugsfilter bildet.
6« Modulator für die Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder nach Anspruch 4 und Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch N dichte, ringförmige Kammern (73» 75)» welche jeweils die untersuchten N Gase enthalten und zwischen (H + 1) parallelen, übereinander angeordneten Scheiben gebildet sind, die aus für Infrarotstrahlen durchlässigem Material bestehen und dann poliert sind, wobei die Anordnung in zwei (N + 1) vorzugsweise gleiche Sektoren unterteilt ist, welche die N Filter, da» Bezugsfilter und die (H + 1) Basisfilter bilden, un* wobei die H Messfilter H in des durchlässigen Material gebildete Abschnitte mit parallelen, polierten Flächen, welche in den H Kammern jeweils angeordnet sind, die (N + 1) Basisfilter auf einem bestimmten Plateau (N + 1) mit für Infrarotstrahlen undurchsichtigen Flecken bedeckte Sektoren und das Bezugsfilter den freien Sektor umfasst.
7. Modulator nach Anapruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtigen Flecken aus aufgedruckten Punkten
oder Linien bestehen, welche vorzugsweise aerigraphieeh hergestellt Bind.
8. Modulator nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
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dass die radialen Kanten der durchsichtigen Abschnitte (72, 74t 76) mit parallelen Flächen, welche zwischen den ringCrmigen Kammern (73» 75) angeordnet sind, senkrecht zu den Deckflächen verlaufen und sorgfältig poliert sind.
9. Modulator nach einem der Ansprüche 5 hie 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den radialen Kanten der Abschnitte, mit parallelen Deckflächen und den Rändern der an die Kanten angrenzenden Basissektoren (1o4) jeweils ein kleiner Winkelabschnitt (1o3, 1o5) ohne Flecken vorgesehen ist.
1o. Modulator nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass jede der konzentrischen Wandungen der ringförmigen Kammern (73, 75) wenigstens eine ringförmige oder helixförmige Nut (73, 75) aufweist, welche eine Breite hat, die annähernd der Höhe der Kammern entspricht, wobei vorzugsweise auf die Wandungen eine schwarze, matte Mantelschioht aufgebracht ist.
11· Modulator nach einem der Ansprüche 5 bis 1o, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hingscheiben (72, 74» 76), welche die Kammern (73» 75) bilden, an Schultern anliegen, welche aussen an einer Nabe (42) und/oder an wenigstens einem Ring k (62), welcher mit der Nabe in Eingriff steht, sowie innen an Fassungen (78, 8o) vorgesehen sind, welche übereinander angeordnet sind und ineinander gestellt sind, wobti die verschiedenen Elemente des Modulators (4o) durch Klebverbindung fest miteinander verbunden sind.
12. Modulator nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche 7 bis 11 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (73, 75) deutlich höher sind als die Dicke der zwischen den Kammern angeordneten transparenten Scheiben (72, 74, 76)·
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