DE2229356A1 - METHOD AND DEVICE FOR MODULATION OF RADIATION IN INFRARED GAS ANALYZERS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MODULATION OF RADIATION IN INFRARED GAS ANALYZERSInfo
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Description
Vorfahren und Vorrichtung zur Modulation der Strahlung in Infrarot-Gasanalysatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strahlenmodulation in nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysa toren, anwendbar in Einstrahl- und in Zweistrablgeraten, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Ancestors and device for modulating radiation in infrared gas analyzers The invention relates to a method for radiation modulation in non-dispersive Infrared gas analyzer, applicable in single-beam and two-port devices, and a device for carrying out the method.
Es ist bekannt, daß alle nichtdispersiven Infrarot-Betriebsgasanalysatoren mit modulierter Strahlung arbeiten. Durch diese Modulation wird die Intensität der zum Empfänger des Gasanalysators gelangenden Strahlung periodischen Schwankungen unterworfen. Bei den bekairt;en Gasanalysatoren wird diese Modulation durch eine von einem Synchronmotor angetriebene Blende, lochacheibe oder dgl. erreicht, die bei Zweistrahlengeräten beide Strahlengänge und bei Einstrahlgeräten den Strahlengang der Infrarotstrahlung intermittierend unterbricht. Die Blendeneinrichtung ist dabei so angeordnet, daß sich die Blendenfläche senkrecht und die Antriebsachse parallel zum Strahlengang befinden. Die in dieser Modulationsart betriebenen Infrarot-Gasanalysatoren werden im allgeIIleinon als Zweistrahlgeräte betrieben, obwohl ein Einsatz als Einstrahlgerät möglich ist.It is known that all non-dispersive infrared process gas analyzers work with modulated radiation. This modulation increases the intensity of the The radiation reaching the receiver of the gas analyzer has periodic fluctuations subject. In the known gas analyzers, this modulation is carried out by a Driven by a synchronous motor diaphragm, perforated disk or the like. Reaches the both beam paths for two-beam devices and the beam path for single-beam devices which interrupts infrared radiation intermittently. The aperture device is included arranged so that the diaphragm surface is perpendicular and the drive axis parallel to the beam path. The infrared gas analyzers operated in this type of modulation are generally operated as two-beam devices, although they are used as single-beam devices is possible.
Alle in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitenden Infrarot-Gasanalysatoren weisen als Zweistrahlgeräte den Grundsätzlichen Mangel auf, daß ein einmal eingestellter Nullpunkt über längere Zeit nur äußerst schwierig konstant zu halten ist. Ursachen für diese Drift des Nullpunktes liegen in Veränderungen der Symmetrie der beiden Infrarot-Strahlengänge begründet, die durch ungleiche Verschmutzungen der Küvettenfenster, ungleich Erwärmung in den Infarot-Strahlungsempfängern, ungleiche Veränderungen der Heizleistungen der Infrarotstrahler usw. entstehen.All infrared gas analyzers operating in the manner described above show as two-beam devices the fundamental defect that Once a zero point has been set, it is extremely difficult to keep it constant over a long period of time is to be kept. The causes for this drift of the zero point are changes due to the symmetry of the two infrared radiation paths caused by unequal pollution the cuvette window, unequal heating in the infrared radiation receiver, unequal Changes in the heat output of the infrared radiators etc. arise.
Bei den bekannten Einstrahlgeräten, die nach der vorgenannten Modulationsart arbeiten, ist die Langszeit-Nullpunktkonstanz zwar besser als bei den vergleichbaren Zweistrahlgeräten, doch läßt sich eine Drift des Nullpunktes durch Temperatureffekte auch hier nicht vollkommen ausschließen.In the known single-beam devices that use the aforementioned type of modulation work, the long-term zero point constancy is better than with the comparable ones Two-beam devices, however, a drift of the zero point can be caused by temperature effects not completely ruled out here either.
Zweck der Erfindung ist, die Drift des Nullpunktes bei den im Infrarot-Bereich arbeitenden nichtdispersiven Gasanalysatoren auszuschalten.The purpose of the invention is the drift of the zero point in the infrared range to switch off working non-dispersive gas analyzers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Infrarot-Strahlung in den nichtdispersiv arbeitenden Infrarot-Gasanalysatoren so ZU modulieren, daß bei Erhöhung der Meßempfindlichkeit keine Nullpunntdrift auftritt, wozu eine zweckentsprechende Vorrichtung zu gestalten ist.The invention is based on the object of the infrared radiation in TO modulate the non-dispersive infrared gas analyzer so that at Increasing the measurement sensitivity, no zero point drift occurs, for which purpose an appropriate one Device is to be designed.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß der Infrarot-Strahlengang einen rotierenden körper durchläuft. Dioser Körper wird von dem zu messeriden Gas umspült, ist axial zum Gasdurchfluß angeordnet, absorbiert selbst keine Infrarotstrahlung und ist mit axialen Aussparungen versehen. Durch die Rotation dieses Körpers im Meßgasstrom treten Temperatur-und Druckschwingungen an einem Strahlungsempfänger auf, deren Amplituden eine Funktion der zu messenden Gaskonzentration sind. Die Infrarot-Strahlung kann sowohl von zwei verschiedenen als auch von einer einzigen Strahlungsquelle erzeugt werden, deren Strahlung den gesamten Querschnitt der Modulationseinrichtung ausfüllt Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß gegenüber den bekannten Verfahren eine Nullpunktdrift durch Verschmutzung der Küvettenfenster, Temperatureinflüsse usw. ausgeschlossen ist.According to the invention, the method consists in that the infrared beam path going through a rotating body. This body is affected by the to messeriden gas flows around, is arranged axially to the gas flow, absorbs itself no infrared radiation and is provided with axial cutouts. Through the rotation temperature and pressure oscillations occur on this body in the measuring gas flow at a radiation receiver whose amplitudes are a function of the gas concentration to be measured. the Infrared radiation can come from two different sources as well as from a single one Radiation source are generated, the radiation of which covers the entire cross section of the modulation device The method according to the invention is characterized in that opposite the known methods a zero point drift due to soiling of the cuvette window, Temperature influences etc. is excluded.
Während bei den bekannten Modulationsverfahren die Membran des pneumatisch-kapazitiven Strahlungsempfängers zwischen einer Nullage und dem von der zu messenden Konzentration abhängigen Amplitudenwert schwingt, bewegt sich bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung die Membran beiderseitig um die Nullage von Spitzenwert zu Spitzenwert im Rhythmuß der Modulationsfrequenz, so daß gegenüber den bekannten Verfahren eine Verdopplung der Meßempfindlichkeit nach Verstärkung und Gleichrichtung erreicht werden kann. Zusätzlich kann durch Wahl der Querschnittsform des Verdrängungskörpers Einfluß auf die Zeitkonstanten beim Steigen und Sinken der Meßgröße genommen werden0 Weiterhin ist es durch das Verschwinden des Nullpunktfehlers möglicht den Verstärkungsfaktor des elektrischen Verstärkers, der das mit dem pneumatisch-kapazitiven Strahlungsempfänger gewonnene Signal zu verstärken hat, zu erhöhen.While in the known modulation method, the membrane of the pneumatic-capacitive Radiation receiver between a zero position and that of the concentration to be measured dependent amplitude value oscillates, moves when the method is applied According to the invention, the membrane on both sides around the zero position from peak value to peak value in the rhythm of the modulation frequency, so that compared to the known method a Doubling of the measurement sensitivity after amplification and rectification achieved can be. In addition, by choosing the cross-sectional shape of the displacement body Influence on the time constants when increasing and decreasing the measured variable can be taken 0 Furthermore, the disappearance of the zero point error enables the gain factor of electrical amplifier that does the job with the pneumatic-capacitive The radiation receiver has to amplify the signal obtained, to increase it.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem zylindrischen Gefäß, das mit zwei Gasanschlußstutzen zum burchletten des zu analysierenden Gase versehen ist. Das Gefäß wird durch zwei für Infrarot-Strahlung durchlässige Deckplatten abgeschlossen. Im Inneren des Gefäßes befindet sich ein in axialer Richtung drehbar angeordneter zylindrischer Körper, der von außen, insbesondere durch eine Magnetkupplung, angetrieben wird. Der Körper besteht aus einem Material, das infrarotstrahlungsdurchlässig ist oder aus einem Hohlkörper, gefüllt mit einem Inertgas, mit strahlungsdurchlässigen Wänden. Er hat in axialer Richtung Aussparungen beliebiger Form, insbesondere einen rechteckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt.The device according to the invention for carrying out the method consists from a cylindrical vessel, which is equipped with two gas connection nozzles for burchletten the to be analyzed is provided. The vessel is covered by two for infrared radiation permeable cover plates completed. Inside the jar there is a in the axial direction rotatably arranged cylindrical body, from the outside, in particular is driven by a magnetic coupling. The body is made of a material which is permeable to infrared radiation or consists of a hollow body filled with a Inert gas, with walls permeable to radiation. It has recesses in the axial direction any shape, in particular a rectangular or semicircular cross-section.
Die erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1: den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Modulationseinrichtung Fig. 2 bis Fig. 4: verschiedene Querschnittformen des Verdräng.ungskörpers im schnitt A - A nach Fig. 1.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment explained. The accompanying drawing shows: FIG. 1: the schematic Structure of the modulation device according to the invention FIGS. 2 to 4: different Cross-sectional shapes of the displacement body in section A - A according to Fig. 1.
Die Modulationseinrichtung umfaßt ein zylindrisches Gefäß 1 mit innen spiegelnden Seitenwänden. Zwei Infrarot -Strahlungen 2 und 3, von zwei Infrarot-Strahlern erzeugt, treten durch die Deckfläche 4, die aus infrartostrahlungsdurchlässigem Material besteht, in das Innere des Gefäßes 1. Das zu analysierende Gas gelangt über die Leitung 5 in den Innenraum des Gefäßes 1 und verläßt ihn über die Leitung 6. Die Ausführungsart der Leitungen 5 und 6 kann geändert werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird Von einem Motor angetrieben, wird über eine Magnetkupplung 7 ein Verdrängungskörper 8 in eine rotierende Bewegung gebracht. Dieser Verdrägungskörper 8 ist so beschaffen, daß er die Infrarot-Strahlung nicht absorbiert. Die Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung des Querschnitts des Verdrängungskörpers 8.The modulation device comprises a cylindrical vessel 1 with inside reflective side walls. Two infrared - Radiations 2 and 3, from two infrared emitters generated, pass through the top surface 4, which is made of infrared radiation permeable Material consists, in the interior of the vessel 1. The gas to be analyzed reaches via the line 5 into the interior of the vessel 1 and leaves it via the line 6. The design of the lines 5 and 6 can be changed without this The scope of the invention is left. Driven by a motor, is via a Magnetic coupling 7 brought a displacement body 8 into a rotating movement. This displacement body 8 is designed so that it does not emit infrared radiation absorbed. Figures 2 to 4 show various design options of the cross section of the displacement body 8.
Die Mannigfaltigkeit dieser Formen ist nahezu unbegrenzt. Das Gefäß 1 wird unten durch eine Strahlendurchlässige Platte 9 abgeschlossen. Im Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß der Verdrängungskörper 8 einen Querschnitt nach Fig. 2 hat. In der Stellung des Verdrängungskörper nach Fig. 1 wird dann die Infrarot-Strahlung 2 durch das im Innenraum des Gefäßes 1 befindliche Meßgas geschwächt, wahrend die Strahlung 3 nahezu ungeschwächt die Modulationseinrichtung durchläuft, weil der Körper 8 das Meßgas aus dem Strahlengang verdrängt hat. Deshalb ist bei dieser stellung die Strahlung 10 energieärmer als die strahlung 11.The variety of these forms is almost unlimited. The container 1 is closed at the bottom by a radiolucent plate 9. In the exemplary embodiment it is assumed that the displacement body 8 has a cross section according to FIG. In the position of the displacement body according to FIG. 1, the infrared radiation is then 2 weakened by the measuring gas located in the interior of the vessel 1, while the Radiation 3 passes through the modulation device almost unattenuated because of the Body 8 has displaced the measurement gas from the beam path. That is why in this position the radiation 10 has less energy than the radiation 11.
Nach Drehung des Verdrängungskörpers 8 um einen Winkel von 180 0 ist jedoch die Strahlung 10 energiereicher als die Strahlung 11.After rotating the displacement body 8 through an angle of 180 ° however, the radiation 10 is more energetic than the radiation 11.
Auf diese Weise entsteht eine Intensitätmodulation der Infrarot-Strahlung, deren Frequenz von der Drehzahl des Verdrängungskörpers 8 abhängig ist.This creates an intensity modulation of the infrared radiation, whose frequency depends on the speed of the displacement body 8 depending is.
Das Ansatzstück 12 am Verdrängungskörper 8 besteht aus dem gleichen Material wie die Wandungen des Verdrängungskörpers 8 und besitzt eine solche Norm, daß dadurch den Schnitt des Verdrängungskörpers zum Kreis ergänzt wird. Die Stärke des Ansatzstückes 12 ist wesentlich kleiner als die des Verdrängungskörpers 8.The extension piece 12 on the displacement body 8 consists of the same Material like the walls of the displacement body 8 and has such a standard that thereby the section of the displacement body is supplemented to form a circle. The strenght the extension piece 12 is significantly smaller than that of the displacement body 8.
Seine Aufgabe besteht in der Beseitigung der Nullpunktfehler, die durch eine Verschmutzung der oberen und unteren Deckfläche des Verdrängungskörpers 8 entstehen.Its job is to eliminate the zero point errors that due to contamination of the upper and lower cover surface of the displacement body 8 arise.
Die Wirkungsweise der Modulationseinrichtung bleibt die leic1ie, wenn die Infrarot-Strahlungen 2 und 3 nicht von zwei verschiedenen Strahlungsquellen sondern von einer einzigen Strahlungsquelle erzeugt werden.The mode of operation of the modulation device remains the same if the infrared radiations 2 and 3 not from two different radiation sources but are generated by a single radiation source.
Claims (6)
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| US4598201A (en) * | 1984-08-09 | 1986-07-01 | Mine Safety Appliances Company | Infrared fluid analyzer employing a pneumatic detector |
| DE4413670A1 (en) * | 1993-04-21 | 1995-03-02 | Palocz Andresen Michael Dr Ing | Device for infrared analyses of, in particular, gaseous substances |
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1972
- 1972-02-28 DD DD16115272A patent/DD99860A1/xx unknown
- 1972-06-16 DE DE19722229356 patent/DE2229356A1/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4413670C2 (en) * | 1993-04-21 | 1998-02-12 | Palocz Andresen Michael Dr Ing | Infrared gas analyzer |
Also Published As
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