DE2332288B2 - Zweistrahl-1 nf rarot-Gasanalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweistrahl-1 nlrarot-Gasanalysator zur Bestimmung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch, da« auch noch eine Störkomponente enthält deren Absorptionsband das Absorptionsband der nachzuweisenden Komponente überlappt insbesondere zur Bestimmung von CO bei Anwesenheit von Wasserdampf, mit einer einen Meß- und einen Referenzstrahl erzeugenden Infrarotquelle, einem nachgeschalteten Zerhacker, einer Meßgas- und einer Referenzgaszelle, mit einer ersten, aus zwei durch ein Kondensatormikrophon getrennten, die nachzuweisende Gaskomponente enthaltenden und jeweils von Meß- und Referenzstrahl durchsetzten Detektorkammern bestehenden Detektoreinheit mit einer zweiten, gleichartig aufgebauten, mit der ersten optisch in Serie geschalteten und das nachzuweisende Gas bei einem höheren Druck enthaltenden Detektoreinheit zur Ableitung eines dem Ausgangssignal der ersten Detektoreinheit entgegenwirkenden Kompensationssignals mit zwischen der ersten und zweiten Detektoreinheit in Meß- und Referenzstrahl angeordneten Dämpfungseinrichtungen und mit von den Detektoreinheiten beaufschlagten Einrichtungen zur Anzeige des Meßsignals.

Die Anmeldung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Justierung eines solchen Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysators, bei dem Unsymmetrien in Meß- und Referenzstrahlengang durch Schwächung eines der beiden Strahlengänge ausgeglichen werden, und bei dem zur Kompensation des Einflusses der Störkomponente auf die Messung der IR-Strahlung nach Austritt aus der ersten Detektoreinheit derart gedämpft wird, daß sich die Ausgangssignale beider Detektoreinheiten kompensieren

Ein solcher Zweistrahl-lnfrarot-Gas^nalysator ist bekannt aus der US-PS 29 24 713. Diesem bekannten Gasanalysator liegt die Aufgabe zugrunde. Fehler zu kompensieren, die auf die Anwesenheit einer Störkomponenie im Meßgas zurückzuführen sind. Hierzu sind die zwischen der ersten und zweiten Detektoreinheit im Meß- und Referenzstrahl angeordneten Dämpfungseinrichtungen als mechanische Elenden ausgebildet, die sich mehr oder weniger stark in den Strahlengang schieben lassen. Die Blenden sind mechanisch nicht miteinander gekoppelt, so daß es zwar gelingt, den Einfluß der Störkomponente teilweise zu kompensieren, von wesentlichem Nachteil ist jedoch der Umstand, daß solche mechanischen Dämpfungsglieder alle Frequenzen in gleicher Weise beeinflussen; daher ist auch eine selektive Trennung der Spektralgebiete — und nur dadurch läßt sich eine vollständige Kompensation erzielen, wie weiter unten noch erläutert wird — nicht möglich. Nachteilig ist bei dem bekannten Analysatoi noch, daß die mechanischen Blenden Infrarotstrahlen streuen und gegebenenfalls reflektieren. Die ir beiden Detektoreinheiten bei dem bekannten Gasanalysator verwendeten Kondensatormikrophone sine elektrisch parallel geschaltet und mechanisch so an geordnet, daß sich an ihnen sofort um 180" phasenver schobene Signale ergeben. Dadurch gelangt ledigleicr ein Differenzsignal auf einen nachge^chalteten Vcrstär ker, der seinerseits wieder einen Motor mit einem Aus

gangssignal beaufschlagt, der in den Strahlengang des Referenzstrahls eine weitere Blende bewegt, deren Position ein Maß für die interessierende Komponente ist Dadurch gelingt es bei dem bekannten Gasanalysator auch nicht, mechanische Einwirkungen und Vibrationsausflösse zu kompensieren; die parallelgeschalteten Kondensatormikrophone belasten sich im übrigen gegenseitig, so daß schon aus diesem Grunde die Empfindlichkeit um mindestens die Hälfte herabgesetzt ist.

Das Grundprinzip zur Eliminierung einer Störkomponente aus einem zu messenden Gasgemisch, das auf der Verwendung von zwei hintereinander geschalteten Detektoreinheiten beruht, von denen die erste im Strahlengang liegende, für Infrarotstrahlung durchlässige Fenster auch an ihrer Rückseite aufweist ist darüber hinaus bekannt aus der GB-PS 6 45 576.

Der eingangs schon erwähnten US-PS 29 24 713 läßt sich auch ein Verfahren zur Justierung eines solchen Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysators entnehmen, wobei zunächst grundlegend Unsymmetrien des Systems durch selektive Dämpfung eines der beiden Strahlengänge ausgeglichen werden, außerdem einmalig vorzunehmende Einstellungen weiterer Blenden getroffen werden, uit zu einer Kompensation des Einflusses de.-Störkomponente auf die Messung zu gelangen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweistrahl-lnfrarot-Gasanalysator zur Bestimmung einer Gaskomponente in einem eine Störkomponente enthaltenden Gasgemisch zu schaffen, der es erstmals ermöglicht, sämtliche, sich auf einen solchen Analysator nachteilig auswirkenden Einflüsse, nämlich Anfälligkeit gegen Unsymmetrien, mechanische Schwingungen sowie aus der interferierenden Komponente resultierende Störungen, zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs als bekannte vorausgesetzten Zweistrahl-lnfrarot-Gasanalysator und besteht erfindungsgemäß darin, daß die Dämpfungseinrichtungen aus einer von beiden Strahlen durchsetzten Küvette bestehen, die die nachzuweisende Gaskemponente bei einem solchen Druck enthält daß die von den Absorptionskurven der nachzuweisenden Gaskomponente in der ersten Detektoreinhcit und der Störkomponente eingeschlossene Fläche gleich ist der von den Absorptionskurven der nachzuweisenden Gaskomponente in der zweiten Detektoreinheit der nachzuweisenden Gaskomponente in der Küvette sowie der Störkomponente eingeschlossenen Fläche, und daß die Ausgangssignale der beiden Detektorvinheiten den Einrichtungen zur Anzeige des Meßsignals über jeweils einen eigenen, in seiner Verstärkung unabhängig regelbaren Verstärker zugeführt sind.

Ein solcher Gasanalsysator hat den Vorteil, daß sich die auf die Anwesenheit der Störkomponente in der Meßgaszelle zurückzuführenden Ausgangssignale in der ersten und der zweiten Detektoreinheit bei Gegeneinanderschaltung präzise herausheben, da der Druck in der die nachzuweisende Gaskomponente enthaltenden Küvette so eingestellt werden kann, daß sich jeweils Absorptionsflächen im Überlappungsbercich von nachzuweisender Gaskomponente und Störkomponente ergeben.

Eine Eichung eines solchen Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysators erfolgt ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren zur Justierung erfindungsgemäß dadurch, daß die Meßanzeige durch Einstellung der Verstärkung des Ausgangssignals der ersten Detektoreinheit bei Anwesenheit einer bekannten Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in der Meßzelle geeicht wird, daß der Zweistrahl-lnfrarot-Analysator bei Abwesenheit absorbierender Gase in der Meßzelle mechanischen Schwingungen ausgesetzt wird und der Einfluß dieser Schwingungen auf das Meßergebnis durch Einstellung der Verstärkung des Ausgangssignals der zweiten Detektoreinheit kompensiert wird, und daß die Dämpfung der IR-Strahlung bei Austritt aus der ersten Detektoreinheit während der alleinigen Anwesenheit der Störkomponente in der Meßzelle durch Änderung der Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in der Küvette erfolgt

Da die Ausgangssignale der beiden Detektoreinheiten getrennt über eigene regelbare Verstärker herausgeführt und dann erst zusammengeschaltet sind, lassen sich die Verstärkungen in beiden Kanälen auch getrennt und ohne Beeinflussung der jeweils anderen Detektoreinheit abstimmen, so daß auf mechanische Beeinflussungen zurückzuführende Störsignale durch die Einstellung der Verstärkung eines der Ausgangssignale kompensiert werden kann, ohne daß die Eichung des anderen Ausgangssignals gestört werden muß.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung in Aufbau und Wirkungsweise im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

F i g 1 eine schematische Darstellung eines nicht dispensiven Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysators,

F i g. 2 in einem Diagramm verschiedene Kurven, die die Absorptionseigenschaften von Kohlenmonoxid bei verschiedenen Konzentrationen in einem nicht absorbierenden Gas darstellen und außerdem eine Kurve, die die absorbierenden Eigenschaften von Wasserdampf darstellt.

In F i g. 1 ist ein nicht dispersiver Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysator dargestellt, der als anschauliches Beispiel zur Messung der Konzentration von Kohlenmonoxid in Wasserdampf als Störkomponente enthaltender Luft dient Wasserdampf hat ein Absorptionsband, das das Absorptionsband von Kohlenmonoxid in einem Spektralbereich überlappt in dem keine der beiden Komponenten stark absorbiert Der Gasanalysator umfaßt eine Infrarotquelle, die hier aus zwei im wesentlichen gleichen, nebeneinander angeordneten Quellen 1 und 2 besteht, obwohl die beiden Quellen auch in einer einzigen Quelle vereint sein können und die von ihnen ausgesandte Strahlung zur Übertragung ihrer Energie in zwei Strahlengänge aufgespaltet werden kann. Einer der Strahlen, im folgenden als Meßstrahl bezeichnet, besteht aus parallel zu einer optischen Achse 3 (gestrichelt gezeichnet) laufenden Strahlung von Quelle 1. Der andere, im folgenden als Referenzstrahl bezuchnet, besteht aus parallel zu einer optischen Achse 4 laufender Strahlung von Quelle 2. Beide Strahlen passieren einen Zerhacker, wo sie nacheinander von einer Unterbrechereinrichtung 5 unterbrochen werden, die aus einer halbkreisförmigen, undurchsichtigen, von einem Elektromotor 6 angetriebenen Scheibe besteht.

Die resultierenden, abwechselnd gepulsten Meß- und Referenzstrahlen gehen durch eine mit einem Gaseinlaß 8 und einem Gasauslaß 9 versehene Meßgaszelle 7 bzw. durch eine Referenzgaszelle 11. Die beiden Strahlen gehen dann durch eine erste Detektoreinheit Dl, wobei der Meßstrahl durch eine Detektorkammer 12 und der Referenzstrahl durch eine ähnliche Detektorkammer 13 in der Detektoreinheit geht. Die beiden Strahlen fallen dann durch Kammern 14 bzw. 16 (verbunden durch einen Durchlaß 15) einer als Filter ausge-

bildeten Dampfungseinrichtung in Form einer Küvette 17 und schließlich durch Detektorkammern 12a bzw. 13a einer zweiten Detektoreinheit Dl. Jede der Kammern in den Detektoreinheiten sowie des Filters ist in " bezug auf die physikalische Struktur identisch mit der anderen Kammer derselben Einheit. Alle Kammern sind ebenso wie die Meßgas- und Referenzgaszelle mit infrarotdurchlässigen Fenstern 18 auf einer oder auf beiden Seiten versehen, die den Durchgang von Infrarotenergie ohne Dämpfung gestatten.

Jede Detektoreinheit Di und Dl umfaßt neben ihren beiden Detektorkammern einen T-förmigen Durchlaß

21 bzw. 21a, der die beiden Kammern miteinander und mit einem druckempfindlichen Kondensatormikrophon

22 bzw. 22a verbindet. Jedes dieser beiden Kondensatormikrophone ist mit den üblichen flexiblen Membranen 23 bzw. 23a und der Statorplatte 24 bzw. 24a mechanisch in gleicher Weise aufgebaut, so daß z. B. bei einem Druckanstieg in den Kammern die Membran gegen den danebenstehenden Stator gebogen wird. Soweit dies durchführbar ist, sind die Elemente jeder Detektoreinheit mechanisch und aufbaumäßig gleich mit den entsprechenden Elementen in der anderen Detektoreinheit, was in F i g. 1 durch die Verwendung der gleichen Bezugszeichen, einmal mit und einmal ohne den Zusatz a, zur Bezeichnung der einander entsprechenden Elemente angedeutet ist. Die beiden Detektoreinheiten sollten zusätzlich gleich orientiert sein, um gleich auf Schwingungen zu reagieren.

Bei dem zur Illustration verwendeten, hier behandel- 3" ten Beispiel kann die Detektoreinheit DX mit einer Mischung aus Kohlenmonoxid und einem nicht absorbierenden Verdünnungsgas, wie z. B. Argon, gefüllt sein. Die Konzentration des Kohlenmonoxids muß dabei hoch genug sein, um die Infrarotenergie im gleichen Spektralbereich wie das Kohlenmonoxid in der Meßgaszelle zu absorbieren. Anders ausgedrückt sollte in der Detektoreinheit DX genügend Kohlenmonoxid vorhanden sein, um (bei Abwesenheit eines absorbierenden Gases in der Meßgaszelle) soviel Infrarotenergie vom Meßstrahl zu absorbieren, wie vom Kohlenmonoxid in der Meßgaszelle von diesem Strahl absorbiert wird, wenn tatsächlich ein Probengas untersucht wird. In der Praxis sollte die Kohlenmonoxidkonzentration in der Detektoreinheit DX etwas höher sein als die maximal zu erwartende Konzentration im Meßgas. Die 'Detektoreinheit Dl kann mit einer ähnlichen Mischung gefüllt sein, aber mit einer höheren Konzentration an Kohlenmonoxid, um sein Absorptionsband unter Druck zu verbreitern. Dadurch umfaßt das Absorptionsband auch einen danebenliegenden Spektralbereich, in dem die Störkomponenie, im vorliegenden Beispiel Wasserdampf, stärker absorbiert als in dem Bereich in dem sie das Absorptionsband des Kohlenmonoxids in der Meßgaszelle überlappt

Die beiden Infrarotstrahlen im Meß- und Referenz strahl gelangen durch die MeBgaszelle und Referenzgaszelle zu den Detektorkammern der Detektoreinheiten. Bevor die Strahlen in die Meßgaszellen und Referenzgaszellen einfallen, werden sie abwechselnd durch ^⁰ die drehbare Unterbrechereinrichtung 5 moduliert, so daß in einem Teil eines jeden Zyklus der Referenzstrahl unterbrochen und der Meßstrahl durchgelassen wird. und in einem anderen, nicht direkt darauffolgenden Teil des Zyklus der Meßstrahl unterbrochen und der Refe- ⁶S renzstrahl durchgelasses» wird. Diese nicht direkt aufeinanderfolgenden Teile werden durch einen dazwischenliegenden Teil des Zyklus getrennt, in dem beide Strahlen gleichzeitig teilweise unterbrochen sind. Als Ergebnis einer derartigen Modulation breiten sich Impulse von Infrarotenergie mit der Zerhackerfrequenz abwechselnd längs der beiden Strahlengänge aus, die durch Intervalle getrennt sind, in denen sich eine bestimmte Menge von Infrarotenergie längs beider Strahlengänge ausbreitet. Wenn beide Strahlen den gleichen effektiven Querschnitt besitzen, so bleibt die in die Meßgaszelle und Refercnzgstrahlzelle einfallende Gesamtenergie konstant. Wenn die in die Detektoreinheit DX einfallende Infrarotstrahlung Energie in dem Wellenlängenbereich enthält, die von dem Detektorgas absorbiert wird, dann wird das Gas in der Detektoreinheit aufgeheizt und wird sich entsprechend den Gasgesetzen ausdehnen und zusammenziehen. Wenn jede Detektorkammer 12 und 13 abwechselnd den gleichen Energiebelrag erhält, dann werden die abwechselnden Gasausdehnungen (und Zusammenziehungen) in jeder dieser Kammern gleich und komplementär sein. Es werden in der Detektoreinheit insgesamt also keine resultierenden Druckschwankungen auftreten und daher auch keine Bewegung der Membran 23 des Kondensatormikrophons 22. Diese Bedingung wird vorherrschen, wenn z. B. sowohl die Meßgaszellen 7 als auch die Referenzgaszelle 11 ein nicht absorbierendes Gas enthalten und wenn die in diese Zellen einfallenden Strahlen den gleichen Betrag an Infrarotenergie erhalten.

Wenn dagegen das Gas in der Meßgaszelle (aber nicht in der Referenzgaszelle) eine interessierende Komponente (oder eine Störkomponente) enthält, die Infrarotenergie absorbiert, dann wird nur der Meßstrahl vor dem Eintritt in die Detektoreinheit Dl geschwächt. Das Gas in Kammer 12 ( im Strahlengang des Meßstrahles) wird dann in einem Zyklus weniger Infrarotenergie empfangen und absorbieren als das Gas in Kammer 13 (im Strahlengang des Referenzstrahls). Als Resultat werden die abwechselnden Gasausdehnungen (und Zusammenziehungen) in den beiden Kammern ungleich sein und Druckimpulse erzeugen, die auf die Mikrophonmembran einwirken. Es ist klar, daß die zweite Detektoreinheit Dl in ähnlicher Weise nach gleichen Prinzipien arbeitet.

Die Druckimpulse in jeder Detektoreinheit spiegeln verschiedene Absorptionen der zwei Strahlen innerhalb der Detektoreinheit wieder und werden als Veränderung der elektrischen Kapazität des der Detektoreinheit zugeordneten Kondensatormikrophons gemessen. Die den beiden Detektoreinheiten DI und D2 zugeordneten Mikrophone sind, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die Übertrager 31 und 32 mit gleichen elektrischen Eigenschaften zur Umformung von Kapazitätsänderungen in Spannungssignale, zwei regelbare Verstärker 33 und 34. einen Differenzverstärker 36 und ein Anzeigegerät 37 umfaßt.

Zur Eichung und Kompensation der Vorrichtung zur Messung von Spurenbeträgen von Kohlenmonoxid, z. B. bis zu 50 PPM in mehr oder weniger Wasserdampf enthaltender Luft, und zum beweglichen Gebrauch det Vorrichtung, wobei Schwingungen zu erwarten sind (wie das für eine Außenmessung von Luftverschmut zung typisch ist), kann die Konzentration des Kohlen monoxids in der Detektcweinheit DX bei etwa 4% unc in der Detektoreinheit Dl bei etwa 20% liegen, wöbe der Rest in jedem Fall Argon ist Zu Beginn können di< Kammern der Küvette 17 vollständig mit Kohlenmon oxid gefüllt sein und dadurch jegliche infrarotabsorp tion durch die Detektoreinheit D2 verhindern. Das op

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öi kiöö

tische System wird dadurch abgeglichen, daß ein nicht absorbierendes Gas in die Meß- und die Referenzgaszelle gefüllt wird und anschließend die Infrarotenergien des Meß- und Referenzstrahls z. B. durch die Einstellung von in den beiden Strahlengängen angeordneten Trimmern 38 geregelt wird, bis das Anzeigegerät 37 Null zeigt. Anschließend wird der Bereich des Anzeigegeräts eingestellt, indem die Meßgaszelle mit einem nicht absorbierenden Gas gefüllt wird, das Kohlenmonoxid in einer Konzentration von 50 PPM (der hochsten in der später zu untersuchenden atmosphärischen Probe zu erwartenden Konzentration) enthält und indem die Verstärkung des das Ausgangssignal der Detektoreinheit DX verstärkenden Verstärkers 33 so eingestellt wird, daß am Anzeigegerät Vollausschlag erhalten wird.

Um die mechanischen Schwingungen zu kompensieren, wird die Meßgaszelle 7 dann mit einem nicht absorbierenden Gas gefüllt, und das optische System wird den beim tatsächlichen Betrieb auftretenden Schwingungsbedingungen ausgesetzt. Die Verstärkung des das Ausgangssignal der Detektoreinheit Dl verstärkenden Verstärkers 34 wird dann geregelt, bis das Anzeigegerät Null anzeigt. Diese Regelung beeinflußt das verstärkte Ausgangssignal der Detektoreinheit Dl oder den darauf beruhenden Ausschlag des Anzeigegerätes in keiner Weise.

Der nächste Schritt besteht in der Kompensation der Absorption des Wasserdampfes, dessen Anwesenheit in der Atmosphärenprobe zu erwarten ist. Dies geschieht dadurch, daß einem nicht absorbierenden Gas in der Meßgaszelle Wasserdampf zugesetzt und dann die Konzentration des Kohlenmonoxids in der Küvette 17 erniedrigt wird, bis das Anzeigegerät Null zeigt. Zur Erklärung dieses Vorgangs zeigt F i g. 2, wenn auch nur näherungsweise und zur Klarstellung etwas übertrieben vereinfachte Infrarotabsorptionskurven von Kohlenmonoxid bei verschiedenen Konzentrationen und von Wasserdampf. Dabei bezeichnet χ die Absorptionskurve des Kohlenmonoxids bei der höchsten, in der Gasprobe zu erwartenden Konzentration (dies ist auch die wünschenswerte Absorptionskurve des Kohlenmonoxids in der Detektoreinheit Di); y stellt die Absorptionskurve des Kohlenmonoxids in der Detektoreinheit Dl dar; z\ stellt die Absorptionskurve des Kohlenmonoxids bei der zuerst in der filternden Küvette 17 vorliegenden 100%igen Konzentration dar und Z2 die Absorptionskurve des Kohlenmonoxids bei der eingestellten Konzentration, die gerade den Einfluß des Wasserdampfes kompensiert; w stellt die Absorptionskurve von Wasserdampf bei der höchsten in der Gasprobe zu erwartenden Konzentration dar (für die meisten praktischen Anwendungen kann eine Konzentration von 100% angenommen werden). Aus diesen Kurven wird ersichtlich, 1. daß das Absorptionsband von Kohlenmonoxid bei einer Konzentration, die der Kurve χ entspricht, die Absorptionskurve des Wasserdampfes in dem Spektralbereich abc überlappt in dem beide Komponenten nur schwach absorbieren und 2. daß der Wasserdampf in dem Maße, in dem die Kohlenmonoxidkonzentration steigt und das Absorptionsband des Kohlenmonoxids breiter wird und dabei das Gebiet der Überlappung zunimmt, mit jeder aufeinanderfolgenden Steigerung dieses wachsenden Gebietes stärker absorbiert. -

Wenn sich in der Meßgaszelle und Referenzgaszeüe kein absorbierendes Gas befindet dann absorbiert das Kohlenmonoxid in beiden Kammern der Detektoreinheit D\ die Infrarotenergie über den gesamten Spektralbereich, der von Kurve χ angegeben wird. Wenn in der Meßgaszelle Wasserdampf zugegeben wird, dann absorbiert es Energie im Meßstrahl im Spektralbereich abc und bewirkt dabei eine entsprechende Schwächung des Meßstrahls, der in die Detektorkammer 12 der Detektoreinheit Di einfällt. Da eine entsprechende Schwächung des in Kammer 13 einfallenden Referenzstrahles nicht stattfindet, werden in der Detektoreinheit Di Druckimpulse erzeugt und führen zu einem Ausgangssignal. Die Detektoreinheit Dl wird jedoch kein Ausgangssignal liefern, solange die Konzentration des Kohlenmonoxids in der Küvette 17 hoch genug ist, um die Energie in dem Spektralbereich unter der die äußeren Grenzen des Absorptionsbandes des Kohlenmonoxids in der Detektoreinheit bestimmenden Kurve y zu absorbieren. Aber wenn die Konzentration des Kohlenmonoxids in der Küvette 17 z. B. so weit verringert wird, daß die Absorptionskurve des Kohlenmonoxids statt durch die Kurve z\ durch die Kurve 22 beschrieben wird, dann wird die Detektoreinheit Dl ihrerseits empfindlich für den Wasserdampf, da die Energie im Meßstrahl, die sonst in Kammer 12a im Spektralbereich defg (die Überlappung der Kurven w und y außerhalb der Kurve zi) absorbiert würde, schon von dem Wasserdampf in der Probenzelle absorbiert worden ist. Da der in die Kammer 13a eintretende Referenzstrahl keine entsprechende Schwächung erfahren hat, wird die Detektoreinheit Dl ein Ausgangssignal liefern. Aus F i g. 2 ergibt sich, daß weder die Detekloreinheit Di noch die Detektoreinheit Dl Infrarotenergie im Spektralbereich zwischen Kurve χ und Kurve zi absorbieren, wodurch zwischen den beiden Detektoreinheiten ein größeres Diskriminierungsverhältnis für das Kohlenmonoxid erzeugt wird, wenn sich das Absorptionsband in der Meßgaszelle dem durch die Kurve χ gegebenen nähen. Durch Einstellen der Konzentration des Kohlenmonoxids in der Küvette 17 kann das Spektralgebiet defg dem Speklralgebiet abc im wesentlichen gleichgemacht werden, so daß die Ausgangssignale der Detektoreinheiten Di und Dl dadurch gleichgemacht werden und sich gegenseitig aufheben, was durch die Nullanzeige auf dem Anzeigegerät angezeigt wird.

Wenn die richtige Konzentration des Kohlenmonoxids in der filternden Küvette 17 einmal auf die beschriebene Weise bestimmt worden ist, werden die Kammern der Küvette verschlossen und das Instrument ist fertig zum Gebrauch. In der Zeichnung sind die Kammern der Küvette so dargestellt, als seien sie länger als die Detektorkammern der Detektoreinheiten. Die Detektorkammern der Detektoreinheiten werden wünschenswerterweise so kurz wie möglich gehalten, um die Einwirkung von dynamischen Gasmasseneffekten auf die Reaktion des Kondensatormikrophones zu vermeiden. Da das Gas in der Küvette 17 keine dynamische Funktion hat können die Kammern des Filters so lang gemacht werden, wie es zur genauen Einstellung der zur Kompensierung der Absorption der Störkomponente in dem Meßgas nötigen Kohlenmonoxid-Konzentration in der Absorptionskammer wünschenswert ist Wenn die Konzentration des Kohlen monoxids in dem Meßgas hoch ist (z. B. hoch genug, urr 10% der einfallenden Energie zu absorbieren), danr kann die Absorption in der Meßgaszelle durch Verkflr zung dieser Zelle verringert werden. Dadurch erhäl man eine lineare Reaktion des Instrumentes auf dit Kohlenmonoxid-Konzentration. *

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τ Gasanalysator der F i g. 1 kompensiert automaauch andere Änderungen in den Umgebungsbejngen, die seine Absorpüonsreaktion beeinflussen, olchen Änderungen gehören z. B. Schwankungen :r Intensität der Infrarotquelle (oder gleichmäßige nsitätsschwankungen, wenn es zwei Quellen gibt) Änderungen in Druck und Temperatur. Diese Äningen beeinflussen jede Detektoreinheit in gleicher Weise und rufen daher gleiche Änderungen von deren Ausgangssignal hervor, die sich gegenseitig aufheben.

Die erste Detektoreinheit und die zweite Detektoreinheit absorbieren Energie in verschiedenen Spektralbereichen und es ist daher unwichtig, ob sie in Reihe hintereinander oder parallel angeordnet sind. Eine Parallelanordnung der Detektoreinheiten würde neinen zusätzlichen Infrarotstrahl erfordern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

23 288 Patentansprüche:

1. Zweistrahl-lnfraroi-Gasanalysator zur Bestimmung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch, s das auch noch eine Störkomponente enthält, deren Absorptionsband das Absorptionsband der nachzuweisenden Komponente überlappt insbesondere zur Bestimmung von CO bei Anwesenheit von Wasserdampf, mit einer einen Meß- und einen Referenzstrahl erzeugenden Infrarotquelle, einem nachgeschalteten Zerhacker, einer Meßgas- und einer Referenzgaszelle, mit einer ersten, aus zwei durch ein Kondensatormikrophon getrennten, die nachzuweisende Gaskomponente enthaltenden und jeweils von Meß- und Referenzstrahl durchsetzten Detektorkammern bestehenden Detektoreinheit, mit einer zweiten, gleichartig aufgebauten, mit der ersten optisch in Serie geschalteten und das nachzuweisende Gas bei einem höheren Druck enthaltenden Detektoreinheit zur Ableitung eines dem Ausfangssignal der ersten Detektoreinheit entgegenwirkenden Kompensationssignals, mit zwischen der ersten und zweiten Detektoreinheit in Meß- und Referenzstrahl angeordneten Dämpfungseinrichtungen und mit von den Detektoreinheiten beaufschlagten Einrichtungen zur Anzeige des Meßsignals dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen aus einer von beiden Strahlen durchsetzten Küvette (17) bestehen, die die nachzuweisende Gaskomponente bei einem solchen Druck enthält, daß die von den Absorptionskurven (x.w) der nachzuweisenden Gaskomponente in der ersten Detektoreinheit (Dl) und der Störkomponente eingeschlossene Fläche (a, b. c) gleich ist der von den Absorptionskurven (y, 27. w) der nachzuweisenden Gaskomponente in der zweiten Detektoreinheit (Dl), der nachzuweisenden Gaskomponente in der Küvette (17) sowie der Störkomponente eingeschlossenen Fläche (d, e, f. g), and daß die Ausgangssignale der beiden Detektoreinheiten (Dl bzw. Dl) den Einrichtungen (37) zur Anzeige des Meßsignals über jeweils einen eigenen, in seiner Verstärkung unabhängig regelbaren Verstärker (33 bzw. 34) zugeführt sind.

2. Verfahren zur justierung des Zweistrahl-lnfrarot-Analysators nach Anspruch 1. bei dem Unsymmetrien in Meß- und Referenzstrahlengang durch Schwächung eines der beiden Strahlengänge ausgeglichen werden, und bei dem zur Kompensation des Einflusses der Störkomponente auf die Messung die IR-Strahlung nach Austritt aus der ersten Detektoreinheit derart gedämpft wird, daß sich die Ausgangssignale beider Detektoreinheiten kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanzeige durch Einstellung der Verstärkung des Ausgangssignals der ersten Detektoreinheit (Dl) bei Anwesenheit einer bekannte. Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in der Meßzelle (7) geeicht wird, daß der Zweistrahl-Infrarot Analysator bei Abwesenheit absorbierender Gase in der Meßzelle mechanischen Schwingungen ausgesetzt wird und der Einfluß dieser Schwingungen auf das Meßergebnis durch Einstellung der Verstärkung des Ausgangssignals der zweiten Detektoreinheit (D2) kompensiert wird, und daß die Dämpfung der IR-Strahlung bei Austritt aus der ersten Detekioreinheit (Dl) während der alleinigen Anwesenheit der Störkomponente in der Meßzelle (7) durch Änderung der Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in der Küvette (17) erfolgt