DE2350004C3 - Vorrichtung zum Messen des Anteils einer Komponenete eines strahlungsdurchlässigen Stoffgemisches - Google Patents

Vorrichtung zum Messen des Anteils einer Komponenete eines strahlungsdurchlässigen Stoffgemisches

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Description

nungcn näher erliuicn. Es zeigt
Fig, 1 schematisch den optischen Aufbau der Vorrichtung,
Fig. 2 ein Diagramm, in das die die charakteristische Absorptionslinie enthaltende Absorptionsbande von Fluor-Wasserstoff (HF) und die Durchlaßlinien des MeßfiUers und des Referenzfilters in Abhängigkeit von der Wellenlänge eingetragen sind,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Differenz der Meßsignale in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist.
Das Gerät umfaßt im wesentlichen einen Hohlspiegel 1 mit einer Lichtquelle 2, z. B. eine Halogenlampe, eine Blende 3, zwei Plankonvexlinsen 4, eine das zu durchstrahlende Stoffgemisch enthaltende Gasküvette 5, ein als Strahlungsteiler dienendes Prismensystem 6, zwei Teilstrahlblenden 7, zwei Teilstrahlabgleicher 8, aus je zwei hintereinandergeschalteten Einzelelementen bestehende Meß- und Referenzstrahlfilter 9o und 9b, eine Chopperscheibe 10, je zwei Bikonvexlinsen 11 vor und hinter dem Chopper, eine Sammellinse 12, einen Detektor 13 mit nachgeschalteter Signalverarbeitung und Auswertung sowie eine Einrichtung 14 zur Aufnahme, Verarbeitung und Einspeisung des Chopperbezugssignais. Das Meßfilter 9a ist mit einer senkrecht zur Strahlachse liegenden Drehwelle 15 ausgestattet, an die ein die Schwenkbewegungen mit ca. 0,1 Hz bewirkender Antrieb, z. B. ein Getriebemotor 16, angeschlossen ist. Zur Begrenzung des Schwenkbereiches und zum Umkehren der Schwenkbewegung sind dem Motor steuernde Endschalter 17 vorgesehen. Dieselbe Schwenkeinrichtung kann auch für das Filter 9b vorgesehen sein.
Die Chopper-Scheibe 10 läuft mit einer Frequenz von 780 Hz um. Sie trägt in der Nähe des Außenrandes mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Bohrungen 18 für den Durchtritt des Bezugssignals der Einrichtung 14. Auf einem mittleren und einem s inneren Radius sind jeweils phasenverschoben dieselbe Anzahl von Schlitzen 19, 20 für den Durchtritt des Referenzstrahls (Pfeil B) und des Meßstrahls (Pfeil A) angebracht. Auf diese Weise gelangt abwechselnd der Meßstrahl und der Referenzstrahl
κι zum Detektor. In einer nachgeschalteten Elektronik (nicht dargestellt) werden die beiden Signale verarbeitet und einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist das HF-Spektrum in einem bestimmten Wellenlängenbereich mehrere Absorptionslinien auf; einer dieser Linien ist das Meßfilter zugeordnet, dessen maximale Durchlaßwellenlänge Afi etwas oberhalb des Absorptionsmaximums λΛ liegt. Das Referenzfilter hat dieselbe Charakteristik wie das Meßfilter, seine Durchlaßwellenlänge Af0 liegt jedoch unterhalb des HF-Absorptionsspektrums (der HF-Rotations-Schi-ingungsbande). Durch das Schwenken des Meßfilters verschiebt sich Afi zu niedrigeren Wellenlängen hin.
Mit der Annäherung von Xn an λΛ nimmt die Intensität i des zum Detektor gelangenden Meßstrahls ab. Dieser Effekt ist aus Fig. 3 zu ersehen. In"diesem Diagramm ist die Differenz der Intensitäten A, von Meß- und Referenzstrahl über der Zeit / aufgetragen.
Die Folge der Intensitätsspitzen entspricht der Frequenz der Filterschwenkvorrichtung, während die Amplituden diese Spitzen einer HF-Druckänderung in der Meßküvette entsprechen. Im vorliegenden Fall entspricht die Maximal-Amplitude einem HF-Gehalt von 1 Mol% HF in einem HF/N:-Gemisch.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den im Patentansprüche; Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Prospekt Nr.
1. Vorrichtung zum Messen des Anteils einer CG/W 6037-1/689/6.67/K der Firma Hartmann und Komponente eines strahlungsdurchlässigen Stoff- 5 Braun AG bekannt.
gemisches mit Weiter ist eine auf der Infrarotabsorption beru-
a) einer optischen Strahlungsquelle zur Beauf- hende Meßmethode zur Bestimmung einzelner Komschlagung des Stoffgemisches mit einem ponenten eines flüssigen oder gasförmigen Gemisches Strahlungsbündel, in der Zeitschrift J. Sei. Instrum., 1965, VoI. 42, Seiten
b) einem Strahlenteiler zur Zerlegung des aus io 526 bis 528, beschrieben. Dabei werden zwei Teildem Stoffgemisch austretenden Strahlungs- strahlen durch ein Meßfilter und ein Referenzfilter bündeis in zwei räumlich getrennte Teil- geführt und anschließend mittels entsprechender Umstrahlen, lenksysteme auf einen gemeinsamen Detektor gerich-
c) einem im Wege des einen Teilstrahls an- tet. Zwischen den Detektor und die Fiter ist ein Chopgeordneten ersten Schmalband-Interferenz- 15 per geschaltet, der abwechselnd den Meßstrahl und filter zur Selektion einer der Absorptions- den Referenzstrahl passieren läßt. Durch eine geeigwellenlänge der nachzuweisenden Kompo- nete Kombination von Filtern wurde eine Anzeigenente entsprechenden Wellenlänge aus die- empfindlichkeit für Fluorwasserstoff bis zu 50 ppm sem Teilstrahl, erreicht. Im gleichen Absatz dieses Artikels (Seite
d) einem im Wege des anderen TeilstrahJes an- 20 528, rechte Spalte) wird außerdem darauf hingewiegeordneten zweiten Schmalband-Interfe- sen, daß die Interferenz- und die Absorptionsbanden reriziflter zur Selektion einer von der Ab- genau zueinander passen müssen.
Sorptionswellenlänge abweichenden Wellen- Besonders bei der Verwendung von Schmalbandlänge, Interferenzfiltern hat es sich als schwierig erwiesen,
e) einem photoelektrischen Empfänger zur Er- zs das Empfindlichkeitsmaximum durch entsprechendes zeugung eines der Differenz der Intensitäten Einstellen der Filter dauerhaft zu justieren. Aufgrund der beiden gefilterten Teilstrahlen entspre- der steilen Flanken der Stoffabsorptions- und Filterchenden Ausgangssignals, durchlaßlinie gem/gen bereits geringfügige äußere
gekennzeichnet durch Einflüsse wie z. B. !eichte mechanische Erschütterun-
f) eine Antriebseinrichtung (15,16,17) zur pe- 3o gen, um die Empfindlichkeit bzw. die Anzeigegenauriodischen Verschwenkung des ersten igkeit herabzusetzen.
Schimlband-Interferenzfilters (9a) um die Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Mög-
Lage, oei der seine Durchlaßwellenlänge der lichkeit aufzuzeigen, mit der die maximale Empfind-
Abscrptionsweilenlänge entspricht. lichkeit einer Vorrichtung der im Oberbegriff des An-
2. Vorrichtung nacli Anspruch 1, dadurch ge- 35 Spruchs 1 genannten Art über längere Zeiträume kennzeichnet, daß der Schwenkbereich derart ge- hinweg aufrechterhalten werden kann.
wählt ist, daß das Ausgangssignal des photoelek- Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß trischen Empfängers (10-14,18-20) während der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Schwenkbewegung periodisch den minimal mögli- Merkmale vorgesehen. Die alternierende Schwenkchen Wert annimmt. 40 bewegung kann mit einer realtivriedrigen Frequenz,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- z.B. ca. 0,1 Hz durchgeführt werden, bei einer Chopdurch gekennzeichnet, daß eine der Antriebsein- per-Frequenz von ca. 780 Hz. Für die elektronische richtung (15,16,17) des ersten Schmalband-In- Signal-Verarbeitung darf diese Frequenz kein Vielfaterferenzfilters (9a) entsprechende weitere An- dies der Netzfrequenz von 50 Hz darstellen. Bei jeder t!Hebeeinrichtung für das zweite Schmalband-In- 45 Schwenkung durchläuft das Filter einen auf den Strahl terferenzfilter (9b) vorgesehen ist. bezogenen Winkel, bei dem die Absorptionslinie und
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden die Durchlaßlinie zusammenfallen. Die Wellenlänge Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das er- der Durchlaßlinie weist bei einem Winkel von ungeste Schmalband-Interferenzfilter (9a) so ausgebil- fäh' 90° zwischen Strahl und Filteroberfiäche ihr Madet ist, daß seine Durchlaßwellenlänge bei senk- so xim .*m auf; bei Abweichung von dieser Normalrechter Durchstrahlung geringfügig oberhalb der Durchs.rahlung verschiebt sich die Durchlaßlinie zu Absorptionswellenlänge der nachzuweisenden niedrigeren Wellenlängen hin. Es wird daher ein Komponente liegt. Meßfilter verwendet, dessen Durchlaßwellenlänge bei
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- Normal-Durchstrahlung geringfügig oberhalb der durch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrich- ss Absorptionswellenlänge der zu bestimmenden Komtungen für die Schmalband-Interferenzfilter (9a, ponente liegt, so daß während jeder Schwenkung das 9b) jeweils eine senkrecht zu dem betreffenden Absorptionsmaximum mit Sicherheit durchfahren Teilstrahl (Abzw. B) verlaufende und an dem zu- wird.
gehörigen Interferenzfilter befestigte Welle (15), Dagegen sollte für den Referenzstrahl ein Filter geferner mit den Wellen (15) gekoppelte Motoren 60 wählt werden, dessen Durchlaßwellenlänge abseits (Ib) sowie den Schwenkbereich durch Umsteue- der verwendeten Absorptionslinie der zu bestimmenrung der Motoren (16) festlegende Endschalter den Komponente, insbesondere unterhalb des Ban-(17) aufweisen. denbereiches, liegt. Dieses Filter kann phasengleich
mit dem Meßstrahl-Filter mitbewegt werden, um evtl. 65 Intensitäts-Schwankungen aufgrund der Schwenkbe-
weguni'.en zu kompensieren. Die Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten werden anhand der Zeich-
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