DE2359637C2

DE2359637C2 - Nichtdispersives Ultrarot-Gasanalysengerät

Info

Publication number: DE2359637C2
Application number: DE2359637A
Authority: DE
Inventors: Reimar Dipl.-Phys. Dr. Faulhaber; Kurt 6000 Frankfurt Moldenhauer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE2359637A1; JPS5087692A; US3937962A

Description

X =

/1-/2
K

= Al{a +β (X-A)]

Die Erfindung bezieht sich auf ein nichtdispersives Ultrarot-Gasanalysengerät zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, gemäß dem Oberbe-

65 durchzuführen. Aus dieser Bezeichnung ist zu erkennen, daß ^unabhängig von den genannten Störeinflüssen ist, da die Strahlungsintensität /1 und /2 der den Störeinflüssen unterliegenden Strahlenbündel in dem Endergebnis X nicht mehr vorkommen. X ist das »korrigierte« Meßsignal des Analysengerätes.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultrarot-Gasanalysengerätes,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung zur Bildung des Meßsignals X,

F i g. 3 ein Kurvenschaubild zum Meßsignal X,

F i g. 4 eine Schnittansicht einer bevorzugten Strahlungsmeßeinrichtung des Analysators und

F i g. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 4.

In F i g. 1 ist mit 1 eine Strahlungsquelle bezeichnet, die aus einer elektrisch beheizten Widerstandswechsel besteht. Von ihr gehen zwei Strahlenbündel 2 und 3 aus, die von einer motorgetriebenen Blendenscheibe 4 moduliert werden. Das eine modulierte Strahlenbündel durchsetzt in einem Meßstrahlenweg eine mit dem

Meßgas beschickte Küvette 5 (Meßküvette) und das andere in einem Vergleichsstrahlenweg eine mit einem nicht absorbierenden Gas gefüllte Küvette 6 (Vergleichsküvette). Die aus den Küvetten austretenden Stt-ahlenbündel gelangen sodann in mit der zu messenden Gaskomponente gefüllte Empfangskammern 7 und 8, an welche ein Membrankondensator Cl angeschlossen ist. Mit Hilfe der Membranelektrode 9 und der feststehenden Elektrode 10 des Membrankondensators wird ein elektrisches Signal entsprechenu der Differenz der Intensitäten /1 und /2 der in den Kammern 7 und 8 absorbierten und Druckschwankungen hervorrufenden Strahlenbündel erzeugt

An diese bekannte Strahlungsmeßeinrichtung eines Zweistrahl-Ultra'-otgasanalysators ist ein zweiter Membrankondensator C2 angeschlossen, in einer Weise, daß die auf die beiden Seiten der Membranelektrode 9 des Kondensators Ci einwirkenden Druckkräfte über pneumatische Widerstände 11, 12, einseitig auf die Membranelektrode 13 des Kondensators C 2 geleitet werden. Die Membranauslenkung des Kondensators C 2 ist daher proportional dem Ausdruck a ■ Ii+ß ■ 12, wobei « und β Konstante sind, deren Werte entsprechend der Größe des jeweiligen pneumatischen Widerstandes zwischen 0 und 1 liegen können.

Die mit Hilfe der Membrankondensatoren Cl und C2 gewonnenen elektrischen Signale v/erden nach dem Schaltschema der F i g. 2 weiter verarbeitet. Es erfolgt jeweils durch die Funktionseinheiten (114,15,16; 17,18, 19) eine Verstärkung, Gleichrichtung und Glättung der beiden Signale Y-/1-/2 und Z-a. ■ Ii+ß ■ /2 und die Bildung des Quotienten der beiden Signale durch die Recheneinheit 20, so daß das angeschlossene Meßinstrument 21 den gewünschten korrigierten Meßwert

X =

anzeigt. Die Absorption A und damit auch das Meßsignal X des Analysators ist bekanntermaßen über das integrierte Lambert-Beersche-Gesetz mit dem Produkt aus Konzentration c der Meßkomponente und der optischen Weglänge / der Absorptionsstrecke verknüpft.

F i g. 3 zeigt eine X-Kennlinienschar für verschiedene Werte der Konstanten « und ß. Die Kennlinie für die Werte « = 1 und j3 = 0 entspricht der Kennlinie des zum Stand der Technik genannten Analysatortyps, jedoch mit der verfahrensgemäßen Korrektur. Es zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen Linearsierungseffekt bewirkt, denn der quasilineare Anfangsbereich der anderen Kennlinien ist ausgedehnter. Legt man Wert darauf, daß eine völlig lineare Beziehung zwischen der Konzenrration una dem Ausgangssignal besteht, so muß in allen Fällen eine Linearisierungsschaltung vorgesehen werden, wobei der bekannte

-, Analysator den größten Linearisierungsaufwand erfordert

Die in F i g. 4 und F i g. 5 in zwei Schnittansichten dargestellte Vorrichtung ermöglicht es, die Konstanten α und β innerhalb gewisser Grenzen auf einfache Weise

ίο zu variieren. Sie besteht aus einem Empfängerblock 21 mit zwei Empfangskammern 22 und 23, in welche wie angedeutet in Pfeilrichtung die aus der Meßküvette und der Vergleichsküvette des Analysators austretende Strahlung durch Fenster 24 einfällt. Die Empfangskammern stehen mit einem im Block 21 untergebrachten Membrankondensator 25 durch Gaskanäle 26 und 27 so in Verbindung, daß die Auslenkung bzw. die Schwingungen der Kondensatormembran 28 ein Maß für die Druckdifferenz zwischen den beiden Empfangskam-

mern sind. Ober die Anschlüsse 29, 30 wird dem Membrankondensator die Betriebsspannung zugeführt.

In eine Ausnehmung 31 des Empfängerblocks 21 ist

eine flache Fritte 32 eingesetzt, die mit einer Seite an einer den Boden der Ausnehmung bedeckenden, gasundurchlässigen Folie oder Dichtung 33 anliegt. Die Dichtung 33 ist mit der Fritte und diese mit dem Empfängerblock beispielsweise mittels Klebstoff verbunden. Von den Gaskanälen 26 und 27 zweigen zwei Kanäle 34 und 35 zum Boden der Ausnehmung ab.

jo Durch die Anschlußstellen 42 und 43, an den die Dichtung durchbrochen ist, ist die Fritte gasleitend an die Kanäle angekoppelt.

Ein die Ausnehmung verschließender Block 36 enthält einen zweiten Membrankondensator 37 mit der Kondensatormembran 44. An diesem Block ist eine weitere gasundurchlässige Folie oder Dichtung 38 befestigt, welche die andere Seite der Fritte abdeckt. Durch einen Gaskanal 39 und eine Anschlußstelle 41 in der durchbrochenen Dichtung 38 wird eine gasleitende Verbindung zwischen der Gaskammer 40 des Membrankondensators und der Fritte hergestellt.

Die Ausnehmung 31 und der in sie eingreifende Teil des Blockes 36 sind von zylindrischem Querschnitt. Wird der Block gedreht, so ändert sich die Lage der Anschlußstelle 41 zu den beiden anderen Anschlußstellen. Es ist somit möglich, die beiden durch die Fritte gebildeten pneumatischen Widerstände zwischen den Gaskanälen 26 und 39 bzw. 27 und 39 in gewissen Grenzen einzustellen und dementsprechend die Konstanten λ und β zu ändern. Durch Verknüpfung der Signale beider Membrankondensatoren in der angegebenen Weise ergibt sich das korrigierte Meßsignal X.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

23 59i 63 1 Patentansprüche: J

1. Nichtdispersives Ultraroi-Gasanalysengerät zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente mit

a) einer Ultrarot-Strahlungsquelle;

b) einer mit einem Proben- und einer mit einem Vergleichgas beschickten Küvette, die von getrennten Strahlenbündeln durchsetzt sind,

c) einer die Strahlenbündel periodisch unterbreehenden Blendenvorrichtung,

d) jeweils einer mit der zu messenden Gaskomponente oder einem entsprechend absorbierenden Gas gefüllten Emprangskammer, die vom jeweiligen Strahlenbündel nach Durchdringung der Küvette beaufschlagt sind,

e) einem mit den Empfangskammern pneumatisch verbundenen Membrankondensator, der ein elektrisches Signal liefert, das eine Funktion der durch Strahlungsabsorption in den Empfangskammern entstehenden Druckdifferenz ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) ein zweiter Membrankondensator (2, 37) vorgesehen ist, dessen eine Seite über fest einstellbare pneumatische Widerstände (11,12; 32) mit den beiden Empfangskammern (7,8; 22, 23) verbunden ist und

g) einer elektrischen Rechenschaltung (20) zur Bildung des Quotienten aus den Ausgangssignalen der beiden Membrankondensatoren (Ci, C2;25,37).

2. Gasanalysengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Widerstände durch einen einzigen porösen, gasdicht abgeschlossenen Körper (32) gebildet sind, der drei gasdurchlässige Anschlußstellen (41, 42, 43) für die gasleitenden Verbindungen (39, 34, 35) zu dem zweiten Membrankondensator (37) und den beiden Empfangskammern (22,23) aufweist.

3. Gasanalysengerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper eine Frilte ist.

4. Gasanalysengerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte (32) zwischen einem, die beiden Empfangskammern und den ersten Membrankondensator enthaltenden Empfängerblock (21) und einem an diesen angesetzten, den zweiten Membrankondensator enthaltenden Block (36) angeordnet ist.

5. Gasanalysengerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abdichtmittel (33, 38) für die Fritte (32) vorgesehen sind und die Fritte so mit den Blöcken (21, 36) verbunden und die Gaskanäle (39, 34,35) so angeordnet sind, daß bei einem Verdrehen des Blockes (36) die Anschlußstelle (41) der Fritte zum zweiten Membrankondensator (37) mit dem zugehörigen Gaskanal (39) ihre Position gegenüber den beiden anderen Anschlußstellen (42, 43) ändert.

6. Gasanalysengerät nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte in eine Ausnehmung (31) des Empfängerblockes eingesetzt ist.

griff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen, z.B. in der GBtPS 6 34 453 beschriebenen Gasanalysengerät ist das Meßsignal proportional der Differenz der Strahlungsintensitäten Ii-12=A ■ /1 der in die Sirahlungsmeßeinrichtung eintretenden beiden Strahlenbündel (A = Absorption der Strahlung durch die Gaskomponente).

Obwohl die Messung der Gaskonzentration nach einem Vergleichsverfahren mit einem Meß- und Vergleichsstrahlengang erfolgt, unterliegt die Meßempfindlichkeit und der Nullpunkt des Gerätes gewissen Schwankungen, die auch durch größte Sorgfalt im Aufbau und der Bedienung nicht völlig ausgemerzt werden können. Man hat deshalb automatische Prüf- und Eicheinrichtungen (z.B. DE-PS 15 48 653) entwikkelt, welche es ermöglichen, das Analysengerät in besiimmten Zeitabständen mit Testgasen zu prüfen und danach die Empfindlichkeit und gegebenenfalls den Nullpunkt durch entsprechende Eingriffe in die der Strahlungsmeßeinrichtung nachgeschaltete Verstärkereinrichtung nachzustellen. Der apparative Aufwand derartiger Einrichtungen mit Gasumschaltvorrichtungen, regeltechnischen und verstärkertechnischen Vorrichtungen ist erheblich.

Die Erfindung bezweckt bei Gasanalysatoren des vorgenannten Typs eine Verbesserung der Meßeigenschaften mit wesentlich geringerem Aufwand zu erzielen, soweit es sich um Störeinflüsse handelt, welche für beide Strahlenwege gleichermaßen zutreffen, beispielsweise eine Verschmutzung der in beiden Strahlenwegen in gleicher Weise angeordneten optischen Bauteile, Emissionsänderungen der Strahlungsquelle oder Empfindlichkeitsänderungen der Strahlungsmeßeinrichtung.

Es werden dazu erfindungsgemäß die in den Patentansprüchen aufgeführten Mittel vorgesehen, die es ermöglichen von den beiden in die Strahlungsmeßeinrichtung des Analysators eintretenden Strahlenbündeln ein Signal K=& ■ Ii+ß ■ 12 (α und β vorwählbare Konstanten, von denen eine auch Null sein kann) abzuleiten und damit die Rechenoperation