DE2420545C3

DE2420545C3 - Infrarotstrahleranordnung

Info

Publication number: DE2420545C3
Application number: DE2420545A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Phys. Dr. 2000 Hamburg Blunck; Heinz 2000 Wedel Delin; Rudolf Mueller; Werner Voss
Original assignee: H MAIHAK AG 2000 HAMBURG
Current assignee: H Maihak AG
Priority date: 1974-04-27
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1979-01-25
Also published as: JPS517978A; DE2420545A1; US3949231A; JPS5917375B2; DE2420545B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarotstrahleranordnung für Infrarotgasanalysatoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Derartige Strahler werden durch elektrische Beheizung auf etwa 1000 K aufgeheizt, so daß das lulcnsitütsmaximuni der von ihnen emittierten Wärmestrahlung im infraroten Strahlungsbereich liegt.

Die in der Meßtechnik an die Strahleranordming

gestellten Anforderungen betreffen u.a. die optische Strahlführung und die Konstanz der emittierten Strahlungsintensität sowie die vom Strahler verbrauchte Leistung.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad der effektiv ausgenutzten Strahlung wird erzielt, wenn die die Strahlereinheit verlassende infrarote Strahlung achsenparallel verläuft da in diesem Fall nicht ein Großteil der Strahlung schräg in die Meß- bzw. Referenzknvette

ίο einfällt und an deren Wänden teilweise absorbiert wird. Zu diesem Zweck ist es bekannt, der Reflektorfläche des Strahlers eine Paraboloidform zu geben. Jedoch sind die in der Praxis verwendeten Wendelstrahler nicht punktförmig, sondern haben eine endliche Ausdehnung,

is so daß eine reine Paraboloidform des Reflektorkörpers nur eine unvollkommene Bündelwirkung erzielt

Eine Infrarotstrahleranordnung der eingangs bezeichneten Gattung ist bereits aus dem DE-GM 70 19 305 bekannt wobei von einer solchen Gestaltung des Reflektors Gebrauch gemacht wird, daß dieser über einen Brennpunkt verfügt in welchem der Mittelpunkt des Wendelstrahlers angeordnet ist Damit bei dieser Anordnung überhaupt eine achsparallele Strahlungsemission möglich ist, muß also der Mittelpunkt des Wendelslrahlers unbedingt exakt mit dem Brennpunkt des Reflektors zusammenfallen. Bereits jede kleine fehlerhafte Anordnung, auch in Achsrichtung des Reflektors führt sofort zu einer von einer achsparallelen Strahlungsemission abweichenden Emissionrichtung.

W Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Infrarotstrahleranordnung mit einem Wendelstrahler endlicher Ausdehnung zu schaffen, die sich durch eine weitgehend achsenparallele Strahlungsemission auszeichnet Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

)■> Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung besenrieben. Es zeigt A b b. 1 eine schematische Darstellung der Strahleranordnung,

A b b. 2 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils der Strahleranordnung.

Die Strahleranordnung besteht aus einer Halterung 1, in deren zentrale Bohrung der Tragekörper 2 aus Keramik durch eine Klemm-Mutter 3 mittels Zangenklemmung zentrisch und stabil eingeklemmt ist Der Tragekörper 2 ist auf dem aus der Halterung 1 herausragenden Teil 4 verjüngt und trägt an seinem unteren Ende zwischen zwei Flanschen 5 und 6 eine Metallmantel-Heizleiterwicklung 7, die im dargestellten FaI! zweilagig ist Die zweilagige Anordnung der Heizleiterwicklung 7 hat den Vorteil, daß dadurch eine homogenere Strahlungsverteilung entsteht Im Metallmantel ist die Heizader in eine feuerfeste Erde, ζ. Β. Magnesiumoxid, eingebettet. Die Anschlußdrähte 8 und 9 werden durch Bohrungen im Tragekörper 2 bis zum verjüngten Teil 4 des Tragekörpers geführt, wo sie hart

hu an den Heizleiter gelötet sind. Die Eintrittstellen 10, 11 der Heizader in den Metallmantel sind durch eine Keramik-Vergußmasse verschlossen.

In den eingearbeiteten Rezess 12 der Halterung I ist der Reflektorkörper I) einschrumpfbar, der mit einer

"> zentralen tlohrung zur Durchführung des unteren Endes des Fragekörpers 2 mit der Hei/Ieiterwicklung 7 versehen ist. Der Ueflektorkorper 11 besteht aus zwei Feilen 14 und 15. Der Feil Il hat auf der der

Heizleiterwicklung 7 zugewandten Oberfläche die Form eines in seiner Achse aufgetrennten und auseinandergeschobenen Rotationsparaboloids, so daß die Brennpunkte 16 für die einzelnen Paraboloidsektoren auf einem Kreis um die Achse der Strahleranordnung zu liegen kommen, wobei dieser Kreis mit der Umfangsmittellinie der hohlzylinderförmig gewickelten Heizleiterwicklung 7 zusammenfällt Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die von der Mitte der Heizleiterwicklung 7 ausgehende Strahlung nach Reflexion an dem aufgeschnittenen Paraboloid in achsenparallele Strahlen umgewandelt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Strahleranordnung erhöht, da ein größerer Anteil der Strahlung durch die Meßküvette und ggf. die Vergleichsküvette zum Strahlungsdetektor gelangt Der zweite Teil 15 des Reflektors 13 hat eine zylindrische Form.

Der Reflektorkörper 13 besteht aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, z. B. einem rostbeständigen Stahl mit hohem Nickel-Gehalt u.a. Die innere Oberfläche des Reflektorkörpers 13 kann zur Erzielung eines besonders hohen Reflexionsfaktors im infraroten Strahlungsbereich poliert und vergoldet sein.

Die Beschriebene Strahleranordnung nach der Erfindung hat aufgrund verschiedener Konstruktionsmerkmale nur geringe Wärmeleitungsverluste. Der Tragekörper 2 ist aus einem keramischen Werkstoff von kleiner Wärmeleitfähigkeit gefertigt, der zudem ein Tei 4 mit einem kleineren Querschnitt aufweist, wodurch der Wärmefluß durch den Körper 2 weiter verringert wird. Der Reflektorkörper 13 wird durch die Strahlungswärme der Heizleiterwicklung 7 erwärmt; durch Verwendung z, B. eines rostbeständigen Stahls, der sich durch einen kleinen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten auszeichnet, wird der Wärmeabfluß zur Halterung 1 niedrig gehalten. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß die Kontaktfläche 12 zwischen Halterung

1 und Reflektor 13 klein ist

Einen weiteren Vorteil bietet die Klemmenhalterung des Tragekörpers 2. Durch die Zangenklemmung mit der Klemm-Mutter 3 wird der Tragekörper 2 zentrisch und stabil gehaltert und ändert seine Lage zur optischen Achse der Strahleranordnung selbst bei außergewöhnlichen Erschütterungen nicht Darüber hinaus kann der Strahler leicht ausgewechselt werden; durch Verschiebungen und Verdrehungen kann die Strahlungsausbeute verbessert werden.

Es ist fertigungstechnisch von Vorteil, die Heizleiterwicklung 7 nicht direkt auf den Träger 2 aufzubringen, da dieser beim Fertigungsvorgang mechanisch belastet wird und bei unsachgemäßer Behandlung an der dünnen Stelle 4 brechen kann. Diese Gefa'-.· beseitigt die in F i g. 2 dargestellte Anordnung. Die Heiz'-citerwickiung 7 wird zunächst auf eine mit flanschartigen Ansätzen versehene metallene Hülse 17, vorzugsweise aus rostbeständigem Stahl, aufgebracht Diese wird sodann auf den unteren, einen kleineren Querschnitt besitzenden Teil des Trägers 1 aufgeschoben und verklebt. Dadurch wird eine mechanische Belastung des Trägers

2 bei sonst gleichbleibenden Eigenschaften der Strahler-(0 anordnung vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Infrarotstrahleranordnung für Infrarotgasanalysatoren mit einem elektrisch beheizten, hohlzylindrischen Wendelstrahler und einem zur Umlenkung und Bündelung der Strahlung des Wendelstrahlers dienenden Reflektor aus einem rotationssymmetrischen paraboloidähnlichen ersten Teil und einem an diesen koaxial anschließenden zylinderförmigen zweiten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche des ersten Teils (14) eine Form hat, die sich bei Rotation einer von ihrer Achse um eine bestimmte Strecke parallel in sich weggeschobenen Parabelhälfte um diese Achse ergibt, und daß die sich dabei ergebende kreisförmige Brennlinie (16) des ersten Teils (14) mit der mittleren kreisförmigen Umfangslinie des Wendelstrahlers (7) zusammenfällt

2. Infrarotstrahleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (13) aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise einem rostbeständigen Stahl, gefertigt ist

3. Infrarotstrahleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (13) auf der der Heizleiterwicklung (7) des Wendelstrahiers zugewendeten Oberfläche vergoldet ist

4. Infrarotstrahleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung (1) für den Reflektor (13) mit einer kleinen K..>ntaktfläche(12) vorgesehen ist.

5. Infratorstrahlerancrdnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) für die Hei leiterwicklung (7) aus einem keramischen Material gefertigt ist.

6. Infrarotstrahleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch den ersten Teil (14) des Reflektors (14) hindurchgehendes Stück (4) des Trägers (2) eine geringere Querschnittsfläche als der übrige Teil des Trägers (2) besitzt.

7. Infrarotstrahleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) durch Zangenklemmung axial verschiebbar, verdrehbar und auswechselbar angebracht ist

8. Infrarotstrahleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterwicklung (7) auf eine mit flanschartigen Ansätzen versehenen, metallenen Hülse (17), vorzugsweise aus rostbeständigem Stahl, aufgebracht ist, und daß die Hülse (17) auf den unteren, mit einem kleineren Querschnitt versehenen Teil (4) des Trägers (2) aufgeschoben und verklebt ist.