DE2702744A1

DE2702744A1 - Einrichtung zur kompensation der querempfindlichkeit bei nichtdispersiven ir-gasanalysatoren nach dem zweistrahlverfahren mit doppelschicht-detektoranordnung

Info

Publication number: DE2702744A1
Application number: DE19772702744
Authority: DE
Inventors: Toshiyoshi Dipl Ing Hamada
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1976-01-26
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1977-08-04
Also published as: JPS5290985A; JPS5858615B2

Description

Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit bei nicht-
dispersiven IR-Gasanalysatoren nach dem Zweistrahlverfahren mit Doppelschicht-Detektoranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit bei nichtdispersiven IR-Gasanalysatoren nach dem Zweistrahlverfahren mit Doppelschicht-Detektoranordnung.
Ein derartiger Gasanalysator ist beispielsweise aus der US-PS 3 162 761 bekannt. Dort werden zwei parallel angeordnete Küvetten, die mit dem kurz als Meßgas bezeichneten Gasgemisch gefüllte Neßkuvette und die mit einem Vergleichsgas gefüllte Vergleichsküvette periodisch abwechselnd von einer von einem Temperaturstrahler ausgehenden Strahlung durchstrahlt. Meßstrahl und Vergleichsstrahl fallen im Wechsel auf eine Detektoranordnung, die aus zwei in Strahlungsrichtung hintereinander angeordneten, mit Gas, dessen Komponente im Neßgasgemisch festgestellt werden soll, gefüllten Detektorkammern und einem Druck-oder Strömungsfühler besteht, der an diese angeschlossen ist.
Die mittels des Druck- oder Strömungsfühlers in ein elektrisches Signal umgewandelte Druckdifferenz zwischen den beiden Detektorkammern, die durch die Absorption der Strahlung in den darin enthaltenen Gasschichten erzeugt wird, ist das Meßsignal.
Es kommt Jedoch häufig vor, daß das Meßgas noch andere omponenten enthält, deren Absorptionsbereiche die der interessierenden Komponente mehr oder weniger überlappen und zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen. Eine häufig auftretende Störkomponente in den zu untersuchenden Gasgemischen ist z. B. Wasserdampf.
Es wurde bereits versucht, diese sogenannte Querempfindlichkeit zu kompensieren, indem Form und Volumen der beiden Detektorkammern sowie die Dichte des darin befindlichen Gases variiert a,mrden, bis die in der ersten und der zweiten Detektorkammer absorbierten Energien bei Anwesenheit der Störkomponente gleich waren. Dieses Vorgehen ist Jedoch sehr aufwendig und Jeweils nur für eine Störkomponente anwendbar.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit bei nichtdispersiven IR-Gasanalysatoren zu schaffen, die einfach aufgebaut und in einem großen Bereich einsetzbar ist.
Eine Lösung der gestellten Aufgabe wird in einer Einrichtung gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rückwand der zweiten Detektorkammer als strahlendurchlässiges Fenster ausgebildet ist und daß hinter dem Fenster Mittel zur Reflexion eines Teils der austretenden Strahlung in die Detektorkammer angeordnet sind, derart, daß die reflektierte Strahlung in bezug auf den Meß- und den Vergleichsstrahlengahg gleich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mittel zur Reflexion aus einer parallel zu dem rückwärtigen Fenster angeordneten Platte mit reflektierender Oberfläche, die senkrecht zu der die Mittelachsen von Meß- und Vergleichsstrahlengang enthaltenden Ebene verschiebbar ist.
Auf diese Weise kann die in der zweiten Detektorkammer absorbierte Strahlungsenergie so vergrößert werden, daß das Verhältnis der in der ersten und in der zweiten Kammer absorbierten Energie der Störkomponente gleich ist.
Anstelle der verschiebbaren Platte mit reflektierender Oberfläche kann in äquivalenter Weise auch eine parallel zu dem rückwärtigen Fenster fest angeordnete Platte mit reflektierender Oberfläche und eine zwischen Platte und Fenster verschieb- oder verstellbare Blende treten.
Die angegebenen Mittel zur Kompensation der Querempfindlichkeit sind in entsprechender Weise auch Bei nach dem Zweistrahl-Gleich- lichtverfahren arbeitenden Ifl-Gasanalysatoren mit zwei Detektoranordnungen sowie u. U. auch bei Einstrahlgeräten dieser Art verwendbar.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel und seine Funktion dargestellt und im folgenden beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines nach dem Zweistrahl-Wechsellichtverfahren arbeitenden IR-Gasanalysators. Eine mittels des Motors M angetriebene rotierende Blende CH moduliert die vom Temperaturstrahler L ausgehende Strahlung derart, daß gleiche Strahlungsanteile abwechselnd und periodisch durch die Öffnungen Öl oder Ö2 in der Blende CH als Meßstrahl Is oder Vergleichsstrahl Iv durch das Fenster R1 in die zu einer Doppelküvette zusammengefaßten Meßküvette S mit dem Anschluß Z1 für die Zuführung des Meßgasgemischs und mit dem Anschluß Z2 für die Abführung des Meßgasgemischs und die mit einem Vergleichsgas gefüllten Vergleichsküvette V einfallen. Meßstrahl Is und Vergleichs strahl Iv verlassen abwechselnd die Doppelküvette durch das untere Fenster R2 und treten durch das Fenster R3 in die hintereinander angeordneten und durch eine strahlungsdurchlässige Wand R4 voneinander getrennten Detektorkammern D1 und D2 der Detektoranordnung D ein, die einen Membrankondensator K als Druckfühler aufweist, der den in bekannter Weise durch die Absorption der Infrarotstrahlung in den gasgefüllten Detektorkammern D1 und D2 entstehenden Differenzdruck in ein elektrisches Meßsignal umwandelt, welches dem gesuchten Anteil der Komponente eines bestimmten Gases im Meßgas entspricht. Diese bekannte Meßanordnung ist gemäß der Erfindung dadurch erweitert, daß die Rückwand der zweiten Detektorkammer D2 als durchlässiges Fenster R5 ausgebildet ist und daß hinter diesem Fenster R5 eine senkrecht zur Zeichenebene in den die Detektoranordnung durchsetzenden Strahlengang verschiebbare Platte T mit reflektierender Oberfläche vorgesehen ist, so daß ein einstellbarer Teil der durch das Fenster R5 tretenden Strahlung in die zweite Detektorkammer D2 reflektiert wird. Die Verschiebung der Platte T erfolgt also senkrecht zu der die Mittelachsen der Strehlengänge von Vergleichsstrahl Iv und Meßstrahl Is enthaltenden Ebene.
Die Platte T kann auch fest hinter dem Fenster R5 angeordnet sein, die Einstellung des reflektierten Anteils geschieht dann durch eine zwischen der Platte T und dem Fenster R5 angeordneten, hier nicht gezeichneten verstellbaren Blende.
In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der verschiebbaren Platte T in einer Ansicht von oben gezeigt. Die hintereinanderliegenden Kammern der Detektoranordnung D sollen durch den Ring angedeutet werden. Die Platte T, die sich An beide Pfeilrichtungen verschieben läßt, wei8t auf ihrer Oberfläche einige strahlenförmig divergierende Streifen St auf, die einen hohen Reflexionsgrad aufweisen und durch nichtreflektierende Abschnitte voneinander getrennt sind. Durch Verschieben der Platte T in die eine oder andere Richtung, läßt sich der Anteil der in die Detektoranordnung D reflektierten Strahlung fein dosieren.
Zur Erläuterung der Funktion der Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit sind in Figur 3 über der Wellenlänge die Absorptionskurven des Meßstrahls Is in den mit einem der gesuchten Komponente des Meßgases entsprechenden Gas gefüllten Detektorkammern D1 und D2 aufgetragen, wobei angenommen ist, daß sich in dem Meßgas eine Störkomponente, beispielsweise Wasserdampf, befindet. Die in der ersten Detektorkammer D7 absorbierte Energie Al entspricht der Fläche unter der Kurve K1. Die in der zweiten Detektorkammer D2 absorbierte Energie A2 entspricht der Fläche zwischen den Kurven K1 und K3. Die Fläche unter der Kurve K3 entspricht der von der Stbrkotponente herrührenden absorbierten Energie A3.
Man erkennt, daß die Kurve K3 die Kurven K1 bzw. K2 in de Punkten c und g schneidet und die zusätzlich absorbierten Energien zu einer Fehlmessung führen. Da die eigentliche Messung aus der Bestimmung der Differenz zwischen den absorbierten Energien Al und A2 besteht, müssen, um den Einfluß der Querempfindlichkeit auszuschalten, die überlappten Flächenteile abc in Al und bcgf in A3 gleich sein, was sich Jedoch mit den bisher bekannten Methoden nur schwer bewerkstelligen lädt.
Wird Jedoch ein Teil der durch das Fenster R5 austretenden Strahlung wieder in die zweite Detektorkammer D2 reflektiert, so erhöht sich die Energieabsorptiäfl um einen Anteil A4 zwi- schen den Kurven K4 und K2, der mittels der reflektierenden mittel so eingestellt werden kann, daß die Flächenteile abc in Al und bcih in A2+A4 gleich werden. Auf diese Weise läßt sich der Einfluß der Querempiindlichkeit weitgehend eliminieren.
4 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit bei nichtdispersiven IR-Gasanalysatoren nach dem Zweistrahlverfahren mit Doppelschicht-Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand der zweiten Detektorkammer (D2) als strahlungsdurchlässiges Fenster (R5) ausgebildet ist und daß hinter dem Fenster (R5) Mittel (T) zur einstellbaren Reflexion eines Teils der austretenden Strahlung in die zweite Detektorkammer (D3) angeordnet sind, derart, daß die reflektierte Strahlung in bezug auf den Meß- und den Vergleichsstrahlengang (Is, Iv) gleich ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Reflexion aus einer parallel zu dem rUckwärtigen Fenster (R5) angeordneten Platte (T) mit reflektierender Oberfläche besteht und senkrecht zu der die Mittelachsen von Meß- und Vergleichsstrahl (Is, Iv) enthaltenden Ebene verschiebbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reflexion der durchgetretenen Strahlung eine Platte (T) mit reflektierender Oberfläche parallel und flächengleich unter dem Fenster (R5) angebracht ist und daß zwischen Platte und Fenster eine Blende verschieb- oder verstellbar angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Platte (T) einen mit in Verschieberichtung strahlenförmig divergierenden Streifen (ST) hoher Reflexion versehene Oberfläche aufweist.