DE2720636C2 - Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor mit einer vakuumdichten Kammer und einem strahlungsdurchlässigen Fenster - Google Patents
Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor mit einer vakuumdichten Kammer und einem strahlungsdurchlässigen FensterInfo
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Description
empfindlichkeit des Detektors. Durch die erfindungsgemäße Lösung konnte außerdem der Napf durchmesser
stark verkleinert werden. Während es bisher üblich war, derartige Näpfe mit einem Durchmesser von etwa
25 mm auszuführen, liegt der Napfdurchmesser beim Erfindungsgegenstand bei 10 nun. Dies hat den Vorteil,
daß innerhalb der impulsförmigen Beaufschlagung des Detektors mit der Meßstrahlung sehr viel schneller ein
Gleichgewichtszustand erreichbar ist Es hat dch gezeigt,
daß der erfindungsgemäße Detektor mit einer Frequenz bis zu 1 kHz betreibbar ist Eine derart hohe
Frequeviz hat den Vorteil, daß die Msßsignale auf elektronischem
Wege gut ausgewertet werden können, und daß die Auswirkungen mechanischer Erschütterungen
auf das Meßsignal besonders gering werden.
Beim Erfindungsgegenstand kann auch in besonders vorteilhafter Weise der Napf mit dem Gehäuse über
eine Hartiötung verbunden werden. Durch diese Hartlötung wird dann nachträglich die Bohrung hindurchgeführt,
durch welche der Innenraum des Napfes über den Strömungsfühler mit einer Ausgleichskaininer verbindbar
ist Die Hartlötung erhöht in vorteilhafter Veise die Vakuumdichtigkeit der Verbindung.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und ein Anwendungsbeispiel innerhalb eines Analysengeräts
seien nachfolgend anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Infrarot-Gasanalysators
mit einem gattungsgemäßen Detektor und
F i g. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Detektor.
In F i g. 1 ist mit 1 ein Infrarot-Strahler bezeichnet,
der von einem Reflektor 2 umgeben ist Unterhalb des Infrarot-Strahlers befindet sich eine Meßküvette 3 mit
einer Küvetten-Meßseite 4 und einer Küvetten-Vergleichsseite 5. Darunter sind eine Filterküvette 6 und
eine Modulationsblende 7 angeordnet. Der Infrarot-Strahlungsdetektor ist mit 8 bezeichnet und besteht aus
einer Absorpiionskammer 9 und einer Ausgleichskammer
10, weiche die Absorptiönskammer teilweise umgibt. Die Absorptionskammer 9 ist zur Seite der Infrarot-Strahlung
hin vakuumdicht durch ein strahlungsdurchlässiges Fenster 15 verschlossen. Von der Rückseite
der Absorptionskammer 9 führt eine Bohrung 16 zu einem Strömungsfühler 11. Der Raum um den Strömungsfühler
i 1 ist über eine weitere Bohrung 17 mit der Ausgleichskammer 10 verbunden. Die impulsförmigen
Ausdehnungen des Gases in der Absorptionskammer 9 teilen sich daher dem Strömungsfühler 11 mit. Die Modulationsblende
7 läßt die durch die Meßseite und die Vergleichsseite gehenden Strahlengängen alternierend
passieren. Der Strahlungsempfänger 8 ist durch seine spezielle Gasfüllung auf die zu messende Komponente
sensibilitiert.
Die Anordnung gemäß F i g. 1 funktioniert in der Weise, daß beim Fehlen einer Meßkomponente in der
Küvetten-Meßseite die aus beiden Küvsttenhälften stammenden Meßintensitäten gleich sind und so aufeinanderfolgen,
daß keine Druckimpulse im Empfänger entstehen. Ist eine Meßkomponente jedoch vorhanden,
so wird, abhängig von ihrer Konzentration, Strahlung im Bereich der charakteristischen Absorptionsbande
vorabsorbiert. Die im Empfänger absorbierte, von der Küvetten-Meßseite kommende Intensität wird nun um ω
diesen Anteil geschwächt. Es entstehen pulsierende Druckänderungen und a.s Folge pulsierende Ausgleichsströmungen
zwischen der Absorptionskammer 9 und der Ausgleichskammer 10. Der Strömungsfühler 11
formt diese Strömung in elektrische Widerstandsänderungen um, aus denen die elektronische Signalverarbeitung
den konzentrationsproportionalen Gleichstrom-Meßwert erzeugt Ein Strömungsfühler, der beispielsweise
als Strömungsfühler 11 zum Einsatz kommen kann, ist in der DE-OS 26 56 487 offenbart Eine hier
nicht näher interessierende Schaltungsanordnung 12 dient zur Signalverarbeitung der vom Strömungsfühler
11 erhaltenen Meßsignale und gibt sie an ein Anzeigeinstrument 13 wieder. Ein geregelter Wirbelstromantrieb
14 sorgt für eine konstante Drehzahl der Moduiationsblende7.
In F i g. 2 sind gleiche Teile wie in F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist folgendes zu erkennen:
Die Ausgleichskammer 10 besteht aus einem ringförmigen Raum mit L-förmigem Querschnitt und ist
innerhalb eines Gehäuses 18 angeordnet Nach außen hin ist die Ausgleichskammer 10 durch eine vakuumdicht
aufgeschweißte Hülse 19 versch1' ;sen, in die radial
ein Füllstutzen 20 mündet, dessen äußei es Ende mittels
eines zugeschmolzenen Glasröhrchens 21 verschlossen ist
Das Gehäuse 18 besitzt eine nach oben offene Ausnehmung
22, in der die Absorptionskammer 9 angeordnet ist Diese besteht aus einem dünnwandigen Napf 23
aus Gold- oder Silberblech, der mit dem Gehäuse 18 durch Hartlöten verbunden ist, wobei zwischen der Absorptionskammer
9 und der Bohrung Yi eine Verbindung besteht Der Napf 23 besitzt einen umlaufenden
flanschförmigen Rand 24, der mittels des Glaslots der Nummer 8472 der Firma Schott mit dem Fenster 15
verbunden ist, welches aus Kalziumfluorid oder Bariumfluorid
besteht Schrauben 25, von denen nur eine sichtbar ist dienen zur Befestigung des Gehäuses IS am
übrigen, in F i g. 2 nicht dargestellten Teil der Vorrichtung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor für 4500C entgast werden. Dem Detektor muß daher ein
intermittierende Beaufschlagung mit Infrarot-Strah- 5 chemisches oder physikalisch wirkendes Absorptionslung, bestehend aus einer vakuumdichten Kammer mittel für die Restgase beigegeben werden. Damit ist
mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster aus Kai- aber eine Instabilität der Gaszusammensetzung verbunzium- oder Bariumfluorid und mit einem die Kam- den, denn die Gasbindung an das betreffende Absorpmerrückseite bildenden metallischen Napf mit hoch- tionsmittel ist in der Regel temperaturabhängig. Der
reflektierender innerer Oberfläche und einem 10 Detektor soll außerdem für eine ganze Reihe üblicher
flanschförmigen Rand, der mit dem Fenster durch Meßgase einsetzbar sein, wie CO, CO2, H2O, SO2, NO,
ein Glaslot vakuumdicht verbunden ist sowie aus und zahlreiche Kohlenwasserstoffe. Es ist aber bisher
einem die Kammer umgebenden Gehäuse und ei- kein Absorptionsmittel bekannt, welches mit allen infranem an die Kammer angeschlossenen Strömungs- gekommenden Gase verträglich wäre. Der aus Kunstfühler, dadurch gekennzeichnet, daß der 15 harz, beispielsweise aus Epoxidharz bestehende Kleb-Napf (23) aus einem derart dünnwandigen Edelme- .stoff ist für den angegebenen Verwendungszweck in
tallbehälter besteht, daß der Napf beim Ausheizen störendem Maße durchlässig für Wasserdampf und
der thermischen Ausdehnung des Fensters (15) ohne Kohlendioxid.
gefährliche Spannungen folgen kann, und daß als Wegen der bekannten Nachteile der Verklebung von
G'.ssloi für die Verbindung des Napfes (23) mit dem 20 Napf und Fenster hat man daher bereits versucht, die
Fenster (15) ein solches mit einem Ausdehnungsko- Verbindung mittels eines Glaslotes auszuführen. Es ist
effizienten zwischen 110 χ XO-7ZK und 150 χ IQ-7ZK
dabei naheliegend, als Glaslot ein solches zu verwenden,
verwendet ist welches den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie
2. Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor das Material des Fensters hat Der Ausdehnungskoeffinach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der 25 zient von Kalziumfluorid beträgt 235 · IQ-7ZfC Der Ausdünnwandige Napf (23) eine Wandstärke zwischen dehnungskoeffizieiw von Bariumfluorid beträgt
0,08 mm und 0,15 mm, vorzugsweise zwischen 185 · XQ-7IK. Glaslote mit einem entsprechenden Aus-0,10 mm und 0,12 mm besitzt dehnungskoeffizienten besitzen jedoch notwendiger-
3. Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor weise einen hohen Gehalt an Alkalimetalloxiden. Sie
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 30 sind daher wasserlöslich und lösen sich in feuchter At-Napf (23) mit dem Gehäuse (18) über ein Hartlot mosphäre relativ rasch auf. Der Einsatz eines Detektors
verbunden ist in feuchter Atmosphäre ist nicht auszuschließen. Außerdem wäre mit einem solchen Detektor Wasserdampf
nicht meßbar.
35 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Infrarot-Strahlungsdetektor der
Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Infrarot- eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der ausStrahlungsdetektor nach dem Oberbegriff des Patent- heizbar ist, wahlweise für alle üb,i;chen Meßgase einanspruchs 1. setzbar ist, und bei dem dennoch eine betriebssichere
Ein derartiger Infrarot-Strahlungsdetektor ist durch 40 Verbindung zwischen Napf und Fenster vorhanden ist.
die Firmendruckschrift der Leybold-Heraeus GmbH Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfin-Nr. 43M13.110 d »Schnelle, selektive und kontinuierli- dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanche Analyse von Gasen und Dämpfen«, Oktober 1976 spruchs 1 angegebenen Merkmale,
bekannt. Solche Detektoren können für verschiedene Glaslote innerhalb des angegebenen Bereichs sind
Zwecke eingesetzt werden. So ist beispielsweise der 45 unter Angabe ihres Ausdehnungskoeffizienten im H anEinsatz in einem Infrarot-Gasanalysator für die schnelle, del. Die Angabe ist somit für den Fachmann eindeutig,
selektive und kontinuierliche Analyse von Gasen und um zu einem geeigneten Glaslot zu gelangen. Ein für die
Dämpfen möglich. Weiterhin ist an einen Einsatz als Lösung der gestelften Aufgabe besonders geeignetes
Strahlungsempfänger für Temperaturstrahlungen ge- Glaslot wird unter der Nummer 8472 von der Firma
dacht sowie für die Reflexionsmessung im Infrarot-Be- 50 Schott und Gen. in Mainz vertrieben. Wegen des relativ
reich. hohen Ausdehnungskoeffizienten des Fenstermaterials
Es besteht dabei der allgemeine Wunsch, die Strah- wäre es an sich zu erwarten gewesen, daß ein Glaslot
lungsdurchlässigkeit des Fensters möglichst weit in den innerhalb des angegebenen Bereichs bei den durch das
langwelligen Bereich auszudehnen, um die spektrale Ausheizen bedingten starken Temperaturänderungen
Empfindlichkeit des Detektors zu steigern. Diese Förde- 55 nicht brauchbar ist. Es hat sich jedoch überraschend
rung führt zum Einsatz von Kalziumfluorid oder Bari- gezeigt, daß die gestellte Aufgabe durch die Gesamtheit
umfluorid als Werkstoff für das Fenster. Natriumchlorid der Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfange löshat diesbezüglich noch günstigere Eigenschaften, schei- bar ist. Hierbei spielt auch die Dünnwandigkeit des
det jedoch wegen seiner Wasserlöslichkeit für prakti- Napfes aus Edelmetall eine besondere Rolle, durch die
sehe Anwendungsfälle aus. 60 der Napf der thermischen Ausdehnung des Fensters öh-
Der den hinteren Teil der Kammer bildende Napf soll ne übermäßige Spannungen folgen kann. Die Dünnwan-
korrosionsfest sein und ein hohes Reflexionsvermögen digkeit des Napfes hat außerdem den Vorteil, daß dieser
aufweisen, weil der Meßeffekt durch die Mehrfachrefle- aus homogenem Werkstoff hergestellt werden kann, oh-
xion iin den hochglän/cnden Oberflächen zunimmt. Bei ne unerträglich hohe Gestehungskosten zur Folge zu
bekannten Detektoren besieht der Napf aus einem dick- 65 haben. Ein solcher Napf läßt sich aus dem betreffenden
wandigen Körper aus unedlem Metall, auf dessen Innen- Edelmetallblech leicht durch Drücken oder Tiefziehen
seile eine dünne Goldschicht aufgedampft wird. Die herstellen. Ein solcher Napf hat sehr gute Reflexionsei-
Verbinilung von Napf und Fenster erfolgt hierbei durch genschaften und führt damit zu einer hohen Ansprech-
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