DE2741129C2

DE2741129C2 - Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator

Info

Publication number: DE2741129C2
Application number: DE19772741129
Authority: DE
Inventors: Walter 6234 Hattersheim Fabinski
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1986-08-21
Also published as: DE2741129A1

Description

Die Erfindung betrifft einen nichtdispersiven Infratrot-Gasanalysator entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der deutschen Patentschrift 10 17 385 ist ein derartiger Gasanalysator beschrieben, bei dem der Strahlungsempfänger aus zwei, im Strahlenweg hintereinander angeordneten Gaskammern besteht. Der an die beiden Kammern angeschlossenen Differenzdruckmesser erzeugt auch dann ein Signal, wenn das Probengas die zu messende Gaskomponente nicht enthält und die beiden Kammern des Empfängers so dimensioniert sind, daß in jeder Kammer jeweils die gleiche Absorptionsenergie frei wird. Dieses »Nullsignal« entsteht durch mangelnden Phasenausgleich der in den beiden Empfängerkammern hervorgerufenen Einzelsignale und stört insbesondere bei der Gasspurenmessung.

Durch die FR-PS 13 60 795 sind Infrarotanalysatoren bekanntgeworden, die nach dem Prinzip der Zwei-Strahlenwege arbeiten. Bei diesen bekannten Analysatoren ist eine Meßküvette und eine Vergleichsküvette vorgesehen, durch die infrarotes Licht in einen Empfänger fällt, in dem ein Meßkondensator angeordnet ist. Die in die Meßküvette fallenden Lichtstrahlen werden durch eine Blendenanordnung moduliert Diese bekannten Analysatoren unterscheiden sich im wesentlichen von dem erfindungsgemäß ausgebildeten Analysator schon dadurch, daß sie zwei Strahlungswege aufweisen und die Empfänger dieser Analysatoren nur eine Schicht haben.

Auch der Infrarot-Analysator nach der DE-OS 24 05 317 hat die Form eines Zweistrahl-Gerätes, bei dem beide Strahlengänge durch ein Blendenrad moduliert werden und die modulierten Strahlen durch einen Einschicht-Empfänger aufgenommen werden. In dem Empfänger ist ein Membrankondensator angeordnet, der die Druckschwankungen in elektrische Impulse umwandelt Die Membran des Kondensators wird von beiden Seiten her beaufschlagt Auch dieser bekannte Analysator unterscheidet sich in Aufbau und Wirkungsweise erheblich von dem erfindungsgemäß ausgebildeten Analysator.

Es ist das Ziel der Erfindung einen nichtdispersiven Gasanalysgtor so auszubilden, daß ein störendes Nullsignal vermieden wird und eine hohe Meßsicherheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen derErfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Strahlung eines Ultrarotstrahlers 1, die von einer Glühwendel 2 ausgeht, durchläuft eine zylindrische, mit dem Probengas beschickte Probengasküvette 3. Danach gelangt das die Probengasküvette verlassende Strahlenbündel in eine zylindrische Kammer, die durch eine Trennwand 4 in zwei halbzylindrische Kammerteile 5 und 6 aufgeteilt ist. Der Kammerteil 5 enthält die zu messende Gaskomponente, der Kammerteil 6 ein im Absorptiorisbereich der zu messenden Gaskomponente nicht absorbierendes Gas. Anstelle des gasgefüllten Kammerteiles 6 kann auch ein festes Medium mit entsprechenden Absorptionseigenschaften vorgesehen werden, z. B. eine halbzylindrische Flußspatscheibc. Ein motorgetriebenes Blendenrad 7 läßt abwechselnd durch Öffnungen 8 und 9 eine Hälfte des Strahlenbündels in die beiden Teilkammern eintreten. Die Teilstrahlungsbündel gelangen sodann in die Empfängerkammer 10 des Strahlungsempfängers, der einen Membrankondensator mit einer quer zur Strahlungsrichtung ausgespannten Membran 11 und einer Gegenelektrode 12 aufweist. Mit F sind für Ultrarotstrahlung durchlässige Fenster bezeichnet, die gasdicht in das Strahlergehäuse, die Probengasküvette und die Kammern eingesetzt sind.

An den Membrankondensator ist eine elektrische Auswerteschaltung 13 angeschlossen, deren Ausgangssignal proportional der Konzentration der im Probengas zu messenden Gaskomponente ist und das dem Anzeigegerät 14 zugeführt wird.

Infolge der beschriebenen Ausbildung des Gasanalysators ist es nicht mehr erforderlich, zusätzlich zu der mit Probengas beschickten Probengasküvette eine mit Vergleichsgas gefüllte Küvette vorzusehen; die Aufteilung in einen Meß- und einen Vergleichsstrahl erfolgt durch die nebeneinanderliegenden Kammerteile 5 und 6

des pneumatischen Strahlungsempfängers. Infolge der Modulation des von dem Strahler 1 ausgehenden infraioten Lichtes entsteht ein Meßstrahl durch den Kammerteill 6 und ein Vergleichsstrahl durch den Kammerteil 5. Der Meßstrahl unterliegt in dem mil neutralem Gas oder mit einem festen Medium gefüllten Kammerteil 6 keiner zusätzlichen Absorption, wahrend der Vergleichsstrahl in dem mit Meßgas gefüllten Kammerteil 5 einer zusätzlichen Absorption unterliegt.

Befindet sich die Meßkomponente in der Probengasküvette 3, su entsteht eine Temperatur- bzw. eine Druckänderung in der mit der Meßkomponente gefüllten Empfängerkammer 10 nur bei Einfall des Meßstrahles. Die Differenz zwischen dem von dem Meßstrahl erzeugten Druck und dem von dem Vergleichsstrahl erzeugten Druck ist ein Maß für die Konzentration der Meßkomponente. Die Druckänderung wird von der einseitig beaufschlagten Membran 11 des Membrankondensators aufgenommen.

Die Auswerteschaltung kann in bekannter Weise den Quotienten der von den beiden Teilstrahlungen herrührenden Kondensatorsignale als Maß für die Gaskonzentration bilden. Sie enthält dazu Abtast- und Halteschaltungen, die von einer fotoelektrischen Abtastvorrichtung 15 der Rotorblende gesteuert werden, und die Teilsignale trennen, speichern und sie einer Rechenschaltung zur Quotientenbildung zuführen. Mit einer einstellbaren Blende 16 zwischen der Rotorblende 7 und dem Kammerteil 6 werden die den Strahlungsempfänger beaufschlagenden Teilstrahlenbündel bei Abwesenheit der zu messenden Gaskomponente in der Probengasküveite auf gleiche Intensität abgeglichen.

Für die Rotorblende können verschiedenartige Ausführungsformen vorgesehen werden. Wenn ihre Drehachse wie in der Zeichnung außerhalb der optischen Achse des Gasanalysators liegt, wird eine kreisförmige Scheibe mit konzentrischen halbkreisförmigen Schlitzen 8 und 9, oder auch mit anderen Öffnungen unterschiedlichen Abstandes von der Drehachse benutzt, um die beiden Teilkammern abwechselnd mit Strahlung zu beaufschlagen. Wird die Drehachse in die optische Achse verlegt, so kann auch eine Sektorblende oder eine halbkreisförmige Blende verwendet werden.

Um die Meßsicherheit und die Meßgenauigkeit weiter zu erhöhen, ist der Kammerteil 5 über eine Kappilare 17 in der Kammerwand 18 mit einem, das gleiche Gas enthaltendem Gasraum 19 verbunden, der durch ein die Empfängerkammer 10 und die Kammerteile (5,6) umgebendes Gehäuse 20 gebildet ist. Außerdem ist eine Kapillarverbindung 21 zwischen dem Gasraum 19 und der Empfängerkammer 10 vorgesehen. Der Gasraum 19 umschließt die Empfängerkammer topfförmig und ist so ausgebildet, daß der Schwerpunkt der darin enthaltenen Gasmasse mit dem Schwerpunkt der Gasmasse in der Empfängerkammer zusammenfällt. Dadurch ergibt sich eine weitgehende Unempfindlichkeit des Meßvorganges gegenüber Vibrationen und Erschütterungen des Gerätes. Das Gas im Gasraum 19 bildet außerdem ein Reservoir für das Gas in der Empfängerkammer, was sich günstig auf die Langzeitkonstanz des Analysators auswirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator mit einer Strahlungsquelle, deren Strahlung durch eine mit dem Probengas beschickte Probengasküvette geleitet ist, einer Rotorblende zur Modulation der Strahlung, einer verstellbaren Blende im Strahlengang, einem auf die Probengasküvette folgenden pneumatischen Strahlungsempfänger mit einer Empfängerkammer, die mit der zu messenden Gaskomponente oder mit einem Gas als Empfängergas gefüllt ist, das eine für die zu messende Gaskomponente oder mit einem Gas als Empfängergas gefüllt ist, das eine für die zu messende Gaskomponente charakteristische Strahlungsabsorption aufweist, und dem ein auf die Druckschwankungen des Empfängergases ansprechender Membrankondensator zugeordnet ist, an den eine elektrische Auswerteschaltung angeschlossen ist, die ein dem Anteil der zu messenden Gaskomponente im Probengas entsprechendes Signal bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerkammer (10) eine zweigeteilte Kammer vorgeordnet ist, wobei ein Kammerteil (5) die zu messende Gaskomponente charakteristische Strahlungsabsorption aufweist, und der andere Kammerteil (6) ein die charakteristische Strahlung nicht absorbierendes Medium enthält, un daß die Rotorblende (7) so ausgebildet und angeordnet ist, daß abwechselnd Strahlung in den Kammerteil (5) oder den Kammerteil (6) gelangt und die Druckschwankungen in der Empfängerkammer (10) sich einseitig auf die Membran (ti) des Membrankondensators auswirken.

2. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtabsorbierende Medium ein festes für Infrarotstrahlung durchlässiges Medium ist.

3. Gasanalysator nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probengasküvette (3) und die Empfängerkammer (10) zylinderförmig und die Kammerteile (5, 6) halbzylindrisch sind und daß die Rotorblende (7) halbkreisförmig ist und ihre Drehachse in der optischen Achse des Gasanalytors liegt.

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