DE2801023A1

DE2801023A1 - Photometrisches pruefgeraet

Info

Publication number: DE2801023A1
Application number: DE19782801023
Authority: DE
Inventors: Art Murphy Dean Moen; James Ray Robison
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1978-07-27
Also published as: IT1092103B; ES466185A1; GB1583919A; NL7800703A; CA1094345A; FR2378275A1; JPS5393081A; US4078896A; IT7819346A0

Description

Photometrisches Prüfgerät

Priorität der Anmeldung Nr. 761 547 vom 21. Januar 1977 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die der Konzentration der Zusammensetzung einer Mischung proportional sind. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf ein photoempfindliches Meßsystem.

Die Erfindung beschreibt somit ein photometrisches Prüfgerät, das der Analyse von Emissionen aus Kaminen oder Essen dient. Die meisten der verunreinigten Gase, die sich in den Emissionen von Kaminen finden, absorbieren

Dr. Rl/bk

03. Januar 1978

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entweder UV -oder sichtbares Licht, und aus der absorbierten Lichtmenge kann die Konzentration des Gases ermittelt werden, Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung ist ähnlich dem photometrischen Prüfgerät, daß in der Patentanmeldung P 23 24 049 offenbart wird, und das der Bestimmung von SO₂ und/oder NO„ dient. Es ist bekannt, daß Stickstoffmonoxid mit Ozon zu Stickstoffdioxid und Sauerstoff und daß Stickstoffdioxid mit Ozon zu Stickstoffpentoxid und Sauerstoff reagiert. Es gelten hierfür die folgenden Gleichungen

NO + O₃ > NO₂ +

O₃ —* N₂O₅ +

Es wird hierzu auf das US-Patent Nr. 3'718 429 verwiesen. Der Nachteil hierbei ist jedoch, daß N_?0,- nicht bestimmbar ist. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, mit dem mehrere Komponeten eines Abgases, darunter auch Stickstoffmonoxid, im wesentlichen gleichzeitig und unmittelbar im Abgasrohr bestimmt werden können. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Gerät zur photoelektrischen Analyse gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät bedient man sich einer· optischen Weglänge, die in einer perforierten Sonde liegt, die zuvor in einem Kamin oder einer Esse untergebracht ist. Die Reaktion nach Gleichung (1) wird dadurch erzielt, daß man Ozon durch ein getrenntes perforiertes Rohr streichen läßt, das innerhalb

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der Sonde untergebracht ist. Die Messung der Gaskonzentration findet dann außerhalb der Esse oder des Kamins statt.

Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung läßt sich in unterschiedlicher Weise verwenden, nicht nur zur Bestimmung der Konzentration von einer gasförmigen Substanz oder mehreren gasförmigen Substanzen, die Licht im sichtbaren oder ultravioletten Bereich des Spectrums absorbieren. Solche Gase sind zum Beispiel Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Schwefelwasserstoff. Das Gerät kann deshalb zur Messung von Emissionen aus Kraftwerken und Rückgewinnungsöfen benutzt werden. Da es in der Lage ist, Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff gleichzeitig zu messen, kann es zur Verfahrenskontrolle bei dem Schwefelrückgewinnungsverfahren nach Klaus verwendet werden. Das Gerät kann auch zur Messung Parameter herangezogen werden, die sich auf die Rauchdichte und Trübung beziehen. Letztlich ist auch ein Einsatz zur Analyse von Verunreinigungen, die in dem Infrarotbereich des Spectrums absorbieren möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von lediglich als Erläuterung dienenden Zeichnungen beschrieben: Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Gerätes,

Fig. 2 die Frontansicht der drehbaren Scheibe aus Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Scheibe entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie 3-3,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil der Scheibe entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie 4-4,

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Fig. 5 eine herausgelöste perspektivische Ansicht eines Teils der in Fig. 2 gezeigten Scheibe,

Fig. 6 eine Graphik des elektrischen Teils des Gerätes,

Fig. 7 ein Blockdiagrairan einer Abtast-Halte-Schaltung, von der in Fig. 6 fünf gezeigt werden,

Fig. 8 eine Graphik einer Gruppe von Kurvenformen, charakteristisch für die Betätigung der Torschaltung aus Fig. 6,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Sonde, teilweise im Schnitt, die in einem Kamin oder einer Esse befestigt wird,

Fig. 10 einen Querschnitt der Sonde entlang der Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig. 11 einen Querschnitt der Sonde entlang der Linie 11-11 in Fig. 9,

Fig. 12 u.13

weitere Querschnittte durch die Sonde entlang der Linien

12-12 und 13-13 in Fig. 9,

Fig. 14 einen Längsschnitt der Sonde aus Fig. 9 entlang der Linie 14-14,

Fig. 15 einen senkrechten Schnitt durch das Gehäuse, das unmittelbar an die Sonde anschließt,

Fig. 16 einen Querschnitt entlang der Linie 16-16 in Fig.- 15, Fig. 17 einen Schnitt entlang der Linie 17-17 in Fig. 15,

Fig. 18 eine Draufsicht auf den Ozongenerator und das Ozonverteilungsrohr ,

Fig. 19 eine Seitenansicht des Rohres aus Fig. 18,

Fig. 20 eine vergrößerte Teilansicht der Sonde und des Ozonverteilungsrohres, Schnittlage entlang Linie 20-20 in Fig. 18.

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In Fig. 1 zeigt 20 ein photometrisches Prüfgerät, das eine Sonde 21 sowie ein Gehäuse 22 einschließt, das umittelbar an der Sonde 21 angebracht ist.

Eine Quecksilberdampflampe 23 mit einem Sockel 24 ist in einer bestimmten Stellung in dem Gehäuse 22 innen angebracht. Eine Collimatorlinse 25 richtet das von der Lampe 23 ausgestrahlte Licht aus. Dieses Licht wird dann vom Spiegel 26 zum Spiegel 27 reflektiert, der an dem linken Ende der Sonde 21 in einer bestimmten Stellung zu dieser angebracht ist, wie Fig. 1 zeigt. Das vom Spiegel 26 reflektierte Licht wird dann von einem Punkt 29 auf dem Spiegel 27 auf eine Scheibe 28 zurückreflektiert.

Wie noch erläutert wird, liegen bei 30 und 32 Ventile, um aus zwei Gründen die Luft unter Druck in die Sonde zu lassen. Der eine Grund ist die Errichtung eines "Luftvorhangs" an jedem Ende der Sonde 21, unmittelbar an den in Fig. 1 nicht gezeigten, darin befindlichen Fenstern, um diese Fenster sauber zu halten.

Die Luft kann auch zur periodischen Reinigung der Sonde 21 zu Eichzwecken von jedem beliebigen Gas, mit Ausnahme Luft, verwendet werden, wie noch beschrieben wird.

Ozon kann in die Sonde 21 einströmen , wie nachstehend erläutert

wird.

So kann in einer typischen Weise das Ventil 30 geöffnet werden, um einen Luftvorhang an jedem Fenster zu errichten. Das Ventil kann geöffnet werden, um die Sonde 21 mit Luft zu reinigen.

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Fig. 2 zeigt eine Scheibe 28, bestehend aus einer Platte 32, mit daran befestigten Filtern 33, 34 und 35. Neutrale Dichtefilter und 37 sind ebenfalls an der Scheibe 28 befestigt. Ein Schnitt entlang der Linie 3-3 würde der Fig. 3 entsprechen. Schnitte entlang den Linien B-B und D-D würden jedoch ebenfalls mit der Ansicht nach Fig. 3 identisch sein.

Ein Filter 38 ist an der Platte 32 gemäß Fig. 4 unmittelbar neben dem neutralen Dichtefilter 36 befestigt. Ein Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2 würde dem in Fig. 4 gezeigten entsprechen. Ein weiteres Filter 39 befindet sich unmittelbar neben dem neutralen Dichtefilter 37.

Das photometrische Prüfgerät 20 wird zur Bestimmung sowohl von SO₂ und/oder NO₂ und/oder NO in Abgasen eingesetzt. Zu diesem Zweck kann das Filter 33 als Bezugsfilter bezeichnet werden, das eine effektive Wellenlänge von 546 Nanometern besitzt. Das Filter 34 kann auch als SO_?-Meßfilter mit einer effektiven Wellenlänge von 313 Nanometern bezeichnet werden.

Filter 38 kann als SO₂-Eichfilter mit einer effektiven Wellenlänge von 313 Nanometer angesehen werden.

Filter 35 kann als NO^-Meßfilter mit einer effektiven Wellenlänge von 435 Nanometer angesehen werden. Jedoch wird NO in NO₂ gemäß folgender Gleichung verwandelt: NO+0- —» NO₂+O₂

Filter 39 stellt das NO₂~Eichfilter mit einer effektiven Wellenlänge von 435 Nanometer dar. Auch hier wird NO in N0„ umgewandelt.

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Beim Messen der Konzentration von SO„ und/oder NO₂ und/oder NO können die beiden neutralen Dichtefilter 36 und 37 den gleichen Teil der Lichtwellenlänge durchlassen. Dieser Anteil ist angenähert 1/1000 des Lichtes, das jedes Filter beleuchtet.

Wie Fig. 3 zeigt, befinden sich bei 40 und 41 mit Gewinde versehene Löcher für Kopfschrauben, damit die Scheibe 28 an einer noch zu beschreibenden Antreibswelle befestigt werden kann. Die Antriebswelle wird von einem Motor mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, obgleich dies nicht kritisch ist.

Wie Fiq. 1 zeigt, befinden sich bei 42 und 43 magnetische Geber. Im Geber 42 wird ein Spannungsimpuls induziert, wenn eine forromagnetische Schraube 44 daran vorbeikommt, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt wird.

Die Schej.be 28 hat ferromagnetische Bezugsmarken 45, 46, 47 und 48, wie Fig. 2 zeigt. WEnn diese den Geber 43 passieren, wird zu dem jeweiligen Zeitpunkt in ihm ein Spannungsimpuls induziert. 49 ist eine aus rostfreiem Stahl, hergestellte Bezugsmarke,die als Massenausgleich dient. Alle in Fig. 2 gezeigten Bezugsmarken haben gleichen Abstand voneinander. Das gleiche gilt für die Filter. Die Filter liegen ferner in der Mitte zwischen den jeweils benachbarten Bezugsmarken.

Wenn sich in Fig. 1 die Scheibe 28 dreht, passiert jedes Filter nacheinander den Lichtstrahl vom Spiegel 27. Was immer von jedem Filter oder jeder Filterkombination durchgelassen wird, wird dann von dem in Fig. 1 gezeigten Photovervielfacher 50, der einen

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- 10 Röhrenteil 51 und einen Sockel 52 besitzt, aufgenommen.

Jede der in Fig. 2 gezeigten Bezugsmarken ist in einer bestimmten Stellung zur Platte 32 mittels eines Paares entsprechender Schrauben 53 und 54, gezeigt in Fig. 5_f befestigt. Die in Fig. 5 gezeigte Bezugsmarke 45 dient als Beispiel.

In Fig. 6 werden die Geber 42 und 43, verbunden mit einer Torschaltung 55', gezeigt.

In Fig. 6 werden auch die Abtast-Halte-Schaltungen 57', 58', 59', 60' und 61' gezeigt.

Ein Meßfühler 56' wird in Fig. 6 ebenfalls gezeigt, der an dem einen Eingang der Abtast-Halte-Schaltung 57 und an den Eingängen der Analog-Addierer 62', 63", 64' und 6h¹ angeschlossen ist. Die Ausgangssignale der Addierer 62" bis 65' werden bei den jeweiligen Verbindungspunkten 66', 67', 68' und 69' abgenommen. Die Ausgangssignale an den Verbindungspunkten 66" bis 69' werden von den Eingangssignalen an den Verbindungspunkten 70', 71', 72' und 73' invertiert. Die Analog-Addierer 62' bis 65' sorgen für ein In-Null-Stellung-Bringen, wie noch beschrieben wird.

Die Analog-Addierer 62' und 63' sind im wesentlichen identisch mit den Analog-Addierern 64· und 65', die deshalb nicht näher beschrieben werden.

Alle Eingangsverbindungspunkte 70' bis 73' werden an den Ausgang des Meßfühlers 56' angeschlossen. Der Analog-Addierer 62" weist bei 74' und 75' Verbindungspunkte auf. Der Verbindungspunkt 75' stellt auch eine herkömmliche Verbindung des Analog-Addierers 63· dar, da im Fall der-beiden Analog-Addierer 62' und 63' die gleiche konstante Spannung addiert oder subtrahiert wird. Der Analog-Addierer 63' schließt den Verbindungspunkt 77' ein.

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Zwischen den Verbindungspunkten 70' und 74' liegt der Widerstand 78' Der Rückkoppelwiderstand 79' ist zwischen die Verbindungspunkte 74' und 66' geschaltet. Der Verbindungspunkt 66" ist an den Eingang der Abtast-Halte-Schaltung 58' angeschlossen. Der Verbindungspunkt 74' ist an den invertierenden Eingang des Verstärkers 80' angeschlossen. In gleicher Weise enthält der Analog-Addierer 63' den Verstärker 81'. Der Widerstand 82'

liegt zwischen den Verbindungspunkten 74' und 75'. Der Widerstand 83' ist zwischen die Verbindungspunkte 75' und 77' geschaltet. Der Widerstand 84" liegt zwischen den Verbindungspunkten 71' und 77'. Der Ruckkoppelungswxderstand 85' ist zwischen die Verbindungspunkte 76' und 67' geschaltet. Die Verbindungspunkte 77' und 76' sind miteinander verbunden und an den invertierenden Eingang des Verstärkers 81' angeschlossen. Die nichtinvertierenden Eingänge der Verstärker 80' und 81" sind geerdet.

Das Potentiometer 86' weist die Wicklung" 87' und den Schleifkontakt 88' auf. Der Widerstand 89' liegt zwischen dem Kontakt 88' und dem Verbindungspunkt 75'. Der Widerstand 90' führt vom oberen Ende der Wicklung 87\ zum Potential +V1, während der Widerstand 91' vom unteren Ende der Wicklung 87* zum Potential -V2 führt.

Die Torschaltung 55' hat die Ausgangsleitungen a', b¹, c¹, d¹ und e¹, die jeweils an die Schaltungen 57' bis 61' angeschlossen sind.

100" und 101" stellen ein weiteres Paar Analog-Addierer dar. Der einpolige Umschalter 102' besitzt einen an den Ausgang der Schaltung 58' angeschlossenen Kontakt 104" und einen an den Ausgang der Schaltung 59' angeschlossenen Kontakt 105'. Der einpolige Umschalter 103" hat einen an den Ausgang der Schaltung 60' angeschlossenen Kontakt 107'. Die Umschalter 102" und 103' weisen die Kontaktarme 108' und 109' auf. Der Verbindungspunkt 110* ist

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- 12 an den Ausgang der Schaltung 57" angeschlossen.

Der Widerstand 115' liegt zwischen den Verbindungspunkten 110' und 111'. Ein variabler Rückkopplungswiderstand 116' ist zwischen die Verbindungspunkte 111' und 113' geschaltet, während der Widerstand 117' zwischen dem Kontaktarm 108' und dem Verbindungspunkt 111 liegt. Der Widerstand 118' liegt zwischen den Verbindungspunkten 110' und 112", während der Rückkopplungswiderstand 119' zwischen den Verbindungspunkten 112' und 114' liegt. Der Widerstand 120' liegt zwischen dem Kontaktarm 109' und dem Verbindungspunkt 112'. Der Differenzverstärker 121' hat einen am Verbindungspunkt 111' liegenden invertierenden Eingang und einen am Verbindungspunkt 113' angeschlossenen Ausgang. Der Differenzverstärker 122' hat einen am Verbindungspunkt 112' liegenden invertierenden Eingang und einen am Verbindungspunkt 114' angeschlossenen Ausgang. Die beiden nichtinvertierenden Eingänge der Verstärker 121' und 122' sind geerdet. Das Anzeigegerät 123' ist an den Verbindungspunkt 113' angeschlossen und das Anzeigegerät 124' an den Verbindungspunkt 114 ' .

Der Meßfühler 56¹ kann den Photovervielfacher 50 und die dafür nötige Schaltung enthalten, die beide von herkömmlicher Art sind. Darüber hinaus ist es üblich, Photovervielfacher dazu zu benutzen, eine dem Logarithmus des Eingangssignals entsprechende Gleichung zu erzeugen.

Das Anzeigegerät 123' kann einfach ein für Konzentration (beispielsweise Volumen pro Volumeneinheit, also Dichte) geeichtes Voltmeter sein. Gegebenenfalls kann das Anzeigegerät 123' ein

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registrierendes Voltmeter sein. Das Anzeigegerät 124¹ kann mit dem Anzeigegerät123· identisch sein, falls gewünscht. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Jede Abtast-Halte-Schaltung nach Fig. 6 kann mit der Abtast-Halte-Schaltung 124 nach Fig. 7 identisch sein, die den mit dem Meßfilter 56 am Verbindungspunkt 126 angeschlossenen Probenschalter 125 enthält. Die Zeit, in der der Schalter 125 geschlossen ist, wird durch die Impulsbreite eines der Ausgangssignale a, b, c, d und e aus Fig. 6 bestimmt.

Man erkennt in Fig. 8, daß jeder der Impulszüge a, b, c, d und e Impulsgruppen aufweist, die innerhalb der Gruppe dieselbe konstante Impulsbreite haben. In Fig. 8 ist auch die Pulsfrequenz der Impulsgruppen untereinander gleich, nur die Phase ist verschoben. Man erkennt, daß ein Impuls am Ende des vorhergehenden beginnt. Die Impulsbreite ist gleich 1/5 der Periodendauer. Bezüglich einer genauen Beschreibung der Torschaltung 55' wird auf die Patentanmeldung P 23 24 049 verwiesen.

In Fig. 9 wird die Sonde 21 genauer beschrieben. Eine Platte 130 stellt die Kaminwand dar. Der Befestigungszylinder 131 ist in einer Bohrung 132 der Platte 130 an den Punkten 133 und 134 durch Schweißen befestigt.

Der Ring 135 ist an dem Zylinder 131 angeschweißt oder auf irgeneine andere nicht gezeigte Weise befestigt. Eine Platte 136 ist an dem Ring 135 durch nicht gezeigte Schraubbolzen angeschraubt. Die Platte 136 ist an dem Gehäuse 22 befestigt, wie in Fig. 1 und 15 gezeigt wird.

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Die Platte 136 in der Fig, 10 besitzt eine Ringnut 137, in der ein transparentes Fenster 138 befestigt ist. Die Platte 136 besitzt ferner eine Aussparung 139, in der ein Hohlzylinder 140 eingepaßt ist.

Der Hohlzylinder 140 weist bei 141 Löcher auf, die sich νοίΐ*- ständig um ihn herum und über seine ganze Länge erstrecken. Die Löcher befinden sich auch an den entgegengesetzten Enden, gezeigt in Fig. 12 bei 142. Die Löcher 141 werden nochmals in Fig. 11 gezeigt. Zwei trogförmige Teile 143 und 144 werden ebenfalls in Fig. 11 gezeigt. Der Teil 144 bedeckt eine Reihe von Löchern 145. So kann Luft zur Reinigung der Sonde 21 in das Innere des Teils 144 eingeleitet werden. Am linken Ende ist das Teil 144 verschlossen. Dieser Abschluß kann jedoch nicht gesehen werden, weil der Ring 146, an dem das Teil 144 anstößt, den Schnitt entsprechend weggelassen wurde.

Das Gleiche gilt für das rechte Ende des Teiles 144 (siehe Fig. 9), hier ist jedoch ein Durchlaß vorhanden, aus dem Luft unter Druck in das Teil 144 und damit durch zwei Reihen von Löchern 145 in das Innere des Zylinders 140 strömen kann(siehe Fig. 11). Die Löcher 145 können gegebenenfalls den gleichen Längenabstand besitzen wie die Löcher 141.

Wie Fig. 9 zeigt, kann gegebenenfalls eine O-Ringdichtung 147 zwischen der Platte 136 und dem Ring 135 liegen.

Der in Fig. 11 gezeigte Teil 143 dient zur Errichtung eines Luftvorhangs an den entgegengesetzten Enden des Zylinders 140.

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Das Fenster gegenüber Fenster 138 ist bei 148 in dem Ring

fixiert. Die Luftvorhänge ergeben sich, weil zwischen dem in Fig.

gezeigten trogförmigen Teil 143 mit Ausnahme der Enden desselben

bei 149, 150 und 151 in dem Hohlzylinder 140 der Fig. 13 keine

Löcher vorhanden sind. Die Ansicht nach Fig. 13 wäre die gleiche

wie die Linie E-E in Fig. 9 bis auf das Rohr 300, durch das Ozon strömt und in den Zylinder 140 gelangt.

Der Spiegel 27 wird erneut in Fig. 9 und 10 gezeigt, fixiert an dem am Bügel 153 befestigten Träger 152. Der Bügel 153 ist am Zapfen 154 befestigt, der sich im Träger 155 dreht. Der Spiegel 27 ist durch Einstellung der Schraube 156, die eine Feststellmutter 157 besitzt, drehbar.

Nicht gezeigte Schrauben sind in den durch den Träger 155 gehenden Löchern 158 verschiebbar und in dem Ring 146 eingeschraubt .

Das Gehäuse 22 in Fig. 14 weist öffnungen 159 und 160 auf, durch die Luft zur Erzeugung eines Luftvorhangs oder zur Reinigung hindurchgehen kann. Wenn gewünscht, können die Lufteinlaßröhren 161 und 162 in den öffnungen 159 und 160 eingedichtet werden. Die trogförmigen Teile 143 und 144 bilden mit dem Zylinder 140 Durchlässe 163 und 164.

Der Durchlaß 163 ist mit der öffnung 159 über das Loch 165 in der Platte 136 verbunden. Ähnlich steht der Durchlaß 164 mit der öffnung 160 über das Loch 166 in Verbindung. Wunschgemäß können die Löcher 165 und 166 hinsichtlich Größe und Form gleich sein. Sie könnnen auch im wesentlichen zylindrisch

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ausgebildet sein, wobei ihre Achsen in einer Ebene durch die Achse des Zylinders 140 liegen. Die Löcher 165 und 166 können eine Neigung von 45° besitzen.

Das Ozonrohr 300 kann Enden besitzen, die aus dem Zylinder 140 in der gleichen Weise herausragen wie aus den Löchern 165 und 166, jedoch um 90° um den Zylinder 140 herum und durch ihn hindurch.

In Fig. 15 besteht das Gehäuse aus Front- und Seitenplatten und 168. Das Gehäuse 22 besteht ferner aus Deck- und Bodenplatten 169 und 170. Das Gehäuse 22 besteht ferner aus zwei Seitenplatten 171 und 171', von denen nur eine in Fig. 15 gezeigt wird. Alle Platten 167 und 171 und 171' sind miteinander auf irgendeine herkömmliche Weise verbunden. Sie bilden vorzugsweise einen rechteckigen lichtdichten Behälter.

Was die Lichtabschirmung betrifft, so kann in Fig. 9 ein weiteres perforiertes Rohr enthalten sein, das vom Zylinder getrennt, jdoch konzentrisch zu ihm liegt und zu den Öffnungen 141 versetzte Öffnungen besitzt, damit kein Licht aus der Esse zum PhofovervJel fächer 30 gelangt(siehe Fig. 1 und 15).

Die Lampe 23, die Linse 25 und der Spiegel 26 werden erneut in Fig. 15 gezeigt. Entsprechend dor Tatsache, daß der Schnitt nach Fig. 16 gegenüber dem im Gehäuse 22 in Fig. 1 gezeigten Teil des Gerätes ziemlich vergrößert ist, erscheinen die Linien 172 und 173, die ei non einzigen zentralen Lichtstrahl darstellen, als Parallele. Dan kommt, daher, weil der von diesen Linien gebildete Winkel .sohr goring ist.. Der senkrecht Abstand zwischen den Linien 172 und 173 i ;;t im Vorgleich zum Abstand dos Spiegels 27 vom fipiogol 26 in Fig. 1 sohl klein. Beachte die Linien 172

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und 173 in Fig. 1. Der Winkel, den sie zusammen bilden, beträgt ca. 1°. Wenn gewünscht, können die Fig. 2, 3, 4 und 9 bis 17 als Zeichnungen natürlicher Größe betrachtet werden.

Der Spiegel 26 ist nach Fig. 17 in einer Anordnung befestigt, die einem Aufhängebügel· entspricht, er sitzt an dem Träger 174.

In Fig. 17 ist eine Stützvorrichtung 175 im Gehäuse 22 angebracht. Der Träger 174 ist auf der Kugel 176 drehbar, die in der Rille 177 im Bauteil 175 und in der Rille 178 im Träger 174 sitzt.

Der Träger 176 hat auch einen in ihm eingepaßten Stift 179, so daß er in dem Loch 180 des Verbindungsteils 181 fest sitzt. Der Stift 179 ist auch diese Weise in Bezug auf den Teil 181 fixiert.

Wie in Fig. 17 gezeigt wird, ist eine EinstellweLle 182 an einer Kugel 183 befestigt, die in jeder Richtung bis zu einer bestimmten Abweichung aus ihrem Zentrum heraus drehbar ist. Eine gerändelter Knopf sitzt am oberen Ende der Welle 182. In der Platte 171' befindet sich die Rille 185, in der ein 0-Ring 186 durch die Platte 187 gehalten wird, die an der äußeren Oberfläche der Seitenplatte 171' "durch drei Kopfschrauben 188 befestigt ist, von denen der Klarheit wegen nur eine in Fig. 17 gezeigt wird.

An dem unteren Ende der Kugel ist die Stummelwe11e 190 befestigt, an deren Ende die Scheibe 189 sitzt. Im Loch 192 der Scheibe 189 greift der Stift 191 ein und ist auf diese Weise in einem bestimmten Verhältnis zu ihr fixiert. Der Stift 191 erstreckt sich

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in das Loch 193, das durch den Teil 181 geht. Der Sitz zwischen dem Stift 191 und dem Loch 193 ist locker und gestattet eine Bewegung der Teile, wenn die Kugel 183 um die Achse durch ihr Zentrum senkrocht zu der Zeichnung der Fig. 17 gedreht wird.

Das Loch 180 im Teil 181 geht durch den ganzen Teil 181 hindurch. Eine Kugel 194 bedeckt das obere Ende des Loches 180 und dient als Lager für den Teii 181. Eine Blattfeder 195 ist an dem Bauteil 175 mittels zweier Schrauben 196 befestigt, von denen nur eine in Fig. 17 gezeigt wird. Die Blattfeder 195 besitzt ein Loch 197, dessen unteres Ende durch die Kugel 194 bedeckt wird.

Der Teil 181 weist eine Aussparung 198 auf, in der eine Schraubenfeder 199 sitzt, mit der Aufgabe, den Teil 181 mehr oder weniger gegen die rechte Fläche des Stiftes 191 zu drücken, wie Fig. 17 zeigt.

Das in das Gehäuse 22 in Richtung der Linie 173 eintretende Licht passiert ausschließlich eines der Filter 33, 34 oder 35, oder beide Filter 36 und 38 oder beide Filter 37 und 39.

Obgleich die Schiebe 28 kontinuierlich mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit rotiert, wird wieder eine ihrer Positionen während der Rotation in Fig. 16 gezeigt. Die Scheibe wird mit dem Filter 33 gezeigt. Das Licht kann so zu dem Photovervielfacher 50 gelangen, indem es durch eine zylindrische öffnung 201 der Frontplatte 167 im Gehäuse 22 eintritt und durch das Filter 33 und durch einen Filterstopfen 202 geht.

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Das in Richtung der Linie 172 strahlende Licht tritt durch eine zylindrische Öffnung 203 im Gehäuse 22 aus. Die Scheibe 28 hat eine zentrale zylindrische Bohrung 204, durch die sich eine zylindrische Welle 205 erstreckt, die Scheibe 28 ist an die Welle mittels zweier Stellschrauben 200 befestigt, die in den entsprechenden, mit Gewinden versehenen Löchern 40 und 41 sitzen. Die Welle 205 wird in einer fixierten axialen, aber drehbaren Stellung in herkömmlichen Lagern 206 und 207 gehalten, die wiederum an der Stützvorrichtung 175 befestigt sind.

Ein herkömmlicher elektrischer Motor 208 ist mit der Ausgangswelle 209 versahen, die an der Antriebsscheibe 210 befestigt ist. Eine Gummischicht ist bei 211 am Rande der Scheibe 210 aufgebracht. Die Scheibe 28 und der Motor 208 werden dann in solchen Stellungen befestigt, daß die Schicht 211 einen Friktionsantrieb der Scheibe 28 an dem zylindrischen Teil 212 der Nabe 213 der Scheibe 28 bewirkt. Ganz der herkömmlichen Weise entsprechende Geber 4 2 und 43 werden wieder in Fig. 5 gezeigt.

In Fig. 15 fehlen entsprechend dem durchgeführten Schnitt- die Bezugsmarken 47 und 48. Die Bezugsmarke 46 wurde aus Gründon der Übersicht wegelassen.

Wie in Fig.'/ö gezeigt wird, können die Seitenplatten 171 und 171' * die Verengungen 214 und 215 besitzen.

Wie Fig. 16 zeigt, ist auch die Platte 136 an denn Gehäuse durch in die Platte 136 oingoschraubte Kopfschraubon 216 und 217 fixiert, dl ο durch die entsprechenden Löcher 218 in dem Ansätzen 219 (johon, die an dnn ont gogengesetzen Sei ton dor Koi tonplatton 171 und

171' befestigt sind.

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In den Fig. 18, 19 und 20 werden unter der Bezugsziffer 301 Löcher gezeigt, mit deren Hilfe Ozon über die Löcher 141 geblasen wird. In Fig. 18 ist das Auslaßrohr eines herkömmlichen Ozongenerators 303 an dem Rohr 300 angeschweißt. Der Generator 303 wird mit dem Schalter 304 ein- und ausgeschaltet.

Eine Anzeigevorrichtung 124' aus Fig. 6 wird auch in Fig. gezeigt. Die Stellschraube 305 setzt die Anzeige für NO „ auf Null (keine Reaktion nach Gleichung(1)).

Der Schalter 304 (Fig. 18) ist in diesem Falle offen. Um NO und NO~ zu erhalten, wird der Schalter 304 geschlossen.

Alle Bauteile bis auf diejenigen mit den Bezugsziffern 140, 300, 301, 302, 303, 304, 305 und diejenigen der Fig. 21 können denen der Patentanmeldung P 23 24 04 9 entsprechen.

Die Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung liefert eine Anzeige, registriert oder nicht, der Konzentration von SO„, NO und NO„ in Gichtgasen.

Weiterhin wesentlich ist die Verwendung einer Vergleichs.-Meß-Eich-Anordnung, bei der der gleiche optische Weg nicht nur für das Bezugsfilter, sondern auch für das Meßfilter und das Kombinationsfilter des zu bestimmenden Gases gewählt wird. Darüber hinaus kann ein einfaches Bezugsfilter benutzt werden, um die Konzentration von mehr als einem Gas anzuzeigen. Es können z.B. nicht nur zwei, sonder drei oder mehr Gase gleichzeitig gemessen werden.

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Beim Betrieb des photometrischen Prüfgerätes 20 nach Fig. 1 liefert die Lampe 23 Licht, das durch die Linse 25 gerichtet und durch den Spiegel 26 zum Spiegel 27 hin reflektiert wird. Das Licht durchläuft so das Innere des Zylinders 140 aus Fig. 9 entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie 172. Nachdem es den in Fig. 1 gezeigten Spiegel 27 erreicht hat, wird das Licht entlang der Linie 173 durch die im Inneren des Zylinders 140 sich befindlichen Gase zurückreflektxert.

Der Lichtdurchgang entlang den Linien 172 und 173 ergibt ein Licht von der dem Absorbtxonsspectrum von SO« und/oder NO entsprechenden Wellenlängen, jedoch entsprechend abgeschwächt. Bei Kenntnis der Absorbtionsspectren von S0„ und/oder NO- ist es sogar möglich, nicht nur die Anwesenheit oder Abwesenheit von SO« und NO„ in der Gichtgasmischung zu bestimmen, sondern auch deren Konzentration. Ferner kann die Summe von NO und NO» durch Umwandlung des gesamten NO in NO- bestimmt werden,indem der Schalter 304 eingeschaltet und Ozon zugeführt wird (Fig. 18) siehe Gleichung (1).

Die Verwendung des Bezugsfilters 33 ist zur Erreichung der nötigen Ausgangssignale erforderlich, damit die Konzentration abgeschätzt werden kann.

Das Meßfilter 34 ist zur Durchführung der SO„-Konzentrationsbestimmung , das Meßfilter 35 ist zur NO₂-Messung erforderlich. Die Filter 36 und 38 dienen zur Eichung im Hinblick auf die SO.,-Messung, während die Filter 37 und 39 zur Eichung bei der NO„-Messung dienen (oder NO + NO₂ wie zuvor dargelegt).

Wie schon zuvor erwähnt, wird die Scheibe 28 durch den Motor 208 mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit in Drehung

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versetzt. Eine derartige Drehung bringt die Filter 34, 38, 35 und 39 nacheinander an den Ort, wo das Bezugsfilter 33 in Fig. 15 aufscheint. Der Photovervielfacher 50 "sieht" das Licht, das durch jedes Filter geht. So zeigt während aufeinanderfolgender Perioden das Ausgangssignal des Photovervielfachers 50 eine Lichtintensität an, die den jeweiligen Filtern entspricht.

Der Ausgang des Meßfühlers 56' in Fig. 6 ist dem Logarithmus der Intensität des zu diesem Zeitpunkt durch eins oder zwei der Filter gehenden Lichtes direkt proportional. Obgleich das Ausgangssignal des Meßfühlers 56' auf alle Abtast- und Halte-Schaltungen 57* bis 61* wirkt, verkörpert jede Abtast- und Halte-Schaltung nur 1/5 der Gesamtinformation bei einer bestimmten Zeit, entsprechend dem einen speziellen Filter, wie durch die Geber 42 und 43 und die Torsohaltung 55" bestimmt wird. So hat z.B. die Torschaltung die mit a¹, b¹, c¹, d' und e¹ bezeichneten Ausgänge. Das Ausgangssignal bei a¹ öffnet die Abtast-Halteschaltung 57', um das Signal vom Ausgang des Meßfühlers 56' nur dann abzutasten, wenn das Filter 33 im Lichtstrahl 173 liegt.

Die Abtast- und Halteschaltung 57' entspricht so dem Filter 33, während die Abtast- und Halteschaltungen 58', 59', 60' und 61' den Filtern 34, 38, 35 und 39 entsprechen.

Mit Hilfe des Schalters 304 (Fig. 18) wird geeicht und auf Null gestellt. Für einen Teil der Eichung werden die Schalter 102' und 103' in die durch Striche angezeigte Stellung gebracht. Die Stellung des Schleifers 88' auf der Potentiometerentwicklung 87' wird dann variiett, bis das Anzeigegerät 123'

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eine Null betragende Ausgangsspannung anzeigt. Die Einstellung des entsprechenden Potentiometers 86'" wird ähnlich variiert, bis das Anzeigegerät 14' eine Ausgangsspannung von der Größe Null aufweist.

Gegebenenfalls kann man eine Ausgangsspannung benutzen, die in der Lage ist, an den Anzeigegeräten 123' und 124' eine volle Skalenanzeige zu ergeben, um z.B. eine Konzentration von 3,0 anzuzeigen, wenn die neutralen Dichtefilter 36 und 37 jeweils 1/1000 der Lichtintensität durchlassen, die dieselben bei allen Wellenlängen beleuchtet. Es ist zu bemerken, daß eine Korrelation besteht und daß der Logarithmus von 1000 zur Basis 10 3,0 ist.

Der Meßbereich wird eingestellt, indem man die Schalter 102' und 103' in ihre der ausgezogenen Linien entsprechende Stellung bringt. In diesem Fall wird der Widerstand des Widerstandes 116' geregelt, bis das Anzeigergerät 123' den vollen Skalenausschlag zeigt. In ähnlicher Weise wird der Widerstand des Widerstandes 119' variiert, bis das Anzeigegerät 124' vollen Skalenausschlag zeigt.

Zum Betrieb nach Korrektur der Nullstellung und des Bereiches werden die Schalter 102' und 103 wieder in ihre der gepunkteten Linien entsprechenden Stellungen geschoben. Der Motor 208 verbleibt unter Energiezufuhr, die Scheibe 28 rotiert mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und die Anzeigegeräte 123' und 124' zeigen bestimmte Werte,die beim Anzeigegerät 123' der Konzentration von SO₂ und beim Anzeigegerät 124" der Konzentration von NO„ in den Abgasen direkt proportional sind. So]I NO in NO₀ umgewandelt werden, wird die Stellschraube 305

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automatisch oder manuell(periodisch) zur Anzeige" des NO_ auf Null gestellt. Der Schalter 304 (Fig. 18) ist dann eingeschaltet und Ozon wird durch das Rohr 300 eingeblasen, wenn eine Anzeige von NO + NO_ gewünscht wird.

Die an den Kontaktarmen 108' und 109¹ aufscheinenden Signale werden von den Signalen abgezogen, die an dem Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 57' auftreten, da die Verstärker 80', 81', 80'' und 81·' sämtlich invertierende Verstärker sind.

Es ist zu bemerken, daß die Ausgangssignale der Verstärker 121' und 122' in Fig. 6 nicht nur zum Betreiben eines Voltmeters benutzt werden können, sondern auch zum Antrieb anderer Geräte wie z.B. eines Verfahrensreglers, mit z.B. eingeschaltetem Schalter 304 (Fig. 18).

Der Ausdruck "Konzentration", wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, ist so definiert, daß der den Volumenprozentgehalt eines Stoffes in einer Stoffmischung einschließt, jedoch nicht darauf begrenzt ist.

In Fig.15 verhindert eine Kappe 23', daß Licht von der Lampe den Photovervielfacher 50 auf einem anderen Weg als entlang der Linie 173 erreicht.

Es wird deutlich, daß das obere Ende des Widerstandes 90' in Fig. 6 nicht mit dem Widerstand 78' verbunden ist. Der Widerstand 91' ist nicht an dem Widerstand 84' angeschlossen. Das gleiche gilt für die entsprechenden Widerstände 64' bis 65'.

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Leerse ite

Claims

Patentan Sprüche

Photometrisches Prüfgerät mit einem ersten Filter von einem Durchlaßbereich bei 'einer ersten Wellenlänge, bei der der in der Fließstoffmenge zu bestimmende Bestandteil praktisch keine Absorbtion zeigt, mit einem zweiten Filter von einem Durchlaßbereich bei einer zweiten Wellenlänge, die sich.von der ersten Wellenlänge unterscheidet und bei der der zu bestimmende Bestandteil eine merkliche Absorbtion zeigt, mit einer in einem Kamin einbringbaren Sondenteil, der eine Vorrichtung aufweist, um den die Mischung und jedes Filter durchlaufende Lichtstrahl auf einen Photovervielfacher zu lenken, der ein logerithmisehes Ausgangssignal besitzt, mit einer Scheibe, auf der die Filter unter zwei unterschiedlichen Winkelstellungen befestigt sind, mit

Dr.Rl/bk

03. Januar 1978

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einer Vorrichtung, die die Scheibe mit konstanter Geschwindigkeit in Drehung versetzt, mit Abtast-Halteschaltungen für jedes Filter, mit einer Ausgangsschaltung zur Anzeige der Unterschiede in den Ausgangssignalen der einseinen Abtast- und Halteschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde einen länglichen perforierten Hohlkörper besitzt, in dem ein perforiertes Rohr untergebracht ist, und das ferner Ozon mittels eines entsprechenden Gerätes durch dieses Rohr geblasen wird.

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