DE2803369C2

DE2803369C2 - Meßeinrichtung zur Bestimmung des Wasserdampfanteils in einem Gasgemisch mittels Infrarot-Absorptions-Gasanalyse

Info

Publication number: DE2803369C2
Application number: DE19782803369
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing.(grad.) 6742 Herxheim Speeter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS54111396A; JPS60148959U; JPS60148958U; JPS612922Y2; JPS6042361Y2; DE2803369A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Bestimmung des Wasserdampfanteils in einem Gasgemisch mittels nicht-disperbiver Infrarot-Gasanalyse, mit einem Infrarotstrahler, einer mit dem Gasgemisch beschickten Meßküvette und wenigstens einer gasgefüllten Empfängerkammer als selektiver Empfänger oder mit zwei Selektivierungsküvetten und mindestens einem nicht-selektiven Strahlungsempfänger.

Die Infrarot-Absorptirns-Gasanalyse nutzt die Eigenschaft verschiedenatomiger ' '.ase, bestimmte von ihrem Molekülaufbau abhängige Spektralbereiche infraroter Strahlung zu absorbieren und sich dabei zu erwärmen. Die Erwärmung bzw. die durch die Erwärmung hervorgerufene Druckerhöhung in einem abgeschlossenen Volumen läßt sich messen und daraus die Konzentration der verschiedenatomigen Komponenten in einem Gasgemisch (Meßgas) bestimmen.
Die dazu bekannten Meßeinrichtungen sind nach Ai 1 von Photometern aufgebaut und bestehen im wesentlichen aus Infrarotstrahler, Meßküvette und Strahlungsempfänger. Das zu untersuchende Gasgemisch (Meßgas) befindet sich in der Meßküvette; die zu bestimmende Komponente des Meßgases befindet sich in reiner Form allein oder mis gleichatomigen Gasen, vorzugsweise Stickstoff oder Edelgasen gemischt, in der Empfängerkammer, wodurch diese als selektiver Empfänger wirkt. Bei Verwendung von nicht selektiven Strahlungsempfängern werden diesen mit der Meßkomponente gefüllte Selektivierungsküvetten vorgeschaltet.

Fenster aus hauptsächlich im Spektralbereich zwiichen 2 und IO μπι durchlässigem Material schließen die im Strahlengang liegenden gasgfüllten Kammern und Küvetten ab. Die Bestimmung einer Wasserdampf-Komponente in einem Meßgas stößt jedoch insofern auf Schwierigkeiten, als Wasserdampf infolge eines niedrigen Taupunkts und seiner Neigung zur temperaturabhängigen Anlagerung an Oberflächen relativ instabil ist und als Füllgas einer Empfängerkanmer bzw, einer Seleklivierungsküvette bei Umgebungstemperatur we^ nig geeignet ist

Pur Meßkomponenten, also zu bestimmende Gase in einem Gasgemisch, die infolge ihrer Instabilität bei normalen Ümgebungsbedingungen (Druck, Temperatur) als absorbierendes Füllgas wenig geeignet sind, ist es bekannt, ein Ersatzgas zu verwenden, welches in dem für die Messung verwendeten Wellenbereich möglichst weitgehend gleiche Strahlungsabsorption wie die eigentliche Meßkomponente aufweist. So ist es z. B. aus der DE-PS 20 16 477 bekannt, anstelle der Meßkomponente Phosgen mit 1,3-Butadien als Ersatzgas zu arbeiten.

Um auch den Wasserdampfanteil eines Gasg Nnisches

ίο der IR-Analyse zugänglich zu machen, besteht somit die Aufgabe, ein Ersatzgas zu finden, das in dem bei den Messungen benützten Wellenlängenbereich ähnlich liegende Absorptionsbanden wie Wasserdampf hat, einen hohen Taupunkt aufweist, chemisch stabil ist und > als Komponente in den wesentlichen industriellen Meßgasen nicht vorkommt.

Eine Lösung der Aufgabe wird darin gesehen, daß in Meßeinrichtungen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 Schwefelhexafluorid als Ersatzgas für Wasserdampf verwendet wird. Zur Erläuterung des Erfindungsprinzips sind in den F i g. 1 und 2 Grundausführungen von Gasanalysegeräten stark schematisiert dargestellt.

F i g. 1 zeigt ein Gerät, das nach dem Einstrahl-Wechsellicht-Verfahren mit selektivem Empfänger arbeitet.

■?> Ein von einer IR-Strahlungsquelle 1 mit Reflektor 2 ausgehender Strahlengang durchquert die mit dem auf seinen H2O-GehaJ*. zu untersuchenden Meßgas 3 gefüllte Meßküvette 4 und tritt in die Empfängerkammer 5 ein, die als Füllgas 8 reines Schwefelhexafluorid SF 6 allein oder in Mischung mit Stickstoff oder einem Edelgas enthält. Die Stirnseiten von Meßküvette 4 und Empfängerkammer 5 sind mit Fenstern 6 aus Calciumfluorid dicht abgeschlossen.
Die Absorption der in die Empfängerkammer 5 eintretenden IR-Strahlungsenergie in ihrem Füllgas 8 führt zu dessen Erwärmung und damit zu einer Druckerhöhung, die die Membran 9 eines Membrankondensators 10 auslenkt. Da die vom Strahler 1 kommende IR-Strahlung mit Hilfe eines umlaufenden Blendenrads 7 periodisch unterbrochen wird, sisiu die entstehenden Druckschwankungen als elektrisches Wechselsignal an einem Widerstand 11. der in Reihe mit einer Speisequelle 12 an dem Membrankondensator 10 liegt, abgreifbar. Das Wechselsignal wird in einer einen Wechselstromverstärker und einen Gleichrichter enthaltenden Signalverarbeitungsstufe 12 in ein dem Wasserdampfgehalt des Meßgases 3 entsprechendes Meßsignal umgeformt und mit dem Meßinstrument 14 angezeigt.

^w In entsprechender Weise können auch Infrarot-Gasanalysegeräte in der bekannten Zweistrahl-Ausführung mit Meß- und Vergleichsstrahlengang ausgeführt werden.

F i g. 2 zeigt eine andere Geräteausführung mit nichtselektivem Empfänger und negativer Filterung. Der vom Strahler 1 ausgehende IR-Strahlengang triit durch die vom Meßgas 3 durchströmte Meßküvette 4 und anschließend durch zwei parallel im Strahlengang liegende Selektivierungsküvetten 15 und 15'. von denen eine, beispielsweise die Selektivierungsküvette 15. ein Füllgas mit SF 6 enthält, während die andere Selektivierurigsküvette 15' andere Gaskörripqnenten des Meßgases 3 oder ein nichtabsorbierendes Gas enthält.
Die aus den Selektivierungsküvetten 15 und 15' austretenden Strahlungsenergien treffen auf nicht-se* lektive Strahlungsempfänger in Form von temperaiurempfindlichen Widerständen 16 Und 16', die in Differenz geschaltet an einer Speisestromquelle 17 liegen. Der

durch den Widerstand 16 fließende Strom ist ein in 14 angezeigtes Maß für den Wasserdampfgehalt des Meßgases 3. Mit den Widerständsn 18 und 18' ist die Möglichkeit der Einstellung des Nullpunkts und des Verhältnisses der Gesamtabsorptionen von Wasserdampf und von Schwefelhexafluorid in dem durch die Eigenschaften des Strahlers 1 und der Fenster 6 vorgegebenen Wellenbereich angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur Bestimmung des Wasserdampfanteils in einem Gasgemisch mittels nicht-dispersiver Infrarot-Gasanalyse, mit einem Infrarotstrahler, einer mit dem Gasgemisch beschickten Meßküvette und wenigstens einer gasgefüllten Empfängerkammer als selektiver Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (8) wenigstens einer Empfängerkammer (5) Schwefelhexafluorid als Ersatzgas enthält

2. Meßeinrichtung zur Bestimmung des Wasserdampfanteils in einem Gasgemisch mittels nicht-dispersiver Infrarot-Gasanalyse mit einem Infrarotstrahler, einer mit dem Gasgemisch beschickten Meßküvette, zwei Selektivierungsküvetten und mindestens einem nicht-selektiven Strahlungsempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas der einen Selektivierungsküvette (15) Schwefelhexafluorid als Ersatzgas enthält.