DE2803586A1

DE2803586A1 - Twin-beam infrared gas analyser - with tilting interference filters to minimise interference effects of other constituents

Info

Publication number: DE2803586A1
Application number: DE19782803586
Authority: DE
Inventors: Udo Ing Grad Deptolla; Walter Ing Grad Fabinski
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1979-08-02

Abstract

A two-beam infrared gas analyser has a chamber in each beam path contg. specimen gas. In the first beam path there are two successive chambers contg. the gases be analysed, but in the other beam path there is only one such chamber. The pressure difference between the second chamber in the first parth and the single chamber in the second path is measured, and the pressure fluctuations as the infrared beam passes intermittently through the chambers are converted at a diaphragm condenser into electric signals. To compensate the transverse sensitivity in the beam paths upstream of the chambers tiltable interference filters are disposed in each path. These each have an absorption limit in the overlapping spectral range of the absorption band of the measured component and the absorption band of the disturbing component and in their pass range in the remaining absorption range of the measured component. Pref. the chamber is connected via a high pneumatic resistor to one of the other two chambers. A typical use is in the measurement of NO in automobile exhaust gas; it is found that the disturbing influence resulting from the accompanying gases CO, CO2 and H2O is eliminated by the above appts.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweistrahl-Infrarot-The invention relates to a two-beam infrared

gasanalysator bei dem die beiden Infrarotlichtbündel intermittierend durch das Probengas geleitet sind und in einem Strahlenweg (Strahlenweg I) zwei aufeinanderfolgende, die zu messende Gaskomponente enthaltende Kammern und im anderen Strahlenweg (Strahlenweg II) eine, die zu messende Gaskomponente enthaltende Kammer beaufschlagen und die pulsierende Druckdifferenz zwischen der zweiten Kammer im Strahlenweg I und der Kammer in Strahlenweg II mit Hilfe eines Membrankondensators als Maß für die Konzentration der zu messenden Gaskomponente elektrisch zur Anzeige gebracht wird.gas analyzer in which the two infrared light bundles are intermittent are passed through the sample gas and two in one beam path (beam path I) successive chambers containing the gas component to be measured and in the other Beam path (beam path II) a chamber containing the gas component to be measured apply and the pulsating pressure difference between the second chamber in the Beam path I and the chamber in beam path II with the help of a membrane condenser as a measure for the concentration of the gas component to be measured electrically for display is brought.

Ein derartiger Zweistrahl-Intrarotgasanalysator ist in der DT-OS 23 52 813 beschrieben. Soweit noch eine Kapillarverbindung zwischen der ersten Kammer im Strahlenweg I und einer der anderen Kammern bzw. den Gehäuse des Membrankondensators, dessen Membran zum statischen Druckausgleich üblicherweise eine kleine Öffnung aufweist (s. z. B. die D-AS 10 98 244), vorgesehen ist, bewirkt diese, daß in allen Kammern und im Membrankondensatorgehäuse immer der gleiche Gasdruck und die gleiche Gas zusammensetzung vorhanden sind.Such a two-beam infrared gas analyzer is in DT-OS 23 52 813. So much for a capillary connection between the first chamber in beam path I and one of the other chambers or the housing of the membrane capacitor, whose membrane usually has a small opening for static pressure equalization (See e.g. D-AS 10 98 244), is provided, this causes that in all chambers and in the membrane condenser housing always the same gas pressure and the same gas composition are available.

Andernfalls würden Änderungen der Gas in einer der Kammern oder dem flenbrankondensatorgehäuse die Heßgenauigkeit des Analysators beeinträchtigen.Otherwise there would be changes to the gas in one of the chambers or the FlenBran capacitor housing affect the accuracy of the analyzer.

Befinden sich in dem zu analysierenden Probengasgemisch Gaskomponenten, welche den spektralen Absorptionsbereich der zu messenden Gaskomponente überlappen, so ergeben sich Meßfehler. Es sind deshalb schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, mit dem Ziel diese als Querempfindlichkeit bezeichnete Eigenschaft des Analysators zu beseitigen bzw. möglichst unwirksam zu machen. Beispielsweise ist in der DT-OS 25 52 165 auf Seite 6, zweiter Absatz erwähnt, daß dazu Interferenzfilterscheiben benutzt werden können, mit denen bestimmte Teile des Spektrums abgeschnitten werden.If there are gas components in the sample gas mixture to be analyzed, which overlap the spectral absorption range of the gas component to be measured, this results in measurement errors. Numerous suggestions have therefore already been made with the aim of this property of the analyzer known as cross-sensitivity to eliminate or to make as ineffective as possible. For example, in the DT-OS 25 52 165 on page 6, second paragraph mentions that this is interference filter discs can be used to cut off certain parts of the spectrum.

Um eine große Unterdrückung der störenden Komponente zu erreichen muß konsequenterweise der überwiegende Teil des überlappenden Strahlungsbereiches durch diese Filter ausgeschaltet werden. Dadurch geht viel Strahlungsenergie im Bereich der Meßkomponente verloren.To achieve great suppression of the interfering component consequently the major part of the overlapping radiation area must can be switched off by this filter. As a result, a lot of radiation energy goes into the The measuring component range is lost.

Es hat sich außerdem herausgestellt, daß es praktisch kaum möglich ist, jeweils ein entsprechendes Filter vorzusehen, bzw. ausfindig zumachen, das eine optimale Wirkung gewährleistet. Es kann auf diese Weise nur eine mehr oder weniger starke Unterdrückung der Querempfindlichkeit erzielt werden.It has also been found that it is hardly possible in practice is to provide a corresponding filter or find out which ensures an optimal effect. There can be only one more or this way less strong suppression of cross-sensitivity can be achieved.

Ziel dieser Erfindung ist es, die Querempfindlichkeit auf "O" abzugleichen.The aim of this invention is to adjust the cross sensitivity to "O".

Ausgehend von der bekannten Tatsache, daß die spektralen Eigenschaften eines Interferenzfilters durch Kippen des Filters im Strahlenweg geändert werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen bei einem Zweistrahl-Infrarotgasanalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Kompensation der Querempfindlichkeit in den Strahlenwegen vor den Kammern kippbare Interferenzfilter anzuordnen, mit einer Absorptionskante im überlappenden Spektralbereich der Absorptionsbande der Meßkomponente und der Absorptionsbande der Störkomponente und ihrem Durchläßigkeitsbereich im übrigen Absorptionsbereich der Meßkomponente.Based on the known fact that the spectral properties of an interference filter can be changed by tilting the filter in the beam path can, is according to the invention proposed in a two-beam infrared gas analyzer according to the preamble of claim 1 to compensate for the cross-sensitivity to arrange tiltable interference filters in the beam paths in front of the chambers, with an absorption edge in the overlapping spectral range of the absorption band of the Measurement component and the absorption band of the interfering component and its permeability range in the remaining absorption range of the measuring component.

Sind durch Störgase hervorgerufene Uberlappungsbereiche beiderseits der Bande vorhanden, so werden zwei weitere kippbare Filter in beiden Strahlenwegen vorgesehen mit einer Absorptionskante im anderen Uberlappungsbereich. Die Absorptionskanten der Filter werden also so ausgesucht, daß nur Teile des mit der Störkomponente überlappenden Strahlungsbereiches ausgeschaltet werden. Dadurch bleibt zugleich erhebliche Strahlungsenergie im Absorptionsbereich der Meßkomponente meßwirksam.Are overlapping areas on both sides caused by interfering gases If the band is present, there are two more tiltable filters in both beam paths provided with an absorption edge in the other overlapping area. The absorption edges the filters are thus selected in such a way that only parts of the one that overlaps with the interfering component Radiation area are switched off. As a result, considerable radiation energy remains at the same time effective in the absorption range of the measuring component.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird Bezug auf die Zeichnung genommen. Es zeigt Fig. 1 einen Zweistrahl-Infrarotgasanalysator nach der Erfindung mit kippbaren Interferenzfiltern und Fig. 2 eine schematische Darstellung der für die Querempfindlichkeitskompensation maßgebenden spektralen Voraussetzungen und Bedingungen.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken. 1 shows a two-beam infrared gas analyzer according to the invention with tiltable interference filters and FIG. 2 shows a schematic representation of the for the cross-sensitivity compensation decisive spectral requirements and Conditions.

Gemäß Fig. 1 durchlaufen zwei von einer rotierenden Blendenscheibe 1 periodisch unterbrochene Infrarotstrahlenbündel einer Strahlungsquelle 2 in Strahlenwegen I und II mit dem Probengas beschickte Küvetten 3 und 4. Die aus den Küvetten austretenden Strahlenbündel gelangen im Strahlenweg I in zwei aufeinanderfolgende, die zu messende Gaskomponente enthaltende Kammern 6, 7 und im Strahlenweg II in eine, ebenfalls die Meßkomponente enthaltende Kammer 7. Kammern und Küvetten sind mit Fenstern versehen, die für Infrarotlicht durchlässig sind.According to FIG. 1, two pass through a rotating diaphragm disk 1 periodically interrupted infrared beam from a radiation source 2 in beam paths I and II filled with the sample gas cuvettes 3 and 4. The ones emerging from the cuvettes Beams of rays arrive in beam path I in two successive ones, the one to be measured Gas component containing chambers 6, 7 and in the beam path II in one, also Chamber containing the measuring component 7.Cambers and cuvettes are provided with windows, which are transparent to infrared light.

Der Membrankondensator 8 eines Differenzdruckmessers 9, der an die Kammern 6, 7 angeschlossen ist, liefert ein elektrisches Signal für die Konzentration der zu messenden Gaskomponente.The membrane capacitor 8 of a differential pressure meter 9, which is connected to the Chambers 6, 7 is connected, provides an electrical signal for the concentration the gas component to be measured.

Eine Kapillarverbindung 10 bewirkt den bereits erwähnten statischen Gas ausgleich der Empfängerkammern und des Differenzdruckmessers.A capillary connection 10 causes the static one already mentioned Gas equalization of the receiver chambers and the differential pressure meter.

Vor den Kammern sind in den Strahlenwegen erfindungsgemäß zwei kippbare Interferenzfilter 11, 12 angeordnet, deren Wirkungsweise anhand der spektralen Darstellung der Fig.2 erläutert wird. Die Absorptionsbande der Neßkomponente ist in dieser Darstellung mit A bezeichnet. Auf einer Seite der Bande ist eine überlappende Störbande B eingezeichnet. Die beiden im wesentlichen gleichen Interferenzfilter werden so gewählt, daß ihre Absorptionskanten C1, C2 innerhalb des Uberlappungsbereiches G liegen. Bezüglich des Absorptionsmaximums der Meßkomponente ist die maximale Durchlässigkeit der Filter vorhanden.According to the invention, two tiltable ones are in the beam paths in front of the chambers Interference filters 11, 12 arranged, their mode of action based on the spectral representation the Fig.2 is explained. The absorption band of the wet component is in this illustration denoted by A. An overlapping interference band B is shown on one side of the band. The two essentially the same interference filters are chosen so that their Absorption edges C1, C2 lie within the overlap region G. In terms of of the absorption maximum of the measuring component is the maximum permeability of the filter available.

Die Flanken der Absorptionslinien der Störbande kommen nun, wie dies bei im Strahlenweg hintereinander angeordneten Kammern 5 und 6 der Fall ist, stärker in der hinteren Kammer 6 zur Wirkung als in einer der Kammern 5 und 7. Daraus resultiert bekannterweise eine negative Querempfindlichkeit.The edges of the absorption lines of the interference band now come up like this in the case of chambers 5 and 6 arranged one behind the other in the beam path, stronger in the rear chamber 6 to act as in one of the chambers 5 and 7. This results known to have a negative cross-sensitivity.

Zur Kompensation der durch B hervorgerufenen Querempfindlichkeit genügt es im hier aufgeführten Beispiel, wenn nur das Filter im Strahlenweg II gekippt wird, in dem sich die Kammer 7 befindet, wodurch sich die Absorptionskante dieses Filters nach kürzeren Wellenlängen verschieben lässt (gestrichelte Kurve D). Durch die Verschiebung der Absorptionskante nach kürzeren Wellenlängen gelangen mehr überlappende Linien in die Kammer 7. Bei einem bestimmten Kippwinkel wird der durch die negative Querempfindlichkeit bedingte Meßfehler beseitigt.Sufficient to compensate for the cross-sensitivity caused by B. in the example given here, if only the filter in beam path II is tilted is, in which the chamber 7 is located, whereby the absorption edge of this Filters can be shifted to shorter wavelengths (dashed curve D). By the shift of the absorption edge to shorter wavelengths get more overlapping Lines in the chamber 7. At a certain tilt angle, the through the negative Measurement errors caused by cross-sensitivity eliminated.

Geringe Unterschiede in den spektralen Eigenschaften der beiden Filter sind unbeachtlich.Slight differences in the spectral properties of the two filters are irrelevant.

Ist auch auf der anderen Seite der Absorptionsbande der Meßkomponente ein tberlappungsbereich H durch die Absorptionsbande E eines Störgases vorhanden, so werden zwei weitere kippbare Interferenzfilter mit entsprechenden Absorptionskanten in diesem flberlappungsbereich in die Strahlenwege zur Kompensation eingefügt. In Figur 2 sind die Absorptionskanten dieser Filter mit K1, K2 bezeichnet, wobei die durch Kippung geänderte Absorptionskante durch die gestrichelte Kurve L angedeutet ist. Somit läßt sich die Querempfindlichkeit für eine zweite Störbande abgleichen.Is also on the other side of the absorption band of the measured component there is an overlap area H due to the absorption band E of an interfering gas, so there are two more tiltable interference filters with corresponding absorption edges inserted into the beam paths in this overlap area for compensation. In Figure 2, the absorption edges of these filters are denoted by K1, K2, the The absorption edge changed by tilting is indicated by the dashed curve L is. Thus, the cross sensitivity for a second interfering band compare.

Beispielsweise hat sich bei der Messung von NO im Automobilgas gezeigt, daß der das Meßergebnis verfälschende Einfluß der im Abgas vorhandenen Begleitgase CO, C02 und H20 durch die Erfindung nahezu völlig beseitigt werden kann.For example, when measuring NO in automotive gas, it has been shown that that the influence of the accompanying gases present in the exhaust gas falsifying the measurement result CO, C02 and H20 can be almost completely eliminated by the invention.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Two-beam infrared gas analyzer Patent claims: n Two-beam infrared gas analyzer, in which the two infrared light bundles are passed intermittently through the sample gas and in one beam path (beam path I) two consecutive ones to be measured Containing gas component Chambers and in the other beam path (beam path II) act on a chamber containing the gas component to be measured and the Pressure difference between the second chamber in beam path I and the chamber in beam path II with the help of a membrane capacitor as a measure of the concentration of the to be measured Gas component is electrically displayed, characterized in that to compensate for cross-sensitivity in the radiation paths in front of the chambers (5, 6, 7) tiltable interference filters (11, 12) are arranged, with an absorption edge in the overlapping spectral range of the absorption band der.Neßkompente and the Absorption band of the interfering component and its permeability range for the rest Absorption range of the measuring component.

2. Two-beam infrared gas analyzer according to claim 1, characterized in that that the chamber (5) has a high pneumatic resistance with one of the two other chambers (6, 7 = connected.