DE2839068A1

DE2839068A1 - Pneumatischer einstrahl-infrarot-analysator

Info

Publication number: DE2839068A1
Application number: DE19782839068
Authority: DE
Inventors: Kimio Miyatake
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1977-10-26
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS5461977A; JPS5711415B2; US4210808A

Description

TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER Horiba

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Einstrahl- ' Infrarot-Analysator gemäß dem Oberbegriff des Hauptan-Spruchs.

Die Erfindung befaßt sich mit einem pneumatischen Infrarot-Analysator des Einstrahl-Typs, der mit zwei Licht-Aufnahmekammern, d.h. einer vorderen und'einer hinteren Kammer versehen ist, die hintereinander in der Lichtbahn des Infrarot-Strahls angeordnet sind, der durch einen Probenbehälter hindurchgegangen ist. Die Aufnahmekammern enthalten ein Gas und dienen zur Messung der Konzentration einer Probe, die durch den Probenbehälter hindurchströmt, durch Ermittlung der Differenz der Absorption des Infrarot-Strahls in den beiden Aufnahmekammern.

Anschließend soll zum besseren Verständnis der Erfindung und des zugrundeliegenden Standes der Technik bereits auf die Zeichnung Bezug genommen werden. Fig. 8 zeigt den Aufbau des Detektor-Bereiches eines Infrarot-Analysators gemäß der japanischen Offenlegungsschrift 90983/1977 als Beispiel des Standes der Technik. Eine vordere Auffangoder Aufnahmekammer 20 für Licht und eine rückwärtige Aufnahmekammer 21 sind mit einem Gas ausgefüllt, und zwar entweder mit einem gasförmigen Bestandteil, der in einer Probe enthalten ist und analytisch zu messen ist oder einem bekannten Gas, das ein Infrarot-Spektrum in sehr ähnlicher Weise wie die zu analysierende gasförmige Probe aufnimmt. Beide Aufnahmekammern 20 und 21 sind mit einem Kondensatormikrofon-Detektor 22 verbunden, der die Differenz zwischen den beiden Druckänderungen in den beiden Kammern 20 und 21 aufgrund der Absorption der Infrarot-Strahlung als Kapazitätsänderung aufnimmt.

Mit 23 ist eine Blendenplatte bezeichnet, die zwischen den beiden Aufnahmekammern 20 und 21 angeordnet ist und frei zwischen diese verschoben oder zurückgezogen werden kann.

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Durch Verschiebung der Blendenplatte senkrecht zu dem Weg des Infrarot-Strahls und damit durch Regelung der Infrarot-Lichtmenge, die in der rückwärtigen Aufnahmekammer zu absorbieren ist, wird ein optisches Gleichgewicht zwischen den beiden Infrarot-Absorptionen in den beiden Aufnahmekammern erzielt, wie in Fig. 9 veranschaulicht ist. In Fig. 9 zeigt die Kurve a die Änderung der Anzahl der Signale aufgrund der Absorption des Infrarot-Strahls in der vorderen Aufnahmekammer 20 und b diejenige in der rückwärtigen Aufnahmekammer 21. In Fig. entspricht die Lichtmenge der Infrarot-Absorption der Ordinate und die Position der Blendenplatte der Abszisse.

Bei dieser bekannten Konstruktion ist der Aufbau des Detektors jedoch zu kompliziert, und es ergeben sich zahlreiche Herstellungsprobleme, da die Aufnahmekammern 20 und 21 unabhängig voneinander hergestellt werden müssen. Im übrigen ist die Stabilität der Blendenplatte 23 und deren Arretierung in einer beliebigen Position notwendig, aber schwierig.

Auf der anderen Seite zeigt Fig. 1 die Ausbildung des Detektors eines Infrarot-Analysators, der im folgenden behandelt werden soll und versuchsweise von der Anmelderin hergestellt wurde. In diesem Falle wurde ein optisches Einstellsystem, das für Infrarot-Analysatoren des Doppelstrahl-Typs verwendet wurde, auf einen Analysator des Einstrahl-Typs angewandt. Der Abtastbereich gemäß Fig. 1 weist eine vordere Auffang- oder Aufnahmekammer 1 und eine rückwärtige Aufnahmekammer 2 auf, die jeweils mit einem abzutastenden Gas ausgefüllt sind, und zwar einem gasförmigen Bestandteil, der in einem analytisch zu bestimmenden Probengas enthalten ist, oder einem spezifizierten Gas, das ein Infrarot-Spektrum sehr ähnlich einem zu messenden gasförmigen Bestandteil absorbiert. Beide Aufnahmekammern 1 und 2 sind mit einem Kondensatormikrofon-Detektor 3 verbunden, der die Differenz der Druckänderungen

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in den beiden Aufnahmekammern 1 und 2 aufgrund der Absorption der Infrarot-Strahlung als Kapazitäts-Änderung, d.h. als Änderung der Spannungd?s Detektors 3 anzeigt.

Bei diesem Infrarot-Analysator der Figur 1 und 2 wurde versucht, eine Blendenplatte 4 an der vorderen Seite der vorderen Aufnahmekammer 1 vorzusehen, die frei in die Bahn des Lichts und zurück senkrecht zu dieser zur Einstellung der Lichtmenge verschiebbar war, die in die Aufnahmekammern 1 und 2 eintritt. Da jedoch bei diesem Mechanismus die Blendenplatte 4 in gleicher Weise auf beide Aufnahmekammern 1 und 2 einwirkt, wurde bei den beiden Signalkurven a und b aufgrund der Absorption der Infrarot-Strahlung in den beiden Aufnahmekammern 1 und 2 nahezu dieselbe Tendenz gemäß Fig. 3 festgestellt. In diesem Diagramm entspricht die Ordinate der absorbierten Infrarot-Lichtmenge und die Abszisse der Position der Blendenplatte 4. Die Kurven a und b zeigen die Anzahl der Signale entsprechend der Lichtmenge der Infrarot-Strahlung, die in der vorderen Aufnahmekammer 1 und der hinteren Aufnahmekammer 2 absorbiert worden ist. Es war daher nicht möglich, die Differenz (b - a) wirksam durch Verschiebung der Blendenplatte 4 zu verändern, so daß ein schwerwiegender Nachteil dieses Analysators darin bestand, daß es Schwierigkeiten bereitete, auf wirksame Weise ein optisches Gleichgewicht herzustellen.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Nachteile dieses Proben-Analysators unter Beibehaltung seiner konstruktiven Vorteile zu überwinden.

Aus diesen Gründen sind erfindungsgemäß eine Blende, eine vordere Licht-Aufnahmekammer, eine rückwärtige Licht-Aufnahmekammer und ein Kondensatormikrofon-Detektor in der genannten Anordnung des zuvor beschriebenen Analysators vorgesehen, jedoch wurde die Konstruktion der Blende vollständig gegenüber der verschiebbaren Blendenplatte geändert,

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Erfindungsgemäß ist eine Blende vorgesehen, die den Infrarot-Strahl von ihrem äußeren Umfang her in einem Ring vor der vorderen Aufnahmekammer ausblendet. Dadurch wurde die Tendenz einer Signaländerung der vorderen Aufnahmekammern erheblich verstärkt, so daß diese wesentlich stärker ist als bei dem Signal der rückwärtigen Aufnahmekammer. Sofern lediglich eine Nullpunkteinstellung erforderlich ist, ist eine Blende ausreichend, die den Lichtstrahl ringförmig von der Außenseite her ausblendet, jedoch feststehend und nicht einstellbar ist.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 u. 2 veranschaulichen ein Beispiel einer versuchsweise hergestellten Vorstufe der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Tendenz der Signaländerung in einer vorderen und einer rückwärtigen 5 Aufnahmekammer;

Fig. 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 dient zur Erläuterung eines Merkmals

der Erfindung;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Tendenz einer Signa!änderung in den beiden Aufnahmekammern aufgrund

einer Absorption einer Infrarot-Stah= lung?

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Fig. 7 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 zeigt einen bekannten Detektor; ' 5

Fig. 9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Position der Blendenplatte der Vorrichtung der Fig. 8 und der Lichtmenge der absorbierten Infrarot-

Strahlung ;

Fig. 10 u. 11 zeigen weitere Ausführungsbeispiele

der Erfindung.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung erläutert. Eine Lichtquelle 5 gibt einen Infrarot-Lichtstrahl ab, in dessen Bahn ein Zerhacker 6 liegt, der intermittierend in die Bahn der Infrarot-Strahlen eintritt. Der Zerhacker 6 umfaßt eine kreisförmige Platte mit öffnungen, die durch einen Motor M gedreht wird. Ein Probenbehälter 7 liegt in der Lichtbahn hinter dem Zerhacker und weist Fenster 8 und 9 an den entgegengesetzten Enden, die den Lichtstrom hindurchlassen, sowie einen Einlaß 10 und einen Auslaß 11 für ein Probengas auf. Nach Durchgang durch den Probenbehälter 7 gelangen die Infrarot-Strahlen in einen Detektor 12 mit einer vorderen Aufnahmekammer 13 und einer rückwärtigen Aufnahmekammer 14, die hintereinander in dieser Reihenfolge in dem Infrarot-Strahl liegen. Ein Kondensatormikrofon-Detektor 15 dient zur Abtastung der Druckdifferenz der Gase in den beiden Aufnahmekammern 13 und 14 als Spannungsänderung. Eine Membran 15.. des Detektors 15 befindet sich in diner Kammer 15a, die auf einer Seite über einen Kanal 13a mit der Aufnahmekammer 13 und auf der anderen Seite über einen Kanal 14a mit der Aufnahmekammer 14 verbunden ist. Eine Elektrode 15„ des Kondensatormikrofon-Detektors 15 ist mit einem nicht gezeigten Verstärker verbunden. Eine Blende 16 liegt unmittelbar vor dem vorderen Fenster 17 der vorderen Aufnahmekammer 13 und weist im dargestellten Beispiel die Form einer Irisblende einer Kamera auf. Diese Blende ermöglicht es, den Lichtstrahl von seinem äußeren Umfang her ringförmig auszublenden und die Öffnungsfläche zwischen der in Fig. 5 in durchgezogenen Linien und strichpunktiert dargestellten Stellung einzustellen.

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Ein Fenster 18 (Fig. 4) befindet sich zwischen der vorderen Aufnahmekammer 13 und der hinteren Aufnahmekammer 14. Der Lichtstrahl tritt daher durch den Probenbehälter 7 hindurch von der Lichtquelle 5 in den Detektor 12 ein, und die Querschnittsfläche des Lichtstrahls wird durch die Blende 16 geregelt, die den äußeren Bereich des Strahls außerhalb des bereits erwähnten Umfangs ausblendet. Ein Signal a¹,

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das entsprechend der Infrarot-Absorption in dem vorderen Aufnahmebehälter 13 abgegeben wird, und ein Signal b¹, das entsprechend der Infrarot-Absorption der rückwärtigen Aufnahmekammer 14 abgegeben wird, wurden experimentell gemäß Fig. 6 ermittelt. In dem Diagramm der Fig. 6 bildet die Lichtmenge des absorbierten Infrarot-Lichts die Ordinate und der Grad der Ausblendung durch die Blende 16 die Abszisse. Aus Fig. 6 geht ohne weiteres hervor, daß bei diesem Beispiel die Tendenz einer Änderung der Anzahl der Signale aufgrund der Änderung des Grades der Ausblendung durch die Blende 16 bei dem Signal a¹ wesentlich größer ist als bei dem Signal b¹.

Diese Erscheinung dürfte darauf beruhen, daß die vordere Aufnahmekammer 13 eine vergleichsweise große Lichtmenge vom äußeren Bereich eines Strahls in der Nähe des äußeren Umfangs aufnimmt und in die rückwärtige Aufnahmekammer 14 nur eine kleine Lichtmenge vom äußeren Bereich des Strahls eintritt, jedoch der größte Teil der Lichtmenge, der in die rückwärtige Aufnahmekammer 14 gelangt, aus dem Lichtstrom in der Nähe der Mitte des Strahls herrührt, da die Aufnahmekammer 14 zu weit von dem Fenster 17 entfernt ist. Auf jeden Fall ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausblendung durch die Blende unmittelbar vor der vorderen Aufnahmekammer, durch die der äußere Bereich des Lichtstrahls am äußeren Umfang und darüber hinaus ringförmig ausgeblendet wird, den Ausblendungsgrad gewünschtenfalls einzustellen und die Lichtmenge, die in die vordere Aufnahmekammer eintritt, in hohem Maße zu ändern. Da es somit ermöglicht wird, die Änderung des Signals aufgrund der größeren Infrarot-Absorption in der vorderen Aufnahmekammer gegenüber derjenigen des Signals aufgrund der Absorption in der rückwärtigen Aufnahmekammer zu vergrößern, besteht die Möglichkeit einer NuIlpunkteinstellung oder Meßspannen-Prüfung durch eine effektive Änderung der Differenz zwischen den beiden Signalen aufgrund der Absorption in den beiden Aufnahme-

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kammern. Daher ermöglicht die Erfindung eine einfache und wirksame optische Einstellung, die bisher nicht gelungen ist.

Im übrigen ist hervorzuheben, daß bei bekannten Lösungen, wie sie etwa in Fig. 8 gezeigt sind, bei denen eine herkömmliche Blendenplatte in dem Detektor verwendet wird, der Infrarot-Analysator nicht kompakt ausgebildet werden kann, da es notwendig ist, einen ausreichenden Zwischenraum in dem Detektor zur freien Verschiebung der Blendenplatte in den Detektor hinein und aus diesem heraus vorzusehen. Erfindungsgemäß dagegen kann der Infrarot-Analysator kompakt ausgebildet sein, da ein derartiger Zwischenraum für die erwähnte Blendenplatte nicht notwendig ist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Verwendung einer Blende, wie sie beispielsweise in einem Irisblenden-Mechanismus vorgesehen ist, unmittelbar vor einer vorderen Aufnahmekammer für das Licht. Durch diese Blende wird die Lichtbahn in einem kreisförmigen Ring vom äußeren Umfang her ausgeblendet, und es ist nicht mehr notwendig, die vordere und hintere Aufnahmekammer getrennt herzustellen.

Die erfindungsgemäße Blende ist nicht auf die Ausführungsform der Fig. 4 beschränkt. Neben einer Blende, die im wesentlichen einem bei Kameras verwendeten Irisblenden-Mechanismus entspricht, kommen andere Blenden in Betracht, die eine wirksame optische Einstellung ermöglichen. Die Ausblendung kann je nach Bedarf unter Verwendung einer Blendeneinrichtung, wie etwa einer Ringblende gemäß Fig. 10 und 11, Toroid-Ringblenden 19-ir 19? ^{und 19}3 ?^emäß Fig· 7 und dergleichen erfolgen. Diese Blenden sind dicht und zweckmäßigerweise leicht austauschbar unmittelbar vor der vorderen Aufnahmekammer angebracht. Im übrigen kann das optische Einstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung auch auf einen Infrarot-Analysator auf pneumatischer Basis unter Verwendung eines Detektors anderer Art, wie etwa eines. Mikgo-Flußme^sers und dgl. erfolgen.

Leerseite

Claims

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D -8000 München 22 D-48OO Bielefeld Triftstraße 4 Siekerwall 7 ΉΟ-24 St/ge

1378

HORIBA LTD.

2 Miyanohigashi-machi, Kissyoin, Minami-ku, Kyoto, Japan

Pneumatischer Einstrahl-Infrarot-Analysator

PRIORITÄT: 26. Oktober 1977

PATENTANSPRÜCHE

{ 1.j Pneumatischer Einstrahl-Infrarot-Analysator, mit einem in einem Lichtstrahl angeordneten Probenbehälter und zwei in Reihe in dem Lichtstrahl hinter dem Probenbehälter angeordneten Aufnahmekammern, in die jeweils ein Gas zur Messung der Konzentration einer durch den Probenbehälter strömenden Probe durch die Differenz der Absorption des Infrarot-Strahls in den beiden Aufnahmekammern eingeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine Blende (16) zum Ausblendendes Infrarot-Strahls in einer ringförmigen Umfangsflache des Infrarot-Strahls, welche Blende

(16) in dem Lichtstrahl unmittelbar vor der vorderen Auf-

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nahmekammer (13) angeordnet ist.
2. Infrarot-Analysator nach Anspruch 1, dadurch, g ekennzeichnet, daß die Blende (16) einen Irisblenden-Mechanismus umfaßt.
3. Infrarot-Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) toroid-^förmig ausgebildet ist.

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