DE2918207A1

DE2918207A1 - Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator

Info

Publication number: DE2918207A1
Application number: DE19792918207
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: 1979-05-05
Filing date: 1979-05-05
Publication date: 1980-11-06
Also published as: NL8000546A; FR2456316A1; GB2049176A; US4281248A; JPS55151246A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Gasanalysatoren, deren Wirkungsweise auf der Absorption von Strahlung durch die zu messende Gaskomponente beruht, wird das Meßergebnis fehlerhaft, wenn in dem Probengasgemisch außer der zu messenden Gaskomponente und einem nichtabsorbierenden Trägergas noch weitere Gasbestandteile enthalten sind deren Absorptionsbanden die Absorptionsbande der Meßkomponente überlappen. Man spricht von einer Querempfindlichkeit des Analysators bezüglich derartiger Störgase. Eine geringe Querempfindlichkeit bedeutet, daß der Einfluß der Störgase auf das Meßergebnis gering ist, bzw. daß die Selektivität des Analysators im Bezug auf die Meßkomponente groß ist.

Insbesondere bei der Meßung sehr geringer Gaskonzentrationen ist eine sehr geringe Querempfindlichkeit des Analysators erforderlich, wenn die Meßfehler noch in vertretbaren Grenzen bleiben sollen. Bei Zweistrahl-Infrarotgasanalysatoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 unterscheidet man die Methoden der positiven und negativen Filterung (Zeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik 33· Jahrgang, 1961, Hr. 6, S. 428 und 4-29). Im Falle der positiven Filterung ist in einem der Strahlenwege (Meßstrahlenweg) eine mit dem Probengas beschickte Küvette und im anderen Strahlenweg (Vergleichsstrahlenweg) eine mit nichtabsorbierendem Gas beschickte

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Küvette angeordnet. Bei der negativen Filterung befinden sich in beiden Strahlenwegen gleichlange mit dem Probengas beschickte Küvetten und außerdem im Vergleichsstrahlenweg eine mit der zu messenden Gaskomponente gefüllte Filterküvette. Die Querempfindlichkeit von Analysatoren mit negativer Filterung ist geringer als bei Analysatoren mit positiver Filterung.

Gemäß einem nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag kann die Selektivität noch weiter gesteigert werden, wenn bei Analysatoren mit negativer Filterung die Probengasküvette im Vergleichsstrahlenweg verkürzt wird und im rießstrahlenweg ein Interferenzfilter eingefügt wird, mit einer Absorptionskante im Überlappungsbereich der Absorptionsbande eines Störgases mit der Absorptionsbande der Meßkompon^nte und seiner Durchlässigkeit im übrigen Abüorptionsbereich der Meßkomponente. Durch geeignete Wahl der Küvettenlänge und durch Kippen des Interferenzfilters, wodurch sich die Absorptionskante verschieben läßt, kann auf ein Minimum der Querempfindlichkeit abgeglichen werden. Nachteilig ist jedoch, daß ein Teil der meßwirksamen Strahlung durch das Filter absorbiert wird und daß die Transmissionswerte des Filters temperaturabhängig sind.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches Λ einen entsprechend guten Querempfindlichkeits-

abgleich, ohne die Anwendung von Filtermitteln und mit erheblich gesteigerter Meßempfindlichkeit zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Analysator mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen vorgeschlagen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysators ist in der Zeichnung dargestellt.

Der dargestellte Gasanalysator weist eine Infrarotlicht emittierende Strahlungsquelle 1 und eine Strahlenleitvorrichtung 2 zur Bildung eines Meßstrahlenweges 3 und eines Vergleichstrahlenweges 4- auf. Eine rotierende Blendenvorrichtung 5 unterbricht periodisch die beiden Strahlenwege. In beiden Strahlenwegen befinden sich von Probengas durchströmte Küvetten 6 und 7» wobei die Küvette 7 im Vergleichsstrahlenweg wesentlich kürzer ist als die Küvette 6 im Meßstrahlenweg. Als Strahlungsempfangseinrichtung sind mit der zu messenden Gaskomponente beschickte Kammern 8 und 9 vorgesehen. Die durch Strahlungsabsorption des Jüllgases entstehenden Druckdifferenzen zwischen den Kammern werden durch eine Membrankondensator 10 in ein der Konzentration der zu messenden Gaskomponente entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt.

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Die Innenwände der Kammer 8 bestehen aus Gold, die Innenwände der Kammer 9 sind schwarz eloxiert. In der Kammer 9 befindet sich ein über den Kammerquerschnitt angeordnetes feines geschwärztes Drahtnetz 11 von möglichst geringer Wärmekapazität. Als schwarzer Körper absorbiert es die auffallende Strahlung nahezu vollständig, wobei die Strahlungsmodulation zu synchronen Temperaturschwankungen des Netzes führt, das seine Wärmeenergie durch Wärmeleitung auf das Füllgas überträgt. Im Gegensatz dazu wird die auf die Innenwände der Kammer 8 auftreffende Strahlung fast vollständig reflektiert, wodurch der der Absorption durch die Meßkomponente unterliegende Strahlungsanteil der einfallenden Strahlung weitgehend vom Füllgas absorbiert wird.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Analysator eine mindestens ebenso große Selektivität bezüglich der zu messenden Gaskomponente erzielen läßt, wie bei Geräten mit zusätzlichen Filtermitteln. Außerdem ist seine Meßempfindlichkeit besonders groß, da durch das Fehlen von Filtermitteln in den Strahlenwegen Vorabsorptionen vermieden sind, in der Empfängerkammer 9 die Strahlungsenergie praktisch vollständig in Wärmeenergie umgewandelt wird und sich für die Küvette 7 im Vergleichsstrahlenweg, wie bei Messungen festgestellt wurde, immer eine sehr geringe Länge im Vergleich zur Küvette im Meßstrahlenweg ergibt, so daß in ihr wenig Strahlungsenergie absorbiert wird. Es wurde ein erheblich ge-

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ringerer Temperatureinfluß auf das Meßergebnis "beobachtet als bei Geräten die mit Interferenzfiltern zur Querempfindlicnkeitskompensation arbeiten.

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L e e r s e 11

Claims

Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), 25.04.79

Aktiengesellschaft GräfstraBe 97 Lo/Ri

Nichtdispersiver Infrarotgasanalysator

Patentansprüche;

1. Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator mit

a) einem Meß- und Vergleichsstrahlenweg,

b) einer Vorrichtung zur periodischen Unterbrechung beider Strahlenwege,

c) einer Strahlungsempfangseinrichtung am Ende der Strahlenwege, mit einer die zu messende Gaskomponente enthaltende Kammer in jedem Strahlenweg,

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d) einer Membrankondensatoreinrichtung zur elektrischen Messung der Druckdifferenz der Kammern,

dadurch, gekennzeichnet, daß

e) in beiden Strahlenwegen mit dem Probengas beschickte, von der Strahlung durchsetzte Küvetten angeordnet sind, wobei die Küvette (7) im Vergleichsstrahlenweg (4-)
wesentlich kurzer ist als die Küvette (6) im Meßstrahlenweg (3) und

f) die Innenflächen der Kammern 8, 9 der Strahlungsempfangseinrichtung so beschaffen sind, daß die Kammer 9 mehr Strahlung absorbiert als die Kammer 8.

2. Nichtdispersiver Infrarot-Gas analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierendes Material in der Kammer (8) Gold verwendet ist und die Innenwände der Kammer (9) schwarz eloxiert sind.

5. ITichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer (9) zusätzlich geschwärzte Elemente von geringer Wärmekapazität eingebracht sind.

4·. Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschwärztes feines Drahtnetz (11) über den Querschnitt der Kammer (9) angeordnet ist. '

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