DE3029092C2

DE3029092C2 - Detektor für die Chemilumineszenz-Gasanalyse

Info

Publication number: DE3029092C2
Application number: DE19803029092
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ing.(Grad.) 6729 Jockgrim Aidam
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1984-09-06
Also published as: JPS5753646A; DE3029092A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor für die Chemilumineszenz-Gasanalyse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei vielen Verbrennungsprozessen gelangen mit den Abgasen gesundheitsschädliche Stickoxyde in die Atmosphäre. Es bedarf deshalb empfindlicher Meßverfahren zur Feststellung der NO-Anteile in der Umgebungsluft, bzw. in Industrieabgasen.

Bei einem dieser Verfahren, wie es beispielsweise in der DE-OS 22 31 466 beschrieben ist, wird die von der NO-Konzentration im Probengas abhängige Lichtstärke der bei der chemischen Reaktion von Stickoxyd und Ozon auftretenden Chemilunineszenz als Msßeffekt genutzt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens werden Detektoren der eingangs genannten Art verwendet, bei denen Mischung und Reaktion von NO und Oj nahezu punktförmig konzentriert direkt hinter der lichtdurchlässigen Stirnfläche erfolgen, so daß das abgestrahlte Licht von der einige Quadratmillimeter großen Empfängerfläche einer im geringen Abstand vor der Stirnfläche angeordneten Fotodiode erfaßt werden kann. Der Wirkungsgrad der optoelektrischen Umsetzung des von der nahezu punktförmigen Lumineszenzlichtquelle abgestrahlten Lichts ist relativ klein, das schwache Ausgangssignal der Fotodiode bedarf einer hohen Verstärkung, schon geringe Verschmutzungen der lichtdurchlässigen Stirnfläche können das Meßsignal derart vermindern, daß das Eigenrauschen der elektronischen Bauelemente eine genaue Messung nicht mehr zuläßt.

Um mögliche Verschmutzungen des die lichtdurchlässige Stirnfläche des Reaktionsraums bildenden Fensters, z. B. durch die Bildung von Niederschlägen aus Reaktionsprodukten, zu verhindern, wurde in der DE-OS 29 20 215 bereits vorgeschlagen, öffnungen zur peripheren Einleitung von Proben- und Reaktionsgas in annähernd gleichmäßiger Verteilung so anzuordnen, daß das austretende Gas die Innenfläche des Fensters bespült, bevor es mit dem in der Tiefe des Reaktionsraums eingeleiteten Reaktions- oder Probengas reagiert.

Es besteht die Aufgabe, den Wirkungsgrad eines der

art ausgebildeten Detektors zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Detektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs i mit den kennzeichnenden Merkmalen dieses Anspruchs.

Durch die über den Umfang der Kammer gleichmäßig verteilte Einleitung der Gase wird neben dem bereits erwähnten Spüleffekt eine eher flächenmäßige Reaktionszone erzielt, damit wird eine höhere Ausnutzbarkeit der Lumineszenz der pro Zeiteinheit durchfließenden Gase erreicht

Zur möglichst vollständigen Aufnahme des von der flächenmäßigen Lumineszenzerscheinung ausgehenden Lichtstroms dient die Parallelschaltung mehrerer lichtempfindlicher Halbleiter in der angegebenen Weise.

Es hat sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erwiesen, die Reaktionskammer nicht wie bisher zylindrisch, sondern wie an sich bekannt mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt auszubilden, so daß mit Bezug auf die Reihenanordnung der Fotodiöden möglichst wenig Licht als Streulicht verlorengeht Bei der Parallelschaltung von Fotodioden ist der mit der Anzahl der Dioden zunehmende Pegel des Eigenrauschens der Dioden im Vergleich zu dem. erzielbaren Meßsignal zu beachten. Es ergab sich, daß die Fläche der Reaktionszone in der Kammer und die Fläche der Diodenanordnung so aufeinander abzustimmen sind, daß nicht mehr als fünf Dioden zusammengeschaltet werden

Ein besonders günstiges Signal-Rausch-Verhältnis wurde mit einer Reihenanordnung von drei Dioden in Verbindung mit einem Reaktionsraum von annähernd rechteckigem Querschnitt erzielt.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 3 als Beispiel eine Ausführungsform in drei Ansichten dargestellt.

Der Längsschnitt durch eine Detektoranordnung: F j g. 1 zeigt einen aus mehreren Teilen zusammengesetzten Gehäuseblock 1, der eine Reaktionskammer 2 mit annähernd rechteckigem Querschnitt enthält (F i g. 2), wobei das Verhältnis von Länge zu Breite zu Tiefe etwa wie 3:1:1 ist. Die Reaktionskammer 2 ist an einer Stirnfläche mit einem lichtdurchlässigen Fenster 3 abgeschlossen, das in einer Halterung 4 so angeordnet ist, daß zwischen der Oberkante der Reaktionskammer 2 und der Innenfläche des Fensters 3 ein schmaler Spalt 5 bestehen bleibt. Dieser Spalt 5 steht mit einer Ringkammer 6 in Verbindung, welcher über die Zuleitung 7 das ozonhaltige Reaktionsgas Oj zugeführt wird.
Das stickoxydhaltige Probengas NO wird über eine weitere Zuleitung 8 einer weiteren, die Reaktionskammer 2 umgebenden Ringkammer 9 zugeführt, die über eine Reihe von radial gerichteten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen 10 mit dem Inneren der Reaktionskammer 2 in Verbindung steht. Der Stickoxydanteil des Probengases und das Ozon des Reaktionsgases reagieren unter Erzeugung einer Leuchterscheinung zu Stickdioxyd und Sauerstoff. Dieses Gasgemisch wird über am Boden der Reaktionskammer 2 befindliche öffnungen 11 abgeführt.

Die bei der Lumineszenzreaktion auftretende Strahlung tritt durch das Fenster 3, wird mit Hilfe einer rotierenden Unterbrecherscheibe 12 in gleichmäßigen Zeitabständen unterbrochen und trifft auf die Halbleiter-Strahlungsempfängeranordnung 13. (F i g. 3) die aus ei-

b5 ner auf einer Trägerplatte 14 angeordneten Reihe von drei lichtempfindlichen Halbleiterelementen 15, zum Beispiel Silizium-Fotodioden, besteht, deren aktive Flächen, jeweils etwa 5 mm², innerhalb einer der Quer-

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irißlinie 16 der Reaktionskammer 2 (Fig.2) :nden Hüllkurve liegen, sgangssignal der parallelgeschalteten iicht· hen Halbleiterelemente 15 wird in hier nicht gestellter Weise verstärkt, das s,o gewonnene 5 entspricht unter Einhaltung gewisser Rand- ;en dem Stickoxydgehalt des Probengases.	15
Hierzu I Blatt Zeichnungen	20
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Claims

Patentansprüche:

1. Detektor für die Chemilumineszenz-Gasanalyse, bestehend aus einer Reaktionskammer mit mehreren annähernd gleichmäßig verteilten öffnungen zur peripheren Einleitung von Proben- und Reaktionsgas und einer Ableitung für das Gasgemisch, mit einer lichtdurchlässigen Stirnfläche und einem dieser gegenüber angeordneten Halbleiter-Strahlungsempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (13) aus mehreren parallelgeschalteten lichtempfindlichen Halbleiterelementen (15) besteht, die geometrisch derart angeordnet sind, daß sie innerhalb einer der Querschnittsumrißlinie (16) der Reaktionskammer (2) entsprechenden Hüllkurve liegen.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsumrißlinie (16) der Reaktionskammer (2) nicht kreisförmig ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsumrißlinie (16) der Reaktionskammer (2) annähernd rechteckig ist.