DE3321360A1

DE3321360A1 - Nondispersive infrared gas analyser

Info

Publication number: DE3321360A1
Application number: DE19833321360
Authority: DE
Inventors: Walter 6239 Kriftel Fabinski
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1983-06-14
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3321360C2

Abstract

In nondispersive infrared gas analysers having two-layer receivers, the interference effect due to absorption curve overlap is primarily manifested in the rear receiver chamber or chambers. To eliminate the interference effect due to impurity gases, a selective interference filter which repels the infrared radiation in the overlap region into the rear receiver chamber is provided behind the rear receiver chamber, which is transparent to infrared radiation.

Description

Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), den 09.06.1983Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), June 9th, 1983

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 Mk/stkAktiengesellschaft Graefstrasse 97 Mk / stk

Non-dispersive infrared gas analyzer

Die Erfindung betrifft einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit in Richtung der Infrarot-Strahlung hintereinanderliegenden Empfängerkammern, die das zu messende Gas enthalten. Die Kammern sind für die durch ein Blendenrad modulierte Strahlung durchlässig.The invention relates to a non-dispersive infrared gas analyzer with receiver chambers lying one behind the other in the direction of the infrared radiation, which contain the gas to be measured. The chambers are transparent to the radiation modulated by an aperture wheel.

Verschiedene Varianten solcher Infrarot-Gasanalysatoren mit Doppelschichtempfängern sind bekannt. Es gibt z.B. derartige Gasanalysatoren, die nur einen Strahlungsweg aufweisen und solche, die zwei Strahlungswege haben, wie sie z.B. in der "Technischen Information" der Hartmann & Braun AG 30/LO-102 DE 639/6.82 "Gas-Analysengeräte Uras 3 G und Uras 3 E" oder in der DE-OS 26 39 210 beschrieben sind.Various variants of such infrared gas analyzers with double-layer receivers are known. There are, for example, such Gas analyzers that have only one radiation path and those that have two radiation paths, such as those in the "Technical information" from Hartmann & Braun AG 30 / LO-102 DE 639 / 6.82 "Gas analyzers Uras 3 G and Uras 3 E" or in DE-OS 26 39 210 are described.

Der Meßeffekt kommt dadurch zustande, daß der Verlauf der Empfindlichkeit der vorderen Kammern weitgehend dem Absorptionsverlauf der Meßkomponenten entspricht. Dagegen korreliert der Verlauf der die hinteren Empfängerkammern kennzeichnenden Absorptionslinien nur schwach mit den Absorptionslinien der Meßkomponenten. In den vorderen Kammern wird im Zentrum einer Linie sehr stark absorbiert, während in den hinteren Kammern in den Flanken einer Linie die Absorption entscheidend ist. Das bedeutet, daß beim Zweischichtempfänger die meßtechnischen Eigenschaften durch Störeffekte in den hinteren Kammern entscheidend beeinflußt werden.The measuring effect comes about because the course of the sensitivity of the front chambers largely corresponds to the course of absorption corresponds to the measuring components. In contrast, the course of the characteristic of the rear receiving chambers correlates Absorption lines only weakly match the absorption lines of the measuring components. In the front chambers there is a Line absorbs very strongly, while in the rear chambers in the flanks of a line, the absorption is decisive. This means that with the two-shift receiver the metrological Properties are decisively influenced by disruptive effects in the rear chambers.

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Gemäß der Erfindung wird bei einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit in Richtung der durch ein Blendrad modulierten Strahlung hintereinander liegenden Empfängerkammern, deren Gasfüllung die Meßkomponente enthält, die Querempfindlichkeit dadurch herabgesetzt, daß hinter dem Empfänger eine selektiv wirkende Reflektionseinrichtung vorgesehen ist, die von den den Empfänger verlassenden Strahlen des Uberlappungsbereiches von Meß- und Störbanden in die hintere Empfängerkammer bzw. hinteren Empfängerkammern zurückwirft.According to the invention, in a non-dispersive infrared gas analyzer with receiving chambers lying one behind the other in the direction of the radiation modulated by a blind wheel, their gas filling contains the measuring component, the cross-sensitivity is reduced by the fact that behind the receiver a selective acting reflection device is provided, which is caused by the rays of the overlap area leaving the receiver of measuring and interference bands in the rear receiving chamber or throws back the rear receiving chambers.

Sehr einfach gestalten sich die Verhältnisse, wenn als selektiv wirkende Reflexicnseinrichtung ein Interferenzfilter vorgesehen wird. Für viele Fälle genügt es, die Reflexionseinrichtung fest einzubauen. Aus Gründen der Anpassung an verschiedene Bedingungen wird man die Reflexionseinrichtung so einbauen, daß sie in Richtung quer zum Strahlengang verschiebbar ist.The situation is very simple if an interference filter is provided as a selectively acting reflex device will. In many cases it is sufficient to permanently install the reflection device. For the sake of adapting to different Conditions one will install the reflection device so that it is displaceable in the direction transverse to the beam path.

Die von der selektiv wirkenden Reflexionseinrichtung in die hinteren Kammern zurückgeworfene Strahlung erhöht dort den Druck. Durch den erhöhten Druck entsteht in der hinteren Empfängerkammer eine negative Querempfindlichkeit in der Höhe der positiven Querempfindlichkeit der vorderen Empfängerkammer. Dadurch ist gewährleistet, daß eine weitestgehende Kompensation entsteht, d.h. die resultierende Querempfindlichkeit auf ein gewünschtes Maß reduziert werden kann.The from the selectively acting reflection device in the Radiation reflected back from the rear chambers increases the there Pressure. The increased pressure creates a negative cross-sensitivity in the rear receiving chamber Height of the positive cross-sensitivity of the front receiving chamber. This ensures that the greatest possible compensation occurs, i.e. the resulting cross-sensitivity can be reduced to a desired level.

Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsgemäße Maßnahme, wenn die vorderen und hinteren Empfängerkammern gleiche oder etwa gleiche Längen haben.The measure according to the invention is of particular importance, when the front and rear receiver chambers have the same or approximately the same lengths.

Durch die Anordnung der selektiv wirkenden Reflexionseinrichtung kann eine Überkompensation entstehen. Diesem unliebsamen Effekt läßt sich dadurch vorbeugen, daß zwischen der hinteren Empfänger kammer und der Reflexionseinrichtung ein strahlungsschwächender Graukeil angeordnet wird.Due to the arrangement of the selectively acting reflection device overcompensation can arise. This unpleasant effect can be prevented by placing between the rear receiver chamber and the reflection device a radiation-attenuating gray wedge is arranged.

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Gemäß der Erfindung ausgebildete Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung erläutert.Embodiments designed according to the invention are explained with reference to the drawing.

Der Zweischicht-Infrarot-Gasanalysator gemäß Fig. 1 weist nur einen Strahlenweg auf; Fig. 2 zeigt einen Infrarot-Gasanalysator, der nach dem sogenannten Zweistrahl-Meßprinzip arbeitet; Fig. 3 zeigt einen Zweistrahl-Gasanalysator, der mit vier Meßkammern ausgestattet ist.The two-layer infrared gas analyzer according to FIG. 1 has only a ray path on; Fig. 2 shows an infrared gas analyzer, which works according to the so-called two-beam measuring principle; Fig. 3 shows a two-beam gas analyzer with four Measuring chambers is equipped.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Gasanalysator mit einer Meßküvette 1 versehen, die von dem zu analysierenden Gas^ durchströmt wird. Die Meßküvette 1 wird von den durch den Strahler 2 erzeugten Infrarotstrahlen durchsetzt. Zur Modulation dieser Strahlen ist das durch den Motor 3 angetriebene Blendenrad 4 vorgesehen. In Richtung der Infrarotstrahlen liegt hinter der Meßküvette 1 die Empfängeranordnung 5 mit der vorderen Empfängerkammer 6 und der hinteren Empfängerkammer 7. Beide Empfängerkammern sind an die Kondensatormeßeinrichtung 8 angeschlossen. Die Empfängerkammern 6 und 7 enthalten die Meßgaskomponente bzw. sind mit der Meßkomponenten oder einem geeigneten Ersatzgas gefüllt und mit den für die Infrarotstrahlung durchlässigen Stirnwänden 9, 10 und 11 abgeschlossen. Die Empfängerkammern haben den gleichen Querschnitt. Die Empfängerkammern 6 und 7 haben etwa die gleiche Länge; vorzugsweise ist die hintere Empfängerkammer 7 etwas langer als die vordere Emp~ fängerkammer 6.In the embodiment of FIG. 1, the gas analyzer is provided with a measuring cuvette 1, which is to be analyzed by the Gas ^ is flowed through. The measuring cuvette 1 is of the by the Radiator 2 generated infrared rays penetrated. The aperture wheel 4 driven by the motor 3 is provided for modulating these rays. In the direction of the infrared rays lies behind of the measuring cuvette 1, the receiver arrangement 5 with the front Receiver chamber 6 and the rear receiver chamber 7. Both Receiver chambers are connected to the capacitor measuring device 8. The receiver chambers 6 and 7 contain the measuring gas component or are filled with the measuring components or a suitable substitute gas and with those for the infrared radiation permeable end walls 9, 10 and 11 completed. The receiver chambers have the same cross-section. The recipient chambers 6 and 7 are about the same length; The rear receiving chamber 7 is preferably somewhat longer than the front receiving chamber catcher chamber 6.

In der Meßküvette 1 wird die Infrarotstrahlung nach Maßgabe der Konzentration der Meßkomponente absorbiert. Der Rest der Strahlung tritt in die vordere Empfängerkammer 6 ein und wird zum größten Teil dort absorbiert (Absorption im Zentrum der Absorptionslinie) , während in der hinteren Empfängerkammer 7 nur wenig Energie verbleibt. Die dadurch hervorgerufenen Druckdifferenzen zwischen den Empfängerkammern 6 und 7 ergeben den Meßeffekt.In the measuring cuvette 1, the infrared radiation is absorbed in accordance with the concentration of the measuring component. The rest of the radiation enters the front receiving chamber 6 and is largely absorbed there (absorption in the center of the absorption line) , while in the rear receiving chamber 7 only little energy remains. The resulting pressure differences between the receiving chambers 6 and 7 result in the measuring effect.

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Der Verlauf der die hintere Empfängerkammer 7 kennzeichnenden Absorptionslinie korreliert nur schwach mit den Absorptionslinien der Meßküvette 1. In der hinteren Kammer 7 wird in den Flanken einer Absorptionslinie absorbiert, wodurch eine Beeinflussung durch die Überlappung mit der Absorptionskurve eines Störgases entsteht.The course of the rear receiving chamber 7 characterizing The absorption line correlates only weakly with the absorption lines of the measuring cuvette 1. In the rear chamber 7 is in the Flanks of an absorption line are absorbed, thereby influencing the overlap with the absorption curve an interfering gas arises.

Die geschwächten Infrarotstrahlen treten durch die Stirnwand 11 der hinteren Empfängerkammer 7 aus und treffen auf das erfindungsgemäß angeordnete Interferenzfilter 12, das selektiv arbeitet und die Infrarotstrahlen des Uberlappungsbereiches in die^hintere Empfängerkammer 7 zurückwirft. Dieses Filter ist bezüglich seiner Reflexionswirkung einstellbar angeordnet. Diese Einstellbarkeit entsteht durch Verschieben oder durch Kippen und erlaubt den Abgleich des Störeinflusses. Es ist auch möglich, als Strahlungsschwächendes Mittel z.B. einen verstellbaren Graukeil 13 oder eine Irisblende zwischen dem Reflexionsfilter 12 und der Stirnfläche 11 der hinteren Empfängerkammer 7 anzuordnen. Eine Strahlungsschwächung kann auch durch ein Gasfilter zwischen der Reflexionseinrichunt 12 und der hinteren Empfängerkammer 7 erzielt werden.The weakened infrared rays pass through the end wall 11 the rear receiving chamber 7 and hit the interference filter 12 arranged according to the invention, which operates selectively and the infrared rays of the overlap area are reflected in the rear receiving chamber 7. This filter is arranged adjustable with respect to its reflective effect. This adjustability is created by moving or by Tilting and allows the interference to be balanced. It is also possible to use an adjustable one as a radiation attenuating means, for example Gray wedge 13 or an iris diaphragm between the reflection filter 12 and the end face 11 of the rear receiving chamber 7 to be arranged. A radiation attenuation can also be achieved by a gas filter between the reflection device 12 and the rear one Receiver chamber 7 can be achieved.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß außer der Meßküvette 1 eine mit einem Inertgas gefüllte Vergleichsküvette 14 vorgesehen ist.The arrangement of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that, in addition to the measuring cuvette 1, one with an inert gas-filled comparison cuvette 14 is provided.

Das Blendenrad 4 ist so aufgebaut, daß es die von dem Strahler emittierten Infrarotstrahlen in dem Meßstrahlengang und in'dem Vergleichsstrahlengang gegenphasig unterbricht.The aperture wheel 4 is constructed so that it the infrared rays emitted by the radiator in the measuring beam path and in'dem Comparison beam path interrupts in phase opposition.

Gleiche Teile in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts in the exemplary embodiments according to FIG. 1 and are provided with the same reference numerals.

Der Gasanalysator gemäß Fig. 3 hat im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 2 vier Empfängerkammern 6, 7, 6' und 7¹, die die für Infrarotstrahlen durchlässigen Stirnflächen 9, 10,The gas analyzer of FIG. 3, in contrast to the embodiment of FIG. 2, four receiver chambers 6, 7, 6 'and 7 ^1, which is permeable to infrared rays end faces 9, 10,

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- J₃ - - J ₃ -

11, 9', ΙΟ¹ und 11' aufweisen. Die von der Kondensatormeßeinrichtung erzeugten Wechselstromimpulse werden der elektrischen Anzeigeeinrichtung 15 zugeführt. Die erfindungsgemäß angeordnete Reflexionseinrichtung 12 und die Strahlungsschwächende Einrichtung 13 sind zur Erzielung des gewünschten Abgleiches in Richtung senkrecht zur Zeichenebene verstellbar angeordnet. Die Teile 12 und 13 sind beiden Strahlengängen gemeinsam zugeordnet. Es ist u. U. vorteilhaft, für jede hintere Empfängerkammer 11 bzw. 11' getrennt solche Einrichtungen zuzuordnen, die unabhängig voneinander verstellt werden können.11, 9 ', ΙΟ ¹ and 11'. The alternating current pulses generated by the capacitor measuring device are fed to the electrical display device 15. The reflection device 12 arranged according to the invention and the radiation-weakening device 13 are arranged so as to be adjustable in the direction perpendicular to the plane of the drawing in order to achieve the desired adjustment. The parts 12 and 13 are assigned jointly to both beam paths. It may be advantageous to assign such devices separately to each rear receiving chamber 11 or 11 'which can be adjusted independently of one another.

Claims

; 1.) Non-dispersive infrared gas analyzer with in the direction of the

^s radiation modulated by an aperture wheel j lying receiver chambers, the gas filling of which contains the measuring component j, characterized in that a selectively acting reflection device (12) is provided behind the receiver (5), which from the rays leaving the receiver (5) the rays of the Overlapping area of measurement and interference bands ->. in the rear receiving chamber (11, Fig. 1 and Fig. 2) or. throws back into the rear receiving chambers (11, 11 ', Fig. 3).

2. Gas analyzer according to claim 1, characterized in that an interference filter is used as the selectively acting reflection device (12) is provided.

3. Gas analyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection device (12) transversely to the beam path is arranged displaceably.

4. Gas analyzer according to A1 or 2, i.e. that the reflection device (12) can be adjusted relative to the direction of radiation by tilting.

5. Gas analyzer according to Claim 1 or the following, characterized in that that between the reflection device (12) and the rear wall (11) a radiation attenuating means (13), preferably a gray wedge or a gas filter is provided.

6. According to the two-beam system working gas analyzer according to claim 1 or the following, in which two consecutive receiver chambers are arranged in each beam path, characterized in that a two rear receiver chambers: j (7, 7 ¹ ) jointly assigned, selectively acting, reflection :

device (12) is provided (Fig. 3).