DE3520408A1

DE3520408A1 - Infrarotanalysator fuer fluide

Info

Publication number: DE3520408A1
Application number: DE19853520408
Authority: DE
Inventors: Glenn Howard Natrona Heights Pa. Fertig; Robert Joseph Belle Vernon Pa. Wozniak
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-02-13
Also published as: GB2200208A; GB2200208B; GB8518700D0; GB2200209B; GB2200209A; GB8803600D0; US4598201A; GB8803601D0; GB2162940A; IT1206735B; JPS6147540A; GB2162940B; JPH0676966B2; BR8503087A; IT8520536A0; CA1224944A

Description

HOEGER₁ STELLRECHT & PARTNER 3520408

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 70OO STUTTGART 1

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A 46 613 u Anmelder: MINE SAFETY APPLIANCES ODMPANY

u - 214 600 Penn Center Boulevard

15. Mai 19 85 Pittsburgh, Pennsylvania 15235

United States of America

Beschreibung :

Vorrichtung zum Analysieren von Fluiden mittels Infrarotstrahlung

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Analysieren von Fluiden unter Verwendung von Infrarotabsorptionstechniken, und insbesondere betrifft die Erfindung solche Vorrichtungen, die pneumatische Detektoren verwenden.

Es sind viele Arten von Vorrichtungen zum Analysieren eines Fluids unter Verwendung von Infrarotabsorptionstechniken bekannt, wozu beispielsweise verwiesen wird auf US-PS 4 004 146. Üblicherweise umfassen solche Vorrichtungen eine Quelle von Infrarotstrahlung, eine Bezugszelle und eine Prüfzelle, durch welche die Infrarotstrahlung abwechselnd geleitet wird, und eine pneumatische Detektoreinrichtung, die auf den Unterschied der Energie der von der Bezugszelle und der Prüfzelle einfallenden Strahlen innerhalb des Spektralbereiches des in Rede stehenden Gases anspricht, wozu beispielsweise verwiesen wird auf die US-PS 2 681 415, 3 968 369 und 3 970 387. Wie in der US-PS 3 212 211 offenbart, ruft der Energieunterschied Druckänderungen in dem Gas innerhalb des pneumatischen Detektors hervor, die, wenn sie festgestellt und verstärkt werden, eine Information geben hinsichtlich der Zusammensetzung des Fluids in der Prüfzelle.

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Ein pneumatischer Detektor des "LUFT"-Typs ist in der Technik bekannt und er umfaßt ein Kondensatormikrophonsystem zum Feststellen von Druckänderungen in der Gaskammer des pneumatischen Detektors. Das Kondensatormikrophon ist typisch aus einer dünnen bewegbaren Membran aus einer Goldfolie oder einer Aluminiumfolie, welche die erste Platte des Kondensators bildet, und einer zweiten im Abstand dazu liegenden Platte gebildet, die als der Stator des Kondensators dient. Die Membran befindet sich in Verbindung mit der Gaskammer und bewegt sich beim Ansprechen auf Druckänderungen in dieser Kammer. Der Kondensator ist elektrisch polarisiert durch einen Widerstand und eine 'Quelle elektromotorischer Kraft in Reihe zwischen der Membran und dem Stator derart, daß Bewegung der Membran zu einem Signal entsprechend den Kapazitätsänderungen führt. Dieses Signal wird dann verstärkt und an einem Meßgerät dargestellt.

Eine solche Vorrichtung hat sich für eine gewisse Zeit als nützlich erwiesen, sie ist jedoch begrenzt hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit als Folge von elektrischem Geräusch, welches in dem System vorhanden ist wegen des Vorhandenseins des Widerstandes und der Quelle elektromotorischer Kraft, die das Kondensatormikrophon polarisiert. Wenn der Widerstand in dem System sich erhöht, verstärkt sich auch das Geräusch in dem System. In gleicher Weise verstärkt sich das Geräusch, wenn die Temperatur des Widerstandes steigt. Demgemäß ist das Problem besonders lästig, weil der Geräuschpegel (und daher die Empfindlichkeit des pneumatischen Detektors) sich mit der Temperatur ändert. Es würde erwünscht sein, einen pneumatischen Detektor zur Verwendung in einem Infrarotanalysator zu haben, der das Geräusch in dem System minimieren würde und dessen Empfindlichkeit sich mit Temperaturänderungen nicht ändert.

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Übliche Infrarotanalysatoren sind auch weniger zuverlässig, weil sie eine Bezugszelle verwenden, die hermetisch abgeschlossen ist und ein ausgewähltes Bezugsgas enthält. Einem solchen System ist die Wahrscheinlichkeit eigen, daß der Abschluß der Bezugszelle unvollkommen wird oder während des Betriebes beschädigt wird und das Bezugsgas eine sich ändernde Zusammensetzung hat. In diesem Fall würde die Genauigkeit des Infrarotanalysators gefährdet sein. Es würde daher erwünscht sein, einen Doppelstrahl-Infrarotanalysator zu haben, bei welchem es sicherer ist, daß die Bezugszelle mit Bezug auf die durch sie hindurchgehende Infrarotstrahlung konstant bleibt.

Schließlich ist festgestellt worden, daß übliche Infrarotanalysatoren begrenzt sein können durch einen Mangel an Temperatursteuerung sowohl der Quelle der Infrarotstrahlung als auch des Probenfluids welches analysiert werden soll. Es ist festgestellt worden, daß übliche Quellen für Infrarotstrahlung ihren Ausgang in Relation zu ihrer Temperatur ändern derart, daß viele Stunden vergehen können von dem Zeitpunkt der anfänglichen Aktivierung bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem ein stationärer Ausgang erzielt ist. Diese Instabilität ist von besonderer Bedeutung bei Einzelstrahl-Infrarotanalysatoren, in denen eine Bezugszelle nicht verwendet wird. Zusätzlich ist Kondensation des Probenfluids ein Problem bei üblichen Infrarotanalysatoren, welches durch die Verwendung von Mitteln für richtige Temperatursteuerung minimiert werden könnte.

Es würde daher erwünscht sein, einen Infrarotanalysator zu haben, der nicht mit der Temperatur zusammenhängenden Instabilitäten unterworfen wäre und der demgemäß kurz nach der Aktivierung zuverlässige Ergebnisse liefern würde. Es wäre

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gleichfalls erwünscht/ einen Infrarotanalysator zu haben, der mit Mitteln versehen ist, um zu gewährleisten, daß das Probenfluid nicht das Bestreben hat, in der Prüfzelle zu kondensieren.

Die vorliegende Erfindung schafft einen verbesserten Infrarotanalysator für ein Fluid, der einen pneumatischen Detektor umfaßt, welcher den Geräuschabstand bzw. das Stor/Nutzverhältnis und die Empfindlichkeit des Systems wesentlich verbessert durch Polarisieren des kapazitiven Elementes des Analysators durch Verwendung von Elektretmaterialien. Auf diese Weise können der bekannte Widerstand und die Quelle elektromotorischer Kraft beseitigt werden, wodurch die Schaltung des Detektors vereinfacht wird, während die Geräuschpegel verringert und die Temperaturabhängigkeit des Systems beseitigt werden, so daß die Stabilität verbessert ist.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin verbesserte Stabilität für den Infrarotanalysator durch Vorsehen eines neuartigen Temperatursteuersystems, welches die Temperatur der Quelle der Infrarotstrahlung und der Prüfzelle auf einer vorgewählten stationären Betriebstemperatur hält und dadurch Änderungen der Ausgangswerte der Quelle der Infrarotstrahlung und unerwünschte Kondensation in der Prüfzelle minimiert.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine neue Ausführung einer Bezugszelle aus massivem Material bei der Doppelstrahl-Ausführungsform des Analysators. Als Folge dieses Fortschritts bzw. dieser Weiterbildung wird die Bezugszelle optisch konstant gehalten, was im Gegensatz steht zu früheren gasgefüllten Bezugszellen, die empfänglich sind für ein Auslecken und einer entsprechenden Änderung der optischen Eigenschaft.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines bekannten Infrarotanalysators für Fluide, wobei diese Ansicht vorgesehen ist für Zwecke der Erläuterung der Erfindung.

Figur 2 ist eine schematische Ansicht eines Doppelstrahl-Infrarotanalysators für Fluide gemäß.der Erfindung.

Figuren 2a - d zeigen Einzelheiten einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform des Analysators gemäß Figur 2.

Figur 3 ist eine schematische Ansicht eines Einstrahl-Infrarotanalysators für Fluide gemäß der Erfindung.

Figuren 3a und b zeigen Einzelheiten einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform des Analysators gemäß Figur 3.

In Figur 1 ist für Zwecke des Verständnisses der vorliegenden Erfindung ein üblicher bekannter Infrarotanalysator 10 für Fluide schematisch dargestellt. Der bekannte Analysator 10 umfaßt eine Quelle 12 für Infrarotstrahlung, einen optischen Sammel- und Richtteil 14, der einen im wesentlichen ausgeblendeten oder begrenzten Strahl 16 der Infrarotstrahlung erzeugt, eine Bezugszelle 18, die ein ausgewähltes Fluid 20 enthält, eine Prüfzelle 22, in welche und aus welcher das zu analysierende Fluid 24 geführt wird, einen mechanischen Unterbrecher 26 mit Fenstern 28 und 30, einen Motor 32 zum Drehen des Unterbrechers 2 6 mit einer ausgewählten Frequenz, einen pneumatischen Detektor 34, einen Verstärker 50 und ein Darstellmeßgerät 52. Der pneumatische Detektor 34 umfaßt einen Raum 36, der aus einem transparenten Vorderfenster 38, einem

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Gehäuse 40 und einer bewegbaren Membran 42 gebildet ist. Ein Statorteil 44 ist parallel zu und neben der Membran 42 angeordnet und er ist mit Bezug auf die Membran elektrisch polarisiert durch eine Quelle 46 elektrischer Energie und ein Widerstandselement 48.

Im Betrieb wirkt der bekannte Analysator 10 allgemein dahingehend, das Vorhandensein und die relativen Mengen von teilchenförmigen! Material in der zu analysierenden Fluidprobe festzustellen, und zwar durch Analyse der Absorption durch die Probe von charakteristischen Wellenlängenlinien innerhalb des Infrarotspektrums. Theoretisch sendet die Quelle 12 einen konstanten Strahl der Infrarotstrahlung in die Prüfzelle 22 und in die Bezugszelle 18. Die Fluidprobe 24 in der Prüfzelle 22 absorbiert charakteristische Wellenlängen des Infrarotspektrums, die in der Bezugszelle 18 nicht absorbiert werden. Der Unterbrecher 26 dreht sich mit konstanter ausgewählter Frequenz derart, daß die Fenster 28 und 30 es ermöglichen, daß abwechselnde Impulse von der Bezugszelle 18 bzw. der Prüfzelle 22 durch sie hindurchgehen.

Der pneumatische Detektor 34 empfängt die alternierenden Impulse und stellt den Unterschied des Pegels der Infrarotsignale fest über die Wirkung der Infrarotsignale auf den Druck des Gases in dem Raum 36. Das Gas in dem Raum 36 ist derart ausgewählt, daß es ein Druckansprechen auf die in der Prüfzelle 22 absorbierten charakteristischen Wellenlängen hat derart, daß Druckänderungen im Raum 36 bei der Frequenz auftreten, mit welcher der Unterbrecher 26 betrieben wird. Diese Druckänderungen werden durch das kapazitive Element, welches durch die Membran 42 und den Statorteil 44 gebildet ist, zu einem entsprechenden elektrischen Signal umgewandelt, und die Membran 42 und der Statorteil 44 sind durch die elektrische Quelle 46 und den Widerstand 48 polarisert. Wenn die Membran

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sich beim Ansprechen auf Druckänderungen im Raum 36 bewegt, wird ein elektrisches Signal erzeugt entsprechend den Kapazität sänderungen zwischen der Membran 42 und dem Stator 44. Das elektrische Signal wird durch den Verstärker 50 verstärkt und zweckmäßig durch das Meßgerät 52 dargestellt.

Eine solche Vorrichtung ist für viele Anwendungen zufriedenstellend, jedoch sind ihr Beschränkungen eigen hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit oder ihres Geräuschabstandes als Folge des Vorhandenseins der elektrischen Quelle 46 und des Widerstandes 48. Die Geräuschverringerung, die erhalten werden würde, wenn diese mitwirkenden Komponenten beseitigt würden, ist durch die nachstehende Gleichung definiert:

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E = 4RKT-Af, worin

R = der Wert des Widerstandes 48,

K = Die Boltzmann'sche Konstante (1,38 χ 10²³ Joule/°K), T = Grad Kelvin,
^f= die Bandbreite des elektrischen Systems in Hertz,

und
E = die effektive Geräuschspannung sind.

Demgemäß steht das durch den Widerstand 48 eingeführte Geräusch in direkter Beziehung zu dem Wert des Widerstandes < 48, der bei Systemen oder Vorrichtungen der in Figur 1 gezeigten Art gewöhnlich in der Größenordnung von etwa 10.000 Megohm liegt. Von weiterer Bedeutung ist das Verhältnis zwischen der Temperatur des Widerstandes 48 und dem in das System eingeführten Geräusch. Wenn die Temperatur steigt, verstärkt sich das Geräusch. Demgemäß ist das Geräusch in dem System während des Betriebes einer Änderung unterworfen, wodurch die Stabilität des Analysators nachteilig beeinflußt wird.

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In Figur 2 ist ein Infrarotanalysator 100 für Fluide gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Der Analysator 100 arbeitet in im wesentlichen ähnlicher Weise wie der Analysator 10, jedoch enthält er eine Anzahl bedeutender Verbesserungen.

Anfänglich ist festzustellen, daß für das Polarisieren der Membran 142 und des Stators 144 die elektrische Quelle 46 und der Widerstand 48 beseitigt sind. Hierdurch ist sämtliches elektrisches Geräusch beseitigt, welches durch entsprechende bekannte Elemente in das System eingeführt wird, so daß ein Analysator 100 erhalten ist, der einen beträchtlich verbesserten Geräuschabstand bzw. ein beträchtlich verbessertes Stör/ Nutzverhältnis hat, wodurch eine größere Empfindlichkeit der Analyse und eine entsprechende Fähigkeit ermöglicht sind, geringere oder kleinere Spuren eines ausgewählten Materiales in den Fluidproben zu identifizieren.

Bei der Erfindung ist eine im wesentlichen geräuschfreie Polarisierung der Membran 142 und des Stators 144 dadurch geschaffen, daß wenigstens ein Teil der Membran 142 und/oder des Stators 144 aus einem Elektretmaterial gebildet ist. Als "Elektref-Material ist hier ein dielektrisches Material zu verstehen, welches eine gespeicherte elektrostatische Ladung im wesentlichen konstant und dauernd beibehält, wenn es bei Temperaturen unterhalb seiner Curie-Temperatur verwendet -wird. Bei einer erfolgreichen Ausführungsform der Erfindung ist die Membran 142 vollständig aus einem Elektretmaterial gebildet,

—9 2 welches eine elektrostatische Ladung von 3-10 coul/cm

trägt. Es ist gefunden worden, daß im Handel verfügbare Elektretmikrophone der Firma MURA Corp. of Westbury, New York 11590, die für Anwendungen in der Tonindustrie verkauft werden, in einem Infrarotanalysator für Fluide gemäß der Erfindung zufriedenstellend arbeiten. Vorzugsweise wird ein nichtgespanntes (nontensioned) Elektretmikrophon verwendet, wenn verringerte

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Temperaturkoeffizienten erwünscht sind, beispielsweise eine Vorrichtung Knowles Electronic, Inc. Model BT 1759. EIk Grove Village, Illinois. Für weitere Information wir hier verwiesen auf "A Subminiature Electret Condenser Microphone of New Design, Journal of The Audio Engineering Society, Vol. 22, p. 237 (1974)" und "A Subminiature Condenser Microphone, The Hearing Dealer, April (1973)".

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Figur 2 ist festzustellen, daß der Analysator 100 gegenüber dem Analysator 10 beträchtlich verfeinert oder verbessert ist durch die Schaffung einer Temperatursteuerkammer 102, die um die Strahlungsquelle 112 und den optischen Teil 114 herum angeorndet ist. In Kooperation mit der Temperatursteuerkammer 102 ist eine proportionale Temperatursteuereinrichtung 104 vorgesehen, die einen linearen Temperaturfühler 106 aufweist, der mit einem proportionalen Temperaturregler 108 verbunden ist, der die Energie eines Widerstandsheizelementes 110 in der Kammer 102 steuert bzw. regelt.

Im Betrieb soll die Temperatursteuereinrichtung 104 die Temperatur in der Kammer 102 verhältnismäßig schnell auf eine vorgewählte stationäre Betriebstemperatur bringen und danach diese Betriebstemperatur aufrechterhalten, und zwar unabhängig von der Periode des Betriebes während mehrerer Stunden nach dem anfänglichen Aktivieren der Strahlungsquelle 12. Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist jede dieser Beschränkungen der bekannten Vorrichtungen im wesentlichen beseitigt.

Vorzugsweise wird das Widerstandsheizelement 110 gleichzeitig mit dem anfänglichen Aktivieren der Strahlungsquelle 112 aktiviert, um die Vorrichtung in einer relativ kurzen Zeitperiode auf die vorgewählte Betriebstemperatur zu bringen.

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Danach arbeiten der Temperaturfühler 106 und der Regler 108 zusammen, um die Betriebstemperatur in der Kammer 102 konstant zu halten.

unter weiterer Bezugnahme auf Figur 2 ist zu bemerken, daß die Prüfzelle 122 unmittelbar neben dem Austrittsende der Kammer 102 angeordnet ist, was im Gegensatz zu der bekannten Ausführung gemäß Figur 1 steht, bei welcher die Prüfzelle in einem Abstand von der Kammer angeordnet ist. Die Gestaltung gemäß Figur 2 ist in Verbindung mit'·, der Tempera tür Steuer einrichtung 104 gemäß vorstehender Beschreibung geschaffen, um zu gewährleisten, daß während des Betriebes des Analysators 100 die Temperatur in der Prüfzelle 122 oberhalb des Wertes gehalten wird, bei welchem Kondensation von Gasen in der Zelle 122 auftreten würde, beispielsweise oberhalb 100⁰C. Durch Aufrechterhalten einer genauen Steuerung oder Regelung der Temperatur der Kammer 102 und durch Anordnen der Bezugszelle 118 unmittelbar neben der Kammer 102, wird durch die Erfindung auch die Temperatur der Fluidprobe 124 wirksam gesteuert oder geregelt und im wesentlichen konstant gehalten, wodurch irgendwelche Instabilitäten beseitigt sind, die sonst durch Temperaturänderungen der Fluidprobe eingeführt werden könnten.

Unter weiterer Bezugnahme auf Figur 2 ist festzustellen, daß die Bezugszelle 18 gemäß Figur 1 bei der Vorrichtung gemäß Figur 2 durch eine verbesserte Bezugszelle 118 ersetzt ist. Die bekannte Bezugszelle 18 enthält typisch ein Gas in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer, und sie dient dem Zweck, eine optisch bekannte Konstante darzustellen, durch welche hindurch der ausgeblendete oder begrenzte Strahl 16 hindurchgeht. In der Praxis ist jedoch gefunden worden, daß die Bezugszelle 18 für ein Auslecken empfänglich ist, wodurch in das optische System eine Unbekannte eingeführt und die Zuverlässigkeit des Gerätes nachteilig beeinflußt wurde. Gemäß der Er-

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findung ist die Bezugszelle 118 aus einem ausgewählten massiven Material gebildet, wodurch gewährleistet ist, daß innerhalb des Systems eine echte optische Konstante vorhanden ist. Vorzugsweise ist das massive Material als ein Material ausgewählt, welches die charakteristischen Infrarotwellenlängen nicht absorbiert, deren Absorption durch die Fluidprobe erwartet wird. Materialien wie Calciumfluorid, Bariumfluorid, Steinsalz, Quarz und andere Materialien können für diese Anwendung als nützlich angesehen werden.

Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines Infrarotanar lysators gemäß der Erfindung ist in den Figuren 2a bis 2d dargestellt, in denen ähnliche Bezugsz:eichen für ähnliche Bauteile der Ausführungsform gemäß Figur 2 verwendet sind.

Insbesondere ist eine. Kammer 102' vorgesehen mit einer Temperatursteuereinrichtung „.104 ', die ein Widerstandsheizelement 110' aufweist. Eine Strahlungsquelle .1.1-2' liefert einen ausgeblendeten oder begrenzten Strahl (collimated beam) über einen optischen Richtteil 114' in die Prüfkammer. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Bezugszelle 118' aus einem massiven Material (siehe Figuren 2c und 2d), und die Prüfzelle 122' weist ein abgedichtetes Fenster, eine Gaseintrittsöffnung und eine Gausaustrittsöffnung auf.

Ein Unterbrecher 126' umfaßt eine erste öffnung 128' und eine zweite öffnung 130', um den Durchgang von Strahlung von der Prüfzelle 121" bzw. von der Bezugszelle 118' zu ermöglichen. Ein elektrostatisches Mikrophon 142' befindet sich in Druckverbindung mit dem Gas in dem Raum 136'. Elektrische Verstärkung der Signale von dem Mikrophon 142' erfolgt mittels eines Verstärkerstromkreises 150', der seinerseits über Leiter 151' mit einem nicht dargestellten Meßgerät verbunden ist.

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In Figur 3 ist ein Einstrahl-Infrarotanalysator 200 für Fluide dargestellt, der Merkmale der Erfindung aufweist. Der Analysator 200 umfaßt viele der Elemente, die zuvor in Verbindung mit dem Doppelstrahl-Analysator 100 beschrieben worden sind, mit der beachtenswerten Ausnahme, daß beim Betrieb des Analysators 200 eine Bezugszelle nicht verwendet wird. Als Ergebnis empfängt der pneumatische Detektor 234 intermittierende Impulse der Infrarotstrahlung von der Prüfzelle 222, die Druckänderungen in dem Raum 236 hervorrufen. Durch eine zweckentsprechende elektronische Schaltung und durch bekannte Eichungstechniken wird das elektrische Signal von dem pneumatischen Detektor verstärkt und ausgewertet, um die Zusammensetzung der Fluidprobe 224 zu bestimmten. Es ist jedoch zu bemerken, daß ein Einstrahl-Analysator gegenüber Änderungen des Ausganges seiner Strahlungsquelle besonders empfindlich sein würde, die als Ergebnis von Temperaturänderungen auftreten würden. Demgemäß ist es von zusätzlicher Bedeutung, daß der Analysator 200 eine Temperatursteuerkammer 202, einen Temperaturfühler 206, einen Temperaturregler 208 und ein Widerstandsheizelement 210 aufweist, um eine konstante (und schnell erreichbare) vorgewählte Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten.

Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des Einstrahl-Analysators gemäß Figur 3 ist insbesondere in den Figuren 3a und 3b dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie in Figur 3 bezeichnen. Der Analysator 200' ist hinsichtlich seines Aufbaus dem Analysator 100' gemäß den Figuren 2a bis 2d ähnlich. Jedoch verwendet der Unterbrecher 226' nur ein Fenster 230', und die Prüfzelle 222', welche die Fluidprobe 224' enthält, ist eine leckdichte Kammer ohne eine Bezugszelle.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.

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Es ist zu verstehen, daß der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Strahl" oder "Infrarotstrahl" auch ein entsprechendes Strahlenbündel umfaßt.

Claims

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER 3520408

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

A 46 613 u : Anmelder: MINE SAFETY APPLIANCES COMPANY

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United States of America

Patentansprüche:

1. Infrarotanalysator für Fluide, mit

a) einer Quelle (112) zum Erzeugen eines Infrarotstrahles,

b) einer Prüfzelle (122), in welcher zu analysierendes Fluid enthalten ist und welche in dem Infrarotstrahl angeordnet ist,

c) einer pneumatischen Detektoreinrichtung (134), die.so angeordnet ist, daß sie Infrarotstrahlung nach deren Durchgang durch die Prüfzelle empfängt und die

i) eine Fluidkammer (36),. in der ein auf Änderungen der Infrarotstrahlung ansprechendes Fluid enthalten ist,

ii) eine Membran (142) in Verbindung mit dem genannten Fluid, die sich beim Ansprechen auf das Fluid bewegt, und

iii) eine Statoreinrichtung (144) aufweist, und mit

d) einer Einrichtung (126), die den Strahl vor dem Erreichen der pneumatischen Detektoreinrichtung unterbricht,

gekennzeichnet durch eine Elektret-Polarisierungseinrichtung.

2. Infrarotanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektret-Polarisierungseinrichtung ein Teil der Membran (142) oder der Statoreinrichtung (144) ist.

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3. Infrarotanalysator nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Bezugszelle (118), die zwischen der Infrarotstrahlungsquelle (112) und der Detektoreinrichtung (134) angeordnet und mit der Einrichtung (126) zum Unterbrechen des Infrarotstrahles derart ausgerichtet ist, daß abwechselnd Infrarotstrahlen von der Prüfzelle (122) und der Bezugszelle zu der Detektoreinrichtung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugszelle (118) aus massivem Material gebildet ist, welches diejenige Infrarotstrahlung im wesentlichen nicht absorbiert, die häufig von dem Fluid (124) in der Prüfzelle (122) absorbiert wird.

4. Infrarotanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Temperatursteuerkammer (102), in welcher die Strahlungsquelle (112) angeordnet ist und welche eine Einrichtung (106) zum Feststellen der Temperatur in der Kammer, eine Heizeinrichtung (110) und eine Einrichtung (108) aufweist, die auf die Temperaturfeststelleinrichtung anspricht, um die Heizeinrichtung zu steuern oder zu regeln, um eine vorgewählte Betriebstemperatur in der Kammer aufrechtzuerhalten .

5. Infrarotanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfzelle (122) neben der Strahlungsquelle (112) angeordnet ist, um das in ihr enthaltene Fluid (124) während des Betriebes des Analysators (100) auf einer Temperatur oberhalb seines Kondensationspunktes zu halten.

6. Infrarotanalysator nach einem der Ansprüche 3 bis, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugszelle (118) aus einem nicht absorbierenden Material gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Calciumfluorid, Bariumfluorid, Steinsalz und Quarz umfaßt.

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7. Infrarotanalysator für Fluide, mit einer Infrarotstrahlungsquelle (112), einer Prüfzelle (122), in welcher zu analysierendes Fluid enthalten ist, einer Einrichtung (114) zum Richten eines Infrarotstrahles von der Strahlungsquelle durch die Prüf zelle, einer pneumatischen Detektoreinrichtung (134), die so angeordnet ist, daß sie den Infrarotstrahl nach dessen Durchgang durch die Prüfzelle empfängt, und mit einer Einrichtung (126) zum Unterbrechen des von der Prüfzelle kommenden Infrarotstrahles vor dem Erreichen der pneumatischen Detektoreinrichtung, wobei die pneumatische Detektoreinrichtung eine Fluidkammer (136), in welcher ein Fluid enthalten ist, welches auf Änderungen der in die Fluidkammer einfallenden Infrarotstrahlung durch Druckänderungen anspricht, einen Membranteil (142) in Verbindung mit dem genannten Fluid, der sich beim Ansprechen auf Druckänderungen des Fluids bewegt, eine Statoreinrichtung (144), die im Abstand von dem Membranteil angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden ist, und eine Einrichtung aufweist, um den Membranteil und die Statoreinrichtung elektrisch zu polarisieren, um zwischen ihnen eine Kapazität zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisierungseinrichtung ein Elektretmaterial aufweist, welches wenigstens einen Teil des Membranteiles (142) oder der Statoreinrichtung (144) bildet und eine im wesentlichen konstante elektrostatische Ladung trägt, wodurch Bewegung des Membranteiles ein elektrisches Signal entsprechend den Kapazitätsänderungen zwischen dem Membranteil und der Statoreinrichtung erzeugt, und wodurch elektrisches Geräusch als Folge von Widerstandselementen in dem Infrarotanalysator für Fluide minimiert ist.

8. Infrarotanalysator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (150), um das elektrische Signal elektrisch zu verstärken, und durch eine Anzeigeeinrichtung

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(152), um das verstärkte elektrische Signal darzustellen.

9. Infrarotanalysator nach Anspruch 8, wobei zwischen der Strahlungsquelle (112) und der pneumatischen Detektoreinrichtung (134) eine Bezugszelle (118) angeordnet ist, die mit der Richteinrichtung (114) und der Unterbrechungseinrichtung (126) derart zusammenarbeitet, daß der Infrarotstrahl abwechselnd von der Prüfzelle und der Bezugszelle zu der pneumatischen Detektoreinrichtung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugszelle (118) aus einem ausgewählten massiven Material besteht, welches Infrarotstrahlung einer Frequenz im wesentlichen nicht absorbiert, die von dem zu analysierenden Fluid charakteristisch absorbiert wird.

10. Infrarotanalysator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte massive Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die calciumfluorid, Bariumfluorid, Steinsalz oder Quarz umfaßt.

11. Infrarotanalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Temperatursteuerkammer (102), in welcher die Infrarotstrahlungsquelle (112) angeordnet ist und welche eine Einrichtung (106) zum Feststellen der Temperatur in der Kammer, eine Heizeinrichtung (110) und eine Einrichtung (108) aufweist, die auf die Feststelleinrichtung anspricht, um die Heizeinrichtung zu steuern oder zu regeln, um einen vorgewählten Betriebstemperaturzustand in der Kammer aufrecht zu erhalten, um die Stabilität des Infrarotanalysators (100) zu verbessern.

12. Infrarotanalysator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (110) von der Steuer- oder Regel-

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einrichtung (108) im wesentlichen gleichzeitig mit dem anfänglichen Aktivieren der Infrarotstrahlungsquelle (112) betätigt wird, um den vorgewählten Betriebstemperaturzustand in einer verkürzten Zeitperiode zu erreichen.

13. Infrarotanalysator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfzelle (122) neben der Infrarotstrahlungsquelle (112) ausreichend nahe angeordnet ist, um das zu analysierende Fluid (124) während des Betriebes des Infrarotanalysator (100) auf einer Temperatur oberhalb seines Kondensationspunktes zu halten.

14. Infrarotanalysator für Fluide, mit einer Infrarotstrahlungsquelle (112), einer Prüfzelle (122), in welcher ein zu analysierendes Fluid (124) enthalten ist, einer Einrichtung (114) zum Richten eines Infrarotstrahles von der Strahlungsquelle durch die Prüfzelle, und mit einer Detektoreinrichtung (134) zum Empfangen des Infrarotstrahles oder Infrarotstrahlenbündels nach dem Durchgang durch die Prüfzelle, gekennzeichnet durch eine Temperatursteuerkammer (102), in welcher die Infrarotstrahlungsquelle (112) angeordnet ist und welche eine Einrichtung (106) zum Feststellen der Temperatur in der Kammer, eine Heizeinrichtung (110) und eine Einrichtung (108) aufweist, die auf die Feststelleinrichtung anspricht, um die Heizeinrichtung zu steuern oder zu regeln, um einen vorgewählten Betriebstemperaturzustand in der Kammer aufrecht zu erhalten, um die Stabilität des Infrarotanalysator (100) zu verbessern.

15. Infrarotanalysator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (110) von der Steuer- oder Regeleinrichtung (108) im wesentlichen gleichzeitig mit dem anfänglichen Aktivieren der Infrarotstrahlungsquelle (112) betätigt v/ird, um den vorgewählten Betriebstemperaturzustand in einer verkürzten Zeitperiode zu erreichen.