DE3638787A1

DE3638787A1 - Mehrkanaliges gasanalysegeraet mit mindestens zwei gaskuevetten und mit lichtquellen

Info

Publication number: DE3638787A1
Application number: DE19863638787
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Phys Modlinski; Gerhard Dipl Phys Wiegleb
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Emerson Process Management GmbH and Co oHG
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1988-05-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasanalysegerät nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.

Auf zahlreichen Gebieten der Technik besteht die Aufgabe, daß Vorhanden sein und/oder die Konzentration eines oder mehrerer Gase festzustellen. Beispielsweise ist es oft erwünscht, den CO-Gehalt in den Abgasen von Kraftfahrzeugen zu ermitteln. Das Vorhandensein bzw. die Konzentration können durch seit langem bekannte chemische Analyseverfahren fest gestellt werden, die jedoch für die meisten Anwendungsfälle zu zeitauf wendig sind. In der Praxis werden deshalb häufig optische Gasanalsysatoren verwendet, die auf dem Lambert'schen Extinktionsgesetzt beruhen.

Es sind bereits Gasanalysegeräte vorgeschlagen worden, die zwei Meßkanäle aufweisen, wobei sich in jedem Meßkanal eine Analyseküvette befindet (DE-OS 35 44 015). Vor jeder Analyseküvette sind hierbei zweigeteilte Interferenzfilter vorgesehen, vor denen sich eine Zerhackerscheibe dreht, die das Licht einer Strahlungsquelle einmal auf den einen Teil und einmal auf den anderen Teil der Interferenzfilter freigibt. Da die Zerhackerschei be zwischen der Lichtfreigabe und der Lichtsperrung eine scharfe Kante aufweist, entstehen harte Hell-Dunkel-Übergänge, die am Ausgang der Analyseküvetten, wo die optischen Signale in elektrische Signale umgewan delt werden, Signale mit Zacken von großer Amplitude bewirken. Diese "peakartigen" Störungen, die auf einer unterschiedlichen Licht-Intensitäts verteilung in der Übergangspase der Zerhackerscheibe beruhen, begren zen den Aussteuerungsbereich, d. h. die Meßbereichsdynamik, der nach geschalteten Signalverarbeitungseinrichtung.

Es ist weiterhin ein Blendenrad für einen nichtdispersiven Infrarot-Gas analysator mit wechselphasiger Modulation bekannt, das bei Rotation die von einem Strahler ausgehende Strahlung derart unterbricht, daß die Em pfängervorrichtung ein zeitlich konstantes Ausgangssignal liefert (DE-PS 26 08 912). Nachteilig ist dieses Blendenrad jedoch dann, wenn eine zwei kanalige Auswertung vorgenommen werden soll, weil die jeweiligen Inter ferenzfilter ein unterschiedliches Transmissionsverhalten haben. Wollte man diese unterschiedlichen Transmissionsgrade auch noch durch eine ent sprechende Gestaltung des Blendenrades berücksichtigen, so ergäbe sich ein unsymmetrisches Blendenrad, das bei der Drehung zu Unwuchten führen würde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in einer zweikanaligen Vorrichtung während des Hell-Dunkel-Übergangs bzw. während des Dunkel- Hell-Übergangs eine bessere Aufteilung der Lichtintensitätsverteilung zu erhalten.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Dynamikbereich der nachfolgenden Elektronikschaltung erheblich erweitert werden kann.

Auch wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Durch das Zusammen wirken zwischen Zerhackerscheibe und Blenden wird die Bedingung erfüllt, daß die zunehmende Strahlungsmenge stets gleich der abnehmenden Strah lungsmenge im Übergangsbereich ist. Mit Hilfe der Erfindung ist es im Prinzip möglich, bei Verwendung von nur einer Zerhackerscheibe mehr als zwei Gas-Küvetten vorzusehen, die beispielsweise auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind. Für jede Küvette kann eine eigene Blende vorge sehen werden, deren Öffnung an dem Transmissionsgrad des nachfolgenden Filters angepaßt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines an sich bekannten Gasanalysegeräts mit einem ersten und einem zweiten Meßkanal;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Zerhackerscheibe;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Blende;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Zerhackerscheibe mit zwei zugeordneten erfindungsgemäßen Blenden.

In der Fig. 1 ist das Prinzip einer an sich bekannten Anordnung eines Gas analysegeräts 1 in der Draufsicht dargestellt, das zwei Meßkanäle enthält. In dem oberen Meßkanal ist eine erste Analysenküvette 2 vorgesehen, wäh rend der untere Meßkanal eine zweite Analysenküvette 3 aufweist. Die Analysenküvetten besitzen jeweils einen Gaseinlaß 4, 5 und einen Gasauslaß 6, 7 für ein zu analysierendes Gas bzw. Vergleichsgas. An beiden Enden der Küvetten 2, 3 sind IR-durchlässige Filter 8, 9 bzw. 10, 11 vorgesehen, wo bei sich an die hinteren IR-durchlässigen Filter 9, 11 Filterküvetten 12, 13 anschließen, die mit jeweils einem IR-Detektor 14, 15 abschließen. Die Ausgangssignale der IR-Detektoren werden durch Vorverstärker 16, 17 ver stärkt und auf eine Mikroprozessor-Elektronik 18 gegeben, die mit Digital anzeigen 19, 20 verbunden sind.

Vor den vorderen IR-durchlässigen Filtern 8, 10 befinden sich ein Interferenz- Filter 21 für den ersten Meßkanal bzw. ein Interferenz-Filter 22 für den zweiten Meßkanal. Mit 23 und 24 sind Referenz-Filter bezeichnet, die sich neben den Interferenz-Filtern 21, 22 befinden. Vor den parallel angeord neten Filtern 21, 23 bzw. 22, 24 befinden sich Filterblenden 25, 26 die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind. Diesen Filterblenden 25, 26 ist eine gemeinsame Chopper- oder Zerhackerscheibe 27 vorgeschaltet, die von einem Motor 28 angetrieben wird. Hinter der Zerhackerscheibe sind zwei IR-Strahlen 29, 30 angeordnet, deren Licht durch die Zerhackerscheibe 27 zerhackt wird und über die Filterblenden 25, 26 auf die Interferenzfil ter 21, 22 bzw. auf die Referenz-Filter 23, 24 gelangt.

Zerhackerscheiben sind in vielfältiger Form bekannt (DE-PS 26 14 181, Fig. 3, DE-OS 24 20 578, Fig. 4, 5).

Die erfindungsgemäße Zerhackerscheibe entspricht im wesentlichen der Zerhackerscheibe gemäß Fig. 3 der Patentanmeldung P 33 44 015.5.

In der Fig. 2 ist diese Zerhackerscheibe 27 noch einmal in der Drauf sicht dargestellt. Diese Zerhackerscheibe weist zwei äußere und zwei innere Aussparungen 31, 32 bzw. 33, 34 auf. Die äußeren Aussparungen 31, 32 sind den Interferenzfiltern 21, 24 zugeordnet, während die inneren Aussparungen 33, 34 den Interferenzfiltern 22, 23 zugeordnet sind. Man erkennt hieraus, daß die benachbarten Filter 21, 23 bzw. 22, 24 bei Umläufen der Zerhacker scheibe 27 zeitlich nacheinander mit Strahlung beaufschlagt werden.

Die äußeren und inneren Aussparungen erstrecken sich jeweils über einen Winkel von 90 Grad, gemessen vom Zentrum 35 der Zerhackerscheibe 27 aus. Die geraden Flanken des Zerhackerelements sind mit 50-57 bezeich net.

In der Fig. 3 ist eine der beiden Filterblenden 25, 26 in einem gegenüber der Fig. 2 vergrößertem Maßstab dargestellt, beispielsweise die Filter blende 25. Diese Filterblende 25 besitzt einen äußeren Rahmen 36, der einen inneren Träger 37 aufweist. In dem Rahmen 36 sind zwei Bohrungen 38, 39 vorgesehen, die zur Befestigung des Rahmens mittels Schrauben oder dergleichen dienen. Der innere Träger 37 weist zwei Aussparungen 40, 41 mit besonderen Konturen auf. Bei beiden Aussparungen 40, 41 können vier Seiten unterschieden werden, von denen jeweils eine Seite gerade ist und drei gekrümmt sind. Die beiden geraden Seiten 42, 43 sind im Zentrum der Filterblende 25 angeordnet und gleich lang. Hierbei liegt der geraden Seite 42 eine relativ große und nach außen gekrümmte Seite 44 gegenüber, die den Krümmungsradius R ₁ besitzt,während der geraden Seite 43 eine relativ kleine und ebenfalls nach außen gekrümmte Seite 45 mit dem Krümmungsradius R ₂ gegenüberliegt.

Die relativ kleinen Außenseiten 46, 47 der Aussparung 40 sind spiegel symmetrisch angeordnet und nach außen gekrümmt; sie haben den Krümmungsradius R ₃. Die Aussparung 41 besitzt relativ große Außenseiten 48, 49, die nach innen gekrümmt sind und den Krümmungsradius R ₄ be sitzen.

In der Fig. 4 ist das Zusammenwirken von Zerhackerscheibe und Filter blenden 25, 26 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Man erkennt hierbei, daß die Filterblenden 25, 26 in dem Strahlungsbereich angeordnet sind, der durch die Aussparungen 31, 33 bzw. 32, 34 der Zerhackerscheibe 27 definiert ist. Der Übergang von Strahlung zur Nicht-Strahlung an den Kanten 50, 51 bzw. 52, 53 oder von der Nicht-Strahlung zur Strahlung an den Kanten 54, 55 bzw. 56, 57 der Zerhackerscheibe 27 wird durch die be sondere Formgebung der Konturen der Aussparungen 40, 41 der Blenden 25, 26 eliminiert, so daß am Ausgang der Verstärker 16, 17 keine zackenarti gen Spitzenamplituden mehr auftreten.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels be schrieben, das jedoch abwandelbar ist. Beispielsweise muß nicht für jeden Kanal eine eigene Lichtquelle vorgesehen werden, sondern es genügt, eine einzige Lichtquelle, wenn deren Licht, beispielsweise durch Strahlenteilung, auf die veschiedenen Kanäle aufgeteilt wird. Statt der in der Fig. 4 dar gestellten zwei Kanäle können beispielsweise auch vier Kanäle vorgesehen werden, wobei die Blenden in einem Abstand von 90° auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind.

Claims

1. Mehrkanaliges Gasanalysegerät mit mindestens zwei Gas-Küvetten und mit Lichtquellen, wobei zwischen den Gas-Küvetten und den Lichtquellen eine Zerhackerscheibe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen den Gas-Küvetten (2, 3) und der Zerhackerscheibe (27) jeweils Blen de (25, 26) vorgesehen ist.

2. Gasanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zer hackerscheibe (27) auf einem äußeren Radius lichtdurchlässige Bereiche (31, 32) und lichtsperrende Bereiche (58, 59) aufweist, und daß sie auf einem inneren Radius ebenfalls lichtdurchlässige Bereiche (33, 34) und lichtsperrende Bereiche (60, 61) aufweist, wobei dort, wo die äußeren licht durchlässigen Bereiche (31, 32) enden, die inneren lichtdurchlässigen Be reiche (33, 34) beginnen.

3. Gasanalysegerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerhackerscheibe (27) im Zusammenwirken mit den Blenden (25, 26) bewirkt, daß an den Übergangsstellen (54, 55; 56, 62) zwischen den licht sperrenden und lichtdurchlassenden Bereichen bzw. an den Übergangsstellen zwischen den lichtdurchlassenden und lichtsperrenden Bereichen der Zer hackerscheibe (27) das Licht derart abgesperrt bzw. durchgelassen wird, daß die Summe der Intensität des abgesperrten Lichts und der Intensität des durchgelassenen Lichts bei jeder Stellung der Zerhackerscheibe (27) kon stant ist.

4. Gasanalysegerät nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (25) eine obere Aus sparung (40) und eine untere Aussparung (41) aufweist, wobei die obere Aussparung (40) den lichtdurchlassenden Bereichen (31, 32) und den licht sperrenden Bereichen (58, 59) auf dem äußeren Radius der Zerhackerschei be (27) zugeordnet ist, während die untere Aussparung (41) den licht durchlassenden Bereichen (33, 34) und den lichtsperrenden Bereichen (60, 61) auf dem inneren Radius der Zerhackerscheibe (27) zugeordnet ist.

5. Gasanalysegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Aussparung (40) der Blende (25) eine gerade Grundseite (42), eine dieser Grundseite (42) gegenüberliegende und nach außen gekrümmte Seite (44) sowie zwei spiegelsymmetrische und nach außen gekrümmte Außenseiten (46, 47) aufweist.

6. Gasanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Aussparung (41) der Blende (25) eine gerade Grundseite (43), eine dieser Grundseite (43) gegenüberliegende und nach außen gekrümmte Seite (45) sowie zwei spiegelsymmetrische und nach innen gekrümmte Außenseiten (48, 49) aufweist.

7. Gasanalysegerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Integral der von Zerhacker scheibe (27) und Blende (25) durchgelassenen Lichtintensität über der Zeit auf dem äußeren Radius der Zerhackerscheibe (27) gleich dem entsprechen den Integral auf dem inneren Radius der Zerhackerscheibe (27) ist.

8. Gasanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Zerhackerscheibe (27) zwei Blenden (25, 26) zugeordnet sind.

9. Gasanalysegrät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Blenden (25, 26) so angordnet sind, daß dann, wenn erste Übergangs stellen (50, 56) der Zerhackerscheibe (27) der ersten Blende (25) gegen überliegen, auch die zweiten Übergangsstellen (51, 57) der Zerhacker scheibe (27) der zweiten Blende (26) gegenüberliegen.

10. Gasanalysegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlassenden und lichtsperrenden Bereiche der Zerhackerscheibe (27) abwechselnd und über jeweils 90 Grad angordnet sind.

11. Gasanalysegerät nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Blenden (25, 26) zwei Interferenzfilter (21, 23 bzw.22, 24) nachgeschaltet sind, die sich vor jeweils einer Gas-Küvette (2, 3) befinden.

12. Gasanalysegerät nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (40, 41) der Blenden (25, 26) den Transmissionsgraden den jeweils nachgeschalteten Filtern (21, 23 bzw. 22, 24) angepaßt sind.