DE3700580C2

DE3700580C2 -

Info

Publication number: DE3700580C2
Application number: DE19873700580
Authority: DE
Inventors: Rudolf 6450 Hanau De Schneider
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Emerson Process Management GmbH and Co oHG
Priority date: 1987-01-10
Filing date: 1987-01-10
Publication date: 1990-05-23
Also published as: DE3700580A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterküvette für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasana lysator nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1, wie sie aus der Zeitschrift "Technisches Messen", Jg. 50, Heft 11, 1983, Seiten 423-428, bekannt ist.

Küvetten werden oft in Gasanalysegeräten eingesetzt, die auf dem Licht absorptionsprinzip beruhen. Bei den sogenannten Filterküvetten handelt es sich um Küvetten, die zwischen einem IR-durchlässigen Filter und einem IR-Detektor vorgesehen sind. Diese Küvetten sollten im Idealfall die Form eines parabolischen Konzentrators haben.

Da parabolische Konzentratoren beispielsweise im Fließpreßverfahren nur schwer herstellbar sind, werden die Filterküvetten in der Regel kegel stumpfförmig ausgebildet, was nur eine sehr grobe Annäherung an ein Paraboloid darstellt.

Eine Küvette für Gasanalysegeräte, die durch eine axiale Trennwand in zwei Teilräume unterteilt ist, deren einer für das Meßgas und einen Meß lichtstrahl und deren anderer für ein Referenzmedium und einen Referenz lichtstrahl vorgesehen ist, ist bereits bekannt (DE 30 10 516 A1, DE 33 28 171 A1). Mit Hilfe dieser Küvette ist es indessen nicht möglich, einen angenähert parabolischen Konzentrator zu realisieren.

Es ist weiterhin ein Infrarot-Einstrahlanalysator zur Bestimmung der Kon zentraion eines bestimmten Bestandteils in einem Gasgemisch bekannt, der eine zylindrische Meßzelle aufweist, an die sich ein kegelförmiger Konzentrationstrichter anschließt (DE-AS 17 73 177). Diese Konzentra tionstrichter, der Teil einer Analysenküvette ist, geht stufenlos von einer Eintrittsöffnung in eine Austrittsöffnung über. Hierdurch ist keine optimale Konzentrierung der Strahlung gewährleistet. Außerdem hat der bekannte Konzentrationstrichter einen sehr spitzen Winkel, so daß ein großer Teil der Strahlung in Richtung auf die Strahlungsquelle zurückreflektiert wird.

Eine Filterküvette, bei der sich an ein zylindrisches Teilstück ein kegel förmiges Teilstück anschließt, ist ebenfalls bekannt (DE-Z: Technisches Messen, Jg. 50, H. 11, 1983, S. 423 bis 428, Bild 3). Beide Teilstücke bilden jedoch ein integrales Gesamtstück, das schwer herzustellen ist. Außerdem ist durch die zylindrische Form des einen Teilstücks die An näherung an eine Parabel nicht optimal.

Schließlich ist auch noch ein Gasanalysator bekannt, der einen einstückigen, im Querschnitt parabelförmigen Konzentrator aufweist (JP 60-149 949 A in Patents Abstract of Japan, P-414, 18. Dezember 1985, Vol. 9, Nr. 323, Bezugszahl 7). Die Herstellung eines derartigen Konzentrators ist sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Filterküvette zu schaf fen, mit der es möglich ist, kostengünstig einen angenäherten para bolischen Konzentrator zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch die Aufteilung der Küvette in zwei Hälften unterschiedliche Winkel von kegelstumpfförmigen Teilküvetten herstellbar sind, was eine bessere Annäherung an die Form eines parabolischen Konzentrators ermöglicht. Die beiden Hälften der Küvette können überdies leicht im Fließpreßver fahren hergestellt werden.

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

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Gasanalysegeräts mit zwei Meßkanälen;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines parabolischen Konzentrators;

Fig. 3 einen Schnitt durch die eine Hälfte der Küvette;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Ende der in der Fig. 2 dargestellten Hälfte der Küvette;

Fig. 5 einen Schnitt durch die andere Hälfte der Küvette;

Fig. 6 eine Detaildarstellung aus der anderen Hälfte der Küvette;

Fig. 7 einen Schnitt durch die zusammengesetzte Küvette;

In der Fig. 1 ist das Prinzip einer an sich bekannten Anordnung eines Gas analysegeräts 1 in der Draufsicht dargestellt, das zwei Meßkanäle ent hält. In dem oberen Meßkanal ist eine erste Analysenküvette 2 vorge sehen, während der untere Meßkanal eine zweite Analysenküvette 3 auf weist. Die Analysenküvetten 2, 3 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, wobei 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 Vor verstärker 16, 17 verstärkt und auf eine Mikroprozessor-Elektronik 18 ge geben, die mit Digitalanzeigen 19, 20 verbunden ist.

Vor den vorderen IR-durchlässigen Filtern 8, 10 befinden sich ein Inter ferenz-Filter 21 für den ersten Meßkanal bzw. ein Interferenz-Filter 22 für den zweiten Meßkanal. Mit 23 und 24 sind Referenz-Filter bezeich net, die sich neben den Interferenz-Filtern 21, 22 befinden. Vor den parallel angeordneten Filtern 21, 23 bzw. 22, 24 befinden sich Filterblenden 25, 26, denen eine gemeinsame Chopper- oder Zerhackerscheibe 27 vor geschaltet ist, die von einem Motor 28 angetrieben wird. Auf die Filter blende wird bei vielen Ausführungsformen verzichtet. Hinter der Zer hackerscheibe sind zwei IR-Strahler 29, 30 angeordnet, deren Licht durch die Zerhackerscheibe 27 zerhackt wird und über die Filterblenden 25, 26 auf die Interferenz-Filter 21, 22 bzw. auf die Referenz-Filter 23, 24 ge langt.

Die Filterküvetten 12, 13 sind zweigeteilt, und zwar in einen ersten Teilraum 31 bzw. 32 und in einen zweiten Teilraum 33 bzw. 34. Der zweite Teilraum 31, 32 verjüngt sich, von dem Filter 9, 11 ausgehend, in Richtung auf den ersten Teilraum 33 bzw. 34, während sich der erste Teilraum 33, 34, ausgehend von den zweiten Teilraum 31, 32, in Richtung auf den IR-Detektor 14, 15 verjüngt. Der Grad der Verjüngung ist bei dem zweiten Teilraum 31, 32 kleiner als bei dem ersten Teilraum 33, 34. Mittels der beiden Filterhälften 31, 33 bzw. 32, 34 der Filterküvetten 12, 13 kann die Form eines parabolischen Konzentrators angenähert werden.

In der Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung eines an sich bekannten para bolischen Konzentrators 36 gezeigt. An der Innenwand 37 dieses Konzen trators 36 werden die bei der Eingangsapertur 38 eintretenden Licht strahlen so reflektiert, daß sie alle bei der Ausgangsapertur 39 konzen triert sind. Anhand der zur optischen Achse 40 geneigt einfallenden Strahlen 41, 42, 43 ist dargestellt, wie diese Strahlen im Brennpunkt 44 der Parabolfläche gebündelt bzw. konzentriert werden. Der Sinus des Winkels entspricht dem Quotienten aus der Größe b der Ausgangsapertur 39 und der Größe a der Eingangsapertur 38.

Die Brennweite f des Konzentrators 36 wird durch die Länge L und den Winkel R über die Gleichung f = L sin² R/cos R bestimmt.

Da ein solcher Konzentrator 36 nur sehr schwer herstellbar ist, wird in der Praxis eine einfache herzustellende, kegelstumpfförmige Annäherung an den Konzentrator 36 verwendet.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den ersten, näher beim IR-Detektor gelegenen Teilraum 33 der Filterküvette 12. Die kegelstumpfartige Öffnung 45 hat beispielsweise einen Öffnungswinkel von α = 31° bei einem vorderen Durch messer C von 13,5 mm und einem hinteren Durchmesser e von 5 mm. In dem erste Teilraum 33 ist im Anschluß an den Durchmesser c eine Ausfräsung 46 mit dem Durchmesser d = 21 mm vorgesehen. Unterhalb dieser Aus fräsung 46 befindet sich ein Vorsprung 70. In entsprechender Weise sind im Anschluß an den hinteren Durchmesser e zwei aneinander anschließen de Ausfräsungen 47, 48 mit dem Durchmesser h = 11 mm und l = 13,2 mm vorgesehen.

In der Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den ersten Teilraum 33 gezeigt, in der die Ausfräsungen 47, 48 erkennbar sind. Mit 49, 50 sind zwei Bohrungen in dem ersten Teilraum 33 bezeichnet, durch die Verbindungselemente, z. B. Schrauben, gesteckt werden können.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den zweiten, näher beim IR-Detektor gelegenen Teilraum 31 der Filterküvette 12. Der zweite Teilraum 31 weist einen kegelstumpfartigen In nenraum 60 mit dem Neigungswinkel β = 5° auf. Auf der Außenseite des zweiten Teilraums 31 ist eine umlaufende Nut 51 vorgesehen, an die sich ein Vorsprung 52 anschließt, der drei stufenförmige und umlaufende Aus fräsungen 53, 54, 55 aufweist. Durch den zweiten Teilraum 31 führt eine Bohrung 56, die in Richtung auf den kegelstumpfartigen lnnenraum 60 in eine zweite Bohrung 57 über geht. Der dem Vorsprung 52 gegenüberliegende Abschluß 58 des zweiten Teilraums 31 ist mit einer umlaufenden Ausfräsung 59 versehen, die für die Auf nahme des ersten Teilraums 33 dient. Die Durchmesser der Ausfräsungen 53, 54, 55 betragen beispielsweise 31 mm, 26 mm, und 20,2 mm.

In der Fig. 6 ist der Bereich um die Aufräsung 53 noch einmal genauer dargestellt. Man erkennt hierbei, daß zwischen der Ausfräsung 53 und der Ausfräsung 54 zwei umlaufende Flächen 61, 62 vorgesehen sind, die einen Winkel von 150° einschließen und zu einer gedachten Geraden einen Winkel von 15° haben.

Die Fig. 7 zeigt die gesamte, aus den beiden Teilräumen 33 und 31 be stehende Filterküvette 12. In die Ausfräsung 48 des ersten Teilraums 33 ist hierbei ein Filterglas 63 eingesetzt, während in die Ausfräsung 55 des zweiten Teilraums 31 ein weiteres Filterglas 64 eingesetzt ist. Dadurch, daß die Steigung der kegelstumpfartigen Öffnung 45 des ersten Teilraums 33 größer ist als die Steigung des kegelstumpfartigen Innenraums 60 des zweiten Teilraums 31, hat die Filterküvette 12 nahezu die Form eines parabolischen Konzentrators. Die beiden Teilräume 31, 33 wer den aufeinander geschoben und gegebenenfalls miteinander verklebt. In der Bohrung 56 des zweiten Teilraums 31 ist ein Expander 65 eingepreßt.

Die zweiteilige Filterküvette 12 wird mit Gas gefüllt, z. B. mit NO₂/CO₂ und mit dem Expander 65 verschlossen. Durch diese Gasfüllung werden gewisse Querempfindlichkeiten, z. B. Wasserdampf, verringert bzw. ausgeschaltet.

Claims

1. Filterküvette für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator, die in zwei Teilräume unterteilt ist, von denen der erste, dem Infrarot-Detektor be nachbarte Teilraum die Form eines Kegelstumpfes mit einer ersten Steigung hat und wobei die größere Öffnung dieses Kegelstumpfes an den zweiten, dem Infrarot-Strahler benachbarten, eine zweite Steigung aufweisenden Teilraum anschließt, wobei die Öffnungen an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilräumen gleich groß sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilraum (31; Innenraum 60), ebenfalls die Form eines Kegelstumpfes hat, daß die erste und die zweite Steigung so gewählt sind, daß beide zusammen die Kurvenform eines Paraboloids näherungsweise nachbilden und daß der erste und der zweite kegelstumpfförmige Teilraum (31, 33; Innräume 60, 45) als getrennte Körper ausgebildet sind.

2. Filterküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steigung α=31° und die zweite Steigung β=5° beträgt.

3. Filterküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der größeren Öffnung des zweiten Teilraums (31; Innenraum 60) eine Ausfräsung für die Aufnahme eines Filterglases (64) vorgesehen ist.

4. Filterküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der kleineren Öffnung des ersten Teilraums (33); Innenraum 45) eine Ausfräsung (48) für die Aufnahme eines Filterglases (63) vorgesehen ist.

5. Filterküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilräume (31, 33; Innenräume 60, 45) als getrennte Körper im Fließpreßverfahren hergestellt sind.