DE3830834C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer
Komponente in einem ein Störgas und die Komponente
enthaltenden Gasgemisch mit der Mehrwellenlängen-Spek
trophotometrie und eine zum Durchführen des Verfahrens
geeignete Einrichtung.
Solche Einrichtungen der Mehrwellenlängen-Spektrophoto
metrie sind aus der DE-Z GIT-Supplement 4/84, Seiten 28
bis 34 (1984), bekannt. Zur quantitativen Gasanalyse von
Gasgemischen wird ein dispersiver optischer Analysator
benutzt. Es wird von der Transmission eines Licht
strahles geeigneter Frequenz beim Durchgang durch eine
Gaszelle auf die Konzentration eines Gases in einem
Gasgemisch geschlossen. Hierbei wird die Extinktion,
d. h. der natürliche Logarithmus der Transmission, für
die Auswertung benutzt. Dies ist immer dann sinnvoll,
wenn die spektrale Bandbreite der Messung deutlich
kleiner als die spektralen Breiten der Strukturen im
Gasabsorptionsspektrum ist (im allgemeinen also der
Linienbreiten der Molekül-Absorptionslinien). Die Form
des Extinktionsspektrums wird in diesem Fall nicht
durch die Meßanordnung beeinflußt. Bei in diesem Sinn
vollaufgelöster spektroskopischer Messung hängt die
Extinktion streng linear von der Molekülkonzentration
ab. Als geeignete Frequenz des Lichtes zur Untersuchung
der Konzentration eines bestimmten Gases wird diejenige
Frequenz angesehen, für die die Extinktion bei dem die
Konzentration zu bestimmenden Gas ziemlich hoch und für
die gleichzeitig die Extinktion für andere Anteile des
Gasgemisches ziemlich klein ist, insbesondere für
solche Störgase, die in hoher Konzentration in dem
Gasgemisch vorhanden sind.
Geringe Überlappungen von Extinktionsspektren von einem
hoch konzentrierten Störgas und einem zu messenden
Spurengas können allerdings zuverlässige Messungen der
Konzentration des Spurengases unmöglich machen. Im Fall
der vollaufgelösten Spektroskopie ist der Beitrag des
Störgases zur Extinktion additiv und streng linear mit
seiner Konzentration. Es ist bekannt, von den verschie
denen, für die Gasanalyse von Gasgemischen in Frage
kommenden Extinktionslinien, solche auszusuchen, die
eine möglichst geringe Überlappung mit den Extinktions
linien der hauptsächlichen Störkomponenten aufweisen.
Es ist auch ein Photometer beschrieben, mit dem ein
frequenzunabhängiger Störuntergrund des Extinktions
signals durch eine Zweifrequenzmessung eliminierbar ist.
Neben der Meßfrequenz, die dem Maximum einer Extinktions
linie des Meßgases entspricht, wird mit einer zu
sätzlichen Referenzfrequenz gearbeitet, die in der Fre
quenz neben der oben angesprochenen Extinktionslinie
des Meßgases liegt und so nur den konstanten Störunter
grund mißt. Der Extinktionswert an der Stelle dieser
Referenzfrequenz wird von dem Extinktionssignal an der
Stelle der Meßfrequenz abgezogen. Damit wird ein korri
giertes Meßsignal erhalten, welches direkt die Konzen
tration des Meßgases repräsentiert.
Es ist weiterhin bekannt, einen mit der Frequenz linea
ren Störuntergrund des Extinktionssignals durch eine
Dreifrequenzmessung zu eliminieren. Neben der Meßfre
quenz, die dem Maximum einer Extinktionslinie des
Meßgases entspricht, wird mit zwei zusätzlichen Re
ferenzfrequenzen gearbeitet, die in der Frequenz neben
der oben angesprochenen Extinktionslinie des Meßgases
liegen und so nur einen linearen Störuntergrund erfas
sen. Die Extinktionswerte an der Stelle dieser Refe
renzfrequenzen werden zur Interpolation des angenomme
nen Extinktionsstöruntergrundes an der Stelle der Meß
frequenz benutzt und anschließend von dem gemessenen
Extinktionssignal an der Stelle der Meßfrequenz abgezo
gen. Damit wird ein korrigiertes Meßsignal erhalten,
welches wiederum direkt die Konzentration des Meßgases
repräsentiert.
Beiden Vorgehensweisen ist gemein, daß damit nur sehr
einfach verlaufende Störuntergründe, nämlich konstante
und in der Frequenz lineare Untergrundsignale, behan
delt werden können. Demgegenüber treten als Störunter
grund häufig hohe Konzentrationen von Störgasen auf,
die ein komplexeres als ein lineares Extinktionssignal
in der Umgebung von möglichen Meßfrequenzen aufweisen.
Hierzu gehört auch der Einfluß von Extinktionssignalen
von Wasserdampf im Gasgemisch bei der Messung der Kon
zentration von Ammoniak im nahen infraroten Spektral
bereich. Bei dem genannten Beispiel versagen diese vor
bekannten Methoden vollständig.
Schließlich ist auch bekannt, eine separate Messung der
Konzentration einer interferierenden Störkomponente in
einem beliebigen anderen Spektralbereich vorzunehmen
und den durch das Störgas verfälschten Extinktionswert
an der Meßfrequenz damit zu korrigieren. Dies bedeutet
allerdings einen beträchtlichen zusätzlichen Aufwand,
da dann für jede Messung eines Spurengases gleichzeitig
auch eine Messung der Störkomponente in einem anderen
Spektralbereich, unter Umständen mit einer anderen
Strahlungsquelle und entsprechender Optik, durchgeführt
werden muß.
Aus der DE-OS 26 49 190 ist bekannt, im zeitlichen
Wechsel in einem Eichschritt ein die gesuchte Komponente
nicht enthaltendes Meßgas und in einem Meßschritt
das zu analysierende Gasgemisch zu durchstrahlen.
In der DE-OS 23 43 097 ist ein Verfahren beschrieben,
in dem eine gesuchte Konzentration eines Stoffes durch
die Auswertung von Extinktionssignalen für fünf ver
schiedene Wellenlängen erhalten wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die
es in einfacher Weise erlauben, Messungen von Extink
tionssignalen eines Spurengases in einem Gasgemisch mit
einem hochkonzentrierten Störgas mit einem komplexen
Extinktionsspektrum in der Frequenzumgebung des Extink
tionsmaximums des Spurengases direkt und für beliebige
Störgaskonzentrationen auf das Extinktionssignal des
reinen Spurengases zu korrigieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik den
Vorteil auf, daß ein beliebiger Störuntergrund elimi
niert werden kann, gerade wenn er mehrere lokale Extre
malwerte aufweist.
Durch die indirekte Messung des Extinktionssignals des
reinen Störgases für die Frequenz, für die das Extink
tionssignal des Spurengases erfaßt werden soll, tritt
kein Fehler durch den Störuntergrund des Störgases auf.
Weiterhin wird bei N Frequenzen auch ein Störuntergrund
eliminiert, der einer Funktion N-2ter Ordnung ent
spricht. Bei drei Frequenzen wird so zusätzlich ein
linearer Störuntergrund beseitigt, bei Verwendung von 4
oder mehr Frequenzen entsprechend ein quadratischer,
kubischer oder höherwertiger Störuntergrund.
Der Eichschritt wird nur einmal je Kombination Meßgas-
Störgas durchgeführt und erlaubt dann in einem beliebig
wiederholbaren zweiten Schritt die Messung bei beliebi
gen Verhältnissen der Konzentrationen von Störgas und
Meßgas im Rahmen der Meßempfindlichkeit.
Die Verwendung einer in der Frequenz durchstimmbaren
Strahlungsquelle gestattet die Verwendung von nur einem
einzigen Detektor und erlaubt ein aufeinanderfolgendes
Erfassen der benötigten Extinktionssignale an den N
verschiedenen Frequenzen.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele einer Ein
richtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Einrichtung zur dispersiven
optischen Gasanalyse gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 Verläufe von Extinktionssignalen eines
Meßgases, eines Störgases und eines Gas
gemisches aus Meßgas und Störgas und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Einrichtung zur dispersiven
optischen Gasanalyse gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur dispersiven
optischen Gasanalyse gemäß einem ersten Ausführungs
beispiel, die eine Strahlungsquelle 1 aufweist, die
Licht mit mehreren, insbesondere drei Frequenzen
aussendet. Das von der Strahlungsquelle 1 ausge
strahlte Licht wird mit einem Abbildungsspiegel 2 zu
einem parallelen Lichtstrahl 3 kollimiert, der eine
optische Meßzelle 4 mit Gaseinlaß 5 und Gasauslaß 6
durchsetzt. Die optische Meßzelle 4 wird bei den Gas
analysen mit einem Störgas bzw. einem Gasgemisch aus
einem Meßgas und dem Störgas gefüllt.
Der transmittierte Strahl wird mit einer Abbildungs
optik, die aus einem Planspiegel 7 und einem zweiten
Abbildungsspiegel 8 besteht, auf den Eintrittsspalt 9
eines Gittermonochromators 10 abgebildet.
Ein erster Monochromatorspiegel 11 des Gittermonochro
mators 10 kollimiert den einfallenden divergierenden
Lichtstrahl 12 auf ein Beugungsgitter 13. Die drei
verschiedenen Lichtfrequenzen des auf das Beugungs
gitter 13 einfallenden zweiten parallelen Licht
strahles 14 werden von dem Beugungsgitter 13 unter
verschiedenen Winkeln für jede Ordnung gebeugt.
In der weiterverfolgten Ordnung werden die drei
Lichtfrequenzen der Strahlungsquelle 1 in drei ver
schieden abgebeugte Strahlen 15, 16 und 17 gebeugt,
die in der Zeichnung jeweils durch einen zugeordneten
Mittelstrahl veranschaulicht sind und die durch einen
zweiten Monochromatorspiegel 18 auf die Abbildungs
punkte 19, 20 und 21 in der Austrittsspaltebene 22
abgebildet werden. Dort werden sie von Detektoren
23, 24 und 25 nachgewiesen, die über Signalleitungen
43, 44 und 45 mit einer Steuer- und Auswerteelek
tronik 46 verbunden sind.
Die Steuer- und Auswerteelektronik 46 verfügt über
Logarithmierer 70, 71 und 72, eine Interpolierschal
tung 47, eine Komparatorschaltung 48, einen Inver
ter 49, einen Addierer 50 und eine Anzeigeein
richtung 51.
Die Eingänge des ersten Logarithmierers 70 und des
dritten Logarithmierers 72 sind über die erste und die
dritte Signalleitung 43 und 45 mit dem ersten und
dritten Detektor 23 und 25 verbunden. Der zweite und
damit mittlere Detektor 24 ist über die zweite Signal
leitung 44 mit dem Eingang des zweiten Logarith
mierers 71 verbunden.
Die Eingänge der Interpolierschaltung 47 sind mit den
Ausgängen des ersten Logarithmierers 70 und des
dritten Logarithmierers 72 verbunden. Der Ausgang des
zweiten Logarithmierers 71 ist mit einem Eingang der
Komparatorschaltung 48 sowie mit dem Inverter 49
verbunden.
Die Interpolierschaltung 47 errechnet ein interpo
liertes Ausgangssignal 52, dessen genaue rechnerische
Entstehung im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben
wird. Das interpolierte Ausgangssignal 52 der Interpo
lationsschaltung 47 beaufschlagt einen weiteren
Eingang der Komparatorschaltung 48 sowie einen Eingang
des Addierers 50, dessen anderer Eingang mit dem
invertierten Ausgangssignals 53 des Inverters 49
verbunden ist.
Der Addierer 50 addiert das interpolierte Ausgangs
signal 52 mit dem invertierten Ausgangssignal 53. Das
addierte Ausgangssignal 54 beaufschlagt die Anzeige
einrichtung 51, die die Konzentration aus dem addier
ten Ausgangssignal 54 durch eine Multiplikation mit
einem von der Einrichtung zur Gasanalyse abhängigen
Skalierungsfaktor errechnet.
Die Komparatorschaltung 48 verfügt über eine Justier
anzeige, die die Gleichheit des logarithmierten
Signals des zweiten und damit mittleren Detektors 24
mit dem interpolierten Ausgangssignal 52 anzeigt.
Diese zur Justage der Einrichtung nötige Justier
anzeige kann auch in den Addierer 50 integriert
werden.
Die Fig. 2 veranschaulicht Verläufe von Extinktions
signalen eines Meßgases und eines Störgases, wie sie
in der Austrittsspaltebene 22 entstehen, an drei dis
kreten Frequenzpunkten durch die Detektoren 23, 24
und 25 nachgewiesen und in der Auswerteelektronik 46
wie im folgenden beschrieben weiterverarbeitet werden.
Die obere Kurve 26 in Fig. 2 zeigt schematisch den
spektralen Verlauf der Extinktion eines Meßgases,
z. B. NH3, im nahen infraroten Spektralbereich. Die
mittlere Kurve 27 in Fig. 2 zeigt ebenfalls schema
tisch für denselben Frequenzausschnitt im gleichen
Frequenzmaßstab den Verlauf der Extinktion eines die
Messung des obigen Meßgases beeinflussenden Störgases,
z. B. das Extinktionsspektrum von H2O. Die untere
Kurve 60 in Fig. 2 zeigt wiederum schematisch für
denselben Frequenzausschnitt im gleichen Frequenz
maßstab den Verlauf der Extinktion eines Gasgemischs
aus dem obigen Meßgas und dem obigen Störgas, z. B.
für NH3 und H2O.
In der oberen Kurve 26 ist das Extinktionssignal des
reinen Meßgases und in der mittleren Kurve 27 das
Extinktionssignal des reinen Störgases aufgetragen,
mit denen sich für ein Gasgemisch in der Aus
trittsspaltebene 22 eine Gesamtextinktion ergibt, die
durch die untere Kurve 60 dargestellt wird und die
sich additiv aus den beiden Einzelextinktionen errech
net. Bei der Addition sind die unterschiedlichen
Konzentrationen von Meß- und Störgas linear gewichtet,
d.h. vor der Addition der Einzelextinktionen werden
die den Kurven 26 und 27 entsprechenden Funktionen mit
einem der Konzentration der jeweiligen Gase pro
portionalen Faktor multipliziert. Bei einer nur
geringen Konzentration des Meßgases gegenüber einem
stark konzentrierten Störgas ist das Extinktions
maximum 28 des Meßgases in das Extinktionssignal des
Störgases eingebettet.
Die Auswahl der Lichtfrequenzen der Strahlungsquelle 1
und damit der notwendigen Positionen der Detek
toren 23, 24 und 25 geschieht wie in der Folge be
schrieben.
In einem Eichschritt, der nur einmal für jede Kombina
tion Störgas-Meßgas durchgeführt werden muß, befindet
sich in der optischen Meßzelle 4 nur das reine Stör
gas. Dann werden die drei Frequenzen, jeweils eine in
den zwei seitlichen Frequenzbereichen 29 und 30 und
eine weitere in einem mittleren Frequenzbereich 31 als
eine erste Frequenz 32, als eine zweite mittlere
Frequenz 33 und als eine dritte Frequenz 34, so
gewählt, daß die jeweiligen Störgasextinktionssig
nale 35, 36 und 37 linear von der Frequenz abhängen
und damit auf einer Geraden liegen. Hierbei ist die
mittlere Frequenz 33 so gewählt, daß das mittlere Meß
gasextinktionssignal 38 möglichst groß, daß das
mittlere Störgasextinktionssignal 36 möglichst klein
und daß die seitlichen Meßgasextinktionssignale
39 und 40 klein sind.
In Abhängigkeit der so vorgegebenen Frequenzen sind
die Detektoren 23, 24 und 25 an den durch die
Beugung
im Gittermonochromator 10 vorgegebenen Abbildungspunk
ten 19, 20 und 21 in der Austrittsspaltebene 22 an
geordnet. Dabei können in der Zeichnung nicht dar
gestellte Justiermittel zur Optimierung der Position
der Detektoren 23, 24 und 25 vorgesehen sein. Das
erste und das dritte Störgasextinktionssig
nal 35 und 37, welche durch Logarithmierung aus den
durch den ersten und den dritten Detektor 23 und 25
gemessenen Signalen in dem ersten und dem dritten
Logarithmierer 70 und 72 erzeugt werden, beaufschlagen
die Interpolierschaltung 47. Diese errechnet in einer
linearen Interpolation aus dem ersten und dem dritten
Störgasextinktionssignal 35 und 37 mit der dazu
gehörigen ersten und dritten Frequenz 32 und 34 ein
interpoliertes Ausgangssignal 52 für die zweite
Frequenz 33.
Das interpolierte Ausgangssignal 52 beaufschlagt
zusammen mit dem aus dem gemessenen Signal des zweiten
Detektors 24 im zweiten Logarithmierer 71 erzeugten
zweiten Störgasextinktionssignal 36 die Komparator
schaltung 48, die anzeigt, ob die beiden genannten
Signale im Rahmen der gewünschten Genauigkeit gleich
sind. Eine Anzeige der Gleichheit bedeutet, daß das
rechnerisch interpolierte Störgasextinktionssignal mit
dem tatsächlichen zweiten Störgasextinktionssignal 36
übereinstimmt und letzteres damit auf der Geraden
durch das erste und das dritte Störgasextinktions
signal 35 und 37 liegt.
Bei einem Meßschritt und bei jeder weiteren Messung
ist die optische Meßzelle 4 mit dem zu analysierenden
Gasgemisch gefüllt, wobei im Rahmen der Meßempfind
lichkeit beliebige Verhältnisse in den Konzentrationen
von Störgas und Meßgas auftreten dürfen. Bei diesen
Messungen wird aus den der ersten und dritten Frequenz
32 und 34 zugeordneten Gesamtextinktionssignalen
61 und 63, die bei einer hohen Konzentration des Stör
gases und einer geringen Konzentration des Meßgases
weitgehend den der ersten und dritten Frequenz 32
und 34 zugeordneten Störgasextinktionssignalen
35 und 37 entsprechen, und dem zweiten und damit
mittleren Gesamtextinktionssignal 62 direkt das
mittlere Meßgasextinktionssignal 38 für ein rein auf
tretendes Meßgas errechnet.
Durch eine lineare Interpolation in der Interpolier
schaltung 47 wird aus den der ersten und dritten
Frequenz 32 und 34 zugeordneten Gesamtextinktions
signalen 61 und 63 das interpolierte Ausgangs
signal 52 gewonnen, das im wesentlichen dem errech
neten mittleren Störgasextinktionssignal 36 des
Störgases für die zweite und damit mittlere Fre
quenz 33 entspricht. Das interpolierte Ausgangs
signal 52 ist in der unteren Kurve 60 der Fig. 2 als
auf einer Geraden 64 liegender, errechneter Extink
tionswert 65 dargestellt.
Die Subtraktion dieses Extinktionswertes 65 von dem
zweiten und damit mittleren Gesamtextinktionssignal 62
ergibt direkt und hochgenau das mittlere Meßgasextink
tionssignal 38, aus welchem sich unmittelbar die
Konzentration des Meßgases errechnet. Der Einfluß der
Störkomponente wird direkt bei der Messung kompen
siert.
Das vom zweiten Detektor 24 gemessene zweite und damit
mittlere Gesamtextinktionssignal 62 wird durch den
Inverter 49 in das invertierte Ausgangssignal 53
umgewandelt, welches im Addierer 50 mit dem inter
polierten Ausgangssignal 52 addiert wird. Diese
Addition entspricht durch den eingesetzten Inverter 49
der oben angegebenen Subtraktion.
In der Anzeigeeinrichtung 51 wird das addierte Aus
gangssignal auf die Konzentration des Meßgases mit
Hilfe des bekannten Wertes für die Größe des mittleren
Meßgasextinktionssignals 38 bei einer bestimmten
Konzentration skaliert.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht einer
Einrichtung zur dispersiven optischen Gasanalyse
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das Licht eines in der Frequenz durchstimmbaren
Lasers 41 wird mit dem Abbildungsspiegel 2 zu dem pa
rallelen Lichtstrahl 3 kollimiert, der die optische
Meßzelle 4 mit Gaseinlaß 5 und Gasauslaß 6 durchsetzt.
Die durchstimmbare Strahlungsquelle 41 kann z. B. ein
Farbstofflaser sein, dessen Frequenz intern durch ein
Beugungsgitter oder ein abstimmbares Filter im op
tischen Resonator durchgestimmt wird.
Der transmittierte Strahl wird mit der Abbildungs
optik, bestehend aus dem Planspiegel 7 und dem zweiten
Abbildungsspiegel 8, im Gegensatz zum ersten Ausfüh
rungsbeispiel auf einen einzigen Detektor 42 abge
bildet, der mit einer Regel- und Auswerteelektronik 55
verbunden ist.
Die Regel- und Auswerteelektronik 55 verfügt über
einen einzigen Logarithmierer 73, eine Steuer
schaltung 56, eine Interpolierschaltung 47, eine
Komparatorschaltung 48, einen Inverter 49, einen
Addierer 50 und eine Anzeigeeinrichtung 51.
Die Steuerschaltung 56 steuert über Steuerleitungen 57
den Laser 41 derart an, daß er nacheinander, für vor
bestimmte Zeitdauern Licht der drei vorbestimmten
Frequenzen 32, 33 und 34 aussendet. Die Steuer
schaltung 56 ist weiterhin eingangsseitig über den
einzigen Logarithmierer 73 mit dem einzigen Detek
tor 42 verbunden und nimmt die vom einzigen De
tektor 42 zeitlich nacheinander erfaßten und im
einzigen Logarithmierer 73 logarithmierten Signale,
nämlich die Extinktionssignale für die erste, zweite
und dritte Frequenz 32, 33 und 34 auf. Das der ersten
Frequenz 32 und der zweiten Frequenz 34 zugehörige
Extinktionssignal speichert die Steuerschaltung 56
zwischen und schaltet bei der Aufnahme des dritten
Extinktionssignals das erste, das zweite und das
dritte aufgenommene und eventuell zwischengespeicherte
Extinktionssignal auf die erste, die zweite und die
dritte Signalleitung 43, 44 und 45 durch.
Die nacheinander durch den einzigen Detektor 42
gemessenen Extinktionssignale ergeben für die mit dem
reinen Störgas gefüllte optische Meßzelle 4 im Eich
schritt die Störgasextinktionssignale 35, 36 und 37.
In den folgenden Messungen mit der mit dem zu analy
sierenden Gasgemisch gefüllten optischen Meßzelle 4
werden durch das Durchstimmen der durchstimmbaren
Strahlungsquelle 41 nacheinander die Gesamtextink
tionssignale 61, 62 und 63 gewonnen, die dann wie im
ersten Ausführungsbeispiel erläutert der Errechnung
des mittleren Störgasextinktionssignals 38 und damit
der Konzentration des reinen Spurengases dienen.
Neben dem beschriebenen Fall der Verwendung von drei
Frequenzen zur Elimination des Einflusses des Stör
gases und der Reduktion des weiteren Störuntergrundes
ist das Verfahren zur Verbesserung der Elimination
von Störeinflüssen auf N Frequenzen erweiterbar. Für
die entsprechende Abänderung des ersten Ausführungs
beispiels können dann vorzugsweise geeignet angeord
nete Detektorzeilen verwendet werden.
Die Strahlungsquelle 1 kann auch über mehr als die N
benötigten Frequenzen verfügen, die dann durch die
Anordnung der Detektoren 23, 24 und 25, durch den
Gittermonochromator 10 oder durch eine andere disper
sive Einrichtung herausgefiltert werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Analyse einer Komponente in einem
ein Störgas und die Komponente enthaltenden Gasgemisch
mit der Mehrwellenlängen-Spektrophotometrie, da
durch gekennzeichnet, daß das Stör
gas mit N Wellenlängen verschiedenen, möglichst mono
chromatischen Lichtes durchstrahlt wird, wobei N eine
natürliche Zahl, die größer als Eins ist, darstellt,
daß die N verschiedenen Wellenlängen so gewählt sind,
daß sie bezüglich der Extinktion des Störgases auf
einer ganzrationalen Kurve N-2ter Ordnung liegen, daß
eine mittlere Wellenlänge möglichst nahe eines Absorp
tionsmaximums der zu bestimmenden Komponente mit einer
möglichst geringen Absorption durch das Störgas liegt
und daß Licht der anderen Wellenlängen durch das Stör
gas möglichst wenig absorbiert wird, daß das die Kompo
nente enthaltende Gasgemisch in gleicher Weise durch
strahlt wird, wobei die Wellenlängen bezüglich der
Extinktion des Gasgemisches außer der mittleren Wellen
länge auf einer ganzrationalen Kurve N-2ter Ordnung
liegen, daß aus der Kurve ein Extinktionswert für diese
mittlere Wellenlänge interpoliert wird, der von dem ge
messenen Extinktionswert der mittleren Wellenlänge
subtrahiert wird, um das gesuchte Meßergebnis, das
direkt auf die Konzentration der reinen Komponente
schließen läßt, zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß N gleich drei gewählt wird, wobei die mittlere
Frequenz die zweite Wellenlänge und die Inter
polation eine lineare Interpolation ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Extinktionswerte der N Wellenlängen
mit einem Lichtstrahl gleichzeitig erfaßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Extinktionswerte der N Wellenlängen
mit jeweils einem Lichtstrahl nacheinander erfaßt
werden.
5. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strahlungsquelle (1) vorgesehen ist, durch die
Licht von N Frequenzen (32 bis 34) erzeugbar ist, daß
dem Lichtstrahl (3) der Strahlungsquelle (1) Abbildungs
optiken (2, 7 und 8) sowie eine mit Gas gefüllte
optische Meßzelle (4) zugeordnet sind, wobei auf den
Eintrittsspalt (9) eines dispersiven optischen Analysa
tors (10) eine Abbildung erfolgt, der die Transmissions
signale der N Frequenzen (32 bis 34) getrennt auf
Detektormittel (23 bis 25) abbildet, deren Signale
durch Logarithmierer (70 bis 72) in Extinktionssignale
umgewandelt werden, die eine Auswerteelektronik (46)
beaufschlagen, daß die Meßzelle (4) zuerst mit dem
reinen Störgas füllbar ist, wobei durch die Auswerte
elektronik (46) überprüfbar ist, ob die N Störgas
extinktionssignale (35 bis 37) für die N Frequenzen (32
bis 34) auf einer ganzrationalen Kurve N-2ter Ordnung
liegen, und daß danach und für jede weitere Messung die
Meßzelle (4) mit dem Gemisch aus der Komponente und dem
Störgas füllbar ist, wobei die Auswerteelektronik (46)
aus der Extinktionssignalkurve (61, 63) ein errechnetes
Extinktionssignal (65) für diese mittlere Frequenz (33)
mit einer Funktion N-2ter Ordnung interpoliert, das sie
von dem gemessenen Extinktionssignal (62) der mittleren
Frequenz (33) subtrahiert, um das gesuchte Meßgas
extinktionssignal (38), das direkt auf die Konzentration
der reinen Komponente schließen läßt, zu erhalten.
6. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine durchstimmbare Strahlungsquelle (41) vorgese
hen ist, dessen Lichtstrahl (3) Abbildungsoptiken (2, 7
und 8) sowie eine mit Gas gefüllte optische Meßzelle
(4) zugeordnet sind, wobei eine Abbildung auf ein
Detektormittel (42) erfolgt, dessen Signale durch einen
Logarithmierer (73) in Extinktionssignale umgewandelt
werden, die eine Regel- und Auswerteelektronik (55)
beaufschlagen, daß die Meßzelle (4) zuerst mit dem
reinen Störgas füllbar ist, wobei die Regel- und Aus
werteelektronik (55) die Strahlungsquelle (41) nachein
ander für Licht der N Frequenzen (32 bis 34) durch
stimmt und dabei überprüft, daß die N nacheinander
erhaltenen und zwischengespeicherten Störgasextinktions
signale (35 bis 37) für die N Frequenzen (32 bis 34)
auf einer ganzrationalen Kurve N-2ter Ordnung liegen,
und daß danach und für jede weitere Messung die Meß
zelle (4) mit dem Gemisch aus Meßgas und Störgas füll
bar ist, wobei die Regel- und Auswerteelektronik (55)
dann jeweils die Strahlungsquelle (41) nacheinander für
Licht der N Frequenzen (32 bis 34) durchstimmt, die von
dem Detektormittel (42) aufgenommenen und durch an
schließende Logarithmierung im Logarithmierer (73)
gewonnenen Extinktionssignale zwischenspeichert und aus
der Extinktionssignalkurve (61, 63) ein errechnetes
Extinktionssignal (65) für diese mittlere Frequenz (33)
mit einer Funktion N-2ter Ordnung interpoliert, das sie
von dem gemessenen Extinktionssignal (62) der mittleren
Frequenz (33) subtrahiert, um das gesuchte Meßgas
extinktionssignal (38), das direkt auf die Konzentration
der reinen Komponente schließen läßt, zu erhalten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3830834A DE3830834A1 (de) | 1988-09-10 | 1988-09-10 | Verfahren und einrichtung zur dispersiven, spektral voll aufgeloesten optischen gasanalyse mit unterdrueckter querempfindlichkeit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3830834A DE3830834A1 (de) | 1988-09-10 | 1988-09-10 | Verfahren und einrichtung zur dispersiven, spektral voll aufgeloesten optischen gasanalyse mit unterdrueckter querempfindlichkeit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3830834A1 DE3830834A1 (de) | 1990-03-15 |
DE3830834C2 true DE3830834C2 (de) | 1991-08-22 |
Family
ID=6362697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3830834A Granted DE3830834A1 (de) | 1988-09-10 | 1988-09-10 | Verfahren und einrichtung zur dispersiven, spektral voll aufgeloesten optischen gasanalyse mit unterdrueckter querempfindlichkeit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3830834A1 (de) |
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FI52255C (fi) * | 1975-10-30 | 1977-07-11 | Innotec Oy | Infrapuna-analysaattori. |
-
1988
- 1988-09-10 DE DE3830834A patent/DE3830834A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3830834A1 (de) | 1990-03-15 |
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