DE3916092A1 - Messgeraet mit kompensationseinrichtungen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät mit einer
Analysiervorrichtung zum Analysieren eines Fluids und zum
Erzeugen eines dem Fluid in der Analysiervorrichtung
entsprechenden Ausgangssignals.
Speziell befaßt sich die Erfindung mit einer
Fluidanalysiervorrichtung, bei der Ungenauigkeiten ihres
Ausgangssignals, die sich aufgrund einer
Absorptionsbandenverbreiterung wegen Molekülkollisionen in
dem zu analysierenden Fluid ergeben, korrigiert werden.
Ungenauigkeiten, die durch eine Absorptionsban
denverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen
verursacht werden, zeigen sich als sogenannte "span
effects". Dies bedeutet, daß die Spektrallinienform
geändert wird, die für die Absorption von Infrarot
strahlung in einem zu untersuchenden Fluid typisch ist.
Dieser Effekt wird von Jamieson, McFee, Plass, Grube and
Richards in "Infrared Physics and Engineering", 1963,
Seiten 32 bis 37, erschienen bei McGraw-Hill beschrieben.
Soweit dieser Effekt gasförmige Narkosemittel betrifft,
ist er ferner in "J. Sci. Instrum." 1967, Band 44, Seiten
189 bis 194 in einer Arbeit von D. L. Hill und T. Powell
beschrieben.
Im Verlauf der Entwicklung einer Infrarot- Analysier
vorrichtung zum Bestimmen des Kohlendioxidgehalts in der
Atemluft war dieser Effekt dann vorherrschend, wenn ein
Narkosegas, beispielsweise Stickoxid, vorhanden war.
Stickoxid (N2O) ist dasjenige Narkosegas, welches wegen
der hohen Konzentrationen, mit denen es zur Narkotisierung
eines Patienten eingesetzt wird, die größten Probleme
bereitet. Es wird nämlich mit Stickoxidkonzentrationen im
Bereich von 80% gearbeitet.
Wenn nun beispielsweise eine typische Infrarot-Analysier
vorrichtung auf einen Kohlendioxidgehalt von 10% in Luft
geeicht wird und wenn der in Luft normalerweise vorhandene
Stickstoff durch Stickoxid ersetzt wird, dann tritt
aufgrund von Molekülkollisionen eine Absorptions
bandenverbreiterung für die Kohlendioxidmoleküle ein. Dies
bedeutet, daß die Analysiervorrichtung dann, wenn ihr ein
Gemisch aus 10% Kohlendioxid, 10% Sauerstoff und 80%
Stickoxid zugeführt wird, lediglich einen CO2-Gehalt von
9,5% anzeigt (Fig. 5). Dieser Effekt zeigt sich besonders
bei sehr selektiven Analysiervorrichtungen. Diese
Analysiervorrichtungen können beispielsweise gemäß
US-PS 45 98 201 ausgebildet sein. Die Ungenauigkeit der
Meßwerte zeigt sich auch bei Analysiervorrichtungen, die
mit sehr selektiven Infrarotquellen, wie z.B. einem Laser,
als Lichtquelle arbeiten, so daß diskrete Linien der
eingestrahlten Energie mit den Absorptionslinien bzw.
-banden der zu untersuchenden Probe zusammenfallen bzw.
bei selektiven Strahlungsquellen, wie sie in der
US-PS 22 12 211 beschrieben sind.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Meßgerät anzugeben, bei
dem die durch eine Absorptionsbandenverbreiterung
verursachten Ungenauigkeiten des Meßausgangssignals mit
hoher Genauigkeit korrigierbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Meßgerät der eingangs
angegebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
Detektoreinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein
Ausgangssignal erzeugbar ist, welches zu der durch
Molekülkollisionen in dem zu analysierenden Fluid
verursachten Absorptionsbandenverbreiterung proportional
ist, und daß Korrektureinrichtungen vorgesehen sind, denen
die Ausgangssignale der Analysiervorrichtung und der
Detektoreinrichtungen zuführbar sind und mit deren Hilfe
ein gegenüber dem Ausgangssignal der Analysiervorrichtung,
welches aufgrund der durch Molekülkollisionen bewirkten
Absorptionsbandenverbreiterung Ungenauigkeiten aufweist,
korrigiertes Ausgangssignal erzeugbar ist.
Gemäß der Erfindung wird also ein verbessertes Meßgerät
angegeben, bei dem Ungenauigkeiten des Meßausgangssignals,
die in der Analysiervorrichtung durch eine auf
Molekülkollisionen zurückzuführende Absorptions
bandenverbreiterung verursacht werden, korrigiert werden
können. Dabei umfaßt das Meßgerät zunächst eine
Analysiervorrichtung zum Analysieren einer Fluidprobe, und
zwar speziell eine Gas-Analysiervorrichtung. Die
Analysiervorrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, welches
der zu untersuchenden Probe entspricht. Ferner sind
Einrichtungen vorgesehen, welche die Absorptions
bandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen in der
Probe erfassen. Diese Detektoreinrichtungen erzeugen ein
Ausgangssignal, welches proportional zu der
Bandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen ist.
Weiterhin sind Korrektureinrichtungen vorgesehen, die der
Korrektur des Meßergebnisses aufgrund der
Absorptionsbandenverbreiterung dienen und die einerseits
das Analysatorausgangssignal und andererseits das
Detektorausgangssignal empfangen und in Abhängigkeit von
diesen beiden Eingangssignalen ein korrigiertes
Meßausgangssignal erzeugen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die
Detektoreinrichtungen als Wärmeleitfähigkeits
detektoreinrichtungen ausgebildet und erzeugen ein
Ausgangssignal, welches zur Leitfähigkeit der Probe
proportional ist, da es sich gezeigt hat, daß die
Wärmeleitfähigkeit einer Probe in guter Näherung der
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen entspricht. Mit Hilfe des Ausgangssignals der
Detektoreinrichtungen kann dann eine entsprechende
Korrektur, insbesondere der Amplitude, des Ausgangssignals
der Analysiervorrichtung erfolgen, um auf diese Weise ein
korrigiertes bzw. ein bezüglich der aufgetretenen
Absorptionsbandenverbreiterung kompensiertes
Meßausgangssignal zu erhalten.
Besonders bevorzugt wird es gemäß der Erfindung, wenn die
Detektoreinrichtungen eine Wärmeleitfähigkeitszelle
umfassen, die ein Ausgangssignal liefert, welches den
Einfluß der Konzentration des das Meßergebnis
verfälschenden Gases berücksichtigt, wobei die
Korrektureinrichtungen zur Berücksichtigung des
Ausgangssignals der Wärmeleitfähigkeits
detektoreinrichtungen einen spannungsgesteuerten
Operationsverstärker oder entsprechende Computer-
bzw. Recheneinrichtungen umfassen können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden
nachstehend anhand von Zeichnungen im Zusammenhang mit
bevorzugten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten
bevorzugten Ausführungsform eines Meßgeräts
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung wesentlicher
Teile einer abgewandelten Ausführungsform
eines Meßgeräts gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine grafische Darstellung der
Ausgangsspannung des Qperationsverstärkers
des Meßgeräts gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit
vom prozentualen N2O-Gehalt in Luft;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der prozentualen
Zunahme der Verstärkung in Abhängigkeit vom
N2O-Gehalt des Probenfluids und
Fig. 5 eine grafische Darstellung des Verlaufs der
Ausgangsspannung bei unterschiedlichen
Zusammensetzungen des Probengases.
Ehe nachstehend näher auf die einzelnen Zeichnungsfiguren
eingegangen wird, sei vorausgeschickt, daß einander
entsprechende Elemente in allen Figuren jeweils mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Meßgerät 10, welches in der
Lage ist, Ungenauigkeiten zu korrigieren, die sich wegen
der Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von
Molekülkollisionen in einem zu analysierenden Fluid
ergeben. Das Meßgerät 10 umfaßt eine Analysiervorrichtung
12 zum Analysieren eines Fluids bzw. einer Probe. Die
Analysiervorrichtung 12, bei der es sich vorzugsweise um
eine Infrarot-Analysiervorrichtung handelt, ist geeignet,
ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Zusammen
setzung der untersuchten Probe entspricht. Das Meßgerät 10
umfaßt ferner Detektoreinrichtungen zum Erfassen der
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen. Die Detektoreinrichtungen sind in der Lage,
ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches proportional zur
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen ist. Ferner sind Korrektureinrichtungen
vorgesehen, welche Ungenauigkeiten des Ausgangssignals der
Analysiervorrichtung aufgrund der durch Molekülkollisionen
bewirkten Absorptionsbandenverbreiterung korrigieren.
Diesen Korrektureinrichtungen werden die Ausgangssignale
der Analysiervorrichtung und der Detektoreinrichtungen
zugeführt, um ein Ausgangssignal zu erhalten, welches
diesen Signalen entspricht. Speziell können die Detektor
einrichtungen derart ausgebildet sein, daß sie die
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen anhand der Wärmeleitfähigkeit der Probe in dem
Meßgerät bestimmen. Aufgrund der gemessenen
Wärmeleitfähigkeit erzeugen die Detektoreinrichtungen ein
Ausgangssignal, welches der Absorptionsbandenverbreiterung
aufgrund von Molekülkollisionen entspricht. Die Ausgangs
signale der Analysiervorrichtung und der Detektorein
richtungen werden den Korrektureinrichtungen zugeführt,
welche die Größe bzw. die Amplitude des Ausgangssignals
der Analysiervorrichtung derart einstellen, daß die
richtige Korrektur des Ausgangssignals der Analysier
vorrichtung erfolgt.
Die Detektoreinrichtungen umfassen vorzugsweise eine
Wärmeleitfähigkeitszelle 14, die derart mit der Analysier
vorrichtung 12 verbunden ist, daß das von dieser
analysierte Fluid der Wärmeleitfähigkeitszelle 14
zugeführt wird. Die Wärmeleitfähigkeitszelle 14 erzeugt
dann ein Ausgangssignal, welches der Absorptions
bandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen in dem
Fluid entspricht.
Die Wärmeleitfähigkeitszelle 14 umfaßt vorzugsweise einen
Probenhohlraum 16, der so angeordnet ist, daß ihm das
Probenfluid aus der Analysiervorrichtung 12 zugeführt
wird. In dem Probenhohlraum 16 ist ein Probenwiderstand 18
angeordnet. Der Probenwiderstand 18 gibt in das im
Probenhohlraum 16 befindliche Fluid Wärme mit einer
Geschwindigkeit bzw. in einer Menge ab, die von der
Wärmeleitfähigkeit des Fluids abhängig ist.
Die Wärmeleitfähigkeitszelle 14 umfaßt ferner einen
Bezugshohlraum 20, welcher dichtend verschlossen ist. In
dem Bezugshohlraum 20 befindet sich ein Referenzfluid. Das
Referenzfluid besitzt eine konstante und bekannte
Zusammensetzung. Ferner ist in dem Bezugshohlraum 20 ein
Bezugswiderstand 22 angeordnet, der in das Referenzfluid
Wärme mit einer Geschwindigkeit bzw. in einer Menge
abgibt, die von der Wärmeleitfähigkeit des Bezugsfluids
abhängig ist.
Die Wärmeleitfähigkeitszelle 14 umfaßt ferner einen
dritten Widerstand 24 und einen vierten Widerstand 26, die
mit dem Probenwiderstand 18 und dem Referenzwiderstand 22
elektrisch leitend zu einer Wheatstoneschen Brücken
schaltung 28 verbunden sind, welche aus einer
Speisespannungsquelle 30 gespeist wird.
Die Wärmeleitfähigkeitszelle 14 umfaßt ferner einen
Differenzverstärker 32. Der Differenzverstärker 32 ist
elektrisch mit dem Ausgang der Brückenschaltung 28
verbunden und erzeugt ein Ausgangssignal, welches der
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen in dem Fluid entspricht. Der Probenhohlraum 16
und der Bezugshohlraum 20 sind vorzugsweise in einem
Metallblock 34 angeordnet und werden von dem Metallblock
34 vorzugsweise auf eine konstante Temperatur erwärmt.
Vorzugsweise sind ferner der Probenwiderstand 18 und der
Referenzwiderstand 22 als sich selbst erwärmende
Thermistoren ausgebildet.
Die Verbindungseinrichtungen, über die die Ausgänge der
Analysiervorrichtung 12 und der Wärmeleitfähigkeitszelle
14 miteinander verbunden sind, umfassen vorzugsweise einen
spannungsgesteuerten Operationsverstärker 36. Die
Infrarot-Analysiervorrichtung 12 ist mit dem
spannungsgesteuerten Operationsverstärker 36 derart
verbunden, daß das Ausgangssignal der Analysiervorrichtung
diesem Verstärker 36 zuführbar ist. Ferner ist der
Differenzverstärker 32 der Wärmeleitfähigkeitszelle 14
derart mit dem spannungsgesteuerten Operationsverstärker
36 verbunden, daß das Ausgangssignal des Differenz
verstärkers 32 die Verstärkung des Operationsverstärkers
36 steuert. Auf diese Weise kann der spannungsgesteuerte
Operationsverstärker 36 ein Ausgangssignal erzeugen,
welches proportional zu dem Ausgangssignal der
Infrarot-Analysiervorrichtung und dem Ausgangssignal des
Differenzverstärkers 32 ist.
Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform können die
Ausgänge der Analysiervorrichtung 12 und der Wärmeleit
fähigkeitszelle 14 bzw. des Operationsverstärkers 32 auch
mit den Eingängen eines Analog/Digital-(A/D)-Wandlers 38
verbunden sein, so daß dieser die Ausgangssignale der
Infrarotanalysiervorrichtung 12 und des Differenz
verstärkers 32 empfangen und ein digitales Ausgangssignal
erzeugen kann, welches diesen Signalen entspricht. Bei dem
abgewandelten Ausführungsbeispiel umfassen die Verbin
dungseinrichtungen ferner einen Rechner 40, der elektrisch
mit dem A/D-Wandler 38 derart verbunden ist, daß er das
digitale Ausgangssignal des Wandlers 38 empfängt und ein
Ausgangssignal erzeugt, welches bezüglich der Absorptions
bandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen in der
Probe kompensiert ist. Ein Digital/Analog-(D/A) -Wandler 42
ist elektrisch mit dem Rechner bzw. Computer 40 derart
verbunden, daß er das Computerausgangssignal empfängt und
ein analoges Ausgangssignal erzeugt, welches dem digitalen
Ausgangssignal des Computers 40 entspricht.
Wenn das erfindungsgemäße Meßgerät zur Analyse eines
Fluids verwendet wird, welches Stickoxid als Narkosegas
enthält, dann wird vorzugsweise eine Infrarot-Analysier
vorrichtung 12 des in der US-PS 45 98 201 beschriebenen
Typs verwendet. Bei einer derartigen Infrarot-Ana
lysiervorrichtung 12 ist eine Infrarot-Lichtquelle 44
vorgesehen, welche einer Referenzzelle 46 und einer
Probenzelle 48 Infrarotstrahlung zuführt. Die
Referenzzelle 46 enthält dabei ein bekanntes Fluid,
welches Infrarotstrahlung, welche von dem die Probenzelle
48 durchfließenden Fluid absorbiert wird, nicht
absorbiert. Wegen des Vorhandenseins eines von einem Motor
52 angetriebenen Unterbrechers 50 wird die Infrarot
strahlung alternierend in die Referenzzelle 46 und in die
Probenzelle 48 eingestrahlt und nach Durchlaufen der
betreffenden Zelle von einem für beide Zellen 46, 48
gemeinsamen Infrarot-Detektor 54 empfangen, dessen
Ausgangssignal von einem Verstärker 56 verstärkt wird. Das
Ausgangssignal der Infrarot-Analysiervorrichtung 12 ist
auf Werte von 0 bis 10% CO2 in Luft geeicht. Dies
bedeutet, daß bei 100%ig CO2-freier Luft in der Proben
zelle 48 das Ausgangssignal der Analysiervorrichtung 12
NULL ist. Bei einem CO2-Gehalt der Luft von 10% in der
Probenzelle 48 entspricht das Ausgangssignal der
Analysiervorrichtung 12 100% des vollen Anzeige- bzw.
Skalenbereichs.
Das Fluid fließt aus der Probenzelle 48 in den Proben
hohlraum 16 der Wärmeleitfähigkeitszelle 14. Dieser
Probenhohlraum 16 ist in dem Metallblock 34 vorgesehen.
Der Metallblock 34 wird auf eine konstante Temperatur
erwärmt. In der Probenzelle 16 fließt aus dem
Probenwiderstand 18 Wärme mit einer Geschwindigkeit ab,
die von der Wärmeleitfähigkeit des Fluids in dem
Probenhohlraum 16 abhängig ist. Dieser Wärmeverlust
beeinflußt den Widerstand des Probenwiderstandes 18 und
bewirkt eine Änderung der Spannung über dem Proben
widerstand 18. In entsprechender Weise gibt der in dem
Bezugshohlraum 20 befindliche Referenzwiderstand 22
ebenfalls Wärme ab, und zwar mit einer Geschwindigkeit,
die von der Wärmeleitfähigkeit des bekannten Fluids in dem
Bezugshohlraum 20 abhängig ist, wobei dieser Bezugs
hohlraum 20 ebenfalls in dem Metallblock 34 vorgesehen
ist. Bei dem bekannten Fluid kann es sich beispielsweise
um ein Fluid mit einem Stickoxidgehalt von 80% handeln. Da
die Wärmeleitfähigkeit mit der Übertragung kinetischer
Energie aufgrund eines Temperaturgradienten verknüpft ist,
entspricht die Wärmeleitfähigkeit eines Fluids der
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen in dem Fluid.
Die Spannungen über dem Probenwiderstand 18 und dem
Referenzwiderstand 22 beeinflussen die Ausgangsspannung
der Brückenschaltung 28, zu der diese Widerstände gehören.
Die Arbeitsweise einer Wheatstoneschen Brücke ist wohl
bekannt. Die Brückenschaltung 28 wird aus der Spannungs
quelle 30 gespeist. Der Strom aus der Spannungsquelle kann
dabei durch einen Strombegrenzungswiderstand 58 begrenzt
werden, der ein thermisches Weglaufen und ein Durchbrennen
des Probenwiderstandes 18 und des Referenzwiderstandes 22
verhindert.
Der Ausgang der Brückenschaltung 28 ist mit dem
Differenzverstärker 32 verbunden. Der Differenzverstärker
32 erzeugt ein Signal, welches allein der Differenz der
Spannungen über dem Probenwiderstand 18 einerseits und dem
Referenzwiderstand 22 andererseits entspricht. Die
Verstärkung des Differenzverstärkers 32 wird so
eingestellt, daß sein Ausgangssignal bei einem N2O-Anteil
von 80% in dem Probenfluid IV beträgt, wie dies in Fig. 3
gezeigt ist. Die Ausgangssignale der Infrarot-Ana
lysiervorrichtung 12 und des Differenzverstärkers 32
können einem von zwei Typen von Auswerteschaltungen
zugeführt werden.
Wenn ein Analogsystem verwendet werden soll, wird das
Ausgangssignal der Infrarot-Analysiervorrichtung dem
Operationsverstärker 36 zugeführt. Die Verstärkung des
Operationsverstärkers 36 wird durch das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers 32 gesteuert. Dabei ist die prozen
tuale Änderung der Verstärkung des Operationsverstärkers
36 eine Funktion des N2O-Gehalts der Probe, wie dies in
Fig. 4 gezeigt ist.
Wenn andererseits ein Computer 40 verwendet wird, dann
werden die Ausgangssignale der Infrarot-Analysier
vorrichtung 12 und des Differenzverstärkers 32 dem
A/D-Wandler 38 zugeführt, der entsprechende digitale
Ausgangssignale liefert. Die digitalen Ausgangssignale des
Wandlers 38 werden dem Computer 40 zugeführt. In dem
Rechner bzw. Computer 40 erfolgt die Berechnung des
korrigierten Ausgangssignals O gemäß der folgenden Formel:
O = (Ir) + (Tc × X)
wobei
Ir = Ausgangssignal der Infrarot-Analysiervorrichtung;
Tc = auf einen N₂O-Gehalt von 10% bei vollem Skalenausschlag geeichtes Ausgangssignal der Wärmeleitfähigkeitszelle;
X = prozentualer Einfluß der Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen auf die Ausgangsspannung der Infrarot-Analysiervorrichtung.
Ir = Ausgangssignal der Infrarot-Analysiervorrichtung;
Tc = auf einen N₂O-Gehalt von 10% bei vollem Skalenausschlag geeichtes Ausgangssignal der Wärmeleitfähigkeitszelle;
X = prozentualer Einfluß der Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekülkollisionen auf die Ausgangsspannung der Infrarot-Analysiervorrichtung.
(Es ist anzumerken, daß diese Gleichung, obwohl sie
speziell für das hier diskutierte bevorzugte
Ausführungsbeispiel gilt, insofern eine allgemeine
Gleichung ist, als sie für jedes zu analysierende Fluid
und für jeden Eich- und Normierungsbereich anwendbar ist.)
Das korrigierte digitale Ausgangssignal des Computers 40
wird dem D/A-Wandler 42 zugeführt, der ein korrigiertes
analoges Ausgangssignal liefert.
Das auf diese Weise erhaltene, kompensierte Ausgangssignal
des D/A-Wandlers 42 oder des Operationsverstärkers 36 ist
von Ungenauigkeiten befreit, die sich aufgrund einer
Absorptionsbandenverbreiterung wegen der Molekül
kollisionen in dem Fluid ergeben. Folglich werden die
Fehler, die in Fig. 5 für einen N2O-Gehalt von 40 bzw. 80%
in Luft gezeigt sind, im wesentlichen unterdrückt.
Während die Erfindung vorstehend detailliert anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert wurde,
versteht es sich, daß verschiedene Einzelheiten lediglich
zum Zwecke der Erläuterung erwähnt wurden und daß dem
Fachmann ausgehend von den erläuterten Ausführungs
beispielen zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen
und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei
den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte, wie er in
den Ansprüchen niedergelegt ist. Insbesondere erkennt der
Fachmann, daß die Einrichtungen zum Bestimmen der
Absorptionsbandenverbreiterung aufgrund von Molekül
kollisionen jede konventionelle Gasanalysiervorrichtung
umfassen können, welche für das zu untersuchende Gas bzw.
den zu analysierenden Gasanteil geeignet ist, wie z.B.
katalytische Gasanalysiervorrichtungen, welche spezielle
Einrichtungen für brennbare Gase umfassen und elektro
mechanische Sensoren für verschiedene toxische Gase.
Claims (11)
1. Meßgerät mit einer Analysiervorrichtung zum
Analysieren eines Fluids und zum Erzeugen eines dem
Fluid in der Analysiervorrichtung entsprechenden
Ausgangssignals,
dadurch gekennzeichnet, daß Detektoreinrichtungen
(14, 28, 30, 32) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein
Ausgangssignal erzeugbar ist, welches zu der durch
Molekülkollisionen in dem zu analysierenden Fluid
verursachten Absorptionsbandenverbreiterung
proportional ist, und daß Korrektureinrichtungen (36;
38, 40) vorgesehen sind, denen die Ausgangssignale
der Analysiervorrichtung (12) und der Detektor
einrichtungen (14, 28, 30, 32) zuführbar sind und mit
deren Hilfe ein gegenüber dem Ausgangssignal der
Analysiervorrichtung (12), welches aufgrund der durch
Molekülkollisionen bewirkten Absorptions
bandenverbreiterung Ungenauigkeiten aufweist,
korrigiertes Ausgangssignal erzeugbar ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektoreinrichtungen als Wärmeleitfähig
keitsdetektoreinrichtungen (14, 28, 30, 32) zur
Erzeugung eines zu der Wärmeleitfähigkeit des zu
analysierenden Fluids proportionalen Ausgangssignals
ausgebildet sind.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektureinrichtungen (36; 38, 40) derart
ausgebildet sind, daß mit ihrer Hilfe die Amplitude
des Ausgangssignals der Analysiervorrichtung (12) in
Abhängigkeit von dem zur Wärmeleitfähigkeit des zu
analysierenden Fluids proportionalen Ausgangssignal
der Detektoreinrichtungen (14, 28, 30, 32)
korrigierbar ist.
4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeits
detektoreinrichtungen (14, 28, 30, 32) eine
Wärmeleitfähigkeitszelle (14) umfassen, die derart
über eine Fluidverbindung mit der Analysier
vorrichtung (12) verbunden ist, daß das von der
Analysiervorrichtung (12) zu analysierende Fluid der
Wärmeleitfähigkeitszelle (14) zugeführt wird, mit
deren Hilfe ein Ausgangssignal erzeugbar ist, welches
zu der Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden
Fluids proportional ist.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Analysiervorrichtung als
Infrarot-Analysiervorrichtung (12) ausgebildet ist.
6. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmeleitfähigkeitszelle (14) folgende Elemente
umfaßt:
einen Probenhohlraum (16), dem das zu analysierende Fluid aus der Analysiervorrichtung (12) zuführbar ist;
einen Probenwiderstand (18), der in dem Proben hohlraum (16) angeordnet ist und aus dem Wärme mit einer von der Wärmeleitfähigkeit des Fluids abhängigen Geschwindigkeit in das in dem Proben hohlraum (16) befindliche Fluid einleitbar ist;
einen dichten, verschlossenen Bezugshohlraum (20), der mit einem Referenzfluid bekannter und konstanter Zusammensetzung gefüllt ist;
einen Referenzwiderstand (22), der in dem Bezugshohl raum (20) angeordnet ist und aus dem Wärme mit einer von der Wärmeleitfähigkeit des Referenzfluids abhängigen Geschwindigkeit in das Referenzfluid einleitbar ist;
einen dritten und einen vierten Widerstand (24, 26), die mit dem Probenwiderstand (18) und dem Referenzwiderstand (22) zu einer Wheatstoneschen Brückenschaltung (28) verbunden sind;
eine Speisespannungsquelle, die an die Brücken schaltung (28) angeschlossen ist und der Speisung derselben dient; und
einen Differenzverstärker (32), der mit dem Ausgang der Brückenschaltung (28) verbunden ist und mit dessen Hilfe ein der Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden Fluids entsprechendes Ausgangssignal erzeugbar ist.
einen Probenhohlraum (16), dem das zu analysierende Fluid aus der Analysiervorrichtung (12) zuführbar ist;
einen Probenwiderstand (18), der in dem Proben hohlraum (16) angeordnet ist und aus dem Wärme mit einer von der Wärmeleitfähigkeit des Fluids abhängigen Geschwindigkeit in das in dem Proben hohlraum (16) befindliche Fluid einleitbar ist;
einen dichten, verschlossenen Bezugshohlraum (20), der mit einem Referenzfluid bekannter und konstanter Zusammensetzung gefüllt ist;
einen Referenzwiderstand (22), der in dem Bezugshohl raum (20) angeordnet ist und aus dem Wärme mit einer von der Wärmeleitfähigkeit des Referenzfluids abhängigen Geschwindigkeit in das Referenzfluid einleitbar ist;
einen dritten und einen vierten Widerstand (24, 26), die mit dem Probenwiderstand (18) und dem Referenzwiderstand (22) zu einer Wheatstoneschen Brückenschaltung (28) verbunden sind;
eine Speisespannungsquelle, die an die Brücken schaltung (28) angeschlossen ist und der Speisung derselben dient; und
einen Differenzverstärker (32), der mit dem Ausgang der Brückenschaltung (28) verbunden ist und mit dessen Hilfe ein der Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden Fluids entsprechendes Ausgangssignal erzeugbar ist.
7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektureinrichtungen einen spannungsgesteuerten
Operationsverstärker (36) umfassen, dessen Ver
stärkereingang das Ausgangssignal der Analysiervor
richtung (12) zuführbar ist und dessen Steuereingang
das zu der Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden
Fluids proportionale Ausgangssignal der Wärmeleit
fähigkeitsdetektoreinrichtungen (14, 32) zuführbar
ist.
8. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektureinrichtungen einen Analog/Digital-
Wandler (38) umfassen, dem die Ausgangssignale der
Analysiervorrichtung (12) und des Differenzver
stärkers (32) zuführbar sind und mit dessen Hilfe
entsprechende Digitalausgangssignale erzeugbar sind
und daß die Korrektureinrichtungen ferner einen
Computer (40) umfassen, dessen Eingang die digitalen
Ausgangssignale des Analog/Digital-Wandlers (38)
zuführbar sind und mit dessen Hilfe ein Ausgangs
signal erzeugbar ist, welches hinsichtlich der durch
Molekülkollisionen in dem zu analysierenden Fluid
verursachten Absorptionsbandenverbreiterung
korrigiert ist.
9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem Ausgang des Computers (40) ein
Digital/Analog-Wandler (42) zur Erzeugung eines den
Ausgangssignalen des Computers (40) entsprechenden
Analogsignals verbunden ist.
10. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Probenhohlraum (16) und der Bezugshohlraum (20)
in einem Metallblock (34) vorgesehen sind, der auf
eine konstante Temperatur erwärmt ist.
11. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Probenwiderstand (18) und der Referenzwiderstand
(22) jeweils durch einen Thermistor gebildet sind.
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| US07/195,715 US4849636A (en) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | Analyzer with compensation |
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| DE3916092A1 true DE3916092A1 (de) | 1989-11-30 |
| DE3916092C2 DE3916092C2 (de) | 1993-07-08 |
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