DE4429010A1 - Vorrichtung zur Analyse von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Gasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum gleichzeitigen Bestimmen mehrerer Komponenten eines Gases wurde vorgeschlagen, das Gas durch mehrere Küvetten zu lei­ ten, die optisch hintereinander liegen. Zwischen den Küvetten sind Filter- und Empfängerkammern angeordnet. In die erste Küvette eingestrahltes Licht durchdringt nacheinander alle Küvetten, Filter und Empfängerkammern. Aus den Signalen der Empfängerkammern können die Anteile der einzelnen Komponenten ermittelt werden, jedoch können häufig nicht die Kombina­ tionen aller gewünschten Komponenten gemessen werden.

Aus der europäischen Patentschrift 0 238 871 ist eine Vor­ richtung zur Analyse der Abgaszusammensetzung von Brennkraft­ maschinen bekannt, die eine Lichtquelle aufweist, die Licht abgibt, das vom Abgas absorbiert wird. Unmittelbar hinter der Lichtquelle ist ein Unterbrecher angeordnet, der die Licht­ strahlung periodisch unterbricht. Für jede zu messende Gas­ komponente ist eine eigene Meßküvette, ein eigener, jeder Meßküvette zugeordneter Strahlungsfilter und je ein eigener Strahlungsdetektor vorgesehen. Alle Meßküvetten werden von dem Abgas gleichzeitig durchströmt. Zwischen dem Lichtunter­ brecher und den Meßküvetten ist ein Lichtverteiler angeord­ net, der die Lichtstrahlung gleichzeitig auf alle Meßküvetten lenkt. Jede Meßküvette erhält daher nur einen Bruchteil der Gesamtstrahlung der Lichtquelle.

Es ist mehrfach bekannt, zur Gasanalyse sogenannte Zwei­ strahlgeräte einzusetzen, die je eine Meß- und eine Referenz­ küvette mit je einer eigenen Lichtquelle enthalten (europäische Patentschrift 0 261 452). Die Lichtstrahlung der Lichtquelle wird moduliert.

In derartigen Analysengeräten ist eine hohe Strahlungslei­ stung der Lichtquelle erwünscht. Andererseits ist jedoch die Strahlungsleistung wegen der Erhitzung der die Lichtquelle umgebenden Bauteile begrenzt. Diese Begrenzung gilt für Gerä­ te mit einer oder mehreren Lichtquellen gleichermaßen, wobei die Summe der Strahlungsleistungen mehrerer Lichtquellen etwa gleich der Strahlungsleistung einer Einzellichtquelle ist. Durch die Lichtmodulation mittels einer Blende geht grund­ sätzlich die Hälfte der Strahlungsleistung verloren. Wegen der geschilderten ungünstigen Ausnutzung der Strahlungslei­ stung wird vor allem bei der gleichzeitigen Messung mehrerer Komponenten eines Gases mit den bekannten Analysengeräten nicht die mögliche Meßempfindlichkeit erreicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Analyse von aus mehreren Komponenten beste­ henden Gasen zu schaffen, mit der Anteile mehrerer Komponen­ ten gleichzeitig gemessen werden können, und zwar auch dann, wenn die Komponenten in geringer Konzentration vorhanden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 an­ gegebenen Maßnahmen gelöst.

Wegen der Bewegung der Lichtquelle entfällt der gebräuchliche Modulator mit einem Lichtzerhackerflügel. Es wird praktisch immer eine der Küvetten mit der vollen Strahlungsleistung durchstrahlt, mit Ausnahme der Zeiten, in denen die Licht­ quelle von einer Küvette zur nächsten bewegt wird. Da der Lichtzerhackerflügel fehlt, bleibt nur ein kleiner Luftspalt zwischen dem Strahler und den Küvetten, der etwa um den Fak­ tor 10 kleiner ist, so daß der Einfluß der Umgebungsluft ebenfalls um diesen Faktor verringert wird. Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn die Küvetten parallel ne­ beneinander angeordnet sind. Vorteilhaft liegen dann die Ein­ trittsfenster der Küvetten in einer zur Strahlungsrichtung senkrechten Ebene. Je nach Aufbau der Lichtquelle braucht nicht die gesamte Lichtquelle bewegt zu werden. Im Falle ei­ ner Lichtquelle, bestehend aus einem Licht emittierenden Ele­ ment und einem dessen Licht auf die Küvetten reflektierenden Spiegel, kann es genügen, den Spiegel zu bewegen und das Licht emittierende Element feststehend anzubringen.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläu­ tert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 2 eine mögliche Anbringung der in Fig. 1 dargestellten Lichtquelle.

In Fig. 1 sind mit AK1, AK2, AK3 Analysenküvetten bezeich­ net, die zu beiden Seiten mit je einem Lichteintritts- und einem -austrittsfenster abgeschlossen sind. An sie schließen sich Empfängerküvetten EK1, EK2, EK3 an. Eine vierte Ana­ lysenkammer mit einer zugehörigen Empfängerkammer sind in Fig. 1 nicht sichtbar. Vor den Lichteintrittsfenstern be­ finden sich optische Filter OF1, OF2, OF3, OF4. Zwischen dem optischen Filter OF2 und der Analysenküvette AK2 ist zusätz­ lich ein Gasfilter GF vorgesehen. Vor den optischen Filtern ist als Lichtquelle ein Infrarot-Strahler ST drehbar ange­ ordnet, derart, daß er nacheinander durch die optischen Fil­ ter die Analysenkammern durchstrahlt.

Die Analysenkammern sind mit dem zu analysierenden Gas ge­ füllt bzw. sie werden von diesem durchströmt. Eine der Analy­ senkammern kann als Referenzkammer dienen, indem sie z. B. Referenzgas enthält. Jede Analysenkammer dient zum Bestimmen einer Gaskomponente. Hierzu sind die Empfängerkammern mit dieser Gaskomponente mit bekannter Konzentration gefüllt. Die Absorption von Infrarot-Strahlung in der Empfängerkammer ist ein Maß für die Konzentration der entsprechenden Gaskompo­ nente in der Analysenkammer. Die Analysenkammern sind, wie in Fig. 1 gezeigt, unterschiedlich lang, wodurch Konzentration und Absorption der zu messenden Gaskomponenten berücksichtigt wird. Die optischen Filter OF1, OF2 . . . begrenzen die Strah­ lung auf den Wellenlängenbereich, in dem eine hauptsächliche Absorptionslinie der gesuchten Gaskomponenten ist. Mit dem Gasfilter GF kann der Wellenlängenbereich weiter eingeengt werden.

Der Strahler ST kann kontinuierlich vor den optischen Filtern OF1, OF2 . . . vorbeigedreht werden. Vorteilhaft wird er jedoch ruckartig vor die Filter gebracht, damit seine Strahlungslei­ stung möglichst vollständig für die Messung ausgenutzt wird. Er kann unterschiedlich lange entsprechend der Trägheit der jeweiligen Analysenkammer in den einzelnen Positionen verhar­ ren.

Das Ausführungsbeispiel weist vier Analysenkammern zur Mes­ sung von vier Komponenten auf. Selbstverständlich können auch mehr Kammern vorgesehen sein, aber auch weniger, z. B. kann einfach eine Kammer entfernt oder bei der Messung übersprun­ gen werden.

Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 die Halterung des Strahlers ST nicht dargestellt. Fig. 2 zeigt eine mögliche Halterung. Mit AK1, AK2 sind wieder zwei Analysenkammern und mit OF1, OF2 die zugehörigen optischen Filter bezeichnet. Der Strahler ST sitzt in einer Scheibe TS, die in geringem Ab­ stand vor den optischen Filtern OF1, OF2 angebracht ist, da­ mit der Luftspalt klein ist und die Umgebungsluft nur einen geringen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Die Scheibe TS ist an einer Achse AC befestigt, die ihrerseits auf der Achse ei­ nes Schrittmotors SM sitzt, der die Scheibe um vorgegebene Drehwinkel in beide Richtungen drehen kann. Die elektrischen Anschlüsse des Strahlers ST sind mit Schleifringen SR1, SR2 verbunden, die auf der Achse AC angebracht sind und die über Schleifkontakte SK1, SK2 die elektrische Verbindung zur Spei­ sespannungsquelle des Strahlers herstellen. Da der Strahler ST exzentrisch auf der Scheibe TS sitzt, ist zum Ausgleich der Unwucht auf der Scheibe ferner ein Ausgleichsgewicht GW befestigt.

Selbstverständlich kann anstatt der Schleifringe auch eine andere Art Zuführung der Heizenergie vorgesehen sein, z. B. eine transformatorische Übertragung. Auch kann eine andere Art der Halterung des Strahlers, z. B. eine Parallelogramm­ führung verwendet werden, die dafür sorgt, daß der Strahler auf der gewünschten Kreisbahn geführt, aber nicht in sich ge­ dreht wird, so daß flexible Anschlußleitungen genügen und ei­ ne Übertragung auf ein rotierendes Teil nicht erforderlich ist.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Analyse von Gasen

• - mit einer Lichtquelle für von dem zu analysierenden Gas absorbierbaren Licht,
• - mit mehreren von dem Licht durchstrahlten, je ein Licht­ eintritts- und ein Lichtaustrittsfenster enthaltenden Küvetten,
• - mit einer Einrichtung zum periodischen Unterbrechen des die Küvetten durchstrahlenden Lichts,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (ST) beweglich ist, derart, daß ihr Licht nacheinander die Küvet­ ten (AK1, AK2 . . . ) durchdringt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Küvetten (AK1, AK2, AK3) ringförmig angeordnet sind und die Lichtquelle drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Küvetten (AK1, AK2, AK3) parallel zu­ einander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfenster der Küvetten in einer Ebene liegen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (ST) und den Eintrittsfenstern der Küvetten optische Filter (OF1, OF2 GF) mit je einem Durchlaßbereich angebracht sind, der einen Absorptionsbereich des mit der zugehörigen Küvette zu erfassenden Gaskomponente überdeckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (ST) schrittweise bewegt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweilzeit der Lichtquelle (ST) bei den einzelnen Küvetten (AK1, AK2 . . . ) an deren Meßzeitkon­ stante angepaßt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb der Lichtquelle (ST) ein steu­ erbarer Motor, insbesondere ein Schrittmotor (SM) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (ST) in einer vor den Eintrittsfenstern der Küvetten (AK1, AK2 . . . ) rotierenden Scheibe sitzt.