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Gerät zur Analyse von Gasgemischen mittels infraroter Strahlung Die
Konzentration eines Gases in einem Gasgemisch läßt sich, wenn dieses Gas in irgendeinem
Bereich des infraroten Spektrums absorbiert, dadurch ermitteln, daß man feststellt,
in welchem Ausmaß die infrarote Strahlung dieses Bereiches von dem Gasgemisch absorbiert
wird. Allerdings müssen die anderen Bestandteile des Gasgemisches für die Strahlung
dieses Bereiches durchlässig sein.
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Eine bekannte Anordnung zur Durchführung derartiger Analysen ist
folgendermaßen aufgebaut (Abb. I): Vor einer Infrarotquelle I, deren Strahlung durch
einen Hohlspiegel 21 gebündelt und gerichtet wird, befindet sich eine mit infrarotdurchlässigen
Fenstern versehene Kammer 3 (Analysenkammer), die das zu analysierende Gemisch enthält;
hinter dieser Kammer, gesehen in Strahlungsrichtung, ist eine weitere Kammer 4 (Filterkammer)
mit infrarotdurchlässigen Fenstern angeordnet, die durch eine der Strahlungsrichtung
parallele Wand 5 in zwei Abteile A und B geteilt ist. Das Abteil A ist mit einem
Gas gefüllt, das für alle von dem Infrarotstrahler ausgesandten Strahlen durchlässig
ist, während Abteil B mit dem Gas gefüllt ist, dessen Konzentration in dem Gasgemisch
bestimmt werden soll. Der Druck des Gases in Abteil B ist so groß - gewählt, daß
die Strahlung des Infrarotbereichs, in dem dieses Gas absorbiert, in diesem Abteil
praktisch vollkommen verschluckt wird. Am - Ausgang der Filterkammer 4 befindet
sich ein Strahlungsempfänger 6, der die austretende
Strahlung zu
messen gestattet. Er besteht aus zwei gegeneinandergeschalteten Teilempfängern,
von denen der eine 6a die aus dem Abteil A austretende Strahlung aufnimmt, der.
andere 6b die aus dem Abteil B austretende; an dem Meßinstrument 6 wird daher die
Differenz dieser beiden Strahlungsintensitäten angezeigt. Als infrarotdurchlässiges
Material für die Fenster wird im allgemeinen Quarz oder ein anderes für infrarote
Strahlen durchlässiges Material benutzt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Alle Strahlung, die
nicht zum Absorptionsbereich des interessierenden Gases gehört, passiert die Abteile
A und B gleichmäßig, erzeugt also keinen Ausschlag an dem Instrument 6¢* Die Sitrahlung
des Absorptionsbereiches jedoch kann, da sie in dem Abteil B vollkommen absorbiert
wird, nur auf den Empfänger 6a wirken. Der Ausschlag des Instrumentes 6c hängt daher
nur von der Intensität der auf die Filterkammer 4 auftreffenden Strahlung des Absorptionsbereiches
ab;- das heißt aber, daß der Ausschlag ein Maß für die Konzentration des interessierenden
Bestandteiles des Stoffgemisches in der Analysenkammer ist.
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Nachteilig und besonders kostspielig bei dieser bekannten Anordnung
ist die Notwendigkeit, die von der Infrarotquelle ausgesandten Strahlen zu bündeln
und zu richten. Es ist der Zweck der Erfindung, diesen Nachteil zu beheben. Das
wird dadurch erreicht, daß Infrarotstrahler, Analysenkammer, Filterkammer und Empfänger
als koaxiale Zylinder ausgebildet sind. Im einzelnen sei die Erfindung an Hand der
Abb. 2 bis 6 näher beschrieben.
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Abb. 2 stellt ein erfindungsgemäßes Gasanalysengerät im Querschnitt
dar, Abb. 3 im Längsschnitt.
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1 ist ein haarnadelförmiger Glühdraht, der durch den über die Zuleitungen
I3 zugeführten Strom erhitzt wird und als Infrarotstrahler dient. Er befindet sich
in einem evakuierten Quarzrohr 2.- Dieses Rohr wiederum ist von einem weiteren Quarzrohr
3, das als Analysenkammer dient und ebenso wie die Analysenkammer in Abb. I mit
3 bezeichnet ist, konzentrisch umgeben und in ihm mittels der Halteringe I I und
I2 befestigt. Das Rohr 3 ist durch zwei Stopfen g und 10 verschlossen. Durch die
Stopfen hindurch führt die Zuleitung 8 und die Ableitung I4 für das zu analysierende
Gasgemisch. Es ist hier also eine laufende Konzentrationsbestimmung angenommen.
In Höhe des Heizdrahtes ist das Rohr 3 von einem weiteren Quarzrohr 4 und einem
Schutzrohr 7 koaxial umgeben, die oben und unten durch Abdeckplatten verschlossen
sind. Der ringförmige Raum zwischen Rohr 3 und 4 bildet die Filterkammer und ist
durch zwei parallel zur Zylinderachse verlaufende Wände 5 in zwei Abteile A und
B geteilt; als Hinweiszeichen für Filterkammer und Trennwand sind also dieselben
Ziffern wie in Abb. I benutzt, da sich diese Teile entsprechen. Der Raum zwischen
den Rohren 4 und 7 nimmt die beiden Teilempfänger 6a und 6b auf. Die Verbindungsleitungen
von diesen Empfängern zu - dem Meßinstrument und dieses selbst sind nicht gezeichnet.
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Eine andere Ausführungsform ist in Abb. 4 und 5 gezeigt. Hier liegt
der Strahlungsempfänger, eine Differential-Thermosäule, in dem mittelsten Zylinder,
einem evakuierten Quarzkolben 2. Die Verbindungsleitungen zul dem Meßinstruement
sind mit 15 bezeichnet. Kolben 2 ist von einem Quarzrohr 3 umgeben; der Raum zwischen
den Teilen 2 tmd 3 bildet die Analysenkammer. In Höhe des Empfängers ist das Rohr
3 von einem weiteren - Quarzrohr 4 und einem Schutzrohr 7 koaxial umgeben, die oben
und unten durch Abdeckplatten verschlossen sind. Zwischen Rohr 3 und 4 verlaufen
in axialer Richtung zwei Wände 5, die den Raum zwischen Rohr 3 und 4, die.iFilterkammer,
in zwei Abteile A und B teilen. Auf Rohr 4 ist außen die Heizwicklung I als Infrarotstrahler
aufgebracht. Rohr 7 dient als äußeres Schutzrohr.
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Sowohl bei dieser Anordnung als auch bei der in Abb. 2 und 3 gezeigten
kann die Filterkammer auch durch eine senkrecht zur Rohrachse verlaufende Wand in
Meß- und Vergleichskammer getrennt werden, wobei die Empfänger ebenfalls entsprechend
angeordnet werden müssen. In Abb. 6 schließlich ist eine weitere Ausführungsform
in halb schematischer Darstellung im Längsschnitt gezeigt, bei der die Filterkammer
durch eine senkrecht zur Achse der Anordnung verlaufende Wand 5 in zwei Abteile
A und B geteilt ist und ein elektrischer Leiter zugleich als Infrarotstrahler und
Empfänger dient.
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Im mittelsten Zylinder, einem Quarzkolben 2, befinden sich zwei in
axialer Richtung übereinander angeordnete Ni- oder Pt-Drähte 16a und I6b Quarzkolben
2 ist.von einem Quar.zrohr3 umgeben; der Raum zwischen Kolben 2 und Quarzrohr 3
bildet die Analysenkammer. In Höhe der beiden Drähte I6a und I6b ist das Quarzrohr
3 von einem weiteren Rohr 7 umgeben, das innen verspiegelt und oben und unten durch
Abdeckplatten verschlossen ist.
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Der Raum zwischen Rohr 3 und Rohr 7 ist durch eine Trennwand 5, die
in Höhe der Grenze zwischen I6å und I6b senkrecht zur Achse der Rohre verläuft,
in die zwei AbteileA und B geteilt. Die beiden Drähte 16a und I6b sind in der aus
Abb. 6 ersichtlichen Weise in zwei Zweige einer Brücke geschaltet, die von einer
Stromquelle I7 gespeist wird und in den beiden anderen Zweigen je einen Widerstand
18 bzw. 19 enthält. In den Brückendiagonalen liegt das Meßinstrument 20.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die von 16a bzw. I6b
ausgehende Infrarotstrahlung durchsetzt die Analysenkammer und nachfolgend das Abteil
A bzw. B, wird dann an der Innenwand des Rohres 7 gespiegelt und kommt über Abteil
A bzw. B und Analysenkammer wieder zu 16a bzw. 16b zurück. Die Brücke ist so abgeglichen,
daß dann, wenn die Strahlung des Absorptionsbereiches in der Analysenkammer nicht
absorbiert wird, die Konzentration des interessierenden Bestandteiles in der Gasmischung
also gleich Null ist, das Meßinstrument 20 keinen Ausschlag gibt. Wird die Strahlung
des Absorptionsbereiches jedoch bei Anwesenheit des interessierenden Bestandteiles
in der Mischung in der Analysenkammer mehr oder weni-
ger absorbiert,
dann ändert sich die Temperatur des Drahtes I6b dadurch nicht, da die Strahlung
des Absorptionsbereiches in dem Abteil B sowieso vollkommen absorbiert wird; die
Temperatur des Drahtes I6, wird jedoch erniedrigt, da die auf ihn zurückreflektierte
Strahlung nun geschwächt ist.
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Da sich der Widerstand der Drähte I6, und I6b mit der Temperatur ändert,
kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht, das Meßinstrument 20 schlägt auu.
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Der Ausschlag ist ein Maß für die Konzentration des absorbierenden
Bestandteiles der in der Analysenkammer befindlichen-Mischung.
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An Stelle eines Drahtes I6, bzw. I6b können auch mehrere parallel
geführte Leiter verwendet werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Gerät zur Analyse von Gasgemischen mittels infraroter
Strahlung, das einen Infrarotstrahler, eine mit dem zu analysierenden Gemisch gefüllte
Kammer (Analysenkammer) sowie eine aus zwei Abteilen bestehende Filterkammer hat,
deren eines Abteil mit einem strahlungsdurchlässigen Gas gefüllt ist, während das
andere mit dem Gas gefüllt ist, dessen Konzentration in dem Gemisch bestimmt werden
soll, und bei dem ein Teil der Strahlung die Analysenkammer und das eine Abteil
der Filterkammer durchsetzt, ein anderer Teil der Strahlung die Analysenkammer und
das andere Abteil der Filterkammer, und die nach Durchsetzen der Kammern sich ergebenden
Strahlungsintensitäten der beiden Teile in einem Empfänger verglichen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß Infrarotstrahler, Analysenkammer, Filterkammer und Empfänger
als koaxiale Zylinder ausgebildet sind.