DE946853C - Geraet zur Analyse von Gasgemischen mittels infraroter Strahlung - Google Patents

Geraet zur Analyse von Gasgemischen mittels infraroter Strahlung

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DE946853C
DE946853C DEH21467A DEH0021467A DE946853C DE 946853 C DE946853 C DE 946853C DE H21467 A DEH21467 A DE H21467A DE H0021467 A DEH0021467 A DE H0021467A DE 946853 C DE946853 C DE 946853C
Authority
DE
Germany
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filter chamber
compartments
receiver
radiation
infrared
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Expired
Application number
DEH21467A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Karl-Heinz Winterling
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ABB Training Center GmbH and Co KG
Original Assignee
Hartmann and Braun AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Abb. 2 stellt ein erfindungsgemäßes Gasanalysengerät im Querschnitt dar, Abb. 3 im Längsschnitt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Da sich der Widerstand der Drähte I6, und I6b mit der Temperatur ändert, kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht, das Meßinstrument 20 schlägt auu.
  • Der Ausschlag ist ein Maß für die Konzentration des absorbierenden Bestandteiles der in der Analysenkammer befindlichen-Mischung.
  • An Stelle eines Drahtes I6, bzw. I6b können auch mehrere parallel geführte Leiter verwendet werden.
  • 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.

Claims (1)

  1. 2. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Analysenkammer und Filterkammer von koaxialen Zylindern aus infrarotdurchlässigem Material begrenzt sind.
    3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammer durch zwei parallel zur Achse verlau.fende Wände in die zwei Abteile geteilt ist und der Empfänger aus zwei Teilempfängern besteht von denen jeder einem der Abteile zugeordnet ist.
    4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammer durch eine senkrecht zur Achse verlaufende Wand in die zwei Abteile geteilt ist und der Empfänger aus zwei Teilempfängern besteht, von denen jeder einem der Abteile zugeordnet ist.
    5. Gerät nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich Strahler und Empfänger im innersten Zylinder befinden und die Wand des äußersten Zylinders verspiegelt ist, so daß die Strahlen wieder zum innersten Zylinder auf die Empfänger zurückgeworfen werden.
    6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler aus einem Material besteht, dessen elektrische Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern und daß der StraB-ler gleichzeitig als Empfänger dient, indem zwei den beiden Abteilungen der Filterkammer zuigeordnete Teile in benachbarte Zweige einer Brücke eingeschaltet sind, in der ihr Widerstand verglichen wird.
    7. Gerät nach Anspruch 6, daduch gekenn zeichnet, daß der als Strahler und Empfänger dienende Teil ein oder mehrere in axialer Richtung ausgespannte Leiter sind.
DEH21467A 1954-09-12 1954-09-12 Geraet zur Analyse von Gasgemischen mittels infraroter Strahlung Expired DE946853C (de)

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