DE976713C - Empfangseinrichtung fuer ein Geraet zur Analyse von Stoffgemischen mittels infraroter Strahlen - Google Patents

Description

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Bekannte Geräte zur Analyse von Stoffgemischen mit infraroten Strahlen besitzen beispielsweise zwei Infrarotstrahler, deren Strahlenbündel je eine Küvette passieren. Eine von diesen enthält das zu untersuchende Gasgemisch, von dem die Konzentration eines bestimmten Bestandteiles aus dessen Fähigkeit, infrarote Bestrahlung zu absorbieren, bestimmt werden soll. Die andere Küvette ist mit dem Vergleichsgas gefüllt. Hinter den

ίο Küvetten befindet sich eine Empfangseinrichtung mit zwei Empfangskammern, welche den Gasbestandteil, dessen Konzentration bestimmt werden soll, enthalten. Beide Empfangskammern stehen mit einem zur Druckmessung dienenden

is Membrankondensator in Verbindung. Bei ungleicher Absorption der beiden Strahlenbündel durch das zu untersuchende Gasgemisch und das Vergleichsgas ruft das durch Absorption stärker geschwächte Strahlenbündel eine geringere Erwärmung des in der zugeordneten Empfangskammer befindlichen Gasbestandteiles hervor als das weniger geschwächte Strahlenbündel in seiner Empfangskammer. Läßt man den hierdurch verursachten Druckunterschied des Füllgases beider Empfangskammern beiderseits der Membran des Membran- kondensator einwirken, so können durch periodische Unterbrechung der Strahlenbündel beider Strahler die dadurch hervorgerufenen periodischen Druckschwankungen in beiden Empfangskammern mittels des Membrankondensators in Wechsel-Spannungen umgewandelt werden, die nach ihrer Verstärkung in einem Meßgerät zur Anzeige gelangen. Die Anzeige dieses Meßgerätes ist dann unmittelbar ein Maß für die Konzentration des

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interessierenden Bestandteiles des untersuchten Gasgemisches.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangseinrichtung für ein Gerät zur Analyse von Stofrgemischen mittels, modulierter infraroter Strahlen, die in einem im wesentlichen quaderförmigen einheitlichen Block mehrere gasgefüllte Empfangskammern und einen zur Bestimmung der durch die Erwärmung des Füllgases in den Empfangskammern entstehenden Druckänderungen dienenden Membrankondensator enthält.

Bei einer bekannten Empfangseinrichtung mit diesen Merkmalen ist die Membran in dem genannten Block zwischen den Meßkammern angeordnet und erstreckt sich parallel zu den Achsen der zylindrischen Meßkammern. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten in der Fertigung. Außerdem ist die Membran an der zusammengebauten Empfangseinrichtung schwer zugänglich. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Membrankondensator in einem von außen durch eine Metallplatte luftdicht abgeschlossenen Sackloch mit der Membranebene parallel zu der das Sackloch abdeckenden Platte in dem aus Metall bestehenden Block angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Bild ι einen Vertikalschnitt,
Bild 2 eine Draufsicht auf eine Empfangsanordnung für ein Analysengerät gemäß der Erfindung. In dem in Bild 1 dargestellten Metallblock 1 sind von oben her zwei nebeneinanderliegende konische Empfangskammern 2 mit spiegelnder Innenfläche und nach oben sich erweiternder Öffnung und zwisehen den Empfangskammern von unten her eine zylindrische Kammer 3 zur Unterbringung eines Membrankondensators eingelassen. Die Achsen der Empfangskammern und der Kondensatorkammer sind einander parallel und senkrecht verlaufend angenommen. Mit S₁ und S₂ sind zwei einfallende Randstrahlen angedeutet, und es ist zu erkennen, wie bei einem Konus winkel von 45 ° für diese durch mehrmalige Reflektion eine Verlängerung des Strahlenweges gegenüber dem nicht reflektierten Mittelstrahl eintritt. Die oberen öffnungen der Empfangskammer 2 sind durch Fenster 4 mit für infrarote Strahlen durchlässigem Material, z. B. Glimmer, Steinsalz, Saphir, vakuumdicht verschlossen. Die linke Empfangskammer steht über einem oberen großflächigen Schlitz 5 und die rechte Empfangskammer über einen unteren ebenso geformten Schlitz 6 mit der Kondensatorkammer 3 in Verbindung. In diese wird der Membrankondensator von unten eingesetzt. Dieser besteht aus der als metallische Elektrode ausgebildeten, zur Kondensatorkammer konzentrisch, kreisförmigen Membran 8 und der gleichachsigen zylindrischen Gegenelektrode 9. Die Membran 8 wird über der ringförmigen Schneide 10 eines von einer isolierenden Keramikscheibe 11 getragenen metallischen Auflageringes 12 mittels zweier Spannringe 13 gespannt gehalten, welche durch drei symmetrisch verteilte Senkschrauben 14 zusammengepreßt werden. Auflagering und Spannringe sind ebenfalls konzentrisch zur Kondensatorkammer. Zwischen den Schrauben 14 weisen die Spannringe drei mit Gewinde versehene Bohrungen 15 auf. Koaxial zu diesen besitzt der Auflagering 12 an seiner Unterseite drei Bohrungen 16 zur Aufnahme je einer Schraubenfeder 17 und drei Durchgangslöcher 18 zur Aufnahme je einer Zylinderkopfschraube 19. Die Keramikscheibe 11 weist den Bohrungen 16 des Auflageringes 12 entsprechende Durchgangslöcher 20 auf. Die Zylinderkopf schrauben 19 werden durch je eine Schraubenfeder 17 hindurchgesteckt und mit ihrem Gewindeteil voran von der Unterseite der Keramikscheibe 11 her durch die Durchgangslöcher 18 des Auflageringes 12 in die mit Gewinde versehenen Bohrungen 15 der Spannringe 13 eingeschraubt. Die Schrauben 19 werden so weit in die Spannringe eingeschraubt, bis bei gleicher Vorspannung der Schraubenfedern 17 die Membran 8 des Kondensators völlig eben gespannt ist. Die als flacher Zylinder geformte Gegenelektrode 9 ist mit senkrechten Bohrungen 21 versehen und bildet den oberen Teil eines ebenfalls auf der Keramikscheibe 11 befestigten, innerhalb des Auflageringes 12 angeordneten zylindrischen Halters 22, der mit einander durchdringenden waagerechten Bohrungen 23 versehen ist. Sowohl der den Membranhalter bildende Auflagering 12 als auch der Halter 22 für die Gegenelektrode sind mit je einer Bohrung 24 und 25 versehen, die zum Einstecken leitender, als Durchführungen dienender Steckerstifte 26 und 27 dienen. Der leitende zylindrische Auflagering 12 ist außen von einem fest aufsitzenden Isolierring 28 umgeben.

Wird die Keramikscheibe 11 samt den von ihr getragenen Teilen in eine zylindrische Führung 71 der Kondensatorkammer 3 von unten eingesetzt, wobei sie gegen einen ringförmigen Anschlag 29 der Kondensatorkammer stößt, so steht der oberhalb der Membran 8 liegende Teil der Kondensatorkammer über den oberen Schlitz 5 mit der linken Empfangskammer 2 in Verbindung, während i°5 der unterhalb der Membran befindliche Teil der Kondensatorkammer über eine dem unteren Schlitz 6 angepaßte Ausnehmung 30 des Membranhalters 12 und des Isolierringes 28 mit der rechten Empfangskammer 2 Verbindung hat. Der untere n° Teil der Kondensatorkammer umfaßt dabei den zwischen dem Membranhalter 12 und dem Gegenelektrodenhalter 22 gebildeten ringförmigen Raum sowie das Innere der in der Gegenelektrode und deren Halter befindlichen Bohrungen 21 und 23, die zum Ausgleich des Meßdruckes an der Unterseite der Membran 8 dienen. Der Isolierring 28 dient außer zur Isolierung des Membranhalters 12 gegenüber dem Metallblock auch noch zur Abdichtung der beiderseits der Membran 8 liegenden Kondensatorkammerteile und als mechanischer Schutz beim Einführen des Kondensators in seine Kammer. Zwischen dem Außendurchmesser des Isolierringes und dem Innendurchmesser der Kondensatorkammer ist aber eine derartige Toleranz gelassen, daß zwischen beiden Wandungen ein

Spalt 32 entsteht, über den langsam verlaufende Druckunterschiede zwischen beiden Empfangskammern sich ausgleichen können.

Die Keramikscheibe 11 trägt auf ihrer Innen- und Außenkante Schutzringe 33, die mittels eines durch eine Bohrung der Keramikscheibe gesteckten Drahtstückes 34 miteinander verbunden sind. Diese Schutzringe dienen dazu, die zwischen beiden Elektroden übertretenden Kriechströme zur Masse des Metallblockes 1 abzuleiten. Die Keramikscheibe stützt sich über Kontaktstücke 7, die federnd ausgebildet sein können, gegen eine kreisförmige metallene Abschlußplatte 37 ab, in deren Isolierpreßteilen 35, 36 die beiden einwärts gerichteten, an ihren inneren Enden geschlitzten Steckerstifte vakuumdicht gehalten sind. Der nach oben vorstehende zylindrische Rand 38 dieser Abschlußplatte ragt unter Zwischenschaltung eines Dichtungsstreifens 39 in eine ringförmige Rille 40 des Metallblockes 1 hinein. Durch einen auf die Metallplatte aufgesetzten, mit Gewinde versehenen Spannring 41, der sich von unten in den Metallblock 1 einschrauben läßt, wird sie vakuumdicht gegen den Metallblock gepreßt, so daß das Innere der Kondensatorkammer völlig gegen die Außenluft abgedichtet ist. Die Steckerstifte 26, 27 übernehmen nunmehr die Stromzuführung von den äußeren Anschlußleitungen zu den Elektroden des Kondensators, während die Schutzringe 33 über die Kontaktstücke 7 mit der metallenen Platte 37 und daher mit dem Metallblock 1 verbunden sind. Die Bohrungen 42 im Spannring 41 dienen wie üblich zum Einsetzen eines Werkzeuges, um das Festziehen des Spannringes zu erleichtern.

Die Fenster 4 aus Glimmer, Steinsalz, Saphir oder einem anderen für infrarote Strahlen durchlässigen Material sind in je einem losen Fassungsring 43 eingekittet, der einen oberen, seitlich vorstehenden Rand 44 besitzen kann, gegen den sich das Fenster 4 anlegt. Mit seinem nach unten, gerichteten zylindrischen Rand 45 ragt der Fassungsring in einen die dazugehörige Empfangskammer 2 konzentrisch umgebenden Ringspalt 46 hinein, der einen Dichtungsstreifen 47 aufnimmt. Mittels je eines außen mit Gewinde versehenen, mit dem Metallblock 1 verschraubbaren Spannringes 48, der von oben auf jeden Fassungsring 43 aufgesetzt wird und Bohrungen 49 zum Ansetzen eines Werkzeuges aufweist, kann jeder ein Fenster tragender Fassungsring vakuumdicht mit dem Metallblock 1 verbunden werden. Auf diese Weise sind die Fassungsringe samt den eingekitteten Fenstern leicht austauschbar.

Während Glimmerfenster Stärken von unter Vio mm aufweisen, Saphirfenster in der Regel 1 mm stark sind, besitzen Steinsalzfenster Stärken von 4 mm und darüber. Diese Fenster finden je nach den Anforderungen in demselben Gerät Verwendung. Bei Verwendung eines dicken Fensters, z. B.

aus Steinsalz, wird der vom Fassungsring 43 umschlossene Raum nahezu völlig durch das eingekittete Fenster 4 ausgefüllt. Diese Ausführungsform des Fensters weist die linke Empfangskammer auf. Bei einem dünneren Fenster, z. B. aus Glimmer oder Saphir, wird der von ihm frei gelassene innere Rand 70 verspiegelt oder durch einen eingekitteten Metallring 50 mit spiegelnder Innenfläche ausgefüllt, wie es für die rechte Empfangskammer rechts und links von ihrer Achse dargestellt ist. Der innere, verspiegelte Rand 70 kann als ringförmige Verstärkung ausgebildet sein, um eine Auflage für das dünnere Fenster zu bilden. Dabei kann der äußere Rand 44 fortfallen. In diesem Fall wird das Fenster von oben in den Fassungsring eingesetzt und mit ihm verkittet. In allen Fällen ist die Außenfläche der Fenster im Fassungsring festgelegt, so daß die lufterfüllten Räume zwischen den Fenstern der Empfangskammern und denen der oberhalb der Empfangskammern vorgesehenen Küvette«, welche mit dem zu untersuchenden Stoffgemisch bzw. einem Vergleichsgemisch gefüllt sind, einander gleich, und zwar so gering wie möglich bemessen werden können. Durch die Verspiegelung des Randes 70 des Fassungsringes 43 oder des in diesen eingekitteten Metallringes 50 werden auf diese spiegelnden Flächen auftreffende Strahlen in das Innere der Empfangskammern abgelenkt und somit für die Absorption nutzbar gemacht. Diese Ausgestaltung der Fenster ermöglicht ihre Verwendung auch für andere Teile des Analysengerätes, wie z. B. als Strahlerfenster und Küvettenfenster.

Oberhalb der Kondensatorkammer 3 ist in einer Ausnehmung 51 des Metallblockes 1 ein Temperaturfühler 52 untergebracht, der die beiderseits der Empfangskammern 2 in Ausnehmungen 53 des Metallblockes 1 untergebrachten Heizkörper 54 steuert.

Bild 2 verdeutlicht die Anordnung einer vom Metallblock 1 getragenen, für beide Strahlungswege gemeinsamen verstellbaren Blende 62, mit deren Hilfe die Intensität der Strahlung beider Meßwege verändert und damit gegeneinander abgeglichen werden können. Diese Blende 62 hat die Form eines schwenkbaren Sektors, der symmetrisch zu beiden Fenstern 4 am Metallblock 1 gelagert i°5 und oberhalb beider Fenster schwenkbar ist. Durch einen Schneckentrieb 63 läßt sich die Blende mittels des Einstellknopfes 64 betätigen.

Durch die Befestigung der zum Abgleich der Strahlungsintensitäten beider Meßwege dienenden Blenden 62 unmittelbar an dem die Empfangskammern und den Meßkondensator aufnehmenden Metallblock 1 wird eine eindeutige räumliche Zuordnung dieser Blende zu den Empfangskammern und dem Meßkondensator erreicht. Damit ergibt sich eine geringere Fehleranfälligkeit und als Folge davon eine verbesserte Stabilität gegenüber bisherigen Ausführungen, bei denen diese Blende getrennt von den Empfangskammern und dem Meßkondensator am Gerät montiert wurde.

Zum Zusammenbau wird die Membran 8 bei herausgenommener Keramikscheibe 11 mittels der Schrauben 19 völlig eben auf der Schneide 10 des Membranschalters 12 ruhend zwischen den Spannringen 13 eingespannt und die Keramikscheibe 11 samt den von ihr getragenen Elektrodenhaltern in

die Führung 71 der Kondensatorkammer 3 eingeschoben, wobei der den leitenden Halter 12 umgebende isolierende Zylinder 28 den Membrankondensator beim Einsetzen schützt. Darauf wird die Absch'lußplatte 37 aufgesetzt und dabei die von dieser getragenen isolierten Durchführungen 27, 26 durch entsprechende Durchgangslöcher der Keramikscheibe 11 hindurch in die zugeordneten Bohrungen 24, 25 der leitenden Halter 12 und 22 für die beiden Elektroden 8 und 9 eingesteckt. Die Platte 37 wird mittels des Spannringes 41 dichtend gegen den Metallblock 1 gepreßt. Sie fixiert den Kondensator in seiner Lagerung. Er ist auf diese Weise jederzeit bequem zugänglich. Mit dem Einsetzen des Kondensators hat sich zugleich der Diffusionsspalt 32 zwischen den beiden großflächigen Schlitzen 5 und 6 gebildet. Die Membran 8 erstreckt sich nunmehr senkrecht zu den Achsen der Empfangskammern 2.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Empfangseinrichtung für ein Gerät zur Analyse von Stoffgemischen mittels modulierter infraroter Strahlen, die in einem im wesentlichen quaderförmigen einheitlichen Block mehrere gasgefüllte Empfangskammern und einen zur Bestimmung der durch die Erwärmung des Füllgases in den Empfangskammern entstehenden Druckänderungen dienenden Membrankondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankondensator (8, 9) in einem von außen durch eine Metallplatte (37) luftdicht abgeschlossenen Sackloch (3) mit der Membranebene parallel zu der das Sackloch abdeckenden Platte in dem aus Metall bestehenden Block angeordnet ist.
2. 2. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangskammern (2) mit parallelen Achsen nebeneinander auf der einen Seite und der Membrankondensator (8, 9) mit seiner Membranebene rechtwinklig zu den Achsen der Empfangskammern auf der gegenüberliegenden Seite zwischen den Empfangskammern eingelassen sind.
3. 3. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der durch die Kondensatormembran (8) unterteilten Kondensatorkammer (3) durch in den Metallblock (1) eingelassene großflächige Schlitze (5, 6) mit jeweils einer der Empfangskammern (2) verbunden sind.
4. 4. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Nullabgleich notwendige verstellbare Blende (61) unmittelbar am Metallblock (_i) gelagert ist.

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   In Betracht gezogene Druckschriften:
   JOSA, 37 (1947), S. 762 bis 768; 36 (1946),
5. 5. 195 bis 198; 40 (1950), S. 118;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 212 211, 2386831,

   ι 029397;
   deutsche Patentschriften Nr. 493299, 518 177,

   623. S679⁸⁶;

   britische Patentschriften Nr. 634453, 661990;

   A. Gramberg, Technische Messungen bei Maschinenuntersuchungen und zur Betriebskontrolle,
6. 6. Auflage, Berlin, 1933, S. 457.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen