EP0503011A1 - Process for determining the concentration of substances, device for implementing the process, use of the process for changing the concentration of a substance contained in the fluid and plant therefor - Google Patents

Process for determining the concentration of substances, device for implementing the process, use of the process for changing the concentration of a substance contained in the fluid and plant therefor

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Publication number
EP0503011A1
EP0503011A1 EP19910914541 EP91914541A EP0503011A1 EP 0503011 A1 EP0503011 A1 EP 0503011A1 EP 19910914541 EP19910914541 EP 19910914541 EP 91914541 A EP91914541 A EP 91914541A EP 0503011 A1 EP0503011 A1 EP 0503011A1
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EP
European Patent Office
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concentration
radiation
frequency
substance
substances
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19910914541
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German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz Jürgen KAIBLINGER
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Chlean Plants and Engineering Ets
Original Assignee
Chlean Plants and Engineering Ets
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Filing date
Publication date
Application filed by Chlean Plants and Engineering Ets filed Critical Chlean Plants and Engineering Ets
Publication of EP0503011A1 publication Critical patent/EP0503011A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J2001/4242—Modulated light, e.g. for synchronizing source and detector circuit
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating 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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    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
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    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the concentration of substances according to the preamble of claim 1, a device for carrying out the method according to the preamble of claim 9, a system for changing the concentration of at least one substance contained in the fluid according to the preamble of claim 16 and an application the method for changing the concentration of at least one substance contained in the fluid according to the preamble of patent claim 19.
  • the intensity of the transmitted radiation depends on the medium, the substances mixed in with the medium and the frequency of the radiation.
  • An unknown substance in the medium can be identified from these frequency-dependent damping values adorned, or in the case of a known substance whose concentration in the medium can be determined.
  • a generic method for measuring the concentration of substances is known from DE-OS 25 25 375.
  • the light beam of a semiconductor diode with a tunable emission wavelength is sent through a measuring medium and detected.
  • the emission wavelength is periodically switched between the absorption maximum and an adjacent minimum. If the center frequency of the radiation emitted by the diode lies on the flank of the absorption line, an alternating signal is received by the detector, which is given to a phase-sensitive detector, the output signal of which is a direct measure of the concentration of the gas component in the measuring medium.
  • Another generic method for measuring the concentration of substances is known from DE-OS 37 41 026.
  • a laser is switched back and forth between two of its own resonance frequencies, one of the resonance frequencies being in the absorption maximum and the other resonance frequency in the absorption minimum of the gas to be detected.
  • the concentration of the gas to be examined is derived from the ratio of the intensity attenuation of the two resonance frequencies.
  • the value of the transmitted radiation intensity is stored in a sample + hold circuit.
  • the values stored in the sample + hold circuit are processed with a computer circuit every measuring cycle.
  • the present invention describes a new signal processing in which a concentration measurement of a substance contained in a measuring medium is carried out using at least two different radiation frequencies.
  • the methods shown, their use, and the device used to carry out the method are distinguished by a high level of signal interference immunity.
  • the object is further achieved to change the concentration of at least one substance contained in a fluid, i. H. in particular to reduce the pollutant content contained in the fluid. Examples of methods according to the invention, a device according to the invention, their use and a system for changing the concentration of at least one substance contained in a fluid are explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for carrying out concentration measurements
  • FIG. 2 shows the temporal sequence of the pulsed radiation emitted by the transmitter of the device with the alternating radiation frequencies f 1 and f 2 ,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the temporal sequence of the radiation shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the signal conditioning circuit of the device for concentration measurement
  • FIG. 5 shows a variant of the signal conditioning circuit shown in FIG. 4,
  • Fig. 6 shows an idealized representation of the time
  • FIG. 3 shows the pulse sequence shown after passing through a bandpass of the signal processing circuit
  • Fig. 7 shows an idealized representation of the time
  • FIG. 6 shows the pulse sequence shown after passing through an integrator with the discharge time constant of the signal processing circuit
  • FIG. 8 shows a low-frequency section of the frequency spectrum of the pulse sequence
  • FIG. 9 shows a block diagram of a device for reducing the pollutant content in the exhaust gases of a diesel engine.
  • the device for concentration measurement of substances in a measuring medium 1 shown in the block diagram in FIG. 1 has a transmitter 3, a plurality of measuring cuvettes 5a ... 5z, each containing a reference medium with known absorption for the radiation emitted by the transmitter 3 and known concentration a partially transparent mirror 7a ... 7z and each with a radiation detector 9a ... 9z, which converts the radiation falling on it in proportion to the intensity into an electrical signal, a further beam controller 11 which detects the output radiation of the transmitter 3 in the measuring medium 1 and to the measuring cuvettes 5a ...
  • a detector 13 which transmitted the intensity of the measuring medium 1 Converts radiation into an electrical signal and a detector 15, onto which a part of the radiation emitted by the transmitter 3 without having transmitted a reference cuvette 5a ... 5z or the measuring medium 1 falls.
  • Each of the detectors 9a ... 9z, 13 and 15 is connected via an electrical line 17a ... 17z, 19 and 20 to a signal conditioning circuit 21, 22 and 23, respectively.
  • the signal conditioning circuits 21, 22 and 23 are connected to an evaluation circuit 25 which determines the value of the concentration of the substance contained in the measuring medium 1.
  • the signal lines are shown in Figure 1 with solid lines and the paths of the rays with dashed lines.
  • the evaluation device 25 is connected to a power amplifier 26 with which data and setting values can be transmitted in order to reduce the pollutant content in the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a diesel engine 51, as described below in an example and in the block diagram in FIG .
  • Internal combustion engines are understood to mean motors which convert chemically bound energy into mechanically usable energy by means of combustion.
  • Known embodiments include diesel and gasoline engines, jet engines, gas turbines, etc.
  • the transmitter 3 is connected to a control device 27, which contains a power supply 29 and a driver 30.
  • the driver 30 is a time device which controls the energy supply 29 in such a way that the transmitter sends 3 pulses of different radiations with the frequencies f 1 and f 2 , with the same repetition frequency 1 / T N and constant pulse spacing T T to one another.
  • the pulse interval T T is understood as the time interval from the start of a pulse to the start of the following other pulse with the other radiation with the other radiation frequency.
  • the driver 30 is connected to the evaluation circuit 25 for the synchronization of the measured value processing.
  • the transmitter 3 transmits, as in Fi Shown gur 2, pulsed radiation with a pulse duration d with the radiation frequencies f 1 and f 2 .
  • the pulse spacing of pulses of the same radiation frequency f 1 or f 2 is T N.
  • the pulse interval T T of successive pulses has been chosen to be the same size and is half the pulse interval T N.
  • the switching frequency of all pulses is twice as high as the switching frequency of the pulses with a radiation frequency f 1 or f 2 .
  • Each pulse with the radiation frequency f 1 lies in the middle between two pulses with the radiation frequency f 2 . The same applies to the pulses of the radiation frequency f 2 .
  • the transmitter 3 emits a pulse with the pulse width d with radiation of the radiation frequency f 1 , which is in the range of the absorption maximum of the known substance.
  • the radiation f 1 hits the beam splitter 11 and is split here. Part of the radiation f 1 transmits the measuring medium 1, its intensity is measured with the detector 13 and the electrical measuring signal is passed on to the signal conditioning circuit 22. The other part of the radiation f 1 strikes the semitransparent mirror 7a, the other semitransparent mirrors ... 7z have been folded away and are split again here.
  • Part of the radiation f 1 radiates through the reference cuvette 5a.
  • the transmitted intensity is measured by the detector 9a and the electrical measurement signal is forwarded to the signal processing circuit 21.
  • the rest of the radiation f 1 strikes the detector 15 and is passed on to the signal conditioning circuit 23.
  • the transmitter 3 is switched and a pulse with the pulse width d with radiation of the beam tion frequency f 2 , which is not only weakly absorbed by the known material, is emitted analogously to the above method for the frequency f 1 .
  • the entire above process is repeated.
  • the transmitter 3 emits pulses with a constant and the same pulse repetition frequency 1 / T T and constant pulse height, alternating between a pulse with the radiation frequency f 1 and the following pulse with the radiation frequency f 2 .
  • the intensity of the pulses with the radiation frequency f 1 is weakened by the substance in the measuring medium 1 or in the reference cuvette 5a and the one with the radiation frequency f 2 is received by the detector 13 or 9a almost without attenuation.
  • the pulse train after leaving the transmitter 3, measured with the detector 15, is shown in FIG. 2.
  • the pulse train after passing through the measuring medium 1, measured with the detector 13, is shown in FIG.
  • the pulse trains transmitting the reference cuvette 5a and the measuring medium 1 are similar to one another.
  • FIG. 3 shows a typical, schematically illustrated pulse train, measured with the detector 13.
  • the pulse trains differ only in the absolute and relative values of the pulse heights.
  • the different pulse heights are a measure of the concentration of the substance you are looking for.
  • the signals received by the detectors 9a, 13 and 15 are passed into the signal conditioning circuits 21, 22 and 23, respectively. If more than one reference cuvette 5a ... 5z is used, as described below, a switch (not shown) is to be provided in front of the signal conditioning circuit 21, which selector selects the signal from the detectors 9a ... 9z of the reference cuvette 5a ... 5z just used.
  • the signal conditioning circuits 21, 22 and 23 have connected in series, as shown in FIG. 4, for the electrical signal coming from the detector 9a, 13 and 15, respectively Preamplifier 33, a filter 35, a time and frequency selective gate circuit 37 and 39 and a demodulator 41.
  • the time selective gate circuit 37 is controlled by the driver 30 such that it only allows signals to pass that appear at the time when the transmitter 3 Pulse were transmitted and the same pulse shape as the transmitted pulses had.
  • the filter 35 is designed as a bandpass filter with a center frequency which corresponds to the reciprocal value 1 / T T of the pulse spacing T T of the pulses of the radiation f 1 and f 2 . That is, the center frequency of the bandpass 35 is twice the frequency of the pulse repetition frequency of the pulses with the radiation frequency f 1 or f 2 .
  • the output signal is supplied to the demodulator 41 for amplitude modulated signals.
  • the frequency-selective gate circuit as a bandpass filter 39 has a center frequency which corresponds to the reciprocal value 1 / T N of the pulse spacing T N of the pulses of the radiation f 1 or f 2 .
  • the output signal of the bandpass 39 is fed to the evaluation circuit 25.
  • the bandwidth of the bandpass 35 is set so that the carrier signal with the frequency 1 / T T can pass unhindered together with the useful signal with the frequency 1 / T N.
  • the bandwidth of the bandpass filter 39 with the center frequency 1 / T N is set so that, on the one hand, changes in the signal can occur unhindered by changes in concentration, signal falsifications by, for. B. the thermal noise in the measuring medium 1, due to brief interruptions due to dust within the rays or variations in the measuring signal due to the radiation-deflecting temperature gradient in the measuring medium 1 can have no influence on the measuring signal.
  • the signal picked up by the detector 9a is processed analogously to what has been said above and is also sent from its demodulator (designed analogously to the demodulator 41) to the evaluation circuit 25.
  • the difference between the signals coming via the lines is weighted with the known concentration in the reference cell 5a and gives the desired concentration in the measuring medium 1.
  • the electrical signal which goes directly to the detector 15, is processed analogously.
  • the signal demodulated with the demodulator (designed analogously to the demodulator 41) is ideally a DC voltage signal of the same level.
  • the signal from the detector 15 also serves to monitor the output power of the transmitter 3.
  • a switching frequency 1 / T T appears in addition to a series of high frequencies, caused by the pulse shape, which corresponds to the reciprocal value of the time interval T T of successive pulses of the first and second radiation f 1 and f 2 and to the left and right of this switching frequency value 1 / T ⁇ , as shown in Figure 8, two further frequency values, which are the sum or the difference of the switching frequency value 1 / T ⁇ and a frequency value that is the reciprocal of the time interval T N of the successive pulses corresponds to the radiation f 1 or f 2 .
  • the amplitude of the frequency values changes in accordance with the instantaneous concentration 1 / T T + 1 / T N and 1 / T T - 1 / T N. If the pulses are now emitted by the transmitter 3, as described above, in such a way that the pulses are equidistant from one another, the frequency value 1 / T T - 1 / T N is half as large as the frequency value 1 / T T , ie it is 1 / T N.
  • the determined concentration values are stored in the evaluation circuit 25 over an adjustable time range, in order to be able to transmit values to a control device 71 described below, provided that the measurement signal, as already described above, fails for a short time.
  • a unit consisting of the cuvettes 5a ... 5z and the detectors 9a ... 9z, 13 and 15 can be constructed from discrete components or cast as a block.
  • the partially transparent mirrors 7a ... 7z can also be integrated into the structural unit, in particular if the radiation is conducted in front of and behind the cuvettes 5a ... 5z by means of light guides.
  • the time sequence of the emission of the radiation pulses can be variable, it only has to be known to the evaluation circuit (25).
  • the operating states of a system described below such as B. engine temperature, fuel injection quantity, etc. are also stored with the measured concentration values in order to carry out an extrapolated calculation of future measured values to be expected.
  • the pulse width d is compared to the pulse repetition frequency 1 / T T greatly shortened, the center frequency of the bandpass 35 is set to an integer multiple of the repetition frequency 1 / T T.
  • the bandpass filter 35 can be omitted and a pulse amplitude demodulator can be used as the demodulator 41.
  • the gate circuit 37 can discriminate regarding the curve shape of the pulse to be received, which is caused by the absorption in the measuring medium 1 or in the reference cuvette 5a is not changed.
  • the signal detected by the detector 13 can be very noisy.
  • the duration of the pulses is adapted as far as possible to the duration of the pauses between the pulses for optimal signal evaluation.
  • the signal from the detectors 9a (... 9z) and 13 is fed to a switching network 44 after processing by means of amplifier 33 and filter 35, which forwards the signals according to the control information of driver 30 to four downstream integrators 47a to 47d.
  • the integrals do not have to be determined at the same time, but only all must be available at a predetermined point in time at the end of the measurement period, the integrals can be determined either via a single integrator with a subsequent event switch or via the four integrators 47a to 47d.
  • an integral I 1 or I 2 is formed for the time range during which a pulse with the radiation f 1 or f 2 is emitted.
  • Further integrals I 3 and I 4 are formed in the pulse-free time between the pulses with the radiation f 1 and f 2 and the pulses with the radiation f 2 and f 1 .
  • the evaluation circuit 25 is subtracted from the value of the integral I 1, the value of the integral I 3 and the electrical signal obtained in this way is set to zero with the radiation f 2 before the pulse is emitted.
  • the value of the integral I 4 is subtracted from the value of the integral I 2 and the electrical signal is also set to zero before the pulse is emitted with the radiation f 1 .
  • Such an evaluated pulse train is shown as an abscissa in FIG. 8 over time t.
  • the searched concentration results from the difference values of the difference A of the maximum integral values for the signal of the detector 13 to the signal of the detector 9a. Measurement disturbances which occur in the period in which there should be no signal appear, as shown in FIG. 7, as a negative peak B or as a positive step (not shown).
  • the integral is formed over each pulse and discharged in the subsequent pauses with a discharge time constant which is set such that it just discharges an integrated pulse with the radiation f 1 through the reference cuvette 5a back to zero, the electrical values result before the zeroing a measure of concentration.
  • the reference cuvette 5a with a known concentration of a known substance is used.
  • z cuvettes with other substances of known concentration can also be used.
  • the partial beam of the transmitter 3 is passed through the relevant partially transparent mirror 7z through the relevant cuvette ... 5z.
  • the at least two narrow-band radiations with a repetition frequency in the kilohertzbe emits rich, suitable lasers such as diode lasers, dye lasers, CO 2 lasers, two spectral lamps, which are alternately covered by a rotating impeller, etc.
  • the lasers can be tuned to the two different frequencies by their excitation z. B. is pulsed by electric current, and between the pulses z. B. a grating or a resonator mirror is adjusted so that the laser vibrates at the desired resonance frequency.
  • Lamps can also be used in front of which an impeller rotates with filters which are separated from one another by non-transmitting areas.
  • the transmission curves of the filters are selected so that they meet the above conditions.
  • the number of revolutions of the filter wheel and the number of filter segments is selected such that the resulting switching frequency corresponds to the center frequency of the bandpass filter 35.
  • the absorption wavelengths of the substances whose concentration is to be determined in the measuring medium 1 are often close to one another, and the absorption bandwidths are often very narrow.
  • a precise setting of the radiation f 1 and f 2 can be achieved in that the radiation of the transmitter 3 is sent through the corresponding reference cuvette filled with the substance in question and the frequency f 1 and f 2 of the transmitter 3 is changed until the radiation is within or outside the bandwidth of the absorption.
  • An automatic monitoring of the frequencies f 1 and f 2 to be set can also be arranged in this way.
  • the beam splitter mirror 11 can be dispensed with and instead the one laser beam that emerges at a resonator mirror into the measuring medium 1 and the other laser beam that at other resonator mirror emerges to the Reference cuvettes 5 are sent.
  • the detector 13 is arranged next to the transmitter 3 and the detectors 9a ... 9z are arranged in front of the reference cuvettes 5a ... 5z in order to measure the intensity of the radiation scattered back from the measuring medium or the relevant reference cuvette.
  • the pulse shape of the backscattered pulses suffers from "smearing" compared to the emitted pulse shape, which, however, need not be taken into account in the measurement method described above, provided the pulse transit time through the measuring medium 1 and the reference cuvette 5a ... 5z is short in relation to the pulse width d of the emitted Is pulses.
  • the particle concentration in a flowing medium can also be determined by evaluating the backscattered radiation.
  • the amount of the substance or the amount of the reagents can also be adjusted so that after passing through the reaction zone there is so much of the substance or the reagents that further processes with or without concentration measurement are carried out in further reaction zones can be.
  • These processes are not only suitable for the removal of environmentally harmful substances, but can also be used in the chemical industry to produce highly sensitive products and to carry out chemical processes in which precisely metered quantities of substances and reagents have to be used.
  • a system in which the above-described devices for measuring the concentration of at least one substance contained in a fluid can be integrated is described below using the example of exhaust gases to be denitrified from a diesel engine 51 as an internal combustion engine.
  • nitrogen oxide NO and nitrogen dioxide NO 2 are reduced as pollutants in the exhaust gases of the diesel engine 51.
  • the system is shown in the block diagram in FIG poses. After leaving the engine 51, the exhaust gases flow through a (not absolutely necessary) particle filter 53. They then flow past sensors 57 of an engine control circuit 59 which are arranged in an exhaust pipe 55 and serve, among other things, to determine the pressure in the exhaust pipe 55 or, depending on the measured pressure to control a turbocharger.
  • a reaction region 61 follows in terms of flow behind the sensors 57, which is shown with a broken line in FIG. 9.
  • a feed device 63 for fresh air and a feed device 65 for ammonia open into the reaction area 61.
  • a catalytic converter 67 is connected downstream of the reaction area 61, followed by a concentration measuring point 69.
  • the catalytic converter can also be omitted in engines with exhaust gas temperatures above 1000 ° C.
  • the concentration measuring point 69 and the feed units 63 and 65 for fresh air and ammonia as well as the motor control circuit 59 are connected to a control device 71.
  • the control device 71 is assigned a value memory 73, already mentioned above, in which data for setting the feed units 63 and 65 depending on the engine data such as temperature, number of revolutions, amount of fresh air drawn in, measured with a fresh air amount measurement 75, which is connected to the engine control circuit 59, and injected amount of fuel, which is controlled by the engine control 59 via the injection nozzles 77, are stored.
  • the control device 71 is connected to the power amplifier 26.
  • the values to be measured in the concentration measuring point 69 are also stored in the value memory 73 in association with one or some of the motor data.
  • nitrogen oxide NO and nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gases are converted into water H 2 O and nitrogen N 2 in the catalyst 67.
  • the measuring point 69 continuously measures, ie with a measuring frequency of about 500 Hz, the ammonia content in the exhaust gases behind the catalytic converter 67.
  • the data already stored in the memory 73 are overwritten so that, on the one hand, virtually no ammonia is present in the exhaust gases the environment is released and on the other hand the NO and NO 2 content is kept as low as possible.
  • the dioxin emissions in internal combustion engines are significantly reduced.
  • the storage of the data in the memory 73 can serve, as already mentioned above, to carry out a measurement value extrapolation in the case of measurement values which fail for a short time.
  • the rapid measurement according to the invention which takes place in the sub-second time range, results in a significant reduction in the pollutant content even with rapid load changes on the diesel engine.
  • the NO and NO 2 content or both or the content of other substances can also be measured depending on the radiation frequencies used.
  • the sulfur dioxide content in exhaust gases and the content of other undesirable pollutants can be determined analogously.
  • the concentration of these substances in the measuring medium 1 can be determined, even if the absorption lines of individual substances partially overlap. In this case, the concentration is determined by forming the difference between the measured concentrations at different frequencies.
  • some of the reference cuvettes 9a to 9z can also be filled with the same substances but with different concentrations. This method is indicated if measurements are to be carried out over large concentration ranges. In accordance with the measured concentration values, the admixed quantity of reagents and the process parameters - temperature, pressure, flow rate, ... - can be changed in such a way that the pollutant concentration is minimal.
  • the method according to the invention can be carried out not only with gases, but also with liquids.
  • the NO x content in the combustion gases changes with the combustion temperature.
  • the diesel engine z. B. increases the combustion temperature with increasing output and thus also the NO x content in the exhaust gases.
  • the control device 71 In order to be able to work with the control device 71 with largely eliminating a dead time which is due to the setting time of the reagent inflow through the supply units 63 and 65 for fresh air and ammonia and the time which elapses until both reagents are in the reaction area 61, the measured values are measured and the concentration measurement values stored in the memory 73 are extrapolated in time, taking into account the above dead time, and from this using the operating data of the diesel engine 51 set by the engine controller 59, the inflow rate of regents is calculated, which is based on the dead time is to be fed into the reaction area 61 through the feed units 63 and 65.

Abstract

Le procédé de mesure de la concentration de substances, basé sur le fait qu'un rayonnement est absorbé dans le domaine d'absorption du rayonnement de la substance et qu'un autre n'est pas absorbé, fonctionne avec des impulsions de même fréquence de répétition d'impulsion et avec de mêmes intervalles d'impulsion. Le signal électrique détecté, dont la fréquence moyenne correspond à la valeur inverse de l'intervalle d'impulsion, est filtré à sa sortie au moyen d'un filtre. La concentration de la substance absorbante est déterminée à partir des variations d'amplitude du signal filtré à la sortie. Dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, on utilise des filtres dont les bandes passantes sont adaptées respectivement aux fréquences de répétition d'impulsion existantes. Du fait de l'interprétation du signal de mesure sous forme de signal modulé, une fiabilité élevée vis-à-vis de signaux parasites est obtenue. Lorsque le dispositif est monté dans un appareillage comportant des moyens d'amenée permettant l'addition d'un réactif transformant la substance précitée par réaction chimique, la concentration de la substance dans un fluide peut varier, et notamment, diminuer, suivant les valeurs de concentration mesurées dans un intervalle de temps inférieur à la seconde. L'appareillage convient notamment pour l'élimination de l'azote dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne.The method of measuring the concentration of substances, based on the fact that one radiation is absorbed in the absorption region of the radiation of the substance and that another is not absorbed, operates with pulses of the same frequency of pulse repetition and with the same pulse intervals. The detected electrical signal, the average frequency of which corresponds to the inverse value of the pulse interval, is filtered at its output by means of a filter. The concentration of the absorbent substance is determined from the variations in amplitude of the filtered signal at the output. In a device for implementing the aforementioned method, filters are used whose bandwidths are adapted respectively to the existing pulse repetition frequencies. Because of the interpretation of the measurement signal in the form of a modulated signal, high reliability with respect to spurious signals is obtained. When the device is mounted in an apparatus comprising supply means allowing the addition of a reagent transforming the abovementioned substance by chemical reaction, the concentration of the substance in a fluid can vary, and in particular, decrease, according to the values of concentration measured in a time interval less than one second. The apparatus is particularly suitable for removing nitrogen from the exhaust gases of internal combustion engines.

Description

verfahren zur κonzentrationsbestimmung von Stoffen, vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens , Anwendung des Process for determining the concentration of substances, device for carrying out the process, application of the
Verfahrens zur Konzentrationsveranderung eines im Fluid enthaltenen Stoffes sowie Anlage hierfür. Process for changing the concentration of a substance contained in the fluid and system therefor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsmessung von Stoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, eine Anlage zur Veränderung der Konzentration wenigstens eines im Fluid enthaltenen Stoffes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16 und eine Anwendung des Verfahrens zur Konzentrationsveränderung wenigstens eines im Fluid enthaltenen Stoffes gemäß dem Oberbegriffs des Patentanspruchs 19. The invention relates to a method for measuring the concentration of substances according to the preamble of claim 1, a device for carrying out the method according to the preamble of claim 9, a system for changing the concentration of at least one substance contained in the fluid according to the preamble of claim 16 and an application the method for changing the concentration of at least one substance contained in the fluid according to the preamble of patent claim 19.
Wird ein durchscheinendes Medium durchstrahlt, so ist die Intensität der transmittierten Strahlung abhängig vom Medium, den dem Medium beigemischten Stoffen und der Frequenz der Strahlung. Aus diesen frequenzabhängigen Dämpfungswerten kann ein unbekannter Stoff im Medium identifi ziert, bzw. bei einem bekannten Stoff dessen Konzentration im Medium bestimmt werden. If a translucent medium is irradiated, the intensity of the transmitted radiation depends on the medium, the substances mixed in with the medium and the frequency of the radiation. An unknown substance in the medium can be identified from these frequency-dependent damping values adorned, or in the case of a known substance whose concentration in the medium can be determined.
Aus der DE-OS 25 25 375 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Konzentrationsmessung von Stoffen bekannt. Beim bekannten Verfahren wird der Lichtstrahl einer Halbleiterdiode mit abstimmbarer Emissionswellenlänge durch ein Meßmedium gesandt und detektiert. Um die Konzentration einer nachzuweisenden Gaskomponente im Meßmedium festzustellen, wird die Emissionswellenlänge zwischen dem Absorptionsmaximum und einem benachbarten Minimum periodisch umgeschaltet. Sofern die Mittenfrequenz der von der Diode ausgesendeten Strahlung auf der Flanke der Absorptionslinie liegt, wird vom Detektor ein Wechselsignal empfangen, welches auf einen phasenempfindlichen Detektor gegeben wird, dessen Ausgangssignal ein direktes Maß für die Konzentration der Gaskomponente im Meßmedium ist. A generic method for measuring the concentration of substances is known from DE-OS 25 25 375. In the known method, the light beam of a semiconductor diode with a tunable emission wavelength is sent through a measuring medium and detected. In order to determine the concentration of a gas component to be detected in the measuring medium, the emission wavelength is periodically switched between the absorption maximum and an adjacent minimum. If the center frequency of the radiation emitted by the diode lies on the flank of the absorption line, an alternating signal is received by the detector, which is given to a phase-sensitive detector, the output signal of which is a direct measure of the concentration of the gas component in the measuring medium.
Aus der DE-OS 37 41 026 ist ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren zur Konzentrationsmessung von Stoffen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Laser zwischen zwei seiner ihm eigenen Resonanzfrequenzen hin- und hergeschaltet, wobei eine der Resonanzfrequenzen im Absorptionsmaximum und die andere Resonanzfrequnz im Absorptionsminimum des zu detektierenden Gases liegt. Aus dem Verhältnis der Intensitätsabschwächung der beiden Resonanzfrequenzen wird die Konzentration des zu untersuchenden Gases hergeleitet. Der Wert der jeweils transmittierten Strahlungsintensität wird in einer Sample + Hold-Schaltung gespeichert. Die in der Sample + Hold-Schaltung gespeicherten Werte werden mit einer Rechnerschaltung bei jedem Meßzyklus verarbeitet. Another generic method for measuring the concentration of substances is known from DE-OS 37 41 026. In this method, a laser is switched back and forth between two of its own resonance frequencies, one of the resonance frequencies being in the absorption maximum and the other resonance frequency in the absorption minimum of the gas to be detected. The concentration of the gas to be examined is derived from the ratio of the intensity attenuation of the two resonance frequencies. The value of the transmitted radiation intensity is stored in a sample + hold circuit. The values stored in the sample + hold circuit are processed with a computer circuit every measuring cycle.
Aus der US-PS 3,804,535 ist ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren zur Konzentrationsmessung von Stoffen bekannt. Bei ihm wird eine Lichtquelle verwendet, welche abwechselnd Licht mit zwei unterschiedlichen Frequenzen aussendet, das durch ein Meßmedium mit einer Gaskomponente, deren Konzentration bestimmt werden soll, gesandt wird. Der Verstärker zur Detektion des transmittierten Lichtes für die beiden Lichtfrequenzen wird nur während des Aussendes des Lichtes eingeschaltet, um hierdurch Signalstörungen beim empfangenen Signal zu verringern. Another generic method for measuring the concentration of substances is known from US Pat. No. 3,804,535. It uses a light source that alternately emits light at two different frequencies, which is transmitted through a measuring medium with a gas component, the concentration of which is to be determined is sent. The amplifier for detecting the transmitted light for the two light frequencies is only switched on during the emission of the light, in order to reduce signal interference in the received signal.
Mit der vorliegenden Erfindung wird, wie in den Patentansprüchen dargelegt , eine neue Signalverarbeitung beschrieben, bei der eine Konzentrationsmessung eines in einem Meßmedium enthaltenen Stoffes mittels wenigstens zweier unterschiedlicher Strahlungsfrequenzen durchgeführt wird. Die aufgezeigten Verfahren, deren Anwendung, sowie die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung zeichnen sich durch eine hohe Signalstörsicherheit aus. Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner die Aufgabe gelöst die Konzentration wenigstens eines in einem Fluid enthaltenen Stoffes zu verändern, d. h. insbesondere den im Fluid enthaltenen Schadstoffgehalt zu verringern. Im folgenden werden Beispiele erfindungsgemäßer Verfahren, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Anwendung und einer Anlage zur Veränderung der Konzentration wenigstens eines in einem Fluid enthaltenen Stoffes anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The present invention, as set out in the claims, describes a new signal processing in which a concentration measurement of a substance contained in a measuring medium is carried out using at least two different radiation frequencies. The methods shown, their use, and the device used to carry out the method are distinguished by a high level of signal interference immunity. With the present invention the object is further achieved to change the concentration of at least one substance contained in a fluid, i. H. in particular to reduce the pollutant content contained in the fluid. Examples of methods according to the invention, a device according to the invention, their use and a system for changing the concentration of at least one substance contained in a fluid are explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung von Konzentrationsmessungen, Fig. 2 die zeitliche Folge der vom Sender der Vorrichtung ausgesendeten gepulsten Strahlung mit den alternierenden Strahlungsfrequenzen f1 und f2, 1 shows a block diagram of a device for carrying out concentration measurements, FIG. 2 shows the temporal sequence of the pulsed radiation emitted by the transmitter of the device with the alternating radiation frequencies f 1 and f 2 ,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der zeitlichen Folge, der in Figur 3 dargestellten Strahlung nach3 shows a schematic representation of the temporal sequence of the radiation shown in FIG
Durchlaufen des Meßmediums bzw. der Referenzküvette der Vorrichtung, Fig. 4 ein Blockschaltbild der Signalaufbereitungsschaltung der Vorrichtung zur Konzentrationsmessung, Fig. 5 eine Variante zur in Figur 4 dargestellten Signalaufbereitungsschaltung, Passing through the measuring medium or the reference cuvette of the device, 4 shows a block diagram of the signal conditioning circuit of the device for concentration measurement, FIG. 5 shows a variant of the signal conditioning circuit shown in FIG. 4,
Fig. 6 eine idealisierte Darstellung der zeitlichen, in Fig. 6 shows an idealized representation of the time, in
Figur 3 dargestellten Pulsfolge nach Durchlaufen eines Bandpasses der Signalaufbereitungsschaltung,  FIG. 3 shows the pulse sequence shown after passing through a bandpass of the signal processing circuit,
Fig. 7 eine idealisierte Darstellung der zeitlichen, in Fig. 7 shows an idealized representation of the time, in
Figur 6 dargestellten Pulsfolge nach Durchlaufen eines Integrators mit Entladezeitkonstante der Signalaufbereitungsschaltung,  FIG. 6 shows the pulse sequence shown after passing through an integrator with the discharge time constant of the signal processing circuit,
Fig. 8 einen niederfrequenten Ausschnitt des Frequenzspektrums der Pulsfolge, und Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Verringerung des Schadstoffgehalts in den Abgasen eines Dieselmotors. 8 shows a low-frequency section of the frequency spectrum of the pulse sequence, and FIG. 9 shows a block diagram of a device for reducing the pollutant content in the exhaust gases of a diesel engine.
Die im Blockschaltbild in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zur Konzentrationsmessung von Stoffen in einem Meßmeduim 1 hat einen Sender 3, mehrere Meßküvetten 5a ... 5z, welche je ein Referenzmedium mit bekannter Absorption für die vom Sender 3 ausgesendeten Strahlungen und bekannter Konzentration enthalten, mit je einem teildurchlässigen Spiegel 7a ... 7z und mit je einem Strahlungsdetektor 9a ... 9z, der die auf ihn fallende Strahlung proportional zur Intensität in ein elektrisches Signal umwandelt, einen weiteren Strahlteuer 11, der die AusgangsStrahlung des Senders 3 in das Meßmedium 1 und zu den Meßküvetten 5a ... 5z aufteilt, sowie einen Detektor 13, der die Intensität der durch das Meßmedium 1 transmittierten Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt und einen Detektor 15, auf den ein Teil der vom Sender 3 ausgesendeten Strahlung ohne eine Referenzküvette 5a ... 5z oder das Meßmedium 1 transmittiert zu haben, fällt. Jeder der Detektoren 9a ... 9z, 13 sowie 15 ist über eine elektrische Leitung 17a ... 17z, 19 bzw. 20 mit einer Signalaufbereitungsschaltung 21, 22 bzw. 23 verbunden. Die Signalaufbereitungsschaltungen 21, 22 und 23 sind mit einer Auswerteschaltung 25 verbunden, welche den Wert der Konzentration des im Meßmedium 1 enthaltenen Stoffes ermittelt. Die Signalleitungen sind in Figur 1 mit ausgezogenen Strichen dargestellt und die Wege der Strahlen mit gestrichelten Linien. Die Auswerteeinrichtung 25 ist mit einem Leistungsverstärker 26 verbunden, mit dem Daten und Einstellwerte übertragen werden können, um, wie unten in einem Beispiel beschrieben, und im Blockschaltbild in Figur 9 dargestellt, den Schadstoffgehalt in den Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors 51 zu reduzieren. Unter Verbrennungsmotoren werden Motore verstanden, die chemisch gebundene Energie mittels Verbrennung in mechanisch nutzbare Energie umwandeln. Bekannte Ausführungsformen sind u. a. Diesel- und Ottomotore, Düsentriebwerke, Gasturbinen, etc. Der Sender 3 ist mit einem Ansteuergerät 27, welches eine Energieversorgung 29 und einen Treiber 30 enthält, verbunden. Der Treiber 30 ist ein Zeitgerät, welches die Energieversorgung 29 derart ansteuert, daß der Sender 3 Pulse unterschiedlicher Strahlungen mit den Frequenzen f1 und f2, mit gleicher Repetitionsfrequenz 1/TN und konstantem Pulsabstand TT zueinander sendet. Unter dem Pulsabstand TT wird der zeitliche Abstand vom Pulsbeginn eines Pulses zum betreffenden Pulsbeginn des folgenden anderen Pulses mit der anderen Strahlung mit der anderen Strahlungsfrequenz verstanden. Ferner ist der Treiber 30 mit der Auswerteschaltung 25 zur Synchronisation der Meßwertverarbeitung verbunden. Der Sender 3 sendet, wie in Fi gur 2 dargestellt, gepulste Strahlung mit einer Pulsdauer d mit den Strahlungsfrequenzen f1 und f2 aus. Der Pulsabstand von Pulsen gleicher Strahlungsfrequenz f1 bzw. f2 beträgt TN. Der Pulsabstand TT aufeinanderfolgender Pulse ist gleich groß gewählt worden und beträgt die Hälfte des Pulsabstandes TN. Frequenzmäßig betrachtet ist die Schaltfrequenz aller Pulse doppelt so groß, wie die Schaltfrequenz der Pulse einer Strahlungsfrequenz f1 bzw. f2. Je ein Puls mit der Strahlungsfrequenz f1 liegt mittig zwisehen zwei Pulsen der Strahlungsfrequenz f2. Analoges gilt für die Pulse der Strahlungsfrequenz f2. The device for concentration measurement of substances in a measuring medium 1 shown in the block diagram in FIG. 1 has a transmitter 3, a plurality of measuring cuvettes 5a ... 5z, each containing a reference medium with known absorption for the radiation emitted by the transmitter 3 and known concentration a partially transparent mirror 7a ... 7z and each with a radiation detector 9a ... 9z, which converts the radiation falling on it in proportion to the intensity into an electrical signal, a further beam controller 11 which detects the output radiation of the transmitter 3 in the measuring medium 1 and to the measuring cuvettes 5a ... 5z, and a detector 13, which transmitted the intensity of the measuring medium 1 Converts radiation into an electrical signal and a detector 15, onto which a part of the radiation emitted by the transmitter 3 without having transmitted a reference cuvette 5a ... 5z or the measuring medium 1 falls. Each of the detectors 9a ... 9z, 13 and 15 is connected via an electrical line 17a ... 17z, 19 and 20 to a signal conditioning circuit 21, 22 and 23, respectively. The signal conditioning circuits 21, 22 and 23 are connected to an evaluation circuit 25 which determines the value of the concentration of the substance contained in the measuring medium 1. The signal lines are shown in Figure 1 with solid lines and the paths of the rays with dashed lines. The evaluation device 25 is connected to a power amplifier 26 with which data and setting values can be transmitted in order to reduce the pollutant content in the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a diesel engine 51, as described below in an example and in the block diagram in FIG . Internal combustion engines are understood to mean motors which convert chemically bound energy into mechanically usable energy by means of combustion. Known embodiments include diesel and gasoline engines, jet engines, gas turbines, etc. The transmitter 3 is connected to a control device 27, which contains a power supply 29 and a driver 30. The driver 30 is a time device which controls the energy supply 29 in such a way that the transmitter sends 3 pulses of different radiations with the frequencies f 1 and f 2 , with the same repetition frequency 1 / T N and constant pulse spacing T T to one another. The pulse interval T T is understood as the time interval from the start of a pulse to the start of the following other pulse with the other radiation with the other radiation frequency. Furthermore, the driver 30 is connected to the evaluation circuit 25 for the synchronization of the measured value processing. The transmitter 3 transmits, as in Fi Shown gur 2, pulsed radiation with a pulse duration d with the radiation frequencies f 1 and f 2 . The pulse spacing of pulses of the same radiation frequency f 1 or f 2 is T N. The pulse interval T T of successive pulses has been chosen to be the same size and is half the pulse interval T N. In terms of frequency, the switching frequency of all pulses is twice as high as the switching frequency of the pulses with a radiation frequency f 1 or f 2 . Each pulse with the radiation frequency f 1 lies in the middle between two pulses with the radiation frequency f 2 . The same applies to the pulses of the radiation frequency f 2 .
Bei einer Konzentrationsmessung eines im Meßmedium 1 und in der Referenzküvette 5a mit einer bekannten Konzentration enthaltenen, bekannten Schadstoffes wird vom Sender 3 ein Puls mit der Pulsbreite d mit einer Strahlung der Strahlungsfrequenz f1, welche im Bereich des Absorptionsmaximums des bekannten Stoffes liegt, ausgesendet. Einige Einstellmöglichkeiten der Strahlungsfrequenz f1 und f2 für unterschiedliche Sender 3 sind unten beschrieben. Die Strahlung f1 trifft auf den Strahlteiler 11 und wird hier aufgeteilt. Ein Teil der Strahlung f1 transmittiert das Meßmedium 1, ihre Intensität wird mit dem Detektor 13 gemessen und das elektrische Meßsignal zur Signalaufbereitungsschaltung 22 weitergeleitet. Der andere Teil der Strahlung f1 trifft auf den teildurchlässigen Spiegel 7a, die anderen teildurchlässigen Spiegel ... 7z sind weggeklappt, und wird hier abermals geteilt. Ein Teil der Strahlung f1 durchstrahlt die Referenzküvette 5a. Die transmittierte Intensität wird vom Detektor 9a gemessen und das elektrische Meßsignal an die Signalaufbereitungsschaltung 21 weitergeleitet. Der restliche Teil der Strahlung f1 trifft auf den Detektor 15 und wird an die Signalaufbereitungsschaltung 23 weitergeleitet. In a concentration measurement of a known pollutant contained in the measuring medium 1 and in the reference cuvette 5a with a known concentration, the transmitter 3 emits a pulse with the pulse width d with radiation of the radiation frequency f 1 , which is in the range of the absorption maximum of the known substance. Some setting options for the radiation frequency f 1 and f 2 for different transmitters 3 are described below. The radiation f 1 hits the beam splitter 11 and is split here. Part of the radiation f 1 transmits the measuring medium 1, its intensity is measured with the detector 13 and the electrical measuring signal is passed on to the signal conditioning circuit 22. The other part of the radiation f 1 strikes the semitransparent mirror 7a, the other semitransparent mirrors ... 7z have been folded away and are split again here. Part of the radiation f 1 radiates through the reference cuvette 5a. The transmitted intensity is measured by the detector 9a and the electrical measurement signal is forwarded to the signal processing circuit 21. The rest of the radiation f 1 strikes the detector 15 and is passed on to the signal conditioning circuit 23.
Anschließend wird der Sender 3 umgeschaltet und ein Puls mit der Pulsbreite d mit einer Strahlung der Strah lungsfrequenz f2, welche vom bekannten Stoff nicht ober nur schwach absorbiert wird, analog zum obigen Verfahren für die Frequenz f1 ausgesendet. Der gesamte obige Vorgang wird wiederholt. Then the transmitter 3 is switched and a pulse with the pulse width d with radiation of the beam tion frequency f 2 , which is not only weakly absorbed by the known material, is emitted analogously to the above method for the frequency f 1 . The entire above process is repeated.
Es werden, wie in Figur 2 dargestellt, vom Sender 3 mit einer konstanten und gleichen Pulsfolgefrequenz 1/TT und konstanter Pulshöhe Pulse ausgesendet, wobei alternierend ein Puls mit der Strahlungsfrequenz f1 und der folgende Puls mit der Strahlungsfrequenz f2 ausgesendet werden. Die Intensität der Pulse mit der Strahlungsfrequenz f1 wird geschwächt durch den Stoff im Meßmedium 1 bzw. in der Referenzküvette 5a und die mit der Strahlungsfrequenz f2 wird nahezu ungeschwächt vom Detektor 13 bzw. 9a empfangen. Der Pulszug nach Verlassen des Senders 3, gemessen mit dem Detektor 15, ist in Figur 2 dargestellt. Der Pulszug nach Durchlaufen des Meßmediums 1, gemessen mit dem Detektor 13, ist in Figur 3 dargestellt. Die die Referenzküvette 5a und das Meßmedium 1 transmittierenden Pulszüge sind einander ähnlich. Einen typischen, schematisch dargestellten Pulszug, gemessen mit dem Detektor 13, zeigt Figur 3. Die Pulszüge unterscheiden sich lediglich in den absoluten und relativen Werten der Pulshöhen. In den unterschiedlichen Pulshöhen steckt ein Maß für die gesuchte Konzentration des Stoffes. As shown in FIG. 2, the transmitter 3 emits pulses with a constant and the same pulse repetition frequency 1 / T T and constant pulse height, alternating between a pulse with the radiation frequency f 1 and the following pulse with the radiation frequency f 2 . The intensity of the pulses with the radiation frequency f 1 is weakened by the substance in the measuring medium 1 or in the reference cuvette 5a and the one with the radiation frequency f 2 is received by the detector 13 or 9a almost without attenuation. The pulse train after leaving the transmitter 3, measured with the detector 15, is shown in FIG. 2. The pulse train after passing through the measuring medium 1, measured with the detector 13, is shown in FIG. The pulse trains transmitting the reference cuvette 5a and the measuring medium 1 are similar to one another. FIG. 3 shows a typical, schematically illustrated pulse train, measured with the detector 13. The pulse trains differ only in the absolute and relative values of the pulse heights. The different pulse heights are a measure of the concentration of the substance you are looking for.
Zur Bestimmung der gesuchten Konzentration werden die von den Detektoren 9a, 13 und 15 empfangenen Signale in die Signalaufbereitungsschaltungen 21, 22 bzw. 23 geleitet. Werden mehr als nur eine Referenzküvette 5a ... 5z verwendet, wie unten beschrieben, so ist vor der Signalaufbereitungsschaltung 21 ein nicht dargestellter Umschalter vorzusehen, der das Signal der Detektoren 9a ... 9z der gerade benützten Referenzküvette 5a ... 5z auswählt. Die Signalaufbereitungsschaltungen 21, 22 bzw. 23 haben in Reihe geschaltet, wie in Figur 4 dargestellt, für das vom Detektor 9a, 13 bzw. 15 kommende elektrische Signal einen Vorverstärker 33, ein Filter 35, eine zeit- und frequenzselektive Torschaltung 37 und 39 sowie einen Demodulator 41. Die zeitselektive Torschaltung 37 wird vom Treiber 30 derart angesteuert, daß sie nur Signale passieren läßt, die zu dem Zeitpunkt erscheinen, in dem vom Sender 3 Pulse ausgesendet wurden und dieselbe Pulsform, wie die ausgesendeten Pulse aufwiesen. Das Filter 35 ist als Bandpaß mit einer Mittenfrequenz, die dem reziproken Wert 1/TT des Pulsabstandes TT der Pulse der Strahlung f1 und f2 entspricht, ausgelegt. D. h. die Mittenfrequenz des Bandpasses 35 ist die doppelte Frequenz der Pulsfolgefrequenz der Pulse mit der Strahlungsfrequenz f1 bzw. f2. Das Ausgangssignal wird dem Demodulator 41 für amplitudenmodulierte Signale zugeführt. Die frequenzselektive Torschaltung als Bandpaß 39 hat eine Mittenfrequenz, die dem reziproken Wert 1/TN des Pulsabstandes TN der Pulse der Strahlung f1 bzw. f2 entspricht. Das Ausgangsignal des Bandpasses 39 wird der Auswerteschaltung 25 zugeführt. Die Bandbreite des Bandpasses 35 wird so eingestellt, daß das Trägersignal mit der Frequenz 1/TT zusammen mit dem Nutzsignal mit der Frequenz 1/TN ungehindert passieren kann. Die Bandbreite des Bandpasses 39 mit der Mittenfrequenz 1/TN wird so eingestellt, daß einerseits Änderungen des Signals durch Konzentrationsänderungen ungehindert passieren können, Signalverfälschungen durch z. B. das thermische Rauschen im Meßmedium 1, durch kurzzeitige Unterbrechungen durch Staub innerhalb der Strahlen oder Variationen des Meßsignals infolge die Strahlen ablenkenden Temperaturgradienten im Meßmedium 1 keinen Einfluß auf das Meßsignal nehmen können. To determine the desired concentration, the signals received by the detectors 9a, 13 and 15 are passed into the signal conditioning circuits 21, 22 and 23, respectively. If more than one reference cuvette 5a ... 5z is used, as described below, a switch (not shown) is to be provided in front of the signal conditioning circuit 21, which selector selects the signal from the detectors 9a ... 9z of the reference cuvette 5a ... 5z just used. The signal conditioning circuits 21, 22 and 23 have connected in series, as shown in FIG. 4, for the electrical signal coming from the detector 9a, 13 and 15, respectively Preamplifier 33, a filter 35, a time and frequency selective gate circuit 37 and 39 and a demodulator 41. The time selective gate circuit 37 is controlled by the driver 30 such that it only allows signals to pass that appear at the time when the transmitter 3 Pulse were transmitted and the same pulse shape as the transmitted pulses had. The filter 35 is designed as a bandpass filter with a center frequency which corresponds to the reciprocal value 1 / T T of the pulse spacing T T of the pulses of the radiation f 1 and f 2 . That is, the center frequency of the bandpass 35 is twice the frequency of the pulse repetition frequency of the pulses with the radiation frequency f 1 or f 2 . The output signal is supplied to the demodulator 41 for amplitude modulated signals. The frequency-selective gate circuit as a bandpass filter 39 has a center frequency which corresponds to the reciprocal value 1 / T N of the pulse spacing T N of the pulses of the radiation f 1 or f 2 . The output signal of the bandpass 39 is fed to the evaluation circuit 25. The bandwidth of the bandpass 35 is set so that the carrier signal with the frequency 1 / T T can pass unhindered together with the useful signal with the frequency 1 / T N. The bandwidth of the bandpass filter 39 with the center frequency 1 / T N is set so that, on the one hand, changes in the signal can occur unhindered by changes in concentration, signal falsifications by, for. B. the thermal noise in the measuring medium 1, due to brief interruptions due to dust within the rays or variations in the measuring signal due to the radiation-deflecting temperature gradient in the measuring medium 1 can have no influence on the measuring signal.
Das mit dem Detektor 9a aufgenommene Signal wird analog zum oben Gesagten verarbeitet und von dessen (analog zum Demodulator 41 ausgebildeten) Demodulator ebenfalls zur Auswerteschaltung 25 gesandt. Die Differenz der über die Leitungen kommenden Signale wird mit der bekannten Konzentration in der Referenzküvette 5a gewichtet und ergibt die gesuchte Konzentration im Meßmedium 1. The signal picked up by the detector 9a is processed analogously to what has been said above and is also sent from its demodulator (designed analogously to the demodulator 41) to the evaluation circuit 25. The difference between the signals coming via the lines is weighted with the known concentration in the reference cell 5a and gives the desired concentration in the measuring medium 1.
Das elektrische Signal, welches direkt auf den Detektor 15 geht, wird analog verarbeitet. Das mit dem (analog zum Demodulator 41 ausgebildeten) Demodulator demodulierte Signal ist im Idealfall ein Gleichspannungssignal gleicher Höhe. Da es jedoch oftmals nicht gelingt die Pulshöhen der Pulse mit den Strahlungsfrequenzen f1 und f2 mit gleicher Pulshöhe zu erzeugen, kann durch Faltung die- ses demodulierten Signals mit den beiden anderen demodulierten Signalen die unterschiedliche Pulshöhe der Pulse mit unterschiedlichen Strahlungnfrequenzen f1 und f2 wieder ausgeglichen werden. Auch dient das Signal des Detektors 15 zur Überwachung der Ausgangsleistung des Senders 3. The electrical signal, which goes directly to the detector 15, is processed analogously. The signal demodulated with the demodulator (designed analogously to the demodulator 41) is ideally a DC voltage signal of the same level. However, since it is often not possible to generate the pulse heights of the pulses with the radiation frequencies f 1 and f 2 with the same pulse height, by convolution of this demodulated signal with the other two demodulated signals, the different pulse height of the pulses with different radiation frequencies f 1 and f 2 be balanced again. The signal from the detector 15 also serves to monitor the output power of the transmitter 3.
Werden die von den Detektoren 9a und 13 empfangenen Pulse z. B. mit einem Oszilloskop betrachtet, so erhält man ein stark verrauschtes Bild. Bei den elektrischen Signalen spielt die Strahlungsfrequenz f1 und f2 keine Rolle mehr. Sie wird nur noch zur Identifizierung der unterschiedlichen ausgesendeten Pulse in der Beschreibung weiterverwendet. Wird anstelle eines Oszilloskops ein Frequenzanalysator angeschlossen, so erscheinen neben einer Reihe hoher Frequenzen, verursacht durch die Pulsform, eine Schaltfrequenz 1/TT, die dem reziproken Wert des zeitlichen Abstandes TT aufeinanderfolgender Pulse der ersten und zweiten Strahlung f1 und f2 entspricht sowie links und rechts dieses Schaltfrequenzwertes 1/Tτ, wie in Figur 8 dargestellt, zwei weitere Frequenzwerte, welche der Summe bzw. der Differenz des Schaltfrequenzwertes 1/Tτ und eines Frequenzwertes, der dem reziproken Wert des zeitlichen Abstandes TN der aufeinanderfolgenden Pulse der Strahlungen f1 bzw. f2 entspricht. Wird nun die Konzentration des Stoffes im Meßmedium 1 oder in der Referenzküvette geändert, so ändert sich entsprechend der augenblicklichen Konzentration die Amplitudenhöhe der Frequenzwerte 1/TT + 1/TN und 1/TT - 1/TN. Werden nun die Pulse vom Sender 3, wie oben beschrieben, derart ausgesendet, daß die Pulse gleiche Abstände voneinander haben, so ist der Frequenzwert 1/TT - 1/TN halb so groß, wie der Frequenzwert 1/TT, d. h. er ist 1/TN. Durch eine Verwendung des Bandpasses 35 und des weiteren Bandpasses 39 nach dem Demodulator 41 läßt sich eine vom Rauschen und Störungen annähernd befreite Messung durchführen. Die ermittelten Konzentrationswerte werden in der Auswerteschaltung 25 über einen einstellbaren Zeitbereich gespeichert, um einer unten beschriebene Regeleinrichtung 71 auch Werte übermittelt werden können, sofern das Meßsignal, wie oben bereits beschreiben, kurzzeitig ausfällt. Are the pulses received by the detectors 9a and 13 z. B. viewed with an oscilloscope, you get a very noisy image. The radiation frequency f 1 and f 2 no longer plays a role in the electrical signals. It is only used in the description to identify the different emitted pulses. If a frequency analyzer is connected instead of an oscilloscope, a switching frequency 1 / T T appears in addition to a series of high frequencies, caused by the pulse shape, which corresponds to the reciprocal value of the time interval T T of successive pulses of the first and second radiation f 1 and f 2 and to the left and right of this switching frequency value 1 / T τ , as shown in Figure 8, two further frequency values, which are the sum or the difference of the switching frequency value 1 / T τ and a frequency value that is the reciprocal of the time interval T N of the successive pulses corresponds to the radiation f 1 or f 2 . If the concentration of the substance in the measuring medium 1 or in the reference cuvette is now changed, the amplitude of the frequency values changes in accordance with the instantaneous concentration 1 / T T + 1 / T N and 1 / T T - 1 / T N. If the pulses are now emitted by the transmitter 3, as described above, in such a way that the pulses are equidistant from one another, the frequency value 1 / T T - 1 / T N is half as large as the frequency value 1 / T T , ie it is 1 / T N. By using the band pass 35 and the further band pass 39 after the demodulator 41, a measurement almost free of noise and interference can be carried out. The determined concentration values are stored in the evaluation circuit 25 over an adjustable time range, in order to be able to transmit values to a control device 71 described below, provided that the measurement signal, as already described above, fails for a short time.
Eine Baueinheit bestehend aus den Küvetten 5a ... 5z und den Detektoren 9a ... 9z, 13 und 15 kann aus diskreten Bauteilen aufgebaut oder als Block vergossen sein. Es können auch die teildurchlässigen Spiegel 7a ... 7z in die Baueinheit integriert werden, insbesondere wenn die Leitung der Strahlung vor und hinter den Küvetten 5a ... 5z mittels Lichtleiter erfolgt. Die zeitliche Reihenfolge der Aussendung der Strahlungspulse kann variabel sein, sie muß nur der Auswerteschaltung (25) bekannt sein. A unit consisting of the cuvettes 5a ... 5z and the detectors 9a ... 9z, 13 and 15 can be constructed from discrete components or cast as a block. The partially transparent mirrors 7a ... 7z can also be integrated into the structural unit, in particular if the radiation is conducted in front of and behind the cuvettes 5a ... 5z by means of light guides. The time sequence of the emission of the radiation pulses can be variable, it only has to be known to the evaluation circuit (25).
Anstelle nur die Konzentrationswerte alleine zu speichern, können auch die Betriebszustände einer unten beschriebenen Anlage, wie z. B. Motortemperatur, Treibstoffeinspritzmenge, etc. zu den gemessenen Konzentrationswerten mit abgespeichert werden, um eine extrapolierte Berechnung zukünftiger zu erwartender Meßwerte durchzuführen. Instead of only storing the concentration values alone, the operating states of a system described below, such as B. engine temperature, fuel injection quantity, etc. are also stored with the measured concentration values in order to carry out an extrapolated calculation of future measured values to be expected.
Wird die Pulsbreite d gegenüber der Pulsrepetitions frequenz 1/TT stark verkürzt, so wird die Mittenfrequenz des Bandpasses 35 auf ein ganzzahliges Vielfaches der Repetitionsfrequenz 1/TT eingestellt. Bei kurzer Pulsbreite d kann der Bandpaß 35 weggelassen und als Demodulator 41 ein Pulsamplitudendemodulator verwendet werden. The pulse width d is compared to the pulse repetition frequency 1 / T T greatly shortened, the center frequency of the bandpass 35 is set to an integer multiple of the repetition frequency 1 / T T. With a short pulse width d, the bandpass filter 35 can be omitted and a pulse amplitude demodulator can be used as the demodulator 41.
Anstelle die Torschaltung 37 nur als "Fenster" zu benutzen, welches nur geöffnet wird, wenn ein Puls erwartet wird, kann in der Torschaltung 37 eine Diskrimination betreffend der Kurvenform des zu empfangenden Pulses, welche durch die Absorption im Meßmedium 1 bzw. in der Referenzküvette 5a nicht verändert wird, vorgenommen werden. Instead of using the gate circuit 37 only as a "window", which is only opened when a pulse is expected, the gate circuit 37 can discriminate regarding the curve shape of the pulse to be received, which is caused by the absorption in the measuring medium 1 or in the reference cuvette 5a is not changed.
Handelt es sich um geringe Konzentration im Meßmedium 1, die bestimmt werden sollen, so kann das vom Detektor 13 erfaßte Signal stark verrauscht sein. In diesem Fall wird in einer in Figur 5 dargestellten Schaltungsvariante für eine optimale Signalauswertung die Dauer der Pulse möglichst der Dauer der Pausen zwischen den Pulsen angepaßt. Das Signal der Detektoren 9a (... 9z) und 13 wird nach der Aufbereitung mittels Verstärker 33 und Filter 35 einem Schaltnetzwerk 44 zugeführt, welches die Signale nach den Steuerinformationen des Treibers 30 an vier nachgeschaltete Integratoren 47a bis 47d weiterführt. Da die Integrale nicht zur selben Zeit bestimmt werden müssen, sondern nur alle zu einem vorgegebenen Zeitpunkt am Ende der Meßperiode zur Verfügung stehen müssen, können die Integrale entweder über einen einzigen Integrator mit nachgeschaltetem Ereignisschalter oder über die vier Integratoren 47a bis 47d ermittelt werden. If the concentration in the measuring medium 1 is low and is to be determined, the signal detected by the detector 13 can be very noisy. In this case, in a circuit variant shown in FIG. 5, the duration of the pulses is adapted as far as possible to the duration of the pauses between the pulses for optimal signal evaluation. The signal from the detectors 9a (... 9z) and 13 is fed to a switching network 44 after processing by means of amplifier 33 and filter 35, which forwards the signals according to the control information of driver 30 to four downstream integrators 47a to 47d. Since the integrals do not have to be determined at the same time, but only all must be available at a predetermined point in time at the end of the measurement period, the integrals can be determined either via a single integrator with a subsequent event switch or via the four integrators 47a to 47d.
Jeweils ein Integral I1 bzw. I2 wird für den Zeitbereich, während dem ein Puls mit der Strahlung f1 bzw. f2 ausgesendet wird, gebildet. Weitere Integrale I3 und I4 werden in der pulsfreien Zeit zwischen den Pulsen mit der Strahlung f1 und f2 und den Pulsen mit der Strahlung f2 und f1 gebildet. In der Auswertung der Integrale wird in der Auswerteschaltύng 25 vom Wert des Integrals I1 der Wert des Integrals I3 abgezogen und das derart erhaltene elektrische Signal vor Aussenden des Pulses mit der Strahlung f2 Null gesetzt. Anschließend wird vom Wert des Integrals I2 der Wert des Integrals I4 abgezogen und das elektrische Signal ebenfalls vor Aussenden des Pulses mit der Strahlung f1 Null gesetzt. Ein derartiger ausgewerteter Pulszug ist über der Zeit t als Abszisse in Figur 8 dargestellt. In each case an integral I 1 or I 2 is formed for the time range during which a pulse with the radiation f 1 or f 2 is emitted. Further integrals I 3 and I 4 are formed in the pulse-free time between the pulses with the radiation f 1 and f 2 and the pulses with the radiation f 2 and f 1 . In the evaluation of the integrals, in the evaluation circuit 25 is subtracted from the value of the integral I 1, the value of the integral I 3 and the electrical signal obtained in this way is set to zero with the radiation f 2 before the pulse is emitted. Subsequently, the value of the integral I 4 is subtracted from the value of the integral I 2 and the electrical signal is also set to zero before the pulse is emitted with the radiation f 1 . Such an evaluated pulse train is shown as an abscissa in FIG. 8 over time t.
Die gesuchte Konzentration ergibt sich aus den Differenzwerten der Differenz A der maximalen Integralwerte für das Signal des Detektors 13 zum Signal des Detektors 9a. Meßstörungen, welche sich im Zeitraum ereignen, in dem kein Signal vorhanden sein sollte, erscheinen, wie in Figur 7 dargestellt, als negative Spitze B oder als (nicht dargestellte) positive Stufe. The searched concentration results from the difference values of the difference A of the maximum integral values for the signal of the detector 13 to the signal of the detector 9a. Measurement disturbances which occur in the period in which there should be no signal appear, as shown in FIG. 7, as a negative peak B or as a positive step (not shown).
Wird über jeden Puls das Integral gebildet und in den nachfolgenden Pausen mit einer Entladezeitkonstanten entladen, welche so eingestellt wird, daß sie einen integrierten Puls mit der Strahlung f1 durch die Referenzküvette 5a gerade wieder auf Null entlädt, so ergeben die elektrischen Werte vor dem Nullsetzen ein Maß für die Konzentration. If the integral is formed over each pulse and discharged in the subsequent pauses with a discharge time constant which is set such that it just discharges an integrated pulse with the radiation f 1 through the reference cuvette 5a back to zero, the electrical values result before the zeroing a measure of concentration.
In der obigen Beschreibung wird nur die Referenzküvette 5a mit einer bekannten Konzentration eines bekannten Stoffes verwendet. Anstelle dieser einzigen Küvette 5a können auch z Küvetten mit anderen Stoffen bekannter Konzentration verwendet werden. Je nach auszumessender Stoffkonzentration wird der Teilstrahl des Senders 3 über den betreffenden teildurchlässigen Spiegel 7z durch die betreffende Küvette ...5z geleitet. In the above description, only the reference cuvette 5a with a known concentration of a known substance is used. Instead of this single cuvette 5a, z cuvettes with other substances of known concentration can also be used. Depending on the substance concentration to be measured, the partial beam of the transmitter 3 is passed through the relevant partially transparent mirror 7z through the relevant cuvette ... 5z.
Als Sender 3, der mindestens zwei schmalbandige Strahlungen mit einer Repetitionsfrequenz im Kilohertzbe reich aussendet, eignen sich u. a. Laser, wie Diodenlaser, Farbstofflaser, CO2-Laser, zwei Spektrallampen, welche abwechselnd durch ein rotierendes Flügelrad abgedeckt werden, etc. Die Laser lassen sich auf die beiden unterschiedlichen Frequenzen abstimmen, indem ihre Anregung z. B. durch elektrischen Strom gepulst wird, und zwischen den Pulsen z. B. ein Gitter oder ein Resonatorspiegel derart verstellt wird, daß der Laser auf der jeweils gewünschten Resonanzfrequenz schwingt. Es können auch Lampen verwendet werden, vor denen sich ein Flügelrad mit Filtern dreht, die durch nicht transmittiernde Bereiche voneinander getrennt sind. Die Transmissionskurven der Filter sind derart ausgewählt, daß sie obigen Bedingungen entsprechen. Die Umdrehungszahl des Filterrades und die Anzahl Filtersegmente wird derart gewählt, daß die hieraus resultierende Umschaltfrequenz der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 35 entspricht. As a transmitter 3, the at least two narrow-band radiations with a repetition frequency in the kilohertzbe emits rich, suitable lasers such as diode lasers, dye lasers, CO 2 lasers, two spectral lamps, which are alternately covered by a rotating impeller, etc. The lasers can be tuned to the two different frequencies by their excitation z. B. is pulsed by electric current, and between the pulses z. B. a grating or a resonator mirror is adjusted so that the laser vibrates at the desired resonance frequency. Lamps can also be used in front of which an impeller rotates with filters which are separated from one another by non-transmitting areas. The transmission curves of the filters are selected so that they meet the above conditions. The number of revolutions of the filter wheel and the number of filter segments is selected such that the resulting switching frequency corresponds to the center frequency of the bandpass filter 35.
Die Absorptionswellenlängen der Stoffe, deren Konzentration im Meßmedium 1 bestimmt werden soll, liegen oftmals eng beieinander, auch sind die Absorptionsbandbreiten oftmals sehr schmal. Eine genaue Einstellung der Strahlung f1 und f2 kann dadurch erreicht werden, daß die Strahlung des Senders 3 durch die entsprechende Referenzküvette, gefüllt mit dem betreffenden Stoff, gesandt wird und die Frequenz f1 bzw. f2 des Senders 3 solange verändert wird bis die Strahlung innerhalb bzw. außerhalb der Bandbreite der Absorption liegt. Es kann auch so eine automatische Überwachung der einzustellenden Frequenzen f1 und f2 angeordnet werden. The absorption wavelengths of the substances whose concentration is to be determined in the measuring medium 1 are often close to one another, and the absorption bandwidths are often very narrow. A precise setting of the radiation f 1 and f 2 can be achieved in that the radiation of the transmitter 3 is sent through the corresponding reference cuvette filled with the substance in question and the frequency f 1 and f 2 of the transmitter 3 is changed until the radiation is within or outside the bandwidth of the absorption. An automatic monitoring of the frequencies f 1 and f 2 to be set can also be arranged in this way.
Werden als Sender 3 Laser, insbesondere, Festkörperlaser, Farbstofflaser, CO2-Laser, verwendet, so kann auf den Strahlteilerspiegel 11 verzichtet werden und statt dessen der eine Laserstrahl, der beim einen Resonatorspiegel austritt in das Meßmedium 1 und der andere Laserstrahl, der beim anderen Resonatorspiegel austritt, zu den Referenzküvetten 5 gesandt werden. If 3 lasers, in particular, solid-state lasers, dye lasers, CO 2 lasers, are used as transmitters, then the beam splitter mirror 11 can be dispensed with and instead the one laser beam that emerges at a resonator mirror into the measuring medium 1 and the other laser beam that at other resonator mirror emerges to the Reference cuvettes 5 are sent.
Je schmaler die Pulsbreite d gewählt wird, desto kleiner kann das "Empfangsfenster" gewählt werden, durch welches die Torschaltung 37 ein Signal zur Weiterverarbeitung weiterleitet. Hierdurch lassen sich ebenfalls Störpulse und Fehlinformationen verringern. The narrower the pulse width d is chosen, the smaller the "receive window" can be selected, through which the gate circuit 37 forwards a signal for further processing. This can also reduce interference pulses and misinformation.
Anstelle die Konzentrationsmessung mittels Absorption von Strahlung im Meßmedium 1 und der bzw. den Referenzküvetten zu bestimmen, kann auch Streuung der Strahlung berücksichtigt werden. In diesem Fall wird der Detektor 13 neben dem Sender 3 und die Detektoren 9a ... 9z werden vor den Referenzküvetten 5a ... 5z angeordnet, um die aus dem Meßmedium bzw. der betreffenden Referenzküvette rückgestreute Intensität der Strahlung zu messen. Die Pulsform der rückgestreuten Pulse erleidet gegenüber der ausgesendeten Pulsform eine "Verschmierung", welche jedoch beim oben beschriebenen Meßverfahren nicht berücksichtigt zu werden braucht, sofern die Pulslaufzeit durch das Meßmedium 1 und die Referenzküvette 5a ... 5z kurz im Verhältnis zur Pulsbreite d des ausgesendeten Pulses ist. Durch die Auswertung der rückgestreuten Strahlung kann auch die Partikelkonzentration in einem strömenden Medium bestimmt werden. Instead of determining the concentration measurement by means of absorption of radiation in the measuring medium 1 and the reference cell (s), scattering of the radiation can also be taken into account. In this case, the detector 13 is arranged next to the transmitter 3 and the detectors 9a ... 9z are arranged in front of the reference cuvettes 5a ... 5z in order to measure the intensity of the radiation scattered back from the measuring medium or the relevant reference cuvette. The pulse shape of the backscattered pulses suffers from "smearing" compared to the emitted pulse shape, which, however, need not be taken into account in the measurement method described above, provided the pulse transit time through the measuring medium 1 and the reference cuvette 5a ... 5z is short in relation to the pulse width d of the emitted Is pulses. The particle concentration in a flowing medium can also be determined by evaluating the backscattered radiation.
Durch die Verwendung von Filtern, deren Durchlaßbereiche jeweils an die auftretenden Pulsrepetitionsfrequenzen angepaßt sind und aufgrund der Interpretation des MeßSignals als moduliertes Signal wird eine hohe Sicherheit gegen Störsignale erreicht. Through the use of filters, whose passband ranges are adapted to the pulse repetition frequencies that occur, and due to the interpretation of the measurement signal as a modulated signal, a high level of security against interference signals is achieved.
Bei der chemischen Umwandlung von Stoffen, insbesondere bei Umwandlung umweltbelastender Schadstoffe in umweltverträgliche Verbindungen oder Elemente, welche in unterschiedlichen, kurzzeitig wechselnden Konzentrationen anfallen, sollten zur chemischen Umwandlung oftmals Rea genzien verwendet werden, welche selber umweltschädlich sind. Es sollte deshalb vermieden werden, daß diese Stoffe den Umwandlungsprozeß verlassen. Durch laufende Bestimmung der exakten Menge des augenblicklich umzuwandelnden Stoffes ist es möglich eine genaue zeitlich dosierbare Menge von Reagenzien beizumischen, welche nach Durchlaufen der Reaktionszone gar nicht mehr oder nur in einer vorgegebenen Konzentration vorhanden sind. In the chemical conversion of substances, especially when converting polluting pollutants into environmentally compatible compounds or elements that occur in different, briefly changing concentrations, Rea genes are used which are themselves harmful to the environment. It should therefore be avoided that these substances leave the conversion process. By continuously determining the exact amount of the substance to be converted at the moment, it is possible to add an exact amount of reagents which can be metered in time and which after passing through the reaction zone is no longer present or is only present in a predetermined concentration.
Durch die Bestimmung der exakten Menge des umzuwandelnden Stoffes kann ferner die Menge des Stoffes oder die Menge der Reagenzien so eingestellt werden, daß nach Durchlaufen der Reaktionszone soviel des Stoffes bzw. der Reagenzien vorhanden ist, daß weitere Prozesse mit oder ohne Konzentrationsmessung in weiteren Reaktionszonen durchgeführt werden können. Diese Verfahren eignen sich nicht nur zur Beseitigung von umweltschädlichen Stoffen, sondern lassen sich auch in der chemischen Industrie zur Erzeugung hochsensibler Produkte sowie zur Durchführung von chemischen Vorgängen verwenden, bei denen genau dosierbare Stoffmengen und Reagenzien eingesetzt werden müssen. By determining the exact amount of the substance to be converted, the amount of the substance or the amount of the reagents can also be adjusted so that after passing through the reaction zone there is so much of the substance or the reagents that further processes with or without concentration measurement are carried out in further reaction zones can be. These processes are not only suitable for the removal of environmentally harmful substances, but can also be used in the chemical industry to produce highly sensitive products and to carry out chemical processes in which precisely metered quantities of substances and reagents have to be used.
Zur Durchführung dieser chemischen Verfahren eignet sich das oben beschriebene Verfahren. Eine Anlage, in die oben beschriebene Vorrichtungen zur Konzentrationsmessung wenigstens eines in einem Fluid enthaltenen Stoffes integrierbar sind, wird am Beispiel zu entstickender Abgase eines Dieselmotors 51 als Verbrennungsmotor nachfolgend beschrieben. In dem ausgewählten Beispiel werden Stickstoffoxyd NO und Stickstoffdioxyd NO2 als Schadstoffe in den Abgasen des Dieselmotors 51 verringert. Im Blockschaltbild in Figur 9 ist die Anlage darge stellt. Die Abgase durchströmen nach Verlassen des Motors 51 einen (nicht zwingend notwendigen) Partikelfilter 53. Anschließend strömen sie an in einem Abgasrohr 55 angeordneten Sensoren 57 einer Motorsteuerschaltung 59 vorbei, welche u. a. zur Bestimmung des Druckes im Abgasrohr 55 bzw. dienen, um in Abhängigkeit des gemessenen Druckes einen Turbolader zu steuern. Strömungsmäßig hinter den Sensoren 57 folgt ein Reaktionsbereich 61, der in Figur 9 gestrichelt umrahmt dargestellt ist. In den Reaktionsbereich 61 mündet eine Zuführeinrichtung 63 für Frischluft und eine Zuführeinrichtung 65 für Ammoniak. Dem Reaktionsbereich 61 ist ein Katalysator 67 nachgeschaltet, gefolgt von einer Konzentrationsmeßstelle 69. Der Katalysator kann bei Motoren mit Abgastemperaturen über 1000 ºC auch entfallen. Die Konzentrationsmeßstelle 69 sowie die Zuführeinheiten 63 und 65 für Frischluft und Ammoniak sowie die Motorsteuerschaltung 59 sind mit einer Regeleinrichtung 71 verbunden. Der Regeleinrichtung 71 ist ein bereits oben erwähnter Wertespeicher 73 zugeordnet, in dem Daten zur Einstellung der Zuführeinheiten 63 und 65 in Abhängigkeit der Motordaten wie Temperatur, Umdrehungszahl, angesaugter Menge Frischluft, gemessen mit einer Frischluftmengenmeßung 75, die mit der Motorsteuerschaltung 59 verbunden ist, und eingespritzte Menge Treibstoff, welche von der Motorsteuerung 59 über die Einspritzdüsen 77 gesteuert wird, abgelegt sind. Die Regeleinrichtung 71 ist mit dem Leistungsverstärker 26 verbunden. Im Wertespeicher 73 werden ebenfalls die in der Konzentrationsmeßstelle 69 zu messenden Werte in Zuordnung zu einem oder einigen der Motordaten abgespeichert. The process described above is suitable for carrying out these chemical processes. A system in which the above-described devices for measuring the concentration of at least one substance contained in a fluid can be integrated is described below using the example of exhaust gases to be denitrified from a diesel engine 51 as an internal combustion engine. In the selected example, nitrogen oxide NO and nitrogen dioxide NO 2 are reduced as pollutants in the exhaust gases of the diesel engine 51. The system is shown in the block diagram in FIG poses. After leaving the engine 51, the exhaust gases flow through a (not absolutely necessary) particle filter 53. They then flow past sensors 57 of an engine control circuit 59 which are arranged in an exhaust pipe 55 and serve, among other things, to determine the pressure in the exhaust pipe 55 or, depending on the measured pressure to control a turbocharger. A reaction region 61 follows in terms of flow behind the sensors 57, which is shown with a broken line in FIG. 9. A feed device 63 for fresh air and a feed device 65 for ammonia open into the reaction area 61. A catalytic converter 67 is connected downstream of the reaction area 61, followed by a concentration measuring point 69. The catalytic converter can also be omitted in engines with exhaust gas temperatures above 1000 ° C. The concentration measuring point 69 and the feed units 63 and 65 for fresh air and ammonia as well as the motor control circuit 59 are connected to a control device 71. The control device 71 is assigned a value memory 73, already mentioned above, in which data for setting the feed units 63 and 65 depending on the engine data such as temperature, number of revolutions, amount of fresh air drawn in, measured with a fresh air amount measurement 75, which is connected to the engine control circuit 59, and injected amount of fuel, which is controlled by the engine control 59 via the injection nozzles 77, are stored. The control device 71 is connected to the power amplifier 26. The values to be measured in the concentration measuring point 69 are also stored in the value memory 73 in association with one or some of the motor data.
Bei laufendem Dieselmotor 51 wird, wie schon oben dargelegt durch die Zuführeinheiten 63 und 65 Ammoniak, und Frischluft in den Reaktionsbereich 61 entsprechend den im Speicher 73 abgelegten und den in der Konzentrationsmeßstelle 69 gemessenen Daten zugeführt. Entsprechend der chemischen Gleichungen 4 NO + 4 NH3 + O2 ----> 4 N2 + 6 H2O When the diesel engine 51 is running, as already explained above by the feed units 63 and 65, ammonia and fresh air are fed into the reaction area 61 in accordance with the data stored in the memory 73 and the data measured in the concentration measuring point 69. According to the chemical equations 4 NO + 4 NH 3 + O 2 ----> 4 N 2 + 6 H 2 O
6 NO2 + 8 NH3 -----> 7 N2 + 12 H2O 6 NO 2 + 8 NH 3 -----> 7 N 2 + 12 H 2 O
wird in den Abgasen enthaltenes Sickstoffoxyd NO und Stickstoffdioxyd NO2 in Wasser H2O und Stickstoff N2 im Katalysator 67 umgewandelt. Bei Abgastemperaturen über ungefähr 1000 ºC läuft obige chemische Reaktion auch ohne Katalysator ab. Die Meßstelle 69 mißt laufend, d. h. mit einer Meßfrequenz von etwa 500 Hz, den Ammoniakgehalt in den Abgasen hinter dem Katalysator 67. Aufgrund der Messung werden die bereits im Speicher 73 abgelegten Daten so überschrieben, daß einerseits so gut wie kein Ammoniak durch die Abgase an die Umwelt abgegeben wird und andererseits der Gehalt an NO und NO2 so niedrig wie nur möglich gehalten wird. Neben der Verringerung der Stickstoffoxide wird eine erhebliche Verringerung des Dioxinausstosses bei Verbrennungsmotoren erreicht. Die Abspeicherung der Daten im Speicher 73 kann dazu dienen, wie bereits oben erwähnt, bei kurzzeitig ausfallenden Meßwerten eine Meßwerteextrapolation vorzunehmen. nitrogen oxide NO and nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gases are converted into water H 2 O and nitrogen N 2 in the catalyst 67. At exhaust gas temperatures above approximately 1000 ° C, the above chemical reaction takes place even without a catalyst. The measuring point 69 continuously measures, ie with a measuring frequency of about 500 Hz, the ammonia content in the exhaust gases behind the catalytic converter 67. On the basis of the measurement, the data already stored in the memory 73 are overwritten so that, on the one hand, virtually no ammonia is present in the exhaust gases the environment is released and on the other hand the NO and NO 2 content is kept as low as possible. In addition to the reduction in nitrogen oxides, the dioxin emissions in internal combustion engines are significantly reduced. The storage of the data in the memory 73 can serve, as already mentioned above, to carry out a measurement value extrapolation in the case of measurement values which fail for a short time.
Die erfindungsgemäße schnelle Messung, welche im Subsekundenzeitbereich erfolgt, ergibt auch bei schnellen Laständerungen am Dieselmotor eine signifikante Verringerung des Schadstoffgehalts. The rapid measurement according to the invention, which takes place in the sub-second time range, results in a significant reduction in the pollutant content even with rapid load changes on the diesel engine.
Anstelle den Ammoniakgehalt zu messen, kann auch der NO- und NO2-Gehalt oder beides oder auch der Gehalt anderer Stoffe je nach verwendeten Strahlungsfrequenzen gemessen werden. Analog läßt sich auch der Schwefeldioxidgehalt in Abgasen, sowie der Gehalt anderer nicht erwünschter Schadstoffe bestimmen. Durch die Verwendung mehrerer Refe renzküvetten 9a bis 9z mit unterschiedlichen Stoffen kann die Konzentration dieser Stoffe im Meßmedium 1 bestimmt werden, auch wenn die Absorptionslinien einzelner Stoffe sich teilweise überschneiden. In diesem Fall wird die Konzentration durch Differenzbildung der gemessenen Konzentrationen bei unterschiedlichen Frequnzen bestimmt. Instead of measuring the ammonia content, the NO and NO 2 content or both or the content of other substances can also be measured depending on the radiation frequencies used. The sulfur dioxide content in exhaust gases and the content of other undesirable pollutants can be determined analogously. By using multiple Refe Renzküvetten 9a to 9z with different substances, the concentration of these substances in the measuring medium 1 can be determined, even if the absorption lines of individual substances partially overlap. In this case, the concentration is determined by forming the difference between the measured concentrations at different frequencies.
Anstelle die Refernzküvetten mit unterschiedlichen Stoffen zu füllen, können auch einige der Referenzküvetten 9a bis 9z mit gleichen Stoffen, aber unterschiedlicher Konzentration gefüllt werden. Dieses Verfahren ist angezeigt, wenn über große Konzentrationbereiche gemessen werden soll. Entsprechend der gemessenen Konzentrationswerte können die Beimischmenge von Reagenzien sowie die Prozeßparameter - Temperatur, Druck, Fließgeschwindigkeit, ... - derart geändert werden, daß die Schadstoffkonzentration minimal wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur bei Gasen, sondern auch bei Flüssigkeiten durchführen. Instead of filling the reference cuvettes with different substances, some of the reference cuvettes 9a to 9z can also be filled with the same substances but with different concentrations. This method is indicated if measurements are to be carried out over large concentration ranges. In accordance with the measured concentration values, the admixed quantity of reagents and the process parameters - temperature, pressure, flow rate, ... - can be changed in such a way that the pollutant concentration is minimal. The method according to the invention can be carried out not only with gases, but also with liquids.
Der NOx-Gehalt ändert sich in den Verbrennungsgasen mit der Verbrennungstemperatur. Beim Dieselmotor z. B. steigt die Verbrennungstemperatur bei steigender abgegebener Leistung und damit auch der NOx-Gehalt in den Abgasen. Um mit der Regeleinrichtung 71 unter weitgehender Eliminierung einer Todzeit, welche sich aufgrund der Einstellzeit des Reagenszuflusses durch die Zuführeinheiten 63 und 65 für Frischluft sowie Ammoniak und der Zeit, die vergeht bis beide Reagenzien sich im Reaktionsbereich 61 befinden, arbeiten zu können, werden die gemessenen und im Speicher 73 abgelegten Konzentrationsmeßwerte unter Berücksichtigung obiger Todzeit zeitlich extrapoliert und hieraus unter Verwendung der durch die Motorsteuerung 59 eingestellten Betriebsdaten des Dieselmotors 51 die Zuflußraenge an Regenzien errechnet, welche nach der Todzeit durch die Zuführeinheiten 63 und 65 in den Reaktionsbereich 61 zuzuführen ist. The NO x content in the combustion gases changes with the combustion temperature. In the diesel engine z. B. increases the combustion temperature with increasing output and thus also the NO x content in the exhaust gases. In order to be able to work with the control device 71 with largely eliminating a dead time which is due to the setting time of the reagent inflow through the supply units 63 and 65 for fresh air and ammonia and the time which elapses until both reagents are in the reaction area 61, the measured values are measured and the concentration measurement values stored in the memory 73 are extrapolated in time, taking into account the above dead time, and from this using the operating data of the diesel engine 51 set by the engine controller 59, the inflow rate of regents is calculated, which is based on the dead time is to be fed into the reaction area 61 through the feed units 63 and 65.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Stoffen, bei dem wenigstens eine erste Strahlung mit einer Frequenz (f1) im Bereich des Absorptionsmaximums und eine zweite Strahlung mit einer weiter weg vom Absorptionsmaximum des auszumessenden Stoffes liegenden Frequenz (f2) durch das den bzw. die Stoffe enthaltende Meßmedium (1) gesandt und die Intensitäten der ersten und zweiten Strahlungen nach Durchlaufen des Meßmediums (1) mit einem Detektor (13) in proportionale elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Strahlung als Pulse mit gleicher Pulsrepetitionsfrequenz alternierend ausgesendet und die Pulsabstände der Pulse mit unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen (f1, f2 ) zueinander konstant gehalten werden sowie das elektrische Signal demoduliert und die Konzentration des Stoffes aus der Amplitudenhöhe des demodulierten Signals ermittelt wird. 1. A method for determining the concentration of substances, in which at least a first radiation with a frequency (f 1 ) in the range of the absorption maximum and a second radiation with a frequency (f 2 ) further away from the absorption maximum of the substance to be measured by the or the Measuring medium (1) containing substances is sent and the intensities of the first and second radiations after passing through the measuring medium (1) are converted into proportional electrical signals with a detector (13), characterized in that the first and second radiation alternate as pulses with the same pulse repetition frequency emitted and the pulse spacing of the pulses with different radiation frequencies (f 1 , f 2 ) to each other are kept constant and the electrical signal is demodulated and the concentration of the substance is determined from the amplitude of the demodulated signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der ersten und zweiten Strahlung ausgekoppelt wird, der ausgekoppelte Teil durch wenigstens ein Referenzmedium (5a, ... 5z) gesandt wird, dem je eine bekannte Menge eines Stoffes zugemischt worden ist, dessen bzw. deren Konzentration im Meßmedium (1) gemessen werden soll, und die elektrischen Signale der transmittierten Strahlungsintensitäten durch das Meßund jedes Referenzmedium (1, 5a, .., 5z) zur Bestimmung der Konzentration des bzw. der Stoffe im Meßmedium (1) verglichen werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that a part of the first and second radiation is decoupled, the decoupled part is sent through at least one reference medium (5a, ... 5z), to each of which a known amount of a substance has been mixed, whose or their concentration in the measuring medium (1) is to be measured, and the electrical signals of the transmitted radiation intensities through the measuring and each reference medium (1, 5a, .., 5z) for determining the concentration of the substance or substances in the measuring medium (1) be compared.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, daß das elektrische Signal vor seiner Demodulierung zeitlich und/oder nach seiner Demodulierung fre quenzmäßig selektiert wird, um vom elektrischen Signal Störungen fernzuhalten. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical signal before its demodulation in time and / or after its demodulation fre is selected in order to keep interference away from the electrical signal.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzmäßige Selektion in einem Frequenzbereich durchgeführt wird, dessen Mittenfrequenz dem einfachen oder ganzzahligen, reziproken Wert des zeitlichen Abstands (TN) aufeinanderfolgender Pulse erster bzw. zweiter Strahlung entspricht, um Störungen bei der Messung zu verringern. 4. The method according to claim 3, characterized in that the frequency selection is carried out in a frequency range, the center frequency of which corresponds to the simple or integer, reciprocal value of the time interval (T N ) of successive pulses of first or second radiation, to disturbances in the measurement to reduce.
5. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Stoffen, bei dem wenigstens eine erste Strahlung mit einer Frequenz (f1) im Bereich des Absorptionsmaximums und eine zweite Strahlung mit einer weiter weg vom Absorptionsmaximum des auszumessenden Stof-fes liegenden Frequenz (f2) durch das den bzw. die Stoffe enthaltende Meßmedium (1) gesandt und die Intensitäten der ersten und zweiten Strahlungen nach Durchlaufen des Meßmediums (1) mit einem Detektor (13) in proportionale elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Strahlung als Pulse mit gleicher Pulsrepetitionsfrequenz alternierend ausgesendet werden, die Pulsabstände der Pulse mit unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen (f1, f2) zueinander konstant gehalten werden, ein Teil der ersten und zweiten Strahlung ausgekoppelt wird, der ausgekoppelte Teil durch wenigstens ein Referenzmedium (5a, ... 5z) gesandt wird, dem je eine bekannte Menge eines Stoffes zugemischt worden ist, dessen bzw. deren Konzentration im Meßmedium (1) gemessen werden soll, die elektrischen Signale der transmittierten ersten und zweiten Strahlungsintensitäten durch das Meß- und jedes Referenzmediura (1, 5a, .., 5z) über einen Zeitbereich integriert und die Integralwerte in einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der Konzentration des bzw. der Stoffe im Meßmedium miteinander verglichen werden. 5. Method for determining the concentration of substances, in which at least a first radiation with a frequency (f 1 ) in the range of the absorption maximum and a second radiation with a frequency (f 2 ) lying further away from the absorption maximum of the substance to be measured by the or the measuring medium (1) containing substances is sent and the intensities of the first and second radiations after passing through the measuring medium (1) are converted with a detector (13) into proportional electrical signals, characterized in that the first and second radiation as pulses with the same Pulse repetition frequency are transmitted alternately, the pulse spacing of the pulses with different radiation frequencies (f 1 , f 2 ) are kept constant to one another, part of the first and second radiation is coupled out, the coupled part is sent through at least one reference medium (5a, ... 5z) is, to which a known amount of a substance has been mixed, the b between whose concentration in the measuring medium (1) is to be measured, the electrical signals of the transmitted first and second radiation intensities through the measuring and each reference mediura (1, 5a, .., 5z) are integrated over a time range and the integral values in an evaluation circuit Determination of the concentration of the substance or substances in the medium to be compared.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem elektrischen Signal der transmittierten ersten und zweiten Strahlung ein schmalbandiger Frequenzbereich weiter verarbeitet wird, dessen Mittenfrequenz dem einfachen oder ganzzahligen vielfachen, reziproken Wert des zeitlichen Abstands (TT) aufeinanderfolgender Pulse erster und zweiter Strahlung entspricht, um Störungen bei der Messung zu verringern. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a narrow-band frequency range is further processed from the electrical signal of the transmitted first and second radiation, the center frequency of the simple or integer multiple, reciprocal value of the time interval (T T ) successively Pulse corresponds to first and second radiation in order to reduce interference in the measurement.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Konzentrationswerte über einen vorgegebenen Zeitbereich gespeichert werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the concentration values determined are stored over a predetermined time range.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Stoffen jeweils innert eines im Subsekundenbereich liegenden Zeitintervalls bestimmt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the concentration of substances is determined within a sub-second time interval.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8 mit einem Sender (3) zum Aussenden mindestens zweier Strahlungen (f1, f2) unterschiedlicher Frequenz, einem Ansteuerungsgerät (27) zum Ansteuern des Senders (3) und einer Detektionseinheit (13) zur Detektion der durch das Meßmedium (1) transmittierten oder gestreuten Strahlungsintensität, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuergerät (27) einen Treiber (30) hat, durch den es derart ansteuerbar ist, daß der Sender (3) alternierend Pulse unterschiedlicher Strahlungen (f1, f2) und bis auf eine Toleranz konstanter sowie gleicher Repetitionsfrequenz (1/TT) aussendet, und der Detektionseinheit (9a ... 9z, 13) ein Demodulator (41) und Auswerteeinheit (25) nachgeschaltet ist. 9. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4 or 6 to 8 with a transmitter (3) for emitting at least two radiations (f 1 , f 2 ) of different frequency, a control device (27) for controlling the transmitter (3 ) and a detection unit (13) for detecting the radiation intensity transmitted or scattered by the measuring medium (1), characterized in that the control device (27) has a driver (30) by which it can be controlled such that the transmitter (3) alternating pulses of different radiations (f 1 , f 2 ) and up to a tolerance of constant and the same repetition frequency (1 / T T ), and the detection unit (9a ... 9z, 13) a demodulator (41) and evaluation unit (25) is connected downstream.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens ein Referenzmedium (5a ... 5z) mit je einer bekannten Konzentration eines Stoffes, dessen Konzentration bestimmt werden soll, durch die ein Teil der Strahlung (f1, f2) des Senders (3) leitbar ist. 10. The device according to claim 9, characterized by at least one reference medium (5a ... 5z), each with a known concentration of a substance whose concentration is to be determined, through which part of the radiation (f 1 , f 2 ) of the transmitter (3 ) is conductive.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine der Detektionseinheit (9a ...9z, 13) nachund dem Demodulator (41) vor- oder nachgeschaltete zeit- und/oder frequenzselektive Torschaltung (37, 39) für die elektrischen Signale. 11. The device according to claim 9 or 10, characterized by one of the detection unit (9a ... 9z, 13) and the demodulator (41) upstream or downstream of time and / or frequency-selective gate circuit (37, 39) for the electrical signals.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektive Torschaltung (39) ein Bandpaß ist, dessen Mittenfrequenz dem reziproken Wert des zeitlichen Abstands (TN) aufeinanderfolgender Pulse erster und zweiter Strahlung entspricht. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the frequency-selective gate circuit (39) is a bandpass filter, the center frequency of which corresponds to the reciprocal value of the time interval (T N ) of successive pulses of first and second radiation.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8 mit einem Sender (3) zum Aussenden mindestens zweier Strahlungen (f1, f2 ) unterschiedlicher Frequenz, einem Ansteuerungsgerät (27) zum Ansteuern des Senders (3) und einer Detektionseinheit (13) zur Detektion der durch das Meßmedium (1) transmittierten oder gestreuten Strahlungsintensität, gekennzeichnet durch einen Treiber (30), mit dem das Ansteuergerät (27) derart ansteuerbar ist, daß der Sender (3) alternierend Pulse unterschiedlicher Strahlungen (f1, f2) und bis auf eine Toleranz konstanter sowie gleicher Repetitionsfrequenz (1/TT) aussendet, mindestens ein Referenzmedium (5a ... 5z) mit einem der Stoffe, dessen Konzentration bestimmt werden soll, durch das ein Teil der Strahlung (f1, f2) des Senders (3) leitbar ist, und mindestens einen der Detektionseinheit (9a, ..., 9z, 13) nachgeschalteten durch den Treiber (30) ein- und ausschaltbaren Integrator (47a, 47b, 47c, 47d) sowie eine Auswerteeinheit (25). 13. Device for performing the method according to one of claims 5 to 8 with a transmitter (3) for emitting at least two radiations (f 1 , f 2 ) of different frequencies, a control device (27) for controlling the transmitter (3) and a detection unit (13) for detecting the radiation intensity transmitted or scattered by the measuring medium (1), characterized by a driver (30) with which the control device (27) can be controlled in such a way that the transmitter (3) alternating pulses of different radiation (f1, f 2 ) and, apart from a tolerance of constant and the same repetition frequency (1 / T T ), emits at least one reference medium (5a ... 5z) with one of the substances whose concentration is to be determined, through which part of the radiation (f 1 , f 2 ) of the transmitter (3), and at least one integrator (47a, 47b, 47c, 47d) connected downstream of the detection unit (9a, ..., 9z, 13) by the driver (30) and one A evaluation unit (25).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch einen der Detektionseinheit (9a, ..., 9z, 13) nachgeschalteten und dem Integrator (47a, 47b, 47c, 47d) oder dem Demodulator (41) vorgeschalteten Bandpaßfilter (35), dessen Mittenfrequenz dem einfachen oder ganzzahligen vielfachen, reziproken Wert des zeitlichen Abstands (TT) aufeinanderfolgender Pulse erster und zweiter Strahlung (f1,f2) entspricht. 14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized by a bandpass filter (35) connected downstream of the detection unit (9a, ..., 9z, 13) and connected upstream of the integrator (47a, 47b, 47c, 47d) or the demodulator (41) ), the center frequency of which corresponds to the single or integer multiple, reciprocal value of the time interval (T T ) of successive pulses of first and second radiation (f 1 , f 2 ).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch einen Speicher (73), der die ermittelten Konzentrationswerte über einen vorgegebenen Zeitbereich speichert. 15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized by a memory (73) which stores the concentration values determined over a predetermined time range.
16. Anlage zur Veränderung der Konzentration wenigstens eines in einem Fluid enthaltenen Stoffes, insbesondere eines Schadstoffes, mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 mit wenigstens einer Zuführeinrichtung (63, 65) zur Beimischung wenigstens eines den bzw. die Stoffe durch chemische Reaktion umwandelnden Reagens in einen Reaktionsbereich (61) im Fluidstrom. 16. Plant for changing the concentration of at least one substance contained in a fluid, in particular a pollutant, with the device according to one of claims 9 to 15 with at least one feed device (63, 65) for admixing at least one or the substances by chemical reaction converting reagent into a reaction area (61) in the fluid stream.
17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmedium (69) der Vorrichtung in Strömungsrichtung des Fluids dem Reaktionsbereich (61) nachgeordnet ist und mit der Vorrichtung eine Regeleinrichtung (71) verbunden ist, die den Reagenszufluß jeder Zuführeinrichtung (63, 65) in Abhängigkeit der im Meßmedium (69) gemessenen Stoffkonzentration regelt. 17. Plant according to claim 16, characterized in that the measuring medium (69) of the device in the flow direction of the fluid is arranged downstream of the reaction area (61) and with the device a control device (71) is connected, which the reagent inflow of each feed device (63, 65 ) depending on the substance concentration measured in the measuring medium (69).
18. Anlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (63, 65) zwei in die Abgasleitung (55) eines Verbrennungsmotors (51) mündende, je durch die Regeleinrichtung (71) geregelte Zuführeinheiten (63, 65) aufweist, deren eine Ammoniak und deren andere Frischluft dem Verbrennungsgas des Verbrennungsmotors (51) zuführt, und die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß die Konzentration von Ammoniak und/oder von Stickstoffoxyden am strömenden Verbrennungsgas im Subsekundenbereich meßbar ist. 18. Plant according to claim 16 or 17, characterized in that the feed device (63, 65) has two feed units (63, 65) opening into the exhaust gas line (55) of an internal combustion engine (51), each controlled by the control device (71), whose one ammonia and the other fresh air the combustion gas of the Feeds internal combustion engine (51), and the device is designed so that the concentration of ammonia and / or nitrogen oxides on the flowing combustion gas can be measured in the subsecond range.
19. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Konzentrationsveränderung wenigstens eines im Fluid enthaltenen Stoffes. 19. Application of the method according to one of claims 1 to 8 for changing the concentration of at least one substance contained in the fluid.
20. Anwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Reaktionsparameter und/oder eine Beimischmenge mindestens einer Reagenzmenge in Abhängigkeit der im Meßmedium (1) ermittelten Konzentration geändert wird. 20. Application according to claim 19, characterized in that at least one reaction parameter and / or an admixture amount of at least one reagent amount is changed depending on the concentration determined in the measuring medium (1).
21. Anwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsbestimmung in einem strömenden Medium erfolgt. 21. Use according to claim 19 or 20, characterized in that the concentration is determined in a flowing medium.
22. Anwendung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration eines oder mehrerer Stoffe eines Verbrennungsgases bestimmt und in Abhängigkeit davon in einem dem Meßmedium (69) strömungsmäßig vorgeschaltetem Reaktionsbereich wenigstens eine Reagenzstoffmenge dosiert zugegeben wird. 22. Use according to one of claims 19 to 21, characterized in that the concentration of one or more substances of a combustion gas is determined and, depending on this, at least one amount of reagent is metered in in a reaction region upstream of the measuring medium (69).
23. Anwendung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbrennungsgas eines Verbrennungsmotors im Reaktionsbereich (61) Ammoniak dosiert zugegeben, die Konzentration von Stickoxiden und/oder des zugegebenen Ammoniaks im Meßmedium (69) bestimmt und die Ammoniak-Zudosiserung in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration derart optimiert wird, daß der Ausstoß von Stickoxiden vermieden oder zumindest reduziert und der Ammoniakausstoß nahezu vollständig unterbunden wird. 23. Application according to one of claims 19 to 22, characterized in that the combustion gas of an internal combustion engine in the reaction area (61) metered ammonia, determines the concentration of nitrogen oxides and / or the added ammonia in the measuring medium (69) and the ammonia metering in Depending on the measured concentration is optimized in such a way that the emission of nitrogen oxides is avoided or at least reduced and the ammonia emission is almost completely prevented.
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