EP1005635A2 - Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung - Google Patents

Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung

Info

Publication number
EP1005635A2
EP1005635A2 EP98951168A EP98951168A EP1005635A2 EP 1005635 A2 EP1005635 A2 EP 1005635A2 EP 98951168 A EP98951168 A EP 98951168A EP 98951168 A EP98951168 A EP 98951168A EP 1005635 A2 EP1005635 A2 EP 1005635A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
detector
gas components
isotope
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP98951168A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Zöchbauer
Walter Fabinski
Thomas Liedike
Michael Moede
Siegfried Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19752508A external-priority patent/DE19752508A1/de
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP1005635A2 publication Critical patent/EP1005635A2/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers

Definitions

  • the invention relates to a photometer according to the non-dispersive infrared spectroscopy method, or NDIR method for short, with a measuring cuvette, an infrared radiator with radiator modulation, the measuring cuvette consisting of a measuring and comparison chamber, and at least one optopneumatic detector, according to the preamble of claim 1.
  • the problem is, therefore, that several measuring cuvettes usually have to be used for a desired multi-component measurement, since the at least two components to be measured appear in different measuring ranges.
  • An example of this is the already known method using NDIR spectroscopy to measure the ratio of 12CO2 and 13CO2 in separate beam paths. Since the concentration to be measured differs by approx. 1: 100, each channel receives its own measuring cuvette, which is different in length. The different lengths are chosen in order to make the initial characteristics that are bent according to the Lambert-Beer law linearizable. Both cuvettes are charged with sample gas in parallel. The individual components and the quotient of 13CO2 / 12CO2 are output as the result of the measurement.
  • the two measurement results must in turn be post-processed in order to obtain a reasonable degree of coordination with one another, since this is one and the same sample gas, but consisting of several components.
  • Beer's law-reflecting problem is important in multi-component measurement.
  • the invention is therefore based on the object of enabling multi-component measurement with high accuracy and as little equipment outlay as possible.
  • the aim of this invention is a multi-component measurement without the disadvantages of the measurement technology of this type used today. In contrast, this should be simple and inexpensive to implement.
  • the aim is to use only a single measuring cuvette in order to achieve the same dynamic profile for the different measuring components.
  • the essential thing here is the use of several detectors connected in series, which selectively measure the individual gas components.
  • the possible gas components or the correspondingly selected absorption bands must be selected so that each detector makes maximum absorption for the measuring component that it is to measure, and must be correspondingly transparent for the component that is to be detected in the following detector. Since the detectors only contain relatively small gas volumes, the extinctions caused thereby from one detector to the other are negligible or at least known and thus compensable.
  • the embodiment according to the invention assumes that the measuring component is in its natural isotope diversity.
  • the natural C0 2 98.9% 12 CO 2 consists of ca and a proportion of about 1% 1 13 C0 2 has Similar conditions apply to other gases such as CO, CH 4, and others.
  • the isotope ratio is sufficiently constant so that, for example, instead of 12 CO 2, the C0 2 can be measured 13 Varies thus the
  • composition of C0 the largely constant small proportion of 13 CO 2 also changes in a proportional manner. It is important, however, that the concentration is approximately 100 times smaller than if CO 2 in total or 12 CO 2 is measured. The absorption as such in the measuring cuvette is again so small that the largest possible residual light signal reaches the detector
  • the detector measures C0 2 represented by 13 C0 2, it measures the Lambert-Beer law in a significantly cheaper branch.
  • the photometer according to the invention works optimally for those gas components in which, for example, carbon is contained in the molecules as a chemical ligand. It is then possible in the manner according to the invention to apply the representative measurement of 13 CO 2 as a representative of C0 2 generally also to other molecules, such as, for example, to CO or CKi and other In In this way, the transmittance ratios are chosen so that the corresponding isotope absorption bands are shifted from those of the basic element. This is the only way to implement this procedure in general.
  • the detector was measured directly, i.e. not isotope-selectively because of the smaller fraction X, and in the detector connected behind it, the detector was filled with Y * and thus the isotope to Y as a representative of the Y concentration measure up. It is only important here that the first detector is transparent to the Y * band in this frequency range; This means that the absorption band of X must not coincide with that of Y * This can also be extended to gas mixtures e.g.
  • the detector X in turn does not measure a basic concentration of X isotope-selectively, and then three further ones connected in series Detectors are arranged, of which one Y * , one Z * and the last one is filled with W * .
  • the upstream detectors are transparent with regard to the downstream detectors and their absorption bands, that is, they do not overlap each other. The resulting extinction when passing through the detector window and when passing through the gas route as a whole can be predetermined very well, for example with the aid of calibrated cuvettes to be inserted, with which the individual extinction values can be determined
  • the measurement of the isotope ratios 13C02 and 12C02 is specifically aimed at, with the aim of using this embodiment according to the invention to obtain a modal possibility of measurement.
  • Encountered measurement This is achieved by using only one measuring cuvette for both the 13C02 and 12C02 measurements.
  • a filter cuvette filled with 12CO2 in line with the measuring cuvette there is a filter cuvette filled with 12CO2 in the manner according to the invention. Behind it is a 1st detector filled with 12C02 for 12CO2 measurement, and behind it again a 2nd detector filled with 13C02 for 13C02 measurement. No additional filtering is carried out between the two detectors E1 and E2.
  • the filter cuvette is inserted before the 1st detector, which is filled with 12C02, as mentioned above. This is filled with 12C02 and attenuates the dominant 12C02 main bands to such an extent that you can work with the subsequent 12002 detector in a flatter and therefore cheaper area of the characteristic.
  • the filter cuvette also reduces the
  • 12C02 cross sensitivity on the 13C02 channel. Only one calibration cell is used for calibration, which is filled with a mixture of 12C02 and 13C02 and can be swung in between the filter cell and the first detector.
  • Another and thus third embodiment of the invention as specified in claim 3, initially uses a structure as in the second embodiment, but the detectors are interchanged and an interference filter is arranged between the detectors, which is only the overtonebands of those in the following detector effective gas component can pass.
  • the arrangement of a filter cuvette as in the second exemplary embodiment is not mandatory because 12C02 is only measured by the rearmost detector, and only the overton bands are used for this. These overtonebands only have an absorption that is about 100 times smaller than that of the main bands. In terms of the detector characteristic, this is thus far in the linear range.
  • the drawing shows the three embodiments of an NDIR photometer arrangement with a detector arrangement and filling according to the invention.
  • Figure 1 inventive structure according to claim 1.
  • Figure 2 Construction according to the invention according to claim 2.
  • the photometer or the photometer arrangement essentially consists of a radiation source, a radiation modulator 2 and a measuring cuvette 3. This is provided with a gas inlet 3a and a gas outlet 3b, so that measuring gas can be introduced and the measuring cuvette can be drained off again at the gas inlet.
  • the first optopneumatic detector E1 which is filled with the gas component X and then measures it.
  • Another detector E2 is arranged behind the first detector E1. The other
  • Detector E2 for measuring gas component Y is filled with its isotope Y * . In other words, it measures the concentration of Y * as a representative of the gas component Y and thereby concludes the concentration of Y.
  • the first detector is optically transparent with regard to the further gas component Y * to be measured or its characteristic absorption bands.
  • a further detector (not shown here anymore) for measuring at least one further gas component Z is arranged behind the preceding detector. It is not mandatory, but helpful here, too, to fill the further detector in the same way with the isotope Z * of the gas component Z to be measured if there were otherwise linearization problems.
  • the preceding detectors are optically transparent with regard to the further gas component Z * to be measured or their characteristic absorption bands. This means that the other gas components are not measured directly, but rather representatively via their isotopes. Of course, the composition of the filling of the calibration cell has to be adjusted accordingly.
  • a calibration cell can be provided, which can be inserted between the measuring cell 3 and the first detector E1, and which has a mixture of X + Y * or X + Y * + Z * or X + Y * + Z * + is filled.
  • the NDIR photometer arrangement also has only one measuring beam path.
  • the measurement of the isotope ratios 13C02 and 12C02 is specifically used.
  • the goal is to obtain a modal possibility of measurement, with the on-line measurement in the foreground.
  • this is achieved by using only one measuring cuvette for both the 13C02 and 12C02 measurements.
  • Behind it is a 12C02 filled 1 detector E1 for 12C02 measurement, and then a 13C02 filled 2 detector for 13C02 measurement.
  • the large measurement range can be linearized or the measurement can be shifted into the linear range of the measurement curve so that before 12C02-
  • a filter cuvette is arranged in the receiver. This then evaporates the radiation to such an extent that the subsequent 12C02 detector operates in the linear section of its measurement curve.
  • the filter cuvette simultaneously reduces the 12C02-Querempf ⁇ ndl ⁇ chke ⁇ t on the 13C02 channel. Only one calibration cell is used for calibration, which is filled with a mixture of 12C02 and 13C02, and if necessary in the
  • Beam path can be pivoted
  • the structure is initially as in FIG. 1 or 2, the filter cuvette no longer being mandatory, and the detectors also being interchanged D h. the 13C02-
  • the detector is now at the front and the 12C02 detector is only behind.
  • Said interference filter is such that it only transmits the radiation in the area of the overtone bands of the 12C02 for the subsequent 12C02 detector.
  • the linearization of the large measuring range is achieved by arranging the interference filter in front of the 12002 detector This only allows radiation to pass in the region of the overtone band of the 12C02, which, as already mentioned above, has only a much weaker extinction than that of the fundamental at 4.25 ⁇ m.
  • the pass band of this filter is 2.0 ⁇ m or 2.7 ⁇ m in the present exemplary embodiment.
  • the absorption or extinction is smaller than in the area of the main band. With 12C02 this is only one hundredth of the absorption in the main band. It measures law see in the inventive manner again only in the linear and well calibrated range of Lambert Beer '.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fotometer zur Messung von Gaskomponenten, mit einem Infrarotstrahler mit Strahlermodulation und einer Meßküvette mit Meß- und Vergleichskammer, einem auf die Gaskomponente X optopneumatisch absorbierenden, also mit X gefüllten Detektor. Um bei einem Fotometer dieser Art eine Mehrkomponentenmessung mit hoher Genauigkeit und möglichst geringem apparativen Aufwand zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Messung mehrerer Gaskomponenten mindestens ein weiterer Detektor hinter dem ersten Detektor angeordnet ist, daß der weitere Detektor zur Messung der Gaskomponente Y mit seinem Isotop Y* gefüllt ist, und daß der erste Detektor hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente Y* bzw. deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent ist.

Description

NDIR-Fotometer zur Mehrkomponentenmessung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Fotometer nach dem nichtdispersiven Infrarotspektroskopie- Verfahren, kurz NDIR-Verfahren, mit einer Meßkuvette, einem Infrarotstrahler mit Strahlermodulation, wobei die Meßkuvette aus Meß- und Vergleichskammer besteht, sowie aus mindestens einem optopneumatischen Detektor, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Ausgangscharakteristik von Absorptionsfotometern, zu denen auch das NDIR- Fotometer gehört, unterliegt dem Lambert-Beer-Gesetz. Der gewünschte lineare
Zusammenhang von Konzentration und Ausgangsstrom erfordert elektronische Maßnahmen zur Linearisierung. Neben der reinen Absorption findet jedoch auch Extinktion entlang des Strahlungsweges durch die Küvette statt. Insofern ist im allgemeinen der Meßbereich begrenzt durch ein maximales Produkt von Küvettenlänge und Konzentration. Die reine Extinktion meint hier die nichtselektive allgemeine Schwächung von Strahlung durch Gase oder Festkörper. Auch die Extinktion bewirkt eine Schwächung des ursprünglichen Signals und täuscht somit eine Absorption vor. Insofern können die Küvettenlängen nicht beliebig lang gewählt werden. Es sind außerdem optopneumatische Fotometer bekannt, deren gasgefüllte Detektoren ein Hintereinanderschalten erlauben, so daß gleichzeitig zwei oder mehr Komponenten mit nur einer Meßkuvette ermittelt werden können. Diese Vorgehensweise versagt jedoch bei sehr unterschiedlichen Meßbereichen wegen der oben genannten Problematik der Ausgangscharakteristik. Dies ist beispielsweise bei einer mehr oder weniger alltäglichen Analyse von Verbrennungsgasen der Fall. Hierbei soll häufig die im allgemeinen niedrige CO-Konzentration (100 ppm) sowie die große CO2-Konzentration (15 Volumenprozent) ermittelt werden. Zur Lösung dieses Problems müssen üblicherweise zwei Strahlungsgänge aufgebaut werden mit unterschiedlichen Küvettenlängen.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Reinheitsmessung von C02 aus der DE 44 19 458 bekannt, bei dem die Messung von natürlichem CO2 auf die Absorptionsbande des Isotops 13 CO2 begrenzt wird. Dabei ist das Verfahren ausschließlich derart abgestimmt und ausgestaltet, daß lediglich Reinheitsmessungen dieser einen Meßkomponente durchgeführt werden können.
Die Problematik ist somit, daß bei einer gewünschten Mehrkomponentenmessung meistenteils mehrere Meßküvetten verwendet werden müssen, da die mindestens beiden zu messenden Komponenten in unterschiedlichen Meßbereichen auftauchen. Ein Beispiel hierfür ist die bereits bekannte Methode mittels NDIR-Spektroskopie das Verhältnis von 12CO2 und 13CO2 in getrennten Strahlengängen gemessen wird. Da sich die zu messende Konzentration um ca 1 :100 unterscheiden, erhält jeder Kanal eine eigene, in der Länge unterschiedliche Meßkuvette. Die unterschiedlichen Längen werden gewählt, um die nach Lambert-Beer-Gesetz durchgebogenen Ausgangscharakteristiken linearisierbar zu machen. Beide Küvetten werden parallel mit Meßgas beschickt. Als Ergebnis der Messung werden die Einzelkomponenten als auch der Quotient aus 13CO2 / 12CO2 ausgegeben. Durch die nicht exakt gleichzeitig mit Meßgas beschickbaren Küvetten, entstehen bei einer On-Line Messung z.B. von Atemluft unvermeidbare dynamische Fehler bei der Quotientenbildung, die eine On-Line Messung an einem Probanten mit großen dynamischen Abweichungen behaften. Hierzu kommt wiederum die gesammte bereits geschilderte Problematik im Umgang mit Isotopenverhältnissen einer zumindest chemisch gleichen Gaskomponente hinzu.
Außerdem müssen die beiden Meßergebnisse wiederum rechnerisch nachbehandelt werden, um eine einigermaßene Abstimmung zueinander zu erhalten, da es sich dabei ja um ein und das selbe, jedoch aus mehreren Komponenten bestehende Meßgas handelt. Dies ist deshalb so kritisch, weil es sich beim NDIR-Verfahren um ein Absorptionsverfahren handelt. Das heißt, je höher die Konzentration der eigentlich zu messenden Komponente im Meßgas ist, um so höher die spezifische Absorption innerhalb desselben. Das heißt, bei hohen Konzentrationen bleibt somit nur noch ein kleines Restsignal übrig, was den Detektor erreicht. Die verbleibende Strahlungsintensität ist jedoch wiederum ausschlaggebend für die Erzeugung des Meßeffektes, da die Detektoren in dieser gasgefüllten Form auf dem optopneumatischen Effekt beruhen. Das heißt, bei immer größeren Konzentrationen wird in paradoxer Weise das Restsignal immer kleiner und somit auch immer ungenauer. Dem gegenüber sind kleine Konzentrationen deshalb so genau zu vermessen, weil die spezifische Absorption innerhalb der Meßkuvette aufgrund der kleinen Konzentration auch entsprechend klein ist und somit ein relativ hohes Lichtsignal übrigbleibt, um den Detektor zu erregen. Diese, wesentlich das Lambert-
Beer'sche Gesetz wiederspiegelnde Problematik ist bei der Mehrkomponentenmessung bedeutsam.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Mehrkomponentenmessung mit hoher Genauigkeit und möglichst geringem apparativen Aufwand zu ermöglichen.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem NDIR-Fotometer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben. Ziel dieser Erfindung ist eine Mehrkomponentenmessung ohne die Nachteile der heute eingesetzten Meßtechnik dieser Art Diese soll im Gegensatz dazu einfach und kostengünstig realisierbar sein. Ziel ist, dabei nur eine einzige Meßkuvette einzusetzen, um den gleichen dynamischen Verlauf für die verschiedenen Meßkomponenten zu erzielen Wesentlich ist hierbei die Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter Detektoren, die selektiv die einzelnen Gaskomponenten messen. Die dabei möglichen Gaskomponenten bzw die entsprechend gewählten Absorptionsbanden müssen dabei so gewählt sein, daß jeder Detektor für die Meßkomponente, die er messen soll, maximale Absorption macht, und für die Komponente, die im nachfolgenden Detektor nachgewiesen werden soll, entsprechend transparent sein muß. Da die Detektoren nur relativ kleine Gasvolumina einschließen, sind die dadurch bewirkten Extinktionen von einem Detektor zum anderen vernachlassigbar oder zumindest bekannt und somit kompensierbar.
Die erfindungsgemaße Ausfuhrung geht davon aus, daß die Meßkomponente in ihrer naturlichen Isotopenvielfalt vorliegt. So ist bekannt, daß das natürliche C02 aus ca 98,9 % 12 CO2 besteht sowie einen Anteil von etwa 1 ,1 % 13 C02 aufweist Ähnliche Verhaltnisse gelten für andere Gase, wie CO, CH4 und andere. Für die meisten technischen Prozesse ist das Isotopenverhaltnis ausreichend konstant, so daß z.B anstelle von 12 CO2 das 13 C02 gemessen werden kann Ändert sich somit die
Zusammensetzung von C0 , so ändert sich repräsentativ auch der weitgehend konstante kleine Anteil an 13 CO2 in proportionaler Weise. Wichtig ist jedoch, daß hier eine etwa 100 mal kleinere Konzentration vorliegt, als wenn CO2 insgesamt bzw 12 CO2 gemessen wird. Damit ist die Absorption als solche in der Meßkuvette wiederum so klein, daß ein möglichst großes Lichtrestsignal zum Detektor gelangt
Somit bedeutet dies, daß der Detektor, wenn er C02 repräsentiert durch 13 C02 mißt, in einem deutlich gunstigeren Ast der Lambert-Beer'schen Gesetzmäßigkeit mißt Ein zweiter Strahlengang mit zweiter Kuvette für eine zweite Meßkomponente Das erfindungsgemaße Fotometer arbeitet für diejenigen Gaskomponenten optimal, bei denen beispielsweise Kohlenstoff als chemischer Ligand in den Molekülen enthalten ist. Somit ist es dann in erfindungsgemaßer Weise möglich, die Reprasentantenmessung von 13 CO2 als Repräsentant für C02 generell auch auf andere Moleküle anzuwenden, wie beispielsweise auf CO oder CKi und andere In dieser Weise sind die Transmittanzverhaltnisse dann so gewählt, daß die entsprechenden Isotopen-Absorptionsbanden gegenüber denen des Grundelementes verschoben sind. Nur so laßt sich diese Vorgehensweise generell realisieren. So wurde beispielsweise in einem Gasgemisch von X und Y der Detektor beispielsweise wegen des kleineren Anteiles X direkt, also nicht isotopenselektiv messen und in dem dahinter geschalteten Detektor wurde der Detektor mit Y* gefüllt sein und somit das Isotop zu Y als Repräsentant zur Y-Konzentration messen. Wichtig ist hierbei nur, daß der erste Detektor gegenüber der Y*-Bande in diesem Frequenzbereich transparent ist; das heißt, die Absorptionsbande von X darf nicht zusammenfallen mit der von Y* Dies laßt sich auch erweitern auf Gasgemische beispielsweise aus X, Y Z und W, bei denen der Detektor X wiederum nicht isotopenselektiv eine Grundkonzentration von X mißt, und sodann drei hintereinander geschaltete weitere Detektoren angeordnet sind, von denen einer Y*, einer Z* und der letzte mit W* gefüllt ist Wichtig ist auch hierbei lediglich, daß die jeweils vorgeschalteten Detektoren hinsichtlich der nachgeschalteten Detektoren und deren Absorptionsbanden transparent sind, das heißt nicht gegenseitig überlappen. Die entstehende Extinktion beim Durchgang durch die Detektorfenster und beim Durchgang durch die Gasstrecke insgesamt, laßt sich dabei sehr gut vorbestimmen, beispielsweise mit Hilfe von einzuschiebenden Kalibπerkuvetten, mit denen die einzelnen Extinktionswerte ermittelbar sind
In der erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform gemäß Anspruch 2 wird speziell auf die Messung des Isotopenverhaltnisses 13C02 und 12C02 abgestellt, mit dem Ziel mit hilfe dieser erfindungsgemaßen Ausgestaltung eine modale Möglichkeit der Messung zu erhalten. Dabei wird gleichzeitig dem oben bereits beschriebenen Problem der nicht möglichen Abgleichbarkeit zweier Meßstrahlengange auf eine saubere On-Line -
Messung begegnet. Dies wird dadurch erreicht, daß nur eine Meßkuvette sowohl für die 13C02 - als auch für die 12C02 - Messung verwendet wird. In Reihe mit der Meßkuvette befindet sich in erfindungsgemaßer Weise eine mit 12C02 gefüllte Filterkuvette. Dahinter ist ein mit 12C02 gefüllter 1. Detektor zur 12CO2-Messung, und dahinter wiederum ein mit 13C02 gefüllter 2. Detektor zur 13C02-Messung angeordnet. Zwischen den beiden Detektoren E1 und E2 wird keine zusatzliche Filterung vorgenommen. Um die Durchbiegung der Detektorkennlinie zu reduzieren, ist wie oben bereits gesagt vor den 1. Detektor, welcher mit 12C02 gefüllt ist, die Filterkuvette eingebracht. Diese ist mit 12C02 gefüllt, und dämpft die dominaten 12C02 Hauptbanden soweit, daß man mit dem nachfolgenden 12002-Detektor in einem flacheren und damit günstigeren Bereich der Kennlinie arbeiten kann. Die Filterkuvette verringert gleichzeitig die
12C02-Querempfindlichkeit auf den 13C02 - Kanal. Zur Kalibrierung wird nur eine Kalibrierküvette eingesetzt, die mit einem Gemisch aus 12C02 und 13C02 gefüllt ist und zwischen Filterkuvette und erstem Detektor einschwenkbar ist.
Eine weitere und damit dritte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Anspruch 3 angegeben ist, benutzt zunächst einen Aufbau wie in der zweiten Ausführungsform, wobei jedoch die Detektoren vertauscht sind und zwischen den Detektoren ein Interferenzfilter angeordnet ist, welches lediglich die Overtonebanden der im nachfolgenden Detektor wirksamen Gaskomponente passieren läßt. Die Anordnung einer Filterkuvette wie im zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht zwingend, weil 12C02 erst vom hintersten Detektor gemessen wird, und hierzu ja nur noch die Overtonebanden verwendet wird. Diese Overtonebanden haben nur noch eine Absorption, die etwa 100 mal kleiner als die der Hauptbanden ist. Damit liegt diese hinsichtlich der Detektorkennlinie weit im linearen Bereich.
In der Zeichnung sind die drei Ausführungsformen einer NDIR-Fotometeranordnung mit erfindungsgemäßer Detektoranordnung und Befüllung gezeigt.
Es zeigt:
Figur 1 : erfindungsgemäßer Aufbau gemäß Anspruch 1.
Figur 2: erfindungsgemäßer Aufbau gemäß Anspruch 2.
Gemäß dem Aufbau nach Figur 1 besteht das Fotometer bzw die Fotometeranordnung im wesentlichen aus einer Strahlungsquelle, einem Strahlungsmodulator 2 und einer Meßkuvette 3. Diese ist mit einem Gaseintritt 3a und einem Gasaustritt 3b versehen, so daß Meßgas eingeleitet und die Meßkuvette durchströmend am Gasasutritt wieder abgeleitet werden kann.
Dahinter ist der erste optopneumatische Detektor E1 , der mit der Gaskomponente X gefüllt ist, und diese dann auch mißt. Ein weiterer Detektor E2 ist hinter dem ersten Detektor E1 angeordnet. Der weitere
Detektor E2 zur Messung der Gaskomponente Y ist mit ihrem Isotop Y* gefüllt. D.h. er mißt repräsentativ für die Gaskomponente Y die Konzentration an Y* und schließt dabei auf die Konzentration von Y.
Hierzu ist der erste Detektor hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente Y* bzw deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent.
Es können weitere Detektoren für weitere Gaskomponenten vorgesehn sein, die dann einfach hinter den anderen Detektoren angereiht werden.
Hierzu wird ein weiterer, hier nicht mehr dargestellter Detektor zur Messung mindestens einer weiteren Gaskomponente Z hinter dem vorhergehenden Detektor angeordnet. Es ist nicht zwingend aber hilfreich auch hierbei den weiteren Detektor in gleicher Weise mit dem Isotop Z* der zu messenden Gaskomponente Z zu füllen, wenn es ansonsten Linearisierungsprobleme gäbe. Die vorhergehenden Detektoren sind hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente Z* bzw deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent. D.h. auch die weiteren Gaskomponenten werden nicht direkt, sondern über ihren Isotopen repräsentativ gemessen. Dabei ist natürlich die Zusammensetzung der Befüllung der Kalibrierküvette darauf abzustimmen.
Wie ebenfalls in der Zeichnung nicht weiter dargestellt kann eine Kalibrierküvette vorgesehen sein, die zwischen Meßkuvette 3 und erstem Detektor E1 einbringbar ist, und die mit einem Gemisch aus X + Y* bzw aus X + Y* + Z* bzw aus X + Y* + Z* + gefüllt ist.
Gemäß einer Bauform nach Figur 2 weist die NDIR-Fotometeranordnung ebenfalls nur einen Meßstrahlengang auf. ln der erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform gemäß Anspruch 2 wird speziell auf die Messung des Isotopenverhaltnisses 13C02 und 12C02 abgestellt. Das dabei gesteckte Ziel ist es, eine modale Möglichkeit der Messung zu erhalten, wobei die On- Line-Messung im Vordergrund steht. Dies wird zum einen damit erreicht, daß auch hier nur eine Meßkuvette sowohl für die 13C02 - als auch für die 12C02 - Messung verwendet wird. In Reihe mit der Meßkuvette befindet sich eine mit 12C02 gefüllte Filterkuvette. Dahinter ist ein mit 12C02 gefüllter 1 Detektor E1 zur 12C02-Messung, und nachfolgend ein mit 13C02 gefüllter 2 Detektor zur 13C02-Messung angeordnet Die Lmearisierbarkeit des großen Meßbereiches bzw die Schiebung der Messung in den linearen Bereich der Meßkurve wird damit erreicht, daß vor dem 12C02-
Empfanger eine Filterkuvette angeordnet ist Diese dampft dann die Strahlung soweit ab, daß der nachfolgende 12C02- Detektor im linearen Abschnitt seiner Meßkurve arbeitet. Die Filterkuvette verringert gleichzeitig die 12C02-Querempfιndlιchkeιt auf den 13C02 - Kanal. Zur Kalibrierung wird nur eine Kalibrierküvette eingesetzt, die mit einem Gemisch aus 12C02 und 13C02 gefüllt ist, und im Bedarfsfalle in den
Strahlengang geschwenkt werden kann
Eine dritte und letzte Ausfuhrungsform der Erfindung zeigt Figur 3
Hierbei ist der Aufbau zunächst wie in Figur 1 oder 2, wobei die Filterkuvette nun nicht mehr zwingend ist, und außerdem die Detektoren vertauscht sind D h. der 13C02-
Detektor ist nun vorne und der 12C02 - Detektor erst dahinter In der Zeichnung heißt dies, daß der Detektor E1 nun mit 13C02 gefüllt ist und der Detektor E2 mit 12C02 Zwischen beiden Detektoren E1 und E2 ist ein Interferenzfilter In dem Falle daß vor dem ersten Detektor eine Filterkuvette angeordnet ist, ist diese dann auch mit 12C02 gefüllt und reduziert die Querempfindlichkeit. Das besagte Interferenzfilter ist so beschaffen, daß es lediglich nur noch die Strahlung im Bereich der Overtone-Banden des 12C02 für den nachfolgenden 12C02-Detektor durchlaßt So kann mit einfachem Aufbau eine sehr effiziente und sehr genaue Messung des 12C02 / 13C02 - Verhältnisses vorgenommen werden, weil in beiden Gaskomponenten im linearen Bereich des jeweiligen optopneumatischen Detektors E1 und E2 gemessen wird
Die Lmearisierbarkeit des großen Meßbereiches, wie oben beschrieben, wird damit erreicht, daß vor dem 12002-Detektor das besagte Interferenzfilter angeordnet ist Dieses läßt nur Strahlung im Bereich der Overtone-Bande des 12C02 passieren, die wie oben bereits gesagt nur eine wesentlich schwächere Extinktion als die der Grundschwingung bei 4,25 um besitzt. Der Durchlaßbereich dieses Filters liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei 2,0 μm oder 2,7 μm. Im Bereich der Overtones ist also die Absorption bzw Extinktion kleiner als im Bereich der Hauptbande. Bei 12C02 ist diese lediglich nur noch ein hundert/ stel der Absorption bei der Hauptbande. Dabei wird in erfindungsgemäßer Weise wieder lediglich im linearen und damit gut kalibrierbaren Bereich des Lambert Beer' sehen Gesetz gemessen.

Claims

Patentansprüche:
1. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten, mit einem Infrarotstrahler mit Strahlermodulation und einer Meßkuvette mit Meß- und Vergleichskammer, einem auf die Gaskomponente X optopneumatisch absorbierenden, also mit X gefüllten Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung mehrerer Gaskomponenten mindestens ein weiterer Detektor (E2) hinter dem ersten Detektor (E1 ) angeordnet ist, daß der weitere Detektor (E2) zur Messung der Gaskomponente Y mit seinem Isotop Y* gefüllt ist, und daß der erste Detektor (E1 ) hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente Y* bzw deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent ist.
2. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, mit einem Infrarotstrahler mit Strahlermodulation und einer Meßkuvette mit Meß- und Vergleichskammer, einem auf das Isotop X1* optopneumatisch absorbierenden, also mit X1 * gefüllten Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung mehrerer Gaskomponenten mindestens ein weiterer Detektor (E2) hinter dem ersten Detektor (E1 ) angeordnet ist, daß der weitere Detektor (E2) zur Messung des Isotops X2*mit dem Isotop X2* gefüllt ist, und daß der erste Detektor (E1 ) hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente X2* bzw deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent ist.
3. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, mit einem Infrarotstrahler mit Strahlermodulation und einer Meßkuvette mit Meß- und Vergleichskammer, einem auf das Isotop X1 * optopneumatisch absorbierenden, also mit X1 * gefüllten Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung mehrerer Gaskomponenten mindestens zwei Detektoren (E1.E2) vorgesehen sind, daß der Detektor (E1 ) zur Messung des Isotops X2*mit dem Isotop X2* gefüllt ist, und der Detektor (E2) zur Messung des Isotops X1 * mit dem Isotop X1 * gefüllt ist, und daß zwischen den Detektoren (E1 , E2) ein Interferenzfilter angeordnet ist, welches im wesentlichen nur noch Strahlung im Bereich der Overtone-Banden von X1 * durchläßt.
4. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Detektor (E3, E...) zur Messung mindestens einer weiteren Gaskomponente Z hinter dem vorhergehenden Detektor (E2, ...) angeordnet ist, und daß dieser weitere Detektor ( E3, E...) entweder mit der Gaskomponente Z oder ihrem Isotop Z* gefüllt ist und die vorhergehenden Detektoren hinsichtlich der weiteren zu messenden Gaskomponente Z oder Z* bzw deren charakteristischen Absorptionsbanden optisch transparent sind.
5. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Detektoren ( E1 , E2, ...) eine Kalibrierküvette einbringbar ist, die mit einem Gemisch aus X + X* bzw aus X + Y* bzw aus X + Y* + Z, Z* bzw aus X + Y* + Z, Z* + bzw. X1* + X2* gefüllt ist.
6. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach Anspruch einem oder mehren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter einen Durchlaßbereich bei den Overtone-Banden der mit dem nachfolgenden Detektor gefüllten Gaskomponente hat.
7. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterkuvette zwischen Meßkuvette und erstem Detektor angeordnet ist.
8. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkuvette mit der Gaskomponente X bzw. X1 *gefüllt ist.
9. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskomponente X1* 12C02 ist.
10. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkuvette in die Meßkuvette baulich integriert ist.
11.Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente X1 * 12C02 ist, und die Komponente X2* 13C02 ist.
12. Fotometer zur Messung von Gaskomponenten bzw Isotopenverhältnissen von Gaskomponenten, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente X1* 12C02 ist, und die Komponente X2* 13C02 ist und die
Komponente Y* das Isotop einer weiteren Meßgaskomponente ist.
EP98951168A 1997-08-18 1998-08-12 Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung Ceased EP1005635A2 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19735719 1997-08-18
DE19735719 1997-08-18
DE19752508A DE19752508A1 (de) 1997-08-18 1997-11-27 NDIR-Fotometer zur Mehrkomponentenmessung
DE19752508 1997-11-27
PCT/DE1998/002412 WO1999009391A2 (de) 1997-08-18 1998-08-12 Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1005635A2 true EP1005635A2 (de) 2000-06-07

Family

ID=26039234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98951168A Ceased EP1005635A2 (de) 1997-08-18 1998-08-12 Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6452182B1 (de)
EP (1) EP1005635A2 (de)
JP (1) JP2001516016A (de)
WO (1) WO1999009391A2 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19752508A1 (de) * 1997-08-18 1999-03-11 Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg NDIR-Fotometer zur Mehrkomponentenmessung
GB2411318B (en) * 2004-02-23 2009-07-01 Ford Global Tech Llc Driver assistance system
US7797983B2 (en) * 2004-03-29 2010-09-21 Gasera Ltd. Method and system for detecting one or more gases or gas mixtures and/or for measuring the concentration of one or more gases or gas mixtures
DE102004031643A1 (de) * 2004-06-30 2006-02-02 Abb Patent Gmbh Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator
JP4411599B2 (ja) * 2004-10-26 2010-02-10 横河電機株式会社 赤外線ガス分析計および赤外線ガス分析方法
EP2000792B1 (de) * 2007-06-06 2011-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Messgas
DE102009021829A1 (de) * 2009-05-19 2010-11-25 Siemens Aktiengesellschaft NDIR-Zweistrahl-Gasanalysator und Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Messgaskomponente in einem Gasgemisch mittels eines solchen Gasanalysators
JP2012068164A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Horiba Ltd 赤外線ガス分析計
CN104198426A (zh) * 2014-09-22 2014-12-10 合肥工业大学 非色散红外传感器系统中漫反射光气体吸收计算模型
CN108458750B (zh) * 2018-03-09 2020-05-05 上海理工大学 纯水液滴沸腾过程中气液两相多参数同步测量方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5945939B2 (ja) * 1979-11-17 1984-11-09 株式会社 堀場製作所 金属中の炭素分析装置
DE3446436A1 (de) * 1984-12-20 1986-07-03 Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt Nichtdispersives fotometer
DE3522949A1 (de) * 1985-06-27 1987-01-08 Hartmann & Braun Ag Verfahren zum nachjustieren von infrarot-gasanalysatoren
JPS63308541A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Horiba Ltd 赤外線ガス分析計
DE3937141A1 (de) * 1989-11-08 1991-05-16 Hartmann & Braun Ag Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator zur gleichzeitigen messung der konzentration mehrerer komponenten einer gasprobe
DE4115425C1 (de) * 1991-05-10 1992-08-27 Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt, De
EP0634644A1 (de) * 1993-07-13 1995-01-18 Mic Medical Instrument Corporation Vorrichtung zur Bestimmung des 13CO2/12CO2-Konzentrationsverhältnisses in einer Gasprobe
JPH07167784A (ja) * 1993-12-16 1995-07-04 Fuji Electric Co Ltd 赤外線ガス分析計
JP3291890B2 (ja) * 1994-01-31 2002-06-17 株式会社島津製作所 赤外線ガス分析計
DE4419458C2 (de) * 1994-06-03 2003-11-27 Fisher Rosemount Gmbh & Co Ges Verfahren zur Messung der Reinheit von Kohlendioxid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9909391A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999009391A2 (de) 1999-02-25
US6452182B1 (en) 2002-09-17
JP2001516016A (ja) 2001-09-25
WO1999009391A3 (de) 1999-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3937141C2 (de)
DE102012223874B3 (de) Verfahren zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Messgas
DE19601873C2 (de) Gasanalysator
DE2553565B2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Stickoxidkonzentration in einem Gasgemisch
WO2006002740A1 (de) Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator
DE10392663T5 (de) Foto-akustisches Erfassungsverfahren zum Messen der Konzentration von Nicht-Kolenwasserstoff-Komponenten einer methanhaltigen Gasmischung
DE3240559C2 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Masse von Aerosolteilchen in gasförmigen Proben sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO1999009391A2 (de) Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung
DE3243301C2 (de) Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator
DE19509822C2 (de) Ölkonzentrations-Meßgerät
DE2927156A1 (de) Vorrichtung zum messen der sauerstoffkonzentration
EP0349839A2 (de) Mehrkomponenten-Photometer
DE3030002A1 (de) Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator
DE2130331A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch optische Extinktionsmessung
DE3116344C2 (de)
EP0087077A2 (de) Messeinrichtung für die optische Gasanalyse
EP2551662B1 (de) Optische Gasanalysatoreinrichtung mit Mitteln zum Verbessern der Selektivität bei Gasgemischanalysen
DE19735716C2 (de) Verfahren zum Betrieb eines nichtdispersiven Infrarotspektrometers
EP1847827A1 (de) Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator
DE2744168C3 (de) Magnetooptisches Spektralphotometer
DE19628310C2 (de) Optischer Gasanalysator
DE3402800A1 (de) Nach dem gasfilterkorrelationsverfahren arbeitendes fotometer
DE102016108545B4 (de) NDIR-Gassensor und Verfahren zu dessen Kalibrierung
DE19752508A1 (de) NDIR-Fotometer zur Mehrkomponentenmessung
DE19735599A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung von Konzentrationen verschiedener Gaskomponenten insbesondere zur Messung von Isotopenverhältnissen in Gasen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20000127

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): DE FR GB IT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20010420

APBT Appeal procedure closed

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA9E

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20050718

APAF Appeal reference modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCREFNE