DE102006038365B3 - Messvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch Strahlungsabsorption mit mindestens einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung, mit einer der Strahlungsquelle in Strahlungsrichtung nachgeordneten Messzelle, in der sich das zu messende Medium befindet, mit mindestens einem Strahlungsdetektor, auf den die Strahlung nach Durchleitung durch die Messzelle trifft, mit einer Strahlungsführungseinrichtung, mittels derer die Strahlung zu dem Strahlungsdetektor geführt wird, wobei die Strahlungsführungseinrichtung eine Hauptoptikeinheit umfasst, die zum einen ein Optikelement (4) aufweist, so dass die punktförmige Strahlungsquelle in einem entlang einer Vorzugsrichtung (1) verlaufenden stabförmigen Strahlungsfleck (5) abgebildet wird, und die zum anderen sich senkrecht zur Vorzugsrichtung (6) erstreckende parallele Reflexionsflächen (7, 7') aufweist, an deren Innenflächen die Strahlung zwischen dem Optikelement (4) und dem Strahlungsdetektor (3, 3') totalreflektiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch Strahlungsabsorption mit mindestens einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung, mit einer der Strahlungsquelle in Strahlungsrichtung nachgeordneten Messzelle, in der sich das zu messende Medium befindet, mit mindestens einem Strahlungsdetektor, auf den die Strahlung nach Durchleitung durch die Messzelle trifft, mit einer Strahlungsführungseinrichtung, mittels derer die Strahlung zu dem Strahlungsdetektor geführt wird.
  • Aus der DE 197 13 928 C1 ist eine Messvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch Infrarotabsorption bekannt, die zwei Strahlungsquellen und zwei Strahlungsdetektoren aufweist. Ein erster Strahlungsdetektor dient als Messdetektor und ein zweiter Strahlungsdetektor als Referenzdetektor. Der Wellenlängenbereich des Strahlungsdetektors ist auf die Absorption der Strahlung durch die Substanz abgestimmt, deren Konzentration gemessen werden soll. Der Referenzdetektor misst die Strahlung in einem Bereich, der durch diese Substanz nicht beeinflusst wird. Das von dem Referenzdetektor bereitgestellte Referenzsignal dient dazu, die Schwankungen der einfallenden Strahlungsleistung zu kompensieren.
  • Zur Erzielung eines guten Messergebnisses ist es wünschenswert, dass eine Strahlungsführungseinrichtung der Messvorrichtung derart aufgebaut ist, dass den Strahlungsdetektor eine möglichst hohe Strahlungsintensität trifft, damit ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann. Hierzu kann die Strahlungsführungseinrichtung Mittel aufweisen, so dass die Strahlung auf den Strahlungsdetektor fokussiert wird. Eine scharte Abbildung der Strahlungsquelle auf dem Detektor hat jedoch den Nachteil, dass die Genauigkeit des Messergebnisses sehr stark von der Justage der Strahlungsführungseinrichtung abhängt. Um die unerwünsch ten Auswirkungen einer Dejustage zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, durch Fokussierung der Strahlung in einem Bereich vor oder hinter des Strahlungsdetektors eine Vergrößerung des Strahlungsflecks zu erzeugen. Mit einer solchen „Defokussierung" sind jedoch unerwünschte Abschattungen der Strahlung verbunden, die zu erheblichen Messfehlern führen können.
  • Bei der aus der DE 197 13 928 C1 bekannten Vorrichtung sind vor den Strahlungsdetektoren nicht abbildende Konzentratoren angeordnet. Diese sollen die parallel einfallende Strahlung bündeln und in der Ebene der Strahlungsdetektoren eine gleichförmige Strahlungsverteilung erzeugen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass es bei einer Dejustage zu einer Verschiebung der Intensitätsverteilung kommt, wobei unterschiedliche Intensitätsabnahmen sich verändernde Signalquotienten erzeugen, die wiederum eine Messabweichung zur Folge haben.
  • Eine Messvorrichtung nach der US 5,886,348 A enthält einen parabolischen Reflektor, der die Messstrahlen einer puntkförmigen Infrarotstrahlungsquelle auf die gegenüberliegende Seite einer Messgasküvette lenkt, an der einzelne Detektorelemente angeordnet sind. Eine spezielle Fokussierung der Strahlung ist nicht vorgesehen.
  • Aus der WO 2004/097 381 A1 geht ein Infrarot-Gassensor hervor, bei dem die optischen Elemente durch Folien gegen Verschmutzung geschützt sind. Zwar sind längs der Messgasküvette verlaufende, parallele Reflexionsflächen vorhanden. Es bleibt aber offen, inwieweit sich die Intensitätsverteilung im Bereich der Strahlungsdetektoren bei einer Dejustage verändert.
  • Bei der Messvorrichtung nach der WO 96/01418 A1 werden die Messtrahlen der Strahlungsquelle unmittelbar an den Wänden der Messgaskuvette reflektiert, ohne dass es eines zusätzlichen Optikelementes bedarf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen derart weiterzubilden, dass Messabweichungen infolge Abschattungen oder mechanischer Dejustage weiter reduziert werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsführungseinrichtung eine Hauptoptikeinheit umfasst, die zum einen ein zylinderförmiges Optikelement aufweist, so dass die punktförmige Strahlungsquelle in einem entlang einer Vorzugsrichtung verlaufenden stabförmigen Strahlungsfleck abgebildet wird, und die zum anderen sich senkrecht zur Vorzugsrichtung erstreckende parallele Reflexionsflächen aufweist, an deren Innenflächen die Strahlung zwischen dem Optikelement und dem Strahlungsdetektor totalreflektiert wird. Dabei verläuft die Vorzugsrichtung, entlang derer sich die Strahlungsdetektoren erstrecken, senkrecht zur Krümmungsebene des zylinderförmigen Optikelementes.
  • Nach der Erfindung ermöglicht die Kombination eines zylinderförmigen Optikelementes und demselben zugeordnete parallele Reflexionsflächen einer Hauptoptikeinheit, dass die gesamte Strahlungsintensität gleichmäßig auf den Strahlungsdetektor verteilt wird,
    wobei das Optikelement derart ausgebildet ist, dass ein stabförmiger Strahlungsfleck auf dem Strahlungsdetektor erzeugt wird.
  • Das Optikelement der Hauptoptikeinheit ist derart ausgebildet, dass die Strahlungsquelle oder ein Zwischenbild derselben in einer ersten Ebene senkrecht zur Vorzugsrichtung scharf auf dem Strahlungsdetektor abgebildet wird. Eine Abschattung führt daher zu einer gleichmäßigen Abnahme der Strahlungsintensität über die Breite des stabförmigen Strahlungsflecks. In einer zweiten Ebene in Vorzugsrichtung, längs des stabförmigen Strahlungsflecks, wird der Schattenverlauf entsprechend der Zahl der Reflektion an den parallelen Reflexionsflächen so auf den Austrittsbereich verteilt, dass der Kontrast des Schattens klein wird. Vorteilhaft reduziert sich auf diese Weise der starke Einfluss einer Abschattung auf die Messgenauigkeit.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Optikelement der Hauptoptikeinheit in einer Krümmungsebene desselben kreis- oder ellipsenförmig, ausgebildet, so dass eine Fokussierung in der Vorzugsrichtung des Strahlungsdetektors gewährleistet ist. Die Vorzugsrichtung, entlang derer sich der Strahlungsdetektor erstreckt, verläuft senkrecht zur Krümmungsebene.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Optikelement der Hauptoptikeinheit Vertiefungen auf. Der Flankenwinkel der Vertiefung sollte kleiner als der halbe Öffnungswinkel des Erfassungsfeldes des Strahlungsdetektors sein, um Intensitätsverluste zu vermeiden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in Strahlungsrichtung vor der Hauptoptikeinheit eine Voroptikeinheit ausgebildet, die der Hauptoptikeinheit Strahlung mit relativ hoher Strahlungsintensität und relativ großem Divergenzwinkel zur Verfügung stellt.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematischer Längsschnitt durch eine exemplarische Messvorrichtung,
  • 2 ein schematischer Längsschnitt durch eine Messvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
  • 3a einen Schnitt durch ein Optikelement einer Hauptoptikeinheit der Messvorrichtung mit einer prismenförmigen Kontur,
  • 3b einen Schnitt durch ein Optikelement einer Hauptoptikeinheit der Messvorrichtung mit einer wellenförmigen Kontur,
  • 3c einen Schnitt durch ein Optikelement einer Hauptoptikeinheit der Messvorrichtung mit einer domförmigen Kontur,
  • 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Voroptik- und Hauptoptikeinheit einer Messvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform und
  • 5 einen Längsschnitt durch eine Hauptoptikeinheit nach einer weiteren Ausführungsform enthaltend einen Strahlenteiler und zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Strahlungsdetektoren.
  • Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann zur Konzentrationsbestimmung einer Komponente eines Gasgemisches als zu messendes Medium eingesetzt werden, wobei dem Gas ein Absorptionsspektrum einer Strahlung im sichtbaren oder ultravioletten oder infraroten Wellenlängenbereich aufgeprägt wird.
  • In 1 ist exemplarisch ein Aufbau der Messvorrichtung dargestellt. Die Messvorrichtung umfassst eine Strahlungsquelle 1, eine Strahlungsführungseinrichtung mit einer Hauptoptikeinheit 2 sowie zwei Strahlungsdetektoren 3, 3'. Das zu messende Medium (Gas) ist innerhalb der gekapselten Messvorrichtung angeordnet. Die Hauptoptikeinheit 2 weist ein zylinderförmiges Optikelement 4 in Form eines Zylinderspiegels auf, das die punktförmige Strahlungsquelle 1 in einem stabför migen Strahlungsfleck 5 abbildet, der sich in einer Brennebene des Optikelementes 4, die mit der Erstreckungsebene der Strahlungsdetektoren 3, 3' übereinstimmt, entlang einer Vorzugsrichtung 6 erstreckt. Zur Vermeidung von Messfehlern weist die Hauptoptikeinheit 2 zwei parallele Reflexionsflächen 7, 7' auf, die sich zwischen dem Optikelement 4 und den Strahlungsdetektoren 3, 3' durchgehend erstrecken. Die Reflexionsflächen 7, 7' weisen einen zu der Länge der Strahlungsdetektoren 3, 3' übereinstimmenden Abstand auf, so dass die Strahlungsverluste auf den Zwischenraum 8 zwischen den Strahlungsdetektoren 3, 3' beschränkt wird.
  • Eine Messvorrichtung gemäß 2 weist eine Strahlungsquelle 11, eine Hauptoptikeinheit 12, einen Strahlungsdetektor 13 sowie eine Voroptikeinheit 14 auf, die in Strahlungsrichtung 15 vor der Hauptoptikeinheit 12 angeordnet ist. Die Strahlungsführungseinrichtung wird im Wesentlichen durch die Hauptoptikeinheit 12 und die Voroptikeinheit 14 gebildet.
  • Der Strahlungsquelle 11 ist ein parabelförmiger Reflektor 16 zugeordnet, der die Strahlung in Richtung einer Messzelle 17 (Messstrecke) kollimiert. Das Strahlungsbündel 18 (Strahlung) wird über einen Umlenkspiegel 19 in Richtung der Voroptikeinheit 14 geleitet. Alternativ kann unter Weglassung des Umlenkspiegels 19 die Voroptikeinheit 14 und die Hauptoptikeinheit 12 auch gespiegelt auf einer zur der Strahlungsquelle 11 gegenüberliegenden Seite der Messzelle 17 angeordnet sein.
  • Die Voroptikeinheit 14 weist im Wesentlichen einen paraboloiden Reflektor 20 auf, der eine relativ kurze Brennweite aufweist, so dass ein Strahlungskegel mit einem relativ großen Raumwinkel erzeugt wird. Der paraboloidförmige Reflektor 20 ist derart ausgebildet, dass der Raumwinkel der Abbildung der Strahlungsquelle an das Erfassungsfeld des Strahlungsdetektors 13 angepasst wird.
  • Die Hauptoptikeinheit 12 weist einen ellipsenförmigen Reflektor 21 auf, der einen ersten Brennpunkt am Ort des Zwischenbildes 22 der Lichtquelle und einen zweiten Brennpunkt in der Erstreckungsebene des Strahlungsdetektors 13 aufweist.
  • Das Strahlungsbündel 18 wird mittels des als ellipsoidförmiger Reflektor 21 ausgebildeten Optikelements in Richtung des Strahlungsdetektors 13 reflektiert, wobei die Strahlung 18 teilweise an gegenüberliegenden parallelen ebenen Reflexionsflächen 23, 23' der Hauptoptikeinheit 12 totalreflektiert wird. Wie aus 2 zu ersehen ist, verläuft der Reflektor 21 ellipsenförmig in einer Krümmungsebene, die senkrecht zur Vorzugsrichtung 6 verläuft. Die ebenen Reflexionsflächen 23, 23' verlaufen parallel zur Krümmungsebene des Reflektors 21 und senkrecht zur Vorzugsrichtung 6. Gegenüber der 1 sind die Reflektionsflächen 23, 23' in der 2 um 90 Grad gedreht und liegen übereinander. Die nicht näher dargestellte Vorzugsrichtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene.
  • Der ellipsenförmige Reflektor 21 kann alternativ auch zylinderförmig ausgebildet sein. Der Reflektor 21 der Hauptoptikeinheit 12 kann – wie in 3a dargestellt – prismenförmige Vertiefungen 24 aufweisen, die sich senkrecht zur Vorzugsrichtung 6 erstrecken. Alternativ kann das Optikelement auch wellenförmige Vertiefungen 25 oder domförmige Vertiefungen 26 aufweisen. Ein Flankenwinkel 27 der Vertiefung 24 sollte kleiner sein als ein halber Öffnungswinkel des Erfassungsfeldes des Strahlungsdetektors 13, um Intensitätsverluste zu vermeiden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform einer Messvorrichtung gemäß der 4 kann eine Hauptoptikeinheit 32 eine zylinderförmige Linse 33 als Optikelement aufweisen. Zwischen dem Optikelement 33 und einem Strahlungsdetektor 34 erstrecken sich die parallelen ebenen Reflexionsflächen 35. Eine Voroptikeinheit 36 wird im Wesentlichen durch einen optischen Konzentrator 37 gebildet, der in Strahlungsrichtung verjüngend ausgebildet ist. Der Konzentrator 37 ermöglicht die Bündelung einer eingangsseitig parallel vorliegenden Strahlung 38, so dass das stark divergente Strahlungsbündel 38 mittels des zylinderförmigen Optikelementes 33 auf den Strahlungsdetektor 34 fokussiert wird.
  • Nach einer zu der Ausführungsform gemäß 2 alternativen Ausführungsform einer Hauptoptikeinheit 42 gemäß 5 kann diese einen Strahlungsteiler 43 umfassen, so dass ein Teil des Strahlungsbündels den Strahlungsdetektor 13 und ein anderer Teil des Strahlungsbündels einen seitlich angeordneten weiteren Strahlungsdetektor 44 auftrifft. Der Strahlungsteiler 43 ist in einem Winkel von 45° zu einer Achse längs der Ausbreitungsrichtung des Lichtes angeordnet. Die Hauptoptikeinheit 42 wird durch die parallelen Reflexionsflächen 23, 23' begrenzt. Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Vorteilhaft können hierdurch mehrere Strahlungsdetektoren 13, 44 zur Messung eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann der weitere Strahlungsdetektor 44 auch in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Vorzugsweise befindet sich der weitere Strahlungsdetektor 44 auf einer der Voroptik 14 ( 2) abgewandten Seite der Hauptoptikeinheit 42.
  • Vorzugsweise sind die Strahlungsdetektoren 13, 34, 44 als Doppel-Strahlungsdetektoren ausgebildet, die jeweils zeilenförmig senkrecht zur Blattebene angeordnet sind. Die Optikelemente der Hauptoptikeinheit können als Linsen, als parabelförmige Reflektoren oder ellipsenförmige Reflektoren ausgebildet sein.
  • Die Hauptoptikeinheit kann im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sein, wobei die Wandungen durch gegenüberliegende Reflexionsflächen 23, 23', 35, 35' gebildet werden.

Claims (10)

  1. Messvorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch Strahlungsabsorption – mit mindestens einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung, – mit einer der Strahlungsquelle in Strahlungsrichtung nachgeordneten Messzelle, in der sich das zu messende Medium befindet, – mit mindestens einem Strahlungsdetektor, auf den die Strahlung nach Durchleitung durch die Messzelle trifft, – mit einer Strahlungsführungseinrichtung, mittels derer die Strahlung zu dem Strahlungsdetektor geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsführungseinrichtung eine Hauptoptikeinheit (2, 12, 32, 42) umfasst, die zum einen ein zylinderförmiges Optikelement (4, 21, 33) derart aufweist, dass eine punktförmige Strahlungsquelle (1, 11) in einem entlang einer Vorzugsrichtung (6) verlaufenden stabförmigen Strahlungsfleck (5) abgebildet wird, und die zum anderen sich senkrecht zur Vorzugsrichtung (6) erstreckende parallele Reflexionsflächen (7, 7', 23, 23', 35, 35') aufweist, an deren Innenflächen die Strahlung (18, 38) zwischen dem Optikelement (4, 21, 33) und dem Strahlungsdetektor (3, 3', 13, 34, 44) totalreflektiert wird, wobei die Vorzugsrichtung (6), entlang deren sich der Strahlungsdetektor (3, 3', 13, 34, 44) erstreckt, senkrecht zur Krümmungsebene des zylinderförmigen Optikelementes (4, 21, 33) verläuft.
  2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (4, 21, 33) der Hauptoptikeinheit (2, 12, 32, 42) in einer Krümmungsebene kreisförmig oder ellipsenförmig verläuft.
  3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (21) der Hauptoptikeinheit (12) eine Kontur mit senkrecht zur Vorzugsrichtung (6) verlaufenden Vertiefungen (24, 25, 26) aufweist.
  4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flankenwinkel (27) der Vertiefung (24) kleiner ist als der halbe Öffnungswinkel des Erfassungsfeldes des Strahlungsdetektors (13).
  5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Reflexionsflächen (7, 7', 23, 23', 35, 35') eben ausgebildet sind und sich von einer Erstreckungsebene des Optikelementes (4, 21, 33) bis zu einer Erstreckungsebene des Strahlungsdetektors (3, 3', 13, 34, 44) erstrecken.
  6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsführungseinrichtung eine Voroptikeinheit (14, 36) aufweist, die in Strahlungsrichtung (15) vor der Hauptoptikeinheit (2, 12, 32, 42) angeordnet ist, derart, dass der Raumwinkel der Abbildung der Strahlungsquelle (1, 11) an das Erfassungsfeld des Strahlungsdetektors (3, 3', 13, 34, 44) angepasst wird.
  7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikeinheit (12) einen paraboloidförmigen Reflektor (20) aufweist, der in der Erstreckungsebene des Strahlungsdetektors (13) angeordnet ist, derart, dass die von der Messzelle kommende Strahlung in Richtung des Optikelementes (21) der Hauptoptikeinheit (12) geführt wird.
  8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikeinheit (36) einen optischen Konzentrator (37) umfasst.
  9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den parallelen Reflexionsflächen (23, 23') ein Strahlenteiler (43) angeordnet ist, derart, dass ein Teil der Strahlung zu einem zweiten Strahlungsdetektor (44) umgelenkt wird.
  10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (3, 3', 13, 34, 44) als ein Doppel-Strahlungsdetektor ausgebildet ist, dessen Elemente jeweils zeilenförmig entlang der Vorzugsrichtung (6) angeordnet sind.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020114972A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Drägerwerk AG & Co. KGaA Messanordnung zur Bestimmung einer Eigenschaft eines zu vermessenden Gases
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8785857B2 (en) 2011-09-23 2014-07-22 Msa Technology, Llc Infrared sensor with multiple sources for gas measurement
DE102012017049A1 (de) * 2012-08-29 2014-03-06 Khs Gmbh Vorrichtung zum Inspizieren von Gegenständen
US10161859B2 (en) 2016-10-27 2018-12-25 Honeywell International Inc. Planar reflective ring

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996001418A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-18 Telaire Systems, Inc. Ndir gas analysis using spectral ratioing technique
DE19713928C1 (de) * 1997-04-04 1998-04-09 Draegerwerk Ag Meßvorrichtung zur Infrarotabsorption
US5886348A (en) * 1997-02-14 1999-03-23 American Intell-Sensors Corporation Non-dispersive infrared gas analyzer with interfering gas correction
WO2004097381A1 (de) * 2003-04-29 2004-11-11 Robert Bosch Gmbh Gassensor, insbesondere für eine fahrzeug-klimaanlage

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2948590C2 (de) * 1979-12-03 1985-08-22 Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch Vorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasgemischen
US5448071A (en) * 1993-04-16 1995-09-05 Bruce W. McCaul Gas spectroscopy
JPH07151684A (ja) * 1993-11-29 1995-06-16 Shimadzu Corp 赤外線式ガス分析計
DE19608604C2 (de) * 1996-03-06 1998-09-10 Conducta Endress & Hauser Gasanalysator und Meßküvette zur Verwendung in einem Gasanalysator
DE19647632C1 (de) * 1996-11-18 1997-11-27 Siemens Ag Infrarot-Gasanalysator
DE19925196C2 (de) * 1999-05-26 2001-12-13 Inst Chemo Biosensorik Gassensoranordnung
EP1288700B1 (de) * 2001-08-30 2006-07-12 Instrumentarium Corporation Geometrischer Strahlteiler und Sensor mit einem Detektor aus mehreren Elementen
GB2384049B (en) * 2002-01-15 2005-12-07 Infrared Integrated Syst Ltd Dual function sensor system
DE20301081U1 (de) * 2002-05-24 2003-04-10 Draeger Safety Ag & Co Kgaa Optischer Gassensor
US7259374B2 (en) * 2005-12-23 2007-08-21 Airware, Inc. Method for detecting a gas species using a super tube waveguide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996001418A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-18 Telaire Systems, Inc. Ndir gas analysis using spectral ratioing technique
US5886348A (en) * 1997-02-14 1999-03-23 American Intell-Sensors Corporation Non-dispersive infrared gas analyzer with interfering gas correction
DE19713928C1 (de) * 1997-04-04 1998-04-09 Draegerwerk Ag Meßvorrichtung zur Infrarotabsorption
WO2004097381A1 (de) * 2003-04-29 2004-11-11 Robert Bosch Gmbh Gassensor, insbesondere für eine fahrzeug-klimaanlage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020114972A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Drägerwerk AG & Co. KGaA Messanordnung zur Bestimmung einer Eigenschaft eines zu vermessenden Gases
DE102020114968A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Drägerwerk AG & Co. KGaA Messanordnung in Modulbauweise zur Bestimmung einer Eigenschaft eines zu vermessenden Gases

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