DE2340747A1

DE2340747A1 - GAS ANALYZER

Info

Publication number: DE2340747A1
Application number: DE19732340747
Authority: DE
Inventors: Richard H Boll; John E Tozier
Original assignee: Bailey Meter Co
Current assignee: Elsag Bailey Inc
Priority date: 1972-10-26
Filing date: 1973-08-11
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CA998852A; JPS4977689A; FR2205194A5; IT997265B; JPS5417787U; GB1453938A

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

PATENTANMELDUNGPATENT APPLICATION

ZJ4U/A/ZJ4U / A /

Anmelder: The Bailey Meter Company-Applicant: The Bailey Meter Company-

Titel: GasanalysengerätTitle: Gas analyzer

Die Erfindung betrifft Gasanalysengeräte im allgemeinen und ein Gasanalysengerät im besonderen, das für die Bestimmung der SOp-Konzentration in Abgasen verwendet; wird, die Teilchen in Schwebe mit sich führen i:nd aus Industrieprozessen und mit fossilen Brennstoffen beheizten Feuerungen ins Freie abgeführt oder in Industrieprozessen erzeugt werden, wie z.B_o Gase, die bei der Schwefelsäureherstellung, bei der Zellstoffherstellung anfallen.The invention relates to gas analyzers in general and to a gas analyzer in particular which is used for determining the SOp concentration in exhaust gases; that carry particles in suspension with them i: nd from industrial processes and fires heated with fossil fuels into the open air or are generated in industrial processes, such as _o gases that arise in the production of sulfuric acid or in the production of pulp.

Bisher hat die Konzentration von SO₂ und anderen Schadstoffen in Abgasen wenig Beachtung gefunden und hat man das Hauptaugenmerk auf Gasanalysen gerichtet, die die Vollständigkeit oder den Grad der Verbrennung bzw. den Wirkungsgrad des Verfahrens anzeigen. In letzter Zeit lag der Schwerpunkt jedoch bei Instrumenten, die kontinuierlich die Konzentration schädlicher Gase in den Abgasen analysieren. Von diesen Schadgasen kommt dem SO₂ eine besondere Bedeutung zu.So far, the concentration of SO ₂ and other pollutants in exhaust gases has received little attention and the main focus has been on gas analyzes that show the completeness or the degree of combustion or the efficiency of the process. Recently, however, the focus has been on instruments that continuously analyze the concentration of harmful gases in the exhaust gases. Of these pollutant gases, SO _{2 is of} particular importance.

Die z.Zt. zur Verfügung stehenden S0₂-Analysengeräte sind vorwiegend in der Probeentnahmeausführung, bei der eine Probe des Abgases diskontinuierlich oder kontinuierlich entnommen, durchThe currently Available S0 ₂ analyzers are mainly in the sampling version, in which a sample of the exhaust gas is taken discontinuously or continuously

O O — O O -

A09819/06A1A09819 / 06A1

Reinigung von Teilchen befreit und dann durch, die eine oder andere Vorrichtung analysiert wird. Solche Analysengeräte sind für industrielle Zwecke unbefriedigend, weil die Probe durch eine Probeentnahmeleitung zu dem Analysengerät abgesaugt werden muß. Eine solche Probeentnahmeleitung muß normalerweise beheizt werden, um Wasserdampf- oder Schwefelsäurekondensation zu vermeiden, und sie muß periodisch gespült werden, um die Verstopfung durch Teilchen zu vermeiden. Weiterhin muß man bei der Wahl der Materialien für die Probeentnahmeleitung sorgfältig vorgehen, damit diese Leitung nicht als Katalysator wirken kann, um SO₂ in S0~ umzuwandeln und somit für SOp eine falsche Analyse zu ergeben» Weiterhin können Teilchenablagerungen in der Probeentnahmeleitung als Katalysator für die Umwandlung von SOp in SO-, wirken. Solche Instrumente saugen die Probe von einer bestimmten Stelle in dem fließenden Gasstrom ab und unterliegen deshalb einem Fehl?-' durch Schichtenbildung des SO₂ innerhalb des Stroms. Schließlich kann gesagt werden, daß solche Instrumente für industrielle Verwendung mangelhaft sind, da sie einen früheren Zustand und nicht die gegenwärtige Lage wiedergeben, ils kOM.it eine unvermeidliche Zeitverzögerung bei der Absaugung der Probe durch eine Probeentnahmeleitung vor, so daß man keine Angabe über die derzeit vorhandene SOp-Konzentration erhält, sondern über diejenige, wie sie vor einiger Zeit bestanden hat.Cleaning freed of particles and then analyzed by one or the other device. Such analyzers are unsatisfactory for industrial purposes because the sample has to be sucked off through a sampling line to the analyzer. Such a sampling line must normally be heated to avoid water vapor or sulfuric acid condensation and it must be flushed periodically to avoid particulate clogging. Furthermore, care must be taken when choosing the materials for the sampling line so that this line cannot act as a catalyst to convert SO ₂ into S0 ~ and thus result in a wrong analysis for SOp Conversion of SOp to SO-, work. Such instruments suck the sample from a certain point in the flowing gas stream and are therefore subject to a failure due to stratification of the SO ₂ within the stream. Finally, it can be said that such instruments are inadequate for industrial use, since they reflect an earlier state and not the present situation, there is an inevitable time delay in the suction of the sample through a sampling line, so that no information can be given about the the currently existing SOp concentration, but above the one as it existed some time ago.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasanalysengerät für die Bestimmung der Konzentration eines anteiligen Gases, insbesondere der SOp-Konzentration, in einem Gasgemisch zu schaffen, das eine fortlaufende Messung ermöglicht. Dabei soll das Gerät nicht auf die örtliche Analyse von Abgasen beschränkt sein, sondern an Stellen vorgenommen werden können, die entfernt vom Ort der Erzeugung oder des Auftretens liegen.The invention is based on the object of providing a gas analyzer for determining the concentration of a proportion of gas, in particular the SOp concentration in a gas mixture that enables continuous measurement. It should the device should not be limited to the local analysis of exhaust gases, but can be carried out at locations that are remote from the place of generation or occurrence.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Bestimmung der Konzentration eines anteiligen Gases in einem Gasgemi\..λ, das Teilchen in Schwebe mit sich führt, die folgenden Einrichtungen verwendet werden:This object is achieved in that to determine the concentration of a proportionate gas in a gas mixture \ .. λ that With particles in suspension, the following devices can be used:

403819/064 1403819/064 1

a. eine erste und eine zweite Strahlungsquelle, die Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen aussenden bei unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten für das anteilige Gas und praktisch gleichen Absorptionskoeffizienten für die Teilchen;a. a first and a second radiation source, the radiations emit different wavelengths with different absorption coefficients for the proportional Gas and practically the same absorption coefficient for the particles;

b. eine.Vorrichtung, um nacheinander und periodisch die genannten Strahlungsquellen einzuschalten, damit Strahlungsimpulse erzeugt werden; b. a device for sequentially and periodically the named Turn on radiation sources so that radiation pulses are generated;

c. eine Vorrichtung zum Leiten der Strahlungsimpulse durch das Gasgemisch zu einem ersten Photowandler, der Signale proportional zu der von der ersten und zweiten Quelle empfangenen Strahlung erzeugt;c. a device for passing the radiation pulses through the gas mixture to a first photo transducer, the signals proportional to those from the first and second sources generated radiation received;

d. eine Rechenschaltung, die in Abhängigkeit von den genannten Signalen ein Ausgangssignal erzeugt, das der Konzentration des anteiligen Gases entspricht.d. a computing circuit which, as a function of said signals, generates an output signal that corresponds to the concentration of the proportionate gas.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den ünteransprüchen beschrieben.Further features of the invention are in the subclaims described.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieDen. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and is described in more detail below. It shows

tfig. 1 eine schematische Darstellung für den Einbau einestfig. 1 a schematic representation for the installation of a

Gasanalysengerätes
Pig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2 - 2 in RichtungGas analyzer
Pig. Figure 2 is a cross-section along line 2-2 in direction

der Pfeile der Pig, 1 und
Figo 3 ein Blockschaltbild der Rechenschaltung, wie sie bei~ spielsweise in das Gasanalysengerät eingegliedert werden kann οthe arrows of the Pig, 1 and
3 shows a block diagram of the computing circuit as it can be incorporated into the gas analysis device, for example

Der Einfachheit halber soll die Erfindung auf der Grundlage der örtlichen Bestimmung von S0_? in den durch eiAen Kanal oder Schornstein strömenden Abgasen dargestellt und erläutert werden.For the sake of simplicity, the invention is intended to be based on the location of S0 _? in the exhaust gases flowing through a duct or chimney are represented and explained.

409819/0641 _₄_409819/0641 _ ₄ _

Es ist jedoch zu erkennen, daß die Erfindung bei einem breiten Bereich anderer Aufgaben eingesetzt werden kann und nicht auf die örtliche Analyse von Abgasen beschränkt ist; so kann sie z.B. verwandt werden, um die SO₂ - Konzentration in Gasen zu bestimmen, ob die Analyse nun an Ort und Stelle vorgenommen wird oder nicht. Weiterhin ist es einleuchtend, daß die Erfindung auch eingesetzt werden kann, um die SO₂ - Konzentration in Gasen zu bestimmen, die zur Verwendung in Industrieprozessen erzeugt werden; dabei kann sie dazu beitragen, den Wirkungsgrad der Herstellung solcher Gase zu maximieren oder die SOp - Konzentration in solchen Gasen auf, unter oder über einem vorher festgelegten Wert zu halten.It will be recognized, however, that the invention can be used in a wide range of other tasks and is not limited to the local analysis of exhaust gases; for example, it can be used to determine the SO ₂ concentration in gases, whether the analysis is being carried out on the spot or not. Furthermore, it is evident that the invention can also be used to determine the SO ₂ concentration in gases which are generated for use in industrial processes; In doing so, it can help to maximize the efficiency of the production of such gases or to keep the SOp concentration in such gases at, below or above a predetermined value.

Gemäß der Darstellung in Pig. 1 strömen Abgase in Kichtung des Pfeils durch einen Kanal oder Schornstein2. Quer in dem Kanal ist ein Lichtrohr 4 angeordnet. Wenn man Figur 1 in Verbindung mit Figur 2 betrachtet, dann erkennt man, daß das Lichtrohr mit Aussparungen 6 in vorher festgelegter Länge und Breite für den Durchtritt der Abgase ausgestattet ist.As shown in Pig. 1 exhaust gases flow in the direction of the arrow through a duct or chimney 2. Across the canal a light tube 4 is arranged. If you look at Figure 1 in conjunction with Figure 2, then you can see that the light tube with Recesses 6 is equipped in a predetermined length and width for the passage of the exhaust gases.

An einem Ende des Lichtrohrs 4 ist ein Gehäuse 8 befestigt, in dem eine Hohlkathodenlampe 10 angeordnet ist,die aus der Iridium und Magnesium umfassenden Gruppe bestehen kann, jedoch vorzugsweise aus dem Magnesium dieser Gruppe. In dem Gehäuse 8 ist weiterhin eine Hohlkathodenlampe 12 angeordnet, die aus der Gallium, Zinn oder Blei umfassenden Gruppe bestehen kann, jedoch vorzugsweise aus dem Gallium dieser Gruppe.At one end of the light tube 4, a housing 8 is attached, in which a hollow cathode lamp 10 is arranged, which consists of the Iridium and magnesium comprising group can consist, but preferably from the magnesium of this group. In the housing 8 a hollow cathode lamp 12 is also arranged, which may consist of the group comprising gallium, tin or lead, however preferably from the gallium of this group.

Ein Strahlspalter 14 ist so innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet, daß die Strahlung von den Lampen 10 und 12 gespalten wird, wobei ein Teil durch das Lichtrohr 4 zu einem Photowandler 16 und der Rest zu einem Photowandler 18 gesendet wird. Eine Linse 20 kann innerhalb des Lichtrohrs 4 vorgesehen werden, um das Licht von den Lampen 10 und 12 zu richten. Wenn sie eingeschaltet ist dann sendet die Lampe 10 vorwiegend eine Strahlung aus, die eine Wellenlänge von etwa 2852 A hat, während die eingeschalteteA beam splitter 14 is arranged within the housing 8 so that the radiation from the lamps 10 and 12 is split, wherein a part is sent through the light tube 4 to a photo converter 16 and the rest to a photo converter 18. A lens 20 can be provided within the light tube 4 to direct the light from the lamps 10 and 12. When it is on then the lamp 10 mainly emits radiation which has a wavelength of approximately 2852 A while it is switched on

4098 19/0641 _ _s -4098 19/0641 _ _s -

Lampe 12 eine Strahlung von etwa 2874 A aussendet. Beide Lampen senden im eingeschalteten Zustand eine gewisse Strahlung mit anderen unerwünschten Wellenlängen aus.Lamp 12 emits a radiation of about 2874 A. Both lamps send out a certain radiation with other undesired wavelengths when switched on.

Um diese unerwünschte Strahlung daran zu hindern, auf den Photowandler 18 zu fallen, ist innerhalb des Gehäuses 8 ein Schmalbandfilter 22 angeordnet, welches bei 2850 A* + 50 A* sperrt und eine Halbbrandbreite von 300 i oder weniger hat. Ein im wesentlichen gleiches Filter 24 ist in dem Lichtrohr 4 angeordnet, um irgendein Streulicht zu sperren sowie den Einfall der Strahlung unerwünschter Wellenlängen von den Lampen 10 und 12 auf den Photowandler 16. Fenster, wie sie mit 25 bezeichnet sind, können innerhalb des Lichtrohrs 4 angeordnet werden, um die Abgase abzusperren; dieselben können dadurch frei von Teilchenablagerungen gehalten werden, daß man einen Nebenluftstrom durch die Stutzen 26 aufrechterhält.In order to prevent this undesired radiation from falling on the photoconductor 18, a narrow-band filter 22 is arranged inside the housing 8, which blocks at 2850 A * + 50 A * and has a half-bandwidth of 300 i or less. A substantially identical filter 24 is arranged in the light tube 4 in order to block any stray light as well as the incidence of radiation of undesired wavelengths from the lamps 10 and 12 on the photo converter 16 arranged to shut off the exhaust gases; they can be kept free of particle deposits by maintaining a secondary air flow through the nozzles 26.

Die Lampen 10 und 12 sind durch Leitungen- 28 bzw. 30 an ein Netz- und Steuergerät 32 angeschlossen, welches abwechselnd die Lampen für kurze Zeitspannen einschaltet, wodurch Strahlungsimpulse nacheinander von den Lampen 10 und 12 zu den Photowandlern 16 und 18 gesendet werden. Wenn die Lampen 10 und 12 eingeschaltet werden, dann werden gleichzeitig Impulse durch die Leitungen 34, 36 von dem Netzgerät 32 geschickt, um anzuzeigen, daß die Lampe leuchtet.The lamps 10 and 12 are connected by leads 28 and 30, respectively Mains and control unit 32 connected, which alternately switches on the lamps for short periods of time, creating radiation pulses sequentially sent from lamps 10 and 12 to photo transducers 16 and 18. When the lamps 10 and 12 are switched on, then pulses are sent simultaneously through the lines 34, 36 from the power supply unit 32 to indicate that the lamp is lit.

Im Betrieb schaltet das Netz- und Steuergerät 32 für eine kurze Zeitspanne periodisch die Galliumlampe 12 ein, wodurch diese einen Strahlüngsimpuls aussendet, der eine Wellenlänge von etwa 2874 A* hat; gleichzeitig sendet sie ein Signal durch die Leitung 34, um anzuzeigen, daß sie eingeschaltet ist. Der Strahlungsimpuls von der Lampe 12 fällt auf den Strahlspalter 14, durch den er sowohl zu dem Photowandler 16 weitergelei-* tet als auch zu dem Photowandler 18 abgelenkt wird. In abwechselnden Zeitspannen schaltet das Netz- und Steuergerät 32 die Magnesiumlampe 10 ein, wodurch diese einen StrahlungsimpulsDuring operation, the power supply and control device 32 periodically switches on the gallium lamp 12 for a short period of time, as a result of which this emits a radiation pulse that has a wavelength of about 2874 A *; at the same time it sends a signal through line 34 to indicate that it is on. The radiation pulse from lamp 12 falls on the beam splitter 14, through which it both forwards to the photo converter 16 * tet as well as being deflected to the photo transducer 18. In alternating periods of time, the power supply and control unit 32 switches the Magnesium lamp 10, which gives it a pulse of radiation

4098 19/06414098 19/0641

aussendet, der eine Wellenlänge von etwa 2852 2. hat, während sie gleichzeitig ein Signal durch die Leitung 36 schickt,' um anzuzeigen, daß sie eingeschaltet wurde. Der Strahlungsimpuls von der Lampe 10 fällt auf den Strahlspalter 14 und wird durch denselben sowohl zu dem Photowandler 18 v/eitergeleitet als auch zu dem Photowandler 16 abgelenkt. In der obigen Beschreibung wurde ausdrücklich auf Gallium- und Magnesiumlampen Bezug genommen. Ss ist jedoch einleuchtend, daß eine dieser Lampen oder beide durch andere Glieder ihrer geweiligen .Gruppe ersetzt werden können.emits having a wavelength of about 2852 2. while simultaneously sends a signal through line 36 'to indicate that it has been switched on. The radiation pulse from the lamp 10 falls on the beam splitter 14 and is passed through the same both to the photo converter 18 and deflected to the photo converter 16. In the above description, reference was expressly made to gallium and magnesium lamps. It is evident, however, that one or both of these lamps can be replaced by other members of their respective group.

Die durch das Lichtrohr 4 wandernde Strahlung wird in einem gewissen Umfang durch die Teilchen eingefangen, die sich in dem fließenden Abgasstrom in Schwebe befinden, sowie durch das darin enthaltene SOp» wobei der nicht eingefangene 'Teil von dem Photowandler 16 empfangen wird, der proportional zu der Intensität der nicht eingefangenen Strahlung ein Signau. erzeugt, das durch die Leitung 38 geschickt wird. Der rhotowandler 18 erzeugt ein Signal proportional zur Strahlung, der er ausgesetzt ist; dieses Signal wird durch die Leitung 40 gesandt. Da zwischen den Lampen 10, 12 und dem Photowandler 18 kein einfangendes Medium vorhanden ist, zeigen Änderungen im Ausgangssignal desselben eine Verringerung oder eine Änderung bei den Ausgangsleistungen der Lampen an.The radiation traveling through the light tube 4 is in one trapped to some extent by the particles suspended in the flowing exhaust gas stream as well as by the contained SOp "where the not captured" part is received by the photo transducer 16, which is proportional to the intensity of the non-captured radiation a signal. which is sent through line 38. The rhoto converter 18 produces a signal proportional to the radiation to which it is exposed; this signal is transmitted through line 40 sent. Since there is no trapping medium between the lamps 10, 12 and the photoconductor 18, show changes a decrease or change in its output signal in the output power of the lamps.

'Wenn wir uns nun der Figur 3 zuwenden, so erkennen wir in einem Blockschaltbild eine Ausführung einer kechenschaltung, durch die ein Ausgangssignal erzeugt werden Kann, welches der SOp - Konzentration in dem fließenden Abgasstrom entspricht. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die dargestellte Rechen_ schaltung nur erläuternden Charakter hat und daß irgendeine Rechenschaltung in Analog- oder Digitalausführung in die Erfindung ebenso eingegliedert werden kann, die im wesentlichen wie folgt arbeitet:'If we now turn to Figure 3, we see in a block diagram of an embodiment of a keching circuit, by which an output signal can be generated which the SOp - Concentration in the flowing exhaust gas stream. It should be noted, however, that the arithmetic circuit shown is only illustrative and that any Computing circuit in analog or digital execution in the invention can also be incorporated, which works essentially as follows:

Bei Vorhandensein eines gasförmigen Absorptionsmittels und von. Teilchen wird die Dämpfung von mono Chromatis ehern Liehe beschrieben durch:.In the presence of a gaseous absorbent and from. Particle becomes the attenuation of mono chromatis brazen Liehe described by :.

409819/0 641409819/0 641

-In ji = kC_sL + sziCL (1)-In ji = kC _s L + sziCL (1)

worin: I = die den Photowandler 16 erreichende Lichtstärke, in Wattwhere: I = the light intensity reaching the photo converter 16, in watts

I = die Lichtstärke, welche den Photowandler 16 bei Fehlen von absorbierendem Gas und Teilchen erreicht, in WattI = the light intensity which the photodetector 16 in the absence of absorbing gas and particles achieved, in watts

k = Absorptionskoeffizient des absorbierenden Gases, cm"k = absorption coefficient of the absorbing gas, cm "

C = Konzentration des absorbierenden Gases, MolenbruchC = concentration of the absorbing gas, mole fraction

L = Lichtweglänge durch Gas, cm 0 = Löschkoeffizient für Tei ohan, cm ti G = Teilchenkonzentration, g /cm 5L = length of light path through gas, cm 0 = extinction coefficient for Tei ohan, cm ti G = particle concentration, g / cm 5

Wenn Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen vorhanden ist, z.Bo von den Lampen 10 bzw. 12, dann gilt diese Gleichung getrennt für beide Wellenlängen:If there is light of two different wavelengths, e.g. from lamps 10 and 12, then this equation applies separately for both wavelengths:

-In a _{= k 0 L +}-_{0 c} L (2)-In a _{= k 0 L +} - _{0 c} L (2)

^xao ^{a s a p} ^x ao ^asap

-^1ηί -^b ⁰B^{1 +} ^b ⁰P¹ ' (3) - ^1η ί - ^ b ⁰ B ^{1 +} ^ b ⁰ P ¹ '(3)

worin die Indices a und b nur die eine oder die andere der beiden Wellenlängen bedeuten. Wenn die Wellenlängen sehr eng beieinander sind, dann wird 0 sehr nahe bei 0, liegen, ohnewhere the indices a and b only mean one or the other of the two wavelengths. When the wavelengths are very narrow are together, then 0 will be very close to 0, without

el Del D

Rücksicht auf die Art der Teilchen. Praktisches Beispiel: Wenn eine Wellenlänge 1% langer ist als die andere, dann werden die beiden Teilchen-Löschkoeffizienten selbst unter den ungünstigsten Verhältnissen höchstens um A% voneinander abweichen, Somit können in der Praxis 0 und 0, gleichgesetzt und dieConsideration for the type of particle. Practical example: If one wavelength is 1% longer than the other, then the two particle extinction coefficients will differ from each other by a maximum of A%, even under the most unfavorable conditions. Thus, in practice 0 and 0, and the

Si D Si D

Gleichungen (2) und (3) gleichzeitig gelöst werden, um zu er-Equations (2) and (3) can be solved simultaneously to obtain

409819/0641409819/0641

C -C -

(k_a -(k _a -

Da es jedoch praktisch schwierig ist, I und I, zu messen,However, since it is practically difficult to measure I and I,

9,0 DO9.0 DO

können dafür I und L eingesetzt werden, die proportional dazu- sind:I and L can be used for this, which are proportional in addition are:

I = ^ I ¹L=PL (5)I = ^ I ¹ L = PL (5)

ao ' am bo * bmao 'am bo * bm

worin und Proportionalitätskonstanten sind, deren Werte von der Charakteristik des Strahlspalters 14 abhängen. Die Konzentration des absorbierenden Gases ist dann mit I und !•κ gegeben durch:where and are proportionality constants, the values of which depend on the characteristics of the beam splitter 14. the The concentration of the absorbing gas is then given by I and! • κ by:

In I - In I - InIn I - In I - In

Die Werte von I und I-, werden durch den Photowandler 18 gemessen. Der Begriff In<·=£/ /5 ist lediglich eine Konstante bzw. eine Nulleinstellung, die der Rechenschaltung aufgeschaltet wird, um einen Eullausgang für die Nullkonzentrat ion des; absorbierenden Gases zu erhalten.The values of I and I- are determined by the photo transducer 18 measured. The term In <· = £ / / 5 is just a constant or a zero setting that is applied to the computing circuit is to produce an Eul output for the zero concentration of the; absorbing gas.

Wie es in Figur 3 dargestellt ist, werden die durch den Photowandler 16 erzeugten Signale in einen logarithmischen Verstärker 46 eingespeist, während die durch den Photowandler 18 erzeugten Signale in einen logarithmischen Verstärker 48 einge-.führt werden_e Die Ausgangssignale aus dem logarithmischen Verstärker 46 werden über eine Leitung 50 den Speicherregistern 52 und 54 aufgeschaltet. Die Register 52 und 54 sind auch mit dem Netz- und Steuergerät über die Leitung 36 bzw. 34 verbunden. Die Register 52 und 54 sind über die Leitung 56 bzw. 58 mit einem Differenzverstärker 60 verbunden, der an einen alge-As shown in Figure 3, the signals generated by the photo transducer 16 are fed to a logarithmic amplifier 46, while the signals generated by the photo transducer 18 _e are .führt turned-48 in a logarithmic amplifier The output signals from the logarithmic amplifier 46 connected to the storage registers 52 and 54 via a line 50. The registers 52 and 54 are also connected to the power supply and control device via lines 36 and 34, respectively. The registers 52 and 54 are connected via the lines 56 and 58, respectively, to a differential amplifier 60, which is connected to a general

- 9 - '■ -' 409819/0641 - 9 - '■ -' 409819/0641

braischen Summierverstärker 62 über die Leitung 64 angeschlossen wird. Die Ausgangssignale aus dem- logarithmischen Verstärker 48 werden über die Leitung 66 den Speicherregistern 68 und 70 aufgeschaltet. Die Register 68 und 70 sind auch mit dem Netz- und Steuergerät 32 über die Leitungai36 bzw. 34-verbunden· Die Register 68 und 70 sind über die Leitung 72 bzw. 74 mit einem Differenzverstärker 76 verbunden, der über die Leitung 78 an den algebraischen Summierverstärker 62 angeschlossen wird. Das Ausgangssignal aus dem algebraischen Summierverstärker 62 kann zu einem geeigneten Anzeige-, Schreib- und/oder Überwachungsgerät 80 geleitet werden.Braischen summing amplifier 62 is connected via line 64. The output signals from the logarithmic amplifier 48 are connected to the storage registers 68 and 70 via the line 66. Registers 68 and 70 are also associated with the Power supply and control unit 32 connected via line a36 or 34 The registers 68 and 70 are connected via lines 72 and 74, respectively connected to a differential amplifier 76 which is connected to the algebraic summing amplifier 62 via line 78. The output from the algebraic summing amplifier 62 can be directed to a suitable display, writing and / or monitoring device 80.

Der algebraische Summierverstärker 62 kann mit einem Eieheingang 82 versehen werden,' der benutzt werden kann, um die richtige Einstellung der Konstanten la <*£ //? von Gleichung (6) zu erreichen.The algebraic summing amplifier 62 can have a single input 82 'which can be used to reduce the correct setting of the constant la <* £ //? of equation (6) to achieve.

Wenn im Betrieb der in Figur 3 dargestellten. Rechenachaltung das Netz- und Steuergerät 32 die Lampe 10.einschaltet, dann wird das Signal, das eine solche Betätigung anzeigt, über die Leitung 36 zu den Registern 52, 68 geleitet, wodurch dieselben ^: die Signale erhalten, welche von den Ehotowandlern T6 bzw.18 ^: ■ geliefert werden. In gleicher Weise wird, wenn das Netzgerätdie Lampe 12 betätigt, das eine solche Betätigung "anzeigende Signal über die Leitung 34 zu den Registern 54» 70 geschickt, wodurch diese die Signale aufnehmen, die dann von den Photowandlern 16 bzw. 18 geliefert werden. Somit werden nach einem Betriebstakt die Logarithmen der Werte der nicht-eingefangenen Strahlung von den Lampen 10 und 12 in Registern 52, 54 gespeichert, während die Werte der Logarithmen der von den Lampen 10 und 12 ausgesandten Strahlung in den Registern 68 _t 70 ge- ' speichern werden. Diese We: te sind die Werte vonWhen in operation the one shown in FIG. After arithmetic, the power supply and control unit 32 switches on the lamp 10, then the signal indicating such an actuation is passed via the line 36 to the registers 52, 68, whereby the registers ^: 18 ^: ■ to be delivered. Likewise, when the power supply actuates the lamp 12, the signal indicating such actuation is sent over the line 34 to the registers 54 »70, whereby these receive the signals which are then supplied by the photodetectors 16 and 18, respectively the logarithms of the values of the non-captured radiation from the lamps 10 and stored in registers 52, 54, 12, while the values of the logarithms of the lamps 10 and 12 the radiation emitted _t 70 overall in the registers 68 are 'save for an operating clock These values are the values of

In I , In I₁₃, In I_31n und la I_bm in Gleichung (6) ,für 0_&.In I, In I ₁₃ , In I _31n and la I _bm in equation (6), for 0 _& .

Die Register 52$ 54 liefern,die Eingänge in.deia, Differenz- . ;_;. verstärker 60, während die Register 68, 70 die Eingänge in den Differenzverstärker 76 liefern. Die Ausgänge aus den Verstärkern 60, 76 stellen die Eingänge in den Summierverstärker 62 dar,The registers 52 deliver $ 54, the inputs in.deia, differential. ; _; . amplifier 60, while the registers 68, 70 provide the inputs to the differential amplifier 76. The outputs from the amplifiers 60, 76 represent the inputs to the summing amplifier 62,

408819/0641408819/0641

Der Verstärker 62 liefert somit über die Leitung 84 einen Ausgang, der praktisch linear proportional der SCu-Konzentration der in den durch den Kanal oder. Schornstein 2 strömenden Abgase ist und der im wesentlichen unabhängig von der Teilchenkonzentration ist.The amplifier 62 thus provides an output via the line 84 which is practically linearly proportional to the SCu concentration the in the by the channel or. Chimney 2 flowing Is exhaust gases and which is essentially independent of the particle concentration.

Aus den. obigen Ausführungen geht hervor, daß, wenn man die Wellenlängen der Hohlkathodenlampen 10 und 12 ausreichend dicht beieinander wählt, eine Störung von den Teilchen ausgeschaltet wird, so daß man ohne Rücksicht auf die Teilchenmenge ein richtiges Ergebnis erhält. Außerdem wird man erkennen, daß die gleiche Art von Ausgleich für störende Gase erreicht wird, die zufällig den gleichen.Absorptionskoeffizienten für beide Wellenlängen haben. Dies ist bei Ozon der Fall, das ,geringfügig bei Wellenlängen, in der .-Größenordnung von 2850 A eingefangen wird, jedoch bei im wesentlichen dem gleichen Koeffizienten für die Strahlungen von beiden Lampen. Es ist auch klar, daß Gase, die in diesem Wellenlängenbereieh nicht wesentlich einfangen, ZoB, Wasserdampf, Kohlendioxyd, Sauerstoff, _; Stickstoff usw. keine /Wirkung auf die Genauigkeit des Analysengeräts haben_o From the. It can be seen from the above that if the wavelengths of the hollow cathode lamps 10 and 12 are chosen to be sufficiently close to one another, interference from the particles is eliminated so that a correct result is obtained regardless of the amount of particles. It will also be seen that the same type of compensation is achieved for interfering gases which happen to have the same absorption coefficient for both wavelengths. This is the case with ozone, which is trapped, slightly at wavelengths on the order of 2850 Å, but with essentially the same coefficient for the radiations from both lamps. It is also clear that gases which do not capture essential in this Wellenlängenbereieh, Zob, water vapor, carbon dioxide, _oxygen; Nitrogen, etc. No / effect on the accuracy of the analyzer have _o

403819/0S41403819 / 0S41

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Claims

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS

T^ Gasanalysengerät zur Bestimmung der Konzentration eines anteiligen Gases in einem Gasgemisch, das Teilchen in Schwebe mit sich führt, dadurch gekennzeichnet, daßT ^ gas analyzer for determining the concentration of a proportional gas in a gas mixture which carries particles in suspension with it, characterized in that, that

a. eine erste und eine zweite Strahlungsquelle vorgesehen sind, die Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen aussenden "bei unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten für das anteilige Gas und praktisch gleichen Absorptionskoeffizienten für die Teilchen;a. a first and a second radiation source are provided, the radiations of different wavelengths emit "at different absorption coefficients for the proportionate gas and practically equal absorption coefficient for the particles;

b. eine Vorrichtung, um nacheinander und periodisch die Strahlungsquellen einzuschalten, damit Strahlungsimpulse erzeugt werden; b. a device to sequentially and periodically the Turn on radiation sources so that radiation pulses are generated;

c. eine Vorrichtung zum Leiten der Strahlungsimpulse durch das Gasgemisch zu einem ersten Photowandler, der Signale proportional zu der von der ersten und zweiten Quelle empfangenen Strahlung erzeugt; undc. a device for guiding the radiation pulses through the gas mixture to a first photo transducer, the signals proportional to that of the first and second Source generated radiation received; and

d. eine Rechenschaltung, die in Abhängigkeit von den Signalen ein Ausgangssignal erzeugt, das der Konzentration des anteiligen Gases entspricht.d. a computing circuit which, as a function of the signals, generates an output signal that corresponds to the concentration of the proportionate gas.

2. Gasanalysengerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes Schmalbandfilter zwischen den Strahlungsquellen und dem ersten Wandler angeordnet ist, um Strahlungen unerwünschter Wellenlängen daran zu hindern, auf den ersten Photowandler zu fallen·2. Gasanalysengerat according to claim 1, characterized in that a first narrow band filter between the radiation sources and the first transducer is arranged to deliver radiations of undesired wavelengths thereto prevent falling on the first photoconductor

3· Gasanalysengerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das anteilige Gas SO₂ ist, und die erste Strahlungsquelle eine Hohlkathodenlampe aus der3 · Gas analysis device according to claim 2, characterized in that the proportionate gas is SO ₂ , and the first radiation source is a hollow cathode lamp from the

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Iridium und Magnesium umfassenden Gruppe ist, und daß die zweite Strahlungsquelle eine Hohlkathodenlampe aus der Gallium, Zinn oder Blei umfassenden Gruppe ist,Iridium and magnesium comprehensive group, and that the second radiation source is a hollow cathode lamp is of the group comprising gallium, tin or lead,

4ο Gasanalysengerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlungsquelle eine Hohlkathoden-Magnesiumlampe ist, die eine Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 2852 % aussendet, und daß die zweite Strahlungsquelle eine Hohlkathoden-Galliumlampe ist, die eine Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 2874 & aussendet«4ο gas analyzer according to claim 3, characterized in that the first radiation source is a hollow cathode magnesium lamp which emits radiation with a wavelength of about 2852 % , and that the second radiation source is a hollow cathode gallium lamp which emits radiation with a wavelength of about 2874 & sends out «

5. Gasanalysengerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schmaltoandfilter hei 2850 S. + 50 A absperrt und eine HaTbbandhreite von 300 Ά oder weniger hat.5. Gas analyzer according to claim 4, characterized in that the first Schmaltoand filter is shut off at 2850 S. + 50 A and has a HaTbbandhreite of 300 Ά or less.

6. Gas analys engerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweiter Photowandler die Strahlungsimpulse empfängt und Signale erzeugt, welche der Grösse derselben entsprechen, und ein zweites Schmalbandfilter, das im wesentlichen gleich dem erst genannt en !Filter ist und zwischen den Strahlungsquellen sowie dem zweiten Photowandler angeordnet ist, um die Strahlung unerwünschter Wellenlängen daran zu hindern, auf den zweiten Photowandler zu fallen, wobei die Rechenschaltung auf die letztgenannten Signale anspricht und das Ausgangssignal in Übereinstimmung damit ändert, um für das Ausgangssignal einen Ausgleich bei Minderung der Ausgangsleistungen aus den Strahlungsquellen zu schaffen.6. Gas analyzer according to claim 5, characterized in that a second photo converter, the radiation pulses receives and generates signals that correspond to the size of the same, and a second narrow-band filter, which is essentially the same as the first mentioned filter and between the radiation sources and the second photo converter is arranged to prevent the radiation of undesired wavelengths from reaching the second photoconductor to fall, the computing circuit responding to the latter signals and the output signal in accordance thus changes in order to compensate for the output signal in the event of a reduction in the output power from the To create radiation sources.

7. Gas analys enge rät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlspalter in der Nähe der Strahlungsquellen angeordnet ist, um die Strahlungsimpulse derselben zu spalten, wobei ein '.Feil zu dem ersten Photowändler geleitet wird und ein Teil gleichzeitig zu demzvrei— tan Photowandler. '7. Gas analys close advises according to claim 6, characterized in that a beam splitter in the vicinity of the Radiation sources are arranged to generate the radiation pulses the same to split, with a '.feil to the first photo dealer is managed and part of it is simultaneously tan photo converter. '

409819/0641409819/0641

234074?234074?

8. Gasanalysengerät nach. Anspruch, 7, dadurch.·- g e k e η η -* . zeichnet ,daß eine Linse, die dem Strahlspalter nachgesehaltet ist, um den zu dem ersten Photov/andler geleiteten Strahlungsteil zu richten, ■ ■.-,.: 8. Gas analyzer after. Claim, 7, characterized. · - geke η η - *. shows that a lens which is positioned after the beam splitter in order to direct the part of the radiation directed to the first photov / andler, ■ ■ .- ,.:

9. Gasanalysengerät nach Anspruch 2, dadurch ge.k e η n-ζ ei c h η e t - _t daß die Rechenschaltung ein Ausgangs- ■-signal G_CT proportional zu9. Gas analyzer according to claim 2, characterized ge.ke η n-ζ ei ch η et - _t that the computing circuit an output ■ signal G _CT proportional to

erzeugt.generated.

10. Gasanalysengerät nach Anspruch 6, dadurch- g e k e η η ζ e ichne t , daß die Rechenschaltung ein· Ausgangssignal C proportional zu10. Gas analyzer according to claim 6, characterized g e k e η η ζ It is assumed that the arithmetic circuit has an output signal C proportional to

^{ln 1}^ - ^{ln J}a - ^ln hn ^{+ ln} h ^{ln 1} ^ - ^{ln J} a - ^ln hn ^{+ ln} h

erzeugt.generated.

11. Gasanalysengerät nach Anspruch 6, dadurch 'g e k e η η zeichnet, daß die Rechenschaltung ein Ausgängssignal proportional zu C erzeugt, wie es durch-die-Glei- chung festgelegt ist:11. Gas analyzer according to claim 6, characterized in that 'g e k e η η records, that the computing circuit generates an output signal proportional to C, as it is by-the-slide chung is determined:

^Xa - ^ln ^X a - ^ln

12* Analysengerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung für die Vor-Ort-BeStimmung des anteiligen Gases in einem strömenden Gasgemisch vorgesehen ist, die ein Lichtrohr, das quer zur Gasströmungsrichtung eingebaut ist und Aussparungen mit vorher festgelegten Ausmaßen besitzt j durch die das Gasgemisch, strömt,, vorge-, sehen ist, sowie Vorrichtungen zur Befestigung der Strah-■ lungsquellen, des Strahlspalters, der Linse und des zweiten Photowandlers an einem Ende des Lichtrohrs und Vorrich-12 * Analysis device according to claim 8, characterized in that that a device for the on-site determination of the proportional gas is provided in a flowing gas mixture, which is a light tube that transversely to the gas flow direction is built in and has recesses with predetermined dimensions j through which the gas mixture flows, forwards, can be seen, as well as devices for fastening the beam ■ lungs sources, the beam splitter, the lens and the second photo converter at one end of the light tube and device

409819/0641 " ¹^_1nAL .NSPEOTS&409819/0641 " ¹ ^ _1n AL .NSPEOTS &

tungen zum Befestigen des ersten Photowandlers an dem entgegengesetzten Ende des Lichtrohrs.for attaching the first photoconductor to the opposite end of the light tube.

13. G-asanälysengerät zur Bestimmung des Schwefeldioxydgehalts in einer Probe unabhängig von dem Teilchengehalt in der Probe, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß13. Gas analyzer to determine the sulfur dioxide content in a sample regardless of the particle content in the sample, thereby g e k e η η ζ e i without t that

eine erste Strahlungsquelle, die eine Wellenlänge mit einem gewissen Schwefeldioxyd-Absorptionskoeffizienten und einem gewissen .'TeilchenabsorptiOnskoeffiZienten aussendet und auf einer Seite der Probe angeordnet ist, um Strahlung zu der anderen Seite der Probe zu senden;a first radiation source that has a wavelength with a certain sulfur dioxide absorption coefficient and a certain particle absorption coefficient and located on one side of the sample to transmit radiation to the other side of the sample;

eine zweite Strahlungsquelle, die eine Wellenlänge mit einem anderen Schwefeldioxydabsorptionskoeffizienten als demjenigen von der ersten Quelle aussendet und mit einem Teilchenabsorpxionskoeffizienxen, der im wesentlichen gleich demjenigen von'der ersten Quelle ist, wobei diese ■ zweite Strahlungsquelle in der Kähe der ersten Quelle angeordnet wird, damit sie Strahlung zu der anderen Seite der Probe senden.kann;a second radiation source having a wavelength with a different sulfur dioxide absorption coefficient than that emits from the first source and with a particle absorption coefficient that is substantially is equal to that of the first source, where this ■ second radiation source in the vicinity of the first source placed so that it can send radiation to the other side of the sample;

einen Photowandler, der auf der anderen Seite der Probe angeordnet ist, um Strahlung von der ersten und' zweiten .Strahlungsquelle zu empfangen;a photo transducer placed on the other side of the sample to capture radiation from the first and ' second .Strahlungsquelle to receive;

Vorrichtung, die mit dem Photowandler verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Lo arithmus der Signale entspricht, die von dem Photowandler erzeugt werden ;_t . . :Means connected to the photo transducer for generating an output signal corresponding to the lo arithm of the signals generated by the photo transducer; _t . . :

Vorrichtung, die mit der letztgenannten'Vorrichtung verbunden ist, um getrennt die dadurch erzeugten Ausgangssignale aus der ersten und zweiten Strahlungsquelle zu speichern; ' ......Device connected to the latter 'device is to separate the output signals generated thereby store from the first and second radiation sources; '......

Vorrichtung, die mit der ersten und zweiten Strahlungsquelle und der Speichervorrichtung verbunden ist, um abwechselnd die genannte erste und „^ .Device connected to the first and second radiation sources and the storage device is to alternate the said first and “^.

4 0 9 8 19/0641 OfltGINAL4 0 9 8 19/0641 OfltGINAL

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zweite Quelle einzuschalten und um die eingeschaltete Quelle der Ausgangssignalspeichervorrichtung anzuzeigen;to switch on the second source and to switch the switched on Indicate source of output latch device;

einen AusgangsSignalverstärker, der einen Ausgang und einen Eingang hat, wobei der Eingang mit der Signalspeiehervorrichtung verbunden ist, um algebraisch die in der Speichervorrichtung enthaltenen Signale hinzuzufügen und ein Signal zu erzeugen, das der Schwefeldioxydkonzentration in der Probe entspricht.an output signal amplifier having an output and has an input, the input to the latch device is connected to algebraically add the signals contained in the memory device and a Generate signal that corresponds to the sulfur dioxide concentration in the sample.

14·Ein Gasanalysengerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Schmalbandfilter, das in der Nähe des Photowandlers angeordnet ist, um die Strahlung unerwünschter Wellenlängen daran zu hindern, auf den Photowandler zu fallen.14 · A gas analyzer according to claim 13, characterized through a narrow band filter, which is arranged in the vicinity of the photo converter, to prevent the radiation from becoming undesirable To prevent wavelengths from falling on the photoconductor.

15.Ein Vor-Ort-Gasanalysengerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen zweiten Photowandler, der auf der ersten Seite der Probe in der Uahe der ersten und zweiten Strahlungsquelle angeordnet ist, um den Strahlungsausgang der ersten und zweiten Quelle zu überwachen;15. An on-site gas analyzer according to claim 14, characterized by a second photo converter which is on the first page of the sample near the first and second Radiation source is arranged to monitor the radiation output of the first and second sources;

Vorrichtung, die mit dem zweiten Photowandler verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Logarithmus · der durch den zweiten Photowandler erzeugten Signale entspricht;Apparatus connected to the second photo transducer for generating an output signal corresponding to the logarithm corresponding to the signals generated by the second photo transducer;

Vorrichtung, die mit der letztgenannten Vorrichtung verbunden ist, um getrennt die Ausgangssignale zu speichern, die dadurch von der ersten und zweiten Strahlungsquelle erzeugt werden;Device connected to the latter device for separately storing the output signals which thereby generated by the first and second radiation sources;

einen Ausgangssignalverstärker, der einen Ausgang und einen Eingang hat, welcher mit der Speichervorrichtung verbunden ist, um algebraisch die Signale in der Speichervorrichtung hinzuzufügen, und ein Ausgangssignal zu erzeugen,' das in den Summierverstärker eingeführt wird, um ein Ausgangssignalan output signal amplifier having an output and a Has input, which is connected to the memory device, to algebraically receive the signals in the memory device add, and generate an output signal 'that in the summing amplifier is introduced to produce an output signal

98-1 9:/,0 6 4 1 - 16 -98-1 9: /, 0 6 4 1 - 16 -

zu erzeugen, das einen Ausgleich für Änderungen in der Strahlung der Strahlungsquellen erfahren hat.to produce that has experienced a compensation for changes in the radiation of the radiation sources.

16_O Ein G-as analy s engerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein zweites Schmalbandfilter, das im wesentlichen gleich dem ersten Filter ist und in der Nähe des genannten zweiten Photowandlers angeordnet wird, um Strahlung unerwünschter Wellenlängen daran zu hindern, auf den zweiten Photowandler zu fallen.16 _O A G-as analy s end device according to claim 15, characterized by a second narrow band filter, which is substantially equal to the first filter and is placed in the vicinity of said second photo-converter to radiation of unwanted wavelengths to prevent the second phototransducer to fall.

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