DE2366128C2 - Nichtdispersives Infrarot-Fotometer zur Konzentrationsbestimmung eines Analysengases in einem Gasgemisch - Google Patents
Nichtdispersives Infrarot-Fotometer zur Konzentrationsbestimmung eines Analysengases in einem GasgemischInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein nichtdispersives Infrarot-Fotometer zur Konzentrationsbestimmung eines Analysengases in einem Gasgemisch der im Oberbegriff des
einzigen Anspruchs angegebenen Gattung.
Nichtdispersive Infrarot-Fotonitter sind in Zweistrahl- oder Einstrahlausführung mit selektiven, gasgefüllten Empfängerkammern bekannt. Die meisten dieser
nichtdispersiven Analysenvorrichtungen arbeiten nach dem Zweistrahlprinztp wie dies beispielsweise aus der
DE-PS 7 30 478 bekannt ist, um die erforderliche Substraktion des Grundsignals durch Differenzmessung
mit einem gleichartigen symmetrischen Referenzstrahlengang zu bewirken. Das System ist optisch so justiert,
daß ohne Vorabsorption der Analysenküvette die gleichphasige Strahlungsmodulation in beiden Empfängerkammern gleichgroße Signale (Temperatur-/
Druckimpulse) erzeugt, die sich am Detektor (Thermosonde/Membrankondensator) aufheben. Enthält das
Meßgas in der Analysenküvette die Meßkomponente, so wird ein Teil der Strahlungsleistung konzentrationsabhängig bereits vorabsorbiert und das Gleichgewicht
der Empfängersignale aufgehoben. Da jedoch alle geringfügigen Änderungen der Symmetrie der Strahlenwege, z. B. durch optische Dejustierung, Strahleralterung, Küvettenverschmutzung und jede nichtselektive
vorabsorption, das Gleichgewicht der Empfängersignale ebenfalls stören können, ist die Nullpunkt-Stabilität
und Selektivität dieser Vorrichtung für hochempfindliche Meßbereiche unzureichend. Da außerdem die
Differenz großer thermopneumatischer Empfängersignale zu bilden ist, muß die Amplitude und Phase dieser
Signale besonders stabil sein, was sich bei Spurenmeßbereichen nur durch genaue Thermostatisierung solcher
Geräte annähernd erreichen läßt.
Eine Weiterentwicklung der Zweistrahlgcrätc verwendet eine gemeinsame Empfängerkammer für die
gegenphasig modulierte Meß- und Referenzstrahlung. Die Signaldifferenz wird dabei unmittelbar in demselben Absorptionsvolumen der Meßkammer gebildet. Es
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4)
besteht jedoch wiederum der bereits beschriebene nachteilige Einfluß von Änderungen der Strahlungssymmetrie auf die Nullpunkt-Stabilität
Diese Schwierigkeiten werden mit sogenannten Einstrahl-Doppelschicht-Absorptionsmeßkammern gemäß DE-PS 10 17 385 verringert, die zwei optisch
hintereinander liegende, durch ein Fenster pneumatisch getrennte Gasvolumen besitzen. Durch die vordere
kürzere Schicht wird vorzugsweise Strahlungsleistung aus den Zentren und durch die dahinter liegende Schicht
aus den Flanken jeder Absorptionslinie absorbiert. Beide Anteile sind durch die Kammer-Geometrie und
Füllgas-Konzentration so abgeglichen, daß nahezu gleichgroße Signalimpulse erzeugt werden, die am
Detektor im Gleichgewicht stehen. Durch die selektive Vorabsorption (Meßeffekt) in der Analysenküvette,
deren Schichtstärke dem Meßbereich angepaßi ist, wird
vorwiegend nur die Strahlungsleistung für die vordere Absorptionsschicht geschwächt, während die der
hinteren weitgehend erhalten bleibt Die daraus resultierende Signaldifferenz ist von der Konzentration
der Meßkomponente abhängig. Für einen einwandfreien Nullabgleich müssen die pneumatischen Signalimpulse in Amplitude und Phase übereinstimmen, was infolge
der unterschiedlichen Geometrie der Absorptionsvolumina und der somit unterschiedlichen Zeitkonstante von
Gaserwärmung und -abkühlung mir schwierig durch pneumatische Nebenschlüsse und Laufzeitglieder aus
Kapillaren und Totvolumen oder durch spezielle Formgebung der Kammer abstimmbar ist
Des weiteren ist aus der DE-AS 13 02 592 bereits ein weiteres nichtdispersives IR-Fotometer bekannt, bei
dem vor einem Doppelschichtempfänger eine Küvette angeordnet ist, die in eine Meßzelle und eine
Referenzzelle unterteilt ist. Beide Zellen sind gegenphasig von IR-Strahlung beaufschlagt Dieses bekannte
Gerät soll der einwandfreien Feststellung sehr kleiner Mengen einer Analysensubstanz -Jienen, ist jedoch
hinsichtlich der Nullpunkt-Stabilität und des Signalstörabstandes durchaus noch nicht optimal.
Ein nichtdispersives Infrarot-Fotometer der eingangs
bezeichneten Gattung ist beispielswise aus der DE-AS 16 98 218 bekannt. Während die dem einen Strahler
zugeordnete Küvette ausschließlich eine Meßküvette darstellt, stellt die dem anderen Strahler zugeordnete
Küvette eine ReferenzkUvette dar. Die Signale der vorderen und hinteren Absorptionsschicht der beiden
Doppelschicht-Absorptionskammern sind pneumatisch und elektrisch so gekoppelt, daß als Meßsignal ein
Produkt aus Differenz der Strahlungsleistung und Differenz der absorbierten Energien der Kammerschichten erreicht wird. Für das Meßsignal gilt:
S2 = /,(£„ - UE11) - I1(E21 - HE11) (I)
Hierbei bedeuten /die Strahlungsintensitäten hinter den Küvetten und E die je Volumeneinheit und
Strahlungsintensitätseinheit absorbierten Strahlungsenergien der vorderen bzw. hinteren Absorptionsschienten der beiden Doppelschicht-Absorptionskammern, a und b sind Faktoren, die die Schwächung der
Strahlung durch die jeweils vorderen Empfängerschichten darstellen. Dieses vorbekannte Infrarot-Fotometer
ist jedoch hinsichtlich der Stabilitätsanforderungen an den symmetrischen Slrahhingsabglcich immer noch
kritisch, insbesondere für höherharmonische Strahlungsanteile der Modulationsfrequenz.
zugrunde, die Nullpunkt-Stabilität und den Signalstörabstand bei einem nichtdispersiven Infrarot-Fotometer
der eingangs bezeichneten Gattung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des einzigen Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst
Mit anderen Worten wird also die Verbesserung der Nullpunkt-Stabilität und des Störabstandes daduch
erzielt, daß den beiden Doppelschicht-Absorptionskammern je eine Doppelküvette vorgeschaltet ist unter
Vorsehung einer Modulationsmöglichkeit für die beiden ι ο
Strahtengänge derart, daß in jede der beiden Absorptionskammern
mindestens nahezu intensitätsgleiche modulierte Strahlungsameile einfallen, die abwechselnd
je einen Meß- und Referenzraum einer Doppelküvette durchlaufen, wobei die beiden Absorptionskammern
also gegenphasig von Meßstrahlung bzw. Referenzstrahlung beaufschlagt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter ins
einzelne gehend erläutert, wobei in der Zeichnung der
Aufbau eines zweistrahligen Fotometers dargestellt ist
Bei dieser Ausführungsform besitzt das Fotometer zwei parallele Hauptachsen. Die von den beiden parallel
nebeneinander liegenden Strahlern 1 mit Reflektoren 2 ausgehende Infrarot-Emssion wird von der mit einem
Motor M angetriebenen Blendenscheibe 4 periodisch so unterbrochen, daß sie anteilig jeweils gegenphasig die
zugeordnete Referenz- und Meßzelle der Doppelküvette 3 durchläuft und daß wechselseitig die Meßzelle des
einen Strahlengangs und die Referenzzelle des anderen Strahlengangs gleichzeitig durchstrahlt werden. Somit
empfängt eine Doppelschicht-Absorptionsmeßkammer 8 jeweils Meßstrahlung, während die andere Meßkammer
8 Referenzstrahlung empfängt Eventuelle statische Druckunterschiede oder Konzentrationsdiffererenzen
zwischen den beiden Schichten jeder einzelnen Doppelschicht-Absorptionsmeßkammer gleichen sich
über eine entsprechend angeordnete Verbindungskapillare 6 uus. Die hinteren Schichten der beiden
Doppelschicht-Absorptionsmeßkammern 8 sind an
einen gemeinsamen Detektor S angeschlossen.
Die Meßkammerschichten sind über Leitungen 7 pneumatisch so gekoppelt, daß wiederum die Signale
der in einem Hauptstrahlengang primär beaufschlagten Schicht \iad der im anderen Hauptstrahlengang
sekundär beaufschlagten Schicht addiert werden und daß zwischen beiden Kombinationen am Detektor die
Signaldifferenz gebildet wird. Nach Differenzbildung gilt somit:
S4 = (E11 - OE12)(I1x - Ix.) - (E2, - bEn)(Ilx - I22)
Auch hier sind a und b Faktoren, die die Schwächung der Strahlung durch die jeweils vorderen Empfängerschichten
darstellen, Sind die Kammern symmetrisch aufgebaut, gilt a=b.
Die Absorptionsschichten beider Doppelschicht-Absorptionsmeßkammern
müssen einzeln ohne selektive Vorabsorption abgeglichen werden, damit
So läßt sich neben hoher Stkktivität ein von
nicht-selektiven Strahlungsänderungen unabhängiger Nullpunkt erreichen.
Mittels des beschriebenen Fotometers lassen sich also Signalverdoppelungen gegenüber den Fotometerausbildungeii
gemäß Gleichung (1) erreichen. Mittels der kreuzweisen Verbindung der Absorptionskammern und
mittels der gegenphasigen IR-Einstrahlung sind die zwei
Gasanalysatorsysteme so miteinander gekoppelt, daß die Intensitätsdifferenz der einen Meßzelle 3 gegenüber
derjenigen der anderen Meßzelle 3 um 1800C
verschoben auftritt. Daher kann die Gleichung (2) auch in folgender Form geschrieben werden:
S4 = IE- \J - IE(- IJ).
(2a)
Darüber hinaus haben sich die Möglichkeiten des Nullabgleichs und die Nullpunkt-Stabilität infolge der
noch besseren Kompensation des statischen Gleichgewichts erhöht, und für die Signalimpulse wird die
Differenzbildung großer Werte vermieden. Phasenfehler können durch den symmetrischen Aufbau der
Kammern nicht entstehen. Statische Druckunterschiede zwischen den Absorptionsschichten ;iner Kammer
werden über die genannte Verbindungskapillare 6 mit hoher pneumatischer Zeitkonstante ausgeglichen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Palentanspruch:Nichtdispersives Lnfrarot-Fotometer zur Bestimmung der Konzentration eines Analysengases in s einem Gasgemisch mit zwei Infrarotstrahlern zur Erzeugung zweier paralleler Infrarotlichtbündel, mit einer Blendenscheibe zur Zerhackung der beiden Infrarotlichbündel, mit je einer Küvette im Wege eines jeden zerhackten Infrarotlichtbündels, mit je einem Zweischichtdetektor hinter jeder Küvette, mit die vordere Schicht jeweils des einen Zweischichtdetektors mit der hinteren Schicht jeweils des anderen Zweischichtdetektors verbindenden Leitungen, und mit Einrichtungen zur Messung der Differenz der in dem einen und dem anderen Paar miteinander verbundener Schichten absorbierten Strahlungsenergien, dadurch gekennzeichnet, daß jede Küvette (3) aus einer Meß- und einer Refcrcnzzciie besteht und daß die Blendenscheibe (4) derart beschaffen ist, daß die Meßzelle der einen Küvette und die Referenzzelle der anderen Küvette im Wechsel mit der Referenzzelle der einen Küvette und der Meßzelle der anderen Küvette von Infrarotstrahlung durchsetzt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732366128 DE2366128C2 (de) | 1973-05-23 | 1973-05-23 | Nichtdispersives Infrarot-Fotometer zur Konzentrationsbestimmung eines Analysengases in einem Gasgemisch |
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DE19732366128 DE2366128C2 (de) | 1973-05-23 | 1973-05-23 | Nichtdispersives Infrarot-Fotometer zur Konzentrationsbestimmung eines Analysengases in einem Gasgemisch |
Publications (2)
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DE2366128B1 DE2366128B1 (de) | 1979-07-05 |
DE2366128C2 true DE2366128C2 (de) | 1980-04-17 |
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Country | Link |
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DE (1) | DE2366128C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005022288B4 (de) * | 2005-05-13 | 2007-08-16 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Gassensoranordnung und Messverfahren zur Verbesserung der Langzeitstabilität |
-
1973
- 1973-05-23 DE DE19732366128 patent/DE2366128C2/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005022288B4 (de) * | 2005-05-13 | 2007-08-16 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Gassensoranordnung und Messverfahren zur Verbesserung der Langzeitstabilität |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2366128B1 (de) | 1979-07-05 |
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