DE2543726A1

DE2543726A1 - Geraet zur feststellung einer gasfoermigen verunreinigung

Info

Publication number: DE2543726A1
Application number: DE19752543726
Authority: DE
Inventors: Daryl Jay Bergquist; Raymond Lu-Po Chuan; Parameswar Mahadevan
Original assignee: Celesco Industries Inc
Current assignee: Celesco Industries Inc
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5154487A; GB1483159A; US3944834A

Description

Patentanwälte _, . , , _„ _ο , , -ι-γ-,γ-

51 Aachen, den 30. September 1975

DlPL-ING. BRUNO SCHMETZ Augustastraße 14-16 · Tel. (0241) 508051

DlPL-ING. WERNER KÖNIG

GELESOO HO)USTEIES INC., Costa Mesa, Kalif., USA

Beschreibung zu Patentanmeldung

Gerät zur Feststellung einer gasförmigen Verunreinigung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Feststellung und Quantifizierung einer gasförmigen Verunreinigung in einer Gasprobe.

Geräte dieser Art werden eingesetzt für die Feststellung von gasförmigen Verunreinigungen und für deren Konzentrationsbestimmung, ■wobei es sich bei den Verunreinigungen um Schwefeldioxyd (SO₂) und Stickstoffoxyd (NO) in einem Probenstrom oder einer Gaswolke, in dem Abgas eines Schornsteins oder einem anderen Strömungsmittel handeln kann.

Es ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 795 812 ausgeführt, daß ungefähr 80 Millionen Tonnen SO₂ in jedem Jahr durch die Verbrennung von schwefelhaltiger Kohle und schwefelhaltigem Öl sowie durch die Raffinierung von Öl und verschiedenen Metallen in die Luft abgegeben werden. S0₂-Konzentrationen von einigen ppm in der Luft können Atemschwierigkeiten verursachen, Pflanzen absterben lassen und die Zerstörung von Papier, Leder und Sandsteingebäuden beschleunigen. Es ist daher vorgeschlagen worden, die zulässige Konzentration an SO₂ und anderen Abgasen auf ein Maximum von 500 ppm zu beschränken.

Aus der US-Patentschrift 3 795 812 ist bereits ein Gerät zur Überwachung von S0₂-Verunreinigungen bekannt, das eine Fluoreszenzzelle aufweist, in die Probenströme von Luft, Rauchgas oder dergleichen eingeleitet werden. Während diese Proben durch die Zelle hindurch-

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strömen, werden sie mit Ultraviolett-Energie im Bereich von 2100 1 bis 2300 1 bestrahlt und fluoreszieren. Diese SO₂-Fluoreszenz liegt in dem Bereich von 2400 1 bis 4200 1, wobei die Intensität dieser Fluoreszenz rechtwinklig zu dem Einfallsstrahl gemessen wird. Das Ergebnis dieser Messung ist linear über einen weiten Bereich von SOp-Konzentrationen und wird vernachlässigbar oder in nur geringer Weise durch das Vorhandensein von Wasserdampf in der Probe beeinflußt.

Bei der Eichung von Fluoreszenz-Geräten ist es üblich, ein Eichgas von einer bestimmten Konzentration durch das Gerät hindurchströmen zu lassen und das Gerät daraufhin zu überwachen, ob es eine korrekte Anzeige liefert. Wenn dies nicht der Fall ist, dann werden die bei der Eichung einstellbaren Werte des Geräts so lange variiert, bis die richtige Ablesung sich ergibt.

Die Schwierigkeiten bei dieser Art von Eichung liegen darin, daß das Eichgas unter Umständen nicht die festgesetzte spezifische Konzentration haben kann, da Gase wie SO« und NO mit der Zeit zerfallen. Wenn aber die Eichung bei einer unrichtigen Bezugsgröße durchgeführt wird, dann geht das Meßgerät von einem Fehler aus, und die folgenden Messungen der Yerunreinigungskonzentration werden ungenau. Ein weiterer Nachteil besteht dort, wo es wünschenswert ist, das Gerät während des Meßvorgangs nachzueichen. Ein solches Hacheichen erfordert bei dem bekannten Gerät ein Entfernen des Geräts von dem Zustrom der Probegase, welche durch das Gerät hindurchströmen, und es ist erforderlich, das Gerät an das Eichgas anzuschließen, um die Eichung vorzunehmen. Ein solches Vorgehen beim Eichen ist sehr zeitaufwendig und störend. Weiterhin ist es mit Nachteilen verbunden, Eichgas herzustellen und dieses in Flaschen gemeinsam mit den erforderlichen Röhren, Reglern und Installationen zu transportieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein

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Gerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Geräte vermeidet und alle Mittel zur Eichung seihst aufweist und es erübrigt, Proben der festzustellenden gasförmigen Verunreinigung zu benutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gerät, das gekennzeichnet ist durch

A. eine Probenzelle mit einem Hohlraum, Mittel zur Führung der Gasprobe durch den Hohlraum der Probenzelle, einem ersten Fenster zum Einlassen von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum zur Erzeugung von Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung in der Gasprobe und einem winkelmäßig zum ersten Fenster versetzt angeordneten zweiten Fenster, welches Fluoreszenz-Energie aus dem Hohlraum austreten läßt.

B. eine Eichzelle mit einem Hohlraum, einem ersten Fenster zum Einlassen von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum der Eichzelle, einem winkelmäßig zum ersten Fenster versetzt angeordneten zweiten Fenster, welches gestreute Energie aus der Eichzelle austreten läßt, und einem nicht gasförmigen, in dem Hohlraum der Eichzelle angeordneten Streumaterial zur Aufnahme der in de Eichzelle eintretenden Strahlung und zur Streuung der Ultraviolett-Energie in einen Spektralbereich, der die Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung simuliert, wobei das Streumaterial die gestreute Energie aus dem zweiten Fenster der Eichzelle hinausproj iziert,

G. Einrichtungen zur Projektion eines Strahls ultravioletten Lichts in Richtung auf die Zellen,

D. einen Fluoreszenz- oder Streuenergie der Zellen empfangenden Detektor und

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E. eine bewegliche Anordnung der Probenzelle und der Eichzelle in Bezug auf die den Lichtstrahl projezierenden Einr-ichtungen und den Detektor.

Dabei bleibt im Gegensatz zur Verwendung von bestimmten Eichgasproben das Fluoreszenzniveau im wesentlichen konstant über die Zeit. Die Eichzelle kann sehr leicht und schnell an die Stelle der Probenzelle im Strahl des ultravioletten Lichts treten, und die Eichung kann einfach und in kurzer Zeit durchgeführt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, ergeben sich aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung, in dem die Erfindung beispielsweise erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gerätes zur Feststellung und Quantifizierung gasförmiger Verunreinigungen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Zellenblocks des Geräts nach Fig. 1, der teilweise aufgebrochen dargestellt ist, um Einzelheiten seiner Ausbildung zu verdeutlichen, und

Fig. 3 eine Schnittansicht durch den Zellenblock der bevorzugten Ausführungsform nach der Linie 3-3 in Fig. 1.

Es wird nun im einzelnen Bezug genommen auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur Überwachung( Feststellung und Quantifizierung) von gasförmigen Verunreinigungen, die in den Zeichnungen verdeutlicht ist.

Die bevorzugte Ausführungsforra des Geräts zur Überwachung gasförmiger Verunreinigungen ist in Fig. 1 dargestellt und ist dort insgesamt mit 10 bezeichnet. Dieses Überwachungsgerät

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umfaßt Einrichtungen zum Projizieren eines ultravioletten Lichtstrahles. Diese Einrichtungen weisen eine Ultraviolett-Lichtquelle 12 auf, -welche Ultraviolett-Lichtenergie in Richtung der Wellenlinie 14 ausstrahlt. Die Lichtquelle 12 strahlt vorzugsweise mit einer oder mit mehreren Wellenlängen in dem Bandbereich von 2100 t bis 2300 A und ist optisch so ausgerichtet, daß ihre Ultraviolett-Lichtenergie auf eine Gruppe von Fluoreszenzzellen gerichtet ist, welche in einem Zellenblock 16 angeordnet sind und anschließend noch im einzelnen beschrieben werden.

Das ultraviolette Licht tritt vorzugsweise durch einen Farbfilter hindurch, welcher als ein schmaler Bandfilter, beispielsweise für 2138 A _+ 75 A*, dient und nur das gewünschte Band der Ultraviolett-Energie durchläßt auf die Fluoreszenzzellen des Zellenblocks 16. Ein Kollimator 20 ist als Mikroschaltungsbaustein in Serie mit dem Farbfilter 18 angeordnet, um zu verhindern, daß Streulicht in die 3?luoreszenzzellen des Zellenblocks 16 hinein gelangt.

Eine Energie- oder Lichtstrecke, welche die Fluoreszenzzellen des Zellenblocks 16 einschließt, wird zwischen der Lichtquelle und einem Detektor 22 gebildet. Der Detektor 22 ist in dem Überwachungsgerät angeordnet, um aus den Fluoreszenzzellen des Zellenblocks 16 austretende Fluoreszenzenergie zu erfassen. Der Detektor 22 ist in der bevorzugten Ausführungsform als Fotovervielfaoherröhre dargestellt, welche von einer nicht gezeigten Gleichstromquelle gespeist ist. Das Ausgangssignal des Fotovervielfachers wird durch einen Linearverstärker 24 verstärkt. Das Ausgangssignal dieses Linearverstärkers 24 wiederum wird durch ein geeignetes Gerät gemessen, welches hier allgemein als Meßgerät 26 bezeichnet wird, um eine Anzeige über die Konzentration der gasförmigen Verunreinigung in der überwachten Probe zu ergeben .

Die Wellenlängen der Fluoreszenzenergie, welche aus den Fluoreszenz-

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zellen des Zellenblocks 16 herauskommen, können in Abhängigkeit von dem festgestellten Fluid variieren. Beispielsweise fluoresziert SO im Bereich von 2400 A bis 4200 A. Geht man davon aus, daß SOp überwacht wird, dann wird vorzugsweise ein zweiter Farbfilter 28 an dem Ausgang der Fluoreszenzzellen angeordnet, um lediglich das gewünschte Band von beispielsweise 4000 A + 100 A der Strahlungsenergie zum Detektor 22 durchzulassen. Ein zweiter Kollimator liegt in Reihe mit dem Farbfilter 28, um die Einwirkung von Streulicht auf den Detektor 22 auszuschalten.

Hinsichtlich einer vollständigen Beschreibung der Konstruktion der vorerwähnten Bestandteile eines Fluoreszenzüberwachungsgeräts und hinsichtlich der Art, in der ein solches Gerät eingesetzt wird, um gasförmige Verunreinigungen festzustellen und ihre Konzentration zu messen, wird hier Bezug genommen auf die US-Patentschrift Mr. 3 795 812.

Es wird hier weiter eingegangen auf die Figuren 2 und 3, in denen perspektivische bzw. Schnittansichten der bevorzugten Ausführungsform des beweglichen erfindungsgemäß ausgebildeten Zellenblocks gezeigt sind. Dieser Zellenblock 16 hat eine Anzahl von Fluoreszenzzellen, in denen Fluoreszenz durch Ultraviolett-Strahlung angeregt werden kann, und ist dazu bestimmt, in einem Gerät zur Überwachung von Verunreinigungen zwischen der Lichtquelle der Ultraviolett-Strahlung und dem Fluoreszenzdetektor angeordnet zu werden.

Bei Fluoreszenzzellen ist eine Probenzelle vorgesehen, welche einen Zellhohlraum und Einrichtungen zur Hindurchführung einer Gasprobe durch diesen Hohlraum aufweist. Bei der dargestellten Vorrichtung weist die Probenzelle einen Hohlraum 32 auf, der in dem länglichen Zellenblock 16 untergebracht ist. Der Hohlraum umfaßt einen ersten Kanal 34, der in geeigneter Weise im Zellenblook 16 von dessen Stirnfläche nach innen reicht und parallel zur Längsachse des Zellenblocks 16 verläuft. Ein zweiter Kanal 36

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erstreckt sich von der Seite des Zellenblocks 16 im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Kanal 34 in diesen Zellenblock hinein, so daß sich die "beiden Kanäle 34 und 36 im wesentlichen in der gezeigten Weise schneiden.

Es sind Mittel zur Strömungsführung vorgesehen, welche eine Einlaßöffnung 38 zum Einlassen einer Gasprobe in den Hohlraum 32 sowie eine Auslaßöffnung 40 zum Auslassen der Gasprobe aus dem Hohlraum aufweisen. Vorzugsweise ist ein Einlaßrohr oder -schlauch 42 zwischen einem nicht gezeigten Reservoir für die Gasprobe und der Einlaßöffnung 38 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist ein Auslaßrohr oder -schlauch 44 an die Auslaßöffnung 40 angeschlossen, um die Gasprobe aus dem Zellenblock 16 herauszuführen. Die Öffnungen 38 und 40 können in üblicher Weise durch Bohren von Löchern durch das rückwärtige Ende und durch die Seite des Zellenblocks 16 in den Hohlraum 32 gebildet werden. Die Probenzelle hat ein erstes Fenster 46 für den Einlaß von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum 32 der Zelle, um Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung in der Gasprobe zu bewirken. Dieses erste Fenster der Probenzelle ist in dem Kanal 34 in der vorderen Stirnfläche 48 des Zellenblocks 16 angeordnet. Das erste Fenster 46, welches als Einlaßfenster bezeichnet werden kann, besteht vorzugsweise aus einem Material wie Quarz, welches die einfallende Ultraviolett-Energie in den Hohlraum 32 durchläßt. Das Einlaßfenster 46 kann durch jedes geeignete Mittel, beispielsweise durch Zement, gehalten werden, wobei dieses Mittel auch zum Abdichten des Kanals 34 dient.

Die Probenzelle weist ferner ein zweites Fenster 49 auf, welches unter einem Winkel in Bezug auf das erste Fenster 46 angeordnet ist, um das Austreten von Fluoreszenzenergie aus dem Hohlraum 32 der Zelle zu ermöglichen. Das zweite Fenster 49 sitzt in dem Kanal an der Seite des Zellblocks 16. Auch dieses Fenster 49 besteht aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material, welches Fluoreszenz-

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energie aus dein Hohlraum 32 durchläßt. Es kann durch Zement, der auch als Abdichtung des Kanals 36 dient, gehalten werden. Da die Kanäle 34 und 36 vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen, sind die Fenster 46 und 49 unter einem Winkel von 90° zueinander versetzt.

Es ist auch zumindest eine Eichzelle vorgesehen, die einen Hohlraum 50 aufweist, der in dem Zellenblock 16 angeordnet ist. Dieser Hohlraum 50 umfaßt einen Kanal 52, der in geeigneter Weise im Zellenblock 16 angeordnet ist und parallel zu dessen Längsachse und damit parallel zum Kanal 34 des Hohlraums 32 der Probenzelle verläuft. Zu dem Hohlraum 50 gehört ferner ein zweiter Kanal 54, der sich von der Seite des Zellenblocks 16 aus im wesentlichen rechtwinklig zum Kanal 52 erstreckt, so daß sich die Kanäle 52 und 54 im wesentlichen in der dargestellten Weise schneiden.

Die Eichzelle hat ein erstes Fenster 56 zum Einlaß von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum 50 dieser Zelle. Das erste Fenster 56 sitzt in dem Kanal 52 an dessen Öffnung in der vorderen Stirnfläche 48. Das erste Fenster 56, das als Einlaßfenster bezeichnet werden kann, besteht vorzugsweise aus einem Material wie Quarz, das einfallende Ultraviolett-Energie in den Hohlraum eintreten läßt. Das Einlaßfenster 56 kann durch geeignete Mittel, beispielsweise Zement, an seinem Platz gehalten werden.

Die Eichzelle weist ferner ein zweites Fenster 58 auf, das unter einem Winkel im Bezug auf das erste Fenster der Eichzelle angeordnet ist, um das Austreten von gestreuter Energie aus der Eichzelle zu ermöglichen. Das zweite Fenster 58 sitzt in dem Kanal 54 an der Seite des Zellenblocks 16. Auch dieses Fenster 58 besteht aus Quarz oder einem ähnlichen Material, welches Lichtenergie aus dem Hohlraum 50 der Eichzelle austreten läßt. Das Fenster 58 kann durch Zement oder anderes Material gehalten sein.

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Da die Kanäle 52 und 54 vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen, sind die Fenster 56 und 58 unter einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet.

In dem Hohlraum 50 der Eichzelle ist ein nicht gasförmiges Material angeordnet, um in die Eichzelle eintretende Ultraviolett-Strahlung aufzufangen und diese Strahlung in einen Spektralbereich zu streuen, der die Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung simuliert, wobei dieses Material so angeordnet ist, daß es die gestreute Energie aus dem zweiten Fenster 58 der Eichzelle projiziert. Das Material ist in Form einer Scheibe oder Platte ausgebildet, die in dem Hohlraum 50 der Eichzelle in dem Schnitt der beiden Kanäle 52 und 54 angeordnet ist. Die Platte 60 empfängt das in den Kanal 52 durch das Fenster 56 eintretende ultraviolette lacht, und das Material der Platte 60 streut die einfallende Energie. Diese Platte 60 ist vorzugsweise unter einem Winkel von etwa im Bezug auf das erste und auf das zweite Fenster 56 und 58 des Hohlraums 50 der Eichzelle angeordnet. Wenn das Plattenmaterial ultraviolettes Licht streut, dann vLrd das gestreute Licht durch den Kanal 54 und das Fenster 58 ausgesandt. Das Streumaterial wird so ausgewählt, daß die Fluoreszenz des in der Probezelle überwachten Gases simuliert wird, um ein Signal für den Detektor zu erzeugen, welches im wesentlichen gleich ist dem Signal, das in der Probenzelle erzeugt wird.

Viele nicht gasförmige Materialien simulieren die Fluoreszenz, wenn sie mit Ultraviolett-Energie bestrahlt werden. So ist beispielsweise herausgefunden worden, daß bei der Analyse von SO₂ ein polierter Aluminiumreflektor die Fluoreszenz von SO₂ sehr ähnlich simuliert und daher als Material für die Platte 60 in der Eichzelle benutzt werden kann. Als Beispiel für andere geeignete Materialien wurden Gold, Platin und Molybdän gefunden. Diese Materialien streuen im allgemeinen Lichtenergie über einen weiten

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Bereich von Wellenlängen, der vorzugsweise auch den Bandbereich der überwachten gasförmigen Verunreinigung umfaßt. Der schmale interessierende Bandbereich wird leicht durch den Filter 28 ausgewählt, so daß lediglich dieser gewünschte Bandbereich zum Detektor 22 durchgelassen wird. Ein besonderer Vorteil dieser metallischen Streumaterialien besteht darin, daß das Niveau der simulierten Fluoreszenzenergie über die Zeit im wesentlichen konstant bleibt.

Es kann mehr als eine Eichzelle benutzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine zusätzliche Eichzelle 62, deren Aufbau identisch mit dem der Eichzelle mit dem Hohlraum 50 ist, gezeigt. Die Eichzelle 62 umfaßt eine Scheibe oder Platte 64 aus einem nicht gasförmigen Streumaterial, das in dem Hohlraum der Zelle 62 angeordnet ist, um die einfallende Ultraviolett-Energie aufzufangen, die durch ein Fenster 66 eingelassen wird, um diese Energie durch ein Fenster 68 aus der Eichzelle 62 herauszustreuen.

Bei Bildung der Hohlräume 32, 50, 62 im Zellenblock 16 werden die Kanäle durch Bohren in die vordere Stirnfläche 48 und die Seitenfläche des Zellenblocks 16 erzeugt. Die länglichen Kanäle, wie beispielsweise der Kanal 52, die sich von der vorderen Stirnfläche 46 nach innen erstrecken, enden kurz vor dem rückwärtigen Ende des Zellenblocks 16. Dieser Zellenblock 16 besteht zweckmäßigerweise aus einem massiven Aluminium- oder Stahlstab 72. Machdem die Kanäle gebohrt worden sind, wird das Innere dieser Kanäle mit einem Material beschichtet, das das Metall abdichtet, so daß es nicht mit der G-asprobe reagiert, und es ferner verhindert, daß das Metall licht streut, wenn es mit Ultraviolett-Energie bestrahlt wird. Als geeignetes Beschichtungsmaterial ist "Teflon" gefunden worden.

Obwohl es hinsichtlich der Konstruktion des gesamten Gerätes nicht notwendig ist, daß die Hohlräume 32, 50, 62 der Zellen in dem

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Zellenblock 16 untergebracht sind, ist dies dennoch die bevorzugte Ausführung. Ein Torteil dieser Ausführung besteht in der steifen, festen Positionierung der verschiedenen Zellen in Bezug zueinander, was dazu beiträgt, eine optische Ausrichtung der Zellen sicherzustellen, -wenn sie selektiv in die Bahn des ultravioletten Lichts bewegt werden.

Der Zellenblock 16 ist anfänglich in dem Überwachungsgerät so angeordnet, daß das Einlaßfenster von einer der Zellen optisch ausgerichtet ist mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und daß das Ausgangsfenster der gleichen Zelle optisch ausgerichtet ist mit dem Detektor 22. Erfindungsgemäß sind Vorrichtungen vorgesehen, um den Zellenblock zu bewegen, um wahlweise einen der Hohlräume 32, 50, 62 der Zellen in die Lichtbahn zwischen der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und dem Detektor 22 zu bringen. Diese Bewegungsvorrichtungen weisen eine an den Zellenblock 16 angeschlossene Welle 70 auf, welche eine Drehung des Zellenblocks 16 um seine Längsachse gestattet. Die Welle 70 wird vorzugsweise von Hand gedreht. Beim Drehen des Zellenblocks 16 werden die Zellen mit den Hohlräumen 32, 50 und 62 jede für sich in die Lichtbahn zwischen der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und dem Detektor 22 bewegt.

Am besten ist aus S¹Ig. 3 ersichtlich, daß dann, wenn der Zellenblock 16 anfänglich in dem Überwachungsgerät so angeordnet ist, daß die Probenzelle mit dem Hohlraum 32 in optischer Ausrichtung mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und dem Detektor 22 sich befindet, eine Drehung des Zellenblocks 16 um etwa 120° im Uhrzeigersinn die Eichzelle mit dem Hohlraum 50 in Ausrichtung mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und dem Detektor 22 bringt. Alternativ bewirkt eine Drehung um 120° entgegen dem Uhrzeigersinn, daß die Eichzelle 62 zur Ausrichtung gebracht wird. Die Rohre oder Schläuche 42 und 44, welche mit der Probenzelle mit dem Hohlraum 32 verbunden sind, können ausreichend flexibel gemacht werden, um diese Drehung zu gestatten.

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Der Zweck von mehr als einer Eichzelle besteht darin, mehrere Eichbereiche bereitzustellen, um den weiten Bereich der Gaskonzentrationen, mit denen gerechnet werden muß, abzudecken. Beispielsweise kann eine Eichzelle ausgewählt werden, um eine Fluoreszenz in einem niedrigen Bereich von SOp-Konzentrationen, beispielsweise 0 - 500 ppm, zu simulieren, während eine andere Eichzelle ausgewählt werden kann, um einen hohen Bereich an SOg-Konzentrationen, beispielsweise 0 - 5000 ppm, abzudecken. Somit wird in Abhängigkeit von der Konzentration des SOp im überwachten Probegas entweder die Eichzelle mit dem Hohlraum oder die Eichzelle 62 benutzt, um das System zu eichen oder zu normieren.

Um diese verschiedenen Eichbereiche zu erhalten, sind Einrichtungen vorgesehen zur Steuerung der Menge der in die verschiedenen Zellen eingelassenen Ultraviolett-Energie. Diese Steuereinrichtungen umfassen eine Platte 74 > die auf der vorderen Stirnfläche 48 des Zellenblocks 16 über den Einlaßfenstern der Zellen angeordnet ist. Diese Platte 74 kann durch alle geeigneten Mittel, beispielsweise durch Schrauben, gehalten sein.

In der Platte 74 sind Öffnungen oder Löcher verschiedener Abmessungen vorgesehen, die mit den Einlaßfenstern der Hohlräume der Zellen ausgerichtet sind, um eine gesteuerte Menge von ultraviolettem Licht in jeden Zellenhohlraum eintreten zu lassen. Wie in Pig. 2 dargestellt, hat die Platte 74 einen Durchbruch 76, der mit dem Einlaßfenster 46 der Probenzelle mit dem Hohlraum ausgerichtet ist. Ein weiterer Durchbruch 78 fluchtet mit dem Einlaßfenster 56 der Eichzelle mit dem Hohlraum 50. Ein weiterer Durchbruch 80 schließlich ist mit dem Einlaßfenster 66 der anderen Eichzelle 62 ausgerichtet.

Die Abmessung des Durohbruchs 76 ist so bestimmt, daß sichergestellt ist, daß eine ausreichende Menge von ültraviolett-

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Energie in die Probenzelle mit dem Hohlraum 32 eingelassen wird, um die optimale Fluoreszenz der Gasprobe zu bewirken, die in diese Zelle während des Betriebes eingelassen wird. Die Abmessungen der Durchbrüche 78 und 80 werden durch Faktoren bestimmt, wie das zur Streuung auf den Platten 60 und 64 verwendete Material und das Energieniveau der Ultraviolett-Lichtquelle 12, so daß die Streuung, welche in den beiden Eichzellen vor sich geht, die Fluoreszenz der Gasprobe in den oben besprochenen Eichbereichen simuliert. Beispielsweise ist der Durchbruch 78 kleiner als der Durchbruch 80, so daß die Eichzelle 50 in dem unteren Bereich von 0 - 500 ppm arbeitet. Der Durchbruch 80 ist so bemessen, daß die Eichzelle 62 in dem Eichbereich von 0 - 5000 ppm arbeitet.

Es ist offensichtlich, daß auch andere Eichbereiche benutzt und die Abmessungen der Durchbrüche in der Platte 74 variiert werden können.

Bei der Beschreibung der Arbeitsweise wird davon ausgegangen, daß ein Schornstein überwacht wird, um festzustellen, ob SO- in den Abgasen vorhanden ist und wie hoch gegebenenfalls die Konzentration von SO₂ in diesen Gasen ist. Das Einlaßrohr 42 ist über einen nicht gezeigten inerten Anschluß an den Schornstein angeschlossen, um eine Probe des Abgases in die Probenzelle mit dem Hohlraum 32 zu leiten. Das Auslaßrohr 44 führt die Gasprobe nach Durchtritt durch die Probenzelle ab. Eine nicht gezeigte Pumpe kann entweder an das Einlaß- oder an das Auslaßrohr angeschlossen sein, um sicherzustellen, daß ein kontinuierlicher Probenstrom der Abgase durch die Probenzelle 32 strömt.

Der Zellenblock 16 ist so angeordnet, daß das Einlaßfenster optisch ausgerichtet ist mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12. Ultraviolett-Iiichtenergie von der Lichtquelle 12 wird dUEh den Filter 18 gefiltert und tritt durch das Fenster 46 in den Hohlraum 32 der Probenzelle ein. Wenn SOp im Probenstrom vorhanden ist, dann fluoresziert dieses SOg in dem Bereich von etwa 2400 A bis 4200 A, und ein Teil dieser Fluoreszenz, der

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rechtwinklig zum einfallenden Strahl austritt, gelangt durch das Fenster 49 hindurch. Der Filter 28 läßt die Fluoreszenzenergie innerhalb des Bandpasses des Filters durch, und diese Energie trifft auf den als Fotovervielfacherröhre ausgebildeten Detektor 22. Der Ausgang dieser Fotovervielfacherröhre wird durch den Linearverstärker 24 verstärkt und dann von dem Meßgerät 26 gemessen.

Wenngleich das dargestellte Gerät zur Überwachung von Verunreinigungen vorzugsweise zu Beginn des ÜberwachungsVorganges geeicht wird, können doch während der Überwachung Änderungen eintreten, welche Fehler in der Messung nach sich ziehen. Diese Fehler können verursacht werden durch Änderungen in der Intensität der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und in der Empfindlichkeit des Detektors 22 oder durch eine Drift des Linearverstärkers 24 oder anderer elektronischer Bauteile. Das Gerät gestattet es, in Meßstellung eine Eichung oder Normierung vorzunehmen, während die Überwachung durchgeführt wird, ohne die Zufuhr der Gasprobe zu unterbrechen. Da die gleiche lichtquelle, der gleiche Filter und der gleiche Detektor und die gleichen Meßgeräte benutzt werden beim Überwachen der Rauchgase und bei der Eichung, wird das Arbeiten des gesamten Systems während des Eichens unterstützt und kann in der notwendigen Weise korrigiert werden, so daß die Genauigkeit der Überwachung erhalten bleibt.

Geht man davon aus, daß SOp-Konzentrationen in dem Bereich von 0 - 500 ppm am Meßgerät 26 gemessen werden, dann wird der Zellenblock 16 im Uhrzeigersinn so weit gedreht, bis die Eichzelle mit dem Hohlraum 50 in optischer Ausrichtung mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12 und dem Detektor 22 ist. Ultraviolett-Energie tritt durch den Farbfilter 18, den Durchbruch 78 in der Platte und durch das Einlaßfenster 56 in den Hohlraum 50 der Eichzelle ein. Diese Energie trifft auf die Platte 60 und wird über einen weiten Bereich gestreut. Da die Platte 60 unter 45° in Bezug auf den einfallenden Lichtstrahl angeordnet ist, wird gestreute

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Energie durch den Kanal 54 und das Fenster 58, durch den Filter 28 zum Detektor 22 gestreut. Die Eichzelle mit dem Hohlraum 50 ist so ausgebildet, daß sie eine bestimmte Ablesung, beispielsweise 250 ppm, ergibt, und das Meßgerät 26 wird beobachtet, um festzustellen, ob diese Ablesung erreicht wird. Sollte diese Ablesung nicht erreicht werden, dann wird das System eingestellt, beispielsweise durch Einstellung der Verstärkung und des Bereichs des Linearverstärkers 24-, um die Ablesung des Meßgeräts 26 auf den bekannten Wert zu bringen. Wenn dies erreicht ist, dann wird der Zellenblock 16 sogleich entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, um die Probenzelle mit dem Hohlraum 32 sogleich wieder in Ausrichtung mit der Ultraviolett-Lichtquelle 12 zu bringen. Die Messung der SOp-Konzentrationen wird dann fortgesetzt.

In der vorstehenden Beschreibung wurde von einer SOp-Konzentration im Bereich von 0 - 500 ppm ausgegangen. Hätte dieser Bereich von 0 - 5000 ppm betragen, dann hätte man eine Eichung dadurch erreicht, daß der Zellenblock 16 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht worden wäre, um die Eichzelle 62 in Ausrichtung mit der Ultraviolett-Iiiohtquelle 12 zu bringen. Dabei simuliert die metallische Platte 64 die S0₂-Fluoreszenz der Probenzelle, und die gestreute Lichtenergie, die aus dem Fenster 66 austritt und auf den Detektor 22 trifft, gestattet eine Eichung des Überwachungsgeräts in Bezug auf den Standard der Eichzelle 62. Anstelle der Platte 74 können mehrere Abdeckplatten vorgesehen sein, wobei jede eine andere Auswahl von Durchbruchsabmessungen hat, wodurch eine Überwachung und Eichung über weitere Konzentrationsbereiche erfiigen kann.

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Claims

Ansprüche:

■ 1. ■ Gerät zur Feststellung und Quantifizierung einer gasförmigen Verunreinigung in einer Gasprobe, gekennzeichnet durch

A. eine Probenzelle mit einem Hohlraum (32), Mittel (38,40, 42,44) zur Führung der Gasprobe durch den Hohlraum (32) der Probenzelle, einem ersten Fenster (46) zum Einlassen von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum (32) zur Erzeugung von Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung in der Gasprobe und einem winkelmäßig zum ersten Fenster (46) versetzt angeordneten zweiten Fenster (49), "welches Fluoreszenz-Energie aus dem Hohlraum (32) austreten läßt,

B. eine Eichzelle mit einem Hohlraum (50), einem ersten Fenster (46) zum Einlassen von Ultraviolett-Energie in den Hohlraum (50) der Eichzelle, einem winkelmäßig zum ersten Fenster (46) versetzt angeordneten zweiten Fenster (49), welches gestreute Energie aus der Eichzelle austreten läßt, und einem nicht gasförmigen, in dem Hohlraum (50) der Eichzelle angeordneten Streumaterial (60) zur Aufnahme der in die Eichzelle eintretenden Strahlung und zur Streuung der Ultraviolett-Energie in einen Spektralbereich, der die Fluoreszenz der gasförmigen Verunreinigung simuliert, wobei das Streumaterial (60) die gestreute Energie aus dem zweiten Fenster (49) der Eichzelle hinausprojiziert,

G. Einrichtungen (12,18,20) zur Projektion eines Strahls ultravioletten Lichts in Richtung auf die Zellen

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D. einen Fluoreszenz- oder Streuenergie der Zellen empfangenden Detektor (22) und

E. eine bewegliche Anordnung (70) der Probenzelle und der Eichzelle in Bezug auf die den Lichtstrahl projizierenden Einrichtungen (12,18,20) und den Detektor (22).
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Probenzelle sowie die Eichzelle ■wahlweise in dem Lichtstrahl zwischen den Projektionseinrichtungen (12,18,20) und dem Detektor (22) anzuordnen.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zelle das erste Fenster (4-6,56,66) etwa um 90° in !Bezug auf das zweite Fenster (49»58,68) versetzt angeordnet ist.
4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumaterial (60) im Hohlraum (50) der Eichzelle etwa um 45° im Bezug auf das erste (56) und das zweite Fenster (58) dieser Zelle versetzt angeordnet ist.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Führung der Gasprobe eine Einlaßöffnung (36) zum Einlaß der Gasprobe in den Hohlraum (32) der Probenzelle und eine Auslaßöffnung (40) zum Auslaß der Gasprobe aufweisen.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine in ihrem Aufbau der ersten entsprechende zweite Eichzelle (62) vorgesehen ist und daß Mittel zur Steuerung der Menge der in die Zellen eintretenden Ultraviolett-Energie vorhanden sind.

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7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben- und die Eichzelle(n) in einem länglichen Zellenblock (16) angeordnet sind, wobei die Hohlräume (32,50,62) der Zellen Räume in dem Block darstellen, daß der Zellenblock (16) eine Stirnfläche (48) mit den ersten Fenstern (46,56,66) der Zellen und eine Seite mit den zweiten Fenstern (49,58,68) der Zellen aufweist und daß die Mittel zur Steuerung der Menge der in die Zellen eintretenden Ultraviolett-Energie eine auf der Stirnfläche (48) des Zellenblocks (16) über den ersten Fenstern (46£6,66) der Zellen angeordnete Platte (74) umfassen, wobei unterschiedlich bemessene, mit den ersten Fenstern (46,56,66) ausgerichtete Durchbräche (76,70,80) in der Platte (74) vorgesehen sind, um den Eintritt einer bestimmten Menge von ultraviolettem Licht zu ermöglichen.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung der Zellen eine mit dem Zellenblock (16) verbundene Welle (70) aufweisen.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Projektion eines Lichtstrahles eine Ultraviolett-Lichtquelle (12) aufweisen.
10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumaterial (60,64) aus Aluminium, Gold, Platin oder Molybdän besteht.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenzelle und die Eichzelle(n) als getrennte Hohlräume (32,50,62) in dem Zellenblock ausgebildet sind.

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