DE4320607C2 - Anordnung zur Spurengasanalyse - Google Patents
Anordnung zur SpurengasanalyseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Spuren
gasanalyse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 4 013 913 ist ein Spurengasanalysator be
kannt, der eine Strahlungsquelle für eine monochromatische
Ultraviolett-Strahlung hat. Die Strahlungsquelle hat ein
Austrittsfenster zu einer Photoionisationskammer, die
koaxial zur Strahlungsquelle angeordnet ist und eine ring
förmige Katode sowie eine zu dieser koaxial angeordnete
Anode hat. Die Anodenspannung beträgt 180-300 V. Während
die Anode im Maximum der Energiestrahlung der Strahlungs
quelle liegt, ist die Katode gegen die Strahlung der Strah
lungsquelle abgeschirmt.
Das Gas wird entweder seitlich oder koaxial durch die hohle
Anode in die Photoionisationskammer eingeleitet. Der Raum
zwischen der Anode und der Katode wird von dem Gas im
wesentlichen entgegen der Strahlungsrichtung der UV-Strah
lungsquelle durchströmt und im Bereich des Austrittsfen
sters der UV-Strahlungsquelle durch die UV-Strahlung ioni
siert.
Die durch die Katoden als Sammelelektroden eingefangenen
ionisierten Teilchen sind ein Maß für die in dem Gas enthal
tenen ionisierbaren Teilchen. Damit läßt sich z. B. feststel
len, ob in einem Gas ein Schadstoff enthalten ist oder
nicht, ohne allerdings eine qualitative Analyse durchführen
zu können.
Die Empfindlichkeit einer solchen Anordnung hängt u. a.
davon ab, wie groß die Zahl der Teilchen ist, die die
Katode erreichen. Bei der beschriebenen Vorrichtung muß das
Gas für den Fall, daß es seitlich in die Photoionisations
kammer eintritt, zunächst in den Ringraum zwischen Anode
und Katode geleitet werden, um ionisiert zu werden, da die
ionisierende Wirkung der UV-Strahlung nur in einem kleinen
Abstand vom Austrittsfenster der Strahlungsquelle eintritt.
Die Strömungsverhältnisse für das Gas sind aber in der
bekannten Photoionisationskammer schwer definierbar und
dürften auch durch eine Verwirbelung gekennzeichnet sein,
die auch noch von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt.
Infolge der schwer definierbaren Strömungsverhältnisse ist
auch die in den Bereich der ionisierenden Strahlung gelan
gende Gasmenge nur in gewissen Grenzen bestimmbar und damit
ist auch die ionisierte Gasmenge und somit die Meßgenauig
keit nur in gewissen Grenzen definierbar.
Aus der FR 2 464 472 ist eine
Anordnung zur Spurengasanalyse mit einer Strahlungsquelle
für UV-Licht und mit einer Ionisationskammer und dieser
zugeordneter Anode und Katode bekannt. Diese beiden Elektro
den nehmen einen Teil der Wandfläche des Raumes ein, in dem
die Ionisationskammer liegt.
Bei dieser Anordnung und auch bei der vorgenannten Elektro
denanordnung besteht die Gefahr, daß nur ein Teil der
ionisierten Teilchen die Katode überhaupt erreicht. Ursache
hierfür ist die sehr kleine Ausdehnung der Katode in der
Hauptströmungsrichtung des Gases, so daß mit zunehmender
Strömungsgeschwindigkeit immer weniger ionisierte Teilchen
die Katode erreichen. Die Meßempfindlichkeit dürfte bei
dieser Anordnung also von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängig sein.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei der
Gasanalyse mit Hilfe der Photoionisation die Meßgenauigkeit
und die -empfindlichkeit zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird das durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine langgestreckte
Anode angeordnet, der eine langgestreckte Katode so zugeord
net ist, daß zwischen beiden die Ionisationskammer als
Strömungskanal ausgebildet ist und daß der Strömungskanal
vertikal zu seiner Ausdehnung zwischen der Anode und der
Katode beidseitig der Anode und Katode abgedeckt ist.
Bei dieser Anordnung besteht der Vorteil, daß sich das Gas
zwischen Anode und Katode in einem definierten Strömungska
nal befindet, in den es an einem Ende ein- und am anderen
Ende ausströmt. Während der Weg des Gases zwischen Anode
und Katode bei der bekannten Anordnung nur wenige Millime
ter beträgt, ist der Weg bei der erfindungsgemäßen Anord
nung ein mehrfaches länger. Auf diesem längeren Weg des
Gases ist ausreichend Zeit vorhanden, daß die ionisierten
Teilchen auch bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkei
ten an die Katode gelangen. Die wirksame Katodenfläche wird
also gegenüber der bekannten Anordnung wesentlich vergrö
ßert. Damit ist die Meßempfindlichkeit bei dieser Anordnung
wesentlich weniger von der Gasgeschwindigkeit abhängig als
bei der bekannten Anordnung.
Bei der bekannten Anordnung ist eine Vergrößerung des
Meßsignals kaum möglich, weil sich bei Vergrößerung der
Ionisationskammer zur Erhöhung der Anzahl der Ladungsträger
auch der Abstand zwischen Anode und Katode vergrößert,
wodurch die Feldstärke verringert wird. Somit gelangen kaum
mehr Ladungsträger an die Katode. Dieser Widerspruch ist
bei der erfindungsgemäßen Anordnung gelöst, da sich bei der
von der Anode und Katode begrenzten Ionisationskammer, ins
besondere bei der langgestreckten Anordnung, der Elektro
denabstand nicht ändern muß, wenn die bestrahlte Fläche und
damit die Anzahl der Ladungsträger vergrößert werden soll.
Infolge des klein bleibenden Elektrodenabstandes gelangt
die größere Zahl von Ladungsträgern an die Katode, so daß
das Meßsignal vergrößert wird.
Weiterhin besteht der Vorteil, daß in dem Strömungskanal
eine laminare Strömung einstellbar ist und die Strömungsver
hältnisse somit genau definiert sind, so daß auch die Meß
genauigkeit erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Anode und
die Katode und damit der zwischen diesen gebildete Strö
mungskanal quer zur Strahlungsrichtung der UV-Strahlungs
quelle. Bei dieser Anordnung strömt das zu ionisierende Gas
im Bereich der Anode und Katode nicht mehr in Strahlungs
richtung bzw. entgegen der Strahlungsrichtung sondern quer
zur Strahlungsrichtung. Dadurch wird erreicht, daß das Gas
während der gesamten Zeit, in der es sich im Strömungskanal
befindet, von ionisierender Strahlung getroffen wird, wobei
die Intensität der Strahlung über diesen Weg lediglich von
der Strahlungscharakteristik der Strahlungsquelle abhängt.
Zur Erzielung einer möglichst großen Strahlungsintensität
ist es zweckmäßig, Anode und Katode in unmittelbarer Nähe
des Austrittsfensters der Strahlungsquelle anzuordnen.
Es ist zweckmäßig, daß Anode und Katode parallel zueinander
liegen, so daß ein Strömungskanal konstanter Breite gebil
det wird. Dabei kann der Verlauf von Anode und Katode
sowohl gradlinig als auch kurvenförmig sein.
Es kann zweckmäßig sein, Anoden und Katoden in wechselnder
Folge nebeneinander anzuordnen, wodurch die Anzahl der
Strömungskanäle erhöht wird und in der Zeiteinheit eine
größere Menge Gas ionisiert werden kann. Dadurch kann das
Meßsignal weiter vergrößert werden und es entfällt weitge
hend die Notwendigkeit, den Strahlengang der Lampe zu
justieren.
Eine besondere Ausführungsform sieht vor, daß die Katode
zweigeteilt ist und daß die Teile beidseitig der Anode in
einer Ebene angeordnet sind. Bei dieser Anordnung werden
zwei Strömungskanäle gebildet, wodurch auch schon eine
größere Menge Gas ionisiert und das Meßsignal zusätzlich
vergrößert wird.
Eine Realisierungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung
besteht darin, daß die Strömungskanäle zwischen Anode und
Katode Durchbrüche in einer Platte aus Isoliermaterial
sind, daß die Anode und Katode Teile einer leitenden
Schicht auf der Platte sind, daß diese Platte auf jeder
Seite von je einer weiteren Platte abgedeckt ist, in denen
elektrische Anschlüsse und die Gas-Zu- und -Ableitung vorge
sehen sind, und daß in der Abdeckplatte, die an das Aus
trittsfenster der Strahlungsquelle angrenzt, Öffnungen für
den Strahlungseintritt in die Strömungskanäle vorgesehen
sind.
Dabei ist es zweckmäßig, daß die Öffnungen für den Strah
lungseintritt Schlitze sind, deren Breite und Länge denen
der Strömungskanäle entspricht, und die fluchtend zu diesen
angeordnet sind. So wird erreicht, daß weder Anode noch
Katode sondern nur das Gas in den Strömungskanälen von der
ionisierenden Strahlung getroffen wird. Dadurch wird das
Heraus lösen von Elektronen aus dem Katodenmaterial und
damit störendes Rauschen vermindert.
Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von
Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 die Anordnung von Anode und Katode und der
Ionisationskammer,
Fig. 2 eine Anordnung zur Spurenanalyse,
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Gerätes zur Spurenana
lyse mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in der dargestellten
Ausführungsform aus drei Platten 1, 2 und 3 aus Isolier
stoff, die nur halb dargestellt sind, wobei die andere
Hälfte symmetrisch zu der dargestellten Hälfte ist. Diese
haben eine Stärke von weniger als einem Millimeter. Die
mittelste Platte 2 hat ein Anodenteil 4.2 und eine zweige
teilte Katode 5.2, 6.2. Zwischen Anode und Katode sind Strö
mungskanäle 7.2 und 8.2 angeordnet, die die Ionisationskam
mer bilden.
In der zugeordneten Platte 3 ist ein Anodenteil 4.3 vorgese
hen, daß mit dem Anodenteil 4.2 leitend verbunden ist.
Weiterhin sind Schlitze 9.3 und 10.3 für den Eintritt des
Lichtes in die Strömungskanäle 7.2 und 8.2 vorgesehen.
Diese fluchten miteinander, so daß UV-Licht weitgehend nur
auf die Strömungskanäle fällt.
Die mittlere Platte 2 wird von der anderen Seite von einer
Platte 1 abgedeckt, in der sich die Strömungskanäle 7.2 und
8.2 in Abschnitten 7.1 und 8.1 fortsetzen. Diese Platte hat
ebenfalls ein Anodenteil 4.1, das mit den anderen Anodentei
len leitend verbunden ist und mit diesen somit eine Einheit
bildet.
Die Anode und die zweiteilige Katode wird durch eine
leitende Schicht 14 auf den isolierenden Platten und in den
Durchbrüchen gebildet, die z. B. aus Gold bestehen kann. Zur
Kontaktierung mit einer nicht dargestellten Zuleitung sind
Anode und Katode mit Kontaktflächen 11 bzw. 12, 13 leitend
verbunden.
In der Fig. 2 ist die Anordnung zur Spurengasanalyse mit
den erfindungsgemäßen Platten 1 bis 3 im Schnitt
dargestellt. Die Anordnung besteht aus einem Grundkörper 15
und einem Oberteil 16, zwischen denen die Platten 1 bis 3
mit Hilfe einer Überwurfmutter 17 und unter Zwischenlage
einer Scheibe 18 und von Dichtringen 19 und 20 eingespannt
sind. Das zu analysierende Gas wird über ein Saugrohr 21,
einen Raum 22, in den ein Filter eingebaut werden kann, und
einen Schlitz 23 in der Scheibe 18 den Platten 1 bis 3
zugeführt. Hierzu weist die Platte 1 eine Öffnung 24 auf,
die über einer in der Platte 2 vorhandenen Verteilerkammer
25 (Fig. 1) liegt. Durch die Strömungskanäle 7.2, 8.2 wird
das Gas quer zur Strahlungsrichtung einer UV-Lampe 26 an
dieser vorbeigeleitet und über eine Öffnung 27 in der
Platte 3 und über einen Kanal 28 abgeführt.
Anode und Katode sind über Federkontakte 29, die in Isolier
hülsen 30 angeordnet sind, mit den notwendigen elektrischen
Anschlüssen verbunden.
Das Saugrohr 21 ist im Oberteil 16 mittels einer Mutter 31
unter Zwischenlage eines Dichtringes 32 befestigt. Die
Anordnung zur kann mittels eines Schraubringes in einem
Gerätegehäuse befestigt werden.
Im Blockschaltbild der Fig. 3 ist der prinzipielle Meßauf
bau dargestellt. Wie in der Fig. 2 bereits angedeutet, ist
eine UV-Lampe 26 gegenüber den Platten 1, 2 und 3 mit den
darin angeordneten, in der Fig. 3 nicht dargestellten,
Strömungskanälen positioniert. Der UV-Lampe ist eine Hoch
spannungs-Versorgungseinheit 33 zugeordnet. Die in der Fig.
3 nicht dargestellte Anode ist mit einer Spannungsquelle 34
verbunden. Der an der Katode als Sammelelektrode durch die
eingefangenen ionisierten Teilchen erzeugte Strom wird über
einen Verstärker 35 einer Anzeige 36 zugeführt und ist ein
Maß für die Menge eines in dem analysierten Gas enthaltenen
Schadstoffes.
Claims (10)
1. Anordnung zur Spurengasanalyse mit einer Strahlungs
quelle für UV-Licht und mit einer Ionisationskammer
und dieser zugeordneten Anode und Katode,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ionisationskammer innerhalb eines durch min
destens eine Anode und mindestens eine Katode
begrenzten Raumes liegt und daß die Anode und
Katode so angeordnet sind, daß die Ionisationskam
mer mindestens einen Strömungskanal darstellt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine langgestreckte Anode (4.1; 4.2; 4.3)
angeordnet ist, der eine langgestreckte Katode
(5.2; 6.2) so zugeordnet ist, daß zwischen beiden
die Ionisationskammer als Strömungskanal (7.2; 8.2)
ausgebildet ist und daß der Strömungskanal (7.2;
8.2) vertikal zu seiner Ausdehnung zwischen der
Anode und der Katode beidseitig der Anode und
Katode abgedeckt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode und die Katode und damit der zwischen
diesen gebildete Strömungskanal (7.2; 8.2) quer zur
Strahlungsrichtung der UV-Strahlungsquelle (26)
liegen.
4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß Anode und Katode in
unmittelbarer Nähe des Austrittsfensters der Strah
lungsquelle (26) angeordnet sind.
5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß Anode (4.1; 4.2;
4.3) und Katode (5.2; 6.2) parallel zueinander
liegen.
6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf von
Anode und Katode gradlinig oder kurvenförmig ist.
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß Anoden und Katoden
in wechselnder Folge angeordnet sind.
8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode zweige
teilt ist und daß die Teile (5.2, 6.2) beidseitig
der Anode (4.2, 4.3) in einer Ebene angeordnet
sind.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle
(7.2; 8.2) zwischen Anode (4.2) und Katode (5.2;
6.2) Durchbrüche in einer Platte (2) aus Isolierma
terial sind, daß die Anode (4.2) und Katode (5.2;
6.2) Teile einer leitenden Schicht (14) auf der
Platte (2) sind, daß diese Platte (2) auf jeder
Seite von je einer weiteren Platte (1; 3) abgedeckt
ist, in denen elektrische Anschlüsse und die
Gas-Zu- und -Ableitung vorgesehen sind, und daß in
der Abdeckplatte (3), die an das Austrittsfenster
der Strahlungsquelle (26) angrenzt, Öffnungen für
den Strahlungseintritt in die Strömungskanäle (7.2;
8.2) vorgesehen sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen für den Strahlungseintritt Schlit
ze (9.3; 10.3) sind, deren Breite und Länge denen
der Strömungskanäle (7.2; 8.2) entspricht, und die
fluchtend zu diesen angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934320607 DE4320607C2 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Anordnung zur Spurengasanalyse |
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DE19934320607 DE4320607C2 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Anordnung zur Spurengasanalyse |
Publications (2)
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---|---|
DE4320607A1 DE4320607A1 (de) | 1994-12-22 |
DE4320607C2 true DE4320607C2 (de) | 1996-04-11 |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE4320607C2 (de) |
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