DE4429010C2 - Vorrichtung zur Analyse von Gasen - Google Patents
Vorrichtung zur Analyse von GasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Gasen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum gleichzeitigen Bestimmen mehrerer Komponenten eines Gases
wurde vorgeschlagen, das Gas durch mehrere Küvetten zu lei
ten, die optisch hintereinander liegen. Zwischen den Küvetten
sind Filter- und Empfängerkammern angeordnet. In die erste
Küvette eingestrahltes Licht durchdringt nacheinander alle
Küvetten, Filter und Empfängerkammern. Aus den Signalen der
Empfängerkammern können die Anteile der einzelnen Komponenten
ermittelt werden, jedoch können häufig nicht die Kombina
tionen aller gewünschten Komponenten gemessen werden.
Aus der europäischen Patentschrift 0 238 871 B1 ist eine Vor
richtung zur Analyse der Abgaszusammensetzung von Brennkraft
maschinen bekannt, die eine Lichtquelle aufweist, die Licht
abgibt, das vom Abgas absorbiert wird. Unmittelbar hinter der
Lichtquelle ist ein Unterbrecher angeordnet, der die Licht
strahlung periodisch unterbricht. Für jede zu messende Gas
komponente ist eine eigene Meßküvette, ein eigener, jeder
Meßküvette zugeordneter Strahlungsfilter und je ein eigener
Strahlungsdetektor vorgesehen. Alle Meßküvetten werden von
dem Abgas gleichzeitig durchströmt. Zwischen dem Lichtunter
brecher und den Meßküvetten ist ein Lichtverteiler angeord
net, der die Lichtstrahlung gleichzeitig auf alle Meßküvetten
lenkt. Jede Meßküvette erhält daher nur einen Bruchteil der
Gesamtstrahlung der Lichtquelle.
Es ist mehrfach bekannt, zur Gasanalyse sogenannte Zwei
strahlgeräte einzusetzen, die je eine Meß- und eine Referenz
küvette mit je einer eigenen Lichtquelle enthalten
(europäische Patentschrift 0 261 452 B1). Die Lichtstrahlung der
Lichtquelle wird moduliert.
In derartigen Analysengeräten ist eine hohe Strahlungs
leistung der Lichtquelle erwünscht. Andererseits ist jedoch
die Strahlungsleistung wegen der Erhitzung der die Licht
quelle umgebenden Bauteile begrenzt. Diese Begrenzung gilt
für Geräte mit einer oder mehreren Lichtquellen gleicher
maßen, wobei die Summe der Strahlungsleistungen mehrerer
Lichtquellen etwa gleich der Strahlungsleistung einer Einzel
lichtquelle ist. Durch die Lichtmodulation mittels einer
Blende geht grundsätzlich die Hälfte der Strahlungsleistung
verloren. Wegen der geschilderten ungünstigen Ausnutzung der
Strahlungsleistung wird vor allem bei der gleichzeitigen
Messung mehrerer Komponenten eines Gases mit den bekannten
Analysengeräten nicht die mögliche Meßempfindlichkeit er
reicht.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 17 914 ist schließ
lich eine Analyseeinrichtung bekannt, bei der eine Licht
quelle zusammen mit einer zugeordneten Empfangseinrichtung an
Objektträgern vorbeigeführt wird. Die Analyse an den einzel
nen Objektträgern erfolgt nacheinander, wobei dann, wenn die
Analyse an einem Objektträger abgeschlossen ist, der nächste
Objektträger an die Reihe kommt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Analyse von Gasen zu schaffen, die sich durch
eine verbesserte Ausnutzung der Gesamtstrahlung der Licht
quelle auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 an
gegebenen Maßnahmen gelöst.
Wegen der Bewegung der Lichtquelle entfällt der gebräuchliche
Modulator mit einem Lichtzerhackerflügel. Es wird praktisch
immer eine der Küvetten mit der vollen Strahlungsleistung
durchstrahlt, mit Ausnahme der Zeiten, in denen die Licht
quelle von einer Küvette zur nächsten bewegt wird. Da der
Lichtzerhackerflügel fehlt, bleibt nur ein kleiner Luftspalt
zwischen dem Strahler und den Küvetten, der etwa um den Fak
tor 10 kleiner ist, so daß der Einfluß der Umgebungsluft
ebenfalls um diesen Faktor verringert wird. Ein besonders
kompakter Aufbau ergibt sich, wenn die Küvetten parallel
nebeneinander angeordnet sind. Vorteilhaft liegen dann die
Eintrittsfenster der Küvetten in einer zur Strahlungsrichtung
senkrechten Ebene. Je nach Aufbau der Lichtquelle braucht
nicht die gesamte Lichtquelle bewegt zu werden. Im Falle ei
ner Lichtquelle, bestehend aus einem Licht emittierenden Ele
ment und einem dessen Licht auf die Küvetten reflektierenden
Spiegel, kann es genügen, den Spiegel zu bewegen und das
Licht emittierende Element feststehend anzubringen.
Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie
Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläu
tert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung und
Fig. 2 eine mögliche Anbringung der in Fig. 1 dargestellten
Lichtquelle.
In Fig. 1 sind mit AK1, AK2, AK3 Analysenküvetten bezeich
net, die zu beiden Seiten mit je einem Lichteintritts- und
einem -austrittsfenster abgeschlossen sind. An sie schließen
sich Empfängerküvetten EK1, EK2, EK3 an. Eine vierte Ana
lysenkammer mit einer zugehörigen Empfängerkammer sind in
Fig. 1 nicht sichtbar. Vor den Lichteintrittsfenstern be
finden sich optische Filter OF1, OF2, OF3, OF4. Zwischen dem
optischen Filter OF2 und der Analysenküvette AK2 ist zusätz
lich ein Gasfilter GF vorgesehen. Vor den optischen Filtern
ist als Lichtquelle ein Infrarot-Strahler ST drehbar ange
ordnet, derart, daß er nacheinander durch die optischen Fil
ter die Analysenkammern durchstrahlt.
Die Analysenkammern sind mit dem zu analysierenden Gas ge
füllt bzw. sie werden von diesem durchströmt. Eine der Analy
senkammern kann als Referenzkammer dienen, indem sie z. B.
Referenzgas enthält. Jede Analysenkammer dient zum Bestimmen
einer Gaskomponente. Hierzu sind die Empfängerkammern mit
dieser Gaskomponente mit bekannter Konzentration gefüllt. Die
Absorption von Infrarot-Strahlung in der Empfängerkammer ist
ein Maß für die Konzentration der entsprechenden Gaskompo
nente in der Analysenkammer. Die Analysenkammern sind, wie in
Fig. 1 gezeigt, unterschiedlich lang, wodurch Konzentration
und Absorption der zu messenden Gaskomponenten berücksichtigt
wird. Die optischen Filter OF1, OF2 ... begrenzen die Strah
lung auf den Wellenlängenbereich, in dem eine hauptsächliche
Absorptionslinie der gesuchten Gaskomponenten ist. Mit dem
Gasfilter GF kann der Wellenlängenbereich weiter eingeengt
werden.
Der Strahler ST kann kontinuierlich vor den optischen Filtern
OF1, OF2 ... vorbeigedreht werden. Vorteilhaft wird er jedoch
ruckartig vor die Filter gebracht, damit seine Strahlungslei
stung möglichst vollständig für die Messung ausgenutzt wird.
Er kann unterschiedlich lange entsprechend der Trägheit der
jeweiligen Analysenkammer in den einzelnen Positionen verhar
ren.
Das Ausführungsbeispiel weist vier Analysenkammern zur Mes
sung von vier Komponenten auf. Selbstverständlich können auch
mehr Kammern vorgesehen sein, aber auch weniger, z. B. kann
einfach eine Kammer entfernt oder bei der Messung übersprun
gen werden.
Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 die Halterung des
Strahlers ST nicht dargestellt. Fig. 2 zeigt eine mögliche
Halterung. Mit AK1, AK2 sind wieder zwei Analysenkammern und
mit OF1, OF2 die zugehörigen optischen Filter bezeichnet. Der
Strahler ST sitzt in einer Scheibe TS, die in geringem Ab
stand vor den optischen Filtern OF1, OF2 angebracht ist, da
mit der Luftspalt klein ist und die Umgebungsluft nur einen
geringen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Die Scheibe TS ist
an einer Achse AC befestigt, die ihrerseits auf der Achse ei
nes Schrittmotors SM sitzt, der die Scheibe um vorgegebene
Drehwinkel in beide Richtungen drehen kann. Die elektrischen
Anschlüsse des Strahlers ST sind mit Schleifringen SR1, SR2
verbunden, die auf der Achse AC angebracht sind und die über
Schleifkontakte SK1, SK2 die elektrische Verbindung zur Spei
sespannungsquelle des Strahlers herstellen. Da der Strahler
ST exzentrisch auf der Scheibe TS sitzt, ist zum Ausgleich
der Unwucht auf der Scheibe ferner ein Ausgleichsgewicht GW
befestigt.
Selbstverständlich kann anstatt der Schleifringe auch eine
andere Art Zuführung der Heizenergie vorgesehen sein, z. B.
eine transformatorische Übertragung. Auch kann eine andere
Art der Halterung des Strahlers, z. B. eine Parallelogramm
führung verwendet werden, die dafür sorgt, daß der Strahler
auf der gewünschten Kreisbahn geführt, aber nicht in sich ge
dreht wird, so daß flexible Anschlußleitungen genügen und ei
ne Übertragung auf ein rotierendes Teil nicht erforderlich
ist.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Analyse von Gasen
- 1. - mit einer Lichtquelle für von dem zu analysierenden Gas absorbierbares Licht,
- 2. - mit mehreren von dem Licht durchstrahlten, je ein Licht eintritts- und ein Lichtaustrittsfenster enthaltenden Küvetten und
- 3. - mit den Lichtaustrittsfenstern nachgeordneten Empfänger kammern,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Küvetten (AK1, AK2, AK3) ringförmig
angeordnet sind und die Lichtquelle drehbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Küvetten (AK1, AK2, AK3) parallel zu
einander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eintrittsfenster der Küvetten
in einer Ebene liegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (ST) und
den Eintrittsfenstern der Küvetten optische Filter (OF1, OF2
..., GF) mit je einem Durchlaßbereich angebracht sind, der
einen Absorptionsbereich des mit der zugehörigen Küvette zu
erfassenden Gaskomponente überdeckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (ST) schrittweise
beweglich ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verweilzeit der Lichtquelle (ST) bei
den einzelnen Küvetten (AK1, AK2 ...) an deren Meßzeitkon
stante angepaßt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Antrieb der Lichtquelle (ST) ein steu
erbarer Motor, insbesondere ein Schrittmotor (SM) ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (ST) in einer vor
den Eintrittsfenstern der Küvetten (AK1, AK2 ...) rotierenden
Scheibe sitzt.
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1994
- 1994-08-16 DE DE4429010A patent/DE4429010C2/de not_active Expired - Fee Related
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