DE4441023A1 - Gasanalysator und Gasanalysiermechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasanalysator und einen Gasana­ lysiermechanismus, insbesondere eine Verbesserung bei einem dispersiven Infrarotanalysator, der gleichzeitig mehrere Gaskomponenten in einem Einzelzellemodus messen kann, sowie eine Verbesserung eines Gasanalysiermechanismus, der dazu geeignet ist, mehrere Komponenten in einem Kreuzmodulation- Einzelzelle-Modus zu messen, wobei mehrere nicht dispersive Infrarotanalysatoren in Kombination verwendet werden.

Nicht dispersive Infrarotanalysatoren werden allgemein in einem Erfassungsmodus mit einem einzelnen optischen Pfad für eine einzelne Komponente verwendet. Wenn mehrere Komponenten zu messen sind, wird, selbst bei einem Einzelzellemodus, ein Erfassungsmodus mit zwei optischen Pfaden für zwei Komponen­ ten verwendet, und infolgedessen ist eine große Anzahl opti­ scher Teile erforderlich. Darüber hinaus ist es zum gleich­ zeitigen Messen von drei oder vier Komponenten selbst unter Verwendung eines Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus, bei dem ein Probengas und ein Bezugsgas abwechselnd über ein Dreh­ ventil in zwei Zellen eingeführt werden, verwendet wird, er­ forderlich, zwei Gasanalysatoren und zwei Strecken zum Zu­ führen von Probengas von einer Probengaszuführanordnung bereitzustellen. Demgemäß sind nicht nur die Strömungsrate des Probengases erhöht, die Anzahl optischer Teile erhöht und das Probengaszuführsystem kompliziert und damit die Her­ stellausgaben erhöht, sondern es ist auch eine Wartung der mehreren Analysatoren erforderlich, weswegen die Betriebs­ kosten erhöht sind. Darüber hinaus tritt bei einem Modus mit intermittierendem Licht eine Schwierigkeit hinsichtlich einer Ansprechverzögerung auf (wenn eine Reihenanordnung vorliegt).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasanalysa­ tor zu schaffen, der gleichzeitig mehrere Komponenten in einem Einzelzellemodus messen kann, und einen Gasanalysier­ mechanismus zu schaffen, der gleichzeitig mehrere Komponen­ ten in einem Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus messen kann.

Der erfindungsgemäße Gasanalysator ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben. Erfindungsgemäße Gasanalysiermechanismen werden dadurch geschaffen, daß ein erfindungsgemäßer Gasana­ lysator über ein Umschaltventil entweder mit einem zweiten erfindungsgemäßen Gasanalysator oder mit einem herkömmlichen Gasanalysator verbunden wird.

Der erfindungsgemäße Gasanalysator enthält mindestens eine Gasfilterzelle, die einen Lichtseparator und ein Gas mit Stö­ rungskomponenten enthält, die die Erfassung der zu messenden Komponenten behindern. Der Lichtseparator kann ein optischer Filter sein, das unter einem bestimmten Winkel (von z. B. 45° bezogen auf die Richtung des optischen Pfads) angeordnet ist. Wenn mehrere Gasfilterzellen vorhanden sind, sind sie in Reihe hintereinander entlang dem optischen Transmissions­ pfad angeordnet. Wenn die Gasfilterzellen so arbeiten, daß sie zur längerwelligen Seite hin ausblenden, sind sie so hintereinander angeordnet, daß das Filter mit der kürzesten Grenzwellenlänge am weitesten vorne entlang dem Transmis­ sionspfad angeordnet ist. Wenn die Filter dagegen so wirken, daß sie kürzerwelliges Licht aussenden, sind sie in der ent­ gegengesetzten Reihenfolge in Reihe angeordnet.

Durch das Störungskomponenten enthaltende Gas in jeder Gas­ filterzelle werden Einflüsse durch Störungskomponenten auf die Erfassung der eigentlich zu messenden Komponenten besei­ tigt.

Mit jedem Gasanalysator kann eine Komponente mehr gemessen werden, als Gasfilterzellen vorhanden sind, da für jede Gas­ filterzelle ein Detektor auf der Reflexionsseite vorhanden ist und ein einzelner weiterer Detektor entlang dem gemein­ samen Transmissionspfad aller Detektorzellen vorhanden ist.

Durch ein Umschaltventil kann ein erster erfindungsgemäßer Analysator mit einem zweiten erfindungsgemäßen Analysator oder einem herkömmlichen Analysator zum abwechselnden Zufüh­ ren von Probengas und Bezugsgas gekoppelt werden, um den so erhaltenen Gasanalysiermechanismus im Kreuzmodulation-Ein­ zelzelle-Modus zu betreiben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten, nicht beschränkenden Ausführungsbeispie­ len näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 sind jeweils ein Gesamtblockdiagramm eines er­ sten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung;

Fig. 4 ist ein Charakteristikdiagramm, das das Transmis­ sionsvermögen optischer Filter zeigt; und

Fig. 5 ist ein Gesamtblockdiagramm eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Gasanalysiermechanismus für den Fall, daß höchstens vier Komponenten gleichzeitig durch zwei Meßzellen in einem Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus gemessen werden.

Gemäß Fig. 1 werden in diesem Gasanalysiermechanismus die genannten vier Komponenten durch eine Gasanalysatoreinheit gemessen, die folgendes aufweist: zwei Meßzellen 2, 3, in die über ein Drehventil (Umschaltventil) 1 abwechselnd ein Probengas S und ein Bezugsgas R eingeleitet werden; Licht­ quellen 4, 5, die an einer Endseite jeder Meßzelle 2, 3 an­ geordnet sind; Gasfilterzellen 6, 7 mit Gasen von Störungs­ komponenten, die die Erfassung zu messender, eingeschlosse­ ner Komponenten behindern und die an der anderen Endseite jeder der Meßzellen 2, 3 vorhanden sind; Strahlteiler 8, 9 in den Gasfilterzellen 6, 7 und ein erster und vierter Detektor 10, 13 sowie ein zweiter und dritter Detektor 11, 12, die auf der Seite der Transmissionsposition bzw. der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Strahlteiler 8, 9 angeordnet sind; und eine Probenzuführanordnung Q₁, die mit dem Drehventil 1 verbunden ist. Darüber hinaus kenn­ zeichnet das Bezugszeichen M eine Reinigungsvorrichtung für das Bezugsgas.

Ferner sind die innerhalb der Gasfilterzellen 6, 7 vorhande­ nen Strahlteiler 8, 9 mit Transmissions- und Reflexionsflä­ chen 8a, 9a versehen, die einen Neigungswinkel von 45° zu den optischen Achsen X₁, X₂ der jeweiligen Meßzellen 2, 3 aufweisen, und der erste und zweite Detektor 10, 13, die die erste bzw. vierte zu messende Komponente messen, sind je­ weils auf der optischen Achse X₁ bzw. X₂ angeordnet, während der zweite und dritte Detektor 11, 12, die die zweite bzw. dritte Komponente messen, auf einer unter 90° stehenden Re­ flexionsachse Y₁ bzw. Y₂ angeordnet sind.

Obwohl das Teilungsverhältnis für die Lichtmenge zum ersten und zweiten Detektor 10, 11 durch den Strahlteiler 8 sowie zum dritten und vierten Detektor 12, 13 durch den Strahltei­ ler 9 im allgemeinen auf 1 : 1 eingestellt ist, werden dann, wenn zwischen den Detektoren charakteristische Unterschiede hinsichtlich der Empfindlichkeit bestehen, die Reflexions­ faktoren so eingestellt, daß das Teilungsverhältnis 1 : 2 oder mehr beträgt, wodurch die Lichtmengen abhängig von den Meßempfindlichkeiten der beiden Detektoren verteilt werden.

Da das aktuelle bevorzugte Ausführungsbeispiel über den vor­ stehend beschriebenen Aufbau verfügt, werden das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die Meßzelle 2 oder die Meßzelle 3 eingeleitet. Das Probengas S wird durch ein Sy­ stem der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt. Die Änderung der von den zu messenden Komponenten innerhalb der Meßzellen 2, 3 absorbierten Lichtmenge wird durch die Strahlteiler 8, 9 gleichmäßig in die jeweiligen Detektoren 10 bis 13 aufge­ teilt, um verstärkt ein Signal aus jedem Detektor auszuge­ ben.

Dabei sind die Gas von Störungskomponenten, die die Messung jeder zu messenden Komponente behindern, in den Gasfilter­ zellen 6, 7 mit den darin vorhandenen Strahlteilern 8, 9 enthalten, um Einflüsse durch Störungskomponenten zu besei­ tigen. Z. B. ist bei einer Messung von Schornsteinabgas dann, wenn NO₂ oder SO₂ zu messen sind, CO₂ in den Gasfil­ terzellen enthalten.

Gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel kön­ nen, da die Strahlteiler 8, 9 an der anderen Endseite der Meßzellen 2 bzw. 3 auf die vorstehend beschriebene Weise vorhanden sind, insgesamt vier Detektoren 10 bis 13 auf der Seite der Transmissionsposition und der Seite der Refle­ xionsposition der jeweiligen Strahlteiler angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwech­ selnd in die zwei Meßzellen 2, 3 im Kreuzmodulation-Einzel­ zelle-Modus eingeleitet werden, wodurch man in der Lage ist, gleichzeitig höchstens vier Komponenten durch zwei Meßzellen zu messen. Darüber hinaus kann das Probengas S durch ein System der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl für eine herkömmliche Messung von vier Komponenten im Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus zwei Gasanalysatoreinhei­ ten und zwei Probengaszuführsysteme erforderlich waren, kann gemäß dem aktuellen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Mes­ sung durch eine Gasanalysatoreinheit und ein Probengassystem Q₁ erzielt werden. Darüber hinaus sind die Gas von Störungs­ komponenten, die die Messung der jeweiligen zu messenden Komponenten behindern, in den Gasfilterzellen 6, 7 mit den darin vorhandenen Strahlteilern 8, 9 vorhanden, damit Ein­ flüsse durch die Störungskomponenten beseitigt werden kön­ nen. Außerdem verkompliziert die Reinigungseinrichtung M zum Herstellen des Bezugsgases den Gasanalysatormechanismus nicht, auf dieselbe Weise, wie es für das Probengaszuführ­ system Q₁ gilt.

Fig. 2 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. D. h., daß Fig. 2 ein Gasanalysiermechanismus für den Fall zeigt, daß höchstens drei Komponenten gleichzeitig durch zwei Meßzellen in einem Kreuzmodulation-Einzelzelle- Modus gemessen werden.

Gemäß Fig. 2 werden in diesem Gasanalysiermechanismus die genannten drei Komponenten durch eine Gasanalysatoreinheit gemessen, die folgendes aufweist: zwei Meßzellen 2, 3, in die ein Probengas S und ein Bezugsgas R abwechselnd über ein Drehventil (Umschaltventil) 1 eingeführt werden; Lichtquel­ len 4, 5, die an einer Endseite jeder der Meßzellen 2, 3 an­ geordnet sind; eine Gasfilterzelle 6, in die ein Gas von Störungskomponenten, das die Erfassung zu messender Kompo­ nenten behindert, eingeschlossen ist und die an der anderen Endseite einer Meßzelle 2 der Meßzellen 2, 3 angeordnet sind; einen Strahlteiler 8 innerhalb der Gasfilterzelle 6; zwei Detektoren 10, 11, die auf der Seite der Transmissions­ position und der Seite der Reflexionsposition des Strahltei­ lers 8 angeordnet sind; einen Detektor 12, der auf der anderen Endseite der anderen Meßzelle 3 angeordnet ist; und eine Probengaszuführanordnung Q₁, die mit dem Drehventil 1 verbunden ist.

Ferner ist der Strahlteiler 8 innerhalb der Gasfilterzelle 6 mit einer transmittierenden, reflektierenden Oberfläche 8a versehen, die zur optischen Achse der Meßzelle 2 einen Nei­ gungswinkel von 45° aufweist, wobei der erste Detektor 10 zum Messen einer ersten Komponente auf der optischen Achse X₁ angeordnet ist und der zweite Detektor 11 zum Messen einer zweiten Komponente auf einer optischen Reflexionsachse Y₁, die um 90° versetzt ist, angeordnet ist, während der dritte Detektor 12 auf einer optischen Achse X₂ an der ande­ ren Endseite der anderen Meßzelle 3 angeordnet ist.

Obwohl im allgemeinen das Teilungsverhältnis für die Licht­ mengen zum ersten und zweiten Detektor 10, 11 durch den Strahlteiler 8 auf 1 : 1 eingestellt wird, werden dann, wenn hinsichtlich der Empfindlichkeit der Detektoren charakteri­ stische Unterschiede bestehen, die Reflexionsfaktoren so eingestellt, daß das Teilungsverhältnis 1 : 2 oder mehr ist, wodurch die Lichtmenge abhängig von den Meßempfindlichkeiten der beiden Detektoren verteilt wird.

Da das aktuelle bevorzugte Ausführungsbeispiel den vorste­ hend beschriebenen Aufbau aufweist, werden das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die Meßzelle 2 oder die Meßzelle 3 eingeleitet. Das Probengas S wird durch das Sy­ stem der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt. Die Änderung der Menge des durch die zu messenden Komponenten innerhalb der Meßzelle 2 absorbierten Lichts wird durch den Strahltei­ ler 8 auf gleiche Weise in die jeweiligen Detektoren 10, 11 aufgeteilt, um aus jedem Detektor ein verstärktes Signal auszugeben. Andererseits wird die Änderung der Menge des durch die zu messenden Komponenten innerhalb der Meßzelle 3 absorbierten Lichts direkt vom dritten Detektor 12 empfan­ gen, um aus diesem ein verstärktes Signal auszugeben.

Dabei sind die Gase von Störungskomponenten, die die Erfas­ sung jeder zu messenden Komponente behindern, in der Gasfil­ terzelle 6 mit dem darin enthaltenen Strahlteiler 8 einge­ schlossen, um Einflüsse durch die Störungskomponenten zu beseitigen. Z. B. ist bei einer Messung von Schornsteinab­ gas, wenn NO₂ oder SO₂ zu messen sind, CO₂ in der Gasfilter­ zelle enthalten.

Gemäß dem aktuell bevorzugten Ausführungsbeispiel können, da der Strahlteiler 8 an der anderen Seite der einen Meß­ zelle der zwei Meßzellen 2, 3 auf die vorstehend beschriebe­ ne Weise angeordnet ist, insgesamt drei Detektoren ange­ bracht werden, d. h. ein Detektor 10 auf der Seite der Transmissionsposition des Strahlteilers 8, ein Detektor 11 auf der Seite der Reflexionsposition des Strahlteilers 8 und ein Detektor 12 auf der anderen Endseite der anderen Meß­ zelle 3. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd im Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus in die zwei Meßzellen 2, 3 eingeleitet werden, wodurch gleichzeitig höchstens drei Komponenten durch zwei Meßzellen gemessen werden können. Darüber hinaus kann das Probengas S durch ein System der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl bei einer herkömmlichen Messung von drei Komponenten im Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus zwei Gasanalysatorein­ heiten und zwei Probenzuführsysteme erforderlich waren, kann die Messung gemäß der Erfindung durch eine Gasanalysatorein­ heit und ein Probenzuführsystem Q₁ ausgeführt werden. Dar­ über hinaus sind die die Erfassung der jeweiligen zu messen­ den Komponente behindernden Störungsgaskomponenten in der Gasfilterzelle 6, die den Strahlteiler 8 enthält, einge­ schlossen, so daß Einflüsse durch Störungskomponenten besei­ tigt werden können.

Fig. 3 zeigt ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Genauer gesagt, zeigt Fig. 3 einen Gasanalysier­ mechanismus zur Verwendung bei der Messung der Konzentratio­ nen von drei Komponenten (z. B. CO, NO und SO₂) durch einen Fluidmodulationsmodus.

Gemäß Fig. 3 weist dieser Gasanalysiermechanismus folgendes auf: eine Meßzelle 21, in der ein Probengas S und ein Be­ zugsgas R abwechselnd eingeleitet werden; eine Lichtquelle 22, die an einer Endseite der Meßzelle 21 angeordnet ist; zwei Gasfilterzellen 23, 24, in die Gase von Störungskompo­ nenten, die die Erfassung zu messender Komponenten behin­ dern, eingeschlossen sind, und die in Reihe im optischen Pfad an der anderen Endseite der Meßzelle 21 angeordnet sind; optische Filter 25, 26 zum Erhalten eines Spektrums von Infrarotwellenlängen, die in den jeweiligen Gasfilter­ zellen 23, 24 enthalten sind; zwei Detektoren 27, 28, die an der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Gasfilter­ zellen angeordnet sind; ein Detektor 29, der im optischen Pfad auf der Seite der Transmissionsposition angeordnet ist; und eine Probengaszuführanordnung Q₁, die mit der Meßzelle 21 verbunden ist, in die das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd über ein Drehventil (Umschaltventil) 1 eingelei­ tet werden.

Da das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, sind zum Messen von Komponen­ ten mit drei Wellenlängen die optischen Filter 25, 26 für kurze Wellenlängen ausgehend von der Seite der Lichtquelle 22 her angeordnet, wobei die Grenzfrequenzen der optischen Filter 25, 26 entlang dem optischen Pfad hin zur längerwel­ ligen Seite verschoben sind, so daß Wellenlängen, die kürzer als eine Wellenlänge a sind, durch die Oberfläche des ersten optischen Filters 25 reflektiert werden, wodurch Infrarot­ energien mit einer kleineren Wellenlänge als der Wellenlänge a auf den Detektor 27 fallen. Anschließend wird Infrarot­ strahlung, die durch das erste optische Filter 25 hindurch­ geht, zum folgenden optischen Filter 26 geführt, wo Wellen­ längen kürzer als eine Wellenlänge b auf ähnliche Weise durch die Oberfläche dieses optischen Filters 26 reflektiert werden, wodurch Infrarotenergien mit einer Wellenlänge kür­ zer als der Wellenlänge b auf den weiteren Detektor 28 fal­ len und der Rest so hindurchgestrahlt wird, daß er auf den noch weiteren Detektor 29 fällt, der im optischen Pfad ange­ ordnet ist. So kann das Spektrum der drei zu messenden Kom­ ponenten erhalten werden.

Dabei sind in den Detektoren 27, 28 und 29 Komponenten zu messen, die Infrarotabsorptionen an Positionen aufweisen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Was die spektrale Lei­ stungsfähigkeit z. B. des optischen Filters 25 betrifft, wird, wenn das maximale Transmissionsvermögen desselben 90% beträgt, 90% der Infrarotenergie innerhalb eines langwelli­ gen Bereichs mit Ausnahme des Wellenlängenbereichs einer zu messenden Komponente von der Lichtquelle zum dahinter lie­ genden optischen Filter 26 durchgelassen und der Rest wird so reflektiert, daß er auf den Detektor 27 fällt. D. h., daß, da das Transmissionsvermögen des optischen Filters 25 für Wellenlängen auf der Seite kürzer als es der Wellenlänge a entspricht, nahezu 0 ist, eine verlustfreie Reflexion zum Detektor 27 erfolgt. Entsprechend werden im optischen Filter 26, da das Transmissionsvermögen desselben für Wellenlängen auf der Seite, die kürzeren Wellenlängen als der Wellenlänge b entspricht, nahezu 0 ist, diese Wellenlängen ohne Verlust zum Detektor 28 reflektiert. Demgemäß kann das Spektrum auf dieselbe Weise wie beim optischen Filter 25 erhalten werden. Insgesamt gesehen, wird das Spektrum der zu messenden Kompo­ nenten 1, 2 in den optischen Filtern 25, 26 erhalten, damit es dann durch die Detektoren 27 bzw. 28 erfaßt wird, während der Rest, also die dritte Komponente 3, durch den Detektor 29 erfaßt wird. Darüber hinaus weist das optische Filter 25 eine Filtercharakteristik auf, wie sie durch die Kurve A dargestellt ist, und das optische Filter 26 weist eine Fil­ tercharakteristik auf, wie sie durch die Kurve B dargestellt ist.

Wie vorstehend beschrieben, können beim dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel insgesamt drei Detektoren, d. h. die Detektoren 27, 28 auf der Seite der Reflexionsposition jedes der optischen Filter 25, 26 sowie ein Detektor 29 auf der Seite der Transmissionsposition der optischen Filter 25, 26 angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die eine Meßzelle 21 eingeleitet werden, wodurch es möglich ist, gleichzeitig drei Komponen­ ten durch eine Meßzelle im Fluidmodulation-Einzelzelle-Modus zu messen. Darüber hinaus kann das Probengas S durch ein System der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl beim Stand der Technik optische Filter parallel zur Oberfläche der Meßzelle zwischen derselben und den Detekto­ ren angeordnet wurden, um Störungen zu verringern, wodurch zwei Gasanalysatoreinheiten und zwei Probengaszuführsysteme erforderlich waren, um drei Komponenten zu messen, sind bei der Erfindung die optischen Filter 25, 26 für den kurzwelli­ gen Bereich von der Lichtquelle 22 her angeordnet und die Grenzfrequenzen der optischen Filter 25, 26 sind von der Lichtquelle weg zur längerwelligen Seite hin verschoben, so daß eine Messung durch eine Gasanalysatoreinheit und ein Probengaszuführsystem Q₁ erzielt werden kann. Darüber hinaus sind Gase von Störungskomponenten, die die Messung der je­ weiligen zu messenden Komponenten behindern, in den Gasfil­ terzellen 23, 24 mit dem optischen Filter 25 bzw. 26 enthal­ ten, um Einflüsse durch Störungskomponenten verhindern zu können.

Kurz gesagt, können im Gasanalysiermechanismus mit einem optischen System mehrere Komponenten (z. B. CO, NO und SO₂) gemessen werden. Darüber hinaus kann ein kompakter, billiger Gasanalysiermechanismus mit verringertem Empfindlichkeits­ verlust geschaffen werden, da Infrarotenergien, die bei der herkömmlichen Messung durch die optischen Filter ausgeblen­ det wurden, als Energie für andere Messungen verwendet wer­ den. Ferner kann durch die Erfindung die Messung unter Ver­ wendung einer Zelle mit herkömmlicher Größe für die Messung einer Komponente verwendet werden, obwohl herkömmlicherweise zum Messen mehrerer Komponenten in einer Zelle eine Zelle mit vergrößertem Durchmesser zu verwenden war, und zwar we­ gen der Größe des Sensors, wodurch die Strömungsrate der Probe erhöht werden mußte/oder Energie verlorenging, wenn Halbleiter oder pyroelektrische Elemente für die mehreren Komponenten vorhanden waren.

Außerdem kann beim vor stehend beschriebenen dritten bevor­ zugten Ausführungsbeispiel eine Gasanalysatoreinheit, wie es in Fig. 3 durch eine Phantomlinie dargestellt ist, mittels eines Drehventils 1 hinzugefügt werden, um ein Paar Gasana­ lysatoreinheiten aufzubauen, wodurch es möglich ist, Kompo­ nenten bei sechs Wellenlängen zu messen.

Fig. 5 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Komponenten bei vier Wellenlängen durch eine Gasanalysatoreinheit gemessen werden, die folgendes aufweist: eine Meßzelle, in die ein Probengas S und ein Be­ zugsgas R abwechselnd eingeleitet werden; eine Lichtquelle 22, die an einer Endseite der Meßzelle 21 vorhanden ist; drei Gasfilterzellen 23, 24, 25, die Gase von Störungskompo­ nenten enthalten, die die Erfassung zu messender Komponenten behindern und die der Reihe nach entlang dem optischen Pfad an der anderen Endseite der Meßzelle 21 angeordnet sind; optische Filter 25, 26, 32 in den Gasfilterzellen 23, 24, 33 zum Erhalten eines Spektrums infraroter Wellenlängen; drei Detektoren 27, 28, 34 auf der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Gasfilterzellen 23, 24, 33 und einem Detektor 35, der im optischen Pfad auf der Seite der Transmissions­ position der jeweiligen Gasfilterzellen 23, 24, 33 angeord­ net ist; und einer Probengaszuführanordnung, die mit der Meßzelle 21 verbunden ist.

Auch gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel können mehrere Komponenten durch ein optisches System gemessen wer­ den. D. h., daß drei optische Filter 25, 26, 33 unter einem bestimmten Winkel (von z. B. 45°) dichter an der Seite der Zelle angeordnet sind, als es bei der herkömmlichen Messung der Fall ist, um das Spektrum der von der Lichtquelle 22 emittierten Energien zu erhalten, wodurch die spektralen Wellenlängen der optischen Filter gegeneinander verschoben sind, um Komponenten innerhalb der jeweiligen Wellenlängen­ bereiche zu messen.

Darüber hinaus können ein pneumatischer Detektor, ein pyro­ elektrischer Detektor, ein Thermoelement, ein Halbleitersen­ sor und dergleichen bei den vorstehend beschriebenen bevor­ zugten Ausführungsbeispielen als Detektor verwendet werden. Ferner kann beim vorstehend beschriebenen dritten und vier­ ten bevorzugten Ausführungsbeispiel anstelle eines optischen Filters, das zu längeren Wellenlängen hin ausblendet, ein solches verwendet werden, das zu kürzeren Wellenlängen hin ausblendet. In diesem Fall ist das optische System zum Mes­ sen einer Komponente auf der langwelligen Seite weiter vorne im Strahlengang angeordnet.

Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Erfindung ein Strahlteiler an der anderen Endseite einer Zelle vorhanden, so daß nicht nur ein erster Detektor, der eine erste zu mes­ sende Komponente erfaßt, auf der Seite der Transmissions­ position der optischen Achse angeordnet werden kann, sondern auch ein zweiter Detektor angeordnet werden kann, der eine zweite Komponente mißt und der auf der optischen Achse der Reflexionsseite angeordnet ist, wodurch zwei Komponenten gleichzeitig in einem Einzelzellemodus gemessen werden kön­ nen. Darüber hinaus sind Gase von Störungskomponenten, die die Messung der ersten und zweiten zu messenden Komponente behindern, in den Gasfilterzellen mit dem jeweils darin angeordneten Strahlteiler enthalten, die sich bei der Erfas­ sung beider zu messender Komponenten auswirken.

Außerdem ist ein Strahlteiler an der anderen Endseite jeder der zwei Meßzellen angeordnet, so daß insgesamt vier Detek­ toren, d. h. zwei Detektoren auf der Seite der Transmis­ sionsposition der jeweiligen Strahlteiler und zwei Detekto­ ren auf der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Strahlteiler, angeordnet werden können. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in zwei Meßzel­ len über ein Drehventil eingeleitet werden, so daß es mög­ lich ist, gleichzeitig höchstens vier Komponenten durch zwei Meßzellen zu messen. Darüber hinaus kann das Probengas durch eine Probengaszuführanordnung zugeführt werden. Obwohl für eine herkömmliche Messung von vier Komponenten im Kreuzmodu­ lation-Einzelzelle-Modus zwei Gasanalysatoreinheiten und zwei Probengaszuführsysteme erforderlich waren, kann die Messung durch die Erfindung durch eine Gasanalysatoreinheit und ein Probengaszuführsystem ausgeführt werden. Darüber hinaus sind Gase von Störungskomponenten, die die Erfassung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, in den Gas- Filterzellen mit den darin enthaltenen Strahlteilern ange­ ordnet, so daß Einflüsse durch Störungskomponenten beseitigt werden können.

Wenn ein Strahlteiler nur auf einer Endseite einer Meßzelle zweier Meßzellen vorhanden ist, können insgesamt drei Detek­ toren, d. h. ein Detektor auf der Seite der Transmissions­ position des Strahlteilers, ein Detektor auf der Seite der Reflexionsposition des Strahlteilers und ein Detektor an der anderen Endseite der anderen Meßzelle angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas und das Bezugsgas abwechselnd im Kreuzmodulation-Einzelzelle-Modus in zwei Meßzellen ein­ geleitet werden, wodurch es möglich ist, gleichzeitig höch­ stens drei Komponenten durch zwei Meßzellen zu messen. Dar­ über hinaus kann das Probengas durch ein System einer Pro­ bengaszuführanordnung zugeführt werden. Obwohl bei einer herkömmlichen Messung von drei Komponenten im Kreuzmodula­ tion-Einzelzelle-Modus zwei Gasanalysatoreinheiten und zwei Abtastsysteme erforderlich sind, kann die Messung bei der Erfindung durch eine Gasanalysatoreinheit und ein Probengas­ zuführsystem Q₁ ausgeführt werden. Darüber hinaus sind Gase von Störungskomponenten, die die Messung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, in der Gasfilterzelle mit dem darin enthaltenen Strahlteiler eingeschlossen, wodurch es möglich ist, die Einflüsse durch Störkomponenten zu be­ seitigen.

Kurz gesagt, kann durch die Erfindung eine Messung durch einen Gasanalysator und ein Probengaszuführsystem ausgeführt werden, obwohl für eine herkömmliche Messung von drei oder vier Komponenten im Kreuzmodualtion-Einzelzelle-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Probengaszuführsysteme erforderlich sind. Demgemäß können nicht nur die Herstellausgaben für die Erzeugnisse verringert werden, sondern es kann auch das Pro­ bengaszuführsystem vereinfacht werden, was die Wartung er­ leichtert. Darüber hinaus verkompliziert auch die Reini­ gungseinrichtung zum Herstellen des Bezugsgases den Gasana­ lysiermechanismus nicht, auf dieselbe Weise, wie es für das Probengaszuführsystem gilt.

Darüber hinaus sind gemäß der Erfindung mehrere optische Filter unter einem Winkel dichter an der Zelle angeordnet, als es den Positionen optischer Filter bei herkömmlicher Messung entspricht, um ein Spektrum von von der Lichtquelle emittierten Energien zu erhalten, wobei die spektralen Wel­ lenlängen der optischen Filter verschoben sind, so daß ein optisches System aufgebaut werden kann, mit dem auf wir­ kungsvolle Weise das Spektrum der zu messenden Komponenten in den Zielwellenlängen erhalten werden kann und eine Mes­ sung mehrerer Komponenten ausgeführt werden kann, wodurch der Gasanalysator kompakt ausgebildet werden kann. D. h., daß mehrere Komponenten in einem Gasanalysator mit einem optischen System gemessen werden können. Darüber hinaus kann ein kompakter, billiger Gasanalysator mit verringertem Em­ pfindlichkeitsverlust geschaffen werden, da Infrarotener­ gien, die bei herkömmlichen Messungen durch ein optisches Filter ausgeblendet wurden, als Energien für andere Messun­ gen verwendet werden. Ferner kann bei der Erfindung eine Messung unter Verwendung einer Zelle herkömmlicher Größe für die Messung einer Komponente ausgeführt werden, obwohl beim Stand der Technik eine Zelle mit vergrößertem Durchmesser wegen der Größe eines Sensors zu verwenden war, weswegen die Probe mit erhöhter Strömungsrate zugeführt werden mußte oder Energie dann verlorenging, wenn Halbleiter- oder pyroelek­ trische Elemente für mehrere Komponenten in einer Zelle an­ geordnet wurden. Darüber hinaus sind in den Gasfilterzellen mit dem darin vorhandenen optischen Filter Gase von Stö­ rungskomponenten, die die Erfassung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, enthalten, was für die Erfassung der jeweils zu messenden Komponenten wirkungsvoll ist.

Claims (7)

1. Gasanalysator mit

• - einer Meßzelle (2, 3; 21), in die ein Probengas (S) einzu­ leiten ist; und
• - einer Lichtquelle (4, 5; 22) an einer Endseite derselben; gekennzeichnet durch
• - mindestens eine Gasfilterzelle (6, 7; 23, 24, 33) mit einem darin enthaltenen Gas mit Störungskomponenten, die die Erfassung zu messender Komponenten behindern, welche Gasfil­ terzellen in Reihe entlang eines Transmissionspfads angeord­ net sind, wenn mindestens zwei Gasfilterzellen vorhanden sind, wobei jede Gasfilterzelle mit einem darin enthaltenen Lichtseparator (8, 9; 25, 26, 32) versehen ist;
• - einen einzelnen Detektor (10, 13; 29, 35) der entlang dem Transmissionspfad angeordnet ist; und
• - einen Detektor (11, 12; 27, 28, 34) auf der Reflexions­ seite jedes Lichtseparators.

2. Gasanalysiermechanismus, gekennzeichnet durch zwei Gas­ analysatoren gemäß Anspruch 1, wobei die zwei Meßzellen (2, 3; 21) der zwei Gasanalysatoren durch ein Umschaltventil (1) miteinander verbunden sind, durch das Probengas und Bezugs­ gas abwechselnd in die Meßzellen eingeleitet wird, um vier Komponenten zu messen.

3. Gasanalysiermechanismus, gekennzeichnet durch einen Gasanalysator gemäß Anspruch 1 und einen Gasanalysator mit einer Lichtquelle (5), einer Meßzelle (3) und einem Detektor (14), wobei die zwei Meßzellen der Gasanalysatoren durch ein Umschaltventil (1) miteinander verbunden sind, durch das Probengas und Bezugsgas abwechselnd in die Meßzellen einge­ leitet wird, um drei Komponenten zu messen.

4. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gasfilterzellen (25, 26), der einzelne Detektor (29) im Transmissionspfad und die zwei Detektoren (27, 28) jeweils an der Reflexionsseite der zwei Gasfilterzellen vor­ handen sind, um drei Komponenten zu messen.

5. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gasfilterzellen (25, 26, 33), der einzelne Detektor (35) im Transmissionspfad und die drei Detektoren (27, 28, 34) jeweils an der Reflexionsseite der zwei Gasfilterzellen vorhanden sind, um vier Komponenten zu messen.

6. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn mehrere Gasfilterzellen (23, 24, 33) hinter­ einander angeordnet sind

• - entweder jede Gasfilterzelle (6; 23, 24, 33) den kurzwel­ ligen Anteil der von ihr empfangenen Strahlen im wesentli­ chen verlustfrei ab einer bestimmten Grenzwellenlänge re­ flektiert, wobei die Grenzwellenlänge von einer Zelle zur nächsten zunimmt;
• - oder jede Gasfilterzelle (6; 23, 24, 33) den kurzwelligen Anteil der von ihr empfangenen Strahlen im wesentlichen verlustfrei ab einer bestimmten Grenzwellenlänge reflektiert, wobei die Grenzwellenlänge von einer Zelle zur nächsten abnimmt.

7. Gasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtseparator ein Strahlteiler ist.