DE4441023A1 - Gasanalysator und Gasanalysiermechanismus - Google Patents
Gasanalysator und GasanalysiermechanismusInfo
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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.
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