DE1098243B - Nichtdispersiver Ultrarot-Absorptions-Gasanalysator - Google Patents

Description

Die bekannten nichtdispersiven Analysegeräte für die Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen auf Grund ihres Absorptionsvermögens für ultrarote Strahlung werden in der Literatur in Geräte mit negativer Filterung und solche mit positiver Filterung unterteilt. Bei den Geräten mit negativer Filterung ist in einem von zwei in einer Richtung verlaufenden parallelen Strahlenbündeln eine Selektivierungskammer eingeschaltet, die mit dem Gas gefüllt ist, dessen Anteil in dem zu analysierenden Gasgemisch bestimmt werden soll (»gesuchtes Gas«). Die Strahlung beider Bündel gelangt dann durch das zu analysierende Gasgemisch auf unselektive schwarze Empfänger, mittels derer die Energiedifferenz der beiden Strahlenbündel bestimmt wird. Ist das gesuchte Gas in dem zu analysierenden Gemisch nicht enthalten, so trifft im Strahlungsweg, der die Selektivierungskammer enthält, eine geringere Strahlungsenergie auf den Empfänger als in dem anderen Strahlungsweg, da die Selektivierungskammer in bestimmten, dem gesuchten Gas charakteristischen Spektralgebieten Energie absorbiert. Mit zunehmendem Anteil des gesuchten Gases in dem zu analysierenden Gemisch nimmt auch die Strahlungsenergie in dem anderen Strahlungsweg ab, der die Selektivierungskammer nicht enthält. Die den Meßeffekt bildende Energiedifferenz in den beiden Strahlungswegen ergibt sich hier als Differenz verhältnismäßig großer Energieanteile, da die Strahlungsempfänger für den ganzen Spektralbereich des Strahlers empfindlich sind.

Bei den Geräten mit positiver Filterung werden als Strahlungsempfänger Kammern verwendet, die mit dem gesuchten Gas oder einem Ersatzgas gefüllt sind, das mindestens in einem Hauptbereich des Spektralgebietes das gleiche Absorptionsverhalten wie das gesuchte Gas zeigt. Die Analysenkammer ist hierbei nur in einem Strahlungsweg angeordnet, und in diesem Strahlungsweg fällt mit zunehmendem Anteil des gesuchten Gases in dem zu analysierenden Gasgemisch weniger Strahlungsenergie in die Empfängerkammer. Infolge der hierdurch verursachten unterschiedlichen Erwärmung der Gase in den Empfängerkammern tritt ein Druckunterschied auf, der mit Hilfe eines Membrankondensators gemessen werden kann. Um die Messung zu erleichtern, wird die Strahlung mit einer umlaufenden Blende moduliert.

Es ist auch bekannt, mit nichtmodulierter Strahlung (Gleichlicht) zu arbeiten und in den mit dem gesuchten Gas gefüllten Empfängerkammern elektrische Berührungsthermometer anzuordnen, welche die Temperatur der Gase messen, die selektiv in bezug auf das gesuchte Gas ist. Auch die Oberfläche dieser Berührungsthermometer absorbiert hierbei Strahlung, jedoch ist diese Oberflächenabsorption nicht selektiv in bezug auf das gesuchte Gas, sondern hängt von der Zusammensetzung Nichtdispersiver Ultrarot -Absorptions-Gasanalysator

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
ίο Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. rer. nat. Gustav Schulz, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt worden

der Restgase in der Analysenkammer ab. Bei der Differenzschaltung der Thermometer in den beiden Empfängerkammern hebt sich deren Oberflächenabsorption nicht auf, so daß Meßfehler, insbesondere eine Ver-Schiebung des Gerätenullpunktes, auftreten.

Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, die Empfängerkammern mit einem strahlungsdurchlässigen Boden zu versehen und hinter jeder Empfängerkammer eine weitere Kammer anzuordnen, die mit einem im s 30 Absorptionsbereich des gesuchten Gases durchlässigen Gas gefüllt ist.

In diesen Kammern werden Berührungsthermometer angebracht, die sich in bezug auf die Oberflächenabsorption wie die Berührungsthermometer in den Empfängerkammern verhalten, und diese Thermometer zur Kompensation der Oberflächenabsorption den Thermometern in den Empfängerkammern entgegengeschaltet. Da an den zuerst von der Strahlung getroffenen Berührungsthermometern eine wesentlich größere Oberflächenabsorption als an den Thermometern auftritt, auf welche die Strahlung erst nach Durchdringen der Empfängerkammer und des Abschlußfensters am Boden trifft, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um eine ausreichende Kompensation zu erhalten. Hierzu wird z. B. die Empfindlichkeit der Thermometer in den Empfängerkammern durch Vor- oder Nebenwiderstände verringert oder die Absorption der Thermometer hinter den Empfängerkammern vergrößert. Um eine wirksame Kompensation zu erhalten, muß somit ein umfangreicher Aufwand an Justierarbeit geleistet werden, abgesehen davon, daß der konstruktive Aufwand für die Empfänger verdoppelt ist, da jeder Empfänger aus zwei Kammern mit zwei Thermometern besteht.

109 507/264

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, das nach dem Gleichlichtverfahren arbeitet und bei dem zwei in einer Richtung verlaufende parallele Strahlenbündel vorhanden sind, in denen die mit dem Analysengas gefüllte ein- oder zweiteilige Analysenkammer liegt. Nach der Analysenkammer sind die gasgefüllten Empfängerkammern angeordnet, welche elektrische Berührungsthermometer enthalten. Gemäß der Erfindung ist die eine Empfängerkammer mit dem Gas, dessen Konzentration gemessen werden soll, oder einem Ersatzgas mit gleichem Absorptionsverhalten gefüllt, und die andere Empfängerkammer ist mit einem im gleichen ultraroten Bereich durchlässigen Gas gefüllt. Da hierbei beide Strahlenbündel durch die Analysenkammer verlaufen, ist der Restgaseinfluß auf die Oberflächenabsorption in beiden Bündeln der gleiche. Der Unterschied in der Oberflächenabsorption, der dadurch hervorgerufen wird, daß die eine Empfängerkammer mit dem Gas gefüllt ist, dessen Konzentration gemessen werden soll, läßt sich durch eine Eicheinstellung am Gerät praktisch beseitigen, da er sich lediglich als Nullpunktverschiebung bemerkbar macht.

Gegenüber den obenerwähnten Geräten mit negativer Filterung, bei denen am Ende des einen Strahlungsweges eine Selektivierungskammer und am Ende des anderen Strahlungsweges eine mit ultrarotem Gas gefüllte Kammer, jeweils mit nachgeschaltetem unselektivem Strahlungsempfänger angeordnet ist, tritt bei dem vorliegenden Gerät mit zwei Empfängerkammern, die je ein elektrisches Berührungsthermometer enthalten, der Vorteil auf, daß praktisch nur die Temperatur des Gases in der Empfängerkammer gemessen wird, die selektiv in bezug auf das gesuchte Gas ist. Es ist somit der Nachteil vermieden, daß als Meßeffekt die Differenz großer Energieanteile zu bilden ist.

Ein Ausführungsbeispiel für ein gemäß der Erfindung aufgebautes Gerät ist rein schematisch in der Zeichnung dargestellt. Die Strahlung des Strahierst wird über zwei gleichartige Spiegel 6"_P1 und S_V2 nach unten umgelenkt und durchsetzt die Analysenkammer K₁ und K₂. Beide Kammern werden von dem zu analysierenden Gas durchströmt. Das Gas braucht dabei die Kammern nicht nacheinander zu durchströmen, sondern kann auch gleichzeitig in beide Kammern auf getrennten Wegen ein- und austreten. In den Empfängerkammern E_kl, E_k2 sind z. B. Platindrähte E₁ und E₂ als Temperaturfühler ausgespannt, deren Anordnung bekannt und nicht näher dargestellt ist. Die Kammer E_kl ist mit dem gesuchten Gas gefüllt, während die Kammer E_k2 ein neutrales Gas, ζ. Β. Stickstoff, enthält. Vor den Kammern K₁, K₂ sind gestrichelt Filterkammern F_kl und F_k2 angedeutet, die in bekannter Weise zusätzlich zur Selektivierung verwendet werden können.

Zweckmäßig wird für die Füllung der unselektiv wirkenden Empfängerkammer E_k2 ein Gas gewählt, dessen Wärmeleitfähigkeit mit der des Gases in der selektiv wirkenden Kammer E_kl mindestens annähernd übereinstimmt.

Der Nullpunkt des Gerätes nach der Erfindung ist wie bei allen mit negativer Filterung arbeitenden Geräten von der Strahlertemperatur abhängig, und diese muß daher möglichst konstant gehalten werden. Der Einfluß der Strahlertemperatur wird jedoch herabgesetzt, wenn zur Füllung der unselektiv wirkenden Kammer E_k2 ein ultrarotabsorbierendes Gas in geeigneter Konzentration gewählt wird, das einmal in dem zu analysierenden Gasgemisch nicht enthalten ist und

ίο dessen Absorptionsstellen sich mit denen des untersuchten Gasgemisches nicht überlappen. Gelingt es, für die unselektiv wirkende Kammer ein solches Gas zu finden, so bleibt der Nullpunkt des Gerätes auch bei Temperaturschwankungen des Strahlers erhalten, da

dann in beiden Empfängerkammern praktisch der gleiche Energieanteil aus dem Spektrum des Strahlers absorbiert wird, so daß keine Temperaturdifferenz zwischen den Empfängerkammern E₁ und E₂ auftritt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nichtdispersiver Ultrarot-Absorptions-Gasanalysator mit zwei in einer Richtung verlaufen-

den parallelen Strahlenbündeln, in denen die mit dem Analysengas gefüllte ein- oder zweiteilige Analysenkammer liegt, nach welcher die gasgefüllten, elektrische Berührungsthermometer enthaltenden Empfängerkammern angeordnet sind,

erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die eine Empfängerkammer mit dem Gas, dessen Konzentration gemessen werden soll, oder einem Ersatzgas mit gleichem Absorptionsverhalten gefüllt ist und daß die andere Empfängerkammer mit einem im gleichen ultraroten Bereich durchlässigen Gas gefüllt ist.

2. Nichtdispersiver Ultrarot-Absorptions-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im gleichen ultraroten Bereich

durchlässige Gas derart gewählt ist, daß seine Wärmeleitfähigkeit mit der des Gases in der selektiv wirkenden Kammer mindestens annähernd übereinstimmt.

3. Nichtdispersiver Ultrarot-Absorptions-Gasanalysator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im gleichen ultraroten Bereich durchlässige Gas derart gewählt ist, daß es in dem zu analysierenden Gasgemisch nicht enthalten ist und seine Absorptionsstellen sich nicht mit denen des gesuchten Gases überlappen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift für angewandte Physik (1954), S. 563 bis 576;

Gas —Wärme (1957), S. 148 bis 159;
USA.-Patentschrift Nr. 2 386 831.-

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 037 727.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen