DE1037727B

DE1037727B - Infrared radiation measuring device for gas analysis

Info

Publication number: DE1037727B
Application number: DES49533A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Reinhol Schneider; Dr Gustav Schulz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-07-16
Filing date: 1956-07-16
Publication date: 1958-08-28

Description

Ultrarotstrahlungsmeßgerät für die Gasanalyse Die Erfindung herzieht sich auf ein Ultrarotstrahlungsmeßgerät, d. h. ein die Strahlungsabsorption im ultraroten Spektralgebiet messendes Gasanalysegerät mit selektiv absorbierenden Empfängerkammern. Es wird dabei für eine Ausführung mit vier Widerstandsthermometern bzw. Hitzdrähten in Brückenschaltung eine Verbesserung angegeben. Bei den bekannten Gasanalysegeräten mit selektiv wirkenden Empfängerkammern werden von der gleichen Strahlungsquelle zwei Gaswege durchstrahlt, wobei sich in einem Weg das zu untersuchende Gas und im anderen Weg ein Vergleichsgas befindet. Die Strahlung jedes Weges trifft dann auf eine Empfängerkammer, die mit dem gleichen Gas gefüllt ist dessen Konzentration bestimmt werden soll. Die Temperaturerhöhung innerhalb der Empfängerkammer ist ein Maß für die Konzentration des zu untersuchenden Gases im Meßweg.Infrared radiation meter for gas analysis The invention relates relying on an infrared radiation meter; d. H. one the radiation absorption in the ultrared Gas analyzer measuring the spectral range with selectively absorbing receiver chambers. It is used for a version with four resistance thermometers or hot wires indicated an improvement in the bridge circuit. With the known gas analyzers with selectively acting receiver chambers are from the same radiation source radiates through two gas paths, with the gas to be examined and in one path there is a reference gas in the other path. The radiation of each path then hits on a receiving chamber which is filled with the same gas as its concentration should be determined. The temperature increase inside the receiving chamber is a Measure of the concentration of the gas to be examined in the measuring path.

Bei Gasanalysegeräten mit vier Widerstandsthermometern oder Hitzdrähten in Brückenschaltung wurden l>isher die Hitzdrähte je zweier gegenüberliegender Zweige der Brückenschaltung in der gleichen Empfängerkammer angeordnet. Wenn die Temperaturerhöhung innerhalb einer Kammer gleichzeitig auf einander gegenüberliegende Brückenzweige wirkt, ergibt sich die maximale Meßempfindlichkeit der Brückenschaltung.For gas analyzers with four resistance thermometers or hot wires In a bridge circuit, the hot wires were each two opposite one another Branches of the bridge circuit are arranged in the same receiving chamber. If the Temperature increase within a chamber at the same time on opposite sides Bridge branches acts, the maximum measuring sensitivity of the bridge circuit results.

Die Widerstandsthermometer oder Hitzdrähte absorhieren jedoch ebenfalls einen bestimmten Teil der Strahlung. Diese Absorption ist im Gegensatz zur Absorption in der Kammer nicht selektiv, und hiedrdurch wird die Selektivität der gesamten Meßanordnung verringert. However, the resistance thermometers or hot wires also absorb a certain part of the radiation. This absorption is in contrast to absorption not selective in the chamber, and thus the selectivity of the entire Measurement arrangement reduced.

In Fig. 1 a und 1 b sind diese Verhältnisse in einem Prinzipbild dargestellt. Bei einer selektiven Absorption wird nach Fig. 1 a nur in einem schmalen Wellenlängenbereich absorbiert, auf den das Gas in der Empfängerkammer anspricht. Sind dagegen in den Kammern Widerstandsthermometer oder Hitzdrähte angeordnet. so tritt nach Fig. 1 b im gesamten Wellenlängenbereich eine Grundabsorption auf, die durch die Hitzdrähte bzw. Widerstandsthermometer bedingt ist. In Fig. 1 a and 1 b, these relationships are in a schematic diagram shown. In the case of selective absorption, according to FIG. 1 a, only a narrow one Absorbs wavelength range to which the gas in the receiving chamber responds. On the other hand, resistance thermometers or hot wires are arranged in the chambers. so occurs according to Fig. 1b in the entire wavelength range, a basic absorption that caused by the hot wires or resistance thermometer.

Liegen die Hitzdrähte der Kammer in einander gegeniiberliegenden Brückenzweigen, so wird die Selektivität der Anzeige in unerwünschter Weise herabgesetzt.If the hot wires of the chamber lie in opposite bridge branches, so the selectivity of the display is undesirably reduced.

Bei einem Ultrarotstrahlungsmeßgerät mit vier Widerstandsthermometern bzw. Hitzdrähten in Brükkenschaltung ist gemäß der Erfindung von den Widerstandsthermometern bzw. Hitzdrähten jeweils eines in der selektiv absorbierenden Empfängerkammer und das andere in einer mit neutralem Gas gefüllten Kammer angeordnet, und beide Thermometer liegen in benachbarten Zweigen der Brückenschaltung Bei dieser Anordnung trifft ferner die Strahlung eines Strattlungsweges die Widerstandsthermometer bzw. In the case of an ultrared radiation measuring device with four resistance thermometers or hot wires in a bridge circuit is according to the invention of the resistance thermometers or hot wires each one in the selectively absorbing receiving chamber and the other placed in a chamber filled with neutral gas, and both thermometers lie in adjacent branches of the bridge circuit in this arrangement furthermore the radiation of a Strattlungsweges the resistance thermometer resp.

Hitzdrähte von zwei benachbarten Brückenzweigen, und die von den Hitzdrähten absorbierte Strahlung führt nunmehr zu einer gleichmäßig prozentualen Widerstandsänderung der benachbarten Widerstände, so daß bei sonst ungeänderten Meßbedingungen das Brückengleichgewicht auch bei Auftreten der an sich störenden Ahsorption erhalten bleibt. Da die Störung in benachbarten Brückenzweigen im gleichen Maße auftritt, werden die hierdurch bedingten Widerstandsänderungen kompenziert, und die Selektivität der Brückenschaltung bleibt erhalten. Bei der neuen Anordnung wird zwar die Meßempfindlichkeit dadurch etwas herabgesetzt, daß die Hitzdrähte, die in der Brückenschaltung den Hitzdrähten in den Empfängerkammern gegenüberliegen. in einer mit neutralem Gas gefüllten Kammer angeordnet sind. Dies wird jedoch bei weitem durch den Vorteil der erhöhten Selektivität der neuen Anordnung aufgewogen.Hot wires from two adjacent bridge branches, and those from the hot wires absorbed radiation now leads to a uniform percentage change in resistance of the neighboring resistances, so that the bridge equilibrium with otherwise unchanged measurement conditions is retained even if the adsorption, which is inherently disturbing, occurs. Because the disorder occurs to the same extent in adjacent branches of the bridge, the resulting Changes in resistance are compensated, and the selectivity of the bridge circuit remains obtain. In the case of the new arrangement, the measurement sensitivity is somewhat thereby reduced that the hot wires in the bridge circuit the hot wires in face the recipient chambers. in a chamber filled with neutral gas are arranged. However, this is by far due to the advantage of the increased selectivity outweighed the new arrangement.

Die mit neutralem Gas gefüllte Kammer wird zweckmäßig hinter der Kammer angeordnet, die mit selektiv absorbierender Gasfüllung versehen ist. Ein Beispiel für die Anordnung der Kammern im Weg der Meß-und Vergleichsstrahlung zeigt die Fig. 2 der Zeichnung. In einem gut wärmeleitenden Metallblock 14 sind zwei Bohrungen 15 und 16 angeordnet. Beide Bohrungen sind durch Fenster 17, 18 aus strahlungsdurchlässigem Material, beispielsweise Quarz, Flußspat od. dgl., abgeschlossen und durch ein weiteres Fenster 19 bzw. 20 in zwei übereinanderliegende Kammern unterteilt. Die Strahlung, die das zu untersuchende Gas durchsetzt hat. fällt beispielsweise durch das Fenster 17 und die Strahlung des Vergleichsweges durch das Fenster 18 ein. In den selektiv absorbierenden oberen Kammern sind die schematisch im Querschnitt angedeuteten Hitzdrähte 1 und 2 und in den unteren, mit neutralem Gas gefüllten Kammern die Hitzdrähte 3 und 4 angeordnet. Die Strahlung, welche die Hitzdrähte 3 und 4 erreicht, hat zuvor die Fenster 17 und 19 bzw. 18 und 20 sowie die obere Kammer durchsetzt und wurde hierbei teilweise absorbiert. Die unteren Hitzdrähte 3 und 4 werden daher in wesentlidh geringerem Nlaße von der Strahlung beeinflußt als die ol>eren Hitzdrähte. Um diesen Unterschied zu komsensieren. kann man nach einem weiteren Erfindungsgedanken den ot>eren Hitzdrähten Vor- und bzw. oder Nehenwiderstände zuordnen. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Hitzdrähte in den oberen Kammern an die der Drähte in den unteren Kammern angepaßt. The chamber filled with neutral gas is expediently behind the Chamber arranged, which is provided with selectively absorbing gas filling. A Example of the arrangement of the chambers in the path of the measurement and comparison radiation is shown Fig. 2 of the drawing. There are two bores in a metal block 14, which is a good conductor of heat 15 and 16 arranged. Both bores are made of radiation-permeable through windows 17, 18 Material, for example quartz, fluorspar or the like, closed and replaced by another Window 19 and 20 divided into two superimposed chambers. The radiation which has penetrated the gas to be examined. falls through the window, for example 17 and the radiation of the comparison path through the window 18. In the selective absorbent upper chambers are shown schematically in cross section indicated Hot wires 1 and 2 and the hot wires in the lower chambers filled with neutral gas 3 and 4 arranged. The radiation that reaches the hot wires 3 and 4 has previously the windows 17 and 19 or 18 and 20 and the upper chamber penetrated and was partially absorbed here. The lower hot wires 3 and 4 are therefore essential less influenced by the radiation than the ol> er hot wires. Around to make up for this difference. one can according to another inventive idea Allocate pre- and / or near resistances to the other hot wires. Through this the sensitivity of the hot wires in the upper chambers to that of the wires adapted in the lower chambers.

Die Empfindlichkeit der Hitzdrähte kann auch dadurch abgestimmt werden, daß die Strahlungsabsorption der Drähte in den übereinanderliegenden Kammern unterschiedlich gewählt wird. Hierzu werden beispielsweise die Drähte in den unteren Kammern mit einer geschwärzten und daher in verstärktem Maße strahluiigsalisorbierenden Oherfläche versehen. Es ist auch möglich, die strahlenabsorbierende Fläche der Hitzdrähte in den unteren Kammern zu vergrößern und beispielsweise in den oberen Kammern drahtförmige Hitzdrähte und in den unteren Kammern Hitzdrähte in Bandform zu verwenden. Die Fläche der bandförmigen Hitzdrähte liegt dabei senkrecht zur einfallenden Strahlung. The sensitivity of the hot wires can also be adjusted by that the radiation absorption of the wires in the superimposed chambers is different is chosen. For this purpose, for example, the wires in the lower chambers are included a blackened and therefore to a greater extent radiation-absorbing upper surface Mistake. It is also possible to have the radiation-absorbing surface of the hot wires in to enlarge the lower chambers and, for example, wire-shaped in the upper chambers To use hot wires and in the lower chambers hot wires in tape form. The area the ribbon-shaped hot wires are perpendicular to the incident radiation.

Wie bereits erwähnt, werden die Kammern in einem möglichst kompakten Metallblock 14 aus gut wärmeleitendem NIaterial eingelassen. Hierdurch wird verhindert, daß sich Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Kammern einstellen. As already mentioned, the chambers are as compact as possible Metal block 14 made of highly thermally conductive material is let in. This prevents that temperature differences arise between the individual chambers.

An Hand des Prinzipbildes nach Fig. 3 soll der grundsätzliche Erfindungsgedanke nochmals kurz erläutert werden. Das Gas, dessen Konzentration untersucht werden soll, befindet sich in der Sleßkammer 5, die vom Strahlenweg 7 durchsetzt wird. In die Kammer 8 ist in hekannter Weise ein Vergleichsgas eingefüllt, das vom Strahlungsweg 6 durchsetzt wird. The basic idea of the invention should be based on the basic diagram according to FIG. 3 will be briefly explained again. The gas whose concentration will be studied is located in the sleßkammer 5, which is penetrated by the beam path 7. In the known manner, a reference gas is filled into the chamber 8, which gas from the radiation path 6 is enforced.

Die aus der Kammer 5 austretende Strahlung trifft auf die nicht gezeichnete Empfängerkammer, die den Hitzdraht 1 der Brückenschaltung umgibt. Diese Kammer ist mit einer bekannten Konzentration des in der Meßkammer befindlichen Gases gefüllt. In einer gleichartig aufgebauten Empfängerkammer ist der Hitzdraht 2 angeordnet. Nach dem Durchdringen der Empfängerkammern trifft die Strahlung des Weges 6 auf eine weitere, mit einem neutralen Gas, bei spielsweise Stickstoff, gefüllte Kammer. die den Hitzdraht 3 umgibt. In entsprechender Weise trifft die Strahlung des Strahlungsweges 7 auf eine gleichartige, den Hitzdraht 4 umschließende Kammer mit neutralem Gas. Die Hitzdrähte 1 und 4 sowie 2 und 3 liegen in benachbarten Brückenzweigen, so daß die durch Strahlungsabsorption an den Drähten verursachten Widerstandsänderungen kompensieren und nur die Temperaturänderungen in den die Drähte 2 und 1 umgebenden Empfängerkammern gemessen werden. Das Anzeigeinstrument 10 zeigt somit lediglich den Temperaturunterschied der Drähte 1 und 2 an, der durch die unterschiedliche Absorption in der diese Drähte umschließenden Kammer bedingt ist.The radiation emerging from the chamber 5 hits the radiation that is not shown Receiver chamber that surrounds the hot wire 1 of the bridge circuit. This chamber is filled with a known concentration of the gas in the measuring chamber. In a similarly structured receiving chamber is the Hot wire 2 arranged. After penetrating the receiver chambers, the radiation from path 6 hits another chamber filled with a neutral gas, for example nitrogen. which surrounds the hot wire 3. The radiation from the radiation path strikes in a corresponding manner 7 to a similar, the hot wire 4 enclosing chamber with neutral gas. The hot wires 1 and 4 and 2 and 3 are in adjacent bridge branches, so that the changes in resistance caused by the absorption of radiation on the wires and only compensate for the temperature changes in those surrounding wires 2 and 1 Receiver chambers are measured. The display instrument 10 thus only shows the temperature difference between wires 1 and 2, which is due to the different Absorption in the chamber surrounding these wires is conditioned.

PATE\ ANSPBCCH: 1. Ultrarotstrahlungsmeßgerät für die Gasanalyse mit selektiv absorbierenden Empfängerkammern und vier Widerstandsthermometern bzw. PATE \ ANSPBCCH: 1. Infrared radiation measuring device for gas analysis with selectively absorbing receiver chambers and four resistance thermometers or

Hitzdrähten in Brückenschaltung für die Temperaturdifferenzmessung, dadurch gekennzeichnet, daß von den Widerstandsthermometern bzw. Hitzdrähten jeweils eines in der selektiv absorbierenden Empfängerkammer und das andere in einer mit neutralem Gas gefüllten Kammer angeordnet ist und beide Thermometer in der Brückenschaltung in benachbarten Brückenzweigen liegen. Hot wires in bridge circuit for temperature difference measurement, characterized in that of the resistance thermometers or hot wires, respectively one in the selectively absorbent receiver chamber and the other in one with neutral gas-filled chamber is arranged and both thermometers in the bridge circuit lie in neighboring bridge branches.

Claims

2. Ultrared radiation measuring device according to claim 1, characterized in that that the hot wires in the selectively absorbing receiving chamber with the help of electrical Switching means (series and / or parallel resistors) in their sensitivity to the Hot wires are adapted in the chambers filled with neutral gas.

3. Ultrared radiation measuring device according to claim 1, characterized in that that the radiation absorption of the hot wires in the chambers filled with neutral gas is enlarged by a suitable choice of wire surfaces.

4. Ultrared radiation measuring device according to claim 1 and following, characterized characterized in that all four chambers in a compact block of good thermal conductivity Material are embedded.