DE3030002A1

DE3030002A1 - Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator

Info

Publication number: DE3030002A1
Application number: DE19803030002
Authority: DE
Inventors: Udo Ing.(grad.) 6501 Ober-Olm Deptolla; Walter Ing.(grad.) 6231 Hattersheim Fabinski
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1982-03-11
Also published as: JPS5763436A; US4496840A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Infrarot-Gasanalysator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Bei einem derartigen Gasanalysator ist schon vorgeschlagen worden in der Empfängerkammer des Vergleichsstrahlenweges geschwärzte Elemente von geringer Wärmekapazität anzuordnen und die Oberfläche der Innenwand dieser Empfängerkammer so auszubilden, daß sie mehr Strahlung absorbiert als die Empfängerkammer im Meßstrahlenweg. Mit diesen Maßnahmen wird der bei dem Analysator die Anzeige verfälschende Einfluß von Gaskomponenten herabgesetzt, die hinsichtlich ihrer spektralen Absorption im Probengas mit der zu messenden Gaskomponente interferieren.

Eine andere Möglichkeit den Einfluß solcher Störkomponenten bei derartigen Gasanalysatoren abzuschwächen besteht darin, im Meßstrahlenweg vor der Empfängerkammer ein im Interferenzbereich absorbierendes Interferenzfilter verschiebbar anzuordnen (DE-OS 28 27 345). Das Interferenzfilter wird mehr oder weniger weit in den Strahlenweg eingeführt. Bei einer bestimmten Stellung des Filters ergibt sich der bei dieser Maßnahme max. Effekt der Störgasunterdrückung.

Durch die Erfindung wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, wird die Aufgabe gelöst, den Einfluß interferierender Gaskomponenten bei Infrarot-Gasanalysatoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 noch stärker zu unterdrücken als dies mit den vorstehend erwähnten Maßnahmen möglich ist. Dazu

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werden abweichend von dem zuerst genannten Vorschlag die beiden Empfängerkammern wie üblich identisch ausgebildet, wobei als bevorzugtes Material für die inneren Oberflächen der Kammern Gold verwendet ist. Als strahlungsabsorbierendes Element werden in der Empfängerkammer des Vergleichsstrahlenweges dünne schwarze Stäbchen bspw. Graphitstäbchen vorgesehen. Außerdem werden erfindungsgemäß Abgleichmittel benutzt, die es gestatten die Strahlungsabsorption der Elemente zu ändern. Diese Abgleichmittel sind bei der Messung sehr geringer Gaskonzentrationen besonders wirkungsvoll. Als Abgleichmittel sind außer" einstellbaren Blenden auch einstellbare Filter, insbesondere auch Interferenzfilter geeignet, wobei mit den letzteren die Strahlung zusätzlich im Sinne der Aufgabenstellung spektral beeinflußt werden kann und zwar gegebenenfalls durch deren Anwendung sowohl im Vergleichs- als auch im Meßstrahlenweg. Die richtige Stellung der Abgleichmittel ergibt sich durch Probemessungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine Ausführungsform zur Konzentrationsmessung von CO in Raumluft,

Figur 2 eine Draufsicht auf die Empfängerkammern dieser Ausführungsform mit dem Abgleichmittel im Vergleichsstrahlenweg und

Figur 3 eine zweite Ausführungsform zur Konzentrationsmessung von CO in verdünntem Automobilabgas.

In den Figuren sind übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Die Ausführungsform des Analysators gemäß Figur 1 zur Messung von CO in Raumluft weist einen Strahler 1 auf, dessen Strahlung durch einen Strahlenteiler 2 einem Vergleichsstrahlenweg 3 und einem Meßstrahlenweg 4 zugeführt ist. Eine rotierende Blendenscheibe 5 unterbricht periodisch die Strahlung in beiden Strahlenwegen. Im Vergleichsstrahlenweg befindet sich eine kurze und im Meßstrahlenweg eine längere vom Probengas durchströmte Küvette 6 bzw. 7. Die Strahlungsempfangseinrichtung besteht aus den Kammern 8 und 9, die das Gas CO enthalten. Das Maß für den CO-Gehalt der Probe ist die mit dem Membrankondensator 10 in bekannter Weise gemessene Druckdifferenz beider Empfängerkammern.

Die Innenwände beider Empfängerkammern 8 und 9 sind vergoldet. In der Empfängerkammer 8 sind nebeneinander vier geschwärzte Stäbchen 11, 12, 13, 14 untergebracht, wie insbesondere aus Figur 2 deutlich erkennbar ist. Eine Kammblende 15 vor der Empfängerkammer 8 dient dem eingangs geschilderten Abgleich, wozu sie wie angedeutet, verschiebbar ist. Entsprechend der Stäbchenzahl weist sie vier Zinken zur Beeinflussung der auf die Stäbchen auftreffenden Strahlung auf.

Als interferierende Komponente ist bei der Konzentrationsmessung von CO in Raumluft Wasserdampf vorhanden. Der CO₂~Gehalt der Luft ist vernachlässigbar. Bei einer Länge der Küvette 6 von 210 mm "und der Küvette 7 von 40 mm, sowie einem Stäbchendurchmesser von 0,2 mm ergab sich in einem Bereich 0-100 ppm CO selbst

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bei sehr hohem Wasserdampfgehalt, der Sättigung bei 24 C entspricht, ohne Kammblende bereits ein recht geringer Meßfehler von - 4,5 % CO, der durch Kammblendenabgleich praktisch vollkommen beseitigt werden konnte.

Ein Abgleich kann auch durch eine in den Strahlenweg vor die Kammer 8 einzuführende Strahlungsschwächende Scheibe vorgenommen werden, oder dadurch, daß die Strahlungsabsorbierenden Elemente innerhalb der Kammer 8 einstellbar sind, in dem sie beispielsweise in einem gasdicht mit der Kammer verbundenen Ansatz geführt und mit magnetischen Mitteln in der Kammer positioniert werden. Ein Abgleich mit einer strahlenschwächenden Scheibe ist allerdings nicht ganz so wirkungsvoll.

Die Ausführungsform der Figur 3 zur Konzentrationsmessung von CO in verdünntem Automobilabgas unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 1 im wesentlichen nur durch die Abgleichmittel. Vor der Kammer 8, in der die absorbierenden Elemente angeordnet sind, befinden sich ein verschiebbares Interferenzfilter 16 das für langwelliges Infrarot ab etwa 4475 nm durchlässig ist (long-wave-pass-filter) und vor der anderen Kammer 9 ein Interferenzkantenfilter 17 das kurzwelliges Infrarot ab etwa 5000 nm passieren läßt (short-wave-pass-filter). Die interferierenden Störkomponenten sind hier CO₂ und HO. Mit dieser Ausführungsform konnte bei einem Meßbereich von 100 ppm CO und entsprechender Einstellung

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der beiden Interterenzfilter die CO-Konzentrationsmessung auf +_ 1 ppm CO genau durchgeführt werden und zwar bei einem CO„-Anteil des Abgases bis 30000 ppm und einem Wasserdampfgehalt entsprechend Sättigung bei 24 C.

Bei der Messung höherer Konzentrationen läßt sich der Einfluß einzelner ini i.rferierender Gaskomponenten auch ohne Abgleichmittel allein durch die Anzahl und Ausbildung der absorbierenden Elemente in der Kammer 8 in ausreichendem Maße unterdrücken.

L eersei te

Claims

Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), 06.08.80

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 Lo/Ri

Nichtdisperüiver Infrarot-Gasanalysator

Patentansprüche:

Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator mit

a) einem Meß- und Vergleichsstrahlenweg,

b) einer Vorrichtung zur periodischen Unterbrechung beider Strahlenwege,

c) einer Strahlungsempfangseinrichtung am Ende der Strahlenwege, mit einer die zu messende Gaskomponente

enthaltenden Kammer in jedem Strahlenweg,

d) einer Membrankondensatoreinrichtung zur elektrischen Messung der Druckdifferenz der Kammern,

e) in beiden Strahlenwegen angeordneten, mit dem Probengas beschickten und von der Strahlung durchsetzten Küvetten, wobei die Küvette im Vergleichsstrahlenweg kürzer ist als die Küvette im Meßstrahlenweg,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Kammern (8, 9) der Strahlungsempfangseinrichtung im wesentlichen identisch ausgebildet sind und

g) in der Kammer (8) im Vergleichsstrahlenweg dünne schwarze Stäbchen bzw. Drähte von geringer Wärmekapazität angeordnet sind.
2. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen (11 ... 14) aus Graphit bestehen.
3. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Kammern (8, 9) oberflächenvergoldet sind.
4. Infrarot-Gasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abgleichmittel vorgesehen sind, um das Maß der Strahlungsabsorption der Elemente zu verändern.

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5. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Strahlungsabsorption der Elemente diese verschiebbar angeordnet sind.
6. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Strahlungsabsorption der Stäbchen (11 ... 14) eine verschiebbare Kammblende (15) im Strahlenweg vor der Kammer (8) angeordnet ist.
7. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Strahlungsabsorption der Elemente eine verschiebbare strahlenschwächende Scheibe im Strahlenweg vor der Kammer (8) angeordnet ist.
8. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe ein Interferenzfilter ist.
9. Infrarot-Gasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem vor der Kammer (9) ein verschiebbares Interferenzfilter angeordnet ist.
10. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 9, zur Messung von Kohlenmonoxid in verdünntem Automobilgas, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kammer (8) ein verschiebbares Interferenzfilter angeordnet ist, das nur für langwelliges Infrarot ab etwa 4475 nm durchlässig ist und vor der Kammer (9) ein verschiebbares Interferenzfilter angeordnet ist, das nur für kurzwelliges Infrarot ab etwa 5000 nm durchlässig ist.