DE3321360C2

DE3321360C2 -

Info

Publication number: DE3321360C2
Application number: DE19833321360
Authority: DE
Inventors: Walter 6239 Kriftel De Fabinski
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1983-06-14
Publication date: 1988-02-25
Also published as: DE3321360A1

Description

Die Erfindung betrifft einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanaly sator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a non-dispersive infrared gas analysis sator according to the preamble of claim 1.

Verschiedene Varianten solcher Infrarot-Gasanalysatoren mit Dop pelschichtempfängern sind bekannt. Es gibt z. B. derartige Gasana lysatoren, die nur einen Strahlungsweg aufweisen und solche, die zwei Strahlungswege haben, wie sie z. B. in der "Technischen Infor mation" der Hartmann & Braun AG 30/LO-102 DE 639/6.82 "Gas-Analy sengeräte Uras 3 G und Uras 3 E" beschrieben sind.Different versions of such infrared gas analyzers with Dop pel-layer receivers are known. There are e.g. B. Such Gasana analyzers that have only one radiation path and those that have two radiation paths, as z. B. in the "Technical Infor mation "from Hartmann & Braun AG 30 / LO-102 DE 639 / 6.82" Gas-Analy devices Uras 3 G and Uras 3 E "are described.

Der Meßeffekt kommt dadurch zustande, daß der Verlauf der Empfind lichkeit der vorderen Kammern weitgehend dem Absorptionsverlauf der Meßkomponenten entspricht. Dagegen korreliert der Verlauf der die hinteren Empfängerkammern kennzeichnenden Absorptionslinien nur schwach mit den Absorptionslinien der Meßkomponenten. In den vorderen Kammern wird im Zentrum einer Linie sehr stark absor biert, während in den hinteren Kammern in den Flanken einer Linie die Absorption entscheidend ist. Das bedeutet, daß beim Zwei schichtempfänger die meßtechnischen Eigenschaften durch Störeffek te in den hinteren Kammern entscheidend beeinflußt werden.The measuring effect comes about because the course of the sensitivity the front chambers largely the absorption course corresponds to the measuring components. In contrast, the course of the absorption lines characterizing the rear receiver chambers only weakly with the absorption lines of the measuring components. In the anterior chambers are very strongly absorbed in the center of a line beers while in the back chambers in the flanks of a line absorption is crucial. That means that with two layer receiver the metrological properties by Störeffek te in the rear chambers are decisively influenced.

Aus der DE-OS 27 02 744 ist eine Einrichtung zur Kompensation der Querempfindlichkeit bei nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysatoren nach dem Zweistrahlverfahren mit einer Doppelschicht-Detektoran ordnung bekannt. Die Rückwand der zweiten Detektorkammer weist ein strahlungsdurchlässiges Fenster auf, hinter dem Mittel zur einstellbaren wellenlängenunabhängigen Reflexion der austretenden Strahlung in die zweite Detektorkammer angeordnet sind. Die Re flexionsmittel sind so einzustellen, daß die reflektierte Strah lung in bezug auf den Meß- und den Vergleichsstrahlengang gleich ist. In entsprechender Weise ist die bekannte Einrichtung zur Kom pensation der Querempfindlichkeit auch bei Einstrahlgeräten sowie bei Geräten mit zwei Detektoranordnungen verwendbar.From DE-OS 27 02 744 is a device for compensation of Cross sensitivity in non-dispersive infrared gas analyzers using the double-beam method with a double-layer detector order known. The rear wall of the second detector chamber faces a radiation-permeable window behind the means for adjustable wavelength-independent reflection of the emerging Radiation are arranged in the second detector chamber. The Re flexion means are to be adjusted so that the reflected beam tion with respect to the measurement and the comparison beam path the same is. The known device for comm compensation of cross sensitivity also with single-beam devices as well usable for devices with two detector arrangements.

Aus der DE-OS 30 46 234 ist ein nach dem Zweistrahlverfahren ar beitender Infrarot-Gasanalysator mit einer Empfängerkammer für jeden Strahlengang und einem Einschichtdetektor bekannt, bei dem zur Nullpunkteinstellung ein Spiegel verwendet wird, der hinter einer der gasgefüllten und an beiden Stirnflächen mit lichtdurch lässigen Fenstern versehenen Empfängerkammern verschiebbar ange ordnet ist und einen Teil der austretenden Strahlung in die Emp fängerkammer reflektiert, so daß der Anteil der Randstrahlung bei der Absorption in dieser Kammer vergrößert wird. Mit dieser Anord nung läßt sich die Querempfindlichkeit auch bezüglich zweier Stör komponenten, deren Absorptionsbanden sich in ihren Randbezirken mit der der Meßkomponente überlappen, verringern.From DE-OS 30 46 234 is a by the two-beam method ar Processing infrared gas analyzer with a receiver chamber for known each beam path and a single-layer detector in which a mirror is used to set the zero point behind one of the gas-filled and light-transmitting on both end faces casually provided with recipient chambers slidably attached is ordered and part of the emerging radiation into the emp catcher chamber reflected, so that the proportion of edge radiation at the absorption in this chamber is increased. With this arrangement Cross sensitivity can also be used with regard to two interferences components, whose absorption bands are in their peripheral areas overlap with that of the measuring component, reduce.

Aus der DE-OS 26 39 210 ist es auch bereits bekannt, bei einem derartigen Gasanalysator mit einer Doppelschicht-Detektoranord nung eine parallel zur rückwärtigen Stirnwand verschiebbare Platte mit reflektierender Oberfläche vorzusehen, die in den Meß- und/oder den Vergleichsstrahlengang einbringbar ist.From DE-OS 26 39 210 it is also known, in one such gas analyzer with a double layer detector arrangement a plate that can be moved parallel to the rear bulkhead with a reflective surface to be provided in the measuring and / or the comparison beam path can be introduced.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für einen Gasanalysator der eingangs genannten Art eine Einrichtung anzugeben, mit der die Querempfindlichkeit hinsichtlich der Störkomponenten selektiv kompensierbar ist.The object of the invention is for a gas analyzer of the type mentioned at the beginning to specify a facility with which the cross sensitivity with respect to the interference components is selective is compensable.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den im Kennzeichen des Anspru ches 1 angegebenen Merkmalen. The task is solved with the characteristics of the claim ches 1 specified characteristics.

Sehr einfach gestalten sich die Verhältnisse, wenn als selektiv wirkende Reflexionseinrichtung ein Interferenzfilter vorgesehen wird. Für viele Fälle genügt es, die Reflexionseinrichtung fest einzubauen. Aus Gründen der Anpassung an verschiedene Bedingungen wird man die Reflexionseinrichtung so einbauen, daß sie in Rich tung quer zum Strahlengang verschiebbar ist.The situation is very simple if it is selective acting reflection device an interference filter is provided becomes. In many cases it is sufficient to fix the reflection device to install. For the sake of adaptation to different conditions will you install the reflection device so that it in Rich device can be moved across the beam path.

Die von der selektiv wirkenden Reflexionseinrichtung in die hin teren Kammern zurückgeworfene Strahlung erhöht dort den Druck. Durch den erhöhten Druck entsteht in der hinteren Empfängerkammer eine negative Querempfindlichkeit in der Höhe der positiven Quer empfindlichkeit der vorderen Empfängerkammer. Dadurch ist gewähr leistet, daß eine weitestgehende Kompensation entsteht, d. h. die resultierende Querempfindlichkeit auf ein gewünschtes Maß redu ziert werden kann.The from the selectively acting reflection device into the Radiation reflected in other chambers increases the pressure there. The increased pressure creates in the rear receiver chamber a negative cross sensitivity in the amount of the positive cross sensitivity of the front receiver chamber. This guarantees ensures that the greatest possible compensation arises, d. H. the resulting cross sensitivity reduced to a desired level can be decorated.

Durch die Anordnung der selektiv wirkenden Reflexionseinrichtung kann eine Überkompensation entstehen. Dieser Effekt läßt sich ver hindern, wenn zwischen der hinteren Empfängerkammer und der Reflexionseinrichtung ein strahlungsschwächendes Mittel, beispiels weise ein Graukeil, angeordnet ist.The arrangement of the selectively acting reflection device overcompensation may occur. This effect can be ver prevent when between the rear receiver chamber and the Reflection device a radiation-attenuating agent, for example a gray wedge is arranged.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an hand der Zeichnung erläutert. Gleiche Teile in den Ausführungsbei spielen nach den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is illustrated by exemplary embodiments with reference to the drawing. The same parts in the Ausführungsbei play according to FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.

Der Zweischicht-Infrarot-Gasanalysator gemäß Fig. 1 weist nur ei nen Strahlenweg auf;The two-layer infrared gas analyzer according to FIG. 1 has only one beam path;

Fig. 2 zeigt einen Infrarot-Gasanalysator, der nach dem sogenannten Zweistrahl-Meßprinzip arbeitet; Fig. 2 shows an infrared gas analyzer which works on the so-called two-beam measuring principle;

Fig. 3 zeigt einen Zweistrahl-Gasanalysator, der mit vier Meßkammern aus gestattet ist. Fig. 3 shows a two-beam gas analyzer, which is permitted with four measuring chambers.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Gasanalysator mit einer Meßküvette 1 versehen, die von dem zu analysierenden Gas durchströmt wird. Die Meßküvette 1 wird von den durch die Strah lungsquelle 2 erzeugten Infrarotstrahlen durchsetzt. Zur Modula tion dieser Strahlen ist das durch den Motor 3 angetriebene Blen denrad 4 vorgesehen. In Richtung der Infrarotstrahlen liegt hin ter der Meßküvette 1 der Empfänger 5 mit der vorderen Empfänger kammer 6 und der hinteren Empfängerkammer 7. Beide Empfängerkammern sind an einen Membrankondensator 8 als Druckfühler angeschlossen. Die Empfängerkammern 6 und 7 enthalten die Meßgaskomponente bzw. sind mit der Meßkomponenten oder einem geeigneten Ersatzgas ge füllt und mit den für die Infrarotstrahlung durchlässigen Stirn wänden 9, 10 und 11 abgeschlossen. Die Empfängerkammern 6 und 7 haben den gleichen Querschnitt und etwa die gleiche Länge; die hintere Empfängerkammer 7 kann etwas länger als die vordere Empfängerkammer 6 sein.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the gas analyzer is provided with a measuring cuvette 1 through which the gas to be analyzed flows. The measuring cell 1 is penetrated by the infrared rays generated by the radiation source 2 . To modula tion of these beams, the motor 3 driven Blen denrad 4 is provided. In the direction of the infrared rays, the measuring cell 1 lies behind the receiver 5 with the front receiver chamber 6 and the rear receiver chamber 7 . Both receiver chambers are connected to a membrane capacitor 8 as a pressure sensor. The receiver chambers 6 and 7 contain the measuring gas component or are filled with the measuring components or a suitable substitute gas and with the end walls 9, 10 and 11 permeable to infrared radiation. The receiver chambers 6 and 7 have the same cross section and approximately the same length; the rear receiver chamber 7 can be somewhat longer than the front receiver chamber 6 .

In der Meßküvette 1 wird die Infrarotstrahlung nach Maßgabe der Konzentration der Meßkomponente absorbiert. Der Rest der Strah lung tritt in die vordere Empfängerkammer 6 ein und wird zum größ ten Teil dort absorbiert (Absorption im Zentrum der Absorptions linie), während in der hinteren Empfängerkammer 7 nur wenig Ener gie verbleibt. Die dadurch hervorgerufenen Druckdifferenzen zwi schen den Empfängerkammern 6 und 7 ergeben den Meßeffekt. Der Verlauf der die hintere Empfängerkammer 7 kennzeichnenden Absorp tionslinie korreliert nur schwach mit den Absorptionslinien der Meßküvette 1. In der hinteren Empfängerkammer 7 wird in den Flanken einer Absorptionslinie absorbiert, wodurch eine Beeinflussung durch die Überlappung mit der Absorptionskurve eines Störgases entsteht.The infrared radiation is absorbed in the measuring cuvette 1 in accordance with the concentration of the measuring component. The rest of the radiation enters the front receiver chamber 6 and is largely absorbed there (absorption in the center of the absorption line), while little energy remains in the rear receiver chamber 7 . The pressure differences caused thereby between the receiver chambers 6 and 7 result in the measuring effect. The course of the rear receiver chamber 7 characterizing Absorp tion line only weakly correlated with the absorption lines of the measuring cuvette. 1 In the rear receiver chamber 7 , absorption takes place in the flanks of an absorption line, as a result of which there is an influence by the overlap with the absorption curve of an interfering gas.

Die geschwächten Infrarotstrahlen treten durch die hintere Stirnwand 11 der hinteren Empfängerkammer 7 aus und treffen auf ein, die Einrichtung zur einstellbaren Reflexion bildendes Interfe renzfilter 12, das selektiv arbeitet und die Infrarotstrahlen des Überlappungsbereiches in die hintere Empfängerkammer 7 zurückwirft. The weakened infrared rays emerge through the rear end wall 11 of the rear receiver chamber 7 and meet a, the device for adjustable reflection forming interference filter 12 , which works selectively and throws the infrared rays of the overlap area back into the rear receiver chamber 7 .

Dieses Interferenzfilter ist bezüglich seiner Reflexionswirkung einstellbar angeordnet. Die Einstellbarkeit entsteht durch Ver schieben oder durch Kippen und erlaubt den Abgleich des Störein flusses. Als strahlungsschwächendes Mittel ist ein verstellbarer Graukeil 13 oder eine Irisblende zwischen dem Interferenzfilter 12 und der hinteren Stirnwand 11 der hinteren Empfängerkammer 7 angeordnet. Eine Strahlungsschwächung kann auch durch ein Gasfilter zwischen dem Interferenzfilter 12 und der hinteren Empfängerkammer 7 er zielt werden.This interference filter is arranged to be adjustable with regard to its reflection effect. The adjustability is created by sliding or tilting and allows the interference to be adjusted. An adjustable gray wedge 13 or an iris diaphragm is arranged between the interference filter 12 and the rear end wall 11 of the rear receiver chamber 7 as a radiation-weakening agent. A radiation attenuation can also be targeted by a gas filter between the interference filter 12 and the rear receiver chamber 7 .

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungs beispiel nach Fig. 1 dadurch, daß außer der Meßküvette 1 eine mit einem Inertgas gefüllte Vergleichsküvette 14 vorgesehen ist. Das Blendenrad 4 ist so aufgebaut, daß es die von der Strahlungsquel le 2 emittierten Infrarotstrahlen in dem Meßstrahlengang und in dem Vergleichsstrahlengang gegenphasig unterbricht.The arrangement according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that in addition to the measuring cell 1, a comparison cell 14 filled with an inert gas is provided. The aperture wheel 4 is constructed so that it interrupts the infrared rays emitted by the radiation source 2 in the measuring beam path and in the comparison beam path in opposite phase.

Der Gasanalysator gemäß Fig. 3 hat im Gegensatz zu der Ausführungs form nach Fig. 2 vier Empfängerkammern 6, 7, 6′ und 7′, die die für Infrarotstrahlen durchlässigen Stirnwände 9, 10, 11, 9′, 10′ und 11′ aufweisen. Die von einem Membrankondensator 8 infolge seiner Kapazitätsänderungen hervorgerufenen Wechselstromimpulse werden einer elektrischen Anzeigeeinrichtung 15 zugeführt. Das Interferenzfilter 12 und der Graukeil 13 als strahlungsschwächendes Mittel sind zur Erzielung des gewünschten Abgleiches in Richtung senkrecht zur Zeichenebene verstellbar angeordnet. Das Interferenzfilter 12 und der Graukeil 13 sind beiden Strahlengängen gemeinsam zugeordnet. Es ist u. U. vorteil haft, für jede hintere Empfängerkammer 7 bzw. 7′ getrennt sol che Einrichtungen anzuordnen, die unabhängig voneinander verstellt werden können.Has the gas analyzer of FIG. 3, in contrast to the execution form according to FIG. 2, four receiver chambers 6, 7, 6 'and 7', which have the permeable to infrared rays end walls 9, 10, 11, 9 ', 10' and 11 ' . The alternating current pulses caused by a membrane capacitor 8 as a result of its capacitance changes are fed to an electrical display device 15 . The interference filter 12 and the gray wedge 13 as radiation-weakening means are arranged to achieve the desired adjustment in the direction perpendicular to the plane of the drawing. The interference filter 12 and the gray wedge 13 are assigned to both beam paths together. It is u. U. advantageous to arrange for each rear receiver chamber 7 or 7 ' separately sol che devices that can be adjusted independently.

Claims

1. Non-dispersive infrared gas analyzer with

- a radiation source ( 2 )
- an aperture wheel ( 4 ) for modulating the radiation,
a measuring cell ( 1 ) through which the gas to be examined flows and, if appropriate, a comparative cell ( 14 ),
- One or two receivers with two consecutive receiver chambers ( 6, 7 ), the gas filling of which contains the component to be determined, the rear end wall ( 11 ) of the second receiver chamber ( 7 ) being transparent to the infrared radiation and
a device (interference filter 12 ) for the adjustable reflection of part of the radiation emerging through the rear end wall ( 11 ) into the second receiver chamber ( 7 ) to reduce the cross sensitivity,

characterized in that the device (interference filter 12 ) for adjustable Re flexion for selective reflection of the radiation of the overlap area of measuring and interference bands is formed.

2. Non-dispersive infrared gas analyzer according to claim 1, characterized in that an interference filter ( 12 ) is provided for the selective reflection of the radiation.

3. Non-dispersive infrared gas analyzer according to claim 1 or claim 2, characterized in that a radiation-attenuating means is provided between the device for adjustable reflection (interference filter 12 ) and the rear end wall ( 11 ) of the second receiver chamber ( 7 ).

4. Non-dispersive infrared gas analyzer according to claim 3, characterized in that a gray wedge ( 13 ) or a gas filter is provided as the radiation-attenuating agent.