NON-DISPERSIVE INFRARED GAS ANALYZER

Abstract: 1. A non-dispersive infrared gas analyser with negative filtering and a selective receiver which comprises : a) two parallel beam paths (I, II) which are irradiated by periodically interrupted IR-radiation ; b) a measuring cell (4) which is arranged in both beam paths (I, II) and through which sample gas flows ; c) means (20) for adjusting the zero point by changing the radiation energies in the beam paths (I, II) ; d) a receiving chamber (11, 12) in each of the beam paths (I, II) which is filled with the component to be measured, or a gas which corresponds thereto as regards absorption ; e) means for selectively influencing the IR-radiation received in the receiving chambers (11, 12) ; f) a measured value converter (15) for converting the absorption-dependent differential pressure between the receiving chambers (11, 12) into an electrical signal, characterised in that the following features are provided as means for exerting a selective influence : e1) radiation-transmissive windows (5) as rear end faces (viewed in the direction of radiation) of the two similar receiving chambers (11, 12) ; and e2) a reflecting means (17) which is arranged behind one of the windows (5) and reflects a variable portion of the emerging IR-radiation into one of the receiving chambers (11 or 12).

Description: Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator Die Erfindung bezieht sich auf einen nichtdispersiven Infrarot-(NDIR)-Gasanalysator zur Messung mindestens einer Komponente eines aus einem Gasgemisch bestehenden Probengases, mit zwei parallelen Strahlengängen, die von periodisch unterbrochener Infrarot-Strahlung durchstrahlt sind, mit einer, in beiden Strahlengängen liegenden, probengasdurchströmten Me Bküvette , mit Mitteln zur Nulipunkteinstellung durch Veränderung der Strahlungsenergien in den Strahlengängen, mit je einer die Messkomponente oder ein ihr absorptionsmässig entsprechendes Gas enthaltenden Empfängerkammer in jedem Strahlengang, mit Mitteln zur selektiven Beeinflussung der in die Empfängerkammern gelangenden Strahlung und mit Mitteln zur Umwandlung des absorptionsabhängigen Differenzdrucks zwischen den Empfängerkammern in ein elektrisches Signal. Bei bekannten Geräten dieser Art, bei denen insbesondere für schwierige Nessaufgaben selektive Empfänger mit negativer Filterung kombiniert werden, bestehen die Mittel zur selektiven Beeinflussung der in die Empfängerkammern gelangenden Strahlung in der Regel aus einem optischen Gasfilter, also einem in einer strahlungsdurchlässigen Kammer eingeschlossenen Gas, dessen Hauptabsorptionsbande der der Messkomponente im Probengas entspricht. Dieses sogenannte Selektivierungsfilter ist in einem der Strahlengänge vor der Empfängerkammer angeordnet. Die Konzentration der Gasfüllung im optischen Gas filter wird so hoch gewählt, dass ein Teil der Energie, besonders im Zentrum einer Absorptionsbande, vor Eintritt in die Empfängerkammer absorbiert wird. Nachteilig bei der Verwendung optischer Gas filter ist der relativ grosse entwicklungsmässige und gerätetechni sche Aufwand bei der Herstellung und Bereitstellung de: hinsichtlich Länge und Füllung unterschiedlichen Gasfilter für die in Frage kommenden Messkomponenten. Ein weiterer Nachteil bei bekannten Geräten ist die ei Phasenverschiebung bei der Differenzbildung der Messsignale verursachende Unsymmetrie der Gasvolumen in den beiden Strahlengängen. Es besteht somit die Aufgabe, einen NDIR-Gasanalysator der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass er be geringem konstruktiven Aufwand vielseitig einsetzbar t. hinsichtlich der Absorptionslängen der Gasvolumen symn trisch aufgebaut ist. Eine Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die in Start richtung rückseitigen Stirnflächen der gleiche Abmesst gen aufweisenden Empfängerkammern als strahlungsdurchlässige Fenster ausgebildet sind und dass hinter einem der Fenster einen Teil der austretenden Strahlung in entsprechende Empfängerkammer reflektierende Mittel a geordnet sind. Bei dieser Anordnung kann das optische Gasfilter entf; len. Der den Einfluss der Bandenrandstrahlung verstärk de reflektierte Anteil kann Je nach Messaufgabe und Me komponente so eingestellt werden, dass zwischen den Em; fängerkammern ein verwertbares Differenzsignal auftri welches dem Anteil der Messkomponente im Probengas ent spricht. Die Gasvolumen in beiden Strahlengängen, ins besondere in den Empfängerkammern, können in Jedem Fa hinsichtlich ihrer Absorptionslängen streng symmetris ausgebildet werden, so das eine Phasenverschiebung un das daraus resultierende Störsignal nicht auftritt. Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur das Aufbauprinzip eines Zweistrahl-NDIR-Gasanalysators dargestellt und im folgenden beschrieben. Die von zwei Infrarot-Strahlungsquellen 1 und 2 ausgehende Strahlung wird gebündelt und tritt, von der umlaufenden Blende 3 periodisch unterbrochen, in zwei parallele Strahlengänge 1 und II ein. Eine Messküvette 4, die aus zwei parallel angeordneten, an ihren Stirnseiten mit strahlungsdurchlässigen Fenstern 5 versehenen und über die Leitung 6 strömungsmässig miteinander verbundenen gleichen Hohlzylindern 7 und 8 besteht, weist einen Gaseinlass 9 in den Hohlzylinder 7 und einen Gasauslass 10 aus dem Hohlzylinder 8 auf. Ein aus den Gaskomponenten X, Y, Z bestehendes Probengas strömt durch die Messküvette 4. Auf die Messküvette 4 folgt in jedem Strahlengang jeweils eine Empfängerkammer 11, 12 mit gleichen Abmessungen, die an ihren vorderen und rückwärtigen Stirnseiten mit strahlungsdurchlässigen Fenstern 5 versehen ist. Soll beispielsweise der Anteil der Komponente X am Probengas, also die Messkomponente, bestimmt werden, so sind die Empfängerkammern mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt, das die Messkomponente enthält oder deren IR-Absorptionsbanden aufweist. Die beiden gleichen Empfängerkammern 11 und 12 sind über eine Leitung 13 verbunden, die einen nach dem Prinzip eines thermischen Anemometers arbeitenden Strömungsfühler 14 enthält, der als Messwertaufnehmer eines Messumformers 15 ein elektrisches Signal für die Anzeige 16 abgibt. Hinter dem in Strahlungsrichtung rückwärtigen Fenster 5 der Empfängerkammer 12 im Strahlengang II ist als strahlenreflektierendes Mittel 17 eine ebene, mit einer reflektierenden Schicht 18 versehene Platte 19, z. B. ein Spiegel, relativ zur Mittelachse des Strahlengangs II axial und/oder radial verschiebbar oder um eine, in einer parallelen Ebene zum Austrittsfenster 5 der Empfängerkammer 12 liegende Achse kippbar angeordnet. Es kanr auch eine verstellbare Blende zwischen Austrittsfenster und fest angebrachtem Spiegel vorgesehen werden. Zur Nullpunkteinstellung wird durch die Messküvette 4 ein nicht IR-absorbierendes Gas geführt. Die von den Infrarot-Strahlern 1 und 2 ausgehende, modulierte Strahl lung wird in den mit einem der Messkomponente X entspre chenden Gas gefüllten Empfängerkammern 11 und 12 absor biert, wobei die Bandenmittenstrahlung der Hauptabsorptionsbande stärker absorbiert wird als die Bandenrandstrahlung, die die Empfängerkammern durch die rückwär tigenFenster 5 wieder verlässt. Ein Teil der aus der Empfängerkammer 12 austretenden Bandenrandstrahlung wiz jedoch mit Hilfe der reflektierenden Mittel 17 wieder zurückgestrahlt, so dass in der Empfängerkammer 12 im Strahlengang II sowohl Bandenmitten- wie Bandenrandstrahlung, in der Empfängerkammer 11 im Strahlengang I hauptsächlich Bandenmittenstrahlung absorbiert werden, was zu unterschiedlicher Erwärmung, Druckanstieg und einer dem Differenzdruck entsprechenden Ausgleichsströ mung über die Leitung 13 führt. Durch Verringerung der in die Empfängerkammer 12 eintr tenden Strahlungsenergie mit Hilfe einer verschiebbare: Blende 20 wird Druckgleichheit zwischen den beiden Kam mern hergestellt. Der Strömungsfühler 14 gibt kein Signal ab. Wird die Messküvette 4 nun mit dem Probengas b strömt, so tritt dort eine Bandenmitten-Vorabsorption auf, die sich stärker in der Empfängerkammer 11 auswir: so dass ein dem Differenzdruck AP zwischen den Empfänge. kammern 11 und 12 entsprechendes Signal abgegeben wird welches dem Anteil der Messkomponente X im Probengas en spricht. Weisen eine oder mehrere der anderen Komponenten Y, Z des Probengases Absorptionsbanden auf, die sich in ihren Randbezirken mit der der Messkomponente X überlappen, lässt sich durch Verstellung der reflektierenden Mittel 17 und damit Veränderung des zurückgestrahlten Anteils der Bandenrandstrahlung ein bestimmter Wert für die Bandenrandempfindlichkeit einstellen und so die Querempfindlichkeit verringern. 1 Patentanspruch 1 Figur

Claims: Patentanspruch Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator zur Messung mindestens einer Komponente eines aus einem Gasgemisch bestehenden Probengases, mit zwei parallelen Strahlengängen, die von periodisch unterbrochener IR-Strahlung durchstrahlt sind, mit einer in beiden Strahlengängen liegenden, probengasdurchströmten Messküvette, mit Mitteln zur Nullpunkteinstellung durch Veränderung der Strahlungsenergien in den Strahlengängen, mit je einer die Messkomponente oder ein ihr absorptionsmässig entsprechendes Gas enthaltenden Empfängerkammer in jedem Strahlengang, mit Mitteln zur selektiven Beeinflussung der in die Empfängerkammern gelangenden Strahlung und mit einem Messwertumformer zur Umwandlung des absorptionsabhängigen Differenzdrucks zwischen den Empfängerkammern in ein elektrisches Signal, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die in Strahlrichtung rUckseiti- gen Stirnflächen der gleichen Empfängerkammern (11, 12) als strahlungsdurchlässige Fenster (5) ausgebildet sind und dass hinter einem der Fenster (5) einen Teil der austretenden Strahlung in die Kammer (12) reflektierende Mittel (17) angeordnet sind.

Inventors: WEINEL, JOHANN, ING.GRAD.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1981
Main classification: G01N21
IPC codes: G01N21