DE2827230C2

DE2827230C2 - Nichtdispersiver Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysator

Info

Publication number: DE2827230C2
Application number: DE19782827230
Authority: DE
Inventors: Takafumi Dipl.-Ing. Fumoto; Tatsumi Yokosuka Kanagawa Hieda; Kunio Dipl.-Ing. Sukigara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-06-22
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1983-08-25
Also published as: JPS548576A; DE2827230A1

Description

JO

Die Erfindung bezieht sich auf einen nichtdispersiven Zweistrahl-lnfrarot-Gasanalysator mit einem Doppelschichtempfänger sowohl im Meß- wie im Vergleichsstrahlengang, mit Mitteln zur bildung eines der Differenz der absorbierten Energien in der jeweils ersten Schicht jedes Doppelschichtempfängers entsprechenden ersten elektrischen Signals mit Mitteln zur Bildung eines der Differenz der absorbierten Energien in der jeweils zweiten Schicht jedes Doppelschichtempfängers entsprechenden zweiten elektrischen Signals, mit Mitteln zur Kompensation von Störeinflüssen und mit einem Differenzverstärker zur Bildung eines meßwertproportionalen Differenzsignals aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal.

Bei einer bekannten Ausführung eines derartigen Gasanalysators (DE-OS 23 32 288) ist die Gasfüllung des der ersten Schicht entsprechenden Volumens in bezug auf Zusammensetzung und/oder Druck so gewählt, daß sie ein enges, dem Resonanzgebiet der in dem Meßgas festzustellenden Komponente entsprechendes Absorptionsgebiet hat, während die Gasfüllung des der zweiten Schicht entsprechenden Empfängervolumens so gewählt bzw. eingestellt ist, daß sie ein breites das erstgenannten Resonanzgebiet überdeckendes Absorptionsgebiet hat.

Als Mittel zur Bildung der elektrischen Signale, die den Differenzen der absorbierten Energien in den ersten bzw. zweiten Schichten der Empfänger cntsprechen, sind Membrankondensatoren vorgesehen, deren Ausgangssignale zur Differenzbildung einem Differenzverstärker zugeführt sind.

Gasgemische enthalten häufig Komponenten, deren Absorptionsgebiete eng benachbart sind oder einander teilweise überlappen. Bei der Infrarot-Gasanalyse hat dies eine sogenannte Quercmpfindlichkeit zur Folge, d. h„ das Ausgangssignal des Analysator ist dem zu

₃₅ messenden Anteil der Komponente eines Meßgasgemisches nicht mehr proportional.

Besonders störend ist die Querempfindlichkeit von Wasserdampf, welcher in nahezu allen industriellen Gasgemischen vorhanden ist und ein breites Absorptionsspektrum aufweist.

Bei dem bekannten Gasanalysator ist zur Kompensation der Wasserdampf-Querempfindlichkeit ein Gasfilter vorgesehen, welches die Meßkomponente oder ein absorptionsmäßig ihr entsprechendes Gas irr solcher Konzentration enthält, daß die Wasserdampf-Querempfindlichkeit in einem bestimmen Bereich weitgehend kompensiert wird.

Zur Einstellung der Gaskonzentration in dem Gasfilter bedarf es mehrerer arbeitsaufwendiger Schritte und entsprechender Vorrichtungen. Die Einfügung von relativ langen Filterküvetten in die Strahlengänge bedingt eine große Baulänge des Analysenteils, was hinsichtlich der Forderung nach kompakten Geräteausführungen ebenfalls von Nachteil ist

Untersuchungen mit einem stickoxydempfindlichen Gasanalysator haben ergeben, daß bei Verwendung eines Testgasgemisches mit bekanntem NO-Anteil das Ausgangssignal exponentiell mit dem Anstieg des Wasserdampfgehalts im Testgasgemisch sinkt

Es hat sich weiter ergeben, daß bei einem Testgasgemisch ohne Wasserdampfanteil das die konstante NO-Komponente des Testgasgemischs abbildende Ausgangssignai linear mit steigender Umgebungstemperatur fällt

Als weiterer Störfaktor ist somit die in vielen Fällen auftretende Abhängigkeit des Meßsignals von der Umgebungstemperatur anzusehen.

Es besteht die Aufgabe, den Einfluß der Wasserdampf-Querempfindlichkeit und der Umgebungstemperatur auf das Meßergebnis mit möglichst einfachen Mitteln und unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Störeffekt-Kompensation weitgehend auszuschließen.

Eine Lösung der Aufgabe wird äci einem Infrarot-Gasanalysator der eingangs genannten Art darin gesehen, daß zur Kompensation der Störeinflüsse von Umgebungstemperatur und insbesondere Wasserdampf-Querempfindlichkeit das Ausgangssignal des Differenzverstärkers über einen Widerstand dem DRAIN-Anschluß eines Feldeffekttransistors zugeführt ist, dessen SOURCE-Anschluß auf Nullpotential liegt und dessen GATE-Anschluß mit einem, dem zweiten elektrischen Signal proportionalen Signal beaufschlagt ist und dessen DRAIN-Spannung das kompensierte Meßsignal ist.

Die Ausgangsspannung eines Feldeffekttransistors ärdert sich exponentiell mit der GATE-Spannung und linear mit der Umgebungstemperatur.

Die Betriebsparameter des wie angegeben geschalteten Feldeffekttransistors können so eingestellt werden, daß seine mit positiven Gradienten verlaufenden Kennlinien in bezug auf Temperaturgang und Änderung der GATE-Spannung die mit negativen Gradienten verlaufenden Störeffekte der Wasserdampfquerempfindlichkeit und der Umgebungstemperatur weitgehend kompensieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.

Bei einem Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysator bekannter Bauart mit einem Meßstrahlengang Im und einem Vergleichsstrahlengang Iv werden die von den Infrarotstrahlern L 1 und L 2 ausgehenden Strahlungen

abwechselnd von einer mittels des Motors MO angetriebenen rotierenden Blende CH unterbrochen, treten durch die infrarotdurchlässigen Fenster Fl und F3 in die vom Meßgas, dessen NO-Anteil gemessen werden soll, durchströmte Meßküvette MK bzw. in die mit Vergleichsgas gefüllte Vergleichsküvette VK ein, verlassen diese durch die Fenster F2 und F4 und treten durch die Fenster F5 und Fe in den ersten Detektor D1 ein, dessen gasgefüllte Volumina DU und D12 durch eine die Elektrode eines ersten Membrankondensators M1 bildende bewegliche Wand voneinander getrennt sind.

Gleichartig aufgebaut folgt auf den ersten Detektor D1 ein zweiter Detektor D 2 mit gasgefüllten Volumina D 21 und D 22 und einem zweiten Membrankondensator M 2, wobei die den ersten Detektor Di durch die Fenster Fl und FS verlassende Meß- bzw. Vergleichsstrahluiig durch die Fenster F9 und FlO in diesen zweiten Detektor eintritt. Die beiden Detektoren D 1 und D 2 bilden den Doppelschichtempfänger, dessen Wirkungsweise als bekannt vorausgesetzt werden kann.

Die von der unterschiedlichen Strahlung7absorption in den Volumen der Detektoren Dl und DT. verursachten Druckschwankungen werden von den Membrankondensatoren M1 und M 2 in entsprechende elektrische Wechselsignale umgesetzt und in den Verstärkern A 1 und A 2 verstärkt Deren Ausgangssignale Vl, V2 werden über die Widerstände R1 und R 2 den Eingängen eines über den Widerstand R 5 rückgekoppelten Differenzverstärkers A3 zugeführt Dessen Ausgangssignal V3 ist über einen Widerstand Ä7 dem DRAIN-Anschluß D eines Feldeffekttransistors FET aufgeschaltet, dessen SOURCE-Ansriiluß S auf Nullpotential liegt Der GATE-Anschluß G des Feldeffekttransistors FET erhält über den Spannungsteiler R 3, R 4 ein dem Ausgangssignal V2 des zweiten Detektors D 2 proportionales Steuersignal. Die DRAIN-Spannung V4des Feldeffekttransistors FET'ist das querempfindlichkeits- und temperaturkompensierte, dem NO-Anteil des Meßgases proportionale Meßsignal, welches in dem gegengekoppelten Verstärker A 4 verstärkt wird und als Aus^angssignal V'5 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Nichtdispersiver Zweistrahl-Infrarot-Gasanalysator mit einem Doppelsc&ichtempfänger sowohl im Meß- wie im Vergleichsstrahlengang, mit Mitteln zur Bildung eines der Differenz der absorbierten Energien in der jeweils ersten Schicht jedes, Doppelschichtempfängers entsprechenden ersten elektrischen Signals, mit Mitteln zur Bildung eines der Differenz der absorbierten Energien in der ,₀ jeweils zweiten Schicht jedes Doppelschichtempfängers entsprechenden zweiten elektrischen Signals, mit Mitteln zur Kompensation von Störeinflüssen und mit einem Differenzverstärker zur Bildung eines meßwertproportionalen Differenzsignals aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Störeinflüsse von Umgebungstemperatur und insbesondere Wasserdampf-Querempfindlichkeit das Ausgangssignai (V3) des Differenzverstärkers (Λ3) über einen Widerstand (R 7) dem DRAIN-Anschluß (D) eines Feldeffekttransistors (FET) zugeführt ist, dessen SOURCE-Anschluß (S) auf Nullpotential liegt und dessen GATE-Anschluß (G) mit einem, dem zweiten elektrischen Signal (V2) proportionalen Signal beaufschlagt ist und dessen DRAIN-Spannung (V4) das kompensierte Meßsignal ist.