DE9315508U1 - Infrared absorption gas analyzer with separate optical cuvette - Google Patents
Infrared absorption gas analyzer with separate optical cuvetteInfo
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Description
··: "IHamburg, den 14.07.1993··: "IHamburg, 14.07.1993
INFRAROT-ABSORPTIONS-GASANALYSATOR MIT GETRENNTER OPTISCHER KÜVETTEINFRARED ABSORPTION GAS ANALYZER WITH SEPARATE OPTICAL CUVETTE
1. Kurzdarstellung des Gebrauchsmusters1. Brief description of the utility model
Die infrarote Gasabsorption ist eine der wichtigsten Methoden für die Erfassung der Gaskonzentration heteroatomiger Gase. Das Produkt aus optischer Weglänge und Konzentration der Gase bestimmt die Größe der Gasabsorption. Bei kleinen Gaskonzentrationen ist die Küvettenlänge fur die Aufnahme des zu messenden Gases von entscheidender Bedeutung, da die Anzahl der Gasatome, die wiederum von der optischen Weglänge in der Küvette abhängt, dem Meßsignal direkt proportional ist. In den traditionellen Gasanalysengeräten wird die Gasmeßküvette im Gehäuse selbst untergebracht. Bei einer beschränkten Länge des Gehäuses, z.B. 19", sind auch der Küvettenlänge Grenzen gesetzt. Selten kann dabei eine Länge von 200 mm überschritten werden.Infrared gas absorption is one of the most important methods for measuring the gas concentration of heteroatomic gases. The product of the optical path length and the concentration of the gases determines the size of the gas absorption. For small gas concentrations, the length of the cuvette is of crucial importance for the absorption of the gas to be measured, since the number of gas atoms, which in turn depends on the optical path length in the cuvette, is directly proportional to the measurement signal. In traditional gas analysis devices, the gas measuring cuvette is housed in the housing itself. If the housing length is limited, e.g. 19", the length of the cuvette is also limited. A length of 200 mm can rarely be exceeded.
Bei der Anwendung von pyroelektrischen Mehrkanaldetektoren kann das aus Strahler und Meßempfänger bestehende Küvettenrohr getrennt, d.h. außerhalb des Gehäuses, z.B. in der Gasentnahmesonde selbst untergebracht werden. Somit können optische Weglängen bis ca. 1000 mm problemlos verwirklicht werden. Vor allem bei tragbaren Infrarot-Meßgeräten können solche handliche Gasentnahmesonden mit interner Gasküvette eine große Rolle spielen.When using pyroelectric multi-channel detectors, the cuvette tube consisting of the emitter and measuring receiver can be housed separately, i.e. outside the housing, e.g. in the gas sampling probe itself. This means that optical path lengths of up to approx. 1000 mm can be achieved without any problems. Such handy gas sampling probes with an internal gas cuvette can play a major role, especially in portable infrared measuring devices.
2. Stand der Technik2. State of the art
Die Infrarot-Gasabsorption bedient sich zweier wichtiger Verfahren, um die Konzentration von heteroatomigen Gasen zu messen. Die ältere Methode benutzt einen Membrankondensator als Meßwertaufhehmer. Die neueren Methoden setzen Halbleiter - oder pyroelektrische Meßzellen ein, Das Meßverfahren mit dem Membrankondensator benutzt eine vergoldete, durch eine Trennwand getrennte Küvette, deren Hälften abwechselnd mit den infraroten Strahlen beaufschlagt werden. Diese pulsierende Abdunkelung und Belichtung wird mit einem Chopperrad, üblicherweise von einem Synchronmotor angetrieben, erzeugt.Infrared gas absorption uses two important methods to measure the concentration of heteroatomic gases. The older method uses a membrane capacitor as a measuring sensor. The newer methods use semiconductor or pyroelectric measuring cells. The measuring method with the membrane capacitor uses a gold-plated cuvette separated by a partition, the halves of which are alternately exposed to the infrared rays. This pulsating darkening and exposure is generated with a chopper wheel, usually driven by a synchronous motor.
Somit hat der Strahler meist Durchmesser, von wenigstens 40 bis 50 mm. Noch größer ist der Membrankonensator, in dem eine dünne Metallfolie, meist aus Titan oder Aluminium, auf einen Rahmen gespannt wird. Diese Folie biegt sich infolge der Infrarotstrahlung bzw. des von der Wärme erzeugten Gasdrucks durch und verändert damit die Dielektrizitätskonstante des Kondensators. Die aufgespannte Folie muß eine Mindestgröße aufweisen, um eine wirksame Durchbiegung zu ermöglichen. So besitzen Membrankondensatoren meist einen Querschnitt von mindestens 600 ... 700 mm2. Der äußere Durchmesser des Meßempfängers beträgt dann 50 ... 60 mm.The radiator usually has a diameter of at least 40 to 50 mm. The membrane capacitor is even larger and consists of a thin metal foil, usually made of titanium or aluminum, stretched over a frame. This foil bends as a result of the infrared radiation or the gas pressure generated by the heat, thereby changing the dielectric constant of the capacitor. The stretched foil must have a minimum size to allow effective bending. Membrane capacitors usually have a cross-section of at least 600 ... 700 mm 2 . The outer diameter of the measuring receiver is then 50 ... 60 mm.
Weder der Strahler noch der Membraafconcteneatoi: syfld für ttSrfBihbau in GasentnahmesondenNeither the radiator nor the membrane connection: syfld for ttSrfBihbau in gas sampling probes
geeignet. Dazu sind sie zu groß und zu empfindlich. So biegt sich z.B. der Membrankondensator nicht nur bei Beaufschlagung mit Wärme oder Druck durch, sondern auch bei einfachen mechanischen Erschütterungen.suitable. They are too large and too sensitive for that. For example, the membrane capacitor bends not only when exposed to heat or pressure, but also when subjected to simple mechanical shocks.
Einen robusteren Aufbau besitzen die Analysatoren mit einem Halbleiter- bzw. pyroelektrischen Meßkopf. Allerdings müssen diese Empfänger ebenfalls geschoppt werden, weil nicht die statische, sondern die dynamische Beaufschlagung dieser Meßzellen ein auswertbares Meßsignal erzeugt. Somit müssen auch in diesen Geräten entweder der Strahler oder der Detektor getaktet werden. Die Choppung fuhrt wieder zur Abschottung bzw. Freigabe des infraroten Strahlenganges vom Strahler bis zur Küvette.The analyzers with a semiconductor or pyroelectric measuring head have a more robust design. However, these receivers also have to be chopping because it is not the static, but the dynamic loading of these measuring cells that generates an analyzable measuring signal. In these devices, either the emitter or the detector must therefore be clocked. The chopping again leads to the isolation or release of the infrared beam path from the emitter to the cuvette.
Meist benutzt man dazu eine Vorrichtung, die vom Prinzip her dem Chopper der Gasanalysatoren mit Membrankondensator ähnelt. Somit wird erneut mit einem Motor, gekoppelt mit einem Blendenrad, gearbeitet. Diese Konstruktion führt wiederum zu einer voluminösen Vorrichtung, die überdies empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterungen ist. Dabei kann die Achse des Motors bei hartem Aufsetzen beschädigt werden.Usually, a device is used that is similar in principle to the chopper of gas analyzers with membrane capacitors. This means that a motor is used again, coupled with an aperture wheel. This design again results in a bulky device that is also sensitive to mechanical shocks. The axis of the motor can be damaged if it hits something hard.
Beide Methoden eignen sich wenig zur mobilen Ausfuhrung und somit zum Einbau in eine tragbare, mechanisch stark beanspruchbare Gasentnahmesonde.Both methods are not very suitable for mobile use and therefore for installation in a portable gas sampling probe that is subject to high mechanical stress.
3. Beschreibung des Gebrauchsmusters3. Description of the utility model
Es gibt pyroelektrische Meßzellen für die Mehrfachdetektion von heteroatomigen Gasen. So gibt es Empfänger, die in sich vereinigt vier infrarote Banden mittels Schmalbandfilter empfangen können. Diese kombinierten Meßzellen können infolge der gleichzeitigen Beaufschlagung alle vier Kanäle, d.h. eine Referenzbande und drei Meßbanden, für jeweils ein heteroatomiges Gas, erfassen. Die Meßsignale aus den Meßfiltern, z.B. für CO2, CO und CH4 werden auf das Meßsignal einer zwar benachbarten, aber vollkommen unabhängigen Bande bezogen. Dies bedeutet entweder die Differenz - oder die Quotientenbildung aus den Signalpeaks der jeweiligen Meß- und Vergleichsbanden. There are pyroelectric measuring cells for the multiple detection of heteroatomic gases. There are receivers that can receive four infrared bands combined using a narrow band filter. These combined measuring cells can record all four channels, ie one reference band and three measuring bands, for one heteroatomic gas each, due to the simultaneous application. The measuring signals from the measuring filters, eg for CO 2 , CO and CH 4 , are related to the measuring signal of a neighboring but completely independent band. This means either the difference or the quotient formation from the signal peaks of the respective measuring and comparison bands.
Das Choppen der kombinierten pyroelektrischen Meßzelle kann durch ein Blendenrad oder durch das Takten der Stromversorgung der Glühwendel des Strahlers erfolgen. Für die Unterbringung der Meßgasküvette außerhalb des eigentlichen Meßgerätes, z.B. in der Gasentnahmesonde, ist die einfache elektrische Pulsierung des Strahlers günstiger als das Choppen mittels Blendenrad. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Meßgasküvette, die in eine Gasentnahmesonde eingebaut ist. Die Küvettenlänge kann dabei zwischen ca. 1000 mm (für sehr kleine Konzentrationen, z.B.The chopping of the combined pyroelectric measuring cell can be carried out by means of an aperture wheel or by clocking the power supply of the lamp's filament. For the accommodation of the measuring gas cuvette outside the actual measuring device, e.g. in the gas sampling probe, the simple electrical pulsation of the lamp is more advantageous than chopping using an aperture wheel. Fig. 1 shows the schematic structure of a measuring gas cuvette that is built into a gas sampling probe. The cuvette length can be between approx. 1000 mm (for very small concentrations, e.g.
für Werte unter 10 ppm) und 10 mm ^änge tarüfcrtSvefden (9] · Wyhtig ist eine gute Thermostatisierung der gesamten Küvette (2). Der Strahler (7) soll der Trägheit des gesamten Systems entsprechend getaktet werden, z.B. mit einer Frequenz zwischen 1 und 12 Hz. Die Meßsignale sollten direkt am Detektor (8) verstärkt werden. Besonders geeignet sind dazu SMD-bestückte Mikroplatinen, die mit dem Vierkanal-Detektor unmittelbar gekoppelt, z.B. vergossen werden (14).for values below 10 ppm) and 10 mm long (9) · It is important to have good thermostat control of the entire cuvette (2). The emitter (7) should be clocked according to the inertia of the entire system, e.g. with a frequency between 1 and 12 Hz. The measuring signals should be amplified directly at the detector (8). SMD-equipped microcircuit boards, which are directly coupled to the four-channel detector, e.g. encapsulated (14), are particularly suitable for this.
Durch diesen einfachen Aufbau kann z.B. eine Meßbereichsanpassung problemlos vorgenommen werden. Dazu muß lediglich der Strahler entlang des Schutzrohres bewegt werden (Fig. 2). In diesem Falle ist das Schutzrohr selbst die Meßgasküvette. Bei kleinen Konzentrationen fahrt der Strahler (3) ganz dicht an die Meßzelle (5) heran, bei großen Konzentrationen entfernt er sich weit von ihr. Die Verstellung des Äbstandes zwischen Strahler und IR-Empfänger kann sowohl manuell als auch automatisch, z.B. mit dem Motor (7) und der Achse (4), erfolgen.This simple structure means that, for example, a measuring range adjustment can be carried out without any problem. All that is required is to move the emitter along the protective tube (Fig. 2). In this case, the protective tube itself is the measuring gas cuvette. For small concentrations, the emitter (3) moves very close to the measuring cell (5), and for large concentrations it moves far away from it. The distance between the emitter and the IR receiver can be adjusted both manually and automatically, e.g. with the motor (7) and the axis (4).
1 Schutzrohr1 protective tube
2 Heizungsmatte2 heating mat
3 Sinterbronzefiltel· A Feinfilterpatrone3 Sintered bronze filter· A Fine filter cartridge
7 Infrarot-Strahler7 infrared heaters
lnfrarot-4-Kanal-Detektor Meßgasküvette Kupplung f.d. elektr. StromInfrared 4-channel detector Measuring gas cuvette Coupling for electrical current
5 Gleichstrom-Mikrblbumpe 11 Kupplung f.die Pneumatik5 DC microbump 11 Pneumatic coupling
6 Schlauch 12 Griff6 Hose 12 Handle
13 Handschutz13 Hand protection
14 Verstärkerplatine.14 Amplifier board.
15 Isolierung15 Insulation
Fig.Fig.
!Filter 5 Vier- Kanal- IR - Detektor!Filter 5 Four-channel IR detector
2 Gaspumpe 6 SMD-bestückter Mikroverstärker (evtl.aus-2 Gas pump 6 SMD-equipped micro amplifier (possibly
3 Strahler 7 Schrittmotor gegossen)3 emitters 7 stepper motor cast)
Linearer Antrieb (z.B. Zahnleiste)Linear drive (e.g. toothed rack)
Fig. 2 Meßgasküvette mit verstellbarem optischenFig. 2 Measuring gas cuvette with adjustable optical
WegAway
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9315508U DE9315508U1 (en) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | Infrared absorption gas analyzer with separate optical cuvette |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE9315508U DE9315508U1 (en) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | Infrared absorption gas analyzer with separate optical cuvette |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9315508U1 true DE9315508U1 (en) | 1994-03-31 |
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ID=6899291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9315508U Expired - Lifetime DE9315508U1 (en) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | Infrared absorption gas analyzer with separate optical cuvette |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9315508U1 (en) |
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