DE3218102A1 - Optisches geraet zur strahlungs-absorptionsmessung - Google Patents

Optisches geraet zur strahlungs-absorptionsmessung

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DE3218102A1 DE19823218102 DE3218102A DE3218102A1 DE 3218102 A1 DE3218102 A1 DE 3218102A1 DE 19823218102 DE19823218102 DE 19823218102 DE 3218102 A DE3218102 A DE 3218102A DE 3218102 A1 DE3218102 A1 DE 3218102A1
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction

Description

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TER MEER -. MÖLLER · STEINMEISTER ■ : "'; ' '
— HQ-O ι
-4-
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf optische Geräte zur Ermittlung von Gaskomponenten- durch Messung von Strahlungs-Absorption, insbesondere nach der im Oberbegriff von Pa Icn t-.an.spru<:h 1 angogobonon Definition. 5
Ein.Ozongehalt von beispielsweise 1 ppm in der Atmosphäre absorbiert nur etwa 0,1 % der hindurchgehenden Lichtmenge, wobei außerdem mit einer Lichtstärkeanderung der Lichtquellevon ebenfalls 0,1 %, also gleicher Größenordnung zu rechnen ist. Mit früher üblichen Absorptions-Meßmethoden ist die Ozon-Konzentration in der Atmosphäre folglich nicht meßbar.
Dei einer in der JP-OS 29 176/1976 erläuterten und in Fig. 1 dor anliegenden Zeichnung abgebildeten Schaltung zur Messung der Ozonkonzentration wird der Einfluß von SI iirluv'indi'i uiKjon dor Lichtquelle? eliminiert. Das von einer Lichtquelle 3 kommende Licht wird in der Schaltung von Fig. 1, nachdem es eine Meßzelle 1 durchlaufen hat, von einem Detektor 2, und außerdem auf einem zweiten direkten Weg von einem Detektor 4 aufgenommen. Die Ausgangssignale beider Detektoren 2 und 4 werden durch Spannungs/Frequenzumsetzer 5 bzw. 6 in Pulssignale umgewandelt und zur Pulszählung jeweils einem Aufwärts/Abwärtszähler 7 bzw. 8 zugeführt. Beide Zähler 7, 8, deren Zählwert-Verlauf in Fig. 2 durch die Poligonallinien 71 bzw. 81 dargestellt ist, hören mit dem Zählen auf, · sobald der Zähler 7 einen Bezugswert wie "k" erreicht hat.
Dann wird das zu prüfende Gas in die Meß zelle 1 gegeben und anschließend werden die Pulssignale der spannungs/ Frequenzumsetzer 5 und 6 in den Zählern 7 bzw. 8, von
TERMEER- MÜLLER ■ STEINMEISTfeR "-_ · ; ; "": * iHoÜba - HO-81·
• dem vorher erreichten Wert ausgehend, abwärts gezählt und der Zählvorgang abgebrochen, sobald der Zähler 8 den Wert 0 erreicht. Der Zähler 7 bleibt (Fig. 2) bei einem Zählwert "v" stehen, aus dem nach der Gleichung ν = kclx (worin 1 die Länge der Meßzelle 1 und c der Absorptionskoeffizient ist) die Konzentration χ eines gesuchten Gases ist.
Nach diesem herkömmlichen Meßgeräte-Prinzip können, weil mittels Integration der Lichtmenge bis zu dem Bezugswert jeder Störeinfluß durch Lichtstärkeänderungen der Lichtquelle eliminiert wird, zwar Gaskomponenten wie Ozon in äußerst geringer Konzentration genau ermittelt werden, aber dieses Konzept hat den Nachteil, daß je zwei sehr präzise und gleichmäßig arbeitende Spannungs/Frequenzumsetzer und zwei sehr gleichmäßig zählende Aufwärts/Abwärtszähler erforderlich sind, die zu einem sehr hohen Preis des fertigen Gerätes führen müssen.
Eine Bestimmung beispielsweise der Ozonkonzentration von 1 ppm mit einer Genauigkeit von 0,1 % erfordert die Einhaltung der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtmenge mit einer Genauigkeit von 10 , und die Genauigkeit der Spannungs/Frequenzumsetzer muß ebenfalls 10 betragen. Das erfordert Aufwärts/Abwärtszähler, die sechsstellige Zahlen verarbeiten können. Selbst wenn die Spannungs/ Frequenzumsetzer und Zähler in der Schaltung von Fig. 1 durch einen Analog-Integrator ersetzt wurden, müßte auch dieser Integrator mit der GütelcLasse 10 arbeiten und würde somit ebenfalls die Kosten des Gerätes in die Höhe treiben. . -
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, mit der bei optischen Geräten zur Strahlungs-Absorptionsmessung trotz Verwendung von billigen Baugruppen wie Spannungs/Frequenzumsetzern, Zählern und Integratoren eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar ist.
■-- ~ Ί - P η O
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER "- - "· · ""; - rBCrifoa - HO-81
-6-
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens ') .sind in Unteransprüchon gekonnzeichnet.
Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, das von einer einzigen Lichtquelle ausgehende Licht auf einem ersten Strahlenweg durch eine Meßzelle, in der sich in einem ersten Meßprozeß eine Standard-Gasprobe und in einem zweiten Meßprozeß eine zu untersuchende Gasprobe findet, und außerdem auf einem zweiten Strahlenweg direkt zu einem zweiten Detektor zu leiten, das Ausgangssignal des ersten Detektors über einen Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsgrad, einem Differenzverstärker und das Ausgangssignal des zweiten Detektors einem zweiten Eingang dieses Differenzverstärkers zuzuführen, das Ausgangssignal des zweiten Detektors ferner durch eine Integrierschaltung zu integrieren und, wenn der Integrationswert einen Bezugswert erreicht, ein Übereinstimmungssignal abzugeben, das Ausgangssignal des Differenzverstärkers durch eine Signalverarbeitungsschaltung mit Einrichtungen zum Integrieren, Speichern und zur Durchführung von Vergleichsrechnungen zu verarbeiten, in dem ersten Meßprozeß den Verstärkungsgrad des veränderbaren Verstärkers so einzustellen, daß die dem Eingang des Differenzverstärkers zugeführten Ausgangssignale im Rahmen einer vorgegebenen Genauigkeit gleich groß sind., das bei festgelegtem Verstärkungsgrad dem Differenzverstärker entnommene Aus-0 gangssignal durch die Signalverarbeitungsschaltung in einem Zeitraum, der zwischen dem Integrierbeginn und der · Abgabe des Ubereinstimmungssignals durch die Integrierschaltung liegt, zu integrieren und den sich ergebenden Integrationswert zu speichern; und in dem zweiten Meßprozeß das von dem Differenzverstärker bei mit im ersten
TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER " : : " ftpriba - HO-81
-7-
Prozeß festgelegtem Verstärkungsgrad arbeitender Verstärkungsschaltung mit veränderbarem-Verstärkungsgrad abgegebene Ausgangssignal zu dem Zeitpunkt, wo die Integrierschaltung zu integrieren beginnt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Integrierschaltung das Übereinstimmungssignal abgibt, zu integrieren, den sich dabei ergebenden Integrationswert mit dem gespeicherten Integrationswert aus dem ersten Meßprozeß zu vergleichen und danach die Konzentration der gesuchten Gaskomponenten zu ermitteln.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens können in dem optischen Lichtweg zwischen der Lichtquelle und zwei ■ separaten Detektoren zwei separate Meßzellen angeordnet sein, in dem ersten Meßprozeß können durch beide Meßzellen ein Null-Gas und in dem zweiten Meßprozeß durch die zweite Meßzelle das zu untersuchende Gas geleitet werden.
Eine weitere Mögichkeit besteht darin, daß in dem ersten Meßprozeß durch die eine Meßzelle ein Null-Gas und durch die andere Meßzelle das zu untersuchende Gas geleitet wird, und daß in dem zweiten Meßprozeß die Strömungswege für das NuI 1-Gas und das zu untersuchende Ga.s durch Umschaltung miteinander vertauscht werden. 25
Ferner kann es vorteilhaft sein, ein Gas, aus welchem nur die zu bestimmenden Komponenten entnommen (und die Interferenz-Komponenten belassen) werden, durch eine Gasaufbereitungseinrichtung zu schleusen und dann in der. doppelzelligen Ausführung als Null-Gas zu verwenden.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER
- HO-81
10
25 30
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des eingangs erläuterten herkömmlichen optischen Gerätes zur Absorptionsmessung,
Pig. 2 eine graphishe Darstellung zur Erläuterung des Meßprinzips von Fig. 1,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes optischen Absorptionsmeßgerät,
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Funktion
des erfindungsgemäßen Äusführungsbeispiels von Fig. 3, und
Fig. 5 eine Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit doppelter Meßzelle.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der KrI i ndumj .1 iecjl. eine einzige Meßzollo 21 in der optischen Lichtstrecke zwischen einer Lichtquelle 22 und einem ersten optischen Detektor 23. Ferner enthält die Schaltung des erfindungsgemäßen optischen Strahlungs-Absorptionsmeßgerätes einen zweiten optischen Detektor 24, Vorverstärker 25, 26, eine Verstärkungsregulierschaltung 27, einen Differenzverstärker 28 und eine Signalverarbeitungsschaltung 29, die in Fig. 3 einen Spannungs/Frequenzumsetzer VFC
einen Aufwärts/Abwärtszähler·UD und eine Abtasthalteschaltung SH enthält. Eine Integrierschaltung 30 enthält einen Spannungs/Frequenzumsetzer VFC2/ einen vorsetzbaren Zähler PC und eine Vorsetzschal'tung TS. Eine Steuerschaltung "Π steuert sämtliche Funktionen der Schaltungen des Gerätes in Abhängigkeit von darin auftretenden Signalen bei einem ersten Meßprozeß und einem weiter unten erläuterten zweiten Meßprozeß.
Erster Meßprozeß:
Während ein erstes Null-Gas durch die Meßzelle 21 strömt, verstärkt der Differenzverstärker 28 die Differenz zwischen
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTb-R
:ilc:.riba - IiO-81
_ Q —
einem aus dem ersten Detektor 23 über die Verstärkungsregulierschaltung 27 kommenden Signal I und einem aus dem zweiten Detektor 24 über den Vorverstärker 26 kommenden Signal J und verändert mittels seines eigenen Ausgangs den Verstärkungsgrad der Schaltung 27 so, daß das Signal I dem Signal J mit einer vorgebbaren Genauigkeit, die bei einer Meßgenauigkeit in der Größenordnung von 10 vorzugsweise im Bereich von 10 gewählt ist, angeglichen wird. Der einregulierte Verstärkungsgrad der Schaltung 27 wird durch ein Steuersignal der Steuerschaltung 31 fixiert.
_3 Bei der so gewählten Differenz-Toleranz von 10 kann immer noch eine Signaldifferenz zwischen I und J in der Größenordnung von 10 bis 10 verbleiben, die der Differenzverstärker 28 mit seinem Verstärkunysgrad von 10 oder mehr genau wie das erste Signal I
.J_ verstärkt.
Nach erfolgter Festlegung des Verstärkungsgrades der Verstärkungsregulierschaltung 27 gibt die Steuerschaltung 31 ein Startsignal an den vorsetzbaren Zähler PC ab, der zuvor durch die Vorsetzschaltung PS auf der Basis eines Vorsetzsignals auf den bereits oben in Verbindung mit dem Stand der Technik erläuterten Bezugswert K eingestellt worden ist. Von diesem Bezugswert K erfolgt durch das Startsignal der Abzug eines über den Umsetzer VFC,, aus dem zweiten Detektor 24 bezogenen Pulssignals. Andererseits beginnt der Zähler UD nach Zugang des Startsignals mit der Aufwärtszählung eines über den Umsetzer VFC1 aus dem Differenzverstärker 23 abgegebenen Pulssignals. Sobald der vorsetzbare Zähler PC den Zählwert Null erreicht und an die Steuerschaltung 31 einen Null-Ausgang abgibt, gibt die Steuerschaltung an den Zähler UD ein Zähl-Stop-Signal ab. Damit ist der erste Meßprozeß beendet. Anschließend wird vor Beginn des zweiten Prozesses der Zähler PC wieder auf den Bezugswert K eingestellt und der Zähler UD auf Abwärtszählbetrieb umgeschaltet.
TERMEER-MÜLLER-STEINMEISTER ; "ÖDrtba: -'ΗΟ-81
Zweiter Meßprozeß:
Während jetzt ein zu messendes Gas statt Null-Gas durch die Zelle 21 strömt, gibt der erste Detektor 23 ein dem das zu messende Gas durchsetzenden Lichtanteil entsprechendes· Ausgangssignal I ' über die Verstärkungsregulierschaltung 27, deren Verstärkungsgrad im ersten Prozeß festgelegt wurde, an den Differenzverstärker 28 ab, damit dieser ein der Differenz zwischen diesem Signal I' und einem der ungeschwächten Lichtstärke der Lichtquelle entsprechenden Signal J ' entsprechendes verstärktes Ausgangssignal (I' - J ') über den Umsetzer VFC1 als Abwärtswählsignal an den Zähler UD abgibt. Die Abwärtszählzeit des Zählers UD ist, ähnlich wie beim ersten Prozeß, gleicht der Zeit, in welcher der vorsetzbare Zähler PC nach Abwärtszählbeginn den Null-Ausgang abgibt. Der in dem Zähler UD verbleibende Rest-Zählwert, in dem Augenblick, wo der andere Zähler PC den Null-Ausgang abgibt, ist das der Konzentration der in dem Gas zu bestimmenden Komponente oder Komponenten entsprechende Meßsignal. Es wird in der Abtasthalteschaltung SHS gehalten und als Meßergebnis ausgegeben.
Durch folgende Gleichungen, in denen t = Zeit und o(t) = Funktion der Zeit bedeuten, soll bewiesen werden, daß der Rest-Zählwert S des Zählers UD den zu bestimmenden Komponenten entspricht. Die Signale I ... (erster Meßprozeß) und I* . . (zweiter Meßprozeß) kommen über die Schaltung 27 aus dem ersten Detektor 23 und die Signale J ... (erster Meßprozeß) und J1 . . (zweiter Meßprozeß)
O ^ "C J O \ t}
über den Vorverstärker 26 aus dem zweiten Detektor 24.
Dabei gilt: I'(t) = If o|t)e-aCx, und Io(t)/Jo(t) = I'o(t)/
JIo(t)=d·
Der vorsetzbare Zähler PC ist im Verlauf der durch Gleichung (I) bestimmte Zeit (t.. ) im ersten Prozeß
3-5 wirksam:
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTE-IR ": - ; ; ; · '^,0~ri^a _ HO-81
= K
Der ebenfalls während der Zeit (t.) arbeitende Aufwärts/ Abwärtszähler UD erreicht einen sich durch Gleichung (2) ergebenden Zählwert:
Danach arbeitet der vorsetzbare Zähler PC während der Zeit (t,-t-2) nach Gleichung (3) :
■
JoCi)M -K O)
ti
Durch Substraktion der Gleichung (3) von Gleichung (1) ergibt sich folgende Gleichung (-4):
Jofo dt- J J0H)A^ 0
Der Aufwärts/Abwärtsζähler UD zählt während der Zeit (t^-t?) von dem vorhergehenden Zähler abwärts und erreicht den sich aus der .nachstehenden Gleichung (5) ergebenden Wert S:
Diese Gleichung (5) läßt sich auch wie folgt schreiben:
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER :' tjori'bk
-12-
-I )
(6)
Bei Komponenten mit geringer Konzentration kann diese Gleichung (6) auch folgendermaßen umgeschrieben werden:
Langfristig verändert sichel im Laufe der Zeit. Wie jedoch erläutert, kann der Wert vonck durch Veränderung des Verstärkungsgrades der Verstärkungsregulierschaltung 27 in jedem Zyklus zwischen dem Beginn des ersten Meßprozesses bis zur Beendigung des zweiten Meßprozesses konstant gehalten werden. Folglich ist es möglich, die Komponenten-Konzentration χ aus dem Wert S auf der Grundlage von Gleichung (6) oder (7) zu bestimmen.
Erfindungsgemäß ist, wie vorstehend erläutert, zur Er-
— 6 zielung einer Meßgenauigkeit von 10 nur'eine Bestimmung.
der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden optischen Detektoren 23 und '24 in der Größenordnung von 10 erforderlich. Folglich brauchen die Verstärkungsregulierschaltung 27, der Spannungs/Frequenzumsetzer VFC1 5 und der Aufwärts/Abwärtszähler UD nur mit einer Genauigkeit in dieser Größenordnung zu arbeiten, es genügt die Verarbeitung dreistelliger Zahlen bei der Bestimmung einer Gaskonzentration, die den geringen Wert von 1 ppm hat. Zur Erreichung der gewünschten Meßgenauigkeit braucht
TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER ; _ ": ■ jforiba "~: HO-8 1
also lediglich die Arbeitsgenauigkeit der Verstärkungsregulierschaltung 27 festgelegt zu werden, mit der diese Schaltung dafür sorgt, daß die beiden Ausgangssignale der beiden optischen Detektoren innerhalb der gewünschten Toleranz übereinstimmen.
Btji dom bevorzugten Ausführungsbcispii-il der EiC Ladung eiiL-hüit die Signalverarbeitungsschaltuiuj 29 den Spannung«/ Frequenzumsetzer VFC., den Aufwärts/Abwärtszähler UD usw.
Es können aber auch Analogschaltungen verwendet werden.
In diesem Fall kann die Signalverarbeitungsschaltung einen Integrator zum Integrieren der Analogsignale des Differenzverstärkers 28, ein Register zum Speichern des Integrationswertes aus dem ersten Meßprozeß und einen Differenzver- stärker zur Ermittlung der Differenz zwischen dem Integrationswert des zweiten Meßprozesses und dem im Register gespeicherten Wert. Auch dieser Integrator kann ein Analog-Integrator sein.
Ein anderers bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet mit doppelter Meßzelle, es hat zwei separate Zellen 21 und 32 in zwei optischen Lichtwegen zwischen der Lichtquelle 22 und den beiden Detektoren 23 bzw. 24, siehe hierzu Fig. 5. Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, kann' mit diesem Doppelzellengerät die Gaskonzentration auf zweierlei Weisen bestimmt werden: Bei der "einfachen Doppelzellenmessung" wird in dem ersten Meßprozeß ein Null-Gas durch beide Zellen geleitet und in dem zweiten Meßprozeß ein zu untersuchendes Gas 0 durch die zweite Zelle geleitet.
Bei der "Doppelzellen-Austauschflußmessung" wird im ersten Meßprozeß ein Null-Gas durch die eine Zolle und ein zu untersuchendes Gas durch die andere Zelle geleitet und im zweiten Meßprozeß werden die genannten beiden Gasströme durch Zeilenumschaltung ausgetauscht.
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER : " - · · ilfoiiiba "- HO-81
-14-
Bei dem Doppelzellengerät gemäß Fig. 5 wird beispielsweise Null-Gas durch die Zelle 32 und das zu untersuchende Gas durch' die Zelle 21 geleitet, und beim nächsten Meßprozeß umgekehrt. Das Null-Gas wird gewonnen durch Hindurchleiten des zu untersuchenden Gases durch eine Gasaufbe- ' · reitungseinrichtung und enthält deshalb die Interferenz-Komponenten. Angenommen, der Absorptionskoeffizient der Interferenz-Komponenten ist b und deren Konzentration y, dann ist das Signal auf der Seite des ersten Detektors im ersten Prozeß Io(tv -b£y und im zweiten Prozeß
I' ,, . -a(fx-b€y', weil das Lambert-Beer' sehe Gesetz grundo (t)e ■ 1
sätzlich auch für die Interferenz-Komponenten gilt. Ähnlich ist das Signal auf der Seite des zweiten Detektors im ersten Meßprozeß J ,, > -b£y und im zweiten Prozeß J1 . . -bßy1. Diese Gleichungen können ähnlich wie die zuvor erläuterten Gleichungen (1) bis (6) behandelt werden, wobei <*= Io(t)/J?(t) - ! Ό (t)/T Ό (t) "
t2
dt
K PJoUey «it
[ J(t) dt
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Die Gleichung (8) hat die gleiche Form wie Gleichung (6). Folglich ist auch die Konzentration von Gaskomponenten mittels eines Doppelzellengerätes bestimmbar. Darüberhinaus hat das Doppelzellengerät noch den Vorteil, daß Einflüsse durch Interferenzkomponenton kompensiert und . damit unwirksam gemacht werden können.
Zuvor wurde das Null-Gas und das zu untersuchende Gas abwechselnd durch die eine bzw. andere Zelle geleitet.
Dagegen wird bei der einfachen Doppelzellenmessung durch die Zelle 21 nur das Null-Gas und durch die andere Zelle abwechselnd das Null-Gas und das zu untersuchende Gas ge-. leitet. Auch bei dieser Methode können die Einflüsse durch Interferenzkomponenten auskompensiert und damit beseitigt werden.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Gerät von Fig, 5 im ersten Meßprozeß das zu untersuchende Gas durch die' /,eile 21 uinl das Null-Gas durch die Zelle 32 geleitet, und im zweiten Meßprozeß das Null-Gas durch die Zelle 21 und das zu untersuchende Gas durch die Zelle 32 geleitet werden, können folgende Gleichungen benutzt werden:
Pjt-^-^y dt-=K
. ti
-- j ο <- -c " / j α t /o
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER
: HcTi-iba""- HO-81
-16-
ι-κ
jo(t)e"
10
(9)
20
Darin ist G der in der Verstärkungsregulierschaltung 27 eingestellte Verstärkungsgrad.
Wenn bei einer Verstärkungseinstellung folgende Bedingungen gelten:
2 5
dann kann die Gleichung (9) folgendermaßen umgeschrieben
werden:
S = K(l-e"2a X) (10) .
Die · Gleichung (10) unterscheidet, sich von der Gleichung (8) nur durch Verdopplung des Exponenten von e. Folglich ist auch diese Methode geeignet, die Einflüsse von Interferenzkomponenten auszuschalten und die Konzentration χ von Gaskomponenten zu bestimmen. Die Doppelzelle.n-Austauschflußmessung oder Kreuzstrommessung gestattet darüberhinaus eine höhere Meßgenauigkeit, da durch den doppelten Exponenten von e der Meßausgang verdoppelt wird.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER \ Hprlbct -T VlOI-S X "' -' '' ' ° ^
An dieser Stelle sei erwähnt, daß das gleiche Ergebnis aus der Gleichung (6) annähernd auch mit einem einzelnen Zellengerät zu erreichen ist, wenn sich die Zelle 21 in dem optischen Lichtweg zwischen der Lichtquelle 22 und dem zweiten Detektor 24 (abweichend von Fig. 3) befindet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu schon, daß das erfindungsgemäße Strahlungs-Absorptionsmeßgerät so gestaltet ist, daß trotz Verwendung von handelsüblichen und nicht besonders hochwertigen Bauelementen in seiner Signalverarbeitungsschaltung eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar ist. Das Gerät ist vor allem deshalb so preiswert herstellbar, weil die Angleichung der Ausgangssignale, seiner beiden optischen Detektoren durch einen Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsgrad so weit aneinander angeglichen werden können, wie es der gewünschte Genauigkeitsgrad erfordert.
Leerseite

Claims (5)

i-.'.:"Ü...:":-:-:"- 2213102 TER MEER1-MULLER-STEINMEISTEr PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing. K. E. Müllor . . . . . , „, Triftstrasse 4, Artur-Ladebeck-Strasso 51 D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 Case: HO-81 13. Mai 1982 Mü/Gdt/b HORIBA, LTD. 2-Miyanohigashi-machi, Kissyoin, Minami-ku, Kyoto, Japan Optisches Gerät zur Strahlungs-Absorptionsmessung Priorität: 19. Mai 1981, Japan, Ser.No. 56-75120/81 PATENTANSPRÜCHE
1. )Optisches.Gerät zur Strahlungs-Absorptionsmessung, mit einer Lichtquelle und zwei optischen Detektoren, von denen der zweite einen auf direktem Wege von der Lichtquelle abgegebenem Lichtanteil und der erste Detektor einen von der Lichtquelle durch eine Meßzelle, in der sich bei einem ersten Meßschritt eine Standard-Gasprobe und bei einem zweiten Meßschritt eine zu untersuchende Gasprobe findet, abgegebenen anderen Lichtanteil aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß - das Ausgangssignal des ersten Detektors (23) eine Verstärkungsregelschaltung (27)· mit veränderbarem Verstärkungsgrad durchläuft,
TERMEER- MÜLLER ■ STEINMEISTER '- - - ; : ' IHCÜtiba - HO-81
-2-
- ein Differenzverstärker (28) die Differenz zwischen dem Ausgangssignal (I ;I' ) der Verstärkungsregelschaltung und einem Ausgangssignal (J ;J1 ) des zweiten Detektors (24) verstärkt,
- eine Integrierschaltung (30) das Ausgangssignal des zweiten Detektors integriert und, wenn der Integrationswert einen Bezugswert (K) erreicht, ein Ubereinstimmungs-
. signal abgibt,
- an den Differenzverstärker (28)eine Signalverarbeitungsschaltung (29) mit Einrichtungen zum Integrieren, Speichern
■ und zur Durchführung von Vergleichsrechnungen angeschlossen ist,
- beim ersten Meßschritt der Verstärkungsgrad der Verstärkungsregelschaltung (27) einstellbar ist, daß die dem Eingang des Differenzverstärkers zugeführten Ausgangssignale im Rahmen einer vorgegebenen Genauigkeit gleich groß sind, das bei festgelegtem Verstärkungsgrad dem Differenzverstärker entnommene Ausgangssignal durch die Signalverarbeitungsschaltung in einem Zeitraum, der zwischen dem Interierbeginn und der Abgabe des Ubereinstimmungssignals durch die Integrierschaltung liegt, integriert und der sich ergebende Integrationswert gespeichert wird; und daß
- beim zweiten Meßschritt das von dem Differenzverstärker (28) bei mit im ersten Schritt festgelegtem Verstärkungsgrad arbeitender Verstärkungsregelschaltung (27) abgegebene Ausgangssignal von dem Zeitpunkt, an dem die Integrierschaltung zu integrieren beginnt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Integrierschaltung das Ubereinstimmungssignal abgibt, integriert, der sich dabei ergebende Integrationswert mit dem gespeicherten Integrationswert aus dem ersten Meßschritt verglichen und
. darnuu die Konzentration dor gesuchten Gaskomponentan . c nn 111 ο 1 ba r i; ind.
TER MEER - MÜLLER · STEINMEiSTER " * ; : '.'"■'■ .-i „Λ ο -, .:.".-" Hor->ba - ΠΟ-81
2. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (22) und dem ersten optischen Detektor (23) eine erste Meßzelle (21) und zwischen der Lichtquelle und dem zweiten optischen Detektor (24) eine zweite Meßzelle (32) angeordnet ist; und daß beim ersten Meßschritt durch beide Meßzellen ein Null-Gas (Bezugsprobe) und beim zweiten Meßschritt durch die zweite Meßzelle das zu untersuchende Gas geleitet wird.
3. Gerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (22) und dem ersten optischen Detektor (23) eine erste Meßzelle (21) und zwischen der Lichtquelle und dem zweiten optischen Detektor (24) eine zweite Meßzelle (32) angeordnet ist; und daß beim ersten Meßschritt durch die eine'Meßzelle ein Null-Gas und durch die andere Meßzelle ein zu untersuchendes Gas geleitet, und beim zweiten Meßschritt die Strömungswege für das Null-Gas und das zu untersuchende Gas durch Umschaltung mit einander vertauschbar sind.
4. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen der Baugruppen beim ersten Meßschritt" und beim zweiten Meßschritt durch eine Steuerschaltung (31) steuerbar sind.
5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung (30) und die Signalverarbeitungsschaltung (29) Elemente der Digitaltechnik enthalten.
DE19823218102 1981-05-19 1982-05-13 Optisches geraet zur strahlungs-absorptionsmessung Granted DE3218102A1 (de)

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JP (1) JPS57190251A (de)
DE (1) DE3218102A1 (de)

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