DE4441023C2 - Gasanalysator nach dem Kreuzmodulations-Modus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasanalysator, wie beispielswei­ se einen nichtdispersiven Infrarotanalysator, der gleichzei­ tig mehrere Gaskomponenten in einem Kreuzmodulations- Einzelzellen-Modus messen kann, wobei mehrere nichtdispersive Infrarotanalysatoren in Kombination verwendet werden können.

Nichtdispersive Infrarotanalysatoren werden allgemein in ei­ nem Erfassungsmodus mit einem einzelnen optischen Pfad für eine einzelne Komponente verwendet. Wenn mehrere Komponenten zu messen sind, wird, selbst bei einem Einzelzellen-Modus, ein Erfassungsmodus mit zwei optischen Pfaden für zwei Komponen­ ten verwendet, und infolgedessen ist eine große Anzahl opti­ scher Teile erforderlich. Darüber hinaus ist es zum gleich­ zeitigen Messen von drei oder vier Komponenten selbst unter Verwendung eines Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus, bei dem ein Probengas und ein Bezugsgas abwechselnd über ein Drehven­ til in zwei Zellen eingeführt werden, verwendet wird, erfor­ derlich, zwei Gasanalysatoren und zwei Strecken zum Zuführen von Probengas von einer Probengaszuführanordnung bereitzu­ stellen. Demgemäß sind nicht nur die Strömungsrate des Pro­ bengases erhöht, die Anzahl optischer Teile erhöht und die Probengaszuführanordnung kompliziert und damit die Herstel­ lungskosten erhöht, sondern es ist auch eine Wartung der meh­ reren Gasanalysatoren erforderlich, weswegen die Betriebsko­ sten erhöht sind. Darüber hinaus tritt bei einem Modus mit intermittierendem Licht eine Schwierigkeit hinsichtlich einer Ansprechverzögerung auf, wenn insbesondere eine Reihenanord­ nung vorliegt.

Die US 4 914 719 beschreibt einen Gasanalysator mit einer In­ frarotlichtquelle und mit einer Meßzelle für ein Probengas. Im Lichtweg hinter der Meßzelle sind drei Strahlteiler ange­ ordnet, die jeweils einen Teil des auftreffenden Lichtes zu einem Detektor reflektieren und einen anderen Teil zum nach­ folgenden Strahlteiler bzw. zu einem weiteren Detektor durch­ lassen. Vor den einzelnen Detektoren sind dabei optische Fil­ ter für jeweils bestimmte Wellenlängen angeordnet. Durch die Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter üblicher Strahlteiler, die in der Umgebungsluft angeordnet sind, wird nicht nur die Intensität des zu den einzelnen Detektoren ge­ langenden Lichtes geschwächt, sondern es besteht auch die Ge­ fahr, daß sich auf den Strahlteilern Störkomponenten oder so­ gar die zu messenden Komponenten niederschlagen und so das mit dem bekannten Gasanalysator erhältliche Analyseergebnis erheblich verfälschen können.

Die DE 35 44 015 A1 zeigt einen weiteren Gasanalysator, bei dem zwischen einer Infrarotlichtquelle und einer Küvette ein Filterpaar angeordnet ist. Hinter der Küvette, die mit einem zu analysierenden Gas oder Gasgemisch beströmt werden kann, ist vor einem Lichtsensor ein Gasfilter vorgesehen. In diesem Gasfilter kann sich beispielsweise CO₂ befinden, um das in der Küvette befindliche CO querempfindlichkeitsfrei messen zu können. Aus dieser Druckschrift ist es also bekannt, Gasfil­ ter zwischen einer Meßzelle oder Küvette und einem Detektor anzuordnen, um eine querempfindlichkeitsfreie Messung einer im Probengas befindlichen Komponente durchführen zu können.

Aus der GB 979 850 ist ein Gasanalysator bekannt, bei dem ei­ ne Probenzelle und eine Referenzzelle abwechselnd von einer Lichtquelle bestrahlt werden. Hinter der Meß- und der Refe­ renzzelle ist ein Detektor angeordnet, der einen teildurch­ lässigen Spiegel umfaßt, um das aus Meß- bzw. Referenzzelle austretende Licht teilweise zu einer ersten Fotozelle zu re­ flektieren und teilweise zu einer zweiten Fotozelle durchzu­ lassen. Vor den beiden Fotozellen sind Filter angeordnet. Die Reflexions-Transmissions-Charakteristik des teildurchlässigen Spiegels ist so gewählt, daß die beiden Fotozellen in etwa mit der gleichen Intensität beaufschlagt werden, solange kei­ ne selektive Absorption in der Meß- bzw. Referenzzelle auf­ tritt.

Die US 5 153 436 A beschreibt eine Detektoreinheit mit einem Strahlteiler, der so beschichtet ist, daß Licht mit einer Wellenlänge größer als ein ausgewählter Wert reflektiert wird, während Licht mit einer Wellenlänge kürzer als der aus­ gewählte Wert durchgelassen wird. Im Reflexions- und Trans­ missionslichtweg sind hinter dem Strahlteiler jeweils ein Bandpaßfilter und ein Fotodetektor angeordnet. Der Strahltei­ ler, die Filter und die Fotodetektoren sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Ein ähnliches Filterabstrahlteil wie in der Detektoreinheit der US 5 153 436 A ist auch aus der EP 0 462 755 A1 bekannt.

Schließlich zeigt die DE 30 26 953 A1 einen weiteren Gasana­ lysator vom Einzellen-Typ, bei dem hinter einer Meßzelle, die von einer Lichtquelle bestrahlt wird, in Reihe drei Detekto­ ren angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Gasanalysator zu schaffen, der insbesondere bei einfachem Aufbau gleichzeitig mehrere Komponenten in einem Probengas in einem Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus messen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gasanalysator mit den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Der erfindungsgemäße Gasanalysator enthält mindestens eine Gasfilterzelle, die einen Lichtseparator und ein Gas mit Stö­ rungskomponenten aufweist, die die Erfassung der zu messenden Komponenten behindern. Der Lichtseparator kann ein optisches Filter sein, das unter einem bestimmten Winkel (von z. B. 45° bezogen auf die Richtung des optischen Pfads) angeordnet ist. Wenn mehrere Gasfilterzellen vorhanden sind, sind sie in Rei­ he hintereinander entlang dem optischen Transmissionspfad an­ geordnet. Wenn die Gasfilterzellen so arbeiten, daß sie zur längerwelligen Seite hin ausblenden, sind sie so hintereinan­ der angeordnet, daß das Filter mit der kürzesten Grenzwellenlänge am weitesten vorne entlang dem Transmissionspfad ange­ ordnet ist. Wenn die Filter dagegen so wirken, daß sie kürzerwelliges Licht aussenden, sind sie in der entgegenge­ setzten Reihenfolge in Reihe angeordnet.

Durch das Störungskomponenten enthaltende Gas in jeder Gas­ filterzelle werden Einflüsse durch Störungskomponenten auf die Erfassung der eigentlich zu messenden Komponenten besei­ tigt.

Mit jedem Gasanalysator kann eine Komponente mehr gemessen werden, als Gasfilterzellen vorhanden sind, da für jede Gas­ filterzelle ein Detektor auf der Reflexionsseite vorhanden ist und ein einzelner weiterer Detektor entlang dem gemeinsa­ men Transmissionspfad aller Detektorzellen vorhanden ist.

Durch ein Umschaltventil kann ein erster Gasanalysator mit einem zweiten Gasanalysator oder einem herkömmlichen Analysa­ tor zum abwechselnden Zuführen von Probengas und Bezugsgas gekoppelt werden, um im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus zu arbeiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. näher er­ läutert.

Fig. 1 bis 3 sind jeweils ein Gesamtblockdiagramm eines er­ sten bis dritten Gasanalysators;

Fig. 4 ist ein Charakteristikdiagramm, das das Transmissions­ vermögen optischer Filter zeigt; und

Fig. 5 ist ein Gesamtblockdiagramm eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Gasanalysator für den Fall, daß höchstens vier Komponenten gleichzeitig durch zwei Meßzellen in einem Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus gemessen werden.

Gemäß Fig. 1 weist dieser Gasanalysator, in welchem die ge­ nannten vier Komponenten gemessen werden, folgendes auf: zwei Meßzellen 2, 3, in die über ein Dreh- bzw. Umschaltventil 1 abwechselnd ein Probengas S und ein Bezugsgas R eingeleitet werden; Lichtquellen 4, 5, die an einer Endseite jeder Meß­ zelle 2, 3 angeordnet sind; Gasfilterzellen 6, 7 mit Gasen von Störungskomponenten, die die Erfassung zu messender, ein­ geschlossener Komponenten behindern und die an der anderen Endseite jeder der Meßzellen 2, 3 vorhanden sind; Strahltei­ ler 8, 9 in den Gasfilterzellen 6, 7 und ein erster und vier­ ter Detektor 10, 13 sowie ein zweiter und dritter Detektor 11, 12, die auf der Seite der Transmissionsposition bzw. der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Strahlteiler 8, 9 angeordnet sind; und eine Probengaszuführanordnung Q₁, die mit dem Drehventil 1 verbunden ist. Darüber hinaus ist eine Reinigungseinrichtung M für das Bezugsgas vorgesehen.

Ferner sind die innerhalb der Gasfilterzellen 6, 7 vorhande­ nen Strahlteiler 8, 9 mit Transmissions- und Reflexionsflä­ chen 8a, 9a versehen, die einen Neigungswinkel von 45° zu den optischen Achsen X₁, X₂ der jeweiligen Meßzellen 2, 3 aufwei­ sen, und der erste und vierte Detektor 10, 13, die die erste bzw. vierte zu messende Komponente messen, sind jeweils auf der optischen Achse X₁ bzw. X₂ angeordnet, während der zweite und dritte Detektor 11, 12, die die zweite bzw. dritte Kompo­ nente messen, auf einer unter 90° stehenden Reflexionsachse Y₁ bzw. Y₂ angeordnet sind.

Obwohl das Teilungsverhältnis für die Lichtmenge zum ersten und zweiten Detektor 10, 11 durch den Strahlteiler 8 sowie zum dritten und vierten Detektor 12, 13 durch den Strahlteiler 9 im allgemeinen auf 1 : 1 eingestellt ist, werden dann, wenn zwischen den Detektoren 10, 11 bzw. 12, 13 charakteri­ stische Unterschiede hinsichtlich der Empfindlichkeit beste­ hen, die Reflexionsfaktoren so eingestellt, daß das Teilungs­ verhältnis 1 : 2 oder mehr beträgt, wodurch die Lichtmengen abhängig von den Meßempfindlichkeiten der beiden Detektoren 10, 11 bzw. 12, 13 verteilt werden.

Da der vorliegende Gasanalysator über den vorstehend be­ schriebenen Aufbau verfügt, werden das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die Meßzelle 2 oder die Meßzelle 3 eingeleitet. Das Probengas S wird durch ein System der Pro­ bengaszuführanordnung Q₁ zugeführt. Die Änderung der von den zu messenden Komponenten innerhalb der Meßzellen 2, 3 absor­ bierten Lichtmenge wird durch die Strahlteiler 8, 9 gleichmä­ ßig in die jeweiligen Detektoren 10 bis 13 aufgeteilt, um verstärkt ein Signal aus jedem Detektor auszugeben.

Dabei sind die gasförmigen Störungskomponenten, die die Mes­ sung jeder zu messenden Komponente behindern, in den Gasfil­ terzellen 6, 7 mit den darin vorhandenen Strahlteilern 8, 9 enthalten, um Einflüsse durch Störungskomponenten zu beseiti­ gen. Z.B. ist bei einer Messung von Schornsteinabgas dann, wenn NO₂ oder SO₂ zu messen sind, CO₂ in den Gasfilterzellen 6, 7 enthalten.

Gemäß dem vorliegenden Gasanalysator können, da die Strahl­ teiler 8, 9 an der anderen Endseite der Meßzellen 2 bzw. 3 auf die vorstehend beschriebene Weise vorhanden sind, insge­ samt vier Detektoren 10 bis 13 auf der Seite der Transmissi­ onsposition und der Seite der Reflexionsposition der jeweili­ gen Strahlteiler 8, 9 angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die zwei Meß­ zellen 2, 3 im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus eingelei­ tet werden, wodurch man in der Lage ist, gleichzeitig höch­ stens vier Komponenten durch zwei Meßzellen zu messen. Dar­ über hinaus kann das Probengas S durch ein System der Proben­ gaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl für eine her­ kömmliche Messung von vier Komponenten im Kreuzmodulations- Einzelzellen-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Probengaszu­ führsysteme erforderlich waren, kann gemäß dem vorliegenden Fall die Messung durch einen Gasanalysator und eine Proben­ gaszuführanordnung Q₁ erzielt werden. Darüber hinaus sind die Störungskomponenten, die die Messung der jeweiligen zu mes­ senden Komponenten behindern, in den Gasfilterzellen 6, 7 mit den darin vorhandenen Strahlteilern 8, 9 vorhanden, damit Einflüsse durch die Störungskomponenten beseitigt werden kön­ nen. Außerdem verkompliziert die Reinigungseinrichtung M zum Herstellen des Bezugsgases den Gasanalysator nicht auf die­ selbe Weise, wie es für die Probengaszuführanordnung Q₁ gilt.

Fig. 2 zeigt einen zweiten Gasanalysator. D.h., daß Fig. 2 einen Gasanalysator für den Fall zeigt, daß höchstens drei Komponenten gleichzeitig durch zwei Meßzellen in einem Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus gemessen werden.

Gemäß Fig. 2 weist dieser Gasanalysator, durch den die ge­ nannten drei Komponenten gemessen werden, folgendes auf: zwei Meßzellen 2, 3, in die ein Probengas S und ein Bezugsgas R abwechselnd über ein Drehventil (Umschaltventil) 1 eingeführt werden; Lichtquellen 4, 5, die an einer Endseite jeder der Meßzellen 2, 3 angeordnet sind; eine Gasfilterzelle 6, in die Störungskomponenten, die die Erfassung zu messender Komponen­ ten behindern, eingeschlossen sind und die an der anderen End­ seite einer Meßzelle 2 angeordnet ist; einen Strahlteiler 8 innerhalb der Gasfilterzelle 6; zwei Detektoren 10, 11, die auf der Seite der Transmissionsposition und der Seite der Re­ flexionsposition des Strahlteilers 8 angeordnet sind; einen dritten Detektor 14, der auf der anderen Endseite der anderen Meßzelle 3 angeordnet ist; und eine Probengaszuführanordnung Q₁, die mit dem Drehventil 1 verbunden ist.

Ferner ist der Strahlteiler 8 innerhalb der Gasfilterzelle 6 mit einer transmittierenden, reflektierenden Oberfläche 8a versehen, die zur optischen Achse der Meßzelle 2 einen Nei­ gungswinkel von 45° aufweist, wobei der erste Detektor 10 zum Messen einer ersten Komponente auf der optischen Achse X₁ an­ geordnet ist und der zweite Detektor 11 zum Messen einer zweiten Komponente auf einer optischen Reflexionsachse Y₁, die um 90° versetzt ist, angeordnet ist, während der dritte Detektor 14 auf einer optischen Achse X₂ an der anderen End­ seite der anderen Meßzelle 3 angeordnet ist.

Obwohl im allgemeinen das Teilungsverhältnis für die Licht­ mengen zum ersten und zweiten Detektor 10, 11 durch den Strahlteiler 8 auf 1 : 1 eingestellt wird, werden dann, wenn hinsichtlich der Empfindlichkeit der Detektoren charakteri­ stische Unterschiede bestehen, die Reflexionsfaktoren so ein­ gestellt, daß das Teilungsverhältnis 1 : 2 oder mehr ist, wo­ durch die Lichtmenge abhängig von den Meßempfindlichkeiten der beiden Detektoren 10, 11 verteilt wird.

Da der vorliegende Gasanalysator den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, werden das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die Meßzelle 2 oder die Meßzelle 3 eingelei­ tet. Das Probengas S wird durch das System der Probengaszu­ führanordnung Q₁ zugeführt. Die Änderung der Menge des durch die zu messenden Komponenten innerhalb der Meßzelle 2 absor­ bierten Lichts wird durch den Strahlteiler 8 auf gleiche Wei­ se in die jeweiligen Detektoren 10, 11 aufgeteilt, um aus je­ dem Detektor 10, 11 ein verstärktes Signal auszugeben. Ande­ rerseits wird die Änderung der Menge des durch die zu messen­ den Komponenten innerhalb der Meßzelle 3 absorbierten Lichts direkt vom dritten Detektor 14 empfangen, um aus diesem ein verstärktes Signal auszugeben.

Dabei sind die Störungskomponenten, die die Erfassung jeder zu messenden Komponente behindern, in der Gasfilterzelle 6 mit dem darin enthaltenen Strahlteiler 8 eingeschlossen, um Einflüsse durch die Störungskomponenten zu beseitigen. Z.B. ist bei einer Messung von Schornsteinabgas, wenn NO₂ oder SO₂ zu messen sind, CO₂ in der Gasfilterzelle enthalten.

Gemäß dem vorliegenden Gasanalysator können, da der Strahl­ teiler 8 an der anderen Seite der einen Meßzelle der zwei Meßzellen 2, 3 auf die vorstehend beschriebene Weise angeord­ net ist, insgesamt drei Detektoren angebracht werden, d. h. ein Detektor 10 auf der Seite der Transmissionsposition des Strahlteilers 8, ein Detektor 11 auf der Seite der Refle­ xionsposition des Strahlteilers 8 und ein Detektor 14 auf der anderen Endseite der anderen Meßzelle 3. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd im Kreuzmodulati­ ons-Einzelzellen-Modus in die zwei Meßzellen 2, 3 eingeleitet werden, wodurch gleichzeitig höchstens drei Komponenten durch zwei Meßzellen gemessen werden können. Darüber hinaus kann das Probengas S durch ein System der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl bei einer herkömmlichen Messung von drei Komponenten im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Probenzuführsysteme erforder­ lich waren, kann die Messung im vorliegenden Fall durch einen Gasanalysator und eine Probenzuführanordnung Q₁ ausgeführt werden. Darüber hinaus sind die die Erfassung der jeweiligen zu messenden Komponente behindernden Störungskomponenten in der Gasfilterzelle 6, die den Strahlteiler 8 enthält, einge­ schlossen, so daß Einflüsse durch Störungskomponenten besei­ tigt werden können.

Fig. 3 zeigt einen dritten Gasanalysator zur Verwendung bei der Messung der Konzentrationen von drei Komponenten (z. B. CO, NO und SO₂) durch einen Fluidmodulationsmodus.

Gemäß Fig. 3 weist dieser Gasanalysator folgendes auf: eine Meßzelle 21, in der ein Probengas S und ein Bezugsgas R ab­ wechselnd eingeleitet werden; eine Lichtquelle 22, die an ei­ ner Endseite der Meßzelle 21 angeordnet ist; zwei Gasfilter­ zellen 23, 24, in die Störungskomponenten, die die Erfassung zu messender Komponenten behindern, eingeschlossen sind, und die in Reihe im optischen Pfad an der anderen Endseite der Meßzelle 21 angeordnet sind; optische Filter 25, 26 zum Er­ halten eines Spektrums von Infrarotwellenlängen, die in den jeweiligen Gasfilterzellen 23, 24 enthalten sind; zwei Detek­ toren 27, 28, die an der Seite der Reflexionsposition der je­ weiligen Gasfilterzellen angeordnet sind; ein Detektor 29, der im optischen Pfad auf der Seite der Transmissionsposition angeordnet ist; und eine Probengaszuführanordnung Q₁, die mit der Meßzelle 21 verbunden ist, in die das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd über ein Drehventil (Umschaltventil) 1 eingeleitet werden.

Da der dritte Gasanalysator den vorstehend beschriebenen Auf­ bau aufweist, sind zum Messen von Komponenten mit drei Wel­ lenlängen die optischen Filter 25, 26 für kurze Wellenlängen ausgehend von der Seite der Lichtquelle 22 her angeordnet, wobei die Grenzfrequenzen der optischen Filter 25, 26 entlang dem optischen Pfad hin zur längerwelligen Seite verschoben sind, so daß Wellenlängen, die kürzer als eine Wellenlänge a sind, durch die Oberfläche des ersten optischen Filters 25 re­ flektiert werden, wodurch Infrarotenergien mit einer kleine­ ren Wellenlänge als der Wellenlänge a auf den Detektor 27 fallen. Anschließend wird Infrarotstrahlung, die durch das erste optische Filter 25 hindurchgeht, zum folgenden opti­ schen Filter 26 geführt, wo Wellenlängen kürzer als eine Wel­ lenlänge b auf ähnliche Weise durch die Oberfläche dieses op­ tischen Filters 26 reflektiert werden, wodurch Infrarotener­ gien mit einer Wellenlänge kürzer als der Wellenlänge b auf den weiteren Detektor 28 fallen und der Rest so hindurchge­ strahlt wird, daß er auf den noch weiteren Detektor 29 fällt, der im optischen Pfad angeordnet ist. So kann das Spektrum der drei zu messenden Komponenten erhalten werden.

Dabei sind in den Detektoren 27, 28 und 29 Komponenten zu messen, die Infrarotabsorptionen an Positionen aufweisen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Was die spektrale Leistungsfä­ higkeit z. B. des optischen Filters 25 betrifft, wird, wenn das maximale Transmissionsvermögen desselben 90% beträgt, 90% der Infrarotenergie innerhalb eines langwelligen Bereichs mit Ausnahme des Wellenlängenbereichs einer zu messenden Kompo­ nente von der Lichtquelle zum dahinter liegenden optischen Filter 26 durchgelassen und der Rest wird so reflektiert, daß er auf den Detektor 27 fällt. D.h., daß, da das Transmissi­ onsvermögen des optischen Filters 25 für Wellenlängen auf der Seite kürzer als es der Wellenlänge a entspricht, nahezu 0 ist, eine verlustfreie Reflexion zum Detektor 27 erfolgt. Entsprechend werden im optischen Filter 26, da das Transmis­ sionsvermögen desselben für Wellenlängen auf der Seite, die kürzeren Wellenlängen als der Wellenlänge b entspricht, nahezu 0 ist, diese Wellenlängen ohne Verlust zum Detektor 28 reflek­ tiert. Demgemäß kann das Spektrum auf dieselbe Weise wie beim optischen Filter 25 erhalten werden. Insgesamt gesehen wird das Spektrum der zu messenden Komponenten 1, 2 in den opti­ schen Filtern 25, 26 erhalten, damit es dann durch die Detek­ toren 27 bzw. 28 erfaßt wird, während der Rest, also die dritte Komponente 3, durch den Detektor 29 erfaßt wird. Dar­ über hinaus weist das optische Filter 25 eine Filtercharakte­ ristik auf, wie sie durch die Kurve A dargestellt ist, und das optische Filter 26 weist eine Filtercharakteristik auf, wie sie durch die Kurve B dargestellt ist.

Wie vorstehend beschrieben, können beim dritten Gasanalysator insgesamt drei Detektoren, d. h. die Detektoren 27, 28 auf der Seite der Reflexionsposition jedes der optischen Filter 25, 26 sowie der Detektor 29 auf der Seite der Transmissionsposi­ tion der optischen Filter 25, 26 angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in die eine Meßzelle 21 eingeleitet werden, wodurch es möglich ist, gleichzeitig drei Komponenten durch eine Meßzelle im Fluidmo­ dulations-Einzelzellen-Modus zu messen. Darüber hinaus kann das Probengas S durch ein System der Probengaszuführanordnung Q₁ zugeführt werden. Obwohl beim Stand der Technik optische Filter parallel zur Oberfläche der Meßzelle zwischen dersel­ ben und den Detektoren angeordnet wurden, um Störungen zu verringern, wodurch zwei Gasanalysatoreinheiten und zwei Pro­ bengaszuführsysteme erforderlich waren, um drei Komponenten zu messen, sind im vorliegenden Fall die optischen Filter 25, 26 für den kurzwelligen Bereich von der Lichtquelle 22 her angeordnet und die Grenzfrequenzen der optischen Filter 25, 26 sind von der Lichtquelle weg zur längerwelligen Seite hin verschoben, so daß eine Messung durch den einen Gasanalysator und die eine Probengaszuführanordnung Q₁ erzielt werden kann. Darüber hinaus sind Störungskomponenten, die die Messung der jeweiligen zu messenden Komponenten behindern, in den Gasfil­ terzellen 23, 24 mit dem optischen Filter 25 bzw. 26 enthal­ ten, um Einflüsse durch Störungskomponenten verhindern zu können.

Kurz gesagt, können im Gasanalysator mit einem optischen Sy­ stem mehrere Komponenten (z. B. CO, NO und SO₂) gemessen wer­ den. Darüber hinaus kann ein kompakter, billiger Gasanalysa­ tor mit verringertem Empfindlichkeitsverlust geschaffen wer­ den, da Infrarotenergien, die bei der herkömmlichen Messung durch die optischen Filter ausgeblendet wurden, als Energie für andere Messungen verwendet werden. Ferner kann im vorlie­ genden Fall die Messung unter Verwendung einer Zelle mit her­ kömmlicher Größe für die Messung einer Komponente verwendet werden, obwohl herkömmlicherweise zum Messen mehrerer Kompo­ nenten in einer Zelle eine Zelle mit vergrößertem Durchmesser zu verwenden war, und zwar wegen der Größe des Sensors, wo­ durch die Strömungsrate der Probe erhöht werden mußte/oder Energie verlorenging, wenn Halbleiter oder pyroelektrische Elemente für die mehreren Komponenten vorhanden waren.

Außerdem kann beim vorstehend beschriebenen dritten Gasanaly­ sator noch ein Gasanalysator, wie er in Fig. 3 durch eine Phantomlinie dargestellt ist, mittels eines Drehventils 1 hinzugefügt werden, um ein Paar Gasanalysatoren aufzubauen, wodurch es möglich ist, Komponenten bei sechs Wellenlängen zu messen.

Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem Komponenten bei vier Wellenlängen durch einen Gasanalysator gemessen werden, der folgendes aufweist: eine Meßzelle 21, in die ein Probengas S und ein Bezugsgas R ab­ wechselnd eingeleitet werden; eine Lichtquelle 22, die an ei­ ner Endseite der Meßzelle 21 vorhanden ist; drei Gasfilter­ zellen 23, 24, 33, die Störungskomponenten enthalten, die die Erfassung zu messender Komponenten behindern und die der Rei­ he nach entlang dem optischen Pfad an der anderen Endseite der Meßzelle 21 angeordnet sind; optische Filter 25, 26, 32 in den Gasfilterzellen 23, 24, 33 zum Erhalten eines Spek­ trums infraroter Wellenlängen; drei Detektoren 27, 28, 34 auf der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Gasfilterzel­ len 23, 24, 33 und einen Detektor 35, der im optischen Pfad auf der Seite der Transmissionsposition der jeweiligen Gas­ filterzellen 23, 24, 33 angeordnet ist; und eine Probengaszu­ führanordnung Q₁ die mit der Meßzelle 21 verbunden ist.

Auch gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel können meh­ rere Komponenten durch ein optisches System gemessen werden. D.h., daß drei optische Filter 25, 26, 32 unter einem be­ stimmten Winkel von z. B. 45° dichter an der Seite der Zelle angeordnet sind, als es bei der herkömmlichen Messung der Fall ist, um das Spektrum der von der Lichtquelle 22 emit­ tierten Energien zu erhalten, wodurch die spektralen Wellen­ längen der optischen Filter 25, 26, 32 gegeneinander verscho­ ben sind, um Komponenten innerhalb der jeweiligen Wellenlän­ genbereiche zu messen.

Darüber hinaus können ein pneumatischer Detektor, ein pyro­ elektrischer Detektor, ein Thermoelement oder ein Halbleiter­ sensor bei den vorstehend beschriebenen Gasanalysatoren als Detektor verwendet werden. Ferner kann beim vorstehend be­ schriebenen dritten Gasanalysator und dem Gasanalysator des Ausführungsbeispiels anstelle eines optischen Filters, das zu längeren Wellenlängen hin ausblendet, ein solches verwendet werden, das zu kürzeren Wellenlängen hin ausblendet. In die­ sem Fall ist das optische System zum Messen einer Komponente auf der langwelligen Seite weiter vorne im Strahlengang ange­ ordnet.

Wie vorstehend beschrieben, ist ein Strahlteiler an der ande­ ren Endseite einer Zelle vorhanden, so daß nicht nur ein er­ ster Detektor, der eine erste zu messende Komponente erfaßt, auf der Seite der Transmissionsposition der optischen Achse angeordnet werden kann, sondern auch ein zweiter Detektor an­ geordnet werden kann, der eine zweite Komponente mißt und der auf der optischen Achse der Reflexionsseite angeordnet ist, wodurch zwei Komponenten gleichzeitig in einem Einzelzellen- Modus gemessen werden können. Darüber hinaus sind Störungs­ komponenten, die die Messung der ersten und zweiten zu mes­ senden Komponente behindern, in den Gasfilterzellen mit dem jeweils darin angeordneten Strahlteiler enthalten, die sich bei der Erfassung beider zu messender Komponenten auswirken.

Außerdem ist ein Strahlteiler an der anderen Endseite jeder der zwei Meßzellen angeordnet, so daß insgesamt vier Detekto­ ren, d. h. zwei Detektoren auf der Seite der Transmissionspo­ sition der jeweiligen Strahlteiler und zwei Detektoren auf der Seite der Reflexionsposition der jeweiligen Strahlteiler, angeordnet werden können. Demgemäß können das Probengas S und das Bezugsgas R abwechselnd in zwei Meßzellen über ein Dreh­ ventil eingeleitet werden, so daß es möglich ist, gleichzei­ tig höchstens vier Komponenten durch zwei Meßzellen zu mes­ sen. Darüber hinaus kann das Probengas durch eine Probengas­ zuführanordnung zugeführt werden. Obwohl für eine herkömmli­ che Messung von vier Komponenten im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Probengaszu­ führanordnungen erforderlich waren, kann die Messung wie be­ schrieben durch einen Gasanalysator und eine Probengaszu­ führanordnung ausgeführt werden. Darüber hinaus sind Stö­ rungskomponenten, die die Erfassung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, in den Gasfilterzellen mit den darin enthaltenen Strahlteilern angeordnet, so daß Einflüsse durch Störungskomponenten beseitigt werden können.

Wenn ein Strahlteiler nur auf einer Endseite einer Meßzelle zweier Meßzellen vorhanden ist, können insgesamt drei Detek­ toren, d. h. ein Detektor auf der Seite der Transmissionsposi­ tion des Strahlteilers, ein Detektor auf der Seite der Refle­ xionsposition des Strahlteilers und ein Detektor an der ande­ ren Endseite der anderen Meßzelle angeordnet werden. Demgemäß können das Probengas und das Bezugsgas abwechselnd im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus in zwei Meßzellen einge­ leitet werden, wodurch es möglich ist, gleichzeitig höchstens drei Komponenten durch zwei Meßzellen zu messen. Darüber hin­ aus kann das Probengas durch ein System einer Probengaszu­ führanordnung zugeführt werden. Obwohl bei einer herkömmli­ chen Messung von drei Komponenten im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Abtastsyste­ me erforderlich sind, kann die Messung wie beschrieben durch einen Gasanalysator und eine Probengaszuführanordnung Q₁ aus­ geführt werden. Darüber hinaus sind Störungskomponenten, die die Messung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, in der Gasfilterzelle mit dem darin enthaltenen Strahlteiler eingeschlossen, wodurch es möglich ist, die Einflüsse durch Störkomponenten zu beseitigen.

Kurz gesagt, kann wie beschrieben eine Messung durch einen Gasanalysator und eine Probengaszuführanordnung ausgeführt werden, obwohl für eine herkömmliche Messung von drei oder vier Komponenten im Kreuzmodulations-Einzelzellen-Modus zwei Gasanalysatoren und zwei Probengaszuführanordnungen erforder­ lich sind. Demgemäß können nicht nur die Herstellungskosten für die Erzeugnisse verringert werden, sondern es kann auch die Probengaszuführanordnung vereinfacht werden, was die War­ tung erleichtert. Darüber hinaus verkompliziert auch die Rei­ nigungseinrichtung zum Herstellen des Bezugsgases den Gasana­ lysator nicht auf dieselbe Weise, wie es für das Probengaszu­ führsystem gilt.

Darüber hinaus sind wie beschrieben mehrere optische Filter unter einem Winkel dichter an der Zelle angeordnet, als es den Positionen optischer Filter bei herkömmlicher Messung entspricht, um ein Spektrum von von der Lichtquelle emittier­ ten Energien zu erhalten, wobei die spektralen Wellenlängen der optischen Filter verschoben sind, so daß ein optisches System aufgebaut werden kann, mit dem auf wirkungsvolle Weise das Spektrum der zu messenden Komponenten in den Zielwellen­ längen erhalten werden und eine Messung mehrerer Komponenten ausgeführt werden kann, wodurch der Gasanalysator kompakt ausgebildet werden kann. D.h., daß mehrere Komponenten in ei­ nem Gasanalysator mit einem optischen System gemessen werden können. Darüber hinaus kann ein kompakter, billiger Gasanaly­ sator mit verringertem Empfindlichkeitsverlust geschaffen werden, da Infrarotenergien, die bei herkömmlichen Messungen durch ein optisches Filter ausgeblendet wurden, als Energien für andere Messungen verwendet werden. Ferner kann eine Mes­ sung unter Verwendung einer Zelle herkömmlicher Größe für die Messung einer Komponente ausgeführt werden, obwohl beim Stand der Technik eine Zelle mit vergrößertem Durchmesser wegen der Größe eines Sensors zu verwenden war, weswegen die Probe mit erhöhter Strömungsrate zugeführt werden mußte oder Energie dann verlorenging, wenn Halbleiter- oder pyroelektrische Ele­ mente für mehrere Komponenten in einer Zelle angeordnet wur­ den. Darüber hinaus sind in den Gasfilterzellen mit dem darin vorhandenen optischen Filter Störungskomponenten, die die Er­ fassung der jeweils zu messenden Komponenten behindern, ent­ halten, was für die Erfassung der jeweils zu messenden Kompo­ nenten von Vorteil ist.

Claims (1)

1. Gasanalysator nach dem Kreuzmodulations-Modus, mit:

   • - einer oder zwei Meßzellen (2, 3; 21), in die abwechselnd ein Probengas und ein Referenzgas einleitbar sind,
   • - je einer an einer Endseite der jeweiligen Meßzelle (2, 3; 21) angeordneten Lichtquelle (4, 5; 22),
   • - ferner mit im Strahlengang hintereinander angeordneten Gasfilterzellen (6, 7; 23, 24; 23, 24, 33), die die Mes­ sung behindernde Störkomponenten enthalten und die auch je ein als Strahlteiler wirkendes optisches Filter (25, 26, 32) aufweisen,
   • - wobei das optische Filter (25, 26, 32) kürzer- oder län­ gerwelliges Licht unter- oder oberhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge im wesentlichen verlustfrei reflektiert und Licht ober- oder unterhalb der Grenzwellenlänge durchläßt, und
   • - wobei das Teilungsverhältnis der Strahlteiler entspre­ chend den Meßempfindlichkeiten von Detektoren (10, 11, 12, 13; 27, 28, 29; 27, 28, 34, 35), die jeweils im Transmissionslichtweg und auf der Reflexionsseite jedes Strahlteilers angeordnet sind, eingestellt ist.