DD133111B1

DD133111B1 - Anordnung zur thermostatisierung von zwei optischen einheiten in einem nichtdispersiven infrarot-gasanalysator

Info

Publication number: DD133111B1
Application number: DD20054477A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Hess; Michael Striebing
Original assignee: Junkalor Dessau
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1982-05-26
Also published as: DD133111A1

Description

Anwendungsgebiet der "Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur 'Jhermos tatisierung von zwei räumlich getrennten, mit einer thermischen Brücke verbundenen optischen Einheiten in einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit Hilfe eines durch einen netzsynchron schaltenden 'ihyristor aufgebauten P-Reglers nach dem Prinzip der Impulsbreitenmodulation, der einen Heiastromkreis regelt und ein Brückennetzwerk mit Halbleiterwiderstand en als '.temperaturfühler besitzt.

Der Infrarot-GasanaIysator kann beispielsweise zur Ermittlung von zwei Gaskomponenten aus einem Gasgemisch dienen, wobei er besonders schnell einsatzbereit ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß das Meßgas bei der Gasanalyse nach dem Absorptionsverfahren infraroter Strahlung eine definierte '!temperatur besitzen muß, um größere temperaturbedingte Meßfehler zu eliminieren, V/eiterhin ist bekannt, daß bei Infrarot-Gasanalysatoren erst dann reproduzierbare Meßwerte erreicht werden, wenn die optische Einheit eine stationäre '!temperatur erreicht hat. Diese Bedingungen werden durch eine '!hermostatisierung des Meßgasstromes bzw. der optischen Einheit des Infraro t-Gasanalysa tors erreicht. Einfachere Infrarot-Gasanalysacoren besi tzen statt der 'üiermostacisierung im Ausgangskreis eine Störgrößenaufschaltung, wie sie auch im Patent DD-PS 97 4-92 beschrieben ist. Diese ,Störgrößenaufschaltung ist in

genau messenden Lofrarot-Gasanalysatoren wegen der ihr anhaftenden biängel kaum einsetzbar, da die Wirksamkeit der Störgrößenaufschaltung im wesentlichen durch das dynamische Verhalten der optischen Einheit bei Änderungen der Umgebungstemperatur begrenzt wird. Gleichzeitig ergeben sich in der Einlaufphase lange Einlaufzeiten der Iofrarot-Gasanalysatoren, die durch, eine Störgrößenaufschaltung kaum beseitigt oder ver-гі22£ѳгt werden können. Die bei Infrarob-Gasaaalys&boren weiterhin angewandten Schaltungsanordnungen beruhen vorwiegend auf dem Prinzip einer Zweipunktregelung mit Umwälz thermos tat. Dieses Prinzip verwendet zur Umwälzung rotierende mechanische 'ifeile, die durch großen Wartungsaufwand und durch geringe Lebensdauer gekennzeichnet sind. Weiterhin muß in solchen Infrarot-Gasanalysatoren die optische Einheit mit einer, sie von der Umgebung trennenden, Wärmeisolationsschicht umgeben sein, wodurch ein großer Platzbedarf entsteht. Andere Infrarot-Gasanalysatoren verwenden das Prinzip der Kuhluft thermos ta tisierung, wie sie in den Patenten DD-PS 109 071 und DD-ps 112 313 beschrieben Ist, um temperaturstabile Verhältnisse an der optischen Einheit zu erreichen. Diese Art der ühermostatisierung benötigt eine abgestimmte flächenhafte Heizung, die speziell auf einen teilweise isolierten Raum für die optische Einheit abgestimmt i3t, und deren ¹JJbmperaturfühler sich außerhalb der optischen Einheit befinden. Durch diese Anordnungen wird ein großer Platzbedarf erforderlich. Nachteiliger ist jedoch, daß Inf raro t-Gasanalysa toren mit Kuhluftthermostaten durch einen sich über mehrere Stunden erstreckenden Einlauf gekennzeichnet sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, an beiden räumlich getrennten mit einer thermischen Brücke verbundenen optischen Einheiten in einem niehtdispersiven Infraro t-Gasanalysator

nach einer Zeitspanne von max. 30 min eine '!temperaturstabilisierung auf gleichem Niveau zu erreichen.

Darlegung des 7/esens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwei räumlich getrennten mit einer thermischen Brücke verbundenen optischen Einheiten, jeweils bestehend aus einer Modulationseinheit, einer Küvette und einem Strahlungsempfänger eine definierte Energiemenge zuzuführen, so daß die Sollwerttemperatüren beider optischer Einheiten annähernd den gleichen Betrag besitzen.

Die Lösung der Aufgabe wird in einer Anordnung zur 'Jhermostatisierung von zwei räumlich getrennten, mit einer thermischen Brücke verbundenen optischen Einheiten in einem nichtdispersivan Infrarot-Gasanalysator mit Hj_lfe eines durch einen netzsynchron schaltenden '-thyristor aufgebauten P-Reglers nach dem Prinzip der Impulsbreitenmodulation, der einen Heizstromkreis regelt und ein Brückennetzwerk mit Halbleiterwiderständen als üfeniperaturfühler besitzt gesehen, die gekennzeichnet ist dadurch, daß beide optische Einheiten durch den Regler und dessen Stellglied mit den Heizwiderständen, die parallel geschaltet sind, verbünden sind, und in jeder Küvette der Heizwiderstand in der Mitte und die im Brückennetzwerk befindlichen (Temperaturfühler, die in Reihe geschaltet sind, asymmetrisch zu den Heizwiderständen angeordnet sind. Zur Ansteuerung beider Heizwiderstände wird nur der eine (temperaturregler verwendet, der das netzsynchron schaltende Stellglied besitzt und der es ermöglicht, mit Hilfe von zwei Qtemperaturfühlern die ^rJbmperaturinformation derart zu verarbeiten, daß sich die '!temperatur beider optischer Einheiten auf einen Mittelwert einstellt, wobei nach einer Einlaufzeit max. 30 min die Abweichungen der beiden optischen Einheiten von diesem Mittelwert minimal sind.

Ausführun^sbeispiel

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen dargestellt. Es zeigt: Fig. 1: Eine schema tische Darstellung einer

Anordnung zur thermischen Kopplung der beiden optischen Einheiten

Fig. 2: Eine schematische Darstellung der Schaltung des Ifemperaturreglers

Gemäß Fig. 1 sind die jeweils fest miteinander verbundenen '!eile einer optischen Einheit 3, wie Modulationseinheit 5, Küvette 13 und Strahlungsempfänger 9 mit der anderen optischen Einheit 4 durch eine thermische Brücke 2 wärme technisch gekoppelt und gleichzeitig über Isolierdistanzstücke 15 auf ein Chassis 1 eines Infrarot-Gasanalysators montiert. Durch diese Anordnung ist ein definierter Wärmeaustausch zwischen beiden optischen Einheiben 3; 4 möglich und 'Jbleranzen der Heizwiderstände 11; 12, die beide vom gleichen !temperaturregler angesteuert werden, wirken sich kaum auf den Sollwert der Anordnung aus. Unterstützt wird dieser 'Jbleranz aus gleich durch die in Reihe liegenden '.temperaturfühler 7» 8 insofern, daß sich durch Mittelwertbildung die 'itemperaturwerte der Küvetcen 13; 14 nach einer Zeitspanne max. 30 min bis auf geringe Abweichungen angeglichen haben und somit für beide optische Einheiten 3; 4- der gleiche Regelsollwert gilt. Bedingt durch die зушіе trische Anordnung der Heizwiderstände 11; 12 in den xiüve tten 13; 14 und durch die feste Verbindung der liüvetoen 13; 14 mit den iviodulationseinheiten 5; 6 und den Strahlungsempfängern 9; Ю findet ein gleichmäßiger V/ärmefluß in beiden optischen Einheiten 3; 4 statt und die ifemperaturuntersehiede an den verschiedensten Stellen der optischen Einheiten 3; 4 werden auf ein Minimum beschränkt.

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Damit ist erreicht, daß die Gaswege für das ileßgas sowie die optischen Einheiten 3; 4- des Inf raro t-Gasanalysators definierte lemperaturwerte besitzen. Die '.temperaturfühler 7; 8, die sich ebenfalls in den Küve tten 13; 14 befinden, sind asymmetrisch zu den Heizwiderständen 11$ angeordnet, so daß die gesamte Anordnung zur 'Jheriaostatisierung in Verbindung mit dem '.temperaturregler stabil arbeiten kann.

Gemäß Fig. 2 wird aus der an den Heizwiderständen 11; 12 anliegenden mit 100 Hertz pulsierenden Gleichspannung mit Hilfe der aus T^; ІЦ; R₂ und R^ bestehenden Impulsformerstufe eine Rechteckimpulsfolge von 100 Hertz erzeugt. Mit der durch V₁; R^; K₁-? R^; R₇ und R_Q realisierten Kbnstantstromquelle wird der Lade kondensator C₁ linear aufgeladen und im itfulldurchgang der zu steuernden Wechselspannung mit; Hilfe des Entlade transis tors T₂ wieder kurzgeschlossen. Damit liegt am nichtinvertierenden Eingang von Vp eine lineare Rampenfunk tion (Sägezahn) mit einer Frequenz von 100 Hertz an, deren Anstieg mit R- stetig regelbar ist. Der als freilaufender .Komparator betriebene Verstärker Vp vergleicht diese Rampenfunk tion mit einer Spannung, die aus einer die !temperaturfühler 7; 8 enthaltenden Brückenschaltung gewonnen'wird. Der dieser Brücke D₁; Di R^? K₁₀J 7; 8 entnommene Sollwert steuert den Komparator Vp derart, daß an seinem Ausgang eine Rechteckimpulsfolge anliegt, deren 'las tverhältnis deai vorgegebenen Sollwert entspricht, über den Boostertransis tor ¹JL erfolgt die Ansteuerung des Stellgliedes 'Ih₁, über den die Zuführung der Energie zu den Heizwiderständen 11; 12 erfolgt. Gemäß Fig. 1 ist es jedoch auch möglich, nur eine optische Einheit 3 odor 4, die durch Isolierdistanzstücke 15 auf ein Chassis 1 eines Infrarot-Gasanalysators montiert ist, mit Hilfe des nach Fig. 2 beschriebenen P-Reglers zu betreiben, wobei sich in der Brückenschaltung D₁; D₂; R^ und R₁₀ nur der ibmperaturfühler 7 oder 8 befindet und vom Stellglied 'Jh₁ nur der eine Heizwiderstand 11 oder 12 ange s te ue r t w ird.

Claims

Erf ind UJQLf, sanspruch

Anordnung zur 'IhermostaCisierung von zwei räumlich getrennten, mit einer thermischen Brücke verbundenen optischen Einheiten in einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit Hilfe eines durch einen netzsynchroη schaltenden '.Thyristor aufgebauten P-Reglers nach dem Prinzip der Impulsbreitenmodulation, der einen Heizstromkreis regelt und ein Brückennetzwerk mit Halbleiterwiderständen als '!temperaturfühler besitzt, ^kennzeichne t dadurch, daß beide optische Einheiten (3; 4·) durch den. Regler und dessen Stellglied ('Лц) mit den Heizwiderständen (11; 12), die parallel geschaltet sind, verbunden sind, und in jeder Küvette (13; 14·) der Heizwiderstand (11; 12) in der Mi tee und die im BrücKennetzwerk befindlichen '!temperaturfühler (7; 8), die in Reihe geschaltet sind, asymmetrisch zu den Heizwiderständen (11; 12) angeordnet sind.

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