WO2003014712A1 - Verfahren und vorrichtung zur quantitativen gasanalyse - Google Patents

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WO2003014712A1
WO2003014712A1 PCT/EP2002/007841 EP0207841W WO03014712A1 WO 2003014712 A1 WO2003014712 A1 WO 2003014712A1 EP 0207841 W EP0207841 W EP 0207841W WO 03014712 A1 WO03014712 A1 WO 03014712A1
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radiation
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Frank Eder
Herbert Rosenstiel
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Testo SE and Co KGaA
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • 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
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for quantitative gas analysis.
  • infrared-optical gas sensors are used to measure the C0 2 concentration, since carbon dioxide only triggers a chemical reaction to a limited extent under measuring conditions. Since there are no cross-sensitivities in C0 2 measurements with infrared gas sensors, these gas sensors are particularly well suited for measuring the concentration of carbon dioxide. Cross-sensitivities are understood to be the influences of other gases that are not to be examined, but which may be contained in the measuring medium.
  • Infrared optical gas sensors are designed to measure the concentration of organic and inorganic gases in a sample atmosphere using infrared radiation. They typically work using the absorption spectroscopy method. Multi-atomic, non-elementary gases have the property of absorbing the infrared radiation emitted by the gas sensors, thereby creating an absorption spectrum which is characteristic of the gas to be measured in each case. Every gas has its
  • the attenuation of the infrared radiation emitted by the measuring medium is a measure of the concentration of the gas to be examined. This physical property of the gases to be measured is used in the infrared gas analysis.
  • FIG. 1 shows the structure of an arrangement for quantitative gas analysis.
  • the measuring arrangement 1 has a sensor device consisting of a radiation source 2, for example an incandescent lamp, and a detector device 3. Furthermore, a measuring chamber 4 is provided, in which the measuring medium 5 to be analyzed is contained.
  • the spectral location of the radiation 6 with the intensity Ie emanating from the radiation source 2 is selected such that the radiation can be at least partially absorbed by the measuring medium 5 in the measuring chamber.
  • the radiation passes through the measuring chamber of thickness d, a portion of the injected radiation 6 being absorbed by the measurement medium 5, which causes the intensity Ie of the injected radiation 6 to be attenuated.
  • the radiation 6 ′ of intensity Ia ⁇ Ie emerging from the measuring chamber 4 then hits the detector device 3 and is measured there.
  • the radiation required for the measurement is usually generated by means of incandescent lamps. It is essential for the optical measurement that the radiation emitted by the radiation source has a defined, stable intensity. To stabilize this radiation power, a regulating device is provided, by means of which the current or the voltage of the radiation source is regulated. However, this is only possible in DC voltage operation with a justifiable amount of circuitry. In the measuring arrangements known today, the radiation source is therefore supplied with a direct voltage or a direct current.
  • the Soret effect or the Soret 'see effect is based on a large temperature gradient in the longitudinal direction of the axis of the filament, which leads to mass transfer of the material of the filament. This leads to an increasing inhomogeneity of the surface of the incandescent filament, which manifests itself in a more or less serrated or jagged surface structure.
  • the resulting reduction in cross-section can lead to a break in the incandescent ice or to a change in the optical properties under extreme conditions, for example mechanical shocks or vibrations, preferably in the regions with a smaller cross-section.
  • a change in the optical properties automatically also results in a change in the optical imaging properties and the spectral radiation distribution of the radiation source.
  • the radiation emitted by the radiation source no longer has the predetermined radiation intensity Ie that is required for the measurement, as a result of which the entire measuring system is undesirably misaligned.
  • the measuring system must therefore be readjusted regularly or the radiation source must be replaced. However, this is not always possible, especially with very long measurements.
  • the constant adjustment of the measuring arrangement is time-consuming and therefore cost-intensive. In the event of a broken glow plug, the entire radiation source must be replaced, which also makes the measuring process significantly more expensive.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and a measuring arrangement for optical gas analysis by means of which the optical imaging properties of the radiation source can be kept largely constant.
  • the method-related problem is solved according to the invention by a measuring method with the features of claim 1, the arrangement-related problem by a measuring arrangement with the features of claim 7. Accordingly, it is provided:
  • Voltage signal is supplied, in which the radiation source generates measurement radiation for gas analysis of a sample atmosphere as a function of the supplied current and / or voltage signal, the sign of the supplied current or voltage signal being changed (claim 1);
  • the idea underlying the present invention is that the current direction of the current supplied to the radiation source is alternately changed. As a result, the mass transports, which are caused by the effects mentioned at the outset and which in extreme cases even render the radiation source inoperable, are largely avoided. A change in the optical imaging properties and the spectral radiation distribution is thereby minimized, as a result of which the functionality of the radiation source and thus also of the entire measuring arrangement is retained. In addition to a small effort for the adjustment of the radiation source increased the lifetime of the radiation source is also advantageous.
  • the sign of the current or voltage signal supplied to the radiation source is advantageously changed in a clock-controlled manner, for which purpose a specially provided clock line must be provided, which is connected to a control device and a clock generator.
  • This method is particularly advantageous in continuous measurement mode.
  • a clock-controlled switchover is often not necessary and, moreover, is too complex.
  • the sign of the current supplied to the radiation source is changed each time the radiation source is switched on or also each time a new measuring process is carried out.
  • the switching device is designed as a full bridge and has at least four controllable switches for this purpose.
  • the controllable switches can be switched on and off via a control device.
  • the controllable switches of the full bridge are typically designed as MOSFETs, but other switches such as bipolar transistors, JFETs or even a relay would also be conceivable here.
  • two switches of the full bridge are switched on, while the other two are switched off.
  • the switches that are switched on and off are arranged crosswise.
  • the switches which are arranged crosswise are switched on and off alternately. These switches are typically switched on and / or off fully synchronously.
  • the radiation source is supplied with a current which is generated by a current source via the full bridge circuit.
  • the current source is typically designed as a resistor or as a MOSFET.
  • the sample atmosphere contained in the measuring chamber consists of C0 2 or a gas containing C0 2 .
  • the method and the arrangement according to the invention are of course also suitable for the gas analysis of other gases.
  • Figure 1 shows the structure of a generally known arrangements for quantitative gas analysis
  • Figure 2 shows a circuit arrangement according to the invention, which provides an alternating current for the radiation source of a measuring arrangement.
  • a circuit arrangement according to the invention is designated by reference number 10 in FIG.
  • the circuit 10 is arranged between a first connection 11 with a first supply potential VDD, for example the positive supply potential, and a second connection 12 with a second supply potential VSS, for example the potential of the reference ground or a negative supply potential.
  • a current source 13 for example a resistor or a MOSFET, is provided, which is between the circuit 10 and the second connection 12 is arranged and which supplies the circuit 10 with a direct current II.
  • the circuit 10 has four controllable switches 14-17 arranged to one another to form a full bridge 21.
  • the radiation source 2 is connected as a load between the two outputs or the taps 18, 19 of the switches 14-17.
  • Conventional transistors, for. B. MOSFETs or bipolar transistors are used, but other configurations would also be conceivable.
  • the controllable switches 14-17 each have a control connection via which they can be switched on and off.
  • the controllable switches 14-17 or their control connections are controlled via control signals VS1-VS4, which are provided by a control device 20.
  • a microprocessor, microcontroller or alternatively also a logic circuit can be used as control device 20, for example.
  • the switches 14-17 are controlled via the control device in such a way that the switches 14-17 switch as abruptly as possible and thus the sign of the current II changes as smoothly as possible. Since the radiation source 2 is supplied with an identical current II in terms of amount, the radiation 6 emitted by the radiation source 2 is also identical. The change of sign of the current II therefore has almost no influence on the emitted radiation 6.
  • the method just described is designed for continuous measurement operation, the method according to the invention is modified in the case of very short measurement processes in such a way that the change of sign of the current II or the switching of the switches 14-17 takes place when the measurement arrangement 1 is switched off.
  • a preferred circuit 10 was described with reference to FIG. 2, by means of which the sign of the current II supplied to the radiation source 2 is reversed according to the invention.
  • the method according to the invention cannot, of course, be implemented exclusively with an arrangement shown in FIG. 2; rather, other advantageous arrangements for reversing the sign of the current II supplied to the radiation source 2 would also be conceivable here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Gasanalyse. Dabei ist eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, mittels der alternierend die Stromrichtung des der Strahlungsquelle zur Verfügung zugeführten Stroms geändert wird. Dadurch werden die Massetransporte in der Glühwendel der Strahlungsquelle weitestgehend vermieden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Gasanalyse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Gasanalyse.
Bei vielen Anwendungen besteht die Notwendigkeit, Gase zu messen, sei es im Bereich der Emissionsüberwachung zur Einhaltung bzw. Überprüfung von gesetzlichen Grenzwerten, zur Beurteilung der Raumluftqualität, zur Überprüfung biologischer Aktivitäten, etc. So spielt zum Beispiel die C02- Konzentration bei der Beurteilung der Raumluft eine entschei- dende Rolle und wird daher als Indikator herangezogen.
Zur Messung von Gasen existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Messmethoden und Messanordnungen. Für die Messung der C02-Konzentration kommen zum Beispiel Infrarot -optische Gas- sensoren zum Einsatz, da Kohlendioxid unter Messbedingungen nur bedingt eine chemische Reaktion auslöst. Da bei C02- Messungen mit Infrarot-Gassensoren keine Querempfindlichkeiten auftreten, sind diese Gassensoren für die Konzentrationsmessung von Kohlendioxid besonders gut geeignet. Unter Queremp- findlichkeiten versteht man die Einflüsse weiterer, nicht zu untersuchender Gase, die jedoch im Messmedium enthalten sein könne .
Infrarot-optische Gassensoren sind dazu ausgelegt, die Kon- zentration von organischen und anorganischen Gasen in einer Probenatmosphäre mittels Infrarot-Strahlung zu messen. Sie arbeiten typischerweise nach dem Verfahren der Absorptions- spektroskopie . Mehratomige, nicht elementare Gase haben die Eigenschaft, die von den Gassensoren emittierte Infrarot- Strahlung zu absorbieren, wobei dabei ein für das jeweils zu messende Gas charakteristisches Absorptionsspektrum entsteht. Jedes Gas weist bei einer spezifischen Wellenlänge sein Ab-
RFSTΔTIfil INftSt DPIF sorptionsmaximum auf, welches im Falle von Kohlendioxid bei etwa 4,27 μ liegt. Bei gegebener Absorptionswellenlänge ist die durch das Messmedium auftretende Abschwächung der emittierten Infrarot -Strahlung ein Maß für die Konzentration des zu untersuchenden Gases. Diese physikalische Eigenschaft der zu messenden Gase wird bei der Infrarot-Gasanalyse ausgenutzt .
Figur 1 zeigt den Aufbau einer Anordnungen zur quantitativen Gasanalyse. Die Messanordnung 1 weist eine Sensoreinrichtung bestehend aus einer Strahlungsquelle 2, beispielsweise eine Glühlampe, und einer Detektoreinrichtung 3 auf. Ferner ist eine Messkammer 4 vorgesehen, in der das zu analysierende Messmedium 5 enthalten ist. Die Strahlungsquelle 2 und die Detektoreinrichtung 3 sind an der Messkammer 4 in definierter Ausrichtung festgelegt, so dass die von der Strahlungsquelle 2 ausgesandte Messstrahlung 6, 6' zumindest einmal durch die Messkammer verläuft und nach dem Austritt (X=d) aus der Messkammer 4 von der Detektoreinrichtung 3 detektiert werden kann .
Der spektrale Ort der von der Strahlungsquelle 2 ausgehenden Strahlung 6 mit der Intensität Ie ist so gewählt, dass die Strahlung von dem Messmedium 5 in der Messkammer zumindest teilweise absorbiert werden kann. Die Strahlung durchläuft die Messkammer der Dicke d, wobei ein Teil der eingekoppelten Strahlung 6 von dem Messmedium 5 absorbiert wird, was eine Abschwächung der Intensität Ie der eingekoppelten Strahlung 6 bewirkt . Die aus der Messkammer 4 austretende Strahlung 6 ' der Intensität Ia < Ie trifft dann auf die Detektoreinrichtung 3 und wird dort gemessen. Das Verhältnis von austretender Strahlungsintensität Ia zu eintretender Strahlungsintensität definiert die Durchlässigkeit D = Ia/le - oder auch Transmission - des Messmediums 5 in der Messkammer 4. Der im Messmedium absorbierte Strahlungsanteil ist die Absorption A = 1-D. Bei den bekannten Messanordnungen zur optischen Gasanalyse wird die für die Messung erforderliche Strahlung meist mittels Glühlampen erzeugt. Für die optische Messung ist dabei wesentlich, dass die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung eine definierte, stabile Intensität aufweist. Zur Stabilisierung dieser Strahlungsleistung ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, mittels der der Strom bzw. die Spannung der Strahlungsquelle geregelt wird. Dies ist jedoch mit schaltungstechnisch vertretbarem Aufwand nur im Gleichspan- nungsbetrieb möglich. Bei den heute bekannten Messanordnungen wird daher die Strahlungsquelle mit einer Gleichspannung bzw. einem Gleichstrom versorgt .
Im Gleichspannungsbetrieb der Strahlungsquelle treten jedoch unerwünschte Effekte, wie zum Beispiel der bekannte Soret-
Effekt und der Elektromigrations-Effekt , in den Vordergrund, die die optischen Eigenschaften der Strahlungsquelle mit zunehmender Strahlungsdauer verändern:
Der Soret-Effekt bzw. die Soret ' sehe Wirkung basiert auf einem starken Temperaturgefälle in Längsrichtung der Achse der Glühwendel, wodurch es zu einem Massetransport des Materials des Glühwendeis kommt. Dies führt zu .einer zunehmenden Inhomogenität der Oberfläche der Glühwendel, was sich in einer mehr oder weniger gezahnten bzw. zackigen Oberflächenstruktur äußert . Die daraus resultierende Querschnittsreduzierung kann unter extremen Bedingungen, zum Beispiel bei mechanischen Schocks oder Vibrationen, vorzugsweise in den Bereichen geringeren Querschnitts zu einem Bruch des Glühwendeis oder zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften führen.
Bei der Elektromigration ist die gleiche Veränderung der Drahtoberfläche zu beobachten wie beim Soret-Effekt. Bedingt wird dieser Effekt allerdings durch einen hohen Gleichstrom durch die Glühwendel, wobei der Massetransport durch das sich in Längsrichtung des Glühwendeis befindliche elektrische Feld mit einseitigem Spannungsgradienten unterstützt wird. Auch hier tritt eine Veränderung der Oberfläche auf. Die dadurch hervorgerufene Querschnittsreduzierung des Glühwendeis erzeugt an den Stellen geringeren Querschnitts lokal eine Erhöhung des Widerstandes und damit auch eine lokale Temperaturerhöhung des Glühwendeis, wodurch der Prozess der Querschnittsreduzierung der Oberfläche noch unterstützt wird. Unter extremen Bedingungen führt dies ebenfalls zum Bruch des Glühwendeis oder zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften.
Eine Veränderung der optischen Eigenschaften hat automatisch auch eine Veränderung der optischen Abbildungseigenschaften und der spektralen Strahlungsverteilung der Strahlungsquelle zur Folge. Dadurch bedingt weist die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung nicht mehr die fest vorgegebene, für die Messung erforderliche Strahlungsintensität Ie auf, wodurch das ganze Messsystem unerwünschterweise dejustiert wird. Das Messsystem muss daher regelmäßig nachjustiert werden oder es muss die Strahlungsquelle ausgewechselt werden. Dies ist je- doch, insbesondere bei sehr lang andauernden Messungen, nicht immer möglich. Darüber hinaus ist die ständige Justierung der Messanordnung zeitaufwendig und daher kostenintensiv. Im Falle eine Bruchs des Glühwendeis muss die gesamte Strahlungsquelle ausgewechselt werden, was das Messverfahren zudem sig- nifikant verteuert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Messanordnung zur optischen Gasanalyse bereitzustellen, mittels der die optischen Abbildungseigen- schaffen der Strahlungsquelle weitestgehend konstant gehalten werden können.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die anord- nungsbezogene Aufgabe durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst . Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Verfahren zur quantitativen optischen Gasanalyse mittels einer eine Strahlungsquelle aufweisenden Messanord- nung bei dem der Strahlungsquelle ein Strom- und/oder
Spannungssignal zugeführt wird, bei dem die Strahlungsquelle in Abhängigkeit von dem zugeführten Strom- und/oder Spannungssignal eine Messstrahlung zur Gasanalyse einer Probenatmosphäre erzeugt, wobei das Vorzeichen des zuge- führten Strom- oder Spannungssignal gewechselt wird (Anspruch 1) ;
Eine Messanordnung zur quantitativen optischen Gasanalyse mit einer geschlossenen Messkammer, in der eine zu messen- de Probenatmosphäre eingebracht ist, mit einer eine Strahlungsquelle und eine Detektoreinrichtung aufweisenden Sensoreinrichtung, bei der die Strahlungsquelle in Abhängigkeit eines ihr zugeführten Strom- und/oder Spannungssignals eine Messstrahlung zur Gasanalyse der Probenatmosphä- re erzeugt, bei der die von der Strahlungsquelle ausgesandte Messstrahlung nach einem Durchlauf durch die Mess- kammer von der Detektoreinrichtung detektierbar ist, mit einer Umschaltvorrichtung, die bei dem der Strahlungsquelle zugeführten Strom- und/oder SpannungsSignals alternie- rend das Vorzeichen ändert (Anspruch 7) .
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass alternierend die Stromrichtung des der Strahlungsquelle zugeführten Stroms geändert wird. Dadurch werden die Massetransporte, die durch die eingangs genannten Effekte hervorgerufen werden und die im Extremfall sogar die Strahlungsquelle funktionsunfähig machen, weitestgehend vermieden. Eine Veränderung der optischen Abbildungseigenschaften und der spektralen Strahlungsverteilung wird dadurch minimiert, wodurch die Funktionalität der Strahlungsquelle und damit auch der gesamten Messanordnung erhalten bleibt. Neben einem geringen Aufwand für die Justage der Strahlungsquelle erhöht sich vorteilhafterweise auch die Lebensdauer der Strahlungs- quelle .
Vorteilhafterweise wird das Vorzeichen des der Strahlungs- quelle zugeführten Strom- oder Spannungssignal taktgesteuert gewechselt, wobei hierfür eine eigens dafür vorgesehene Taktleitung bereitgestellt werden muss, die mit einer Steuereinrichtung und einem Taktgenerator verbunden ist. Dieses Verfahren ist insbesondere im Dauermessbetrieb von Vorteil . Bei sehr kurzen Messungen ist eine taktgesteuerte Umschaltung häufig nicht erforderlich und darüber hinaus auch zu aufwendig. Hier wird beispielsweise das Vorzeichen des der Strahlungsquelle zugeführten Stroms bei jedem Einschalten der Strahlungsquelle bzw. auch bei jedem neuen Messvorgang ge- wechselt .
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Umschaltvorrichtung als Vollbrücke ausgebildet und weist hierfür mindestens vier steuerbare Schalter auf. Die steuerbaren Schalter sind über eine Steuereinrichtung ein- und ausschalt- bar. Die steuerbaren Schalter der Vollbrücke sind typischer- weise als MOSFETs ausgebildet, jedoch wären hier auch andere Schalter, wie zum Beispiel Bipolartransistoren, JFETs oder auch ein Relais, denkbar.
Im erfindungsgemäßen Betrieb sind jeweils zwei Schalter der Vollbrücke eingeschaltet, während die anderen beiden ausgeschaltet sind. Die jeweils ein- bzw. ausgeschalteten Schalter sind dabei überkreuz angeordnet. In einer vorteilhaften Wei- terbildung werden die jeweils überkreuz angeordneten Schalter alternierend ein- bzw. ausgeschaltet. Das Ein- und/oder Ausschalten dieser Schalter erfolgt typischerweise voll synchron .
Die Strahlungsquelle wird über die Vollbrückenschaltung mit einem Strom versorgt, der von einer Stromquelle erzeugt wird. Die Stromquelle ist typischerweise als Widerstand oder als MOSFET ausgebildet.
Die in der Messkammer enthaltene Probenatmosphäre besteht aus C02 oder einen C02 enthaltenden Gas . Jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anordnung selbstverständlich auch für die Gasanalyse anderer Gase geeignet .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand dem in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt dabei :
Figur 1 den Aufbau einer allgemein bekannten Anordnungen zur quantitativen Gasanalyse;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die einen alternierenden Strom für die Strahlungsquelle einer Messanordnung bereitstellt.
In beiden Figuren der Zeichnung sind gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Merkmale und Signale mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
In Figur 2 ist mit Bezugszeichen 10 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bezeichnet. Die Schaltung 10 ist zwischen einem ersten Anschluss 11 mit einem ersten Versorgungspotential VDD, beispielsweise dem positiven Versorgungspotential, und einem zweiten Anschluss 12 mit einem zweiten Versorgungspotential VSS, beispielsweise dem Potential der Bezugsmasse oder einem negativen Versorgungspotential, angeordnet. Ferner ist eine Stromquelle 13, beispielsweise ein Widerstand oder ein MOSFET, vorgesehen, der zwischen der Schaltung 10 und dem zweiten Anschluss 12 angeordnet ist und der die Schaltung 10 mit einem Gleichstrom II versorgt.
Die erfindungsgemäße Schaltung 10 weist im vorliegenden Aus- fuhrungsbeispiel vier zu einer Vollbrücke 21 zueinander angeordnete, steuerbare Schalter 14 - 17 auf. Zwischen den beiden Ausgängen bzw. den Abgriffen 18, 19 der Schalter 14 - 17 ist die Strahlungsquelle 2 als Last geschaltet. Als steuerbare Schalter 14-17 können beispielsweise herkömmliche Transisto- ren, z. B. MOSFETs oder Bipolartransistoren, zum Einsatz kommen, jedoch wären auch andere Ausgestaltungen denkbar. Die steuerbaren Schalter 14-17 weisen je einen Steueranschluss auf, über den sie ein- und ausschaltbar sind. Die Ansteuerung der steuerbaren Schalter 14-17 bzw. deren Steueranschlüsse erfolgt über Ansteuersignale VS1-VS4, welche von einer Steuereinrichtung 20 bereit gestellt werden. Als Steuereinrichtung 20 kann beispielsweise ein Mikroprozessor, Mikrokontrol- ler oder alternativ auch eine Logikschaltung Verwendung finden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Schaltung in Figur 2 näher erläutert. Es sei dabei angenommen, dass in Figur 2 die Pfeilrichtungen des Stroms II einen positiven Strom bezeichnen, während ein negativer Strom durch einen Strom entgegen der Pfeilrichtung bezeichnet ist:
Im ausgeschalteten Zustand sind alle Schalter 14 - 17 ausgeschaltet; es fließt also kein Strom II durch die Strahlungsquelle 2. Im Betriebsmodus werden die jeweils überkreuz ange- ordneten Schalter 14, 17 und die Schalter 15, 16 abwechselnd ein- und ausgeschaltet . Das Einschalten der beiden Schalter 14, 17 sowie der beiden Schalter 15, 16 erfolgt jeweils möglichst synchron. Zunächst werden die beiden Schalter 14, 17 geschlossen, die Schalter 15, 16 bleiben geöffnet. Es fließt damit ein positiver Strom II durch die Strahlungsquelle. Anschließend werden die beiden Schalter 14, 17 geöffnet und parallel dazu die anderen beiden Schalter 15, 16 geschlossen, so dass nunmehr der negative Strom -II durch die Strahlungs- quelle 2 fliest. Die durch die Strahlungsquelle 2 fliesenden Ströme II, -II sind betragsmäßig gleich, unterscheiden sich jedoch in ihren Vorzeichen. Über die Steuereinrichtung werden die Schalter 14 - 17 so gesteuert, dass ein möglichst abruptes Umschalten der Schalter 14 - 17 und somit ein möglichst übergangsloses Wechseln des Vorzeichens des Stromes II stattfindet. Da der Strahlungsquelle 2 jeweils betragsmäßig ein identischer Strom II zugeführt wird, ist auch die von der Strahlungsquelle 2 emittierte Strahlung 6 identisch. Der Vorzeichenwechsel des Stromes II hat auf die emittierte Strahlung 6 somit nahezu keinen Einfuß.
Während das eben beschriebene Verfahren für den Dauermessbe- trieb ausgelegt ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren bei sehr kurzen Messvorgängen so abgewandelt, dass der Vorzei- chenwechsel des Stromes II bzw. das Umschalten der Schalter 14 - 17 im ausgeschalteten Zustand der Messanordnung 1 erfolgt.
Auf welche Weise die Gasanalyse anhand der emittierten Mess- strahlung 6 erfolgt ist allgemein bekannt und wird daher nicht weiter erläutert.
Anhand von Figur 2 wurde eine bevorzugte Schaltung 10 beschrieben, mittels der erfindungsgemäß das Vorzeichen des der Strahlungsquelle 2 zugeführten Stromes II umgedreht wird. Jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich nicht ausschließlich mit einer in Figur 2 dargestellten An- Ordnung realisierbar, vielmehr wären hier auch andere vorteilhafte Anordnungen zur Vorzeichenumkehr des der Strahlungsquelle 2 zugeführten Stroms II denkbar. Bezugszeichenliste
1 Messanordnung 2 Strahlungsquelle
3 Detektoreinrichtung
4 Messkämmer
5 Messmedium
6 eintretende Strahlung 6 ' austretende Strahlung
10 Schaltungsanordnung
11, 12 Anschlüsse der VersorgungsSpannung
13 Stromquelle
14 - 17 steuerbare Schalter 18, 19 Abgriffe
20 Steuereinrichtung
21 Vollbrücke (nschaltung)
d Dicke der Messkammer II Strom durch die Strahlungsquelle
Ia austretender Strahlungsintensität
Ie eintretender Strahlungsintensität
VS1-VS4 Steuersignale
VSS, VDD Versorgungspotentiale

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur quantitativen optischen Gasanalyse mittels einer eine Strahlungsquelle (2) aufweisenden Messanordnung
(1), bei dem der Strahlungsquelle (2) ein Strom- und/oder Spannungssignal (II) zugeführt wird, - bei dem die Strahlungsquelle (2) in Abhängigkeit von dem zugeführten Strom- und/oder Spannungssignal (II) eine
Messstrahlung (6) zur Gasanalyse einer Probenatmosphäre (5) erzeugt, wobei das Vorzeichen des zugeführten Strom- oder Spannungssignal (II) gewechselt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Vorzeichen des zugeführten Strom- oder Spannungssignals (II) taktgesteuert gewechselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Vorzeichen des zugeführten Strom- oder Spannungssignals (II) jeweils bei jedem Einschalten der Strahlungsquelle gewechselt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennze i chne t , dass die Messanordnung (.1) eine Vollbrückenschaltung (21) aufweist, deren steuerbare Schalter (14-17) über eine Steuereinrichtung (20) in eine erste und eine zweite Konfiguration gesteuert werden, wobei in der ersten Konfiguration zumindest die beiden unmittelbar an eine Stromquelle (13) angeschlossenen Schal- ter (15, 17) der Vollbrücke (21) ausgeschaltet sind und der Strahlungsquelle (2) somit kein Strom (II) zugeführt wird,- wobei in der zweiten Konfiguration jeweils zwei erste Schalter (15, 16) der Vollbrücke (21), die überkreuz angeordnet sind, ausgeschaltet werden und wobei jeweils zwei andere, zweite Schalter (14, 17) der Vollbrücke (21), die überkreuz angeordnet sind, eingeschaltet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , d a du r ch g e k e nn z e i c h n e t , dass in der zweiten Konfiguration die ersten und die zweiten Schalter (14, 17; 15, 16) alternierend ein- bzw. ausgeschaltet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass das Ein- und/oder Ausschalten der ersten und/oder zweiten Schalter (14, 17; 15, 16) synchron erfolgt.
7. Messanordnung zur quantitativen optischen Gasanalyse
mit einer geschlossenen Messkammer (4) , in der eine zu messende Probenatmosphäre (5) eingebracht ist,
mit einer eine Strahlungsquelle (2) und eine Detektoreinrichtung (3) aufweisenden Sensoreinrichtung, bei der die Strah- lungsquelle (2) in Abhängigkeit eines ihr zugeführten Strom- und/oder Spannungssignals (II) eine Messstrahlung (6) zur Gasanalyse der Probenatmosphäre (5) erzeugt, bei der die von der Strahlungsquelle (2) ausgesandte Messstrahlung (6) nach einem Durchlauf durch die Messkammer (4) von der Detektorein- richtung (3) detektierbar ist,
mit einer Umschaltvorrichtung (10) , die bei dem der Strahlungsquelle (2) zugeführten Strom- und/oder Spannungssignals (II) alternierend das Vorzeichen ändert.
8. Messanordnung nach Anspruch 7, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die Umschaltvorrichtung (10) eine mindestens vier über eine Steuereinrichtung (20) steuerbare Schalter (14-17) aufweisende Vollbrückenschaltung (21) aufweist, die zwischen den Anschlüssen (11, 12) einer Versorgungsspannungsquelle (VDD, VSS) angeordnet ist und die mit einer Stromquelle (13) zur Erzeugung eines Stromsignals (II) für die Strahlungsquelle (2) verbunden ist, wobei die Strahlungsquelle (2) zwischen den beiden Ausgängen (18, 19) der Vollbrückenschaltung (21) angeordnet ist .
9. Messanordnung nach Anspruch 8, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die steuerbaren Schalter (14-17) als MOSFETs ausgebildet sind.
10. Messanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Probenatmosphäre (5) ein C02 enthaltendes Gas aufweist .
11. Messanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die Stromquelle als Widerstand oder als MOSFET ausgebildet ist.
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