專利名稱：用于測(cè)量在測(cè)量氣體中的至少一種氣體成分的濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量在測(cè)量氣體中的至少一種氣體成分的濃度的方法。
背景技術(shù)：
在由EPl 693 665A1中已知的這種方法中，具有在其中需被確定的氣體成分的測(cè)量氣體通過(guò)測(cè)量試管形式的測(cè)量容積進(jìn)行引導(dǎo)，或在原地測(cè)量過(guò)程(In-situ-Messungen)中以管或設(shè)備的其它送氣部件的形式進(jìn)行引導(dǎo)。該測(cè)量容積具有兩個(gè)窗口，這兩個(gè)窗口具有由設(shè)置在其間的任意的測(cè)量通道所預(yù)定的長(zhǎng)度。可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的光源(例如，二極管激光器)產(chǎn)生了光線，該光線的波長(zhǎng)被調(diào)節(jié)成與待確定的氣體成分的吸收線保持一致，并且該光線穿過(guò)測(cè)量容積對(duì)準(zhǔn)了檢測(cè)器。由檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)取決于測(cè)量容積中的光吸收，由此在參考?xì)怏w成分的特定的吸收率和已知的測(cè)量通道長(zhǎng)度的情況下可以從該信號(hào)中計(jì)算出氣體成分的濃度。需測(cè)量的氣體成分的濃度越低，那么由在測(cè)量容積的外部(也就是在光源和測(cè)量容積之間以及在測(cè)量容積和檢測(cè)器之間)的光路區(qū)域中的環(huán)境氣體的成分所引起的干擾吸收的影響就越強(qiáng)。由此已知了利用氣體來(lái)清洗該區(qū)域，該氣體在需測(cè)量的氣體成分的吸收線的波長(zhǎng)區(qū)域中不具有吸收能力。適用于多種情況的清洗氣體例如是氮?dú)?。然而持續(xù)地利用新鮮的清洗氣體來(lái)進(jìn)行清洗導(dǎo)致運(yùn)行成本相對(duì)較為高昂。由上述的EP I 693 665 Al中另外已知了，單獨(dú)地檢測(cè)干擾的氣體成分并且由此修改測(cè)量結(jié)果，該干擾的氣體成分作為環(huán)境氣體的組成部分可能由于泄漏而涌入清洗氣體路徑中。由此將光源的光分成了兩個(gè)部分光線，其中一個(gè)穿過(guò)測(cè)量容積對(duì)準(zhǔn)已描述過(guò)的檢測(cè)器，而另一個(gè)則穿過(guò)由清洗氣體流過(guò)的試管對(duì)準(zhǔn)第二檢測(cè)器。由US 5，747，809中已知了 為了將作為環(huán)境氣體的組成部分的、可能由于泄露而涌入清洗氣體循環(huán)中的干擾氣體成分去除，在循環(huán)中通過(guò)具有吸收物質(zhì)的過(guò)濾器來(lái)引導(dǎo)清洗氣體。由于根據(jù)過(guò)濾器的效率，干擾氣體成分可能無(wú)法完全去除，所以為此也要單獨(dú)地檢測(cè)涌入清洗氣體中的干擾氣體成分，從而由此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修改。與EP I 693 665 Al的情況類似，為此也要將光源的光分成兩個(gè)部分光線，其中一個(gè)穿過(guò)測(cè)量氣體容積對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)器，而另一個(gè)穿過(guò)由清洗氣體流過(guò)的試管對(duì)準(zhǔn)第二檢測(cè)器。由EP 2 000 792 Al中已知了，在光路中，與測(cè)量容積排列地布置有參考容積。該參考容積包括測(cè)量氣體成分、例如氧氣，具有特定的同位素，例如18O2，處在特定的豐度比18O2 =16O2之中，該豐度比高于測(cè)量容積中的氣體成分的該同位素的已知的天然豐度比。利用該光來(lái)掃描兩個(gè)同位素16O2和18O2的吸收線。基于朗伯定律(Lambertschen Gesetz)并且考慮到已知的同位素豐度比，通過(guò)位于吸收線的頂點(diǎn)上的檢測(cè)信號(hào)比來(lái)計(jì)算出測(cè)量容積中的氣體成分的濃度。為了穩(wěn)定可調(diào)節(jié)光源的波長(zhǎng)，可以將波長(zhǎng)固定調(diào)整成與18O2同位素的吸收線相符?；谠跍y(cè)量容積和參考容積的外部的、處于光路區(qū)域中的環(huán)境氣體的成分，干擾性吸收所產(chǎn)生的問(wèn)題并不是EP 2 000 792 Al的主題，并且在此不對(duì)其進(jìn)行論述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以簡(jiǎn)單的方法和低成本來(lái)確保所輸出的測(cè)量結(jié)果不受到在測(cè)量容積的外部的填充了代用氣體的光路區(qū)域中的環(huán)境氣體的干擾成分的影響。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)權(quán)利要求I所給出的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。因此，本發(fā)明的主題是一種用于測(cè)量在測(cè)量氣體中的至少一種氣體成分的濃度的方法，其中-將光源的光沿著光路穿過(guò)含有測(cè)量氣體的測(cè)量容積引導(dǎo)至檢測(cè)器單元，并且基于在那里所檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)確定氣體成分的濃度；-在測(cè)量容積的外部的光路的區(qū)域通過(guò)封閉的容積進(jìn)行引導(dǎo)，在該封閉的容積中， 在不持續(xù)地供給氣體和排出氣體的情況下保持住代用氣體；-應(yīng)用具有處在預(yù)定的濃度下的代用氣體成分的代用氣體，其中，該代用氣體成分在大氣和測(cè)量氣體中的濃度和預(yù)定的濃度相比不明顯更低，或者以相對(duì)于需測(cè)量的氣體成分的已知的比例存在；以及-借助所檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)監(jiān)控代用氣體成分的濃度，并且在濃度的下降超過(guò)了預(yù)定的程度的情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。由于封閉容積中的代用氣體在不持續(xù)地供給氣體和排出氣體的情況下被保持住，所以避免了利用新鮮的清洗氣體持續(xù)地進(jìn)行清洗而產(chǎn)生的運(yùn)行成本。另一方面，代用氣體填充與封閉的容積的密封性一樣好。在如上述的EP I 693 665 Al和US 5，747，809所示地，對(duì)于由于泄漏導(dǎo)致干擾氣體成分涌入封閉的容積中的檢測(cè)要求將光源的光分成兩個(gè)部分光線，其中一個(gè)需要由清洗氣體流過(guò)的試管，而另一個(gè)需要第二檢測(cè)器。本發(fā)明利用了以下的事實(shí)，即根據(jù)環(huán)境氣體涌入到封閉容積中的程度而從容積中排出代用氣體，并且由此來(lái)監(jiān)控預(yù)定的，也就是封閉容積中的被挑選出來(lái)的代用氣體成分的已知濃度。在濃度下降超過(guò)了預(yù)定的比例的情況下將產(chǎn)生錯(cuò)誤信息，該錯(cuò)誤信息顯示出，測(cè)量氣體中的氣體成分濃度的測(cè)量結(jié)果受到了干擾，至少是不可靠的。在應(yīng)用可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的光源(例如，激光分光儀)時(shí)，在波長(zhǎng)不同的情況下利用同一個(gè)檢測(cè)器來(lái)確定氣體成分的濃度以及監(jiān)控代用氣體成分的濃度。在另一個(gè)備選的方法(例如，NDIR-氣體分析)中，可以例如應(yīng)用兩個(gè)相繼設(shè)置的檢測(cè)器用于氣體成分和代用氣體成分，或在應(yīng)用唯一的檢測(cè)器的情況下使得不同的光譜過(guò)濾儀周期性地相繼地移動(dòng)穿過(guò)光路。所挑選出來(lái)的代用氣體成分涉及的是代用氣體的多個(gè)成分或代用氣體本身，然而其中，為了不影響測(cè)量，卻并未包括代用氣體中的需測(cè)量的氣體成分。而對(duì)于以下情況來(lái)說(shuō)則屬于例外情況，即在測(cè)量容積中，代用氣體成分以相對(duì)于需測(cè)量的氣體成分的已知的比例存在。這尤其可以適用于同位素。由此，為了測(cè)量在測(cè)量氣體中的氧氣濃度優(yōu)選地對(duì)氧氣同位素16O2的濃度進(jìn)行確定并且應(yīng)用氧氣同位素18O2作為代用氣體成分。隨后通過(guò)氧氣同位素16O2的測(cè)量到的濃度和同位素16O2和18O2的已知的天然豐度比來(lái)計(jì)算需確定的氧氣濃度或在校準(zhǔn)時(shí)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)測(cè)量到的16O2濃度，根據(jù)在參考了天然的同位素豐度比的情況下所計(jì)算出來(lái)的、測(cè)量氣體中的18O2濃度來(lái)修改代用氣體成分(在此為同位素18O2)的需監(jiān)控的濃度。另外應(yīng)用了在大氣和測(cè)量氣體中的濃度不比封閉的容積中的預(yù)定的濃度低或僅比其明顯更低的代用氣體成分。在此可以將明顯更低的濃度理解成那種與導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤信息的、封閉容積中的代用氣體成分的濃度下降相比可以被忽略的濃度。利用由可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的光源所產(chǎn)生的光分別掃描了測(cè)量氣體中的需測(cè)量的氣體成分的吸收線和代用氣體成分的吸收線。借助檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)監(jiān)控代用氣體成分的濃度并且在濃度下降超過(guò)預(yù)定的程度的情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。目標(biāo)氣體成分和代 用氣體成分的測(cè)量可以并行地實(shí)現(xiàn)或在時(shí)分復(fù)用的情況下實(shí)現(xiàn)，然而其中僅應(yīng)用了一種測(cè)量渠道，也就是說(shuō)僅應(yīng)用了一束光線和一個(gè)檢測(cè)器。另外，可以以有利的方式將需監(jiān)控的代用氣體成分用于穩(wěn)定可調(diào)節(jié)的光源的波長(zhǎng)，這以如下方式實(shí)現(xiàn)，即將波長(zhǎng)固定地調(diào)節(jié)成與代用氣體成分的吸收線相符，正如由EP 2
000792 Al中所已知地那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量在測(cè)量氣體中的至少一種氣體成分的濃度的方法，其中 -將光源的光沿著光路穿過(guò)含有測(cè)量氣體的測(cè)量容積引導(dǎo)至檢測(cè)器單元，并且基于在那里所檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)確定所述氣體成分的濃度； -在所述測(cè)量容積的外部的所述光路的區(qū)域通過(guò)封閉的容積進(jìn)行引導(dǎo)，在所述封閉的容積中，在不持續(xù)地供給氣體和排出氣體的情況下保持住代用氣體； -應(yīng)用具有處在預(yù)定的濃度下的代用氣體成分的代用氣體，其中，所述代用氣體成分在大氣和測(cè)量氣體中的濃度和所述預(yù)定的濃度相比不明顯更低，或者以相對(duì)于需測(cè)量的所述氣體成分的已知的比例存在；以及 -借助所述所檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)監(jiān)控所述代用氣體成分的濃度，并且在濃度的下降超過(guò)了預(yù)定的程度的情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在應(yīng)用可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的光源的情況下，為了穩(wěn)定所述光源的波長(zhǎng)而將所述波長(zhǎng)固定地調(diào)節(jié)為與所述代用氣體成分的吸收線相符。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，將需測(cè)量的所述氣體成分的同位素用作為所述代用氣體成分，所述同位素的天然豐度是低的和/或已知的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，為了測(cè)量在所述測(cè)量氣體中的氧氣濃度而確定氧氣同位素16O2的濃度，并且將氧氣同位素18O2用作為所述代用氣體成分，從而由測(cè)量到的氧氣同位素16O2的濃度以及同位素16O2和18O2的天然豐度比中計(jì)算出需測(cè)量的氧氣濃度，并且根據(jù)在所述測(cè)量氣體中的同位素18O2的計(jì)算出的濃度來(lái)修改所述代用氣體成分的需監(jiān)控的濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量在測(cè)量氣體中的至少一種氣體成分的濃度的方法，其中，將光源的光沿著光路穿過(guò)含有測(cè)量氣體的測(cè)量容積引導(dǎo)至檢測(cè)器單元，并且基于在那里所檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)確定該氣體成分的濃度。在此，光路在測(cè)量容積的外部被引導(dǎo)穿過(guò)保持在封閉的容積中的代用氣體。為了以簡(jiǎn)單的方法和低成本確保所發(fā)出的測(cè)量結(jié)果不受到涌入到光路的被代用氣體所填充的區(qū)域中的環(huán)境氣體的影響，應(yīng)用具有處在預(yù)定的濃度下的代用氣體成分的代用氣體，其中，該代用氣體成分在大氣和測(cè)量氣體中的濃度和預(yù)定的濃度相比不明顯更低，或者以相對(duì)于需測(cè)量的氣體成分的已知的比例存在，在封閉的容積中，在不持續(xù)地供給氣體和排出氣體的情況下保持住代用氣體，并且借助檢測(cè)到的、取決于波長(zhǎng)的光吸收來(lái)監(jiān)控代用氣體成分的濃度，并且在濃度下降超過(guò)了預(yù)定的程度的情況下產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102656440SQ201080057351
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者凱-烏韋·普萊班 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司