DE2111014A1

DE2111014A1 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Testen einer Mehrzahl von Komponenten

Info

Publication number: DE2111014A1
Application number: DE19712111014
Authority: DE
Inventors: Karlson Eskil Leannart
Original assignee: Pollution Control Industries Inc
Current assignee: Pollution Control Industries Inc
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1971-03-08
Publication date: 1972-09-14
Also published as: GB1316075A; US3569696A; FR2128908A5

Description

Pollution Control Industries

5o7 Canal Street, Stamford, State of Connecticut, 7.St.A.

Pat entanme!dung Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Testen

einer Mehrzahl von Komponenten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Testen einer Mehrzahl von Komponenten in dem Strahlungsenergie sρektrum einer Probemenge.

Die Erfindung schlägt vor, daß zwei einander entsprechende Energiestrahlen £££ΕΓ) erzeugt werden, von denen einer durch die Probemenge hindurch geführt wird und die beide abwechselnd durch jedes von mehreren Bandfiltern hindurch geführt werden, deren Durchlässigkeit den Absorptionsband je einer der Komponenten entspricht, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Bandfiltern austretende Strahlung auf je einen Detektor konzentriert wird, der den Unterschied der beiden aus jedem Bandfilter austretenden, auf die beiden Einergiestrahlen zurückgehenden Strahlungen mess-^en und daß diese Messungen getrennten Anzeigegeräten zugeführt werden,

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Die Erfindung bezweckt die gleichzeitige Feststellung der Anwesenheit und der Menge einer Mehrzahl von gasförmigen Komponenten in einer Probemenge dienen und es wird hierzu eine Quelle für Strahlungsenergie, ζ.Β« eine Quelle für Infrarotenergie verwendet, die in zwei Energiestrahlen aufgeteilt wird· Der eine, hier als Teststrahl bezeichnete Strahl wird durch die Probemenge hindurch geschickt, während der andere Strahl als Kontrollstrahl verwendet wird· Jeder Strahl wird abwechselnd durch eines von mehreren Bandfiltern hindurchgeführt, deren P Durchlässigkeit dem Absorptionsband einer der genannten Komponenten entspricht. Die durch jede» Bandfilter abwechsäLnd hindurchgehenden, auf den Kontrollstrahl oder den Teststrahl zurückgehenden Strahlungen werden miteinander verglichen und das Resultat der beiden Vergleiche wird getrennten Anzeigegeräten gemeldet.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Untersuchung der Auspuffgase von Kraftwagen und anderer Brennkraftmaschinen durch die gleichzeitige Messung von zwei oder mehr G-askomponenten, anstelle jede bekannte oder mögliche Komponente getrennt zu testen.

In Automobilfabriken werden die Antriebsmaschinen der Kraftwagen noch auf dem Fließband gestartet und ihre Abgase untersucht, um festzustellen, ob sie den kürzlich erlassenen Regierungsvorschriften und den von der Automobil-Kompagnie festgelegten Normen entsprechen. Wegen der Laufgeschwindigkeit des Fließbandes müssen diese Untersuchungen sehr schnell erfolgen und trotzdem sollen die Ergebnisse genau sein. Duch die vorliegende Erfindung wird es ermöglicht, die Auspuffgase gleichzeitig auf zwei oder mehr Gase, z.B. Kohlenmonoxyd, Kohlendiaxyd und Stickstoffoxyd zu testen»

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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen stellen dar:

1 eine scheiaatische Ansicht einer Apparatur zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung;

2 die Vorderansicht eines Unterbrechers;

Figo 3 die Vorderansicht eines einzelnen Bandfilters;

Fig. 4 die Vorderansicht eines rotierenden mehrfaäien Bandfilters mit den an jedem Einzelfilter befestigten, einen Schalter betätigenden Magneten und einem magnetischen Anhebekopf und

Figo 5 die schematische Ansicht eines rotierenden, Mehrfachfilters, das in einen Stromkreis mit Schaltern eingeschaltet ist, in dem die zwei verschiedenen, durch einen Detektor gegebenen Signale in verschiedene Kanäle getrennt werden; der Detektor wird abwechselnd den verschiedenen Strahlenbändern ausgesetzt, die durch die beiden, das Mehrfachfilter bildenden Einzelfilter hindurchgegangen sind.

Um gleichzeitig zwei Gaskomponenten, z.B. CO und GOp zu testen, werden zwei Bandfilter verwendet, deren Transmission den Energie-Absorptionsbändern von CO und GOp entspricht. Durch ;jedes der Bandfilter wird abwechselnd ein Teststrahl und ein Kontrollstrahl zu zwei Detektoren geschickt, die beide mit einem Anzeigegerät verbunden sind. Die beiden Strahlen werden durch die Spaltung einer Quelle von Infraroter Energie in zwei Strahlen erhalten. Während Energiestrahlen abwechselnd durch eine Mehrzahl von Bandfiltern in verschiedener Weise hindurchgeschickt werden können, wird bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung eine Unterbrecher verwendet, der aus zwei sich im Abstand gegenüberstehenden Quadranten einer Scheibe

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besteht, die auf beiden Seiten eine spiegelnde Oberfläche aufweist,, Der Teststrahl, d.h. der Strahl der durch eine Probemenge hindurchgetrüi;en ist und ein Kontrollstrahl sind von jeder Seite des Unterbrechers aus gegen die Rotationsebene des Unterbrechers gerichtet. Dabei wird jeder Strahl abwechselnd:

1) durch die offene Fläche in der Rotationsebene des Unterbrechers, d.h. durch den Zwischenraum zwischen den beiden radial voneinander entfernten Unterbrecherquadranten zu einem der genannten Bandfilter treten und

2) von der Spiegeloberfläche eines der Unterbrecherquadranten auf das andere Bandfilter reflektiert.

Auf diese Weise werden der Teststrahl und der Kontrollstrahl jeder abwechselnd 1) auf ein das CO Band durchlassendes Filter und 2) auf ein das GO₂ Band durchlassendes Filter gerichtete Der Unterschied zwischen der CO Energie des Teststrahls und des Kontrollstrahls, die abwechselnd durch das CO Filter hindurchgehen wird nicht der gleiche sein, wie der Unterschied zwischen der COg Energie des Teststrahles und des Kontrollstrahles, die abwechselnd durch das COp Filter hindurchgehen. Die zwei Energiedifferenzen werden von den Detektoren aufgenommen und in elektri*. sehe Energie umgewandelt und auf getrennte Anzeigegeräte übertragen _o

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, werden von einer Quelle 10 für Infrarotenergie zwei Strahlen A und B ausgesandt. Der Strahl A wird als Teststrahl und der Strahl B als Kontrollstrahl verwendet. Wohlverstanden enthalten die beiden Strahlen eine Reihe von Wellenlängen, die den Infrarotteil des Spekirums einschließen und von den besonderen Gaskomponenten in den Auspuffgasen hat gedes ihre eigene Absorptionswellenlänge, die manchmal als

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ihre charakteristische Farbe bezeichnet wird. Auf diese Weise wird die Energie des entsprechenden Teils des Spektrumsbandes in Abhängikeit von der Qualität der besonderen Gaskomponente in der Probemenge ganz oder teilweise absorbiert. Wenn z.B₀ die Probemenge Kohlenmonoxyd enthält, wird ihre Energie ihren Teil des Spektrums ganz oder teilweise absorbieren und wenn der Teststrahl die Probemenge verläßt, wird er sich von dem Kontrollstrahl unterscheiden, weil ihm ein Teil der in dem Kontrollstrahl vorhandenen Wellenenergie fehlt. Daher wird sich die durch das CO Bandfilter hindurchtretende Strahlung des Teststrahles entsprechend dem Betrag des in der Probemenge 14 enthaltenen CO von der durch das CO Bandfilter hindurchtretenden Strahlung des Kontrollstrahles unterscheiden. In ähnlicher Weise wird sich die durch das COn Bandfilter hindurchtretende Strahlung des Teststrahles entsprechend dem Betrag des in der Testprobe 14 enthaltenden COp von der durch das COp Bandfilter hindurchtretenden Strahlung des Kontrollstrahles unterscheiden.

Der Teststrahl A wird durch Reflektion an dem kugeligen Spiegel 12 so umgelenkt, dass er durdh einen Behälter hindurchgeht, der mit der Probemenge 14 des Auspuffgases eines Kraftwagens gefüllt ist. Der Teststrahl gelangt dann zu dem schräg gestellten Spiegel 16, an dem er so reflektiert wird, dass er entweder direkt durch das Filter F-1 zu dem elliptischen Spiegel 18 gelangt von dem er zu einem im Spiegelbrennpunkt gelegenen Detektor 20 zurückgeworfen wird oder dass er von einem der zwei Quadranter des Unterbrechers 22 reflektiert wird und durch das Filter F-2 zum elliptischen Spiegel 24 gelangt, von dem er zu einem im -jpiegelbrennpunkt gelegenen Detektor 26 zurückgeworfen wird.

Der Unterbrecher 22 besteht aus zwei sich radial gegenüberliegenden Quadranten einer runden Scheibe, die durch einen Elektromotor M-1 in der Rotationsebene 28 in Rotation versetzt wird. Beide Flächen jedes Quadranten des Unterbrechers haben eine spiegelnde Oberfläche. Da die den Unterbrecher bildenden beiden

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Quadranten voneinander durch. Lücken getrennt sind, die gleich den von den Quadranten des Unterbrechers eingenommenen Flächen sind, wird ein von iasgend einer Seite der Rotationsebene 28 kommender Strahl entweder durch, die Lücken in der Rotationsebene hindurchtreten oder er wird von einem der Quadranten des Unterbrechers reflektiert.

Der Kontrollstrahl B gelangt durch Reflektion an dem kugeligen Spiegel 32 zum schräg gestellten Spiegel 36 und wird von diesem entweder direkt durch, das Filter F-2 zu dem elliptischen Spiegel 24 und von diesem zu dem im Spiegelbrennpunkt gelegenen Detektor 26 reflektiert, oder er wird von einem der beiden Quadranten des Unterbrechers 22 durch das Filter F-1 zu dem elliptischen Spiegel 18 und von diesem zu dem im Spiegelbrennpunkt gelegenen Detektor 20 reflektiert.

Die Filter F-1 und F-2 liegen zu beiden Seiten der Rotationsebene des Unterbrechers 22 und die lassen die Energiebänder durchtreten, die den gleichzeitig gemessenen Gaskomponenten entsprechen, insbesondere CO und CO«· Um gleichzeitig zwei Komponenten zu messen, werden nur zwei einfache, nicht rotierende Bandfilter benötigt, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Das Filter F-1 liegt im direkten Weg des vom schräggestelllten Spiegel 16 reflektierten Teststrahles A und im Weg eines von dem Spiegel 36 und dann von einem der Quadranten des Unterbrechers 22 reflektierten Kontrollstrahles B. Das Filter F-2 liegt im direkten Weg des vom schräg gestellten Spiegel 36 reflektierten Kontrollstrahles B und im Weg eines vom dem Spiegel 16 und dann von einem der Quadranten des Unterbrachers reflektierten Teststrahles A·

Wenn es gewünscht wird, kann der Kontrollstrahl durch ein Gas, ζ.B₀ Stickstoff hindurchgehen, um zu verhinder, dass er von der

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Raumluft beeinflusst wird und um ihn so konstant zu halten.

In der Fig. 4 sind zwei halbkreisförmige Bandfilter dargestellt, die zusammen eine rotierende Scheibe 40 bilden. Die beiden als Strahlungsbandfilter ausgebildeten Bandfilter F-3 und F-4 lassen verschiedene Strahlungsbänder durch, die verschiedenen Komponenten der Probemenge entsprechen· Jedes der Bandfilter F-3 und F-4 trägt an seinem Umfang einen Hagnet 42 und beider Rotation der Filter um die Achse 44 werden die Magnete aufeinanderfolgend eng an dem magnetischen Anhebekopf 46 vorbeibewegt.

In der Fig. 5 ist die rotierende Scheibe 40 mit den beiden Bandfiltern F-3 und F-4 in Seitenansicht und in Verbindung mit Leitungen dargestellt, die die durch die Filter hindurchgetretene Strahlung zu einem Verstärker 48 und einem Schalter 50 leiten und die den Aniiebekopf 46 mit dem Schalter 50 verbinden. Dadurch wird der Schalter 50 abwechselnd mit den Anzeigegeräten 52 und 54 verbunden, so dass getrennte Anzeigen der Differenzen der durch die Filter F-3 und F-4 hindurchgegangenen Strahlungen erhalten werden.

Durch den Ersatz einea der Filter F-1 und F-2 durch das in den Figo 4 und 5 dargestellte Hehrfachfilter und die Rotation des Mehrfachfilters um seine Achse, z.B«, durch den Elektromotor M-2, syncron mit der Rotation des Unterbrechers 22, können gleichzeitig für drei Komponenten einer Probemenge Messungen durchgeführt werden. Durch den Ersatz der beiden Filter F-1 und F-2 durch je einen Mehrfachfilter können gleichzeitig für vier oder mehr Komponente einer Probemenge Messungen durchgeführt werden.

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Claims

Patentansprüche

Mm\Verfahren zum gleichzeitigen Testen einer Mehrzahl von Komponenten in dem Strahlungsenergiespektmun einer Probemenge, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander entsprechende Energiestrahlen (A,B) erzeugt werden, von denen einer durch die Probemenge (14) hindurchgeführt wird und die beide abwechselnd durch jedes von mehreren Bandfiltern (F-1, F-2) hindurchgeführt werden, deren Durchlässigkeit dem Absorptionsband Je einer oder Komponenten entspricht, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Bandfiltern austretende Strahlung auf je einen Detektor (20,26) konzentriert wird, der den Unterschied der beiden aus jedem Bandfilter austretenden, auf die beiden Energiestrahlen zurückgehenden Strahlungen messen und dass diese Messungen getrennten Anzeigegeräten zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 und zum gleichzeitigen Messen der Komponenten in der Testprobe, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie einer Quelle (10) in die zwei genannten Energiestrahien (A,B) aufgeteilt wird, von denen der eine (B) Als Kontrollstrahl verwendet und der andere (A) durch die Probemenge (H) hindurchgeschickt wird, ferner dadurch gekennzeichnet, dass durch einen beiderseits mit spiegelnden Flächen ausgestatteten, rotierenden Unterbrecher (22), zu dessen beiden Seiten je eines der Bandfilter (F-2, P—1) vorgesehen ist, jeder Energiestrahl (A, B) abwechselnd direkt zu einem der Bandfilter oder durch Reflexion an einer der spiegelnden Flächen des Unterbrechers zu dem anderen Bandfilter geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Energiestrahlen (A, B) abwechselnd durch je-

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des von einer Anzahl rotierender Bandfilter (F-3, F-4) geschickt wird, dass die durch die Bandfilter hindurch gegangene, auf die Energiestrahlen zurückgehende Strahlung zu Detektoren geführt wird und dass die Energiedifferenz jedes Bandfilters Anzeigengeräten (52, 54-1 übermittelt wird.

Vorrichtung zur gleichzeitigen Peststellung, ob in einer Probemenge eine Mehrzahl von Komponenten vorhanden sind und zum Anzeigen der Menge der vorhandenen Komponenten, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl einander gleicher Energiestrahlen (A, B) eine eine Mehrzahl von Komponenten enthaltende Probemenge (14) einen auf beiden Seiten spiegelnden Unterbrecher (22), der in einer senkrecht zu seiner Achse (22) gelegenen Ebene (28) rotiert und dabei abwechselnd Plächentei-Ie seiner Rotationsebene öffnet und verschliesst, ein Paar von auf beiden Seiten der ßotationsebene des Unterbrechers gelegenen Bandfiltern (F-I, F-2), die für das Absorptionsenergieband je eines der Komponenten, deren Anwesenheit und Menge bestimmt werden soll durchlässig sind, Detektoren für Strahlungsenergie, die die je aus einem der Bandfilter austretende Strahlung empfangen, eine Vorrichtung durdh die eine der Energiestrahlen (A) durch die Probemenge (14) hindurchgeführt wird, eine Vorrichtung, durch die nachher die beiden Energiestrahlen von den beiden Seiten der Unterbrecherfläche gegen die Rotationsebene des Unterbrechers gerichtet werden, wobei jeder Energiestrahl abwechselnd auf eines der beiden Bandfilter einfiällt, eine Vorrichtung zum Vergleichen und Messen der durch jedes der Bandfilter hindurchgezogenen , von je einem der beiden Energiestrahlen herrührenden Strahlung und eine Vorrichtung zum Vergleich der Differenzen in den durch jedes der Bandfilter hindurchgehenden, von den Energiestrahlen herrührenden Energien,

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bandfilter eine Mehrzahl von Einzelfiltern (F-3, ^-4) enthält und rotiert und daß daa Mehrfachfilter syncron mit dem Unterbrecher (22) rotierte

Der Patentanwalt

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