[发明专利]NDIR双束气体分析仪及用该气体分析仪测定气体混合物中测量气体成分的浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述借助非分散红外(non-dispersive infrared，NDIR)双束气体分析仪测定一气体混合物中一测量气体成分的浓度的方法。

本发明还涉及一种如权利要求10前序部分所述的NDIR双束气体分析仪。

背景技术

WO 2008/135416 A1揭示这样一种方法和气体分析仪，它们的作用是测定气体混合物中测量气体成分的浓度。其中，红外辐射源所产生的红外辐射交替穿过容纳气体混合物的测量管和含有参比气体的参比管。再用检测装置检测从这两个管子输出的辐射，产生测量信号并在分析单元中对该信号进行分析。常见检测装置包含一或多个形式为单层或双层接收器的光气动检测器。利用调制器在测量管和参比管之间切换辐射，此调制器通常为叶轮或斩光器。如果这两个管子为实现零点平衡充有同一种气体(特别是氮气或空气等零点气体)且气体分析仪经过光学平衡处理，则进入检测装置的总是同等强度的辐射，因此不会产生任何测量信号(交变信号)。如果测量管中充有待检气体混合物，测量管内就会发生与所含测量气体成分的浓度或与可能存在的交叉气体的浓度相关的预吸收，这样随着调制的进行，来自测量管和参比管的不同辐射强度将先后进入检测装置，检测装置则产生一个交变信号形式的测量信号，该信号包含调制频率和与辐射强度差相关的变量。

但是，进入检测装置的辐射强度不但与因气体而异的吸收相关，又与其他影响红外辐射强度的影响量相关。这些影响量例如为红外辐射源或检测装置上因污染、老化或温度因素而发生的变化，它们无法被直接识别出来，还可能导致错误的测量结果。

因此，需要定期对气体分析仪进行校准，例如先后将零点气体和最终气体(也就是浓度已知的测量气体)充入测量管。

根据DE 195 47 787 C1，校准NDIR双束气体分析仪时将零点气体充入测量管并用光阑阻止辐射穿过参比管。这就实现了气体分析仪的单束功能，以便(例如)以红外辐射源的强度为参考，而不必将校准气体或标准气体充入测量管。

前述EP 1 640 708 A1所揭示的NDIR双束气体分析仪在一个调制周期内产生至少两个测量管和参比管均无辐射穿过的无辐射期。这样就将双倍频率的谐波调制到测量信号的基波上。对测量信号进行傅立叶分析后，借助两个第一傅立叶分量测定标准被测变量并通过对这些标准被测变量进行坐标转换来测定测量气体成分的浓度。

前述WO 2008/135416 A1所揭示的NDIR双束气体分析仪的检测装置具有至少两个单层接收器，它们分别提供一个测量信号且一前一后布置在气体分析仪的光路中。其中，第一单层接收器例如含有测量气体成分，至少一个下游单层接收器则包含交叉气体。分析单元包含一个与单层接收器数目n相对应的n维校准矩阵，将在不同已知测量气体成分浓度和不同已知交叉气体浓度条件下获得的测量信号值以n元组的形式存储在该校准矩阵中。在交叉气体浓度未知条件下测量未知的测量气体浓度时，将在此过程中获得的n元组信号值与存储在校准矩阵中的n元组信号值进行比较，从而测定测量气体成分的浓度。此外还可以在保持(例如)交叉气体浓度恒定的情况下改变所产生辐射的强度，这样就能测定红外辐射器老化或测量管污染所引起的发射变化对测量结果造成的影响。

发明内容

本发明的目的是简化对错误影响因素(例如红外辐射源或检测装置上因污染、老化或温度因素而发生的变化)的识别和补偿。

本发明用来达成上述目的的解决方案是权利要求1所定义的方法及权利要求10所给出的NDIR双束气体分析仪。

从属权利要求涉及的是本发明方法及气体分析仪的有利改进方案。

附图说明

下面借助附图所示的实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1为包含检测装置的NDIR双束气体分析仪，该检测装置由两个前后布置的单层接收器构成且可提供两个测量信号；

图2为一校准矩阵，在不同已知交叉气体浓度和不同已知测量气体成分浓度条件下所获得的测量信号值以值对形式存储在该矩阵中；

图3为NDIR气体分析仪包含斩光器、测量管和参比管的一个结构的俯视图；

图4为进入测量管和参比管的辐射的功率密度分布图；

图5为进入测量管和参比管的辐射的替代性功率密度分布图；

图6为用于对测量信号进行相敏检测并将其分解为同相分量和正交分量的双相锁相放大器；