DE3645240C2 - Analysis of gaseous media using microwaves - Google Patents

Analysis of gaseous media using microwaves

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DE3645240C2 DE19863645240 DE3645240A DE3645240C2 DE 3645240 C2 DE3645240 C2 DE 3645240C2 DE 19863645240 DE19863645240 DE 19863645240 DE 3645240 A DE3645240 A DE 3645240A DE 3645240 C2 DE3645240 C2 DE 3645240C2
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Lutz Dipl.-Ing. 7544 Eggenstein De Berger
Gunther Prof. Dipl.-Phys. Dr. 7500 Karlsruhe De Krieg
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Gerhard Dipl.-Chem. 7500 Karlsruhe De Schmitt
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

Abstract

An arrangement for the analysis of gaseous media comprising at least one microwave transmitter (2) and measuring cell (11), incl of gas inlet (12) and gas outlet (17), detector (19) as well as HT-electrode (21) fitted in measuring cell (11) by spaced supports (24) whilst insulated from cell (11). The plate-shaped supports (24) consist of a ceramic, preferably glass ceramic material and has a height equal to that of cells. The supports have horizontal slots (28,29) to fit edges and recess edges (22,23) of HT-electrode.The cell cross-section is adapted to microwave frequency and is approx. 7 3.5mm, preferably 7.1 3.6mm. The cell-system comprises straight- and bent sections as well as gas inlet (12) and outlet with chambers (34) provided with slits having a length of approx. 10 mm and width of approx. 0.5 mm.4

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse gas­ förmiger Medien mit mindestens einem Mikrowellensender, mindestens einer Meßzelle mit jeweils mindestens einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß und einem Detektor sowie mindestens einer in der Meßzelle gegenüber dieser isoliert angeordneten Hochspannungs-Stark-Elektrode.The invention relates to a device for analysis gas shaped media with at least one microwave transmitter, at least one measuring cell, each with at least one Gas inlet and a gas outlet and a detector as well at least one isolated in the measuring cell relative to this arranged high-voltage Stark electrode.

Die Analyse gasförmiger Medien, gegebenenfalls nach Über­ führung auch eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand durch Absorption von Mikrowellen in bestimmten charakteristischen Frequenzbereichen durch Anregung von Rotationsübergängen in Molekülen der zu untersuchenden Medien ist bekannt. Zur Reduzierung der Linienbreite erfolgt die Untersuchung im Niederdruckbe­ reich. Die Absorptionslinien werden mittels Stark-Effekt aufgespalten, wobei vorzugsweise eine Starkwechselspannung angelegt wird, um die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen. Ein derartiges Verfahren ist grundsätzlich hochselektiv und erfordert keine vorherigen Veränderungen, wie Ioni­ sation oder chemische Reaktionen an den zu untersuchen­ den Stoffen.The analysis of gaseous media, possibly after over also a solid or a liquid in the gaseous state by absorption of microwaves in certain characteristic frequency ranges Excitation of rotational transitions in molecules of the investigative media is known. To reduce the Line width is the investigation in Niederdruckbe rich. The absorption lines are made by Stark effect  split, preferably a Starkwechselspannung is applied to increase the detection sensitivity. Such a method is basically highly selective and does not require any previous changes, like Ioni tion or chemical reactions to be investigated the fabrics.

Wenn eine Referenzzelle zur Stabilisierung der Mikrowel­ lenfrequenz eingesetzt wird, in der insbesondere mit dem Nulldurchgang eines durch eine reduzierte Stark-Spannung erzeugten Referenzsignals gearbeitet wird, wobei der Null­ durchgang durch Vermessung der eigentlichen Null-Absorp­ tionslinie und der Stark-Komponenten mit einer Phasenver­ schiebung um 180 Grad durch eine Lock-In-Technik bedingt ist, so ist eine genaue Druckstabilisierung notwendig.If a reference cell to stabilize the microwaves is used in particular with the Zero crossing one by a reduced Stark voltage generated reference signal is worked, where the zero passage through measurement of the actual zero-absorption tion line and the Stark components with a phase shift by 180 degrees due to a lock-in technique is, so an accurate pressure stabilization is necessary.

Aus der US-Zeitschrift: "Stitch et al., A High-Temperature Microwave Spectrometer in: The Review of Scientific Instru­ ments, Volume 25, Number 8, August 1954, Seite 759-764" ist ein Hochtemperatur-Mikrowellenspektrometer zur Unter­ suchung zweiatomiger Moleküle bekannt. Das Spektrometer besteht aus einer Vakuumkammer, in der sich eine Meßzelle mit einer gegenüber dieser isoliert angeordneten Hochspan­ nungs-Stark-Elektrode befindet. Die Meßzelle wird auf ihrer gesamten Länge durch jeweils vier Molybdän- oder Tantaldrähte geheizt, mittels derer eine gleichmäßige Temperatur in der Meßzelle erreicht werden soll. Durch eine Vorpumpe sowie eine Diffusionspumpe wird der not­ wendige Niederdruck der Vakuumkammer eingestellt. Um den Gasdruck in der Meßzelle zu verringern, wird entweder we­ niger geheizt oder aber die Probe wird aus der Heizregion etwas entfernt. From the US magazine: "Stitch et al., A High-Temperature Microwave Spectrometer in: The Review of Scientific Instru ments, Volume 25, Number 8, August 1954, pages 759-764 is a high-temperature microwave spectrometer for sub known diatomic molecules. The spectrometer consists of a vacuum chamber containing a measuring cell with a high voltage disposed opposite to this tion strong electrode is located. The measuring cell is opened their entire length by four molybdenum or Tantalum wires heated, by means of which a uniform Temperature in the measuring cell to be achieved. By a backing pump and a diffusion pump is the emergency agile low pressure of the vacuum chamber. To the Gas pressure in the measuring cell to reduce, either we niger heated or the sample is from the heating region something away.  

Die US-PS 41 04 585 zeigt eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Verunreinigungen in Flüssigkeiten mittels Mikrowellen. Sie weist dazu parallel zueinander angeordnete Meß- bzw. Referenzzellen auf, wobei jeder Zelle ein Mikrowellengenerator vorgeschaltet ist. Hinter den Zellen wird die Differenz der Frequenzen gemessen.The US-PS 41 04 585 shows a device for measuring the concentration of impurities in liquids by means of microwaves. It points parallel to each other arranged measuring or reference cells, each Cell is preceded by a microwave generator. Behind The cells are measured for the difference in frequencies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine verbesserte Druckstabilität ermöglicht.The invention is based on the object, a Vorrich tion of the type mentioned, which one improved pressure stability allows.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einer Vor­ richtung zur Analyse gasförmiger Medien dadurch gelöst, daß eine Referenzzelle mit jeweils mindestens einem Gas­ einlaß und Gasauslaß sowie mit einer gegenüber dieser iso­ liert angeordneten Hochspannungs-Stark-Elektrode vorgesehen ist, daß über den Gaseinlaß der Referenzzelle diese mit einem Permeationssystem für eine Reingaskomponente verbun­ den ist, daß das Permeationssystem eine Temperiereinrich­ tung aufweist, und daß die Referenzzelle einen Druckauf­ nehmer aufweist, der über eine Druckregeleinrichtung mit der Temperiereinrichtung für das Permeationssystem verbun­ den ist. Das erfindungsgemäße System ist insbesondere vorteilhaft, weil bei dem beiderseitigen Unterdruck eine konventionelle Druckregelung über elektrisch gesteuerte Ventile oder dergleichen nicht möglich ist. Das erfin­ dungsgemäße Druckregelungsverfahren ist einfach, da die Druckregelung über eine definierte Verdampfung der zu messenden Reingaskomponente erfolgt. Fällt der Druck auf­ grund von Schwankungen beim Absaugen, wie durch eine Pumpe ab, so wird durch eine stärkere Heizung der Reingaskom­ ponente eine stärkere Verdampfung derselben und damit eine Druckerhöhung bewirkt; bei Druckanstieg wird entweder die Temperatur erniedrigt oder aber eine Kühlung durchgeführt, so daß die Verdampfung reduziert wird und insgesamt der Druck in der Zelle erniedrigt wird. Das Gas wird vorzugs­ weise aus der Zelle mit konstantem Durchfluß abgesaugt. Bei konstant arbeitender Absaugpumpe wird ein konstanter Durchfluß dadurch erreicht, daß im Absaugweg eine Kapillare angeordnet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß dem Gasauslaß und der Referenzzelle Filter nachgeordnet sind. Das Filter absorbiert die zu messende Komponente und ver­ hindert bei einem Vakuumsystem derart, daß die Reinkompo­ nente in die Meßzelle gelangt und dort das Meßergebnis verfälschen könnte.According to the invention, the above object is in a Vor solved by analyzing the direction of gaseous media analysis that a reference cell, each with at least one gas inlet and gas outlet as well as with one opposite this iso Lier arranged high voltage Stark electrode provided is that on the gas inlet of the reference cell with this a permeation system for a pure gas component verbun that is, the permeation system is a temperature controller tion, and that the reference cell a Druckauf has, who has a pressure control device with the tempering device for the permeation verbun that is. The system according to the invention is in particular advantageous because at the mutual negative pressure a conventional pressure control via electrically controlled Valves or the like is not possible. That's invented The pressure control method according to the invention is simple, since the Pressure control over a defined evaporation of the measuring pure gas component takes place. If the pressure falls reason of fluctuations in aspiration, as by a Pump off, so is by a stronger heating of the clean gas component a stronger evaporation of the same and thus one Pressure increase causes; when pressure increases, either the Temperature is lowered or carried out a cooling, so that the evaporation is reduced and the total  Pressure in the cell is lowered. The gas is preferred as sucked out of the cell with a constant flow. With constantly working suction pump becomes a constant Flow achieved in that in the Absaugweg a capillary is arranged. Furthermore, it can be provided that the Gas outlet and the reference cell filter are arranged downstream. The filter absorbs the component to be measured and ver prevents in a vacuum system such that the Reinkompo enter the measuring cell and there the measurement result could falsify.

Bei bekannten Vorrichtungen sind die Meßzellen überdimen­ sioniert. Weiterhin sind große Memory-Effekte festgestellt worden. Diese beinhalten, daß ein einmal gemessenes Gas auch nach einer gewissen Zeit noch festgestellt werden kann. Die Überdimensionierung der Absorptionszelle ist insbesondere dadurch bedingt, daß die Hochspannungs-Stark- Elektroden oder das Stark-Septum nur in Zellen mit über­ dimensioniertem Querschnitt eingebracht werden können. Darüber hinaus weist das Stark-Septum vielfach als Träger Materialien, wie Teflon auf, an denen sich Gase adsorbieren können, was ebenfalls zur Verstärkung von Memory-Effek­ ten führt. Auch sind Gaszuführungen und Fortführungen nachteilig ausgebildet, weisen erhebliche Toträume auf, was ebenfalls Memory-Effekte verstärkt. Dies wird da­ durch verbessert, daß die Hochspannungs-Stark-Elektrode mittels mehrerer mit Abstand zueinander angeordnete Halter in der Meß- bzw. Referenzzelle gehalten ist. Damit werden die Anlagerungsmöglichkeiten für die Gase wesentlich redu­ ziert. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Halter aus Keramikmaterial, vorzugsweise Glaskeramik besteht. Es kann auch ein unter dem Namen "Vestel" bekanntes Material ein­ gesetzt werden. Während beim Stand der Technik, wie darge­ legt, als Träger für das Stark-Septum ein Teflon-Band verwendet wird, auf dem die Hochspannungs-Stark-Elektroden aufgebracht sind und das Band auf eine Seitenwand, bei­ spielsweise den Boden der Zelle aufgelegt und aufgeklebt wird, sieht die Erfindung vorzugsweise keramische Träger vor, die im Gegensatz zum Teflon eine Anlagerung von Gasen, insbesondere bei Ausbildung als Glaskeramikträgern nicht unterstützen. Die Verwendung von Haltern aus Glaskeramik ermöglicht darüber hinaus den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei wesentlich höheren Temperaturen, bis bei­ spielsweise auf 250°c. Es können insbesondere eine Viel­ zahl von einzelnen Haltern mit Abstand zueinander in der Meßzelle angebracht sein, um die darin befindliche Hoch­ spannungs-Stark-Elektrode zu halten. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Höhe der Halter der Innenhöhe der Meß- bzw. Referenzzelle entspricht, wobei insbesondere die Halter grundsätzlich als Plättchen ausgebildet sind und auf der Mitte ihrer Höhe mindestens einen horizontalen Schlitz zur Aufnahme eines Randes der Hochspannungs-Stark- Elektrode aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung wird im Gegensatz zu dem genannten Stand der Technik die Hoch­ spannungs-Stark-Elektrode in der Mitte der Zelle gehal­ ten, so daß sich von hieraus nach beiden Richtungen die Stark-Felder ausbilden, was zu einer Homogenisierung des Feldes in der Zelle führt. Damit die einzelnen Abstands­ halter sich nicht relativ zur Hochspannungs-Stark-Elektrode verschieben, sieht eine weitere Ausbildung vor, daß die Hochspannungs-Stark-Elektrode in ihren Rädern Ausnehmungen aufweist, in die ein Vorsprung des Halters eingreift.In known devices, the measuring cells are overmolded sioned. Furthermore, large memory effects are detected Service. These include having a gas measured once even after a certain time yet to be determined can. The oversizing of the absorption cell is particularly due to the fact that the high voltage star Electrodes or the Stark septum only in cells with over dimensioned cross section can be introduced. In addition, the Stark septum often has as a carrier Materials such as Teflon on which gases adsorb can, which also adds to the memory effect leads. Also are gas supplies and continuations disadvantageous, have significant dead spaces, which also enhances memory effects. This will be there by improving that the high voltage Stark electrode by means of a plurality of spaced apart holders is held in the measuring or reference cell. With that the possibilities of adding gases are significantly reduced ed. It is preferably provided that the holder Ceramic material, preferably glass ceramic. It can also a material known under the name "Vestel" be set. While in the prior art, as shown places as support for the Stark septum a Teflon tape is used on which the high-voltage Stark electrodes  are applied and the tape on a sidewall, at For example, placed the bottom of the cell and glued the invention preferably sees ceramic supports before, which, in contrast to Teflon an addition of gases, especially when training as glass ceramic carriers not support. The use of glass ceramic holders also allows the use of the invention Device at much higher temperatures, up to For example, at 250 ° c. In particular, it can be a lot number of individual holders spaced apart in the Measuring cell attached to the high located therein to hold the voltage-strong electrode. Preferably provided that the height of the holder of the inner height of the measuring or reference cell corresponds, in particular the Holder are basically designed as a small plate and at least one horizontal in the middle of its height Slot for receiving an edge of the high voltage star Have electrode. In this embodiment is in Contrary to the cited prior art the high Stark voltage electrode in the middle of the cell so that from here in both directions the Strong fields form, resulting in a homogenization of the Field in the cell leads. Thus the single distance Do not hold yourself relative to the high voltage Stark electrode postpone further training, that the High voltage strong electrode in their wheel recesses has, in which engages a projection of the holder.

Die vorgenannten Ausgestaltungen geben insbesondere ei­ ne Möglichkeit zu weiterer erfindungsgemäßer Ausbildung dahingehend, daß der Querschnitt der Meß- bzw. Referenz­ zellen an die verwendete Mikrowellenfrequenz angepaßt (nicht überdimensioniert) ist, wobei insbesondere der Meß- oder Referenzzellenquerschnitt <10 mm×5 mm ist und vor allem der Meß- oder Referenzzellenquerschnitt etwa 7 mm×3,5 mm, vorzugsweise 7,1 mm×3,6 mm beträgt. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß Mikrowellensender, Empfänger, Abschwächer, gegebenenfalls Hohlleiterschalter und auch Referenz- und Meßzellen sämtlich den gleichen Hohlleiterquerschnitt besitzen, so daß keine Querschnitts­ übergänge mit Abschrägungen oder dergleichen erforderlich sind, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Die gewählten kleinen Meß- oder Referenzzellenquerschnitte führen bei Stark-Modulation zu einer besseren Ausmodulation der Rotationsübergänge und damit zu einer größeren Nach­ weisempfindlichkeit.The aforementioned embodiments give in particular egg ne possibility for further inventive training in that the cross-section of the measuring or reference cells adapted to the microwave frequency used (not oversized), in particular the Measuring or reference cell cross-section <10 mm × 5 mm and especially the measuring or reference cell cross-section approximately  7 mm × 3.5 mm, preferably 7.1 mm × 3.6 mm. By this training is achieved that microwave transmitter, Receiver, attenuator, optionally waveguide switch and also reference and measuring cells all the same Have waveguide cross section, so that no cross section Transitions with bevels or the like required are, as is the case in the prior art. The selected small measuring or reference cell cross sections lead with Stark modulation to a better modulation the rotation transitions and thus to a greater degree setting sensitivity.

Eine weitere äußerst bevorzugte Ausbildung sieht vor, daß die Meßzelle mäanderförmig in Bogenstücken und ge­ raden Meßstücken (Stark-Kammern) geführt ist. Durch die mäanderförmige Ausbildung können gegenüber andersar­ tigen Ausbildungen beliebig viele Bogenstücke und Gerade­ stücke hintereinander angeordnet werden, um eine optimale Anpassung bei dennoch kompakter Bauweise zu erreichen. Es kann insbesondere derart ohne Signalintensitätsverlust ein mechanischer Aufbau erreicht werden, der in ein sogenann­ tes 19-Zoll-Rack hineinpaßt.Another highly preferred training provides that the measuring cell meandering in elbows and ge straight measuring pieces (Stark chambers) is performed. By the meandering formation may be different Any number of curved sections and straight lines Pieces are arranged one behind the other, for optimal Adaptation to achieve yet compact design. It in particular, can do so without signal intensity loss mechanical structure can be achieved, in a so-called 19 inch rack.

Bei der Zuführung des Gases in Meß- und Referenzzellen ergibt sich das Problem, daß einerseits die Öffnungen zur Zuführung des Gases in den Hohlleiter einen beschränkten Querschnitt aufweisen sollen, um die Mikrowelle nicht zu stören, andererseits aber hinreichend groß sein sollen, um einen schnellen Gasaustausch bei Wechsel des Gases zu ermöglichen, damit kleine Ansprechzeiten und damit eine Vielzahl von Messungen in beschränkter Zeit möglich sind. Weiterhin soll die Gaszuführung einfach und nicht aufwen­ dig sein. When feeding the gas into measuring and reference cells there is the problem that on the one hand the openings for Supplying the gas into the waveguide a limited Cross section should not have to the microwave to on the other hand, but should be sufficiently large, for a quick gas exchange when changing the gas allow thus small response times and thus a Variety of measurements in a limited time are possible. Furthermore, the gas supply should be easy and not aufwen be dig.  

Zur Lösung der vorgenannten Problematik sieht die Erfin­ dung vor, daß Gaseinlaß und/oder -auslaß in zwei Seiten­ wänden einander gegenüberliegende mit der Längsachse des Einlaß- bzw. Auslaßstücks fluchtende Schlitze aufweisen, wobei insbesondere die Schlitze eine Länge von ca. 10 mm und eine Breite von ca. 0,5 mm aufweisen. Hiermit wird erreicht, daß die Mikrowelle kaum beeinträchtigt wird und dennoch das Meßgas durch die schlitzartige Ausbildung der Schlitze und der Anordnung von jeweils zwei Schlitzen hin­ reichend schnell ausgetauscht werden kann. Zur Zuführung und Fortführung des Meßgases zu bzw. von den Schlitzen sieht eine Weiterbildung vor, daß die Seitenwände vom Gaseinlaß bzw. Gasauslaß im Bereich der Schlitze durch eine Kammer übergriffen sind, an die eine Gaszu-/Abführung angeschlossen ist.To solve the aforementioned problem sees the inventions tion that gas inlet and / or outlet in two sides walls opposed to each other with the longitudinal axis of the Inlet or outlet piece have aligned slots, in particular, the slots have a length of about 10 mm and have a width of about 0.5 mm. Hereby becomes ensures that the microwave is hardly affected and Nevertheless, the measuring gas through the slit-like formation of the Slots and the arrangement of two slots out can be exchanged quickly. To the feeder and continuing the measurement gas to or from the slots provides a further development that the side walls of Gas inlet or gas outlet in the region of the slots through a chamber are overlapped, to which a gas supply / discharge connected.

Die Austauschgeschwindigkeit des Meßgases beim Wechsel desselben wird weiterhin dadurch unterstützt, daß ein Einlaßventil mit einem Einlaß und einem Auslaß und ei­ nem zwischen beiden angeordneten Strömungsweg ausgebil­ det ist, von dem unter einem Winkel von etwa 90 Grad ein Abzweigweg zum Gaseinlaß der Meßzelle abgezweigt ist, wobei ein derartiges Ventil entweder mechanisch oder elektrisch gesteuert werden kann. Das Meßgas wird hier mit hoher Geschwindigkeit an der durch die beschriebenen Merkmale geschaffenen Schnittstelle zwischen dem Hochdruckbereich meßgasseitig und dem Niederdruckbereich im Hohlleiter oder der Meßzelle vorbeiströmen gelassen. Nur ein geringer Teil des vorbeiströmenden Gases gelangt in die Meßzelle. Totzeiten aufgrund von Totvolumina können ebenfalls derart weitgehend vermieden werden. The exchange rate of the measuring gas when changing The same is further supported by the fact that a Inlet valve with an inlet and an outlet and egg nem between the two arranged flow path ausgebil det is from an angle of about 90 degrees Branched branch to the gas inlet of the measuring cell, wherein such a valve either mechanically or electrically can be controlled. The measuring gas is here with high Speed at the by the described features created interface between the high pressure area measuring gas side and the low pressure region in the waveguide or let the measuring cell flow past. Only a small one Part of the passing gas passes into the measuring cell. Dead times due to dead volumes may also be so be largely avoided.  

Durch die vorstehende Ausbildung können auch Schwankun­ gen der Pumpleistung des Vakuum-Systems in einem solchen Umfang ausgeglichen werden, wie dies für die Meßzelle hin­ reichend ist.The above training can Schwankun gen the pumping power of the vacuum system in such Scope be compensated, as for the measuring cell out is reaching.

Bei den gleichen Voraussetzungen, wie sie etwas weiter oben genannt wurden, daß nämlich eine Referenzzelle vor­ gesehen ist, sieht eine äußerst bevorzugte Ausgestaltung vor, daß Referenz- und Meßzelle in Reihe geschaltet sind. In der Regel befindet sich dabei die Referenzzelle vom Mikrowellensender aus gesehen vor der Meßzelle, um das Nutzsignal nicht zu vermindern. Diese Maßnahme unterstützt ebenfalls den kompakten Aufbau der gesamten Vorrichtung, erleichtert eine Thermostatisierung der Meß- bzw. Refe­ renzzellen, erspart den Einsatz von teuren Richtkopplern und vermeidet eine Trennung und damit Schwächung des Si­ gnals in zwei Zweige. Sie ermöglicht weiterhin die Erfas­ sung von Referenz- und Meßsignal mit einem Detektor und vorzugsweise auch Weiterverarbeitung mit einem Vorverstär­ ker, wenn Referenz- und Meßsignal durch phasenverschobene Stark-Spannungen ebenfalls eine Phasendifferenz erhalten. Durch die Verwendung eines Vorverstärkers werden insbesondere Driftprobleme sowie Probleme eliminiert, die sich durch die Phasendrehung zweier Verstärker ergeben.At the same conditions, as something further have been mentioned above, namely that a reference cell before seen, provides a highly preferred embodiment before that reference and measuring cell are connected in series. As a rule, the reference cell is from Microwave transmitter seen in front of the measuring cell to the Not to reduce useful signal. This measure supports also the compact design of the whole device, facilitates a thermostating of the measuring or Refe renzzellen, saves the use of expensive directional couplers and avoids a separation and thus weakening of the Si gnals in two branches. It also enables the Erfas tion of reference and measurement signal with a detector and preferably also further processing with a preamplifier ker, when reference and measuring signal by phase-shifted Strong voltages also get a phase difference. In particular, by using a preamplifier Drift problems as well as problems eliminated through result in the phase rotation of two amplifiers.

Wenn mehrere Absorptionsfrequenzen untersucht werden sol­ len, so kann vorgesehen sein, daß mehrere Mikrowellensen­ der unterschiedlicher Frequenz einer Meßzelle zugeordnet sind, wobei, um ein Auswechseln des Reingaserzeugers, bei­ spielsweise ein Permeationssystem, in der Referenzzelle zu vermeiden, in Weiterbildung vorgesehen sein kann, daß meh­ rere Referenzzellen einer Meßzelle zugeordnet sind, wobei entweder die Referenzzellen in Reihe geschaltet sind oder aber die Referenzzellen einander parallel geschaltet sind. Bei derartigen Mehrkomponentensystemen müssen die Mikro­ wellensender, die vorzugsweise Gunn-Oszillatoren aufweisen, über entsprechende Hohlleiterschalter entweder direkt auf die erste Referenzzelle oder nach parallel geordneten Re­ ferenzzellen auf die gemeinsame Meßzelle geschaltet wer­ den. Wesentlich ist, daß ansonsten die gesamte Anordnung, insbesondere auch die Auswerteelektronik vor allem mit einem Detektor und einem Vorverstärker gleichbleibt und lediglich mit den Mikrowellensendern auch die Stark-Span­ nungen in den Meß- bzw. Referenzzellen umgeschaltet werden müssen. Die Messungen der verschiedenen Komponenten erfol­ gen durch Ansteuern des jeweiligen Mikrowellensenders und Anlegen der jeweiligen Stark-Spannungen, wodurch allerdings Umschaltzeiten bedingt sind. Insbesondere bei Messungen von zwei Komponenten wird daher bevorzugt vorgesehen, daß zwei Mikrowellensender vorgesehen sind, die über Schalter der Meßzelle zugeschaltet werden können, wobei die Refe­ renzzellen in Reihe, gemeinsam oder parallel zur Meßzelle angeordnet sind, die Referenzzellen mit phasenverscho­ benen Stark-Spannungen beaufschlagt werden und die Mikro­ wellensender jeweils separat geregelt werden. Im Gegensatz zur vorgenannten Lösung ist die genannte Frequenzlockung beider Mikrowellensender möglich, was die Zeitverzögerung durch jeweils erneute Frequenzsynchronisation vermeidet.If several absorption frequencies should be investigated len, it can be provided that several Mikrowellenensen associated with the different frequency of a measuring cell are, wherein, to a replacement of the clean gas generator, at For example, a permeation system, in the reference cell too avoid, can be provided in training that meh associated reference cells of a measuring cell, wherein either the reference cells are connected in series or but the reference cells are connected in parallel. In such multi-component systems, the micro  wave transmitters, which preferably have Gunn oscillators, via corresponding waveguide switch either directly on the first reference cell or after parallel ordered Re connected ferenzzellen on the common measuring cell who the. It is essential that otherwise the entire arrangement, especially the transmitter especially with a detector and a preamplifier remains the same and only with the microwave transmitters also the strong chip tions in the measuring or reference cells are switched have to. The measurements of the various components are successful gene by driving the respective microwave transmitter and Applying the respective Stark voltages, which, however Switching times are conditional. Especially for measurements of two components is therefore preferably provided that two microwave transmitters are provided, which via switches the measuring cell can be switched, the Refe cells in series, together or parallel to the measuring cell are arranged, the reference cells with phase shift Strong voltages are applied and the micro Wave transmitters are each regulated separately. In contrast to the aforementioned solution is called Frequenzlockung both microwave transmitters possible what the time delay by each renewed frequency synchronization avoids.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß Referenz- und Meßzellen eine gemeinsame Thermostatisierung aufwei­ sen. Hierdurch entfällt eine thermische Isolation zwi­ schen Referenz- und Meßzelle.A preferred embodiment provides that reference and measuring cells aufwei a common thermostating aufwei sen. This eliminates a thermal insulation zwi reference and measuring cell.

Unter Bezugsnahme auf die Zeichnungen wird die Erfindung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt: With reference to the drawings, the invention explained in detail. Showing:  

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des mechanischen Gesamtaufbaus der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung; Fig. 1 is a schematic representation of the mechanical overall structure of the device according to the invention Vorrich;

Fig. 2 die Hochspannungs-Stark-Elektrode in Aufsicht, wobei an einer Stelle ein Halter angebracht ist; Figure 2 shows the high-voltage Stark electrode in plan view, wherein on a body of a holder is mounted.

Fig. 3 der Halter in Seitenansicht; Fig. 3 of the holder in side view;

Fig. 4 eine Darstellung zum Einlaß bzw. Auslaß des Gases in bzw. aus einer Zelle; Fig. 4 is an illustration to the inlet and outlet of the gas in and out of a cell;

Fig. 5 die Ventilanordnung zur Zufüh­ rung des Meßgases zur Meßzelle; Figure 5 shows the valve assembly for Zufüh tion of the measuring gas to the measuring cell.

Fig. 6 eine Darstellung zur Erläute­ rung der Druck- und Temperatur­ regelung. Fig. 6 is a representation for Erläute tion of the pressure and temperature control.

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines bevor­ zugten Mehrkomponentensystems; und 7 is a block diagram of a multi-component system before ferred. and

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Zwei­ komponentensystems. Fig. 8 is a block diagram of a two-component system.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Prozeß-Analysators. Er weist einen Mikrowel­ lensender 2, einen hinter diesem angeordneten Isolator 3 und eine darauf folgende Referenzzelle 4 mit Gaseinlaß 6 und Gasauslaß 7 für das Referenzgas auf. An die Referenz­ zelle 4 schließt sich ein isolierendes Fenster 8 an. Dem folgt die Meßzelle 11, die zunächst einen Gaseinlaß 12 aufweist. Die Meßzelle 11 ist zur Vermeidung großer Bau­ längen mäanderförmig geführt und in jeweils mehrere 180 Grad-Bögen 13 und gerade Stark-Kammern 14 unterteilt. Die Stark-Kammern 14 weisen in herkömmlicher Weise isolierte Stark-Spannungs-Zuführungen 16 auf. Fig. 1 shows the basic mechanical structure of the device according to the invention or the microwave process analyzer according to the invention. It has a Mikrowel lensender 2 , an arranged behind this insulator 3 and a subsequent reference cell 4 with gas inlet 6 and gas outlet 7 for the reference gas. To the reference cell 4 , an insulating window 8 connects. This is followed by the measuring cell 11 , which initially has a gas inlet 12 . The measuring cell 11 is guided meandering lengths to avoid large construction and subdivided into a plurality of 180-degree arcs 13 and straight strong chambers 14 . The Stark chambers 14 are conventionally insulated with strong-voltage feeders 16 .

Schließlich schließt sich an einen Gasauslaß 17 der Meß­ zelle 11 über ein weiteres isolierendes Fenster 18 ein Detektor 19 an.Finally, connects to a gas outlet 17 of the measuring cell 11 via a further insulating window 18, a detector 19 at.

Der Querschnitt der Meßzelle 11 und insbesondere der Stark-Kammern 14 ist auf den jeweiligen Mikrowellenbe­ reich, in dem die Vorrichtung arbeiten soll, optimiert und insbesondere, wenn nur eine Frequenz analysiert wer­ den soll, hierauf abgestimmt. Der Querschnitt beträgt vorzugsweise 7,1 mm×,36 mm, ist also nicht überdimen­ sioniert.The cross-section of the measuring cell 11 and in particular the Stark chambers 14 is rich on the respective Mikrowellenbe in which the device is to work, optimized and in particular, if only one frequency analyzed who should the tuned thereto. The cross section is preferably 7.1 mm ×, 36 mm, so it is not over-sized.

Der Mikrowellensender 2 weist vorzugsweise einen Gunn-Os­ zillator auf. Wenn mehrere Gaskomponenten analysiert wer­ den sollen, so können mehrere Mikrowellensender über je­ weils entsprechende Hohlleiterschalter auf gemeinsame Meß-/ Referenzzellen 11, 4 geschaltet werden, wobei gegebenen­ falls eine Referenzzelle 4 solche zu untersuchenden Kompo­ nenten enthält. Die Stark-Spannungen in der Meß- bzw. Referenzzelle 11, 4 werden entsprechend den Mikrowellen­ sendern zugeschaltet. Es kann bei einem Mehrkomponenten- System auch vorgesehen sein, daß, wenn die jeweilige Kom­ ponente für die Referenzzelle 4 rein bereit gestellt wird, mehrere Referenzzellen 4 hinter den ihnen jeweils zuzuord­ nenden Mikrowellensendern zueinander parallel oder aber sämtlich in Reihe geschaltet sind und entsprechend der jeweils vorzunehmenden Messung zugeschaltet werden. The microwave transmitter 2 preferably has a Gunn Os zillator. If several gas components analyzed who are the, so a plurality of microwave transmitters each have weils corresponding waveguide switches can be switched on 4 common measuring / reference cells 11, wherein if given contains a reference cell 4, such components to be examined Comp. The high voltages in the measuring or reference cell 11 , 4 are switched according to the microwave transmitters. It may also be provided in a multi-component system that, when the respective Kom component for the reference cell 4 is provided purely prepared, a plurality of reference cells 4 behind the zuzuord them respectively nenden microwave transmitters are parallel to each other, or all in series and corresponding to the respective be connected to be measured.

Die Hochspannungs-Stark-Elektrode 21 und ihre Halterung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die den Innenleiter bildende Hochspannungs-Stark-Elektrode 21 muß jeweils in die entsprechende, die Außenleiter bildende Stark-Kammer 14 isoliert eingesetzt werden. Hierzu weist die Hochspannungs- Stark-Elektrode an ihren längsseitigen Rändern 22 Ausneh­ mungen 23 auf, an denen Halter 24 angreifen, die vorzugs­ weise aus Glaskeramik bestehen. Durch die Ausnehmungen 23 werden die Hochspannungs-Stark-Elektrode 21 und der Halter 24 in Längsrichtung zueinander festgelegt.The high voltage Stark electrode 21 and its holder is shown in FIGS. 2 and 3. The high-voltage Stark electrode 21 forming the inner conductor must be inserted in each case insulated in the corresponding Stark chamber 14 forming the outer conductor. For this purpose, the high voltage Stark electrode at its longitudinal edges 22 Ausneh rules 23 on which attack holder 24 , the preference, consist of glass ceramic. By the recesses 23 , the high voltage Stark electrode 21 and the holder 24 are fixed to each other in the longitudinal direction.

Die Halter 24 weisen eine der Höhe der Stark-Kammer 14 entsprechende Höhe h auf und bestehen aus einer Platte 26, an der mittig ein in die Ausnehmung 23 eingreifender Vor­ sprung 27 angebracht ist. In der Platte 26 und in dem Vorsprung 27 sind jeweils horizontale Schlitze 28, 29 in der gleichen Ebene ausgebildet, die nach Zusammenstecken von Hochspannungs-Stark-Elektrode 21 und Halter 24 den Rand 22 der Hochspannungs-Stark-Elektrode umgreifen, so daß dieser auch senkrecht zu ihrer Fläche fixiert ist. Die Hochspannungs-Stark-Elektrode wird mit den angesetzten Haltern 24 in die einzelnen Stark-Kammern 14 eingeschoben.The holder 24 have a height of the strong chamber 14 corresponding height h and consist of a plate 26 , at the center of an engaging into the recess 23 is attached before jump 27 . In the plate 26 and in the projection 27 are each formed horizontal slots 28, 29 in the same plane, which engage around the edge 22 of the high voltage Stark electrode after mating of high voltage Stark electrode 21 and holder 24 , so that this as well is fixed perpendicular to its surface. The high voltage Stark electrode is inserted with the attached holders 24 in the individual Stark chambers 14 .

Durch die Stark-Kammer 14 und die Hochspannungs-Stark- Elektrode 21 wird die erforderliche Stark-Kapazität gebil­ det. Die Stark-Spannungszuführung 16 ist derart ausgebildet, daß sie eine die Kapazität der Hochspannungs-Stark-Elek­ trode 21 zu einem Parallel-Schwingkreis erweiternde ex­ terne Induktivität aufweist, die wiederum gleichzeitig die Hochspannungswicklung eines Transformators ist.By the Stark chamber 14 and the high-voltage Stark electrode 21 , the required Stark capacity is gebil det. The Stark voltage supply 16 is formed such that it has a capacitance of the high-voltage Stark Elek electrode 21 to a parallel resonant circuit expanding ex ternal inductance, which in turn is the high-voltage winding of a transformer.

Gleichzeitig wird durch die Serienschaltung einer Kapa­ zität, die sehr viel größer ist als die Kapazität der Starkzellen, in den Schwingkreis und durch Einbau einer Diode mit Vorwiderstand parallel zur Stark-Kapazität eine Anhebung der Starkwechselspannung derart erreicht, daß der negative Scheitelwert der Starkwechselspannung auf 0 Volt aufsitzt.At the same time, the series connection of a Kapa which is much larger than the capacity of the Starkzellen, in the resonant circuit and by installing a Diode with series resistor parallel to the Stark capacity one  Raising the strong alternating voltage achieved such that the negative peak value of the strong AC voltage 0 volt is seated.

Ein Problem bei derartigen Mikrowellenanalysatoren ist die gleichmäßige Einführung der Gase, insbesondere des Meßgases in die Kammern sowie die Herausführung in hin­ reichender Menge in kurzer Zeit, damit ein schneller Aus­ tausch des Gases erfolgen kann und kurze Meßzeiten erzielt werden. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die Gaseinlässe und Gasauslässe 6, 7, 12, 17 in zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 31 über der Mittelachse jeweils gegenüberlie­ gend einen Schlitz 32 aufweisen (Fig. 4), zu dem und durch den der Gasfluß von einer Gaszuführung/Abführung 33 her über eine das Rohr des Gaseinlasses 12 etc. manschettenar­ tig übergreifende Kammer 34 erfolgt. Es hat sich herausge­ stellt, daß durch derartig mit zwei Schlitzen ausgebildete Gaseinlässe 6, 12 bzw. -auslässe 7, 17, hohe Gaswechselfre­ quenzen möglich sind.A problem with such microwave analyzers is the uniform introduction of the gases, in particular of the measuring gas into the chambers as well as the lead-out in reaching amount in a short time, so that a rapid off exchange of the gas can be done and short measurement times can be achieved. The invention provides for this purpose that the gas inlets and gas outlets 6, 7, 12, 17 in two opposite side walls 31 above the central axis each gegenüberlie quietly a slot 32 have ( Fig. 4), to which and by the gas flow from a gas supply / Leakage 33 ago via a pipe of the gas inlet 12 etc. cuff overlapping chamber 34 takes place. It has been found out that high gas exchange frequencies are possible through gas inlets 6, 12 or outlets 7, 17 formed in this way with two slits.

Die Gaszuführung/Abführung 33 ist weiterhin mit einem soge­ nannten Kreuzventil 36 verbunden, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Das der jeweiligen Starkkammer 14 zuzu­ führende Gas wird im Kreuzventil 36 von einem von dessen Einlaß 37 zu dessen Auslaß 38 führenden Gashauptweg bei geöffnetem Ventil über einen Nebenzweig 39 abgezweigt. Hierdurch werden Totvolumina reduziert, die ebenfalls zu hohen Ansprechzeiten führen.The gas supply / discharge 33 is further connected to a so-called cross-valve 36 , as shown in FIG . The respective strong chamber 14 to leading gas is diverted in the cross valve 36 from one of its inlet 37 leading to the outlet 38 Gashauptweg with the valve open via a secondary branch 39 . As a result, dead volumes are reduced, which also lead to high response times.

Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Referenzzelle 4 und die Meßzelle 11 durch eine gemeinsame Thermosta­ tisierung 41 auf der gleichen gemeinsamen Temperatur ge­ halten werden. Hierdurch entfällt eine thermische Isola­ tion zwischen beiden Systemen. From Fig. 6 it can be seen that the reference cell 4 and the measuring cell 11 by a common Thermosta tion 41 are kept at the same common temperature ge. This eliminates a thermal Isola tion between the two systems.

Insbesondere in der Referenzzelle 4 ist ein konstanter Druck aufrechtzuerhalten. Hierzu reicht die bei der Meßzelle 11 vorgenommene Druckregelung einer Nach­ führung bei einem Regelventil bei Schwankungen der Pump­ leistung des Vakuumsystems nicht aus.In particular, in the reference cell 4 , a constant pressure is maintained. For this purpose, the pressure control carried out in the measuring cell 11 is not sufficient for a control valve in the event of fluctuations in the pumping power of the vacuum system.

Zunächst ist an den Gasauslaß 7 der Referenzzelle 4 eine herkömmliche Vakuumpume 51 angeschlossen. Der Gasauslaß 7 weist eine Kapillare 52 auf, durch die ein konstanter Gasdurchfluß erreicht wird. Wenn nur ein Vakuumsystem verwendet wird, so ist der Kapillare ein Filter 53 nach­ geschaltet, das die zu messende Komponente absorbiert und somit verhindert, daß diese als Reinsubstanz in die Meß­ zelle 11 gelangt, wo sie die Messung verfälschen würde.First, a conventional vacuum chamber 51 is connected to the gas outlet 7 of the reference cell 4 . The gas outlet 7 has a capillary 52 , through which a constant gas flow is achieved. If only a vacuum system is used, the capillary is a filter 53 connected downstream, which absorbs the component to be measured and thus prevents them as a pure substance in the measuring cell 11 passes, where they would falsify the measurement.

Die für die Referenzzelle 4 erforderliche Reinsubstanz wird durch ein diese enthaltenes Permeationsgefäß 54 bereit­ gestellt, das eine separate Heizung und/oder Kühlung 56 aufweist. Diese wird durch eine mit einem Druckaufnehmer 57 verbundene Druckregelung 58 in der folgenden Weise gesteuert: Wenn die Saugleistung des Vakuumsystems va­ riiert, können trotz der Kapillare 52 Druckschwankungen auftreten. Diese werden über den Druckaufnehmer 57 ge­ messen, der über die Druckregelung 58 des Permeationsge­ fäßes 54 entweder heizt - wenn der Druck abfällt, um eine verstärkte Permeation der Reingaskomponente zu erreichen - oder aber das Heizen reduziert bzw. kühlt - wenn der Druck ansteigt, um so die Permeationsleistung zu ver­ ringern. Hierdurch wird eine genaue und zuverlässige Druckregelung erreicht.The pure substance required for the reference cell 4 is provided by a permeation vessel 54 containing it, which has a separate heating and / or cooling 56 . This is controlled by a connected to a pressure transducer 57 pressure control 58 in the following manner: If the suction of the vacuum system rationed in particular, 52 pressure fluctuations may occur despite the capillary. These are measured via the pressure transducer 57 GE either via the pressure control 58 of the Permeationsge 54 either heats - when the pressure drops to achieve increased permeation of pure gas component - or the heating is reduced or cooled - when the pressure rises to so reduce the permeation performance to ver. As a result, an accurate and reliable pressure control is achieved.

Eine relativ gute Druckkonstanz ist insbesondere zur Rege­ lung der Mikrowellenfrequenz und damit zu deren Stabili­ sierung erforderlich. A relatively good pressure stability is in particular to Regge ment of the microwave frequency and thus to their Stabili required.  

Die Regelung und damit Stabilisierung der Frequenz des Mikrowellensenders 2 bzw. dessen Gunn-Oszillators erfolgt in der folgenden Weise: Vom Stark-Generator 61 (Fig. 7) wird eine gegenüber der der Meßzelle 11 zugeleiteten Stark- Spannung phasenverschobene weitere Stark-Spannung, die vorzugsweise um 90 Grad phasenverschoben ist, abgeleitet und der Referenzzelle 4 zugeleitet.The control and thus stabilization of the frequency of the microwave transmitter 2 or its Gunn oscillator takes place in the following manner: From Stark generator 61 ( FIG. 7) a phase voltage relative to that of the measuring cell 11 fed Stark voltage further Stark voltage, the preferably phase-shifted by 90 degrees, derived and fed to the reference cell 4 .

Die eigentliche Intensitätsmessung wird auf dem Maximum der Absorptionslinie vorgenommen und hierzu zur Vermeidung des Einflusses von Leistungsschwankungen im Leistungssät­ tigungsbereich gearbeitet. Dieses Verfahren garantiert schnelle Ansprechzeiten des Meßsystems, benötigt aber entsprechend leistungsstarke Mikrowellensender mit einer Leistung von 20 bis 60 mW.The actual intensity measurement will be at the maximum the absorption line and this to avoid the influence of power fluctuations in performance working area. This procedure guarantees fast response times of the measuring system, but needed correspondingly powerful microwave transmitter with a Power from 20 to 60 mW.

Fig. 7 zeigt gegenüber Fig. 1 ein erstes Mehrkomponen­ tensystem mit mehreren untereinander und mit der Meßzelle 11 in Reihe geschalteten Referenzzellen 4.1 bis 4.N. Die Referenzzellen 4.1 bis 4.N werden über Hohlleiterschalter 81.1 bis 81.N jeweils mit einem abgestimmten Mikrowellen­ sender 2.1 bis 2.N verbunden, die über einen Schalter 82 ansteuerbar sind, während die Stark-Spannungen über einen Schalter 83 an die entsprechende Referenzzelle 4.1 bis 4.N anlegbar sind. Fig. 7 shows, in comparison to FIG. 1, a first multi-component system with a plurality of reference cells 4.1 to 4 .N connected in series with one another and with the measuring cell 11 . The reference cells 4.1 to 4 .N are connected via waveguide switches 81.1 to 81 .N each with a tuned microwave transmitter 2.1 to 2 .N, which are controlled via a switch 82 , while the Stark voltages via a switch 83 to the corresponding reference cell 4.1 up to 4 .N can be applied.

Die Messung erfolgt derart, daß zunächst die entspre­ chend voreingestellte Stark-Spannung über den Schalter 83 an die Referenzzelle 4.1 angelegt und mit dem Schalter 82 der Mikrowellensender 2.1 angesteuert und dieser über den Hohlleiterschalter 81.1 mit dem Hohlleiter-System verbunden wird, die Messung durchgeführt wird und die Messungen der in den weiteren Referenzzellen 4.2 bis 4.N enthaltenen Gas- Komponenten sukzessive erfolgen. The measurement is carried out such that first the corre sponding preset Stark voltage applied via the switch 83 to the reference cell 4.1 and driven with the switch 82 of the microwave transmitter 2.1 and this is connected via the waveguide switch 81.1 to the waveguide system, the measurement is performed and the measurements of the gas components contained in the further reference cells 4.2 to 4 .N take place successively.

Die bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf­ grund der nach Umschalten jeweils erforderlichen Frequenz­ synchronisation der Mikrowellensender gegebene Verzöge­ rungszeit läßt sich bei einer Ausgestaltung nach der Fig. 8 vermeiden. Hier sind die beiden Mikrowellensender 2.1 und 2.2 einersetis mit in Reihe geschalteten Referenzzellen 4.1, 4.2 verbunden, die mit zueinander verschobenen Stark­ wechselspannungen beaufschlagt werden. Andererseits sind die Mikrowellensender 2.1 und 2.2 über Hohlleiterschalter 81.1 und 81.2 wechselweise mit der Meßzelle 11 verbindbar, die nicht durch Anlegen beider Mikrowellensender 2.1 und 2.2 überlastet werden soll. Die Mikrowellensender 2.1 und 2.2 werden durch die Regler 63.1 und 63.2 in ihrer Frequenz geregelt. Hierbei arbeiten beide Mikrowellensender perma­ nent und werden auch permanent nachgestimmt, so daß die geeignete Mikrowellenfrequenz unmittelbar bei Umschalten der Hohlleiterschalter 81.1 und 81.2 an der Meßzelle 11 zur Verfügung steht.The in the embodiment described above on the basis of the frequency required after each switching frequency synchronization of the microwave transmitter delay time can be avoided in an embodiment of FIG. 8. Here, the two microwave transmitters 2.1 and 2.2 einersetis connected in series with reference cells 4.1 , 4.2 , which are subjected to mutually shifted strong alternating voltages. On the other hand, the microwave transmitters 2.1 and 2.2 via waveguide switches 81.1 and 81.2 alternately connectable to the measuring cell 11 , which should not be overloaded by applying both microwave transmitters 2.1 and 2.2 . The microwave transmitters 2.1 and 2.2 are regulated in their frequency by the controllers 63.1 and 63.2 . Both microwave transmitters work permanently and are also permanently tuned, so that the suitable microwave frequency is available immediately when switching the waveguide switches 81.1 and 81.2 on the measuring cell 11 .

Die Referenzzelle 4 muß nicht in jedem Fall die reine zu untersuchende Komponente selbst enthalten. Bei der Mes­ sung hochgiftiger oder explosiver Substanzen kann auch eine andere chemische Verbindung dafür eingesetzt werden. Die Auswahl dieser Referenzverbindung erfolgt danach, daß sie eine Absorptionslinie in unmittelbarer Nähe des ge­ wählten Rotationsübergangs der Meßkomponente haben muß. Durch Anlegen von Gleichspannung(en) - und Überlagerung derselben mit der Starkwechselspannung in Referenz- und/ oder Meßzelle 4, 11 lassen sich die S-förmige Kurve der Referenzzelle 4 und die Absorptionslinie in der Weise zuein­ ander verschieben, daß der Nulldurchgang wieder bei der Frequenz des Linienmaximums erfolgt. The reference cell 4 does not always have to contain the pure component to be examined itself. When measuring highly toxic or explosive substances, another chemical compound can also be used. The selection of this reference compound is made after that it must have an absorption line in the immediate vicinity of the ge selected rotation transition of the measuring component. By applying DC voltage (s) - and superimposing the same with the Starkwechselspannung in reference and / or measuring cell 4, 11 can move the S-shaped curve of the reference cell 4 and the absorption line in the manner zuein other that the zero crossing again at the Frequency of the line maximum occurs.

Beispiel: Messung von Chlorcyan bei f=35.825,95 MHzExample: Measurement of cyanogen chloride at f = 35.825.95 MHz

Die beiden nächstliegenden Absorptionslinien anderer Ver­ bindungen sind:The two closest absorption lines of other Ver bonds are:

zu niedrigeren Frequenzen CH₃SiHDFto lower frequencies CH₃SiHDF f=35.825,5 MHzf = 35,825.5 MHz zu höheren Frequenzen CHD₂NCto higher frequencies CHD₂NC f=35.827,44 MHz.f = 35,827.44 MHz.

Ein gleichzeitiges Vorliegen der Meßkomponente ClCN und Methyldeuterofluorsilan bzw. Dideuteromethylisocyanid im Meßgas kann ausgeschlossen werden, insofern ist f(ClCN)= 35.825,95 MHz zur quantitativen Bestimmung geeignet. Auf der anderen Seite liegen die Absorptionslinien der partiell deuterierten Verbindungen so nahe, daß sich schon durch Anlegen von geringen Gleichspannungen ein geeigneter Kur­ venverlauf ergibt.A simultaneous presence of the measuring component ClCN and Methyldeuterofluorosilane or Dideuteromethylisocyanid im Measuring gas can be excluded, insofar as f (ClCN) = 35.825.95 MHz suitable for quantitative determination. On on the other side, the absorption lines are partial deuterated compounds so close that already through Applying low DC voltages a suitable cure venverlauf results.

Claims (24)

1. Vorrichtung zur Analyse gasförmiger Medien mit min­ destens einem Mikrowellensender, mindestens einer Meßzelle mit jeweils mindestens einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß und einem Detektor sowie mindestens einer in der Meßzelle gegenüber dieser isoliert angeordneten Hochspannungs-Stark-Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzzelle (4) mit je­ weils mindestens einem Gaseinlaß (6) und Gasauslaß (7) sowie mit einer gegenüber dieser isoliert ange­ ordneten Hochspannungs-Stark-Elektrode vorgesehen ist, daß über den Gaseinlaß (6) der Referenzzelle (4) diese mit einem Permeationssystem (54) für eine Reingaskomponente verbunden ist, daß das Permeations­ system (54) eine Temperiereinrichtung (56) aufweist, und daß die Referenzzelle (4) einen Druckaufnehmer (57) aufweist, der über eine Druckregeleinrichtung (58) mit der Temperiereinrichtung (56) für das Per­ meationssystem (54) verbunden ist.1. A device for analyzing gaseous media with at least one microwave transmitter, at least one measuring cell, each having at least one gas inlet and a gas outlet and a detector and at least one in the measuring cell with respect to this insulated arranged high-voltage Stark electrode, characterized in that a reference cell ( 4 ), each with at least one gas inlet ( 6 ) and gas outlet ( 7 ) and with an insulated relative to this arranged high-voltage Stark electrode is provided that via the gas inlet ( 6 ) of the reference cell ( 4 ) with a Permeationssystem ( 54 ) is connected to a pure gas component that the permeation system ( 54 ) has a tempering device ( 56 ), and that the reference cell ( 4 ) has a pressure transducer ( 57 ) via a pressure regulating device ( 58 ) with the temperature control device ( 56 ) for the Connected by meationssystem ( 54 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Gasauslaß (7) der Referenzzelle (4) eine Kapillare (52) zur Durchflußstabilisierung nachge­ ordnet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas outlet ( 7 ) of the reference cell ( 4 ) is arranged a capillary ( 52 ) for flow stabilization nachge. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Gasauslaß (7) der Referenzzelle (4) Filter (53) nachgeordnet sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the gas outlet ( 7 ) of the reference cell ( 4 ) filter ( 53 ) are arranged downstream. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungs-Stark- Elektrode (21) mittels mehrerer mit Abstand zueinan­ der angeordnete Halter (24) in der Meß- bzw. Refe­ renzzelle (11, 4) gehalten ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high voltage Stark electrode ( 21 ) by means of a plurality of spaced zueinan the arranged holder ( 24 ) in the measuring or Refe renzzelle ( 11, 4 ) is held. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Halter (24) der Innenhöhe der Meß- bzw. Referenzzelle (11, 4) entspricht.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the height of the holder ( 24 ) corresponds to the internal height of the measuring or reference cell ( 11, 4 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (24) aus Keramikmaterial, vorzugsweise Glaskeramik besteht.6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the holder ( 24 ) consists of ceramic material, preferably glass ceramic. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (24) grundsätzlich als Plättchen ausgebildet sind und auf der Mitte ihrer Höhe mindestens einen horizontalen Schlitz (28, 29) zur Aufnahme eines Randes (22, 23) der Hochspan­ nungs-Stark-Elektrode (21) aufweisen. 7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the holder ( 24 ) are generally formed as platelets and at the center of its height at least one horizontal slot ( 28, 29 ) for receiving a rim ( 22, 23 ) of High-voltage strong electrode ( 21 ) have. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungs-Stark-Elektrode (21) in ihren Rändern (22) Ausnehmungen (23) aufweist, in die ein Vorsprung (27) eines Halters (24) ein­ greift.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the high-voltage Stark electrode ( 21 ) in their edges ( 22 ) has recesses ( 23 ) into which a projection ( 27 ) of a holder ( 24 ) engages , 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Meß- bzw. Referenzzellen (11, 4) an die verwendete Mikro­ wellenfrequenz angepaßt (nicht überdimensioniert) ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the measuring or reference cells ( 11, 4 ) adapted to the micro wave frequency used (not oversized). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meß- bzw. Referenzzellenquerschnitt <10 mm×5 mm ist.10. Apparatus according to claim 9, characterized net, that the measuring or reference cell cross-section <10 mm × 5 mm. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meß- bzw. Referenzzellenquerschnitt <8 mm×4 mm ist.11. The device according to claim 10, characterized gekennzeich net, that the measuring or reference cell cross-section <8 mm × 4 mm. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meß- bzw. Referenzzellenquerschnitt vorzugsweise 7,1×3,6 mm beträgt.12. The device according to claim 11, characterized net, that the measuring or reference cell cross-section preferably 7.1 × 3.6 mm. 13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (11) mäan­ derförmig in Bogenstücken (13) und geraden Meßstücken (Stark-Kammern 14) geführt ist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring cell ( 11 ) mäan derförmig in elbows ( 13 ) and straight measuring pieces (Stark chambers 14 ) is guided. 14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gaseinlaß und/oder -aus­ laß (12, 17) in zwei Seitenwänden einander gegen­ überliegende mit der Längsachse des Einlaß- bzw. Auslaßstücks fluchtende Schlitze (32) aufweisen. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas inlet and / or outlet ( 12, 17 ) in two side walls opposite each other with the longitudinal axis of the inlet or outlet piece aligned slots ( 32 ). 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schlitze eine Länge von ca. 10 mm und eine Breite von ca. 0,5 mm aufweisen.15. The apparatus according to claim 14, characterized gekennzeich net, that the slots have a length of about 10 mm and have a width of about 0.5 mm. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge­ kennzeichnet, die Seitenwände (31) vom Gaseinlaß bzw. Gasauslaß (12, 17) im Bereich der Schlitze (32) durch eine Kammer (34) übergriffen sind, an die eine Gas­ zu-/Abführung (33) angeschlossen ist.16. Device according to claim 14 or 15, characterized in that the side walls ( 31 ) from the gas inlet or gas outlet ( 12, 17 ) in the region of the slots ( 32 ) are overlapped by a chamber ( 34 ) to which a gas is admitted. / Discharge ( 33 ) is connected. 17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßventil mit einem Einlaß (37) und einem Auslaß (38) und einem zwischen beiden angeordneten Strömungsweg ausgebildet ist, von dem unter einem Winkel von etwa 90 Grad ein Abzweigweg (39) zum Gaseinlaß (12) der Meßzelle (11) abgezweigt ist.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet valve with an inlet ( 37 ) and an outlet ( 38 ) and a flow path arranged between the two is formed, from which at an angle of about 90 degrees, a branch path ( 39 ). to the gas inlet ( 12 ) of the measuring cell ( 11 ) is branched off. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventil (36) ein mechanisches ist.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the valve ( 36 ) is a mechanical. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventil (36) ein elektrisches ist.19. The apparatus according to claim 17, characterized in that the valve ( 36 ) is an electrical. 20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Referenz- und Meßzellen (4, 11) eine gemeinsame Thermostatisierung (41) aufweisen.20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that reference and measuring cells ( 4, 11 ) have a common thermostating ( 41 ). 21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrowellensender (2) unterschiedlicher Frequenz einer Meßzelle (11) zugeordnet sind. 21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of microwave transmitter ( 2 ) of different frequency of a measuring cell ( 11 ) are assigned. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Referenzzellen (4) einer Meßzelle (11) zugeordnet sind.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that a plurality of reference cells ( 4 ) are associated with a measuring cell ( 11 ). 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die Referenzzellen (4) in Reihe geschaltet sind.23. The apparatus according to claim 22, characterized in that the reference cells ( 4 ) are connected in series. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß die Referenzzellen (4) einander parallel geschaltet sind.24. The device according to claim 23, characterized in that the reference cells ( 4 ) are connected in parallel.
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