KR102654201B1 - Ndir . - Google Patents
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Abstract
본 출원 발명은 극한환경에서 동작할 수 있는 비분산적외선 가스측정 장치에 관한 것으로 -20℃ ~ 50 ℃ 사이에서 사용가능하며, 가연성 또는 폭발성 가스를 최수 7개 이상 동시에 측정할 수 있는 가스측정 장치를 제공하고자 하는 것이다. 상기 측정 대상가스는 CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), C6H6 (Benzene)를 포함한다.
기존의 NDIR 가스측정 장치는 매 측정 시마다 광원의 밝기가 조금씩 변화되는 문제가 있어, 이를 보정하기 위하여 측정광을 광분배기를 사용하여 분리한 후 2개의 디텍터를 사용하여 하나는 NDIR 가스 측정을 위하여 사용하고, 다른 하나는 측정 신호의 광강도를 보정하기 위한 광 강도 측정에 사용하여왔다. 그러나, 신호측정용 광디텍터의 가격이 비싸기 때문에 그동안은 광 광도를 측정하여 보정에 사용하기 위한 광디텍터는 상대적으로 정밀도가 떨어지는 장치를 사용하였다. 본 출원 발명은 이러한 구조를 개선하여 더욱 정밀한 가스 농도 측정이 가능한 기술을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위하여 측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 적외선 광원; 및 상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및 상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및 상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및 상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 극한환경 동작 가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 아주적은 광량도 측정이 가능한 하나의 검출기(PMT, 광전증배관)만으로 비분산적외선 측정기의 광량과 가스농도에 따른 광량의 변화를 시간을 나누어 각각 측정하고 이를 보정함으로써 정밀한 가스농도측정기 가능한 효과가 있는 기술을 제공한다.The present invention relates to a non-dispersive infrared gas measuring device that can operate in extreme environments. It can be used between -20°C and 50°C and is capable of measuring up to seven or more flammable or explosive gases simultaneously. This is what we want to provide. The gases to be measured include CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), and C6H6 (Benzene).
Existing NDIR gas measurement devices have the problem that the brightness of the light source changes slightly during each measurement. To correct this, the measurement light is separated using an optical splitter and then two detectors are used, one for measuring NDIR gas. and the other has been used to measure light intensity to correct the light intensity of the measurement signal. However, because the price of optical detectors for signal measurement is high, optical detectors for measuring light intensity and used for correction have been using devices with relatively low precision. The purpose of the present application is to improve this structure and provide a technology that enables more precise gas concentration measurement.
For this purpose, a white cell is used to measure the gas concentration through which the measurement gas is introduced; and an infrared light source; and a rotating chopper that blocks or passes the infrared light source. and an optical splitter that sends the light passing through the rotating chopper to the white cell to measure gas concentration and distributes the infrared light source to correct the light intensity measured by passing through the measurement gas. and a light intensity measurement mirror that reflects the light distributed from the optical splitter to correct the light intensity to the PMT detector. and a measuring mirror that reflects the light sent from the optical splitter to the white cell back to the PMT detector. It provides an ultra-precision measurement non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments.
The invention of the present application measures the light quantity of a non-dispersive infrared meter and the change in light quantity according to gas concentration with only one detector (PMT, photomultiplier tube) capable of measuring even a very small amount of light by dividing the time by the configuration of the invention as described above. By calibrating this, we provide an effective technology that enables precise gas concentration measurement.
Description
본 출원 발명은 비분산적외선 방식의 가스 측정 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 기존의 비분산적외선 가스 측정방식의 구조를 개선하여 기존의 멀티 디텍터 방식의 NDIR 가스 측정 장치의 측정 기준광의 측정 정밀도를 높여 측정 정밀도를 높이고자하는 기술이다.The present invention relates to gas measurement technology using non-dispersive infrared rays. More specifically, it is a technology that aims to improve measurement precision by improving the structure of the existing non-dispersive infrared gas measurement method and increasing the measurement precision of the measurement reference light of the existing multi-detector type NDIR gas measurement device.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 비분산 적외선 가스 센서에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 검출 대상 가스가 유동할 수 있는 내부 공간이 형성된 빈 튜브 형상으로 형성되는 광도파관과, 상기 광도파관의 일단부 또는 상기 일단부의 인근에 설치되고, 상기 광도파관의 상기 내부 공간으로 적외선을 발산하는 발광부와, 상기 광도파관의 타단부 또는 상기 타단부의 인근에 설치되고, 상기 발광부에서 발산되어 상기 광도파관의 상기 검출 대상 가스가 유동하는 상기 내부 공간을 통과한 상기 적외선을 검출하는 검출부 및 상기 광도파관의 상기 내부 공간에서 상기 검출부의 인근에 설치되고, 상기 적외선의 파장 중 상기 검출 대상 가스가 흡수하는 영역대의 파장만을 투과시키는 광학 필터를 포함하고, 상기 광도파관은, 상기 내부 공간의 내벽면에 의해 반복적으로 반사되어 굴절을 반복하면서 상기 내부 공간을 통과하는 상기 적외선이 상기 광학 필터에 입사되는 입사각을 제어할 수 있는 기술이 개시되어 있다.Technology related to a non-dispersive infrared gas sensor has been disclosed as prior art prior to the application of the present invention. This technology includes an optical waveguide formed in the shape of an empty tube with an internal space through which the gas to be detected can flow, installed at or near one end of the optical waveguide, and transmitting infrared rays into the internal space of the optical waveguide. A light-emitting part emitting light, which is installed at or near the other end of the optical wavepipe and detects the infrared rays emitted from the light-emitting part and passing through the internal space through which the detection target gas of the optical waveguide flows. A detection unit and an optical filter installed near the detection unit in the internal space of the optical waveguide and transmitting only wavelengths in a region absorbed by the detection target gas among the wavelengths of the infrared rays, the optical waveguide comprising: A technology is disclosed that can control the angle of incidence at which the infrared rays passing through the internal space while being repeatedly reflected and refracted by the inner wall surface of the optical filter are incident on the optical filter.
또 다른 선행기술로 멀티 가스 누출 경보기용 플라스틱 사출 가스셀에 관한 발명이 개시되어 있다. 이 기술은 플라스틱 사출물로 NDIR 방식의 가스측정용 가스셀을 만들고 필드미러와 오브젝트 미러의 고정을 쉽게 하면서도, 외부 환경의 변화에 따라 상기 가스 셀의 뒤틀림 변화에도 불구하고, 상기 필드 미러와 오브젝트 미러의 상대적인 위치나 거리의 변화가 최소화되도록 하며, 금속 가스셀의 경우 상기 금속을 가열함으로써 가스셀 내부의 측정환경 조건을 일정하게 유지하였으나 플라스틱 사출 가스셀은 열전도율이 낮아 외부의 가열에 의하여 가스셀 전체가 동일한 온도를 유지하며 습기를 제거할 수 없기 때문에 별도의 가스를 이용하여 퍼징하고 측정가스의 수분을 제공하는 기술이 개시되어 있다.Another prior art discloses an invention regarding a plastic injection gas cell for a multi-gas leak detector. This technology creates an NDIR-type gas measurement gas cell with plastic injection molding and makes it easy to fix the field mirror and object mirror. Despite the distortion of the gas cell according to changes in the external environment, the field mirror and object mirror are easily fixed. Changes in relative positions or distances are minimized, and in the case of metal gas cells, the measurement environmental conditions inside the gas cell are kept constant by heating the metal. However, plastic injection gas cells have low thermal conductivity, so the entire gas cell is damaged by external heating. Since moisture cannot be removed while maintaining the same temperature, a technology has been disclosed to purge using a separate gas and provide moisture in the measurement gas.
또 다른 선행기술로 선행기술로 다중 대기 오염동시측정 장치에서 가스의 종류를 측정하기 위하여 측정하고자 하는 가스를 필터에 구비한 상관필터를 사용한 구성이 개시되어 있다.Another prior art is a configuration using a correlation filter equipped with a filter for the gas to be measured in order to measure the type of gas in a simultaneous multiple air pollution measurement device.
본 출원 발명은 극한환경에서 동작할 수 있는 비분산적외선 가스측정 장치에 관한 것으로 -20℃ ~ 50 ℃ 사이에서 사용가능하며, 가연성 또는 폭발성 가스를 최수 7개 이상 동시에 측정할 수 있는 가스측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to a non-dispersive infrared gas measuring device that can operate in extreme environments. It can be used between -20°C and 50°C and is capable of measuring up to seven or more flammable or explosive gases simultaneously. This is what we want to provide.
상기 측정 대상가스는 CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), C6H6 (Benzene)를 포함한다.The gases to be measured include CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), and C6H6 (Benzene).
기존의 NDIR 가스측정 장치는 매 측정 시마다 광원의 밝기가 조금씩 변화되는 문제가 있어, 이를 보정하기 위하여 측정광을 하프미러를 사용하여 분리한 후 2개의 디텍터를 사용하여 하나는 NDIR 가스 측정을 위하여 사용하고, 다른 하나는 측정 신호의 광강도를 보정하기 위한 광 강도 측정에 사용하여왔다. 그러나, 신호측정용 광디텍터의 가격이 비싸기 때문에 그동안은 광 광도를 측정하여 보정에 사용하기 위한 광디텍터는 상대적으로 정밀도가 떨어지는 장치를 사용하였다. 본 출원 발명은 이러한 구조를 개선하여 더욱 정밀한 가스 농도 측정이 가능한 기술을 제공하고자 하는 것이다.Existing NDIR gas measurement devices have the problem that the brightness of the light source changes slightly during each measurement. To correct this, the measurement light is separated using a half mirror and then two detectors are used, one for measuring NDIR gas. and the other has been used to measure light intensity to correct the light intensity of the measurement signal. However, because the price of optical detectors for signal measurement is high, optical detectors for measuring light intensity and used for correction have been using devices with relatively low precision. The purpose of the present application is to improve this structure and provide a technology that enables more precise gas concentration measurement.
또한, 극한 환경에서 가연성 및/ 또는 폭발성 가스의 농도를 측정하기 위하여, NDIR 가스 측정전에 외부에 구비된 가연성 가스 센서를 추가로 이용하여 측정 전에 최소폭발한계농도(LEL)과 최대폭발한계농도(UEL)를 측정함으로써 측정자의 안전을 최우선으로 보장하고, 측정 중에 NDIR 가스 측정기 내부에서 발생할 수 있는 가스의 폭발 위험을 제거한 가스측정 장치를 제공하고자 한다.In addition, in order to measure the concentration of flammable and/or explosive gases in extreme environments, an external combustible gas sensor is additionally used before measuring NDIR gas to measure the minimum explosive limit concentration (LEL) and maximum explosive limit concentration (UEL). ), we aim to provide a gas measurement device that ensures the safety of the measurer as a top priority and eliminates the risk of gas explosion that may occur inside the NDIR gas meter during measurement.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 과제해결 수단은 다음과 같다.The means to solve the above problems are as follows.
측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 A white cell for measuring gas concentration through the inflow of measurement gas; and
적외선 광원; 및infrared light source; and
상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및A rotating chopper that blocks or passes the infrared light source; and
상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및an optical splitter that sends the light passing through the rotating chopper to the white cell to measure gas concentration and distributes the infrared light source to correct the light intensity measured by passing through the measurement gas; and
상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및A mirror for measuring light intensity that reflects the light distributed from the light splitter to correct the light intensity to the PMT detector; and
상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.An ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments is provided, including a measuring mirror that reflects the light sent from the optical splitter to the white cell back to the PMT detector.
또한, 상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, the light intensity measurement mirror provides an ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments, characterized in that it reflects only 10% of the incident light to reduce the light intensity.
또한, 상기 화이트셀 길이의 2배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, twice the length of the white cell blocks light in the rotating chopper and is shorter than the distance the light travels while the rotating chopper passes the light again. Ultra-precision measurement non-dispersive infrared gas capable of operating in extreme environments. Provides measuring equipment.
또한, 상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, the PMT detector provides an ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments, characterized by having 1 to 4 optical filters to measure various types of gases.
또한, 상기 화이트셀의 내부에는 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the white cell is coated with silicon on the inside, and when gas is adsorbed, the silicon coating can be removed and re-coated for use, providing a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments.
또한, 상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments is provided, further comprising a white cell jacket outside the white cell to control the temperature of the white cell.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter to measure the possibility of ignition and explosion in the measurement environment. If the possibility of explosion is more than 80%, a warning is issued, the measurement is stopped, and the measurement location is returned. Provides a multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments, which is characterized in that it notifies the movement of.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter to measure flammability and explosive gas by sucking the measured gas into a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments. Provides a multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments, which calculates whether there is a possibility of explosion and warns if there is a possibility of explosion and does not measure it.
본 출원 발명은 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 아주적은 광량도 측정이 가능한 하나의 검출기(PMT, 광전증배관)만으로 비분산적외선 측정기의 광량과 가스농도에 따른 광량의 변화를 시간을 나누어 각각 측정하고 이를 보정함으로써 정밀한 가스농도측정기 가능한 효과가 있는 기술을 제공한다.The invention of the present application measures the light quantity of a non-dispersive infrared meter and the change in light quantity according to gas concentration with only one detector (PMT, photomultiplier tube) capable of measuring even a very small amount of light by dividing the time by the configuration of the invention as described above. And by correcting this, we provide an effective technology that enables precise gas concentration measurement.
도 1은 본 발명의 출원 이전의 NDIR 가스측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 전체 장치 구성도이다.
도 3은 본 발명의 NDIR 가스측정 장치의 동작설명도로 회전초퍼를 통과하고 광분배기를 거처 PMT 검출기로 보정을 위한 광이 이동하는 이동경로를 설명한다.
도 4는 본 발명의 NDIR 가스측정 장치의 동작설명도로 회전초퍼를 통과한 광이 광분배기에서 화이트셀로 이동하여 측정거울에 반사되어 PMT 검출기로 입사되는 가스농도측정광의 이동경로를 설명한다.
도 5는 본 발명의 극한 환경에서의 가연성 또는 폭발성 가스의 측정을 위한 환경정보측정 센서 등의 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram of an NDIR gas measurement device before the application of the present invention.
Figure 2 is an overall device configuration diagram of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the NDIR gas measurement device of the present invention and explains the path along which light for correction passes through the rotating chopper, through the optical splitter, and to the PMT detector.
Figure 4 is a diagram illustrating the operation of the NDIR gas measurement device of the present invention and explains the movement path of the gas concentration measurement light, where the light passing through the rotating chopper moves from the optical splitter to the white cell, is reflected by the measuring mirror, and is incident on the PMT detector.
Figure 5 is a configuration diagram of an environmental information measurement sensor for measuring flammable or explosive gases in extreme environments according to the present invention.
본 출원 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.The effects of the invention of this application are explained using the drawings as follows.
우선 가스 측정 기술에 관하여 알아보면, 가스 센서는 가스의 농도(concentration)를 측정하는 센서이다. 가스가 존재하는지 유무만 측정하는 과거의 기술도 있으나, 최근에는 기술의 발전으로 가스의 농도를 측정한다. 가스의 농도는 공기 중에 측정 대상 가스가 차지하는 비율을 의미한다. 보통 단위로 ppm, %, %LEL 등이 사용된다.First, if we look at gas measurement technology, a gas sensor is a sensor that measures the concentration of gas. There are past technologies that only measure the presence or absence of gas, but recently, with the advancement of technology, the concentration of gas is measured. Gas concentration refers to the proportion of the gas to be measured in the air. Units such as ppm, %, and %LEL are usually used.
가스의 측정원리는 보통 3가지 방식으로 분류한다. 광학식, 접촉식 및 복합식으로 나눈다. 비분산적외선 가스 측정방법이 대표적인 광학식 측정방법이며, 가스분자의 화학반응이 일어나지 않는 비접촉식과 가스분자와 반응물질 간에 직접 접촉되어 측정하는 접촉식이 있으며, 복합식은 상기 어느 2가지 방법을 함께 사용하는 것이다.Gas measurement principles are usually classified into three methods. It is divided into optical type, contact type and complex type. The non-dispersive infrared gas measurement method is a representative optical measurement method. There is a non-contact method in which no chemical reaction of gas molecules occurs and a contact method in which gas molecules and reactants are measured through direct contact. The composite method uses any of the above two methods together. .
위에서 살펴본 것과 같이 가스 센서는 측정방식에 따라 접촉식, 복합식 및 광학식 센서가 있다. 접촉식 센서로는 전기화학식, 반도체식, 고체 전해질식이 있고, 광 이온화방식, 전반사식은 복합식으로 분류한다. 비분산 적외선 방식과 광 음향방식이 광학식 가스센서 이다.As seen above, gas sensors include contact, complex, and optical sensors depending on the measurement method. Contact sensors include electrochemical, semiconductor, and solid electrolyte types, and photo-ionization and total reflection types are classified as complex types. Non-dispersive infrared and photoacoustic methods are optical gas sensors.
많이 쓰이는 접촉식과 광학식에 따른 센서의 장단점은 다음 표와 같다.The pros and cons of the commonly used contact and optical sensors are listed in the table below.
좀더 상세히 가스 농도 측정 기술별 원리와 특징을 살펴보면 다음과 같다. 접촉식 센서는 반도체식 센서와 전기화학식 센서가 대표적이다. 접촉식센서의 대표적인 반도체식 가스센서는 감지 물질 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때 일어나는 전기전도도의 변화를 이용하는 것으로 대기 중에서 가열하여 사용하고 고온에서 안정한 금속 산화물이 주로 사용된다. 금속 산화물은 반도체의 성질을 나타내는 것이 많고, 이중 금속원자가 과잉 (산소 결핍)인 경우에는 n형 반도체, 금속원자가 결핍인 경우에는 p형 반도체가 된다. 이러한 금속 산화물 반도체 중 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진 물질이 감지 센서 소재로 사용된다. 또한 검출회로의 구성이 간단하고 가격이 저렴한 장점이 있으나, 표면의 금속산화물 반도체에 의해서 전기전도도가 변하기 때문에 여러 종류의 가스에 영향을 많이 받고 습도에도 반응하여 정확한 가스농도 측정에는 단점이 있다. 그럼에도 반도체 공정으로 소형화와 대량 생산이 가능하기 때문에 정확도가 크게 중요하지 않는 분야에 많이 사용되고 있다. 많이 사용되는 반도체 방식 센서는 온습도 센서가 있으며, 가스측정에는 휘발성 유기화합물(VOCs), 일산화탄소, 수소계 등을 측정할 때 많이 사용된다.If we look at the principles and characteristics of each gas concentration measurement technology in more detail, they are as follows. Representative contact sensors include semiconductor sensors and electrochemical sensors. The semiconductor gas sensor, a representative contact sensor, utilizes the change in electrical conductivity that occurs when gas contacts the surface of the semiconductor sensing material. It is used by heating in the air, and metal oxides that are stable at high temperatures are mainly used. Metal oxides often exhibit semiconductor properties, and when metal atoms are excessive (oxygen deficiency), they become n-type semiconductors, and when metal atoms are deficient, they become p-type semiconductors. Among these metal oxide semiconductors, materials with high electrical conductivity and high melting point that are thermally stable in the operating temperature range are used as sensing material. In addition, the detection circuit has the advantage of being simple and inexpensive, but since the electrical conductivity changes due to the metal oxide semiconductor on the surface, it is greatly affected by various types of gases and reacts to humidity, so there is a disadvantage in accurately measuring gas concentration. Nevertheless, because miniaturization and mass production are possible through the semiconductor process, it is widely used in fields where accuracy is not very important. Commonly used semiconductor sensors include temperature and humidity sensors, which are often used to measure volatile organic compounds (VOCs), carbon monoxide, and hydrogen in gas measurements.
또 다른 접촉식 센서인 전기화학식 센서는 내장된 전극의 작용에 의해 측정 대상 가스가 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 발생하는 전류를 측정함으로써 가스의 농도를 검지한다. 내부에 보통 3개의 전극이 있으며 산화(환원) 반응이 일어나는 검지 전극(working electrode)과 이와 동시에 환원(산화) 반응이 일어나는 대항전극(counter electrode), 그리고 산화환원 반응과 함께 변화하는 전위를 감지하고 전위를 일정하게 유지하기 위한 참조 전극(Reference electrode)이다. 사용자는 센서 외부로 노출된 3개의 전극을 회로에 연결하여 사용한다. 사용자가 전기화학식의 정상작동 또는 성능평가를 위해서는 산소가 필요하기 때문에 공기 중에서 실시해야 한다. 통상 산업분야에서 사용하는 전기화학식 센서의 사용은 2년 정도이나 생활 속에서 사용하는 센서는 대기 중에 해당가스가 거의 없기 때문에 수명이 길게는 5년 이상까지도 사용 가능하다. 장점으로는 빠른 응답시간, 안정성, 낮은 농도도 감지 가능하고, 재현성이 우수하다. 반면 접촉식 센서의 단점인 다른 가스에 대한 반응성, 그리고 고농도에 노출 시 수명이 빨리 단축된다는 단점은 원리상 나타나는 현상이다. 주로 일산화탄소, 산소, 황화수소, 암모니아가스 등의 측정에 사용한다.Another contact sensor, an electrochemical sensor, detects the concentration of a gas by measuring the current generated when the gas to be measured undergoes an oxidation or reduction reaction through the action of a built-in electrode. There are usually three electrodes inside, a working electrode where an oxidation (reduction) reaction occurs, a counter electrode where a reduction (oxidation) reaction occurs at the same time, and a potential that changes with the redox reaction is sensed. It is a reference electrode to keep the potential constant. The user connects the three electrodes exposed to the outside of the sensor to the circuit. Because oxygen is required for the user to operate normally or evaluate the performance of the electrochemical formula, it must be conducted in air. Typically, electrochemical sensors used in the industrial field are used for about 2 years, but sensors used in daily life can be used for up to 5 years or more because there is almost no corresponding gas in the atmosphere. Advantages include fast response time, stability, ability to detect low concentrations, and excellent reproducibility. On the other hand, the disadvantages of contact sensors, such as reactivity to other gases and rapid shortening of lifespan when exposed to high concentrations, are phenomena that occur in principle. It is mainly used for measuring carbon monoxide, oxygen, hydrogen sulfide, and ammonia gas.
복합식 센서의 한 종류인 광이온화(PID Photoionization detector) 센서는 VOCs를 측정할 때 많이 사용된다. 반도체방식의 측정 정확성이 많이 떨어지기 때문이다. PID 원리는 자외선(UV) 빛을 가스분자에 조사하여 양이온과 음이온으로 이온화시키고 이를 전극으로 집전시켜 가스농도에 비례한 전류를 감지하는 기술로 광 조사와 화학적 반응을 동반한다. 현재 PID 센서를 장착한 측정기로 VOCs를 ppm 이하 ppb 농도 까지 측정하는 기술이 있다. 또한, PID 측정방식은 습도에 간섭이 적고 감도가 우수한 장점이 있다.Photoionization (PID Photoionization detector) sensors, a type of complex sensor, are often used to measure VOCs. This is because the measurement accuracy of the semiconductor method is greatly reduced. The PID principle is a technology that irradiates ultraviolet (UV) light to gas molecules to ionize them into positive and negative ions and collects them to an electrode to detect a current proportional to the gas concentration. It is accompanied by light irradiation and chemical reaction. Currently, there is technology to measure VOCs down to ppm or ppb concentrations using a measuring instrument equipped with a PID sensor. Additionally, the PID measurement method has the advantage of less interference with humidity and excellent sensitivity.
본 출원 발명의 대상이 되는 가스 측정방법인 광학식 가스 센서 중 대표적인 것이 비분산적외선 방식의 NDIR 가스센서이다. 비분산적외선(NDIR Non-Dispersive Infrared)식은 여러 종류의 가스 측정 원리 중에서 비접촉식의 대표적 방식으로 가장 정확성과 신뢰성, 안정성, 긴 수명 등의 장점을 많이 가지고 있다. 하지만 광학계 부품의 고가로 인해 타 방식에 비해 상대적으로 가격이 높았다. 따라서 NDIR식은 기존에는 주로 고가의 분석기에 사용되어 왔으나 지속적으로 광학센서의 사용량이 크게 늘어나면서 광학계 부품들의 가격이 낮아져 일상생활 속에서도 사용할 수 있게 되었다. 예로서 가장 대중화된 NDIR 이산화탄소센서의 경우는 전기화학식이나 반도체식에 비해서도 가격의 차이가 없어졌다. 이로 인해 시장에서 이산화탄소 센서는 거의 90%이상을 NDIR식을 사용하고 있다. A representative example of the optical gas sensor, which is the gas measurement method subject to the invention of this application, is the non-dispersive infrared NDIR gas sensor. NDIR Non-Dispersive Infrared is a representative non-contact method among various gas measurement principles and has many advantages such as accuracy, reliability, stability, and long lifespan. However, due to the high cost of optical components, the price was relatively high compared to other methods. Therefore, the NDIR method has previously been mainly used in expensive analyzers, but as the use of optical sensors continues to increase, the prices of optical components have decreased, making it possible to use them in everyday life. For example, in the case of the most popular NDIR carbon dioxide sensor, there is no difference in price compared to electrochemical or semiconductor sensors. For this reason, more than 90% of carbon dioxide sensors in the market use the NDIR type.
본 출원 발명은 상기 NDIR 가스센서를 -20℃ ~ 50℃ 환경에서 사용할 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 가연성 또는 폭발성 가스를 측정 대상으로 하기 때문에 측정 중 NDIR 가스 측정기 내부에서 폭발이 있을 수 있어 이를 미리 측정하여 위험을 확인할 필요가 있다.The purpose of the present application is to provide a technology that can use the NDIR gas sensor in an environment of -20°C to 50°C. In addition, since the measurement target is flammable or explosive gas, there may be an explosion inside the NDIR gas meter during measurement, so it is necessary to measure this in advance to confirm the risk.
이는 외부의 측정 환경이 -20℃ ~ 50℃이지만 측정을 위하여서는 화이트 셀 내부의 온도를 30~40℃로 일정하게 유지하고 있기 때문이다. 따라서, 측정을 위하여 화이트셀 내부에 공기를 흡입하게되면 외부에서는 최소폭발한계 이하의 공기였으나, 측정을 위하여 화이트 셀 내부에서 온도를 제어하는 과정에서 폭발 가능한 상태로 변화될 수 있기 때문이다. This is because although the external measurement environment is -20℃ to 50℃, the temperature inside the white cell is kept constant at 30 to 40℃ for measurement. Therefore, when air is sucked into the white cell for measurement, the air may be below the minimum explosion limit on the outside, but it may change into an explosive state during the process of controlling the temperature inside the white cell for measurement.
도 1은 본 발명의 출원 이전의 NDIR 가스측정 장치의 구성도이다. 광원과 측정결과를 보정하기 위한 광을 측정하기 위한 광분배기 상기 광분배기에서 나온 광의 세기를 측정하는 광원 세기 측정부, 상기 광분배기에서 화이트셀로 나온 광이 측정 공기를 통과하여 가스의 종류를 측정하는 필터를 구비한 가스 디텍터로 입사되도록 하는 거울을 구비한 구성을 도시하고 있다.Figure 1 is a configuration diagram of an NDIR gas measurement device before the application of the present invention. An optical splitter for measuring light to correct the light source and measurement results. A light source intensity measuring unit that measures the intensity of light emitted from the optical splitter. The light emitted from the optical splitter to the white cell passes through the measuring air to measure the type of gas. It shows a configuration with a mirror that allows incident light to enter a gas detector with a filter.
상기 가스 디텍터는 1개에서 4개의 각기 다른 파장의 광파장 통과 필터를 구비하여 상기 광파장 필터를 통과한 광의 해당 파장의 광의 세기가 감소되는 정도에 따라 해당 광파장의 크기를 감소시키는 가스가 있는 것으로 판단하며, 그 감소된 정도를 계산하면 해당 가스의 농도를 측정할 수 있다. The gas detector is provided with one to four optical wavelength passing filters of different wavelengths, and determines that there is a gas that reduces the size of the corresponding optical wavelength according to the degree to which the intensity of the corresponding wavelength of light passing through the optical wavelength filter is reduced. , by calculating the degree of reduction, the concentration of the gas can be measured.
도 2는 본 발명의 전체 장치 구성도이다. 측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 적외선 광원; 및 상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및 상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및 상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및 상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하여 구성된다.Figure 2 is an overall device configuration diagram of the present invention. A white cell for measuring gas concentration through the inflow of measurement gas; and an infrared light source; and a rotating chopper that blocks or passes the infrared light source. and an optical splitter that sends the light passing through the rotating chopper to the white cell to measure gas concentration and distributes the infrared light source to correct the light intensity measured by passing through the measurement gas. and a light intensity measurement mirror that reflects the light distributed from the optical splitter to correct the light intensity to the PMT detector. and a measuring mirror that reflects the light sent from the optical splitter to the white cell back to the PMT detector.
후술하겠지만, 본 출원 발명은 1개의 PMT 검출기를 사용하여 광원의 강도를 측정함과 동시에 가스의 농도를 측정하는 기술을 포함하고 있다. 이를 위하여 초퍼를 사용한다. 초퍼는 적외선 광을 차단하거나, 광을 공급하는 장치로 슬릿이 구비된 원판을 광원의 전단에서 회전하여 구현된다. 가스의 농도 측정에 사용되는 광과 측정된 가스의 농도를 보정하는데 사용하는 광은 동일시점에 적외선 광원에서 발생한다. 광분배기에서 광이 2개로 분리되어 짧은 경로를 통과한 광은 상기 PMT 검출기로 입사하여 광원의 강도를 보정하는데 사용되며, 광분배기에서 화이트셀로 이동한 광은 긴 경로를 거쳐 가스의 농도 정보를 가지고 상기 PMT 검출기로 입사된다. 이때 상기 적외선 광원에서 광이 연속적으로 나오게되면 화이트셀을 통과한 가스 농도 정보를 가진 광과 겹치게되므로 이를 방지하고자 상기 회전 초퍼를 사용하였다. As will be described later, the present invention includes a technology for measuring the intensity of a light source and simultaneously measuring the concentration of a gas using one PMT detector. For this purpose, a chopper is used. A chopper is a device that blocks infrared light or supplies light, and is implemented by rotating a disk with a slit at the front of the light source. The light used to measure gas concentration and the light used to correct the measured gas concentration are generated from an infrared light source at the same point. In the optical splitter, the light is separated into two and passed through a short path and enters the PMT detector and is used to correct the intensity of the light source. The light that moved from the optical splitter to the white cell passes a long path and provides gas concentration information. is incident on the PMT detector. At this time, when light is continuously emitted from the infrared light source, it overlaps with light containing gas concentration information that passed through the white cell, so the rotating chopper was used to prevent this.
본 출원 발명의 상기와 같은 동작을 도 3과 도 4를 이용하여 다시 설명하면 다음과 같다.The above operation of the invention of this application will be described again using FIGS. 3 and 4 as follows.
먼저 도 3을 활용하면, 적외선 광원에서 나온 광이 회전초퍼의 구멍을 통과하여 광분배기에서 일부는 90도 반사되어 화이트셀로 이동하고, 일부는 통과하여 광강도측정용거울에서 반사되어 PMT 검출기로 입사되며, 상기 PMT 검출기에서 광강도가 계산되어 상기 화이트셀을 통과하여 가스 농도 정보를 포함하는 광의 강도보정에 사용한다.First, using Figure 3, the light from the infrared light source passes through the hole of the rotating chopper, part of it is reflected 90 degrees in the optical splitter and moves to the white cell, and part of it passes through and is reflected by the mirror for measuring light intensity to the PMT detector. It is incident, and the light intensity is calculated by the PMT detector, passes through the white cell, and is used to correct the intensity of light containing gas concentration information.
도 4를 보면 적외선 광원의 광이 회전초퍼에 의하여 차단되고, 상기 회전초퍼가 광을 차단하기 전에 통과한 적외선 광이 상기 광분배기에서 나누어지며, 이때 화이트셀로 이동한 광이 화이트셀을 계속 진행하며 상기 화이트셀 내부의 측정 공기를 통과하면서 상기 측정 공기에 포함된 가스의 종류에 따라 특정 광파장대역의 광이 흡수되고, 측정거울에 반사되어 다시 PMT 검출기로 입사된다. 입사경로에서도 동일하게 측정 공기에 포함된 가스의 종류에 따라 특정광 파장의 광의 흡수가 한번 더 이루어진다. 이때 아직끼지 회전초퍼가 적외선 광원을 차단하고 있고, 측정광이 사라지만 다시 회전초퍼가 회전하며, 적외선 광이 측정장치로 입사되어 다음 측정이 진행된다. Referring to Figure 4, the light from the infrared light source is blocked by the rotating chopper, and the infrared light that has passed before the rotating chopper blocks the light is divided in the optical splitter, and at this time, the light that has moved to the white cell continues to travel to the white cell. While passing through the measurement air inside the white cell, light in a specific optical wavelength band is absorbed depending on the type of gas contained in the measurement air, is reflected by the measurement mirror, and is incident again into the PMT detector. Likewise, in the incident path, light of a specific light wavelength is absorbed once more depending on the type of gas contained in the measured air. At this time, the rotating chopper is still blocking the infrared light source, and the measurement light disappears, but the rotating chopper rotates again, and the infrared light enters the measuring device to proceed with the next measurement.
이러한 타이밍을 맞추기 위하여 상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧아야 한다.In order to match this timing, twice the length of the white cell must be shorter than the distance the light travels while blocking the light in the rotating chopper and allowing the light to pass through the rotating chopper again.
도 5는 본 발명의 극한 환경에서의 가연성 또는 폭발성 가스의 측정을 위한 환경정화측정 센서 등의 구성도이다.Figure 5 is a configuration diagram of an environmental purification measurement sensor for measuring flammable or explosive gases in extreme environments according to the present invention.
상기 화이트 셀은 금속으로 구성되는 것이 일반적이지만, 강도와 변형이 적은 엔지니어링 플라스틱 또는 플라스틱 수지로 구성될 수 있다. 이렇게 구성되는 경우 측정대상 가스가 시간에 따라 화이트 셀 내부에 침착하거나, 결합하여 남는 경우가 발생한다. 이러한 경우 이를 사용할 수 없기 때문에 가스와 반응성이 적은 실리콘을 상기 화이트셀 내부에 코팅함으로써 상기 화트셀에 가스가 침착되는 경우 이를 세척하여 살 수 있다.The white cell is generally made of metal, but may be made of engineering plastic or plastic resin with low strength and low deformation. In this configuration, the gas to be measured may deposit or combine and remain inside the white cell over time. In this case, since it cannot be used, it can be purchased by coating the inside of the white cell with silicon, which is less reactive with gas, and cleaning it if gas is deposited on the white cell.
본 출원 발명의 측정대상이 되는 가스는 가연성 또는 폭발성 가스이고, 측정환경은 -20℃ ~ 50℃의 환경이다. 측정대상 가스의 온도를 일정하게 전처리하여 측정하여야 만이 정확한 측정이 가능하다 이를 위하여 측정가스의 농도를 측정하는 상기 화이트셀 온도를 일정하게 유지할 필요가 있다 이를 위하여 상기 화이트셀 외부에는 온도유지를 위한 화이트셀 재킷을 구비한다. 상기 화이트셀 재킷은 측정에 필요한 30 ~ 40℃ 온도 이하의 경우에는 상기 화이트셀 재킷을 가열하여 측정 온도를 맞추며, 40℃ 이상의 온도인 경우에는 화이트셀 재킷을 냉각시킴으로써 온도를 맞춘다. 이를 위하여 상기 화이트셀 재킷은 열정도성이 높은 재질로 구성되며, 온도조절을 위하여 펠티어 소재로 구성된다. 상기 펠티어 소재는 전극의 극성을 바꾸어 줌으로써 가열과 냉각이 가능하다. 이를 이용하여 가열과 냉각을 조절할 수 있다.The gas to be measured in the invention of this application is a flammable or explosive gas, and the measurement environment is an environment of -20°C to 50°C. Accurate measurement is possible only when the temperature of the gas to be measured is pretreated and measured at a constant level. For this, it is necessary to keep the temperature of the white cell, which measures the concentration of the measurement gas, constant. To this end, a white cell is installed outside the white cell to maintain the temperature. Provide a cell jacket. If the temperature of the white cell jacket is below 30 to 40°C required for measurement, the measurement temperature is adjusted by heating the white cell jacket, and if the temperature is above 40°C, the temperature is adjusted by cooling the white cell jacket. To this end, the white shell jacket is made of a material with high heat conductivity and is made of Peltier material for temperature control. The Peltier material can be heated and cooled by changing the polarity of the electrode. Using this, heating and cooling can be controlled.
본 출원 발명의 가연성 및/ 또는 폭발성 가스가 NDIR 가스측정 장치의 공기 유입구에 외부 측정환경을 측정하기 위한 온도, 습도 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 구비하여 측정환경의 폭발 위험성을 우선 점검하고, 측정을 위하여 화이트 셀에 상기 측정공기가 유입되었을 때 NDIR 측정기 내부에서 폭발가능성이 있는지 2차 확인하기 위한 구성이다.The flammable and/or explosive gas of the invention of this application is equipped with a temperature, humidity, and total explosive gas concentration meter to measure the external measurement environment at the air inlet of the NDIR gas measurement device, so that the risk of explosion in the measurement environment is first checked and the measurement is performed. This is a configuration to secondary check whether there is a possibility of explosion inside the NDIR measuring device when the measuring air flows into the white cell.
상기와 같은 발명의 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The structure of the invention to demonstrate the effects of the invention as described above is as follows.
측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 A white cell for measuring gas concentration through the inflow of measurement gas; and
적외선 광원; 및infrared light source; and
상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및A rotating chopper that blocks or passes the infrared light source; and
상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및an optical splitter that sends the light passing through the rotating chopper to the white cell to measure gas concentration and distributes the infrared light source to correct the light intensity measured by passing through the measurement gas; and
상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및A mirror for measuring light intensity that reflects the light distributed from the light splitter to correct the light intensity to the PMT detector; and
상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.An ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments is provided, including a measuring mirror that reflects the light sent from the optical splitter to the white cell back to the PMT detector.
또한, 상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, the light intensity measurement mirror provides an ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments, characterized in that it reflects only 10% of the incident light to reduce the light intensity.
또한, 상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, twice the length of the white cell blocks light in the rotating chopper and is shorter than the distance the light travels while the rotating chopper passes the light again. Ultra-precision measurement non-dispersive infrared gas capable of operating in extreme environments. Provides measuring equipment.
또한, 상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.In addition, the PMT detector provides an ultra-precision non-dispersive infrared gas measuring device capable of operating in extreme environments, characterized by having 1 to 4 optical filters to measure various types of gases.
또한, 상기 화이트셀의 내부에는 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the white cell is coated with silicon on the inside, and when gas is adsorbed, the silicon coating can be removed and re-coated for use, providing a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments.
또한, 상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments is provided, further comprising a white cell jacket outside the white cell to control the temperature of the white cell.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter to measure the possibility of ignition and explosion in the measurement environment. If the possibility of explosion is more than 80%, a warning is issued, the measurement is stopped, and the measurement location is returned. Provides a multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments, which is characterized in that it notifies the movement of.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.In addition, the air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter to measure flammability and explosive gas by sucking the measured gas into a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments. Provides a multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments, which calculates whether there is a possibility of explosion and warns if there is a possibility of explosion and does not measure it.
100 : 극한환경 동작가능한 초정밀 측정용 비분산적외선 측정장치
110 : 적외선 광원
115 : 회전초퍼
120 : 광분배기
130 : 광강도측정용거울
140 : 측정거울
150 : PMT 검출기(1 내지 4 ch.)
200 : 화이트셀
210 : 실리콘 코팅
250 : 화이트셀 재킷
260 : 공기 유입구
261 : 온도센서
262 : 습도센서
263 : 토탈 폭발성가스농도 측정기(가스선택성 없음)100: Non-dispersive infrared measurement device for ultra-precision measurement that can operate in extreme environments
110: infrared light source
115: Rotating chopper
120: optical splitter
130: Mirror for measuring light intensity
140: Measuring mirror
150: PMT detector (1 to 4 ch.)
200: white cell
210: Silicone coating
250: White shell jacket
260: air inlet
261: Temperature sensor
262: Humidity sensor
263: Total explosive gas concentration meter (no gas selectivity)
Claims (8)
적외선 광원; 및
상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및
상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및
상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및
상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하고,
상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하며,
상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧고,
상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비하며,
상기 화이트셀의 내부에 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.A white cell for measuring gas concentration through the inflow of measurement gas; and
infrared light source; and
A rotating chopper that blocks or passes the infrared light source; and
an optical splitter that sends the light passing through the rotating chopper to the white cell to measure gas concentration and distributes the infrared light source to correct the light intensity measured by passing through the measurement gas; and
A mirror for measuring light intensity that reflects the light distributed from the light splitter to correct the light intensity to the PMT detector; and
It includes a measuring mirror that reflects the light sent from the optical splitter to the white cell back to the PMT detector,
The light intensity measurement mirror reflects only 10% of the incident light to reduce the light intensity,
Twice the length of the white cell blocks light in the rotating chopper and is shorter than the distance the light travels while the rotating chopper passes the light again,
The PMT detector is equipped with 1 to 4 optical filters to measure various types of gases,
A multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments, characterized in that when the inside of the white cell is coated with silicon and gas is adsorbed, the silicon coating can be removed and re-coated for use.
상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.According to paragraph 1,
A multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments, characterized in that the white cell is further equipped with a white cell jacket on the outside for controlling the temperature of the white cell.
상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.According to clause 6,
The air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter to measure the possibility of ignition and explosion in the measurement environment. If the possibility of explosion is more than 80%, a warning is issued, the measurement is stopped, and the measurement location is moved. A multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments.
상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.In clause 7,
The air inlet of the white cell is further equipped with a temperature sensor, a humidity sensor, and a total explosive gas concentration meter, and the measured gas is sucked into a multi-channel non-dispersive infrared gas measuring device for measuring extreme environments to detect explosion when measuring flammable and explosive gas. A multi-channel non-dispersive infrared gas measurement device for measuring extreme environments, which calculates the possibility of explosion, warns if there is a possibility of explosion, and does not measure it.
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000051474A (en) * | 1999-01-22 | 2000-08-16 | 구자홍 | optical type gas detector |
| JP2002257714A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and system for measurement by laser |
| JP5065023B2 (en) * | 2004-05-20 | 2012-10-31 | ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド | Recycling of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (2,6-NDA) contained in polyethylene naphthalate in a process for producing diesters |
| KR101256381B1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-04-25 | 서울시립대학교 산학협력단 | Gas density measurement device for variable optical path |
| JP2013113664A (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Yokogawa Electric Corp | Laser gas analyzer |
| KR102373320B1 (en) | 2021-05-17 | 2022-03-11 | (주)세성 | Plastic injection gas cell for multi-gas leak alarm |
| KR102435342B1 (en) | 2021-12-22 | 2022-08-23 | (주)켄텍 | Simultaneous measurement of multiple air pollutants |
| KR102569855B1 (en) | 2021-09-15 | 2023-08-24 | 한국생산기술연구원 | Non-dispersive infra red(NDIR) gas sensor |
-
2023
- 2023-09-11 KR KR1020230120107A patent/KR102654201B1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000051474A (en) * | 1999-01-22 | 2000-08-16 | 구자홍 | optical type gas detector |
| JP2002257714A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and system for measurement by laser |
| JP5065023B2 (en) * | 2004-05-20 | 2012-10-31 | ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド | Recycling of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (2,6-NDA) contained in polyethylene naphthalate in a process for producing diesters |
| KR101256381B1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-04-25 | 서울시립대학교 산학협력단 | Gas density measurement device for variable optical path |
| JP2013113664A (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Yokogawa Electric Corp | Laser gas analyzer |
| KR102373320B1 (en) | 2021-05-17 | 2022-03-11 | (주)세성 | Plastic injection gas cell for multi-gas leak alarm |
| KR102569855B1 (en) | 2021-09-15 | 2023-08-24 | 한국생산기술연구원 | Non-dispersive infra red(NDIR) gas sensor |
| KR102435342B1 (en) | 2021-12-22 | 2022-08-23 | (주)켄텍 | Simultaneous measurement of multiple air pollutants |
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