DE60122332T2 - Nicht-dispersive infrarot messung von gasen mit einem optischen filter - Google Patents

Nicht-dispersive infrarot messung von gasen mit einem optischen filter Download PDF

Info

Publication number
DE60122332T2
DE60122332T2 DE60122332T DE60122332T DE60122332T2 DE 60122332 T2 DE60122332 T2 DE 60122332T2 DE 60122332 T DE60122332 T DE 60122332T DE 60122332 T DE60122332 T DE 60122332T DE 60122332 T2 DE60122332 T2 DE 60122332T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
filter
lel
gas mixture
bandwidth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60122332T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60122332D1 (de
Inventor
Elizabeth Jane Loughborough HODGKINSON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ngrid Intellectual Property Ltd London Gb
Original Assignee
Lattice Intellectual Property Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0013409A external-priority patent/GB0013409D0/en
Priority claimed from GB0022427A external-priority patent/GB0022427D0/en
Application filed by Lattice Intellectual Property Ltd filed Critical Lattice Intellectual Property Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE60122332D1 publication Critical patent/DE60122332D1/de
Publication of DE60122332T2 publication Critical patent/DE60122332T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G01N21/3518Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verschiedene Aspekte des Bestimmens der Sicherheit einer Gasmischung, die brennbare Komponenten enthält, durch Infrarotspektroskopie, speziell, aber nicht ausschließlich, wenn die Gasmischung Methan und Ethan in unbekannten Anteilen enthält.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Konzentrationsmessungen von brennbarem Gas werden in einer Anzahl von Sicherheits-kritischen Situationen gemacht. Ein derartiges brennbares Gas ist Erdgas, das typischerweise umfasst hauptsächlich Methan, plus höhere Kohlenwasserstoffe, inerte Gase und Spurenkomponenten. Erdgasdetektoren werden benötigt für eine Anzahl von Anwendungen, einschließlich eine Reaktion auf von der Öffentlichkeit berichtete Gasfreisetzungen, und zum kontinuierlichen Überwachen einer Fabrik/Ausrüstung unter Verwenden permanent installierter Detektoren. Sie sind erforderlich zum Messen der Gaskonzentration als ein Prozentsatz der unteren Explosionsgrenze (LEL) der Gasmischung, wobei diese ein wichtiger Sicherheitsparameter ist.
  • Die Konzentration einer brennbaren Gaskomponente, wie Methan, in einer Gasmischung, kann theoretisch gemessen werden durch Infrarotspektropskopie, unter Verwenden eines Filters mit einer Peaktransmissions-Wellenlänge, die einer der Wellenlängen der Absorption durch Methan gleich ist, z. B. bei 3,32 μm. Das Filter und die Lichtquelle zusammen definieren einen ausgewählten Bereich von Wellenlängen, über die die spektrale Messung der Gasmischung erfolgt, was einen Grad an Selektivität für individuelle Gasspezien ergibt. Die gemessene Konzentration kann umgewandelt werden in %LEL, um eine Anzeige der Sicherheit der Gasmischung zu ergeben. Jedoch werden Gasmischungen von natürlichen Quellen üblicherweise unbekannte Anteile anderer Komponenten enthalten, wie Kohlenwasserstoffe, einschließlich Ethan, Propan und Butan, während in einigen Fällen derartige Komponenten absichtlich zugegeben werden. Das Vorhandensein dieser zusätzlichen brennbaren Komponenten stört die Genauigkeit der %LEL-Messung durch Absorbieren von Infrarotstrahlung in einem Ausmaß, das außerhalb des Verhältnisses mit ihrem Einfluss auf die LEL liegt, relativ zu Methan.
  • Die EP 0930469 A2 offenbart ein Verfahren und ein System zum Detektieren des Vorhandenseins eines vorbestimmten Dampfes einer vorbestimmten Konzentration in einem überwachten Bereich, wobei das System umfasst eine Strahlungsquelle, einen Signalsensor, umfassend ein erstes Strahlungsempfangselement und ein erstes optisches Filter, das Wellenlängen durchlässt, die einen Hauptabsorptionspeak des Dampfes abdecken, und einen Referenzsensor, umfassend ein zweites Strahlungsempfangselement und ein zweites optisches Filter, das Wellenlängen durchlässt, die von beiden Seiten den Hauptabsorptionspeak umgeben, jedoch im Wesentlichen Wellenlängen blockiert, die den Hauptabsorptionspeak des Dampfes abdecken.
  • Die WO 99/19712 bezieht sich auf die Infrarotdetektion von Kohlenwasserstoffgasen, wobei ein Probenfilter ermöglicht, dass eine einzelne Probenwellenlänge übertragen wird, und ein Referenzfilter ermöglicht, dass zwei Wellenlängenbänder übertragen werden, wobei die Bänder Wellenlängen besitzen, die auf beiden Seiten der Probenwellenlänge angeordnet sind.
  • Die EP 0616207 A2 ist gerichtet auf Verfahren und Vorrichtungen für eine selektive Detektion von Gasen, insbesondere brennbare und explosive Gase, durch einen IR-Detektor. Das Signal des IR-Detektors wird über die Zeit gemittelt und der resultierende Durchschnittswert wird kontinuierlich von den aktuellen Sensorsignalen gebildet und mit dem aktuellen Signal des IR-Detektors verglichen.
  • Die US 6,037,592 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Überwachen und Messen der Konzentration von Gasen in einer Gasenthaltenen Flüssigkeit. Der verwendete Gassensor erfasst die Konzentration eines Komponentengases in einem Gas, das aus der Flüssigkeit extrahiert wird, bei Vorhandensein anderer Komponentengase.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung bereitzustellen, die ermöglicht, eine genauere Anzeige der %LEL zu erreichen.
  • Wir haben erkannt, dass nicht nur die Peaktransmissions-Wellenlänge des Filters, sondern auch seine Bandbreite wichtig sind und dass eine verbesserte Genauigkeit erreicht werden kann durch eine geeignete Auswahl dieser Faktoren.
  • So ist gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung bereitgestellt, die erste und zweite brennbare Komponenten zusammen mit einem Verdünnungsgas enthält, wie definiert in Anspruch 1.
  • Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wo die zwei brennbaren Komponenten etwas Absorption von Infrarot im selben Bereich des Spektrums zeigen. Typische Beispiele sind Komponenten mit etwas chemischer Ähnlichkeit, wie Elemente der selben chemischen Reihe. So wird die erste brennbare Komponente typischerweise Methan sein und die zweite brennbare Komponente wird Ethan, Propan oder eine Mischung davon sein. Wenn die erste Komponente Methan ist, ist die Erfindung weniger erfolgreich, wo die zweite Komponente Wasserstoff ist.
  • Die Verdünnungskomponenten, die in der Gasmischung vorhanden sind, werden praktisch üblicherweise Luft sein, d.h. Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und inerte Gase, aber die Erfindung ist anwendbar auf Gasmischungen, bei denen die Verdünnungskomponenten keine signifikante Infrarotabsorption nahe der Peaktransmissions-Wellenlänge des Filters besitzen. Gaskomponenten, die eine signifikante Infrarotabsorption nahe der Peaktransmissions-Wellenlänge besitzen, werden die Messung stören und werden deshalb bevorzugt vermieden.
  • Das Filter ist so gewählt, dass die Ausgabe die %LEL der Mischung anzeigt, innerhalb einer Toleranz von ± 3%.
  • Wir haben gefunden, dass diese Genauigkeit erreicht werden kann durch die Anwendung bestimmter Kriterien auf die Auswahl des Filters.
  • Erstens haben wir gefunden, dass es vorteilhaft ist, dass die Peaktransmissions-Wellenlänge und die Bandbreite des Filters derart gewählt sind, dass wenn sie durch das Filter aufgenommen wird, die Intensität der Transmission (I1) durch eine Gasmischung, die 50% LEL der ersten Komponente enthält, gleich ist der Intensität der Transmission (I2) durch eine Gasmischung, die 50% LEL der zweiten Komponente enthält, innerhalb einer Toleranz von 30%, bevorzugt innerhalb von 20%, Idealerweise innerhalb von 10%. Für Mischungen von Methan und Ethan in Luft tritt auf IMethan ≈ IEthan abhängig von der Bandbreite, bei Wellenlängen von ungefähr 3,27 µm und ungefähr 3,32 µm im mittleren Infrarotbereich und bei Wellenlängen von ungefähr 1,67 µm im nahen Infrarotbereich.
  • Bei der Peaktransmissions-Wellenlänge des Filters kann die Rate der Änderung der Intensität mit steigender Wellenlänge (δI1/δλ) für die Gasmischung, die 50% LEL der ersten Komponente enthält, gleich sein der Rate der Änderung der Intensität mit steigender Wellenlänge (δI2/δλ) für die Gasmischung, die 50% der zweiten Komponente enthält, innerhalb einer Toleranz von 100 l/µm, bevorzugt innerhalb von 10 l/µm. Für Mischungen von Methan und Ethan in Luft haben wir gefunden, dass δIMethan/δλ≈ δIEthan/δλ und dass IMethan ≈ IEthan auftritt bei einer Wellenlänge von 3,32 µm und einer Bandbreite, ausgedrückt als Halbwertsbreite, von weniger als 0,7% λmax.
  • So besitzt im mittleren Infrarotbereich gemäß der Erfindung das Filter eine Peaktransmissions-Wellenlänge λmax von 3,265 bis 3,269 µm mit einer Bandbreite von weniger als 0,9% λmax.
  • Ein Filter mit λmax = 3,27 µm und einer Bandbreite von 0,9% λmax ist kommerziell erhältlich von NDC Infrared Engineering of Galliford Road, Malden, Essex, UK. Dieselben Hersteller können auch ein Filter liefern mitλmax = 1,67 µm und einer Bandbreite von 0,9% λmax. Bevorzugte Filter können hergestellt werden mit geeigneten Anpassungen an bekannte Verarbeitungstechniken, oder durch Auswahl aus einer Vielfalt von Filtern, um ein Produkt mit den erwünschten Eigenschaften bereitzustellen.
  • Es ist tatsächlich überraschend, dass im mittleren Infrarotbereich das Reduzieren der Bandbreite des Filters die Genauigkeit der %LEL-Messung verbessert, da das Reduzieren der Bandbreite die Signalstärke signifikant reduziert. Es ist auch überraschend, dass das Bewegen von λmax zu einer Position, bei der IMethan und IEthan im Wesentlichen gleich sind, bei einer Bandbreite von weniger als 0,7% λmax, die Genauigkeit der %LEL-Messung verbessert.
  • Die Erfindung stellt den Vorteil bereit, dass die bevorzugten Filtereigenschaften unabhängig sind von relativen Anteilen von Gasen in der zu untersuchenden Gasmischung.
  • Gemäß eines zweiten Aspektes stellt die Erfindung eine Vorrichtung bereit zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung, die erste und zweite brennbare Komponenten zusammen mit einem Verdünnungsgas enthält, wie definiert in Anspruch 4.
  • Der Bereich zum Aufnehmen von zu untersuchendem Gas kann bereitgestellt werden durch eine Gaszelle zum Enthalten einer Probe eines derartigen Gases, oder kann bereitgestellt werden durch einen offenen optischen Weg, durch den zu untersuchendes Gas fließen kann.
  • Die Natur der Infrarotlichtquelle ist eine sekundäre Betrachtung. In der Theorie hat, falls die Lichtquelle eine „weiße" Ausgabe besitzt, d.h. eine flache Wellenlängenverteilung in jenem zu untersuchenden Teil des Spektrums, keinen Effekt auf die bevorzugten Eigenschaften des Filters. Jedoch in der Praxis kann die Infrarotlichtquelle keine flache Verteilung besitzen, insbesondere, falls eine LED als Lichtquelle verwendet wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Filtereigenschaften auszuwählen unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Infrarotlichtquelle. Ähnliche Betrachtungen gelten auch für den Sensor.
  • Während das Interferenzfilter zur Verwendung in der Erfindung geeignet sind, kann alternativ ein Gaskorrelationsfilter verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nun veranschaulicht, rein mittels eines Beispiels, durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung ist;
  • 2 ein Simulationsdiagramm ist, das das Ausgabesignal bei 50%LEL für Methan und Ethan zeigt, unter Verwenden eines Filters des mittleren Infrarots mit einer Bandbreite von 0,9% λmax;
  • 3 ein Simulationsdiagramm ist, das das Ausgabesignal bei 50%LEL für Methan und Ethan zeigt, unter Verwenden eines Filters des mittleren Infrarots mit einer Bandbreite von 0,6% λmax; und
  • 4a und 4b tatsächliche experimentelle Ergebnisse zeigen, die unter Verwenden eines Interferenzfilters mit einer Peaktransmission bei 3,266 µm bzw. einem Interferenzfilter mit einer Peaktransmission bei 3,324 µm erhalten wurden, um die Konzentration verschiedener Gasmischungen auf der %LEL-Skala zu messen.
  • Es wird auf 1 Bezug genommen, in der eine Vorrichtung zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung gezeigt ist, die erste und zweite brennbare Komponenten zusammen mit einem Verdünnungsgas enthält. Die Vorrichtung umfasst einen Bereich zum Aufnehmen von zu untersuchendem Gas, bereitgestellt durch eine Gaszelle 10 zum Enthalten einer derartigen Probe von Gas. Eine Infrarotlichtquelle 12 ist positioniert, um Infrarotlicht durch die Gasprobe in die Zelle 10 zu leiten. Eine geeignete Infrarotlichtquelle ist Chemled LED 33, ex Telecom Devices Corporation, erhältlich durch Access Pacific Ltd, Wellingborough, Northants, UK. Ein Sensor 14 ist bereitgestellt zum Messen der Intensität von Licht, das durch die Gasprobe in der Zelle geleitet wird. Ein geeigneter Sensor ist P791-11 PbSe-Photodetektor ex Hamamatsu Photonics UK Ltd, Enfield, UK. Ein Filter 16 ist positioniert zwischen der Infrarotlichtquelle 12 und der Zelle 10, kann aber in einer alternativen Konfiguration zwischen der Zelle 10 und dem Sensor 14 positioniert sein. Linsen 18 und 20 sind bereitgestellt, um sicherzustellen, dass das Licht von der Quelle 12 auf den Sensor 14 fokussiert wird. Die Auswahl einer Lichtquelle des nahen Infrarots und eines Detektors, zusammen mit dem oben beschriebenen Filtern des nahen Infrarots, würde auch zu einer annehmbaren Vorrichtung führen.
  • Es wird auf 2 Bezug genommen, bei der gesehen werden kann, dass zwischen den Wellenlängen von 3,1 µm und 3,55 µm die Absorptionsspektren von Methan (Linie M) und Ethan (Linie E) sehr verschieden sind. Jedoch wird gefunden, dass sie sich am Punkt A schneiden, bei einer Wellenlänge von ungefähr 3,267 µm. Diese Figur zeigt bevorzugte Eigenschaften für das Filter an, nämlich eine Peaktransmissi ons-Wellenlänge von ungefähr 3,267 µm. Jedoch ist bei dieser Wellenlänge der Verlauf jeder Linie nicht ähnlich, d.h. die Rate der Änderungen der Intensität mit steigender Wellenlänge für die zwei Gase ist unterschiedlich. Dies zeigt deshalb nicht die am meisten bevorzugten Eigenschaften für das Filter, für das Bezug genommen werden sollte auf 3, die nicht Teil der Erfindung ist. Jedoch wird die genaue Untersuchung der Verläufe der Linien am Punkt A zeigen, dass eine Bandbreite von 0,9% λmax oder weniger zu einem Fehler in der Messung von %LEL für eine 90/10 Methan/Ethan Mischung von nicht mehr als 3% führen wird.
  • Es wird auf 3 Bezug genommen, wo die Bandbreite des Filters auf 0,6% reduziert ist, kann gesehen werden, dass es nun einen zweiten Bereich B gibt, in dem die Linien M und E nahe beieinander sind. Dies ist bei einer Wellenlänge von ungefähr 3,32 µm der Fall. Außerdem ist bei dieser Wellenlänge der Verlauf jeder Linie ähnlich, d.h. die Rate der Änderungen der Intensität mit steigender Wellenlänge für die zwei Gase ist im Wesentlichen gleich. Diese Figur zeigt eine Eigenschaft für das Filter an, nämlich eine Peaktransmissions-Wellenlänge von ungefähr 3,315 µm und eine Bandbreite von ungefähr 0,6% λmax.
  • Es kann auch von 3 gesehen werden, dass die Gesamtsignalstärke verringert ist im Vergleich zu 2.
  • Experimentelles Beispiel
  • Experimente werden nun beschrieben, die die praktische Anwendung der vorstehenden Simulationsanalyse bestätigen. Mittels eines Beispiels wurden Experimente ausgeführt unter Verwenden der oben beschriebenen Filter des mittleren Infrarots, aber das Prinzip ist gleicher Weise anwendbar auf einen Betrieb im nahen Infrarot.
  • Ein Labor-FTIR-Spektrometer (Biorad FTS-60A) wurde verwendet, um den Vorteil des Auswählens von Filtern zu zeigen, auf die oben Bezug genommen ist. Die Konzentration einer Reihe von Testgasmischungen wurde ermittelt unter Verwenden zweier Interferenzfilter, wobei die Mischungen Erdgaszusammensetzungen zeigen, die in UK gefunden werden. Die Testgasmischungen hatten die Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 angegeben sind.
  • Tabelle 1. Zusammensetzung in mol% dreier künstlicher Gasmischungen, die für Erdgas typisch sind. LELs wurden berechnet gemäß des Verfahrens, das von Coward und Jones angegeben ist, unter Verwenden von LELs individueller Komponenten von BS EN 50054:1991. (Literatur: HF Coward and GW Jones. Limits of flammability of gases and vapours. National Bureau of Mines, Bulletin 503[1952]).
  • Figure 00090001
  • Die Erdgase bei 100% wurden vermischt mit kohlenwasserstofffreier Luft in variierenden Anteilen. Die Konzentration wurde bestimmt unter Verwenden eines Methananalysators (ADC duale Luft-Zelle), der getrennt eingestellt wurde auf die Querempfindlichkeit der anderen Komponenten jeder Gasmischung, um ein genaues Ablesen für jede zu ergeben.
  • Gasspektren wurden gemessen unter Verwenden einer 10cm-Weglängen-Gaszelle in einem Labor-FTIR-Spektrometer. Spektren wurden gemessen im mittleren Infrarot (zentriert um 3,3 µm). Das Spektrometer (Bio-Rad FTS-60A) wurde eingerichtet gemäß der Instruktionen des Herstellers, für Hochauflösungs-Mittel-Infrarot- Spektroskopie. Eine keramische Hochtemperaturlichtquelle wurde verwendet, mit einem Breitband-KBr-Beamsplitter und einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten MCT-Detektor, von denen alle mit dem Spektrometer geliefert wurden.
  • KBr-Fenster wurden auch in der Gaszelle verwendet. Die höchste verfügbare Auflösung (0,25 cm-1) wurde gewählt.
  • Spektren von den Probengasen wurden korrigiert auf Zellabsorptionen und Reflektionen durch Subtraktion eines Referenzspektrums, das mit der Zelle aufgenommen war, die mit kohlenwasserstofffreier Luft gefüllt war. Für jedes Spektrum wurde eine Nullgrundlinie bestimmt durch Interpolation einer geraden Linie zwischen der durchschnittlichen Absorption in den folgenden zwei Bereichen: (i) 3,0–3,1 µm, und (ii) 3,9–4 µm. Diese Bereiche wurden ausgewählt wegen ihrer nicht-signifikanten Niveaus der Absorption für Erdgas. Nullgrundlinien-Referenzmessungen, durchgeführt unter Verwenden sorgfältig ausgewählter Filter in Bereichen, die von Gasabsorption nicht beeinflusst sind, sind in nicht-dispersiven Infrarotgasdetektoren gut bekannt.
  • Die Messleistungsfähigkeit der zwei verschiedenen Interferenzfilter wurde verglichen. Das erste wurde gewählt gemäß des vorstehenden Textes, um einen Transmissionspeak nahe 3,267 µm (tatsächlich 3.266 µm) und eine Halbwertsbandbreite von unter 0,9% (tatsächlich 0,81 %) zu besitzen. Das zweite wurde gewählt, um das Signal von Methan zu maximieren, mit einem Transmissionspeak von 3,324 µm, der dem maximal verfügbaren Methansignal entsprach, und einer Halbwertsbandbreite von 0,83%. (Alle Figuren bereitgestellt durch den Hersteller, NDC Infrared Engineering, Maldon, Essex, UK.)
  • Die Transmissionsspektren von jedem der zwei Interferenzfilter wurden separat gemessen unter Verwenden des FTIR-Spektrometers, mit den selben Konfigurationseinrichtungen wie zuvor. Der Effekt des Verwendens dieses Filters, um eine nicht-dispersive Messung der Gaskonzentration zu erzeugen, wurde dann wie folgt bewertet.
  • Beim Arbeiten in der Transmissions-Domäne wurde das Transmissionsspektrum von einem der Filter multipliziert mit dem Transmissionsspektrum von einem der Gasmischungen.
  • Dieses ergab ein Signal, das dem Transmissionsspektrum equivalent war, wenn das Filter und die Gaszelle in Reihe im optischen Weg des Spektrometers angeordnet wurden. Die Gesamtmenge des Lichtes, das durch die Zelle/das Filter unter diesen Umständen laufen würde, wurde berechnet durch Integrieren der Lichttransmission in einem breiten Fenster von 3,0 bis 3,7 µm. Dies ergab ein Signal, das equivalent zu jenem war, das durch einen einzelnen nicht-dispersiven Gasdetektor gemessen wurde, dessen spektrale Auswahl der Gasabsorption durch die Interferenzfilter allein bestimmt war.
  • Diese Analyse wurde wiederholt für jede Kombination von jedem der zwei Filter und drei Gasmischungen, plus einer Methankontrolle, über einem Bereich von Konzentrationen, die die %LEL-Skala abdeckten.
  • Die synthetisierten Signale, in willkürlichen Einheiten, waren größer, wenn das zweite Interferenzfilter verwendet wurde, als wenn das erste Interferenzfilter verwendet wurde. Ein einzelner Kalibrationsfaktor wurde deshalb auf all die Daten angewandt, die unter Verwenden jedes Interferenzfilters erhalten wurden. Dieser Faktor wurde gewählt, um so genaue Ergebnisse für das Methankontrollgas bei hohen Konzentrationen zu ergeben.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Bei einem Bereich von Gaskonzentrationen sind die Signale, die für die verschiedenen Gasmischungen erhalten wurden, wie in Tabelle 1 dargelegt, wenn jedes der zwei Interferenzfilter verwendet wurde, in 4a und 4b gezeigt.
  • Ein Grad der Nichtlinearität kann beobachtet werden in den Ergebnissen in den 4a und 4b, als eine Konsequenz von Sättigungseffekten, die mit Beer's Gesetz bei hohen Absorptionsniveaus verbunden sind. Der Grad der Nichtlinearität ist größer in 4b, was konsistent ist mit dem zweiten Interferenzfilter, das einen Bereich von Absorptionslinien mit größeren Niveaus der Absorption auswählt. Derartige Nichtlinearitäten können verringert werden durch Verwenden einer Kalibrations-Nachschlagtabelle oder durch Verwenden einer kürzeren optischen Weglänge durch die Gaszelle.
  • Es ist klar aus 4a und 4b, dass die Verwendung des ersten Interferenzfilters bei 3,266 µm (4a) zu einer kleinen Streuung von Ergebnissen für verschiedene Gasmischungen bei derselben Konzentration führt. Im Gegensatz dazu ist die Streuung von Ergebnissen, die gefunden wurden, wenn das zweite Interferenzfilter (4b) verwendet wurde, viel größer. Wenn Gasdetektoren verwendet werden, um Erdgaslecks zu quantifizieren, ist die Zusammensetzung des Erdgases in einem Grad, der durch die oben angegebenen Daten repräsentiert ist, nicht bekannt. Falls kalibriert unter Verwenden nur einer Methanreferenz, könnte ein Gasdetektor, der auf dem zweiten Filter basiert, den Gehalt des Erdgases in realen Gaslecks mit bis zu 100% überbewerten wegen einer ungeeigneten Querempfindlichkeit gegenüber den Nicht-Methan-Komponenten des Erdgases.
  • Der Bereich von proportionalen Fehlern, die mit jedem Filter verbunden sind, wurde für jede verwendete Gaskonzentration berechnet. Der durchschnittliche Fehlerbereich für das erste Interferenzfilter betrug 10%, während jener für das zweite Filter 36% betrug. Sogar falls Methan von der Analyse ausgeschlossen wird, beträgt der mittlere Fehlerbereich mit dem ersten Filter 5% im Vergleich zu 19% mit dem zweiten. Es ist klar, dass ein geeignet gewähltes Filter das Niveau eines auf die Zusammensetzung bezogenen Fehlers für Gasdetektoren, die auf nicht-dispersiven Infrarotmessungen basieren, signifikant verringern kann.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung, die erste und zweite brennbare Komponenten zusammen mit einem Verdünnungsgas enthält, umfassend eine Infrarotspektroskopie der Gasmischung unter Verwenden eines Filters (16), dessen Peaktransmissions-Wellenlänge (λmax) und Bandbreite so gewählt sind, dass eine Ausgabe geliefert wird, die die %LEL der Gasmischung anzeigt, wobei die Ausgabe die %LEL der Mischung innerhalb einer Toleranz von ± 3% anzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Peaktransmissions-Wellenlänge und die Bandbreite des Filters (16) so gewählt sind, dass, wenn sie durch das Filter (16) aufgenommen wird, die Intensität der Transmission durch eine Gasmischung, die 50% LEL der ersten Komponente enthält, gleich ist der Intensität der Transmission durch eine Gasmischung, die 50% LEL der zweiten Komponente enthält, innerhalb einer Toleranz von 30%, wobei das Filter (16) eine Peaktransmissions-Wellenlänge λmax von 3,265 bis 3,269 µm und eine Bandbreite, ausgedrückt als Halbwertsbreite, von weniger als 0,9% λmax besitzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste brennbare Komponente Methan ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die zweite brennbare Komponente ausgewählt ist aus Ethan, Propan oder Mischungen davon.
  4. Vorrichtung zum Bestimmen der Sicherheit einer Gasmischung, die erste und zweite brennbare Komponenten zusammen mit einem Verdünnungsgas enthält, wobei die Vorrichtung umfasst einen Bereich zum Aufnehmen von zu untersuchendem Gas, eine Infrarotlichtquelle (12), die positioniert ist, um Infrarotlicht durch den Bereich zu leiten, einen Sensor (14) zum Messen der Intensität des Lichtes, das durch den Bereich gelaufen, ist und ein Filter (16), positioniert im Lichtweg zwischen der Quelle (12) und dem Sensor (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Peaktransmissions-Wellenlänge (λmax) und die Bandbreite des Filters (16) derart gewählt sind, dass der Sensor mit einer Ausgabe beliefert wird, die die %LEL der Gasmischung anzeigt, wobei die Ausgabe die %LEL der Mischung innerhalb einer Toleranz von ± 3% anzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Peaktransmissions-Wellenlänge und die Bandbreite des Filters (16) derart gewählt sind, dass, wenn sie durch das Filter (16) aufgenommen wird, die Intensität der Transmission durch eine Gasmischung, die 50% LEL der ersten Komponente enthält, gleich ist der Intensität der Transmission durch eine Gasmischung, die 50% LEL der zweiten Komponente enthält, innerhalb einer Toleranz von 30%, wobei das Filter (16) eine Peaktransmissions-Wellenlänge λmax von 3,265 bis 3,269 µm und eine Bandbreite, ausgedrückt als Halbwertsbreite, von weniger als 0,9 % λmax besitzt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Gasbereich durch eine Gaszelle (10) zum Aufnehmen einer zu untersuchenden Gasprobe bereitgestellt wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Bereich durch einen offenen optischen Weg bereitgestellt wird, durch den das zu untersuchende Gas fließen kann.
DE60122332T 2000-06-02 2001-05-30 Nicht-dispersive infrarot messung von gasen mit einem optischen filter Expired - Lifetime DE60122332T2 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0013409A GB0013409D0 (en) 2000-06-02 2000-06-02 Filtered IR measurements of gases
GB0013409 2000-06-02
GB0022427A GB0022427D0 (en) 2000-09-13 2000-09-13 Filtered ir measurements of gases
GB0022427 2000-09-13
PCT/GB2001/002377 WO2001094916A1 (en) 2000-06-02 2001-05-30 Non-dispersive ir measurement of gases using an optical filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60122332D1 DE60122332D1 (de) 2006-09-28
DE60122332T2 true DE60122332T2 (de) 2007-09-13

Family

ID=26244410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60122332T Expired - Lifetime DE60122332T2 (de) 2000-06-02 2001-05-30 Nicht-dispersive infrarot messung von gasen mit einem optischen filter

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7091487B2 (de)
EP (1) EP1295106B1 (de)
JP (1) JP3817517B2 (de)
CN (1) CN1432128A (de)
AT (1) ATE336715T1 (de)
AU (1) AU2001264050A1 (de)
CA (1) CA2411284C (de)
DE (1) DE60122332T2 (de)
GB (1) GB2368637B (de)
WO (1) WO2001094916A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003221280A (ja) 2002-01-30 2003-08-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 導電性窒化珪素系複合焼結体およびその製造方法
ATE373817T1 (de) * 2002-06-01 2007-10-15 Siemens Schweiz Ag Optischer gasmelder
CA2771670C (en) * 2003-03-13 2013-04-02 Synodon Inc. Remote sensing of gas leaks
EP2444791B1 (de) * 2010-10-25 2020-04-15 General Electric Company Gasanalysegerät zur Messung von mindestens zwei Bestandteilen eines Gases
US9932910B2 (en) 2014-04-18 2018-04-03 Avl Powertrain Engineering, Inc. Natural gas quality sensor and method for using the same
JP2016200558A (ja) * 2015-04-14 2016-12-01 横河電機株式会社 ガス濃度分析装置
CN106405708B (zh) * 2016-08-30 2019-01-25 镇江爱豪科思电子科技有限公司 一种甲烷气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106125184B (zh) * 2016-08-30 2019-01-25 镇江爱豪科思电子科技有限公司 一种甲醛气体检测用红外滤光片及其制备方法
FR3059104B1 (fr) * 2016-11-18 2020-12-11 Electricite De France Dispositif et procede d'estimation d'un parametre d'un materiau polymere
JP7479444B2 (ja) * 2019-07-08 2024-05-08 アクリマ・インコーポレーテッド メタンピーク検出

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4323777A (en) 1980-05-19 1982-04-06 Infrared Industries, Inc. Hydrocarbon gas analyzer
DE3334264A1 (de) 1982-09-25 1984-04-05 Showa Denko K.K., Tokyo Verfahren und messgeraet zum messen der methan-konzentration in einem gasgemisch
JPS59212738A (ja) * 1983-05-18 1984-12-01 Showa Denko Kk メタンガス濃度測定法およびその測定装置
GB8309211D0 (en) * 1983-04-05 1983-05-11 Edinburgh Instr Infra red absorption gas detectors
GB8515519D0 (en) * 1985-06-19 1985-07-24 Graviner Ltd Gas detection
JPS62273436A (ja) * 1986-05-22 1987-11-27 Showa Denko Kk 混合ガスの成分ガス濃度の検知方法およびその装置
US5555885A (en) * 1988-12-21 1996-09-17 Non-Invasive Technology, Inc. Examination of breast tissue using time-resolved spectroscopy
DE3939190A1 (de) * 1989-01-25 1990-08-09 Baldwin Gegenheimer Gmbh Durchlauftrockner von rollenrotationsdruckmaschinen und betrieb eines derartigen durchlauftrockners bei fortdruck und beim zylinderwaschen mit laufender bahn
DE4301457A1 (de) * 1993-01-21 1994-08-04 E T R Elektronik Technologie R Detektor für brennbare Gase insbesondere Methan
FR2738065B1 (fr) * 1995-08-21 1997-11-07 Inst Francais Du Petrole Dispositif perfectionne et methode pour mesurer optiquement des caracteristiques d'une substance
CN1146354C (zh) 1995-10-23 2004-04-21 斯托迈奇克公司 利用反射光谱成象分析血液的装置和方法
JPH1082740A (ja) * 1996-09-06 1998-03-31 Shimadzu Corp 赤外線式ガス分析計
US5818598A (en) * 1996-12-20 1998-10-06 Aerodyne Research, Inc. Nondispersive optical monitor for nitrogen-oxygen compounds
US5822058A (en) * 1997-01-21 1998-10-13 Spectral Sciences, Inc. Systems and methods for optically measuring properties of hydrocarbon fuel gases
US6037592A (en) * 1997-02-14 2000-03-14 Underground Systems, Inc. System for measuring gases dissolved in a liquid
DE69811098T2 (de) * 1997-10-10 2003-10-09 Zellweger Analytics Ltd Optische gasdetektion
JPH11118712A (ja) * 1997-10-14 1999-04-30 Horiba Ltd 赤外線ガス分析システム
US6061141A (en) * 1998-01-20 2000-05-09 Spectronix Ltd. Method and system for detecting gases or vapors in a monitored area
FR2773973B1 (fr) 1998-01-23 2000-03-31 Seb Sa Ustensile de cuisson comprenant un capteur pour mesurer la temperature de cet ustensile
US6155160A (en) * 1998-06-04 2000-12-05 Hochbrueckner; Kenneth Propane detector system
US6545278B1 (en) * 1999-04-23 2003-04-08 Delphian Corporation Gas discriminating gas detector system and method
US6338266B1 (en) * 2000-04-05 2002-01-15 Industrial Scientific Corporation Method of identifying a gas and associated apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP3817517B2 (ja) 2006-09-06
JP2003536066A (ja) 2003-12-02
CA2411284A1 (en) 2001-12-13
GB0113042D0 (en) 2001-07-18
GB2368637B (en) 2004-12-15
CN1432128A (zh) 2003-07-23
EP1295106A1 (de) 2003-03-26
GB2368637A (en) 2002-05-08
ATE336715T1 (de) 2006-09-15
US7091487B2 (en) 2006-08-15
AU2001264050A1 (en) 2001-12-17
DE60122332D1 (de) 2006-09-28
EP1295106B1 (de) 2006-08-16
WO2001094916A1 (en) 2001-12-13
US20030183766A1 (en) 2003-10-02
CA2411284C (en) 2012-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1193488B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Erdgases
DE4012454C1 (de)
EP0094374B1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Masse von Aerosolteilchen in gasförmigen Proben sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE2721891A1 (de) Stabiles zweikanalspektrometer mit einzelfilter
EP1965193A1 (de) Verfahren zur Ermittlung des Alkoholgehaltes von Flüssigkeiten
DE60122332T2 (de) Nicht-dispersive infrarot messung von gasen mit einem optischen filter
EP1141677B1 (de) Gasqualitätsbestimmung
DE112017008060T5 (de) Zubehörteil für ein Infrarot-Spektrometer
DE10392663T5 (de) Foto-akustisches Erfassungsverfahren zum Messen der Konzentration von Nicht-Kolenwasserstoff-Komponenten einer methanhaltigen Gasmischung
DE4122572A1 (de) Verfahren zum betrieb einer laserdiode
DE102012004977B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Zielgases
DE102006045253B3 (de) Gaskonzentrationsmessvorrichtung
DE112008004262T5 (de) Sauerstoffkonzentrations-Messvorrichtung
DE202019101137U1 (de) Simultanes Messen einer SO2-Konzentration, einer NO2-Konzentration und einer NO-Konzentration in einem Gasgemisch
DE2130331A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen durch optische Extinktionsmessung
DE3938142C2 (de)
EP1147396B1 (de) Gasqualitätsbestimmung
DE102016108267B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von wenigstens einer Gaskomponente eines Gasgemischs
DE102004031643A1 (de) Nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator
EP1005635A2 (de) Ndir-fotometer zur mehrkomponentenmessung
DE102011108941B4 (de) Optische Gasanalysatoreinrichtung mit Mitteln zum Verbessern der Selektivität bei Gasgemischanalysen
DE19628310C2 (de) Optischer Gasanalysator
DE19819192C1 (de) Gasanalysator
DE3801187C1 (en) Method for gas analysis and gas analyser
EP3816609A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ferndetektion eines zielgases

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: NGRID INTELLECTUAL PROPERTY LTD., LONDON, GB

8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: HAMMONDS LLP, LONDON, GB