ES2932778A1 - SISTEMA Y MÉTODO DE CALIBRACIÓN DE UN ANALIZADOR DE GASES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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- G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema y método de calibración de un analizador de gasesCalibration system and method of a gas analyzer
Objeto de la invenciónObject of the invention
La presente solicitud de patente concierne a un sistema y método de calibración de un analizador de gases según la reivindicación 1 y 9 respectivamente, que incorpora notables innovaciones y ventajas, donde el analizador de gases mide la concentración Xi [ppm] de un determinado gas a estudio en “parte por millón” de una mezcla de gases y donde el analizador de gases está preferentemente instalado en celdas fijas en un laboratorio de ensayo. El sistema de calibración de un analizador de gases está configurado para medir y servir de patrón de la medida de la concentración del gas a estudio realizada por el analizador de gases y presenta la gran ventaja de que es conectable al analizador de gases de modo liberable.This patent application concerns a calibration system and method for a gas analyzer according to claim 1 and 9 respectively, which incorporates notable innovations and advantages, where the gas analyzer measures the concentration Xi [ppm] of a certain gas at study in "part per million" of a mixture of gases and where the gas analyzer is preferably installed in fixed cells in a test laboratory. The calibration system of a gas analyzer is configured to measure and serve as a standard for the measurement of the concentration of the gas under study carried out by the gas analyzer and has the great advantage that it can be releasably connectable to the gas analyzer.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Por el término “analizador de gases” o también llamado “equipo de medición de emisiones” nos referimos a analizadores de gases ya conocidos en el estado de la técnica, por ejemplo, de los siguientes tipos: NDIR (Non Dispersive Infra Red), FID (Flame Ionisation Detector), CLD (ChemiLuminescence Detector), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer), NDUV (Non-Dispersive UltraViolet), que pueden ser usados, por ejemplo, para medir la concentración de uno o varios compuestos gaseosos distintos de una mezcla gaseosa. Esta medición puede ser de un solo gas de forma individual o de una pluralidad de gases de forma simultánea. Dichos analizadores de gases son utilizados, a modo de ejemplo, para analizar la composición gaseosa de los gases de escape de vehículos, con el fin de determinar el cumplimiento con las normas ambientales exigidas por los distintos estados. Sin embargo, también otro tipo de analizadores de gases para usos distintos al de analizar las emisiones de un tubo de escape de un motor de vehículo pueden ser perfectamente aptos para ser calibrados por el sistema y método de calibración de la presente invención.By the term "gas analyzer" or also called "emission measurement equipment" we refer to gas analyzers already known in the state of the art, for example, of the following types: NDIR (Non Dispersive Infra Red), FID (Flame Ionisation Detector), CLD (ChemiLuminescence Detector), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer), NDUV (Non-Dispersive UltraViolet), which can be used, for example, to measure the concentration of one or more different gaseous compounds in a mixture soda. This measurement can be of a single gas individually or of a plurality of gases simultaneously. Said gas analyzers are used, for example, to analyze the gaseous composition of vehicle exhaust gases, in order to determine compliance with the environmental standards required by the different states. However, other types of gas analyzers for uses other than analyzing exhaust pipe emissions from a vehicle engine may also be perfectly suitable to be calibrated by the calibration system and method of the present invention.
Las técnicas de análisis conocidas de las emisiones de escape de, por ejemplo, un vehículo, mediante analizadores de gases miden únicamente las concentraciones (en partes por millón “ppm”) de las emisiones de gases de componentes de una mezcla gaseosa. Sin embargo, la medición de la concentración de gas no es idónea para determinar las verdaderas emisiones del vehículo. Para medir las emisiones reales de un gas determinado, es necesario medir la masa de las emisiones y no solo la concentración, puesto que la concentración es solo un parámetro de la cantidad de contaminación generada.Known analysis techniques for exhaust emissions from, for example, a vehicle, by means of gas analyzers measure only the concentrations (in parts per million "ppm") of the gas emissions of components of a gas mixture. However, the measurement of gas concentration is not suitable for determine the true emissions of the vehicle. To measure the actual emissions of a given gas, it is necessary to measure the mass of the emissions and not just the concentration, since the concentration is only one parameter of the amount of pollution generated.
Una solución conocida hoy en día para medir la cantidad de masa emitida de un determinado gas en un vehículo es medir directamente el flujo de gases del tubo de escape del vehículo usando una técnica que representa el entorno operativo. Esta técnica es difícil de llevar a cabo porque la presencia de gases de escape y altas temperaturas proporciona un entorno de prueba hostil. Además, se debe proporcionar un adaptador que pueda conectarse firmemente con una amplia gama de configuraciones de tubos de escape del motor de un vehículo. Por tal motivo, es habitual que los analizadores de gas de escape se monten en laboratorios de ensayos especiales de emisiones de motores de vehículos y no directamente en el tubo de escape del motor del propio vehículo.A known solution today to measure the emitted mass amount of a certain gas in a vehicle is to directly measure the exhaust gas flow of the vehicle using a technique that represents the operating environment. This technique is difficult to carry out because the presence of exhaust gases and high temperatures provide a hostile test environment. In addition, an adapter must be provided that can be firmly connected to a wide range of vehicle engine exhaust pipe configurations. For this reason, it is common for exhaust gas analyzers to be mounted in special vehicle engine emission testing laboratories and not directly in the exhaust pipe of the vehicle's own engine.
Un analizador de gas del tipo de infrarrojos no dispersivo (IR) utiliza una fuente IR para generar una radiación IR directa que atraviesa una mezcla de gases contenidos en una cámara de muestra. La energía IR pasa a través de la mezcla en la cámara de muestras a frecuencias de absorción para los gases cuya concentración se va a determinar. La absorción detectada en cada frecuencia es indicativa de la concentración del gas componente que tiene la banda de absorción particular.A non-dispersive infrared (IR) type gas analyzer uses an IR source to generate direct IR radiation that passes through a mixture of gases contained in a sample chamber. IR energy passes through the mixture in the sample chamber at absorption frequencies for the gases whose concentration is to be determined. The absorption detected at each frequency is indicative of the concentration of the component gas having the particular absorption band.
Los analizadores de gases a los que nos referimos están destinados preferentemente para ser instalados en celdas fijas de un laboratorio de ensayos, por ejemplo, un laboratorio de ensayo de motores de vehículos, o bien en una ITV, aunque también puede ser usados directamente en el tubo de escape de un motor o bien para otro tipo de usos.The gas analyzers to which we refer are preferably intended to be installed in fixed cells of a test laboratory, for example, a vehicle engine test laboratory, or in an ITV, although they can also be used directly in the exhaust pipe of an engine or for other types of uses.
En la aplicación particular a los analizadores de gases de automoción, los gases cuyas concentraciones son de interés son preferentemente HC (hidrocarburos), CO y CO2. Para medir la concentración de tales gases, se pueden colocar alternativamente múltiples filtros de luz, que tienen bandas de transmisión en una banda de absorción para cada componente de gas, entre la fuente y el detector, para proporcionar una indicación para cada gas. La salida del detector es una única señal multiplexada en el tiempo que contiene información para todas las concentraciones de gas de los componentes. Esta señal se demultiplexa convencionalmente en señales individuales y se aplica a canales de amplificación separados para cada componente de gas.In the particular application to automotive gas analyzers, the gases whose concentrations are of interest are preferably HC (hydrocarbons), CO and CO2. To measure the concentration of such gases, multiple light filters, having transmission bands in an absorption band for each gas component, can alternatively be placed between the source and the detector to provide an indication for each gas. The detector output is a single time multiplexed signal containing information for all gas concentrations of the detectors. components. This signal is conventionally demultiplexed into individual signals and applied to separate amplification channels for each gas component.
Para producir lecturas precisas de gases de escape de automóviles, el analizador de gases del tipo de infrarrojos no dispersivo debe ser calibrado con frecuencia para hacer ajustes para la deriva en los componentes, así como para la acumulación de partículas de escape en las superficies de los componentes ópticos. Debido a las disminuciones significativas en la emisión de contaminantes permitida por los vehículos, se requieren mediciones con mayor sensibilidad y precisión. Al menos un estado requiere que la ganancia de cada canal de medición de gas se calibre en un mínimo de dos puntos con respecto a la escala completa, o el 100% del intervalo. Por ejemplo, los dos puntos de calibración pueden estar al 0% y al 90% de la escala completa. El rendimiento general del analizador de gases debe ser superior para cumplir con estos requisitos, así como con los que probablemente se impongan en el futuro.To produce accurate readings of automotive exhaust gases, the non-dispersive infrared-type gas analyzer must be calibrated frequently to adjust for drift in components as well as exhaust particulate buildup on exhaust surfaces. optical components. Due to the significant decreases in pollutant emissions allowed by vehicles, measurements with greater sensitivity and precision are required. At least one state requires that the gain of each gas measurement channel be calibrated to a minimum of two points from full scale, or 100% of span. For example, the two calibration points can be at 0% and 90% of full scale. The overall performance of the gas analyzer must be superior to meet these requirements, as well as those likely to be imposed in the future.
Existe, pues, la necesidad de asegurar la calibración de un analizador de gases que pueda usarse en programas de pruebas de emisiones de campo y de laboratorio, es decir, tanto en instalaciones de análisis fijas como en instalaciones de análisis portátiles, al inicio de una toma de medición o ensayo, o durante el trascurso del mismo, para conseguir una adecuada calibración del analizador de gases en el amplio rango de la escala completa de variabilidad expuesto anteriormente.There is, therefore, a need to ensure the calibration of a gas analyzer that can be used in laboratory and field emission testing programs, i.e., both in fixed analysis facilities and in portable analysis facilities, at the start of a taking a measurement or test, or during the course of the same, to achieve an adequate calibration of the gas analyzer in the wide range of the full scale of variability previously exposed.
Las soluciones ya conocidas en el estado de la técnica que pretenden resolver este problema técnico de la calibración de un analizador de gas, por ejemplo, en analizadores de gas instalados en un laboratorio de pruebas de emisiones de gases presentan el inconveniente de tratarse de instalaciones fijas y de dimensiones considerablemente superiores a lo deseado. El hecho de que los sistemas de calibración no sean portátiles, impide que puedan utilizarse para cualquier equipo en el que se requiera asegurar la calibración. Este punto resulta de especial interés cuando existe equipos de análisis de gases tanto fijos como móviles, es decir, tanto en instalaciones en laboratorios fijas como equipos de medición acoplables a un vehículo y que permiten realizar análisis durante el desplazamiento del mismo. Una calibración homogénea y en las mismas condiciones de todo este abanico de analizadores es necesaria para poder obtener resultados comparables y robustos de la multitud de ensayos realizados, sean cuales sean las condiciones ambientales de medición, tanto secas como de humedad. The solutions already known in the state of the art that aim to solve this technical problem of calibrating a gas analyzer, for example, in gas analyzers installed in a gas emissions testing laboratory, have the drawback of being fixed installations. and considerably larger than desired. The fact that the calibration systems are not portable prevents them from being used for any equipment in which it is required to ensure calibration. This point is of special interest when there is both fixed and mobile gas analysis equipment, that is, both in fixed laboratory installations and measurement equipment that can be attached to a vehicle and that allows analyzes to be carried out while the vehicle is moving. A homogeneous calibration and under the same conditions of all this range of analyzers is necessary to be able to obtain comparable and robust results from the multitude of tests carried out, whatever the environmental measurement conditions, both dry and humid.
Por otra parte, no se conocen sistemas y métodos de calibración que tengan la posibilidad de añadir condiciones controladas de humedad al equipo conocido, posibilitando una calibración adecuada en las diferentes condiciones reales de funcionamiento de los analizadores de gases.On the other hand, there are no known calibration systems and methods that have the possibility of adding controlled humidity conditions to the known equipment, enabling an adequate calibration in the different real operating conditions of the gas analyzers.
Por consiguiente, existe la necesidad de proporcionar un sistema de calibración preciso, económico y capaz de ser fácilmente conectable a distintos analizadores de gases, donde el sistema de calibración proporcione una medición precisa de las emisiones de masa de un gas de una mezcla de gases de escape sin la necesidad de utilizar ningún gas de calibración consumible y que pueda usarse en programas de pruebas de emisiones de campo y de laboratorio, y con posibilidad de añadir condiciones controladas de humedad al equipo conocido.Consequently, there is a need to provide a calibration system that is accurate, inexpensive, and capable of being easily connectable to different gas analyzers, where the calibration system provides an accurate measurement of the mass emissions of a gas from a mixture of exhaust gases. exhaust without the need to use any consumable calibration gases and can be used in laboratory and field emissions test programs, and with the ability to add controlled humidity conditions to known equipment.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
El primer objeto de la presente invención es el de proporcionar un sistema de calibración de un analizador de gases, donde el sistema de calibración es adecuado para ser conectado a distintos tipos de analizadores de gases que miden la concentración de un gas en una mezcla gaseosa, y donde el sistema de calibración resuelva los inconvenientes mencionados anteriormente, presentando las ventajas que se describen a continuación.The first object of the present invention is to provide a calibration system for a gas analyzer, where the calibration system is suitable to be connected to different types of gas analyzers that measure the concentration of a gas in a gaseous mixture, and where the calibration system solves the drawbacks mentioned above, presenting the advantages described below.
Tal y como se ha indicado anteriormente, para medir las emisiones reales de un gas determinado en una mezcla gaseosa, es necesario medir la masa de las emisiones, por ejemplo, en gramos. Para medir estas emisiones másicas, es necesario determinar el volumen o el caudal de los gases. En dinámica de fluidos, el caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Se expresa en la unidad de volumen dividida por la unidad de tiempo (p. ej., m3/s) o en unidad de masa dividida por unidad de tiempo (p. ej. gr/s).As indicated above, to measure the actual emissions of a given gas in a gas mixture, it is necessary to measure the mass of the emissions, for example, in grams. To measure these mass emissions, it is necessary to determine the volume or flow rate of the gases. In fluid dynamics, flow rate is the amount of fluid flowing through a section per unit of time. Normally it is identified with the volumetric flow or volume that passes through a given area in the unit of time. It is expressed in the unit of volume divided by the unit of time (eg, m3/s) or in the unit of mass divided by the unit of time (eg, gr/s).
Según el primer objeto, la presente invención proporciona un sistema de calibración de un analizador de gases, donde el analizador de gases mide la concentración X¡ de un determinado gas a estudio en “parte por millón” de una mezcla de gases, y donde el sistema de calibración se caracteriza en que:According to the first object, the present invention provides a calibration system for a gas analyzer, where the gas analyzer measures the concentration X¡ of a specific gas under study in "part per million" of a mixture of gases, and where the calibration system is characterized in that :
- es conectable al analizador de gases de modo liberable, - is releasably connectable to the gas analyzer,
- está configurado para calibrar la medición de concentración del gas a estudio realizada por el analizador de gases, y- it is configured to calibrate the concentration measurement of the gas under study carried out by the gas analyzer, and
- comprende:- understands:
- un conducto, provisto de una abertura de entrada de aire ambiente, y una abertura de salida de aire, estando la abertura de salida de aire en el extremo opuesto del conducto a la entrada de aire ambiente,- a duct, provided with an ambient air inlet opening, and an air outlet opening, the air outlet opening being at the opposite end of the duct to the ambient air inlet,
- un inyector de gas que inyecta una cantidad conocida (en gramos) de un gas patrón en un punto “B” del conducto, estando el punto “B” dispuesto aguas abajo de la abertura de entrada, siendo el gas patrón el mismo gas que el gas a estudio a medir por el analizador de gases, - un medidor de la cantidad de masa de gas patrón que se inyecta en el punto de inyección “B”,- a gas injector that injects a known quantity (in grams) of a standard gas at point "B" of the duct, point "B" being arranged downstream of the inlet opening, the standard gas being the same gas as the gas under study to be measured by the gas analyzer, - a meter of the amount of standard gas mass that is injected at injection point "B",
- un medidor del caudal de fluido configurado para medir el caudal Q¡ de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente que circula por un punto “D” del conducto, donde punto “D” está dispuesto aguas abajo del punto “B” de inyección del gas patrón, y- a fluid flow meter configured to measure the flow Q¡ of the gaseous mixture of standard gas plus ambient air that circulates through a point "D" of the duct, where point "D" is arranged downstream of point "B" of pattern gas injection, and
- un punto “G” de toma de una muestra de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente, donde dicho punto “G” está dispuesto aguas abajo del punto “D” y donde dicho punto “G” está conectado mediante un ramal a la entrada del analizador de gases a analizar, de modo que una parte de la mezcla gaseosa de gas patrón con aire ambiente que circula por el conducto del sistema de calibración es introducido en el analizador de gases para ser medida su concentración;- a point "G" for taking a sample of the standard gas gas mixture plus ambient air, where said point "G" is arranged downstream of point "D" and where said point "G" is connected by a branch to the inlet of the gas analyzer to be analyzed, so that a part of the gaseous mixture of standard gas with ambient air that circulates through the calibration system conduit is introduced into the gas analyzer to measure its concentration;
de modo que mediante un cálculo se determina la cantidad de masa (en gramos) del gas a estudio, en base a como mínimo los siguientes parámetros: la concentración Xi en ppm del gas a estudio que entra por el ramal medida por el analizador de gases, la medida de caudal Qi de la mezcla gaseosa medida por el medidor del caudal del sistema de calibración y p la densidad del gas a estudio, conocida por ser el valor de densidad teórica del gas a estudio, de modo que la cantidad de gramos del gas a estudio determinada en el cálculo sirve de valor de referencia para la calibración del analizador de gases.so that by means of a calculation the amount of mass (in grams) of the gas under study is determined, based on at least the following parameters: the concentration Xi in ppm of the gas under study that enters through the branch measured by the gas analyzer , the flow measurement Qi of the gaseous mixture measured by the flow meter of the calibration system and p the density of the gas under study, known as the theoretical density value of the gas under study, so that the number of grams of the The gas under study determined in the calculation serves as a reference value for the calibration of the gas analyzer.
Ventajosamente, la calibración del analizador de gases se efectúa con el sistema de calibración propuesto por la presente invención determinándose de forma precisa la cantidad de gramos del gas a estudio, para la introducción del valor patrón o de referencia al analizador de gases, con el objetivo de obtener un resultado las sucesivas mediciones correcto en base al valor de referencia indicado.Advantageously, the calibration of the gas analyzer is carried out with the calibration system proposed by the present invention, precisely determining the quantity of grams of the gas to be studied, for the introduction of the standard value or of reference to the gas analyzer, in order to obtain a correct result for successive measurements based on the indicated reference value.
Según un posible modo de realización de la invención, el sistema de calibración además comprende una unidad de procesamiento que está conectada al analizador de gases, al medidor de la cantidad de masa de gas patrón que se inyecta en el calibrador de gases y al medidor de caudal de fluido circulante por el conducto. La unidad de procesamiento está configurada para recibir información del analizador de gases y del sistema de calibración y con ella determinar de manera automática la cantidad de gramos del gas a estudio para sea enviada al analizador de gases para su procesamiento y calibración.According to a possible embodiment of the invention, the calibration system also comprises a processing unit that is connected to the gas analyzer, to the meter for the amount of standard gas mass that is injected into the gas calibrator and to the meter for circulating fluid flow through the conduit. The processing unit is configured to receive information from the gas analyzer and the calibration system and with it automatically determine the number of grams of the gas under study to be sent to the gas analyzer for processing and calibration.
Según un modo alternativo de realización de la invención, el cálculo de la cantidad de gramos del gas a estudio se realiza de forma manual, es decir sin existir ninguna unidad de procesamiento automática.According to an alternative way of carrying out the invention, the calculation of the quantity of grams of the gas to be studied is carried out manually, that is to say, without any automatic processing unit.
Con referencia al analizador de gases, el mismo puede ser apto para gases de todo tipo, sin ninguna limitación. A modo de ejemplo, un posible tipo de analizador de gases puede ser un analizador de gases para gases de escape de un motor de vehículo, aunque podría también utilizarse para otro tipo de usos o aplicaciones. Nos referimos, por ejemplo, a tipos de analizadores de gases conocidos en el mercado del tipo: FTIR, NDIR, FID, CLD, etc.With reference to the gas analyzer, it can be suitable for gases of all types, without any limitation. By way of example, a possible type of gas analyzer could be a gas analyzer for exhaust gases from a vehicle engine, although it could also be used for other types of uses or applications. We refer, for example, to types of gas analyzers known on the market such as: FTIR, NDIR, FID, CLD, etc.
Como se ha explicado anteriormente, los analizadores de gases miden la concentración de un componente de gas en ppm (abreviatura de “partes por millón”). La medida de ppm se refiere a las partes de gas por cada millón de partes de aire contaminado; cm3/m3. Otra forma de expresarlo es en mg/m3, teniendo en cuenta la densidad de dicho gas, de lo que surge un factor de conversión que depende de las propiedades físicas de cada gas.As explained above, gas analyzers measure the concentration of a gas component in ppm (short for “parts per million”). The ppm measure refers to the parts of gas per million parts of polluted air; cm3/m3. Another way of expressing it is in mg/m3, taking into account the density of said gas, from which a conversion factor arises that depends on the physical properties of each gas.
Con referencia al gas patrón, el mismo es siempre igual al gas a medir su concentración. El gas patrón puede ser cualquier gas que se desee medir su concentración, siempre en función del analizador de gases. Por ejemplo, el gas patrón puede ser hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), oxígeno (O2), óxidos de nitrógeno (NOx), o C3H8. Si se mide un gas CO2, entonces el gas patrón será también CO2 , si se mide un gas NOx, el gas patrón será también NOx, etc. With reference to the standard gas, it is always equal to the gas to measure its concentration. The standard gas can be any gas whose concentration is to be measured, always depending on the gas analyzer. For example, the span gas can be hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), oxygen (O 2 ), oxides of nitrogen (NOx), or C3H8. If a CO 2 gas is measured, then the span gas will also be CO 2 , if a NOx gas is measured, the span gas will also be NOx, etc.
Al referirnos al término “aire ambiente” en esta memoria nos referimos al aire atmosférico, que se compone principalmente de una mezcla de nitrógeno (78,08%) y oxígeno (20,95%), aunque también contiene otros gases nobles como el argón o neón además de dióxido de carbono y vapor de agua.When referring to the term "ambient air" in this report, we refer to atmospheric air, which is mainly composed of a mixture of nitrogen (78.08%) and oxygen (20.95%), although it also contains other noble gases such as argon. or neon plus carbon dioxide and water vapor.
Con referencia al dispositivo formado por el sistema de calibración y el analizador de gases, el mismo puede ser instalable por ejemplo en una celda fija en un laboratorio de emisiones u en otro tipo de emplazamiento, tal como en un PEMS (del inglés “Portable Emissions Measurement System”) que va montado en un vehículo. Se entiende “una celda fija en un laboratorio de emisiones” como una cámara donde se testea, por ejemplo, un vehículo o un motor. Dichas celdas fijas para analizar los gases de escape son instalaciones o laboratorios adecuados para alojar un vehículo o un sistema de propulsión de un vehículo, con el fin de analizar y medir los gases de escape generados por los mismos.With reference to the device formed by the calibration system and the gas analyzer, it can be installed, for example, in a fixed cell in an emissions laboratory or in another type of location, such as a PEMS (Portable Emissions Measurement System”) that is mounted on a vehicle. “A fixed cell in an emissions laboratory” is understood as a chamber where, for example, a vehicle or an engine is tested. Said fixed cells for analyzing exhaust gases are installations or laboratories suitable for housing a vehicle or a propulsion system of a vehicle, in order to analyze and measure the exhaust gases generated therefrom.
La primera ventaja que destacamos de la presente invención es que el sistema de calibración es conectable al analizador de gases de modo totalmente liberable, es decir se trata un sistema portátil, lo cual permite una gran versatilidad para poderse instalar en distintos analizadores de gases. Por un lado, puede utilizarse el mismo sistema de calibración tanto para analizadores de gases fijos dispuestos en instalaciones o laboratorios, como para analizadores de gases portables acoplables a los sistemas a medir, como vehículos, para la toma de datos durante la circulación del mismo. Se consigue de este modo una calibración homogénea de todos los analizadores a partir de un mismo sistema y procedimiento, redundando en una mayor fiabilidad de los resultados obtenidos.The first advantage of the present invention that we highlight is that the calibration system can be connected to the gas analyzer in a totally releasable way, that is, it is a portable system, which allows great versatility to be able to be installed in different gas analyzers. On the one hand, the same calibration system can be used both for fixed gas analyzers arranged in facilities or laboratories, as well as for portable gas analyzers that can be attached to the systems to be measured, such as vehicles, for data collection while the vehicle is in circulation. In this way, a homogeneous calibration of all the analyzers is achieved from the same system and procedure, resulting in greater reliability of the results obtained.
Preferentemente, las conexiones del sistema de calibración con el analizador de gases son todas liberables, de manera que los ramales y los conductos de conexión entre el sistema de calibración y el analizador de gases son unibles de forma reversible.Preferably, the connections of the calibration system with the gas analyzer are all releasable, so that the connecting branches and conduits between the calibration system and the gas analyzer are reversibly joinable.
Otra ventaja que destacar de la presente invención es que la calibración del sistema de la invención utiliza aire ambiente, además de un inyector del gas a estudio, por lo que ventajosamente se suprime la utilización de mezclas de gases inertes o controladas consumibles que encarecen los ensayos, como es el caso de los equipos de calibración conocidos. El aire ambiente es perfectamente apto para esta invención ya que el oxígeno comprende un componente suficientemente grande del aire ambiental para proporcionar una lectura que está dentro del nivel aceptable de precisión, por ejemplo, de un 99%. El aire ambiente diluye la muestra, formada adicionalmente por el gas a estudio inyectado por el inyector de gas patrón, para adaptarse al rango del analizador de gases, al mezclarse el gas a estudio con el aire entrante en el conducto.Another advantage of the present invention to be highlighted is that the calibration of the system of the invention uses ambient air, in addition to an injector of the gas under study, therefore, advantageously, the use of inert or controlled gas mixtures that make the tests more expensive is eliminated. , as is the case with known calibration equipment. Ambient air is perfectly suitable for this invention as oxygen comprises a large enough component of ambient air to provide a reading that is within the acceptable level of accuracy, eg, of 99%. Ambient air dilutes the sample, additionally formed by the test gas injected by the span gas injector, to suit the range of the gas analyzer, as the test gas mixes with the air entering the duct.
También es importante destacar que la presente invención proporciona lecturas muy precisas de los gramos del gas a estudio, independientemente de las condiciones ambientales de funcionamiento del motor del vehículo, en el caso de tratarse de un analizador de los gases de escape de un vehículo.It is also important to note that the present invention provides very precise readings of the grams of the gas under study, regardless of the environmental operating conditions of the vehicle's engine, in the case of being a vehicle exhaust gas analyzer.
Durante el proceso de calibración del analizador de gases, en el analizador de gases solo entra la mezcla de gas patrón diluido con aire ambiente que proviene del ramal, nada más.During the gas analyzer calibration process, only the mixture of diluted standard gas with ambient air coming from the branch enters the gas analyzer, nothing else.
Por lo que respecta al medidor de la cantidad de masa de gas patrón que se inyecta en el punto de inyección “B”, este medidor es capaz mediante unos parámetros de determinar la cantidad de (gramos) que se inyecta al sistema de un gas específico.With regard to the meter of the amount of standard gas mass that is injected at the injection point "B", this meter is capable of determining the amount of (grams) that a specific gas is injected into the system through some parameters. .
Por lo que respecta al conducto, su sección y tamaño es preferentemente constante a lo largo de toda su longitud. Por ejemplo, el conducto presenta una sección circular, no es la única posible geometría para su funcionamiento, pero sí que es una geometría beneficiosa para su construcción. Además, el medidor de caudal sí es circular, el conducto puede presentar una sección circular constante de diámetro de 60mm, aunque este valor puede ser mayor o menor en función del medidor de caudal que se utilice.As regards the duct, its section and size is preferably constant along its entire length. For example, the conduit has a circular section, it is not the only possible geometry for its operation, but it is a beneficial geometry for its construction. In addition, the flow meter itself is circular, the conduit may have a constant circular section with a diameter of 60mm, although this value may be higher or lower depending on the flow meter used.
Por lo que respecta al ramal que dirige una muestra de la mezcla de gases del conducto al analizador de gases, de modo preferente, es una toma de muestra de unos 6 a 8mm con una probeta que se inserta en el interior del conducto con un corte perpendicular y opuesto al flujo de caudal, aunque el ramal puede ser de distintos tamaños según el analizador de gases que se desee calibrar.With regard to the branch that directs a sample of the gas mixture from the duct to the gas analyzer, it is preferably a 6 to 8mm sample taking with a test tube that is inserted inside the duct with a cut perpendicular and opposite to the flow flow, although the branch can be of different sizes depending on the gas analyzer to be calibrated.
De modo preferente, el sistema de calibración de un analizador de gases de la presente invención puede comprender, adicionalmente, un filtro de aire dispuesto en el conducto y más concretamente en un punto “A” del conducto próximo a la abertura de entrada del conducto y aguas arriba del punto “B” donde se inyecta el gas patrón. Este filtro de aire está configurado para mantener libre de partículas el sistema de calibración. A modo de ejemplo, el filtro de aire es un filtro HEPA, que permite retirar la mayoría de partículas perjudiciales, incluyendo las esporas de moho, el polvo, los ácaros del polvo, la caspa de mascotas y otros alergenos irritantes del aire.Preferably, the calibration system of a gas analyzer of the present invention may additionally comprise an air filter arranged in the duct and more specifically at a point "A" of the duct close to the inlet opening of the duct and upstream of point "B" where the standard gas is injected. This air filter is configured to keep the calibration system free of particles. As an example, the air filter is a HEPA filter, which allows the removal of most particles harmful, including mold spores, dust, dust mites, pet dander, and other irritating airborne allergens.
De modo también preferente, el sistema de calibración de un analizador de gases de la presente invención puede comprender, adicionalmente, un estabilizador del caudal de la mezcla gaseosa de aire ambiente y gas patrón a un valor de caudal predeterminado, en donde el elemento estabilizador del caudal de aire está dispuesto en un punto “E” ubicado en una posición aguas abajo del conducto respecto al punto “D” donde está dispuesto el elemento medidor de caudal de masa gaseosa de aire ambiente y gas patrón. Un rango de valores preferente de caudal predeterminado es de 0.1 a 10m3/min. A modo de ejemplo, un posible valor del caudal predeterminado es 1 m3/min. A modo de ejemplo, se puede usar un Venturi como estabilizador del caudal. El flujo de gas patrón diluido con el aire ambiente que circula por el interior del conducto se estabiliza en todo su recorrido puesto que el Venturi consigue estabilizar el caudal a un valor máximo calibrado por el propio Venturi pero que afecta igual aguas arriba que aguas abajo. Por tal motivo, el estabilizador de caudal puede estar dispuesto aguas abajo respecto al medidor de caudal del gas patrón diluido con el aire ambiente o bien aguas arriba respecto al mismo, ya que la medida del caudal sería la misma en ambas posibles disposiciones del medidor de caudal.Also preferably, the calibration system of a gas analyzer of the present invention may additionally comprise a flow rate stabilizer for the gaseous mixture of ambient air and standard gas at a predetermined flow value, wherein the flow rate stabilizer element The air flow rate is arranged at a point "E" located in a position downstream of the duct with respect to point "D" where the gaseous mass flow meter element of ambient air and standard gas is arranged. A preferred value range of predetermined flow rate is 0.1 to 10m3/min. By way of example, a possible predetermined flow rate value is 1 m3/min. By way of example, a Venturi can be used as a flow stabilizer. The flow of pattern gas diluted with the ambient air that circulates inside the duct is stabilized throughout its entire route since the Venturi manages to stabilize the flow at a maximum value calibrated by the Venturi itself but which affects the same upstream as downstream. For this reason, the flow stabilizer can be arranged downstream of the standard gas flow meter diluted with ambient air or upstream of it, since the flow measurement would be the same in both possible arrangements of the flow meter. flow.
De modo también preferente, el sistema de calibración de un analizador de gases de la presente invención puede comprender, adicionalmente, un ventilador dispuesto en un punto “F” ubicado en una posición aguas abajo del conducto respecto al punto “E” donde está el estabilizador o aguas arriba del punto “G” de toma de una muestra. Este ventilador está configurado para aspirar el aire ambiente en la entrada del conducto y hacer pasar la mezcla gaseosa de aire ambiente más gas patrón a lo largo de todo el interior del conducto.Also preferably, the calibration system of a gas analyzer of the present invention may additionally comprise a fan arranged at a point "F" located in a position downstream of the duct with respect to point "E" where the stabilizer is. or upstream of point "G" for taking a sample. This fan is configured to suck in the ambient air at the inlet of the duct and to pass the gaseous mixture of ambient air plus pattern gas throughout the entire interior of the duct.
De modo también preferente, el sistema de calibración de un analizador de gases de la presente invención puede comprender, adicionalmente, un generador de vapor de agua configurado para añadir una cierta cantidad de humedad a la mezcla gaseosa en un punto “C” y con ello conseguir una humedad deseada de dicha mezcla gaseosa, donde el punto “C” puede estar dispuesto en una posición aguas abajo del conducto respecto al punto “B” donde se inyecta el gas patrón, o bien en una posición aguas arriba del conducto respecto al punto “B” donde se inyecta el gas patrón. El generador de vapor de agua está configurado para introducir un amplio rango de humedades relativas, desde un ambiente seco de 0% a un ambiente húmedo del 100%. Dicho generador posibilita la realización de mediciones en un amplio rango de humedades relativas, con el fin de calibrar correctamente el analizador de gases en el espectro real de humedades que puede encontrarse durante las mediciones. Hay que comentar que los gases de escape de los diferentes motores de combustión se encuentran a diferentes humedades. A modo de ejemplo, los gases emitidos por un motor de gas (CNG) tienen humedades altas. Por el contrario, los motores diésel emiten gases a humedades bajas. El sistema de calibración que incorpora el generador de vapor permite adecuar las condiciones de humedad a las esperadas durante los ensayos reales, aumentando la precisión en la toma de mediciones del analizador de gases.Also preferably, the calibration system of a gas analyzer of the present invention may additionally comprise a steam generator configured to add a certain amount of moisture to the gas mixture at a point "C" and thereby achieve a desired humidity of said gaseous mixture, where point "C" can be arranged in a position downstream of the conduit with respect to point "B" where the standard gas is injected, or in a position upstream of the conduit with respect to the point “B” where the pattern gas is injected. The steam generator is configured to introduce a wide range of relative humidities, from a dry environment of 0% to a humid environment of 100%. said generator enables measurements to be made in a wide range of relative humidity, in order to correctly calibrate the gas analyzer in the real spectrum of humidity that can be found during measurements. It should be noted that the exhaust gases from the different combustion engines are at different humidities. By way of example, the gases emitted by a gas engine (CNG) have high humidity. On the contrary, diesel engines emit gases at low humidity. The calibration system that incorporates the steam generator allows the humidity conditions to be adapted to those expected during real tests, increasing the precision in taking measurements of the gas analyzer.
Cabe decir que los puntos “B” y “C” son dos puntos del conducto distintos y el orden de “B” y “C” puede estar invertido. En cualquier caso, tanto el punto “B” de inyección del gas patrón como el “C” de ajuste de humedad están dispuestos aguas arriba respecto al punto “D” de medición de caudal.It should be said that points "B" and "C" are two different points of the duct and the order of "B" and "C" may be reversed. In any case, both the standard gas injection point "B" and the humidity adjustment point "C" are arranged upstream of the flow measurement point "D".
El efecto ventajoso que se consigue al añadir una cierta humedad a la mezcla gaseosa de aire más gas patrón es que el comportamiento de la mezcla gaseosa se asemeje más al gas que va a ser analizado por el analizador, como por ejemplo el gas de escape de un motor real.The advantageous effect achieved by adding a certain humidity to the gas mixture of air plus standard gas is that the behavior of the gas mixture is more similar to the gas that is going to be analyzed by the analyser, such as exhaust gas from an actual engine.
Se persigue testear un abanico de distintas humedades, en base al rango del analizador de gases. Se sabe que el gas de escape del motor de combustión está en un rango “X” de humedad, por lo que se busca calibrar en ese diferente rango de humedades. Es decir, la invención busca entrenar el sistema con diferentes interferencias de humedad para que las medidas sean correctas para todo el rango.The aim is to test a range of different humidities, based on the range of the gas analyzer. It is known that the exhaust gas from the combustion engine is in a range "X" of humidity, so it is sought to calibrate in that different range of humidity. That is, the invention seeks to train the system with different humidity interferences so that the measurements are correct for the entire range.
El sistema de calibración puede funcionar perfectamente tanto en seco (es decir sin inyectar vapor de agua) como inyectando una cierta humedad, dependiendo de las condiciones de la mezcla gaseosa que se pretendan medir.The calibration system can work perfectly both dry (ie without injecting water vapor) and injecting a certain amount of moisture, depending on the conditions of the gas mixture to be measured.
Según un segundo objeto, la presente invención proporciona un método de calibración de un analizador de gases que mide la concentración X¡ [ppm] de un determinado gas a estudio en “parte por millón” de una mezcla de gases, que se caracteriza en que el método de calibración comprende las siguientes etapas consecutivas:According to a second object, the present invention provides a calibration method for a gas analyzer that measures the concentration X¡ [ppm] of a specific gas under study in "part per million" of a gas mixture, characterized in that The calibration method comprises the following consecutive steps:
1. Circulación de aire ambiente por el interior de un conducto, desde una abertura de entrada de aire ambiente hasta una abertura de salida de aire. 1. Circulation of ambient air inside a duct, from an ambient air inlet opening to an air outlet opening.
2. Inyección de una cantidad conocida (en gramos) de un gas patrón en un punto de inyección “B” del conducto por el que circula aire, donde se inyecta el gas patrón a través de un medidor de la cantidad de masa de gas patrón, de modo que se obtiene una mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente y donde el gas patrón es el mismo que el gas a estudio.2. Injection of a known amount (in grams) of a standard gas at an injection point "B" of the air duct, where the standard gas is injected through a standard gas mass quantity meter , so that a gaseous mixture of standard gas plus ambient air is obtained and where the standard gas is the same as the gas under study.
3. Medición del caudal Q¡ de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente que circula por el interior del conducto en un punto “D”, donde el punto “D” está dispuesto aguas abajo respecto al punto de inyección “B”.3. Measurement of the flow Q¡ of the gaseous mixture of pattern gas plus ambient air that circulates inside the duct at a point "D", where point "D" is arranged downstream with respect to the injection point "B".
4. Desviación de una parte del caudal de la mezcla gaseosa de aire ambiente y gas patrón que circula por el interior de un conducto en un punto “G” que es dirigido hacia la entrada del analizador de gases, donde el analizador de gases mide la concentración del gas patrón de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente.4. Deviation of a part of the flow of the gaseous mixture of ambient air and standard gas that circulates inside a duct at a point "G" that is directed towards the inlet of the gas analyzer, where the gas analyzer measures the span gas concentration of the span gas mixture plus ambient air.
5. Determinación de la cantidad de gramos del gas a estudio, en base a la concentración Xi del gas a estudio en “parte por millón” medida por el analizador de gases, a la medida de caudal Qi de la mezcla gaseosa de la etapa 3 y a la densidad p del gas a estudio, de modo que la cantidad de gramos del gas a estudio determinada en esta etapa 5 sirve de referencia para la calibración del analizador de gases.5. Determination of the number of grams of the gas to be studied, based on the concentration Xi of the gas to be studied in "part per million" measured by the gas analyzer, to the measurement of the flow Qi of the gas mixture of stage 3 and to the density p of the gas to be studied, so that the quantity of grams of the gas to be studied determined in this stage 5 serves as a reference for the calibration of the gas analyzer.
Al referirnos a “una mezcla gaseosa” nos referimos a una mezcla que puede variar en función del rango del analizador de gases a calibrar, desde un 0,001% a un 20% de gas a estudio respecto al total de mezcla gaseosa. En la medida en que el analizador de gases tenga un rango bajo de medir ppm, se puede introducir un menor porcentaje del gas a estudio.When we refer to "a gas mixture" we refer to a mixture that can vary depending on the range of the gas analyzer to be calibrated, from 0.001% to 20% of the gas under study with respect to the total gas mixture. To the extent that the gas analyzer has a low ppm measuring range, a lower percentage of the gas to be studied can be introduced.
Opcionalmente, en la etapa 2 del método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente se puede inyectar en el punto de inyección “C” una cantidad de agua vaporizada predeterminada a través de un generador de vapor de agua. Cabe destacar que el orden puede ser inverso entre “B” y
Opcionalmente, el método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente puede comprender, además, una etapa inicial anterior a la etapa 2, en la que el aire ambiente que entra en el conducto es filtrado a través de un filtro. Optionally, the method of calibrating a gas analyzer described above may further comprise an initial stage prior to stage 2, in which ambient air entering the duct is filtered through a filter.
Opcionalmente, el método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente puede comprender, además, una etapa adicional en la que el aire ambiente es aspirado de manera forzada a lo largo del conducto mediante un ventilador, siguiendo un flujo en sentido desde la entrada hasta la salida del conducto. Dicha ventilación forzada asegura que existe un flujo de aire ambiente a lo largo del conducto.Optionally, the method of calibrating a gas analyzer described above can also comprise an additional stage in which the ambient air is forcibly drawn along the duct by means of a fan, following a flow in the direction from the inlet to the the outlet of the conduit. Said forced ventilation ensures that there is a flow of ambient air along the duct.
Opcionalmente, el método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente puede comprender, además, una etapa en la que el caudal de la mezcla gaseosa formada por un gas patrón diluido en aire ambiente que circula por el interior del conducto se limita a un valor fijado mediante por ejemplo un Venturi.Optionally, the method of calibrating a gas analyzer described above can also comprise a stage in which the flow rate of the gas mixture formed by a standard gas diluted in ambient air that circulates inside the duct is limited to a value fixed by, for example, a Venturi.
Dicho rango de valores preferente de limitación del caudal de la mezcla gaseosa formada por un gas patrón mezclado con aire ambiente que circula por el interior del conducto es de 0.1 a 10 m3/min.Said preferred range of values for limiting the flow rate of the gaseous mixture formed by a pattern gas mixed with ambient air that circulates inside the duct is from 0.1 to 10 m3/min.
Opcionalmente, el método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente puede comprender, además, una toma de medidas de la temperatura, humedad y presión en distintos puntos del conducto para calcular posteriormente la densidad de la mezcla gaseosa en cada uno de estos puntos. Se mide la temperatura, humedad y presión de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente en distintos puntos del conducto, por medio de los correspondientes sensores de temperatura, humedad y presión dispuestos en el interior del conducto. El valor de densidad de la mezcla gaseosa en el interior del conducto es utilizado para realizar una conversión precisa de la medida de caudal obtenida a caudal másico, el cual es requerido para la obtención de la masa en gramos del gas a estudio. Mediante esta información, se consigue una mayor precisión en el cálculo que se hace a posteriori de los gramos del gas a estudio.Optionally, the method of calibrating a gas analyzer described above can also comprise taking measurements of the temperature, humidity and pressure at different points in the duct to later calculate the density of the gas mixture at each of these points. The temperature, humidity and pressure of the gaseous mixture of pattern gas plus ambient air are measured at different points in the duct, by means of the corresponding temperature, humidity and pressure sensors arranged inside the duct. The density value of the gas mixture inside the conduit is used to perform a precise conversion of the flow measurement obtained to a mass flow, which is required to obtain the mass in grams of the gas under study. Through this information, a greater precision is achieved in the calculation that is made a posteriori of the grams of the gas under study.
La densidad de la mezcla gaseosa se calcula en base a las medidas obtenidas de temperatura, humedad y presión, preferiblemente en el punto “D” de medición del caudal de la mezcla gaseosa. Puede obtenerse la densidad en otros puntos del conducto en base a las medidas de temperatura, humedad y presión obtenidas, siendo dichas otras medidas utilizadas como comprobación del valor de densidad obtenido en el punto “D”.The density of the gas mixture is calculated based on the measurements obtained from temperature, humidity and pressure, preferably at point "D" for measuring the flow of the gas mixture. The density can be obtained at other points of the duct based on the measurements of temperature, humidity and pressure obtained, these other measurements being used as verification of the density value obtained at point "D".
Preferentemente, la etapa 5 del método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente comprende el cálculo de la masa [en gramos] del gas a estudio como resultado de la aplicación de la siguiente fórmula: m catc = p ■ [Csampíe -Cambient] • ^/1000; donde:Preferably, step 5 of the calibration method for a gas analyzer described above comprises calculating the mass [in grams] of the gas under study as a result of applying the following formula: m catc = p ■ [ Csampie -Cambient] • ^/1000; where:
mcaic es la masa total calculada del gas a estudio [en g], mcaic is the calculated total mass of the gas under study [in g],
p es la densidad del gas a estudio [en g/l] (este valor es conocido por ser el valor de densidad teórica del gas a estudio), p is the density of the gas under study [in g/l] (this value is known to be the theoretical density value of the gas under study),
Csampíe es la concentración del gas patrón de la muestra [en ppm] medida por el analizador de gases, Csampie is the concentration of the standard gas of the sample [in ppm] measured by the gas analyser,
Cambient es la concentración del propio gas a estudio que existe en el ambiente, siendo necesario no tener en cuenta en la obtención de los gramos la diferencia de concentración existente entre el gas patrón de la muestra y el gas ambiente, obteniéndose así el valor real de concentración, Ambient is the concentration of the gas under study that exists in the environment, and it is necessary not to take into account when obtaining the grams the difference in concentration between the standard gas of the sample and the ambient gas, thus obtaining the real value of concentration,
V es el volumen [en m3] de la mezcla gaseosa medido en un punto del sistema de calibración, donde V se calcula con el caudal volumétrico Q¡ de la mezcla gaseosa medida por el medidor del caudal del sistema de calibración multiplicado por el tiempo, obteniéndose así el volumen V.V is the volume [in m3] of the gas mixture measured at a point in the calibration system, where V is calculated as the volumetric flow rate Q¡ of the gas mixture measured by the flow meter of the calibration system multiplied by time, thus obtaining the volume V.
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña un dibujo en el que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de un ejemplo de realización del sistema de calibración objeto de la presente invención.For a better understanding of what has been stated, a drawing is attached in which, schematically and solely as a non-limiting example, a practical case of an embodiment of the calibration system object of the present invention is represented.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
La figura 1 es una vista esquemática de una realización posible del sistema de calibración de acuerdo con la presente invención conectado a un analizador de gases.Figure 1 is a schematic view of a possible embodiment of the calibration system according to the present invention connected to a gas analyzer.
La figura 2 es una vista esquemática de un diagrama de funcionamiento del sistema de calibración de acuerdo con la presente invención conectado a un analizador de gases.Figure 2 is a schematic view of an operation diagram of the calibration system according to the present invention connected to a gas analyzer.
Descripción de unos ejemplos de realizaciónDescription of some embodiment examples
A continuación, se describe un ejemplo de realización del sistema de calibración para un analizador de gases de la presente invención haciendo referencia a la figura 1. An embodiment example of the calibration system for a gas analyzer of the present invention is described below with reference to Figure 1.
En la figura 1 se puede observar, de modo esquemático, una vista en alzado de una posible realización del sistema de calibración 1 de acuerdo con la presente invención conectado a un analizador de gases.Figure 1 can be seen, schematically, an elevation view of a possible embodiment of the calibration system 1 according to the present invention connected to a gas analyzer.
El sistema de calibración 1 está formado por un conducto 2 que se extiende a lo largo de una dirección y donde el conducto 2 presenta una abertura 3 de entrada de aire ambiente en la parte inicial del conducto y una abertura 4 de salida de aire ambiente hacia el exterior en su parte final.The calibration system 1 is formed by a duct 2 that extends along one direction and where the duct 2 has an ambient air inlet opening 3 in the initial part of the duct and an ambient air outlet opening 4 towards the exterior in its final part.
En una posición inicial “A” del conducto 2 próxima a donde se encuentra la abertura 3 de entrada de aire ambiente, está dispuesto interpuesto un filtro de aire 5 que filtra las partículas de aire ambiente que entran en el conducto 2.In an initial position "A" of the duct 2 close to where the ambient air inlet opening 3 is located, an air filter 5 is arranged interposed that filters the ambient air particles that enter the duct 2.
En una posición siguiente “B” del conducto 2, está conectado un inyector de gas 6 adaptado para inyectar una cantidad conocida (en gramos) de un gas patrón en este punto “B” del conducto, siendo el gas patrón el mismo gas que el gas a estudio a medir por el analizador de gases. Conectado al inyector de gas patrón 6 está dispuesto un medidor de la cantidad de masa 7 de gas patrón que se inyecta en el punto de inyección “B”. El medidor de la cantidad de masa 7 de gas patrón inyectado puede estar conectado a una unidad de procesamiento para recibir las medidas de masa de gas a estudio introducidas en el conducto 2, valor necesario para la obtención de la cantidad de gramos de gas a estudio necesarios para la calibración del analizador de gases.In a next position "B" of the conduit 2, a gas injector 6 adapted to inject a known quantity (in grams) of a standard gas is connected at this point "B" of the conduit, the standard gas being the same gas as the gas under study to be measured by the gas analyzer. Connected to the pattern gas injector 6 is a meter for the amount of mass 7 of pattern gas that is injected at injection point "B". The meter for the amount of mass 7 of injected pattern gas can be connected to a processing unit to receive the measurements of the mass of gas to be studied introduced into conduit 2, a value necessary to obtain the number of grams of gas to be studied. necessary for the calibration of the gas analyzer.
En una posición siguiente “C” del conducto 2, está conectado un generador de vapor de agua 11 adaptado para añadir una cantidad de humedad a la mezcla gaseosa de gas patrón diluido con aire ambiente en este punto “C” y con ello conseguir una humedad deseada de dicha mezcla. Cabe decir que las posiciones “B” y “C” donde se inyecta el gas patrón y el vapor de agua respectivamente pueden estar intercambiadas entre sí. El generador de vapor de agua 11 puede estar conectado a la unidad de procesamiento para recibir el valor de vapor de agua introducido en la mezcla gaseosa para obtener un valor de humedad relativa para el que se está realizando la calibración del analizador de gases.In a next position "C" of conduit 2, a steam generator 11 adapted to add a quantity of humidity to the gaseous mixture of standard gas diluted with ambient air is connected at this point "C" and thereby achieve a humidity desired of said mixture. It should be said that the positions "B" and "C" where the standard gas and steam are injected respectively can be interchanged with each other. The water vapor generator 11 can be connected to the processing unit to receive the value of water vapor introduced into the gaseous mixture to obtain a relative humidity value for which the calibration of the gas analyzer is being performed.
En una posición siguiente “D” del conducto 2, está conectado un medidor del caudal 8 adecuado para medir el caudal Q¡ de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente que circula por la sección de conducto en este punto concreto “D”. El medidor de caudal 8 puede estar conectado a la unidad de procesamiento para que cada medida del caudal se envíe a la unidad de procesamiento para su procesamiento final.In a next position "D" of the conduit 2, a suitable flow meter 8 is connected to measure the flow Q¡ of the gaseous mixture of pattern gas plus ambient air that circulates through the conduit section at this specific point "D". the meter flow meter 8 may be connected to the processing unit so that each flow measurement is sent to the processing unit for final processing.
En una posición siguiente “E” del conducto 2, está interpuesto un estabilizador del caudal 9 de la mezcla gaseosa de gas patrón diluido con aire ambiente a un valor de caudal predeterminado.In a next position "E" of the conduit 2, a flow stabilizer 9 of the gaseous mixture of standard gas diluted with ambient air is interposed at a predetermined flow value.
En una posición siguiente “F” del conducto 2, está interpuesto un ventilador 10, con el fin de generar una conducción forzada de aire ambiente a través del conducto 2.In a next position "F" of the duct 2, a fan 10 is interposed, in order to generate a forced conduction of ambient air through the duct 2.
En una posición siguiente “G” del conducto 2, se produce la toma de una muestra de la mezcla gaseosa de gas patrón con aire ambiente, donde dicho punto “G” está conectado mediante un ramal 12 a la entrada del analizador de gases 20 a analizar, de modo que una parte de la mezcla gaseosa de gas patrón con aire ambiente que circula por el interior del conducto del sistema de calibración 1 es introducido en el analizador de gases 20 para ser medido durante el proceso de calibración.In a next position "G" of conduit 2, a sample of the standard gas gas mixture with ambient air is taken, where said point "G" is connected by means of a branch 12 to the inlet of the gas analyzer 20 to analyze, so that a part of the gaseous mixture of standard gas with ambient air that circulates inside the duct of the calibration system 1 is introduced into the gas analyzer 20 to be measured during the calibration process.
En una posición siguiente al punto “G” del conducto 2 se dispondría la abertura 4 de salida de aire ambiente hacia el exterior.In a position next to point "G" of the duct 2, the opening 4 for the outlet of ambient air to the outside would be arranged.
El sistema de calibración 1 de un analizador de gases 20 comprende también distintas tomas de medidas de la temperatura, humedad y presión de la mezcla gaseosa en distintos puntos del conducto 2 (en concreto en el punto “A”, “D”, “F” y “G”) por medios de respectivos sensores de temperatura, humedad y presión. Estas medidas pueden ser enviadas a la unidad de procesamiento y sirven para hacer el cálculo de la densidad de la mezcla gaseosa. Dicha densidad es preferentemente calculada en el punto “D” de medición del caudal de la mezcla gaseosa en base a las medidas obtenidas de temperatura, humedad y presión. Puede obtenerse la densidad en otros puntos del conducto en base a las medidas de temperatura, humedad y presión obtenidas, siendo dichas medidas adicionales de densidad utilizadas como comprobación del valor de densidad obtenido en el punto “D”.The calibration system 1 of a gas analyzer 20 also includes different measurements of the temperature, humidity and pressure of the gas mixture at different points of the conduit 2 (specifically at point "A", "D", "F ” and “G”) by means of respective temperature, humidity and pressure sensors. These measurements can be sent to the processing unit and are used to calculate the density of the gas mixture. Said density is preferably calculated at point "D" for measuring the flow rate of the gas mixture based on the measurements obtained from temperature, humidity and pressure. The density can be obtained at other points in the duct based on the temperature, humidity and pressure measurements obtained, said additional density measurements being used as verification of the density value obtained at point "D".
Por medio de una unidad de procesamiento (no mostrada en la figura 1) se puede determinar de manera automática mediante un cálculo determinado la cantidad de gramos del gas a estudio. En dicho cálculo se tienen en cuenta los siguientes parámetros: la concentración Xi (ppm) del gas a estudio que pasa por el ramal 12 en “parte por millón” medida por el analizador de gases 20, la medida de caudal Qi de la mezcla gaseosa medida por el medidor del caudal 8 del sistema de calibración 1 y la densidad p del gas a estudio. Este valor, correspondiente a la cantidad de gramos del gas a estudio calculado por la unidad de procesamiento, es enviado al analizador de gases 20 y sirve como valor de referencia para la calibración del analizador de gases 20.By means of a processing unit (not shown in figure 1) the quantity of grams of the gas to be studied can be determined automatically by means of a determined calculation. In this calculation, the following parameters are taken into account: the concentration Xi (ppm) of the gas under study that passes through the branch 12 in "part per million" measured by the gas analyzer 20, the flow measurement Qi of the gaseous mixture measured by the flow meter 8 of the calibration system 1 and the density p of the gas under study. This value, corresponding to the number of grams of the gas under study calculated by the processing unit, is sent to the gas analyzer 20 and serves as a reference value for the calibration of the gas analyzer 20.
Con particular referencia a la figura 2, se representa un diagrama esquemático con todas las distintas entradas y salidas de la unidad de procesamiento 13. En primer lugar, la unidad de procesamiento recibe los siguientes parámetros de entrada del sistema de calibración 1:With particular reference to figure 2, a schematic diagram is shown with all the different inputs and outputs of the processing unit 13. First of all, the processing unit receives the following input parameters from the calibration system 1:
- Q: caudal de la mezcla gaseosa de gas patrón más aire ambiente que circula por la sección de conducto 2 en un punto “D”, donde Qi es medido por el medidor de caudal 8,- Q: flow rate of the gaseous mixture of standard gas plus ambient air that circulates through the duct section 2 at a point "D", where Q i is measured by the flow meter 8,
- mgas patrón: masa inyectada en el punto “B” de gas patrón medida por un medidor de masa 7,- standard mgas: mass injected at point "B" of standard gas measured by a mass meter 7,
- Ta: temperatura de la mezcla gaseosa en uno o más puntos distintos del conducto 2, donde la Ta en un punto es medida por un respectivo sensor de temperatura,- Ta: temperature of the gaseous mixture at one or more different points of the conduit 2, where the Ta at a point is measured by a respective temperature sensor,
- H: humedad de la mezcla gaseosa en uno o más puntos distintos del conducto 2, donde la H en un punto es medida por un respectivo sensor de humedad, y- H: humidity of the gas mixture at one or more points other than conduit 2, where the H at a point is measured by a respective humidity sensor, and
- Pr: presión de la mezcla gaseosa en uno o más puntos distintos del conducto 2, donde la Pr en un punto es medida por un respectivo sensor de presión.- Pr: pressure of the gaseous mixture at one or more different points of the conduit 2, where the Pr at a point is measured by a respective pressure sensor.
La unidad de procesamiento 13 también recibe el siguiente parámetro de entrada del analizador de gases 20:The processing unit 13 also receives the following input parameter from the gas analyzer 20:
- X : concentración [en ppm] del gas a estudio que pasa por el ramal 12 en “parte por millón”, donde X es medida por el analizador de gases 20.- X : concentration [in ppm] of the gas under study that passes through branch 12 in "part per million", where X is measured by the gas analyzer 20.
Y por último también recibe el siguiente parámetro de entrada:And finally it also receives the following input parameter:
- p : densidad teórica del gas a estudio (valor teórico conocido, es decir que no proviene ni del sistema de calibración 1 ni del analizador de gases 20), pudiendo estar dicho parámetro de densidad teórica almacenado en una unidad de memoria del sistema.- p: theoretical density of the gas under study (known theoretical value, that is to say, it does not come from the calibration system 1 or from the gas analyzer 20), and said theoretical density parameter may be stored in a memory unit of the system.
Y tras el cálculo y procesamiento efectuados por la unidad de procesamiento 13, da como parámetro de salida a: And after the calculation and processing carried out by the processing unit 13, it gives as output parameter:
- mcaic'. masa total calculada del gas a estudio [en g], que envía directamente al analizador de gases 20 para su calibración. -mcaic'. total calculated mass of the gas under study [in g], which is sent directly to the gas analyzer 20 for calibration.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el sistema y método de calibración de un analizador de gases descrito anteriormente es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. Despite the fact that reference has been made to a specific embodiment of the invention, it is clear to a person skilled in the art that the gas analyzer calibration system and method described above is susceptible to numerous variations and modifications, and that all mentioned details can be replaced by other technically equivalent ones, without departing from the scope of protection defined by the attached claims.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202130435A ES2932778A1 (en) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | SISTEMA Y MÉTODO DE CALIBRACIÓN DE UN ANALIZADOR DE GASES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202130435A ES2932778A1 (en) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | SISTEMA Y MÉTODO DE CALIBRACIÓN DE UN ANALIZADOR DE GASES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2932778A1 true ES2932778A1 (en) | 2023-01-25 |
Family
ID=84978199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202130435A Pending ES2932778A1 (en) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | SISTEMA Y MÉTODO DE CALIBRACIÓN DE UN ANALIZADOR DE GASES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2932778A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4094187A (en) * | 1977-07-22 | 1978-06-13 | Champion International Corporation | Stack gas analyzing system with calibrating/sampling feature |
| US4114419A (en) * | 1977-06-06 | 1978-09-19 | Kimbell Charles L | Method of testing an analyzer to determine the accuracy thereof and a volumetric primary standard apparatus for doing same |
| US20090000349A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-01 | General Electric Company | Controlled humidification calibration checking of continuous emissions monitoring system |
| EP2140259A2 (en) * | 2007-04-25 | 2010-01-06 | Procal Analytics Limited | Calibrator for gas analyser |
-
2021
- 2021-05-11 ES ES202130435A patent/ES2932778A1/en active Pending
Patent Citations (4)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2932778 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230125 |