ES2948795T3 - Calibración para detección de gas - Google Patents

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Abstract

Las realizaciones están dirigidas a controlar un flujo de una mezcla de gas en una pluralidad de concentraciones, controlar la temperatura de una cámara en un rango de temperatura, leer, mediante un dispositivo informático que comprende un procesador, valores de absorbancia de gas de un primer detector incluido en la cámara. sobre la pluralidad de concentraciones y sobre el rango de temperatura, generando al menos una de una tabla de consulta y una fórmula matemática para el primer detector basándose en los valores de absorbancia del gas, y provocando al menos una de la tabla de consulta y la fórmula matemática que se almacenará en un segundo detector. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Calibración para detección de gas
Antecedentes
Uno de los problemas más difíciles de superar al diseñar e implementar un detector de gas es la inconsistencia en la absorbancia de gas en un intervalo completo de temperatura (por ejemplo, -55 a 85 grados Celsius). Se requieren múltiples iteraciones de pruebas de temperatura y un tiempo significativo para obtener valores de absorbancia correctos. Esto también impone una limitación en términos de la capacidad del detector para admitir gamas o tipos de gases dinámicos.
Haciendo referencia a la FIG. 1A, se muestra un método 10 para llenar las tablas de corrección de gas. En el bloque 12, una cámara de temperatura se controla manualmente para simular muchas temperaturas ambientales diferentes. En el bloque 14, un diseñador u operador mezcla muchas concentraciones de gas diferentes. En el bloque 16, una superficie de detección de gas del detector se rellena manualmente para la absorción de gas a cada temperatura del bloque 12. En el bloque 18, el firmware del detector se modifica para introducir los valores de absorción al detector o para cambiar una fórmula para garantizar que se calcule una concentración de gas correcta en cada temperatura.
El método 10 normalmente tarda semanas en completarse y puede tener que repetirse varias veces para ganar confianza en la precisión de los resultados. Además, los detectores suelen estar limitados a tipos o gamas de gas predefinidos. Cada vez que el diseñador desea agregar un nuevo tipo de gas, o modificar propiedades o parámetros asociados con un gas que actualmente está siendo monitorizado por un detector, el firmware del detector debe actualizarse.
El documento DE 10 2012 215594 B3 divulga un método para espectroscopia láser de gases que implica derivar variables de concentración de gas a partir de señales derivadas. La concentración/composición del gas se determina en función de una variable de concentración de gas y una función de calibración que incluye una función de calibración principal y una función de calibración de aparato. Las variables de estado del gas y las variables de concentración de gas se eligen en la función de calibración principal de modo que se compensen las características de modulación de la fuente de luz de un espectrómetro. Las propiedades de detección del espectrómetro se tienen en cuenta en la función de calibración del aparato, que se almacena junto con la función de calibración madre en el espectrómetro.
El documento US 5892229 A divulga un método y un aparato para medir el peróxido de hidrógeno en forma de vapor. Se describe la calibración de un espectrómetro para medir la concentración de peróxido de hidrógeno en una mezcla con vapor de agua, en donde se suministra a una cámara una mezcla de gases de referencia que contiene una pluralidad de concentraciones conocidas, y en donde estas concentraciones conocidas se ajustan por medio de un controlador de flujo másico.
El documento US 4 782 232 A divulga un monitor de infrarrojos para medir la presencia de al menos una especie molecular en fase gaseosa que incluye un camino de muestra para contener una muestra que se va a controlar para la especie molecular. Al mismo camino de muestra se proporciona un haz de muestra de emisión de fuente infrarroja de la especie molecular que se va a monitorizar para el paso a través del camino de muestra. El haz de muestra incluye al menos una línea de emisión espectral primaria que es significativamente absorbida por las especies moleculares. La disminución de la intensidad de la al menos una línea de emisión espectral de fuente infrarroja primaria que atraviesa el camino de muestra se detecta como función de la absorción de la al menos una línea por las especies moleculares presentes en la muestra. El monitor de infrarrojos se calibra realizando mediciones de absorbancia para una pluralidad de concentraciones de gas predeterminadas y una pluralidad de temperaturas predeterminadas en un intervalo de temperaturas.
El documento US 2012/078532 A1 divulga sistemas de detección por infrarrojos no dispersivos (NDIR) que emplean un sensor NDIR acoplado a un microprocesador para determinar concentraciones de gas mediante el empleo de metodologías basadas en pendientes que compensan las variaciones de presión, variaciones de temperatura, o ambas, que pueden comparar señales NDIR con datos calibrados. En los sistemas de sensores NDIR que calculan concentraciones de gas utilizando datos de calibración, la fase del cambio en la señal de salida NDIR en respuesta a un cambio en el nivel del emisor de la fuente de infrarrojos se puede medir como parte del proceso de calibración.
Breve compendio
La invención se dirige a un método como se define en la reivindicación 1, comprendiendo el método controlar por medio de un dispositivo informático que comprende un procesador, un dispositivo de flujo másico para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones a un tubo de gas incluido en una cámara; controlar, mediante el dispositivo informático, la temperatura de la cámara en un intervalo de temperaturas; leer, mediante el dispositivo informático, valores de absorbancia de gas de un primer detector incluido en la cámara sobre la pluralidad de concentraciones y en el intervalo de temperaturas; generar, mediante el dispositivo informático, al menos uno de una tabla de consulta y una fórmula matemática que asigna los valores de absorbancia a las concentraciones de gas como un archivo configurado para ser descargado a un segundo detector; y hacer que al menos uno de la tabla de consulta y la fórmula matemática se almacene en el segundo detector.
La invención también se refiere a un sistema como se define en la reivindicación 6, comprendiendo el sistema: una cámara que incluye un tubo de gas y configurada para funcionar en una pluralidad de temperaturas en un intervalo de temperaturas; un dispositivo de flujo másico configurado para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones al tubo de gas; un detector configurado para proporcionar valores de absorbancia de gas correspondientes a una concentración del gas en el tubo de gas; y un dispositivo informático que comprende al menos un procesador y una memoria que tiene instrucciones almacenadas que, cuando son ejecutadas por al menos un procesador, hacen que un dispositivo informático: controle el dispositivo de flujo másico para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones al tubo de gas; controlar la temperatura de la cámara en un intervalo de temperaturas; leer los valores de absorbancia de gas del primer detector correspondientes a las aplicaciones del gas en el tubo de gas en la pluralidad de concentraciones en el intervalo de temperaturas; y generar al menos una tabla de consulta y una fórmula matemática que asigne los valores de absorbancia a las concentraciones de gas como un archivo configurado para ser descargado a una instancia del detector.
Realizaciones preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
La presente divulgación se ilustra a modo de ejemplo y no se limita en las figuras adjuntas en las que números de referencia similares indican elementos similares.
La FIG. 1A es un diagrama de flujo de un método según la técnica anterior;
La FIG. 1B es un diagrama de bloques esquemático que ilustra un sistema informático ejemplar;
La FIG. 1C es un diagrama de bloques de un entorno de sistema ejemplar; y
La FIG. 2 ilustra un diagrama de flujo de un método ejemplar.
Descripción detallada
Se describen realizaciones ejemplares de aparatos, sistemas y métodos para generar y programar automáticamente una superficie de calibración (p. ej., una superficie de calibración estándar) de un detector (p. ej., un detector de gas óptico). En algunas realizaciones, se pueden usar procesos automatizados para recopilar datos. En un detector se puede incluir un algoritmo. El algoritmo, cuando se ejecuta, puede permitir que el detector aprenda las características de cualquier gas (por ejemplo, gas combustible de hidrocarburo, gas tóxico, etc.), linealizar la respuesta del detector a ese gas y proporcionar una salida de detección de gas de camino abierto preciso para el gas, potencialmente sin necesidad de volver a certificar el detector o modificar el firmware del detector.
Haciendo referencia a la FIG. 1B, se muestra un sistema informático ejemplar 100. El sistema informático 100 puede ser parte de un detector. Por ejemplo, al menos una parte del sistema 100 puede asociarse con el firmware del detector.
Se muestra como el sistema 100 incluye una memoria 102. La memoria 102 puede almacenar instrucciones ejecutables. Las instrucciones ejecutables se pueden almacenar u organizar de cualquier manera y en cualquier nivel de abstracción, tal como en conexión con una o más aplicaciones, procesos, rutinas, procedimientos, métodos, etc. Como ejemplo, al menos una parte de las instrucciones se muestran en la FIG. 1B como estando asociadas con un primer programa 104a y un segundo programa 104b.
Las instrucciones almacenadas en la memoria 102 se pueden ejecutar mediante uno o más procesadores, tales como un procesador 106. El procesador 106 se puede acoplar a uno o más dispositivos de entrada/salida (E/S) 108. En algunas realizaciones, los dispositivos de E/S 108 pueden incluir uno o más de un teclado o teclado numérico, una pantalla táctil o panel táctil, una pantalla de exposición, un micrófono, un altavoz, un ratón, un botón, un control remoto, una palanca de control, una palanca de mando, una impresora, un teléfono o dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono inteligente), un sensor, etc. El(los) dispositivo(s) de E/S 108 se pueden configurar para proporcionar una interfaz que permita a un usuario interactuar con el sistema 100.
Como se muestra, el procesador 106 puede acoplarse a un número 'n' de bases de datos, 110-1, 110-2... 110-n. Las bases de datos 110 pueden usarse para almacenar datos, como datos obtenidos de uno o más sensores. En algunas realizaciones, los datos pueden pertenecer a uno o más parámetros asociados con la detección de gas.
Con referencia ahora a la FIG. 1C, se muestra un sistema 150. El sistema 150 puede asociarse con un banco de pruebas o equipo de prueba que puede usarse para completar o seleccionar valores para una tabla de consulta utilizada en la detección de gases.
El sistema 150 puede incluir una cámara 152. La cámara 152 puede ser una estructura cerrada o parcialmente cerrada. La cámara 152 puede usarse para controlar un entorno en el que se coloca un detector 154.
El detector 154 puede representar un ejemplo de una marca y/o modelo particular de detector. Los resultados de una prueba realizada en el detector 154 pueden aplicarse al detector 154 o a otros detectores (por ejemplo, otros ejemplos del detector 154).
La cámara 152 puede incluir un tubo de gas 155. El tubo de gas 155 puede configurarse para llenarse con uno o más gases, potencialmente en una o más concentraciones.
El tubo de gas 155 puede acoplarse a un dispositivo de flujo másico 156. El dispositivo de flujo másico 156 puede mezclar uno o más gases, potencialmente en una o más concentraciones.
El dispositivo de flujo másico 156 puede ser controlado o ser operativo en respuesta a las órdenes proporcionadas por un dispositivo informático o controlador 158. El controlador 158 puede controlar la temperatura de la cámara 152. Por ejemplo, el controlador 158 puede hacer que la temperatura de la cámara 152 se secuencie en un intervalo de temperaturas, potencialmente en etapas discretas. El controlador 158 puede hacer que el dispositivo de flujo másico 156 proporcione una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones al tubo de gas 155.
A cada temperatura en la secuencia de temperatura, el controlador 158 puede leer del detector 154 un valor de absorbancia que coincide con la concentración de gas dictada por el dispositivo de flujo másico 156. El controlador 158 puede generar una tabla de consulta o una fórmula matemática que asigna el valor de absorbancia a la concentración de gas. Se pueden aplicar uno o más factores de corrección para tener en cuenta cualquier diferencia entre la salida de concentración de gas real por el dispositivo de flujo másico 156/tubo de gas 155 y la concentración de gas detectada por el detector 154. Pueden usarse técnicas de interpolación (por ejemplo, técnicas de linealización) para generar datos o valores para temperaturas o concentraciones que no se aplicaron al detector 154 en la cámara 152.
Los sistemas 100 y 150 son ilustrativos. En algunas realizaciones, una o más de las entidades pueden ser opcionales. En algunas realizaciones, se pueden incluir entidades adicionales que no se muestran. En algunas realizaciones, las entidades se pueden disponer u organizar de una manera diferente de la que se muestra en las FIGS. 1B-1C. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la memoria 102 puede acoplarse o combinarse con una o más de las bases de datos 110.
Las realizaciones de la divulgación pueden usarse para automatizar la recopilación de datos. En algunas realizaciones, los datos se pueden usar para completar una curva de calibración, una superficie o una tabla de consulta. Se pueden añadir o modificar parámetros para gases. Los parámetros pueden basarse en la tecnología de detección óptica de gases. En este sentido, al llenar o modificar una tabla de consulta, es posible que no sea necesario modificar el firmware asociado con un detector para cada tipo de gas, eliminando así la necesidad de volver a aprobar, volver a certificar o volver a probar el firmware.
Cambiando ahora a la FIG. 2, se muestra un diagrama de flujo de un método ejemplar 200. El método 200 se puede ejecutar al menos parcialmente por uno o más sistemas, componentes o dispositivos, tales como los descritos en la presente memoria (p. ej. el sistema 100). El método se puede usar para llenar una tabla de consulta usada en la detección de gas.
En el bloque 202, se puede diseñar el firmware para un detector. Por ejemplo, el firmware puede diseñarse para mantener una superficie de valores de absorbancia de gas para un intervalo de temperaturas completo, potencialmente sujeto a modificación utilizando una interfaz de comunicación.
En el bloque 204, se puede generar un algoritmo. El algoritmo puede configurarse para realizar una o más tareas, como las que se describen a continuación en relación con el bloque 206-216.
En el bloque 206, se puede controlar la temperatura de una cámara. Por ejemplo, la temperatura de la cámara se puede establecer en un valor particular.
En el bloque 208, se puede controlar un dispositivo de flujo másico. El dispositivo de flujo másico puede mezclar una cantidad o concentración conocida o predeterminada de gas o gases. Por ejemplo, el dispositivo de flujo másico puede permitir un flujo de un solo gas a la vez, potencialmente en una pluralidad de concentraciones.
En el bloque 210, se puede leer un valor de absorbancia del detector. La lectura realizada en el bloque 210 puede realizarse para cada concentración y temperatura de gas.
En el bloque 212, en función de los valores leídos en el bloque 210, se puede generar una o más tablas de consulta. Además, o alternativamente, se puede generar o modificar una o más fórmulas matemáticas para calcular una concentración de gas. La tabla de consulta y/o las fórmulas matemáticas pueden organizarse como parte de uno o más archivos.
En el bloque 214, la(s) tabla(s) y/o fórmula(s) del bloque 212 pueden almacenarse en el detector. Por ejemplo, la(s) tabla(s) y/o la(s) fórmula(s) pueden descargarse al detector con el fin de almacenarlas. En algunas realizaciones, la operación de almacenamiento del bloque 214 puede realizarla un fabricante del detector. En algunas realizaciones, otra parte (p. ej., un minorista o mayorista, un usuario o consumidor final, etc.) puede realizar la operación de almacenamiento del bloque 214. Por ejemplo, un fabricante o proveedor del detector puede proporcionar un archivo que incluya la(s) tabla(s) y/o fórmula(s) para que otra parte lo descargue en el detector.
En el bloque 216, el detector (por ejemplo, el firmware del detector) puede calcular una concentración de gas usando uno o más valores de la(s) tabla(s) de consulta o una o más fórmulas matemáticas. El detector puede generar la concentración de gas calculada en una o más formas. En algunas realizaciones, la salida puede incluir una indicación de advertencia si la concentración de gas detectada supera un umbral. De esta manera, el detector puede usarse para advertir sobre una condición de gas peligroso.
El método 200 es ilustrativo. En algunas realizaciones, uno o más de los bloques u operaciones (o una parte de los mismos) pueden ser opcionales. En algunas realizaciones, se puede incluir uno o más bloques u operaciones adicionales que no se muestran. En algunas realizaciones, los bloques u operaciones se pueden ejecutar en un orden o secuencia que es diferente de lo que se muestra en la FIG. 2.
Las realizaciones de la divulgación se pueden usar para automatizar el llenado de una tabla de consulta o fórmula usada en la detección de gas, ahorrando así tiempo y trabajo. En el caso de que se necesite un cambio o actualización, como cuando el detector debe detectar una (concentración de un) gas adicional, se puede generar una tabla de consulta o un archivo de fórmula para incorporar el cambio/actualización. La tabla de consulta o el archivo de fórmulas se pueden descargar posteriormente al detector para facilitar el cambio/actualización. A este respecto, la tabla de consulta o fórmula puede usarse para complementar, y no reemplazar, el firmware asociado con un caso de un detector.
Los aspectos de la invención se han descrito en términos de formas de realizaciones ilustrativas de la misma. Muchas otras realizaciones, modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas se les ocurrirán a los expertos en la técnica a partir de una revisión de esta divulgación.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método que comprende:
controlar, por medio de un dispositivo informático (100; 158) que comprende un procesador (106), un dispositivo de flujo másico (156) para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones a un tubo de gas (155) incluido en una cámara (152); controlar, mediante el dispositivo informático (100; 158), una temperatura de la cámara (152) en un intervalo de temperaturas;
leer, por el dispositivo informático (100; 158), valores de absorbancia de gas de un primer detector (154) incluido en la cámara (152) en la pluralidad de concentraciones y en el intervalo de temperaturas;
generar, mediante el dispositivo informático (100; 158), al menos uno de una tabla de consulta y una fórmula matemática que asigna los valores de absorbancia a las concentraciones de gas como un archivo configurado para ser descargado a un segundo detector (154); y
hacer que al menos una de la tabla de consulta y la fórmula matemática se almacene en el segundo detector (154).
2. El método de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de concentraciones corresponden a concentraciones discretas en un intervalo de concentraciones del gas, y en donde la temperatura de la cámara (152) se controla en el intervalo de temperaturas en función de una aplicación de temperaturas discretas.
3. El método de la reivindicación 1, que comprende además:
aplicar un factor de corrección a la al menos una de una tabla de consulta y una fórmula matemática para tener en cuenta la diferencia entre una concentración real de la salida de gas por el dispositivo de flujo másico (156) y una concentración de gas detectada por el primer detector (154).
4. El método de la reivindicación 1, en donde el segundo detector (154) corresponde a un caso del primer detector (154).
5. El método de la reivindicación 1, en donde el segundo detector (154) y el primer detector (154) son el mismo detector.
6. Un sistema que comprende:
una cámara (152) que incluye un tubo de gas (155) y configuro para funcionar en una pluralidad de temperaturas dentro de un intervalo de temperaturas;
un dispositivo de flujo másico (156) configurado para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones al tubo de gas (155); un detector (154) configurado para proporcionar valores de absorbancia de gas correspondientes a una concentración del gas en el tubo de gas (155); y
un dispositivo informático (100; 158) que comprende al menos un procesador (106) y una memoria (102) que tiene instrucciones almacenadas que, cuando son ejecutadas por el al menos un procesador (106), hacen que el dispositivo informático (100; 158):
controle el dispositivo de flujo másico (156) para mezclar gases en una pluralidad de concentraciones para proporcionar una secuencia de concentraciones de un gas en un intervalo de concentraciones al tubo de gas (155); controle la temperatura de la cámara (152) en un intervalo de temperaturas;
lea los valores de absorbancia de gas del primer detector (154) correspondientes a las aplicaciones del gas en el tubo de gas (155) en la pluralidad de concentraciones en el intervalo de temperaturas; y
genere al menos uno de una tabla de consulta y una fórmula matemática que asigna los valores de absorbancia a las concentraciones de gas como un archivo configurado para ser descargado a un caso del detector (154).
7. El sistema de la reivindicación 6, en donde el archivo se configura para complementar y no reemplazar el firmware en el caso del detector (154).
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