FI96993B - Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten - Google Patents
Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten Download PDFInfo
- Publication number
- FI96993B FI96993B FI924788A FI924788A FI96993B FI 96993 B FI96993 B FI 96993B FI 924788 A FI924788 A FI 924788A FI 924788 A FI924788 A FI 924788A FI 96993 B FI96993 B FI 96993B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measured
- gas
- temperature
- measuring
- measuring channel
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 title description 56
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 32
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 32
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000001745 non-dispersive infrared spectroscopy Methods 0.000 claims 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
- G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N2021/3536—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis using modulation of pressure or density
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
- G01N21/61—Non-dispersive gas analysers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
96996
Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen optiseen absorptioon perustuva kaasujen pitoisuuden itsekalibroiva mittausmenetelmä. Keksintö on tarkoitettu erityisesti 5 ei-dispersiivisten IR-mittausten (NDIR) itsekalibroivaksi menetelmäksi.
NDIR-mittauksessa on aallonpituusalue valittu niin, että absorptio mitattavassa kaasussa on mahdollisimman voimakasta. Absorptio pienentää mitattavaa säteilyn intensiteettiä, jonka perusteella kaasun pitoisuus voidaan määrittää. Tyypillisesti säteilylähteenä käytetään 10 hehkulamppua ja haluttu aallonpituusalue valitaan suodattimena. Menetelmän epäkohtana on lampun intensiteetin vaihtelun ja optisen kanavan likaantumisen aiheuttamat mittausvirheet. Lisäksi detektorin herkkyyden muuttuminen voi heikentää mittaustarkkuutta.
NDIR-mittalaitteen epästabiilisuuden vuoksi joudutaan mittalaite kalibroimaan useasti 15 kalibrointikaasujen avulla. Toinen mahdollisuus on referenssimittauksen käyttö, jolla mitattavaa kaasua sisältävään mittauskanavaan tulevan säteilyn intensiteetti voidaan erikseen mitata.
Tunnetun tekniikan mukaisessa ratkaisussa referenssimittauksessa käytetään suodinta, jonka 20 aallonpituusalue on valittu niin, että absorptio kaasussa olisi mahdollisimman pieni. Referenssiaallonpituusalueella mitattavaa säteilyn intensiteetin arvoa verrataan kaasun absorptiokaistalla mitattavaan arvoon. Menetelmässä joudutaan käyttämään kahta eri suodinta ja suodattimien liikuttaminen aiheuttaa sen, että menetelmä on mekaanisesti monimutkainen.
25 US-patentista 4 709 150 tunnetaan ratkaisu, jossa optisen kanavan likaantuminen on pyritty estämään tekemällä mittauskanava huokoisesta materiaalista, jonka mitattava kaasu helposti läpäisee, mutta estää ilman suurempien epäpuhtauksien pääsyn mittauskanavaan. Huokoisena materiaalina voidaan käyttää sopivaa muovia tai huokoista ruostumatonta 30 terästä. Ratkaisun epäkohtana on, että se ei poista lampun intensiteetin heikkenemisen aiheuttamaa mittausvirhettä.
US-patentissa 4 500 207 on kuvattu mittauslaite- ja menetelmä, jossa mittauskanavan painetta vaihdellaan vakio lämpötilassa mittauskanavan seinämässä olevan liikuteltavan 2 : 9699ο kalvon avulla. Paineen vaihtelu NDIR-mittauksessa muuttaa mitattavan kaasun tiheyttä, jolloin mitattavasta kaasusta saadaan lisätietoa, jota voidaan käyttää lampun ikääntymisen ja likaantumisen aiheuttaman epästabiilisuuden eliminoimiseen. Vaikka liikuteltava kalvo voidaan toteuttaa samalla periaatteella kuin kovaääninen, on menetelmä mekaanisesti S monimutkainen. Toisena epäkohtana on se, että paineen vaihtelun aikaansaamiseksi mittauskanava joudutaan sulkemaan ympäristöstä kanavalla, jossa kaasun diffuusio on pientä. Tämä saa aikaan sen, että mittalaitteella on suhteellisen pitkä vasteaika ympäristön kaasupitoisuuden muutoksiin.
10 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuuksia ja aikaansaada uudentyyppinen menetelmä kaasun pitoisuuden mittaamiseksi.
Keksintö perustuu siihen, että mittauskanavaa lämmitetään ja, että optinen absorptiomittaus suoritetaan ainakin kahdessa eri lämpötilassa. Mittauskanavan lämpötilaa voidaan erikseen 15 mitata. Keksinnössä käytetään hyväksi sitä, että kaasun lämmitessä mittauskanavassa sen tiheys pienenee ja mitattavan kaasun absorptiokerroin muuttuu. Mittauskanavaa lämmitetään niin nopeasti, että mitattavan kaasun pitoisuus ei ehdi muuttua eri lämpötiloissa tehtävän absorptiomittauksen aikana. Ainakin kahdessa eri lämpötilassa ja eri absorptiokertoimen arvolla tehtävä mittauskanavan läpäisevän säteilyn intensiteetin mittaus 20 antaa riittävästi lisätietoa mittalaitteen epästabiilisuustekijöiden eliminoimiseksi.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
25 Keksinnön avulla saavutetaan merkittäviä etuja.
Keksintö mahdollistaa mittalaitteen kalibroinnin mittausolosuhteissa, eikä erillisten kalibrointikaasujen käyttö ole tarpeellista. Keksinnössä käytetään hyväksi sitä, että mittauskanavan lämmittäminen ja lämpötilan mittaaminen on helppoa ja halpaa. 30 Mittausmenetelmää käyttävästä mittalaitteesta on mahdollista tehdä yksinkertainen ja kestävä, koska liikkuvien osien käyttö ei ole tarpeellista. Mittauskanava ja lämmitysvastus voidaan tehdä niin, että mitattavan kaasun lämpötilan muuttaminen ja kalibroiminen on • nopeaa verrattuna kaasun pitoisuuden muutokseen. Riittävän usein tapahtuva kalibrointi
II
9699ό 3 poistaa NDIR-mittalaitteen epästabiilisuuden aiheuttaman mittauksen epätarkkuuden ja pidentää ratkaisevasti mittalaitteen huoltoväliä.
Keksintö käsittää myös mittausmenetelmän, jossa mittauskanavan lämpötilaa moduloidaan 5 jatkuvasti ainakin kahden eri lämpötilan välillä. Tällöin mittausmenetelmä vastaa kalibrointimenetelmää, jossa kalibrointi suoritetaan jokaisen mittauksen jälkeen. Keksintöön perustuva laitteisto on mahdollista valmistaa niin, että yksi lämmityssykli kestää noin minuutin. Monissa NDIR-mittauksen sovellutuksissa on riittävää, kun kaasun pitoisuuden mittaus tehdään likimain kerran minuutissa.
10
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustuksen mukaisen sovellusesimerkin avulla.
Kuvio 1 esittää graafisesti detektorille saapuvan säteilyn intensiteettiä absorboivan kaasun 15 osapaineen funktiona, kun mittauskanava on kahdessa eri lämpötilassa.
Kuvio 2.a esittää graafisesti mittauskanavan lämpötilaa ajan funktiona keksinnön mukaista kalibrointimenetelmää käytettäessä ja kuvio 2.b keksinnön mukaista mittausmenetelmää käytettäessä.
20
Kuvio 3 esittää yhtä keksinnön mukaiseen kalibrointiin perustuvaa anturirakennetta.
Kuvio 4 esittää yhtä kaasun pitoisuutta mittaavaa laitteistoa, jossa käytetään kuvion 3 mukaista anturia.
25
Kun tarkastellaan aallonpituusaluetta, jolla mitattava kaasu absorboi säteilyä, noudattaa mittauskanavaan tulevan säteilyn intensiteetti Iq ja siitä lähtevän säteilyn intensiteetti I Lambert-Beerin absorptiolakia (1) 30 missä a(T) on lämpötilasta T riippuva mitattavan kaasun absorptiokerroin, p mitattavan kaasun osapaine ja l mittauskanavan pituus. Kuviossa 1 on esitetty mittauskanavasta 9699ύ 4 ; läpäisseen säteilyn intensiteetti kaasun osapaineen funktiona kahdessa eri lämpötilassa. Korkeammassa lämpötilassa absorptio kaasussa on pienempää.
Kun mittauslämpötila on Tj ja detektorin havaitseman säteilyn intensiteetti Il5 voidaan 5 kaasun osapaine määrittää kaavalla P—^r.x(lofl(«-loe(/,)) 12) NDIR-mittalaitteen lähtösignaali ilmaisee tavallisesti kaasun pitoisuuden, joka on suoraan verrannollinen tietyssä kaasuseoksen kokonaispaineessa ja lämpötilassa mitattuun kaasun osapaineeseen. Kaavan 2 perusteella suoritettava linearisointi voidaan tehdä elektronisin keinoin analogisessa muodossa, mutta helpoiten linearisointi tapahtuu digitaalisessa 10 muodossa mikroprosessorin avulla. NDIR-mittalaitteen epästabiilisuuden pääasiallisena syynä on mittauskanavaan tulevan säteilyn intensiteetin (Iq) vaihtelu ja se aiheuttaa offset-tyyppisen mittavirheen.
Oletetaan, että kuvion 2.a mukaisessa kalibrointitilanteessa mittauskanavaa lämmitettäessä, 15 mitattavan kaasun pitoisuus mittapaikalla on likimain vakiosuuruinen. Tällöin myös mitattavan kaasun osapaine ei muutu, kun kokonaispaine pysyy lämmityksen aikana vakiosuuruisena. Kalibrointimittaus tehdään niin nopeasti, että myös lampun intensiteetti voidaan olettaa likimain vakiosuuruiseksi. Kun mittauskanava on lämmitetty lämpötilaan T2 ja detektorin mittaama säteilyn intensiteetti on I2 saadaan kaavaa 2 vastaavasti • £=-7^/(^9(/0)-^9(/2)) (3) a(T2)l 20 Absorptiokerroin a(T) muuttuu mittauskanavaa lämmitettäessä, mistä on seurauksena se, että detektorin mittaaman säteilyn intensiteetin arvo on eri suuri eri lämpötiloissa. Kaavoista 2 ja 3 voidaan ratkaista tekijän log(Io) arvo, kun lämpötilojen Tj ja T2 arvot oletetaan tunnetuiksi iog(/i)-^7^xiog(/2) iog(/o)=-^- (4) «(Ta)
II
9699ό 5
Jotta kaavaa 4 voidaan soveltaa, on tiedettävä absorptiokertoimen muutos lämpötilan funktiona. Tekijän log(lo) arvo voidaan tällöin laskea mikroprosessorin avulla ja laskettua arvoa käytetään korjaamaan kaavan 2 perusteella saatavaa osapaineen arvoa.
5 Keksinnön vaihtoehtoisessa kuvion 2.b mukaisessa mittausmenetelmässä mittauskanavan lämpötilaa moduloidaan jatkuvasti ja kaasun pitoisuus lasketaan matalassa lämpötilassa T, ja korkeassa lämpötilassa T2 mitattujen säteilyn intensiteettien arvojen I, ja I2 perusteella. Kaavojen 2 ja 4 perusteella saadaan kaavaksi p=—-—x---xlog(—) «(7;)/ «(^ 1 V «σ,) 10 Kalibrointi- ja mittausmenetelmän tarkkuus paranee oleellisesti, kun mittauskanavan lämpötilat T, ja T2 mitataan erikseen lämpötila-anturilla ja mitattujen lämpötilan arvojen perusteella lasketaan absorptiokertoimen arvo.
Sovellutuksissa, joissa tarkkuusvaatimus ei ole suuri, voidaan keksinnön mukaista 15 menetelmää soveltaa ilman erillistä lämpötilan mittausta. Tällöin mittauskanavaa lämmitetään aina vakiosuuruisella teholla, joilloin mittauskanava lämpiää tietyssä ajassa aina likimain yhtä korkeaan lämpötilaan, jossa suoritetaan säteilyn intensiteetin mittaus. Ympäristön lämpötilan muutokset aiheuttavat tällöin kuitenkin kalibrointi- ja mittausmenetelmään epätarkkuutta.
20
Jotta keksinnön mukaista kalibrointi- ja mittausmenetelmää voidaan käyttää, on tiedettävä tarkkaan miten lämpötila vaikuttaa absorptiokertoimeen. Säteilyn absorptio mittauskanavassa on suoraan verrannollinen absorboivien kaasumolekyylien lukumäärään, mistä seuraa • < • kaasun tiheyden vaikutus absorptiokertoimeen.
25
Tietyssä tilavuudessa ja paineessa kaasumolekyylien lukumäärä vähenee lämpötilan kasvaessa ideaalikaasulain mukaan pV=nRT (6) 6 96996 missä p on paine, V tilavuus, n kaasumolekyylien lukumäärä mooleina, R kaasuvakio ja T absoluuttinen lämpötila. Ideaalikaasulakia voidaan soveltaa, sekä kaasuseoksen mittauskanavassa aiheuttamalle kokonaispaineelle, että mitattavan kaasun aikaansaamalle osapaineelle. Kaavan 6 perusteella pysyy mitattavan kaasun tiheyden p ja lämpötilan tulo S vakiosuuruisena mittauskanavassa lämpötilan muuttuessa, kun paine on vakiosuuruinen p17^=p27^ (7)
Kaavassa p,on mitattavan kaasun tiheys lämpötilassa T, ja p2 tiheys lämpötilassa T2.
Sen lisäksi, että lämpötila vaikuttaa tietyssä tilavuudessa olevien kaasumolekyylien 10 lukumäärään, vaikuttaa se myös molaariseen absorptiokertoimeen. Infrapuna-alueella molekyylin absorptiospektri koostuu useista eri rotaatio-vibraatiosiirtymien muodostamista eri aallonpituuksille osuvista spektriviivoista. Lämpötila vaikuttaa kuhunkin näistä spektriviivoista erilailla. Kun mittaukseen käytettävälle aallonpituuskaistalle osuu useampi spektriviiva, joudutaan jokaisen spektriviivan lämpötilariippuvuus määrittämään erikseen. 15 On mahdollista määrittää teoreettisesti eri spektriviivojen lämpötilariippuvuuden kokonaisvaikutus molaariseen absorptiokertoimeen mittaukseen käytettävällä aallonpituusalueella. Helpointa on kuitenkin määrittää lämpötilariippuvuus kokeellisesti.
Oletustilanteessa otetaan huomioon vain kaasun tiheyden muutoksen vaikutus absorptioker-20 toimeen. Mitattava kaasu on hiilidioksidi, jonka pitoisuus mittauskanavassa on 1000 ppm, kun lämpötila on 300 K. Valolähteenä käytetään mustan kappaleen säteilijää. Valolähteen ja detektorin välissä on suodatin, joka läpäisee vain C02:n absorptiokaistan. Lasketaan kaavan 1 perusteella detektorille tuleva säteilyn intensiteetti, kun käytetään seuraavia arvoja: 25 «
L T, = 300 K
T2 = 350 K
Io = 100 pW
1 = 5 cm 30 a (Tl) = 2,0 * 10'5 cm'ppnv1 (T= 300 K) 9699ό 7
Absorptiokertoimien suhteeksi saadaan tässä tapauksessa kaavan 7 perusteella g(7~i) _ ^2 (8) «(7^ η
Detektorille tulevan valon intensiteetin arvot kahdessa eri lämpötilassa ovat: 5 lämpötila säteilyn intensiteetti
300 K 90,5 /xW
350 K 91,8 μ\ν
Fotoj oh tavan tai pyrosähköisen detektorin herkkyys on riittävä havaitsemaan edellä esitetyn 10 suuruisen säteilyn intensiteetin muutoksen ja keksinnön mukainen kalibrointi voidaan tehdä riittävällä tarkkuudella.
Keksinnön mukaisen kalibrointimenetelmän tarkkuus paranee Tj.n ja T2:n välisen lämpötilaeron kasvaessa ja sen tulisi olla ainakin 50 °C.
15
Detektorilta saatava jännite on likimain suoraan verrannollinen mitattavan säteilyn intensiteettiin. Tästä on kalibrointi-ja mittausmenetelmän kannalta se etu, että menetelmä poistaa detektorin herkkyyden muuttumisen aiheuttaman mittauksen epätarkkuuden. Esim. fotoj oh tavan tai pyrosähköisen detektorin vaste noudattaa tarkasti kaavaa V=GI O) 20 missä V on detektorilta saatava jännite ja G detektorin herkkyys. Detektorin herkkyyden muutoksen vaikutuksen eliminointi selittyy sillä, että kaavassa 5 esiintyy vain eri lämpötiloissa mitattujen säteilyn intensiteettien I, ja I2 suhde, eikä kummankaan tarkkaa absoluuttista arvoa tarvitse erikseen tietää.
25
Kuviossa 3 on esitetty yksi mahdollinen tapa toteuttaa anturi, joka soveltuu keksinnön mukaiseen kalibrointiin ja mittausmenetelmään. Säteilylähteenä 2 käytetään hehkulamppua ' (musta kappale) ja sopiva aallonpituusalue valitaan suodattimen 5 avulla. Säteilylähteenä 9699ύ 8 voidaan myös käyttää mitattavaa kaasua sisältävää spektraalivalolähdettä tai puolijohde-LED:iä. Mittauskanavan 3 läpäisseen säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla 4. Detektoriksi soveltuvat esim. kaupalliset fotojohtavat tai pyrosähköiset detektorit. Mittauskanavan seinämä valmistetaan huokoisesta materiaalista, jonka mitattava kaasu 5 läpäisee hyvin diffusoitumalla. Tämä helpottaa mittauskanavan kaasuseoksen lämmittämistä, koska diffuusioeste pienentää lämmön siirtymistä konvektiolla ympäristön ja mittauskanavan välillä. Mittauskanavan materiaaliksi soveltuu hyvin huokoinen muovi tai ruostumaton teräs. Kalibrointimenetelmälle on eduksi, jos mittauskanavan terminen massa olisi mahdollisimman pieni, jotta mittauskanavan lämmittäminen olisi mahdollisimman 10 nopeaa. Kuviossa 3 on lämmitykseen käytetty mittauskanavan ympärille kiedottua vastuslankaa 6. Lämpötilan mittaukseen voidaan käyttää platinavastusta 7 tai jotain muuta kaupallista lämpötila-anturia. On myös mahdollista käyttää mittauskanavan lämmittämiseen ja lämpötilan mittaamiseen samaa vastuselementtiä. Tarvittava mittauskanavan pituus riippuu mitattavan kaasun absorptiokertoimesta ja pitoisuusalueesta. Esimerkiksi mittaus-15 kanavan pituudeksi riittää 5 cm, kun halutaan mitata ympäristön C02-pitoisuuksia.
Kalibrointimenetelmän vaatiman lämmityssyklin nopeuttamiseksi voidaan matalampi lämpötila T! myös pitää ympäristön lämpötilaa korkeampana. Tällöin jäähtyminen korkeammasta lämpötilasta T2 matalampaan lämpötilaan Tt on nopeampaa.
20
Kahden lämpötilan kalibrointimenetelmä on mahdollista laajentaa kalibroinniksi, joka käsittää useammissa lämpötiloissa tehtävän mittauksen. Tällöin voidaan parantaa *' NDIR-mittalaitteen vasteen lineaarisuutta.
25 Kuviossa 4 on esitetty lohkokaavio laitteistosta, jossa optisena anturina voidaan käyttää kuvion 3 mukaista anturia, ja jonka lähtösignaali on verrannollinen mitattavan kaasun pitoisuuteen. Kuvion 4 mikroprosessoripohjainen laitteisto mahdollistaa pitoisuusmittausten tekemisen keksinnön mukaista kalibrointi- tai mittausmenetelmää käyttäen.
30 Optisen anturin muodostaa lamppu 9, mittauskanava 10 ja detektori 11. Mittauskanavan lämpötila mitataan lämpötila-anturilla 16 ja lämmitykseen käytetään lämpövastusta 18, joka on kytketty teholähteeseen 17. Lampun lähettämän säteilyn intensiteettiä moduloidaan sopivalla taajuudella käyttämällä moduloitua teholähdettä 8. Detektori 11 mittaa 9 96996 moduloidun säteilyn intensiteetin arvon ja detektorilta saatava signaali vahvistetaan vahvistimella 12. Vahvistimen lähtöjännite digitalisoidaan A/D-muuntajalla 13 ja signaali syötetään mikroprosessorille 14. Lämpötila-anturin 16 lähtöjännite muutetaan myös digitaaliseen muotoon A/D-muuntajalla 13 ennen signaalin syöttöä mikroprosessorille 14.
5 Mikroprosessori hoitaa keksinnön mukaisen kalibrointi- ja mittausmenetelmän vaatimat aikajaetut toiminnat: mittauskanavan lämmityksen, lämpötilan mittauksen ja säteilyn intensiteetin mittauksen, sekä mittaustietojen käsittelyn. Mittaustulosten perusteella mikroprosessori laskee edellä esitettyjen algoritmien perusteella mitattavan kaasun pitoisuuden. Mittaustulos muutetaan D/A-muuntimella 15 lähettimen ulostulojännitteeksi.
Claims (5)
1. Kalibrointimenetelmä kaasun pitoisuuden mittausta varten optiseen absorptioon perustuvalla NDIR-menetelmällä, jossa menetelmässä 5 - mitattavaan kaasuun kohdistetaan säteilyä ainakin osittain ympäristöstä erotetussa mittauskanavassa (3), - kaasun läpäisseen säteilyn intensiteetti mitataan, 10 - mitatun intensiteetin perusteella lasketaan kaasun pitoisuus, - laitteiston kalibroimiseksi mitattavan kaasun olosuhteita poikkeutetaan kontrolloidusti, jolloin säteilyn intensiteetin arvo muuttuu, ja 15 - mitataan säteilyn intensiteetin arvo ainakin kahdessa tunnetussa olosuhteessa, minkä perusteella kalibroidaan mittauslaitteisto tunnettu siitä, että 20 - olosuhteita poikkeutetaan lämmittämällä mitattavaa kaasua niin lyhytaikaisesti, ettei kaasun pitoisuus ehdi muuttua, jolloin kaasun tiheys pienenee lämpötilan kasvaessa mitattavan kaasun osapaineen pysyessä likimain vakiosuuruisena. 25
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavan kaasun lämpötilaa mitataan erikseen lämpötila-anturilla (7).
3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mittaus 30 suoritetaan mittauskanavassa (3), joka muodostuu lämpövastuksella lämmitettävästä dif- fuusiokanavasta, joka läpäisee hyvin mitattavaa kaasua, mutta rajoittaa konvektiota mittauskanavan sisältämän kaasuseoksen ja ympäristön välillä. 9699ό 11
4. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavan kaasun lämpötilaa moduloidaan jatkuvasti ja laitteiston vaste muodostetaan ainakin kahdessa eri mitattavan kaasun lämpötilassa mitatun säteilyn intensiteetin ja tunnettujen mitattavan kaasun lämpötilojen perusteella. 5
5. Patenttivaatimuksen 1, 2 ja 4 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mittaus-kanavan (3) lämpötila pidetään koko ajan ympäristön lämpötilaa korkeampana. 12 96996
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI924788A FI96993C (fi) | 1992-01-30 | 1992-10-22 | Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten |
| US08/001,636 US5369278A (en) | 1992-01-30 | 1993-01-07 | Calibration method for gas concentration measurements |
| GB9300384A GB2263766B (en) | 1992-01-30 | 1993-01-11 | Calibration method for gas concentration measurements |
| JP01035093A JP3306833B2 (ja) | 1992-01-30 | 1993-01-26 | ガス濃度測定のための校正法 |
| FR9300822A FR2687785B1 (fr) | 1992-01-30 | 1993-01-27 | Procede d'etalonnage pour des mesures de concentration d'un gaz. |
| DE4302385A DE4302385C2 (de) | 1992-01-30 | 1993-01-28 | Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einer Gasprobe |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI920410 | 1992-01-30 | ||
| FI920410A FI920410A0 (fi) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | Kalibreringsfoerfarande foer gashaltsmaetning. |
| FI924788A FI96993C (fi) | 1992-01-30 | 1992-10-22 | Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten |
| FI924788 | 1992-10-22 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI924788A0 FI924788A0 (fi) | 1992-10-22 |
| FI924788A FI924788A (fi) | 1993-07-31 |
| FI96993B true FI96993B (fi) | 1996-06-14 |
| FI96993C FI96993C (fi) | 1996-09-25 |
Family
ID=26159144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI924788A FI96993C (fi) | 1992-01-30 | 1992-10-22 | Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5369278A (fi) |
| JP (1) | JP3306833B2 (fi) |
| DE (1) | DE4302385C2 (fi) |
| FI (1) | FI96993C (fi) |
| FR (1) | FR2687785B1 (fi) |
| GB (1) | GB2263766B (fi) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPM982094A0 (en) * | 1994-12-02 | 1995-01-05 | Gas Tech Australia Pty Ltd | Gas detector |
| FI100827B (fi) * | 1995-03-22 | 1998-02-27 | Vaisala Oy | NDIR-laitteiston kalibrointimenetelmä sekä kalibrointilaitteisto |
| DE19605054C2 (de) * | 1996-02-12 | 1999-09-02 | Palocz Andresen | Mehrkanalgasanalysator zur Bestimmung von Gaskomponenten eines Gases in Kompaktform |
| DE19723941C2 (de) * | 1997-06-06 | 1999-07-29 | Siemens Ag | Optisch-pneumatischer Detektor für nichtdispersive Gasanalysatoren |
| US6962681B2 (en) | 1997-12-04 | 2005-11-08 | Maganas Oh Radicals, Inc. | Methods and systems for reducing or eliminating the production of pollutants during combustion of carbon-containing fuels |
| US6114700A (en) * | 1998-03-31 | 2000-09-05 | Anatel Corporation | NDIR instrument |
| JP2000107587A (ja) * | 1998-07-14 | 2000-04-18 | Satis Vacuum Ind Vertriebs Ag | ベルジャ（真空成膜チャンバ又は容器）内のガス圧を校正する方法と装置 |
| US6326620B1 (en) * | 1999-05-07 | 2001-12-04 | Leco Corporation | Switched mode NDIR system |
| US6357279B1 (en) | 2001-01-29 | 2002-03-19 | Leco Corporation | Control circuit for thermal conductivity cell |
| DE10207039A1 (de) * | 2002-02-20 | 2003-09-04 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung eines Ausschnitts der Umgebung eines Fahrzeugs sowie eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung der Vorrichtung |
| DE10218175B4 (de) * | 2002-04-24 | 2011-10-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Fahrzeugs mit fahrsituationsabhängiger Fusion eines Infrarot- und eines Visuell-Abbilds |
| DE10227171B4 (de) * | 2002-06-18 | 2019-09-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Fahrzeugs mit abstandsabhängiger Fusion eines Infrarot- und eines Visuell-Abbilds |
| US7834905B2 (en) | 2002-06-18 | 2010-11-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method and system for visualizing the environment of a vehicle with a distance-dependent merging of an infrared and a visual image |
| DE10304703B4 (de) * | 2003-02-06 | 2023-03-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Fahrzeugs mit umgebungsabhängiger Fusion eines Infrarot- und eines Visuell-Abbilds |
| WO2005015175A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Senseair Ab | A method of compensating for a measuring error and an electronic arrangement to this end |
| DE102004030855A1 (de) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Verfahren zur Reduzierung von Kondenswasser bei Gassensoranordnungen |
| US7325971B2 (en) * | 2005-05-25 | 2008-02-05 | Fons Lloyd C | Method and apparatus for locating hydrocarbon deposits |
| WO2009065586A2 (de) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Mbr Optical Systems Gmbh & Co. Kg | Verfahren und messeinrichtung zur erhebung hinsichtlich der konzentration eines stoffes in einem untersuchungsbereich indikativer signale, insbesondere aus vitalem gewebe |
| DE102007061050A1 (de) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Abb Ag | Verfahren zum Betrieb einer Gasanalyseeinrichtung |
| EP2702391B1 (en) * | 2011-04-26 | 2020-08-05 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for controlling radiation source variability for optical gas measurement systems |
| CN102621074B (zh) * | 2012-03-06 | 2014-06-18 | 昆明斯派特光谱科技有限责任公司 | 一种基于非色散型甲烷气体分析仪的气体浓度定量测定方法 |
| FI125907B (fi) | 2013-09-24 | 2016-03-31 | Vaisala Oyj | Menetelmä ja laitteisto nesteisiin liuenneiden kaasujen pitoisuuden mittaamiseksi |
| WO2015119127A1 (ja) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | 株式会社村田製作所 | ガス濃度検出装置 |
| JP6306423B2 (ja) * | 2014-05-12 | 2018-04-04 | 株式会社堀場製作所 | 分析装置 |
| CN104034675B (zh) * | 2014-05-23 | 2016-06-29 | 平湖瓦爱乐发动机测试技术有限公司 | 一种用于物质浓度测量的标定系统及物质浓度的测量方法 |
| CN104198425A (zh) * | 2014-09-22 | 2014-12-10 | 合肥工业大学 | 一种非色散红外气体传感器温压特性测试系统 |
| JP6435175B2 (ja) * | 2014-12-02 | 2018-12-05 | 株式会社堀場エステック | 分解検出装置、分解検出方法、分解検出装置用プログラム、濃度測定装置、及び、濃度制御装置 |
| JP6269576B2 (ja) * | 2015-05-25 | 2018-01-31 | 横河電機株式会社 | 多成分ガス分析システム及び方法 |
| FR3077640B1 (fr) * | 2018-02-05 | 2023-06-30 | Elichens | Procede d'analyse d'un gaz par une double illumination |
| JP7221127B2 (ja) * | 2019-04-26 | 2023-02-13 | 株式会社堀場エステック | 吸光分析装置、及び、吸光分析装置用プログラム |
| SE543427C2 (en) * | 2019-06-25 | 2021-02-16 | Senseair Ab | Multi-channel gas sensor |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3836255A (en) * | 1972-04-06 | 1974-09-17 | M Schuman | Spectrometric substance analyzer employing temperature modulation |
| US3935463A (en) * | 1974-12-05 | 1976-01-27 | Milton Roy Company | Spectrophotometer |
| DE3116344A1 (de) * | 1981-04-24 | 1982-11-18 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Verfahren zum erhoehen der messgenauigkeit eines gasanalysators |
| GB2110818B (en) * | 1981-11-14 | 1985-05-15 | Ferranti Ltd | Non-dispersive gas analyser |
| JPS58135940A (ja) * | 1982-02-08 | 1983-08-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 炭化水素ガス濃度測定装置 |
| US4499378A (en) * | 1982-03-09 | 1985-02-12 | Horiba, Ltd. | Infrared radiation gas analyzer |
| US4711571A (en) * | 1986-01-15 | 1987-12-08 | Mark Schuman | Radiant emission and absorption multigas analyzer |
| US4709150A (en) * | 1986-03-18 | 1987-11-24 | Burough Irvin G | Method and apparatus for detecting gas |
| US4975582A (en) * | 1989-03-16 | 1990-12-04 | Perkin-Elmer Corporation | Pressure-modulated infrared gas analyzer and method |
-
1992
- 1992-10-22 FI FI924788A patent/FI96993C/fi not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-01-07 US US08/001,636 patent/US5369278A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-11 GB GB9300384A patent/GB2263766B/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-26 JP JP01035093A patent/JP3306833B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-27 FR FR9300822A patent/FR2687785B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-28 DE DE4302385A patent/DE4302385C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3306833B2 (ja) | 2002-07-24 |
| DE4302385C2 (de) | 2003-10-16 |
| FR2687785A1 (fr) | 1993-08-27 |
| JPH05264452A (ja) | 1993-10-12 |
| FR2687785B1 (fr) | 1994-10-07 |
| FI924788A (fi) | 1993-07-31 |
| GB9300384D0 (en) | 1993-03-03 |
| US5369278A (en) | 1994-11-29 |
| FI924788A0 (fi) | 1992-10-22 |
| DE4302385A1 (fi) | 1993-08-05 |
| GB2263766B (en) | 1996-04-24 |
| FI96993C (fi) | 1996-09-25 |
| GB2263766A (en) | 1993-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI96993B (fi) | Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten | |
| US5464983A (en) | Method and apparatus for determining the concentration of a gas | |
| FI97643B (fi) | Kahta aallonpituutta käyttävä hengityskaasun pitoisuuden mittauslaite | |
| KR101230791B1 (ko) | 오존 농도 센서 | |
| US8143581B2 (en) | Absorption biased NDIR gas sensing methodology | |
| US4549080A (en) | Double-pass flue gas analyzer | |
| US5604298A (en) | Gas measurement system | |
| CN104730021A (zh) | 一种非分光红外气体传感器的标定方法 | |
| FI67625B (fi) | Foerfarande foer eliminering av maetningsfel vid fotometeranalys | |
| EP1255976A1 (en) | A method for determining the safety of gas mixtures | |
| EP0243139A2 (en) | Method and apparatus for gas analysis | |
| US20100327167A1 (en) | Spectroscopic gas sensor and method for ascertaining an alcohol concentration in a supplied air volume, in particular an exhaled volume | |
| JPS6217183B2 (fi) | ||
| YU38192A (sh) | Postupak i uredjaj za gasnu analizu | |
| JPH0416749A (ja) | オゾン濃度測定方法及び装置 | |
| JPH01235834A (ja) | レーザ方式ガスセンサにおける信号処理方式 | |
| SU438918A1 (ru) | Способ измерени относительной влажности | |
| RU2035038C1 (ru) | Газоанализатор | |
| JP6506124B2 (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| JP2019120504A (ja) | ガス状不純物濃度検出ユニット及びガス状不純物濃度検出方法 | |
| Webb | Infra-Red Gas Analysis Over Open Paths For Industrial Waste Gases | |
| CS206187B1 (cs) | ) Způsob měření koncentrace kysličníku uhličitého |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Owner name: VAISALA OY |
|
| BB | Publication of examined application | ||
| MA | Patent expired |