FR2464470A1 - ELECTRO-OPTICAL APPARATUS FOR ANALYZING A CARBON GAS - Google Patents
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Abstract
CET APPAREIL PERMET DE MESURER SIMULTANEMENT L'OPACITE, LA TENEUR EN CO ET LA TENEUR EN HYDROCARBURES DES GAZ DE CARNEAU LE LONG D'UN SEUL TRAJET 14 DE MESURE. LA LUMIERE VISIBLE EMISE PAR UNE SOURCE 16 ET HACHEE PAR UNE ROUE 18, AINSI QUE L'ENERGIE INFRAROUGE PROVENANT D'UNE SOURCE 50 ET FILTREE EN 52, SONT DIRIGEES LE LONG DU TRAJET 14 DANS UNE CHAMBRE 2 A ECHANTILLON, DISPOSEE DANS LE CARNEAU 4, REFLECHIES PAR LE MIROIR 10 ET RENVOYEES VERS DES DISPOSITIFS 46, 58 DE DETECTION DE LA LUMIERE VISIBLE (OPACITE, SUIE) ET DE L'INFRAROUGE (CO, HYDROCARBURES). APPLICATION: REGLAGE DE LA RICHESSE EN COMBUSTIBLE DU MELANGE D'ALIMENTATION D'UNE CHAUDIERE.THIS APPARATUS ALLOWS SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF THE OPACITY, THE CO CONTENT AND THE HYDROCARBON CONTENT OF THE FLUE GASES ALONG A SINGLE MEASUREMENT PATH 14. THE VISIBLE LIGHT EMITTED BY A SOURCE 16 AND CHOPPED BY A WHEEL 18, AS WELL AS THE INFRARED ENERGY FROM A SOURCE 50 AND FILTERED IN 52, ARE DIRECTED ALONG PATH 14 IN A SAMPLE CHAMBER 2, ARRANGED IN THE CHAMBER 4, REFLECTED BY THE MIRROR 10 AND RETURNED TO DEVICES 46, 58 FOR DETECTION OF VISIBLE LIGHT (OPACITY, SOOT) AND INFRARED (CO, HYDROCARBONS). APPLICATION: ADJUSTMENT OF THE FUEL RICHNESS OF THE FUEL MIXTURE OF A BOILER.
Description
La présente invention concerne un appareil des-The present invention relates to a device
tiné à mesurer certaines propriétés de gaz de chaudières ou de fours (que l'on appelle ci-après "gaz de chaudière") s'échappant par un carneau. De telles mesures servent à régler la richesse en combustible du mélange de combustible et d'air introduit dans la chaudière en vue de réduire à son minimum le gaspillage de combustible dû au chauffage d'un excès d'air et la décharge subséquente à l'atmosphère de to measure certain properties of gas from boilers or furnaces (hereinafter referred to as "boiler gas") escaping through a flue. Such measures serve to control the fuel richness of the fuel and air mixture introduced into the boiler in order to minimize the waste of fuel due to the heating of excess air and the subsequent discharge to the boiler. atmosphere of
cet air excédentaire ainsi chauffé. this excess air thus heated.
La pratique moderne de réglage de la combustion implique la mesure et le réglage simultanés d'un certain nombre de propriétés des gaz qui s'échappent de chaudières brûlant des combustibles fossiles. Dans le cas habituel, le taux d'oxyde de carbone des gaz est mesuré et réglé à un niveau déterminé au préalable et qui constitue une cible ou valeur de consigne. A des taux élevés de l'air par rapport The modern practice of controlling combustion involves the simultaneous measurement and control of a number of properties of gases escaping from boilers burning fossil fuels. In the usual case, the carbon monoxide content of the gases is measured and adjusted to a predetermined level which constitutes a target or setpoint value. At high air rates compared
au combustible, c'est-à-dire à de faibles richesses en combus- to fuel, that is to say, to low fuel
tible, le taux de l'oxyde de carbone se situe habituellement à une faible valeur d'environ cent millionnièmes. Lorsque la proportion de l'oxygène tombe juste au-dessous du niveau nécessaire pour oxyder complètement la totalité du carbone et de l'hydrogène du combustible, le taux de l'oxyde de carbone commence à augmenter rapidement. C'est au début de cette élévation du taux de l'oxyde de carbone que l'on place The carbon monoxide rate is usually low at about one hundred millionths. When the proportion of oxygen falls just below the level necessary to completely oxidize all the carbon and hydrogen of the fuel, the rate of carbon monoxide begins to increase rapidly. It is at the beginning of this rise in the rate of carbon monoxide that we place
généralement le point de réglage de ce taux. usually the set point of this rate.
Dans certaines conditions, d'autres limitations de la diminution des taux d'air par rapport au combustible sont atteintes avant que le niveau de l'oxyde de carbone ne commence à augmenter rapidement. Dans certains cas, du carbone élémentaire va précipiter avant de brûler, ce qui augmente l'opacité des fumées dans la cheminée. Dans d'autres cas, un réglage médiocre du brûleur ou un encrassement de l'extrémité Under certain conditions, other limitations of decreasing air-to-fuel ratios are achieved before the level of carbon monoxide begins to increase rapidly. In some cases, elemental carbon will precipitate before burning, which increases the smoke opacity in the chimney. In other cases, poor adjustment of the burner or fouling of the end
de ce brûleur peuvent conduire à des proportions excessive- this burner can lead to excessive
ment élevées d'hydrocarbures. Donc, afin de régler le fonc- high levels of hydrocarbons. So, in order to adjust the
tionnement de la chaudière de la façon la plus intéressante, il est important de mesurer simultanément les taux de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures ainsi que le degré d'opacité In the most interesting way, it is important to simultaneously measure carbon monoxide and hydrocarbon levels as well as the degree of opacity.
des gaz s'échappant par le carneau. gases escaping through the flue.
Il existe un certain nombre de procédés bien connus There are a number of well-known methods
pour mesurer les taux de l'oxyde de carbone et des hydrocar- to measure the levels of carbon monoxide and hydrocarbons
bures dans des gaz de combustion. Le procédé préféré fait bures in flue gases. The preferred method
appel à une spectrométrie d'absorption de l'infrarouge. call for infrared absorption spectrometry.
Dans ce procédé, des longueurs d'ondes choisies de l'énergie infrarouge sont transmises à travers un échantillon du gaz à analyser. Le taux d'énergie infrarouge traversant les gaz est ensuite comparé avec le taux de l'énergie infrarouge en In this method, selected wavelengths of infrared energy are transmitted through a sample of the gas to be analyzed. The rate of infrared energy passing through the gases is then compared with the rate of infrared energy in
l'absence de ces gaz. La mesure ainsi obtenue de l'absorp- the absence of these gases. The measurement thus obtained of
tion de l'énergie à ces longueurs d'ondes donne une mesure qualitative et quantitative des taux des constituants des energy at these wavelengths gives a qualitative and quantitative measure of the
gaz, dans ce cas l'oxyde de carbone et des hydrocarbures. gas, in this case carbon monoxide and hydrocarbons.
Il existe également des procédés bien connus pour mesurer l'opacité des gaz de combustion. Un procédé préféré et bien connu consiste à transmettre à travers le gaz à analyser l'énergie (provenant d'une source d'une lumière photopique dont la distribution des longueurs d'ondes équivaut à la réponse de l'oeil humain) et à mesurer ensuite la quantité de lumière transmise, la valeur de l'opacité se There are also well known methods for measuring the opacity of the flue gases. A preferred and well known method is to transmit through the gas to be analyzed the energy (from a source of a photopic light whose wavelength distribution is equivalent to the response of the human eye) and to measure then the amount of light transmitted, the value of the opacity
définissant comme étant l'unité moins la transmission. defining as the unit minus the transmission.
Il vaut mieux effectuer directement dans le car- It is better to carry directly into the car-
neau ou dans la cheminée la mesure de la composition des gaz in the chimney, the measurement of the composition of the gases
de combustion afin d'éliminer les effets de la stratifica- of combustion to eliminate the effects of stratification
tion des constituants de ces gaz. Pour protéger l'instrument de mesure contre les gaz corrosifs et chauds de combustion, des fenêtres spéciales isolent l'instrument par rapport aux gaz. Au bout d'une certaine période de temps, de la saleté tend à s'accumuler sur les fenêtres et à entraîner des erreurs pour l'analyse des gaz de carneau. De même, des constituents of these gases. To protect the measuring instrument against corrosive and hot combustion gases, special windows isolate the instrument from the gases. After a certain period of time, dirt tends to accumulate on windows and cause errors for flue gas analysis. Similarly,
variations de l'énergie ou de la lumière provenant des-sour- variations in energy or light from
ces et de la sensibilité des détecteurs peuvent entraîner des erreurs. Une façon de réduire de telles erreurs consiste à prévoir une chambre à échantillon disposée en travers du carneau et qui peut être périodiquement purgée par de l'air these and the sensitivity of the detectors can lead to errors. One way to reduce such errors is to provide a sample chamber disposed across the flue and which can be periodically purged by air
propre afin de permettre d'étalonner l'appareil. clean to allow calibration of the device.
Il est particulièrement souhaitable de mesurer It is particularly desirable to measure
simultanément et, de préférence dans un seul volume d'échan- simultaneously and, preferably in a single volume of sample
tillonnage traversant la chambre à échantillon, les taux through the sample chamber, the rates
de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures ainsi que l'opa- carbon monoxide and hydrocarbons as well as opacity
cité des gaz de carneau. Ainsi, deux faisceaux énergétiques séparés, l'un de rayonnement infrarouge et l'autre de lumière visible, peuvent être transmis à travers une seule chambre à échantillon,mais la dimension que la chambre à échantillon doit ainsi présenter pour permettre le passage des deux faisceaux tend alors à être si grande que cette chambre à échantillon risque elle-même de provoquer une turbulence inopportune pouvant en gêner la purge périodique. Ainsi, il n'a pas été possible jusqu'à présent de regrouper ces dispositifs de réglage et de mesure avec une chambre à cited flue gases. Thus, two separate energy beams, one of infrared radiation and the other of visible light, can be transmitted through a single sample chamber, but the size that the sample chamber must thus present to allow the passage of the two beams. then tends to be so large that this sample chamber itself may cause undesirable turbulence that may interfere with the periodic purge. Thus, it has not been possible so far to group these adjustment and measuring devices with a chamber
échantillon intéressante.interesting sample.
Pour surmonter les inconvénients de l'art anté- To overcome the disadvantages of prior art,
rieur, la présente invention vise à proposer un appareil destiné à mesurer simultanément l'opacité, la teneur en oxyde de carbone et la teneur en hydrocarbures des gaz de carneau The present invention aims to provide an apparatus for simultaneously measuring the opacity, carbon monoxide content and hydrocarbon content of the flue gases.
et qui convient pour être utilisé avec des chambres à échan- and suitable for use with sample chambers
tillons, relativement petites et efficaces, disposées en travers de carneaux. L'invention vise également à proposer un tel appareil dans lequel toutes les mesures sont effectués relatively small and effective, arranged across flues. The invention also aims at providing such an apparatus in which all the measurements are carried out
le long d'un seul trajet de mesure traversant un carneau. along a single measurement path through a flue.
Dans l'appareil de l'invention, la source de l'énergie lumineuse visible est séparée et indépendante de la source In the apparatus of the invention, the source of the visible light energy is separated and independent of the source
d'énergie infrarouge utilisée pour de telles mesures. infrared energy used for such measurements.
Pour parvenir aux buts précités et à d'autres encore, la présente invention propose un appareil destiné à mesurer simultanément l'opacité, la teneur en oxyde de carbone et la teneur en hydrocarbures de gaz de carneau, le long d'un seul trajet de mesure traversant un carneau. L'appareil comprend une chambre à échantillon disposée en travers du carneau, d'un côté à l'autre de celui-ci, et à travers laquelle les gaz de ce carneau peuvent s'écouler; des organes To achieve the foregoing and other purposes, the present invention provides an apparatus for simultaneously measuring opacity, carbon monoxide content, and flue gas hydrocarbon content along a single path of travel. measuring through a flue. The apparatus comprises a sample chamber disposed across the flue, from one side to the other thereof, and through which the gases of this flue can flow; organs
définissant un trajet optique à un seul axe traversant lon- defining a single-axis optical path crossing
gitudinalement la chambre à échantillon et qui comprennent un élément convergent voisin d'un côté du carneau et un élément optiquement réflecteur voisin de l'autre côté du longitudinally the sample chamber and which comprise a convergent member adjacent one side of the flue and an optically reflective member adjacent to the other side of the
carneau; une source destinée à produire un niveau prédé- flue; a source intended to produce a predefined level
terminé d'énergie lumineuse visible; une source destinée à produire un niveau prédéterminé d'énergie infrarouge et qui est indépendante de la source de l'énergie lumineuse visible; finished visible light energy; a source for producing a predetermined level of infrared energy and which is independent of the source of the visible light energy;
un dispositif destiné à détecter le niveau de l'énergie visi- a device for detecting the level of
ble ayant traversé la chambre à échantillon le long du trajet optique pour aller vers l'élément réflecteur et en revenir; et un dispositif destiné à déceler le niveau de l'énergie infrarouge ayant traversé la chambre à échantillon le long du trajet optique vers l'élément réflecteur et pour en revenir. La source d'énergie infrarouge fournit cette énergie infrarouge en des bandes spectrales prédéterminées se situant entre environ 3 et 5 microns et elle dirige cette énergie infrarouge le long du trajet optique à un seul axe ble having passed through the sample chamber along the optical path to and from the reflector element; and a device for detecting the level of infrared energy passed through the sample chamber along the optical path to and from the reflector element. The infrared energy source provides this infrared energy at predetermined spectral bands of between about 3 and 5 microns and directs this infrared energy along the single-axis optical path
vers l'élément réflecteur.to the reflector element.
Une forme particulièrement préférée de réalisation de l'appareil de l'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel A particularly preferred embodiment of the apparatus of the invention will now be described, by way of non-limiting example, with reference to the appended drawing in which
la figure 1 est une vue éclatée des éléments cons- FIG. 1 is an exploded view of the elements constituting
titutifs généraux de l'appareil optique d'analyse de gaz de carneau selon la présente invention; et la figure 2 est une coupe latérale fragmentaire general purposes of the optical flue gas analysis apparatus according to the present invention; and Figure 2 is a fragmentary side section
et schématique de l'appareil de la présente invention, instal- and schematic of the apparatus of the present invention,
lé dans un carneau.in a flue.
Cet appareil comprend une chambre 2 à échantillon disposée en travers d'un carneau 4 et d'un côté de ce carneau à l'autre. Lorsque cette chambre 2 à échantillon se trouve dans la position représentée sur la figure 1, les gaz de combustion, indiqués généralement par une grande flèche 6, peuvent s'écouler à travers cette chambre 2. La chambre 2 est avantageusement du type illustré dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 19 640 déposée le 12 Mars 1979 par Howard A.Powers et à laquelle on peut se This apparatus comprises a sample chamber 2 disposed across a flue 4 and one side of the flue to the other. When this sample chamber 2 is in the position shown in FIG. 1, the combustion gases, generally indicated by a large arrow 6, can flow through this chamber 2. The chamber 2 is advantageously of the type illustrated in FIG. U.S. Patent Application No. 19,640 filed March 12, 1979 by Howard A. Powers and to which
référer pour une description plus complète. Seule une par- refer for a more complete description. Only one
tie d'une extrémité de cette chambre 2 est illustrée sur la one end of this chamber 2 is illustrated on the
figure 1.figure 1.
Une extrémité de la chambre à échantillon 2 com- One end of the sample chamber 2
porte une fenêtre 8 (représentée par un trait interrompu) réalisée en une matière convenable, transparente à la fois à la lumière visible et à un rayonnement infrarouge et qui carries a window 8 (represented by an interrupted line) made of a suitable material, transparent to both visible light and infrared radiation, and
forme une fenêtre ménagée à travers un côté du carneau 4. forms a window formed through one side of the flue 4.
A l'extérieur et directement auprès de ce côté du carneau 4 est monté un trièdre trirectangle rétro-réflecteur 10, qui comprend un élément pouvant optiquement réfléchir la lumière On the outside and directly near this side of the flue 4 is mounted a retro-reflective trirectangular trihedron 10, which comprises an element that can optically reflect the light.
visible aussi bien que le rayonnement infrarouge. visible as well as infrared radiation.
Une seconde fenêtre 8', également transparente A second window 8 ', also transparent
au rayonnement infrarouge et à la lumière visible, est éga- infrared radiation and visible light, is also
lement ménagée dans le côté du carneau 4 situé à l'opposé de la fenêtre 8. Un élément convergent convenable, illustré schématiquement sur la figure 1 par une lentille 12, est disposé près de cette seconde fenêtre 8'. Avantageusement, les fenêtres 8 et 8' et l'élément convergent 12 peuvent être It is arranged in the side of the flue 4 situated opposite the window 8. A suitable convergent element, illustrated diagrammatically in FIG. 1 by a lens 12, is disposed near this second window 8 '. Advantageously, the windows 8 and 8 'and the convergent element 12 can be
réalisés en fluorure de calcium ou en une autre matière pou- made of calcium fluoride or any other
vant transmettre à la fois l'infrarouge et la lumière visible. before transmitting both infrared and visible light.
L'axe optique de l'élément convergent 12 et du rétro-réflec- The optical axis of the convergent element 12 and the retro-reflector
teur 10 traverse longitudinalement la chambre 2 et définit un trajet optique pour l'énergie devant traverser la chambre 10 longitudinally crosses the chamber 2 and defines an optical path for the energy to pass through the chamber
2 à partir de l'élément convergent 12 vers le rétro-réflec- 2 from the convergent element 12 to the retro-reflec-
teur 10 et devant revenir, à travers la chambre 2, vers l'élément convergent 12. Ce trajet optique à un seul axe 10 and to return through the chamber 2 to the convergent element 12. This optical path to a single axis
est désigné par l'indice de référence 14. is designated by the reference index 14.
Une lampe à incandescence ou une autre source convenable d'énergie lumineuse visible 16, qui émet au moins une partie importante de son énergie dans la bande spectrale An incandescent lamp or other suitable source of visible light energy 16, which emits at least a significant portion of its energy into the spectral band
comprise entre 500 et 600 nanomètres, est de préférence ali- between 500 and 600 nanometers, is preferably
gnée sur le trajet optique 14, comme représenté sur la figure 1. on the optical path 14, as shown in FIG.
Cette source 16 émet son énergie lumineuse visible vers et le long du trajet optique 14. La partie de l'énergie émise par cette source 16 vers le trajet optique 14 rencontre sur son This source 16 emits its visible light energy towards and along the optical path 14. The portion of the energy emitted by this source 16 towards the optical path 14 meets on its
passage une roue 18,montée de façon classique pour être entraî- a wheel 18, mounted in a conventional manner to be
née par un dispositif classique et tourner à une vitesse pré- born by a conventional device and turn at a speed pre-
déterminée. Cette roue 18 comporte, espacés radialement autour de son axe de rotation et vers sa périphérie plusieurs filtres neutres 22,24, 26 et 28 de densité prédéterminée disposés de façon à couper le trajet optique aligné sur le trajet optique 14. La roue 18, à determined. This wheel 18 comprises radially spaced around its axis of rotation and towards its periphery several neutral filters 22, 24, 26 and 28 of predetermined density arranged to cut the optical path aligned on the optical path 14. The wheel 18, to
rôle d'interruption périodique, comporte également plusieurs ouver- role of periodic interruption, also includes several
tures coopérant de façon classique avec une diode électro- cooperating in a conventional manner with an electronic diode
luminescente 30 et un photo-transistor 32 pour émettre des signaux d'horloge destinés à indiquer le moment o chaque filtre ou chaque espace entre les filtres est aligné sur le 30 and a phototransistor 32 for transmitting clock signals for indicating when each filter or each space between the filters is aligned with the
trajet optique partant de la source lumineuse 16 vers le tra- optical path from the light source 16 to the
jet optique 14. De même, la roue 18 comporte un trou supplé- 14. In the same way, the wheel 18 has an additional hole
mentaire coopérant avec une diode électro-luminescente 34 et un phototransistor 36 pour émettre un signal de repérage destiné à identifier celui des filtres ou des espaces entre cooperating with an electroluminescent diode 34 and a phototransistor 36 for transmitting a registration signal for identifying which of the filters or spaces between
les filtres qui est aligné sur le trajet optique. the filters that is aligned with the optical path.
Un dédoubleur 38 du faisceau de lumière visible, qui est avantageusement du type couramment désigné comme un dédoubleur de faisceau diélectrique et permet à la moitié environ de l'énergie de la lumière visible provenant de la source 16 de le traverser vers l'élément convergent 12, est disposé entre la roue 18 et cet élément 12. De même, dans l'alignement du trajet optique 14 et entre le dédoubleur de A splitter 38 of the visible light beam, which is advantageously of the type commonly referred to as a dielectric beam splitter and allows about half of the energy of visible light from the source 16 to pass through to the convergent element 12 , is disposed between the wheel 18 and this element 12. Similarly, in the alignment of the optical path 14 and between the resolver of
faisceau 38 et l'élément convergent 12 est disposé un combi- beam 38 and the convergent element 12 is arranged a combination of
nateur/séparateur de faisceau 40,qui est avantageusement réalisé en du verre comportant un léger revêtement métallique du côté voisin de l'élément convergent 12. Ce combinateur/ séparateur 40 de faisceau laisse passer la plupart de l'énergie de la lumière visible1 qui peut ainsi être concentrée par l'élément 12 et dirigée le long du trajet optique 14 vers le rétro-réflecteur 10 pour revenir à travers l'élément 12 et beam combiner / splitter 40, which is advantageously made of glass having a light metal coating on the adjacent side of the convergent element 12. This combiner / beam splitter 40 passes most of the visible light energy1 which can so be concentrated by the element 12 and directed along the optical path 14 to the retro-reflector 10 to return through the element 12 and
le combinateur/séparateur 40 vers le dédoubleur 38. the combiner / separator 40 to the splitter 38.
L'inclinaison du dédoubleur 38 permet à la moitié environ de l'énergie lumineuse visible reçue en retour du rétro-réflecteur 10 à travers le combinateur/séparateur 40 d'être écartée par réflexion de l'axe du trajet optique 14 pour traverser une lentille convergente convenable 42 et un filtre photopique 44 choiside façon que 90% environ de l'énergie traversant ce filtre 44 se situent dans la gamme The inclination of the splitter 38 allows about half of the visible light energy received back from the retro-reflector 10 through the combiner / splitter 40 to be spaced by reflection of the optical path axis 14 to traverse a lens. convergent lens 42 and a photopic filter 44 chosen so that approximately 90% of the energy passing through this filter 44 are in the range
spectrale comprise entre 500 et 600 nanomètres. spectral range of 500 to 600 nanometers.
De ce filtre photopique 44, l'énergie lumineuse visible est ensuite dirigée vers un détecteur classique 46 au silicium qui sert de dispositif destiné à déceler le niveau de l'énergie lumineuse visible ayant traversé la chambre à échantillon 2 le long du trajet optique 14 et qui en est revenue. Avec son léger revêtement métallique disposé du côté dirigé vers l'élément convergent 12, le combinateur/ From this photopic filter 44, the visible light energy is then directed to a conventional silicon detector 46 which serves as a device for detecting the level of visible light energy having passed through the sample chamber 2 along the optical path 14 and who came back. With its light metal coating arranged on the side directed towards the convergent element 12, the combiner /
séparateur 40 de faisceau peut très fortement réfléchir. beam splitter 40 can very strongly reflect.
l'énergie infrarouge. L'inclinaison de ce combinateur/sépa- infrared energy. The inclination of this combiner / sepa-
rateur 40 par rapport à l'axe optique 14 est également telle 40 relative to the optical axis 14 is also such
que l'énergie infrarouge reçue par cet élément 40 en prove- that the infrared energy received by this element 40 from
nance de l'élément convergent 12 le long de l'axe optique 14 sera également écartée de l'axe 14 et dirigée le long d'un autre axe optique 48. Sur cet axe optique 48 est alignée une source convenable 50 d'énergie infrarouge couvrant au The nance of the convergent element 12 along the optical axis 14 will also be spaced from the axis 14 and directed along another optical axis 48. On this optical axis 48 is aligned a suitable source 50 of infrared energy covering at
moins la gamme spectrale comprise entre 3 et 5 microns. less the spectral range between 3 and 5 microns.
Entre cette source 50 d'infrarouge et le combinateur/sépara- Between this infrared source 50 and the combiner / separator
teur 40, une roue 52 est montée de façon classique pour pou- 40, a wheel 52 is mounted in a conventional manner so as to
voir tourner sous l'effet d'un entraînement classique. La figure 1 montre cette roue 52 équipée de cinq filtres.Elle see turning under the effect of a conventional workout. FIG. 1 shows this wheel 52 equipped with five filters.
contient avantageusement au moins trois filtres interféren- advantageously contains at least three interfering filters.
tiels convenables, espacés radialement autour de son axe de rotation et vers sa périphérie et qui vont sélectivement transmettre l'énergie de la bande spectrale correspondant suitable spacers spaced radially about its axis of rotation and towards its periphery and which will selectively transmit the energy of the corresponding spectral band
à l'oxyde de carbone, de la bande correspondant aux hydro- with carbon monoxide, the band corresponding to the hydro-
carbures et d'une bande de référence se situant dans une région comprise entre 3,5 et 4,1 microns. La bande de réfé- rence est choisie de façon à éviter une absorption par un constituant quelconque des gaz circulant dans le carneau; elle permet d'effectuer une correction pour tenir compte des variations qui ne sont pas reliées aux concentrations carbides and a reference band in a region between 3.5 and 4.1 microns. The reference strip is chosen so as to avoid absorption by any constituent of the gases circulating in the flue; it allows a correction to account for variations that are not related to the concentrations
de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures dans le carneau. carbon monoxide and hydrocarbons in the flue.
La roue 52 peut avantageusement aussi comporter des trous The wheel 52 may advantageously also include holes
coopérant avec des paires convenables de diodes électro- cooperating with suitable pairs of electronic diodes
luminescentes et de photo-transistors en vue dTindiquer les moments o chaque filtre ou chaque espace entre les filtres est en position devant la source d'infrarouge pour permettre d'identifier des échantillons de la façon luminescent and photo-transistors in order to indicate when each filter or space between the filters is in position in front of the infrared source to enable samples to be identified in the manner
décrite ci-dessus à propos de la roue 18. described above about wheel 18.
Un dédoubleur 54 de faisceau infrarouge compre- An infrared beam splitter 54 includes
nant une fenêtre en germanium non revêtu est interposée entre la roue 52 et le combinateur/séparateur 40. La moitié environ de l'énergie provenant de la source 50 peut traverser ce dédoubleur 54 et être réflécuiepar le combinateur/séparateur le long du trajet optique 14 passant par la chambre à échantillon 2 pour aller vers le rétro-réflecteur 10 et en revenir vers le combinateur/séparateur 40. Elle y est réfléchie vers le dédoubleur 54 qui envoie par réflexion la moitié environ de cette énergie provenant du combinateur/ An uncoated germanium window is interposed between the wheel 52 and the combiner / separator 40. About half of the energy from the source 50 can pass through this splitter 54 and be reflected by the combiner / splitter along the optical path 14. passing through the sample chamber 2 to go to the retro-reflector 10 and back to the combiner / separator 40. It is reflected thereon to the splitter 54 which sends by reflection about half of this energy from the combiner /
séparateur 40 vers une lentille 56 de concentration d'infra- separator 40 to a lens 56 of concentration of infra-
rouges et un ensemble 58 de détection d'infrarouges. Cet ensemble 58 peut commodément comprendre un détecteur à red and a set 58 of infrared detection. This assembly 58 may conveniently comprise a detector
séléniure de plomb refroidi par un dispositif thermo-électri- lead selenide cooled by a thermo-electric device
que ou un autre dispositif convenable. that or other suitable device.
Il ressort de la description ci-dessus de l'appa- It follows from the above description of the
reil que des impulsions de lumière visible hachées peuvent être dirigées le long du trajet optique 14 vers la chambre 2 that chopped visible light pulses can be directed along optical path 14 to chamber 2
à échantillon qu'elles traversent pour revenir vers le dé- sample they are going through to return to the
tecteur 46, lequel peut mesurer le niveau de l'énergie lumineuse visible se situant dans la gamme spectrale comprise entre 500 et 600 nanomètres et émettre des signaux traités de façon convenable et classique. Lorsque la cham- bre à échantillon 2 est disposée comme illustré sur la figure 1, les gaz de carneau, indiqués par la grande flèche 6, traversent cette chambreet le signal de lumière visible detector 46, which can measure the level of visible light energy in the spectral range between 500 and 600 nanometers and emit signals processed in a suitable and conventional manner. When the sample chamber 2 is disposed as illustrated in FIG. 1, the flue gases, indicated by the large arrow 6, pass through this chamber and the visible light signal
sera atténué par le carbone ou la suie éventuellement con- will be mitigated by carbon or soot eventually
tenu dans ces gaz. Lorsque le boîtier externe de la chambre 2 à échantillon est tourné de 900, par exemple de la façon décrite en détail dans la demande précitée de brevet no 19 640, cette chambre 2 sera purgée des gaz d'échappement et ne comportera à l'intérieur que de l'air relativement propre. Pendant cette purge, la source de lumière visible et le dispositif de détection peuvent être étalonnés et held in these gases. When the outer casing of the sample chamber 2 is rotated by 900, for example in the manner described in detail in the aforementioned Patent Application No. 19,640, this chamber 2 will be purged of the exhaust gases and will have no inside. only relatively clean air. During this purge, the visible light source and the detection device can be calibrated and
normalisés en vue de fournir des mesures absolues de l'opa- standards to provide absolute measures of the opacity
cité lorsque les gaz de carneau peuvent à nouveau traverser la chambre 2. De même, on peut déterminer l'absorption de cited when the flue gases can again pass through chamber 2. Similarly, the absorption of
l'énergie infrarouge émise par la source 50 dans les diffé- the infrared energy emitted by the source 50 in the different
rentes bandes spectrales choisies par les divers filtres de la roue 52 en mesurant le niveau de l'énergie infrarouge the spectral bands chosen by the various filters of the wheel 52 by measuring the level of the infrared energy
reçue par le détecteur 58 lorsque les gaz de carneau tra- received by the detector 58 when the flue gases are
versent la chambre 2 et aussi pendant la purge de cette pour room 2 and also during the purge of this
chambre en vue d'un étalonnage et d'une normalisation. chamber for calibration and standardization.
La structure particulière de l'appareil de la présente invention est remarquablement avantageuse du fait The particular structure of the apparatus of the present invention is remarkably advantageous in that
que cet appareil mesure le long dtun trajet optique corres- that the device measures along an optical path corresponding to
pondant à un seul axe à la fois l'atténuation de la lumière visible et l'absorption de l'infrarouge, et que ces mesures sont effectuées simultanément à la même position dans le carneau. Cela est avantageux non seulement pour normaliser et régler les conditions d'échantillonnage, mais aussi pour permettre d'utiliser une chambre à échantillon de diamètre relativement faible et qui trouble essentiellement peu l'écoulement des gaz dans le carneau. Si certaines bandes spectrales ont été indiquées ci-dessus pour les divers filtres, il va de soi que l'on peut disposer dans l'appareil des filtres à infrarouges correspondant à de nombreuses autres combinaisons de bandes spectrales ainsi que des filtres neutres correspondant à divers niveaux de densité et que l'on utilise avec la source de lumière visible. On peut utiliser diverses combinaisons de ces filtres-pour répondre aux règles applicables nécessairement pour des réglages et qui sont spécifiées, par exemple, par une agence de protection de l'environnement comme, notamment single-axis at a time attenuation of visible light and absorption of infrared, and that these measurements are made simultaneously at the same position in the flue. This is advantageous not only for normalizing and adjusting the sampling conditions, but also for allowing the use of a relatively small diameter sample chamber which substantially disturbs the flow of gases in the flue. If certain spectral bands have been indicated above for the various filters, it goes without saying that infrared filters corresponding to many other combinations of spectral bands and neutral filters corresponding to various density levels and that one uses with the visible light source. Various combinations of these filters can be used to meet the rules necessarily applicable for adjustments and which are specified, for example, by an environmental protection agency, such as, for example,
les règles 40 à 99 concernant la protection de l'environ- Rules 40 to 99 concerning the protection of the environ-
nement et émises par le comité C.F.R. Il faudra des combi- and issued by the C.F.R. Committee.
naisons différentes pour des types différents de fours ou chaudières et des combustibles différents.Il va également de soi que les signaux engendrés par le détecteur 46 de different types of furnaces or boilers and different fuels.It is also obvious that the signals generated by
lumière visible et par le détecteur 58 d'infrarouges peu- visible light and by the infrared detector 58 can
vent être traités de toute manière convenable, de préférence par un dispositif numérique, en vue d'obtenir les données in any suitable manner, preferably by a digital device, in order to obtain the data
voulues sous la forme désirée.wanted in the desired form.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- It goes without saying that, without departing from the
vention, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil électro-optique d'analyse de gaz de carneau, vention, many modifications can be made to the electro-optical flue gas analyzer,
décrit et représenté.described and represented.
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- 1980-08-29 JP JP11967680A patent/JPS5653447A/en active Pending
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