KR100897279B1 - Ｎｄｉｒ 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법 - Google Patents

Ｎｄｉｒ 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 흡수법에 기초한 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법을 제시한다. 본 발명은 SPAN 가스를 충전한 비교셀을 기준셀 및 시료셀에 추가로 설치하고, 시료가스를 분석하는 과정에서 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값, 기준셀과 비교셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값, 및 비교셀과 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값을 이용하여, 실시간으로 영점편차와 스팬편차를 동시에 보정할 수 있는 효과가 있을뿐만 아니라, 응답성의 향상은 물론 가스 분석기의 유지 및 보수가 필요한 시간 주기를 연장시킴으로써 가스 분석기의 유지 및 보수에 드는 비용 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＮＤＩＲ 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법{NDIR gas analyzer and gas analyzing method using the same}
본 발명은 가스 분석기 및 이를 이용하는 가스 분석방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비분산 적외선 가스 분석기 및 이를 이용하는 가스 분석 방법에 관한 것이다.
산업화에 따른 에너지 소비 증가로 인해 대기중에 오염물질이 배출되었고, 이로 인한 공해 문제가 심각한 사회문제로 대두되었다. 특히, 기체 상태로 대기중에 배출되는 오염 물질을 막기 위해서는 공장 등에서 배출하는 가스의 성분 및 그 농도를 파악하는 것이 필수적이다.
기체에 포함된 성분을 측정하는 방식으로는 NDIR(Non-Dispersive Infrared absorption) 분석법이 많이 이용되고 있다.
NDIR 분석법은 기체에 포함된 각 성분이 기체를 통과하는 적외선의 특정 파장의 에너지를 흡수하는 현상을 이용하여, 기체를 통과한 적외선의 각 파장의 에너지 레벨을 조사하여 기체에 포함된 성분을 파악한다.
이러한 종래의 NDIR 분석기의 일예를 도 1 에 도시하였다. 도 1 을 참조하 면, 종래의 비분산 적외선 가스 분석기는 광원(1), 기준셀(4), 시료셀(5), 광쵸퍼(3)와 이를 구동하는 모터(2), 광필터(6), 측정셀(7), 측정셀(7) 내부에 포함된 다이아프램(8)과 고정전극(9), 및 신호변환부(10)를 포함하여 구성된다.
먼저, 광원(1)은 적외선을 생성하여 기준셀(4) 및 시료셀(5)로 적외선을 조사하고, 광원(1)으로부터 조사된 적외선은 모터(2)에 의해서 회전하는 광쵸퍼(3)에 의해서 일정시간 간격으로 단속적으로 기준셀(4) 및 시료셀(5)로 입사된다.
기준셀(4)과 시료셀(5)은 동일한 량의 적외선이 입사되도록 동일한 단면적 크기로 서로 평행하게 설치된다. 기준셀(4)에는 적외선을 흡수하지 않는 질소나 아르곤등의 불활성가스가 충진되어 있고, 시료셀(5)에는 검출가스를 포함한 시료가스, 적외선을 흡수하지 않는 N2 같은 불활성가스(ZERO GAS) 및 일정농도의 검출가스를 포함한 스팬 가스(SPAN GAS)가 교대로 흐른다.
시료셀(5)과 기준셀(4)을 통과한 적외선은 특정 파장만을 통과시키는 광필터(6)에 의해서 필터링되어 측정셀(7)로 입사된다.
측정셀(7)에는 측정대상 가스 성분에 대응되는 성분이 수% 내지 수십% 의 고농도로 밀봉되고, 보상용 신호를 얻기 위해서 별도의 검출기가 추가로 설치되는 경우에는 측정대상 가스 성분을 포함한 혼합 가스가 밀봉될 수도 있다. 봉입된 가스는 광필터(6)를 통과한 특정파장대의 적외선을 흡수하여 팽창하게되고, 봉입된 가스의 팽창으로 인한 압력은 다이아프램(8)에 전달되어 다이아프램(8) 역시 팽창되어 도 1 에 도시된 바와 같이 다이아프램(8)과 고정전극(9)과의 간격이 줄어들게 된다.
다이아프램(8)과 고정전극(9)과의 간격이 줄어듦에 따라서 다이아프램(8)과 고정전극(9)간의 정전용량차이의 변화가 발생하고, 이러한 정전용량의 변화는 신호변환부(10)로 입력되어 사용자가 인지할 수 있는 측정값으로 변환되어 출력된다.
그러나, 도 1 에 도시된 바와 같은, 종래의 NDIR 가스 분석기는 시간의 경과에 따른 광원(1)의 열화 또는 검출센서의 감도저하가 발생할 뿐만 아니라, 시료셀(5) 오염 및 외부환경의 변화(온도등)에 따른 측정값의 편차가 발생하게 되고, 이를 보정하기 위해 수시로 교정을 수행하거나 전처리 시설 관리등 유지비용이 많이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 시료셀(5)에 질소 또는 AIR를 시료가스와 수초간격으로 교대로 교번하여 ZERO DRIFT(영점편차)를 보정하는 기능이 적용되어 사용되고 있으나 상시로 제로가스등을 준비하여야 하고 응답성이 느려지는 문제점 등이 존재하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복잡한 과정을 거치지 않고, 외부 환경 변화로 인하여 발생하는 측정값의 편차를 즉시 교정할 수 있고, 이로 인해 종래의 가스 분석기에 비하여 유지 및 보수에 소요되는 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법을 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 가스 분석기는, 제로가스를 포함하는 기준셀; 스팬가스를 포함하는 비교셀; 제로가스, 스팬가스, 및 시료가스가 교대로 흐르는 시료셀; 적외선이 기준셀, 비교셀 및 시료셀을 통과하는 것을 사전에 정의된 시간 간격으로 순차적으로 차단하는 광스토퍼; 및 기준셀, 비교셀, 및 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 시료가스에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석하는 가스 분석부를 포함한다.
또한, 상술한 가스 분석기는, 광스토퍼에 의해서 각 셀이 순차적으로 차단될 때마다, 차단된 셀을 제외한 셀들을 통과한 적외선들의 에너지 흡수도를 조사하여 시료가스에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석할 수 있다.
또한, 상술한 가스 분석기는, 비교셀이 차단되고 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하고, 기준셀이 차단되고 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선의 에 너지 흡수도를 조사하여 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석할 수 있다.
또한, 상술한 가스 분석부는, 비교셀이 차단되고 시료셀에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 값을, 비교셀이 차단되고 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값과 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 측정된 값 간의 차로 나누어 계산된 결과값과, 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값을 기준셀이 차단된 상태에서 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값으로 나누어 계산된 결과값을 서로 승산하여 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석할 수 있다.
또한, 상술한 가스 분석부는, 다음의 수식(Sf = F * S1m/(Ss-Sz))에 따라서 시료가스에 포함된 가스 성분의 농도(Sf)를 분석하되, 수식에서 Ss 는 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 나타내고, Sz 는 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 나타내며, F 는 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값과 기준셀이 차단된 상태에서 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태의 측정값을 이용하여 계산된 농도환산계수인 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 가스 분석기는 광원으로부터 기준셀, 비교셀, 및 시료셀로 유입되는 적외선을 일정한 시간 간격으로 단속하는 광쵸퍼를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 가스 분석기는 측정 대상 가스가 밀봉된 측정셀; 및 특정 파장의 적외선만이 측정셀로 유입되도록 기준셀, 비교셀, 및 시료셀을 통과한 적외선을 필터링하는 광필터를 더 포함할 수 있다.
한편 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 가스 분석 방법은, 제로가스를 포함하는 기준셀, 스팬가스를 포함하는 비교셀, 및 제로가스, 스팬가스, 및 시료가스가 교대로 흐르는 시료셀을 포함하는 가스 분석기를 이용하여 시료가스의 성분 및 농도를 분석하는 방법으로서, (a) 사전에 정의된 시간동안 비교셀, 시료셀, 및 기준셀을 순차적으로 차단하고, 차단되지 않은 셀들에 적외선을 통과시키는 단계; (b) 차단되지 않은 셀들을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하여 측정값을 생성하는 단계; 및 (c) 측정값들을 이용하여 시료셀에 흐르는 시료가스의 성분 및 농도를 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 (b) 단계는, 비교셀이 차단되고 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하고, 기준셀이 차단되고 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하여 측정값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 (c) 단계는, 비교셀이 차단되고 시료셀에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 값을, 비교셀이 차단되고 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값과 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 측정된 값 간의 차로 나누어 계산된 결과값과, 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값을 기준셀이 차단된 상태에서 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값으로 나누어 계산된 결과값을 서로 승산하여 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석할 수 있다.
또한, 상술한 (c) 단계는, 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값(Ss)을 계산하고, 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 계산하는 단계; 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값과 기준셀이 차단된 상태에서 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태의 측정값을 이용하여 농도환산계수(F)를 계산하는 단계; 및 측정값들 및 계산된 값들을 다음 수식(Sf = F * S1m/(Ss-Sz))에 따라서 시료가스에 포함된 가스 성분의 농도(Sf)를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 SPAN 가스를 충전한 비교셀을 기준셀 및 시료셀에 추가로 설치하고, 시료가스를 분석하는 과정에서 기준셀과 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값, 기준셀과 비교셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값, 및 비교셀과 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 측정한 측정값을 이용하여, 실시간으로 영점편차와 스팬편차를 동시에 보정할 수 있는 효과가 있을뿐만 아니라, 응답성의 향상은 물론 가스 분석기의 유지 및 보수가 필요한 시간 주기를 연장시킴으로써 가스 분석기의 유지 및 보수에 드는 비용 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 개념을 설명하면, 본 발명은 적외선(IR) 흡수법에 기초한 측정방식이다.
CO 가스나 CO2 가스처럼 2개 이상의 다른 원자로 구성된 가스 분자의 경우, 가스 분자의 화학 결합, 원자량, 분자 진동 등에 따라서 특정 파장의 적외선을 흡수하는 특성이 있다.
적외선 흡수법은 이러한 흡수 스펙트럼을 이용하여 기체에 포함된 성분 및 농도를 측정하는 방식으로, 기체를 통과한 적외선의 각 파장의 에너지 변화를 조사하여 흡수 파장에서는 기체에 포함된 분자의 종류를 판별하고, 흡수 피크의 강약으로 해당 분자의 농도를 측정한다. 각 가스에 있어서 흡수 파장 대역은 여러 개가 있으나 주로 CO2는 4.24㎛, CO는 4.64㎛, HC는 3.4㎛을 이용한다.
측정 가스에 포함된 각 성분의 농도는 다음의 수학식 1 에 기재된Beer-Lambert 의 법칙에 대입하여 계산된다.
Figure 112007071461460-pat00001
수학식 1에서 I0 는 시료셀로 입사된 적외선의 에너지 레벨을 나타내고, I 는 기체를 통과한 적외선의 측정 에너지 레벨을 나타내며, M 은 측정하고자 하는 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수를 나타내고, C 는 측정 대상 성분의 농도를 나타내며, L 은 측정셀(104)의 길이를 나타낸다.
수학식 1에서 I0, M, 및 L 은 사전에 정의된 값들이고, I 는 측정값이므로, 이 들을 수학식 1 에 대입하여 C 에 대해서 풀면 시료가스에 포함된 측정 대상 성분의 농도를 구할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비분산 적외선 가스 분석기 및 이를 이용하는 가스 분석 방법을 설명한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비분산 적외선 가스 분석기의 일예를 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NDIR 가스 분석기는 광원(101), 광쵸퍼(103)와 이를 구동하는 모터(102), 기준셀(104), 비교셀(111), 시료셀(105), 광스토퍼(112)와 이를 구동하는 모터(113), 광필터(106), 측정셀(107), 측정셀(107) 내부에 포함된 다이아프램(108)과 고정전극(109), 및 가스 분석부(110)를 포함하여 구성된다.
먼저, 광원(101)은 적외선을 발생시켜 광쵸퍼(103)를 통해서 기준셀(104), 비교셀(111) 및 시료셀(105)로 유입시킨다. 광원(101)은 니크롬선 또는 탄화규소의 저항체에 전류를 흘려 적외선을 발생시킬 수 있다.
광쵸퍼(chopper;103)는 모터에 의해서 일정한 속도로 회전하면서 광원(101)으로부터 유입되는 적외선을 일정한 시간 주기로 단속시켜 기준셀(104), 비교셀(111), 및 시료셀(105)로 조사하는 기능을 수행한다. 광쵸퍼(103)는 광원(101)에서 생성된 적외선을 일정한 시간주기로 단속적으로 기준셀(104), 비교셀(111) 및 시료셀(105)로 인가할 수 있는 모든 구성을 포함하는 개념으로서, 도 2 에 도시된 구성에 한정되는 것이 아니다.
한편, 기준셀(104), 비교셀(111), 및 시료셀(105)은 동일한 양의 적외선이 통과하도록 서로 동일한 단면적으로 서로 평행하게 설치된다.
기준셀(104)에는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스가 충진되어 있고, 시료셀(105)에는 검출 대상 성분 가스를 포함한 시료가스, 적외선을 흡수하지 않는 N2 같은 불활성가스(ZERO GAS) 및 일정농도의 검출가스를 포함한 스팬 가스(SPAN GAS)가 교대로 흐르게 한다.
한편, 비교셀(111)은 SPAN값에 비례하는 측정가스가 충진되거나 광량조절장치 등이 장착되어 SPAN값에 해당하는 값을 조절할 수 있도록 장치가 구성되어 있다.
여기서, SPAN값이란 분석기의 측정 가능한 범위를 나타내는 것으로서, 예컨대, 측정하고자 하는 가스가 10PPM인데 0~10,000PPM의 측정범위를 가지는 분석기로는 정확하게 측정하기가 어려우므로, 보통 0~20 또는 0~50PPM의 측정범위를 가지는 분석기를 사용한다.
이 때, 0~50PPM의 측정범위를 가지는 분석기의 경우 성능시험을 위해 제로가스와 스팬가스가 필요하게 되는데, 제로가스는 보통 비활성인 N2가스를 사용하고 스팬가스로는 분석기 최대측정범위의 90%수준인 45PPM을 사용하고 실제 가스의 분석에 앞서 두 개의 가스를 교대로 흘려서 ZERO값과 SPAN값을 설정한다.
본 발명에 따른 분석기는 비교셀(111)을 추가로 설치하고, 비교셀(111)에는 시료셀(105)에 SPAN가스를 흘렸을때와 동일한 정도의 광흡수를 얻기 위해 동일한 농도의 가스를 봉입하거나, 그와 동등한 광흡수를 하기 위한 가리개 등이 부착된 광량조절장치가 설치된다. 봉입가스를 넣게 되면 분석기의 측정범위를 결정하는데 있어 제한요소로 작용할 수 있으므로, 광량조절장치가 부착된 기구를 사용하면 범위선택에 있어 광범위하게 적용가능하게 된다.
광스토퍼(112)는 스테핑모터(13)에 의해서 구동되어 사전에 정의된 시간동안 기준셀(104), 비교셀(111) 및 시료셀(105) 중 어느 하나를 순차적으로 가려 광 원(101)으로부터 유입된 적외선이 해당 셀을 통과하는 것을 차단한다.
도 3a 내지 도 3c 는 광스토퍼(112)가 각 셀들을 차단하면서 가스 분석을 수행하는 과정을 설명하는 도면이다. 도 3a 내지 도 3c 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 광스토퍼(112)를 이용하여 일정한 시간동안 비교셀(111), 시료셀(105), 기준셀(104)을 순차적으로 가려서 적외선을 차단하고, 각각의 경우에 측정된 측정값을 이용하여 가스를 분석한다.
광필터(106)는 기준셀(104), 비교셀(111), 및 시료셀(105)을 통과한 적외선 중 특정 파장의 적외선을 통과시킨다.
측정셀(107)은 그 내부에 종래기술과 관련하여 설명한 바와 같이, 측정대상 가스 성분에 대응되는 성분이 수% 내지 수십% 의 고농도로 밀봉되고, 보상용 신호를 얻기 위해서 별도의 검출기가 추가로 설치되는 경우에는 측정대상 가스 성분을 포함한 혼합 가스가 밀봉될 수도 있다.
한편, 광필터(106)를 통과한 적외선이 측정셀(107) 내부로 유입되면, 측정셀(107)에 봉입된 가스가 적외선을 흡수하여 팽창하고, 이에 따라서 다이아프램(108)에 압력이 인가되어 다이아프램(108)도 역시 팽창하여 다이아프램(108)과 고정전극(109)간의 간격에 변화가 발생한다.
가스 분석부(110)는 다이아프램(108)과 고정전극(109)간의 정전용량을 측정함으로써, 측정 대상 가스의 적외선 흡수도를 나타내는 측정값을 생성하고, 측정값을 이용하여 대상 가스에 포함된 성분 및 그 농도를 출력한다.
가스 분석부(110)는 광스토퍼(112)가 비교셀(111), 기준셀(104), 및 시료 셀(105)을 각각 차단할 때 생성된 측정값을 이용하여 가스 분석을 수행한다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 가스 분석기를 이용한 가스분석 방법을 설명한다.
먼저, 가스 분석을 위해서 광스토퍼(112)가 도 3a 에 도시된 바와 같이, 비교셀(111)을 차단하면, 광원(101)에서 생성된 적외선은 기준셀(104) 및 시료셀(105)을 각각 통과하고, 광필터(106)를 통과하여 측정셀(107)로 유입되고, 측정셀(107)에 봉입된 가스는 적외선으로부터 에너지를 흡수하여 팽창된다. 측정셀(107)에 봉입된 가스가 팽창됨에 따라서 다이아프램(108)과 고정전극(109)간의 거리 및 이에 따른 정전용량의 변화가 발생하고, 가스 분석부(110)는 이 정전용량의 변화를 측정하여 측정값 S1을 생성한다.
이 때, 측정값 S1 은 시료셀(105)에 제로(zero) 가스가 흐르는 상태에서 측정된 측정값(S1z), 시료셀(105)에 스팬(span) 가스가 흐르는 생태에서 측정된 측정값(S1s), 및 시료셀(105)에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 측정값(S1m)을 포함한다.
측정값 S1 이 생성된 후, 광스토퍼(112)는 도 3b 에 도시된 바와 같이, 시료셀(105)을 차단하고, 시료셀(105)이 차단된 상태에서 상술한 바와 같이 측정값 S2 가 생성된다. 이 때, S2 는 시료셀(105)에 흐르는 가스의 종류와 무관하게 하나의 측정값만 얻어진다.
측정값 S2 가 생성된 후, 광스토퍼(112)는 도 3c 에 도시된 바와 같이, 기준셀(104)을 차단하고, 기준셀(104)이 차단된 상태에서 상술한 바와 동일한 방식으로 측정값 S3 가 생성된다.
이 때, 측정값 S3 은 시료셀(105)에 제로(zero) 가스가 흐르는 상태에서 측정된 측정값(S3z), 시료셀(105)에 스팬(span) 가스가 흐르는 생태에서 측정된 측정값(S3s), 및 시료셀(105)에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 측정값(S3m)을 포함한다.
가스 분석부(110)는 상술한 바와 같이 생성된 측정값 S1, S2, S3를 이용하여 실시간으로 편차를 보정하면서 시료 가스에 포함된 가스의 성분 및 그 농도를 측정한다.
이를 위해서, 가스 분석부(110)는 제로 가스가 시료셀(105)에 흐르는 상태에서의 편차가 보정된 측정값("제로 가스값"이라 칭함)을 다음의 수학식 2 와 같이 구한다.
Sz = S2-S1z
또한, 가스 분석부(110)는 스팬(span) 가스가 시료셀(105)에 흐르는 상태에서의 편차가 보정된 측정값("스팬 가스값"이라 칭함)를 다음의 수학식 3 과 같이 구한다.
Ss = S2-S1s
한편, 시료가스가 시료셀(105)을 흐르는 경우의 측정값 (S1m)은 반드시 제로 가스값(Sz)과 스팬 가스값(Ss) 사이에 위치하게 된다 ( Sz < S1m < Ss ).
한편, 가스 분석부(110)는 다음의 수학식 4 에 따라서 최종적으로 시료가스의 농도를 계산할 수 있다.
Sf = F * S1m/(Ss-Sz)
수학식 4에서 Sf 는 시료가스의 농도를 나타내고, F 는 농도 환산 계수를 나타내며, 농도환산계수(F)는 다음의 수학식 5 에 의해서 얻어진다.
F = S2/S3z
결론적으로, 시료가스의 농도(Sf)는 다음의 수학식 6을 이용하여 구해질 수 있다.
Figure 112007071461460-pat00002
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 가스 분석기의 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 분석기의 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 가스 분석을 수행하는 과정을 설명하는 도면이다.

Claims (11)

  1. 제로가스를 포함하는 기준셀;
    스팬가스를 포함하는 비교셀;
    제로가스, 스팬가스, 및 시료가스가 교대로 흐르는 시료셀;
    적외선이 상기 기준셀, 상기 비교셀 및 상기 시료셀을 통과하는 것을 사전에 정의된 시간 간격으로 순차적으로 차단하는 광스토퍼; 및
    상기 기준셀, 상기 비교셀, 및 상기 시료셀을 통과한 적외선을 이용하여 상기 시료가스에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석하는 가스 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 분석기는
    상기 광스토퍼에 의해서 상기 각 셀이 순차적으로 차단될 때마다, 차단된 셀을 제외한 셀들을 통과한 적외선들의 에너지 흡수도를 조사하여 상기 시료가스에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분석기는
    상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 상기 기준셀과 상기 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하고, 상기 기준셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 상기 기준셀과 상기 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하여 상기 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분석부는
    상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 값을, 상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값과 상기 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 측정된 값 간의 차로 나누어 계산된 결과값과,
    상기 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값을 상기 기준셀이 차단된 상태에서 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값으로 나누어 계산된 결과값을 서로 승산하여 상기 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분석부는
    다음의 수식에 따라서 상기 시료가스에 포함된 가스 성분의 농도(Sf)를 분석하되,
    Sf = F * S1m/(Ss-Sz)
    상기 수식에서 Ss 는 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 나타내고, Sz 는 상기 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 나타내며,
    상기 F 는 상기 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값과 상기 기준셀이 차단된 상태에서 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태의 측정값을 이용하여 계산된 농도환산계수인 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광원으로부터 상기 기준셀, 상기 비교셀, 및 상기 시료셀로 유입되는 적외선을 일정한 시간 간격으로 단속하는 광쵸퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    측정 대상 가스가 밀봉된 측정셀; 및
    특정 파장의 적외선만이 상기 측정셀로 유입되도록 상기 기준셀, 상기 비교셀, 및 상기 시료셀을 통과한 적외선을 필터링하는 광필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  8. 제로가스를 포함하는 기준셀, 스팬가스를 포함하는 비교셀, 및 제로가스, 스팬가스, 및 시료가스가 교대로 흐르는 시료셀을 포함하는 가스 분석기를 이용하여 시료가스의 성분 및 농도를 분석하는 방법으로서,
    (a) 사전에 정의된 시간동안 상기 비교셀, 시료셀, 및 기준셀을 순차적으로 차단하고, 차단되지 않은 셀들에 적외선을 통과시키는 단계;
    (b) 차단되지 않은 셀들을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하여 측정값을 생성하는 단계; 및
    (c) 상기 측정값들을 이용하여 상기 시료셀에 흐르는 시료가스의 성분 및 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 상기 기준셀과 상기 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하고, 상기 기준셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스, 시료가스 및 스팬가스가 흐르는 각각의 상태에 대해서, 상기 기준셀과 상기 시료셀을 통과한 적외선의 에너지 흡수도를 조사하여 측정값을 생성하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 시료가스가 흐르는 상태에서 측정된 값을, 상기 비교셀이 차단되고 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값과 상기 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 측정된 값 간의 차로 나누어 계산된 결과값과,
    상기 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값을 상기 기준셀이 차단된 상태에서 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 측정된 값으로 나누어 계산된 결과값을 서로 승산하여 상기 시료가스에 포함된 가스 성분 및 농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값(Ss)을 계산하고, 상기 시료셀에 스팬가스가 흐르는 상태에서 편차가 보정된 측정값을 계산하는 단계;
    상기 시료셀이 차단된 상태에서 측정된 값과 상기 기준셀이 차단된 상태에서 상기 시료셀에 제로가스가 흐르는 상태의 측정값을 이용하여 농도환산계수(F)를 계산하는 단계; 및
    상기 측정값들 및 상기 계산된 값들을 다음 수식
    Sf = F * S1m/(Ss-Sz)
    에 따라서 상기 시료가스에 포함된 가스 성분의 농도(Sf)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
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