KR101597066B1 - 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치와 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치에 관한 것으로 다음과 같이 구성된다: 측정할 본래의 가스 스트림을 일차 측정 가스 스트림과 이차 측정 가스 스트림으로 구분하기 위한 장치. 일차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 일차 기준 가스 스트림을 생성하기 위한 일차 기준 가스 유닛. 이차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 이차 기준 가스 스트림을 생성하기 위한 이차 기준 가스 유닛. 일차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 일차 측정 결과를 생성하기 위한 일차 센서. 이차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 이차 측정 결과를 생성하기 위한 이차 센서. 두 센서의 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛. 일차 센서에 일차 측정 가스 스트림 또는 일차 기준 가스 유닛에 의해 생성된 일차 기준 가스 스트림이 교대로 공급된다. 이차 센서에는 이차 측정 가스 스트림 또는 이차 기준 가스 유닛에 의해 생성된 이차 기준 가스 스트림이 교대로 공급된다. 두 주기가 시간차를 두고 있기 때문에 연속적으로 사용 가능한 측정치를 얻는다. 그 밖에도 본 발명은 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 연속 측정 방법에 관한 것이다. 평가 유닛은 오차의 원인을 조사하기 위해서 본 발명에 따라 상응하는 산술 연산과 루틴을 실시할 수 있다. 오류 분석 프로그램은 가스 덕트에서의 모든 부품을 독립적으로 점검할 수 있다. 또한 기준 가스로 센서를 세척하는 것도 규칙적인 주기 또는 기준에서 벗어나거나 뚜렷한 측정 결과로 인해서 측정 장치로부터 독립적으로 시작될 수 있다. 또한 가스 덕트에서 밸브 스위치를 개별적으로 작동시킬 수 있기 때문에 기준 공기와 측정 공기를 센서로 동시에 전환시키고 측정 가스를 희석하는 것도 가능하다.
Description
본 발명은 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치와 방법에 관한 것이다.
이와 같은 측정 장치는 다양한 센서 기술과 함께 잘 알려져 있으며, 공기나 압축 공기 내 오일, 탄화수소 및 산화시킬 수 있는 가스 등의 함량 검출에 사용된다. 가열된 상태에서 공기에 포함되어 있는 탄화수소 함량에 따라 전기 저항을 변화시키는 전기 가열 반도체 산화 물질이 일반적으로 사용된다.
그 밖의 방법은 Pellistor를 사용한 탄화수소 검출이다. 이를 위해서 측정할 가스 스트림이 그 내부에 가열된 백금 코일이 있는 가열된 촉매 물질로 이루어진 동체를 통해서 유도된다. 탄화수소의 농도는 가열된 백금 코일과 촉매제 내 탄화수소 부분의 연소열을 통해서 조절되는 두 번째 백금 코일의 전기 저항 변화를 통해서 검출할 수 있다.
마찬가지로 화염 이온화 검출기도 알려져 있다. 이 같은 장치에서는 가스 스트림에서 탄화수소가 연소되며, 화염 속 2개 전극 사이에서의 이온화 스트림이 측정된다.
또 다른 방법은 광이온화를 사용한 탄화수소 농도 검출이다. 탄화수소에 자외선을 투사한다. 광선의 에너지량이 매우 높아서 탄화수소 분자로부터 전자가 밀려나오게 되어야 한다. 그 개수는 전자 공학적으로 측정할 수 있다.
상기한 방법은 특히 산화시킬 수 있는 가스 내 높은 농도 감지에 적합하며, 낮은 μg/m3 범위 또는 ppb 범위에서의 낮은 농도 감지에 대해서는 신뢰할 수 없다.
광이온화 검출기를 사용하여 산출한 측정치는 오직 간접적으로 측정된 물질량만을 제시한다. 측정치가 화합물의 분자 구조에 좌우되고, 동일한 분자식에서조차 아주 많이 변하기 때문이다. 측정해야 하는 화합물이 항상 일정하며, 알려져 있고 동질의 것이라면 탄화수소 부분 농도는 비교적 신뢰성 있게 측정 가능하다. 그러나 탄화수소에서의 농도 감소와 함께 측정 정확도는 떨어진다. 여기서 특히 공기 중 수분 함량이 미치는 영향은 증가한다. 탄화수소 함량의 감소와 더불어 습도가 미치는 영향은 점점 더욱 커지며, 낮은 mg/m3 범위와 특히 μg/m3 범위에서의 탄화수소 함량 측정은 충분히 정확하게 실시할 수 없다.
압축 공기의 상이한 적용을 위해서 오일 부분에 대한 상이한 한계치가 필요하다. 오일 부분은 작은 물방울 형태의 오일 에어로졸과 오일 증기로 이루어져 있다. 다양한 방법에 의해서 오일 에어로졸과 오일 증기를 압축 공기 스트림으로부터 부분적으로 또는 광범위하게 제거할 수 있다.
WO 2010/094750은 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치와 방법을 기술하고 있다. 본래의 가스 스트림은 일차 가스 스트림과 이차 가스 스트림으로 세분되며, 양쪽 모두 적합한 측정 장치로 조사가 이루어진다. 일차 가스 스트림은 변하지 않고 이차 가스 스트림은 정화된 상태로 측정 장치로 유도된다는 사실이 근본적으로 중요하다. 여기서 탄화수소 함량은 우선적으로 일차 가스 스트림과 이차 가스 스트림의 신호 차이를 통해서 산출된다. 설명된 기술은 아주 미미한 크기의 농도를 매우 확실하게 측정하는 것을 가능하게 하지만 기술의 신뢰성은 여전히 충분하지 않다. 측정 결과에 영향을 끼칠 수 있는 측정 장치의 고장이나 공급 라인에 있어서의 오류는 전적으로 오직 시간차 설정을 통해서만 인지된다. 그 밖에도 시스템에 있어서의 고장이나 결함은 상당한 수고를 거쳐서만 확인 및 해결할 수 있으며, 이에는 일반적으로 전체 시설의 스위치 차단이 필요하다.
본 발명의 과제는 가스 내 오일, 탄화수소 및 산화시킬 수 있는 가스의 함량 검출을 위한 측정 장치를 마련하는 것이다. 한편으로는 아주 작은 농도도 확실하게 측정하고, 다른 한편으로는 기술 현황의 단점을 가지지 않는 측정 장치이다. 측정 장치는 특히 고장이 쉽게 나지 않고, 측정 오류 및/또는 고장을 간단하고 효율적으로 찾아낼 수 있어야 한다. 그 밖에도 가스 내 오일, 탄화수소 및 산화시킬 수 있는 가스의 함량 검출을 위한 기술 현황과 비교할 때, 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 과제이다.
이 과제는 가스 내 탄화수소 함량 검출을 위한 측정 장치를 통해서 해결되며, 다음과 같이 구성된다.
- 측정할 본래의 가스 스트림을 일차 측정 가스 스트림과 이차 측정 가스 스트림으로 구분하기 위한 장치
- 일차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 일차 기준 가스 스트림을 생성하기 위한 일차 기준 가스 유닛
- 이차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 이차 기준 가스 스트림을 생성하기 위한 이차 기준 가스 유닛
- 일차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 일차 측정 결과를 생성하기 위한 일차 센서
- 이차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 이차 측정 결과를 생성하기 위한 이차 센서
- 부피 스트림을 측정하기 위한 센서
- 양쪽 센서의 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛
여기서
- 일차 센서에는 일차 측정 가스 스트림 또는 일차 기준 가스 유닛에 의해 정화된 일차 기준 가스 스트림이 교대로 공급되며
- 이차 센서에는 이차 측정 가스 스트림 또는 이차 기준 가스 유닛에 의해 정화된 이차 기준 가스 스트림이 교대로 공급된다.
그 밖에도 과제는 다음의 방법 단계를 특징으로 하는 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 검출하기 위한 방법에 의해서 해결된다:
- 측정할 본래의 가스 스트림을 일차 측정 가스 스트림과 이차 측정 가스 스트림으로 구분
- 일차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 일차 기준 가스 스트림을 생성
- 이차 측정 가스 스트림의 부분 스트림으로부터 이차 기준 가스 스트림을 생성
- 일차 측정 가스 스트림 또는 일차 기준 가스 유닛에 의해 정화된 일차 기준 가스 스트림의 일차 센서로의 교대 공급
- 이차 측정 가스 스트림 또는 이차 기준 가스 유닛에 의해 정화된 이차 기준 가스 스트림의 이차 센서로의 교대 공급
- 일차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량 측정과 상응하는 일차 측정 결과의 생성
- 이차 측정 가스 스트림에서의 탄화수소 함량 측정과 상응하는 이차 측정 결과의 생성
-양쪽 센서의 측정 결과 평가.
다음에서 첨부되어 있는 그림과 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 다룰 것이다. 여기서 그림은 아주 단순화시킨 원리를 제시하기 위한 유리한 실시예로서, 본 발명은 어떠한 경우에도 여기에 국한되지 않아야 한다. 다음과 같이 제시한다:
그림 1: 본 발명에 의거한 측정 장치의 단순화시킨 기능 제시
그림 2: 측정 장치의 가스 덕트 배선도
그림 3: 측정 장치의 측정 주기 패턴
그림 1: 본 발명에 의거한 측정 장치의 단순화시킨 기능 제시
그림 2: 측정 장치의 가스 덕트 배선도
그림 3: 측정 장치의 측정 주기 패턴
본 발명에 의거하여 측정할 본래의 가스 스트림이 일차 측정 가스 스트림과 이차 측정 가스 스트림으로 세분된다. 여기서 이는 원심 분리기 등을 사용하여 실질적인 물리적 구분을 통해서 이루어진다. 대안으로는 본래의 가스 스트림이 밸브 등을 사용하여 교대로 일차 센서와 이차 센서 및 각 기준 가스 유닛에 공급될 수 있다. 기준 가스 유닛으로서는 촉매 장치, 특히 산화 촉매 장치 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 의거하여 측정 장치는 기존에 알려져 있는 측정 장치와는 다르게 탄화수소 함량을 측정하기 위해서 1개 센서가 아니라 2개 센서를 갖고 있다. 두 센서가 교대로 기준 가스 또는 측정 가스로 움직인다. 두 센서는 이러한 방식으로 각각 측정 가스와 생성된 기준 가스 즉, 산화된 측정 가스 사이의 신호 차이를 통해 측정 결과를 산출해낸다. 측정 결과는 탄화수소 함량 외에 기타 다른 측정치도 포함할 수 있다.
본 발명은 최소 2개의 측정 가스 덕트를 마련하고, 이에 따라 최소 2개의 측정 결과를 생성한다는 개념을 기초로 하고 있다. 본 발명은 2개 센서의 사용뿐만 아니라 기타 다른 측정 가스 덕트와 센서도 가능하다는 사실을 분명하게 지적하고 있다. 다음은 본 발명에 대하여 하나의 예로써 2개의 센서를 사용하는 것에 대한 설명이 이루어질 것이다.
예를 들어 측정을 시작할 때, 측정 장치를 가동시킬 때 출발 단계에서 우선 양쪽 측정 가스 덕트에서 센서를 기준 가스로 움직이게 할 수 있다. 어느 정도 시간이 지난 후 첫 번째 가스 덕트를 측정 가스로 전환하는 반면, 두 번째 가스 덕트의 센서에는 계속해서 기준 가스가 공급된다. 이후 교대시켜 첫 번째 가스 덕트의 일차 센서에 기준 가스, 그리고 두 번째 가스 덕트의 이차 센서에 측정 가스가 공급된다. 이러한 교체는 임의적으로 가끔 이루어지는데 우선적으로 비교적 짧은 시간 간격으로 반복된다. 약 5초 내지 30초, 특히 주기 당 20초의 시간 간격이 충분하고 합리적인 것으로 입증되었다.
간격을 가스 농도에 따라 변화시키는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. ppb 범위에서의 낮은 농도에 있어서 간격은 우선적으로 1초 내지 50초, 그 중에서도 특히 약 30초가 유리하며, 높은 농도에 있어서는 (예: 2 ppm) 이에 반하여 약 80분 내지 150분, 특히 약 120분이 유리하다.
측정 장치는 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛을 가지고 있다. 첫 번째 실시예에서 두 센서는 1개의 평가 유닛과 연결될 수 있지만 또한 각 센서에 각 평가 유닛을 할당시킬 수도 있다. 평가 유닛은 필요한 계산을 이행하는 프로세서를 이행한다. 개별적인 가스 스트림이나 모든 가스 스트림의 합계를 센서 또는 센서들이 측정하거나 평가 유닛이 평가할 수 있다.
그 밖에도 센서의 측정 결과 또는 평가 유닛이 산출한 수치 및/또는 기타 정보를 표시하는 디스플레이 유닛이 마련되어 있다. 또한 디스플레이 유닛은 입력 유닛으로서 터치스크린 형태로도 유리하게 실행될 수 있다.
본 발명에 의거하면 두 센서가 일정한 단계 후에 그 측정 결과를 평가 및/또는 표시하도록 하는 것이 가능하다. 따라서 디스플레이 유닛이 제시하는 디스플레이 수치가 연속적으로 제시된다. 맨 먼저 일차 센서의 측정 결과가 표시되고 이어서 이차 센서의 측정 결과가 표시된다. 센서의 측정 주기는 연속적 측정 신호가 있도록 시간차 설정이 되어 있다.
디스플레이 수치의 전환을 가스 덕트의 전환과 센서 가동에 대하여 시간차를 두어 진행하는 것이 특히 유리하고, 사용자에게도 바람직한 것으로 입증되었다. 따라서 이차 센서가 이미 측정 가스로 움직이고 측정이 시작되는 동안 디스플레이 유닛에서 일차 센서의 측정 결과를 인지할 수 있다. 신뢰할 수 있는 이차 센서의 측정 결과를 얻은 후, 비로소 평가 유닛에 의해서 디스플레이 유닛이 영향을 받고 이에 따라하여 전환이 된다. 따라서 항상 확실하게 측정된 측정 결과가 표시된다. 이는 센서가 일반적으로 안정적인 측정 결과를 제공하기 전에 일정한 조정 단계를 필요로 하기 때문에 더욱 장점이다. 시간차를 둔 디스플레이에 의해서 측정 결과가 비교적 심하게 변화하는 조정 단계가 사용자에게는 뚜렷하지 않다.
그러나 2개 센서를 사용하는 것은 이를 서로 조정할 수 있게끔 한다. 오차가 인지되는 경우, 다양한 원인이 있을 수 있다. 예를 들어, 시간에 대한 측정 가스의 조성을 변경시킬 수 있다. 그러나 센서 중 1개 센서가 잘못된 측정 결과를 제공할 수도 있다. 결국 가스 덕트가 더러워졌거나 정확하지 않을 수도 있다.
본 발명에 의거하여 평가 유닛은 오차의 원인을 알아내기 위해서 해당 산술 연산과 루틴을 실시할 수 있다. 예를 들어 각 센서 교대 후 오차가 나타나는 경우, 측정 가스의 조성 변경을 거의 유추할 수 있다. 특히 유리한 실시예에서 양쪽 센서가 양쪽 가스 덕트에 연결되어 다음 조정에서 가스 덕트를 교환함으로써 오차의 원인이 가스 덕트에 있는지 혹은 센서에 있는지를 알아낼 수 있다.
평가 유닛은 바람직하게 상응하는 오류 분석 프로그램을 자동으로 실시하며, 가스 덕트와 센서의 전체 구성 요소에 대한 점검을 실시하기 위해서 밸브 및/또는 초크 등과 같은 측정 장치의 개별 부품을 조절한다. 필요 시에는 각 가스 스트림을 개별적으로 바꿀 수 있고, 유출구에서 부피 스트림을 측정함으로써 아주 상세한 오류 분석이 가능하다. 또한 디스플레이 유닛을 통해서 사용자에게 오류 원인을 제시하는 것도 가능하다.
또한 평가 유닛은 두 오류 발생 센서나 가스 덕트 중 하나를 독립적으로 차단시켜서 측정 장치가 계속해서 사용 가능한 상태를 유지하도록 하는 것도 가능하다. 유리하게도 평가 유닛은 디스플레이 유닛을 통해서 상응하는 정보를 제공하여 두 번째 가스 덕트나 센서가 고장 나기 전 및 이와 연결되어 있는 전체적인 고장 전에 측정 장치를 수리할 수 있다. 근본적인 장점은 해당 수리를 나중에 작동이 중지되어 있는 동안에도 실시할 수 있다는 사실에서 비롯된다.
최종적으로 측정 장치는 상응하는 오류 분석 프로그램으로 가스 덕트에서의 전체 부품을 독립적으로 점검할 수 있다. 또한 기준 가스로의 센서 세척도 규칙적인 주기 또는 측정 장치에서의 잘못된 측정 결과나 눈에 띄는 측정 결과로 인해서 독립적으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의거한 측정 장치는 그 밖에도 두 센서가 각각 저장용 통에서의 캘리브레이션 가스 등으로 움직여 실행될 수 있다. 따라서 변화하지 않는 측정 가스와 기준 가스 외에 규칙적으로 센서 신호 강도를 새로이 조정하기 위해서 캘리브레이션 가스가 사용된다. 캘리브레이션 가스는 (예: 이소부탄) 정해진 탄화수소 함량을 가지고 있지만, 전혀 수분을 갖고 있지 않거나 아주 미미한 수분만을 가진다. 따라서 본 발명에 의거하여 측정 장치의 노화와 오염으로 인한 신호 강도와 측정 감도의 변화를 조정하는 것이 가능하다. 캘리브레이션 측정은 규칙적인 간격으로 자동으로 이루어질 수 있지만, 또한 언제라도 사용자에 의해 시작될 수도 있다. 특히 오류 분석 프로그램의 오류 분석의 일환으로 이용할 수 있다. 캘리브레이션 측정의 일환으로 산출된 데이터는 저장되어 항상 불러올 수 있으며, 사용자 유닛에 의해 이용될 수 있다.
더 나아가 산출된 측정 결과 상호간의 조정이나 비교 또는 (예: 기준 데이터 뱅크에서의) 저장된 측정 결과와의 조정이나 비교를 통해서 측정 가스, 기준 가스 또는 캘리브레이션 가스로 움직일 때 센서의 캘리브레이션을 실시하는 것이 가능하다. 여기서 측정 가스는 알려지지 않은 ppm 농도를 갖는 측정할 가스, 기준 가스는 0 ppm 농도를 갖는 알려져 있는 가스, 캘리브레이션 가스는 특정한 ppm 농도를 갖는 알려져 있는 가스를 말한다.
유리하게도 측정 장치가 가동하기 전에 해당 캘리브레이션 가스 공급을 통해서 제조 기술상의 오차나 노화에도 불구하고 동일한 측정 결과를 제공하도록 두 센서를 조절할 수 있다.
본 발명에 의거하여 모든 측정 주기는 실제로 개별적인 센서에 의해서 측정된 측정치를 점검하고 비교하는 캘리브레이션 단계를 가질 수 있다.
측정 주기는 예를 들어 기준 가스 공급과 함께 시작한다. 시작 단계 이후, 일정한 측정 결과가 제공되며 상응하는 센서가 기준 가스로 세척된다. 이어지는 캘리브레이션 단계에서는 이전에 측정한 측정 결과가 제조 시 이 센서에 의해 측정된 측정 결과등과 비교되며, 경우에 따라서 센서 캘리브레이션이 이루어진다. 캘리브레이션 단계의 범주 내에서 또한 기타 중요한 조정이 가능한데, 예를 들면 상응하는 기준 가스로의 움직임에 있어서 다른 센서의 측정 결과와의 비교이다. 짧은 시간에 걸쳐 측정 가스로의 전환과 시작 단계에서의 전환이 이루어진다. 신뢰할 수 있는 측정 결과가 제공될 수 있는 계속적인 안정적인 가동 상태에서는 측정 결과와 이전에 측정한 측정 결과 및/또는 다른 센서의 저장된 측정 결과 및/또는 기타 적합한 기준 수치와의 비교가 직접적으로 이루어진다. 측정 주기가 종료된 후, 기준 가스로의 전환과 함께 다음 차례의 측정 주기가 시작된다. 동일한 측정 주기가 시간차를 두고, 다른 센서를 갖는 다른 가스 덕트에서 진행된다.
또한 평가 유닛은 본 발명에 의거하여 항상 두 센서의 측정 결과의 평균값을 산출하고, 이를 디스플레이 유닛을 통해서 제시할 수 있다. 사전에 설정된 편차를 초과하는 경우에야 비로소 측정 장치가 반응한다. 예를 들어, 위에서 이미 기술한 오류 분석 프로그램이 시작되고 및/또는 다만 두 측정 결과가 교대로 또는 동시에, 비상 경보와 결합하여 제시된다. 특히 간단한 실시예에서는 평균값이 제시되고, 비상 경보가 작동된다.
측정 장치는 기술 유닛이 블록 형태로 통합되는 경우에만 특히 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 이는 밸브, 초크, 촉매 장치 및 센서등에 해당할 수 있다. 상응하는 구성 요소와 부품은 금속등으로 이루어져 있다.
특히 유리한 실시예에서는 탄화수소 함량 검출이 광이온화 원칙에 근거하고 있으며, 샘플링 존데를 갖춘 해당 센서 유닛을 제시한다. 여기서 센서 유닛은 신호 케이블 또는 케이블 없이 평가 유닛과 연결되어 있다. 샘플링 존데는 특히 위쪽으로부터 중심에서 수직관에 설치될 수 있어서 점검할 가스 스트림으로부터 중앙에서 가스를 제거해낼 수 있다. 센서 유닛은 개별적인 측정 가스의 일정한 압력과 일정한 부피 스트림을 마련해주고, 정해진 구경을 갖는 초크등에 의해서 또는 소결 함유 금속으로부터 형성되어 있는 정해진 스트림 저항을 제시한다. 이는 정비할 필요가 별로 없고, 간단하게 세척할 수 있다. 그 밖에도 사용자에게 가스 스트림의 너무 낮거나 높은 압력에 대한 시각적 또는 청각적으로 정보를 제공해주는 비상 경보 기능이 마련되어 있다.
다양한 가스 스트림의 관류량은 해당 초크, 밸브 또는 관류 환원 장치의 영향을 받을 수 있다. 이들은 특히 교체 가능하며, 한편으로는 센서 관류량을 조절하고 다른 한편으로는 혼합해야 하는 가스 스트림의 원하는 혼합 비율을 보장하기 위해 특히 유리한 실시 형태에서 조절 가능하다.
또한 가스 덕트에서 밸브를 개별적으로 개폐할 수 있기 때문에 기준 공기와 측정 공기를 센서에서 동시에 작동시키고 측정 가스를 희석시키는 것도 가능하다. 따라서 측정 공기가 극도로 많이 오염되어 있는 경우, 측정 범위를 위쪽으로 확장시킬 수 있다.
기준 생성 장치로서 일반적인 산화 촉매 장치를 사용할 수 있지만, 원하는 특성을 갖는 가스를 제공하기 위한 기타 장치나 방법도 생각할 수 있다. 산화 촉매 장치에는 적절히 마련된 용기에 집어 넣을 수 있는 백금을 입힌 석영 모직등을 사용한다. 특히 유리한 형태에서는 기준 가스 생성 장치가 측정 장치로 통합됨으로써 오직 현장에서만 다양한 유동체 또는 가스 공급을 연결할 수 있다. 따라서 측정 장치는 상응하는 가스관과 전기 연결을 하기 위해 전체적으로 연결되어 있어 현장에서 융통성 있게 임의의 장소에 설치할 수 있다. 특히 본 발명에 의거하여 이루어진 측정 장치의 광이온화 원칙등의 경우에 있어서, 샘플링 존데와 같은 센서를 갖는 센서 유닛과 작동 인터페이스를 갖는 평가 유닛으로의 구분은 추가적으로 현장에서의 공간적으로 융통성 있는 설치 가능성을 높여준다. 작동 인터페이스가 있는 평가 유닛은 작아서 거의 모든 곳에서 훌륭하게 접근 가능한 위치에 유리하게 설치될 수 있다. 반면에 다소 큰 센서 유닛은 평가 유닛과 공간적으로 분리되어 측정 가스 샘플링 위치에 배열할 수 있다.
본 발명에 의거한 측정 장치는 오일 없이 응축되는 컴프레서와 함께 압축 공기나 압축 가스 제조를 위해 사용할 수 있지만, 또한 컴프레서에 이어서 상응하는 촉매 장치가 작동되는 경우에는 오일을 칠한 컴프레서와 함께 사용하는 것도 생각할 수 있다. 정비 작업을 위해서 특히 바이패스가 마련되어 있다. 그러나 측정 장치는 원칙적으로 압축 가스 실린더등과 같은 기타 사용 범위에도 적합하다.
그림 1은 원리 제시를 통해서 본 발명에 의거한 측정 장치(20)의 근본적인 구성 요소를 제시한다. 측정 장치는 2개 센서 즉, 일차 센서(22)와 이차 센서(24), 특히 광이온화 센서 또는 금속 산화 센서를 갖고 있다.
본래의 가스 스트림(26)은 가스관을 통해서 밸브(28)의 도움으로 일차 측정 가스 스트림(38)과 이차 측정 가스 스트림(39)으로 구분된다. 제시된 실시예에서는 본래의 가스 스트림(26)의 구분이 시간에 따라 이루어진다. 그러나 부피 스트림을 2개로 분리하여 구분하는 것도 마찬가지로 가능하다.
일차 측정 가스 스트림(38)은 교대로 부분적으로 센서(22) 또는 일차 기준 가스 유닛(30)으로, 그리고 이차 측정 가스 스트림(39)은 교대로 부분적으로 이차 센서(24) 또는 이차 기준 가스 유닛(32)으로 공급된다. 기준 가스 유닛(30, 32)은 측정 가스 스트림(38, 39)으로부터 각각 일차 기준 가스 스트림(34) 또는 이차 기준 가스 스트림(36)을 생성하며, 이는 상응하는 센서(22, 24)로 공급된다. 기준 가스 유닛(30, 32)은 우선적으로 촉매 장치로서, 특히 산화 촉매 장치로서 형성되어 있다.
따라서 일차 센서(22)에는 일차 측정 가스(38) (본래의 가스 스트림(26)에 상응) 또는 일차 기준 가스 유닛(30)에 의해 정화된 일차 기준 가스 스트림(34)이 교대로 공급된다. 이에 따라서 이차 센서(24)에는 이차 측정 가스 스트림(39) (마찬가지로 본래의 가스 스트림(26)에 상응) 또는 이차 기준 가스 유닛(32)에 의해 정화된 이차 기준 가스 스트림(36)이 교대로 공급된다.
가스 스트림(26, 34, 36, 38, 39)은 상응하는 가스 덕트를 형성하는 해당 가스관(40)을 통해서 유도된다. 가스관(40)의 진행 경로에 가스 스트림(26, 34, 36, 38, 39)을 센서(22, 24) 또는 기준 가스 유닛(30, 32)에 적합한 2 bar의 압력 레벨로 낮추는 초크(41)등이 마련되어 있다(제시되어 있지 않음, 그림 1에서 초크는 오직 기호로만 제시되어 있음). 또한 해당 초크(41)는 가스관(40)의 시작 부분에 마련될 수 있다. 왜냐하면 본래의 가스 스트림(26)이 자주 매우 높은 압력을 받으면서 측정 장치(20)로 유입되기 때문이다. 이러한 첫 번째 초크(41)는 압력 레벨을 7 bar등으로 낮춘다.
본래의 가스 스트림(26) 외에 또 다른 가스관(40)을 통해서 캘리브레이션 가스 스트림(42)이 측정 장치(20)로 유입된다. 이 캘리브레이션 가스 스트림(42)은 교대로 일차 센서(22) 또는 이차 센서(24)로 이어지는 정화 과정 없이, 줄어든 상태로 공급된다.
센서(22, 24)에서 나오는 가스 스트림은 장치(44)를 통해서 합쳐지며, 부피 스트림의 합계가 측정된다. 밸브를 개별적으로 작동시킴으로써 각각 개별적인 스트림에서의 관류를 측정할 수 있다.
그림 2는 2개의 가스 덕트 배선도에서 측정 장치(20)의 가능한 작동 방식을 설명하고 있다. 일차 센서(22)에는 첫 번째 가스 덕트 배선도(46)이, 그리고 이차 센서(24)에는 두 번째의 가스 덕트 배선도(48)이 부속되어 있다. 가스 스트림과 선호되는 측정 수치 디스플레이가 시간에 따라 제시되어 있다.
예를 들어, 처음 측정 장치(20)을 가동시킬 때, 시작 단계에서 우선 두 가스 덕트에서 센서(22, 24)가 각 기준 가스 스트림(34, 36)으로 움직이게 된다. 이후 일차 센서(22)의 가스 덕트가 전환되고, 일차 센서(22)를 측정 가스로 움직이게 한다. 센서(22)는 1번 또는 여러 번의 측정을 실시하고, 디스플레이 수치 S1로 표시되는 측정 결과를 생성한다. 이어서 일차 센서(22)에 다시 기준 가스가 공급된다. 동일한 측정 주기가 시간차를 두고 디스플레이 수치 S2를 생성하는 이차 센서(24)에서 진행된다.
디스플레이 수치 S1, S2가 센서(22, 24)의 가스 교체에 대하여 시간차를 두고 표시된다는 사실을 알 수 있다. 이로써 측정 장치(20) 또는 상응하는 디스플레이 유닛이 연속적으로 디스플레이 수치를 표시할 수 있게 된다.
그림 3은 측정 주기 배선도에서 일차 센서(22)의 측정 주기를 설명하고 있다. 처음에 일차 기준 가스 스트림(34)의 공급 후에 TKE 시간에 대하여 신호 변화가 생성된다. 이어서 안정적인 작동 상태 TKR 동안에 기준 가스로 세척이 이루어진다. 이어지는 캘리브레이션 단계 TKK에서는 산출된 측정 결과가 제조 시 센서(22)를 위해 검출된 측정 결과와 비교되며, 경우에 따라서 캘리브레이션이 이루어진다. 또한 측정 결과를 이차 센서(24)의 같은 종류의 측정 결과와 조정하는 것도 가능하다.
측정 가스로의 전환 후, 시간 TSE에 대하여 새로운 변화 단계가 이어진다. 이어지는 안정적인 작동 상태 TSK 동안 캘리브레이션 또는 일차 센서(22)는 먼저 측정된 이차 센서(24)의 (TSM) 측정 결과와 직접적으로 조정이 이루어진다. 또한 변화 단계는 지체된 측정 수치 상승 등일 수 있다.
센서(22)와 센서(24)의 수치 TSM은 디스플레이 유닛에 의해서 제시된다.
일차 기준 가스 스트림(34)으로 다시 전환된 후에 측정 주기가 다시 시작하고 계속해서 반복된다.
Claims (15)
- 가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20)로서,
- 측정할 본래의 가스 스트림(26)을 일차 측정 가스 스트림(38)과 이차 측정 가스 스트림(39)으로 구분하기 위한 장치(28),
- 일차 측정 가스 스트림(38)의 부분 스트림으로부터 일차 기준 가스 스트림(34)을 생성하기 위한 일차 기준 가스 유닛(30),
- 이차 측정 가스 스트림(38)의 부분 스트림으로부터 이차 기준 가스 스트림(36)을 생성하기 위한 이차 기준 가스 유닛(32),
- 일차 측정 가스 스트림(38)에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 일차 측정 결과를 생성하기 위한 일차 센서(22),
- 이차 측정 가스 스트림(39)에서의 탄화수소 함량을 측정하고, 상응하는 이차 측정 결과를 생성하기 위한 이차 센서(24),
- 양쪽 센서(22, 24)의 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛을 포함하고,
여기서
- 일차 센서(22)에 일차 측정 가스 스트림(38) 또는 일차 기준 가스 유닛(30)에 의해 정화된 일차 기준 가스 스트림(34)이 교대로 공급되며,
- 이차 센서(22)에는 이차 측정 가스 스트림(39) 또는 이차 기준 가스 유닛(32)에 의해 정화된 이차 기준 가스 스트림(36)이 교대로 공급되고,
- 센서(22, 24)의 주기는 연속적인 측정 신호가 주어지도록 시간차 설정이 되어 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 센서(22, 23)가 광이온화 센서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 센서(22, 23)가 금속 산화 센서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 기준 가스 유닛(30, 32)이 촉매 장치로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 가스 라인(40) 진행에 있어서 초크, 밸브(41) 또는 관류 환원 장치 그룹으로 이루어진 기본 요소가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 또 다른 가스 라인(40)을 통해서 캘리브레이션 가스 스트림(42)이 측정 장치(20)로 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 6 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 캘리브레이션 가스 스트림(42)이 일차 센서(22) 또는 이차 센서(24)로 교대로 공급 가능하다는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 기준 가스 유닛(32)이 측정 장치(20)에 통합되는 구성 요소라는 것을 특징으로 하는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 장치(20)는 센서(22, 23)를 갖고 있는 센서 유닛과 작동 인터페이스가 있는 평가 유닛이라는 2개의 공간적으로 분리되어 있는 구성 요소에 의해서 특징되는,
가스 내 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 측정 장치(20). - 가스 스트림에서의 탄화수소 함량을 검출하기 위한 방법으로서,
- 측정해야 하는 본래의 가스 스트림(26)을 일차 측정 가스 스트림(38)과 이차 측정 가스 스트림(39)로 구분하는 단계,
- 일차 측정 가스 스트림(38)의 부분 스트림으로부터 일차 기준 가스 스트림(34)을 생성하는 단계,
- 이차 측정 가스 스트림(39)의 부분 스트림으로부터 이차 기준 가스 스트림(36)을 생성하는 단계,
- 일차 측정 가스 스트림(38) 또는 일차 기준 가스 유닛(30)에 의해 정화된 일차 기준 가스 스트림(34)의 일차 센서(22)로의 교대 공급하는 단계,
- 이차 측정 가스 스트림(39) 또는 이차 기준 가스 유닛(32)에 의해 정화된 이차 기준 가스 스트림(36)의 이차 센서(24)로의 교대 공급하는 단계,
- 일차 측정 가스 스트림(38)에서의 탄화수소 함량 측정과 상응하는 일차 측정 결과의 생성하는 단계,
- 이차 측정 가스 스트림(39)에서의 탄화수소 함량 측정과 상응하는 이차 측정 결과의 생성하는 단계,
- 양쪽 센서(22, 24)의 측정 결과 평가하는 단계를 포함하고,
- 처음 시작할 때 우선 양쪽 가스 덕트에서 센서(22, 24)가 각 기준 가스 스트림(34, 36)에 의해서 움직이고,
- 이후 일차 센서(22)가 측정 가스로 움직이고, 일차 센서(22)가 최소한의 측정을 실시하고, 디스플레이 수치(S1)로서 제시되는 측정 결과를 생성하고
- 이어서 일차 센서(22)에 다시 기준 가스가 공급되며,
- 동일한 측정 주기가 시간차를 두어 이차 센서(24)에서 실시되며, 여기서 디스플레이 수치가 (S2) 생성되는 것을 특징으로 하는,
가스 스트림에서의 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 방법은 디스플레이 수치(S1, S2)가 센서(22, 24)의 가스 교체에 대하여 시간차를 두고 표시되는 것을 특징으로 하는,
가스 스트림에서의 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 방법은 변화되지 않은 측정 가스와 기준 가스 외에 규칙적으로 캘리브레이션 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는,
가스 스트림에서의 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 방법은 측정 간격이 가스 농도에 따라서 변하고, 기설정된 값보다 낮은 ppb 범위의 농도는 우선적으로 측정 간격이 최대 50초까지이며, 반면 기설정된 값보다 높은 ppm 범위의 농도는 우선적으로 80 내지 150분의 간격을 가지고 있는 것을 특징으로 하는,
가스 스트림에서의 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 방법은 디스플레이 수치의 전환이 가스 덕트의 전환과 센서 작동에 있어 시간차를 두고 이루어지는 것을 특징으로 하는,
가스 스트림에서의 탄화 수소 함량을 검출하기 위한 방법.
- 삭제
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