KR20100113495A - 기체 혼합물 조성 검출 방법 및 장치 - Google Patents

기체 혼합물 조성 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

한개 이상의 센서를 포함하는 측정 챔버(3)를 구비한 전자코(2)를 통해 미지의 기체 혼합물(Minc)의 조성을 검출하는 방법이 개시되며, 이 방법은,
기지의 기체 혼합물(Mn)을 측정 챔버(3)에 유입시킴으로써 한개 이상의 센서를 교정(calibration)하는 단계와,
미지의 기체 혼합물(Minc)을 측정 챔버(3)에 공급하여, 그 상태를 지정 상태로 유지시키는 단계와,
한개 이상의 센서를 이용하여 미지의 기체 혼합물(Minc)의 조성을 검출하는 단계
를 포함한다.

Description

기체 혼합물 조성 검출 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING THE COMPOSITION OF GAS MIXTURES}
본 발명은 미지의("unknown"의 번역어로서, 그 성분과 조성을 알지 못하는 상태를 의미함) 기체 혼합물의 조성을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 발명이다.
본 발명은 특히, "전자코(electronic noise)"를 이용하여 미지의 기체 혼합물의 조성을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 발명이다.
잘 알려진 바와 같이, 전자코는 (가능하다면 연속적으로) 공기를 분석하고 기체 혼합물의 성분을 검출하는 기기로서, 이 성분이 향기가 나는 성분을 포함하는지 여부를, 즉, 사람이나 동물의 후각계에 의해 이 성분들이 감지될 수 있는 지 여부를 검출하는 기기다.
본 발명은 향기가 나는 화합물들을 가진 성분들에 관해 언급하지만, 이러한 향기 관련 언급이 본 발명의 범위를 제한해서는 안될 것이다.
전자코는 분석되는 공기를 정성적으로 분류하여 해당 공기에 특정 후각단위 클래스를 부여하고, 그 냄새 농도를 추정함으로써 분석되는 공기를 후각측정학적으로 정량화할 수 있다.
전자코는 사람의 후각을 흉내낸 것으로서, 일반적으로 말할 때, 전자코의 동작은
- 적절한 센서를 이용하여 기체를 검출하는 단계와,
- 센서로부터의 신호를 처리하는 단계와,
- 냄새를 인지하는 단계
로 나누어진다.
화학적으로 비활성의 물질로 만들어진 챔버 내에 복수의 센서들이 하우징되는 것이 일반적이며, 이러한 챔버 내에서는 기준 기체(통상적으로 깨끗한 무향 공기)가 흘러들어가, 센서 응답의 차후 처리를 위한 기준 척도를 생성하게 된다.
사용시에, 분석될 공기는 감지 챔버 내로 전달되어, 기체 환경의 화학적 조성 변화를 생성하게 되고 따라서 센서로부터 앞서와는 다른 응답을 생성하게 된다.
기준 기체를 감지 챔버 내에 다시 주입하여, 센서들을 구성하는 액티브 물질을 세정하여, 센서 응답이 기준 측정치로 되돌아가면서 측정이 종료된다.
본 발명에서는 금속 산화물 반도체(MOS) 센서를 구비한 전자코에 관하여 언급하지만, 이러한 MOS 방식 전자코가 본 발명의 범위를 제한해서는 안될 것이다.
이러한 센서들의 원리는 기준 조건 하에서의 전기전도도에 비해, 향기나는 물질이 있을 때 MOS 산화물의 전기전도도 변화에 있다.
일반적인 측정 사이클 중, 전자코는 소정 시간구간동안 기준 기체를 받아들이고, 나머지 시간구간동안 분석될 공기를 받아들인다.
더우기, 종래의 전자코에서는 기준 기체를 세정하고 냄새없이 만들기 위해 활성 탄소를 이용하고 있다.
그러나, 이러한 종류의 전자코는 여러가지 단점들을 가진다. 잘 알려진 바와 같이, 이러한 종류의 센서들은 기준 기체 및 분석될 기체의 온도 및 습도 변화에 매우 민감하다.
환경적 요인에 대한 의존성으로 인해 후각단위 데이터를 판독하는 것이 어려워지거나 이러한 데이터의 신뢰도가 크게 저하되게 된다. 더우기, 공기의 온도 및 습도는 하루 중에도, 그리고 계절마다 크게 변할 수 있다.
더우기, 오염물로부터 기준 기체를 세정하기 위해 탄소를 이용하기 때문에, 기준 기체 자체의 상대적 습도가 변할 수 있다.
이러한 이유로, 종래의 전자코에서는 측정치의 정확도가 떨어지고 높은 수준의 반복성을 제공할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 경제적이면서도 신뢰도높은 냄새 감지 방법 및 장치를 제공함으로써 상술한 종래 기술의 단점을 극복하는 것을 목적으로 하며, 또한, 측정이 이루어지는 기후 조건에 관계없이 정확한 측정치를 제시할 수 있는 냄새 감지 방법 및 장치를 제공함으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 특성은 청구항 1항과 같은 청구범위의 기재로부터 용이하게 나타나며, 청구항 1항의 종속항들에서 더욱 상세한 구체예들이 제시된다.
본 발명은 여러가지 장점을 가진다.
기지의 기체 혼합물의 상태를 조절하여 센서를 교정하고, 조건설정용 시스템을 이용하여 미지의 기체 혼합물의 상태를 조절함으로써, 두 혼합물을 임의로 선택가능한 요망 상태로 이끌 수 있고, 이를 유지할 수 있다.
이는 미지의 기체 혼합물의 조성이 매우 정확하게 측정될 수 있고, 반복적으로 측정하여도 변함이 없다는 것을 의미한다.
더우기, 기지의 기체 혼합물의 상태가 변화하여 간접적으로, 즉, 세정 기체 혼합물의 상태의 보상적 변화에 따라, 요망 상태에 이르게 된다.
따라서, 센서들에 의한 측정치들에 대한 센서들의 응답이 어떤 방식으로도 변경되지 않으며, 따라서, 정확하고 반복가능한 결과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냄새 감지 장치의 단순화된 블록도표.
도 2는 도 1의 냄새 감지 장치의 일부분에 대한 개략적 사시도.
도 3은 도 2의 냄새 감지 장치의 일부분의 개략적 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 냄새 감지 장치의 대안의 실시예의 단순화된 블록 도표.
도 1에서는 본 발명에 따른 냄새 감지 장치(1)가 블록도표 방식으로 제시되어 있다.
장치(1)는 종래의 전자코(2)를 포함한다.
전자코(2)는 잘 알려진 타입의 복수의 센서들을 둘러싸는 측정 챔버(3)를 포함한다.
장치(1)는 전자코(2)로 검출할 한개 이상의 성분을 포함하는 미지의 기체 혼합물(Minc)을 공급하기 위한 도관(4)을 포함한다.
구체적으로, 전자코(2)는 미지의 기체 혼합물 Minc의 조성을 검출하도록 설계되는데, 이 경우, 화합물의 후각단위 핑거프린트가 사람이나 동물의 후각 시스템에 의해 인지될 수 있는 지, 또는, 혼합물 Minc의 화합물들이 사람이나 동물의 후각 시스템에 의해 인지될 수 없는지를 검출하도록 설계된다.
장치(1)는 세정 기체 혼합물 Mp을 공급하기 위한 도관(5)과, 표준 기체 Gs를 공급하기 위한 도관(6)을 포함한다. 이 유체들의 특성은 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
장치(1)는 측정 챔버(3)에 상기 언급한 유체들을 공급하기 위한 도관(7)을 포함한다. 유체 공급 도관(7)에는 측정 챔버(3)를 향해 도관(7)을 통과하는 각 유체의 온도 및 습도를 측정하도록 설계된 온도 및 습도 센서(8)가 존재한다.
추가적으로, 측정 챔버(3)의 상류의 도관(7) 위치에 필터(40)가 위치하며, 이 필터(40)는 알루미늄 커버로 제한되며, 필터의 알루미늄 벽체를 가열하도록 설계된 가열 수단에 연결된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 미지의 기체 혼합물 Minc가 종래의 흡입 수단(도시되지 않음)을 통해 공급 도관(4)으로 흡입된다.
또한 도면에 제시된 실시예에서, 미지의 기체 혼합물 Minc는 장치(1) 외부의 공기로 구성된다.
일 실시예에서는 지정된 양의 미지의 기체 혼합물 Minc를 가진 밀폐 컨테이너로부터 미지의 기체 혼합물 Minc가 도관(4)으로 공급될 수 있고, 이때, 미지의 기체 혼합물은 임의의 기체 혼합물로서, 그 조성은 측정을 통해 결정될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 미지의 기체 혼합물 Minc을 공급하는 도관(4)의 유출구에는 스위칭 솔레노이드 밸브(9)가 존재한다.
스위칭 솔레노이드 밸브(9)는 측정 챔버(3)에 유체를 공급하는 도관(7)에 연결된 중간 도관(10)에 미지의 기체 혼합물 Minc나 표준 기체 Gs를 선택적으로 공급하도록 설계된다.
중간 도관(10)에는 미지의 기체 혼합물 Minc와 표준 기체 Gs의 흐름을 조절하기 위한 솔레노이드 밸브(11)가 배치된다.
솔레노이드 밸브(11)는 표준 기체 Gs와 미지의 기체 혼합물 Minc의 흐름을 조절하기 위한 수단(12)에 연결된다.
흐름 제어 수단(12)은 중간 도관(10)을 통과하는 표준 기체 Gs 또는 미지의 기체 혼합물 Minc의 흐름을 측정하기 위한 유량계(flow meter)(13)를 포함한다.
흐름 제어 수단(12)은, 아래 규정된 바와 같이, 지정 속도로 미지의 기체 혼합물 Minc나 표준 기체 Gs가 통과하도록 솔레노이드 밸브(11)를 조절하기 위한 제어 소자(14)를 추가로 포함한다.
세정 기체 혼합물 Mp을 공급하는 도관(5)은 장치(1) 외부로부터 공기 Aest를 받아들이기 위해 흡입 수단(통상적인 것으로서 도시하지 않음)을 포함한다.
흡입 수단의 하류에는 도관(5)을 따라 외부 공기 Aest를 세정하고 여과시키기 위한 유닛(15)이 배치된다.
외부 공기 Aest 세정 및 여과를 위한 유닛(15)은 촉매기(16)와 활성 탄소 필터(17)(두가지 모두 도 1에서 점선으로 표시됨)를 포함한다.
일 실시예에서는 촉매기(16)만이 또는 활성 탄소 필터(17)만이 구성된다.
촉매기(16)와 활성 탄소 필터(17)를 통과하는 외부 공기 Aest는 불순물로부터 세정되어 세정 기체 혼합물 Mp로 변환된다.
따라서, 세정 기체 혼합물 Mp는 불순물이 제거된, 외부 환경으로부터의 공기로 구성되게 된다.
일 실시예에서는 세정 기체 혼합물 Mp가 센서의 응답을 변경시키지 않는 임의의 혼합물일 수도 있고, 잘 알려진 방식으로 체계적으로 센서의 응답을 변경시키는 임의의 혼합물일 수도 있다. 응답 변경시에는 이러한 변경으로 인한 에러가, 센서들에 의해 수행되는 측정에 이어지는 처리과정에서 보정될 수 있다.
장치(1)는 세정 기체 혼합물 Mp의 조건 설정용 시스템(18)을 또한 포함한다.
도 1에서, 세정 기체 혼합물 Mp의 조건설정용 시스템(18)의 하류에는 세정 기체 혼합물 Mp의 흐름을 조절하기 위한 솔레노이드 밸브(19)가 배치된다.
지정 속도로 유량을 유지하도록 세정 기체 혼합물 Mp의 유량을 조절하기 위한 제어 수단(20)이 솔레노이드 밸브(19)에 연결된다.
제어 수단(20)은 측정 챔버(30) 상류의 도관(7)에 장착된 유량계(23)에 따라 동작한다.
세정 기체 혼합물 Mp을 공급하기 위한 도관(5)은 측정 챔버(3)에 유체를 공급하는 도관(7)에 연결된다.
따라서, 유체 공급 도관(7)은 중간 도관(10)의 유출구에 위치한 제 1 유입구(21)와, 도관(5)의 유출구에 위치한 제 2 유입구(22)를 포함하며, 제 1 유입구(21)를 통해 미지의 기체 혼합물 Minc나 표준 기체 Gs가 공급되고, 제 2 유입구(22)가 세정 기체 혼합물 Mp를 공급한다.
이러한 방식으로, 아래 상세하게 설명되는 바와 같이, 스위칭 솔레노이드 밸브(9)가 표준 기체 Gs의 통행을 오픈시킬 때 공급 도관(7)이 표준 기체 Gs와 세정 기체 혼합물 Mp로 구성되는 기지의('known'의 번역어로서, 그 성분과 조성을 알고 있는 경우를 말함) 기체 혼합물 Mn을 측정 챔버(3)로 선택적으로 전달하며, 스위칭 솔레노이드 밸브(9)가 미지의 기체 혼합물 Minc의 통행을 오픈시킬 때 미지의 기체 혼합물 Minc와 세정 기체 혼합물 Mp로 구성되는 샘플 기체 혼합물 Mcamp를 공급 도관(7)이 측정 챔버(3)로 전달한다.
따라서, 샘플 기체 혼합물 Mcamp는 미지의 기체 혼합물 Minc와 세정 기체 혼합물 Mp를 혼합시킨 결과에 해당한다.
표준 기체 Gs는 표준 기체 Gs의 공급원(25)으로부터 공급된다. 표준 기체 Gs는 기지의 조성을 가진 기체로서, 미지의 기체 혼합물 Minc의 측정이 수행되기 전에 전자코(2)를 교정(calibration)하는 데 사용된다.
도 1의 실시예에서, 표준 기체 Gs의 공급원(25)은 기지의 조성 및 농도를 가진 액체를 함유한 컨테이너다.
도관(5)으로부터 공급된 세정 기체 혼합물 Mp의 일부분을 컨테이너(25)에 전달함으로써, 그리고, 표준 기체 Gs를 형성하기 위해 지정 양의 표준 기화 액체를 컨테이너 내부의 세정 기체 혼합물 Mp의 흐름이 흡수하도록 기지의 조성을 가진 액체를 (가열에 의해) 기화시킴으로써, 표준 기체 Gs가 형성된다.
도시되지 않은 일 실시예에서는 표준 기체 Gs가 컨테이너 내부에서 이미 기체 상태에 있다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 조건설정용 시스템(18)이 알루미늄 소재의 컨테이너(26) 내에 구성되며, 컨테이너는 외부 환경으로부터 열 손실을 방지하도록 단열처리된다. 조건설정용 시스템(18)은 기화 챔버(28)를 포함하는 제 1 모듈(27)과, 응축기(30)를 포함하는 제 2 모듈(29)에 의해 구획된다.
기화 챔버(28)는 응축기(30)에 열을 전달하지 못하도록 하기 위해 단열처리된 테플론-라인 알루미늄 컨테이너를 포함한다.
컨테이너(31)는 가열 요소(33)들을 포함하는 히터(32)에 의해 가열된다.
기화 챔버(28)는 무향 증류수 Ad로 부분적으로 채워지며, 응축기(30)와 유체적으로 연결된, 세정 기체 혼합물 Mp를 방출하기 위한 테플론 재질 도관(34)을 포함한다.
가열 요소(33)들은 지정된 양의 증류수 Ad를 기화시키도록 하기 위해 지정 온도로 컨테이너(31)의 하부에서 증류수 Ad를 가열한다.
응축기(30)는 열 교환기(35)를 포함하며, 이러한 열 교환기(35)를 통해 기화 챔버(28)로부터의 세정 기체 혼합물 Mp이 지정 습도에 도달할 때까지 응축된다.
조건 설정용 시스템(18)은 응축기(30)에 응축된 물을 수득하여 이를 기화 챔버(28)로 재순환시키기 위한 수득 수단을 또한 포함한다.
첨부 도면에 도시된 실시예에서, 수득 수단은 기화 챔버(28)를 향해 응축된 수분이 방울져 흘러내리도록 구성된, 앞서 언급한 도관(34)을 포함한다.
특히, 도관(34)은 기화 챔버(28)를 향해 소정 각도로 경사지게 된다.
기체 혼합물의 온도 및 습도 센서(8)가 응축기(30) 내부의 온도를 제어하도록 설계된, 따라서, 응축기(30) 자체 내부의 세정 기체 혼합물 Mp의 응축 정도를 조절하도록 설계된, 마이크로프로세서-기반 제어 유닛(36)에 연결되어, 아래 설명되는 바와 같이 세정 기체 혼합물이 요망 습도에 도달하게 된다.
제어 유닛(36)은 센서(8)로부터의 신호에 따라, 컨덴서(30) 자체 내부의 온도를 조정함으로써 응축기(30) 내부의 세정 기체 혼합물 Mp의 응축 정도를 조절하는 수단(37)을 포함한다.
장치(1) 자체의 대기-상태(standby state) 조건으로부터 장치(1)의 동작을 이제부터 설명할 것이다. 이러한 대기-상태에서는 측정 챔버(3) 내 센서들이 "응답 재설정"(response reset) 상태에 놓인다. 이러한 응답 재설정 상태는 세정 기체 혼합물 Mp을 구성하는 기체 환경에서 센서들을 유지시킴으로써 획득된다.
측정 사이클은 센서들의 교정(calibration)과 함께 시작된다.
센서 교정은 세정 기체 혼합물 Mp와 표준 기체 Gs로 구성된 앞서 언급한 기지의 기체 혼합물 Mn을 측정 챔버(3)에 공급하는 과정을 동반한다.
스위칭 솔레노이드 밸브(9)가 열려서, 표준 기체 Gs가 표준 기체 Gs 공급 도관(6)으로부터 중간 도관(10)을 향해 이동한다.
표준 기체 Gs는 중간 도관(10) 및 유체 공급 도관(7)을 따라 이동한다.
이와 동시에, 지정 분율의 외부 공기 Aest가 세정 기체 혼합물 Mp을 공급하는 도관(5) 내로 흡입되어, 세정 및 필터 유닛(15)을 통과한다.
외부 공기 Aest는 그후 세정 기체 혼합물 Mp로 변환되며, 아래 설명되는 바와 같이 조건설정용 시스템(18)에 의해 조건설정된다.
세정 기체 혼합물 Mp은 공급 도관(5)에 의해 도관(7)에 공급된다.
유입구(22)에서, 세정 기체 혼합물 Mp와 표준 기체 Gs가 혼합되어, 앞서 언급한 기지의 기체 혼합물 Mn을 형성한다.
기지의 기체 혼합물 Mn의 비율을 일정하게 유지하기 위해, 도관(7)에 유입되는 표준 기체 Gs의 유량이 조절 수단(12)에 의해 조절되고, 세정 기체 혼합물 Mp의 유량이 제어 수단(20)의 솔레노이드 밸브(19)에 의해 그리고 유량계(23)에 의해 제어된다.
구체적으로, 유량계(23)는 기지의 기체 혼합물 Mn의 총 유량을 검출하여, 이 값을 바탕으로 하여, 세정 기체 혼합물 Mp의 유량을 조절한다.
본 발명에서 설명되는 실시예에서, 기지의 기체 혼합물 Mn은 10% 표준 기체 Gs와 90% 세정 기체 혼합물 Mp로 구성되지만, 이 값은 변화할 수 있는 값으로서, 예시적으로 제시된 예에 불과하다.
더우기, 측정 챔버(3)에 유입되기 전에, 기지의 기체 혼합물 Mn의 상태가 지정된 요망 값으로 설정 및 유지된다.
구체적으로, 본 발명에 사용되는 혼합물의 상태라는 용어는, 본 발명의 장치에 사용되는 기체 혼합물의 압력, 비부피, 온도, 습도를 의미한다.
이 상태는 임의적으로 것으로서, 필요에 따라 선택 및 변경할 수 있다.
혼합물의 비부피와 압력은 잘 알려진 방식으로 조절될 수 있기에, 더 구체적으로 설명하지 않는다.
기지의 기체 혼합물 Mn의 온도 및 습도는 조건설정용 시스템(18)에 의해 조절된다.
특히, 습도 및 온도 센서(8)가 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도 및 온도를 측정하고, 조건설정용 시스템(18)이 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 변화시켜서, 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도를 다음과 같이 유지시킨다. 즉, 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도가 요망 상태의 특성값보다 작을 경우, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 증가시켜서 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도를 증가시키게 된다. 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도가 요망 상태의 특성값보다 클 경우, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 감소시켜서 요망 상태의 지정 값에 도달할 때까지 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도를 증가시키게 된다. 실제로, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 조절함으로써, 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도를 보정하게 된다.
기지의 기체 혼합물 Mn을 측정 챔버(3)에 공급함으로써, 미지의 기체 혼합물 Minc를 측정할 수 있도록 센서들이 교정된다.
기지의 기체 혼합물 Mn의 온도가 요망 설정 상태의 온도에 해당할 때까지 필터(40)가 기지의 기체 혼합물 Mn의 온도를 또한 조절한다.
센서들이 교정되면, 미지의 기체 혼합물 Minc가 측정 챔버(3)에 공급된다.
구체적으로, 미지의 기체 혼합물 Minc가, 측정 챔버(3)에 유입되기 전에 세정 기체 혼합물 Mp와 혼합되어, 앞서 언급한 샘플 기체 혼합물 Mcamp를 형성하게 된다.
솔레노이드 밸브(9)의 스위칭에 의해, 표준 기체 Gs의 흐름이 차단되고, 미지의 기체 혼합물 Minc는 도관(10)을 통해 계속 유동하게 된다.
세정 기체 혼합물 Mp는 도관(5)에 의해 유입구(22)로 계속 공급된다.
따라서, 미지의 기체 혼합물 Minc와 세정 기체 혼합물 Mp로 구성된 샘플 혼합물 Mcamp가 유입구(22)에 형성된다.
샘플 기체 혼합물 Mcamp는 50%의 미지의 기체 혼합물 Minc와 50%의 세정 기체 혼합물 Mp로 구성되지만, 이 값은 예시적인 값에 불과하다.
이러한 비율들은 앞서 언급한 기지의 기체 혼합물 Mn의 비율에서와 마찬가지 방식으로 일정하게 유지된다.
샘플 혼합물 Mcamp에 존재하는 세정 기체 혼합물 Mp의 일부분이 미지의 기체 혼합물 Minc에 대해 수행될 측정을 위해 센서들의 응답을 변경시키지는 않는다.
실제로, 세정 기체 혼합물 Mp의 목적은 미지의 기체 혼합물 Minc의 조성을 변경시키지 않으면서 미지의 기체 혼합물 Minc의 상태를 제어하는 것이다.
다시 말해서, 세정 기체 혼합물 Mp가 미지의 기체 혼합물 Minc와 혼합되어 샘플 혼합물 Minc를 형성하게 되며, 이러한 샘플 혼합물는 측정될 화합물을 화학적으로 변경시키지 않으면서 기지의 비율로 희석된 미지의 기체 혼합물에 지나지 않는다.
샘플 혼합물 Mcamp의 상태는, 따라서, 미지의 기체 혼합물 Minc의 상태는, 세정 기체 혼합물 Mp의 상태를 조절함으로써 지정 요망 상태에서 일정하게 유지된다.
다시 한번, 필터(40)는 샘플 기체 혼합물 Mcamp(따라서, 미지의 기체 혼합물 Minc)의 온도가 요망 지정 상태의 온도에 해당할 때까지 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 온도를 조절한다.
세정 기체 혼합물 Mp의 상태는 조건설정용 시스템(18)에 의해 조절된다.
구체적으로, 습도 및 온도 센서(8)는 샘플 기체 혼합물 Mcamp가 측정 챔버(3)에 유입되기 전에 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도 및 온도를 측정하고, 조건설정용 시스템(18)은 기체 혼합물 Mcamp(따라서, 미지의 기체 혼합물 Minc)의 습도를 일정하게 유지시키도록 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 변화시킨다. 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도가 요망 상태의 습도 값보다 작을 경우, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도가 증가하여 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도를 증가시키게 된다. 다른 한편, 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도가 요망 상태의 습도 값보다 클 경우, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도가 감소하여 요망 지정 값에 도달할 때까지 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도를 감소시키게 된다.
세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 변화시키기 위해, 샘플 기체 혼합물 Mcamp의 습도를 변경시키던지, 또는, 기지의 기체 혼합물 Mn의 습도를 변경시키는 지에 관계없이, 세정 기체 혼합물 Mp가 기화 챔버(28)를 통화하도록 구성되며, 기화 챔버(28)의 바닥에는 무향 증류수 Ad가 배치되어 있다.
증류수 Ad는 가열 요소(33)에 의해 가열되어 기화되고, 세정 기체 혼합물 Mp에 의해 흡수되어, 세정 기체 혼합물 Mp의 습도를 세정 기체 혼합물 Mp가 응축기를 떠날 때 가져야할 값(제어 유닛(36)에 의해 계산됨)보다 높게 상승시킨다.
습도가 높아진 세정 기체 혼합물 Mp는 도관(34)을 통해 응축기(30)에 유입되고, 응축기(30)의 내부 온도는 기지의 기체 혼합물 Mn의, 또는 샘플 혼합물 Mcamp의 온도 및 습도에 관한 센서(8)로부터의 피드백을 기초로 하여 제어 유닛(36)에 의해 조절되고, 제어 유닛(36) 자체에 의해 처리된다.
기지의 기체 혼합물 Mn과 샘플 혼합물 Mcamp (따라서 미지의 기체 혼합물 Minc) 모두가 조절되는 앞서 언급한 요망 상태는 임의적으로 선택될 수 있다.
본 발명에서 이러한 요망 상태는 미지의 기체 혼합물 Minc의 상태와 일치하며, 이는 센서들이 교정되기 전에 측정된 상태에 해당한다.
대안으로, 이 상태는 장치(1)를 사용할 때 장치(1) 외부의 기체 환경의 조건들과 일치할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예를 제시한다.
본 실시예에서, 미지의 기체 혼합물은 샘플 공기 Ac로 구성되고, 기지의 기체 혼합물은 기준 공기 Ar로 구성된다.
측정 챔버(3)는 샘플 Ac를 공급하기 위한 도관(45)에 연결되고, 기준 공기 Ar을 공급하기 위한 도관(38)에 연결되며, 그 사이에 스위칭 밸브(39)가 배치된다.
스위칭 밸브(39)는 도 4의 화살표 F로 표시되는 방향과 관련하여 챔버(3)의 상향에 장착되어, 기준 공기 Ar과 샘플 공기 Ac를 챔버(3)에 선택적으로 공급하게 된다.
필터(40)가 스위칭 밸브(39)와 측정 챔버(3) 사이에 배치된다. 이 필터는 알루미늄 커버로 구획되며, 알루미늄 벽체를 가열하도록 설계된 가열 수단(도시되지 않음)에 연결된다.
기준 공기 Ar의 조건설정용 시스템(18)이 챔버(3)의 상향에 위치하여 기준 공기 Ar을 공급하는 도관(38)에 배치된다.
샘플 공기 Ac를 공급하는 도관(45)은 샘플 공기 Ac의 온도 및 습도 측정을 위한 센서(41)에 연결된다.
조건설정용 시스템(18)은 센서(41)와 연계하여 마이크로프로세서-기반 제어 유닛(42)을 또한 포함하고, 이러한 제어 유닛(42)은 응축기(30) 내부의 온도를 조절하도록 설계된 것으로서, 따라서, 응축기(30) 자체 내부의 기준 공기 Ar의 응축 정도를 조절하도록 설계된 것이다.
제어 유닛(42)은 센서(41)로부터의 신호에 따라 응축기(30) 내부의 온도를 조정함으로써 응축기(30) 내부의 기준 공기 Ar의 응축 정도를 조절하는 수단(43)을 구성한다.
도 4에 도시되는 실시예에서, 장치(1)는 도 4의 화살표 F의 방향에 대해 조건설정용 시스템(18)의 상향에 위치한 활성 탄소 필터(44)를 포함하며, 이러한 활성 탄소 필터(44)는 시스템(18)을 통과하는 기준 공기 Ar을 세정하도록 설계된다.
도시되지 않은 일 실시예에서는 활성 탄소 필터(44)에 의해 세정되는 대기를 기준 공기 Ar로 이용하는 대신에, 제어되는 무향 공기의 컨테이너로부터 직접 기준 공기 Ar이 공급될 수 있다.
사용시에, 공급 도관(45)에 지정 양의 샘플 공기 Ac가 흡입되고, 이때, 센서(41)는 샘플 Ac의 습도와 온도를 측정하게 된다.
이러한 측정치에 기초하여, 제어 유닛(42)은 샘플 공기 Ac에 대응하는 이슬점의 값(섭씨 온도)를 결정한다.
이와 동시에, 기준 공기 Ar을 공급하는 도관(38)으로 지정 양의 기준 공기 Ar이 흡입된다.
공기 Ar은 활성 탄소 필터(44)를 통과하고, 이러한 필터(44)는 기준 공기 Ar로부터 불순물을 제거하게 된다.
활성 탄소 필터를 통과한 후, 기준 공기 Ar은 조건설정용 시스템(18)에 유입된다.
기준 공기 Ar은 기화 챔버(28)를 통과하게 되고, 기화 챔버(28)의 바닥면은 무향의 증류수 Ad로 채워져있다.
증류수 Ad는 가열 요소(33)에 의해 가열되고, 기화되어, 기준 공기 Ar에 의해 흡수된다. 따라서, 응축기(30)를 떠날 때 기준 공기 Ar이 가져야할 습도 값보다 높은 습도 값을 가지게 된다. 이는 제어 유닛(42)에 의해 연산된다. 습도가 높아진 기준 공기 Ar이 도관(34)을 통해 응축기(30)에 유입되며, 응축기(30)의 내부 온도는 제어 유닛(42) 자체에 의해 처리되는, 샘플 공기 Ac의 온도 및 습도에 관한 센서(41)로부터의 피드백에 기초하여 제어 유닛(42)에 의해 조절된다.
구체적으로, 응축기(30) 내부의 온도는 샘플 공기 Ac에 대해 계산된 이슬점과 같다. 따라서, 응축기(30)를 떠나는 기준 공기 Ar은 샘플 공기 Ac의 이슬점에 해당하는 온도에서 100% 물-포화된 공기다. 따라서, 기준 공기 Ar의 절대 습도가 샘플 공기 Ac의 절대 습도와 같다.
이 시점에서, 스위칭 밸브(39)는 기준 공기 Ar를 측정 챔버(3)에 유입되게 한다. 이때, 센서들은 기준 공기 Ar에 대한 측정을 수행한다.
그후, 스위칭 밸브(39)는 샘플 공기 Ac를 측정 챔버(3)로 유입되게 하고, 센서들은 샘플 공기 Ac의 특성을 검출하고, 전자코(2)는 기준 공기 Ac에 대해 수행된 측정치와, 샘플 공기 Ac에 대한 측정치 간의 차이를 연산함으로써, 냄새를 검출한다.
기준 공기 Ar과 샘플 공기 Ac는 가열된 알루미늄 필터(40)를 통해 측정 챔버(3) 내로 이동함에 따라 동일한 온도에 다다른다. 측정 챔버(3)는 일정 온도를 유지하도록 조절된다. 따라서, 측정 챔버(3) 내부에서는 샘플 공기 Ac와 기준 공기 Ar이 (절대값 및 상대값 측면 모두에서도) 동일한 온도 및 습도 값을 가진다.
상술한 실시예에 따르면, 기준 공기 Ar의 온도 및 습도의 함수로 샘플 공기 Ac의 상태를 조절할 수도 있다.
본 발명은 여러가지 장점을 가진다.
기지의 기체 혼합물의 상태를 조절하여 센서를 교정하고, 조건설정용 시스템을 이용하여 미지의 기체 혼합물의 상태를 조절함으로써, 두 혼합물을 임의로 선택가능한 요망 상태로 이끌 수 있고, 이를 유지할 수 있다.
이는 미지의 기체 혼합물의 조성이 매우 정확하게 측정될 수 있고, 반복적으로 측정하여도 변함이 없다는 것을 의미한다.
더우기, 기지의 기체 혼합물의 상태가 변화하여 간접적으로, 즉, 세정 기체 혼합물의 상태의 보상적 변화에 따라, 요망 상태에 이르게 된다.
따라서, 센서들에 의한 측정치들에 대한 센서들의 응답이 어떤 방식으로도 변경되지 않으며, 따라서, 정확하고 반복가능한 결과를 얻을 수 있다.

Claims (27)

  1. 한개 이상의 센서를 포함하는 측정 챔버(3)를 구비한 전자코(2)를 통해 미지의 기체 혼합물(Minc)의 조성을 검출하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    기지의 기체 혼합물(Mn)을 측정 챔버(3)에 유입시킴으로써 한개 이상의 센서를 교정(calibration)하는 단계와,
    미지의 기체 혼합물(Minc)을 측정 챔버(3)에 공급하여, 그 상태를 지정 상태로 유지시키는 단계와,
    한개 이상의 센서를 이용하여 미지의 기체 혼합물(Minc)의 조성을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기지의 기체 혼합물(Mn)을 측정 챔버(3)에 유입시킴으로써 한개 이상의 센서를 교정하는 단계는, 기지의 기체 혼합물(Mn)을 지정 상태로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 미지의 기체 혼합물(Minc)을 세정 기체 혼합물(Mp)과 혼합하여 샘플 기체 혼합물(Mcamp)을 형성하고, 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하여, 샘플 기체 혼합물(Mcamp)과 미지의 기체 혼합물(Minc)의 상태를 지정 상태로 유지시키도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 표준 기체(Gs)와 세정 기체 혼합물(Mp)을 혼합하여 기지의 기체 혼합물(Mn)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 기지의 기체 혼합물(Mn)을 이용하여 한개 이상의 센서를 교정하는 단계는, 기지의 기체 혼합물(Mn)을 지정 상태로 유지시키도록 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  6. 제 3 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태가 조건설정용 시스템(18)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  7. 제 3 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하는 단계는, 세정 기체 혼합물(Mp)을 기화 챔버(28) 내로 유입시키고, 기화 챔버의 바닥에는 히터(32, 33)로 가열되는 물이 존재하며, 물은 기화되어 세정 기체 혼합물(Mp)의 습도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하는 단계는, 세정 기체 혼합물(Mp)의 습도를 지정 값으로 낮추도록 세정 기체 혼합물(Mp)을 기화 챔버(28)로부터 응축기 장치(30)로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  9. 제 3 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 기체 혼합물(Mp)을 미지의 기체 혼합물(Minc)과 혼합하기 전에 세정 기체 혼합물(Mp)이 촉매기(16)를 통과하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  10. 제 2 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 기지의 기체 혼합물(Mn)을 형성하기 위해 세정 기체 혼합물(Mp)을 표준 기체(Gs)와 혼합하기 전에 세정 기체 혼합물(Mp)이 촉매기(16)를 통과하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  11. 제 3 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 기체 혼합물(Mp)을 미지의 기체 혼합물(Minc) 및 표준 기체(Gs)와 혼합하기 전에 세정 기체 혼합물(Mp)이활성 탄소 필터(17)를 통과하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  12. 제 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 미지의 기체 혼합물(Minc)의 조성을 검출하는 단계는, 미지의 기체 혼합물(Minc)의 향기나는 화합물을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 미지의 기체 혼합물(Minc)은 미지의 향을 가진 샘플 공기(Ac)이고, 기지의 기체 혼합물(Mn)은 기준 공기(Ar)이며, 상기 방법은,
    센서를 기준 공기(Ar)로 교정하는 단계와,
    샘플 공기(Ac)의 일부분을 측정 챔버(3)에 유입시키는 단계와,
    샘플 공기(Ac)의 향을 검출하는 단계와,
    샘플 공기(Ac)와 기준 공기(Ar)가 측정 챔버(3) 내로 유입되기 전에 기준 공기(Ar) 또는 샘플 공기(Ac)의 상태를 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 기준 공기(Ar) 또는 샘플 공기(Ac)의 상태를 조절하는 단계 중, 기준 공기(Ar)의 상태가 조절되는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 기준 공기(Ar)의 상태를 조절하는 단계는 기준 공기(Ar)의 온도 및 습도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  16. 제 14 항 또는 15 항에 있어서, 기준 공기(Ar)의 상태를 조절하는 단계는, 기준 공기(Ar)를 기화 챔버(28)에 유입시키고, 이 기화 챔버의 바닥면은 히터(32, 33)에 의해 가열되는 물이 배치되어 있으며, 이 물이 기화되어 기준 공기(Ar)의 습도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 기준 공기(Ar)를 조절하는 단계는, 기준 공기(Ar)의 습도를 지정 값으로 낮추도록 기준 공기(Ar)를 기화 챔버(28)로부터 응축기 장치(30)로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 샘플 공기(Ac)가 측정 챔버(3)에 유입되기 전에 샘플 공기(Ac)의 온도 및 습도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 기준 공기(Ar)의 상태를 조절하는 단계는 샘플 공기(Ac)의 온도 및 습도를 측정하는 단계의 함수인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  20. 제 18 항 또는 19 항에 있어서, 응축기 장치(30) 내부에서 기준 공기(Ar)의 응축 정도를 조절하는 단계는, 기준 공기(Ar)의 절대 습도가 샘플 공기(Ac)의 절대 습도와 같도록 샘플 공기(Ac)의 측정된 온도 및 상대적 습도의 함수인 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  21. 제 13 항 내지 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 공기(Ar)와 샘플 공기(Ac)가 모두 측정 챔버(3)에 유입되기 전에 기준 공기(Ar)의 온도와 샘플 공기(Ac)의 온도를 동일하게 만드는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 조성 검출 방법.
  22. 미지의 기체 혼합물(Minc) 내 한개 이상의 화합물의 조성을 검출하는 장치에 있어서, 상기 장치는,
    미지의 기체 혼합물의 조성을 검출하기 위한 한개 이상의 센서를 내장한 측정 챔버(3)를 구비한 전자코(2)와,
    미지의 기체 혼합물(Minc)와 혼합될 수 있는 세정 기체 혼합물(Mp)의 조건을 설정하여, 세정 기체 혼합물(Mp)이 지정 상태에 이를 수 있도록 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하도록 설계된 조건설정용 시스템(18)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 장치는
    측정 챔버(3)의 상류에 위치하여 미지의 기체 혼합물(Minc)을 세정 기체 혼합물(Mp)과 혼합시키는 정션(22)
    을 추가로 포함하고, 상기 조건설정용 시스템(18)은 미지의 기체 혼합물(Minc)의 상태를 지정 상태로 유지시키도록 세정 기체 혼합물(Mp)의 상태를 조절하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.
  24. 제 22 항 또는 23 항에 있어서, 조건설정용 시스템(18)은 세정 기체 혼합물(Mp)의 습도를 지정 값으로 증가시키도록 설계된 기화 챔버(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.
  25. 제 22 항 내지 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 조건설정용 시스템(18)은 기화 챔버(28)와 유체적으로 연결된 응축기(30)를 포함하고, 상기 응축기(30)는 세정 기체 혼합물(Mp)의 습도를 지정 값으로 낮추도록 설계된 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.
  26. 제 22 항 내지 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는, 미지의 기체 혼합물(Minc)의 온도 및 습도를 측정하기 위한 센서(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 장치는 센서(8)로부터의 신호에 따라 응축기(30) 내 세정 기체 혼합물(Mp)의 응축 정도를 조절하는 수단(37)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물 내 화합물의 조성 검출 장치.

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