KR20110011307A - 비분산 적외선 가스 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 비분산 적외선 가스 측정 장치에 있어서, 상기 비분산 적외선 가스 측정 장치의 외곽을 구성하는 것으로, 적외선이 가스에 흡수 반응을 일으킬 수 있는 통로를 제공하는 광 도파관(240); 상기 광 도파관의 내부에 위치하여 상기 적외선을 방사하는 적외선 램프(210); 상기 적외선 램프의 후방에 위치하여 상기 적외선을 전방으로 방사하는 반사판(220); 상기 광 도파관에서 상기 가스에 흡수되지 않고 도달하는 적외선을 감지하여 전기 신호로 전환하는 광센서(230); 및 상기 광 도파관이 설치되고 남는 공간에 배치되며, 상기 적외선 램프를 조절하고 상기 전기 신호로부터 상기 가스의 농도를 추출하는 제어부(250)를 구비하며, 상기 제어부가 설치된 공간 중 외부와 맞닿은 영역(260)의 일부에 공기 유입이 되도록 제 1 공기 유입구(261)를 형성하고, 상기 제어부와 상기 광 도파관이 맞닿은 영역의 일부에 제 2 공기 유입구(241,242)를 형성하고, 상기 광 도파관의 외부에 맞닿은 영역 중 일부에 공기 유출구(243)를 형성하여 공기의 유입과 유출이 원활하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.
가스, 적외선, 비분산
Description
본 발명은 비분산 적외선 가스 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 공기의 흐름을 원활히 하여 반응 속도가 빠른 비분산 적외선 가스 측정 장치에 관한 것이다.
적외선은 가시광선보다 파장이 길어 0.75 마이크로 미터(㎛)부터 1 밀리미터의(mm)이하의 범위에 속하는 전자기파를 말하는 것으로서, 이 중 파장 0.75 마이크로 미터(㎛)부터 2.5 마이크로 미터(㎛)의 것을 근적외선, 2.5 마이크로 미터(㎛)부터 25 마이크로 미터(㎛)의 것을 보통(중간) 적외선이라 하며, 25 마이크로 미터(㎛) 이상의 것을 원적외선이라 하는데, 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열을 발산하기 때문에 열선이라 불리우기도 한다.
적외선이 이렇게 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유 진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문으로서, 이는 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진 현상을 일으켜 광파의 에너지가 효과적으로 흡수되기 때문인 것으로 알려져 있다.
특히, 액체나 기체 상태의 물질은 각각의 물질마다 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하는 성질이 있기 때문에 이 흡수 스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성, 반응 과정 또는 분자 구조를 정밀하게 추정하는 수단으로 사용하는데, 이것을 적외선 분광 분석이라 한다.
이와 같은 적외선의 특성을 이용하여 시료 중 특정 가스의 농도를 분석하는 정량 분석 기기로서 비분산 적외선 가스 측정 장치가 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 비분산 적외선 가스 측정 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 비분산 적외선 가스 측정 장치는 적외선을 방사하기 위한 적외선 램프(120), 광 도파관(130)에서 흡수되지 않은 적외선을 감지하여 전기 신호로 전환하는 광센서(140), 적외선 램프(11)에서 방사된 적외선이 가스에 흡수 반응을 일으킬 수 있는 광 도파관(130) 및 빛을 잘 전달하기 위해 굴곡 부분에 위치한 반사경(131)을 구비한다. 적외선 램프(120)에서 광센서(140)까지 광 도파관(130)을 길게 하여 적외선의 경로를 확보한다.
여기서, 비분산 적외선 가스 측정 장치에 있어서 가스 감지 특성을 좋게 하기 위해서는 가능한 적외선 램프(120)에서 광센서(130)까지의 거리가 길며 광을 전달하기 쉬운 구조가 필요하며, 광 도파관(130)안에 원활한 공기의 흐름이 매우 중요하다.
즉 광 도파관(130)의 거리가 길면 가스의 양의 변화에 의해 가스 측정 장치의 출력의 변화가 크므로 감지 특성이 좋은 것이 일반적이다. 그리고, 가스 측정 장치는 가능한 빠른 시간 내에 정확히 측정하기 위해서는 광 도파관(12)으로 외부 공기가 쉽게 유입되고 유출되는 구조이어야 한다.
그리고 공기의 흐름을 좋게 하기 위해 상하 공기 통로(151)를 형성하고, 광 도파관(130)으로 공기를 주입하기 위해 측면 공기 통로(132)를 형성한다. 그러나 도 2a 및 도 2b에 도시된 비분산 적외선 가스 측정 장치는 외부로부터 광 도파관까지 공기가 유입되는 통로는 있으나 광 도파관에서 직접 외부로 공기가 유출되는 통로가 없어서, 공기의 유입과 유출이 원활하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공기 유출구를 구비함으로써 공기의 순환을 원활히 하여 반응 속도가 빠르고 정확한 비분산 적외선 가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 비분산 적외선 가스 측정 장치에 있어서, 상기 비분산 적외선 가스 측정 장치의 외곽을 구성하는 것으로, 적외선이 가스에 흡수 반응을 일으킬 수 있는 통로를 제공하는 광 도파관(240); 상기 광 도파관의 내부에 위치하여 상기 적외선을 방사하는 적외선 램프(210); 상기 적외선 램프의 후방에 위치하여 상기 적외선을 전방으로 방사하는 반사판(220); 상기 광 도파관에서 상기 가스에 흡수되지 않고 도달하는 적외선을 감지하여 전기 신호로 전환하는 광센서(230); 및 상기 광 도파관이 설치되고 남는 공간에 배치되며, 상기 적외선 램프를 조절하고 상기 전기 신호 로부터 상기 가스의 농도를 추출하는 제어부(250)를 구비하며,상기 제어부가 설치된 공간 중 외부와 맞닿은 영역(260)의 일부에 공기 유입이 되도록 제 1 공기 유입구(261)를 형성하고, 상기 제어부와 상기 광 도파관이 맞닿은 영역의 일부에 제 2 공기 유입구(241,242)를 형성하고, 상기 광 도파관의 외부에 맞닿은 영역 중 일부에 공기 유출구(243)를 형성하여 공기의 유입과 유출이 원활하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 공기의 순환을 원활히 하여 반응 속도가 빠르고 정확하며 장치 면적이 감소되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치(200)의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 비분산 적외선 가스 측정 장치(200)는 적외선 램프(210), 광 도파관(240), 광센서(230), 반사판(220) 및 제어부(250)를 구비한다.
적외선 램프(210)는 광 도파관(240)의 일측에 구비되어 적외선을 방사한다.
적외선 램프(210)는 측정하고자 하는 가스가 흡수하는 빛의 파장을 가지고 있는 것을 사용한다.
반사판(220)은 상기 광 도파관 내의 상기 적외선 램프 측의 말단에 구비되고, 적외선 램프(210)에서 발산한 빛이 광 도파관(240) 쪽으로 최대한으로 반사할 수 있도록 구성된다.
광 도파관(240)은 적외선 램프(210)에서 발산한 빛 외에 외부의 빛이 가능한 들어오지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
광 도파관의 굴곡 부분은 가능한 많은 적외선이 광센서(230) 방향으로 가도록 굴곡을 갖는다. 따라서, 상기 적외선 램프와 상기 광센서 사이에 여러 굴곡을 형성하여 빛 반사의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 상기 적외선이 상기 광센서 방향으로 진행할 수 있도록 상기 굴곡의 벽면에 구비된 반사경(미도시)을 더 구비할 수 있다.
상기 광 도파관은 다단 절곡된 구조로 형성될 수 있으며 도 2에서는 2단 절곡되어 ‘ㄷ’자 형상으로 구성된 것을 도시하였다. 따라서, 상기 광 도파관(240)은 상기 가스 측정 장치의 외곽의 4 면 중 3 면을 형성하는 구조를 갖는다.
광 도파관(240)은 방사된 적외선이 광센서에 도달하기까지 일부 흡수되면서 통과하는 광 통로 역할을 하는 것으로서, 그 내부에서 적외선이 통과하는 경로의 길이가 길수록 가스에 의한 흡수량이 커지고 그에 따라 최종 측정치의 오차를 줄여 기기의 정밀도를 높일 수 있다.
광센서(230)는 상기 광 도파관 내의 상기 적외선 램프가 위치하는 측의 반대측에 구비되어 상기 광 도파관(240)에서 상기 가스에 흡수되지 않은 적외선을 감지하여 전기 신호로 전환한다.
제어부(250)는 상기 적외선 램프(210)의 빛의 세기를 조절하고 상기 광센 서(230)의 전기 신호로부터 상기 가스의 농도를 추출하도록 구성된다.
본 발명에 의한 적외선 가스 측정 장치의 전체 사이즈를 최소화하기 위해 광 도파관으로 사용하지 않은 부분은 제어부(250)와 같은 전자 부품이 설치되는 공간으로 사용된다.
상기 제어부(250)는 상기 가스 측정 장치(200)의 외곽 중 1 면과 상기 광 도파관에 맞닿은 면들로 둘러싼 공간에 배치하여 전체 장치 면적을 최소화시킬 수 있다.
적외선 램프로부터 방사된 적외선은 광 도파관을 따라 이동하다가 공기 중의 가스에 흡수되고, 흡수되지 않은 적외선은 광센서에서 전기 신호로 전환된다.
특히, 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 가스를 포함하는 공기의 통로로서 상기 제어부가 설치된 공간 중 외부와 맞닿은 영역 중 일부에 공기 유입이 되도록 제1 공기 유입구(261)를 형성하고, 상기 제어부와 상기 광 도파관이 맞닿은 영역 중 일부에 제2 공기 유입구(241,242)를 형성하고, 상기 광 도파관(240)에서 외부에 맞닿은 영역 중 일부에 공기 유출구(243)를 형성하여 공기의 흐름을 원활하게 할 수 있어 공기 중의 가스의 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치는 광 도파관에서의 공기의 유입과 유출을 위한 공기 유입구를 별도로 구비하여, 공기의 흐름이 원활하게 형성될 수 있는 구조를 갖는다.
도 2에 도시된 제어부의 제1 공기 유입구 및 광 도파관의 공기 유출구와 제2 공기 유입구의 크기는 실재 비와는 다르며 공기의 흐름이 있음을 나타내기 위해 편 의상 크게 도시한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 측정 장치는 상기 제1 공기 유입구(261)의 외부 또는 상기 공기 유출구(243)의 외부에 강제 통풍을 위한 팬(미도시)을 추가로 구비하여 공기의 흐름을 더 원활하게 할 수 있다.
또는, 상기 제어부(250)에 팬을 구비하여 상기 제1 공기 유입구(261)를 통하여 공기를 강제 주입함으로써 공기의 흐름을 더 원활하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 측정 장치의 작용을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 적외선 램프(210)를 점등시키면 이로부터 발산되는 적외선은 적외선 램프(210)의 후방에 배치된 반사경(220)을 통해 전방을 향해 반사될 수 있다. 이러한 적외선은 광 도파관(240)의 코너마다 위치된 반사경(미도시)을 통해 전방을 향해 다단 절곡되어 있는 광 도파관(240)을 모두 통과할 수 있으며, 일부의 적외선은 제1 공기 유입구(261), 제2 공기 유입구(241,242) 및 공기 유출구(243)를 통해 유입된 가스에 흡수되고, 흡수되지 않은 적외선은 광센서(230)에 의해 전기 신호로 전환된다.
도 3은 본 발명에 의한 적외선 가스 측정 장치의 공기 흐름도를 도시한 것이다.
상기 적외선 가스 측정 장치(200)의 하단에 있는 제1 공기 유입구(261)를 통하여 제어부(250)의 설치 공간에 외부의 공기가 유입된다. 이때, 상기 제어부(250)를 구성하는 전자 부품에서 발생된 열에 의해 공기는 팽창하여 빠르게 좌우 측면에 형성된 제2 공기 유입구(241,242)를 통하여 광 도파관(240)으로 유입된다. 광 도파관(240)에 들어온 공기는 적외선 램프(210)와 광 센서(230)에서 발생되는 열에 의해 위로 상승하게 되며, 상승된 공기는 광 도파관의 상측에 형성된 공기 유출구(243)를 통하여 외부로 나가게 된다. 따라서, 공기의 흐름이 원활하게 됨으로써 공기 중에 포함된 가스를 빠르게 감지할 수 있다.
상기 공기 유출구(243)는 상기 광 도파관(240)의 상측 일 부분 또는 상측 전면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 공기 유출구(243)는 상기 제1 공기 유입구의 반대 측면에 형성됨으로써 공기의 유입과 유출을 원활하게 한다.
본 발명은 종래 기술에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치에 비해 적은 수의 공기 통로를 가지고도 공기 유입구 및 공기 유출구를 적절히 배치하여 공기의 흐름을 원활하게 함으로써, 외부의 공기에 포함된 가스의 농도가 변동되었을 때 빠른 시간 내에 감지할 수 있으며, 공기 통로의 수가 적기 때문에 외부의 빛의 영향을 적게 받음으로써 가스 측정의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
적외선 램프의 광원으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압 수은등 또는 적외선 레이저 등이 사용된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 비분산 적외선 가스 측정 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 비분산 적외선 가스 측정 장치의 공기 흐름도를 도시한 것이다.
Claims (8)
- 비분산 적외선 가스 측정 장치에 있어서,상기 비분산 적외선 가스 측정 장치의 외곽을 구성하는 것으로, 적외선이 가스에 흡수 반응을 일으킬 수 있는 통로를 제공하는 광 도파관(240);상기 광 도파관의 내부에 위치하여 상기 적외선을 방사하는 적외선 램프(210);상기 적외선 램프의 후방에 위치하여 상기 적외선을 전방으로 방사하는 반사판(220);상기 광 도파관에서 상기 가스에 흡수되지 않고 도달하는 적외선을 감지하여 전기 신호로 전환하는 광센서(230); 및상기 광 도파관이 설치되고 남는 공간에 배치되며, 상기 적외선 램프를 조절하고 상기 전기 신호로부터 상기 가스의 농도를 추출하는 제어부(250)를 구비하며,상기 제어부가 설치된 공간 중 외부와 맞닿은 영역(260)의 일부에 공기 유입이 되도록 제 1 공기 유입구(261)를 형성하고, 상기 제어부와 상기 광 도파관이 맞닿은 영역의 일부에 제 2 공기 유입구(241,242)를 형성하고, 상기 광 도파관의 외부에 맞닿은 영역 중 일부에 공기 유출구(243)를 형성하여 공기의 유입과 유출이 원활하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광 도파관(240)은 다단 절곡의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 광 도파관(240)은 2 단 절곡되어 상기 가스 측정 장치의 외곽의 4 면 중 3 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제어부(250)는 상기 가스 측정 장치의 외곽 중 1 면과 상기 광 도파관에 맞닿은 면들로 둘러싼 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 공기 유출구(243)는 상기 제 1 공기 유입구의 반대측면에 형성된 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 적외선이 상기 광센서 방향으로 진행할 수 있도록 절곡이 형성된 벽면에 설치된 반사경을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제어부는,상기 제1 공기 유입구를 통하여 공기를 강제 주입하기 위한 팬을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제1 공기 유입구의 외부 또는 상기 공기 유출구의 외부에 강제 통풍을 위한 팬을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 측정 장치.
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