KR20110117137A

KR20110117137A - 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법

Info

Publication number: KR20110117137A
Application number: KR1020117018244A
Authority: KR
Inventors: 베른트 펜트; 막스 펜트; 펠릭스 펜트
Original assignee: 쥔테제혜미 독터. 펜트 게엠베하
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-10-26
Also published as: US20110265550A1; EP2373991B1; US8584505B2; WO2010075858A3; DE102009004278A1; WO2010075858A2; EP2373991A2; CN102272591A; CN102272591B

Abstract

본 발명은 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다. ㎍/m³ 미만의 범위 또는 ppb 범위의 농도를 검출하는데 적합하고 한 자릿수 미만의 백분율 범위의 측정 오차를 갖는 10㎍ 오일/m³ 공기의 측정 정확도를 가능하게 하는, 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치를 개발하기 위해서는, 본 발명의 범주에서 측정 장치는 공기 또는 압축 공기 연결부와, 이에 연결된 유량 제한 장치와, 이에 연결된 촉매를 포함하고, 이러한 촉매에는 광이온화 검출기가 연결되며, 이때 촉매를 거치고 이러한 촉매를 지나서 바로 광이온화 검출기에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단이 제공되는 것이 제시된다.

Description

공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법{MEASURING MACHINE AND METHOD FOR DETECTING THE CONTENT OF OIL, HYDROCARBONS, AND OXIDIZABLE GASES IN AIR OR COMPRESSED AIR}

본 발명은 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

공기 또는 압축 공기 내의 탄화수소를 측정하기 위한 다양한 센서 기술이 존재한다. 통상적으로는 전기 가열된 반도체 산화 재료가 사용된다. 이러한 반도체 산화물은 가열된 상태에서 공기 중에 포함된 탄화수소의 양에 따라 자신의 전기 저항을 변화시킨다.

다른 방법으로는 펠리스터(pellistor)에 의한 탄화수소의 측정이 있다. 이를 위해, 측정될 가스 흐름은 가열된 촉매 재료로 이루어진 작은 비드(bead)를 통해 안내되며, 이러한 비드의 내부에는 가열된 백금 코일이 위치한다. 탄화수소량의 측정은 촉매에서 탄화수소의 연소열을 통해 설정되는 제2 백금 코일 또는 가열된 백금 코일의 전기 저항 변화를 통해 측정된다.

마찬가지로, 불꽃 이온화 검출기(flame ionisation detector)가 사용된다. 이 경우, 가스 흐름 내의 탄화수소가 연소되고, 불꽃 내의 2개 전극들 사이의 전압 변화가 측정된다.

다른 방법으로는 광이온화에 의한 탄화수소의 측정이 있다. 이 경우, 탄화수소는 강한 자외선 광에 의해 조사된다. 이 경우, 상기 광의 에너지량은 탄화수소에서 전자(electron)가 방출될 정도로 높아야 한다. 이의 양은 2개의 전극을 통해 측정된다. 필요한 최소 광 에너지는 방향족 탄화수소에 대해 8.5 내지 9.2eV이며, 가연성 탄화수소에 대해 적어도 9.0 내지 12.6eV이다.

대부분, 광이온화 검출기(photoionization detector)에 의해 검출된 측정값은 측정된 물질의 양을 간접적으로 추론할 뿐인데, 이러한 측정값이 화합물 결합식에도 좌우될 수 있으며, 분자식이 같을 때조차도 매우 심하게 변화할 수 있기 때문이다. 그러나, 측정될 화합물이 일정하고 공지되어 있으며 또한 가능한 균일하다면, 탄화수소의 농도가 매우 양호하게 측정된다.

그러나, 측정 정확도는 탄화수소의 농도가 감소함에 따라 감소한다. 이 경우, 특히 공기의 수분 함량의 영향은 상승한다. 탄화수소값이 감소함에 따라, 공기의 수분 영향은 점점 더 커진다. 이에 따라, mg/m³ 미만의 범위 및 특히 ㎍/m³ 범위의 탄화수소량의 측정은 충분히 정확하게 실행될 수 없다.

또한, 정확한 측정을 방해하는 문제점으로서 센서의 기준선의 드리프트와, 시간에 따른 감도의 드리프트, 그리고 부분적으로 또한 온도에 따른 감도의 드리프트가 있다.

압축 공기의 상이한 적용을 위해, 오일 분량에 대한 상이한 한계값들이 요구된다. 오일 분량은 작은 액적 형태의 오일 에어로졸(aerosol) 및 오일 증기로 구성된다. 오일 에어로졸 및 오일 증기는 다양한 방법을 통해 압축 공기 흐름으로부터 제거될 수 있다.

그러나 압축 공기 내의 오일 측정의 문제점은 지금까지 충분히 해결되지 못했다.

10mg/m³내지 수g/m³ 공기의 범위를 훨씬 초과하는 높은 오일 함량을 갖는 압축 공기 흐름이 있으며, 이러한 압축 공기 흐름에서 오일 함량은 주로 오일 에어로졸로 구성된다. 오일 에어로졸의 액적 특성 때문에, 이러한 오일 함량은 예를 들어 반도체 센서와 같이 탄화수소 증기에 대한 상기 농도 범위에서 사용되는 측정 기술로는 거의 신뢰할 수 없거나 전혀 신뢰할 수 없게 측정된다. 즉, 오일 에어로졸은 산화되지 않거나 부분적으로 산화되어 타르 형태의 촉매독으로서 센서에 침착된다.

다른 압축 공기 흐름은 이미 에어로졸이 충분히 제거될 정도로 필터 또는 촉매를 통해 처리되므로, 공기 흐름 내에는 단지 가스 형태의 오일 분량만이 존재한다.

오일은 낮은 증기압을 가지므로, 순수한 오일 증기에 있어서 10mg/m³공기 미만의 농도가 전형적이다. 그러나, 대개 반도체 센서 또는 적외선 센서에 기초하는, 탄화수소 함량을 측정하기 위한 측정 장치는 10mg/m³공기를 초과해야 수용 가능한 정확도 및 재현 가능성으로 측정한다.

오일을 함유한 공기를 불연속적으로 측정하기 위한 선행 기술은 DIN/ISO 8573-2 및 DIN/ISO 8573-5이다. 이에 따르면, 에어로졸 및 증기는 샘플링 시스템 내에서 유리 섬유 및 활성탄에 증착되고, 이들은 오일 함량을 측정하기 위해 인증된 실험실에 보내진다.

DE 691 22 357 T2호와, 이에 인용된 US 4 891 186 A호에는 참조로서 기준 가스 및 측정 가스로부터 불꽃 이온화 검출기를 이용하여 탄화수소도 분석하는 것과, 이를 평가하는 것이 설명되어 있다.

DE 33 12 525 A1호에는 분기된 가스 흐름의 분할 비율을 측정하기 위한 장치가 설명되어 있다.

DE 41 20 246 A1호에서, 불꽃 이온화 검출기에 의해 측정될 가스는 폭발 위험을 낮추기 위해 혼합 장치에 의해 희석된다.

양자 친화력이 약한 물질을 검출하기 위해, 조합된 광이온화/이온 활동성 분광 분석법(ion mobility spectrometry)에서 특정 반응 기체(reagent gas)를 혼합하는 것이 DE 196 09 582 C2호에 공지되어 있다.

DE 197 12 823 A1호에는 더 상세히 설명되지 않은 통합된 산화 촉매를 갖는 적외선 가스 분석기가 설명되어 있다. 물에 의한 방해가 심한 영향을 끼치므로, 측정될 공기를 참조할 측정을 위해 건조할 수 있는 습기 제거 장치도 사용된다.

DE 197 12 823 A1호와, 이에 인용된 선행 기술에서는 촉매와 솔레노이드 밸브가 본원에 따른 발명과 같은 구성 부품으로서 사용된다. 그러나, 목표 설정, 측정 방법, 처리 방식, 논리 회로 설계, 및 결과는 완전히 상이하다.

신뢰 가능하고 수용 가능한 측정을 위해, 가스 실린더로부터의 시험 가스와 비교 측정하는 선행 기술이 있다. 그러나 시험 가스는 단지 제한적으로만 적합하며, 특히 측정할 탄화수소 함량이 매우 낮을 때 적합하다. 이의 원인은, 종종 심지어 변동하는 공기 습기가 측정할 압축 공기 내의 측정할 매우 낮은 탄화수소 함량의 신호에 점점 더 많은 영향을 미치는 반면, 시험 가스는 원칙적으로 건조한 상태이거나 일정한 수분 함량을 갖기 때문이다.

습기의 영향으로 인해, 한편으로 기준선이 이동할 수 있지만, 부가적으로 측정 감도가 변할 수 있다.

그러나, 몇몇 산업 분야에서 DIN ISO 8573-1에 따라 예를 들어 1등급의 압축 공기를 위해 0.01mg/m³ 공기의 한계값을 유지하는 것이 필요하다. DIN ISO 8573-1에 따라 0등급의 압축 공기를 위해서는 심지어 0.01mg/m³ 공기 미만의 잔류 오일 함량이 결정된다.

공지된 측정 원리 및 이에 관련된 센서들은 지금까지 이러한 적용을 위해서는 사용될 수 없었다.

그러나, 측정할 공기 흐름의 수분 함량을 습도 센서로 측정하고, 얻어진 측정 변수에 수분 함량이 영향을 미치지 않도록 탄화수소 함량을 위한 측정값으로 연산하는 것이 이미 시도되었다. 그러나, 실제로 이는 어렵게 실행되는데, 수분 측정이 요구되는 높은 정확도를 충족시키지 않기 때문이다. 부가적으로, 변경하는 온도가 영향을 미친다는 것이 문제이다.

DIN ISO 8573-1에 따른 탄화수소 함량의 분류가 mg/m³ 단위로 실행됨으로써 어려움이 발생한다. 반면, "PID"에 의해 측정된 값은 ppm 단위로 제공되는데, 이는 PID 센서의 기능 원리가 공기 부분의 수치에 대한 탄화수소 부분의 성분비와 신호 강도와의 함수 관계를 필요로 하기 때문이다. 즉, 어떤 탄화수소를 측정하려는 것인지가 알려져야 한다. 또한, 상이한 탄화수소는 상이한 응답 계수를 갖는다. 즉, 예를 들어 이소부틸렌에 의해 센서가 보정되고, 이어서 다른 탄화수소가 이와 같이 보정된 센서에 의해 측정되는 경우, 측정된 값은 다른 탄화수소의 다른 분자량 및 다른 응답 계수에 상응하게 변환되어야 한다. 그러나, 오일은 전체적인 일련의 상이한 탄화수소들의 상이한 분량들로 구성된다.

현재 통상적인 처리 방식은 흡착하는 작은 저장 튜브들을 이용하는 DIN ISO 8573-5에 따른 탄화수소의 측정이다. 이러한 저장 튜브들은 흡착 시간 이후에 인증된 실험실에서 추출되고, 내용물은 측정된다. 따라서, 이러한 저장 튜브에 의한 측정은 오랫동안 시간이 지연되고 나서야 결과를 도출한다. 따라서, 통상적으로 오염된 라인 및 제품을 통한 손상이 이미 오래전에 발생한 경우에야 오일 누설이 감지된다.

1ppb 미만의 농도를 갖는 압축 공기 내의 오일 증기를 측정하기 위해 적합한 측정 장치를 제공하기 위한 수년간의 다양한 산업적인 노력에도 불구하고, 지금까지 상응하는 장치가 시판되지 않고 있다. 이런 성과없는 노력의 개략적인 예는 엔. 파파미카일(N. Papamichail)의 논문 "가스 센서를 기반으로 SnO₂에 의한 압축 공기 내 잔류 오일의 모니터링(Residual Oil Monitoring in pressurised Air with SnO₂ - based Gas Sensors)"에 나타나 있다.

이러한 노력은 또한 측정 장치가 압축 공기를 발생하는 환경에서 동시에 거친 작동 조건을 견뎌내야 하고, 교육받지 않은 인력에 의해서도 직관적으로 그리고 간단하게 조작되어야 하지만, 다른 한편으로는 요구되는 측정 정확도의 달성을 위해 조작되어야 하는 조작 상의 모든 적용 가능성들이 제공되어야 하는 이유 때문에 실패하였다.

또한, 예를 들어 화학 산업 분야에서 또는 소방서에서 모니터링의 목적을 갖는, 광이온화 검출기에 기초한 운반 가능한 복수의 측정 장치는 시판중이다. 이러한 장치의 정확도는 ppm 범위에서 유동적이다.

따라서, 본 발명의 목적은 ㎍/m³ 미만의 범위 또는 ppb 범위의 농도를 검출하는데 적합하고, 한 자릿수 미만의 백분율 범위의 측정 오차를 갖는 10㎍ 오일/m³ 공기의 측정 정확도를 가능하게 하는, 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치를 개발하는 것이다.

본 발명에 따라, 상기 목적은 측정 장치가 공기 또는 압축 공기 연결부와, 이에 연결된 유량 제한 장치와, 이에 연결된 가열 가능한 산화 촉매를 포함하고, 이러한 산화 촉매에는 광이온화 검출기가 연결되며, 이때 산화 촉매를 거치고 이러한 산화 촉매를 지나서 바로 광이온화 검출기에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단이 제공됨으로써 달성된다.

대안적으로, 상기 목적은 측정 장치가 공기 또는 압축 공기 연결부와, 이에 연결된 유량 제한 장치와, 이에 연결된 광촉매를 포함하고, 이러한 광촉매에는 광이온화 검출기가 연결되며, 이때 광촉매를 거치고 이러한 광촉매를 지나서 바로 광이온화 검출기에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단이 제공됨으로써 달성된다. 이러한 광촉매는 바람직하게 370 내지 385㎚의 파장을 갖는 자외선 광에 의해 조사된다.

대안적으로, 상기 목적은 측정 장치가 공기 또는 압축 공기 연결부와, 이에 연결된 유량 제한 장치와, 이에 연결된 활성탄 흡착기를 포함하고, 이러한 활성탄 흡착기에는 광이온화 검출기가 연결되며, 이때 활성탄 흡착기를 거치고 이러한 활성탄 흡착기를 지나서 바로 광이온화 검출기에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단이 제공됨으로써도 달성될 수 있다.

가열된 산화 촉매를 제공하는 대안은 가장 정확한 결과를 갖는 변형예로서 인식되었다. 그러나, 에너지 요구량이 비교적 높고, 운반 가능한 장치용으로는 덜 적합하다. 활성탄 흡착기를 제공하는 대안은 간단하게 형성되지만 비교적 부정확하고 집중적인 유지 보수 작업이 필요하다. 광촉매를 포함하는 대안은 대체로 유지 보수 작업이 필요하지 않으며, UV LED들을 사용함으로써 열적 산화 촉매보다 더 적은 에너지를 소모하고, 이에 따라 운반 가능한 장치에 적합하다.

본 발명에 범주에서는 측정 챔버가 제공되며, 이러한 측정 챔버는 챔버 중심으로 돌출하는, 광이온화 검출기를 위한 검출기 입력부를 포함하고, 이러한 측정 챔버에서 챔버 벽은 UV LED들이 장치된 투명한 플라스틱으로 이루어지며, 챔버, 검출기, 및 투명한 플라스틱 벽으로 형성된 공동은 1ml 미만이고, 흐름 저항을 갖는 개구가 공동 내의 주기적인 가스 교환을 위해 제공된다.

본 발명의 개선예는, 산화 촉매, 광촉매, 또는 활성탄 흡착기와 평행하게, 시간에 걸쳐 일정한 탄화수소 규정량을 방출하기 위한 하나 이상의 투과기가 배치되며, 투과기를 거치고 이러한 투과기를 지나서 바로 광이온화 검출기에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단이 제공되는 것이다.

공기 또는 압축 공기 연결부와 유량 제한 장치 사이에 스위칭 가능한 시험 가스 유입부가 배치되는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 공기 또는 압축 공기 연결부와 유량 제한 장치 사이에 스위칭 가능한 영공기 유입부가 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 광이온화 검출기의 연결부에는 활성탄 튜브를 향한 스위칭 가능한 연결부가 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 광이온화 검출기의 상류에는 공기 습기를 위한 보상기가 연결된다.

본 발명의 범주에서, 본 발명에 따른 측정 장치의 사용 하에 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 방법도 제공되며, 탄화수소를 함유한 공기 또는 압축 공기 흐름의 측정 시간 동안, 참조 측정을 실행하기 위해서는 탄화수소의 가변 분량이 촉매 산화되고, 이러한 방식으로 계열 희석(serial dilution)이 생성된다.

마찬가지로, 본 발명에 따른 측정 장치의 사용 하에 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 방법이 제공되며, 탄화수소를 함유한 공기의 측정 시간 동안, 참조 측정을 실행하기 위해서는 영공기의 가변 분량이 탄화수소를 함유한 공기에 혼합되고, 이러한 방식으로 본 발명의 범주에서 계열 희석이 생성된다.

이러한 방법에서는 상황에 따라 미약한 사인파 형태를 갖는 센서 응답 곡선이 희석 단계에서 평균값 형성을 통해 평활화된다.

마지막으로, 투과기를 통해 측정 정확도를 향상시키기 위해서는 측정 범위를 선형 측정 범위로 이동하기 위해, 탄화수소를 함유한 측정될 공기뿐만 아니라 촉매 처리된 공기 또는 영공기가 동일한 양으로 탄화수소로 농축된다.

본 발명에서 제공된 해결책은 공지된 설명 및 장치들에서는 구현되지 않는다. 특히, 예를 들어 광촉매의 사용, 원하는 계열 희석의 생성, 참조로서 그리고 측정 감도를 향상시키기 위한 투과 튜브의 사용, 수분 버퍼(보상기)의 사용 및 최적의 밸브 전환 시점을 인지하기 위한 수단의 사용, 이러한 새로운 가능성들의 조합은 언급되지 않는다.

PID 센서는 변동하는 탄화수소 농도에 대한 응답 특성에 있어 일반적으로 선형으로 간주된다. 그러나, 본 발명의 범주에 따른 측정에서는 10㎍ 오일/m³ 공기 범위의 더욱 정확한 측정에서, 농도가 더욱 하강함에 따라 측정 신호가 매우 불균형적으로 심하게 그리고 현저하게 약화된다.

따라서, 측정 장치에는 교정되는 선형성 기능을 발전시키고 적용시킬 것이 요청되었다.

그러나, 교정되는 선형성 기능은 농도가 매우 낮을 때 발생하는 정확도 상의 문제점을 단지 부분적으로만 해결한다. 선형성으로부터의 편차의 원인이 신호 약화에 있기 때문에, 신호 강화는 개선된 값을 유도하지만, 이 경우 노이즈에 의한 오차와 함께 연산될 수 있다.

따라서 본 발명을 통해, 1 내지 10㎍ 오일/m³ 공기 범위의 불균형적으로 약한 신호를 통해 야기되는 부정확성도 제거될 수 있다.

또한, 이동식으로 사용되면서 개선된 정확도로 탄화수소 측정을 가능하게 하도록, 이동식 측정 장치의 변형예가 제공되었다.

하기에 본 발명은 도면에 의해 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 측정 공기의 측정을 위한 솔레노이드 밸브의 스위칭 위치를 도시한 도면이다.
도 3은 촉매를 통한 압축 공기 연결부로부터의 공기 안내를 도시한 도면이다.
도 4는 투과기를 통한 압축 공기 연결부로부터의 공기 안내를 도시한 도면이다.
도 5는 촉매와 뒤이어 투과기를 통한 압축 공기 연결부로부터의 공기 안내를 도시한 도면이다.
도 6은 투과기와 뒤이어 촉매를 통한 압축 공기 연결부로부터의 공기 안내를 도시한 도면이다.
도 7은 계열 희석에 의한 예시적인 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 측정 장치의 측정 챔버를 도시한 도면이다.
도 9는 활성탄 처리된 압축 공기의 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.
도 10은 약간의 흡습 영공기의 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.
도 11은 보상기 이후 약간의 흡습 영공기의 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.
도 12는 보상기 이후 활성탄 처리된 압축 공기의 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.
도 13은 3개의 시험 가스 측정이 삽입된 보상기 이후 활성탄 처리된 압축 공기의 측정에서 측정 곡선의 추이를 도시한 도면이다.

도 1에는 측정 장치의 구조가 도시되어 있다. 밸브들(51, 81, 82, 89, 90)은 전기로 작동하는 솔레노이드 차단 밸브이다. 밸브들(71, 72, 및 73)은 전기로 작동하는 솔레노이드 3/2 방향 제어 밸브이다.

"M"은 1 내지 14바아, 예를 들어 7바아의, 고정 설정된 압력 조절기를 구비한 압축 공기 연결부이다.

"C"는 마찬가지로 고정 설정된 압력 조절기를 구비한 시험 가스 실린더 내의 시험 가스이며, 상기 압력 조절기에 의해 예를 들어 7바아로 압력 감소가 실행된다.

"Z"는 마찬가지로 예를 들어 7바아로 감소된 압력을 갖는, 영공기 실린더 내의 영공기이며, 영공기 실린더 내에는 영공기와, 추가로 ppb 범위 또는 ppm 범위의 농도를 갖는 탄화수소가 존재한다.

"D"는 유량 제한 장치이다. 이는 바람직하게 50 내지 200㎛, 예를 들어 80㎛의 내부 직경을 갖는, 소결 금속으로 이루어진 "유량 제한기(flow restrictor)"일 수 있고, 또는 간단하게 사파이어 또는 루비로 이루어진 노즐일 수도 있다. 이에 따라 공기의 관류량은 예를 들어 7바아의 사전 압력에서 2리터/분으로 제한된다.

"P"는 투과막이 내부에 위치한 "투과기"이다. 이는 예를 들어 탄화수소로 채워지고, PTFE로 이루어진 플라스틱 튜브의 짧고 폐쇄된 부품이다. 온도가 일정하고 공기 통과가 일정하다는 가정 하에, 투과를 통해, 흘러 지나가는 공기 내에는 규정된 일정한 탄화수소 함량이 발생한다.

"K"는 산화 촉매이다. 이는 구리 망간산염 과립으로 채워진 가열된 저장기이다. 이의 제조를 위해서는 촉매 산업 분야에서 상업적으로 이용되는 2g 내지 50g의 양을 갖는 구리 망간산염 과립, 예를 들어 칼루스(Carus)사의 카룰라이트(Carulite) 300으로 특수강 튜브가 채워진다. 촉매 및 산화될 공기의 요구되는 가열이 장치 기술 측면에서 그리고 에너지 절감 측면에서 수용될 수 있도록 유지되기 위해, 산화 온도는 최대 200℃에 위치해야 한다.

본원에서는 산업에서 사용되는 윤활유 및 압축기 오일이 황을 함유한 성분을 포함하며, 이러한 성분은 산화 촉매로서 KFZ 배기 가스 처리 시에 사용되는 통상의 귀금속을 촉매 중독시킨다는 사실이 고려되어야 한다.

KFZ 배기 가스 분기 장치에서 작동 시에 발생하는 600℃를 초과하는 온도가 다시 해독을 유도하는 반면, 이 경우 사용된 200℃의 온도 상한값은 해독을 위해, 즉 촉매 표면에서 황 성분을 재차 제거하기 위해 충분하지 않다.

원칙적으로, 본 발명의 목적을 위해서는 귀금속 촉매에 의해서도 이미 200℃에서 충분한 촉매 활성이 확인될 수 있었지만, 이러한 촉매의 수명은 중독에 의해 제한된다. 그러나 촉매의 수명은 귀금속 촉매 이전에 황 흡수기가 장착된 경우에 훨씬 연장될 수 있다. 예를 들어, 아연, 철, 구리 또는 망간의 산화물 과립이 적합하다. 그러나 구리, 니켈, 특수강으로 이루어진 메탈울(metal wool)과 유나이티드 캐털리스츠(United Catalysts)사의 소르벤스(Sorbens) C-28도 효과적으로 사용되었다. 휴대형 변형예에서 촉매는 바람직하게 UV LED들[파장 370 내지 385㎚, 루미트로닉스(Lumitronix)사]에 의해 조사되는 이산화티탄의 함량이 높은 광촉매이다. 특히, 광촉매의 제조는 DE 198 11 708 A1호에 설명되어 있다.

적합한 비귀금속 촉매를 구하기 위해, 상업적으로 이용되는 과립형태의 구리 망간산염[홉칼리트(Hopcalit)]이 매우 적합하며, 이미 160℃를 초과하는 온도에서 사용될 수 있다는 것이 시험에서 나타났다. 구리 망간산염도 오일 내의 황화합물에 의해, 촉매 반응하지 않는 화합물에 대해 반응하지만, 흡수도는 동일하지 않게 더 높아서 본 발명의 목적을 위해 충분하다.

그러나, 이 경우 금속 산화물로서 구리 망간산염은 공기 습기 및 이산화탄소와 함께 온도에 따라 그리고 가역식으로 화학적 화합물을 형성한다. 그러나, 공기 습기는 특히 10㎍ 오일/m³ 공기의 범위에서 측정값에 대해 영향을 미친다. 이는 측정 장치의 구조에 대한 요건에 있어서, 촉매 재료로부터 처리된 공기 흐름으로의 습기의 흡수 및 배출이 개념상 고려되어야 함을 의미한다.

"AD"는 공기 습기를 위한 보상기이다. 이의 제조를 위해, 전형적으로 흡착 건조기에서 사용될 때와 같이, 작은 저장기 또는 튜브 섹션 내에는 분자체 흡착기 또는 알루미늄 산화물로 이루어진 비드와 같이 습기를 흡수한 재료들이 채워진다. 그러나, 이러한 보상기의 목적은 관류하는 공기 흐름을 건조하기 위한 것이 아니다. 오히려, 이러한 보상기가 흡수와 배출 사이의 평형 상태가 설정된 이후에 각각의 조건(온도, 습기, 압력) 하에 포화된 상태에서야 최적으로 기능하는데, 즉 건조된 공기 흐름으로 습기가 배출되거나 흡습 공기 흐름으로부터 습기가 흡수된다. 측정 장치의 기능에 대한 후속하는 상세한 설명에 상응하도록, 솔레노이드 밸브의 전환을 통해 공기 흐름들은 간격을 가지며 교대되므로, 이들의 약간 상이한 습기 함량은 보상된다.

이러한 보상기는, 구리 망간 산화물(홉칼리트)로 구성된 가열된 산화 촉매가 촉매로서 사용될 때, 특히 하부 측정 범위에서의 측정 장치의 측정 정확도를 크게 향상시킨다. 본 발명에 따른 측정 장치의 예시적이며 간단한 일 실시예는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 "MK"에 대한 "M"을 측정한다(투과기는 생략). 촉매(K)가 측정 공기 단계(M) 동안 계속 가열되고, 이 경우 촉매 충전부의 중심 온도(core temperature)는 공기 관류의 중단에 의해 다소 상승하므로, 촉매 재료는 적은 양의 습기를 분리시킨다. "MK" 위치로의 전환 이후에, 촉매는 재차 관류되고, 우선적으로 이러한 단계 동안 모아진 습기를 재차 배출한다. 단계(MK)가 일시적으로 종료되자마자, 촉매의 중심 온도는 약간 냉각되고, 이에 따라 재차 적은 양의 물을 흡수한다.

"S"는 10.6eV의 광자 에너지를 갖는 광이온화 검출기(PID)이다. 특히 민감하게 반응하는 적합한 "PID"들은 바셀린-모콘(Baseline-mocon)사에서 제조되거나 알파센스(Alphasense)사에서도 제조된다.

"A"는 DIN ISO 8573-5에 따른 샘플링이 실행될 수 있도록 하는 활성탄 튜브이다. 이러한 튜브로 안내하는 솔레노이드 밸브는 연산 유닛에 의해 개회로 제어되므로, 관류되는 공기량은 의도한 대로 측정될 수 있으며, 측정 장치의 보정을 위한 측정 장치의 선택적 설정에서, 측정 장치에 의해 측정된 측정값은 DIN ISO 방법에 따라 구한 측정값과 비교될 수 있다. 그러나, 활성탄 튜브를 통해 공기 흐름을 안내하는 이러한 스위칭 옵션의 적용은 측정 장치의 기능 자체에 대해서는 중요하지 않다.

PID 센서의 신호 세기로부터 mg/m³의 단위를 갖는 DIN ISO 8573-1에 따른 오일의 함량을 추론하는 상술한 어려움은 본 발명에 따른 측정 장치에서, 측정될 오일이 이에 관련된 분자량 및 응답 계수와 백분율로 종합되어 장치 내의 데이터 뱅크에 저장되고, 내부 처리되고, 변환되어 표시됨으로써 실행된다. 이와 같이, 사용자는 측정 이전에, 측정될 오일의 이름을 기록할 수 있으며, 표시로서 각각의 오일들의 mg/m³ 공기인 측정값을 얻는다. 부가적으로 사용자는 측정 결과를 압축 공기 등급으로 분류하고, 경고값을 위한 설정 가능한 활성화 임계값을 얻는다.

도 1에는 밸브의 스위칭 위치가 나타나지 않는다.

도 2에는 측정 공기의 측정을 위한 솔레노이드 밸브의 스위칭 위치가 도시되어 있다. 도 1과는 반대로 두껍게 도시된 라인은 측정 장치를 통한 공기의 경로를 도시한다. 여기에 도시된 스위칭 위치는 측정 공기(M)를 센서로 바로 안내한다. 밸브의 폐쇄 측은 각각 삼각형으로서 도시되어 있다. 센서에 도달하는 공기는 본 도면에 "M"으로 표시되어야 한다. 밸브(51) 대신 밸브(82)나 밸브(81)가 개방되는 경우, 센서에서 공기 안내가 동일할 때는 시험 가스(C) 또는 영공기(Z)가 측정된다. 이 경우 센서에 도달하는 공기는 편의상 하기에 "C" 또는 "Z"로 표시된다. 이와 유사한 표시들이 다른 공기 흐름들에도 적용되어야 한다.

도 3에는 탄화수소가 산화되는 촉매(K)를 통한 "M"의 공기 공급이 도시되어 있다. 센서에 도달하는 공기는 본 도면에서 "MK"로 표시되어야 한다. 밸브(51) 대신 밸브(82)나 밸브(81)가 개방되는 경우, 센서에서 공기 안내가 동일할 때는 "CK" 또는 "ZK"가 측정된다.

도 4에는 공기 흐름이 투과 튜브로부터 탄화수소로 농축된, "투과기"(P)를 통한 "M"의 공기 공급이 도시되어 있다. 센서에 도달하는 공기는 본 도면에서 "MP"로 표시된다. 밸브(51) 대신 밸브(82)나 밸브(81)가 개방되는 경우, 센서에서 공기 안내가 동일할 때는 시험 가스(C) 또는 영공기(Z)가 측정되지만, 투과 튜브로부터 탄화수소로 추가로 농축되어 측정된다. 이 경우, 센서에 도달하는 공기는 "CP" 또는 "ZP"로 표시된다.

도 5에는 촉매(K)에 이어서 투과기(P)를 통한 "M"의 공기 공급이 도시되어 있다. 센서에 도달하는 공기는 이에 상응하게 "MKP"로 표시된다. 밸브(51) 대신 밸브(82)나 밸브(81)가 개방되는 경우, 센서에서 공기 안내가 동일할 때는 "CKP" 또는 "ZKP"로 표시되어야 하는 공기가 얻어진다.

도 6에는 투과기(P)에 이어서 촉매(K)를 통한 "M"의 공기 공급이 도시되어 있다. 센서에 도달하는 공기는 이에 상응하게 "MPK"로 표시된다. 밸브(51) 대신 밸브(82)나 밸브(81)가 개방되는 경우, 센서에서 공기 안내가 동일할 때는 "CPK" 또는 "ZPK"로 표시되는 공기가 얻어진다.

본 발명에 따른 장치에 의해 실행 가능한 측정은 상술한 각각 2개 이상의 스위칭 위치들 사이에서 특정 간격으로 양쪽 방향으로 스위칭 된다는 사실에 기초한다. 센서에서 각각의 공기 흐름에 속하는 측정값이 설정될 때까지, 약 10초 내지 120초가 소요된다. 이는 센서가 박막을 통해 먼지로부터 보호되고, 확산은 농도 보상에 이르기까지 기다려져야 한다는 사실과 관련한다.

촉매는 특히 1 내지 3일간의 초기 단계에서 영구적으로 그러나 감소하면서 습기를 다소 배출하고, 이에 따라 측정값을 왜곡할 수 있다. "Z"(즉, 영공기)와 "ZK"(즉 촉매 내에서 처리되는 영공기) 사이에서 예를 들어 90초의 간격으로 양쪽 방향으로 스위칭되는 경우, 촉매의 습기 배출을 통해 값(ZK)이 "Z"보다 더 높을 수 있는 전압 차이, 즉 소위 음의 측정값이 얻어진다. 즉, "ZK" 내의 더 높은 공기 습기는 미세하게 더 높은 측정값을 야기할 수 있다. 이러한 측정값 차이의 "음의" 값은 습기 보정값으로서, 즉 측정 장치에서 촉매 재료의 습기 배출을 통한 측정 오차의 보상을 위해 설정될 수 있다.

위치(C)와 위치(CK) 사이에서 예를 들어 90초의 간격으로 양쪽 방향으로 스위칭되는 경우, 보정을 위한 전압 차이가 얻어지며, "C"는 더 높은 전압값을, "CK"는 더 낮은 전압값을 나타낸다. 사전에 농도, 센서 제조사로부터 제공된 센서 감도, 및 시험 가스의 화학적 타입이 장치에 설정된 경우, 장치는 구해진 값을 보정 계수로서 전달받는다.

"C"와 "Z" 사이에서 예를 들어 90초의 간격으로 양쪽 방향으로 스위칭되는 경우, 촉매(K)가 완전히 기능하는 경우에만 "C"와 "CK" 사이의 교대에 상응해야 하는 전압 차이가 얻어진다. 따라서, 즉 이러한 비교에 의해 촉매의 기능 성능이 검사될 수 있다.

예를 들어 각각 하나의 사이클로 우선 "CK"가 45초간 개방된 채로 유지된 후, 45초간 초 단위 사이클로 "C"와 "CK" 사이에서 양쪽 방향으로 스위칭되도록, 위치(C)와 위치(Z)[또는 "C"와 "CK"] 사이에서 양쪽 방향으로 스위칭되는 경우, "C"를 위해 절반의 농도값만이 얻어진다. 다른 설정에서, 즉 예를 들어 45초간의 "CK", 이어서 각각 1초의 "C"와 2초의 "CK"가, 45초 동안 교대하는 설정에서, "C"의 농도값의 1/3이 측정 결과 등으로 얻어진다. 이러한 실시예는 이후 "CK에 대한 1C-2CK"라는 약자로 표시된다.

즉, 본 발명의 이러한 부분에 의해서는 선형성의 검사를 위해 농도에 대한 측정값의 함수 관계를 위한 함수를 형성하는 것이 가능하다. 이를 위해, "CK에 대한 0C-10CK", "CK에 대한 1C-9CK", "CK에 대한 2C-8CK" 내지..."CK에 대한 9C-1CK", "CK에 대한 10C-0CK"의 일련의 측정이 실행될 수 있다. 이러한 측정값에 의해 선형화 함수가 측정되어 저장될 수 있다. 이러한 장치는 상술한 과정 이후에 이러한 선형화 함수가 옳은지를 원하는 대로 검사할 수 있다.

이러한 선형화 함수에 의해, 장치는 "MK"에 대한 측정 가스(M)의 측정된 값을 교정할 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어 "MK"에 대한 "M-MK"의 계열 희석이 상기 단락에서 설명된 바와 동일한 패턴을 따라 "CK"에 대한 "C-CK"에 의해 실행됨으로써, "C"를 위해 구해진 선형화 함수가 "M"에 대해서도 해당되는지도 검사할 수 있다.

시험 가스 및 영공기가 대체로 압축 가스 실린더 내에 제공되기 때문에, 상술한 타입(C 및 Z)의 측정과, 이의 촉매 처리된 후속 가스(CK 및 ZK)는 가스 실린더의 사용을 필요로 한다.

그러나, 측정 장치의 최종 사용자에게 압축 가스 실린더를 다루기란 대부분 번거럽고 비싸다.

본 발명에 따르면, 압축 가스 실린더 대신에 보정을 위한 투과기가 사용되고, 보정 가스는 투과기에 의해 측정 공기(M)로부터 발생한다. 투과 튜브는 예를 들어 미국 킨-텍(Kin-Tec)사로부터 이미 보정되어 얻어질 수 있다. 시험 가스(C)에 의해 투과 튜브는 후속 보정될 수도 있다.

투과기(P)에 의해서, 계열 희석도 발생할 수 있다. 그러나, 사이클당 예를 들어 45초동안 스위칭 위치에서 "MK"를 측정한 후, 45초 동안 교대로 각각 예를 들어 0.3초간 "MKP"와 예를 들어 0.7초간 "MK"를 예를 들어 투과 튜브로부터의 배출값의 30%에 대해 측정해야 한다면 틀릴 것인데, 이는 투과 튜브가 잠시동안 관류되지 않을 때에도 배출하기 때문이다. 이 경우, 투과기(P)를 통한 공기 공급을 간헐적으로 중단시킴으로써, 투과기 챔버 내에 더 높은 농도가 설정되고, 이에 따라 재 관류시에 상응하게 더 높은 농도가 배출되게 할 뿐이다.

따라서, 투과기에 의한 계열 희석은, 사이클당 예를 들어 45초 동안 스위칭 위치에서 "MPK"(도 6)를 측정한 후, 투과기의 배출값의 예를 들어 70%를 생성하기 위해 45초 동안 교대로 각각 예를 들어 0.9초간 "MPK"(도 6)와 2.1초간 "MKP"(도 5)를 측정하도록 발생한다. 이러한 방식으로, 스위칭 중지에서는 투과기로부터 원하지 않는 분량이 산화되고 상기 단락에서 언급된 처리 방식에서와 같이 축적되지 않는다.

완전한 값의 측정은 상응하게 간소화되어 예를 들어 45초의 간격으로 "MPK"(도 6) 및 "MKP"(도 5)의 전환을 통해 진행된다.

여러 해에 이르는 투과 튜브의 긴 수명 때문에, 이러한 방식으로 측정 장치를 규칙적으로, 간단하게, 비용면에서 유리하게 자동으로 보정하거나 선형화하여 보정하는 새로운 방법이 제공된다.

투과 튜브는 시험 가스 실린더가 연결된 비교 측정을 통해 바로 지금 후속 보정될 수도 있으며, 시험 가스 또는 투과기로부터의 공기는, 동일한 농도 범위에 위치하고 이에 따라 선형화 오차가 발생하지 않도록 상술한 방법에 상응하게 희석될 수 있다.

위치 "M"과 "MK" 사이의 측정 공기의 측정을 위해, 예를 들어 90초의 간격으로 양쪽 방향으로 스위칭되는 경우, 측정 장치가 각각 정확하게 설정된 탄화수소에 대한 함량을 연산하도록 하는 전압 차이가 얻어지며, 이러한 연산은 데이터, 즉 습기 교정값, 보정 계수, 응답 계수, 및 탄화수소 타입에 기초한다.

이러한 장치는 구해진 측정값이 선형이 아닌 측정 범위 내에 이미 위치하는지, 또는 자동적으로 선형화된 값이 맞는지를 검사하는 가능성을 제공한다. 이를 위해, 자동으로 간격을 두고서 계열 희석이 검출된다. 계열 희석은, 사이클당 예를 들어 45초 동안 스위칭 위치에서 "MK"(도 3)를 측정한 후, 예를 들어 완전한 값의 70%를 위해 45초 동안 교대로 각각 예를 들어 0.9초간 "MK"(도 3)와 2.1초간 "M"(도 2)를 측정하도록 발생한다.

2ppb 미만의 측정 범위에서는 정확한 선형화를 적용하는 것이 어려운데, 이는 선형성의 편차가 감소하는 신호 세기에 의해 대수적으로(logarithmic) 증가하며, 이에 의해 가장 낮은 측정 정확도가 상응하게 강화되기 때문이다. 이에 따라, 고유의 측정 및 참조 측정을 위한 신호는 균일하게 동일한 양만큼 상승한다. 따라서, 측정은 재차 더 높은 신호 세기의 영역으로 이동하며, 이에 의해 더 정확한 측정 결과가 얻어진다.

즉, 매우 낮은 "M"(측정 공기)과 "MK"(영참조로서) 사이의 적은 차이를 측정하는 대신에, "MP"(도 4)와 "MKP"(도 5) 사이의 차이가 영참조로서 측정된다. 즉, 측정 공기뿐만 아니라 촉매 처리된 측정 공기에도 각각, 투과기에서 배출된 동일한 탄화수소 양이 추가된다. 이 경우, 투과기(P)에서 배출된 탄화수소 양은 투과 튜브의 선택에 의해 원하는 대로 "M" 내의 탄화수소의 농도보다 훨씬 더 높다. "MKP"에 대한 "MP-MKP"의 계열 희석을 통해, 즉 예를 들어 45초의 "MKP"(설정: 0.2M)에 대해 1초의 "MP"와 4초의 "MKP"가 45초간 교대하여, 선형화의 개선은 검사된다.

센서를 보호하는 박막을 통한 공기 교환의 관성에도 불구하고, 측정 단계 동안 초 단위 사이클로 신속하게 스위칭될 때는 미약한 사인파 형태를 갖는 신호 곡선이 발생하고, 이러한 곡선은 수학적 처리(평균값 형성)를 통해 평활화된다.

각각의 스위칭 사이클의 스위칭 지속 시간은 장치에서 수동으로 설정될 수 있다. 그러나 이러한 장치는 생성된 측정점으로부터 최적의 스위칭 시점을 자동으로 산출하고, 이에 상응하게 전환하기 위해 가능한 방법도 제공한다.

탄화수소를 함유한 공기를 촉매 산화 처리하기 위해서는 적어도 160℃로의 가열이 필요하다. 특히 본 발명에 따른 장치의 이동식 설계를 위해, 이러한 가열은 (충전 가능한) 배터리에 의해 단지 짧은 작동이 가능함을 의미한다. 긴 가열 시간이 문제가 된다. 따라서, 장치의 간소화된 설계는 촉매 대신 활성탄 흡착기를 제공한다.

활성탄은 탄화수소와 더불어 물도 흡착하기 때문에, 활성탄의 대안적인 사용은 상응하는 측정의 정확도를 감소시킨다. 그러나, 활성탄의 흡착 능력은 시간의 경과에 따라 제어 불가능하게 감소한다.

추가로, 상기에 이미 설명된 바와 같이, 참조된 측정의 2개 측면들이 투과기로부터의 탄화수소에 대한 동일한 양만큼 농축되는 경우에 측정 정확도는 향상되는데, 이는 측정이 선형 영역 내로 이동하기 때문이다. 그러나, 부가적으로 이로써 측정 결과에 대한 공기 습기의 영향도 감소한다. 이러한 방식으로, 투과에 의해서는 촉매 작용 대신에 활성탄 흡착에 의해 실행되는 측정도 훨씬 개선될 수 있다.

즉, "MK'P"[도 6, 그러나 촉매(K) 대신 활성탄(K')]에 대한 스위칭 "MP"(도 4)에 의해서는 양호한 측정 결과가 발생할 수 있다. 또한, 상술되고 도 2 내지 도 6에 도시된 다양한 조합 가능성도 "K'"를 위해, 즉 상기에 촉매(K)를 위해 설명된 바와 같이 활성탄 흡착기를 위해 동일하게 가능하다.

촉매에 의해서만 작동하고 그리고/또는 활성탄 흡착기에 의해서만 작동하는, 투과기가 없는 간소화된 장치 설계도 존재한다.

그러나, 계열 희석을 통한 상술한 선형화 함수들은 이러한 간소화된 장치에 의해서도 실행된다.

본 발명에 따른 측정 장치는 측정 장치의 소프트웨어에 상업적으로 이용되는 측정될 오일의 내용물에 대한 매개변수가 라이브러리로서 기입되고, 연산의 기초 자료로서 사용되는 가능성을 포함한다.

이를 위해, 상업적으로 이용되는 압축기 오일에 의해 GC/MS 분석이 이루어지고, 오일 내의 개별 성분들의 각각의 양과, 이들의 각각의 분자량, 이들의 각각의 응답 계수의 고려하에 프로그램 내의 상수로서 설정된다.

의심스러운 경우, 측정 결과는 더욱 양호하게 인정되기 위해 확립된 방법에 의해 확인될 수 있다. 이를 위해, 탄화수소 저장 튜브에 의한 DIN ISO 8573-5에 따라, 그리고 인증된 실험실을 통한 분석에 따라 측정값이 병행 측정되고, 사용자가 원할 시에는 "DIN ISO 보정값"으로서 입력 필드에 기입된다.

본 발명의 측정 장치의 측정 방법에 의해, 교대식 밸브 스위칭을 통해 신호 차이와 이에 따른 측정 결과를 발생시키는 것이 이루어지고, 이와 동시에

a) 센서 드리프트를 보상하고

b) 측정 공기의 교대되는 습기 함량을 보상하고

c) 촉매의 기능 성능을 모니터링하고

d) 혼합을 통해 측정 정확도를 향상시키고

e) 투과 튜브의 기능 성능을 모니터링하고

f) DIN ISO 8573-5에 따른 측정 방법으로 지속적인 비교를 가능하게 하는 것이 이루어진다.

측정 장치의 확장된 설계에서, 측정 장치는 많은 양의 사용된 공기 또는 압축 공기로부터 탄화수소 또는 감소된 가스를 제거하기 위한 촉매 산화식 처리 장치를 구비한 구조 유닛을 형성한다. 이 경우, 즉 예를 들어 사용된 압축 공기를 위한 처리 장치의 촉매를 통해 1 m³/min가, 측정 장치를 위한 고유의 작은 촉매를 통해 2 l/min가 관류한다. 이 경우, 측정 장치의 작은 촉매는 큰 촉매 내에 함께 장착되고, 함께 가열된다는 장점이 있다. 이 경우, 실제의 설계에서 가열된 촉매 베드(bed) 내에는 고유의 출구를 구비한 단 하나의 분리된 튜브가 위치한다.

처리 장치는 사용된 가열 에너지를 회복하고 탄화수소를 함유한 공급된 공기를 가열하기 위한 열교환기를 포함한다. 처리 장치의 대형 실시예에서는 바람직하게 플레이트 열교환기가 사용되는 반면, 소형 실시예에서는 바람직하게 2중관 열교환기가 사용된다.

촉매량의 치수 설계와, 처리 설비 및 측정 장치를 통해 관류하는 공기량은 측정 장치의 촉매가 훨씬 더 적은 부하를 받도록 선택된다. 측정 장치의 촉매는 양적 비율로서, 촉매에 대한 탄화수소의 비율, 바람직하게 처리 설비에 대한 촉매의 비율로 1/10 미만으로 작용해야 한다.

시간의 경과에 따라 처리 설비의 촉매의 산화 용량이 감소하자마자, 참조 공기 흐름 및 측정 공기 흐름의 최초에 동일했던 탄화수소값들은 점점 더 상이해지며, 이들의 차이는 측정 장치에 의해 측정된다. 이에 의해, 처리 설비의 촉매의 감소하는 용량은 측정 장치에 의해 확인되어 모니터링된다.

도 7에는 "CK"에 대한 "C-CK"를 위한 계열 희석에 의한 예시적인 측정에서의 측정 곡선의 추이가 도시되어 있다. "C-CK"로의 솔레노이드 밸브의 전환 이후에는 "C-CK"를 위한 각각의 희석값이 설정될 때까지 급상승이 이루어지고, "CK"로의 전환 이후에 측정값은 재하강한다. 각각 3., 8., 11., 14., 17., 22., 24., 및 28의 측정에 따라, 각각 더 강하게 희석되고, 즉 "C"의 턴-온 지속 시간의 비율은 점점 더 짧아진다. 바로 다음의 희석으로의 각각의 전환 이후의 각각의 제1 측정은 유념될 필요가 없다.

마찬가지로 본 발명의 대상은 광촉매가 광촉매 검출기를 구비한 구조 유닛을 측정 챔버로서 형성하는 설계이다(도 8 참조). 바람직하게 이러한 측정 챔버(91)는 AD 컨버터(92) 및 UV 포토 유닛(98)을 구비한 광이온화 검출기(93)의 장착을 통해 1cm³ 미만의 용량을 갖는 공동이 형성되고, 이러한 공동은 광촉매 활성화된 필름(97)을 포함하도록 형성된다. 필름(97)은 투명한 플라스틱으로 이루어진 챔버 벽(101)을 통하여, 복수의 UV LED들에 의해 조사되는 반면, 광이온화 검출기(93)의 정면 창은 다른 챔버 벽을 형성한다. 이러한 챔버의 가스 충전은 흐름 저항을 갖는 개구(96 및 100)를 통해 주기적으로 교환된다.

이와 같이 형성된 측정 장치에 의한 압축 공기의 표준 측정은 도 9에 도시되어 있다. 오일 작동식 압축기(7바아)로부터의 압축 공기는 냉각식 건조기, 예비 필터, 수분 분리기, 및 활성탄에 의해 사전 처리된다. 이러한 압축 공기의 잔류 오일 증기 함량은 대개 0.01mg/m³의 보통 공기에 훨씬 못 미친다. 측정 공기 단계(M) 동안의 측정 신호의 상승 다음에는 촉매 공기 단계(MK) 동안의 신호의 강하가 따른다. 촉매 공기 단계의 시작에서는 "범프(bump)"가 뚜렷하게 나타날 수 있다. 이러한 범프가 배출수로부터 야기되는 것이, 하기의 예에 도시되어 있다. 동일한 장치로서, 상술한 압축 공기 대신에 약간 흡습된 영공기가 측정되는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 범프는 매우 커지고, 촉매 공기 단계의 종료 시점 부근에서 상응하게 깊은 골이 뒤따른다. 측정 공기 단계 동안 값은 재상승한다. 즉, 이러한 영공기가 탄화수소를 포함하지 않음에도, 홉칼라이트(Hopcalite) 촉매의 특성을 통해, 인공적인 양의 측정값이 발생한다. 촉매 공기 단계의 시작에서는 배출수를 통해 범프가 발생하고, 종료 시점 부근에서 물이 흡착됨으로써 값은 상응하게 낮아진다.

보상기(AD)의 사용을 통해 이러한 효과는 해소된다. 도 11에는 흡습 영공기에 의한 도 10의 측정 그래프에 상응하게 측정에 대한 보상기의 영향이 나타나 있다. 여기서 얻어지는 측정값은 센서의 한계 감도 미만에 있으므로, AD 컨버터의 해상도에 기인한 고작 약 2마이크로볼트의 노이즈 신호만이 나타난다. 센서의 드리프트만이 측정 신호를 변화시킨다. 드리프트를 보상하는 표시된 측정값은 0.001mg/m³ 미만에 있다.

도 12에는 도 9와 유사하게 압축 공기를 측정할 때 측정 신호에 대한 보상기의 영향이 나타나 있다. 여기서는 30cm의 길이를 갖고 외부에서 200℃로 가열된 8mm의 특수강 튜브 내에의 5g의 양을 갖는 홉칼라이트 과립에 대해 보상하기 위해, 2g의 양을 갖는 다공질의 산화 알루미늄 비드가 사용되었다. 이러한 2g의 양에서 범프는 이미 완전히 사라진다.

여기서, 보상기가 원하지 않는 방식으로 어느 정도로 잔류 오일 함량도 보상하는지가 의문이다. 놀랍게도, 오일 증기의 원하지 않는 "보상"의 매우 작은 효과만이 설정되며, 즉 오일 증기는 주목할만한 저장없이 보상 재료를 통과할 수 있음이 발견되었다. 상기 형태의 다공질 재료들은 사용할 수 있는 흡착기보다 훨씬 더 높은 농도에서만 기능하는 것으로 보인다. 확인을 위해, 도 13에 상응하는 측정이 실행되었다. 상응하게 낮은 ppb의 탄화수소에 의한 압축 공기(0.01mg/m³ 미만)의 측정 동안, 3의 측정 사이클을 위한 측정 장치는 탄화수소에 대한 0.5ppm의 농도를 갖는 매우 강하게 농축된 시험 가스로 작동되었다. 도 13에는 압축 공기의 비교적 약한 신호가 나타나고, 이 경우 시험 가스를 위한 3개의 강한 신호들과 이어서 곧 압축 공기를 위한 작은 신호들이 재차 나타나며, 이러한 작은 신호들에서 (핵심적인 사실로서) 강한 측정 신호 이후에 이어진 함량에 대한 상승한 값이 나타나지 않는다. 이러한 맵핑에서 이러한 척도는 훨씬 더 작으므로, 도 13의 맵핑에서는 맵핑에서 압축 공기의 측정시에 신호 세기가 변경하는 것이 더 이상 외형적으로 나타나지 않는다. 그러나 도 13의 3개의 강한 신호들의 왼쪽 신호들과 오른쪽 신호들은 도 12에서의 신호들에 상응한다.

Claims

공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서,
상기 측정 장치는 공기 또는 압축 공기 연결부(M)와, 이에 연결된 유량 제한 장치(D)와, 이에 연결된 가열 가능한 산화 촉매(K)를 포함하고, 상기 산화 촉매에는 광이온화 검출기(S)가 연결되며, 이때 산화 촉매(K)를 거치고 상기 산화 촉매를 지나서 바로 광이온화 검출기(S)에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단(90, 72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서,
상기 측정 장치는 공기 또는 압축 공기 연결부(M)와, 이에 연결된 유량 제한 장치(D)와, 이에 연결된 UV 광촉매(K)를 포함하고, 상기 UV 광촉매에는 광이온화 검출기(S)가 연결되며, 이때 산화 촉매(K)를 거치고 상기 산화 촉매를 지나서 바로 광이온화 검출기(S)에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단(90, 72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서,
측정 장치는 공기 또는 압축 공기 연결부(M)와, 이에 연결된 유량 제한 장치(D)와, 이에 연결된 활성탄 흡착기를 포함하고, 상기 활성탄 흡착기에는 광이온화 검출기(S)가 연결되며, 활성탄 흡착기를 거치고 상기 활성탄 흡착기를 지나서 바로 광이온화 검출기(S)에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단(90, 72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제2항에 있어서, 측정 챔버가 제공되며, 상기 측정 챔버는 챔버 중심으로 돌출하는, 광이온화 검출기를 위한 검출기 입력부를 포함하고, 상기 측정 챔버에서 챔버 벽은 UV LED들이 장치된 투명한 플라스틱으로 이루어지며, 챔버, 검출기, 및 투명한 플라스틱 벽으로 형성된 공동은 1ml 미만이고, 흐름 저항을 갖는 개구가 공동 내의 주기적인 가스 교환을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 촉매(K) 또는 활성탄 흡착기와 평행하게, 시간에 걸쳐 일정한 탄화수소 규정량을 방출하기 위한 하나 이상의 투과기(P)가 배치되며, 투과기(P)를 거치고 상기 투과기를 지나서 바로 광이온화 검출기(S)에 공기 또는 압축 공기를 안내하기 위한 스위칭 가능한 수단(89, 72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 또는 압축 공기 연결부(M)와 유량 제한 장치(D) 사이에는 스위칭 가능한 시험 가스 유입부(C)가 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 또는 압축 공기 연결부(M)와 유량 제한 장치(D) 사이에는 스위칭 가능한 영공기 유입부(Z)가 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 광이온화 검출기(S)의 연결부에는 활성탄 튜브(A)를 향한 스위칭 가능한 연결부(73)가 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 광이온화 검출기(S)의 상류에는 공기 습기를 위한 보상기(AD)가 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제1항 내지 제9항에 따른 측정 장치의 사용 하에 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 방법에 있어서,
탄화수소를 함유한 공기 또는 압축 공기 흐름의 측정 시간 동안, 참조 측정을 실행하기 위해서는 탄화수소의 가변 분량이 촉매 산화되고, 이러한 방식으로 계열 희석이 생성되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
제10항에 있어서, 측정 장치의 사용 하에 공기 또는 압축 공기 내의 오일, 탄화수소, 및 산화 가능한 가스의 함량을 측정하기 위한 방법에 있어서,
탄화수소를 함유한 공기의 측정 시간 동안, 참조 측정을 실행하기 위해서는 영공기의 가변 분량이 탄화수소를 함유한 공기에 혼합되고, 이러한 방식으로 계열 희석이 생성되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 투과기를 통해 측정 정확도를 향상시키기 위해서는 측정 범위를 선형 측정 범위로 이동하기 위해, 탄화수소를 함유한 측정될 공기뿐만 아니라 촉매 처리된 공기 또는 영공기가 동일한 양으로 탄화수소로 농축되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.