KR20150112034A - 잔존 오일 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스에서 탄화수소량을 검출하기 위한 장치로서, 제 1 측정 가스 흐름(38)에서 탄화 수소량을 판정하고 대응하는 제 1 측정 결과를 생성하기 위한 제 1 센서(22); 제 2 측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 검출하고 대응하는 제 2 측정결과를 생성하는 제 2 센서(24); 두 센서(22,24)로부터 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛을 포함하며, 제 1 센서(22)는 금속 산화막 반도체 센서로서 연속적으로 측정을 수행하고, 제 2 센서(24)는 간헐적으로 측정을 수행한다. 본 발명은 가스 흐름에서 탄화 수소량을 기록하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가스에서 탄화수소량을 검출하는 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.
다양한 센서 기술과 함께 측정 장치들이 알려져 왔는데 예를 들어 공기 또는 압축 공기에서 산화성 가스, 탄화 수소 및 오일 함유량을 검출하는 역할을 해 왔다.
예를 들어, 반도체 산화물로 전기적으로 가열 가능한 금속 산화막 반도체(MOS) 가스 센서들이 종종 사용되는데, 가열 상태에서 공기중 함유된 탄화수소량에 따라 전기저항을 변화시킨다. 금속 산화막 반도체 가스 센서의 가장 중요한 장점으로 고민감성을 포함하고, 따라서 ppt범위로 떨어지는 가장 미미한 탄화수소량 조차도 측정할 수 있다는 것이다. 금속 산화막 반도체 가스 센서들은 긴 작동 기간, 양호한 장기 안정성을 가지며, 또한 취득 비용도 다소 낮다.
그러나, 금속 산화막 반도체 가스 센서들은 지수 특성 곡선을 가진다는 점에서 불리하고, 이로 인해 옵셋 포인트를 결정하기가 어렵다. 측정 결과들은 상대적으로 다시 생성하기가 어렵고, 센서들은 수증기와 무기물 가스들에 대해 높은 교차 민감도를 가진다. 최종값에 대한 반응 시간들은 길고 제로 선이 도달할 때까지 제로 공기(zero air)로 캘리브레이션(calibratoin)하는 경우 회복 시간은 상대적으로 길다.
다른 방법은 광전리를 이용하여 탄화수소 농도를 검출하는 것이다. 과정에서, 탄화수소는 자외선광으로 조사된다(irradiated). 이 경우 전자들이 탄화수소 분자 밖으로 밀려나오도록 광의 에너지 량은 충분히 높아야 하고, 개수는 전자적으로 측정될 수 있다. 광전리 센서들은 양호한 장기 안정성을 가지며, 수증기와 무기물 가스에 대해 상대적으로 낮은 교차 민감도를 가진다. 최종값에 대한 반응 시간은 짧고, 제로선이 도달할 때 까지, 제로 공기로 캘리브레이션을 하는 경우 회복 시간도 마찬가지로 짧다. 특성 곡선은 선형적이고, 따라서 높은 수준의 재생(reproduction) 가능성이 제공된다.
그러나, 이와 같은 방식의 센서에서 불리한 점은 감도 수준이 낮다는 것이고, 특히 저 농도 범위에서 상대적으로 낮다. 또한 노화 상태가 테스트 가스 없이는 신뢰할만하게 결정될 수 없다는 것이고, 그럼에도, 대략 1년의 작동 수명은 다소 짧다. 측정 정확도는 마모로 인해 감소하고 따라서 유지 비용이 높다. 게다가 광전리 센서의 취득 비용 또한 상대적으로 높다.
광전리 센서에 의해 생성되는 측정 가스들은 측정 물질량에 대해서 간접적인 결론만 도출되게 하는데, 측정값이 또한 화합물의 분자 구조에 종속되며 다소 상당한 정도로 가변하며, 심지어 동일 분자식의 경우에도 그러하다. 그러나, 측정대상 화합물이 일정하고, 알려져있으며, 가능하다면, 균일하다면, 탄화수소량 농도는 상대적으로 신뢰가능하게 측정될 수 있다. 그러나, 측정 정확도는 탄화 수소 농도가 떨어지면서 감소한다. 특히, 공기의 수분 함유량의 영향은 진행과정에서 증가한다. 탄화수소 함유량이 감소할수록 습도의 영향력이 상당히 커지고 낮은 mg/m3 범위에서 탄화수소 함유량의 측정은, 특히 μg/m3 범위에서 충분히 정확하게 수행될 수 없다.
압축공기의 상이한 적용은 오일 함유량에 대한 상이한 문턱값을 요구한다. 오일 함유량은 유증과 방울같은 오일 에어로졸로 구성된다. 오일 에어로졸과 유증은 다양한 방법에 의해 압축 공기 흐름으로부터 부분적으로 또는 상당히 제거될 수있다.
본 발명의 목적은, 가장 낮은 영구농도 조차도 신뢰가능하게 측정하는, 가스에서 산화성 가스, 탄화수소 및 오일 함유량을 검출하는 측정 장치를 제공하는 것이다. 가능한 측정 오차는 판정 및 수정이 용이하다. 본 발명의 또 다른 목적은 이전보다 개선된, 가스에서 산화성 가스, 탄화수소량, 오일량을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 가스에서 탄화수소량을 검출하는 측정장치에 의해 달성되며, 상기 측정 장치는,
측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 판정하고 대응하는 제 1 측정 결과를 생성하는 제 1 센서,
측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 판정하고 대응하는 제 2 측정 결과를 생성하는 제 2 센서,
두 개 센서의 측정 결과를 평가하는 평가 유닛,
촉매 가스 흐름(36)을 생성하는 촉매 유닛(34)을 포함하고,
제 1 센서는, 금속 산화막 반도체 가스 센서로 구성되어 연속적으로 측정들을 실행하고,
제 2 센서는 광전리 센서로 구성되고 불연속적으로 측정들을 실행하며,
촉매 가스 흐름(36)은 제 2 센서(22)로 공급된다.
또, 상기 목적은 이하의 단계들을 특징으로 하는 가스 흐름에서 탄화수소량을 검출하는 방법에 의해 달성된다.
금속 산화막 반도체 가스 센서로 구성된 제 1 센서로 연속적으로 측정 가스 흐름을 공급하는 단계,
측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 판정하고 제 1 센서에 의해 제 1 측정 결과를 생성하는 단계,
광전리 센서로 구성된 제 2 센서(24)로 측정 가스 흐름을 불연속적으로 공급하는 단계,
측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 판정하고 제 2 센서에 의해 제 2 측정 결과를 생성하는 단계,
두 센서의 측정 결과를 평가하는 단계,
촉매 가스 흐름(36)을 생성하는 단계로서, 제 2 센서가 꺼지거나 사용되지 않을 때 제 2 센서(24)로 촉매 가스 흐름(36)이 공급되는 단계들을 포함한다.
우선, 본 발명에 따르는 측정 장치는 두 개의 상이한 센서들을 결합하는데, 일반적으로 측정 장치에서는 서로 상호 배제하고 있었다. 지금까지는 단일의 측정 장치에서 센서 양자를 사용하는 것은 불필요한 것으로 간주되었다.
광전리 센서, 간단히 PID 센서에 대해 유리한 점으로, 금속 산화막 반도체 가스 센서, 간단하게 MOX 센서는, 낮은 취득 비용 뿐만 아니라 유지보수 없이 장기 작동 기간을 기대할수 있다는데 있다. 이론적으로, 유증 측정 장치에 대해 유지보수 및 재교정(recalibration) 없이도 수년간의 사용을 실현할 수 있다.
교차 민감도, 재생산성 및 장기안정성에 대해, PID 센서는 더 정확한 센서이며, 더 정확한 측정과 낮은 교차 민감도를 가지고 있다.
본 발명의 주요 양태는 두 개의 센서가 상이하게 이용된다는데 있다. MOX 센서는 영구적으로 작동하고 연속적으로 측정한다. 반대로, PID 센서는 주기적 간격으로 측정하며, 예를 들어, 하루에 한번, MOX 센서에 더해 병행하여 측정한다. PID 센서에서 판정된 측정값은 예를 들어 MOX 센서의 슬로프 또는 옵셋을 보정한다. 이 경우, PID 센서의 측정은, 바람직하게는 자동적으로 이전에 실행되었던 제로 공기 캘리브레이션 이후 곧바로 발생한다.
그렇지 않은 경우 수명이 짧았던 센서의 상당히 길어진 작동기간은 PID 센서의 불연속적인 추가 작동에 의해 달성된다.
센서 들은 양자가 상대적으로 물에 대해 높은 교차 민감도를 가진다. MOX 센서의 경우, 이와 같은 교차 민감도는 지수 특성 곡선 상에서 작동 포인트의 이동을 초래하고, 따라서 옵셋 및/또는 게인 에러가 발생한다.
반면, PID 센서의 경우 두 가지의 효과가 알려져 있는데, 하나는 이른바 수냉효과로서 슬로프 에러를 초래한다. 또, 전극 스택상의 오염 또는 침착으로 인해 누설 전류가 발생하여 수분으로 인한 옵셋 에러가 유발될 수 있다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 멤브레인과 같이 물 함유량을 상당히 줄일 수 있는 건조 소자가 측정 장치의 가스 유입구에 제공될 수 있다. 알려진 멤브레인 건조기가 상기 목적을 위해 사용될 수 있고 공기 자체를 건조시키고 상기 건조 프로세스에 있어서 팽창되어 쏟아지는 공기를 사용할 수 있다. 흡착 건조기의 사용 또한 가능하다.
원래의 가스 흐름(측정 가스 흐름)에서 건조 소자를 사용하는 것은, 예를 들어 멤브레인 건조기를 사용하는 것은, MOX 센서 뿐만 아니라 PID 센서 사용 양자에 있어서 유리하며, 일반적으로 상기 두가지 타입의 센서를 결합하지 않은 기술들에 비해 더더욱 유리하다.
원칙적으로, 흡착 건조기의 사용 또한 가능하다. 중요한 것은 건조 소자가 높은 건조 용량을 가지는 것이고, 흡착 건조기의 경우 일반적으로 충분한 건조 용량이 제공되지 않는다.
또, 촉매 유닛이 본 발명에 따라 제공되는데 제로 공기로 PID 센서의 옵셋 안정화를 가능하게 한다. 본 발명에 따르면 PID 센서는 사용되지 않거나 꺼진 경우에 촉매 가스 흐름(촉매화된 측정 가스)으로 세척된다. 따라서 PID 센서는 항상 청결하게 유지되고 안정성과 사용기한이 증가된다. PID 센서가 MOX 센서와 병행하여 작동하기 직전에 전압이 PID 센서에 인가되고 램프가 켜진다. 충분한 안정화 시간 이후, 자동적으로 제로 조정이 발생한다. 상기 조정 이후, 원래의 가스 흐름은 제 1 및 제 2 측정 가스 흐름으로 나누어지고, 제 2 측정 가스 흐름은 PID 센서로 공급된다. PID 센서는 그 때 제 1 측정 가스 흐름을 측정하는 MOX 센서와 병행하여 상기 제 2 측정 가스 흐름을 측정한다.
PID 센서의 측정 결과로, MOX 센서의 옵셋을 보상하는 것이 가능하고 또한 MOX 센서의 게인 에러를 보상하는 것이 가능하며 또는 MOX 센서를 캘리브레이션 할 수 있다.
촉매 유닛을 사용하여 PID 센서의 옵셋 안정화를 가능하게 할 뿐만 아니라 본 발명에 따르면, MOX 센서의 교차 민감도의 보상 및 특성 곡선상에서 MOX 센서의 옵셋 포인트 판정이 가능하다.
PID 센서에 의해 MOX 센서의 교차 민감도를 보상하는 것은 센서들이 작동하는 상이한 방식에 기초한다. MOX 센서는, 센서 제조시 조정되는 지수 특성 곡선을 가지고 장치에 저장된다. 반대로, PID는 대부분 선형적으로 작동하고 제로 공기로 캘리브레이션된다. PID 센서는 따라서 클래스 1 (ISO 8573: 0.01 mg/m3 가스 이하 유증량) 주변 측정 과정에서 제로값을 아주 정확하게 측정할 수 있다.
MOX의 교차 민감도의 보상은, 측정값이 클래스 1보다 좋지 못한 경우 MOX 센서의 지수 곡선상에 맵핑되는, PID 센서의 측정값의 교정된 포인트(또한 먼저 측정된 포인트)에 의해 실행된다. 현재 측정값은, 모든 이전에 판정된 캘리브레이션 포인트들의 통계적 확률 계산에 대한 기준량으로서, 진행과정에서 이용된다. 가능하지 않은 포인트들은 측정값 집합에서 제거된다. 다른 캘리브레이션 포인트들, 즉 가능한 포인트들의 평균값으로, 새로운 슬로프가 결정되고 시스템 슬로프는 서서히 필터를 통해 조정된다.
반면, 클래스 1보다 양호한 측정값의 경우, 옵셋 값이 보정되고 작동 포인트는 옵셋값에 대한 MOX 센서의 지수 특성 곡선상에서 판정된다. 수학적 알고리즘에 의해, 클래스 1에서 측정에 대해 실제로 지나치게 큰 교차 민감도를 가진 MOX 센서로도 클래스 1에 이르기까지 더 양호하게 측정하는 것이 가능하다.
측정 장치들은 측정 결과를 평가하는 평가 유닛을 가진다. 제 1 실시예에서, 두 개의 센서들은 단일 평가 유닛에 연결될 수 있고, 그러나, 각 센서가 고유 평가 유닛에 할당되는 것도 생각할 수 있다. 평가 유닛은 필요한 계산을 수행하는 프로세서를 가진다. 개별 가스 흐름 또는 모든 가스 흐름의 합은 센서 또는 센서들에 의해 측정될 수 있고 또는 평가 유닛에 의해 평가될 수 있다.
또, 디스플레이 유닛이 제공되어 센서들의 측정 결과 또는 평가 유닛의 계산 값 또는 타 정보를 표시할 수 있다. 유리하게는 디스플레이 유닛이 터치 스크린 형태로 입력 유닛으로 구성될 수 있다.
두 개의 센서를 이용하여, 두가지 센서 중 하나가 고장난 경우에도 긴급 모드로 측정 장치가 계속 작동할 수 있다. 평가 유닛은 또한 자체적으로 가스 경로 또는 결함이 있는 센서 중 하나를 끌 수 있어서 측정 장치는 계속해서 작동가능하다. 유리하게는, 평가 유닛이 디스플레이 유닛을 통해 대응하는 정보를 출력하여 측정 장치가 제 2 가스 경로 또는 센서의 고장 및 그로 인해 전체가 고장나기 이전에 수리될 수도 있다. 다른 주요 효과들은, 필요한 경우 어떤 경우 일어날 수 있는 작동 중의 이후의 고장기간에도 대응하는 수리가 실행될 수 있다는 사실로부터 발생한다.
마지막으로, 측정 장치들은 대응하는 에러 분석 프로그램으로, 자체적으로 가스 경로에서 모든 소자들을 점검할 수 있다. 기준 가스로 센서들을 씻어내리는 것은 또한 정규적인 주기에서 측정 장치에 의해 자체적으로 초기화될 수 있고 또는 이탈되거나 의심스러운 측정결과로 인해 초기화될 수 있다.
또, 본 발명에 따르는 측정 장치는 기준 가스 흐름이 예를 들어, 저장 용기로부터 두 개 센서 각각으로 공급되는 방식으로 구성될 수 있다. 변하지 않은 측정 가스 및 촉매화된 측정 가스 뿐만 아니라, 기준 가스 흐름이 또한 정규적으로 사용될 수 있고 예를 들어 센서로부터 나오는 신호 강도를 재판정하기 위해서이다. 캘리브레이션 가스(예를 들어 이소부틴)는 정의된 탄화수소량을 가지고 수분은 아예없거나 아주 적게 가지고 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 측정 장치의 노화 및 오염으로 인한 신호 강도 및 측정 민감도의 변화를 신뢰가능하게 보상할 수 있다. 캘리브레이션 측정은 정규적 간격으로 자동적으로 발생할 수 있고, 그러나 사용자에 의해 언제나 촉발될 수 있다. 특히, 에러 분석 맥락내에서 에러 분석 프로그램에 의해 사용될 수 있다. 캘리브레이션 측정 맥략내에서 판정된 데이터는 저장되어 검색되고 언제든 평가유닛에 의해 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기준 가스는 PID 센서 및 MOX 센서로 동시에 적용될 수 있다. 상기 기능은 장치의 주기적 자동 캘리브레이션용으로 사용될 수 있으나 서비스 맥락에서 재교정(recalibration)용으로 사용될 수도 있다. 기준 가스는 전형적으로 상위 측정 범위에서, 예를 들어 500 ppb의 농도를 가진다. 기준 가스를 두개의 센서로 공급을 시작한 이후에는, 두가지 센서의 게인 값은 적절한 안정화 시간 이후에 캘리브레이션 될 수 있다.
두 개의 센서 양자로 기준 가스를 병행하여 공급하는 경우, 게인 캘리브레이션 기간동안 탄화수소량 측정은 발생하지 않는다. 본 발명에 따르면, 개별 밸브가 센서 양자에 대해 공급되어 두 개의 센서중 하나에 대해서만 각각 공급을 허용한다. 따라서 게인 캘리브레이션이 개별적으로 실행될 수 있고 각각의 타 센서는 연속적인 측정을 위해 계속적으로 이용될 수 있다.
측정 장치는 특히 기술 유닛이 블록 구조의 형태로 서로 결합되는 경우 고비용을 들이지 않고서도 생산될 수 있으며, 예를 들어, 밸브, 쓰로틀(throttle), 촉매 및 센서에 관련될 수 있다. 해당 소자 및 부품들은 예를 들어 금속으로 제조될 수 있다.
PID 센서는 샘플링 프로브를 가진 센서 유닛을 포함하고, 바람직하게는 센서들 양자가 공동으로 샘플링 프로브를 사용할 수 있다. 이 경우, 센서 유닛이 신호 케이블 또는 무선으로 평가 유닛에 연결될수 있다. 바람직하게는, 샘플링 프로브가 위로부터 상승관에서 중앙에 장착되어 모니터링 대상 가스 흐름의 중심으로부터 가스를 인출할 수 있다. 센서 유닛은, 예를 들어 소결 합금으로부터 또는 정의된 보어를 가진 쓰로틀에 의해 형성되고 개별 측정 가스들의 일정 체적 흐름 및 일정 압력에 대해 공급하는 유체 레지스터들을 규정한다. 상기 레지스터들은 특히 요구되는 유지 보수 수준이 낮고 세척이 용이하다. 또, 알람 기능이 제공되어 사용자에게 시각적으로 또는 음향적으로 가스 흐름의 압력이 너무 높거나 낮은 경우를 고지한다.
상이한 가스 흐름들의 유량(flow rate)은 대응하는 쓰로틀, 밸브 또는 유량 감축기로 인해 영향을 받을 수 있다. 바람직하게는 교체가능하며 특히 유리한 실시예에서는, 한편으로는 센서에 대한 유량을 조정하기 위해 제어가능하고, 또다른 한편으로는 혼합되는 가스 흐름의 필요한 혼합율을 신뢰가능하게 보장하도록 제어가능하다.
가스 경로에서 밸브가 개별적으로 전환가능하다는 사실로 인해, 또한 동시에 센서에 대한 측정 공기와 기준 공기를 스위치하는 것도 가능하고 측정 가스를 희석하는 것도 가능하다. 따라서, 측정 범위는 측정가스가 극도로 오염되는 경우 상방으로 확장될 수 있다.
일반적인 산화 촉매가 촉매 가스 유닛으로 사용될 수 있다, 그러나, 가스에 요구되는 특질을 제공하기 위한 타 장치나 방법 또한 예상가능하다. 예를 들어, 백금을 입힌 석영 섬유가, 문제없이 상기 목적을 위해 제공된 용기에 삽입되어 산화촉매 기능을 할 수 있다. 활성 탄소를 이용하는 것도 가능하다. 특히 유리한 예로는, 기준 가스 생성기가 측정 장치에 통합되어 다양한 유체와 가스 공급들이 현장에서 연결되기만 하면 된다.
측정 장치는 따라서 대응 가스 파이프에 대한 모든 연결들을 가지며, 또한 전기적 연결들을 가지고, 따라서 현장에서 어떤 위치에서든지 가요성있게 설치될 수 있다. 특히 본 발명에 따라 측정 장치를 센서를 가진 센서 유닛, 예를 들어 광전리 원리의 경우에서 샘플링 프로브와, 작동 패널(디스플레이)를 가진 평가 유닛으로 분할하는 것은, 위치와 관련하여 가요성있는 현장 설치에 대한 가능성을 확장시킨다. 작동 패널을 가진 평가 유닛은 작은 구조로 거의 대부분의 위치에서 설치될 수 있으며, 바람직하게는 쉽게 접근가능한 위치이며, 반면 조금 큰 센서 유닛은 측정 가스 인출 포인트에서 평가 유닛으로부터 떨어진 위치에서 배치될 수 있다. 그러나, 두가지 구성 요소의 조합 또한 예상가능하고 유리한 효과를 가져올 수 있다. 이 경우, 장치는 컴팩트해지고 비용이 낮아지는데, 유증이 기상(gaseous phase)으로 존재하기 때문이며 튜브 또는 파이프가 공급을 위해 이용될 수 있다. 또, 조합된 유닛은 유지보수의 관점에서 더욱 용이하게 접근 가능하다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 측정 장치는 압축 공기 또는 압축 가스를 생산하기 위한 오일없는 압축 컴프레셔로 사용될 수 있고, 그러나 대응하는 촉매가 하류방향으로 설치되는 경우 오일로 윤활된 컴프레셔가 이용되는 것도 생각할 수 있다. 바람직하게는 유지 보수 작업을 위한 바이패스가 제공된다. 그러나 원칙적으로는, 측정 장치는 또한 압축 가스 용기와 같은 타 용도로 적합하게 사용가능하다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참고하여 이하 더 상세히 기술될 것이다. 이 경우, 도면들은 단지 상당히 단순화된 도식적 표현으로 유리한 실시예를 도시하며, 어떤 경우에서도 본 발명에 상기 실시예로 제한되지는 않는다.
도 1은 측정 장치의 가스 경로에 대한 도식적 다이어그램을 도시한다.
도 2는 측정 장치의 측정 주기에 대한 도식적 다이어그램을 도시한다.
도 3은 교차 민감도 보상을 설명하는 MOX 센서의 특성 곡선을 도시한다.
도 1은 측정 장치의 가스 경로에 대한 도식적 다이어그램을 도시한다.
도 2는 측정 장치의 측정 주기에 대한 도식적 다이어그램을 도시한다.
도 3은 교차 민감도 보상을 설명하는 MOX 센서의 특성 곡선을 도시한다.
도 1은 측정 장치(20)의 가스 경로에 대한 도식적 다이어그램을 도시한다. 두 가지 센서를 가지는데, 제 1 센서(22)로 금속 산화막 반도체 가스 센서(이하, MOX 센서) 및 제 2 센서로 광전리 센서(이하, PID 센서)이다.
원래의 가스 흐름(26)은 밸브들(27)에 의해 가스 파이프를 거쳐 제 1 측정 가스 흐름(38) 및 제 2 측정 가스 흐름(39)으로 분할된다.
도시된 예시적 실시예에서, 촉매 유닛(34)은 촉매 가스 흐름(36)을 생성하고, 제 2 센서(24)로부터 상류로 연결된다. 유사하게, 제 2 촉매 유닛(30)은 제 2 촉매 가스 흐름(32)을 생성하고, 제 1 센서(22)로부터 상류로 연결된다.
필터 소자(40)와 건조 소자(42)는 원래의 가스 흐름을 여과하고 건조시켜서 두개의 측정 가스 흐름(38,39)이 된다. 건조 소자(42)는 바람직하게는 멤브레인 건조기로 구성된다.
게다가, 압력 레귤레이터(44) 및 안전 밸브(48)는 원래의 가스 흐름(26)에 제공된다. 쓰로틀(46), 바람직하게는 확장 쓰로틀들은 센서들(22,24)로부터 상류로 연결된다.
제 1 밸브(27-1)은 제 2 측정 가스 흐름(39)을 스위칭하고, 제 2 밸브(27-2)는 촉매 가스 흐름(36)을 제 2 센서로 스위칭한다. 제 3 밸브(27-3)는 제 1 측정 가스 흐름(38)을 스위칭하고 제 4 밸브(27-4)는 제 2 촉매 가스 흐름(32)을 제 1 센서로 스위칭한다.
기준 가스 흐름(50)은 제 5 밸브(27-5)를 통해 두 개의 센서(22,24))로 공급될 수 있다. 바람직하게는 외부에서 연결된 가스 용기로부터 기원하며, 알려진 탄화수소 농도를 가진 가스를 구비하고, 예를 들어, 300-1000ppb, 바람직하게는 500 ppb 농도이다.
또는 측정 장치는 소음기(51)를 가진다.
따라서, 제 2 센서(24)는, 제 1 밸브(27-1) 및 제 2 밸브(27-2)를 거쳐 촉매 가스 흐름(36) 또는 제 2 측정 가스 흐름(39)으로 교호적으로 공급될 수 있다. 유사하게, 제 1 센서(22)에는 제 3 밸브(27-3) 및 제 2 밸브(27-4)를 통해 제 2 촉매가스 흐름(32) 또는 제 1 측정 가스 흐름(38)이 공급될 수 있다. 기준 가스 흐름(50)이 제 5 밸브(27-5)를 거쳐 센서 둘다로 공급될 수 있다.
입자들은, 필터 소자(40)에 의해 원래의 가스 흐름(26)으로부터 제거되고, 원래의 가스 흐름은 예를 들어, 압력 조절기(44)에 의해, 3.8 bar로 조정된다. 원래의 가스 흐름은 다음 건조 소자(42)에 의해 건조되고, 탄화수소함유량은 변화하지 않는다. 따라서, 건조된 원래의 가스 흐름(26)이, 약 -70℃의 이슬점과 변화하지 않은 탄화수소량을 가지고 건조 소자의 배출구에서 이용가능하다. 센서들(22,24) 양자는 상기 건조된 원래의 가스 흐름(26)으로 작동가능하다.
작동기간동안, 제 1 측정 가스 흐름(38, 즉 건조된 원래의 가스 흐름(26))이 지속적으로 제 1 센서(22), MOX 센서로 공급된다. 제 1 밸브(27-1)은 폐쇄되고 제 2 밸브(27-2)는 개방되어 센서(24)는 영구적으로 촉매 가스흐름(36)으로 씻겨진다. 이 경우 제 2 센서(24)는 우선 꺼진다. 제 3 밸브(27-3)는 개방되고, 제 4 밸브(27-4) 및 제 5 밸브(27-5)가 폐쇄된다.
제 2 센서(24)로 기준 측정을 위해, 우선적으로 턴온된다. 충분한 안정화시간 이후, 즉 일정한 기준선 이후, 제 2 센서(24)의 옵셋값은 추가적인 밸브 스위칭 없이 기록된다. 제 2 밸브(27-2)는 이미 개방되었으므로, 제 2 센서(24)는 촉매 가스 흐름(36) 즉 제로 공기로 씻어내려지고 탄화수소는 제거된다.
제로점이 기록된 이후, 제 2 밸브(27-2)가 폐쇄되고, 제 1 밸브(27-1)가 개방된다. 제 2 센서(24), PID 센서는 이제 제 2 측정 가스 흐름(39)으로 작동하고 제 1 센서(22)와 병행하여 작동한다.
제 2 센서(24)가 측정값을 판정한 이후, 이하의 판정들이 수행된다.
측정값이 특정값(일반적으로 클래스 1, 대략 5ppb 에 대응하는) 이하 인 경우, 제 1 센서(22)의 옵셋 포인트는 알고리즘에 의해 보정된다. 알고리즘은 제 1 센서(22)의 지수 특성 곡선을 고려한다.
측정값이 클래스 1 이상인 경우, 제 1 센서(22)의 특성 곡선의 슬로프는 알고리즘에 의해 보정된다. 상기 알고리즘은 또한 제 1 센서의 지수 특성 곡선을 고려한다.
상기 제 2 센서(24)의 기준 측정이후, 다시 제로 공기, 즉 촉매 가스 흐름(36)으로 스위칭되고, 작동 전압은 꺼진다.
제로 포인트 캘리브레이션은 제 4 밸브(27-4)에 의해 제 1 센서(22)에서 수행될 수 있다. 상기 목적을 위해, 제 3 밸브(27-3)는 폐쇄되고 제 4 밸브(27-4)는 개방된다. 따라서 제 2 촉매 가스 흐름(32), 즉 제로 공기는 제 1 센서(22)에 적용된다. 충분한 안정화시간 이후, 옵셋이 캘리브레이션된다.
기준 가스 흐름(50)은 제 5 밸브(27-5)에 의해 센서 둘다(22,24)에 동시에 적용될 수 있으며, 주기적으로 발생가능하며 장치의 자동 캘리브레이션의 맥락내에서이다. 그러나, 서비스 절차의 맥락에서 재교정(recalibration) 또한 가능하다.
게인 캘리브레이션은 기준 가스 흐름(50)에 의해 수행가능하다. 상기 목적을 위해, 제 1 밸브 (27-1) 내지 제 4 밸브(27-4)는 폐쇄되고 오로지 제 5 밸브(27-5)만 개방된다. 적절한 안정화시간 이후, 두 가지 센서(22,24)의 게인 값이 판정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 가지 센서(22,24)의 개별 게인 캘리브레이션을 가능하게 하는 다른 밸브가 본 발명에 따라 제공될 수 있다.
도 2는 상기 측정 프로세스 과정에서 시퀀스를 도시한다.
도 3은 제 2 센서(24)의 측정 결과에 기초한 제 1 센서(22)의 교차 민감도의 보상에 대한 계산을 도시한다.
클래스 경게(52)는 곡선을 옵셋 보정에 대한 범위와 게인(슬로프)보정에 대한 범위로 분할한다. 클래스 경계(52)를 사용하는 것 외에도, 타 알고리즘이 또한 옵셋과 게인을 변경하기 위해 또는 심지어 지수 특성 곡선을 변경하기 위해 사용가능하다.
제 2 센서(24)에 의해 측정된 측정 값이 클래스 1 보다 나쁘다면, 즉, 농도가 높다면, 제 2 센서의 현재 측정값은, 이전에 판정된 모든 캘리브레이션 포인트 또는 측정값의 통계적 확률 계산을 위한 기준량으로 이용될 수 있다. 가장 가능성이 없는 측정값은 이 때 측정값의 집합에서 제거되고, 타 측정값들의 평균값을 이용하여 , 더 가능성이 있는, 측정값, 새로운 슬로프 및 따라서 기본 특성 곡선(53)에 대해 보정된 곡선(54)이 판정되고 시스템 슬로프는 필터에 의해 서서히 조정된다.
측정값이 클래스 1보다 양호하다면, 옵셋 캘리브레이션이 실행되고 제 1 센서(22)의 지수 특성 곡선상의 작동 포인트는 옵셋 값에 대해 판정된다. 따라서, 실질적으로 큰 교차 민감도를 가지는 제 1 센서(22)가 클래스 1 까지 측정하는 것이 가능하고 신뢰가능한 측정결과를 획득한다.
본 발명은 상기 예시적 실시예로 제한되지 않고, 오직 설명을 위한 것으로서, 발명을 제한하는 것으로 이해되지 않는다.
Claims (15)
- 가스에서 탄화수소량을 검출하기 위한 측정장치(20)로서,
측정 가스 흐름(38)에서 탄화수소량을 판정하고 대응하는 제 1 측정 결과를 생성하는 제 1 센서(22);
제 2 측정 가스 흐름(39)에서 탄화수소량을 판정하고 대응하는 제 2 측정결과를 생성하는 제 2 센서(24);
제 1 센서 및 제 2 센서(22,24)의 측정 결과를 평가하기 위한 평가 유닛;
촉매 가스 흐름(36)을 생성하는 촉매 유닛(34)을 포함하고,
제 1 센서(22)는 금속 산화막 반도체 가스 센서로 구성되어 연속적으로 측정을 실행하고,
제 2 센서(24)는 광전리 센서로 구성되어 불연속적으로 측정을 실행하며
촉매 가스 흐름(36)은 제 2 센서(22)로 공급되는, 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
제 1 센서(22)로 공급될 수 있는 제 2 촉매 가스 흐름(32)의 생성을 위한 제 2 촉매 유닛(30)이 제공되는, 측정 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
촉매 가스 유닛(30,34)들은 산화 촉매에 의해 형성되는, 측정 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
두 센서(22,24)의 상위 측정 범위에서 탄화수소농도를 가진 기준 가스 흐름(50)이 두 센서(22,24)로 공급되는, 측정 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
측정 가스 흐름(26)을 여과하기 위한 필터 부재(40)가 흐름 방향에서 센서들(22,24)의 전방에 제공되는, 측정 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
건조 소자(42)가 측정 가스 흐름(38,39)을 건조하기 위해 흐름 방향에서 센서(22,24)들의 전방에 제공되는, 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
건조 소자(42)는 멤브레인 건조기로 구성되는, 측정 장치. - 가스 흐름에서의 탄화수소량 검출 방법으로서,
연속적으로 제 1 측정 가스 흐름(38)을 금속 산화막 반도체 가스 센서로 구성되는 제 1 센서(22)로 공급하는 단계;
제 1 측정 가스 흐름(38)에서 탄화수소량을 판정하고 제 1 센서(22)에 의해 제 1 측정결과를 생성하는 단계;
불연속적으로 제 2 측정 가스 흐름(39)을 광전리 센서로 구성되는 제 2 센서(24)로 공급하는 단계;
제 2 측정 가스 흐름에서 탄화수소량을 판정하고 제 2 센서(24)로 제 2 측정 결과를 생성하는 단계;
두 센서(22,24)의 측정 결과를 평가하는 단계;
촉매 가스 흐름(36)을 생성하는 단계로서, 제 2 센서(24)가 꺼지거나 사용되지 않을 때 촉매 가스 흐름(36)이 제 2 센서(24)로 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄화수소량 검출 방법. - 제 8 항에 있어서,
제 2 센서(24)는 사용직전에 활성화되는 단계;
충분한 안정화 시간 이후, 자동적으로 제로 조정이 실행되는 단계;
측정 가스 흐름(39)이 제로 조정 이후 공급되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
두 센서(22,24)의 병행 측정 이후 두 센서(22,24)의 측정 결과가 비교되고 필요시 제 1 센서(22)가 캘리브레이션 되는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
측정 가스 흐름(38,39)은 두 센서(22,24)에 공급되기 전, 필터 부재(40)에 의해 여과되는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
측정 가스 흐름(38,39)은 두 센서(22,24)에 공급되기 전, 건조 소자(42)에 의해 건조되는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
두 센서(22,24)의 상위 측정 범위에서 탄화수소량을 가진 기준 가스 흐름(50)에 의한 두 센서(22,24)의 캘리브레이션을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 센서(24)의 측정값이 클래스 1(ISO 8573)보다 비양호한 경우 제 1 센서(22)의 교차 민감도를 보상하는 것을 특징으로 하며,
a. 제 1 센서(22)의 이전에 판정된 캘리브레이션 값의 통계적 확률 계산에 대한 기준량으서 제 2 센서(24)의 현재 측정값을 이용하고,
b. 이전 캘리브레이션 값들의 집합으로부터 가장 확률이 낮은 캘리브레이션값을 제거하고,
c. 가장 확률이 낮은 캘리브레이션 값을 제거한 이후 이전 캘리브레이션 값의 집합으로부터의 평균 값으로부터 측정 곡선의 슬로프를 판정하고,
d. 필터에 의해 시스템 슬로프를 조정하는 것에 의해 보상하는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법. - 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 센서(24)의 측정값이 클래스 1(ISO 8573)보다 양호한 경우, 제 1 센서(22)의 옵셋값을 보정하는 것을 특징으로 하며,
a. 제 1 센서(22)의 측정 결과로부터 측정 곡선상에 작동 포인트를 판정하고,
b. 제 1 센서(22)의 옵셋값을 보정하기 위한 값들을 계산하고,
c. 옵셋값의 판정에서 제 1 센서(22)의 지수 특성 곡선을 고려하는 것에 의해
옵셋값을 보정하는 것을 특징으로 하는, 탄화 수소량 검출 방법.
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