KR870000596B1 - 적외선복사식 가스분석계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

적외선복사식 가스분석계

첨부 도면은 본 발명의 실시예를 나타내는 적외선복사식 가스분석계의 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 샘플셀 2 : 히이터

6 : 제산기(除算器) S₁,S₂: 적외선검출기

F₁,F₂: 필터

본 발명은 샘플가스를 가열해서, 샘플가스 속의 측정대상 성분으로 부터 복사되는 특정파장의 적외선복사량을 측정함으로서 측정대상성분의 농도를 측정하도록 한 적외선복사식 가스분석계에 관한 것으로서, 셀의 오염에 의한 복사율의 변화나 셀창(窓)의 오염에 의한 투과율의 변화에 따른 영향을 받지 않고 정밀도 좋게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 것이다.

종래, 가스농도의 측정에는, 람베르트의 법칙(Lambert-Beer Law)을 이용한 비분산적외선 흡수법에 의한 분석계가 사용되고 있으나, 이것에 의할 경우는 적외선광원과 광원안정화 전원이 필요하며, 회로구성이 복잡하고 고가인 것이 되며, 또, 광원에 기인하는 드리프트를 방지하기 위한 비교셀을 갖춘 것에서는, 샘플셀과 비교셀의 광량을 조절하기 위한 광학적 조정기구와, 그 조작이 필요하였다.

그러나 분자가스의 고온하에서의 적외선 복사는 흡수와 마찬가지로, 특정한 파장으로 일어나고, 그 복사율은 온도와 가스의 분압(농도)×광학적 두께(셀길이)로 정해지며, 일정한 온도, 일정한 셀길이, 일정한 압력하에서는, 가스농도의 함수로서 구할 수가 있다.

본 출원인은 이 원리를 응용하여, 샘플가스를 가열해서 샘플가스속의 측정대상 성분으로부터 복사되는 특정파장의 적외선복사량을 측정함으로서, 종래의 적외선가스분석계에서 필요로 하였던 적외선 광원이나 광원안정화전원을 사용하지 않는 간단하고, 값싼 구성에 의해서 샘플가스 속의 특정성분의 농도를 측정할 수 있도록 한 적외선 복사식의 가스분석계를 앞서 출원하고 있다.

그러나, 그 적외선복사식 가스분석계에 있어서는, 다음과 같이, 측정정밀도의 면에서 개선의 여지가 있었다.

즉, 샘플셀이 고온이 되기 때문에, 측정대상 성분에 의한 적외선 복사와 같은 파장의 적외선이 셀로부터 복사되고, 또한 셀의 오염에 의한 복사율의 변화나 셀창의 오염에 의한 투과율의 변화에 의해서 적외선 검출기가 수광하는 적외선복사량이 변화하여, 제로점이 변화하는 것이다.

여기서, 본 발명은 적외선광원이나 광원안정화전원이 불필요하며, 간단하고 또한 값싸게 구성할 수 있다는 이점외에, 재로드리프트를 원리적으로 소거해서, 셀의 오염에 의한 복사율의 변화나 셀창의 오염에 의한 투과율의 변화에 따라서 영향을 받는 일이 없어, 높은 정밀도의 측정을 할 수 있도록 한 것이며, 샘플가스를 가열하기 위한 히이터가 장비된 한개의 샘플셀에 대해서, 2개의 적외선검출기를 광학적 병렬관계로 착설하고, 한쪽의 적외선검출기 앞에 측정대상성분으로부터의 적외선복사량이 최대가 되는 파장만을 투과하는 필터를, 다른 쪽의 적외선검출기 앞에는 측정대상 성분의 적외선 복사영역 외의 또한, 상기 파장에 근접한 파장만을 투과하는 필터를 각각 착설하고, 양적외선검출기의 출력측에는 제산기를 착설해서, 양 적외선검출기의 출력비에 따라서 측정대상 성분의 농도를 측정하도록 구성한 점에 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

도면은 본 발명에 관한 적외선복사식 가스분석계를 도시하고 있다. (1)은 샘플가스의 입구(1a) 및 출구(1b)와 셀창(1c)을 가진 샘플셀이다. 샘플셀(1)의 주위에는, 샘플가스를 고온(100℃이상)으로 가열하기 위한 히이터(2)가 착설되어 있고, 그 주위에는 단열재(3)가 착설되어 있다. (4)는 가열된 샘플가스로부터 복사되는 적외선을 초핑하는 초퍼이며, 모우터(5)에 의해서 회전구동된다. 초퍼(4)의 후방에는, 2개의 적외선검출기(S₁)(S₂)가 광학적 병렬관계로 착설되어 있으며, 한쪽의 적외선검출기(S₁)의 앞에는, 측정대상 성분으로부터의 적외선복사량이 최대가 되는 파장만을 투과하는 솔리드필터(F₁)가, 다른쪽의 적외선검출기(S₂)의 앞에는 측정대상성분인 적외선 복사영역 외의 또한, 상기 파장에 근접한 파장만을 투과하는 솔리드 필터(F₂)가 각각 착설되어 있다. 양 적외선검출기(S₁)(S₂)의 출력측에는, 출력비를 연산하는 제산기(6), 증폭기(7), 지시계(8)가 접속되고, 양 적외선 검출기(S₁)(S₂)의 출력비에 따라서 측정대상성분의 농도를 측정하기 위해서 구성되어 있다.

상기 구성에 따르면, 샘플셀(1)에 도입된 샘플가스가 가열되고, 샘플가스로부터 복사되는 적외선 중, 측정대상성분으로부터 복사되는 특정파장의 적외선이 솔리드필터(F₁)를 지나서 적외선검출기(S₁)에 입사하고, 측정대상성분의 적외선 복사영역 외의, 또한, 상기 파장에 근접된 파장의 적외선이 솔리드필터(F₂)를 지나서 적외선검출기(S₂)에 입사한다. 이 경우, 샘플셀(1)도 고온이 되어 샘플셀(1)의 벽면으로부터 복사되는 광범위한 적외선이 솔리드필터(F₁)(F₂)를 투과하게 된다. 또한 샘플셀(1) 벽면의 오염에 의해서, 그 복사율이 변화하고, 또, 셀창(1C)의 오염에 의해서 셀창(1C)의 투과율도 변화하는 일이 있어도, 양 적외선검출기(S₁)(S₂)의 출력의 비를 연산하므로, 제로드리프트가 원리적으로 소거되어 측정대상 성분의 정확한 농도가 지시계(8)에 표시되는 것이다.

즉, 샘플셀(1)벽면으로부터의 적외선 복사량은, 온도를 T, 파장을 λ₁, 벽면의 복사율을 ε₁이라고 하면, 다음의 ①식으로 표시한다.

마찬가지로 파장 λ₂에서는, 온도를 T, 벽면의 복사율을 ε₁이라고 하면, 벽면으로부터의 적외선 복사량은 다음의 ②식으로 표시된다.

파장 λ₁의 적외선복사량과 파장 λ₂의 적외선복사량의 비

를 구하면, ①,② 식에서

가 된다. 따라서, λ₁, λ₂를 근접된 파장으로 설정하면,

이 되고, 샘플셀(1)벽면의 오염에 의한 벽면의 적외선 복사율의 변화는 측정정밀도상 무시할 수가 있다. 즉, 온도가 일정하면 2개의 적외선 검출기(S₁)(S₂)의 출력비는 일정하다.

한편, λ₁으로서 측정대상 성분에 의한 적외선 복사량이 최대가 되는 파장을 선택하고, λ₂로서 측정대상 성분의 적외선 복사영역외의 또한, 상기 λ₁에 근접된 파장을 선택하면, 측정대상 성분에 의한 적외선복사가 없을 경우(제로가스가 샘플셀(1)내에 도입된 상태)에는 양적외선검출기(S₁)(S₂)의 출력비는 앞에서 설명한 바와 같으나, 측정대상성분에 의한 적외선복사가 있을 경우에는, 파장 λ₁의 모든 적외선복사량(L')(λ₁T)은, 측정대상 성분의 복사율을 ε_G라고 하면, 다음의 ④식에 의해서 표시된다.

측정대상 성분에 의한 적외선복사가 없을 경우와 있을 경우의 파장 λ₁과 λ₂의 모든 적외선복사량의 비

를 구하면,

가 된다.

그러나, ε_G=1-e×P{-f(λ)·U}이고, R'(T)는 셀 길이가 일정하면, 측정대상 성분의 농도의 함수가 된다. 또한 U=셀길이×분압(농도)이다.

즉, 샘플셀(1)속에 제로가스가 들어 있을 때는, ε₁,ε₂는 마찬가지로 변화한다고 간주되므로, 샘플셀(1) 벽면의 오염이나 셀창(1c)의 오염에 영향을 받지 않는 제로드리프트가 없는 분석계를 만들 수가 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 적외선광원이나 광원안정화전원이 불필요하며, 간단하고 또한 값싸게 구성할 수 있다는 적외선복사식가스분석계가 갖는 이점외에 셀의 오염에 의한 복사율의 변화나 셀창의 오염에 의한 투과율의 변화에 따라서 제로점이 영향을 받지않고, 높은 정밀도의 측정이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 샘플가스를 가열하기 위한 히이터가 장비된 한개의 샘플셀에 대해서, 2개의 적외선검출기를 광학적 병렬관계로 착설하고, 한쪽의 적외선검출기 앞에 측정대상 성분으로부터의 복사량이 최대가 되는 파장만을 투과하는 필터를, 다른 쪽의 적외선 검출기 앞에는 측정대상 성분의 적외선 복사영역외의 또한, 상기 파장에 근접된 파장만을 투과하는 필터를 각각 착설하고, 양 적외선검출기의 출력측에는 제산기를 착설하고, 양 적외선검출기의 출력비에 따라서 측정대상 성분의 농도를 측정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선복사식 가스분석계.

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