NO343817B1 - Optisk gassdeteksjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår gassdeteksjon, særlig vedrørende pålitelig gassdeteksjon i olje og gassinstallasjoner. Mer bestemt omfatter oppfinnelsen en gassdetektor for optisk deteksjon av en forhåndsbestemt gass.

Det er et velkjent problem at giftige gasser kan opptre i oljeproduksjon eller tilsvarende anlegg, og optiske sensorer er vanlig brukt til å overvåke slike miljøer ved å overvåke absorpsjonsspektrumet eller fluorescensspektrumet til en gass, f.eks. som beskrevet i US5217422 og US5886247. Målingene foretas da ved å føre gassen inn i en målecelle og sende lys med visse bølgelengder eller områder av bølgelengder gjennom cellen, og enten direkte detektere absorpsjonen ved valgte typiske bølgelengder eller måle fluorescensspekteret ved en detektor, ofte ved å bruke Fabry-Perot interferometre til å velge de spesifikke bølgelengdene for gassen som skal detekteres. Det finnes imidlertid noen gasser som er vanskelig å detektere med optiske målemidler ettersom spekteret sammenfaller med spekteret til en annen, ofte harmløs, gass. Ett eksempel på en slik gass er H2S, som er vanskelig å skille fra vann, men som er vanlig i oljeproduksjon og kan være svært farlig. Det kan også være vanskelig å detektere NOx gasser på en pålitelig måte.

Et annet problem med de kjente løsningene er at for å frembringe en driftssikker detektor, bør effektforbruket og antall bevegelige deler holdes på et minimum, og dermed at komplekse systemer, f.eks. med innebygde pumper som beskrevet i US5886247, bør unngås. Et annet komplekst system til overvåking av gass er beskrevet i US2007/285222, hvor detektorhoder, f.eks. for deteksjon av hydrogensulfid, er plassert på forskjellige nivåer i en søyle, som dermed skiller gassene som skal detekteres. En annen løsning forbundet med bruk i olje- og gassproduksjon drøftes i US7705988, hvor det hevdes at påliteligheten til optisk deteksjon av hydrogensulfid er lav, og dermed at deteksjonen er koblet til mengden av metan og den kjente andelen av hydrogensulfid i strømmen.

Fra US 2013/0045541A1 er det kjent en gassensorcelle for å bestemme konsentrasjonen av gasse. Gassensorcellen har videre et katalysatorområde og et analyseområde. I katalysatorområdet omdannes en første gass til en andre gass. Omdanningen kan være en oksidasjon. Konsentrasjonen av gassen måles spektrometrisk og LED eller laser benyttes som lyskilde.

Fra FR 2420754A1 er det kjent en metode for å bestemme forholdet mellom SO2 og H2S. Først måles konsentrasjonen av SO2 og deretter oksideres H2S til SO2 ved hjelp av en katalysator. Deretter måles totale konsentrasjonen av SO2. metoden utføres ved en temperatur på mellom 200 °C og 4000 °C.

Fra US 2004/0129565A1 er det kjent en sensorsammenstilling i form av en filmtype sensor. Sensorsammenstillingen har en membran med finfordelte katalysatorer og kan blant annet benyttes til å detektere H2S og SO2.

Fra US 2006/0219552A1 er det kjent en gassensor avgrenset av vegger og med en inngangsport. Sensoren styres av en kontrollenhet ved hjelp av et minne og en alarmenhet. Selve detektorelementet er en tråd i form av en spole av platina med an katalysator bestående av aluminium. Sensoren er plassert innenfor et sintret filter.

Videre er det fra US 2005/269499 A1 kjent en gasdetektorcelle for optisk deteksjon av en forhåndsbestemt gass (H2S), der cellen er forsynt med optiske midler for å undersøke en gassprøve som er tilstede i cellen. Cellen utgjøres av et volum innesluttet i en beholder, der minst en del av beholderveggen utgjøres av en membran. Membranen er forsynt med porer som tillater diffusjon av gass og membranåpningene er forsynt med katalysator for å omdanne den diffunderende gassen til den forhåndsbestemte gassen.

Det finnes et antall forskjellige måleprinsipper som kan brukes til deteksjon av hydrogensulfid/H2S, som katalytisk, elektrokjemisk og MOS, men disse sensorene vil typisk ikke kunne detektere funksjonsfeil. Det betyr at sensorene kan slutte å virke, men at brukerne ikke får informasjon om dette.

Det er derfor et behov for en enkel optisk gassdetektor som gir pålitelige resultater for skadelige gasser, hvor detektoren er i stand til å verifisere sin egen funksjonelle status. Dette oppnås som beskrevet i de vedføyde

patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen frembringer dermed en løsning hvor den overvåkede gassen beveger seg gjennom en katalysatormembran som omformer den til en lett gjenkjennelig gass, f.eks. ved å omforme H2S til SO2.

Dette oppnås med en gassdetektorcelle for optisk deteksjon av en forhåndsbestemt gass, innbefattede et kammer dannet i cellen og danner et volum, hvilket kammer har en membran som tillater passering av gass inn og ut av det dannede volumet, minst en katalysator for omforming av den forutbestemte gassen som diffunderer gjennom katalysatoren inn i en gassprøve nær strømmen av den forutbestemte gassen som kommer inn i det dannede volumet, og en optisk innretning for å undersøke gassprøven og bestemme nærværet av prøvegassen i det dannede volumet, hvor det dannede volumet er mindre enn 4 cm<3>.

Den forhåndsbestemte gassen er fortrinnsvis H2S og gassprøven er SO2, og katalysatoren er tilpasset til å omforme H2S som passerer inn i det dannede volumet til SO2.

Katalysatoren er tilstede på et gitter, membranen eller tråd og katalysatoren er fortrinnsvis Fe2O3 eller Cr2O3. Membranen er fortrinnsvis silisium eller FeCrAl legering og er behandlet med et oksid av Cu, Co, Mo, Ni, W, V, Al eller Mn.

I en annen utførelsesform er den forhåndsbestemte gassen er NOx, gassprøven er N2O og katalysatoren er tilpasset til å omforme NOx som passerer gjennom åpningene i membranen til N2O. Katalysatoren består i dette tilfellet fortrinnsvis av platina, palladium, rhodium eller kombinasjoner derav.

Volumet av gassprøven som er tilstede i cellen er fortrinnsvis mindre enn 1 cm<3>.

De optiske deteksjonsmidlene er fortrinnsvis fluorescensdeteksjonsmidler eller fotoakustiske deteksjonsmidler.

Gassdetektorcelle innbefatter videre fortrinnsvis et filter for filtrering av den passerende gassen.

I en utførelsesform innbefatter den optiske detektoren en pulset kilde for å detektere prøvegassen, der den pulsede kilden har en gitt frekvens og en signalbehandlingsenhet for å estimere et gassnivå i det minste ved en forhåndsbestemt alarmgrense.

Gassdetektoren kan også innbefatte et oppvarmingselement i kombinasjon med katalysatormembranen som danner en oppvarmet katalysator, idet temperaturen til den oppvarmede katalysatoren er variabel i en tidsperiode for å avkjøle katalysatormembranen til en temperatur til å detektere et nærvær av en prøvegass i kammeret.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet med henvisning til de vedføyde tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Figur 1 illustrerer det optiske systemet inkludert gassdeteksjonscellen.

Figur 2 illustrerer den katalyserende membranen ifølge den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen.

Figur 3a, b illustrerer skjematisk deteksjonscellene ifølge oppfinnelsen.

Figur 4a,4b illustrerer membranen i figurene 3a, 3b sett forfra.

Figur 5 illustrerer en utførelsesform hvor katalysatoren som utgjør membranen er en vundet streng som dekker åpningen.

Figur 6,7 illustrerer alternative utlegg av en katalysatorstreng som utgjør en membran.

Figur 8 illustrerer systemet med en eksplosjonssikker innkapsling. Denne typen innkapsling vil typisk bestå av en flammehemmer slik som et sintret filter som tillater gassen å trenge inn, men ikke en eksplosjon eller en flamme å forplante seg gjennom, og en fast innkapsling omkring hele systemet.

Figur 1 illustrerer et målesystem ifølge kjent teknikk vedrørende fluorescensmålinger, hvor en lyskilde 1 sender ut lys gjennom et linsesystem 2. der lyset fokuseres 3 i en celle 6, som fortrinnsvis har en indre flate som er belagt for å unngå at lys reflekteres deri. I fokuspunktet 3 oppnås en fluorescensreaksjon, og lyset fra denne utbres gjennom et andre linsesystem 4 til den optiske sensoren som er i stand til å detektere bølgelengden og intensiteten til det mottatte lyset.

Cellen 6 er vanligvis lukket utenom åpningen med katalysatormembranen som fører gass inn i cellen. Cellen i det viste eksempelet er også utstyrt med vinduer 7 for å slippe lys inn i og ut av cellen, der vinduene er vinklet for å dempe refleksjonene fra lyskilden inne i cellen.

Andre målesystemer kan brukes, f.eks. til å måle spektrumet til lyset som overføres direkte gjennom cellen, der det viktige aspektet er at systemet omfatter en celle som inneslutter et fluid, spesielt en gass, som skal måles.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er det lukkede volumet som utgjør cellen 6 utstyrt med minst én vegg eller veggdel som illustrert i figur 2, som er utstyrt med åpninger for å la en målgass strømme gjennom seg. Typen åpning kan variere, men velges slik at den tillater diffusjon av målgassen.

I figur 2 er åpningene laget i en silisiummembran 10, og kan utgjøre den perforerte veggen 11 i cellen som er illustrert i figur 3a, mens figur 3b illustrerer bruk av et nett 12 eller annet materiale, mens figur 5 illustrerer bruk av én eller flere krysninger av en tråd 13.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er membranen 10, 11, 12, 13 forsynt med en katalysator for å frembringe en kjemisk reaksjon. Vanligvis varmes katalysatoren for å frembringe reaksjonen. I den foreliggende utførelsesformen av oppfinnelsen for å detektere H2S, velges katalysatoren for å omforme gassen til SO2, som er enkel å detektere i et passende optisk system.

Som nevnt ovenfor, kan katalysatoren i systemet være av forskjellige typer avhengig av gassomformingen. I tilfellet med H2S kan katalysatoren lages av FeCrAl-legeringer (dvs Kanthal) oppvarmet til en passende temperatur, f.eks. mellom 300 og 600 grader celsius for å oppnå en nær 100% omforming. Ved lavere temperaturer, dvs 200 grader celsius, omformes mindre enn 100% av gassen, man sensorprinsippet virker fortsatt. I én utførelsesform er varmeelementet et flettet gitter av FeCrAl-legering, og oppvarmingen utføres ved å forbinde membranen med en elektrisk strømkilde og skru på strømmen for å oppnå temperaturen som kreves. Tykkelsen av FeCrAl-tråden kan være i området fra 0,05 mm til 0,2 mm- FeCrAl-legeringer er svært godt egnet til denne typen kombinert oppvarming, ettersom overflaten til visse typer FeCrAllegeringer kan motstå temperaturer over 1500 grader celsius, hvilket muliggjør flere års levetid når de drives under 500 grader celsius.

Gitteret av FeCrAl-legering kan belegges med Fe2O3 eller Cr2O3 for å forbedre omformingen av H2S til SO2. Andre typer belegg som CuO eller CuO2 virker også, og ved høyere temperaturer kan en overflate av Al2O3 også brukes.

Oksider og sulfider av Co, Mo, Ni, W, V, Al og Mn er også mulige kandidater som katalytiske omformere. For andre typer gasser kan det flettede gitteret av FeCrAl-legering belegges med andre typer belegg.

I en annen utførelsesform er FeCrAl-legeringen ikke et flettet gitter, men en tråd surret om en ramme som vist i figur 5. Typisk kan det brukes en tråd av FeCrAllegering med diameter omkring 0,1 mm og periode på 0,15 mm. Fordelen med denne tilnærmingen i forhold til tilnærmingen med et flettet gitter er at motstanden i varmeelementet øker, og dette kan være fordelaktig i anvendelser med begrenset strømtilgang.

Membranen er fortrinnsvis forhåndsbehandlet for ikke å absorbere H2S under målingene. Videre brennes membranoverflaten inn for å oppnå stabil drift.

Strukturen illustrert i figur 2 er en silisiummembran utstyrt med et oppvarmingslag og overflater av silisiumdioksid eller silisiumnitrid.

Silisiummembranen er forsynt med et antall hull for å slippe gjennom gass samtidig som gassen oppvarmes, og gassen reagerer med katalysatoren.

Katalysatoren kan belegges på overflaten av silisiumdioksid eller silisiumnitrid, eller overflaten kan forsynes med et lag av Al2O3 (med dvs atomlagavsetning), og så belegges med de ovennevnte katalysatorene. Oppvarmingselementet kan også lages av andre typer halvledere eller keramiske forbindelser.

Tverrsnittet av posisjonene hvor den oppvarmede katalysatoren er plassert kan typisk være i området 1 til 100 mm<2>, avhengig av responstiden som kreves av sensoren. Responstiden er gitt av volumet av den optiske sensorkammercellen 6 og mengden av gass som kan diffundere gjennom omformeren. Et lite volum vil typisk gi en kort responstid siden mindre gass må omformes, og et lite volum vil også kreve mindre strøm av samme grunn. Den optiske sensorkammercellen 6 har typisk et volum mindre enn (1cm)<3>og mer typisk (5 mm)<3>.

Fyllfaktoren (dvs forholdet mellom tråd og hull) i oppvarmingssubstratet (tråd, membran eller flettet gitter) er typisk i området rundt 50%, hvilket tillater diffusjon og omforming av gassen på mindre enn noen få sekunder. Med lavere fyllfaktor vil tiden som kreves til omforming øke, men sensorprinsippet virker fortsatt, bare med langsommere respons.

Kalibrering av forskyvningen kan utføres ved å skru av temperaturen i den oppvarmede katalysatoren i en periode for å kjøle ned omformeren til temperatur hvor omformingen ikke finner sted (denne tar typisk mellom 0,5 til 100 sekunder), og måle signalresponsen. Denne signalresponsen kan ikke være fra målgassen siden omformeren er skrudd av, og dette forskyvningssignalet kan trekkes fra grunnlinjen for å oppnå god kalibrering av nullgassnivået. Denne nullnivåkalibreringen kan utføres fra tid til annen av programvare, typisk en gang i uken eller en gang i måneden.

I tilfellet med en H2S sensor kan forekomsten av SO2 gi en feil ved kalibreringen av nullnivået. Dette kan forbedres. E. Xue, K. Seshan, J.R.H. Ross: "Roles of supports, Pt loading and Pt dispersion in the oxidation of NO to NO2 and of SO2 to SO3", publisert i Applied Catalysis B: Environmental 11 (1996) 65-79, beskriver hvordan en platina (Pt) katalysator oppvarmet til omkring 300 grader C kan brukes til å omforme SO2 til SO3. Ved å omforme gassen fra SO2 til SO3 kan vi fjerne SO2 fra målingen, og dermed utføre en nullkalibrering av instrumentet online. Dette vil bli gjort ved å varme platinakatalysatoren til omkring 350 grader C samtidig som H2S til SO2 katalysatoren er skrudd av. Når likevekt oppnås, vil en måling av den gjenværende signalamplituden bli utført, og denne amplituden, også kalt en forskyvning, vil bli trukket fra de etterfølgende målingene for å oppnå god kalibrering av nullgassnivået.

For en sensor brukt i farlige og eksplosive miljøer må overflatetemperaturen holdes under en bestemt grense. Typisk brukes et sintret filter 14 til å isolere høytemperaturkatalysatoren 15 fra miljøet omkring for å unngå eksplosjoner eller antennelse, og er illustrert i figur 8. Det sintrede filteret funksjon er også å hindre at en gnist, flamme eller eksplosjon forplantes fra innsiden av detektoromslutningen 16 til utsiden. En mulig funksjonsfeil kan være at det sintrede filteret 14 er delvis tilstoppet, og dermed begrenser gassdiffusjonen gjennom det sintrede filteret. Dette vil gi en økt responstid for sensoren, og i verste tilfelle, når det sintrede filteret er helt tilstoppet, vil sensoren overhodet ikke gi respons. Det er derfor viktig å identifisere slik tilstopping og sende ut et signal som indikerer feilen.

Generelt kan en funksjonsfeil der et sintret filter er tilstoppet identifiseres fra endringen i overføringsfunksjonen eller impulsresponsen fra det sintrede filteret. Denne overføringsfunksjonen kan måles ved å påtrykke et trinn og måle responsen. En trinnrespons i form av et økt trykk kan påtrykkes på et gitt tidspunkt, og overføringsfunksjonen eller trinnresponsen av det sintrede filteret kan måles med en trykksensor, Tidsresponsen vil typisk øke med økende tilstopping av filteret. Trinnresponsen kan utføres med flere metoder, dvs en pumpemekanisme eller høyttaler som endrer volumet inne i det sintrede filteret, en rask endring av temperatur som gir en trykkøkning i volumet inne i det sintrede filteret eller ved å slippe inn eller ut gass for å endre trykket, dvs fra et kammer med en forskjellig temperatur. I stedet for å måle impulsresponsen fra det sintrede filteret kan deler av overføringsfunksjonen samples ved å måle frekvensresponsen for én eller flere frekvenser. Det sintrede filteret vil virke som et lavpass akustisk filter som slipper igjennom langsomme variasjoner i trykk (lyd) og filtrerer bort høyere frekvenser. For eksempel kan vi modulere en liten høyttaler med en frekvens nær frekvensen f0 gitt av tidskonstanten til det sintrede filteret Vi måler signalresponsen inne i målecellen hvor det sintrede filteret er eneste vei til utsiden. Endringen i amplitude og/eller fase kan brukes til å estimere tidskonstanten til systemet, og derved verifisere at det sintrede filteret slipper inn gass. Det kan brukes flere frekvenser til å forbedre nøyaktigheten til denne metoden.

Funksjonsfeil i det sintrede filteret kan også måles med en annen metode. Et fungerende sintret filter slipper igjennom gass, og gassen på utsiden er mye kaldere enn gassen inne i cellen på grunn av oppvarmingen fra katalysatoren. Dette betyr at gasstemperaturen nær det sintrede filteret vil være lavere når det sintrede filteret overfører gass, og at temperaturen vil øke når det sintrede filteret er tilstoppet. Metodens nøyaktighet kan økes ved å måle gasstemperaturen på flere steder, inkludert temperaturen på utsiden. Videre kan gasstemperaturen inne i sensoren moduleres eller endres brått for å måle overføringsfunksjonen eller impulsresponsen som beskrevet over.

For eksempel kan NOx omformes til N2O med platina (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) katalysatorer eller kombinasjoner av disse, som beskrevet i "Emissions of nitrous oxide and methane from alternative fuels for motor vehicles and electricity-generating plants in the U.S.", ucd-its-rr-03-17f, Desember 2003, T. Lipman og M. Delucchi. Når NOx omformes til N2O, kan N2O enkelt detekteres med optiske metoder som infrarød spektroskopi.

Det tar lenger tid og krever mer energi å omforme et stort gassvolum enn å omforme et lite gassvolum. For sensorer med rask respons og lavt energiforbruk må volumet av omformet gass være så lite som mulig. Dette favoriserer to typer optisk deteksjon: a) fluorescensdeteksjon og b) fotoakustisk deteksjon, som begge virker fint på svært små gassvolumer.

I noen tilfeller hvor det brukes en pulset kilde som en Xenon blitzlampe, er totalt antall pulser gjennom lampens levetid begrenset. I andre tilfeller er den tilgjengelige effekten begrenset, og vi ønsker å spare energi ved å bruke så lav effekt som mulig. For å unngå falsk alarm, er den følgende prosedyren funnet opp: Når en pulset brukes til å detektere gassen, drives den pulsede kilden typisk ved en gitt frekvens, og signalbehandlingsenheten estimerer et gassnivå ved eller over en forhåndsbestemt alarmgrense, utfører sensoren en verifisering av det estimerte gassnivået ved å øke frekvensen til den pulsede kilden med en forhåndsbestemt faktor (dvs 30 ganger), og midler disse resultatene over en begrenset tidsperiode (dv 0,5 sekunder), som typisk er mye kortere enn sensorens responstid. Det midlede resultatet (eller en modifisert versjon av dette som inneholder tidligere målinger) gis så som sensorens utsignal for å unngå falske alarmer.

For å oppsummere, angår altså den foreliggende oppfinnelsen en gassdetektorcelle for optisk deteksjon av en forhåndsbestemt gass, der cellen er utstyrt med optiske midler for å undersøke en gassprøve tilstede i cellen. Cellen utgjøres av et volum innesluttet i en beholder, der minst en del av beholderveggen utgjøres av en membran, hvor membranen er forsynt med åpninger som tillater diffusjon av gass derigjennom. I membranåpningene er det plassert en katalysator for å omforme gassen som diffunderer derigjennom til den forhåndsbestemte gassen. Tykkelsen av membranen er ikke viktig, så begrepet kan i dette tilfellet omfatte et bredt område, men åpningene er valgt for å tillate en diffusjon av gass gjennom seg.

Den forhåndsbestemte gassen er fortrinnsvis H2S og gassprøven er SO2, i hvilket tilfelle katalysatoren er tilpasset til å omforme H2S som passerer gjennom åpningene i membranen til SO2. Katalysatoren kan da lages av et gitter, en membran med hull, en tråd eller an annen konstruksjon som er tilstrekkelig åpen til å la gass passere gjennom åpningene. Katalysatoren er i dette tilfellet fortrinnsvis laget av en FeCtAl-legering.

Ett alternativ til dette er vist i figur 2, hvor membranen er laget av en silisiummembran utstyrt med åpninger og behandlet med Fe2O3 eller Cr2O3. Et annet alternativ er en silisiummembran utstyrt med åpninger og behandlet med et oksid av Cu, Co, Mo, Ni, W, V, Al eller Mn.

Den forhåndsbestemte gassen kan også være NOx, og katalysatoren er da tilpasset til å omforme NOx som passerer gjennom åpningene i membranen til N2O.

Volumet av gassprøven tilstede i cellen kan variere med metoden for å måle innholdet, og i tilfellet med H2S være mindre enn 1 cm<3>, muligens mindre enn (5 mm)<3>.

De optiske deteksjonsmidlene kan være basert på fluorescensdeteksjon, som er en velkjent metode drøftet ovenfor og som ikke beskrives nærmere her.

Alternativt utgjøres de optiske midlene av fotoakustiske deteksjonsmidler, som også er velkjente og drøftet ovenfor. Valg av målemidler vil avhenge av gassen som skal detekteres samt av andre praktiske hensyn.

Både i fluorescens og fotoakustisk deteksjon kan en pulset kilde brukes til å detektere gassen. Den pulsede kilden drives ved en gitt frekvens og en signalbehandlingsenhet estimerer et gassnivå på eller over en forhåndsbestemt alarmgrense avhengig av gasstype og risikobetraktninger. Ifølge én utførelsesform er sensoren tilpasset til å frembringe en verifikasjon av det estimerte gassnivået ved å øke frekvensen av den pulsede kilden med en forhåndsbestemt faktor (dvs 30 ganger) og midle disse resultatene over en begrenset tidsperiode (dvs 0,5 sekunder). Det midlede resultatet (eller en modifisert versjon av dette som inneholder tidligere målinger) gis så som sensorens utsignal for å unngå falske alarmer.

Kalibrering av en gassensor kan utføres ved å skru katalysatoren av og på, for eksempel ved å styre katalysatorens temperatur. Kalibreringen kan da utføres ved å skru av temperaturen til den oppvarmede katalysatoren i en tidsperiode for å kjøle ned omformeren til en temperatur hvor omformingen ikke finner sted, f.eks. mellom 0,5 til 100 sekunder, og måle signalresponsen som en forskyvningsverdi. Målingene kan så kompensere for forskyvningen ved å trekke målingene uten omforming fra målingene med en aktiv katalysator.

En alternativ kalibreringsmetode kan utføres ved å frembringe en andre katalysator eller omformer tilpasset til å fjerne eller adsorbere den forhåndsbestemte gassen i cellen, der den andre omformeren aktiveres i et begrenset tidsrom, f.eks.5 sekunder, og frembringe en forskyvningskalibrering i løpet av aktiveringstiden til den andre katalysatoren.

Da katalysatoren kan varmes opp under drift, må den i noen operasjoner, f.eks. når den brukes i farlige og eksplosive miljøer, plasseres inne i en omslutning som illustrert i figur 8. Tilgang til gass utenfor denne gasscelleenheten er da gjennom et filter som gjør denne sensoren sikker for bruk i eksplosive miljø, dvs et sintret filter. Et sintret filter er imidlertid utsatt for tilstopping, hvilket reduserer gasscellens følsomhet, eller gjør den ute av stand til å detektere gassen i det hele tatt. I disse tilfellene må gasscelleenheten dermed utstyres med midler for å detektere tilstoppingen, og gi ut et signal til en operatør eller tilsvarende som indikerer en mulig systemsvikt.

Tilstoppingen kan detekteres ved å bruke deteksjonsmidler tilpasset til å analysere overføringsfunksjonen eller impulsresponsen til sintringsfunksjonen ved å påføre en trykkvariasjon eller et akustisk signal inne i huset, og sammenligne de resulterende trykkvariasjonene i huset med referansemålinger basert på et rent åpent sintret filter. Dette kan alternativt utføres ved å påføre en temperaturvariasjon og betrakte responsen i temperatur inne i huset. Hvis temperaturen utenfor huset er kjent, er det også mulig å detektere tilstoppingen ved ganske enkelt å overvåke temperaturen på innsiden og sammenligne den med temperaturen på utsiden, da tilstoppingen vil redusere sirkulasjonen og således kan føre til en økende temperatur inne i huset.

Claims (12)

PATENTKRAV

1. Gassdetektor for optisk deteksjon av en forhåndsbestemt gass, hvilken gassdetektor innbefatter:

en gassdetektorcelle som definerer et kammer som danner et volum;

en katalysatormembran plassert nær volumet til kammeret og tillater passering av en forutbestemt gass og en gassprøve inn og ut av det dannede volumet til kammeret, hvilken katalysatormembran er utformet til å omdanne den forutbestemte gassen som diffunderer gjennom katalysatormembranen til prøvegassen nær en strøm av den forutbestemte gassen som kommer inn i det dannede volumet;

en optisk detektor for å undersøke prøvegassen og bestemme nærværet av den forutbestemte gassen i det dannede volumet til kammeret, idet det optiske detektoren innbefatter en pulset kilde som blir pulset ved en første frekvens og en andre frekvens to deteksjon av gassen, hvilken andre frekvens tilsvarer en økning av frekvensen over den første frekvensen med en forutbestemt faktor; og

en flammestopper utformet til å tillate passering av en gass og forhindre passering av en flamme for å isolere katalysatormembranen fra et omgivende miljø.

2. Gassdetektor ifølge krav 1, hvor den forhåndsbestemte gassen er H2S og prøvegassen er SO2, og katalysatormembranen er tilpasset til å omforme H2S som passerer gjennom åpningene i membranen til SO2.

3. Gassdetektor ifølge krav 2, hvor katalysatormembranen innbefatter en vevd duk eller en tråd

4. Gassdetektor ifølge krav 2, hvor katalysatormembranen er en av Fe2O3 eller Cr2O3 på en silisiummembran.

5. Gassdetektor ifølge krav 2, hvor katalysatormembranen er en av silisium og FeCrAl legering og er behandlet med et oksid av en av Cu, Co, Mo, Ni, W, V, Al og Mn.

6. Gassdetektor ifølge krav 1, hvor den forhåndsbestemte gassen er NOx, gassprøven er N2O og katalysatormembranen er tilpasset til å omforme NOx som passerer gjennom åpningene i membranen til N2O.

7. Gassdetektor ifølge krav 1, hvor volumet av prøvegassen tilstede i gassdetektoren er mindre enn 1 cm<3>.

8. Gassdetektor ifølge krav 6, hvor katalysatormembranen innbefatter minst en av platina, palladium og rhodium.

9. Gassdetektor ifølge krav 1, hvor den optiske detektoren er en fotoakustisk detektor.

10. Gassdetektorcelle ifølge krav 1, videre innbefattende et filter for filtrering av passeringen av gass,

11. Gassdetektor ifølge krav 9, hvor den optiske detektoren innbefatter en pulset kilde for å detektere prøvegassen, der den pulsede kilden har en gitt frekvens og en signalbehandlingsenhet for å estimere et gassnivå i det minste ved en forhåndsbestemt alarmgrense.

12. Gassdetektor i henhold til krav 1, videre innbefattende et oppvarmingselement i kombinasjon med katalysatormembranen som danner en oppvarmet katalysator, idet temperaturen til den oppvarmede katalysatoren er variabel i en tidsperiode for å avkjøle katalysatormembranen til en temperatur til å detektere et nærvær av en prøvegass i kammeret.