WO2020085693A1 - 히트란 밴드패스필터와 gfc가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법 - Google Patents

히트란 밴드패스필터와 gfc가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법 Download PDF

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WO2020085693A1
WO2020085693A1 PCT/KR2019/013324 KR2019013324W WO2020085693A1 WO 2020085693 A1 WO2020085693 A1 WO 2020085693A1 KR 2019013324 W KR2019013324 W KR 2019013324W WO 2020085693 A1 WO2020085693 A1 WO 2020085693A1
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gas
value
concentration
gfc
pass filter
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PCT/KR2019/013324
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English (en)
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Inventor
김조천
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건국대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a gas concentration correction method using a gas analyzer combined with a heatran bandpass filter and GFC.
  • gas containing complex harmful substances is discharged into the atmosphere from the chimneys of business sites such as thermal power plants or general boiler facilities, incineration facilities, chemical product manufacturing facilities, cement factories, steel mills, semiconductor manufacturing facilities, and oil refining facilities. . Therefore, the development of monitoring and measurement equipment has been steadily continued in order to manage the concentration of the exhaust gas generated from the atmospheric emission source in real time.
  • NDIR Non-Dispersive Infrared absorption
  • the NDIR analysis method uses the phenomenon that each component contained in the gas absorbs energy of a specific wavelength of infrared rays passing through the gas, and investigates the energy level of each wavelength of infrared rays passing through the gas to identify the components contained in the gas .
  • GFC Gas Filter Correlation
  • Each of these exhaust gases has its own IR absorption wavelength, and some of these components have very close IR absorption wavelengths, which can interfere with IR absorption.
  • the IR absorption wavelength of carbon monoxide (CO) is 4.6 ⁇ m
  • the IR absorption wavelength of carbon dioxide (CO 2 ) is very close to 4.3 ⁇ m.
  • water vapor (H 2 O) absorbs wavelengths across 2 to 10 ⁇ m. Since these components coexist, the exact concentration is not measured due to the interference effect.
  • GFC is used as a part to compensate for interference gas.
  • the concentration of the interfering gas is higher than a certain level, the measurement is not performed properly. That is, even if a component to be analyzed (eg, CO) is present within a concentration range that can be analyzed by the NDIR device, and the concentration of other interfering gases (eg, CO 2 ) is present at a high concentration, there is an error in the measured value of the NDIR device even when using GFC Will occur. Therefore, it can be said that there is a limit to accurately measure the concentration of exhaust gas using only NDIR to which GFC is applied.
  • GFC is filled with a certain concentration of gas in the gas filter. This method also has a problem of leaking gas when used for a long time, so a correction method for measurement error is required.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and the present invention is a heatran bandpass to minimize measurement errors due to high concentration of measurement gas and interference gas generated in the heatlan bandpass filter and GFC, respectively.
  • the purpose is to provide a gas concentration correction method using a gas analyzer combined with a filter and a GFC.
  • a gas concentration correction method using a gas analyzer combined with a heat column band pass filter and a GFC is a method for measuring gas transmitted through a heat column band pass filter.
  • a fourth step of correcting and calculating the concentration value of the measured gas based on the value calculated in the third step is a method for measuring gas transmitted through a heat column band pass filter.
  • the first step includes: a first-first step of acquiring a reference channel; Step 1-2 of obtaining first gas information value for the gas detected from the heat column band pass filter; And steps 1-3 of obtaining a second gas information value for the gas detected from the GFC.
  • the first gas information value includes a measurement gas detected from the heat pass band pass filter, an interference gas causing a measurement error of the measurement gas, and a mixed gas in which the measurement gas and the interference gas are mixed. This is the information value for gas.
  • the steps 1-3 information on the gas including the measured gas in which the second gas information value is detected from the GFC, the interfering gas causing a measurement error of the measured gas, and the mixed gas in which the measured gas and the interfering gas are mixed. Is the value.
  • the second step may include: a 2-1 step of calculating a first relative absorbance for the gas detected from the heat column bandpass filter; And a 2-2 step of calculating a second relative absorbance for the gas detected from the GFC.
  • the third step includes: a 3-1 step of calculating an initial concentration value of the gas from the gas information value of the heat column bandpass filter; A 3-2 step of calculating a correction coefficient value by gas from the gas information value of the GFC; And a 3-3 step of calculating a concentration value in a set range from the maximum measured concentration value of the gas analyzer.
  • the initial concentration value of the gas is the initial concentration value of the mixed gas in which the measurement gas detected from the heat pass bandpass filter and the interfering gas causing measurement error of the measurement gas are mixed.
  • step 3-2 is a correction coefficient value by an interference gas that causes a measurement error of a measurement gas in which the correction coefficient value by the gas is detected from the GFC.
  • the concentration value in the set range is 0% to 1% of the maximum measured concentration value of the gas analyzer.
  • the fourth step includes: a 4-1 step of determining whether the correction coefficient value is included in the reference range based on the concentration value of the set range; And a 4-2 step of correcting and calculating a concentration value of the measured gas according to the determination result of the 4-1 step.
  • a gas analyzer combined with a heatran bandpass filter and a GFC, measurement errors due to high concentration of measurement gas and interference gas generated in the conventional heatlan bandpass filter and GFC are minimized. , Can measure precise concentration wavelength band.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a gas analyzer in which a heatran band pass filter and a GFC are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing a calibration curve of a measurement gas by a heat pass bandpass filter.
  • 3 is a graph showing the reference channel variation of the GFC according to the concentration of the measured gas.
  • FIG. 4 is a control block diagram of a control unit configured in a gas analyzer according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a step flow chart for a gas concentration correction method using a gas analyzer combined with a heatran band pass filter and a GFC according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a detailed step diagram of the reference channel and gas information value acquisition step shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a detailed step diagram of the relative absorbance calculation step illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a detailed step diagram of the initial concentration value, the correction coefficient value, and the concentration value calculation step of the set range shown in FIG. 5.
  • FIG. 9 is a graph showing a regression curve for calculating an initial concentration value shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a graph showing a regression curve for calculating a correction coefficient value shown in FIG. 8.
  • FIG. 11 is a detailed step diagram of the step of correcting and calculating the concentration value of the measurement gas shown in FIG. 5.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a method of correcting and calculating a concentration value of a measurement gas according to a determination result in determining whether the correction coefficient value shown in FIG. 11 is included in a reference range.
  • a mixed gas to be continuously mentioned below Is a mixed gas according to the pattern of a coal-fired power plant, a gas containing at least carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ) sulfur dioxide (SO 2 ) and water vapor (H 2 0) Means
  • the measurement gas is a gas to be measured through a gas analyzer according to an embodiment of the present invention, and means carbon monoxide (CO) in a mixed gas.
  • the interference gas is a gas that causes measurement error of the measurement gas, and means carbon dioxide (CO 2 ) in the mixed gas.
  • the gas to be corrected according to the gas concentration correction method using the gas analyzer according to an embodiment of the present invention may mean, for example, carbon monoxide (CO) as a measurement gas.
  • CO carbon monoxide
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a gas analyzer in which a heatran bandpass filter and a GFC are combined according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graph showing a calibration curve of a measurement gas by the heatlan bandpass filter.
  • the heat column band pass filter 125 is a gas analyzer that analyzes the concentration of the measured gas based on the heat column data, and it is preferable that a controller (not shown) for controlling the heat column band pass filter 125 is configured. will be.
  • the heat column bandpass filter 125 has an advantage of analyzing the concentration of the measured gas without using the expensive GFC 120.
  • the heat column bandpass filter 125 is installed in the chamber 124 to pass only signals within a specific frequency band without attenuation, and consists of a band pass filter or a band pass filter that attenuates the rest of the frequency signal. It may be provided in plural.
  • a bandpass filter or a bandpass filter is a filter that attenuates the frequency of a band, and passes only signals within a specific frequency band without attenuation, and attenuates the rest of the frequency signals.
  • the heat column band pass filter 125 is composed of a combination filter of a low pass filter (LPF, Low Pass Filter) and a high frequency filter (HPF, High Pass Filter).
  • LPF low pass filter
  • HPF High Pass Filter
  • the hit column refers to the world standard for calculating or simulating molecular transfer and radiation from the microwave through the ultraviolet region of the spectrum, and the current version contains 49 molecular species with the most important isotopes. .
  • This data is stored in a number of high-resolution line transitions that contain many spectral parameters needed for high-resolution simulation.
  • [Table 2] is a table showing the output signal value of a commercial bandpass filter for the concentration (ppm) of various measurement gases (CO).
  • the CO concentration (ppm) is the measurement gas (CO ) Is the concentration value
  • Log (R / M C ) is the relative absorbance by the measured gas (CO)
  • Mean is the average value of the relative absorbance
  • SD is the standard deviation
  • RSD (%) is the relative standard deviation.
  • [Table 3] is a table showing the output signal value of a commercial band pass filter for the concentration (%) of various interference gases (CO 2 ).
  • CO 2 concentration (%) is the concentration value of the interfering gas (CO 2 ) to be added to the mixed gas
  • Log (R / M C ) is the relative absorbance by the interfering gas (CO 2 )
  • Mean is the relative absorbance.
  • the mean value of, SD is the standard deviation
  • RSD (%) means the relative standard deviation.
  • [Table 4] is a table showing the output signal value of the heat column band pass filter 125 for the concentration (ppm) of various measurement gases (CO).
  • CO concentration (ppm) is the concentration value of the measured gas (CO) to be added to the mixed gas
  • Log (R / M H ) is the relative absorbance by the measured gas (CO)
  • Mean is the average value of the relative absorbance
  • SD means standard deviation
  • RSD (%) means relative standard deviation.
  • FIG. 2 it is possible to confirm a calibration curve of the measured gas CO by the Hitlan bandpass filter 125.
  • the CO concentration (ppm) and log (R / M H ) of FIG. 2 are the relative absorbance by the gas associated with the heatlan bandpass filter 125 and the concentration of the measurement gas (CO) in the same manner as [Table 4]. ).
  • [Table 5] above is a table showing the output signal values of the heat pass band pass filter 125 for the concentration (%) of various interference gases (CO 2 ).
  • CO 2 concentration (%) is the concentration value of the interfering gas (CO 2 ) to be added to the mixed gas
  • Log (R / M H ) is the relative absorbance by the interfering gas (CO 2 )
  • Mean is the relative absorbance.
  • SD is the standard deviation
  • RSD (%) means the relative standard deviation.
  • the hit column band pass filter 125 and the commercial band pass filter are based on the experimental results derived through [Table 2], [Table 3], [Table 4], [Table 5], the interference gas (CO 2 ) It was confirmed that it was significantly affected by different concentration values of.
  • Equation 1 x is the standard concentration of the measurement gas, and y is the concentration of the measurement gas from the Hitlan bandpass filter 125.
  • Such a conventional heat-ran band pass filter 125 has a high measurement error in a high concentration of interference gas (C0 2 ), such as 300-20 (CO 300ppm, CO 2 20%) among the mixed gases shown in [Table 6]. As it caused (RPD 53.3%), it was difficult to accurately measure the concentration value of the measured gas.
  • C0 2 high concentration of interference gas
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a gas analyzer in which a heatran band pass filter and a GFC are combined according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a graph showing a reference channel variation of the GFC according to the concentration of the measured gas.
  • the GFC 120 is a gas analyzer widely used to supplement the interference effect on the NDIR analysis technology, and the hit column band pass filter described above in that gas analysis is not performed based on heat column data. (125).
  • the GFC 120 includes a GFC body 121, a light emitting member 122, a chopper 123, a chamber 124, and a detector 126, to control the configuration. It would be desirable for a controller (not shown) to be configured.
  • the GFC main body 121 is formed with a reference channel including a gas cell of a high concentration measurement gas (eg CO, NO) and a measurement channel including a gas cell of a non-sulfur gas (eg N2).
  • a gas cell of a high concentration measurement gas eg CO, NO
  • a measurement channel including a gas cell of a non-sulfur gas eg N2
  • the light emitting member 122 is installed outside or inside the GFC 121, and irradiates infrared light to the measurement gas accommodated in the gas cell and the chamber 124 of the GFC body 121.
  • the chopper 123 flows the measurement gas of the GFC body 121 to be accommodated in the chamber 124.
  • the chamber 124 receives the measurement gas flowing from the GFC body 121 through the chopper 123, and provides a space for gas measurement.
  • the detector 126 is installed in a part of the chamber 124 to detect infrared rays of gas that has passed through the heatran bandpass filter 125.
  • the GFC 120 having such a configuration has an analysis range of 0 to 200 ppm, a source power of the light emitting member 122 is 20 W, an optical path length is 10.2 m, a central wavelength of the transmission unit 125 is 85 nm, and a half wavelength width is 4.72. ⁇ m, the transmission unit 125 in the reference wavelength range may be 3.95 ⁇ m.
  • the performance (information) of the GFC 120 is only an example, and is not limited thereto.
  • such a conventional GFC 120 has a high concentration of measurement gas (CO) and interference gas (C0 2 ), such as 300-20 (300 ppm CO, 20% CO 2 ) among the mixed gases shown in [Table 7].
  • CO measurement gas
  • C0 2 interference gas
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a gas analyzer in which a heatran band pass filter and a GFC are combined according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a gas analyzer according to an embodiment of the present invention shown in FIG. It is a control block diagram of the control unit.
  • the present invention combines the aforementioned heat column band pass filter 125 and GFC 120 to reduce the high measurement error due to high concentration of measurement gas and interference gas, which are problems of the heat column band pass filter 125 and GFC 120.
  • the objective is to provide a gas analyzer 100 that can minimize and measure a precise concentration wavelength band.
  • the gas analyzer 100 includes a heatran bandpass filter 125 and a GFC 120.
  • the gas analyzer 100 includes a GFC body 121 of the GFC 120, a light emitting member 122, a chopper 123, a chamber 124, a detector 126, and a heat column band pass filter 125. It is configured to include.
  • the gas analyzer 100 is further configured to further include a control unit 130 for controlling the operation of the heat column band pass filter 125 and the GFC 120. Since the configuration of the gas analyzer 100 is substantially the same as the configuration of the above-described Hitlan band pass filter 125 and the GFC 120, detailed description thereof will be omitted. Meanwhile, the gas analyzer 100 is not shown in the drawing, but may be configured to further include a wireless communication module (not shown) and a display (not shown).
  • the wireless communication module (not shown) of the gas analyzer 100 is connected to the control unit 130 to transmit and receive or wirelessly control information with an external wireless terminal. That is, the controller 130 connects to a wireless terminal such as an external smart phone or tablet computer through a wireless communication module (not shown), and externally emits a light emitting member 122, a chopper 123, and a heat column band pass filter ( 125), the detector 126 and the display (not shown) can be operated or controlled wirelessly.
  • the wireless communication module (not shown) of the gas analyzer 100 may be used in conjunction with any one of a Wi-Fi communication module, a Bluetooth communication module, and a Zigbee communication module.
  • the display (not shown) of the gas analyzer 100 is installed in at least one portion of the chamber 124 or the GFC body 121, and information on the gas detected by the detector 126 under the control of the control unit 130 Can output
  • FIG. 5 is a step flow chart for a gas concentration correction method using a gas analyzer combined with a heatran bandpass filter and a GFC according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a reference channel and gas information value shown in FIG. 5
  • Fig. 7 is a detailed step diagram of the step of calculating the relative absorbance shown in Fig. 5
  • Fig. 8 is the details of the step of calculating the initial concentration value, the correction coefficient value and the concentration value of the set range shown in Fig. 5
  • FIG. 9 is a graph showing a regression curve for calculating the initial concentration value shown in FIG. 8
  • FIG. 10 is a graph showing a regression curve for calculating the correction coefficient value shown in FIG. 8, and FIG.
  • Figure 12 is the concentration value of the measurement gas according to the determination result in the step of determining whether the correction coefficient value shown in Figure 11 is included in the reference range correction Showing the way of calculating a block diagram.
  • the present invention is a high-concentration measurement gas and interference gas which are problems of the heatlan bandpass filter 125 and the GFC 120 through the gas analyzer 100 combining the heatlan bandpass filter 125 and the GFC 120 described above.
  • the purpose of the present invention is to provide a gas analysis method that minimizes high measurement errors caused by and enables precise measurement of wavelength bands.
  • the reference channel and gas information value acquisition step (S10) the relative absorbance calculation step (S20), the initial concentration value, the correction coefficient value and the set range Concentration value calculation step (S30) and the concentration of the measured gas value correction and calculation step (S40).
  • the controller 130 obtains, corrects, and calculates values according to the above steps.
  • the reference channel and gas information value acquisition step (S10) is performed by the control unit 130 using the reference channel 10 and the gas information value 20 from the heatlan band pass filter 125 and the GFC 120. It is a step to acquire.
  • the reference channel and gas information value acquisition step (S10) is specifically described, the step of obtaining the reference channel (10) from the heat column band pass filter (S11), the heat column band pass filter (125) It comprises a step (S12) of obtaining a gas information value 21 (S12) and a step (S13) of obtaining the second gas information value 22 from the GFC 120.
  • the step of obtaining the reference channel 10 (S11) is a step of obtaining the reference channel 10 according to the concentration of the measurement gas transmitted through the heat pass band pass filter 125 of the reference wavelength range.
  • the reference column region of the heat column band pass filter 125 may be a wavelength region of 3.5 ⁇ m to 4.5 ⁇ m that gives a minimum obstacle to the measurement gas.
  • the heat column band pass filter 125 is a band pass filter for obtaining the reference channel 10 and may have a particle size of 3.95 ⁇ m to 4 ⁇ m (preferably 3.95 ⁇ m). That is, the reference channel 10 will preferably be understood as a reference channel value according to the concentration of the measured gas transmitted through the heatran bandpass filter 125 having a particle diameter of 3.95 ⁇ m.
  • Acquiring the first gas information value 21 (S12) is a step of acquiring the first gas information value 21 including at least an output signal value detected from the hit column bandpass filter 125.
  • the first gas information value 21 is measured gas (CO), interference gas (measured by the heat column band pass filter 125 shown in [Table 4], [Table 5], and [Table 6]) CO 2 ), which contains at least the average value of relative absorbance (Mean), and the relative absorbance by the gas associated with the heatlan bandpass filter 125 (Log (R / M H )), standard deviation (SD), and relative standard deviation (RSD) It is preferable that the measured gas concentration (Concentration (ppm,%)) and the measured error (RPD) value of the measured gas are included.
  • the step S13 of obtaining the second gas information value 22 is a step of obtaining the second gas information value 22 including at least an output signal value detected from the GFC 120.
  • the second gas information value 22 is the average value (Mean) of the concentration of the mixed gas measured in the GFC 120 shown in [Table 7] and the measured gas (CO) measured in the GFC 120, interference Contains at least the concentration value of gas (CO 2 ), relative absorbance by the gas associated with GFC 120 (Log (R / M G )), standard deviation (SD), relative standard deviation (RSD), measured gas concentration (ppm) and the measurement error (RPD) value of the measurement gas will preferably be included.
  • the relative absorbance calculation step (S20) will be described with reference to FIG. 7, calculating the first relative absorbance (31) from the Hitlan bandpass filter (125) (S21) and the second relative absorbance from the GFC (120). It comprises the step (S22) of calculating (32).
  • the first relative absorbance (31) calculation step (S21) is a step of calculating the first relative absorbance (31, Log (R / M H )) shown in [Table 4], [Table 5] and [Table 6], such The first relative absorbance 31 is calculated through Equation 2 below.
  • Equation 2 L H is the first relative absorbance 31, R is the reference channel 10, and M H is the first gas information value 21.
  • the second relative absorbance 32 calculation step (S22) is a step of calculating the second relative absorbance (32, Log (R / M G )) shown in [Table 7], and the second relative absorbance 32 is It is calculated through [Equation 3].
  • L G is the second relative absorbance 32
  • R is the reference channel 10
  • M G is the second gas information value 22.
  • the initial concentration value, the correction coefficient value and the concentration value calculation step of the set range (S30), referring to FIG. 8, calculating the initial concentration value 40 of the gas from the Hitlan bandpass filter 125 ( S31), a step (S32) of calculating a correction coefficient value (50) by the gas from the GFC and a step (S33) of calculating the concentration value (60) of the set range from the gas analyzer (100).
  • the initial concentration value 40 of the gas means the concentration value of the mixed gas containing at least the measurement gas (CO) and the interference gas (CO 2 ), and the correction coefficient value 50 is the interference gas (CO 2 ) It means the value calculated by the error concentration value generated by and the second relative absorbance (32).
  • the initial concentration value 40 calculation step (S31) the initial concentration value 40 of the gas, which is the concentration value of the mixed gas containing at least the measurement gas CO and the interference gas CO 2 from the heat column bandpass filter 125, ).
  • the initial concentration value 40 calculation step (S31) is F (L H ), which is a regression equation showing the relationship between the concentration value of the continuous measurement gas CO and the first relative absorbance 31. Is derived.
  • F (L H ) is derived as a value of 53587x 2 -50361x + 11826, and x is a first relative absorbance 31 (Log (R / M H )).
  • the initial concentration value 40 was calculated as shown in Table 8 below by reflecting the regression equation (F (L H )).
  • the calculation of the correction coefficient value 50 (S32), referring to FIG. 10, shows the relationship between the error concentration value of the measurement gas CO due to the interfering gas CO 2 and the second relative absorbance 32
  • the regression equation F (L G ) is derived.
  • F (L G ) is derived as a value of 18420x 2 -29464x + 11776, and x is the second relative absorbance 32 (Log (R / M G )).
  • the correction coefficient value 50 was calculated as shown in [Table 9] below by reflecting the regression equation (F (L G )).
  • the gas analysis method using the gas analyzer 100 according to an embodiment of the present invention through [Table 9] is a conventional heatran band pass filter ( It can be seen that the measurement error (RPD (%)) value of the measured gas (CO) was significantly reduced than the gas analysis method through 125 and the GFC 120. That is, in the gas analysis method using the gas analyzer 100 according to an embodiment of the present invention, the measurement error (RPD (%)) of the measured gas (CO) is measured using the existing heatran band pass filter 125 and the GFC 120 ), It has the advantage of being able to measure the concentration value of the measured gas relatively accurately by reducing it significantly more than the gas analysis method.
  • the step of calculating the concentration value 60 of the set range is a step of calculating the concentration value 60 of the set range from the maximum measured concentration value of the gas analyzer 100.
  • the concentration value 60 in the set range means a concentration value of 0% to 1% (preferably, 1%) of the maximum measured concentration value of the gas analyzer 100.
  • the concentration value 60 in the set range may be set to 5 ppm to 10 ppm (preferably, 5 ppm).
  • the step of correcting and calculating the concentration value of the measurement gas (S40) is referred to with reference to FIGS. 11 to 12, whether the correction coefficient value 50 is included in the reference range 70 based on the concentration value 60 of the set range. It comprises a step (S41) of determining whether or not to correct and calculate the concentration value 80 of the measured gas according to the determination result of the determination step (S41).
  • the step of determining whether the correction coefficient value 50 is included in the reference range 70 based on the concentration value 60 of the set range (S41) is whether the correction coefficient value 50 is included in the reference range 70 or not. It is determined by the following [Equation 4].
  • LZ is a concentration value 60 in a set range
  • -LZ to LZ are a reference range 70
  • b is a correction coefficient value 50.
  • the determination step (S41) process based on the [Equation 4]
  • the concentration value 60 of the set range is 5 ppm
  • the reference range 70 is -5 ppm ⁇ It becomes 5ppm, and it can be determined whether the correction coefficient value 50 is included in the reference range 70 -5ppm to 5ppm.
  • Compensating and calculating the concentration value 80 of the measured gas (S42) is the concentration value of the measured gas through the following [Equation 5] and [Equation 6] according to the determination result of the determination step (S41) ( 80) is calculated by correcting or the correction of the concentration value 80 of the measurement gas is omitted, and then the concentration value 80 of the measurement gas is calculated.
  • C is the concentration value 80 of the measured gas, and a means the initial concentration value 40 of the mixed gas.
  • Equation 6 C is the concentration value 80 of the measured gas, a is the initial concentration value 40 of the mixed gas, and b is the correction coefficient value 50 by the interference gas CO 2 . .
  • the step (S42) of correcting and calculating the concentration value 80 of the measurement gas reflecting the [Equation 5] and [Equation 6] will be described with reference to FIG. 14, according to the determination result of the determination step S41. It is divided into 1 and 2 calculation steps (S42-1, S42-2).
  • the correction coefficient value 50 of the mixed gas 3 (CO 300ppm, CO 2 20%) is 272.8ppm, and the correction coefficient value
  • the initial concentration value of 571.6 ppm is the concentration value 80 of the measured gas based on [Equation 6]. Calculate as 298.8ppm minus 272.8ppm correction coefficient (50).
  • the gas analysis method using the gas analyzer 100 has a higher concentration of interference gas (CO) than the heatran bandpass filter 125 when looking at the above table and the equations and drawings. It is a gas analysis method that can accurately measure the concentration value of the measured gas at the concentration of 2 ) and shows a larger output signal value at the higher concentration of the measured gas (CO) than the GFC (120).

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법은 히트란 밴드패스필터에 투과되는 측정가스의 농도에 따른 기준 채널 및 히트란 밴드패스필터와 GFC로부터 각각 검출되는 가스에 대한 가스정보값을 획득하는 제1 단계; 제1 단계에서 획득된 값을 기반으로 가스에 대한 상대 흡광도를 계산하는 제2 단계; 제1, 2 단계에서 획득 및 계산된 값을 기반으로 가스의 초기 농도값, 가스에 의한 보정계수값을 계산하고, 가스분석기의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값을 계산하는 제3 단계; 및 제3 단계에서 계산된 값을 기반으로 측정가스의 농도값을 보정하여 계산하는 제4 단계;를 포함한다.

Description

히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법
본 발명은 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법에 관한 것이다.
산업화에 따른 에너지 소비 증가로 인해 대기중에 오염물질이 배출되었고, 이로 인한 공해 문제가 심각한 사회문제로 대두되었다. 특히, 기체 상태로 대기중에 배출되는 오염 물질을 막기 위해서는 공장 등에서 배출하는 가스의 성분 및 그 농도를 파악하는 것이 필수적이다.
일반적으로, 화력발전소 또는 일반보일러 시설, 소각시설, 화학제품 제조시설, 시멘트공장, 제철공장, 반도체 제조시설, 석유정제시설 등과 같은 사업장의 굴뚝에서는 복합유해물질이 포함된 가스가 대기 중으로 배출되고 있다. 따라서 대기배출원에서 발생하는 배출가스의 농도를 실시간으로 관리하기 위하여 모니터링 측정 장비의 개발은 꾸준히 지속되고 있다.
기체에 포함된 성분을 측정하는 방식으로는 NDIR(Non-Dispersive Infrared absorption) 분석법이 많이 이용되고 있다. NDIR 분석법은 기체에 포함된 각 성분이 기체를 통과하는 적외선의 특정 파장의 에너지를 흡수하는 현상을 이용하여, 기체를 통과한 적외선의 각 파장의 에너지 레벨을 조사하여 기체에 포함된 성분을 파악한다.
이러한 전통적인 NDIR 측정방법은 간섭가스에 의한 오차를 보정하는데 한계가 있어, 최근에는 GFC(Gas Filter Correlation, 이하 "GFC"라 함)를 탑재하여 가스 간의 농도 간섭효과를 보상하는데 널리 사용된다. 화력발전소, 소각장, 화학공정시설 등과 같은 사업장에서는 다양한 성분의 가스가 배출되는데, 이 중 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2), 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아 (NH3), 염화수소 (HCl), 불화수소 (HF), 메탄 (CH4), 수증기(H20) 등이 주요 성분으로 볼 수 있다. 이러한 배출가스들은 각각의 고유 IR 흡수파장을 갖고 있는데, 이들 성분 중 몇몇 성분은 IR 흡수파장이 매우 근접하여 IR 흡수에 간섭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 일산화탄소(CO)의 IR 흡수파장은 4.6μm, 이산화탄소(CO2)의 IR 흡수파장은 4.3μm으로 매우 근접하며, 특히 수증기(H2O)는 2 ~ 10 μm 전역에 걸쳐 흡수파장을 갖고 있기 때문에 이들 성분이 공존할 경우 간섭효과로 인해 정확한 농도가 측정되지 않는다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 간섭가스간의 보상을 하기 위한 일환으로서 GFC가 사용되고 있는 추세이다.
그러나 GFC를 적용한 NDIR 장치에서도 간섭가스의 농도가 일정수준 이상 높아지면 측정이 제대로 이루어지지 않는다. 즉, 분석하고자 하는 성분(예, CO)이 NDIR 장치의 분석 가능한 농도범위 안에 존재하더라도 다른 간섭가스(예, CO2)의 농도가 고농도로 존재한다면 GFC를 이용하더라도 NDIR 장치의 측정값에는 오차가 발생하게 된다. 따라서 GFC를 적용한 NDIR만으로 배출가스의 농도를 정확히 측정하기에는 한계가 존재한다고 할 수 있다. 또한 GFC는 가스필터내에는 일정 %농도의 가스를 충진하는데 이 방법은 장시간 사용시 가스가 누출되는 문제점도 가지고 있어 측정값 오차에 대한 보정 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 히트란 밴드패스필터와 GFC에서 각각 발생하는 고농도의 측정가스 및 간섭가스에 의한 측정 오차를 최소화하기 위해 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법은 히트란 밴드패스필터에 투과되는 측정가스의 농도에 따른 기준 채널 및 히트란 밴드패스필터와 GFC로부터 각각 검출되는 가스에 대한 가스정보값을 획득하는 제1 단계; 제1 단계에서 획득된 값을 기반으로 가스에 대한 상대 흡광도를 계산하는 제2 단계; 제1, 2 단계에서 획득 및 계산된 값을 기반으로 가스의 초기 농도값, 가스에 의한 보정계수값을 계산하고, 가스분석기의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값을 계산하는 제3 단계; 및 제3 단계에서 계산된 값을 기반으로 측정가스의 농도값을 보정하여 계산하는 제4 단계;를 포함한다.
그리고 제1 단계는, 기준 채널을 획득하는 제1-1 단계; 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 가스에 대한 제1 가스정보값을 획득하는 제1-2 단계; 및 GFC로부터 검출되는 가스에 대한 제2 가스정보값을 획득하는 제1-3 단계;를 포함한다.
여기서, 제1-2 단계는, 제1 가스정보값이 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 측정가스, 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스, 측정가스와 간섭가스가 혼합된 혼합가스를 포함하는 가스에 대한 정보값이다.
여기서, 제1-3 단계는, 제2 가스정보값이 GFC로부터 검출되는 측정가스, 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스, 측정가스와 간섭가스가 혼합된 혼합가스를 포함하는 가스에 대한 정보값이다.
또한, 제2 단계는, 히트란 밴드패스필터로부터 검출된 가스에 대한 제1 상대 흡광도를 계산하는 제2-1 단계; 및 GFC로부터 검출된 가스에 대한 제2 상대 흡광도를 계산하는 제2-2 단계;를 포함한다.
그리고 제3 단계는, 히트란 밴드패스필터의 가스정보값으로부터 가스의 초기 농도값을 계산하는 제3-1 단계; GFC의 가스정보값으로부터 가스에 의한 보정계수값을 계산하는 제3-2 단계; 및 가스분석기의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값을 계산하는 제3-3 단계;를 포함한다.
여기서, 제3-1 단계는, 가스의 초기 농도값이 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 측정가스와 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스가 혼합된 혼합가스의 초기 농도값이다.
여기서, 제3-2 단계는, 가스에 의한 보정계수값이 GFC로부터 검출되는 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스에 의한 보정계수값이다.
여기서, 제3-3 단계는, 설정된 범위의 농도값이 가스분석기의 최대 측정농도값의 0% ~ 1% 값이다.
그리고 제4 단계는, 보정계수값이 설정된 범위의 농도값 기반의 기준 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 제4-1 단계; 및 제4-1 단계의 판단 결과에 따라 측정가스의 농도값을 보정하여 계산하는 제4-2 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 통해 기존의 히트란 밴드패스필터와 GFC에서 각각 발생되는 고농도의 측정가스 및 간섭가스에 의한 측정 오차를 최소화하고, 정밀한 농도 파장 대역의 측정을 할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 히트란 밴드패스필터에 의한 측정가스의 보정 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 측정가스의 농도에 따른 GFC의 기준 채널 변이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기에 구성되는 제어부의 제어블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법에 대한 단계흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기준 채널 및 가스정보값 획득 단계의 세부단계도이다.
도 7은 도 5에 도시된 상대 흡광도 계산 단계의 세부단계도이다.
도 8은 도 5에 도시된 초기 농도값, 보정계수값 및 설정된 범위의 농도값 계산 단계의 세부단계도이다.
도 9는 도 8에 도시된 초기 농도값을 계산하는 회귀 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10는 도 8에 도시된 보정계수값을 계산하는 회귀 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 5에 도시된 측정가스의 농도값 보정 및 계산 단계의 세부단계도이다.
도 12는 도 11에 도시된 보정계수값이 기준 범위에 포함되는지 판단하는 단계에서의 판단 결과에 따라 측정가스의 농도값 보정 및 계산하는 방식을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기(이하에서는 '가스분석기'라 함.)를 이용한 가스 농도 보정방법을 설명하기 전에, 이하에서 지속적으로 언급될 혼합가스는 석탄 화력 발전소의 패턴에 따르는 혼합가스로 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 이산화황(SO2) 및 수증기(H20)를 적어도 포함하는 가스를 의미한다.
그리고 측정가스는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기를 통해 측정할 가스로 혼합가스 중 일산화탄소(CO)를 의미한다. 또한, 간섭가스는 측정가스의 측정 오차를 유발하는 가스로 혼합가스 중 이산화탄소(CO2)를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법에 따라 보정하는 가스는 일 예로, 측정가스인 일산화탄소(CO)를 의미할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기에 투입되어 측정 오차를 분석할 혼합가스의 성분은 이하의 [표 1]과 같다.
Mixture Compound and concentration
CO (ppm) CO2(%) NO (ppm) NO2(ppm) SO2(ppm) H2O(RH%)
100-1 100 1 50 50 50 40
300-1 300 1 50 50 50 40
300-20 300 20 50 50 50 40
히트란 밴드패스필터
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 개략적으로 나타내는 개략도이며, 도 2는 히트란 밴드패스필터에 의한 측정가스의 보정 곡선을 나타내는 그래프이다.
히트란 밴드패스필터(125)는 히트란 데이터를 기반으로 측정가스의 농도를 분석하는 가스분석기로서, 이러한 히트란 밴드패스필터(125)를 제어하기 위한 컨트롤러(미도시)가 구성되는 것이 바람직할 것이다. 그리고 히트란 밴드패스필터(125)는 고가의 GFC(120)를 사용하지 않아도 측정가스의 농도를 분석할 수 있는 장점이 있다.
그리고 히트란 밴드패스필터(125)는 챔버(124)에 설치되어 특정 주파수 대역 내의 신호만 감쇠 없이 통과시키며, 나머지 주파수 신호는 감쇠시키는 밴드패스필터(Band Pass Filter) 또는 대역 통과 필터로 구성되며, 복수로 구비될 수 있다. 이러한 밴드패스필터 또는 대역 통과 필터는 대역의 주파수를 감쇠시키는 필터로 특정 주파수 대역 내의 신호만 감쇠없이 통과시키며, 나머지 주파수 신호는 감쇠시키는 필터이다.
또한, 히트란 밴드패스필터(125)는 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter)와 고주파필터(HPF, High Pass Filter)의 결합필터로 구성된다. 여기서, 저역통과필터와 고주파필터는 통상의 기술자가 충분히 이해할 수 있는 구성이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.
여기서, 히트란은 스펙트럼의 자외선 영역을 통해 마이크로 웨이브로부터 대기 중 분자 전달 및 복사를 계산하거나 시뮬레이션하기 위한 세계 표준을 의미하며, 현재의 버전은 가장 중요한 동위 원소와 함께 49개의 분자 종을 포함하고 있다. 이러한 데이터는 고해상도 시뮬레이션에 필요한 많은 스펙트럼 매개 변수가 포함된 수 많은 고해상도 라인 전환으로 저장된다.
한편, 일반적인 상업용 밴드패스필터와 히트란 데이터를 기반으로 하는 히트란 밴드패스필터(125)의 비교를 위해 측정가스인 일산화탄소(CO)와 간섭가스인 이산화탄소(CO2)의 농도에 따른 상업용 밴드패스필터와 히트란 밴드패스필터(125)의 출력 신호값은 실험을 통해 이하의 [표 2], [표 3], [표 4], [표 5]와 같이 계산되었다.
CO concentration (ppm) Log(R/MC) from commercial BPF Mean SD RSD (%)
0 0.21538 0.21655 0.21345 0.21513 0.00157 0.730
10 0.21889 0.22008 0.21692 0.21863 0.00160 0.730
50 0.23906 0.24145 0.23815 0.23955 0.00171 0.712
100 0.25536 0.25791 0.25357 0.25561 0.00218 0.854
200 0.27834 0.28012 0.27556 0.27801 0.00230 0.828
298 0.30716 0.31004 0.30509 0.30743 0.00249 0.809
399.8 0.32023 0.32207 0.31703 0.31978 0.00255 0.798
502 0.33847 0.34087 0.33508 0.33814 0.00291 0.860
[표 2]는 다양한 측정가스(CO)의 농도(ppm)에 대한 상업용 밴드패스필터의 출력 신호값을 나타내는 표로, [표 2]에서 CO concentration(ppm)은 혼합가스에 투입될 측정가스(CO)의 농도값, Log(R/MC)는 측정가스(CO)에 의한 상대 흡광도, Mean은 상대 흡광도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차를 의미한다.
CO2concentration(%) Log (R/MC)from commercial BPF Mean SD RSD (%)
1 0.21354 0.21566 0.21643 0.21521 0.00149 0.694
2 0.21568 0.21679 0.21752 0.21666 0.00093 0.429
3 0.21674 0.21786 0.21757 0.21739 0.00058 0.266
4 0.21802 0.21814 0.21782 0.21800 0.00016 0.074
6.04 0.21850 0.21867 0.21832 0.21850 0.00017 0.080
10.08 0.22196 0.22318 0.21974 0.22163 0.00174 0.787
12.64 0.22470 0.22495 0.22446 0.22470 0.00025 0.125
23.4 0.24717 0.24765 0.24570 0.24684 0.00101 0.411
50 0.26757 0.27024 0.26689 0.26823 0.00177 0.661
[표 3]은 다양한 간섭가스(CO2)의 농도(%)에 대한 상업용 밴드패스필터의 출력 신호값을 나타내는 표이다. [표 3]에서 CO2 concentration(%)은 혼합가스에 투입될 간섭가스(CO2)의 농도값, Log(R/MC)는 간섭가스(CO2)에 의한 상대 흡광도, Mean은 상대 흡광도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차를 의미한다.이러한 [표 2], [표 3]를 통해 간섭가스(CO2)는 상업용 밴드패스필터에 대해 1% 수준의 농도에서도 유의미한 영향을 미치는 것으로 도출되었다.
CO concentration (ppm) Log (R/MH) from HITRAN BPF Mean SD RSD (%)
0 0.59888 0.59948 0.59768 0.59868 0.00091 0.153
10 0.62383 0.62446 0.62258 0.62362 0.00095 0.153
50 0.63831 0.63959 0.63704 0.63831 0.00128 0.200
100 0.65304 0.65369 0.65180 0.65285 0.00096 0.147
200 0.68504 0.68573 0.68367 0.68481 0.00105 0.153
298 0.72137 0.72217 0.71993 0.72116 0.00113 0.157
399.8 0.74452 0.74526 0.74318 0.74432 0.00106 0.142
502 0.76233 0.76309 0.76103 0.76215 0.00104 0.137
[표 4]는 다양한 측정가스(CO)의 농도(ppm)에 대한 히트란 밴드패스필터(125)의 출력 신호값을 나타내는 표이다. [표 4]에서 CO concentration(ppm)은 혼합가스에 투입될 측정가스(CO)의 농도값, Log(R/MH)는 측정가스(CO)에 의한 상대 흡광도, Mean은 상대 흡광도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차를 의미한다.그리고 도 2를 참조하여 살펴보면, 히트란 밴드패스필터(125)에 의한 측정가스(CO)의 보정 곡선을 확인할 수 있다. 이러한 도 2의 CO concentration(ppm)과 Log(R/MH)는 [표 4]와 동일하게 히트란 밴드패스필터(125)와 관련된 가스에 의한 상대 흡광도와 측정가스(CO)의 농도(ppm)를 의미한다.
CO2concentration(%) Log(R/MH) from HITRAN BPF Mean SD RSD (%)
1 0.60037 0.60158 0.59377 0.59857 0.00420 0.702
2 0.60388 0.60509 0.59730 0.60209 0.00419 0.696
3 0.60342 0.60493 0.59679 0.60171 0.00433 0.720
4 0.60560 0.60681 0.59894 0.60378 0.00424 0.702
6.04 0.66860 0.66994 0.66138 0.66664 0.00460 0.691
10.08 0.68696 0.68834 0.67941 0.68490 0.00481 0.702
12.64 0.70666 0.70878 0.69888 0.70477 0.00521 0.739
23.4 0.76633 0.76786 0.75820 0.76413 0.00519 0.679
50 0.96735 0.96929 0.95478 0.96381 0.00788 0.817
상기의 [표 5]는 다양한 간섭가스(CO2)의 농도(%)에 대한 히트란 밴드패스필터(125)의 출력 신호값을 나타내는 표이다. [표 5]에서 CO2 concentration(%)은 혼합가스에 투입될 간섭가스(CO2)의 농도값, Log(R/MH)는 간섭가스(CO2)에 의한 상대 흡광도, Mean은 상대 흡광도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차를 의미한다.이러한 [표 4], [표 5]를 통해 간섭가스(CO2)는 히트란 밴드패스필터(125)에 대해 4% 수준 이상일 때부터 유의한 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 즉, 히트란 밴드패스필터(125)와 상업용 밴드패스필터는 [표 2], [표 3], [표 4], [표 5]를 통해 도출된 실험 결과를 토대로, 간섭가스(CO2)의 서로 다른 농도값으로부터 유의한 영향을 받게 된다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 히트란 밴드패스필터(125)가 도 2에 도시된 보정 곡선을 반영하여 혼합가스를 측정한 결과는 이하의 [표 6]과 같이 도출되었다.
Mixture Log(R/MH) from HITRAN BPF Mean SD RSD (%) Concentration (ppm) RPD (%)
100-1 0.65718 0.65737 0.65504 0.65653 0.00130 0.198 100.3 0.31
300-1 0.71312 0.71394 0.72434 0.71713 0.00625 0.872 300.4 0.15
300-20 0.79383 0.79617 0.79242 0.79414 0.00190 0.239 642.5 53.3
상기의 [표 6]에서 Mixture는 혼합가스의 종류, Log (R/MH)는 혼합가스에 의한 상대 흡광도, Mean은 상대 흡광도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대적 표준 편차, Concentration(ppm)은 히트란 밴드패스필터(125)에서 측정되는 측정가스 농도값, RPD(%)는 측정가스의 측정 오차를 의미한다. 여기서, RPD(%)는 이하의 [수학식 1]을 통해 도출된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000001
[수학식 1]에서 x는 측정가스의 표준 농도, y는 히트란 밴드패스필터(125)에서 나온 측정가스의 농도이다.
[표 6]에서 RPD(%)를 도출하는 과정의 구체적인 예를 들면, [표 6]의 혼합가스 중 100-1(CO 100ppm, CO2 1%)의 RPD(%)는 [수학식 1]을 통해 100-100.3 / Max(│100│,│100.3│)X100 = 0.31% 라는 결과가 도출된다.
그러나 이러한 종래의 히트란 밴드패스필터(125)는 [표 6]에 도시된 혼합가스 중 300-20(CO 300ppm, CO2 20%)와 같이, 고농도의 간섭가스(C02)가 높은 측정 오차(RPD 53.3%)를 유발함에 따라 측정가스의 농도값을 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다.
GFC
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 개략적으로 나타내는 개략도이며, 도 3은 측정가스의 농도에 따른 GFC의 기준 채널 변이를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, GFC(120)는 NDIR 분석 기술에 대한 간섭 효과를 보완하기 위해 널리 사용되는 가스분석기로서, 히트란 데이터를 기반으로 가스 분석을 하지 않는다는 점에서 전술한 히트란 밴드패스필터(125)와 차이점을 가진다.
이러한 GFC(120)는 도 1을 참조하여 살펴보면, GFC 본체(121), 발광부재(122), 쵸퍼(123), 챔버(124) 및 디텍터(126)를 포함하여 구성되며, 상기 구성을 제어하기 위한 컨트롤러(미도시)가 구성되는 것이 바람직할 것이다.
GFC 본체(121)는 농도가 높은 측정가스(예: CO, NO)의 가스 셀을 포함하는 기준 채널과 불황성가스(예: N2)의 가스 셀을 포함하는 측정 채널이 형성된다.
발광부재(122)는 GFC(121)의 외부 또는 내부에 설치되며, GFC 본체(121)의 가스 셀과 챔버(124)에 수용되는 측정가스에 적외선을 조사한다.
쵸퍼(123)는 GFC 본체(121)의 측정가스를 유동시켜 챔버(124)에 수용되도록 한다.
챔버(124)는 쵸퍼(123)를 통해 GFC 본체(121)로부터 유동되는 측정가스가 수용되며, 가스 측정을 위한 공간을 제공한다.
디텍터(126)는 챔버(124)의 일부분에 설치되어 히트란 밴드패스필터(125)를 통과한 가스의 적외선을 탐지한다.
이러한 구성을 가진 GFC(120)는 분석 범위가 0~200ppm, 발광부재(122)의 소스 전력이 20W, 광학 경로 길이가 10.2m, 투과유닛(125)의 중심 파장은 85nm, 반 파장 폭은 4.72μm, 기준 파장 영역대의 투과유닛(125)는 3.95μm 일 수 있다. 이러한 GFC(120)의 성능(정보)는 하나의 예시일 뿐, 이를 한정하지는 아니한다.
한편, 이러한 GFC(120)에 의한 기준 채널의 변동값은 도 4를 참조하여 살펴보면, 측정가스(CO)의 농도가 일정 수준 이상으로 높아지면, 측정가스(CO)의 농도에 따른 기준 채널(Log(R/MG)이 변경됨을 알 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 측정가스(CO)의 농도가 298ppm 이상일 때부터 GFC(120)의 기준 채널(Log(R/MG)이 변경됨을 알 수 있다.
그리고 GFC(120)가 도 4에 도시된 기준 채널의 변이값을 반영하여 혼합가스를 측정한 결과는 이하의 [표 7]과 같이 도출되었다.
Mixture Detector signal Mean SD RSD (%) Concentration RPD (%)
100-1 0.25237 0.25595 0.25650 0.25494 0.00224 0.880 100.1 0.11
300-1 0.30616 0.29735 0.30710 0.30353 0.00538 1.772 290.9 3.06
300-20 0.32567 0.32568 0.31623 0.32253 0.00546 1.691 271.4 9.99
[표 7]에서 Mixture는 혼합가스의 종류, Detector signal은 디텍터(126)에서 탐지한 혼합가스의 농도값, Mean은 탐지한 농도의 평균값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차, Concentration(ppm)은 GFC(120)의 측정가스 농도, RPD(%)는 측정가스의 측정 오차를 의미한다. 여기서, RPD(%)는 전술한 [수학식 1]을 통해 도출된다.[표 7]에서 RPD(%)가 도출되는 과정의 구체적인 예를 들면, [표 7]의 혼합가스 중 100-1(CO 100ppm, CO2 1%)의 RPD(%)는 [수학식 1]을 통해 100-100.1 / Max(│100│,│100.1│)X100 = 0.11% 라는 결과가 도출된다.
그러나 이러한 종래의 GFC(120)는 [표 7]에 도시된 혼합가스 중 300-20(CO 300ppm, CO2 20%)와 같이, 높은 농도의 측정가스(CO) 및 간섭가스(C02)가 높은 측정 오차(RPD 9.99%)를 유발하여 측정가스의 농도값을 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다.
가스분석기의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 개략적으로 나타내는 개략도이며, 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기에 구성되는 제어부의 제어블록도이다.
본 발명은 전술한 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)를 결합하여 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)의 문제점인 고농도의 측정가스 및 간섭가스에 의한 높은 측정 오차를 최소화하고, 정밀한 농도 파장 대역의 측정이 가능한 가스분석기(100)를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기(100)는 도 1 및 도 4를 참조하여 살펴보면, 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)를 포함하여 구성된다. 구체적으로 살펴보면, 가스분석기(100)는 GFC(120)의 GFC 본체(121), 발광부재(122), 쵸퍼(123), 챔버(124), 디텍터(126) 및 히트란 밴드패스필터(125)를 포함하여 구성된다.
또한, 가스분석기(100)는 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)의 작동을 제어하기 위한 제어부(130)를 더 포함하여 구성된다. 이러한 가스분석기(100)의 구성은 전술한 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하겠다. 한편, 가스분석기(100)는 도면에는 미도시되었으나 무선통신모듈(미도시) 및 디스플레이(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
가스분석기(100)의 무선통신모듈(미도시)은 제어부(130)와 연계되어 외부의 무선 단말기와 정보의 송수신이나 무선으로 제어가 가능하다. 즉, 제어부(130)는 무선통신모듈(미도시)을 통해 외부의 스마트폰이나 태블릿 컴퓨터 등의 무선 단말기에 연결하고, 외부에서 발광부재(122), 쵸퍼(123), 히트란 밴드패스필터(125), 디텍터(126) 및 디스플레이(미도시) 등을 무선으로 작동하거나 제어할 수 있다. 또한, 가스분석기(100)의 무선통신모듈(미도시)은 와이파이 통신모듈, 블루투스 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중 어느 하나로 연동시켜 사용이 가능할 수 있다.
가스분석기(100)의 디스플레이(미도시)는 챔버(124) 또는 GFC 본체(121) 중 적어도 하나의 일부분에 설치되며, 제어부(130)의 제어에 의해 디텍터(126)가 탐지한 가스에 대한 정보를 출력할 수 있다.
가스분석기를 이용한 가스분석방법
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법에 대한 단계흐름도이며, 도 6은 도 5에 도시된 기준 채널 및 가스정보값 획득 단계의 세부단계도이고, 도 7은 도 5에 도시된 상대 흡광도 계산 단계의 세부단계도이며, 도 8은 도 5에 도시된 초기 농도값, 보정계수값 및 설정된 범위의 농도값 계산 단계의 세부단계도이고, 도 9는 도 8에 도시된 초기 농도값을 계산하는 회귀 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 10는 도 8에 도시된 보정계수값을 계산하는 회귀 곡선을 나타내는 그래프이고, 도 11은 도 5에 도시된 측정가스의 농도값 보정 및 계산 단계의 세부단계도이며, 도 12는 도 11에 도시된 보정계수값이 기준 범위에 포함되는지 판단하는 단계에서의 판단 결과에 따라 측정가스의 농도값 보정 및 계산하는 방식을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 전술한 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)를 결합한 가스분석기(100)를 통해 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)의 문제점인 고농도의 측정가스 및 간섭가스에 의한 높은 측정 오차를 최소화하고, 정밀한 농도 파장 대역의 측정이 가능한 가스분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석방법은 도 5를 참조하여 살펴보면, 기준 채널 및 가스정보값 획득 단계(S10), 상대 흡광도 계산 단계(S20), 초기 농도값, 보정계수값 및 설정된 범위의 농도값 계산 단계(S30) 및 측정가스의 농도값 보정 및 계산 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석방법은 제어부(130)가 상기의 단계들에 따라 값을 획득, 보정, 계산하는 것이 바람직할 것이다.
기준 채널 및 가스정보값 획득 단계(S10)는 도 6을 참조하여 살펴보면, 제어부(130)가 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)로부터 기준 채널(10)과 가스정보값(20)을 획득하는 단계이다.
먼저, 기준 채널 및 가스정보값 획득 단계(S10)는 구체적으로 살펴보면, 히트란 밴드패스필터(125)로부터 기준 채널(10)을 획득하는 단계(S11), 히트란 밴드패스필터(125)로부터 제1 가스정보값(21)을 획득하는 단계(S12) 및 GFC(120)로부터 제2 가스정보값(22)을 획득하는 단계(S13)를 포함하여 이루어진다.
기준 채널(10)을 획득하는 단계(S11)는 기준 파장 영역대의 히트란 밴드패스필터(125)에 투과되는 측정가스의 농도에 따른 기준 채널(10)을 획득하는 단계이다. 여기서, 히트란 밴드패스필터(125)의 기준 파장 영역대라 함은 측정가스에 최소한의 장해를 주는 3.5μm ~ 4.5μm의 파장 영역대일 수 있다.
또한, 히트란 밴드패스필터(125)는 기준 채널(10)을 획득하기 위한 밴드패스필터로 3.95μm ~ 4μm 입경(바람직하게는, 3.95μm)을 가질 수 있다. 즉, 기준 채널(10)은 3.95μm의 입경을 가지는 히트란 밴드패스필터(125)에 투과되는 측정가스의 농도에 따른 기준채널값으로 이해되는 것이 바람직할 것이다.
제1 가스정보값(21)을 획득하는 단계(S12)는 히트란 밴드패스필터(125)로부터 검출되는 출력신호 값을 적어도 포함하는 제1 가스정보값(21)을 획득하는 단계이다.
여기서, 제1 가스정보값(21)이라 함은 [표 4], [표 5] 및 [표 6]에 표시되는 히트란 밴드패스필터(125)에서 측정되는 측정가스(CO), 간섭가스(CO2), 상대 흡광도의 평균값(Mean)을 적어도 포함하며, 히트란 밴드패스필터(125)와 관련된 가스에 의한 상대 흡광도(Log(R/MH)), 표준 편차(SD), 상대 표준 편차(RSD) 측정가스 농도(Concentration(ppm, %)) 및 측정가스의 측정 오차(RPD) 값이 포함되는 것이 바람직할 것이다.
제2 가스정보값(22)을 획득하는 단계(S13)는 GFC(120)로부터 검출되는 출력 신호값을 적어도 포함하는 제2 가스정보값(22)을 획득하는 단계이다. 여기서, 제2 가스정보값(22)이라 함은 [표 7]에 표시된 GFC(120)에서 측정되는 혼합가스의 농도의 평균값(Mean) 및 GFC(120)에서 측정되는 측정가스(CO), 간섭가스(CO2)의 농도값을 적어도 포함하며, GFC(120)와 관련된 가스에 의한 상대 흡광도(Log(R/MG)), 표준 편차(SD), 상대적 표준 편차(RSD), 측정가스 농도(ppm) 및 측정가스의 측정 오차(RPD) 값이 포함되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상대 흡광도 계산 단계(S20)는 도 7을 참조하여 살펴보면, 히트란 밴드패스필터(125)로부터 제1 상대 흡광도(31)를 계산하는 단계(S21) 및 GFC(120)로부터 제2 상대 흡광도(32)를 계산하는 단계(S22)를 포함하여 이루어진다.
제1 상대 흡광도(31) 계산 단계(S21)는 [표 4], [표 5] 및 [표 6]에 표시된 제1 상대 흡광도(31, Log(R/MH)) 계산하는 단계이며, 이러한 제1 상대 흡광도(31)는 이하의 [수학식 2]를 통해 계산된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000002
[수학식 2]에서 LH는 제1 상대 흡광도(31), R은 기준 채널(10) 및 MH는 제1 가스정보값(21)이다.
제2 상대 흡광도(32) 계산 단계(S22)는 [표 7]에 표시된 제2 상대 흡광도(32, Log(R/MG))를 계산하는 단계이며, 이러한 제2 상대 흡광도(32)는 이하의 [수학식 3]을 통해 계산된다.
*[수학식 3]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000003
[수학식 3]에서 LG는 제2 상대 흡광도(32), R은 기준 채널(10) 및 MG는 제2 가스정보값(22)이다.
한편, 초기 농도값, 보정계수값 및 설정된 범위의 농도값 계산 단계(S30)는 도 8을 참조하여 살펴보면, 히트란 밴드패스필터(125)로부터 가스의 초기 농도값(40)을 계산하는 단계(S31), GFC로부터 가스에 의한 보정계수값(50)을 계산하는 단계(S32) 및 가스분석기(100)로부터 설정된 범위의 농도값(60)을 계산하는 단계(S33)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 가스의 초기 농도값(40)은 측정가스(CO)와 간섭가스(CO2)가 적어도 포함되는 혼합가스의 농도값을 의미하며, 보정계수값(50)은 간섭가스(CO2)에 의해 발생되는 오차 농도값과 제2 상대 흡광도(32)에 의해 계산되는 값을 의미한다.
초기 농도값(40) 계산 단계(S31)는 히트란 밴드패스필터(125)로부터 측정가스(CO)와 간섭가스(CO2)가 적어도 포함되는 혼합가스의 농도값인 가스의 초기 농도값(40)을 계산하는 단계이다. 이러한 초기 농도값(40) 계산 단계(S31)는 도 9를 참조하여 살펴보면, 연속 측정가스(CO)의 농도값과 제1 상대 흡광도(31) 사이의 관계를 나타내는 회귀방정식인 F(LH)가 도출된다. 여기서, F(LH)는 53587x2-50361x+11826 값으로 도출되며, x는 제1 상대 흡광도(31)(Log(R/MH))이다.
초기 농도값(40) 계산 단계(S31)에서는 상기의 회귀방정식(F(LH))을 반영하여 이하의 [표 8]과 같이 초기 농도값(40)을 계산하였다.
Mixture Log(R/MH) from HITRAN BPF Mean SD RSD(%) a(ppm)
100-1 0.51356 0.51503 0.51432 0.51430 0.00073 0.143 99.4
300-1 0.54537 0.54492 0.54556 0.54528 0.00033 0.061 298.2
300-20 0.57322 0.57464 0.57339 0.57375 0.00077 0.135 571.6
[표 8]에서 Mixture는 혼합가스의 종류, Log(R/MH)는 제1 상대 흡광도(31), Mean은 제1 상대 흡광도(31)의 평균 값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차 및 a(ppm)는 가스의 초기 농도값(40)을 의미한다. 여기서, 가스의 초기 농도값(40)은 보정 전의 측정가스(CO)의 농도값이다.보정계수값(50) 계산 단계(S32)는 GFC(120)에서 획득하는 제2 가스정보값(22)으로부터 보정계수값(50)을 계산하는 단계이다.
이러한 보정계수값(50) 계산 단계(S32)는 도 10를 참조하여 살펴보면, 간섭가스(CO2)에 의한 측정가스(CO)의 오차 농도값과 제2 상대 흡광도(32) 사이의 관계를 나타내는 회귀방정식인 F(LG)가 도출된다. 여기서, F(LG)는 18420x2-29464x+11776 값으로 도출되며, x는 제2 상대 흡광도(32)(Log(R/MG))이다.
보정계수값(50) 계산 단계(S32)에서는 상기의 회귀방정식(F(LG))을 반영하여 이하의 [표 9]와 같이 보정계수값(50)을 계산하였다.
Mixture Log(R/MG) from GFC Mean SD RSD(%) b(ppm) a(ppm) C = a-b RPD(%)
100-1 0.81854 0.81715 0.81765 0.81778 0.00070 0.086 -0.43 99.4 99.4 0.33
300-1 0.81749 0.81791 0.81905 0.81815 0.00081 0.099 -0.18 298.2 298.2 0.57
300-20 0.92503 0.91943 0.92427 0.92291 0.00304 0.329 272.8 571.6 298.8 0.48
[표 9]에서 Mixture는 혼합가스의 종류, Log(R/MG)는 제2 상대 흡광도(32), Mean은 제2 상대 흡광도(31)의 평균 값, SD는 표준 편차, RSD(%)는 상대 표준 편차, b(ppm)는 가스에 의한 보정계수값(50), a(ppm)는 가스의 초기 농도값(40), C는 보정 후의 최종적인 측정가스(CO)의 농도값 및 RPD(%)는 측정가스(CO)의 측정 오차를 의미한다.그리고 [표 9]를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기(100)를 이용한 가스분석방법은 기존의 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)를 통한 가스분석방법보다 측정가스(CO)의 측정 오차(RPD(%)) 값이 확연하게 감소되었음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기(100)를 이용한 가스분석방법은 측정가스(CO)의 측정 오차(RPD(%))를 기존의 히트란 밴드패스필터(125)와 GFC(120)를 통한 가스분석방법보다 확연하게 감소시킴으로써, 상대적으로 정확하게 측정가스의 농도값을 측정할 수 있는 장점이 있다.
설정된 범위의 농도값(60) 계산 단계(S33)는 가스분석기(100)의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값(60)을 계산하는 단계이다. 여기서, 설정된 범위의 농도값(60)이라 함은 가스분석기(100)의 최대 측정농도값의 0% ~ 1%(바람직하게는, 1%) 농도값을 의미한다. 구체적인 예를 들면, 가스분석기(100)의 최대 측정농도값이 500ppm일 경우, 설정된 범위의 농도값(60)은 5ppm ~ 10ppm(바람직하게는, 5ppm)으로 설정될 수 있다.
한편, 측정가스의 농도값 보정 및 계산 단계(S40)는 도 11 내지 도 12를 참조하여 살펴보면, 보정계수값(50)이 설정된 범위의 농도값(60) 기반의 기준 범위(70)에 포함되는지 여부를 판단하는 단계(S41) 및 상기 판단 단계(S41)의 판단 결과에 따라 측정가스의 농도값(80)을 보정하여 계산하는 단계(S42)를 포함하여 이루어진다.
보정계수값(50)이 설정된 범위의 농도값(60) 기반의 기준 범위(70)에 포함되는지 여부를 판단하는 단계(S41)는 보정계수값(50)이 기준 범위(70)에 포함되는지 여부를 이하의 [수학식 4]를 통해 판단한다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000004
상기의 [수학식 4]에서 LZ는 설정된 범위의 농도값(60)이며, -LZ ~ LZ는 기준 범위(70)이고, b는 보정계수값(50)이다. 이러한 [수학식 4]을 기반으로 상기 판단 단계(S41) 과정의 구체적인 예를 들면, 판단 단계(S41)에서는 설정된 범위의 농도값(60)이 5ppm일 때, 기준 범위(70)는 -5ppm ~ 5ppm이 되며, 보정계수값(50)이 기준 범위(70)인 -5ppm ~ 5ppm에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.
측정가스의 농도값(80)을 보정하여 계산하는 단계(S42)는 상기 판단 단계(S41)의 판단 결과에 따라 이하의 [수학식 5], [수학식 6]을 통해 측정가스의 농도값(80)을 보정하여 계산하거나 측정가스의 농도값(80)의 보정을 생략한 후 측정가스의 농도값(80)을 계산한다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000005
[수학식 5]에서 C는 측정가스의 농도값(80)이며, a는 혼합가스의 초기 농도값(40)을 의미한다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2019013324-appb-I000006
[수학식 6]에서 C는 측정가스의 농도값(80)이며, a는 혼합가스의 초기 농도값(40)이고, b는 간섭가스(CO2)에 의한 보정계수값(50)을 의미한다. 이러한 [수학식 5], [수학식 6]을 반영한 측정가스의 농도값(80)을 보정하여 계산하는 단계(S42)는 도 14를 참조하여 살펴보면, 판단 단계(S41)의 판단 결과에 따라 제1, 2 계산단계(S42-1, S42-2)로 나누어진다.
제1 계산단계(S42-1)는 [표 9]를 참조하여 구체적인 예를 들어 살펴보면, 혼합가스 1(CO 100ppm, CO2 1%), 혼합가스 2(CO 300ppm, CO2 1%)의 간섭 농도를 나타내는 보정계수값(50)이 각각 -0.43ppm, -0.18ppm이며, 보정계수값(50)이 각각 -5ppm ~ 5ppm인 기준 범위(70)에 포함된다고 판단하는 경우(S41-YES), [수학식 5]을 기반으로 측정가스의 농도값(80)을 초기 농도값(40)과 동일한 값으로 계산한다. 이는, 보정계수값(50)를 0으로 가정하여 측정가스의 농도값(80)을 계산하여야 하기 때문이다.
제2 계산단계(S42-2)는 [표 9]를 참조하여 구체적인 예를 들어 살펴보면, 혼합가스 3(CO 300ppm, CO2 20%)의 보정계수값(50)이 272.8ppm이며, 보정계수값(50)이 -5ppm ~ 5ppm인 기준 범위(70)에 포함되지 않는다고 판단하는 경우(S41-NO), [수학식 6]을 기반으로 측정가스의 농도값(80)을 571.6 ppm인 초기 농도값(40)에서 272.8ppm인 보정계수값(50)을 뺀 298.8ppm으로 계산한다.
이러한 제1, 2 계산단계(S42-1, S42-2)를 통해 [표 9]를 참조하여 살펴보면 혼합가스 1, 2, 3의 측정 오차를 나타내는 RPD(%)가 각각 0.33%, 0.57%, 0.48%로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분석기(100)를 이용한 가스분석방법은 전술한 표 및 수학식과 도면을 참조하여 살펴볼 때, 히트란 밴드패스필터(125)보다는 고농도의 간섭가스(CO2)의 농도에서 측정가스의 농도값을 정확히 측정할 수 있으며, GFC(120)보다는 고농도의 측정가스(CO)에서의 출력 신호값을 크게 나타나는 가스분석방법인 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 CO2 농도 보정방법에 있어서,
    상기 히트란 밴드패스필터에 투과되는 측정가스의 농도에 따른 기준 채널 및 상기 히트란 밴드패스필터와 상기 GFC로부터 각각 검출되는 가스에 대한 가스정보값을 획득하는 제1 단계;
    상기 제1 단계에서 획득된 값을 기반으로 상기 가스에 대한 상대 흡광도를 계산하는 제2 단계;
    상기 제1, 2 단계에서 획득 및 계산된 값을 기반으로 상기 가스의 초기 농도값, 상기 가스에 의한 보정계수값을 계산하고, 상기 가스분석기의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값을 계산하는 제3 단계; 및
    상기 제3 단계에서 계산된 값을 기반으로 측정가스의 농도값을 보정하여 계산하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 기준 채널을 획득하는 제1-1 단계;
    상기 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 가스에 대한 제1 가스정보값을 획득하는 제1-2 단계; 및
    상기 GFC로부터 검출되는 가스에 대한 제2 가스정보값을 획득하는 제1-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1-2 단계는,
    상기 제1 가스정보값이 상기 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 측정가스, 상기 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스, 상기 측정가스와 상기 간섭가스가 혼합된 혼합가스를 포함하는 가스에 대한 정보값인 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1-3 단계는,
    상기 제2 가스정보값이 상기 GFC로부터 검출되는 측정가스, 상기 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스, 상기 측정가스와 상기 간섭가스가 혼합된 혼합가스를 포함하는 가스에 대한 정보값인 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 히트란 밴드패스필터로부터 검출된 가스에 대한 제1 상대 흡광도를 계산하는 제2-1 단계; 및
    상기 GFC로부터 검출된 가스에 대한 제2 상대 흡광도를 계산하는 제2-2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    상기 히트란 밴드패스필터의 가스정보값으로부터 상기 가스의 초기 농도값을 계산하는 제3-1 단계;
    상기 GFC의 가스정보값으로부터 상기 가스에 의한 보정계수값을 계산하는 제3-2 단계; 및
    상기 가스분석기의 최대 측정농도값으로부터 설정된 범위의 농도값을 계산하는 제3-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3-1 단계는,
    상기 가스의 초기 농도값이 상기 히트란 밴드패스필터로부터 검출되는 측정가스와 상기 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스가 혼합된 혼합가스의 초기 농도값인 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3-2 단계는,
    상기 가스에 의한 보정계수값이 상기 GFC로부터 검출되는 측정가스의 측정 오차를 유발하는 간섭가스에 의한 보정계수값인 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3-3 단계는,
    상기 설정된 범위의 농도값이 상기 가스분석기의 최대 측정농도값의 0% ~ 1% 값인 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 보정계수값이 상기 설정된 범위의 농도값 기반의 기준 범위에 포함되는지 여부를 판단하는 제4-1 단계; 및
    상기 제4-1 단계의 판단 결과에 따라 상기 측정가스의 농도값을 보정하여 계산하는 제4-2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트란 밴드패스필터와 GFC가 결합된 가스분석기를 이용한 가스 농도 보정방법.
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