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KR102654201B1 - 극한환경 동작 가능한 초정밀 측정 ndir 가스측정장치 - Google Patents

극한환경 동작 가능한 초정밀 측정 ndir 가스측정장치 Download PDF

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KR102654201B1
KR102654201B1 KR1020230120107A KR20230120107A KR102654201B1 KR 102654201 B1 KR102654201 B1 KR 102654201B1 KR 1020230120107 A KR1020230120107 A KR 1020230120107A KR 20230120107 A KR20230120107 A KR 20230120107A KR 102654201 B1 KR102654201 B1 KR 102654201B1
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KR
South Korea
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gas
light
measurement
measuring
white cell
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KR1020230120107A
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남철우
김응율
신춘호
문병열
박부건
최창환
신민수
Original Assignee
(주)세성
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Publication date
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Abstract

본 출원 발명은 극한환경에서 동작할 수 있는 비분산적외선 가스측정 장치에 관한 것으로 -20℃ ~ 50 ℃ 사이에서 사용가능하며, 가연성 또는 폭발성 가스를 최수 7개 이상 동시에 측정할 수 있는 가스측정 장치를 제공하고자 하는 것이다. 상기 측정 대상가스는 CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), C6H6 (Benzene)를 포함한다.
기존의 NDIR 가스측정 장치는 매 측정 시마다 광원의 밝기가 조금씩 변화되는 문제가 있어, 이를 보정하기 위하여 측정광을 광분배기를 사용하여 분리한 후 2개의 디텍터를 사용하여 하나는 NDIR 가스 측정을 위하여 사용하고, 다른 하나는 측정 신호의 광강도를 보정하기 위한 광 강도 측정에 사용하여왔다. 그러나, 신호측정용 광디텍터의 가격이 비싸기 때문에 그동안은 광 광도를 측정하여 보정에 사용하기 위한 광디텍터는 상대적으로 정밀도가 떨어지는 장치를 사용하였다. 본 출원 발명은 이러한 구조를 개선하여 더욱 정밀한 가스 농도 측정이 가능한 기술을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위하여 측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 적외선 광원; 및 상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및 상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및 상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및 상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 극한환경 동작 가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 아주적은 광량도 측정이 가능한 하나의 검출기(PMT, 광전증배관)만으로 비분산적외선 측정기의 광량과 가스농도에 따른 광량의 변화를 시간을 나누어 각각 측정하고 이를 보정함으로써 정밀한 가스농도측정기 가능한 효과가 있는 기술을 제공한다.

Description

극한환경 동작 가능한 초정밀 측정 NDIR 가스측정장치{.}
본 출원 발명은 비분산적외선 방식의 가스 측정 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 기존의 비분산적외선 가스 측정방식의 구조를 개선하여 기존의 멀티 디텍터 방식의 NDIR 가스 측정 장치의 측정 기준광의 측정 정밀도를 높여 측정 정밀도를 높이고자하는 기술이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 비분산 적외선 가스 센서에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 검출 대상 가스가 유동할 수 있는 내부 공간이 형성된 빈 튜브 형상으로 형성되는 광도파관과, 상기 광도파관의 일단부 또는 상기 일단부의 인근에 설치되고, 상기 광도파관의 상기 내부 공간으로 적외선을 발산하는 발광부와, 상기 광도파관의 타단부 또는 상기 타단부의 인근에 설치되고, 상기 발광부에서 발산되어 상기 광도파관의 상기 검출 대상 가스가 유동하는 상기 내부 공간을 통과한 상기 적외선을 검출하는 검출부 및 상기 광도파관의 상기 내부 공간에서 상기 검출부의 인근에 설치되고, 상기 적외선의 파장 중 상기 검출 대상 가스가 흡수하는 영역대의 파장만을 투과시키는 광학 필터를 포함하고, 상기 광도파관은, 상기 내부 공간의 내벽면에 의해 반복적으로 반사되어 굴절을 반복하면서 상기 내부 공간을 통과하는 상기 적외선이 상기 광학 필터에 입사되는 입사각을 제어할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 멀티 가스 누출 경보기용 플라스틱 사출 가스셀에 관한 발명이 개시되어 있다. 이 기술은 플라스틱 사출물로 NDIR 방식의 가스측정용 가스셀을 만들고 필드미러와 오브젝트 미러의 고정을 쉽게 하면서도, 외부 환경의 변화에 따라 상기 가스 셀의 뒤틀림 변화에도 불구하고, 상기 필드 미러와 오브젝트 미러의 상대적인 위치나 거리의 변화가 최소화되도록 하며, 금속 가스셀의 경우 상기 금속을 가열함으로써 가스셀 내부의 측정환경 조건을 일정하게 유지하였으나 플라스틱 사출 가스셀은 열전도율이 낮아 외부의 가열에 의하여 가스셀 전체가 동일한 온도를 유지하며 습기를 제거할 수 없기 때문에 별도의 가스를 이용하여 퍼징하고 측정가스의 수분을 제공하는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 선행기술로 다중 대기 오염동시측정 장치에서 가스의 종류를 측정하기 위하여 측정하고자 하는 가스를 필터에 구비한 상관필터를 사용한 구성이 개시되어 있다.
등록특허공보 제10-2569855호 등록특허공보 제10-2373320호 등록특허공보 제10-2435342호
본 출원 발명은 극한환경에서 동작할 수 있는 비분산적외선 가스측정 장치에 관한 것으로 -20℃ ~ 50 ℃ 사이에서 사용가능하며, 가연성 또는 폭발성 가스를 최수 7개 이상 동시에 측정할 수 있는 가스측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 측정 대상가스는 CH4 (Methane), C2H4 (Ethylene), C2H6 (Ethane), C2H6O (Ethanol), C3H8 (Propane), C4H10 (Butane), C6H6 (Benzene)를 포함한다.
기존의 NDIR 가스측정 장치는 매 측정 시마다 광원의 밝기가 조금씩 변화되는 문제가 있어, 이를 보정하기 위하여 측정광을 하프미러를 사용하여 분리한 후 2개의 디텍터를 사용하여 하나는 NDIR 가스 측정을 위하여 사용하고, 다른 하나는 측정 신호의 광강도를 보정하기 위한 광 강도 측정에 사용하여왔다. 그러나, 신호측정용 광디텍터의 가격이 비싸기 때문에 그동안은 광 광도를 측정하여 보정에 사용하기 위한 광디텍터는 상대적으로 정밀도가 떨어지는 장치를 사용하였다. 본 출원 발명은 이러한 구조를 개선하여 더욱 정밀한 가스 농도 측정이 가능한 기술을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 극한 환경에서 가연성 및/ 또는 폭발성 가스의 농도를 측정하기 위하여, NDIR 가스 측정전에 외부에 구비된 가연성 가스 센서를 추가로 이용하여 측정 전에 최소폭발한계농도(LEL)과 최대폭발한계농도(UEL)를 측정함으로써 측정자의 안전을 최우선으로 보장하고, 측정 중에 NDIR 가스 측정기 내부에서 발생할 수 있는 가스의 폭발 위험을 제거한 가스측정 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 과제해결 수단은 다음과 같다.
측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및
적외선 광원; 및
상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및
상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및
상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및
상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀 길이의 2배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 내부에는 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 아주적은 광량도 측정이 가능한 하나의 검출기(PMT, 광전증배관)만으로 비분산적외선 측정기의 광량과 가스농도에 따른 광량의 변화를 시간을 나누어 각각 측정하고 이를 보정함으로써 정밀한 가스농도측정기 가능한 효과가 있는 기술을 제공한다.
도 1은 본 발명의 출원 이전의 NDIR 가스측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 전체 장치 구성도이다.
도 3은 본 발명의 NDIR 가스측정 장치의 동작설명도로 회전초퍼를 통과하고 광분배기를 거처 PMT 검출기로 보정을 위한 광이 이동하는 이동경로를 설명한다.
도 4는 본 발명의 NDIR 가스측정 장치의 동작설명도로 회전초퍼를 통과한 광이 광분배기에서 화이트셀로 이동하여 측정거울에 반사되어 PMT 검출기로 입사되는 가스농도측정광의 이동경로를 설명한다.
도 5는 본 발명의 극한 환경에서의 가연성 또는 폭발성 가스의 측정을 위한 환경정보측정 센서 등의 구성도이다.
본 출원 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
우선 가스 측정 기술에 관하여 알아보면, 가스 센서는 가스의 농도(concentration)를 측정하는 센서이다. 가스가 존재하는지 유무만 측정하는 과거의 기술도 있으나, 최근에는 기술의 발전으로 가스의 농도를 측정한다. 가스의 농도는 공기 중에 측정 대상 가스가 차지하는 비율을 의미한다. 보통 단위로 ppm, %, %LEL 등이 사용된다.
가스의 측정원리는 보통 3가지 방식으로 분류한다. 광학식, 접촉식 및 복합식으로 나눈다. 비분산적외선 가스 측정방법이 대표적인 광학식 측정방법이며, 가스분자의 화학반응이 일어나지 않는 비접촉식과 가스분자와 반응물질 간에 직접 접촉되어 측정하는 접촉식이 있으며, 복합식은 상기 어느 2가지 방법을 함께 사용하는 것이다.
위에서 살펴본 것과 같이 가스 센서는 측정방식에 따라 접촉식, 복합식 및 광학식 센서가 있다. 접촉식 센서로는 전기화학식, 반도체식, 고체 전해질식이 있고, 광 이온화방식, 전반사식은 복합식으로 분류한다. 비분산 적외선 방식과 광 음향방식이 광학식 가스센서 이다.
많이 쓰이는 접촉식과 광학식에 따른 센서의 장단점은 다음 표와 같다.
좀더 상세히 가스 농도 측정 기술별 원리와 특징을 살펴보면 다음과 같다. 접촉식 센서는 반도체식 센서와 전기화학식 센서가 대표적이다. 접촉식센서의 대표적인 반도체식 가스센서는 감지 물질 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때 일어나는 전기전도도의 변화를 이용하는 것으로 대기 중에서 가열하여 사용하고 고온에서 안정한 금속 산화물이 주로 사용된다. 금속 산화물은 반도체의 성질을 나타내는 것이 많고, 이중 금속원자가 과잉 (산소 결핍)인 경우에는 n형 반도체, 금속원자가 결핍인 경우에는 p형 반도체가 된다. 이러한 금속 산화물 반도체 중 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진 물질이 감지 센서 소재로 사용된다. 또한 검출회로의 구성이 간단하고 가격이 저렴한 장점이 있으나, 표면의 금속산화물 반도체에 의해서 전기전도도가 변하기 때문에 여러 종류의 가스에 영향을 많이 받고 습도에도 반응하여 정확한 가스농도 측정에는 단점이 있다. 그럼에도 반도체 공정으로 소형화와 대량 생산이 가능하기 때문에 정확도가 크게 중요하지 않는 분야에 많이 사용되고 있다. 많이 사용되는 반도체 방식 센서는 온습도 센서가 있으며, 가스측정에는 휘발성 유기화합물(VOCs), 일산화탄소, 수소계 등을 측정할 때 많이 사용된다.
또 다른 접촉식 센서인 전기화학식 센서는 내장된 전극의 작용에 의해 측정 대상 가스가 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 발생하는 전류를 측정함으로써 가스의 농도를 검지한다. 내부에 보통 3개의 전극이 있으며 산화(환원) 반응이 일어나는 검지 전극(working electrode)과 이와 동시에 환원(산화) 반응이 일어나는 대항전극(counter electrode), 그리고 산화환원 반응과 함께 변화하는 전위를 감지하고 전위를 일정하게 유지하기 위한 참조 전극(Reference electrode)이다. 사용자는 센서 외부로 노출된 3개의 전극을 회로에 연결하여 사용한다. 사용자가 전기화학식의 정상작동 또는 성능평가를 위해서는 산소가 필요하기 때문에 공기 중에서 실시해야 한다. 통상 산업분야에서 사용하는 전기화학식 센서의 사용은 2년 정도이나 생활 속에서 사용하는 센서는 대기 중에 해당가스가 거의 없기 때문에 수명이 길게는 5년 이상까지도 사용 가능하다. 장점으로는 빠른 응답시간, 안정성, 낮은 농도도 감지 가능하고, 재현성이 우수하다. 반면 접촉식 센서의 단점인 다른 가스에 대한 반응성, 그리고 고농도에 노출 시 수명이 빨리 단축된다는 단점은 원리상 나타나는 현상이다. 주로 일산화탄소, 산소, 황화수소, 암모니아가스 등의 측정에 사용한다.
복합식 센서의 한 종류인 광이온화(PID Photoionization detector) 센서는 VOCs를 측정할 때 많이 사용된다. 반도체방식의 측정 정확성이 많이 떨어지기 때문이다. PID 원리는 자외선(UV) 빛을 가스분자에 조사하여 양이온과 음이온으로 이온화시키고 이를 전극으로 집전시켜 가스농도에 비례한 전류를 감지하는 기술로 광 조사와 화학적 반응을 동반한다. 현재 PID 센서를 장착한 측정기로 VOCs를 ppm 이하 ppb 농도 까지 측정하는 기술이 있다. 또한, PID 측정방식은 습도에 간섭이 적고 감도가 우수한 장점이 있다.
본 출원 발명의 대상이 되는 가스 측정방법인 광학식 가스 센서 중 대표적인 것이 비분산적외선 방식의 NDIR 가스센서이다. 비분산적외선(NDIR Non-Dispersive Infrared)식은 여러 종류의 가스 측정 원리 중에서 비접촉식의 대표적 방식으로 가장 정확성과 신뢰성, 안정성, 긴 수명 등의 장점을 많이 가지고 있다. 하지만 광학계 부품의 고가로 인해 타 방식에 비해 상대적으로 가격이 높았다. 따라서 NDIR식은 기존에는 주로 고가의 분석기에 사용되어 왔으나 지속적으로 광학센서의 사용량이 크게 늘어나면서 광학계 부품들의 가격이 낮아져 일상생활 속에서도 사용할 수 있게 되었다. 예로서 가장 대중화된 NDIR 이산화탄소센서의 경우는 전기화학식이나 반도체식에 비해서도 가격의 차이가 없어졌다. 이로 인해 시장에서 이산화탄소 센서는 거의 90%이상을 NDIR식을 사용하고 있다.
본 출원 발명은 상기 NDIR 가스센서를 -20℃ ~ 50℃ 환경에서 사용할 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 가연성 또는 폭발성 가스를 측정 대상으로 하기 때문에 측정 중 NDIR 가스 측정기 내부에서 폭발이 있을 수 있어 이를 미리 측정하여 위험을 확인할 필요가 있다.
이는 외부의 측정 환경이 -20℃ ~ 50℃이지만 측정을 위하여서는 화이트 셀 내부의 온도를 30~40℃로 일정하게 유지하고 있기 때문이다. 따라서, 측정을 위하여 화이트셀 내부에 공기를 흡입하게되면 외부에서는 최소폭발한계 이하의 공기였으나, 측정을 위하여 화이트 셀 내부에서 온도를 제어하는 과정에서 폭발 가능한 상태로 변화될 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 출원 이전의 NDIR 가스측정 장치의 구성도이다. 광원과 측정결과를 보정하기 위한 광을 측정하기 위한 광분배기 상기 광분배기에서 나온 광의 세기를 측정하는 광원 세기 측정부, 상기 광분배기에서 화이트셀로 나온 광이 측정 공기를 통과하여 가스의 종류를 측정하는 필터를 구비한 가스 디텍터로 입사되도록 하는 거울을 구비한 구성을 도시하고 있다.
상기 가스 디텍터는 1개에서 4개의 각기 다른 파장의 광파장 통과 필터를 구비하여 상기 광파장 필터를 통과한 광의 해당 파장의 광의 세기가 감소되는 정도에 따라 해당 광파장의 크기를 감소시키는 가스가 있는 것으로 판단하며, 그 감소된 정도를 계산하면 해당 가스의 농도를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 전체 장치 구성도이다. 측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및 적외선 광원; 및 상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및 상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및 상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및 상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하여 구성된다.
후술하겠지만, 본 출원 발명은 1개의 PMT 검출기를 사용하여 광원의 강도를 측정함과 동시에 가스의 농도를 측정하는 기술을 포함하고 있다. 이를 위하여 초퍼를 사용한다. 초퍼는 적외선 광을 차단하거나, 광을 공급하는 장치로 슬릿이 구비된 원판을 광원의 전단에서 회전하여 구현된다. 가스의 농도 측정에 사용되는 광과 측정된 가스의 농도를 보정하는데 사용하는 광은 동일시점에 적외선 광원에서 발생한다. 광분배기에서 광이 2개로 분리되어 짧은 경로를 통과한 광은 상기 PMT 검출기로 입사하여 광원의 강도를 보정하는데 사용되며, 광분배기에서 화이트셀로 이동한 광은 긴 경로를 거쳐 가스의 농도 정보를 가지고 상기 PMT 검출기로 입사된다. 이때 상기 적외선 광원에서 광이 연속적으로 나오게되면 화이트셀을 통과한 가스 농도 정보를 가진 광과 겹치게되므로 이를 방지하고자 상기 회전 초퍼를 사용하였다.
본 출원 발명의 상기와 같은 동작을 도 3과 도 4를 이용하여 다시 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 3을 활용하면, 적외선 광원에서 나온 광이 회전초퍼의 구멍을 통과하여 광분배기에서 일부는 90도 반사되어 화이트셀로 이동하고, 일부는 통과하여 광강도측정용거울에서 반사되어 PMT 검출기로 입사되며, 상기 PMT 검출기에서 광강도가 계산되어 상기 화이트셀을 통과하여 가스 농도 정보를 포함하는 광의 강도보정에 사용한다.
도 4를 보면 적외선 광원의 광이 회전초퍼에 의하여 차단되고, 상기 회전초퍼가 광을 차단하기 전에 통과한 적외선 광이 상기 광분배기에서 나누어지며, 이때 화이트셀로 이동한 광이 화이트셀을 계속 진행하며 상기 화이트셀 내부의 측정 공기를 통과하면서 상기 측정 공기에 포함된 가스의 종류에 따라 특정 광파장대역의 광이 흡수되고, 측정거울에 반사되어 다시 PMT 검출기로 입사된다. 입사경로에서도 동일하게 측정 공기에 포함된 가스의 종류에 따라 특정광 파장의 광의 흡수가 한번 더 이루어진다. 이때 아직끼지 회전초퍼가 적외선 광원을 차단하고 있고, 측정광이 사라지만 다시 회전초퍼가 회전하며, 적외선 광이 측정장치로 입사되어 다음 측정이 진행된다.
이러한 타이밍을 맞추기 위하여 상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧아야 한다.
도 5는 본 발명의 극한 환경에서의 가연성 또는 폭발성 가스의 측정을 위한 환경정화측정 센서 등의 구성도이다.
상기 화이트 셀은 금속으로 구성되는 것이 일반적이지만, 강도와 변형이 적은 엔지니어링 플라스틱 또는 플라스틱 수지로 구성될 수 있다. 이렇게 구성되는 경우 측정대상 가스가 시간에 따라 화이트 셀 내부에 침착하거나, 결합하여 남는 경우가 발생한다. 이러한 경우 이를 사용할 수 없기 때문에 가스와 반응성이 적은 실리콘을 상기 화이트셀 내부에 코팅함으로써 상기 화트셀에 가스가 침착되는 경우 이를 세척하여 살 수 있다.
본 출원 발명의 측정대상이 되는 가스는 가연성 또는 폭발성 가스이고, 측정환경은 -20℃ ~ 50℃의 환경이다. 측정대상 가스의 온도를 일정하게 전처리하여 측정하여야 만이 정확한 측정이 가능하다 이를 위하여 측정가스의 농도를 측정하는 상기 화이트셀 온도를 일정하게 유지할 필요가 있다 이를 위하여 상기 화이트셀 외부에는 온도유지를 위한 화이트셀 재킷을 구비한다. 상기 화이트셀 재킷은 측정에 필요한 30 ~ 40℃ 온도 이하의 경우에는 상기 화이트셀 재킷을 가열하여 측정 온도를 맞추며, 40℃ 이상의 온도인 경우에는 화이트셀 재킷을 냉각시킴으로써 온도를 맞춘다. 이를 위하여 상기 화이트셀 재킷은 열정도성이 높은 재질로 구성되며, 온도조절을 위하여 펠티어 소재로 구성된다. 상기 펠티어 소재는 전극의 극성을 바꾸어 줌으로써 가열과 냉각이 가능하다. 이를 이용하여 가열과 냉각을 조절할 수 있다.
본 출원 발명의 가연성 및/ 또는 폭발성 가스가 NDIR 가스측정 장치의 공기 유입구에 외부 측정환경을 측정하기 위한 온도, 습도 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 구비하여 측정환경의 폭발 위험성을 우선 점검하고, 측정을 위하여 화이트 셀에 상기 측정공기가 유입되었을 때 NDIR 측정기 내부에서 폭발가능성이 있는지 2차 확인하기 위한 구성이다.
상기와 같은 발명의 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및
적외선 광원; 및
상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및
상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및
상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및
상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하는 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 동작가능한 초정밀 측정 비분산적외선 가스측정장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 내부에는 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치를 제공한다.
100 : 극한환경 동작가능한 초정밀 측정용 비분산적외선 측정장치
110 : 적외선 광원
115 : 회전초퍼
120 : 광분배기
130 : 광강도측정용거울
140 : 측정거울
150 : PMT 검출기(1 내지 4 ch.)
200 : 화이트셀
210 : 실리콘 코팅
250 : 화이트셀 재킷
260 : 공기 유입구
261 : 온도센서
262 : 습도센서
263 : 토탈 폭발성가스농도 측정기(가스선택성 없음)

Claims (8)

  1. 측정가스가 유입되어 가스농도를 측정하기위한 화이트셀; 및
    적외선 광원; 및
    상기 적외선 광원을 차단 또는 통과시키는 회전초퍼; 및
    상기 회전초퍼를 통과한 광을 가스 농도 측정을 위하여 상기 화이트셀로 보내고, 한편으로는 측정가스를 통과하여 측정된 광강도를 보정하도록 상기 적외선 광원을 분배하는 광분배기; 및
    상기 광분배기에서 광강도를 보정하도록 분배된 광을 PMT 검출기로 반사시키는 광강도측정용거울; 및
    상기 광분배기에서 화이트셀로 보내진 광을 다시 상기 PMT 검출기로 반사시키는 측정거울을 포함하고,
    상기 광강도측정용거울은 광 세기를 줄이기 위하여 입사된 광의 10%만 반사하며,
    상기 화이트셀 길이의 2 배는 상기 회전초퍼에서 광을 차단하고, 상기 회전초퍼가 다시 광을 통과시키는 동안 빛이 이동한 거리보다 짧고,
    상기 PMT 검출기는 여러 종류의 가스를 측정하기 위하여 1 내지 4개의 광학 필터를 구비하며,
    상기 화이트셀의 내부에 실리콘 코팅되어 가스가 흡착된 경우 실리콘 코팅을 제거하고 다시 코팅하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화이트셀의 외부에는 상기 화이트셀의 온도를 조절하기 위한 화이트셀 재킷을 외부에 더 구비한 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여 측정환경의 발화 및 폭발 가능성을 측정한 후 폭발 가능성이 80% 이상인 경우 이를 경고하고 측정 중지하고 측정위치를 이동할 것을 알리는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화이트셀의 공기 유입구에는 온도센서, 습도센서 및 토탈 폭발성가스농도 측정기를 더 구비하여, 측정 가스를 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치에 흡인하여 가연성 및 폭발가스를 측정할 때 폭발가능성이 있는지를 계산하여 폭발가능성이 있는 경우 이를 경고하고 측정하지 않는 것을 특징으로 하는 극한환경 측정용 멀티채널 비분산적외선 가스 측정 장치.
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