CN110998313A - 测量废气中的氮氧化物和至少一种其他成分的气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量废气(1)的氮氧化物和至少一种其他成分的气体分析仪，其包括用于处理废气(1)的氧化装置(7)和下游的光度计(12)，光度计用于通过在350nm与500nm之间的近紫外范围内的光吸收来测量二氧化氮浓度。氧化装置(7)具有位于排气路径中的反应室(9)和下游的加热室(10)。在反应室(9)中，紫外光源(8)由废气(1)的剩余氧含量生成臭氧，从而在废气(1)中将一氧化氮转化成二氧化氮。在加热室(10)中，氮氧化物和多余的臭氧被分解成二氧化氮和氧。光度计(12)输出测得的二氧化氮浓度作为未处理的废气(1)的氮氧化物浓度。在反应室(9)与加热室(10)之间的排气路径中存在其他光度计(14)，其通过在220nm与300nm之间的中紫外范围内的光吸收测量部分处理的废气(1’)中的臭氧浓度，并且将其作为未处理的废气(1)的氧浓度输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量废气中的氮氧化物和至少一种其他成分的气体分析仪，其具有
-氧化装置，氧化装置具有臭氧发生器、位于排气路径中的反应室以及在排气路径中位于反应室下游的加热室，氧化装置构造用于，在反应室中利用生成的臭氧处理废气，从而将一氧化氮转化成二氧化氮，并且在加热室中将氮氧化物和多余的臭氧热分解成二氧化氮和氧，以及
-在排气路径中位于氧化装置下游的光度计，光度计被构造用于，根据在已处理的废气中在350nm与500nm之间的近紫外范围内的光吸收，确定二氧化氮浓度并且将二氧化氮浓度作为未处理的废气的氮氧化物浓度输出。
背景技术
从Ryoichi Higashi等著的“A NOx and SO2 gas analyzer using deep-UV andviolet light-emitting diodes for continuous emissions monitoring Systems”，Proc.SPIE 9003,Light-Emitting Diodes:Materials,Devices,and Applications forSolid State Lighting XVIII,90031F(2014年2月27日)中已知一种具有光度计的气体分析仪，其用于测量废气中的氮氧化物和二氧化硫。在分析之前，分两级处理废气，其中，在第一级中借助臭氧将包含在废气中的一氧化氮转化为用光度计可测量的二氧化氮。臭氧借助放电由空气中的氧来产生并且被输送给废气。在第二处理级中，废气被加热到大约300℃，以便将多余的臭氧以及通过二氧化氮和臭氧反应生成的且无法由光度计测量的五氧化二氮(N2O5)热分解成二氧化氮。由气体分析仪得出的二氧化氮浓度因此是废气中的氮氧化物浓度的量度。
在现有气体分析仪的光度计中，将发射波长为280nm的第一发光二极管和发射波长为400nm的第二发光二极管彼此紧密地布置成LED阵列。其光借助准直透镜成形为平行光束，该平行光束透射由已处理的废气穿流的测量室，并且随后聚焦到探测器上。借助在准直透镜与测量室之间的分束器将一部分光偏转到监控探测器上。发光二极管被交替地接通和断开，以便在280nm的吸收波长处探测包含于废气中的二氧化硫，并在400nm的吸收波长处探测二氧化氮。在评估探测器信号以得出废气中的二氧化硫浓度和二氧化氮浓度或氮氧化物浓度之前，利用监控探测器的信号将探测器信号归一化。借助于珀耳帖元件(Peltierelement)将发光二极管的温度调节到恒定值。
从US 5 806 305A中已知一种用于在内燃机(汽油机或柴油机)中进行废气催化后处理的装置，其中，在以催化剂处理废气之前将臭氧输送给废气。臭氧在臭氧发生器中由新鲜空气借助UV光，例如在185nm波长下的汞蒸汽灯产生。
从EP 1 020 620 B1中已知，为了相同的目的，由新鲜空气或废气借助UV光、微波或火花放电来生成臭氧。
从EP 2 157 421 A1中已知，为了分析燃料的硫含量，通过燃烧燃料的样品并通过紫外荧光测量法来确定废气中的二氧化硫浓度。为了避免由于一氧化氮而干扰测量，废气事先在容器中暴露于低压汞放电灯的光(185nm)下，以便由剩余氧含量生成臭氧进而将一氧化氮转化为二氧化氮。
发明内容
本发明所基于的目的是，在测量废气中的氮氧化物时还能够一起确定氧浓度。
根据本发明，该目的通过以下方式得以解决：在前文所述类型的气体分析仪中，
-臭氧发生器包括布置在反应室中的紫外光源，其由废气的剩余氧含量生成臭氧；以及
-在反应室与加热室之间的排气路径中布置其他光度计，其构造用于，根据在部分处理的废气中在220nm与300nm之间的中紫外范围内的光吸收确定废气的臭氧浓度，并且将臭氧浓度作为未处理的废气的氧浓度输出。
根据本发明的气体分析仪的有利改进方案在从属权利要求中给出。
在Ryoichi Higashi等人的文献中提到的借助放电(电晕放电)由空气中的氧生成臭氧的缺点在于，会形成氮氧化合物，其对于废气的氮氧化物测量来说是不期望存在的。因此优选地，根据本发明的气体分析仪的氧化装置具有臭氧发生器，其具有在由废气穿流的反应室中的紫外光源，紫外光源以小于240nm的波长产生高能辐射，紫外光源例如是无电极准分子灯或低压汞放电灯。在用过量空气进行稀薄燃烧的情况下，臭氧可以完全由废气中的剩余氧含量产生。反应室例如可以构造成内部镜面化管(例如铝管)的形式，该内部镜面化管被例如圆柱形的紫外光源延伸穿过。为了提高一氧化氮转化为二氧化氮时的效率，可以并联连接多个这种管。当紫外光源的功率随着时间下降时，还可以向废气额外输送空气中的氧。
在反应室中，从氧到臭氧的转化与废气中存在的氧浓度和紫外光效能成比例地进行。因此，在废气的流量恒定时(进而在反应室中的停留时间恒定时)，在离开反应室时被部分处理的废气的臭氧浓度就是用于未处理的废气的氧浓度的量度。其他光度计根据在220nm与300nm之间的中紫外范围内的光吸收来测量臭氧浓度，并将臭氧浓度作为未处理的废气的氧浓度输出。在氧浓度与臭氧浓度之间的实际线性关联的比例因数可以通过校准而极其简单地确定。
以计算方式来补偿二氧化硫浓度对其他光度计所产生的臭氧或氧浓度的测量值的交叉敏感性。同样也以计算方式来补偿二氧化氮浓度对光度计所产生的二氧化硫浓度的测量值的交叉敏感性。
当废气借助旁路绕过氧化装置而被导向光度计时，获得了未处理的废气的二氧化氮浓度。已处理的废气中测得的二氧化氮浓度与未处理的废气中测得的二氧化氮浓度之差得到未处理的废气的一氧化氮浓度，该一氧化氮浓度也是氧化装置中将一氧化氮转化为二氧化氮时臭氧消耗的量度。因此，以确定的一氧化氮浓度的数值校正未处理的废气的氧浓度结果。
因为臭氧发生器中灯具的紫外功率随着时间而下降，因此可能需要向气体分析仪定期地输送具有21Vol％的氧的环境空气。因此，这两个光度计的臭氧测量最终值以及二氧化硫和二氧化氮测量的零点也被重置。
当(例如在内燃机启动和关闭运行的情况下)废气中的二氧化氮浓度很高，那么作为三通阀的替代，也可以设置与两个光度计并联连接的第三光度计以用于测量废气中的二氧化氮浓度。
附图说明
此外根据实施例详尽地阐述本发明，为此参照附图；分别示出：
图1示出用于测量氮氧化物、二氧化硫和氧的根据本发明的气体分析仪的框图，
图2示出臭氧发生器的实施例，
图3示例性示出了二氧化氮、二氧化硫和臭氧的吸收光谱，以及用于测量这些成分的发光二极管的发射光谱的中央波长，以及
图4是气体分析仪的详细实施例。
具体实施方式
图1用简化示意图示出了用于测量废气1中的氮氧化物、二氧化硫和氧的气体分析仪的框图。废气1借助测量气泵2从取样点经由具有冷凝出口4的气体冷却器3和细颗粒过滤器5被吸取。气体冷却器3用于防止气体分析仪中的水冷凝。废气1的流量借助质量流量调节器形式的流量调节器6或者具有后置的节流阀的压力调节器设定为恒定的。
为了能够测量氮氧化物浓度，在两级的氧化装置7中处理废气1，氧化装置在第一级中具有紫外光源8形式、位于由废气1穿流的封闭反应室9中的臭氧发生器，在第二级中具有加热室10。紫外光源8例如是无电极准分子灯或低压汞放电灯，它利用其例如185nm的辐射，由废气1的剩余氧生成臭氧，臭氧在反应室9中将废气1中包含的一氧化氮转化为二氧化氮。生成的臭氧量与废气1的氧含量和光源8的紫外功率成比例。废气1的流量恒定很重要，因为臭氧生成还取决于氧在臭氧发生器中的停留时间，并且在大的质量流量时降低。然而，现有的或转化的二氧化氮又可以与生成的臭氧反应，其中产生其他的氮氧化物，主要是五氧化二氮。在加热室(气体加热器)10中，这些不期望的氮氧化物以及过量的臭氧在大约300℃的温度下热分解为二氧化氮和氧气。
图2极其简化地示出了臭氧发生器的实施例，其在此具有两个呈柱状的低压汞放电灯形式的紫外光源81、82，它们布置在两个并联的且由废气1穿流的内部镜面化的铝管91、92中。管71、72构成反应室9。能够通过电极、或为了提高使用寿命，而无电极地借助于微波发生器11来激发汞等离子。
返回图1，已处理的废气1”在离开加热室10之后被输送给光度计12，光度计根据分别在405nm和285nm波长范围内的光吸收测量二氧化氮浓度和二氧化硫浓度。因为已处理的废气1”的二氧化氮浓度是未处理的废气1的二氧化氮浓度和转化为二氧化氮的一氧化氮的浓度的总和，所以，作为分析结果13，光度计12除了二氧化硫浓度以外还输出待分析的废气1的氮氧化物浓度。
在氧化装置7的反应室9与加热室10之间的排气路径中布置了其他光度计14，其他光度计根据在285nm波长范围内的光吸收来测量来自反应室9被部分处理的废气1’中的臭氧浓度。因为(正如已经提过的那样)由紫外光源8在反应室9内生成的臭氧量与废气1的氧含量成比例，所以其他光度计14输出待分析的废气1的氧浓度作为分析结果15。
正如下面借助图4所阐述的那样，两个光度计12、14是具有发光二极管的LED光度计。
图3示例性示出了二氧化氮NO2、臭氧O3和二氧化硫SO2的吸收光谱以及在这里由中央波长405nm、255nm和285nm代表的发光二极管的发射光谱，这些发光二极管用于测量所提到的成分。
返回图1，在排气路径中，在氧化装置7上游布置了可控制的三通混合阀16，以便在需要时可以向废气1中混入空气中的氧17，空气中的氧通过细颗粒过滤器18由测量气泵2吸取。当废气1的剩余氧含量或者臭氧发生器8的效能不足以产生使一氧化氮完全转化为二氧化氮所需要的臭氧量时，可以手动地或者自动地通过其他光度计14可控地进行混合。
在测量气泵2与光度计12之间设置有旁路19，其可以通过可控制的三通阀20来接通以旁路掉氧化装置7。在接通旁路19时，未处理的废气1进入到光度计12中，从而由该光度计测量废气1的二氧化氮浓度，而不是氮氧化物浓度。因为在静态燃烧过程中，废气1中的二氧化氮浓度通常很低，所以在正常情况下，旁路19是关闭的，从而测量氮氧化物浓度。然而，在废气1的剩余氧含量很低时，就需要废气1中的一氧化氮浓度，以便在计算氧浓度时考虑到在生成臭氧时因为一氧化氮的氧化造成的反应室9中的臭氧损耗。一氧化氮浓度此时由已处理的废气1”中测得的二氧化氮浓度与未处理的废气1中测得的二氧化氮浓度之差得出。该差值对应于已处理的废气1”中包含的由一氧化氮利用臭氧发生转化所产生的二氧化氮部分，因此其不由其他光度计14测量，并且因此是臭氧损耗的量度，以便因而用确定的一氧化氮浓度的数值校正由其他光度计14输出的氧浓度的结果15。
当(例如在内燃机启动和关闭运行时那样)废气1中存在高的二氧化氮浓度时，代替三通阀20还可以设置与两个光度计12、14并联的第三光度计，以用于测量废气1中的二氧化氮浓度。
图4示出了根据本发明的气体分析仪的更详细实施例。正如已经在图1中示出的，废气1借助测量气泵2经由具有冷凝出口4的气体冷却器3和细颗粒过滤器5被吸取，其中借助流量调节器6将流量设定为恒定的。在氧化装置7中处理废气1，其中废气首先穿过具有紫外光源8的反应室9，然后穿过加热室10。布置在下游的光度计12测量已处理的废气1”的二氧化氮浓度和二氧化硫浓度。其他光度计14测量在反应室9与加热室10之间的排气路径中的被部分处理的废气1’的臭氧浓度。在排气路径中位于氧化装置7上游的三通混合阀16能够实现由测量气泵2通过细颗粒过滤器18吸取的空气中的氧17的混入。通过三通阀20可接通的旁路19使得未处理的废气1通过旁路掉氧化装置7而被直接导入到光度计12中。
光度计12具有测量室21，已处理的废气1”被引导穿过测量室，并且测量室被中央波长为405nm的第一发光二极管22的光和中央波长为285nm的第二发光二极管23的光透过。利用来自控制装置26的控制信号24、25不同地驱控这两个发光二极管22、23，例如将它们交替地接通和关闭或者不同地调制，例如具有不同的调制频率、时钟速率或脉冲代码。这两个发光二极管22、23例如能够彼此紧密地布置成LED阵列。在所示实例中，发光二极管22、23相对布置在分束器27的不同侧面，分束器将发光二极管22、23的由透镜28、29准直的光分成穿过测量室21投射到探测器30上的部分光束和投射到基准探测器31上的另一部分光束。这两部分光束都可以借助透镜32、33聚焦到探测器22、23上，探测器在此是光电二极管。
探测器30产生探测器信号34，探测器信号具有由第一发光二极管22的光得到的第一信号分量和由第二发光二极管23的光得到的第二信号分量。基准探测器31产生基准信号35，基准信号具有由这两个发光二极管22、23的光得到的基准信号分量。探测器信号34和基准信号35被输送给评估装置36，评估装置包含多路信号分离器或者解调器37，以便分离探测器信号34和基准信号35的不同信号分量以用于后续的处理和评估。对发光二极管22、23的不同驱控的同步和对不同信号分量的探测的同步都通过在控制装置26与评估装置36之间的通信线路38实现。在处理(例如过滤和数字化)信号34、35以后，在计算装置39中由探测器信号34的第一信号分量确定已处理的废气1”的二氧化氮浓度，并且由第二信号分量确定二氧化硫浓度。在此，探测器信号34的信号分量以基准信号35配属的信号分量为基准，从而输出的分析结果13与发光二极管22、23的亮度无关，进而也例如与它们的老化状态无关。在分析结果13中，已处理的废气1”的二氧化氮浓度作为未处理的废气1的氮氧化物浓度输出。
在其他光度计14中，引导来自第三发光二极管40中央波长为255nm的光穿过其他测量室41投射到其他探测器42上，该其他探测器产生其他探测器信号43。在此，分束器44也将由透镜45准直的光分为穿过其他测量室41的部分光束和投射到其他基准探测器46上的另一部分光束。评估装置36由其他探测器信号43和来自其他基准探测器46的基准信号47确定部分处理的废气1’的臭氧浓度，以便在分析结果15中将其作为未处理的废气1的氧浓度输出。同样也可以利用控制装置26的控制信号48来驱控第三发光二极管40，从而例如对产生的光进行调制并且因此使得测量相对于干扰光影响不敏感。控制装置26还显示用于阀16、20的控制信号49、50。
尽管提及了测量基准化，还有利的是，气体分析仪的整个光度测量装置是温度稳定的(thermostatieren)。这包含：借助珀耳帖元件51、52、53使发光二极管22、23、40恒温，以便能够实现在低ppm范围内的测量范围。
代替所示的共同评估装置36，两个光度计12、14的每一个都可以具有自己的评估装置，它们彼此通信。
所示的气体分析仪可以被容易地拓展以用于测量废气1的其他组分，例如二氧化碳、一氧化碳、硫化合物、氯化合物和碘化合物。代替为此目的所需的其他适当光源(例如发光二极管)和光度计12中的可能的其他分束器，可以为各个已经存在的发光二极管配置发光材料(磷)，该发光材料将相关发光二极管产生的光部分转化为具有更大波长的光。这种原理例如由US2010/049017A1中公知。
Claims (8)
1.一种用于测量废气(1)中的氮氧化物和至少一种其他成分的气体分析仪，具有
-氧化装置(7)，所述氧化装置具有臭氧发生器(8)、位于排气路径中的反应室(9)以及在所述排气路径中位于反应室下游的加热室(10)，所述氧化装置构造用于在所述反应室(9)中利用生成的臭氧处理所述废气(1)，从而将一氧化氮转化成二氧化氮，并且在所述加热室(10)中将氮氧化物和多余的臭氧热分解成二氧化氮和氧，以及
-在所述排气路径中位于所述氧化装置(7)下游的光度计(12)，所述光度计构造用于，根据在已处理的废气(1”)中在350nm与500nm之间的近紫外范围内的光吸收，确定二氧化氮浓度并且将二氧化氮浓度作为未处理的废气(1)的氮氧化物浓度输出，
其特征在于，
-所述臭氧发生器(8)包括布置在所述反应室(9)中的紫外光源(8)，所述紫外光源由废气(1)的剩余氧含量生成臭氧，并且
-在所述反应室(9)与所述加热室(10)之间的所述排气路径中布置有其他光度计(14)，所述其他光度计构造用于，根据在部分处理的废气(1’)中在220nm与300nm之间的中紫外范围内的光吸收，确定部分处理的废气的臭氧浓度并且将该臭氧浓度作为未处理的废气(1)的氧浓度输出。
2.根据权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，所述光度计(12)和所述其他光度计(14)分别具有由废气(1”、1’)穿流的测量室(21；41)、发光的发光二极管(22；40)、探测器(30；42)、基准探测器(31；46)、评估装置(36)和分束器(27；44)，所述分束器构造用于引导所述发光二极管(22；40)的一部分光穿过所述测量室(21；31)投射到所述探测器(30；46)上并引导另一部分光投射到所述基准探测器(31；46)上，并且所述评估装置(36)使得探测器信号(34；43)以基准信号(35；47)为基准。
3.根据权利要求1或2所述的气体分析仪，其特征在于，所述光度计(12)还构造用于，根据废气(1”)中在250nm与300nm之间的中紫外范围内的光吸收确定并输出废气(1)的二氧化硫浓度。
4.根据权利要求2和3所述的气体分析仪，其特征在于，
-所述光度计(12)具有第二发光二极管(23)，所述第二发光二极管产生在350nm与500nm之间的中紫外范围内的光，
-所述分束器(27)构造用于，引导所述第二发光二极管(23)的一部分光穿过所述测量室(21)投射到所述探测器(30)上，并引导另一部分光投射到所述基准探测器(31)上，
-设有控制装置(26)，所述控制装置不同地驱控所述第一发光二极管(22)和所述第二发光二极管(23)，从而所述探测器信号(34)和所述基准信号(35)分别包含由所述第一发光二极管(22)的光和由所述第二发光二极管(23)的光得到的不同的信号分量，并且
-所述评估装置(28)通过所述探测器信号(24)的由所述第一发光二极管(22)的光得到的信号分量确定二氧化氮浓度，并且通过由所述第二发光二极管(22)的光得到的信号分量确定废气(1”)的二氧化硫浓度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，所述分度计(12、14)具有两个相互通信的评估装置或者一个共同的评估装置(36)，所述评估装置构造用于利用废气(1”)的所确定的二氧化氮浓度校正废气(1’)的所确定的二氧化硫浓度相对于二氧化氮的交叉敏感性。
6.根据权利要求5所述的气体分析仪，其特征在于，所述评估装置(36)构造用于，利用废气(1”)的所确定的二氧化硫浓度校正废气(1’)的所确定的臭氧浓度相对于二氧化硫的交叉敏感性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，设有可控制的旁路(19)以用于旁路所述氧化装置(7)，所述光度计(12)在所述旁路(19)被激活时测量在未处理的废气(1)中的二氧化氮浓度，并且输出与针对已处理的废气(1”)确定的二氧化氮浓度之差以作为未处理的废气(1)的一氧化氮浓度。
8.根据权利要求7所述的气体分析仪，其特征在于，所述评估装置(36)构造用于，利用未处理的废气(1)的所确定的一氧化氮浓度校正由所述其他光度计(14)提供的、未处理的废气(1)的臭氧浓度或氧浓度的结果(15)。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113504340A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 北京是卓科技有限公司 | 一种氮氧化物气体检测*** |
| CN114324277A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 杭州谱育科技发展有限公司 | 多种气体的检测装置和方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202017001743U1 (de) * | 2017-03-31 | 2017-05-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasanalysator |
| DE102017213196A1 (de) * | 2017-07-31 | 2019-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasanalysator zur Messung von Stickoxiden und Schwefeldioxid in Abgasen |
| EP3553499B1 (de) * | 2018-04-13 | 2020-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasanalysator und verfahren zur messung von stickoxiden in einem abgas |
| DE102019001438A1 (de) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | Tilmann Krüger | Messanlage zur Konzentrationsbestimmung eines Bestandteiles eines Fluides |
| CN113138159B (zh) * | 2021-05-21 | 2024-03-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 臭氧环境下的腐蚀评价方法及腐蚀评价装置 |
| CN114460057A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-10 | 宋东芹 | 一种便携式硫氯氮元素一体测定仪 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54119987A (en) * | 1978-03-09 | 1979-09-18 | Mitsui Shipbuilding Eng | Analyzer for nitrogen oxide and oxygen |
| JPH07225214A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Shimadzu Corp | ＮＯｘ計測装置 |
| EP1120649A2 (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-01 | Cambridge University Technical Services Limited | Air content determination |
| JP2004138467A (ja) * | 2002-10-17 | 2004-05-13 | Horiba Ltd | 紫外線吸収式測定装置および測定試料の処理方法 |
| CN102735799A (zh) * | 2012-06-19 | 2012-10-17 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种发动机尾气监测*** |
| RU2012105701A (ru) * | 2012-02-10 | 2013-08-20 | Владимир Петрович Челибанов | Способ и устройство для определения концентрации оксида азота (no) |
| DE102013109129A1 (de) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Denso Corporation | NOx-verarbeitende Vorrichtung für einen Motor, die einen Ozonerzeuger aufweist |
| CN203606287U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-05-21 | 河北先河环保科技股份有限公司 | 一种氮氧化物检测器以及使用该检测器的小型氮氧化物自动监测装置 |
| CN103827022A (zh) * | 2011-09-21 | 2014-05-28 | 日野自动车株式会社 | 废气净化装置 |
| CN104330355A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-04 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 双光路氮氧化物分析装置 |
| CN204346892U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-05-20 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 双光路氮氧化物分析装置 |
| CN105026915A (zh) * | 2013-04-03 | 2015-11-04 | 富士电机株式会社 | 气体分析仪 |
| CN105424631A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-23 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量*** |
| CN105556284A (zh) * | 2014-05-27 | 2016-05-04 | 富士电机株式会社 | 气体分析仪 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5806305A (en) | 1994-05-18 | 1998-09-15 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for reducing pollutants |
| DE19900967A1 (de) | 1999-01-13 | 2000-07-20 | Volkswagen Ag | Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine |
| EP1439781B9 (en) * | 2002-09-16 | 2006-08-30 | Aerocrine Ab | Apparatus for diagnostic gas analysis |
| US8320982B2 (en) | 2006-12-27 | 2012-11-27 | Valencell, Inc. | Multi-wavelength optical devices and methods of using same |
| JP2010048582A (ja) | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Mitsubishi Chemical Analytech Co Ltd | 硫黄の分析方法および分析装置 |
| EP3553499B1 (de) * | 2018-04-13 | 2020-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasanalysator und verfahren zur messung von stickoxiden in einem abgas |
-
2017
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-
2018
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- 2018-07-16 WO PCT/EP2018/069201 patent/WO2019029949A1/de unknown
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- 2018-07-16 EP EP18746622.2A patent/EP3665477B1/de active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54119987A (en) * | 1978-03-09 | 1979-09-18 | Mitsui Shipbuilding Eng | Analyzer for nitrogen oxide and oxygen |
| JPH07225214A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Shimadzu Corp | ＮＯｘ計測装置 |
| EP1120649A2 (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-01 | Cambridge University Technical Services Limited | Air content determination |
| JP2004138467A (ja) * | 2002-10-17 | 2004-05-13 | Horiba Ltd | 紫外線吸収式測定装置および測定試料の処理方法 |
| CN103827022A (zh) * | 2011-09-21 | 2014-05-28 | 日野自动车株式会社 | 废气净化装置 |
| RU2012105701A (ru) * | 2012-02-10 | 2013-08-20 | Владимир Петрович Челибанов | Способ и устройство для определения концентрации оксида азота (no) |
| CN102735799A (zh) * | 2012-06-19 | 2012-10-17 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种发动机尾气监测*** |
| DE102013109129A1 (de) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Denso Corporation | NOx-verarbeitende Vorrichtung für einen Motor, die einen Ozonerzeuger aufweist |
| CN105026915A (zh) * | 2013-04-03 | 2015-11-04 | 富士电机株式会社 | 气体分析仪 |
| CN203606287U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-05-21 | 河北先河环保科技股份有限公司 | 一种氮氧化物检测器以及使用该检测器的小型氮氧化物自动监测装置 |
| CN105556284A (zh) * | 2014-05-27 | 2016-05-04 | 富士电机株式会社 | 气体分析仪 |
| CN104330355A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-04 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 双光路氮氧化物分析装置 |
| CN204346892U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-05-20 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 双光路氮氧化物分析装置 |
| CN105424631A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-23 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RYOICHI HIGASHI等: "A NOx and SO2 gas analyzer using deep-UV andviolet light-emitting diodes for continuous emissions monitoring Systems", 《PROC.SPIE 》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113504340A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 北京是卓科技有限公司 | 一种氮氧化物气体检测*** |
| CN114324277A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 杭州谱育科技发展有限公司 | 多种气体的检测装置和方法 |
| CN114324277B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-02-27 | 杭州谱育科技发展有限公司 | 多种气体的检测装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |