KR100664913B1 - Co2 gas measurement equipment having sample cell to adjust length - Google Patents

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KR100664913B1
KR100664913B1 KR1020050112993A KR20050112993A KR100664913B1 KR 100664913 B1 KR100664913 B1 KR 100664913B1 KR 1020050112993 A KR1020050112993 A KR 1020050112993A KR 20050112993 A KR20050112993 A KR 20050112993A KR 100664913 B1 KR100664913 B1 KR 100664913B1
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차은종
강신원
김경아
김군진
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

A CO2 gas measuring apparatus with a length variable sample cell is provided to increase the luminous intensity of the infrared ray lamp through the reflector and secure the accurate measurement by changing the length of the sample cell and placing the temperature detecting apparatus. A CO2 gas measuring apparatus with a length variable sample cell is composed of a first body(110) containing an inlet(130) where the sample gas is flowed, an inner hollow part(102) communicated with the inlet, an infrared ray lamp(112) irradiating the infrared ray into the hollow part, a reflector(114) formed at the rear of the infrared ray lamp to increase the luminous intensity, and a screw part(118) formed at the outer peripheral surface; and a second body(120) containing a screw part(119) formed at the inner peripheral surface, the inner hollow part communicated with an outlet(140), and a light detector(150) formed to detect the infrared ray irradiated from the infrared ray lamp. A temperature detecting part(116) is formed at the hollow part.

Description

길이 가변형 샘플 셀을 갖는 ＣＯ２ 가스 측정 장치{ＣＯ２ gas measurement equipment having sample cell to adjust length}CO2 gas measurement equipment having sample cell to adjust length

도 1은 일반적인 광학식 CO2 가스 측정 장치의 샘플 셀의 구조를 보여주기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a sample cell of a general optical CO 2 gas measuring apparatus.

도 2는 샘플 셀의 길이 변화에 따른 시료가스의 농도와 광도관계를 보여주기 위한 그래프이다. 2 is a graph for showing the relationship between the concentration of the sample gas and the light intensity according to the change in the length of the sample cell.

도 3은 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 길이 가변형 샘플 셀의 구조를 보여주기 위한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of a variable-length sample cell in a CO 2 gas measuring apparatus according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 시스템의 블록도이다. Figure 4 is a block diagram of a system for explaining the operation of the CO2 gas measuring apparatus according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 CO2농도에 따라 검출되는 광량의 차이를 보여주기 위한 그래프이다. 5 is a graph showing the difference in the amount of light detected according to the CO 2 concentration in the CO 2 gas measuring apparatus according to the present invention.

도 6은 도 4에서 적외선 램프 제어 신호와 대응하는 ADC 입력신호를 보여주기 위한 파형도이다. FIG. 6 is a waveform diagram illustrating an ADC input signal corresponding to an infrared lamp control signal in FIG. 4.

도 7은 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 CO2농도와 광도와의 관계를 보여주기 위한 그래프이다.7 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration and the light intensity in the CO 2 gas measurement apparatus according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 샘플셀의 길이 변화에 따른 광도 변화를 보여주기 위한 그래프이다.8 is a graph for showing the change in brightness according to the change in the length of the sample cell in the CO2 gas measurement apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 샘플 셀 102 : 중공부 100: sample cell 102: hollow part

110 : 제 1 본체 112 : 적외선 램프 110: first body 112: infrared lamp

114 : 반사경 116 : 온도검출부114: reflector 116: temperature detection unit

118, 119 : 나사부 120 : 제 2 본체 118, 119: screw portion 120: second body

130 : 입구 140 : 출구 130: entrance 140: exit

150 : 광 검출기 210 : 디스플레이장치150: light detector 210: display device

220 : 컴퓨터 230 : 적외선 램프 드라이버 220: computer 230: infrared lamp driver

240 : 프리앰프 250 : 필터부 240: preamplifier 250: filter unit

260 : ADC 260: ADC

본 발명은 길이 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장치에 관한 것으로, 특히 시료가스가 유입되는 샘플 셀내의 CO2 가스의 농도에 따라 샘플 셀의 길이를 가변할 수 있도록 하여 유입되는 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 길이 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a CO2 gas measuring apparatus having a variable length sample cell, in particular to accurately measure the concentration of the incoming gas by varying the length of the sample cell according to the concentration of the CO2 gas in the sample cell into which the sample gas is introduced. The present invention relates to a CO2 gas measuring device having a variable length sample cell.

일반적으로, 광학식 가스 측정 장치는 가스-공기 혼합물을 포함하는 시료가스가 유입되는 샘플 셀(챔버)에 적외선을 조사하고, 샘플 셀 내의 적외선이 흡수되 는 정도를 광 검출기를 통하여 검출하는 것에 의해 가스의 농도를 측정한다. 즉, 시료가스가 유입된 샘플 셀 내에 적외선을 조사하고, 시료가스를 투과하는 적외선의 량을 나타내는 출력 신호를 광검출기에서 검출하게 되는 데, 이 출력 신호의 레벨이 증가할 경우 샘플 셀내의 적외선 흡수 가스의 량이 작다는 것을 나타낸다. In general, an optical gas measuring device emits infrared rays to a sample cell (chamber) into which a sample gas containing a gas-air mixture flows, and detects the degree of absorption of infrared rays in the sample cell through a photo detector. Measure the concentration of That is, the infrared ray is irradiated into the sample cell into which the sample gas is introduced, and the photodetector detects an output signal indicating the amount of infrared ray passing through the sample gas. When the level of the output signal is increased, the infrared absorption in the sample cell is increased. Indicates that the amount of gas is small.

특히, 광학식 CO2 가스 검출 장치에서 특정 주파수의 적외선은 시료 가스내의 CO2 분자와 상호 작용하여 흡수된다. 그러므로 샘플셀에 유입된 시료 가스내의 CO2 가스의 농도는 조사된 광량과 광 검출기에서 검출된 광량을 비교하여 측정할 수 있다.In particular, in the optical CO2 gas detection device, infrared rays of a certain frequency interact with and absorb CO2 molecules in the sample gas. Therefore, the concentration of CO 2 gas in the sample gas introduced into the sample cell can be measured by comparing the amount of light irradiated with the amount of light detected by the photo detector.

도 1은 일반적인 광학식 CO2 가스 측정 장치의 샘플 셀의 구조를 보여주기 위한 단면도이고, 도 2는 샘플 셀의 길이 변화에 따른 시료가스의 농도와 광도관계를 보여주기 위한 그래프이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a sample cell of a general optical CO 2 gas measuring apparatus, and FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between a concentration of a sample gas and a light intensity according to a change in the length of the sample cell.

일반적인 광학식 CO2 가스 측정 장치의 샘플 셀의 구조는 도 1에서 보는 바와 같이, 밀폐된 본체(10)의 상단에는 CO2 가스를 포함하는 시료가스가 유입되는 입구(30)가 형성되고, 하단에는 CO2 가스의 출구(40)가 형성된다. 또한 본체(10)의 측면에는 본체(10)내로 적외선을 조사하기 위한 적외선 램프(12)가 형성되고, 적외선 램프(12)가 형성된 반대측으로 적외선 램프(12)에서 조사된 빛을 검출하기 위한 광 검출기(20)가 형성된다. As shown in FIG. 1, the structure of a sample cell of a general optical CO 2 gas measuring device has an inlet 30 through which a sample gas containing a CO 2 gas is introduced at an upper end of the sealed body 10, and a CO 2 gas at a lower end thereof. The outlet 40 of is formed. In addition, an infrared lamp 12 for irradiating infrared rays into the main body 10 is formed on the side of the main body 10, and light for detecting light irradiated from the infrared lamp 12 to the opposite side where the infrared lamp 12 is formed. The detector 20 is formed.

이와 같이 구성된 종래의 광학식 CO2 가스 측정 장치에서 샘플 셀의 본체(10)에 시료 가스(CO2가스가 포함)가 들어 있지 않을 때 광 검출기(20)의 적외선 광도를 IO 라고 하고, 샘플 셀(10)의 길이를 L로 정의하며, 특정 파장에서 가스의 적외선 흡수율을

Figure 112005067965305-pat00001
라고 하고, 시료 가스의 농도를 c (몰 농도)라고 하면, 샘플 셀(10)에 시료가 들어 있을 때 광 검출기의 광도 I는 램버트 비어 법칙에 따라 아래와 같은 <식 1>이 된다. In the conventional optical CO 2 gas measuring device configured as described above, when the sample gas (including CO 2 gas) is not contained in the main body 10 of the sample cell, the infrared light intensity of the photo detector 20 is referred to as I O , and the sample cell 10 ) Is defined as L, and the infrared absorption rate of the gas at
Figure 112005067965305-pat00001
If the concentration of the sample gas is c (molar concentration), when the sample is contained in the sample cell 10, the luminous intensity I of the photodetector becomes <Equation 1> according to Lambert Beer's law.

Figure 112005067965305-pat00002
식1
Figure 112005067965305-pat00002
Equation 1

상기 <식1>에서 농도변화에 따른 광도 변화를 알아보기 위해 하기 <식 2>와 같이 변환시키고,In order to determine the change in brightness according to the change in concentration in <Equation 1>, it is converted to the following <Equation 2>,

Figure 112005067965305-pat00003
식2
Figure 112005067965305-pat00003
Equation 2

<식 2>를 정리하면 다음 <식 3>과 같다.<Equation 2> is summarized as the following <Equation 3>.

Figure 112005067965305-pat00004
식3
Figure 112005067965305-pat00004
Equation 3

<식 3>에서 양변을 I로 나누고 c로 곱하면 다음 <식4>와 같다.In <Equation 3>, dividing both sides by I and multiplying by c is as follows.

Figure 112005067965305-pat00005
식4
Figure 112005067965305-pat00005
Equation 4

상기 식 1내지 식 4에서 보는 바와 같이 광 검출기(20)에 조사된 적외선 광도의 차이는 시료가스중의 CO2 농도 차이에 의해 발생되는 것이므로 광도 차에 의 한 광 검출기의 전압 변화로부터 농도 측정이 가능하다.As shown in Equation 1 to Equation 4, since the difference in the infrared light intensity irradiated to the photo detector 20 is caused by the difference in the concentration of CO 2 in the sample gas, the concentration can be measured from the voltage change of the light detector due to the difference in light intensity. Do.

이와 같은 광학식 CO2 가스 측정 장치의 샘플 셀의 구조에서는 특정 파장의 적외선(4.3um)이 시료가스 중의 CO2가스와 상호 작용하여 측정 부피의 거리 Δx인 얇은 조각을 통과한다고 하면 <식 1>의 램버트 비어법칙에 따라 적외선이 CO2 분자에 의해 포획될 확률은 거리 Δx와 CO2 농도 c에 비례할 것이다.In the structure of the sample cell of the optical CO2 gas measuring device, an infrared ray (4.3um) having a specific wavelength interacts with the CO2 gas in the sample gas and passes through a thin piece having a distance Δx of the measurement volume. According to the law, the probability that infrared light is captured by the CO2 molecule will be proportional to the distance Δx and the CO2 concentration c.

그러나, 광 검출기(20)에서 검출되는 광량은 측정한계가 있으므로 샘플 셀(10)의 길이(L)가 작은 경우는 도 2에서 Is 곡선의 특성을 보이고 샘플 셀(10)의 길이(L)가 긴 경우에는 도 2의 IL 곡선의 특성을 보인다. 따라서, 샘플 셀(10)의 길이(L)에 따라 CO2농도의 분해능의 차이가 발생하며, 시료가스의 몰 농도의 범위가 매우 작은 CO2가스를 측정할 경우 샘플 셀(10)의 길이가 작으면 측정이 어렵거나 측정결과가 정확하지 않은 문제점이 발생된다. However, since the amount of light detected by the photo detector 20 has a measurement limit, when the length L of the sample cell 10 is small, the characteristic of the I s curve is shown in FIG. 2 and the length L of the sample cell 10 is shown. In the case of long, the characteristic of the I L curve of FIG. 2 is shown. Therefore, the difference in resolution of the CO 2 concentration occurs according to the length (L) of the sample cell 10, when measuring the CO 2 gas having a very small molar concentration range of the sample gas 10 if the length of the sample cell 10 is small Problems arise that are difficult to measure or are inaccurate.

즉, 종래의 광학식 CO2 가스 측정 장치에서는 샘플 셀(10)의 길이가 고정되어 형성되기 때문에 입구(30)로 유입되는 시료가스내의 CO2농도의 범위에 따라 분해능의 차이가 발생하여 정확한 측정이 어려운 문제가 발생하는 것이다. That is, in the conventional optical CO2 gas measuring device, since the length of the sample cell 10 is fixed and formed, a difference in resolution occurs depending on the range of CO2 concentration in the sample gas flowing into the inlet 30, so that accurate measurement is difficult. Will occur.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 광량 측정을 통한 농도 계측의 어려움을 해소하기 위하여 샘플 셀의 길이를 가변할 수 있을 뿐만 아니라 광학적 특성을 보상하고 적외선 램프의 광도를 높일 수 있도록 하기 위한 길이 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been invented to solve the above problems, in order to solve the difficulty of the concentration measurement through the measurement of the amount of light can not only vary the length of the sample cell, but also to compensate the optical properties and increase the brightness of the infrared lamp It is an object of the present invention to provide a CO2 gas measuring apparatus having a variable length sample cell.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은The present invention for achieving the above object

상단에는 CO2가스를 포함하는 시료가스가 유입되는 입구(130)가 형성되며, 입구(130)와 연통된 내부 중공부(102)를 갖고, 중공부(102)내로 적외선을 조사하기 위한 적외선 램프(112)가 일측에 형성되고, 적외선 램프(112)의 후면에는 광도를 증가시키기 위한 반사경(114)이 형성되며 외주면에는 일정 길이만큼 나사부(118)가 형성된 제 1 본체(110); An inlet 130 through which the sample gas containing the CO 2 gas is introduced is formed at an upper end thereof, and has an inner hollow portion 102 communicating with the inlet 130, and an infrared lamp for irradiating infrared rays into the hollow portion 102 ( 112 is formed at one side, the rear surface of the infrared lamp 112 is formed with a reflector 114 for increasing the brightness and the outer peripheral surface of the first body 110 is formed with a screw portion 118 by a predetermined length;

제 1 본체(110)의 내주면에 형성된 나사부(118)와 길이를 가변하면서 밀폐되면서 나사 결합 되도록 내주면에는 일정 길이의 나사부(119)가 형성되며, 하단에는 CO2 가스가 포함된 시료가스의 출구(140)와 연통된 내부 중공부(102)를 갖고, 중공부(102)의 일측으로 제 1 본체(110)에 형성된 적외선 램프(112)에서 조사된 적외선을 검출하기 위한 광 검출기(150)가 형성되는 제 2 본체(120)를 포함한다. A thread portion 119 having a predetermined length is formed on the inner circumferential surface to be screwed while varying the length of the screw portion 118 formed on the inner circumferential surface of the first body 110, and an outlet 140 of the sample gas including the CO 2 gas at the lower end thereof. ) Has an internal hollow portion 102 in communication with, and a photo detector 150 for detecting infrared rays emitted from the infrared lamp 112 formed in the first body 110 on one side of the hollow portion 102 is formed. The second body 120 is included.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 길이 가변형 샘플 셀의 구조를 나타내기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 시스템의 블록도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of the variable-length sample cell in the CO 2 gas measuring apparatus according to the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a system for explaining the operation of the CO 2 gas measuring apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 CO2 가스 측정 장치에서 길이 가변형 샘플 셀(100)의 구조는 도 3에서 보는 바와 같이, 내부에 중공부(102)가 형성된 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)를 포함하며 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)는 길이를 가변할 수 있도록 나사결합된다. 제 1 본체(110)의 상단에는 CO2가스를 포함하는 시료가스가 유입되는 입구(130)가 형성되고, 제 1 본체(110)의 내부 중공부(102)일측에는 중공부(102)내로 적외선을 조사하기 위한 적외선 램프(112)가 형성되고, 적외선 램프(112)의 후면에는 적외선 램프(112)의 광도를 증가시키기 위한 반사경(114)이 형성된다. 또한, 제 1 본체(110)의 하단은 천공되어 중공부(102)의 내의 온도를 감자하여 후술할 광학필터의 특성을 보상하기 위한 온도검출부(116)가 형성된다. 제 1 본체(110)의 외주면에는 제 2 본체(120)의 내주면과 나사결합되도록 일정 길이만큼 나사부(118)가 형성된다.In the CO2 gas measuring apparatus according to the present invention, the structure of the variable-length sample cell 100 includes a first body 110 and a second body 120 having a hollow portion 102 formed therein, as shown in FIG. 3. The first body 110 and the second body 120 are screwed to vary the length. An inlet 130 through which sample gas containing CO 2 gas is introduced is formed at an upper end of the first body 110, and an infrared ray is introduced into the hollow part 102 on one side of the inner hollow part 102 of the first body 110. An infrared lamp 112 for irradiation is formed, and a reflector 114 for increasing the brightness of the infrared lamp 112 is formed on the rear surface of the infrared lamp 112. In addition, the lower end of the first body 110 is drilled to form a temperature detection unit 116 for compensating for the characteristics of the optical filter to be described later by cutting off the temperature in the hollow portion 102. The outer circumferential surface of the first main body 110 is formed with a screw portion 118 by a predetermined length so as to be screwed with the inner circumferential surface of the second main body 120.

또한, 제 2본체(120)의 내주면에는 제 1 본체(110)의 내주면에 형성된 나사부(118)와 나사결합되는 나사부(119)가 마찬가지로 형성되며 하단에는 CO2 가스가 포함된 시료가스의 출구(140)가 형성된다. 제 1 본체(120)의 중공부(102)에는 제 1 본체(110)에 형성된 적외선 램프(112)에서 조사된 적외선을 검출하기 위한 광 검출기(150)가 형성된다.In addition, the inner circumferential surface of the second body 120 is similarly formed with a threaded portion 119 which is screwed with the threaded portion 118 formed on the inner circumferential surface of the first body 110, and at the lower end, an outlet 140 of the sample gas containing CO 2 gas ) Is formed. In the hollow portion 102 of the first body 120, a photo detector 150 for detecting infrared rays emitted from the infrared lamp 112 formed on the first body 110 is formed.

본 발명에 따른 가변형 샘플 셀(100)의 구조는 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)를 나사부를 통하여 결합하여 길이를 가변하면서 밀폐할 수 있도록 형성된다. 이를 통해 시료가스내의 CO2 농도의 범위가 큰 경우에 샘플 셀의 길이를 조절하여 측정이 가능토록 하였다. 그리고, 온도 검출부(116)를 형성하여 샘플 셀 내부의 온도 변화에 따른 광학 필터의 변동을 농도 측정에 반영하며, 적외선 램프(112)의 광도를 높이기 위하여 적외선 램프(112)의 후면에 반사경을 형성한다. The structure of the variable sample cell 100 according to the present invention is formed to combine the first body 110 and the second body 120 through a screw portion to be sealed while varying the length. This allows the measurement by adjusting the length of the sample cell when the range of CO2 concentration in the sample gas is large. In addition, the temperature detector 116 is formed to reflect the variation of the optical filter according to the temperature change in the sample cell in the concentration measurement, and the reflector is formed on the rear surface of the infrared lamp 112 to increase the brightness of the infrared lamp 112. do.

본 발명에 따른 길이 가변식 샘플셀(100)을 지닌 CO2 가스의 농도를 계측할 수 있는 시스템은 도 4에서 보는 바와 같이, 컴퓨터(220)에서 제어 알고리즘에 의해 적외선 램프 드라이버(230)를 구동한다. 샘플 셀(100)내부에 형성된 적외선 램프(112)가 동작되면 시료가스가 포함된 CO2의 농도 변화에 따라 적외선 램프(112)에서 조사된 적외선의 량은 변화되어 광 검출기(150)에 도달한다. 예를 들면 도 5에서 보는 바와 같이 샘플 셀(110)에 유입된 시료 가스중 CO2농도가 높으면 광 검출기(150)에서 검출되는 광(적외선)량은 작고 CO2농도가 낮으면 광검출기(150)에서 검출되는 광량은 크게 된다. 광검출기(150)는 프리앰프(240)와 노이즈를 줄이는 필터부(250)를 거쳐 아나로그-디지털 변환기(ADC)(260)를 통해 컴퓨터(220)로 입력되어 디스플레이장치(210)를 통하여 CO2의 농도변화를 출력시키게 된다.The system capable of measuring the concentration of the CO 2 gas having the variable sample cell 100 according to the present invention drives the infrared lamp driver 230 by a control algorithm in the computer 220 as shown in FIG. 4. . When the infrared lamp 112 formed inside the sample cell 100 is operated, the amount of infrared rays irradiated from the infrared lamp 112 is changed to reach the photo detector 150 according to a change in the concentration of CO 2 containing the sample gas. For example, as shown in FIG. 5, when the CO 2 concentration of the sample gas flowing into the sample cell 110 is high, the amount of light (infrared) detected by the photo detector 150 is small, and when the CO 2 concentration is low, the photo detector 150 The amount of light detected is large. The photodetector 150 is input to the computer 220 through the analog-to-digital converter (ADC) 260 via the preamplifier 240 and the filter unit 250 for reducing noise, and the CO2 through the display device 210. It will output the concentration change of.

도 4의 시스템에서 컴퓨터(220)는 동작 초기에 프로그램 초기화와 함께 세 개의 타이머를 설정한다. 첫째 적외선 램프(112)를 on/off하는 시간을 정하는 타이머(T1)와 둘째 아나로그-디지털 변환기(ADC)(260)를 읽는 타이머(T2) 및 디스플레이를 하는 시간을 결정하는 타이머(T3)를 설정한다. 일반적으로 T2타이머가 T1타이머에 비해 빠르다. 이것은 IR 램프가 On/Off 상태에서도 ADC를 읽어야 하기 때문이다. 그리고 T3 타이머는 T1 타이머와 유사한 시간이지만 정 파고와 부 파고를 확실하게 찾을 수 있는 타이머를 제공한다. In the system of FIG. 4, computer 220 sets three timers with program initialization at the beginning of operation. A timer T1 that sets the time to turn on / off the first infrared lamp 112, a timer T2 that reads the second analog-to-digital converter (ADC) 260, and a timer T3 that determines the time for display. Set it. In general, the T2 timer is faster than the T1 timer. This is because the ADC must be read even when the IR lamp is on / off. The T3 timer provides a timer that is similar to the T1 timer but can reliably find positive and negative crests.

도 6은 적외선 램프 제어 신호와 대응하는 ADC 입력신호를 보이고 있다. 여기서 적외선 램프 제어 신호는 변동시간이 긴데 반해 ADC 입력신호의 변화가 크므로 ADC 읽기 시간(샘플링 시간)이 빨라야 한다. 그러므로 ADC에 입력된 신호를 신호처리하여 계산 값 c(k)를 만들고, 만들어진 계산 값 c(k)는 디스플레이 장치 (210)에 보내져 표시된다.6 shows an ADC input signal corresponding to an infrared lamp control signal. In this case, the infrared lamp control signal has a long variation time, whereas the change of the ADC input signal requires a large ADC read time (sampling time). Therefore, the signal input to the ADC is signal-processed to produce a calculated value c (k), and the generated calculated value c (k) is sent to the display device 210 for display.

본 발명에 따른 CO2 측정장치에서 시료 가스의 농도를 c (몰 농도)라고 하고, 광 검출기의 광도 I라고 할 때 본 발명에 따른 CO2측정장치는 시간에 따라 변하는 광도를 측정하여 농도를 산출하는 것이므로 아래와 같은 <식 5>로 표현된다. When the concentration of the sample gas in the CO2 measuring apparatus according to the present invention is called c (molar concentration), and the intensity I of the photodetector, the CO2 measuring apparatus according to the present invention calculates the concentration by measuring the light intensity changing with time. It is expressed by <Equation 5>.

Figure 112005067965305-pat00006
식 5
Figure 112005067965305-pat00006
Equation 5

<식 5>에 상기 <식3>을 대입하면 다음과 같은 <식 6>으로 표현된다.Substituting <Formula 3> into <Formula 5> is represented by <Formula 6> as follows.

Figure 112005067965305-pat00007
식 6
Figure 112005067965305-pat00007
Equation 6

<식 6>을 변환하면 <식 7>이 된다.If we convert <Equation 6>, we get <Equation 7>.

Figure 112005067965305-pat00008
식 7
Figure 112005067965305-pat00008
Equation 7

위식을 정리하면 다음 <식 8>과 같다.The above equation is summarized as in <Equation 8>.

Figure 112005067965305-pat00009
식 8
Figure 112005067965305-pat00009
Equation 8

식7은 광도와 광도변화를 이용하면 농도변화를 찾을 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 CO2 측정장치는 아날로그 구현이 아니라 디지털 구현을 목적으로 하므로 아래와 같은 <식 9> 및 <식 10>으로 정의될 수 있다. Equation 7 means that the change in concentration can be found by using the intensity and the intensity change. The CO2 measuring device according to the present invention may be defined as the following Equation 9 and Equation 10 because the purpose of the digital implementation rather than the analog implementation.

Figure 112005067965305-pat00010
식 9
Figure 112005067965305-pat00010
Equation 9

Figure 112005067965305-pat00011
식 10
Figure 112005067965305-pat00011
Equation 10

여기서, <식7>에 <식8>과 <식9>를 대입하면 하기 <식 11>이 산출되고,Here, substituting <Formula 8> and <Formula 9> into <Formula 7> yields the following <Formula 11>,

Figure 112005067965305-pat00012
식 11
Figure 112005067965305-pat00012
Equation 11

<식 11>을 정리하면 < 식 12>가 도출되며, Summarizing <Equation 11> leads to <Equation 12>.

Figure 112005067965305-pat00013
식 12
Figure 112005067965305-pat00013
Equation 12

<식 12>에 임의의 샘플링 시간을 설정하면 디지털 구현되는 수학식은 하기 <식 13>과 같다.If an arbitrary sampling time is set in <Equation 12>, the digitally implemented equation is as in <Equation 13>.

Figure 112005067965305-pat00014
식 13
Figure 112005067965305-pat00014
Equation 13

<식 13>을 참조하면 광도(I(k))와 농도(c(k))의 관계는 도 7의 그래프와 같이 비례한다. 그러므로 CO2 측정장치에서는 샘플 셀의 길이가 고정된 경우 농도 변화의 폭이 큰 경우 측정을 하려면 이론적으로 적외선 램프의 광도를 키우거나 혹은 샘플 셀의 길이를 키워야 한다. Referring to <Equation 13>, the relationship between the luminous intensity I (k) and the concentration c (k) is proportional as shown in the graph of FIG. 7. Therefore, in the CO2 measuring device, if the length of the sample cell is fixed and the change of concentration is large, theoretically, the intensity of the infrared lamp should be increased or the length of the sample cell should be increased.

따라서, 본 발명에 따른 CO2 측정장치에서는 적외선 램프의 광도를 키우는데는 한계가 있으므로 도 8에서 보는 바와 같이 샘플 셀의 길이를 변하게 하면(L=1,2,3,4) 적외선 램프의 광도를 키우지 않고도 상대적으로 큰 농도의 CO2 측정을 가능케 하므로 본 발명에 따른 CO2 측정장치는 길이를 가변할 수 샘플 셀의 구조를 채택한다.Therefore, in the CO2 measuring apparatus according to the present invention, there is a limit to increasing the brightness of the infrared lamp, so that changing the length of the sample cell as shown in FIG. 8 (L = 1, 2, 3, 4) increases the brightness of the infrared lamp. The CO2 measuring device according to the present invention adopts a structure of a sample cell that can be changed in length since it enables measurement of a relatively large concentration of CO2 without.

또한, 광학 필터는 중앙파장(center wave length, CWL)이 온도에 따라 0.01%/K로 변동한다. 이는 기준온도 27℃에서 CWL이 4.3um라고 하면 온도가 증가함에 따라 동일한 농도의 CO2 에서 검출된 광량이 떨어지므로 이를 보상하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명에 따른 샘플 셀에서는 온도를 계측할 수 있는 온도 검출 장치를 형성하는 것이다. In addition, in the optical filter, the center wave length (CWL) fluctuates by 0.01% / K with temperature. This means that if the CWL is 4.3um at the reference temperature of 27 ° C, the amount of light detected at the same concentration of CO2 decreases as the temperature increases, so it is necessary to compensate for this. Therefore, in the sample cell which concerns on this invention, the temperature detection apparatus which can measure a temperature is formed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장 치는 샘플 셀의 길이를 가변하여 광량 측정을 통한 농도 계측의 어려움을 해소할 뿐만 아니라 온도 검출 장치를 통하여 광학적 특성을 보상하고 반사경을 통하여 적외선 램프의 광도를 높일 수 있어서 정확한 측정이 가능하도록 하는 효과가 있다. 이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.As described above, the CO2 gas measuring device having the variable sample cell according to the present invention not only solves the difficulty of measuring density by measuring the amount of light by varying the length of the sample cell, but also compensates the optical characteristics through the temperature detection device and reflects the reflector. Through this can increase the brightness of the infrared lamp has the effect of enabling accurate measurement. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and may be improved or modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (2)

상단에는 CO2가스를 포함하는 시료가스가 유입되는 입구(130)가 형성되며, 상기 입구(130)와 연통된 내부 중공부(102)를 갖고, 상기 중공부(102)내로 적외선을 조사하기 위한 적외선 램프(112)가 일측에 형성되고, 상기 적외선 램프(112)의 후면에는 광도를 증가시키기 위한 반사경(114)이 형성되며 외주면에는 일정 길이만큼 나사부(118)가 형성된 제 1 본체(110); 및 An inlet 130 through which a sample gas containing CO 2 gas is introduced is formed at an upper end thereof, and has an internal hollow portion 102 communicating with the inlet 130, and an infrared ray for irradiating infrared rays into the hollow portion 102. Lamp 112 is formed on one side, the rear surface of the infrared lamp 112 is formed with a reflector 114 for increasing the brightness and the outer circumferential surface of the first body 110 is formed with a screw portion 118 by a predetermined length; And 상기 제 1 본체(110)의 내주면에 형성된 나사부(118)와 길이를 가변하면서 밀폐되면서 나사 결합 되도록 내주면에는 일정 길이의 나사부(119)가 형성되며, 하단에는 CO2 가스가 포함된 시료가스의 출구(140)와 연통된 내부 중공부(102)를 갖고, 중공부(102)의 일측으로 상기 제 1 본체(110)에 형성된 적외선 램프(112)에서 조사된 적외선을 검출하기 위한 광 검출기(150)가 형성되는 제 2 본체(120)를 포함하는 길이 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장치.A thread portion 119 of a predetermined length is formed on the inner circumferential surface to be sealed while varying the length of the screw portion 118 formed on the inner circumferential surface of the first main body 110, and an outlet of a sample gas including CO 2 gas at the lower end thereof ( An optical detector 150 having an internal hollow portion 102 in communication with 140, and for detecting infrared rays emitted from an infrared lamp 112 formed in the first body 110 to one side of the hollow portion 102. CO2 gas measuring device having a variable length sample cell comprising a second body 120 is formed. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 본체(110)와 제 2 본체(120)가 결합되어 형성되는 중공부(102)에는 내부의 온도 변화에 따른 광학 필터의 변동을 농도 측정에 반영하기 위한 온도 검출부(116)를 형성하는 것을 특징으로 하는 길이 가변형 샘플 셀을 갖는 CO2 가스 측정 장치.The method of claim 1, wherein the hollow portion 102 formed by coupling the first body 110 and the second body 120 is a temperature detector for reflecting the variation of the optical filter according to the temperature change therein in the concentration measurement A CO2 gas measuring device having a variable-length sample cell, characterized by forming (116).
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