NO814430L - System og fremgangsmaate ved maaling av konsentrasjonen av en gass i en stroem av gasser - Google Patents

Description

I

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for bestemmelse ! av konsentrasjonen av deri spesielle gass i en strøm av gasser.

Energi fremstilles ofte ved forbrenning av fossile brennstoff og forbrenningsprosessen genererer gasser som utføres gjennom en pipe til atmosfæren. Avløpsgassene er normalt en blanding av kjemiske forbindelser innebefattende eksempelvis karbonmonoksyd, karbondioksyd, svoveldioksyd, nitrogenoksyd og andre gasser såvel som sotpartikler. Myndighetene krever ofte at ikke mere enn en spesiell maksimumsmengde av gasser og partikler'utføres gjennom pipen til atmosfæren. Følgelig for å kunne tilfredsstille slike bestemmelser er det nødvendig å bestemme konsentrasjonen av spesielle gasser i en gass-strøm i pipen.

I britisk patent nr. 1.327.377 er vist et system for måling

av partikkelkonsentrasjonen i avløpsgasser som føres gjennom en pipe.

Systemet innebefatter en sylinder som kan måles inne i pipen slik at avløpsgasser inneholdende partikler strømmer gjennom åpninger i sylinderen. Ved en ende av sylinderen er montert en lampe og en fotocelle og i den andre ende er montert en reflekterende prisme. Under drift vil lys fra lampen passere gjennom sylinderen og reflekteres fra prismen og tilbake til fotocellen. Under lysets passasje gjennom sylinderen vil partiklene bryte en del av lysstrålen og derved stemple denne. Følgelig anvendes fotocellens respons for å -bestemme konsentrasjonen av partikler i gassen. Av forskjellige grunner vil dette system for måling av konsentrasjonen av forskjellige gasser være uegnet. F.eks. vil variasjonen i partikkelkonsentrasjonen i sylinderen innføre uforutsibare variasjoner i en hvilken som helst måling av lys som faller på fotocellen. Partikler■ ■vil også bygge seg opp inne i sylinderen og derved innføre en uforutsibar variasjon i målingene av mottatt lys.

i

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte for nøyaktig og effektiv bestem-meise av konsentrasjonen av en spesiell gass i en strøm av

i gasser.

En annen hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveie- i bringe et system og en fremgangsmåte ved måling av konsentrasjonen av en spesiell gass i en pipe under anvendelse, av en

o i anordning montert, kun på siden av pipen. ]

i Ytterligere hensikter og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og tegninger, hvorav

i i fig. 1 viser et gjennomskåret sideriss av en foretrukket ut-'

I

• førelsesform og

fig. 2 viser et tverrsnitt tatt langs linjen 2-2.i fig. 1.

Under henvisning til fig. 1 så innebefatter den foretrukne utførelsesform en bæreramme 10 hvorpå er montert en lyskilde i 12 forbundet med en reflektor 16 for kollimering av lyset og : retting av dette. I det følgende er betegnelsen "lys" ment

å innebefatte infrarød, synlig, ultrafiolett, samt annen lig-nende elektromagnetisk stråling. Også koblet til bærerrammen nær .kilden 12 er en detektor 18 for detektering av lys fra kilden 12 og som genererer et elektrisk signal som korresponderer med lysets intensitet. Koblet til detektoren 18 er en ikke vist.anordning som mottar å behandle signalet fra.detektoren. Også koblet til bærerrammen 10 er en sonde 19 som er

i vist innført gjennom veggen i pipen 21. Sonden 19 innebefatter et øvre lysrør 20 og et nedre lysrør 24. Lysrørene 20 og 24 innebefatter, sylindere hvis indre overflate utgjøres av polert (buffed) metall. Det øvre lysrør 20 erlokalisert med sin høyre ende tilstøtende lyskilden 12 slik at lys kolli-mert fra reflektoren 16 mottas i den høyre ende av lysrøret 20 og passerer gjennom lysrøret fra høyre til venstre i hen-hold til pilene i fig. 1. I den venstre ende av det øvre j lysrør 20 er det anordnet en reflektoranordning 26. Reflek- !

toranordningen eller speilet 26 innebefatter en "flåt metall-plate hvis indre overflate er dannet av polert metall. Kob-| let til den nedre side av den øvre reflektoranordning 26 ler j en undre reflektoranordning eller speil 28, som på samme måte som den øvre reflektoranordning 26 utgjøres av polert

metall.

Det nedre lysrør 24 er ved sin venstre ende koblet til det nedre speil 28. Således danner den øvre og nedre reflektor-j anordning 26 og 28 en gasstett forbindelse mellom de venstre ender av henholdsvis de øvre og nedre lysrør 20 pg 24. Også den øvre og nedre reflektoranordning 26 og 28 tilveiebringer reflekterende overflater for å reflektere lyset.fra venstre ende av det øvre lysrør 20 ned mot det nedre lysrør 24 og gjennom i dette.

Den nedre ende av det nedre lysrør 24 er koblet ved bærerrammen tilstøtende detektoren 18 slik at i det alt vesentlige av lyset som føres ut av den høyre ende av lysrøret 24 faller inn på detektoren 18.

Tre porter 30 er dannet i hver side av hver av lysrørene 20 og 24. Stykker av gasspermeabelt materiale 32 er festet på utsiden av lysrørene for å muliggjøre passasje;'av gass men ikke partikkelformig materiale gjennom portene 30. I praksis er det foretrukne -materiale som utgjør det permeable materiale 32 porøs rustfri stålfilt som er funnet å tillate passasje av gass men forhindrer i det vesentlige at partikkelformig materiale passerer derigjennom. Forseglingsanordning innebefatter en sylinder .40 og en skive 42 anordnet i de høyre ender av hver av lysrørene 20 og 24. Spesielt er hver sylinder 4 0 forsynt med en åpen høyreende og er forseglet nær dens venstre ende av en skive 42. Sylindrene 40 er forsynt med utstikkende deler 45 nær deres, venstre ender slik at sylinderene 40 kan innføres i lysrørene i en forhåndsbestemt lengde inntil de utstikkende deler kommer i kontakt med lys-rørene. Hver sylinder 40 har en størrelse som passer nøyak-tig inne i lysrøret og o-ringer 41 vil sammen med sylinderene oglysrørene bevirke forsegling. Således forhindres gass,fra!

I

å forlate lysrørenes høyre ender.

i Ytterligere under henvisning til fig. 1 er det vist et stan- i

i dardiseringssystem koblet til sonden 19. Standardiserings- \ systemet innebefatter en rørleder 43 i gasskommuniserende forbindelse med sonden 19 ved grensen mellom speilene 26 og i 28. jNær den venstre ende av. sonden 19 er rørlederen 43 for-'

met til en vikling 44. Viklingen 44 er koblet til lederen

46 som i det vesentlige er parallell log tilstøtende til det j

nedre lysrør 24. Lederen .4 6 er koblet til en forgrening 48 som på sin side er forbundet med ventilene 50 og 54. Ventilen 50 er koblet til en kilde for gass 49 og ventilen 54 er koblet til en annen kilde for gassen 52. !'

Under henvisning til fig. 2 er sonden vist i tverrsnitt slik' den avbryter en gass-strøm som strømmer gjennom pipen 21. Gass-strømmen er vist med pilene 70. Det kan således sees at portene 30 er lokalisert slik at gass-strømmen ikke direkte støter mot det gasspermeable materiale 32. I steden er por-: tene 30 lokalisert slik at gass-strømmen i det vesentlige er tangentielt til materialet 32. Således vil pulverformig materiale som føres med gassen 70 ikke ha en tendens til å bli avsatt på det gasspermeable materiale 32 men passere det gasspermeable materialet med den virkning at materialet 32 holdes relativt rent men likevel tillater at gass passerer derigjennom, slik som vist med pilene 72.

Denne fordelaktige plassering av portene 32 kan beskrives ved at porten er plassert slik at et plan som faller sammen med portene i begge lysrør vil i det vesentlige være parallelle med strømningsretningen for gassene.

Under drift vil prøven 19 være innført i pipen 21 slik at en strøm av gasser passerer rundt sonden 19. Gassene trenger gjennom det gasspermeable aterialet 32 og fyller derved lys-rørene 20 og 24 med gass som er den samme gass som i pipen 60, bortsett fra at gassene inne i lysrørene 20 og 24 i det vesentlige ikke inneholder noen vesentlig konsentrasjon av partikler. Det vil forsta„ s at som følge av plasseringen av iI

I

portene 3 0 vil konsentrasjonen av gassene i lysrørene 20 og 24 raskt bli den samme som konsentrasjonen av gassen i pipen

60. Forsøk har vist at det normalt tar mindre enn 20 s. før likevekt oppnås mellom gassen inne i pipen og gassen inne i lysrørene. Mere spesielt har forsøk vist at når gassen i ! pipen forandrer konsentrasjon vil konsentrasjonen av gassen

i rørene nå 95% av den endelige verdi i mindre enn ca. 20 s.i Forseglingene er anordnet i lysrørene slik at de hevede deler 45 ligger an mot rørenes ender. Skivene 42 er lokalisert i én forhåndsbestemt avstand fra de høyre ender av lysrørene , og gasskolonnen som inneholdes i lysrørene mellom skivene 42: vil ha en forhåndsbestemt lengde som kan kontrolleres nøye. Kontrollen av denne lengde er kritisk fordi absorpsjonen av lys av gasskolonnen i lysrørene er direkte avhengig av leng-, den av gasskolonnen. Nøyaktigheten av målingene erholdt' j . med systemet er således direkte avhengig av evnen til å kon-' trollere lengden av gasskolonnen. I praksis er det funnet at skivene 42 koblet til sylindrene 40 gir-en meget nøyaktig' mulighet for kontroll av lengden av gasskolonnen..

Lyskilden 12 avgir en lysstråle som passerer lysrørene slik som vist med-piler og faller inn på detektoren 18. Hvis det i praksis eksempelvis er ønskelig å måle konsentrasjonen av karbonmonoksyd (CO), og karbondioksyd (CO,,), bør lyset utstrålt fra kilden 12 være i det infrarøde området. Skivene 4 2 må utgjøres av et materiale som er transparent for det lys som avgis av kilden 12. Eksempelvis hvis infrarødt lys anvendes, kan skivene 42 utgjøres av safir.

Det vil forstås at lys som passerer gjennom lysrørene 20 og 24 tilbakelegger en nøyaktig kontrollert distanse gjennom

gassen i prøven. Det vil si at lyset beveger seg fra skiven

42 i det øvre rør 20 til reflektoren 26 og deretter til re-

i flektoren 28 og deretter tilbake til skiven 42 i det nedre lysrør 24 når lyset passerer gjennom sonden. Dette vil være. tilfelle uansett tilstedeværelsen av eventuelle riper eller abrasjoner i lysrørene og uansett tilstedeværelsen av par-r

tikkelformig materiale i lysrørene. På den annen side. hvis j

i et system hvori det anvendes en enkel sylinder, slik.som' i

vist i det nevnte britiske patent nr. 1.327.377 ble anvendt for å måle konsentrasjoner av gasser ville lys reflekteres fra det pulverformige.materialet i gassen eller -fra skraper eller andre abrasjoner uten å tilbakelegge en forhåndsbestemt avstand gjennom gassen. Således ville absorpsjonsgraden av lyset delvis være avhengig av disse variable faktorer og i derfor ikke fullstendig forutsibar..Dette vil føre til feil-aktige målinger av gasskonsentrasjonen. Når det foreliggende system har vært i drift en viss tid kan det være nødvendig, i som følge av drift i det elektroniske system eller p.g.a. andre faktorer, å standardisere driften for å oppnå den høy-1est mulige nøyaktighet. Det første trinn i standardiseringen innebefatter å spyle prøven med ren luft fra utsiden av pipen. Dette oppnås ved å åpne ventilen 50 og pumpe inn luft via j pumpen 4 9 gjennom lederen 43 og inn i prøven. Luften strøm-] mer utover gjennom portene 30 og derved fylles sonden med ren luft og løsner og fjerner eventuelle partikler som kan

være fanget i det permeable materialet 32. Etter at den rene luft har fylt prøven 19 så pumpes fremdeles luft inn i sonden 19 for å holde den fylt med ren luft mot trykket fra gassen som omgir sonden. Det er da kjent at konsentrasjonen av karbonmonoksyd og karbondioksyd er tilnærmet 0 og målinger for disse to gasser tas og hvis de ikke måles ved 0 så kali-breres systemet til 0. Deretter lukkes ventilen 50 og ventilen 54 åpnes slik at en strøm av karbonmonoksyd og karbondioksyd med kjent konsentrasjon kan pumpes inn i sonden 19 fra beholderen 52. Blandingen av karbonmonoksyd og karbondioksyd fyller sonden 19. og blandingen av gass pumpes kon-tinuerlig gjennom denne mot trykket av gassene som omgir sonden 19. Mens sonden er fylt med blandingen av gasser med

i kjent konsentrasjon måles konsentrasjonen av de to gasser. Hvis de målte konsentrasjoner ikke er lik de kjente konsentrasjoner justeres systemet. Etter kalibrering og 0 stilling er fullstendig er systemet standardisert. Ventilen 54 lukkes og systemet kan igjen innta normal drift. Det vil forstås

at under bestemmelsen for gass 0 innstilling og den opp-skallerte kalibreringsbestemmelse er det riktig at gassen inne i sonden 19 i det vesentlige er ved den samme tempera- j tur som gassen inne i pipen 60. For å oppnå dette føres<1>: gassen fra luftkilden 49 og «gassene fra kilden 52 gjennom spiralen 44 anordnet nær den venstre ende av sonden 19. Spiralen 44 er lokalisert i gass-strømmen i pipen 60 slik at gassene i spiralen 40 oppvarmes til i det vesentlige den samme temperatur som gassene i pipen.

i

1 i i

I

1

Claims (8)

1. Et system for måling av konsentrasjonen av gass i en i strømmende gass-strøm omfattende: a)., lysgenererende midler for generering av en lysstråle,! i b).. lysdetekteringsanordning for å motta en lysstråle frai lysgenereringsanordningen og for generering av et signal ' ' som korresponderer med intensiteten av den mottatte lysstråle, c.L en sonde koblet til lysgenereringsanordningen og lysdetek-teringsanordningen for innføring i en strøm av gasser, i hvilken sonde innebefatter: i) to lysrør, hvor det første lysrør har sin første ende tilstøtende den lysgenererende anordning og dens andre ende adskilt fra lysgenereringsanordningen, hvilket andre lysrør har sin første ende tilstøtende lysdetek-teringsanordningen og sin andre ende nærliggende den andre ende av det første lysrør, li)._ reflekterende anordninger koblet mellom de andre ender av lysrørene for å reflektere lys som passerer gjennom det første lysrør inn i det andre lysrør og for å tilveiebringe gass-strømkommunikasjon mellom lysrørene, iii). gasspermeable anordninger dannet i minst et av lys- rørene for å tillate at gass passerer fra gass-strømmen og' inn i det indre av lysrørene..

2. Et system ifølge krav 1 ytterligere omfattende forsegl-: ingsmidler anordnet inne i det første og andre lysrør for å forsegle lysrørene og tillate presis kontroll av lengden av gasskolonnen i rørene. i I

3. System ifølge krav 2 hvori forseglingsanordningen inne- <1> befatter to plater forseglende forbundet på innsiden av hvert lysrør, hvilke plater er dannet av et materiale som er transparent for lys generert av lysgenereringsanordningen. ! i i

4. System ifølge krav 1 hvori lysrørene er i det vesentlige1 sylindriske og anordnet parallelle med hverandre slik at ; j prøven kan plasseres i en strøm av gasser med et rør over det andre og hvor aksene av begge rørene er perpendikulære på j gass-strømmen.

5. System ifølge krav 4 hvori de gasspermeable anordninger innebefatter et antall porter dannet i sidene på lysrørene i og plassert slik at et plan som faller sammen med portene i begge lysrør vil i det vesentlige være parallelle med gassenes strø mning sretmng. <I> j ! i

6. System ifølge krav 1 som ytterligere innebefatter stand-i ardiseringsmidler. j

7. System ifølge krav 6 hvori standardiseringsmidlene inne-; befatter en leder koblet i gass-strømskommunikasjon med minst et av lysrørene og midler for tilføring av standardiserings-gass til minst et av lysrørene via lederen hvori lederen er plassert tilstøtende sonden slik at når sonden er plassert i en strøm av gasser vil lederen og standardiseringsgassen som strømmer derigjennom i det vesentlige ha den samme temperatur som de strømmende gasser.

8 i Fremgangsmåte for måling av konsentrasjonen av en gass i' strømmende gasser omfattende: a), innføre en sonde i en gass-strøm, hvilken prøve innebefatter i), to sylindriske lysrør anordnet tilstøtende og parallelle med hverandre, ii) en reflektor koblet mellom en ende av lysrøret og til-støtende den andre ende av det andre lysrør, I b) innføre gasser i sonden fra gass-strømmen og samtidig for-hindre en vesentlig konsentrasjon av partikkelmateriale <1> fra å entre sonden, I c) transmittere en lysstråle gjennom et lysrør slik at strå-: len svekkes av den valgte gass i røret og reflekteres ' . i gjennom det andre lysrør og svekkes av den valgte gass i ] dette, I I i i i d) måle intensiteten av lysstrålen som forlater det andre j lysrøret.