無線燃燒/效率分析儀的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]當燃燒燃料來加熱鍋爐中的水或者熱交換器中的空氣時，諸如天然氣、丙烷、煤油、加熱油或煤之類的燃料與氧氣結(jié)合以釋放熱。當碳氫化合物燃料被轉(zhuǎn)換成二氧化碳和水時燃燒是完全的。不完全和低效的燃燒可能產(chǎn)生未用的熱和包括一氧化碳、二氧化碳以及氮和硫的氧化物的燃燒副產(chǎn)物。一氧化碳的存在不僅表明低效的燃燒，而且還是一種安全威脅。煙道氣體的溫度與效率成反比。低效的燃燒器確實沿煙囪向上發(fā)送能量。出于安全、效率和法規(guī)遵從性的原因，監(jiān)視煙道中的組合燃燒氣體的溫度以及所產(chǎn)生的氣體類型和作為全部燃燒氣體的總體的百分數(shù)的每種氣體的濃度是重要的。氣體分析儀測量煙道氣體的效率并且標識煙道氣體中的組分氣體和每一種組分的濃度。
[0002]在一定時段的操作內(nèi)，用于鍋爐或熱空氣加熱系統(tǒng)的燃燒器可能變得不太高效、不安全或不遵從環(huán)境法規(guī)。為了調(diào)節(jié)燃燒器以最大化效率、安全性和遵從性，技術(shù)人員使用氣體分析儀來測量煙道空氣的溫度并且標識氣體的類型和煙道氣體中的每一種氣體的濃度。通過使用該信息，技術(shù)人員可以調(diào)節(jié)燃料和由燃燒器用于燃燒燃料的空氣的相對量和總量。雖然100%的效率是不可能的，但是調(diào)節(jié)燃燒器以實現(xiàn)接近95%的效率是現(xiàn)實的。高層辦公建筑物和高層住宅可能具有三個或更多個鍋爐，其消耗數(shù)千加侖的加熱燃料或數(shù)千立方英尺的天然氣。甚至在效率方面2-3%的小改進也可以節(jié)約數(shù)十萬美元。
[0003]常規(guī)煙道氣體分析儀通常是手持設備，其具有針對溫度的傳感器和不同類型的氣體和氣體濃度的多個傳感器。通過將探針插入到煙道的接入孔中來對燃燒氣體采樣。探針是具有把手握柄的長管。該管與把手底部處的出口流體連通。若干英尺長的柔性軟管將把手的出口連接到手持氣體分析儀。分析儀具有帶有連接到軟管的入口的栗。該栗將吸力施加到軟管并且將煙道氣體的樣本抽取到分析儀中。過濾器位于栗的出口和傳感器之間。氣體樣本穿過過濾器，該過濾器去除可能損壞氣體分析儀中的敏感溫度和氣體傳感器的煙灰和其它顆粒。
[0004]技術(shù)人員將探針插入到煙道中并且接通栗以獲取煙道氣體的樣本。氣體分析儀顯示煙道氣體溫度、樣本中的氣體類型和針對每一種組分氣體的濃度。利用煙道中的探針和看得見的顯示，技術(shù)人員對燃燒器做出一個或多個調(diào)節(jié)，包括改變空氣或燃料或二者的量以最大化效率、最小化安全威脅以及遵從政府法規(guī)。
[0005]常規(guī)氣體分析儀具有使得技術(shù)人員難以適當調(diào)節(jié)燃燒器的數(shù)個缺陷。有時探針從煙道孔滑出并且必須重新開始過程。栗是相對小的并且緩慢地抽取氣體樣本，所述氣體樣本在到達氣體分析儀中的溫度傳感器之前可能冷卻。即使軟管是相對短的，一些冷卻也是不可避免的并且溫度讀數(shù)是不精確的。在鍋爐房中可能存在不充足的空間來同時顯示結(jié)果并且準許技術(shù)人員調(diào)節(jié)燃燒器。例如，足夠短以最小化冷卻的軟管可能不足夠長以到達下述位置，在該位置技術(shù)人員可以看到顯示而同時做出空氣和燃料調(diào)節(jié)的位置。前文代表由本專利中描述的實施例所解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
來以簡化的形式介紹以下在【具體實施方式】中進一步描述的概念的選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不意圖標識所要求保護的主題的關(guān)鍵特征，也不意圖被用作在確定所要求保護的主題的范圍方面的幫助。
[0007]具有傳感器單元的無線氣體分析儀系統(tǒng)解決了常規(guī)氣體傳感器的數(shù)個問題。冷卻問題得以解決，因為消除了軟管并且在靠近煙道的位置處取得氣體樣本的溫度。
[0008]無線傳感器單元是更穩(wěn)定的并且在煙道中通過探針管和圍繞接納探針管的孔的用于煙道的壁之間的摩擦而在煙道中被保持就位。栗和傳感器被包含在接近煙道孔的外殼中。所述栗可以小于常規(guī)氣體分析儀栗，因為樣本在煙道外面行進的距離可以僅為幾英寸。具有顯示器的無線手持單元可以位于由技術(shù)人員所選擇的任何常規(guī)位置處。因為消除了軟管，所以手持顯示器在調(diào)節(jié)期間的位置不被軟管的長度所約束。
[0009]無線氣體分析儀系統(tǒng)包括無線遠程感測單元和無線手持單元。感測單元具有用于保持組件電子器件、栗、過濾器和探針管的外殼。探針管具有從外殼延伸并且貫穿煙道的壁而延伸到煙道內(nèi)膛中的一端。所述栗具有連接到探針管的另一端的入口。所述栗從煙道抽取燃燒氣體的樣本并且將氣體樣本排放到過濾器中。溫度傳感器和一個或多個氣體傳感器與過濾器流體連通。每一個氣體傳感器被配置成感測經(jīng)過濾的氣體樣本中的一種或多種氣體的存在并且測量每一種組分氣體的濃度。氣體和溫度傳感器輸出代表溫度、每一種氣體的身份和每一種氣體的濃度的模擬信號。無線收發(fā)器發(fā)送代表溫度、氣體類型和氣體濃度的信號并且從手持單元接收控制信號。
[0010]在一些實施例中，遠程傳感器單元具有微處理器和存儲器。微處理器可以被編程為執(zhí)行數(shù)個監(jiān)督功能、分析和其它操作。微處理器具有時鐘并且可以基于所感測到的事件、事件之間流逝的時間、以周期性間隔或其組合來執(zhí)行一個或多個操作。微處理器被連接到模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器將傳感器的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。存儲器保持由傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，特別是代表所感測到的溫度、氣體類型和氣體濃度的數(shù)字數(shù)據(jù)。無線收發(fā)器被連接到微處理器。無線收發(fā)器是低功率無線電設備，諸如藍牙低能量設備。收發(fā)器與手持單元或中央監(jiān)視計算機或二者中的另一收發(fā)器通信。無線收發(fā)器從手持單元、中央監(jiān)視計算機或二者接收控制信息并且將該控制信息傳遞到微處理器。諸如一個或多個電池之類的可更換或可再充電電源向栗、傳感器、微處理器和其它電子組件提供電力。
[0011]手持單元具有數(shù)個組件，包括微處理器、存儲器、顯示器、用于錄入輸入和命令信息的鍵區(qū)(keypad)、用于接收代表溫度、氣體類型和氣體濃度的信號并且用于傳輸控制信號的無線收發(fā)器。手持單元還具有用于向每一個組件供應電力的電源。
[0012]在一些實施例中，手持單元具有微處理器或存儲器中的軟件和電路以用于向遠程傳感器單元發(fā)布命令。這樣的命令包括用于喚醒、接通栗、取得傳感器的一系列讀數(shù)以及向手持單元無線傳輸結(jié)果的指示。遠程傳感器單元可以在依照來自手持單元的命令可調(diào)節(jié)的預定時間內(nèi)保持加電。
[0013]在其它實施例中，遠程傳感器單元被編程為周期性地喚醒、取得傳感器的讀數(shù)，并且向中央控制計算機發(fā)送讀數(shù)。此后，遠程傳感器單元將掉電并且針對下一組讀數(shù)和傳輸而等待另一命令或預定時間。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明的前述方面和許多隨附優(yōu)點將變得更加容易領(lǐng)會，因為當結(jié)合附圖考慮時，通過參考以下【具體實施方式】，本發(fā)明的前述方面和許多隨附優(yōu)點變得更好理解，其中:
圖1是配置成取得煙道中的燃燒氣體的溫度和氣體讀數(shù)的無線氣體分析儀系統(tǒng)的示意表不;
圖2是遠程傳感器單元的一個實施例的示意表示；以及圖3是手持單元控制單元的一個實施例的示意表示。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出可以測量和記錄加熱用于鍋爐11的水的燃燒器12的效率的氣體分析儀系統(tǒng)10。燃燒器12可以依靠一種或多種燃料，包括但不限于加熱油、天然氣、丙烷、煤油、煤或其它碳氫化合物燃料。在燃料被燃燒之后，燃燒氣體通過煙囪或煙道13排放到空氣中。無線遠程傳感器單元20具有延伸到煙道13中的探針21。傳感器單元20具有用于獲取管道中的氣體溫度并且用于標識氣體的類型和構(gòu)成煙道氣體的那些氣體的相應濃度的一個或多個傳感器。這樣的氣體可以包括但不限于一氧化碳、二氧化碳以及氮和硫的氧化物。技術(shù)人員15照看燃燒器12并且配備有無線手持氣體分析儀單元60。技術(shù)人員15讀取無線手持氣體分析儀單元60的顯示器上的信息以調(diào)節(jié)燃燒器的空氣引入量和燃料引入量，從而優(yōu)化效率和/或減少不想要的燃燒氣體的量。
[0016]在可替換的實施例中，無線遠程傳感器單元20與遠程中央控制計算機70通信以提供關(guān)于煙道氣體的溫度、構(gòu)成煙道氣體的氣體和那些氣體的濃度的信息。分析員74審閱來自無線遠程傳感器單元20的信息和來自與排空來自其它燃燒器的氣體的其它煙道附接的其它無線遠程傳感器單元的信息。多個無線遠程傳感器單元因而構(gòu)成由分析員74在中央計算機70處遠程監(jiān)視的傳感器單元的網(wǎng)絡。
[0017]參照圖2，無線遠程傳感器單元20具有外殼19。探針21從外殼延伸，貫穿煙道13中的孔14并且延伸到煙道13的內(nèi)膛9中。煙道13包含燃燒氣體16。探針管21具有煙道13的內(nèi)容9中的入口 22。探針管21的另一端23被附接到栗24的入口 22。過濾器18圍繞栗24和栗24的出口 25以對來自從煙道13提取的氣體的顆粒進行過濾。
[0018]傳感器單元20包括數(shù)個互連的電子元件，該數(shù)個互連的電子元件包括氣體傳感器31-33和溫度傳感器35。外殼19具有使過濾器18與傳感器單元20的電子組件分離的壁8。在一些實施例中，壁8具有鄰近于溫度傳感器35和氣體傳感器31-33中的開口的透氣膜。在其它實施例中，壁8經(jīng)由管道27連接到歧管28，該歧管28將經(jīng)過濾的煙道氣體饋送到溫度傳感器35和氣體傳感器31-33。煙道氣體樣本進入傳感器31-33、35中的開口并且這些傳感器輸出模擬信號。ADC 41接收模擬傳感器信號并且將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。ADC41將數(shù)字傳感器信號輸出到微處理器40和/或存儲器42。
[0019]微處理器40可以被編程為執(zhí)行數(shù)個監(jiān)督功能、分析和其它操作。微處理器40具有時鐘并且可以基于所感測到的事件、事件之間流逝的時間或者以周期性間隔執(zhí)行一個或多個操作。微處理器40被連接到ADC 41，該ADC 41將傳感器的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。存儲器42保持由傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，特別是來自ADC 41的代表所感測到的溫度、氣體類型和氣體濃度的數(shù)字數(shù)據(jù)。傳感器收發(fā)器43被連接到微處理器40。傳感器收發(fā)器43可以是低功率無線電設備，諸如藍牙低能量設備。收發(fā)器43向無線手持氣體分析儀單元60或中央計算機70或二者發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)信號并且從分析儀單元60和中央計算機70中的任一個或二者接收控制信號。
[0020]在一個實施例中，數(shù)字傳感器信號由傳感器收發(fā)器43立即傳輸?shù)綗o線手持氣體分析儀單元60或遠程中央計算機70。傳感器收發(fā)器43還從無線手持氣體分析儀單元60或遠程中央計算機70接收控制信號?？刂菩盘柋惠敵龅轿⑻幚砥?0?？刂菩盘柨梢园ㄓ糜诹⒓床蓸雍桶l(fā)送代表溫度以及氣體標識和