无线燃烧/效率分析仪的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]当燃烧燃料来加热锅炉中的水或者热交换器中的空气时，诸如天然气、丙烷、煤油、加热油或煤之类的燃料与氧气结合以释放热。当碳氢化合物燃料被转换成二氧化碳和水时燃烧是完全的。不完全和低效的燃烧可能产生未用的热和包括一氧化碳、二氧化碳以及氮和硫的氧化物的燃烧副产物。一氧化碳的存在不仅表明低效的燃烧，而且还是一种安全威胁。烟道气体的温度与效率成反比。低效的燃烧器确实沿烟囱向上发送能量。出于安全、效率和法规遵从性的原因，监视烟道中的组合燃烧气体的温度以及所产生的气体类型和作为全部燃烧气体的总体的百分数的每种气体的浓度是重要的。气体分析仪测量烟道气体的效率并且标识烟道气体中的组分气体和每一种组分的浓度。
[0002]在一定时段的操作内，用于锅炉或热空气加热系统的燃烧器可能变得不太高效、不安全或不遵从环境法规。为了调节燃烧器以最大化效率、安全性和遵从性，技术人员使用气体分析仪来测量烟道空气的温度并且标识气体的类型和烟道气体中的每一种气体的浓度。通过使用该信息，技术人员可以调节燃料和由燃烧器用于燃烧燃料的空气的相对量和总量。虽然100%的效率是不可能的，但是调节燃烧器以实现接近95%的效率是现实的。高层办公建筑物和高层住宅可能具有三个或更多个锅炉，其消耗数千加仑的加热燃料或数千立方英尺的天然气。甚至在效率方面2-3%的小改进也可以节约数十万美元。
[0003]常规烟道气体分析仪通常是手持设备，其具有针对温度的传感器和不同类型的气体和气体浓度的多个传感器。通过将探针插入到烟道的接入孔中来对燃烧气体采样。探针是具有把手握柄的长管。该管与把手底部处的出口流体连通。若干英尺长的柔性软管将把手的出口连接到手持气体分析仪。分析仪具有带有连接到软管的入口的栗。该栗将吸力施加到软管并且将烟道气体的样本抽取到分析仪中。过滤器位于栗的出口和传感器之间。气体样本穿过过滤器，该过滤器去除可能损坏气体分析仪中的敏感温度和气体传感器的烟灰和其它颗粒。
[0004]技术人员将探针插入到烟道中并且接通栗以获取烟道气体的样本。气体分析仪显示烟道气体温度、样本中的气体类型和针对每一种组分气体的浓度。利用烟道中的探针和看得见的显示，技术人员对燃烧器做出一个或多个调节，包括改变空气或燃料或二者的量以最大化效率、最小化安全威胁以及遵从政府法规。
[0005]常规气体分析仪具有使得技术人员难以适当调节燃烧器的数个缺陷。有时探针从烟道孔滑出并且必须重新开始过程。栗是相对小的并且缓慢地抽取气体样本，所述气体样本在到达气体分析仪中的温度传感器之前可能冷却。即使软管是相对短的，一些冷却也是不可避免的并且温度读数是不精确的。在锅炉房中可能存在不充足的空间来同时显示结果并且准许技术人员调节燃烧器。例如，足够短以最小化冷却的软管可能不足够长以到达下述位置，在该位置技术人员可以看到显示而同时做出空气和燃料调节的位置。前文代表由本专利中描述的实施例所解决的问题。
【发明内容】
[0006]提供本
【发明内容】
来以简化的形式介绍以下在【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。本
【发明内容】
不意图标识所要求保护的主题的关键特征，也不意图被用作在确定所要求保护的主题的范围方面的帮助。
[0007]具有传感器单元的无线气体分析仪系统解决了常规气体传感器的数个问题。冷却问题得以解决，因为消除了软管并且在靠近烟道的位置处取得气体样本的温度。
[0008]无线传感器单元是更稳定的并且在烟道中通过探针管和围绕接纳探针管的孔的用于烟道的壁之间的摩擦而在烟道中被保持就位。栗和传感器被包含在接近烟道孔的外壳中。所述栗可以小于常规气体分析仪栗，因为样本在烟道外面行进的距离可以仅为几英寸。具有显示器的无线手持单元可以位于由技术人员所选择的任何常规位置处。因为消除了软管，所以手持显示器在调节期间的位置不被软管的长度所约束。
[0009]无线气体分析仪系统包括无线远程感测单元和无线手持单元。感测单元具有用于保持组件电子器件、栗、过滤器和探针管的外壳。探针管具有从外壳延伸并且贯穿烟道的壁而延伸到烟道内膛中的一端。所述栗具有连接到探针管的另一端的入口。所述栗从烟道抽取燃烧气体的样本并且将气体样本排放到过滤器中。温度传感器和一个或多个气体传感器与过滤器流体连通。每一个气体传感器被配置成感测经过滤的气体样本中的一种或多种气体的存在并且测量每一种组分气体的浓度。气体和温度传感器输出代表温度、每一种气体的身份和每一种气体的浓度的模拟信号。无线收发器发送代表温度、气体类型和气体浓度的信号并且从手持单元接收控制信号。
[0010]在一些实施例中，远程传感器单元具有微处理器和存储器。微处理器可以被编程为执行数个监督功能、分析和其它操作。微处理器具有时钟并且可以基于所感测到的事件、事件之间流逝的时间、以周期性间隔或其组合来执行一个或多个操作。微处理器被连接到模拟到数字转换器，该模拟到数字转换器将传感器的模拟输入信号转换成数字信号。存储器保持由传感器所获取的数据，特别是代表所感测到的温度、气体类型和气体浓度的数字数据。无线收发器被连接到微处理器。无线收发器是低功率无线电设备，诸如蓝牙低能量设备。收发器与手持单元或中央监视计算机或二者中的另一收发器通信。无线收发器从手持单元、中央监视计算机或二者接收控制信息并且将该控制信息传递到微处理器。诸如一个或多个电池之类的可更换或可再充电电源向栗、传感器、微处理器和其它电子组件提供电力。
[0011]手持单元具有数个组件，包括微处理器、存储器、显示器、用于录入输入和命令信息的键区(keypad)、用于接收代表温度、气体类型和气体浓度的信号并且用于传输控制信号的无线收发器。手持单元还具有用于向每一个组件供应电力的电源。
[0012]在一些实施例中，手持单元具有微处理器或存储器中的软件和电路以用于向远程传感器单元发布命令。这样的命令包括用于唤醒、接通栗、取得传感器的一系列读数以及向手持单元无线传输结果的指示。远程传感器单元可以在依照来自手持单元的命令可调节的预定时间内保持加电。
[0013]在其它实施例中，远程传感器单元被编程为周期性地唤醒、取得传感器的读数，并且向中央控制计算机发送读数。此后，远程传感器单元将掉电并且针对下一组读数和传输而等待另一命令或预定时间。
【附图说明】
[0014]本发明的前述方面和许多随附优点将变得更加容易领会，因为当结合附图考虑时，通过参考以下【具体实施方式】，本发明的前述方面和许多随附优点变得更好理解，其中:
图1是配置成取得烟道中的燃烧气体的温度和气体读数的无线气体分析仪系统的示意表不;
图2是远程传感器单元的一个实施例的示意表示；以及图3是手持单元控制单元的一个实施例的示意表示。
【具体实施方式】
[0015]图1示出可以测量和记录加热用于锅炉11的水的燃烧器12的效率的气体分析仪系统10。燃烧器12可以依靠一种或多种燃料，包括但不限于加热油、天然气、丙烷、煤油、煤或其它碳氢化合物燃料。在燃料被燃烧之后，燃烧气体通过烟囱或烟道13排放到空气中。无线远程传感器单元20具有延伸到烟道13中的探针21。传感器单元20具有用于获取管道中的气体温度并且用于标识气体的类型和构成烟道气体的那些气体的相应浓度的一个或多个传感器。这样的气体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。技术人员15照看燃烧器12并且配备有无线手持气体分析仪单元60。技术人员15读取无线手持气体分析仪单元60的显示器上的信息以调节燃烧器的空气引入量和燃料引入量，从而优化效率和/或减少不想要的燃烧气体的量。
[0016]在可替换的实施例中，无线远程传感器单元20与远程中央控制计算机70通信以提供关于烟道气体的温度、构成烟道气体的气体和那些气体的浓度的信息。分析员74审阅来自无线远程传感器单元20的信息和来自与排空来自其它燃烧器的气体的其它烟道附接的其它无线远程传感器单元的信息。多个无线远程传感器单元因而构成由分析员74在中央计算机70处远程监视的传感器单元的网络。
[0017]参照图2，无线远程传感器单元20具有外壳19。探针21从外壳延伸，贯穿烟道13中的孔14并且延伸到烟道13的内膛9中。烟道13包含燃烧气体16。探针管21具有烟道13的内容9中的入口 22。探针管21的另一端23被附接到栗24的入口 22。过滤器18围绕栗24和栗24的出口 25以对来自从烟道13提取的气体的颗粒进行过滤。
[0018]传感器单元20包括数个互连的电子元件，该数个互连的电子元件包括气体传感器31-33和温度传感器35。外壳19具有使过滤器18与传感器单元20的电子组件分离的壁8。在一些实施例中，壁8具有邻近于温度传感器35和气体传感器31-33中的开口的透气膜。在其它实施例中，壁8经由管道27连接到歧管28，该歧管28将经过滤的烟道气体馈送到温度传感器35和气体传感器31-33。烟道气体样本进入传感器31-33、35中的开口并且这些传感器输出模拟信号。ADC 41接收模拟传感器信号并且将其转换成数字信号。ADC41将数字传感器信号输出到微处理器40和/或存储器42。
[0019]微处理器40可以被编程为执行数个监督功能、分析和其它操作。微处理器40具有时钟并且可以基于所感测到的事件、事件之间流逝的时间或者以周期性间隔执行一个或多个操作。微处理器40被连接到ADC 41，该ADC 41将传感器的模拟输出信号转换成数字信号。存储器42保持由传感器所获取的数据，特别是来自ADC 41的代表所感测到的温度、气体类型和气体浓度的数字数据。传感器收发器43被连接到微处理器40。传感器收发器43可以是低功率无线电设备，诸如蓝牙低能量设备。收发器43向无线手持气体分析仪单元60或中央计算机70或二者发送传感器数据信号并且从分析仪单元60和中央计算机70中的任一个或二者接收控制信号。
[0020]在一个实施例中，数字传感器信号由传感器收发器43立即传输到无线手持气体分析仪单元60或远程中央计算机70。传感器收发器43还从无线手持气体分析仪单元60或远程中央计算机70接收控制信号。控制信号被输出到微处理器40。控制信号可以包括用于立即采样和发送代表温度以及气体标识和