JP2002107298A

JP2002107298A - 赤外線ガス分析計

Info

Publication number: JP2002107298A
Application number: JP2000298758A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kanamaru; 訓明金丸; Hiroshi Kitamura; 洋北村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】熱線式フローセンサの熱線抵抗素子の抵抗
値、熱線抵抗素子と外部抵抗で形成されるブリッジ回路
の印加電圧に関わらず温度依存性が少なく、安定した測
定が可能な赤外線ガス分析計を得る。【解決手段】前室41と後室42を接続する連通路44に配
置されて、前記２室41、42の圧力差に基づく連通路44内
のガス流の流速を抵抗変化として測定する熱線式フロー
センサの櫛形電極（熱線抵抗素子＝抵抗体）11、12組み
合わさってブリッジ回路を形成する外部抵抗の一方を可
変抵抗13、他方を固定抵抗14とし、コントローラ16の指
令で外部可変抵抗13の抵抗値を調整し、熱線抵抗素子と
外部抵抗の抵抗値比を可変できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定成分ガスの
赤外線スペクトル吸収に伴うガス圧変動を利用して特定
ガス種の濃度を計測する赤外線ガス分析計、特に、検出
器としてガス圧変動によるガスの流れを抵抗変化として
測定する熱線式フローセンサを用いた赤外線ガス分析計
に関する。

【０００２】

【従来技術】２つ以上の異なる原子から成る異核分子の
多くは、波長1〜20μｍの赤外光を照射すると、その化
学種に特有の振動および回転の運動エネルギー準位の遷
移がおこり、特定の赤外線スペクトルを吸収し、内部エ
ネルギーや体積あるいは圧力の増加など、熱力学的な変
化を引き起こす。非分散型赤外線ガス分析計（以下、ND
IRという）は、この様なガス成分の特性を利用して、そ
の濃度を計測する機器である。

【０００３】熱線式フローセンサを搭載したシングルビ
ーム式NDIRの構成を図７に示す。図に示すようにこの種
のNDIRは、一般に、赤外光を発生するための光源部２、
試料が導入されるセル部３、セル部３を通過した赤外光
の強度を計測することで最終的に試料濃度を計測するデ
ィテクター（検出）部４の３ユニットから構成されてい
る。光源部２は赤外光の発生を担い、赤外光を発生させ
るための発生源であるヒーター（光源）21と、赤外光を
断続してセル部３およびディテクター部４に入射させる
ためのチョッパー22とから構成されている。

【０００４】チョッパー22は、例えば、光源21からの光
の通過を許容するように、一部を切り欠いた切り欠き部
が形成された２枚羽根の回転円板23とこの回転円板23を
回転駆動するモータ24とで構成されており、回転円板23
をモータ24で回転させることで、回転円板23の未切り欠
き部（遮光部）が光源21の前に位置している際には光源
21からの赤外光を遮光し、切り欠き部が光源21の前に位
置している際には光源21からの赤外光が通過し、セル部
３に照射される。

【０００５】セル部３は、試料が導入される部位であっ
て、パイプ31の前後を赤外線が広いスペクトル域で透過
可能な赤外線透過性ガラスやCaF₂等の窓板３２で封止
し、パイプ31側面などに一端からもう一端へガスが流せ
るようガスの導出入孔33を備え、また、その内面は赤外
光を効率よく反射するために、鏡面仕上げや金などのコ
ーティングが施されている。

【０００６】ディテクター部４は、その構成を模式的に
示す図８のように、前室41、後室42の２室に分割され、
少なくとも前室41の正面ならびに前室41と後室42との間
の隔壁が赤外光を透過する窓板43で仕切られ、それら２
室は、ガスの移動が可能なキャピラリーやトンネル等の
連通路44で接続された構造を有する。連通路44には、前
後室41、42の圧力差で生じる両室に充填された充填ガス
の流れを抵抗変化として計測するための熱線抵抗素子を
備えた薄膜型熱線式フローセンサ５が配置されている。
さらに、これら２室41、42には、NDIRの被測定対象とな
る、例えば、CO₂等の化学種のみ、あるいは、この化学
種をAr、He、N₂等の不活性ガスで希釈されたガスが充填
されている。

【０００７】光源部２から発した赤外光は、セル部３を
通過してディテクター部４に入射する。この時、セル内
部に被測定成分が存在すると、セル内のガス濃度に応じ
て、入射した赤外光の一部がセル内のガスに吸収され、
残りの赤外光はディテクター部４に入射する。ディテク
ター部４の前室41の正面から入射した赤外光は、前室41
および後室42で吸収されるが、その多くは前室41で吸収
される。吸収された光エネルギーは分子の並進運動に変
換されることになり、前後室41、42間に圧力差が発生
し、これによって両室を連通する連通路44内に充填（封
入）ガスの流れが生る。このガス流の流速は、ディテク
ター部４への入射光強度に依存するので、前後室41、42
の連通路44内に配置された薄膜型熱線式フローセンサ５
の熱線抵抗素子の抵抗値の変化として計測することで、
ディテクター部４への入射前後の赤外光強度、すなわ
ち、セル中の被測定成分ガス濃度を計測することができ
る。

【０００８】図９は、前後室41、42の連通路44内に配置
されて連通路内を流れるガスの流速を検出する薄膜型熱
線抵抗式フローセンサ５の模式図で、同図(a)の平面図
に示すように、基本的な構成は、ベースとなるガラス基
板（長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ0.25mm）51の中央部に
１ｍｍ四方の開口52を形成し、このガラス板51の両面
に、同図(b)の側面図に示すように、開口52を横切っ
て、Niなどの抵抗温度係数の大きな金属からなる熱線抵
抗素子としての櫛形電極（長さ1.1ｍｍ、幅15〜25μ
ｍ、厚さ２〜６μｍ、表面耐食用Ａｕコート）53、54を
薄膜技術で対向形成（配置）したもので、この熱線抵抗
素子53、54に２つの外部抵抗（通常100Ωの固定抵抗）
を組み合わせてブリッジ回路を形成して流量計測を行
う。

【０００９】櫛形電極53、54を含むとブリッジ回路に一
定電圧（通常5V）を印加した状態で、ガスが２電極53、
54を通過すると、風上側の熱線抵抗素子としての電極の
抵抗は熱を奪われて温度が低下して抵抗値が減少し、他
方風下側の熱線抵抗素子としての電極の抵抗は風上側の
抵抗素子から奪った熱が与えられ温度が上昇して抵抗値
の増加がおこる。この抵抗のアンバランスによりブリッ
ジ回路に電位差が生じるので、この電位を測ることで、
連通路44内を流れるガスの流速を計測することができ
る。

【００１０】図10は、NDIRの薄膜型熱線抵抗式フローセ
ンサ５の信号処理部のブロック図で、センサから得られ
る信号は、ディテクター部４に入射する赤外断続光から
生じるガス流パルスであるので、赤外光強度によって振
幅の異なる波形が生じることになる。NDIRでは一般に、
被測定対象物が存在する試料（＝サンプルガス）測定時
の波形と、被測定対象物が存在しない不活性ガス（＝ゼ
ロガス）での波形を整流し差し引いた値を出力信号とし
て直流信号を出力している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように前後室間の
連通路に生じるガスの流速を熱線式フローセンサで検出
するNDIRでは、次のような問題がある。すなわち、熱線
式フローセンサは、ガスの流速をガスの流れで生じる熱
線抵抗素子の温度変化を抵抗の変化として計測すること
から、ディテクター部の外周温度が変化すると、この温
度変化が熱線抵抗素子の抵抗値を変化させることにな
り、熱線式フローセンサの出力信号、すなわち、ブリッ
ジ回路の出力信号も外周温度変化に応じて変動するとい
う温度依存性を有しており、ディテクター部の外周温度
が変化でブリッジ回路の出力信号レベルがそれに応じて
変動することから、安定した測定ができないという問題
が生じる。

【００１２】そこで、熱線抵フローセンサの温度依存性
を改善するためのに、出願人は、熱線式フローセンサの
出力信号の温度変化率（温度依存性）が、該フローセン
サの抵抗体である熱線抵抗素子の抵抗値に依存すること
を見出し、熱線抵抗素子の抵抗値を24〜35Ω、好ましく
は30Ωで温度変化率（1℃当たりの熱線式フローセンサ
の出力変動率）がほぼ０になり、温度依存性の少ない安
定した測定が行えることを既に提案している（特願2000
-65842号）。また、熱線式フローセンサは、熱線抵抗素
子と外部固定抵抗で形成されるブリッジ回路の印加電圧
に応じて出力信号レベルが変化し、印加電圧が高い程出
力信号レベルが大きくなり感度が高くなる。

【００１３】したがって、NDIRでは、熱線式フローセン
サの熱線抵抗素子と外部固定抵抗で形成されるブリッジ
回路の印加電圧を高くして感度を上げて出力信号レベル
を大きくすることで、印加電圧に殆ど影響を受けないノ
イズレベルの特性を生かしてS/N比を向上できるが、ブ
リッジ回路の印加電圧を高くすると、ディテクター部の
外周温度変化に応じてその出力信号も変化する温度依存
性が悪化し無視できなくなり、安定した測定が行えなく
なるという問題が生じる。なお、この種熱線式フローセ
ンサは、通常、熱線抵抗素子の抵抗値は54Ω、この54Ω
の２つの熱線抵抗素子と組み合わせてブリッジ回路を形
成する２つの外部抵抗は抵抗値100Ωの固定抵抗で、ブ
リッジ回路の印加電圧は5Vである。

【００１４】本出願人が既に提案したものによれば、熱
線抵抗素子の抵抗値を所定値（24〜35Ω、好ましくは30
Ω）にすることで温度依存性を著しく改善できるもの
の、熱線抵抗素子の抵抗値を所定値（を24〜35Ω、好ま
しくは30Ω）に収めなければならないので、製造上の困
難さから歩留まりの低下が避けられず、また、ブリッジ
回路の印加電圧が既定値（5V）であるためフローセンサ
（ブリッジ回路）の出力信号レベルが制限されて大きく
できず感度を高めることができない。なお、出力信号レ
ベルを大きくし感度を高めるためにブリッジ回路の印加
電圧を増加すると、上記の通り、ディテクター部の外周
温度変化に応じてその出力信号も変化する温度依存性
（温度変化率）が大きくなる現象が避けられない。

【００１５】本発明は、上記の課題を解決するために創
案されたものであって、熱線抵抗素子の抵抗値が製造上
のばらつきで所定値と異なっていても、周囲温度変化等
によって熱線式フローセンサの出力が変動するという温
度依存性がなく、また、ブリッジ回路から目的とするの
出力信号レベルの出力を得るため、ないし、出力信号レ
ベルを大きくして感度を高めるためにブリッジ回路の印
加電圧を増減しても、温度依存性がなく安定した測定が
可能な熱線式フローセンサを備えた赤外線ガス分析計を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の赤外線ガス分析計では、熱線式フローセン
サの熱線抵抗素子と組み合わされてブリッジを形成する
外部抵抗の少なくとも一方を可変抵抗としたことを特徴
としている。なお、可変抵抗は、熱線式フローセンサの
熱線抵抗素子と外部抵抗との抵抗値比を1.2〜1.5、好ま
しくは1.35に調整するものであること、また、ブリッジ
回路の印加電圧が可変できることが好ましい。

【００１７】出願人が鋭利実験・検討を繰り返した結
果、熱線抵抗素子に接続してブリッジ回路を形成する外
部抵抗の抵抗値で温度依存性が異なり、この外部抵抗で
熱線抵抗素子の抵抗値との抵抗値比を調整することで、
熱線抵抗素子の抵抗値に関わらず温度依存性が著しく改
善でき、また、ブリッジ回路の出力信号レベルを大きく
し感度を高めるため、ないし、出力信号レベルを所定値
にするために、ブリッジ回路の印加電圧を増減しても、
印加電圧に関係なく外部抵抗の抵抗値の調整でもって温
度依存性を著しく改善でき、安定した測定が可能になる
ことが判明した。

【００１８】このような観点から、上記のように、熱線
式フローセンサの熱線抵抗素子と組み合わせてブリッジ
回路を形成する外部抵抗を、抵抗値が変えられる可変抵
抗とし、熱線式フローセンサの熱線抵抗素子の抵抗値、
ないし、熱線式フローセンサの熱線抵抗素子と外部抵抗
とで形成されるブリッジ回路の印加電圧に応じて外部可
変抵抗の抵抗値を調整して熱線式フローセンサの熱線抵
抗素子の抵抗値と外部抵抗の抵抗値比を変えることで、
熱線式フローセンサの出力信号が外周温度変化等により
変動する温度依存性を極めて少なく、安定した測定が行
える赤外線ガス分析計が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様を実験
結果に基づいて説明する。NDIR自体は、図７で説明した
ように、赤外光を発生するための光源部、試料が導入さ
れるセル部、セル部を通過した赤外光の強度を計測する
ことで最終的に試料濃度を計測するディテクター（検
出）部の３ユニットから構成されおり、また、ディテク
ター部は、図８で説明したように、熱線抵抗素子を備え
た薄膜型熱線式フローセンサが配置される連通路で連結
された前後２室とで構成されており、さらに、薄膜型熱
線式フローセンサは、図９で説明したように、中央部に
開口が形成されたガラス基板と、このガラス板の両面
に、開口を横切って薄膜技術で対向形成（配置）された
抵抗温度係数の大きな金属からなる熱線抵抗素子（抵抗
体）としての櫛形電極とで構成されている。なお、以下
の説明で、平均抵抗とは、熱線抵抗式フローセンサを構
成する図９で説明したガラス基板の開口部の両側に配置
された２櫛形電極（熱線抵抗素子）53、54の平均抵抗値
を指す。

【００２０】図１は、、熱線抵抗素子の抵抗値の異なる
薄膜型熱線式フローセンサを搭載したNDIRを恒温槽に入
れて、サンプルにゼロガスを流した状態で外周温度を4.
5℃変化させた場合の応答特性図である。なお、横軸は
時間、縦軸は温度ならびに薄膜型熱線式フローセンサの
出力（電圧）を示し、(a)〜(c)は、熱線抵抗素子の抵抗
値がそれぞれ54Ω、30Ω、20Ωの温度に対する薄膜型熱
線式フローセンサの温度に対する出力(mV)を示す曲線、
(d)は温度を示す曲線である。曲線(a)〜(c)の薄膜型熱
線式フローセンサであってもある温度においては一定値
を示しているが、外周温度を4.5℃°変化させると、温
度変化に追随して出力も変動しているが、曲線(a)の熱
線抵抗素子の抵抗値54Ωの薄膜型熱線式フローセンサで
はその単位温度当たりの変化率は＋6.4mV／℃であり、
また、曲線(c)の熱線抵抗素子の抵抗値20Ωの薄膜型熱
線式フローセンサでは極性が逆転して出力が変動してお
り、その単位温度当たりの変化率は−4mV／℃であり、
これらの値は、NDIRディテクタの出力変動としては比較
的大きな値で、NDIRの使用において大きな障害となりう
る。

【００２１】しかし、曲線(b)は熱線抵抗素子の抵抗値3
0Ωの薄膜型熱線式フローセンサでは、外周温度が4.5℃
変化してもその単位温度当たりの変化率を＋1mV／℃以
下となり、この系（印加電圧5V、外部抵抗100Ω）で
は、熱線抵抗素子の抵抗値30Ωに設定することで出力変
動を＋1mV／℃以下とすることができる。しかしなが
ら、印加電圧5Vでは、高感度測定を行った際にNDIRの出
力が不足したので、フローセンサ（ブリッジ回路）の出
力レベルを大きくし感度を上げるために印加電圧を７Ｖ
にした。

【００２２】図２は、平均抵抗（熱線式フローセンサを
構成するガラス基板の開口部の両側に配置された２電極
（熱線）の平均抵抗値）が30Ωの熱線抵抗素子と100Ω
の外部抵抗（固定）を備えた薄膜型熱線式フローセンサ
を搭載したNDIRを、図１と同様に恒温槽に入れて、サン
プルにゼロガスを流した状態で外周温度を4.5℃変化さ
せた場合の温度変化による熱線式フローセンサの出力の
実測データ（応答（温度）特性図）を示している。な
お、横軸は時間、縦軸は温度ならびに薄膜型熱線式フロ
ーセンサの出力（電圧mV）を示している。

【００２３】図において、曲線(a)、(b)は、それぞれブ
リッジ回路の印加電圧が従来のこの種NDIRにおける5V
と、それより高い7Vの特性を示もので、薄膜型熱線式フ
ローセンサの出力は、ある温度においては一定値を示し
ているが、外周温度を4.5℃変化させると、温度変化に
追随して出力も変動しており、印加電圧5Vでは単位温度
当たりの変化率は＋1mV／℃であるのに対して、印加電
圧7Vではその値が2.5mV／℃に悪化しており、印加電圧
が高くなると温度依存性が大きくなる。

【００２４】この問題を解決するために試行実験を繰り
返した結果、熱線式フローセンサの出力の温度変化率
（温度依存性）は、熱線抵抗式フローセンサの抵抗体で
ある熱線抵抗素子とそれとブリッジ回路を形成する外部
抵抗との抵抗値比に依存し、また、出力信号レベルを大
きくして感度を高めるためにブリッジ回路の印加電圧を
高くすることによる温度依存性も熱線抵抗式フローセン
サの抵抗体である熱線抵抗素子とそれとブリッジ回路を
形成する外部抵抗との抵抗値比に依存し、外部抵抗の抵
抗値を調整して抵抗値比を変えることで熱線式フローセ
ンサの出力の温度変化率、すなわち、温度依存性を改善
できることを見出した。

【００２５】薄膜型熱線式フローセンサの形態として
は、図９で説明したように、熱線抵抗素子としては、Ni
を素材に、長さ1.1mm、幅20μｍ、厚さ2〜5μｍの抵抗
体を20μｍ間隔に置き、これらを交互に連結することで
直列接続して１本の抵抗体とした構造に相当する櫛形電
極をガラス基板を介して0.25mmの間隔をおいて対向させ
たものである。薄膜型熱線式フローセンサの製造は、開
口を形成したガラス等の基板上にスパッタ等の薄膜技術
でNi薄膜を形成し、これを半導体プロセスのフォトエッ
チングで加工したものであり、抵抗値の調整は主にNi薄
膜の厚さで行った。熱線式フローセンサの２つの熱線抵
抗素子の抵抗は一般にその値が一致しないことがあるの
で、目安として２つの熱線抵抗素子（抵抗体）の平均値
を平均抵抗とし、図３は平均抵抗30Ωで、5Vと7Vの各印
加電圧において外部抵抗の抵抗値を変えた際の出力変動
を示す特性図である。この特性図から、熱線抵抗素子の
抵抗値が一定の熱線式フローセンサでは、外部抵抗の抵
抗値が大きくなるとその出力が低下する傾向にあること
が分かる。これは、熱線抵抗素子と外部抵抗の抵抗値比
が大きくなり、結果として熱線抵抗素子側の分圧が大き
くなることによる）。

【００２６】つぎに、図４は熱線抵抗素子（抵抗体）の
平均抵抗30Ωで、ブリッジ回路の印加電圧が5Vと7Vにお
いて外部抵抗の抵抗値を変えた際の、印加電圧と温度変
化率との関係を示す特性図である。この特性図で、ブリ
ッジ回路の印加電圧5Vでは、外部抵抗が大きくなるにし
たがって温度変化率は小さくなり、外部抵抗の抵抗値10
5Ωで温度変化率がほぼ0となり、それより大きくなると
極性が反転、すなわち、負の値を取るようになり、再度
温度変動率の絶対値は増加していく。この現象は、一定
印加電圧（5V）、一定外部抵抗（100Ω）の条件下にお
いて、熱線抵抗素子の抵抗値を変えた際（センサ抵抗を
変えた際）の現象と等価である。また、温度変化率は、
本来各抵抗に応じて出力の異なるディテクター出力を一
定条件（ゼロガス−600ppmCO₂で1V出力）に増幅したも
のであるが、極性が反転することから判断して、絶対値
としては異なるものの傾向としては正しいと判断でき
る。

【００２７】ブリッジ回路に7V電圧印加時でも、外部抵
抗が100Ωだと温度変化率は2.5mV／℃と比較的大きい
が、5Vでの結果を元に外部抵抗値を大きくすると、温度
変化率は低下し０点を通過した後130Ωで極性が反転
し、再度温度変動率の絶対値は増加していくことが確認
できた。ここで図３と図４の外部抵抗の抵抗値105Ω、1
25Ω点を比較すると、印加電圧5Vと7Vの双方とも温度変
化率が0となるのに、その出力は印加電圧を増加したこ
とで7Vの方が大きな値が得られている（印加電圧5Vでは
出力34mV、7Vでは72mVで印加電圧5Vの２倍強）。したが
って、外部抵抗の調整で、熱線抵抗素子の抵抗値に関わ
らず、温度変化率を0に保ったまま印加電圧を上げるこ
と、すなわち、熱線式フローセンサ出力を増加さて感度
を上げることが可能となることが分かった。

【００２８】また、図５は、熱線式フローセンサの熱線
抵抗素子の平均抵抗が60Ω、印加電圧5Vにおいて外部抵
抗を従来のこの種装置における100Ωと200Ω変えた際の
出力と温度変化率の関係を示す図で、外部抵抗値を200
Ωすることで100Ωと比べて温度変化率が8.2mV／℃から
2.5mV／℃と1/3に改善され、その際出力は104.8ｍＶか
ら70.8mVと2/3低下するにすぎない。このことはすなわ
ち、熱線抵抗素子の抵抗値、および／または、ブリッジ
回路の印加電圧に関わらず外部抵抗の抵抗値の調整で、
温度依存性の低減を図りつつ感度の向上可能なことを意
味し、結果的に、熱線抵抗素子の抵抗値を厳密に既定値
のする必要がないことから、熱線式フローセンサの歩留
りを向上させる結果につながる。

【００２９】なお、図５は、ブリッジ回路の印加（電
源）電圧が7Vの実測データであるが、実験の結果、ブリ
ッジ回路の印加電圧が7V以上であれば、出力の飛躍的な
増加が図られ、印加電圧が高い程、大きな出力が得られ
ることが分かった。しかしながら、印加電圧を高くする
と熱線抵抗素子による発熱によるディテクター部の温度
上昇という問題が予測できること、ならびに、実験の結
果、印加電圧が12.5V以上では、センサが変質して測定
が不能となったことから、自ずと限界があり、最大で12
Vであり、また、ブリッジ回路の印加電圧が、7Vを下ま
わると出力の飛躍的な増加は図れなかった。なお、印加
電圧を変えて種々の実験を行ったところ、ブリッジ回路
の印加電圧が7.5Vとした際に、最良の結果が得られた。

【００３０】また、種々の実験により、熱線式フローセ
ンサの熱線抵抗素子の抵抗値、および／または、ブリッ
ジ回路の印加電圧による温度依存性の改善を外部可変抵
抗の抵抗値の調整により図ったところ、熱線抵抗素子の
抵抗値と外部抵抗の抵抗値比が1.2〜1.5の範囲にあり、
抵抗値比が1.35で最良の温度依存性の改善効果が得られ
た。

【００３１】図６は、本発明の主要部をなす熱線式フロ
ーセンサーの出力信号処理部の実施例を示すブロック図
で、11、12は、前後室の連通路に配置された薄膜型熱線
式フローセンサの熱線抵抗素子（抵抗体）としての櫛形
電極で、一方が風上側の抵抗体、他方が風下側の抵抗体
である。13、14は熱線抵抗素子11、12とでブリッジ回路
を形成する外部抵抗としての可変抵抗（外部可変抵
抗）、15は薄膜型熱線式フローセンサーの櫛形電極（抵
抗体）11、12と可変抵抗13、14で形成されたブリッジ回
路の電源回路に介在された電圧調整用可変抵抗器、16は
外部可変抵抗器13の抵抗値を制御して薄膜型熱線式フロ
ーセンサの熱線抵抗素子（抵抗体）と外部抵抗の抵抗値
比の変更、ならびに、ブリッジ回路の印加電圧を電圧調
整用可変抵抗器15の調整で、例えば、5Vと7Vに切り換え
る調整するコントローラーで、該コントローラー16は術
者によって操作される。

【００３２】この構成で、コントローラー16の指令で可
変抵抗器15の抵抗値がブリッジ回路の印加電圧が低電圧
（例えば、5V）となる抵抗値とされており、薄膜型熱線
式フローセンサの櫛形電極（抵抗体）11、12の抵抗値に
応じてコントローラー16の指令で外部可変抵抗13、14
が、温度依存性が最小となる抵抗値（例えば、105Ω）
に調整する。この調整で、低印加電圧（例えば、5V）は
ブリッジ回路の出力信号が所定レベルでない場合、また
は、出力信号レベルを大きくし高感度にしたい場合は、
コントローラー16の指令で電圧調整用可変抵抗器15の抵
抗値がブリッジ回路の印加電圧が高低電圧（例えば、7
V）となる抵抗値とされ、これによりブリッジ回路より
大きな出力が得られる。しかしながら、高印加電圧（例
えば、7V）にしたことにより温度依存性が悪化するの
で、印加電圧に応じてコントローラー16の指令で外部可
変抵抗13が温度依存性が最小となる抵抗値（例えば、12
5Ω）に調整する。

【００３３】なお、図６の実施例では、薄膜型熱線式フ
ローセンサの櫛形電極（抵抗体）11、12と接続されてブ
リッジ回路を形成する外部抵抗の双方可変抵抗とした
が、外部抵抗の一方を可変抵抗としてもよく、また、電
源と直列に介在させた可変抵抗器の調整でブリッジ回路
の印加電圧を調整するようにしたが、電源に可変電源を
用いてブリッジ回路の印加電圧を調整することも可能で
ある。また、実施例はシングルビーム式ＮＤＩＲであっ
たが、本発明は、ダブルビーム式ＮＤＩＲにも適用でき
るものである。

【００３４】

【発明による効果】本発明によれば、熱線式フローセン
サの熱線抵抗素子の抵抗値、および／または、ブリッジ
回路の印加電圧により出力信号が変動するという温度依
存性が少なく、安定した測定が可能な熱線式フローセン
サを備えた赤外線ガス分析計が得られる。また、熱線式
フローセンサの熱線抵抗素子の抵抗値を所定値にする必
要がないので、製造上における歩留りの改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱線抵抗素子の抵抗値の異なる薄膜型熱線抵抗
式フローセンサを搭載した赤外線ガス分析計（NDIR）の
応答特性図である。

【図２】熱線抵抗式フローセンサを搭載したＮＤＩＲの
応答（温度）特性図である。。

【図３】平均抵抗30Ωで、5Vと7Vの各印加電圧において
外部抵抗変えた際の出力変動を示す特性図である。

【図４】熱線抵抗素子の抵抗30Ωでブリッジ回路の印加
電圧が5Vと7Vにおいて外部抵抗の抵抗値を変えた際の、
印加電圧と温度変化率との関係を示す特性図である。

【図５】熱線抵抗素子の抵抗60Ω、印加電圧5Vにおいて
外部抵抗を100Ωと200Ω変えた際のブリッジ回路の出力
と温度変化率の関係を示す図である。

【図６】本発明の主要部の一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】シングルビーム式ＮＤＩＲの構成を模式的に示
す断面図である。

【図８】図７におけるＮＤＩＲのセンサ部の構成を模式
的に示す断面図である。

【図９】図８における薄膜型熱線式フローセンサの構成
を示す模式図である。

【図10】熱線抵抗式フローセンサのセンサ出力信号処理
部のブロック図である。

【符号の説明】

２：光源部２１…ヒータ２２…チョッパー２３…回
転円板２４…モータ３：セル部３１…パイプ３２…窓板３３…ガ
ス導入孔４：ディテクター部４１…前室４２…後室４３…窓
板４４…連通路５：薄膜型熱線式フローセンサ５１…ガラス基板５２…開口５３、５４…櫛形電極（熱線抵抗素子） 11、12：熱線抵抗素子 13：外部抵抗（可変） 1
4：外部抵抗（固定） 15：電圧調整用可変抵抗器 1
6：コントローラー

フロントページの続きＦターム(参考） 2F035 EA09 2G057 AA01 AB02 AC03 BA05 BB02 DB05 DC06 2G059 AA01 BB01 DD13 EE01 EE12 HH01 JJ24 KK09 MM01 NN02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定セルと、測定セルの一端側に配置さ
れた光源部と、測定セルを通過した赤外光の強度を検出
する測定セルの他端側に配置された検出部とを備え、検
出部がガスの封入された前後２室と、これら２室を連通
する連通路と、連通路内に配置されて前記２室の圧力差
に基づく連通路内のガス流の流速を測定する熱線式フロ
ーセンサとで構成された赤外線ガス分析計であって、前
記熱線式フローセンサの熱線抵抗素子（抵抗体）とでブ
リッジ回路を形成する外部抵抗の少なくとも一方を可変
抵抗としたことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】請求項１に記載の赤外線ガス分析計であ
って、前記可変抵抗は、それの抵抗値の調整で、熱線抵
抗素子と可変抵抗の抵抗値比を1.2〜1.5にするものある
ことを特徴とするとする赤外線ガス分析計。
【請求項３】請求項１、または、請求項２に記載の赤
外線ガス分析計であって、前記ブリッジ回路の印加電圧
を調整できるものであることを特徴とするとする赤外線
ガス分析計。