JP2003139701A

JP2003139701A - 赤外線ガス分析計

Info

Publication number: JP2003139701A
Application number: JP2001336292A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kanamaru; 訓明金丸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】干渉感度を排除でき、測定誤差のない赤外線
検出器を備えた赤外線ガス分析計を得る。【解決手段】ハウジング１の挿入孔４内にシリンダ２
が、また、シリンダ２内にはピストン３が摺動可能に挿
入されており、シリンダ２の先端に窓板21が設けられて
いる。長さの異なるインサートリング５を挿入孔４に挿
入してシリンダ２を挿入することで窓板11、21、インサ
ートリング５の内周壁で形成される前室８の光路長が可
変でき、また、ピストン３のシリンダ２内の位置を変え
ることで、窓板21、ピストン３の先端面、シリンダ２の
内周面で形成される後室９の光路長が可変できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種工業プロセス
のガス濃度の監視・制御や公害監視のための排ガス濃度
測定に使用される分析計であって、赤外活性な被測定成
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（成分）の濃度を計測する赤外線ガス分
析計、特に、ガス分子中における特定ガス種の赤外線吸
収の強さを検出するガスの封入された前後２室と、これ
ら前後２室の圧力差を検出するセンサとで構成され、試
料セルの後段に配置されてセル透過赤外光強度を検出す
る前後２室型の赤外線検出器に関する。

【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】センサとして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５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40、被測定ガス（試料ガス）が導入されるセル部50、
セル部50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赤外線検出器を有するディテク
ター（検出）部60の３ユニットから構成されている。光
源部40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）41と、赤外光を断続し
てセル部50およびディテクター部60に入射させるための
チョッパー42とから構成されている。

【０００４】チョッパー42は、例えば、周知のように、
光源41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43とこ
の回転円板43を回転駆動するモータ44とで構成されてお
り、回転円板43をモータ44で回転させることで、回転円
板の未切り欠き部（遮光部）が光源41の前に位置してい
る際には光源41からの赤外光を遮光し、切り欠き部が光
源41の前に位置している際には光源41からの赤外光が通
過し、セル部50に照射される。

【０００５】セル部50は、試料ガスが導入される部位で
あって、パイプ51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52で封止
し、パイプ側面に一端からもう一端へガスが流せるよう
ガスの導入出孔53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60を構成する赤外線検出器
は、NDIRの原理上、被測定ガス（試料ガス）が導入され
たセル部を透過してきた測定すべき赤外光を入射させ、
内封された受感ガスを昇圧させるための前後２室と、前
後室を連通する連通路内に両室の圧力差を検出する薄膜
型熱線式フローセンサ等のセンサを主構成要素としてお
り、その構成を図６に模式的に示す。赤外線検出器は、
本体ブロック61に形成された貫通孔61′内がCaF₂などの
赤外線透過材で作られた赤外線を透過する窓板62、63、
と蓋板64で仕切られて前室65と後室66とされ、また、本
体ブロック61には両室65、66の連通路を構成するトンネ
ル67、68が形成されており、その連通路の一部はセンサ
70が配置されるセンサ室69とされている。なお、センサ
室69は、センサ70を取付け後に蓋部材71で密閉される。

【０００７】また、同図では本体ブロック61がセル部の
一部を形成するように本体ブロック61の図で左側開口内
径はセル部を構成するパイプ（図５の51）の内径と同径
とされ、セル部に連通する被測定ガス導入出孔72が形成
され、該導入出孔72には、配管接続用の細管73が取り付
けられている。さらに、前室65と後室66には、受感ガス
と称する、NDIRの被測定対象となる反応性ガス、例え
ば、CO₂、SO₂、CO、NO_X、NH₃等の化学種のみ、あるい
は、これらの化学種をAr、He、N₂等の不活性ガスで希釈
されたガスが充填（内封）されている。

【０００８】このように、両室65、66に受感ガスを内封
する必要があることから、ディテクター部60を構成する
赤外線検出器の組立て、すなわち、本体ブロック61への
窓板62、63や蓋板64の接着、ならびに、センサ70や蓋部
材71の接着には、常温硬化が可能な気密性に優れたエ
ポキシ樹脂系の接着剤、例えば、一般的な工業用エポキ
シ系の接着剤アラルタイトAV138（硬化剤HV998）（長瀬
−Ciba社製）が用いられている。

【０００９】なお、本体ブロック61に形成される孔を有
底孔とすれば蓋板64は不要である。また、図では単一ブ
ロックに穿設した孔内を窓板等で画成して前後２室が形
成されたものであるが、通常、赤外線検出器を前室ブロ
ックと後室ブロックとし、両ブロックを接着して一体化
したものが多用されている。また、連通路に配置される
センサ70としては、前後室の圧力差を検出できるもので
あればどのようなものでもあってもよいが、センサが前
後室の圧力差で連通路内の内封ガスの流れを検出するフ
ローセンサである場合には、一般に、小型で高精度な薄
膜技術で製作された薄膜型熱線式フローセンサが使用さ
れている。

【００１０】このような構成で、光源部40から発した赤
外光は、セル部50を通過してディテクター部60に入射す
る。この時、セル内部に被測定成分ガスが存在すると、
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60
に入射する。ディテクター部60としての赤外線検出器の
前室65の正面窓板62から入射した赤外光は、前室65およ
び後室66で吸収されるが、その多くは前室65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65と後室66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を構成するトン
ネル67、68内に内封ガスの流れが生る。

【００１１】このガス流の流速は、ディテクター部60へ
の入射光強度に依存するので、前後室65、66の連通路内
に配置された薄膜型熱線式フローセンサ70の熱線抵抗素
子の抵抗値変化として計測することで、ディテクター部
60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。なお、薄膜型
熱線式フローセンサ70からの出力信号は、ハーメチック
シール74を介して本体ブロック61外に引出された不図示
のリード線から取り出される。

【００１２】NDIRの測定において、被測定ガス中に測定
対象外の干渉ガス成分が含まれていると他ガス干渉（干
渉感度）の影響が現れて測定誤差が生じることから、ND
IRの赤外線検出器としては、干渉ガス成分に応答しない
こと、すなわち、干渉感度の影響が少ないことが望まれ
る。干渉ガスとは、被測定ガス成分の赤外線吸収帯と重
なる吸収帯を有するガスである。このため、特に、高精
度の分析に用いるNDIRにおけるディテクター部を構成す
る赤外線検出器では、干渉感度の影響を受け難いことが
必要とされる。干渉感度の影響の除去（排除）は、受感
ガスの線形、非線型吸収領域を利用して除去、抑制する
ことが可能である。具体的には、前室と後室の開口比、
光路長比（前後室の長さ比）、容積比、内封ガス濃度を
変えることで行うことができる。

【００１３】図６に示されている前後２室を有する赤外
線検出器において試料セルを透過した赤外線の吸収現
象、すなわち、前後室65と後室66の吸収現象を詳しく言
えば、吸収帯のエネルギ最大の部分（ピークの部分）の
吸収率は高く、吸収帯の側端部は吸収率が低い。この吸
収特性を利用して、前室65において吸収帯のエネルギ最
大の部分が吸収され、後室66において吸収帯の側端部が
吸収されるように、前室65の光路長（長さ）と後室66の
光路長（長さ）とが設計されている。赤外線検出器の出
力は、前後２室の吸収エネルギーの差となるから、この
赤外線検出器のスペクトル感度は図７に実線で示す特性
となる。

【００１４】ここで、測定ガスの吸収帯より僅かにずれ
ているような干渉ガスの吸収帯（図中で破線で示す）の
影響を考えると、斜線で示すように、正の部分ｐと負の
部分ｑより成り立っているため、互いに打ち消しあうこ
とになる。この正の部分ｐと負の部分ｑは、前室65と後
室66の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度等を適
切に定めることにより等しくすることができ、干渉感度
の影響の除去（排除）が可能となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示されている構成のディテクター部を構成する赤外線検
出器の前後室の口径比、容積比や光路長比等は設計によ
り一義的に決まり、不変であり、測定条件に応じて干渉
感度を排除することができないことから、次の不都合が
あった。（１）測定条件が異なる場合、例えば、測定成分ガスや
干渉ガスの濃度が異なる場合には、それぞれの条件に適
して前室と後室の開口比、光路長比、容積比、内封ガス
濃度の違うものを製作し、用意しなければならない。こ
のため、多品種、少量生産となり、量産に適しない。な
お、通常は前後室の光路長の異なるものを製作し、測定
条件に適合するものを選択している。（２）製作時に加工等の誤差が生じたり、内封ガス濃度
が微妙に異なると、一つ一つの赤外線検出器の開口比、
光路長比、容積比、内封ガス濃度が微妙に異なることに
なり、均一な性能のものが得られない。（３）赤外線検出器は、ある一つの干渉ガス濃度を想定
して設計されるため、干渉ガス濃度が一定でなく、想定
された値と異なる場合は、干渉感度の影響が生じる。

【００１６】また、前後室の光路長等の決定は、NDIRの
ディテクター部を構成する赤外線検出器の特性を決定す
る極めて重要な要因である。例えば、前後室の最適光路
長の決定には、寸法（光路長）の異なる種々の赤外線検
出器の試作機を製作する必要があって多くの設計費用を
要する上、必然的に異なるセンサや異なる組立て履歴を
積んだ機体（赤外線検出器）間で評価することになり、
極力同一条件で光路長を変えて干渉感度の除去の状態を
比較・検討するという観点からは好ましくなく、同一の
機体でそれの前後室の光路長を代えて、その干渉感度の
除去（排除）効果を評価できることが理想である。

【００１７】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、測定条件が異なる場合であって
も前後各室の光路長や前後室の光路長比を可変すること
で干渉感度を排除できると共に、量産可能で均一な性能
を有し、測定誤差の生じない赤外線検出器を有する赤外
線ガス分析計を提供することを目的としている。

【００１８】

【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、ディテクター部を
構成する赤外線検出器の前後室の少なくとも一方の室の
光路長が可変できるように構成されていることを特徴と
している。

【００１９】なお、赤外線検出器は、本体ハウジングと
ハウジング内に配置されて前後２室を画成する窓板と、
窓板の後方で前記ハウジング内に摺動可能に嵌合し前室
の光路長を調整するシリンダと、前記シリンダ内に摺動
可能に嵌合し後室の光路長を調整するピストンと、前記
前後室を相互に連通する前記本体ハウジングに設けられ
た連通路と、連通路内に配置されて前記前後室の圧力差
を検出するセンサとで構成されていることが好ましい。
また、前室の光路長規定（調整）用の長さの異なるイン
サートリングが前後２室を画成する窓板の前方のハウジ
ング内に収容可能とされ、インサートリングの内径とシ
リンダの内径を等しくしておくのが好ましい。さらに、
窓板の後方で前記ハウジング内に摺動可能に嵌合し前室
の光路長を調整するシリンダに、後室とセンサの配置さ
れた前室に通じる連通路との連通用の長穴が形成され、
インサートリングの介挿による前室の光路長の変更にか
かわらず前後２室が連通路で連通されように構成されて
いることが好ましい。

【００２０】また、本体ハウジング内におけるとシリン
ダの位置とシリンダ内におけるピストンの位置を規制す
る位置規制手段を備えており、該位置規制手段は、シリ
ンダとピストンにそれぞれ固定されたノブ（フランジ）
と、シリンダに固定されたノブ（フランジ）と本体ハウ
ジングとの間、ならびに、シリンダとピストンのそれぞ
れ設けられたノブ（フランジ）間に介在されて光路長を
規定する光路長規定用部材とで構成されていることが好
ましい。さらに、本体ハウジングに前記前後２室に通じ
る内封ガスの導入出孔が形成されていることが好まし
い。

【００２１】このような構成の赤外線ガス分析計によれ
ば、シリンダを摺動させてそれのハウジング内の位置を
調整することで前室の光路長（長さ）を任意に可変で
き、また、ピストンを摺動させてそれのシリンダ内の位
置を調整することで後室の光路長（長さ）を任意に可変
でき、これにより、前室と後室の開口比、光路長比、容
積比、内封ガス濃度等を変更するのと同じ効果を得られ
る。すなわち、図７の斜線を付した部分のうち正の部分
ｐと負の部分ｑの面積が同じになる前後室の光路長、な
いし、光路長比を設定でき、干渉感度を完全に排除する
ことが可能となる。

【００２２】したがって、一つの赤外線検出器で種々の
測定条件に適合させることができ、赤外線検出器の量産
化が可能で、また、加工誤差等があっても干渉感度を排
除して均一な性能の赤外線検出器を備えた赤外線ガス分
析計が得られる。また、前室の光路長をシリンダの前方
にインサートリングを介在させることで規定するように
すれば、光路長を高精度に規定できると共に、シリンダ
の内径とインサートリングの内径を等しく（同じに）し
ておけば、前後室の光路長の変更にかかわらず前後両室
の全ての領域に渡って内径を等しくでき、セル部を透過
した赤外光を無駄なく反射させて、前後室に内封された
受感ガスに効率よく吸収させることができ感度の向上が
図れる。

【００２３】さらに、ハウジング内に摺動可能に嵌合す
るシリンダに、ハウジングに設けた後室に通じる連通路
に開口する長孔を設けておくことで、シリンダのハウジ
ング内で移動させての前室の光路長の調整にかかわらず
連通路が該シリンダで塞がれることがなく、前室と後室
の相互を連通路で連通することが可能となる。これによ
り、光路長調整単位毎にシリンダの開口と連通する複数
個のトンネルをハウジングに形成する必要がなく、連通
路は一本でよいので赤外線検出器の製作が簡単となる。
また、本体ハウジング内とシリンダに固定されたノブ
（フランジ）間、シリンダに固定されたノブ（フラン
ジ）とピストンに固定されたノブ（フランジ）間に光路
長規定用部材を介在させてれば両室の光路長を高精度に
規定できる。さらに、本体ハウジングに前記前後２室に
通じる内封ガスの導入出孔を形成しておけば、光路長調
整後の前後室内への受感ガスの内封作業が容易となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の主要部をなすデ
ィテクター部を構成する赤外線検出器の一実施例の構成
を模式的に示す断面図、図２はハウジングの挿入孔径、
シリンダの内外径、インサートリングの内外径等の関係
を示す断面図で、該検出器は、筐体（本体ハウジング）
１、シリンダ２、ピストン３を主要素として構成されて
いる。本体ハウジング（以下、単にハウジングと称す
る）１は、アルミニュウム等の金属製の円柱体（ブロッ
ク）よりなり、実施例では前室の内径Dbiの貫通孔を穿
設して後に、径Dbiと同心のそれより大きい径Dbaの孔が
ブロックの左右端から前室の基本長（基本光路長）の突
出部を残して穿孔され、図で突出部の右側には、径Dba
−Bbi（Dbi＜bBba）の違いで形成される段差を貼りしろ
としてセル部と前室との隔壁となるCaF₂などの赤外線透
過性の窓板11が接着剤で接着されている。接着剤として
は、気密性に優れ、且つ、常温硬化が可能なエポキシ樹
脂系の接着剤、通常、一般的な工業用エポキシ系の接着
剤アラルタイトAV138（硬化剤HV998）（長瀬−Ciba社
製）が用いられている。

【００２５】なお、突出部の左側の径Dbaの孔がシリン
ダ２の挿入孔４（図２参照）となり、また、同図ではハ
ウジング１がセル部の一部を形成するようにハウジング
１の突出部の右側の径Dbaの孔はセル部を構成するパイ
プ（図５の51）の内径と同径とされ、セル部に連通する
被測定ガス導入出孔が形成され、該導入出孔には、配管
接続用の細管が取り付けられている。

【００２６】シリンダ２は、内径Dcが前室の突出部の内
径Dbiと等しく、また、外径Dcoは挿入孔４の径Dbaより
若干小さくされ、図でブロック１の左側から径Dbaの挿
入孔４に摺動可能に嵌合し、その右側端面（挿入端面）
に前室と後室の隔壁となるCaF₂の赤外線透過性の窓板21
が接着、または、当接し、前記窓板11、21と両窓板間と
径Dbiの突出部の内周面、ならびに、後述のインサート
リングを介挿した際には、前記窓板11、21と、両窓板間
の径Dbiの突出部の内周面とインサートリングの内周面
とで前室８が形成される。

【００２７】また、窓板21と径Dba−Dbi（Dbi＜Bba）の
違いで形成される突出部の図で左側の段差部との間の径
Dbaの挿入孔４内には、長さの異なる前室８の光路長規
定（調整）用のインサートリング５が挿入可能とされて
おり、該リング５を介在させることで前室８の光路長を
所定値に規定（調整）でき、該リング５を介在させた際
には、前記窓板11、21、径Dbiの突出部の内周壁、イン
サートリング５の内周面とで前室８が形成されることに
なる。なお、前室８を構成する突出部の内径Dbi、挿入
孔４の径Dba、シリンダ２の内径Dcと外径Dco、インサー
トリング５の内径Diiと外径Dioの関係は、次のとおりで
ある。Dbi=Dc=Dii Dba＞=Dco=Dio

【００２８】ここで、赤外線検出器においては、赤外光
を無駄なく反射させて、前後室の内封受感ガスに効率よ
く吸収させる観点から、前室８、後室９共、全ての領域
に渡って内径が等しくなるように、Ddi=Dc=Diiとした
が、必ずしも等しくする必要はない。ピストン３はその
外径はシリンダ２の内径Dcより若干小さくされており、
シリンダ２内に摺動可能に嵌合し、窓板21、シリンダ２
の内周壁、ピストン３の先端で後室9を形成し、ピスト
ン３を軸方向に移動させてシリンダ２内での位置を変え
ることで後室９の光路長を可変できる。

【００２９】ハウジング１には、前室８と後室９とを連
通する連通路を構成する前部トンネル14、後部トンネル
15が穿設されており、前部トンネル14の一端が前室８の
一部となる径Dbiの突出部の周壁部内に、他端はセンサ
室10に開口する直線状のトンネルで、後部トンネル15は
L字型トンネルで、一端は後室９に、他端はセンサ室10
に開口し、センサ室10には薄膜型熱線式フローセンサ12
が配置されている。また、前室８の光路長の変更に際し
てのインサートリング５の介挿によるシリンダ２の挿入
孔４内の移動で後部L字型トンネル15の一端（垂直孔）
が塞がれることなく、トンネル14、15で形成される連通
路による前室８と後室９の連通を確保するために、シリ
ンダ２には長孔23が設けられている。

【００３０】インサートリング５の最大長は、後部L字
型トンネル15の水平方向の長さ（換言すると後部L字型
トンネル15の垂直孔の位置）とシリンダ２に設けられた
長孔23の大きさによって定まる。換言すると、長孔23の
大きさは後部L字型トンネル15の垂直孔の位置とでイン
サートリング５の最大長が決まる。この関係を図３でも
って説明する。

【００３１】図３（A）は、インサートリング５をハウ
ジング１の挿入孔４内に介挿せずにシリンダ２の先端が
挿入孔４内の径Dbiの突出部に当接するまで完全に押し
込まれて（挿入されて）前室８の光路長が突出部の長さ
で定まる基準長に調整された状態を示す。この状態で、
後部L字型トンネル15の垂直孔の垂直軸Ateに対して、シ
リンダ２の穿った長孔23の後端側円周の中心軸Anbとが
一致し、また、同図（B）に示すように一番長いインサ
ートリング５をハウジング１の挿入孔４内に挿入し、シ
リンダ２の先端が該リング５の端面に当接するまで押し
込んだ状態では、シリンダ２の穿った長孔23の前端側円
周の中心軸Anfが後部L字型トンネル15に垂直孔の垂直軸
Ateと一致する関係、換言すれば、インサートリングの
最大長と後部L字型トンネルの垂直孔の位置との関連に
おいて長孔23の大きさを設定すれば、最大長より短い異
なる長さのインサートリングを介挿によるシリンダ２の
挿入孔４内の移動（すなわち、前室の光路長の調整）に
よるにかかわらす、前後両室８、９は前後部トンネル1
4、15で形成される連通路で常に連通される。

【００３２】また、ハウジング１には、前室８と後室
９、ならびに、トンネル14、15内に受感ガスを導入する
ためのガス導入系配管16とガス排出系配管17が設けられ
ている。実施例ではガス排出系配管17はそれの垂直孔の
軸が後部L字型トンネル15の垂直孔の垂直軸Ateと一致す
る位置に、ガス導入系配管16の開口端は前室８の一部と
なる径Dbiの突出部の周壁部内に位置し、両配管には、
受感ガスを繰り返し導入、封止が可能なように弁が設け
られており、また、ガス導入系配管16とガス排出系配管
17の他端は、それぞれガス供給源（ボンベ）と大気、ま
たは、ガス回収部に通じている。なお、ガス排出系配管
17はそれの垂直孔の軸を後部L字型トンネル15の垂直孔
の垂直軸Ateと一致させたが、ガス排出系配管17はそれ
の垂直孔の軸が、図３（A）において後部L字型トンネル
15に垂直孔の垂直軸Ateとシリンダ２の穿った長孔23の
前端側円周の中心軸Anfとの間の位置であれば、どの位
置に設けてもよい。

【００３３】これら両系配管16、17による前室８と後室
９、トンネル14、15で形成される連絡路内への受感ガス
の導入と封入は、次のようにして行われる。先ず、各系
の弁を開放し、前室８のガス導入系配管16から受感ガス
を導入する。ガス導入系配管16から導入された受感ガス
は、前室８、前部トンネル14、トンネル14内に形成され
たセンサ室10に置かれたフローセンサ12、後部トンネル
15、後室（シリンダ２内部）９を通ってガス排出系配管
17より外部へ排出され、この状態を一定時間続けること
で、ディテクター部を構成する赤外線検出器内に受感ガ
スが充満される。受感ガス封入、封止においては、ガス
導入系配管16から導入された受感ガスがガス排出配管17
から排出されている状態で、先ず、ガス導入系配管16側
の弁を閉じ、検出器内部に圧力がかからないようにして
から、ガス排出配管17側の弁を閉じる。

【００３４】なお、赤外線検出器においてはトンネル以
外の前後２室間は、ガスの移動がないように隔絶する必
要があることから、図示の実施例においては、前室８と
後室９の２室間のガスの隔絶はシリンダ２の外周に配し
たOリング22でなされ、後室９と外部（外気）との隔絶
はピストン３の外周に配したOリング31とハウジング１
の挿入孔４の内面に配したOリング18とでなされてい
る。この場合、Oリング22はハウジング１の挿入孔４の
内周に、Oリング18はシリンダ２の外周に配することも
可能である。また、図１中、19は、前部トンネル14に形
成されたセンサ室10内に薄膜型熱線式フローセンサ12を
接着剤で固定した後に該室10を密封閉鎖する蓋部材であ
り、該フローセンサ12からの出力信号は、ハーメチック
シール13を介してハウジング１外に引出された不図示の
リード線から取り出される。

【００３５】次に、図３と図４を参照して前室、並び
の、後室の光路長の調整手法について説明する。図３は
前室の光路長の調整（変更）法の説明図で、同図（A）
に示すように、ハウジング１の挿入孔４（図２参照）内
にインサートリングを挿入しないでシリンダ２を挿入構
４内にその先端が前室内壁を構成する突出部の左端に当
接するまで完全に押し込む。この状態では、前室の光路
長は前室内壁を構成する突出部の長さで規定される基準
光路長となる。前室の光路長を基準光路長より長くする
には、同図（B）に示されているように、ハウジング１
の挿入孔４（図２参照）内に図中円内の拡大図で示す長
さの異なるインサートリング５の１つを挿入して後にシ
リンダ２を該リング先端がインサートリング５に当接す
るまで押し込む。この状態では、前室８の光路長は前室
内壁を構成する突出部壁の長さ＋挿入したインサートリ
ングの長さで規定される光路長となる。したがって、前
室の光路長は、異なる長さのインサートリング５を用意
しておき、該リングを取り替えることで任意に可変（調
整）することができる。

【００３６】図４は後室の光路長の調整（変更）法の説
明図で、ハウジング１とピストン３が嵌合するシリンダ
２とが分解されて描かれている。後室の光路長は、シリ
ンダ２内におけるピストン３の位置を変更することで可
変できる。この際、ピストン３の位置、すなわち、後室
の光路長が規定長に保持できるように、実施例では、シ
リンダ２に固定されたノブ（フランジ）24とピストン３
に固定されたノブ（フランジ）32間にエクスパンジョン
パイプ７を介在させ、該パイプ７を両ノブ24、32にネジ
等で固定するようにしている。したがって、同図中に楕
円内に示されているように、長さに異なるエクスパンジ
ョンパイプ７を両ノブ24と32との間に介在させること
で、後室の光路長を任意の規定光路長に設定できる。

【００３７】なお、実施例では、シリンダ２に固定され
たノブ（フランジ）24とハウジング１間に前室８の光路
長を規制するエクスパンジョンパイプ６を介在させてい
るが、前室８の光路長はインサートリング５で規定でき
ることから、該パイプ６は省略することができる（図１
参照）。この場合には、ピストン３、ないしは、シリン
ダ２をハウジングに締め付ける機構が必要である。ま
た、前後室８、９の光路長を可変しても気密は、Oリン
グ18、22、31で確保され、また、シリンダ２に設けた長
孔23（図１参照）を上記の関係とすることで前後室連通
は、トンネルで構成される連通路で確保される。

【００３８】このように、前後室の光路長を可変して
も、図６に示す赤外線検出器と同様に、前室と後室にお
いては、内封ガスがその吸収帯の熱エネルギを吸収し圧
力を生じ、この圧力変化は前室において大きく起きる
が、後室では前室の内封ガスによってほとんどのエネル
ギーが吸収されているために少ししか起こらず、このた
めに、前室と後室に圧力差が生じ、この圧力差をフロー
センサで検出することにより赤外線（吸収帯の波長）の
光量を検出でき、また、スペクトル感度も図７に実線で
示す特性となる。したがって、インサートリング５の介
挿による前室８の光路長の調整（図３参照）、ならび
に、シリンダ２内のピストン３の位置による後室９の光
路長の調節で（図４参照）、図７に示す斜線を付した正
の部分ｐと負の部分ｑの面積を同じにし、干渉感度を完
全に排除することが可能となる。

【００３９】なお、実施例では、前後両室の光路長を可
変できるようにしたが、いずれか一方の室の光路長を可
変することでもって干渉感度を排除することも可能であ
る。この場合、前室の光路長のみを可変するにはピスト
ンは不要で、シリンダのハウジング挿入孔内の位置を変
えることで光路長を可変できる。この場合には、赤外光
の入射側、すなわち、前室と反対側が閉じられた有底シ
リンダとすればよく、また、後室の光路長のみを可変す
る場合には、シリンダは不要で、ピストンをハウジング
の挿入孔内に挿入しその位置を変えることで光路長を可
変できる。また、実施例では、インサートリングで前室
の光路長を可変するようにしたが、該リングは省略する
ことが可能である。この場合には、前室の光路長は、実
施例のようにハウジングとシリンダに固定されたノブ
（フランジ）間にエクスパンジョンパイプ等の位置規制
部材を介在させるか、ハウジングの挿入孔の内周面とシ
リンダの外周面に精密ネジを設けたネジ機構でもって光
路長を規定できる。

【００４０】さらに、実施例では、ハウジングの挿入孔
内に突出部を形成し、その長さで前室の光路長を基準光
路長としたが、該突出部は必ずしも設ける必要はない。
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。
さらに、実施例では、前後２室の圧力差を検出するセン
サとして、ガス圧変動を内封受感ガスの流量として検出
する薄膜型熱線式フローセンサを用いたが、前後２室の
圧力差を圧力として検出するメンブレンコンデンサなど
の他の圧力検知素子であってもよい。しかしながら、薄
膜型熱線式フローセンサを用いれば、検出器を小型化で
きる。

【００４１】

【発明による効果】以上のように本発明によれば、ハウ
ジングに嵌合するシリンダの位置やシリンダに嵌合する
ピストンの位置の調整でもって赤外線検出器の前後各室
の光路長や前後室の光路長比を可変できる。したがっ
て、一つの赤外線検出器で種々の測定条件に適合させて
干渉感度を排除することが可能となり、また、赤外線検
出器の量産が可能で生産性の向上が図れ、かつ、加工誤
差を排除して均一な性能が得られるとともに、測定誤差
のない赤外線検出器を有する赤外線ガス分析計が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主要部であるディテクター部を構成
する赤外線検出器の一実施例の構成を模式的に示す断面
図である。

【図２】図１のハウジングの挿入孔径、シリンダの内
外径、インサートリングの内外径等の関係説明用図であ
る。

【図３】図１におけるシリンダに設ける長孔の大きさ
と、インサートリングの長さ、前後２室の連通孔（トン
ネル）の位置との関係と、図１の赤外線検出器における
前室の光路長の調節動作の説明用模式図である。

【図４】図１の赤外線検出器における後室の光路長の
調節動作の説明用模式図である。

【図５】従来のシングルビーム式NDIRの構成を模式的
に示す断面図である。

【図６】図５におけるNDIRのディテクター部の赤外線
検出器の構成を模式的に示す断面図である。

【図７】赤外線検出器の干渉感度説明用のスペクトル
感度特性図である。

【符号の説明】

１：ハウジング２：シリ
ンダ３：ピストン４：挿入
孔５：インサートリング６、７：エク
ステンションパイプ８：前室９：後室 10：センサ室 11、21：窓板 12：フローセンサ 13：ハー
メチックシール 14、15：トンネル 16：
ガス導入系配管 17：ガス排出系配管 18、22、31：Oリ
ング 19：蓋部材 23：長孔 24、32：ノブ（フランジ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定セルの透過赤外線が導かれる検出部
を備え、前記検出部が受感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室の圧力差を検出するセンサとで構成された
赤外線ガス分析計であって、少なくとも前記前後室の少
なくとも一方の室の光路長が可変できることを特徴とす
る赤外線ガス分析計。
【請求項２】測定セルの透過赤外線が導かれる検出部
を備え、前記検出部が受感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室の圧力差を検出するセンサとで構成された
赤外線ガス分析計であって、検出部が、本体ハウジング
とハウジング内に配置されて前後２室を画成する窓板
と、窓板の後方で前記ハウジング内に摺動可能に嵌合し
前室の光路長を調整するシリンダと、前記シリンダ内に
摺動可能に嵌合し後室の光路長を調整するピストンと、
前記本体ハウジングに形成された前後２室を連通する連
通路と、連通路内に配置されて前記２室の圧力差を検出
するセンサとで構成されていることを特徴とする赤外線
ガス分析計。
【請求項３】請求項２に記載の赤外線ガス分析計であ
って、前記前室の光路長を規定する長さの異なるインサ
ートリングが前後２室を画成する窓板の前方のハウジン
グ内に収容可能とされていることを特徴とする赤外線ガ
ス分析計。
【請求項４】請求項３に記載の赤外線ガス分析計であ
って、前記シリンダの内径と前記インサートリングの内
径が等しいことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項５】請求項２から請求項４のいずれかに記載
の赤外線ガス分析計であって、前記シリンダに後室と前
記連通路との連通用の長穴が形成され、光路長の変更に
かかわらず前記前後２室が前記連通路で連通されるもの
であることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項６】請求項２から請求項５のいずれかに記載
の赤外線ガス分析計であって、本体ハウジング内におけ
るシリンダの位置とシリンダ内におけるピストンの位置
を規制する位置規制手段を備えていることを特徴とする
赤外線ガス分析計。
【請求項７】請求項６に記載の赤外線分析計であっ
て、前記位置規制手段が、シリンダとピストンにそれぞ
れ固定されたノブ（フランジ）と、シリンダに固定され
たノブ（フランジ）と本体ハウジングとの間、ならび
に、ピストンに固定されたノブ（フランジ）と前記シリ
ンダに固定されたノブ（フランジ）との間に介在される
光路長規定用部材とで構成されていることを特徴とする
赤外線ガス分析計。
【請求項８】請求項２から請求項７のいずれかに記載
の赤外線分析計であって、前記本体ハウジングに前記前
後２室に通じる内封ガスの導入出孔が形成されているこ
とを特徴とする赤外線ガス分析計。