JPH01155245A

JPH01155245A - 流体分析方法

Info

Publication number: JPH01155245A
Application number: JP62314806A
Authority: JP
Inventors: Hajime Mikasa; 三笠　元; Ichiro Asano; 一朗浅野; Nobutaka Kihara; 信隆木原
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1989-06-19
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH079397B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、マルチ流体変調方式（これは本発明者らの名
付けた名称である）という従来になかった特異な手法を
採用することによって、ただ１個の検出器を用いるだけ
でありながら、複数の（または複数の系に分流された）
サンプル流体を同時にかつ連続的に分析することができ
る、全く新規な流体分析方法を提供せんとしてなされた
ものである。

〔従来の技術〕

例えば、サンプル流体の一例である大気中に含まれる自
動車排気ガスや工場排気ガスなどの有害成分（ＮＯＸ　
、Ｈ，Ｃ，、あるいは、ＣＯ，など）の濃度（ひいては
量）を分析するような場合における流体分析方法として
は、従来から、ケミカルルミネッセンス検出器（ＣＬ　
Ｄ）を備えた分析計とか、フレームイオン検出器（Ｆ　
Ｉ　Ｄ）を備えた分析計とか、あるいは、コンデンサマ
イクロフォン方式またはマイクロフロ一方式等によるニ
ューマチインク型検出器やサーモパイルあるいは半導体
等の固体検出器を備えた非分散型赤外線分析計（ＮＤＩ
Ｒ）など、各種の検出器（センサー）を採用して成る流
体分析計を用いる方法が知られている。

ところで、前記のような流体分析を行うに際しては、例
えば、ＮＯとＮｏｔｌあるいは、メタン（ＣＨ，）とメ
タン以外のＨＣ（ＮＭＨＣ）　、あるいはまた、ＣＯと
ＣＯ□というように、サンプル流体中の複数（この場合
には２つ）の成分濃度を同時にかつ連続的に測定する必
要があることが多いが、従来一般に用いられてきた流体
分析方法によってそれを実現するためには、どうしても
複数個（この場合には２個）の検出器（センサー）が必
要であった。

即ち、ＮＯとＮＯ８とを同時連続測定する場合には、サ
ンプル流体を２つの測定系に分流し、−方の系にはサン
プルガス中のＮＯ濃度をそれ単独で測定するための第１
ＮＯ検出器を設け、他方の系にはサンプルガス中のＮＯ
！をＮＯに変換する処理を施して生成された処理流体中
の全Ｎ０ｆｉ度を測定するための第２ＮＯ検出器を設け
る、というように２個のＮＯ検出器が必要であり（ＮＣ
ｈ濃度は第２ＮＯ検出器による全Ｎｏ濃度検出値と第１
ＮＯ検出器によるＮＯ単独濃度検出値との差として得ら
れ、この手法は差量法と呼ばれる）、また、メタンとメ
タン以外のＨＣ（ＮＭＨＣ）とを同時連続測定する場合
には、サンプル流体を２つの測定系に分流し、一方の系
にはサンプル流体中の全ＨＣｔｌＡ度（ＴＨＣ）を測定
するための第１ＨＣ検出器を設け、他方の系にはサンプ
ル流体中のメタン以外のＨＣを触媒燃焼させて除去する
処理を施して生成された処理ガス中のメタン濃度を測定
するための第２ＨＣ検出器を設ける、というように２個
のＨＣ検出器が必要であり（この場合も差量法を用いて
おり、ＮＭＨＣは第１ＨＣ検出器によるＴＨＣ濃度検出
値と第２８Ｃ検出器によるメタン濃度検出値との差とし
て得られる）、また、サンプル流体中のＣＯとＣＯｔと
を同時連続測定する場合には、サンプル流体を２つの測
定系に分流し、一方の系にはＣＯ検出器を設は他方の系
にはＣＯｔ検出器を設けるというように、ＣＯ検出器と
ＣＯ！検出器の２個の異なる検出器が必要である。

そして、上記のように同一サンプル流体を複数の系に分
流することにより、そのサンプル流体中の複数の成分の
同時連続分析を行う場合に限らず、複数の異なるサンプ
ル流体について夫々の中に含まれる特定成分の同時連続
分析を行おうとする場合にも、同様に複数の検出器（セ
ンサー）を必要とすることが明らかである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したように、同一サンプル流体中の
複数の成分の同時連続分析、あるいは、複数の異なるサ
ンプル流体について夫々の中に含まれる特定成分の同時
連続分析を行うに際して、前記梃来方法のように複数個
の検出器（センサー）を用いなければならないというこ
とは、（ア）分析計が大型化すると共に製造コストが高
（つく、という問題のみならず、（イ）複数の検出器毎にゼロ・スパン調整などの調整を
必要とするので、測定に要する手間が太きく非常に面倒
である、（つ）各検出器の調整が十分で無（、複数の検出器の間
にゼロ調整誤差や感度差が存在する場合には、非常に大
きな測定誤差が生じることになる、といった種々の問題
を引き起こす。

そこで、このような問題を避けるために、ただ１個の検
出器を備えた分析計を用いて、同一サンプル流体中の複
数の成分を交互に測定するとか、あるいは、複数の異な
るサンプル流体を交互に測定するという、言わばバッチ
的な分析方法が考えられるが、その場合には、同時連続
測定を行えないために、測定データが不連続になってし
まうという欠点があり、特に、前述した差量法を用いた
分析を行う場合には、測定精度の大きな劣化を招く虞れ
がある。従って、単に検出器の個数を節約するためにの
み、このようなバッチ的分析方法を採用することは、流
体分析の本来の目的を大きく犠牲にすることになりかね
ず、得策とは言えない。

本発明は、かかる従来実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、ただ１個の検出器を用いるだけであり
ながら、複数の（または複数の系に分流された）サンプ
ル流体を、同時にかつ連続的に、しかも、精度良く分析
することができる流体分析方法を開発せんとすることに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるマルチ流体変
調方式による流体分析方法は、第１図の基本的概念図（
クレーム対応図）に示すように、複数のサンプル流体Ｓ
ｌ、３２．・・・　、Ｓｎ（これは、もともと異なるも
のであっても、あるいは、単一のサンプル流体を複数の
系に分流したものであってもよい）を、夫々、比較流体
Ｒ１゜Ｒ２，・・・　、Ｒｎにより互いに異なる周波数
Ｆｌ。

Ｆ２．・・・　、Ｆｎ（ヘルツ）で流体変調し、ただ一
個の検出器りを有する分析部Ａへ、前記流体変調された
各サンプル流体３１，３２．・・・　。

Ｓｎを、同時にかつ連続的に供給し、前記分析部Ａにおける前記検出器りからの出力信号０を
、前記各サンプル流体Ｓ１．Ｓ２．・・・　。

Ｓｎに対する各変調周波数Ｆｌ、　　Ｆ２．・・・、　
　Ｆｎの信号成分Ｏｆ、０２．・・・　、Ｏｎに分離し
て夫々整流および平滑化処理することにより、前記各サ
ンプル流体Ｓｔ、Ｓ２．・・・　、Ｓｎに関する分析値
を得る、という手順によることを特徴とする。

〔作用〕

かかる特徴ある手段を採用したことにより発揮される作
用は次の通りである。

即ち、上記本発明に係るマルチ流体変調方式による流体
分析方法においては、後述する実施例の記載からもより
一層明らかとなるように、例えばロータリーバルブとか
３方切換電磁弁または４方切換電磁弁などで構成される
適宜流体変調手段を用いて、比較流体Ｒ１，Ｒ２，・・
・　、Ｒｎにより互いに異なる周波数Ｆｌ、　Ｆ２．・
・・　、Ｆｎで夫々流体変調した複数の（または複数の
系に分流された）サンプル流体Ｓｌ、Ｓ２．・・・、Ｓ
ｎを、ただ一個の検出器りを有する分析部Ａへ、同時に
かつ連続的に供給することにより、先ず、そのただ一個
の検出器りから、全てのサンプル流体Ｓｌ。

Ｓ２．・・・　、Ｓｎに対応する個々の測定信号成分（
Ｏｆ、０２．・・・　、Ｏｎ）が−括的に重畳されたひ
とつの測定信号０（−０１＋０２＋　・・・　＋Ｏｎ）
を得る、という従来常識では全く考えられなかった特異
な手法を採用すると共に、次に、前記ただ一個の検出器
りからの出力信号０を、例えば、図に例示しているよう
な周波数分離回路と信号整流・平滑回路とを組み合わせ
て構成された電気回路、あるいは、フーリエ解析（周波
数分離処理に相当する）および絶対値平均化処理（整流
・平滑化処理に相当する）などの数値解析の演算処理が
可能なコンピューターなどの、ハードあるいはソフトに
よる適宜信号処理手段を用いることによっｔ、前記各サ
ンプル流体Ｓｌ、３２．・・・　。

Ｓｎに対する各変調周波数Ｆｌ、Ｆ２．・・・、Ｆｎの
信号成分０１．０２．・・・　、Ｏｎに分離（復調）し
て夫々整流・平滑化処理するという信号処理を行うこと
により、前記各サンプル流体３１．Ｓ２゜・・・　＋Ｓ
ｎに関する分析値を得るようにしたから、たとえ、同一
サンプル流体中の複数の成分の同時連続分析、あるいは
、複数の異なるサンプル流体について夫々の中に含まれ
る特定成分の同時連続分析を行うに際しても、ただ１個
の検出器（センサー）を備えているだけの簡素かつ安価
な分析計を用いることができ、従って、複数の検出器を
必要としていた従来一般の流体分析方法の場合に比べて
、測定システムの小型化および簡素化ならびにコスト低
減を容易に図れると共に、検出器の調整を容易かつ短時
間に行え、かつ、従来のように複数の検出器間のゼロ調
整誤差や感度差は生じ得ないことから、常に良好な測定
精度を確保できるようになった。

〔実施例〕

以下、本発明に係るマルチ流体変調方式による流体分析
方法の具体的実施例を図面（第２図ないし第７図）に基
いて説明する。

第２図は第１実施例に係り、例えば大気中や生産設備か
らの排気流体などのサンプル流体中に含まれるＮＯＸあ
るいはＨ，Ｃ，などの濃度を分析するような場合に本発
明方法を適用して構成されたマルチ流体変調方式による
流体分析システムの概略構成を示している。

さて、図示しているように、複数（この場合は２つ）の
サンプル流体Ｓｌ、Ｓ２　（これは、もともと異なるも
のであっても、あるいは、後で詳述するように単一のサ
ンプル流体を複数の系に分流したものであってもよい）
を、夫々、流体変調手段１ａ、ｌｂを用いて、比較流体
Ｒ１，Ｒ２（−般にはゼロガスが使用される）により、
互いに異なる周波数Ｆｌ、　　Ｆ２　（ヘルツ）　（例
えば、Ｆ１＝ＩＨｚ、Ｆ２＝２Ｈｚ）で流体変調した（
つまり、サンプル流体と比較流体とを所定の周波数で交
互に通過させた）後、それら流体変調された各サンプル
流体ＳＬ、Ｓ２　（Ｒ１，Ｒ２）を、ただ一個の検出器
Ｄ（センサー）を有する分析部Ａへ、同時にかつ連続的
に供給する。なお、この場合には、前記分析部Ａにおけ
る検出器りとしては、−般に、ＮＯ検出用のケミカルル
ミネッセンス検出器（ＣＬＤ）、あるいは、メタン（Ｃ
Ｈ４）検出用のフレームイオン検出器（ＦＩＤ）などの
ように、サンプル流体が直接通過するタイプのものが用
いられるため、前記流体変調された両サンプル流体Ｓｌ
、Ｓ２　（Ｒ１，Ｒ２）は、混合状態で前記検出器りへ
供給される。

従って、プリアンプ２を介して前記検出器りから出力さ
れる信号Ｏは、図中模式的に示しているように、両サン
プル流体Ｓｌ、Ｓ２に対応する個々の測定信号成分（０
１，０２）が−括的に重畳されたひとつの測定信号（０
−０１＋０２）として得られることになる。

そこで、前記検出器りからの出力信号Ｏを、例えば、図
に概念的に例示しているような周波数分離回路３と信号
整流・平滑回路４とを組み合わせて構成された電気回路
などの適宜信号処理手段Ｂを用いて、前記各サンプル流
体３１．３２に対する各変調周波数Ｆｌ、Ｆ２の信号成
分０１．０２に分Ｉｌ（復調）して夫々整流・平滑化処
理するという信号処理を行うことにより、前記各サンプ
ル流体Ｓｌ、Ｓ２に関する分析値を得るようにしたもの
である。なお、前記信号処理手段Ｂとしては、上記電気
回路のようなハード的な手段に限らず、フーリエ解析（
周波数分離処理に相当する）および絶対値平均化処理（
整流・平滑化処理に相当する）などの数値解析の演算処
理が可能とされたコンピューターシステムのようなソフ
ト的な手段を採用することもできる。

第３図は第１実施例に係り、例えば大気中や生産設備か
らの排気流体などのサンプル流体中に含まれるＣ　Ｏｘ
などの濃度を分析するような場合に本発明方法を適用し
て構成されたマルチ流体変調方式による流体分析装置の
要部の概略システムを示している。

この場合には、装置の分析部Ａは、一般に、非分散型赤
外線分析計（ＮＤＩＲ）で構成され、従って、検出器Ｄ
（センサー）としては、コンデンサマイクロフォン方式
あるいはマイクロフロ一方式等によるニューマチインク
型検出器やサーモパイルあるいは半導体等の固体検出器
などのようにサンプル流体が直接通過しないタイプのも
のが用いられる。ただし、この図に示すように、分析部
Ａを、ただ一個のセルＣを用いた所謂シングルセルタイ
プのＮＤＩＲで構成する場合には、やはり、上記第１実
施例の場合と同様に、流体変調された両サンプル流体Ｓ
Ｌ、Ｓ２　（Ｒ１，Ｒ２）は、混合状態で前記セルＣへ
供給され、そのセルＣを通過する測定用赤外線の吸光度
が検出器りにより測定される。

なお、この実施例におけるその他の構成等については、
上記第１実施例のものと同様であるから、同じ機能を有
する部材には同じ参照符号を付することにより、その説
明は省略する。

第４図は第３実施例に係り、これも、Ｃｏ１ｔなどの濃
度を分析するような場合に本発明方法を適用して構成さ
れたマルチ流体変調方式による流体分析装置の要部の概
略システムを示している。

この場合には、分析部Ａを、２個のセルＣＩ。

Ｃ２を有する所謂ダブルセルタイプの非分散型赤外線分
析計（ＮＤＩＲ）で構成しであるから、流体変調された
両サンプル流体Ｓ１．３２　（Ｒ１゜Ｒ２）は、互いに
混合されること無く、各別のセルＣ１，Ｃ２内へ供給さ
れることになるが、それら両セルＣＩ、Ｃ２を通過した
各測定用赤外線の吸光度は、１個の検出器りにより同時
に測定される。なお、図示はしていないが、前記２個の
セルＣＩ、Ｃ２のには、例えば、その一方にｃｏ測定用
のソリッドフィルターが、そして、他方にＣＯ８測定用
のソリッドフィルターが、夫々、付設されている。

また、この実施例におけるその他の構成等については、
前記第１実施例および第２実施例のものと同様であるか
ら、同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付するこ
とにより、その説明は省略する。

ところで、前記複数のサンプル流体ＳＬ、Ｓ２は、例え
ば複数の排気流路から各別に導いてくる場合のように、
もともと異なるものであってもよいし、あるいは、第５
図に例示するように、単一のサンプル流体ＳＯを複数の
系に分流したものであってもよい、これは、一般に、同
一サンプル流体ＳＯ中のＣＯとＣＯ□とか、ＮｏとＮＯ
よとか、メタンとメタン以外のＨＣ（ＮＭＨＣ）とを同
時連続測定する場合などに適用されるが、その場合には
、図示しているように、少な（とも一方の系に、Ｎ　Ｏ
ｔをＮＯに変換するための、あるいは、ＣＯｔをＣＯに
変換するためコンバータ５とか、図示はしていないが、
ノンメタン除去装置、あるいは、所要のフィルターなど
が設けられるのが普通である。なお、この第５図に例示
しているように、前記比較流体Ｒ１，Ｒ２についても、
共通のものＲＯ（例えばゼロガス）を用い得るように構
成してもよい。

また、前記各流体変調手段１ａ、ｌｂは、サンプル流体
３１（Ｓ２）と比較流体Ｒ１（Ｒ２）とを所定の周波数
で交互に切り換え得るものでありさえすれば、その構成
は任意であり、例えば、第６図（イ）に示すようなロー
タリーパルプで構成してもよく、あるいは、第６図（ロ
）に示すような４方切換電磁弁で構成してもよく、また
、図示はしていないが、３方切換電磁弁を用いて構成し
ても差し支え無い。

そして、第７図は、前記信号処理手段Ｂの具体的な一構
成例を示している。これは、ハード構成の一例である電
気回路で構成されたものであって、前記プリアンプ２を
介して検出器りから出力された信号０を、互いに並列に
設けられた複数の信号処理系列（この例では２系列）に
分岐し、一方の信号処理系列には、サンプル流体Ｓ１に
対する変調周波数（Ｆｌヘルツ）付近の帯域の信号Ｏ１
のみを検波して取り出す（通過させる）ためのバンドパ
スフィルター６ａを設けると共に、その後段に、サンプ
ル流体Ｓ１に対する流体変調手段１ａに付設された同期
信号発生器９ａからの同期信号（流体変調手段１ａによ
る実際の流体変調動作を表す信号：Ｆ１ヘルツ）により
、前記バンドパスフィルター６ａのみでは不十分である
虞れがある検波作用を補足してより一層精度の良い検波
を行えると同時に、検波された交流を脈流に変換（整流
）できるように、前記バンドパスフィルター６ａからの
出力信号０１を同期整流するための同期検波整流回路７
ａを設け、更に、その後段には、前記同期検波整流回路
７ａからの出力信号を平滑化すると共に高周波ノイズを
除去するための平滑回路８ａの一例としてのローパスフ
ィルターを設け、そして、他方の信号処理系列には、サ
ンプル流体Ｓ２に対する流体変調手段１ｂの変調周波数
（Ｆ２ヘルツ）付近の帯域の信号０２のみを検波して取
り出す（通過させる）ためのバンドパスフィルター６ｂ
を設けると共に、その後段に、サンプル流体Ｓ２に対す
る流体変調手段２ａに付設された同期信号発生器９ｂか
らの同期信号（流体変調手段１ｂによる実際の流体変調
動作を表す信号＋Ｆ２ヘルツ）により、前記バンドパス
フィルター６ｂのみでは不十分である虞れがある検波作
用を補足してより一層精度の良い検波を行えると同時に
、検波された交流を脈流に変換（整流）できるように、
前記バンドパスフィルター６ｂからの出力信号０２を同
期整流するための同期検波整流回路７ｂを設け、更に、
その後段には、前記同期検波整流回路７ａからの出力信
号を平滑化すると共に高周波ノイズを除去するための平
滑回路８ｂの−例としてのローパスフィルターを設けた
ものである。

（発明の効果〕以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
マルチ流体変調方式による流体分析方法によれば、複数
のサンプル流体を夫々比較流体により互いに異なる周波
数で流体変調し、それら流体変調された全てのサンプル
流体を、ただ一個の検出器を有する分析部へ、同時にか
つ連続的に供給することにより、先ず、そのただ一個の
検出器から、全てのサンプル流体に対応する個々の測定
信号成分が一括的に重畳されたひとつの測定信号を得て
、しかる後、そのひとつの測定信号から、前記各サンプ
ル流体に対する各変調周波数の信号成分に分離（復調）
して夫々整流および平滑化処理するという信号処理を行
うことにより、前記各サンプル流体に関する分析値を得
る、という従来常識では全く考えられなかった特異な手
法を採用したことによって、たとえ、同一サンプル流体
中の複数の成分の同時連続分析、あるいは、複数の異な
るサンプル流体について夫々の中に含まれる特定成分の
同時連続分析を行うに際しても、ただ１個の検出器（セ
ンサー）を備えているだけの簡素かつ安価な分析計を用
いることができ、従って、複数の検出器を必要としてい
た従来一般の流体分析方法の場合に比べて、測定システ
ムの小型化および簡素化ならびにコスト低減を容易に図
れると共に、検出器の調整を容易かつ短時間に行え、か
つ、従来のように複数の検出器間のゼロ調整誤差や感度
差は生じ得ないことから、常に良好な測定精度を確保で
きる、という顕著に優れた効果が発揮されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るマルチ流体変調方式による流体
分析方法の基本的概念および作用の説明図（クレーム対
応図）であり、また、第２図ないし第７図は各種具体的
実施例を示し、第２図は本発明方法を適用して構成され
た第１実施例に係るシステムの全体概略構成図、第３図
は第２実施例に係るシステムの要部概略構成図、第４図
は第３実施例に係るシステムの要部概略構成図、第５図
は各実施例に対する補足説明のための要部概略構成図、
第６図（イ）、（ロ）は夫々各実施例に対する別の補足
説明のための要部概略構成図、そして、第７図は各実施
例に対する更に別の補足説明のための要部概略構成図で
ある。３１．３２．・・・：サンプル流体、Ｒ１，Ｒ２，・・・：比較流体、Ｆｌ、Ｆ２．・・・：変調周波数、ｌａ、ｌｂ、・・・：流体変調手段Ａ　　　　　　：分析部、Ｄ　　　　　　：検出器、０　　　　　　：検出器りからの出力信号、Ｂ　　　　
　　：信号処理手段、０１．０２．・・・：各サンプル流体３１．Ｓ２゜・・
・に対する各変調周波数Ｆｌ。Ｆ２．・・・の信号成分。出願人　株式会社　堀　場　製　作　所代理人　弁理士
　　藤　本　英　夫自発手続補正書昭和６３年２月２日

Claims

【特許請求の範囲】複数の（または複数の系に分流された）サンプル流体を
、夫々、比較流体により互いに異なる周波数で流体変調
し、ただ一個の検出器を有する分析部へ、前記流体変調され
た各サンプル流体を、同時にかつ連続的に供給し、前記分析部における前記検出器からの出力信号を、前記
各サンプル流体に対する各変調周波数の信号成分に分離
して夫々整流および平滑化処理することにより、前記各
サンプル流体に関する分析値を得る、という手順によることを特徴とするマルチ流体変調方式
による流体分析方法。