JPH03215731A - ガス分析計 - Google Patents

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、ガス分析計に関し、特に、差量測定方式のガ
ス分析計の改良に関する。

〔従来の技術］ 例えばある試料ガス中に含まれるＣＯの濃度を、赤外線
ガス分析計を用いて測定するには、次のようにすれば簡
単に行うことができる。すなわち、試料ガスを、例えば
酸化触媒を収容した反応槽に導いてＣＯを酸化してＣＯ
２に変換し、この変換によって生じたＣＯ，を含む試料
ガスを赤外線ガス分析計に供給してｃｏ．ｍ度を測定し
、この濃度からＣＯの濃度を得るようにすればよい。

しかしながら、前記試料ガス中にＣＯ．（このＣＯｔの
ことをヘースガスと云う）が予め含まれている場合には
、前記反応槽を経た試料ガス中には、ヘースガスと反応
槽内で新たに生したＣＯ■（このＣ　Ｏ　ｚのことを差
量ガスと云う）とが共存することになるので、上記手段
は採用することはできない。

そこで、従来は、第５図に示すように、２つの赤外線ガ
ス分析計５１．　５２を用意する一方、ヘースガスとし
てのＣ　Ｏ　ｚと測定ガスとしてのＣＯとを含んだ試料
ガスが流れるガス流路５３を２つの分岐ガス流路５４．
　５５に分岐し、一方の分岐ガス流路５４に前記と同様
構成の反応槽５６を設け、この反応槽５６の下流側の分
岐ガス流路５４の端部を赤外線ガス分析計５１に接続す
ると共に、他方の分岐ガス流路５５には何も設けず、そ
の下流端を赤外線ガス分析計５１．　５２にそれぞれ接
続し、一方の赤外線ガス分析計５１によって差量ガスの
濃度を測定すると共に、他方の赤外線ガス分析計５２に
よってベースガスの濃度を測定し、赤外線ガス分析計５
１の出力信号を、赤外線ガス分析計５２の出力信号で割
算して補正するようにしている。

この第５図において、差量ガスの濃度を測定する赤外線
ガス分析計５１の他に、ヘースガスの濃度を測定する赤
外線ガス分析計５２を設けて、上述のように出力の補正
を行うようにしているのは次の理由による。

すなわち、ヘースガス濃度とその出力との関係（その曲
線を検量線Ｋと云う）は、第６図に示すように、ヘース
ガス濃度が比較的低い（小さい）ときは両者は比例関係
にあるが、ベースガス濃度が大きくなるにつれて比例関
係が崩れて出力が飽和するようになる。従って、ヘース
ガス濃度が比較的低い領域における幅ａに対する出力の
幅Ｃと、ヘースガス濃度が高い領域における幅ａに対す
る出力の幅ｄとでは、ｃｏｄとなって出力が異なる．つ
まり、上記第５図に示す構成によれば、赤外線ガス分析
計５１からの出力信号は差量ガスの濃度を示すものでは
あるが、ヘースガス濃度の影響を大きく受けているので
、前記出力信号を、ベースガス濃度を測定する赤外線ガ
ス分析計５２の出力信号で割算をするなどして補正する
必要がある。

なお、第５図において、５７．　５８は分岐ガス流路５
４．　５５にそれぞれ設けられるポンプである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記第５図に示した従来技術によれば、
差量ガス濃度を測定する赤外線ガス分析計５１の他に、
ベースガス濃度を測定する赤外線ガス分析計５２をも必
要とするので、それだけ構成が複雑になり、コストアン
プになる。そして、２台の赤外線ガス分析計５１．　５
２を使用することは、次のような重要な問題がある。す
なわち、２台の赤外線ガス分析計５１．　５２において
は、安定性や応答性などその測定特性に多少なりとも差
があるが、この差に起因して測定誤差が生ずるおそれが
多分にある。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、１つのガス分析計のみで差量ガス
濃度を測定することができ、安価にしかも精度よく所定
の濃度測定を行なえるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係るガス分析計は
、光源から照射される光を、ヘースガスを含む第１試料
ガスと、前記ヘースガスを第１試料ガスと同様に含み反
応部を３Ｉｉ遇することによりヘースガス濃度が変化す
る第２試料ガスとに対し、一定周期（交流変調周波数）
で通過させるように構成すると共に、前記第１試料ガス
および第２試料ガスをそれぞれ通過した光に対応するよ
うに検出器を設け、この検出器の出力信号から前記第１
試料ガスを通過した光エネルギーと前記第２試料ガスを
通過した光エネルギーとのエネルギー差に相当する交流
成分を取り出すように構成し、さらに、前記光源から照
射される光の強度を前記交流変調周波数とは異なる周波
数（光源変調周波数）で変化させると共に、前記検出器
の出力信号を、前記交流変調周波数の交流成分の第１信
号と前記光源変調周波数の交流成分の第２信号とに分離
して、第１信号を第２信号で補正するように構成した点
に特徴がある。

〔作用〕

上記特徴的構成よりなる本発明のガス分析計においては
、特に、検出器の出力信号を、交流変調周波数の交流成
分の第１信号と光源変調周波数の交流成分の第２信号と
に分離して、第１信号を第２信号で補正するようにして
いるので、正確に濃度測定を行うことができる。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の寞施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係るガス分析計の構成を
概略的に示し、この回において、１，２は互いに並列的
に設けられた同形、同寸のセルで、それぞれの両端部に
は後述する光源３．４からの光を充分に通遇させること
ができるセル窓１ａ，　２ａが設けられていると共に、
それぞれの適宜位置にはガス導入口１ｂ，　２ｂ、ガス
導出口１ｃ，　２ｃが形成されている。

３．４はセル１．２の一端側に設けられ、セル１．２を
それぞれ照射するための光源で、例えば赤外光を発する
ようにしてある。５．６はそれぞれの光ａ３，４の電源
である。そして、光源４と電′ａ６との間にはスイッチ
ング素子７が介装してあって、光源４を所定の周波数、
例えば２｝［Ｚでオ？オフするようにしてある． ８はセル１．２と光ｓ３．４との間に介装され、光源３
．４からの赤外光を一定周期で断続することにより後述
する検出器１４から交流成分を出力させるための光チョ
ッパで、９はその駆動用モータである。そして、この光
チョッパの断続周波数は例えば５Ｈｚである。

ｌＯは試料ガス流路で、その途中で２つの分岐ガス流路
１０１，　１０２に分岐されており、一方の分岐ガス流
路（以下、第１試料ガス供給路と云う）１０１には反応
槽１１とボンプ１２とが設けてあって、その下流側はセ
ル１のガス導入口１ｂに接続されている。

また、他方の分岐ガス流路（以下、第２試料ガス供給路
と云う）ｌ０２にはボンプ１３のみが設けてあって、そ
の下流側はセル２のガス導入口２ｂに接続されている。

そして、この実施例においては、試料ガス流路１０を流
れる試料ガスＧはヘースガスとしてのＣＯ■と測定対象
ガスとしてのＣＯとを含む排ガスであり、反応槽１１内
には内部を適宜の温度に加熱するためのヒータの他、Ｃ
Ｏの酸化反応を促進させる酸化触媒が収納されている。

従って、ヘースガスの濃度をＹとし、差量ガス濃度をＸ
とすると、第１試料ガス供給路１０１内におけるＣＯ．
濃度はＸ＋Ｙとなり、また、第２試料ガス供給路１０２
内におけるＣＯ２濃度はＹとなる。

１４はセル１．２の他端側に設けられた検出器としての
コンデンサマイクロホン型検出器で、その２つの受光室
１４１，　１４２がセル１．２にそれぞれ対応するよう
に配置されている。すなわち、この検出器１４の内部は
可動膜１４３によって２つの受光室１４Ｌ　１４２に区
画され、各受光室１４１，　１４２内には既知濃度のＣ
Ｏ２が充填されている。また、受光室１４１には可動膜
１４３に対向するよう固定極１４４が設けてあり、この
固定極１４４からの出力信号はブリアンプ１５を介して
後述する信号処理部１６に供給されるようにしてある。

ここまでの説明から明らかなように、この実施例におい
ては、赤外線ガス分析計に構成されている。そして、こ
の赤外線ガス分析計において、試？ガス流路１０にＣＯ
■およびＣＯを含む試料ガスＧを流すと、第１試料ガス
供給路１０１を介してＣＯ■濃度がＸ十Ｙである第１試
料ガスＧ．がセル１に導入され、第２試料ガス供給路１
０２を介してＣＯ■濃度がＹである第２試料ガスＧ２が
セル２に導入される。この状態で、光チョッパ８によっ
て光源３．４からの光を５｝｛Ｚで断続して変ｉｌｌ（
交流出力変調）すると共に、セル２に対応する光源４を
２｝｛ｚでオンオフ（光源変１）すると、検出器ｌ４か
らは交流出力変調周波数（５Ｈｚ）付近の帯域の交流信
号と、光源変調周波数（２七）付近の帯域の交流信号と
が重畳された出力信号Ｓが出力される。

１６は信号処理部で、ブリアンプ１５を介して人力され
る検出器１４からの出力信号Ｓを処理して、差量ガス濃
度を表す信号を得るようにするもので、交流出力変調周
波数付近の帯域の信号のみを分離して取り出す（通過さ
せる）ためのバンドパスフィルタ１７と平滑回路１９と
を直列に接続してなる差量濃度信号としての第１信号を
取り出す処理系列２１と、光源変調周波数付近の帯域の
信号のみを分離して取り出す（通過させる）ためのバン
ドバスフィルタ１８と平滑回路２０とを直列に接続して
なるベース濃度信号としての第２信号を取り出す処理系
列２２と、第１信号および第２信号を入力とし、第Ｉ信
号を第２信号で補正するための補正回路２３とからなる
。

而して、このように構成された赤外線ガス分析計におい
て、試料ガス流路１０に試料ガスＧを流して、第１ガス
Ｇ１をセル１に導入すると共に、第２ガスＧ２をセル２
に導入し、光チゴソパ８を５七（変調出力周波数）で回
転させると共に、光源３．４から赤外光を発し、しかも
、光源４からの光を前記変調出力周波数とは異なる２Ｈ
ｚ（光源変調周波数）でオンオフさせると、検出器１４
からは前記ベースガス濃度Ｙおよび差量ガス濃度Ｘにそ
れぞれ対応した信号ｙ，ｘが重畳した状態の信号Ｓが出
力される。

そして、この信号Ｓをブリアンプ１５において適宜増幅
した後、信号処理部１６に入力する。一方の処理系列２
１によって、前記交流変調周波数の交流成分の第１信号
、すなわち、差量ガス濃度Ｘを表す信号Ｘが、また、他
方の処理系列２２においては、前記光源変調周波数の交
流成分の第２信号、すなわち、ベースガス濃度Ｙを表す
信号ｙが、それぞれ互いに独立した状態で取り出される
。そして、既に説明したように、信号Ｘは信号ｙの影響
を受けているため、これら両信号ｘ，ｙを補正回路２３
に入力して、第６図に示す検量線Ｋの逆関数を用いて、
信号Ｘを信号ｙで補正するのである。

次に、この補正の一例を、第４図を参照しながら説明す
る。

今、一定の光量変化に対する分析計出力ｙは、第４図に
おいて曲線１　（ｙ　＝　ｆ　（Ｙ））で示すように、
ベースガス濃度Ｙにのみ対応して変化する。

そして、差量ガス濃度Ｘに対する分析計出力Ｘは、既に
説明したように、ＸおよびＹに対応して変化し、ある濃
度Ｘ０のときにおけるベースガス濃度Ｙに対応した出力
Ｘは、第４図において曲線ＩＩ　（ｘ　＝　ｇ　（Ｙ）
）で示すように、変化する．例えばベースガス濃度Ｙに
比べて差量ガス濃度Ｘが微少レヘルの場合、第６図にお
いて、ａ／　Ｖ　ｅ　”＝　ｂ　／　Ｘ　Ｏ と近イ以することができる。

つまり、 （ｙｏ　　ｙ）／　）’ｏ　＝（ｘｏ　　ｘ）／　Ｘｏ
なる関係が成り立つ。従って、 Ｘ Ｘ０＝−×ｙ，　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（１）ｙ となる。

よって、信号Ｘおよびｙから、ベースガス濃度０のとき
の差量ガス濃度Ｘに対する出力補正を、上記（１）式に
基づいて行うことができる。

なお、ｙ０は分析計におけるベースガス濃度Ｙにより予
め求めておく。

以上のような補正を行うことにより、信号処理部１６か
らは、正しい差量濃度を表す信号Ｓが出力される． 上述の第１実施例においては、検出器１４から交流成分
を出力させるために光チョッパ８を用いていたが、この
光チゴノパ８を用いる代わりに、セル１．２に対して第
１試料ガスＧｌと第２試料ガスＧ！とを、一定周期で交
互に供給するようにして、所謂流体変調を行うようにし
てもよい．第２図はこのように流体変調を行うようにし
た本発明の第２実施例に係るガス分析計の構成を概略的
に示し、この図において、第１図に示す符号と同一符号
は同一物または相当物を示す．第２図において、２４は
試料ガス流路１０とセル１，２との間に設けられる流体
変調手段としてのロータリーパルプで、そのハウジング
２５内には板状の切替え手段としてのロータ２６が設け
られている。

そして、ハウジング２５には周囲を４等分するように４
つの孔２７〜３０が開設されており、孔２７には第１試
料ガス供給路１０１の下流端が接続され、また、孔２８
には第２試料ガス供給路１０２の下流端が接続され、さ
らに、孔２９は連結流路３１を介してセル１のガス導入
口１ｂに接続されると共に、孔３０は連結流路３２を介
してセル１のガス導入口２ｂに接続サれている。

なお、セルＩ，２のガス導出口１ｃ，　２ｃは図外の排
出流路に接続されている。

而して、このように構成された赤外線ガス分析計におい
て、試料ガス流路１０に試料ガスＧを流して、ロータリ
ーバルブ２４のロータ２６を矢印Ｒ方向に回転させて、
セル１．２に対して第１試料ガスＧ１と第２試料ガスＧ
２とを交互に、しかも、その切替え周期が１セ（変調出
力周波数）になるようにすると共に、光源３．４から赤
外光を発し、しかも、光源４からの光を前記変調出力周
波数とは異なる２七（光源変調周波数）でオンオフさせ
るのである。この場合も第１実施例と同様に、検出器１
４からは差量ガス濃度Ｘおよびベースガス濃度Ｙにそれ
ぞれ対応した信号ｘ．ｙが重畳した状態の信号Ｓが出力
されるので、この信号Ｓを信号処理部１６において同様
に処理すればよい。

上述の第２実施例では、所謂流体変調を行うものにおい
て、２つのセル１．２を用いた所謂２セルタイプに構成
してあったが、セルを一つだけ用い、このセルに第１試
料ガスＧ１と第２試料ガスＧ２とを交互に一定周期で切
り替わるように流してもよい． 第３図は単一のセルを用いた流体変調方式の赤外線ガス
分析計の構成を概略的に示し、この図において、第１図
または第２図に示す符号と同一符号は同一物または相当
物を示す。

この第３図において、３３は第１ガスＧ，と第２ガスＧ
ｔとが交互に一定周期で供給されるセルで、その両端に
はセル窓３３ａが設けられていると共に、適宜位置には
ガス導入口３３ｂ、ガス導出口３３ｃが形成されている
。そして、３４はセル３３の一方のセル窓３３ａに対向
してに設けられ、セル３３を照射するための光源で、そ
の電［３５との間にはスイッチング素子３６が介装して
あって、例えば２｝｛Ｚでオンオフするようにしてある
。

３７は試料ガス流路１０とセル３３との間に設けられる
流体変調手段としてのロータリーバルプで、そのハウジ
ング３８内には板状の切替え手段としてのロータ３９が
設けられている。そして、ハウジング３８には周囲を４
等分するように４つの孔４０〜４３が開設されており、
孔４０には第１試料ガス供給路１０１の下流端が接続さ
れ、また、孔４１には第２ガス供給路１０２の下流端が
接続され、さらに、孔４２は連結流路４４を介してセル
３３のガス導入口３３ｂに接続され、孔４３は図外の排
出流路に接続されている。なお。セル３３のガス導出口
３３ｃは図外の排出流路に接続されている。

４４はセル３３の他方のセル窓３３ａに対向して設けら
れる検出器で、例えばパイロセンサである．而して、こ
のように構成された赤外線ガス分析計の動作については
、第２図に示すものと変わるところがないのでその説明
は省略する．本発明は上記の実施例に限られるものでは
なく、例えば紫外線ガス分析計など他のガス分析計にも
適用することができる。そして、第２図および第３図に
示すロータリバルブ２４．　３７に代えて、４方切替え
弁や３方切替え弁などを用いてもよい。また、第３図に
示す実施例において、パイロセンサに代えて、コンデン
サマイクロホン検出器ヲ用いてもよい。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、差量ガス濃度
を表す第１信号とヘースガス濃度を表す第２信号とが重
畳された交流信号を単一の検出器を用いて得るようにし
、この検出器からの出力を第１信号と第２信号とに分離
して、第１信号を第２信号で補正するようにしているの
で、正確に濃度測定を行うことができ、しかも、従来と
異なって、２つの検出器を用いる必要がないから、構成
が極めて簡単になり、測定精度の高いガス分析計を安価
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示し、第１図は第１
実施例に係るガス分析計の構成を示す図、第２図は第２
実施例に係るガス分析計の構成を示す図、第３図は第３
実施例に係るガス分析計の構成を示す図である。 第４図は補正回路で行われる信号補正の一例を説明する
ためのグラフである。 第５図は従来例を示す図である。 第６図はヘースガス濃度と出力との関係を示す図である
。 ３．４．３４・・・光源、ｌ１・・・反応部、１４．　
４４・・・検出器、Ｇ１・・・第１試料ガス、Ｇ２・・
・第２試料ガス、Ｓ・・・検出器の出力信号、Ｘ・・・
第１信号、ｙ・・・第２信号．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から照射される光を、ベースガスを含む第１試料ガ
   スと、前記ベースガスを第１試料ガスと同様に含み反応
   部を通過することによりベースガス濃度が変化する第２
   試料ガスとに対し、一定周期（交流変調周波数）で通過
   させるように構成すると共に、前記第１試料ガスおよび
   第２試料ガスをそれぞれ通過した光に対応するように検
   出器を設け、この検出器の出力信号から前記第１試料ガ
   スを通過した光エネルギーと前記第２試料ガスを通過し
   た光エネルギーとのエネルギー差に相当する交流成分を
   取り出すように構成し、さらに、前記光源から照射され
   る光の強度を前記交流変調周波数とは異なる周波数（光
   源変調周波数）で変化させると共に、前記検出器の出力
   信号を、前記交流変調周波数の交流成分の第１信号と前
   記光源変調周波数の交流成分の第２信号とに分離して、
   第１信号を第２信号で補正するように構成したことを特
   徴とするガス分析計。