JPH0429399Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 ［産業上の利用分野］ 本考案は、内燃機関の排ガスなどの濃度を分析
するガス分析計に係り、特にスパンガスを用いず
にスパン較正及びキヤリブレーシヨンをすること
のできる赤外線分析法を利用したガス分析計に関
する。

［従来の技術］ 赤外線分析法を利用したガス分析計、例えば自
動車用内燃機関の排ガスの分析計は、主として分
析しようとするサンプルガスを流入するサンプル
セル、含有する一酸化炭素などのガス濃度が零ま
たは一定のガスである比較ガスが封入された比較
セル、これらの２つのセルにそれぞれ赤外線を照
射する光源、これらのセル内のガスを通過した赤
外光を断続するチヨツパ、及びこれらの断続され
た２つの信号を比較してガス濃度の出力信号を出
す検出器からなつている。この種の排ガス分析計
によつてサンプルガスの濃度を分析しようとする
場合には、予め既知濃度の複数種のシリンダガス
を用いて、このガス濃度と検出器による出力との
関係を較正し、キヤリブレーシヨン曲線を作成し
ておく必要があり、また、排ガスの濃度分析毎に
スパン較正を行う必要があつた。このキヤリブレ
ーシヨン及びスパン較正にはシリンダガスを多種
類必要とし、これらのシリンダガスの管理に多大
な工数を費やしていた。

この問題を解決するために、スパン較正及びキ
ヤリブレーシヨン時にシリンダガスを使用せず
に、既知濃度のシリンダガスの赤外線吸収率と同
様なフイルタを赤外線光路中に設けて赤外線の光
量を調節することが行われている。

出願人は既に特願昭60−230099にて、上記従来
の技術の一部の欠点を改良している。しかしなが
ら、次の点でいまだ解決すべき問題点があつた。
即ち、従来行われていたこのフイルタ方式のスパ
ン較正またはキヤリブレーシヨンでは光学フイル
タであるために、コストが高い、減光率の調整が
容易でない、任意の減光率が得られにくいといつ
た欠点があり、更に光学フイルタの表面に傷・汚
れが着くと、減光率が変動するといつた精度上の
問題もあつた。

［考案が解決しようとする問題点］ この問題を解決するには、赤外線の光量調節
を、赤外線不通過の板材、つまり遮光板に貫通孔
の開口密度の異なる領域を複数設け、その遮光板
を回動自在に支持し、その回動中心を中心にして
回転させ、各領域に赤外線が当たるようにすれば
よい。しかし、このとき、遮光板の各領域に当て
られる赤外線の光量は一定でも、赤外線が当てら
れる範囲内の貫通孔の総面積が一定でなければ、
出力される赤外線の光量を一定に保つことはでき
ない。つまり、遮光板の静止位置の微妙なずれに
よつて、赤外線が当たる範囲内の貫通孔の総面積
が変わつてしまい、出力される赤外線の光量が変
化してしまうことになる。このずれを防ぐために
は、精密な調節が必要となり、そのために機器の
精密度を非常に高くする必要があつた。

考案の構成 そこで、本考案は上記問題点を解決することを
目的とし、次のような構成を採用した。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本考案の要旨とするところは、 光源から発生する赤外線の一方をサンプルガス
に通過吸収させ、他方を濃度零または一定濃度の
比較ガスに通過吸収させ、これら２つの赤外線光
路のエネルギー差を検出器により検出してガスの
濃度分析を行うガス分析計において、 赤外線不透過の板材に貫通孔の開口密度の異な
る領域を複数設けた遮光板を回動自在に支持する
ことにより、上記赤外線光路中で上記各領域が進
出自在に、設けてなり、 上記各領域の貫通孔の形状が、上記遮光板の回
動中心を中心とする円弧状に形成されてなること
を特徴とするガス分析計にある。

［作用］ 本考案のガス分析計は、スパン較正またはキヤ
リブレーシヨン時に赤外線のエネルギーを減少さ
せるのに、赤外線不通過の板材に貫通孔の開口密
度の異なる領域を複数設けた遮光板を用いてい
る。この遮光板を赤外線光路中に配置すると、赤
外線の内、貫通孔のない部分に照射されている赤
外線は、完全に板材によつて遮蔽されるので、検
出器に到達することがなく、貫通孔のある部分に
照射された赤外線は、すべてが検出器に到達す
る。このようにして孔開き遮光板は、その遮光作
用により光学フイルタの減光作用と同様な作用を
為す。また、本考案で用いる遮光板の場合、回動
自在に支持され、開口密度の異なる各領域におけ
る貫通孔が回動中心を中心とする円弧状に形成さ
れることで構成されている。従つて、この遮光板
を回動中心を軸にして回転させ、領域を切り換え
ることで容易に開口密度を変化させることがで
き、しかも、貫通孔の形状が回動中心を中心とす
る円弧状でなるので、遮光板の静止位置の多少の
ずれが、赤外線の当たる範囲内の貫通孔の総面積
に影響しない。つまり、精密な調節を必要とせず
に、容易に所定の遮光率を保つことができる。

［実施例］ 次に、本考案の実施例を説明する。本考案はこ
れらに限られるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲の種々の態様のものが含まれる。

第２図に、本考案の第１実施例であるガス分析
計１の要部縦断面図を示す。赤外線を安定かつ連
続的に放射する一対の光源１，２の下部には、そ
れぞれに対向する位置にサンプルセル３及び比較
セル４が設けられている。このサンプルセル３に
はガス濃度を測定すべきサンプルガス５が導入さ
れ、サンプルガス５中の成分による赤外線の吸収
を起こさせるサンプルガス５と赤外線との接触部
が形成されている。比較セル４中にはゼロガスま
たは一定濃度のガスが封入されており、常に一定
量の赤外線を通過させて前記サンプルセル３を通
過する赤外線の光量と比較されるようになつてい
る。これらのサンプルセル３及び比較セル４は恒
温槽６内に収納され、約150℃乃至200℃の範囲内
で加熱保温されている。

サンプルセル３の下面には金属製遮光板７が回
動自在に設けられている。この遮光板７は第１図
に示すように円板状に形成されており、表面には
赤外線乱反射防止用の黒色塗膜が形成されてい
る。この遮光板７の中心点から同一円周上に、遮
光率の異なる６つの円形領域７ａ，７ｂ，７ｃ，
７ｄ，７ｅ，７ｆが配置されている。この領域７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの内、領域７
ａは単に孔が開口しているのみであるが、他の領
域７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆは、回動中心を
中心とする円弧状帯体Ｋを残して、円形領域に円
弧状の貫通孔Ｈが開口せられている。この貫通孔
Ｈの大きさは領域毎に異なり、領域７ｂ，７ｃ，
７ｄ，７ｅ，７ｆの順で小さくなつている。回動
中心を中心とする円弧状帯体Ｋの幅はすべて同一
であるので、領域７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ
の順で開口密度が小さくなつていく。また上記領
域７ａ乃至７ｆの径は前記サンプルセル３の赤外
線放射口３ａの内径より大きく形成され、領域７
ａ乃至７ｆのピツチサークルが前記サンプルセル
３の赤外線放射口３ａの中心を通るように配設さ
れている。更に上記遮光板７の周縁には上記領域
７ａ乃至７ｆに整合する位置に、固定マグネツト
8mに対応してそれぞれ停止位置を決めるマグネ
ツト８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆが取り
付けられている。このようにして、上記遮光板７
はモータ９により回転駆動されることにより、所
望の領域７ａ乃至７ｆが赤外線放射口３ａに配置
可能となつている。

遮光板７の下部には、サンプルセル３及び比較
セル４を通過した赤外線を断続光にするチヨツパ
１０が設けられ、このチヨツパ１０はチヨツパモ
ータ１１によつて定速回転されている。サンプル
セル３と比較セル４を通過しチヨツパ９で断続光
にされた赤外線は検出器１２に形成された左右の
受光室１２ａ及び１２ｂにそれぞれ到達するよう
になつている。この検出器１２の受光室１２ａ及
び１２ｂの間には可動膜１２ｃが形成されてい、
受光室１２ａと１２ｂで吸収されたエネルギの差
に相当する分だけ圧力差となつて可動膜１２ｃに
変位を与える。この変位は電気的に検出され、プ
リアンプ１３により増幅されて出力信号として取
り出される。

次に本実施例の動作を説明する。比較セル４に
はゼロガスが封入されているとする。ガス分析計
のゼロ較正を行う場合は、サンプルセル３にゼロ
ガスを流し、遮光板７の周縁のマグネツト８ａと
固定マグネツト８ｍによつて、サンプルセル３の
赤外線放射口３ａと領域７ａとを正確に位置合わ
せする。この状態において赤外線は遮光されるこ
となく検出器１２に入射され、正しくゼロ較正が
行われる。次にスパン較正を行う場合は、ゼロ較
正を行う場合と同様にサンプルセル３にゼロガス
を流す。そしてモータ９を駆動して遮光板７を回
転させて、領域７ｆを放射口３ａに合わせ、遮光
板７の領域７ｆが赤外線光路に正確に一致した状
態でキヤリブレーシヨン曲線のスパン較正を行な
う。尚、この領域７ｆに対しては予めスパンガス
によつて出力値を確認しておく必要があり、この
ときの出力値が較正値となる。更に正確な較正あ
るいは新たなキヤリブレーシヨン曲線が必要であ
れば、次に遮光板７に配設された遮光率の異なる
領域７ｅ，７ｄ，７ｃ，７ｂを同様に順次光路中
に挿入し、検出器１２により出力値を求めて較正
値の平均値を得るか、第３図に示すようなキヤリ
ブレーシヨン曲線を作る。このときにサンプルセ
ル３には常にゼロガスを流しておく。

サンプルガス５を測定する場合は、サンプルガ
ス５をサンプルセル３内に流し、遮光板７の領域
７ａが光路に正確に一致した状態で検出器１２に
より出力値を求め、第３図に示すキヤリブレーシ
ヨン曲線によつてサンプルガス５のガス濃度を求
める。この間サンプルセル３及び比較セル４は恒
温槽６によつて常に150℃乃至200℃くらいに加熱
保温されている。

本実施例によれば、スパン較正及びキヤリブレ
ーシヨン用の遮光板の各領域７ａ乃至７ｆを位置
ずれがなく正確に赤外線光路に挿入できる。さら
に、開口密度の異なる各領域における貫通孔の形
状が、遮光板７の回動中心を中心とする円弧状に
形成されてなるので、遮光板７の静止位置の多少
のずれは、赤外線の当たる範囲内の貫通孔の総面
積に影響しない。つまり、容易に所定の遮光率を
保つことができる。また赤外線を、遮光板７の傷
やほこりに影響されずに検出器１２へ到達させる
ことが出来るので、シリンダガスを用いることな
く精度よく測定を行うことができ、スパン較正及
びキヤリブレーシヨン曲線作成も正確になすこと
が出来る。更に、遮光板７として、単に金属板を
用いているので、厚さも１mm以下、例えば数十μ
〜数百μあれば、自己の形状を装置中で維持する
ことが十分となり、サンプルセル３と検出器１２
との間を極めて狭く出来る。このため、従来のフ
イルタと比べて光の乱反射による遮光率の変動も
少ない。また、遮光率も単に貫通孔Ｈの開口率で
決まるので、開口縁部の切削等でその遮光率も容
易に調整できる。更にサンプルセル３及び比較セ
ル４は加熱保温されているのでガスによる汚れを
防止することができ、汚れによるドリフトがなく
なり、正確なガス分析が可能となる。

第４図は本考案の第２実施例を示す縦断面図で
ある。この図において第２図に示す第１の実施例
と同一または同等部分には同一符号を付して示し
説明を省略する。本実施例は本考案をクロスフロ
ー式赤外線ガス分析計に応用した場合である。ク
ロスフロー式の場合は一定周期で回転するロータ
リーバルブ１４によつて２本のサンプルセル１５
ａ，１５ｂに交互にサンプルガスとゼロガスを流
して、サンプルガスそのものの赤外線の吸収によ
つて生ずる変調効果を利用し、検出器１２によつ
て出力差を検知するようにしたものである。この
場合もキヤリブレーシヨンガスを用いずに遮光板
１６によつてキヤリブレーシヨン、ゼロ較正及び
スパン較正を行う。この遮光板１６は第５図に示
すように扇状に開くように多段に重ねられた支持
板１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなり、領域１７
ａ，１７ｂ，１７ｃが各々の支持板１６ａ，１６
ｂ，１６ｃに設けられている（領域１７ｃは図示
していない）。この領域の貫通孔の形状は、回動
中心を中心とする円弧状からなつている。そして
この遮光板１６は扇形の要部分を中心としてモー
タ９により、前記ロータリバルブ１４と連動して
180度回動するようになつている。この遮光板１
６の周縁の前記領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃの中
心と整合する位置にはそれぞれマグネツト１８
ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられており、固定マグ
ネツト１９に吸引されて領域１７ａ，１７ｂ，１
７ｃの中心が赤外線光路の中心に正確に位置する
ように構成されている。この領域１７ａ，１７
ｂ，１７ｃはスパンガスによつて吸収されずに検
出器１２に到達する赤外線の光量と同等の光量に
遮光する領域で、予め既知濃度のスパンガスによ
つて遮光量は較正されている。

次に本実施例の動作を説明する。ゼロ較正時及
びサンプル測定時には、領域１７ａ，１７ｂ，１
７ｃは２つの赤外線光路から外されていて、光源
１，２からの赤外線は遮光されることなく検出器
１２に導かれる。一方キヤリブレーシヨン曲線作
成またはスパン較正時においてはサンプルセル１
５ａ，１５ｂをゼロガス状態とし、領域１７ａ，
１７ｂ，１７ｃの何れか一つがロータリバルブ１
４に同期されたモータ９による遮光板１６の回転
と、マグネツト１８ａ，１８ｂ，１８ｃの何れか
一つとマグネツト１９との吸引によつて、サンプ
ルセル１５ａ，１５ｂの赤外線光路に正しく交互
に挿入される。従つて光源１，２からの赤外線
は、領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃの何れか一つに
よつて、スパンガスを流したときと同じ光量に遮
光されたのち検出器１２に導かれる。この場合サ
ンプル測定時には２本のサンプルセル１５ａ，１
５ｂの両方にサンプルガスが流れ、セル間の汚れ
た状態が同じになるのでセルの汚れによるゼロド
リフトがないので、セルの汚れを防止するための
恒温槽は不要である。その他の効果は第１実施例
と同様である。

尚、本実施例では遮光板１６に３つの領域を設
けた場合について説明したが、測定濃度範囲内
で、領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃから選ばれた領
域を複数個組み合わせて、前記赤外線光路中に進
出させて４種以上の所望の遮光率を得ることが出
来る。

また第１及び第２の実施例では遮光領域を５つ
及び３つ設けた場合について説明したが、この遮
光領域の数はそれらに限定されるものではない。

また、本実施例では、赤外線の光源を２つ設け
た例について説明したが、１つの光源で、反射ミ
ラーを用いることにより、２つ以上の赤外線光路
を形成することも可能であり、更に遮光領域をサ
ンプルセルの上方に進出自在に設けて、遮光した
後の赤外線がサンプルセルを通過吸収するように
しても同様の効果を得ることが出来る。

上記各実施例にて用いられた遮光板は通常金属
製の板材が用いられる。例えばステンレススチー
ル、アルミ合金、銅合金等の普通に用いられる金
属、合金が用いられる。その他アルミナ、ジルコ
ニア、窒化珪素等の強靭性セラミツク板等赤外線
を遮断するものであれば、使用可能である。

更に、遮光板に貫通孔を形成する方法として
は、金属ならば、エツチングによる方法の他、ワ
イヤカツト、放電加工、レーザ加工、プラズマ加
工等が挙げられ、セラミツク等ではそれらの方法
の他に、生の状態の際に打ち抜き加工等により所
望の形状の貫通孔を形成できる。

考案の効果 本考案は貫通孔の開口密度により、遮光率が調
整されているので、極めて簡単な構造であり、光
学フイルタに比べて低コストとなる。しかも、貫
通孔の形状が遮光板の回動中心を中心とする円弧
状に形成されてなるので、遮光板をこの回動中心
で支持し、回転させ、領域を切り換えることで容
易に開口密度を変化させることができ、しかも、
貫通孔の形状が回動中心を中心とする円弧状でな
るので、遮光板の静止位置の多少のずれが、赤外
線の当たる範囲内の貫通孔の総面積に影響しな
い。このように、容易に所定の遮光率を保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の遮光板の一例を示す正面図、
第２図は本考案に係るガス分析計の第１実施例を
示す縦断面図、第３図は本実施例により得られた
キヤリブレーシヨン曲線の一例を示すグラフ、第
４図は本考案に係るガス分析計の第２実施例を示
す縦断面図、第５図は第４図の遮光板部分を示す
正面図を表す。 １，２……光源、３，１５ａ，１５ｂ……サン
プルセル、４……比較セル、７，１６……遮光
板、１２……検出器、Ｈ……貫通孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光源から発生する赤外線の一方をサンプルガス
   に通過吸収させ、他方を濃度零または一定濃度の
   比較ガスに通過吸収させ、これら２つの赤外線光
   路のエネルギー差を検出器により検出してガスの
   濃度分析を行うガス分析計において、 赤外線不透過の板材に貫通孔の開口密度の異な
   る領域を複数設けた遮光板を回動自在に支持する
   ことにより、上記赤外線光路中で上記各領域が進
   出自在に、設けてなり、 上記各領域の貫通孔の形状が、上記遮光板の回
   動中心を中心とする円弧状に形成されてなること
   を特徴とするガス分析計。