JPH0536363U - ガスクロマトグラフの温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 恒温槽内の加熱方法として熱板式を用いる場
合に、熱源と温度制御対象が離れていても設定精度を高
くするようにする。 【構成】 熱板式の恒温槽１内のＴＣＤ（熱伝導度検出
器）の近傍にヒータ温度コントロール用温度センサとは
別個に温度センサ１３を設ける。そして、この温度セン
サ１３の検出値ＰＶと予め設定された目標値ＳＰを比較
部２１で比較し、その偏差に応じた制御出力をＰＩＤ演
算部２２で求めたうえ、その制御出力に基づきヒータの
ＯＮ／ＯＦＦ制御部２５を制御する。このように、ＴＣ
Ｄ温度コントロール用の温度センサ１３の出力をフィー
ドバックして温度制御を行うことにより、熱源のヒータ
とＴＣＤの位置が離れていてもＴＣＤの温度を正確に制
御することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、キャリアガスによって移送されるサンプルガスをカラムに導いて各 ガス成分に分離し、これを熱伝導度検出器（以下、ＴＣＤと略称する）で検出し てガス分析を行うガスクロマトグラフに関し、特にそのカラムを収容する恒温槽 の温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

石油化学プロセスや鉄鋼プロセス等においてプロセスガスに成分分析を行い、 その分析結果に基づいて各プロセス工程を監視したり、各種制御を行ったりする ための監視装置としてガスクロマトグラフが従来から一般的に用いられている。

【０００３】 図４はこの種のガスクロマトグラフの基本的構成を示す図で、所定温度に保持 されるアナライザ本体を構成する恒温槽１，この恒温槽１内に配置されるサンプ ルバルブ２，カラム３および検出器４，計量管５，ヘリウム等の不活性ガスから なるキャリアガスＣＧを所定圧に減圧する減圧弁６等を備え、測定時にサンプル バルブ２に流路を実線の状態から破線の状態に切替えることにより、計量管５に よって分取した測定すべきサンプルガスＳＧをキャリアガスＣＧによってカラム ３内に送り込むようにしている。

【０００４】 また、カラム３にはサンプルガスＳＧに応じて異なるが、活性炭，活性アルミ ナ，モレキュラーシーブ等の粒度を揃えた粉末が固定相として充填されており、 この固定相とサンプルガス中の各ガス成分との吸着性や分配係数の差異に基づく 移動速度の差を利用して、各ガス成分を相互に分離し、これをＴＣＤ等の検出器 ４によって検出し電気信号に変換する。この電気信号はガス成分濃度に比例し、 これをコントローラ７により波形処理したり記録紙に記録する。 一方、非測定時にはサンプルバルブ２の流路を実線図示の状態に切替えること により、キャリアガスＣＧをカラム３および検出器４へ導いている。

【０００５】 ところで、このようなガスクロマトグラフにおいてカラム３などを所定温度に 加熱する恒温槽１の加熱方式は２つあり、１つは熱風を循環させ空気を媒体とし て熱を各部へ伝える熱風式で、もう１つは熱板式である。この熱板式はヒータに よって加熱された金属ブロックにカラムを密着させ、金属の熱伝導を利用して熱 を供給する方式である。そしてこの温度制御は、ヒータを恒温槽の制御対象内に 配し、サーミスタ等の温度センサをヒータの近傍に設置することにより、その制 御対象の検出値つまりＰＶ値が目標値よりも高いときはヒータをＯＦＦとし、Ｐ Ｖ値より目標値の方が高いときにはヒータをＯＮとするＯＮ／ＯＦＦ制御方式が 主に用いられている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、この熱板式の恒温槽の場合には、金属ブロック自体の温度分布が一定 ではなく、熱源のヒータから離れた位置にカラムやＴＣＤ等の制御対象がある場 合は、正確な温度制御が困難になる。特に検出器としてＴＣＤを用いる場合、カ ラムおよび検出器の温度を高精度で一定に保つ必要がある。

【０００７】 本考案は以上の点に鑑みてなされたもので、恒温槽内の加熱方法として熱板式 を用いる場合に、熱源と温度制御対象が離れていても設定精度を高くすることが できるガスクロマトグラフの温度制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するため、本考案に係るガスクロマトグラフの温度制御装置 は、カラムを収納する熱板式の恒温槽内にそのカラムを一定温度に加熱するため のヒータと，それに近接して配置されたヒータ温度コントロール用の第１の温度 センサを設け、さらに恒温槽内のＴＣＤの近傍に第１の温度センサとは別個に第 ２の温度センサを設け、この第２の温度センサの検出値と予め設定された目標値 を比較してその偏差に応じた制御出力を求めたうえ、その制御出力に基づきヒー タを制御することにより、ＴＣＤの温度を一定に保つようにしたものである。

【０００９】

【作用】

本考案においては、熱源と温度制御対象が離れていてもそのＴＣＤの温度を正 確に制御することができる。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案によるガスクロマトグラフの温度制御装置の一実施例を示すブロ ック図であり、図２はその恒温槽内のカラムと各温度センサとの配置関係を示す 概略図である。これらの図において図４と同一または相当部分は同一符号を付し てある。

【００１１】 ここで恒温槽１は、図２に示すようにヒータ１１によって加熱される金属ブロ ック１０にカラム３を密着させ、その金属の熱伝導を利用して熱を供給する従来 例と同様の熱板式のものであり、ヒータ１１と相対する上部位置に配設された検 出器としてのＴＣＤ４の近傍には、ＴＣＤ温度コントロール用のサーミスタ等の 温度センサ１３が設けられている。

【００１２】 そして、この温度センサ１３の検出値は図１に示すように制御値ＰＶとして比 較部２１に入力されている。この比較部２１は予め設定された目標値ＳＰが入力 されていて、その目標値ＳＰとＴＣＤ温度コントロール用の温度センサ１３の検 出値ＰＶを比較してその偏差をＰＩＤ演算部２２に入力する。このＰＩＤ演算部 ２２はその偏差をもとに制御出力を求め、その制御出力Ｖ_REF を温度センサ回路 ２３入力する。

【００１３】 この温度センサ回路２３は、図３に示すように、ヒータ温度コントロール用の 温度センサ１２を含むオペアンプ３１とオペアンプ３２から構成され、ＰＩＤ演 算部２２より得られる制御出力Ｖ_REF をもとに温度センサ１２の抵抗値を応じた 信号を検出し、その信号をデューティ比制御部２４に入力する。

【００１４】 このデューティ比制御部２４は、図３に示すようにＡ／Ｄ変換部３３，ＣＰＵ ３４，タイマ３５からなり、温度センサ回路２３から得られる出力に対応したデ ューティ比を求め、その出力によりヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部２５を駆動して恒 温槽１内のヒータ１１をオン・オフ制御する。すなわち、ヒータ１１をＯＮ駆動 するデューティ比をＴＣＤ温度コントロール用温度センサ１３の検出温度に応じ て可変するために、ＴＣＤ温度コントロール用温度センサ１３の制御値ＰＶが目 標値ＳＰを大きく下回っているときにはデューティ比を高く、その制御値ＰＶが 目標値ＳＰに近づくにつれてデューティ比を小さくすることにより、そのデュー ティ比に応じた信号によってヒータ１１をオン・オフ駆動してＴＣＤ４の温度を 一定に制御するものとなっている。

【００１５】 なお、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部２５は通常周知のスイッチング素子３６とイ ンバータ回路３７およびゼロクロス回路付きＡＣスイッチ部３８から構成されて いる。また、図３中３９はＡＣ電源、Ｖ_Dは直流の駆動電圧である。

【００１６】 このように本実施例の温度制御装置によると、熱板式の恒温槽１においてその ヒータ１１と相対するＴＣＤ４の近傍にヒータ温度コントロール用の温度センサ １２とは別個に温度センサ１３を設け、その温度センサ１３の検出出力をフィー ドバックして温度制御を行うことにより、ＴＣＤ４の温度を一定に制御すること ができる。特にこの制御方式は制御対象の熱容量が大きい場合に有効である。 また、ヒータ１１の近傍に計量管５をおくことにより、その計量管５の温度を ヒータ１１の温度で代表せさることができる。そのため、サンプルガスの計量管 ５へ取り込む量の温度依存性を補正によりキャンセルすることができ、ＴＣＤ４ による濃度出力の温度特性の向上につながる。

【００１７】 さらに本実施例によると、ヒータ１１をＯＮ／ＯＦＦ制御する際に、そのデュ ーティ比をＴＣＤ温度コントロール用の温度センサ１３の検出出力に応じて変化 させることにより、高精度の温度制御が可能となる。すなわち、従来のＯＮ／Ｏ ＦＦ制御方式では、ヒータそのものが大きな熱容量をもっており、制御対象の熱 容量が大きい場合には精度の高い制御が困難になる。特に複雑な制御方式を取ろ うとした場合には目標の設定値を可変にするしかなく、その設定が複雑になって しまうことになる。

【００１８】 これに対して、本実施例によると、ヒータ１１のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比 を可変にし、ＴＣＤ温度コントロール用温度センサ１３の検出値が目標値ＳＰを 大きく下回っているときはデューティ比を高く、その温度センサ１３の検出値が 目標値ＳＰに近づくに従ってデューティ比を小さくすることにより、より精度の 高い制御を行うことができる。さらに、デューティ比の変え方により複雑な制御 方式に対応させることができるとともに、位相制御方式に比して、長いサイクル での制御が可能になるので、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部２５を構成するＡＣスイ ッチ部３８にゼロクロス回路を採用すれば、そのスイッチのオン・オフに伴なう ノイズが発生しない。さらにヒータ１１がＯＮ駆動している時間が短くなること から、省電力化がはかれる利点を有する。

【００１９】

【考案の効果】

以上のように本考案によるガスクロマトグラフの温度制御装置によれば、熱板 式の恒温槽内に熱源のヒータと離れて設置されるＴＣＤの近傍にその温度コント ロール用の温度センサを設け、その温度センサの検出出力をフィードバックして 温度制御を行うことにより、熱源のヒータとＴＣＤの位置が離れていてもＴＣＤ の温度を正確に制御することができる。

【００２０】 また本考案によれば、ヒータのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を変化させること により、精度の高い温度制御を行うことができるとともに、そのデューティ比の 変え方によって複雑な制御方式に対応させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるガスクロマトグラフの温度制御装
置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本実施例の恒温槽におけるカラムと各温度セン
サの配置関係を示す図である。

【図３】本実施例の主要部の具体例を示す回路構成図で
ある。

【図４】一般のガスクロマトグラフの基本構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 熱板式の恒温槽 ３ カラム ４ ＴＣＤ（熱伝導度検出器） １０ 金属ブロック １１ ヒータ １２ ヒータ温度コントロール用の温度センサ １３ ＴＣＤ温度コントロール用の温度センサ ２１ 比較部 ２２ ＰＩＤ演算部 ２３ 温度センサ回路部 ２４ デューティ比制御部 ２５ ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラムを収容する熱板式の恒温槽を有
   し、該カラムによって分離されるサンプルガス成分を熱
   伝導度検出器で検出して分析するガスクロマトグラフに
   おいて、前記恒温槽内にそのカラムを一定温度に加熱す
   るためのヒータと，それに近接して配置されたヒータ温
   度コントロール用の第１の温度センサを設け、さらに前
   記恒温槽内の熱伝導度検出器の近傍に第１の温度センサ
   とは別個に第２の温度センサを設け、該第２の温度セン
   サの検出値と予め設定された目標値を比較してその偏差
   に応じた制御出力を求めたうえ、その制御出力に基づき
   前記ヒータを制御して熱伝導度検出器の温度を一定に保
   つようにしたことを特徴とするガスクロマトグラフの温
   度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、ヒータの制御手段と
   してＯＮ／ＯＦＦ制御手段を用い、そのＯＮ／ＯＦＦの
   デューティ比を変化させるようにしたことを特徴とする
   ガスクロマトグラフの温度制御装置。