JPH054628B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、サンプルガス中の測定対象ガスの濃
度（ひいては量）を測定するために用いられるガ
ス分析計の一種であるクロスフロー式のガス分析
計、詳しくは、光源とガス流通用セルと吸光度検
出器とをその順に且つ光学的直線関係が成立する
ように配置すると共に、前記ガス流通用セルに対
してサンプルガスとゼロガスとを一定周期で交互
に切り換え導入するためのガス分配器を設け、か
つ、前記ガス分配器の切り換えタイミングに基い
て前記吸光度検出器からの出力を整流する同期整
流アンプを設けて構成してあるクロスフロー式ガ
ス分析計に関する。 〔従来の技術〕 第１図は、一般的なクロスフロー式ガス分析計
の一例であつて、２ビーム方式による赤外線分析
計を示している。 即ち、図示しているように、測定用赤外線ビー
ムを照射するための第１光源１Ａおよび第２光源
１Ｂと、第１ガス流通用セル２Ａおよび第２ガス
流通用セル２Ｂと、例えばコンデンサマイクロフ
オン型（マイクロフロー型でもよい）のニユーマ
テイツク型差動検出器などから成るひとつの吸光
度検出器３とを、その順に且つ光学的直線関係が
成立するように配置すると共に、前記両ガス流通
用セル２Ａ，２Ｂに対して、サンプルガスとゼロ
ガスとを一定周期で交互に切り換え導入するため
のガス分配器４と、そのガス分配器４の切り換え
タイミングの検出器５（例えばフオトインターラ
プターなど）とを設け、かつ、その切り換えタイ
ミング検出器５からの信号を受けて、前記ガス分
配器４の切り換えタイミングに基いて、前記吸光
度検出器３からの出力を整流する同期整流アンプ
６と、その同期整流アンプ６からの出力に対して
例えば絶対値平均化、絶対値積分平均化または正
ピーク値保持などの処理を施して濃度指示信号を
出力する演算回路７、および、その演算回路７か
らの出力を表示および記録する表示・記録回路８
等を設け、以つて、サンプルガス中の測定対象ガ
スの濃度を測定可能なクロスフロー式ガス分析計
が構成されている。なお、前記ガス分配器４とし
ては、通常は、図示のように、一定周期（例えば
周波数１Hz）で回転駆動される回転弁体４ａを有
するロータリーバルブが用いられ、前記切り換え
タイミング検出器５はその回転弁体４ａの位置を
検出するように構成されている。また、図中、９
Ａ，９Ｂは、測定対象ガスに応じて設けられるソ
リツドフイルターであり、更にまた、１０Ａ，１
０Ｂは、前記ガス分配器４へ供給するサンプルガ
スおよびゼロガスの流量を制御するための流量制
御装置である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記構成のクロスフロー式ガス
分析計においては、従来から、以下に説明するよ
うに、流量影響に起因する大きな問題があつた。 即ち、ガス分配器４およびガス流通用セル２
Ａ，２Ｂへ導入される単位時間当たりのガス流量
が少ないほど、そのガス分配器４およびガス流通
用セル２Ａ，２Ｂ内におけるサンプルガスとゼロ
ガスとの混合による感度低下が大きくなるため
に、このクロスフロー式ガス分析計の流量−感度
特性は、基本的には第４図イに示すようなものと
なり、従つて、流量変化による感度変化を小さく
抑えるためには、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導
入せんとする目標流量Q₀を、前記分析計の基本
的な流量−感度特性がほぼフラツトとなる大流量
領域内において設定しなければならず、そのため
に、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂをはじめとして装
置全体が比較的大型なものにならざるを得ない。 一方、吸光度検出器３の出力も、ガス分配器４
およびガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導入される単
位時間当たりのガス流量の変化に伴つて、その位
相がずれるために、その吸光度検出器３の後段に
設けられる同期整流アンプ６も流量影響を受ける
ことになり、従つて、当然のことながら、その同
期整流アンプ６自体の流量−感度特性は、第４図
ロに示すように、前記目標流量Q₀において最大
感度を呈するように調節される。 その結果、このクロスフロー式ガス分析計の実
際の流量−感度特性は、第４図ハに示すように、
前記目標流量Q₀において最大感度を呈するもの
となる。 故に、このクロスフロー式ガス分析計を用いて
精度の良い測定を行うためには、ガス分配器４お
よびガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導入される単位
時間当たりのガス流量を、常に前記した目標流量
Q₀に維持するように厳密に制御する必要があり、
そのために、前記流量制御装置１０Ａ，１０Ｂと
して非常に複雑な構成のものを採用しなければな
らず、また、たとえそのような精密な流量制御装
置１０Ａ，１０Ｂを用いたとしても、ある程度の
流量変化による感度変化に起因する誤差の発生は
避け得ない。 本発明は、かかる従来実情に鑑みてなされたも
のであつて、その目的は、ガス流通用セルへ導入
すべき目標流量を比較的小さく設定しても流量変
化に起因する感度変化を殆ど生じないようにする
ことによつて、流量制御装置の簡素化および装置
全体の小型化ならびに測定精度の向上を達成せん
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、本発明によるクロ
スフロー式ガス分析計は、冒頭に記載したような
基本的構成を有するものにおいて、吸光度検出器
の後段に設けられる同期整流アンプ自体の流量−
感度特性が、前記ガス流通用セルへ導入せんとす
る目標流量よりも少ない流量において最大感度を
呈するように、その同期整流アンプを調節してあ
る、という特徴を備えている。 〔作用〕 かかる特徴構成故に発揮される作用は次の通り
である。 即ち、上記本発明によるクロスフロー式ガス分
析計は、それに設けられる同期整流アンプが有し
ているところの不都合な性質（先に説明したよう
に、流量変化による位相ずれの影響を受けるこ
と）を逆に有効利用する、という発想に基いてな
されたものであり、その同期整流アンプを通常の
使用法とは全く異なる使用法、つまり、同期整流
アンプを目標流量よりも少ない流量において最大
感度となるように調節しておくという手段を採用
したことによつて、後述する実施例の記載から明
らかとなるように、ガス流通用セルをはじめとし
て装置全体の小型化を達成すべく、前記目標流量
を比較的小さく設定しながらも、そのクロスフロ
ー式ガス分析計の実際の流量−感度特性として、
前記目標流量付近において略フラツトな状態を呈
するものを得ることができるようになり、従つ
て、ガス流通用セルへ導入されるガス流量がある
程度変化したとしても、測定感度は変化すること
が無く、その結果、流量制御装置の大幅な簡素化
を達成できると共に、優れた測定精度を確保でき
るようになつた。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面（第１図ないし第
３図）に基いて説明する。 なお、本発明に係るクロスフロー式ガス分析計
のハード的な構成自体は、先に説明した第１図に
示すものと同様であるので、それについては説明
を省略し、本発明の要点にかかる同期整流アンプ
の調整状態とそれに関連する事項についてのみ、
以下に説明することにする。 即ち、このクロスフロー式ガス分析計の流量−
感度特性は、第４図を用いて先に説明したよう
に、基本的には第２図イに示すようなものである
が、本発明による場合には、ガス流通用セル２
Ａ，２Ｂへ導入せんとする目標流量Q₀を、従来
のように前記分析計の基本的な流量−感度特性が
ほぼフラツトとなる大流量領域内で設定する必要
が無いので、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂ等の小型
化を図るべく、比較的少流量領域内で設定してい
る。 一方、吸光度検出器３の後段に設けられる同期
整流アンプ６は、第２図ロに示すように、その同
期整流アンプ６自体の流量−感度特性が、前記目
標流量Q₀よりも少ない流量Q₁（以下、これを同期
調節流量と称する：Q₁＜Q₀）において最大感度
を呈する（ピークとなる）ように調節してある。 その結果、このクロスフロー式ガス分析計の実
際の流量−感度特性としては、第２図ハに示すよ
うに、前記目標流量Q₀付近において略フラツト
な領域Ｓを有するものを得ることができる。 従つて、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導入され
るガス流量がある程度変化したとしても、測定感
度は変化することが無く、以つて、流量制御装置
１０Ａ，１０Ｂを大幅に簡素化しても、流量影響
に起因する誤差の発生しにくい優れた測定精度を
確保できるのである。 ところで、前記同期調節流量Q₁を如何なる値
に設定するかは、分析計の具体的な使用（ガス流
通用セル２Ａ，２Ｂの長さや径、あるいは、その
他の配管系でのデツドスペース等）によつて個々
に異なるため、正確には特定はできないが、通常
は、その同期調節流量Q₁を目標流量Q₀の概略60
％程度に設定すればよいことが経験的に判明して
おり、また、以下に具体例を挙げて説明するよう
に、比較的少ない実験および極簡単な試行計算を
行うだけで、その同期調節流量Q₁のほぼ正確な
値を容易に求めることができる。 即ち、第３図イは、長さ30mm、直径10mmのガス
流通用セル２Ａ，２Ｂを備えたある分析計の、比
較的少流量領域（0.3〜0.7／分）における基本
的な流量−感度特性を実験により求めた具体例
（この例では、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導入
せんとする目標流量Q₀を0.5／分に設定してい
る）を、そして、第 ３図は、その分析計のガス
流通用セル２Ａ，２Ｂにおけるサンプルガスとゼ
ロガスとの置換に要する時間と流量との関係を実
験により求めた具体例を示すものであり、一方、
その置換に要する時間と吸光度検出器３からの出
力の位相ずれとの関係は、この分析計の場合には
241°／秒であることが実験により求められてい
る。 ここで、前記第３図のグラフを利用して、位相
ずれ、および、それに起因する同期整流アンプ６
自体の流量−感度特性を計算にて求めると、 （） 仮に、従来手段による場合と同様に、目
標流量Q₀（0.5／分）を基準にした場合、つま
り、目標流量Q₀（0.05／分）において同 期
整流アンプ６を同期調整して、その流量−感度
特性が、目標流量Q₀において最大感度となる
ようにした場合には、 位相ずれは、

【表】 となり、 同期整流アンプ６自体の流量−感度特性は、位
相ずれ（θ）のcos影響を受けるために、

【表】 となり、これは第３図ハにおいて点線で示される
ようになる。 従つて、前記第３図イに示された分析計の基本
的な流量−感度特性と、この第３図ハにおいて点
線で示される同期整流アンプ６自体の流量−感度
特性との積として表されるところの、分析計の実
際の（最終的な）流量−感度特性は、第３図ニに
おいて点線で示されるようになる。これでは、図
から明らかなように、前記目標流量Q₀付近にお
いてフラツトな流量−感度特性が得られていない
ため、ガス流通用セル２Ａ，２Ｂへ導入される単
位時間当たりのガス流量を、常に目標流量Q₀に
維持するように厳密に制御すべく、複雑な構成の
流量制御装置を採用しなければならない。という
従来問題を解消することはできない。 （） そこで、前記目標流量Q₀（0.5／分）よ
りも少ない流量Q₁（この例では、0.3／分）を
基準にした場合、つまり、その同期調整流量
Q₁（0.3／分）において同期整流アンプ６を同
期調整して、その流量−感度特性が、同期調整
流量Q₁において最大感度となるようにした場
合には、 位相ずれは、

【表】 となり、 同期整流アンプ６自体の流量−感度特性は、

〔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
明に係るクロスフロー式ガス分析計によれば、吸
光度検出器の後段に設けられる同期整流アンプ自
体の流量−感度特性が、前記ガス流通用セルへ導
入せんとする目標流量よりも少ない流量において
最大感度を呈するように、その同期整流アンプを
調節する、という非常に簡略な手段を講ずるのみ
でありながら、ガス流通用セルに導入すべき目標
流量を比較的小さく設定しても流量変化に起因す
る感度変化を殆ど生じないようにでき、以つて、
流量制御装置の簡素化および装置全体の小型化な
らびに測定精度の向上という目的を十分に達成で
きる、という優れた効果が発揮されるに至つた。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を説明す
るためのものであつて、第１図は一般的なクロス
フロー式ガス分析計の全体概略構成図を示し、ま
た、第２図イは本分析計の基本的な流量−感度特
性を模式的に表したグラフ、第２図ロは本発明を
適用した場合における同期整流アンプ自体の流量
−感度特性を模式的に表したグラフ、第２図ハは
本発明を適用した場合における分析計の実際の流
量−感度特性を模式的に表したグラフを示し、更
に、第３図イは本分析計の基本的な流量−感度特
性の具体例を表すグラフ、第３図ロは本分析計の
ガス流通用セルにおけるサンプルガスとゼロガス
との置換に要する時間と流量との関係の具体例を
表すグラフ、第３図ハは本発明を適用した場合に
おける同期整流アンプ自体の流量−感度特性の具
体例およびそれに対する比較例を表すグラフ、第
３図ニは本発明を適用した場合における分析計の
実際の流量−感度特性の具体例およびそれに対す
る比較例を表すグラフを示している。そして、第
４図は従来技術の問題点を説明するためのもので
あつて、第４図イは分析計の基本的な流量−感度
特性を模式的に表したグラフ、第４図ロは従来の
分析計における同期整流アンプ自体の流量−感度
特性を模式的に表したグラフ、第４図ハは従来の
分析計の実際の流量−感度特性を模式的に表した
グラフ示している。 １Ａ，１Ｂ……光源、２Ａ，２Ｂ……ガス流通
用セル、３……吸光度検出器、４……ガス分配
器、６……同期整流アンプ、Q₀……目標流量、
Q₁……同期調節流量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源とガス流通用セルと吸光度検出器とをそ
   の順に且つ光学的直線関係が成立するように配置
   すると共に、前記ガス流通用セルに対してサンプ
   ルガスとゼロガスとを一定周期で交互に切り換え
   導入するためのガス分配器を設け、かつ、前記ガ
   ス分配器の切り換えタイミングに基いて前記吸光
   度検出器からの出力を整流する同期整流アンプを
   設けて構成してあるクロスフロー式ガス分析計に
   おいて、 前記同期整流アンプ自体の流量−感度特性が、
   前記ガス流通用セルへ導入せんとする目標流量よ
   りも少ない流量において最大感度を呈するよう
   に、その同期整流アンプを調節してあることを特
   徴とするクロスフロー式ガス分析計。