JPH05507359A - ガス雰囲気の化学的及び／或いは物理的性質の規定方法 - 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】 ガス雰囲気の化学的及び／或いは物理的性質の規定方法この発明は、ガス雰囲気 の化学的及び／或いは物理的性質の規定方法に関する。この方法では謂へるガス 雰囲気を加熱される表面に接触させ、その結果生じる温度状態の変化を一つの電 気信号に置き換える。

成るガス雰囲気のいろいろな化学的性質の規定は本質的に、そのガス雰囲気がど のガスからできているのかという問題、或いはガス混合物であればそのガス雰囲 気中に一定のガスが一種類か或いは何種類もあるかという、たとえば炭鉱で坑内 ガス、特にメタンガスの存在に関する検査のために実施されるような場合の問題 である。各ガス雰囲気の組成のこのような規定、成るガス雰囲気中の特定種類の ガスの存在の検査はこの種の方法の主な利用分野を示すものである。この発明で いう成るガス雰囲気の物理的性質の規定は先ず第一に被検査ガス雰囲気の導電率 、対流、実熱量、流速度の規定に関するものである。

従来酸るガス雰囲気のこのような規定は次のように行われてきた。即ち電気で加 熱される一本のワイヤで熱触媒的性質をもつものを規定しようとするそのガス雰 囲気を含む、特に規定すべきそのガス雰囲気が貫流するスペース内に置いて、加 熱ワイヤをホイートストーンブリッジ中の適当に合わせた抵抗に接続した。この 種の装置を用いてたとえば通過して行くガスによって運ばれる熱量が測定でき、 校正に際して流動速度に関する記録がなされる（フリードリッヒ・エーメ「化学 センサー」、！９９１年第６−■２図）。

被検査ガス雰囲気に含まれる一定の種類のガスの存在の規定は公知の方法によっ て、ガス雰囲気が反応ガスの存在、たとえばメタンガス或いは類似のものの存在 によって調べることができる場合にのみ可能である。電熱線の一定の熱触媒的温 度の基準によって反応ガスの存在があるときガス雰囲気中に含まれる残りのガス との反応が生じ、たとえばメタンと空気酸素との反応が生じて温度が上昇し、こ れがホイートストーンブリッジを狂わせ、その結果二二で一つの信号を誘発する ことができる。

公知の方法の前記の極めて制限された使用方法がいくつかある他に測定系として のホイートストーンブリッジ回路の使用に更に別の欠点がある。この種のブリッ ジ回路は自体かなりの程度温度に依存している。というのは電熱線に接続した抵 抗が自体で同じく温度作用を受けるので、ブリッジ回路は、外部からの温度作用 のために回路に入れた抵抗が温度変化に会い、回路のゼロ調整の変化が生じる場 合にも狂い、誤測が行われるからである。公知の方法の更に別の欠点は、ガス雰 囲気に連結された電熱線の連続加熱のために大量の電流の消費が必要であり、従 って移動測定器に対して容量の大きい蓄電池が必要で、それにも拘らずこの蓄電 池は、再度充電する必要があるまで使用時間を制限する必要かある。この公知の 方法の更に別の欠点は、この装置が作動するのにかかる応答時間か比較的長いと いうことである。電熱線が過熱されてワイヤの挙動が変わることもあるので、装 置の応答毎に改めて校正を行なわなければならない。この種の測定装置は不安定 であり、たとえば監視目的のような継続使用には適していない。

この発明の基本課題は、事実主成るガス雰囲気中のあらゆる種類のガス、成るガ ス雰囲気の組成中の変化を規定できる方法を提供することにある。この方法では 電気消費量も少なくなり、応答時間も短くなる。

この課題は次のようにして解決される。即ち加熱可能な表面をエネルギーの供給 によって加熱し、規定しようとするガス雰囲気に影響される表面の放熱を測定し 、影響によって経る温度変化を測定信号の発生に利用するのである。この方法に は一連の利点かある。表面の加熱は直接通電ワイヤまたは間接に温度放射、たと えばレーザー光線或いは他の発熱放射線（マイクロ波、誘導）により達成される 。この発明の方法の更に別の利点は次の点にある。即ちガス混合物中の反応ガス の存在も非反応ガスも既に反応温度以下の温度で分かることである。何となれば これらの反応は専ら導電率とガスまたはガス混合物の熱吸収力によってきまるか らである。そうなるとそこから特に反応ガスの確認のために、適当に構成すれば この発明の方法が爆発防止装置を容易に形成することができる。何となればこの 方法の各構成によって、ガスの規定のためにそもそも化学的反応を起こす必要が なくなるからである。この発明の方法の特別の利点は次の点にある。即ち例えば 通電ワイヤの場合なら放熱によって生じる一つの測定信号の発生のための電流及 び／又は電圧の変化でなく、加熱された表面の温度変化を把握することにある。

これによって応答時間が短くなる。なんとなれば温度変化は四乗で起こるからで ある。従って電熱線の使用に際して過熱、即ち許容温度以上の加熱も回避される 。というのは測定信号の触発と同時にエネルギー供給も取り戻されるか或いは完 全に遮断されるからである。これは簡単な継続監視課題に特に有利なことである 。

この発明の有利な構成では、時間的に連続する間隔をおいてエネルギーを供給す ることによって加熱される表面の加熱が予定される時間間隔（加熱周期）を経て 行われる。こうしてエネルギー供給は時間的に連続する間隔をおきかつ一定の時 間間隔を経てのみ行われる。これによって電流消費が減少する。この方法の別の 利点は次の点にある。即ち始めに述べたように化学的及び／物理的性質の規定に は温度測定が重要なのではなく、規定は時間測定を介して行われる。この際、現 代電子工学ではディジタル作動し、原理的には計数をする時間測定構成要素があ ることが有利に利用され、それらの要素は受動的要素としても能動的要素として も投入することができる。この発明でいう能動的要素とは、それぞれの加熱周期 自体の長さもそうであるような、個々の加熱周期間で守られるそれぞれの時間間 隔が設定される場合には、そのような構成要素である。またこの発明の受動的構 成は、一定の温度になり且つそのとき確認された時間が測定信号の発生に利用さ れるまでにどれ程の時間が経ったかが逆に確認される構成である。こうして測定 された時間と確認された温度経過の間の関係に基づいて検査されるガス雰囲気中 の異なる条件が確認できる。何となれば異なるガス雰囲気は温度経過と加熱周期 との間の異なる関係を生じるからである。これらの関係が構成されるので、ここ で許容できる測定が可能になる。

この発明の構成では、加熱される表面の放熱に影響するガス雰囲気の性質を表面 から出る熱線の強度の測定によって規定する。この方法の態様では、各種のガス が異なる熱伝導性を有することか利用される。こうして、簡単に継続して監視さ れるガス雰囲気中の変化を確認しこの方法をたとえばガスモニタのために使用す ることができる。これらのガスモニタは継続して通電する電熱線をも備える。

こうして更に、純粋なガスを、またガス混合物をも規定すること、即ちガスを分 析することができる。なんとなれば各ガスには予定のガス割合で、即ちそのガス の導電率に基づ（単位時間当たりの設定されたエネルギー供給の際に一定の熱線 の特徴があるからである。それぞれその単位時間で、即ちそれぞれ一つの加熱周 期の終わりに確認される放射強度が測定されたガスの種類の尺度であるかまたは それぞれ測定されたガス雰囲気の組成が成る混合物中に、たとえば空気と別のガ スの場合にはそうであるように二元系または三元系として存在する場合にはその 組成についての尺度になる。この場合放射強度の把握は各種の手段、特に電気信 号を発生する手段、たとえば光電池、光抵抗、熱電対、或いはその他の赤外線を 含む要素、光電子増倍管、ピロセンサーの使用によって達成される。個々のセン サー要素は、熱線によって電圧さえ発生して従って電流を「生じる」能動的要素 でも、また非能動的要素でもよく、即ち外部電源に接続することもてき、その場 合には、光抵抗の場合のように電圧及び或いは／電流の流れの変化を把握する。

この発明の方法の他の構成では、ガス雰囲気の性質の規定のために、加熱周期の 開始から熱線の既知の強度閾値に達する時間が測定される。この構成は前記の方 法の変形である。この場合にも既知の加熱割合で熱線が加熱中の表面を持つガス 雰囲気の交代作用に応じて把握される。しかしここでは既知の時間間隔に従って 熱線の強度が測定されるのではなく、熱割合が既知の場合にどの位の時間の後に 強度閾値を超え、従って対応信号が誘発されるか、その強度閾値が決められ且つ 確定される。導電率の扁いガスの場合にはこの強度閾値を長時間の後に表面の強 力な放熱のために、また導電率の低いガスの場合にはこの強度閾値を短時間の後 に表面の僅かな放熱のために超過する。導電率の低いガスからも導電率の高いガ スからも構成されるガス混合物の場合には、校正測定を通じて作成された対応表 を介して確認できる両方の隣位間の混合比に対応した強度閾値が超過する。

この発明の方法の更に別の構成では、電気的に加熱できる表面の場合ガス雰囲気 によって影響される放熱が表面の温度上昇にかかる既知電圧でのそれぞれの時間 に必要とされる電流の測定によって測定される。放射強度を把握する際に追加要 素として対応するセンサー要素の存在が必要なので、この態様では加熱時間に対 する関係で放熱が把握される。ここで再び、予定された時間に到達した最大の電 流強度を測定するか、或いは、再び既知の電流強度（電流間）でこの閾値に到達 するために必要な時間を測定することができる。既知の温度上昇時間の最大の電 流強度も既知の電流閾値到達までの測定された時間もその都度加熱可能な表面と 接触するガスまたはガス混合物の尺度である。この態様では特に加熱可能な表面 自体が導体、たとえば半導体または金属導体であるので、電圧の印加により電流 熱により表面が直接加熱される。この種の、直接加熱可能な表面を静止ガス雰囲 気中に置く代わりに既知の、しかし移動性ガス雰囲気中、たとえば流動管路中に 置くと、それぞわの加熱周期中に測定された最大限の電流強度または既知の電流 閾値到達までの時間が流動管路中のガスの流動速度の尺度となる。

直接加熱される表面の使用と加熱時間中の線条電流の測定のもとでおこなう前記 方法は、時間の基準値と電流の測定とによるのであれ、電流間の基準値と時間の 測定とによるのであれ、反応ガスに関するガス雰囲気のコントロールのためにも 有利に実施することができる。従ってこの場合にも加熱可能な表面が現存ガス雰 囲気中に追加的に発生する分が確認されるガスの点火温度に合わされる。反応ガ スが現存のガス雰囲気に関して反応できる対応する分量中に存在する場合には、 発熱ガス反応が加熱可能な表面の温度の上昇という結果になり、吸熱ガス反応は 表面温度の減少という結果になる。この減少は電流供給に無関係で、従ってここ から生じる電流強度と時間の間の関係の変化を測定信号として評価することがで きる。

この場合この方法の構成では更に、加熱可能な表面がそれぞれ設定可能な時間間 隔で温度最低値から加熱される。これによって特に反応ガスの確認のために、加 熱可能な表面を最低温度値に保ち且つそれぞれこの最低温度値から温度を必要な 反応温度に周期的に引き上げることができる。こうして、反応するガス混合物の 存在下に反応か始まれば、殆ど遅延のない表示に達することができる。

この発明の方法の構成では、電気的加熱エネルギーの供給に要する時間（加熱周 期）と連続する加熱周期の時間的経過をしつかり設定することができる。この種 の設定はたとえば条件に基づいて確認すべきガスの種類の緩慢な流入のみが期待 され且つその上分量が多い場合に始めて危険が予想される場合に可能である。

この発明の方法の他の構成では、加熱周期の開始が設定された下の温度間により 、加熱周期の終わりは設定された上の温度間によって規定してあり、加熱周期の 時間的経過（周波数）が測定信号としてガス雰囲気の規定に役立つ。方法のこの 構成には次のような利点がある。即ち変化が事実上自動的に把握可能で、僅かな 変化でも直接加熱周期の周波数の変化を引き起こす。前記の方法の態様は時間の 測定（たとえば単位時間のパルスの計数）と電流の測定、即ち二つの測定値の把 握を必要とし、両方の測定値を再び相互関係に置（ことができる一方、前記最後 の構成には、下と上の閾を利用する線条電流或いは下と上の強度閾が表面から出 る熱線のために設定されるという利点、測定自体がたとえば純粋な時間測定とパ ルス測定となる利点がある。それでたとえばこの方法は、容易に反応するガス、 特に僅かな量で現存のガス雰囲気とたとえば室内空気のそれと反応するガスの進 入を確認することができるガス雰囲気の存在の監視に使用することができる。

反応ガスの存在は直接加熱周期の周波数の変化によって表示される。なんとなれ ば上位の温度間に急速に到達し、電流供給は中断され、冷却された後再び線条電 流が点火温度の範囲に切り換えられ、新たな点火が誘起されて再度極めて急速に 上の温度間に到達するからである。

この発明の方法には更に別の一連の技術的利用範囲の展開がある。そういうわけ で一定のガスの存在の前記規定の他にたとえば、ガス中の湿度測定を企図するこ とができる。或いは分解製品の分解と測定によりガス状の化合物を認めることも できる。化学的特性の規定の他にこの方法により真空領域の圧力測定やガス流の 測定も実施てきる。加熱可能な表面の対応構成の際に熱触媒作用と並んで対応構 成表面の収着工程及び吸着工程も利用することができる。すへての場合にこの発 明の方法は特にそれぞれの構成で広い使用方法を提供する。

この発明の方法をいくつかの実施例の概略図と図式で詳細に説明する。

図１はこの方法の第一実施例の原理スケッチ、図２はこの方法の第二実施例の原 理スケッチ、図３はこの方法を実施するための図１の装置の第一実施例の構成図 、図４は第一の方法の態様による、図３に示した装置の操作方法の説明線図、図 ５は第二の方法の態様による、図３に示した装置の操作方法の説明線図、図６は この方法を実施するための、図２の装置の第二実施態様の構成図、図７は図６の 装置の第一操作方法の説明線図、図８は図６の装置の第二操作方法の説明線図、 図９は図６の装置の測定セルの構造の図、図１０はアルゴン・空気・混合物の測 定線図、図１１はプロパン・空気・混合物の測定線図、図１２は異なるガス・空 気・混合物を調べる図６の方法のオシログラフ図、図１３は図６と図８に示した 方法により測定したメタン・空気・混合物の周波数測定線図、 図１４はガス流量測定の方法を使用するための実施態様の図、図１５は流量測定 線図、 図１６はガス混合物の酸素の測定方法を応用するための実施態様の図、図１７は 酸素含有量規定の測定線図、 図１８はガス雰囲気中の可燃部分と酸素部分の測定用組み合わせ構造図、図１９ は収着活性の加熱可能な表面によるガス中の湿度の測定を実施するための実施態 様の図、 図２０は真空（圧力）規定のための実施態様の図、図２１は圧力測定線図、 図２２は加熱可能な表面の分解によるガス測定のための実施態様の図、図２３は ふっそ・塩素・炭化水素検出の測定線図図２４は継続監視装置の構成図である。

図１に測定原理の概略を示す。測定ガスＡを含むか或いは測定ガスＡが貫流する 検出器１の中に電熱線の形の直接電気で加熱できる表面２を配設しである。適当 なリード線を介してこの電熱線はここに詳記してない電源に接続しである。表面 の加熱に必要な電流強度Ｉは記号で示すように時間に従って測定され、時間測定 は表面を加熱するとき或いは冷却するときの各使用ケースに応じて電熱線のその ときの閾になるまでまたはその間開で測定される。

図２は図１の方法の変形例を示す。測定ガスＡを含む検出器１３の中にも電気で 加熱できる表面２を配設しである。図１に示した原理の場合には規定されるガス 雰囲気に影響される表面２の放熱が直接線条電流の変化によって時間に対する関 係で把握されたが、図２に示した測定原理の場合には表面２の加熱または冷却の 際の電磁線の放出が把握される。そのために放熱センサー１４を設けてあり、こ の放熱センサーを介して再び、概略を示したように、電磁線ｉ、の変化を時間に 従って把握することができる。この場合も表面の加熱または冷却の際の電磁線の 放出のそのときの閾または放出値のそのときの上下の閾に達するまでの時間が測 定される。変形例ではこの系は、たとえば成る種のガス用にきめられているガス 警報器用に、警報時に生じる放射線強度の変化が測定信号または警報信号を発す る場合には一定のエネルギー供給によって使用することができる。前記放射線強 度の変化は放射線センサーによって把握される。図１と図２に概略を示した異な る測定装置について図３と図５に示した構成図にもとづき以下に詳記する。

図３は構成図の形で図１の装置を示す。その本質は測定されるガス雰囲気の流入 ・流出のための少なくとも１個の開口部を有する検出器１にある。検出器１は特 に反応ガス確認に使用するために大きな流通開口部でなく多数の小流通開口部を 検出器壁部に有する。ここでは検出器はたとえば孔あき焼結材料から成る中空体 で構成することができる。

検出器１の中には電気加熱可能な表面２を配設しである。この表面は特に直接電 気で加熱できるように構成してあり、たとえば電熱線の形をもつことができる。

この加熱可能な表面に使われる材料はその都度の使用ケースに応じて異なり、た とえば触媒作用する材料で形成することができる。各使用例に応じてこの表面は 化学的・物理的にもガスと表面の吸収・交代作用をするように活性化することが できる。加熱可能な表面にはたとえば充電可能な畜電池の形の１個の電源３を介 して導管４．５から電気エネルギーが供給される。導管４には切り換え装置６を 配設してあり、この装置により電流供給の切り換えができる。導管４の測定装置 ７を介してその都度表面２の加熱に必要な電流強度を測定することができ、測定 装置７は信号出力部８を有し、この信号出力部中には閾値設定装置９を配設しで ある。この閾値設定装置により、電流強度設定のために設定された閾を超えるよ うな場合に初めて１個の信号を出すようにすることができる。

切り換え装置６はタイマー１０に接続してあり、このタイマーを通じて設定可能 な時間間隔をおいて切り換え装置６を介して表面２の加熱に必要な電流が供給さ れる。

タイマー１０も閾値設定装置９を有する電流強度把握用測定装置もたとえばノ寸 ルス計数器の形の時間測定装置１１に接続してあり、時間測定装置は測定結果を 表すだめの測定評価装置１２を備えている。こうして時間測定は接続時間間隔内 にタイマー１０から一定の周波数で放出されるパルスを測定する。この測定評価 装置１２は１個の表示装置及び／或いは音響及び／或いは光学信号装置の形に形 成することができ、且つ／或いは調節回路或いは制御回路の一部とすることがで き、たとえばガス警報の発生時には安全ゲートが閉鎖され、通風機が遮断される 等のことが行われる。

この発明の方法を図３に示した装置のために使用する各種の例について以下に線 図にもとづいて詳記する。

検出器ｌが被検査ガス雰囲気を受け入れると、タイマー１０を介して切り換え装 置６によりたとえば電熱線の形に形成された加熱可能な表面２がバッテリーに当 てられる。そうすると時間測定装置１１を介して設定された時間の後再び接続装 置が作動し、電流供給が遮断される。すると監視の目的でこの工程が時間間隔を おいて再三連続して繰り返される。この種の加熱周期について図４に電圧Ｕの経 過を時間ｔの上に長方形の形で概略で示しである。加熱可能な表面２に、温度に よって異なる電気抵抗が知られている導電性材料、たとえばここで問題にするた とえば２０度Ｃ〜７００度Ｃの温度範囲で抵抗が上昇する材料からなる電熱線を 使用すると、検出器１の中に成る種のガス雰囲気が存在する場合には電流強度が 曲線１ａで示されるような経過を辿る。タイマーによって設定される加熱周期が 時間ｔｓまで経過した後電圧ｒａｔが測定値として確定される。この場合設定さ れた「通常雰囲気」、たとえば空気があると、信号は発進されない。

しかし現存の通常雰囲気中に更に別のガス、たとえばメタンまたは類似のものの ような反応ガスがあると、表面の温度の影響を受けてメタンと空気酸素との間の 反応が誘発され、検出器中の温度が更に上昇する結果となる。この温度上昇の結 果、表面を実体化している電熱線の電気抵抗の増大に基づいて加熱周期中、即ち 間隔ｔｏ−ｔｓにおいて充電率が低下し、その結果図４に概略で示した経過Ｉｂ となる。加熱周期ｔｏ−ｔｓの経過と共に極めて低い電流強度１ｂｔが測定信号 として把握される。そうなると電流測定装置７の閾値の対応設定によって測定評 価装置１２を介して１つの警報等を発する切り換え信号を出すことができる。

前記の方法の態様は次のように変形させることができる。即ち図５に示すように 時間中の電流強度の経過について電流強度のための閾値Ｉｓを設定する。図３の 回路は、線条電流が閾値１ａ＋になる時点が測定されるように構成しである。

すると時間間隔ｔｏ−ｔａは設定された「通常雰囲気」の存在に対する「尺度」 となる。前記使用例に合わせて更に通常雰囲気を形成する空気に加えて被測定ガ ス雰囲気中にメタンを含ませると、メタンガスと空気酸素との反応の結果充電率 は明らかに低下し、従って設定閾値Ｉｓは既に早期の時点ｔｂで達成され、その 結果遥かに短い時間ｔｏ−ｔｂが存在反応ガスによる通常雰囲気の障害の尺度と なり、即ち危険な状態に凝縮し、ここでも、前記のように測定評価装置１２を介 して対応切り換えパルスが発生する。

前記の２つの例から分かることは、この発明の方法は温度に比例する加熱表面の 充電率によって作用するのみではなく、更に時間測定も関係していることがわか る。そうなると電流と時間の関係の対応設定及び時間と電流についての閾値の対 応設定によって同一の測定器で異なる測定範囲を設定することができる。図４の 操作方法の場合は信号発進がなお電流測定によって実施され、つまりタイマーが ここの加熱周期の継続と連続する加熱周期の時間間隔とをきめるのに対して、図 ５の操作方法の場合は測定が専ら時間測定によって企図される。閾値として設定 すべき電流強度はこの種の装置の使用目的の種類によってきちんと設定すること ができるので、ここではどんな複雑な電流測定器も設ける必要がない。操作方法 の説明からさらに分かることは、この測定方法はきわめて微妙な方法であり、僅 かな時間遅れでも信号発進を招く。先行の校正によって、電流測定と電流値Ｉｔ 或いは設定された閾値を下回るそれぞれの時間ｔｏ−ｔｘを経て設定された電流 閾値の時間測定を介してガス或いはガス混合物を規定することができる。

電気加熱された表面２の温度状況を再現する時間を経て電流強度の経過を示した 図４と５に記載した曲線は更に１つのガス流の流動速度を測定する方法の適用可 能性をも示している。この適用例の場合は検出器ｌは最早閉鎖された空間ではな く流動管路の部分であり、この流動管路にたとえば電熱線、らせん或いは類似物 の形の加熱される表面２が入っている。流動ガス雰囲気といえば通常一定の組成 を有するガス雰囲気のことであるから、それぞれ流過するガスの表面から単位時 間当たりに吸収される熱量を当て且つそれによって生じる加熱周期内の温度降下 に流動管路中のガスの流速に関することをこの測定方法で表現することができる 。その利点は、管路中の流動には薄い白熱線による影響が殆どないということで あり、従って、この場合には白熱線を流動物の６部に設けることができる。この 場合更に考慮する必要があるのは、設定された線条電圧を介してそのときどきに 達成される加熱可能な表面の最高温度が変化可能なことである。それでたとえば 、反応ガスが存在する場合も成る温度の範囲内で点火温度以下で作業することが できる。なんとなればガス雰囲気の吸熱能力の変化は組成が、基礎にある「通常 雰囲気」から、同様に線条電流の経過中の変化によって偏向する際に明瞭になる からである。

図６には構成図の形の開閉器構造として図２の装置を示しである。この構造の場 合は検出器１３中に直接または間接にたとえば電気で加熱される表面２を設けで ある。この表面２には放射線センサー１４を併設しである。この放射線センサー はその把握面を表面２の方に向けである。放射線センサー１４は光電管、フォト ダイオード、光電池として、また赤外線測定器としても、ピロ電気センサー或い はボロメータとしても構成することができる。放射線センサー１４の信号出力ｉ ｐは、異なる測定信号閾値を設定できる設置器１５に接続しである。設置器１５ の信号出力は再び前記の形の時間測定器１１に接続してあり、時間測定器１１は 測定評価器１２に連結しである。

加熱可能な表面２はここでもリード線４と５を介して給電装置３に接続し、ここ でもリード線４には切り換え装置６を配設してあり、切り換え装置は同じ機能の タイマー１０に連結してあり、これについては既に図３を用いて説明した。時間 測定器１１はスタートスイッチ１６を介してタイマーｌＯに連結しであるので、 その都度時間測定のスタートを設定することができる。

切り換え装置６はこの測定装置では、加熱装置が線が電気で直接加熱された場合 は設定時点の始めには最高ではなく、時間と共に最大値に向けて上昇しながら高 められる。図７の線図では線の電圧上昇Ｕを例として挙げである。設定された時 間閾値ｔｓの達成と共に設定された加熱周期は終わり、電圧が遮断される。この 工程はこの後設定間隔をおいて繰り返される。

次に放射線センサー１４を介して検出器２に含まれるガス雰囲気か透過される放 射線強度が把握される。こうして成るガス八について強度１ｓｔの経過がわかる 。ガス八より導電率が大きいガスＢについては曲線１ｓｔによって確定された放 射線強度の経過が分かる。こうしてその都度時点ｔ５で確定された最大の強度値 ｉｐ１ｍｍ＋または１１１８゜は一定のガスの存在についての対応校正に従う表 記か可能になる。表示された曲線１ｓ＋と１１がそれぞれの純粋なガスの経過に 対応するものと考えると、ガスＡとＢから成るガス混合物も把握することができ る。というのはそうなると時間中の放射線強度の経過が１．１と１１間のガスＡ とＢの間の混合比に対応することになるからである。純粋なガスの代わりにたと えば曲線１ｐｌはガス混合物、たとえば空気によっても設定することができるの で、その結果空気中の別のガスの存在をもって強度曲線の対応する推移となる。

この方法の実施態様でも測定は図８かられかるように純粋な時間測定として実施 することができる。この態様の場合は再び線条電圧の設定された上昇率で作業が 行われる。放射線センサー１４に設定器１５を介して強度閾値が設定され、その 結果、この設定放射強度閾値をこえて初めて１つの信号が発進される。図８に示 すように、導電率の低いガスの場合には強度閾値がより早く、即ち時点１＋で超 され、一方導電率の大きいガスの場合には強度閾値がより遅い時点ｔ、で超過す る。

２個の異なる測定装置についての前記記載の操作方法は、この発明の方法では常 に放射線伝送及び／または加温または冷却の際の表面の熱伝導性の経時変化が把 握されることを示している。この測定方法には「時間」の要素が取り入れられる ので、大きな感度、選択性、短い感応時間でガス或いはガス雰囲気の導電率、組 成、或いは速度を可能にするダイナミックな測定方法が実現される。図６の測定 装置を用いる測定方法では１個の空間の物理的状懸が測定されるので、組成と導 電率の前記の測定の他に当該空間におけるガスとガス混合物の負圧も規定するこ とができる。というのはそこにあるガスの熱伝達性は圧力によって変化するから である。被検査ガス雰囲気の種類に従って測定法を放射線強度の把握によって次 のようにして変更することができる。即ち冷却工程の分析と事前に加熱された表 面の低下する放射線伝達を時間に無関係に把握する。すでに記載した方法では加 熱周期と測定周期が同期して経過するので、減少する放射線伝達による分析では 加熱周期と測定周期が順に経過しなければならない。

既にガスと空気の反応系の実施例で説明したように、それぞれの放射線強度或い は線条電流の経過は混合されたガス雰囲気の個々のガスの間の発熱反応或いは吸 熱反応によって把握される。これは加熱可能な表面の対応する校正によって触媒 を使って促進することができる。吸収工程と昇温脱離はそれぞれ把握された放射 線強度と把握された線条電流の時間経過中の対応変化をもたらす。

この方法は各種の変形を可能にする。加熱可能な表面は触媒で活性化または不活 性化し、吸収させるか或いは吸収させないようにすることができる。加熱率は既 に説明したように、変えることができる。加熱率の急速な上昇の際、場合によっ ては触媒で活性化する表面の場合反応ガス混合物自体をその熱伝導性の把握によ って規定することができる。加熱率の緩慢な上昇の場合は伝導性に加えて触媒反 応も一緒に把握される。加熱可能な表面の対応選択によって且つ対応するエネル ギー供給が行われる場合表面温度は、対応するガス混合物では分解温度になるよ うに決められる。分解温度になったとき経過する化学的工程も同様に放射強度及 び／或いは線条電流強度の把握可能な影響を及ぼす。

測定信号の評価は現在の電子工学ではマイクロプロセッサを使用して実施される ので、ここでは多数のデータを小型器械を用いても把握することができ、従って 、たばこの箱の大きさの取扱容易な器械を僅かな電流消費で多機能器械としても 製造することがてきる。以上から更に、この方法がガスとガス混合物の定量に使 用できるのみでなく、蒸気及び蒸気とガス及びガス混合物との混合物の定量にも 使用できることが分かる。

以下に構造と方法の態様に関する変形についても詳記する。

図９に検出器１３の構造を示す。この構造ではケース１７によって測定ガスの吸 収に使う測定室１８が包囲され、この測定室は片側にガス透過孔１９を有し、こ れらの透過孔はたとえば育孔焼結金属から成る一枚の板によって対流阻止と火炎 阻止の役に立つ。ガス交換はここでは拡散によって行われる。測定室の中には電 気で加熱可能な表面２がたとえば１本のワイヤーの形で存在し、測定室はガス透 過口と反対側を赤外線透過材料から成る１枚の板によって塞いである。赤外線透 過板２０の背面には赤外線放射センサー１４を配設しである。電熱線２のリード 線と引き込み線４と５は板２０を通っていて、赤外線放射センサー１４と一緒に ケース中に鋳込んである。

図」０は図６の装置で採用した、アルゴン・空気・混合物の校正曲線を示す。

評価電子器は、校正の後で且つ計算機を介して図８に概略を示したような測定時 間推移が直接容量パーセントに換算されるように校正された。２５Ｖ−％　のア ルゴンの測定に要する測定時間の減少は通常空気の測定時間と比較してたとえば 約２ｍｓであった。

図１１はこれと比較して同じ態様の方法で測定された、空気中のプロパンガスの 量の測定線図である。この線図はプロパン（残空気）１％当たりの約４ｍｓの測 定時間短縮の測定方法の感度を示す。

図１２はオシログラフ表記の形で空気（領域Ｉ）、メタン・空気・混合物（領域 ＩＩ）及び水素・空気・混合物（領域Ｈ１）について図６の別の操作態様を示す 。この場合加熱工程は放射線強度の上限と下限の閾値の間の周期となる。黒い＄ ２０（空気）、２１　（空気とメタン）、２２（空気と水素）はここで温度上昇 時間を示す。各捧の間の空間は冷却時間を示す。装置は次のように構成される。

即ち線条電流の上限閾値到達と線条電流の下限閾値到達の度にまた自動的にスイ ッチが入る。従って加熱周期はきっちり設定することはできず、それぞれの被測 定ガス雰囲気に従って自由に設定することができる。

領域■（空気）を領域ＴＩ（空気とメタン）と比較すると、メタンと空気の混合 物の場合は行われる熱の反応のために上限閾値（放射）になるまでの温度上昇時 間は短縮する必要があることがわかる。しかし、個々の周期の間の冷却時間はほ ぼ変わらないのが特徴的である。これに対して領域ＩＩＩ　（空気と水素）を比 較すると、やはり、空気と水素の間の熱反応によって温度上昇時間が短縮される ことが分かる。しかし、空気・水素系の場合にはやきなまし効果のためにきわめ て長い冷却時間を必要とする。

従って対応する校正を行うと異なるガスの存在を周波数測定によって把握するこ とができる。こうして加熱・冷却時間の把握による選択的測定が可能になる。

図１３は１個のセンサーの振動態様を測定線図で表している。このセンサーは図 ９で説明した構成であって２つの放射線強度閾値の設定に際して図１２に基づい て説明した態様と類似してメタン・空気・混合物のメタン濃度に応じて働く。

図１４にはそれを流動測定器としてガス流の規定であれ、ガス速度の規定であれ 、使用した測定原理の斜視図である。そのために、矢印２４の方向にガスが貫流 する管２３の中へいわゆる通常の構造の流動整流器を配設しである。ここでも流 動整流器の後方に対応する間隔をおいて、管２３を直径上で貫通する１本のワイ ヤーの形の電気加熱可能な表面２を配設しである。管の壁には放射線センサー１ ４を配設してあり、この放射線センサーを介してワイヤー２の放熱の変化を時間 によって異なる貫流に応じて把握することができる。ここでも、ワイヤー２に継 続的に線条電流を供給する必要はなく、設定可能な時間間隔をおいて測定を実施 することができるので育利である。

図１５は、前記の方法で１本の管の変化貫流を把握した測定の線図である。

図１６は図９に示した測定装置の変形例である。この実施態様では、実質的に再 び有孔材料で形成した対流阻止部材としてのケース２６の中に電熱線の形の加熱 可能な表面２を配設しである。この電熱線は不均質な磁界の中にある。この磁界 は通電コイル、永久磁石或いは類似のものによって形成することができる。電熱 線はここに示した例では加熱らせんとして構成しであるので、同時に１個のコイ ルであり、このコイルによって電熱線に負荷するとき対応する磁界か形成される 。これは磁力線２７によって示しである。この構造により、酸素の常磁性に基づ いてガス混合物中のガス状の酸素をも測定することができる。即ち電熱線２の範 囲の酸素の対流を起こす磁気風によりこの場合も赤外線センサー１４を介して加 熱された表面の放熱の変化を把握することができる。赤外線センサーは図示の例 では加熱らせんに併設してあり、ケース２６のガスを透過しない固定板２８の内 部に取りつけである。

図」７は図１６の検出器により形成された測定線図の中に各種の酸素・窒素・混 合物の測定値を示す。

図１８は１個の検出器２９を示す。この検出器は図９に示した検出器Ｉ３と図１ ６に示した検出器２６の組み合わせを形成する。この種の検出器により、ガス混 合物中に可燃部分と酸素含有量を測定することかできる。図かられかるように、 ここでもガス透過性材料から成る板３１によって塞がれているケース３０内部に 滑らかな電熱線２′　とらせんとして形成された電熱線２°を配設してあり、こ れら両者は給電装置に接続しである。これら２個の加熱可能な表面２°　と２″ にはここでも放射線センサー１４を併設しである。そうすると切り換えスイッチ ３２を介して順にガス混合物の酸素量と可燃部分とを前記の方法で測定すること ができる。

１１１９は検出器の別の例を示す。この実施例の場合は測定ガスＡをやはり対応 する孔から検出器１３に進入することができる。検出器１３にはやはり放射線セ ンサー１４があり、この放射線センサーには加熱可能な表面を併設しである。こ の実施例では加熱可能な表面２はたとえば、湿度測定に使用する片側の、測定ガ スに接触する酸化アルミニウム或いは酸化けいそから成る積層によって吸着活性 がある。板として形成された加熱可能な表面は、間接的な、脈動加熱原としての レーザー３３を介して背面から加熱される。加熱可能な表面２の背面の加熱スポ ットにはプラチナの薄い板３４があり、表面の破損を阻止する。この種の検出器 を用いて、ガス中の湿気を水分子の吸着挙動から加熱可能な表面の上で確認する ことができる。表面を対応形成して他の吸着過程をも確認することができる。

図２０は真空領域中の圧力測定の応用例を示す。ここでも検出器】３を図６に示 した開閉器構造中に配設してあり、この開閉器構造は加熱可能な表面２を空間３ ５の中へ入れており、空間内の圧力を測定することができる。１本のワイヤーの 形の加熱可能な表面２に放射線センサー、たとえば赤外線センサーを併設しであ る。この場合は検出器１３は真空計じにしである。この場合も圧力測定はガス分 子の熱搬送の把握を介して行われ、熱搬送は一定の負圧から自由な路程の増加を 経て増加し、こうして捕捉可能な測定結果となる。

図２１はＯ〜２００トルの範囲の測定結果を示す。

図２２は検出器３６の実施態様を示す。この検出器を用いて、分解製品の検波に よるガスの制御熱分解を介して非分解ガスの濃度を割り出すことができる。検出 器はガス透過板１９を有する閉鎖ケース３６から構成されるので、測定ガスＡは この閉鎖空間中に進入することかできる。空間の内部にはワイヤーの形の加熱可 能な表面を配設しである。このワイヤーは図９に示すように給電装置に連結され ており、このワイヤーには赤外ｍ透過性材料からなる板２０によって遮断された 赤外線センサー１４を併設しである。内部空間には更にガスセンサー３７、たと えば半導体センサー或いは電気化学的センサーを入れである。このセンサーは分 解製品としての一定のガスの測定用に構成しである。

たとえば、測定ガスがフッソ・塩素・炭化水素を含むかどうか、たとえばＦＣＫ Ｗ（ＲＩ　２）を含むかとうかが確認され、こうして加熱可能な表面２か場合に よっては触媒降下の後にＦＣＫＷの分解温度になるまで加熱される。測定ガス中 にＦＣＫＷが含まれていると、分解によって塩素が分割される。この場合にはガ スセンサー３７は塩素の把握用に構成されているので、分離する塩素を介してＦ ＣＫＷの存在を実証することができる。

図２３は測定ｍ図を示す。空気中の０．　５％のＲ１２の測定ガス組成の場合に は約２分間隔て白熱線が３回前後して加熱される。第一測定で分解温度が２秒以 上維持され、第二測定で４秒以上、第三測定で８秒以上維持される。測定線図が 示すように、塩素センサーにそれぞれ測定点で塩素の存在が確認されたので、把 握された塩素量は分解時間に比例した。これにより、この発明による方法に従っ てこの使用ケースについても許容でき且つ繰り返すことができる測定結果が得ら れる。

図２４は図６より簡単にした実施態様の構成図である。この実施態様は特に給電 装置を外付けした固定ガス警報装置に好都合である。検出器１３はここでも通電 電熱線の形の加熱可能な表面２を育し、電熱線は常に設定電圧Ｖで設定電流Ｉが 流れる。目標値設定器１５を介して監視すべき雰囲気中に期待される有害ガスに 特育の放射線強度Ｈ値が設定される。有害ガスが流入すると、たとえば放射線セ ンサー１４によって把握される放射線強度が設定閾値になるまで増大する。これ によって目標値設定器中に１個の信号が発生する。この信号によって電気エネル ギー供給器３゛中の調節器を介して線条電流がとりもどされ、同時に警報信号及 び或いは制御信号が発生される（警報出力）。同時に電熱線が許容できない過熱 から保護される。しかし警報信号は直接目標値設定器】５を介しても発進させる ことができ、これは信号路Δｉｐによって示されている。

熱電流は全体的に遮断することができるか或いは、再び設定下位放射線閾値にな るまでの闇だけ減らすことができるかである。そうなるとこれによって感度か低 下する。熱電流の変化または減少の代わりに線条電圧を対応低下させることも可 能である。

Ｆｉｇ、ＩＯ ディジットで表しに時間差Δｔ （Ｉディ！；ットはＮＯ，１ｍｓ　、’ｔｉ気ｆｌ　−０２デイジツト）Ｉｏ　 ２０　３０ アルゴン％、残空気 Ｆｉｇ、Ｉｌ ディジットで表し／′１．綺間差△ｔ （１デイジツトは約０．　ｌ　ｍｓ　空気値＝ＯＯテ？ジット）０．５　＋、０ 　１．５　２．０ プＯパン　％、八′９気 Ｆｉｇ、　１３ 周波数　ｆ Ｏ，２０，４０，６０，８ メタン％、ル空気 Ｆｉｇ、　１５ ディジットで表し二時間差△ｔ （１デイジツトに約０．１　ｍｓ　、空気値；２デイジツト）Ｌ／ｈ　空気貫５ 友 Ｆｉｇ、　１７ ティジットで表した時間差Δｉ （１ディジット１１約０．１　ｍｓ　、空気値＝２４テ？ジット）％酸棄、残空 気 Ｆｉｇ、　２１ ディジットで表した時間差Δｉ （１テｊジット１；約０．Ｉｍｓ　、７６０Ｈしの空気値＝２８テ警ジシト）ｔ ｏｏ　２００ 艷イ本、圧力、トル ３γ Ｆｉｇ、２３ 分解時間＋　（１）　２秒 （２）４ｊ？ （３）８秒 ｊ則定πスＭＪ！Ｅ：０５％　Ｒ１２，夕欠空気信号電子化’ｆ堪素センサー 時間を分 国際調査報告 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．ガス雰囲気の化学的及び／或いは物理的性質を規定する方法であって、被検 査ガス雰囲気を加熱可能な表面と接触させ、その結果生じる温度状態の変化を電 気信号に転換する方法において、加熱可能な表面をエネルギーの供給によって加 熱し、規定すべきガス雰囲気によって影響される前記表面の放熱量を測定しその 影響によって生じる温度変化を１個の測定信号の発生を誘発するように利用する ことを特徴とする方法。
2. ２．加熱可能な表面の加熱を設定可能な時間を経て時間的に順に続く間隔をあけ てエネルギーを供給することによって実施することを特徴とする請求の範囲１の 方法。
3. ３．加熱可能な表面の放熱に影響を与えるガス雰囲気の特性を表面から出る熱線 の放射強度の測定によってきめる請求の範囲１または２の方法。
4. ４．ガス雰囲気の特性をきめるために加熱周期の開始から熱線の設定強度に達す るまでの時間を測定することを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一の方法 。
5. ５．電気加熱可能な表面でガス雰囲気によって影響される放熱量を表面の加熱に 必要な電流を設定電圧において測定することによりきめることを特徴とする請求 の範囲１〜３のいずれか一の方法。
6. ６．加熱可能な表面をその都度設定可能な時間（加熱周期）で最低温度値から開 始して加熱することを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれか一の方法。
7. ７．特に電気の加熱エネルギー（加撚周期）の供給にかかる時間の間に連続する 加熱周期の時間継続を固く設定できるようにすることを特徴とする請求の範囲１ 〜６のいずれか一の方法。
8. ８．加熱周期の開始を設定された下位の測定値閾値により、加熱周期の終了を設 定された上位の測定値閾値によりきめ、加熱周期の時間継続をガス雰囲気規定の ための測定信号として利用することを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれか一 の方法。