JPH055483Y2 - - 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成分濃度を
分析する赤外線分析方を利用したガス分析計に係
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ができるとともに、
サンプルガスの圧力を考慮することにより、より
精密な濃度測定の可能な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
外線を断続させるチヨツパ、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。

［考案が解決しようとする問題点］ 出願人は既に特願昭60−230099号にて、上記従
来の技術の一部の欠点を改良するとともに、更に
実願昭62−3015号にて、精度上の点から光学フイ
ルタを用いないでスパン較正またはキヤリブレー
シヨンを実現した。

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、サンプルガスの圧力が常に一
定であるとは限らず、特にフイルタ等の減光部材
を用いてスパン較正される場合は、圧力の変動が
直接測定値に影響し、精度の高い測定が出来なか
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、第１図の
基本的構成図に例示するごとく、 濃度測定時、光源から反応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Ｍ１によ
り検出器してガスの濃度分析を行うとともに、キ
ヤリブレーシヨン曲線作成時または較正時に赤外
線減光部材Ｍ２を較正用ガスの替わりに赤外線の
光路に配置するよう構成されたガス分析計であつ
て、 上記サンプルガスの圧力を検出する圧力センサ
Ｍ３と、 上記圧力センサＭ３により検出されたサンプル
ガスの圧力と上記検出器Ｍ１により検出されたエ
ネルギー差とを入力し該入力されたサンプルガス
の圧力とエネルギー差とに基づいて補償値を算出
し該補償値とキヤリブレーシヨン曲線とを比較参
照することで上記サンプルガスの濃度を決定する
ガス測定手段Ｍ４と、 を有す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、キヤリブレーシヨン曲
線作成時あるいはスパン較正時に赤外線のエネル
ギーを減少させるのに、赤外線減光部材として通
常の光学フイルタや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設けた遮光板を用いて
いる。この減光部材は予め既知濃度のサンプルガ
スとの対応が測定されていることから、濃度と検
出値との対応を表すキヤリブレーシヨン曲線（検
量線）、あるいはその較正のための補正量が得ら
れる。

このキヤリブレーシヨン曲線は濃度が既知のサ
ンプルガスと減光部材との対応を測定した際のサ
ンプルガスの一定圧力下でのキヤリブレーシヨン
曲線であり、測定時におけるサンプルガスは同一
または一定圧力ではないので、検出器Ｍ１による
検出値の補償をするため、ガス測定手段Ｍ４は圧
力センサＭ３にてサンプルガスの圧力を検出し、
検出値のキヤリブレーシヨン曲線との比較時に圧
力値にて補償して検量する。

［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、本考案の一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
動可能に設けられている。この遮光板７は第３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、遮光部分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の面積は領域毎に異な
り、領域７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの順で小
さくなつている。即ち、遮光部分Ｋの幅および／
または本数を増加させてゆき、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７ａ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，８
ｄ，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１０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
て、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１２
ｃ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。

上記サンプルガス５が導入される導入管５ａに
はサンプルガス５の圧力を検出するための圧力セ
ンサ１５が設けられている。この圧力センサ１５
の検出信号および上記プリアンプ１３により増幅
された出力信号は、ガス測定手段Ｍとしての演算
器１７に入力される。この演算器１７には更にキ
ーボード１９からのキー入力信号が入力され、演
算機による指示や演算結果はCRT２１またはプ
リンタ２３に出力される。

上記演算器１７は、第４図のブロツク図に示す
ごとく、マイクロコンピユータとして構成され、
CPU４０ａ、ROM４０ｂ、RAM４０ｃ、バツ
クアツプRAM４０ｄ及びクロツク４０ｅ等を中
心に論理演算回路とされており、コモンバス４０
ｆを介して出入力ポート４０ｇ、出力ポート４０
ｈに接着されて外部との入出力を行う。

演算器１７は、プリアンプ１３の出力信号、圧
力センサ１５の出力信号およびキーボード１９の
キー入力信号のバツフア４０ｉ、４０ｊ、４０
ｋ、マルチプレクサ４０ｎ、Ａ／Ｄ変換器４０ｐ
を有し、これらの信号は入出力ポート４０ｇを介
してCPU４０ａに入力される。

またCPU４０ａは、CRT２１およびプリンタ
２３に出力ポート４０ｈを介して制御信号を出力
する。

次に本実施例の較正・キヤリブレーシヨン曲線
作成処理例を説明する。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４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
より出力値を求めるとともに、上記圧力センサ１
５によるサンプルガス５の出力値により、出力値
を補償して、第５図に示すキヤリブレーシヨン曲
線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。

マイクロコンピユータである演算器１７におけ
る測定ルーチンの処理を第６図のフロチヤートに
示す。

まず圧力センサ１５の出力値が読み込まれ、変
数Psに格納される（ステツプ100）。次にプリア
ンプ１３の出力値が読み込まれ、変数Ssに格納
される（ステツプ110）。

次に、上記PsとSsとから次式により補償値Sa、
即ち、キヤリブレーシヨン曲線を作成した際のサ
ンプルガス５の圧力における出力値に変換する
（ステツプ120）。

Sa＝Ss×（K₁×Ps²＋K₂×Ps＋K₃） ここでK₁，K₂，K₃は所定の係数を表す。

同一濃度におけるセル内圧力とプリアンプ１３
からの出力の変化率との関係は、第７図の点線の
ごとくとなることから、セル内圧内に対しては同
図の実線を示すごとく、Ssの補正係数変化を示
す。この補正係数は上述のごとく、（K₁×Ps²＋
K₂×Ps＋K₃）で表される。

次に上記Saを用いて、バツクアツプRAM４０
ｄまたはROM４０ｂ中に格納されているキヤリ
ブレーシヨン曲線テーブルを参照・補間して濃度
を決定する。

続いて、その結果をCRT２１およびプリンタ
２３に出力して、本ルーチンを終了する。

上記処理はマイクロコンピユータによりなした
が、勿論同様な機能を有するデイスクリートな回
路にて実現することも出来る。

本実施例によれば、サンプルガス５の圧力値に
よりプリアンプ１３からの出力値を補償している
ので、サンプルガス５の圧力変動があつても精密
にガス中の赤外線吸収成分の濃度を検出すること
が出来る。また精密な濃度検出と共に、遮光板７
の使用により、スパン較正及びキヤリブレーシヨ
ン用の遮光板７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。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
となるという効果もあり、より精密な測定が可能
となる。

また、サンプルガスの圧力値を用いて演算によ
りサンプルガスの圧力による影響量を算出してい
るのでサンプルガスの圧力に依存されず、しかも
それほど精密な装置を必要としない。つまり簡単
な制御で正確なガス濃度を検出することができ
る。

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。また貫通
孔Ｈが設けられた遮光板７でなく、通常の光学フ
イルタでもよい。

考案の効果 本考案はガス測定手段が、圧力センサの出力値
にて、検出器の検出値を補償していることから、
サンプルガスの圧力に影響されない精密な濃度測
定が出来る。

その際、サンプルガスの圧力値を用いて演算に
よりサンプルガスの圧力による影響量を算出して
いるのでサンプルガスの圧力に依存されず、しか
もそれほど精密な装置を必要としない。つまり簡
単な制御で正確なガス濃度を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本的構成例示図、第２図は
本考案に係るガス分析計の一実施例を示す縦断面
図、第３図は遮光板の一例を示す平面図、第４図
はその演算器のブロツク図、第５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６図は演算器が行う処理のフロチヤ
ート、第７図はサンプルガス圧力と補正係数また
は出力変化率との関係を示すグラフを表す。 １，２……光源、３……サンプルセル、４……
比較セル、７……遮光板、１２……検出器、１３
……プリアンプ、１５……圧力センサ、１７……
演算器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 濃度測定時、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とともに、キヤリブ
   レーシヨン曲線作成時または較正時に赤外線減光
   部材を較正用ガスの替わりに赤外線の光路に配置
   するよう構成されたガス分析計であつて、 上記サンプルガスの圧力を検出する圧力センサ
   と、 上記圧力センサにより検出されたサンプルガス
   の圧力と上記検出器により検出されたエネルギー
   差とを入力し該入力されたサンプルガスの圧力と
   エネルギー差とに基づいて補償値を算出し該補償
   値とキヤリブレーシヨン曲線とを比較参照するこ
   とで上記サンプルガスの濃度を決定するガス測定
   手段と、 を有することを特徴とするガス分析計。