JPH10274620A - ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパン校正の時間を短縮する。 【解決手段】 係数メモリ２２に、スパンガス導入初期
に所定濃度よりも高い濃度となるような濃度係数と時間
経過との対応を示す制御パターンデータを記憶してお
く。スパンガス導入開始の指示後、ＣＰＵ２１は係数メ
モリ２２から読み出した制御パターンに従って、マスフ
ローコントローラ１１、１２の流量を算出する。成分ガ
スと希釈ガスとは混合室１３にて混合され、スパンガス
として分析部１４に供給される。スパンガス導入初期に
配管内壁に測定対象成分が吸着され該成分が減少して
も、分析部１４には所定濃度に近いスパンガスが流入す
るため、分析部１４でのガス濃度の検出値は迅速に立ち
上がり短時間で略一定になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種工業プロセス
のガス濃度の監視・制御や公害監視のための排ガス濃度
測定等、環境大気測定に使用されるガス分析装置に関
し、更に詳しくは、ガス分析装置において校正のための
標準ガスを調製するガス調製部に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種工業プロセスのガス濃度の監視・制
御や公害監視のための排ガス濃度測定等の環境大気測定
の分野では、非分散形赤外線吸収法、紫外線蛍光法、化
学発光法等を用いたガス分析装置が広く使用されてい
る。例えば赤外線ガス分析計では、試料セルと対照セル
に赤外光を投射して両セル内のガスによる特定波長の赤
外光の吸収量（又は透過光量）を比較することにより、
試料ガスに含まれる特定成分の濃度（以下「試料ガス濃
度」という）を測定する。具体的には、まず、測定成分
を含まない窒素ガス又は標準的な大気等をゼロガスとし
て試料セルに流し、この時の検出値をゼロ点とする（ゼ
ロ校正）。次に、既知の濃度の測定成分を含むガスをス
パンガスとして試料セルに流し、この時の検出値をスパ
ン点とする（スパン校正）。その後、試料ガスを試料セ
ルに流し、このときの検出値のゼロ点とスパン点との間
又はその延長上の相対位置より、試料ガス濃度を求め
る。

【０００３】試料ガス濃度を精度良く求めるには、でき
るだけ該試料ガス濃度に近い濃度を有するスパンガスを
用いてスパン校正を行なうことが好ましい。一般に、環
境大気中の成分を測定するガス分析装置においては、試
料ガス濃度が低いため、スパンガスも比較的低い濃度の
ものが使用される。このような濃度の低いガスをボンベ
等で保管、管理しておくことは効率等の観点から好まし
くないため、通常、測定現場にて、高い濃度の成分ガス
を希釈ガスで希釈することにより所望濃度のスパンガス
に調製して、校正に使用するのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記スパンガスの調製
部を備えたガス分析装置の概略構成を図５に示す。成分
ガス及び希釈ガスは、それぞれ第一及び第二のマスフロ
ーコントローラ（ＭＦＣ）１１、１２を通して混合室１
３に導入され、そこで充分に混合されてガス分析部１４
に送出される。第一及び第二のマスフローコントローラ
１１、１２は、所定濃度のスパンガスが調製されるよう
に、それぞれ所定流量の成分ガス及び希釈ガスを流すべ
くその開放量が調節される。スパン校正では、ガス分析
部１４の試料セル中においてスパンガスの濃度が安定し
ないうちに校正動作を終了すると正確な校正ができない
ため、試料セルにスパンガスを導入した後にその濃度の
検出値の安定度をチェックし、略一定に落ち着いたなら
ば校正動作を終了するという方法が採られている。

【０００５】ところが、上記混合室１３からガス分析部
１４にスパンガスを供給し始めた後、スパンガス中の成
分の一部がガス分析部１４に至る配管の内壁等に吸着さ
れてしまう。このため、ガス分析部１４での上記検出値
は、図４（ａ）に示すように略一定状態に達する迄の立
上りが非常に緩慢になり、校正動作に長い時間を要して
しまう。特に、測定対象が低濃度で且つ配管等への吸着
力が強いＳＯ₂等の物質である場合には、上記検出値が
略一定に達する迄に数十分程度も要してしまうことがあ
る。このように校正動作に長時間を要すると、測定でき
ない時間（欠測時間）が長くなり、環境大気を連続的に
モニタリングしたい場合に大きな問題となる。

【０００６】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするところは、スパンガス濃
度が安定する迄の時間を短縮することにより、スパン校
正の所要時間を短縮できるガス分析装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、高濃度の成分ガスを希釈ガスで希
釈することにより所定濃度の標準ガスを調製し、該標準
ガスを分析部に導入して校正を行なうガス分析装置にお
いて、 a)成分ガスの流量を調節する第一流量調節手段と、 b)希釈ガスの流量を調節する第二流量調節手段と、 c)前記第一流量調節手段により流量が調節された成分ガ
スと前記第二流量調節手段により流量が調節された希釈
ガスとを混合して分析部へ送る混合手段と、 d)該混合手段から分析部への標準ガスの導入初期の所定
期間に前記所定濃度よりも高い濃度の標準ガスが導入さ
れるように、前記第一及び／又は第二流量調節手段を制
御する制御手段と、 を備えたことを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】上記本発明に係るガス分析装置で
は、制御手段は、例えば、標準ガスつまりスパンガスの
導入開始時より、一定量の希釈ガスが混合手段に流れる
ように第二流量調節手段を制御する一方、スパンガスの
導入開始時より所定時間が経過する迄は該経過後よりも
所定量だけ多くの成分ガスが流れるように第一流量調節
手段を制御する。スパンガスの導入初期には、スパンガ
ス中の成分が分析部に至る配管の内壁等に吸着される
が、所定濃度よりも高い濃度のスパンガスが混合手段よ
り送り出されるため、上記吸着により成分の一部が途中
で捕捉されたとしても、所定濃度に近い濃度のスパンガ
スが分析部に到達する。また、上記吸着がほぼ飽和して
その影響がなくなる時点の前後には、所定濃度のスパン
ガスが混合手段から送り出される。このため、分析部に
て検出されるスパンガスの濃度は、上記吸着の影響をあ
まり受けることなく、ガス導入開始時より急速に立ち上
がり短時間の間に略一定状態に落ち着く。

【０００９】上記制御手段は、例えば、上記所定時間と
該所定時間の間のスパンガスの濃度の増加係数とを対応
付けて記憶した記憶手段と、該記憶手段の記憶内容に従
って第一及び第二流量調節手段に対する制御量（例えば
制御電圧）を算出する演算手段とから構成することがで
きる。なお、上記吸着による影響の度合は標準ガスの濃
度により相違するため、上記所定時間や増加係数等は予
め実験等によりガス濃度毎に測定して最適な値を求めて
記憶しておき、スパン校正時に所望のスパンガス濃度が
設定されると最適な値が選択されるようにしておくとよ
い。

【００１０】

【発明の効果】本発明に係るガス分析装置によれば、分
析部へのスパンガスの導入初期に、該スパンガスの濃度
が設定された所定濃度よりも一時的に高められるので、
配管等での吸着によるスパンガス中の成分量減少の影響
が軽減され、分析部にて検出されるガス濃度は速やかに
一定状態に落ち着く。このため、スパン校正に要する時
間が短時間で済み、欠測時間を短くすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るガス分析装置の一実施例
を図１、図３、図４を参照して説明する。図１は、本実
施例のガス分析装置の要部の構成図である。ガス調製部
は、第一のマスフローコントローラ１１、第二のマスフ
ローコントローラ１２、混合室１３、制御部２０及び操
作部２５から構成される。制御部２０は、例えばマイク
ロコンピュータ等から成り、ＣＰＵ２１、係数メモリ２
２、第一のＤ／Ａ変換器２３、第二のＤ／Ａ変換器２４
を含んでいる。係数メモリ２２には後述のような流量制
御に必要なデータが記憶されており、操作部２５により
与えられる指示に応じてＣＰＵ２１は適当なデータを係
数メモリ２２から読み出し、該データに従って制御電圧
をデジタル値として出力する。この制御電圧は第一及び
第二のＤ／Ａ変換器２３、２４にてそれぞれアナログ電
圧に変換され、第一及び第二のマスフローコントローラ
１１、１２に入力される。

【００１２】図３は、本実施例において係数メモリ２２
に記憶されるガス濃度の制御パターンの一例を示す図で
ある。この制御パターンは、スパンガスの所定濃度を１
としたときの濃度比を濃度係数として時間経過に従って
示したものである。

【００１３】以下、図３（ａ）に示す制御パターンに従
って流量制御が実行される場合の、上記ガス調製部の動
作を説明する。操作部２５からの操作によりスパン校正
の開始が指示されると、ＣＰＵ２１は内部タイマの時間
経過に従って係数メモリ２２から上記制御パターンの濃
度係数を順次読み出し、設定された目標スパンガス濃度
に読み出した濃度係数を乗じて制御目標濃度を算出す
る。更に、この制御目標濃度に対応して成分ガスと希釈
ガスとの必要流量がそれぞれ計算され、該必要流量を得
るための各制御電圧値が求められる。これにより、第一
及び第二のマスフローコントローラ１１、１２はそれぞ
れ所定流量の成分ガス及び希釈ガスを流し、混合室１３
にて混じり合って調製されたスパンガスがガス分析部１
４へ送出される。

【００１４】図３（ａ）の制御パターンによれば、スパ
ン校正開始時刻ｔ0より時刻ｔ1迄の期間、濃度係数は１
よりも大きなＣ1となっている。このため、この期間の
制御目標濃度は目標スパンガス濃度よりも（Ｃ1−１）
×１００〔％〕だけ高くなる。次いで、時刻ｔ1より時
刻ｔ2迄の期間、濃度係数は１よりも大きく且つＣ1より
も小さいＣ2となっている。このため、この期間の制御
目標濃度は目標スパンガス濃度よりも（Ｃ2−１）×１
００〔％〕だけ高くなる。従って、第一及び第二のマス
フローコントローラ１１、１２では、上記濃度の増加に
見合ったように各流量が制御される。

【００１５】スパンガスが供給され始めると、スパンガ
ス中の測定対象成分の一部はガス分析部１４に至る配管
中の内壁等に吸着されるため、ガス分析部１４迄到達す
る測定対象成分は減少する。つまり、ガス分析部１４に
到達したスパンガス濃度は混合室１３を出た直後のガス
濃度よりも低くなる。このような配管内壁への吸着はス
パンガスの供給開始直後には多いが時間の経過に伴って
次第に減少し、或る時間が経過すると飽和して、それ以
降は殆ど吸着されなくなる。

【００１６】上述のようにスパンガス濃度が制御される
と、吸着が多い期間には混合室１３から送出されるスパ
ンガス濃度が高められているため、途中で測定対象成分
の一部が吸着されてもガス分析部１４に到達したスパン
ガスの濃度は設定された目標スパンガス濃度に近いもの
となる。これにより、ガス分析部１４にて得られるガス
濃度の検出値の時間変化は、図４（ｂ）に示すようにな
る。すなわち、スパン校正開始時刻ｔ0より所定時間Δ
ｔだけ遅延してスパンガスがガス分析部１４に到達した
後、検出値は急激に上昇し目標スパンガス濃度に迅速に
近付き略一定に落ち着く。このため、スパン校正を短時
間の内に終了することができる。

【００１７】一旦、配管の内壁等に吸着された測定対象
成分は、主として、次にゼロ校正が行なわれる際、該配
管に流されたゼロガスにより運び去られる。このため、
その直後のスパン校正時の初期には再びスパンガス中の
測定対象成分の吸着が生じる。このような測定作業の繰
り返しにより、スパン校正時毎に、吸着される測定対象
成分の量はほぼ一定になる。このため、目標スパンガス
濃度が高いと、スパンガスの導入初期の短時間の間に上
記吸着が飽和してしまい、このような場合に図４（ａ）
に示すような制御パターンに従って流量制御を行なう
と、ガス分析部１４に目標スパンガス濃度を大きく越え
た濃度のスパンガスが流入する恐れがある。このとき、
ガス分析部１４での検出値の時間変化は、図４（ｃ）に
示すように大きくオーバーシュートしたものとなり、略
一定に落ち着く迄に却って時間を要してしまう。

【００１８】そこで、本実施例のガス分析装置では、予
め実験を行なって、目標スパンガス濃度とそれに応じた
最適の制御パターンを調べておく。そして、この制御パ
ターンを目標スパンガス濃度に対応付けて係数メモリ２
２に記憶させる。スパン校正時に測定者が操作部２５を
操作して目標スパンガス濃度を設定すると、ＣＰＵ２１
は設定された濃度に応じて最適な制御パターンを係数メ
モリ２２から読み出して上述のような流量制御を実行す
る。

【００１９】図３（ｂ）は高濃度のスパンガスに対応し
た制御パターンの一例であって、時刻ｔ0より時刻ｔ3迄
の期間、１よりも僅かに大きい濃度係数Ｃ3とし、時刻
ｔ3以降は濃度係数を１とするようにしている。この制
御パターンに従えば、スパンガス導入初期に混合室１３
から送出されるスパンガス濃度は目標スパンガス濃度よ
りも僅かに高いだけであるので、図４（ｃ）に示したよ
うなオーバーシュートを防止することができる。更に高
濃度のスパンガスに対しては、図３（ｃ）に示すように
濃度係数を１に維持した制御パターンを用いることもで
きる。

【００２０】これにより、幅広い濃度のスパンガス調製
において、ガス分析部１４での検出値を短時間のうちに
略一定状態にすることができる。

【００２１】図２は、本発明に係るガス分析装置の他の
実施例を示す構成図である。本実施例では、ＣＰＵ２１
にガス分析部１４でのガス濃度の検出値が入力されてい
る。すなわち、ＣＰＵ２１は基本的に上記実施例と同様
に係数メモリ２２より読み出した制御パターンのデータ
に基づいて流量を制御するが、実際のガス濃度の検知結
果により制御を修正する。

【００２２】例えば、図３（ａ）に示した制御パターン
に従って制御を開始した後、時刻ｔ1になったときに検
出値が或る一定値を越えていた場合（例えばオーバーシ
ュートした場合）には、係数を１にする時刻ｔ2を規定
の制御パターンよりも速める。これにより、検出値が大
きくオーバーシュートして安定する迄に時間が長引くこ
とを抑制することができる。また、逆に、図３（ａ）に
示した制御パターンに従って制御を開始した後、時刻ｔ
1において検出値が或る一定値より低い場合には、時刻
ｔ2を規定の制御パターンよりも遅くする。これによ
り、立上りに時間を要し安定する迄に時間が長引くこと
を抑制することができる。更に、ＣＰＵ２１に学習機能
を持たせて、上記のように修正が必要であったことを記
憶しておき、次に同一の目標スパンガス濃度が設定され
たとき、係数メモリ２２から読み出したデータを自動的
に修正して流量制御を行なうようにしてもよい。また、
係数メモリ２２のデータ内容自体を書き換えるようにす
ることもできる。

【００２３】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガス分析装置による一実施例の構成
図。

【図２】 本発明のガス分析装置による他の実施例の構
成図。

【図３】 本実施例におけるスパンガス濃度の制御パタ
ーンの一例を示す図。

【図４】 本実施例においてガス分析部での検出値の変
化の一例を示す図。

【図５】 従来のガス分析装置の概略構成図。

【符号の説明】

１１…第一のマスフローコントローラ １２…第二のマスフローコントローラ １３…混合室 １４…ガス分析
部 ２０…制御部 ２１…ＣＰＵ ２２…係数メモリ ２３、２４…Ｄ
／Ａ変換器 ２５…操作部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高濃度の成分ガスを希釈ガスで希釈する
   ことにより所定濃度の標準ガスを調製し、該標準ガスを
   分析部に導入して校正を行なうガス分析装置において、 a)成分ガスの流量を調節する第一流量調節手段と、 b)希釈ガスの流量を調節する第二流量調節手段と、 c)前記第一流量調節手段により流量が調節された成分ガ
   スと前記第二流量調節手段により流量が調節された希釈
   ガスとを混合して分析部へ送る混合手段と、 d)該混合手段から分析部への標準ガスの導入初期の所定
   期間に前記所定濃度よりも高い濃度の標準ガスが導入さ
   れるように、前記第一及び／又は第二流量調節手段を制
   御する制御手段と、 を備えたことを特徴とするガス分析装置。