JPH10318920A

JPH10318920A - 流体濃度測定方法および装置

Info

Publication number: JPH10318920A
Application number: JP14302897A
Authority: JP
Inventors: Mikishige Yokoo; 幹茂横尾; Koichi Otsuka; 浩一大塚
Original assignee: Toto Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Toto Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【目的】測定誤差を排除し、より正確な測定を行うこ
とができ、洗浄頻度を可及的に少なくした流体濃度測定
方法および装置を提供することである。【構成】線透過濃度を測定するに際し、少なくとも２
つの異なる測定距離において線透過強度を求め、併せて
それらの透過距離を与え、補正演算式に基づいて補正す
ることにより、透過区画部材の汚れなどによる透過率変
化を解消し、被測定流体の正確な線透過濃度を得るもの
である。２つの異なる測定距離における線透過強度を求
めるには、線源および線束強度センサからなる２組の線
束透過濃度測定系を設け、両者の線束が透過する被測定
流体の厚さを任意に規定した異なる寸法に設定すること
により求めるか、または、１組の線束透過濃度測定系を
設け、線源と線束強度センサ間の距離、または、被測定
流体の測定距離の厚さを任意に設定した寸法に機械的に
交互２段階に変更することにより求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視光線、紫外
線、赤外線、β線などの放射線、その他のエネルギー線
を線源とする線束が流体を透過したときの強度の変化か
ら流体の濃度を測定するようにした流体濃度測定方法お
よび装置に関するものである。さらに詳しくは、例え
ば、燃焼排ガス中のダスト濃度測定装置、ダム貯水・タ
ンク貯水・工業排水・生活排水などの液体濁度測定装
置、化学物質・生物生成物質などの生産工程における反
応液・培養液・発酵液などの線束透過濃度測定装置など
は、可視光線を使用して流体の濃度を測定する装置であ
る。また、可視光線以外の紫外線、赤外線、β線などの
放射線、その他のエネルギー線を線源とする線束を測定
媒体として流体の濃度分析や測定をする装置がある。本
発明は、これらの線源からの線束が流体を透過したとき
の強度の変化から流体の濃度を測定するための流体濃度
測定方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】線束透過による流体濃度測定装置は、線
源と、線束強度センサと、これらの間に置かれ、被測定
流体を区画する透過区画部材とを必要とするが、透過区
画部材の汚れなどによる線束透過率変化が測定誤差とな
り、連続測定の障害となっている。ただし、流体の線束
（光）透過濃度を実験室にて非連続的に測定する場合に
は、測定線束（光）を透過させるシェル、カラムなどの
容器に、被測定流体を収容する前と後に透過率を測定す
ることにより、測定誤差を排除することができる。

【０００３】例えば、従来の排ガスに光を透過させて濃
度を測定する装置においては、透過区画部材のガス側面
に清浄空気を供給し非測定ガスの接触を防止する方法が
採られている。

【０００４】また、従来、排ガス光透過濃度測定装置に
置いて、流体を区画する部材として複数のビームスリッ
タを使用し、そのガス接触面に付着した汚れを演算補正
する原理の装置が提案されている。

【０００５】従来の光透過測定装置である濁度計にあっ
ては、区画透過部材である板ガラスに超音波振動を与え
てガラス面の汚れを落すようにした製品や汚れが付着し
ないようにした製品が市販された例がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】清浄空気を供給する方
法では、汚れを完全に防止することはできないので、頻
繁、かつ定期的な清浄が必要であり、また、温度変化な
どに依存する透過区画部材自体の透過率変化は排除でき
ない。

【０００７】汚れを演算補正する原理の装置では、光学
系の構成、および演算式が複雑であり、光学部材の価格
が高価であり、演算誤差がより大きくなる難点は否めな
い。

【０００８】超音波振動を与えて汚れが付着しないよう
にした製品では、その効果は期待されたほどではなく、
頻繁、かつ定期的なガラス面の清浄を必要とするという
問題があった。

【０００９】流体の線束透過率濃度測定装置にあって、
透過区画部材の洗浄を行うためにはその間、測定を中断
しなければならず、さらに、連続運転設備におけるノン
サンプリング排ガス光透過濃度測定装置などにあって
は、透過区画部材を清掃した後の零点調整、スパン調整
は設備の運転を停止しなければできないという問題があ
った。

【００１０】本発明の目的は、測定誤差を排除し、より
正確な測定を行うことができる流体濃度測定装置を提供
することである。

【００１１】本発明の他の目的は、区画部材面の洗浄に
必要な頻度、測定を中断する頻度、対象設備の運転を中
断する頻度を、それぞれ可及的に少なくした流体濃度測
定装置を提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、区画部材面の
洗浄に要する労務を減じ、省力化を図る流体濃度測定装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定流体
に、線源からの線束を透過させて透過線束強度Ｉ₁、Ｉ₂
を線束強度センサで感知し、線束強度が被測定流体の線
束透過率に応じて減衰する度合いを測定する流体濃度測
定方法において、前記被測定流体２の同一または互いに
近傍の測定位置における第１、第２測定点を、予め設定
された２つの互いに異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂をもって設
定し、これら第１、第２測定点におけるそれぞれの透過
線束強度Ｉ₁、Ｉ₂を測定する工程と、これらの透過線束
強度Ｉ₁、Ｉ₂のいずれか一方を他方で除算し、この除算
した値を対数演算して、第１、第２測定点の流体濃度を
得る工程と、前記測定距離Ｘ₁、Ｘ₂のいずれか一方から
他方を減算し、この減算値の逆数を演算する工程と、前
記第１、第２測定点の流体濃度値と前記測定距離Ｘ₁、
Ｘ₂の減算値の逆数値とを乗算して第１、第２測定点に
おける単位測定距離の流体濃度を求める工程とからな
り、被測定流体以外の原因による透過線束強度の減衰お
よび／または変化を除去して流体の濃度を測定するよう
にしたことを特徴とする流体濃度測定方法である。

【００１４】線束透過濃度を測定するに際し、異なる２
つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂において線束透過強度を求め、併
せて双方の測定距離を与え、補正演算式に基づいて補正
することにより、透過区画部材の汚れなどによる透過率
変化を解消し、被測定流体の正確な線束透過濃度を得る
ことができる。

【００１５】同一流体の線束透過濃度を測定するに際
し、線源および線束強度センサからなる２組の線束透過
濃度測定系を設け、両者の線束が透過する被測定流体の
厚さを任意に規定した異なる寸法に配することにより、
異なる２つの測定距離における線束透過濃度を求める。

【００１６】また、流体の線束透過濃度を測定するに際
し、線源と線束強度センサからなる１組の線束透過濃度
測定系を設け、線源と線束強度センサ間の距離または被
測定流体の線束透過部の厚さを任意に規定した寸法に機
械的に交互２段階に変更することにより異なる２つの測
定距離における線束透過濃度を求めることもできる。

【００１７】測定媒体である線源は可視光線に限定され
るものでなく、被測定流体の透過特性に応じて紫外線、
赤外線などの光線、β線などの放射線、その他のエネル
ギー線を線源とすることも可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明による流体濃度測定装置の
一実施例を図面に基づき説明する。以下、被測定流体が
ガスで、測定媒体である線源が可視光線の場合を例とし
て説明する。図１は、本発明の補正演算原理を説明する
図であり、被測定流体（以下、被測定ガスとする）２の
流路１は、途中から径の異なる流路６１、７１となって
おり、それぞれの流路６１、７１の位置に、線束（以
下、測定光とする）１１、２１を透過させ、かつ各流路
６１、７１を外部と区画する区画部材としての透過ガラ
ス部材１２、２２が設けられ、これらの透過ガラス部材
１２、２２の位置に、それぞれ線束透過濃度測定系（以
下、第１、第２の投・受光系統とする）１０、２０が設
けられている。前記第１の投・受光系統１０は、第１線
源（以下、第１投光源とする）１３と第１線束強度セン
サ（以下、第１受光センサとする）１４からなり、ま
た、対応する両側の透過ガラス部材１２間の被測定ガス
２層の厚さをＸ₁とする。前記第２の投・受光系統２０
は、第２線源（以下、第２投光源とする）２３と第２線
束強度センサ（以下、第２受光センサとする）２４から
なり、また、対応する両側の透過ガラス部材２２間の被
測定ガス２層の厚さをＸ₂とする。

【００１９】以後、第１の投・受光系統１０の位置を第
１測定点、また、第２の投・受光系統２０の位置を第２
測定点とし、それぞれの測定光１１、２１が透過する被
測定ガス２の厚さＸ₁、Ｘ₂を測定距離と称する。なお、
測定距離Ｘ₁である第１測定点と、測定距離Ｘ₂である第
２測定点は、正確には異なる位置であるが、同一流路１
の相互に近傍であって径の異なる流路６１、７１の位置
に設定され、それぞれの測定光１１、２１は、同一濃度
のガス２を透過しており、また、被測定ガス２を区画す
る透過ガラス部材１２、２２の汚れ度合い、光透過率の
変化度合いも同一であるとする。

【００２０】図１において、Ｘ₁：第１測定点における測定距離Ｘ₂：第２測定点における測定距離 α₁：第１測定点におけるガスの光透過率（流体の線束
透過率） α₂：第２測定点におけるガスの光透過率（流体の線束
透過率）Ｉ₀₁：第１測定点の投光強度（発射線束強度）Ｉ₀₂：第２測定点の投光強度（発射線束強度）Ｉ₁：第１測定点の受光強度（透過線束強度）Ｉ₂：第２測定点の受光強度（透過線束強度） β ：汚れを含む透過ガラス部材の透過率

【００２１】第１、第２両測定点におけるガス２の光透
過率をα₁、α₂、両側の透過ガラス部材１２、２２の汚
れを含む透過率をβ、測定光１１、２１の投光強度をＩ
₀₁、Ｉ₀₂、受光強度をＩ₁、Ｉ₂とすると、それらの関係
は次式（１）（２）の通りである。Ｉ₁＝α₁・β・β・Ｉ₀₁＝α₁・β²・Ｉ₀₁……（１）Ｉ₂＝α₂・β・β・Ｉ₀₂＝α₂・β²・Ｉ₀₂……（２）これら（１）（２）式から第１、第２両測定点における
被測定ガス２の光透過率の逆数をとれば、次式（３）
（４）式となる。１／α₁＝(Ｉ₀₁／Ｉ₁)・β²……（３）１／α₂＝(Ｉ₀₂／Ｉ₂)・β²……（４）

【００２２】ここでガス透過率の逆数のlog₁₀をとれ
ば、定義により第１測定点、第２測定点における光学濃
度(Optical Density)となる。 log₁₀(１／α₁)＝log₁₀{(Ｉ₀₁／Ｉ₁)・β²} ……（５） log₁₀(１／α₂)＝log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)・β²} ……（６）これら（５）（６）両式を変形して、一方の式から他方
の式を減算すると、汚れを含む透過ガラス部材１２、２
２の透過率βは、以下のように消滅する。

【００２３】第１、第２両測定点における光学濃度は、
同一ガスであるから、ランバート・ベールの法則に基づ
き、単位測定距離における光学濃度に変換すれば両者は
同一値であり以下の（８）式が成り立つ。 (１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁)＝(１／Ｘ₂)・log₁₀(１／α₂) ……（８）移項して第２測定点の光学濃度を求めると log₁₀(１／α₂)＝(Ｘ₂／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁) ……（９）得られた第２測定点の光学濃度{log₁₀(１／α₂)}を上記
の（７）式に代入し、 log₁₀(１／α₂)−log₁₀(１／α₁) ＝(Ｘ₂／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁)−log₁₀(１／α₁) ＝(Ｘ₂／Ｘ₁−１)・log₁₀(１／α₁) ＝(Ｘ₂−Ｘ₁)・{(１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁)} ……（１０）この（１０）式における右辺の{(１／Ｘ₁)・log₁₀(１／
α₁)}項は、第１測定点における単位測定距離の光学濃
度であり、 (１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁) ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・{log₁₀(１／α₂)−log₁₀(１／α₁)} ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・{log₁₀(１／α₂)／(１／α₁)} ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)} ……（１１）すなわち、第１、第２両測定点における投・受光量(Ｉ
₀₂、Ｉ₂、Ｉ₀₁、Ｉ₁)と、それぞれの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂
が与えられれば、（１１）式から透過ガラス部材１２、
２２の透過率βの項を抹消した被測定ガス２の単位測定
距離の光学濃度 {(１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁)} が得られる。

【００２４】前記（１１）式において、２つの投光強度
Ｉ₀₁、Ｉ₀₂が同一であれば、これらが除去され、つぎの
（１１’）式のように簡略化される。 (１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁) ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・log₁₀(Ｉ₁／Ｉ₂)} ……（１１’）なお、（８）式から明らかなように、第１、第２両測定
点における単位測定距離の光学濃度は、同一である。

【００２５】前述の演算式においては、光学濃度の定義
から常用対数を採用しているが、これを自然対数に代え
ても結果は同一である。

【００２６】また、（３）式から（７）式までの演算の
手順を、例えば、つぎの（１２）式から（１４）式のよ
うに変えても同じ結果が得られ、等価となる。 α₁／α₂＝（Ｉ₀₂／Ｉ₂）・｛１／（Ｉ₀₁／Ｉ₁）｝ ……（１３）その後、対数を採ると、 log₁₀(１／α₂)−log₁₀(１／α₁) ＝log₁₀(Ｉ₀₂／Ｉ₂)−log₁₀(Ｉ₀₁／Ｉ₁) ……（１４）となり、（１４）式は、前述の（７）式の演算と同じ結
果が得られる。

【００２７】さらにまた、他の演算について説明する
と、ランバート・ベールの法則によれば、 (１／α₁)^(1/X1)＝(１／α₂)^(1/X2)……（１５）であるから、この（１５）式を変形し、つぎの（１６）
式を得る。１／α₂＝(１／α₁)^(X2/X1)＝１／α₁ ^(X2/X1)……（１６）この（１６）式を、基本式の左辺と右辺を除算してβ項
を消去した前記（１２）式に代入してα₂を消去する
と、 α₁／α₂＝（Ｉ₁／Ｉ₂）・（Ｉ₀₂／Ｉ₀₁）＝（Ｉ₀₂／Ｉ₂）・｛１／（Ｉ₀₁／Ｉ₁）｝＝α₁・（１／α₁）^(X2/X1)＝α₁・（１／α₁ ^(X2/X1)）＝α₁ ^(X1/X2)・α₁ ^-(X2/X1)）＝α₁ ^(X1-X2)/X1 ＝（１／α₁）^(X2-X1)/X1＝｛（１／α₁）^1/X1｝^X2-X1……（１７）移項して（１／α₁）^1/X1＝｛（Ｉ₀₂／Ｉ₀₁）／（Ｉ₀₁／Ｉ₁）｝^1/(X2-X1)…（１８）対数をとり (１／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁) ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)} ……（１９）このように、異なる演算手順によっても前記と同一とな
る。

【００２８】その他にも結果が等価になる演算式表現お
よび手順はあるが、「２つの異なる測定距離によって得
られたそれぞれの線束透過率と、２つの測定距離とを入
力として与え、被測定ガス以外の原因による透過結束強
度の減衰および／または変化を除去した線束透過濃度が
得られる演算はすべて等価である。

【００２９】図２は、流路１(６１、７１)の一方の側
(図中左側)に、第１、第２投光源１３、２３、第１、第
２ビームスプリッター１６、２６および第１、第２受光
センサ１４、２４を併せて設け、対向する側(図中右側)
に、第１、第２反射器１５、２５を設けることにより、
測定光１１、２１を被測定ガス２中で往復させる、いわ
ゆるダブルビーム方式の２系統の第１、第２投・受光系
統１０、２０の場合について補正演算を説明するための
図である。図中の前記第１、第２ビームスリッター１
６、２６は、第１、第２投光源１３、２３からの全光束
を、第１、第２反射器１５、２５側に透過させ、戻りの
反射光を第１、第２受光センサ１４、２４へ全反射させ
る光学部材である。

【００３０】第１測定点および第２測定点における被測
定ガス２の光透過率をα₁、α₂、測定光路中に配されて
いる第１、第２透過ガラス部材１２、２２の汚れを含む
透過率をβ、第１、第２反射器１５、２５の反射率をγ
₁₁、γ₂₁、第１、第２ビームスリッタ１６、２６の透過
・反射率をγ₁₂、γ₂₂、測定光の投光強度をＩ₀₁、
Ｉ₀₂、受光強度をＩ₁、Ｉ₂とすると、それらの関係は次
式（２０）（２１）の通りである。Ｉ₁＝α₁ ²・β⁴・γ₁₁・γ₁₂・Ｉ₀₁……（２０）Ｉ₂＝α₂ ²・β⁴・γ₂₁・γ₂₂・Ｉ₀₂……（２１）第１、第２両測定点において測定光が往復したときの被
測定ガス２の光透過率の逆数をとれば、１／α₁ ²＝(Ｉ₀₁／Ｉ₁)・β⁴・γ₁₁・γ₁₂……（２２）１／α₂ ²＝(Ｉ₀₂／Ｉ₂)・β⁴・γ₂₁・γ₂₂……（２３）

【００３１】ここでガス透過率の逆数のlog₁₀をとれ
ば、定義により第１測定点、第２測定点における光学濃
度(Optical Density)となる。 log₁₀(１／α₁ ²)＝log₁₀{(Ｉ₀₁／Ｉ₁)・β⁴・γ₁₁・γ₁₂} ……（２４） log₁₀(１／α₂ ²)＝log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)・β⁴・γ₂₁・γ₂₂} ……（２５） γ₁₁＝γ₂₁、γ₁₂＝γ₂₂として、（２４）（２５）両式
を変形し、減算すると、透過ガラス部材１２、２２の汚
れを含む透過率βおよび第１、第２反射器１５、２５と
第１、第２ビームスリッタ１６、２６の反射率γ₁₁・γ
₂₁・γ₁₂・γ₂₂は、以下の（２６）式のように消滅す
る。

【００３２】第１、第２両測定点における光学濃度は、
同一ガスであるから、単位測定距離の光学濃度に変換す
れば、両者は同一値となり、以下の（２７）式が成り立
つ。 {１／(２・Ｘ₁)}・log₁₀(１／α₁ ²)＝{１／(２・Ｘ₂)}・log₁₀(１／α₂ ²) ……（２７）移項して第２測定点における被測定ガス２の光学濃度を
もとめると、 log₁₀(１／α₂ ²)＝(Ｘ₂／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁ ²) ……（２８）第２測定点の光学濃度{log₁₀(１／α₂ ²)}を上記（２
８）式に代入すれば log₁₀(１／α₂ ²)−log₁₀(１／α₁ ²) ＝(Ｘ₂／Ｘ₁)・log₁₀(１／α₁ ²)−log₁₀(１／α₁ ²) ＝(Ｘ₂／Ｘ₁−１)・log₁₀(１／α₁ ²) ＝２・(Ｘ₂−Ｘ₁)・{１／(２・Ｘ₁)}・log₁₀(１／α₁ ²) ……（２９）

【００３３】この（２９）式中の右辺の{(１／(２・
Ｘ₁)}・log₁₀(１／α₁ ²)}は、第１測定点における単位
測定距離の光学濃度であり、移項すると {１／(２・Ｘ₁)}・log₁₀(１／α₁ ²) ＝[１／{２・(Ｘ₂−Ｘ₁)}]・{log₁₀(１／α₂ ²)−log₁₀(１／α₁ ²)} ＝[１／{２・(Ｘ₂−Ｘ₁)}]・log₁₀{(１／α₂ ²)／(１／α₁ ²)} ＝[１／{２・(Ｘ₂−Ｘ₁)}]・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)²／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)²} ＝[１／{２・(Ｘ₂−Ｘ₁)}]・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)}² ＝[１／{２・(Ｘ₂−Ｘ₁)}]・２・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)} ＝{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)} ……（３０）となり、この（３０）式は、前記（１１）式と全く同一
となる。この（３０）式において、第１、第２両測定点
における投・受光量(Ｉ₀₂、Ｉ₂、Ｉ₀₁、Ｉ₁)と、それぞ
れの測定距離Ｘ₂、Ｘ₁を与えれば、第１、第２透過ガラ
ス部材１２、２２の汚れを含む透過率βおよび第１、第
２反射器１５、２５と第１、第２ビームスリッタ１６、
２６の反射率(γ₁₁、γ₂₁、γ₁₂、γ₂₂)の項を抹消した
被測定ガス２の単位測定距離における光学濃度[{１／
(２・Ｘ₁)}・log₁₀(１／α₁ ²)]が得られる。

【００３４】図３は、図２にて説明したダブルビーム方
式の流体透過率測定において、第１、第２反射器１５、
２５側の第１、第２透過ガラス部材１２、２２を省略
し、第１、第２反射器１５、２５に被測定ガス２を区画
する機能を与え、直接被測定ガスに接触させるようにし
た場合の補正演算式を説明する図である。第１、第２反
射器１５、２５は、被測定ガス２に接して汚れが付着す
るので、それぞれの反射率(γ₁₁)、(γ₂₁)は変化する
が、相互に近傍に配置されており、反射率変化度合い
は、同じであるとしてよい。

【００３５】第１、第２両測定点における被測定ガス２
の光透過率をα₁、α₂、投・受光器両側の汚れによる透
過率をβ、第１、第２反射器１５、２５の反射率を
γ₁₁、γ₂₁、第１、第２ビームスリッター１６、２６の
透過・反射率をγ₁₂、γ₂₂、第１、第２測定光１１、２
１の投光強度をＩ₀₁、Ｉ₀₂、受光強度をＩ₁、Ｉ₂とする
と、それらの関係は次（３１）（３２）式の通りであ
る。Ｉ₁＝α₁ ²・β²・γ₁₁・γ₁₂・Ｉ₀₁……（３１）Ｉ₂＝α₂ ²・β²・γ₂₁・γ₂₂・Ｉ₀₂……（３２）すなわち、図２における（１２）式と（１３）式による
補正式を求める過程における第１、第２透過ガラス部材
１２、２２による光透過率が４乗から２乗に変わっただ
けであり、同じ手順でβ項、γ項は、いずれも消去され
るので、この場合にも同じ補正演算式が適用できる。

【００３６】ここでは説明を簡単にするため、測定媒体
として、可視光線を採用した場合について説明したが、
前述のように、、紫外線、赤外線などの光、β線などの
放射線、その他のエネルギー線源、線束を採用しても同
じである。

【００３７】以上に説明したように、同一流体２の線束
透過率を２つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂において測定して、第
１、第２両測定点における発射線束強度(Ｉ₀₁、Ｉ₀₂)お
よび被測定流体２を透過した透過線束強度(Ｉ₁、Ｉ₂)
と、それぞれの測定距離（Ｘ₁、Ｘ₂)が得られれば、透
過区画部材の汚れを含む透過率βなどの光学系の誤差要
因を抹消した被測定流体２の単位距離における濃度［｛１／(２・Ｘ₁)｝・log₁₀(１／α₁ ²)］が本発明の補正演算式によってもとめることができる。

【００３８】本発明の具体的実施例を、図４以下の図面
に基づき説明する。図４は、燃焼排ガスなどのガス体の
光透過濃度を測定する装置における第１、第２投・受光
系統１０、２０のうちの１つを具体的に説明する図であ
り、煙道などのガスの流路１に対応した位置の両側に、
それぞれ導光管５、６が連通して設けられ、一方の導光
管５側に投光器１８、他方の導光管６側に受光器１９が
取付けられる。前記投光器１８の内部には、投光ランプ
などの投光源１３、コンデンサレンズ１７および流路１
の内外を気密に区画して測定光１１を透過させるための
透過ガラス部材１２が設けられ、また、前記受光器１９
の内部には、受光センサ１４、コンデンサレンズ１７お
よび透過ガラス部材１２が設けられている。

【００３９】前記投光器１８と受光器１９には、それぞ
れ清浄空気３が供給され、導光管５、６内に被測定ガス
２が流入することを防止するためのパージ接続口５２、
５３が設けられている。これらのパージ接続口５２、５
３からそれぞれ供給された清浄空気３は、導光管５、６
に充満し、流路１内に吹き込まれるが、その供給流量が
少ないため被測定ガスの流れに応じて流路１の内壁に沿
うように流れ、排出されるようになっている。

【００４０】前記投光器１８から発射される測定光１１
は、流路１内を流れる被測定ガス２の流れに直交して透
過し、受光器１９に至るが、導光管５、６の内部は、清
浄空気３で満たされており、測定光１１が減衰すること
はない。この場合の測定距離は、流路１の内径Ｘとして
よく、流量を最小限に制限したパージ用清浄空気３の流
路１内への吹き出しは、測定距離Ｘに影響を与えること
はない。ガス体を測定対象とする投・受光系統にあって
は、以後の説明において図示が省かれていたり、説明文
中の記載が省かれていても、特に断わりのない限り導光
管５、６内に清浄空気３が供給されているものとする。

【００４１】図５は、ガス体の光透過濃度測定におい
て、被測定ガス流路１の径を変更せずに、測定距離
Ｘ₁、Ｘ₂の第１、第₂の異なる２つの投・受光系統１
０、２０に設置する方法を説明する図である。途中で径
の変わらない同一径の流路(１)に、被測定ガス２の流れ
に略直交して測定光１１を投射するように第１の投・受
光系統１０を配置し、また、第２の投・受光系統２０
を、被測定ガスの流れ２に傾斜した角度、例えば４５度
の傾斜で測定光２１を投射するように、かつ、第１の投
・受光系統１０と交差するように配置する。すると、そ
れぞれの測定光１１、２１が被測定ガス中を透過する距
離がＸ₁、Ｘ₂の異なる２つの測定距離を与えることがで
きる。この第１、第２の投・受光系統１０、２０が互い
に交差する方式は、流路径が異なる場合についても可能
であるが、図１、図２および図３と略同様であるから、
説明を省略する。

【００４２】このような第１、第２の投・受光系統１
０、２０が交差する方式を採用する場合、ダストの性状
によっては、第１、第２の２系統の投・受光系統１０、
２０のいずれか一方の測定光による散乱光成分の他方の
測定光への影響が無視できないこともある。その場合に
は、相互の測定光１１、２１が互いに交差せず、しか
も、できるだけ近い位置に第１、第２のそれぞれの投・
受光系統１０、２０を配置すればよい。

【００４３】図６は、ガス体の光透過濃度測定におい
て、同一径の被測定ガス流路１に、測定距離の異なる第
１、第２の２つの投・受光系統１０、２０を設置する他
の実施例を説明する図である。この図６において、第
１、第２の２つの投・受光系統１０、２０のうちの一
方、例えば第１の投・受光系統１０における投光器側導
光管５と受光器側導光管６のいずれか一方、または両方
を流路１内まで伸長して取付け、測定光１１が透過する
被測定ガス２層の厚さＸ₁を短くする。また、第２の投
・受光系統２０は、流路１の内径をそのまま測定距離Ｘ
₂とする。その結果、第１、第２の２つの投・受光系統
１０、２０は、２つの異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂における
透過率を得ることができる。

【００４４】この図６に示した方法において、流路１内
に伸長するのは、第１、第２の投・受光系統１０、２０
の一方の導光管５、６に限定するものではなく、第１、
第２の両系統の導光管５、６を伸長してもよく、要する
に、伸長寸法に相違があり、２つの異なる測定距離
Ｘ₁、Ｘ₂が得られるならば差し支えない。

【００４５】図７は、いずれか一方の、例えば第１の投
・受光系統１０の測定光軸方向に、２位置に進退可動す
るレジューシング管８を設け、被測定ガス流路１内に測
定光１１の軸中心を移動軸としてシーケンシャルに自動
往復運転させて異なる２つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂における
光透過強度値を得るための原理を説明する図である。前
記レジューシング管８は、投光器１８側と受光器１９側
のいずれに設けてもよく、レジューシング管８を排ガス
流路１内に前進端まで挿入した時の測定距離をＸ₁と
し、後退端まで戻した時の測定距離をＸ₂とする。

【００４６】この方法は、レジューシング管８内を往復
する運動位置に拘らず、常に清浄空気３で充満させ、レ
ジューシング管８の内部に被測定ガス２が侵入すること
を防止するが、レジューシング管８を挿入する時間およ
び導光管５、６内を清浄空気３で満たすための時間を待
って受光強度を得なければならず、補正演算部に透過強
度値を間欠的に与えることになり、補正結果を連続した
瞬時値として得ることはできない、という若干の問題が
ある。レジューシング管８を自動往復運動させる構造、
機構、およびその制御方法については公知の技術の応用
により実現可能である。

【００４７】また、図３をもって説明したダブルビーム
方式においては、異なる２つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂の第
１、第２の２つの投・受光系統１０、２０でそれぞれ光
透過強度値を測定したが、これに限られるものではな
く、いずれか一方、例えば第１の投・受光系統１０の反
射器１５を流路１内で測定光軸方向に沿って往復運動さ
せて２位置を得ることによっても同じく、１つの投・受
光系統で異なる２つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂における光透過
強度値を間欠的に測定することができる。

【００４８】図８は、河川、貯水層、貯水ダム、反応槽
など液体の光透過濃度を測定するために、第１、第２の
投・受光系統１０、２０の要部を防水ハウジング９に収
納した構造を示した図である。この図８において、第
１、第２の投・受光系統１０、２０を１つのユニットに
構成し、連結したケーブルで垂下して被測定液体２内に
直接投入するなどにより、投光部１３、２３、受光部１
４、２４の気密を保ち、測定光路の透過ガラス部材１
２、２２の間に被測定液体２を侵入、充満させて２つの
異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂における光透過率の測定が可能
となる。

【００４９】図９は、本発明の演算方法を説明するブロ
ックダイヤグラムである。２つの測定距離は、固定値で
あるから測定距離設定器３１、３２により測定距離
Ｘ₁、Ｘ₂が固定値として与えられる。測定距離Ｘ₁に対
応する受光強度Ｉ₁の電気信号は、第１端子４１に与え
られ、また、測定距離Ｘ₂に対応する受光強度Ｉ₂の電気
信号は、第２端子４２に与えられる。測定距離演算系統
において、減算器３３は、測定距離設定器３１、３２か
ら入力した測定距離Ｘ₁、Ｘ₂を減算し、その演算出力３
４である（Ｘ₂−Ｘ₁）を次段の除算器３５に与える。こ
の除算器３５は、逆数{１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}を求め、その演
算出力３６を乗算器５０に与える。

【００５０】一方、受光量演算系統において、除算器４
３は、２つの投・受光量Ｉ₀₁、Ｉ₀₂、Ｉ₁、Ｉ₂または受
光量Ｉ₁、Ｉ₂の信号を受けて、その出力に受光量の除算
値４４として{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)}または（Ｉ₁
／Ｉ₂）を得る。ここで、２つの受光量Ｉ₁、Ｉ₂のみの
信号を受ける場合とは、２つの投光量Ｉ₀₁、Ｉ₀₂が同じ
であれば、前記（１１’）式で説明したように、その投
光量Ｉ₀₁、Ｉ₀₂は消去され、不要であるからである。対
数演算器４５は、受光量の除算値４４を入力し、対数演
算出力４６を乗算器５０に与える。乗算器(５０)は、単
位測定距離における被測定流体２の光学濃度値である補
正演算出力５１として前記（１１）（３０）式で表わし
た {１／(Ｘ₂−Ｘ₁)}・log₁₀{(Ｉ₀₂／Ｉ₂)／(Ｉ₀₁／Ｉ₁)} を出力するので、これにより求める補正演算値が得られ
る。

【００５１】この例では、演算過程の説明を容易にする
ため、図９のブロックダイヤグラムについて説明した
が、演算手段は、アナログ方式、デジタル方式を問わ
ず、この原理に基づいた演算プログラムを組み込んでコ
ンピュータにより演算結果を求めることも任意であり、
いずれも公知の技術を応用して実現可能である。演算手
段として、デジタル手段またはコンピュータを採用する
場合には、２つの測定距離Ｘ₁、Ｘ₂は固定値であり、一
旦設定すれば、同一測定場所においては変更する必要が
ないので、設定操作をプログラムに含み、測定距離の値
Ｘ₁、Ｘ₂または測定距離演算系統の演算結果値{１／(Ｘ
₂−Ｘ₁)}を決められたレジスタに書込み、必要な度に読
み出す方法が有利である。さらに、演算式、演算手段に
ついては、前述の説明に基づく複数の入力が与えられ、
等価の結果が得られるものであれば、前記例に限られる
ものではない。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、上記に説明したよう
に、流体の線束透過濃度を測定する場合に、流体と線
源、線束強度センサとを区画する透過部材の汚れなどに
よる線束透過率変動を、さらには温度変化などに起因す
る透過部材自体の透過率変動をも容易に、安価な手段で
補正し、正確な流体の線束透過濃度を得ることができる
ものである。また、本発明を適用するにあたり、採用で
きる線源は可視光線に限らず、赤外線、紫外線、または
他のエネルギー線を使用しても同じ効果が得られる利点
があり、その用途範囲も広いものである。

【００５３】線束透過濃度を測定するに際し、異なる少
なくとも２つの測定距離において線束透過強度を求め、
併せてそれらの測定距離を与え、補正演算式に基づいて
補正することにより、透過区画部材の汚れなどによる透
過率変化を解消し、被測定流体の正確な線束透過濃度を
得ることができる。

【００５４」同一流体の線束透過濃
度を測定するに際し、線源および線束強度センサからな
る２組の線束透過濃度測定系を設け、両者の線束が透過
する被測定流体の厚さを任意に規定した異なる寸法に設
定することにより、異なる２つの測定距離における線束
透過濃度を求めることができる。【００５５】また、線源および線束強度センサからなる
１組の線束透過濃度測定系を設け、線源と線束強度セン
サ間の距離を、または、被測定流体の測定距離の厚さを
任意に規定した寸法に機械的に交互２段階に変更するこ
とにより異なる２つの測定距離における線束透過濃度を
求めることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図は、本発明による流体濃度測定装置の原理的
な説明図で、同一流路における径の異なる近傍２個所に
第１、第２の投・受光系統１０、２０を設けて、異なる
測定距離Ｘ₁、Ｘ₂における透過率を得て補正演算する原
理的な説明図である。

【図２】図は、ダビルビーム方式を採用した本発明によ
る流体濃度測定装置の原理的な説明図で、第１、第２の
投・受光系統１０、２０に、それぞれ第１、第２反射器
１５、２５を設け、第１、第２ビームスリッタ１６、２
６によって受光光束を分離する原理的な説明図である。

【図３】図は、図２におけるダブルビーム方式を変形し
た本発明による流体濃度測定装置の原理的な説明図で、
受光側の透過ガラス部材１２、２２の代わりに、第１、
第２反射器１５、２５を流路１に臨ませて配置した原理
的な説明図である。

【図４】図は、本発明による流体濃度測定装置の具体的
な第１実施例を示す断面図である。

【図５】図は、本発明による流体濃度測定装置の具体的
な第２実施例を示す断面図で、同一径の流路１におい
て、測定光１１、２１の透過路を交差させて異なる２つ
の測定距離Ｘ₁、Ｘ₂を得るようにした例を示す断面図で
ある。

【図６】図は、本発明による流体濃度測定装置の具体的
な第３実施例を示す断面図で、第１、第２の投・受光系
統１０、２０のいずれか一方における導光管５、６を流
路１内まで伸ばして２つの異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂を得
るようにした例を示す断面図である。

【図７】図は、本発明による流体濃度測定装置の具体的
な第４実施例を示す断面図で、第１、第２の線束透過濃
度測定系１０、２０のいずれか一方における導光管５、
６のいずれか一方に、進退自在にレジューシング管８を
設けて、２つの異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂を得るようにし
た例を示す断面図である。

【図８】図は、本発明による流体濃度測定装置の具体的
な第５実施例を示す断面図で、防水ハウジング９内に、
第１、第２の線束透過濃度測定系１０、２０を収容し
て、被測定流体２中に浸漬し、光透過濃度を測定するよ
うにした例を示す断面図である。

【図９】図は、本発明による流体濃度測定装置の演算原
理および演算手順を説明するためのブロックダイヤグラ
ムである。

【符号の説明】

１、６１、７１…被測定流体の流路、２…被測定流体、
３…清浄空気、５、６…導光管、８…レジューシング
管、１０、２０…線束透過濃度測定系（投・受光系
統）、１３、２３…線源（投光源）、１４、２４…線束
強度センサ（受光センサ）、１５、２５…反射器、１
６、２６…ビームスリッタ、１７…コンデンサレンズ、
１８…投光器、１９…受光器、３１、３２…測定距離設
定器、３３…減算器、３５…除算器、４１…受光入力端
子、４２…受光入力端子、４３…除算器、４４…除算
値、４５…対数演算器、４６…対数演算出力、５０…乗
算器、５１…補正演算出力、５２、５３…パージ接続
口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体に、線源からの線束を透過さ
せて透過線束強度を線束強度センサで感知し、この透過
線束強度が被測定流体の線束透過率に応じて減衰する度
合いを測定する流体濃度測定方法において、前記被測定流体２の測定位置における第１、第２測定点
を、予め設定された２つの互いに異なる測定距離Ｘ₁、
Ｘ₂をもって設定し、これら第１、第２測定点における
それぞれの透過線束強度Ｉ₁、Ｉ₂を測定する工程と、これらの透過線束強度Ｉ₁、Ｉ₂と測定距離Ｘ₁、Ｘ₂から
被測定流体以外の原因による透過線束強度の減衰および
／または変化を除去して流体の濃度を測定する工程とか
らなることを特徴とする流体濃度測定方法。
【請求項２】被測定流体に、線源からの線束を透過さ
せて透過線束強度Ｉ₁、Ｉ₂を線束強度センサで感知し、
線束強度が被測定流体の線束透過率に応じて減衰する度
合いを測定する流体濃度測定方法において、前記被測定流体２の同一または互いに近傍の測定位置に
おける第１、第２測定点を、予め設定された２つの互い
に異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂をもって設定し、これら第
１、第２測定点におけるそれぞれの透過線束強度Ｉ₁、
Ｉ₂を測定する工程と、これらの透過線束強度Ｉ₁、Ｉ₂のいずれか一方を他方で
除算し、この除算した値を対数演算して、第１、第２測
定点の流体濃度を得る工程と、前記測定距離Ｘ₁、Ｘ₂のいずれか一方から他方を減算
し、この減算値の逆数を演算する工程と、前記第１、第２測定点の流体濃度値と前記測定距離
Ｘ₁、Ｘ₂の減算値の逆数値とを乗算して第１、第２測定
点における単位測定距離の流体濃度を求める工程とから
なり、被測定流体以外の原因による透過線束強度の減衰および
／または変化を除去して流体の濃度を測定するようにし
たことを特徴とする流体濃度測定方法。
【請求項３】被測定流体の一方側の線源からの線束
を、被測定流体の他方側の線束強度センサで感知して透
過線束強度を測定し、被測定流体以外の原因による透過
線束強度の減衰および／または変化を除去して流体の濃
度を測定するようにしたことを特徴とする請求項１また
は２記載の流体濃度測定方法。
【請求項４】被測定流体の一方側の線源からの線束
を、被測定流体の他方側の反射器で反射し、測定距離Ｘ
₁、Ｘ₂間で線束を少なくとも１往復して線束強度センサ
で感知して透過線束強度を測定し、被測定流体以外の原
因による透過線束強度の減衰および／または変化を除去
して流体の濃度を測定するようにしたことを特徴とする
請求項１または２記載の流体濃度測定方法。
【請求項５】線束を発射する線源と被測定流体を通過
した透過線束強度を感知する線束強度センサとからなる
線束透過濃度測定系と、前記線源と線束強度センサの間
における異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂を設定する測定距離設
定手段と、予め設定された測定距離Ｘ₁、Ｘ₂のデータと
前記線束強度センサで検出した透過線束強度データとか
ら被測定流体以外の原因による透過線束強度の減衰およ
び／または変化を除去して流体の濃度を演算する演算手
段とを具備したことを特徴とする流体濃度測定装置。
【請求項６】線束透過濃度測定系は、それぞれ独立し
た第１、第２の線束透過濃度測定系１０、２０からな
り、前記第１の線束透過濃度測定系１０は、測定距離Ｘ
₁をもって線源１３と線束強度センサ１４とを配置し、
前記第２の線束透過濃度測定系２０は、測定距離Ｘ₂を
もって線源２３と線束強度センサ２４とを配置してなる
ことを特徴とする請求項５記載の流体濃度測定装置。
【請求項７】線束透過濃度測定系は、所定距離をもっ
て配置した１組の線源と線束強度センサとからなり、測
定距離設定手段は、異なる測定距離Ｘ₁、Ｘ₂に対応する
ように、被測定流体の流路の間隔を調整自在に設けてな
ることを特徴とする請求項５記載の流体濃度測定装置。