JPH10318922A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

赤外線ガス分析計

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JPH10318922A
JPH10318922A JP12654097A JP12654097A JPH10318922A JP H10318922 A JPH10318922 A JP H10318922A JP 12654097 A JP12654097 A JP 12654097A JP 12654097 A JP12654097 A JP 12654097A JP H10318922 A JPH10318922 A JP H10318922A
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JP
Japan
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infrared
gas
sample cell
sample
pressure
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Application number
JP12654097A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Araya
克彦 荒谷
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外光の強度変化、検出器の感度変化、セル
内面の汚れなどがあっても安定して測定を行うことがで
きる圧力変調方式の赤外線ガス分析計を提供する。 【解決手段】 赤外光源3を点灯して赤外光源3からの
赤外線を試料セル1に照射するとともに、ポンプ9を作
動させて試料ガスを試料セル1に流通させた状態で、制
御回路13によって電磁弁7をオンオフ制御して試料セ
ル1内の圧力を変化させる。このとき、モータ12が電
磁弁7のオンオフ周期と同じ周期の交流信号によって電
磁弁7と同期して回転駆動され、試料セル1に入射する
赤外線が電磁弁7と同期して入射、遮断を繰り返す。そ
して、検出器4の出力が入力される信号処理回路5は赤
外線の断続に同期して検出器信号の信号毎の正の部分の
面積をそれぞれ積分するとともに、その積分値の比を求
め、その値よりガス濃度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線の吸収特性
を利用してガスに含まれる特定成分の濃度を測定する赤
外線ガス分析計、特に、試料セル内の試料ガスの圧力を
変化させる圧力変調方式の赤外線ガス分析計に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線ガス分析計において、圧力変調方
式はチョッパ方式、流体切替方式とともに、交流信号を
取り出すための手段として良く知られており、チョッパ
方式等と比べて光学調整が不要でかつゼロガスを用いる
必要もないので極めて実用的である。
【0003】この圧力変調方式の赤外線ガス分析計の従
来の一例を図4に示す。図4に示すように、試料ガスが
導入される試料セル21の一方の端面側に赤外光源22
を、他方の端面側には検出器23を設けている。試料セ
ル21は円筒状のセルであって、その側面内側を鏡面に
加工し、両端面に赤外光を透過するガラス窓を設けてい
る。また、この試料セル21には圧力センサ24が設け
られ、試料セル21内の圧力が検出される。試料セル2
1には試料ガスが流されるが、この試料ガスの圧力を変
化させるために試料ガスの導入路に電磁弁25が設けら
れている。
【0004】この従来の圧力変調方式の赤外線ガス分析
計において、光源22からの赤外光が、試料セル21の
一端から投射され、試料セル21内の試料ガスを通過し
た後、検出器23によって受光される。検出器23では
試料ガスに含まれる測定対象成分に対応する吸収波長帯
の赤外光(透過光強度)が検出されるが、この透過光強
度は試料ガスに含まれる特定成分の密度に応じて変化す
る。このとき、試料セル21の入口前に設けられた電磁
弁25をオンオフ制御することにより、図5(a)に示
すように試料セル21内の圧力がサイクリックに変調さ
れ、検出器23より図5(b)に示すような交流信号を
得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の圧力変調方式の
赤外線ガス分析計は以上のように構成されているが、通
常検出器としてコンデンサマイクロフォン型赤外線検出
器が使用されており、この検出器は微分型で光強度の変
化があった場合に検出信号が出力され、図5(b)に示
すように電磁弁の開閉周期と同じ周期の交流信号が得ら
れる。この交流信号の振幅から試料ガスの特定成分の濃
度が測定できるが、この交流信号の振幅は、試料濃度が
一定であっても、赤外光源の経時的な強度変化、検出器
の感度変化、セル内面の汚れなどによって変化するの
で、安定性に欠けるという問題があった。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、赤外光の強度変化、検出器の感度変
化、セル内面の汚れなどがあっても安定して測定を行う
ことができる圧力変調方式の赤外線ガス分析計を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の赤外線ガス分析計は、試料ガスによる赤外
線の吸収特性を利用してガス中に含まれる特定成分の濃
度を測定する赤外線ガス分析計において、試料ガスが入
る試料セルと、試料セルに赤外光を投射する光源と、試
料セルを通過した光の強度を検出する検出手段と、試料
セル内の試料ガスの圧力を変化させ二つの異なる圧力を
設定することができる圧力制御手段と、赤外光を圧力変
化と同期して断続して入射させる光断続手段と、二つの
異なる圧力における検出値の比に基づき、試料ガスに含
まれる特定成分の濃度を算出する算出手段とを備えるこ
とを特徴とする。
【0008】本発明の赤外線ガス分析計は上記のように
構成されており、赤外光を周期的に遮る光断続手段と試
料セル内の試料ガスの圧力を変化させる圧力制御手段と
の同期をとることによって、二つの圧力状態でそれぞれ
赤外光をパルス状に入射させてそれぞれの出力を分離し
て取り出し、この二つの出力の比よりガス濃度を測定す
るので、安定した測定値を得ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の赤外線ガス分析計の一実
施例を図1により説明する。
【0010】図1において、1は円筒状の試料セルで、
その側面内側は鏡面に加工されており、両端は赤外光透
過性材料よりなる窓材で封止されている。また、この試
料セル1にはガスの導入口1a、導出口1bが開設され
ているとともに、試料セル1内の圧力を検出するために
圧力センサ2が設けられている。3は試料セル1の一側
に設けられる赤外光源、4は試料セル1の他側に設けら
れる赤外線検出器で、その出力は信号処理回路5に入力
される。
【0011】6はガス導入口1aに接続部材を介して接
続される試料ガスの供給流路で、その途中に電磁弁7が
設けられている。8はガス導出口1bに接続部材を介し
て接続される試料ガスの排出流路で、その途中にポンプ
9及びニードル弁10が配置されている。11は図2に
示すような回転セクタであり、モータ12により回転駆
動される。13は制御回路であり、信号処理回路5、電
磁弁7及びモータ12を制御する。
【0012】次に、図1の赤外線ガス分析計の動作を説
明する。赤外光源3を点灯して赤外光源3からの赤外線
を試料セル1に照射するとともに、ポンプ9を作動させ
て試料ガスを試料セル1に流通させた状態で、制御回路
13によって電磁弁7を例えば1Hzの周期でオンオフ
させると、流体変調が行われ、試料セル1内の圧力は図
3(a)のように変化する。このとき、モータ12が制
御回路13によって電磁弁7のオンオフ周期と同じ周期
の交流信号によって電磁弁7と同期して回転駆動される
ので、試料セル1に入射する赤外線が図3(b)に示す
ように、電磁弁7と同期して入射、遮断を繰り返す。
【0013】一方、測定対象成分に対応する吸収波長の
赤外光を検出する検出器4では、試料ガスに含まれる特
定成分(測定対象成分)に対応する吸収波長帯の赤外光
(透過光強度)が検出されるので、検出器4の出力に
は、図3(c)に示すように、赤外線の断続に同期して
その時の測定対象成分の濃度に応じた出力が得られる。
この信号が入力される信号処理回路5は制御回路13か
らの制御信号により赤外線の断続に同期して検出器信号
の信号毎の正の部分の面積をそれぞれ積分して求めるこ
とにより、二つの圧力状態の信号を分離して取り出す。
そして、信号処理回路5はこれらの信号の比を求め、そ
の値よりガス濃度を演算する。
【0014】ここで、試料セル1の透過光強度は試料ガ
スに含まれる特定成分の密度(単位体積中に含まれる特
定成分の量)に応じた値となっているが、密度は試料ガ
スの温度や圧力によって変化するものであり、ガス分析
で最終的に求めたいのは温度や圧力に依存しない体積濃
度である。試料セル1への入射光の強度をI0 、セル長
をL、測定波長と測定対象成分によって定まる吸光度係
数をK、測定対象成分の密度をρとするとき、セル1を
透過した光の強度Iは、 I=I0 ・exp(−K・ρ・L) ・・・(1) なる式で与えられる。
【0015】一方、密度ρは、標準の温度及び圧力にお
ける密度をρ0 、比例定数をk、その時の圧力をPとす
ると、 ρ=k・ρ0 ・P ・・・(2) であり、体積濃度cは、標準の温度及び圧力における純
ガス(測定対象成分のみからなるガス)の密度をρp
すると c=ρ0 /ρp ・・・(3) となり、(1)式は I=I0 ・exp(−K・k・ρp ・c・P・L) ・・・(4) となる。
【0016】測定対象成分の体積濃度がc1 の試料ガス
を測定した場合、圧力がP1 のときに透過光強度が
1 、圧力がP2 のときに透過光強度がI2 であったと
すると、(4)式より I1 =I0 ・exp(−K・k・ρP ・c1 ・P1
L) I2 =I0 ・exp(−K・k・ρP ・c1 ・P2
L) となる。したがって、 ln(I2 /I1 )=−K・k・ρP ・c1 ・L・(P
2 −P1 ) となり、 c1 =−ln(I2 /I1 )/{K・k・ρp ・L・(P2 −P1 )} ・・・ (5) が得られる。この(5)式において、右辺のI2 /I1
は圧力P1 及びP2 における検出器4の出力の比であ
り、圧力P1 及びP2 は既知の値であるので、二つの圧
力状態での検出出力の比から測定対象成分の体積濃度c
1 を求めることができる。
【0017】このように、二つの圧力状態の出力の比を
取ることによって、光源の光強度変化、検出器の感度変
化、セル内面の汚れがあっても、その影響が相殺される
ので、安定した測定が可能となる。
【0018】なお、圧力センサ2は試料セル1内の圧力
をモニタし、二つの圧力状態での圧力が所定の値から変
動した場合には、ニードル弁10の開度を調整すること
により所定の圧力状態を維持することができる。また、
ニードル弁10を調整せず、圧力センサ2の出力を常時
信号処理回路5に取り込み、(5)式の演算に使用して
もよい。
【0019】さらに、上記実施例では圧力制御手段とし
て電磁弁を用いた例を説明したが、ダイヤフラムポンプ
やレシプロポンプを用いることもできる。
【0020】また、上記実施例では、光断続手段として
回転セクターを用いているが、光源への電源の遮断によ
り光を断続してもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明の赤外線ガス分析計は上記のよう
に構成されており、赤外光を周期的に遮る回転セクタを
回転させるモータと電磁弁の同期を取ることにより、二
つの圧力状態でそれぞれ赤外光をパルス状に入射させて
それぞれの出力を分離して取り出してそれぞれ積分し、
その積分値の比より試料ガスの濃度を演算するので、赤
外光の強度変化、検出器の感度変化、セル内面の汚れな
どがあっても安定した測定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の赤外線ガス分析計の一実施例を示す図
である。
【図2】図1の赤外線ガス分析計に使用する回転セクタ
の形状を示す図である。
【図3】図1の赤外線ガス分析計の動作を説明するため
の図である。
【図4】従来の赤外線ガス分析計を示す図である。
【図5】図4の赤外線ガス分析計の動作を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 試料セル 2 圧力センサ 3 光源 4 検出器 5 信号処理回路 6 ガス供給流路 7 電磁弁 8 ガス排出流路 9 ポンプ 10 ニードル弁 11 セクタ 12 モータ 13 制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料ガスによる赤外線の吸収特性を利用
    してガス中に含まれる特定成分の濃度を測定する赤外線
    ガス分析計において、試料ガスが入る試料セルと、試料
    セルに赤外光を投射する光源と、試料セルを通過した光
    の強度を検出する検出手段と、試料セル内の試料ガスの
    圧力を変化させ二つの異なる圧力を設定することができ
    る圧力制御手段と、赤外光を圧力変化と同期して断続し
    て入射させる光断続手段と、二つの異なる圧力における
    検出値の比に基づき、試料ガスに含まれる特定成分の濃
    度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする赤外
    線ガス分析計。
JP12654097A 1997-05-16 1997-05-16 赤外線ガス分析計 Pending JPH10318922A (ja)

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