JPH1164339A - ガス分析計の自動ゲイン切替方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分析計のゲインを高速に切替えられると
共に、分析計の測定レンジ切替えとゲイン切替えを同期
して行うことができるガス分析計の自動ゲイン切替方法
を提供する。 【解決手段】 測定対象ガスの分析部２と、この分析部
２から離れた位置に配置されて通信線４によって接続さ
れたデータ処理部３とからなるガス分析計１において、
データ処理部３側で使用者が指定した複数の測定レンジ
Ｒ₁ 〜Ｒ₄ を、自動的に切替える自動レンジ切替による
ガス分析を行うときに、測定レンジＲ₁〜Ｒ₄ を切替え
る濃度値に対応する分析部２の分析器７出力の値を逆算
し、この値をゲイン切換ポイント１４ａ，１４ｂとして
分析部２に設定し、これに従って分析器７の出力を増幅
するアンプ９ａのゲインＧ₁ ，Ｇ₂ を切替えると共に、
測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ を切替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分析計の自動
ゲイン切替方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、測定装置の設置条件を多様化
し、そのレイアウトに自由度をもたせるために、またデ
ータ処理部で複数の分析部のデータを集中監視するため
に、ガス分析計の分析部とデータ処理部を分離し、両者
を通信線で接続していた。この場合、分析部におけるゲ
インの切替えは、操作に親しみやすいデータ処理部で演
算した濃度値に基づき行う必要がある。

【０００３】図３は従来のガス分析計２０の例を示すブ
ロック図である。この図３において、ガス分析計２０
は、分析するガスの各成分を測定する分析部２と、パソ
コン等のデータ処理部３と、両者を例えばＬＡＮによっ
て接続する通信線４とからなっている。

【０００４】分析部２は、ＣＰＵ５と、このＣＰＵ５を
動作させるためのプログラムを書き込んだ不揮発性の記
憶部６と、測定対象ガスを測定する分析器７と、各種セ
ンサ８と、これら分析器７およびセンサ８から入力され
たアナログ測定信号を規定の増幅率（ゲイン）で増幅す
るアンプ９ａを内蔵してデジタル変換するＡＤ変換器９
と、測定値データを通信線４を介してデータ処理部３に
送信する通信部１０とを備えている。一方、分析部２は
少なくともＣＰＵ１１と、このＣＰＵ１１を動作させる
ためのプログラムを書き込んだ記憶部１２と、通信線４
を介して分析部２から測定値データを受信する通信部１
３とを有している。

【０００５】図４は図３に示したガス分析計２０を用い
て自動レンジ切替えを行う方法を説明するための図であ
る。前記ガス分析計２０は０〜２０００ｐｐｍの測定対
象ガスの濃度値を測定するものであり、前記分析部２の
ＡＤ変換器９はそのアンプ９ａにおいて規定の二つの増
幅率を有する第１，第２ゲインＧ₁ ，Ｇ₂ に適宜切替え
て分析器７から入力したアナログ信号を増幅した後にＡ
Ｄ変換する。

【０００６】すなわち、第１ゲインＧ₁ に切替えた場
合、アンプ９ａに０〜５００ｐｐｍ（横軸）の範囲で入
力されたアナログ信号は０〜ＭＡＸ（縦軸）の範囲のデ
ジタルの測定値データとして出力でき、第２ゲインＧ₂
に切替えた場合、０〜２０００ｐｐｍの範囲で入力され
たアナログ信号を０〜ＭＡＸの範囲の測定値データとし
て出力できる。

【０００７】また、ＣＰＵ５は記憶部６に予め記憶した
プログラムによって、ＡＤ変換器９から入力されたデジ
タルの測定値データを、通信部１０を介してデータ処理
部３に送信すると共に、前記記憶部６に予め記録された
ゲイン切替ポイント６ａ，６ｂを用いてアンプ９ａのゲ
インＧ₁ ，Ｇ₂ を切替える。

【０００８】すなわち、ＣＰＵ５がアンプ９ａの増幅率
を第１ゲインＧ₁ から第２ゲインＧ₂ に切替えるポイン
ト６ａは、第１ゲインＧ₁ により出力する測定値データ
の最大値ＭＡＸの９０％の位置を指している。同様に第
２ゲインＧ₂ から第１ゲインＧ₁ に切替えるポイント６
ｂは、第１ゲインＧ₁ により出力する測定値データの最
大値ＭＡＸの８０％の位置（第２ゲインＧ₂ の出力２０
％の位置）である。なお、上記ゲインＧ₁ ，Ｇ₂ の切替
えは通信線４を介してデータ処理部３に通知する。

【０００９】一方、データ処理部３のＣＰＵ１１はその
記憶部１２に記憶されたプログラムによって、前記測定
値データをゼロ点、スパン点校正し、さらに、４次式等
によって校正することにより濃度値を得る。さらに、デ
ータ処理部３は分析部２から通知されたゲインＧ₁ ，Ｇ
₂ の切替え情報に基づいて、入力した測定値データに対
してゲインＧ₁ ，Ｇ₂ に合わせた定数を掛け算すること
により、分析部２においてゲインＧ₁ ，Ｇ₂ を切替えて
も測定値データを連続した値として得ることができる。

【００１０】また、前記データ処理部３はガス分析計２
０の使用者が任意の測定レンジを設定できるようにして
おり、本例ではそれぞれ２００，４００，８００，２０
００ｐｐｍまで測定できる第１〜第４測定レンジＲ₁ ，
Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ を設定している。

【００１１】前記ガス分析計２０を用いて、測定対象と
なるガスの濃度値が０ｐｐｍから２０００ｐｐｍまで変
化し、再び０ｐｐｍまで戻る場合に、自動レンジ切替え
によってこのガスの濃度値の変化を測定するときのガス
分析計２０の動作を考慮すると、最初に選択される測定
レンジは第１測定レンジＲ₁ であると共に、分析部２に
おいて最初に選択されるゲインは第１ゲインＧ₁ であ
る。

【００１２】次に、測定ガスの濃度値が各測定レンジＲ
₁ 〜Ｒ₃ のフルスケールの９０％の値である１８０，３
６０，７２０ｐｐｍに達したとき、ＣＰＵ１１は測定レ
ンジＲ₁ 〜Ｒ₃ を切替えて一つ上の測定レンジＲ₂ 〜Ｒ
₄ とし、逆に一つ下の測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₃ のフルスケ
ールの８０％の値である１６０，３２０，６４０ｐｐｍ
を下回ったときに測定レンジＲ₂ 〜Ｒ₄ を一つ下の測定
レンジＲ₁ 〜Ｒ₃ に切替えるように制御する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
では分析部２において、ハードウェアによって決まるゲ
インＧ₁ ，Ｇ₂ の切替ポイント６ａ，６ｂを固定的に設
けているので、データ処理部３の測定レンジと分析部２
のゲイン切替え範囲との相関関係が無い。つまり、デー
タ処理部３が第２測定レンジＲ₂ を使用し、かつ、アン
プ９ａの増幅率が第１ゲインＧ₁ であるときに、測定ガ
スの濃度値が３６０ｐｐｍを越えた場合、データ処理部
３が第３測定レンジＲ₃ に切り換わっているにも係わら
ず、アンプ９ａの増幅率が第１ゲインＧ₁ のままになる
ことがあった。

【００１４】そして、４５０ｐｐｍに達したとき、測定
レンジＲ₃ は変わることなくゲインだけが第２ゲインＧ
₂ に切り換わってしまう。逆に、測定値データが小さく
なって、４００ｐｐｍに達したときも、測定レンジＲ₃
は変わることなくゲインだけが第１ゲインＧ₁ に切り換
わってしまうことがあった。つまり、同一測定レンジＲ
₃ 内であるのに、分析部２内で不本意にゲインＧ₁ ，Ｇ
₂ が切り換わるため、測定レンジＲ₃ の精度が不定にな
るだけでなく、ゲイン補正の僅かなズレが測定値データ
を連続性を損なうこともあり、測定値（濃度値）に対す
る信頼性を低下させることもあった。

【００１５】そこで、同一測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ 内で
は、分析部２においてゲインＧ₁ ，Ｇ₂ を切替えないよ
うにすることが必要であるが、データ処理部３と分析部
２を分離したガス分析計２０の場合、データ処理部３に
おける測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えに同期させてアン
プ９ａのゲインＧ₁ ，Ｇ₂ を切替えることは困難であ
る。

【００１６】すなわち、一旦データ処理部３に送信され
た測定値データを基に濃度値を算出し、この濃度値を監
視して測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えを行う必要がある
ときに、分析部２内のアンプ９ａのゲイン切替えを行な
う命令を送信し、アンプ９ａのゲインＧ₁ ，Ｇ₂ が切り
換わったことを確認してから測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ を切
替えるようにした場合、測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替え
に迅速性がなく操作性が悪くなる。また、測定値の変化
が早い場合には、測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えが遅れ
てしまい、測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えを終えた時点
では、既に次の測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ に切替える必要が
あったり、再び元の測定レンジに戻さなければならない
事態が生じることも考えられる。

【００１７】逆に、ハードウェアにより決定されたゲイ
ンＧ₁ ，Ｇ₂ の切替ポイント６ａ，６ｂに合わせて測定
レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替ポイントを設定する場合は、測
定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の設定に自由度がなくなり、例えば
上述の例では必ず５００ｐｐｍの測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄
を設ける必要が生じる。また、ハードウェアに合わせた
測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の設定を行った場合、ゲイン
Ｇ₁ ，Ｇ₂ および測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替ポイント
は必ずしも人間に分かりやすい値ではなく、中途半端な
値になることも多かった。

【００１８】本発明はこのような実情を考慮に入れてな
されたものであって、分析計のゲインを高速に切替えら
れると共に、分析計の測定レンジ切替えとゲイン切替え
を同期して行うことができるガス分析計の自動ゲイン切
替方法を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の点を考慮
に入れてなされたものであって、測定対象ガスの分析部
と、この分析部から離れた位置に配置されて通信線によ
って接続されたデータ処理部とからなるガス分析計にお
いて、データ処理部側で使用者が指定した複数の測定レ
ンジを、自動的に切替える自動レンジ切替によるガス分
析を行うときに、測定レンジを切替える濃度値に対応す
る分析部の分析器出力の値を逆算し、この値をゲイン切
替ポイントとして分析部に設定し、これに従って分析器
の出力を増幅するアンプのゲインを切替えると共に、測
定レンジを切替えることを特徴としている。

【００２０】前記分析部はデータ処理部と通信線によっ
て接続されているので、両者を分離できる。したがっ
て、装置を設置するレイアウトに自由度を増すことがで
きる。また、測定対象ガスの分析器からの出力を増幅す
る増幅器のゲイン切替えを、データ処理部からの設定に
従って任意に行うことができるので、使用者にとって分
かりやすい適切なポイントで行うことができるだけでな
く、ゲイン切替えを測定レンジ切替と同期して行うこと
ができるので、使用者にとって扱いやすい。また、前記
増幅器のゲイン切替えは分析部で行なうことができるの
で、切替えを迅速に行うことができ、測定値の変化が早
い場合にも十分に対応できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のガス分析計１の一
例を示すブロック図であり、この図において、ガス分析
計１は、測定対象ガスの分析部２と、データ処理部３
と、両者を接続する通信線４とからなっている。なお、
図１において図３と同一の符号を付した部材は同一また
は同等の部材であるので、その詳細な説明を省略する。
なお、１４は分析部２内において、分析器７の出力信号
を増幅するアンプ９ａのゲイン切替えを行なうポイント
を記憶する記憶部である。

【００２２】図２は、図１に示したガス分析計１におけ
る測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ と分析器７の出力信号のゲイン
Ｇ₁ ，Ｇ₂ の切替えとの関係を説明するための図であ
る。本例のガス分析計１は０〜２０００ｐｐｍの測定対
象ガスの濃度値を測定するものであり、使用者がデータ
処理部３によって、任意の測定レンジを設定できるよう
にしている。なお、本例では説明を簡易とするために、
各測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄の範囲を従来と同じにしている
が、これらを自由に選択できることはいうまでもない。

【００２３】本例のガス分析計１において、使用者が前
記測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の範囲を設定するときに、ＣＰ
Ｕ１１は先ず各測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の範囲と、第１ゲ
インＧ₁ を用いて測定できる最大濃度値とを比較する。
そして、前記第１ゲインＧ₁を用いて測定できる最大濃
度値以下で最大の測定範囲を有する第２測定レンジＲ₂
と、それより大きな最小の測定範囲を有する第３測定レ
ンジＲ₃ の切替え時点で、アンプ９ａのゲインＧ₁ ，Ｇ
₂ も切替える必要があることを確認することができる。

【００２４】すなわち、本例では第１，２測定レンジＲ
₁ ，Ｒ₂ に切替えた時は、アンプ９ａの増幅率を第１ゲ
インＧ₁ とし、第３，４測定レンジＲ₃ ，Ｒ₄ に切替え
た時はアンプ９ａの増幅率を第２ゲインＧ₂ とするよう
に、ＣＰＵ１１からＣＰＵ５に切替え命令を与える。

【００２５】また、ＣＰＵ１１は第２測定レンジＲ₂ の
フルスケールの例えば９０％と８０％にそれぞれ対応す
る濃度値（３６０ｐｐｍと３２０ｐｐｍ）からゼロ校正
や、スパン校正をする前のゲイン増幅後の測定値をそれ
ぞれ逆算する。そして、さらにゲイン増幅前の測定値、
つまり分析器７の出力の値をそれぞれ逆算し、これらを
それぞれゲイン切替ポイント１４ａ，１４ｂとして分析
部２に設けた記憶部１４に転送する。このゲイン切替ポ
イント１４ａ，１４ｂは本例のガス分析計１が後述する
自動レンジ切替えを行う場合に用いるものである。

【００２６】そして、例えば使用者が測定レンジＲ₁ 〜
Ｒ₄ を設定するときに、ＣＰＵ１１は設定した各測定レ
ンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の精度を算出する。すなわち、各測定レ
ンジＲ₁ 〜Ｒ₄ のフルスケールと、使用するゲイン
Ｇ₁ ，Ｇ₂ に基づいて計算し、画面Ｍ等を介して使用者
に通知する。このとき、使用者はよく使用する濃度範囲
の制度が上がるように各測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ を決める
ことができる。

【００２７】自動レンジ切替えを行なう場合、ＣＰＵ５
は常時前記記憶部１４に記憶しておいた２つのゲイン切
替ポイント１４ａ，１４ｂと分析器７の出力値を比較す
る。そして、第１ゲインＧ₁ を使用しており、かつ分析
器７の出力値が大きい方のゲイン切替ポイント１４ａ以
上になった場合に第２ゲインＧ₂ に切替える。一方、第
２ゲインＧ₂ を使用しており、かつ小さい方のゲイン切
替ポイント１４ｂよりも小さくなった場合に第１ゲイン
Ｇ₁ に切替えるように制御する。そして、各ゲイン
Ｇ₁ ，Ｇ₂ の切替えをした時はその旨をデータ処理部３
に通知する。

【００２８】また、ＣＰＵ５からのゲイン切替え通知を
受信したＣＰＵ１１は、これに伴って測定レンジＲ₁ 〜
Ｒ₄ を切替えることにより、ゲインＧ₁ ，Ｇ₂ の切替え
と測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えを同期して行うことが
できる。

【００２９】以下、分析計１を用いて自動レンジ切替え
を行う場合について、測定対象となるガスの濃度値が０
ｐｐｍから２０００ｐｐｍまで変化し、再び０ｐｐｍま
で戻る場合を例示して説明する。この場合、図２の矢印
Ｖ₁ に示すように、最初に選択される測定範囲は第１測
定レンジＲ₁ であると共に、分析部２において最初に選
択される増幅率は第１ゲインＧ₁ である。

【００３０】次に、測定ガスの濃度値が第１測定レンジ
Ｒ₁ のフルスケールの９０％の値である１８０ｐｐｍに
達したとき、ＣＰＵ１１は測定範囲を切替えて一つ上の
測定レンジＲ₂ （矢印Ｖ₂ ）とする。また、測定ガスの
濃度値が第２測定レンジＲ₂のフルスケールの９０％の
値である３６０ｐｐｍに達する頃には、ＣＰＵ５が第２
ゲインＧ₂ に切替えたことを通知するので、これに同期
させて測定範囲を第３測定レンジＲ₃ （矢印Ｖ₃ ）に切
替える。さらに、測定ガスの濃度値が第３測定レンジＲ
₃ の９０％の値である７２０ｐｐｍに達した時点で、第
４測定レンジＲ₄ （矢印Ｖ₄ ）に切替えられる。

【００３１】同様に、測定ガスの濃度値がその時使用し
ている測定レンジＲ₂ 〜Ｒ₄ の一つ下の測定レンジＲ₁
〜Ｒ₃ のフルスケールの８０％の値である１６０，３２
０，６４０ｐｐｍを下回ったときに、ＣＰＵ１１は測定
レンジＲ₂ 〜Ｒ₄ を一つ下の測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₃ に切
替えるように制御する。なお、この場合も濃度値が３２
０ｐｐｍ以下になる時点で、ＣＰＵ５からアンプ９ａの
増幅率を第１ゲインＧ₁ に切替えたことが通知されるの
で、この通知を受信したときにＣＰＵ１１は第３測定レ
ンジＲ₃ を第２測定レンジＲ₂ に切替えるように制御す
る。

【００３２】つまり、上記の本発明のガス分析計の自動
ゲイン切替方法によれば、分析部２内でのゲインＧ₁ ，
Ｇ₂ の切替ポイント１４ａ，１４ｂを使用者の測定レン
ジＲ₁ 〜Ｒ₄ の設定にあわせて設定しているので、デー
タ処理部３内の測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えと分析部
２内のゲイン切替えとを同期して行なうことができる。
そして、同一測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ 内ではゲイン切替え
が一切行われないので、測定した濃度値の精度を確定す
ることができるだけでなく、測定した濃度値の直線性を
確保できる。

【００３３】加えて、分析部２内のアンプ９ａのゲイン
切替えを、同分析部２内にあるＣＰＵ５によって行うこ
とにより、ゲインＧ₁ ，Ｇ₂ の切替えに際して通信線４
を介してＣＰＵ１１に切替え判断を仰ぐ場合に比べて飛
躍的に速度が向上し、迅速なゲイン切替えを行うことが
できる。すなわち、濃度値の変化が激しい場合であって
もゲイン切替えや測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替えに遅れ
が生じることがなくなる。

【００３４】なお、本例では説明を簡略化するために、
ＡＤ変換器９のアナログ入力部に２つのゲインＧ₁ ，Ｇ
₂ を切替えることができるアンプ９ａを設けた例を示し
ているが、分析器７から入力されるアナログ信号を増幅
するアンプ９ａをＡＤ変換器９と別に設けてもよいこと
はいうまでもない。また、アンプ９ａの増幅率は２種類
だけでなく、３種類以上あってもよく、その場合各ゲイ
ン間の切替ポイントを２つずつ設定できるようにすれば
よい。同様に、測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の数も４つに限ら
れるものではないことはいうまでもない。

【００３５】さらに、アンプ９ａのゲイン切替えは測定
レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ のフルスケールの８０％と９０％に限
られるものではなく、適宜に変更してもよい。加えて、
自動レンジ切替えにおける測定レンジＲ₁ 〜Ｒ₄ の切替
ポイントも使用者が任意に設定できるようにしてもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス分析
計の自動ゲイン切替方法によれば、分析部とデータ処理
部を分離できるため装置設置のレイアウトに自由度を増
すことができる。また、ハードウェアの構成によって決
まる規定のゲインにとらわれずにデータ処理部で測定レ
ンジを設定できるので、使用者に親しみやすくガス分析
に用いやすい測定レンジを設定できる。また、データ処
理部で設定した測定レンジの切替ポイントに位置する濃
度値に基づいて、分析部でのゲインの切替ポイントを設
定できる。

【００３７】分析部では前記ゲインの切替ポイントに基
づいて、分析器からの入力を増幅するアンプのゲインを
随時切替えることができるので、濃度値の変化に迅速に
応答できるだけでなく、同一測定レンジ内でゲインを切
替えてしまうことがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス分析計の一例を示す図である。

【図２】前記ガス分析計の自動ゲイン切替方法を説明す
るための図である。

【図３】従来のガス分析計の例を示す図である。

【図４】従来のガス分析計の自動ゲイン切替方法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１…ガス分析計、２…分析部、３…データ処理部、４…
通信線、７…分析器、９ａ…アンプ、１４ａ，１４ｂ…
ゲイン切替ポイント、Ｇ₁ ，Ｇ₂ …ゲイン、Ｒ₁ 〜Ｒ₄
…測定レンジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象ガスの分析部と、この分析部か
   ら離れた位置に配置されて通信線によって接続されたデ
   ータ処理部とからなるガス分析計において、データ処理
   部側で使用者が指定した複数の測定レンジを、自動的に
   切替える自動レンジ切替によるガス分析を行うときに、
   測定レンジを切替える濃度値に対応する分析部の分析器
   出力の値を逆算し、この値をゲイン切替ポイントとして
   分析部に設定し、これに従って分析器の出力を増幅する
   アンプのゲインを切替えると共に、測定レンジを切替え
   ることを特徴とするガス分析計の自動ゲイン切替方法。