JPS5829575B2 - gas analyzer - Google Patents

gas analyzer

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JPS5829575B2
JPS5829575B2 JP55116510A JP11651080A JPS5829575B2 JP S5829575 B2 JPS5829575 B2 JP S5829575B2 JP 55116510 A JP55116510 A JP 55116510A JP 11651080 A JP11651080 A JP 11651080A JP S5829575 B2 JPS5829575 B2 JP S5829575B2
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JP
Japan
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gas
orifice
sample
analysis
quadruple
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JP55116510A
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Japanese (ja)
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JPS5740847A (en
Inventor
正 鮎沢
均 山崎
信彦 中野
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NIPPON JIDOSHA KENKYUSHO
Original Assignee
NIPPON JIDOSHA KENKYUSHO
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンその他の排出ガスの分析装置に関し、
その目的は高速度でしかも高精度の分析を可能としたこ
とである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an analyzer for engine and other exhaust gases;
The purpose is to enable high-speed and highly accurate analysis.

例えばエンジンにおいて省エネルギーと排気ガス対策を
実施するためには、エンジンシリンダ内からガスを採取
して分析することにより、サイクルごとの燃焼状態の変
動を測定する必要がある。
For example, in order to implement energy saving and exhaust gas countermeasures in engines, it is necessary to measure changes in the combustion state from cycle to cycle by sampling and analyzing gas from within the engine cylinder.

従来、エンジン内の局所の燃焼状態を知るために、クラ
ンク角度に同期させてガスサンプリング弁を開弁するこ
とにより、エンジン内ガスを採取し、ガスクロマトグラ
フ法を用いて分析している。
Conventionally, in order to determine the local combustion state within an engine, gas within the engine is sampled by opening a gas sampling valve in synchronization with the crank angle, and analyzed using gas chromatography.

このガスクロマトグラフ法は安定且つ高精度な分析を行
うことができ、有効な手段ではあるが、試料の採取期間
に比べて長い分析時間を要している。
Although this gas chromatography method is an effective method that allows stable and highly accurate analysis, it requires a longer analysis time than the sample collection period.

すなわち、サンプリング分析条件としては、分析に要す
る試料量が少量であること、試料の採取量が変化しても
よいこと、分析中に試料濃度が変化しても正しい分析値
が得られること、さらに1回の分析に要する時間が極く
短時間であること等である。
In other words, the sampling analysis conditions include that the amount of sample required for analysis is small, that the amount of sample collected can vary, that correct analytical values can be obtained even if the sample concentration changes during analysis, and that The time required for one analysis is extremely short.

これらの条件を満足するために真空中で分析を行う四重
桶型質量分析計を用いると有効であるが、真空中に試料
を導入するオリフィスが試料中の粒子物質によって閉塞
しやすい欠点がある。
Although it is effective to use a quadruple barrel mass spectrometer that performs analysis in vacuum to satisfy these conditions, it has the disadvantage that the orifice that introduces the sample into the vacuum is easily clogged by particulate matter in the sample. .

本発明は、この四重桶型質量分析計を用い、前記の諸条
件を満足すると共に、オリフィスの閉塞を防止した構造
のガス分析装置を提供するものである。
The present invention uses this quadruple barrel mass spectrometer to provide a gas analyzer having a structure that satisfies the above conditions and prevents orifice clogging.

以下本考案装置の構造について図面により説明する。The structure of the device of the present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図並びに第4図において分析装置の構造は全く同一
であるが、第1図の場合はガス分離分析の例を示し、第
4図は空燃比測定の場合の例を示す。
The structure of the analyzer in FIG. 1 and FIG. 4 is completely the same, but FIG. 1 shows an example of gas separation analysis, and FIG. 4 shows an example of air-fuel ratio measurement.

従って構造説明は第1図で代表して行うものとする。Therefore, the structure will be explained using FIG. 1 as a representative example.

1は装置本体であり、2はこの装置本体1への試料ガス
導入管である。
1 is a main body of the apparatus, and 2 is a sample gas introduction tube to the main body 1 of the apparatus.

3は装置本体1内の試料ガス導入部に設けられたオリフ
ィスである。
Reference numeral 3 denotes an orifice provided in the sample gas introduction section within the main body 1 of the apparatus.

このオリフィス3の上方近傍に第2図及び第3図に示す
ように上向きの傾斜壁5aによって上方に屈曲するガス
排出通路5を形成し、吸引ポンプ4と連通して大気に排
出するように構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a gas discharge passage 5 is formed in the upper vicinity of the orifice 3 and is bent upward by an upwardly inclined wall 5a, and is configured to communicate with the suction pump 4 and discharge the gas to the atmosphere. has been done.

さらに、オリフィス3の下方には拡散ポンプ6並びに吸
引ポンプ7との組合せによる真空ポンプと連通ずる真空
室8が形成されている。
Further, a vacuum chamber 8 is formed below the orifice 3 and communicates with a vacuum pump in combination with a diffusion pump 6 and a suction pump 7.

この真空室8には、その左右に一対の四重桶型質量分析
計11a。
In this vacuum chamber 8, a pair of quadruple barrel mass spectrometers 11a are installed on the left and right sides thereof.

11bが丁度真空室8と十字交差する状態で連通配設さ
れている。
11b is disposed in communication with the vacuum chamber 8 in a crisscross manner.

この左右一対の四重種型質量分析計11a、11bとオ
リフィス3との関係位置は等距離であることが望ましい
。
It is desirable that the positions of the pair of left and right quadruplex mass spectrometers 11a, 11b and the orifice 3 be equidistant.

さらに、前記十字交差部分の上方の真空室内にはオリフ
ィス3と四重種型質量分析計11a。
Furthermore, an orifice 3 and a quadruple seed mass spectrometer 11a are located in the vacuum chamber above the criss-crossing portion.

11bとの間を開閉する第1開閉弁9が、また下方には
四重種型質量分析計11a、11bと真空ポンプの拡散
ポンプ6との間を開閉する第2開閉弁10が設けられて
いる。
11b, and a second on-off valve 10 is provided below to open and close between the quadruple seed mass spectrometers 11a, 11b and the diffusion pump 6 of the vacuum pump. There is.

12a、12bはそれぞれの四重種型質量分析計11a
、11bとプロセッサ13とを接続する信号回路に設け
られたアンプであり、分析中に生ずる試料量(圧)の変
化を補正するものである。
12a and 12b are respective quadruple seed mass spectrometers 11a
, 11b and the processor 13, and is used to correct changes in sample volume (pressure) that occur during analysis.

上記構造による本発明装置の作用としては、第1開閉弁
9及び第2開閉弁10を開き、吸引ポンプ4及び拡散ポ
ンプ6と吸引ポンプ10との組合せの真空ポンプを作動
し、試料ガス導入管2よりガスを導入する。
The apparatus of the present invention having the above structure operates by opening the first on-off valve 9 and the second on-off valve 10, operating the suction pump 4 and the vacuum pump of the combination of the diffusion pump 6 and the suction pump 10, and operating the sample gas introduction tube. Gas is introduced from 2.

導入されたガスは、オリフィス3の部分で分析に要する
少量の試料ガス(1分析当り大気圧換算で0.01〜0
.06uA?)がオリフィス3を通って真空室8内に吸
引され、導入ガスのほとんどは吸引ポンプ4に引かれて
排出通路5を通って大気に排出される。
A small amount of sample gas required for analysis (0.01 to 0 in terms of atmospheric pressure per analysis) is introduced into the orifice 3.
.. 06uA? ) is sucked into the vacuum chamber 8 through the orifice 3, and most of the introduced gas is drawn by the suction pump 4 and exhausted to the atmosphere through the exhaust passage 5.

このときオリフィス3を通過する試料ガスは導入ガス中
に含まれている微粒子が除去されたものであり、微粒子
によるオリフィス3の閉塞を防止する。
At this time, the sample gas passing through the orifice 3 has the fine particles contained in the introduced gas removed, thereby preventing the orifice 3 from being blocked by the fine particles.

これは試料ガス導入管2より導入されたガスがオリフィ
ス3の上方近傍の上向き傾斜壁5aに衝突し、且つ上方
に屈曲する排出通路5を吸引ポンプ4によって引くため
に、微粒子はガスの主流にのって慣性流動し、オリフィ
ス3から遠ざかる作用を呈しているからである。
This is because the gas introduced from the sample gas introduction tube 2 collides with the upwardly inclined wall 5a near the upper part of the orifice 3, and the upwardly curved exhaust passage 5 is pulled by the suction pump 4, so that the particles enter the main stream of the gas. This is because it has the effect of moving away from the orifice 3 by inertial flow.

従って、微粒子がオリフィス3を通過付着することがな
く前記の通り閉塞を防止するのである。
Therefore, fine particles do not pass through the orifice 3 and adhere to it, thereby preventing clogging as described above.

真空室8内に吸引された試料ガスは一対の四重種型質量
分析計11a、11bによって所要の分析が行われ、こ
れをプロセッサ13によりデータを採取するのである。
The sample gas sucked into the vacuum chamber 8 is subjected to necessary analysis by a pair of quadruple species mass spectrometers 11a and 11b, and data is collected from the data by a processor 13.

第1図は本発明装置によりエンジンの排気ガスの分離分
析に適用した場合の実施例を示す。
FIG. 1 shows an embodiment in which the apparatus of the present invention is applied to the separation and analysis of engine exhaust gas.

すなわち、試料ガス導入管2をエンジン14の排気系に
取付けたガスサンプリング弁14aに接続し、ヘリュウ
ム、アルゴン等の不活性ガス16をキャリヤガスとして
用い間歇的に試料を採取し、且つ採取される試料を区分
して装置本体1に導入する。
That is, the sample gas introduction pipe 2 is connected to a gas sampling valve 14a attached to the exhaust system of the engine 14, and samples are intermittently collected using an inert gas 16 such as helium or argon as a carrier gas. The sample is divided and introduced into the main body 1 of the apparatus.

そして、一方の四重種型質量分析計11bで試料の組成
分析(分離分析)を行い、同時に他方の四重種型質量分
析計11aで試料量(圧)の変動を測定し補正する。
One of the quadruple seed mass spectrometers 11b performs compositional analysis (separation analysis) of the sample, and at the same time, the other quadruple seed mass spectrometer 11a measures and corrects variations in the sample amount (pressure).

一方の四重種型質量分析計11bによる分析の開始は、
時間間隔を一定として分析する場合と、試料量(圧)が
一定レベルを越えたときに分析を始める2つの方法があ
る。
The start of analysis by one of the quadruple seed mass spectrometers 11b is as follows:
There are two methods: one is to perform analysis at a constant time interval, and the other is to start analysis when the sample amount (pressure) exceeds a certain level.

次に第4図は本発明装置によりエンジンの空燃比の測定
に適用した場合の実施例を示す。
Next, FIG. 4 shows an embodiment in which the apparatus of the present invention is applied to the measurement of the air-fuel ratio of an engine.

この実施例の場合は第1図の実施例と異なる点は温度コ
ントローラ18を有する酸化触媒17を試料ガス導入管
2に設置することと、酸素若しくは酸素と不活性ガス(
ヘリュウム、アルゴン等)の混合ガス16を試料ガスに
添加することである。
This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that an oxidation catalyst 17 with a temperature controller 18 is installed in the sample gas introduction tube 2, and that oxygen or
A mixed gas 16 of helium, argon, etc.) is added to the sample gas.

これにより採取した試料ガスの未燃焼成分を完全に酸化
して二酸化炭素とする。
This completely oxidizes the unburned components of the sample gas collected into carbon dioxide.

装置本体1に導入された試料ガスは前記第1図の実施例
の場合と同様に微粒子を除去した少量の試量ガスをオリ
フィス3より真空室8内に吸引し、一方の四重種型質量
分析計11bでは二酸化炭素を、また他方の四重種型質
量分析計11aでは窒素を測定する。
As for the sample gas introduced into the apparatus body 1, a small amount of sample gas from which fine particles have been removed is sucked into the vacuum chamber 8 through the orifice 3, as in the case of the embodiment shown in FIG. The analyzer 11b measures carbon dioxide, and the other quadruple seed mass spectrometer 11a measures nitrogen.

間歇的に試料が採取されるときには、窒素の出力信号を
モニタし、この出力が一定値を越えたときに試料が導入
されたと判断して測定を開始することにより良好な測定
が得られる。
When samples are taken intermittently, good measurements can be obtained by monitoring the nitrogen output signal, determining that a sample has been introduced when this output exceeds a certain value, and starting the measurement.

空気の組成(窒素、酸素、アルゴン等)は常に一定割合
であるから、空気量の測定の代りに窒素量を測定しても
よい。
Since the composition of air (nitrogen, oxygen, argon, etc.) is always at a constant ratio, the amount of nitrogen may be measured instead of measuring the amount of air.

また燃料に含まれる元素組成(炭素、水素、酸素)が既
知であれば、燃料量測定の代りに炭素(または酸化して
二酸化炭素)の量を測定すればよい。
Furthermore, if the elemental composition (carbon, hydrogen, oxygen) contained in the fuel is known, the amount of carbon (or oxidized carbon dioxide) may be measured instead of measuring the amount of fuel.

すなわち、燃料と空気の混合ガスを完全燃焼させて窒素
と二酸化炭素を測定すれば空燃比を求めることができる
。
That is, the air-fuel ratio can be determined by completely combusting a mixed gas of fuel and air and measuring nitrogen and carbon dioxide.

以上のように本発明装置によると次のような格別の効果
を有している。
As described above, the apparatus of the present invention has the following special effects.

a、試料の採取量に変動があっても正しい分析、測定が
得られる。
a. Accurate analysis and measurements can be obtained even if there are variations in the amount of sample collected.

b、試料中に微粒子が含まれていてもこれを除去し、分
析、測定に支棒なく、且つオリフィスの閉塞を防止する
。
b. Even if fine particles are contained in the sample, they are removed, making analysis and measurement unnecessary and preventing orifice clogging.

C1分析、測定に要する試料量が少量(1分析、測定当
り、大気圧換算で0.2〜3m1)である。
The amount of sample required for C1 analysis and measurement is small (0.2 to 3 m1 in terms of atmospheric pressure per analysis and measurement).

d、 1回の分析、測定時間が極めて短い(1m5e
c〜100m5ec)である。
d. Extremely short measurement time for one analysis (1m5e
c~100m5ec).

e0間歇的に試料を採取して分析、測定できる。e0 Samples can be collected intermittently for analysis and measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明装置の構造図であり、ガスの分離分析の
場合の実施例を示す。 第2図は試料ガス導入部の断面図、第3図は同主要部分
の拡大断面図、第4図は本発明装置により空燃比測定の
場合の実施例を示す図である。 1・・・・・・装置本体、2・・・・・・試料ガス導入
管、3・・・・・・オリフィス、4・・・・・・吸引ポ
ンプ、5・・・・・・排出通路、5a・・・・・・傾斜
壁、6・・・・・・拡散ポンプ、7・・・・・・吸引ポ
ンプ、9,10・・・・・・開閉弁、11a、11b・
・・・・・四重極型質量分析計。
FIG. 1 is a structural diagram of the apparatus of the present invention, and shows an embodiment for gas separation analysis. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sample gas introduction section, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part thereof, and FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the air-fuel ratio measurement using the apparatus of the present invention. 1... Device body, 2... Sample gas introduction tube, 3... Orifice, 4... Suction pump, 5... Discharge passage. , 5a... Inclined wall, 6... Diffusion pump, 7... Suction pump, 9, 10... Open/close valve, 11a, 11b.
...Quadrupole mass spectrometer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 装置本体の試料ガス導入部にオリフィスを設け、こ
のオリフィス上方の近傍に上向き傾斜壁によって上方に
屈曲し吸引ポンプと連通ずるガス排出通路を形成し、オ
リフィス下方には真空ポンプによる真空室が設けられ、
この真空室と交差して連通ずる左右一対の四重桶型質量
分析計を配置し、さらに上記交差部分の上下部に開閉弁
を設けたことを特徴とするガス分析装置。
1 An orifice is provided in the sample gas introduction part of the device body, a gas exhaust passage is formed near the top of this orifice by an upwardly inclined wall that bends upward and communicates with the suction pump, and a vacuum chamber is provided below the orifice by a vacuum pump. is,
A gas analyzer characterized in that a pair of left and right quadruple bucket mass spectrometers are arranged to intersect with and communicate with the vacuum chamber, and open/close valves are provided at the upper and lower portions of the intersection.
JP55116510A 1980-08-26 1980-08-26 gas analyzer Expired JPS5829575B2 (en)

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JPS58158993A (en) * 1982-03-17 1983-09-21 株式会社日立製作所 Method and device for soldering electronic part
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