JPS6258151A

JPS6258151A - 気体純度測定器

Info

Publication number: JPS6258151A
Application number: JP19729085A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Yasuda; 安田　享祐; Kunio Hoshitani; 星谷　邦夫; Shigehisa Fukui; 福井　茂寿; Kenji Kogure; 木暮　賢司
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、気体純度測定器に関するものであり、更に詳
述するならば、ヘリウムや水素などの中への微量な空気
の混入を高感度に検出することができる気体純度測定器
に関するものである。

従来の技術ヘリウムや水素などの純粋ガスに混入する微量の空気を
高感度に検出する手法として、ヘリウムや水素の熱伝導
率が空気に比較して著しく大きいことを利用した電気的
な測定方法を知られている。

この測定方法は、被測定気体内に配置された検出用サー
ミスタと別の比定用サーミスタとの直列回路を含むブリ
ッジ回路を形成し、それらサーミス夕に電流を流し、そ
れらサーミスタの温度すなわち抵抗値の相違による不平
衡を測定することにより、空気の混入を検出するもので
ある。

そのような測定方法の１例をみるならば、例えば「サー
ミスタとその応用」二木久夫著（昭和４４年初版）日刊
工業新聞社（Ｐ１１４　）に、第４図に示すような測定
器構成が示されている。

図示の測定器において、参照番号１は、被測定気体であ
るヘリウムガス中に置かれる検出用サーミスタであり、
その検出用サーミスタ１には、一般には空気中に置かれ
る零点補償用サーミスタ２が直列に接続されて、ブリッ
ジ回路の一方の辺を構成している。そして、それらす〜
ミスタ１及び２の直列接続体の両端には、電源３から一
定電圧が印加される。

更に、サーミスタ１及び２の直列接続体と並列に、固定
抵抗４、零点調整用可変抵抗５及び固定抵抗６の直列接
続体が接続されて、ブリッジ回路の他方の辺を構成して
いる。そして、サーミスタ１及び２の間の接続点には、
温度補償用サーミスタ７の一端が接続され、また、その
温度補償用サーミスタ７と並列に温度補償率調整抵抗８
が接続されている。更に、温度補償用サーミスタ７の他
端と零点調整用可変抵抗５の可変端子との間には出力抵
抗９が接続されている。

同様なサーミスタブリッジ回路による気体純度測定器が
、「センサ技術ｊ　　Ｖｏｌ　５．　　Ｎｏ、　６．１
９８５゜５月　Ｐ　１０７にも示されている。しかし、
そこでは、電源３として定電流電源が使われている。

第４図に示すような気体純度測定器において、ブリッジ
回路が平衡状態にあるときは、検出用サーミスタ１及び
零点補償用サーミスタ２とに同一電流が流れる一方、出
力抵抗９には電流は流れない。しかし、検出用サーミス
タ１と零点補償用サーミスタ２とをそれぞれ熱伝導率の
異なる気体中に置いて、ブリッジ回路に電圧を印加して
それぞれのサーミスタを成る温度、例えば１００〜３０
０℃の範囲に加熱すると、両サーミスタを囲む気体の熱
伝導率の差によってサーミスタの温度に差が生じ、ブリ
ッジ回路に不平衡が生じ、出力抵抗９に電流が流れ、そ
れが出力抵抗９の両端のブリッジ不平衡電圧■。ｕｔと
して測定される。

第５図は、第４図の回路において、検出用サーミスタ１
をヘリウム雰囲気内に置き且つ零点補償用サーミスタ２
を空気中に置いて、電源３に定電圧源を使用した場合と
定電流源を使用した場合の２つのサーミスタの各々の両
端間の電圧■５と■。

の差を雰囲気温度に対しプロットしたものである。

なお、検出用サーミスタ１と零点補償用サーミスタ２と
にそれぞれ使用したサーミスタの定数は以下の通りであ
る。

基準抵抗値　４にΩ／２００℃ Ｂ定数　　　４７００　Ｋ第５図のグラフから、定電流方式に比べ、定電圧方式の
方が差電圧の温度依存性が小さく、測定法として鴎って
いることが解る。

従って、第４図に示すサーミスタブリッジ回路式気体純
度測定器を定電圧駆動することにより、温度依存性少な
く空気の混入を検出することができる。しかも、その回
路は非常の簡単であり、また、測定器としての汎用性が
大きい。

しかしながら、第４図に示すサーミスタブリッジ回路式
気体純度測定器を定電圧駆動しても、ヘリウム中に混入
する空、気が微量である場合、感度が不充分で、微量の
空気の混入を精度良く検出することはできない。この問
題は、被測定気体がヘリウムである場合に限らず、被測
定気体が水素やほかの気体の場合でも同様である。

そのため、サーミスタブリッジ回路式気体純度測定器の
高感度化が望まれている。

発明が解決しようとする問題点そこで、本発明は、従来の気体純度測定器の構成を複雑
にすることなく、被測定気体中に混入する微量の不純物
気体を高感度に検出できる気体純度測定器を提供せんと
するものである。

問題点を解決するための手段上記した目的に鑑がみ、本発明の発明者は、種々研究し
、ブリッジ回路を単に定電圧電源により駆動するのでは
なく、ブリッジ回路の零点補償用サーミスタにかかる電
圧が一定となるようブリッジ供給電圧を調整することに
より、感度を向上させることができることを見出した。

本発明はかかる知見に基づて発明されたものである。

すなわち、本発明によるならば、純度を検出すべき気体
中に置かれるようになされた検出用サーミスタと零点補
償用サーミスタとが直列に接続されているブリッジ回路
と、前記検出用サーミスタと前記零点補償用サーミスタ
との直列接続体の両端に電圧が印加されるように前記ブ
リッジ回路に電圧を供給する電源とを少なくとも具備し
ており、前記検出用サーミスタと前記零点補償用サーミ
゛スタとの間の不平衡により、前記検出用サーミスタが
置かれた気体の純度を測定する気体純度測定器において
、前記電源は、前記ブリッジ回路の電圧を変化させて前
記零点補償用サーミスタに一定電圧を付与するようにな
される。

一作月以上のようなサーミスタブリッジ回路式気体純度測定器
において、第３図に示すように、ブリッジ回路内の検出
用サーミスタの抵抗値をＲｈとし、零点補償用サーミス
タの抵抗値をＲ，とじ、それらサーミスタによるブリッ
ジ辺に対して並列なブリッジ辺を構成する２つの抵抗の
値がそれぞれＲとし、更に、ブリッジ回路の両端間に印
加される電圧を■、とし、検出用サーミスタと零点補償
用サーミスタとの接続点の電圧を■６　として、検出用
サーミスタと零点補償用サーミスタとの接続点と２つの
直列な抵抗Ｒ間の接続点との間の電圧すなわち出力電圧
Ｖ。ｕＬを検討する。

■５＝一定の場合の出力電圧を■。ｕｔｓ、Ｖ４＝一定
の場合の出力電圧を■。ｕｔａとすれば、それら次のよ
うに表される。

これをＲｈで偏微分すれば、その偏微分が感度を示す指
標となる。そこで、上記２つの式をＲｈで偏微分すると
次のようになる。

そして、初期条件として、■。ｕｔｓ＝Ｖ。。、とおく
と、（１）式は、となる。ここで、サーミスタの抵抗値は負の温度係数を
もっており、且つ検出用サーミスタＲｈが熱伝導率の高
い気体中に置かれるので、ブリッジ回路に電圧を印加し
ているときは、Ｒ−＜　Ｒｈの関係が成立し、（２）式
及び（３）式を比較すると、が常に成立する。

以上のように零点補償用サーミスタ抵抗Ｒ，に対し検出
サーミスタ抵抗Ｒｈが大きい範囲で使用するブリッジ形
式では■４＝一定とする方が感度が高い。これにより従
来と同じ回路規模で、従来の測定器に比べ高感度、化を
達成できる。

以上の説明したことは、検出用サーミスタが置かれる気
体雰囲気が、零点補償用サーミスタが置かれる気体雰囲
気より熱伝導率が高ければ、成立する。従って、零点補
償用サーミスタが配置される基準雰囲気が空気とした場
合、熱伝導率が空気の約６倍のヘリウムや、熱伝導率が
空気の約７倍の水素だけでなく、空気より熱伝導率が高
い気体の純度を同様に高感度で測定することができる。

実施例次に、添付図面を参照して本発明によるサーミスタブリ
ッジ回路式気体純度測定器の実施例を説明する。

第１図は、本発明を実施したサーミスタブリッジ回路式
気体純度測定器の回路図であり、第４図に示した従来の
気体純度測定器の回路の各部と対応する部分には、同一
の参照番号を付して、説明を省略する。

第４図の回路と異なる点は、検出用サーミスタ１と零点
補償用サーミスタ２との間の接続点の電圧■６が電源１
０に帰還されており、その電源１０は、その電圧■４が
一定になるようにブリッジ回路の両端の電圧■５を制御
するようになされている。

このような電圧制御は、検出用サーミスタ１と零点補償
用サーミスタ２との間の接続点の電圧を検出して、調整
自在な基準電圧（不図示）と比較して、その差が零とな
るように出力電圧を制御することにより実現でき、その
手段は当業者には周知であるので、具体的な説明は省略
する。

第１図において■５を一定にすることが従来の測定器で
あり、■３を変化させ■６を一定にすることが本実施例
の気体純度測定器である。そこで、両者を以下に示すパ
ラメータ諸元により比較した。

■　検出サーミスタ１及び零点補償用サーミスタ２基準
抵抗値　４にΩ／２００℃ Ｂ定数　　　４７００　Ｋ ■　温度補償用サーミスタ７基準抵抗値　３０にΩ１０℃ Ｂ定数　　　３４５０　Ｋ ■　抵抗４．６　　１０にΩ ■　可変抵抗５　　１にΩ ■　抵抗８　　　　５にΩ ■　抵抗９　　　５０にΩ まず、検出用サーミスタ１及び零点補償用サーミスタ２
を両方空気中で■。ｕｔが０（■）になるよう可変抵抗
１５を調整する。次に、検出用サーミスタ１をヘリウム
１００％の雰囲気中に置き、■。ｕＬが所定電圧になる
ように調整する。この場合、■。。ｔ　＝５　（Ｖ）と
した。そのとき、検出用サーミスタ１の両端には、３１
．７Ｖの電圧がかかり、別に測定した電圧電流特性から
その検出用サーミスタ１は約２００℃の温度に加熱され
ていることがわかった。一方、零点補償用サーミスタ２
の両端には、１７．９　Ｖの電圧がかかり、その温度は
約２４０℃に加熱されていることがわかった。

従って、この時、本発明の実施例の気体純度測定器では
、検出用サーミスタ１と零点補償用サーミスタ２との接
続点の電圧と比較される電源ｌｏ内の調整自在な基準電
圧（不図示）はその１７．９　Ｖに調整されている。そ
して、検出用サーミスタ１を囲むヘリウム１００％の雰
囲気に徐々に空気を導入し、ヘリウム純度と出力電圧■
。、の関係を■５＝一定（４９，６Ｖ）　とＶ、＝一定
（１７，９Ｖ）についてプロットしたところ、第２図に
示すような結果が得られた。

第２図のグラフから明らかなように、■５＝一定の場合
、その傾きが０．０５　Ｖ　／％であるのに対し、Ｖ、
＝一定では０．０６６　Ｖ　／％となり、Ｖ、＝一定と
することにより約３０％の感度の増加を得ることができ
た。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明による気体純
度測定器はヘリウムの純度だけでなく、水累など、空気
より熱伝導率の高い気体の純度も同様に測定することが
できる。また、上記した実施例を構成する各素子の値は
、それらに限定されるものではなく、測定の条件や対象
により適宜選択されるものであることは当業者には明ら
かである。

発明の詳細な説明したように、本発明によるサーミスタブリッジ回
路式気体純度測定器にあっては、ブリッジ回路電圧を変
化させ、零点補償用サーミスタに加わる電圧を一定とす
ることにより、従来とほとんど変らない回路規模で、周
囲温度による測定誤差が極めて小さく、かつ従来の方法
による測定器に比して相当な感度向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるサーミスタブリッジ回路式気体
純度測定器の回路図である。第２図は、従来技術の気体純度測定器と第１図の気体純
度測定器によるヘリウム純度測定結果を示すグラフであ
る。第３図は、本発明の気体純度測定器のブリッジ回路の基
本回路である。第４図は、従来のヘリウム純度測定器の回路図である。第５図は、定電流駆動及び定電圧駆動によるサーミスタ
電圧差のヘリウム中と空気中との温度依存性を示すグラ
フである。〔主な参照番号〕１・・検出用サーミスタ２・・零点補償用サーミスタ３・・電源４．６・・固定抵抗５・・零点調整用可変抵抗７・・温度補償用サーミスタ８・・温度補償率調整抵抗９・・出力抵抗１０・・可変電圧電源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）純度を検出すべき気体中に置かれるようになされ
た検出用サーミスタと零点補償用サーミスタとが直列に
接続されているブリッジ回路と、前記検出用サーミスタ
と前記零点補償用サーミスタとの直列接続体の両端に電
圧が印加されるように前記ブリッジ回路に電圧を供給す
る電源とを少なくとも具備しており、前記検出用サーミ
スタと前記零点補償用サーミスタとの間の不平衡により
、前記検出用サーミスタが置かれた気体の純度を測定す
る気体純度測定器において、前記電源は、前記ブリッジ
回路の電圧を変化させて前記零点補償用サーミスタに一
定電圧を付与することを特徴とする気体純度測定器。
（２）前記電源は、前記検出用サーミスタと前記零点補
償用サーミスタとの間の接続点の電圧を検出して、調整
自在な基準電圧と比較して、出力電圧を制御するように
なされていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の気体純度測定器。