JPS6345532A - 分析計 - Google Patents

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１ 水素ガスはヘリウムガスを除く他のガスに比べてはるか
に大きな拡散係数をもっている。本発明は、このような
拡散係数の違いを利用して水素ガスの濃度を求める分析
計に関するものである。

［従来の技術］ 従来、水素ガスの濃度を測定できる分析計としては、例
えばガスクロマトグラフがある。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、ガスクロマトグラフでは、連続測定が不可能で
あり、また広い測定範囲にしようとすると構成が複雑に
なるという問題点がある。

本考案は上述した問題点を除去するためになされたもの
であり、測定ガス中の水素のｍ度を広範囲に連続測定で
きる分析計を簡単な構成で実現することを目的とする。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は、 一定方向に定流量の特定ガスが流れていて、下流側の一
端では、この特定ガスに水素を含む測定ガスを混ぜ合わ
せ、水素を特定ガスの流れと逆方向に拡散させる測定管
と、 この測定管の所定の位置での測定ガスの８１度を検出す
るセンサと、 このセンサの検出信号から、測定ガス中の水素と他の成
分の拡散速度の相違をもとにして測定ガス中の水素の濃
度を求める演陣部、 を具備した分析針である。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を１２明する。

第１図は本発明にかかる分析計の一実施例の構成図であ
る。

図で、１は測定管であり、内部をガス供給器２によって
供給された特定ガスが一定方向（へ方向）に定速で流れ
る。特定ガスは既知の成分のもので、例えば空気、酸素
、窒素ガス等である。測定管１の一＃ｉ！１１では特定
ガスと測定ガスが混ぜられる。

３は測定管１の流路に設けられていて、設置位置での水
素のＷｉ度を検出する検出機である。センサ３としては
例えばジルコニア素子が用いられる。

４は演算部であり、センサ３の検出信号から、水素と他
の気体との拡散速度の相違を利用して、測定ガス中の水
素の濃度を算出する。

次に、このような分析計の測定原理について説明する。

測定管１の一端１１を○位置として、特定ガスの流れと
逆方向を正方向としたＸ軸をとる。Ｘ＝０の位置での測
定ガスの各成分のＩｔ！！をそれぞれ（ｇ　ｏ　＊　Ｃ
２ｏ　＊　・”ＣＮｏ　、位置Ｘの測定ガスの各成分の
８度をそれぞれＣ＋　　（Ｘ）、Ｃ２（Ｘ）。

・・・ＣＮ　（Ｘ）とする。

ここで、位置ＸでのガスＮ（測定ガス中の一成分）の濃
度ＣＮ　（Ｘ）の分布を求める。

ガスＮの特定ガス中での拡散係数をＤＮとすると、拡散
によってガスＮがＸ方向に運ばれる＠ＪＮは、もしこの
位置での流れがなければ、次式のように、ガスＮのｒＡ
ｒ１１勾配に拡散係数をかけたものになる。

今、特定ガスは定流士で流れているので、；９度ＯＮ　
（Ｘ）の気体が流速■で拡散の方向とは逆向きに運ばれ
、ガスＮの正味の流れｆｌＫは、となる。濃度ＣＮ　（
Ｘ）が特定ガスの流れの上流へいくほど薄くなることに
よって、ガスＮの拡散ｍと流される最が各位置で平行し
ている。平行状態になったときには、Ｋ−０となるから
、となり、これによってｍｒｌｃＮ（Ｘ）は次式で与え
られる。

■式の計痺結果の一例を第２図に示す。第２図のグラフ
では、縦軸にｉｎ　ＩｃＮ　（Ｘ））、横軸に位置Ｘを
とゆくｉｎは自然対数〉、拡散係数ＤＮをパラメータと
したちのである。

この図で、ａＩ　＋　ａ２　＋　８３はそれぞれＨ２〈
水素）、ＣＨ４（メタン）、Ｃｏ（−酸化炭素）のグラ
フである。

このような結果から、Ｈ２ガス計としての分析計を考え
る。センサが可燃ガスに対して感度をもつものを使った
と仮定すると、Ｇｏ、ＣＨ４等による干渉が問題になる
。拡散係数は、Ｈ２が０゜６１１に対し、ＣＨ４は０．
１９６なので、流速が５ｃｍ／ｓｅｃで、Ｈ２、ＣＨ４
の初期の８度がそれぞれ１０％だったとすると、各位置
でのＨ２、ＣＨ４のＦ１４ｒ！Ｌとこれらの気体のｍｒ
ｃｉ比は第３図のようになる。

Ｃ）−１４ガスの拡散係数はＨ２ガスの拡散係数よりも
小さいので、図に示すように、ｘ−５，１０ｍｍの位置
ではＣＨａのｌ１１度はＨ２のａ度に比べて十分小さく
なっている。このため、干渉誤差は＠題ない。

また、ＣＯの拡散係数はＣＨ４の拡散係数よりも小さい
ので、干渉誤差は更に小さくなる。

実際の測定では、■式でｖ、ｘ、ＤＮが既知で０Ｎ（Ｘ
）が測定値として求められるため、これらから測定ガス
中の水素濃度ＣＮｏを求める。

センサ３としてジルコニア素子を用いれば、１ｐｐｂ（
ｐａｒｔｓ　　ｐｅｒ　　ｂｉｌｌｉｏｎ）以下でも測
定可能であるため、きわめて微量のものから１００％に
至るまでの広いｉ度範囲で使用可能なＨ２ガス計が実現
できる。

なお、分析計はＨ２ガス以外の拡散係数の大きなガス例
えばＨｅ（ヘリウム）ガス等を測定するものであっても
よい。

［効果］ このような分析計によれば、水素の拡散係数が他のガス
よりも大きいことを利用してｍ度を測定しているため、
干渉誤差が小さくなり、簡単な構成で広範囲の測定が可
能になる。例えば、第２図の例ではｘ−５ｍｍを選ぶと
き、センサが１０ｐｐｂまで測定可能ならば、ｌｐｐｍ
から１００％までの１０’のダイナミックレンジでの測
定が可能になる。

これに加えて、センサ３が常時１１度検出を行っている
ため、連続測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる分析計の一実施例の構成図、第
２図及び第３図は第１図装置の測定結果の一例を示した
図である。 １・・・測定管、１１・・・一端、２・・・ガス供給器
、３・・・センサ、４・・・演算部。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一定方向に定流量の特定ガスが流れていて、下流側の一
   端では、この特定ガスに水素を含む測定ガスを混ぜ合わ
   せ、水素を特定ガスの流れと逆方向に拡散させる測定管
   と、 この測定管の所定の位置での測定ガスの濃度を検出する
   センサと、 このセンサの検出信号から、測定ガス中の水素と他の成
   分の拡散速度の相違をもとにして測定ガス中の水素の濃
   度を求める演算部、 を具備した分析計。