CN103512948B - 氢火焰离子化型排气分析仪 - Google Patents

氢火焰离子化型排气分析仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氢火焰离子化型排气分析仪，使得在氢火焰离子化型排气分析仪及组装有所述氢火焰离子化型排气分析仪的排气分析系统中，能够判断合适的净化时间。氢火焰离子化型排气分析仪包括：收集电极（7），捕捉通过氢火焰（F）从排气生成的离子；取得电路（8），取得收集电极（7）捕捉到离子而产生的离子电流；以及异常判断部（92），当第一输出值（S1）与第二输出值（S2）的差成为规定值时判断为异常，当收集电极（7）中未流过起因于排气的离子电流时从取得电路（8）输出第一输出值（S1），当向氢火焰（F）导入了零点气体时从取得电路（8）输出第二输出值（S2）。

Description

氢火焰离子化型排气分析仪
技术领域
本发明涉及氢火焰离子化型排气分析仪，其测量从例如车辆等的发动机等内燃机或汽轮机等外燃机排出的排气所含的测量对象物质的浓度。
背景技术
如专利文献1所示，这种氢火焰离子化检测器(FID)通过收集电极检测当向氢火焰导入了排气等试样气体时产生的离子电流，并根据由所述收集电极检测出的离子电流，测量试样气体所含的作为测量对象物质的烃的浓度。所述氢火焰离子化检测器设置在从例如车辆排出的排气所流过的排气流路上。
由于排气中所含的烃(例如THC)附着并堆积在设有所述氢火焰离子化检测器的排气流路的内侧的面上，因此导致通过氢火焰离子化检测器得到的烃的浓度含有误差成分。因此，以往通过预定的定期净化处理，向排气流路和氢火焰离子化检测器供给净化气体，来除去附着或堆积的烃。
可是，如果如上所述地进行定期的净化处理，则即便在净化处理之前，也会出现附着在排气流路和氢火焰离子化检测器上的烃量超过允许范围的情况。这样，成为一直到定期净化处理开始为止都处于在例如通过修正处理不能进行应对的状态下进行测量的状况。
另一方面，存在即使不进行所述定期的净化处理，附着在排气流路和氢火焰离子化检测器上的烃量也处于允许范围内的情况。这样，变成随着经过了规定的维保周期就进行排气流路和氢火焰离子化检测器的净化处理，从而存在因不必要的净化处理而产生需要停止测量等问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2007-205968号
发明内容
因此，鉴于所述的问题，本发明的主要目的是提供一种氢火焰离子化型排气分析仪，使得在所述氢火焰离子化型排气分析仪或组装有所述氢火焰离子化型排气分析仪的排气分析系统中，能够判断合适的净化时间。
即，本发明提供一种氢火焰离子化型排气分析仪，其特征在于，根据向氢火焰导入了排气时产生的离子电流，测量所述排气所含的测量对象物质的浓度，所述氢火焰离子化型排气分析仪包括：收集电极，捕捉通过所述氢火焰从所述排气生成的离子；取得电路，与所述收集电极电连接，取得所述收集电极捕捉到所述离子而产生的离子电流；以及异常判断部，当第一输出值或从所述第一输出值得到的第一关联值与第二输出值或从所述第二输出值得到的第二关联值的差成为规定值以上时，判断为异常，所述第一输出值是当所述收集电极中未流过起因于所述排气的离子电流时且在所述氢火焰熄灭的状态下，从所述取得电路输出的，所述第二输出值是当向所述氢火焰导入了测量对象物质的浓度为已知的气体时，从所述取得电路输出的。另外，所谓测量对象物质的浓度为已知的气体是包括下述气体的概念，所述气体包括：含有规定量的测量对象物质的气体；以及不含测量对象物质的零点气体。
按照所述的氢火焰离子化型排气分析仪，当收集电极中未流过起因于排气的离子电流时从取得电路输出第一输出值(或第一关联值)，当向氢火焰导入了测量对象物质的浓度为已知的气体时从取得电路输出第二输出值(或第二关联值)，当第一输出值(或第一关联值)与第二输出值(或第二关联值)的差成为规定值以上时判断为异常，因此能够判断合适的净化时间。换言之，不论排气流路和氢火焰离子化型排气分析仪中是否附着有测量对象物质，当收集电极中未流过起因于排气的离子电流时从取得电路输出的第一输出值(或第一关联值)都是一定的值。另一方面，当向氢火焰导入了测量对象物质的浓度为已知的气体时从取得电路输出的第二输出值是因测量对象物质附着在排气流路和氢火焰离子化型排气分析仪上而变大的值。通过取得这些值的差，可以判断排气流路和氢火焰离子化型排气分析仪上附着了哪种程度的测量对象物质，因此能够判断合适的净化时间。
在此，作为第一关联值，是通过将作为电流值的第一输出值进行电流—电压转换而得到的电压值、通过将作为模拟信号的第一输出值数字转换而得到的数字信号、或通过对第一输出值实施例如直线性修正等规定的计算处理而得到的值等。另外，第二关联值的情况也与第一关联值的情况相同。
作为收集电极中未流过起因于排气的离子电流的情况，包括(1)排气未通过氢火焰燃烧的情况以及(2)用于使电流流过所述收集电极的闭合回路被切断的情况。即，当所述排气未通过所述氢火焰燃烧时或当用于使电流流过所述收集电极的闭合回路被切断时，从所述取得电路输出所述第一输出值。
在此，(1)排气未通过氢火焰燃烧的情况包括(a)氢火焰熄灭的情况以及(b)未向氢火焰导入排气的情况。(a)当在氢火焰熄灭的情况下取得第一输出值时，只要在点燃氢火焰与熄灭氢火焰之间进行切换即可，此外，(b)当是在未向氢火焰导入排气的情况下取得第一输出值的方式时，只要在向氢火焰导入排气及停止向氢火焰导入排气之间进行切换即可，无需对以往的系统构成进行变更。另外，在所述(b)的情况下，尽管未流过起因于排气的离子电流，但是仅通过点燃氢火焰，收集电极中就会流过离子电流。因此，可以将流过因点燃所述氢火焰而产生的离子电流时的输出值作为第一输出值，或者可以将从所述输出值减去起因于氢火焰点火的输出成分得到的值作为第一输出值。
此外，在(2)用于使电流流过所述收集电极的闭合回路被切断的情况下取得第一输出值的方式，与在点燃氢火焰及熄灭氢火焰之间进行切换或者在导入排气及停止导入排气之间进行切换的情况相比较，可以加快切换时间，此外，能够增大切换时机的自由度。
优选的是，所述氢火焰离子化型排气分析仪还包括净化判断部，所述净化判断部判断净化输出值或从所述净化输出值得到的关联值是否小于规定的基准值，当使净化气体流过用于向所述氢火焰导入排气的排气导入通道从而向所述氢火焰导入了净化气体时，通过所述取得电路得到所述净化输出值。如此，可以判断净化处理的合适的结束时机。因此，通过组合所述发明，不仅可以判断合适的净化开始时机，而且能够判断所述净化处理的合适的结束时机，从而可以在氢火焰离子化型排气分析仪和组装有所述分析仪的系统中实现净化处理的最佳化。
按照所述结构的本发明，在氢火焰离子化型排气分析仪以及组装有所述分析仪的系统中可以判断合适的净化时间。
附图说明
图1是表示具有本实施方式的氢火焰离子化型排气分析仪的排气分析系统的结构的示意图。
图2是表示与图1为相同实施方式的氢火焰离子化型排气分析仪的结构的示意图。
图3是表示与图1为相同实施方式的计算装置的功能构成的图。
图4是表示与图1为相同实施方式的异常判断和净化处理步骤的流程图。
图5是表示氢火焰离子化型排气分析仪的输出值的随着时间的变化的示意图。
图6是表示变形实施方式的氢火焰离子化型排气分析仪的结构的示意图。
附图标记说明
1···氢火焰离子化型排气分析仪(FID分析仪)
F···氢火焰
7···收集电极
8···取得电路
S1···第一输出值
S2···第二输出值
92···异常判断部
95···净化判断部
SP···净化输出值
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的氢火焰离子化型排气分析仪的一个实施方式。
如图1所示，本实施方式的氢火焰离子化型排气分析仪1(以下称为FID分析仪1)设置在排气流路100上，排气流路100的一端与用于导入从发动机E排出的排气的导入口101连接，所述FID分析仪1根据向氢火焰导入了排气时产生的离子电流，测量作为排气所含的测量对象物质的有机化合物的烃的浓度。另外，排气流路100上设有过滤器102和吸引泵103等。
具体而言，如图2所示，FID分析仪1包括：燃烧室区(烟道)2，在内部形成有燃烧室S；以及喷嘴3，前端部设置在所述燃烧室S的内部，喷射氢火焰F。此外，喷嘴3的基端部连接有向喷嘴3供给燃烧气体的燃烧气体供给通道4，所述燃烧气体供给通道4与排气供给通道5连接，所述排气供给通道5将来自所述排气流路100的排气与燃烧气体一起供给至所述喷嘴3。此外，FID分析仪1具有助燃用气体供给通道6，助燃用气体供给通道6用于向燃烧室S供给助燃用气体(空气)。
此外，FID分析仪1包括：收集电极7，在所述燃烧室S的内部设置在所述氢火焰F的周围，捕捉通过氢火焰F从排气生成的离子；取得电路8，与所述收集电极7电连接，取得所述收集电极7捕捉到离子而产生的离子电流；以及计算装置9，取得来自所述取得电路8的输出信号，计算出所述排气所含的烃的浓度。
所述取得电路8包括：导线81，与收集电极7连接；以及放大器(运算放大器)82，与所述导线81连接，放大并输出流过收集电极7的离子电流。另外，在放大器82的反相输入端子与输出端子之间连接有反馈电阻83。
所述计算装置9由具备CPU、内部存储器、输入输出接口、AD转换器、显示器等的通用或专用的计算机构成。具体而言，如图3所示，计算装置9具有作为浓度算出部91的功能，浓度算出部91使用从所述取得电路8输出的输出信号计算出排气所含的烃的浓度(具体为THC的浓度)。另外，输出信号与排气所含的烃的浓度成比例。
此外，如图3所示，所述计算装置9具有作为异常判断部92的功能，异常判断部92判断设置有FID分析仪1的排气流路100以及所述FID分析仪1的内部是否处于附着了规定量的烃的异常状态。另外，图4表示了从异常判断处理到净化处理的步骤的一个例子的流程图。
如图5所示，所述异常判断部92判断第一输出值S1与第二输出值S2的差(S2－S1)是否成为规定的阈值A以上，当收集电极7中未流过起因于排气的离子电流时从取得电路8输出第一输出值S1，当向氢火焰F导入了烃的浓度为已知的气体(例如烃的浓度为零的零点气体)时从所述取得电路8输出第二输出值S2。具体地说，在未通过氢火焰F使排气燃烧的情况下，具体而言在氢火焰F熄灭时，异常判断部92将从取得电路8输出的输出值作为第一输出值S1取得。此外，本实施方式的第一输出值S1和第二输出值S2是从取得电路8输出的修正前和浓度转换前的电流信号(原始数据)。
在此，第一输出值S1是例如FID分析仪1的产品出货时或最初的测量开始前从取得电路8输出的输出值，是取得电路8的放大器82固有的值，不论排气流路100和FID分析仪1中是否附着有烃，第一输出值S1都是一定的值。此外，在产品出货时或最初的测量开始前取得所述第一输出值S1，并将其记录在设于计算装置9的内部存储器等中的记录部或异常判断部92中。另外，可以依次取得并记录第一输出值S1，但是由于氢火焰F熄灭时第一输出值S1作为一定值输出，所以只要在产品出货时或最初的测量开始前一次取得并记录即可。此外，当因维保等更换了取得电路8的放大器82时，所述第一输出值S1更新为更换后的新的放大器82所固有的第一输出值S1。
此外，第二输出值S2是伴随排气流路100和FID分析仪1上附着的烃量的增加而变大的输出值。本实施方式的第二输出值S2是未进行排气测量时从取得电路8输出的输出值，例如在对FID分析仪1依次进行零点校准、量程校准和排气测量的情况下，第二输出值S2是当进行零点校准时从取得电路8输出的输出值。即，本实施方式的异常判断部92，在排气测量时不进行异常判断而在零点校准时进行异常判断。另外，当使用排气测量中输出的输出值作为第二输出值S2时，由于包含因排气中的烃形成的输出成分以及因排气中的烃以外的堆积的烃等污垢形成的输出成分，所以不能简单地采用此时的第二输出值S2与第一输出值S1的差。另外，尽管所述的第二输出值S2是在零点校准时流过零点气体的情况下取得的值，但是也可以是未进行零点校准而流过零点气体时取得的值。
此外，当所述输出值的差(S2－S1)成为规定的阈值A以上时，异常判断部92向异常通知部93输出表示所述输出值的差(S2－S1)成为规定的阈值A以上的异常判断信号。
所述异常通知部93是由计算装置9构成的，通知用户所述输出值的差(S2－S1)成为规定的阈值A以上，即通知用户排气流路100和FID分析仪1需要净化处理。本实施方式的异常通知部93由显示控制部构成，所述显示控制部在计算装置9的显示器上进行通知显示。由此，用户可以得知应该进行净化处理的时间。
另外，当看到所述的通知显示后用户按下净化开始按钮时，净化开始信号接收部接收到净化开始信号，通过由计算装置9构成的净化处理控制部94使净化处理开始。
即，净化处理控制部94控制净化气体机构(未图示)，向排气流路100和FID分析仪1供给净化气体，所述净化气体机构包括与排气流路100连接的净化气体供给通道和净化气体泵等。
在所述净化处理中，所述计算装置9具有作为净化判断部95的功能，净化判断部95用于恰当地判断净化结束时机。
如图5所示，当使净化气体流过用于向氢火焰F导入排气的排气导入通道从而向氢火焰F导入了净化气体的情况下，所述净化判断部95判断通过取得电路8得到的净化输出值SP是否小于规定的基准值B。当判断净化输出值SP与所述第一输出值S1的差(SP－S1)小于规定的基准值B时，净化判断部95向净化处理控制部94输出所述判断信号。取得所述判断信号后的净化处理控制部94使净化处理结束。另外，虽然在严格地判断净化结束的情况下，优选的是将净化输出值SP和所述第一输出值S1的差(SP－S1)与规定的基准值B进行比较，但是在本实施方式中仅简单地比较了净化输出值SP和规定的基准值B。
根据如上构成的本实施方式的FID分析仪1，由于判断第一输出值S1与第二输出值S2的差(S2－S1)是否成为规定的阈值A以上，所以能够判断合适的净化时间，当收集电极7中未流过离子电流时从取得电路8输出第一输出值S1，当向氢火焰F导入了零点气体时从取得电路8输出第二输出值S2。
另外，本发明不限于所述实施方式。
例如，虽然取得电路通过放大器对离子电流放大后将其输出，但是也可以将通过放大器放大前的离子电流作为第一输出值和第二输出值。
此外，也可以把将从取得电路输出的第一输出值(电流值)经电流—电压转换得到的电压值作为第一关联值，并把将第二输出值(电流值)经电流—电压转换得到的电压值作为第二关联值，异常判断部根据所述第一关联值与所述第二关联值的差进行异常判断。
此外，异常判断部也可以根据转换成浓度之前的关联值之间的差进行判断，通过对从取得电路输出的第一输出值和第二输出值实施修正等规定的计算处理而得到所述浓度。此外，作为第一关联值和第二关联值也可以分别是将第一输出值和第二输出值进行数字转换后得到的值，此时，取得电路具有AD转换电路。
此外，也可以把将所述第一输出值进行浓度转换后得到的值作为第一关联值，并把将第二输出值进行浓度转换后得到的值作为第二关联值，根据所述第一关联值和所述第二关联值的差进行异常判断。
在此，在如所述实施方式那样进行了零点校准时，第二输出值S2成为零点。因此，如果是能够将第一输出值S1设定为负的浓度的方式，则也可以采用下述方式：异常判断部把将第一输出值S1经浓度换算后得到的值作为第一关联值，把将第二输出值S2经浓度转换后得到的值作为第二关联值，并根据所述第一关联值和所述第二关联值的差进行判断。
此外，在所述实施方式中，通过用户按下净化开始按钮来使净化处理开始，但是也可以采用下述方式：当异常判断部92判断为处于异常时自动开始净化处理。
此外，在所述实施方式中，由计算装置构成异常判断部、异常通知部、净化处理控制部和净化判断部，但是也可以通过计算装置以外的至少一个控制装置来实现所述功能。此外，只要由计算装置以及其他控制装置中的任意的装置实现所述功能即可。
此外，在所述实施方式中，将氢火焰F熄灭的状态(关闭时)下从取得电路8输出的值作为第一输出值，但是也可以将处于氢火焰F点燃的状态且处于停止向喷嘴供给排气的状态下从取得电路8输出的值作为第一输出值。
此外，如图6所示，也可以将用于使电流流过收集电极7的闭合回路被切断时从取得电路8输出的值作为第一输出值S1。具体而言，在成为闭合回路的取得电路8上设置有用于切断所述取得电路8的开关84，可以将在断开所述开关84时从取得电路8输出的值作为第一输出值S1。
此外，在所述实施方式中，把流过烃的浓度为零的零点气体时得到的输出值作为第二输出值，但是也可以将从流过包含已知浓度的烃的气体时得到的输出值减去起因于所述已知浓度的烃的输出值得到的差值作为第二输出值。另外，还可以将流过包含已知浓度的烃的气体时得到的输出值作为第二输出值。
此外，异常判断部也可以不计算出第一输出值和第二输出值的差，而是当在向氢火焰导入烃的浓度已知的气体时从取得电路输出的第二输出值或从所述第二输出值得到的第二关联值成为规定值以上时判断为异常，此时，考虑所述第一输出值后设定所述规定值。
此外，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明的发明思想的范围内可以进行各种变形。

Claims (4)

1.一种氢火焰离子化型排气分析仪，其特征在于，根据向氢火焰导入了排气时产生的离子电流，测量所述排气所含的测量对象物质的浓度，
所述氢火焰离子化型排气分析仪包括：
收集电极，捕捉通过所述氢火焰从所述排气生成的离子；
取得电路，与所述收集电极电连接，取得所述收集电极捕捉到所述离子而产生的离子电流；以及
异常判断部，当第二输出值或从所述第二输出值得到的第二关联值与第一输出值或从所述第一输出值得到的第一关联值的差成为规定值以上时，判断为异常，
所述第一输出值是当所述收集电极中未流过起因于所述排气的离子电流时且在所述氢火焰熄灭的状态下，从所述取得电路输出的，
所述第二输出值是当向所述氢火焰导入了测量对象物质的浓度为已知的气体时，从所述取得电路输出的。
2.根据权利要求1所述的氢火焰离子化型排气分析仪，其特征在于，当所述排气未通过所述氢火焰燃烧时，从所述取得电路输出所述第一输出值。
3.根据权利要求1所述的氢火焰离子化型排气分析仪，其特征在于，当切断用于使电流流过所述收集电极的闭合回路时，从所述取得电路输出所述第一输出值。
4.根据权利要求1所述的氢火焰离子化型排气分析仪，其特征在于，所述氢火焰离子化型排气分析仪还包括净化判断部，所述净化判断部判断净化输出值或从所述净化输出值得到的关联值是否小于规定的基准值，
当使净化气体流过用于向所述氢火焰导入排气的排气导入通道从而向所述氢火焰导入了净化气体时，通过所述取得电路得到所述净化输出值。
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