CN103733046B - 气体分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体分析装置。气体分析装置(100)包括：一个照射部(2)，配置在烟道壁(1a)的外侧；第一反射镜(3)，反射从照射部(2)射出且通过试样气体(Sg)的测量光；一个受光部(4)，配置在烟道壁(1a)的外侧，接收被第一反射镜(3)反射的测量光；第二反射镜(5)，配置在烟道壁(1a)的外侧，向受光部(4)反射测量光；已知物质收容部(6)，设置在照射部(2)和第二反射镜(5)之间光路上的空间内，收容已知物质；运算部(7)，使用由第一反射镜(3)反射从照射部(2)射出的测量光来分析试样气体(Sg)，并且使用由第二反射镜(5)反射从照射部(2)射出的测量光，进行使用已知物质的气体分析装置(100)的修正或校准；以及切换部(8)，配置在烟道壁(1a)的外侧，进行成分浓度的分析时使第二反射镜(5)从光路上离开，进行修正或校准时将第二反射镜(5)配置在光路上。

Description

气体分析装置
技术领域
本发明涉及一种气体分析装置，特别是涉及一种利用光吸收法对试样气体中规定成分的浓度进行特定分析的气体分析装置。
背景技术
以往，从燃烧煤或重油的锅炉中排出的燃烧排气中含有NOx、Sox、CO2、CO等成分。并且，开发出一种分析气体中上述成分含有量的气体分析装置。作为这种气体分析装置，例如开发了一种采用探头方式的装置。探头方式的气体分析装置利用配置在探头前端部的反射镜反射从光源射出的测量光，并且基于被该反射镜反射的测量光的信息来分析试样气体的成分浓度。
在以往探头方式的气体分析装置中，有时除了具有上述成分浓度分析功能以外还具有零点修正功能。例如利用光耦合器、分束器将从光源射出的一束测量光分路成两束，将其中的一束光束用于气体成分分析，并将另一束光束用于零点修正。用于气体成分分析的光束和用于零点修正的光束被输入不同的受光部而分别进行信号处理。
但是，在上述气体分析装置中存在以下课题。即，光耦合器、分束器具有波长依存性，因波长区域不同而不能以相同强度输出分路后的两束光束。此外，在受光部中也存在个体差异(机差)，虽然只要是相同方式设计的受光部，原本对于相同输入一定能够生成相同的输出，但是实际上输出大多存在稍许不同。此外，位于受光部后半部分的信号处理电路也是针对每个受光部使用不同的装置，各信号处理电路的处理结果中也存在稍许的个体差异。因此，从上述分路后的两束光束中得到的信号处理结果中，很有可能因各部件个体差异而产生累计差异。因此，存在如下课题：不能进行准确的零点修正而难以进行高精度的成分分析。此外，由于分别处理分路后的两束光束而需要不同的系统(由受光部和信号处理电路构成的系统)，所以导致整个分析装置大型化。此外，存在如下课题：因来自各系统的发热使整个分析装置中的发热量变大，信号处理响应等的耐久性下降。探头方式的气体分析装置安装在烟筒等上来使用，容易受到试样气体热量的影响而成为高温，从而特别容易老化。
此外，专利文献1中公开了一种探头方式的气体分析装置，除了具有成分浓度分析功能以外还具有校准功能。专利文献1中公开的气体分析装置具有探头管，该探头管形成有导入试样气体的导入孔。上述探头管的包含前端部的大部分配置在烟道壁内侧(烟道侧)，仅基端部配置在烟道壁外侧(与烟道相反侧)。在上述气体分析装置中，测量光从配置在烟道壁外侧的光源向探头管内的试样气体射出。测量光被配置在筒状箱体前端部的第一反射镜反射，由配置在烟道壁外侧的受光传感器接收该反射的测量光。可以基于在受光传感器中得到的测量光的信息，计算包含在试样气体中的规定成分的浓度。
如上所述，上述气体分析装置具有如下功能：由第一反射镜反射从光源射出的测量光并分析试样气体的成分浓度。气体分析装置还具有如下功能：由第二反射镜反射从光源射出的测量光并进行气体分析装置的校准。第二反射镜配置在探头管的中途部且配置在烟道壁内侧。第二反射镜能够利用切换部来改变位置。上述切换部配置在探头筒的中途部且配置在烟道壁内侧，当进行成分浓度的分析时使第二反射镜从光路上离开，而进行校准时将第二反射镜配置在光路上。可以通过切换部的切换动作，选择性地进行气体的成分浓度分析和气体分析装置的校准。
专利文献1：美国专利第5781306号说明书。
发明内容
鉴于上述实际情况，本发明的目的在于提供一种气体分析装置，该气体分析装置紧凑且能够降低制造成本、保养成本，并且浓度分析精度高。
本发明提供一种气体分析装置，分析在烟道内流动的试样气体中的规定成分浓度。气体分析装置包括：一个照射部、第一反射镜、一个受光部、第二反射镜、已知物质收容部、运算部和切换部。
照射部配置在构成烟道的壁的外侧，向试样气体中照射测量光。
第一反射镜反射从照射部射出且通过试样气体的测量光。
受光部配置在照射部的附近且配置在壁的外侧，接收被第一反射镜反射的测量光。
第二反射镜配置在壁的外侧，向受光部反射测量光。
已知物质收容部设置在照射部和第二反射镜之间以及第二反射镜和受光部之间光路上的空间区域内，收容使从照射部照射的测量光不衰减或衰减规定量的已知物质。
运算部使用被第一反射镜反射的测量光来分析试样气体的成分浓度。运算部使用被第二反射镜反射的测量光，进行使用气体分析装置的已知物质实施的修正和校准中的至少一个。
切换部配置在壁的外侧，进行成分浓度的分析时使第二反射镜从光路上离开，进行修正和校准中的至少一个时将第二反射镜配置在光路上。
“已知物质”只要是照射测量光时预先知道透射光量的物质即可。即，“已知物质”例如包括将零点气体、跨度气体以及光透射板和光学元件，上述光透射板和光学元件相对于测量光完全透明或将透射的测量光限制为规定量。
此外，“修正”包含零点修正，从照射部向已知物质照射测量光，并接收透射该已知物质的测量光。“校准”包含零点校准和量程校准，从照射部向已知物质照射测量光，并接收透射该已知物质的测量光。
此外，“使测量光不衰减”是指使测量光完全透射。作为具有这种性质的已知物质例举了零点气体。
按照这种装置，由于第二反射镜和切换部配置在烟道壁的外侧，所以上述部件不会处于高温试样气体中。因此，可以抑制第二反射镜和切换部劣化，从而可以抑制部件更换频度并降低保养成本。此外，利用切换部的切换动作，可以选择性地设定使第二反射镜离开光路的状态和将第二反射镜配置在光路上的状态。因此，不需要由光分束器、耦合器分路为两束光束，就可以由一个受光部进行成分浓度分析以及零点修正、零点校准、量程校准等。因此，不会受到像以往那样因设置有二个受光部而受到个体差异的影响，可以以高精度进行成分浓度分析。此外，可以由一个系统(由受光部、信号处理电路构成的系统)进行成分浓度分析以及零点修正、零点校准、量程校准等。因此，可以由较少的部件个数、紧凑地构成整个气体分析装置，从而可以降低制造成本。此外，由于第二反射镜和切换部配置在烟道壁的外侧，所以可以容易地更换上述部件。
切换部可以具有进退移动机构，该进退移动机构能够使上述第二反射镜从上述光路上离开，或可以将上述第二反射镜配置在光路上。
在上述装置中，可以通过使第二反射镜进退，使该第二反射镜从光路上离开，或将该第二反射镜配置在光路上。因此，可以通过简单的结构可靠地切换第二反射镜的位置。
当将第二反射镜配置在光路上时，该第二反射镜可以起到闸门构件的作用，分断烟道侧和已知物质收容部。
进退移动机构可以具有气缸或电动机。
进退移动机构可以具有定位机构，利用气缸或电动机的动作将第二反射镜配置在光路上时，该定位机构使第二反射镜始终朝向相同方向并将其定位于相同位置。
在上述装置中，当利用来自气缸或电动机的力使第二反射镜返回到光路上时，由定位机构使第二反射镜朝向相同方向并将其定位于相同位置。特别是由于不需要用于定位的复杂机构或特别的能源，所以可以降低成本。
定位机构可以具有固定在第二反射镜上的支架和承载(接住)支架的轴承构件。在这种情况下，轴承构件具有圆锥形的凹部。支架具有圆锥形或球形的凸部。凹部具有梯形的第一平面，该第一平面在凹部的一部分上朝向底部宽度变窄。在凸部上形成有第二平面，该第二平面能够与第一平面互补地抵接。
在上述装置中，如果气缸或电动机将第二反射镜和支架向轴承构件按压，则支架的凸部嵌入轴承构件的凹部内。此时，通过上述形状，容许凸部相对于凹部在转动方向上移动的状态下，该凸部接近凹部，最后，凸部的第二平面与凹部的第一平面互补地抵接。在这种状态下，凸部不能相对于凹部沿移动方向和转动方向移动。由此，第二反射镜始终朝向相同方向被定位于相同位置。
已知物质收容部可以是具有光透射性室。
气体分析装置还可以包括筒状的探头管，该探头管设置有将试样气体导入内部的导入孔。在这种情况下，照射部向探头管内的试样气体中照射测量光。
上述装置可以应用于向壁上的安装和保养管理容易的探头式的气体分析装置。
探头管可以具有配置在壁内侧的前端和配置在壁外侧的基端。在这种情况下，第一反射镜配置在探头管的前端部上。此外，第二反射镜配置在探头管的基端部上。
在上述装置中，由于第二反射镜配置在探头管的基端部(烟道壁的外侧)上，所以更换第二反射镜时，可以不需要将探头从烟道中抽出，容易进行更换。
已知物质收容部可以配置在探头管的基端部上。
在与配置有第二反射镜一侧的相反侧，第一反射镜可以配置在壁的外侧。
在上述装置中，将第一反射镜配置在烟道的与配置有第二反射镜一侧的相反侧的壁的外侧，即，可以应用于开口孔型的气体分析装置。
按照本发明，可以提供一种气体分析装置，该气体分析装置紧凑且可以降低制造成本、保养成本，并且分析精度良好。
附图说明
图1是第一实施方式的气体分析装置的外观结构图。
图2是图1所示的气体分析装置的包含A-A断面的图，是表示气体浓度分析模式的图。
图3是图1所示的气体分析装置的包含A-A断面的图，是表示修正模式或校准模式的图。
图4是表示第一实施方式的切换部结构的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。
图5是表示第一实施方式的切换部结构的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。
图6是表示第一实施方式的切换部其他结构的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。
图7是表示第一实施方式的切换部其他结构的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。
图8是表示第二实施方式的气体分析装置内部结构的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。
图9是表示第二实施方式的气体分析装置内部结构的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。
图10是表示第三实施方式的切换部结构的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。
图11是轴承构件立体图。
图12是轴承构件俯视图。
图13是图10的局部放大图。
图14是作为第三实施方式第一变形例的定位机构的断面图。
图15是第三实施方式第二变形例的轴承构件的立体图。
附图标记说明
100、200 气体分析装置
1 烟道
1a 烟道壁
2 照射部
3 第一反射镜
4 受光部
5 第二反射镜
6 已知物质收容部
7 运算部
8 切换部
81 弹簧
82、820 弹簧机构
83、830 空气压力机构
84 气缸
840 一个空气室
841 另一个空气室
85 供给侧阀
86 排出侧阀
87 活塞
88 杆
9 探头管
91 导入孔
11 光学单元箱体
12 光学窗
14、16 净化空气导入口
15 凸缘
17、18 孔
19 第一单元
20 第二单元
Lb 测量光
Sg 试样气体
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，对第一实施方式的气体分析装置100进行说明。气体分析装置100是所谓探头方式的气体分析装置。图1是第一实施方式的气体分析装置的外观结构图。图2是图1所示的气体分析装置的包含A-A断面的图，是表示气体浓度分析模式的图。图3是图1所示的气体分析装置的包含A-A断面的图，是表示修正模式或校准模式的图。
第一实施方式的气体分析装置100是用于分析在烟道1内流动的试样气体中规定成分的浓度的气体分析装置。气体分析装置100例如是非分散型红外分析计(Non-dispersive Infrared Analyzer：NDIR)。
如图2、图3所示，气体分析装置100包括：一个照射部2、第一反射镜3、一个受光部4、第二反射镜5、已知物质收容部6、运算部7、切换部8和探头管9。第一反射镜3、第二反射镜5和已知物质收容部6收容在探头管9中。照射部2和受光部4构成光学单元，上述装置收容在光学单元箱体11内。在箱体11和探头管9的连接部位上配置有光学窗12。光学窗12是由透射测量光Lb的材料形成的板状构件。
探头管9是设置有导入孔91的圆筒状构件，该导入孔91利用扩散将试样气体Sg导入内部。探头管9的材质可以与气体分析装置100的使用环境对应来选择任意的金属材料。例如，如图1所示，导入孔91在探头管9的侧面形成为断续的狭缝。如图2所示，在探头管9内的前端部具有第一反射镜3。另一方面，在探头管9内的基端部具有第二反射镜5和已知物质收容部6。
利用凸缘15将探头管9固定在烟道壁1a上。凸缘15是用于将气体分析装置100固定在排出试样气体Sg的烟道壁1a或封入试样气体Sg的容器上的构件。凸缘15例如是圆盘板状的构件，在探头管9的基端部侧(与光学单元连接的一侧)设置成被贯通探头管9。凸缘15例如通过螺钉拧紧固定在烟道壁1a上。利用凸缘15将探头管9的前端侧部分配置在烟道壁1a内侧，并且利用凸缘15将基端侧部分配置在烟道壁1a外侧。
未限定探头管的材料、形状、位置。此外，也未限定设置在探头管上的导入孔的位置、形状、个数。
照射部2配置在构成筒状烟道1的烟道壁1a的外侧，向在探头管9内流动的试样气体Sg中照射测量光Lb。作为照射部2典型的是红外线激光振荡装置等、射出直线前进性高的规定波长区域光的光源装置。
第一反射镜3将从照射部2射出并通过探头管9内的测量光Lb向受光部4反射。即，第一反射镜3将从照射部2射出的光(光轴)的朝向改变为朝向受光部4的方向，该第一反射镜3例如是角隅棱镜，在图2所示的例子中为角隅棱镜。另外，第一反射镜3也可以是角隅棱镜反射镜。
受光部4配置在照射部2附近、且配置在烟道壁1a外侧，用于接收被第一反射镜3反射的测量光Lb。受光部4是受光装置，在受光面接收测量光Lb。作为受光部4典型的是光电二极管等光电转换装置。受光部4与运算部7电连接，将与接收到的测量光Lb相关的信息(例如光量)作为电信号向运算部7发送。
第二反射镜5配置在烟道壁1a外侧，用于将测量光Lb向受光部4反射。即，第二反射镜5是将从照射部2射出的光(光轴)的朝向改变成朝向受光部4方向的装置，例如是角隅棱镜，在如图2所示的例子中为角隅棱镜。另外，第二反射镜5也可以是角隅棱镜反射镜。
已知物质收容部6设置在照射部2和第二反射镜5之间以及第二反射镜5和受光部4之间光路上的空间区域。已知物质收容部6收容使从照射部2照射的测量光Lb不衰减或衰减规定量的已知物质。在此，“已知物质”只要是照射测量光Lb时预先知道透射的光量的物质即可。即，“已知物质”例如包含零点气体、跨度气体、以及光透射板和光学元件，上述光透射板和光学元件相对于测量光完全透明或将透射的测量光限制为规定量。在图2、图3所示的例子中，已知物质收容部6填充有用于对气体分析装置100进行修正或校准而使用的已知气体(零点气体或跨度气体)。已知物质收容部6例如可以包括：光透射性室61；气体导入管62，向室61内提供已知气体；以及气体排出管63，排出室61内的已知气体。在第一实施方式中，“修正”例如是指进行零点修正。此外，“校准”例如是指进行零点校准或量程校准。零点气体是用于修正气体分析装置100零点的标准气体，例如可以采用氮气。
另外，已知物质收容部6的结构并不限于上述结构。例如在已知物质收容部6未设置光透射性室61且第二反射镜5配置在光路上的状态下，也可以向光学窗12和第二反射镜5之间的空间区域导入并填充已知气体。此外，当进行校准时，只要使跨度气体进入已知物质收容部6内或使零点气体和跨度气体交替进入即可。
运算部7(运算处理装置)控制照射部2、受光部4和切换部8的动作。此外，运算部7基于由第一反射镜3反射从照射部2射出的测量光Lb而从受光部4接收到的信号来分析探头管9内的试样气体Sg的成分浓度。此外，运算部7使第二反射镜5反射从照射部2射出的测量光Lb并进行使用了已知气体的气体分析装置100的修正或校准。
作为运算部7典型的是包括：CPU(Central Processing Unit中央处理单元)等信息处理装置、存储器等存储装置、接收用户操作的接口装置、以及显示分析结果的显示装置等。运算部7基于用户操作和存储在存储装置内的程序进行运算处理。
另外，运算部7的上述多个功能可以由单一的信息处理装置实现，也可以由多个信息处理装置实现。
切换部8配置在烟道壁1a外侧，在进行成分浓度分析时使第二反射镜5从光路上离开(参照图2、图4)，在进行修正或校准时将第二反射镜5配置在光路上(参照图3、图5)。
切换部8的结构并没有特别限定，例如可以是图4、图5所示的结构。图4是表示切换部8结构的一个例子的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。图5是表示切换部8结构的一个例子的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。在图4、图5所示的例子中，切换部8具有进退移动机构，用于使第二反射镜5从光路上离开、或将其配置在该光路上。进退移动机构包括：弹簧机构82，利用弹簧81的弹力将第二反射镜5配置在光路上；以及空气压力机构83，利用对抗弹簧81弹力的空气压力使第二反射镜5从光路上离开。
空气压力机构83包括：气缸84、供给侧阀85、排出侧阀86、活塞87和杆88。气缸84设置在第二反射镜5的上方。供给侧阀85向气缸84提供空气压力。排出侧阀86排出气缸84内的空气。气缸84通过活塞87具有二个空气室。一个空气室840形成在气缸84的基端侧底部和活塞87之间，在该一个空气室840内配置有压缩螺旋型弹簧81。在另一个空气室841内未配置弹簧。供给侧阀85和排出侧阀86与另一个空气室841连接，向该另一个空气室841内提供来自压缩机的空气，此外，排出该另一个空气室841内的空气。
如图4所示，当供给侧阀85打开、排出侧阀86关闭时，来自压缩机的空气通过供给侧阀85流入另一个空气室841内。其结果，该另一个空气室841内的气压升高。如果与弹簧81的弹力相比由空气压力产生的力大，则弹簧81收缩而活塞87上升。伴随活塞87的上升，与杆88连接的第二反射镜5上升，第二反射镜5离开光路。
另一方面，如图5所示，当供给侧阀85关闭、排出侧阀86打开时，来自压缩机的空气被供给侧阀85切断，另一个空气室841内的空气压力下降。如果弹簧81的弹力大于由空气压力产生的力，则弹簧81伸长而活塞87下降。伴随活塞87的下降，与杆88连接的第二反射镜5下降，第二反射镜5配置在光路上。
此外，如图5所示，当因停电等导致异常而使来自压缩机的空气供给被切断时，即使供给侧阀85打开，另一个空气室841内的空气压力也下降。如果弹簧81的弹力大于由空气压力产生的力，则弹簧81伸长而活塞87下降。伴随活塞87的下降，与杆88连接的第二反射镜5下降，第二反射镜5配置在光路上。由于第二反射镜5起到闸门构件的作用而封闭探头管9内部，所以可以防止试样气体Sg进入照射部2一侧。
另外，由于切换部8只要配置在烟道壁1a外侧即可，所以能够具有各种变形例。例如，代替上述结构，切换部8的结构可以是图6、图7所示的结构。图6是表示切换部8结构的一个例子的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。图7是表示切换部8结构的一个例子的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。在图6、图7所示的例子中，切换部8具有进退移动机构，用于使第二反射镜5从光路上离开或将其配置在该光路上。进退移动机构包括：弹簧机构820，利用弹簧810的弹力，使第二反射镜5从光路上离开；以及空气压力机构830，利用克服弹簧810弹力的空气压力将第二反射镜5配置在光路上。
空气压力机构830包括：气缸84、供给侧阀85、排出侧阀86、活塞87和杆88。气缸84设置在第二反射镜5上方。供给侧阀85向气缸84提供空气压。排出侧阀86排出气缸84内的空气。气缸84通过活塞87具有二个空气室。一个空气室840形成在气缸84的基端侧底部和活塞87之间，在该一个空气室840内配置有拉伸螺旋型弹簧810。在另一个空气室841内未配置弹簧。供给侧阀85和排出侧阀86与一个空气室840连接，向该一个空气室840内提供来自压缩机的空气，并且排出该一个空气室840内的空气。
如图6所示，当供给侧阀85关闭、排出侧阀86打开时，来自压缩机的空气被供给侧阀85切断，一个空气室840内的空气压力下降。如果弹簧810的弹力大于由空气压力产生的力，则弹簧810收缩而活塞87上升。伴随活塞87的上升，与杆88连接的第二反射镜5上升，第二反射镜5离开光路。
此外，如图6所示，当因停电等导致异常而使来自压缩机的空气供给被切断时，即使供给侧阀85打开，一个空气室840内的空气压力也下降。如果弹簧810的弹力大于由空气压力产生的力，则弹簧810收缩而活塞87上升。伴随活塞87的上升，与杆88连接的第二反射镜5上升，第二反射镜5离开光路。
另一方面，如图7所示，当供给侧阀85打开、排出侧阀86关闭时，来自压缩机的空气通过供给侧阀85被提供到一个空气室840内。其结果，一个空气室840内的空气压力升高。如果由空气压力产生的力大于弹簧810的弹力，则弹簧810伸长而活塞87下降。伴随活塞87的下降，与杆88连接的第二反射镜5下降，第二反射镜5配置在光路上。
如图2所示，在上述探头管9上设置有净化空气导入口14，净化空气导入口14用于将净化空气Pa导入探头管9内部。例如，如图2所示，净化空气导入口14设置在烟道壁1a外侧、且设置在第二反射镜5的烟道侧。通过从以上述方式配置的净化空气导入口14以规定压力导入净化空气Pa，可以防止探头管9内的试样气体Sg和/或粉尘与光学窗12接触，从而可以抑制光学窗12的脏污和腐蚀。另外，图2中由黑色粗线箭头表示净化空气Pa流路的形态。此外，图2中由白色箭头表示试样气体Sg流路的形态。
此外，探头管9包括净化空气导入管16，该净化空气导入管16将净化空气Pa导入到第一反射镜3的前面，并对第一反射镜3进行保护。按照这种结构，可以防止探头管9内的试样气体Sg和/或粉尘与第一反射镜3接触，从而可以抑制第一反射镜3的脏污和腐蚀。
此外，如图2所示，在探头管9上、且在导入孔91相对面的两端侧(试样气体Sg流动的上游侧)上分别形成有孔17、18。通过使试样气体Sg从上述孔17、18流入，可以防止净化空气Pa流入探头管9的中央部，净化空气Pa与试样气体Sg混合并从导入孔91排出(SgPa)。导入孔91也可用作排出净化空气Pa的排出口。
接着，对气体分析装置100的使用方法进行说明。
首先，对进行通常气体浓度分析的情况进行说明。
用户对运算部7指示执行气体浓度分析。由此，如图2、图4所示，利用切换部8使第二反射镜5离开从照射部2射出的测量光Lb的光路。从照射部2射出的测量光Lb通过探头管9内的试样气体Sg而被第一反射镜3反射，上述反射的测量光Lb再次通过试样气体Sg而被受光部4接收。当测量光Lb通过试样气体Sg时，其一部分被试样气体Sg吸收。运算部7根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，得出试样气体Sg中的测量光Lb的吸收量。运算部7可以进一步基于该吸收量计算包含在试样气体Sg中的规定成分的浓度。
接着，说明进行修正(零点修正)的情况。
用户对运算部7指示执行修正。由此，如图3、图5所示，利用切换部8将第二反射镜5配置在从照射部2射出的测量光Lb的光路上。从照射部2射出的测量光Lb通过向已知物质收容部6内提供的零点气体而被第二反射镜5反射，上述反射的测量光Lb再次通过已知物质收容部6内的零点气体而被受光部4接收。运算部7可以根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，计算零点修正用的标准值。运算部7使用计算出的标准值，进行气体分析装置100的零点修正。零点修正的执行例如可以每小时进行。另外，零点修正可以根据用户的指示逐一进行，也可以自动定期进行。
接着，说明进行校准的情况。在此，以执行零点修正和量程校准两者的情况为例进行说明。
当执行零点修正和量程校准时，使零点气体和跨度气体交替进入已知物质收容部6。并且，如图3、图5所示，利用切换部8将第二反射镜5配置在从照射部2射出的测量光Lb的光路上。当导入零点气体时，从照射部2射出的测量光Lb通过向已知物质收容部6内提供的零点气体而被第二反射镜5反射。反射的测量光Lb再次通过已知物质收容部6内的零点气体而被受光部4接收。运算部7可以根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，计算零点修正用的标准值。并且，当导入跨度气体时，从照射部射出的测量光Lb通过向已知物质收容部6内提供的跨度气体而被第二反射镜5反射。并且，上述反射的测量光Lb再次通过已知物质收容部6内的跨度气体而被受光部4接收。运算部7可以根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，计算量程校准用的标准值。运算部7使用导入零点气体时和导入跨度气体时分别计算出的标准值，来进行气体分析装置100的校准。校准的执行例如可以每小时进行。另外，校准可以根据用户的指示逐一进行，也可以自动定期进行。
按照第一实施方式，由于第二反射镜5和切换部8配置在烟道壁1a的外侧，所以能够得到以下多种效果。另外，在第一实施方式中，并没有必要得到以下全部效果，只要能够得到一种或一部分即可。
1)第二反射镜5和切换部8未处于高温的试样气体Sg中。因此，可以抑制第二反射镜5和切换部8劣化，从而可以抑制部件更换频度并降低维护保养成本。另外，在本实施方式中，为了以高精度进行成分浓度分析(采样)，进行修正或校准中的至少一个。使用于修正的零点气体的温度为不需要与分析对象气体的温度同等程度(因为零点气体与温度无关、实质上不吸收测量光)。因此，在本实施方式中，可以将已知物质收容部6与第二反射镜5一起配置在烟道壁1a的外侧。另外，即使将已知物质收容部6与第二反射镜5一起配置在烟道壁1a的外侧，也可以进行如上所述的校准。
2)利用切换部8的切换动作，可以选择性地设定使第二反射镜5离开光路的状态和将第二反射镜5配置在光路上的状态。因此，不需要由光分束器、耦合器分路成两束光束，就可以由一个受光部4进行成分浓度分析以及零点修正、零点校准、量程校准。因此，不会像以往那样因设置二个受光部而受到个体差异的影响，能够以高精度进行成分浓度分析。
3)可以由一个系统(由受光部4、运算部7构成的系统)进行成分浓度分析以及零点修正、零点校准、量程校准。因此，可以由较少的部件个数紧凑地构成整个气体分析装置100，从而可以降低制造成本。
4)由于第二反射镜5和切换部8配置在烟道壁1a的外侧，所以可以容易地更换上述部件。
此外，图4、图5中图示的进退移动机构采用常闭方式。即，当由阀85、86的正常动作进行空气的供给时，空气压力克服弹簧81的弹力而使第二反射镜5离开光路，气体分析装置100成为气体浓度分析模式(参照图4)。另一方面，当由阀85、86的正常动作切断空气的供给时，利用弹簧81的弹力将第二反射镜5配置在光路上，气体分析装置100成为零点修正模式或校准模式(参照图5)。此外，当因停电等异常切断空气的供给时，利用弹簧81的弹力将第二反射镜5配置在光路上，气体分析装置100成为零点修正模式或校准模式(参照图5)。由此，停电等异常时第二反射镜5作为闸门构件发挥功能，可以防止试样气体Sg进入照射部2和/或受光部4一侧。
此外，图6、图7图示的进退移动机构采用常开方式。即，当由阀85、86的正常动作进行空气的供给时，空气压力克服弹簧810的弹力将第二反射镜5配置在光路上，气体分析装置100成为修正模式或校准模式(参照图7)。另一方面，当由阀85、86的正常动作切断空气的供给时，利用弹簧810的弹力使第二反射镜5离开光路，气体分析装置100成为气体浓度分析模式(参照图6)。此外，当因停电等异常而切断空气的供给时，利用弹簧810的弹力使第二反射镜5离开光路，气体分析装置100成为气体浓度分析模式(参照图6)。
(第二实施方式)
下面，对第二实施方式的气体分析装置200进行说明。气体分析装置200是所谓开口孔型的气体分析装置。图8是表示第二实施方式的气体分析装置内部结构的断面图，是表示气体浓度分析模式的图。图9是表示第二实施方式的气体分析装置内部结构的断面图，是表示零点修正模式的图。主要对第二实施方式与第一实施方式的不同点进行说明，与第一实施方式相同的结构采用相同的附图标记并省略了其说明。
在第二实施方式中，如图8、图9所示，气体分析装置200由以单独个体方式形成的第一单元19和第二单元20构成。第一单元19安装在试样气体Sg流动的烟道壁1a的一个侧面上，第二单元20以与第一单元19相对的方式安装在烟道壁1a的另一个侧面上。
第一单元19包括：照射部2、受光部4、第二反射镜5、已知物质收容部6、运算部7、切换部8、光学窗12A和净化空气导入口14A。净化空气导入口14A在第二反射镜5的前面向与烟道壁1a连接的空间内导入净化空气Pa。第一单元19具有在凸缘15A和照射部2、受光部4之间延伸的筒状构件114。在筒状构件114内收容有已知物质收容部6和切换部8。
第二单元20包括：第一反射镜3、光学窗12B和净化空气导入口14B。净化空气导入口14B在光学窗12B的前面向与烟道壁1a连接的空间内导入净化空气Pa。
接着，对气体分析装置200的使用方法进行说明。
首先，说明进行通常气体浓度分析的情况。
用户对运算部7指示执行气体浓度分析。由此，如图8所示，利用切换部8使第二反射镜5离开从照射部2射出的测量光Lb的光路。从照射部2射出的测量光Lb通过烟道1内的试样气体Sg而被第一反射镜3反射，上述反射的测量光Lb再次通过烟道1内的试样气体Sg而被受光部4接收。测量光Lb通过试样气体Sg时其一部分被试样气体Sg吸收。运算部7可以根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，得出试样气体Sg中的测量光Lb的吸收量。运算部7可以进一步基于该吸收量计算包含在试样气体Sg中的规定成分的浓度。
接着，说明进行零点修正的情况。
用户对运算部7指示执行零点修正。由此，如图9所示，利用切换部8将第二反射镜5配置在从照射部2射出的测量光Lb的光路上。从照射部2射出的测量光Lb通过已知物质收容部6内的零点气体而被第二反射镜5反射，上述反射的测量光Lb再次通过已知物质收容部6内的零点气体而被受光部4接收。运算部7可以根据在受光部4得到的测量光Lb的信息与从照射部2照射时点的测量光Lb信息之间的差，计算零点修正用的标准值。运算部7使用计算出的标准值，进行气体分析装置200的零点修正。零点修正的执行例如可以每小时进行。另外，零点修正可以由用户的指示逐一进行，也可以自动定期进行。
由于在第二实施方式中，第二反射镜5和切换部8也配置在烟道壁1a外侧，所以可以起到与第一实施方式相同的良好效果。
由于已知物质收容部6只要配置在烟道壁1a的外侧即可，所以能够具有各种变形例。下面，对上述变形例进行说明。
在上述各实施方式中，已知物质收容部6收容零点气体或跨度气体，但是代替于此，也可以收容相对于测量光Lb完全透明或将透射的测量光Lb限制为规定量的光透射板和/或光学元件。
此外，在上述各实施方式中，已知物质收容部6固定配置在探头管9或筒状构件114中，但是代替于此，也可以是能够进出探头管9或筒状构件114的结构。在这种情况下，可以在将已知物质收容部6配置在探头管9或筒状构件114内的状态下，进行气体分析装置的修正或校准，并且可以在将已知物质收容部6取出到探头管9外部的状态下，进行气体浓度分析。作为进出机构例如可以采用与上述进退移动机构相同的结构。
此外，在上述各实施方式中，已知物质收容部6配置在探头管9或筒状构件114中，但是代替于此，也可以配置在光学单元箱体11、第一单元19的箱体内。在这种情况下，可以使第二反射镜5接近光学窗12、12A而使它们之间实质上没有间隙。
(第三实施方式)
利用图10～图13对第三实施方式进行说明。第三实施方式仅支撑第二反射镜5的结构与所述实施方式不同。图10是表示第三实施方式的切换部结构的断面图，是表示修正模式或校准模式的图。图11是轴承的立体图。图12是轴承的俯视图。图13是图10的局部放大图。
第二反射镜5被反射镜支架104保持。
如图10所示，在上述实施方式中，进退移动机构具有定位机构101，当气缸84使第二反射镜5返回到光路上时，该定位机构101用于使第二反射镜5始终朝向相同方向并将其定位于相同位置。
定位机构101配置在第二反射镜5和反射镜支架104的下方，由轴承构件102和设置在反射镜支架104上的凸部103构成。
如图11所示，轴承构件102是板状构件。在轴承构件102上形成有上面开口的凹部105。凹部105是大体圆锥形状。凹部105具有圆锥面106。在凹部105上形成有第一平面107，该第一平面107在圆周方向的一部分上从凹部105的圆锥面106的外径内侧向底部延伸。第一平面107为朝向底部宽度变窄的梯形。另外，第一平面107的上边缘107a配置在照射部2和受光部4一侧，上边缘107a与光路垂直。
反射镜支架104的凸部103为大体球形。凸部103具有球面103a。此外，凸部103在圆周方向的一部分上形成有第二平面103b。第二平面103b以将球面的一部分向内侧切削的方式形成，形状和大小与第一平面107对应。
另外，第一平面107和第二平面103b形成为朝向第二反射镜5的反射面的一侧(朝向箭头A所示的照射部2和受光部4的一侧)。
在上述装置中，当利用来自气缸84的力使第二反射镜5返回到光路上时，由定位机构101使第二反射镜5朝向相同朝向并将其定位于相同位置。特别是由于不需要用于定位的复杂机构或特别的能源，所以降低了成本。
更具体地说，如果气缸84将第二反射镜5和反射镜支架104向轴承构件102按压，则反射镜支架104的凸部103嵌入轴承构件102的凹部105。此时，通过上述形状，凸部103在被容许相对于凹部105于转动方向上移动的状态下，沿上下方向移动，最后，凸部103的第二平面103b与凹部105的第一平面107互补地抵接。在这种状态下，凸部103不能相对于凹部105沿移动方向和转动方向移动。由此，第二反射镜5始终朝向相同方向被定位在相同的位置上。
特别是仅通过气缸84按压第二反射镜5，就可以利用定位机构101高精度地确定第二反射镜5的朝向和移动方向的位置。
作为第三实施方式的第一变形例，图14中表示了定位机构101。图14是作为第三实施方式的第一变形例的定位机构的断面图。
凹部105的结构与上述实施方式相同。
反射镜支架104的凸部113为大体圆锥形状。凸部113具有圆锥面113a。此外，凸部113在圆周方向的一部分上形成有第二平面113b。第二平面113b以将圆锥面113a的一部分向内侧切削的方式形成，形状和大小与第一平面107对应。
如果气缸84将第二反射镜5和反射镜支架104向轴承构件102按压，则反射镜支架104的凸部113嵌入轴承构件102的凹部105。此时，通过上述形状，凸部113在被容许相对于凹部105沿转动方向移动的状态下，沿上下方向移动，最后，凸部113的第二平面113b与凹部105的第一平面107互补地抵接。在这种状态下，凸部113不能相对于凹部105在移动方向和转动方向上移动。此外，由此，第二反射镜5始终以相同朝向被定位于相同位置。
特别是仅通过气缸84按压第二反射镜5，就可以利用定位机构101高精度地确定第二反射镜5的朝向和移动方向的位置。
作为第三实施方式的第二变形例，图15中表示了轴承构件112。图15是第三实施方式第二变形例的轴承构件的立体图。
如图15所示，轴承构件112是板状构件。在轴承构件112上形成有上面开口的凹部115。凹部115是大体圆锥形状。凹部115具有圆锥面116。在凹部115内形成有第一平面117，该第一平面117在圆周方向的一部分上从凹部115的外径内侧向底部延伸。第一平面117成为朝向底部宽度变窄的梯形。另外，第一平面117的上边缘117a配置在照射部2和受光部4一侧，上边缘117a与光路垂直。
上述变形例中，在第一平面117的圆周方向两侧形成有第三平面118和第四平面119。第三平面118和第四平面119与第一平面117相同，成为朝向底部延伸且朝向底部宽度变窄的梯形。但是，第三平面118和第四平面119的圆周方向宽度比第一平面117的圆周方向宽度窄。
虽然未图示，但是在反射镜支架的凸部上具有能够与第一平面117、第三平面118和第四平面119互补地抵接形状的面。
按照上述结构，即使是上述变形例，也可以得到与上述实施方式相同的效果。
(其他实施方式)
以上对本发明的一种实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离发明宗旨的范围内进行各种变更。特别是能够根据需要对本说明书中记载的多个实施方式和变形例进行任意组合。
例如，第三实施方式可以与第一实施方式(包含变形例)进行组合，也可以与第二实施方式(包含变形例)进行组合。
在所述实施方式中，在进退移动机构中采用了气缸，但是由于进退移动机构只要能够使第二反射镜从光路上离开和将其配置在光路上即可，所以也可以采用其他机构。例如，代替气缸，可以采用油压缸。此外，代替气缸，也可以采用电动机。在上述情况下，例如，可以是线性电动机、或者转动式电动机和将其转动力转换成直线方向的力的转换机构的组合。
工业实用性
本发明的测量单元和气体分析装置可以应用于与以往相比能够准确地分析试样气体的测量单元和气体分析装置等。

Claims (11)

1.一种气体分析装置，分析在烟道内流动的试样气体中规定成分的浓度，其特征在于，包括：
一个照射部，配置在构成所述烟道的壁的外侧，向所述试样气体中照射测量光；
第一反射镜，反射从所述照射部射出且通过所述试样气体的测量光；
一个受光部，配置在所述照射部的附近且配置在所述壁的外侧，接收被所述第一反射镜反射的测量光；
第二反射镜，配置在所述壁的外侧，且位于所述壁与所述照射部、所述受光部之间，向所述受光部反射所述测量光；
已知物质收容部，设置在所述照射部和所述第二反射镜之间以及所述第二反射镜和所述受光部之间光路上的空间区域内，收容使从所述照射部照射的测量光不衰减或衰减规定量的已知物质；
运算部，使用被所述第一反射镜反射的所述测量光来分析所述试样气体的成分浓度，并且使用被所述第二反射镜反射的所述测量光，进行使用所述已知物质的所述气体分析装置的修正和校准中的至少一个；
切换部，配置在所述壁的外侧，且位于所述壁与所述照射部、所述受光部之间，执行所述成分浓度的分析时使所述第二反射镜从所述光路上离开，执行所述修正和所述校准中的至少一个时将所述第二反射镜配置在所述光路上；
以及探头管基端部，延伸到所述壁的外侧；
所述第二反射镜以及所述已知物质收容部设置在所述探头管基端部。
2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，所述切换部具有进退移动机构，所述进退移动机构能够使所述第二反射镜从所述光路上离开或配置在所述光路上。
3.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，所述第二反射镜配置在所述光路上时起到闸门构件的作用，分断所述烟道侧和所述已知物质收容部。
4.根据权利要求2所述的气体分析装置，其特征在于，所述进退移动机构具有气缸或电动机。
5.根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于，所述进退移动机构具有定位机构，当利用所述气缸或电动机的动作将所述第二反射镜配置在所述光路上时，所述定位机构使所述第二反射镜始终朝向相同方向并将其定位于相同位置。
6.根据权利要求5所述的气体分析装置，其特征在于，
所述定位机构具有固定在所述第二反射镜上的支架和承载所述支架的轴承构件，
所述轴承构件具有圆锥形的凹部，
所述支架具有圆锥形或球形的凸部，
所述凹部具有梯形的第一平面，所述第一平面在所述凹部的一部分上朝向底部宽度变窄，
在所述凸部内形成有第二平面，所述第二平面能够与所述第一平面互补地抵接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于，所述已知物质收容部具有光透射性室。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于还包括：
筒状的探头管，设置有将所述试样气体导入内部的导入孔，
所述照射部向所述探头管内的所述试样气体中照射所述测量光。
9.根据权利要求8所述的气体分析装置，其特征在于，
所述探头管具有配置在所述壁内侧的前端和配置在所述壁外侧的基端，
所述第一反射镜配置在所述探头管的所述前端部上，
所述第二反射镜配置在所述探头管的所述基端部上。
10.根据权利要求9所述的气体分析装置，其特征在于，所述已知物质收容部配置在所述探头管的所述基端部上。
11.根据权利要求1-6中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于，所述第一反射镜配置在所述壁的外侧且位于所述烟道的配置有所述第二反射镜侧的相反侧。
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