DE102011056953A1

DE102011056953A1 - Gaskonzentrationsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102011056953A1
Application number: DE201110056953
Authority: DE
Inventors: Takuji Oida
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-28
Also published as: JP5815377B2; JP2012150095A; US20120162655A1; US8749789B2

Abstract

Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung zur Messung eine Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz umfasst eine Lichtquelleneinheit, in der eine Lichtquelle angeordnet ist, und eine Sensoreinheit, die in einem Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist. Die Sensoreinheit umfasst einen Konzentrationsmesssensor, der konfiguriert ist, Licht aus der Lichtquelle zu empfangen, nachdem das Licht durch eine Probenzelleneinheit gegangen ist und eine Konzentration der Messzielsubstanz zu messen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Einleitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, die Gasprobe in eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors einzuleiten. Daher ist eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt so dass eine Konzentration einer in der Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz unabhängig von Fluktuationen in einer Umgebungsatmosphäre einer Messumgebung stabil und genau gemessen werden kann.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung der nationalen Phase der USA beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. §119(a) der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-290924 , eingereicht in Japan am 27. Dezember 2010, wobei der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-290924 hierdurch hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung.
Beschreibung des Stands der Technik
Es sind Vorrichtungen vorhanden, die konfiguriert sind, Konzentrationen verschiedener Gase zu messen. Wenn zum Beispiel gereinigte Luft (medizinische Luft) in einer medizinischen Einrichtung vor Ort hergestellt wird, kann die medizinische Luft mittels einer Vorrichtung hergestellt werden, die 100% O₂-Gas aus einer Gasflasche mit 100% N₂-Gas aus einer Gasflasche mit einem vorgeschriebenen Verhältnis mischt. Alternativ kann die medizinische Luft mittels einer Luftreinigungsvorrichtung hergestellt werden, die imstande ist, Kompressions-, Trocknungs- und Staubbehandlungsfunktionen auszuführen. In einer dieser Vorrichtungen wird die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der hergestellten medizinischen Luft kontinuierlich gemessen und so gesteuert, dass die Menge von CO₂ ein vorgeschriebenes Maximum von zum Beispiel 500 ml/m³ (500 ppm) nicht überschreitet.
Es kann auch ein CO₂-Analysator in einer Vorrichtung vorgesehen sein, wie eine Photosyntheseauswertungsvorrichtung zur Auswertung einer CO₂-Absorptions- oder CO₂-Emissionsfunktion einer Pflanze. Die Auswertungsvorrichtung kann zum Beispiel eine Vorrichtung sein, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 2010-10 offenbart wird. Das heißt, die Auswertungsvorrichtung kann konfiguriert werden, eine CO₂-Absorptionsfunktion oder eine CO₂-Emissionsfunktion einer Pflanze während der Photosynthese in einer natürlichen Umgebung auszuwerten. Es kann ein CO₂-Analysator unter den Komponenten der Auswertungsvorrichtung zur Messung eine CO₂-Konzentration vorgesehen sein, um die CO₂-Absorptionsfunktion oder die CO₂-Emissionsfunktion der Pflanze mit einem hohen Grad der Messgenauigkeit zu bestimmen.
In einer solchen Vorrichtung kann eine Gasprobe durch Messung einer CO₂-Konzentration mittels einer nicht dispersiven Infrarotabsorptionstechnik gemessen werden, die durch eine Vorrichtung durchgeführt werden kann, wie sie zum Beispiel in 10 und 11 gezeigt wird. Das heißt die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 umfasst eine Lichtquelleneinheit 15, in der eine Lichtquelle 14 angeordnet ist, ein Lichtverschlussmittel 16, das konfiguriert ist, Licht falls notwendig zu blockieren oder durchzulassen, eine Probenzelleneinheit 17, in der eine Probenzelle angeordnet ist, und einen Konzentrationsmesssensor 18 (Detektionsmittel).
Um CO₂ und andere Bestandteile zu messen, die in atmosphärischer Luft in winzigen Mengen enthalten sind, ist typischerweise eine hochempfindliche Messung notwendig, da der Gehalt solcher Bestandteile in der Größeordnung von nur einigen hundert Teilen pro Million beträgt. Daher wird ein KANTHAL^® Draht oder anderer Glühdraht, der eine große Lichtmenge emittiert, als die Lichtquelle 14 verwendet, und es ist eine Schwingblende oder ein anderes Lichtverschlussmittel 16 vorgesehen, um das Licht intermittierend zu blockieren, falls notwendig. Wenn eine Schwingblende verwendet wird, sind ein Motor und eine externe elektrische Stromquelle vorgesehen, um die Schwingblende anzutreiben. Folglich wird die Anzahl der Teile der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 erhöht. Als Folge davon wird es leichter, dass sich eine Spalt S zwischen der Probenzelle und dem Konzentrationsmesssensor 18 bildet.
Während außerdem die Konzentration von CO₂ in atmosphärischer Luft im Allgemeinen annährend 300 bis 400 ppm beträgt, beträgt die Konzentration von CO₂ im Atem einer Person mehrere Prozent. Wenn folglich die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 an einem Ort installiert ist, wo Menschen kommen und gehen, und/oder die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 durch eine Person bedient wird, dann wird die Konzentration von CO₂, die die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 umgibt, typischerweise fluktuieren. Entsprechend wird dann, wenn eine Verbrennungsvorrichtung nahe der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 installiert ist, die Konzentration von CO₂ steigen, die die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 umgibt, und die Konzentration von CO₂, die das optische System (insbesondere den Konzentrationsmesssensor 18) umgibt, wird fluktuieren, was es folglich schwierig macht, die CO₂-Konzentration genau zu messen.
Selbst wenn die Vorrichtung des weiteren an einem Ort aufgebaut ist, wo der Zugang von Menschen eingeschränkt ist, ist eine Standardkonzentration von CO₂ für das Innere von bestimmten Gebäuden (z. B. kommerziellen Einrichtungen und Büros mit einer Fläche von 3000 m² oder weniger) nach typischen Gebäudebewirtschaftungsvorschriften auf 1000 ppm oder weniger festgelegt. Jedoch ist diese Konzentration höher als der Standard für medizinische Luft. Selbst wenn folglich die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 an einem Ort aufgebaut ist, wo der Zugang eingeschränkt ist, gibt es eine Möglichkeit, dass die Konzentration einer Zielmesssubstanz nicht mit einer ausreichenden Stabilität oder Genauigkeit gemessen werden kann. Bei einem Versuch, diese Probleme zu vermeiden, kann die gesamte Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 in ein Vorrichtungsgehäuse 19 eingeschlossen werden, wie in 10 gezeigt. Das Vorrichtungsgehäuse 19 ist vollständig abgedichtet, um zu verhindern, dass Umgebungsluft in die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 13 strömt. Zum Beispiel werden alle Spalten mit einem Dichtungsmaterial gefüllt, und jeder Spalt des Analysators wird mit N₂ oder einem anderen Inertgas gespült, wie in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 64-2889 beschrieben.
Ferner sind die oben erläuterten Probleme nicht auf die Messung der Konzentration von CO₂ in medizinischer Luft beschränkt, sondern treten auch bei der Messung der Konzentration von H₂O in Luft auf. Dieselben oder ähnliche Probleme existieren auch bei der Messung einer CO₂-Konzentration, um eine CO₂-Absorption oder Emissionsfunktion einer Pflanze mittels der oben erwähnten Photosyntheseauswertungsvorrichtung zu verstehen.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn die gesamte Vorrichtung in einem vollständig abgedichteten Gehäuse eingeschlossen wird, wie oben erläutert, wird die Größe der Vorrichtung erhöht. Auch wenn die Vorrichtung durch eine Person bedient wird, ist die Vorrichtung konfiguriert, von außen bedient zu werden, was technisch und vom Kostenstandpunkt schwierig zu erreichen ist. Selbst wenn die Spalten mit einem Abdichtungsmaterial gefüllt werden, ist es des weiteren schwierig, alle Spalten so abzudichten, dass keine Undichtigkeiten auftreten. Außerdem wird das Abdichtungsmaterial entfernt und ersetzt werden müssen, wenn an der Vorrichtung eine Wartung durchgeführt wird. Selbst wenn folglich die Abdichtung erreicht werden kann, kann die Abdichtung zu zusätzlichen Arbeiten und Kosten führen.
Bei der Gaskonzentrationsmessvorrichtung, die in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung beschrieben wird, ist die Vorrichtung in der Regel gegenüber Fluktuationen in der Umgebungsatmosphäre der Messumgebung unempfindlich, wie erhöhte Messwerte, die durch die Detektion der höheren Konzentration von CO₂ verursacht werden, das im Atem einer Person enthalten ist, da die Spalten im optischen System mit einem Inertgas gespült werden. Jedoch kann die Vorrichtung aus einer Kostenperspektive problematisch sind, da es notwendig ist, konstant ein anderes Inertgas als die Zielsubstanz zuzuführen, die gemessen wird, um als das Spülgas zu dienen. Es ist außerdem notwendig, eine Anlage zur Einleitung des Inertgases vorzusehen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereitzustellen, die eine Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz stabil und genau messen kann.
Es werden nun Beispiele von Ausführungsformen zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe erläutert. Diese Ausführungsformen können falls notwendig in jeder Kombination kombiniert werden.
Eine offenbarte Ausführungsform stellt eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereit, die konfiguriert ist, eine Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz zu messen. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelleneinheit mit einer Lichtquelle und eine Probenzelleneinheit, die in einem Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass eine Gasprobe in die Probenzelle eingeleitet werden kann. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Sensoreinheit, die in einem Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist, und weist einen Konzentrationsmesssensor auf, der konfiguriert ist, Licht aus der Lichtquelle zu empfangen, nachdem das Licht durch die Probenzelleneinheit gegangen ist, und eine Konzentration einer Messzielsubstanz zu messen. Außerdem umfasst die Vorrichtung ein Einleitungsmittel, das konfiguriert ist, die Gasprobe in eine Umgebung der Sensoreinheit oder der Lichtquelleneinheit zuzuführen und das Innere der Sensoreinheit oder der Lichtquelleneinheit mit einer Atmosphäre der Gasprobe zu füllen.
Da bei einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors oder der Lichtquelle mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt ist, kann eine Konzentration der Messzielsubstanz in der Gasprobe stabil und genau gemessen werden, selbst wenn eine Umgebungsatmosphäre einer Messumgebung fluktuiert. Außerdem können die Kosten der Gaskonzentrationsmessvorrichtung reduziert werden, da es nicht notwendig ist, ein getrenntes Spülgas herzustellen, es nicht notwendig ist, die Vorrichtung mit einem abgedichteten Gehäuse zu schützen, und es nicht notwendig ist, dass die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass die Spalten in der Vorrichtung drastisch reduziert werden.
Die Gaskonzentrationsmessvorrichtung kann ferner einen Lichtverschlussmechanismus umfassen, der nahe des Konzentrationsmesssensors oder der Lichtquelle angeordnet ist und konfiguriert ist, aus der Lichtquelle emittiertes Infrarotlicht intermittierend zu blockieren. Anstatt das Infrarotlicht aus der Lichtquelle intermittierend auszustrahlen, wird daher das Infrarotlicht kontinuierlich ausgestrahlt, während der Lichtweg des Infrarotlichts intermittierend blockiert wird. Folglich ist es möglich, künstlich das Infrarotlicht, das den Konzentrationsmesssensor erreicht, als intermittierend emittiertes Licht zu behandeln.
Außerdem kann der Lichtverschlussmechanismus eine Schwingblende umfassen. Ferner kann das Einleitungsmittel nahe dem Lichtverschlussmechanismus angeordnet sein. Da daher eine Umgebung des Lichtverschlussmechanismus mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt ist, kann eine Konzentration der Messzielsubstanz in der Gasprobe stabil und genau gemessen werden, selbst wenn die Umgebungsatmosphäre einer Messumgebung fluktuiert. Insbesondere können leicht Spalten zwischen der Probenzelle und dem Konzentrationsmesssensor oder der Lichtquelle auftreten, da eine externe elektrische Stromquelle und ein Motor zum Antrieb des Lichtverschlussmechanismus bewirken, dass die Gesamtanzahl der Teil zunimmt. Durch die Bereitstellung des Einleitungsmittels nahe des Lichtverschlussmittels können die Probleme gelöst werden, die mit der Bereitstellung des Lichtverschlussmittels in der Gaskonzentrationsmessvorrichtung verbunden sind.
Außerdem kann das Einleitungsmittel eine Abdeckung aufweisen, die einen Verbindungsabschnitt zwischen der Probenzelleneinheit und der Sensoreinheit oder der Lichtquelleneinheit abdeckt. Die Gasprobe kann in die Abdeckung eingeleitet werden. Da daher ein Inneres der Abdeckung mit der Gasprobe gefüllt werden kann, können Fluktuationen der Gasprobenatmosphäre vermieden werden, die den Konzentrationsmesssensor umgibt. Als Folge davon kann eine Konzentration der Messzielsubstanz, die in der Gasprobe enthalten ist, stabiler und genauer gemessen werden.
Außerdem ist es annehmbar, dass das Einleitungsmittel ein Abdeckungselement aufweist, das die gesamte Sensoreinheit oder Lichtquelle abdeckt. Folglich kann die Gasprobe in die Abdeckung eingeleitet werden. Da folglich ein Inneres des Abdeckungselements mit der Gasprobe gefüllt werden kann, können Fluktuationen der Gasprobenatmosphäre verhindert werden, die den Konzentrationsmesssensor umgibt. Als Folge davon kann eine Konzentration der in der Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz stabiler und genauer gemessen werden.
Es ist außerdem annehmbar, dass das Einleitungsmittel einen Gaswäscher aufweist, der in einem Gasdurchflusskanal angeordnet ist.
Wenn die Gasprobe zum Beispiel ein Abgas oder anderes Gas ist, das teilchenförmige Stoffe enthält, können mit dieser Anordnung schädliche Teilchen und/oder Bestandteile adsorbiert und entfernt werden, so dass eine genauere Messung durchgeführt werden kann. Außerdem können Beschädigungen der Vorrichtung verhindert werden.
Es ist außerdem annehmbar, dass das Einleitungsmittel zwischen der Probenzelleneinheit und der Sensoreinheit oder der Lichtquelleneinheit vorgesehen ist und eine Trennwand aufweist, in der Durchgangslöcher ausgebildet sind.
Es ist ferner annehmbar, dass die in der Gasprobe enthaltene Messzielsubstanz CO₂ oder H₂O ist. Folglich kann die Fähigkeit dieser Messzielsubstanzen, Infrarotlicht zu absorbieren, genutzt werden, um durch zum Beispiel mittels eines nicht dispersiven Infrarotabsorptionsverfahrens die Zielsubstanzen bezüglich eines Inertgases zu vergleichen, um eine genaue Messung zu erzielen.
Die offenbarte Ausführungsformen stellt folglich eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereit, die eine Umgebung eines Konzentrationsmesssensors mit der Gasprobe füllt, um eine Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz stabil und genau messen, ohne durch Fluktuationen einer äußeren Messumgebung beeinflusst zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die zusätzliche Merkmale der in 1 gezeigten Gaskonzentrationsmessvorrichtung zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform darstellt;
4 ist eine schematische Ansicht, die ferner Merkmale der in 3 gezeigten Gaskonzentrationsmessvorrichtung darstellt;
5 ist eine schematische Ansicht, die eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform darstellt;
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform darstellt;
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform darstellt;
8 ist eine schematische Ansicht, die eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform darstellt;
9 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse eines CO₂-Konzentrationsmesstests zeigt, der mittels einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß eines ersten Arbeitsbeispiels und einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß eines ersten Vergleichsbeispiels durchgeführt wurde;
10 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer herkömmlichen Gaskonzentrationsmessvorrichtung; und
11 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die Merkmale der herkömmlichen Gaskonzentrationsmessvorrichtung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform eine Lichtquelleneinheit 3, in der eine Lichtquelle 2 angeordnet ist, eine Probenzelleneinheit 4, die in einem Lichtweg der Lichtquelle 2 angeordnet ist, und ein Einleitungsmittel 7 auf, wie es hierin erläutert wird, das konfiguriert ist, eine Gasprobe in die Probenzelleneinheit 4 einzuleiten. Es ist eine Sensoreinheit 6 in einem Lichtweg der Lichtquelle 2 angeordnet und weist einen Konzentrationsmesssensor 5 auf, der konfiguriert ist, Licht aus der Lichtquelle 2 zu empfangen, nachdem das Licht durch die Probenzelleneinheit 4 gegangen ist, und eine Konzentration einer Messzielsubstanz zu messen.
Es sollte beachtet werden, dass es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Lichtquelle 2 der Lichtquelleneinheit 3 gibt. Folglich kann die Lichtquelle 2 so gewählt werden, wie es abhängig vom Typ des Konzentrationsmesssensors 5 geeignet ist. Wenn zum Beispiel ein Konzentrationsmesssensor 5 mit einem Infrarotlichtempfangsabschnitt als der Konzentrationsmesssensor 5 verwendet wird, dann ist es bevorzugt, eine Infrarotlichtquelle als die Lichtquelle 2 zu verwenden. Es ist außerdem möglich, eine Quelle für sichtbares Licht oder eine Ultraviolettlichtquelle als die Lichtquelle 2 zu wählen. In dieser Ausführungsform wird eine Infrarotlichtquelle gewählt, weil medizinische Luft als die Gasprobe verwendet wird und CO₂ als die Messzielsubstanz ausgewählt ist.
Wie ferner gezeigt, geht aus der Lichtquelle 2 emittiertes Licht aus der Lichtquelleneinheit 3, wie durch den Lichtweg A angezeigt, und wird in die Probenzelleneinheit 4 eingeleitet, die längs des Lichtwegs der Lichtquelle 2 angeordnet ist. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Gasprobe, so lange die Gasprobe die Messzielsubstanz enthält. Es kann irgendeine von verschiedenen Substanzen, wie CO₂ oder H₂O, als die Messzielsubstanz ausgewählt werden. In diesem Beispiel wird die Gasprobe in die Probenzelleneinheit 4 durch einen Einlassanschluss eingeleitet, der an der Probenzelleneinheit 4 vorgesehen ist. Die Bezugsziffer A1 zeigt einen Weg der Gasprobe an. In dieser Ausführungsform ist CO₂ als die Messzielsubstanz ausgewählt, und medizinische Luft ist als die Gasprobe ausgewählt, die das CO₂ enthält. Da CO₂ als die Messzielsubstanz ausgewählt ist, wird eine Infrarotlichtquelle als die Lichtquelle 2 verwendet, da die Konzentration leicht gemessen werden kann, indem die Fähigkeit von CO₂ genutzt wird, Infrarotlicht zu absorbieren.
Wie ferner gezeigt, umfasst die Probenzelleneinheit 4 einen zylindrischen Hauptkörperabschnitt 20, einen Einlassanschluss 21 zum Einleiten einer Gasprobe in den Hauptkörperabschnitt 20 und einen Auslassanschluss 25 zum Ablassen der Gasprobe aus dem Hauptkörperabschnitt 20. Es kann ein infrarotdurchlässiges Fenster 6a an beiden Enden des Hauptkörperabschnitts 20 vorgesehen sein. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Materials, aus dem die Probenzelleneinheit 4 hergestellt wird, und es ist akzeptabel, ein zylindrisches Element, das aus Edelstahl, Aluminium oder Vinylchlorid besteht, als den Hauptkörperabschnitt zu verwenden. Es ist außerdem akzeptabel, einen Metallüberzug aus Gold oder einem anderen Metall auf eine Innenseite des zylindrischen Elements aufzutragen. Auch gibt es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Materials, aus dem das infrarotdurchlässige Fenster hergestellt wird, und es können solche Materialien wie Kalziumfluorid, Saphir, Lithiumfluorid und Bariumfluorid verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird ein zylindrisches Edelstahlelement mit einem Goldüberzug auf einer Innenseite als der Hauptkörperabschnitt 20 verwendet, und die Infrarotdurchlässigen Fenster 6a bestehen aus Kalziumfluorid.
Der Konzentrationsmesssensor 5 ist ein Sensor zum Messen einer Konzentration der in der Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz. Der Konzentrationsmesssensor 5 ist in einem Lichtweg der Lichtquelle 2 angeordnet, so dass aus der Lichtquelle 2 emittiertes Licht durch die Messzielsubstanz innerhalb der Probenzelleneinheit 4 geht, bevor es den Konzentrationsmesssensor 5 erreicht.
Es wird nun ein Konzentrationsmessverfahren (nicht dispersive Infrarotanalyse) zur Messung einer Konzentration der Messzielsubstanz mittels einer Infrarotlichtquelle erläutert. Wenn aus der Lichtquelle 2 emittiertes Infrarotlicht durch die Gasprobe geht, absorbiert die in der Gasprobe enthaltene Messzielsubstanz Infrarotlicht mit einer Wellenlänge, die für die Messzielsubstanz eindeutig ist. Die Konzentration der Zielkomponente wird durch Messung der bei dieser Wellenlänge absorbierten Infrarotlichtmenge gemessen. Wenn die Konzentration beruhend auf der absorbierten Infrarotlichtmenge berechnet wird, wird das Lambert-Beer-Gesetz mittels der unten gezeigten allgemeinen Gleichung (1) eingesetzt: log₁₀(I1/I0) = –εcl (1) wobei I0 die Intensität des eintretenden Lichts repräsentiert, I1 eine Intensität des austretenden Lichts repräsentiert, ε einen molaren Lichtabsorptionskoeffizienten repräsentiert, c eine Probenkonzentration repräsentiert und 1 eine Dicke einer lichtabsorbierenden Schicht repräsentiert.
Folglich geht das aus der Lichtquelle emittierte Infrarotlicht 2 durch den Probenzellenabschnitt und erreicht den Konzentrationsmesssensor 5. Der Konzentrationsmesssensor 5 enthält einen (nicht gezeigten) Festkörperinfrarotdetektor (Pyrosensor) und einen (nicht gezeigten) optischen Filter, der dazu bestimmt ist, selektiv eine Bandbreite von Wellenlängen, die von CO₂ absorbiert werden, und eine Bandbreite von Wellenlängen durchzulassen, die nicht durch CO₂ absorbiert werden (Referenzwellenlänge REF).
Wenn die Gasprobe, die das CO₂ enthält, in den Probenzellenabschnitt eintritt, wird Infrarotlicht mit einer für CO₂ eindeutigen Wellenlänge absorbiert und die Infrarotlichtmenge, die auf den Konzentrationsmesssensor 5 mit der entsprechenden Wellenlänge auftrifft, nimmt ab. Außerdem ändert sich die Lichtmenge nicht, die auf den Referenzdetektor (REF) auftrifft, da eine Wellenlänge, die nicht absorbiert wird, ausgewählt worden ist. Folglich kann die Konzentration von CO₂ ermittelt werden, indem eine Differenz zwischen einer Ausgabe des Referenzdetektors und einer Ausgabe des Konzentrationsmesssensors 5 berechnet wird.
Das Einleitungsmittel 7 dient dazu, die Gasprobe aus der Probenzelleneinheit 4 abzulassen, die abgelassene Gasprobe der Sensoreinheit 6 oder der Lichtquelleneinheit 3 zuzuführen und das Innere der Sensoreinheit 6 oder der Lichtquelleneinheit 3 mit einer Atmosphäre der Gasprobe zu füllen. Es wird nun eine Ausführungsform erläutert, in der das Einleitungsmittel 7 die Gasprobe der Sensoreinheit 6 zuführt.
In der oben erläuterten Ausführungsform wird eine Abdeckung 41 verwendet, um einen Verbindungsabschnitt abzudecken, der zwischen der Probenzelleneinheit 4 und der Sensoreinheit 6 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt, und die aus der Probenzelleneinheit 4 abgelassene Gasprobe wird in das Innere der Abdeckung 41 eingeleitet. Insbesondere dient die Abdeckung 41 als ein Ablassmittel und ist so angeordnet, dass sie den Außenumfang des Hauptkörperabschnitts 20 der Probenzelleneinheit 4 abdeckt. Eine Einlassröhre 23, die sich vom Hauptkörperabschnitt 20 erstreckt, ist mit der Abdeckung 41 verbunden. Es ist außerdem ein Auslassanschluss 25 an der Abdeckung 41 vorgesehen.
In einer unten erläuterten anderen Ausführungsform dienen Durchgangslöcher (siehe 3 und 4), die in einer Trennwand vorgesehen sind, die die Probenzelleneinheit 4 von der Sensoreinheit 6 trennt, als das Einleitungsmittel 7.
In einer weiteren Ausführungsform, die später erläutert wird, ist ein getrennter Durchflusskanal vorgesehen, um die Probenzelleneinheit 4 und die Sensoreinheit 6 zu verbinden, und ein Abschnitt der Sensoreinheit 6 (Seitenwand in 5) ist konfiguriert, als ein Auslass für die Gasprobe zu dienen.
Es sollte beachtet werden, dass wenn kein Einleitungsmittel 7 vorgesehen ist, das Innere der Sensoreinheit 6 mit Luft gefüllt sein wird. Folglich strömt Luft, die die Vorrichtung umgibt, durch viele Spalten S ein, wie in 2 gezeigt. Wenn folglich die umgebende Luft zum Beispiel den Atem einer Person enthält und CO₂ die Messzielsubstanz ist, dann wird CO₂ im Atem nach innen zu einer Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 strömen, und die Vorrichtung wird nicht imstande sein, in einer stabilen und genauen Weise eine CO₂-Konzentration zu messen. Wenn jedoch Durchgangslöcher in einer Trennwand vorgesehen sind, die die Probenzelleneinheit 4 von der Sensoreinheit 6 trennt, wie oben erläutert, dann wird der Raum innerhalb der Sensoreinheit 6 mit einer Gasprobe gefüllt sein, die durch die Durchgangslöcher eintritt. Außerdem ist entsprechend zu einem Fall, in dem eine Abdeckung 41 vorgesehen ist, wie in 1 und 2 der ersten Ausführungsform gezeigt, das Innere der Sensoreinheit 6 – einschließlich der Spalten S – gänzlich mit der Gasprobe gefüllt. Folglich wird selbst dann, wenn ein Gas durch einen Spalt S eintritt, dieses Gas die Gasprobe sein, und die Gasprobe wird nicht bewirken, dass sich ein Messwert ändert, selbst wenn sie in eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 strömt. Folglich kann eine stabile und genaue Messung durchgeführt werden.
Wie ferner in 1 gezeigt, ist ein Lichtverschlussmittel 8, das konfiguriert ist, intermittierend Infrarotlicht zu blockieren, das aus einer Infrarotlichtquelle emittiert wird, in der Sensoreinheit 6 einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 vorgesehen. Das Lichtverschlussmittel 8 dient dazu, den Lichtweg zu blockieren, so dass aus der Infrarotlichtquelle emittiertes Infrarotlicht den Konzentrationsmesssensor 5 innerhalb der Sensoreinheit 6 intermittierend erreicht. Folglich wird ein Anteil des aus der Infrarotlichtquelle emittierten Infrarotlichts durch die Messzielsubstanz innerhalb der Probenzelleneinheit 4 absorbiert, und die absorbierte Infrarotlichtmenge wird durch den Konzentrationsmesssensor 5 ermittelt. Wenn jedoch ein pyroelektrischer Infrarotsensor oder ein Kondensatormikrophon als der Konzentrationsmesssensor 5 verwendet wird, dann ist die Ermittlung der absorbierten Infrarotlichtmenge von der Ausgabe des Detektors in dem Moment abhängig, in dem das Infrarotlicht den Detektor erreicht.
Daher erreicht das Infrarotlicht den Konzentrationsmesssensor 5 intermittierend, um kontinuierlich neue Daten zu ermitteln.
Während es machbar ist, das aus der Infrarotlichtquelle emittierte Infrarotlicht in einer intermittierenden Weise auszustrahlen, kann für die Lichtquelle 2, wenn die Messzielsubstanz CO₂ ist, auch ein KANTHAL^® Draht oder anderer Glühdraht verwendet werden, der eine große Lichtmenge emittiert, da nur eine kleine Menge der Messzielsubstanz in der Gasprobe enthalten ist. Wenn eine Lichtquelle 2 verwendet wird, die eine große Lichtmenge emittiert, ist noch Wärme vorhanden, wenn die Lichtquelle 2 von einem lichtemittierenden Zustand in einen nicht-lichtemittierenden Zustand übergeht, und es gibt eine Möglichkeit, dass keine intermittierende Emission des Lichts erreicht wird. Außerdem ist es möglich, neue Daten in einer kontinuierlichen Weise zu erhalten, indem es ermöglicht wird, dass die Infrarotlichtquelle kontinuierlich strahlt, und ein Lichtverschlussmittel 8 vorgesehen wird, um den Lichtweg intermittierend zu blockieren, bevor das Infrarotlicht den Konzentrationsmesssensor 5 erreicht.
Es sollte ferner beachtet werden, dass es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Lichtverschlussmittels 8 gibt. Zum Beispiel kann eine Schwingblende 8b verwendet werden, die mit einem Motor 8a antreibbar ist, wobei die Bezugsziffer A2 die Drehrichtung der Schwingblende 8b anzeigt. Wie in 1 gezeigt, sind viele Spalten S um einen Umfang der durch den Motor 8a antreibbaren Schwingblende 8b vorhanden, jedoch sind all diese Spalten S durch die Abdeckung 41 bedeckt, und die Gasprobe wird in das Innere der Abdeckung 41 eingeleitet. Folglich wird selbst dann, wenn ein Gas durch einen Spalt S eintritt und in eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 strömt, dieses Gas die Gasprobe sein, und es können stabile und genaue Messungen durchgeführt werden, ohne dass Fluktuationen der Messwerte auftreten.
Obwohl diese Ausführungsform ein Beispiel präsentiert, in dem ein Lichtverschlussmittel 8 vorgesehen ist, da ein pyroelektrischer Infrarotsensor als der Konzentrationsmesssensor 5 verwendet wird, ist es außerdem möglich, zum Beispiel einen Thermosäulen-Infrarotsensor oder einen anderen Typ Sensor, der eine Infrarotlichtabsorptionsmenge direkt ausgeben kann, als den Konzentrationsmesssensor 5 zu verwenden. In einem solchen Fall ist kein Lichtverschlussmittel 8 (Schwingblende) notwendig, und folglich gibt es keine Spalten längs eines Umfangs einer Schwingblende. Jedoch selbst wenn ein solcher Sensor verwendet wird, ist der Sensor innerhalb der Sensoreinheit 6 mit einem Befestigungselement angebracht, das es ermöglicht, eine Wartung leichter durchzuführen. Folglich ist es möglich, dass ein Gas durch einen Spalt S eintritt, der infolge des Befestigungselements vorhanden ist. In dieser Ausführungsform können trotzdem stabile und genaue Messungen durchgeführt werden, da alle Spalten S mit einer Abdeckung 41 bedeckt sind, wie vorher erläutert.
Da eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt ist, kann mit einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Konzentration der Messzielsubstanz in der Gasprobe stabil und genau gemessen werden, selbst wenn eine Umgebungsatmosphäre einer Messumgebung fluktuiert. Folglich kann eine weniger kostspielige Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 bereitgestellt werden, da es nicht notwendig ist, ein getrenntes Spülgas vorzubereiten, es nicht notwendig ist, die Vorrichtung mit einem abgedichteten Gehäuse zu schützen, und es nicht notwendig ist, die Vorrichtung so zu gestalten, dass die Spalten S drastisch reduziert werden. Da überdies die in dieser Ausführungsform verwendete Abdeckung 41 alle Spalten S um einen Umfang der Probenzelleneinheit 4 abdeckt und das Innere der Abdeckung 41 mit der Gasprobe gefüllt werden kann, kann verhindert werden, dass sich die Atmosphäre der Gasprobe ändert, die den Konzentrationsmesssensor 5 umgibt, selbst wenn ein Gas durch die Spalten S einströmt.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die Lichtquelle 2 eine Infrarotlichtquelle ist. Durch die Verwendung einer Lichtquelle 2, die Infrarotlicht emittiert, wird eine Menge des emittierten Infrarotlichts absorbiert, die der Konzentration der in der Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz entspricht, wenn die Messzielsubstanz CO₂ oder H₂O ist.
Außerdem kann eine Konzentration der Messzielsubstanz gemessen werden, indem ein Infrarotdetektionswert nach der Absorption mit einem Infrarotdetektionswert einer Gasprobe mit einer bekannten Konzentration der Messzielsubstanz verglichen wird. Da außerdem eine Schwingblende 8b als Lichtverschlussmittel 8 vorgesehen ist, das intermittierend arbeitet, um das aus der Infrarotlichtquelle emittierte Infrarotlicht zu blockieren, anstatt das Infrarotlicht intermittierend aus der Lichtquelle auszustrahlen, wird das Infrarotlicht kontinuierlich ausgestrahlt, während der Lichtweg des Infrarotlichts intermittierend blockiert wird. Folglich ist es möglich, das Infrarotlicht, das den Konzentrationsmesssensor 5 erreicht, künstlich als intermittierend emittiertes Licht zu behandeln.
Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Messzielsubstanz H₂O ist. Da die Bestandteilsmerkmale der Vorrichtung dieselben wie die der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform sind, werden dieselben Bezugsziffern verwendet und Erläuterungen der Bestandteilsmerkmale werden weggelassen.
Wenn die Messzielsubstanz H₂O ist, kann folglich selbst dann, wenn die Feuchte infolge der geographische Bedingungen des Messorts, Klimaänderungen oder der Innenraumumgebungsbedingungen fluktuiert, die Gasprobe in eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 durch das Einleitungsmittel 7 eingeleitet werden. Folglich kann eine Konzentration der Messzielsubstanz in der Gasprobe stabil und genau gemessen werden, ohne durch Änderungen der Feuchte der Luft beeinflusst zu werden, die die Gaskonzentrationsmessvorrichtung umgibt.
Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass Durchgangslöcher, die als Einleitungsmittel 7 dienen, in einer Trennwand vorgesehen sind, die die Probenzelleneinheit 4 und die Sensoreinheit 6 voneinander trennt, wie in 3 und 4 gezeigt. Daher werden dieselben Bezugsziffern für dieselben Teile verwendet, und die Erläuterungen werden weggelassen. Wie in 3 gezeigt, wird die Gasprobe durch einen Einlassanschluss 21 eingeleitet, der an der Probenzelleneinheit vorgesehen ist, und durch einen Auslassanschluss 27 abgelassen, der an der Sensoreinheit 6 vorgesehen ist. Wenn die Gasprobe medizinische Luft oder ein anderes Gas ist, das nicht besonders verunreinigt ist, kann der in 3 gezeigte Einlassanschluss 21 als ein Auslassanschluss verwendet werden, und der in 3 gezeigte Auslassanschluss 27 kann als ein Einlassanschluss verwendet werden, wie in 4 gezeigt, da es keine Gefahr gibt, dass der Konzentrationsmesssensor 5 innerhalb der Sensoreinheit 6 oder der näheren Umgebung verunreinigt wird.
Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung 10 gemäß noch einer anderen Ausführungsform ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass wie in 5 gezeigt, ein Durchflusskanal 31, der die Probenzelleneinheit 4 und die Sensoreinheit 6 miteinander verbindet, als ein Einleitungsmittel 7 vorgesehen ist und ein Gasprobenauslassanschluss 27 an der Sensoreinheit 6 vorgesehen ist. Daher werden dieselben Bezugsziffern für dieselben Teile verwendet und die Erläuterungen werden weggelassen. Obwohl in 5 der Durchflusskanal 31 zwischen einem unteren Abschnitt einer Seitenwand der Probenzelleneinheit 4 und einem unteren Abschnitt der Sensoreinheit 6 geschaltet ist, gibt es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Orts des Durchflusskanals.
Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung 11 gemäß noch einer anderen Ausführungsform ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass ein Gaswäscher 12 im Einleitungsmittel 7 vorgesehen ist, wie in 6 gezeigt. Daher werden dieselben Bezugsziffern für dieselben Teile verwendet und die Erläuterungen werden weggelassen.
Der Gaswäscher 12 ist vorgesehen, um eine Verunreinigung in einer Umgebung des Konzentrationsmesssensors 5 zu verhindern und Funktionsstörungen zu verhindern, die durch eine Verunreinigung verursacht werden, wenn die Gasprobe ein Abgas ist, das Teilchen oder andere Fremdkörper enthält. Ferner gibt es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Gaswäschers 12. Zum Beispiel kann ein im Inneren mit Aktivkohle gefüllter Gaswäscher in dieser Ausführungsform verwendet werden.
Da bei einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß der oben erläuterten Ausführungsformen eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt ist, ist es möglich, eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereitzustellen, die eine Konzentration einer Messzielsubstanz in der Gasprobe unabhängig von Fluktuationen in einer Umgebungsatmosphäre der Messumgebung stabil und genau messen kann. Überdies kann eine weniger kostspielige Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereitgestellt werden, da es nicht notwendig ist, ein getrenntes Spülgas vorzubereiten, es nicht notwendig ist, die Vorrichtung mit einem abgedichteten Gehäuse zu schützen, und es nicht notwendig ist, die Vorrichtung so zu gestalten, dass Spalten drastisch reduziert werden. Außerdem können selbst dann, wenn das Messzielgas ein verunreinigtes Gas ist, das mit Staub oder anderen Teilchen verunreinigt ist, die Teilchen aus dem Gas entfernt werden, und es kann verhindert werden, dass der Konzentrationsmesssensor infolge der Verunreinigung verunreinigt und in seiner Funktion gestört wird.
In einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung 51 gemäß einer der unten erläuterten Ausführungsformen sind eine Probenzelleneinheit 53 und eine Vergleichszelleneinheit 55 benachbart angeordnet, wie in 7 gezeigt. Außerdem sind ein Paar Lichtquellen 57, ein Paar Konzentrationsmesssensoren 59 (Beispiele umfassen ein Kondensatormikrophon oder einen anderen pneumatischen Detektor), und ein Paar optischer Filter 61 vorgesehen, wobei die Elemente jedes Paars einer oder der anderen der Zelleneinheiten 53 und 55 entsprechen. Es ist eine Schwingblende, die als ein Lichtverschlussmittel 8 arbeitet, zwischen dem Paar der optischen Filter 61 und der Probenzelleneinheit 53 und der Vergleichszelleneinheit 55 vorgesehen. Ein Einlassanschluss 54, durch den eine Gasprobe eingeleitet wird, ist an der Probenzelleneinheit 53 vorgesehen.
In dieser Ausführungsform bilden ein Konzentrationsmesssensor 59, ein optischer Filter 61 und ein Lichtverschlussmittel 8 eine Sensoreinheit 60, wie vorher erläutert. Die Sensoreinheit 60 ist mit einem abgedichteten Gehäuse bedeckt, das als ein Einleitungsmittel 7 dient. Es ist eine Einlassröhre 67, die sich von der Probenzelleneinheit 53 erstreckt, mit dem abgedichteten Gehäuse verbunden. Ein Auslassanschluss 69, durch den die Gasprobe abgelassen wird, ist am abgedichteten Gehäuse vorgesehen.
Da das Innere des abgedichteten Gehäuses in dieser Ausführungsform mit der Gasprobe gefüllt werden kann, kann verhindert werden, dass die Umgebungsatmosphäre der Gasprobe, die den Konzentrationsmesssensor umgibt, Fluktuationen unterliegt. Als Folge davon kann eine Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz stabiler und genauer gemessen werden.
Es wird nun eine andere Ausführungsform erläutert, in der das Einleitungsmittel 7 der Lichtquelleneinheit 3 eine Gasprobe zuführt. Da der Aufbau der Gaskonzentrationsmessvorrichtung 71 im Grunde derselbe wie die in 7 gezeigte Ausführungsform ist, werden deren Erläuterungen weggelassen.
Wie in 8 gezeigt, ist das Lichtverschlussmittel 8 auf der Seite angeordnet, wo sich die Lichtquelle 57 befindet, und ist ein Abschnitt der Lichtquelleneinheit 56. Die Gaskonzentrationsmessvorrichtung 71 weist eine Abdeckung auf, die als ein Einleitungsmittel 7 dient, das einen Raum in der Lichtquelleneinheit 3 abdeckt, wo das Lichtverschlussmittel 8 angeordnet ist. Die Gasprobe wird in die Abdeckung eingeleitet, nachdem sie aus der Probenzelleneinheit 53 abgelassen wird. Eine Einlassröhre 77, die sich von der Probenzelleneinheit 53 erstreckt, ist mit der Abdeckung verbunden. Es ist außerdem ein Auslassanschluss 79 an der Abdeckung vorgesehen. Folglich ist das Innere der Lichtquelleneinheit 56 mit der Gasprobe gefüllt. Folglich können stabile und genaue Messungen erhalten werden.
Es ist außerdem akzeptabel, die gesamte Lichtquelleneinheit 7 mit einer Abdeckung abzudecken, die als Einleitungsmittel dient. Es ist ferner akzeptabel, einen Gaswäscher in der Einlassröhre vorzusehen und Durchgangslöcher in einer Trennwand auf der Lichtquellenseite der Probenzelle als Einleitungsmittel 7 vorzusehen.
Wie aus dem Obigen erkannt werden kann, weisen die vorher erläuterten Ausführungsformen ein Lichtverschlussmittel auf. Jedoch ist es akzeptabel, ein Einleitungsmittel in einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung vorzusehen, das kein Lichtverschlussmittel aufweist. In einem solchen Fall können dieselben Effekte wie vorher erläutert erhalten werden. Außerdem kann das aus der Infrarotlichtquelle emittierte Infrarotlicht intermittierend ausgestrahlt werden.
Eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemäß der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen wird nun mittels eines Arbeitsbeispiels konkreter erläutert. Es wurde die Konzentration von CO₂ in einer Gasprobe aus N₂-Gas mittels der in 1 und 2 gezeigten Gaskonzentrationsmessvorrichtung 1 gemessen. Die Messungen wurden kontinuierlich für 18 Stunden durchgeführt, wobei sie um 14:00 am 3. August 2010 begannen. Eine Zusammenstellung der Gaskonzentrationsmessvorrichtung ist wie folgt gestaltet:
Lichtquelle: Infrarotlichtquelle (KANTHAL^® Draht, annähernd 7 W);
Gasprobe: N₂ (Durchsatz: 1 l/min);
Messzielsubstanz: CO₂
Konzentrationsmesssensor: pyroelektrischer Infrarotdetektor (Pyrosensor);
Lichtverschlussmittel: Schwingblende (Rotationsfrequenz: 5 Hz);
Einleitungsmittel: Kunststoffabdeckung;
Aufstellungsort der Gaskonzentrationsmessvorrichtung: ein Labor in der Horiba, Ltd.
Erstes Arbeitsbeispiel
Es wurden Änderungen einer CO₂-Konzentration im Zeitablauf mittels der oben erwähnten Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemessen. Die Ergebnisse werden in 9 gezeigt. Das Bezugszeichen Rc in Tabelle 1 gibt eine Umgebungs-CO₂-Konzentration (ppm) an, und das Bezugszeichen R1 gibt ein CO₂-Konzentrationsmessergebnis (FS% (Vollausschlag %)) des ersten Arbeitsbeispiels an.
Erstes Vergleichsbeispiel
Es wurden Änderungen einer CO₂-Konzentration im Zeitablauf mittels der oben erwähnten Gaskonzentrationsmessvorrichtung gemessen, die nicht mit einem Einleitungsmittel versehen war. Die Ergebnisse werden in 9 gezeigt. Das Bezugszeichen R2 gibt ein CO₂-Konzentrationsmessergebnis (FS%) des Vergleichsbeispiels an.
Wie in 9 gezeigt, änderten sich die CO₂-Konzentrationswerte, die mit der Gaskonzentrationsmessvorrichtung des ersten Vergleichsbeispiels ermittelt wurden, das nicht mit einem Einleitungsmittel versehen war, als Reaktion auf Änderungen der Umgebungs-CO₂-Konzentration, während sich die CO₂-Konzentrationswerte, die mit der Gaskonzentrationsmessvorrichtung der ersten Ausführungsform ermittelt wurden, die mit einem Einleitungsmittel versehen war, nicht änderten, selbst wenn sich die Umgebungs-CO₂-Konzentration änderte.
Obwohl unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin erläutert werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die in dieser Beschreibung präsentierten Ausführungsformen und Variationen in jeder Weise kombiniert werden, falls notwendig. Zum Beispiel ist es akzeptabel, das Einleitungsmittel gemäß der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen in einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung zu verwenden, die den Grundaufbau aufweist, der in den Ausführungsformen präsentiert wird, die in 1-6 gezeigt werden. Es ist außerdem akzeptabel, ein Einleitungsmittel gemäß einer der Ausführungsformen, die in den 1–6 gezeigt werden, in einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung zu verwenden, die den Grundaufbau aufweist, der in den Ausführungsformen präsentiert wird, die in den 7 und 8 gezeigt werden. Obwohl in den vorhergehend erläuterten Ausführungsformen ein Einleitungsmittel nur auf der Lichtquellenseite oder der Sensorseite vorgesehen ist, es ist akzeptabel, ein Einleitungsmittel sowohl auf der Lichtquellenseite als auch auf der Sensorseite vorzusehen.
Da bei den vorhergehend erläuterten Ausführungsformen eine Umgebung des Konzentrationsmesssensors mit einer Atmosphäre der Gasprobe gefüllt wird, ist es möglich, eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereitzustellen, die eine Konzentration einer Messzielsubstanz in der Gasprobe unabhängig von Fluktuationen in einer Umgebungsatmosphäre der Messumgebung stabil und genau messen kann. Überdies kann eine weniger kostspielige Gaskonzentrationsmessvorrichtung bereitgestellt werden, da es nicht notwendig ist, ein getrenntes Spülgas vorzubereiten, es nicht notwendig ist, die Vorrichtung mit einem abgedichteten Gehäuse zu schützen, und es nicht notwendig ist, die Vorrichtung so zu gestalten, dass Spalten drastisch reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-290924 [0001, 0001]
JP 2010-10 [0004]
JP 64-2889 [0008]

Claims

Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) zur Messung der Konzentration einer in einer Gasprobe enthaltenen Messzielsubstanz, wobei die Gaskonzentrationsmessvorrichtung umfasst: eine Lichtquelleneinheit (3, 56), die eine Lichtquelle aufweist (2, 57); eine Probenzelleneinheit (4, 53), die in einem Lichtweg der Lichtquelle (2, 57) angeordnet ist und konfiguriert ist, eine Gasprobe aufzunehmen; eine Sensoreinheit (6, 60), die in einem Lichtweg der Lichtquelle (2, 57) angeordnet ist und einen Konzentrationsmesssensor (5, 59) aufweist, der konfiguriert ist, Licht von der Lichtquelle (2, 57) zu empfangen, nachdem das Licht durch die Probenzelleneinheit (4, 53) gegangen ist, und die Konzentration der Messzielsubstanz zu messen; und ein Einleitungsmittel (7), das konfiguriert ist, die Gasprobe zur Sensoreinheit (6, 60) oder der Lichtquelleneinheit (3, 56) zuzuführen, und das Innere der Sensoreinheit (6, 60) oder der Lichtquelleneinheit (3, 56) mit einer Atmosphäre des Probengases zu füllen.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach Anspruch 1, die ferner einen Lichtverschlussmechanismus (8) umfasst, der nahe des Konzentrationsmesssensors (5, 59) oder der Lichtquelle (2, 57) angeordnet ist und konfiguriert ist, intermittierend aus der Lichtquelle (2, 57) emittiertes Infrarotlicht zu blockieren.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach Anspruch 2, wobei der Lichtverschlussmechanismus (8) eine Schwingblende (8b) aufweist.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Einleitungsmittel (7) benachbart zum Lichtverschlussmechanismus 8 vorgesehen ist.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einleitungsmittel (7) eine Abdeckung aufweist, die einen Verbindungsabschnitt (41) zwischen der Probenzelleneinheit (4, 53) und der Sensoreinheit (6, 60) oder der Lichtquelleneinheit (3) abdeckt und derart ausgestaltet ist, dass die Gasprobe darin eingeleitet werden kann.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einleitungsmittel (7) ein Abdeckungselement aufweist, das die gesamte Sensoreinheit (6, 60) oder die gesamte Lichtquelleneinheit (3, 56) abdeckt und derart ausgestaltet ist, dass die Gasprobe darin eingeleitet werden kann.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einleitungsmittel (7) ferner einen Gaswäscher (12) aufweist.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einleitungsmittel (7) eine zwischen der Probenzelleneinheit (4, 53) und der Sensoreinheit (6, 60) oder der Lichtquelleneinheit (3, 56) vorgesehene Trennwand aufweist, in der ein Durchgangsloch ausgebildet ist.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einleitungsmittel (7) einen Durchflusskanal (31) aufweist, der die Probenzelleneinheit (4, 53) mit der Sensoreinheit (6, 60) oder der Lichtquelleneinheit (3, 56) verbindet.
Gaskonzentrationsmessvorrichtung (1, 9, 10, 11, 51, 71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in der Gasprobe enthaltene Messzielsubstanz Kohlendioxid oder Wasser ist.