JP2003042983A - 熱伝導度検出器 - Google Patents

熱伝導度検出器

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JP2003042983A
JP2003042983A JP2001235804A JP2001235804A JP2003042983A JP 2003042983 A JP2003042983 A JP 2003042983A JP 2001235804 A JP2001235804 A JP 2001235804A JP 2001235804 A JP2001235804 A JP 2001235804A JP 2003042983 A JP2003042983 A JP 2003042983A
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temperature
tcd
thermal conductivity
bridge circuit
filament
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JP2001235804A
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Masanao Furukawa
雅直 古川
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】特にシングルフローセルの場合に効果的な、温
度ドリフト等の補正が可能なTCDを提供する 【解決手段】フィラメント(感温素子)R1が定電流源
2から給電される抵抗ブリッジ回路1の少なくとも一辺
を形成するように構成されたTCDにおいて、定電流源
2から抵抗ブリッジ回路1に給電される電圧Voの変化
に基づいて出力信号Sを補正する補正回路4を設けた。
これにより、従来、何ら補正手段の無かったシングルフ
ローセルTCDにおいても、温度によるドリフトを相殺
することが可能となり、高感度分析にも適用できる安定
なTCDを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ガスクロマトグラ
フ等の分析装置で用いられる熱伝導度検出器に関する。 【0002】 【従来の技術】ガスクロマトグラフィにおいて最も広範
囲の物質の検出に用いられる検出器として熱伝導度検出
器(以下、TCDと記す)がよく知られている。TCD
では、タングステンフィラメントなど温度に依存して電
気抵抗が変化する感温素子が分析ガスの流路中に挿入さ
れ、ガスの種類によりガスの熱伝導度が異なることを利
用してガスの検出を行う。 【0003】図2は従来のTCDの基本的な構成の一例
を示したものである。図において、フィラメントR1及
びR2’は、他の固定抵抗R3、R4と共に抵抗ブリッ
ジ回路1を構成する。抵抗ブリッジ回路1は、定電流源
(または定電圧源)2から電流Iが供給されている。検
出側のフィラメントR1は、ガスクロマトグラフの分離
カラム(図示しない)から流出する分析ガス(分析成分
を含むキャリアガス)の流路中に、また、参照側のフィ
ラメントR2’はキャリアガスのみが流れる流路中に置
かれている。分離カラムから分析成分が流出していない
とき、即ち検出側、参照側共にキャリアガスのみが流れ
ている状態でこの抵抗ブリッジ回路1はバランスしてい
るものとする。実際にはたとえば固定抵抗R3とR4の
間に可変抵抗を設けてバランスを調整するのであるが、
図ではこれを省略してある。つまり、この状態では検出
出力ΔVはゼロである。 【0004】いま、キャリアガスに比べて熱伝導度の低
い分析ガスが検出側のフィラメントR1の付近を流れる
と、フィラメントR1からの熱放散が減少するため温度
が上昇し、その温度変化に応じて電気抵抗が増大し、そ
の結果、フィラメントR1とR2’の接続点の電位V1
が上昇することによりブリッジのバランスが崩れ、分析
ガスに対応した検出出力ΔVが得られる。この検出出力
ΔVを測定回路3により適宜処理して出力信号Sとし、
これを表示、または記録することにより定量的に分析を
行うことができる。 【0005】上記は、検出側と参照側にそれぞれフィラ
メントR1、R2’を有するデュアルフローセルの例で
あるが、参照側流路を持たず、図2におけるフィラメン
トR2’を固定抵抗で置き換えたシングルフローセルも
しばしば用いられる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、TCD
は温度を介してガスの濃度を検出するものであるから、
周囲温度の影響を受けやすい。このため、TCDは精密
に温度調節された恒温槽に収容して使用されるのが普通
であるが、特に高感度分析を行う場合等は、恒温槽に収
容してもなお温度によるドリフトを防ぎ切れない。デュ
アルフローセルの場合は、同程度に温度の影響を受ける
検出側と参照側から差動的に信号を取り出すので、周囲
温度の影響は殆ど相殺され、温度ドリフトが補正され
る。しかし、装置の小型化、簡易化のために近年多く用
いられるようになったシングルフローセルの場合は、こ
のような補正手段を備えていないので温度によるドリフ
トが避けられず、用途は比較的低感度の分析に限定され
ていた。本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、特にシングルフローセルの場合に効果的な、
温度ドリフト等の補正が可能なTCDを提供することを
目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、感温素子が定電流源から給電される抵抗
ブリッジ回路の少なくとも一辺を形成するように構成さ
れたTCDにおいて、前記定電流源から前記抵抗ブリッ
ジ回路に給電される電圧の変化に基づいて検出出力を補
正する補正回路を設けたものである。これにより、従
来、何ら補正手段の無かったシングルフローセルTCD
においても、温度によるドリフトを相殺することが可能
となり、高感度分析にも適用できる安定なTCDを提供
することができる。 【0008】 【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図1に示
す。図において、R1は分析ガスの流路中に設けられた
フィラメント(感温素子)であって、固定抵抗R2〜R
4と共に抵抗ブリッジ回路1を構成している。即ち、フ
ィラメントR1を含む4つの抵抗R1〜R4を環状に接
続することによって生じる4箇所の接続点のうち、隣り
合わない2つの接続点を給電端として、ここに定電流源
2から一定の電流Iを給電する。残る2つの接続点の電
位V1とV2との差を検出出力ΔVとし、これを測定回
路3で処理して補正前の信号Sを得る。4は後述するド
リフトの補正回路である。 【0009】図1の回路で、分析ガスの熱伝導度の違い
に応じて補正前の信号Sを得る動作過程は、基本的に前
述の従来の場合と同じである。ただし、本発明において
は抵抗ブリッジ回路1に給電する電源は定電流源である
ことが必要である。 【0010】次に、本実施形態におけるドリフト補正に
ついて式の解析により説明する。なお、以下の式中のR
1、R2、…は、各抵抗の抵抗値を表すものとする。抵
抗ブリッジ回路1に給電される電流Iは、R1、R2を
流れる電流I1とR3、R4を流れる電流I2に分かれ
る。即ち、 I=I1+I2………(1) 給電電圧をVoとすると、I1、I2は次式で表され
る。 I1=Vo/(R1+R2)………(2) I2=Vo/(R3+R4)………(3) (1)に(2)(3)を代入してVoを求めると、 Vo=J(R1+R2)(R3+R4)………(4)但
し、J=I/(R1+R2+R3+R4)………(5) (4)式を用いて(2)(3)を書き換えると、 I1=J(R3+R4)………(6) I2=J(R1+R2)………(7) 検出出力ΔVは(6)(7)を適用して、 ΔV=V1−V2 =I1R1−I2R4 =J{R1(R3+R4)−R4(R1+R2)}………(8) ここで、フィラメントR1の抵抗値が温度変化によりド
リフトしてR1+rに変化したときの出力をΔV’とす
ると、 ΔV’=J{(R1+r)(R3+R4)+R4(R1+R2+r)}…… …(9) 検出出力のドリフトは、(8)(9)および(5)から
次式で表される。 ΔV’−ΔV=J{r(R3+R4)−R4r} =JR3r =IR3r/(R1+R2+R3+R4)………(10) 【0011】フィラメントR1に流れる電流I1は大き
いほど検出感度が高くなるのに対し、R3、R4を流れ
る電流I2は検出に寄与しないから、給電される電流I
はI1の方がI2よりもできるだけ大きくなるように配
分されるのが従来から一般的である。即ち、R3、R4
の抵抗値はR1、R2のそれよりも非常に大きく設定さ
れる。このような条件下では(10)は近似的に次式で
表すことができる。 ΔV’−ΔV≒kIr………(11) 但し、 k=R3/(R3+R4) この式から、検出出力ΔVのドリフトはフィラメントR
1のドリフトrにほぼ比例することがわかる。 【0012】上記のI1がI2よりも非常に大きい場合
(I1≒I)は、(2)式を変形して、 Vo≒I(R1+R2)………(12) と表すことができる。フィラメントR1の抵抗値が温度
変化によりドリフトしてR1+rに変化したときの給電
電圧Vo’とすると、 Vo’≒I(R1+R2+r)………(13) 給電電圧Voのドリフト量は(12)(13)から、 Vo’−Vo=Ir………(14) となり、給電電圧VoのドリフトもまたフィラメントR
1のドリフトrにほぼ比例する。従って、検出出力ΔV
のドリフトは給電電圧Voのドリフトに比例することに
なるから、給電電圧Voに基づいて検出出力ΔVのドリ
フトを補正することが可能である。 【0013】この補正を行うのが図1に示す補正回路4
である。補正の元となる信号として給電電圧Voを導入
し、適切な演算回路(その構成は設計的事項である)を
通すことにより容易にドリフト補正を行い、その結果と
して補正後の出力信号Soを得ることができる。 【0014】図1において、固定抵抗R3とR4の接続
点の電位V2は、給電電圧Voを固定抵抗R3とR4と
で分圧した値であるから、給電電圧Voと同様にドリフ
ト量に比例する情報を含んでいる。従って、図中に破線
で示すように、Voの代わりにV2をドリフト補正用信
号として利用することも可能である。 【0015】本発明は上記の例のようにシングルフロー
セルTCDに適用して効果的であるが、デュアルフロー
セルTCDに対しても適用可能である。図1において、
固定抵抗R2を参照側流路のフィラメント(感温素子)
で置き換えればデュアルフローセルTCDの回路とな
る。 【0016】上記の解析に当たっては、R3、R4の抵
抗値がR1、R2のそれよりも非常に大きい(多くの場
合、実際にも当てはまる)ものとしたが、必ずしもこの
条件が成立しない場合であっても、その程度に応じた相
応の補正効果が得られる。即ち、R3、R4の抵抗値を
R1、R2のそれよりも非常に大きく設定することは本
発明構成上の必須要件ではない。なお、図1は本発明の
一実施形態を示したものであって、本発明をこれに限定
するものではない。 【0017】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればT
CDにおける温度ドリフト等を簡単に補正することがで
きるので、安定した検出出力を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態を示す図である。 【図2】従来のTCDの一例を示す図である。 【符号の説明】 1…抵抗ブリッジ回路 2…定電流源 3…測定回路 4…補正回路 R1、R2’…フィラメント R2〜R4…固定抵抗

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】加熱された感温素子の表面に分析ガスを接
    触させ、分析ガスの熱伝導度に応じて感温素子の温度変
    化を生ぜしめ、そのときの感温素子の電気抵抗の変化か
    ら被測定ガスの検出を行う検出器であって、前記感温素
    子が定電流源から給電される抵抗ブリッジ回路の少なく
    とも一辺を形成するように構成された熱伝導度検出器に
    おいて、前記定電流源から前記抵抗ブリッジ回路に給電
    される電圧の変化に基づいて検出出力を補正する補正回
    路を設けたことを特徴とする熱伝導度検出器。
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