JP2005315587A - 赤外線ガス分析計およびその校正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 校正動作の際に、校正ガスや貯蔵のためのガスボンベを必要としない赤外線ガス分析計およびその校正方法を実現する。
【解決手段】 基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入された基準セルと、試料ガスが流通する試料セルと、前記基準セルに入射する赤外光を選択的に遮断する遮光板と、校正動作時に前記試料セル内の試料ガスを排出する排気手段とを具備してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入された基準セルと、試料ガスが流通する試料セルと、前記基準セルに入射する赤外光を選択的に遮断する遮光板と、校正動作時に前記試料セル内の試料ガスを排出する排気手段とを具備してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、測定対象ガスにおける赤外光の吸収特性を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計およびその校正方法に関するものである。
図２は、従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図である。図に示されるように、赤外線光源１から発せられた赤外光は、分配セル２により２つに分割され、それぞれ基準セル３および試料セル４に入射する。基準セル３には不活性ガスなど、測定対象成分を含まないガスが封入されている。また、試料セル４には試料ガスが流通する。このため、分配セル２で２つに分けられた赤外光は、試料セル４側でのみ測定対象成分による吸収を受け、検出器５に到達する。
検出器５は基準セル３からの光を受ける基準側室５１と試料セル４からの光を受ける試料側室５２の２室からなり、その２室を連絡する流通路には、ガスの行き来を検出するためのサーマルフローセンサ５３が取り付けられている。また、検出器５内には、測定対象と同じ成分を含むガスが封入されており、基準セル３および試料セル４からの赤外光が入射すると、封入ガス中の測定対象成分が赤外光を吸収することで、基準側室５１内および試料側室５２内で、それぞれガスが熱膨張する。
基準セル３内の基準ガスは測定対象成分を含まないので、基準セル３を通過する赤外光に対しては測定対象成分による吸収はなく、試料セル４内の試料ガスに測定対象成分が含まれると、赤外光の一部はそこで吸収されるために、検出器５では試料側室５２に入射する赤外光が減少し、基準側室５１内のガスの熱膨張が試料側室５２内のガスの熱膨張より大きくなる。赤外光は回転セクタ６で断続されて、遮断および照射を繰り返しており、遮断されたときは基準側室５１および試料側室５２ともに赤外光が入射しないので、ガスは膨張しない。
このため、基準側室５１および試料側室５２においては、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じて、両室の間に周期的に差圧が生じ、両室間に設けられた流通路をガスが行き来することとなる。そのガスの挙動はサーマルフローセンサ５３により検出され、信号処理回路７により交流電圧増幅されて、測定対象成分濃度に対応した信号として出力される。８は回転セクタ６を駆動する同期モータ、９は基準セル３および試料セル４に入射する赤外光のバランスを調整するトリマである。
このように、試料ガス中の測定対象成分濃度が変化すると、検出器５（試料側室５２）に入射する赤外光の光量が変化するので、信号処理回路７を介して測定対象成分濃度に対応した出力信号を得ることができる。
図３は、このような赤外線ガス分析計における校正動作の一例を示す構成図である。図に示されるように、校正動作には、ゼロガスおよびスパンガスと呼ばれる校正ガスが使用される。１０はゼロガス用のガスボンベであり、窒素または空気がゼロガスとして貯蔵される。１１はスパンガス用のガスボンベであり、測定対象成分を二酸化炭素とすれば、所定濃度の二酸化炭素を含む窒素がスパンガスとして貯蔵されている。
ここで、ゼロ校正時には、試料ガスに替わってゼロガスが試料セル４に供給され、このゼロガスを測定することにより、検出器出力のゼロ校正が行われる。すなわち、ゼロガスには測定対象成分が含まれないので、検出器出力がゼロ（０％）相当の値を示すように、増幅器のゲインなどが調整される。なお、ゼロガスとして空気を使用した場合には、一定量の測定対象成分を含んでいることもあり、この場合には、空気における標準成分濃度に応じた出力値で校正が行われる。
また、スパン校正時には、試料ガスまたはゼロガスに替わってスパンガスが試料セル４に供給され、このスパンガスを測定することにより、検出器出力のスパン校正が行われる。すなわち、スパンガスに含まれる測定対象成分（二酸化炭素）の量をフルスケール相当とすれば、検出器出力がフルスケール（１００％）相当の値を示すように、増幅器のゲインなどが調整される。
しかしながら、このように既知の成分濃度を有する校正ガスを順次測定する従来の校正方法においては、ゼロおよびスパンの２点を校正するためには、成分濃度の異なる２種類の校正ガス（ゼロガス、スパンガス）を用意しなければならない。特に、スパンガスは測定対象成分濃度を所定の値に調整したものであり、高価なものとなってしまう。
また、分析計本体とともに校正用のガスボンベを設置することは、設備費用の高騰や設備スペースの増大につながり、好ましくない。
また、分析計本体とともに校正用のガスボンベを設置することは、設備費用の高騰や設備スペースの増大につながり、好ましくない。
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、校正動作の際に、校正ガスや貯蔵のためのガスボンベを必要としない赤外線ガス分析計およびその校正方法を実現することを目的としたものである。
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入された基準セルと、試料ガスが流通する試料セルと、前記基準セルに入射する赤外光を選択的に遮断する遮光板と、校正動作時に前記試料セル内の試料ガスを排出する排気手段とを具備してなることを特徴とする。
請求項２では、請求項１の赤外線ガス分析計において、前記基準セルに封入される基準ガスは、フルスケールに相当する濃度の測定対象成分を含むことを特徴とする。
請求項３では、請求項１または２の赤外線ガス分析計において、前記排気手段は、真空ポンプであることを特徴とする。
請求項４では、基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の校正方法において、前記基準セルに所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスを封入し、スパン校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルおよび前記試料セルに赤外光を入射させ、ゼロ校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルに入射する赤外光を遮断して、前記試料セルのみに赤外光を入射させることを特徴とする。
請求項５では、請求項４の赤外線ガス分析計の校正方法において、前記基準セルに封入される基準ガスは、フルスケールに相当する濃度の測定対象成分を含むことを特徴とする。
このように、基準セルに所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスを封入し、スパン校正時には試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルおよび前記試料セルに赤外光を入射させ、ゼロ校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルに入射する赤外光を遮断して、前記試料セルのみに赤外光を入射させるようにすると、試料セルに校正ガスを流通させることなく、ゼロおよびスパンの検出器出力を得ることができ、校正動作の際に、校正ガスや貯蔵のためのガスボンベを必要としない赤外線ガス分析計およびその校正方法を実現することができる。
以下、図面を用いて、本発明の赤外線ガス分析計およびその校正方法を説明する。
図１は、本発明の赤外線ガス分析計およびその校正方法の一実施例を示す構成図である。図において、前記図２および図３と同様のものは同一符号を付して示す。１０は試料セル４のガス流入口に設けられた排気手段であり、ここでは、真空ポンプを例示している。１１〜１３は試料セル４におけるガスの流路を切り換える制御弁である。１４は基準セル３に入射する赤外光を選択的に遮断する遮蔽板である。また、基準セル３には、所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入されている。
このように構成された赤外線ガス分析計およびその校正方法において、測定動作時には、試料ガスが制御弁１１および１３を介して、試料セル４に流通する。また、遮蔽板１４は基準セル３への入射光を遮断しない位置にあり、分配セル２を介して得られる２つの赤外光は、基準セル３および試料セル４に入射している。
この結果、赤外線ガス分析計の出力としては、試料ガス中の測定対象成分濃度に対応した出力信号が得られる。
なお、基準セル３には所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入されているので、基準セル３を通過する赤外光は常に一定量の吸収を受けることになり、検出器５（基準側室５１）において発生するガスの熱膨張は、前記した図２の従来装置に比べて、小さなものとなる。
なお、基準セル３には所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入されているので、基準セル３を通過する赤外光は常に一定量の吸収を受けることになり、検出器５（基準側室５１）において発生するガスの熱膨張は、前記した図２の従来装置に比べて、小さなものとなる。
ここでは、基準セル３に封入する測定対象成分の濃度は、フルスケール相当の濃度に選ばれている。したがって、試料ガスにおける測定対象成分濃度がフルスケール相当の場合には、基準セル３および試料セル４における赤外光の吸収量は等しくなり、検出器５の出力はゼロとなる。また、試料ガスにおける測定対象成分濃度がゼロの場合には、試料セル４における赤外光の吸収はなくなり、検出器５の出力はフルスケール相当となる。
次に、スパン校正動作時においては、制御弁１１および１３が閉じられ、試料セル４に対する試料ガスの流通が止められるとともに、制御弁１２が開けられ、真空ポンプ１０が試料セル４に接続される。なお、遮蔽板１４はそのままの位置である。
ここで、試料セル４内の試料ガスは真空ポンプ１０により排気され、排気が完了した時点で、この時のセンサ出力に対して、スパン校正が行われる。
この時、基準セル３においては、基準ガスによる赤外光の吸収（フルスケール相当）があるが、試料セル４においては、赤外光の吸収はない。
この時、基準セル３においては、基準ガスによる赤外光の吸収（フルスケール相当）があるが、試料セル４においては、赤外光の吸収はない。
また、ゼロ校正動作時においては、制御弁１１〜１３の動作は前記したスパン校正動作時と同様であるが、遮蔽板１４が基準セル３の位置まで移動し、基準セル３に入射する赤外光を遮断する。
ここで、試料セル４内の試料ガスは真空ポンプ１０により排気され、排気が完了した時点で、この時のセンサ出力に対して、ゼロ校正が行われる。
この時、検出器５の基準側室５１に赤外光は入射せず、試料側室５２のみに赤外光が入射するが、試料セル４における赤外光の吸収はないので、検出器５の出力はゼロとなる。
この時、検出器５の基準側室５１に赤外光は入射せず、試料側室５２のみに赤外光が入射するが、試料セル４における赤外光の吸収はないので、検出器５の出力はゼロとなる。
このように、基準セルに所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスを封入し、スパン校正時には試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルおよび前記試料セルに赤外光を入射させ、ゼロ校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルに入射する赤外光を遮断して、前記試料セルのみに赤外光を入射させるようにすると、試料セルに校正ガスを流通させることなく、ゼロおよびスパン校正を行うことができる。
なお、上記の説明においては、一対の基準セルおよび試料セルを有し、一種類の測定成分濃度を測定する赤外線ガス分析計を例示したが、赤外線ガス分析計の構成はこれに限られるものではなく、複数対の基準セルおよび試料セルを有し、複数種類の測定成分濃度を測定する赤外線ガス分析計にも応用することが可能である。
この場合、従来のように測定成分の数だけ校正ガスを用意する必要がなく、設備費用や設備スペースを大幅に削減することができる。
この場合、従来のように測定成分の数だけ校正ガスを用意する必要がなく、設備費用や設備スペースを大幅に削減することができる。
１ 赤外線光源
２ 分配セル
３ 基準セル
４ 試料セル
５ 検出器
５１ 基準側室
５２ 試料側室
５３ サーマルフローセンサ
６ 回転セクタ
７ 信号処理回路
８ 同期モータ
９ トリマ
１０ 真空ポンプ
１１ 制御弁
１２ 制御弁
１３ 制御弁
１４ 遮光板
２ 分配セル
３ 基準セル
４ 試料セル
５ 検出器
５１ 基準側室
５２ 試料側室
５３ サーマルフローセンサ
６ 回転セクタ
７ 信号処理回路
８ 同期モータ
９ トリマ
１０ 真空ポンプ
１１ 制御弁
１２ 制御弁
１３ 制御弁
１４ 遮光板
Claims (5)
- 基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスが封入された基準セルと、試料ガスが流通する試料セルと、前記基準セルに入射する赤外光を選択的に遮断する遮光板と、校正動作時に前記試料セル内の試料ガスを排出する排気手段とを具備してなる赤外線ガス分析計。
- 前記基準セルに封入される基準ガスは、フルスケールに相当する濃度の測定対象成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
- 前記排気手段は、真空ポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計。
- 基準ガスが封入された基準セルと試料ガスが流通する試料セルとを有し、これらのセルを通過した赤外光における吸収量の差を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の校正方法において、前記基準セルに所定濃度の測定対象成分を含む基準ガスを封入し、スパン校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルおよび前記試料セルに赤外光を入射させ、ゼロ校正時には前記試料セル内の試料ガスを排気するとともに、前記基準セルに入射する赤外光を遮断して、前記試料セルのみに赤外光を入射させることを特徴とする赤外線ガス分析計の校正方法。
- 前記基準セルに封入される基準ガスは、フルスケールに相当する濃度の測定対象成分を含むことを特徴とする請求項４に記載の赤外線ガス分析計の校正方法。
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2004
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