JP2006126097A - Mirror surface cooling type dew-point instrument - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure responsiveness in a low dew point, and settability in a high dew point, and to measure the accurate dew point (true dew point) in a short time over a full dew point range. <P>SOLUTION: A memory 26 stores an approximate expression f1 indicating a relation between the dew point temperature found by an experiment and the optimum control parameter. A temperature of a mirror surface 3-1 is detected as a temporal dew point when luminous energy of reflected light received by a photoreception element 9 is changed greatly after starting cooling, the approximate expression f1 is substituted with the detected temporal dew point to find the control parameter, and the found control parameter is set in a Peltier output control part 23. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、被測定気体に晒される鏡面をペルチェ素子などの熱電冷却素子を用いて冷却し、被測定気体に含まれる水蒸気の一部を鏡面上に結露させ、この結露の増減がなくなる平衡状態になったときの鏡面の温度を露点として検出する鏡面冷却式露点計に関するものである。   In this invention, the mirror surface exposed to the gas to be measured is cooled using a thermoelectric cooling element such as a Peltier element, and a part of the water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface, so that there is no increase or decrease in the condensation. The present invention relates to a mirror-cooled dew point meter that detects the temperature of the mirror surface as a dew point.

従来より、湿度測定法として、被測定気体の温度を低下させ、その被測定気体に含まれる水蒸気の一部を結露させたときの温度を測定することにより露点を検出する露点検出法が知られている。例えば、非特許文献1には、寒剤、冷凍機、電子冷却器などを用いて鏡を冷却し、この冷却した鏡の鏡面上の反射光の強度の変化を検出し、この時の鏡面の温度を測定することによって、被測定気体中の水分の露点を検出する鏡面冷却式露点計について説明されている。   Conventionally, as a humidity measurement method, there has been known a dew point detection method for detecting a dew point by reducing the temperature of a gas to be measured and measuring the temperature when a part of water vapor contained in the gas to be measured is condensed. ing. For example, in Non-Patent Document 1, a mirror is cooled using a cryogen, a refrigerator, an electronic cooler, or the like, a change in the intensity of reflected light on the mirror surface of the cooled mirror is detected, and the temperature of the mirror surface at this time is detected. A mirror-cooled dew point meter that detects the dew point of moisture in the gas to be measured has been described.

この鏡面冷却式露点計には、利用する反射光の種類によって、2つのタイプがある。1つは、正反射光を利用する正反射光検出方式(例えば、特許文献1参照)、もう1つは、散乱光を利用する散乱光検出方式(例えば、特許文献2参照)である。   There are two types of mirror-cooled dew point meters depending on the type of reflected light used. One is a specularly reflected light detection method that uses specularly reflected light (see, for example, Patent Document 1), and the other is a scattered light detection method that uses scattered light (see, for example, Patent Document 2).

〔正反射光検出方式〕
図13に正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部(鏡面冷却式センサ)の構成を示す。この鏡面冷却式センサ101は、被測定気体が流入されるチャンバ1と、このチャンバ1の底部に設けられた熱電冷却素子(ペルチェ素子)2を備えている。熱電冷却素子2の冷却面2−1には鏡3が取り付けられており、熱電冷却素子2の加熱面2−2にはヒートパイプ4を介して放熱部材5が取り付けられている。すなわち、ヒートパイプ4の一端4−1が熱電冷却素子2の加熱面2−1に取り付けられており、熱電冷却素子2から離されたヒートパイプ4の他端4−2に放熱部材5が取り付けられている。
[Specular reflection detection method]
FIG. 13 shows a configuration of a sensor section (mirror-cooled sensor) in a conventional mirror-cooled dew point meter that employs a regular reflection light detection method. The mirror-cooled sensor 101 includes a chamber 1 into which a gas to be measured is introduced, and a thermoelectric cooling element (Peltier element) 2 provided at the bottom of the chamber 1. A mirror 3 is attached to the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2, and a heat radiating member 5 is attached to the heating surface 2-2 of the thermoelectric cooling element 2 via a heat pipe 4. That is, one end 4-1 of the heat pipe 4 is attached to the heating surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2, and the heat radiating member 5 is attached to the other end 4-2 of the heat pipe 4 separated from the thermoelectric cooling element 2. It has been.

また、熱電冷却素子2とヒートパイプ4の一端4−1にはその周囲を覆うように断熱部材6が設けられており、鏡3の上面(鏡面)3−1には温度検出素子7が取り付けられている。また、チャンバ1の上部に、鏡3の鏡面3−1に対して斜めに光を照射する発光素子8と、この発光素子8から鏡面3−1に対して照射された光の正反射光を受光する受光素子9とが設けられている。また、熱電冷却素子2へのリード線10が断熱部材6を貫通して設けられている。   Further, a heat insulating member 6 is provided at one end 4-1 of the thermoelectric cooling element 2 and the heat pipe 4 so as to cover the periphery thereof, and a temperature detecting element 7 is attached to the upper surface (mirror surface) 3-1 of the mirror 3. It has been. In addition, a light emitting element 8 that irradiates light obliquely onto the mirror surface 3-1 of the mirror 3 and a regular reflection light of the light emitted from the light emitting element 8 to the mirror surface 3-1 are provided on the upper portion of the chamber 1. A light receiving element 9 for receiving light is provided. Further, a lead wire 10 to the thermoelectric cooling element 2 is provided through the heat insulating member 6.

この鏡面冷却式センサ101において、チャンバ1内の鏡面3−1は、チャンバ1内に流入される被測定気体に晒される。鏡面3−1に結露が生じていなければ、発光素子8から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子9で受光される。したがって、鏡面3−1に結露が生じていない場合、受光素子9で受光される反射光の強度は大きい。   In this mirror cooled sensor 101, the mirror surface 3-1 in the chamber 1 is exposed to the gas to be measured that flows into the chamber 1. If condensation does not occur on the mirror surface 3-1, almost all of the light emitted from the light emitting element 8 is regularly reflected and received by the light receiving element 9. Therefore, when there is no condensation on the mirror surface 3-1, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 9 is high.

熱電冷却素子2への電流を増大し、熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面3−1に結露し、その水の分子に発光素子8から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子9で受光される反射光(正反射光)の強度が減少する。この鏡面3−1における正反射光の変化を検出することにより、鏡面3−1上の状態の変化、すなわち鏡面3−1上に水分(水滴)が付着したことを知ることができる。さらに、受光素子9で受光される反射光の光量に基づいて、鏡面3−1に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように、すななわち受光素子9で受光される反射光の光量が変化しなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子2へ供給する電流を制御し、この時の鏡面3−1の温度を温度検出素子7で測定することによって、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。   When the current to the thermoelectric cooling element 2 is increased and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, water vapor contained in the measured gas is condensed on the mirror surface 3-1, and the water molecules Part of the light emitted from the light emitting element 8 is absorbed or diffusely reflected. Thereby, the intensity of the reflected light (regularly reflected light) received by the light receiving element 9 is reduced. By detecting the change in the specularly reflected light on the mirror surface 3-1, it is possible to know the change in the state on the mirror surface 3-1, that is, that moisture (water droplets) has adhered to the mirror surface 3-1. Further, based on the amount of reflected light received by the light receiving element 9, in other words, the amount of reflected light received by the light receiving element 9 is set so as to achieve an equilibrium state in which the increase or decrease of the dew condensation occurring on the mirror surface 3-1 is eliminated. By controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element 2 so as to be in an equilibrium state where the temperature does not change and measuring the temperature of the mirror surface 3-1 at this time with the temperature detecting element 7, the dew point of the moisture in the gas to be measured Can know.

〔散乱光検出方式〕
図14に散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部(鏡面冷却式センサ)の構成を示す。この鏡面冷却式センサ102は、正反射光検出方式を採用した鏡面冷却式センサ101とほゞ同構成であるが、受光素子9の取り付け位置が異なっている。この鏡面冷却式センサ102において、受光素子9は、発光素子8から鏡面3−1に対して照射された光の正反射光を受光する位置ではなく、散乱光を受光する位置に設けられている。
(Scattered light detection method)
FIG. 14 shows a configuration of a sensor section (mirror-cooled sensor) in a conventional mirror-cooled dew point meter that employs the scattered light detection method. The mirror-cooled sensor 102 has substantially the same configuration as the mirror-cooled sensor 101 that employs the regular reflection light detection method, but the mounting position of the light receiving element 9 is different. In this mirror-cooled sensor 102, the light receiving element 9 is provided at a position for receiving scattered light, not at a position for receiving specularly reflected light emitted from the light emitting element 8 to the mirror surface 3-1. .

この鏡面冷却式センサ102において、鏡面3−1は、チャンバ1内に流入される被測定気体に晒される。鏡面3−1に結露が生じていなければ、発光素子8から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子9での受光量は極微量である。したがって、鏡面3−1に結露が生じていない場合、受光素子9で受光される反射光の強度は小さい。   In the mirror-cooled sensor 102, the mirror surface 3-1 is exposed to the gas to be measured that flows into the chamber 1. If there is no condensation on the mirror surface 3-1, almost all of the light emitted from the light emitting element 8 is regularly reflected, and the amount of light received by the light receiving element 9 is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the mirror surface 3-1, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 9 is small.

熱電冷却素子2への電流を増大し、熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面3−1に結露し、その水の分子に発光素子8から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子9で受光される乱反射された光(散乱光)の強度が増大する。この鏡面3−1における散乱光の変化を検出することにより、鏡面3−1上の状態の変化、すなわち鏡面3−1上に水分(水滴)が付着したことを知ることができる。さらに、受光素子9で受光される反射光の光量に基づいて、鏡面3−1に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子2へ供給する電流を制御し、この時の鏡面3−1の温度を温度検出素子7で測定することによって、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。   When the current to the thermoelectric cooling element 2 is increased and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, water vapor contained in the measured gas is condensed on the mirror surface 3-1, and the water molecules Part of the light emitted from the light emitting element 8 is absorbed or diffusely reflected. Thereby, the intensity | strength of the irregularly reflected light (scattered light) received by the light receiving element 9 increases. By detecting the change in the scattered light on the mirror surface 3-1, it is possible to know the change in the state on the mirror surface 3-1, that is, that moisture (water droplets) has adhered to the mirror surface 3-1. Further, based on the amount of reflected light received by the light receiving element 9, the current supplied to the thermoelectric cooling element 2 is controlled so as to be in an equilibrium state where there is no increase or decrease in condensation occurring on the mirror surface 3-1, and the mirror surface at this time By measuring the temperature of 3-1 with the temperature detecting element 7, the dew point of the moisture in the gas to be measured can be known.

特開昭61−75235号公報JP-A-61-75235 特公平7−104304号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-104304 工業計測ハンドブック、昭和51.9.30、朝倉書店、P297。Industrial Measurement Handbook, Showa 51.9.30, Asakura Shoten, P297.

上述した鏡面冷却式露点計では、鏡面3−1上の結露が平衡状態になるように熱電冷却素子2へ供給する電流を制御するようにしているが、被測定気体の露点が低い場合は熱電冷却素子2による鏡面3−1の冷却の度合いに対して露がつき難く、逆に露点が高い場合は露がつき易いという特性がある。従来は、鏡面3−1上の結露が平衡状態になるように熱電冷却素子2へ供給する電流を制御する際の制御パラメータ(PIDパラメータ)を全ての露点温度範囲において同一としており、このため低露点時に応答時間が遅かったり、高露点時にハンチングを起こし易いというような問題があった。   In the above-described mirror-cooled dew point meter, the current supplied to the thermoelectric cooling element 2 is controlled so that the dew condensation on the mirror surface 3-1 is in an equilibrium state. There is a characteristic that dew is not easily formed with respect to the degree of cooling of the mirror surface 3-1 by the cooling element 2, and conversely, when the dew point is high, dew is easily formed. Conventionally, the control parameter (PID parameter) for controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element 2 so that the dew condensation on the mirror surface 3-1 is in an equilibrium state is the same in all dew point temperature ranges. There are problems such as a slow response time at the dew point and hunting at the high dew point.

図15に同一の制御パラメータを使用した場合の鏡面温度と時間との関係(制御特性)を示す。図15(a)は低露点時、図15(b)は中露点時、図15(c)は高露点時の制御特性であり、制御パラメータは中露点時をモデルケースとして定めている。この場合、低露点時では制御パラメータが弱すぎるため、応答時間が遅れる。高露点時には制御パラメータが強すぎるため、ハンチングを起こす。すなわち、低露点時には応答性が損なわれ、高露点時には整定性が損なわれ、結果的に露点が求められるまでの時間が長引く。   FIG. 15 shows the relationship (control characteristics) between the mirror surface temperature and time when the same control parameters are used. FIG. 15A shows the control characteristics at the time of the low dew point, FIG. 15B shows the control characteristics at the time of the middle dew point, and FIG. 15C shows the control characteristics at the time of the high dew point. In this case, since the control parameter is too weak at the time of the low dew point, the response time is delayed. At high dew point, control parameters are too strong and cause hunting. That is, responsiveness is impaired at a low dew point, settling is impaired at a high dew point, and as a result, the time until the dew point is obtained is prolonged.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低露点時の応答性、高露点時の整定性を確保し、全ての露点温度範囲において、短時間で正確な露点(本露点)を計測することが可能な鏡面冷却式露点計を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and the object thereof is to ensure responsiveness at low dew point and settling at high dew point, and in a short dew point temperature range. An object of the present invention is to provide a mirror-cooled dew point meter capable of measuring an accurate dew point (main dew point) over time.

このような目的を達成するために本発明は、被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、鏡面に対して光を照射する投光手段と、投光手段から鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、鏡面の温度を検出する温度検出手段と、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、受光手段が受光する反射光の光量が鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、仮露点検出手段によって検出された仮露点を近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを制御手段によって熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段とを設けたものである。   In order to achieve such an object, the present invention provides a mirror surface exposed to a gas to be measured, a thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, a light projecting unit that irradiates light to the mirror surface, and a mirror surface from the light projecting unit. Light receiving means for receiving the reflected light of the light irradiated to the light, a temperature detecting means for detecting the temperature of the mirror surface, and an equilibrium state in which there is no increase or decrease in condensation on the mirror surface based on the amount of reflected light received by the light receiving means In a specular cooling type dew point meter comprising a control means for controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element so as to become, an approximate expression storage means for storing an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, and a light receiving means Temporary dew point detection means for detecting the mirror surface temperature as the temporary dew point when the amount of reflected light received by the first major change after the mirror surface starts cooling, and the temporary dew point detected by the temporary dew point detection means are substituted into the approximate expression. System Calculated parameters, in which a control parameter setting means for setting a control parameter in controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element is provided by the control means a control parameter thus determined.

この発明によれば、鏡面の冷却を開始し、鏡面の温度を低下させて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気の一部が鏡面に結露する。この時、受光手段が受光する反射光の光量が大きく変化する。本発明では、この時の鏡面の温度を仮露点として検出し、この仮露点を予め定められている露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして使用する。なお、仮露点は結露の開始点であり、熱電冷却素子へ供給する電流を制御することによって鏡面の結露が平衡状態になった時の鏡面の温度が本露点であり、鏡面の温度は最終的には本露点で安定することになる。なお、本露点は、仮露点よりもやや低い位置にある。   According to this invention, when cooling of the mirror surface is started and the temperature of the mirror surface is lowered, a part of water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface. At this time, the amount of reflected light received by the light receiving means changes greatly. In the present invention, the temperature of the mirror surface at this time is detected as a temporary dew point, and this temporary dew point is substituted into an approximate expression indicating the relationship between the predetermined dew point temperature and the control parameter to obtain a control parameter. The control parameter is used as a control parameter when controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element. The temporary dew point is the starting point of condensation, and the mirror surface temperature when the condensation on the mirror surface is in an equilibrium state by controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element is the final dew point. It will be stable at this dew point. The dew point is at a position slightly lower than the temporary dew point.

各露点における最適な制御パラメータは実験により求めることが可能である。本発明では、各露点における最適な制御パラメータを実験により求め、この実験結果から露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を定める。なお、発明者らの実験により、制御パラメータをPIDパラメータとした場合、P値(比例ゲイン)は被測定気体の温度および露点の影響を受け、I値(積分時間)やD値(微分時間)は被測定気体の温度や露点の影響をそれほど受けないという傾向が確認できた。このような近似式を定めることにより、仮露点が求まった時点で、すなわち本露点にほゞ等しい仮露点が求まった時点で、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを使用して熱電冷却素子へ供給する電流が制御されるものとなる。これにより、低露点時の応答性、高露点時の整定性が確保され、全ての露点温度範囲において、短時間で露点を計測することが可能となる。   Optimal control parameters at each dew point can be determined by experiment. In the present invention, the optimum control parameter at each dew point is obtained by experiment, and an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is determined from the experimental result. When the control parameter is set to the PID parameter by the inventors' experiment, the P value (proportional gain) is affected by the temperature and dew point of the gas to be measured, and the I value (integration time) or D value (differentiation time). Confirmed the tendency to be less affected by the temperature and dew point of the gas to be measured. By defining such an approximate expression, when a temporary dew point is obtained, that is, when a temporary dew point approximately equal to the present dew point is obtained, an appropriate control parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured is used. The current supplied to the cooling element is controlled. As a result, responsiveness at low dew points and settling at high dew points are ensured, and dew points can be measured in a short time in all dew point temperature ranges.

なお、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度および被測定気体の温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を定め、この近似式に仮露点と被測定気体の温度を代入して制御パラメータを求めるようにしてもよい。
また、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを定め、このテーブルから仮露点が属する露点温度範囲の制御パラメータを求めるようにしてもよい。
また、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度および被測定気体の温度によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを定め、このテーブルから仮露点および被測定気体の温度が属する範囲の制御パラメータを求めるようにしてもよい。
Instead of an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the temperature of the measured gas and the control parameter is defined. The control parameter may be obtained by substituting the temperature.
Also, instead of using an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, a table indicating the relationship between the dew point temperature range and the control parameter is defined, and the control parameter of the dew point temperature range to which the temporary dew point belongs is obtained from this table. May be.
In addition, instead of using an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, a table indicating the relationship between the control parameter and the range divided by the dew point temperature and the temperature of the gas to be measured is defined. You may make it obtain | require the control parameter of the range to which the temperature of measurement gas belongs.

また、仮露点の検出後、定期的に仮露点とその時の鏡面の温度との偏差を求め、その偏差に応じて現在設定されている制御パラメータを変更するようにしてもよい。このようにすると、仮露点で設定した制御パラメータが、定期的に、仮露点とその時の鏡面の温度との偏差に応じて変更(自動変更)されて行く。例えば、制御パラメータをPIDパラメータとした場合、偏差が大きければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを大きくし、偏差が小さければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを小さくする。これにより、鏡面の温度が仮露点を通過した後、大きく低下しようとすると、大きな比例ゲインによって鏡面の温度が大きく上昇するものとなり、この大きな温度上昇によって鏡面の温度が仮露点に近づくと、小さな比例ゲインに変更され、応答性と整定性が合わせて改善される。   Further, after detecting the temporary dew point, a deviation between the temporary dew point and the temperature of the mirror surface at that time may be periodically obtained, and the currently set control parameter may be changed according to the deviation. In this way, the control parameter set at the temporary dew point is periodically changed (automatically changed) according to the deviation between the temporary dew point and the mirror surface temperature at that time. For example, when the control parameter is a PID parameter, the proportional gain of the currently set control parameter is increased if the deviation is large, and the proportional gain of the currently set control parameter is decreased if the deviation is small. As a result, if the mirror surface temperature greatly decreases after passing the temporary dew point, the mirror surface temperature greatly increases due to a large proportional gain.If the mirror surface temperature approaches the temporary dew point due to this large temperature increase, the mirror surface temperature decreases. The proportional gain is changed, and the response and settling are improved.

本発明によれば、受光手段が受光する反射光の光量が鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面の温度が仮露点として検出され、この検出された仮露点あるいは仮露点と被測定気体の温度から予め定められている近似式やテーブルを使用して被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータが求められ、この制御パラメータを使用して熱電冷却素子へ供給する電流が制御されるものとなり、低露点時の応答性、高露点時の整定性が確保され、全ての露点温度範囲において、短時間で正確な露点(本露点)を計測することが可能となる。   According to the present invention, the temperature of the mirror surface when the light amount of the reflected light received by the light receiving means is first largely changed after the mirror surface starts cooling is detected as the temporary dew point, and the detected temporary dew point or the temporary dew point and the measurement target are detected. An appropriate control parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured is obtained from the gas temperature using a predetermined approximate expression or table, and the current supplied to the thermoelectric cooling element is controlled using this control parameter. Therefore, responsiveness at low dew point and settling at high dew point are ensured, and accurate dew point (main dew point) can be measured in a short time in all dew point temperature ranges.

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態1〕
図1はこの発明に係る鏡面冷却式露点計の一実施の形態(実施の形態1)を示すブロック図である。図1において、図13や図14と同一符号は同図を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、この実施の形態1に示す鏡面冷却式露点計201では、散乱光検出方式を採用している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment (Embodiment 1) of a mirror-cooled dew point meter according to the present invention. 1, the same reference numerals as those in FIGS. 13 and 14 denote the same or equivalent components as those described with reference to the drawings, and the description thereof will be omitted. The mirror-cooled dew point meter 201 shown in the first embodiment employs a scattered light detection method.

この鏡面冷却式露点計201は、センサ部(鏡面冷却式センサ)201Aとコントロール部201Bとを有している。センサ部201Aは、熱電冷却素子2と発光素子8と受光素子9とを備え、熱電冷却素子2の冷却面2−1には鏡3が取り付けられている。また、鏡3の鏡面3−1には温度検出素子7が取り付けられている。   The mirror-cooled dew point meter 201 has a sensor unit (mirror-cooled sensor) 201A and a control unit 201B. The sensor unit 201 </ b> A includes a thermoelectric cooling element 2, a light emitting element 8, and a light receiving element 9, and a mirror 3 is attached to the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2. A temperature detection element 7 is attached to the mirror surface 3-1 of the mirror 3.

コントロール部201Bには、露点温度表示部21と、結露検知部22と、ペルチェ出力制御部23と、信号変換部24と、制御パラメータ演算部25と、メモリ26とが設けられている。メモリ26には露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1が格納されている。この露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1は発明者らの度重なる実験により求めたものである。   The control unit 201B is provided with a dew point temperature display unit 21, a dew condensation detection unit 22, a Peltier output control unit 23, a signal conversion unit 24, a control parameter calculation unit 25, and a memory 26. The memory 26 stores an approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter. The approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is obtained by repeated experiments by the inventors.

すなわち、本実施の形態では、後述するように、ペルチェ出力制御部23によって鏡面3−1に生じる結露が平衡状態になるように熱電冷却素子2への電流が制御されるが、この制御に際してペルチェ出力制御部23で使用される各露点における最適な制御パラメータ(PIDパラメータ)を実験により求め、この実験結果から露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1を定めている。   That is, in this embodiment, as will be described later, the current to the thermoelectric cooling element 2 is controlled by the Peltier output control unit 23 so that the dew condensation generated on the mirror surface 3-1 is in an equilibrium state. An optimum control parameter (PID parameter) at each dew point used in the output control unit 23 is obtained by experiment, and an approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is determined from the experimental result.

図2に実験により求められた空気を被測定気体とした時の露点温度とPIDパラメータとの関係を示す。図2(a)は同一空気温度でのP値と露点温度との関係、図2(b)は同一空気温度での露点温度とI値との関係、図2(c)は同一空気温度での露点温度とD値との関係を示している。この実験結果から、同一空気温度の空気では、露点温度が高くなるに従ってP値が減少し、I値は微減、D値はほゞ不変であることが分かった。   FIG. 2 shows the relationship between the dew point temperature and the PID parameter when the air obtained by the experiment is the measured gas. 2 (a) shows the relationship between P value and dew point temperature at the same air temperature, FIG. 2 (b) shows the relationship between dew point temperature and I value at the same air temperature, and FIG. 2 (c) shows the same air temperature. The relationship between the dew point temperature and the D value is shown. From the experimental results, it was found that in the air having the same air temperature, the P value decreased as the dew point temperature increased, the I value slightly decreased, and the D value almost unchanged.

図3に実験により求められた空気を被測定気体とした時の空気温度とPIDパラメータとの関係を示す。図3(a)は同一露点温度でのP値と空気温度との関係、図3(b)は同一露点温度でのI値と空気温度との関係、図3(c)は同一露点温度でのD値と空気温度との関係を示している。この実験結果から、同一露点温度の空気では、空気温度が高くになるに従ってP値が増大し、I値は微増、D値はほゞ不変であることが分かった。   FIG. 3 shows the relationship between the air temperature and the PID parameter when the air obtained by the experiment is the gas to be measured. 3 (a) shows the relationship between P value and air temperature at the same dew point temperature, FIG. 3 (b) shows the relationship between I value and air temperature at the same dew point temperature, and FIG. 3 (c) shows the same dew point temperature. The relationship between the D value and the air temperature is shown. From the experimental results, it was found that in the air having the same dew point temperature, the P value increased as the air temperature increased, the I value slightly increased, and the D value almost unchanged.

本実施の形態では、図2や図3に示した実験結果から、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1を定めている。この近似式f1は、PIDパラメータを求める式であって、近似式f1に露点温度を代入することによって、被測定気体の露点に応じた適切なPIDパラメータが得られる。なお、後述する実施の形態2での近似式f2、実施の形態3でのテーブルT1、実施の形態4でのテーブルT4も、被測定気体の露点に応じた適切なPIDパラメータを得ることを目的として、図2や図3に示した実験結果から定めたものである。   In the present embodiment, the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is determined from the experimental results shown in FIG. 2 and FIG. This approximate expression f1 is an expression for obtaining a PID parameter, and an appropriate PID parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured can be obtained by substituting the dew point temperature into the approximate expression f1. Note that the approximate expression f2 in the second embodiment, the table T1 in the third embodiment, and the table T4 in the fourth embodiment, which will be described later, are also intended to obtain appropriate PID parameters according to the dew point of the gas to be measured. These are determined from the experimental results shown in FIG. 2 and FIG.

以下、図4に示したフローチャートを参照しながら、この鏡面冷却式露点計201におけるコンロトール部201Bの各部の機能について説明する。
電源スイッチ(図示せず)をオンとすると、結露検知部22は、発光素子8より、鏡面3−1に対して所定の周期でパルス光を照射する(図5(a)参照)。鏡面3−1は被測定気体に晒されており、鏡面3−1に結露が生じていなければ、発光素子8から照射されたパルス光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子9で受光される鏡面3−1からの反射パルス光(散乱光)は極微量である。電源スイッチをオンとした時点では、鏡面3−1にはまだ結露が生じておらず、したがって受光素子9で受光される反射パルス光の強度は小さい。
Hereinafter, the function of each part of the control part 201B in the specular cooling type dew point meter 201 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
When a power switch (not shown) is turned on, the dew condensation detection unit 22 irradiates the mirror surface 3-1 with pulsed light at a predetermined cycle from the light emitting element 8 (see FIG. 5A). The mirror surface 3-1 is exposed to the gas to be measured, and if no condensation occurs on the mirror surface 3-1, almost all of the pulsed light emitted from the light emitting element 8 is regularly reflected and received by the light receiving element 9. The reflected pulsed light (scattered light) from the mirror surface 3-1 is extremely small. When the power switch is turned on, condensation has not yet occurred on the mirror surface 3-1, so that the intensity of the reflected pulse light received by the light receiving element 9 is small.

結露検知部22では、受光素子9を介して受光される反射パルス光の上限値と下限値との差を反射パルス光の強度として求め、反射パルス光の強度に応じた信号S1をペルチェ出力制御部23へ送る。この場合、反射パルス光の強度はほゞ零であり、予め定められている閾値に達していないので、ペルチェ出力制御部23は、熱電冷却素子2への電流を増大させる制御信号S2を信号変換部24へ送る。これにより、信号変換部24からの熱電冷却素子2への電流S3が増大し、熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度が急速に下げられて行く。   In the dew condensation detector 22, the difference between the upper limit value and the lower limit value of the reflected pulse light received through the light receiving element 9 is obtained as the intensity of the reflected pulse light, and the signal S1 corresponding to the intensity of the reflected pulse light is subjected to Peltier output control. Send to part 23. In this case, since the intensity of the reflected pulse light is almost zero and has not reached a predetermined threshold value, the Peltier output control unit 23 converts the control signal S2 for increasing the current to the thermoelectric cooling element 2 into a signal. Send to part 24. Thereby, the current S3 from the signal conversion unit 24 to the thermoelectric cooling element 2 increases, and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is rapidly lowered.

熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度、すなわ鏡3の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面3−1に結露し、その水の分子に発光素子8から照射されたパルス光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子9を介して受光される鏡面3−1からの反射パルス光(散乱光)の強度が増大する。結露検知部22は、この時の温度検出素子7からの鏡面3−1の温度、すなわち受光素子9が受光する反射パルス光の光量が冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面3−1の温度(鏡面温度Tm)を仮露点P0として検出し(図4に示すステップ401)、制御パラメータ演算部25へ送る。   When the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, that is, the temperature of the mirror 3, the water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface 3-1, and the water molecules Part of the irradiated pulsed light is absorbed or irregularly reflected. Thereby, the intensity | strength of the reflected pulse light (scattered light) from the mirror surface 3-1 received through the light receiving element 9 increases. The dew condensation detection unit 22 has a mirror surface 3-1 when the temperature of the mirror surface 3-1 from the temperature detection element 7 at this time, that is, the amount of reflected pulsed light received by the light receiving element 9 changes greatly after the start of cooling. The temperature (mirror surface temperature Tm) is detected as the provisional dew point P0 (step 401 shown in FIG. 4) and sent to the control parameter calculator 25.

制御パラメータ演算部25は、結露検知部22からの仮露点P0を受けて、この仮露点P0をメモリ26に格納されている露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1に代入し(ステップ402)、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを求め(ステップ403)、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部23に設定する(ステップ404)。   The control parameter calculation unit 25 receives the temporary dew point P0 from the dew condensation detection unit 22, and substitutes this temporary dew point P0 into the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature stored in the memory 26 and the control parameter (step S1). 402) An appropriate control parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured is obtained (step 403), and the obtained control parameter is set in the Peltier output control unit 23 (step 404).

一方、結露検知部22は、受光される反射パルス光の1パルス毎に、その1パルスの上限値と下限値との差を求め、これを反射パルス光の強度とする。すなわち、図5(b)に示すように、反射パルス光の1パルスの上限値Lmaxと下限値Lminとの差ΔLを求め、このΔLを反射パルス光の強度とする。この結露検知部22での処理により、反射パルス光に含まれる外乱光ΔXが除去され、外乱光による誤動作が防止される。この結露検知部22でのパルス光を用いた外乱光による誤動作防止の処理方式をパルス変調方式と呼ぶ。この処理によって、図1に示した鏡面冷却式露点計201では、鏡面冷却式センサ201Aから光の遮光を目的とするチャンバをなくすことができる。   On the other hand, the dew condensation detection part 22 calculates | requires the difference of the upper limit value and the lower limit value of the 1 pulse for every 1 pulse of the received reflected pulse light, and makes this the intensity | strength of reflected pulse light. That is, as shown in FIG. 5B, a difference ΔL between the upper limit value Lmax and the lower limit value Lmin of one pulse of the reflected pulse light is obtained, and this ΔL is used as the intensity of the reflected pulse light. By the processing in the dew condensation detection unit 22, the disturbance light ΔX included in the reflected pulse light is removed, and malfunction due to the disturbance light is prevented. A processing method for preventing malfunction due to disturbance light using pulsed light in the dew condensation detection unit 22 is referred to as a pulse modulation method. With this process, the mirror-cooled dew point meter 201 shown in FIG. 1 can eliminate the chamber intended to block light from the mirror-cooled sensor 201A.

受光素子9を介して受光される反射パルス光の強度が閾値を超えると、ペルチェ出力制御部23は、熱電冷却素子2への電流を減少させる制御信号S2を信号変換部24へ送る。これにより、熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度の低下が抑えられ、結露の発生が抑制される。この結露の抑制により、受光素子9を介して受光される反射パルス光の強度が小さくなり、閾値を下回ると、ペルチェ出力制御部23から熱電冷却素子2への電流を増大させる制御信号S2が信号変換部24へ送られる。この動作の繰り返しによって、受光素子9を介して受光される反射パルス光の強度が閾値とほゞ等しくなるように、熱電冷却素子2の冷却面2−1の温度が調整される。この調整された温度、すなわち鏡面3−1上の結露が平衡状態に達した温度が、露点温度(本露点)として露点温度表示部22に表示される。   When the intensity of the reflected pulse light received through the light receiving element 9 exceeds the threshold value, the Peltier output control unit 23 sends a control signal S2 for reducing the current to the thermoelectric cooling element 2 to the signal conversion unit 24. Thereby, the fall of the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is suppressed, and generation | occurrence | production of dew condensation is suppressed. By suppressing the dew condensation, the intensity of the reflected pulse light received through the light receiving element 9 is reduced. When the intensity falls below the threshold, a control signal S2 for increasing the current from the Peltier output control unit 23 to the thermoelectric cooling element 2 is a signal. It is sent to the conversion unit 24. By repeating this operation, the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is adjusted so that the intensity of the reflected pulse light received through the light receiving element 9 is approximately equal to the threshold value. The adjusted temperature, that is, the temperature at which the dew condensation on the mirror surface 3-1 reaches the equilibrium state is displayed on the dew point temperature display unit 22 as the dew point temperature (main dew point).

この場合、ペルチェ出力制御部23には仮露点P0の検出時点で、近似式f1から得られた制御パラメータが設定されているので、すなわち被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータが設定されているので、低露点時であっても、高露点時であっても、図6(b)に示すように良好な制御特性が得られるようになる。   In this case, since the control parameter obtained from the approximate expression f1 is set in the Peltier output control unit 23 at the time of detection of the temporary dew point P0, that is, an appropriate control parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured is set. Therefore, even when the dew point is low or high, good control characteristics can be obtained as shown in FIG. 6B.

さらに、本実施の形態において、制御パラメータ演算部25は、定期的に、鏡面温度Tmを取り込み(ステップ405)、この取り込んだ鏡面温度Tmと仮露点P0との差を偏差ΔPとして求め(ステップ406)、この偏差ΔPが大きければペルチェ出力制御部23に対して現在設定している制御パラメータのP値(比例ゲイン)を大きくし、偏差ΔPが小さければペルチェ出力制御部23に対して現在設定している制御パラメータのP値(比例ゲイン)を小さくする(ステップ407,408)。   Furthermore, in the present embodiment, the control parameter calculation unit 25 periodically captures the mirror surface temperature Tm (step 405), and obtains the difference ΔP between the captured mirror surface temperature Tm and the provisional dew point P0 (step 406). When the deviation ΔP is large, the P value (proportional gain) of the control parameter currently set for the Peltier output control unit 23 is increased, and when the deviation ΔP is small, the P value of the control parameter currently set for the Peltier output control unit 23 is set. The P value (proportional gain) of the control parameter is reduced (steps 407 and 408).

これにより、鏡面3−1の温度が仮露点P0を通過した後(図6(a)に示すt1点)、大きく低下しようとすると、大きな比例ゲインによって鏡面3−1の温度が大きく上昇するものとなり(図6(a)に示すt2点)、この温度上昇によって鏡面3−1の温度が仮露点に近づくと(図6(a)に示すt3点)、小さな比例ゲインに変更され、応答性と整定性が合わせて改善される。   Thereby, after the temperature of the mirror surface 3-1 passes through the temporary dew point P0 (point t1 shown in FIG. 6 (a)), the temperature of the mirror surface 3-1 greatly increases due to a large proportional gain if it is to decrease greatly. (Point t2 shown in FIG. 6A), when the temperature of the mirror surface 3-1 approaches the temporary dew point due to this temperature rise (point t3 shown in FIG. 6A), the proportional gain is changed to a small proportional gain. And the settling is improved.

図6(a)は低露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性(点線)では、低露点時、露点(本露点)から遠いところではスピードアップ、接近したところではスピードダウンし、従来より速く、露点に達し、安定する。
図6(b)は中露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性(点線)では、中露点時、露点(本露点)から遠いところでは従来より若干スピードアップ、但し、接近したところではスピードダウンするので、露点に達する時間はほゞ同等だが、ハンチングはしない。
図6(c)は高露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性(点線)では、高露点時、露点(本露点)に接近したところでスピードダウンするので、従来より露点に達する時間は遅いが、すぐに安定するので、すぐに測定可能となる。従来は、先に露点に達するが、安定するまで時間がかかるので、結果的に測定可能になるのは本願の方が速い。
FIG. 6A is a diagram showing control characteristics at the time of a low dew point in comparison with the conventional one. In the control characteristic (dotted line) of the present application, when the dew point is low, the speed increases at a distance from the dew point (main dew point), the speed decreases at a close distance, reaches the dew point faster than before, and stabilizes.
FIG. 6B is a diagram showing control characteristics at the time of the dew point in comparison with the conventional one. In the control characteristics (dotted line) of this application, when the dew point is far from the dew point (main dew point), the speed is slightly increased compared to the conventional one. I do not.
FIG. 6C is a diagram showing the control characteristics at the time of the high dew point in comparison with the conventional one. In the control characteristic (dotted line) of the present application, when the dew point is high, the speed is reduced when approaching the dew point (the main dew point). Conventionally, the dew point is reached first, but it takes time until it stabilizes, so it is faster for the present application to measure as a result.

〔実施の形態2〕
上述した実施の形態1では、メモリ26に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1に代えて、露点温度および被測定気体の温度(この例では、露点温度と被測定気体の温度との差)と制御パラメータとの関係を示す近似式f2を求め、この近似式f2をメモリ26に格納するようにしてもよい。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is stored in the memory 26. Instead of the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, the dew point is used. An approximate expression f2 indicating the relationship between the temperature and the temperature of the gas to be measured (in this example, the difference between the dew point temperature and the temperature of the gas to be measured) and the control parameter is obtained, and this approximate expression f2 is stored in the memory 26. May be.

この場合、図7に図1に対応するブロック図を、図8に図4に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部25は、仮露点P0の検出後(ステップ501のYES)、被測定気体の温度Tgas を取り込み(ステップ502)、仮露点P0と被測定気体の温度Tgas との差ΔTを求め(ステップ503)、このΔTをメモリ26に格納されている近似式f2に代入し(ステップ504)、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを求め(ステップ505)、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部23に設定する(ステップ506)。   In this case, as shown in the block diagram corresponding to FIG. 1 in FIG. 7 and the flowchart corresponding to FIG. 4 in FIG. 8, the control parameter calculation unit 25 detects the provisional dew point P0 (YES in step 501), The temperature Tgas of the measurement gas is taken (step 502), a difference ΔT between the temporary dew point P0 and the temperature Tgas of the measurement gas is obtained (step 503), and this ΔT is substituted into the approximate expression f2 stored in the memory 26 ( In step 504), an appropriate control parameter corresponding to the dew point of the gas to be measured is obtained (step 505), and the obtained control parameter is set in the Peltier output control unit 23 (step 506).

〔実施の形態3〕
上述した実施の形態1では、メモリ26に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1に代えて、露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルT1を定め、このテーブルT1をメモリ26に格納するようにしてもよい。
[Embodiment 3]
In the first embodiment described above, the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is stored in the memory 26. Instead of the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, the dew point is used. A table T1 indicating the relationship between the temperature range and the control parameter may be determined, and this table T1 may be stored in the memory 26.

この場合、図9に図1に対応するブロック図を、図10に図4に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部25は、仮露点P0の検出後(ステップ601のYES)、メモリ26に格納されているテーブルT1から仮露点P0が属する露点温度範囲の制御パラメータを求め(ステップ602,603)、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部23に設定する(ステップ604)。   In this case, as shown in the block diagram corresponding to FIG. 1 in FIG. 9 and the flowchart corresponding to FIG. 4 in FIG. 10, the control parameter calculator 25 detects the temporary dew point P0 (YES in step 601), and stores the memory. The control parameter of the dew point temperature range to which the temporary dew point P0 belongs is obtained from the table T1 stored in the table 26 (steps 602 and 603), and the obtained control parameter is set in the Peltier output control unit 23 (step 604).

〔実施の形態4〕
上述した実施の形態1では、メモリ26に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式f1に代えて、露点温度および被測定気体の温度(この例では、露点温度と被測定気体の温度との差)によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルT2を定め、このテーブルT2をメモリ26に格納するようにしてもよい。
[Embodiment 4]
In the first embodiment described above, the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter is stored in the memory 26. Instead of the approximate expression f1 indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter, the dew point is used. A table T2 indicating the relationship between the range divided by the temperature and the temperature of the gas to be measured (in this example, the difference between the dew point temperature and the temperature of the gas to be measured) and the control parameter is determined, and this table T2 is stored in the memory 26. You may make it do.

この場合、図11に図1に対応するブロック図を、図12に図4に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部25は、仮露点P0の検出後(ステップ701のYES)、被測定気体の温度Tgas を取り込み(ステップ702)、仮露点P0と被測定気体の温度Tgas との差のΔTを求め(ステップ703)、メモリ26に格納されているテーブルT2から仮露点P0が属する露点温度範囲の制御パラメータを求め(ステップ704,705)、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部23に設定する(ステップ706)。   In this case, as shown in the block diagram corresponding to FIG. 1 in FIG. 11 and the flowchart corresponding to FIG. 4 in FIG. 12, the control parameter calculation unit 25 detects the provisional dew point P0 (YES in step 701), The temperature Tgas of the measurement gas is taken in (step 702), ΔT of the difference between the temporary dew point P0 and the temperature Tgas of the measurement gas is obtained (step 703), and the dew point to which the temporary dew point P0 belongs from the table T2 stored in the memory 26. A control parameter for the temperature range is obtained (steps 704 and 705), and the obtained control parameter is set in the Peltier output control unit 23 (step 706).

なお、上述した実施の形態1〜4では、鏡面冷却式露点計201として散乱光検出方式を採用した場合を例にとって説明したが、正反射光検出方式を採用した場合も同様にして構成することができることは言うまでもない。   In the first to fourth embodiments described above, the case where the scattered light detection method is adopted as the mirror-cooled dew point meter 201 has been described as an example, but the same configuration is also adopted when the specular reflection light detection method is adopted. Needless to say, you can.

本発明に係る鏡面冷却式露点計の一実施の形態(実施の形態1)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment (Embodiment 1) of the mirror surface cooling type dew point meter which concerns on this invention. 実験により求められた空気を被測定気体とした時の露点温度とPIDパラメータとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a dew point temperature when the air calculated | required by experiment is made into a to-be-measured gas, and a PID parameter. 実験により求められた空気を被測定気体とした時の空気温度とPIDパラメータとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the air temperature when the air calculated | required by experiment is made into a to-be-measured gas, and a PID parameter. この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the function of each part of the control part in this specular cooling dew point meter. 鏡面に対して照射されるパルス光および鏡面から受光される反射パルス光を示す図である。It is a figure which shows the pulsed light irradiated with respect to a mirror surface, and the reflected pulsed light received from a mirror surface. 比例ゲインの自動変更に伴う低露点時、中露点時、高露点時の鏡面温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the mirror surface temperature at the time of the low dew point, the middle dew point, and the high dew point accompanying the automatic change of the proportional gain. 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態(実施の形態2)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows other embodiment (Embodiment 2) of the mirror surface cooling type dew point meter which concerns on this invention. この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the function of each part of the control part in this specular cooling dew point meter. 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態(実施の形態3)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows other embodiment (Embodiment 3) of the mirror surface cooling-type dew point meter which concerns on this invention. この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the function of each part of the control part in this specular cooling dew point meter. 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態(実施の形態4)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows other embodiment (Embodiment 4) of the mirror surface cooling type dew point meter which concerns on this invention. この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the function of each part of the control part in this specular cooling dew point meter. 正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部(鏡面冷却式センサ)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor part (mirror surface cooling type sensor) in the conventional mirror surface cooling type dew point meter which employ | adopted the regular reflection light detection system. 散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部(鏡面冷却式センサ)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor part (mirror surface cooling type sensor) in the conventional mirror surface cooling type dew point meter which employ | adopted the scattered light detection system. 同一の制御パラメータを使用した場合の鏡面温度と時間との関係(制御特性)を示す図である。It is a figure which shows the relationship (control characteristic) of mirror surface temperature at the time of using the same control parameter.

符号の説明Explanation of symbols

2…熱電冷却素子(ペルチェ素子)、2−1…冷却面、2−2…加熱面、3…鏡、3−1…鏡面、7…温度検出素子、8…発光素子、9…受光素子、21…露点温度表示部、22…結露検知部、23…ペルチェ出力部、24…信号変換部、25…制御パラメータ演算部、26…メモリ、201…鏡面冷却式露点計、201A…センサ部、201B…コントロール部、f1,f2…近似式、T1,T2…テーブル、Tm…鏡面温度、Tgas …被測定気体の温度、P0…仮露点。
2 ... thermoelectric cooling element (Peltier element), 2-1 ... cooling surface, 2-2 ... heating surface, 3 ... mirror, 3-1 ... mirror surface, 7 ... temperature detection element, 8 ... light emitting element, 9 ... light receiving element, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Dew point temperature display part, 22 ... Condensation detection part, 23 ... Peltier output part, 24 ... Signal conversion part, 25 ... Control parameter calculation part, 26 ... Memory, 201 ... Mirror surface cooling-type dew point meter, 201A ... Sensor part, 201B ... Control part, f1, f2 ... Approximate expression, T1, T2 ... Table, Tm ... Mirror surface temperature, Tgas ... Temperature of measured gas, P0 ... Temporary dew point.

Claims (6)

被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、
前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
前記仮露点検出手段によって検出された仮露点を前記近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
A mirror surface exposed to the gas to be measured, a thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, a light projecting unit that irradiates light to the mirror surface, and a reflected light of the light irradiated from the light projecting unit to the mirror surface The thermoelectric cooling so as to achieve an equilibrium state in which there is no increase / decrease in condensation on the mirror surface based on the amount of reflected light received by the light receiving device. In a mirror-cooled dew point meter equipped with a control means for controlling the current supplied to the element,
An approximate expression storage means for storing an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the control parameter;
A temporary dew point detecting means for detecting the temperature of the mirror surface when the light amount of the reflected light received by the light receiving means is first largely changed after the cooling of the mirror surface is started;
A control parameter is obtained by substituting the temporary dew point detected by the temporary dew point detection means into the approximate expression, and the obtained control parameter is used as a control parameter when controlling the current supplied to the thermoelectric cooling element by the control means. A mirror-cooled dew point meter, characterized by comprising control parameter setting means for setting.
被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
露点温度および被測定気体の温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、
前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
前記被測定気体の温度を検出する温度検出手段と、
前記仮露点検出手段によって検出された仮露点と前記温度検出手段によって検出された被測定気体の温度を前記近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
A mirror surface exposed to the gas to be measured, a thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, a light projecting unit that irradiates light to the mirror surface, and a reflected light of the light irradiated from the light projecting unit to the mirror surface The thermoelectric cooling so as to achieve an equilibrium state in which there is no increase / decrease in condensation on the mirror surface based on the amount of reflected light received by the light receiving device. In a mirror-cooled dew point meter equipped with a control means for controlling the current supplied to the element,
An approximate expression storage means for storing an approximate expression indicating the relationship between the dew point temperature and the temperature of the gas to be measured and the control parameter;
A temporary dew point detecting means for detecting the temperature of the mirror surface when the light amount of the reflected light received by the light receiving means is first largely changed after the cooling of the mirror surface is started;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the gas to be measured;
A control parameter is obtained by substituting the temporary dew point detected by the temporary dew point detection unit and the temperature of the gas to be measured detected by the temperature detection unit into the approximate expression, and the obtained control parameter is obtained by the control unit. A specular cooling dew point meter comprising: control parameter setting means for setting as a control parameter when controlling the current supplied to the cooling element.
被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを記憶する手段と、
前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
前記仮露点検出手段によって検出された仮露点が属する露点温度範囲の制御パラメータを前記テーブルから求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
A mirror surface exposed to the gas to be measured, a thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, a light projecting unit that irradiates light to the mirror surface, and a reflected light of the light irradiated from the light projecting unit to the mirror surface The thermoelectric cooling so as to achieve an equilibrium state in which there is no increase / decrease in condensation on the mirror surface based on the amount of reflected light received by the light receiving device. In a mirror-cooled dew point meter equipped with a control means for controlling the current supplied to the element,
Means for storing a table indicating a relationship between the dew point temperature range and the control parameters;
A temporary dew point detecting means for detecting the temperature of the mirror surface when the light amount of the reflected light received by the light receiving means is first largely changed after the cooling of the mirror surface is started;
A control parameter for determining a dew point temperature range control parameter to which the temporary dew point detected by the temporary dew point detection means belongs, from the table, and controlling the obtained control parameter by the control means for supplying current to the thermoelectric cooling element. And a control parameter setting means for setting as a specular cooling dew point meter.
被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
露点温度および被測定気体の温度によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
前記仮露点検出手段によって検出された仮露点および前記温度検出手段によって検出された被測定気体の温度が属する範囲の制御パラメータを前記テーブルから求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
A mirror surface exposed to the gas to be measured, a thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, a light projecting unit that irradiates light to the mirror surface, and a reflected light of the light irradiated from the light projecting unit to the mirror surface The thermoelectric cooling so as to achieve an equilibrium state in which there is no increase / decrease in condensation on the mirror surface based on the amount of reflected light received by the light receiving device. In a mirror-cooled dew point meter equipped with a control means for controlling the current supplied to the element,
Table storage means for storing a table indicating a relationship between a control parameter and a range divided by the dew point temperature and the temperature of the gas to be measured;
A temporary dew point detecting means for detecting the temperature of the mirror surface when the light amount of the reflected light received by the light receiving means is first largely changed after the cooling of the mirror surface is started;
A control parameter in the range to which the temporary dew point detected by the temporary dew point detection means and the temperature of the gas to be measured detected by the temperature detection means belong is obtained from the table, and the obtained control parameter is obtained by the thermoelectric cooling by the control means. A specular cooling dew point meter, comprising: control parameter setting means for setting a control parameter for controlling a current supplied to the element.
請求項1〜4の何れか1項に記載された鏡面冷却式露点計において、
前記仮露点検出手段による仮露点の検出後、定期的に前記仮露点とその時の前記鏡面の温度との偏差を求め、その偏差に応じて現在設定されている制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段を
備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
In the specular cooling dew point meter according to any one of claims 1 to 4,
After detecting the temporary dew point by the temporary dew point detecting means, a control parameter changing means for periodically obtaining a deviation between the temporary dew point and the temperature of the mirror surface at that time and changing a currently set control parameter according to the deviation. A mirror-cooled dew point meter characterized by comprising:
請求項5に記載された鏡面冷却式露点計において、
前記制御パラメータ変更手段は、前記偏差が大きければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを大きくし、前記偏差が小さければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを小さくすることを特徴とする鏡面冷却式露点計。
In the mirror-cooled dew point meter according to claim 5,
The control parameter changing means increases the proportional gain of the currently set control parameter if the deviation is large, and decreases the proportional gain of the currently set control parameter if the deviation is small. Cooling dew point meter.
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