JP2006337090A - 鏡面冷却式センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつリアルタイムに、また小型で安価な構成で、主配管を流れる被測定気体中の水分の露点を正確に計測する。
【解決手段】センサユニット１２と投受光ユニット１３を着脱可能に取り付けた測定管１１を主配管３００の途中に装着する。測定管１１を主配管３００の途中に装着すると、主配管３００を流れる被測定気体の本流が測定管１１内を通過し、この測定管１１内を通過する被測定気体の本流に鏡１２−３の鏡面１２−３ａが晒される。これにより、分岐管路を介することなく、直接、主配管３００を流れる被測定気体中の水分の露点が計測される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、一方の面が低温側、他方の面が高温側とされる熱電冷却素子を用いて冷却される鏡の鏡面上に生じる結露や結霜を検出する鏡面冷却式センサに関するものである。

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、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が用いられている。

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。

〔正反射光検出方式〕
図８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２−２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。

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。

この鏡面冷却式センサ１０１において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、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。

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、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り、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

〔散乱光検出方式〕
図９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。

この鏡面冷却式センサ１０２において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、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。

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、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り、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

なお、上述した露点計においては、鏡面３−１に生じる結露（水分）を検出する例で説明したが、同様の構成によって鏡面３−１に生じる結霜（水分）を検出することも可能である。

特開昭６１−７５２３５号公報 特公平７−１０４３０４号公報

しかしながら、上述した従来の鏡面冷却式センサ１０１や１０２では、主配管を流れる被測定気体をサンプルガスとして分岐管路に通すとき、分岐管路の温度がサンプルガスの露点よりも低いと結露が生じ、正確な露点の計測ができない。
なお、分岐管路の温度を調節し、計測開始前にドライエアーを流して分岐管路に付着した水分を飛ばすようにすれば、露点の計測精度を高めることが可能とはなるが、計測に要する手間が増大する。
また、主配管を流れる被測定気体中の水分の露点に変化が生じた場合、サンプルガスが分岐管路を通してチャンバ１に到達するまで時間がかかるので、被測定気体中の水分の露点をリアルタイムで計測することができない。
更に、サンプルガスを分岐管路を介してチャンバ１内に引き込むために、吸引チューブや吸引ポンプを必要とし、センサ全体としての構成が大型で高価ともなる。

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、簡単かつリアルタイムに、また小型で安価な構成で、主配管を流れる被測定気体中の水分の露点を正確に計測することが可能な鏡面冷却式センサを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、被測定気体が流れる配管の途中に装着される測定管と、測定管内を通過する被測定気体に鏡面が晒される鏡と、鏡の鏡面とは反対側の面に低温側の面が取り付けられた熱電冷却素子と、鏡の鏡面に対して斜めに光を照射する投光手段と、投光手段の光軸とその光軸がほゞ平行とされ、また隣接してほゞ同一の傾斜角とされ、投光手段から鏡面に対して照射された光の散乱光を受光する受光手段とを設けたものである。

この発明において、測定管を主配管の途中に装着すると、主配管を流れる被測定気体の本流が測定管内を通過し、この測定管内を通過する被測定気体の本流に鏡の鏡面が晒される。これにより、分岐管路を介することなく、直接、主配管を流れる被測定気体中の水分の露点を計測することが可能となる。
また、この発明では、投光手段から鏡の鏡面に対して斜めに光が照射され、この照射された光の鏡面からの散乱光が投光手段からの照射光とほゞ同じ位置で受光されるので、投光手段と受光手段の取り付け部を１箇所にまとめることができ、測定管の長さを短くし、コンパクトとすることが可能となる。
また、投光手段の光軸と受光手段の光軸とを隣接してほゞ同一の傾斜角でほゞ平行に配置することにより、投光手段と受光手段の位置決めが容易になり、組み立て時の作業性もよくなる。例えば、１つのパイプの中に投光側の光ファイバと受光側の光ファイバとを並行して設け、この投受光の光ファイバが並行して設けられたパイプを測定管に着脱可能に取り付けるというような構成をとることが可能である。

なお、この発明において、鏡、熱電冷却素子、投光手段および受光手段は測定管に固定的に設けてもよいが、鏡および熱電冷却素子を少なくともその鏡の鏡面が測定管の通路内に位置するように、投光手段および受光手段を少なくともその光を照射する投光部および光を受光する受光部が測定管の通路内に位置するように、測定管に着脱可能に取り付けるようにすれば、部品の交換が簡単となり、メンテナンス性が向上する。

本発明によれば、測定管を主配管の途中に装着すると、主配管を流れる被測定気体の本流が測定管内を通過し、この測定管内を通過する被測定気体の本流に鏡の鏡面が晒されるものとなり、分岐管路を介することなく、簡単かつリアルタイムに、また小型で安価な構成で、被測定気体中の水分の露点を正確に計測することが可能となる。
また、本発明によれば、投光手段から鏡の鏡面に対して斜めに光が照射され、この照射された光の鏡面からの散乱光が投光手段からの照射光とほゞ同じ位置で受光されるので、投光手段と受光手段の取り付け部を１箇所にまとめることができ、測定管の長さを短くし、コンパクトとすることが可能となる。
また、投光手段の光軸と受光手段の光軸とを隣接してほゞ同一の傾斜角でほゞ平行に配置することにより、投光手段と受光手段の位置決めが容易になり、組み立て時の作業性もよくなる。
また、鏡および熱電冷却素子を少なくともその鏡の鏡面が測定管の通路内に位置するように、投光手段および受光手段を少なくともその投光部および受光部が測定管の通路内に位置するように、測定管に着脱可能に取り付けるようにすることにより、部品の交換が簡単となり、メンテナンス性が向上する。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態を用いた鏡面冷却式露点計の概略構成図である。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。

鏡面冷却式センサ２０１Ａにおいて、１１は測定管、１２は測定管１１に着脱可能に取り付けられたセンサユニット、１３は測定管１１にセンサユニット１２と対向して着脱可能に取り付けられた投受光ユニットである。

測定管１１は、その管路の両側に、フランジ１１−１と１１−２を有している。また、その管路の中央部に、センサユニット１２用の取付孔１１−３と投受光ユニット１３用の取付孔１１−４が設けられている。取付孔１１−３および１１−４は、測定管１１の外壁面１１−５から内部の通路１１−６へ至る貫通孔とされ、その途中に内段面１１−３ａおよび１１−４ａを有し、内段面１１−３ａおよび１１−４ａから通路１１−６へ至る小径の孔１１−３ｂおよび１１−４ｂにはねじ溝が形成されている。

センサユニット１２は、熱伝導体を兼ねる銅製のホルダ１２−１と、ホルダ１２−１に取り付けられた熱電冷却素子（ペルチェ素子）１２−２と、熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａに取り付けられた鏡１２−３と、鏡１２−３と熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａとの間に設けられた温度検出素子１２−４とを備えている。

鏡１２−３は、例えばシリコンチップとされ、その表面１２−３ａが鏡面とされている。熱電冷却素子１２−２は、その加熱面１２−２ｂを底面として、ホルダ１２−１の先端部１２−１ａの傾斜面１２−１ｂに取り付けられている。傾斜面１２−１ｂの傾斜角度θ１はほゞ６０゜とされている。したがって、熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａに取り付けられた鏡１２−３もほゞ６０゜の角度で傾けられている。

ホルダ１２−１には熱電冷却素子１２−２や温度検出素子１２−４へのリード線１４が通る貫通孔１２−１ｃが形成されている。また、ホルダ１２−１の先端部１２−１ａにはネジ山が形成されており、取付孔１１−３の内段面１１−３ａによって規制されるまで、ホルダ１２−１を測定管１１の取付孔１１−３のネジ溝に螺合することによって、センサユニット１２を測定管１１に着脱可能に取り付けている。このセンサユニット１２の取付状態において、センサユニット１２の鏡１２−３は、測定管１１の通路１１−６内に位置する。

投受光ユニット１３は、金属製のホルダ１３−１と、ホルダ１３−１内にセットされた光ファイバ１３−２と、光ファイバ１３−２をホルダ１３−１内に固定する栓１３−３とを備えている。本実施の形態では、光ファイバ１３−２として、小径のファイバ部１３−２１と、この小径のファイバ部１３−２１の後方を円筒状のスリーブ１３−２３によって覆った大径のファイバ部１３−２２とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバを用いている。なお、この光ファイバ１３−２の構造については後述する。

ホルダ１３−１には光ファイバ１３−２が通される貫通孔１３−１ａが形成されている。貫通孔１３−１ａは、小径のファイバ部１３−２１が通される挿通孔１３−１ｂと、この挿通孔１３−１ｂに連通し大径のファイバ部１３−２２が位置する連通孔１３−１ｃと、挿通孔１３−１ｂと連通孔１３−１ｃとの間に位置する内段面（挿通孔１３−１ｂと連通孔１３−１ｃとの境界面）１３−１ｄとから構成されている。

この実施の形態において、光ファイバ１３−２は、連通孔１３−１ｃの後方から小径のファイバ部１３−２１を差し入れ、この差し入れた小径のファイバ部１３−２１を挿通孔１３−１ｂに通し、大径のファイバ部１３−２２を連通孔１３−１ｃに位置させている。そして、貫通孔１３−１ａの後端部に栓１３−３を取り付け、光ファイバ１３−２をホルダ１３−１内に固定している。

なお、栓１３−３は、ナット状の頭部１３−３ａと、この頭部１３−３ａにつながるネジ山部１３−３ｂとを有しており、貫通孔１３−１ａの後端部に形成されたねじ溝にネジ山部１３−３ｂを螺合し、一杯まで締め付けている。これによって、大径のファイバ部１３−２２が貫通孔１３−１ａの内段面１３−１ｄに押し付けられ、光ファイバ１３−２がホルダ１３−１内に固定される。

ホルダ１３−１の先端部１３−１ｂにはネジ山が形成されており、取付孔１１−４の内段面１１−４ａによって規制されるまで、ホルダ１３−１を測定管１１の取付孔１１−４のネジ溝に螺合することによって、投受光ユニット１３を測定管１１に着脱可能に取り付けている。この投受光ユニット１３の取付状態において、光ファイバ１３の小径のファイバ部１３−２１の先端部は、測定管１１の通路１１−６内に位置する。また、小径のファイバ部１３−２１の先端（光ファイバ１３の先端）と鏡１２−３の鏡面１２−３ａとの間に、僅かな隙間が設けられる。

光ファイバ１３−２としては、上述したように、小径のファイバ部１３−２１と、この小径のファイバ部１３−２１につながる大径のファイバ部１３−２２とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバを用いている。本実施の形態では、投光軸と受光軸を並行とすることにより、光ファイバ１３−２の先端からの光の照射方向（投光側の光軸）と光の受光方向（受光側の光軸）とを平行とし、また投光側の光軸と受光側の光軸とを隣接して同一の傾斜角としている。光ファイバ１３−２において、小径のファイバ部１３−２１は、図２に示すような種々の構成とすることができる。

図２（ａ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２とを並行に設けている。ステンレスのパイプＰ中において、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２の周囲は、ポッテイング剤で満たされてている。図２（ｂ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側（あるいは受光側）の光ファイバＦ１と受光側（あるいは投光側）の光ファイバＦ２１〜Ｆ２４を並行に設けている。図２（ｃ）では、ステンレスのパイプＰ中の左半分を投光側の光ファイバＦ１、右半分を受光側の光ファイバＦ２としている。図２（ｄ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２とを混在させている。図２（ｅ）では、ステンレスのパイプＰ中の中心部を投光側（あるいは受光側）の光ファイバＦ１、光ファイバＦ１の周囲を受光側（あるいは投光側）の光ファイバＦ２としている。

コントロール部２０１Ｂには、露点温度表示部１５と、結露検知部１６と、ペルチェ出力制御部１７と、信号変換部１８とが設けられている。露点温度表示部１５には温度検出素子１２−４が検出する鏡１２−３の温度が表示される。結露検知部１６は、光ファイバ１３−２の先端部より鏡１２−３の鏡面１２−３ａに対して所定の周期でパルス光を照射させるとともに、光ファイバ１３−２を介して受光される反射パルス光（散乱光）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１７へ送る。

ペルチェ出力制御部１７は、結露検知部１６からの信号Ｓ１を受けて、反射パルス光の強度と予め定められている閾値とを比較し、反射パルス光の強度が閾値に達していない場合には、熱電冷却素子１２−２への電流を信号Ｓ１の値に応じて増大させる制御信号Ｓ２を、反射パルス光の強度が閾値を超えている場合には、熱電冷却素子１２−２への電流を信号Ｓ１の値に応じて減少させる制御信号Ｓ２を信号変換部１８へ出力する。信号変換部１８は、ペルチェ出力制御部１７からの制御信号Ｓ２で指示される電流Ｓ３を熱電冷却素子１２−２へ供給する。

〔主配管への測定管の装着〕
この鏡面冷却式露点計２０１において、主配管を流れる被測定気体中の水分の露点を検出する場合、鏡面冷却式センサ２０１Ａを図３に示すように主配管３００に取り付ける。すなわち、主配管３００の途中に測定管１１を挿入し、主配管３００のフランジ３００−１および３００−２と測定管１１のフランジ１１−１および１１−２とを合わせ、ボルト３０１とナット３０２とで主配管３００と測定管１１とを連結する。なお、フランジ間にはパッキンなどを介在させ、被測定気体が漏れないようにする。

この鏡面冷却式センサ２０１Ａの主配管３００への取り付け状態において、主配管３００に被測定気体を流すと、この被測定気体は測定管１１の通路１１−６を通過する。すなわち、主配管３００の途中に測定管１１が装着されていることから、主配管３００を流れる被測定気体の本流が測定管１１内を通過し、この測定管１１内を通過する被測定気体の本流に鏡１２−３の鏡面１２−３ａが晒される。

〔露点の計測〕
この状態で、結露検知部１６は、光ファイバ１３−２の先端部より、鏡１２−３の鏡面１２−３ａに対して所定の周期でパルス光を照射させる（図４（ａ）参照）。鏡面１２−３ａは被測定気体の本流に晒されており、鏡面１２−３ａに結露が生じていなければ、光ファイバ１３−２の先端部から照射されたパルス光はそのほゞ全量が正反射し、光ファイバ１３−２を介して受光される鏡面１２−３ａからの反射パルス光（散乱光）の量は極微量である。したがって、鏡面１２−３ａに結露が生じていない場合、光ファイバ１３−２を介して受光される反射パルス光の強度は小さい。

結露検知部１６では、光ファイバ１３−２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１７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１７は、熱電冷却素子１２−２への電流を増大させる制御信号Ｓ２を信号変換部１８へ送る。これにより、信号変換部１８からの熱電冷却素子１２−２への電流Ｓ３が増大し、熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａの温度が下げられて行く。

熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａの温度、すなわち鏡１２−３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１２−３の鏡面１２−３ａに結露し、その水の分子に光ファイバ１３−２の先端部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、光ファイバ１３−２を介して受光される鏡面１２−３ａ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１６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４（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１６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１６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、この鏡面冷却式露点計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ている。

ここで、光ファイバ１３−２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１７は、熱電冷却素子１２−２への電流を減少させる制御信号Ｓ２を信号変換部１８へ送る。これにより、熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａ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、光ファイバ１３−２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１７から熱電冷却素子１２−２への電流を増大させる制御信号Ｓ２が信号変換部１８へ送られる。この動作の繰り返しによって、光ファイバ１３−２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１２−２の冷却面１２−２ａの温度が調整される。この調整された温度、すなわち鏡面１２−３ａに生じた結露が平衡状態に達した温度（露点温度）が、露点温度として露点温度表示部３３に表示される。

この露点の検出動作において、鏡面冷却式センサ２０１Ａでは、熱電冷却素子１２−２の冷却面１２−２ａの温度が下げられると、加熱面１２−２ｂの温度が上がる。この加熱面１２−２ｂの温度上昇によって生じる熱は、ホルダ１２−１の傾斜面１２−１ｂからホルダ１２−１の内部に入り、ホルダ１２−１の後端部１２−１ｄから測定管１１の外側に排出される。

なお、この実施の形態では、鏡面１２−３ａに生じる結露（水分）を検出するものとしたが、同様の構成によって鏡面１２−３ａに生じる結霜（水分）を検出することも可能である。

以上の説明から分かるように、本実施の形態では、主配管３００の途中に測定管１１を装着し、主配管３００を流れる被測定気体の本流に鏡１２−３の鏡面１２−３ａを晒すようにしているので、分岐管路を介することなく、直接、主配管３００を流れる被測定気体中の水分の露点が計測される。これにより、簡単かつリアルタイムに、被測定気体中の水分の露点を正確に計測することができる。また、吸引チューブや吸引ポンプを必要とせず、小型で安価な構成となる。

また、本実施の形態によれば、投光手段および受光手段として投光軸と受光軸を並行とした光ファイバ１３−２を使用しているので、投光側の光ファイバと受光側の光ファイバの取付部を１箇所にまとめ、測定管１１の長さを短くし、コンパクトとすることができている。また、投光側の光ファイバと受光側の光ファイバとが１つの光ファイバ１３−２に収容されているので、投光側の光ファイバと受光側の光ファイバとの間での位置決めは必要なく、組立時の作業性がよくなる。

また、本実施の形態において、センサユニット１２や投受光ユニット１３は、測定管１１を主配管３００に装着したままで、測定管１１の外壁面１１−５側から取り外すことができる。これにより、部品の交換を簡単に行うことができ、メンテナンス性が向上する。

なお、上述した実施の形態では、ホルダ１３−１に光ファイバ１３−２をセットして投受光ユニット１３としたが、ホルダ１３−１と測定管１１とを一体とし、この測定管１１と一体としたホルダ１３−１に光ファイバ１３−２をセットするようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、測定管１１の通路１１−６を挾んで、センサユニット１２を下側に、投受光ユニット１３を上側に設けたが、センサユニット１２を上側に、投受光ユニット１３を下側に設けるなどとしてもよい。センサユニット１２を上側に設けると、鏡１２−３にゴミなどが付着し難くなる。

また、上述した実施の形態では、ホルダ１２−１を熱伝導体とし、この熱伝導体１２の後端部１２−１ｄを測定管１１の外側に位置させたが、熱伝導体の後端部１２−１ｄにヒートシンク（放熱フィン）などを設けるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、センサユニット１２や投受光ユニット１３をねじ山とねじ溝との螺合によって測定管１１に着脱可能に設けたが、ねじ山とねじ溝との螺合に限られるものではない。
また、上述した実施の形態では、熱電冷却素子１２−２の全てを測定管１１の通路１１−６内に位置させたが、鏡１２−３の鏡面１２−３ａのみを通路１１−６内に位置させるようにしてもよい。また、光ファイバ１３−２についても、光ファイバ１３−２の先端の投光部および受光部のみを通路１１−６内に位置させるようにしてもよい。

図５、図６，図７に本実施の形態のセンサ部２０１Ａの変形例（第１例、第２例、第３例）を示す。図５に示したセンサ部を２０１Ａ１、図６に示したセンサ部を２０１Ａ２、図６に示したセンサ部を２０１Ａ３とする。図５（ａ）はセンサ部２０１Ａ１を管路方向から見た正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図６（ａ）はセンサ部２０１Ａ２を管路方向から見た正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図７（ａ）はセンサ部２０１Ａ３を管路の上面から見た平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

図５に示したセンサ部２０１Ａ１では、測定管１９にホルダ１９−１と１９−２を一体的に設け、ホルダ１９−１に光ファイバ１３−２をセットし、ホルダ１９−２に熱電冷却素子１２−２，鏡１２−３，温度検出素子１２−４を取り付けた熱伝導体１２−１をセットしている。また、放熱効果を高めるために、熱伝導体１２−１の後方にヒートシンク２０を設けている。熱電冷却素子１２−２には、その冷却面１２−２ａに温度センサ１２−４を挾んで鏡１２−３が取り付けられており、測定管１９の通路１９−３内の端部に鏡１２−３を位置させ、鏡１２−３の鏡面１２−３ａと光ファイバ１３−２の先端と間に僅かな隙間を作っている。

図６に示したセンサ部２０１Ａ２においても、センサ部２０１Ａ１と同様、測定管２１にホルダ２１−１と２１−２を一体的に設け、ホルダ２１−１に光ファイバ１３−２をセットし、ホルダ２１−２に熱電冷却素子１２−２，鏡１２−３，温度検出素子１２−４を取り付けた熱伝導体１２−１をセットしている。また、放熱効果を高めるために、熱伝導体１２−１の後方にヒートシンク２２を設けている。なお、ホルダ２１−１および２１−２は、測定管２１の真横に直線状に設けるのではなく、「ハ」の字に傾斜させて設けており、光ファイバ１３−２の先端と鏡１２−３の鏡面１２−３ａとの間の僅かな隙間を、測定管２１の通路２１−３内の中央部に位置させている。

図７に示したセンサ部２０１Ａ３では、測定管２３にホルダ２３−１と２３−２を一体的に設け、ホルダ２３−１に光ファイバ１３−２をセットし、ホルダ２３−２に熱電冷却素子１２−２，鏡１２−３，温度検出素子１２−４を取り付けた熱伝導体１２−１をセットしている。また、放熱効果を高めるために、熱伝導体１２−１の後方にヒートシンク２４を設けている。なお、ホルダ２３−１は、その内部の貫通孔２３−１ａを測定管２３の管路に沿って斜めに設けており、この貫通孔２３−１ａ内に光ファイバ１３−２をセットすることにより、光ファイバ１３−２の先端を測定管２３の通路２３−３内に位置する鏡１２−３の鏡面１２−３ａに対向させ、鏡面１２−３ａとの間に僅かな隙間を作っている。

本発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態を用いた鏡面冷却式露点計の概略構成図である。 投光軸と受光軸が並行の光ファイバの構成例を示す図である。 主配管への測定管の装着状態を示す図である。 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。 センサ部の変形例（第１例）を示す図である。 センサ部の変形例（第２例）を示す図である。 センサ部の変形例（第３例）を示す図である。 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。 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。

符号の説明

１１…測定管、１１−１，１１−２…フランジ、１１−３，１１−４…取付孔、１１−５…外壁面、１１−６…通路、１２…センサユニット、１２−１…ホルダ（熱伝導体）、１２−２…熱電冷却素子（ペルチェ素子）、１２−２ａ…冷却面、１２−２ｂ…加熱面、１２−３…鏡、１２−３ａ…鏡面、１２−４…温度検出素子、１３…投受光ユニット、１３−１…ホルダ、１３−２…光ファイバ、１３−２１…小径のファイバ部、１３−２２…大径のファイバ部、１３−２３…スリーブ、１３−３…栓、１４…リード線、１５……露点温度表示部、１６…結露検知部、１７…ペルチェ出力制御部、１８…信号変換部、１９，２１，２３…測定管、１９−１，１９−２…ホルダ、２１−１，２１−２…ホルダ、２３−１，２３−２…ホルダ、１９−３，２１−３，２３−３…通路、２０，２２，２４…ヒートシンク（放熱フィン）、２０１…鏡面冷却式露点計、２０１Ａ，２０１Ａ１，２０１Ａ２，２０１Ａ３…センサ部（鏡面冷却式センサ）、２０１Ｂ…コントロール部。

Claims (2)

1. 被測定気体が流れる配管の途中に装着される測定管と、
   前記測定管内を通過する前記被測定気体に鏡面が晒される鏡と、
   前記鏡の鏡面とは反対側の面に低温側の面が取り付けられた熱電冷却素子と、
   前記鏡の鏡面に対して斜めに光を照射する投光手段と、
   前記投光手段の光軸とその光軸がほゞ平行とされ、また隣接してほゞ同一の傾斜角とされ、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の散乱光を受光する受光手段と
   を備えたことを特徴とする鏡面冷却式センサ。
2. 請求項１に記載された鏡面冷却式センサにおいて、
   前記鏡および前記熱電冷却素子は、少なくともその鏡の鏡面が前記測定管の通路内に位置するように、前記測定管に着脱可能に取り付けられており、
   前記投光手段および受光手段は、少なくともその光を照射する投光部および光を受光する受光部が前記測定管の通路内に位置するように、前記測定管に着脱可能に取り付けられている
   ことを特徴とする鏡面冷却式センサ。
   

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