JP2013205052A - Gas sample chamber and gas concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの被測定ガスの濃度を測定するために用いられる気体サンプル室及びこの気体サンプル室を備えるガス濃度測定装置に関するものである。 The present invention relates to a gas sample chamber used for measuring the concentration of a gas to be measured such as carbon dioxide, water vapor, carbon monoxide, and the like, and a gas concentration measuring device including the gas sample chamber.
例えば、二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの被測定ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置には、従来、種々の気体サンプル室が用いられてきた。このような気体サンプル室は、内部が密閉された筒状の気体セルとしての中空チューブと、中空チューブの一端部に設けられた光源と、中空チューブの他端部に設けられた赤外線センサとを備えている。 For example, various gas sample chambers have conventionally been used for gas concentration measuring devices that measure the concentration of a gas to be measured such as carbon dioxide, water vapor, and carbon monoxide. Such a gas sample chamber comprises a hollow tube as a cylindrical gas cell sealed inside, a light source provided at one end of the hollow tube, and an infrared sensor provided at the other end of the hollow tube. I have.
中空チューブは、例えば、銅や鉄などの金属製の円柱体を円筒形状に切削加工した後、その内周面を平滑にするために機械研磨(バフ研磨など)が施されて形成されている。中空チューブには、その内部に、濃度が測定される所定の気体を含む雰囲気などが導入される気体導入孔、及び、該雰囲気などを排出する気体導出孔が設けられている。 The hollow tube is formed, for example, by cutting a cylindrical column made of metal such as copper or iron into a cylindrical shape and then performing mechanical polishing (buffing or the like) to smooth the inner peripheral surface thereof. . The hollow tube is provided with a gas introduction hole into which an atmosphere containing a predetermined gas whose concentration is to be measured, and a gas outlet hole through which the atmosphere is discharged.
光源は、白熱ランプであり、赤外線(即ち、赤外光)を放射する。赤外線センサは、受光素子と、この受光素子と光源との間に配置されて所定の波長の赤外線のみを透過する透過部材としての光学バンドパスフィルタ(以下、「フィルタ」という)と、を備えている。この赤外線センサは、赤外線の強さに応じた電圧を出力する。フィルタを透過する赤外線の波長は、濃度が測定される対象となる気体に応じて定められる。例えば、測定対象の気体の濃度が0ppmから数千ppmの比較的低濃度の範囲内であれば、フィルタを透過する赤外線の波長として、測定対象の気体によって最も減衰しやすい赤外線波長を選択するなどして、このフィルタは、測定対象の気体に応じて適切に選択される。 The light source is an incandescent lamp and emits infrared rays (that is, infrared light). The infrared sensor includes a light receiving element, and an optical bandpass filter (hereinafter referred to as “filter”) as a transmission member that is disposed between the light receiving element and the light source and transmits only infrared light having a predetermined wavelength. Yes. This infrared sensor outputs a voltage corresponding to the intensity of infrared rays. The wavelength of infrared light that passes through the filter is determined according to the gas whose concentration is to be measured. For example, if the concentration of the gas to be measured is within a relatively low concentration range of 0 ppm to several thousand ppm, the infrared wavelength that is most easily attenuated by the gas to be measured is selected as the wavelength of the infrared light that passes through the filter. The filter is appropriately selected according to the gas to be measured.
このような気体サンプル室即ちガス濃度測定装置は、気体導入孔を通じて中空チューブ内に雰囲気を供給し、フィルタを介して赤外線センサが受光した光源からの赤外線の強さを測定することで、この雰囲気に含まれる前述した測定対象の気体の濃度を測定していた。 Such a gas sample chamber, that is, a gas concentration measuring device supplies the atmosphere into the hollow tube through the gas introduction hole, and measures the intensity of infrared rays from the light source received by the infrared sensor through the filter. The concentration of the measurement target gas contained in the above was measured.
しかしながら、上述したフィルタは、該フィルタ面に対して垂直又は垂直に近い角度で入射した赤外線を、その波長に応じて選別(通過又は遮断)するものであるところ、上述した気体サンプル室で用いられる中空チューブは、その内周面が機械研磨によって平滑にされているので、光学的にみると表面が粗く形成されており、赤外線を様々な方向に乱反射(拡散反射)してしまい、そのため、この乱反射された赤外線のうち中空チューブの軸方向に対して直角に近い角度に反射されたものが、上述したフィルタ面に対してななめ方向(フィルタ面と平行に近い方向、即ち、垂直でない方向)から入射してしまって、フィルタによる赤外線波長毎の選別が正常に機能せず、本来フィルタによって遮断される波長の赤外線がフィルタを通過して、濃度測定の精度が悪化してしまうという問題があった。 However, the filter described above is used in the gas sample chamber described above, which sorts (passes or blocks) infrared rays incident on the filter surface at an angle perpendicular to or close to the vertical according to the wavelength. Since the inner peripheral surface of the hollow tube is smoothed by mechanical polishing, the surface is rough when viewed optically, and infrared rays are irregularly reflected (diffuse reflected) in various directions. Of the irregularly reflected infrared rays, those reflected at an angle close to a right angle with respect to the axial direction of the hollow tube are tanned with respect to the filter surface described above (a direction close to parallel to the filter surface, that is, a direction that is not perpendicular). The filter does not function properly for each infrared wavelength by the filter, and the infrared light with the wavelength that is originally blocked by the filter passes through the filter. The accuracy of the concentration measurement there is a problem that becomes worse.
そこで、出願人は、気体セルの内周面を黒体処理することにより乱反射をなくして濃度測定の精度が悪化しないようにする技術を提案している(特許文献1参照)。 In view of this, the applicant has proposed a technique that eliminates irregular reflection by blackening the inner peripheral surface of the gas cell so that the accuracy of concentration measurement does not deteriorate (see Patent Document 1).
ところが、気体セルの内周面を黒体処理するものは、気体セルの内周面からの乱反射がなくなるが、赤外線センサの出力が減少してガス濃度の検出感度が下がりかつコスト高になるという問題があった。 However, the black body treatment of the inner peripheral surface of the gas cell eliminates irregular reflection from the inner peripheral surface of the gas cell, but the output of the infrared sensor decreases, the gas concentration detection sensitivity decreases and the cost increases. There was a problem.
そこで、本発明は、ガス濃度の検出感度を良好にしかつコストの安い気体サンプル室及びガス濃度測定装置を提供することを課題としている。 In view of this, an object of the present invention is to provide a gas sample chamber and a gas concentration measuring device that have good gas concentration detection sensitivity and are inexpensive.
上記課題を解決するための請求項1記載の発明の気体サンプル室は、筒状に形成されかつ乱反射防止処理が施されていない内周面を有し、被測定ガスが充填される気体セル(2)と、前記気体セル(2)の一端部に配置されて赤外線を放射する光源(8)と、前記気体セル(2)の他端部に配置され、収容室(6a)を有するセンサホルダ(6)と、前記センサホルダ(6)の前記収容室(6a)に前記開口部から間隔をおいた奥部へ収容され、前記光源(8)から前記気体セル(2)の内部を通じて導かれる前記赤外線を検出する赤外線センサ(10)と、を備え、前記センサホルダ(6)の前記収容室(6a)の内面に、黒体処理が施されていることを特徴とする。 The gas sample chamber of the invention according to claim 1 for solving the above-described problem has an inner peripheral surface which is formed in a cylindrical shape and is not subjected to irregular reflection prevention treatment, and is a gas cell filled with a gas to be measured ( 2), a light source (8) disposed at one end of the gas cell (2) to emit infrared light, and a sensor holder disposed at the other end of the gas cell (2) and having a storage chamber (6a) (6) and is accommodated in the accommodation chamber (6a) of the sensor holder (6) in a depth part spaced from the opening, and is guided from the light source (8) through the inside of the gas cell (2). An infrared sensor (10) for detecting the infrared light, and a black body treatment is performed on an inner surface of the accommodation chamber (6a) of the sensor holder (6).
上記課題を解決するための請求項2記載の発明は、請求項1記載の気体サンプル室において、前記センサホルダはアルミニウムで形成されており、前記収容室(6a)の内面に、黒アルマイト処理が施されていることを特徴とする。
The invention according to
上記課題を解決するための請求項3記載の発明のガス濃度測定装置は、請求項1または2に記載の気体サンプル室(1)と、前記赤外線センサ(10)が検出した前記赤外線の強さに基づいて、前記気体セル内の前記被測定ガスの濃度を算出する濃度算出部(23)と、を備えたことを特徴とする。 A gas concentration measuring device according to a third aspect of the invention for solving the above-mentioned problems is the intensity of the infrared light detected by the gas sample chamber (1) according to the first or second aspect and the infrared sensor (10). And a concentration calculating section (23) for calculating the concentration of the gas to be measured in the gas cell.
なお、上述の課題を解決するための手段の説明における参照符号は、以下の、発明を実施するための形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。 The reference numerals in the description of the means for solving the above-described problems correspond to the reference numerals of the constituent elements in the following description of the embodiments for carrying out the invention. The interpretation of is not limited.
請求項1、2、3に記載された発明によれば、気体セルは筒状に形成されかつ乱反射防止処理が施されていない内周面を有し、内部に赤外線センサを収容するセンサホルダは収容室の内面に黒体処理が施されているので、その内面において赤外線を吸収して乱反射を防ぐことができ、赤外線センサに到達するノイズが少なくなって乱反射による悪影響が軽減され、赤外線センサ10に到達する赤外線が従来より増加するため、ゲイン、スパンを向上させ、検出感度、分解能を良くすることができる。また、長い円筒状の気体セルの内周面を黒体処理(乱反射防止処理)せずに、センサホルダーの収容室の内面を黒体処理するだけなので、安価なコストで製作することができる。
According to the invention described in
(気体サンプル室の実施形態)以下、本発明の一実施形態に係る気体サンプル室を、図1〜図3を参照して説明する。 (Embodiment of Gas Sample Chamber) Hereinafter, a gas sample chamber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
気体サンプル室1は、図1及び2に示すように、気体セル2と、気体セル2の両端部に嵌合固定されたフランジ3及び4と、フランジ3に固定された光源ホルダー5と、フランジ4に固定されたセンサホルダー6と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gas sample chamber 1 includes a
気体セル2は、その内部を通じて一端部から他端部へ光源からの赤外線を導く導管である。気体セル2は、例えば、アルミニウムやジュラルミン等の金属管やガラス管などからなり、円筒状に形成されている。気体セル2の内周面には、黒体処理等の乱反射防止加工が施されていない。
The
光源ホルダー5の一端部には、図示しない気体導入孔が設けられ、センサホルダー6の一端部には図示しない気体導出孔が設けられている。上記気体導入孔には、図示しない気体供給源が接続されている。この気体供給源は、被測定ガスを含んだ雰囲気を気体導入孔から強制的に気体セル2内に送り込む。そして、気体セル2内に送り込まれた上記雰囲気は、気体導出孔から排出される。なお、気体導入孔及び気体導出孔を定めているが、入口、出口は逆でもよい。
A gas inlet hole (not shown) is provided at one end of the
光源ホルダー5には、光源ユニット7が収容されている。光源ユニット7は、光源8及びリフレクタ9を備えている。光源8は、電圧が印加されることで、光としての赤外線を気体セル2の一端部から他端部に向かって放射する。光源8として、例えば黒体炉、白熱ランプ等が用いられる。リフレクタ9は、光源8から出射された光を反射して、気体セル2の他端部へ向かう平行光にする。光源8は、例えば、点灯時間0.6秒、消灯時間2.4秒の所定間隔で点灯・消灯を繰り返すパルス点灯を行う。
A
センサホルダー6は、円筒状の気体セル2の内径に合うように位置決めされた同一内径の貫通孔6aを有するアルミニウム製のホルダーである。貫通孔6aは、気体セル(2)の他端部に接する開口部を有する。貫通孔6aの内面には、赤外線が乱反射しないように黒体処理が施されている。黒体処理は、内面における赤外光の反射を無くす(即ち、放射率を1に近くする)無反射処理のことである。黒体処理は、例えば、黒アルマイト処理により行われる。黒アルマイト処理された貫通孔6aは、赤外線センサ10を収容する収容室として使用される。赤外線センサ10は、貫通孔6aにおける気体セル2に近い側の端部(開口部)から所定の間隔をおいた奥部、すなわち気体セル2から遠い側の端部(気体セル2から遠い側の開口部)付近、に収容され保持される。
The
赤外線センサ10は、図3に示すように、センサ本体11と、複数(この実施形態では2個)の受光素子12a及び12bと、複数(この実施形態では2個)の透過部材13a及び13bと、を備えている。センサ本体11は、センサホルダー6の貫通孔6aの内周面に沿う円筒状に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
受光素子12a及び12bは、熱電堆式赤外線センサを構成するサーモパイルからなる。サーモパイルは、複数の熱電対を直列に接続して出力電圧を高めた、周知の熱−電圧エネルギー変換素子である。サーモパイルの温接点は、光源からの赤外線を受光するように、透過部材13a及び13bと向かい合うように配設されており、また、サーモパイルの冷接点は、センサホルダー6と熱的に接続されている。受光素子12a及び12bは、センサ本体11の底部の同一平面上に配置されている。透過部材13a及び13bは、センサ本体の開口部11a及び11bの外側の同一平面上に配置されている。赤外線センサ10は、光源8が発しかつ透過部材13a及び13bを透過した赤外線を受光し、この赤外線の熱を電気エネルギーに変換する。赤外線センサ10は、赤外線の熱を電気エネルギーに変換して、センサ出力として、後述するガス濃度測定装置20のμcom23に出力する。
The
透過部材13a及び13bは、干渉フィルタ等の周知の光学バンドパスフィルタであり、センサ本体11に取り付けられて、赤外線センサ10と光源8との間に配置されている。透過部材13a及び13bは、それぞれ、光源8からの赤外線のうち予め定められた波長の赤外線のみを透過して、当該透過した波長の赤外線を赤外線センサ10まで導く。透過部材13a及び13bは、透過する赤外線の波長が互いに異なっている。
The
透過部材13a及び13bが透過する赤外線の波長は、後述するガス濃度測定装置20によって濃度を測定される被測定ガスの種類に応じて定められる。この実施形態では、被測定気体の濃度範囲が0ppmから数千ppmの範囲内の低濃度の検出を可能としたものであり、透過部材13a及び13bが透過する赤外線の波長は、被測定ガスに対する透過率が小さな赤外線の波長にされる。例えば、受光素子12aは、測定基準となるリファレンス用素子として用いられ、透過部材13aは、大気中で全く減衰しない、波長4.0μmの赤外線のみを透過する。また、受光素子12bは、例えば二酸化炭素(CO2)の濃度を測定するために用いられ、その透過部材13bは、前述した二酸化炭素(CO2)中で減衰しやすい、波長4.3μmの赤外線のみを透過する。透過部材13a及び13bは、入射する赤外線の角度が入射面に対して垂直に近いと、予め定められた波長のみを精度良く透過し、入射する赤外線の角度がその面に対して水平に近いと、予め定められた波長以外の波長も透過してしまう性質を有する。
The wavelength of infrared rays transmitted through the
図4は、二酸化炭素(CO2)に対する赤外線の透過率を示しており、図4中の横軸は赤外線の波長(μm)を示し、縦軸は赤外線の透過率(%)を示している。図4によれば、波長4.3μmの赤外線の二酸化炭素中の透過率が、ほぼ零であることが示されており、波長4.3μmの赤外線は、二酸化炭素中を殆ど透過しない(殆ど吸収されてしまう)ことが示されている。 FIG. 4 shows the infrared transmittance for carbon dioxide (CO 2). The horizontal axis in FIG. 4 shows the wavelength (μm) of infrared rays, and the vertical axis shows the infrared transmittance (%). FIG. 4 shows that the transmittance of infrared rays with a wavelength of 4.3 μm in carbon dioxide is almost zero, and infrared rays with a wavelength of 4.3 μm hardly pass through carbon dioxide (almost no absorption). It has been shown).
以上のような構成を有する気体サンプル室1では、気体セル2に被測定ガスとして例えば二酸化炭素(CO2)を含む雰囲気が充填されたとき、光源8から出射される赤外線は、気体セル(2)の内部を通じて赤外線センサ10へ導かれる。このとき、気体セル2の内周面は乱射反射防止処理が施されていないので、気体セル2中を導かれる赤外線は、平行光と乱反射光が含まれる。しかしながら、センサホルダー6の貫通孔6aの内面がアルマイト処理されているので、気体セル2から貫通孔6aの開口部に達した赤外線のうち、気体セル2に近い側の貫通孔6aの端部から赤外線センサ6が保持されている所までの所定間隔のアルマイト処理された内面に当たる乱反射光は、その内面で吸収される。したがって、気体セル2の軸方向とほぼ平行な赤外線のみが、貫通孔6aの後方に配置された赤外線センサ10の受光素子12a及び12bに導かれる。
In the gas sample chamber 1 having the above configuration, when the
このように、本発明による気体サンプル室によれば、センサホルダー6における赤外線センサ10の収容室である貫通孔6aの内面において赤外線を吸収して乱反射を防ぐことができ、赤外線センサ10に到達するノイズ光が少なくなってそれによる悪影響が軽減されると共に、赤外線センサ10に到達する赤外線が従来より増加するため、ゲイン、スパンを向上させ、検出感度、分解能を良くすることができる。また、長い円筒状の気体セル2の内周面を黒体処理(乱反射防止処理)せずに、センサホルダー6の貫通孔6a(収容室)の内面を黒アルマイト処理するだけなので、安価なコストで製作することができる。
As described above, according to the gas sample chamber according to the present invention, the infrared rays can be absorbed by the inner surface of the through-
(ガス濃度測定装置の実施形態)次に、本発明のガス濃度測定装置の一実施形態について、図5を参照して説明する。ガス濃度測定装置20は、被測定ガスを含んだ雰囲気が充填される気体サンプル室1と、制御回路部21と、受光回路部22と、濃度算出部としてのマイクロコンピュータ(以下、μcomと記載する)23と、を備えている。
(Embodiment of Gas Concentration Measuring Device) Next, an embodiment of the gas concentration measuring device of the present invention will be described with reference to FIG. The gas
制御回路部21は、発振器21a、クロック分周回路21b及び定電圧回路21cを備えており、μcom23の命令通りに、所定の周波数で光源8を点滅(パルス点灯)させる。
The control circuit unit 21 includes an
受光回路部22は、図6に示すように、アンプ221a及び221bと、切り換え器222と、A/D変換器(ADC)223とを備えている。アンプ221aは、赤外線センサ10の対応する受光素子12aからのセンサ出力としてのアナログ出力信号を増幅して、切り換え器222を介してA/D変換器223へ出力する。アンプ221bは、赤外線センサ10の対応する受光素子12bからのセンサ出力としてのアナログ出力信号を増幅して、切り換え器222を介してA/D変換器223へ出力する。A/D変換器(ADC)223は、赤外線センサ10の受光素子12aまたは12bからのアナログ出力信号をデジタル信号に変換して、μcom23へ入力する。
As shown in FIG. 6, the light
μcom23は、制御回路部21及び受光回路部22と接続して、これらの動作を制御することで、ガス濃度測定装置20全体の動作をつかさどる。μcom23は、予め定められたプログラムに従って動作するコンピュータである。このμcom23は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置(CPU)、CPUのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるROM、各種のデータを格納するとともにCPUの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるRAM等を有して構成されている。
The
また、μcom23には、図示しない不揮発性メモリ(例えば、EEPROM)が接続されている。そして、この不揮発性メモリには、濃度の算出に必要な後述する吸光係数、測定距離、濃度変換係数等の各種データを記憶するとともに、算出した濃度を外部から読出可能に時系列的に記憶する。 In addition, a non-volatile memory (not shown) (for example, EEPROM) is connected to μcom 23. The nonvolatile memory stores various data such as an extinction coefficient, a measurement distance, and a concentration conversion coefficient, which will be described later, necessary for calculating the concentration, and stores the calculated concentration in a time series so that it can be read from the outside. .
上述した構成のガス濃度測定装置20は、気体セル2内に被測定ガスを含む雰囲気を供給して、気体セル2内を前記雰囲気で満たす。そして、ガス濃度測定装置20は、光源8を点滅(パルス点灯)させて、この光源8からの赤外線を気体セル2の内部を通じて赤外線センサ10で受光する。そして、ガス濃度測定装置20のμcom23は、赤外線センサ10で受光した赤外線の強さ(即ち、光源8の点灯時における赤外線センサ10の出力電圧(Hi出力)と、消灯時における赤外線センサ10の出力電圧(Low出力)との電位差)に基づいて、気体サンプル室1内の被測定ガス(例えば、二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素など)の濃度を測定する。具体的には、ガス濃度測定装置20のμcom23は、基準素子として用いられる受光素子12aで受光した赤外線の強さと、被測定ガス(例えば、二酸化炭素)を測定するための受光素子12bで受光した赤外線の強さとを比較して、被測定ガス(例えば、二酸化炭素)の濃度を測定する。
The gas
このように、ガス濃度測定装置20の気体サンプル室1は、光源8からの赤外線を、乱反射防止処理が施されていない気体セル2を通じて、センサホルダー6の貫通孔6a(収容室)に保持されている赤外線センサ10に導くように形成されており、さらに、貫通孔6a(収容室)の内面が黒アルマイト処理されているので、光源8からの赤外線を貫通孔6a内で乱反射させることなく、気体セル2の軸方向とほぼ平行な赤外線のみを、受光素子12a及び12bに導くことができる。
As described above, the gas sample chamber 1 of the gas
以上より、本発明のガス濃度測定装置によれば、内部に赤外線センサ10を保持するセンサホルダー6の貫通孔6a(収容室)の内面に黒アルマイト処理が施されているので、その内面において赤外線を吸収して乱反射を防ぐことができ、そのため、赤外線が透過部材13a及び13bに対してななめ方向から入射することを防いで、ゲイン、スパンを向上させ、検出感度、分解能を良くすることができる。
As described above, according to the gas concentration measuring apparatus of the present invention, the black alumite treatment is applied to the inner surface of the through
(気体サンプル室の性能測定実験)次に、本件発明の気体サンプル室の性能測定実験について説明する。この実験では、センサホルダー6の貫通孔6aの内面に黒アルマイト処理を施した場合の赤外線センサ10のセンサ出力を測定して確認した。また、比較として、黒アルマイト処理を施していないアルミ無垢状態でのセンサホルダー6(黒アルマイト無)を使用して、そのセンサ出力を測定し、黒アルマイト処理済みセンサホルダー6(黒アルマイト有)のセンサ出力との比較対象とした。実験での両者の構成上の違いは、センサホルダー6における黒アルマイトの有無のみである。
(Performance measurement experiment of gas sample chamber) Next, a performance measurement experiment of the gas sample chamber of the present invention will be described. In this experiment, the sensor output of the
図7は、本発明の気体サンプル室の性能測定実験を行うための模式的構成図である。図7において、まず、ガス容器31から一定濃度のCO2ガスを、PC(パソコン)35によりコントロールされた電磁弁32により切り換え後、恒温槽34内に配置された本発明の気体サンプル室1へ送る。気体サンプル室1における赤外線センサ10のセンサ出力(4.0μm用(基準)受光素子12aのセンサ出力及び4.3μm(CO2ガス吸収)用受光素子12bのセンサ出力)は、PC35へ送られ、4.0μm用及び4.3μm用センサ出力データと、恒温槽34内に設置された図示しない温度センサの温度出力データが収集される。赤外線センサ10へ供給されるガス流量は、マスフローコントローラ33にてコントロールされ定量化されている。また、恒温槽34内の温度は、PC35で監視され、恒温槽34内が一定温度になるように制御されている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram for conducting a performance measurement experiment of the gas sample chamber of the present invention. In FIG. 7, first, a constant concentration of
上記の構成による性能測定実験における測定条件は以下の通りである。
(測定条件)
CO2ガス供給:0ppm,400ppm及び1000ppmの3段階切り換え
恒温槽内温度:0℃、30℃及び50℃の3段階
温度移行時間:20分
恒温槽内温度安定時間:40分
ガス温度安定時間:4分
濃度測定時間:4分
光源:INTEX社製IR光源
赤外線センサ:パーキンエルマ製IRセンサ
The measurement conditions in the performance measurement experiment with the above configuration are as follows.
(Measurement condition)
CO2 gas supply: 3-stage switching between 0 ppm, 400 ppm and 1000 ppm Temperature inside the thermostatic chamber: 3 stages: 0 ° C, 30 ° C and 50 ° C Temperature transition time: 20 minutes Temperature stabilization time in the constant temperature bath: 40 minutes Gas temperature stabilization time: 4 Minute Concentration measurement time: 4 minutes Light source: IR light source made by INTEX Infrared sensor: IR sensor made by Perkin Elma
(データ処理)
図8に示すように、光源8には、L(Low)=0V及びH(Hi)=6.75Vのパルス電圧を印加した。赤外線センサ出力は、図中のL(波形の最小出力値)とH(波形の最大出力値)間の電位差を演算し、赤外線センサのセンサ出力値とするデータ処理を行った。
(Data processing)
As shown in FIG. 8, a pulse voltage of L (Low) = 0 V and H (Hi) = 6.75 V was applied to the
上記の構成による性能測定実験における測定実験結果は以下の通りである。 The measurement experiment results in the performance measurement experiment with the above configuration are as follows.
(測定実験結果1)
図9は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による各波長の出力特性を示す図である。図9において、縦軸のADC値は、センサ出力をADCでデジタル信号に変換後の値である。出力特性A〜Mは以下の通り、
A;4.0μm波長、 0℃、黒アルマイト無のセンサ(12a)出力特性
B;4.0μm波長、30℃、黒アルマイト無のセンサ(12a)出力特性
C;4.0μm波長、50℃、黒アルマイト無のセンサ(12a)出力特性
D;4.0μm波長、 0℃、黒アルマイト有のセンサ(12a)出力特性
E;4.0μm波長、30℃、黒アルマイト有のセンサ(12a)出力特性
F;4.0μm波長、50℃、黒アルマイト有のセンサ(12a)出力特性
G;4.3μm波長、 0℃、黒アルマイト無のセンサ(12b)出力特性
H;4.3μm波長、30℃、黒アルマイト無のセンサ(12b)出力特性
I;4.3μm波長、50℃、黒アルマイト無のセンサ(12b)出力特性
J;4.3μm波長、 0℃、黒アルマイト有のセンサ(12b)出力特性
K;4.3μm波長、30℃、黒アルマイト有のセンサ(12b)出力特性
M;4.3μm波長、50℃、黒アルマイト有のセンサ(12b)出力特性
○図9から分かった事・・・黒アルマイト処理の有無にかかわらず、センサ出力の大小に変化はあるが、特性のカーブの傾向に関しては黒アルマイトの有無に関わらず類似しており、大きな変化はない。
(Measurement experiment result 1)
FIG. 9 is a diagram showing output characteristics of each wavelength depending on the presence or absence of black alumite as a measurement experiment result. In FIG. 9, the ADC value on the vertical axis is a value after the sensor output is converted into a digital signal by the ADC. Output characteristics A to M are as follows:
A: 4.0 μm wavelength, 0 ° C., sensor without alumite (12a) output characteristics B: 4.0 μm wavelength, 30 ° C., sensor without black alumite (12a) output characteristics C: 4.0 μm wavelength, 50 ° C. Sensor with black alumite (12a) Output characteristics D: 4.0μm wavelength, 0 ° C, sensor with black alumite (12a) Output characteristics E; 4.0μm wavelength, 30 ° C, sensor with black alumite (12a) Output characteristics F: 4.0 μm wavelength, 50 ° C., sensor with black anodized (12a) output characteristics G: 4.3 μm wavelength, 0 ° C., sensor without black anodized (12b) Output characteristics H: 4.3 μm wavelength, 30 ° C. Black anodized sensor (12b) output characteristics I: 4.3 μm wavelength, 50 ° C., black anodized sensor (12b) output characteristics J: 4.3 μm wavelength, 0 ° C., sensor with black anodized (12b) Force characteristics K: 4.3 μm wavelength, 30 ° C., sensor with black anodized (12b) output characteristics M; 4.3 μm wavelength, 50 ° C., sensor with black anodized (12b) output characteristics・ ・ Although there is a change in the sensor output regardless of the presence or absence of black alumite treatment, the tendency of the characteristic curve is similar regardless of the presence or absence of black alumite and there is no significant change.
(測定実験結果2)
図10は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による各センサ比特性を示す図である。図10において、縦軸の4.3/4.0値は、4.3μm用センサ(12b)出力を4.0μm用センサ(12a)出力で除算した値である。出力比特性A〜Fは以下の通り、
A; 0℃、黒アルマイト無の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
B;30℃、黒アルマイト無の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
C;50℃、黒アルマイト無の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
D; 0℃、黒アルマイト有の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
E;30℃、黒アルマイト有の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
F;50℃、黒アルマイト有の4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ( 12a)出力の出力比特性
○図10から分かった事・・・4.3/4.0の値において、黒アルマイト有りの方が無しの状態より5〜7%程度大きい。
(Measurement experiment result 2)
FIG. 10 is a diagram showing sensor ratio characteristics depending on the presence or absence of black alumite as a measurement experiment result. In FIG. 10, the 4.3 / 4.0 value on the vertical axis is a value obtained by dividing the output of the 4.3 μm sensor (12b) by the output of the 4.0 μm sensor (12a). The output ratio characteristics A to F are as follows:
A: Output ratio characteristic of 4.3 μm sensor (12b) output without black alumite at 0 ° C./output of 4.0 μm sensor (12a) B: Output at 4.3 μm sensor without black alumite (12b) / 4. Output ratio characteristic of output of 0 μm sensor (12a) C: Output ratio characteristic of output of 4.3 μm sensor (12b) without black anodized / 4.0 μm sensor (12a) D: 0 ° C., 4 with black anodized Output ratio characteristics of output of 3 μm sensor (12b) /4.0 μm sensor (12a) E: Output ratio characteristics of 4.3 μm sensor (12b) output with black alumite / 4.0 μm sensor (12a) output F: Output ratio characteristic of 4.3 μm sensor (12b) output / 4.0 μm sensor (12a) output with black anodized at 50 ° C. ○ What was found from FIG. 10: In the value of 4.3 / 4.0 , About 5-7% larger than the state of no better of anodized aluminum there.
(測定実験結果3)
図11は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による4.0μm用センサ(12a)のLow出力(絶対値)の比較特性図である。特性A、Bは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.0μm用センサ(12a)のLow出力特性
B;黒アルマイト有の4.0μm用センサ(12a)のLow出力特性
(Measurement experiment result 3)
FIG. 11 is a comparative characteristic diagram of the Low output (absolute value) of the 4.0 μm sensor (12a) with or without black alumite as a measurement experiment result. Characteristics A and B are as follows:
A: Low output characteristic of 4.0 μm sensor (12a) without black anodized B: Low output characteristic of 4.0 μm sensor (12a) with black anodized
(測定実験結果4)
図12は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による4.0μm用センサ(12a)のHi出力(絶対値)の比較特性図である。特性A、Bは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.0μm用センサ(12a)のHi出力特性
B;黒アルマイト有の4.0μm用センサ(12a)のHi出力特性
(Measurement experiment result 4)
FIG. 12 is a comparative characteristic diagram of the Hi output (absolute value) of the 4.0 μm sensor (12a) depending on the presence or absence of black alumite as a measurement experiment result. Characteristics A and B are as follows:
A: Hi output characteristic of 4.0 μm sensor (12a) without black anodized B: Hi output characteristic of 4.0 μm sensor (12a) with black anodized
(測定実験結果5)
図13は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による4.3μm用センサ(12b)のLow出力(絶対値)の比較特性図である。特性A、Bは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.3μm用センサ(12b)のLow出力特性
B;黒アルマイト有の4.3μm用センサ(12b)のLow出力特性
(Measurement experiment result 5)
FIG. 13 is a comparative characteristic diagram of the Low output (absolute value) of the 4.3 μm sensor (12b) depending on the presence or absence of black alumite as a measurement experiment result. Characteristics A and B are as follows:
A: Low output characteristic of 4.3 μm sensor (12b) without black anodized B: Low output characteristic of 4.3 μm sensor with black anodized (12b)
(測定実験結果6)
図14は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による4.3μm用センサ(12b)のHi出力(絶対値)の比較特性図である。特性A、Bは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.3μm用センサ(12b)のHi出力特性
B;黒アルマイト有の4.3μm用センサ(12b)のHi出力特性
(Measurement experiment result 6)
FIG. 14 is a comparative characteristic diagram of the Hi output (absolute value) of the 4.3 μm sensor (12b) depending on the presence or absence of black alumite as a measurement experiment result. Characteristics A and B are as follows:
A: Hi output characteristic of 4.3 μm sensor (12b) without black anodized B: Hi output characteristic of 4.3 μm sensor with black anodized (12b)
(測定実験結果7)
図15は、測定実験結果としての黒アルマイト有無による4.0μm用センサ(12a)及び4.3μm用センサ(12b)の黒アルマイト有絶対値を黒アルマイト無絶対値で除算した値の比較特性図である。特性A〜Dは以下の通り、
A;4.0μm用センサ(12a)のLow出力の黒アルマイト有絶対値/黒アルマイ ト無絶対値の特性
B;4.0μm用センサ(12a)のHi出力の黒アルマイト有絶対値/黒アルマイ ト無絶対値の特性
C;4.3μm用センサ(12b)のLow出力の黒アルマイト有絶対値/黒アルマイ ト無絶対値の特性
D;4.3μm用センサ(12b)のHi出力の黒アルマイト有絶対値/黒アルマイ ト無絶対値の特性
(Measurement experiment result 7)
FIG. 15 is a comparative characteristic diagram of values obtained by dividing the absolute value of black alumite with the absolute value of black anodized by the 4.0 μm sensor (12a) and the 4.3 μm sensor (12b) depending on the presence or absence of black anodized as a measurement experiment result. It is. Characteristics A to D are as follows:
A: Low output black anodized absolute value / black anodized absolute value characteristic of 4.0 μm sensor (12a) B; Hi output black anodized absolute value / black anodized value of 4.0 μm sensor (12a) Absolute value characteristics C: Low output black anodized absolute value / black anodized absolute value characteristic of 4.3 μm sensor (12b) D: High output black anodized of 4.3 μm sensor (12b) Characteristics of absolute value / black anodized absolute value
○図11〜図15より分かった事・・・・光源8の消灯時において、各センサの出力は、黒アルマイト処理の有無により大きく変化し、黒アルマイト無しの状態より黒アルマイト有りの状態では、絶対値出力において40〜60%の減少がある。また、光源8の点灯時において、各センサの出力は、光源消灯時より変化は少なく、黒アルマイト有りの出力は、無しより10〜15%程度の減少がある。
○ What is understood from FIG. 11 to FIG. 15... When the
(測定実験結果8)
図16は、測定実験結果としての縦軸:4.0μm用センサ(12a)における濃度0ppm時と濃度1000ppm時の出力差、横軸:温度を示す特性図である。特性A及びBは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.0μm用センサ(12a)の0−1000ppm出力特性
B;黒アルマイト有の4.0μm用センサ(12a)の0−1000ppm出力特性
(Measurement experiment result 8)
FIG. 16 is a characteristic diagram showing an output difference between a concentration of 0 ppm and a concentration of 1000 ppm in the 4.0 μm sensor (12a) as a measurement experiment result, and a horizontal axis: temperature. Characteristics A and B are as follows:
A: 0-1000 ppm output characteristics of 4.0 μm sensor (12a) without black anodized B: 0-1000 ppm output characteristics of 4.0 μm sensor with black anodized (12a)
(測定実験結果9)
図17は、測定実験結果としての縦軸:4.3μm用センサ(12B)における濃度0ppm時と濃度1000ppm時の出力差、横軸:温度を示す特性図である。特性A及びBは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.3μm用センサ(12b)の0−1000ppm出力特性
B;黒アルマイト有の4.3μm用センサ(12b)の0−1000ppm出力特性
(Measurement experiment result 9)
FIG. 17 is a characteristic diagram showing an output difference between a concentration of 0 ppm and a concentration of 1000 ppm in the 4.3 μm sensor (12B) as a measurement experiment result, and a horizontal axis: temperature. Characteristics A and B are as follows:
A: 0-1000 ppm output characteristics of 4.3 μm sensor (12b) without black anodized B: 0-1000 ppm output characteristics of 4.3 μm sensor with black anodized (12b)
(測定実験結果10)
図18は、測定実験結果としての縦軸:4.3μm用センサ(12B)における濃度0ppm時と濃度1000ppm時の出力差を4.0μm用センサ(12a)における濃度0ppm時と濃度1000ppm時の出力差で除算した値のADC値、横軸:温度を示す特性図である。特性A及びBは以下の通り、
A;黒アルマイト無の4.3/4.0の0−1000ppm出力差の比
B;黒アルマイト有の4.3/4.0の0−1000ppm出力差の比
○図16〜図18より分かった事・・・黒アルマイトの有無により各センサのレンジアビリティは、黒アルマイト有りの方が12%程度大きい。
(Measurement experiment result 10)
FIG. 18 shows the vertical axis as a measurement experiment result: the output difference between the concentration at 0 ppm and the concentration at 1000 ppm in the 4.3 μm sensor (12B) is the output difference at the concentration of 0 ppm and the concentration at 1000 ppm in the 4.0 μm sensor (12a). It is a characteristic figure which shows the ADC value of the value divided by the difference, and a horizontal axis: temperature. Characteristics A and B are as follows:
A: Ratio of 0-1000 ppm output difference of 4.3 / 4.0 with no black anodized B: Ratio of 0-1000 ppm output difference of 4.3 / 4.0 with black anodized ○ From FIG. 16 to FIG. The range ability of each sensor is about 12% larger with black anodized depending on the presence or absence of black anodized.
(測定実験結果より分かった事のまとめ)
a)黒アルマイト処理の有無に関わらず、出力の大小に変化はあるが、カーブ特性に関しては大きな変化はなく、相対的な変化のみである。
b)4.3μm用センサ(12b)出力値と4.0μm用センサ(12a)出力値の比において、黒アルマイト有りの方が無しの状態より5〜7%程度大きく、濃度換算に使用する比が大きくなるため、検出感度が良くなっている。
c)各センサの絶対値の出力において、光源の消灯時には黒アルマイト無しより有りの方が40%程度小さくなっているが、光源の点灯時においては黒アルマイト無しより有りの方が10〜15%程度の減少しかない。
d)黒アルマイト有無により各センサのレンジアビリティは、黒アルマイト有りの方が12%程度大きくなり、ガス濃度の分解能が上がったことがいえる。
(Summary of findings from measurement experiment results)
a) Regardless of the presence or absence of the black alumite treatment, there is a change in the magnitude of the output, but there is no significant change in the curve characteristics, only a relative change.
b) The ratio of the output value for the 4.3 μm sensor (12b) and the output value for the 4.0 μm sensor (12a) is about 5 to 7% greater with and without black alumite than the ratio used for concentration conversion. The detection sensitivity is improved due to the increase in the.
c) In the absolute value output of each sensor, when the light source is turned off, it is about 40% smaller than when there is no black anodized, but when the light source is turned on, it is 10 to 15% when there is no black anodized. There is only a decrease in the degree.
d) Depending on the presence or absence of black alumite, the range ability of each sensor was increased by about 12% when black anodize was present, and it can be said that the resolution of the gas concentration was improved.
(考察)
CO2濃度を検出する原理は、赤外線を媒体層(検出ガス等)を通すと,通過した赤外線は、Beer−Lambertの法則が適用される。図19に示す厚さl(エル)、ガス濃度C、その吸収係数αλの媒体層に波長λの入射光I0λが入射した場合、入射光I0λと透過光Iλとの透過率の比Dλを自然対数で表すと、下記の式(1)が成り立つ。
Dλ=logn(I0λ/Iλ)=logn(4.0μm用センサ出力/4.3μmセン サ出力)=αλ・Cl・・・・(1)
(Discussion)
The principle of detecting the CO2 concentration is that when infrared rays are passed through a medium layer (detection gas or the like), Beer-Lambert's law is applied to the infrared rays that have passed. When incident light I 0 λ having a wavelength λ is incident on a medium layer having a thickness l (el), a gas concentration C, and an absorption coefficient αλ shown in FIG. 19, the transmittance of the incident light I 0 λ and the transmitted light Iλ When the ratio Dλ is expressed in natural logarithm, the following formula (1) is established.
Dλ = log n (I 0 λ / Iλ) = log n (4.0 μm sensor output / 4.3 μm sensor output) = αλ · Cl (1)
前述の図4のCO2吸収スペクトラムでは、4.3μm付近で吸収があることが分かる。したがって、4.3μmの吸収スペクトラムを測定することにより、上記式(1)において、入射光I0λと透過光Iλとの透過率が分かれば、ガス濃度が分かる。 In the CO2 absorption spectrum of FIG. 4 described above, it can be seen that there is absorption around 4.3 μm. Therefore, by measuring the absorption spectrum of 4.3 μm, the gas concentration can be determined if the transmittances of the incident light I 0 λ and the transmitted light Iλ are known in the above formula (1).
本発明で使用している赤外線センサの構造図は図3に示されている。その構造は、一つのパッケージに、ある半値幅を持った中央値4.0μmバンドパスフィルター(透過部材13aとそのフィルターに対になるサーモパイルセンサ(受光素子12a)と、ある半値幅を持った中央値4.3μmバンドパスフィルター(透過部材13b)とそのフィルターに対になるサーモパイルセンサ(受光素子12b)から成る。4.0μmバンドパスフィルター(透過部材13a)は、一般大気中には赤外線を吸収するガスがなく、リファレンス用として使用している。4.3μmバンドパスフィルター(透過部材13b)は、CO2ガスにより赤外線吸収が起き、熱の変化がガス濃度の変化に応じて起きる。
A structural diagram of the infrared sensor used in the present invention is shown in FIG. The structure is such that one package has a median 4.0 μm band-pass filter having a certain half width (a
図3に示す構造のフィルタ片側のみ(例えば、透過部材13a)を注目すると、図20となる。図中の光学バンドパスフィルター(透過部材13a)の特性は、A光のように、赤外光がフィルタ面に対して垂直に入ってきた場合に対して仕様のバンドパスを示す。垂直以外の赤外光、例えば、B光のような、フィルター面に対して角度を持った赤外光では、バンドパスフィルターの厚さが大きくなり、バンドパスフィルターの特性が変化する。
When attention is paid only to one side of the filter having the structure shown in FIG. 3 (for example, the
例えば、図21(A)に示すように、フィルターの中心波長Aが、波長の短い方(A′)、長い方(A′′)にシフトする現象、または、図21(B)に示すように、フィルタの半値幅が広がる(D1→D2)現象など、バンドパスフィルター特性が変化する幾つかの現象が考えられる。 For example, as shown in FIG. 21A, the center wavelength A of the filter shifts to the shorter wavelength (A ′) or the longer wavelength (A ″), or as shown in FIG. In addition, there are several phenomena in which the bandpass filter characteristics change, such as a phenomenon in which the half-value width of the filter widens (D1 → D2).
これにより、4.0μm用光学フィルター(透過部材13a)特性が変化し、必要としない波長まで検出してしまい、ノイズとなる。また、4.3μm用光学フィルター(透過部材13b)特性も同様であり、必要としない波長がノイズとなり、赤外線センサより出力される。
As a result, the characteristics of the 4.0 μm optical filter (
この対策として、図2に示すように、センサホルダー6の収容室である貫通孔6aの内面を赤外反射しない黒アルマイト処理を施し、センサホルダー6内での乱反射をなくす。このように、センサホルダー6の内面を赤外反射しない構造とすることにより、余分なノイズがなくなり、4.3μmセンサ(受光素子12b)と4.0μmセンサ(受光素子12a)の出力比(センサ比は、CO2濃度演算に使用するために使う要素)である下記の式(2)の値は、α:フィルター(透過部材13a)面に対して垂直以外から入射する赤外光による出力ノイズ係数、β:フィルター(透過部材13b)面に対して垂直以外から入射する赤外光による出力ノイズ係数とすれば、α、β項が赤外無反射(黒アルマイト処理)を行うことにより、1に近くなるため、式(2)の値が大きくなる。
4.3μmセンサ(受光素子12b)出力×β/4.0μmセンサ(受光素子12a)出力×α・・・・(2)
この式(2)の値は、性能測定実験では図10に示される。
As a countermeasure against this, as shown in FIG. 2, a black alumite treatment that does not reflect infrared rays is performed on the inner surface of the through-
4.3 μm sensor (
The value of this equation (2) is shown in FIG. 10 in the performance measurement experiment.
また、ガス濃度0−5000ppm間のレンジアビリティは、下記の式(3)で表される。
4.3μmセンサ(受光素子12b)出力×β/4.0μmセンサ(12a)出力×α−4.3μmセンサ出力(受光素子12b)×γ×β/4.0μmセンサ出力(受光素子12a)×α
=4.3センサ(受光素子12b)出力×(β−γ・β)/4.0μmセンサ(12a)出力×α・・・(3)
(ただし、4.3μmセンサ(12b)出力:ガス濃度0ppm時のセンサ出力、γ:CO2ガス濃度0ppmと比較した場合の5000ppm時のセンサ出力減衰量を示す。)
式(3)のα、β項は、ノイズが小さくなると1に近くなり、式(4)になる。
4.3μmセンサ(12b)出力/4.0μmセンサ(12a)出力−4.3μmセンサ(12b)出力×γ/4.0μmセンサ(12a)出力
=4.3μmセンサ(12a)出力×(1−γ)/4.0μmセンサ(12a)出力・・・(4)
式(4)より、余分なノイズが消され、レンジアビリティが広くなることが分かる。この式(4)の値は、性能測定実験では図18に示される。
Moreover, the range ability between gas concentrations 0-5000 ppm is represented by following formula (3).
4.3 μm sensor (
= 4.3 sensor (light-receiving
(However, 4.3 μm sensor (12b) output: sensor output at a gas concentration of 0 ppm, γ: sensor output attenuation at 5000 ppm when compared with a CO2 gas concentration of 0 ppm.)
The α and β terms in Equation (3) become close to 1 when the noise becomes small, and become Equation (4).
4.3 μm sensor (12b) output / 4.0 μm sensor (12a) output−4.3 μm sensor (12b) output × γ / 4.0 μm sensor (12a) output = 4.3 μm sensor (12a) output × (1− γ) /4.0 μm sensor (12a) output (4)
From equation (4), it can be seen that excess noise is eliminated and the range ability is widened. The value of this equation (4) is shown in FIG. 18 in the performance measurement experiment.
(結果)
センサホルダー6の収容室である貫通孔6aの内面に無反射処理(黒アルマイト処理)を施したものと、処理をしていないもの(アルミ無垢のもの)を比較した結果、以下のことが分かった。
a)4.3μmセンサ(12b)出力値と4.0μmセンサ(12a)出力値の比において、黒アルマイト有りの方が、無しの状態より5〜7%程度出力(ゲイン)が大きくなった。
b)黒アルマイト有無により、各センサのレンジアビリティは、黒アルマイト有りの方が、スパンが12%程度大きくなった。
(result)
As a result of comparing non-reflective treatment (black alumite treatment) on the inner surface of the through-
a) Regarding the ratio between the output value of the 4.3 μm sensor (12b) and the output value of the 4.0 μm sensor (12a), the output (gain) was larger with the black anodized by about 5 to 7% than the state without the black anodized.
b) Depending on the presence or absence of black anodized, the range ability of each sensor increased with the span of about 12% when black anodized was present.
このように、赤外無反射処理(黒アルマイト処理)は、ノイズの低減が図られ、スパンを向上させ、検出感度、分解能を良くしていることがいえる。 Thus, it can be said that the infrared non-reflection process (black alumite process) reduces noise, improves the span, and improves the detection sensitivity and resolution.
以上の通り、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。かかる変形、応用によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇にふくまれるものである。 As described above, one embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. Of course, such modifications and applications are included in the scope of the present invention as long as the configuration of the present invention is provided.
例えば、センサホルダー6は、上述の実施形態ではアルミ製としたが、アルミ製でなく他の金属又はガラス製でもよい。この場合は、センサホルダー6の材質に合う適宜な黒体処理を施す。黒体処理は、例えば、一般的な黒体塗装用カーボンブラック塗料などを塗布することにより施される。黒体処理の塗料としては、顔料としてカーボンブラック、バインダとしてセラミック系アルミナを含んだ黒体塗装用の塗料などが用いられるが、放射率が概ね0.9以上となるものであれば、他の黒体塗装用の塗料を用いても良く、また、黒体塗装用の塗料を塗布する以外の方法でも良い。
For example, although the
また、収容室である貫通孔6aの内面全部を黒アルマイト処理するのではなく、開口部から赤外線センサ10の保持位置までの所定間隔の内面のみを黒アルマイト処理してもよい。また、黒アルマイト処理は、貫通孔6aの内面だけでなく、内面及び外面を含むセンサホルダー6全体に施しても良く、この場合は処理がし易くなる。
Alternatively, the entire inner surface of the through-
また、センサホルダーの貫通孔6aの径は、上述の実施形態では気体セル2の内径と同一としたが、気体セル2の内径より大きくても良い。また、センサホルダー6の収容室として、貫通孔6aではなく底部のある穴としてもよく、この場合は、センサホルダー6は、穴の開口部から挿入されて底部に保持される。
The diameter of the through
また、上述の実施形態では、被測定ガスの濃度が低濃度である場合の透過部材13a及び13bの透過する赤外線の波長を示しているが、本発明では、測定対象の気体が低濃度から高濃度(0ppmから数%)の範囲内にある場合には、気体セル2の長さを変更したり、透過部材13a及び13bが被測定ガス中での赤外線の吸収量が少ない波長の赤外線のみを透過するようにしたりしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the wavelength of infrared light transmitted through the
さらに、上述の実施形態では、ガス濃度測定装置20が二酸化炭素の濃度を測定しているが、本発明のガス濃度測定装置20は、一酸化炭素、水蒸気、NOx、SOx、H2S、O3、CH4、NOなどの種々のガスの濃度を測定することもできる。また、本発明では、気体セル2は、円筒状以外の種々の筒状に形成されても良い。
Furthermore, in the above-described embodiment, the gas
また、上述の実施形態では、赤外線センサとして熱電堆式赤外線センサを備えるものであったが、これに限定するものではなく、例えば、赤外線センサとして、光導電効果などを利用した周知の量子型赤外線センサなど、他の種類の赤外線センサを用いても良い。このような量子型赤外線センサにおいても、調熱部材によって、それ自身を周囲の温度に素早く合わせることで測定の誤差などを解消することができる。この種の量子型赤外線センサには、室温での測定に適したものとして、光導電素子の材料にPbSeを用いたもの、低温での測定に適したものとして、光導電素子の材料にPbSを用いたものなどがある。 In the above-described embodiment, the thermoelectric infrared sensor is provided as the infrared sensor. However, the present invention is not limited to this. For example, the well-known quantum infrared using the photoconductive effect as the infrared sensor. Other types of infrared sensors such as sensors may be used. Even in such a quantum infrared sensor, measurement errors and the like can be eliminated by quickly adjusting itself to the ambient temperature by the heat control member. This type of quantum infrared sensor is suitable for measurement at room temperature, uses PbSe as the material for the photoconductive element, and is suitable for measurement at a low temperature, and uses PbS as the material for the photoconductive element. There are things used.
1 気体サンプル室
2 気体セル
6 センサホルダー
6a 貫通孔(収容室)
8 光源
10 赤外線センサ
23 μcom(濃度算出部)
1
8
Claims (3)
前記気体セルの一端部に配置されて赤外線を放射する光源と、
前記気体セルの他端部に配置され、前記気体セルの他端部に接する開口部を有する収容室を有するセンサホルダと、
前記センサホルダの前記収容室に前記開口部から間隔をおいた奥部へ収容され、前記光源から前記気体セルの内部を通じて導かれる前記赤外線を検出する赤外線センサと、
を備え、
前記センサホルダの前記収容室の内面に、黒体処理が施されていることを特徴とする気体サンプル室。 A gas cell having an inner peripheral surface that is formed in a cylindrical shape and not subjected to irregular reflection prevention treatment, and is filled with a gas to be measured;
A light source arranged at one end of the gas cell to emit infrared rays;
A sensor holder having a storage chamber disposed at the other end of the gas cell and having an opening in contact with the other end of the gas cell;
An infrared sensor that is housed in the housing chamber of the sensor holder at a depth spaced from the opening and detects the infrared light that is guided from the light source through the interior of the gas cell;
With
A gas sample chamber, wherein a black body treatment is applied to an inner surface of the storage chamber of the sensor holder.
前記センサホルダはアルミニウムで形成されており、
前記収容室の内面に、黒アルマイト処理が施されていることを特徴とする気体サンプル室。 The gas sample chamber of claim 1,
The sensor holder is made of aluminum,
A gas sample chamber, wherein the inner surface of the storage chamber is subjected to black alumite treatment.
前記赤外線センサが検出した前記赤外線の強さに基づいて、前記気体セル内の前記被測定ガスの濃度を算出する濃度算出部と、
を備えたことを特徴とするガス濃度測定装置。 A gas sample chamber according to claim 1 or 2,
A concentration calculator that calculates the concentration of the gas to be measured in the gas cell based on the intensity of the infrared rays detected by the infrared sensor;
A gas concentration measuring device comprising:
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