JP2013234962A - 鏡面冷却式露点計 - Google Patents

Abstract

【課題】人手による鏡面の清掃を不要とする。凝縮物質を除去する装置を別途設ける必要をなくし、露点温度計測の中断を短時間で済ませることを可能とする。
【解決手段】平衡状態になるような熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後（ステップＳ６０１）、鏡面の状態の正常／異常を判断する（ステップＳ６０２〜Ｓ６０４）。鏡面の状態が異常であると判断された場合（ステップＳ６０４）、仕切り弁を閉とし、吸引ポンプの運転を継続する（ステップＳ６０６）。これにより、サンプリングチャンバ内の圧力が減圧され、鏡面に凝縮物質が付着していた場合、その凝縮物質が速いスピードで蒸発又は昇華し、除去される。なお、鏡面の状態の正常／異常に拘わらず、操作者の指示に応じて、サンプリングチャンバ内の圧力を減圧させたり、定期的にサンプリングチャンバ内の圧力を減圧させたりするようにしてもよい。
【選択図】図１１

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面の上に生じる結露や結霜から露点温度を計測する鏡面冷却式露点計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、反射光の強度が平衡状態になった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１５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の構成を示す。このセンサ部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。

このセンサ部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１６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の構成を示す。このセンサ部１０２は、正反射光検出方式を採用したセンサ部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。このセンサ部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。

このセンサ部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（露点）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（霜点）を検出することも可能である。本明細書では、霜点も含めた温度を露点温度として定義する。

このような鏡面冷却式露点計では、被測定気体に低温で凝縮する物質（例えば、有機溶剤）が混入している場合がある。すなわち、通常は気体で被測定気体に含まれ、露点温度よりも高い低温で固体になる物質が含まれている場合がある。このような物質が露点温度計測のための冷却に伴って凝縮して鏡面に付着すると、この鏡面上に付着した凝縮物質により反射光や散乱光に対して悪影響を及ぼし、正確な露点温度の計測が行えなくなる。例えば、連続露点計測中に凝縮物質が付着して鏡面が汚れると、計測が不安定になったり、汚れにより結露の検出が異常になり、結露し過ぎていると判断し、露点温度が上昇することがある。

そこで、従来は、鏡面の汚れを防ぐために、定期的に露点温度計測を中断して、人手により綿棒などで鏡面を清掃するようにしたり、特許文献３に示されているように、被測定気体に含まれる凝縮物質を鏡面に導かれる前に除去装置によって除去するようにしたり、特許文献４に示されるように、ＣＯ２ガスを吹きかけて凝縮物質を鏡面上から吹き飛ばすようにしている。

特開昭６１−７５２３５号公報 特公平０７−１０４３０４号公報 特開２００２−１８９００７号公報 特開平０５−９９８４６号公報

しかしながら、人手により鏡面を清掃する方法では、清掃作業が面倒であり、清掃作業のために比較的長時間、露点温度計測を中断しなければならない。

また、被測定気体が鏡面に導かれる前に凝縮物質を除去する方法では、事前に凝縮物質が特定されていて、それを化学反応などによって除去するための除去装置が必要となる。
また、ＣＯ２ガスを吹きかけて凝縮物質を鏡面上から吹き飛ばす方法では、ＣＯ２ガスを吹きかける装置が必要となる。

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、人手による鏡面の清掃を不要とし、凝縮物質を除去する装置を別途設ける必要がなく、露点温度計測の中断を短時間で済ませ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。

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、鏡面の温度を検出する温度センサと、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、少なくとも鏡面、熱電冷却素子、温度センサ、投光手段および受光手段を収容するチャンバと、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて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、制御手段は、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて熱電冷却素子へ供給する電流を鏡面に生じる結露もしくは結霜の増減がなくなる平衡状態になるように制御し、その平衡状態において温度センサが検出する鏡面の温度を露点温度として計測する露点温度計測制御手段と、鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、チャンバ内の圧力を減圧制御するクリーニング制御手段とを備えることを特徴とする。

この発明において、制御手段は、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて熱電冷却素子へ供給する電流を鏡面に生じる結露もしくは結霜の増減がなくなる平衡状態になるように制御し、その平衡状態において温度センサが検出する鏡面の温度を露点温度として計測する（露点温度計測制御）。

また、制御手段は、鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、チャンバ内の圧力を減圧制御する（クリーニング制御）。例えば、操作者の指示に応じてクリーニング制御を行わせたり、定期的にクリーニング制御を行わせたりする。鏡面上の凝縮物質は、ダストなどの汚れとは異なり、長時間放置しておくと自然と蒸発又は昇華し、除去されることが観測されている。本発明では、この知見に基づき、チャンバ内の圧力を減圧することによって、凝縮物質の除去スピードを速くする。

本発明において、平衡状態になるような熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて、鏡面の状態の正常／異常を判断するようにし、鏡面の状態が異常であると判断された場合、自動的にクリーニング制御を行わせるようにしてもよい。

例えば、一例として、中断から所定時間経過した後の反射光の光量に基づき、その反射光の光量が予め定められている受光量基準範囲から外れている場合に、鏡面の状態が異常であると判断し、自動的にクリーニング制御を行わせるようにする。

例えば、別の例として、中断後、鏡面の温度に変化が生じなくなったと判断したときや反射光の光量に変化が生じなくなったと判断したとときの反射光の光量に基づき、その反射光の光量が予め定められている受光量基準範囲から外れている場合に、鏡面の状態が異常であると判断し、自動的にクリーニング制御を行わせるようにする。

この場合、平衡状態になるような熱電冷却素子への供給電流の制御の中断は、例えば露点計測がＯＦＦとされる場合の中断であってもよく、手動操作によって任意のタイミングで行われる中断であってもよく、コンピュータの処理動作として定期的に行われる中断であってもよい。

また、本発明において、チャンバ内の圧力の減圧は、徐々に圧力を減圧させて行くようにしてもよく、適切な圧力を定めて、その圧力に一気に減圧させるようにしてもよい。凝縮物質の種類が分かっている場合には、適切な圧力を前もって定めてその圧力に一気に減圧させることにより、短時間（瞬時）に凝縮物質を蒸発又は昇華させ、除去することが可能である。凝縮物質の種類が分かっていない場合には、チャンバ内の圧力を徐々に減圧させて行くことによって、その圧力の減圧過程の途中で凝縮物質を蒸発又は昇華させ、除去することが可能である。

また、本発明において、チャンバ内の圧力の減圧制御（クリーニング制御）中、鏡面の状態が正常に戻った場合、平衡状態になるような熱電冷却素子への供給電流の制御（露点温度計測制御）に復帰させるようにしてもよい。

本発明によれば、鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、チャンバ内の圧力を減圧制御（クリーニング制御）するようにしたので、操作者の指示に応じてクリーニング制御を行わせたり、定期的にクリーニング制御を行わせたりして、また、鏡面の状態が異常であると判断された場合に自動的にクリーニング制御を行わせたりして、鏡面に付着しているであろう凝縮物質を速いスピードで除去し、人手による鏡面の清掃を不要とすることが可能となる。また、凝縮物質を除去する装置を別途設ける必要がなく、露点温度計測の中断を短時間で済ませることが可能となる。

本発明に係る鏡面冷却式露点計の一実施の形態の概略構成図である。 この鏡面冷却式露点計のサンプリングチャンバ内に被測定気体を導くための仕切り弁および吸引ポンプの設置状況を示す図である。 この鏡面冷却式露点計におけるサブコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計におけ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。 この鏡面冷却式露点計におけるサブクーラおよび第１の熱電冷却素子の冷却曲線（特性Ｉ，II）を示す図である。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側でのサブクーラ起動時の動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側での定期的に行われる異常監視の動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側での露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチＯＦＦ時の鏡面の状態の正常／異常の判断動作および自動的なクリーニング制御への移行動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のメインコントローラ側での鏡面の状態の正常／異常の判断動作および自動的なクリーニング制御への移行動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のメインコントローラ側での鏡面の状態の正常／異常の判断動作および自動的なクリーニング制御への移行動作の変形例を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計において鏡面状態の正常／異常の判断を定期的に行うようにした場合のメインコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計において鏡面状態の正常／異常の判断を鏡面温度の変化が生じなくなったことを確認して行うようにした場合のメインコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計において鏡面状態の正常／異常の判断を反射光の光量の変化が生じなくなったことを確認して行うようにした場合のメインコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計のメインコントローラ側での鏡面の状態の正常／異常の判断動作および操作者の指示に応ずるクリーニング制御への移行動作を示すフローチャートである。 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の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態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露点計の一実施の形態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２０１Ａとコントロール部２０１Ｂとを有している。

〔センサ部〕
センサ部２０１Ａにおいて、１１は鏡であり、その表面１１−１が鏡面とされている。鏡１１は、例えばシリコンチップとされており、鏡１１の裏面１１−２側に第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）２の冷却面２−１が取り付けられている。また、鏡１１と第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１との間には、例えば白金による第１の温度センサ１２が設けられている。第１の温度センサ１２は鏡１１の裏面１１−２の温度を鏡面温度ｔＰｐｖとして検出する。

また、第１の熱電冷却素子２は、その加熱面２−２を底面として、センサボディ１３の先端部１３ａの傾斜面１３ｂに取り付けられている。傾斜面１３ｂはセンサボディ１３の中心軸に対して３０゜〜４５゜の傾斜角とされている。したがって、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１に第１の温度センサ１２を挟んで取り付けられた鏡１１の鏡面１１−１もセンサボディ１３の中心軸に対して３０゜〜４５゜の角度で傾けられている。

センサボディ１３の先端部１３ａにつながる後端部１３ｃは円柱状とされている。この後端部１３ｃには、その先端面を鏡面１１−１に対向させて、投受光一体型の光ファイバ１４が保持されている。投受光一体型の光ファイバ１４の投光軸および受光軸はセンサボディ１３の中心軸と平行とされている。なお、この例では、後端部１３ｃから鏡面１１−１に向かって突き出ている投受光一体型の光ファイバ１４の光ファイバ１４−１，１４−２のうち、１４−１を投光側の光ファイバ、１４−２を受光側の光ファイバとしている。

センサボディ１３の後端部１３ｃの後部には冷却ブロック１５が接合されている。また、冷却ブロック１５の後部には、冷却板１６が接合されている。センサボディ１３、冷却ブロック１５、冷却板１６はいずれも熱伝導性の部材とされており、このセンサボディ１３と冷却ブロック１５と冷却板１６とによって熱伝導体１７が構成されている。

冷却板１５の後部には第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）１８が設けられている。第２の熱電冷却素子１８は、その冷却面１８−１を冷却板１６側として、熱伝導体１７に取り付けられている。すなわち、熱伝導体１７の一端に第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２が取り付けられ、熱伝導体１７の他端に第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１が取り付けられている。本実施の形態において、第２の熱電冷却素子１８の冷却能力は、そのサイズを比較しても分かるように、第１の熱電冷却素子２の冷却能力よりも遙かに大きいものとされている。

第２の熱電冷却素子１８の加熱面１８−２にはヒートシンク１９が放熱体として接合されている。ヒートシンク１９には多数の放熱フィン１９ａが形成されている。このヒートシンク１９も熱伝導体１７と同様、熱伝導性の部材とされている。また、ヒートシンク１９の後方には冷却ファン２０が設けられており、冷却板１６には第２の温度センサ２１が設けられている。第２の温度センサ２１は、第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１の温度をサブクーラ温度ｔＳｐｖとして検出する。

本実施の形態では、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成を補助冷却器（サブクーラ）と呼ぶが、補助冷却器（サブクーラ）の主要構成は第２の熱電冷却素子１８であり、第２の熱電冷却素子１８単体を補助冷却器（サブクーラ）と呼んでもよい。ここでは、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成をサブクーラＳＣとする。

また、本実施の形態において、第１の熱電冷却素子２や鏡１１，第１の温度センサ１２，投光側の光ファイバ１４−１，受光側の光ファイバ１４−２などを含む検出部ＤＴは、被測定気体が引き込まれるサンプリングチャンバ３１内に断熱材３２を通して設けられている。また、サンプリングチャンバ３１に対しては、図２に示すように、このサンプリングチャンバ３１に被測定気体を導くための仕切り弁３３と吸引ポンプ３４が設置されている。

また、センサ部２０１Ａには、光電変換器２２が設けられている。光電変換器２２は、コントロール部２０１Ｂからの電気信号を光信号に変換して投光側の光ファイバ１４−１へ与えたり、受光側の光ファイバ１４−２からの光信号を電気信号に変換してコントロール部２０１Ｂへ与えたりする。光電変換器２２とコントロール部２０１Ｂとの接続関係については後述する。また、センサ部２０１Ａに対しては、冷却ファン２０が吸い込む外気の温度をｔｏｕｔとして検出する外気温度センサ２３が設けられている。外気温度センサ２３が検出する外気温度ｔｏｕｔはコントロール部２０１Ｂへ送られる。

〔コントロール部〕
コントロール部２０１Ｂには、メインコントローラ２４と、サブコントローラ２５と、電源２６と、電源スイッチ２７と、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８と、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９と、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０とが設けられている。

メインコントローラ２４は、ＣＰＵ２４−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３と、表示部２４−４と、ＲＡＭ２４−５と、ＲＯＭ２４−６とを備えている。ＣＰＵ２４−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２４−５にアクセスしながら、ＲＯＭ２４−６に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２４−６には、本実施の形態特有のプログラムとして、露点計測表示プログラムが格納されている。

なお、メインコントローラ２４において、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２は、光電変換器２２からの電気信号に変換された受光側の光ファイバ１４−２からの光信号（信号Ｓ４）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２４−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３は、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖ（信号Ｓ２）をデジタル信号に変換して表示部２４−４およびＣＰＵ２４−１へ与える。表示部２４−４は第１の温度センサ１２からのデジタル信号に変換された鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。

サブコントローラ２５は、ＣＰＵ２５−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３と、ＲＡＭ２５−４と、ＲＯＭ２５−５とを備えている。ＣＰＵ２５−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２５−４にアクセスしながら、ＲＯＭ２５−５に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２５−５には、本実施の形態特有のプログラムとして、サブクーラ制御プログラムが格納されている。

なお、サブコントローラ２５において、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２は、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖ（信号Ｓ６）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３は、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔ（信号Ｓ８）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、ＣＰＵ２５−１には、メインコントローラ２４における第２のＡ／Ｄ変換器２４−３を介して、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖが与えられる。また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、図２に示されるように、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１からの指令を受けて、仕切り弁３３の開閉および吸引ポンプ３４の運転／停止も制御する。

〔サブクーラ低温／高温／連動の切替設定〕
本実施の形態では、サブクーラＳＣに対して、「低温（例えば、−５℃固定）」で動作させるのか、「高温（例えば、２５℃固定）」で動作させるのか、「連動（鏡面温度＋α）」で動作させるのかについて、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を用いてその動作モードを選択的に設定することが可能である。

〔動作モードを「低温」としての露点計測〕
今、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定して、露点計測を開始するものとする。なお、この場合、電源スイッチ２７は既にＯＮとされており、メインコントローラ２４およびサブコントローラ２５には電源が供給された状態にあるものとする。また、仕切り弁３３が開とされ、吸引ポンプ３４が運転され、被測定気体がチャンバ３１内に流入されているものとする。

露点計測を開始させる場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを共にＯＮとする。なお、先に、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９をＯＮとし、ある程度時間が経った後に露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＮとするようにしてもよいが、ここでは露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。

メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図３：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２、信号Ｓ５）。

また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「低温」とされているので、ステップＳ１０６を経てステップＳ１０７へ進み、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）とする。

そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２、信号Ｓ６）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３、信号Ｓ７）。

〔メインコントローラ側での動作〕
一方、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＮとされると、光電変換器２２へ信号Ｓ３を送り、投光側の光ファイバ１４−１の先端面より、鏡面１１−１に対して所定の周期で光を照射させる（図４（ａ）参照）。なお、電源スイッチ２７がＯＮされると投光側の光ファイバ１４−１の先端面より光を照射させるように光電変換器２２を構成してもよい。

鏡面１１−１は被測定気体に晒されており、鏡面１１−１に結露が生じていなければ、投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の量は極微量である。したがって、鏡面１１−１に結露が生じていない場合、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度は小さい。受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光は、光電変換器２２によって電気信号に変換され、メインコントローラ２４の第１のＡ／Ｄ変換器２４−２へ送られ、デジタル信号に変換されてＣＰＵ２４−１に取り込まれる。

ＣＰＵ２４−１は、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の上限値と下限値との差を反射光の強度として求める。この場合、反射光の強度はほゞ零であり、予め定められている閾値（結露判定用の設定値）に達していないので、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる（信号Ｓ１）。これにより、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が下げられて行く。

第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度、すなわち鏡面１１−１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１１−１に結露し、その水の分子に投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射され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、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の強度が増大する。

ここで、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値を超えると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を減少させる。これにより、第１の熱電冷却素子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、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が小さくなり、閾値を下回ると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる。

この動作の繰り返しによって、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値とほゞ等しくなるように、第１の熱電冷却素子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１１−１に生じた結露が平衡状態に達した温度（露点温度）が、露点温度として表示部２４−４に表示される。

この露点の検出動作において、第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２は熱伝導体１７を介して、第２の熱電冷却素子１８を含むサブクーラＳＣによって冷却される。図５に特性ＩとしてサブクーラＳＣの冷却曲線を示し、特性IIとして第１の熱電冷却素子２の冷却曲線を示す。また、参考として、サブクーラＳＣを用いず、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合の冷却曲線を特性IIIとして示す。

特性IIと特性IIIとを比較して分かるように、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合には、鏡面周りの熱容量が大きくなるので、応答性が悪化する。これに対して、サブクーラＳＣを用いた場合には、鏡面周りの熱容量を小さなままとすることができるので、応答性が悪化することがない。

このようにして、本実施の形態では、サブクーラＳＣを用いることによって、第１の熱電冷却素子２として冷却能力が比較的小さい小型の素子（冷却スピードの速いペルチェ）を用いることができている。このため、応答性が犠牲になることがなく、鏡面周りのサイズの大型化も避けられる。また、サブクーラＳＣにペルチェ式の冷却器を採用していることから、冷媒式の冷却器や配管が不要であり、装置が複雑化せず、小型となる。また、冷媒漏れの心配もない。

〔動作モードを「連動」としての露点計測〕
次に、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定して、露点計測を開始する場合について説明する。この場合も、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。

メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図３：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２、信号Ｓ５）。

また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０３）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「連動」とされているので、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖを取得し（ステップＳ１０４）、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする（ステップＳ１０５）。

そして、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔを取り込み（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０５で定めた設定目標温度Ｔｓｐと外気温度ｔｏｕｔとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔ以下であれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。

これに対し、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔよりも高い場合には（ステップＳ１１０のＮＯ）、設定目標温度Ｔｓｐを外気温度ｔｏｕｔとし（ステップＳ１１２）、すなわち設定目標温度Ｔｓｐの上限値を外気温度ｔｏｕｔで規制し、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）。

〔メインコントローラ側での動作〕
メインコントローラ２４側での動作は、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合と同じであるので、ここでの説明は省略する。

サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）に固定するものとした場合、その固定された設定目標温度Ｔｓｐよりも高い露点は測定することができない。また、測定範囲の上限付近の露点を測定する際でも、設定目標温度Ｔｓｐが固定であるので、多くのエネルギーを消費してしまう。

これに対して、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定すると、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとすると、鏡面温度ｔＰｐｖが上昇すると設定目標温度Ｔｓｐも上昇することになるので、周囲温度と同じ温度まで露点計測を行うことが可能となる。また、設定目標温度Ｔｓｐは、常に鏡面温度ｔＰｐｖ＋αで変動しているため、消費されるエネルギーも必要最小限となる。

〔鏡面のメンテナンス(１)〕
例えば、動作モードを「低温」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定する。

すると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断すると共に、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨の知らせを受けると、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温（例えば、２５℃）とする（図３：ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。

そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。この場合、設定目標温度Ｔｓｐがサブクーラ温度ｔＳｐｖよりも高いので、第２の熱電冷却素子１８へは逆電流がかけられる。これにより、サブクーラＳＣが加熱器として利用され、鏡面周りが短時間で常温に戻される。

〔鏡面のメンテナンス(２)〕
例えば、動作モードを「連動」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、動作モードを「低温」としての露点計測中と同様にして、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定するようにしてもよいが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするだけとしてもよい。

露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦにされると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断する。この場合、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする制御を続ける。これにより、鏡面１１−１の冷却動作の中断による温度の上昇に伴って、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐも上昇して行く。

このようにして、動作モードを「連動」としての露点計測中でれば、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするのみで、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温に切り替えることなく、自動的に鏡面周りを常温に戻すようにすることができる。

〔メインコントローラおよびサブコントローラの性能〕
本実施の形態において、鏡面１１−１上での結露の生成スピードは非常に速く、また鏡面温度ｔＰｐｖや鏡面からの反射光の光量は高精度に測定する必要がある。その一方で、サブクーラＳＣの制御は、熱容量が大きいため制御スピードが遅く、また、サブクーラ温度ｔＳｐｖの検出はあまり精度を必要としない。

そこで、本実施の形態では、メインコントローラ２４は、高速制御と高精度測定が必要であるので、高性能・高価格コントローラを用い、サブコントローラ２５は、制御性能・計測精度はあまり必要としないので、低性能・低価格のコントローラを用いるようにして、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせ、製品コストを安くしている。

この点について、さらに具体的に述べる。メインコントローラ２４は、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第１の熱電冷却素子２へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖをＡ／Ｄ変換し、その刻々の鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。そして、鏡面１１−１に生じた結露が平衡状態に達した時の温度を露点温度として表示する。一方、サブコントローラ２５は、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖをＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。

メインコントローラ２４において、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量のＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２４−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第１の熱電冷却素子２への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２４−１で行われる。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖのＡ／Ｄ変換は第２のＡ／Ｄ変換器２４−３で行われる。一方、サブコントローラ２５において、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖのＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２５−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第２の熱電冷却素子１８への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２５−１で行われる。

ここで、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせるために、メインコントローラ２４における第１のＡ／Ｄ変換器２４−２や第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、サブコントローラ２５における第１のＡ／Ｄ変換器２５−２のＡ／Ｄ変換の精度よりも高くされている。また、メインコントローラ２４における第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期は、サブコントローラ２５における第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされている。

なお、サブコントローラ２５において、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と同程度とされている。この例では、説明上、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを別々に設けるものとしたが、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを１つとし、その１つのＡ／Ｄ変換器を時分割で用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、メインコントローラ２４に第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４を設けているが、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４はメインコントローラ２４から切り離して設けられる場合もある。また、鏡面温度ｔＰｐｖを上位の装置へ送り、その上位の装置の表示部で表示させるというようなことも考えられる。

また、本実施の形態において、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期はサブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされているが、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を比例制御、サブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御をＯＮ／ＯＦＦ制御とするようにしてもよい。

すなわち、結露を平衡状態に制御するメインコントローラ２４は、高速で緻密な制御を必要とするので比例制御を採用し、サブクーラの温度を制御するサブコントローラ２５は、比較的アバウトな制御でよいので、制御性能が高くなく低価格で実現可能なＯＮ／ＯＦＦ制御を採用するというように、その制御方式を異ならせるようにしてもよい。勿論、メインコントローラ２４／サブコントローラ２５ともに、その供給電流の制御を比例制御で行うようにしてもよい。

〔メインコントローラを経由してのサブコントローラの起動／停止〕
次に、メインコントローラ２４を経由してのサブコントローラ２５の起動／停止時のメインコントローラ２４での動作について説明する。

〔(１)光電変換器の入出力チェック〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると（図６：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、光電変換器２２の入出力チェックを行う（ステップＳ２０２）。すなわち、光電変換器２２からの入力として光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルをチェックし、光電変換器２２への出力としてＣＰＵ２４−１からの光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルをチェックする。

ここで、光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルが正常範囲になかったり、光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルが正常範囲になかったり、信号Ｓ４（Ｓ３）のレベルに対する信号Ｓ３（Ｓ４）のレベルが予測される範囲から外れているような場合、異常と判断する（ステップＳ２０３のＹＥＳ）。

なお、この例では、光電変換器２２の入出力チェックを行うようにしたが、光電変換器２２の入力チェックのみを行うようにしてもよく、光電変換器２２の出力チェックのみを行うようにしてもよい。

〔（２）制御出力のチェック〕
光電変換器２２の入出力が正常であれば（ステップＳ２０３のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、制御出力をチェックする（ステップＳ２０４）。すなわち、メインコントローラ２４からの制御出力として、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルをチェックする。ここで、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０５のＹＥＳ）。

〔（３）温度センサ入力のチェック〕
メインコントローラ２４からの制御出力が正常であれば（ステップＳ２０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、温度センサ入力をチェックする（ステップＳ２０６）。すなわち、温度センサ入力として、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルをチェックする。ここで、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０７のＹＥＳ）。

〔(４)メインコントローラの自己チェック〕
温度センサ入力が正常であれば（ステップＳ２０７のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、メインコントローラ２４の自己チェックを行う（ステップＳ２０８）。すなわち、メインコントローラ２４について、予め定められた各種パラメータのチェックなどを行う。ここで、１つでも問題があれば、異常と判断する（ステップＳ２０９のＹＥＳ）。

〔(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック〕
メインコントローラの自己チェックが正常であれば（ステップＳ２０９のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックを行う（ステップＳ２１０）。すなわち、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックする。

本実施の形態では、設計上、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインが信号Ｓ１〜Ｓ４とともに中継ケーブルＪ１に収容されており、信号Ｓ６，Ｓ７のラインは中継ケーブルＪ２に収容されている。このために、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１に接続せずに、サブコントローラ２５を起動すると、第２の熱電冷却素子１８の冷却動作は始まるが、冷却ファン２０が回転しないという問題が生じる。そこで、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックし、結線されていない場合に異常と判断する（ステップＳ２１１のＹＥＳ）。

なお、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインの結線の有無のチェックは、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１Ａに接続した時、例えば信号Ｓ３のラインとの間でショートされるピンＰ１からの戻り信号Ｓ９を結線チェック信号として、ＣＰＵ２４−１内で判断するようにする。

サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックが正常であれば（ステップＳ２１１のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせをサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を起動させる（ステップＳ２１２）。

ＣＰＵ２４−１は、ステップＳ２０３，Ｓ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０９，Ｓ２１１の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の起動は行わずに（ステップＳ２１３）、すなわちサブコントローラ２５の起動を阻止し、表示部２４−４においてアラーム表示する（ステップＳ２１４）。

また、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされると（ステップＳ２１５のＹＥＳ）、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされた旨の知らせを無条件でサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を停止させる（ステップＳ２１６）。

〔異常監視〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中も異常監視として、上述した「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を定期的に繰り返す。図７にこの場合のフローチャートを示す。このフローチャートの処理は割り込み処理によって繰り返し行われる。

この異常監視において、ＣＰＵ２４−１は、１つでも異常と判断されると、すなわちステップＳ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０６，Ｓ３０８，Ｓ３１０の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の動作を停止させて（ステップＳ３１１）、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ３１２）。

なお、図６や図７に示したフローチャートでは、「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を順にチェックして行くようにしたが、そのチェックして行く順番は自由であり、またこれら異常のチェック項目の何れか１つを行うようにしてもよい。また、異常のチェック項目は、これらに限られるものでもない。また、異常が回復した場合、それまで停止させていたサブコントローラ２５の動作を自動的に復旧させるようにしてもよい。

〔受光量基準範囲を用いての鏡面の状態の正常／異常判断〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされると（図８：ステップＳ４０１のＹＥＳ）、鏡面１１−１に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるような第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御（露点温度計測制御）を中断し、露点計測を停止する（ステップＳ４０２）。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ４０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ４０４）。そして、この求めた受光量Ｒｐｖが予め定められている受光量基準範囲に入っているか否かをチェックする（ステップＳ４０５）。

すなわち、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断後（ステップＳ４０２）、所定時間の経過を待つことによって（ステップＳ４０３）、鏡面１１−１に結露が生じていない状態を作り出し、この時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求め（ステップＳ４０４）、この求めた受光量Ｒｐｖが予め定められている受光量基準範囲に入っているか否かをチェックする（ステップＳ４０５）。

ここで、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っていれば（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が正常であると判断し、その旨を表示する（ステップＳ４０６）。

〔クリーニング制御への移行〕
これに対して、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていれば（ステップＳ４０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が異常であると判断し、鏡面１１−１に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、仕切り弁３３を閉とし、吸引ポンプ３４の運転を継続させることにより、サンプリングチャンバ３１内の圧力を減圧させる（ステップＳ４０７）。すなわち、吸引ポンプ３４の運転を継続させた状態で、仕切り弁３３を閉とすることにより、サンプリングチャンバ３１内の圧力を低下させて行くような減圧制御（クリーニング制御）に自動的に移行する。なお、仕切り弁３３の閉は、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１を経由して行われる。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ４０８のＹＥＳ）、Ｎ（初期値０）をＮ＝Ｎ＋１とし（ステップＳ４０９）、Ｎ＞Ｎｍａｘではないことを確認のうえ（ステップＳ４１０のＮＯ）、ステップＳ４０４の処理へ戻る。すなわち、所定時間の経過を待つことにより、サンプリングチャンバ３１内の圧力を所定の値まで低下させるものとし、この圧力を低下させた状態で再度、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求める。

この場合、鏡面１１−１に付着していた汚れが凝縮物質であって、その凝縮物質がサンプリングチャンバ３１内の圧力の低下によって蒸発又は昇華して除去されれば、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖは受光量基準範囲に入るものとなり（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が正常に戻ったと判断し、その旨を表示する（ステップＳ４０６）。

これに対して、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていれば（ステップＳ４０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が正常に戻らなかったと判断し、仕切り弁３３を閉としたままの状態で所定時間の経過を待ち（ステップＳ４０８のＹＥＳ）、サンプリングチャンバ３１内の圧力をさらに低下させる。なお、この場合のステップＳ４０８での経過時間は、１回目の経過時間よりも短いものとし、サンプリングチャンバ３１内の圧力の低下量は少ないものとする。これにより、サンプリングチャンバ３１内の圧力は、１回目は所定値ＰＬまで低下し、２回目はＰＬ−αまで低下するものとなる。

そして、ＣＰＵ２４−１は、Ｎ＝Ｎ＋１とし（ステップＳ４０９）、Ｎ＞Ｎｍａｘではないことを確認のうえ（ステップＳ４１０のＮＯ）、ステップＳ４０４の処理へ戻り、その上昇させた温度で再度、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求める。

以下同様にして、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っているか否かをチェックし（ステップＳ４０５）、受光量基準範囲に入っていれば鏡面１１−１の状態が正常に戻ったと判断して（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、その旨を表示し（ステップＳ４０６）、受光量基準範囲から外れていれば鏡面１１−１の状態が正常に戻らなかったと判断して（ステップＳ４０５のＮＯ）、サンプリングチャンバ３１内の圧力を所定量α低下させる（ステップＳ４０７，４０８）、という処理動作を繰り返す。

このようにして、本実施の形態では、鏡面１１−１に凝縮物質が付着していた場合、その凝縮物質がサンプリングチャンバ３１内の圧力の減圧によって速いスピードで蒸発又は昇華するものとなり、人手による鏡面の清掃が不要となり、凝縮物質を除去する装置を別途設ける必要もなくなる。また、本実施の形態では、鏡面１１−１に付着していた汚れが凝縮物質であった場合、その凝縮物質の種類が分からなくても、サンプリングチャンバ３１内の圧力の減圧過程の途中でその凝縮物質が蒸発又は昇華するものとなる。したがって、事前に凝縮物質を特定しなくても、鏡面１１−１の状態を正常な状態に戻すことが可能となる。

なお、ステップＳ４０７〜Ｓ４１０の繰り返し処理中、Ｎ＞Ｎｍａｘとなると（ステップＳ４１０のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の汚れが減圧では回復することができない異常であると判断し、警報を発する（ステップＳ４１１）。例えば、鏡面１１−１にゴミが付着していたり、検出系の劣化などが生じていた場合、チャンバ３１内の減圧では回復することができないので、警報が発せられる。

上述した例では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされた場合について説明したが、鏡面状態の確認スイッチを独立して設け、この鏡面状態の確認スイッチがＯＮとされた場合に、鏡面の状態の正常／異常の判断が行われるようにしてもよい。

図９に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のフローチャートを示す。鏡面状態の確認スイッチ（図示せず）がＯＮとされると（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御（露点温度計測制御）を中断し、露点計測を休止する（ステップＳ５０２）。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ５０４）。そして、この求めた受光量Ｒｐｖが予め定められている受光量基準範囲に入っているか否かをチェックする（ステップＳ５０５）。

ここで、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っていれば（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が正常であると判断し、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断を解除し、仕切り弁３３の開および吸引ポンプ３４の運転を継続させた状態で、露点計測を再開する（ステップＳ５０６）。

これに対して、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていれば（ステップＳ５０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、鏡面１１−１の状態が異常であると判断し、サンプリングチャンバ３１内の圧力を低下させて行くような減圧制御（クリーニング制御）に自動的に移行する（ステップＳ５０７，５０８）。すなわち、図８に示したステップＳ４０７〜Ｓ４１０に対応するステップＳ５０７〜Ｓ５１０の処理動作を行う。

そして、この処理動作において、鏡面１１−１の状態が正常に戻ったと判断されれば（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、仕切り弁３３を開とし、吸引ポンプ３４の運転を継続させた状態で、露点計測が再開される（ステップＳ５０６）。この場合、露点温度計測の中断は短時間で済ませられるものとなる。

この処理動作において、鏡面１１−１の状態を正常に戻すことができないと判断された場合（ステップＳ５１０のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、警報を発するとともに（ステップＳ５１１）、露点計測を停止する（ステップＳ５１２）。

なお、図１０に示すように、ステップＳ５１１で警報を発した後、露点計測を再開させるようにしてもよい（ステップＳ５０８）。この場合、露点計測を停止させるか否かは、ユーザの判断に任せる。

また、この鏡面状態の確認中、サブクーラＳＣの運転を停止するようにしてもよいが、この例ではチェック時間を最短にするために、鏡面状態の確認中はサブクーラＳＣの運転を継続するものとする。

また、図１１に示すように、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１の定期的な割り込み処理動作として、図９に示したステップＳ５０２〜Ｓ５１２対応するステップＳ６０１〜Ｓ６１１の処理動作を行わせるようにしてもよい。この場合も、ステップＳ６１０において警報を発した後、同図に点線で示したようにステップＳ６０５へ進み、露点計測を再開させるようにしてもよい。

また、図８〜図１１に示したフローチャートでは、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、所定時間経過後の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしたが、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしてもよい。

図１２にこの場合のフローチャートを例示する。このフローチャートは図１１に対応するフローチャートであり、ステップＳ６０２−１において鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、ステップＳ６０２−２において鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点を判断する。なお、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点は、鏡面温度ｔＰｐｖの変化する割合が所定値を下回ったタイミングとして判断する。

また、図１３に示すように、ステップＳ６０２−１において鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックする代わりに、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖをチェックし、ステップＳ６０２−２においてその受光量Ｒｐｖの変化が生じなくなった時点を判断するようにしてもよい。なお、受光量ｐｖの変化が生じなくなった時点は、受光量Ｒｐｖの変化する割合が所定値を下回ったタイミングとして判断する。

また、上述した実施の形態では、鏡面１１−１の状態が異常であると判断された場合、自動的にクリーニング制御を行わせるようにしたが、操作者の指示に応じてクリーニング制御を行われるようにしてもよい。

例えば、図８に対応するフローチャートを図１４に示すように、ステップＳ４０１〜Ｓ４０６に対応するステップＳ７０１〜Ｓ７０５の処理動作によって受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っているか否かをチェックし、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていれば（ステップＳ７０５のＮＯ）、異常である旨を表示するようにし（ステップＳ７０７）、操作者からの指示を待つ（ステップＳ７０８）。

ここで、手動スイッチをオンとするなどして（ステップＳ７０８のＹＥＳ）、操作者から自動クリーニングの開始が指示されれば、ステップＳ４０７に対応するステップＳ７０９の処理へ移行する。すなわち、チャンバ３１内の圧力の減圧制御（クリーニング制御）に移行する。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ７１０のＹＥＳ）、Ｎ（初期値０）をＮ＝Ｎ＋１とし（ステップＳ７１１）、Ｎ＞Ｎｍａｘではないことを確認のうえ（ステップＳ７１２のＮＯ）、再度、鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求め（ステップＳ７１３）、反射光の受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入れば（ステップＳ７１４のＹＥＳ）、鏡面１１−１の状態が正常に戻ったと判断し、その旨を表示する（ステップＳ７０６）。

これに対し、反射光の受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入らなければ（ステップＳ７１４のＮＯ）、ステップＳ７０９へ戻り、チャンバ３１内の圧力を所定量α低下させ、同様動作を繰り返す。この繰り返し処理中、Ｎ＞Ｎｍａｘとなれば（ステップＳ７１３のＹＥＳ）、警報を発する（ステップＳ７１５）。

なお、上述した実施の形態では、鏡面１１−１に生じる結露（露点）を検出するようにしているが、同様の構成によって鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することもできる。すなわち、鏡面１１−１に生じる結霜の増減がなくなる平衡状態になるように第１の熱電冷却素子２への供給電流を制御することによって、鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することも可能である。

また、上述した実施の形態では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを別個に設けるようにしたが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを１つのスイッチで構成するようにしてもよい。この場合、露点計測のＯＮとサブクーラの制御のＯＮが同時に行われ、露点計測のＯＦＦとサブクーラの制御のＯＦＦが同時に行われるものとなる。

また、上述した実施の形態では、第１の熱電冷却素子２を１段のペルチェとしているが、２段のペルチェとするなどしてもよい。すなわち、鏡面回りのサイズや応答性に余裕があれば、多段のペルチェとサブクーラとを組み合わせた構成としても構わない。

また、上述した実施の形態では、第２の熱電冷却素子１８を設けるようにしたが、第２の熱電冷却素子１８は必ずしも設けなくてもよく、第１の熱電冷却素子２のみを設けた構成であっても構わない。

また、上述した実施の形態では、例えば図８におけるステップＳ４０７〜Ｓ４１０の処理で示されるように、サンプリングチャンバ３１内の圧力を徐々に減圧させて行くようにしたが、適切な圧力を定めて、その圧力に一気に減圧させるようにしてもよい。この場合、例えば、所定時間が経過しても鏡面１１−１正常な状態に戻らなければ、警報を発するようにする。

また、上述した実施の形態では、鏡面１１−１の状態が異常であると判断された場合、自動的にクリーニング制御を行わせるようにしたが、鏡面１１−１の状態が異常でなくても、クリーニング制御を行わせるようにしてもよい。例えば、鏡面１１−１の状態の正常／異常に拘わらず、操作者の指示に応じて、任意のタイミングでクリーニング制御を行わせるようにしてもよく、定期的にクリーニング制御を行わせるようにしてもよい。

鏡面１１−１を加熱しても鏡面１１−１に付着しているであろう凝縮物質を除去させることは可能であるが、ヒートショックによって、ダメージを受ける。これに対し、本実施の形態のように、チャンバ３１内の圧力の減圧によって鏡面１１−１に付着しているであろう凝縮物質を除去させると、加熱する場合のようなヒートショックがなく、ダメージを与えないようにすることが可能となる。

また、上述した実施の形態では、サンプリングチャンバ３１の上流側に仕切り弁３３を設け、下流側に吸引ポンプ３４を設け、仕切り弁３３を開とし、吸引ポンプ３４を運転することによって、サンプリングチャンバ３１内に被測定気体を流入させるような構成としたが、吸引ポンプを設けずに、上流側の圧力を高くして、サンプリングチャンバ３１内に被測定気体を流入させるような構成としてもよい。このような構成では、例えば、サンプリングチャンバ３１の上，下流に弁を設け、サンプリングチャンバ３１の近くに減圧用ポンプをポンプを設け、上，下流の弁を閉じ、減圧用ポンプを運転することによって、サンプリングチャンバ３１内の圧力を減圧させるようにすることが可能である。

本発明の鏡面冷却式露点計は、熱電冷却素子（ペルチェ素子）を用いた鏡面冷却式露点計として、鏡の鏡面上に生じる結露や結霜から露点温度を検出する露点計として利用することが可能である。

２０１…鏡面冷却式露点計、２０１Ａ…センサ部、２０１Ｂ…コントロール部、２…第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、２−１…冷却面、２−２…加熱面、１１…鏡、１１−１…表面（鏡面）、１１−２…裏面、１２…第１の温度センサ、１３…センサボディ、１３ａ…先端部、１３ｂ…傾斜面、１３ｃ…後端部、１４…投受光一体型の光ファイバ、１４−１…投光側の光ファイバ、１４−２…受光側の光ファイバ、１５…冷却ブロック、１６…冷却板、１７…熱伝導体、１８…第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、１８−１…冷却面、１８−２…加熱面、１９…ヒートシンク、１９ａ…放熱フィン、２０…冷却ファン、２１…第２の温度センサ、２２…光電変換器、２３…外気温度センサ、ＤＴ…検出部、ＳＣ…サブクーラ、２４…メインコントローラ、２４−１…ＣＰＵ、２４−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２４−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２４−４…表示部、２４−５…ＲＡＭ、２４−６…ＲＯＭ、２５…サブコントローラ、２５−１…ＣＰＵ、２５−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２５−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２５−４…ＲＡＭ、２５−５…ＲＯＭ、２６…電源、２７…電源スイッチ、２８…露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２９…サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、３０…サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ、３１…サンプリングチャンバ、３２…断熱材、３３…仕切り弁、３４…吸引ポンプ、Ｊ１，Ｊ２…中継ケーブル、Ｐ１…ピン。

Claims (8)

1. 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、
   前記鏡面の温度を検出する温度センサと、
   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、
   少なくとも前記鏡面、前記熱電冷却素子、前記温度センサ、前記投光手段および前記受光手段を収容するチャンバと、
   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、
   前記制御手段は、
   前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記熱電冷却素子へ供給する電流を前記鏡面に生じる結露もしくは結霜の増減がなくなる平衡状態になるように制御し、その平衡状態において前記温度センサが検出する前記鏡面の温度を露点温度として計測する露点温度計測制御手段と、
   前記鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、前記チャンバ内の圧力を減圧制御するクリーニング制御手段と
   を備えることを特徴とする鏡面冷却式露点計。
2. 請求項１に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記クリーニング制御手段は、
   操作者からの指示に応じて、前記鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、前記チャンバ内の圧力を減圧制御する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
3. 請求項１に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記クリーニング制御手段は、
   定期的に、前記鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、前記チャンバ内の圧力を減圧制御する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
4. 請求項１に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記制御手段は、
   前記露点温度計測制御手段による前記熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて、前記鏡面の状態の正常／異常を判断する鏡面状態判断手段を備え、
   前記クリーニング制御手段は、
   前記鏡面状態判断手段によって前記鏡面の状態が異常であると判断された場合、前記鏡面に付着しているであろう凝縮物質を除去させるべく、前記チャンバ内の圧力を減圧制御する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
5. 請求項４に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記制御手段は、
   前記クリーニング制御手段による前記チャンバ内の圧力の減圧制御中、前記鏡面状態判断手段によって前記鏡面の状態が正常であると判断された場合、前記露点温度計測制御手段による前記熱電冷却素子への供給電流の制御に復帰させる露点温度計測制御復帰手段
   を備えることを特徴とする鏡面冷却式露点計。
6. 請求項４に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記鏡面状態判断手段は、
   前記露点温度計測制御手段による前記熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後、その中断から所定時間経過した後の前記受光手段が受光する反射光の光量に基づき、この反射光の光量が予め定められている受光量基準範囲から外れている場合に、前記鏡面の状態が異常であると判断する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
7. 請求項４に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記鏡面状態判断手段は、
   前記露点温度計測制御手段による前記熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後、前記鏡面の温度に変化が生じなくなったと判断したときの前記受光手段が受光する反射光の光量に基づき、この反射光の光量が予め定められている受光量基準範囲から外れている場合に、前記鏡面の状態が異常であると判断する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
8. 請求項４に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記鏡面状態判断手段は、
   前記露点温度計測制御手段による前記熱電冷却素子への供給電流の制御の中断後、前記受光手段が受光する反射光の光量に変化が生じなくなったと判断したときの前記受光手段が受光する反射光の光量に基づき、この反射光の光量が予め定められている受光量基準範囲から外れている場合に、前記鏡面の状態が異常であると判断する
   ことを特徴とする鏡面冷却式露点計。