JP2015049220A - Magnetic oxygen analysis method and magnetic oxygen analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気式酸素分析方法及び磁気式酸素分析計に関する。 The present invention relates to a magnetic oxygen analysis method and a magnetic oxygen analyzer.
磁気式酸素分析計の測定原理について、図4(A)〜(C)を参照して説明する(例えば特許文献1を参照)。
図5(A)は、酸素を含むガス中に磁界を発生させる手段(磁石)を配置したときの酸素分子と磁界の関係を示したものである。図5(B)に示すように、磁界が強く、且つその強さが変化しているところ(不均一の磁界になっている磁極の端部)に酸素を引き付ける力が作用し、磁極の端部で右向きの力と左向きの力が押し合ってバランスし、酸素分子は磁界の影響を受けて引き付けられ、磁界(磁石のギャップ)内へ移動する。これにより、図5(C)に示すように、磁界内では、引き付けられた酸素の圧力(濃度)が磁界の外と比較して高くなる。
The measurement principle of the magnetic oxygen analyzer will be described with reference to FIGS. 4A to 4C (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 5A shows the relationship between oxygen molecules and a magnetic field when a means (magnet) for generating a magnetic field is arranged in a gas containing oxygen. As shown in FIG. 5B, a force that attracts oxygen acts on the magnetic field that is strong and changes in strength (the end of the magnetic pole that is a non-uniform magnetic field). The right force and the left force are pressed against each other and balanced, and oxygen molecules are attracted by the influence of the magnetic field and move into the magnetic field (magnet gap). As a result, as shown in FIG. 5C, the pressure (concentration) of the attracted oxygen is higher in the magnetic field than in the magnetic field.
上述した測定原理を採用した磁気式酸素分析計として、図6に示す装置が知られている。この磁気式酸素分析計は、測定ガスを流す流路を備えたサンプルセル1と、このサンプルセル1内に設置した流量センサ12からの信号で測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する検出回路2とからなる。
サンプルセル1は、断面が矩形形状のサンプル流路3と、このサンプル流路3の軸方向の一端側に連通して設けた測定ガス導入口4と、サンプル流路3の軸方向の他端側に連通して設けた測定ガス導出口5と、測定ガス導出口5側のサンプル流路3に連通し、このサンプル流路3の軸方向に直交する径方向から互いに対向して設けた第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7と、補助ガス供給流路8に流れてきた補助ガスを第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に同一流量で供給する第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10と、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfの領域を形成するポールピース((不図示)と、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に連通するバイパス流路11と、を備えている。
An apparatus shown in FIG. 6 is known as a magnetic oxygen analyzer that employs the measurement principle described above. This magnetic oxygen analyzer detects a concentration of oxygen contained in a measurement gas using a signal from a sample cell 1 having a flow path for flowing the measurement gas and a
The sample cell 1 includes a
また、バイパス流路11の中間位置に流量センサ12が配置され、この流量センサ12に検出回路2が接続している。検出回路2は、流量センサ12の信号を受信して増幅することで、測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する。
上記構成の磁気式酸素分析計は、サンプルセル1の測定ガス導入口4から導入された測定ガスが測定ガス導出口5に向けて流れる。また、補助ガス供給流路8から供給された補助ガスは、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流し、第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に流入し、測定ガスと合流して測定ガス導出口5に流れる。また、補助ガス供給流路8から第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流した補助ガスの一部は、第1補助ガス分岐流路9に接続するバイパス流路11から流量センサ12に向けて流れるとともに、第2補助ガス分岐流路10に接続するバイパス流路11から流量センサ12に向けて流れる。
Further, a
In the magnetic oxygen analyzer having the above configuration, the measurement gas introduced from the
そして、測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfを印加しても、酸素分子が引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。これにより、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10のそれぞれからサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が同じになり、第1補助ガス分岐流路9からバイパス流路11内の流量センサ12を経由する補助ガスの流量と、第2補助ガス分岐流路10からバイパス流路11内の流量センサ12を経由する補助ガスの流量が同じとなる。これにより、流量センサ12の信号が得られず、検出回路2は酸素濃度を検出しない。
And when oxygen molecules are not contained in the measurement gas, even if the magnetic field Mf is applied in the vicinity of the first
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfが印加されると、その部分に酸素分子が引き付けられ(図5(C)参照)、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第1補助ガス分岐流路9からサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少する。逆に、サンプル流路3の第2補助ガス流入口7が連通する付近では磁界Mfが印加されていないため流体抵抗は増大せず、第1補助ガス流入口6側との比較により補助ガスの流出量が増加する。
On the other hand, when oxygen molecules are contained in the measurement gas, when the magnetic field Mf is applied in the vicinity of the first
これにより、補助ガス供給流路8から第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分岐する地点P0(以下、分岐点P0と称する)で、補助ガスが第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分岐する際の分流比が変化し、第1補助ガス分岐流路9からバイパス流路11内の流量センサ12を経由する補助ガスの流量と、第2補助ガス分岐流路10からバイパス流路11内の流量センサ12を経由する補助ガスの流量に差が生じ、流量センサ12が補助ガスの流量変化の信号を得ることで、検出回路2が測定ガスの酸素濃度を検出する。
Thereby, the auxiliary gas is the first auxiliary gas at the point P0 (hereinafter referred to as the branch point P0) where the auxiliary gas
ところで、上述した従来の磁気式酸素分析計は、周囲に配置されているプラントなどから受ける振動などによって補助ガス、或いは測定ガスの流量が変動すると、測定ガス中の酸素濃度を正確に測定できない場合がある。
すなわち、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、第1補助ガス分岐流路9及びバイパス流路11から流量センサ12に酸素の凝集圧により上昇した圧力が通過し、流量センサ12がその圧力に応じた電気信号に変換する。ここで、補助ガス供給流路8から供給される補助ガスに流量変動が生じると、バイパス流路11に補助ガスの流量変動による脈流が発生し、この脈流が流量センサの電気信号に重畳する形でノイズ成分となり、測定ガス中の酸素濃度を正確に測定できない。
By the way, the conventional magnetic oxygen analyzer described above cannot accurately measure the oxygen concentration in the measurement gas when the flow rate of the auxiliary gas or the measurement gas fluctuates due to vibrations received from surrounding plants. There is.
That is, when oxygen molecules are contained in the measurement gas, the pressure increased by the coagulation pressure of oxygen passes from the first auxiliary
また、補助ガスの流量変動と同様に、測定ガス導入口4から供給される測定ガスの流量が変動する場合にも、バイパス流路11に測定ガスの流量変動による脈流が発生し、その脈流が流量センサの電気信号に重畳する形でノイズ成分となる。
そこで、補助ガス、或いは測定ガスの流量を一定に保つため、補助ガス及び測定ガスの供給側に精密な圧力制御弁を接続、或いは、圧力制御弁や各流路の温度変動の回避のために必要機器を恒温槽の中に配置するなど、補助ガス及び測定ガスの流量の変動を起きにくくする対策が考えられるが、そのような対策は、機構や部品の増大、コスト上昇などの面で問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置コストの低減化を図りながら補助ガス、或いは測定ガスの流量変動に強い磁気式酸素分析方法及び磁気式酸素分析計を提供することを目的としている。
Similarly to the flow rate variation of the auxiliary gas, when the flow rate of the measurement gas supplied from the measurement
Therefore, in order to keep the flow rate of auxiliary gas or measurement gas constant, a precise pressure control valve is connected to the supply side of auxiliary gas and measurement gas, or to avoid temperature fluctuations of the pressure control valve and each flow path. Measures to reduce fluctuations in the flow rates of the auxiliary gas and measurement gas, such as placing necessary equipment in a thermostatic bath, can be considered, but such measures are problematic in terms of increasing mechanisms and parts and increasing costs. There is.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic oxygen analyzer and a magnetic oxygen analyzer that are resistant to fluctuations in the flow rate of auxiliary gas or measurement gas while reducing the cost of the apparatus. It is said.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法は、サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第1補助ガス流入口及び第2補助ガス流入口と、前記第1及び第2補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第1補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる前記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析方法において、前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路と、前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路とを、バイパス流路で連通し、このバイパス流路の中間位置に、流路を拡大したバッファ流路を設け、このバッファ流路より前記第1補助ガス流入口側の前記バイパス流路に流れる補助ガスの第1流量を検出するとともに、前記バッファ流路を通過して前記第2補助ガス流入口側のバイパス流路に流れる補助ガスの第2流量を検出し、検出した前記第1流量及び前記第2流量の差に基づいて、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算するようにした。 In order to achieve the above object, a magnetic oxygen analysis method according to an aspect of the present invention includes a sample channel, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample channel, and the measurement gas outlet. A first auxiliary gas inlet and a second auxiliary gas inlet provided opposite to each other on the side of the sample flow path, and an auxiliary gas flow path connected to the first and second auxiliary gas inlets. And detecting a change in the flow rate of the auxiliary gas channel caused by supplying the auxiliary gas from an intermediate position of the auxiliary gas channel and applying a magnetic field to the sample channel near the first auxiliary gas inlet. Thus, in the magnetic oxygen analysis method for calculating the oxygen concentration contained in the measurement gas, the auxiliary gas flow path on the first auxiliary gas inlet side and the auxiliary gas flow on the second auxiliary gas inlet side The road and the A buffer flow path that is enlarged in flow path is provided at an intermediate position of the bypass flow path, and the auxiliary gas flowing from the buffer flow path to the bypass flow path on the first auxiliary gas inlet side is provided. The first flow rate is detected, the second flow rate of the auxiliary gas that passes through the buffer flow channel and flows into the bypass flow channel on the second auxiliary gas inlet side is detected, and the detected first flow rate and the second flow rate are detected. Based on the difference in flow rate, the oxygen concentration contained in the measurement gas was calculated.
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法によると、測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じている場合であっても、測定値である第1流量と、測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じたときの脈流発生によるノイズ成分と圧力変化に伴う流量とを合わせた補正値である第2流量との差分により測定ガスの濃度を演算しているので、測定ガス或いは補助ガスの流量変動による影響を除去して高精度の測定ガスの酸素濃度を測定することができる。 According to the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the present invention, even if the flow rate fluctuation occurs in the measurement gas or auxiliary gas, the flow rate fluctuation occurs in the measurement gas or auxiliary gas and the measurement gas or auxiliary gas. Since the concentration of the measurement gas is calculated based on the difference between the second flow rate, which is a correction value obtained by adding the noise component due to the pulsating flow and the flow rate associated with the pressure change, the flow rate of the measurement gas or auxiliary gas It is possible to measure the oxygen concentration of the measurement gas with high accuracy by removing the influence of fluctuation.
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法は、前記第1流量及び前記第2流量を検出する位置を、前記バッファ流路から等距離の前記バイパス流路としている。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法によると、バイパス流路の配管粘性や温度分布などの影響が偏るのを防止することができる。
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法は、前記第1流量及び前記第2流量の検出に、2線式熱流量計を用いている。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法によると、周囲の温度変動による影響が少なく、測定値及び補正値を高精度に検出することができる。
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法は、前記補助ガスを、前記補助ガス流路の中間位置及び前記バッファ流路に同時に供給するようにした。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析方法によると、測定ガス酸素分析の開始時間を大幅に短縮することができる。
In the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the invention, the position where the first flow rate and the second flow rate are detected is the bypass flow channel that is equidistant from the buffer flow channel.
According to the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the present invention, it is possible to prevent the influence of the pipe viscosity and temperature distribution of the bypass flow path from being biased.
The magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the invention uses a two-wire thermal flow meter for detection of the first flow rate and the second flow rate.
According to the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the present invention, the measurement value and the correction value can be detected with high accuracy without being affected by the ambient temperature fluctuation.
In the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the invention, the auxiliary gas is supplied simultaneously to an intermediate position of the auxiliary gas channel and the buffer channel.
According to the magnetic oxygen analysis method according to one aspect of the present invention, the start time of the measurement gas oxygen analysis can be greatly shortened.
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第1補助ガス流入口及び第2補助ガス流入口と、前記第1及び第2補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第1補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる前記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析計において、前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路及び前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路を連通するバイパス流路と、このバイパス流路の中間位置に流路を拡大して設けたバッファ流路と、このバッファ流路より前記第1補助ガス流入口側の前記バイパス流路に配置した第1流量センサと、前記バッファ流路より前記第2補助ガス流入口側のバイパス流路に配置した第2流量センサと、前記第1流量センサが検出した前記第1補助ガス流入口から流れてきた補助ガスの第1流量と、前記第2流量センサが検出した前記バッファ流路を通過して前記第2補助ガス流入側のバイパス流路に流れる補助ガスの第2流量との差に基づいて、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する酸素濃度演算部と、を備えている。 The magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the invention includes a sample flow path, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample flow path, and the sample flow path on the measurement gas outlet side. A first auxiliary gas inlet and a second auxiliary gas inlet provided opposite to each other; and an auxiliary gas channel connected to the first and second auxiliary gas inlets, the auxiliary gas channel The auxiliary gas is supplied from an intermediate position of the first auxiliary gas channel, and a change in the flow rate of the auxiliary gas channel caused by applying a magnetic field to the sample channel near the first auxiliary gas inlet is detected. In the magnetic oxygen analyzer for calculating the concentration of oxygen contained therein, a bypass flow path communicating the auxiliary gas flow path on the first auxiliary gas inlet side and the auxiliary gas flow path on the second auxiliary gas inlet side; , This bipa A buffer channel provided by enlarging the channel at an intermediate position of the channel, a first flow rate sensor disposed in the bypass channel on the first auxiliary gas inlet side from the buffer channel, and the buffer channel A second flow rate sensor disposed in a bypass flow path on the second auxiliary gas inlet side, a first flow rate of auxiliary gas flowing from the first auxiliary gas inlet detected by the first flow rate sensor, Based on the difference between the second flow rate of the auxiliary gas passing through the buffer flow path detected by the second flow rate sensor and flowing into the bypass flow path on the second auxiliary gas inflow side, the oxygen concentration contained in the measurement gas is determined. An oxygen concentration calculation unit for calculating.
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析方計によると、測定ガス或いは補助ガスの流量変動による影響を除去して高精度の測定ガスの酸素濃度を測定する装置を提供することができる。また、測定ガス或いは補助ガスの流量を一定に保つ(流量変動を抑制する)ための機構や装置を使用しておらず、装置コストの低減化も図ることができる。 According to the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, it is possible to provide an apparatus for measuring the oxygen concentration of the measurement gas with high accuracy by removing the influence of the flow rate fluctuation of the measurement gas or the auxiliary gas. In addition, no mechanism or device for keeping the flow rate of the measurement gas or auxiliary gas constant (suppressing flow rate fluctuations) is used, and the device cost can be reduced.
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記第1流量センサ及び前記第2流量センサは、前記バッファ流路から等距離の位置の前記バイパス流路に配置されている。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、バイパス流路の配管粘性や温度分布などの影響が偏るのを防止することができる。
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記第1流量センサ及び前記第2流量センサは2線式熱流量計である。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、周囲の温度変動による影響が少なく、測定値及び補正値を高精度に検出することができる。
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記補助ガスを前記補助ガス流路の中間位置及び前記バッファ流路に同時に供給する補助ガス供給部を設けた。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、装置起動時から測定ガス酸素分析を開始するまでの時間を大幅に短縮することができる。
In the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the invention, the first flow rate sensor and the second flow rate sensor are disposed in the bypass flow path at a position equidistant from the buffer flow path.
According to the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, it is possible to prevent the influence of the pipe viscosity, temperature distribution, and the like of the bypass flow path from being biased.
In the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the invention, the first flow sensor and the second flow sensor are two-wire thermal flow meters.
According to the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, the measurement value and the correction value can be detected with high accuracy with little influence by the ambient temperature fluctuation.
The magnetic oxygen analyzer according to an aspect of the invention includes an auxiliary gas supply unit that supplies the auxiliary gas to the intermediate position of the auxiliary gas channel and the buffer channel at the same time.
According to the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, the time from the start of the apparatus to the start of the measurement gas oxygen analysis can be greatly shortened.
本発明に係る磁気式酸素分析方法によれば、測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じている場合であっても、測定値である第1流量と、測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じたときの脈流発生によるノイズ成分と圧力変化に伴う流量とを合わせた補正値である第2流量との差分により測定ガスの濃度を演算しているので、測定ガス或いは補助ガスの流量変動による影響を除去して高精度の測定ガスの酸素濃度を測定することができる。
また、本発明に係る磁気式酸素分析計によれば、測定ガス或いは補助ガスの流量変動による影響を除去して高精度の測定ガスの酸素濃度を測定することができるとともに、測定ガス或いは補助ガスの流量変動を抑制するための機構や装置を使用しておらず、装置コストの低減化を図ることができる。
According to the magnetic oxygen analysis method of the present invention, even when the flow fluctuation occurs in the measurement gas or the auxiliary gas, the flow fluctuation occurs in the first flow rate as the measurement value and the measurement gas or the auxiliary gas. The concentration of the measurement gas is calculated based on the difference between the second flow rate, which is a correction value that combines the noise component due to the pulsating flow and the flow rate associated with the pressure change. The influence can be removed and the oxygen concentration of the measurement gas can be measured with high accuracy.
In addition, according to the magnetic oxygen analyzer of the present invention, it is possible to measure the oxygen concentration of the measurement gas with high accuracy by removing the influence of the flow rate variation of the measurement gas or auxiliary gas, and to measure the measurement gas or auxiliary gas. The mechanism and the device for suppressing the flow rate fluctuations are not used, and the device cost can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図6で示した磁気式酸素分析計と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図1は、本発明に係る第1実施形態の磁気式酸素分析計を示すものであり、サンプルセル20と、このサンプルセル20内に設置した第1流量センサ21及び第2流量センサ22からの信号で測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する検出回路23とからなる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those of the magnetic oxygen analyzer shown in FIG.
FIG. 1 shows a magnetic oxygen analyzer according to a first embodiment of the present invention. A
サンプルセル20は、断面が矩形形状のサンプル流路3と、このサンプル流路3の軸方向の一端側に連通して設けた測定ガス導入口4と、サンプル流路3の軸方向の他端側に連通して設けた測定ガス導出口5と、測定ガス導出口5側のサンプル流路3に連通し、このサンプル流路3の軸方向に直交する径方向から互いに対向して設けた第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7と、補助ガス供給流路8に流れてきた補助ガスを第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に同一流量で供給する第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10と、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfの領域を形成するポールピース((不図示)と、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に連通するバイパス流路11と、を備えている。
The
本実施形態のサンプルセル20は、バイパス流路11の中間位置に流路を拡大したバッファ流路24が形成されている。このバッファ流路24より第1補助ガス分岐流路9側のバイパス流路11に第1流量センサ21が配置され、バッファ流路24より第2補助ガス分岐流路10側のバイパス流路11に第2流量センサ22が配置されており、バッファ流路24から等距離の位置に第1流量センサ21及び第2流量センサ22が配置されている。
これら第1流量センサ21及び第2流量センサ22は2線式熱流量計であり、検出回路23に接続されている。
In the
The
検出回路23は、第1流量センサ21に接続されている第1検出回路23aと、第2流量センサ22に接続されている第2検出回路23bと、第1検出回路23a及び第2検出回路23bに接続されている差動増幅器23cと、を備えている。
図2は、検出回路23が行う測定ガス濃度算出方法のフローチャートを示すものであり、ステップST1では、第1検出回路23aが第1流量センサ21で検出した測定信号SAを得る。次いでステップST2では、第2検出回路23bが第2流量センサ22で検出した補正信号SBを得る。次いでステップST3では、差動増幅器23cが測定信号SA,補正信号SBの差を演算することで測定ガスの濃度信号SCを得る。
The
FIG. 2 shows a flowchart of a method for calculating the measurement gas concentration performed by the
上記構成の磁気式酸素分析計は、サンプルセル20の測定ガス導入口4から導入された測定ガスが測定ガス導出口5に向けて流れる。また、補助ガス供給流路8から供給された補助ガスは、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流し、第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に流入し、測定ガスと合流して測定ガス導出口5に流れる。また、補助ガス供給流路8から第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流した補助ガスの一部は、第1補助ガス分岐流路9に接続するバイパス流路11から第1流量センサ21に向けて流れるとともに、第2補助ガス分岐流路10に接続するバイパス流路11から第2流量センサ22に向けて流れる。
In the magnetic oxygen analyzer having the above configuration, the measurement gas introduced from the
次に、本実施形態の磁気式酸素分析計の動作について説明する。
測定ガス導入口4から供給される測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfを印加しても、酸素分子が引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。これにより、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10のそれぞれからサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が同じになり、第1補助ガス分岐流路9からバイパス流路11に流入する補助ガスと、第2補助ガス分岐流路10からバイパス流路11に流入する補助ガスが同量となる。この場合、検出回路23は、第1検出回路23aが第1流量センサ21で検出した測定信号SAを得るとともに(図2のステップST1)、第2検出回路23bが第2流量センサ22で検出した補正信号SB(SA=SB)を得る(図2のステップST2)。そして、差動増幅器23cが測定信号SA,補正信号SBの差を演算して測定ガスの濃度信号SCを得る(図2のステップST3)。この場合、測定ガスの濃度信号SCがゼロ(0)の演算結果を得る。
Next, the operation of the magnetic oxygen analyzer of this embodiment will be described.
In the case where oxygen molecules are not contained in the measurement gas supplied from the
次に、測定ガスが流量変動を発生しながら測定ガス導入口4から供給されているとともに、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合について、図3を参照して説明する。
サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfが印加されると、その部分に酸素分子が引き付けられ(図5(C)参照)、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第1補助ガス分岐流路9からサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少して第1補助ガス分岐流路9の補助ガスの圧力がPに上昇する。
Next, a case where the measurement gas is supplied from the
When the magnetic field Mf is applied in the vicinity of the first
測定ガスに流量変動が生じているため、バイパス流路11に測定ガスの流量変動による脈流が発生し、第1流量センサ21は、その脈流によるノイズ成分Snを測定信号SAとして検出する。また、第1流量センサ21は、圧力Pに伴う流量Qpと、測定ガスの流量変動の圧力変化に伴う流量Qfとを、ノイズ成分Sn1に加えて測定信号SAとして検出する(SA=Sn+Qp+Qf:図2のステップST1)。
Since the flow rate variation occurs in the measurement gas, a pulsating flow due to the flow rate variation of the measurement gas occurs in the
そして、第1流量センサ21を通過した補助ガスは、バッファ流路24を通過することで圧力Pに伴う流量Qpが減衰していき、第2流量センサ22は、脈流によるノイズ成分Snと、測定ガスの流量変動の圧力変化に伴う流量Qfとを補正信号SBとして検出する(SB=Sn+Qf:図2のステップST2)。そして、差動増幅器23cが測定信号SA,補正信号SBの差を演算し、以下の(1)式で示す測定ガスの濃度信号SCを得る(図2のステップST3)。
SC=SA−AB=(Sn1+Qp+Qf)−(Sn1+Qf)=QP ……(1)
(1)式から明らかなように、本実施形態の磁気式酸素分析計は、測定ガスに流量変動が発生しても、測定ガスの流量変動の脈流発生によるノイズ成分Snと、流量変動の圧力変化に伴う流量Qfとを除いた測定ガスの濃度信号SCが演算される。
Then, the auxiliary gas that has passed through the first
SC = SA-AB = (Sn1 + Qp + Qf)-(Sn1 + Qf) = QP (1)
As is clear from the equation (1), the magnetic oxygen analyzer of the present embodiment has the noise component Sn due to the pulsation of the flow rate fluctuation of the measurement gas and the flow rate fluctuation even if the flow rate fluctuation occurs in the measurement gas. A concentration signal SC of the measurement gas excluding the flow rate Qf accompanying the pressure change is calculated.
なお、図3では測定ガスに流量変動を発生している場合について説明したが、補助ガス供給路8から供給される補助ガスに流量変動が発生している場合にも、補助ガスの流量変動の脈流発生によるノイズ成分と、補助ガスの流量変動の圧力変化に伴う流量とを除いた測定ガスの濃度信号SCが演算される。
ここで、本発明に係る測定ガス入口が測定ガス導入口4に対応し、本発明に係る測定ガス出口が測定ガス導出口5に対応し、本発明に係る補助ガス流路が第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に対応し、本発明に係る第1流量が、第1流量センサ21が検出する流量に対応し、本発明に係る第2流量が、第2流量センサ22が検出する流量に対応し、本発明に係る酸素濃度演算部が検出回路23に対応している。
In addition, although FIG. 3 demonstrated the case where flow volume fluctuation | variation generate | occur | produced in measurement gas, when flow volume fluctuation | variation has generate | occur | produced in the auxiliary gas supplied from the auxiliary
Here, the measurement gas inlet according to the present invention corresponds to the
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態によると、測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じている場合であっても、バイパス流路11の中間位置に設けたバッファ流路24より第1補助ガス分岐流路9側で第1流量センサ21が補助ガスの流量(測定値と称する)を測定し、バッファ流路24より第2補助ガス分岐流路10側で、第2流量センサ22が測定ガス或いは補助ガスに流量変動が生じたときの脈流発生によるノイズ成分と圧力変化に伴う流量(以下、補正値と称する)とを測定し、検出回路23が補正値及び補正値の差分により測定ガスの濃度を演算しているので、測定ガス或いは補助ガスの流量変動による影響を除去して高精度の測定ガスの酸素濃度を測定することができる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
According to this embodiment, even when the flow rate of the measurement gas or the auxiliary gas is varied, the first auxiliary
また、本実施形態の磁気式酸素分析方法によると、バッファ流路24から等距離の位置のバイパス流路11で測定値及び補正値を測定しているので、バイパス流路の配管粘性や温度分布などの影響が偏るのを防止し、さらに高精度の測定ガスの酸素濃度を測定することができる。
また、第1流量センサ21及び第2流量センサ22は2線式熱流量計を用いているので、周囲の温度変動による影響が少なく、測定値及び補正値を高精度に検出することができる。
また、本実施形態の磁気式酸素分析計は、測定ガス或いは補助ガスの流量を一定に保つ(流量変動を抑制する)ための機構や装置を使用しておらず、装置コストの低減化も図ることができる。
In addition, according to the magnetic oxygen analysis method of the present embodiment, the measured value and the correction value are measured in the
Further, since the
Further, the magnetic oxygen analyzer of the present embodiment does not use a mechanism or device for keeping the flow rate of the measurement gas or the auxiliary gas constant (suppressing the flow rate fluctuation), and also reduces the device cost. be able to.
次に、図4に示すものは、本発明に係る第2実施形態の磁気式酸素分析計を示すものである。
第2実施形態の磁気式酸素分析計は、補助ガス供給流路8とバッファ流路24との間にバッファ専用流路25が設けられており、補助ガス供給流路8から供給された補助ガスが他の流路を迂回せず、直接バッファ流路24に流れ込むようになっている。
本実施形態は、装置起動時、補助ガス供給流路8から補助ガスの供給を開始すると同時に、バッファ専用流路25からバッファ流路24に補助ガスが流れ込む。これにより、バッファ流路24の大気は短時間で補助ガスに置換される。
Next, what is shown in FIG. 4 shows a magnetic oxygen analyzer according to a second embodiment of the present invention.
In the magnetic oxygen analyzer of the second embodiment, a buffer dedicated
In this embodiment, when the apparatus is activated, the supply of the auxiliary gas from the auxiliary
なお、本発明に係る補助ガス供給部が、補助ガス供給流路8及びバッファ専用流路25に対応している。
本実施形態によると、補助ガス供給流路8からの補助ガスの供給と同時にバッファ専用流路25からバッファ流路24に補助ガスが流れ込み、第1補助ガス分岐流路9、第2補助ガス分岐流路10及びバッファ流路24を含むバイパス流路11が、短時間で補助ガスに置換されるので、装置起動時から測定ガス酸素分析の開始までの時間を大幅に短縮することができる。
The auxiliary gas supply unit according to the present invention corresponds to the auxiliary
According to the present embodiment, the auxiliary gas flows from the buffer
3…サンプル流路、4…測定ガス導入口、5…測定ガス導出口、6…第1補助ガス流入口、7…第2補助ガス流入口、8…補助ガス供給流路、9…第1補助ガス分岐流路、10…第2補助ガス分岐流路、11…バイパス流路、20…サンプルセル、21…第1流量センサ、22…第2流量センサ、23…検出回路、23a…第1検出回路、23b…第2検出回路、23c…差動増幅器、24…バッファ流路、25…バッファ専用流路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路と、前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路とを、バイパス流路で連通し、
このバイパス流路の中間位置に、流路を拡大したバッファ流路を設け、
このバッファ流路より前記第1補助ガス流入口側の前記バイパス流路に流れる補助ガスの第1流量を検出するとともに、
前記バッファ流路を通過して前記第2補助ガス流入口側のバイパス流路に流れる補助ガスの第2流量を検出し、
検出した前記第1流量及び前記第2流量の差に基づいて、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算することを特徴とする磁気式酸素分析方法。 A sample flow path, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample flow path, and a first auxiliary gas flow inlet and a first gas flow path provided opposite to the sample flow path on the measurement gas outlet side Two auxiliary gas inlets, and auxiliary gas passages connected to the first and second auxiliary gas inlets, supplying the auxiliary gas from an intermediate position of the auxiliary gas passages, and In the magnetic oxygen analysis method for calculating the oxygen concentration contained in the measurement gas by detecting a change in the flow rate of the auxiliary gas channel caused by applying a magnetic field to the sample channel near the gas inlet,
The auxiliary gas channel on the first auxiliary gas inlet side and the auxiliary gas channel on the second auxiliary gas inlet side communicate with each other by a bypass channel,
In the middle position of this bypass channel, a buffer channel that expands the channel is provided,
While detecting the first flow rate of the auxiliary gas flowing from the buffer channel to the bypass channel on the first auxiliary gas inlet side,
Detecting a second flow rate of the auxiliary gas passing through the buffer flow path and flowing into the bypass flow path on the second auxiliary gas inlet side;
A magnetic oxygen analysis method, wherein an oxygen concentration contained in the measurement gas is calculated based on the detected difference between the first flow rate and the second flow rate.
前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路及び前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路を連通するバイパス流路と、
このバイパス流路の中間位置に流路を拡大して設けたバッファ流路と、
このバッファ流路より前記第1補助ガス流入口側の前記バイパス流路に配置した第1流量センサと、
前記バッファ流路より前記第2補助ガス流入口側のバイパス流路に配置した第2流量センサと、
前記第1流量センサが検出した前記第1補助ガス流入口から流れてきた補助ガスの第1流量と、前記第2流量センサが検出した前記バッファ流路を通過して前記第2補助ガス流入側のバイパス流路に流れる補助ガスの第2流量との差に基づいて、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する酸素濃度演算部と、を備えていることを特徴とする磁気式酸素分析計。 A sample flow path, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample flow path, and a first auxiliary gas flow inlet and a first gas flow path provided opposite to the sample flow path on the measurement gas outlet side Two auxiliary gas inlets, and auxiliary gas passages connected to the first and second auxiliary gas inlets, supplying the auxiliary gas from an intermediate position of the auxiliary gas passages, and In a magnetic oxygen analyzer that calculates the oxygen concentration contained in the measurement gas by detecting a change in the flow rate of the auxiliary gas flow path caused by applying a magnetic field to the sample flow path near the gas inlet,
A bypass passage communicating the auxiliary gas passage on the first auxiliary gas inlet side and the auxiliary gas passage on the second auxiliary gas inlet side;
A buffer channel provided by enlarging the channel at an intermediate position of the bypass channel;
A first flow rate sensor disposed in the bypass flow path on the first auxiliary gas inlet side from the buffer flow path;
A second flow rate sensor disposed in a bypass flow path on the second auxiliary gas inlet side from the buffer flow path;
The first auxiliary gas flowing from the first auxiliary gas inlet detected by the first flow sensor and the second auxiliary gas inflow side passing through the buffer flow path detected by the second flow sensor. An oxygen concentration calculation unit that calculates an oxygen concentration contained in the measurement gas based on a difference from the second flow rate of the auxiliary gas flowing in the bypass flow path of the magnetic oxygen analyzer .
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