JP2016118478A

JP2016118478A - 磁気式酸素分析方法及び磁気式酸素分析計

Info

Publication number: JP2016118478A
Application number: JP2014258694A
Authority: JP
Inventors: 満大石; Mitsuru Oishi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: JP6497062B2

Abstract

【課題】サンプル流路の小型化を図っても通常の測定条件と変わらない測定で測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる磁気式酸素分析計を提供する。
【解決手段】サンプル流路３に測定ガス導入口４の近くから測定ガス導出口５の近くまでを延在している平板形状の流路隔壁１５を備え、この流路隔壁１５はサンプル流路３を第１補助ガス流入口６側の第１測定ガス流れ空間Ｓ１と、第２補助ガス流入口７側の第２測定ガス流れ空間Ｓ２に分岐している。第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７の両者に向って補助ガスが流れるのを規制する補助ガス流れ規制手段１５を配置した。
【選択図】図１

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。

磁気式酸素分析計の測定原理について、図５（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。

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。図６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、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、を備えている。検出回路２は、サンプルセル１内に設置した熱線センサで構成した流量センサ１２からの信号に基づいて、測定ガス中の酸素濃度を測定する。

サンプルセル１は、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補助ガス流路９及び第２補助ガス流路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補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０に連通するバイパス流路１１と、を備えている。
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、補助ガスの増減による流量センサ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測定している。

特開２００４−３２５０９８の図３

ところで、測定ガスには、マイナス磁界（マイナス磁化率を有するガス分子）、或いはプラス磁界（プラス磁化率を有するガス分子）の干渉ガスが含まれており、サンプルセル１の磁界Ｍｆの領域で干渉ガスが吸引、或いは反発することで酸素濃度の測定誤差として影響を与える。そのため、干渉ガスの干渉特性データを作成し、その干渉特性データを考慮した測定条件を設定して酸素濃度を測定している。

一方、サンプルセル１の小型化を図るために、サンプル流路３の軸方向に直交する方向の寸法を縮小することが考えられる。
サンプル流路３の軸方向の直交方向を縮小構造にすると、互いに対向して設けている第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７が近接し、第２補助ガス流入口７から出た補助ガスが、第１補助ガス流入口６付近に設けた磁界Ｍｆの領域に流れ込んで拡散するので、前述した干渉ガスの干渉特性データとは異なるものとなる。

そのため、サンプルセル１の小型化を図る場合には、新たな干渉特性データを作成して測定条件を変更しなければならないという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サンプル流路の小型化を図っても通常の測定条件と変わらない測定で測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる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。

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、上記測定ガス出口側の上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、上記第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、を備えている。そして、上記補助ガス流路の中間位置から上記補助ガスを供給し、上記第１補助ガス流入口の近くの上記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる上記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、上記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する。ここで、上記第１補助ガス流入口及び上記第２補助ガス流入口の両者に向って上記補助ガスが流れるのを規制するようにしている。

また、本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、上記測定ガス出口側の上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、上記第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ている。そして、上記補助ガス流路の中間位置から上記補助ガスを供給し、上記第１補助ガス流入口の近くの上記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる上記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、上記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する。ここで、上記第１補助ガス流入口及び上記第２補助ガス流入口の両者に向って上記補助ガスが流れるのを規制する補助ガス流れ規制手段を設けている。

本発明に係る磁気式酸素分析方法及び磁気式酸素分析計によると、第１補助ガス流入口及び第２補助ガス流入口の両者に向って補助ガスが流れるのを規制するようにしたことで、サンプル流路の小型化を図っても通常の測定条件と変わらない測定で測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。

本発明に係る第１実施形態の磁気式酸素分析計を示す概略構成図である。プラス磁界の干渉ガスが測定ガスに含まれている場合の磁界との関係を示す図である。マイナス磁界の干渉ガスが測定ガスに含まれている場合の磁界との関係を示す図である。プラス磁界、或いはマイナス磁界の干渉ガスに対する変動値Ｏ_２％を設定した干渉特性データを示す図である。磁気式酸素分析計の測定原理を示す図である。従来の磁気式酸素分析計を示す図である。

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。
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、図６で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。また、図１は、図６で示した補助ガス供給流路８の一部を省略している。

この第１実施形態の磁気式酸素分析計は、サンプル流路３に、測定ガス導入口４の近くから測定ガス導出口５の近くまでを延在している平板形状の流路隔壁１５を備えている。
この流路隔壁１５は、サンプル流路３を第１補助ガス流入口６側の第１測定ガス流れ空間Ｓ１と、第２補助ガス流入口７側の第２測定ガス流れ空間Ｓ２に分岐している。
この第１実施形態の磁気式酸素分析計は、サンプルセル１の小型化を図るために、サンプル流路３の軸方向に直交する方向の寸法が縮小され、互いに対向して設けている第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７が近接している。

ここで、本発明の測定ガス入口が測定ガス導入口４に対応し、本発明の測定ガス出口が測定ガス導出口５に対応し、本発明の補助ガス流れ規制手段が流路隔壁１５に対応している。
ところで、測定ガス導入口４からサンプル流路３に導入される測定ガスには、プラス磁界（プラス磁化率を有するガス）、或いはマイナス磁界（マイナス磁化率を有するガス）の干渉ガスが含まれている。

プラス磁界、或いはマイナス磁界の干渉ガスが測定ガスに含まれている場合において測定ガスと磁界との関係を、図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、測定ガスに含まれているプラス磁界の干渉ガスは磁界の影響を受けて吸引され、磁界Ｈ内に移動する。これにより、磁界Ｈ内では、吸引されたプラス磁界の干渉ガスの圧力（濃度）は磁界Ｈの外と比較して高くなる。つまり、図１の磁気式酸素分析計では、第１補助ガス流入口６付近に設けた磁界Ｍｆの領域にプラス磁界の干渉ガスが吸引されてガスの圧力が増大し、磁界Ｍｆの領域に実際に存在している酸素分子の圧力とは異なる値となる。

また、図３に示すように、測定ガスに含まれているマイナス磁界の干渉ガスは磁界Ｈから反発して離れていき、磁界Ｈ内の圧力（濃度）が磁界Ｈの外と比較して低くなる。つまり、図１の磁気式酸素分析計では、第１補助ガス流入口６付近に設けた磁界Ｍｆの領域にプラス磁界の干渉ガスが拡散してガスの圧力が減少し、磁界Ｍｆの領域に実際に存在している酸素分子の圧力とは異なる値となる。

このようなプラス磁界、或いはマイナス磁界の干渉ガスが測定ガスに含まれている場合の酸素濃度の測定誤差を吸収するため、図４に示すように、プラス磁界、或いはマイナス磁界の干渉ガスに対する変動値Ｏ_２％を設定した干渉特性データを作成している。
ここで、この図４の干渉特性データは、磁界Ｍｆの領域に補助ガスが流れ込まない場合のデータである。

次に、第１実施形態の磁気式酸素分析計の測定方法を説明する。
この第１実施形態では、測定ガスに干渉ガスが含まれている場合には、検出回路２が、前述した図４の干渉特性データに基づいて測定条件を設定して酸素濃度を測定する。
先ず、サンプルセル１の測定ガス導入口４から測定ガスが導入される。
サンプル流路３の測定ガスは、流路隔壁１５によって仕切られた第１測定ガス流れ空間Ｓ１及び第２測定ガス流れ空間Ｓ２に流れた後、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補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０に分流し、第１補助ガス流入口６から第１測定ガス流れ空間Ｓ１に流入するとともに、第２補助ガス流入口７から第２測定ガス流れ空間Ｓ２に流入した後、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補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０に分流した補助ガスの一部は、第１補助ガス流路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。

そして、測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、第１測定ガス流れ空間Ｓ１の第１補助ガス流入口６が連通する付近に磁界Ｍｆの領域を形成するが、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補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０のそれぞれから第１測定ガス流れ空間Ｓ１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。

一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、第１測定ガス流れ空間Ｓ１の第１補助ガス流入口６が連通する付近に磁界Ｍｆの領域を形成すると、その部分に酸素分子が引き付けられ、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第１補助ガス流路９から第１測定ガス流れ空間Ｓ１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、第２測定ガス流れ空間Ｓ２の第２補助ガス流入口７が連通する付近では磁界が発生し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。

これにより、補助ガス供給流路８から第１補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０に分岐する地点（図６で示す符号Ｐ０）で、補助ガスが第１補助ガス流路９及び第２補助ガス流路１０に分岐する際の分流比が変化し、第１補助ガス流路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ので、検出回路２が測定ガスの酸素濃度を測定する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の磁気式酸素分析計は、サンプル流路３に、第１補助ガス流入口６側の第１測定ガス流れ空間Ｓ１と、第２補助ガス流入口７側の第２測定ガス流れ空間Ｓ２に分岐する流路隔壁１５を設けているので、サンプル流路３の軸方向の直交方向を縮小して小型化を図っても、第２補助ガス流入口７から出た補助ガスが第１補助ガス流入口６付近に設けた磁界Ｍｆの領域に流れ込むのを、流路隔壁１５が確実に規制する。

したがって、サンプル流路３の小型化を図っても、大型のサンプル通路の場合の通常の干渉ガスの干渉特定データを使用し、通常の測定条件と変わらない測定で測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
そして、サンプル流路３の小型化を図ることで、測定ガスの置換速度が速く、測定応答速度も速い磁気式酸素分析方法を提供することができる。

１…サンプルセル、２…検出回路、３…サンプル流路、４…測定ガス導入口（測定ガス入口）、５…測定ガス導出口（測定ガス出口）、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補助ガス流路、１０…第２補助ガス流路、１２…流量センサ、１５…流路隔壁、Ｓ１…第１測定ガス流れ空間、Ｓ２…第２測定ガス流れ空間

Claims

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補助ガス流入口及び前記第２補助ガス流入口の両者に向って前記補助ガスが流れるのを規制するようにしたことを特徴とする磁気式酸素分析方法。
前記サンプル流路は、前記測定ガスが前記第１補助ガス流入口の近くを流れる第１測定ガス流れ空間と、前記測定ガスが前記第２補助ガス流入口の近くを流れる第２測定ガス流れ空間とに分岐されていることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素分析方法。
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補助ガス流入口及び前記第２補助ガス流入口の両者に向って前記補助ガスが流れるのを規制する補助ガス流れ規制手段を設けたことを特徴とする磁気式酸素分析計。
前記補助ガス流れ規制手段は、前記第１補助ガス流入口及び前記第２補助ガス流入口の間を通って前記測定ガス入口側から前記測定ガス出口側まで前記サンプル流路を延在している流路隔壁であることを特徴とする請求項３記載の磁気式酸素分析計。