JP2730617B2 - 常磁性物質成分の測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キュベット配置構成体
が磁界内で回転し、該磁界はキュベット室と基準室を交
互に透過し、前記キュベット室には被検常磁性物質が充
填され、前記基準室には基準物質が充填され、回転中、
磁束が異なるためそれぞれキュベット室と基準室により
発生した交番磁界が１つまたは複数の測定磁界コイルで
交番誘導電圧信号を形成し、当該信号はキュベット室に
より惹起された測定信号と、基準室により惹起された基
準信号とから合成されたものであり、当該信号はキュベ
ット室にある常磁性物質の濃度に対する尺度として使用
され、評価ユニットに供給され、前記キュベット配置構
成体は磁気補償装置を有する、混合物質、殊に酸素中の
常磁性物質成分の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の機器は、ドイツ特許第３８４０
３３７号明細書から公知である。この装置はガス分析に
も、廃水の監視にも使用される。

【０００３】公知の装置では、ディスク状のキュベット
が磁界内を回転する。この磁界は永久磁石により形成さ
れ、キュベットを貫通する。キュベットの測定室はディ
スクの簡単なスリットからなり、ディスクのこのように
形成された中空空間を被検測定ガスが掃気する。キュベ
ット室は、１つの多少とも幅広の（キュベットディスク
の）材料条片により相互に分離されている。この材料条
片は基準室として用いられ、キュベットディスクの材料
により充填される。キュベットの回転中に測定ガスキュ
ベット室の数に応じて、磁界源を測定ガスキュベット室
またはキュベットディスク材料が通過する。キュベット
室に測定ガスとして例えば酸素が存在すれば、この酸素
の常磁性特性がキュベット室を通る磁界を変化させる。
これにより電気的誘導磁界が磁界源を取り囲む測定磁界
コイル内で形成される。できるだけ感度の高い測定装置
を得るためには、非常に微量の測定ガスも申し分なしに
検知できるよう障害信号を除去することが所望される。
障害信号を抑圧する他にも、安定したゼロ値カリブレー
ションも必要である。このカリブレーションの際にはい
わゆるゼロ信号が求められる。これは簡単には、較正ガ
スとして例えば窒素を使用し、常磁的に形成される誘導
信号を除外するのである。しかし得られた較正信号は相
変わらず障害となる基本信号を含んでいる。その原因
は、キュベットディスクが種々異なる材料の厚さを有し
ているからである。すなわち、測定室領域では測定ガス
の充填と場合により薄い室壁を考慮しなければならず、
基準室領域ではキュベットディスクの完全な物質の厚
さ、または基準ガスとしてほかのガス成分を有する基準
室を考慮しなければならない。すべての場合で、基準室
の物質と測定室の物質との濃度の相違は非常に大きく、
そのため基本信号は装置の構成に基づいて検出される、
酸素成分に対する最小有効信号より何倍も大きい。すべ
ての場合でキュベットディスクを反磁性材料（反磁性材
料は常磁性または強磁性材料を混合することにより磁気
的に中性化することができる）から製作するにしてもこ
の手段は面倒であり、一旦このように製作されたキュベ
ットディスクは後からその磁気特性を、基本信号を抑圧
するように変えることはできない。たとえ中性化された
常磁性ディスクが基本信号に僅かな値しか送出しないに
しても、測定ガスと基準物質との間の濃度差が非常に大
きいことにより、障害となる基本信号が発生されるとい
う事実は変わらないままである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の装置を改善し、キュベット配置構成体の
物質特性が常磁性材料により形成され、磁気的に誘導さ
れる交流電圧信号に悪影響を及ぼさないように構成する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、前記補償装置が、導電材料から成り、成端抵抗を有
する誘導ループであり、該誘導ループがキュベット配置
構成体の回転面に次のような個所に設けられている、即
ち前記誘導ループが前記キュベット配置構成体の回転中
に測定磁界コイル内で補償電圧を形成し、該補償電圧が
キュベット室と基準室との間の材料の厚さの差異により
惹起される基本信号と同じ振幅であるが、しかし基本信
号とは逆相の経過を示すような個所に設けられているこ
とによって解決される。

【０００６】本発明の利点は、基本信号の大きさと位相
状態を検出した後、補償装置を後からキュベット配置構
成体に設けることができ、その際補償作用の直接の試験
が可能であることである。さらに所要の修正を補償装置
で容易に実行することができる。基本的な方法技術的利
点は、誘導によって発生した基本信号が補償信号からも
同じ磁界源からの磁気誘導によって除去されることであ
る。従って障害となる基本信号も補正する補償信号も磁
気誘導という同じ物理的法則に基づく。その結果、基本
信号の補償には付加的なシステマチックエラーがない。
これにより障害となるドリフト作用、例えば温度ドリフ
トもなくなる。温度ドリフトには例えば障害信号の補償
のための電子回路が敏感に応答する。その他にコストの
かかる後からの信号処理が回避される。というのは、障
害信号（基本信号）がその発生箇所ですぐに再び除去さ
れるからである。さらに補償装置を導電材料から成る誘
導ループから作製し、回転面でキュベット配置構成体上
に設ける。この補償装置は成端抵抗を有する。成端抵抗
が適切な大きさの場合、磁界の誘導ループの通過は電圧
を誘導する。この電圧はループで抵抗の大きさに依存し
て電流を形成する。この電流は再び磁界を発生させ、こ
の磁界が誘導された磁界に反対に作用する。誘導された
磁界電圧を測定することによって簡単に、回転するキュ
ベット配置構成体のどの角度に、補償磁界を形成するた
め誘導ループが配置されているかを検出することができ
る。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】誘導ループに対する適切な構成は、このル
ープが半径方向でキュベット配置構成体に沿って延在
し、これによりこのループがキュベット半径上にある長
手対称軸線を有するようにするのである。

【００１１】キュベット配置構成体が反磁性材料の円板
からなる場合、この円板には回転軸対称に切欠部が設け
られ、切欠部を常磁性の被検物質が通過する。この構成
の場合、ループを回転方向で見てスリットの後に、隣接
する切欠部間の角度の４分の１に相当する角度で設ける
と有利である。例えば直径方向で対向する２つの切欠部
が設けられている場合、誘導ループは隣接する切欠部か
ら回転方向で見て４５°の角度で離して設けられる。誘
導ループに対する設置箇所は以下の考察から導くことが
できる。チョッパーディスクの切欠部は測定磁界コイル
内に磁束の時間的変化を形成する。これにより測定磁界
コイルに誘導された電圧には磁束に対して９０°の位相
差が生じる。チョッパーディスクの誘導ループは同様に
磁束の時間的変化を検出する。これによりループに形成
された電圧も同様に磁束に対して９０°の移相を受け
る。形成された電圧によって流れる誘導ループ内の誘導
電流は再び磁界を形成する。この磁界は、測定磁界コイ
ル内で誘導ループの磁束の時間的変化により電圧を形成
する。この電圧も９０°位相がずらされている。これに
より全体で１８０°の位相差が生じる。

【００１２】成端抵抗を有する誘導ループの構成によ
り、抵抗値を変化することにより簡単な補償作用の修正
が可能である。これはさらに温度的に安定しており、そ
のため調整抵抗の温度ドリフトを除外することができ
る。抵抗を有するこの種の誘導ループは任意の圧膜技術
で、プリント配線版の製造と同じように製作することが
できる。その際キュベット材料は豊富な珪素から選択す
ることができ、それにより誘導コイルの圧膜レーザ処理
による修正が可能である。

【００１３】

【００１４】誘導ループの選択はその形態形状によって
さらに完全にすることができる。誘導ループの適切な形
状は、表面に設けられた補償装置の形態の変化により容
易に設定することができる。

【００１５】磁束変化に基づく信号全体は高い高調波成
分を誘導電圧に有するので信号処理が困難である。さら
に磁束の時間的変化は、キュベットの回転数と測定電圧
との比例関係に影響を与える。これは正確な回転数制御
を必要とする。両方の問題点は、誘導された交流電圧信
号を前置増幅器としての積分器に供給することにより解
決される。これにより高調波が低減される。というの
は、積分器の伝達関数が周波数に対して逆比例している
からである。これにより周波数依存性も補償される。さ
らに積分器は各周波数で９０°の位相を有する。これ
は、その位相が周波数または回転数に対して依存性を示
す帯域制限前置増幅器に対して有利である。これにより
正確な回転数制御は必要ない。

【００１６】キュベットの切欠部は有利には回転軸に対
して同心に配置され、円環セグメントとして構成され
る。切欠部は同様に、回転軸に対して同心の、腎臓状の
形状を有すると有利である。

【００１７】本発明の実施例を以下図面に基づき詳細に
説明する。

【００１８】

【実施例】図１には機器ケーシング１が示されている。
このケーシングにはキュベット配置構成体が収容されて
おり、このキュベット配置構成体はシャフト１３に回転
可能に支承されたディスクの形状を有し、このディスク
は磁気的にできるだけ不活性な材料から成る。キュベッ
ト２は機器ケーシング２内を永久磁石磁気ディスク３と
４つの鉄コア５の間で回転する。磁気ディスクは等電位
ディスク４により覆われている。鉄コアはその内の２つ
だけが図示されている。各コア５は測定磁界コイル７に
より取り囲まれている。コイルからはそれぞれ１つの信
号線路が図示しない評価装置に接続されている。キュベ
ット２は回転軸対称の切欠部８を有する。切欠部は図示
の状態でコア５の端面６を磁気ディスク３に対して開放
している。切欠部８の内部空間は常磁性特性の被測定物
質、例えば酸素により充填されている。被測定物質はガ
ス供給部９を介してケーシング１の内部空間へ導入さ
れ、これを充填し、測定室１０とみなされる切欠部８お
よびキュベット２の周囲へ進み、そこから出口１１を介
して雰囲気へ排出される。ガス供給部９は試料が水性の
場合は流体供給部でもある。キュベット２はシャフトピ
ン１２に固定されている。シャフトピンは駆動モータ１
４のシャフト１３に固定されており、シャフト支承部１
５を介して案内される。モータ１４とこれを取り囲むモ
ータ保持部１６はケーシング基底部１８と結合されてい
る。ケーシング基底部１８は磁気ディスク３を支持し、
シャフト１３とシャフトピン１２に対する貫通部１９を
有する。磁気ディスクの磁極はＮとＳにより示されてい
る。

【００１９】図２にはキュベット２の平面図が示されて
いる。ここで断面は、キュベットディスク２の表面の、
鉄ディスク２の側の高さでのケーシングを通る断面であ
る。図１の図示しないコア５の端面６側のキュベット２
の表面が図示されている。端面６は図平面上側の、一点
鎖線で示されたキュベットディスク２の対称軸線の高さ
に位置することとなる。キュベット２は薄いディスクの
形状に構成されており、シャフトピン１２を中心にして
回転し、２つの近似的に腎臓状の切欠部８を有する。こ
れらの切欠部８には常磁性特性を有するガスまたは流
体、例えば酸素が充填される。キュベットディスク２の
回転方向は方向矢印２１により示されている。接続線
（対称軸線）に対して４５°の角度で２つの切欠部８の
間に補償装置が閉じた誘導ループ２２の形で示されてい
る。誘導ループは調整抵抗２３により完成される。同じ
半径方向接続線で直径方向に誘導ループに対向して金属
小片２４がある。誘導ループ２２と調整抵抗２３は基本
信号に対する補償装置として用いられる。基本信号は、
２つの切欠部８および切欠部８間にあるキュベット材料
が交互に矢印方向２１でコア５に沿って通過することに
よって磁界コイル７に惹起される。

【００２０】図３には図２と同じようなキュベット配置
構成体２が示されている。しかし図３のキュベット配置
構成体は、補償装置として接続線に対して９０°の角度
で２つの切欠部８の間に常磁性材料から成る矩形の小片
２５を有している。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、キュベット配置構成体の
物質特性が常磁性材料により形成され、磁気的に誘導さ
れる交流電圧信号に悪影響を及ぼさないようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】常磁性測定装置の断面図である。

【図２】誘導ループと金属小片を有するキュベット配置
構成体の平面図である。

【図３】反磁性材料から成る小片の形態の補償装置を有
するキュベット配置構成体の平面図である。

【符号の説明】

１ 機器ケーシング ２ キュベット配置構成体 ３ 永久磁石ディスク ４ 等電位ディスク ５ コア ７ 測定磁界コイル ８ 切欠部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−189456（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34605（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−82294（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−462（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭52−56080（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許4808922（ＵＳ，Ａ) 米国特許2467211（ＵＳ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キュベット配置構成体が磁界内で回転
   し、 該磁界はキュベット室と基準室を交互に透過し、 前記キュベット室には被検常磁性物質が充填され、 前記基準室には基準物質が充填され、 回転中、磁束が異なるためそれぞれキュベット室と基準
   室により発生した交番磁界が１つまたは複数の測定磁界
   コイルで交番誘導電圧信号を形成し、 当該信号はキュベット室により惹起された測定信号と、
   基準室により惹起された基準信号とから合成されたもの
   であり、 当該信号はキュベット室にある常磁性物質の濃度に対す
   る尺度として使用され、評価ユニットに供給され、 前記キュベット配置構成体は磁気補償装置を有する、混
   合物質中の常磁性物質成分の測定装置において、 前記補償装置は、導電材料から成り、成端抵抗（２３）
   を有する誘導ループ（２２）であり、 該誘導ループはキュベット配置構成体（２）の回転面に
   次のような個所に設けられている、即ち前記誘導ループ
   が前記キュベット配置構成体（２）の回転中に測定磁界
   コイル（７）内で補償電圧を形成し、 該補償電圧はキュベット室（８）と基準室（２）との間
   の材料の厚さの差異により惹起される基本信号と同じ振
   幅であるが、しかし基本信号とは逆相の経過を示すよう
   な個所に設けられている ことを特徴とする常磁性物質成
   分の測定装置。
2. 【請求項２】 ループ（２２）はキュベット表面に沿っ
   て半径方向に延在するよう設けられている請求項１記載
   の装置。
3. 【請求項３】 キュベット配置構成体は、反磁性材料か
   ら成る円板（２）であり、 該円板に回転軸対称に切欠部（８）が設けられており、 該切欠部には常磁性の被検物質が流通し、 ループ（２２）は回転方向（２１）で見て切欠部
   （（８）の後に、隣接する切欠部（８）間の角度の４分
   の１に相当する角度で設けられている請求項２記載の装
   置。
4. 【請求項４】 切欠部は回転軸に対して同心に延在する
   円環セグメント（８）である請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 切欠部は回転軸に対して同心に延在する
   腎臓状の輪郭（８）を有する請求項３記載の装置。
6. 【請求項６】 誘導交番電圧は評価ユニットでの信号処
   理の前に積分器に供給される請求項１から５までのいず
   れか１項記載の装置。