JP2965507B2 - 赤外線ガス検知器 - Google Patents

赤外線ガス検知器

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JP2965507B2 JP14179196A JP14179196A JP2965507B2 JP 2965507 B2 JP2965507 B2 JP 2965507B2 JP 14179196 A JP14179196 A JP 14179196A JP 14179196 A JP14179196 A JP 14179196A JP 2965507 B2 JP2965507 B2 JP 2965507B2
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健二 秋本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線ガス検知器に
関する。詳しくは、自動車整備用等に使用され、排気ガ
ス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)
等のガス濃度を測定する赤外線ガス検知器に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の整備や検査には赤外吸光方式の
一酸化炭素(CO)および炭化水素(HC)測定装置が
使われている。この赤外吸光方式はCOおよびHCガス
の分子が選択的な吸光を呈する4.7μm(CO)およ
び3.4μm(HC)付近の波長を使い、その吸光度か
らガスの濃度を求めるものである。この測定方式は歴史
が古く、測定光ビームの断続機構(チョッパ)、基準光
の有無、および赤外光検出器の違い等によって、多種多
様な構造が実際使われている。
【0003】この原理による測定では通常、信号光を特
定の周期で変調し、測定感度の向上を図っている。多様
な分析部の構造も、この変調方法の違いによって2つに
分けることができる。1つはチョッパによる光の断続や
光源放射強度の変調(通常は電圧を変調する)によるも
ので広く実施されている。もう1つは図4に示すような
流体変調方式と呼ばれるものである。
【0004】これは、光源1および受光部2を有する測
定セル(分析部)3を備え、該測定セル3の一端には第
1の3方電磁弁4が、他端には吸引ポンプ5が接続さ
れ、前記第1の3方電磁弁4には基準ガス入口6と第2
の3方電磁弁7が接続され、該第2の3方電磁弁7には
サンプルガス入口8および校正ガスバッグ9が接続され
るようになっている。そしてサンプルガスと基準ガス
(ゼロガス)を一定の周期で切り換え、交互に測定セル
3に導入し、ガス濃度に対応して変調された光信号を得
るようになっている。
【0005】前者のチョッパや光源の変調における光信
号は、図5(a)に示すようにガスがないとき(ゼロガ
ス測定のとき)にも変調された一定の信号レベルを与
え、ガスがあると濃度に応じて信号レベルが低下する。
このときのレベル差からガス濃度が求まる。ゼロガス測
定のときの信号レベルは、光源の変化や基準光とのバラ
ンス変化等、多くの要因によって変化する。これがゼロ
ドリフトであって、この方式の測定限界を決める重要な
特性である。
【0006】これに対し後者の流体変調方式の場合は、
図5(b)に示すようにガスが無いときには他に変調手
段を使っていないため、信号レベルは常にゼロを保つこ
とができる。つまりゼロドリフトの問題は根本的に解消
される。そして、ガスがあるときには、セル内のガス濃
度の周期変化だけによってレベル変調された信号が与え
られるので、その周期に同調させたフィルタ回路等の使
用によって容易に高品位な信号を得ることができる。
【0007】上記従来の流体変調方式による排気ガス検
知装置においてはゼロドリフトの解消によって、チョッ
パ方式とくらべ高感度の測定が可能となる利点がある
が、測定方式がガスを切り換えて流体の変調を行う方式
であるため、校正ガスにより測定感度の校正を行うとき
にも、サンプルガスの測定のときと同様に、校正ガスと
基準ガスを一定の周期で切り換え、交互に測定セルに導
入しなければならない。
【0008】その校正方法としては、校正ガスを一旦ガ
スバッグに採取して、サンプルガス入口を切り換え、そ
こにガスバッグを接続し、検知器内の吸引ポンプを用い
て、サンプルガスの測定と同じ通気状態で校正ガスの測
定を行い、指示値が安定してから感度調整手段によって
校正ガスの濃度にあわせる方法が一般的である。
【0009】この方法では、ガスバッグやガスバッグの
中の空気等を排気するための吸引装置が必要となるばか
りでなく、手間もかかる。一方、流体変調方式によらな
い赤外線ガス検知器の校正方法としては、校正中は吸引
ポンプを停止させ、サンプルガス入口を切り換え、低圧
容器入りの校正ガスを用いて容器内のガス圧により直接
校正ガスを送入する方法が使われている。この方法は、
簡易な容器入りの校正ガスのみで済むので広く実施され
ている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、流体変調方式
の検知器にこの低圧容器入り校正ガスを用いる校正方法
を使うと、校正ガスの消費に伴うガス圧の変化によって
測定セルに流入する校正ガスの流量・圧力が変わるため
校正ガスの指示が変化してしまう。また、減圧弁等を介
して校正ガスを供給した場合でも、吸引ポンプの負荷−
流量特性によって決まる流量と一致しない限り、測定セ
ル内のガス圧が変わり正しい校正ができない等の問題が
ある。
【0011】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡易
で使い安く、且つ精度の良い校正ができる赤外線ガス検
知器を実現することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線ガス検知
器に於いては、光源10、測定セル11、受光部12お
よび電気回路からなる検知部と、測定セル11の上流側
に配置された第1の3方電磁弁14および測定セル11
の下流側に配置された吸引ポンプ15とで構成される通
気部を備え、前記第1の3方電磁弁14を一定周期で切
換動作することによって、サンプルガスと基準ガスを交
互に測定セル11に導入する流体変調方式の赤外線ガス
検知器において、前記第1の3方電磁弁14のサンプル
ガス導入側に、第2の3方電磁弁16、バッファチュー
ブ18、第3の3方電磁弁19および校正ガス入口21
を直列配置して校正する校正用通気回路を備え、前記第
2の3方電磁弁16の片方の入口をサンプルガス入口2
0に接続し、前記第3の3方電磁弁19の片方の入口を
基準ガス入口17に接続してなり、前記バッファチュー
ブ18内に校正ガスが充満してから第3の3方電磁弁1
9を基準ガス側に切換えて基準ガスを導入し、校正ガス
と基準ガスを一定周期で交互に測定セル11に導入し、
校正ガスの濃度を測定することを特徴とする赤外線ガス
検知器。
【0013】また、それに加えて、前記校正ガス入口2
1にキャピラリー22を設けたことを特徴とする。ま
た、前記校正ガス入口21と第3の3方電磁弁19の間
に所定の圧力を越えないように余剰ガスを排出する機能
を持つ排気弁23を設けたことを特徴とす。また、前記
バッファチューブ18の形状が直管またはL字管または
U字管またはコイル状管であることを特徴とする。
【0014】また、前記校正ガスの送入により、バッフ
ァチューブ18内に校正ガスが充満したときに第3の3
方電磁弁19を切り換えバッファチューブ18の先端か
ら基準ガスを引き込むように第3の3方電磁弁19を制
御する制御装置と、校正ガスの出力信号の安定値を検出
し、校正動作を自動的に行う演算ユニット13を備えた
ことを特徴とする。
【0015】また、前記校正ガス入口21から、第3の
3方電磁弁19、バッファチューブ18、第2の3方電
磁弁16、第1の3方電磁弁14、測定セル11および
測定セル11の出口側流路に至る通気経路のいずれかの
箇所に圧力センサ24を設けたことを特徴とする。この
構成を採ることにより、簡易で使い安く、且つ精度の良
い校正ができる赤外線ガス検知器が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1に本発明の実施の形態を示
す。本実施の形態は光源10、測定セル11、受光部1
2および該受光部に接続された演算ユニット13とを具
備し、測定セル11の上流側に第1の3方電磁弁14が
接続され、測定セル11の下流側には吸引ポンプ15が
接続されている。
【0017】また、前記第1の3方電磁弁14の2つの
入口の一方NCには第2の3方電磁弁16が接続され、
他方の入口NOは基準ガス入口17に接続している。そ
して、該第2の3方電磁弁16の2つの入口の一方の入
口NCにはバッファーチューブ18および該バッファー
チューブを介して第3の3方電磁弁19が接続され、も
う一方の入口NOにはサンプルガス入口20が接続され
ている。
【0018】また、前記第3の3方電磁弁19の2つの
入口の一方の入口NOには校正ガス入口21が接続さ
れ、他方の入口NCは基準ガス入口17に接続されてい
る。なお、前記バッファーチューブ18は樹脂製の管
で、形状は収納スペースに合わせて直管、またはL字
管、またはU字管、または図2に示すようなコイル状管
が用いられ、直管、L字管、U字管では内径15〜20
mm程度、長さは30〜50cm、またコイル状管では
内径4〜6mm程度、長さは5m程度が好ましい。
【0019】このように構成された本実施の形態の赤外
線ガス検知器の校正作用を説明する。本実施の形態では
校正中も吸引ポンプ15を作動させておく。そして第1
の3方電磁弁14を一定周期で切換え動作させる。校正
ガスの容器のノズル(図示を省く)には弁が付いてい
て、これを校正ガス入口21に押しあてることによって
校正ガスが送入され、校正ガス入口21の第3の3方電
磁弁19、バッファーチューブ18、サンプルガスと校
正ガスとの切換えを行うための第2の3方電磁弁16、
基準ガスとの切換え用の第1の3方電磁弁14を通り測
定セル11に流入する。
【0020】バッファーチューブ18内に校正ガスが充
満してから第3の3方電磁弁19を基準ガス側に切換え
ることによって、校正ガス容器内のガス圧の影響を受け
ることなしに、バッファーチューブ18内に蓄えた校正
ガスを、基準ガスで置換しながら測定セル11に導入
し、サンプルガスの測定とほぼ同じ流量・圧力状態で校
正ガスの出力を得ることができる。
【0021】この時の安定出力が数秒間持続する程度に
バッファーチューブ18の内容積と長さ(形状)を決め
ておくことによって、校正が可能となる。校正ガスをバ
ッファーチューブ18に充満させた後に第3の3方電磁
弁19を切換える制御装置と第3の3方電磁弁19を基
準ガス側に切り換えた後の校正ガスの安定出力を検出す
る演算処理ユニッット13を使えば校正の自動化も可能
である。
【0022】図3は本発明の第2の実施の形態を示すブ
ロック図である。本実施の形態が前実施の形態と異なる
ところは、第3の3方電磁弁19と校正ガス入口21と
の間にキャピラリー22と、一定圧力を越えたときに余
剰ガスを排出する排気弁23とを挿入したこと、および
測定セル11と吸引ポンプ15との間に圧力センサ24
を挿入したことであり、他は前実施の形態と同様であ
る。なお、圧力センサ24の配設位置は上記に限らず、
校正ガス入口21から第3の3方電磁弁19、バッファ
ーチューブ18、第2の3方電磁弁16、第1の3方電
磁弁14を通り測定セル11に至る通気路の何れの箇所
でも良い。
【0023】このように構成された本実施の形態は、校
正ガス入口21に低圧容器(ガス圧100〜800Kp
a)を接続し、校正ガスをバッファーチューブ18内に
取り込む場合、校正ガスの流量をキャピラリー22の抵
抗によって制限し、校正ガスの不要な消費をおさえ、さ
らに排気弁23により校正ガス送入中の圧力を約20K
pa以下に制限することができ、バッファーチューブ1
8を含む通気路に耐圧構造を必要とせずに安全性を保つ
ことができる。また圧力センサ24を備えることによっ
て、校正ガス送入による通気路の圧力変化を検出するこ
とにより、第3の3方電磁弁19の切換タイミングを決
めることができるので、前記の校正の自動化を、より確
実かつ容易に実現することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明の赤外線ガス検知器に依れば、ガ
スバッグ等の器具を必要とせず、校正ガスのガスバッグ
への採取のような手間をかけずに、低圧容器入りの校正
ガスのみを使った簡易な操作の感度校正が可能となる。
同時に、ガスバッグを使わないのでバッグの漏れや残留
空気による校正ガスの希釈等に起因する校正誤差を解消
できる。また校正動作を自動化することによって、本発
明によって流体変調方式の赤外線ガス検知器の利点であ
る高感度検知特性を維持しつつ、簡易で使い易く、精度
の良い校正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すブロック図あ
る。
【図2】本発明の実施の形態におけるバッファーチュー
ブの一例を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を示すブロック図あ
る。
【図4】従来の赤外線ガス検知器の一例を示すブロック
図である。
【図5】従来の赤外線ガス検知器による信号を示す図
で、(a)はチョッパまたは光源変調方式による信号,
(b)は流体変調方式による信号をそれぞれ示す図であ
る。
【符号の説明】
10…光源 11…測定セル 12…受光部 13…演算ユニット 14…第1の3方電磁弁 15…吸引ポンプ 16…第2の3方電磁弁 17…基準ガス入口 18…バッファーチューブ 19…第3の3方電磁弁 20…サンプルガス入口 21…校正ガス入口 22…キャピラリー 23…排気弁 24…圧力センサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−173852(JP,A) 特開 平1−169339(JP,A) 特開 平1−155246(JP,A) 特開 平1−155245(JP,A) 特開 平9−105719(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/61

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源、測定セル、受光部および電気回路
    からなる検知部と、測定セルの上流側に配置された第1
    の3方電磁弁および測定セルの下流側に配置された吸引
    ポンプとで構成される通気部を備え、前記第1の3方電
    磁弁を一定周期で切換動作することによって、サンプル
    ガスと基準ガスを交互に測定セルに導入する流体変調方
    式の赤外線ガス検知器において、 前記第1の3方電磁弁のサンプルガス導入側に、第2の
    3方電磁弁、バッファチューブ、第3の3方電磁弁およ
    び校正ガス入口を直列配置して校正する校正用通気回路
    を備え、前記第2の3方電磁弁の片方の入口をサンプル
    ガス入口に接続し、前記第3の3方電磁弁の片方の入口
    を基準ガス入口に接続してなり、 前記バッファチューブ内に校正ガスが充満してから第3
    の3方電磁弁を基準ガス側に切換えて基準ガスを導入
    し、校正ガスと基準ガスを一定周期で交互に測定セルに
    導入し、校正ガスの濃度を測定することを特徴とする赤
    外線ガス検知器。
  2. 【請求項2】 前記校正ガス入口にキャピラリーを設け
    たことを特徴とする請求項1に記載の赤外線ガス検知
    器。
  3. 【請求項3】 前記校正ガス入口と第3の3方電磁弁の
    間に所定の圧力を越えないように余剰ガスを排出する機
    能を持つ排気弁を設けたことを特徴とする請求項1また
    は2に記載の赤外線ガス検知器。
  4. 【請求項4】 前記バッファチューブの形状が直管また
    はL字管またはU字管またはコイル状管であることを特
    徴とする請求項1または2または3に記載の赤外線ガス
    検知器。
  5. 【請求項5】 前記校正ガスの送入により、バッファチ
    ューブ内に校正ガスが充満したときに第3の3方電磁弁
    を切り換えバッファチューブの先端から基準ガスを引き
    込むように第3の3方電磁弁を制御する制御装置と、校
    正ガスの出力信号の安定値を検出し、校正動作を自動的
    に行う演算ユニットを備えたことを特徴とする請求項1
    または2または3または4に記載の赤外線ガス検知器。
  6. 【請求項6】 前記校正ガス入口から、第3の3方電磁
    弁、バッファチューブ、第2の3方電磁弁、第1の3方
    電磁弁、測定セルおよび測定セルの出口側流路に至る通
    気経路のいずれかの箇所に圧力センサを設けたことを特
    徴とする請求項5に記載の赤外線ガス検知器。
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