JP3126759B2 - 光学式分析装置 - Google Patents

光学式分析装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学式分析装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、CO、CO2 等の濃度を測定
する方法の一例として、光学式分析装置が知られてい
る。この光学式分析装置は、その一例を図4に示すよう
に、紫外線、可視光または赤外線を発する光源部51
と、被測定ガスを導入する透明なセル52と、N2 およ
びCOガス相関フィルタ53、54と、セル52および
相関フィルタ53、54を通過した光をセクタモータ5
9に直結されたセクタ羽根58により断続的に切り、こ
の光を受光する検出器55、56と、検出器55と56
との出力を比較演算出力する比較演算器57とから少な
くとも構成されている。
【0003】上述した従来の光学式分析装置では、C
O、CO2 等の異なった原子からなる分子がそれぞれ特
有の波長の光を吸収することを利用する。今、この吸収
波長において入射の光強度をI0 、透過の光強度をIと
したとき、以下のLambert-Beerの法則が成立する。 I=I0 ε-kcl ここで、k:分子の光吸収係数、c:セル中の分子濃
度、l:セル長さである。すなわち、セル長さlが一定
の場合、切を透過した光はセル中に存在する分子濃度に
応じて減少するので、入射光と透過光とを検出し、比較
演算することにより、セル内の被測定ガスの分子濃度を
知ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光学式分析装置では、図5にその詳細を示すよ
うに、光源部51はコイル状に巻いたヒータ61に反射
ミラー62に絶縁碍管63を介して固定したリード線6
4をスポット溶接して形成されており、リード線64な
どの金属表面への酸化被膜の付き具合で、光源としての
放射係数が長時間にわたり少しずつ変化し、これが測定
値のドリフトの原因となる問題があった。また、ヒータ
61の表面、光学反射ミラー62の表面に吸着されてい
るガス成分が徐々に放出されることにより、このガス成
分が干渉ガス成分として光源部51の内部に蓄積され、
やはり測定値の誤差の要因となる問題もあった。
【0005】本発明の目的は上述した課題を解消して、
安定した測定値を長時間にわたって得ることができ、さ
らに固体電気化学セルを用いたガス分析を同時に実施す
ることのできる光学式分析装置を提供しようとするもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式分析装置
は、紫外線、可視光または赤外線を発する光源部と、被
測定ガスを通過した該光源部からの出射光を受光する検
出部とを少なくとも有する光学式分析装置において、前
記光源部として有底円筒形状の固体電気化学セルを用
い、固体電気化学セルの外側にヒータを巻き、固体電気
化学セルの内側を光源として使用し、被測定ガスが光源
部を構成する固体電気化学セルの内側のみにさらされて
いることを特徴とするものである。
【0007】
【作用】上述した構成において、光学式分析装置の光源
部を固体化学セルで構成しているため、光学式分析装置
の光源としての放射率を長時間安定にすることができる
とともに、光源部を構成する固体化学セルの加熱は常時
一定の値となる様温度制御がなされているとともに、ヒ
ータから発生する赤外線を直接の光源としないため、安
定した光源としての熱エネルギーを連続して放射するこ
とができる。
【0008】また、固体電気化学セルを光源に用い、固
体電気化学セルを構成するジルコニアセルだけが直接被
測定ガスと接触する構造としたため、従来技術のヒータ
を用いた場合の光源部内部の光学反射ミラー表面やヒー
タ表面に吸着されていたガス成分は被測定ガスと置換さ
れ、前記吸着していたガス成分がこもる不具合もなくな
る。さらに、光学式分析装置と固体電気化学セルを一体
に構成しているため、固体電気化学セルを利用してO2
濃度が測定できる。このため、測定装置として夫々独立
した二つの装置(O2 濃度測定装置と光学式分析装置)
が一つの装置とすることもでき、装置の小型化も達成す
ることができる。
【0009】
【実施例】図1(a)、(b)は本発明の光学式分析装
置の一例の構成を示す図である。本実施例では、光学式
分析装置を、フランジ部1aを有する光源部1と、フラ
ンジ部11a、11bを有するセル部11と、フランジ
部21aを有する検出部21とを、フランジ部1aとフ
ランジ部11aとを接続するとともに、フランジ部11
bとフランジ部21aとを接続することにより、一体に
構成している。この構成により、光源部1を出射した光
はセル部11内の被測定ガスを通過し、通過光を検出部
21で受光してセル部11内の被測定ガスの濃度を測定
している。
【0010】本実施例の光源部1の構成は、従来から公
知のジルコニア式酸素センサと同一の構成をとってい
る。すなわち、ここでいう固体電気化学セルは、ジルコ
ニアセルの外側にヒータを巻き、ジルコニアセルの内側
を光源として使用するもの、ジルコニアセルの内側にヒ
ータを挿入し、ジルコニアセルの外側を光源として使用
するもの、アルミナシートにヒータを印刷しヒータを積
層して、これを板状のジルコニアセンサに積層したもの
を使用することができる。すなわち、フランジ部1aと
一体となったカバー1b内に、有底円筒形状のジルコニ
ア製の固体電気化学セル2を、その内筒部がセル部11
と面するように配置し、図示しない測定電極をセル部1
1内の被測定ガスが直接接触する内筒部に設けるととも
に、同じく図示しない基準電極を外筒部に設けている。
また、加熱用のヒータ3は直接被測定ガスと接触しない
ようにして、また、温度測定用の熱電対4、温度を一定
に保つための断熱材5を電気化学的セル2の周囲に配置
している。さらに、上述した各部材と外部の装置とは、
コネクタ6を介して外部との電気的接続ができるよう構
成している。
【0011】本実施例のセル部11は、フランジ部11
a、11bと一体となったパイプ11cとから構成し、
このパイプ11cに、被測定ガスを供給するためのガス
入口12を設けるとともに、被測定ガスを排出するため
のガス出口13を、設けている。セル部11は被測定ガ
スを通過できればどの様な形状のものでも良いが、少な
くとも光源部1からの光が遮られずに直接検出部21に
入射するよう構成する必要があり、本実施例のようにセ
ル部11のパイプ11cを直線的に構成することが好ま
しい。
【0012】本実施例の検出部21は、ガス分配部2
2、ガスフィルタ部23およびガス検出部24から構成
されている。ガス分配部22は、フランジ部21a、2
1bと一体のテーパ形状のパイプ25内に、4つの光通
路26a〜26dを設け、セル部11に接する面にCa
2 製光学まど27を設けるとともに、ガスフィルタ部
23に接する4つの光通路26a〜26dの出口にそれ
ぞれ同じくCaF2 製光学まど28a〜28dを設けて
構成している。
【0013】ガスフィルタ部23は、フランジ部21
c、21dと一体のパイプ29内に、図1(b)に示す
ようにガス分配部22内の光通路に対応する光通路26
a〜26dを設け、ガス分配部22に接する4つの光通
路26a〜26dの入口のそれぞれにCaF2 製光学ま
ど30a〜30dを設けるとともに、光通路26a〜2
6dの出口のそれぞれにバンドパスフィルタ31a〜3
1dを設けて構成している。また、各光通路26a〜2
6d内には、被測定ガスの種類に応じて、例えばそれぞ
れN2 ガス、COガス、N2 ガス、SO2 ガスを封入し
ている。
【0014】ガス検出部24は、フランジ部21eと一
体のカバー32内に、ガスフィルタ部23の各光通路2
6a〜26dから出射する光を受光できる位置に4つの
検出器33a〜33dを設けて構成している。検出器3
3a〜33dはカバー32に設けた基板34上に配置す
るとともに、コネクタ35を介して外部の装置と電気的
接続ができるよう構成している。
【0015】上述した構成の光学式分析装置において
は、500℃以上に赤熱化したジルコニアからなる固体
電気化学的セル2から発せられる光を利用して被測定ガ
スの濃度を測定している。すなわち、セル部11内の被
測定ガスを通過した光をガスフィルタ部23に導入し、
2 ガスおよびCOガスを通過した光を受光した検出器
の出力の差からCOガス濃度を測定するとともに、N2
ガスおよびSO2 ガスを通過した光を受光した検出部の
出力の差からSO2 ガス濃度を測定している。さらに、
2 濃度を固体電気化学的セルを使用して測定してい
る。
【0016】図2(a)、(b)は本発明の光学式分析
装置の他の例の構成を示す図である。本実施例では、図
1と同じ構成の光源部1と検出部21とを、被測定ガス
が通過する管路41を挟んだ位置に一体に設けるととも
に、さらに管路41の光源部1および検出部21と対応
する位置にダスト検出部42を設けている。光源部1の
固体電気化学セル2の内筒および検出部21のCaF2
製光学まど27とが、管路41内の被測定ガスに直接接
するよう構成している。上述した構成の光学式分析装置
では、CO等のガス濃度を光学式分析装置で測定し、O
2 ガス濃度を固体電気化学セルを使用して測定できると
ともに、管路41内を通過する被測定ガス中のダスト量
をも測定することができる。
【0017】本実施例のダスト検出部42は、フランジ
部42aと一体のカバー43内に設けた基板44上に光
学式のダスト検出器45を設け、CaF2製光学まど4
6を介して管路41内の被測定ガスと接する位置に設置
している。また、ダスト検出器45と外部の装置との電
気的接続は、コネクタ47を介して実施される。この光
学式のダスト検出器45では、光源部1から発せられる
光で被測定ガス中のダストを照らすことにより、被測定
ガス中のダスト量を光散乱方式にて測定できる。
【0018】実際に、図1に示す構造の本発明の光学式
分析装置と図4に示す構造の従来の光学式分析装置とを
使用して、光の放射率を比較した。すなわち、従来の光
学式分析装置では、ヒータに一定電圧を印加して赤外線
を放射させ、ここより発生する放射エネルギを検出器に
より受け、このときの検出器が発生する初期の電圧を測
定するとともに、定期的(始めのうちは1日毎、10日
経過後は7日毎)に検出器の発生出力を測定し、予め求
めた初期の検出器の発生電圧との比を百分率で表して放
射率とした。一方、ジルコニアからなる固体電気化学セ
ルの温度が一定になるようヒータと熱電対により電力制
御して、上述したのと同じ方法で放射率を測定した。結
果を図3に示す。図3の結果から、本発明の光学式分析
装置の方が従来の光学式分析装置と比較して、長期間安
定して光を放射できることがわかる。
【0019】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例え
ば、上述した実施例では、光源部1、検出部21および
ダスト検出部42の一例の構成を示したが、これらの構
成は従来から公知の他の構成でも好適に使用できること
はいうまでもない。また、例えば紫外線領域のNH3
近赤外線領域のH2O も計測でき、光通路の数およびガス
相関フィルタ内に封入するガスの種類は、上述した実施
例に限らず、比測定ガスの種類に応じて変化することも
いうまでもない。
【0020】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光学式分析装置の光源部を固体化学セルで構
成しヒータからの影響を排除する構造であるため、光学
式分析装置の光源としての放射率を長時間安定にするこ
とができるとともに、光源部を構成する高温固体化学セ
ルの加熱は常時一定の値となる様温度制御がなされてい
るため、安定した光源としての熱エネルギーを連続して
放射することができる。また、装置の小型化を達成する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学式分析装置の一例の構成を示す図
である。
【図2】本発明の光学式分析装置の他の例の構成を示す
図である。
【図3】本発明装置及び従来装置における経過日数と放
射率との関係を示す図である。
【図4】従来の光学式分析装置の一例の構成を示す図で
ある。
【図5】従来の光学式分析装置における光源部の詳細を
示す図である。
【符号の説明】
1 光源部 2 高温固体電気化学セル 11 セル部 21 検出部 42 ダスト検出部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−265554(JP,A) 特開 平2−284046(JP,A) 特開 昭48−89498(JP,A) 特開 平3−140739(JP,A) 実開 昭61−139459(JP,U) 実開 昭52−165681(JP,U) 国際公開91/5240(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】紫外線、可視光または赤外線を発する光源
    部と、被測定ガスを通過した該光源部からの出射光を受
    光する検出部とを少なくとも有する光学式分析装置にお
    いて、前記光源部として有底円筒形状の固体電気化学セ
    ルを用い、固体電気化学セルの外側にヒータを巻き、固
    体電気化学セルの内側を光源として使用し、被測定ガス
    が光源部を構成する固体電気化学セルの内側のみにさら
    されていることを特徴とする光学式分析装置。
  2. 【請求項2】被測定ガス中のダスト量を測定するための
    ダスト検出部を備える請求項1記載の光学式分析装置。
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