JP3205427B2 - ガスの濃度・流速を同時に測定する方法並びに装置 - Google Patents
ガスの濃度・流速を同時に測定する方法並びに装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメタン等のガスの濃度・
流速を同時に測定する装置に関する。
流速を同時に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特定の波長のレーザ光がある種の気体に
吸収されやすいことを利用してガスの有無を検出できる
ことが知られており、この原理を応用したセンシング技
術が工業計測、公害監視などに広く用いられている。そ
の一例として、ＨｅーＮｅレーザより発生される波長
３．３９２μｍの光がメタンに強く吸収されることを利
用してメタンの有無を感度良く検出することが可能であ
る。
吸収されやすいことを利用してガスの有無を検出できる
ことが知られており、この原理を応用したセンシング技
術が工業計測、公害監視などに広く用いられている。そ
の一例として、ＨｅーＮｅレーザより発生される波長
３．３９２μｍの光がメタンに強く吸収されることを利
用してメタンの有無を感度良く検出することが可能であ
る。
【０００３】最近、各種燃焼器からのＮＯｘ排出量を低
減して環境を良くするため予混合希薄燃焼が注目される
ようになったが、燃焼を安定的に完全に行い且つ燃焼音
を低下させる必要がある。このため、燃焼直前の都市ガ
スと空気の混合度合いの定量的な評価を行えるよう、ガ
スの濃度と流速の時間的変動を同時に測定する必要が生
じてきた。
減して環境を良くするため予混合希薄燃焼が注目される
ようになったが、燃焼を安定的に完全に行い且つ燃焼音
を低下させる必要がある。このため、燃焼直前の都市ガ
スと空気の混合度合いの定量的な評価を行えるよう、ガ
スの濃度と流速の時間的変動を同時に測定する必要が生
じてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス濃度測定装
置では時間平均の濃度測定しかできなかった。燃焼装置
内部の都市ガスと空気の混合度合い、すなわちガス濃度
は局所的に且つ瞬時に変化するので、多数の局所の瞬時
の値を知ることは非常に難しいことである。従来は混合
気が流通しているパイプの直径方向の対抗壁に孔をあ
け、この二つの孔からパイプの中に、先端にフッ化マグ
ネシウムの窓を取り付けた内径３mm、外形５のステンレ
スパイプによる光のガイド部材２本を、中心線が一直線
になり且つ先端間の距離が８mmとなるように向き合わせ
て取付け、該ガイド部材の中及び長さ８mmの混合気中に
ＨｅーＮｅレーザ光を通してガスの瞬時濃度を測定する
装置が開発されている。しかし、この装置ではパイプ中
の多くの局所のガス濃度を短時間に測定することは不便
であり、これを実現するには複雑な細工が必要である。
置では時間平均の濃度測定しかできなかった。燃焼装置
内部の都市ガスと空気の混合度合い、すなわちガス濃度
は局所的に且つ瞬時に変化するので、多数の局所の瞬時
の値を知ることは非常に難しいことである。従来は混合
気が流通しているパイプの直径方向の対抗壁に孔をあ
け、この二つの孔からパイプの中に、先端にフッ化マグ
ネシウムの窓を取り付けた内径３mm、外形５のステンレ
スパイプによる光のガイド部材２本を、中心線が一直線
になり且つ先端間の距離が８mmとなるように向き合わせ
て取付け、該ガイド部材の中及び長さ８mmの混合気中に
ＨｅーＮｅレーザ光を通してガスの瞬時濃度を測定する
装置が開発されている。しかし、この装置ではパイプ中
の多くの局所のガス濃度を短時間に測定することは不便
であり、これを実現するには複雑な細工が必要である。
【０００５】ガスの流速を測定する装置として、熱線流
速計が使用されている。これは簡易にして且つ高応答性
のある測定法であるが、ガスの濃度が変動する場所で
は、その原理上からガスの流速測定は不可能である。
速計が使用されている。これは簡易にして且つ高応答性
のある測定法であるが、ガスの濃度が変動する場所で
は、その原理上からガスの流速測定は不可能である。
【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、混合気の濃度変化がある場でも、混合気流中の希望
の局所のガス濃度と流速を同時に高応答性をもって測定
することができる利便性を有し且つ空間分解能の良好な
プローブ型ガス濃度・流速同時測定装置を提供すること
を目的とする。
で、混合気の濃度変化がある場でも、混合気流中の希望
の局所のガス濃度と流速を同時に高応答性をもって測定
することができる利便性を有し且つ空間分解能の良好な
プローブ型ガス濃度・流速同時測定装置を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、混合気流中の一定距離を通過したレーザ光か
ら光センサーにより混合気流中のガス濃度を測定し、同
時に前記一定距離内に配置された熱線の電気抵抗値から
混合気流中のガス流速を測定することを特徴とする。
するため、混合気流中の一定距離を通過したレーザ光か
ら光センサーにより混合気流中のガス濃度を測定し、同
時に前記一定距離内に配置された熱線の電気抵抗値から
混合気流中のガス流速を測定することを特徴とする。
【０００８】また、レーザ光の吸収を利用して混合気中
のガスの濃度を測定すると同時に熱線の電気抵抗値から
ガス流速を測定する装置において、レーザ光を混合気流
中の一定距離通過させるための光路を備えて混合気流中
に挿入されるガス濃度測定プローブと、前記光路内に配
置された熱線を含むガス流速測定プローブとを具備する
ことを特徴とする。
のガスの濃度を測定すると同時に熱線の電気抵抗値から
ガス流速を測定する装置において、レーザ光を混合気流
中の一定距離通過させるための光路を備えて混合気流中
に挿入されるガス濃度測定プローブと、前記光路内に配
置された熱線を含むガス流速測定プローブとを具備する
ことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明のガス濃度・流速同時測定装置は光吸収
法によるガス濃度測定プローブと熱線流速計を組み合わ
せたものであるから、高応答性を有し、簡便に混合気中
の必要な局所に搬入してガス濃度・流速を瞬時に正確に
測定することができ、コストが安価であり、またレーザ
光と電流が測定プローブ内を往復するので測定効率が良
好である。
法によるガス濃度測定プローブと熱線流速計を組み合わ
せたものであるから、高応答性を有し、簡便に混合気中
の必要な局所に搬入してガス濃度・流速を瞬時に正確に
測定することができ、コストが安価であり、またレーザ
光と電流が測定プローブ内を往復するので測定効率が良
好である。
【００１０】
【実施例】本発明を実施例について説明する。
【００１１】図１は本発明のガス濃度・流速同時測定装
置の概略構成を示す断面図である。本発明のガス濃度・
流速同時測定装置の主要部をなす濃度測定プローブ１１
は例えばステンレススチールからなる管状のガイド部材
１２と、これに連結した補助部材１３からなり、全体的
にプローブ形状である。このような形状は混合気流中に
差し込むのに便利である。ガイド部材１２の先端にミラ
ーまたはプリズム１４が固定されている。
置の概略構成を示す断面図である。本発明のガス濃度・
流速同時測定装置の主要部をなす濃度測定プローブ１１
は例えばステンレススチールからなる管状のガイド部材
１２と、これに連結した補助部材１３からなり、全体的
にプローブ形状である。このような形状は混合気流中に
差し込むのに便利である。ガイド部材１２の先端にミラ
ーまたはプリズム１４が固定されている。
【００１２】ミラーまたはプリズム１４に対面するガイ
ド部材１２の壁に例えばフッ化マグネシウム製の窓１６
があけられている。ガイド部材１２のミラーまたはプリ
ズム１４と対面して補助部材１３にミラー１５が取付け
られている。ガイド部材１２と補助部材１３のミラー１
５の表面は光路Ｌ離れていて、ここをレーザ光が往復す
る。この光路Ｌに混合気流が流入する。前記光路Ｌは例
えばガイド部材１２と補助部材１３との連結をねじ等に
より調節自在にすることにより、ガスの種類に対応した
最適の濃度測定を行う寸法にすることができる。
ド部材１２の壁に例えばフッ化マグネシウム製の窓１６
があけられている。ガイド部材１２のミラーまたはプリ
ズム１４と対面して補助部材１３にミラー１５が取付け
られている。ガイド部材１２と補助部材１３のミラー１
５の表面は光路Ｌ離れていて、ここをレーザ光が往復す
る。この光路Ｌに混合気流が流入する。前記光路Ｌは例
えばガイド部材１２と補助部材１３との連結をねじ等に
より調節自在にすることにより、ガスの種類に対応した
最適の濃度測定を行う寸法にすることができる。
【００１３】測定プローブ１１のガイド部材１２の後方
にハーフミラー１８、さらにその後方にレーザ光源１７
例えばＨｅーＮｅレーザが配置され、該レーザ光源１７
から出たレーザ光１０がハーフミラー１８を通り抜け、
ガイド部材１２の中をその長手方向に通過して先端のミ
ラーまたはプリズム１４に達し、ここで９０度方向転換
して窓１６を通り抜け、上述の光路Ｌを通過して、補助
部材１３のミラー１５に入射するように構成されてい
る。
にハーフミラー１８、さらにその後方にレーザ光源１７
例えばＨｅーＮｅレーザが配置され、該レーザ光源１７
から出たレーザ光１０がハーフミラー１８を通り抜け、
ガイド部材１２の中をその長手方向に通過して先端のミ
ラーまたはプリズム１４に達し、ここで９０度方向転換
して窓１６を通り抜け、上述の光路Ｌを通過して、補助
部材１３のミラー１５に入射するように構成されてい
る。
【００１４】レーザ光１０はミラー１５で反射され、も
と来た路をたどってプリズム１４に再入射し、ここで９
０度方向を変えてガイド部材１２の中をその長手方向に
逆行し、前記ハーフミラーで９０度方向を変えて光セン
サー１９に入射する。
と来た路をたどってプリズム１４に再入射し、ここで９
０度方向を変えてガイド部材１２の中をその長手方向に
逆行し、前記ハーフミラーで９０度方向を変えて光セン
サー１９に入射する。
【００１５】したがって、レーザ光１０は上記光路Ｌに
存在する混合気を往復通過し、この時混合気中のガスに
吸収されて後光センサー１９に入りその強度を測定され
る。光センサーは例えばＡＣアンプ内蔵の電子冷却型Ｍ
ＣＴ素子、またはＤＣ出力が得られかつ測定感度の高い
液体窒素冷却のＩｎＳｂ光起電力型素子を使用する。
前述の濃度測定プローブ１１の窓１６と補助部材１３の
ミラー１５の間の光路Ｌの中に細い金属の熱線３が配置
されている。すなわち、熱線３は濃度測定プローブ１１
の補助部材１３に固定されている流速測定プローブ１の
支柱２、２の先端に張られている。この熱線３は、流速
測定プローブ１の後方に配置され且つ流速測定プローブ
１に可撓電線により接続された熱線流速計４の電気回路
の一部を構成している。
存在する混合気を往復通過し、この時混合気中のガスに
吸収されて後光センサー１９に入りその強度を測定され
る。光センサーは例えばＡＣアンプ内蔵の電子冷却型Ｍ
ＣＴ素子、またはＤＣ出力が得られかつ測定感度の高い
液体窒素冷却のＩｎＳｂ光起電力型素子を使用する。
前述の濃度測定プローブ１１の窓１６と補助部材１３の
ミラー１５の間の光路Ｌの中に細い金属の熱線３が配置
されている。すなわち、熱線３は濃度測定プローブ１１
の補助部材１３に固定されている流速測定プローブ１の
支柱２、２の先端に張られている。この熱線３は、流速
測定プローブ１の後方に配置され且つ流速測定プローブ
１に可撓電線により接続された熱線流速計４の電気回路
の一部を構成している。
【００１６】上記構成になる本発明のガス濃度・流速同
時測定装置は次のように操作される。 （１）本発明のガス濃度・流速同時測定装置を例えば燃
焼炉の混合気流の中に挿入する。 （２）レーザ光源１７をオンにすれば、ここから射出さ
れたレーザ光１０が濃度測定プローブ１１のガイド部材
１２の内部を長手方向に通ってミラーまたはプリズム１
４に入射する。 （３）ミラーまたはプリズム１４により反射されたレー
ザ光１０がガイド部材１２の窓１６を通り、光路Ｌの混
合気中を通り、補助部材１３のミラー１５に入射する。
このミラー１５により反射されたレーザ光１０は往路を
バックしてハーフミラー１８に達し、ここで反射して光
センサー１９に入射する。
時測定装置は次のように操作される。 （１）本発明のガス濃度・流速同時測定装置を例えば燃
焼炉の混合気流の中に挿入する。 （２）レーザ光源１７をオンにすれば、ここから射出さ
れたレーザ光１０が濃度測定プローブ１１のガイド部材
１２の内部を長手方向に通ってミラーまたはプリズム１
４に入射する。 （３）ミラーまたはプリズム１４により反射されたレー
ザ光１０がガイド部材１２の窓１６を通り、光路Ｌの混
合気中を通り、補助部材１３のミラー１５に入射する。
このミラー１５により反射されたレーザ光１０は往路を
バックしてハーフミラー１８に達し、ここで反射して光
センサー１９に入射する。
【００１７】このように操作することにより、レーザ光
１０が混合気中を通るときにその中の例えばメタンガス
に吸収されるので、混合気を通過後の弱くなったレーザ
光１０の強度を光センサー１９により電圧で検出してメ
タンガスの濃度を測定することができる。このような光
吸収法によるガス濃度の測定は混合気中の２流体の熱伝
導率の差が小さくても正確に行える特徴がある。この
点、従来の熱線濃度計では混合気中の２流体の熱伝導率
の差を利用していたので、熱伝導率の差が小さい場合は
測定が不正確であった。
１０が混合気中を通るときにその中の例えばメタンガス
に吸収されるので、混合気を通過後の弱くなったレーザ
光１０の強度を光センサー１９により電圧で検出してメ
タンガスの濃度を測定することができる。このような光
吸収法によるガス濃度の測定は混合気中の２流体の熱伝
導率の差が小さくても正確に行える特徴がある。この
点、従来の熱線濃度計では混合気中の２流体の熱伝導率
の差を利用していたので、熱伝導率の差が小さい場合は
測定が不正確であった。
【００１８】ガスの流速測定は次のようにして行われ
る。
る。
【００１９】レーザ光１０が光路Ｌを往復している時
に、この光路Ｌの中に配置されている熱線流速計の原理
は例えば定温度型熱線流速計では、熱線３の温度が常に
同じになるように流速に応じて熱線流速計４のブリッジ
電圧が変化するような仕組みになっている。しかし、こ
の場合は流体の熱伝導率が一定の時にのみ有効であり、
混合気体の濃度が変化するような場では正しい流速は測
定できない。
に、この光路Ｌの中に配置されている熱線流速計の原理
は例えば定温度型熱線流速計では、熱線３の温度が常に
同じになるように流速に応じて熱線流速計４のブリッジ
電圧が変化するような仕組みになっている。しかし、こ
の場合は流体の熱伝導率が一定の時にのみ有効であり、
混合気体の濃度が変化するような場では正しい流速は測
定できない。
【００２０】ところが、混合気の熱伝導率はその組成が
わかれば一意に決定する。本測定法ではこれを利用し
た。即ち、濃度と熱線流速計のブリッジ電圧を同時に測
定し、この電圧をその時の濃度によって補正することで
正確な流速を測定することができる。
わかれば一意に決定する。本測定法ではこれを利用し
た。即ち、濃度と熱線流速計のブリッジ電圧を同時に測
定し、この電圧をその時の濃度によって補正することで
正確な流速を測定することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス濃度
・流速同時測定装置はレーザ光が細長い濃度測定プロー
ブ内の同じ光路を往復し、その途中の一定長さの狭い光
路で２回混合気に接触し、その中のガスに吸収されて後
に、その強度を光センサーにより検出するように構成
し、且つこの光路に配置した流速測定プローブの熱線の
温度を熱線流量計で検知するように構成したので、構造
簡単で軽量であるため製作容易で運搬や取扱が便利で、
コストも低廉であり、濃度測定手段としてレーザ光を使
用するので濃度測定が正確となり、応答性が高く、ガス
と空気のかたまりの混合気流中のいかなる小さい点、狭
い局所においてもガスの濃度及び流速を同時に簡便に瞬
時に測定判別することができ、さらに測定における空間
分解能を２倍に向上させることができると言う優れた効
果が得られる。
・流速同時測定装置はレーザ光が細長い濃度測定プロー
ブ内の同じ光路を往復し、その途中の一定長さの狭い光
路で２回混合気に接触し、その中のガスに吸収されて後
に、その強度を光センサーにより検出するように構成
し、且つこの光路に配置した流速測定プローブの熱線の
温度を熱線流量計で検知するように構成したので、構造
簡単で軽量であるため製作容易で運搬や取扱が便利で、
コストも低廉であり、濃度測定手段としてレーザ光を使
用するので濃度測定が正確となり、応答性が高く、ガス
と空気のかたまりの混合気流中のいかなる小さい点、狭
い局所においてもガスの濃度及び流速を同時に簡便に瞬
時に測定判別することができ、さらに測定における空間
分解能を２倍に向上させることができると言う優れた効
果が得られる。
【図１】本発明のガス濃度測定装置の概略構成を示す断
面図である。
面図である。
１ 流速測定プローブ ３ 熱線 １０ レーザ光 １１ 濃度測定プローブ Ｌ 光路
Claims (2)
- 【請求項１】 混合気流中の一定距離を通過したレーザ
光から光センサーにより混合気流中のガス濃度を測定
し、同時に前記一定距離内に配置された熱線の電気抵抗
値から混合気流中のガス流速を測定することを特徴とす
るガスの濃度・流速を同時に測定する方法。 - 【請求項２】 レーザ光の吸収を利用して混合気中のガ
スの濃度を測定すると同時に熱線の電気抵抗値からガス
流速を測定する装置において、 レーザ光を混合気流中の一定距離通過させるための光路
を備えて混合気流中に挿入されるガス濃度測定プローブ
と、前記光路内に配置された熱線を含むガス流速測定プ
ローブとを具備することを特徴とするガスの濃度・流速
を同時に測定する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11230893A JP3205427B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | ガスの濃度・流速を同時に測定する方法並びに装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11230893A JP3205427B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | ガスの濃度・流速を同時に測定する方法並びに装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300686A JPH06300686A (ja) | 1994-10-28 |
| JP3205427B2 true JP3205427B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=14583427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11230893A Expired - Fee Related JP3205427B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | ガスの濃度・流速を同時に測定する方法並びに装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3205427B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013085081A1 (ko) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Park Jeong Ik | 가스 배출량 측정 장치 및 그 방법 |
-
1993
- 1993-04-15 JP JP11230893A patent/JP3205427B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06300686A (ja) | 1994-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010619 |
|
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