JP3278672B2 - 熱伝導検出器 - Google Patents
熱伝導検出器Info
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- JP3278672B2 JP3278672B2 JP24144792A JP24144792A JP3278672B2 JP 3278672 B2 JP3278672 B2 JP 3278672B2 JP 24144792 A JP24144792 A JP 24144792A JP 24144792 A JP24144792 A JP 24144792A JP 3278672 B2 JP3278672 B2 JP 3278672B2
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- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 11
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】サンプルガスを検出する際に使用
される従来の熱伝導率検出器は通常の場合、ブリッジ形
の２個のセンサを使用している。両センサとも定温炉内
に封入されている。同センサは例えばその抵抗がその温
度の関数として変化するサーミスタや高温線といったタ
イプのものである。２個のセンサは同一の電気特性を有
するように工場において同一形にマッチさせるのが理想
である。
される従来の熱伝導率検出器は通常の場合、ブリッジ形
の２個のセンサを使用している。両センサとも定温炉内
に封入されている。同センサは例えばその抵抗がその温
度の関数として変化するサーミスタや高温線といったタ
イプのものである。２個のセンサは同一の電気特性を有
するように工場において同一形にマッチさせるのが理想
である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】これら検出器は以下の
ように動作する。即ち、キャリアガス（例えば、ヘリウ
ム、アルゴン等）がサーミスタ（又は高温線）を含む個
々のセルをほぼ一定の速度で貫流する。これらの条件の
下にブリッジ平衡が確立される。次に、分折すべきサン
プルがブリッジの“サンプル”又は“センサ”側として
識別される一方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内
に導入される。ブリッジの“基準”側として識別される
他方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内へはサンプ
ルは導入されない。前記サンプルはガス状をしていて、
固体サンプルの燃焼により生成した副産物であるのが普
通である。サンプルガスの混合物はキャリアガスよりも
高い（又は低い）熱伝導率を有する。“サンプル”サー
ミスタ上を通るガス混合物の熱伝導率のこの変化によっ
てサーミスタの温度は熱損失（又は利得）によって変化
し、その抵抗が変化する。“基準”サーミスタの抵抗は
一定のままであるから、ブリッジは不平衡状態になり、
一定の電圧信号が発生する。この信号は適当な電子回路
によって増幅することができる。最後に、その構成成分
とその重量比が既知のサンプルを使用して装置を較正す
る。
ように動作する。即ち、キャリアガス（例えば、ヘリウ
ム、アルゴン等）がサーミスタ（又は高温線）を含む個
々のセルをほぼ一定の速度で貫流する。これらの条件の
下にブリッジ平衡が確立される。次に、分折すべきサン
プルがブリッジの“サンプル”又は“センサ”側として
識別される一方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内
に導入される。ブリッジの“基準”側として識別される
他方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内へはサンプ
ルは導入されない。前記サンプルはガス状をしていて、
固体サンプルの燃焼により生成した副産物であるのが普
通である。サンプルガスの混合物はキャリアガスよりも
高い（又は低い）熱伝導率を有する。“サンプル”サー
ミスタ上を通るガス混合物の熱伝導率のこの変化によっ
てサーミスタの温度は熱損失（又は利得）によって変化
し、その抵抗が変化する。“基準”サーミスタの抵抗は
一定のままであるから、ブリッジは不平衡状態になり、
一定の電圧信号が発生する。この信号は適当な電子回路
によって増幅することができる。最後に、その構成成分
とその重量比が既知のサンプルを使用して装置を較正す
る。
【０００３】同一の電気特性を有するようにセンサを整
合させることは費用が高くつき、完全に実現することは
殆んど不可能である。これらのセンサは室温と作業温度
におけるオーム抵抗や、オフセット、即ち、作業温度に
おける抵抗の差、およびドリフト、即ち、時間と共に発
生する抵抗の変化を含めて幾つかのパラメータに対して
平衡させなければならないから、所要平衡を確保するに
要するテストは、検出器が完全に組立てられるまで欠陥
を発見できないようなドリフトのような場合には特に相
当な費用がかかることになる。
合させることは費用が高くつき、完全に実現することは
殆んど不可能である。これらのセンサは室温と作業温度
におけるオーム抵抗や、オフセット、即ち、作業温度に
おける抵抗の差、およびドリフト、即ち、時間と共に発
生する抵抗の変化を含めて幾つかのパラメータに対して
平衡させなければならないから、所要平衡を確保するに
要するテストは、検出器が完全に組立てられるまで欠陥
を発見できないようなドリフトのような場合には特に相
当な費用がかかることになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点はセンサを一
個使用して先に必要だったセンサに代えて可変抵抗を使
用することによって事実上除去することができる。本発
明を実施する際、センサを担うホィートストーンブリッ
ジ回路のアームが定温炉内に封入されるブリッジ回路の
唯一の部品である。基準アーム、即ち、可変抵抗を含む
アームが炉内に配置される。運転中、キャリアガスは炉
内のセンサ上を流れる。可変抵抗はブリッジからの電圧
出力がゼロか、他の許容値となるまで変化する。その
後、サンプルガスを導入してキャリアガスと混合させ
る。キャリアガスからの混合体の熱伝導率の変化はサン
プルを表現する。このため、ブリッジは不平衡状態とな
り、ブリッジ出力信号はサンプルを表示するようにな
る。
個使用して先に必要だったセンサに代えて可変抵抗を使
用することによって事実上除去することができる。本発
明を実施する際、センサを担うホィートストーンブリッ
ジ回路のアームが定温炉内に封入されるブリッジ回路の
唯一の部品である。基準アーム、即ち、可変抵抗を含む
アームが炉内に配置される。運転中、キャリアガスは炉
内のセンサ上を流れる。可変抵抗はブリッジからの電圧
出力がゼロか、他の許容値となるまで変化する。その
後、サンプルガスを導入してキャリアガスと混合させ
る。キャリアガスからの混合体の熱伝導率の変化はサン
プルを表現する。このため、ブリッジは不平衡状態とな
り、ブリッジ出力信号はサンプルを表示するようにな
る。
【０００５】
【実施例】図面を見ると、本発明の一素子熱伝導度検出
器１０が示されている。同検出器１０は全体としてホィ
ートストーンブリッジ構成１１より構成される。ホィー
トストーンブリッジ１１は値の等しい抵抗Ｒ1 とＲ2 を
含むアームより構成される。これらの抵抗はバッテリー
１２や被調節ＤＣ電源のようなＤＣ電源のプラス側に接
続された一点に接続される。ブリッジ回路１１の残りの
２本のアームは可変抵抗ＲV とセンサＲS より成る。実
際例ではセンサＲS はサーミスタより構成するが、その
抵抗が温度と共に変化するものであればどのような等価
的センサであってもよい。可変抵抗ＲV とセンサＲS の
接合部はＤＣ電源１２のマイナス側へ接続する。抵抗Ｒ
1 とセンサＲS の接合部は出力端子１３へ接続する一
方、抵抗Ｒ2 と可変抵抗ＲV の接合部は出力端子１４へ
接続する。出力端子１３と１４はボルト計又は任意の同
様の検出器へ接続し、装置の出力電圧を判断する。
器１０が示されている。同検出器１０は全体としてホィ
ートストーンブリッジ構成１１より構成される。ホィー
トストーンブリッジ１１は値の等しい抵抗Ｒ1 とＲ2 を
含むアームより構成される。これらの抵抗はバッテリー
１２や被調節ＤＣ電源のようなＤＣ電源のプラス側に接
続された一点に接続される。ブリッジ回路１１の残りの
２本のアームは可変抵抗ＲV とセンサＲS より成る。実
際例ではセンサＲS はサーミスタより構成するが、その
抵抗が温度と共に変化するものであればどのような等価
的センサであってもよい。可変抵抗ＲV とセンサＲS の
接合部はＤＣ電源１２のマイナス側へ接続する。抵抗Ｒ
1 とセンサＲS の接合部は出力端子１３へ接続する一
方、抵抗Ｒ2 と可変抵抗ＲV の接合部は出力端子１４へ
接続する。出力端子１３と１４はボルト計又は任意の同
様の検出器へ接続し、装置の出力電圧を判断する。
【０００６】検出器のセル１５はセンサＲS を包囲す
る。検出器セル１５は炉１６内に封入する。検出器セル
１５は比較的小さな容積を包囲するが、入力管１７と出
力管１８を備え、ガスを検出器セル内外へ搬出入する。
ヘリウムの場合、サーミスタの抵抗は８５°でほぼ３０
００〜３５００オームとなろう。アルゴンの場合には、
サーミスタの抵抗は８２°でほぼ１５００オームとなろ
う。抵抗Ｒ1 とＲ2 とは例えば、３６００オームとなろ
う。
る。検出器セル１５は炉１６内に封入する。検出器セル
１５は比較的小さな容積を包囲するが、入力管１７と出
力管１８を備え、ガスを検出器セル内外へ搬出入する。
ヘリウムの場合、サーミスタの抵抗は８５°でほぼ３０
００〜３５００オームとなろう。アルゴンの場合には、
サーミスタの抵抗は８２°でほぼ１５００オームとなろ
う。抵抗Ｒ1 とＲ2 とは例えば、３６００オームとなろ
う。
【０００７】本発明の原理はガスの熱伝導性に基づいて
いる。ガスの熱伝導率はそれぞれ異なるため、サンプル
を識別するために一つのガスの熱伝導率を正確に測定す
る。運転中、キャリアガスが検出器セル１５内に導入さ
れ、そこでキャリアガスはセンサＲS （上記の如く、サ
ーミスタでよい）を浸漬する。炉１６はたとえば８２℃
の一定温度に維持されるため、サーミスタの抵抗はじき
に安定状態に達する。この時点で、抵抗ＲV は、ブリッ
ジが平衡するまで、即ち、出力端子１３と１４における
電位がゼロ又はその附近の値になるまで変化する。ブリ
ッジが平衡状態に達すると、サンプルガスがキャリアガ
スと共に検出器セル１５内へ導入される。このためブリ
ッジは不平衡状態となり、熱伝導率の変化に惹起される
不平衡の度合は出力端子１３と１４で信号により表示さ
れる。この信号はサンプルガスを表わし、表示器内へ入
力されサンプルガスを識別する。
いる。ガスの熱伝導率はそれぞれ異なるため、サンプル
を識別するために一つのガスの熱伝導率を正確に測定す
る。運転中、キャリアガスが検出器セル１５内に導入さ
れ、そこでキャリアガスはセンサＲS （上記の如く、サ
ーミスタでよい）を浸漬する。炉１６はたとえば８２℃
の一定温度に維持されるため、サーミスタの抵抗はじき
に安定状態に達する。この時点で、抵抗ＲV は、ブリッ
ジが平衡するまで、即ち、出力端子１３と１４における
電位がゼロ又はその附近の値になるまで変化する。ブリ
ッジが平衡状態に達すると、サンプルガスがキャリアガ
スと共に検出器セル１５内へ導入される。このためブリ
ッジは不平衡状態となり、熱伝導率の変化に惹起される
不平衡の度合は出力端子１３と１４で信号により表示さ
れる。この信号はサンプルガスを表わし、表示器内へ入
力されサンプルガスを識別する。
【０００８】
【効果】上記の一素子熱伝導率検出器の利点は以下の通
りである。 １．サーミスタを一個しか使用しないため、部品費や、
部品テスト（事実上無し）、検出器取付、総制作費や、
計器一式の最終テストにおける相当な節約が達成でき
る。その結果、装置の簡単さと、部品数の減少によって
計器の信頼性は向上する。
りである。 １．サーミスタを一個しか使用しないため、部品費や、
部品テスト（事実上無し）、検出器取付、総制作費や、
計器一式の最終テストにおける相当な節約が達成でき
る。その結果、装置の簡単さと、部品数の減少によって
計器の信頼性は向上する。
【０００９】２．サーミスタの売り手は最早、ペア部品
どうしをマッチさせる必要がないから、費用の減少と共
に製品の不合格割合も少なくなる。 ３．外部の可変抵抗は、抵抗仕様範囲内にあるどんなサ
ーミスタの場合にも高速、かつ容易に粗いブリッジ平衡
を可能にすることができる。この場合にはサーミスタは
２５℃で１００，０００オーム±１５％となる。精密な
平衡状態を達成するには従来の外部回路を追加すること
が必要になる。
どうしをマッチさせる必要がないから、費用の減少と共
に製品の不合格割合も少なくなる。 ３．外部の可変抵抗は、抵抗仕様範囲内にあるどんなサ
ーミスタの場合にも高速、かつ容易に粗いブリッジ平衡
を可能にすることができる。この場合にはサーミスタは
２５℃で１００，０００オーム±１５％となる。精密な
平衡状態を達成するには従来の外部回路を追加すること
が必要になる。
【図１】本発明の概略図である。
１０ 熱伝導率検出器 １１ ホィートストンブリッジ Ｒ1 ，Ｒ2 抵抗 １３，１４ 出力端子 １５ 検出器セル １６ 炉 ＲS センサ ＲV 可変抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−91297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−47246（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−126293（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−61561（ＪＰ，Ｕ) 特表 平１−501096（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 G01N 25/00 - 25/72
Claims (5)
- 【請求項１】 第１、第２、第３および第４のアームを
備えており、前記第１のアームおよび前記第２のアーム
の各々の一端が第１の接合部に接続され、前記第３のア
ームおよび前記第４のアームの各々の一端が第２の接合
部に接続され、前記第１のアームおよび前記第２のアー
ムの他端がそれぞれ第３の接合部および第４の接合部で
前記第３のアームおよび前記第４のアームの他端に接続
され、前記第１のアームおよび前記第２のアームが値の
等しい抵抗を有し、前記第３のアームが感熱抵抗を有
し、前記第４のアームが可変抵抗を有する手段と、前記 第１および第２の接合部全体に電圧を印加する手段
と、前記 第３および第４の接合部に接続される出力端子手段
と、前記感熱抵抗を包囲する検出器セルと、 前記検出器セル内のガスを所定温度に維持するために該
検出器セルを包囲する炉と、 を備え、 前記可変抵抗が、前記炉の外に配置されており、 前記出
力端子手段上の信号が前記ガスの熱伝導率を表わすこと
を特徴とする熱伝導率検出器。 - 【請求項２】 前記検出器セルが、前記感熱抵抗を前記
ガスに浸漬するために該検出セルの内外へ該ガスを循環
させる進入退出管を更に備えることを特徴とする請求項
１に記載の熱伝導率検出器。 - 【請求項３】 キャリアガスが前記検出器セル内を循環
するときに、前記出力端子手段上の信号がゼロになるよ
うに前記第４のアームにおける可変抵抗を変化させるこ
とにより、 サンプルガスが前記キャリアガスと混合されたときに、
これらガスの熱伝導率が前記出力端子手段上に前記サン
プルガスの識別を示す信号として現われることを特徴と
する請求項１または２に記載の熱伝導率検出器。 - 【請求項４】 前記感熱抵抗がサーミスタであることを
特徴とする請求項１、２または３に記載の熱伝導率検出
器。 - 【請求項５】 前記感熱抵抗が熱線であることを特徴と
する請求項１、２または３に記載の熱伝導率検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07-748-588 | 1991-08-22 | ||
| US07/748,588 US5265459A (en) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | Single-element thermal conductivity detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223771A JPH05223771A (ja) | 1993-08-31 |
| JP3278672B2 true JP3278672B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=25010088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24144792A Expired - Lifetime JP3278672B2 (ja) | 1991-08-22 | 1992-08-19 | 熱伝導検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5265459A (ja) |
| EP (1) | EP0529295B1 (ja) |
| JP (1) | JP3278672B2 (ja) |
| DE (1) | DE69226833T2 (ja) |
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| IT1312311B1 (it) * | 1999-05-07 | 2002-04-15 | Thermoquest Italia Spa | Dispositivo per la misurazione della conducibilita' termica di unfluido |
| DE19949327A1 (de) * | 1999-10-13 | 2001-04-19 | Grunewald Axel Ulrich | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch |
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| US7213439B2 (en) * | 2005-03-28 | 2007-05-08 | Wyatt Technology Corporation | Automatic bridge balancing means and method for a capillary bridge viscometer |
| WO2007028130A2 (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-08 | Abb Inc. | Modular gas chromatograph |
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| US8302459B2 (en) * | 2009-03-27 | 2012-11-06 | Horiba, Ltd. | Thermal conductivity sensor |
| WO2010121222A1 (en) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Ametek Ameron, Llc | Gas monitoring system for determining a concentration of gas |
| US9116160B2 (en) * | 2009-11-25 | 2015-08-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and arrangement for gas chromatographic analysis of a gas sample |
| JP5779130B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2015-09-16 | アズビル株式会社 | 発電システム及びガス測定システム |
| US9168407B2 (en) | 2013-08-30 | 2015-10-27 | Ametek Ameron, Llc | Calibration module and remote test sequence unit |
| JP2017166826A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| JP6729197B2 (ja) * | 2016-09-01 | 2020-07-22 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| CN110426423B (zh) * | 2019-08-08 | 2022-05-27 | 李琦 | 一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US2279231A (en) * | 1939-09-15 | 1942-04-07 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Method and apparatus for determining the carbon pressure of gases |
| NL83787C (ja) * | 1951-03-08 | |||
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1992
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