JP3326715B2 - ガス分析計 - Google Patents
ガス分析計Info
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Description
量を測定するガス分析計に関する。
量計には、制御性向上のため高速応答が求められてい
る。従来からこの用途に用いられてきた燃焼式熱量計や
ガス密度式熱量計が用いられている。この従来より用い
られている燃焼式の熱量計では、実際に被測定ガスを燃
焼させて測定をするものである。このため、不燃成分の
影響を受けないという利点を持つ。しかし、ある媒体を
介してその温度変化を持って検出出力としているため、
機器自体の応答が遅いだけでなく、都市ガス製造工程か
ら離れて空調完備の領域への設置が必要となる。このた
め、被測定ガスのサンプリング遅れを発生させ、無駄時
間の増大が制御性の向上に限界を生じさせていた。
動子を加振させ、その振動数が振動子と接触するガスの
密度に応じて変化するのをとらえるものである。このた
め、上述した燃焼式のものに比較して、ガス密度式熱量
計は、ガスを燃やさずに熱量の測定が可能であり、機器
単体の応答が早いという利点がある。しかしながら、こ
のガス密度式の熱量計は、磁気歪み振動子などから構成
されるセンサ部分の測定系が大きくなってしまい、外乱
を受けやすいものとなっている。また、熱量測定のため
などに、ガス分析を行うときに、測定する物理量を正確
に計るためには、その物理量の変数となる温度や圧力を
安定させた条件下で測定する必要がある。この測定系の
安定性を確保する1つには、いかに測定系を小さくする
かがある。上述したガス密度式の熱量計においては、こ
の正確な測定のために測定系を小さくする点において不
利である。
ス分析計による熱量測定では、連続測定が可能で高速応
答性に優れ、測定系を小さくできる等、有利な点が多
い。この熱伝導率式のガス分析計は、測定対象のガスの
熱伝導率を測定する熱伝導率測定手段と、測定対象のガ
スの熱伝導率と発熱量の関係を用い、測定したガスの熱
伝導率よりガスの発熱量を算出する熱量算出手段とから
構成されている。ここで、熱伝導率測定手段は、例え
ば、所定の温度に定温度駆動された発熱抵抗体に熱が伝
導する状態で測定対象のガスを流したときの、その発熱
抵抗体がその発熱温度を一定にしようとするために変動
する印加電圧の変化により、ガスの熱伝導率を測定する
ものである。また、熱量検出手段は、例えば測定対象が
天然ガスの場合、熱伝導率と発熱量の関係を、発熱量=
−549.7×熱伝導率+35562.9と一次式で近
似し、この近似式を用いて測定したガスの熱伝導率より
ガスの発熱量を算出するようにしている。
関して簡単に説明すると、図2に示すように、まず、L
NG(Liquefied Natural Gas)貯槽201よりポンプ
202によりLNGを取り出し、LNG気化器203に
より気化する。また、LPG(Liquefied Petroleum Ga
s)貯槽204よりポンプ205によりLPGを取り出
し、LPG気化器206により気化する。そして、気化
したそれぞれのガスを熱量調節部207で混合し、ライ
ン208,供給ライン209を介してユーザに供給す
る。ここで、熱量調節部207では、ライン208より
分取した都市ガスの熱量を熱量測定部210で測定し、
その測定結果が所定の値となるように、ガス混合比など
を調節している。
来の熱伝導率式のガス分析計による都市ガスなどの熱量
測定では、大気程度の圧力範囲では、多少の圧力変動が
あっても熱伝導率の測定結果がほとんど変動しない。し
たがって、測定器から排出される測定されたガスが、大
気中に排出されるいわゆる大気解放の状態で用いている
限り、測定対象のガスの圧力変動の影響を受け難くいも
のとなっている。しかしながら、この熱量測定を、都市
ガス製造において用いる場合、大気解放状態で使用でき
ず、熱量測定結果がガスの変動の影響を受けてしまう場
合がある。
ライン208は、例えば7kgw/cm3 程度の中圧状
態となっている。そして、熱量を測定した都市ガスを廃
棄せずに製品として用いる場合、測定された都市ガス
は、所定の圧力(背圧)がかかった状態の供給ライン2
09に排出されるものとなる。この場合、熱量測定部2
10の測定系においては、1気圧以上の高圧状態となっ
ている。その結果、測定ガスをサンプリングするライン
208に圧力変動があれば、熱量測定結果に誤差が発生
し、算出した熱量も誤差を含んだものとなる。例えば、
1気圧以上の高圧下の熱伝導率式のガス分析計による熱
量測定において、測定系の内部圧力が上昇すると、測定
した熱伝導率の値も大きく変動して正確な値より高いも
のとなる。そして、算出された熱量が実際よりも低い値
となる。
たように、この熱量測定結果を基にして、製造している
都市ガスの熱量が一定となるように、混合ガスの比率を
制御している。したがって、熱量測定結果に誤差が含ま
れていると、熱量を一定とした都市ガスを製造供給でき
なくなる。例えば、測定対象のガスを分取するライン2
08の圧力が0.1kgw/cm3 上昇すると、この結
果、熱量測定部210の測定系の圧力も同様に上昇し、
熱量測定結果は約10Kcal少なく算出されてしま
う。したがって、ライン208の圧力が0.1kgw/
cm3 上昇すると、熱量調節部207では通常よりも熱
量が10kcal低い都市ガスを製造してしまうことに
なる。
るためになされたものであり、測定対象のガスの圧力が
変動しても、より精度よく熱量が測定できるようにする
ことを目的とする。
は、測定対象のガスが導入されるガス給送路と、そのガ
ス給送路内に配置してガスの圧力を検出する圧力検出手
段と、ガス給送路内に配置されガスの熱伝導率を測定す
る熱伝導率測定手段と、この熱伝導率測定手段が測定し
たガスの熱伝導率によりガス給送路内のガスの熱量を求
める熱量算出手段とを備え、熱量算出手段は、求めた熱
量を圧力検出手段が検出した圧力により補正するように
した。以上のように構成したので、ガス給送路における
給送されているガスの圧力が変動したことにより熱量算
出結果が変化しても、検出した圧力により補正した結果
は、ガスの種類によって一定となる。
参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態にお
けるガス分析計の概略構成を示す構成図である。このガ
ス分析計は、測温抵抗体101と圧力センサ102とが
熱量測定対象のガスの給送路103に配置され、また、
給送路103が形成されている内容器104aにはヒー
タ105が配置され、外容器104bとの組み合わせに
より恒温槽104を構成している。そして、測温抵抗体
101は、ダイヤフラム部106を介して給送路103
のチャンバ107を通過するガスと触れるように構成さ
れている。また、給送路103にはガス導入口103a
より測定対象のガスが導入され、そのガスはガス排出口
103bより排出される。
イヤフラム部106上においては、図1(b)に示すよ
うに、測温抵抗体101には抵抗R1,R2,R3が接
続してブリッジ回路を構成している。また、抵抗R1と
測温抵抗体101の節点および抵抗R2と抵抗R3の節
点に比較器110が接続し、その比較器110の出力が
抵抗R1と抵抗R3の節点に入力されている。そして、
そのブリッジ回路と比較器110からなる回路により、
測温抵抗体101の温度が常に一定となるように電流制
御がなされている。これらによって測温抵抗体101の
発熱温度が一定に保たれるようにされ、その結果変化す
る電圧Vにより、熱伝導率算出部111は測温抵抗体1
01を通過した測定対象ガスの熱伝導率を算出するよう
にしている。
る。測定対象ガスが測温抵抗体101に給送されると、
そのガスの熱伝導率に比例した熱を測温抵抗体101よ
り奪う。これにより、常に一定温度にしておこうとする
測温抵抗体101の発熱温度TRhが変化し、その抵抗値
Rhが変化する。このとき、抵抗R1と測温抵抗体10
1との接続点に生ずる電圧は、出力電圧Vとして比較器
110の反転入力へ与えられる。一方、抵抗R3とR2
との接続点に生ずる電圧は、比較器110の反転入力へ
与えられる。そして、測温抵抗体101の温度変化が、
出力電圧Vの変化ΔVとして検出される。
の変化ΔVに基づいて、測温抵抗体101へ流れる電流
iを制御し、測温抵抗体101の抵抗値Rhを一定(R
h=(R1×R2)/R3)に保つ。これにより、出力
電圧Vが変化して測温抵抗体101の発熱温度TRhが一
定に保たれる。測温抵抗体101の発熱温度TRhが一定
に保たれることは、下記(1)式を見ても分かる。すな
わち、測温抵抗体101は白金薄膜抵抗体であり、その
抵抗値Rhは(1)式で示され、測温抵抗体101の抵
抗値Rhを一定に制御すれば、同時に発熱温度TRhも一
定に保たれる。 Rh=Rh20{1+α20・(TRh−20)+β20・(TRh−20)2 } ・・・(1) なお、(1)式において、Rh20は20℃における測温
抵抗体101の抵抗値(Ω)、α20は20℃における測
温抵抗体101の1次抵抗温度係数、β20は20℃にお
ける測温抵抗体101の2次抵抗温度係数である。
る熱量QT は、下記(2)式で示される。なお、(2)
式において、QG は熱伝導により測定対象ガスに伝わる
熱量、QS は測温抵抗体101が配置されているダイヤ
フラム部106に伝わる熱量、QC は対流(強制対流お
よび自然対流)により伝わる熱量、QR は輻射により伝
わる熱量である。 QT =QG +QS +QC +QR ・・・(2)
らに、下記(3)式として表現される。なお、この式に
おいて、TRR2 は恒温槽104の温度(℃)、λmは測
定対象ガスの熱伝導率(w/k・m)、Gは装置定数
(m)、λsiはダイヤフラム部106などの熱伝導率
(w/k・m)、GS はダイヤフラム部106などにお
ける装置定数(m)である。 QT=(TRh-TRR2)・λm・G+(TRh-TRR2)・λsi・GS+QC+QR ・・・(3) この(3)式において、GおよびGS はガス組成によっ
て変化せず、QC ,QR はQG ,QS に比べて十分小さ
な値(または一定値)であり、λsiも一定と考えられ
る。
されるので、上記(3)式はA,Bを固有の装置定数
(運転状態を含めた形状係数)として、下記(4)式で
示され、一方で下記(5)式でも示すことができる。 QT =A・λm+B ・・・(4) QT =i2 ・Rh=V2 /Rh ・・・(5) そして、QT =A・λm+B=V2 /Rhであるので、
測定対象ガスの熱伝導率λmは下記(6)式で表される
ものとなる。 λm=(V2 /Rh−B)/A ・・・(6) ここで、固有の装置定数A,Bが分かれば、出力電圧V
を上記(6)式に代入することにより、測定対象ガスの
熱伝導率λmを求めることができる。
の熱伝導率算出部111の算出した熱伝導率λmと、圧
力センサ102が検出した圧力とにより、たとえば以下
の(7)式により、測定対象のガスの発熱量Hを算出す
るようにしている。なお、Cはライン208の圧力によ
り決定される定数であり、その圧力が7kgw/cm3
なら、C=(ガスに応じた実験値)/(製造したいガス
の熱量)=80/11000≒0.00727である。
なお、製造したいガスの熱量は、所望の値を適宜設定す
ればよいものである。 H={1+(測定圧力−大気圧)/大気圧×C} ×(−549.7×λm+35562.9)・・・(7)
析計を図2に示した熱量測定部に用いるようにすれば、
ライン208の圧力が変動しても、ライン208におけ
るガスの正確な熱量を算出することができるようにな
る。なお、(7)式において、「−549.7×λm+
35562.9」は、都市ガスの大気圧における熱量を
示すものであり、ここでは、メタンにエタンが5%程度
混合しているガスを、製造する都市ガスとして近似し、
そのガスの熱伝導率と発熱量との点を結んだ直線を示す
ものである。
を算出するようにしたが、これに限るものではない。以
下の(8)式により、測定対象のガスの発熱量Hを算出
するようにしてもよい。 H={1+(測定圧力−大気圧)/大気圧×C} ×(−516.52×λm+33988.4)・・・(8) なお、(8)式において、「−516.52×λm+3
3988.4」は都市ガスの大気圧における熱量を示す
ものであり、実際に製造する都市ガスの熱伝導率と発熱
量とを測定した結果より、最小2乗法により得られたも
のである。
定対象のガスが導入されるガス給送路と、そのガス給送
路内に配置してガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
ガス給送路内に配置されガスの熱伝導率を測定する熱伝
導率測定手段と、この熱伝導率測定手段が測定したガス
の熱伝導率によりガス給送路内のガスの熱量を求める熱
量算出手段とを備え、熱量算出手段は、求めた熱量を圧
力検出手段が検出した圧力により補正するようにした。
したがって、ガス給送路における給送されているガスの
圧力が変動したことにより熱量算出結果が変化しても、
検出した圧力により補正した結果は、ガスの種類によっ
て一定となる。この結果、この発明によれば、測定対象
のガスの圧力が変動しても、より精度よく熱量が測定で
きるという効果がある。
概略構成を示す構成図である。
図である。
送路、103a…ガス導入口、103b…ガス排出口、
104…恒温槽、104a…内容器、104b…外容
器、105…ヒータ、106…ダイヤフラム部、107
…チャンバ、110…比較器、111…熱伝導率算出
部、112…熱量算出部。
Claims (2)
- 【請求項1】 測定対象のガスが導入されるガス給送路
と、 前記ガス給送路内に配置して前記ガスの圧力を検出する
圧力検出手段と、前記ガス給送路内に配置され前記ガスの熱伝導率を測定
する熱伝導率測定手段と、 この熱伝導率測定手段が測定した前記ガスの熱伝導率に
より 前記ガス給送路内のガスの熱量を求める熱量算出手
段とを備え、 前記熱量算出手段は、求めた熱量を前記圧力検出手段が
検出した圧力により補正することを特徴とするガス分析
計。 - 【請求項2】 請求項1記載のガス分析計において、前記ガス給送路は所定の温度に保たれた恒温槽内に配置
されている ことを特徴とするガス分析計。
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- 1997-12-12 JP JP34259597A patent/JP3326715B2/ja not_active Expired - Fee Related
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