JP3522510B2 - 臭気検出装置における湿度制御方法 - Google Patents

臭気検出装置における湿度制御方法

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JP3522510B2
JP3522510B2 JP28975797A JP28975797A JP3522510B2 JP 3522510 B2 JP3522510 B2 JP 3522510B2 JP 28975797 A JP28975797 A JP 28975797A JP 28975797 A JP28975797 A JP 28975797A JP 3522510 B2 JP3522510 B2 JP 3522510B2
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茂樹 小川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、被測定液体(例
えば、水)の表面から蒸発した臭いの分子と蒸気を含ん
だサンプル空気を臭いセンサに送って被測定液体の臭気
を測定する臭気検出装置における湿度制御方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、水の臭気を測定する場合、人間が
鼻でサンプル水の臭いを嗅いで判定していた。この方法
では、人間が行うため、主観評価になり、測定者による
バラツキが大きい。そこで、化学分析によって、臭いの
成分を抽出して判定する方法が考えられた。しかし、こ
の方法では、分析に時間がかかり、また、臭いの成分に
ついては不明なものが多い。また、何れの方法にして、
リアルタイムで常時、水の臭いをモニタすることはでき
ない。これに対して、近年、水の表面から蒸発した臭い
の分子と水蒸気を含んだサンプル空気を臭いセンサに送
って水の臭気を測定する臭気検出装置が考えられ、水の
臭いをリアルタイムでモニタすることが可能となった。
この場合、臭いセンサとして、分子の物理吸着を利用し
た高感度の臭いセンサが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この臭
気検出装置では、分子の物理吸着を利用した高感度の臭
いセンサが湿度の変動に対して極めて敏感に反応するた
め、湿度の変動が測定値に対する外乱となる。特に、水
蒸気を多く含んだサンプル空気では、外乱の影響を強く
受けるため、測定精度が低下するという問題があった。
また、臭いセンサを通過するサンプル空気の流量の変動
も、測定精度に影響を与える。
【0004】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、測定精度の
高い臭気検出装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、上述し
た臭気検出装置において、サンプル空気を吸い上げ除湿
手段を通して低湿度のサンプル空気とし、この低湿度の
サンプル空気と低湿度とする前の高湿度のサンプル空気
とを混合し、この混合空気を臭いセンサに送り込む一
方、この臭いセンサを通過する混合空気の湿度を測定
し、この湿度測定値と予め定められる湿度目標値との偏
差に応じて、高湿度のサンプル空気と低湿度のサンプル
空気との流量の和を一定に保ちながら、それぞれのサン
プル空気の流量を増減させることにより、湿度測定値を
湿度目標値に一致させるようにしたものである。この発
明によれば、湿度測定値と湿度目標値とが一致するよう
に、湿度測定値が湿度目標値よりも高い場合は、高湿度
のサンプル空気の流量が減らされ、低湿度のサンプル空
気の流量が増やされ、湿度測定値が湿度目標値よりも低
い場合は、高湿度のサンプル空気の流量が増やされ、低
湿度のサンプル空気の流量が減らされ、臭いセンサへの
混合空気の湿度が常に一定に保たれる。また、この場
合、高湿度のサンプル空気と低湿度のサンプル空気との
流量の和は一定に保たれるので、臭いセンサへの混合空
気の流量が常に一定に保たれる。
【0006】
【0007】第2発明(請求項2に係る発明)は、第1
発明において、除湿手段として臭いの分子の吸収が少な
いものを用い、空気中の湿度を下げるようにしたもので
ある。第3発明(請求項3に係る発明)は、第2発明に
おいて、除湿手段としてイオン交換膜を用いたものであ
る。
【0008】
参考例
図1はこの発明に係る臭気検出装置の一実施の形態を説
明する前の参考例を示す構成図である。同図において、
1はその臭気を測定すべきサンプル水、2はサンプル水
1が入れられた水容器であり、水容器2はほゞ密閉され
たサンプル水ケース3に収容されている。サンプル水1
の表面から蒸発した臭いの分子と水蒸気を含んだサンプ
ル空気は、サンプルケース3の中に溜まる。なお、蒸発
の速度を早めるために、ヒータ(図示せず)を用いてサ
ンプル水の温度を高めたり、ファン(図示せず)を用い
てサンプル空気を攪拌する。
【0009】サンプルケース3の中に溜まったサンプル
空気はチューブ4aを通して第1の真空ポンプ5で吸い
上げられる。真空ポンプ5には、一定の駆動電圧Vが加
えられており、この駆動電圧Vに比例した流量の空気を
チューブ4cを通して臭いセンサ9へ送る。すなわち、
真空ポンプ5は、サンプルケース3中のサンプル空気を
一定流量で吸い上げ、この一定流量で吸い上げたサンプ
ル空気をチューブ4cを通して臭いセンサ9へ送る。
【0010】6は第2の真空ポンプであり、外部の空気
を取り込み、チューブ4bを通して除湿フィルタ8へ送
る。真空ポンプ6の駆動電圧Vbは後述するように制御
回路12によって制御される。除湿フィルタ8は、真空
ポンプ6からの外部空気の湿度を下げるとともに、臭い
の分子も取り除き、不純物の少ない乾燥空気を作る。例
えば、除湿フィルタ8として、銅ポリイミド製の中空糸
膜などを用いる。7は第3の真空ポンプであり、一定の
駆動電圧Vが加えられており、この駆動電圧Vに比例し
た一定流量の外部空気を除湿フィルタ8へ送り、除湿フ
ィルタ8で取り除かれた水分を外に押し出す(パー
ジ)。
【0011】除湿フィルタ8を通過することによって生
成された乾燥空気はチューブ4dを通して送られ、真空
ポンプ5からチューブ4cを通して送られてくるサンプ
ル空気と混合され、チューブ4eを通して臭いセンサ9
へ送られる。
【0012】臭いセンサ9としては、分子の物理吸着を
利用した高感度のものを用いており、空気に含まれる臭
い分子の種類や濃度に応じて反応する。例えば、水晶振
動子やSAW素子の表面に特殊な物理吸着膜を形成した
臭いセンサを用いており、気体の分子がこれに吸着した
ときの共振周波数の変化を検出する。臭いセンサ9で検
出されたデータは処理装置10に送られて、解析、表示
される。
【0013】臭いセンサ9の内部には湿度センサ11の
プローブ11−1が配置されている。湿度センサ11
は、プローブ11−1と検出器11−2とから構成さ
れ、臭いセンサ9を通過する混合空気の湿度に比例した
アナログ電圧を出力する。この湿度センサ11の出力は
制御回路12へ湿度測定値として与えられる。制御回路
12は減算回路12−1,PID制御回路12−2およ
び電力増幅器12−3から構成されている。
【0014】〔湿度一定動作〕 この参考例において、臭いセンサ9に送り込まれる混合
空気は、その湿度が次のようにして一定に保たれる。
【0015】制御回路12において、減算回路12−1
の正入力側には、湿度センサ11からの湿度測定値が与
えられる。減算回路12−1の負入力側には湿度目標値
が予め設定されている。減算回路12−1は、湿度測定
値と湿度目標値との偏差を算出し、PID制御回路12
−2へ送る。PID制御回路12−2は、湿度測定値と
湿度目標値との偏差に応じた駆動信号vbを作り、電力
増幅器12−3へ送る。電力増幅器12−3は、駆動信
号vbを所定の増幅率で増幅し、駆動電圧Vbとして真
空ポンプ6へ供与する。
【0016】ここで、湿度測定値が湿度目標値よりも高
い場合、すなわち混合空気の湿度が高い場合は、減算回
路12−1の出力が正となり、積分要素(I)を含んだ
PID制御回路12−2の出力vbが増加し、真空ポン
プ6への駆動電圧Vbが高くなる。この結果、乾燥空気
の流量が増えて、混合空気の湿度が低下する。
【0017】湿度測定値が湿度目標値と一致すると、減
算回路12−1での偏差が零となり、PID制御回路1
2−2の出力vbは現在値を保持し、真空ポンプ6への
駆動電圧Vbも現在値を保持する。この結果、乾燥空気
が現在の流量を保持し、混合空気の湿度が目標値に維持
される。
【0018】湿度測定値が湿度目標値よりも低い場合、
すなわち混合空気の湿度が低い場合は、減算回路12−
1の出力が負となり、積分要素(I)を含んだPID制
御回路12−2の出力vbが減少し、真空ポンプ6への
駆動電圧Vbが低くなる。この結果、乾燥空気の流量が
減って、混合空気の湿度が上昇する。
【0019】以上のような動作により、混合空気の湿度
は、予め設定された目標値と一致するように制御され、
一定値を保つ。なお、PID制御回路12−2において
は、P(比例要素)、I(積分要素)、D(微分要素)
の定数を適切に設定することにより、過渡応答と定常偏
差を改善することができる。
【0020】〔実施の形態〕 図2はこの発明を適用してなる臭気検出装置の一実施の
形態を示す構成図である。同図において、図1と同一符
号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略す
る。
【0021】この実施の形態では、サンプルケース3の
中に溜まったサンプル空気をチューブ4fを通して真空
ポンプ6で吸い上げ、チューブ4bを通して除湿フィル
タ8’へ送るようにしている。また、真空ポンプ5およ
び6の駆動電圧VcおよびVdを、後述するように制御
回路12’によって制御するようにしている。
【0022】除湿フィルタ8’は、真空ポンプ6からの
サンプル空気の湿度を下げるとともに、臭いの分子の吸
収が少ないもの、例えばイオン交換膜のように水蒸気の
みを通過させ、その他の分子は通過しにくものを用いて
いる。真空ポンプ7は、駆動電圧V(一定)に比例した
一定流量の外部空気を除湿フィルタ8’へ送り、除湿フ
ィルタ8’で取り除かれた水分を外に押し出す(パー
ジ)。
【0023】除湿フィルタ8’を通過することによって
生成された低湿度のサンプル空気はチューブ4dを通し
て送られ、真空ポンプ5からチューブ4cを通して送ら
れてくる高湿度のサンプル空気と混合され、チューブ4
eを通して臭いセンサ9へ送られる。
【0024】臭いセンサ9で検出されたデータは処理装
置10に送られて、解析、表示される。また、臭いセン
サ9を通過する混合空気の湿度は湿度センサ11によっ
て検出される。この湿度センサ11の出力は制御回路1
2’へ湿度測定値として与えられる。制御回路12’は
減算回路12−1a,12−1b、PID制御回路12
−2および電力増幅器12−3a,12−3bから構成
されている。
【0025】〔湿度一定動作〕この実施の形態におい
て、臭いセンサ9に送り込まれる混合空気は、その湿度
が次のようにして一定に保たれる。
【0026】制御回路12’において、減算回路12−
1aの正入力側には、湿度センサ11からの湿度測定値
が与えられる。減算回路12−1aの負入力側には湿度
目標値が予め設定されている。減算回路12−1aは、
湿度測定値と湿度目標値との偏差を算出し、PID制御
回路12−2へ送る。PID制御回路12−2は、湿度
測定値と湿度目標値との偏差に応じた駆動信号vdを作
り、電力増幅器12−3aへ送る。電力増幅器12−3
aは、駆動信号vdを所定の増幅率で増幅し、駆動電圧
Vdとして真空ポンプ6へ供与する。
【0027】一方、PID制御回路12−2の出力vd
は、減算回路12−1bの負入力側へも分岐して与えら
れる。減算回路12−1bの正入力側には一定電圧vs
が予め設定されている。減算回路12−1bは、vsと
vdとの差を演算し、駆動信号vc(vc=vs−v
d)を発生する。駆動信号vcは電力増幅器12−3b
へ送られる。電力増幅器12−3bは、駆動信号vcを
所定の増幅率で増幅し、駆動電圧Vcとして真空ポンプ
5へ供与する。
【0028】この実施の形態では、電力増幅器12−3
aと12−3bの増幅率は等しく設定されており、vc
+vd=vs(一定)であるから、電力増幅器12−3
aの出力する駆動電圧Vdと電力増幅器12−3bの出
力する駆動電圧Vcとの和(Vd+Vc)は常に一定と
される。
【0029】ここで、湿度測定値が湿度目標値よりも高
い場合、すなわち混合空気の湿度が高い場合は、減算回
路12−1aの出力が正となり、積分要素(I)を含ん
だPID制御回路12−2の出力vdが増加し、真空ポ
ンプ6への駆動電圧Vdが高くなり、逆に真空ポンプ5
への駆動電圧Vcが低くなる。この結果、低湿度のサン
プル空気の流量が増え、高湿度のサンプル空気の流量が
減って、混合空気の湿度が低下する。
【0030】湿度測定値が湿度目標値と一致すると、減
算回路12−1aでの偏差が零となり、PID制御回路
12−2の出力vdは現在値を保持し、真空ポンプ6へ
の駆動電圧Vdおよび真空ポンプ5への駆動電圧Vcも
現在値を保持する。この結果、低湿度および高湿度のサ
ンプル空気が共に現在の流量を保持し、混合空気の湿度
が目標値に維持される。
【0031】湿度測定値が湿度目標値よりも低い場合、
すなわち混合空気の湿度が低い場合は、減算回路12−
1aの出力が負となり、積分要素(I)を含んだPID
制御回路12−2の出力vdが減少し、真空ポンプ6へ
の駆動電圧Vdが低くなり、逆に真空ポンプ5への駆動
電圧Vcが高くなる。この結果、低湿度のサンプル空気
の流量が減り、高湿度のサンプル空気の流量が増えて、
混合空気の湿度が上昇する。
【0032】以上のような動作により、混合空気の湿度
は、予め設定された目標値と一致するように制御され、
一定値を保つ。また、この実施の形態では、電力増幅器
12−3aと12−3bの増幅率が等しく、Vd+Vc
が常に一定となるので、低湿度のサンプル空気と高湿度
のサンプル空気の流量の和が一定に保たれ、臭いセンサ
9に送り込まれる混合空気の流量が常に一定とされる。
【0033】図3は、臭いセンサ9に送り込むサンプル
空気の湿度が一定になる効果を示す一測定例であり、外
部空気の湿度が大きく変動しているにも拘わらず、一定
に保たれている。また、図4は、サンプル空気の流量が
一定になる効果を示す一測定例であり、湿度の目標値を
40〜65%に変化させても、流量がほゞ一定に保たれ
ている。
【0034】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、サンプル空気を吸い上げ除湿手段を通し
て低湿度のサンプル空気とし、この低湿度のサンプル空
気と低湿度とする前の高湿度のサンプル空気とを混合
し、この混合空気を臭いセンサに送り込む一方、この臭
いセンサを通過する混合空気の湿度を測定し、この湿度
測定値と予め定められる湿度目標値との偏差に応じて、
高湿度のサンプル空気と低湿度のサンプル空気との流量
の和を一定に保ちながら、それぞれのサンプル空気の流
量を増減させることにより、湿度測定値を湿度目標値に
一致させるようにしたので、臭いセンサに送り込むサン
プル空気の湿度および流量を常に一定に保つことがで
き、湿度および流量の影響を受けることなく高感度の臭
いセンサを用いて高精度な測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る臭気検出装置の一実施の形態を
説明する前の参考例を示す構成図である。
【図2】 本発明を適用してなる臭気検出装置の一実施
の形態を示す構成図である。
【図3】 サンプル空気の湿度が一定になる効果を示す
一測定例を示す図である。
【図4】 サンプル空気の流量が一定になる効果を示す
一測定例を示す図である。
【符号の説明】
1…サンプル水、2…水容器、3…サンプル水ケース、
4a〜4f…チューブ、5…第1の真空ポンプ、6…第
2の真空ポンプ、7…第3の真空ポンプ、8,8’…除
湿フィルタ、9…臭いセンサ、10…処理装置、11…
湿度センサ、12,12’…制御回路、12−1,12
−1a,12−1b…減算回路、12−2…PID制御
回路、12−3,12−3a,12−3b…電力増幅
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 5/00 - 5/04 G01N 1/00 - 1/44 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定液体の表面から蒸発した臭いの分
    子と蒸気を含んだサンプル空気を臭いセンサに送って前
    記被測定液体の臭気を測定する臭気検出装置において、 前記サンプル空気を吸い上げ除湿手段を通して低湿度の
    サンプル空気とし、この低湿度のサンプル空気と低湿度
    とする前の高湿度のサンプル空気とを混合し、この混合
    空気を前記臭いセンサに送り込む一方、 この臭いセンサを通過する混合空気の湿度を測定し、こ
    の湿度測定値と予め定められる湿度目標値との偏差に応
    じて、高湿度のサンプル空気と低湿度のサンプル空気と
    の流量の和を一定に保ちながら、それぞれのサンプル空
    気の流量を増減させることにより、 湿度測定値を湿度目
    標値に一致させるようにしたことを特徴とする臭気検出
    装置における湿度制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された臭気検出装置にお
    ける湿度制御方法において、 前記除湿手段は、空気中の湿度を下げるとともに、臭い
    の分子の吸収が少ない ことを特徴とする臭気検出装置に
    おける湿度制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載された臭気検出装置にお
    ける湿度制御方法において、 前記除湿手段は、イオン交換膜である ことを特徴とする
    臭気検出装置における湿度制御方法。
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