JP3552999B2 - ガス測定器及びガス測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、対象ガスの濃度を測定するためのガス測定器に関し、特に、ゼロ調整機能を備えたガス測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、排気ガスなど、測定の対象とする対象ガスの濃度を検出する場合には、例えば、赤外線吸収方式によるガスセンサが用いられる。
【０００３】
このガスセンサは、気体分子が固有波長をもつ赤外線を吸収するという性質を利用して、対象ガスに赤外線を照射したその光量と、対象ガスがない場合の光量との差を、例えば電圧の差に変換することによって、対象ガスの濃度を検出するものである。
【０００４】
ところで、このガスセンサにおいては、対象ガスが存在しない場合でも例えば温度変化や経時変化等によりオフセット電圧が生じることがあることから、測定誤差を最小に抑えるべく、対象ガスを含まない、いわゆるゼロガスを導入した際のオフセット電圧値をゼロとするゼロ調整を行う必要がある。
【０００５】
そのため、従来より、このようなガスセンサにゼロ調整を行う機能を備えた装置として、例えば、図４に示す第１のガス測定器１００と、図５に示す第２のガス測定器２００とが知られている。
【０００６】
図４に示すように、第１のガス測定器１００は、ゼロ調整を行う場合に電磁弁１０１の切り換えによって、ガスボンベ１０２に充電されたゼロガスをポンプ１０３の作動によりガスセンサ１０４に導入するように構成されている。
【０００７】
一方、図５に示すように、第２のガス測定器２００は、化学反応により対象ガスを除去してゼロガスを生成するためのガス除去器２０１が、ガスセンサ２０２に接続可能に構成されており、ゼロ調整を行う場合には、ガスセンサ２０２にガス除去器２０１を接続してそのガス除去器２０１で生成されたゼロガスをポンプ２０３の作動によりガスセンサ２０２に導入するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガス測定器においては、以下に示すような問題があった。
すなわち、第１のガス測定器１００においては、ガスボンベ１０２を構成に含むため、ガス測定器１００自体が大型化し、しかも、定期的にガスボンベ１０２を交換しなければならないため、コスト高になるという問題があった。
【０００９】
また、第２のガス測定器２００においては、ゼロ調整を行った後、化学反応が進まないようにガス除去器２０１をガス測定器２００から取り外さなければならず、そのため、定期的にゼロ調整を行う場合には手間がかかるという問題がある。
【００１０】
その一方で、第２のガス測定器２００は、ポンプ２０３の作動能力によるところが大きく、例えば、対象ガスの流量が大きい場合にガス除去器２０１での反応が過剰に進んでその寿命が短くなったり、また、対象ガスの流速が大きい場合にガス除去器２０１での反応が間に合わずゼロガスを十分に生成できなくなるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、このような従来の技術の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、定期的なゼロ調整を容易にしかも自動的に行うことが可能なガス測定器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、対象ガスの濃度を検出するためのセンサであって、当該対象ガスを含まない調整用ガスに対してその濃度に換算するための値を初期値とする機能を有するガスセンサと、対象ガスを含むガスのうち当該対象ガスのみを除去するためのガス除去器と、所定のガスを導入可能な導入管を開閉するための導入弁と、ガスセンサに接続された流入管を開閉するための測定用弁と、ガス除去器に接続された流出管を開閉するための調整用弁とを有する第１の弁機構と、ガスセンサに接続された流出管を開閉するための測定用弁と、ガス除去器に接続された流入管を開閉するための調整用弁と、所定のガスを排出可能な排出管を開閉するための排出弁とを有する第２の弁機構と、所定のガスを前記ガスセンサに送るためのポンプとを備えたことを特徴とするガス測定器である。
【００１３】
請求項１記載の発明の場合、第１の弁機構の導入弁及び第２の弁機構の排出弁のみを閉じることによって、ゼロガス（調整用ガス）に対する値をゼロにしてこれを初期値とするゼロ調整を行うための閉じた流通経路を形成することができる。
一方、第１、第２の弁機構の各調整用弁のみを閉じることによって、対象ガスの濃度測定を行うための開いた流通経路を形成することができる。
【００１４】
その結果、請求項１記載の発明によれば、従来技術のように、ゼロ調整を行う度にガス除去器を着脱する手間を省き、定期的なゼロ調整を容易に行うことが可能になる。
【００１５】
この場合、特に、ゼロ調整を行うにあたって、閉じた流通経路内で一定量の対象ガス（生成されたゼロガスを含む）を、ポンプの作動によりゼロガスが生成できるまでの間中、循環させることができるため、ガス除去器を例えば化学反応により対象ガスを除去することとした場合その化学反応を必要以上に進行させずにガス除去器の使用期間を延長できるとともに、ガス除去器のゼロ調整を行うのに十分なゼロガスを生成することができる。
【００１６】
また、ゼロ調整を行わない場合には、第１、第２の弁機構の各調整用弁の間にあるガス除去用の経路を密閉することができるため、ガス除去器をガス測定器から取り外さなくても化学反応が進まない状態におくことができる。
【００１７】
一方、請求項１記載の発明によれば、ガス除去器で生成されたゼロガスをガスセンサに供給するようにしたことから従来用いていたガスボンベが不要になるため、ガスボンベの使用に伴うコストを削減できるとともに、ガス測定器自体を小型化することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明のように、請求項１記載の発明において、ポンプは、ガスセンサと第１の弁機構又は第２の弁機構のいずれか一方の測定用弁との間に接続されていることも効果的である。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、ゼロ調整を行う場合と濃度測定を行う場合とで１個のポンプを兼用することができる。
【００２０】
一方、請求項３記載の発明のように、請求項１記載の発明において、ポンプは、測定用ポンプと調整用ポンプとからなり、測定用ポンプが第１の弁機構の導入弁又は第２の弁機構の排出弁と接続される一方で、調整用ポンプが、ガス除去器と第１の弁機構又は第２の弁機構のいずれか一方の調整用弁との間に接続されていることも効果的である。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、閉じた流通経路内での調整用ポンプに、例えば対象ガスを循環できる程度の小型のポンプを適用する一方で、開いた流通経路での測定用ポンプに、対象ガス源からの距離に応じた流量及び大きさのポンプを適用することができる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明のように、請求項１〜３のいずれか１項記載の発明において、第１の弁機構及び第２の弁機構は、少なくとも調整用弁が連動して開閉するように構成されていることも効果的である。
【００２３】
さらに、請求項５記載の発明のように、請求項４記載の発明において、第１の弁機構及び第２の弁機構は、導入弁及び排出弁が調整用弁の開閉する位置関係と逆の位置関係をもって連動して開閉するように構成されていることも効果的である。
【００２４】
請求項４又は５記載の発明の場合、第１、第２の弁機構として例えば電磁弁を用いることにより、ゼロ調整用の閉じた流通経路と、濃度測定用の開いた流通経路とを自動的に切り換えることができるため、定期的なゼロ調整を自動的に行うことが可能になる。
【００２５】
他方、請求項６記載の発明は、所定量の対象ガスをガスセンサを含むガス測定用経路に導入した後、ガス測定用経路とガス除去器を含むガス除去用経路とを接続して閉じた流通経路内において、ガス除去器によって対象ガスを除去した調整用ガスを生成し、その調整用ガスをガスセンサに導入した状態で、ガスセンサによって調整用ガスに対して換算する値を初期値として調整する第１の処理と、ガス除去用経路を切断してガス測定用経路を対象ガスに対して開いた流通経路内において、ガスセンサに対象ガスを導入し、ガスセンサによって対象ガスに対して換算する値と第１の処理で求めた初期値との差を当該対象ガスの濃度として算出する第２の処理とを有するガス測定方法である。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、対象ガスの濃度測定を行うにあたって、定期的にしかも自動的にゼロ調整を行うことが可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス測定器及びガス測定方法の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態のガス測定器の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態のガス測定器１は、ガスセンサ２と、ガス除去器３と、ポンプ４とを有するとともに、第１の弁機構５と、第２の弁機構６とを有している。
【００２８】
第１の弁機構５は、導入弁５１と、測定用弁５２と、調整用弁５３とからなる電磁弁であって、これら三方の弁が図示しないソレノイドによって開閉するように構成されている。
【００２９】
一方、第２の弁機構６は、排出弁６１と、測定用弁６２と、調整用弁６３とからなる電磁弁であって、第１の弁機構５と同様にソレノイドによって開閉するように構成されている。
【００３０】
第１の弁機構５の導入弁５１は、導入管７を介して対象ガス源（図示しない）に接続されている。
第１の弁機構５の測定用弁５２は、流入管８を介してガスセンサ２と接続される一方で、第２の弁機構６の測定用弁６２は、流出管９を介してポンプ４と接続され、さらにガスセンサ２とポンプ４は、中継管１０を介して接続されている。
【００３１】
第１の弁機構５の調整用弁５３と第２の弁機構６の調整用弁６３は、それぞれ、流出管１１、流入管１２を介してガス除去器３に接続されている。
第２の弁機構の排出弁６１は、ガスセンサ２に導入後のガスを排出するための排出管１３に接続されている。
【００３２】
このような第１の弁機構５及び第２の弁機構６のうち、各調整用弁５３、６３は、連動して開閉するように制御される。これにより、本実施の形態のガス測定器１は、各調整用弁５３、６３の間に形成されたガス除去用経路３Ａを、接続又は切断できるようになっている。
【００３３】
また、第１の弁機構５の導入弁５１と第２の弁機構６の排出弁６１とは、各調整用弁５３、６３の開閉する位置関係と逆の位置関係をもって連動して開閉するように構成されている。これにより、本実施の形態のガス測定器１は、各測定用弁５２、６２の間に形成されるガス測定用経路２Ａが、導入管７及び排出管１３と接続されてこれらとともに対象ガス源に対して開いた流通経路２０Ａを形成する場合と、ガス除去用経路３Ａと接続されてこれとともに閉じた流通経路３０Ａを形成する場合とに選択できるようになっている。
【００３４】
本実施の形態に用いられるガスセンサ２は、例えば赤外線吸収方式によるセンサであって、上述した流入管８の部分と中継管１０の部分との間を連通可能な測定管２１を有している。この測定管２１の上流側（ガス導入側）の部位には、赤外線を放射可能な光源部２２が設けられている。一方、測定管２１の下流側（ガス排出側）の部位には、赤外線を受光可能な受光部２３が設けられている。
【００３５】
そして、ガスセンサ２は、測定管２１に例えば炭酸ガス等の対象ガスを充填した状態での光量と、測定管２１に対象ガスを含まないゼロガス（調整用ガス）を充填した状態での光量との差を電圧の差に変換することによって、対象ガスの濃度を検出する機能を有している。
【００３６】
また、ガスセンサ２は、図示しない外部調整器と電気的に接続されており、この外部調整器によって、ゼロガスに対する電圧値をゼロにするゼロ調整機能を備えている。
【００３７】
一方、本実施の形態に用いられるガス除去器３は、例えば化学反応によって対象ガス（炭酸ガス）を除去する器具であって、筒状の本体ケース３１を有している。この本体ケース３１の流入管１２の部分と流出管１１の部分の間を連通した中空部分には、例えば、粒状のソーダ石灰３２が充填されている。
【００３８】
図２（ａ）（ｂ）は、本実施の形態のガス測定方法を説明するための図である。
本実施の形態のガス測定方法においては、まず、図２（ｂ）に示すように、第１、第２の弁機構５、６の各調整用弁５３、６３を閉じた状態で、導入弁５１及び排出弁６１と各測定用弁５２、６２とを開き、ポンプ４を作動することによって所定量の対象ガスをガス測定用経路２Ａに導入する。
【００３９】
次いで、図２（ａ）に示すように、第１、第２の弁機構５、６の各測定用弁５２、６２を開いたまま、導入弁５１及び排出弁６１を閉じるとともに各調整用弁５３、６３を開き、ガス測定用経路２Ａとガス除去用経路３Ａとを接続して閉じた流通経路３０Ａを形成する。
【００４０】
そして、ポンプ４を作動することにより、ガス測定用経路２Ａ内の対象ガスをガス除去経路３Ａに導入する一方で、ガス除去器２で対象ガスが除去されたゼロガスをガスセンサ２に導入する。
この場合、ガスセンサ２において、ゼロガスに対するオフセット電圧をゼロにしてこれを初期電圧とするゼロ調整を行う。
【００４１】
その後、図２（ｂ）に示すように、第１、第２の弁機構５、６の各測定用弁５２、６２を開いたまま、各調整用弁５３、６３を閉じるとともに導入弁５１及び排出弁６１を開き、ガス除去用経路３Ａを切断して開いた流通経路２０Ａを形成し、ポンプ４を作動することにより対象ガスをガスセンサ２に導入する。
【００４２】
この場合、ガスセンサ２において、対象ガスに対して測定した電圧と、ゼロ調整で求めた初期電圧との差を換算することによって対象ガスの濃度を算出する。
【００４３】
以上述べたように本実施の形態によれば、第１、第２の弁機構５、６の各調整用弁５３、６３を電磁力によって連動して開閉するようにしてガス除去用経路３Ａをガス測定用経路２Ａと自動的に接続又は切断するようにしたことから、閉じた流通経路３０Ａ内でゼロ調整を行うことができる一方で、開いた流通経路２０Ａ内で対象ガスの濃度測定を行うことができる。
【００４４】
その結果、従来技術のように、ゼロ調整を行う度にガス除去器３を着脱する手間を省き、定期的なゼロ調整を自動的にしかも容易に行うことが可能になる。
この場合、特に、ゼロ調整を行うにあたって、閉じた流通経路３０Ａ内で一定量の対象ガス（生成されたゼロガスを含む）を、ポンプ４の作動によりゼロガスが生成できるまでの間中、循環させることができるため、ガス除去器３の使用期間を延長できるとともに、ガス除去器３のゼロ調整を行うのに十分なゼロガスを生成することができる。
【００４５】
このような対象ガスの循環とポンプ４の流量と関係について、例えば、ポンプ４の流量を小さくした場合には、対象ガスの流速が低減してガス除去器３での反応時間が長くなるため、対象ガスの一回の循環で足り、その一方で、ポンプ４の流量を大きくした場合には、対象ガスの流速が増加してガス除去器３での反応時間が短くなるものの、対象ガスの循環を所定回数だけ繰り返すことによって対応させることができる。
【００４６】
また、ゼロ調整を行わない場合には、第１、第２の弁機構５、６の各調整用弁５３、６３の間でガス除去用経路３Ａを密閉することができるため、ガス除去器３をガス測定器１から取り外さなくても化学反応が進まない状態におくことができる。
【００４７】
一方、本実施の形態によれば、ガス除去器３で生成されたゼロガスをガスセンサ２に供給するようにしたことから従来用いていたガスボンベが不要になるため、ガスボンベの使用に伴うコストを削減できるとともに、ガス測定器１自体を小型化することができる。
【００４８】
図３は、他の実施の形態のガス測定器の概略構成を示す図である。
図３に示すように、本実施の形態のガス測定器１０は、上記実施の形態の場合と、ポンプの接続位置及び使用個数が異なっている。すなわち、上記実施の形態においては、１個のポンプ４をゼロ調整及び濃度測定を行う際に用いたが、本実施の形態の場合は、ゼロ調整を行う際の調整用ポンプ４１と、濃度測定を行う際の測定用ポンプ４２とを用いる。また、調整用ポンプ４１は、ガス除去器２と、第２の弁機構６の調整用弁６３との間に接続される一方で、測定用ポンプ４２は、第２の弁機構６の排出弁６１と接続されている。
【００４９】
本実施の形態の場合、調整用ポンプ４１には、閉じた流通経路３０Ａ内で対象ガスを循環できる程度の小型のものを適用すれば足りる。一方、測定用ポンプ４２には、調整用ポンプ４１とは関係なく、対象ガス源とガスセンサ２との距離に応じて所望の流量及び大きさをもつポンプを適用することができる。
【００５０】
以上述べたように本実施の形態によれば、閉じた流通経路３０Ａ内で調整用ポンプ４１の作動により対象ガスを循環させる一方で、この調整用ポンプ４１とは関係なく、開いた流通経路２０Ａで対象ガス源からの距離に応じて測定用ポンプ４２の流量又は流速を調整することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明は省略する。
【００５１】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施の形態においては、赤外線吸収方式によるガスセンサ２を用いたが、本発明はこれに限られず、ゼロ調整を行う必要があるセンサであれば、例えば、熱伝導式等のセンサに適用することもできる。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、ガス除去器３として化学反応により対象ガスを除去するものを用いたが、本発明はこれに限られず、例えば、メタノール、ヘキサン等の高い吸着性を有する対象ガスを測定する場合にあっては、その対象ガスが活性炭等の吸着剤によって物理的に吸着されるように構成されたガス除去器や、あるいは、可燃性を有する対象ガスを測定する場合にあっては、その対象ガスが触媒反応によって燃焼されるように構成されたガス除去器を用いることもできる。
【００５３】
さらに、上記実施の形態で示した、ポンプ４や、調整用ポンプ４１及び測定用ポンプ４２の接続状態は、本発明に含まれる範囲の一例であり、本発明の場合、ポンプ４は、ガス測定用経路２Ａ中に接続されていればよく、また、調整用ポンプ４１は、ガス除去用経路３Ａ中に接続されていればよく、さらに、測定用ポンプ４２は、導入管７又は排出管１３のいずれか一方に接続されていればよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、定期的なゼロ調整を容易にしかも自動的に行うことが可能なガス測定器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のガス測定器の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）（ｂ）：本実施の形態のガス測定方法を説明するための図である。
【図３】他の実施の形態のガス測定器の概略構成を示す図である。
【図４】従来の第１のガス測定器の概略構成を示す図である。
【図５】従来の第２のガス測定器の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
２…ガスセンサ ３…ガス除去器 ４…ポンプ ４１…調整用ポンプ ４２…測定用ポンプ ５… 第１の弁機構 ６… 第２の弁機構

Claims (6)

1. 対象ガスの濃度を検出するためのセンサであって、当該対象ガスを含まない調整用ガスに対してその濃度に換算するための値を初期値とする機能を有するガスセンサと、
   対象ガスを含むガスのうち当該対象ガスのみを除去するためのガス除去器と、所定のガスを導入可能な導入管を開閉するための導入弁と、前記ガスセンサに接続された流入管を開閉するための測定用弁と、前記ガス除去器に接続された流出管を開閉するための調整用弁とを有する第１の弁機構と、
   前記ガスセンサに接続された流出管を開閉するための測定用弁と、前記ガス除去器に接続された流入管を開閉するための調整用弁と、所定のガスを排出可能な排出管を開閉するための排出弁とを有する第２の弁機構と、
   所定のガスを前記ガスセンサに送るためのポンプとを備えたことを特徴とするガス測定器。
2. 前記ポンプは、前記ガスセンサと前記第１の弁機構又は前記第２の弁機構のいずれか一方の測定用弁との間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のガス測定器。
3. 前記ポンプは、測定用ポンプと調整用ポンプとからなり、前記測定用ポンプが前記第１の弁機構の導入弁又は前記第２の弁機構の排出弁と接続される一方で、前記調整用ポンプが、前記ガス除去器と前記第１の弁機構又は前記第２の弁機構のいずれか一方の調整用弁との間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のガス測定器。
4. 前記第１の弁機構及び前記第２の弁機構は、少なくとも調整用弁が連動して開閉するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス測定器。
5. 前記第１の弁機構及び前記第２の弁機構は、前記導入弁及び前記排出弁が前記調整用弁の開閉する位置関係と逆の位置関係をもって連動して開閉するように構成されていることを特徴とする請求項４記載のガス測定器。
6. 所定量の対象ガスをガスセンサを含むガス測定用経路に導入した後、前記ガス測定用経路とガス除去器を含むガス除去用経路とを接続して閉じた流通経路内において、前記ガス除去器によって当該対象ガスを除去した調整用ガスを生成し、当該調整用ガスを前記ガスセンサに導入した状態で、前記ガスセンサによって当該調整用ガスに対して換算する値を初期値として調整する第１の処理と、
   前記ガス除去用経路を切断して前記ガス測定用経路を対象ガスに対して開いた流通経路内において、前記ガスセンサに対象ガスを導入し、前記ガスセンサによって当該対象ガスに対して換算する値と第１の処理で求めた初期値との差を当該対象ガスの濃度として算出する第２の処理とを有するガス測定方法。

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