【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工業プロセスのガス濃度の監視・制御や公害監視のための排ガス濃度測定に使用される分析計であって、ガス分子の赤外線域における特性吸収を利用して、ガス分子中の赤外線吸収の強さによって試料ガス中の特定成分のその濃度を測定する非分散形赤外線ガス分析計、特に、ガス分子中の赤外線吸収の強さを検出するガスの封入された前後２室と、これら前後２室の圧力差を検出するセンサとで構成され、試料セル、比較セルの後段に配置されてセル透過赤外光強度を検出する前後２室型の赤外線検出器に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種非分散形赤外線ガス分析計（以下、NDIRと称する）は、通常、試料ガスが流される試料セルと、赤外吸収不活性ガスが封入された比較セルと、光源及びセル透過赤外線を検出する赤外線検出器とを備えており、光源から試料セルを透過した赤外線の光量及び光源から比較セルを透過した赤外線の光量を交互に検赤外線出器で検出し、試料ガス中の測定成分ガスの濃度を測定するものである。
【０００３】
図５は従来のこの種NDIRの構成を模式的に示す図で、使用するセルの形式により同図（ａ）と（ｂ）に分けられるが、いずれも光源19から放出された赤外光はモータ20で駆動されるチョッパー21により一定の時間間隔で断続されて、試料セル23、32と比較セル24、33に交互に等しい光量で導入される。
【０００４】
同図（ａ）のNDIRは、金属ブロックを加工して作成されたセルを使用するもので、セル22は、通常、図６に示すように、アルミニウムの引抜き材を用いて作成され、その口径Dcは光源19の口径Dsおよび赤外線検出器1Aの前室４の光入射開口面の口径Ddとほぼ同径であり、軸方向に一つの仕切り壁26を設けて形成される二つの空間の一方を試料セル23、他方を比較セル24として構成し、仕切り壁26で仕切られた二つの空間の断面積が同じにされ、試料セル23には試料ガスを導入する継手部25が設けられている。セル22の両端開口部には、フッ化カルシュウム（CaF2）などの赤外線透過材質により作られた窓が接着剤によって固定されて閉塞されて、比較セル24には、窒素やアルゴンガス等の赤外線吸収不活性ガスが封入されている。
試料セル２３と比較セル２４を透過した光は、単一の赤外線検出器1Aに入射し、その透過光の強度が検出される。
【０００５】
また、図（ｂ）のNDIRは、それぞれが単独のパイプより形成された試料セル32と比較セル33を使用するもので、この構成のNDIRでは両セルの口径とセル間隔の合計が、赤外線検出器1Aの口径Ddより大きいので、両セルの透過光を、その内面が鏡面仕上げされた円錐形状とされた集光器34によって集めて、単一の赤外線検出器1Aに入射させてその透過光の強度を検出する構成になっている。
なお、試料セル３２には試料セル２３と同様に試料ガスを導入する継手部が設けられており、両セル32、33の両端開口部には、CaF2などの赤外線透過材質により作られた窓が接着剤によって固定されて閉塞されて、比較セル３３には、窒素やアルゴンガス等の赤外線吸収不活性ガスが封入されている。
【０００６】
従来のNDIRに使用されている赤外線検出器1Aは、図７にその構成が示されているように、セル透過光に対して前後に配置された２個の室４と７を有し、適切な濃度の測定成分ガス、または、測定成分と同じ赤外線吸収特性を有するガスが充填（封入）されている。入射光（セル透過光）はまず前室４に入り、その透過光が後室７に入る。この前室４と後室７には通路10と11により、差圧センサ12に接続されている。
前室４と後室７においては、封入ガスがその吸収帯の熱エネルギを吸収し圧力を生じる。この圧力変化は前室４において大きく起きるが、後室７では前室４の封入ガスによってほとんどのエネルギが吸収されているために少ししか起こらない。
【０００７】
したがって、前室４と後室７に圧力差が生じ、この圧力差を差圧センサ12で検出することにより赤外線（吸収帯の波長）の光量を検出できる。
また、上記の前室４は光入射窓17を備え、前室４と後室７とは仕切り窓18により仕切られている。差圧センサ12はマイクロフローセンサやコンデンサマイクロフォンなどであるが、同図はコンデンサマイクロフォン用いたものを例示しており、14aはコンデンサマイクロフォンの可動膜、14bはその対向電極で、14a、14bからのリード線は、図示しないハーメチックシールを介して赤外線検出器1A外に引出された信号が取り出される。
【０００８】
前室４と後室７との両室相互間のガス流通性は完全に仕切られているのではなく、コンデンサマイクロフォンの可動膜14aの動きに支障がないように、コンダクタンス13によって両室間のガス圧がバランスされており、コンダクタンス13による両空間の流通量は、図５に示されているセクター21により断続して入射されるセル透過光による両室での圧力差変化に対して殆ど影響を与えない程度に設定されている。
【０００９】
前室４の光入射窓17と、前後室４、７との仕切り窓18とはCaF2などの赤外線透過材質により作られており、アルミニウムなどのハウジング２に嵌合され、接着剤によって固定されている。これらの窓のハウジング２への組み付けは、例えば、前室４の光入射側の開口部からハウジング２の内部に仕切り窓18を入れて嵌合し、接着剤によって固定し、その後、前室４の光入射窓17をハウジング２の皿ぐり部に嵌合して接着剤によって固定する。
このために、前室４と後室７を画成する仕切り窓18が確実にハウジング２内に接着固定できるように、図７に示すように後室７の開口直径は前室４よりも少し小さく設計されているのが通例であり、この開口径の違いで形成されるハウジング２内の段部がのり代となり、窓材の接着が確実に行える。
【００１０】
なお、この前後室型赤外線検出器1Aによる検出信号は、不図示の処理回路に導かれて試料ガス中の測定成分のガス濃度が求められる。信号処理には種々の方式が採用されているが、例えば、先願に係る同出願人の特許第1809252号「赤外線ガス分析計」で提示しているように、ゼロガス、スパンガス、試料導入時の比較セルと試料セルに関する測定信号を個別に弁別して取り出し、試料ガス中の測定成分ガスの濃度を所定の演算式による演算処理でもって求める方式が有用である。
【００１１】
図７に示す構成の赤外線検出器1Aを使用する図５に示す構成のNDIRにおいて、干渉ガスが含まれていると、干渉感度の影響が現れて測定誤差を生じる場合がある。干渉ガスとは、測定ガスの赤外線吸収帯と重なる吸収帯を有するガスである。このため、高精度の分析には、干渉感度の影響を受け難い赤外線検出器が必要とされる。
【００１２】
しかしながら、図７に示されている構成の赤外線検出器1Aでは前後室の口径比、容積比や光路長比が設計により一義的に決まり、不変であり、測定条件に応じて干渉感度を排除する機能（調整機構）を有していないことから、次の不都合があった。
（１）測定条件が異なる場合、例えば、測定成分ガスや干渉ガスの濃度が異なる場合には、それぞれの条件に適して前室と後室の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度のものを製作し、用意しなければならない。このため、多品種、少量生産となり、量産に適しない。
（２）製作時に加工等の誤差が生じたり、封入ガス濃度が微妙に異なると、一つ一つの赤外線検出器の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度が微妙に異なることになり、均一な性能のものが得られない。
（３）赤外線検出器は、ある一つの干渉ガス濃度を設定して設計されるため、干渉ガス濃度が一定でなく、想定された値と異なる場合は、干渉感度の影響が生じる。
【００１３】
このために、同出願人は、測定条件に応じて干渉感度を排除する調整機構を有し、干渉感度の影響を受け難い量産化が可能で、加工誤差にも対応できて均一な性能の得られる赤外線検出器を特許第2572058号で提案している。この提案された赤外線検出器は、後室に入射する光量を調整することで、１つの赤外線検出器で種々の測定条件に適合させるようにしたもので、その構成を図８に示す。
なお、図７と同一作用をなす構成要素、ないし、構成物には同図と同一符号を付し、その説明を省略する。また、NDIRに適用に際しては、図５における赤外線検出器１Ａが図８の赤外線検出器1Bに置き換えられる。
【００１４】
図８において、９は後室７に入射する光量を調整するための平板上のハウジングと同じ材質で構成されたトリマ（光量調整手段）で、前室４と後室７の間に形成された切込み部３に不図示の支持機構により水平方向に移動可能に設けられている。このトリマ９の配置される切込み部３を形成（確保）するために、前室４は光入射窓５と透過窓６とを有し、後室７は透過窓８を有している。CaF2などの赤外線透過材質からなる窓５、６、８は、アルミニウムなどのハウジング２に嵌合され、接着剤によって固定されている。
【００１５】
図から明らかなとおり、図８に示す赤外線ガス検出器1Bには、図７に示す赤外線検出器1Aよりも構成要素が多く、また、構成が複雑である。
なお、切込み部３の機械的形成および透過窓６を組み付けるための設計上の理由で、赤外線検出器1Bはハウジング２本体と前室ブロック2aとで構成されており、透過窓を組み付けて後に両者が一体化されて赤外線検出器1Bとされる。
赤外線ガス検出器1Bの窓の組み付け、ならびに、ハウジング２本体と前室ブロック2aの一体化組み立て工程を例示すると、次のように行われる。
先ず、前室ブロック2aに透過窓６を入れて嵌合し、接着剤によって固定し、透過窓６部分の接着剤の硬化を待った後に、前室ブロック2aに光入射窓５を入れて嵌合し、接着剤によって固定し、次いで、ハウジング２に透過窓８を入れて嵌合し、接着剤によって固定する。
【００１６】
かくして、これらの部分の接着剤の硬化の後に、窓５と窓６を接着固定されずみの前室ブロック2aとハウジング２本体を、接着剤によって固定し・一体化する。
なお、図中、16は前室ブロック2aに形成された前室４に通じる通路10とハウジング２に形成された後室７に通じる通路11と接続する連通パイプであり、また、前室ブロック2aとハウジング２本体の一体化は機械的強度も当然必要なので、互いに強固に結合されるように不図示のボルトで締結されている。
赤外線検出器1Bにおいても、図７の赤外線検出器1Aと同様に、前室４と後室７においては、封入ガスがその吸収帯の熱エネルギを吸収し圧力を生じ、この圧力変化は前室４において大きく起きるが、後室７では前室４の封入ガスによってほとんどのエネルギが吸収されているために少ししか起こらず、このために、前室４と後室７に圧力差が生じ、この圧力差を差圧センサ12で検出することにより赤外線（吸収帯の波長）の光量を検出できる。
【００１７】
図７、図８における赤外線検出器1A、1Bにおける前後室４、７の吸収現象を詳しく言えば、吸収帯のエネルギ最大の部分（ピークの部分）の吸収率は高く、吸収帯の側端部は吸収率が低い。この吸収特性を利用して、前室４において吸収帯のエネルギ最大の部分が吸収され、後室７において吸収帯の側端部が吸収されるように、前室４の光路長（深さ）L1と後室７の光路長（深さ）L2とが設計されている。赤外線検出器の出力は、前室４と後室７の吸収エネルギの差となるから、この赤外線検出器のスペクトル感度は図９に実線で示す特性となる。
【００１８】
ここで、測定ガスの吸収帯より僅かにずれているような干渉ガスの吸収帯（図中で破線で示す）の影響を考えると、斜線で示すように、正の部分ｐと負の部分ｑより成り立っているため、互いに打ち消しあうことになる。
この正の部分ｐと負の部分ｑは、前室４と後室７の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度等を適切に定めることにより等しくすることができ、干渉感度の影響の除去が可能となる。
【００１９】
図８の赤外線ガス検出器1Bの特徴は、前室４と後室７の間に、後室７に入射する測定光の光路面積を調整する光量調整手段としてのトリマ９を有していることであり、前室４の光路長L1と後室７の光路長L2との比率（L1/L2）は、トリマ９全開時に干渉ガス吸収帯のエネルギが前室４より後室７の方が大きく吸収されるように設定されている。
そして、後室７に入射する光量を、トリマ９全開時よりも少なくなる方向にトリマ９の位置を調整することによって、前室４と後室７の光路長比、容積比、封入ガス濃度などを変更するのと同じ効果が得られ、これにより、図９に示す斜線を付した正の分部ｐと負の部分ｑの面積を同じにし、干渉感度を完全に排除することが可能となる。
【００２０】
したがって、測定条件に応じて干渉感度を排除する調整機構を有する図８の赤外線検出器1Bによれば、測定条件に応じて干渉感度を排除する調整機構を有していない図７に示す赤外線検出器1Aの不都合、すなわち、上記の（１）、（２）、（３）の不都合が排除され、１つの赤外線検出器で様々な測定条件に適合させることができ、赤外線検出器の量産化を可能とでき、また、加工誤差があっても、調整により干渉感度に対する特性を等しくでき、均一な性能を提供でき、さらに、試料中の干渉ガス濃度が異なる場合にも、それぞれの場合に応じてこの光量調整手段により干渉感度を排除できる。
【００２１】
なお、図８の赤外線検出器1Bで干渉感度を排除するための調整は以下のように行われる。
先ず、試料セル２３中に干渉ガスを流し、後室７で吸収されるエネルギと前室４で吸収されるエネルギを等しくする。すなわち、前室４と後室７間に圧力差が生じないように、トリマ９の位置を調整する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
干渉感度を排除する調整機構を有している図８に示す構成の赤外線ガス検出器1Bは、干渉感度を排除する調整機構を備えていない図７に示す赤外線ガス検出器1Aに比して上記の（１）、（２）、（３）の不都合が排除され、多くの効果を有している。
しかしながら、その構成から明らかなように、図８に示す赤外線ガス検出器1Bは、図７に示す赤外線検出器1Aよりも構成要素（部品）が多く、また、構成が複雑、製作が煩雑で、時間を要する他、外気に接する窓が多くなること、光量調整用のトリマの配置させるための切込み部を有していることから、次の問題がある。
【００２３】
すなわち、図７に示す赤外線検出器1Aは、干渉感度を排除することができる調整機構を有していない。しかし、室の封入ガスと外気とを隔離する窓は、すなわち、外気と接する窓は、前室４の光入射窓17の１枚のみである。
これに対して、図８に示す赤外線検出器1Bは、干渉感度を排除することができるものの、前室４の光入射窓５と透過窓６、後室７の透過窓８を有しており、室の封入ガスと外気とを隔離する窓は、すなわち、外気と接する窓は、前室４の光入射窓５と透過窓６、後室の透過窓８の３枚である。このように、外気と接する窓が多いということが、生産性その他において問題、すなわち、ナンバーズバリアーとなっていた。
【００２４】
ナンバーズバリアーとは数に起因する障壁をさす概念で、生産技術上においては、部品や構成要素数が多くなると、個々の部品の品質管理や製造工程をいくら高度にしても、組み上げた製品の歩留まり悪化を避けがたくなり、生産上の障壁となることをさす。
干渉感度を排除することができる調整機構を有する図８の赤外線検出器1Bにおける、このナンバーズバリアーについて以下に記す。
【００２５】
（１）前室４と後室７内には封入ガスが封入されている。この封入ガスが漏れたり、逆に外気が侵入すると測定成分に対する感度の低下のみならず、干渉感度の排除性が損なわれる。このため、窓材とハウジングとの接着の気密性が大変重要であるとともに、機械的接着強度も重要である。周知のように最高の接着強度を得るためには、被接着物の表面を機械的に粗面化することが推奨されている。
しかしながら、接着の気密性を高度に得るためには被接着物の表面の租面化が障害となる。
なぜならば、被接着物の表面の租面化による凹凸を接着剤で完全に埋め難くなるからである。実例を挙げると、ガス封入前に行われるヘリウムリークディテクタにより検出される隙間の大きさは、隙間の長さ１ｍｍとしてその直径が僅か１μｍの小ささである。実際にこれだけの隙間でも、たちまち封入ガスのガス漏れが生じて、製品としては使用に耐え難い。
つまり、接着強度の強化の観点と高度の気密性確保の両立を図ることは、その条件設定だけでも難しい。また、接着剤と被接着物との濡れ性は、接着前の洗浄工程、接着時の温度や湿度、接着剤が塗付されるまでの被接着面と大気との接触時間、接着剤の主材と硬化剤との混合後の経過時間など多くの要素条件によって変化する。
これらの諸条件を量産される赤外線検出器の個々について常に一定に保つのは大変困難な事柄であり、また、組立て完成後の貯品あるいは流通過程、ガス分析計への組込みなどにおける機械的ショックや温度変化等により、接着部に微小な剥がれや割れが生じて、封入ガスが短期間に漏れる場合があった。
接着について、このような困難性を有する外気と接する窓が１枚から３枚に増えることは、製品の歩留まり悪化を避け難くし、生産上の障壁となっていた。
【００２６】
（２）接着剤にはエポキシ系統やその他様々な種類があるが、一般にガスの透過性はハウジング材料の金属よりも桁違いに大きく、どのような接着材で接着しても、ガスは接着剤の中を徐々に透過していき、この透過量は、ヘリウムリークディテクタによる短時間検査では検出できないほど小さい。
しかしながら、数ヶ月、数年という時間経過によって、赤外線検出器内の封入ガスは漏れ出て、また、外気が赤外線検出器内に侵入し、測定成分に対する感度低下のみならず、干渉感度の排除性が損なわれる。このために、接着剤の選定は重要な要素であるが、ガスの透過がゼロである接着剤は知られていない。
したがって、接着について、このようなガス透過性を無視し得ない窓が、１枚から３枚に増えることは、赤外線検出器の使用可能期間を短くする要因となり、赤外線検出器の寿命を、外気と接する窓が１枚の赤外線検出器と同様にするための障壁となっている。
【００２７】
（３）前室ブロック2aとハウジング２本体を、連通パイプ16を介して嵌合し、この嵌合箇所は接着剤によって固定されることから、この接着部分でも接着に伴う上記（１）と（２）と同様の問題を抱えている。
【００２８】
また、干渉感度を排除することができる調整機構を有する図８の赤外線検出器1Bは上記のナンバーズバリアーの他に、切込み部３の存在に起因する特有の性能上の問題があった。
すなわち、前室４と後室７との間の切込み部３は、光の進路において、大気に連通した空気層を挿入したことになる。それゆえに、切込み部３における大気中の赤外線吸収帯を有する諸成分（例えば、水分や炭酸ガス等）によって、切込み部３の厚みに応じて赤外線が吸収される。
したがって、大気中のこれらの諸成分の濃度の揺らぎが、赤外線検出器1Bの後室７へのスペクトルを揺るがす。
【００２９】
光の進路におけるその他の空気層は、図５に示す赤外線ガス分析計NDIRの構成から判るとおり、光源19とセル22及び赤外線検出器1Aなどの光学系各構成物を互いに結合する部分にも存在するが、これらの箇所での赤外線吸収による光スペクトルの揺らぎが生じても、図９に示す赤外線検出器のスペクトル感度特性そのものには影響を与えない。
しかしながら、図８の赤外線検出器1Bにおける切込み部３で生じる光スペクトルの揺らぎは、後室７だけに影響するので、図９に示す赤外線検出器のスペクトル感度特性に影響を与える。
したがって、水分や炭酸ガス等の大気中の干渉成分の濃度の揺らぎは、干渉感度の排除性の揺らぎとなって現れる。
【００３０】
詳しく言えば、切込み部３で生じる光スペクトルの揺らぎは、後室７だけに影響するので、図９に示すスペクトル感度特性中の斜線で示す正の部分ｐは変わらず、斜線で示す負の部分ｑのみが変化する。
したがって、当初に切込み部３におけるトリマ９の位置調整によって、正の部分ｐと負の部分ｑの面積を同じにし干渉感度を完全に除去していても、切込み部３における大気中の干渉成分（例えば、水分や炭酸ガス等）の濃度の揺らぎによって、干渉感度の排除性の揺らぎとなって現れる。
かくして、高感度分析の場合において、切込み部３の存在によって、大気中の赤外線吸収帯を有する諸成分（例えば、水分や炭酸ガス等）の濃度の揺らぎが、測定値の揺らぎ、すなわち、測定誤差を生じる場合があり、より一層の高感度化と高精度化を目指す上での課題となっていた。
【００３１】
本発明は、上記の課題を解決するために創案されたものであって、干渉感度を排除でき、また、ナンバーズバリアーから開放されて量産可能で均一な性能を有し、さらに、測定誤差の生じない赤外線検出器を有する赤外線ガス分析計を提供することを目的としている。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の赤外線ガス分析計では、前後２室と該室の圧力差を検出するセンサとで構成され赤外線検出器が、セルに対して回転可能とされており、該検出器の後室の光路長（深さ）が検出器の回転軸を境に異なっていることを特徴としている。
なお、セルに対して赤外線検出器が回転するか、赤外線検出器に対してセルが回転、すなわち、何れが何れに対して回転するかは相対的なものであり、請求項１における「赤外線検出器がセルに対して回転可能」なる字句は、少なくともセルと赤外線検出器のいずれか一方が他方に対して回転することを総称するものである。
【００３３】
また、赤外線検出器の前室の口径が前記セル径とほぼ同径で、前記前室口径の中心軸を軸芯として前記検出器が回転する赤外線ガス分析計であっても、また、前記検出器の前室の口径が前記セル径より小さく、セルと前記検出器との間に集光器が介在されてる赤外線ガス分析計であってもよく、さらに、前記検出器を調整された回転位置に固定する位置規制手段を有しているのが好ましい。
【００３４】
このような構成の赤外線ガス分析計によれば、後室の光路長（深さ）が赤外線検出器の回転軸を境に異なっているので、測定セルを透過した測定光に対する光路長を、赤外線検出器を回転させることで可変でき、これにより、前室と後室の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度を変更するのと同じ効果を得られる。すなわち、図９の斜線を付した部分のうち、正の部分ｐと負の部分ｑの面積を同じにし、干渉感度を完全に排除することが可能となる。
【００３５】
したがって、一つの赤外線検出器で種々の測定条件に適合させることができ、赤外線検出器の量産化が可能で、また、加工誤差等があっても干渉感度を排除して均一な性能の赤外線検出器を備えた赤外線ガス分析計が得られる。
また、図８の赤外線検出器1Bのように前室と後室との間に切込み部が介在せず、外気と接する窓の数が、図７の赤外線検出器1Aと同様に前室の光入射窓の１枚のみであるので、ナンバーズバリアーから開放されて測定誤差の生じない赤外線検出器を備えた赤外線ガス分析計が得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の主要部をなす赤外線検出器1Cを含む赤外線ガス分析計一実施例の構成を示す断面図で、赤外線検出器自体の外観は図７における赤外線検出器1Aと類似している。
なお、図７と同一機能を有する構成要素には図７と同一符号を付し、その説明を省略する。また、図５（ａ）に示す構成のNDIRに適合されたもので、同図における赤外線検出器1Aが赤外線検出器1Cに置き換わったものである。
【００３７】
図１において、31は赤外線検出器1Cのセル22に対する回転中心軸であり、前室４の中心軸と一致し光入射窓17に対して垂直である。28はハウジング２に一体に取付けた回転軸であり、不図示の固定部に設けられた軸受29によって回転自在に支えられている。30は、セル22に対する赤外線検出器1Cの回転位置調整後に、その調整された位置に赤外線検出器1Cを固定する止めネジ（位置規制手段）である。
また、図７の赤外線検出器1Aでは測定光と比較光に対する後室７の奥行き、すなわち、光路長はともに同じ光路長L2となる深さとされているが、実施例に係る赤外線検出器1Cの後室７では、該検出器1Cの回転中心軸31を境にして図示の状態では左半分が深くされて光路長がL2に、また、右半分が浅くされて光路長がL3にされている。
【００３８】
したがって、図示の状態では、試料セル23を透過した測定光は赤外線検出器1Cの左半分に入り、比較セル24を透過した比較光は赤外線検出器1Cの右半分に入り、測定光と比較光の両方において前室４の奥行き、すなわち、光路長は図７の赤外線検出器1Aと同様に同じL1であるが、後室の奥行きすなわち光路長は、測定光に対しては図示のL2で、比較光に対しては図示のL3になる。この図１における前室と後室を立体透視図で示したのが図２（ａ）である。
なお、図７の赤外線検出器1Aにおいては測定光、比較光に対する後室７の光路長はともにL2である。
【００３９】
図２（ｃ）は、赤外線検出器1Cを回転中心軸31を中心として同図（ａ）（図１の状態）から180度回転させた場合の赤外線検出器1Cとセル22の位置関係を、図２（ｂ）は、同図における（ａ）と（ｂ）との中間、すなわち、（ａ）の状態から90度回転させた場合の赤外線検出器1Cとセル22の位置関係をそれぞれを示している。
図２（ｃ）の状態では、後室７の奥行き、すなわち、光路長は、測定光に対してはL3となり、比較光に対してはL2に、また、図２（ｂ）の状態では、後室の奥行き、すなわち、光路長は、測定光と比較光の双方に対し、同図（ａ）と（ｃ）の中間、すなわち、（L2＋L3）／２となる。
したがって、回転中心軸３１を中心として赤外線検出器1Cをセル22に対して相対的に回転させることによって、測定光に対して後室７の奥行き、すなわち、光路長を、L2からL3まで任意の値に可変とすることができる。
【００４０】
なお、図1に示す赤外線検出器1Cにおいても、図７、図８の赤外線検出器1A、1B同様に、前室４と後室７においては、封入ガスがその吸収帯の熱エネルギを吸収し圧力を生じ、この圧力変化は前室４において大きく起きるが、後室７では前室４の封入ガスによってほとんどのエネルギが吸収されているために少ししか起こらず、このために、前室４と後室７に圧力差が生じ、この圧力差を差圧センサ12で検出することにより赤外線（吸収帯の波長）の光量を検出できる。
【００４１】
また、赤外線検出器1Cにおいても、図７、図８の赤外線検出器1A、1Bと同様に、吸収帯のエネルギ最大の部分（ピークの部分）の吸収率は高く、吸収帯の側端部は吸収率が低い。この吸収特性を利用して、前室４において吸収帯のエネルギ最大の部分が吸収され、後室７において吸収帯の側端部が吸収されるように、前室４の光路長L1と後室７の中心軸32を境にしてそれぞれの光路長L2及びL3が設計されている。前述のように、赤外線検出器1Cの出力は、前室４と後室７の吸収エネルギの差となるから、この赤外線検出器1Cのスペクトル感度も図９に実線で示す特性となる。
【００４２】
ここで、測定ガスの吸収帯より僅かにずれているような干渉ガスの吸収帯（図９で破線で示す）の影響を考えると、斜線で示すように、正の部分ｐと負の部分ｑより成り立っているため、互いに打ち消しあうことになる。
この正の部分ｐと負の部分ｑは、前室４と後室７の開口比、光路長比、容積比、封入ガス濃度などを適切に定めることにより等しくすることができ、干渉感度の影響の除去が可能となる。
図１における赤外線検出器1Cでは、赤外線検出器1Cの回転位置によって図２に示すように、後室７の測定光に対する光路長を可変でき、また、前室４の光路長L1と後室７の光路長L2との比率は、図２（ａ）に示す回転位置にある時に干渉ガス吸収帯のエネルギが前室４より後室７の方が大きく吸収されるように設定されている。
【００４３】
また、後室７の光路長L2を「吸収帯の側端部は吸収率が低い」分だけ、前室４の光路長L1よりも長く設定され、図２（ｃ）に回転位置にある時に、干渉ガス吸収帯のエネルギが前室４より後室７の方が少なく吸収されるように、前室４の光路長L1と後室７の光路長L3との比率が設定されている。
したがって、赤外線検出器1Cのセル22に対する回転位置を調整することによって、前室４と後室７の光路長比、容積比、封入ガス濃度などを変更するのと同じ効果が得られ、図９に示す斜線を付した正の部分ｐと負の部分ｑの面積を同じにし、干渉感度を完全に排除することが可能となる。
【００４４】
なお、図１における赤外線検出器1Cによる干渉感度を排除するための調整は以下のように行われる。
先ず、試料セル23中に干渉ガスを流し、後室７で吸収されるエネルギと前室４で吸収されるエネルギを等しくする。すなわち、前室４と後室７間に圧力差が生じないように、赤外線検出器1Cの回転位置を調整し、止めネジ30でもってその調整位置に固定する。
また、赤外線検出器1Cによる検出信号は、不図示の処理回路に導かれて試料ガス中の測定成分のガス濃度が求められる。信号処理には種々の方式が採用されているが、先に記載した同出願人の特許第1809252号による処理方式が有用である。
【００４５】
図３は、図１における赤外線検出器1Cを、試料セル32と比較セル33がそれぞれが単独のパイプより形成された図５（ｂ）のNDIRに適応した他の実施例の構成を模式的に示すもので、図５（ｂ）と同じ構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。
この実施例の場合には、図５（ｂ）における赤外線検出器1Aを図１における構成の赤外線検出器1Cに単に置き換えるのみでは不都合を生じるので、セルと赤外線検出器との間に介在する集光器として中央に隔壁35を設けた集光器36を用いる必要がある。
【００４６】
すなわち、図１における構成の赤外線検出器1Cにおいては、試料光と比較セルに対する後室の光路長を変えることで干渉効果を排除することから、試料光と比較光との分離性を高めてセルを透過した試料光と比較光とがセルの回転中心軸を境にして前後室を互いの光が干渉することなく互いに独立に入射することが肝要である。
試料光と比較光との分離性とは、図１に示されているように「試料セル23を透過した測定光は赤外線検出器1Cの左半分に、そして、比較セル24を透過した比較光は赤外線検出器1Cの右半分に入る」という左右の光の分離性のことである。
【００４７】
ところが、図5（ｂ）に示されている内面が鏡面仕上げされた円錐形状の集光器34では、その集光器34の内面で光の進路が曲げられるために、光軸に対する斜めの光が、図６のセルを使用し、光源の口径Ds、セル口径Dc、赤外線検出器の前室の光入射開口面の口径Ddをほぼ同径とした図５（ａ）に示されているNDIRよりも多くなりクロストークするからである。
【００４８】
したがって、図５（ｂ）にける赤外線ガス検出器1Aを図７における構成の赤外線検出器1Cに置き換えるだけでは、赤外線検出器1Cの干渉感度の排除性と回転角度の比が少なくなったり、場合によっては干渉感度を完全に排除出来ないことも生じるので、内部に隔壁35を設けた集光器36を図５（ｂ）にける集光器34と取り替えることによって、測定光と比較光のクロストークを防止し光の左右の分離性を十分確保することで、図１の実施例と同様に赤外線検出器1Cの回転位置を調整することによって、測定光に対する光路長を可変することで、干渉感度を完全に排除することが可能となる赤外線ガス分析計を成し得る。
【００４９】
図４は、セル22に赤外線検出器1Dを回転可能に支持させた他の実施例の構成を模式的に示す断面図である。
この実施例は、アルミニウムの引抜き材を加工し一つの仕切り壁で試料セルと比較セルを形成した図６のセルを用いた構成の図５（ａ）に示すNDIRに対応するもので、この実施例における赤外線検出器1Dはハウジング２の前室すなわちセル22と結合される側は、円柱形になっていており、この円柱形部分が、セル22に一体的に取付けた嵌合フランジ15の円穴部に嵌合されて、両者の開口面の中心軸が自動的に合うようになっている。ハウジング２の前記円柱形部分が、赤外線検出器1Dの回転軸となり、嵌合フランジ15の円穴部が軸受となって、中心軸を回転の中心軸３１として、赤外線検出器1Dは、セル22に対して相対的に回転する。この実施例のNDIRにおいても図１に示す構成のNDIRと同様に、赤外線検出器1Dの回転位置を調整することによって、干渉感度を完全に排除することが可能となる赤外線ガス分析計を成し得る。
【００５０】
なお、実施例では、セルに対して赤外線検出器が回転するようにしたが、逆に、赤外線検出器に対してセルが回転するようにすることも可能である。
しかしながら、セルに対して赤外線検出器が回転する実施例の構成とすれば、試料セルに対する試料の供給路を固定できるので、試料供給系の構成を簡単化できる。
また、実施例では、前室と後室の差圧の検出にコンデンサマイクロフォンを用いたが、マイクロフローセンサ等の他のセンサであってもよい。
【００５１】
【発明による効果】
以上のように本発明によれば、赤外線検出器の回転で、測定光に対する該検出器の後室の光路長を可変できる。
したがって、一つの赤外線検出器で種々の測定条件に適合させて干渉感度を排除できるので、赤外線検出器の量産が可能で、かつ、加工誤差を排除して均一な性能が得られるとともに、測定誤差のない赤外線検出器を有する赤外線ガス分析計が得られる。
【００５２】
また、測定条件に応じて干渉感度を排除する調整機構を有する赤外線検出器でありながら、部品や構成要素数が少ないことから、ナンバーズバリアーから開放されて組み立てや製造の簡素化が図れて歩留まりの良好な赤外線検出器を備えた赤外線ガス分析計が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の一実施例の主要部の構成を示す断面図である。
【図２】 図１における赤外線検出器の作用説明図である。
【図３】 本願発明の他の実施例の構成を示す断面図である。
【図４】 本願発明のさらに他の実施例の主要部の構成を示す断面図である。
【図５】 従来の赤外線ガス分析計（NDIR）の構成を示す模式図である。
【図６】 図５のNDIRにおけるセルを模式的に示す斜視図である。
【図７】 図５のNDIRにおける従来の赤外線検出器1A部の構成を示す断面
図である。
【図８】 従来の他の赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図９】 赤外線検出器の干渉感度説明用のスペクトル感度特性図である。
【符号の説明】
1C、1D：赤外線検出器 ２：ハウジング
４：前室 ７：後室
10、11：通路
12：コンデンサマイクロフォン（差圧センサ）
14a…コンデンサマイクロフォンの可動膜
14b…コンデンサマイクロフォンの対向固定電極）
13：コンダクタンス 15：嵌合フランジ
17：光入射窓 18：仕切り窓
19：光源 20：モータ
21：光チョッパー 22：セル
23、32： 試料セル 24、33：比較セル
26： セルの仕切り壁 25：継手部
27：セルの窓 28：回転軸
29：軸受け 30：止めネジ（位置規制手段）
31：検出器の回転中心軸 36：集光器
35：集光器内部の隔壁 ｇ：封入ガス
L1：前室の奥行き（光路長） L2、L3：後室の奥行き（光路長）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an analyzer used for exhaust gas concentration measurement for monitoring and controlling gas concentrations of various industrial processes and monitoring pollution, and utilizing the characteristic absorption in the infrared region of gas molecules, A non-dispersive infrared gas analyzer that measures the concentration of a specific component in a sample gas according to the intensity of infrared absorption; in particular, two front and rear chambers in which gas is detected to detect the intensity of infrared absorption in gas molecules; The present invention relates to a front and rear two-chamber type infrared detector that is configured by a sensor that detects a pressure difference between the two front and rear chambers and that is arranged at the subsequent stage of a sample cell and a comparison cell to detect the transmitted infrared light intensity of the cell.
[0002]
[Prior art]
This kind of non-dispersive infrared gas analyzer (hereinafter referred to as NDIR) usually detects the sample cell in which the sample gas flows, the comparison cell in which the infrared absorbing inert gas is sealed, the light source and the cell transmitted infrared ray An infrared detector that alternately detects the amount of infrared light transmitted from the light source through the sample cell and the amount of infrared light transmitted from the light source through the comparison cell by the infrared detector, and detects the measurement component gas in the sample gas. The concentration is measured.
[0003]
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of this conventional NDIR, which can be divided into FIGS. 5A and 5B depending on the type of cell used. In either case, the infrared light emitted from the light source 19 is The chopper 21 driven by the motor 20 is intermittently provided at a constant time interval and is alternately introduced into the sample cells 23 and 32 and the comparison cells 24 and 33 with the same amount of light.
[0004]
The NDIR shown in FIG. 6A uses a cell made by processing a metal block, and the cell 22 is usually made using an aluminum drawing material as shown in FIG. Dc is substantially the same diameter as the diameter Ds of the light source 19 and the diameter Dd of the light incident opening surface of the front chamber 4 of the infrared detector 1A, and one of the two spaces formed by providing one partition wall 26 in the axial direction. Is configured as a sample cell 23 and the other as a comparison cell 24, the cross-sectional areas of the two spaces partitioned by the partition wall 26 are the same, and the sample cell 23 is provided with a joint portion 25 for introducing a sample gas. . The opening of both ends of the cell 22 has calcium fluoride (CaF 2 A window made of an infrared transmitting material such as) is fixed and closed with an adhesive, and the comparison cell 24 is filled with an infrared absorbing inert gas such as nitrogen or argon gas.
The light transmitted through the sample cell 23 and the comparison cell 24 enters the single infrared detector 1A, and the intensity of the transmitted light is detected.
[0005]
In addition, the NDIR in FIG. (B) uses a sample cell 32 and a comparison cell 33 each formed from a single pipe. In the NDIR of this configuration, the sum of the aperture and cell interval of both cells is detected by infrared rays. Since the aperture Dd is larger than the diameter Dd of the detector 1A, the transmitted light of both cells is collected by a concentrator 34 whose inner surface is mirror-finished and made incident on a single infrared detector 1A. It is the structure which detects the intensity | strength of.
The sample cell 32 is provided with a joint for introducing a sample gas, like the sample cell 23, and both end openings of both the cells 32 and 33 have CaF. 2 A window made of an infrared transmitting material such as an infrared ray is fixed and closed with an adhesive, and the comparison cell 33 is filled with an infrared absorbing inert gas such as nitrogen or argon gas.
[0006]
As shown in FIG. 7, the infrared detector 1A used in the conventional NDIR has two chambers 4 and 7 arranged at the front and rear with respect to the cell transmitted light. A measurement component gas having a high concentration or a gas having the same infrared absorption characteristics as the measurement component is filled (enclosed). Incident light (cell transmitted light) first enters the front chamber 4, and the transmitted light enters the rear chamber 7. The front chamber 4 and the rear chamber 7 are connected to a differential pressure sensor 12 through passages 10 and 11.
In the front chamber 4 and the rear chamber 7, the sealed gas absorbs the heat energy in the absorption band and generates pressure. This pressure change occurs largely in the front chamber 4, but only slightly occurs in the rear chamber 7 because most of the energy is absorbed by the sealed gas in the front chamber 4.
[0007]
Therefore, a pressure difference is generated between the front chamber 4 and the rear chamber 7, and by detecting this pressure difference with the differential pressure sensor 12, the amount of infrared rays (absorption band wavelength) can be detected.
The front chamber 4 includes a light incident window 17, and the front chamber 4 and the rear chamber 7 are partitioned by a partition window 18. The differential pressure sensor 12 is a microflow sensor, a condenser microphone, or the like, but the figure illustrates an example using a condenser microphone. 14a is a movable film of the condenser microphone, 14b is a counter electrode thereof, and 14a and 14b are connected to each other. From the lead wire, a signal drawn out of the infrared detector 1A through a hermetic seal (not shown) is taken out.
[0008]
The gas flow between the two chambers of the front chamber 4 and the rear chamber 7 is not completely partitioned, but the conductance 13 is used to prevent the movement of the movable film 14a of the condenser microphone. The gas pressure is balanced, and the flow volume of both spaces due to the conductance 13 has almost no influence on the change in pressure difference between the two chambers due to the cell transmitted light intermittently incident by the sector 21 shown in FIG. It is set to the extent that does not give.
[0009]
The light entrance window 17 in the front chamber 4 and the partition window 18 between the front and rear chambers 4 and 7 are CaF. 2 It is made of an infrared transmitting material such as aluminum, is fitted into a housing 2 such as aluminum, and is fixed by an adhesive. These windows are assembled to the housing 2 by, for example, inserting a partition window 18 into the inside of the housing 2 from the opening on the light incident side of the front chamber 4, fixing with an adhesive, and then fixing the front chamber 4. The light incident window 17 is fitted into the countersunk portion of the housing 2 and fixed with an adhesive.
For this reason, the opening diameter of the rear chamber 7 is slightly smaller than that of the front chamber 4 as shown in FIG. 7 so that the partition window 18 defining the front chamber 4 and the rear chamber 7 can be securely bonded and fixed in the housing 2. It is customarily designed to be small, and the step portion in the housing 2 formed by the difference in opening diameter serves as a margin, and the window material can be securely bonded.
[0010]
The detection signal from the front / rear chamber type infrared detector 1A is guided to a processing circuit (not shown) to obtain the gas concentration of the measurement component in the sample gas. Various methods are used for signal processing. For example, as shown in the same patent application No. 1809252 “Infrared gas analyzer” of the prior application, zero gas, span gas, sample introduction A method is useful in which measurement signals relating to the comparison cell and the sample cell are individually discriminated and taken out, and the concentration of the measurement component gas in the sample gas is obtained by an arithmetic process using a predetermined arithmetic expression.
[0011]
In the NDIR having the configuration shown in FIG. 5 using the infrared detector 1A having the configuration shown in FIG. 7, if an interference gas is contained, the influence of interference sensitivity may appear, resulting in a measurement error. The interference gas is a gas having an absorption band overlapping with the infrared absorption band of the measurement gas. For this reason, an infrared detector that is not easily affected by interference sensitivity is required for high-precision analysis.
[0012]
However, in the infrared detector 1A having the configuration shown in FIG. 7, the aperture ratio, the volume ratio, and the optical path length ratio of the front and rear chambers are uniquely determined by design and are unchanged, and interference sensitivity is eliminated according to measurement conditions. Since it does not have a function (adjustment mechanism), it has the following disadvantages.
(1) When the measurement conditions are different, for example, when the concentrations of the measurement component gas and the interference gas are different, the opening ratio of the front chamber and the rear chamber, the optical path length ratio, the volume ratio, the concentration of the enclosed gas are suitable for each condition. Must be made and prepared. For this reason, it becomes a variety and a small quantity production, and is not suitable for mass production.
(2) If errors such as processing occur at the time of production or the concentration of the sealed gas is slightly different, the aperture ratio, optical path length ratio, volume ratio, and sealed gas concentration of each infrared detector will be slightly different. , Uniform performance cannot be obtained.
(3) Since the infrared detector is designed with a certain interference gas concentration set, the interference sensitivity is affected when the interference gas concentration is not constant and is different from the assumed value.
[0013]
For this reason, the applicant has an adjustment mechanism that eliminates the interference sensitivity according to the measurement conditions, can be mass-produced without being affected by the interference sensitivity, can cope with processing errors, and obtains uniform performance. An infrared detector is proposed in Japanese Patent No. 2572058. This proposed infrared detector is adapted to adapt to various measurement conditions with one infrared detector by adjusting the amount of light incident on the rear chamber, and its configuration is shown in FIG.
In addition, the same code | symbol as the same figure is attached | subjected to the component or structure which makes the same effect | action as FIG. 7, and the description is abbreviate | omitted. Further, when applied to NDIR, the infrared detector 1A in FIG. 5 is replaced with the infrared detector 1B in FIG.
[0014]
In FIG. 8, 9 is a trimmer (light amount adjusting means) made of the same material as the flat plate housing for adjusting the amount of light incident on the rear chamber 7 and formed between the front chamber 4 and the rear chamber 7. The cut portion 3 is provided so as to be movable in the horizontal direction by a support mechanism (not shown). In order to form (secure) the cut portion 3 in which the trimmer 9 is disposed, the front chamber 4 has a light incident window 5 and a transmission window 6, and the rear chamber 7 has a transmission window 8. CaF 2 The windows 5, 6, and 8 made of an infrared transmitting material such as aluminum are fitted into a housing 2 made of aluminum or the like and fixed by an adhesive.
[0015]
As is apparent from the figure, the infrared gas detector 1B shown in FIG. 8 has more components and a more complicated configuration than the infrared detector 1A shown in FIG.
The infrared detector 1B is composed of the housing 2 main body and the front chamber block 2a for the mechanical formation of the cut portion 3 and the design for assembling the transmission window 6. Both of them are assembled after the transmission window is assembled. Are integrated into an infrared detector 1B.
The assembly of the window of the infrared gas detector 1B and the integrated assembly process of the housing 2 main body and the front chamber block 2a are exemplified as follows.
First, the transmission window 6 is inserted and fitted into the front chamber block 2a, fixed with an adhesive, and after waiting for the adhesive on the transmission window 6 to harden, the light incident window 5 is inserted into the front chamber block 2a and fitted. Then, the transparent window 8 is put in the housing 2 and fitted into the housing 2 and fixed by the adhesive.
[0016]
Thus, after the adhesive is cured in these portions, the front chamber block 2a and the housing 2 main body, which are not fixed to the window 5 and the window 6, are fixed and integrated with the adhesive.
In the figure, 16 is a communication pipe connected to the passage 10 leading to the front chamber 4 formed in the front chamber block 2a and the passage 11 leading to the rear chamber 7 formed in the housing 2, and the front chamber block 2a Since the mechanical strength of the housing 2 and the housing 2 is naturally required, they are fastened with bolts (not shown) so as to be firmly connected to each other.
Also in the infrared detector 1B, in the same manner as the infrared detector 1A in FIG. 7, in the front chamber 4 and the rear chamber 7, the sealed gas absorbs the heat energy of the absorption band and generates a pressure. 4, but the rear chamber 7 has little energy because most of the energy is absorbed by the gas contained in the front chamber 4, which causes a pressure difference between the front chamber 4 and the rear chamber 7. By detecting the pressure difference with the differential pressure sensor 12, the amount of infrared light (absorption band wavelength) can be detected.
[0017]
In detail, the absorption phenomenon of the front and rear chambers 4 and 7 in the infrared detectors 1A and 1B in FIG. 7 and FIG. 8 is high in the absorption maximum portion of the absorption band (peak portion), and the side edge of the absorption band. Has a low absorption rate. Using this absorption characteristic, the optical path length (depth) of the front chamber 4 is absorbed so that the maximum energy of the absorption band is absorbed in the front chamber 4 and the side end of the absorption band is absorbed in the rear chamber 7. L1 and the optical path length (depth) L2 of the rear chamber 7 are designed. Since the output of the infrared detector is the difference in the absorbed energy between the front chamber 4 and the rear chamber 7, the spectral sensitivity of the infrared detector has the characteristics shown by the solid line in FIG.
[0018]
Here, considering the influence of an interference gas absorption band (shown by a broken line in the figure) that slightly deviates from the measurement gas absorption band, a positive part p and a negative part q as shown by diagonal lines. Because they are more organized, they will cancel each other.
The positive part p and the negative part q can be made equal by appropriately determining the opening ratio, optical path length ratio, volume ratio, sealed gas concentration, etc. of the front chamber 4 and the rear chamber 7, and the influence of interference sensitivity. Can be removed.
[0019]
The infrared gas detector 1B shown in FIG. 8 has a trimmer 9 between the front chamber 4 and the rear chamber 7 as a light amount adjusting means for adjusting the optical path area of the measurement light incident on the rear chamber 7. The ratio (L1 / L2) of the optical path length L1 of the front chamber 4 and the optical path length L2 of the rear chamber 7 is larger in the rear chamber 7 than in the front chamber 4 when the trimmer 9 is fully opened. It is set to be absorbed.
Then, by adjusting the position of the trimmer 9 so that the amount of light incident on the rear chamber 7 is less than when the trimmer 9 is fully opened, the optical path length ratio, volume ratio, sealed gas concentration, etc. of the front chamber 4 and the rear chamber 7 The same effect is obtained as described above, and as a result, the areas of the positive part p and the negative part q shown by hatching in FIG. 9 are made the same, and the interference sensitivity can be completely eliminated. .
[0020]
Therefore, according to the infrared detector 1B of FIG. 8 having the adjustment mechanism that eliminates the interference sensitivity according to the measurement conditions, the infrared detection shown in FIG. 7 does not have the adjustment mechanism that eliminates the interference sensitivity according to the measurement conditions. The inconvenience of the detector 1A, that is, the inconveniences of (1), (2), and (3) above is eliminated, and one infrared detector can be adapted to various measurement conditions, and mass production of the infrared detector can be achieved. Even if there is a processing error, the characteristics for interference sensitivity can be made equal by adjustment, and uniform performance can be provided. Furthermore, even when the interference gas concentration in the sample is different, Interference sensitivity can be eliminated by this light quantity adjusting means.
[0021]
The adjustment for eliminating the interference sensitivity by the infrared detector 1B of FIG. 8 is performed as follows.
First, an interference gas is caused to flow through the sample cell 23 to make the energy absorbed in the rear chamber 7 equal to the energy absorbed in the front chamber 4. That is, the position of the trimmer 9 is adjusted so that no pressure difference is generated between the front chamber 4 and the rear chamber 7.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
The infrared gas detector 1B having the adjustment mechanism for eliminating the interference sensitivity shown in FIG. 8 is the same as the infrared gas detector 1A shown in FIG. 7 having no adjustment mechanism for eliminating the interference sensitivity. (1), (2), and (3) are eliminated, and there are many effects.
However, as apparent from the configuration, the infrared gas detector 1B shown in FIG. 8 has more components (parts) than the infrared detector 1A shown in FIG. 7, and the configuration is complicated and the production is complicated. In addition to the time required, there are the following problems because there are many windows that come into contact with the outside air, and since there are cut portions for arranging a trimmer for adjusting the amount of light.
[0023]
That is, the infrared detector 1A shown in FIG. 7 does not have an adjustment mechanism that can eliminate interference sensitivity. However, there is only one window for isolating the sealed gas and the outside air in the chamber, that is, the window in contact with the outside air, that is, the light incident window 17 of the front chamber 4.
On the other hand, the infrared detector 1B shown in FIG. 8 has a light incident window 5 and a transmission window 6 in the front chamber 4 and a transmission window 8 in the rear chamber 7 although interference sensitivity can be eliminated. The windows that separate the sealed gas from the room and the outside air, that is, the windows that are in contact with the outside air, are the light incident window 5 and the transmission window 6 of the front chamber 4 and the transmission window 8 of the rear chamber. As described above, the fact that there are many windows in contact with the outside air has been a problem in productivity and others, that is, a number barrier.
[0024]
Numbers Barrier is a concept that refers to a barrier due to the number. In production technology, as the number of parts and components increases, the yield of assembled products is increased no matter how sophisticated the quality control or manufacturing process of individual parts is. It means that it becomes difficult to avoid deterioration and becomes a barrier to production.
This number barrier in the infrared detector 1B of FIG. 8 having an adjustment mechanism capable of eliminating interference sensitivity will be described below.
[0025]
(1) Filled gas is sealed in the front chamber 4 and the rear chamber 7. When this sealed gas leaks or the outside air enters, not only the sensitivity to the measurement component is lowered but also the interference sensitivity is not eliminated. For this reason, the airtightness of the bonding between the window material and the housing is very important, and the mechanical bonding strength is also important. As is well known, in order to obtain the highest adhesive strength, it is recommended that the surface of the adherend be mechanically roughened.
However, in order to obtain high adhesion airtightness, the surface of the adherend becomes a hindrance.
This is because it becomes difficult to completely fill the unevenness caused by the roughening of the surface of the adherend with an adhesive. As an example, the size of the gap detected by the helium leak detector performed before gas filling is as small as 1 μm in diameter with a gap length of 1 mm. Actually, even with such a gap, the gas leakage of the filled gas occurs immediately, so that it is difficult to withstand the use as a product.
That is, it is difficult to achieve both the viewpoint of strengthening the adhesive strength and ensuring a high degree of airtightness even by setting the conditions alone. In addition, the wettability between the adhesive and the adherend is determined by the washing process before bonding, the temperature and humidity during bonding, the contact time between the surface to be bonded and the atmosphere until the adhesive is applied, It varies depending on many factors such as the elapsed time after mixing the material and the curing agent.
It is very difficult to keep these conditions constant for each mass-produced infrared detector, and mechanical shocks in the storage or distribution process after assembly is complete, as well as incorporation into gas analyzers, etc. In some cases, due to temperature change or the like, minute peeling or cracking occurs in the bonded portion, and the sealed gas leaks in a short time.
Regarding bonding, the increase in the number of windows that contact the outside air having such difficulty from one to three makes it difficult to avoid the deterioration of the product yield, and has become a production barrier.
[0026]
(2) There are various types of adhesives, such as epoxy system, but generally the gas permeability is orders of magnitude greater than that of the metal of the housing material. The amount of permeation is so small that it cannot be detected by a short time inspection with a helium leak detector.
However, with the passage of months and years, the gas contained in the infrared detector leaks out, and the outside air enters the infrared detector, not only reducing the sensitivity to the measured components but also eliminating the interference sensitivity. Is damaged. For this reason, the selection of the adhesive is an important factor, but no adhesive having zero gas permeation is known.
Accordingly, the increase in the number of windows that cannot ignore gas permeability from one to three for bonding is a factor that shortens the usable period of the infrared detector, and reduces the lifetime of the infrared detector to the outside air. The window in contact with is a barrier to make it the same as one infrared detector.
[0027]
(3) Since the front chamber block 2a and the housing 2 main body are fitted through the communication pipe 16, and the fitting portion is fixed by an adhesive, the above-mentioned (1) and ( Has the same problem as 2).
[0028]
In addition, the infrared detector 1B shown in FIG. 8 having an adjustment mechanism capable of eliminating interference sensitivity has a specific performance problem due to the presence of the cut portion 3 in addition to the number barrier.
That is, the cut portion 3 between the front chamber 4 and the rear chamber 7 has inserted an air layer communicating with the atmosphere in the light path. Therefore, infrared rays are absorbed according to the thickness of the cut portion 3 by various components (for example, moisture and carbon dioxide) having an infrared absorption band in the atmosphere in the cut portion 3.
Therefore, fluctuations in the concentration of these components in the atmosphere shake the spectrum to the rear chamber 7 of the infrared detector 1B.
[0029]
Other air layers in the light path are also present in the optical system components such as the light source 19 and the cell 22 and the infrared detector 1A, as seen from the configuration of the infrared gas analyzer NDIR shown in FIG. However, even if fluctuations in the optical spectrum due to infrared absorption at these locations occur, the spectral sensitivity characteristics of the infrared detector shown in FIG. 9 are not affected.
However, the fluctuation of the optical spectrum that occurs at the notch 3 in the infrared detector 1B of FIG. 8 affects only the rear chamber 7, and therefore affects the spectral sensitivity characteristics of the infrared detector shown in FIG.
Therefore, fluctuations in the concentration of interference components in the atmosphere, such as moisture and carbon dioxide, appear as fluctuations in interference sensitivity exclusion.
[0030]
More specifically, since the fluctuation of the optical spectrum generated in the cut portion 3 affects only the rear chamber 7, the positive portion p indicated by the oblique lines in the spectral sensitivity characteristics shown in FIG. 9 does not change, and the negative portion indicated by the oblique lines. Only q changes.
Therefore, even if the interference sensitivity is completely removed by adjusting the position of the trimmer 9 in the cut portion 3 to make the areas of the positive portion p and the negative portion q the same, the interference component in the atmosphere ( For example, fluctuations in the concentration of moisture, carbon dioxide, etc.) appear as fluctuations in interference sensitivity exclusion.
Thus, in the case of high-sensitivity analysis, due to the presence of the incision portion 3, fluctuations in the concentration of various components having an infrared absorption band in the atmosphere (for example, water and carbon dioxide) cause fluctuations in measured values, that is, measurement errors. This has been a problem in achieving higher sensitivity and higher accuracy.
[0031]
The present invention was devised to solve the above-described problems, and can eliminate interference sensitivity, can be released from the Numbers Barrier, can be mass-produced, has a uniform performance, and causes measurement errors. The object is to provide an infrared gas analyzer with no infrared detector.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the infrared gas analyzer of the present invention, an infrared detector composed of two front and rear chambers and a sensor for detecting a pressure difference between the chambers is rotatable with respect to the cell. The optical path length (depth) of the rear chamber of the detector is different from the rotation axis of the detector.
It is to be noted that the infrared detector rotates relative to the cell or the cell rotates relative to the infrared detector, that is, which rotates relative to the cell. The phrase “the device is rotatable relative to the cell” is a general term that at least one of the cell and the infrared detector rotates relative to the other.
[0033]
Further, even if the diameter of the front chamber of the infrared detector is substantially the same as the cell diameter and the detector rotates about the central axis of the front chamber diameter, the detection may also be performed. The diameter of the front chamber of the vessel may be smaller than the cell diameter, and may be an infrared gas analyzer in which a condenser is interposed between the cell and the detector. It is preferable to have a position restricting means for fixing to.
[0034]
According to the infrared gas analyzer having such a configuration, since the optical path length (depth) of the rear chamber is different from the rotation axis of the infrared detector, the optical path length with respect to the measurement light transmitted through the measurement cell is expressed by infrared rays. It can be varied by rotating the detector, and the same effect as changing the opening ratio, optical path length ratio, volume ratio, and sealed gas concentration between the front chamber and the rear chamber can be obtained. That is, it is possible to make the area of the positive part p and the negative part q the same among the hatched parts in FIG. 9 and completely eliminate the interference sensitivity.
[0035]
Therefore, one infrared detector can be adapted to various measurement conditions, mass production of infrared detectors is possible, and even if there is a processing error, infrared sensitivity with uniform performance is eliminated by eliminating interference sensitivity. An infrared gas analyzer equipped with a vessel is obtained.
Further, like the infrared detector 1B in FIG. 8, there is no notch between the front chamber and the rear chamber, and the number of windows in contact with the outside air is the same as that in the infrared detector 1A in FIG. Since there is only one entrance window, an infrared gas analyzer equipped with an infrared detector that is opened from the Numbers barrier and does not cause a measurement error can be obtained.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of an infrared gas analyzer including an infrared detector 1C which forms the main part of the present invention. The appearance of the infrared detector itself is similar to that of the infrared detector 1A in FIG. Yes.
In addition, the same code | symbol as FIG. 7 is attached | subjected to the component which has the same function as FIG. 7, and the description is abbreviate | omitted. Further, it is adapted to the NDIR having the configuration shown in FIG. 5A, and the infrared detector 1A in the figure is replaced with the infrared detector 1C.
[0037]
In FIG. 1, 31 is a rotation center axis for the cell 22 of the infrared detector 1 </ b> C, coincides with the center axis of the front chamber 4 and is perpendicular to the light incident window 17. Reference numeral 28 denotes a rotating shaft that is integrally attached to the housing 2, and is rotatably supported by a bearing 29 provided in a fixed portion (not shown). Reference numeral 30 denotes a set screw (position restricting means) for fixing the infrared detector 1C to the adjusted position after adjusting the rotational position of the infrared detector 1C with respect to the cell 22.
Further, in the infrared detector 1A of FIG. 7, the depth of the rear chamber 7 with respect to the measurement light and the comparison light, that is, the optical path length is set to the same optical path length L2, but the infrared detector 1C according to the embodiment has the same depth. In the rear chamber 7, with the rotation center axis 31 of the detector 1C as a boundary, in the state shown in the figure, the left half is deepened and the optical path length is L2, and the right half is shallow and the optical path length is L3. .
[0038]
Therefore, in the state shown in the figure, the measurement light that has passed through the sample cell 23 enters the left half of the infrared detector 1C, and the comparison light that has passed through the comparison cell 24 enters the right half of the infrared detector 1C. In both cases, the depth of the front chamber 4, that is, the optical path length is the same L1 as in the infrared detector 1A of FIG. 7, but the depth of the rear chamber, that is, the optical path length is L2 shown for the measurement light, For comparison light, L3 is shown. FIG. 2A shows the front chamber and the rear chamber in FIG. 1 in a three-dimensional perspective view.
In the infrared detector 1A of FIG. 7, the optical path length of the rear chamber 7 with respect to the measurement light and the comparison light is both L2.
[0039]
FIG. 2C shows the positional relationship between the infrared detector 1C and the cell 22 when the infrared detector 1C is rotated 180 degrees from the same figure (a) (the state of FIG. 1) about the rotation center axis 31. FIG. 2B shows the positional relationship between the infrared detector 1C and the cell 22 in the middle of FIGS. 2A and 2B, that is, when rotated 90 degrees from the state of FIG. ing.
In the state of FIG. 2 (c), the depth of the rear chamber 7, that is, the optical path length is L3 for the measurement light, L2 for the comparison light, and in the state of FIG. 2 (b), The depth of the rear chamber, that is, the optical path length, is the middle of (a) and (c) in the figure, that is, (L2 + L3) / 2 for both the measurement light and the comparison light.
Therefore, by rotating the infrared detector 1C relative to the cell 22 around the rotation center axis 31, the depth of the rear chamber 7, that is, the optical path length with respect to the measurement light can be arbitrarily set from L2 to L3. The value can be variable.
[0040]
In the infrared detector 1C shown in FIG. 1 as well, in the front chamber 4 and the rear chamber 7, the sealed gas absorbs the heat energy of the absorption band, similarly to the infrared detectors 1A and 1B in FIGS. This pressure change occurs largely in the front chamber 4, but occurs little in the rear chamber 7 because most of the energy is absorbed by the sealed gas in the front chamber 4. A pressure difference is generated in the rear chamber 7, and by detecting this pressure difference with the differential pressure sensor 12, the amount of infrared rays (absorption band wavelength) can be detected.
[0041]
In addition, in the infrared detector 1C, as in the infrared detectors 1A and 1B in FIGS. 7 and 8, the absorption rate of the maximum energy portion (peak portion) of the absorption band is high, and the side edge of the absorption band is Absorption rate is low. Using this absorption characteristic, the optical path length L1 and the rear chamber of the front chamber 4 are absorbed so that the maximum energy of the absorption band is absorbed in the front chamber 4 and the side edge of the absorption band is absorbed in the rear chamber 7. The optical path lengths L2 and L3 are designed with the central axis 32 of 7 as a boundary. As described above, the output of the infrared detector 1C is the difference between the absorption energy of the front chamber 4 and the rear chamber 7, so that the spectral sensitivity of the infrared detector 1C also has the characteristics shown by the solid line in FIG.
[0042]
Here, considering the influence of an interference gas absorption band (shown by a broken line in FIG. 9) that slightly deviates from the measurement gas absorption band, a positive part p and a negative part q, as shown by diagonal lines, are shown. Because they are more organized, they will cancel each other.
The positive part p and the negative part q can be made equal by appropriately determining the opening ratio, the optical path length ratio, the volume ratio, the sealed gas concentration, etc. of the front chamber 4 and the rear chamber 7, and the influence of interference sensitivity. Can be removed.
In the infrared detector 1C in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the optical path length with respect to the measurement light in the rear chamber 7 can be varied according to the rotational position of the infrared detector 1C, and the optical path length L1 in the front chamber 4 and the rear chamber 7 The ratio with the optical path length L2 is set so that the energy in the interference gas absorption band is absorbed more in the rear chamber 7 than in the front chamber 4 at the rotational position shown in FIG.
[0043]
Further, the optical path length L2 of the rear chamber 7 is set longer than the optical path length L1 of the front chamber 4 by an amount corresponding to “the absorption rate is low at the side edge of the absorption band”, and when in the rotational position in FIG. The ratio between the optical path length L1 of the front chamber 4 and the optical path length L3 of the rear chamber 7 is set so that the energy in the interference gas absorption band is absorbed less in the rear chamber 7 than in the front chamber 4.
Therefore, by adjusting the rotational position of the infrared detector 1C relative to the cell 22, the same effect as changing the optical path length ratio, volume ratio, sealed gas concentration, etc. of the front chamber 4 and the rear chamber 7 can be obtained. It is possible to make the area of the positive part p and the negative part q with the hatching shown in FIG.
[0044]
The adjustment for eliminating the interference sensitivity by the infrared detector 1C in FIG. 1 is performed as follows.
First, an interference gas is caused to flow through the sample cell 23 so that the energy absorbed in the rear chamber 7 is equal to the energy absorbed in the front chamber 4. That is, the rotational position of the infrared detector 1C is adjusted so as not to cause a pressure difference between the front chamber 4 and the rear chamber 7, and is fixed to the adjusted position with the set screw 30.
Further, the detection signal from the infrared detector 1C is guided to a processing circuit (not shown), and the gas concentration of the measurement component in the sample gas is obtained. Various methods are employed for signal processing, and the processing method described in the above-mentioned patent No. 1809252 by the same applicant is useful.
[0045]
FIG. 3 schematically shows the configuration of another embodiment of the infrared detector 1C shown in FIG. 1, which is adapted to the NDIR in FIG. 5B in which the sample cell 32 and the comparison cell 33 are each formed by a single pipe. The same components as those in FIG. 5B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the case of this embodiment, simply replacing the infrared detector 1A in FIG. 5B with the infrared detector 1C having the configuration shown in FIG. It is necessary to use a condenser 36 having a partition wall 35 at the center as an optical device.
[0046]
That is, in the infrared detector 1C having the configuration shown in FIG. 1, since the interference effect is eliminated by changing the optical path length of the rear chamber with respect to the sample light and the comparison cell, the separation between the sample light and the comparison light is improved. It is important that the sample light and the comparative light transmitted through the light are incident on the front and rear chambers independently of each other without interfering with each other with the rotation center axis of the cell as a boundary.
As shown in FIG. 1, the separation between the sample light and the comparison light means that “the measurement light transmitted through the sample cell 23 is in the left half of the infrared detector 1C and the comparison light transmitted through the comparison cell 24”. Is the separation of the left and right light that “enters the right half of the infrared detector 1C”.
[0047]
However, in the conical collector 34 whose inner surface is mirror-finished as shown in FIG. 5 (b), the path of light is bent at the inner surface of the collector 34. However, the NDIR shown in FIG. 5 (a) is used, in which the cell of FIG. 6 is used and the aperture Ds of the light source, the cell aperture Dc, and the aperture Dd of the light incident aperture of the front chamber of the infrared detector are substantially the same. This is because there will be more crosstalk.
[0048]
Therefore, if the infrared gas detector 1A shown in FIG. 5B is simply replaced with the infrared detector 1C having the configuration shown in FIG. 7, the ratio of the interference sensitivity exclusion property and the rotation angle of the infrared detector 1C may be reduced. Depending on the situation, the interference sensitivity may not be completely eliminated. Therefore, by replacing the condenser 36 provided with the partition wall 35 with the condenser 34 shown in FIG. By preventing the talk and ensuring sufficient separation of the right and left of the light, and adjusting the rotational position of the infrared detector 1C as in the embodiment of FIG. An infrared gas analyzer that can completely eliminate the sensitivity can be formed.
[0049]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of another embodiment in which the infrared detector 1D is rotatably supported by the cell 22. As shown in FIG.
This embodiment corresponds to the NDIR shown in FIG. 5 (a) using the cell of FIG. 6 in which a sample cell and a comparison cell are formed by processing an aluminum drawn material and forming a single partition wall. In the infrared detector 1D in the example, the front chamber of the housing 2, that is, the side connected to the cell 22 is cylindrical, and this cylindrical portion is a circle of the fitting flange 15 attached integrally to the cell 22. The center axis of both opening surfaces is automatically fitted by being fitted into the hole. The cylindrical portion of the housing 2 serves as a rotation shaft of the infrared detector 1D, the circular hole portion of the fitting flange 15 serves as a bearing, and the center shaft serves as a center shaft 31 of rotation. Rotates relative to The NDIR of this embodiment also forms an infrared gas analyzer that can completely eliminate interference sensitivity by adjusting the rotational position of the infrared detector 1D as in the NDIR having the configuration shown in FIG. obtain.
[0050]
In the embodiment, the infrared detector is rotated with respect to the cell, but conversely, the cell can be rotated with respect to the infrared detector.
However, if the configuration of the embodiment in which the infrared detector rotates with respect to the cell, the sample supply path to the sample cell can be fixed, so that the configuration of the sample supply system can be simplified.
In the embodiment, the condenser microphone is used to detect the differential pressure between the front chamber and the rear chamber, but other sensors such as a microflow sensor may be used.
[0051]
[Effects of the invention]
As described above, according to the present invention, the optical path length of the rear chamber of the detector with respect to the measurement light can be varied by rotating the infrared detector.
Therefore, it is possible to eliminate interference sensitivity by adapting to various measurement conditions with one infrared detector, enabling mass production of infrared detectors, eliminating processing errors and obtaining uniform performance, and measuring errors. An infrared gas analyzer having an infrared detector without the above is obtained.
[0052]
In addition, although it is an infrared detector having an adjustment mechanism that eliminates interference sensitivity according to measurement conditions, the number of parts and components is small, so it can be released from Numbers Barrier, simplifying assembly and manufacturing, and improving yield. An infrared gas analyzer with a good infrared detector is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the infrared detector in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional infrared gas analyzer (NDIR).
6 is a perspective view schematically showing a cell in the NDIR of FIG. 5. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional infrared detector 1A portion in the NDIR of FIG.
FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of another conventional infrared detector.
FIG. 9 is a spectral sensitivity characteristic diagram for explaining interference sensitivity of an infrared detector.
[Explanation of symbols]
1C, 1D: Infrared detector 2: Housing
4: Front room 7: Rear room
10, 11: Passage
12: Condenser microphone (differential pressure sensor)
14a: Movable membrane of condenser microphone
14b ... Opposite fixed electrode of condenser microphone)
13: Conductance 15: Mating flange
17: Light entrance window 18: Partition window
19: Light source 20: Motor
21: Light chopper 22: Cell
23, 32: Sample cell 24, 33: Comparison cell
26: Cell partition wall 25: Fitting
27: Cell window 28: Rotating axis
29: Bearing 30: Set screw (position regulating means)
31: Center axis of rotation of detector 36: Light collector
35: Bulkhead inside the collector g: Filled gas
L1: Depth of the front chamber (optical path length) L2, L3: Depth of the rear chamber (optical path length)
