JP3721575B2 - 磁気式酸素計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気風方式の磁気式酸素計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気風方式の磁気式酸素計は、酸素の持つ常磁性を利用し、不均一磁場内で発生する酸素の磁気風を検出してその濃度を求めるものである。
【０００３】
図３は、従来の磁気式酸素計の構成概略図である。
図３において、磁気式酸素計は、ガラスのリングセル１と、バイパス管２と、コイル３ａと、磁石４と、ブリッジ回路６とで構成されている。
【０００４】
リングセル１には、リング状の測定ガス通路１０の対称位置に測定ガスの入口１１と出口１２が設けられ、バイパス管２は、測定ガス通路１０をバイパスさせるようにリングセル１の入口１１と出口１２の中間部に接続されている。
【０００５】
コイル３ａは、ガラスのバイパス管２の全体に渡り、例えば約３０μｍの白金線が螺旋状に巻き回され、通電されることによりバイパス管２を加熱するヒータとなっており、コイル３ａの中央よりＡ側、Ｂ側のそれぞれは、ブリッジ回路６の一辺を形成している。
そして、磁場印加手段としての磁石４はバイパス管２の中央からＡ側に偏して配置されている。
【０００６】
このような構成において、測定ガスが入口１１より導入されると、測定ガスは測定ガス通路１０のＡ側とB側に別れて上昇する。
そして、測定ガスに含まれる酸素は、磁石４によりＡ、Ｂ両側からバイパス管２に吸引されてコイル３ａによって加熱される。
加熱された酸素は、その磁化率が低下し、磁石４による吸引力が小さくなってそれぞれ吸引された反対側に押し出される。
【０００７】
この場合、磁石４がＡ側に設けられているために、Ａ側からの酸素の流れがＢ側の酸素の流れよりも強くなり、バイパス管２にＢ側から入ってきた酸素は、Ａ側からの酸素の流れによって押し戻される。
【０００８】
このようにして、バイパス管２の内部でＡ側からＢ側へ（磁場の弱い方向へ）の酸素の磁気風が生じ、このためそれぞれがブリッジ回路６の一辺を構成するコイル３ａのＡ側とＢ側に温度差、すなわち電気抵抗差が生じる。
そして、酸素濃度はブリッジ回路６の不平衡電圧として検出される
【０００９】
この場合、最小目盛り範囲が０−１ｖｏｌ．％Ｏ2程度までの低酸素濃度領域の測定が可能であるが、次のように測定器の姿勢を変化させて使用することにより、９０ｖｏｌ．％Ｏ2以上の高濃度領域の測定を可能にすることができる。
【００１０】
図３に示した磁気式酸素計を９０°回転させ、Ａ側が上方でＢ側が下方となるように姿勢を変化させてバイパス管２を垂直にすると、Ｂ側（下方）からＡ側（上方）への熱対流が発生し、Ａ側（上方）からＢ側（下方）への磁気風と相殺しあって、ある酸素濃度（例えば９８ｖｏｌ．％Ｏ2）の時にバイパス管２にガスの流れが生じない状態をつくることができる。
【００１１】
このような状態でブリッジ回路６を平衡状態に調整しておけば、バイパス管２にガスの流れが生じない状態（例えば９８ｖｏｌ．％Ｏ2）を起点とした一定の濃度範囲で精度の高い濃度測定を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような磁気式酸素計においては、次のような問題点があった。
上述のように測定可能領域を変化させるためには、装置を回転させて姿勢を変化させ、磁気回路を最適化することにより測定の起点を変化させる必要があり、その作業は煩雑なものであった。
【００１３】
コイル３ａを、バイパス管２に巻き回して製造することは技術的な困難を
伴い、また、ヒータとしての機能だけでなくブリッジ回路６の一部として機能させるためにはある程度の長さを持たせなければならず、結果的に製造コストの増大を招く。
（３）コイル３ａはバイパス管２に巻き回されているため、バイパス管２内部の熱応答性が悪く、効率的な測定が困難である。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、測定器の姿勢を変化させずに広い濃度領域の酸素濃度を高精度に測定可能で、低コストな磁気式酸素計を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、リング状の測定ガス通路を有するリングセルと、このリングセルに接続され、前記測定ガス通路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管の中央より一方に偏して配置される磁場印加手段と、前記バイパス管に設けられ、通電されることにより前記バイパス管内の前記測定ガスを加熱するヒータと、前記バイパス管内の前記測定ガスの流量を測定するフローセンサとを具備し、
前記測定ガスの濃度が低く、前記フローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達しない領域においては、前記ヒータへの供給電力を一定として、そのときの前記フローセンサの出力をガス濃度に変換して前記測定ガスの濃度を測定し、
前記測定ガスの濃度が高くフローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達した領域においては、前記フローセンサの出力が一定（Ｖ 0 ）となるように前記ヒータへの供給電力を制御して、その電力を前記測定ガス濃度に変換することを特徴とする磁気式酸素計である。
【００１６】
本発明の請求項２においては、前記フローセンサは、熱線式センサであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１７】
本発明の請求項３においては、前記フローセンサは、サーミスタであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１８】
本発明の請求項４においては、前記ヒータは、前記磁場印加手段よりも前記バイパス管の中央に偏して配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１９】
本発明の請求項５においては、前記ヒータは、前記バイパス管の内部に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図３と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
図１は本発明の一実施例の構成概略図である。
【００２１】
図１において、磁気式酸素計は、リングセル１と、バイパス管２と、ヒータ３と、磁石４と、フローセンサ５とで構成されている。
そして磁場印加手段としての磁石４は、バイパス管２の中央からＡ側に偏して配置されている。
【００２２】
ヒータ３は、例えばテープヒータで、磁石４よりもＢ側に偏してバイパス管２に巻き回され、通電されることによりバイパス管２を加熱する。
また、磁気風を発生させる力は、磁場の勾配（磁場のバイパス管の場所による変化率）と、磁場の大きさと、磁化率（温度の関数）の積に比例するので、この力が最適化されるようにヒータ３の位置は調整される。
【００２３】
フローセンサ５は、熱線式のフローセンサとして例えばサーミスタであり、バイパス管２の中央に設けられ、バイパス管2内部のガス流量を測定する。
【００２４】
このような構成において、測定ガスが入口１１より導入されると、測定ガスに含まれる酸素は、磁石４によりＡ、Ｂ両側からバイパス管２に吸引されてヒータ３によって加熱される。
加熱された酸素は、その磁化率が低下し、磁石４による吸引力が小さくなり、それぞれ吸引された反対側に押し出される。
【００２５】
この場合、磁石４がバイパス管２のＡ側に偏して設けられているために、Ａ側からの酸素の流れがＢ側の酸素の流れよりも強くなり、バイパス管２にＢ側から入ってきた酸素は、Ａ側からの酸素の流れによって押し戻される。
【００２６】
このようにして、バイパス管２の内部にＡ側からＢ側へ酸素の磁気風が生じ、フローセンサ５は、この磁気風を検出する。
【００２７】
次に、酸素濃度への変換について説明する。
図２は、酸素濃度とヒータ投入電力及びフローセンサ出力との関係を示す特性曲線図である。
図２において、酸素濃度が高い領域（磁気風の速度が大きい領域）Ｈにおいては、熱線式のフローセンサ５の出力は飽和してしまい正確な測定が困難な場合がある。
【００２８】
従って、この場合は、磁気風が一定となるように、すなわちフローセンサ５の出力が一定のＶ0となるように、ヒータ３への供給電力を制御し、この電力を酸素濃度に変換する。
【００２９】
一方、酸素濃度が低く、フローセンサ５の出力が一定のレベルＶ0に達しないような領域Ｌにおいては、ヒータ３への供給電力を一定として、この時のフローセンサ５の出力を酸素濃度に変換する。
【００３０】
この場合、測定器の姿勢を変化させることなく、低濃度領域から高濃度領域に至るまでの酸素濃度を高精度に測定することができる。
また、ヒータ３は、安価なテープヒータ等をバイパス管２の一部に巻いて使用するので、測定器の製造コストを下げることができる。
【００３１】
また、ヒータ３をバイパス管２の内部に設置すれば、バイパス管２の内部の熱応答性を高めることができ、効率的な測定が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１から請求項４によれば、測定器の姿勢を変化させることなく広い濃度領域の酸素濃度を高精度に測定可能で、低コストな磁気式酸素計を提供することができ、請求項５によれば、測定効率の高い磁気式酸素計を提供することができる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成概略図である。
【図２】酸素濃度とヒータ投入電力及びフローセンサ出力との関係を示す特性曲線図である。
【図３】従来の磁気式酸素計の構成概略図である。
【符号の説明】
１ リングセル
２ バイパス管
３ ヒータ
４ 磁石
５ フローセンサ
１０ 測定ガス通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気風方式の磁気式酸素計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気風方式の磁気式酸素計は、酸素の持つ常磁性を利用し、不均一磁場内で発生する酸素の磁気風を検出してその濃度を求めるものである。
【０００３】
図３は、従来の磁気式酸素計の構成概略図である。
図３において、磁気式酸素計は、ガラスのリングセル１と、バイパス管２と、コイル３ａと、磁石４と、ブリッジ回路６とで構成されている。
【０００４】
リングセル１には、リング状の測定ガス通路１０の対称位置に測定ガスの入口１１と出口１２が設けられ、バイパス管２は、測定ガス通路１０をバイパスさせるようにリングセル１の入口１１と出口１２の中間部に接続されている。
【０００５】
コイル３ａは、ガラスのバイパス管２の全体に渡り、例えば約３０μｍの白金線が螺旋状に巻き回され、通電されることによりバイパス管２を加熱するヒータとなっており、コイル３ａの中央よりＡ側、Ｂ側のそれぞれは、ブリッジ回路６の一辺を形成している。
そして、磁場印加手段としての磁石４はバイパス管２の中央からＡ側に偏して配置されている。
【０００６】
このような構成において、測定ガスが入口１１より導入されると、測定ガスは測定ガス通路１０のＡ側とB側に別れて上昇する。
そして、測定ガスに含まれる酸素は、磁石４によりＡ、Ｂ両側からバイパス管２に吸引されてコイル３ａによって加熱される。
加熱された酸素は、その磁化率が低下し、磁石４による吸引力が小さくなってそれぞれ吸引された反対側に押し出される。
【０００７】
この場合、磁石４がＡ側に設けられているために、Ａ側からの酸素の流れがＢ側の酸素の流れよりも強くなり、バイパス管２にＢ側から入ってきた酸素は、Ａ側からの酸素の流れによって押し戻される。
【０００８】
このようにして、バイパス管２の内部でＡ側からＢ側へ（磁場の弱い方向へ）の酸素の磁気風が生じ、このためそれぞれがブリッジ回路６の一辺を構成するコイル３ａのＡ側とＢ側に温度差、すなわち電気抵抗差が生じる。
そして、酸素濃度はブリッジ回路６の不平衡電圧として検出される
【０００９】
この場合、最小目盛り範囲が０−１ｖｏｌ．％Ｏ2程度までの低酸素濃度領域の測定が可能であるが、次のように測定器の姿勢を変化させて使用することにより、９０ｖｏｌ．％Ｏ2以上の高濃度領域の測定を可能にすることができる。
【００１０】
図３に示した磁気式酸素計を９０°回転させ、Ａ側が上方でＢ側が下方となるように姿勢を変化させてバイパス管２を垂直にすると、Ｂ側（下方）からＡ側（上方）への熱対流が発生し、Ａ側（上方）からＢ側（下方）への磁気風と相殺しあって、ある酸素濃度（例えば９８ｖｏｌ．％Ｏ2）の時にバイパス管２にガスの流れが生じない状態をつくることができる。
【００１１】
このような状態でブリッジ回路６を平衡状態に調整しておけば、バイパス管２にガスの流れが生じない状態（例えば９８ｖｏｌ．％Ｏ2）を起点とした一定の濃度範囲で精度の高い濃度測定を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような磁気式酸素計においては、次のような問題点があった。
上述のように測定可能領域を変化させるためには、装置を回転させて姿勢を変化させ、磁気回路を最適化することにより測定の起点を変化させる必要があり、その作業は煩雑なものであった。
【００１３】
コイル３ａを、バイパス管２に巻き回して製造することは技術的な困難を
伴い、また、ヒータとしての機能だけでなくブリッジ回路６の一部として機能させるためにはある程度の長さを持たせなければならず、結果的に製造コストの増大を招く。
（３）コイル３ａはバイパス管２に巻き回されているため、バイパス管２内部の熱応答性が悪く、効率的な測定が困難である。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、測定器の姿勢を変化させずに広い濃度領域の酸素濃度を高精度に測定可能で、低コストな磁気式酸素計を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、リング状の測定ガス通路を有するリングセルと、このリングセルに接続され、前記測定ガス通路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管の中央より一方に偏して配置される磁場印加手段と、前記バイパス管に設けられ、通電されることにより前記バイパス管内の前記測定ガスを加熱するヒータと、前記バイパス管内の前記測定ガスの流量を測定するフローセンサとを具備し、
前記測定ガスの濃度が低く、前記フローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達しない領域においては、前記ヒータへの供給電力を一定として、そのときの前記フローセンサの出力をガス濃度に変換して前記測定ガスの濃度を測定し、
前記測定ガスの濃度が高くフローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達した領域においては、前記フローセンサの出力が一定（Ｖ 0 ）となるように前記ヒータへの供給電力を制御して、その電力を前記測定ガス濃度に変換することを特徴とする磁気式酸素計である。
【００１６】
本発明の請求項２においては、前記フローセンサは、熱線式センサであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１７】
本発明の請求項３においては、前記フローセンサは、サーミスタであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１８】
本発明の請求項４においては、前記ヒータは、前記磁場印加手段よりも前記バイパス管の中央に偏して配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００１９】
本発明の請求項５においては、前記ヒータは、前記バイパス管の内部に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図３と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
図１は本発明の一実施例の構成概略図である。
【００２１】
図１において、磁気式酸素計は、リングセル１と、バイパス管２と、ヒータ３と、磁石４と、フローセンサ５とで構成されている。
そして磁場印加手段としての磁石４は、バイパス管２の中央からＡ側に偏して配置されている。
【００２２】
ヒータ３は、例えばテープヒータで、磁石４よりもＢ側に偏してバイパス管２に巻き回され、通電されることによりバイパス管２を加熱する。
また、磁気風を発生させる力は、磁場の勾配（磁場のバイパス管の場所による変化率）と、磁場の大きさと、磁化率（温度の関数）の積に比例するので、この力が最適化されるようにヒータ３の位置は調整される。
【００２３】
フローセンサ５は、熱線式のフローセンサとして例えばサーミスタであり、バイパス管２の中央に設けられ、バイパス管2内部のガス流量を測定する。
【００２４】
このような構成において、測定ガスが入口１１より導入されると、測定ガスに含まれる酸素は、磁石４によりＡ、Ｂ両側からバイパス管２に吸引されてヒータ３によって加熱される。
加熱された酸素は、その磁化率が低下し、磁石４による吸引力が小さくなり、それぞれ吸引された反対側に押し出される。
【００２５】
この場合、磁石４がバイパス管２のＡ側に偏して設けられているために、Ａ側からの酸素の流れがＢ側の酸素の流れよりも強くなり、バイパス管２にＢ側から入ってきた酸素は、Ａ側からの酸素の流れによって押し戻される。
【００２６】
このようにして、バイパス管２の内部にＡ側からＢ側へ酸素の磁気風が生じ、フローセンサ５は、この磁気風を検出する。
【００２７】
次に、酸素濃度への変換について説明する。
図２は、酸素濃度とヒータ投入電力及びフローセンサ出力との関係を示す特性曲線図である。
図２において、酸素濃度が高い領域（磁気風の速度が大きい領域）Ｈにおいては、熱線式のフローセンサ５の出力は飽和してしまい正確な測定が困難な場合がある。
【００２８】
従って、この場合は、磁気風が一定となるように、すなわちフローセンサ５の出力が一定のＶ0となるように、ヒータ３への供給電力を制御し、この電力を酸素濃度に変換する。
【００２９】
一方、酸素濃度が低く、フローセンサ５の出力が一定のレベルＶ0に達しないような領域Ｌにおいては、ヒータ３への供給電力を一定として、この時のフローセンサ５の出力を酸素濃度に変換する。
【００３０】
この場合、測定器の姿勢を変化させることなく、低濃度領域から高濃度領域に至るまでの酸素濃度を高精度に測定することができる。
また、ヒータ３は、安価なテープヒータ等をバイパス管２の一部に巻いて使用するので、測定器の製造コストを下げることができる。
【００３１】
また、ヒータ３をバイパス管２の内部に設置すれば、バイパス管２の内部の熱応答性を高めることができ、効率的な測定が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１から請求項４によれば、測定器の姿勢を変化させることなく広い濃度領域の酸素濃度を高精度に測定可能で、低コストな磁気式酸素計を提供することができ、請求項５によれば、測定効率の高い磁気式酸素計を提供することができる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成概略図である。
【図２】酸素濃度とヒータ投入電力及びフローセンサ出力との関係を示す特性曲線図である。
【図３】従来の磁気式酸素計の構成概略図である。
【符号の説明】
１ リングセル
２ バイパス管
３ ヒータ
４ 磁石
５ フローセンサ
１０ 測定ガス通路
Claims (5)
- リング状の測定ガス通路を有するリングセルと、このリングセルに接続され、前記測定ガス通路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管の中央より一方に偏して配置される磁場印加手段と、前記バイパス管に設けられ、通電されることにより前記バイパス管内の前記測定ガスを加熱するヒータと、前記バイパス管内の前記測定ガスの流量を測定するフローセンサとを具備し、
前記測定ガスの濃度が低く、前記フローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達しない領域においては、前記ヒータへの供給電力を一定として、そのときの前記フローセンサの出力をガス濃度に変換して前記測定ガスの濃度を測定し、
前記測定ガスの濃度が高くフローセンサの出力が一定のレベル（Ｖ 0 ）に達した領域においては、前記フローセンサの出力が一定（Ｖ 0 ）となるように前記ヒータへの供給電力を制御して、その電力を前記測定ガス濃度に変換することを特徴とする磁気式酸素計。 - 前記フローセンサは、熱線式センサであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計。
- 前記フローセンサは、サーミスタであることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計。
- 前記ヒータは、前記磁場印加手段よりも前記バイパス管の中央に偏して配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計。
- 前記ヒータは、前記バイパス管の内部に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素計。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34303999A JP3721575B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 磁気式酸素計 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP34303999A JP3721575B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 磁気式酸素計 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001159624A JP2001159624A (ja) | 2001-06-12 |
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Family Applications (1)
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1999
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