JP4009952B2 - Magnetic oxygen measuring method and magnetic oxygen meter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計に関するものであり、特に、補助ガス流路に改良を加えてリングセルの傾斜に依存しないで酸素ガスの量を検出できるようにした磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術における磁気式酸素計は、図3及び図4に示すように、被測定ガス(サンプルガス)を流す流路を備えたリングセル111と、このリングセル111内に設置した熱型流量センサ(サーミスタ)からの信号で被測定ガスに含まれている酸素ガスの流量を検出する検出回路120とからなる。
【0003】
リングセル111は、円環形状に形成されたサンプル流路112に連通して設けた測定ガス導入口113と、この測定ガス導入口113の反対側に設けた測定ガス導出口114と、円環形状のサンプル流路112の中心位置を通り、対向する側のそれぞれに連通させて形成した第1及び第2の補助ガス流路115a、115bと、第1及び第2の補助ガス流路115a、115bに連通してあるサンプル流路112の片側である測定側サンプル流路112aに磁界を形成するヨーク116(図4参照)と、第1及び第2の補助ガス流路115a、115bの中心位置に連通され補助ガスを流入する補助ガス導入口117と、第1及び第2の補助ガス流路115a、115b内部に補助ガス導入口117を中心として同距離の位置に備えた第1及び第2のサーミスタ118a、118bとを備えた構成になっている。この第1及び第2のサーミスタ118a、118bは、検出回路120に接続されている。
【0004】
検出回路120は、第1のサーミスタ118aに接続してある第1の定抵抗回路121aと、第2のサーミスタ118bに接続してある第2の定抵抗回路121bと、これらの第1及び第2の定抵抗回路121a、121bからの信号を受信する差動増幅器122とからなる。
【0005】
このような構成のリングセル111において、測定ガス導入口113から導入された被測定ガスは二方向に分流したのち、測定ガス導出口114へ合流するように流れる。
また、補助ガス導入口117から導入された補助ガスは二方向に分流したのち、第1及び第2のサーミスタ118a、118bをそれぞれ経由し、その後、第1及び第2の補助ガス流路115a、115bとの接続部付近でそれぞれ被測定ガスと合流し、被測定ガスと共に測定ガス導出口114へ流れる。
【0006】
このような状況下で、被測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、第1のサーミスタ118aを経由する補助ガスの流量と第2のサーミスタ118bを経由する補助ガスの流量は同一となる。
【0007】
このため、第1の定抵抗回路121aに入力される第1のサーミスタ118aの出力と第2の定抵抗回路121bに入力される第2のサーミスタ118bの出力も同一となり、第1の定抵抗回路121aの出力信号と第2の定抵抗回路121bの出力信号も同一となり、これらの出力信号の差を増幅する差動増幅器122の出力は零になる。
【0008】
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、ヨーク116による磁界印加領域における磁力作用により測定ガス中の酸素分子が引き付けられて部分流れが生じる。このため、第1のサーミスタ118aを経由する補助ガスの流量と第2のサーミスタ118bを経由する補助ガスの流量に差が生じるようになり、第1の定抵抗回路121aに入力される第1のサーミスタ118aの出力信号と第2の定抵抗回路121bに入力される第2のサーミスタ118bの出力信号が同一でなくなる。
従って、第1の定抵抗回路121aの出力信号と第2の定抵抗回路121bの出力信号も異なるようになり、第1の定抵抗回路121aの出力信号と第2の定抵抗回路121bの出力信号の差を増幅する差動増幅器122の出力信号が測定ガス中の酸素分子量に対応した値を示すようになる。
【0009】
さて、図4に示すように、リングセル111は、補助ガスを流す第1及び第2の補助ガス流路115a、115bが、補助ガス導入口117から分流するときに同一量のガスを分流させる必要がある。その分流したガスの量に応じて第1及び第2のサーミスタ118a、118bの温度の冷却状態を検出するからである。そのため、補助ガス導入口117を中心にして、第1及び第2の補助ガス流路115a、115bが平行になるように設置している。
【0010】
【特許文献1】
特開平5−172784号公報 (第2〜3頁 第2図)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した磁気式酸素計において、実際に補助ガス流路を平行に設置することは難しく、図5に示すように、磁界を発生させる測定側サンプル流路112aが下に傾斜すると、補助ガスの熱対流は比較側サンプル流路112b側に多く流れてしまうことになる。
又、図6に示すように、磁界を発生させる測定側サンプル流路112aが上方向に傾斜すると、補助ガスの熱対流は、測定側サンプル流路112a側に多く流れてしまう。
【0012】
このように、わずかなリングセル111の傾斜により、大きな誤差(信号オフセット)を生じてしまい、概略として、1度の傾斜で、0−1%02レンジのほぼフルスケールに相当する信号オフセットを生じる。
これは、現状のリングセル111は、リングセル111を平面上に構成しているために、測定側サンプル流路112aと比較側サンプル流路112bへの補助ガスはちょうど正反対方向に流れる構造となっているからである。
このような構造において、第1及び第2の補助ガス流路115a、115b中に挿入されている第1及び第2のサーミスタ(自己加熱サーミスタ)118a、118bが発生する熱が、流路の傾斜により、信号への大きなオフセットを加える結果となる。
これは、現行製品が第1及び第2の補助ガス流路115a、115bの傾斜Θに対して、信号オフセットがsinΘに比例して依存する形になっているからである。非常に傾斜に敏感なセンサとなっているため、実際の製品の設置に際して、現場設置してからリングセル111の傾斜微調整を行い、水平出しを行う必要がある。
このため、防爆容器の外部から傾斜微調整を行う複雑なリンク機構を搭載している。この機構がコストアップ要因となり、又、コストダウン設計を実施する上で大きな障害となっている。
【0013】
従って、このような構造上の問題を回避するため、補助ガスの流れる流路の構成を改良して、傾斜に依存しない信号を得るリングセル構造に解決しなければならない課題を有する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計は、次に示す構成にすることである。
【0015】
(1)磁気式酸素測定方法は、円環形状に形成され、分流させた被測定ガスの測定側サンプル流路に磁界を形成する第1のステップ、前記分流させたそれぞれの測定側及び比較側サンプル流路の対向する位置に導通させた同一量の補助ガスを流す第1及び第2の補助ガス流路を形成する第2のステップ、前記第1及び第2の補助ガス流路のそれぞれは、前記第1及び第2の補助ガス流路より下方の補助ガス導入口から平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路を導通する第3のステップ、前記平行同一方向に分流させた第1及び第2流路のそれぞれに第1及び第2の熱型流量センサを配置して被測定ガス中の酸素の量を測定する第4のステップ、からなる。
(2)前記第1及び第2の熱型流量センサは、自己加熱サーミスタあるいは金属あるいは半導体からなる加熱型熱線である(1)に記載の磁気式酸素測定方法。
(3)前記第1及び第2流路は、前記第1及び第2の補助ガス流路に対して直交する方向に配置したことを特徴とする(1)または(2)に記載の磁気式酸素測定方法。
【0016】
(4)磁気式酸素計は、円環形状に形成され、分流させた被測定ガスの測定側サンプル流路に磁界を形成する磁界発生手段と、前記分流させたそれぞれの測定側及び比較側サンプル流路の対向する位置に導通させた同一量の補助ガスを流す第1及び第2の補助ガス流路と、前記第1及び第2の補助ガス流路に連通し、前記第1及び第2の補助ガス流路より下方の補助ガス導入口から平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路と、前記平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路のそれぞれに配置した第1及び第2の熱型流量センサと、を備えたことである。
(5)前記第1及び第2の熱型流量センサは、自己加熱サーミスタあるいは金属あるいは半導体からなる加熱型熱線である(4)に記載の磁気式酸素計。
(6)前記第1及び第2の流路は、前記第1及び第2の補助ガス流路に対して直交する方向に配置したことを特徴とする(4)または(5)に記載の磁気式酸素計。
【0017】
このように、平行に分流された第1及び第2の流路のそれぞれにセンサを配置した構成にすることで、流路自体が傾斜してもセンサを組み込んである第1及び第2の流路も同じく傾斜することになり、その環境条件は常に一定にすることができるため、傾斜に依存しないで酸素の量を測定することが可能になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計の実施形態について、図面を参照して、以下、説明する。
【0019】
本発明に係る磁気式酸素測定方法を具現化できる磁気式酸素計は、図1及び図2に示すように、被測定ガスを流すリングセル11と、リングセルで検出した信号から酸素の量を検出する検出回路20とからなる。
【0020】
リングセル11は、円環形状に形成されたサンプル流路12に連通して設けた測定ガス導入口13と、この測定ガス導入口13の反対側に設けた測定ガス導出口14と、測定ガス導入口13と測定ガス導出口14との間のサンプル流路である測定側サンプル流路12aに導通するように連通した第1の補助ガス流路15aと、第1の補助ガス流路15aと反対側のサンプル流路である比較側サンプル流路12bに導通するように連通した第2の補助ガス流路15bと、第1の補助ガス流路15aに連通してある測定側サンプル流路12aに磁界を形成するヨーク16と、補助ガス導入口17から枝分かれし、平行に同一方向を向き且つ所定長さに形成した第1及び第2の流路19a、19bと、第1の流路19aに配置した第1の熱型流量センサ18aと、第2の流路19bに配置した第2の熱型流量センサ18bとからなり、第1の流路19aは第1の補助ガス流路15aと直交する方向に配置されて連通し、第2の流路19bは第2の補助ガス流路15bと直交する方向に連通した構成になっている。この第1及び第2の熱型流量センサ18a、18bは、自己加熱サーミスタあるいは金属あるいは半導体からなる加熱型熱線であり、検出回路20に接続されている。
【0021】
検出回路20は、第1の熱型流量センサ18aに接続してある第1の定抵抗回路21aと、第2の熱型流量センサ18bに接続してある第2の定抵抗回路21bと、これらの第1及び第2の定抵抗回路21a、21bからの信号を受信する差動増幅器22とからなる。
【0022】
このような構成のリングセル11において、測定ガス導入口13から導入された被測定ガスは二方向に分流したのち、測定ガス導出口14へ合流するように流れる。
また、補助ガス導入口17から導入された補助ガスは平行な第1及び第2の流路19a、19bを経由して、第1及び第2の熱型流量センサ18a、18bをそれぞれ経由し、その後、第1及び第2の補助ガス流路15a、15bを経由して接続部付近でそれぞれ被測定ガスと合流し、被測定ガスと共に測定ガス導出口14へ流れる。
【0023】
このような状況下で、被測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、第1の熱型流量センサ18aを経由する補助ガスの流量と第2の熱型流量センサ18bを経由する補助ガスの流量は同一となる。
【0024】
このため、第1の定抵抗回路21aに入力される第1の熱型流量センサ18aの出力と第2の定抵抗回路21bに入力される第2の熱型流量センサ18bの出力も同一となり、第1の定抵抗回路21aの出力信号と第2の定抵抗回路21bの出力信号も同一となり、これらの出力信号の差を増幅する差動増幅器22の出力は零になる。
【0025】
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、磁界印加領域における磁力作用により測定ガス中の酸素分子が引き付けられて部分流れが生じる。このため、第1の熱型流量センサ18aを経由する補助ガスの流量と第2の熱型流量センサ18bを経由する補助ガスの流量に差が生じるようになり、第1の定抵抗回路21aに入力される第1の熱型流量センサ18aの出力信号と第2の定抵抗回路21bに入力される第2の熱型流量センサ18bの出力信号が同一でなくなる。従って、第1の定抵抗回路21aの出力信号と第2の定抵抗回路21bの出力信号も異なるようになり、第1の定抵抗回路21aの出力信号と第2の定抵抗回路21bの出力信号の差を増幅する差動増幅器22の出力信号が測定ガス中の酸素分子量に対応した値を示すようになる。
【0026】
さて、第1及び第2の熱型流量センサ18a、18bが配置してある第1及び第2の流路19a、19bは、平行に同一方向を向いて形成され、且つ第1及び第2の補助ガス流路15a、15bに直交する方向で形成されている。このことは、リングセル11自体が傾斜、特に僅かに傾斜しても第1及び第2の流路19a、19bを流れる補助ガスは同一の環境を維持できるため、その流量に変化はない。従って、傾斜に依存した信号オフセットを発生することがない。
従って、図示しないが、従来技術の如くリングセル11を平行な状態に微調整する調整機構が不要になる。
【0027】
又、第1及び第2の熱型流量センサ18a、18bが配置してなる第1及び第2の流路19a、19bを、第1及び第2の補助ガス流路15a、15bと直交させて配置しているが、特に垂直方向にすれば、傾斜変化に対して鈍感な構造とすることが可能になる。即ち、垂直にすることで、オフセットがcosΘに比例する依存性をもつようになる。従って、Θの零付近の変動に対して効果を持たなくなる。
【0028】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計は、補助ガスが流れる流路を平行な第1及び第2の流路にし、その流路の中にそれぞれ第1及び第2の熱型流量センサを配置したことにより、傾斜変動による信号オフセットを、激減させることができ、この結果、傾斜微調整機構を省略できるので、センサ機構が簡単になり、コストダウンにつながるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気式酸素計を示す説明図である。
【図2】図1のB−B線断面図である。
【図3】従来技術における磁気式酸素計を示す説明図である。
【図4】図3のA―A線断面図である。
【図5】図4において比較側流路が上がって傾斜した状態を示した説明図である。
【図6】図4において測定側流路が上がって傾斜した状態を示した説明図である。
【符号の説明】
11 リングセル
12 サンプル流路
12a 測定側サンプル流路
12b 比較側サンプル流路
13 測定ガス導入口
14 測定ガス導出口
15a 第1の補助ガス流路
15b 第2の補助ガス流路
16 ヨーク
17 補助ガス導入口
18a 第1の熱型流量センサ
18b 第2の熱型流量センサ
19a 第1の流路
19b 第2の流路
20 検出回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic oxygen measuring method and a magnetic oximeter, and more particularly to a magnetic type in which an auxiliary gas flow path is improved so that the amount of oxygen gas can be detected without depending on the inclination of a ring cell. The present invention relates to an oxygen measuring method and a magnetic oximeter.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIGS. 3 and 4, the magnetic oximeter in the prior art includes a
[0003]
The
[0004]
The
[0005]
In the
The auxiliary gas introduced from the auxiliary
[0006]
Under such circumstances, when oxygen molecules are not included in the gas to be measured, the flow rate of the auxiliary gas passing through the
[0007]
For this reason, the output of the
[0008]
On the other hand, when oxygen molecules are contained in the measurement gas, the oxygen molecules in the measurement gas are attracted by the magnetic force action in the magnetic field application region by the
Accordingly, the output signal of the first
[0009]
As shown in FIG. 4, the
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-5-172784 (pages 2 and 3 Fig. 2)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the magnetic oximeter described in the prior art, it is difficult to actually install the auxiliary gas flow path in parallel. As shown in FIG. 5, when the measurement-side
Further, as shown in FIG. 6, when the measurement-side
[0012]
As described above, a slight inclination of the
This is because the
In such a structure, the heat generated by the first and second thermistors (self-heating thermistors) 118a and 118b inserted in the first and second auxiliary
This is because the current product is such that the signal offset depends on sin Θ in proportion to the inclination Θ of the first and second auxiliary
For this reason, a complicated link mechanism that performs fine tilt adjustment from the outside of the explosion-proof container is mounted. This mechanism increases the cost, and is a major obstacle to the cost reduction design.
[0013]
Therefore, in order to avoid such a structural problem, there is a problem that the structure of the flow path through which the auxiliary gas flows is improved to solve a ring cell structure that obtains a signal that does not depend on the inclination.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a magnetic oxygen measuring method and a magnetic oxygen meter according to the present invention are configured as follows.
[0015]
(1) A magnetic oxygen measuring method includes a first step of forming a magnetic field in a measurement-side sample flow channel of a measurement gas that is formed in an annular shape and is divided, and each of the divided measurement and comparison sides A second step of forming first and second auxiliary gas flow paths for flowing the same amount of auxiliary gas conducted to opposite positions of the sample flow path, each of the first and second auxiliary gas flow paths is , A third step of conducting the first and second flow paths diverted in the same parallel direction from the auxiliary gas introduction port below the first and second auxiliary gas flow paths , the same flow in the same parallel direction. And a fourth step of measuring the amount of oxygen in the gas to be measured by disposing the first and second thermal flow sensors in the first and second flow paths, respectively.
(2) The magnetic oxygen measuring method according to (1), wherein the first and second thermal type flow sensors are self-heating thermistors or heating type hot wires made of metal or semiconductor.
(3) The magnetic type according to (1) or (2), wherein the first and second flow paths are arranged in a direction orthogonal to the first and second auxiliary gas flow paths. Oxygen measurement method.
[0016]
(4) The magnetic oximeter is formed in an annular shape and has a magnetic field generating means for forming a magnetic field in the measurement-side sample flow path of the gas to be measured, and the respective measurement-side and comparison-side samples that have been divided. first and second auxiliary gas passage supplying a flow path opposite to the same amount of auxiliary gas is conducted to the position of, communicating with the first and second auxiliary gas passage, the first and second The first and second flow paths are divided in the same parallel direction from the auxiliary gas introduction port below the auxiliary gas flow path, and the first and second flow paths are divided in the same parallel direction. The first and second thermal type flow rate sensors are provided.
(5) The magnetic oxygen meter according to (4), wherein the first and second thermal type flow sensors are self-heating thermistors or heating type hot wires made of metal or semiconductor.
(6) The magnetism according to (4) or (5), wherein the first and second flow paths are arranged in a direction orthogonal to the first and second auxiliary gas flow paths. Type oxygen meter.
[0017]
As described above, the sensor is disposed in each of the first and second flow paths that are divided in parallel, so that the first and second flows that incorporate the sensor even if the flow path itself is inclined. The road will also be inclined, and its environmental conditions can always be constant, so that it is possible to measure the amount of oxygen without depending on the inclination.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of a magnetic oxygen measuring method and a magnetic oximeter according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, a magnetic oximeter capable of embodying the magnetic oxygen measuring method according to the present invention includes a ring cell 11 for flowing a gas to be measured, and an amount of oxygen from a signal detected by the ring cell. And a detection circuit 20 for detection.
[0020]
The ring cell 11 includes a measurement gas inlet 13 provided in communication with a sample flow path 12 formed in an annular shape, a measurement gas outlet 14 provided on the opposite side of the measurement gas inlet 13, and a measurement gas. A first
[0021]
The detection circuit 20 includes a first
[0022]
In the ring cell 11 having such a configuration, the gas to be measured introduced from the measurement gas introduction port 13 is diverted in two directions and then flows so as to join the measurement gas outlet port 14.
The auxiliary gas introduced from the auxiliary gas introduction port 17 passes through the first and second
[0023]
Under such circumstances, when oxygen molecules are not included in the gas to be measured, the flow rate of the auxiliary gas passing through the first
[0024]
For this reason, the output of the first
[0025]
On the other hand, when oxygen molecules are contained in the measurement gas, the oxygen molecules in the measurement gas are attracted by the magnetic force action in the magnetic field application region, and a partial flow occurs. For this reason, a difference occurs between the flow rate of the auxiliary gas passing through the first thermal
[0026]
The first and
Therefore, although not shown, an adjustment mechanism for finely adjusting the ring cell 11 in a parallel state as in the prior art becomes unnecessary.
[0027]
The first and
[0028]
【The invention's effect】
As described above, in the magnetic oxygen measuring method and the magnetic oximeter according to the present invention, the flow paths through which the auxiliary gas flows are parallel first and second flow paths, and the first and second flow paths are respectively in the flow paths. And by arranging the second thermal flow sensor, the signal offset due to the tilt fluctuation can be drastically reduced. As a result, since the tilt fine adjustment mechanism can be omitted, the sensor mechanism is simplified and the cost is reduced. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a magnetic oximeter according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing a magnetic oximeter in the prior art.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which a comparison-side flow path rises and inclines in FIG. 4;
6 is an explanatory view showing a state in which a measurement-side flow path rises and is inclined in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
11 Ring cell 12
Claims (6)
前記分流させたそれぞれの測定側及び比較側サンプル流路の対向する位置に導通させた同一量の補助ガスを流す第1及び第2の補助ガス流路を形成する第2のステップ、
前記第1及び第2の補助ガス流路のそれぞれは、前記第1及び第2の補助ガス流路より下方の補助ガス導入口から平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路を導通する第3のステップ、
前記平行同一方向に分流させた第1及び第2流路のそれぞれに第1及び第2の熱型流量センサを配置して被測定ガス中の酸素の量を測定する第4のステップ、
からなる磁気式酸素測定方法。A first step of forming a magnetic field in the measurement-side sample flow path of the gas to be measured, which is formed in an annular shape and is divided;
A second step of forming first and second auxiliary gas flow paths for flowing the same amount of auxiliary gas conducted to opposite positions of each of the divided measurement side and comparison side sample flow paths;
Each of the first and second auxiliary gas flow paths includes first and second flow paths that are branched in the same parallel direction from the auxiliary gas introduction port below the first and second auxiliary gas flow paths. A third step of conducting,
A fourth step of measuring the amount of oxygen in the gas to be measured by disposing first and second thermal flow sensors in each of the first and second flow paths branched in the same parallel direction;
A magnetic oxygen measuring method comprising:
前記分流させたそれぞれの測定側及び比較側サンプル流路の対向する位置に導通させた同一量の補助ガスを流す第1及び第2の補助ガス流路と、
前記第1及び第2の補助ガス流路に連通し、前記第1及び第2の補助ガス流路より下方の補助ガス導入口から平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路と、
前記平行同一方向に分流させた第1及び第2の流路のそれぞれに配置した第1及び第2の熱型流量センサと、
を備えたことを特徴とする磁気式酸素計。A magnetic field generating means for forming a magnetic field in the measurement-side sample flow path of the gas to be measured, which is formed in an annular shape and divided;
First and second auxiliary gas flow paths for flowing the same amount of auxiliary gas conducted to opposing positions of the divided measurement-side and comparison-side sample flow paths;
First and second flow paths communicating with the first and second auxiliary gas flow paths and diverted in the same parallel direction from an auxiliary gas introduction port below the first and second auxiliary gas flow paths; ,
First and second thermal type flow rate sensors arranged in the first and second flow paths, respectively, divided in the same parallel direction;
A magnetic oximeter characterized by comprising:
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