JP4139376B2

JP4139376B2 - Mirror surface cooling type sensor

Info

Publication number: JP4139376B2
Application number: JP2004317073A
Authority: JP
Inventors: 良之金井; 新吾増本; 昌樹武智
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006126090A

Description

この発明は、一方の面が低温側、他方の面が高温側とされる熱電冷却素子を用いて冷却される鏡の鏡面上に生じる結露や結霜を検出する鏡面冷却式センサに関するものである。 The present invention relates to a mirror-cooled sensor that detects dew condensation or frost generated on the mirror surface of a mirror that is cooled using a thermoelectric cooling element in which one surface is a low temperature side and the other surface is a high temperature side. .

従来より、湿度測定法として、被測定気体の温度を低下させ、その被測定気体に含まれる水蒸気の一部を結露させたときの温度を測定することにより露点を検出する露点検出法が知られている。例えば、非特許文献１には、寒剤、冷凍機、電子冷却器などを用いて鏡を冷却し、この冷却した鏡の鏡面上の反射光の強度の変化を検出し、この時の鏡面の温度を測定することによって、被測定気体中の水分の露点を検出する鏡面冷却式露点計について説明されている。 Conventionally, as a humidity measurement method, a dew point detection method is known in which a dew point is detected by measuring the temperature when the temperature of a gas to be measured is reduced and a part of water vapor contained in the gas to be measured is condensed. ing. For example, in Non-Patent Document 1, a mirror is cooled using a cryogen, a refrigerator, an electronic cooler, or the like, a change in the intensity of reflected light on the mirror surface of the cooled mirror is detected, and the temperature of the mirror surface at this time is detected. A mirror-cooled dew point meter that detects the dew point of the moisture in the gas to be measured is described.

この鏡面冷却式露点計には、利用する反射光の種類によって、２つのタイプがある。１つは、正反射光を利用する正反射光検出方式（例えば、特許文献１参照）、もう１つは、散乱光を利用する散乱光検出方式（例えば、特許文献２参照）である。 There are two types of mirror-cooled dew point meters depending on the type of reflected light used. One is a specularly reflected light detection method that uses specularly reflected light (see, for example, Patent Document 1), and the other is a scattered light detection method that uses scattered light (see, for example, Patent Document 2).

〔正反射光検出方式〕
図１２に正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部（鏡面冷却式センサ）の構成を示す。この鏡面冷却式センサ１０１は、被測定気体が流入されるチャンバ１と、このチャンバ１の底部に設けられた熱電冷却素子（ペルチェ素子）２を備えている。熱電冷却素子２の冷却面２−１には鏡３が取り付けられており、熱電冷却素子２の加熱面２−２にはヒートパイプ４を介して放熱部材５が取り付けられている。すなわち、ヒートパイプ４の一端４−１が熱電冷却素子２の加熱面２−１に取り付けられており、熱電冷却素子２から離されたヒートパイプ４の他端４−２に放熱部材５が取り付けられている。 [Specular reflection detection method]
FIG. 12 shows a configuration of a sensor section (mirror-cooled sensor) in a conventional mirror-cooled dew point meter that employs a regular reflection light detection method. The mirror-cooled sensor 101 includes a chamber 1 into which a gas to be measured is introduced, and a thermoelectric cooling element (Peltier element) 2 provided at the bottom of the chamber 1. A mirror 3 is attached to the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2, and a heat radiating member 5 is attached to the heating surface 2-2 of the thermoelectric cooling element 2 via a heat pipe 4. That is, one end 4-1 of the heat pipe 4 is attached to the heating surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2, and the heat radiating member 5 is attached to the other end 4-2 of the heat pipe 4 separated from the thermoelectric cooling element 2. It has been.

また、熱電冷却素子２とヒートパイプ４の一端４−１にはその周囲を覆うように断熱部材６が設けられており、鏡３の上面（鏡面）３−１には温度検出素子７が取り付けられている。また、チャンバ１の上部に、鏡３の鏡面３−１に対して斜めに光を照射する発光素子８と、この発光素子８から鏡面３−１に対して照射された光の正反射光を受光する受光素子９とが設けられている。また、熱電冷却素子２へのリード線１０が断熱部材６を貫通して設けられている。 Further, a heat insulating member 6 is provided at one end 4-1 of the thermoelectric cooling element 2 and the heat pipe 4 so as to cover the periphery thereof, and a temperature detecting element 7 is attached to the upper surface (mirror surface) 3-1 of the mirror 3. It has been. In addition, a light emitting element 8 that irradiates light obliquely onto the mirror surface 3-1 of the mirror 3 and a regular reflection light of the light emitted from the light emitting element 8 to the mirror surface 3-1 are provided on the upper portion of the chamber 1. A light receiving element 9 for receiving light is provided. Further, a lead wire 10 to the thermoelectric cooling element 2 is provided through the heat insulating member 6.

この鏡面冷却式センサ１０１において、チャンバ１内の鏡面３−１は、チャンバ１内に流入される被測定気体に晒される。鏡面３−１に結露が生じていなければ、発光素子８から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子９で受光される。したがって、鏡面３−１に結露が生じていない場合、受光素子９で受光される反射光の強度は大きい。 In this mirror cooled sensor 101, the mirror surface 3-1 in the chamber 1 is exposed to the gas to be measured that flows into the chamber 1. If condensation does not occur on the mirror surface 3-1, almost all of the light emitted from the light emitting element 8 is regularly reflected and received by the light receiving element 9. Therefore, when there is no condensation on the mirror surface 3-1, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 9 is high.

熱電冷却素子２への電流を増大し、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面３−１に結露し、その水の分子に発光素子８から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子９で受光される反射光（正反射光）の強度が減少する。この鏡面３−１における正反射光の変化を検出することにより、鏡面３−１上の状態の変化、すなわち鏡面３−１上に水分（水滴）が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面３−１の温度を温度検出素子７で測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。 When the current to the thermoelectric cooling element 2 is increased and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, water vapor contained in the measured gas is condensed on the mirror surface 3-1, and the water molecules Part of the light emitted from the light emitting element 8 is absorbed or irregularly reflected. Thereby, the intensity of the reflected light (regularly reflected light) received by the light receiving element 9 is reduced. By detecting the change in the specularly reflected light on the mirror surface 3-1, it is possible to know the change in the state on the mirror surface 3-1, that is, that moisture (water droplets) has adhered to the mirror surface 3-1. Further, by measuring the temperature of the mirror surface 3-1 at this time with the temperature detecting element 7, the dew point of the moisture in the gas to be measured can be known.

〔散乱光検出方式〕
図１３に散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部（鏡面冷却式センサ）の構成を示す。この鏡面冷却式センサ１０２は、正反射光検出方式を採用した鏡面冷却式センサ１０１とほゞ同構成であるが、受光素子９の取り付け位置が異なっている。この鏡面冷却式センサ１０２において、受光素子９は、発光素子８から鏡面３−１に対して照射された光の正反射光を受光する位置ではなく、散乱光を受光する位置に設けられている。 (Scattered light detection method)
FIG. 13 shows a configuration of a sensor unit (mirror-cooled sensor) in a conventional mirror-cooled dew point meter that employs the scattered light detection method. The mirror-cooled sensor 102 has substantially the same configuration as the mirror-cooled sensor 101 that employs the regular reflection light detection method, but the mounting position of the light receiving element 9 is different. In this mirror-cooled sensor 102, the light receiving element 9 is provided at a position for receiving scattered light, not at a position for receiving specularly reflected light emitted from the light emitting element 8 to the mirror surface 3-1. .

この鏡面冷却式センサ１０２において、鏡面３−１は、チャンバ１内に流入される被測定気体に晒される。鏡面３−１に結露が生じていなければ、発光素子８から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子９での受光量は極微量である。したがって、鏡面３−１に結露が生じていない場合、受光素子９で受光される反射光の強度は小さい。 In the mirror-cooled sensor 102, the mirror surface 3-1 is exposed to the gas to be measured that flows into the chamber 1. If there is no condensation on the mirror surface 3-1, almost all of the light emitted from the light emitting element 8 is regularly reflected, and the amount of light received by the light receiving element 9 is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the mirror surface 3-1, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 9 is small.

熱電冷却素子２への電流を増大し、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面３−１に結露し、その水の分子に発光素子８から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子９で受光される乱反射された光（散乱光）の強度が増大する。この鏡面３−１における散乱光の変化を検出することにより、鏡面３−１上の状態の変化、すなわち鏡面３−１上に水分（水滴）が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面３−１の温度を温度検出素子７で測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。 When the current to the thermoelectric cooling element 2 is increased and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, water vapor contained in the measured gas is condensed on the mirror surface 3-1, and the water molecules Part of the light emitted from the light emitting element 8 is absorbed or irregularly reflected. Thereby, the intensity | strength of the irregularly reflected light (scattered light) received by the light receiving element 9 increases. By detecting the change in the scattered light on the mirror surface 3-1, it is possible to know the change in the state on the mirror surface 3-1, that is, that moisture (water droplets) has adhered to the mirror surface 3-1. Further, by measuring the temperature of the mirror surface 3-1 at this time with the temperature detecting element 7, the dew point of the moisture in the gas to be measured can be known.

なお、上述した露点計においては、鏡面３−１に生じる結露（水分）を検出する例で説明したが、同様の構成によって鏡面３−１に生じる結霜（水分）を検出することも可能である。 In the dew point meter described above, the example of detecting condensation (moisture) generated on the mirror surface 3-1 has been described. However, it is also possible to detect frost (water) generated on the mirror surface 3-1 with the same configuration. is there.

図１２や図１３に示した鏡面冷却式センサ１０１や１０２において、露点の測定下限は熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度を何度まで冷却できるかによって決まる。このため、この鏡面冷却式センサ１０１や１０２では、熱電冷却素子２の冷却面２−１をさらに冷却することができるように、熱電冷却素子２の加熱面２−２にヒートパイプ４の一端４−１を取り付け、熱電冷却素子２から離されたヒートパイプ４の他端４−２に放熱部材５を取り付けている。これにより、加熱面２−２に生じた熱がヒートパイプ４の一端４−１から他端４−２へと移動し、放熱部材５を通して放熱される。また、断熱部材６を設けることにより、熱電冷却素子２の加熱面２−２およびヒートパイプ４からの放熱がチャンバ１および鏡３に逆流しないようにしている。 In the mirror surface cooling type sensors 101 and 102 shown in FIGS. 12 and 13, the lower limit of dew point measurement is determined by how many times the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 can be cooled. For this reason, in this mirror surface cooling type sensor 101 or 102, one end 4 of the heat pipe 4 is placed on the heating surface 2-2 of the thermoelectric cooling element 2 so that the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 can be further cooled. -1 is attached, and the heat radiating member 5 is attached to the other end 4-2 of the heat pipe 4 separated from the thermoelectric cooling element 2. Thereby, the heat generated on the heating surface 2-2 moves from the one end 4-1 to the other end 4-2 of the heat pipe 4 and is radiated through the heat radiating member 5. Further, by providing the heat insulating member 6, heat radiation from the heating surface 2-2 of the thermoelectric cooling element 2 and the heat pipe 4 is prevented from flowing back to the chamber 1 and the mirror 3.

特開昭６１−７５２３５号公報JP-A-61-75235 特公平７−１０４３０４号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-104304 工業計測ハンドブック、昭和51.9.30、朝倉書店、Ｐ297。Industrial Measurement Handbook, Showa 51.9.30, Asakura Shoten, P297.

上述した鏡面冷却式センサ１０１や１０２では、発光素子８や受光素子９がチャンバ１に固定されており、ヒートパイプ４に一体的に固定された断熱部材６を通してリード線１０が熱電冷却素子２に接続されているため、発光素子８や受光素子９、熱電冷却素子２の現場での交換が難しい。また、鏡３や発光素子８、受光素子９の現場での位置の調整が難しい。この種の鏡面冷却式センサでは、設置場所の環境の違いや、求められる測定精度の違いに対応するため、センサ内部の部品の調整・交換などのメンテナンスが現場で容易に行えることが望まれている。 In the above-described mirror-cooled sensors 101 and 102, the light-emitting element 8 and the light-receiving element 9 are fixed to the chamber 1, and the lead wire 10 is connected to the thermoelectric cooling element 2 through the heat insulating member 6 that is integrally fixed to the heat pipe 4. Since they are connected, it is difficult to replace the light emitting element 8, the light receiving element 9, and the thermoelectric cooling element 2 in the field. Further, it is difficult to adjust the position of the mirror 3, the light emitting element 8, and the light receiving element 9 in the field. In this type of mirror-cooled sensor, it is desirable that maintenance such as adjustment and replacement of parts inside the sensor can be easily performed on site in order to cope with differences in the installation environment and required measurement accuracy. Yes.

そこで、本出願人は、最近、現場でのメンテナンスが簡単な鏡面冷却式センサを用いた露点計として、特願２００４−１０６７０８（参考文献１）に示されるような投光部と受光部とを一体にした光ファイバ式の露点計を提案した。図１４にこの参考文献１に記載された露点計のセンサ部（鏡面冷却式センサ）の概略構成図を示す。 In view of this, the present applicant has recently developed a light projecting unit and a light receiving unit as shown in Japanese Patent Application No. 2004-106708 (Reference 1) as a dew point meter using a mirror-cooled sensor that is easily maintained on site. An integrated fiber optic dew point meter was proposed. FIG. 14 shows a schematic configuration diagram of the sensor unit (mirror-cooled sensor) of the dew point meter described in Reference 1.

この鏡面冷却式センサ２０１Ａにおいて、熱電冷却素子（ペルチェ素子）２の冷却面２−１には鏡１１が取り付けられている。鏡１１は、例えばシリコンチップとされ、その表面１１−１が鏡面とされている。また、鏡１１と熱電冷却素子２の冷却面２−１との間には、例えば白金による薄膜測温抵抗体（温度検出素子）１２が形成されている。また、熱電冷却素子２の加熱面２−２にはヒートパイプ１３の一端１３−１が取り付けられ、ヒートパイプ１３の他端１３−２は熱電冷却素子２から離されている。 In this mirror surface cooling type sensor 201 </ b> A, a mirror 11 is attached to a cooling surface 2-1 of a thermoelectric cooling element (Peltier element) 2. The mirror 11 is, for example, a silicon chip, and the surface 11-1 is a mirror surface. A thin film resistance temperature detector (temperature detection element) 12 made of platinum, for example, is formed between the mirror 11 and the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2. Further, one end 13-1 of the heat pipe 13 is attached to the heating surface 2-2 of the thermoelectric cooling element 2, and the other end 13-2 of the heat pipe 13 is separated from the thermoelectric cooling element 2.

ヒートパイプ１３は、密閉容器内に少量の液体（作動液）を真空封入したもので、内壁に毛細管構造を備えている。ヒートパイプ１３の一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発（蒸発潜熱の吸収）し、低温部に蒸気が移動し、この蒸気が低温部で凝縮（蒸発潜熱の放出）し、凝縮した液が毛細管現象で加熱部に環流するという一連の相変化が連続的に生じ、加熱部から低温部へと素早く熱が移動する。 The heat pipe 13 is obtained by vacuum-sealing a small amount of liquid (working fluid) in a sealed container, and has a capillary structure on the inner wall. When a part of the heat pipe 13 is heated, the hydraulic fluid evaporates in the heating part (absorption of latent heat of vaporization), the vapor moves to the low temperature part, and this vapor condenses (releases the latent heat of vaporization) in the low temperature part. A series of phase changes in which the condensed liquid circulates to the heating part due to capillary action occurs continuously, and heat quickly moves from the heating part to the low temperature part.

ヒートパイプ１３の一端１３−１は３０゜〜４５゜の傾斜で立ち上げられ、この斜めに立ち上げられたヒートパイプ１３の一端１３−１の上面に熱電冷却素子２が取り付けられている。また、ヒートパイプ１３の一端（加熱部）１３−１と他端（低温部）１３−２との間には、一端１３−１側の直線部１３−３に保持部材１４が設けられている。保持部材１４は、ヒートパイプ１３の熱伝導方向に垂直な方向（図１４の上下方向）に分割可能な第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２とによって構成され、第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２との間にヒートパイプ１３が挟まれている。また、第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２とはネジによって結合されており、これによってヒートパイプ１３が第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２との間にその位置（前後方向、回転方向）を調整可能に固定されている。 One end 13-1 of the heat pipe 13 is raised at an inclination of 30 ° to 45 °, and the thermoelectric cooling element 2 is attached to the upper surface of the one end 13-1 of the heat pipe 13 raised obliquely. Moreover, the holding member 14 is provided in the linear part 13-3 by the side of the one end 13-1 between the one end (heating part) 13-1 and the other end (low temperature part) 13-2 of the heat pipe 13. . The holding member 14 includes a first holding member 14-1 and a second holding member 14-2 that can be divided in a direction perpendicular to the heat conduction direction of the heat pipe 13 (the vertical direction in FIG. 14). The heat pipe 13 is sandwiched between the first holding member 14-1 and the second holding member 14-2. Moreover, the 1st holding member 14-1 and the 2nd holding member 14-2 are couple | bonded with the screw | thread, and, thereby, the heat pipe 13 becomes the 1st holding member 14-1 and the 2nd holding member 14-. The position (the front-rear direction and the rotation direction) is fixed between the position 2 and the position 2.

ヒートパイプ１３の他端１３−２にはヒートシンク１６が取り付けられている。ヒートシンク１６は、その軸心より放射状に延びた複数のフィン１６ａを有している。第２の保持部材１４−２には、熱電冷却素子２へのリード線１７と投受光同軸の光ファイバ１８が貫通して設けられ、光ファイバ１８の先端面１８ａが鏡面１１−１に向けられている。熱電冷却素子２へのリード線１７は、熱電冷却素子２への電流供給用のリード線と、温度検出素子１２からの信号導出用のリード線とからなり、保持部材１４−２に形成された貫通孔１４−２ａを通されている。 A heat sink 16 is attached to the other end 13-2 of the heat pipe 13. The heat sink 16 has a plurality of fins 16a extending radially from its axis. The second holding member 14-2 is provided with a lead wire 17 to the thermoelectric cooling element 2 and a coaxial optical fiber 18 that projects and receives light, and the tip surface 18a of the optical fiber 18 faces the mirror surface 11-1. ing. The lead wire 17 to the thermoelectric cooling element 2 is composed of a lead wire for supplying current to the thermoelectric cooling element 2 and a lead wire for derivation of a signal from the temperature detection element 12, and is formed on the holding member 14-2. The through hole 14-2a is passed through.

光ファイバ１８は、その光軸方向への位置を調整可能に保持部材１４−２に取り付けられている。すなわち、光ファイバ１８の根元部の周面に位置調整用のネジ部（雄ねじ部）１８ｂが形成されており、このネジ部１８ｂを保持部材１４−２の貫通孔１４−２ｂの入口に形成されたネジ部（雌ねじ部）１４−２ｃに螺合することにより、光ファイバ１８の先端面１８ａの鏡面１１−１に対する位置（光軸方向の位置）を微調整できるようにされている。 The optical fiber 18 is attached to the holding member 14-2 so that its position in the optical axis direction can be adjusted. That is, a screw portion (male screw portion) 18b for position adjustment is formed on the peripheral surface of the base portion of the optical fiber 18, and this screw portion 18b is formed at the entrance of the through hole 14-2b of the holding member 14-2. The position of the tip surface 18a of the optical fiber 18 with respect to the mirror surface 11-1 (the position in the optical axis direction) can be finely adjusted by screwing into the threaded portion (female screw portion) 14-2c.

この鏡面冷却式センサ２０１Ａにおいて、保持部材１４を挾んで対向する熱電冷却素子２側を検知部１９、ヒートシンク１６側を放熱部２０とした場合、検知部１９には有底円筒状のミラーカバー２１が取り付けられており、放熱部２０には有底円筒状のヒートーシンクカバー２２が取り付けられている。 In this mirror-cooled sensor 201A, when the thermoelectric cooling element 2 side facing the holding member 14 is the detection unit 19 and the heat sink 16 side is the heat dissipation unit 20, the detection unit 19 has a bottomed cylindrical mirror cover 21. A bottomed cylindrical heat sink cover 22 is attached to the heat radiating portion 20.

ミラーカバー２１には、その周囲に通気孔２１ａが複数開設されており、ヒートシンクカバー２２には、保持部材１４とヒートシンク１６との間の空間に対向する外周面２２−１の周壁に通気孔２２ａが複数開設されている。また、ヒートシンクカバー２の底面２２−２にも通気孔２２ｂが複数開設されており、ヒートシンクカバー２２内には、そのヒートシンクカバー２２の底面２２−２とヒートシンク１６との間の空スペース２３にファン２４が設けられている。 The mirror cover 21 has a plurality of vent holes 21 a around it. The heat sink cover 22 has a vent hole 22 a on the peripheral wall of the outer peripheral surface 22-1 that faces the space between the holding member 14 and the heat sink 16. There are several establishments. Also, a plurality of vent holes 22 b are formed in the bottom surface 22-2 of the heat sink cover 2, and a fan is provided in the empty space 23 between the bottom surface 22-2 of the heat sink cover 22 and the heat sink 16 in the heat sink cover 22. 24 is provided.

この鏡面冷却式センサ２０１Ａでは、第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２とのネジによる結合を緩ませることによって、ヒートパイプ１３の前後方向や回転方向の位置の調整を行うことができる。また、第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２とを取り外し、熱電冷却素子２（鏡１１と一体の熱電冷却素子２）をヒートパイプ１３から取り外せば、ヒートシンク１６が取り付けられたヒートパイプ１３を単体で交換することができる。また、熱電冷却素子２や光ファイバ１８を保持部材１４−２ごと交換することも可能である。また、光ファイバ１８の先端面１８ａの鏡面１１−１に対する位置を、光ファイバ１８の根元部のネジ部１８ｂを回すことによって調整することができる。また、光ファイバ１８の根元部のネジ部１８ｂを回し、保持部材１４から取り外すことによって、光ファイバ１８の単体での交換も可能である。 In this mirror-cooled sensor 201A, the position of the heat pipe 13 in the front-rear direction and the rotational direction can be adjusted by loosening the connection between the first holding member 14-1 and the second holding member 14-2 with screws. It can be carried out. Moreover, if the 1st holding member 14-1 and the 2nd holding member 14-2 are removed and the thermoelectric cooling element 2 (thermoelectric cooling element 2 integral with the mirror 11) is removed from the heat pipe 13, the heat sink 16 is attached. The obtained heat pipe 13 can be replaced alone. It is also possible to replace the thermoelectric cooling element 2 and the optical fiber 18 together with the holding member 14-2. Further, the position of the tip surface 18a of the optical fiber 18 with respect to the mirror surface 11-1 can be adjusted by turning the screw portion 18b at the root of the optical fiber 18. Further, the optical fiber 18 can be replaced as a single unit by turning the screw portion 18 b at the base of the optical fiber 18 and removing it from the holding member 14.

しかしながら、この鏡面冷却式センサ２０１Ａには、次のような問題があった。
(１)光ファイバ１８の組み付けや取り外し、位置の調整が面倒である。すなわち、光ファイバ１８を組み付ける場合、前もって光ファイバ１８を保持部材１４−２に取り付けておき、この光ファイバ１８を取り付けた保持部材１４−２を保持部材１４−１にネジによって結合しなければならない。また、光ファイバ１８を取り外す場合、ミラーカバー２１とヒートシンクカバー２２を取り外し、さらに第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２との結合を解除し、これによって分離された第２の保持部材１４−２から光ファイバ１８を取り外さなければならない。また、光ファイバ１８の先端面１８ａの鏡面１１−１に対する位置を調整する場合、ヒートシンクカバー２２を取り外し、保持部材１４とヒートシンク１６との間の狭い空間に手を入れて、光ファイバ１８のネジ部１８ｂを回さなければならない。
(２)ヒートパイプ１３と保持部材１４とヒートシンク１６が別部材であるため、ヒートパイプ１３と保持部材１４との接合部やヒートパイプ１３とヒートシンク１６との接合部に熱だまりが生じ、排熱性が悪くなる。
(３)ヒートパイプ１３と保持部材１４とを別部品として必要とし、また保持部材１４は第１の保持部材１４−１と第２の保持部材１４−２との分割構造にしなければならず、高コストとなる。特に、ヒートパイプ１３は、密閉容器内に少量の作動液を真空封入した特殊な部品であり、高価である。 However, this mirror cooled sensor 201A has the following problems.
(1) Assembly and removal of the optical fiber 18 and adjustment of the position are troublesome. That is, when the optical fiber 18 is assembled, the optical fiber 18 must be attached to the holding member 14-2 in advance, and the holding member 14-2 attached with the optical fiber 18 must be coupled to the holding member 14-1 with screws. . When the optical fiber 18 is removed, the mirror cover 21 and the heat sink cover 22 are removed, and the coupling between the first holding member 14-1 and the second holding member 14-2 is released. The optical fiber 18 must be removed from the second holding member 14-2. Further, when adjusting the position of the front end surface 18a of the optical fiber 18 with respect to the mirror surface 11-1, the heat sink cover 22 is removed, a hand is put in the narrow space between the holding member 14 and the heat sink 16, and the screw of the optical fiber 18 is removed. The part 18b must be turned.
(2) Since the heat pipe 13, the holding member 14, and the heat sink 16 are separate members, heat accumulation occurs in the joint portion between the heat pipe 13 and the holding member 14 and the joint portion between the heat pipe 13 and the heat sink 16, and the heat is exhausted. Becomes worse.
(3) The heat pipe 13 and the holding member 14 are required as separate parts, and the holding member 14 has to be divided into a first holding member 14-1 and a second holding member 14-2. High cost. In particular, the heat pipe 13 is a special part in which a small amount of hydraulic fluid is vacuum sealed in a sealed container, and is expensive.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光ファイバの組み付けや取り外し、位置の調整が簡単で、排熱性がよく、かつ部品点数が少ない、低コストの鏡面冷却式センサを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such problems, the purpose of which is to assemble and remove the optical fiber, easy to adjust the position, good heat exhaustion, and few parts, An object is to provide a low-cost mirror-cooled sensor.

このような目的を達成するために本発明は、鏡面が被測定気体に晒される鏡と、鏡の鏡面とは反対側の面に低温側の面が取り付けられた熱電冷却素子と、鏡の鏡面に対して光を照射する投光手段と、投光手段から鏡面に対して照射された光の反射光（散乱光）を受光する受光手段と、熱電冷却素子の高温側の面が取り付けられた熱伝導体とを備えた鏡面冷却式センサにおいて、投光手段および受光手段を、小径のファイバ部と，この小径のファイバ部につながる大径のファイバ部とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバとし、熱伝導体に、小径のファイバ部が挿通される貫通孔と、この貫通孔に連通し大径のファイバ部が位置する連通孔と、貫通孔と連通孔との間に位置し小径のファイバ部の先端が鏡の鏡面に当接しないように連通孔における大径のファイバ部の摺動位置を規制する壁と、連通孔における大径のファイバ部の摺動位置を任意の位置に固定する係合部材が取り付けられる係合部とを設け、熱伝導体の外側から係合部材を係合部に着脱可能に取り付けたものである。 In order to achieve such an object, the present invention provides a mirror whose mirror surface is exposed to a gas to be measured, a thermoelectric cooling element having a low-temperature surface attached to the surface opposite to the mirror surface of the mirror, and the mirror surface of the mirror. The light projecting means for irradiating the light, the light receiving means for receiving the reflected light (scattered light) emitted from the light projecting means to the mirror surface, and the surface on the high temperature side of the thermoelectric cooling element are attached In a mirror-cooled sensor equipped with a heat conductor, the light projecting means and the light receiving means have a small diameter fiber part and a large diameter fiber part connected to the small diameter fiber part. A through hole through which a small-diameter fiber portion is inserted into the thermal conductor, a communication hole in which a large-diameter fiber portion is located, and a position between the through hole and the communication hole. Communication hole so that the tip of the small diameter fiber part does not contact the mirror surface A wall that regulates the sliding position of the large-diameter fiber portion and an engaging portion to which an engaging member that fixes the sliding position of the large-diameter fiber portion in the communication hole is attached to an arbitrary position. The engaging member is detachably attached to the engaging portion from the outside of the body.

この発明によれば、熱伝導体に貫通孔と連通孔と壁と係合部とが設けられ、これが光ファイバの保持部とされる。すなわち、本発明では、熱伝導体が光ファイバの保持部との一体構造とされ、熱伝導体と光ファイバの保持部とを別部品として設ける必要がない。また、光ファイバは、連通孔の後方からその小径のファイバ部を差し入れ、この差し入れた小径のファイバ部を貫通孔へ挿通すると、その大径のファイバ部が連通孔に位置する。なお、連通孔における大径のファイバ部の摺動位置は、貫通孔と連通孔との間に位置する壁によって規制されるので、小径のファイバ部の先端が鏡の鏡面に当接する心配はない。また、小径のファイバ部の先端と鏡の鏡面との距離は、光ファイバを前後に摺動させることによって調整することができる。そして、小径のファイバ部の先端と鏡の鏡面との距離を調整した後、熱伝導体の外側から係合部材を係合部に取り付けることにより、連通孔における大径のファイバ部の摺動位置が固定される。光ファイバを取り外す場合には、例えば係合部材をネジとした場合、このネジを熱伝導体の外側から緩めるだけでよく、連通孔の後方から簡単に引き出すことができる。 According to the present invention, the heat conductor is provided with the through hole, the communication hole, the wall, and the engaging portion, and this is the holding portion of the optical fiber. In other words, in the present invention, the heat conductor has an integrated structure with the holding portion of the optical fiber, and there is no need to provide the heat conductor and the holding portion of the optical fiber as separate parts. Further, when the optical fiber has a small diameter fiber portion inserted from the rear of the communication hole and the inserted small diameter fiber portion is inserted into the through hole, the large diameter fiber portion is positioned in the communication hole. Note that the sliding position of the large-diameter fiber portion in the communication hole is regulated by the wall located between the through hole and the communication hole, so there is no concern that the tip of the small-diameter fiber portion abuts the mirror surface of the mirror. . Further, the distance between the tip of the small diameter fiber portion and the mirror surface of the mirror can be adjusted by sliding the optical fiber back and forth. Then, after adjusting the distance between the tip of the small-diameter fiber part and the mirror surface of the mirror, the engaging member is attached to the engaging part from the outside of the heat conductor, so that the sliding position of the large-diameter fiber part in the communication hole Is fixed. When removing the optical fiber, for example, when the engaging member is a screw, it is only necessary to loosen the screw from the outside of the heat conductor, and it can be easily pulled out from the rear of the communication hole.

また、この発明によれば、熱伝導体を光ファイバの保持部との一体構造とすることにより、熱伝導体の体積が大きくなる。また、熱伝導体と保持部との接合部がなく、ここに熱だまりが生じることもない。これにより、排熱性が高まり、ヒートパイプを使用することなく、より多くの熱を低温側に移動させて放熱させることが可能となる。なお、光ファイバを熱伝導体の中心軸に対して斜めに傾けて取り付けるようにすると、大径のファイバ部を熱伝導体の中心部寄りに、小径のファイバ部を熱伝導体の外周部寄りに位置させて、熱伝導体の外周部の肉厚を厚くすることができるようになる。 Further, according to the present invention, the volume of the heat conductor is increased by forming the heat conductor integrally with the optical fiber holding portion. Further, there is no joint between the heat conductor and the holding portion, and no heat accumulation occurs here. As a result, exhaust heat performance is enhanced, and it is possible to dissipate more heat by moving more heat to the low temperature side without using a heat pipe. If the optical fiber is mounted obliquely with respect to the central axis of the heat conductor, the large-diameter fiber portion is close to the center of the heat conductor and the small-diameter fiber portion is close to the outer periphery of the heat conductor. Therefore, the thickness of the outer peripheral portion of the heat conductor can be increased.

本発明によれば、投光手段および受光手段を小径のファイバ部と大径のファイバ部とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバとし、熱伝導体に光ファイバの保持部（貫通孔、連通孔、壁、係合部）を一体的に設け、連通孔における大径のファイバ部の摺動位置を任意の位置に固定する係合部材を熱伝導体の外側から着脱可能に取り付けるようにしたので、光ファイバの組み付けや取り外し、位置の調整が簡単となり、排熱性がよく、かつ部品点数が少なくなり、低コストとすることができるようになる。 According to the present invention, the light projecting means and the light receiving means are optical fibers having a light projecting axis and a light receiving axis that have a small-diameter fiber portion and a large-diameter fiber portion. Hole, communication hole, wall, engaging portion) are integrally provided, and an engaging member for fixing the sliding position of the large-diameter fiber portion in the communication hole to an arbitrary position is detachably attached from the outside of the heat conductor. As a result, the assembly and removal of the optical fiber and the adjustment of the position are simplified, the heat exhaustion is good, the number of parts is reduced, and the cost can be reduced.

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：Ｓタイプ〕
図１はこの発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態（実施の形態１）を用いた鏡面冷却式露点計の概略構成図である。この鏡面冷却式露点計２０１はセンサ部（鏡面冷却式センサ）２０１Ｃとコントロール部２０１Ｂとを有している。なお、本願では、図１に示した鏡面冷却式センサ２０１ＣをＳタイプの鏡面冷却式センサと呼ぶ。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Embodiment 1: S type]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mirror-cooled dew point meter using an embodiment (Embodiment 1) of a mirror-cooled sensor according to the present invention. The mirror-cooled dew point meter 201 has a sensor unit (mirror-cooled sensor) 201C and a control unit 201B. In the present application, the mirror-cooled sensor 201C shown in FIG. 1 is referred to as an S-type mirror-cooled sensor.

このＳタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｃにおいて、熱電冷却素子（ペルチェ素子）２の冷却面２−１には鏡２５が取り付けられている。鏡２５は、例えばシリコンチップとされ、その表面２５−１が鏡面とされている。また、鏡２５と熱電冷却素子２の冷却面２−１との間には、例えば白金による温度検出素子２６が設けられている。また、熱電冷却素子２は、その加熱面２−２を底面として、銅製の熱伝導体２７の先端部２７ａの傾斜面２７ｂに取り付けられている。傾斜面２７ｂは熱伝導体２７の中心軸に対して３０゜〜４５゜の傾斜角とされている。したがって、熱電冷却素子２の冷却面２−１に取り付けられた鏡２５の鏡面２５−１も熱伝導体２７の中心軸に対して３０゜〜４５゜の角度で傾けられている。 In the S-type mirror surface cooling type sensor 201C, a mirror 25 is attached to the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element (Peltier element) 2. The mirror 25 is a silicon chip, for example, and the surface 25-1 is a mirror surface. Further, a temperature detecting element 26 made of platinum, for example, is provided between the mirror 25 and the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2. Moreover, the thermoelectric cooling element 2 is attached to the inclined surface 27b of the front-end | tip part 27a of the copper heat conductor 27 by using the heating surface 2-2 as a bottom surface. The inclined surface 27 b has an inclination angle of 30 ° to 45 ° with respect to the central axis of the heat conductor 27. Therefore, the mirror surface 25-1 of the mirror 25 attached to the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is also inclined at an angle of 30 ° to 45 ° with respect to the central axis of the heat conductor 27.

熱伝導体２７の先端部２７ａの傾斜面２７ｂは切削加工によって形成されている。すなわち、熱伝導体２７の先端部２７ａにおいて、熱電冷却素子２を収納する室２７ｍは切削加工によって形成されている。図２に熱伝導体２７の先端部２７ａにおける熱電冷却素子２の取り付け状況を示す。熱伝導体２７は円柱状とされており、その先端部２７ａを切削加工によってくり抜いて室２７ｍを形成し、この室２７ｍの傾斜面２７ｂに熱電冷却素子２を半田などに固定している。なお、熱電冷却素子２の傾斜面２７ｂにおける前後方向の位置決めは、図３（ａ）にその概略図を示すように、傾斜面２７ｂの途中に設けられた段差２７ｂ１によって行われている。また、熱電冷却素子２の傾斜面２７ｂにおける左右方向の位置決めは、図３（ｂ）にその概略図を示すように、傾斜面２７ｂの左右に設けられた段差２７ｂ２，２７ｂ３によって行われている。 The inclined surface 27b of the front end portion 27a of the heat conductor 27 is formed by cutting. That is, in the front end portion 27a of the heat conductor 27, the chamber 27m that houses the thermoelectric cooling element 2 is formed by cutting. FIG. 2 shows how the thermoelectric cooling element 2 is attached at the tip 27 a of the heat conductor 27. The heat conductor 27 is formed in a cylindrical shape, and a tip 27a is cut out by cutting to form a chamber 27m, and the thermoelectric cooling element 2 is fixed to the inclined surface 27b of the chamber 27m with solder or the like. In addition, positioning in the front-rear direction on the inclined surface 27b of the thermoelectric cooling element 2 is performed by a step 27b1 provided in the middle of the inclined surface 27b, as shown schematically in FIG. Further, positioning in the left-right direction on the inclined surface 27b of the thermoelectric cooling element 2 is performed by steps 27b2 and 27b3 provided on the left and right sides of the inclined surface 27b, as shown schematically in FIG.

また、熱伝導体２７の先端部２７ａにおいて、傾斜面２７ｂの下方は肉厚部２７ｃとされている。すなわち、図４に示すように、傾斜面２７ｂの始端Ｌ１と交差する第１の垂直面Ｓ１と，傾斜面２７ｂの終端Ｌ２と交差する第２の垂直面Ｓ２と，傾斜面２７ｂの始端Ｌ１から所定距離ｄ以上離れ垂直面Ｓ１およびＳ２と直交する水平面Ｓ３と，傾斜面２７ｂとで囲まれる空間Ｚ１は、熱伝導体２７を構成する物質が存在する肉厚部２７ｃとされている。 In addition, in the front end portion 27a of the heat conductor 27, the lower portion of the inclined surface 27b is a thick portion 27c. That is, as shown in FIG. 4, from the first vertical surface S1 that intersects the start end L1 of the inclined surface 27b, the second vertical surface S2 that intersects the end L2 of the inclined surface 27b, and the start end L1 of the inclined surface 27b. A space Z1 surrounded by the inclined plane 27b and the horizontal plane S3 that is separated by a predetermined distance d or more and perpendicular to the vertical planes S1 and S2 is a thick portion 27c in which a substance constituting the heat conductor 27 exists.

また、熱伝導体２７の先端部２７ａにつながる胴部２７ｄの内部には、熱電冷却素子２へのリード線２８が通る貫通孔２７ｅが設けられている。また、胴部２７ｄの内部には、光ファイバ２９を保持する保持部２７ｎが一体的に形成されている。本実施の形態では、光ファイバ２９として、小径のファイバ部２９−１と、この小径のファイバ部２９−１につながる大径のファイバ部２９−２とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバを用いる。なお、この光ファイバ２９の構造については後述する。また、熱電冷却素子２へのリード線２８は、熱電冷却素子２への電流供給用のリード線と、温度検出素子２６からの信号導出用のリード線とからなる。 Further, a through hole 27 e through which the lead wire 28 to the thermoelectric cooling element 2 passes is provided inside the trunk portion 27 d connected to the distal end portion 27 a of the heat conductor 27. In addition, a holding portion 27n that holds the optical fiber 29 is integrally formed in the body portion 27d. In the present embodiment, as the optical fiber 29, a light projecting axis and a light receiving axis having a small-diameter fiber portion 29-1 and a large-diameter fiber portion 29-2 connected to the small-diameter fiber portion 29-1 are parallel. Use optical fiber. The structure of the optical fiber 29 will be described later. The lead wire 28 to the thermoelectric cooling element 2 includes a lead wire for supplying current to the thermoelectric cooling element 2 and a lead wire for derivation of a signal from the temperature detection element 26.

熱伝導体２７において、光ファイバ２９の保持部２７ｎは、小径のファイバ部２９−１が挿通される貫通孔２７ｆと、この貫通孔２７ｆに連通し大径のファイバ部２９−２が位置する連通孔２７ｇと、貫通孔２７ｆと連通孔２７ｇとの間に位置し小径のファイバ部２９−１の先端が鏡２５の鏡面２５−１に当接しないように連通孔２７ｇにおける大径のファイバ部２９−２の摺動位置を規制する壁（貫通孔２７ｆと連通孔２７ｇとの境界面）２７ｈと、連通孔２７ｈにおける大径のファイバ部２９−２の摺動位置を任意の位置に固定するネジ３０が取り付けられるネジ孔２７ｉとから構成されている。 In the heat conductor 27, the holding portion 27n of the optical fiber 29 is connected to a through hole 27f through which the small-diameter fiber portion 29-1 is inserted and a large-diameter fiber portion 29-2 in communication with the through-hole 27f. The large-diameter fiber portion 29 in the communication hole 27g is positioned between the hole 27g, the through-hole 27f, and the communication hole 27g so that the tip of the small-diameter fiber portion 29-1 does not contact the mirror surface 25-1 of the mirror 25. -2 for regulating the sliding position of -2 (a boundary surface between the through hole 27f and the communication hole 27g) 27h, and a screw for fixing the sliding position of the large-diameter fiber portion 29-2 in the communication hole 27h to an arbitrary position It is comprised from the screw hole 27i to which 30 is attached.

この実施の形態において、光ファイバ２９は、連通孔２７ｇの後方からその小径のファイバ部２９−１を差し入れ、この差し入れた小径のファイバ部２９−１を貫通孔２７ｆに挿通し、大径のファイバ部２９−２を連通孔２７ｇに位置させている。連通孔２７ｇにおける大径のファイバ部２９−２の摺動位置は、貫通孔２７ｆと連通孔２７ｇとの間の境界面２７ｈによって規制され、この規制位置において、小径のファイバ部２９−１の先端と鏡２５の鏡面２５−１との間には僅かな隙間が設けられる。したがって、本実施の形態において、光ファイバ２９の大径のファイバ部２９−２を連通孔２７ｇ内で一杯まで摺動させても、小径のファイバ部２９−１の先端が鏡２５の鏡面２５−１に当接する心配はない。 In this embodiment, the optical fiber 29 is inserted into the small-diameter fiber portion 29-1 from the rear of the communication hole 27g, the inserted small-diameter fiber portion 29-1 is inserted into the through-hole 27f, and the large-diameter fiber. The portion 29-2 is positioned in the communication hole 27g. The sliding position of the large-diameter fiber portion 29-2 in the communication hole 27g is restricted by the boundary surface 27h between the through hole 27f and the communication hole 27g, and the tip of the small-diameter fiber portion 29-1 is in this restriction position. And a mirror surface 25-1 of the mirror 25 is provided with a slight gap. Therefore, in this embodiment, even if the large-diameter fiber portion 29-2 of the optical fiber 29 is slid to the full extent in the communication hole 27g, the tip of the small-diameter fiber portion 29-1 is the mirror surface 25- of the mirror 25. There is no worry of touching 1.

また、小径のファイバ部２９−１の先端と鏡２５の鏡面２５−１との距離は、光ファイバ２９を前後に摺動させることによって調整することができる。本実施の形態では、小径のファイバ部２９−１の先端と鏡２５の鏡面２５−１との距離を調整した後、熱伝導体２７の外側からネジ孔２７ｉにセットしたネジ３０を締め付けることによって、連通孔２７ｇにおける大径のファイバ部２９−２の摺動位置を固定している。 The distance between the tip of the small-diameter fiber portion 29-1 and the mirror surface 25-1 of the mirror 25 can be adjusted by sliding the optical fiber 29 back and forth. In the present embodiment, by adjusting the distance between the tip of the small-diameter fiber portion 29-1 and the mirror surface 25-1 of the mirror 25, the screw 30 set in the screw hole 27i from the outside of the heat conductor 27 is tightened. The sliding position of the large-diameter fiber portion 29-2 in the communication hole 27g is fixed.

なお、熱電冷却素子２へのリード線２８が通る貫通孔２７ｅは、胴部２７ｄの後方において光ファイバ２９の保持部２７ｎを構成する連通孔２７ｇと連通している。このため、連通孔２７ｇの断面形状は完全な円形ではなく、その下端が一部切り欠かれた形状とされている。連通孔２７ｇは、その下端が一部切り欠かれていても、その断面形状が半円以上あるので、光ファイバ２９の大径のファイバ部２９−２を摺動させる上で支障はない。 The through hole 27e through which the lead wire 28 to the thermoelectric cooling element 2 passes is in communication with the communication hole 27g constituting the holding portion 27n of the optical fiber 29 behind the trunk portion 27d. For this reason, the cross-sectional shape of the communication hole 27g is not a perfect circle, and its lower end is partially cut away. Even if the lower end of the communication hole 27g is partly cut out, the cross-sectional shape is not less than a semicircle, so there is no problem in sliding the large-diameter fiber portion 29-2 of the optical fiber 29.

また、本実施の形態において、光ファイバ２９の保持部２７ｎを構成する貫通孔２７ｅおよび連通孔２７ｇの中心軸は、熱伝導体２７の中心軸に対してやや斜めに傾けられている。これにより、光ファイバ２９は、大径のファイバ部２９−２を熱伝導体２７の中心部寄りに、小径のファイバ部２９−１を熱伝導体２７の外周部よりに位置するように、その光軸を熱導電体２７の中心軸に対して斜めに傾けて取り付けられている。 In the present embodiment, the central axes of the through hole 27e and the communication hole 27g constituting the holding portion 27n of the optical fiber 29 are slightly inclined with respect to the central axis of the heat conductor 27. As a result, the optical fiber 29 is arranged so that the large-diameter fiber portion 29-2 is positioned closer to the center of the heat conductor 27 and the small-diameter fiber portion 29-1 is positioned closer to the outer periphery of the heat conductor 27. The optical axis is attached obliquely with respect to the central axis of the thermal conductor 27.

また、熱伝導体２７の胴部２７ｄの後方にはその全周に半円状の窪み部２７ｊが形成されており、これら窪み部２７ｊによって形成される凹凸が熱伝導体２７の放熱部２７ｋとされている。すなわち、本実施の形態において、熱伝導体２７には、光ファイバ２９の保持部２７ｎだけではなく、放熱部２７ｋも一体的に形成されている。 In addition, a semicircular recess 27j is formed around the entire circumference of the body portion 27d of the heat conductor 27, and the unevenness formed by these recess portions 27j is connected to the heat dissipation portion 27k of the heat conductor 27. Has been. That is, in the present embodiment, not only the holding portion 27n of the optical fiber 29 but also the heat radiating portion 27k are integrally formed on the heat conductor 27.

また、熱伝導体２７の先端部２７ａには、有底円筒状のミラーカバー（キャップ）３２が取り付けられている。すなわち、本実施の形態において、熱伝導体２７の先端部２７ａには熱電冷却素子２を主要構成要素とする検知部３１が設けられており、この検知部３１にミラーカバー３２が被せられている。ミラーカバー３２は、熱伝導が良い材質とされ、その周囲に通気孔３２ａが複数開設されている（図５参照）。この検知部３１へのミラーカバー３２の取り付けは、ミラーカバー３２を熱伝導体２７の先端部２７ａの根本部２７ａ１に圧入することによって行われている。この状態において、ミラーカバー３２の内周面と熱伝導体２７の先端部２７ａの外周面との間には、僅かな隙間ｈ１（図１）が設けられる。 In addition, a bottomed cylindrical mirror cover (cap) 32 is attached to the tip 27 a of the heat conductor 27. That is, in the present embodiment, the detection unit 31 having the thermoelectric cooling element 2 as a main component is provided at the tip 27a of the heat conductor 27, and the detection unit 31 is covered with the mirror cover 32. . The mirror cover 32 is made of a material having good heat conduction, and a plurality of vent holes 32a are formed around the mirror cover 32 (see FIG. 5). The mirror cover 32 is attached to the detection unit 31 by press-fitting the mirror cover 32 into the root portion 27a1 of the tip portion 27a of the heat conductor 27. In this state, a slight gap h <b> 1 (FIG. 1) is provided between the inner peripheral surface of the mirror cover 32 and the outer peripheral surface of the tip portion 27 a of the heat conductor 27.

なお、ミラーカバー３２が熱伝導が良い材質とされている理由は次のことによる。すなわち、検知部３１は被測定気体内に入れられるので、被測定気体が低温低湿から高温高湿に変化したときに、ミラーカバー３２が熱伝導が悪いとそのカバーに結露してしまい、正確な水分量の計測ができなくなってしまう。また、被測定気体が高湿の場合の測定時にはミラーカバー３２が結露しないように全体をヒーティングする必要があるが、その場合にも均一に温めるために熱伝導が良い材質であることが望まれる。 The reason why the mirror cover 32 is made of a material having good heat conduction is as follows. That is, since the detection unit 31 is placed in the gas to be measured, when the gas to be measured is changed from low temperature and low humidity to high temperature and high humidity, if the mirror cover 32 has poor heat conduction, condensation is formed on the cover. It becomes impossible to measure the amount of water. Further, it is necessary to heat the whole so that the mirror cover 32 does not condense during measurement when the gas to be measured is high humidity. However, in this case as well, it is desirable that the material has good heat conduction in order to warm uniformly. It is.

光ファイバ２９としては、上述したように、小径のファイバ部２９−１と、この小径のファイバ部２９−１につながる大径のファイバ部２９−２とを有する投光軸と受光軸が並行の光ファイバを用いている。本実施の形態では、投光軸と受光軸を並行とすることにより、小径のファイバ部２９−１の先端からの光の照射方向（投光側の光軸）と光の受光方向（受光側の光軸）とを平行とし、また投光側の光軸と受光側の光軸とが隣接して同一の傾斜角としている。小径のファイバ部２９−１は、図６に示すような種々の構成とすることができる。 As described above, the optical fiber 29 includes a small-diameter fiber portion 29-1 and a large-diameter fiber portion 29-2 connected to the small-diameter fiber portion 29-1. An optical fiber is used. In the present embodiment, by making the light projecting axis and the light receiving axis parallel, the light irradiation direction (light projecting side optical axis) and the light receiving direction (light receiving side) from the tip of the small-diameter fiber portion 29-1. The optical axis on the light projecting side and the optical axis on the light receiving side are adjacent to each other with the same inclination angle. The small-diameter fiber portion 29-1 can have various configurations as shown in FIG.

図６（ａ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２とを並行に設けている。ステンレスのパイプＰ中において、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２の周囲は、ポッテイング剤で満たされてている。図６（ｂ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側（あるいは受光側）の光ファイバＦ１と受光側（あるいは投光側）の光ファイバＦ２１〜Ｆ２４を並行に設けている。図６（ｃ）では、ステンレスのパイプＰ中の左半分を投光側の光ファイバＦ１、右半分を受光側の光ファイバＦ２としている。図６（ｄ）では、ステンレスのパイプＰ中に、投光側の光ファイバＦ１と受光側の光ファイバＦ２とを混在させている。図６（ｅ）では、ステンレスのパイプＰ中の中心部を投光側（あるいは受光側）の光ファイバＦ１、光ファイバＦ１の周囲を受光側（あるいは投光側）の光ファイバＦ２としている。 In FIG. 6A, a light projecting side optical fiber F1 and a light receiving side optical fiber F2 are provided in parallel in a stainless steel pipe P. In the stainless steel pipe P, the periphery of the optical fiber F1 on the light projecting side and the optical fiber F2 on the light receiving side is filled with a potting agent. In FIG. 6B, a light projecting side (or light receiving side) optical fiber F 1 and a light receiving side (or light projecting side) optical fibers F 21 to F 24 are provided in parallel in a stainless steel pipe P. In FIG. 6C, the left half of the stainless steel pipe P is the light-emitting side optical fiber F1, and the right half is the light-receiving side optical fiber F2. In FIG. 6D, a light projecting side optical fiber F1 and a light receiving side optical fiber F2 are mixed in a stainless steel pipe P. In FIG. 6 (e), the central portion in the stainless steel pipe P is the light-emitting side (or light-receiving side) optical fiber F1, and the periphery of the optical fiber F1 is the light-receiving side (or light-projecting side) optical fiber F2.

小径のファイバ部２９−１の後方は、円筒状のスリーブ２９ａによって覆われており、これにより大径のファイバ部２９−２が形成されている。この実施の形態では、熱伝導体２７の外側からネジ３０を締め付け、ネジ３０の先端を大径のファイバ部２９−２に圧接させるが、この圧接力をスリーブ２９ａで受け止めるので、小径のファイバ部２９−１に収容されている光ファイバへの悪影響を防止することができる。 The rear of the small-diameter fiber portion 29-1 is covered with a cylindrical sleeve 29a, thereby forming a large-diameter fiber portion 29-2. In this embodiment, the screw 30 is tightened from the outside of the heat conductor 27 and the tip of the screw 30 is pressed into contact with the large-diameter fiber portion 29-2. Since this press-contact force is received by the sleeve 29a, the small-diameter fiber portion. It is possible to prevent an adverse effect on the optical fiber accommodated in 29-1.

コントロール部２０１Ｂには、露点温度表示部３３と、結露検知部３４と、ペルチェ出力制御部３５と、信号変換部３６とが設けられている。露点温度表示部３３には温度検出素子２６が検出する鏡２５の温度が表示される。結露検知部３４は、光ファイバ２９の先端部より鏡２５の鏡面２５−１に対して所定の周期でパルス光を照射させるとともに、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光（散乱光）の上限値と下限値との差を反射パルス光の強度として求め、反射パルス光の強度に応じた信号Ｓ１をペルチェ出力制御部３５へ送る。ペルチェ出力制御部３５は、結露検知部２６からの信号Ｓ１を受けて、反射パルス光の強度と予め定められている閾値とを比較し、反射パルス光の強度が閾値に達していない場合には、熱電冷却素子２への電流を信号Ｓ１の値に応じて増大させる制御信号Ｓ２を、反射パルス光の強度が閾値を超えている場合には、熱電冷却素子２への電流を信号Ｓ１の値に応じて減少させる制御信号Ｓ２を信号変換部３６へ出力する。信号変換部３６は、ペルチェ出力制御部３５からの制御信号Ｓ２で指示される電流Ｓ３を熱電冷却素子２へ供給する。 The control unit 201B includes a dew point temperature display unit 33, a dew condensation detection unit 34, a Peltier output control unit 35, and a signal conversion unit 36. The dew point temperature display unit 33 displays the temperature of the mirror 25 detected by the temperature detection element 26. The dew condensation detector 34 irradiates the mirror surface 25-1 of the mirror 25 with pulse light from the tip of the optical fiber 29 at a predetermined period, and also receives reflected pulsed light (scattered light) received through the optical fiber 29. The difference between the upper limit value and the lower limit value is obtained as the intensity of the reflected pulsed light, and a signal S1 corresponding to the intensity of the reflected pulsed light is sent to the Peltier output control unit 35. The Peltier output control unit 35 receives the signal S1 from the dew condensation detection unit 26, compares the intensity of the reflected pulse light with a predetermined threshold value, and if the intensity of the reflected pulse light has not reached the threshold value. The control signal S2 for increasing the current to the thermoelectric cooling element 2 according to the value of the signal S1, and when the intensity of the reflected pulse light exceeds the threshold value, the current to the thermoelectric cooling element 2 is set to the value of the signal S1. The control signal S <b> 2 that is decreased according to the signal is output to the signal conversion unit 36. The signal converter 36 supplies the thermoelectric cooling element 2 with a current S3 indicated by the control signal S2 from the Peltier output controller 35.

この鏡面冷却式露点計２０１において、例えばダクト内を流れる被測定気体中の水分の露点を検出する場合、鏡面冷却式センサ２０１Ｃは図７に示すようにダクト３００に取り付けられる。すなわち、ダクト３００の外から、このダクト３００の側面に開設された取り付け孔３０１にミラーカバー３２が取り付けられた検知部３１を挿入する。なお、図７において、ダクト３００への鏡面冷却式センサ２０１Ｃの取り付け構造については省略しているが、ブラケットを用いるなど各種の方法でダクト３００に取り付けることが可能である。 In this specular cooling type dew point meter 201, for example, when detecting the dew point of moisture in the gas to be measured flowing in the duct, the specular cooling type sensor 201C is attached to the duct 300 as shown in FIG. That is, from the outside of the duct 300, the detection unit 31 with the mirror cover 32 attached is inserted into the attachment hole 301 opened on the side surface of the duct 300. In FIG. 7, the structure for attaching the mirror-cooled sensor 201C to the duct 300 is omitted, but it can be attached to the duct 300 by various methods such as using a bracket.

鏡面冷却式センサ２０１Ｃをダクト３００に取り付けた状態において、検知部３１はダクト３００内に位置し、放熱部２７ｋはダクト３００の外に位置する。また、ミラーカバー３２の通気孔３２ａを介して検知部３１の内部にダクト３００を流れる被測定気体が入り込み、鏡２５の鏡面２５−１が被測定気体に晒される。また、この被測定気体に晒される状態において、検知部３１の熱電冷却素子２や鏡２５は、ミラーカバー３２によって保護される。なお、この場合、ミラーカバー３２の内周面と熱伝導体２７の先端部２７ａの外周面との間には僅かな隙間ｈ１が設けられているので、この隙間ｈ１に被測定気体が入り込み、検知部３１における被測定気体の回りがよくなる。 In a state where the mirror-cooled sensor 201 </ b> C is attached to the duct 300, the detection unit 31 is located in the duct 300, and the heat dissipation unit 27 k is located outside the duct 300. In addition, the gas to be measured flowing through the duct 300 enters the detection unit 31 through the vent hole 32a of the mirror cover 32, and the mirror surface 25-1 of the mirror 25 is exposed to the gas to be measured. Further, the thermoelectric cooling element 2 and the mirror 25 of the detection unit 31 are protected by the mirror cover 32 in the state exposed to the gas to be measured. In this case, since a slight gap h1 is provided between the inner peripheral surface of the mirror cover 32 and the outer peripheral surface of the tip portion 27a of the heat conductor 27, the gas to be measured enters the gap h1, The circumference of the gas to be measured in the detection unit 31 is improved.

この鏡面冷却式センサ２０１Ｃのダクト３００への取り付け状態において、結露検知部３４は、光ファイバ２９の先端部より、鏡２５の鏡面２５−１に対して所定の周期でパルス光を照射させる（図８（ａ）参照）。鏡面２５−１は被測定気体に晒されており、鏡面２５−１に結露が生じていなければ、光ファイバ２９の先端部から照射されたパルス光はそのほゞ全量が正反射し、光ファイバ２９を介して受光される鏡面２５−１からの反射パルス光（散乱光）の量は極微量である。したがって、鏡面２５−１に結露が生じていない場合、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光の強度は小さい。 In a state where the mirror-cooled sensor 201C is attached to the duct 300, the dew condensation detection unit 34 irradiates the mirror surface 25-1 of the mirror 25 with pulse light at a predetermined cycle from the tip of the optical fiber 29 (FIG. 8 (a)). The mirror surface 25-1 is exposed to the gas to be measured, and if condensation does not occur on the mirror surface 25-1, almost all of the pulsed light irradiated from the tip of the optical fiber 29 is specularly reflected. The amount of reflected pulsed light (scattered light) from the mirror surface 25-1 received through 29 is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the mirror surface 25-1, the intensity of the reflected pulsed light received through the optical fiber 29 is small.

結露検知部３４では、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光の上限値と下限値との差を反射パルス光の強度として求め、反射パルス光の強度に応じた信号Ｓ１をペルチェ出力制御部３５へ送る。この場合、反射パルス光の強度はほゞ零であり、予め定められている閾値に達していないので、ペルチェ出力制御部３５は、熱電冷却素子２への電流を増大させる制御信号Ｓ２を信号変換部３６へ送る。これにより、信号変換部３６からの熱電冷却素子２への電流Ｓ３が増大し、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が下げられて行く。 In the dew condensation detection unit 34, the difference between the upper limit value and the lower limit value of the reflected pulse light received through the optical fiber 29 is obtained as the intensity of the reflected pulse light, and the signal S1 corresponding to the intensity of the reflected pulse light is subjected to Peltier output control. Send to part 35. In this case, since the intensity of the reflected pulse light is almost zero and does not reach a predetermined threshold value, the Peltier output control unit 35 converts the control signal S2 for increasing the current to the thermoelectric cooling element 2 into a signal. Send to part 36. Thereby, the current S3 from the signal conversion unit 36 to the thermoelectric cooling element 2 increases, and the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered.

熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度、すなわち鏡２５の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡２５の鏡面２５−１に結露し、その水の分子に光ファイバ２９の先端部から照射されたパルス光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、光ファイバ２９を介して受光される鏡面２５−１からの反射パルス光（散乱光）の強度が増大する。 When the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is lowered, that is, the temperature of the mirror 25, water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface 25-1 of the mirror 25, and the optical fiber is attached to the water molecules. A part of the pulsed light irradiated from the tip of 29 is absorbed or irregularly reflected. Thereby, the intensity | strength of the reflected pulsed light (scattered light) from the mirror surface 25-1 light-received via the optical fiber 29 increases.

結露検知部３４は、受光される反射パルス光の１パルス毎に、その１パルスの上限値と下限値との差を求め、これを反射パルス光の強度とする。すなわち、図８（ｂ）に示すように、反射パルス光の１パルスの上限値Ｌｍａｘと下限値Ｌｍｉｎとの差ΔＬを求め、このΔＬを反射パルス光の強度とする。この結露検知部３４での処理により、反射パルス光に含まれる外乱光ΔＸが除去され、外乱光による誤動作が防止される。この結露検知部３４でのパルス光を用いた外乱光による誤動作防止の処理方式をパルス変調方式と呼ぶ。この処理によって、この鏡面冷却式露点計２０１では、鏡面冷却式センサ２０１Ｃから光の遮光を目的とするチャンバをなくすことができている。 The dew condensation detection unit 34 obtains the difference between the upper limit value and the lower limit value of each pulse of the received reflected pulse light, and uses this difference as the intensity of the reflected pulse light. That is, as shown in FIG. 8B, a difference ΔL between the upper limit value Lmax and the lower limit value Lmin of one pulse of the reflected pulse light is obtained, and this ΔL is set as the intensity of the reflected pulse light. By the processing in the dew condensation detection unit 34, the disturbance light ΔX included in the reflected pulse light is removed, and malfunction due to the disturbance light is prevented. A processing method for preventing malfunction due to disturbance light using pulsed light in the dew condensation detection unit 34 is referred to as a pulse modulation method. With this process, in the mirror-cooled dew point meter 201, the chamber intended to block light from the mirror-cooled sensor 201C can be eliminated.

ここで、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光の強度が閾値を超えると、ペルチェ出力制御部３５は、熱電冷却素子２への電流を減少させる制御信号Ｓ２を信号変換部３６へ送る。これにより、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度の低下が抑えられ、結露の発生が抑制される。この結露の抑制により、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光の強度が小さくなり、閾値を下回ると、ペルチェ出力制御部３５から熱電冷却素子２への電流を増大させる制御信号Ｓ２が信号変換部３６へ送られる。この動作の繰り返しによって、光ファイバ２９を介して受光される反射パルス光の強度が閾値とほゞ等しくなるように、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が調整される。この調整された温度、すなわち鏡面２５−１に生じた結露が平衡状態に達した温度（露点温度）が、露点温度として露点温度表示部３３に表示される。 Here, when the intensity of the reflected pulsed light received through the optical fiber 29 exceeds the threshold value, the Peltier output control unit 35 sends a control signal S2 for reducing the current to the thermoelectric cooling element 2 to the signal conversion unit 36. . Thereby, the fall of the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is suppressed, and generation | occurrence | production of dew condensation is suppressed. By suppressing this dew condensation, the intensity of the reflected pulse light received through the optical fiber 29 becomes small, and when it falls below the threshold, a control signal S2 for increasing the current from the Peltier output control unit 35 to the thermoelectric cooling element 2 is a signal. It is sent to the conversion unit 36. By repeating this operation, the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is adjusted so that the intensity of the reflected pulse light received through the optical fiber 29 is approximately equal to the threshold value. The adjusted temperature, that is, the temperature at which the dew condensation that has occurred on the mirror surface 25-1 has reached an equilibrium state (dew point temperature) is displayed on the dew point temperature display unit 33 as the dew point temperature.

なお、この実施の形態では、鏡面２５−１に生じる結露（水分）を検出するものとしたが、同様の構成によって鏡面２５−１に生じる結霜（水分）を検出することも可能である。 In this embodiment, the condensation (moisture) generated on the mirror surface 25-1 is detected. However, the frost (water) generated on the mirror surface 25-1 can be detected by the same configuration.

この露点の検出動作において、鏡面冷却式センサ２０１Ｃでは、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が下げられると、加熱面２−２の温度が上がる。この加熱面２−２の温度上昇によって生じる熱は、熱伝導体２７の先端部２７ａの傾斜面２７ｂから肉厚部２７ｃに伝わり、胴部２７ｄを通り、ダクト３００の外に位置する放熱部２７ｋから放熱される。 In the dew point detection operation, in the mirror surface cooling type sensor 201C, when the temperature of the cooling surface 2-1 of the thermoelectric cooling element 2 is decreased, the temperature of the heating surface 2-2 is increased. The heat generated by the temperature rise of the heating surface 2-2 is transmitted from the inclined surface 27b of the front end portion 27a of the heat conductor 27 to the thick portion 27c, passes through the body portion 27d, and is located outside the duct 300. Radiated from the heat.

本実施の形態において、熱伝導体２７は、光ファイバ２９の保持部２７ｎと放熱部２７ｋとの一体構造とされているので、その体積が大きい。また、熱伝導体２７には保持部や放熱部との接合部がないので、ここに熱だまりが生じることもない。これにより、排熱性が高まり、ヒートパイプを使用することなく、より多くの熱を低温側に移動させて放熱させることが可能となる。また、保持部や放熱部を別部品として必要とせず、部品点数の削減が図られ、ヒートパイプも使用しないので、低コストとなる。 In the present embodiment, the heat conductor 27 has an integral structure of the holding portion 27n of the optical fiber 29 and the heat radiating portion 27k, and therefore has a large volume. Further, since the heat conductor 27 does not have a joint portion with the holding portion or the heat radiating portion, no heat accumulation occurs here. As a result, exhaust heat performance is enhanced, and it is possible to dissipate more heat by moving more heat to the low temperature side without using a heat pipe. Further, the holding part and the heat radiating part are not required as separate parts, the number of parts is reduced, and the heat pipe is not used, so that the cost is reduced.

また、本実施の形態では、光ファイバ２９を熱伝導体２７の中心軸に対して平行ではなく、やや斜めに傾けて取り付けているので、大径のファイバ部２９−２を熱伝導体２７の中心部寄りに、小径のファイバ部２９−１を熱伝導体２７の外周部寄りに位置させて、熱伝導体２７の外周部の肉厚を厚くすることができている。これにより、熱伝導体２７の外径が小さくなり、小型・コンパクト化が図られる。 Further, in the present embodiment, the optical fiber 29 is attached not to be parallel to the central axis of the heat conductor 27 but to be inclined slightly, so that the large-diameter fiber portion 29-2 is attached to the heat conductor 27. The small-diameter fiber portion 29-1 is positioned closer to the outer peripheral portion of the heat conductor 27 closer to the center portion, and the thickness of the outer peripheral portion of the heat conductor 27 can be increased. Thereby, the outer diameter of the heat conductor 27 becomes small, and size reduction and compactization are achieved.

また、本実施の形態では、光ファイバ２９の組み付けや取り外し、位置の調整が簡単となる。すなわち、光ファイバ２９を組み付ける場合、連通孔２７ｇの後方から小径のファイバ部２９−１を差し入れ、この差し入れた小径のファイバ部２９−１を貫通孔２７ｆに挿通し、大径のファイバ部２９−２を連通孔２７ｇに位置させて、熱伝導体２７の外側からネジ孔２７ｉにセットしたネジ３０を締め付けるだけでよい。また、光ファイバ２９の位置の調整、すなわち小径のファイバ部２９−１の先端と鏡２５の鏡面２５−１との距離の調整は、熱伝導体２７の外側からネジ３０を緩め、光ファイバ２９を前後に摺動させるのみでよい。また、光ファイバ２９の取り外しは、熱伝導体２７の外側からネジ３０を緩め、連通孔２７ｇの後方から引き出すだけでよい。 In the present embodiment, the assembly and removal of the optical fiber 29 and the adjustment of the position are simplified. That is, when the optical fiber 29 is assembled, the small-diameter fiber portion 29-1 is inserted from the rear of the communication hole 27g, the inserted small-diameter fiber portion 29-1 is inserted into the through-hole 27f, and the large-diameter fiber portion 29- It is only necessary to position 2 in the communication hole 27g and tighten the screw 30 set in the screw hole 27i from the outside of the heat conductor 27. Further, the adjustment of the position of the optical fiber 29, that is, the adjustment of the distance between the tip of the small diameter fiber portion 29-1 and the mirror surface 25-1 of the mirror 25, loosens the screw 30 from the outside of the heat conductor 27, It is only necessary to slide back and forth. Also, the optical fiber 29 can be removed simply by loosening the screw 30 from the outside of the heat conductor 27 and pulling it out from the rear of the communication hole 27g.

また、本実施の形態では、熱伝導体２７の先端部２７ａにおいて、熱電冷却素子２が取り付けられる傾斜面２７ｂの形成部は、傾斜面２７ｂの下方が肉厚部２７ｃとされているので、振動や外力が加わっても変形し難い。これに対し、図１４に示した鏡面冷却式センサ２０１Ａでは、ヒートパイプ１３の一端１３−１を斜めに立ち上げ、この斜めに立ち上げた一端（傾斜面）１３−１に熱電冷却素子２を取り付けており、ヒートパイプ１３の一端１３−１は平板状であり、その下方に肉厚部が存在しないので、振動や外力が加わると傾斜面１３−１の角度が変化し、鏡面１１−１の角度が変わってしまい、検出精度に悪影響を及ぼす。本実施の形態では、傾斜面２７ｂの下方が肉厚部２７ｃとされているので、多少の振動や外力が加わっても、鏡面２５−１の角度が変化せず、検出精度への悪影響を防止することができる。 Moreover, in this Embodiment, since the formation part of the inclined surface 27b to which the thermoelectric cooling element 2 is attached in the front-end | tip part 27a of the heat conductor 27 has the thickness part 27c below the inclined surface 27b, it vibrates. It is difficult to deform even when external force is applied. On the other hand, in the mirror surface cooling type sensor 201A shown in FIG. 14, one end 13-1 of the heat pipe 13 is raised obliquely, and the thermoelectric cooling element 2 is attached to the one end (inclined surface) 13-1 raised obliquely. Since one end 13-1 of the heat pipe 13 is flat and there is no thick portion below it, when vibration or external force is applied, the angle of the inclined surface 13-1 changes, and the mirror surface 11-1 Changes the detection angle, which adversely affects detection accuracy. In the present embodiment, since the lower portion of the inclined surface 27b is the thick portion 27c, even if some vibration or external force is applied, the angle of the mirror surface 25-1 does not change, thereby preventing adverse effects on detection accuracy. can do.

また、本実施の形態では、傾斜面２７ｂの下方を肉厚部２７ｃとすることにより、熱電冷却素子２と接している付近の熱伝導体２７の体積が大きくなり、センサの小型化を実現しつつ、冷却能力（排熱能力）が高められる。なお、本実施の形態では、傾斜面２７ｂ下方の空間Ｚ１（図４）を熱伝導体２７を構成する物質が存在する肉厚部２７ｃとしたが、空間Ｚ１の全てに熱伝導体２７を構成する物質が存在しなくてもよく、少し欠けていてもよい。また、空間Ｚ１の外側に熱伝導体２７を構成する物質が存在していてもよい。このような状態についても、本願では、空間Ｚ１に熱伝導体２７を構成する物質が存在する状態という。 In the present embodiment, the thickness 27c below the inclined surface 27b increases the volume of the heat conductor 27 in the vicinity of the thermoelectric cooling element 2, which reduces the size of the sensor. Meanwhile, the cooling capacity (heat exhaust capacity) is increased. In the present embodiment, the space Z1 (FIG. 4) below the inclined surface 27b is the thick portion 27c where the material constituting the heat conductor 27 exists, but the heat conductor 27 is formed in the entire space Z1. There may be no material to be present, and it may be slightly missing. Moreover, the substance which comprises the heat conductor 27 may exist in the outer side of the space Z1. Such a state is also referred to as a state in which a substance constituting the heat conductor 27 exists in the space Z1 in the present application.

また、本実施の形態では、熱伝導体２７の先端部２７ａの傾斜面２７ｂを含む室２７ｍを切削加工によって形成したが、必ずしも切削加工で形成しなくてもよく、熱伝導体２７全体を鋳型などによって形成するようにしてもよい。本実施の形態では、熱伝導体２７を銅製としており、切削加工による室２７ｍの作成は容易である。また、切削加工は少量生産に適しており、結果的にコストを下げることができる。なお、熱伝導体２７は必ずしも銅としなくてもよく、アルミなどを用いてもよい。 In this embodiment, the chamber 27m including the inclined surface 27b of the tip 27a of the heat conductor 27 is formed by cutting. However, the chamber 27m does not necessarily have to be formed by cutting, and the entire heat conductor 27 is molded as a mold. You may make it form by. In the present embodiment, the heat conductor 27 is made of copper, and the chamber 27m can be easily created by cutting. Further, the cutting process is suitable for small-scale production, and as a result, the cost can be reduced. The heat conductor 27 is not necessarily made of copper, and aluminum or the like may be used.

〔実施の形態２：Ｌタイプ〕
図９に本発明に係る鏡面冷却式センサの他の実施の形態（実施の形態２）の構造を示す。なお、本願では、図９に示した構造の鏡面冷却式センサ２０１ＤをＬタイプの鏡面冷却式センサと呼ぶ。このＬタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｄも、実施の形態１に示したＳタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｃと同様、コントロール部２０１Ｂと接続され、鏡面冷却式露点計２０１を構成する。図９において、図１と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。 [Embodiment 2: L type]
FIG. 9 shows the structure of another embodiment (embodiment 2) of the mirror-cooled sensor according to the present invention. In the present application, the mirror-cooled sensor 201D having the structure shown in FIG. 9 is referred to as an L-type mirror-cooled sensor. The L-type mirror-cooled sensor 201D is also connected to the control unit 201B and constitutes the mirror-cooled dew point meter 201, as with the S-type mirror-cooled sensor 201C shown in the first embodiment. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent components, and the description thereof will be omitted.

このＬタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｄは、Ｓタイプとその基本構造は同じであるが、放熱部の構造がＳタイプとは異なっている。すなわち、Ｓタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｃでは、熱伝導体２７の胴部２７ｄの後方に半円状の窪み部２７ｊを形成することにより放熱部２７ｋを形成していたが、Ｌタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｄでは、熱伝導体２７の胴部２７ｄの後方に大径の放熱フィン２７ｐを一体的に形成し、この放熱フィン２７ｐをフィンカバー３７で覆っている。フィンカバー３７には、図１０に示すように、その全周に通気孔３７ａが設けられている。 The L-type mirror-cooled sensor 201D has the same basic structure as the S type, but differs in the structure of the heat dissipation part from the S type. That is, in the S-type mirror-cooled sensor 201C, the heat dissipating portion 27k is formed by forming the semicircular recess 27j behind the body portion 27d of the heat conductor 27. In the sensor 201D, a large-diameter radiating fin 27p is integrally formed behind the body portion 27d of the heat conductor 27, and the radiating fin 27p is covered with a fin cover 37. As shown in FIG. 10, the fin cover 37 is provided with air holes 37 a on the entire periphery thereof.

また、放熱フィン２７ｐの後方に冷却ファン３８を設けており、この冷却ファン３８の後部にはファンカバー３９を取り付けている。ファンカバー３９には通気孔３９ａが複数形成されている。なお、放熱フィン２７ｐの中心部には、熱電冷却素子２へのリード線２８や光ファイバ２９へのファイバ線４０が通る貫通孔２７ｐ１が設けられている。また、フィンカバー３７には、熱電冷却素子２へのリード線２８や光ファイバ２９へのファイバ線４０、ファン３８へのリード線４１が通る配線通し孔が形成されている。図１１にミラーカバー３２を取り付ける前の鏡面冷却式センサ２０１Ｄの斜視図を示す。この図からも分かるように、検知部３１の構成はＳタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｃと全く同じであり、Ｓタイプと同一原理で露点温度の測定が行われる。 A cooling fan 38 is provided behind the radiating fins 27p, and a fan cover 39 is attached to the rear part of the cooling fan 38. The fan cover 39 has a plurality of air holes 39a. A through hole 27p1 through which the lead wire 28 to the thermoelectric cooling element 2 and the fiber wire 40 to the optical fiber 29 pass is provided at the center of the heat radiation fin 27p. Further, the fin cover 37 is formed with a wiring through hole through which the lead wire 28 to the thermoelectric cooling element 2, the fiber wire 40 to the optical fiber 29, and the lead wire 41 to the fan 38 pass. FIG. 11 is a perspective view of the mirror surface cooling type sensor 201D before the mirror cover 32 is attached. As can be seen from this figure, the configuration of the detection unit 31 is exactly the same as that of the S-type mirror-cooled sensor 201C, and the dew point temperature is measured on the same principle as the S-type.

このＬタイプの鏡面冷却式センサ２０１Ｄでは、熱伝導体２７の胴部２７ｄの後方に大径の放熱フィン２７ｐが一体的に形成され、この放熱フィン２７ｐの後方で冷却ファン３８が回転するので、この冷却ファン３８の回転によって、ファンカバー３９の通気孔３９ａから外の冷たい空気がファンカバー３９内に引き込まれ、この空気が放熱フィン２７ｐ間の空間を通り、フィンカバー３７の通気孔３７ａから強制的に排出される。これにより、フィンカバー３７内の放熱フィン２７ｐが強制冷却され、放熱効率が向上し、冷却性能がより高められる。 In this L-type mirror-cooled sensor 201D, a large-diameter radiating fin 27p is integrally formed behind the body 27d of the heat conductor 27, and the cooling fan 38 rotates behind the radiating fin 27p. Due to the rotation of the cooling fan 38, cool air outside from the vent hole 39a of the fan cover 39 is drawn into the fan cover 39, and this air passes through the space between the radiating fins 27p and is forced from the vent hole 37a of the fin cover 37. Are exhausted. Thereby, the heat radiation fins 27p in the fin cover 37 are forcibly cooled, the heat radiation efficiency is improved, and the cooling performance is further enhanced.

なお、上述した実施の形態１や実施の形態２では、熱伝導体２７の先端部２７ａにミラーカバー３２を被せるようにしたが、異物の侵入などの虞れがないような場合には、ミラーカバー３２を被せなくてもよい。また、上述した実施の形態１や実施の形態２では、熱伝導体２７の先端部２７ａにミラーカバー３２を圧入するようにしたが、ミラーカバー３２を熱伝導体２７の先端部２７ａの根元部２７ａ１に螺合するようにしてもよい。また、図９において、フィンカバー３７、冷却ファン３８、ファンカバー３９を取り去った構造としてもよい。 In the first and second embodiments described above, the tip 27a of the heat conductor 27 is covered with the mirror cover 32. However, in the case where there is no possibility of entry of foreign matter, the mirror is used. The cover 32 may not be covered. In Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, the mirror cover 32 is press-fitted into the distal end portion 27a of the heat conductor 27. However, the mirror cover 32 is placed at the root portion of the distal end portion 27a of the heat conductor 27. 27a1 may be screwed together. In FIG. 9, the fin cover 37, the cooling fan 38, and the fan cover 39 may be removed.

本発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態（実施の形態１：Ｓタイプの鏡面冷却式センサ）を用いた鏡面冷却式露点計の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a mirror-cooled dew point meter using an embodiment of a mirror-cooled sensor according to the present invention (Embodiment 1: S type mirror-cooled sensor). FIG. 熱伝導体の先端部における熱電冷却素子の取り付け状況を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the attachment condition of the thermoelectric cooling element in the front-end | tip part of a heat conductor. 熱伝導体の先端部に設けられた傾斜面における前後方向および左右方向の熱電冷却素子の位置決め状態を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the positioning state of the thermoelectric cooling element of the front-back direction and the left-right direction in the inclined surface provided in the front-end | tip part of a heat conductor. 熱伝導体の先端部の傾斜面の下方に設けられる肉厚部を説明する図である。It is a figure explaining the thick part provided under the inclined surface of the front-end | tip part of a heat conductor. 検知部にミラーカバーを取り付けたＳタイプの鏡面冷却式センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the S type mirror surface cooling type sensor which attached the mirror cover to the detection part. 投光軸と受光軸が並行の光ファイバの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the optical fiber with which a light projection axis | shaft and a light-receiving axis are parallel. Ｓタイプの鏡面冷却式センサのダクトへの取り付け状態を示す図である。It is a figure which shows the attachment state to the duct of a S type mirror surface cooling type sensor. 鏡面に対して照射されるパルス光および鏡面から受光される反射パルス光を示す図である。It is a figure which shows the pulsed light irradiated with respect to a mirror surface, and the reflected pulsed light received from a mirror surface. 本発明に係る鏡面冷却式センサの他の実施の形態（実施の形態２：Ｌタイプの鏡面冷却式センサ）の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of other embodiment (Embodiment 2: L type mirror surface cooling type sensor) of the mirror surface cooling type sensor which concerns on this invention. 検知部にミラーカバーを取り付けたＬタイプの鏡面冷却式センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the L type mirror surface cooling type sensor which attached the mirror cover to the detection part. ミラーカバーを取り付ける前のＬタイプの鏡面冷却式センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the L type mirror surface cooling type sensor before attaching a mirror cover. 正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部（鏡面冷却式センサ）の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor part (mirror surface cooling type sensor) in the conventional mirror surface cooling type dew point meter which employ | adopted the regular reflection light detection system. 散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部（鏡面冷却式センサ）の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor part (mirror surface cooling type sensor) in the conventional mirror surface cooling type dew point meter which employ | adopted the scattered light detection system. 本出願人が先に提案した特願２００４−１０６７０８（参考文献１）に記載されている鏡面冷却式センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the mirror surface cooling type sensor described in Japanese Patent Application No. 2004-106708 (reference document 1) which the present applicant proposed previously.

Explanation of symbols

２…熱電冷却素子（ペルチェ素子）、２−１…冷却面、２−２…加熱面、２５…鏡、２５−１…鏡面、２６…温度検出素子、２７…熱伝導体、２７ａ…先端部、２７ｂ…傾斜面、２７ｃ…肉厚部、２７ｄ…胴部、２７ｆ…貫通孔、２７ｇ…連通孔、２７ｈ…壁、２７ｉ…ネジ孔、２７ｊ…窪み部、２７ｋ…放熱部、２７ｍ…室、２７ｎ…保持部、２７ｐ…放熱フィン、２７ｐ１…貫通孔、Ｚ１…空間、２９…光ファイバ、２９−１…小径のファイバ部、２９−２…大径のファイバ部、２９ａ…スリーブ、３０…ネジ、３１…検知部、３２…ミラーカバー、３３…露点温度表示部、３４…結露検知部、３５…ペルチェ出力制御部、３６…信号変換部、３７…フィンカバー、３８…冷却ファン、３９…ファンカバー、２０１Ｂ…コントロール部、２０１Ｃ…鏡面冷却式センサ（Ｓタイプ）、２０１Ｄ…鏡面冷却式センサ（Ｌタイプ）、２０１…鏡面冷却式露点計。
2 ... thermoelectric cooling element (Peltier element), 2-1 ... cooling surface, 2-2 ... heating surface, 25 ... mirror, 25-1 ... mirror surface, 26 ... temperature detection element, 27 ... thermal conductor, 27a ... tip 27b ... inclined surface, 27c ... thick part, 27d ... trunk, 27f ... through hole, 27g ... communication hole, 27h ... wall, 27i ... screw hole, 27j ... hollow part, 27k ... heat dissipation part, 27m ... chamber, 27n ... Holding part, 27p ... Radiating fin, 27p1 ... Through hole, Z1 ... Space, 29 ... Optical fiber, 29-1 ... Small diameter fiber part, 29-2 ... Large diameter fiber part, 29a ... Sleeve, 30 ... Screw , 31 ... detection unit, 32 ... mirror cover, 33 ... dew point temperature display unit, 34 ... dew condensation detection unit, 35 ... Peltier output control unit, 36 ... signal conversion unit, 37 ... fin cover, 38 ... cooling fan, 39 ... fan Cover, 201B ... control section, 01C ... chilled mirror sensor (S-type), 201D ... cooled mirror sensor (L type), 201 ... chilled mirror hygrometer.

Claims

A mirror whose mirror surface is exposed to the gas to be measured;
A thermoelectric cooling element having a low-temperature side surface attached to a surface opposite to the mirror surface of the mirror;
A light projecting means for irradiating the mirror surface of the mirror with light;
A light receiving means for receiving a reflected light of the light emitted from the light projecting means to the mirror surface;
A heat conductor to which a surface on the high temperature side of the thermoelectric cooling element is attached;
The light projecting means and the light receiving means are a light fiber having a small diameter fiber portion and a large diameter fiber portion connected to the small diameter fiber portion, and an optical fiber having a parallel light receiving axis and a light receiving axis,
The heat conductor is positioned between a through hole through which the small diameter fiber portion is inserted, a communication hole in communication with the through hole, and a position of the large diameter fiber portion, and the through hole and the communication hole. A wall that regulates a sliding position of the large-diameter fiber portion in the communication hole so that a tip of the small-diameter fiber portion does not contact the mirror surface of the mirror, and a wall of the large-diameter fiber portion in the communication hole An engaging portion to which an engaging member for fixing the sliding position to an arbitrary position is attached;
The mirror-cooled sensor, wherein the engaging member is detachably attached to the engaging portion from the outside of the heat conductor.

The mirror-cooled sensor according to claim 1,
The mirror-cooled sensor, wherein the optical fiber is attached with its optical axis inclined obliquely with respect to the central axis of the heat conductor.