JP4139378B2 - 鏡面冷却式露点計 - Google Patents

Description

この発明は、被測定気体に晒される鏡面をペルチェ素子などの熱電冷却素子を用いて冷却し、被測定気体に含まれる水蒸気の一部を鏡面上に結露させ、この結露の増減がなくなる平衡状態になったときの鏡面の温度を露点として検出する鏡面冷却式露点計に関するものである。

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。

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。

〔正反射光検出方式〕
図１３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。

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。

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。

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、受光素子９で受光される反射光の光量に基づいて、鏡面３−１に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように、すななわち受光素子９で受光される反射光の光量が変化しなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子２へ供給する電流を制御し、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って、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

〔散乱光検出方式〕
図１４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。

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。

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、受光素子９で受光される反射光の光量に基づいて、鏡面３−１に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子２へ供給する電流を制御し、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って、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

特開昭６１−７５２３５号公報 特公平７−１０４３０４号公報 工業計測ハンドブック、昭和51.9.30、朝倉書店、Ｐ297。

上述した鏡面冷却式露点計では、鏡面３−１上の結露が平衡状態になるように熱電冷却素子２へ供給する電流を制御するようにしているが、被測定気体の露点が低い場合は熱電冷却素子２による鏡面３−１の冷却の度合いに対して露がつき難く、逆に露点が高い場合は露がつき易いという特性がある。従来は、鏡面３−１上の結露が平衡状態になるように熱電冷却素子２へ供給する電流を制御する際の制御パラメータ（ＰＩＤパラメータ）を全ての露点温度範囲において同一としており、このため低露点時に応答時間が遅かったり、高露点時にハンチングを起こし易いというような問題があった。

図１５に同一の制御パラメータを使用した場合の鏡面温度と時間との関係（制御特性）を示す。図１５（ａ）は低露点時、図１５（ｂ）は中露点時、図１５（ｃ）は高露点時の制御特性であり、制御パラメータは中露点時をモデルケースとして定めている。この場合、低露点時では制御パラメータが弱すぎるため、応答時間が遅れる。高露点時には制御パラメータが強すぎるため、ハンチングを起こす。すなわち、低露点時には応答性が損なわれ、高露点時には整定性が損なわれ、結果的に露点が求められるまでの時間が長引く。

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、低露点時の応答性、高露点時の整定性を確保し、全ての露点温度範囲において、短時間で正確な露点（本露点）を計測することが可能な鏡面冷却式露点計を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、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を受光する受光手段と、鏡面の温度を検出する温度検出手段と、受光手段が受光する反射光の光量に基づいて鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、受光手段が受光する反射光の光量が鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、仮露点検出手段によって検出された仮露点を近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを制御手段によって熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段とを設けたものである。

この発明によれば、鏡面の冷却を開始し、鏡面の温度を低下させて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気の一部が鏡面に結露する。この時、受光手段が受光する反射光の光量が大きく変化する。本発明では、この時の鏡面の温度を仮露点として検出し、この仮露点を予め定められている露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして使用する。なお、仮露点は結露の開始点であり、熱電冷却素子へ供給する電流を制御することによって鏡面の結露が平衡状態になった時の鏡面の温度が本露点であり、鏡面の温度は最終的には本露点で安定することになる。なお、本露点は、仮露点よりもやや低い位置にある。

各露点における最適な制御パラメータは実験により求めることが可能である。本発明では、各露点における最適な制御パラメータを実験により求め、この実験結果から露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を定める。なお、発明者らの実験により、制御パラメータをＰＩＤパラメータとした場合、Ｐ値（比例ゲイン）は被測定気体の温度および露点の影響を受け、Ｉ値（積分時間）やＤ値（微分時間）は被測定気体の温度や露点の影響をそれほど受けないという傾向が確認できた。このような近似式を定めることにより、仮露点が求まった時点で、すなわち本露点にほゞ等しい仮露点が求まった時点で、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを使用して熱電冷却素子へ供給する電流が制御されるものとなる。これにより、低露点時の応答性、高露点時の整定性が確保され、全ての露点温度範囲において、短時間で露点を計測することが可能となる。

なお、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度および被測定気体の温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を定め、この近似式に仮露点と被測定気体の温度を代入して制御パラメータを求めるようにしてもよい。
また、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを定め、このテーブルから仮露点が属する露点温度範囲の制御パラメータを求めるようにしてもよい。
また、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式に代えて、露点温度および被測定気体の温度によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを定め、このテーブルから仮露点および被測定気体の温度が属する範囲の制御パラメータを求めるようにしてもよい。

また、仮露点の検出後、定期的に仮露点とその時の鏡面の温度との偏差を求め、その偏差に応じて現在設定されている制御パラメータを変更するようにしてもよい。このようにすると、仮露点で設定した制御パラメータが、定期的に、仮露点とその時の鏡面の温度との偏差に応じて変更（自動変更）されて行く。例えば、制御パラメータをＰＩＤパラメータとした場合、偏差が大きければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを大きくし、偏差が小さければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを小さくする。これにより、鏡面の温度が仮露点を通過した後、大きく低下しようとすると、大きな比例ゲインによって鏡面の温度が大きく上昇するものとなり、この大きな温度上昇によって鏡面の温度が仮露点に近づくと、小さな比例ゲインに変更され、応答性と整定性が合わせて改善される。

本発明によれば、受光手段が受光する反射光の光量が鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面の温度が仮露点として検出され、この検出された仮露点あるいは仮露点と被測定気体の温度から予め定められている近似式やテーブルを使用して被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータが求められ、この制御パラメータを使用して熱電冷却素子へ供給する電流が制御されるものとなり、低露点時の応答性、高露点時の整定性が確保され、全ての露点温度範囲において、短時間で正確な露点（本露点）を計測することが可能となる。

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〕
図１はこの発明に係る鏡面冷却式露点計の一実施の形態（実施の形態１）を示すブロック図である。図１において、図１３や図１４と同一符号は同図を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、この実施の形態１に示す鏡面冷却式露点計２０１では、散乱光検出方式を採用している。

この鏡面冷却式露点計２０１は、センサ部（鏡面冷却式センサ）２０１Ａとコントロール部２０１Ｂとを有している。センサ部２０１Ａは、熱電冷却素子２と発光素子８と受光素子９とを備え、熱電冷却素子２の冷却面２−１には鏡３が取り付けられている。また、鏡３の鏡面３−１には温度検出素子７が取り付けられている。

コントロール部２０１Ｂには、露点温度表示部２１と、結露検知部２２と、ペルチェ出力制御部２３と、信号変換部２４と、制御パラメータ演算部２５と、メモリ２６とが設けられている。メモリ２６には露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１が格納されている。この露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１は発明者らの度重なる実験により求めたものである。

すなわち、本実施の形態では、後述するように、ペルチェ出力制御部２３によって鏡面３−１に生じる結露が平衡状態になるように熱電冷却素子２への電流が制御されるが、この制御に際してペルチェ出力制御部２３で使用される各露点における最適な制御パラメータ（ＰＩＤパラメータ）を実験により求め、この実験結果から露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１を定めている。

図２に実験により求められた空気を被測定気体とした時の露点温度とＰＩＤパラメータとの関係を示す。図２（ａ）は同一空気温度でのＰ値と露点温度との関係、図２（ｂ）は同一空気温度での露点温度とＩ値との関係、図２（ｃ）は同一空気温度での露点温度とＤ値との関係を示している。この実験結果から、同一空気温度の空気では、露点温度が高くなるに従ってＰ値が減少し、Ｉ値は微減、Ｄ値はほゞ不変であることが分かった。

図３に実験により求められた空気を被測定気体とした時の空気温度とＰＩＤパラメータとの関係を示す。図３（ａ）は同一露点温度でのＰ値と空気温度との関係、図３（ｂ）は同一露点温度でのＩ値と空気温度との関係、図３（ｃ）は同一露点温度でのＤ値と空気温度との関係を示している。この実験結果から、同一露点温度の空気では、空気温度が高くになるに従ってＰ値が増大し、Ｉ値は微増、Ｄ値はほゞ不変であることが分かった。

本実施の形態では、図２や図３に示した実験結果から、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１を定めている。この近似式ｆ１は、ＰＩＤパラメータを求める式であって、近似式ｆ１に露点温度を代入することによって、被測定気体の露点に応じた適切なＰＩＤパラメータが得られる。なお、後述する実施の形態２での近似式ｆ２、実施の形態３でのテーブルＴ１、実施の形態４でのテーブルＴ４も、被測定気体の露点に応じた適切なＰＩＤパラメータを得ることを目的として、図２や図３に示した実験結果から定めたものである。

以下、図４に示したフローチャートを参照しながら、この鏡面冷却式露点計２０１におけるコンロトール部２０１Ｂの各部の機能について説明する。
電源スイッチ（図示せず）をオンとすると、結露検知部２２は、発光素子８より、鏡面３−１に対して所定の周期でパルス光を照射する（図５（ａ）参照）。鏡面３−１は被測定気体に晒されており、鏡面３−１に結露が生じていなければ、発光素子８から照射されたパルス光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子９で受光される鏡面３−１からの反射パルス光（散乱光）は極微量である。電源スイッチをオンとした時点では、鏡面３−１にはまだ結露が生じておらず、したがって受光素子９で受光される反射パルス光の強度は小さい。

結露検知部２２では、受光素子９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２３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２３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２４へ送る。これにより、信号変換部２４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の温度が急速に下げられて行く。

熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度、すなわ鏡３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、受光素子９を介して受光される鏡面３−１からの反射パルス光（散乱光）の強度が増大する。結露検知部２２は、この時の温度検出素子７からの鏡面３−１の温度、すなわち受光素子９が受光する反射パルス光の光量が冷却開始後に最初に大きく変化した時の鏡面３−１の温度（鏡面温度Ｔｍ）を仮露点Ｐ０として検出し（図４に示すステップ４０１）、制御パラメータ演算部２５へ送る。

制御パラメータ演算部２５は、結露検知部２２からの仮露点Ｐ０を受けて、この仮露点Ｐ０をメモリ２６に格納されている露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１に代入し（ステップ４０２）、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを求め（ステップ４０３）、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部２３に設定する（ステップ４０４）。

一方、結露検知部２２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５（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２２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２２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、図１に示した鏡面冷却式露点計２０１では、鏡面冷却式センサ２０１Ａ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る。

受光素子９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２３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２４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、受光素子９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２３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２４へ送られる。この動作の繰り返しによって、受光素子９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３−１上の結露が平衡状態に達した温度が、露点温度（本露点）として露点温度表示部２２に表示される。

この場合、ペルチェ出力制御部２３には仮露点Ｐ０の検出時点で、近似式ｆ１から得られた制御パラメータが設定されているので、すなわち被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータが設定されているので、低露点時であっても、高露点時であっても、図６（ｂ）に示すように良好な制御特性が得られるようになる。

さらに、本実施の形態において、制御パラメータ演算部２５は、定期的に、鏡面温度Ｔｍを取り込み（ステップ４０５）、この取り込んだ鏡面温度Ｔｍと仮露点Ｐ０との差を偏差ΔＰとして求め（ステップ４０６）、この偏差ΔＰが大きければペルチェ出力制御部２３に対して現在設定している制御パラメータのＰ値（比例ゲイン）を大きくし、偏差ΔＰが小さければペルチェ出力制御部２３に対して現在設定している制御パラメータのＰ値（比例ゲイン）を小さくする（ステップ４０７，４０８）。

これにより、鏡面３−１の温度が仮露点Ｐ０を通過した後（図６（ａ）に示すｔ１点）、大きく低下しようとすると、大きな比例ゲインによって鏡面３−１の温度が大きく上昇するものとなり（図６（ａ）に示すｔ２点）、この温度上昇によって鏡面３−１の温度が仮露点に近づくと（図６（ａ）に示すｔ３点）、小さな比例ゲインに変更され、応答性と整定性が合わせて改善される。

図６（ａ）は低露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性（点線）では、低露点時、露点（本露点）から遠いところではスピードアップ、接近したところではスピードダウンし、従来より速く、露点に達し、安定する。
図６（ｂ）は中露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性（点線）では、中露点時、露点（本露点）から遠いところでは従来より若干スピードアップ、但し、接近したところではスピードダウンするので、露点に達する時間はほゞ同等だが、ハンチングはしない。
図６（ｃ）は高露点時の制御特性を従来と比較して示した図である。本願の制御特性（点線）では、高露点時、露点（本露点）に接近したところでスピードダウンするので、従来より露点に達する時間は遅いが、すぐに安定するので、すぐに測定可能となる。従来は、先に露点に達するが、安定するまで時間がかかるので、結果的に測定可能になるのは本願の方が速い。

〔実施の形態２〕
上述した実施の形態１では、メモリ２６に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１に代えて、露点温度および被測定気体の温度（この例では、露点温度と被測定気体の温度との差）と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ２を求め、この近似式ｆ２をメモリ２６に格納するようにしてもよい。

この場合、図７に図１に対応するブロック図を、図８に図４に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部２５は、仮露点Ｐ０の検出後（ステップ５０１のＹＥＳ）、被測定気体の温度Ｔgas を取り込み（ステップ５０２）、仮露点Ｐ０と被測定気体の温度Ｔgas との差ΔＴを求め（ステップ５０３）、このΔＴをメモリ２６に格納されている近似式ｆ２に代入し（ステップ５０４）、被測定気体の露点に応じた適切な制御パラメータを求め（ステップ５０５）、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部２３に設定する（ステップ５０６）。

〔実施の形態３〕
上述した実施の形態１では、メモリ２６に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１に代えて、露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルＴ１を定め、このテーブルＴ１をメモリ２６に格納するようにしてもよい。

この場合、図９に図１に対応するブロック図を、図１０に図４に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部２５は、仮露点Ｐ０の検出後（ステップ６０１のＹＥＳ）、メモリ２６に格納されているテーブルＴ１から仮露点Ｐ０が属する露点温度範囲の制御パラメータを求め（ステップ６０２，６０３）、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部２３に設定する（ステップ６０４）。

〔実施の形態４〕
上述した実施の形態１では、メモリ２６に露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１を格納するようにしたが、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式ｆ１に代えて、露点温度および被測定気体の温度（この例では、露点温度と被測定気体の温度との差）によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルＴ２を定め、このテーブルＴ２をメモリ２６に格納するようにしてもよい。

この場合、図１１に図１に対応するブロック図を、図１２に図４に対応するフローチャートを示すように、制御パラメータ演算部２５は、仮露点Ｐ０の検出後（ステップ７０１のＹＥＳ）、被測定気体の温度Ｔgas を取り込み（ステップ７０２）、仮露点Ｐ０と被測定気体の温度Ｔgas との差のΔＴを求め（ステップ７０３）、メモリ２６に格納されているテーブルＴ２から仮露点Ｐ０が属する露点温度範囲の制御パラメータを求め（ステップ７０４，７０５）、この求めた制御パラメータをペルチェ出力制御部２３に設定する（ステップ７０６）。

なお、上述した実施の形態１〜４では、鏡面冷却式露点計２０１として散乱光検出方式を採用した場合を例にとって説明したが、正反射光検出方式を採用した場合も同様にして構成することができることは言うまでもない。

本発明に係る鏡面冷却式露点計の一実施の形態（実施の形態１）を示すブロック図である。 実験により求められた空気を被測定気体とした時の露点温度とＰＩＤパラメータとの関係を示す図である。 実験により求められた空気を被測定気体とした時の空気温度とＰＩＤパラメータとの関係を示す図である。 この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。 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。 比例ゲインの自動変更に伴う低露点時、中露点時、高露点時の鏡面温度の変化を示す図である。 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態（実施の形態２）を示すブロック図である。 この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態（実施の形態３）を示すブロック図である。 この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る鏡面冷却式露点計の他の実施の形態（実施の形態４）を示すブロック図である。 この鏡面冷却式露点計におけるコンロトール部の各部の機能を説明するためのフローチャートである。 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。 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。 同一の制御パラメータを使用した場合の鏡面温度と時間との関係（制御特性）を示す図である。

符号の説明

２…熱電冷却素子（ペルチェ素子）、２−１…冷却面、２−２…加熱面、３…鏡、３−１…鏡面、７…温度検出素子、８…発光素子、９…受光素子、２１…露点温度表示部、２２…結露検知部、２３…ペルチェ出力部、２４…信号変換部、２５…制御パラメータ演算部、２６…メモリ、２０１…鏡面冷却式露点計、２０１Ａ…センサ部、２０１Ｂ…コントロール部、ｆ１，ｆ２…近似式、Ｔ１，Ｔ２…テーブル、Ｔｍ…鏡面温度、Ｔgas …被測定気体の温度、Ｐ０…仮露点。

Claims (6)

1. 被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
   露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、
   前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
   前記仮露点検出手段によって検出された仮露点を前記近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
   を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
2. 被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
   露点温度および被測定気体の温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、
   前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
   前記被測定気体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記仮露点検出手段によって検出された仮露点と前記温度検出手段によって検出された被測定気体の温度を前記近似式に代入して制御パラメータを求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
   を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
3. 被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
   露点温度範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを記憶する手段と、
   前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
   前記仮露点検出手段によって検出された仮露点が属する露点温度範囲の制御パラメータを前記テーブルから求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
   を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
4. 被測定気体に晒される鏡面と、この鏡面を冷却する熱電冷却素子と、前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記鏡面の温度を検出する温度検出手段と、前記受光手段が受光する反射光の光量に基づいて前記鏡面に生じる結露の増減がなくなる平衡状態になるように前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する制御手段とを備えた鏡面冷却式露点計において、
   露点温度および被測定気体の温度によって区分される範囲と制御パラメータとの関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
   前記受光手段が受光する反射光の光量が前記鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化した時の前記鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、
   前記仮露点検出手段によって検出された仮露点および前記温度検出手段によって検出された被測定気体の温度が属する範囲の制御パラメータを前記テーブルから求め、この求めた制御パラメータを前記制御手段によって前記熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段と
   を備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記仮露点検出手段による仮露点の検出後、定期的に前記仮露点とその時の前記鏡面の温度との偏差を求め、その偏差に応じて現在設定されている制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段を
   備えたことを特徴とする鏡面冷却式露点計。
6. 請求項５に記載された鏡面冷却式露点計において、
   前記制御パラメータ変更手段は、前記偏差が大きければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを大きくし、前記偏差が小さければ現在設定されている制御パラメータの比例ゲインを小さくすることを特徴とする鏡面冷却式露点計。
   

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