JP5525808B2 - 磁気圧力式酸素分析計 - Google Patents

Description

この発明は、界面圧力差方式の磁気圧力式酸素分析計に関するものである。

磁気圧力式酸素分析計は、酸素の高い磁化率を利用して、その濃度を測定するものである。すなわち、電磁石等の磁極に特定の周波数を有する交流電流を流し、磁極間に交流磁界を発生させ、発生した磁界中に試料ガスを導入すると、磁化率の高い酸素は磁極に引き寄せられ、磁極付近の界面圧力は引き寄せられた酸素の濃度に応じて上昇する。この界面圧力の変化をコンデンサマイクロフォンによって電気信号として検出することにより、酸素濃度を測定している。また、コンデンサマイクロフォンを備えた検出器側から磁極を備えた測定室側に向かって窒素ガス等の微量のキャリアガスが流れており、試料ガスが検出器側に流れ込まないようにしてある。

コンデンサマイクロフォンが出力する電気信号のうち、前記交流磁界と同じ周波数を有する電気信号が、バンドパスフィルタにより選択的に取り出されるが、フィルタの性質上、その整数倍の周波数を有する電気信号もバンドパスフィルタを通過してしまう。そして、試料ガスを測定室に供給するために用いられるポンプが発生する脈動の周波数がこのような整数倍の周波数であると、ポンプが発生する脈動による界面圧力の変動に由来する電気信号もバンドパスフィルタを通過し、分析結果に影響を与えるという問題がある。

従来、試料ガスを供給するために用いられるポンプが発生する脈動が分析結果に影響するのを防ぐため、ポンプと測定室との間に、バッファータンクやキャピラリ等を設けて、測定室に試料ガスが供給される前に脈動自体を除去する手段が用いられてきた。しかし、バッファータンクを用いた場合は応答速度の遅延等の問題が生じ、キャピラリを用いた場合は流量減少、それによる応答速度の遅延、及びポンプ負荷の増加等の問題が生じる。

実開平４−１３００６６

そこで本発明は、高い精度で酸素濃度を測定することができる磁気圧力式酸素分析計を提供すべく図ったものである。

すなわち第１の本発明に係る磁気圧力式酸素分析計は、磁極対を備えた測定室と、前記磁極対に交流電流を出力する交流電源部と、コンデンサマイクロフォンを備えた検出器と、前記コンデンサマイクロフォンから出力された電気信号のうち前記交流電源部の出力する交流電流と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、を備えているものであって、前記測定室に試料ガスを供給するポンプであって、それが発生する脈動の周波数が前記交流電源部の出力する交流電流の周波数の整数倍ではないポンプを更に備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、ポンプが発生する脈動の周波数と交流電源部が出力する交流電流の周波数とが整数倍の関係にないので、ポンプが発生する脈動に由来する電気信号がバンドパスフィルタを通過することができず、酸素濃度を示す電気信号からポンプが発生する脈動の影響を排除することができる。

前記ポンプは、モータの回転数を可逆的に変更することができるものであってもよい。

また、交流電源部の出力する交流電流の周波数とバンドパスフィルタが通過する電気信号の周波数とが、ポンプが発生する脈動の周波数の整数倍ではないように、交流電源部及びバンドパスフィルタの周波数が設定されていても、同様に、ポンプが発生する脈動に由来する電気信号はバンドパスフィルタを通過することができず、酸素濃度を示す電気信号からポンプが発生する脈動の影響を排除することができる。このように構成された磁気圧力式酸素分析計もまた、本発明の１つである。

すなわち第２の本発明に係る磁気圧力式酸素分析計は、磁極対を備えた測定室と、前記磁極対に交流電流を出力する交流電源部と、コンデンサマイクロフォンを備えた検出器と、前記コンデンサマイクロフォンから出力された電気信号のうち前記交流電源部の出力する交流電流と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、を備えているものであって、前記交流電源部が、出力する交流電流の周波数を可逆的に変更することが可能なものであることを特徴とする。

このように本発明によれば、酸素濃度を示す電気信号からポンプが発生する脈動の影響を排除することができるので、高い精度で酸素濃度を測定することができる。

本発明の一実施形態に係る磁気圧力式酸素分析計の模式的機器構成図。

以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る磁気圧力式酸素分析計１は、例えば排気ガス等の試料ガスの酸素濃度を測定するためのものであって、図１に示すように、二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂを備えた測定室２と、磁極対２１Ａ、２１Ｂに交流電流を出力する交流電源部３と、コンデンサマイクロフォン４１を備えた検出器４と、コンデンサマイクロフォン４１から出力された電気信号のうち交流電源部３の出力する交流電流と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタ５と、試料ガスを測定室２に供給するポンプ６と、を備えている。

以下に各部を説明する。測定室２は、非磁性材料よりなる壁に囲まれ、その内部に二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂを備えたものである。磁極対２１Ａ、２１Ｂは、所定の間隔をおいて対向して配置された磁極２１１からなり、対向する磁極２１１は、図示しない継鉄によって磁気的閉ループを構成しているとともに、前記継鉄にはそれぞれ図示しないコイルが巻きつけてあり、両コイルに交互に通電することにより、二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂを交互に励磁して磁極２１１間に交互に交流磁界が発生するように構成してある。

二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂを交互に励磁している状態において、測定室２内に試料ガスと窒素ガス等のキャリアガスとが導入されると、磁極２１１間には試料ガス及び窒素ガスのそれぞれの磁化率の差に比例した界面圧力が交互に発生する。

交流電源部３は、二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂに所定の周波数を有する交流電流を出力するためのものである。したがって、磁極対２１Ａ、２１Ｂにおいて発生する交流磁界は交流電源部３の出力する交流電流と同じ周波数を有するものである。

検出器４は、コンデンサ膜４１１と固定極４１２とからなるコンデンサマイクロフォン４１を備えたものであって、コンデンサ膜４１１によって検出器４内が２つの検出室４２Ａ、４２Ｂに仕切られている。測定室２内と検出器４内とは連通しており、測定室２で発生した界面圧力が検出器４の検出室４２Ａ、４２Ｂに伝達され、コンデンサ膜４１１を押圧してこれを変位させる。この結果、前記界面圧力はコンデンサ膜４１１と固定極４１２との静電容量の変化として固定極４１２から出力される。

バンドパスフィルタ５は、固定極４１２から出力された電気信号のうち、交流磁界と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるものである。バンドパスフィルタ５を通過した電気信号は所定の増幅及び変換処理を経た後、図示しない表示部において酸素濃度として表示される。

ポンプ６は、試料ガス源Ｓから発生した試料ガスを測定室２に供給するためのものである。

このように構成した磁気圧力式酸素分析計１の動作について以下に説明する。まず、交流電源部３から二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂに交流電流が通電されると、これら磁極対２１Ａ、２１Ｂに交流磁界が発生する。交流磁界が発生している状態で、試料ガス源Ｓからポンプ６を介して測定室２内に試料ガスが供給されるとともに、微量の窒素ガスも測定室２内に供給されると、試料ガス中の酸素濃度に応じた界面圧力が磁極対２１Ａ、２１Ｂに発生する。測定室２で発生した界面圧力は検出器４の検出室４２Ａ、４２Ｂに伝達され、コンデンサ膜４１１を押圧して変位させ、この結果、界面圧力に応じてコンデンサ膜４１１と固定極４１２との静電容量が変化する。そして、静電容量の変化に応じた電気信号が固定極４１２から出力され、当該電気信号のうち交流磁界と同じ周波数を有する電気信号がバンドパスフィルタ５によって選択的に取り出される。バンドパスフィルタ５を通過した電気信号は所定の増幅及び変換処理を経た後、図示しない表示部において酸素濃度として表示される。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態においては、ポンプ６として、それが発生する脈動の周波数（Ｍ）が、二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂで発生する交流磁界の周波数、すなわち、交流電源部３の出力する交流電流の周波数（ｍ）の整数（ａ）倍ではない（Ｍ≠ｍ×ａ）ものが使用されている。このようなポンプ６としては、上記のＭ≠ｍ×ａの関係がなりたつような脈動のポンプ６を選択して用いてもよいし、モータの回転数を可逆的に変更することができるポンプ６を使用してもよい。

更に、図示しないポンプ制御部によってポンプ６の回転数を制御することも可能である。この場合、ポンプ制御部は回転数を入力手段より受け付けて制御することもできるし、交流電流の周波数を自動的に受け付けて、その整数倍でない回転数を自動で設定し制御することもできる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態においては、二組の磁極対２１Ａ、２１Ｂで発生する交流磁界の周波数、すなわち、交流電源部３の出力する交流電流の周波数とバンドパスフィルタ５が通過する電気信号の周波数（ｍ）が、ポンプ６が発生する脈動の周波数（Ｍ）の整数（ａ）倍ではない（Ｍ≠ｍ×ａ）ように、交流電源部３及びバンドパスフィルタ５の周波数が設定されている。このような交流電源部３及びバンドパスフィルタ５としては、上記のＭ≠ｍ×ａの関係がなりたつような周波数の交流電源部３及びバンドパスフィルタ５を選択して用いてもよいし、ボリュームやスイッチ等で周波数を可逆的に変更することができる機構を備えた交流電源部３及びバンドパスフィルタ５を使用してもよい。

交流電源部３は、図示しない入力手段より周波数を受け付け、この値に基づいて、交流電流の周波数を制御することも、ポンプ６又は図示しないポンプ制御部の回転数信号を自動的に受け付けて、この値に基づいて、交流電流の周波数を制御することもできる。

また、第２の実施形態においては、ポンプ６は磁気圧力式酸素分析計１自体に備わっていなくともよく、適宜任意のポンプ６を磁気圧力式酸素分析計１に接続して用いればよい。

したがって、このように構成した本実施形態に係る磁気圧力式酸素分析計１によれば、ポンプ６の発生する脈動の周波数と交流電源部３が出力する交流電流の周波数とが整数倍の関係にないので、ポンプ６の脈動に由来する電気信号がバンドパスフィルタ５を通過することができず、酸素濃度の分析結果に影響を及ぼさない。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、試料ガスを測定室２に供給するための流路には、流量調整用のバルブやキャピラリ等が設けられていてもよい。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてもよく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１・・・磁気圧力式酸素分析計
２・・・測定室
２１・・・磁極対
３・・・交流電源部
４・・・検出器
４１・・・コンデンサマイクロフォン
５・・・バンドパスフィルタ
６・・・ポンプ

Claims (2)

1. 磁極対を備えた測定室と、前記磁極対に交流電流を出力する交流電源部と、コンデンサマイクロフォンを備えた検出器と、前記コンデンサマイクロフォンから出力された電気信号のうち前記交流電源部の出力する交流電流と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、を備えているものであって、
   前記測定室に試料ガスを供給するポンプを更に具備し、
   該ポンプが、モータの回転数を可逆的に変更することができるものであって、それが発生する脈動の周波数を前記交流電源部の出力する交流電流の周波数の整数倍ではないようにしたものであることを特徴とする磁気圧力式酸素分析計。
2. 磁極対を備えた測定室と、前記磁極対に交流電流を出力する交流電源部と、コンデンサマイクロフォンを備えた検出器と、前記コンデンサマイクロフォンから出力された電気信号のうち前記交流電源部の出力する交流電流と同じ周波数を有する電気信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、を備えているものであって、
   前記測定室に試料ガスを供給するポンプを更に具備し、
   前記交流電源部が、出力する交流電流の周波数を可逆的に変更することが可能なものであって、前記ポンプが発生する脈動の周波数を当該交流電源部の出力する交流電流の周波数の整数倍ではないようにしたものであることを特徴とする磁気圧力式酸素分析計。