JP5609518B2

JP5609518B2 - 熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計

Info

Publication number: JP5609518B2
Application number: JP2010227366A
Authority: JP
Inventors: 宣之西居; 康彦古山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012083129A

Description

本発明は、熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計に関し、さらに詳しくは、赤外線の影響によるノイズを十分に抑制しうる熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計に関する。

従来、ガス流の中に置かれる抵抗体の抵抗値の変化によりガス流を検知する熱線式フローセンサが知られている（特許文献１，特許文献２参照。）。
また、ガスに赤外線を照射することにより生じたガス流の中に置いた熱線式フローセンサによりガス流を検知し、ガス中の赤外線吸収物質を分析する赤外線ガス分析計が知られている（特許文献３，特許文献４参照。）。

特開２００１−６６２７２号公報実用新案登録第３１０９０８９号公報特開２００２−１０７２９８号公報特開２００３−６５９５４号公報

熱線式フローセンサの抵抗体に赤外線が当ると、抵抗体の温度が上昇して抵抗値が変動し、ノイズの原因になるため、好ましくない。
このため、上記従来の赤外線ガス分析計では、赤外線が直接的に入射することが無い位置に熱線式フローセンサを配置している。
しかし、ガス流通路の壁面などで反射してきた赤外線が熱線式フローセンサに間接的に入射してくることがあり、ノイズの抑制が十分でない問題点があった。特に、ガス流通路の上流側と下流側とに抵抗体を配置し、それら抵抗体の抵抗値の変化をブリッジ回路により検出する方式の赤外線ガス分析計では、ガス流通路の上流側の抵抗体に間接的に入射する赤外線の強さよりも、その上流側の抵抗体の陰になった下流側の抵抗体に間接的に入射する赤外線の強さがかなり弱くなるため、ブリッジ回路の平衡が崩れて、ガス流による信号と区別できない信号として検知され、これがノイズとなる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、赤外線の影響によるノイズを十分に抑制しうる熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、ガス流通路の上流側から下流側を見たときに、ガス流通路の上流側に設置される上流抵抗体（１ｂ）とガス流通路の下流側に設置される下流抵抗体（２ｂ）とが同じ面積で見えるように、又は、ガス流通路の下流側から上流側を見たときに、ガス流通路の下流側に設置される下流抵抗体（２ｂ）とガス流通路の上流側に設置される上流抵抗体（１ｂ）とが同じ面積で見えるように、前記上流抵抗体（１ｂ）および前記下流抵抗体（２ｂ）を配置し、前記上流抵抗体（１ｂ）と前記下流抵抗体（２ｂ）と第１抵抗器（Ｒ１）と第２抵抗器（Ｒ２）とを４辺に配し且つ前記上流抵抗体（１ｂ）と前記下流抵抗体（２ｂ）とを隣接する２辺に設置したブリッジ回路が検出回路（２０）として用いられることを特徴とする熱線式フローセンサ（１０）を提供する。
上記第１の観点による熱線式フローセンサ（１０）では、ガス流通路の壁面などで反射してきた赤外線が熱線式フローセンサ（１０）に間接的に入射してきても、上流抵抗体（１ｂ）に間接的に入射する赤外線と下流抵抗体（２ｂ）に間接的に入射する赤外線とに強さの差がほとんどなくなる。従って、赤外線の影響が打ち消され、赤外線ガス分析計に用いた場合に赤外線の影響によるノイズを十分に抑制することが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による熱線式フローセンサ（１０）と、前記上流抵抗体（１ｂ）と前記下流抵抗体（２ｂ）と第１抵抗器（Ｒ１）と第２抵抗器（Ｒ２）とを４辺に配し且つ前記上流抵抗体（１ｂ）と前記下流抵抗体（２ｂ）とを隣接する２辺に設置したブリッジ回路からなる検出回路（２０）とを具備したことを特徴とする赤外線ガス分析計（１００）を提供する。
上記第２の観点による赤外線ガス分析計（１００）では、赤外線の影響によるノイズを十分に抑制することが出来る。

本発明の熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計によれば、赤外線の影響によるノイズを十分に抑制することが出来る。

実施例１に係る熱線式フローセンサを示す断面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサを示す平面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサを示す底面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサの上流抵抗基板を示す平面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサの下流抵抗基板を示す底面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサを用いた赤外線ガス分析計を示す要部断面図である。実施例１に係る熱線式フローセンサを用いた検出回路を示す回路図である。従来の熱線式フローセンサを用いた検出回路を示す回路図である。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る熱線式フローセンサ１０を示す断面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ’断面に相当する。
この熱線式フローセンサ１０は、上流抵抗基板１を下流抵抗基板２と絶縁性土台３とで挟んだ３層構造になっている。

上流抵抗基板１は、上流ガス流通開口部１ａと、上流ガス流通開口部１ａの上面を各抵抗線が渡るように形成された上流櫛形抵抗体１ｂとを有している。
下流抵抗基板２は、下流ガス流通開口部２ａと、下流ガス流通開口部２ａの上面を各抵抗線が渡るように形成された下流櫛形抵抗体２ｂとを有している。
絶縁性土台３は、ガス取入開口部３ａを有している。

図１に矢印で示されているように、想定されているガス流通路は、上流側から下流側へ、ガス取入開口部３ａ→上流ガス流通開口部１ａ→下流ガス流通開口部２ａの順になっている。

図２は、熱線式フローセンサ１０を示す平面図である。
この熱線式フローセンサ１０では、下流櫛形抵抗体２ｂ側から内部を見たとき（ガス流通路の下流側から上流側を見たとき）、下流櫛形抵抗体２ｂの各抵抗線の間に上流櫛形抵抗体１ｂの各抵抗線が両者均一に見えるように、上流櫛形抵抗体１ｂの各抵抗線および下流櫛形抵抗体２ｂの各抵抗線が交互に配置されている。

図３は、熱線式フローセンサ１０を示す底面図である。
この熱線式フローセンサ１０では、ガス取入開口部３ａ側から内部を見たとき（ガス流通路の上流側から下流側を見たとき）、上流櫛形抵抗体１ｂの各抵抗線の間に下流櫛形抵抗体２ｂの各抵抗線が両者均一に見えるように、上流櫛形抵抗体１ｂの各抵抗線および下流櫛形抵抗体２ｂの各抵抗線が交互に配置されている。

図４は、上流抵抗基板１を示す平面図である。
上流ガス流通開口部１ａの上面を各抵抗線が渡るように上流櫛形抵抗体１ｂが形成されている。

図５は、下流抵抗基板２を示す底面図である。
下流ガス流通開口部２ａの上面を各抵抗線が渡るように下流櫛形抵抗体２ｂが形成されている。

図６は、熱線式フローセンサ１０を用いた赤外線ガス分析計１００を示す要部断面図である。
この赤外線ガス分析計１００は、チョッパによりパルス状に赤外光を出射する光源部５０と、試料ガスを流す測定セル部６０と、試料ガスによる赤外線の吸収を検出する検出部７０とからなっている。

検出部７０は、検出ガスを充填した前室７１および後室７２と、前室７１と後室７２とを連通する連通路７３と、連通路７３の途中に設置された熱線式フローセンサ１０とを具備している。

前室７１における検出ガスの赤外線吸収と後室７２における検出ガスの赤外線吸収の差によりガスの差圧を生じ、前室７１から後室７２への連通路７３を通じたガス流が生じる。このガス流は、連通路７３に流れ込み、熱線式フローセンサ１０で検出される。

図７は、熱線式フローセンサ１０を用いた検出回路２０の回路図である。
この検出回路２０は、上流櫛形抵抗体１ｂと下流櫛形抵抗体２ｂと抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２とを４辺に配したブリッジ回路であり、上流櫛形抵抗体１ｂと下流櫛形抵抗体２ｂとは隣接する２辺に設置されている。
入力電圧Ｅは、上流櫛形抵抗体１ｂと下流櫛形抵抗体２ｂの接続点と、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の接続点の間に印加されている。
出力電圧Ｖは、上流櫛形抵抗体１ｂと抵抗器Ｒ１の接続点と、下流櫛形抵抗体２ｂと抵抗器Ｒ２の接続点の間から取り出される。

上流櫛形抵抗体１ｂに赤外線Ｉｒが当っていないときの上流櫛形抵抗体１ｂの抵抗値を１ｂで表し、下流櫛形抵抗体２ｂに赤外線Ｉｒが当っていないときの下流櫛形抵抗体２ｂの抵抗値を２ｂで表すと、出力電圧Ｖｏは次式で表される。
Ｖｏ＝Ｅ｛１ｂ／（１ｂ＋Ｒ１）−２ｂ／（２ｂ＋Ｒ２）｝

上流櫛形抵抗体１ｂと下流櫛形抵抗体２ｂの両方の同じ面積に同じ強さの赤外線Ｉｒが当ったときのそれぞれの抵抗値の変動分をδで表で表すと、出力電圧Ｖは次式で表される。
Ｖ＝Ｅ｛（１ｂ＋δ）／（１ｂ＋δ＋Ｒ１）−（２ｂ＋δ）／（２ｂ＋δ＋Ｒ２）｝

数値例として、例えばＥ＝１，１ｂ＝２ｂ＝Ｒ１＝Ｒ２＝１０，δ＝１とすると、
Ｖｏ＝０
Ｖ＝０
となり、赤外線Ｉｒの影響を受けない結果となる。

他方、図８は、図７と同じ検出回路２０であるが、従来の熱線式フローセンサ３０を用いた場合の回路図である。
従来の熱線式フローセンサ３０では、上流櫛形抵抗体１ｂのみに赤外線Ｉｒが当たり、下流櫛形抵抗体２ｂには赤外線Ｉｒが当たらない。この場合の出力電圧Ｖ’は次式で表される。
Ｖ’＝Ｅ｛（１ｂ＋δ）／（１ｂ＋δ＋Ｒ１）−（２ｂ）／（２ｂ＋Ｒ２）｝

前述と同じ数値例を当てはめると、
Ｖ’＝０．０２４
となり、赤外線Ｉｒの影響を受ける結果となる。

なお、図７や図８の検出回路２０で入力電圧Ｅと出力電圧Ｖを入れ替えても同じ結果になる。

実施例１の熱線式フローセンサ１０および赤外線ガス分析計１００によれば、赤外線が連通路７３の壁面などで反射して間接的に熱線式フローセンサ１０に入射してきても、上流抵抗体１ｂに間接的に入射する赤外線と下流抵抗体２ｂに間接的に入射する赤外線とに強さの差がほとんどなくなる。従って、赤外線の影響が打ち消され、赤外線の影響によるノイズを十分に抑制することが出来る。

本発明の熱線式フローセンサおよび赤外線ガス分析計は、全有機体炭素計や環境ガス濃度測定分野などに利用できる。

１上流抵抗基板
１ａ上流ガス流通開口部
１ｂ上流櫛形抵抗体
２下流抵抗基板
２ａ下流ガス流通開口部
２ｂ下流櫛形抵抗体
３絶縁性土台
１０熱線式フローセンサ
７３連通路
１００赤外線ガス分析計

Claims

ガス流通開口部を渡るように形成された櫛型抵抗体であってガス流通路の上流側に設置される上流櫛形抵抗体（１ｂ）およびガス流通開口部を渡るように形成された櫛型抵抗体であってガス流通路の下流側に設置される下流櫛形抵抗体（２ｂ）を具備し、ガス流通路の上流側から下流側を見たときに、前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）の各抵抗線の間に前記下流櫛型抵抗体（２ｂ）の各抵抗線が両者均一に見えるように、又は、ガス流通路の下流側から上流側を見たときに、前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）の各抵抗線の間に前記上流櫛型抵抗体（１ｂ）の各抵抗線が両者均一に見えるように、前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）および前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）を配置し、前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）と前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）と第１抵抗器（Ｒ１）と第２抵抗器（Ｒ２）とを４辺に配し且つ前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）と前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）とを隣接する２辺に設置したブリッジ回路が検出回路（２０）として用いられることを特徴とする熱線式フローセンサ（１０）。
請求項１に記載の熱線式フローセンサ（１０）と、前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）と前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）と第１抵抗器（Ｒ１）と第２抵抗器（Ｒ２）とを４辺に配し且つ前記上流櫛形抵抗体（１ｂ）と前記下流櫛形抵抗体（２ｂ）とを隣接する２辺に設置したブリッジ回路からなる検出回路（２０）とを具備したことを特徴とする赤外線ガス分析計（１００）。