JP5643600B2 - Mirror surface cooling type sensor - Google Patents
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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面の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 condensation or frost formed on a mirror surface that is cooled by 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、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、反射光の強度が平衡状態になった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が用いられている。 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, a mirror is cooled by using a cryogen, a refrigerator, an electronic cooler, etc., the change in the intensity of reflected light on the mirror surface of the cooled mirror is detected, and the mirror surface when the intensity of the reflected light is in an equilibrium state A mirror-cooled dew point meter that detects the dew point of moisture in the gas to be measured by measuring the temperature is used.
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の構成を示す。このセンサ部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２−２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. 13 shows a configuration of a sensor unit in a conventional mirror-cooled dew point meter that employs a regular reflection light detection method. The
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
このセンサ部１０１において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、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 the
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
〔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の構成を示す。このセンサ部１０２は、正反射光検出方式を採用したセンサ部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。このセンサ部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. 14 shows a configuration of a sensor unit in a conventional mirror-cooled dew point meter employing a scattered light detection method. The
このセンサ部１０２において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、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
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
なお、上述した露点計においては、鏡面３−１に生じる結露（露点）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（霜点）を検出することも可能である。 In addition, in the dew point meter mentioned above, although demonstrated in the example which detects the dew condensation (dew point) which arises on the mirror surface 3-1, it is also possible to detect the dew condensation (frost point) which arises on the mirror surface 3-1 by the same structure. It is.
この種の鏡面冷却式露点計において、露点の測定下限は、鏡面の温度を何度まで冷却することができるかによって決まる。このため、図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２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。しかし、放熱部材５を設けただけでは、露点の測定下限をそれほど低くすることはできない。
In this type of specular cooling dew point meter, the lower limit of dew point measurement is determined by how many times the mirror surface temperature can be cooled. Therefore, in the
これに対し、特許文献３に示されている光学式露点計では、鏡面を多段ペルチェによって冷却するようにしている。すなわち、熱電冷却素子を何段も積み重ねることによって、鏡面の冷却能力を向上させている。この多段ペルチェを図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２に採用すれば、低露点（例えば、−５０℃ＤＰ以下）の測定が可能となる。
On the other hand, in the optical dew point meter shown in
また、特許文献４に示されているガス中の微量水分量測定装置では、鏡面をヘリウム冷凍機や液体窒素源により冷却するようにしている。すなわち、熱電冷却素子を用いて鏡面を冷却するのではなく、ヘリウムや液体窒素などの冷媒を用いて鏡面を冷却するようにしている。この冷却方式を冷媒式と呼ぶ。この冷媒式の冷却方式を図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２に採用すれば、熱電冷却素子２を省略し、ヒートパイプ４や放熱部材５の代わりに冷媒式の冷却器を設けるようにして、低露点（例えば、−５０℃ＤＰ以下）の測定が可能となる。
Moreover, in the trace amount moisture measuring apparatus in the gas shown in
しかしながら、多段ペルチェを用いる方式とした場合、鏡面周りの熱容量が大きくなり、応答性が悪化する。また、鏡面周りのサイズが大きくなり、センサが大型化する、というような問題がある。 However, when a system using a multi-stage Peltier is used, the heat capacity around the mirror surface is increased and the responsiveness is deteriorated. In addition, there is a problem that the size around the mirror surface increases and the sensor becomes larger.
また、冷媒式の冷却器を用いる方式とした場合、冷媒のための配管やチラー（冷却装置）が必要で、装置が複雑化、大型化し、冷媒が漏れる可能性もある。また、鏡面のメンテナンス時などに鏡面周りを常温に戻す際、冷媒の熱容量が大きいため時間がかかる、というような問題がある。 Moreover, when it employ | adopts the system using a refrigerant | coolant type cooler, the piping and chiller (cooling device) for a refrigerant | coolant are required, an apparatus becomes complicated and enlarged, and a refrigerant | coolant may leak. In addition, when the mirror surface is returned to room temperature during mirror surface maintenance or the like, there is a problem that it takes time due to the large heat capacity of the refrigerant.
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、応答性を犠牲にすることなく、簡単なかつ小型な構成で、低露点の測定を可能とする鏡面冷却式センサを提供することにある。
また、鏡面のメンテナンス時、鏡面周りを常温に短時間で戻し、鏡面のメンテナンスを素早く行うことが可能な鏡面冷却式センサを提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to provide a mirror surface capable of measuring a low dew point with a simple and small configuration without sacrificing responsiveness. It is to provide a cooling sensor.
It is another object of the present invention to provide a mirror-cooled sensor capable of returning the mirror surface to room temperature in a short time and maintaining the mirror surface quickly during mirror surface maintenance.
このような目的を達成するために、本発明に係る鏡面冷却式センサは、被測定気体に晒される鏡面と、鏡面の裏面側に低温側の面が取り付けられた第１の熱電冷却素子と、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、第１の熱電冷却素子の高温側の面にその一端が取り付けられた熱伝導体と、熱伝導体の他端に低温側の面が取り付けられた第１の熱電冷却素子よりも冷却能力が大きい第２の熱電冷却素子とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a mirror-cooled sensor according to the present invention includes a mirror surface exposed to a gas to be measured, a first thermoelectric cooling element in which a low-temperature surface is attached to the back surface side of the mirror surface, A light projecting means for irradiating the mirror surface with light, a light receiving means for receiving the reflected light of the light emitted from the light projecting means to the mirror surface, and one end of the first thermoelectric cooling element on the surface on the high temperature side And a second thermoelectric cooling element having a larger cooling capacity than the first thermoelectric cooling element having a low temperature side surface attached to the other end of the heat conductor.
この発明によれば、第１の熱電冷却素子の高温側の面が熱伝導体を介して、第２の熱電冷却素子によって冷却される。すなわち、本発明では、第１の熱電冷却素子よりも冷却能力が大きい第２の熱電冷却素子が補助冷却器（サブクーラ）の役割を果たし、第１の熱電冷却素子の高温側の面を冷却する。このため、第１の熱電冷却素子として熱容量が小さい小型の素子（冷却能力は小さいが冷却スピードの速いペルチェ）を用い、応答性を犠牲にすることなく、鏡面周りのサイズの大型化も避けることができる。 According to this invention, the surface on the high temperature side of the first thermoelectric cooling element is cooled by the second thermoelectric cooling element via the heat conductor. That is, in the present invention, the second thermoelectric cooling element having a larger cooling capacity than the first thermoelectric cooling element serves as an auxiliary cooler (subcooler), and cools the surface on the high temperature side of the first thermoelectric cooling element. . For this reason, a small element having a small heat capacity (Peltier with a small cooling capacity but a high cooling speed) is used as the first thermoelectric cooling element, and the enlargement of the size around the mirror surface is avoided without sacrificing responsiveness. Can do.
また、本発明では、第２の熱電冷却素子が補助冷却器の役割を果たすことから、冷媒式の冷却器や配管が不要であり、装置が複雑化せず、小型になる。また、冷媒漏れの心配もない。また、本発明において、第２の熱電冷却素子は、逆電流をかけることによって加熱器として利用することも可能である。これにより、鏡面のメンテナンス時、第２の熱電冷却素子に逆電流をかけるだけで、鏡面周りを常温に短時間で戻すことができる。 Further, in the present invention, since the second thermoelectric cooling element serves as an auxiliary cooler, a refrigerant-type cooler and piping are not necessary, and the apparatus is not complicated and is downsized. Moreover, there is no fear of refrigerant leakage. In the present invention, the second thermoelectric cooling element can also be used as a heater by applying a reverse current. Thereby, the mirror surface periphery can be returned to normal temperature in a short time only by applying a reverse current to the second thermoelectric cooling element during mirror surface maintenance.
本発明によれば、鏡面を冷却する第１の熱電冷却素子に対して、補助冷却器の役割を果たす第１の熱電冷却素子よりも冷却能力が大きい第２の熱電冷却素子を設けたので、応答性を犠牲にすることなく、簡単かつ小型な構成で、低露点の測定が可能となる。
また、本発明によれば、鏡面のメンテナンス時、第２の熱電冷却素子に逆電流をかけるだけで、鏡面周りを常温に短時間で戻すことができるので、鏡面のメンテナンスを素早く行うことが可能となる。
According to the present invention, for the first thermoelectric cooling element that cools the mirror surface, the second thermoelectric cooling element having a larger cooling capacity than the first thermoelectric cooling element serving as an auxiliary cooler is provided. It is possible to measure a low dew point with a simple and compact configuration without sacrificing responsiveness.
In addition, according to the present invention, when the mirror surface is maintained, the mirror surface can be returned to room temperature in a short time just by applying a reverse current to the second thermoelectric cooling element, so that the mirror surface can be quickly maintained. It becomes.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
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を示す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２０１Ａとコントロール部２０１Ｂとを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mirror-cooled dew point meter showing an embodiment of a mirror-cooled sensor according to the present invention. The mirror-cooled
〔センサ部〕
センサ部２０１Ａにおいて、１１は鏡であり、その表面１１−１が鏡面とされている。鏡１１は、例えばシリコンチップとされており、鏡１１の裏面１１−２側に第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）２の冷却面２−１が取り付けられている。また、鏡１１と第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１との間には、例えば白金による第１の温度センサ１２が設けられている。第１の温度センサ１２は鏡１１の裏面１１−２の温度を鏡面温度ｔＰｐｖとして検出する。
(Sensor part)
In the
また、第１の熱電冷却素子２は、その加熱面２−２を底面として、センサボディ１３の先端部１３ａの傾斜面１３ｂに取り付けられている。傾斜面１３ｂはセンサボディ１３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、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１に第１の温度センサ１２を挟んで取り付けられた鏡１１の鏡面１１−１もセンサボディ１３の中心軸に対して３０゜〜４５゜の角度で傾けられている。
The first
センサボディ１３の先端部１３ａにつながる後端部１３ｃは円柱状とされている。この後端部１３ｃには、その先端面を鏡面１１−１に対向させて、投受光一体型の光ファイバ１４が保持されている。投受光一体型の光ファイバ１４の投光軸および受光軸はセンサボディ１３の中心軸と平行とされている。なお、この例では、後端部１３ｃから鏡面１１−１に向かって突き出ている投受光一体型の光ファイバ１４の光ファイバ１４−１，１４−２のうち、１４−１を投光側の光ファイバ、１４−２を受光側の光ファイバとしている。
A
センサボディ１３の後端部１３ｃの後部には冷却ブロック１５が接合されている。また、冷却ブロック１５の後部には、冷却板１６が接合されている。センサボディ１３、冷却ブロック１５、冷却板１６はいずれも熱伝導性の部材とされており、このセンサボディ１３と冷却ブロック１５と冷却板１６とによって熱伝導体１７が構成されている。
A
冷却板１５の後部には第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）１８が設けられている。第２の熱電冷却素子１８は、その冷却面１８−１を冷却板１５側として、熱伝導体１７に取り付けられている。すなわち、熱伝導体１７の一端に第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２が取り付けられ、熱伝導体１７の他端に第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１が取り付けられている。本実施の形態において、第２の熱電冷却素子１８の冷却能力は、そのサイズを比較しても分かるように、第１の熱電冷却素子２の冷却能力よりも遙かに大きいものとされている。
A second thermoelectric cooling element (Peltier element) 18 is provided at the rear of the cooling
第２の熱電冷却素子１８の加熱面１８−２にはヒートシンク１９が放熱体として接合されている。ヒートシンク１９には多数の放熱フィン１９ａが形成されている。このヒートシンク１９も熱伝導体１７と同様、熱伝導性の部材とされている。また、ヒートシンク１９の後方には冷却ファン２０が設けられており、冷却板１６には第２の温度センサ２１が設けられている。第２の温度センサ２１は、第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１の温度をサブクーラ温度ｔＳｐｖとして検出する。
A
本実施の形態では、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成を補助冷却器（サブクーラ）と呼ぶが、補助冷却器（サブクーラ）の主要構成は第２の熱電冷却素子１８であり、第２の熱電冷却素子１８単体を補助冷却器（サブクーラ）と呼んでもよい。ここでは、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成をサブクーラＳＣとする。
In the present embodiment, a configuration in which the
また、センサ部２０１Ａには、光電変換器２２が設けられている。光電変換器２２は、コントロール部２０１Ｂからの電気信号を光信号に変換して投光側の光ファイバ１４−１へ与えたり、受光側の光ファイバ１４−２からの光信号を電気信号に変換してコントロール部２０１Ｂへ与えたりする。光電変換器２２とコントロール部２０１Ｂとの接続関係については後述する。また、センサ部２０１Ａに対しては、冷却ファン２０が吸い込む外気の温度をｔｏｕｔとして検出する外気温度センサ２３が設けられている。外気温度センサ２３が検出する外気温度ｔｏｕｔはコントロール部２０１Ｂへ送られる。
Further, the photoelectric converter 22 is provided in the
〔コントロール部〕
コントロール部２０１Ｂには、メインコントローラ２４と、サブコントローラ２５と、電源２６と、電源スイッチ２７と、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８と、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９と、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０とが設けられている。
[Control part]
The
メインコントローラ２４は、ＣＰＵ２４−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３と、表示部２４−４と、ＲＡＭ２４−５と、ＲＯＭ２４−６とを備えている。ＣＰＵ２４−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２４−５にアクセスしながら、ＲＯＭ２４−６に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２４−６には、本実施の形態特有のプログラムとして、露点計測表示プログラムが格納されている。
The
なお、メインコントローラ２４において、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２は、光電変換器２２からの電気信号に変換された受光側の光ファイバ１４−２からの光信号（信号Ｓ４）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２４−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３は、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖ（信号Ｓ２）をデジタル信号に変換して表示部２４−４およびＣＰＵ２４−１へ与える。表示部２４−４は第１の温度センサ１２からのデジタル信号に変換された鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。
In the
サブコントローラ２５は、ＣＰＵ２５−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３と、ＲＡＭ２５−４と、ＲＯＭ２５−５とを備えている。ＣＰＵ２５−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２５−４にアクセスしながら、ＲＯＭ２５−５に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２５−５には、本実施の形態特有のプログラムとして、サブクーラ制御プログラムが格納されている。 The sub-controller 25 includes a CPU 25-1, a first A / D converter 25-2, a second A / D converter 25-3, a RAM 25-4, and a ROM 25-5. The CPU 25-1 obtains various input information from the outside, and operates according to the program stored in the ROM 25-5 while accessing the RAM 25-4. The ROM 25-5 stores a subcooler control program as a program unique to the present embodiment.
なお、サブコントローラ２５において、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２は、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖ（信号Ｓ６）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３は、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔ（信号Ｓ８）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、ＣＰＵ２５−１には、メインコントローラ２４における第２のＡ／Ｄ変換器２４−３を介して、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖが与えられる。
In the sub-controller 25, the first A / D converter 25-2 converts the sub-cooler temperature tSpv (signal S6) from the
〔センサ部のダクトへの取り付け〕
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、第１の熱電冷却素子２や鏡面１１−１，投光側の光ファイバ１４−１，受光側の光ファイバ１４−２などを含む検出部ＤＴを被測定気体中に位置させるようにして、センサ部２０１Ａをダクトに取り付ける。この際、第２の熱電冷却素子１８を含むサブクーラＳＣはダクトの外に位置させる。
[Attaching the sensor to the duct]
In this mirror-cooled
〔サブクーラ低温／高温／連動の切替設定〕
本実施の形態では、サブクーラＳＣに対して、「低温（例えば、−５℃固定）」で動作させるのか、「高温（例えば、２５℃固定）」で動作させるのか、「連動（鏡面温度＋α）」で動作させるのかについて、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を用いてその動作モードを選択的に設定することが可能である。
[Sub-cooler low temperature / high temperature / linked switching setting]
In the present embodiment, whether the subcooler SC is operated at “low temperature (for example, fixed at −5 ° C.)” or “high temperature (for example, fixed at 25 ° C.)” or “interlocked (mirror surface temperature + α)”. It is possible to selectively set the operation mode by using the subcooler low temperature / high temperature / interlocking
〔動作モードを「低温」としての露点計測〕
今、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けた状態において、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定して、露点計測を開始するものとする。なお、この場合、電源スイッチ２７は既にＯＮとされており、メインコントローラ２４およびサブコントローラ２５には電源が供給された状態にあるものとする。
[Dew point measurement with the operation mode set to "low temperature"]
Now, in a state where the
露点計測を開始させる場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを共にＯＮとする。なお、先に、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９をＯＮとし、ある程度時間が経った後に露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＮとするようにしてもよいが、ここでは露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。
When dew point measurement is started, both the dew point measurement ON /
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。
When the sub-cooler control ON /
〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図２：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２、信号Ｓ５）。なお、電源スイッチ２７がＯＮとされたときに冷却ファン２０の運転を開始するように構成してもよい。
[Operation on the sub-controller side]
When the CPU 25-1 of the sub-controller 25 receives notification from the
また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０３）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「低温」とされているので、ステップ１０６を経てステップＳ１０７へ進み、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）とする。
Further, the CPU 25-1 of the sub-controller 25 checks the current setting state of the sub-cooler low temperature / high temperature / interlocking
そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２、信号Ｓ６）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３、信号Ｓ７）。
Then, the subcooler temperature tSpv from the
〔メインコントローラ側での動作〕
一方、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＮとされると、光電変換器２２へ信号Ｓ３を送り、投光側の光ファイバ１４−１の先端面より、鏡面１１−１に対して所定の周期で光を照射させる（図３（ａ）参照）。なお、電源スイッチ２７がＯＮされると投光側の光ファイバ１４−１の先端面より光を照射させるように光電変換器２２を構成してもよい。
[Operation on the main controller side]
On the other hand, when the dew point measurement ON /
鏡面１１−１は被測定気体に晒されており、鏡面１１−１に結露が生じていなければ、投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の量は極微量である。したがって、鏡面１１−１に結露が生じていない場合、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度は小さい。受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光は、光電変換器２２によって電気信号に変換され、メインコントローラ２４の第１のＡ／Ｄ変換器２４−２へ送られ、デジタル信号に変換されてＣＰＵ２４−１に取り込まれる。
If the mirror surface 11-1 is exposed to the gas to be measured and no condensation occurs on the mirror surface 11-1, almost all of the light emitted from the tip of the optical fiber 14-1 on the light projecting side is specularly reflected. However, the amount of reflected light (scattered light) from the mirror surface 11-1 received through the optical fiber 14-2 on the light receiving side is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the mirror surface 11-1, the intensity of the reflected light received through the light receiving side optical fiber 14-2 is small. The reflected light received through the optical fiber 14-2 on the light receiving side is converted into an electric signal by the photoelectric converter 22 and sent to the first A / D converter 24-2 of the
ＣＰＵ２４−１は、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の上限値と下限値との差を反射光の強度として求める。この場合、反射光の強度はほゞ零であり、予め定められている閾値（結露判定用の設定値）に達していないので、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる（信号Ｓ１）。これにより、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が下げられて行く。
The CPU 24-1 obtains the difference between the upper limit value and the lower limit value of the reflected light received through the light receiving side optical fiber 14-2 as the intensity of the reflected light. In this case, since the intensity of the reflected light is almost zero and has not reached a predetermined threshold value (setting value for dew condensation determination), the CPU 24-1 generates a current to the first
第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度、すなわち鏡面１１−１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１１−１に結露し、その水の分子に投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射され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、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の強度が増大する。
When the temperature of the cooling surface 2-1 of the first
ここで、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値を超えると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を減少させる。これにより、第１の熱電冷却素子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、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が小さくなり、閾値を下回ると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる。
Here, when the intensity of the reflected light received through the optical fiber 14-2 on the light receiving side exceeds the threshold value, the CPU 24-1 reduces the current to the first
この動作の繰り返しによって、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値とほゞ等しくなるように、第１の熱電冷却素子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１１−１に生じた結露が平衡状態に達した温度（露点温度）が、露点温度として表示部２４−４に表示される。
By repeating this operation, the temperature of the cooling surface 2-1 of the first
この露点の検出動作において、第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２は熱伝導体１７を介して、第２の熱電冷却素子１８を含むサブクーラＳＣによって冷却される。図４に特性ＩとしてサブクーラＳＣの冷却曲線を示し、特性IIとして第１の熱電冷却素子２の冷却曲線を示す。また、参考として、サブクーラＳＣを用いず、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合の冷却曲線を特性IIIとして示す。
In this dew point detection operation, the heating surface 2-2 of the first
特性IIと特性IIIとを比較して分かるように、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合には、鏡面周りの熱容量が大きくなるので、応答性が悪化する。これに対して、サブクーラＳＣを用いた場合には、鏡面周りの熱容量を小さなままとすることができるので、応答性が悪化することがない。 As can be seen by comparing the characteristic II and the characteristic III, when the thermoelectric cooling element for mirror surface cooling is a large multi-stage Peltier, the heat capacity around the mirror surface increases, and the responsiveness deteriorates. On the other hand, when the subcooler SC is used, the heat capacity around the mirror surface can be kept small, so that the responsiveness does not deteriorate.
このようにして、本実施の形態では、サブクーラＳＣを用いることによって、第１の熱電冷却素子２として冷却能力が比較的小さい小型の素子（冷却スピードの速いペルチェ）を用いることができている。このため、応答性が犠牲になることがなく、鏡面周りのサイズの大型化も避けられる。また、サブクーラＳＣにペルチェ式の冷却器を採用していることから、冷媒式の冷却器や配管が不要であり、装置が複雑化せず、小型となる。また、冷媒漏れの心配もない。
In this way, in the present embodiment, by using the subcooler SC, a small element (Peltier with a high cooling speed) having a relatively small cooling capacity can be used as the first
〔動作モードを「連動」としての露点計測〕
次に、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けた状態において、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定して、露点計測を開始する場合について説明する。この場合も、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。
[Dew point measurement with the operation mode set to "Linked"]
Next, the case where the subcooler low temperature / high temperature / interlocking
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。
When the sub-cooler control ON /
〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図２：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２）。
[Operation on the sub-controller side]
When the CPU 25-1 of the sub-controller 25 receives notification from the
また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０３）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「連動」とされているので、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖを取得し（ステップＳ１０４）、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする（ステップＳ１０５）。
Further, the CPU 25-1 of the sub-controller 25 checks the current setting state of the sub-cooler low temperature / high temperature / interlocking
そして、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔを取り込み（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０５で定めた設定目標温度Ｔｓｐと外気温度ｔｏｕｔとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔ以下であれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。
Then, the outside air temperature tout from the outside
これに対し、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔよりも高い場合には（ステップＳ１１０のＮＯ）、設定目標温度Ｔｓｐを外気温度ｔｏｕｔとし（ステップＳ１１１）、すなわち設定目標温度Ｔｓｐの上限値を外気温度ｔｏｕｔで規制し、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）。
On the other hand, when the set target temperature Tsp is higher than the outside air temperature tout (NO in step S110), the set target temperature Tsp is set as the outside air temperature tout (step S111), that is, the upper limit value of the set target temperature Tsp is set as the outside air temperature. The current supplied to the second thermoelectric cooling
〔メインコントローラ側での動作〕
メインコントローラ２４側での動作は、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合と同じであるので、ここでの説明は省略する。
[Operation on the main controller side]
The operation on the
サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）に固定するものとした場合、その固定された設定目標温度Ｔｓｐよりも高い露点は測定することができない。また、測定範囲の上限付近の露点を測定する際でも、設定目標温度Ｔｓｐが固定であるので、多くのエネルギーを消費してしまう。
When the subcooler low temperature / high temperature / interlocking
これに対して、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定すると、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとすると、鏡面温度ｔＰｐｖが上昇すると設定目標温度Ｔｓｐも上昇することになるので、周囲温度と同じ温度まで露点計測を行うことが可能となる。また、設定目標温度Ｔｓｐは、常に鏡面温度ｔＰｐｖ＋αで変動しているため、消費されるエネルギーも必要最小限となる。
On the other hand, when the subcooler low temperature / high temperature /
〔鏡面のメンテナンス(１)〕
例えば、動作モードを「低温」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定する。
[Mirror surface maintenance (1)]
For example, it is assumed that maintenance of the mirror surface 11-1 is desired during dew point measurement with the operation mode set to "low temperature". In this case, the dew point measurement ON /
すると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断すると共に、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。
Then, the CPU 24-1 of the
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨の知らせを受けると、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温（例えば、２５℃）とする（図２：ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。
When the CPU 25-1 of the sub-controller 25 receives notification from the
そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。この場合、設定目標温度Ｔｓｐがサブクーラ温度ｔＳｐｖよりも高いので、第２の熱電冷却素子１８へは逆電流がかけられる。これにより、サブクーラＳＣが加熱器として利用され、鏡面周りが短時間で常温に戻される。
Then, the subcooler temperature tSpv from the
〔鏡面のメンテナンス(２)〕
例えば、動作モードを「連動」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、動作モードを「低温」としての露点計測中と同様にして、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定するようにしてもよいが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするだけとしてもよい。
[Mirror surface maintenance (2)]
For example, it is assumed that maintenance of the mirror surface 11-1 is to be performed during the dew point measurement with the operation mode “interlocking”. In this case, the dew point measurement ON /
露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦにされると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断する。この場合、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする制御を続ける。これにより、鏡面１１−１の冷却動作の中断による温度の上昇に伴って、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐも上昇して行く。
When the dew point measurement ON /
このようにして、動作モードを「連動」としての露点計測中でれば、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするのみで、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温に切り替えることなく、自動的に鏡面周りを常温に戻すようにすることができる。
In this way, if dew point measurement is being performed with the operation mode set to “interlocking”, the decool point measurement ON /
〔メインコントローラおよびサブコントローラの性能〕
本実施の形態において、鏡面１１−１上での結露の生成スピードは非常に速く、また鏡面温度ｔＰｐｖや鏡面からの反射光の光量は高精度に測定する必要がある。その一方で、サブクーラＳＣの制御は、熱容量が大きいため制御スピードが遅く、また、サブクーラ温度ｔＳｐｖの検出はあまり精度を必要としない。
[Performance of main controller and sub controller]
In the present embodiment, the generation speed of condensation on the mirror surface 11-1 is very fast, and the mirror surface temperature tPpv and the amount of reflected light from the mirror surface must be measured with high accuracy. On the other hand, the control of the subcooler SC is slow because the heat capacity is large, and the detection of the subcooler temperature tSpv does not require much accuracy.
そこで、本実施の形態では、メインコントローラ２４は、高速制御と高精度測定が必要であるので、高性能・高価格コントローラを用い、サブコントローラ２５は、制御性能・計測精度はあまり必要としないので、低性能・低価格のコントローラを用いるようにして、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせ、製品コストを安くしている。
Therefore, in the present embodiment, since the
この点について、さらに具体的に述べる。メインコントローラ２４は、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第１の熱電冷却素子２へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖをＡ／Ｄ変換し、その刻々の鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。そして、鏡面１１−１に生じた結露が平衡状態に達した時の温度を露点温度として表示する。一方、サブコントローラ２５は、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖをＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。
This point will be described more specifically. The main controller 24 A / D converts the amount of reflected light received by the optical fiber 14-2 on the light receiving side, and supplies a predetermined current to the first
メインコントローラ２４において、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量のＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２４−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第１の熱電冷却素子２への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２４−１で行われる。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖのＡ／Ｄ変換は第２のＡ／Ｄ変換器２４−３で行われる。一方、サブコントローラ２５において、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖのＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２５−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第２の熱電冷却素子１８への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２５−１で行われる。
In the
ここで、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせるために、メインコントローラ２４における第１のＡ／Ｄ変換器２４−２や第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、サブコントローラ２５における第１のＡ／Ｄ変換器２５−２のＡ／Ｄ変換の精度よりも高くされている。また、メインコントローラ２４における第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期は、サブコントローラ２５における第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされている。
Here, in order to balance the cost and performance of the
なお、サブコントローラ２５において、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と同程度とされている。この例では、説明上、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを別々に設けるものとしたが、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを１つとし、その１つのＡ／Ｄ変換器を時分割で用いるようにしてもよい。 In the sub-controller 25, the accuracy of the A / D conversion of the second A / D converter 24-3 is approximately the same as that of the first A / D converter 25-2. In this example, for the sake of explanation, the first A / D converter 25-2 and the second A / D converter 25-3 are provided separately, but the first A / D converter 25- 2 and the second A / D converter 25-3, and one A / D converter may be used in a time-sharing manner.
また、本実施の形態では、メインコントローラ２４に第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４を設けているが、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４はメインコントローラ２４から切り離して設けられる場合もある。また、鏡面温度ｔＰｐｖを上位の装置へ送り、その上位の装置の表示部で表示させるというようなことも考えられる。
Further, in the present embodiment, the second A / D converter 24-3 and the display unit 24-4 are provided in the
また、本実施の形態において、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期はサブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされているが、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を比例制御、サブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御をＯＮ／ＯＦＦ制御とするようにしてもよい。
In the present embodiment, the control cycle of the supply current from the
すなわち、結露を平衡状態に制御するメインコントローラ２４は、高速で緻密な制御を必要とするので比例制御を採用し、サブクーラの温度を制御するサブコントローラ２５は、比較的アバウトな制御でよいので、制御性能が高くなく低価格で実現可能なＯＮ／ＯＦＦ制御を採用するというように、その制御方式を異ならせるようにしてもよい。勿論、メインコントローラ２４／サブコントローラ２５ともに、その供給電流の制御を比例制御で行うようにしてもよい。
That is, the
〔メインコントローラを経由してのサブコントローラの起動／停止〕
次に、メインコントローラ２４を経由してのサブコントローラ２５の起動／停止時のメインコントローラ２４での動作について説明する。
[Start / stop of the sub-controller via the main controller]
Next, the operation of the
〔(１)光電変換器の入出力チェック〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると（図５：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、光電変換器２２の入出力チェックを行う（ステップＳ２０２）。すなわち、光電変換器２２からの入力として光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルをチェックし、光電変換器２２への出力としてＣＰＵ２４−１からの光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルをチェックする。
[(1) Input / output check of photoelectric converter]
When the sub cooler control ON /
ここで、光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルが正常範囲になかったり、光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルが正常範囲になかったり、信号Ｓ４（Ｓ３）のレベルに対する信号Ｓ３（Ｓ４）のレベルが予測される範囲から外れているような場合、異常と判断する（ステップＳ２０３のＹＥＳ）。 Here, the level of the signal S4 from the photoelectric converter 22 is not in the normal range, the level of the signal S3 to the photoelectric converter 22 is not in the normal range, or the signal S3 (S4) with respect to the level of the signal S4 (S3). If the level is outside the predicted range, it is determined that there is an abnormality (YES in step S203).
なお、この例では、光電変換器２２の入出力チェックを行うようにしたが、光電変換器２２の入力チェックのみを行うようにしてもよく、光電変換器２２の出力チェックのみを行うようにしてもよい。 In this example, the input / output check of the photoelectric converter 22 is performed. However, only the input check of the photoelectric converter 22 may be performed, or only the output check of the photoelectric converter 22 may be performed. Also good.
〔（２）制御出力のチェック〕
光電変換器２２の入出力が正常であれば（ステップＳ２０３のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、制御出力をチェックする（ステップＳ２０４）。すなわち、メインコントローラ２４からの制御出力として、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルをチェックする。ここで、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０５のＹＥＳ）。
[(2) Checking control output]
If the input / output of the photoelectric converter 22 is normal (NO in step S203), the CPU 24-1 checks the control output (step S204). That is, as the control output from the
〔（３）温度センサ入力のチェック〕
メインコントローラ２４からの制御出力が正常であれば（ステップＳ２０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、温度センサ入力をチェックする（ステップＳ２０６）。すなわち、温度センサ入力として、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルをチェックする。ここで、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０７のＹＥＳ）。
[(3) Temperature sensor input check]
If the control output from the
〔(４)メインコントローラの自己チェック〕
温度センサ入力が正常であれば（ステップＳ２０７のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、メインコントローラ２４の自己チェックを行う（ステップＳ２０８）。すなわち、メインコントローラ２４について、予め定められた各種パラメータのチェックなどを行う。ここで、１つでも問題があれば、異常と判断する（ステップＳ２０９のＹＥＳ）。
[(4) Main controller self-check]
If the temperature sensor input is normal (NO in step S207), the CPU 24-1 performs a self-check of the main controller 24 (step S208). That is, for the
〔(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック〕
メインコントローラの自己チェックが正常であれば（ステップＳ２０９のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックを行う（ステップＳ２１０）。すなわち、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックする。
[(5) Check for connection between sub-controller and cooling fan]
If the self-check of the main controller is normal (NO in step S209), the CPU 24-1 checks whether or not there is a connection between the sub controller and the cooling fan (step S210). That is, it is checked whether or not the signal S5 line from the sub-controller 25 to the cooling
本実施の形態では、設計上、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインが信号Ｓ１〜Ｓ４とともに中継ケーブルＪ１に収容されており、信号Ｓ６，Ｓ７のラインは中継ケーブルＪ２に収容されている。このために、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１に接続せずに、サブコントローラ２５を起動すると、第２の熱電冷却素子１８の冷却動作は始まるが、冷却ファン２０が回転しないという問題が生じる。そこで、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックし、結線されていない場合に異常と判断する（ステップＳ２１１のＹＥＳ）。
In the present embodiment, by design, the signal S5 line from the sub-controller 25 to the cooling
なお、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインの結線の有無のチェックは、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１Ａに接続した時、例えば信号Ｓ３のラインとの間でショートされるピンＰ１からの戻り信号Ｓ９を結線チェック信号として、ＣＰＵ２４−１内で判断するようにする。
It should be noted that the presence or absence of signal S5 line connection from the sub-controller 25 to the cooling
サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックが正常であれば（ステップＳ２１１のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせをサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を起動させる（ステップＳ２１２）。
If the check of the connection between the sub-controller and the cooling fan is normal (NO in step S211), the CPU 24-1 notifies the sub-controller 25 that the sub-cooler control ON /
ＣＰＵ２４−１は、ステップＳ２０３，Ｓ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０９，Ｓ２１１の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の起動は行わずに（ステップＳ２１３）、すなわちサブコントローラ２５の起動を阻止し、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ２１４）。
If the CPU 24-1 determines that any one of steps S203, S205, S207, S209, and S211 is abnormal, the
また、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされると（ステップＳ２１５のＹＥＳ）、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされた旨の知らせを無条件でサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を停止させる（ステップＳ２１６）。
Further, when the sub-cooler control ON /
〔異常監視〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中も異常監視として、上述した「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を定期的に繰り返す。図６にこの場合のフローチャートを示す。このフローチャートの処理は割り込み処理によって繰り返し行われる。
[Abnormality monitoring]
The CPU 24-1 of the
この異常監視において、ＣＰＵ２４−１は、１つでも異常と判断されると、すなわちステップＳ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０６，Ｓ３０８，Ｓ３１０の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の動作を停止させて（ステップＳ３１１）、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ３１２）。 In this abnormality monitoring, if any one of the CPUs 24-1 is determined to be abnormal, that is, if any one of steps S302, S304, S306, S308, and S310 is determined to be abnormal, the operation of the sub-controller 25 is changed. After stopping (step S311), an alarm is displayed on the display unit 24-4 (step S312).
なお、図５や図６に示したフローチャートでは、「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を順にチェックして行くようにしたが、そのチェックして行く順番は自由であり、またこれら異常のチェック項目の何れか１つを行うようにしてもよい。また、異常のチェック項目は、これらに限られるものでもない。また、異常が回復した場合、それまで停止させていたサブコントローラ２５の動作を自動的に復旧させるようにしてもよい。 In the flowcharts shown in FIGS. 5 and 6, “(1) photoelectric converter input / output check”, “(2) control output check”, “(3) temperature sensor input check”, (4) "Main controller self-check" and "(5) Check for connection between sub-controller and cooling fan" are checked in order, but the order of checking is free. Any one of the abnormality check items may be performed. Also, the abnormality check items are not limited to these. Further, when the abnormality is recovered, the operation of the sub-controller 25 that has been stopped may be automatically restored.
〔受光量基準範囲を用いての鏡面の状態の正常／異常判断〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされると（図７：ステップＳ４０１のＹＥＳ）、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断し、露点計測を停止する（ステップＳ４０２）。
[Normal / abnormal judgment of mirror surface condition using received light intensity reference range]
When the dew point measurement ON /
そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ４０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ４０４）。 Then, after the elapse of a predetermined time (YES in step S403), a light amount (light reception amount) Rpv of the reflected light from the mirror surface 11-1 received through the light receiving side optical fiber 14-2 is obtained (step S404). ).
そして、この求めた受光量Ｒｐｖが予め定められている受光量基準範囲に入っているか否かをチェックし（ステップＳ４０５）、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ４０５のＮＯ）、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ４０６）。 Then, it is checked whether or not the calculated received light amount Rpv is within a predetermined received light amount reference range (step S405). If the received light amount Rpv is out of the received light amount reference range (NO in step S405). ), An alarm is displayed on the display unit 24-4 (step S406).
すなわち、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断後（ステップＳ４０２）、所定時間の経過を待つことによって（ステップＳ４０３）、鏡面１１−１に結露が生じていない状態を作り出し、この時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求め（ステップＳ４０４）、この受光量Ｒｐｖが正常であると認められる受光量基準範囲に入っていなければ（ステップＳ４０５のＮＯ）、鏡面の汚れや検出系の劣化など異常が生じているものと判断し、警報を発する（ステップＳ４０６）。本実施の形態において、鏡面の状態の異常とは、鏡面の汚れ以外にも検出系の劣化なども含むものである。 That is, after interrupting the control of the current supplied to the first thermoelectric cooling element 2 (step S402), the CPU 24-1 waits for the elapse of a predetermined time (step S403), thereby causing condensation on the mirror surface 11-1. A light reception amount Rpv of the reflected light from the mirror surface 11-1 at this time is obtained (step S404), and if the light reception amount Rpv is not within the light reception amount reference range that is recognized as normal (step S405) NO), it is determined that an abnormality such as dirt on the mirror surface or deterioration of the detection system has occurred, and an alarm is issued (step S406). In the present embodiment, the abnormal state of the mirror surface includes deterioration of the detection system in addition to the contamination of the mirror surface.
なお、この例では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされた場合について説明したが、鏡面状態の確認スイッチを独立して設け、この鏡面状態の確認スイッチがＯＮとされた場合に、鏡面の状態の正常／異常の判断が行われるようにしてもよい。
In this example, the case where the dew point measurement ON /
図８に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のフローチャートを示す。鏡面状態の確認スイッチ（図示せず）がＯＮとされると（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断し、露点計測を休止する（ステップＳ５０２）。
FIG. 8 shows a flowchart in the case where a mirror state confirmation switch is provided. When a mirror surface state confirmation switch (not shown) is turned on (YES in step S501), the CPU 24-1 of the
そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ５０４）。 Then, after the elapse of a predetermined time (YES in step S503), the light amount (light reception amount) Rpv of the reflected light from the mirror surface 11-1 received through the light receiving side optical fiber 14-2 is obtained (step S504). ).
そして、この求めた受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ５０５のＮＯ）、アラーム表示を行い（ステップＳ５０６）、露点計測を停止する（ステップＳ５０７）。 If the calculated received light amount Rpv is out of the received light amount reference range (NO in step S505), an alarm is displayed (step S506), and dew point measurement is stopped (step S507).
受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っていた場合（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断を解除し、露点計測を再開する（ステップＳ５０８）。
When the received light amount Rpv is within the received light amount reference range (YES in step S505), the CPU 24-1 cancels the interruption of the control of the current supplied to the first
なお、図９に示すように、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ５０５のＮＯ）、アラーム表示を行う一方（ステップＳ５０６）、露点計測を再開させるようにしてもよい（ステップＳ５０８）。 As shown in FIG. 9, when the received light amount Rpv is out of the received light amount reference range (NO in step S505), while displaying an alarm (step S506), dew point measurement may be resumed (step S506). Step S508).
また、この鏡面状態の確認中、サブクーラＳＣの運転を停止するようにしてもよいが、この例ではチェック時間を最短にするために、鏡面状態の確認中はサブクーラＳＣの運転を継続するものとする。 Further, during the confirmation of the mirror surface state, the operation of the subcooler SC may be stopped. In this example, in order to minimize the check time, the operation of the subcooler SC is continued during the confirmation of the mirror surface state. To do.
また、図１０に示すように、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１の定期的な割り込み処理動作として、図８に示したステップＳ５０２〜Ｓ５０８に対応するステップＳ６０１〜Ｓ６０７の処理動作を繰り返させるようにしてもよい。この場合も、ステップＳ６０５においてアラーム表示をさせた後、図に点線で示したようにステップＳ６０７へ進み、露点計測を再開させるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, as the periodic interrupt processing operation of the CPU 24-1 of the
また、図７〜図１０に示したフローチャートでは、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、所定時間経過後の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしたが、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしてもよい。
Further, in the flowcharts shown in FIGS. 7 to 10, after the control of the current supplied to the first
図１１にこの場合のフローチャートを例示する。このフローチャートは図１０に対応するフローチャートであり、ステップＳ６０２−１において鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、ステップＳ６０２−２において鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点を判断する。なお、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点は、鏡面温度ｔＰｐｖの変化する割合が所定値を下回ったタイミングとして判断する。 FIG. 11 illustrates a flowchart in this case. This flowchart is a flowchart corresponding to FIG. 10. In step S602-1, the change in the mirror surface temperature tPpv is checked, and in step S 602-2, it is determined when the mirror surface temperature tPpv no longer changes. It should be noted that the point in time at which the change in the mirror surface temperature tPpv no longer occurs is determined as the timing when the rate of change in the mirror surface temperature tPpv falls below a predetermined value.
なお、上述した実施の形態では、鏡面１１−１に生じる結露（露点）を検出するようにしているが、同様の構成によって鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することもできる。すなわち、鏡面１１−１に生じる結霜の増減がなくなる平衡状態になるように第１の熱電冷却素子２への供給電流を制御することによって、鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することも可能である。
In the above-described embodiment, the condensation (dew point) generated on the mirror surface 11-1 is detected. However, the frost (frost point) generated on the mirror surface 11-1 can be detected by the same configuration. . That is, the frost (frost point) generated on the mirror surface 11-1 is controlled by controlling the supply current to the first
また、上述した実施の形態では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを別個に設けるようにしたが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを１つのスイッチで構成するようにしてもよい。この場合、露点計測のＯＮとサブクーラの制御のＯＮが同時に行われ、露点計測のＯＦＦとサブクーラの制御のＯＦＦが同時に行われるものとなる。
In the above-described embodiment, the dew point measurement ON /
また、上述した実施の形態では、第１の熱電冷却素子２を１段のペルチェとしているが、２段のペルチェとするなどしてもよい。すなわち、鏡面回りのサイズや応答性に余裕があれば、多段のペルチェとサブクーラとを組み合わせた構成としても構わない。
In the above-described embodiment, the first
また、上述した実施の形態では、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けるようにしたが、図１２に示すように、被測定気体が引き込まれるサンプリングチャンバ３１内に検出部ＤＴを位置させるように、サンプリングチャンバ３１に断熱材３２を介してセンサ部２０１Ａを取り付けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
本発明の鏡面冷却式センサは、熱電冷却素子（ペルチェ素子）によるサブクーラを用いた鏡面冷却式センサとして、鏡の鏡面上に生じる結露や結霜を検出する露点計などに利用することが可能である。 The mirror surface cooling sensor of the present invention can be used as a dew point meter for detecting dew condensation and frost generated on the mirror surface of a mirror as a mirror surface cooling sensor using a subcooler by a thermoelectric cooling element (Peltier element). is there.
２０１…鏡面冷却式露点計、２０１Ａ…センサ部、２０１Ｂ…コントロール部、２…第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、２−１…冷却面、２−２…加熱面、１１…鏡、１１−１…表面（鏡面）、１１−２…裏面、１２…第１の温度センサ、１３…センサボディ、１３ａ…先端部、１３ｂ…傾斜面、１３ｃ…後端部、１４…投受光一体型の光ファイバ、１４−１…投光側の光ファイバ、１４−２…受光側の光ファイバ、１５…冷却ブロック、１６…冷却板、１７…熱伝導体、１８…第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、１８−１…冷却面、１８−２…加熱面、１９…ヒートシンク、１９ａ…放熱フィン、２０…冷却ファン、２１…第２の温度センサ、２２…光電変換器、２３…外気温度センサ、ＤＴ…検出部、ＳＣ…サブクーラ、２４…メインコントローラ、２４−１…ＣＰＵ、２４−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２４−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２４−４…表示部、２４−５…ＲＡＭ、２４−６…ＲＯＭ、２５…サブコントローラ、２５−１…ＣＰＵ、２５−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２５−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２５−４…ＲＡＭ、２５−５…ＲＯＭ、２６…電源、２７…電源スイッチ、２８…露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２９…サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、３０…サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ、Ｊ１，Ｊ２…中継ケーブル、Ｐ１…ピン、３１…サンプリングチャンバ、３２…断熱材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記鏡面の裏面側に低温側の面が取り付けられた第１の熱電冷却素子と、
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、
前記第１の熱電冷却素子の高温側の面にその一端が取り付けられた熱伝導体と、
前記熱伝導体の他端に低温側の面が取り付けられた前記第１の熱電冷却素子よりも冷却能力が大きい第２の熱電冷却素子と
を備えることを特徴とする鏡面冷却式センサ。 A mirror surface exposed to the gas to be measured;
A first thermoelectric cooling element having a low-temperature side attached to the back side of the mirror surface;
A light projecting means for irradiating the mirror surface 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 having one end attached to the high temperature side surface of the first thermoelectric cooling element;
A mirror surface cooling type sensor comprising: a second thermoelectric cooling element having a cooling capacity larger than that of the first thermoelectric cooling element having a low temperature side surface attached to the other end of the heat conductor.
前記鏡面の裏面の温度を鏡面温度として検出する第１の温度検出手段と、
前記第２の熱電冷却素子の低温側の面の温度をサブクーラ温度として検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段が検出する鏡面温度および前記第２の温度検出手段が検出するサブクーラ温度を入力とし、前記サブクーラ温度が前記鏡面温度よりも常に所定温度高くなるように、前記第２の熱電冷却素子へ供給する電流を制御するサブクーラ制御手段と
を備えることを特徴とする鏡面冷却式センサ。 The mirror-cooled sensor according to claim 1,
First temperature detecting means for detecting the temperature of the back surface of the mirror surface as a mirror surface temperature;
Second temperature detection means for detecting the temperature of the low temperature side surface of the second thermoelectric cooling element as a subcooler temperature;
The mirror surface temperature detected by the first temperature detection means and the subcooler temperature detected by the second temperature detection means are input, and the second temperature of the subcooler is always higher than the mirror temperature by a predetermined temperature. A mirror-cooled sensor, comprising: subcooler control means for controlling a current supplied to the thermoelectric cooling element.
外気の温度を検出する外気温度センサを備え、
前記サブクーラ制御手段は、
前記外気温度センサが検出する外気温度を入力とし、前記サブクーラ温度が前記外気温度よりも高くならないように、前記サブクーラ温度の上限値を規制する
ことを特徴とする鏡面冷却式センサ。 The mirror-cooled sensor according to claim 2,
It has an outside temperature sensor that detects the temperature of outside air,
The subcooler control means includes
The specular cooling sensor, wherein the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor is used as an input, and the upper limit value of the subcooler temperature is regulated so that the subcooler temperature does not become higher than the outside air temperature.
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