JP7388269B2 - gas detection device - Google Patents
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Description
本発明は、ガス検出装置に関する。 The present invention relates to a gas detection device.
煙道ガス中の二酸化硫黄や窒素酸化物等の濃度を測定する非分散型赤外線吸収方式(NDIR)のガス分析計が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のガス分析計は、赤外線を照射する光源と、赤外線が交互に入射する試料セルおよび補償セルと、赤外線強度を検出する検出器と、対象ガス成分(例えば二酸化硫黄)の濃度を検出する指示計とを備える。
BACKGROUND ART A non-dispersive infrared absorption (NDIR) gas analyzer that measures the concentration of sulfur dioxide, nitrogen oxides, etc. in flue gas is known (for example, see Patent Document 1). The gas analyzer described in
補償セルには、赤外線を吸収しない窒素ガスが封入されており、ここを透過する赤外線は、強度が減衰しない。一方、試料セルには、対象ガス成分を含む測定ガスが通過可能となっており、ここを透過する赤外線は、対象ガス成分によって一部が吸収されることにより、強度が減衰する。このように試料セルおよび補償セルにそれぞれ独立してガスが導入させることができる構造を、以下「2系統構造」と言う。また、補償セルは、連続測定の安定性を増す(例えば、ドリフトや周囲温度変化影響を低減する)ために設けられている。
また、特許文献1に記載のガス分析計は、2つチャンバを有する干渉セルを備える。特許文献1に記載のガス分析計では、干渉セルの2つチャンバの間に差圧センサを設けることができる。
The compensation cell is filled with nitrogen gas that does not absorb infrared rays, and the intensity of infrared rays that pass through it is not attenuated. On the other hand, a measurement gas containing a target gas component can pass through the sample cell, and the intensity of the infrared rays transmitted through the sample cell is attenuated as a part of the infrared rays is absorbed by the target gas component. A structure in which gas can be introduced into the sample cell and the compensation cell independently in this manner is hereinafter referred to as a "two-system structure." Compensation cells are also provided to increase the stability of continuous measurements (eg, reduce drift and ambient temperature change effects).
Further, the gas analyzer described in
例えば、赤外線を吸収する波長帯が一部重なり合う二酸化硫黄とメタンとを含むガスを測定ガスとする場合、干渉セルにメタンを封入して、特許文献1に記載のガス分析計を用いることが考えられるが、二酸化硫黄の濃度を正確に検出するのが困難となる場合がある。
For example, if the measurement gas is a gas containing sulfur dioxide and methane whose wavelength bands that absorb infrared rays partially overlap, it is possible to fill an interference cell with methane and use the gas analyzer described in
本発明の目的は、簡単な構成で、第1ガスの濃度を検出することができるガス検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas detection device that can detect the concentration of a first gas with a simple configuration.
本発明の態様は、赤外線を照射する光源と、前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第1波長帯の赤外線を吸収する第1ガスを含むサンプルガスが通過する第1チャンバと、前記光路上の前記第1チャンバよりも下流側に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第1波長帯と一部重なる第2波長帯の赤外線を吸収する第2ガスが充填された第2チャンバと、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、前記第2チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第1ガスの濃度を演算する演算部とを備え、前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第1ガスの濃度を補正するガス検出装置に関する。 Aspects of the present invention include a light source that irradiates infrared rays, and a first gas that is disposed on the optical path of the infrared rays irradiated from the light source, through which the infrared rays pass, and that absorbs infrared rays in a first wavelength band of the infrared rays. a first chamber through which a sample gas containing the sample gas passes; and a second wavelength band of the infrared rays, which is disposed downstream of the first chamber on the optical path, through which infrared rays pass, and which partially overlaps with the first wavelength band of the infrared rays. a second chamber filled with a second gas that absorbs the infrared rays; a received light amount detection section that receives the infrared rays that have passed through the first chamber and the second chamber in order and detects the amount of the received light; A pressure detection unit that detects the pressure of the gas existing in the chamber; and a calculation unit that calculates the concentration of the first gas in the sample gas based on the amount of light received, the calculation unit configured to detect the pressure The present invention relates to a gas detection device that corrects the concentration of the first gas based on.
本発明によれば、サンプルガス中の第2ガスの濃度の大小に関わらず、当該サンプルガス中の第1ガスの濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置は、前述したような2系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。 According to the present invention, the concentration of the first gas in the sample gas can be accurately detected regardless of the magnitude of the concentration of the second gas in the sample gas. Further, the gas detection device does not have a two-system structure as described above, but has a simple configuration.
以下、本発明のガス検出装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
以下、図1~図5を参照して、本発明のガス検出装置の第1実施形態について説明する。なお、以下では、説明の都合上、図1中(図6についても同様)では、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を設定し、XY平面が水平面と平行となり、Z軸方向が鉛直方向と平行となっている。また、図1中(図6についても同様)の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」と言うことがある。また、図3、図4に示す検量線は、いずれも、模式図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The gas detection device of the present invention will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First embodiment>
A first embodiment of the gas detection device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. In the following, for convenience of explanation, in FIG. 1 (the same applies to FIG. 6), the X-axis, Y-axis, and Z-axis are set to be perpendicular to each other, and the XY plane is parallel to the horizontal plane, and the Z-axis direction is vertical. parallel to the direction. Further, the upper side in FIG. 1 (the same applies to FIG. 6) may be referred to as "upper", the lower side as "lower", the left side as "left", and the right side as "right". Furthermore, the calibration curves shown in FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams.
図1に示すガス検出装置1は、「JIS K0151:1983」規定の赤外線ガス分析計であり、非分散赤外線吸収法(NDIR)を用いて、サンプルガスGS0中に含まれる特定のガスである第1ガスGS1の濃度を測定することができる。
煙道ガスには、例えば、硫黄酸化物等の二酸化硫黄(SO2)や、その他、窒素酸化物(NOX)、一酸化炭素(CO)等の様々なガス成分が含まれている。本実施形態では、煙道ガスをサンプルガスGS0とし、二酸化硫黄ガスを第1ガスGS1とする。従って、本実施形態では、ガス検出装置1は、二酸化硫黄濃度測定装置として使用される。また、煙道ガスには、メタンガスも含まれている場合があり、このメタンガスを第2ガスGS2とする。
The
The flue gas contains, for example, sulfur dioxide ( SO2 ) such as sulfur oxides, and various other gas components such as nitrogen oxides ( NOx ) and carbon monoxide (CO). In this embodiment, the flue gas is the sample gas GS0, and the sulfur dioxide gas is the first gas GS1. Therefore, in this embodiment, the
図1に示すように、ガス検出装置1は、光源2と、セクタ3と、回転駆動部4と、第1チャンバ5と、第1ガス供給部6と、第2チャンバ7と、第2ガス供給部8と、受光量検出部9と、圧力検出部10と、操作部11と、表示部12と、制御部13とを備える。
光源2は、赤外線IFをX軸方向正側に向かって照射することができる。光源2としては、特に限定されず、例えば、ニクロム線を有し、ニクロム線を通電状態とすることにより、赤外線を照射可能な構成となっている。
As shown in FIG. 1, the
The
光源2のX軸方向正側には、セクタ3が配置されている。セクタ3は、X軸方向正側への赤外線IFの照射(投光)と照射停止(遮光)とを切り換える切換部である。セクタ3は、円板状をなす部材で構成され、その中心から偏心した位置にスリット31を有する。スリット31は、セクタ3を厚さ方向(X軸方向)に貫通して形成されている。
A
また、セクタ3には、回転駆動部4が接続されている。回転駆動部4は、例えば、モータを有する。そして、このモータが作動することにより、セクタ3をその中心軸回りに回転させることができる。これにより、スリット31が光源2に臨んだ、すなわち、対向した状態では、赤外線IFがスリット31を通過して、X軸方向正側への赤外線IFの照射が行われる。また、セクタ3が回転して、スリット31が光源2からズレた、すなわち、退避した状態では、赤外線IFが遮断されて、X軸方向正側への赤外線IFの照射が停止する。
Further, a
セクタ3のX軸方向正側には、第1チャンバ5が配置されている。第1チャンバ5は、チャンバ本体51と、供給ポート52と、排出ポート53とを有する。
チャンバ本体51は、光源2から照射された赤外線IFのX軸方向に沿った光路LP上に配置されている。チャンバ本体51は、例えば、中空の直方体で構成され、その内部空間(空間512)を介して互いに対向するX軸方向正側の壁部と、負側の壁部とに赤外線IFが透過する窓部511を有する。これにより、赤外線IFは、チャンバ本体51を、X軸方向負側の窓部511、空間512、X軸方向正側の窓部511の順に通過する(透過する)ことができる。なお、窓部511は、フッ化カルシウム(CaF2)等で構成されるのが好ましい。
A
The
チャンバ本体51のX軸方向負側には、管状をなす供給ポート52が突出形成されている。供給ポート52は、空間512に連通している。そして、第1ガス供給部6からのサンプルガスGS0を、供給ポート52を介して、チャンバ本体51に供給することができる。
チャンバ本体51のX軸方向正側には、管状をなす排出ポート53が突出形成されている。排出ポート53は、空間512に連通している。チャンバ本体51内のサンプルガスGS0は、排出ポート53を介して、排出される。これにより、サンプルガスGS0は、チャンバ本体51を、供給ポート52から排出ポート53に向かって、すなわち、X軸方向に沿って通過することができる。
A
A
第1ガス供給部6は、供給源61と、連結菅62と、切換弁63とを有する。
供給源61は、例えば、サンプルガスGS0が充填されたタンクを有する。
連結菅62は、供給源61と第1チャンバ5の供給ポート52とを連結する。これにより、供給源61と第1チャンバ5とが連通する。
The first
The
The connecting
連結菅62の途中には、切換弁63が設けられている。切換弁63は、連結菅62を開閉する。そして、開状態では、供給源61内のサンプルガスGS0を第1チャンバ5に供給することができる。閉状態では、第1チャンバ5へのサンプルガスGS0の供給を停止することができる。なお、切換弁63は、省略されていてもよい。
A switching
第1チャンバ5のX軸方向正側には、第2チャンバ7が配置されている。第2チャンバ7の構成については、後述する。
A
第2チャンバ7のX軸方向正側には、受光量検出部9が配置されている。受光量検出部9は、例えば、光導電素子を有する。光導電素子は、第1チャンバ5のチャンバ本体51と、第2チャンバ7のチャンバ本体71とを順に通過した赤外線IFを受光することができる。そして、光導電素子では、光導電効果を利用して、赤外線IFの受光量が検出される。また、この赤外線IFの受光量は、制御部13の記憶部132に記憶される。なお、赤外線IFは、非分散なので、受光検出部9は、対象ガス成分(第1成分)の赤外線吸収波長だけに感応する。
A received light
図1に示すように、ガス検出装置1では、受光量検出部9と、制御部13と、操作部11と、表示部12とがユニット化されており、制御ユニット14を構成している。
図2に示すように、制御部13は、光源2、回転駆動部4、第1ガス供給部6、第2ガス供給部8、受光量検出部9、圧力検出部10、操作部11および表示部12と電気的に接続されており、各部の作動を制御することができる。制御部13は、CPU131と、記憶部132とを有する。CPU131は、例えば、記憶部132に予め記憶されている制御プログラムを実行することができる。また、CPU131は、受光量検出部9で検出された赤外線IFの受光量に基づいて、サンプルガスGS0中の第1ガスGS1の濃度を演算する演算部133としての機能も有する。記憶部132は、例えば、制御プログラムや、後述する検量線CC1(図3参照)、検量線CC2(図4参照)等の各種情報を記憶することができる。
As shown in FIG. 1, in the
As shown in FIG. 2, the
操作部11は、ガス検出装置1を操作して使用するユーザからの入力を受け付ける部分である。操作部11としては、特に限定されず、例えば、キーボードやマウス等が挙げられる。
表示部12は、例えば、第1ガスGS1の濃度を測定する際の測定条件や、その他、第1ガスGS1の濃度等を表示することができる。表示部12としては、特に限定されず、例えば、例えば、液晶、有機EL等で構成することができる。
The
The
前述したように、本実施形態では、煙道ガスをサンプルガスGS0とし、煙道ガスに含まれている二酸化硫黄ガスを第1ガスGS1とする。また、煙道ガスには、メタンガスも含まれている場合があり、このメタンガスを第2ガスGS2とする。
図5に示すように、第1ガスGS1は、赤外線IFのうち、第1波長帯の赤外線IFを吸収する特性を有する。第1ガスGS1が二酸化硫黄ガスである場合、当該第1ガスGS1は、波長が7.4μmの赤外線IFを吸収のピークとして、その前後の範囲内にある波長の赤外線IFを吸収する。
As described above, in this embodiment, the flue gas is the sample gas GS0, and the sulfur dioxide gas contained in the flue gas is the first gas GS1. Further, the flue gas may also contain methane gas, and this methane gas is referred to as the second gas GS2.
As shown in FIG. 5, the first gas GS1 has a characteristic of absorbing infrared IF in the first wavelength band among infrared IF. When the first gas GS1 is sulfur dioxide gas, the first gas GS1 has an absorption peak of infrared IF having a wavelength of 7.4 μm, and absorbs infrared IF of a wavelength within a range before and after that.
また、第2ガスGS2は、赤外線IFのうち、第1波長帯と一部重なる第2波長帯の赤外線IFを吸収する特性を有する。第2ガスGS2がメタンガスである場合、当該第2ガスGS2は、波長が7.6μmの赤外線IFを吸収のピークとして、その前後の範囲内にある波長の赤外線IFを吸収する。 Furthermore, the second gas GS2 has a characteristic of absorbing infrared IF in a second wavelength band that partially overlaps with the first wavelength band. When the second gas GS2 is methane gas, the second gas GS2 has an absorption peak at an infrared IF having a wavelength of 7.6 μm, and absorbs infrared IF having a wavelength within a range before and after that.
そして、第1波長帯と第2波長帯とが重なる重複波長帯には、第1ガスGS1が最大に吸収する赤外線IFのピーク波長と、第2ガスGS2が最大に吸収する赤外線IFのピーク波長とを含まれる。なお、各ピーク波長は、本実施形態では重複波長帯に含まれているが、これに限定されず、例えば第1ガスGS1や第2ガスGS2の種類によっては、重複波長帯から外れる場合もある。 In the overlapping wavelength band where the first wavelength band and the second wavelength band overlap, there is a peak wavelength of infrared IF that is maximally absorbed by the first gas GS1, and a peak wavelength of infrared IF that is maximally absorbed by the second gas GS2. and included. Although each peak wavelength is included in the overlapping wavelength band in this embodiment, the peak wavelength is not limited to this, and may fall outside the overlapping wavelength band depending on the type of the first gas GS1 and the second gas GS2, for example. .
受光量検出部9では、赤外線IFの吸収量の大小に応じて、赤外線IFの受光量が検出される。例えば、吸収量が大の場合には、受光量が小で検出される。反対に、吸収量が小の場合には、受光量が大で検出される。
また、演算部133では、赤外線IFの受光量に基づいて、サンプルガスGS0中の第1ガスGS1の濃度が演算される。
The amount of received
Furthermore, the
そして、サンプルガスGS0中に第2ガスGS2が混在している場合、第1チャンバ5内では、赤外線IFは、重複波長帯が第1ガスGS1の他に、第2ガスGS2にも吸収されることとなる。従って、受光量検出部9での受光量は、第2ガスGS2で吸収された分も影響を受けて検出される。その結果、受光量に基づいて演算される第1ガスGS1の濃度(実測値)は、第2ガスGS2も含まれた濃度となり、その分の誤差が生じて不正確となる。
また、ガス検出装置1を前述した2系統構造とした場合、その分、ガス検出装置1の装置構成が複雑となる。
When the second gas GS2 is mixed in the sample gas GS0, in the
Further, when the
そこで、ガス検出装置1は、このような不具合を解消可能に構成されている。以下、この構成および作用について説明する。なお、以下では、第2チャンバ7、第2ガス供給部8および圧力検出部10で構成された部分を「補正ユニット15」と言うことがある。
第1チャンバ5と受光量検出部9との間には、第2チャンバ7が配置されている。第2チャンバ7は、チャンバ本体71と、供給ポート72とを有する。なお、第2チャンバ7は、予め第2ガスGS2が充填された密閉状態でもよい。
チャンバ本体71は、光路LP上の第1チャンバ5のチャンバ本体51よりも下流側、すなわち、X軸方向正側に配置されている。チャンバ本体71は、例えば、中空の直方体で構成されている。
Therefore, the
A
The
また、第2チャンバ7は、チャンバ本体71(第2チャンバ7)内を上下に2つの空間に仕切る仕切り部74と、2つの空間を連通させる連通部75とを有する。以下、2つの空間のうちの一方(下側)の空間を「第1空間712」と言い、他方(上側)の空間を「第2空間713」と言う。仕切り部74は、板状をなし、連通部75は、仕切り部74を厚さ方向(Z軸方向)に貫通する貫通孔で構成されている。
The
チャンバ本体71は、第1空間712を介して互いに対向するX軸方向正側の壁部と、負側の壁部とに赤外線IFが透過する窓部711を有する。これにより、赤外線IFは、チャンバ本体71を、X軸方向負側の窓部711、第1空間712、X軸方向正側の窓部711の順に通過することができる。なお、窓部711は、窓部511と同様に、フッ化カルシウム等で構成されるのが好ましい。
The chamber
なお、第1空間712のY軸方向に沿った横断面形状と、第1チャンバ5における空間512のY軸方向に沿った横断面形状とは、同じであるのが好ましく、第1空間712の横断面積S712と、空間512の横断面積S512とは、同じであるのが好ましい。これにより、赤外線IFを受光量検出部9まで十分に到達させることができる。
Note that the cross-sectional shape of the
また、第2空間713は、第1空間712よりも容積が小さく、圧力検出部10が配置されている。圧力検出部10が第2空間713に配置されていることにより、赤外線IFが第1空間712を通過する際、圧力検出部10が赤外線IFを妨げるのを防止することができる。これにより、受光量検出部9で赤外線IFを十分に受光することができる。
Further, the
チャンバ本体71のX軸方向負側には、管状をなす供給ポート72が突出形成されている。供給ポート72は、第2空間713に連通している。そして、第2ガス供給部8からの第2ガスGS2を、供給ポート72を介して、チャンバ本体71内に供給することができる。これにより、第2ガスGS2をチャンバ本体71内、すなわち、第1空間712および第2空間713に充填することができる。
A
第2ガス供給部8は、供給源81と、連結菅82と、切換弁83とを有する。
供給源81は、例えば、第2ガスGS2が充填されたタンクを有する。
連結菅82は、供給源81と第2チャンバ7の供給ポート72とを連結する。これにより、供給源81と第2チャンバ7とが連通する。
The second
The
The connecting
連結菅82の途中には、切換弁83が設けられている。切換弁83は、連結菅82を開閉する。そして、開状態では、供給源81内の第2ガスGS2を第2チャンバ7に供給することができる。閉状態では、第2チャンバ7への第2ガスGS2の供給を停止することができる。
なお、ガス検出装置1は、本実施形態では第2ガス供給部8を有する構成となっているが、これに限定されず、例えば、第2ガス供給部8(供給ポート72)が省略された構成となっていてもよい。この場合、第2チャンバ7は、密閉されており、第2ガスGS2が予め充填された状態となっている。
A switching
Although the
第2チャンバ7の第2空間713には、圧力検出部10が配置されている。圧力検出部10は、第2チャンバ7内に存在する気体の圧力(以下単に「圧力」または「第2チャンバ7内の圧力」と言う)を検出する。この圧力は、実際には、圧力変化の実効値である。
図2に示すように、圧力検出部10は、圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部101を有する。圧電変換部101としては、特に限定されず、例えば、コンデンサマイクロホンやフローセンサ(例えばくし形熱線マイクロセンサ)等のセンサが挙げられる。
The
As shown in FIG. 2, the
光源2から赤外線IFが照射されて、第2チャンバ7を通過した際、第2チャンバ7内では、メタンガスである第2ガスGS2が第2波長帯の赤外線IFが吸収する。これにより、第2チャンバ7内の温度が上昇し、それに伴って、圧力も上昇する、すなわち、圧力が変化することとなる。圧力検出部10は、圧電変換部101によって圧力の変化分を検出して、赤外線照射時における第2チャンバ7内の圧力を正確に検出することができる。
When infrared IF is emitted from the
なお、第1チャンバ5の空間512内のX軸方向に沿った長さLX512は、例えば、200mm程度が好ましい。また、第2チャンバ7の第1空間712内のX軸方向(光路LP)に沿った長さLX712は、5mm以上50mm以下であるのが好ましい。
また、第2チャンバ7内の第2ガスGS2の濃度は、20g/Nm3以上700g/Nm3以下であるのが好ましく、40g/Nm3以上300g/Nm3以下であるのがより好ましい。
Note that the length LX512 along the X-axis direction within the
Further, the concentration of the second gas GS2 in the
このような数値範囲により、赤外線IFが第2チャンバ7を通過した際、第2チャンバ7内の第2ガスGS2が第2波長帯の赤外線IFが過不足なく吸収することができる。これにより、第2チャンバ7内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第2チャンバ7内の圧力変化を生じさせることができる。
With such a numerical range, when the infrared IF passes through the
記憶部132には、図3に示す検量線CC1と、図4に示す検量線CC2とが予め記憶されている。
検量線CC1は、第2チャンバ7内の圧力(圧力変動の実効値)と、サンプルガスGS0に含まれる、すなわち、第1チャンバ5内の第2ガスGS2の濃度との関係を示すグラフである。前述したように、検量線CC1は、あくまでも模式図である。なお、傾向として、第2チャンバ7内の圧力は、ベースは一定ある(通常は大気圧)。また、赤外線IF(赤外光)の断続照射にあわせて、同じ周波数で微変動する。第1チャンバ5内の第2ガスGS2の濃度が大きくなると、その圧力の微変動の振幅(実効値)が小さくなる。
検量線CC2は、サンプルガスGS0に含まれる第2ガスGS2の濃度と、第1ガスGS1の濃度(実測値)に対する補正値との関係を示すグラフである。
The
The calibration curve CC1 is a graph showing the relationship between the pressure in the second chamber 7 (effective value of pressure fluctuation) and the concentration of the second gas GS2 contained in the sample gas GS0, that is, in the
The calibration curve CC2 is a graph showing the relationship between the concentration of the second gas GS2 contained in the sample gas GS0 and the correction value for the concentration (actually measured value) of the first gas GS1.
なお、検量線CC1および検量線CC2は、例えば、実験的にまたはシミュレーションによって予め求められている。
また、検量線CC1および検量線CC2としては、本実施形態ではグラフとなっているが、これに限定されず、例えば、表や数式等であってもよい。
Note that the calibration curve CC1 and the calibration curve CC2 are determined in advance, for example, experimentally or by simulation.
Further, although the calibration curve CC1 and the calibration curve CC2 are graphs in this embodiment, they are not limited to this, and may be, for example, a table or a mathematical formula.
演算部133は、受光量検出部9で検出された赤外線IFの受光量に基づいて、サンプルガスGS0中の第1ガスGS1の濃度を演算する。
前述したように、サンプルガスGS0(煙道ガス)に第2ガスGS2(メタンガス)が混在している場合、受光量に基づいた第1ガスGS1の濃度の実測値には、誤差が生じるおそれがある。演算部133は、この誤差を解消して、正確な濃度に補正することができる。
The
As mentioned above, if the second gas GS2 (methane gas) is mixed in the sample gas GS0 (flue gas), there is a risk that an error will occur in the actual measured value of the concentration of the first gas GS1 based on the amount of light received. be. The
具体的には、演算部133は、圧力に基づいて、第1ガスGS1の濃度を補正する。特に、本実施形態では、演算部133は、検量線CC1および検量線CC2に基づいて、第1ガスGS1の濃度を補正する。
ガス検出装置1では、まず、受光量検出部9での受光量に基づいて、一旦、第1ガスGS1の濃度を演算する。これにより、第1ガスGS1の濃度の実測値が得られる。
Specifically, the
In the
また、このとき、圧力検出部10によって、第2チャンバ7内の圧力が検出される。演算部133は、検量線CC1を用いて、圧力検出部10で検出された圧力に対応する第2ガスGS2の濃度を求める。例えば、図3に示すように、圧力検出部10で検出された圧力が「圧力P」だった場合、検量線CC1により、第2ガスGS2の濃度は、「濃度Q」として求められる。
Moreover, at this time, the pressure inside the
次いで、演算部133は、検量線CC2を用いて、前記で求められた第2ガスGS2の濃度に対応する第1ガスGS1の濃度の補正値を求める。例えば、図4に示すように、第2ガスGS2の濃度が「濃度Q」だった場合、検量線CC2により、補正値は、「補正値R」として求められる。
Next, the
次いで、演算部133は、第1ガスGS1の濃度の実測値に補正値Rを反映させた、すなわち、加味した値を演算する。これにより、第1ガスGS1の濃度は、正確な値に補正される。そして、この補正後の第1ガスGS1の濃度は、表示部12に表示される。これにより、正確な第1ガスGS1の濃度を確認することができる。
Next, the
例えば、サンプルガスGS0中に、濃度が26mg/Nm3の二酸化硫黄ガス(第1ガスGS1)が含まれおり、さらに、濃度が300mg/Nm3のメタンガス(第2ガスGS2)が混在している場合の実験例について述べる。なお、サンプルガスGS0中の二酸化硫黄ガスの濃度、メタンガスの濃度は、いずれも既知とする。 For example, sample gas GS0 contains sulfur dioxide gas (first gas GS1) with a concentration of 26 mg/Nm 3 and methane gas (second gas GS2) with a concentration of 300 mg/Nm 3 . An example of an experiment in this case will be described. Note that the concentration of sulfur dioxide gas and the concentration of methane gas in the sample gas GS0 are both known.
ガス検出装置1を用いた場合には、二酸化硫黄ガスの濃度は、26mg/Nm3で検出された。この検出結果は、既知の値と同じである。
一方、ガス検出装置1から補正ユニット15を省略した場合には、二酸化硫黄ガスの濃度は、66mg/Nm3で検出された。この検出結果は、既知の値から著しく外れている。
When
On the other hand, when the
以上のように、ガス検出装置1は、補正ユニット15により、サンプルガスGS0中の第2ガスGS2の濃度の大小に関わらず、当該サンプルガスGS0中の第1ガスGS1の濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置1は、2系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。
As described above, the
<第2実施形態>
以下、図6~図8を参照して本発明のガス検出装置の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、補正ユニットの構成が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
<Second embodiment>
The second embodiment of the gas detection device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 to 8, but the explanation will focus on the differences from the above-described embodiment, and the explanation of similar matters will be omitted. .
This embodiment is similar to the first embodiment except that the configuration of the correction unit is different.
図6に示すように、本実施形態では、第2チャンバ7は、チャンバ本体71および供給ポート72の他に、さらに、排出ポート73を有する。
排出ポート73は、管状をなし、チャンバ本体71のX軸方向負側に突出形成されている。排出ポート73は、第2空間713に連通している。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the
The discharge port 73 has a tubular shape and is formed to protrude toward the negative side of the
また、補正ユニット15(ガス検出装置1)は、第2チャンバ7内の第2ガスGS2の濃度を調整する調整部16を備える。調整部16は、連結菅161と、切換弁162とを有する。
連結菅161は、排出ポート73に連結されている。これにより、排出ポート73を介して、連結菅161とチャンバ本体71とが連通する。
Further, the correction unit 15 (gas detection device 1) includes an
The connecting
連結菅161の途中には、切換弁162が設けられている。切換弁162は、連結菅161を開閉する。そして、切換弁162の開度を調整することにより、チャンバ本体71内の第2ガスGS2を連結菅161から排出して、チャンバ本体71内を大気開放することができる。これにより、第2ガスGS2の濃度を段階的に(例えば3段階に)調整することができる。
A switching
また、記憶部132には、図7に示す検量線CC1-1、検量線CC1-2および検量線CC1-3と、図8に示す検量線CC2-1、検量線CC2-2および検量線CC2-3とが予め記憶されている。
検量線CC1-1~検量線CC1-3は、第2チャンバ7内の圧力と、サンプルガスGS0に含まれる、すなわち、第1チャンバ5内の第2ガスGS2の濃度との関係を示すグラフであり、第2ガスGS2の濃度の大小に応じて使い分けられる。
The
The calibration curve CC1-1 to the calibration curve CC1-3 are graphs showing the relationship between the pressure in the
検量線CC2-1~検量線CC2-3は、サンプルガスGS0に含まれる第2ガスGS2の濃度と、第1ガスGS1の濃度(実測値)に対する補正値との関係を示すグラフであり、検量線CC1-1~検量線CC1-3と同様に、第2ガスGS2の濃度の大小に応じて使い分けられる。
The calibration curve CC2-1 to the calibration curve CC2-3 are graphs showing the relationship between the concentration of the second gas GS2 contained in the sample gas GS0 and the correction value for the concentration (actually measured value) of the first gas GS1. Similar to the curve CC1-1 to the calibration curve CC1-3 , they can be used depending on the concentration of the second gas GS2.
第1ガスGS1の濃度を検出する際、例えば、検量線CC1-1を用いた場合には、検量線CC2-1が用いられる。また、検量線CC1-2を用いた場合には、検量線CC2-2が用いられる。また、検量線CC1-3を用いた場合には、検量線CC2-3が用いられる。
このように、ガス検出装置1では、第2ガスGS2の濃度の大小に応じて、検量線CC1-1~検量線CC1-3のうちの1つ選択するとともに、検量線CC2-1~検量線CC2-3のうちの1つを選択して用いることができる。これにより、第1ガスGS1の濃度をより正確に検出することができる。
When detecting the concentration of the first gas GS1, for example, when the calibration curve CC1-1 is used, the calibration curve CC2-1 is used. Furthermore, when the calibration curve CC1-2 is used, the calibration curve CC2-2 is used. Furthermore, when the calibration curve CC1-3 is used, the calibration curve CC2-3 is used.
In this manner, the
以上、本発明のガス検出装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ガス検出装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明のガス検出装置は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
Although the gas detection device of the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and each part constituting the gas detection device can be configured in any arbitrary configuration that can perform the same function. It can be replaced with that of . Moreover, arbitrary components may be added.
Further, the gas detection device of the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
また、前記各実施形態では、第1ガスGS1として、二酸化硫黄ガスを挙げ、第2ガスGS2として、メタンガスを挙げているが、これに限定されない。例えば、窒素酸化物や一酸化炭素を第1ガスGS1とし、二酸化炭素を第2ガスGS2としてもよい。
また、第1チャンバ5は、サンプルガスGS0をポンプで吸引して、チャンバ本体51に連続的にサンプルガスを流通させるよう構成されていてもよい。
Further, in each of the embodiments, sulfur dioxide gas is used as the first gas GS1, and methane gas is used as the second gas GS2, but the present invention is not limited thereto. For example, nitrogen oxide or carbon monoxide may be used as the first gas GS1, and carbon dioxide may be used as the second gas GS2.
Further, the
また、第1チャンバ5と第2チャンバ7との位置関係は、前記実施形態では第1チャンバ5が上流側、第2チャンバ7が下流側に配置された関係となっているが、これに限定されず、例えば、第2チャンバ7が上流側、第1チャンバ5が下流側に配置された関係となっていてもよい。
Further, the positional relationship between the
[態様]
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Mode]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments described above are specific examples of the following aspects.
(第1項)一態様に係るガス検出装置は、
赤外線を照射する光源と、
前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第1波長帯の赤外線を吸収する第1ガスを含むサンプルガスが通過する第1チャンバと、
前記光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第1波長帯と一部重なる第2波長帯の赤外線を吸収する第2ガスが充填された第2チャンバと、
前記第1チャンバおよび前記第2チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、
前記第2チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第1ガスの濃度を演算する演算部とを備え、
前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第1ガスの濃度を補正する。
(Section 1) The gas detection device according to one embodiment includes:
a light source that emits infrared rays;
a first chamber disposed on the optical path of the infrared rays emitted from the light source, through which the infrared rays pass and a sample gas containing a first gas that absorbs the infrared rays in a first wavelength band of the infrared rays;
a second chamber disposed on the optical path and filled with a second gas through which infrared rays pass and which absorbs infrared rays in a second wavelength band that partially overlaps with the first wavelength band;
a received light amount detection unit that receives infrared rays that have passed through the first chamber and the second chamber in order, and detects the amount of the received light;
a pressure detection unit that detects the pressure of gas existing in the second chamber;
a calculation unit that calculates the concentration of the first gas in the sample gas based on the amount of received light;
The calculation unit corrects the concentration of the first gas based on the pressure.
第1項に記載のガス検出装置によれば、サンプルガス中の第2ガスの濃度の大小に関わらず、当該サンプルガス中の第1ガスの濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置は、前述したような2系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。
According to the gas detection device described in
(第2項)第1項に記載のガス検出装置において、
前記圧力と、前記サンプルガスに含まれる前記第2ガスの濃度との関係を示す検量線を記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記検量線に基づいて、前記第1ガスの濃度を補正する。
(Section 2) In the gas detection device according to
comprising a storage unit that stores a calibration curve indicating the relationship between the pressure and the concentration of the second gas contained in the sample gas;
The calculation unit corrects the concentration of the first gas based on the calibration curve.
第2項に記載のガス検出装置によれば、検量線を用いるという簡単な構成で、第1ガスの濃度を正確に検出することができる。
According to the gas detection device described in
(第3項)第1項または第2項に記載のガス検出装置において、
前記第2チャンバは、該第2チャンバ内を2つの空間に仕切る仕切り部と、前記2つの空間を連通させる連通部とを有し、
前記2つの空間のうちの一方の空間を赤外線が通過し、他方の空間に前記圧力検出部が配置される。
(Section 3) In the gas detection device according to
The second chamber has a partition portion that partitions the inside of the second chamber into two spaces, and a communication portion that communicates the two spaces,
Infrared rays pass through one of the two spaces, and the pressure detection section is arranged in the other space.
第3項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が一方の空間を通過する際、圧力検出部が赤外線を妨げるのを防止することができ、よって、受光量検出部で赤外線を十分に受光することができる。
According to the gas detection device described in
(第4項)第1項~第3項のいずれか1項に記載のガス検出装置において、
前記第2チャンバ内の前記光路に沿った長さは、5mm以上50mm以下である。
(Section 4) In the gas detection device according to any one of
The length along the optical path within the second chamber is 5 mm or more and 50 mm or less.
第4項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が第2チャンバを通過した際、第2チャンバ内の第2ガスが第2波長帯の赤外線が過不足なく吸収することができる。これにより、第2チャンバ内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第2チャンバ内の圧力変化を生じさせることができる。
According to the gas detection device described in
(第5項)第1項~第4項のいずれか1項に記載のガス検出装置において、
前記第2チャンバ内の前記第2ガスの濃度は、20g/Nm3以上700g/Nm3以下である。
(Section 5) In the gas detection device according to any one of
The concentration of the second gas in the second chamber is 20 g/Nm 3 or more and 700 g/Nm 3 or less.
第5項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が第2チャンバを通過した際、第2チャンバ内の第2ガスが第2波長帯の赤外線が過不足なく吸収することができる。これにより、第2チャンバ内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第2チャンバ内の圧力変化を生じさせることができる。
According to the gas detection device described in
(第6項)第1項~第5項のいずれか1項に記載のガス検出装置において、
前記圧力検出部は、前記圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部を有する。
(Section 6) In the gas detection device according to any one of
The pressure detection section includes a piezoelectric conversion section that electrically detects changes in the pressure.
第6項に記載のガス検出装置によれば、圧電変換部を用いるという簡単な構成で、圧力を正確に検出することができる。
According to the gas detection device described in
(第7項)第1項~第6項のいずれか1項に記載のガス検出装置において、
前記第2チャンバ内の前記第2ガスの濃度を調整する調整部を備える。
(Section 7) In the gas detection device according to any one of
An adjustment unit is provided that adjusts the concentration of the second gas in the second chamber.
第7項に記載のガス検出装置によれば、例えば、第2ガスの濃度の大小に応じて、検量線を使い分けることができる。
According to the gas detection device described in
(第8項)第1項~第7項のいずれか1項に記載のガス検出装置において、
前記第1ガスは、二酸化硫黄ガスであり、前記第2ガスは、メタンガスである。
(Section 8) In the gas detection device according to any one of
The first gas is sulfur dioxide gas, and the second gas is methane gas.
第8項に記載のガス検出装置によれば、当該ガス検出装置を、二酸化硫黄ガスの濃度を測定する二酸化硫黄濃度測定装置として使用することができる。
According to the gas detection device described in
1 ガス検出装置
2 光源
3 セクタ
31 スリット
4 回転駆動部
5 第1チャンバ
51 チャンバ本体
511 窓部
512 空間
52 供給ポート
53 排出ポート
6 第1ガス供給部
61 供給源
62 連結菅
63 切換弁
7 第2チャンバ
71 チャンバ本体
711 窓部
712 第1空間
713 第2空間
72 供給ポート
73 排出ポート
74 仕切り部
75 連通部
8 第2ガス供給部
81 供給源
82 連結菅
83 切換弁
9 受光量検出部
10 圧力検出部
101 圧電変換部
11 操作部
12 表示部
13 制御部
131 CPU
132 記憶部
133 演算部
14 制御ユニット
15 補正ユニット
16 調整部
161 連結菅
162 切換弁
CC1 検量線
CC1-1 検量線
CC1-2 検量線
CC1-3 検量線
CC2 検量線
CC2-1 検量線
CC2-2 検量線
CC2-3 検量線
GS0 サンプルガス
GS1 第1ガス
GS2 第2ガス
IF 赤外線
LP 光路
LX512 長さ
LX712 長さ
P 圧力
Q 濃度
R 補正値
S512 横断面積
S712 横断面積
1
132
Claims (8)
前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第1波長帯の赤外線を吸収する第1ガスを含むサンプルガスが通過する第1チャンバと、
前記光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第1波長帯と一部重なる第2波長帯の赤外線を吸収する第2ガスが充填された第2チャンバと、
前記第1チャンバおよび前記第2チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、
前記第2チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第1ガスの濃度を演算する演算部と、
前記第2チャンバ内に存在する気体の圧力と、前記第1チャンバ内のサンプルガスに含まれる第2ガスの濃度との関係を示す第1検量線、および、前記第1チャンバ内の前記第2ガスの濃度と前記受光量検出部で検出される受光量に基づき前記演算部で演算される前記第1チャンバ内の第1ガスの濃度の実測値の濃度補正値(R)との関係を示す第2検量線を記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記圧力検出部により検出された前記第2チャンバ内に存在する気体の圧力値と前記第1検量線に基づいて前記第1チャンバ内の前記第2ガスの濃度を求め、さらに、求めた前記第1チャンバ内の前記第2ガスの濃度と前記第2検量線とから第1ガスの濃度補正値(R)を求め、前記受光量検出部で検出された受光量に基づいて演算されるサンプルガス中の第1ガスの濃度の実測値を前記求めた濃度補正値(R)により補正することで前記第1ガスの濃度を算出することを特徴とするガス検出装置。 a light source that emits infrared rays;
a first chamber disposed on the optical path of the infrared rays emitted from the light source, through which the infrared rays pass and a sample gas containing a first gas that absorbs the infrared rays in a first wavelength band of the infrared rays;
a second chamber disposed on the optical path and filled with a second gas through which infrared rays pass and which absorbs infrared rays in a second wavelength band that partially overlaps with the first wavelength band;
a received light amount detection unit that receives infrared rays that have passed through the first chamber and the second chamber in order, and detects the amount of the received light;
a pressure detection unit that detects the pressure of gas existing in the second chamber;
a calculation unit that calculates the concentration of the first gas in the sample gas based on the amount of received light;
a first calibration curve showing the relationship between the pressure of the gas existing in the second chamber and the concentration of the second gas contained in the sample gas in the first chamber; A relationship between the concentration of the gas and the concentration correction value (R) of the actual measured concentration of the first gas in the first chamber calculated by the calculation unit based on the amount of received light detected by the amount of received light detection unit is shown. comprising a storage unit that stores the second calibration curve;
The calculation unit calculates the concentration of the second gas in the first chamber based on the pressure value of the gas existing in the second chamber detected by the pressure detection unit and the first calibration curve, and further , a concentration correction value (R) of the first gas is determined from the determined concentration of the second gas in the first chamber and the second calibration curve, and based on the amount of received light detected by the amount of received light detection section. A gas detection device characterized in that the concentration of the first gas is calculated by correcting the measured value of the concentration of the first gas in the sample gas to be calculated using the determined concentration correction value (R).
前記2つの空間のうちの一方の空間を赤外線が通過し、他方の空間に前記圧力検出部が配置される請求項1に記載のガス検出装置。 The second chamber has a partition portion that partitions the inside of the second chamber into two spaces, and a communication portion that communicates the two spaces,
The gas detection device according to claim 1, wherein infrared rays pass through one of the two spaces, and the pressure detection section is arranged in the other space.
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- 2021-03-29 CN CN202110333530.8A patent/CN113466164A/en active Pending
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