JPH01156637A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 赤外吸収を利用してガスの濃度を測定するガス濃度測定
装置に関し、 圧力制御のための設備を用いずに高精度の測定を可能と
することを目的とし、 光源よりのレーザ光を分岐させ、その一方を濃度を測定
しようとする測定ガスが導入されている測定セルを透過
させ、他方を濃度が既知の上記測定ガスと同じガスが封
入された参照セルを透過させ、上記測定セル透過による
レーザ光吸収量と上記参照セル透過によるレーザ光吸収
量とに基づいて、上記測定セルに導入されている測定ガ
スの濃度を測定するガス濃度測定装置において、上記測
定セルと上記参照セルとを、その間を柔軟な膜により仕
切って一体化して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外吸収を利用してガスの濃度を測定するガス
濃度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来のガス濃度測定装置の概略構成を示す。

１は測定セルであり、ここに濃度を測定しようとする測
定ガスが矢印Ｍで示すように導入されている。

２は参照セルであり、ここには上記ガスと同じガスであ
ってｌｌ１ｌｆが既知のものが封入しである。

３は赤外波長可変半導体レーザであり、上記ガスの吸収
波長に対応する波長のレーザ光４を出射する。

５．６は夫々受光素Ｔである。

７はガス濃度演算回路である。

レーザ光４はビームスプリッタ８によりレーザ光４ａ、
４ｂに分岐される。

レーザ光４ａは、反射鏡９により反射して参照セル２を
透過し、ここで赤外吸収を受け、受光素子５に到る。

レーザ光４ｂは、測定セル１を透過し、ここで赤外吸収
を受け、受光素子６に到る。

各受光素子５．６よりの出力が演算回路７に供給され、
ここで演算が行なわれて、ガス濃度が算出されて測定さ
れる。

このガス濃度測定装置は、赤外吸収量Ａは、吸収光路長
Ｌ１ガス濃度Ｄ１ガス圧力Ｐに比例すること、即ちＡｏ
ｃＬ−Ｄ−Ｐである原理に基づいている。

吸収光路長の長さは、各レーザ光４ａ、４ｂについて等
しく、しである。参照セル２内の圧力及び測定セル１内
の圧力は等しく、Ｐ（１気圧）である。

従って、測定セル１での赤外吸収量と参照セル２での赤
外吸収量とは、各セル内のガス濃度に比例する。

ここで参照セル２内のガスの濃度は既知である。

これをＤｌとする。

各セル１，２での赤外吸収量は受光素子６．５の出力に
より得られる。これをＡＩ　、Ａ２とする。

従って演算回路７において（Ｄ２　Ｘ　（ＡＩ　／Ａ２
））を計算することにより、測定しようとするガスのそ
の時での濃度Ｄ１が算出され、濃度Ｄ１が測定される。

ガス濃度を正確に測定するためには、参照セル２内の圧
力と測定セル１内の圧力が等しいことが必要とされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

参照セル２と測定セル１とは別個独立であり、参照セル
２内の圧力は測定セル１内の圧力とは無関係である。

測定セル１は、第５図に示すようにガス流路の途中に設
けられることがある。この場合には、測定セル１内へ導
入されるガスの圧力が変化し、測定セル１内の圧力が時
々刻々変化し、参照セル２内の圧力と等しくなくなる。

このため、ガス濃度を正確に測定することが困難となる
。

また、参照セル２は剛性を有する板製の気密構造物であ
り、環境温度が変化すると内圧も変化してしまう。この
ことによっても、参照セル２の内圧と測定セル１の内圧
とに差ができ、ガス１度の正確な測定が困難となる。

そこで、測定を正確に行なうために、従来は第５図に示
すように、測定セル１に圧力センサ１０、参照セル２に
圧力センサ１１を設け、且つ圧力制御装置１２を設けて
、測定セル１内の圧力が参照セル２内の圧力と一致する
ように制御していた。

これらの機器は圧力制御のためのものであり、ガス濃度
の測定には本来不要な機器である。

従って、従来の装置は、複雑となり、コスト高であると
いう問題点があった。

本発明は、圧力制御のための設備を用いずに高精度の測
定を可能とするガス濃度測定装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光源よりのレーザ光を分岐させ、その一方を
濃度を測定しようとする測定ガスが導入されている測定
セルを透過させ、他方を濃度が既知の上記測定ガスと同
じガスが封入された参照セルを透過させ、上記測定セル
透過によるレーザ光吸収量と上記参照セル透過によるレ
ーザ光吸収量とに基づいて、上記測定セルに導入されて
いる測定ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置におい
て、上記測定セルと上記参照セルとを、その間を柔軟な
膜により仕切って一体化して構成する。

〔作用〕

測定セルと参照セルとを仕切る柔軟な膜は、第１には測
定セル内の圧力が変化した場合に、測定セル内の圧力変
動に応じて変形して参照セルの体積を変え、測定セル内
の圧力と参照セル内の圧力とを常に平衡状態に保つ。

第２には、環境温度が変化した場合にも、参照セル内の
ガスの膨張、収縮に応じて変形し、両セルの内圧を平衡
状態に保つ。

〔実茄例〕

第１図は本発明の一実施例になるガス濃度測定装置２０
を示す。図中、第５図に示す構成部分と対応する部分に
は同一符号を付し、その説明は省略する。装置２０には
圧力制御のための機器は備えられていない。

２１はセル装置であり、剛性を有する板製の略直方体状
の箱体２２と、この内部を部分するように仕切る柔軟性
を有する隔膜２３とよりなる構造である。

箱体半体２４と膜２３とが参照セル２５を構成し、箱体
半休２６と膜２３とが測定セル２７を構成する。

従って、セル装置２１は、参照セル２５と測定セル２７
とがその間を膜２３により仕切られて一体化された構造
である。

２８〜３１は夫々赤外透過窓である。

３２はガス流入口、３３はガス流出口である。　　　　
゛参照セル２５内には、濃度が既知のガスが封入されて
いる。圧力はＰである。

測定セル２７内には、矢印Ｍ、Ｎで示すように、濃度を
測定しようとする測定ガスが継続的に導入されている。

各セル２５．２７の吸収光路長は等しくしてある。

測定セル２７内の圧力がＰであるときには、セル装置２
１は、第１図及び第２図に示す状態にあり、参照セル２
５及び測定セル２７内の圧力は共にＰである。

各受光素子５．６の出力を回路７で前記と同様に演算す
ることにより、このときのガス濃度が算出されて測定さ
れる 次に測定セル２７の内圧が変化した場合について第３図
を参照して説明する。

両方のセル２５．２７の内圧がＰで平衡している状態に
おいて、ΔＰだけ加圧されたガスが測定セル２７内に導
入された場合、膜２３は矢印×１で示すように参照セル
２５側へ押される。これにより、参照セル２５は体積が
減少し、圧力が増加する。膜２３は、第３図に示すよう
に測定セル２７の圧力と参照セル２５内の圧力とが平衡
する位置まで押し込まれ、測定セル２７の圧力と参照セ
ル２５内の圧力は共にＰ＋ΔＰとなって一致する。

従って、この場合にも測定ガスの濃度は精度良く測定さ
れる。

また、逆にΔＰ減圧されたガスが導入された場合には、
膜２３は、第３図中の矢印ｘ２方向に変形して二点鎖線
で示すようになり、両方のセル２５．２７の圧力が共に
Ｐ−ΔＰとなって一致する。

従って、このときの測定ガスの濃度も、精度良く測定さ
れる。

次に装置２０の環境温度Ｔが変化した場合について説明
する。

環境温度Ｔが上昇して■＋Δ−［どなると、参照セル２
５の温度が上昇し、参照セル２５内のガスの温度が上昇
する。

このガスの温度が上昇すると、ガスは膨張する。

このとき膜２３が第４図に示すように矢印×２方向に変
形し、参照セル２５の体積が増し、参照セル２５内の圧
力はＰを維持し、測定セル２７内の圧力と一致している
。

また逆に、ΔＴ上下降た場合には、参照セル２５内のガ
スは収縮する。これに応じて、膜２３が測定セル２７内
のガスにより押されて、第４図中皿点鎖線で示すように
変形し、参照セル２５の体積が減り、参照セル２５内の
圧力はＰを維持し、測定セル２７内の圧力と一致してい
る。

装置２０の環境温度が変化した場合にも、測定ガスの濃
度は精度良く測定できる。

また前記膜２３をステンレス薄板によるベローズ構造と
することもできる。

本明細書の特許請求の範囲の［膜１は単純な膜は勿論、
ベローズ構造の膜も包含するものである。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、測定セル内に導入
されている測定ガスに圧力変動があった場合にも、また
環境温度が変化した場合にも、膜が変形することによっ
て、測定セル内の圧力と参照セル内の圧力とは平衡して
互いに等しくなるため、従来必要とされていた圧力制御
装置を不要とし得、構成の簡素化を図ることが出来、し
がち測定セル内に導入されている測定ガスの２１度を精
度良く測定することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス濃度測定装置を示す図、第２図は
第１図中セル装置の構造を示す図、第３図は測定ゼル内
の圧力が増加したときのセル装置の状態を示す図、 第４図は環境温度が変化したとぎのセル装置の状態を示
す図、 第５図は従来のガス濃度測定装置の１例を示す図である
。 図において、 ３は赤外波長可変半導体レーザ、 ５．６は受光素子、 ７はガス濃度演算回路、 ４．４ａ、４ｂはレーザ光、 ８はビームスプリッタ、 ９は反射鏡、 ２０はガス濃度測定装置、 ２１はセル装置、 ２２は箱体、 ２３は隔膜、 ２４．２６は箱体半休、 ２５は参照セル、 ２７は測定セル、 ２８〜３１は赤外透過窓 を示す。 特許出願人　富　士　通　株式会社 代　　理　　人　　弁理士　　伊　　東　　忠　　彦従
来のガス濃度測定装置を示す図 第５図 ４１．−、−゛、′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源（３）よりのレーザ光（４）を分岐させ、その一方
   （４ｂ）を濃度を測定しようとする測定ガスが導入され
   ている測定セル（２７）を透過させ、他方（４ａ）を濃
   度が既知の上記測定ガスと同じガスが封入された参照セ
   ル（２５）を透過させ、上記測定セル透過によるレーザ
   光吸収量と上記参照セル透過によるレーザ光吸収量とに
   基づいて、上記測定セルに導入されている測定ガスの濃
   度を測定するガス濃度測定装置において、 上記測定セル（２７）と上記参照セル（２５）とを、そ
   の間を柔軟な膜（２３）により仕切って一体化してなる
   構成のガス濃度測定装置。