JPH0217439A

JPH0217439A - 磁気式酸素計

Info

Publication number: JPH0217439A
Application number: JP16829688A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takeuchi; 英夫竹内
Original assignee: MITAKA KOGYO KK; Yokogawa Electric Corp
Current assignee: MITAKA KOGYO KK; Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1990-01-22

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、酸素ガスの磁気的性質を利用して測定ガス中
の酸素ガス濃度を検出する磁気式酸素計に関する。

〈従来の技術〉磁気式酸素計は酸素ガスの磁化率が他のガスに比べて非
常に大きく、この性質を利用して測定ガス中の酸素濃度
を測定するガス分析計であって、測定原理による違いに
よって磁気風穴、磁気方式、及び磁気圧力式の三種の酸
素計がこれまで提案されている。

第４図は磁気風穴酸素計の構成図である。１は測定セル
で、１０１は測定室を形成する閉ループ状測定通路、１
０２．１０３は測定通路１０１の対称位置に設けられた
測定ガス３ｇ用の入に１と出口、１０４は入口１０２と
出口１０３との中間部に設けられた二つの円弧状測定通
路部分を接続するバイパス管である。バイパス管１０４
の外側には加熱抵抗線Ｒ１が巻回されていおり、バイパ
ス管１０４と測定通路１０１との一方との接続部分に磁
界Ｍｆが形成されている。検出回路は、抵抗Ｒ５及び抵
抗Ｒ２，Ｒ３でブリッジを形成し、Ｅ、の中点と、Ｒ２
とＲ３との接続点との間の不平衡電圧を測定するように
している。

この装置の動作は次の通りである。測定ガス中に酸素カ
スか含まれていると、酸素分子は磁界Ｍｆに吸引されて
バイパス管１０４に流れ込む。

この部分に流れ込んだ酸素分子は加熱抵抗：ｔ５Ａ　Ｒ
＋で熱せられる。熱せられると酸素分子の磁化率か下が
り磁界Ｍｆに吸引される力が弱まる。この為、酸素分子
は磁界に新たに進入して来た低温の酸素分子に押されて
バスパス管１０４を流れる。前記ブリッジ回路はこの磁
気風に基づく温度変化を検出し、これに基づき測定ガス
Ｓｇ中の酸素濃度を検知する。しかしながら、この方式
では磁界Ｍｆの吸引によってバイパス管１０４に導入さ
れた測定ガスか加熱されるため、測定ガス中に含まれる
酸素ガス以外のガス成分の熱伝導度、熱容量、粘性等の
影響を受け、干渉誤差が発生ずる。

第５図は例えばＳｅｒｖｏｍｅｘ社より販売されている
磁気方式酸素計の構成図である。この装置では一対の非
磁性体ダンベル球１０５，１０６か磁極１０７〜１１０
により形成される磁界Ｍｆの間に水平に懸垂され、この
部分に測定ガスＳｇが流される。ａ′ＩＩ定ガス生ガス
中れる酸素分子は磁界Ｍｆに吸引され、非磁性体ダンベ
ル球１０５゜１０６を磁界Ｍｆ外に押し出す。ダンベル
球１０５．１０６の位置のずれ（ねじれ）は酸素濃度に
対応しており位置ずれを検出し、ずれに対応した帰還電
流をダンベル球１０５．１０６に巻かれたコイル１１１
に流し電磁効果による逆トルクによってダンベル球１０
５．１０６を元の状態に戻す。

酸素濃度は前記帰還電流より検知することが出来る。し
かしながら、この方式では、一対のダンベル球が磁界の
間に水平に懸垂された構造となっており、１ｆｆ４逍が
複雑で、機械的な衝撃や振動に対し弱い欠点がある。

第６図はドイツ特許公告筒２７０１０８４号で開示され
ている磁気圧力式酸素計の構成図である。

図中、第４図における要素と実質的に同じ要素には同一
符号を付し重複を避けるためこれらについての説明は省
略する。１１２は入ＩＩ　１０２と出ｌ］１０３との中
間部に設けられた二つの測定通路部分に接続された導圧
パイプ、１１３はこのパイプの中央に設けられたコンデ
ンサマイクロボン等の微差圧検出器、１１４はパージガ
ス通路で入［１１１５より供給されたパージガスＰｇを
絞り１１６゜１１７を介し検出器１１３の両側のパイプ
１１２に流している。Ｍｆ、Ｍｆ′はパイプ１１２と訓
定室１０１との三箇所の接続部分に設けられた磁界で、
交互に形成される。

このような構成で、測定ガスＳｇ中の酸素分子は磁界に
吸引されるため、磁界が形成された部分の背圧が上がる
。磁界Ｍｆ、Ｍｆ′は交互に形成される為、検出器１１
３より振幅が酸素濃度に対応した交番信号が得られる。

この方式の場合、干渉誤差は少ないが、検出器が一つの
ため検出器部分に加わる振動、衝撃等の影皆を受ける。

更に、検出器１１３より後側の圧力変動が伝達されると
測定誤差を引起こす欠点がある。

本件出願人は、上記した従来装置の欠点を避けるべく、
特願昭第６０−１６１６０１号によって第７図に示す独
特な磁気式酸素計を提案した０本図において、−点鎖線
で囲んだ部分１は検出部、２は変換部である。ＳＣは検
出部１に収容された測定セルで、このうち第４図及び第
６図における要素と実質的に同じ要素には同一符号を付
し重複を避けるため、これらについての説明は省略する
。

１１８は入口１０２と出口１０３との中間部に設けられ
た、二つの円弧状測定通路部分を接続するバスパス管、
１１９はこのバイパス管の中央に設けられたパージガス
Ｐｇの導入口である。またバイパス管１１８と測定通路
１０１との接続部分Ａ。

Ｂのうち一方の接続部分Ａには、例えば永久磁石を用い
た磁界（Ｍｆ）形成手段が設けられている。

１２０．１２１はバイパス管１１８においてパジガス導
入口１１９を挟んで対称位置に設けられたパージガス流
検出用測温抵抗センサで、例えはサーミスタ等、抵抗値
温度係数の大きなセンサが用いられる。変換部２におい
て、２０１，２０２はセンサ１２０，１２１に夫々接続
された温度制御回路、２０３はこれら回路からの出力が
与えられた引算回路である。

このような構成で、測定４２３ｇ中に酸素ガスが含まれ
ていない場合、磁界Ｍｆへの酸素ガスの吸引はないから
、バイパス管１１８において接続部分Ａ及びＢに向かっ
て分流されるパージガスＱＬ、ＱＲの流速に変化はない
。一方、測定ガスＳｇに酸素ガスが含まれている場合、
磁界Ｍｆへの酸素ガスの吸引が起こり、矢印Ｑｏの酸素
ガスの流れが生じ、この結果、ＱＬの流速は減少し、Ｑ
Ｒの流速が増大する。

バイパス管１１８を分流するパージガスＱ［ＱＲの流速
の変化は測定４２３ｇ中の酸素濃度に対応しており、測
温抵抗センサ１２０，１２１の抵抗値変化からこれを検
出する。尚、これらセンサの抵抗値はパージガスＱＬ、
ＱＲの流速に応じて変化するが温度制御回路２０１．２
０２から帰還が掛かり、センサ１１８．１１９の電源電
圧を変化させ、これらセンサの温度、即ち抵抗値が一定
になるように制御される。これら帰還信号の大きさは、
パージガスＱＬ、ＱＲの流速に対応しており、温度制御
回路２０１，２０２の引算回路２０３に与えられ、これ
らの差がとられて出力信号ｖｏとして出力される。

このような装置の場合、センサ１２０，１２１をパージ
ガスが常時流れている管路中において測定するため、信
号分の大きな検出出力が得られ、更に引算回路２０３で
これらの差がとられるため、外部からの衝撃や振動に対
し強い利点がある。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、センサ１２０，１２１を含む検出部１は恒温槽
になっているがこの部分を周囲温度と無関係に一定温度
に保つことは出来ない、この部分は少なくとも制御温度
範囲内で温度変化する。低濃度の酸素ガスを測定する場
合、レンジを拡大して検出が行われる。このような場合
、二つのセンサ１２０．１２１の温度特性は完全に一致
させることが出来ないので、これらセンサの温度特性の
差が拡大されて温度誤差として現れる。温度誤差を除く
ため、従来、二つのセンサ１２０．１２１に巻線抵抗、
或はボリューム等を接続し、これらを微調整して温度誤
差を除いていたが、調整作業が煩わしかった。

また、測定カス中に磁化率を持つガスが共存する場合が
ある。これらガスの磁化率は酸素ガスに比べて小さく通
常の測定では問題にならないか、低濃度の酸素ガスを測
定する場合、共存ガスの磁化率が測定誤差要因となる。

共存ガスと同一の成分比を持つ校正ガスをその都度用意
するのは得策ではない。

本発明において解決しようとする第１の技術的課題は、
前記磁気式酸素計において、低濃度の酸素ガスの測定の
場合でも、前記二つのセンサの温度特性の差に基づく温
度誤差が測定出力に現れないようにすることにあり、第
２の技術的課題は、前記磁気式酸素計において、低濃度
の酸素ガスの測定の場合でも、測定ガス中に含まれる磁
化率を持つ各種ガスの干渉誤差が現れないようにするこ
とにある。

く問題点を解決するための手段〉本発明の第１の発明の構成は、前記磁気式酸素計におい
て、前記測定セルブロック内に温度検出用センサを設け
、測定に先立ち、測定セルブロック内の温度変化を検出
し、この温度変化に対応する前記パージガス流検出用セ
ンサの検出出力を記憶させ、これら記憶値を平均演算し
て前記恒温槽内の温度制御範囲内における前記パージガ
ス流検出用センサの温度係数を求め、測定時、この温度
係数を用いて前記パージガス流検出用センサの検出出力
に対し温度補償を行うようにしたことにある。

本発明の第２の発明の構成は、前記磁気式酸素計におい
て、前記測定ガス中に共存する酸素ガス以外のガスの磁
化率、或はこれに対応した酸素濃度換算値を記憶させ、
測定時、検出信号より前記記憶値を差し引き、前記測定
ガス中の共存ガスの磁化率の影響を除去したことにある
。

く作用〉前記第１の発明は次のように作用する。１Ｔ！！Ｉ定に
先立ち、一定の周期で前記パージガス流検出用センサの
出力と、そのときの温度を検出し、温度変化に対する出
力の変化の割合を記憶する。これら記憶値の平均値をと
り、温度制御範囲内におけるセンサ部の温度係数として
用いる。測定時、この温度係数を使って検出出力に対す
る温度補正を行つ。

前記第２の発明は次のように作用する。磁化率を持つ共
存ガス（例えば）（Ｃ）に含まれる低濃度酸素ガス（１
％０２ＦＳ以下）の測定の場合、予め記憶させたＨｅの
磁化率、或はこれに対応した酸素濃度換算値を読み出し
、測定出力から磁化率に対応した出力を差引き、Ｈｅの
磁化率の干渉誤差を除去する。

〈実施例〉以下図面に従い本発明の詳細な説明する。第１図は本発
明実施例装置の全体構成を示すブロック線図である０本
図において、第７図における要素と実質的に同じ要素に
は同一符号を付しこれらについての説明は省略する。検
出部１は恒温槽になっており測定ガスＳｇはフィルタ１
２２、絞り１２３を経て測定セルに与えられる。パージ
ガスＰｇはフィルタ１２４、キャピラリ１２５を通り測
定セルＳＣに与えられる。１２６は磁界を発生させる磁
石、１２７は検出回路、１２８は温度検出素子、１２９
はヒータである。

測定セルＳＣ部分について第２図に従い詳しく説明する
。第２図（ａ）は平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
におけるＣ−Ｄ−Ｅ＠面を表わす。

測定セルＳＣは外側のリング１３０と内側のディスク（
セルブロック）１３１の二つの部分から構成されている
。閉ループを形成するリング状測定通路１０１はディス
ク１３１の外周に設けられた消をリング１３０で封止す
る形で形成されている。

測定ガスＳｇの入口１０２と出１］　１０３とはディス
ク１３１の−Ｅ面でリング状測定通路１０１より内側に
設けられている。１３２はセルブロック１３１内に設け
られた温度検出用センサである。尚、本実施例の場合、
温度検出用センサ１３２を接続部分Ａ側に設けたため、
磁界Ｍｆ形成手段は接続部分Ｂに設けられている。

第１図に戻り、変換部２内において、２０４はマルチプ
レクサでここで選択された検出回路１２７の出力はＡ／
Ｄ変換回路２０５によりディジタル信号に変換され、入
・出力ボート２０６を経てマイクロプロセッサ２０７に
取り込まれる。一方、温度検出索子１２８で検出された
信号も検出回路１２７、Ａ／Ｄ変換回路２０５、入・出
力ボート２０６を経てマイクロプロセッサ２０７に取り
込まれ、ヒータ駆動回路２０８に温度制御信号を与え、
ヒータ１２９を駆動し温度制御を行う。

２０９は各種演算処理プログラムの他、共存カスの磁化
率データが格納されたメモリで、共存ガスの磁化率は、
例えば下記のようにＮ２ガスの場合、０％、０２ガスの
場合、１００％として、酸素濃度換算された値が書き込
まれている。

ガス　　　酸素濃度換算値（ｖｏｌＸ）Ｎ２　　　　　
＋０．　２４Ｈｅ　　　　　＋０．３０ＣＯ２０，２７ｃｏ　　　　　十ｏ、ｏｉＣ３Ｈ８０，８６Ｎ２０　　　　　　０．０２ｃ　Ｈａ　　　　　　　　ｏ　、　　２２１０は表示・
キー操作部、２１１は出力回路である。

次に、このように構成された装置の動作について説明を
行う。測定に先立ち、先ず測定ガスＳｇにゼロ点校■用
ガス（Ｎ２カス）を流し、パージカスＰｇを流しておき
、表示・キー操作部２１０から「セル校正キー」を押す
と、一定時間、所定の周期で温度検出用センサ１３２を
通じセルブロック１３１の温度変化が読み込まれる。同
時に、同じ周期でセンサ１２０，１２１の検出出力が読
み込まれ、マイクロプロセッサ２０７において、例えば
温度変化′「、■に対するセンサ１２０．１２１の検出
出力の差Ｖ、の変化の割合（Ｖｍ／Ｔｍ）が検出毎に演
算され、これらの平均演算が行われる。演算結果は前記
温度制御範囲内でのセンサ１２０．１．２１部分の温度
係数を正確に表わしている。以後、この温度係数を用い
、温度検出用センサ１３２の出力に基づきセンサ１２０
．１２］の検出出力に対し温度補償を行う、尚、本実施
例の場合、センサ１２０，１２１の検出出力の差と温度
変化との関係からセンサ部全体の温度係数を求めている
が、これに限らず、センサ１２０．１２１の温度係数を
個別に求めることも出来る。

次に、校正用のＮ２＋０２ガスを用いて校正が行われる
。第３図において０１は低濃度酸素カスの校正ガスを用
いて得た校正カーブである。Ｃ２は磁化率を持つカス中
の低濃度酸素ガスを測定した場合の特性カーブである。

測定ガスが、例えばＨｅガスに１％以下の０゜ガスが含
まれているガスの場合、Ｈｅガスの磁化率に基づく干渉
誤差は酸素濃度換算で約＋０．３％と見做すことができ
る。低レンジ（例えば１％０２ＦＳ）の範囲内では、こ
の値は変化しない、測定時、センサ１２０゜１２１の検
出出力に基づき演算により求めた酸素濃度信号から、＋
０．３％に相当する信号出力を差引けばＨｅガスの干渉
誤差が除ける。通常、測定ガスの種類は分かつており予
め共存ガスの磁化４【のデータをメモリ２０９に記憶さ
せて置くことかできる。測定時、測定カスの種類に応じ
て対応する磁化率データを読み出し干渉誤差の補正に用
いる。

〈発明の効果〉本発明の第１の発明によれば、測定用センサの温度特性
に不揃いがあっても測定に先立ち自動でこれらセンサの
温度係数が求められ、ＪＦＪ定時、別途設けた温度セン
サと求めた温度係数とを用いて温度補償が行なわれるた
め温度特性のすぐれた測定が行える。

本発明の第２の発明によれば、低濃度酸素ガスの測定の
場合、共存ガスの磁化率データをメモリに記憶させるこ
とによって簡単に共存ガスの干渉誤差を除くことができ
、低濃度酸素ガスの測定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の全体構成を示すブロック線
図、第２図は本発明実施例装置における測定セルを示し
、図（ａ）はその平面図、図（ｂ）はその断面図、第３
図は本発明実施例装置を説明するための説明図、第４図
乃至第７図は従来装置の構成図である。１：検出部、２：変換部、１０１：測定通路、１０２：
測定カス用入口、１０３：測定ガス用出口、１１８：バ
イパス管、１１９：バージガス導入口、１２０，１２１
：測定用センサ、１３２：温度検出用センサ、２０７：
マイクロプロセッサ、２０９：メモリ、ＳＣ：測定セル
、Ｍｆ：磁界、Ｓｇ：測定ガス、Ｐｇ：パージガス、Ａ
、Ｂ・・・接第図第図矛’７７．３第 Δ 図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）閉ループ状を成す測定通路の対称位置に測定ガス
用入口と出口とが設けられ、これら入口と出口の中間位
置にバイパス管が接続され、このバイパス管の中央にパ
ージガス導入口が設けられ、全体が恒温槽に入れられた
測定室と、前記バイパス管と前記閉ループ状測定通路の
接続部分の一方に設けられた磁界形成手段と、前記パー
ジガス導入口を挟んで前記バイパス管内の対称位置に設
けられた一対のパージガス流検出用センサとを具備し、
これらセンサによって各センサ部分を通過するパージガ
ス流の変化を検出し、これら検出信号の差をとることに
より前記測定ガス中の酸素ガス濃度を検知する磁気式酸
素計において、前記測定室を構成する測定セルブロック
内に温度検出用センサを設け、測定に先立ち、測定セル
ブロック内の温度変化を検出し、この温度変化に対応す
る前記パージガス流検出用センサの検出出力を記憶させ
、これら記憶値を平均演算して前記恒温槽内の温度制御
範囲内における前記パージガス流検出用センサの温度係
数を求め、測定時、この温度係数を用いて前記パージガ
ス流検出用センサの検出出力に対し温度補償を行うよう
にしたことを特徴とする磁気式酸素計。
（２）閉ループ状を成す測定通路の対称位置に測定ガス
用入口と出口とが設けられ、これら入口と出口の中間位
置にバイパス管が接続され、このバイパス管の中央にパ
ージガス導入口が設けられ、全体が恒温槽に入れられた
測定室と、前記バイパス管と前記閉ループ状測定通路の
接続部分の一方に設けられた磁界形成手段と、前記パー
ジガス導入口を挟んで前記バイパス管内の対称位置に設
けられた一対のパージガス流検出用センサとを具備し、
これらセンサによって各センサ部分を通過するパージガ
ス流の変化を検出し、これら検出信号の差をとることに
より前記測定ガス中の酸素ガス濃度を検知する磁気式酸
素計において、前記測定ガス中に共存する酸素ガス以外
のガスの磁化率、或はこれに対応した酸素濃度換算値を
記憶させ、測定時、検出信号より前記記憶値を差引き、
前記測定ガス中の共存ガスの磁化率の影響を除去したこ
とを特徴とする磁気式酸素計。