JPH0222342B2 - - Google Patents
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- JPH0222342B2 JPH0222342B2 JP54015576A JP1557679A JPH0222342B2 JP H0222342 B2 JPH0222342 B2 JP H0222342B2 JP 54015576 A JP54015576 A JP 54015576A JP 1557679 A JP1557679 A JP 1557679A JP H0222342 B2 JPH0222342 B2 JP H0222342B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、磁気式酸素分析計に関し、詳しくは
磁化率の差に基づいて発生する界面圧力の変化を
利用して試料ガス中の酸素濃度を測定するように
した磁気式酸素分析計の改良に関する。
磁化率の差に基づいて発生する界面圧力の変化を
利用して試料ガス中の酸素濃度を測定するように
した磁気式酸素分析計の改良に関する。
磁気式酸素分析計には、大別すると熱線方式に
よるものと、界面圧力差方式によるものとがあ
る。
よるものと、界面圧力差方式によるものとがあ
る。
前者は、常磁性ガスである酸素がキユーリーの
法則に従い、温度の上昇に伴つて磁化率が減少す
る原理を応用した分析計であり、熱線の冷却を利
用している。即ち、被磁性材料から作製された測
定室内に強力な磁石によつて不均一磁界を作り、
この磁界中にジユール熱等による熱線を配置する
と、酸素含有量に比例した強さの磁気風が発生
し、磁界のない場所に置かれた熱線に比べて磁気
風による分だけ余計に冷却されることに基づき、
これら熱線間の温度差を検知することによつて試
料ガス中の酸素濃度を測定するものである。
法則に従い、温度の上昇に伴つて磁化率が減少す
る原理を応用した分析計であり、熱線の冷却を利
用している。即ち、被磁性材料から作製された測
定室内に強力な磁石によつて不均一磁界を作り、
この磁界中にジユール熱等による熱線を配置する
と、酸素含有量に比例した強さの磁気風が発生
し、磁界のない場所に置かれた熱線に比べて磁気
風による分だけ余計に冷却されることに基づき、
これら熱線間の温度差を検知することによつて試
料ガス中の酸素濃度を測定するものである。
従つて、この方式の分析計においては、例えば
熱伝導率が酸素と非常に異なる水素や炭酸ガスが
多量に含まれ、しかも、その含有量が経時的に変
化した場合のような、共存ガスの熱伝導率、比熱
等熱的性質の変化による測定上の影響が大きく、
しかも、熱線温度は比較的高いため、爆発性のガ
ス中の酸素濃度を測定する場合には、爆発に対す
る特別な安全対策が要求される等の欠点がある。
熱伝導率が酸素と非常に異なる水素や炭酸ガスが
多量に含まれ、しかも、その含有量が経時的に変
化した場合のような、共存ガスの熱伝導率、比熱
等熱的性質の変化による測定上の影響が大きく、
しかも、熱線温度は比較的高いため、爆発性のガ
ス中の酸素濃度を測定する場合には、爆発に対す
る特別な安全対策が要求される等の欠点がある。
他方、後者は、この点において優れており、高
い実用価値が期待されている。
い実用価値が期待されている。
この方式の分析計の原理は次の通りである。即
ち、第1図に示すように、測定ガスの流路aに配
置した磁極N,Sが互いに最も接近して磁界が最
も強くなつている部分における一方の磁極Nに微
小な孔6を穿設しておき、この孔を通して外部か
ら、非磁性ガス(例えば純粋酸素)又は、常磁性
ガスと非磁性ガスとの混合ガス(例えば空気)な
ど適当な比較ガスを微小量流し込む。
ち、第1図に示すように、測定ガスの流路aに配
置した磁極N,Sが互いに最も接近して磁界が最
も強くなつている部分における一方の磁極Nに微
小な孔6を穿設しておき、この孔を通して外部か
ら、非磁性ガス(例えば純粋酸素)又は、常磁性
ガスと非磁性ガスとの混合ガス(例えば空気)な
ど適当な比較ガスを微小量流し込む。
この場合、磁界の強さHの中に磁化率x1と磁化
率x2をもつた2つのガスの境界面b,cが存在す
るとき、この境界面b,cには、その界面に垂直
な方向に動圧Pが発生することが知られており、
その関係は次のQuinkeの式によつて示される。
率x2をもつた2つのガスの境界面b,cが存在す
るとき、この境界面b,cには、その界面に垂直
な方向に動圧Pが発生することが知られており、
その関係は次のQuinkeの式によつて示される。
P=K(x1−x2)H2 …
ここで、Kは温度等の要素を含んだ定数であ
り、比較ガスの磁化率をx2とし、測定ガスの磁化
率をx1とすれば、x1>x2の条件を満足する場合に
は、測定ガスと比較ガスとの境界面には測定ガス
から比較ガス方向に界面圧力が発生する。
り、比較ガスの磁化率をx2とし、測定ガスの磁化
率をx1とすれば、x1>x2の条件を満足する場合に
は、測定ガスと比較ガスとの境界面には測定ガス
から比較ガス方向に界面圧力が発生する。
従つて、磁界の強さHを一定とし、磁化率x1,
x2の2つのガスのうち、何れか一方のガスの磁化
率を一定にしておけば、界面圧力Pの変化により
他方のガスの磁化率を求めることができ、この磁
化率を知ることによつて、測定ガス中に含まれる
常磁性ガス、即ち、酸素の含有量を求めることが
できる。
x2の2つのガスのうち、何れか一方のガスの磁化
率を一定にしておけば、界面圧力Pの変化により
他方のガスの磁化率を求めることができ、この磁
化率を知ることによつて、測定ガス中に含まれる
常磁性ガス、即ち、酸素の含有量を求めることが
できる。
しかしながら、、この方式による従来の分析計
は、何れも測定室内に微小間隔を隔てて相対向す
る1組の磁極片と、それと形状及び大きさが同一
である非磁性材料より成る1組の擬似極片を設
け、磁極片の一方に形成した比較ガス流路に導入
した圧力と、これに対応する擬似極片の一方に形
成した比較ガス流路に導入した圧力とから磁化率
の差に基づく界面圧力の変化をコンデンサマイク
ロホン検出器で検出しているが、磁化率の差によ
る界面圧力の変化は極めて小さく、例えば1%
O2あたり、2乃至3×10-1(μbar)程度である。
従つて、前記コンデンサマイクロホン検出器から
酸素濃度指示部に出力される信号量が小さくて
S/N比が悪く、酸素濃度の測定精度が低くなる
といつた問題がある。
は、何れも測定室内に微小間隔を隔てて相対向す
る1組の磁極片と、それと形状及び大きさが同一
である非磁性材料より成る1組の擬似極片を設
け、磁極片の一方に形成した比較ガス流路に導入
した圧力と、これに対応する擬似極片の一方に形
成した比較ガス流路に導入した圧力とから磁化率
の差に基づく界面圧力の変化をコンデンサマイク
ロホン検出器で検出しているが、磁化率の差によ
る界面圧力の変化は極めて小さく、例えば1%
O2あたり、2乃至3×10-1(μbar)程度である。
従つて、前記コンデンサマイクロホン検出器から
酸素濃度指示部に出力される信号量が小さくて
S/N比が悪く、酸素濃度の測定精度が低くなる
といつた問題がある。
本発明は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、その目的とするところは、コンデンサマイク
ロホン検出器の出力信号を大きくして、酸素濃度
を高精度で測定することができる磁気式酸素分析
計を提供することにある。
で、その目的とするところは、コンデンサマイク
ロホン検出器の出力信号を大きくして、酸素濃度
を高精度で測定することができる磁気式酸素分析
計を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明に係る磁気
式酸素分析計は、互いに独立した2つの継鉄にそ
れぞれ独立して電磁コイルを巻設して形成した2
つの電磁石と、前記継鉄に連設した2組の磁極片
に交互に磁界を発生させるために前記電磁コイル
に交互に通電する手段と、磁化率の異なる測定ガ
スと比較ガスとを前記磁界中に流通させる手段
と、前記2組の磁極片に交互に生ずる前記磁化率
の差に基づく界面圧力を2組の磁極片間の差圧と
して検出するため1つのコンデンサ膜及び当該膜
の両側に位置する2つの固定極を有するコンデン
サマイクロホン検出器とよりなる、前記コンデン
サマイクロホン検出器の出力信号に基づいて測定
ガス中の酸素濃度を測定するように構成したこと
を特徴としている。
式酸素分析計は、互いに独立した2つの継鉄にそ
れぞれ独立して電磁コイルを巻設して形成した2
つの電磁石と、前記継鉄に連設した2組の磁極片
に交互に磁界を発生させるために前記電磁コイル
に交互に通電する手段と、磁化率の異なる測定ガ
スと比較ガスとを前記磁界中に流通させる手段
と、前記2組の磁極片に交互に生ずる前記磁化率
の差に基づく界面圧力を2組の磁極片間の差圧と
して検出するため1つのコンデンサ膜及び当該膜
の両側に位置する2つの固定極を有するコンデン
サマイクロホン検出器とよりなる、前記コンデン
サマイクロホン検出器の出力信号に基づいて測定
ガス中の酸素濃度を測定するように構成したこと
を特徴としている。
上記のように構成した磁気式酸素分析計におい
ては、2組の磁極片に交互に生じさせた界面圧力
を、前述したごときコンデンサマイクロホン検出
器のコンデンサ膜の両側に交互に印加すること
で、このコンデンサ膜をその両側面の各方向に交
互に移動させて、コンデンサマイクロホン検出器
からの出力信号を得るもので、その信号量は2組
の磁極片の差圧になるから、1組の磁極片に生じ
る界面圧力に対応する信号量の2倍の大きさにな
る。
ては、2組の磁極片に交互に生じさせた界面圧力
を、前述したごときコンデンサマイクロホン検出
器のコンデンサ膜の両側に交互に印加すること
で、このコンデンサ膜をその両側面の各方向に交
互に移動させて、コンデンサマイクロホン検出器
からの出力信号を得るもので、その信号量は2組
の磁極片の差圧になるから、1組の磁極片に生じ
る界面圧力に対応する信号量の2倍の大きさにな
る。
以下、本発明の一実施例を、第2図を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
同図において、1は比磁性材料の壁1′に囲ま
れた測定室であり、この測定室1内には、微小間
隙を隔てて相対向する2組の磁極片2−2′,3
−3′が設置されており、磁極片2−2′,3−
3′間には電磁コイル4,4′に交互に通電するこ
とにより、継鉄5,5′を通して強力な磁界が形
成されるように構成してある。6,7は磁極片
2,3にそれぞれ形成された比較ガス放出孔であ
る。
れた測定室であり、この測定室1内には、微小間
隙を隔てて相対向する2組の磁極片2−2′,3
−3′が設置されており、磁極片2−2′,3−
3′間には電磁コイル4,4′に交互に通電するこ
とにより、継鉄5,5′を通して強力な磁界が形
成されるように構成してある。6,7は磁極片
2,3にそれぞれ形成された比較ガス放出孔であ
る。
比較ガスは入口8より導入され、定流量調節装
置9を経て磁極片2,3に分流され、磁極片2−
2′間及び磁極片3−3′間の微小間隙から測定室
1内に放出されるように構成してある。
置9を経て磁極片2,3に分流され、磁極片2−
2′間及び磁極片3−3′間の微小間隙から測定室
1内に放出されるように構成してある。
測定ガスは測定室1に設けられた入口10より
導入される。11は出口である。
導入される。11は出口である。
磁極片2,3には比較ガス放出孔6,7に連通
する圧力導入路12,13が形成され、該圧力導
入路12,13は、1つのコンデンサ膜14とそ
の両側に対向配置された2つの固定極15,1
5′とを備えたコンデンサマイクロホン検出器1
6におけるコンデンサ膜14の両側の室CA,CB
に、各別に連通されている。コンデンサマイクロ
ホン検出器16は、それぞれ静電容量が約50pF
で、コンデンサ膜14の両側の微小差圧に対して
容量変化ΔC=0.0001pFの感度を有するものが用
いられている。
する圧力導入路12,13が形成され、該圧力導
入路12,13は、1つのコンデンサ膜14とそ
の両側に対向配置された2つの固定極15,1
5′とを備えたコンデンサマイクロホン検出器1
6におけるコンデンサ膜14の両側の室CA,CB
に、各別に連通されている。コンデンサマイクロ
ホン検出器16は、それぞれ静電容量が約50pF
で、コンデンサ膜14の両側の微小差圧に対して
容量変化ΔC=0.0001pFの感度を有するものが用
いられている。
而して、コンデンサマイクロホン検出器16の
固定極15,15′から取り出された出力信号は、
それぞれ増幅器17,17′において増幅された
後、差動増幅器18において加算され、この差動
増幅器18から取り出された出力は、図外の酸素
濃度指示部へと導かれるのである。
固定極15,15′から取り出された出力信号は、
それぞれ増幅器17,17′において増幅された
後、差動増幅器18において加算され、この差動
増幅器18から取り出された出力は、図外の酸素
濃度指示部へと導かれるのである。
今、仮に比較ガスとして純粋窒素を使用した場
合を例にとつて説明すると、測定ガスが純粋窒素
であるときには、両者の磁化率は相等しいから磁
気的な界面圧力は発生せず、単なる背圧が作用す
るだけであり、従つて、磁極片2−2′間と磁極
片3−3′間との差圧はゼロである。各組の磁極
片2−2′,3−3′間の微小間隙は、上記差圧が
ゼロの状態において、コンデンサマイクロホン検
出器16の容量変化がゼロであるように調整して
おく。
合を例にとつて説明すると、測定ガスが純粋窒素
であるときには、両者の磁化率は相等しいから磁
気的な界面圧力は発生せず、単なる背圧が作用す
るだけであり、従つて、磁極片2−2′間と磁極
片3−3′間との差圧はゼロである。各組の磁極
片2−2′,3−3′間の微小間隙は、上記差圧が
ゼロの状態において、コンデンサマイクロホン検
出器16の容量変化がゼロであるように調整して
おく。
このようにして、次に測定ガスとして酸素を含
むガスを測定室1内に導入すると、電磁コイル
4,4′は交互に通電され、磁極片2−2′間と磁
極片3−3′間とに交互に強磁界が形成されるの
で、磁極片2−2′,磁極片3−3′の微小間隙に
は測定ガス、比較ガスの磁化率の差に比例した界
面圧力が交互に発生する。従つて、この交互に生
じた圧力が圧力導入路12,13を介してコンデ
ンサマイクロホン検出器16に伝えられ、磁極片
2−2′と磁極片3−3′との間の差圧としてコン
デンサマイクロホン検出器16のコンデンサ膜1
4を押すことになる。
むガスを測定室1内に導入すると、電磁コイル
4,4′は交互に通電され、磁極片2−2′間と磁
極片3−3′間とに交互に強磁界が形成されるの
で、磁極片2−2′,磁極片3−3′の微小間隙に
は測定ガス、比較ガスの磁化率の差に比例した界
面圧力が交互に発生する。従つて、この交互に生
じた圧力が圧力導入路12,13を介してコンデ
ンサマイクロホン検出器16に伝えられ、磁極片
2−2′と磁極片3−3′との間の差圧としてコン
デンサマイクロホン検出器16のコンデンサ膜1
4を押すことになる。
この場合の界面圧力は、前記式により、次の
ように表される。
ように表される。
P2-2′=K1(x1−x2)H2 1 …
P3-3′=K2(x1−x2)H2 2 …
ここで、P2-2′,P3-3′は磁極片2−2′,磁極片
3−3′において生じる界面圧力、K1,K2は温度
等の要素を含んだ定数であり、x1,x2はそれぞれ
測定ガス、比較ガスの磁化率であり、又、H1,
H2は磁極片2−2′,3−3′における磁界の強
さである。
3−3′において生じる界面圧力、K1,K2は温度
等の要素を含んだ定数であり、x1,x2はそれぞれ
測定ガス、比較ガスの磁化率であり、又、H1,
H2は磁極片2−2′,3−3′における磁界の強
さである。
今、説明の便宜上、K1=K2=K、H1=H2=
H,x2=0(窒素の場合)とすると、 P2-2′=Kx1H2 …′ P3-3′=Kx1H2 …′ となる。
H,x2=0(窒素の場合)とすると、 P2-2′=Kx1H2 …′ P3-3′=Kx1H2 …′ となる。
ここで、一方の固定極15とコンデンサ膜14
による出力について考える。
による出力について考える。
磁極片2−2′が励磁状態で、磁極片3−3′が
非励磁状態にあるときは、コンデンサマイクロホ
ン検出器16の室CA側の圧力が大きくなるから、
コンデンサ膜14は室CB側に移動し、固定極1
5との間隔が大きくなり、この結果、コンデンサ
膜14と固定極15間のコンデンサ容量が小さく
なり、固定極15から−Kx1H2に比例した信号
が出力される。
非励磁状態にあるときは、コンデンサマイクロホ
ン検出器16の室CA側の圧力が大きくなるから、
コンデンサ膜14は室CB側に移動し、固定極1
5との間隔が大きくなり、この結果、コンデンサ
膜14と固定極15間のコンデンサ容量が小さく
なり、固定極15から−Kx1H2に比例した信号
が出力される。
次に、磁極片2−2′が非励磁状態で、磁極片
3−3′が励磁状態にあるときは、上述とは逆に
室CB側の圧力が大きくなるから、室CB側に移動
していたコンデンサ膜14が室CA側に移動し、
固定極15との間隔が小さくなり、この結果、コ
ンデンサ膜14と固定極15間のコンデンサ容量
が大きくなり、固定極15からx1H2に比例した
信号が出力される。
3−3′が励磁状態にあるときは、上述とは逆に
室CB側の圧力が大きくなるから、室CB側に移動
していたコンデンサ膜14が室CA側に移動し、
固定極15との間隔が小さくなり、この結果、コ
ンデンサ膜14と固定極15間のコンデンサ容量
が大きくなり、固定極15からx1H2に比例した
信号が出力される。
即ち、コンデンサ膜14の移動量は、一方が擬
似極片である従来技術におけるコンデンサ膜のそ
れの2倍になる。
似極片である従来技術におけるコンデンサ膜のそ
れの2倍になる。
従つて、一方の固定極15から得られる信号量
は、Kx1H2−(−Kx1H2)=2Kx1H2になり、これ
は上記従来技術における信号量Kx1H2に比べて
2倍の大きさである。
は、Kx1H2−(−Kx1H2)=2Kx1H2になり、これ
は上記従来技術における信号量Kx1H2に比べて
2倍の大きさである。
このように、一方の固定極15から出力される
信号量が、1組の磁極片に生ずる界面圧力に対応
する信号量の2倍の大きさになるから、S/N比
を向上させることができる。
信号量が、1組の磁極片に生ずる界面圧力に対応
する信号量の2倍の大きさになるから、S/N比
を向上させることができる。
以上説明したように、本発明に係る磁気式酸素
分析計は、2組の磁極片を交互に励磁して、測定
ガスと比較ガスの磁化率の差で、2組の磁極片の
それぞれに発生する界面圧力をコンデンサマイク
ロホン検出器に印加するから、コンデンサ膜の移
動量を、1組の磁極片に発生した界面圧力をコン
デンサマイクロホン検出器に印加した場合の2倍
にすることができる。従つて、コンデンサマイク
ロホン検出器の固定極から出力される信号量が2
倍の大きさになり、S/Nが向上し、酸素濃度を
高精度に測定することができる。
分析計は、2組の磁極片を交互に励磁して、測定
ガスと比較ガスの磁化率の差で、2組の磁極片の
それぞれに発生する界面圧力をコンデンサマイク
ロホン検出器に印加するから、コンデンサ膜の移
動量を、1組の磁極片に発生した界面圧力をコン
デンサマイクロホン検出器に印加した場合の2倍
にすることができる。従つて、コンデンサマイク
ロホン検出器の固定極から出力される信号量が2
倍の大きさになり、S/Nが向上し、酸素濃度を
高精度に測定することができる。
図面は本発明の一実施例を示し、第1図は測定
原理図、第2図は構成図である。 1……測定室、2,2′,3,3′……磁極片、
4,4′……電磁コイル、5,5′……継鉄、14
……コンデンサ膜、15,15′……固定極、1
6……コンデンサマイクロホン検出器。
原理図、第2図は構成図である。 1……測定室、2,2′,3,3′……磁極片、
4,4′……電磁コイル、5,5′……継鉄、14
……コンデンサ膜、15,15′……固定極、1
6……コンデンサマイクロホン検出器。
Claims (1)
- 1 互いに独立した2つの継鉄にそれぞれ独立し
て電磁コイルを巻設して形成した2つの電磁石
と、前記継鉄に連設した2組の磁極片に交互に磁
界を発生させるために前記電磁コイルに交互に通
電する手段と、磁化率の異なる測定ガスと比較ガ
スとを前記磁界中に流通させる手段と、前記2組
の磁極片に交互に生ずる前記磁化率の差に基づく
界面圧力を2組の磁極片間の差圧として検出する
ため1つのコンデンサ膜及び当該膜の両側に位置
する2つの固定極を有するコンデンサマイクロホ
ン検出器とよりなり、前記コンデンサマイクロホ
ン検出器の出力信号に基づいて測定ガス中の酸素
濃度を測定するように構成したことを特徴とする
磁気式酸素分析計。
Priority Applications (3)
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JP1557679A JPS55107953A (en) | 1979-02-10 | 1979-02-10 | Magnetic oxygen analyzer |
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US06/119,651 US4403186A (en) | 1979-02-10 | 1980-02-08 | Surface pressure measurement type magnetic analyzer for paramagnetic gases utilizing a magnetic field generated alternatively between plural pairs of magnetic pole pieces |
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JP1557679A JPS55107953A (en) | 1979-02-10 | 1979-02-10 | Magnetic oxygen analyzer |
Publications (2)
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Family
ID=11892551
Family Applications (1)
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1980
- 1980-02-08 US US06/119,651 patent/US4403186A/en not_active Expired - Lifetime
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