JPH03202717A - 気体の成分の連続分析のための方法とその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体の成分の連続分析のための方法とそれを
実施するための装置に係り、詳しくは、計測すべき気体
の流速を一時間の関数として測定するための計測ヘッド
と、計測ヘッドから離れて位置し、サンプル管路によっ
て計測ヘッドに接続されている分析装置とを使用して分
析され、校正気体が計測ヘッドの位置のサンプル管路路
の吸引開口の中あるいは近傍の点でサンプル管路に供給
されて気体の通過時間が測定され、上記通過時間を使用
して、流速と成分との間の関連を測定する間に、相の遷
移が導入されるような気体の成分の連続分析のための方
法と、その装置に関するものであり１本発明の適用分野
の主要なものは、人の呼吸空気の分析であり、ことに、
代謝過程の検査のためである。

［従来の技術］ このような気体の成分をその成分が時間に関してあまり
変化しないときに分析し、または、平均的な成分だけに
関心があるときには、特別な問題は起らない。気体の成
分が大幅に変動し、高い精度でその変動に追随したいと
き、とくに、計測すべき気体の流速との関連をも知りた
いときには、流速の計測が直接行われるという事実から
、問題が生じ、濃度の計測が、分析装置の計測ヘッドか
らの距離によって、時間的に遅らされる。この時間差を
訂正するために、従来の手続きでは、計測ヘッドの位置
のサンプル管路の吸引開口の中あるいは近傍に適当な校
正気体を、風船を使用して手で供給し、ついで、上記校
正気体を分析装置に流入させる観測時間から、計測ヘッ
ドと分析装置との間のサンプル管路を通して気体の通過
時間を測定するものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、一方では、校正気体を手によっである量
供給する時間が正確に測定されることができず、あるい
は、分析装置の読みと正確に関連付けることができない
ばかりでなく、他方では、とくに、通過時間が一定でな
いことから、この校正は正確ではない。事実、上記の通
過時間はあらゆる種類の環境条件に左右され、温度が主
なものであるが、大気圧と、例えば、分析される気体の
湿度も影響する。故に、２．３秒の周期で成分が変化す
る気体の計測を実施することは、非常に不正確であるか
ら、そのような計測は従来は不可能であったということ
ができる。本発明の目的はこの問題に解決を与えること
である。

［課題を解決するための手段］ この目的のために、本発明による方法は基本的には、流
速と成分との関連を実質的に連続して測定するために、
一連の校正気体のインパルスを装置から発生させ、これ
を使用して、気体の平均的通過時間を測定することを要
旨とし、そのための技術的手段はとくに、校正気体の一
連のインパルスを装置から供給し、それを使用して、そ
の瞬間に局部的に支配的な条件下での気体の平均的通過
時間を測定することを特徴とし、併せて、この方法に使
用する連続測定のための装置は、上記計測ヘッドが計測
すべき気体の流速を時間の関数として連続的に測定する
ための容積変換器または類似の計器を備えており、分析
装置が計測ヘッドを分析器に接続するサンプル管路が接
続された吸引ポンプを備えているものにおいて、分析装
置内に設けた校正気体の供給源と、校正気体管路および
上記校正気体管路をサンプル管路に吸引開口から近距離
位置で計測ヘッドと接続する接続部と、校正気体の供給
源を加圧下におき、または加圧下に維持する手段と１校
正気体のインパルスを注入するために校正気体管路内の
弁を周期的に開く手段と。

土器校正気体のインパルスがサンプル管路内を通過する
ときの通過時間の測定手段を有することを特徴とするも
のである。

［作　用］ このようにして、装置から校正気体のインパルスを供給
することを制御することによって１時間の測定が高い精
度で可能になり、その時点で各パルスが再び装置に記録
される。なにか雑音現象があっても一連の校正気体のイ
ンパルスについて均すことによって、消去することがで
きる。こうして、一連の計測の平均化が、校正の精度を
高めるために実行されるが、もちろん、環境の変化の影
響を除去するためではない。逆に、本発明の考え方によ
って、もし環境の変化が起った疑いがあれば、または、
純粋にそのような変化が起らなかったことを確かめるた
めに、高い頻度で更新した校正をすることはきわめて容
易である。

校正気体の選択は装置内の分析施設によって決定するこ
とができる。もし当該装置が、例えば、二酸化炭素の含
有量の分析に適していれば、二酸化炭素を校正気体とし
て使用することができる。

分析すべき気体の水分含有度は、通過時間に比較的大き
な影響を持つものである。このことはとくに、よくある
ように、分析すべき気体は実質的に水蒸気で飽和してい
るときに該当する。冷却、従って、凝縮がサンプルホー
ス内でおこる。これによってサンプル管路の抵抗が変化
し、それによってサンプル抽出点から分析器までの通過
時間もまた変化する。

この問題を克服するために１本発明の装置は、サンプル
管路を少なくとも長さの一部にわたって、水蒸気が透過
可能な材料で製作するように設計するのが望ましい。

もしサンプル管路のこの部分が十分長ければ、相対湿度
が凝縮敷居値以下に下がってもよいことになり、上記の
通過時間の変化を防止することができる。

［実施例］ 本発明を付図を参照して以下に説明する。

分析装置１は参照番号２で示す実際の気体分析器を包含
し、分析器２は吸引ポンプ３を備えている。後者はサン
プル管路４を通して、矢印Ｐ１で示すように、全体を５
で示す計測ヘッドから常に気体を吸引する。分析される
気体は、矢印Ｐ２の方向に上記計測ヘッドに入り、矢印
Ｐ３の方向に出て行く。計測ヘットの流路内には気体の
通過を測定するための容積転換器のような計器６を収容
している。

この分析装置はまた圧縮校正気体の貯蔵、供給源となる
タンク７を含んでいる。この気体は弁８によって校正気
体管路９に供給され、管路９にはそこを通過する校正気
体の量を正確に測定するための流動抵抗器１０を介在さ
せである。この校正気体は矢印Ｐ４の方向に流れる。こ
の校正気体管路９は、計測ヘッド５に設けたサンプル管
路４の吸引開口の近くの１１で示された位置で上記サン
プル管路４に接続されている。

全体を１２で示す電子制御装置の制御のもとで、弁８は
周期的に開閉され、従って５校正気体のパルスを発し、
パルスは点１１でサンプル管路４に入り、ついで再び分
析器２に到達する。従って、校正気体の各パルスの分析
器２への到達時刻は、再び電子装置１２に戻され、こう
して、点１１から分析器の入口までの通過時間が確定さ
れる。

例えば、各継続時間を１秒とし、間隔を１秒とすれば、
校正気体の一連の１０個のインパルスを作動させること
ができる。このとき、第１と第２のインパルスは、校正
気体で管路９を洗浄するだけに使用し、第３から第１０
までのパルスを計測に使用する。

第２図はサンプル管路４と校正気体管路９との組み合わ
せの特定の具体例を示す。接続部材１３は、以下で説明
するホースが容易に取付けられるように折曲しである。

１４の部分は僅かに外側に細めてあり、計測ヘッド内の
開口に容易に挿入されるようになっている。この接続部
材は軸方向の孔１５を有している。

実施例に示された他の部分１６は、１４の部分と約１３
５度の角度をなし、２つの長手方向の孔１７．１８を有
している。図で見られるように、部分１４と１６との間
に角度を持たせた結果、上記の２つの孔は孔１５と接続
することができる。

可撓性の薄いチューブ１９が、ある距離にわたって孔１
８内に挿入され、例えば、接着で固定されている。この
チューブは水蒸気を透過させる材料で製作され、安定ホ
ースとして役立っている。

もう一つの可撓性のチューブ２０はチューブ１９のよう
には孔１７内に直接挿入されず、例えば、金属製でまた
接続部材を超えである距離突出する短い管部分２１が２
１″のように孔１７内に挿入され、チューブ材料２０に
嵌挿するか、接着も可能に使用されるようになっている
。このチューブは校正気体の管路となるものである。

チューブ１９と２０とは、対比的になるように、同様に
２つの平行な長手方向の孔２３と２４を有する連結部材
２２に固定されている。可撓性のチューブ１９の端部１
９′は孔２３内に、ある距離だけ挿入されている。他の
側ではその孔内に短い金属管２５も挿入され、その一部
に可撓性のチューブ２６が連結部材２２から突出して嵌
挿されている。連結部材２２の孔２４は図中の下方の孔
であり、金属管２７を有して連結部材２２の両側に突出
している。チューブ２０の端部２０′が金属管２７の一
方で嵌挿しである。他方の端部では可撓性のチューブ２
８がこの金属管２７に嵌挿しである。

接続部材１３と連結部材２２との間のチューブ１９と２
０の部分は、共通のスリーブ２９によって覆われており
、このスリーブは一方では接続部材１３の縮径部分３０
に嵌挿され、他方では連結部材２２の縮径部分３１に嵌
挿されている。スリーブ２９はチューブ１９と２０をま
とめて保持するものであるが、もちろん、チューブ２０
がその機能を満たすことができるように、織布材のよう
な透過性材料で製作しなければならない。最後に、短い
カバー管３２と３３とが、接続部材１３または連結部材
２２の接続点の上の同じ点に嵌挿してあり、チューブ１
９と２０と、接続部材１３と連結部材２２の間の接続を
安定させている。

接続部材１３と連結部材２２との間のチューブ１９と２
０の部分の長さは、サンプル気体の水分含有度を、水蒸
気に対して透過性のチューブ１９を使用して凝縮の敷居
値以下に減少させるのに必要な長さによって決定される
。従って、チューブ２６と２８は、計測ヘッド５と分析
装置１との間の残りの距離をつないでいる。これらのチ
ューブ２６と２８はまた、断面において８字形になるよ
うに、全長にわたって相互に接続してもよい。

本発明で達成される効果をよりよく理解するために、本
実施例では、計測ヘッド５と分析袋Ｍ１との間のサンプ
ル管路４の長さは約１．８ｍである。吸引ポンプは毎分
２００ないし２５０ｍｆｆ１の分析用気体を上記サンプ
ル管路を通じて計測ヘッド５から引き出す。従って、通
過時間は約１秒である。２ないし３秒の周期で変動する
成分において、気体の成分と通過した気体の容積との間
の関連を連続して確定するためには、サンプル管路４を
通過するサンプル気体の通過時間を５秒以内に知らなけ
ればならない。

このことは原則的には、校正気体の一連の１０個のイン
パルスが送り出されれば、弁８は常に１秒間間いて１秒
間閉じるようにして達成することができる。このサンプ
ル気体の注入は毎分１００ないし１５０ｍ＃の流速で行
うことができる。すでに述べたように、サンプル管路４
の長さが１．８ｍのときには通過時間は約１秒である。

水分安定器が無いときには、凝縮の結果として通過時間
は１００ミリ秒に変更することができ、従って１通過時
間の値は約１０％である。上記の実施例では、湿度に影
響されない一定の通過時間を維持するには湿度安定ホー
ス↓９の長さとしては約４００で十分であることが分か
った。

最後に、本発明の考え方を人の呼吸空気の分析用の装置
に適用するに際しては、計測ヘッド５は、容積変換器を
内蔵したいわゆる患者用マウスピースであることが指摘
される。第１図の矢印Ｐ２、Ｐ３に従って常に同一方向
に流れる、例えば、煙道のガスの分析の場合と違って、
患者のマウスピースでは２方向に流れる。すなわち、吐
気の間には、矢印Ｐ２、Ｐ３が流れの方向を示すが、吸
気のときには流れの方向は逆向きになる。

［発明の効果コ 本発明は、上記のような考え方に従って構成され、流速
と成分との関連を実質的に連続して測定するために、一
連の校正気体のインパルスを装置から発生させ、その瞬
間に局部的に支配的な条件下での気体の平均的通過時間
を測定するものであるから、これを制御することによっ
て、時間の測定が高い精度で可能になり、その時点で各
パルスが再び装置に記録される。なにか雑音現象があっ
ても一連の校正気体のインパルスについて均すことによ
って、消去することができる。

本発明の考え方によれば、もし環境の変化が起った疑い
があれば、または、純粋にそのような変化が起らなかっ
たことを確かめるために、高い頻度で更新した校正をす
ることはきわめて容易である。こうして、従来技術では
校正気体を供給する時間が正確に測定されることができ
ず、あるいは、分析装置の読みと正確に関連付けること
ができず、通過時間が一定でないことから、この校正が
正確でなかった点が改善される。さらに、上記の通過時
間は、温度、大気圧や、分析される気体の湿度等の環境
条件に左右されずに、２．３秒の周期で成分が変化する
ような気体の計測を非常に正確に実施することができる
。

また、計測ヘッドが、検査をうける患者がそれを通して
呼吸する管の一部であるときには、分析装置は酸素と二
酸化炭素の濃度の測定用に設計される。従って、本発明
によれば、各吸気と吐気の間で、これらの二気体の濃度
と呼吸で出入する容積の間の関連を正確に確定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本装置のダイ
アグラムをしめし、第２図は、一部を長手方向の断面で
示す、計測ヘッドと分析装置の間の二重接続ホースを示
す。 １・・分析装置、２・・・気体分析器、３・・・吸引ポ
ンプ、４・サンプル管路、５・・・計測ヘッド、６・・
・容積変換器、７・・・供給源、タンク、８・・・弁、
９・・・校正気体管路、１１・・・接続部、１２・・・
電子制御装置、１３・・接続部材、１５・・・孔、１７
．１８・・・２つの孔、工９．２０・・・チューブ、２
１・・・管部分、２２・・連結部材、２３．２４・・・
２つの孔、２５．２７・金属管、２６．２８　・チュー
ブ、２９・・・スリーブ、Ｐ１〜４　矢印。 ｉニミ７、−Ｊ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計測すべき気体の流速を時間の関数として測定する
   のに使用する計測ヘッドを使用し、一方、この成分が、
   計測ヘッドから離れて位置し、吸引ポンプを使用して気
   体が引き出されるサンプル管路によって計測ヘッドに接
   続されている分析装置を使用して分析され、校正気体が
   計測ヘッドの位置のサンプル管路路の吸引開口の中ある
   いは近傍の点でサンプル管路に供給されて気体の通過時
   間が測定され、上記通過時間を使用して、流速と成分と
   の間の関連を測定する間に、相の遷移が導入されるよう
   な気体の成分の連続分析のための方法において、流速と
   成分との関連を実質的に連続して測定するために、一連
   の校正気体のインパルスを装置から供給し、それを使用
   して、その瞬間に局部的に支配的な条件下での気体の平
   均的通過時間を測定することを特徴とする気体の成分の
   連続分析のための方法。 ２、分析すべき気体の供給源に接続される計測ヘッド（
   ５）と、気体の成分を測定するための分析装置（１）と
   を包含し、上記計測ヘッドは、計測すべき気体の流速を
   時間の関数として連続的に測定するための容積変換器（
   ６）または類似の計器を備えており、分析装置は、計測
   ヘッド（５）を分析器（２）に接続するサンプル管路（
   ４）が接続された吸引ポンプ（３）を備えているものに
   おいて、分析装置（１）内に設けた校正気体の供給源（
   ７）と、校正気体管路（９）および上記校正気体管路（
   ９）をサンプル管路（４）に吸引開口から近距離位置に
   計測ヘッド（５）と接続する接続部と、校正気体の供給
   源（７）を加圧下におき、または加圧下に維持する手段
   と、校正気体のインパルスを注入するために校正気体管
   路内の弁（８）を周期的に開く手段と、上記校正気体の
   インパルスがサンプル管路（４）内を通過するときの通
   過時間の測定手段（１２）を有することを特徴とする気
   体の成分の連続分析のための装置。 ３、一側では１本の孔（１５）を有し、他側では２つの
   孔（１７、１８）に分割している接続部材（１３）を含
   むことを特徴とする請求項２記載の気体の成分の連続分
   析のための装置。 ４、接続部材（１３）は折曲形成されており、折曲部の
   一側の部分（１６）内の２つの孔（１７、１８）は、折
   曲部の他側の部分（１４）内の単独の孔（１５）に達し
   ていることを特徴とする請求項２または３に記載のに記
   載の気体の成分の連続分析のための装置。 ５、サンプル管路の部分（２６、１９）は、少なくとも
   その長さの一部（１９）に沿って水蒸気に対して透過性
   の材料で製作されていることを特徴とする請求項２ない
   し４に記載の気体の成分の連続分析のための装置。 ６、人の呼吸空気の分析のために設計されていることを
   特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の気
   体の成分の連続分析のための装置。