JPH04203958A - ガス濃度測定方法及びその装置 - 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】 この発明は、被測定気体のガス濃度測定方法とその測定
装置、特に石油等の可燃性ガスに好適な濃度測定方法及
びその装置に関する。

【東り韮Ｉ 空気中に含まれる可燃性ガスの濃度測定は、通常、接触
燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサを用いた測定装
置で行われている。これらのガスセンサは１００℃から
５００℃の温度に昇温しで使用される。例えば、実開昭
５９−１０９９５４号が開示するエチルアルコール等の
揮発性成分測定に気液平衡を利用するガス濃度測定装置
では、ガス検出素子に金属酸化物半導体センサが用いら
れ、ガス濃度の測定ではガスセンサを加熱して使用する
。

１　　　゛ ところで、上記ガスセンサを用いるガス濃度測定装置で
は、ガスセンサを所定の温度に上昇させるため、これが
可燃性ガスを着火させる発火源となることがある。その
ため、測定ガスの濃度が爆発限界範囲内の可燃性ガスで
は、発火防止手段を講じなければならないし、ガスセン
サ自体が発火源となる可能性があるので、防爆構造が必
要となり、寸法・重量面で問題があった。

また、ガスセンサ自体の汚れ等で安定な測定が得られ難
く、常に補正の必要が生じたりするなどで長時間の使用
には信頼性を欠くという実用上の欠点があった。

従って、本発明は上記欠点を除去するために提案され、
新規且つ改良されたガス濃度測定方法及びその装置の提
供を目的とするものである。

この発明によれば、可燃性ガスを含む空気等の被測定気
体を冷却させ、その飽和温度以下の過飽和濃度時に発生
する可燃性ガスのミスト或いは露結により測定通気路内
に用意した粗面化面を有する基板検知窓を濡らし、濡れ
状態を光の透過または反射度合によって光学的に検出し
、濡れ状態生成時の冷却温度からガス濃度を算出する測
定方法が提案される。

また、被測定気体の測定通気路内に内面を粗面化したガ
ラス等の透光部材検知窓と、この検知窓に接触する気体
を冷却する温度制御手段と、検知窓の透光部材基板が濡
れ状態に変化するときに生ずる透過または反射度合の増
減を光学的に検出する光センサと、冷却温度と被測定気
体の飽和蒸気圧からその気体濃度を算出する演算手段と
を具備するガス濃度測定装置を開示する。ここで、粗面
化面を形成する検知窓は具体的にガラスやプラスチック
の透明基板がよく、その透過率や反射率を利用する。

更に、反射率利用においては、鏡面反射板の使用も有効
である。特に、温度制御手段は異種の金属の接点に電流
を流すと接点で熱の吸収または発熱が起こる現象を利用
したペルチェ効果素子の使用が望ましい。

一方、本発明によれば可燃性ガスを含む空気に対する安
全濃度装置として、その引火点以下の温度に維持し、こ
の温度において可燃性ガスがミストまたは露結化しない
状態を光センサにより判定するガス濃度測定装置が提供
される。

本発明の測定方式は冷却した粗面化基板上に被測定気体
を接触させるので、従来のようにガスセンサを使用しな
くてよい。すなおち、ガスセンサに代えて光センサを用
い、被測定気体の通気経路外に配置して光学的変化点を
検出し、被測定気体の飽和蒸気圧温度を測定するので、
安全かつ信頼性の高いガス濃度測定方法とガス濃度測定
装置を提供する。

作Ｉ 空気中に含まれるうる最大の可燃性ガスは、−定温度で
は一定圧力を示し、こわを飽和濃度と呼ぶ。すなわち、
液相気相が熱平衡にあって共存しているときの飽和蒸気
圧は、被測定ガスの種類と温度によって特定される。高
温であればその濃度は高く、低温であれば低い。それゆ
え、被測定気体は測定通気経路内を通過中に外部から冷
却手段により冷却されると、所定の温度で飽和状態とな
リ、それ以下の過飽和状態で被測定気体はミストを生成
して浮遊したり露結を生じたりする。このミストや露結
の発生時の通気経路内の気体温度を測定すれば、これに
よりガス濃度を算出することがでる。

本発明はミストや露結の発生検出手段として、通気経路
内に被測定気体が接触する粗面化面を形成したガラスや
プラスチック等の基板を用意して検知窓とした。この検
知窓は濡れた状態で基板の透過度合や反射度合を変える
。例えば、スリガラスの乾き状態と濡れ状態の違いであ
り、この作用を利用して光センサでミストや露結の生成
時をとらえ、その温度を測りガス濃度を算出する。

一方、可燃性ガスの濃度測定において、ガス爆発限界以
下の安全濃度であることを判定する必要がある。この場
合、爆発下限界濃度は引火点温度における飽和蒸気圧に
等しい。この温度に制御して可燃性ガスがミストや露結
を生じなければ爆発下限界以下の安全濃度と考えてよく
、ガス濃度換算なしに、安全濃度の判定を達成する。

更に、可燃性ガスが通気経路内を通過中、管路内に設け
た粗面化接触面を有する基板を冷却し、可燃性ガスをこ
こに凝縮させた時、基板の表面温度を測定して、特定ガ
スの濃度換算をすることができる。すなわち、被測定気
体の可燃性ガスが粗面化したガラス基板に凝縮すれば基
板はより透明化し、この背後に設けた鏡面反射板の反射
強度はより増大し、これらの変化を光センサにより検知
することができる。

同様に安全濃度測定では、鏡面反射板を可燃性ガスの引
火点温度よりやや低い温度に制御し、その温度において
可燃性ガスが凝縮しなければ爆発下限界以下の安全濃度
と判定される。

支Ｊｕｌ 以下、この発明の実施例について図面を参照しつつ詳述
する。

第１図はこの発明に係るガス濃度測定装置の要部を示し
、例えば、ドライクリーニング装置における石油系溶剤
の可燃性ガス濃度の安全状態を検知するガス濃度測定装
置として用いる場合、可燃性ガスを含む空気１０を溶剤
蒸気の循環系の一部よりサンプリングして通気管１１内
に供給するガス濃度測定装置である。この装置は通気管
１１とその所定部分を外部より冷却する温度制御手段１
２と通気管１１の一部に設けた粗面化面１３を有する基
板から成る検知窓１４及びこの検知窓の光学的変化を検
出する発光素子１５と受光素子１６から成る光センサを
具備する。温度制御手段１２は、例えば、水などの冷却
媒体の流入口１７と流出口１８を有し、温度センサ１９
を備えている。検知窓１４が冷却され所定の可燃性ガス
飽和温度またはそれ以下になるとミスト２０が生成した
り露結する。

ミスト２０は温度制御手段１２近傍に設けた検知窓１４
の粗面化面１３す濡れ状態にする。この検知窓１４に被
測定用可燃性ガスを含んだ空気１０が通過し、内側粗面
化内面上にミスト２０が付着して濡らされると透明化し
透過率が増大する。尚、検知窓１４はその一方は粗面化
しない透明ガラス基板で良い。

検知窓１４を挟んだ通気管１１の管路外方にＬＥＤ等の
発光素子１５とフォトダイオード等の受光素子１６が対
向して配置され、検知窓１４のミスト２０や露結の生成
による濡れ状態が知らされる。また、検知窓１４の近辺
の通気管路内に配置し、気体温度を測定する白金測温抵
抗体等の温度センサ１９は、受光素子１６がミスト２０
等による濡れ発生を知らせるときの温度を測定し、演算
部により溶剤便覧に示される溶剤気体とその飽和蒸気圧
の対照表を記憶した素子とＣＰＵを用いてガス濃度を算
出・表示する。

第２図乃至第４図は、第１図における検知窓１４の具体
例とその変形例を要部拡大して示す。ｊ［２図は透過型
光センサを用いた第１図の検知窓１４で基板の一方は粗
面化面１３を有するガラス基板２１、他方は透明なガラ
ス基板２２から成る。この場合。

両ガラス基板に粗面化面を形成しても良い。

第３図は鏡面反射板２３を対向側に配置して反射型光セ
ンサを用いた変形例で、光センサの発光及び受光素子が
同一側に配置できる。尚、同一部分には同一の符号を示
して詳細な説明は省略する。

第４図は拡散反射型光センサを用いた他の変形例で、実
線矢印は光の透過状態を点線は散乱反射状態を示す。こ
の場合、第３図に示す反射板２３を用いずに検出器の光
センサ配置を同一側にすることができる。また、検知窓
１４は内面に粗面化面１３を有する透過ガラス基板２１
のみでよく、他方のガラス基板２２は設けなくてもよい
。

第５図は第１図に示すガス濃度測定装置の回路配置ブロ
ック図である。測定装置は測定するサンプリング気体１
０を流通させる通気管１１、冷却用の温度制御手段１２
、発光素子１５と受光素子１６の光センサ、及び温度セ
ンサ１９と共に被測定気体を通気管１１へ供給するポン
プ等の気体供給手段２５及び各手段の電気的入出力を制
御するＣＰＵマイコン制御部２６と演算部２７及びガス
濃度結果を示す表示部２８を備えて構成される。

第６図は本発明の測定装置による測定手順を示すフロー
チャートであり、実施例の動作を説明する。先ず、光セ
ンサの発光素子と受光素子及び温度制御手段の温度セン
サを作動する電源スィッチを入れる。次いで、被測定気
体の供給手段を作動して検出用通気管に可燃性ガスを含
む空気を流し入れる。外部から冷却するために温度制御
手段を作動して通気管内の被測定気体を冷却する。所定
の飽和温度で可燃性ガスはミストまたは露結化し検知窓
１４の基板の粗面化面１３上に凝縮付着する。

濡れ状態の検知窓は透過度が変わり光センサの受光素子
がＯＮ信号を発するが、この信号が発せられない場合は
繰返し冷却作動が続けられる。

受光信号が発生の場合、その時の温度が温度センサで測
られ、この温度をもって予め記憶された各種ガスの所定
の飽和蒸気圧温度と濃度関係からガス濃度が演算部で算
出され、測定結果がガス濃度として表示される。

第７図及び第８図は本発明の他の実施例のガス濃度測定
装置である。この装置において、被測定気体の可燃性ガ
ス３０は、通気管３１を通過中にペルチェ素子の温度制
御手段３２により冷却される。

詳しくは、通気管３１には内面に粗面化面３３を形成し
たガラス基板４１とその裏面に配置した金属鏡面反射板
３７から成る検知窓３４があり、これらが温度制御手段
３２により冷却されると可燃性ガスが粗面化面３３上で
露結・凝縮してガラス基板４１を濡らす。この濡れ状態
は、ガラス基板４１と鏡面反射板３７の検知窓３４に対
向して位置する測定窓３８を介し発光素子３５と受光素
子３６から成る光センサで確認される。すなわち、ガラ
ス基板４１の濡れによる検知窓３４の透過度増大と鏡面
反射板３５の反射度増加が同一側に配置の光センサによ
り検知される。

鏡面反射板３７は、第８図に示すように、その−部に表
面温度計３９が埋設され、受光素子３６が可燃性ガスの
凝縮化を知らせた時の温度を計測し、制御演算部により
ガス濃度として算出表示される。

この装置の主要ブロックと測定手順は、第５図及び第６
図と同様であるが、第５図の演算部２７は温度比較部、
濃度表示部２８は危険表示部とした安全判定用濃度測定
装置とすることもできる。

動作において、発光素子と受光素子の光センサ及び温度
センサの電源スィッチを入れて動作開始する。被測定気
体の供給手段を作動すると通気管内に被測定用可燃性ガ
スが流れる。次に、電気的制御が容易なペルチェ素子の
冷却用温度制御手段を作動してガラス基板と反射板を冷
却する。冷却温度が所定以下になると可燃性ガスが凝縮
し、ガラス基板が透明度を増す。この変化が光センサで
検知され、その時の表面温度と共にマイコン制御演算部
でガス濃度として算出し表示される。

第９図は上記実施例のフローチャートであり、ガス濃度
安全検知装置を示す。作動に際し、光センサと温度セン
サがＯＮされる。次いで、被測定気体の供給手段が働き
可燃性ガスが通気管管路内に供給し、ペルチェ素子の温
度制御手段で冷却する。安全検知の場合、基板と反射板
は可燃性ガスの引火点温度より少し低い温度に維持する
ように制御する。この状態で光センサの受光素子がＯＮ
信号を発生しなければ、基板が濡れ状態になく、安全を
示す。逆に受光素子がＯＮ信号を発すれば可燃性ガスは
爆発下限濃度に近すいており、危険信号と危険表示をす
る。

発」「の」Ｅ果 上記実施例で詳述するように、本発明のガス濃度測定方
法及び測定装置は、構造が簡素化され、安全性と信頼性
の高い。すなわち、従来のガスセンサのように加熱した
センサ素子に直接可燃性ガスを触れさせることがないの
で、ガス爆発の危険がない。また、センサ素子は光セン
サを用い測定気体の通気経路外部で検出する。従って、
精度は極めて高く、信頼性のおける安全な測定方法及び
装置を提供する。

本発明は、可燃性ガス濃度の爆発下限界濃度の安全領域
を測定表示することが容易である。すなわち、気体供給
経路内を極めて都合よく引火点または引火点温度以下の
所定温度に維持し、その状態で光センサの動作確認を可
能にする。従って、濃度測定とは別に安全性を確認でき
、極めて信頼度の高い実用的安全濃度検知装置を提供す
る。

更に、温度制御手段は、ドライクリーニング装置のよう
に加熱・冷却工程を含む処理の場合はこれに付属する温
度制御媒体をそのまま利用することができるし、測定装
置の携帯用にはペルチェ素子を用いて電気的制御で簡素
化を図ることができる。このように、本発明は工業的価
値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス濃度測定装置の実施例の要部断面
図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図は第２図の変
形例の要部拡大図、第４図は同じく他の変形例の拡大図
、第５図は第１図の回路ブロック図、第６図は同じく測
定手順を示すフローチャート、第７図は本発明の他の実
施例の要部新面図、第８図は第７図の部分拡大図、及び
第９図は第８図のフローチャートを示す。 １０．３０−−一被測定気体　　　１１．３１−−一通
気管１２．３２−ｍ−温度制御手段　　１３．３３−−
一粗面化面１４．３４−一一検知窓　　　　　１５．３
５−ｍ−発光素子１６．３６−−−受光素子　　　　１
９．３９−−一温度センサ２１．４１−−一基板 特許出願人　株式会社　センサーチック１１１１図 第２図 ＠３図 ＠　４　図 第　　５　　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定気体を粗面化した基板に接触させ、その飽
   和蒸気圧温度に冷却し、生成したミストや露結による前
   記基板の濡れ状態を光学的特性変化により検知して、冷
   却した温度から気体濃度を算出することを特徴とするガ
   ス濃度測定方法。
2. （２）前記被測定気体が可燃性ガスを含む空気であり、
   前記基板が透光性部材であってその濡れ状態を光センサ
   により透過率または反射率として検知する特許請求の範
   囲第１項に記載するガス濃度測定方法。
3. （３）前記被測定気体を引火点以下の温度に維持し、こ
   の温度において前記可燃性ガスがミストまたは露結化し
   ない状態を前記光センサにより検知して安全性を判定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のガス
   濃度測定方法。
4. （４）被測定気体の通気路の内面を粗面化した検知窓と
   、前記通気路で気体をミストまたは露結させる温度に冷
   却する温度調節手段と、前記粗面化内面の濡れ状態を反
   射または透過度合の光学的変化により検知する光学セン
   サと、光学的変化を生じた冷却温度から気体濃度を算出
   する演算手段とを具備するガス濃度測定装置。
5. （５）前記温度調節手段が電気的制御のできるペルチェ
   効果素子である特許請求の範囲第４項に記載のガス濃度
   測定装置。
6. （６）可燃性ガスが接触する内面に粗面化面を有する気
   体容器基板を含む検知窓と、前記粗面化面の光学的特性
   を検知する発光及び受光素子を含む光センサと、前記基
   板を冷却・加熱する温度制御手段と、前記粗面化面の濡
   れ状態を前記光センサで検知したときの温度を測る温度
   センサと、濡れ状態変化時の温度からガス濃度を算出す
   る演算手段とを具備するガス濃度測定装置。