JPH04218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、水分分析計に関する。さらに詳し
くは、ガス中の微量水分量を効率良くかつ精度良
く測定でき、各種化学工業における湿度制御や監
視用あるいは品質管理用等として有用な水分分析
計に関する。

(ロ) 従来技術 従来から、振動子形、抵抗形等の種々の湿度セ
ンサーが水分分析計に用いられている。このよう
な水分分析計における測定値の精度や確度は、湿
度センサー自体の性能と分析時の較正の正確さに
大きく左右されるものであり、ことに較正の正確
さによつて大きく影響されるものである。従来か
ような水分分析計の較正方法としてパーミエーシ
ヨン法による標準ガス、すなわち既知濃度の水蒸
気を含有するガスを水分分析計に供給する方法が
知られている。このパーミエーシヨン法とは、テ
フロン等の水蒸気透過性膜を介して水又は水蒸気
貯留槽から乾燥ガス中に水蒸気を透過させて標準
ガスを発生させる方法であり、かようなエレメン
トからなる標準ガス発生装置を内蔵した水分分析
計も提案されている。

しかし、従来の標準ガス発生装置を内蔵した水
分分析計では、湿度センサーを含む湿度測定部と
標準ガス発生部とは、別個のモジユールとして分
離構成されており、さらにこれらは別々に温調さ
れていた。従つて、装置構造が大きいという欠点
があつた。また、水分測定において最も困難な問
題の一つにガス配管の長さによつて応答が影響さ
れる（水分が配管内壁に吸着され易いことから配
管が長い場合には応答が遅れ易くなる）点がある
が、従来の標準ガス発生装置内蔵の水分分析計で
は、前記のごとく標準ガス発生部と湿度測定部と
が分離構成されているため、その間を接続する配
管は比較的長くなり、標準ガスの応答が遅れ易く
較正時間が長くかかるという欠点があつた。こと
に、標準ガス（通常ゼロガス）と試料ガスとをあ
る一定周期の下に交互に湿度測定セル中に導入し
てその応答の変化を検知する方法（レート法）が
微量水分の測定方法として用いられているが、こ
の場合標準ガスの応答性が分析精度に大きく影響
するため、できるだけその応答性を速めることが
望まれていた。

(ハ) 発明の目的 この発明は、上記のごとき従来の問題点に鑑み
なされたもので、分析精度が向上された標準ガス
発生装置内蔵形水分分析計を得ることを一つの目
的とするものである。

(ニ) 発明の構成 かくしてこの発明によれば、試料ガス導入路と
湿度センサーを内蔵する湿度測定セルとを備えた
湿度測定部の周囲に、該湿度測定セルにガス接続
できるコイル状のパーミエーシヨンチユーブ及び
それに対応する水又は水蒸気貯留槽を配置してパ
ーミエーシヨン式標準ガス発生部を一体構成して
なり、かつこれらを同時に温調しうる温調手段を
付設したことを特徴とする水分分析計が提供され
る。

(ホ) 実施例 以下、図面に示した実施例によりこの発明を詳
説する。

図に示す１はこの発明の水分分析形の一実施例
を示す断面図を含む構成説明図である。図におい
て水分分析計１は試料ガス導入路２１と湿度セン
サーを内蔵する湿度測定セル２２とを備えた湿度
測定部２と、コイル状のパーミエーシヨンチユー
ブ３１及びそれに対応する円筒状の水貯留槽３２
からなるパーミエーシヨン式標準ガス発生部３
と、さらに湿度測定部２及び標準ガス発生部２と
を同時に温調しうるヒーター４とから基本的に構
成されてなる。そして、上記パーミエーシヨンチ
ユーブ３１は第２図に示されるように湿度測定部
２の外周に沿つて該測定部２を囲続する様にコイ
ル状に構成されており、それにより湿度測定部２
と標準ガス発生部３とが一体構成されこれらの外
周に付設されたヒーター４により同一温度条件
（通常、45〜60℃）に設定できるよう配慮されて
いる。なお、図中、２３はガス流路切替用の電磁
バルブ、２４は保温材を含む湿度測定部ケース、
２５は発振器やアンプ類を含む回路、３３は標準
ガス作製用窒素ガス供給路、５はヒーターや温度
調整器を含む外側ケースをそれぞれ示す。

かかる構成の水分分析計は、湿度測定部と標準
ガス発生部とが一体にかつ空間効率良く構成され
ているため、従来の標準ガス発生装置内蔵形のも
のに比して、装置構造が小さく有利であり、湿度
測定部と標準ガス発生部との配管も効率良く減少
されているため応答性も優れており、ことにレー
ト法による微量水分測定時における分析精度は顕
著に改善されたものである。さらに、これらのモ
ジユール間の温調誤差も生じずかつ標準ガス発生
部の水貯留槽が熱的バツフアーとしても働くため
周囲環境の温度変化によつても影響を受け難く熱
的安定性が優れており実際の測定においても好都
合である。

なお、この発明の一つの好ましい態様におけ
る、より詳しい構成を第４図に示した。図中、破
線で囲む部分が第１図に対応するこの発明の水分
分析計であり、ヒーター４により各モジユールが
それぞれ同時に温調されている。図において、試
料ガスはガス管７から導入されフイルター９で除
塵された後ニードル弁で流量調整されつつ、各電
磁弁に制御され、流路Ｑを通じて湿度測定セル２
２へ又はバイパスＡへ流れる。温度測定セル中
は、圧電素子と感湿膜２２２からなる湿度センサ
２２１が内蔵されている。一方、標準ガスはガス
管６から導入され、乾燥器８で除湿された後、フ
イルター９で除塵され流量調整されつつ各電磁弁
に制御され、セル２２及びバイパスＢに直接接続
される流路又はコイル状パーミエーシヨンチユー
ブ３１やバイパスB′に接続する流路に導びかれ
る。すなわち、ゼロガスは経路Ｐから、較正用の
標準ガス及び試料ガスは経路Ｑから湿度測定セル
に導入されることになり、これらは各バイパスと
電磁弁の作用により共雑導入されることはない。
また、パーミエーシヨンチユーブ３１の中央には
分岐路３１１が設定されており、適宜低湿度の別
の標準ガスを発生供給しうるように構成されてい
る。なお、２２は対照用の湿度測定セルブランク
であり、セル中にゼロガス（乾燥ガス）が密閉導
入されている以外、セル２２と同様な湿度センサ
ー２２２を内蔵している。また、１０はガス排出
ポンプを示す。

上記構成においてレート法による測定の際、試
料ガスと所定の標準ガスとが交互にセル２２中に
導入される。湿度測定セルの出力は、標準ガスこ
とにゼロガスが流れた時fd、試料ガス又は較正用
の標準ガスが流れた時fsであつて、一定周波数fr
を示す対照セルの出力の差（△fs＝fr−fs又は△
fr−fs）を混合器（周波数ミキサー）で求め、演
算部で△Ｆ＝△fs−△fdが得られ、これがレコー
ダーやデイジタルデイスプレイなどで記録・表示
される。なお、frとfsは一定周期で交互にセルに
導入される時の切替時のピーク値を示し、その波
計を周期と共に第２図に例示した。

測定の際に得られるこの発明の効果は前述の通
りであり、もちろんレート法以外の測定態様にお
いても同様である。

この発明に用いる湿度測定セルにおける湿度セ
ンサーとしては、圧電素子板上に蒸着等によつて
一対の薄膜電極、例えば金や銀からなる電極を形
成し、さらにこの電極の少なくとも一方の表面に
所望の感湿膜を被覆形成したものを用いるのが好
ましい。

上記圧電素子板としては、当該分野で圧電特性
を示す物質として知られたものが種々使用可能で
あり、具体的には水晶発振子、電気石、ロツシユ
ル塩、チタン酸バリウム、酸化亜鉛等が挙げられ
る。また、薄膜電極としては導電性材料であれば
使用可能であり、具体的には金、銀等の腐食性の
少ない金属類を蒸着して用いるのが好適である。

また、感湿性能の安定性及び応答性の点から発
明者らが先に見出した湿度センサー、すなわち、
圧電素子上に、プラズマ重合高分子薄膜からなる
感湿膜を薄膜電極を介して密着形成してなる湿度
センサーを用いるのが最も好ましい。プラズマ重
合高分子薄膜としてはその表層に親水性基が導入
されたものが適当であり、プラズマ重合により得
られたポリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼ
ン共重合体、スチレン−ビニルアルコール共重合
体等のビニル芳香族系重合体やビニルアルコール
−メチルセルロース共重合体の薄膜（約0.01〜1μ
ｍ程度）の表層にスルホネート基、第四級アンモ
ニウム基、ホスホネート基等の親水性基を導入し
たものが適当である。なお、プラズマ重合条件と
しては、公知の条件を適用でき、ことに低周波プ
ラズマ重合により行なうことが高分子の構造や膜
の均一性の点好ましい。

かようなプラズマ重合高分子薄膜（親水性基と
して、ナトリウムスルホネート基を導入したプラ
ズマ重合ポリスチレン膜；厚み約１〜3μｍ）を
感湿膜として用いた圧電素子を、湿度センサーと
して用い、第２図及び第４図に示される構成から
なる水分分析計を作製し、第３図に示される周期
で試料ガス（絶対湿度3ppm）を測定した際の応
答性を比較例（湿度測定部と標準ガス発生部とを
分離構成した内蔵形水分分析計；図中破線）と共
に第５図に示した。

このようにこの発明の水分分析計においては、
湿度を検知して出力定常状態になるまでの時間が
短かく、応答性が改善されていることがわかる。

(ヘ) 発明の効果 以上述べたように、この発明の水分分析計は、
装置構造が小さく、応答性も改善されており、さ
らに熱的安定性も優れ、外部の影響も受け難いも
のである。従つて、種々の分野における湿度測定
用として有用であり、ことにレート法などを用い
て0.1ppm程度の検知感度を意図する微量水分測
定用として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の水分分析計を例示する部
分断面を含む構成説明図、第２図は、同じく要部
構成を示す説明図、第３図は、レート法による出
力周波数の波形を例示するグラフ、第４図は、こ
の発明の水分分析計の他の構成例を示す構成説明
図、第５図は、この発明の水分分析計の応答性を
比較例と共に例示するグラフである。 １……水分分析計、２……湿度測定部、３……
パーミエーシヨン式標準ガス発生部、４……ヒー
ター、２１……試料ガス導入路、２２……湿度測
定セル、３１……コイル状パーミエーシヨンチユ
ーブ、３２……水貯留槽、２２１……湿度センサ
ー、２２２……感湿膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料ガス導入路と湿度センサーを内蔵する湿
   度測定セルとを備えた湿度測定部の周囲に、該湿
   度測定セルにガス接続できるコイル状のパーミエ
   ーシヨンチユーブ及びそれに対応する水又は水蒸
   気貯留槽を配置してパーミエーシヨン式標準ガス
   発生部を一体構成してなり、かつこれらを同時に
   温調しうる温調手段を付設したことを特徴とする
   水分分析計。 ２ 湿度測定セル中に内蔵された湿度センサー
   が、親水性基を導入したプラズマ重合高分子薄膜
   を感湿膜とする圧電式湿度センサーである特許請
   求の範囲第１項記載の水分分析計。