JPH0448261A - ガスクロマトグラフ装置 - 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〕 この発明は、サンプルガスの成分を移動相と固定相との
間で物質特有の濃度平衡を次々と行わせて混合物を分離
し成分分析を行うガス分析計としてのガスクロマトグラ
フ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

石油化学プロセスや鉄鋼プロセスなどにおいてプロセス
ガスの成分分析を行い、その分析結果に基づいて各プロ
セス工程を監視したり、各種制御を行ったりするための
検出装置として、ガスクロマトグラフ装置が従来から一
般に用いられている。

第４図は従来より採用されているガスクロマトグラフ装
置の基本構成を示す概略的なブロック図であり、減圧弁
１を経て与えられるキャリアガス（ヘリウムガス、窒素
ガスなど）と計量管２中のサンプルガスとをバルブ３を
通して混合流体とし、この混合流体をカラム４内に送り
込み、このカラム４内で各ガス成分を通過速度の差とし
て分離しながらディテクタ５へ給送し、このディテクタ
５にて各ガス成分の熱伝導率を測定し、この測定した熱
伝導率に基づき各ガス成分の濃度を検出する。

なお、６は恒温槽である。

このようなガスクロマトグラフ装置において、ディテク
タ５の検出端である濃度測定用センサとしては、一般に
、フィラメント（熱′ｉａ）や発熱型サーミスタ、ＴＣ
Ｄ　（サーモコンダクティブデバイス）などが使用され
ている。すなわち、第５図に示すように、混合流体の流
通路７中にＴＣＤ　８を配置し、このＴＣＤ８へ、Ｖ＋
Ｎ／Ｒａにより決定される電流ｉを供給するものとして
いる。これによりＴＣＤ８が自己発熱し、このＴＣＤ８
に混合流体が接触して流れることにより、ＴＣＤ８の抵
抗値が変化し、この抵抗値変化をオペアンプＵ。

の出力電圧として得ることにより、混合流体に１まれる
サンプルガスの各ガス成分の熱伝導率すなわち濃度を測
定することができる。

ここで、従来においては、熱伝導率の差が太きいガス成
分を同時に測定する場合、ガス成分毎にオペアンプＵ、
の出力電圧に対しての増幅度を切り換えている。すなわ
ち、ＴＣＤ８への電流ｉの設定を変えることなく、ガス
成分に応じた所望のセンサ感度を得るべく、オペアンプ
Ｕ、の出力電圧に対して２段から３段の電圧増幅を行い
、各ガス成分の濃度を測定するものとしている。

また、ＴＣＤ８をメジャー用のセンサとし、これとは別
にリファレンス用のセンサを流通路７中に設け、これに
よりホイートストンブリッジ回路を構成し、キャリアガ
スによって住するベース電圧骨を差し引くものとしてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の感度アップ方式による
と、オペアンプＵ、の出力電圧に対しての増幅度を上げ
ると、外乱の影響が太き（なり、濃度測定精度が悪化す
る。換言すれば、濃度測定精度が悪化するため、あまり
増幅度を上げることができず、センサ感度の大きなアッ
プは望めない。

また、オペアンプＵ、の出力電圧に対する増幅度を上げ
るほど、ホイートストンプリフジ回路のブリッジバラン
スのずれが大きくでてしまい、場合によっては測定でき
ないという不具合が生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するために提案されたも
ので、発熱抵抗ＲＭとこの発熱抵抗ＲＤの上流側および
下流側に配置された上流側抵抗Ｒ。

および下流側抵抗Ｒ９とを同一基板上に薄膜状に備えて
なり熱時定数の小さいセンサを、キャリアガスとサンプ
ルガスとの混合流体の流通路中に配置し、通過速度の差
として分離されているサンプルガスの各ガス成分にマイ
クロＴＣＤがさらされる各時間帯を通知するものとし、
この通知される各ガス成分の各時間帯にあって発熱抵抗
ＲＭへの供給を流をそのガス成分に応じた所望の感度が
得られる値に制御するものとし、上流側抵抗ＲＵと下流
側抵抗Ｒゎとの抵抗値差に応じて得られる入力信号レベ
ルの内、キャリアガスにより生ずる抵抗値差に応ずるベ
ースレベルを差し引くものとしたものである。

〔作用〕

したがってこの発明によれば、各ガス成分にさらされて
いる各時間帯において、センサの発熱抵抗ＲＭへの供給
電流が、そのガス成分に応じた所望の感度が得られる値
に制御される。すなわち、マイクロＴＣＤはその熱時定
数が小さく、発熱抵抗ＲＭへの供給電流を変化させると
素早く応答するので、外乱の影響を受は難い電流制御方
式を採用して、測定精度を悪化させることなくセンサ感
度をアップせることかできる。

なお、フィラメントや発熱型サーミスタ、　　ＴＣＤな
どの従来の濃度測定用センサに対し本願と同様の電流制
御方式を通用しようとした場合、その熱時定数が大きい
ために素早い応答が得られず、実用化することは困難で
ある。

また、この発明によれば、上流側抵抗Ｒ１と下流側抵抗
Ｒ９との抵抗値差に応じて得られる入力信号レベルの内
、キャリアガスにより生ずる抵抗値差に応ずるベースレ
ベルが差し引かれるので、リファレンス用のセンサを流
通路中に設けることなく、すなわちホイートストンブリ
フジ回路を構成することなく、ガス成分に応じた信号レ
ベルのみを確実に取り出すことができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係るガスクロマトグラフ装置を詳細に説
明する。

第１図はこのガスクロマトグラフ装置の一実施例の要部
を示す概略構成図である。

このガスクロマトグラフ装置においては、流通路７にマ
イクロＴＣＤ９を配置しており、このマイクロＴＣＤ９
へ電流ｉを供給することにより、第２図にその概略構成
を示すマイクロＴＣＤ９の発熱抵抗ＲＮを自己発熱させ
るものとしている。

マイクロＴＣＤ９は、発熱抵抗ＲＭと、この発熱抵抗Ｒ
Ｍの上流側および下流側に配置された上流側抵抗ＲＵお
よび下流側抵抗Ｒゎと、温度補正用抵抗Ｒ１１とを同一
基板ＢＳ上に１膜状に備えてなり、その構造上熱時定数
が小さく、素早い応答が得られる。そして、その発熱抵
抗ＲＭを自己発熱させることにより、この発熱抵抗ＲＮ
を電流ｉに応じた規定温度とし、この規定温度にて発熱
、する発熱抵抗ＲＤに接触して混合流体が下流側抵抗Ｒ
ゎへ流されることにより、上流側抵抗ＲＥＩと下流側抵
抗Ｒ９との抵抗値に差が生じ、この抵抗値の差に応ずる
信号レベルとしてオペアンプＵ、の出力電圧Ｖａが得ら
れるものとなっている。そして、このオペアンプＵｌの
出力電圧Ｖａが、抵抗Ｒｂを介してオペアンプＵ、の反
転入力端へ与えられるものとなっている。また、オペア
ンプＵ！の非反転入力端へは、その反転入力端へ与えら
れる出力電圧Ｖａの内、キャリアガスにより生ずる上流
側抵抗Ｒｔ＋と下流側抵抗Ｒ０との抵抗値差に応ずる刻
々のベース電圧ｖｂが、ベースレベルとして減算回路１
０を介して与えられるものとなっている。

一方、マイクロＴＣＤ９への供給電流ｉは、ＣＰＵ１２
によるアナログスイッチ１１のオン・オフモードの切り
換えにより、サンプルガスの各ガス成分にさらされる各
時間帯に応じて、制御されるものとなっている。すなわ
ち、第４図に示したカラム４に送られたサンプルガスは
、充填側とガス成分の相互作用により各ガス成分の通過
速度に差を作り、ガス成分が分離されながら順次流通路
７内に送られる。例えば、サンプルガスに３つのガス成
分Ａ、Ｂ、Ｃが含まれているものとすると、第３図に示
すように、ガス成分、Ａ、Ｂ、Ｃの出現にはｔｌ、ｉ！
＋　　ｔ２なる時間差が生しる。なお、第３図において
、縦軸はガス成分の濃度（熱伝導率）を示す。したがっ
て、サンプルガスに含まれるガス成分Ａ、Ｂ、Ｃの種別
が予め分かっていることにより、ガス成分Ａ、Ｂ、Ｃに
マイクロＴＣＤ９がさらされる時間帯すなわちガス成分
が出現する時間帯を知ることができ、このガス成分の出
現する時間帯がＣＰＵ１２へ、キーボード１３を介し前
もって与えられている。そして、ＣＰＵ１２は、濃度の
高いガス成分Ａの出現する時間帯にあってはアナログス
イッチ１１のＳ、接点をオンとし、それよりも濃度の低
いガス成分Ｂの出現する時間帯にあってはＳ２接点をオ
ンとし、それよりもさらに濃度の低いガス成分Ｃの出現
する時間帯にあってはＳ１接点をオンとする。

次に、このように構成されたガスクロマトグラフ装置の
動作について説明する。なお、以下の説明では、サンプ
ルガス中に第３図に示したガス成分Ａ、Ｂ、Ｃが含まれ
ているものとし、ＣＰＵＩ２に対してこれらガス成分の
出現する時間帯が前もって与えられているものとして説
明する。

今、第１図において、マイクロＴＣＤ９がガス成分Ａに
さらされる時間帯に入ると、ＣＰＵＩ　２はアナログス
イッチ１１の３３接点をオンとする。

つまり、ＣＰＵ１２は、いくらかの余裕をもって、マイ
クロＴＣＤ９がガス成分Ａに実際にさらされる前に、ア
ナログスイッチ１１のＳ、接点をオンとする。これによ
り、抵抗Ｒｄ−抵抗Ｒ１−抵抗Ｒｚ　　Ｓ３接点−バッ
ファし、−抵抗Ｒａの経路で、マイクロＴＣＤ９へｔ流
ｉが供給され、この供給される電流値に応じた規定温度
にて発熱抵抗ＲＮが発熱する。そして、この規定温度に
て発熱する発熱抵抗ＲＭに接触してキャリアガスが下流
側抵抗Ｒゎへ流されることにより、上流側抵抗Ｒ。

と下流側抵抗Ｒ９との抵抗値に差が生じ、この抵抗値の
差に応ずる信号レベルとしてオペアンプＵ。

の出力電圧Ｖａが生ずる。この出力電圧Ｖａは抵抗Ｒｂ
を介してオペアンプＵ２の反転入力端へ与えられ、この
出力電圧ＶａＯ内から減夏回路１０を介して与えられる
ベース電圧ｖｂが差し引かれて、オペアンプＵ、の出力
は零となる。このような状況から、発熱抵抗ＲＮにガス
成分Ａが接触し始めて下流側抵抗Ｒ９へ流されると、上
流側抵抗Ｒ１と下流側抵抗Ｒ９との抵抗値にさらに差が
生し、この抵抗値の差に応じてオペアンプＵ１の出力電
圧Ｖａが変化する。したがって、このオペアンプＵ１の
出力電圧Ｖａの変化をオペアンプＵ２の零からの出力変
化として取り出すことにより、電流ｉの値に応じて定ま
る所望のセンサ感度でガス成分への正確な濃度測定が可
能となる。

次に、マイクロＴＣＤ９がガス成分Ｂにさらされる時間
帯に入ると、このガス成分Ｂに実際にさらされる前に、
ＣＰＵＩ　２はいくらかの余裕をもって、アナログスイ
ッチ１１の５２接点をオンとする。これにより、抵抗Ｒ
ｄ−抵抗ＲＩＳ　を接点−バッファＵ３−抵抗Ｒａの経
路でマイクロＴＣＤ９へ電流ｉが供給され、図示接続点
Ｐ、の電位■、が上昇する。このため、マイクロＴＣＤ
　９への供給電流ｉがそれまでの値よりも増大し７、こ
の供給電流ｉの増大に伴って発熱抵抗ＲＤでの規定温度
が上昇する。この際、マイクロＴＣＤ９は熱時定数が小
さいので、供給電流ｉの変化に素早く応答する。これに
より、キャリアガスに接触している状態でのオペアンプ
Ｕ１の出力電圧Ｖａが上昇するが、その上昇分を含んだ
ベース電圧ｖｂがＮＸ回路１０を介して与えられている
ので、オペアンプＵ、の出力は零となる。このような状
況から、発熱抵抗ＲＭにガス成分Ｂが接触し始めて下流
側抵抗Ｒ１へ流されると、上流側抵抗ＲＵと下流側抵抗
Ｒ工との抵抗値にさらに差が生じ、この抵抗価の差に応
じてオペアンプＵ１の出力電圧Ｖａが変化する。ここで
、その出力電圧Ｖａの変化量は、発熱抵抗Ｒ）Ｉでの規
定温度の上昇に応じて大きくなる。すなわち、発熱抵抗
ＲＭへの供給電流ｉの増大に応じて大きくなる。したが
って、このオペアンプＵ、の出力電圧Ｖａの変化をオペ
アンプＵ２の零からの出力変化として取り出すことによ
り、ガス成分Ａの場合よりもアップした所望のセンサ感
度でガス成分Ｂの正確な濃度測定が可能となる。

なお、本実施例においては、ガス成分Ａ、Ｂ。

ＣにマイクロＴＣＤ９がさらされる時間帯をキーボード
１３を介してＣＰＵ１２へ与えるものとしたが、マイク
ロＴＣＤ９を混合流体にさらして各ガス成分Ａ、Ｂ、Ｃ
の時間帯を自動的に測定するものとし、この測定結果を
ＣＰＵＩ　２へ与えるものとしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなようにこの発明によるガ
スクロマトグラフ装置によると、各ガス成分にさらされ
ている各時間帯において、センサの発熱抵抗Ｒｗへの供
給電流がそのガス成分に応じた所望の感度が得られる値
に制御されるので、外乱の影響を受は難くいものとして
、測定精度を悪化させることなくセンサ感度をアンプさ
せることができる。

また、上流側抵抗ＲＵと下流側抵抗Ｒ９との抵抗値差に
応じて得られる入力信号レベルの内、キャリアガスによ
り住する抵抗値差に応ずるベースレベルを差し引くもの
としているので、リファレンス用のセンサを流通路中に
設けることなく、すなわちホイートストンプリフジ回路
を構成することなく、ガス成分に応じた信号レベルのみ
を確実に取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスクロマトグラフ装置の一実施
例の要部を示す概略構成図、第２図はマイクロＴＣＤの
概略構成を示す図、第３図はサンプルガスの各ガス成分
が出現する時間差を示す図、第４図はガスクロマトグラ
フ装置の基本構成を示す概略的なブロック図、第５図は
このガスクロマトグラフ装置におけるディテクタの検出
端の要部を示す図である。 ７・・・流通路、９・・・マイクロＴＣＤ、１０・・・
減算回路、１１ １２　・　・　・ＣＰＵ、Ｕｌ ・・発熱抵抗、Ｒｏ　　・ ・・下流側抵抗、ＢＳ・ ・・抵抗。 ・・アナログスイッチ、 ・・オペアンプ、ＲＭ ・上流側抵抗、Ｒ９ ・基板、Ｒ１−Ｒ３ 特許出願人　山武ハネウェル株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発熱抵抗Ｒ＿Ｍとこの発熱抵抗Ｒ＿Ｍの上流側および下
   流側に配置された上流側抵抗Ｒ＿Ｕおよび下流側抵抗Ｒ
   ＿Ｄとを同一基板上に薄膜状に備えてなり、キャリアガ
   スとサンプルガスとの混合流体の流通路中に配置される
   熱時定数の小さいセンサと、通過速度の差として分離さ
   れている前記サンプルガスの各ガス成分に前記マイクロ
   ＴＣＤがさらされる各時間帯を通知する通知手段と、 この通知手段により通知される各ガス成分の各時間帯に
   あって前記発熱抵抗Ｒ＿Ｍへの供給電流をそのガス成分
   に応じた所望の感度が得られる値に制御する電流制御手
   段と、 前記上流側抵抗Ｒ＿Ｕと前記下流側抵抗Ｒ＿Ｄとの抵抗
   値差に応じて得られる入力信号レベルの内、前記キャリ
   アガスにより生ずる抵抗値差に応ずるベースレベルを差
   し引く減算手段と を備えたことを特徴とするガスクロマトグラフ装置。