JPH0493654A - ガスクロマトグラフ - 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、カラム内に充填された充填剤とガスとの吸着
性の差を利用してガス分析を行うガスクロマトグラフに
関し、特にそのカラムのつまりをモニタするための自己
診断機能を持つガスクロマトグラフ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が従来から一般に用い
られている。

ところで、このようなガスクロマトグラフにおいては、
カラムはサンプルガスに応じて異なるが、活性炭、活性
アルミ九モレキュラーシーブ等の粒度を揃えた粉末が固
定相として充填されており、この固定相とサンプルガス
中の各ガス成分との吸着性や分配係数の差異に基づく移
動速度の差を利用して、各ガス成分を相互に分離し、こ
れを熱伝導度素子（Ｔ　ＣＤセンサ）等の検出器によっ
て検出するものとなっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこの種の従来のガスクロマトグラフでは、サンプ
ルガス所謂プロセスガス中に含まれるダスト　ミストな
どによりカラムにつまりゃ性能劣化が起こるトラブルが
多々生じるという問題があった。

本発明は以上の点に鑑み、かかる従来の問題点を解消す
るためになされたもので、カラムのダスト　ミストによ
るつまりをモニタすることによりカラムの自己診断を行
うことのできるガスクロマトグラフを提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明のガスクロマトグラ
フは、同一基板上にガス成分の熱伝導度によって生じる
抵抗値の変化を検出する熱伝導度素子と流量を検出する
流量検出素子が形成されたマイクロダイヤフラムセンサ
を検出器として用い、キャリアガスの圧力を設定する減
圧弁の二次圧倒波路に設けられた圧力センサと、前記流
量検出素子によって検出される信号に応じてキャリアガ
スの流量を設定すると共に、その流量を前記圧力センサ
から得られる信号によって一定に保つように前記減圧弁
の設定圧を自動的に制御するキャリアガス流量制御手段
と、前記圧力センサから得られる信号と予め決められた
しきい値とを比較してその比較結果に基づきカラムを診
断する診断手段を備えたものである。

〔作用〕

本発明においては、減圧弁の二次圧側流路に設けた圧力
センサとマイクロダイヤフラムセンサの流量検出素子を
利用して、キャリアガスの流量を一定に保つように減圧
弁の設定圧（二次圧）を自動的に変化させる。これによ
って、減圧弁の二次正流路側に配設されるカラムのつま
りにより流体抵抗が増すと、減圧弁の二次圧が高くなる
。そのため、この圧力をモニタすることによりカラムの
つまりを検知し、カラム寿命を知ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明によるガスクロマトグラフの一実施例を
示す基本的構成図で、恒温槽を形成し所定温度に保持さ
れるアナライザ本体１．このアナライザ本体１内に配置
されるサンプルバルブ２カラム３および検出器４．計量
管５．ヘリウム等の不活性ガスからなるキャリアガスＣ
Ｇを所定圧ＰＯに減圧する減圧弁６等を備え、測定時に
サンプルバルブ２の流路を実線の状態から破線の状態に
切替えることにより、計量管５によって分取した測定す
べきサンプルガスＳＧをキャリアガスＣＧによってカラ
ム３内に送り込むようにしている。

カラム３には活性炭、活性アルミナ等の粉末が固定相と
して充填されており、この固定相とサンプルガスＳＧ中
の各ガス成分との吸着性や分配係数の差異に基づく移動
速度の差を利用して、各ガス成分を相互に分離し、これ
を検出器４によって検出し電気信号に変換する。この電
気信号はガス成分濃度に比例し、これを信号処理系によ
り波形処理したり記録紙に記録する。

一方、非測定時にはサンプルバルブ２の流路を実線の状
態に切替えることにより、キャリアガスＣＧをカラム３
および検出器４へ導いている。

前記減圧弁６は、内室１１と、内室１１を上下２つの室
１１Ａ、ＩＩＢに仕切るダイヤフラム１２と、内室１１
に連通ずるキャリアガス供給通路１３およびキャリアガ
ス排出通路１４と、ポペット弁１５と、圧縮コイルばね
１６等を備え、下側の室１１Ａが圧力室、下側の室１１
Ｂが背圧室をそれぞれ形成している。そして、キャリア
ガス供給流路１３より送られてくるキャリアガスＣＧの
圧力を所定圧Ｐｏに減圧する減圧弁εの背圧室１１Ｂに
は１つの出入口１７を有し、この出入口１７はキャリア
ガス供給流路１３がら分岐されキャリアガス排出流路１
４に連通ずる背圧流路１８に分岐路１９を介して連通さ
れている。また、分岐路１９には焼結金属等からなる固
定絞り２０が配置されている。一方、背圧流路１８には
分岐路１９を挟んでその上流側と下流側に位置する２つ
の電磁弁２１．２２が配置され、また下流側電磁弁２２
の下流側には減圧弁６の２次側圧力Ｐｏを検出する圧力
センサ７が設けられている。

したがって、キャリアガスＣＧはキャリアガス供給流路
１３を経て減圧弁６の圧力室１１Ａ側に一次側圧力Ｐｓ
として送られると共に、上流側電磁弁２１を開くと、背
圧流路１８−分岐路１９−固定絞り２０を通って背圧室
１１Ｂにも背圧Ｐ。

として送られ、この背圧Ｐ、を、−次側圧力Ｐｓと圧縮
コイルばね１６のばね圧の和と対応させている。そして
背圧Ｐ、は下流側電磁弁２２を開くと低下する。

２５は電磁弁駆動回路で、圧力センサ７からの検出信号
ＰＶと、ＣＰＵ　（マイクロコンピュータ）２３からの
キャリア流量設定信号ＳＰがＤ／Ａ変換器２４を経て入
力されると、これら両信号を比較してその比較結果に基
いて２つの電磁弁２１２２を開閉制御し、２次側圧力Ｐ
ｏが常に設定圧力と等しくなるようにしている。この場
合、キャリアガスＣＧの１次側圧力Ｐｓ、背圧Ｐ、およ
び２次側圧力Ｐｏの関係は、Ｐｓ≧Ｐ、＞Ｐｏとなる。

すなわち、検出信号ｐｖがキャリア流量設定信号ＳＰの
下限値以下の場合、２次側圧力Ｐｏは設定圧力より低い
。この時、電磁弁駆動回路２５からの信号によって上流
側電磁弁２１を開く一方、下流側電磁弁２２を全閉状態
に保持し、背圧室１１Ｂに供給されるキャリアガスＣＧ
の流量を増加させる。すると、背圧Ｐ、が増大し、ダイ
ヤフラム１２を圧縮コイルばね１６に抗して下方に変位
させ、ボベフト弁１５を開く。したがって、圧力室ｌＩ
Ａへ供給されるキャリアガスＣＧの流量が増加し、２次
側圧力Ｐｏを増大させる。２次側圧力Ｐｏが増加して設
定圧力と一致すると、検出信号ｐｖがキャリア流量設定
信号ＳＰの範囲内に入るため上流側電磁弁２１を閉鎖す
る。外乱等によって２次側圧力Ｐｏが設定圧力より太き
（なり、検出信号ｐｖの値がキャリア流量設定信号ＳＰ
の上限値を越えると、今度は下流側電磁弁２２を開いて
背圧Ｐ、を下げる。すると、その分だけダイヤフラム１
２が上方に変位してボベ、ト弁１５が閉まり、２次側圧
力Ｐｏを低下させる。そして２次側圧力Ｐｏが設定圧と
一致すると、下流側電磁弁２２を閉鎖する。

第２図は検出器４として用いるマイクロダイヤフラムセ
ンサの一例を示すパターン構造の概略平面図である。こ
のマイクロダイヤフラムセンサ３０は、通常の半導体製
造プロセスを用いて、第２図に示すように単結晶シリコ
ン基板３１上の中央部にパーマロイ等からなる薄膜ヒー
タ３２を熱伝導度素子として形成すると共に、該薄膜ヒ
ータ３２の両側に各々独立した上流側温度センサ３３゜
下流側温度センサ３４を流量検出素子として形成する。

そしてこのシリコン基板３１上の表面にはエツチングの
ための多数の細いスリット３５を設け、これら薄膜ヒー
タ３２及び温度センサ３３゜３４の下側および周辺を、
そのシリコン基板表面に設けた多数の細いスリット３５
を介して例えば水酸化カリウムのようなエツチング液等
の異方性エツチング方法によりエツチングすることによ
り空隙化し、断面形状が略逆台形状のパターンを持つ空
隙部３６を形成する。これにより、その空隙部３６の上
部には、シリコン基板３１からダイヤフラム状に空間的
に隔離され、その基板より薄膜ヒータ３２及び上流側温
度センサ３３．下流側温度センサ３４が熱的に絶縁され
て支持されたダイヤフラム３７が形成されている。なお
、前記薄膜ヒータ３２．各温度センサ３３．３４は窒化
シリコンなどの保護膜によって被覆されているものであ
る。第２図中、３８は温度測定用のセンサであり、３９
はガスの流れを示す。

このような構造のマイクロダイヤフラムセンサ３０は、
第３図に示すように、薄膜ヒータ３２に数１００ｍＡ程
度の定電流１１を流してその電流の変化を検出するオペ
アンプからなる電流検出回路４０を設け、この薄膜ヒー
タ３２を所定温度に加熱したうえ、該薄膜ヒータ３２の
抵抗値がガス成分の熱伝導度によって変化するのを利用
してそのガスの濃度を電圧出力ｖ　ｙｃｎ　として検出
できる。

また、上流側温度センサ３３及び下流側温度センサ３４
は固定抵抗４２．４３とゼロ調整用可変抵抗４４を含む
ブリッジ回路４工の各辺に接続し、その出力を検出する
オペアンプ４６〜４８からなる差動増幅回路４５を構成
する。そして薄膜ヒータ３２を加熱した状態で、測定ガ
スの流れがあると上流側温度センサ３３は冷却されて抵
抗値が減るのに対し、下流側温度センサ３４は加熱され
て抵抗値が増加するのを利用してその差からキャリアガ
スの流量を電圧出力ＶＦＬＯＷとして検出できる。

また、温度測定用センサ３８は数ｍＡ程度の定電流ｉ５
を流してその電流の変化をオペアンプからなる電流検出
回路４９で取り出しその温度を電圧出力■、ゆ、として
検出することができる。なお、第３図中５０．５１は電
流制限用の抵抗、■１〜■３は各々の駆動電源である。

ところで、ガスクロマトグラフは分析を行うため、検出
器４としてのマイクロダイヤフラムセンサ３０での流量
を一定に保つ必要がある。しかるに、本実施例では、マ
イクロダイヤフラムセンサ３０の流量出力Ｖ　ＦＬＯ−
をＡ／Ｄ変換器２６を経てＣＰＵ２３に入力しており、
所定のキャリア流量から変化した場合、ＣＰＬ１２３は
キャリア流量設定信号ＳＰの値を変化させ、電磁弁駆動
回路２５を介して減圧弁６の設定圧を変えてキャリア圧
力を変えることにより、一定のキャリア流量を保持させ
ている。そして電磁弁駆動回路２５のフィートバンク信
号である圧力センサ７の検出信号ＰＶをＡ／Ｄ変換器２
７を経てＣＰＵ２３に送出することにより、このＣＰＵ
２３はキャリア圧力の変化を読むことができる。すなわ
ち、カラム３が時間の経過とともにつまってゆくとする
と、第４図に示すように圧力センサ７の検出出力ｐｖが
変化する。

このためＣＰＵ２３は、予めカラム３の使用限界のキャ
リア圧力をしきい値として求めておき、そのしきい値Ｐ
ＶＴ）１を越えた時点１．でカラム交換を知らせること
ができる。なお、第４図中耕号ｔ０はスタート時点を示
し、同じくＰ■。はスタート時の圧力センサ７の出力値
を示す。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明のガスクロマトグラフによ
れば、キャリア圧力を設定する減圧弁の２次圧倒流路に
設けた圧力センサとマイクロダイヤフラムセンサに設け
た流量検出素子を利用して、キャリアガスの流量を一定
に保つように減圧弁の設定圧を自動的に制御するととも
に、その圧力センサの検出出力をモニタすることにより
、カラムのダストやミストによるつまりを検知してカラ
ムの自己診断が可能になる。これによって、装置の保守
、メインテナンスを良好ならしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスクロマトグラフの一実施例を
示す基本的構成図、第２図は第１図のマイクロダイヤフ
ラムセンサの一例を示すパターン構造の概略平面図、第
３図は上記マイクロダイヤフラムセンサの検出回路の一
例を示す回路構成図、第４図は上記実施例の動作説明に
４供する説明図である。 １・・・アナライザ本体、２・・・サンプルハスブ、３
・・・カラム、４・・・検出器、５・・・計量管、６・
・・減圧弁、７・・・圧力センサ、２３・・・ＣＰＵ、
２４・・・Ｄ／Ａ変換器、２５・・・電磁弁駆動回路、
２６．２７・・・Ａ／Ｄ変換器、３０・・・マイクロダ
イヤフラムセンサ、３１・　・　・シリコン基牟反、３
２・　・　・薄膜ヒータ（熱伝導度素子）、３３．３４
・・・温度センサ（流量検出素子）、４１・・・ブリッ
ジ回路、４５・・・差動増幅回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　キャリアガスを減圧弁およびサンプルバルブを経てカ
   ラムに導き、該サンプルバルブの流路切替によりサンプ
   ルガスを前記カラムに導いて各ガス成分に分離し、これ
   を検出器によって検出するガスクロマトグラフにおいて
   、前記検出器は、同一基板上にガス成分の熱伝導度によ
   って生じる抵抗値の変化を検出する熱伝導度素子と流量
   を検出する流量検出素子が形成されたマイクロダイヤフ
   ラムセンサから成り、前記減圧弁の２次圧倒流路に設け
   られた圧力センサと、前記流量検出素子によって検出さ
   れる信号に応じてキャリアガスの流量を設定すると共に
   、その流量を前記圧力センサから得られる信号によって
   一定に保つように前記減圧弁の設定圧を自動的に制御す
   るキャリアガス流量制御手段と、前記圧力センサから得
   られる信号と予め決められたしきい値とを比較してその
   比較結果に基づき前記カラムを診断する診断手段を備え
   たことを特徴とするガスクロマトグラフ。