JPH05264452A - ガス濃度測定のための校正法 - Google Patents
ガス濃度測定のための校正法Info
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- JPH05264452A JPH05264452A JP5010350A JP1035093A JPH05264452A JP H05264452 A JPH05264452 A JP H05264452A JP 5010350 A JP5010350 A JP 5010350A JP 1035093 A JP1035093 A JP 1035093A JP H05264452 A JPH05264452 A JP H05264452A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ガスの周囲温度が全く変化しないような短時
間で測定下のガスを加熱して温度上昇と共にガス密度を
減少することによってガスの状態変数を偏位させ、一方
測定下のガスの分圧を本質的に一定に保つことを特徴と
する、光吸収に基づくＮＤＩＲ法によるガス濃度測定の
校正方法を提供する。 【効果】 本発明は、測定条件での測定装置の校正を容
易にし、別の校正ガスを使う必要をなくす。本測定方法
に基づく測定装置は、可動部分を用いる必要がないため
簡単に且つかんじょうに作成できる。また、ＮＤＩＲ測
定装置固有の不安定性によって生じる測定の不正確さを
十分に除去し、装置のメインテナンス間隔を伸ばす。
間で測定下のガスを加熱して温度上昇と共にガス密度を
減少することによってガスの状態変数を偏位させ、一方
測定下のガスの分圧を本質的に一定に保つことを特徴と
する、光吸収に基づくＮＤＩＲ法によるガス濃度測定の
校正方法を提供する。 【効果】 本発明は、測定条件での測定装置の校正を容
易にし、別の校正ガスを使う必要をなくす。本測定方法
に基づく測定装置は、可動部分を用いる必要がないため
簡単に且つかんじょうに作成できる。また、ＮＤＩＲ測
定装置固有の不安定性によって生じる測定の不正確さを
十分に除去し、装置のメインテナンス間隔を伸ばす。
Description
【０００１】本発明は、光吸収に基づく請求項１に従う
自己校正ガス濃度測定法に関する。特に本発明は、非分
散赤外測定（ＮＤＩＲ）の自己校正法として使うことを
意図している。
自己校正ガス濃度測定法に関する。特に本発明は、非分
散赤外測定（ＮＤＩＲ）の自己校正法として使うことを
意図している。
【０００２】ＮＤＩＲ測定においては、波長領域は測定
しようとするガスにおける最大吸収バンドを含むように
選ばれる。吸収は放射線の透過強度の損失をひき起し、
そこでガス濃度の測定法を提供する。典型的には、線源
は白熱電球であり、フィルターの助けによって望む波長
範囲が選ばれる。この方法は、電球出力の強度変動およ
び光チャンネルの汚染によって生じる測定誤差により不
利を受ける。さらに、検出器感度の変化は測定精度を減
少する。
しようとするガスにおける最大吸収バンドを含むように
選ばれる。吸収は放射線の透過強度の損失をひき起し、
そこでガス濃度の測定法を提供する。典型的には、線源
は白熱電球であり、フィルターの助けによって望む波長
範囲が選ばれる。この方法は、電球出力の強度変動およ
び光チャンネルの汚染によって生じる測定誤差により不
利を受ける。さらに、検出器感度の変化は測定精度を減
少する。
【０００３】ＮＤＩＲ測定系の不安定性のために、校正
ガスの助けによって装置をしばしば校正する必要があ
る。別法は、測定下のガスを含む実際の測定チャンネル
への入力放射線強度を別に監視できる参照チャンネルを
使うことである。
ガスの助けによって装置をしばしば校正する必要があ
る。別法は、測定下のガスを含む実際の測定チャンネル
への入力放射線強度を別に監視できる参照チャンネルを
使うことである。
【０００４】従来技術の実施態様は、参照チャンネルに
おいて、ガスを透過する放射線のスペクトルの最小吸収
に相当する波長で測定が行なえるように帯域波長が選べ
るフィルターを使う。そこで、参照波長で測定した透過
強度値を、ガスの吸収バンドにおいて測定した値と比較
できる。この方法は２個の別々のフィルターを使う必要
があり、フィルターの移動が系を機械的に複雑にする。
おいて、ガスを透過する放射線のスペクトルの最小吸収
に相当する波長で測定が行なえるように帯域波長が選べ
るフィルターを使う。そこで、参照波長で測定した透過
強度値を、ガスの吸収バンドにおいて測定した値と比較
できる。この方法は２個の別々のフィルターを使う必要
があり、フィルターの移動が系を機械的に複雑にする。
【０００５】米国特許第４，７０９，１５０号は、測定
しようとするガスが容易に透過できる多孔材料から測定
チャンネルをつくることにより光チャンネルの汚染の防
止を試み、一方では周囲の空気の主汚染成分が測定チャ
ンネルへ入るのを防ぐことのできるようにした実施態様
を開示している。多孔材料は適当なプラスチック材料ま
たは多孔ステンレス鋼からつくることができる。しか
し、この方法は電球出力強度の減退によって生じる測定
誤差を除去することには欠いている。
しようとするガスが容易に透過できる多孔材料から測定
チャンネルをつくることにより光チャンネルの汚染の防
止を試み、一方では周囲の空気の主汚染成分が測定チャ
ンネルへ入るのを防ぐことのできるようにした実施態様
を開示している。多孔材料は適当なプラスチック材料ま
たは多孔ステンレス鋼からつくることができる。しか
し、この方法は電球出力強度の減退によって生じる測定
誤差を除去することには欠いている。
【０００６】米国特許第４，５００，２０７号は、測定
チャネルの壁上に配置された可動膜の助けによって、測
定チャンネルの内部ガス圧を一定温度で変調する測定装
置と測定法を記載している。ＮＤＩＲ測定における圧変
調は測定下のガスの密度を変え、それによって測定しよ
うとするガスから追加の情報を集めることができるか
ら、ランプの老化と汚染によって生じる不安定性の除去
に使用できる。可動膜は拡声器と同じ方式で構成できる
が、系は機械的に複雑となる。他の欠点としては、ガス
圧変調を行うためには、遅いガス拡散のチャンネルを使
って測定チャンネルを周辺環境から隔離しなければなら
ないことである。これは、系を周囲ガス濃度の変化に対
し、比較的長い応答時間をもつようにさせる。
チャネルの壁上に配置された可動膜の助けによって、測
定チャンネルの内部ガス圧を一定温度で変調する測定装
置と測定法を記載している。ＮＤＩＲ測定における圧変
調は測定下のガスの密度を変え、それによって測定しよ
うとするガスから追加の情報を集めることができるか
ら、ランプの老化と汚染によって生じる不安定性の除去
に使用できる。可動膜は拡声器と同じ方式で構成できる
が、系は機械的に複雑となる。他の欠点としては、ガス
圧変調を行うためには、遅いガス拡散のチャンネルを使
って測定チャンネルを周辺環境から隔離しなければなら
ないことである。これは、系を周囲ガス濃度の変化に対
し、比較的長い応答時間をもつようにさせる。
【０００７】本発明の目的は、上記技術の欠点を克服
し、新規なガス濃度測定法を達成することである。
し、新規なガス濃度測定法を達成することである。
【０００８】本発明は、測定チャンネルを加熱し、少な
くとも二つの異なる温度を使って光吸収測定を行なうこ
とに基づくものである。測定チャンネル温度は独立に測
定できる。本発明は、測定チャンネルにおけるガスの加
熱はガスの密度を減らし、測定下のガスの吸収係数を変
化させるという事実を利用するものである。測定チャン
ネルは非常に迅速に加熱されるから、測定下のガス濃度
が異なる温度で実施される吸収測定中濃度変化を行うに
は不十分な時間をもつ。少なくとも二つの異なる内部チ
ャンネル温度を使い、二つの異なる吸収係数値を得る透
過放射線強度の測定は、測定装置の不安定性因子の除去
のためには十分な追加の情報を与える。
くとも二つの異なる温度を使って光吸収測定を行なうこ
とに基づくものである。測定チャンネル温度は独立に測
定できる。本発明は、測定チャンネルにおけるガスの加
熱はガスの密度を減らし、測定下のガスの吸収係数を変
化させるという事実を利用するものである。測定チャン
ネルは非常に迅速に加熱されるから、測定下のガス濃度
が異なる温度で実施される吸収測定中濃度変化を行うに
は不十分な時間をもつ。少なくとも二つの異なる内部チ
ャンネル温度を使い、二つの異なる吸収係数値を得る透
過放射線強度の測定は、測定装置の不安定性因子の除去
のためには十分な追加の情報を与える。
【０００９】さらに詳しくは、本発明に従う方法は、請
求項１の特徴部分に示したことを特徴としている。
求項１の特徴部分に示したことを特徴としている。
【００１０】本発明は著しい利点を提供する。
【００１１】本発明は、測定条件での測定装置の校正を
容易にし、別の校正ガスを使う必要をなくす。本発明
は、測定チャンネルの加熱と測定チャンネルにおける温
度測定が容易に安価に実施できる事実を利用している。
本測定法に基づく測定装置は、簡単にがんじょうに作製
できる。可動部分を使う必要がないからである。ガス濃
度変化割合に関連して、温度変化および測定下のガスの
校正を迅速に行えるように、測定チャンネルおよびその
抵抗加熱素子を構成できる。実施される校正は、ＮＤＩ
Ｒ測定装置固有の不安定性によって生じる測定の不正確
を十分にしばしば除去し、装置のメインテナンス間隔を
決定的にのばす。
容易にし、別の校正ガスを使う必要をなくす。本発明
は、測定チャンネルの加熱と測定チャンネルにおける温
度測定が容易に安価に実施できる事実を利用している。
本測定法に基づく測定装置は、簡単にがんじょうに作製
できる。可動部分を使う必要がないからである。ガス濃
度変化割合に関連して、温度変化および測定下のガスの
校正を迅速に行えるように、測定チャンネルおよびその
抵抗加熱素子を構成できる。実施される校正は、ＮＤＩ
Ｒ測定装置固有の不安定性によって生じる測定の不正確
を十分にしばしば除去し、装置のメインテナンス間隔を
決定的にのばす。
【００１２】本発明はまた、測定チャンネル内部温度を
少なくとも二つの異なる温度間で連続的に変調する測定
法に関する。そういうわけで、この測定法は各測定後に
校正を行う校正法に相当する。各加熱サイクルが約１分
でおこるように、本発明に基づく装置を設計できる。Ｎ
ＤＩＲ測定法の多くの適用においては、約１回１分のガ
ス濃度測定速度で十分と考えられる。
少なくとも二つの異なる温度間で連続的に変調する測定
法に関する。そういうわけで、この測定法は各測定後に
校正を行う校正法に相当する。各加熱サイクルが約１分
でおこるように、本発明に基づく装置を設計できる。Ｎ
ＤＩＲ測定法の多くの適用においては、約１回１分のガ
ス濃度測定速度で十分と考えられる。
【００１３】次に、図面に示した実施態様の助けで、本
発明を詳細に検討する。
発明を詳細に検討する。
【００１４】測定下のガスが透過放射線に対し吸収を示
す波長帯を考えるとき、測定チャンネルへの放射線の入
力強度Ｉ0 および測定チャンネルを出る放射線の出力強
度Ｉは、次のランベルト・ベールの吸収法則に従う。
す波長帯を考えるとき、測定チャンネルへの放射線の入
力強度Ｉ0 および測定チャンネルを出る放射線の出力強
度Ｉは、次のランベルト・ベールの吸収法則に従う。
【数１】 式中、α（Ｔ）は温度Ｔに依存する測定下のガスの吸収
係数であり、ｐは測定下のガスの分圧であり、ｌは測定
チャンネルの長さである。図１は、二つの異なる温度に
おいて、測定チャンネルから出る放射線強度をガス分圧
の関数として示したものである。高温のガス中では吸収
の減少がみられる。
係数であり、ｐは測定下のガスの分圧であり、ｌは測定
チャンネルの長さである。図１は、二つの異なる温度に
おいて、測定チャンネルから出る放射線強度をガス分圧
の関数として示したものである。高温のガス中では吸収
の減少がみられる。
【００１５】測定温度がＴ1 で、検出器により測定され
た強度がＩ1 のとき、ガス分圧は次式により決定でき
る。
た強度がＩ1 のとき、ガス分圧は次式により決定でき
る。
【数２】
【００１６】ＮＤＩＲ測定装置出力信号は、ガス濃度を
示すように典型的に条件づけられ、ガス濃度はある全圧
で測定されたガス分圧および測定ガス混合物の温度に直
線的に比例する。式２に基づく線形化はアナログ電子工
学の助けで行なうことができ、一方マイクロプロセッサ
を使うディジタル処理は線形化への最も容易な方法であ
る。ＮＤＩＲ測定装置における不安定性の主たる原因
は、測定チャンネルへの入力放射線強度（Ｉ0 ）の変動
から生じ、これは典型的にはオフセット型測定誤差を生
じる。
示すように典型的に条件づけられ、ガス濃度はある全圧
で測定されたガス分圧および測定ガス混合物の温度に直
線的に比例する。式２に基づく線形化はアナログ電子工
学の助けで行なうことができ、一方マイクロプロセッサ
を使うディジタル処理は線形化への最も容易な方法であ
る。ＮＤＩＲ測定装置における不安定性の主たる原因
は、測定チャンネルへの入力放射線強度（Ｉ0 ）の変動
から生じ、これは典型的にはオフセット型測定誤差を生
じる。
【００１７】図２．ａに従い校正順序における測定チャ
ンネルの加熱中、測定しようとするガス成分の濃度は、
測定部位でほぼ一定に留ると、まず仮定できる。そこ
で、ガス混合物全圧が加熱サイクル中一定に保たれると
きは、測定しようとするガスの分圧も一定に留まる。校
正測定は著しく迅速に実施されるから、電球出力強度も
ほぼ一定に留ると仮定できる。測定チャンネルを温度Ｔ
2 に加熱し、検出器が検出放射線に対し強度水準Ｉ2 を
検出すると、これらの値に対し式２を次のように書き直
せる。
ンネルの加熱中、測定しようとするガス成分の濃度は、
測定部位でほぼ一定に留ると、まず仮定できる。そこ
で、ガス混合物全圧が加熱サイクル中一定に保たれると
きは、測定しようとするガスの分圧も一定に留まる。校
正測定は著しく迅速に実施されるから、電球出力強度も
ほぼ一定に留ると仮定できる。測定チャンネルを温度Ｔ
2 に加熱し、検出器が検出放射線に対し強度水準Ｉ2 を
検出すると、これらの値に対し式２を次のように書き直
せる。
【数３】
【００１８】吸収係数α（Ｔ）は測定チャンネルの加熱
と共に変化し、測定放射線強度に対する検出器出力信号
を異なる温度では異なるようにさせる。温度Ｔ1 および
Ｔ２が既知と仮定できるときは、式２および３から、項
ｌｏｇ（Ｉ0 ）を次のように解くことができる。
と共に変化し、測定放射線強度に対する検出器出力信号
を異なる温度では異なるようにさせる。温度Ｔ1 および
Ｔ２が既知と仮定できるときは、式２および３から、項
ｌｏｇ（Ｉ0 ）を次のように解くことができる。
【数４】 式４を使うためには、温度の関数としての吸収係数の変
化率を知る必要がある。マイクロプロセッサの助けで項
log（Ｉ0 ）の値を計算でき、ついでこの計算値を使っ
て、式２から得られるガス分圧を補正できる。
化率を知る必要がある。マイクロプロセッサの助けで項
log（Ｉ0 ）の値を計算でき、ついでこの計算値を使っ
て、式２から得られるガス分圧を補正できる。
【００１９】図２．ｂに示した本発明に従う別の測定法
では、測定チャンネル温度を連続的に変調し、これらの
温度で測定した放射線の強度Ｉ1 およびＩ2 から、低温
Ｔ1および高温Ｔ2 におけるガス濃度を計算する。式２
および４を組合せて、ガス分圧を解く。
では、測定チャンネル温度を連続的に変調し、これらの
温度で測定した放射線の強度Ｉ1 およびＩ2 から、低温
Ｔ1および高温Ｔ2 におけるガス濃度を計算する。式２
および４を組合せて、ガス分圧を解く。
【数５】 測定チャンネルにおける温度Ｔ1 およびＴ2 を別の温度
センサによって測定し、測定温度における吸収係数の値
を計算するときは、校正および測定法の精度は本質的に
改善される。
センサによって測定し、測定温度における吸収係数の値
を計算するときは、校正および測定法の精度は本質的に
改善される。
【００２０】緩和された精度要求の応用は、別の温度測
定なしで本発明の方法を使い実施できる。この実施態様
では、一定の入力で測定チャンネルを各加熱サイクル中
加熱し、それにより測定チャンネルはある時間で高温の
ほぼ一定水準に加熱し、そのとき放射線の強度測定を行
なう。しかし、この場合、取り巻く温度の変化が、上記
校正および測定法に不正確をひき起す。
定なしで本発明の方法を使い実施できる。この実施態様
では、一定の入力で測定チャンネルを各加熱サイクル中
加熱し、それにより測定チャンネルはある時間で高温の
ほぼ一定水準に加熱し、そのとき放射線の強度測定を行
なう。しかし、この場合、取り巻く温度の変化が、上記
校正および測定法に不正確をひき起す。
【００２１】本発明に従い校正および測定法を実施する
ためには、吸収係数に対する温度効果を正確に知る必要
がある。幸にも、測定チャンネルに沿って進む放射線に
課せられる吸収は、測定チャンネル容積中に含まれる吸
収ガス分子数に直線的に比例し、そこで吸収係数に対す
るガス密度の効果は簡単に得られる。
ためには、吸収係数に対する温度効果を正確に知る必要
がある。幸にも、測定チャンネルに沿って進む放射線に
課せられる吸収は、測定チャンネル容積中に含まれる吸
収ガス分子数に直線的に比例し、そこで吸収係数に対す
るガス密度の効果は簡単に得られる。
【００２２】一定容積および一定圧力においては、ガス
分子数は、次の理想気体法則に従って、温度の上昇と共
に減少する。 ｐＶ＝ｎＲＴ （６） 式中、ｐは圧力であり、Ｖは容積であり、ｎはモルで表
わしたガス分子数であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは絶
対温度である。理想気体の法則を、ガス混合物の全圧と
測定しようとするガス成分の分圧の両者に適用する。式
６に従って、測定チャンネル内の測定下のガスの密度ρ
と温度の積は、一定圧では種々の温度で一定に留る ρ1 Ｔ1 ＝ρ2 Ｔ2 （７） 上記式で、ρ1 は温度Ｔ1 における測定しようとするガ
ス成分の密度であり、ρ2 は温度Ｔ2 における密度であ
る。
分子数は、次の理想気体法則に従って、温度の上昇と共
に減少する。 ｐＶ＝ｎＲＴ （６） 式中、ｐは圧力であり、Ｖは容積であり、ｎはモルで表
わしたガス分子数であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは絶
対温度である。理想気体の法則を、ガス混合物の全圧と
測定しようとするガス成分の分圧の両者に適用する。式
６に従って、測定チャンネル内の測定下のガスの密度ρ
と温度の積は、一定圧では種々の温度で一定に留る ρ1 Ｔ1 ＝ρ2 Ｔ2 （７） 上記式で、ρ1 は温度Ｔ1 における測定しようとするガ
ス成分の密度であり、ρ2 は温度Ｔ2 における密度であ
る。
【００２３】一定容積を占めるガス分子の数に影響を与
える他に、温度はまた分子吸収係数に影響を与える。こ
れは、赤外領域における分子の吸収スペクトルは、異な
る回転振動遷移に帰することのできる異なる波長のスペ
クトル線からなるからである。これらのスペクトル線の
各々は、温度によって異なって影響を受ける。複数のス
ペクトル線が測定に使われる波長のバンド内に入るとき
は、各スペクトル線の温度依存性を別々に決定しなけれ
ばならない。使う波長範囲にわたり、分子吸収係数に対
する異なるスペクトル線の温度依存性の全効果を決定す
る理論的方法が利用できる。しかし、実験的方法が、温
度依存性を決めるのに最も容易な解答を与える。
える他に、温度はまた分子吸収係数に影響を与える。こ
れは、赤外領域における分子の吸収スペクトルは、異な
る回転振動遷移に帰することのできる異なる波長のスペ
クトル線からなるからである。これらのスペクトル線の
各々は、温度によって異なって影響を受ける。複数のス
ペクトル線が測定に使われる波長のバンド内に入るとき
は、各スペクトル線の温度依存性を別々に決定しなけれ
ばならない。使う波長範囲にわたり、分子吸収係数に対
する異なるスペクトル線の温度依存性の全効果を決定す
る理論的方法が利用できる。しかし、実験的方法が、温
度依存性を決めるのに最も容易な解答を与える。
【００２４】
【実施例】吸収係数に対するガス密度変動の効果を考慮
することによって、例示の状態を考察する。測定下のガ
スは、３００Ｋで測定チャンネル中の濃度１０００ppm
の二酸化炭素と仮定する。放射源は黒体放射体である。
ＣＯ2 のみの望む吸収帯を通すよう調整したフィルター
を、放射線源と検出器の間に置く。次のパラメータ値を
とるとき、検出器に達する放射線強度を計算するのに、
式１を使用できる。 Ｔ1 ＝３００Ｋ Ｔ2 ＝３５０Ｋ Ｉ0 ＝１００μｗ ｌ ＝５cm α（Ｔ1)＝２．０×１０-5cm-1ppm -1 （Ｔ＝３００
Ｋ）
することによって、例示の状態を考察する。測定下のガ
スは、３００Ｋで測定チャンネル中の濃度１０００ppm
の二酸化炭素と仮定する。放射源は黒体放射体である。
ＣＯ2 のみの望む吸収帯を通すよう調整したフィルター
を、放射線源と検出器の間に置く。次のパラメータ値を
とるとき、検出器に達する放射線強度を計算するのに、
式１を使用できる。 Ｔ1 ＝３００Ｋ Ｔ2 ＝３５０Ｋ Ｉ0 ＝１００μｗ ｌ ＝５cm α（Ｔ1)＝２．０×１０-5cm-1ppm -1 （Ｔ＝３００
Ｋ）
【００２５】調べている場合の吸収係数の比は式７から
解かれる。
解かれる。
【数６】 二つの異なる温度で、検出器により測定された放射線強
度の値は次の通りである。 温度 放射線強度 ３００Ｋ ９０．５μｗ ３５０Ｋ ９１．８μｗ
度の値は次の通りである。 温度 放射線強度 ３００Ｋ ９０．５μｗ ３５０Ｋ ９１．８μｗ
【００２６】光伝導またはパイロ電気検出器の感度は、
放射線強度の上記所定の変化を検出するのに十分であ
り、本発明に従う校正を十分な精度で実施できる。
放射線強度の上記所定の変化を検出するのに十分であ
り、本発明に従う校正を十分な精度で実施できる。
【００２７】本発明に従う校正法の精度は、Ｔ1 とＴ2
の間の温度差の増加と共に改良され、温度差は少なくと
も５０℃であるべきである。
の間の温度差の増加と共に改良され、温度差は少なくと
も５０℃であるべきである。
【００２８】検出器からの出力電圧は、測定放射線の強
度と共にほぼ直線的に増加する。この性質は、本校正お
よび測定法に、本法が検出器の感度変化によって生じる
測定の不正確さを除去できる利点を与える。たとえば、
光伝導またはパイロ電気検出器の出力信号は、正確に次
式に従う。 Ｖ＝ＧＩ （９） 式中、Ｖは検出器からの出力電圧であり、Ｇは検出器感
度である。検出器感度変化をはぶけることは、式５が異
なる温度で測定した放射線強度Ｉ1 およびＩ2の比のみ
を取り込んでおり、これら強度の絶対値を別々に知る必
要のないという事実に関連している。
度と共にほぼ直線的に増加する。この性質は、本校正お
よび測定法に、本法が検出器の感度変化によって生じる
測定の不正確さを除去できる利点を与える。たとえば、
光伝導またはパイロ電気検出器の出力信号は、正確に次
式に従う。 Ｖ＝ＧＩ （９） 式中、Ｖは検出器からの出力電圧であり、Ｇは検出器感
度である。検出器感度変化をはぶけることは、式５が異
なる温度で測定した放射線強度Ｉ1 およびＩ2の比のみ
を取り込んでおり、これら強度の絶対値を別々に知る必
要のないという事実に関連している。
【００２９】図３は、本発明に従う校正測定法を実施す
るのに適した測定部分を満足させる可能な方法を示す。
白熱電球（黒体放射体）を放射線源２として使い、望む
波長バンドをフィルター５の助けで選択する。放射線源
は、測定下のガスを含むスペクトルエミッターまたは半
導体赤外ＬＥＤエミッターであることもできる。測定チ
ャンネル３を通過する放射線強度は、検出器４の助けで
測定される。検出器はたとえば、商業上入手できる光伝
導またはパイロ電気検出器であることができる。測定チ
ャンネルの壁は、測定下のガスの拡散により容易に透過
可能な多孔材料からつくれる。拡散壁は測定チャンネル
から環境への熱対流を減少するから、上記装置は測定チ
ャンネル内のガス混合物の加熱を容易にする。測定チャ
ンネルは多孔プラスチックまたはステンレス鋼からつく
るのが好ましい。有利には、測定チャンネルの加熱を最
大に迅速にするように、校正法は測定チャンネル内でで
きる限り低い熱質量をもつべきである。図３は、測定チ
ャンネルのまわりに巻かれた抵抗導線６によって必要な
手段を与えられた加熱装置を示す。温度測定は、抵抗白
金素子７または他の市販温度センサーを使い実施でき
る。１個の抵抗素子を、測定チャンネルの加熱とその内
部温度の測定の両者に使用もできる。測定チャンネルの
必要な長さは、測定下のガス成分の吸収係数および望む
濃度測定範囲に存在する。たとえば、取り巻く空気のＣ
Ｏ2 濃度測定では、測定チャンネル長さは５cm程度の短
かさであることができる。
るのに適した測定部分を満足させる可能な方法を示す。
白熱電球（黒体放射体）を放射線源２として使い、望む
波長バンドをフィルター５の助けで選択する。放射線源
は、測定下のガスを含むスペクトルエミッターまたは半
導体赤外ＬＥＤエミッターであることもできる。測定チ
ャンネル３を通過する放射線強度は、検出器４の助けで
測定される。検出器はたとえば、商業上入手できる光伝
導またはパイロ電気検出器であることができる。測定チ
ャンネルの壁は、測定下のガスの拡散により容易に透過
可能な多孔材料からつくれる。拡散壁は測定チャンネル
から環境への熱対流を減少するから、上記装置は測定チ
ャンネル内のガス混合物の加熱を容易にする。測定チャ
ンネルは多孔プラスチックまたはステンレス鋼からつく
るのが好ましい。有利には、測定チャンネルの加熱を最
大に迅速にするように、校正法は測定チャンネル内でで
きる限り低い熱質量をもつべきである。図３は、測定チ
ャンネルのまわりに巻かれた抵抗導線６によって必要な
手段を与えられた加熱装置を示す。温度測定は、抵抗白
金素子７または他の市販温度センサーを使い実施でき
る。１個の抵抗素子を、測定チャンネルの加熱とその内
部温度の測定の両者に使用もできる。測定チャンネルの
必要な長さは、測定下のガス成分の吸収係数および望む
濃度測定範囲に存在する。たとえば、取り巻く空気のＣ
Ｏ2 濃度測定では、測定チャンネル長さは５cm程度の短
かさであることができる。
【００３０】本校正法に要求される加熱サイクルを速め
るために、また低温Ｔ1 を常温以上に保つことができ
る。こうして、高温Ｔ2 から低温Ｔ1 への冷却時間も短
縮される。
るために、また低温Ｔ1 を常温以上に保つことができ
る。こうして、高温Ｔ2 から低温Ｔ1 への冷却時間も短
縮される。
【００３１】二つの異なる温度に基づく校正法を、多数
温度に基づく校正順序に拡張できる。この解決法を利用
し、ＮＤＩＲ測定装置の出力信号の直線性を向上でき
る。
温度に基づく校正順序に拡張できる。この解決法を利用
し、ＮＤＩＲ測定装置の出力信号の直線性を向上でき
る。
【００３２】図４は、光学センサーが図３のものと同一
型のものであることができ、出力信号が測定下のガス成
分濃度に比例する装置のブロック線図を示す。図４に示
したマイクロプロセッサに基づく装置は、本発明に従う
校正または測定法による濃度測定を容易にする。
型のものであることができ、出力信号が測定下のガス成
分濃度に比例する装置のブロック線図を示す。図４に示
したマイクロプロセッサに基づく装置は、本発明に従う
校正または測定法による濃度測定を容易にする。
【００３３】光学測定部分は白熱電球９、測定チャンネ
ル１０、検出器１１からなっている。測定チャンネルの
内部温度は温度センサー１６の助けで測定され、チャン
ネルの加熱は電源１７により供給される抵抗加熱素子１
８により実施される。白熱電球により放射される放射線
強度は、変調電源８の助けにより適当な割合で変調され
る。検出器１１は透過放射線の変調強度を測定し、検出
器の出力信号は増幅器１２により増幅される。増幅器出
力電圧信号はＡ／Ｄコンバーター１３によってディジタ
ル形に変換され、マイクロプロセッサ１４にとられる。
温度センサー１６の出力電圧も、マイクロプロセッサ１
４にとられる前に、Ａ／Ｄコンバーター１３によってデ
ィジタル形に変換される。マイクロプロセッサは、本発
明に従う校正測定法に必要な基本機能：測定チャンネル
の加熱、チャンネル内部温度の測定、透過放射線強度の
測定、および測定データの処理を、時間配分に基づき処
理する。測定データに基づき、上記アルゴリズムを使
い、マイクロプロセッサは測定下のガス成分濃度を計算
する。測定結果は、Ｄ／Ａコンバーター１５の助けで測
定装置のアナログ出力信号に変換される。
ル１０、検出器１１からなっている。測定チャンネルの
内部温度は温度センサー１６の助けで測定され、チャン
ネルの加熱は電源１７により供給される抵抗加熱素子１
８により実施される。白熱電球により放射される放射線
強度は、変調電源８の助けにより適当な割合で変調され
る。検出器１１は透過放射線の変調強度を測定し、検出
器の出力信号は増幅器１２により増幅される。増幅器出
力電圧信号はＡ／Ｄコンバーター１３によってディジタ
ル形に変換され、マイクロプロセッサ１４にとられる。
温度センサー１６の出力電圧も、マイクロプロセッサ１
４にとられる前に、Ａ／Ｄコンバーター１３によってデ
ィジタル形に変換される。マイクロプロセッサは、本発
明に従う校正測定法に必要な基本機能：測定チャンネル
の加熱、チャンネル内部温度の測定、透過放射線強度の
測定、および測定データの処理を、時間配分に基づき処
理する。測定データに基づき、上記アルゴリズムを使
い、マイクロプロセッサは測定下のガス成分濃度を計算
する。測定結果は、Ｄ／Ａコンバーター１５の助けで測
定装置のアナログ出力信号に変換される。
【図１】図１は、測定チャンネルの二つの異なる内部温
度に対し、検出器に達する放射線強度対吸収ガス成分の
分圧をグラフ形で示す。
度に対し、検出器に達する放射線強度対吸収ガス成分の
分圧をグラフ形で示す。
【図２】図２のａは本発明に従う校正法に対する測定チ
ャンネルの内部温度対時間をグラフ形で示し、対応して
ｂは本発明に従う測定法に対する測定チャンネルの内部
温度対時間をグラフ形で示す。
ャンネルの内部温度対時間をグラフ形で示し、対応して
ｂは本発明に従う測定法に対する測定チャンネルの内部
温度対時間をグラフ形で示す。
【図３】図３は、本発明に従う校正法に基づく測定ヘッ
ドの構造を示す。
ドの構造を示す。
【図４】図４は、図３に示した測定ヘッドに基づくガス
濃度測定装置を示す。
濃度測定装置を示す。
Claims (5)
- 【請求項１】 環境から少なくとも一部分隔離されてい
る測定チャンネル（３）内に含まれる測定下のガス混合
物に放射線を向け、ガスを透過する放射線の強度を測定
し、測定した強度からガス濃度を計算し、測定装置を校
正するためにガスの状態変数を制御方式で偏位させ、そ
れによって透過放射線強度の水準を変化させ、透過放射
線強度をガス状態変数の少なくとも二つの既知の点で測
定し、それによって使う測定装置校正のためのデータを
得ることからなる、光吸収に基づくＮＤＩＲ法によるガ
ス濃度測定の校正法において、当該校正法が、ガスの周
囲濃度が全く変化しないように短時間で測定下のガスを
加熱して温度上昇と共にガス密度を減少することによっ
てガスの状態変数を偏位させ、一方測定下のガスの分圧
を本質的に一定に保つことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 測定下のガス温度を温度センサー（７）
を使い別々に測定する請求項１の方法。 - 【請求項３】 抵抗加熱素子により加熱される拡散性壁
チャンネルからなる測定チャンネル（３）内で当該測定
を実施し、当該チャンネル壁が、測定下のガスを容易に
透過できるがチャンネル内に含まれるガス混合物と周囲
の環境との間の熱対流を限定する材料からできている、
請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 測定下のガス温度を連続割合で偏位さ
せ、測定下のガスの少なくとも二つの異なる温度および
測定下のガスの夫々の既知の温度で測定した透過放射線
強度に基づき、測定装置の出力信号を形成する、請求項
１または２記載の方法。 - 【請求項５】 測定チャンネル（３）の内部温度を、装
置の周囲の温度以上に連続して維持する、請求項１、
２、または４記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI920410A FI920410A0 (fi) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | Kalibreringsfoerfarande foer gashaltsmaetning. |
| FI924788 | 1992-10-22 | ||
| FI924788A FI96993C (fi) | 1992-01-30 | 1992-10-22 | Kalibrointimenetelmä kaasujen pitoisuuden mittausta varten |
| FI920410 | 1992-10-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264452A true JPH05264452A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3306833B2 JP3306833B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=26159144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01035093A Expired - Fee Related JP3306833B2 (ja) | 1992-01-30 | 1993-01-26 | ガス濃度測定のための校正法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5369278A (ja) |
| JP (1) | JP3306833B2 (ja) |
| DE (1) | DE4302385C2 (ja) |
| FI (1) | FI96993C (ja) |
| FR (1) | FR2687785B1 (ja) |
| GB (1) | GB2263766B (ja) |
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| JP2011522214A (ja) * | 2007-11-20 | 2011-07-28 | エム ベー アール オプティカル システムズ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 被験領域、特に生体組織内の被験領域における物質濃度を示す信号を収集する方法および測定器 |
| WO2015119127A1 (ja) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | 株式会社村田製作所 | ガス濃度検出装置 |
| JP2015215253A (ja) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | 株式会社堀場製作所 | 分析装置 |
| JP2016217985A (ja) * | 2015-05-25 | 2016-12-22 | 横河電機株式会社 | 多成分ガス分析システム及び方法 |
| JP2020180912A (ja) * | 2019-04-26 | 2020-11-05 | 株式会社堀場エステック | 吸光分析装置、及び、吸光分析装置用プログラム |
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| FI100827B (fi) * | 1995-03-22 | 1998-02-27 | Vaisala Oy | NDIR-laitteiston kalibrointimenetelmä sekä kalibrointilaitteisto |
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| DE10218175B4 (de) * | 2002-04-24 | 2011-10-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Fahrzeugs mit fahrsituationsabhängiger Fusion eines Infrarot- und eines Visuell-Abbilds |
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