JPH0579980A - 二酸化炭素及び水分を同時に測定するための装置及び方法 - Google Patents

二酸化炭素及び水分を同時に測定するための装置及び方法

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JPH0579980A
JPH0579980A JP4058328A JP5832892A JPH0579980A JP H0579980 A JPH0579980 A JP H0579980A JP 4058328 A JP4058328 A JP 4058328A JP 5832892 A JP5832892 A JP 5832892A JP H0579980 A JPH0579980 A JP H0579980A
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carbon dioxide
sample
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light
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JP4058328A
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Robert D Eckles
ロバート・デビツド・エクルス
Dayle K Mcdermitt
デイル・キース・マクダーミツト
Jonathan M Welles
ジヨナサン・マーク・ウエルズ
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Li Cor Inc
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Li Cor Inc
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水蒸気及び二酸化炭素の両方を同時に測定す
ることができ、動作が比較的高速で、構造も簡単で、比
較的安価なガス分析装置を提供すること。 【構成】 水蒸気と二酸化炭素とを測定するために、ガ
ス分析器10は、光源56、基準流セル36、サンプル
流セル34、検出器38及びガス源12を備えている。
光源、流セル及び検出器を、前記光源から発し流セルを
通過させた光を検出器で検出するように、配置する。基
準信号をサンプル信号から減算して、独立変数を得る。
二酸化炭素及び空気を混合した二酸化炭素を必要に応じ
て供給する。二酸化炭素を、毛細管を介して容器から供
給する。これらの管を加熱して流量を制御する。二酸化
炭素の総濃度を従属変数として表わす信号を、前記独立
変数から、経験的に決定した多項式から得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を用いての、二
酸化炭素及び水蒸気の濃度の測定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】二酸化炭素濃度を測定するある部類の計
器では、混合ガス中で赤外線を伝送し、そして二酸化炭
素の高吸収領域におけるその吸収された赤外線量を利用
して、存在する二酸化炭素の量を判定するようになって
いる。また、その他のシステムでは、赤外線を水蒸気中
で伝送して、この水蒸気によって吸収された赤外線の量
に従ってその水蒸気の濃度を判定している。
【0003】この従来技術では、水蒸気と二酸化炭素と
について、別個の測定を行っており、そして通常、それ
らの測定は、二酸化炭素を測定する前に水蒸気を除去す
るようにしていた。更に、上記従来技術の計器では、二
酸化炭素を測定するため、いくらかの水蒸気またはその
他の異質なガスの存在に起因する二次的な分子レベル効
果からの、二酸化炭素の吸収特性の変化、を収拾するた
めの補正が設けられていない。また、上記従来技術の計
器では、被測定ガスに対する異質なガスの2次効果によ
って生ずるバンド拡張化(band broadening)のための
補正を行っていなかった。
【0004】ある従来技術の二酸化炭素測定計器では、
セル内で吸収される二酸化炭素の吸収バンド内の赤外線
量を判定することによって二酸化炭素の濃度を測定する
ため、水分と二酸化炭素の両方をガスから除去した後
に、約4.2ミクロンに中心点がある赤外線を、チョッ
パを介してセル内に送出して、ゼロの読み値を得るよう
にしている。次に、二酸化炭素は除去せず水分を除去し
て測定を再び行い、そしてこれら2つの読み値の間の比
較によって、赤外線の吸収度に比例した二酸化炭素の測
定値を得るようにしている。このタイプの従来技術の装
置は、米国特許第4803370号に記載されている。
【0005】そのタイプの装置は、水分と二酸化炭素の
両方の測定に用いられることを意図して、ある種の変更
が行われていた。このような計器の広告は、計器を作り
上げて一般の人の関心の度合いを調べる前に、いくらか
の潜在的顧客に配布していた。しかしながら、この時点
では、既存の装置における異質なガスによる2次効果に
関連した誤差を修正することができないという部分的な
理由からも、このような計器を首尾よく作り上げるのは
不可能であった。
【0006】上記の従来技術の計器には、以下に挙げる
ようないくつかの欠点がある。即ち、 (1) 一度に二酸化炭素または水蒸気のいずれかしか
測定できないこと。
【0007】(2) 赤外線を混合ガスに通過させるだ
けでは、二酸化炭素及び水蒸気の両方の十分な精度の測
定を得ることができないこと。
【0008】(3) 光を分割するビームスプリッタか
らの光の十分な割合部分を用いることができないこと。
【0009】(4) 異質なガスのある種の2次効果や
それ自体のバンド拡張化のための補正ができないこと。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、二酸化炭素のようなガスを、そのガスと混合してい
る水蒸気を最初に除去せずとも効率よく測定することが
できる、新規な測定計器を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のガス分析器は、光源と、基準流セル及びサ
ンプル流セルと、前記基準流セル及び前記サンプル流セ
ルを透過した光を検出し、前記基準流セル内の基準ガス
を透過した光と前記サンプルガス内のガスを透過した光
の各々を表わす信号を発生するための検出手段と、前記
基準及びサンプル信号を受け取る手段とを備えている。
このガス分析器は、前記基準信号を受け取る手段が、ス
ケーリング係数を調節することによって基準信号を一定
に保持する手段と、前記サンプル信号は変化し、前記基
準信号は一定のままとなるように前記サンプル信号を前
記スケーリング係数と乗算する手段とを備えていること
を特徴としている。
【0012】好ましくは、本発明のガス分析器は、前記
基準信号を前記サンプル信号から減算し1つの独立変数
を得る手段と、前記独立変数から従属変数としての総濃
度を表わす信号を発生する手段と、少なくとも前記独立
変数の1乗、2乗及び3乗を有し、各々経験的に決定し
た係数を含む異なる項を含んだ、経験的に決定した3乗
多項式を記憶する手段とを、備えており、これにより従
属変数の総濃度の値を異なる独立変数に対して決定する
ことができるようになり、更に、前記多項式が表わすの
とは別の温度及び圧力について総濃度の値を補正する手
段を備え、赤外線吸収度の読み値を、異なる圧力及び温
度に対して、二酸化炭素の濃度の読み値に変換できるよ
うにしてある。
【0013】好ましくは、前記補正手段は、従属値を2
つの率と乗算する手段を備え、1つは、校正中に測定を
行った絶対温度で測定の絶対温度を除算した率であり、
他方は測定が行われている間の圧力で校正中に測定を行
った圧力を除算した率であり、これによってゼロ基準濃
度測定用の濃度値が得られる。この補正手段は、2つの
率の積を基準信号と乗算し、この積を、ゼロ基準濃度測
定用濃度値と乗算した自動利得制御増幅器の利得に加算
する手段と、二酸化炭素に混じっている他のガスによっ
て生じる二酸化炭素の吸収度の変化を補正する手段とを
備えることもできる。
【0014】更に、ガス源を二酸化炭素容器に接続する
こともできる。このガス源は、毛細管限定器とヒータと
を備えており、加熱によってガスを制御し、更に、二酸
化炭素、ある入口ガス、及び量を制御された二酸化炭素
を含む入口ガスを選択的に供給する手段を備えることも
できる。
【0015】有利なことに、本発明のガス分析器は、二
酸化炭素源に接続するようにした第1のガス経路と、入
力ガスに接続するようにした第2のガス経路と、前記第
2のガス経路を通過する二酸化炭素の量を制御する手段
と、前記第1及び第2のガス経路からのガスを混合する
第3のガス経路と、前記第3のガス経路に接続してあり
前記第3のガス経路からのガスの選択した部分を通過さ
せるための転換バルブとを備えている。
【0016】前記転換手段は、入口ポートと、第1の出
口ポートと、第2の出口ポートとを備えており、前記第
1の出口ポートは、前記第3のガス経路と接続してあ
り、前記第1の出口ポートは前記ガス分析器と接続して
ある。また、この転換手段は、阻止用プレートと、前記
第1及び第2の出口ポートの1つにガス流を減少させる
ように前記阻止用プレートを配置する手段も備えてい
る。
【0017】更に、本発明のガス分析器は、第1及び第
2の光源と、基準流セルとサンプル流セルとを有する検
出器と、前記第1及び第2の光源の対応するものから発
せられた光を前記基準及び前記サンプルガスを介して検
出する第1及び第2の検出手段とを備えている。前記検
出器は、前記基準ガスを透過した光及び前記サンプルガ
スを透過した光の各々を表わす第1及び第2の信号を発
生し、更に前記基準及びサンプル信号を受け取る手段を
備えている。前記基準及びサンプルセルは、複数のミラ
ーを備えており、光が多数の経路を通って前記基準及び
サンプルセル上で反射するようになっている。
【0018】ガスを分析するためには、光を基準流セル
及びサンプル流セルを透過させる。この伝送した光を、
前記基準流セル及び前記サンプル流セルを介して検出
し、前記基準流セル内の基準ガスを透過した前記光及び
前記サンプル流セル内のサンプルガスを透過した光の各
々を表わす信号を発生する。この過程は、前記基準及び
サンプル信号を、スケーリング係数を調節することによ
って基準信号を一定に保持する手段に前記基準及びサン
プル信号を伝送するステップと、前記拡縮係数と前記サ
ンプル信号を乗算するステップからなることを特徴とす
る。
【0019】有利なことに、前記サンプル信号からの前
記基準信号を減算して独立変数を得て、更に前記独立変
数から総濃度を従属変数として表わす信号を発生する。
【0020】この過程では、少なくとも前記独立変数の
1乗、2乗及び3乗を有する異なる項を含む、経験的に
決められた3次多項式を、経験的に決定した係数を含む
前記項の各々と計算し、これによって従属変数である総
濃度を、異なる独立変数に対して決定することができ、
さらに前記経験的に決定した多項式を記憶する。独立変
数から総濃度を決定し、実際の温度及び圧力に対する独
立変数を補正し、赤外線吸収度をより正確な二酸化炭素
の読み値に変換することができる。また、二酸化炭素に
混じっている他のガスによって生じる二酸化炭素の吸収
度の変化に対しても、補正を行う。
【0021】二酸化炭素は、校正中のような場合に、毛
細管限定器を介して供給することができる。この管を加
熱して二酸化炭素の粘度を変化させ、二酸化炭素の流速
を制御すると共に二酸化炭素を転換バルブに供給し、こ
こで二酸化炭素の選択した割合を転換させ、残りをガス
分析システムに印加するようにしている。二酸化炭素
は、それを転換バルブに供給する前に、他のガスと混合
していてもかまわない。上述の説明から、本発明の装置
及び方法は次のようないくつかの利点があることが理解
されよう。即ち、 (1) 二酸化炭素及び水蒸気を同時にまたは個々に、
正確に測定することができる: (2) 2つのサンプル間のまたは基準(ガス)におけ
るゼロ濃度に関する、二酸化炭素濃度及び水蒸気濃度の
差を測定することができる: (3) 比較的使いやすく、経済的である。
【0022】
【実施例】図1は、ガス源12、ガス濃度センサ14及
びガス濃度計算及び表示回路16を有する測定計器を示
す。ガス源12は、ガスを流すための経路を通してガス
濃度センサと連通しており、そしてガス濃度センサ14
は、そのガスの特性を感知して、ガス濃度計算及び表示
回路16に対し、これらのセンサ14と回路16とを接
続する導電体を介して電気信号を送る。表示回路16
は、そのガスの特性、特に、二酸化炭素と水蒸気の濃
度、または2つのガスの二酸化炭素濃度の差及び/又は
それら2つのガスの水蒸気濃度の差、を表示するもので
ある。
【0023】ガス濃度センサ14にガスを供給するため
のガス源12は、好適実施例では光合成計測器であり、
植物チャンバ20、1つ以上のガスバルブ22、ポンプ
24、及びガス処理容器26を備えている。ポンプ24
は、ガス処理容器26を通過した空気またはその他のガ
スを吸上げ、植物チャンバを介してサンプルセル中へま
たバルブ22へ流すようにする。
【0024】ポンプ24は、空気を、これと連通したガ
ス処理容器26に、またバルブ22と、植物チャンバ2
0、ポンプ24及びガス処理容器26に接続してあるバ
ルブ29とに供給して、バルブ22が処理済みのガスま
たは未処理のガスをガス濃度センサ14に印加し、また
バルブ29が処理済みのガスまたは未処理のガスを植物
チャンバ20に印加するようになっている。チャンバ2
0は、ガス濃度センサ14とも連通していて、空気が植
物チャンバ20内に常駐するようになった後、その空気
をセンサ14に供給するようになっている。
【0025】光合成計測器である本好適実施例では、そ
の植物チャンバは、本分野の技術では既知のタイプの透
明チャンバであって、米国特許第4803370号及び
その他の特許に簡単に記載されている。このようなチャ
ンバは、リ・コール社(Li-Cor Inc., P.O.Box 4425, L
incoln, Nebraska 68504 U.S.A.)から購入することが
できる。
【0026】本好適実施例のガス処理容器26は、入口
管及び出口管を有し、またこれらの間に適切な化学薬品
を収納しており、そして好ましくは2つの室に分れてい
て、一方はソーダ石灰を含み、他方は過塩素酸マグネシ
ウムを含んでおり、これにより、空気がガス処理容器2
6に入り、その石灰(これはCO2を除去)中を流れ、
次に過塩素酸マグネシウム(これはH2Oを除去)中を
流れ、そしてこのガス処理容器26から出るようになっ
ている。
【0027】この構成では、洗浄した空気のようなガス
を、植物チャンバ20またはガス濃度センサに印加し、
そのガスを最初にガス濃度チャンバ中を通過させること
によって、基準ガスとして作用させることができる。こ
の目的のために、ポンプ24は、ガスをガス濃度処理器
26を介して植物チャンバ20に通したり、あるいはバ
ルブ22を介してそのガスを直接ガス濃度センサ14に
送り込むようにしたりすることができる。
【0028】ポンプ24は、空気を送り込んだり、ある
いはその他の使用したい任意のガスを送り込むように接
続することもできる。これの出口は、ガス処理容器26
及びバルブ22の一方の入口ポートに接続する。バルブ
22の他方の入口ポートは、ガス処理容器26の出口に
接続してある。バルブ22の出口は、ガス濃度センサ1
4に接続してある。
【0029】この構成によって、ポンプ24は、空気を
ガス処理容器26中に送り込み、そしてそこからその洗
浄済み空気を植物チャンバ20及びガス濃度センサ14
の双方に印加することができ、これによって、植物チャ
ンバ20内に既にあるガスを、その中にないガスと比較
することができる。あるいは、これの代替例において
は、洗浄済みガスを上記と同様に、植物チャンバ20を
介してガス濃度センサ14には印加するが、未処理の空
気をガス濃度センサに通して、それらの比較、または二
酸化炭素または水蒸気の濃度が判っているガスのような
その他のガスと比較するようにすることもできる。
【0030】ガス源12は、これがガス濃度センサ14
及びガス濃度計算/表示回路16と協働することを除い
ては、本発明の一部を成すものではない。
【0031】ガス濃度センサ14は、ガス源12から印
加されたガスの濃度を感知するために、パルス幅変調器
30、光源32、サンプルセル34、基準セル36、及
び感知装置38を備えている。パルス幅変調器30、光
源32、サンプルセル34及び基準セル36は、概し
て、米国特許第48303370号に記載されているタ
イプのもので、それら自体は、ガス濃度センサ14の他
の部分と協働することを除いて、本発明の一部を成すも
のではない。
【0032】パルス幅変調器30は、光源32を付勢し
て、感知用の調整式一定光をサンプルセル34及び36
に与える。これらのユニット内に設けたある1つのフィ
ルタは、二酸化炭素及び水蒸気の吸収スペクトラム内に
ある赤外線光を選択するものである。この赤外光は、二
酸化炭素及び水蒸気によって吸収される。その光源は、
バンドパス光フィルタを介して光を送出するが、これ
は、二酸化炭素の4.26ミクロン吸収バンド及び水蒸
気の2.59ミクロン吸収バンドにおいて強力な放射ス
ペクトラムを有する。各フィルタを異なる各検出器と直
列にして、一方の検出器が4.26ミクロンの二酸化炭
素の吸収バンドを感知し、他方が2.59ミクロンの水
蒸気級数バンドを感知するようにしている。
【0033】ある制御した速度で移動するチョッパホイ
ールにより、光パルスをセンサ63に印加し、このセン
サ63が光パルスを電気信号に変換し、そしてこの信号
をケーブル65を介してフェーズロックループで構成さ
れたモータ制御回路とへまた濃度計算/表示システム1
6とへ送り、これによりそのチョッパホイールの速度を
制御し、また以下で説明する態様で測定値を送るための
タイミング信号を発生する。
【0034】サンプルセル及び基準セルを通過した光に
ついて、二酸化炭素及び水蒸気の夫々に関して、上記感
知装置内で感知し、そして二酸化炭素の吸収バンドの光
の強度を表わす信号と水蒸気の吸収バンド内の光の強度
を表わす第2の信号とを、ガス濃度計算/表示回路16
に送る。
【0035】ガス濃度の計算及び表示のために、ガス濃
度計算/表示回路は、インターフェース回路40、校正
回路42、及び表示及び印刷装置44を備えている。イ
ンターフェース回路40は、好適実施例では、次の機能
を果す。
【0036】(1) 基準セルからの光を感知すること
によって得た基準信号を、制御する: (2) サンプルセルを通った光を感知することによっ
て得たサンプル信号から、その基準信号を減算する: (3) この信号をデジタル形式に変換する: (4) これらを記憶することにより、基準ガス及びサ
ンプルガスを介した測定によって得られた信号を処理し
て、水蒸気濃度及び二酸化炭素濃度を求めることができ
るようにする。
【0037】しかしながら、デジタル形式で計算を行う
代りに、アナログ回路を、サンプル/ホールド手段及び
アナログコンピュータと共に用いて、基準ガス及びサン
プルガスの双方に対する、基準測定及び水蒸気と二酸化
炭素の測定用に個々の信号を得るようにすることもでき
る。更に、ここではコンピュータによって行ういくつか
の計算を、手作業で行うようにすることもでき、また、
定数を、コンピュータのメモリではなく印刷等のハード
コピーに別個に保管するようにすることもできる。
【0038】本好適実施例では、基準値の信号は、これ
をデジタル化する前にアナログ形式で自動利得制御回路
によって一定に保持するようにしているが、最初にデジ
タル化し、更にデジタル信号を一定に保つために必要な
スケーリング値でそのデジタル信号を乗算または除算す
ることによって、一定に保持するようにすることもでき
る。そして、これと同時に、サンプルセルで測定した値
をデジタル的にそれと同じスケーリング係数で乗算また
は除算することによって、二酸化炭素または水蒸気を表
わすサンプルセルによって測定した値を、基準ガスの二
酸化炭素及び水蒸気の測定値における変動と直接比例し
て、変化させるようにすることもできる。
【0039】校正回路42は、インターフェースからの
その信号を受け取り、そして各ガス濃度を表わす信号を
発生する。これは、各計器を、非線形多項式内の既知の
値で校正することによって、実現することができる。そ
の非線形多項式は、各分析計器用に個々に発生し、1つ
の温度及び圧力に対する補正値を与えるものである。こ
の多項式で計算した濃度値は、別の1組の計算によっ
て、その他の温度及び圧力へ展開することもできる。判
定は、基準とサンプルとの間の濃度差から、あるいは、
その基準がゼロ水蒸気とゼロ二酸化炭素を有する場合は
絶対濃度から、のいずれかから行うことができる。ま
た、その他の補正も同様に自動的に行うことができる。
更に、本計器では、水蒸気または二酸化炭素のいずれか
または両方の濃度の計算を別々に行うことも、またそれ
を同時に行うこともできる。情報を表示または印刷する
ためには、適当なコンピュータ用プリンタまたは表示装
置44であれば何を用いてもよい。例えば、適当なプリ
ンタは、ネブラスカ州、リンカーンのリ・コール(Li
−Cor)社から入手することができる。
【0040】図2は、赤外線源50、サンプル及び基準
の流セル52、及び光センサ部54を有するガス濃度セ
ンサ14を概略的に示すものである。赤外線源50は、
ガス(本好適実施例では二酸化炭素と水蒸気である)の
測定用に適当な赤外線光を発生し、そしてこの光を各々
の流セルを透過させることによってこの光に被測定ガス
を通過させ、そして光センサ部54に到達させ、これの
よりこの光センサ部54が二酸化炭素の吸収バンド内の
光及び水蒸気の吸収バンド内の光を測定するようにして
いる。本好適実施例では、これらの測定は次のようにし
て行う。
【0041】(1) 基準ガスとサンプルガスの間で交
互に測定する: (2) 各ガスを異なる検出器で測定する。
【0042】しかしながら、基準ガス及びサンプルガス
の測定を、光センサを付加して用いることによって、同
時に行うこともできる。また、フィルタホイールに取り
付けたもののような、交換可能な諸フィルタを備えた単
一の検出器を用いて、異なる複数のガスを、以下に述べ
る方法で、測定することができる。
【0043】赤外線源50は、発光部56、フィードバ
ック・フォトダイオード58及びレンズ60を備えてい
る。この光源をパルス幅変調器30によって付勢する
が、この変調器30は、より広いパルスによってより多
いエネルギを、及びより狭い幅のパルスによってより少
ないエネルギを与えることができる。フィードバック・
フォトダイオード58は、光を受け取り、そして発光部
56を通る電流の流れを制御するための信号をフィード
バックして、パルス幅変調器30(図1)からのパルス
幅を制御することにより、発光部56を通過する電流を
制御する。レンズ60は、当該技術では在来の方法で、
発光部56からの光を合焦させるためのレンズである。
このレンズとサンプルセル部52の間には、光がサンプ
ル及び基準セル部52内のサンプルセル及び基準セルを
透過する前に、その光を分断する、モータ64による駆
動のチョッパシャッタ62を配置してある。これの速度
は、在来のフィードバック・ループによって一定に保つ
ようにしている。検出器システム63は、上記フィード
バップ・ループ用の信号を受け取り、そしてタイミング
信号を濃度計算/表示システム14に供給して、基準ガ
ス測定及びサンプルガス測定に対応する信号の区別を行
う。
【0044】この発光部は、米国特許第4803370
号により詳しく記載されており、その開示をここに含め
るものとする。これ自体は本発明の一部ではないが、他
の装置と共動して、本発明の正確さ、時間の節約及び小
形化を実現するための、発明的組み合わせの一部であ
る。
【0045】サンプル及び基準セル部52は、チャンバ
20からここまで流れてくる被測定ガスを受けようにし
たサンプルセル70と、バルブ22を介した空気を基準
として受けようにした基準セル72と、を備えている。
サンプルセル及び基準セルは両方とも、レンズ60と光
センサ部54との間に整列させてあり、赤外線源50か
ら伝送された光が両方のセルを通過して、それらを測定
するための光センサ部54に達するようにしている。
【0046】光センサ部54は、レンズ80、ダイクロ
イック・ビームスプリッタ82、水蒸気検出器組立体8
4、及び二酸化炭素検出器組立体86とを備えている。
レンズ80は、光源50から発せられサンプルセル70
及び基準セル72を通過した光を受け、それをビームス
プリッタ82に送るように、取り付けている。ビームス
プリッタ82は、ある波長の光を検出器86に通過さ
せ、他の波長の他の光を検出器84に通過させるもので
ある。
【0047】ダイクロイック・ビームスプリッタ82
は、4.26ミクロンの中心波長を有する光の、少なく
とも55パーセントの高い割合を、二酸化炭素検出器8
6に伝え、2.4ミクロンの中心点を有する光の大きな
部分(例えば少なくとも55パーセント)を反射する。
本好適実施例では、このビームスプリッタの特性は、次
の通りである。
【0048】(1) ハードコートである: (2) 4.0ミクロンと4.5ミクロンの間の平坦伝送
バンドの75パーセント以上を伝送する: (3) 2.45ミクロンと2.70ミクロンの間の75
パーセントを反射する: (4) 光軸が垂直から45度傾斜しており、点源から
の合焦した放射であり、Fが3.5に等しい: (5) 径が1.9±0.13センチメートル(0.75
±0.005インチ)で、厚さが0.05±0.005セ
ンチメートル(0.020±0.002インチ)である: (6) 環境は、相対湿度(RH)90パーセント以上
で、摂氏0〜50度である: (7) 基礎材料は合成サファイアである: (8) 最小光絞りの径が、1.625センチメートル
(0.65インチ)である。
【0049】この構成によって、同一赤外線光ビーム
を、水蒸気と二酸化炭素とを含む空気混合物が存在する
同一経路を通って伝送させ、そして2つのセルによって
別個に感知するようにする。少し遅れて、その同一光
を、基準量の二酸化炭素と水蒸気を含んだ基準セル、ま
たは二酸化炭素を含まず水蒸気を含んだ基準セルを通過
させ、そして二酸化炭素及び水蒸気を各々2つの異なる
フォトセルによって再び感知する。
【0050】これらのガスを通過する光の量を感知する
ために、二酸化炭素感知組立体86及び水蒸気感知組立
体84は各々、フィルタ90及び92の異なるもの、セ
ンサ94及び96の異なるもの、及び熱電冷却器98及
び100の異なるものを備えている。センサ94及び9
6と熱電冷却器98及び100は、これら2つの検出器
では同一であるが、フィルタ90と92とは異なる。
【0051】4.26ミクロン附近を中心とした光を二
酸化炭素センサのセンサ96に送り、そしてその他の波
長を阻止するために、フィルタ92を、ビームスプリッ
タ82とセンサ96との間に取り付けてあり、これは、
ほぼ全ての他の波長の光を除去する狭バンドフィルタで
ある。フィルタ92は、中心周波数が4.2ミクロン
で、150ナノメータより狭いバンドを有するものであ
る。
【0052】本好適実施例では、次の特性を持つフィル
タを用いている。
【0053】(1) 中心波長が4.27ミクロン±0.
5パーセントである: (2) 半バンドが0.150ミクロン±10パーセン
トである: (3) 80パーセント以上の透過: (4) 0.1パーセント以上の減衰(それ以上の阻止
は必要でない): (5) 合成サファイア製基板: (6) 0.55センチメートル×0.55センチメート
ル±0.255センチメートル(0.220インチ×0.
220インチ±0.005インチ)の寸法: (7) 厚さ0.05センチメトール(0.020イン
チ): (8) 縁部欠陥(edge defect)0.05センチメート
ル(0.020インチ): (9) 摂氏−10度以上の条件で動作し、合焦する: (10) 合焦した放射線のコーンハーフ角度(cone h
alf angle)が8度に等しく、Fナンバが3.5である。
【0054】同様に、2.59ナノメートル附近を中心
とする波長を有する光を伝送するために、フィルタ90
を、ビームスプリッタ82と水蒸気検出器のセンサ94
との間に取り付け、その他の周波数の光を全て阻止す
る。このフィルタ90は、2.5ミクロンの中心波長と
100ナノメートル以下のバンドとを有しなくてはなら
ない。
【0055】好適実施例では、このフィルタは次の特性
を有する。
【0056】(1) ハードコート: (2) 中心波長が2.595ミクロン±10nmであ
る: (3) 半波長が50nm±10nmである: (4) 減衰:2.66ミクロンから2.70ミクロンま
では1.0パーセント以下の透過、2.70ミクロン以上
では0.1パーセント以下の透過、2.44ミクロンより
短い周波数での0.1パーセント以下の透過である: (5) 阻止:6.5ミクロンまで不要である: (6) ピーク透過:60パーセント以上である: (7) 光学系タイプ:点源からの合焦光線。Fナンバ
は3.5に等しい: (8) サイズ:一辺0.6センチメートル±0.03セ
ンチメートル(0.22±0.010インチ)の正方形
で、厚さ0.05センチメートル(0.020イン
チ)、縁部欠陥0.05センチメートル(0.020イ
ンチ)以下である: (9) 基礎材料:合成サファイア: (10) 環境:摂氏12度±2度、相対湿度90パー
セント以下。
【0057】図3は、二酸化炭素インターフェース部分
114と水蒸気インターフェース部分116とを有する
インターフェース回路40のブロック図である。2つの
インターフェース部の各々は、導体110及び112の
対応するものを介して、赤外線測定用感知部38(図
1)に電気的に接続してある。これらの回路は各々、そ
の出力を校正回路42に電気的に接続してある。二酸化
炭素蒸気インターフェース部分114及び水蒸気インタ
ーフェース部分116は実質的に同一であるので、二酸
化炭素インターフェース部分114のみを図3に詳しく
示し、詳細に説明することにする。
【0058】基準ガス中の二酸化炭素濃度を表わす信号
を一定に保ち、ガスサンプル中の二酸化炭素濃度と基準
ガス中の二酸化炭素濃度との間の差を表わす信号を得る
ために、二酸化炭素蒸気インターフェース部分114
は、自動利得制御増幅器120と、フィードバック回路
122と、基準電圧124と、減算器126と、アナロ
グ/デジタル変換器130をと備えている。
【0059】110上の信号を自動利得制御部に印加
し、そして基準電圧の期間中ケーブル65(図1及び
2)からの同期信号の制御の下で、フィードバック回路
は、自動利得制御増幅器を制御して、その出力から導体
132に送出された出力を、基準電圧124に対して一
定に保持する。フィードバック回路及び減算器に接続し
てあるケーブル65からの次のクロック指示において、
フィードバック回路は、自動利得制御を一定に保ち、一
方、サンプルガスからの信号を、以前の設定の自動利得
制御を介して印加し、そして減算器126において基準
電圧から減算する。この結果得られた差電圧信号を、校
正回路42に印加できるようにするために、アナログ/
デジタル変換器130に送る。校正回路42は、好適実
施例ではコンピュータである。
【0060】この差信号を、以後時として独立変数と呼
ぶことにするが、これを校正回路42(図1)に印加
し、濃度に関する信号を準備するために用いる。校正回
路42は、プログラム制御の下で諸ステップを実行し、
好適実施例では3次多項式である多項式の定数を繰り返
し決定するようにしている。この多項式を、読み取りの
間、適切な温度及び圧力に対して補正し、必要に応じて
絶対濃度及び濃度差を計算するのに用いる。
【0061】図4は、以下に記載するプログラムにした
がいコンピュータが実行するステップを示したブロック
図である。また、図4は、総濃度計算器150、濃度計
算器152、圧力拡張部154及び希釈補正部156か
らなり、同じ繰り返し計算を行うために設計されたハー
ドウエア回路を示すものと考えることもできる。ブロッ
ク図42で実行する計算は、好適実施例では、校正をヒ
ューレットパッカード200で行い、動作中はインテル
80C188マイクロプロセッサで行う。校正値a1
2、a3(式2)は、ヒューレットパッカード・シリー
ズ200コンピュータ上で、表1のプログラムによって
計算するが、当技術において既知の方法で手計算で行う
こともできる。濃度を計算するプログラムは表2に示す
ものである。
【0062】
【数1】V=K(1−vs/vr
【数2】F(V)=a1V=a22+a33
【数3】C=F(VP0/P)[(T+273)/(T0
+273)] 校正中及び分析装置の動作中の双方において、二酸化炭
素センサ及び水蒸気センサの両方に対する基準信号を一
定に保ち、基準とサンプル信号との差に比例する信号V
を得て、インターフェース回路40(図1)のアナログ
/デジタル変換器130(図3)において、デジタルコ
ードに変換する。この信号は、式1に示すように表わす
ことができ、ここでvsはサンプルガスの測定信号であ
り、vrは基準ガスの測定信号である。
【0063】基準信号(基準ガスを透過する光に応じて
検出器から得られる信号)を一定に保っているので、比
例定数kと、新たな定数K(この定数は比例係数kに基
準信号を乗算したものと同等である)とで因数分解する
ことができる。サンプルセル内のガス濃度が増加する
と、サンプル信号(サンプルガスを透過する光に応じて
検出器から得られる信号)は、吸収される光が増加する
ため減少する。信号出力Vは、サンプル信号の減少量に
比例して増加する(式1)。
【0064】
【表1】
【表2】 分析器の校正は、幾つかのガス濃度における出力V(以
後時として独立変数と呼ぶ)の測定と、3次多項式F
(V)の係数を数学的に決定することとからなる。多項
式F(V)は、式2に示すように、基準セルにおけるガ
ス濃度をゼロとして、Vをガス濃度に関連付けるもので
ある。係数a1、a2、a3は特定の計器に対して製造者
が決定するもので、各分析器に対して唯一のものであ
る。校正関数F(V)(以後時として従属変数と呼ぶ)
は、それが決定された温度及び湿度において、及び基準
セル内のゼロガス濃度においてのみ、有効である。
【0065】絶対温度がガス濃度に線形に影響を及ぼ
し、一方、圧力は信号出力Vに線形に影響を及ぼすこと
が、経験的に判った。したがって、基準セルでのゼロガ
ス濃度時(絶対モード)において信号出力をガス濃度に
関連付ける式は、式3で示すようなものとなる。コンピ
ュータは、従属値を式3の係数と乗算することによっ
て、これを調節する。温度T及び圧力Pを測定し、その
目的のためにコンピュータに入力する。校正中の対応す
る温度及び圧力をT0、P0で夫々示すことにする。高高
度地域を除いて、圧力の影響を、分析器の利得を調節す
ることによって、補償することができる。
【0066】基準セルにおいて別の濃度を用いると、分
析器は基準信号を一定レベルに保持しようとするので、
検出器の利得は高くなる。利得の増加は、分析器がより
敏感になっているので、関数F(V)が更に急勾配を示
すことを意味する。
【0067】校正関数F(V)と基準セルにおける基準
濃度がわかれば、利得を変化させた係数Gを予測するこ
とができる。基準濃度における検出器の出力が、サンプ
ルセルの基準濃度及び基準セルのゼロ濃度に対するもの
であれば、式1から式4を導くことができる。式4にお
いて、基準信号Vsrは、基準セルにおいてゼロ濃度、サ
ンプルセルにおいて基準濃度の場合に存在する信号出力
である。この基準信号を、式5に示すように、F(V)
の逆数で与え、温度及び圧力に対して補正する。
【0068】
【数4】G=Vsr/Vr=(1−Vr/K)
【数5】Vr=F-1(Cr[(T0+273)/(T+2
73)])(P/P0
【数6】C=F[(VG+Vr)P0/P][(T+27
3)/(T0+273)]基準セルにて基準濃度を与え
た場合のサンプルセルでのガス濃度C及び分析器信号出
力Vについての一般的な式を式6に示す。差Cは、式7
に示すように、単にC−基準濃度である。
【0069】二酸化炭素cのモル分率(umol/mo
l)は、式6から直接得られる。基準濃度値(umol
/mol)は、乾燥していない場合の水蒸気による希釈
効果を反映するものである。二酸化炭素の分圧Paを、
cと全圧力P(kPa)から式8によって計算する。二
酸化炭素の重量分率(ug/g)を式9に示すように計
算する。
【0070】水蒸気wのモル分率(mmol/mol)
は、式6から計算する。水蒸気差(mmol/mol)
は、wから基準モル分率(mmol/mol)を引いた
ものである。蒸気圧e(kPa)は、式10に示すよう
に、水蒸気モル分率wと全圧力P(kPa)から計算す
る。
【0071】露点温度(摂氏)は、リストによる、スミ
ソニアン気象学表(Smithsonian Meterological Table
s)第6改定版(1966年)(スミソニアン・インス
ティチューション、第527頁)に与えられているよう
に、ゴフとグラッチ(Goff andGratch)のデータ(Tran
s.Amer.Soc.Heat.and Vent.Eng.Vol.52、第95頁、1946
年)に適合させた式から計算する。このスミソニアン気
象学表の開示事項は、言及によりここに含めることにす
る。
【0072】
【数7】ΔC=F[(VG+Vr)P0/P][(T+2
73)/(T0+273)]−Cr
【数8】Pc=cP/1000
【数9】Cg=44c/M
【数10】e=wP/1000
【数11】Td=242.62z/(7.6448−z) ここで、z=log10(e/0.61083)、またe
はkPaで表わした蒸気圧
【数12】wg=18w/1000M これらの表は、式11に示すように、摂氏−50〜50
度の範囲において、飽和蒸気圧を温度の関数として与え
たものである。水蒸気の重量分率(mg/g)は、式1
2に示す。ここでMは式9を計算した後に与えられるも
のである。
【0073】水蒸気は、二酸化炭素の赤外線検出に対
し、次の3つの方法で影響を与え得るものである。
【0074】(1) 対象とする二酸化炭素の波バンド
における直接吸収: (2) 希釈: (3) 圧力拡張化(pressure broadening)。
【0075】水蒸気による直接赤外線吸収は、波バンド
及びフィルタの賢明な選択によって、事実上除去するこ
とができ、また、希釈を補正する方法はよく知られてい
るが、圧力拡張化は、より問題となる。
【0076】赤外線放射のガス相吸収は、振動的及び回
転的エネルギ状態におけるエネルギ誘導型変化によるも
のである。このようなエネルギ状態を、分子間相互衝突
によって変化させる。この衝突は、圧力が増加するにつ
れてその数も増加するものである。ガスの力学定理及び
量子力学では、吸収バンドが圧力と共に増加することを
予測しており、そして広バンド赤外線吸収は、圧力が一
定の吸収剤濃度において増加するにつれて、増加するこ
とが観察されている。
【0077】全てのガスが、圧力誘導型線拡張化(pres
sure-induced line broading)を引き起こすのに等しく
効果的な訳ではない。類似するガスは、似ていないガス
よりもより効果的である。この効果は、等価圧(equiva
lent pressure)または有効圧力(effective pressur
e)の概念にて、具現化する。全圧力Pは、構成ガスの
分圧の合計に等しく、一方、等価圧は、式13に示すよ
うに定義できる。この式13において、a1、a2等は、
式14に示すものでは窒素に対する各ガス種の圧力拡張
化効果を表わす重み係数であり、式15に示すものでは
窒素内の二酸化炭素に対するものである。
【0078】圧力eの水蒸気と圧力Pの複数の乾燥ガス
によって構成される単純な雰囲気では、式16に示すよ
うに、または、式17に示すようなモル分率単位では
(Xdは全乾燥ガスのモル分率であり、Xwは水蒸気のモ
ル分率(e/P)である)、その等価圧は、式18に示
すようになる。原則として、有効圧力は、二酸化炭素の
分圧と共に変動するが、二酸化炭素の分圧は非常に小さ
いので、無視することができる。したがって、雰囲気を
構成する他のガスが一定ならば、等価圧を式13に示す
ように定義することができる。ここで、圧力Pの乾燥ガ
スは、乾燥空気の全圧力であり、adは乾燥空気の重み
係数である。
【0079】
【数13】Pe=a11+a22+...
【数14】(aN2=1)
【数15】Pe=pN2+1.3pCO2(2)
【数16】P=Pd+c
【数17】I=Xd+Xw
【数18】Pe=Σaii+awc 好ましくは、分析器を、空気中で二酸化炭素または水蒸
気を用いて校正し、1に等しい乾燥空気の重み係数を標
準状態として得られるようにする。式17を式13に代
入することによって、式14を導き出す。
【0080】awの値は、窒素の代りに乾燥空気を基準
として用いているので、文献中のこのような他の値に相
当するような本質的な定数(intrinsic constant)では
ない。その値は、経験的に、乾燥空気に対して約1.5
と決定した。式20を展開することにより、窒素を標準
として、また水蒸気と酸素(または他のガス)を可変構
成物として含むことができる。有効圧力を式21に示す
ようにより一般的な形に書き、その可能性を予期するこ
とができる。また、式20を式22に示すように簡単に
書き直すことができ、ここで式23が真となり、二酸化
炭素校正関数に組み込む。
【0081】二酸化炭素校正関数(式3)の形は、経験
的に得られたものであるが、これを「非重複線近似(no
noverlapping line approximation)」と呼ばれる「ス
ケーリング法則」から導出することもできる。この非重
複線近似は、吸収濃度が低いか、或いは経路長(path l
engths)が短い時、適用できるものである。
【0082】
【数19】 Pe=add+awe =P(add+aww
【数20】Pe=P[1+(aw−1)Xw
【数21】 Pe=P[1+(aw−1)Xw+Σ(bi−1)Xi
【数22】Pe=Pχ(Xw
【数23】χ(Xw)=1+(aw−1)Xw
【数24】Vr=χ(wr)F-1({cr/χ(wr)}
{(T0+273)/(T+273})P/P0 G=1−(Vr/K) C=χ(ws)F({(VG+Vr)/χ(ws)}P0
P)(T+273)/(T0+273) Δc=c−cr 式22から得られた有効圧力をその誘導式におけるPに
代入すると、その結果として水蒸気の存在による圧力拡
張化に対して補正を行った二酸化炭素のモル分率が得ら
れる。二酸化炭素に対する校正式は、式24に示すよう
になる。水に対する補正は、単一の物理的に意味のある
定数の決定を必要とする、理論的に正当と認められる過
程を基とする。
【0083】希釈に対する補正も、所望であれば、適用
することができる。多数の構成物からなる混合物の1つ
の構成ガスを一定の圧力において減少させると、これに
したがって他の全ての構成物の分圧は増加する。例え
ば、水蒸気を一定圧力の下で除去すると、他の構成物の
分圧は式25にしたがって増加する。式25においてw
は水蒸気のモル分率(mmol/mol)であり、pi
wetは、水蒸気を除去する前の他の構成ガスの分圧であ
る。個々の構成物に対して、式25は式26と等しくな
る。水蒸気を空気流に加えるか、またはそれから除去す
ると、純二酸化炭素束(net carbon dioxide flux)が
存在するか否かによって、見かけ上の二酸化炭素モル分
率差が現れる。
【0084】
【数25】P=(Σpi wet)/(1−w/1000)
【数26】pi dry=pi wet/(1−w/1000)
【数27】Cs wr=Cs ws(1−wref/1000)/
(1−w/1000) この希釈効果を、基準空気流内の水蒸気モル分率に対し
て、式27を用いて補正する。式27において、Cs ws
は、wsによって希釈されたサンプルセル内の実際の二
酸化炭素モル分率であり、Cs wrはwrefによって希釈さ
れた場合の同等のサンプルセルにおける二酸化炭素モル
分率である。
【0085】図5は、第1、第2、第3及び第4演算増
幅器200、202、204及び206を有する自動利
得制御増幅器120の概略回路図である。第1及び第2
の演算増幅器200及び202は、水蒸気検出器からの
信号を受ける入力導体112と自動利得制御増幅器13
2を減算器126(図3)に接続する導体132との間
に、直列に接続してある。入力導体112は、0.00
47マイクロファラッドのコンデンサ208を介して演
算増幅器200の非反転端子に接続しており、更にこの
非反転端子を20メガオームの抵抗210を介してAC
グラウンドに接続してある。また、増幅器200の出力
端子を、増幅器202の非反転入力端子に、0.47マ
イクロファラッドのコンデンサ212を介して、電気的
に接続し、また0.001マイクロファラッドのコンデ
ンサ214を介してその入力端子に、更に2.21キロ
オームの抵抗216を介してその出力端子に、電気的に
接続し、これによってRC回路を形成している。増幅器
202の非反転入力端子は、2.21キロオームの抵抗
216を介して電気的に接地されている。
【0086】この構成において、サンプル及び基準信号
を周期的に一連のチョップしたパルスとして、導体11
2に印加する。増幅器200は、残りの回路の制御の下
で、自動利得制御増幅器として作動する。この回路は、
クロックパルスよりかなり高い時定数を有するものであ
る。また、このクロックパルスは、チョッパホイール6
2(図2)とサンプル流セル70及び基準流セル72
(図2)を介して印加される光開口とに同期して、基準
信号からサンプル信号に信号を切り換えるものである。
【0087】増幅器200の利得を調節するために、増
幅器204及び206を、4個のN形電界効果トランジ
スタ220、222、224及び226と共に、回路に
設けてあり、またそれら増幅器は、出力導体132と増
幅器200の利得を制御する電界効果トランジスタ22
6との間に、互いに直列に電気的に接続してある。増幅
器204の非反転入力端子は、0.22マイクロファラ
ッドのコンデンサ230を介して導体132に電気的に
接続して、導体132からの信号を受け取るようにする
と共に、電界効果トランジスタ220と22キロオーム
の抵抗232とを介してグラウンドに接続している。こ
の電界効果トランジスタは、ケーブル65上のクロック
パルスを受けるように電気的に接続して、抵抗232を
グラウンドに接続するか或いはその接地を阻止すること
により、増幅器204の非反転入力端子が、信号が基準
値を表わす時にその信号を導体132から受け取り、そ
の信号が信号値を表わす時は信号を受け取らないように
する。
【0088】増幅器204の出力は、その反転入力端
子、及び電界効果トランジスタ222及び224のソー
スに1メガオームの抵抗232を介して、接続してい
る。電界効果トランジスタ222のドレインは接地して
あり、一方ゲートはクロックパルスを受け取るように電
気的に接続してある。同様に、電界効果トランジスタ2
24のゲートは、ケーブル65からの同期パルスを受け
るように、電気的に接続してあり、更にそのドレインは
演算増幅器206の反転端子に電気的に接続してある。
また、この演算増幅器206は、1.47マイクロファ
ラッドのフィードバック・コンデンサ234と共に積分
器として接続してある。
【0089】−14ボルトの電圧源236は、2メガオ
ームの抵抗238を介して、電界効果トランジスタ22
4のソース電極に電気的に接続している。増幅器206
の出力は利得制御回路に電気的に接続している。この利
得制御回路は、33Kの抵抗240、470キロオーム
の抵抗242及び470キロオームの抵抗244を含ん
でおり、これら抵抗は、増幅器206の出力と電界効果
トランジスタ226のゲート電極との間に、羅列した順
に直列に接続してある。順バイアスする1N4148ダ
イオード246及び10キロオームの抵抗248は、抵
抗250及び242とグラウンドとの間に、並列に電気
的に接続してあり、更に0.1マイクロファラッドのコ
ンデンサ250を、抵抗242及び244とグラウンド
との間に電気的に接続してある。
【0090】電界効果トランジスタ226のソース及び
ドレイン電極は、2つの100オームの抵抗252及び
254を介して、互いに電気的に接続し、また電界効果
トランジスタ226のドレインを接地し、ソースを増幅
器200の非反転入力端子に電気的に接続してその利得
を制御するようにしている。抵抗252と254との中
点は、0.1マイクロファラッドのコンデンサ256を
介して、電界効果トランジスタ226のゲート電極に、
電気的に接続し戻している。
【0091】この回路は、多くの点において、同期形復
調器として作動し、ノイズに対する弁別を行うと共に、
同時に自動利得制御増幅器に印加する基準電圧を制御
し、基準信号を一定に保持するように連続的にその増幅
器の利得を調節し、更にこれを行うスケーリング係数を
導体132のサンプル電圧に対して印加する。
【0092】図6は、減算器126の概略回路図を示す
ものである。減算器126は、導体132上のサンプル
信号及び基準信号を受け、そしてその差を導体300に
印加するもので、第1の演算増幅器302、第2の演算
増幅器304及び電界効果トランジスタ・ブリッジ30
6を有している。積分増幅回路304の出力端子300
は、サンプル信号と基準信号との差を与える。
【0093】入力増幅器回路302をその入力に接続し
て、サンプル信号及び基準信号の一部分を受けると共
に、それらをブリッジ回路306に印加するようにして
いる。入力端子132も、ブリッジの逆側に接続してい
る。ブリッジ306は、チョッパホイール63(図1)
の回転に応答して、タイミング信号検出器63(図1)
からのタイミングパルスを、ケーブルの異なる導体65
を介して受けるように接続した、4つの電界効果トラン
ジスタを備えている。それらのパルスを離間させて、反
転した基準信号とサンプル信号とを交互に積分演算増幅
器304に印加して、サンプル信号から基準信号を減算
する。
【0094】この目的のために、ブリッジ回路306
は、4つのN形電界効果トランジスタ310、312、
314及び316を備えている。また、入力端子132
は次のものと電気的に接続する。
【0095】(1) 33.2キロオームの抵抗320
を介して、電界効果トランジスタ310のソースと電界
効果トランジスタ312のドレインに接続: (2) 33.2キロオームの抵抗322、1キロオー
ムのポテンショメータ324及び33.2キロオームの
抵抗326をこの順で介して、増幅器302の出力に接
続。
【0096】ポテンショメータ324のタップは、増幅
器302の反転端子に電気的に接続し、一方増幅器30
2の非反転端子を10Kの抵抗328を介してグラウン
ドに接続してある。増幅器302の出力は、33.2K
の抵抗330を介して電界効果トランジスタ314のソ
ースと電界効果トランジスタ316のドレインに電気的
に接続してある。
【0097】トランジスタ314及び312のゲート電
極は、ケーブル65の1つの導体65Aに電気的に接続
し、更にトランジスタ310及び312のゲート電極
は、ケーブル65の他方の導体65Bに接続し、そして
これら2対の電界効果トランジスタをタイミングパルス
に応じて交互に付勢して、基準信号及びサンプル信号を
印加するようにする。トランジスタ310及び314の
ドレインは接地し、トランジスタ312及び316のソ
ースは、増幅器304の反転入力端子に電気的に接続し
ている。この反転入力は、更に0.47マイクロファラ
ッドのコンデンサ332を介して出力導体300に接続
している。増幅器304の非反転端子は1Kの抵抗33
4を介して接地して、これにより、反転及び非反転の基
準信号及びサンプル信号を組み合わせて、これらを端子
300に印加できるようにしている。
【0098】図7は、図1の12で全体的に示している
供給源の代りに用いることができる、オープンパス・ガ
ス源12Aのブロック図を示すものである。このガス源
12Aは、二酸化炭素源500、二酸化炭素流量制御シ
ステム502、オープンパス・ガス源504、及びガス
制御システム506を有している。二酸化炭素源500
は、結合接続部501、圧力調整器512及びソレノイ
ド制御式バルブ514を備えている。結合部501は、
ねじ(screw threads)等で圧力調整器512と連通す
るよう、取り外し可能に小さな加圧二酸化炭素源510
に接続するようになっている。ソレノイド制御式バルブ
514は、入力装置590と電気的に接続して、バルブ
514を開閉すると共に、空気的に圧力調整器512と
接続して、毛細管503に供給するための二酸化炭素を
受け取るようにしている。
【0099】二酸化炭素の流れを制御するために、二酸
化炭素流量制御システム502は、第1の毛細管限定器
(restrictor)503、第2の毛細管限定器516、第
3の毛細管限定器534、第4の毛細管限定器536、
第5の毛細管限定器518、第6の毛細管限定器513
及び二酸化炭素電気制御回路544を備えている。
【0100】オープンパス・ガス源へ二酸化炭素の流れ
を可能にするため、ソレノイド制御式バルブ514を入
力装置590からの信号によって開くと、毛細管限定器
503の一端は、ソレノイド制御式バルブ514を介し
て、圧力調整器512と連通する。毛細管限定器503
の他端は、第2の毛細管限定器516の第1の端部と第
3の毛細管限定器534の第1の端部と連通し、第2の
毛細管限定器516の他端は、排出ポート522と連通
している。第3の毛細管限定器534の他端は、第4の
毛細管限定器536と連通している。
【0101】二酸化炭素の流量を制御するために、二酸
化炭素制御回路544を次のように電気的に接続する。
【0102】(1) 導体548によって毛細管限定器
534と536との間: (2) 導体546によって毛細管限定器503と51
6と534との間: (3) 導体546によって毛細管限定器536と51
8と513との間: (4) 導体528によって毛細管限定器518と排出
ポート522との間:及び (5) 導体528によって排出ポート522と毛細管
限定器516との間。
【0103】各毛細管限定器には、その上に高抵抗性被
覆を施してあり、電流が毛細管を加熱することにより、
それらの中のガスの粘度を増して、流速を遅くするよう
になっている。これらの導体及び毛細管限定器は、ソレ
ノイドバルブ514からオープンパス・ガス源504を
介してバルブ568までの二酸化炭素の流れのために、
電気的に制御可能な空気ブリッジを形成している。二酸
化炭素流量制御システム502のダイナミックレンジを
大きくするために、第2の毛細管限定器516をポート
522で大気と連通させ、一方第5の毛細管限定器51
8は、各ポート520で大気と連通させる。
【0104】流れを制御するために、毛細管限定器50
3、534、536及び513を直列に接続して、二酸
化炭素源からそしてボリューム568までの流路を形成
している。毛細管限定器516及び518は、ポート5
22及び520を介して排出する分路管限定器であり、
このようにして毛細管限定器503、534、536及
び513を通過する流れを減少させる。直列の毛細管限
定器534及び536を、導電体546及び548と並
列に接続して、導体546及び548を流れる電流で、
直列接続した毛細管限定器534及び536のジュール
加熱を、それらの電気的抵抗により起こすようにする。
更に、分路毛細管限定器516及び518を導電体54
6及び528と並列に接続して、導体546及び528
と毛細管の抵抗を流れる電流が、分路毛細管518及び
546のジュール加熱を起こすようにする。
【0105】上記流れ限定毛細管は径が小さく、流量も
低いので、毛細管内の流れの分布は層流である。層流状
態では、流量はガスの粘度に反比例する。ガスの粘度は
幾分温度に依存するので、温度変化は限定毛細管を流れ
るガスの流量変化に影響を与え得るものである。
【0106】流れ制御の範囲を増加させるために、例え
ば次にあげるような技法を用いる。
【0107】(1) ガスの粘度依存性が小さいので、
大きな温度変動を使用(摂氏200度以上): (2) 直列及び分路構成は、ガスの一部を失うことに
なるが、制御範囲を増大させる: (3) 直列限定器及び分路限定器の温度変動を反対に
結合し、一方のグループを加熱する時は、他方のグルー
プは同じ割合だけ冷却し、一方のグループを冷却する時
は、他方のグループを同じ割合だけ加熱する: (4) 二酸化炭素の流れを、流れ限定毛細管513及
びソリッドステート圧力センサ540間の圧力降下によ
って感知する。
【0108】センサ540からの信号は、二酸化炭素制
御回路544に供給し、この制御回路544で、直列毛
細管及び分路毛細管の温度を制御し、これによって、小
流量の二酸化炭素の調整を行う。
【0109】この構成を用いて、二酸化炭素を、第6の
毛細管限定器513を介して、上記ブリッジからオープ
ンパス・ガス源504に、選択した量だけ印加して、所
望の時に空気の二酸化炭素含有量を制御する。供給中の
空気及び二酸化炭素の体積を、圧力センサ540で感知
し、そして圧力センサ540は、導体542から二酸化
炭素制御回路544に信号を印加して、上記ブリッジに
印加する熱を制御し、このようにして、オープンパス・
ガス源504に流れる二酸化炭素量を制御する。
【0110】大気中の空気からガスを供給するために、
オープンパス・ガス源504は、入口通気導管552、
バイパス導管554、圧力センサ562、流れ限定器5
64、ボリュームタンク568、ポンプ制御回路57
2、及びポンプ574を備えている。導管552は、次
にあげる、(1) 導管554、(2) 二酸化炭素ス
クラッバ550、(3) 流れ限定器564、(4)
ボリューム圧力安定器、及び(5) ポンプ574を、
この羅列した順序で介して、ガス制御システム506と
直接連通する。
【0111】圧力センサ562は、導管556を介して
スクラッバ550及び流れ限定器564に、並びに導管
566を介して導管582に連通し、流れ限定器564
の両端間の圧力を測定するようになっている。この信号
を、導体570を介して、ポンプ制御回路572に印加
する。ポンプ制御回路572は、流れ限定器564の上
記圧力を一定に保持する速度でガス制御システム506
に送り込むようにポンプ574を制御する。
【0112】好適実施例では、限定器503は、長さ約
10センチメートル(4インチ)で、50psi(1平
方インチ当りのポンド)の入口圧力を受け、0.01セ
ンチメートル(0.004インチ)の径を有する。毛細
管524上でかつ限定器534と536との間のヒータ
は、温度を摂氏250度まで上昇させる。ボリューム5
63に流入する最大空気流は、毎分2立方センチメート
ルであり、センサ540及び562はソリッドステート
圧力変換器である。
【0113】最終的なガス混合物を、分析器セルまたは
植物チャンバ20(図1)に接続するための管27Aに
供給するために、ガス処理システム506は、転換(di
verting)バルブ572、デシカント管584、流量計
586、及び導管27Aを備えている。導管27Aは、
図1の実施例に示す導管27と同様であり、したがっ
て、2つのスイッチ22及び29によって、植物チャン
バ20、またはサンプルセル34、または基準セル3
6、またはサンプルセル及び基準セルを変更したもの
を、以下に述べるように、接続可能となっている。この
切り換えシステムは、図1の実施例に示すガス処理部2
6を備える必要はないが、そうでない場合は図1のスイ
ッチ22及び29を備えた切り換えシステムが適当であ
る。
【0114】転換バルブ572について以下に更に詳細
に説明する。これは、制御回路588の制御の下で、2
方向ソレノイドバルブ514の選択に応じて、ポンプ5
74によって導管576から吸上げられるガスを受け取
るものである。この転換バルブ578を、以下に説明す
るように、導管27Aに印加する前にデシカント584
及び流量計586を通過させるための導管598上の信
号の制御の下で、導管576中のガスの全てまたは一部
をデシカントチャンバ584に注入し、残りのガスを導
管554を介して再循環させるように調節することがで
きる。流量計586は、導体600を介して制御回路5
08に電気的に接続してあり、ガス制御システム506
内の入力装置590の制御の下で、二酸化炭素の量を制
御する。
【0115】適当な割合のガスを供給するために、制御
回路508を入力装置590に接続して、導体602を
介して二酸化炭素制御回路544に示した二酸化炭素量
と、転換バルブによって導管598を介して供給する均
整のとれたガス混合物とを、記録するようにしている。
この構成によって、ガスの流れを、入力装置590に入
れた通りに、制御回路508によって制御することがで
きる。
【0116】図8は、転換バルブ578の断片的断面図
を示すものである。転換バルブ578は、導管576
(図7)と連通するようにしたガス入口ポート612、
再循環用導管554(図7)と連通するようにした第1
の出口ポート624、及びデシカント584と連通する
第2の出口ポート622とを有する。入口ポート612
からのガスを、転換バルブ578で調整して、デシカン
トまたは再循環用の出口ポートに印加する。
【0117】再循環するガスと導管27Aに印加するガ
スとの比率を制御するために、バルブ578は、入口ポ
ート612が中央部に位置し、底部が円筒状の本体部分
620、第1の出口ポート624及び第2の出口ポート
622、制御ディスク616、本体の上端部610、及
びモータ駆動式制御プレート614を有する。制御ディ
スクまたはプレート616の位置を、制御回路588
(図7)で制御する。これは、出口溝626及び628
によって収集しポート622及び624を通って出てい
くガスの流れを、適当に調和させるものである。
【0118】本体底部620は円筒状で、入口ポート6
12が中央に位置しており、更に第1及び第2の溝(図
9)がその表面に形成されている。出口ポート622は
第1の溝626を貫通し、一方、出口ポート624は他
方の溝628を貫通している。この構成によって、入口
ポート612に入るガスは、(1) 入口穴612と出
口溝626との間の領域がより大きく露出する時、溝6
26に、より容易に流れる、及び、(2) 入口穴61
2と出口溝628との間の領域がより大きく露出する
時、溝628に、より容易に流れる。
【0119】ディスク616の位置を制御することによ
って再循環するガスの割合と導管27Aに注入する割合
を制御するために、制御ディスク616(図10)を、
モータ615によって、モータ駆動式シャフト614と
動かすために、嵌合する。このモータは、ディスク61
6を、収集溝626及び628に至る領域をいくらか覆
うように、位置決めする。これは、一方の溝への全ての
流れを完全に阻止し、他方の溝に至る通路を完全に開放
するようにしてもよいし、これら2つの位置の間のどこ
かに位置決めしてもよい。このように流れを調和させる
のは、プレート616、上部プレート610及び下部プ
レート620の間の許容誤差が非常に密であることに起
因する。この転換バルブは、第7の限定器513の結合
部または流れ限定器503の入口において、二酸化炭素
の流入を分割するために、分割流入力として用いること
もできる。
【0120】図11及び12は、分析器14Aの一実施
例の断面図を示すものである。これは、図2の分析器1
4の代替として用いることができるもので、2つのガス
感知用チャンバ70A及び72Aと(図11には感知用
チャンバ72Aのみを示している)、光学及び電子部分
用のハウジング650とを有する。チャンバ72A及び
70Aは、図2のチャンバ70及び72と類似したもの
である。
【0121】図11に示すように、チャンバ72Aは、
上方向にレンズ672及び窓を通過してミラー668に
至る光路を備えている。ミラー668は光を反射して逆
側の角にあるミラー666に到達させる。ミラー668
及び666が45度の角度で配置されており、上方向に
進むレンズ672からのビームと平行に、ビームが下方
向に反射されてレンズ671に到達し、ハウジング65
0内で感知されるようになっている。セル72Aは、チ
ャンバ底部にあるポート673を通過して上部ポート6
75へ流れるガスで充満されるようになっており、その
光吸収度を感知するのである。
【0122】セルを通過する光を供給するために、ハウ
ジング650は、制御のため付勢のための回路基板に取
り付けた光源674、レンズ672に至る管状チャンネ
ル、及びチャンバ72A内のガスのガス完全性を与える
ためにOリングで密閉した窓とを備えている。このチャ
ンバハウジングの逆側には、レンズ671を取り付けて
おり、チャンバ72A内のガスを通過した光を受け取
り、所望の周波数を光検出器658に選択するように配
置したフィルタディスク656を透過させる。フィルタ
ディスク656は、本技術分野で公知なように、フィル
タ部を光検出器の前に位置付けるように、回転可能に駆
動するものである。ペルチェセル662及び664が、
光検出器658の温度を一定に保持している。
【0123】図12は分析器14Aの正面断面図を示
す。この分析器が有する第1及び第2のガスセル70A
及び72Aは、分割壁668によって分離されており、
そして各ガスセルが、ガスを受け取るようになってお
り、また図11に示すような検出システム及び光源を夫
々自体が有している。しかしながら、図2の実施例に示
すような、単一の光源を用いることもできる。図12の
実施例に最良に示されているように、チョッパハウジン
グは、チョッパディスク656を備えており、これがモ
ータ654によって駆動されて両方の検出器658及び
660に対しチョッパを提供し、ガスセル70A及び7
2Aのいずれかから入ってくる光を処理するようにして
いる。
【0124】
【発明の効果】上述の説明から、本発明の分析計器は、
次のようないくつかの利点を有することが理解されよ
う。
【0125】(1) 比較的正確な測定ができる: (2) 水蒸気及び二酸化炭素の両方を、同じ混合物内
で測定することができ、ガスのバンド拡張化に起因する
2次効果のための過剰な誤差を発生することもない: (3) 同一のガスの測定しか必要としないので、動作
が比較的高速である: (4) 水蒸気を除去した後に乾燥空気内で二酸化炭素
を測定する必要がないので、複雑さが軽減される: (5) 比較的安価である。
【0126】以上に本発明の好適実施例について詳細に
説明したが、本発明において多くの変形変更が上記教示
事項の範囲内で可能である。したがって、本発明は、上
述の詳しく説明したものではなく、添付の特許請求の範
囲内において実施することができるものであることは、
理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のブロック図。
【図2】本発明の一実施例によるガス濃度センサの概略
図。
【図3】図1の実施例の一部を成すインターフェース回
路のブロック図。
【図4】図1の実施例の一部分に用いる校正回路のブロ
ック図。
【図5】図3のインターフェース回路の一部分の概略回
路図。
【図6】図3のインターフェース回路の別の部分の概略
回路図。
【図7】本発明の実施例によるガス分析器にガスを供給
するシステムのブロック図。
【図8】図7の実施例において用いることができるバル
ブの実施例の断面図。
【図9】図8のバルブの一部分の平面図。
【図10】図8の実施例の別の部分の平面図。
【図11】本発明の実施例によるガス分析に用いること
ができる、二重感知セルの断面図。
【図12】図11の二重感知セルの正面横断面図。
【符号の説明】
10...ガス分析器 12...ガス源 34...サンプル流セル34 36...基準流セル 38...感知装置 40...インターフェース回路 50...赤外線源 52...サンプル及び基準流セル 54...光りセンサ部 70...サンプル流セル 72...基準流セル 94,96...センサ 120...自動利得制御増幅器 122...フィードバック回路 126...減算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨナサン・マーク・ウエルズ アメリカ合衆国ネブラスカ州68507,リン カーン,アダムス 8501

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源(56)と、 基準流セル(72)及びサンプル流セル(70)と、 前記光源からの前記基準流セルを透過した光及び前記サ
    ンプルセルを透過した光を検出し、前記基準流セル内の
    基準ガスを通過した光及び前記サンプルセル内のガスを
    通過した光の各々を表わす信号を発生する検出手段(9
    4,96)と、 前記基準信号及びサンプル信号を受け取る手段と、から
    なる、ガス分析装置(10)であって、 前記基準信号を受け取る手段(38)が、スケーリング係
    数を調節することによって前記基準信号を一定に保持す
    る手段(122,126)と、前記サンプル信号は変化し前記
    基準信号は一定を維持するように、前記サンプル信号に
    前記スケーリング係数を乗算する手段(120)と、を含
    むこと、を特徴とする、ガス分析装置。
  2. 【請求項2】請求項1のガス分析装置において、更に、
    前記サンプル信号から前記基準信号(124)を減算して
    独立変数を得る手段(126)と、前記独立変数から、総
    濃度を表わす信号を従属変数として発生する手段(15
    0)と、を備えていること、を特徴とするガス分析装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1または2のいずれかのガス分析装
    置において、更に、前記独立変数の少なくとも1乗、2
    乗及び3乗を有する異なる項を含む、経験的に決定した
    3次多項式を記憶する手段を備えており、前記項の各々
    は、経験的に決める係数を含んでおり、これによって前
    記従属変数の総濃度値を、異なる独立変数に対して決定
    できるようにしたこと、を特徴とするガス分析装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2または3のいずれかのガス分
    析装置において、更に、前記多項式が表わす以外の温度
    及び圧力に対して総濃度の値を補正する手段を備えてお
    り、赤外線吸収度の読み値を、異なる圧力及び温度に対
    する二酸化炭素濃度の読み値に変換することができるこ
    と、を特徴とするガス分析装置。
  5. 【請求項5】請求項1、2、3または4のいずれかのガ
    ス分析装置において、前記補正手段は、前記従属値を2
    つの比率と乗算する手段を備えており、前記比率の一方
    は、校正中に測定を行った絶対温度で測定の絶対温度を
    除算した比率であり、他方の比率は、測定を行っている
    間の圧力で校正中に測定を行った圧力を除算した比率で
    あり、これによって、ゼロ基準濃度測定のための濃度値
    を得ること、を特徴とするガス分析装置。
  6. 【請求項6】請求項1、2、3、4または5のいずれか
    のガス分析装置において、前記補正手段は、前記2つの
    比率の積を前記基準信号に乗算し、この積を、ゼロ基準
    濃度測定用濃度値と乗算した自動利得制御増幅器の利得
    に、加算する手段を備えていること、を特徴とするガス
    分析装置。
  7. 【請求項7】請求項1、2、3、4、5または6のいず
    れかのガス分析装置において、更に、二酸化炭素と混合
    している他のガスによって生ずる二酸化炭素の吸収度の
    変化に対して補正する手段を備えていること、を特徴と
    するガス分析装置。
  8. 【請求項8】請求項1、2、3、4、5、6または7の
    いずれかのガス分析装置において、更に、二酸化炭素容
    器(510)に接続するようにしたガス源(124)を備えて
    いること、を特徴とするガス分析装置。
  9. 【請求項9】請求項8のガス分析セルにおいて、前記ガ
    ス源(124)は、毛細管限定器(518,536,528,516,534)
    とヒータ(544)とを備えており、前記ガスを加熱によ
    って制御すること、を特徴とするガス分析セル。
  10. 【請求項10】請求項8または9のガス分析セルにおい
    て、前記ガス源は、更に、二酸化炭素と、入口ガスと、
    二酸化炭素の制御された量を含む入口ガスとを選択的に
    供給する手段(22,24)を備えていること、を特徴とす
    るガス分析セル。
  11. 【請求項11】請求項1、2、3、4、5、6、7、
    8、9または10のいずれかのガス分析セルにおいて、
    更に、 二酸化炭素源(510)に接続するようにした第1のガス
    通路(534,536,518)と、 入口空気に接続するようにした第2のガス通路(950,56
    4)と、 前記第2のガス通路を通過する二酸化炭素量を制御する
    手段(544)と、 前記第1及び第2のガス通路からのガスを混合させる第
    3のガス通路(568,574,578)と、 前記第3のガス通路に接続し、前記第3のガス通路から
    のガスの選択した部分を通過させるようにした転換バル
    ブ(578)と、を備えていること、を特徴とするガス分
    析セル。
  12. 【請求項12】請求項8、9、10または11のいずれ
    かのガス分析セルにおいて、前記転換手段(578)は、 入口ポート(576)と、 第1の出口ポート及び第2の出口ポートと、 阻止用プレート(516)と、 前記第1及び第2の出口ポートの一方へのガス流を減少
    させるように前記阻止用プレートを配置する手段と、を
    備え、前記入口ポート(612)は前記第3のガス通路(5
    76)に接続してあり、前記第2の出口ポートはガス分析
    装置(624)に接続してあること、を特徴とするガス分
    析セル。
  13. 【請求項13】請求項1、2、3、4、5、6、7、
    8、9、10、11または12のいずれかのガス分析セ
    ルにおいて、前記検出手段は、 第1及び第2の光源と、 基準流セル及びサンプル流セルと、 前記第1及び第2の光源の対応する一方から発せられ前
    記基準及び前記サンプルガスを透過した光を検出し、前
    記基準ガスを透過した前記光及び前記サンプルガスを透
    過した光の各々を表わす第1及び第2の信号を発生する
    第1及び第2の検出手段と、 前記基準及びサンプル信号を受け取る手段と、を備えて
    おり、前記基準及びサンプルセルは各々複数のミラーを
    備えており、光を多数の通路を介して前記基準及びサン
    プルセルで反射するようにしたこと、を特徴とするガス
    分析セル。
  14. 【請求項14】光に基準流セル及びサンプル流セルを透
    過させるステップと、 前記基準流セル及びサンプル流セルを透過した光を検出
    するステップと、 前記基準流セル内の基準ガスを透過した前記光及び前記
    サンプル流セル内のサンプルガスを透過した光の各々を
    表わす信号を発生するステップと、からなるガス分析方
    法であって、 前記基準及びサンプル信号を、スケーリング係数を調節
    することによって前記基準信号を一定に保持する手段に
    伝送するステップと、 前記サンプル信号を前記スケーリング係数と乗算するス
    テップと、を含んでいること、を特徴とするガス分析方
    法。
  15. 【請求項15】請求項14の方法において、更に、前記
    サンプル信号から前記基準信号を減算して、独立変数を
    得るステップと、前記独立変数から総濃度を表わす信号
    を従属変数として発生するステップとを含んでいるこ
    と、を特徴とするガス分析方法。
  16. 【請求項16】請求項14または15の方法において、
    更に、 前記独立変数の少なくとも1乗、2乗及び3乗を有し、
    かつ経験的に決める係数を各々含んだ、異なる項を含
    む、経験的に決定した3次多項式を計算し、これによっ
    て、従属変数の総濃度値を、異なる独立変数に対して決
    定することができるようにするステップと、 前記経験的に決定した多項式を記憶するステップと、を
    含んでいること、を特徴とするガス分析方法。
  17. 【請求項17】請求項14、15または16のいずれか
    の方法において、更に、 独立変数から総濃度を決定するステップと、 前記独立変数を実際の温度及び圧力に対して補正するス
    テップと、を含んでおり、赤外線吸収度の読み値を、二
    酸化炭素のより正確な濃度読み値に変換することができ
    ることを特徴とする、ガス分析方法。
  18. 【請求項18】請求項14、15、16または17のい
    ずれかの方法において、更に、二酸化炭素と混合してい
    る他のガスによって生ずる二酸化炭素の吸収度の変化に
    対して補正するステップを含んでいること、を特徴とす
    るガス分析方法。
  19. 【請求項19】請求項14、15、16、17または1
    8のいずれかの方法において、更に、 毛細管限定管を介して二酸化炭素を供給するステップ
    と、 前記管を加熱して二酸化炭素の粘度を変化させることに
    よって二酸化炭素の流速を制御するステップと、 前記二酸化炭素を転換バルブに供給し、前記二酸化炭素
    の選択した部分を転換し、残りをガス分析装置に印加す
    るようにしたステップと、を含んでいること、を特徴と
    するガス分析方法。
  20. 【請求項20】請求項14、15、16、17、18ま
    たは19のいずれの方法において、更に、前記二酸化炭
    素を前記転換バルブに供給する前に、他のガスと混合す
    るステップを含んでいること、を特徴とするガス分析方
    法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228583A (ja) * 2001-01-31 2002-08-14 Horiba Ltd Pfc除害装置の状態モニタ
JP2007502407A (ja) * 2003-08-11 2007-02-08 センセエアー アーベー 測定誤差を補償する方法およびこのための電子配置
JP2010066209A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Yazaki Corp 濃度測定装置
JP2011512532A (ja) * 2008-02-15 2011-04-21 ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシル 赤外分光計
JP2012507734A (ja) * 2008-11-06 2012-03-29 リ−コール インコーポレーティッド ガス分析器
JP2016014658A (ja) * 2014-06-11 2016-01-28 株式会社堀場製作所 Co2濃度計用ゼロガス精製器及びco2濃度計測システム
JP2017044577A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 旭化成エレクトロニクス株式会社 ガスセンサ較正装置及びガスセンサ較正方法

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340987A (en) * 1991-03-15 1994-08-23 Li-Cor, Inc. Apparatus and method for analyzing gas
US5572031A (en) * 1994-11-23 1996-11-05 Sri International Pressure- and temperature-compensating oxygen sensor
AU707754B2 (en) 1995-10-09 1999-07-22 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Method for spectrometrically measuring isotopic gas and apparatus thereof
FI102785B1 (fi) * 1996-09-18 1999-02-15 Instrumentarium Oy Seoskaasuvaikutuksen korjaus säteilyabsorptioon perustuvassa mittauksessa
US6138674A (en) * 1997-10-16 2000-10-31 Datex-Ohmeda, Inc. Active temperature and humidity compensator for anesthesia monitoring systems
US6627873B2 (en) 1998-04-23 2003-09-30 Baker Hughes Incorporated Down hole gas analyzer method and apparatus
US6218662B1 (en) * 1998-04-23 2001-04-17 Western Atlas International, Inc. Downhole carbon dioxide gas analyzer
US6121627A (en) * 1998-08-31 2000-09-19 Tulip; John Gas detector with reference cell
WO2000054032A1 (de) * 1999-03-08 2000-09-14 Institut für Chemo- und Biosensorik Münster E.V. Gassensor und verfahren zum betreiben eines gassensors
GB2347999B (en) * 1999-03-17 2001-11-28 Cambustion Ltd Oxides of carbon detector
US6317212B1 (en) 1999-09-17 2001-11-13 Li-Cor, Inc. Gas analyzer
US6369387B1 (en) 1999-10-15 2002-04-09 Li-Cor, Inc. Gas analyzer
DE19963029C2 (de) * 1999-12-24 2001-08-16 Walz Heinz Gmbh Elektromagnetisches 3/2-Wege Ventil für eine Messanordnung zur Messung von CO¶2¶-Gasstoffwechselvorgängen und der Transpiration von intakten Pflanzen
US6692970B2 (en) 2000-01-19 2004-02-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Automated carbon efflux system
US8994947B2 (en) * 2001-03-19 2015-03-31 Pranalytica, Inc. Diagnostic method for high sensitivity detection of component concentrations in human gas emissions
US6860163B2 (en) 2001-11-23 2005-03-01 Universite De Liege Device allowing measurement of photosyntesis of a whole small plant
US7352465B2 (en) * 2002-07-23 2008-04-01 Aperon Biosystems Corp. Sample conditioning and environmental control techniques for gas sensor
GB2396405B (en) * 2002-12-05 2006-03-08 E2V Tech Uk Ltd Gas sensors
US7255474B2 (en) * 2003-07-28 2007-08-14 Symyx Technologies, Inc. Parallel infrared spectroscopy apparatus and method
US7240535B2 (en) * 2005-09-07 2007-07-10 Microsensor Systems, Inc. Method and apparatus for gas measurement at substantially constant pressure
US7851758B1 (en) 2005-09-29 2010-12-14 Flir Systems, Inc. Portable multi-function inspection systems and methods
US20070074035A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Tom Scanlon Secure recordation for inspection systems and methods
DE102006016855A1 (de) * 2006-04-07 2007-10-11 Emerson Process Management Gmbh & Co. Ohg Verfahren und Vorrichtung zur Messung der optischen Absorption von Proben
DE102006019705B3 (de) * 2006-04-27 2007-06-14 Tyco Electronics Raychem Gmbh Dynamisches Messwertfilter für eine Gassensoranordnung
GB0613213D0 (en) 2006-07-04 2006-08-09 Smiths Group Plc Detectors
US20080053439A1 (en) * 2006-08-10 2008-03-06 Lighton John R Combined device for analytical measurements
US8010320B2 (en) * 2006-11-17 2011-08-30 United Technologies Corporation Reducing gas turbine performance tracking estimation non-repeatability
GB0701180D0 (en) * 2007-01-22 2007-02-28 Honeywell Int Inc Method of calibrating a gas sensor
ITBO20070036A1 (it) * 2007-01-23 2008-07-24 Aea Srl Metodo e dispositivo di misura della concentrazione dei gas di scarico di una caldaia
US20080277586A1 (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Dennis Cardinale Low-Power Fast Infrared Gas Sensor, Hand Held Gas Leak Detector, and Gas Monitor Utilizing Absorptive-Photo-Acoustic Detection
US7688448B2 (en) * 2007-06-01 2010-03-30 University Of Utah Research Foundation Through-container optical evaluation system
US8899556B2 (en) 2007-11-15 2014-12-02 Lawrence Livermore National Security, Llc. Systems and methods for generation of hydrogen peroxide vapor
US8447528B2 (en) * 2009-12-21 2013-05-21 Envirotest Systems Holdings Corp. Remote vehicle emissions sensing system and method for differentiating water from hydrocarbons
EP2538201A1 (en) * 2010-02-16 2012-12-26 Hamamatsu Photonics K.K. Gas concentration calculation device, gas concentration measurement module, and light detector
US8910506B2 (en) 2010-09-23 2014-12-16 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration
US8692202B2 (en) 2010-09-23 2014-04-08 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration with thermally insulated sample chamber
US8610072B2 (en) * 2010-09-23 2013-12-17 Li-Cor, Inc. Gas exchange system flow configuration
JP5815377B2 (ja) * 2010-12-27 2015-11-17 株式会社堀場製作所 ガス濃度測定装置
DE102011002421A1 (de) * 2011-01-04 2012-07-05 Robert Bosch Gmbh Messgerät zur Messung von Partikelkonzentrationen mittels Streulicht und Verfahren zur Überwachung des Messgerätes
JP5794803B2 (ja) * 2011-03-28 2015-10-14 株式会社堀場エステック 分光光学計及びその校正方法
WO2012166954A2 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 Li-Cor, Inc. Systems and methods for estimating photosynthetic carbon assimilation
US8976358B2 (en) * 2012-03-23 2015-03-10 Spectrasensors, Inc. Collisional broadening compensation using real or near-real time validation in spectroscopic analyzers
US9176050B2 (en) * 2012-05-03 2015-11-03 Lighthouse Instruments, Llc. Method and apparatus for increased purge efficacy in optical absorption spectroscopic measurements of gases in sealed containers
GB2517187B (en) * 2013-08-14 2016-09-14 Duvas Tech Ltd Multipass spectroscopic absorption cell
JP6575989B2 (ja) * 2015-03-31 2019-09-18 日本電信電話株式会社 So3分析方法および分析装置
US10352865B1 (en) 2017-04-13 2019-07-16 Mainstream Engineering Corporation Fluid flow cell and method for photometric analysis
CA3079984A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 Alberta Biophotonics Inc. Optical measurement method and system
CN110057762B (zh) * 2019-03-13 2021-11-02 电子科技大学 一种激光光谱痕量气体检测技术中的气体深度干燥方法
CN112683837B (zh) * 2021-01-26 2023-07-21 杭州麦乐克科技股份有限公司 一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法
CN114216879B (zh) * 2021-12-14 2022-08-12 交通运输部公路科学研究所 一种植物光合作用光合气体测量的便携式装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3270756A (en) * 1963-04-09 1966-09-06 Hugh L Dryden Fluid flow control valve
US3712325A (en) * 1971-05-21 1973-01-23 Avl Ag Gas mixer
US3805074A (en) * 1973-01-02 1974-04-16 Texas Instruments Inc Spectral scan air monitor
US3792272A (en) * 1973-01-12 1974-02-12 Omicron Syst Corp Breath test device for organic components, including alcohol
US3932754A (en) * 1973-01-22 1976-01-13 Infrared Industries, Inc. Gas analyzer
US3948281A (en) * 1973-02-22 1976-04-06 Scott Environmental Technology, Inc. Gas blending using null balance analyzer
US4008394A (en) * 1973-06-28 1977-02-15 Sensors, Inc. Gas analyzing
JPS5413388A (en) * 1977-06-30 1979-01-31 Matsushita Electric Works Ltd Gas concentration meter of ultrared ray absorption type
JPS5928855B2 (ja) * 1979-02-15 1984-07-16 マツダ株式会社 内燃機関の排ガス測定方法
DE3010516C2 (de) * 1980-03-19 1985-02-21 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Küvette für optische Gasanalysengeräte
US4355234A (en) * 1980-09-19 1982-10-19 Mine Safety Appliances Company Stable infrared analyzer
US4480191A (en) * 1982-09-27 1984-10-30 Sun Electric Corporation Automatic gain control for an infrared source of an automotive emissions analyzer
JPS59173734A (ja) * 1983-03-23 1984-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 赤外線ガス分析計
JPS6120840A (ja) * 1984-07-09 1986-01-29 Horiba Ltd 赤外線分析計の校正機構
DE3525346A1 (de) * 1985-07-16 1987-01-29 Hartmann & Braun Ag Infrarotanalysator
JPS62217139A (ja) * 1986-03-19 1987-09-24 Fujitsu Ltd ガス濃度測定装置
JPS6378053A (ja) * 1986-09-20 1988-04-08 Horiba Ltd ガス分析計
US4738147A (en) * 1986-12-16 1988-04-19 Sampling Technology, Inc. Low flow sampling and analysis system
US4803370A (en) * 1987-05-18 1989-02-07 Li-Cor, Inc. Infrared light generation
US4829183A (en) * 1987-09-11 1989-05-09 Andros Analyzers Incorporated Dual sample cell gas analyzer
US4914719A (en) * 1989-03-10 1990-04-03 Criticare Systems, Inc. Multiple component gas analyzer
DE3918994C1 (ja) * 1989-06-10 1990-06-13 Draegerwerk Ag, 2400 Luebeck, De
FI87694C (fi) * 1989-07-07 1993-02-10 Instrumentarium Oy Avlaegsnande av gaser som stoer maetningar av en gasindikator
US5065025A (en) * 1990-03-02 1991-11-12 Axiom Analytical, Inc. Gas sample analysis provided by light pipe radiation structure
US5340987A (en) * 1991-03-15 1994-08-23 Li-Cor, Inc. Apparatus and method for analyzing gas

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228583A (ja) * 2001-01-31 2002-08-14 Horiba Ltd Pfc除害装置の状態モニタ
JP2007502407A (ja) * 2003-08-11 2007-02-08 センセエアー アーベー 測定誤差を補償する方法およびこのための電子配置
JP2011512532A (ja) * 2008-02-15 2011-04-21 ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシル 赤外分光計
JP2010066209A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Yazaki Corp 濃度測定装置
JP2012507734A (ja) * 2008-11-06 2012-03-29 リ−コール インコーポレーティッド ガス分析器
JP2016014658A (ja) * 2014-06-11 2016-01-28 株式会社堀場製作所 Co2濃度計用ゼロガス精製器及びco2濃度計測システム
JP2017044577A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 旭化成エレクトロニクス株式会社 ガスセンサ較正装置及びガスセンサ較正方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0503511A2 (en) 1992-09-16
US5340987A (en) 1994-08-23
US5457320A (en) 1995-10-10
EP0503511A3 (en) 1993-10-13
DE69225514T2 (de) 1998-10-22
EP0503511B1 (en) 1998-05-20
DE69225514D1 (de) 1998-06-25

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