JPH06281578A - ガス分析計 - Google Patents
ガス分析計Info
- Publication number
- JPH06281578A JPH06281578A JP9223993A JP9223993A JPH06281578A JP H06281578 A JPH06281578 A JP H06281578A JP 9223993 A JP9223993 A JP 9223993A JP 9223993 A JP9223993 A JP 9223993A JP H06281578 A JPH06281578 A JP H06281578A
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- Japan
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- gas
- sample
- light
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- sample gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスによる光の吸収特性を利用したガス分析
計において、測定値の誤差を抑え、光の利用効率を高め
る。 【構成】 試料セル13の一端側に光源11を、他端側
に検出器15を設け、試料ガスの流路中に圧力変調装置
17を設ける。圧力変調装置17によって試料ガスの圧
力を変えて、二つの異なる圧力について、試料セル13
を通過した赤外光の強度を検出し、これらから演算装置
19が試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める。
計において、測定値の誤差を抑え、光の利用効率を高め
る。 【構成】 試料セル13の一端側に光源11を、他端側
に検出器15を設け、試料ガスの流路中に圧力変調装置
17を設ける。圧力変調装置17によって試料ガスの圧
力を変えて、二つの異なる圧力について、試料セル13
を通過した赤外光の強度を検出し、これらから演算装置
19が試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線式ガス分析計
等、ガスによる光(赤外線や紫外線を含む)の吸収特性
を利用してガスに含まれる特定成分の濃度を測定するガ
ス分析計に関する。
等、ガスによる光(赤外線や紫外線を含む)の吸収特性
を利用してガスに含まれる特定成分の濃度を測定するガ
ス分析計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のガス分析計の一例として、図2に
赤外線式ガス分析計の構成を示す。このガス分析計は、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の濃度を測定する場
合に使用されるものであって、比較セル52と試料セル
53の2本の円筒状のセルを平行に配置し、赤外光を投
射する光源51と、光源51からの赤外光を比較セル5
2と試料セル53のいずれかのセルに選択的に投射する
ための回転セクタ58と、両セル52、53を通過した
赤外光を集光する集光器54と、集光された赤外光を受
光して両セル52、53を通過した特定波長帯の赤外光
の強度(透過光強度)を検出する検出器55とを備えて
いる。
赤外線式ガス分析計の構成を示す。このガス分析計は、
燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の濃度を測定する場
合に使用されるものであって、比較セル52と試料セル
53の2本の円筒状のセルを平行に配置し、赤外光を投
射する光源51と、光源51からの赤外光を比較セル5
2と試料セル53のいずれかのセルに選択的に投射する
ための回転セクタ58と、両セル52、53を通過した
赤外光を集光する集光器54と、集光された赤外光を受
光して両セル52、53を通過した特定波長帯の赤外光
の強度(透過光強度)を検出する検出器55とを備えて
いる。
【0003】2本のセルのうち比較セル52に基準とな
るガスを封入あるいは流通させておき、試料セル53に
は試料ガスを流しておく。回転セクタ58をモータ57
で回転させることにより、光源51からの赤外光を比較
セル52と試料セル53へ交互に投射する。それぞれの
セル52、53を通過した赤外光は、集光器54で集光
され、交互に検出器55に導入される。これにより、比
較セル52の透過光強度と試料セル53の透過光強度が
検出器55で時分割により別個に検出される。これらの
検出値から試料ガスに含まれる特定成分の濃度(燃焼排
ガスに含まれる一酸化炭素等の濃度等)を求めることが
できる。
るガスを封入あるいは流通させておき、試料セル53に
は試料ガスを流しておく。回転セクタ58をモータ57
で回転させることにより、光源51からの赤外光を比較
セル52と試料セル53へ交互に投射する。それぞれの
セル52、53を通過した赤外光は、集光器54で集光
され、交互に検出器55に導入される。これにより、比
較セル52の透過光強度と試料セル53の透過光強度が
検出器55で時分割により別個に検出される。これらの
検出値から試料ガスに含まれる特定成分の濃度(燃焼排
ガスに含まれる一酸化炭素等の濃度等)を求めることが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなガス分析
計では、試料ガスが汚れている場合に、試料セル53が
汚れても比較セル52が汚れることはないため、その汚
れが測定誤差の原因となる。また、回転セクタ58の回
転が不安定となった場合に、その不安定な回転によって
測定値がばらつく。さらに、光源51から出た赤外光が
試料セル53のみならず比較セル52にも投射されるこ
と、赤外光の一部が回転セクタ58によって遮断される
こと、集光器54において赤外光がある程度吸収される
こと等のため、赤外光の利用効率が低いという欠点があ
る。
計では、試料ガスが汚れている場合に、試料セル53が
汚れても比較セル52が汚れることはないため、その汚
れが測定誤差の原因となる。また、回転セクタ58の回
転が不安定となった場合に、その不安定な回転によって
測定値がばらつく。さらに、光源51から出た赤外光が
試料セル53のみならず比較セル52にも投射されるこ
と、赤外光の一部が回転セクタ58によって遮断される
こと、集光器54において赤外光がある程度吸収される
こと等のため、赤外光の利用効率が低いという欠点があ
る。
【0005】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、ガスに
よる光の吸収特性を利用してガスに含まれる特定成分の
濃度を測定するガス分析計であって、測定値のばらつき
が少なく、光の利用効率が高いガス分析計を提供するこ
とを目的とする。
成されたものであり、その目的とするところは、ガスに
よる光の吸収特性を利用してガスに含まれる特定成分の
濃度を測定するガス分析計であって、測定値のばらつき
が少なく、光の利用効率が高いガス分析計を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、試料ガスによる光の吸収特性を
利用して試料ガスに含まれる特定成分の濃度を測定する
ガス分析計において、試料ガスが入る試料セルと、試料
セルに光を投射する光源と、試料セルを通過した光の強
度を検出する検出手段と、試料セル内の試料ガスの圧力
を変化させて少なくとも二つの異なる圧力を設定するこ
とができる圧力制御手段と、圧力制御手段が設定する二
つの異なる圧力に対して検出手段が検出した二つの検出
値に基づき、試料ガスに含まれる特定成分の濃度を算出
する算出手段と、を備えた構成としている。
に成された本発明では、試料ガスによる光の吸収特性を
利用して試料ガスに含まれる特定成分の濃度を測定する
ガス分析計において、試料ガスが入る試料セルと、試料
セルに光を投射する光源と、試料セルを通過した光の強
度を検出する検出手段と、試料セル内の試料ガスの圧力
を変化させて少なくとも二つの異なる圧力を設定するこ
とができる圧力制御手段と、圧力制御手段が設定する二
つの異なる圧力に対して検出手段が検出した二つの検出
値に基づき、試料ガスに含まれる特定成分の濃度を算出
する算出手段と、を備えた構成としている。
【0007】
【作用】光源から試料セルに光が投射され、その光は試
料セル内の試料ガスを通過する。この通過により、試料
ガス中の特定成分(測定対象成分)に対応する波長帯の
光がその特定成分の密度(単位体積中に含まれる特定成
分の量)に応じて吸収される。試料セルを通過した光は
検出手段によって受光され、その強度(透過光強度)が
検出される。
料セル内の試料ガスを通過する。この通過により、試料
ガス中の特定成分(測定対象成分)に対応する波長帯の
光がその特定成分の密度(単位体積中に含まれる特定成
分の量)に応じて吸収される。試料セルを通過した光は
検出手段によって受光され、その強度(透過光強度)が
検出される。
【0008】上記の透過光強度の検出において、圧力制
御手段は試料ガスを少なくとも二つの異なる圧力に設定
する。二つの異なる圧力に対する透過光強度は、それぞ
れの圧力における試料ガス中の特定成分の密度に対応
し、この二つの密度の相違は測定対象成分の濃度(体積
濃度)に応じたものとなる。したがって、算出手段は、
二つの異なる圧力に対する透過光強度の相違に基づき測
定対象成分の濃度を算出する。
御手段は試料ガスを少なくとも二つの異なる圧力に設定
する。二つの異なる圧力に対する透過光強度は、それぞ
れの圧力における試料ガス中の特定成分の密度に対応
し、この二つの密度の相違は測定対象成分の濃度(体積
濃度)に応じたものとなる。したがって、算出手段は、
二つの異なる圧力に対する透過光強度の相違に基づき測
定対象成分の濃度を算出する。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて説明する。図1は、本発明の一実施例である赤外線
式ガス分析計の構成を示す図である。図1に示すよう
に、本ガス分析計は、従来と異なり比較セルがなく、試
料セル13のみを備え、試料セル13の一方の端面側に
光源11を、他方の端面側には検出器15を設けてい
る。試料セル13は円筒状のセルであって、その側面内
側を鏡面に加工し、両端面に赤外光を透過するガラス窓
を設けている。試料セル13には試料ガスが流される
が、この試料ガスの圧力を変化させるための圧力変調装
置17を試料ガスの流路中に設けている。
いて説明する。図1は、本発明の一実施例である赤外線
式ガス分析計の構成を示す図である。図1に示すよう
に、本ガス分析計は、従来と異なり比較セルがなく、試
料セル13のみを備え、試料セル13の一方の端面側に
光源11を、他方の端面側には検出器15を設けてい
る。試料セル13は円筒状のセルであって、その側面内
側を鏡面に加工し、両端面に赤外光を透過するガラス窓
を設けている。試料セル13には試料ガスが流される
が、この試料ガスの圧力を変化させるための圧力変調装
置17を試料ガスの流路中に設けている。
【0010】上記構成のガス分析計において、光源11
からの赤外光は、試料セル13の一端から投射され、試
料セル13内の試料ガスを通過した後、検出器15によ
って受光される。検出器15では試料ガスに含まれる特
定成分(測定対象成分)に対応する吸収波長帯の赤外光
(透過光強度)が検出される。この透過光強度は試料ガ
スに含まれる特定成分の密度(単位体積中に含まれる特
定成分の量)に応じた値となっているが、密度は試料ガ
スの温度や圧力によって変化するものであり、ガス分析
で最終的に求めたいのは温度や圧力に依存しない体積濃
度(同じ圧力のもとで特定成分の体積が試料ガス全体に
対して占める割合)である。一方、前述のように試料ガ
スの流路中には圧力変調装置17が設けられている。本
ガス分析装置では、この圧力変調装置17により試料ガ
スの圧力を変化させ、二つの異なる圧力(温度は一定)
における透過光強度を測定し、この二つの圧力及び透過
光強度の値から演算装置19が以下のようにして体積濃
度を求める。
からの赤外光は、試料セル13の一端から投射され、試
料セル13内の試料ガスを通過した後、検出器15によ
って受光される。検出器15では試料ガスに含まれる特
定成分(測定対象成分)に対応する吸収波長帯の赤外光
(透過光強度)が検出される。この透過光強度は試料ガ
スに含まれる特定成分の密度(単位体積中に含まれる特
定成分の量)に応じた値となっているが、密度は試料ガ
スの温度や圧力によって変化するものであり、ガス分析
で最終的に求めたいのは温度や圧力に依存しない体積濃
度(同じ圧力のもとで特定成分の体積が試料ガス全体に
対して占める割合)である。一方、前述のように試料ガ
スの流路中には圧力変調装置17が設けられている。本
ガス分析装置では、この圧力変調装置17により試料ガ
スの圧力を変化させ、二つの異なる圧力(温度は一定)
における透過光強度を測定し、この二つの圧力及び透過
光強度の値から演算装置19が以下のようにして体積濃
度を求める。
【0011】試料セル13を通過した後の赤外光の強度
(透過光強度)Iは、次式により与えられる(ランバー
ト・ベールの法則)。 I=I0・exp(−K・ρ・L) …(1) ただし、I0:試料セルに入射される赤外光の強度(入
射光強度) K :吸光係数 ρ :試料ガス中の測定対象成分の密度[kg/m3] L :赤外光が試料ガスを通過する距離(試料セルの長
さ)[m] 一方、密度ρ[kg/m3]は、圧力P[N/m2]に比例
し、 ρ=k・ρ0・P …(2) ただし、ρ0:標準の温度及び圧力における密度[kg/
m3] k :比例定数 とおくことができ、体積濃度cは、標準の温度及び圧力
における純ガス(測定対象成分のみからなるガス)の密
度をρp[kg/m3]とすると、 c=ρ0/ρp …(3) である。したがって、(1)式は、 I=I0・exp(−K・k・ρp・c・P・L) …(4) となる。この式によると、異なる圧力P1及びP2におけ
る測定対象成分の体積濃度cと透過光強度Iとの関係
は、図3に示すようになる(ただし、P1<P2)。い
ま、測定対象成分の体積濃度がc1の試料ガスについて
圧力変調装置17により圧力を変えて測定した結果、圧
力がP1のときに透過光強度としてI1が、圧力がP2の
ときに透過光強度としてI2が、それぞれ得られたとす
ると、(4)式より I1=I0・exp(−K・k・ρp・c1・P1・L) I2=I0・exp(−K・k・ρp・c1・P2・L) である。これらより ln(I2/I1)=−K・k・ρp・c1・L・(P2−P1) となり、 c1=−ln(I2/I1)/{K・k・ρp・L・(P2−P1)} …(5) が得られる。上式において、右辺のI2/I1は圧力P1
及びP2における検出器15の出力値から求めることが
でき、P1及びP2は圧力変調装置17によって設定され
る既知の値である。したがって、試料ガスの圧力を変え
て透過光強度を測定すれば、(5)式より、測定対象成分
の体積濃度c1を求めることができる。なお、このよう
にして体積濃度c1を算出する演算装置19は、例え
ば、マイクロプロセッサ(MPU)、メモリ、及びA/
D変換器を用いて実現することができる。この場合、検
出器15から出力される信号及び圧力変調装置17が設
定する二つの圧力P1、P2を表わす信号をA/D変換器
がデジタル信号に変換し、メモリに格納された所定のプ
ログラムに基づきMPUが、このデジタル信号を取り込
んで、(5)式より体積濃度c1を算出する。
(透過光強度)Iは、次式により与えられる(ランバー
ト・ベールの法則)。 I=I0・exp(−K・ρ・L) …(1) ただし、I0:試料セルに入射される赤外光の強度(入
射光強度) K :吸光係数 ρ :試料ガス中の測定対象成分の密度[kg/m3] L :赤外光が試料ガスを通過する距離(試料セルの長
さ)[m] 一方、密度ρ[kg/m3]は、圧力P[N/m2]に比例
し、 ρ=k・ρ0・P …(2) ただし、ρ0:標準の温度及び圧力における密度[kg/
m3] k :比例定数 とおくことができ、体積濃度cは、標準の温度及び圧力
における純ガス(測定対象成分のみからなるガス)の密
度をρp[kg/m3]とすると、 c=ρ0/ρp …(3) である。したがって、(1)式は、 I=I0・exp(−K・k・ρp・c・P・L) …(4) となる。この式によると、異なる圧力P1及びP2におけ
る測定対象成分の体積濃度cと透過光強度Iとの関係
は、図3に示すようになる(ただし、P1<P2)。い
ま、測定対象成分の体積濃度がc1の試料ガスについて
圧力変調装置17により圧力を変えて測定した結果、圧
力がP1のときに透過光強度としてI1が、圧力がP2の
ときに透過光強度としてI2が、それぞれ得られたとす
ると、(4)式より I1=I0・exp(−K・k・ρp・c1・P1・L) I2=I0・exp(−K・k・ρp・c1・P2・L) である。これらより ln(I2/I1)=−K・k・ρp・c1・L・(P2−P1) となり、 c1=−ln(I2/I1)/{K・k・ρp・L・(P2−P1)} …(5) が得られる。上式において、右辺のI2/I1は圧力P1
及びP2における検出器15の出力値から求めることが
でき、P1及びP2は圧力変調装置17によって設定され
る既知の値である。したがって、試料ガスの圧力を変え
て透過光強度を測定すれば、(5)式より、測定対象成分
の体積濃度c1を求めることができる。なお、このよう
にして体積濃度c1を算出する演算装置19は、例え
ば、マイクロプロセッサ(MPU)、メモリ、及びA/
D変換器を用いて実現することができる。この場合、検
出器15から出力される信号及び圧力変調装置17が設
定する二つの圧力P1、P2を表わす信号をA/D変換器
がデジタル信号に変換し、メモリに格納された所定のプ
ログラムに基づきMPUが、このデジタル信号を取り込
んで、(5)式より体積濃度c1を算出する。
【0012】以上のように本実施例のガス分析計は、従
来例(図2)で用いられていた回転セクタ58や、比較
セル52、集光器54を用いることなく、試料ガス中の
測定対象成分の体積濃度を測定することができる。した
がって、光源11からの光は回転セクタに遮断されるこ
となく全てが試料セル13に投射され、集光器における
光の吸収もないため、光の利用効率が向上する。また、
従来は、試料ガスの汚れによって試料セル53が汚れて
測定誤差の原因となることがあったが、本実施例では、
試料セル13が汚れても、その試料セル13による測定
で得られた二つの透過光強度I1、I2を用いて濃度を算
出するため、汚れの影響がキャンセルされ、測定結果の
汚れによる誤差が抑えられる。さらに、回転セクタ58
の不安定な回転によって測定結果がばらつくということ
もない。
来例(図2)で用いられていた回転セクタ58や、比較
セル52、集光器54を用いることなく、試料ガス中の
測定対象成分の体積濃度を測定することができる。した
がって、光源11からの光は回転セクタに遮断されるこ
となく全てが試料セル13に投射され、集光器における
光の吸収もないため、光の利用効率が向上する。また、
従来は、試料ガスの汚れによって試料セル53が汚れて
測定誤差の原因となることがあったが、本実施例では、
試料セル13が汚れても、その試料セル13による測定
で得られた二つの透過光強度I1、I2を用いて濃度を算
出するため、汚れの影響がキャンセルされ、測定結果の
汚れによる誤差が抑えられる。さらに、回転セクタ58
の不安定な回転によって測定結果がばらつくということ
もない。
【0013】なお、本実施例のガス分析計による測定の
感度は、圧力差(前記のP1とP2との差)が大きい程よ
くなるため、例えば、圧力変調装置17により試料ガス
の圧力を大気圧よりも減圧したときと加圧したときとに
ついて透過光強度を測定するという方法が考えられる。
感度は、圧力差(前記のP1とP2との差)が大きい程よ
くなるため、例えば、圧力変調装置17により試料ガス
の圧力を大気圧よりも減圧したときと加圧したときとに
ついて透過光強度を測定するという方法が考えられる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料セルの汚れによる測定値の誤差が抑えられ、回転セ
クタの不安定な回転によって測定値がばらつくというこ
ともないため、安定した測定を行なうことができる。ま
た、光源からの光は回転セクタに遮断されることなく全
てが試料セルに投射され、集光器における光の吸収もな
いため、光の利用効率が向上する。さらに、比較セル、
回転セクタ、及び集光器が不要となって従来に比べ構成
が簡素化されるため、ガス分析計の小型化及び低価格化
にも寄与する。
試料セルの汚れによる測定値の誤差が抑えられ、回転セ
クタの不安定な回転によって測定値がばらつくというこ
ともないため、安定した測定を行なうことができる。ま
た、光源からの光は回転セクタに遮断されることなく全
てが試料セルに投射され、集光器における光の吸収もな
いため、光の利用効率が向上する。さらに、比較セル、
回転セクタ、及び集光器が不要となって従来に比べ構成
が簡素化されるため、ガス分析計の小型化及び低価格化
にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である赤外線式ガス分析計
の構成を示す図。
の構成を示す図。
【図2】 従来の赤外線式ガス分析計の構成を示す図。
【図3】 試料ガス中の測定対象成分の体積濃度と透過
光強度との関係を示す図。
光強度との関係を示す図。
11…光源 13…試料セル 15…検出器(検出手段) 17…圧力変調装置
(圧力制御手段) 19…演算装置(算出手段)
(圧力制御手段) 19…演算装置(算出手段)
Claims (1)
- 【請求項1】 試料ガスによる光の吸収特性を利用して
試料ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するガス分析
計において、 試料ガスが入る試料セルと、 試料セルに光を投射する光源と、 試料セルを通過した光の強度を検出する検出手段と、 試料セル内の試料ガスの圧力を変化させて少なくとも二
つの異なる圧力を設定することができる圧力制御手段
と、 圧力制御手段が設定する二つの異なる圧力に対して検出
手段が検出した二つの検出値に基づき、試料ガスに含ま
れる特定成分の濃度を算出する算出手段と、を備えるこ
とを特徴とするガス分析計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9223993A JPH06281578A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | ガス分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9223993A JPH06281578A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | ガス分析計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06281578A true JPH06281578A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=14048890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9223993A Pending JPH06281578A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | ガス分析計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06281578A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7057175B2 (en) | 2003-01-20 | 2006-06-06 | Seiko Epson Corporation | Infrared absorption measurement method, infrared absorption measurement device, and method of manufacturing semiconductor device |
US7067813B2 (en) | 2003-01-20 | 2006-06-27 | Seiko Epson Corporation | Infrared absorption measurement method, infrared absorption measurement device, and method of manufacturing semiconductor device |
JP2012501438A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-01-19 | センスエア アーベー | 低濃度ガスのスペクトル分析に適合したスペクトル分析装置 |
JP2016532858A (ja) * | 2013-10-11 | 2016-10-20 | エムケイエス インストゥルメンツ, インコーポレイテッド | 圧縮性流体の圧力差分子分光学のためのシステムおよび方法 |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP9223993A patent/JPH06281578A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7057175B2 (en) | 2003-01-20 | 2006-06-06 | Seiko Epson Corporation | Infrared absorption measurement method, infrared absorption measurement device, and method of manufacturing semiconductor device |
US7067813B2 (en) | 2003-01-20 | 2006-06-27 | Seiko Epson Corporation | Infrared absorption measurement method, infrared absorption measurement device, and method of manufacturing semiconductor device |
JP2012501438A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-01-19 | センスエア アーベー | 低濃度ガスのスペクトル分析に適合したスペクトル分析装置 |
JP2016532858A (ja) * | 2013-10-11 | 2016-10-20 | エムケイエス インストゥルメンツ, インコーポレイテッド | 圧縮性流体の圧力差分子分光学のためのシステムおよび方法 |
JP2018194563A (ja) * | 2013-10-11 | 2018-12-06 | エムケイエス インストゥルメンツ, インコーポレイテッド | 圧縮性流体の圧力差分子分光学のためのシステムおよび方法 |
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