JPH07140075A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents
赤外線ガス分析計Info
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- JPH07140075A JPH07140075A JP14880894A JP14880894A JPH07140075A JP H07140075 A JPH07140075 A JP H07140075A JP 14880894 A JP14880894 A JP 14880894A JP 14880894 A JP14880894 A JP 14880894A JP H07140075 A JPH07140075 A JP H07140075A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating 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】２槽検出器に複数組の対をなす熱線素子を挿入
して、赤外線ガス分析計の検出感度を向上させ、低濃度
のガスの測定においても、安定した測定ができ、小型化
された、廉価な赤外線ガス分析計を提供する。 【構成】赤外線光源３と、測定セル13と、測定セル13を
透過する測定光線11を一方の槽に受光する２個の槽から
なる検出器20と、を備え、検出器20の２個の槽に測定対
象ガスを封入し、この２個の槽間をガス通路19で連通さ
せ、熱線素子対(23,24),(25,26) よりなる２組の検出部
21,22 を配設し、熱線素子対(23,24),(25,26) を熱的に
密結合して温度場を形成し、検出部21,22 相互間はガス
通路19内での熱的結合が無視できる間隔に配置し、この
２個の槽に入射する赤外線光量差を封入ガスによる赤外
線吸収で生じる圧力差として検出し、この圧力差によっ
てガス通路19に生じるガス流を検出部21,22 に貫流させ
て検出する。
して、赤外線ガス分析計の検出感度を向上させ、低濃度
のガスの測定においても、安定した測定ができ、小型化
された、廉価な赤外線ガス分析計を提供する。 【構成】赤外線光源３と、測定セル13と、測定セル13を
透過する測定光線11を一方の槽に受光する２個の槽から
なる検出器20と、を備え、検出器20の２個の槽に測定対
象ガスを封入し、この２個の槽間をガス通路19で連通さ
せ、熱線素子対(23,24),(25,26) よりなる２組の検出部
21,22 を配設し、熱線素子対(23,24),(25,26) を熱的に
密結合して温度場を形成し、検出部21,22 相互間はガス
通路19内での熱的結合が無視できる間隔に配置し、この
２個の槽に入射する赤外線光量差を封入ガスによる赤外
線吸収で生じる圧力差として検出し、この圧力差によっ
てガス通路19に生じるガス流を検出部21,22 に貫流させ
て検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測定ガス中に含まれて
いる各種成分ガスの定性，定量分析を行う吸光式赤外線
ガス分析計の構造に関する。
いる各種成分ガスの定性，定量分析を行う吸光式赤外線
ガス分析計の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸光式の赤外線ガス分析計は、測定ガス
中に含まれる被分析成分ガスによる赤外線の吸収量から
測定ガスの定性，定量分析を行うものであり、この方式
は一般に選択性がよく、測定感度が高いことからガス分
析計として各種分野で広く使用されている。
中に含まれる被分析成分ガスによる赤外線の吸収量から
測定ガスの定性，定量分析を行うものであり、この方式
は一般に選択性がよく、測定感度が高いことからガス分
析計として各種分野で広く使用されている。
【０００３】次に、従来より実施されているダブルビー
ム方式の吸光式赤外線ガス分析計を例にとり、この概略
構成、並びにその動作原理を図７により説明する。図７
において、３は赤外線光源で、この光源３より発せられ
る赤外線光束が回転式チョッパ２により特定周波数の断
続光となる。その後、赤外線光束は光分配セル４によ
り、２方向に分配される。一方の赤外線光束は、測定光
線11として測定セル13に導かれ、また、他方の赤外線光
束は、基準光線12として基準セル14に導かれる。測定セ
ル13には、光透過窓５、６が設けられ、導入管17、18を
介して被分析成分ガスを含む測定ガスが導入・排出され
る。測定光線11は、この測定セル13において、測定セル
13に流した測定ガスの被分析成分ガスの濃度に応じて赤
外線吸収を受ける。
ム方式の吸光式赤外線ガス分析計を例にとり、この概略
構成、並びにその動作原理を図７により説明する。図７
において、３は赤外線光源で、この光源３より発せられ
る赤外線光束が回転式チョッパ２により特定周波数の断
続光となる。その後、赤外線光束は光分配セル４によ
り、２方向に分配される。一方の赤外線光束は、測定光
線11として測定セル13に導かれ、また、他方の赤外線光
束は、基準光線12として基準セル14に導かれる。測定セ
ル13には、光透過窓５、６が設けられ、導入管17、18を
介して被分析成分ガスを含む測定ガスが導入・排出され
る。測定光線11は、この測定セル13において、測定セル
13に流した測定ガスの被分析成分ガスの濃度に応じて赤
外線吸収を受ける。
【０００４】また、基準セル14には、同様に光透過窓
７、８が設けられ、赤外線に対して吸収作用をもたない
ガス、例えば、窒素ガスなどが封入されている。測定セ
ル13を透過した測定光線11、および基準セル14を透過し
た基準光線12は、それぞれ、ガス封入式検出器20に導か
れる。この検出器20は、第１膨張室15と第２膨張室16と
を有し、各膨張室15、16は各々光透過窓９、10が設けら
れ、被分析成分ガスと同じ種類のガスが充填されてい
る。第１膨張室15には、光透過窓９を介して測定光線11
が入射し、また、第２膨張室16には、光透過窓10を介し
て基準光線12が入射する。検出器20では、第１膨張室15
と第２膨張室16とを連通するガス通路19を有し、膨張室
15、16における赤外線光線の吸収によって生じる圧力変
動差に基づき、即ち、測定ガス中の被分析ガスの含有量
に相応したガス流が生じる。このガス流を検出する検出
部21の熱線素子23、24が図８に図示されている。図８の
(A) は熱線素子23、24の正面図を示し、熱線素子23、24
は、温度に対して鋭敏に電気的抵抗値を変化させる電気
良導体（２個の平坦な金属あるいはセラミックの格子）
から構成され、図示例では、ニッケルの長方形状の箔を
両側より交互に細い短冊状にエッチングした抵抗体（斜
線部分）からなり、両熱線素子23、24が前後方向に重な
って配置されている。
７、８が設けられ、赤外線に対して吸収作用をもたない
ガス、例えば、窒素ガスなどが封入されている。測定セ
ル13を透過した測定光線11、および基準セル14を透過し
た基準光線12は、それぞれ、ガス封入式検出器20に導か
れる。この検出器20は、第１膨張室15と第２膨張室16と
を有し、各膨張室15、16は各々光透過窓９、10が設けら
れ、被分析成分ガスと同じ種類のガスが充填されてい
る。第１膨張室15には、光透過窓９を介して測定光線11
が入射し、また、第２膨張室16には、光透過窓10を介し
て基準光線12が入射する。検出器20では、第１膨張室15
と第２膨張室16とを連通するガス通路19を有し、膨張室
15、16における赤外線光線の吸収によって生じる圧力変
動差に基づき、即ち、測定ガス中の被分析ガスの含有量
に相応したガス流が生じる。このガス流を検出する検出
部21の熱線素子23、24が図８に図示されている。図８の
(A) は熱線素子23、24の正面図を示し、熱線素子23、24
は、温度に対して鋭敏に電気的抵抗値を変化させる電気
良導体（２個の平坦な金属あるいはセラミックの格子）
から構成され、図示例では、ニッケルの長方形状の箔を
両側より交互に細い短冊状にエッチングした抵抗体（斜
線部分）からなり、両熱線素子23、24が前後方向に重な
って配置されている。
【０００５】図８の(B) は図８の(A) の熱線素子23、24
を中央部で切断した断面図を示し、斜線部分が上述の温
度に対して鋭敏に抵抗値を変化させる電気良導体がジグ
ザグ状に連なった箔の部分を示し、左側に熱線素子23、
右側に熱線素子24が接近して配置される。この熱線素子
23、24の中央部分は開口部であり、上述の第１膨張室15
と第２膨張室16の間の連通口であるガス通路に配設さ
れ、両膨張室の圧力差に基づくガス流が図示された矢印
の方向に流れる。この熱線素子23、24は、図８の(C) 示
されるように固定抵抗27、28と組み合わせて、ホイート
ストンブリッジ回路が構成される。熱線素子23、24は、
ブリッジ回路に加えられる電源で熱線素子23、24自身が
周囲温度より高い温度に加熱上昇させられ、かつ両熱線
素子23、24が相互に熱結合が生じる様な接近した位置に
配置されている。
を中央部で切断した断面図を示し、斜線部分が上述の温
度に対して鋭敏に抵抗値を変化させる電気良導体がジグ
ザグ状に連なった箔の部分を示し、左側に熱線素子23、
右側に熱線素子24が接近して配置される。この熱線素子
23、24の中央部分は開口部であり、上述の第１膨張室15
と第２膨張室16の間の連通口であるガス通路に配設さ
れ、両膨張室の圧力差に基づくガス流が図示された矢印
の方向に流れる。この熱線素子23、24は、図８の(C) 示
されるように固定抵抗27、28と組み合わせて、ホイート
ストンブリッジ回路が構成される。熱線素子23、24は、
ブリッジ回路に加えられる電源で熱線素子23、24自身が
周囲温度より高い温度に加熱上昇させられ、かつ両熱線
素子23、24が相互に熱結合が生じる様な接近した位置に
配置されている。
【０００６】かかる構成で、上述の第１・第２膨張室の
圧力差に基づくガス流が生じると、このガス流によっ
て、熱線素子23、24の温度分布が変化し、この温度変化
をホイートストンブリッジ回路で検出し、両膨張室の圧
力差として検出できる。
圧力差に基づくガス流が生じると、このガス流によっ
て、熱線素子23、24の温度分布が変化し、この温度変化
をホイートストンブリッジ回路で検出し、両膨張室の圧
力差として検出できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線ガス分析
計においては、上述のように、検出素子は、２個の固定
抵抗と２つの熱線素子によるホイートストンブリッジ回
路で検出していたが、この構成では、ブリッジ回路の２
つの熱線素子の抵抗値変化しか利用していないため、例
えば、低濃度のガスを測定しようとするときは、十分な
感度を得ることが難しい。このため、低濃度のガスを測
定するときは、測定セル長を長くするか、あるいは、赤
外線光源の放射強度を高くするなどにより、検出器の感
度を得ていた。しかし、このような方法では、前者では
セル長が長くなり、光学系の構成が大きくなる。また、
後者では赤外線光源の光源温度が高くなるため、放熱機
構などにより熱対策を行う必要があり、いずれにして
も、赤外線ガス分析計の構造が大きくなり、コストも高
くなる欠点を有する。
計においては、上述のように、検出素子は、２個の固定
抵抗と２つの熱線素子によるホイートストンブリッジ回
路で検出していたが、この構成では、ブリッジ回路の２
つの熱線素子の抵抗値変化しか利用していないため、例
えば、低濃度のガスを測定しようとするときは、十分な
感度を得ることが難しい。このため、低濃度のガスを測
定するときは、測定セル長を長くするか、あるいは、赤
外線光源の放射強度を高くするなどにより、検出器の感
度を得ていた。しかし、このような方法では、前者では
セル長が長くなり、光学系の構成が大きくなる。また、
後者では赤外線光源の光源温度が高くなるため、放熱機
構などにより熱対策を行う必要があり、いずれにして
も、赤外線ガス分析計の構造が大きくなり、コストも高
くなる欠点を有する。
【０００８】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、赤外線
ガス分析計の検出感度を向上させ、低濃度のガスの測定
においても、安定した測定ができ、かつ、小型化され
た、廉価な赤外線ガス分析計を提供することにある。
のであり、その目的は前記した課題を解決して、赤外線
ガス分析計の検出感度を向上させ、低濃度のガスの測定
においても、安定した測定ができ、かつ、小型化され
た、廉価な赤外線ガス分析計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項１による発明においては、赤外線光源
と、測定ガスを導入し、光源から赤外線光束を受光し、
この赤外線光束が測定ガスを透過中に赤外線吸収が行わ
れる測定セルと、２個の槽を有し、測定セルを透過した
赤外線光束を少なくとも一方の槽に受光する検出器と、
を備え、２個の槽は、赤外線入射窓と、当該槽内に封入
され測定ガスに含まれる測定対象ガスと同じ赤外線吸収
波長帯の赤外線を吸収するガスと、を有し、前記の各槽
に入射する赤外線光量の差を、封入ガスによる赤外線吸
収によって生じる圧力差として検出する赤外線ガス分析
計において、２個の槽間を連通するガス通路と、赤外線
吸収によって生じる２個の槽間の圧力差によってガス通
路に生じるガス流を検出して、電気信号に変換する、対
をなす熱線素子を有し、ガス通路に配設された複数組の
検出部と、を備えるものとする。
に、本願請求項１による発明においては、赤外線光源
と、測定ガスを導入し、光源から赤外線光束を受光し、
この赤外線光束が測定ガスを透過中に赤外線吸収が行わ
れる測定セルと、２個の槽を有し、測定セルを透過した
赤外線光束を少なくとも一方の槽に受光する検出器と、
を備え、２個の槽は、赤外線入射窓と、当該槽内に封入
され測定ガスに含まれる測定対象ガスと同じ赤外線吸収
波長帯の赤外線を吸収するガスと、を有し、前記の各槽
に入射する赤外線光量の差を、封入ガスによる赤外線吸
収によって生じる圧力差として検出する赤外線ガス分析
計において、２個の槽間を連通するガス通路と、赤外線
吸収によって生じる２個の槽間の圧力差によってガス通
路に生じるガス流を検出して、電気信号に変換する、対
をなす熱線素子を有し、ガス通路に配設された複数組の
検出部と、を備えるものとする。
【００１０】また、本願請求項２による発明において
は、検出部の対をなす熱線素子は、熱的結合によってガ
ス通路内で温度場を形成する間隔に配置され、検出部相
互間は、ガス通路内での熱的結合が無視できる間隔に配
置されるものとする。また、本願請求項３による発明に
おいては、２組の検出部を備え、これら検出部の４ヶの
熱線素子は、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上
流側同士、および下流側同士がそれぞれの対辺に配置さ
れてホイートストンブリッジを構成するものとする。
は、検出部の対をなす熱線素子は、熱的結合によってガ
ス通路内で温度場を形成する間隔に配置され、検出部相
互間は、ガス通路内での熱的結合が無視できる間隔に配
置されるものとする。また、本願請求項３による発明に
おいては、２組の検出部を備え、これら検出部の４ヶの
熱線素子は、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上
流側同士、および下流側同士がそれぞれの対辺に配置さ
れてホイートストンブリッジを構成するものとする。
【００１１】また、本願請求項４による発明において
は、複数組の検出部を備え、これら検出部の熱線素子
は、ガス流の上流側に配置された熱線素子同士、および
下流側に配置された熱線素子同士をそれぞれ直列に接続
し、これら熱線素子の直列回路と、２個の固定抵抗とか
らホイートストンブリッジを構成するものとする。ま
た、本願請求項５による発明においては、複数組の検出
部の熱線素子は、ガス流の上流側同士、および下流側同
士をそれぞれ直列に接続し、これら熱線素子の直列回路
を２個の定電流源で駆動するものとする。
は、複数組の検出部を備え、これら検出部の熱線素子
は、ガス流の上流側に配置された熱線素子同士、および
下流側に配置された熱線素子同士をそれぞれ直列に接続
し、これら熱線素子の直列回路と、２個の固定抵抗とか
らホイートストンブリッジを構成するものとする。ま
た、本願請求項５による発明においては、複数組の検出
部の熱線素子は、ガス流の上流側同士、および下流側同
士をそれぞれ直列に接続し、これら熱線素子の直列回路
を２個の定電流源で駆動するものとする。
【００１２】また、本願請求項６による発明において
は、熱線素子は、当該熱線素子を流れる電流によって加
熱されるものとする。また、本願請求項７による発明に
おいては、ガス通路に生じるガス流が熱線素子の側面を
流れるものとする。また、本願請求項８による発明にお
いては、ガス通路に生じるガス流が熱線素子を貫流する
ものとする。
は、熱線素子は、当該熱線素子を流れる電流によって加
熱されるものとする。また、本願請求項７による発明に
おいては、ガス通路に生じるガス流が熱線素子の側面を
流れるものとする。また、本願請求項８による発明にお
いては、ガス通路に生じるガス流が熱線素子を貫流する
ものとする。
【００１３】また、本願請求項９による発明において
は、熱線素子の部材は、温度特性を有する導電性金属、
導電性セラミックまたは半導体素子のいずれかの１つよ
りなるものとする。また、本願請求項１０による発明に
おいては、２個の槽は、赤外線の進行方向に対して平行
に配置されてなるものとする。
は、熱線素子の部材は、温度特性を有する導電性金属、
導電性セラミックまたは半導体素子のいずれかの１つよ
りなるものとする。また、本願請求項１０による発明に
おいては、２個の槽は、赤外線の進行方向に対して平行
に配置されてなるものとする。
【００１４】また、本願請求項１１による発明において
は、２個の槽は、赤外線の進行方向に対して直列に配置
されてなるものとする。また、本願請求項１２による発
明においては、熱線素子に流れる電流は、赤外線ガス分
析計に設けられる温度センサの出力に基づいて制御され
るものとする。また、本願請求項１３による発明におい
ては、熱線素子に流れる電流は、赤外線ガス分析計の測
定セル内の圧力を測定する圧力センサの出力に基づいて
制御されるものとする。
は、２個の槽は、赤外線の進行方向に対して直列に配置
されてなるものとする。また、本願請求項１２による発
明においては、熱線素子に流れる電流は、赤外線ガス分
析計に設けられる温度センサの出力に基づいて制御され
るものとする。また、本願請求項１３による発明におい
ては、熱線素子に流れる電流は、赤外線ガス分析計の測
定セル内の圧力を測定する圧力センサの出力に基づいて
制御されるものとする。
【００１５】
【作用】上記構成により、検出器の２個の槽に入射する
赤外線光量の差は、検出器に封入された封入ガスによる
赤外線吸収によって生じる圧力差として検出し、この２
個の槽間を細いガス通路で連通させ、圧力差によってガ
ス通路に生じるガス流を、ガス通路に配設された複数組
の検出部の対をなす熱線素子の側面に流すか、あるい
は、対をなす熱線素子の開口部を貫通させる。そして、
これらの熱線素子はブリッジ回路を構成するか、あるい
は定電流で駆動する。各熱線素子の対は、熱線素子に流
れる電流によって自己加熱され、さらに対を構成する熱
線素子の熱的結合によってガス通路内で対の周辺のガス
に対して高い温度場を形成し、対相互間では、ガス通路
内での熱的結合が無視できる間隔に配置されている。
赤外線光量の差は、検出器に封入された封入ガスによる
赤外線吸収によって生じる圧力差として検出し、この２
個の槽間を細いガス通路で連通させ、圧力差によってガ
ス通路に生じるガス流を、ガス通路に配設された複数組
の検出部の対をなす熱線素子の側面に流すか、あるい
は、対をなす熱線素子の開口部を貫通させる。そして、
これらの熱線素子はブリッジ回路を構成するか、あるい
は定電流で駆動する。各熱線素子の対は、熱線素子に流
れる電流によって自己加熱され、さらに対を構成する熱
線素子の熱的結合によってガス通路内で対の周辺のガス
に対して高い温度場を形成し、対相互間では、ガス通路
内での熱的結合が無視できる間隔に配置されている。
【００１６】上述の構成によって、対の熱線素子は、ブ
リッジ電源によって加熱され、近接配置された熱線素子
に加えられた熱の相互作用によって対の周辺のガスが高
温に温度上昇され、この高温ガスが２個の槽に生じた圧
力差により、ガス通路に生じた微弱なガス流によって、
対の熱線素子周辺のガスの温度分布が移動し、この温度
分布変動を熱線素子の抵抗値変化として検出する。一
方、この対をなす熱線素子は、定電流駆動回路を含め、
ブリッジ回路で熱線素子の抵抗値変化、即ち、温度分布
変動、を検出することによって、測定セル内における測
定ガスの被分析成分ガスの濃度に応じた赤外線吸収量を
測定することができる。
リッジ電源によって加熱され、近接配置された熱線素子
に加えられた熱の相互作用によって対の周辺のガスが高
温に温度上昇され、この高温ガスが２個の槽に生じた圧
力差により、ガス通路に生じた微弱なガス流によって、
対の熱線素子周辺のガスの温度分布が移動し、この温度
分布変動を熱線素子の抵抗値変化として検出する。一
方、この対をなす熱線素子は、定電流駆動回路を含め、
ブリッジ回路で熱線素子の抵抗値変化、即ち、温度分布
変動、を検出することによって、測定セル内における測
定ガスの被分析成分ガスの濃度に応じた赤外線吸収量を
測定することができる。
【００１７】熱線素子が構成する検出回路は、２組の検
出部からなる４ヶの熱線素子を、ホイートストンブリッ
ジの各辺に配置し、相互に対を構成する熱線素子のガス
流の上流側同士、および下流側同士をそれぞれの対辺に
配置したとき、ガス通路に生じるガス流に基づく温度分
布変動に対して、ブリッジ電源に接続される熱線素子の
直列抵抗値がほぼ増減相殺し、熱線素子を流れる電流を
ほぼ一定に保つとができ、温度に対して鋭敏な抵抗値変
化を有する熱線素子を自己加熱した状態で、比較的低い
ブリッジ電源電圧で安定な動作を確保することができ
る。
出部からなる４ヶの熱線素子を、ホイートストンブリッ
ジの各辺に配置し、相互に対を構成する熱線素子のガス
流の上流側同士、および下流側同士をそれぞれの対辺に
配置したとき、ガス通路に生じるガス流に基づく温度分
布変動に対して、ブリッジ電源に接続される熱線素子の
直列抵抗値がほぼ増減相殺し、熱線素子を流れる電流を
ほぼ一定に保つとができ、温度に対して鋭敏な抵抗値変
化を有する熱線素子を自己加熱した状態で、比較的低い
ブリッジ電源電圧で安定な動作を確保することができ
る。
【００１８】また、複数組の検出部を備え、これら検出
部の熱線素子は、ガス流の上流側に配置された熱線素子
同士、および下流側に配置された熱線素子同士をそれぞ
れ直列に接続し、これら熱線素子の直列回路と、２個の
固定抵抗とからホイートストンブリッジを構成し、ブリ
ッジ電源電圧を増やし、ブリッジに流れる電流を同一値
に選べば、検出電圧は、検出部の複数倍に増やすことが
できる。
部の熱線素子は、ガス流の上流側に配置された熱線素子
同士、および下流側に配置された熱線素子同士をそれぞ
れ直列に接続し、これら熱線素子の直列回路と、２個の
固定抵抗とからホイートストンブリッジを構成し、ブリ
ッジ電源電圧を増やし、ブリッジに流れる電流を同一値
に選べば、検出電圧は、検出部の複数倍に増やすことが
できる。
【００１９】また、複数組の検出部の熱線素子は、ガス
流の上流側同士、および下流側同士をそれぞれ直列に接
続し、これら熱線素子の直列回路を２個の定電流源で駆
動する。これは、上述のブリッジ回路で、固定抵抗の抵
抗値を無限大にしたことと等価になり、演算増幅器など
を用いて定電流源を構成すれば、上記の固定抵抗による
ブリッジ回路に較べて、ブリッジ電源電圧を低くでき、
かつ、熱線素子を定電流で駆動でき、検出感度も検出部
の数だけ増すことができる。
流の上流側同士、および下流側同士をそれぞれ直列に接
続し、これら熱線素子の直列回路を２個の定電流源で駆
動する。これは、上述のブリッジ回路で、固定抵抗の抵
抗値を無限大にしたことと等価になり、演算増幅器など
を用いて定電流源を構成すれば、上記の固定抵抗による
ブリッジ回路に較べて、ブリッジ電源電圧を低くでき、
かつ、熱線素子を定電流で駆動でき、検出感度も検出部
の数だけ増すことができる。
【００２０】また、２個の槽を赤外線の進行方向に対し
て平行に配置することにより、ダブルビーム赤外線ガス
分析計に適用できる。また、２個の槽を赤外線の進行方
向に対して直列に配置することにより、シングルビーム
赤外線ガス分析計に適用できる。また、熱線素子に流れ
る電流を赤外線ガス分析計に設けられる温度センサの出
力に基づいて制御することにより、熱線素子の感度の温
度依存性を補償することができる。
て平行に配置することにより、ダブルビーム赤外線ガス
分析計に適用できる。また、２個の槽を赤外線の進行方
向に対して直列に配置することにより、シングルビーム
赤外線ガス分析計に適用できる。また、熱線素子に流れ
る電流を赤外線ガス分析計に設けられる温度センサの出
力に基づいて制御することにより、熱線素子の感度の温
度依存性を補償することができる。
【００２１】また、熱線素子に流れる電流を赤外線ガス
分析計の測定セル内圧力を測定する圧力センサの出力に
基づいて制御することにより、測定セル内の圧力変動
（密度変動）による、測定セル内の赤外線吸収量の変動
を補償することができる。
分析計の測定セル内圧力を測定する圧力センサの出力に
基づいて制御することにより、測定セル内の圧力変動
（密度変動）による、測定セル内の赤外線吸収量の変動
を補償することができる。
【００２２】
【実施例】図１は本発明の一実施例としてダブルビーム
赤外線ガス分析計の要部構成図、図２はシングルビーム
赤外線ガス分析計の要部構成図、図３は一実施例におけ
る検出器の構造を説明する説明図、図４は他の実施例に
おける検出器の構造を説明する説明図、図５はブリッジ
回路構成を説明する回路図、図６はダブルビーム赤外線
ガス分析計に圧力センサによる補償を適用したときの概
略構成図であり、図７、図８に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。
赤外線ガス分析計の要部構成図、図２はシングルビーム
赤外線ガス分析計の要部構成図、図３は一実施例におけ
る検出器の構造を説明する説明図、図４は他の実施例に
おける検出器の構造を説明する説明図、図５はブリッジ
回路構成を説明する回路図、図６はダブルビーム赤外線
ガス分析計に圧力センサによる補償を適用したときの概
略構成図であり、図７、図８に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。
【００２３】図１において、３は赤外線光源で、この光
源３より発せられる赤外線光束が回転式チョッパ２によ
り断続光となり、光分配セル４により２方向に分配され
る。一方の赤外線光束は、測定光線11として測定セル13
に導かれ、また、他方の赤外線光束は、基準光線12とし
て基準セル14に導かれる。測定セル13には、光透過窓
５、６が設けられ、導入管17、18を介して被分析成分ガ
スを含む測定ガスが導入・排出される。測定光線11は、
この測定セル13において、測定セル13に流した測定ガス
の被分析成分ガスの濃度に応じて赤外線吸収を受ける。
源３より発せられる赤外線光束が回転式チョッパ２によ
り断続光となり、光分配セル４により２方向に分配され
る。一方の赤外線光束は、測定光線11として測定セル13
に導かれ、また、他方の赤外線光束は、基準光線12とし
て基準セル14に導かれる。測定セル13には、光透過窓
５、６が設けられ、導入管17、18を介して被分析成分ガ
スを含む測定ガスが導入・排出される。測定光線11は、
この測定セル13において、測定セル13に流した測定ガス
の被分析成分ガスの濃度に応じて赤外線吸収を受ける。
【００２４】また、基準セル14には、同様に光透過窓
７、８が設けられ、赤外線に対して吸収作用をもたない
ガスが封入されている。測定セル13を透過した測定光線
11、および基準セル14を透過した基準光線12は、それぞ
れ、検出器20に導かれる。この検出器20は、第１膨張室
15と第２膨張室16とを有し、各膨張室15、16は各々光透
過窓９、10が設けられ、被分析成分ガスと同じ種類のガ
スが充填されている。第１膨張室15には、光透過窓９を
介して測定光線11が入射し、また、第２膨張室16には、
光透過窓10を介して基準光線12が入射する。
７、８が設けられ、赤外線に対して吸収作用をもたない
ガスが封入されている。測定セル13を透過した測定光線
11、および基準セル14を透過した基準光線12は、それぞ
れ、検出器20に導かれる。この検出器20は、第１膨張室
15と第２膨張室16とを有し、各膨張室15、16は各々光透
過窓９、10が設けられ、被分析成分ガスと同じ種類のガ
スが充填されている。第１膨張室15には、光透過窓９を
介して測定光線11が入射し、また、第２膨張室16には、
光透過窓10を介して基準光線12が入射する。
【００２５】次に、検出器20の一実施例を図３と併用し
て説明する。図３の(A) において、検出器20は、第１膨
張室15と、第２膨張室16と、両膨張室15、16を連通する
ガス通路19と、を有し、このガス通路19のＡ部に、複数
の検出部（図示例では21、22の２組）が、それぞれ、対
をなす熱線素子(23,24),(25,26) を備えて、構成されて
いる。膨張室15、16に入射した測定光線11および基準光
線12は、膨張室15、16における赤外線光線の吸収によっ
て膨張室15、16に圧力変動差を生じ、この圧力変動差に
基づき、ガス通路19に、測定ガス中の被分析ガスの含有
量に相応したガス流が生じる。図３の(B) は、ガス通路
19のＡ部に配設された２組の検出部21、22の詳細図であ
る。図３の(B) において、検出部21、22は、図８の(A),
(B) で説明した検出部が、相互間の熱的結合が無視でき
る間隔に２組配置されている。今、矢印のように、ガス
流が左から右に流れ、左側を上流、右側を下流とする。
対をなす熱線素子(23,24),(25,26) は、上流側同士の熱
線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(24,26)
を、それぞれホイートストンブリッジの対辺に接続す
る。
て説明する。図３の(A) において、検出器20は、第１膨
張室15と、第２膨張室16と、両膨張室15、16を連通する
ガス通路19と、を有し、このガス通路19のＡ部に、複数
の検出部（図示例では21、22の２組）が、それぞれ、対
をなす熱線素子(23,24),(25,26) を備えて、構成されて
いる。膨張室15、16に入射した測定光線11および基準光
線12は、膨張室15、16における赤外線光線の吸収によっ
て膨張室15、16に圧力変動差を生じ、この圧力変動差に
基づき、ガス通路19に、測定ガス中の被分析ガスの含有
量に相応したガス流が生じる。図３の(B) は、ガス通路
19のＡ部に配設された２組の検出部21、22の詳細図であ
る。図３の(B) において、検出部21、22は、図８の(A),
(B) で説明した検出部が、相互間の熱的結合が無視でき
る間隔に２組配置されている。今、矢印のように、ガス
流が左から右に流れ、左側を上流、右側を下流とする。
対をなす熱線素子(23,24),(25,26) は、上流側同士の熱
線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(24,26)
を、それぞれホイートストンブリッジの対辺に接続す
る。
【００２６】今、ガス流が無いときを考える。ブリッジ
電源30からの電流により各熱線素子(23,24),(25,26) は
加熱され、対をなす熱線素子(23,24) 間、および熱線素
子(25,26) 間では熱的結合により実線ａに示す温度分布
を呈する。なお、検出部21、22の相互間は熱的結合が無
視できる間隔に配置されている。次に、微弱なガス流が
ガス通路19に流がれ、熱線素子23〜26を貫流すると、熱
的結合している熱線素子の間のガスは移動し、点線ｂに
示す温度分布に変化する。図示例では熱線素子23、25の
温度が下がり、熱線素子24、26の温度が上がる。この温
度変化を、温度に対して鋭敏に抵抗値変化する熱線素子
23〜26が検出し、ブリッジのアンバランスを生じ、この
信号を増幅することにより、微弱なガス流を検出でき
る。
電源30からの電流により各熱線素子(23,24),(25,26) は
加熱され、対をなす熱線素子(23,24) 間、および熱線素
子(25,26) 間では熱的結合により実線ａに示す温度分布
を呈する。なお、検出部21、22の相互間は熱的結合が無
視できる間隔に配置されている。次に、微弱なガス流が
ガス通路19に流がれ、熱線素子23〜26を貫流すると、熱
的結合している熱線素子の間のガスは移動し、点線ｂに
示す温度分布に変化する。図示例では熱線素子23、25の
温度が下がり、熱線素子24、26の温度が上がる。この温
度変化を、温度に対して鋭敏に抵抗値変化する熱線素子
23〜26が検出し、ブリッジのアンバランスを生じ、この
信号を増幅することにより、微弱なガス流を検出でき
る。
【００２７】図４は検出器の他の実施例である。図４の
(A) において、検出器20は、第１膨張室15と、第２膨張
室16と、両膨張室15、16を連通するガス通路19と、を有
し、このガス通路19のＢ部に、対をなす熱線素子(123,1
24),(125,126) よりなる２組の検出部が検出モジュール
120 として一体構成されている。膨張室15、16に入射し
た測定光線11および基準光線12は、膨張室15、16におけ
る赤外線光線の吸収量によって膨張室15、16に圧力変動
差を生じ、この圧力変動差に基づき、ガス通路19に、測
定ガス中の被分析ガスの含有量に相応したガス流が生じ
る。図４の(B),(C) は、ガス通路19のＢ部に配設された
検出モジュール120 の詳細図であり、図４の(B) は上面
図、図４の(C) は側面図である。図４の(B) において、
検出モジュール120 は、対をなす熱線素子(123,124),(1
25,126) よりなる２組の検出部が同一基板上に配設され
ている。図示された例では、シリコン基板122 上に薄膜
製法で薄膜熱感知体 123〜126 が構成されている。ま
た、図４の(C) に図示されるように、シリコン基板122
の薄膜熱感知体 123〜126 の背面はエッチングされ、熱
容量の低減化と熱伝達拡散の防止を図り、台121 に固定
している。この構造の検出モジュール120 は、図３と同
様に、上流側同士の薄膜熱感知体(123,125) および下流
側同士の薄膜熱感知体(124,126) を、それぞれ、ホイー
トストンブリッジの対辺に接続し、ブリッジ電源30から
の電流により、各薄膜熱感知体 123〜126 は加熱され、
対をなす熱線素子間での熱的結合により、局部的に高温
な温度分布を有する。ガス通路19を流れ、薄膜熱感知体
123〜126 の上面を流れる微弱なガス流によって、薄膜
熱感知体 123〜126 の抵抗値に変化が生じ、この温度変
化が、ブリッジの不平衡を生じ、この不平衡信号を増幅
して、両膨張室の圧力差として、微弱なガス流を検出す
ることができる。
(A) において、検出器20は、第１膨張室15と、第２膨張
室16と、両膨張室15、16を連通するガス通路19と、を有
し、このガス通路19のＢ部に、対をなす熱線素子(123,1
24),(125,126) よりなる２組の検出部が検出モジュール
120 として一体構成されている。膨張室15、16に入射し
た測定光線11および基準光線12は、膨張室15、16におけ
る赤外線光線の吸収量によって膨張室15、16に圧力変動
差を生じ、この圧力変動差に基づき、ガス通路19に、測
定ガス中の被分析ガスの含有量に相応したガス流が生じ
る。図４の(B),(C) は、ガス通路19のＢ部に配設された
検出モジュール120 の詳細図であり、図４の(B) は上面
図、図４の(C) は側面図である。図４の(B) において、
検出モジュール120 は、対をなす熱線素子(123,124),(1
25,126) よりなる２組の検出部が同一基板上に配設され
ている。図示された例では、シリコン基板122 上に薄膜
製法で薄膜熱感知体 123〜126 が構成されている。ま
た、図４の(C) に図示されるように、シリコン基板122
の薄膜熱感知体 123〜126 の背面はエッチングされ、熱
容量の低減化と熱伝達拡散の防止を図り、台121 に固定
している。この構造の検出モジュール120 は、図３と同
様に、上流側同士の薄膜熱感知体(123,125) および下流
側同士の薄膜熱感知体(124,126) を、それぞれ、ホイー
トストンブリッジの対辺に接続し、ブリッジ電源30から
の電流により、各薄膜熱感知体 123〜126 は加熱され、
対をなす熱線素子間での熱的結合により、局部的に高温
な温度分布を有する。ガス通路19を流れ、薄膜熱感知体
123〜126 の上面を流れる微弱なガス流によって、薄膜
熱感知体 123〜126 の抵抗値に変化が生じ、この温度変
化が、ブリッジの不平衡を生じ、この不平衡信号を増幅
して、両膨張室の圧力差として、微弱なガス流を検出す
ることができる。
【００２８】図５はブリッジ回路構成を説明する回路図
である。図５の(A) の検出回路は、２組の検出部からな
る４ヶの熱線素子を、ホイートストンブリッジの各辺に
配置し、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上流側
同士の熱線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(2
4,26) をブリッジの対辺に接続し、ブリッジ電源30から
電源供給を受ける。この回路構成では、ガス通路に生じ
るガス流に基づく温度分布変動に対して、ブリッジ電源
30に接続される熱線素子(23,26),(24,25) の直列抵抗値
がほぼ増減相殺し、熱線素子23〜26を流れる電流をほぼ
一定に保つことができ、温度に対して鋭敏な抵抗値変化
を有する熱線素子23〜26を自己加熱した状態で、比較的
低いブリッジ電源電圧で安定な動作を確保することがで
きる。なお、熱線素子は、室温より１桁高い温度に自己
加熱するため、熱線素子23〜26にはボルトオーダの電圧
が印加される。
である。図５の(A) の検出回路は、２組の検出部からな
る４ヶの熱線素子を、ホイートストンブリッジの各辺に
配置し、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上流側
同士の熱線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(2
4,26) をブリッジの対辺に接続し、ブリッジ電源30から
電源供給を受ける。この回路構成では、ガス通路に生じ
るガス流に基づく温度分布変動に対して、ブリッジ電源
30に接続される熱線素子(23,26),(24,25) の直列抵抗値
がほぼ増減相殺し、熱線素子23〜26を流れる電流をほぼ
一定に保つことができ、温度に対して鋭敏な抵抗値変化
を有する熱線素子23〜26を自己加熱した状態で、比較的
低いブリッジ電源電圧で安定な動作を確保することがで
きる。なお、熱線素子は、室温より１桁高い温度に自己
加熱するため、熱線素子23〜26にはボルトオーダの電圧
が印加される。
【００２９】また、図５の(B) の検出回路は、複数組の
検出部（図示例は２組の検出部21、22）からなる熱線素
子を、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上流側同
士の熱線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(24,
26) をそれぞれ直列に接続し、これらの熱線素子の直列
回路と、２個の固定抵抗27、28とからなるホイートスト
ンブリッジを構成し、ブリッジに流す電流を同一値に選
べば、検出電圧は、検出部の複数倍に増やすことができ
る。検出電圧の感度を確保するためと、ブリッジに流す
電流をなるべく一定にするために、固定抵抗27、28は熱
線素子の直列回路の抵抗値に対して一桁程度高い値が選
択され、ブリッジ電源30の電圧が比較的高くなる。
検出部（図示例は２組の検出部21、22）からなる熱線素
子を、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上流側同
士の熱線素子(23,25) および下流側同士の熱線素子(24,
26) をそれぞれ直列に接続し、これらの熱線素子の直列
回路と、２個の固定抵抗27、28とからなるホイートスト
ンブリッジを構成し、ブリッジに流す電流を同一値に選
べば、検出電圧は、検出部の複数倍に増やすことができ
る。検出電圧の感度を確保するためと、ブリッジに流す
電流をなるべく一定にするために、固定抵抗27、28は熱
線素子の直列回路の抵抗値に対して一桁程度高い値が選
択され、ブリッジ電源30の電圧が比較的高くなる。
【００３０】また、図５の(C) の検出回路は、複数組の
検出部（21、22）からなる熱線素子を、相互に対を構成
する熱線素子のガス流の上流側同士の熱線素子(23,25)
および下流側同士の熱線素子(24,26) をそれぞれ直列に
接続し、これらの熱線素子の直列回路を２組の定電流源
27A,28A で駆動し、両直列回路の電圧降下の差を検出信
号として増幅する。これは、図５の(B) の検出回路で、
固定抵抗27、28の抵抗値を無限大にしたことと等価にな
り、演算増幅器などを用いて定電流源を構成すれば、図
５の(B) の検出回路に較べて、ブリッジ電源30の電圧を
10Ｖ前後に低くすることができ、かつ、熱線素子を定電
流で駆動でき、検出感度も検出部の数だけ増すことがで
きる。
検出部（21、22）からなる熱線素子を、相互に対を構成
する熱線素子のガス流の上流側同士の熱線素子(23,25)
および下流側同士の熱線素子(24,26) をそれぞれ直列に
接続し、これらの熱線素子の直列回路を２組の定電流源
27A,28A で駆動し、両直列回路の電圧降下の差を検出信
号として増幅する。これは、図５の(B) の検出回路で、
固定抵抗27、28の抵抗値を無限大にしたことと等価にな
り、演算増幅器などを用いて定電流源を構成すれば、図
５の(B) の検出回路に較べて、ブリッジ電源30の電圧を
10Ｖ前後に低くすることができ、かつ、熱線素子を定電
流で駆動でき、検出感度も検出部の数だけ増すことがで
きる。
【００３１】図２はシングルビーム赤外線ガス分析計の
要部構成図を示す。図２において、３は赤外線光源で、
この光源３より発せられる赤外線光束が回転式チョッパ
２により断続光となり、測定光線11として測定セル13に
入射する。測定セル13は、光透過窓５、６が設けられ、
導入管17、18を介して被分析成分ガスを含む測定ガスが
導入・排出される。測定光線11は、この測定セル13にお
いて、測定セル13に流した測定ガスの被分析成分ガスの
濃度に応じて赤外線吸収を受ける。測定セル13を透過し
た測定光線11は、検出器20に入射する。
要部構成図を示す。図２において、３は赤外線光源で、
この光源３より発せられる赤外線光束が回転式チョッパ
２により断続光となり、測定光線11として測定セル13に
入射する。測定セル13は、光透過窓５、６が設けられ、
導入管17、18を介して被分析成分ガスを含む測定ガスが
導入・排出される。測定光線11は、この測定セル13にお
いて、測定セル13に流した測定ガスの被分析成分ガスの
濃度に応じて赤外線吸収を受ける。測定セル13を透過し
た測定光線11は、検出器20に入射する。
【００３２】この検出器20は、第１膨張室15A と第２膨
張室16A とが、測定光線11の進行方向に対して直列に配
置され、測定セル13を透過した測定光線11は、光透過窓
９を介して前室である第１膨張室15A に入射し、この第
１膨張室15A を透過した測定光線11が、更に光透過窓10
A を介して後室である第２膨張室16A に入射する。各膨
張室15A 、16A は被分析成分ガスと同じ種類のガスが充
填されている。前室である第１膨張室15A では、封入さ
れたガスの波長−赤外線吸収特性の内、赤外線吸収係数
の高い波長成分の赤外線の大半がここで吸収され、第２
膨張室16A では、上記の赤外線吸収係数の高い波長成分
が除去された残りの赤外線が入射し、被分析成分ガスの
濃度に応じた、中程度の赤外線吸収係数を有する波長成
分の赤外線が吸収される。この両膨張室15、16で吸収さ
れた赤外線吸収光量差が、両膨張室15A 、16A を連通す
るガス通路19のＡ部に設けられた複数の検出部（図示例
では21、22の２組）が、それぞれ、対をなす熱線素子(2
3,24),(25,26) を備えて、構成されている。図１の実施
例ではガス通路19は左右方向に連通し、ガス流も左右方
向に流れていたが、図２実施例ではガス通路19は上下方
向に連通し、ガス流も上下方向に流れる。これらの複数
の検出部での検出原理は、既に図３〜図５で説明したも
のと同じである。
張室16A とが、測定光線11の進行方向に対して直列に配
置され、測定セル13を透過した測定光線11は、光透過窓
９を介して前室である第１膨張室15A に入射し、この第
１膨張室15A を透過した測定光線11が、更に光透過窓10
A を介して後室である第２膨張室16A に入射する。各膨
張室15A 、16A は被分析成分ガスと同じ種類のガスが充
填されている。前室である第１膨張室15A では、封入さ
れたガスの波長−赤外線吸収特性の内、赤外線吸収係数
の高い波長成分の赤外線の大半がここで吸収され、第２
膨張室16A では、上記の赤外線吸収係数の高い波長成分
が除去された残りの赤外線が入射し、被分析成分ガスの
濃度に応じた、中程度の赤外線吸収係数を有する波長成
分の赤外線が吸収される。この両膨張室15、16で吸収さ
れた赤外線吸収光量差が、両膨張室15A 、16A を連通す
るガス通路19のＡ部に設けられた複数の検出部（図示例
では21、22の２組）が、それぞれ、対をなす熱線素子(2
3,24),(25,26) を備えて、構成されている。図１の実施
例ではガス通路19は左右方向に連通し、ガス流も左右方
向に流れていたが、図２実施例ではガス通路19は上下方
向に連通し、ガス流も上下方向に流れる。これらの複数
の検出部での検出原理は、既に図３〜図５で説明したも
のと同じである。
【００３３】図１において、検出器20に設けられた温度
センサ200 は検出器20の内部温度を計測し、温度に対し
て鋭敏な特性を有する熱線素子23〜26あるいは薄膜熱感
知体123〜126 の加熱動作温度を電圧コントローラ210
により最適な温度に維持・制御することにより、センサ
感度の温度依存性（一般に、高温になるほどゲインが増
す）を補償することができ、安定した赤外線ガス分析計
が得られる。また、温度センサ200 は検出器20の内部に
限定されることなく、検出器20に近傍の温度が計測でき
れば、赤外線ガス分析計内部のどの位置に有ってもよ
い。
センサ200 は検出器20の内部温度を計測し、温度に対し
て鋭敏な特性を有する熱線素子23〜26あるいは薄膜熱感
知体123〜126 の加熱動作温度を電圧コントローラ210
により最適な温度に維持・制御することにより、センサ
感度の温度依存性（一般に、高温になるほどゲインが増
す）を補償することができ、安定した赤外線ガス分析計
が得られる。また、温度センサ200 は検出器20の内部に
限定されることなく、検出器20に近傍の温度が計測でき
れば、赤外線ガス分析計内部のどの位置に有ってもよ
い。
【００３４】また、図１が内部温度変化に対する検出特
性の補正を行った例であるのに対して、図６は、測定セ
ル13内に圧力センサ220 を設け、測定セル13内の圧力を
計測することにより、赤外線ガス分析計の大気圧変動に
よる感度補償の実施例を示す。この種の赤外線ガス分析
計は、測定セルの一端が大気に開放されているため、従
来技術では、大気圧変動により被測定ガスの密度が変動
し、センサ出力に誤差が生じていたが、測定セル13内の
圧力を計測し、この圧力信号により、熱線素子23〜26あ
るいは薄膜熱感知体 123〜126 の加熱動作温度を電圧コ
ントローラ210により最適な温度に制御することによ
り、感度補償を行うことができる。例えば、測定セル内
の圧力低下（被測定ガスの密度低下）で、検出部20の検
出出力が低下したときは、電圧コントローラ210 の出力
を増し、熱線素子23〜26あるいは薄膜熱感知体 123〜12
6 の加熱動作温度を増やして、検出部20の検出出力を増
大させ、測定セル内圧力変化に依存する測定値の変動を
補償することはでき、安定した赤外線ガス分析計が得ら
れる。
性の補正を行った例であるのに対して、図６は、測定セ
ル13内に圧力センサ220 を設け、測定セル13内の圧力を
計測することにより、赤外線ガス分析計の大気圧変動に
よる感度補償の実施例を示す。この種の赤外線ガス分析
計は、測定セルの一端が大気に開放されているため、従
来技術では、大気圧変動により被測定ガスの密度が変動
し、センサ出力に誤差が生じていたが、測定セル13内の
圧力を計測し、この圧力信号により、熱線素子23〜26あ
るいは薄膜熱感知体 123〜126 の加熱動作温度を電圧コ
ントローラ210により最適な温度に制御することによ
り、感度補償を行うことができる。例えば、測定セル内
の圧力低下（被測定ガスの密度低下）で、検出部20の検
出出力が低下したときは、電圧コントローラ210 の出力
を増し、熱線素子23〜26あるいは薄膜熱感知体 123〜12
6 の加熱動作温度を増やして、検出部20の検出出力を増
大させ、測定セル内圧力変化に依存する測定値の変動を
補償することはでき、安定した赤外線ガス分析計が得ら
れる。
【００３５】上述のダブルビーム赤外線ガス分析計や、
シングルビーム赤外線ガス分析計の実施例（図１、図
２、図６）では、複数組の検出部として熱線素子23〜26
を使用した例を図示したが、複数組の検出部として薄膜
熱感知体 123〜126 を一体に構成した検出モジュールを
使用してもよい。また、回路接続は図５の(A) のフルブ
リッジ回路で図示したが、図５の(B) のハーフブリッジ
回路や、図５の(C) の定電流駆動によるブリッジ回路を
使用してもよい。
シングルビーム赤外線ガス分析計の実施例（図１、図
２、図６）では、複数組の検出部として熱線素子23〜26
を使用した例を図示したが、複数組の検出部として薄膜
熱感知体 123〜126 を一体に構成した検出モジュールを
使用してもよい。また、回路接続は図５の(A) のフルブ
リッジ回路で図示したが、図５の(B) のハーフブリッジ
回路や、図５の(C) の定電流駆動によるブリッジ回路を
使用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、検出器の２個の槽に入射する赤外線光量の差を検出
器に封入された封入ガスによる赤外線吸収によって生じ
る圧力差として検出し、この２個の槽間をガス通路で連
通させ、圧力差によってガス通路に生じるガス流を、ガ
ス通路に配設された複数組の検出部の対をなす熱線素子
の側面に流すか、あるいは、対をなす熱線素子の開口部
を貫通させる。
ば、検出器の２個の槽に入射する赤外線光量の差を検出
器に封入された封入ガスによる赤外線吸収によって生じ
る圧力差として検出し、この２個の槽間をガス通路で連
通させ、圧力差によってガス通路に生じるガス流を、ガ
ス通路に配設された複数組の検出部の対をなす熱線素子
の側面に流すか、あるいは、対をなす熱線素子の開口部
を貫通させる。
【００３７】各熱線素子の対は、ブリッジ回路を構成す
る電源により、熱線素子に流れる電流によって自己加熱
され、さらに対を構成する熱線素子の熱的結合によって
ガス通路内で対の周辺のガスに対して高い温度場を形成
し、かつ、検出部相互間では、ガス通路内での熱的結合
が無視できる間隔に配置されている。この構成によっ
て、複数組の対をなす熱線素子は、ガス通路に生じた微
弱なガス流によって、対の熱線素子周辺のガスの温度分
布が効果的に移行し、この温度分布変動を複数組の熱線
素子の抵抗値変化として検出することができる。
る電源により、熱線素子に流れる電流によって自己加熱
され、さらに対を構成する熱線素子の熱的結合によって
ガス通路内で対の周辺のガスに対して高い温度場を形成
し、かつ、検出部相互間では、ガス通路内での熱的結合
が無視できる間隔に配置されている。この構成によっ
て、複数組の対をなす熱線素子は、ガス通路に生じた微
弱なガス流によって、対の熱線素子周辺のガスの温度分
布が効果的に移行し、この温度分布変動を複数組の熱線
素子の抵抗値変化として検出することができる。
【００３８】熱線素子が構成する検出回路をフルブリッ
ジ回路で構成すれば、ガス通路に生じるガス流に基づく
温度分布変動に対して、熱線素子を流れる電流をほぼ一
定に保つことができ、温度に対して鋭敏な抵抗変化を有
する熱線素子を自己加熱した状態で、比較的低いブリッ
ジ電源電圧で、安定な動作が確保できる。また、複数組
の検出部を備え、これら検出部の熱線素子は、ガス流の
上流側に配置された熱線素子同士、および下流側に配置
された熱線素子同士をそれぞれ直列に接続し、これら熱
線素子の直列回路と、２個の固定抵抗とからホイートス
トンブリッジを構成する、あるいはこれら熱線素子の直
列回路を２個の定電流源で駆動することにより、検出電
圧を検出部の複数倍に増やすことができる。特に、熱線
素子の直列回路を演算増幅器などを用いて２個の定電流
源で駆動したときは、上述のブリッジ回路の２個の固定
抵抗の抵抗値を無限大にしたことと等価になり、上記の
固定抵抗によるブリッジ回路に較べて、ブリッジ電源電
圧を低くすることができる。
ジ回路で構成すれば、ガス通路に生じるガス流に基づく
温度分布変動に対して、熱線素子を流れる電流をほぼ一
定に保つことができ、温度に対して鋭敏な抵抗変化を有
する熱線素子を自己加熱した状態で、比較的低いブリッ
ジ電源電圧で、安定な動作が確保できる。また、複数組
の検出部を備え、これら検出部の熱線素子は、ガス流の
上流側に配置された熱線素子同士、および下流側に配置
された熱線素子同士をそれぞれ直列に接続し、これら熱
線素子の直列回路と、２個の固定抵抗とからホイートス
トンブリッジを構成する、あるいはこれら熱線素子の直
列回路を２個の定電流源で駆動することにより、検出電
圧を検出部の複数倍に増やすことができる。特に、熱線
素子の直列回路を演算増幅器などを用いて２個の定電流
源で駆動したときは、上述のブリッジ回路の２個の固定
抵抗の抵抗値を無限大にしたことと等価になり、上記の
固定抵抗によるブリッジ回路に較べて、ブリッジ電源電
圧を低くすることができる。
【００３９】また、２個の槽を赤外線の進行方向に対し
て、平行に配置することによりダブルビーム赤外線ガス
分析計に適用でき、直列に配置することによりシングル
ビーム赤外線ガス分析計に適用できる。また、熱線素子
に流れる電流を赤外線ガス分析計に設けられる温度セン
サの出力に基づいて制御することにより、熱線素子の感
度の温度依存性を補償することができる。
て、平行に配置することによりダブルビーム赤外線ガス
分析計に適用でき、直列に配置することによりシングル
ビーム赤外線ガス分析計に適用できる。また、熱線素子
に流れる電流を赤外線ガス分析計に設けられる温度セン
サの出力に基づいて制御することにより、熱線素子の感
度の温度依存性を補償することができる。
【００４０】また、熱線素子に流れる電流を赤外線ガス
分析計の測定セル内圧力を測定する圧力センサの出力に
基づいて制御することにより、測定セル内の圧力変動
（密度変動）による、測定セル内の赤外線吸収量の変動
を補償することができる。上述のように、赤外線ガス分
析計の検出感度を向上させ、低濃度のガスの測定におい
ても、安定した測定ができ、かつ、小型化された、廉価
な赤外線ガス分析計を提供することができる。
分析計の測定セル内圧力を測定する圧力センサの出力に
基づいて制御することにより、測定セル内の圧力変動
（密度変動）による、測定セル内の赤外線吸収量の変動
を補償することができる。上述のように、赤外線ガス分
析計の検出感度を向上させ、低濃度のガスの測定におい
ても、安定した測定ができ、かつ、小型化された、廉価
な赤外線ガス分析計を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例としてのダブルビーム赤外線
ガス分析計の要部構成図
ガス分析計の要部構成図
【図２】本発明の他の実施例としてのシングルビーム赤
外線ガス分析計の要部構成図
外線ガス分析計の要部構成図
【図３】一実施例における検出器の構造を説明する説明
図
図
【図４】他の実施例における検出器の構造を説明する説
明図
明図
【図５】ブリッジ回路構成を説明する回路図
【図６】ダブルビーム赤外線ガス分析計に圧力センサに
よる補償を適用したときの概略構成図
よる補償を適用したときの概略構成図
【図７】従来技術によるダブルビーム赤外線ガス分析計
の要部構成図
の要部構成図
【図８】検出部および熱線素子の構造を説明する説明図
１ モータ ２ 回転式チョッパ ３ 赤外線光源 ４ 光分配セル ５〜10、9A 光透過窓 11 測定光線 12 基準光線 13 測定セル 14 基準セル 15、15A 第１膨張室 16、16A 第２膨張室 19 ガス通路 21、22 検出部 23〜24 熱線素子 27、28 固定抵抗 27A,28A 定電流源 30 ブリッジ電源 120 検出モジュール 121 台 122 シリコン基板 123 〜124 薄膜熱感知体 200 温度センサ 210 電圧コントローラ 220 圧力センサ
Claims (13)
- 【請求項１】赤外線光源と、 測定ガスを導入し、前記光源から赤外線光束を受光し、
この赤外線光束が前記測定ガスを透過中に赤外線吸収が
行われる測定セルと、 ２個の槽を有し、前記測定セルを透過した赤外線光束を
少なくとも一方の槽に受光する検出器と、を備え、 前記２個の槽は、赤外線入射窓と、当該槽内に封入され
前記測定ガスに含まれる測定対象ガスと同じ赤外線吸収
波長帯の赤外線を吸収するガスと、を有し、 前記の各槽に入射する赤外線光量の差を、前記封入ガス
による赤外線吸収によって生じる圧力差として検出する
赤外線ガス分析計において、 前記２個の槽間を連通するガス通路と、 前記赤外線吸収によって生じる２個の槽間の圧力差によ
って前記ガス通路に生じるガス流を検出して、電気信号
に変換する、対をなす熱線素子を有し、前記ガス通路に
配設された複数組の検出部と、を備える、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項２】請求項１に記載の赤外線ガス分析計におい
て、 検出部の対をなす熱線素子は、熱的結合によってガス通
路内で温度場を形成する間隔に配置され、 検出部相互間は、ガス通路内での熱的結合が無視できる
間隔に配置される、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の赤外線ガ
ス分析計において、 ２組の検出部を備え、これら検出部の４ヶの熱線素子
は、相互に対を構成する熱線素子のガス流の上流側同
士、および下流側同士がそれぞれの対辺に配置されてホ
イートストンブリッジを構成する、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項４】請求項１または請求項２に記載の赤外線ガ
ス分析計において、 複数組の検出部を備え、これら検出部の熱線素子は、ガ
ス流の上流側に配置された熱線素子同士、および下流側
に配置された熱線素子同士をそれぞれ直列に接続し、こ
れら熱線素子の直列回路と、２個の固定抵抗とからホイ
ートストンブリッジを構成する、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項５】請求項１または請求項２に記載の赤外線ガ
ス分析計において、 複数組の検出部の熱線素子は、ガス流の上流側同士、お
よび下流側同士をそれぞれ直列に接続し、これら熱線素
子の直列回路を２個の定電流源で駆動する、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかの項に
記載の赤外線ガス分析計において、熱線素子は、当該熱
線素子を流れる電流によって加熱される、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかの項に
記載の赤外線ガス分析計において、ガス通路に生じるガ
ス流が熱線素子の側面を流れる、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項８】請求項１ないし請求項６のいずれかの項に
記載の赤外線ガス分析計において、ガス通路に生じるガ
ス流が熱線素子を貫流する、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれかの項に
記載の赤外線ガス分析計において、熱線素子の部材は、
温度特性を有する導電性金属、導電性セラミックまたは
半導体素子のいずれかの１つよりなる、 ことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれかの項
に記載の赤外線ガス分析計において、２個の槽は、赤外
線の進行方向に対して平行に配置されてなる、ことを特
徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項１１】請求項１ないし請求項９のいずれかの項
に記載の赤外線ガス分析計において、２個の槽は、赤外
線の進行方向に対して直列に配置されてなる、ことを特
徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項１２】請求項１ないし請求項１１のいずれかの
項に記載の赤外線ガス分析計において、熱線素子に流れ
る電流は、赤外線ガス分析計に設けられる温度センサの
出力に基づいて制御される、ことを特徴とする赤外線ガ
ス分析計。 - 【請求項１３】請求項１ないし請求項１２のいずれかの
項に記載の赤外線ガス分析計において、熱線素子に流れ
る電流は、赤外線ガス分析計の測定セル内の圧力を測定
する圧力センサの出力に基づいて制御される、ことを特
徴とする赤外線ガス分析計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14880894A JPH07140075A (ja) | 1993-09-24 | 1994-06-30 | 赤外線ガス分析計 |
| US08/309,510 US5468962A (en) | 1993-09-24 | 1994-09-23 | Infrared gas analyzer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23699993 | 1993-09-24 | ||
| JP5-236999 | 1993-09-24 | ||
| JP14880894A JPH07140075A (ja) | 1993-09-24 | 1994-06-30 | 赤外線ガス分析計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07140075A true JPH07140075A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=26478883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14880894A Pending JPH07140075A (ja) | 1993-09-24 | 1994-06-30 | 赤外線ガス分析計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5468962A (ja) |
| JP (1) | JPH07140075A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6598484B2 (en) | 2000-10-06 | 2003-07-29 | Denso Corporation | Physical quantity detection device |
| JP2010230592A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Ltd | ガスセンサ |
| JP2010230591A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Ltd | 熱伝導率センサ |
Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
| DE19547787C1 (de) * | 1995-12-20 | 1997-04-17 | Siemens Ag | Zweistrahl-Gasanalysator und Verfahren zu seiner Kalibrierung |
| JPH09229853A (ja) * | 1996-02-22 | 1997-09-05 | Fuji Electric Co Ltd | 赤外線ガス分析計用検出器 |
| US5886348A (en) * | 1997-02-14 | 1999-03-23 | American Intell-Sensors Corporation | Non-dispersive infrared gas analyzer with interfering gas correction |
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| US6138674A (en) * | 1997-10-16 | 2000-10-31 | Datex-Ohmeda, Inc. | Active temperature and humidity compensator for anesthesia monitoring systems |
| US6121627A (en) * | 1998-08-31 | 2000-09-19 | Tulip; John | Gas detector with reference cell |
| DE10118782A1 (de) | 2001-04-18 | 2002-10-31 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung eines Materials |
| US7067323B2 (en) * | 2003-10-15 | 2006-06-27 | Lighthouse Instruments, Llc | System and method for automated headspace analysis |
| JP4595745B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2010-12-08 | 横河電機株式会社 | 赤外線ガス分析計 |
| US8302459B2 (en) * | 2009-03-27 | 2012-11-06 | Horiba, Ltd. | Thermal conductivity sensor |
| EP2762857B1 (en) * | 2012-12-19 | 2018-05-02 | General Electric Company | Method and device for dissolved gas analysis |
| EP3786616A1 (de) * | 2019-08-29 | 2021-03-03 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Mems basierte photoakustische zelle |
| CN113567385A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-29 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 激光红外气体传感器 |
| CN113567384A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-29 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 远距离红外气体传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4772790A (en) * | 1986-10-14 | 1988-09-20 | Teledyne Industries, Inc. | Non-dispersive optical gas analyzer |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP14880894A patent/JPH07140075A/ja active Pending
- 1994-09-23 US US08/309,510 patent/US5468962A/en not_active Expired - Fee Related
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| US6598484B2 (en) | 2000-10-06 | 2003-07-29 | Denso Corporation | Physical quantity detection device |
| JP2010230592A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Ltd | ガスセンサ |
| JP2010230591A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Ltd | 熱伝導率センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5468962A (en) | 1995-11-21 |
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