JPH07270365A - 熱伝導度型検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱伝導度検出装置の回路構成を簡素化し安価
で高精度なものにする。 【構成】 切換器６及び１３の切り換えスイッチを下方
に接続、すなわち基準抵抗２及び３を負バイアス７に、
基準抵抗９及び１０を正バイアス１４に接続させてお
く。ここで、電源を投入するとＱ１の出力極性は負に、
Ｑ２の出力極性は正となる。この状態で切換器６のスイ
ッチを演算増幅器５の出力側に、切換器１３のスイッチ
を演算増幅器１２の出力側になるようにこれらの切換器
を切り換えて測定を行えば、演算増幅器５、１２の出力
極性は各々負、正となり装置として差の出力が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばガスクロマトグ
ラフ等ガス分析計に使用される熱伝導度型検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガスクロマトグラフは、図５のよ
うに構成されている。

【０００３】図において５１はヘリウム等の不活性ガス
が充填されているキャリアガスボンベ、５２はキャリア
ガスが所定の流量で流れるように制御をするキャリアガ
ス流量制御部、５３は分離分析される試料を注入する試
料注入部、５４は分離カラム、５５は熱伝導度検出部で
あり、点線で示す部分５６は恒温槽で、上記の試料注入
部５３、分離カラム５４、検出部５５をそれぞれ所定の
温度に一定に保持するものである。

【０００４】以上の構成において試料注入部５３へ注入
された分離分析されるべき試料ガスは、流量制御された
キャリアガスによってカラム５４に送られ、ここでガス
成分毎に分離され、検出部５５へと流出する。

【０００５】この検出部５５は通常熱伝導度型検出器が
用いられる。

【０００６】この熱伝導度型検出器は図６、図７に示す
ようにフィラメント６４と、各基準抵抗６１、６２、６
３、によるブリッジ回路及び演算増幅器６５とから成り
立っており、基準抵抗６２の一方は演算増幅器６５の出
力端子に、他方は演算増幅器６５の正入力端子に、基準
抵抗６１の一方は演算増幅器６５の正入力端子に、他方
は接地されている。

【０００７】また、基準抵抗６３の一方は演算増幅器６
５の出力端子に、他方は演算増幅器６５の負入力端子
に、フィラメント６４の一方は演算増幅器６５の負入力
端子に、他方は接地されている。

【０００８】フィラメント６４は図６に示すように恒温
槽５６内に設置された金属製セル７４の中に配置され
る。

【０００９】試料ガスは分離カラムで成分ごとに分離さ
れて矢印方向からセル７４内に流入し、他方へ流出す
る。平衡状態で熱容量の大きいガスがフィラメント６４
に接触すると、フィラメント６４の温度が下がり、フィ
ラメントの抵抗が小さくなり、Ｎ点の電位がＭ点の電位
よりも高くなるので、Ｏ点の出力電圧も上がり、フィラ
メント６４と基準抵抗６３に流れる電流が増加する。

【００１０】フィラメントに流れる電流が増加するとフ
ィラメントの温度が上昇し、抵抗値も大きくなる。しか
し、フィラメント６４の抵抗値が上昇してゆくとＭ点の
電位がＮ点の電位に近づくので、Ｏ点の出力電圧が下が
り、フィラメント６４に流れる電流も減少し、フィラメ
ント６４の抵抗値が平衡時の状態に戻るように帰還が行
われる。

【００１１】このように、フィラメント抵抗がすぐに一
定に戻るように制御し、高精度で高速応答のガス成分検
出を行っている。

【００１２】上述のように、簡略的には試料ガスだけを
使用してその検出器出力を検出する方法が用いられる。
しかし、更に高精度に測定するために，測定ガスの流量
や，周囲温度が変わった場合でも高精度に、安定して測
定するためには、同じタイプの検出器を２つ用意する。
一方の検出器に試料ガスを、他方の検出器にリファレン
スガスを流して、試料ガス側の変動分をキャンセルする
ために、図８に示すように２つの検出器出力の差を求め
る装置構成としている。

【００１３】図において、基準抵抗８１〜８３、フィラ
メント抵抗８４、演算増幅器８５で試料ガス測定用検出
器を構成し、基準抵抗８６〜８８、フィラメント抵抗８
９、演算増幅器９０でリファレンスガス測定用検出器を
構成している。

【００１４】この２つの検出器の出力は同じ極性である
ので、差を求めるために演算増幅器９１を設けている。
また、２つの出力に対して、演算増幅器の初期オフセッ
ト電圧や、測定ガスのわずかな流量の違いによるオフセ
ット電圧を補正するために、正負のオフセット電圧調整
機構９２を設けている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８のよう
な従来の熱伝導度型検出装置では、２つの検出器出力は
同じ極性であるために演算増幅器９１が必要になる。ま
た、演算増幅器９１の初期オフセット電圧や、測定ガス
のわずかな流量の違いによるオフセット電圧を補正する
ために、正負のオフセット電圧調整機構９２等を設けな
ければならず、回路構成が複雑で、高価なものとなって
いた。

【００１６】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたもので、回路構成を簡素化し安価で高精度な熱伝
導度型検出装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による熱伝導度型検出装置は、演算増幅器の正
入力に第１の基準抵抗と第２の基準抵抗との一端を、演
算増幅器の負入力に第３の基準抵抗とフィラメント抵抗
との一端を接続し、前記演算増幅器の出力端子に前記第
２の基準抵抗と第３の基準抵抗の他端とを接続して、フ
ィラメント抵抗の抵抗値の変化により熱伝導度を検出す
る熱伝導型検出器が並列に接続された装置で一方の検出
器の出力極性を正または負に固定するとともに、他方の
検出器は先の検出器の出力極性とは逆になるように固定
し、この２つの検出器の出力を接続して２つの検出器出
力差を得ることを特徴としている。

【００１８】また、この熱伝導型度検出器は、演算増幅
器の正入力に第１の基準抵抗と第２の基準抵抗との一端
を、演算増幅器の負入力に第３の基準抵抗とフィラメン
ト抵抗との一端を接続し、前記演算増幅器の出力端子に
前記第２の基準抵抗と第３の基準抵抗の他端とを接続す
るとともに、少なくともフィラメント抵抗または第１の
基準抵抗のいずれか一方の基準電位を正または負とした
ものが望ましい。

【００１９】

【作用】試料ガスとリファレンスガスが同じ熱伝導度を
持つ場合は、負の電圧出力用のブリッジ回路の出力電圧
は、正の電圧出力用のブリッジ回路と値は等しく符号が
逆の出力になる。何等かの影響、例えば流量の変動、温
度の変動があったときは、出力電圧の変動はこの２つの
ブリッジ回路に同等に働き、その変動量も２つのブリッ
ジ回路で値は等しく符号が逆の出力になる。そこで可変
抵抗の両端に出力電圧を与えれば、可変抵抗の摺動部で
の電圧はこの出力の和となる。そのため何等かの影響に
よる出力の変動があっても最終出力である可変抵抗の摺
動部での電圧には変動が出てこない。そのため高精度な
熱伝導度検出が可能となる。

【００２０】また、可変抵抗の両端には正、負の極性が
異なる電圧が印加されるので、正負のオフセット電圧を
調整するためには可変抵抗の摺動部を微調するだけです
み、複雑な機構が不要になる。

【００２１】さらに、正極性または負極性の電圧を出力
させるブリッジ回路の構成として、フィラメント抵抗ま
たは第１の基準抵抗のいずれか一方の基準電位を正また
は負とすれば、演算増幅器の入力端子にはこれら正また
は負のバイアスがかかり、出力はこれら入力電圧の差が
増幅されるので、複雑な回路を用いずとも、演算増幅器
の出力は正または負のどちらかの極性に安定的に固定さ
れる。

【００２２】

【実施例】本発明の一実施例を、以下、図面に基づいて
説明する。

【００２３】図１は本発明の熱伝導度型検出装置の構成
図である。

【００２４】１〜３、８〜１０は基準抵抗、４、１１は
それぞれ測定側及びリファレンス側フィラメント抵抗、
６、１３は切換器、７は負バイアスとしての直流電源、
８は正バイアスとしての直流電源である。

【００２５】基準抵抗１〜３とフィラメント４とで第１
のブリッジ回路を、基準抵抗８〜１０とフィラメント１
１とで第２のブリッジ回路を形成している。

【００２６】基準抵抗１と２の接続点は演算増幅器５の
正入力端子に、フィラメント抵抗４と基準抵抗３の接続
点は演算増幅器５の負入力端子に接続され、基準抵抗１
とフィラメント抵抗４の他方は接地されている。

【００２７】基準抵抗２及び３は切換器６に繋がってお
り、切換器６のタップの上側は演算増幅器５の出力端子
に、下側は負バイアス７に接続されている。

【００２８】また、基準抵抗８と９の接続点は演算増幅
器１２の正入力端子に、フィラメント抵抗１１と基準抵
抗１０の接続点は演算増幅器１２の負入力端子に接続さ
れ、基準抵抗８とフィラメント抵抗１１の他方は接地さ
れている。

【００２９】基準抵抗９及び１０は切換器１３に繋がっ
ており、切換器１３のタップの上側は演算増幅器１２の
出力端子に、下側は正バイアス１４に接続されている。

【００３０】これらの出力すなわちＱ１とＱ２の地点は
可変抵抗１５を介して並列接続されている。

【００３１】次に動作について説明する。

【００３２】この熱伝導度型検出装置の電源を入れる前
に切換器６及び１３の切り換えスイッチを下方に接続
し、基準抵抗２及び３を負バイアス７に、基準抵抗９及
び１０を正バイアス１４に接続しておく。

【００３３】ここで、電源を投入すると基準抵抗２及び
３は負バイアス７に、基準抵抗９及び１０は正バイアス
１４に接続されているので、Ｑ１の出力極性は負に、Ｑ
２の出力極性は正となる。

【００３４】この状態で切換器６のスイッチを演算増幅
器５の出力端子側に、切換器１３のスイッチを演算増幅
器１２の出力端子側に切り換える。

【００３５】そして、試料ガスとリファレンスガスの測
定を行えば、切換器の切り換え前の電圧極性がそのまま
保持されて演算増幅器５、１２の出力極性は各々負、正
となるので、Ｑ１は負極性の出力、Ｑ２は正極性の出力
となり、可変抵抗１５の端子から取り出される出力は可
変抵抗１５の摺動子により分割された抵抗比に対応した
電圧の和となる。

【００３６】このために、サンプルガスとリファレンス
ガスが同じ熱伝導度を持つ場合は、流量の変動、温度の
変動があっても、出力電圧の変動はこの２つのブリッジ
回路に同等に働き、その変動量も２つのブリッジ回路で
値は等しく符号が逆の出力になる。

【００３７】したがって、可変抵抗１５の摺動子からの
出力には熱伝導度検出に際して流動、温度などによる影
響、即ち精度、安定度を悪化させる影響は出てこない。

【００３８】また、演算増幅器５、１２の各出力には初
期オフセット電圧や、測定ガスのわずかな流量の違いに
よるオフセット電圧が現れるが、これらのオフセット電
圧を補正するには可変抵抗１５を微調整することによっ
て行うことができる。

【００３９】上述の実施例では、正電圧出力用の熱伝導
度型検出器と、負電圧出力用の熱伝導度型検出器を構成
する手段として、各演算増幅器の出力端子にリレーを設
け、正バイアスまたは負のバイアスへの切り換えを行う
ようにしたが、この方法ではかならずしも、一度電源を
投入しただけでは、所望の極性になるとは限らず、何度
か電源をＯＮ、ＯＦＦする必要があった。

【００４０】また、上述の熱伝導度型検出器の回路構成
では、一度検出器の出力極性が所望の極性になった後、
バイアス電圧とは切り離されて正規の出力ラインに切り
換えられるために、比較的大きなノイズが検出器に混入
した場合や、瞬時停電の場合等に出力の極性が反転する
ことがあり、安定性が良くない。

【００４１】さらに、一度極性が反転してしまっても演
算増幅器の動作で帰還回路が働き、フィラメント抵抗に
反転前とは逆方向の電流を流して、フィラメント抵抗を
一定に保つように作用するので、出力電圧極性は反転後
のままとなり、正確な測定が行えない。

【００４２】そこで、電源を頻繁にＯＮ、ＯＦＦさせる
必要がなく、検出器自体に電気的、熱的に衝撃を与える
ことがないとともに、ノイズや瞬時停電に影響されず常
に安定して一定の出力極性を保つことができる高精度な
熱伝導度型検出器を発明した。 図２、図３はこの熱伝
導度型検出器の構成図であり、同一の素子については同
符号を付してある。

【００４３】２１〜２３は基準抵抗、２４はフィラメン
ト抵抗、２５は演算増幅器である。図２において、基準
抵抗２１の一方は演算増幅器２５の正入力端子及び基準
抵抗２２に接続され、他方には正電位（正バイアス）が
印加されている。

【００４４】また、フィラメント抵抗２４の一方は演算
増幅器２５の負入力端子及び基準抵抗２３に、他方は負
電位（負バイアス）に接続され、演算増幅器５の出力端
子は基準抵抗２２及び２３に接続されている。

【００４５】すでに述べたようにこのフィラメント抵抗
２４が試料ガス等に晒されるように配置されて測定を行
う。

【００４６】基準抵抗２１の基準電位が正電位であるた
めに、演算増幅器２５の正入力端子（Ａ点）には正の電
圧が、バイアス電圧として印加される。また、フィラメ
ント抵抗２４の基準電位が負電圧であるために、演算増
幅器２５の負入力端子（Ｂ点）には負電圧がバイアス電
圧として印加される。

【００４７】Ａ点とＢ点の電圧差が演算増幅器２５によ
って増幅されるため、演算増幅器２５の出力端子（Ｃ
点）には０Ｖ以上の正の電圧しか出力できなくなり、負
電圧が出力されない。

【００４８】したがって、この検出器の出力は安定して
正の出力電圧が出力され、フィラメント抵抗を一定にす
るように正常な帰還回路が形成され、安定して熱伝導度
を検出することができる。

【００４９】図３は図２と基本構成は同じであるが、出
力電圧を安定して負にするために、基準抵抗１の一端に
負電位（負バイアス）を、フィラメント抵抗４の一端に
正電位（正バイアス）を印加するようにしたものであ
る。

【００５０】演算増幅器５の正入力端子には負の電圧が
バイアス電圧として印加され、負入力端子には正電圧が
バイアス電圧として印加されているので、負の電圧が安
定して出力される。

【００５１】以上の実施例では、出力極性の安定性を完
全なものにするために、基準抵抗２１に正または負の電
位を加え、フィラメント抵抗２４にはこれとは逆極性の
電位を加えるようにしているが、基準抵抗２１かフィラ
メント抵抗２４のどちらか一方だけに正または負の電位
を加えるようにし、他方は接地するようにしても良い。
このようにして、ノイズや瞬時停電に影響されず常に
安定して一定の出力極性を保つようにすることができ
る。

【００５２】図４は図２、３の熱伝導度型検出器を組み
合わせて図１のように試料ガスとリファレンスガスの測
定を行い、その出力差を検出できるようにした装置の実
施例である。

【００５３】基準抵抗３１〜３３、フィラメント抵抗３
４、演算増幅器３５で構成された上側の検出器が負極性
の電圧を安定して出力できるものとなり、例えば試料ガ
ス測定用に供される。

【００５４】また、基準抵抗３６〜３８、フィラメント
抵抗４０、演算増幅器３９で構成された下側のっ検出器
が正極性の電圧を安定して出力できるものとなり、例え
ばリファレンスガス測定用に供される。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱伝導度
型検出装置によれば、回路構成を簡素化し高精度で安価
なものにすることができ、常に安定して一定の出力極性
を保つようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱伝導度型検出装置の構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の熱伝導度型検出器の構成を示す図であ
る。

【図３】本発明の熱伝導度型検出器の構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の熱伝導度型検出器を用いた熱伝導度型
検出装置の構成を示す図である。

【図５】ガスクロマトグラフの構成を示す図である。

【図６】ガスクロマトグラフの熱伝導度検出部の概略構
成を示す図である。

【図７】従来の熱伝導度型検出器の構成を示す図であ
る。

【図８】従来の熱伝導度型検出装置の構成を示す図であ
る

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 演算増幅器の正入力に第１の基準抵抗と
   第２の基準抵抗との一端を、演算増幅器の負入力に第３
   の基準抵抗とフィラメント抵抗との一端を接続し、前記
   演算増幅器の出力端子に前記第２の基準抵抗と第３の基
   準抵抗の他端とを接続して、フィラメント抵抗の抵抗値
   の変化により熱伝導度を検出する熱伝導度型検出器が並
   列に接続された装置において、 一方の検出器の出力極性を正または負に固定するととも
   に、他方の検出器の出力極性をこれと逆になるように固
   定し、この２つの検出器の出力を接続して２つの検出器
   出力差を取り出すようにしたことを特徴とする熱伝導度
   型検出装置。
2. 【請求項２】 少なくともフィラメント抵抗または第１
   の基準抵抗のいずれか一方の基準電位を正または負とし
   たことを特徴とする請求項１記載の熱伝導度型検出器。