JPH0798273A - ガス分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高湿度の室内雰囲気ガスの成分濃度を、ノン
サンプリングで長時間連続して安定的に測定する、小型
で簡単な構造のガス分析計を提供する。 【構成】 本体を断熱及び防水構造にし、検出感度を確
保しながら発熱量を低減させる光源点灯手段と、検出器
からの測定信号と予め記憶させている温度補正曲線とを
温度センサーの補償下で較正するガス測定手段と、光源
等からの発熱量により光学系の温度を検出器の安定性を
損なうことなく且つ結露を防止し得る温度に上昇せしめ
る構造にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、室内雰囲気ガスなどの
成分濃度を分析するガス分析計に係わり、特に高湿度の
室内に設置してノンサンプリングで長時間連続して測定
することのできる赤外線分析法を利用したガス分析計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、培養室などの高湿度の室内雰囲気
ガスの測定を行う遠赤外分析装置（ガス分析計）には、
検出部以外に、分析しようとするサンプルガスを導入す
るポンプ、サンプルガスに含まれるダストを除去するフ
ィルタ、該ガスが含有する水分が検出器内で結露して測
定精度が低下するのを防止するために、該ガスの露点を
下げて予め水分を除去するためのガスクーラ等のサンプ
リング系など、多くの部材や部品が組み込まれていた。
そのため、装置が大型化し発熱量も大きいため室内には
設置できないものであった。

【０００３】また、室内に設置して自然拡散を利用する
いわゆるノンサンプリング型の分析計の場合であって
も、従来の装置はサンプルセルとレファレンスセルの光
路の切替えや、光学的透過フィルタの機械的な切り換え
等の機構が設けられているし、更に加熱恒温槽を使用す
るなど、やや大型のものが使用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、室外設置型の
ガス分析計によって室内ガスの濃度を分析しようとする
場合には、分析部以外のサンプリング系が必要になるな
ど装置が大型化、高価格化する欠点がある。また狭い培
養室の場合には、ガスを外部へ取り出す測定法のため室
内のガス量が不足となり、室内が減圧されて室外の空気
で希釈されるために正確なガス濃度の測定が困難になる
問題があった。

【０００５】更に、たとえ室内に設置するノンサンプリ
ング形のガス分析計であっても、防水（防湿）に対して
は殆ど考慮されていなかったため、湿気が装置内に入っ
て基板その他の電気部品を侵し、測定誤差や装置の寿命
を縮める原因となっていた。しかも、本体からの発熱量
が大きいために室温が上昇し、狭い培養室での温度管理
が困難であり、特に菌類の培養や栽培においては温度上
昇が致命的なダメージを与えるといった管理上の問題も
あり、精々数時間しか連続使用は出来ないものである。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたもので、装置全体がコンパクトで且つシンプルな構
造をしており、高湿度の室内雰囲気の正確な測定を長時
間連続して行うことができるガス分析計を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のような構成を採った。まず、本体を
断熱・防水構造とし、低発熱量の光源点灯手段と、セル
部昇温手段、及び温度補正手段とを組み合わせたところ
に本発明の最大の特徴がある。

【０００８】本体は、断熱及び防水機能を持たすため
に、２つ割りの合成樹脂製筐体で構成され、間にパッキ
ングを介挿させてネジ止めされている。そして内部に
は、光源、検出器、パルス発振器、各種回路等がコンパ
クトに収納され、中空部を外部に通じているサンプルセ
ルとした軽量・小型な構造としている。但し、防水に関
しては完全を期しているが、断熱に関しては１００％断
熱ではない。これは、光源等の発熱量とも関係するが、
内部で発生した熱が外部に徐々に漏れて、本体特にサン
プルセル部を幾分加温して結露を防止するために必要で
あることによる。

【０００９】次に光源は、培養室の温度管理を容易にす
るために、発熱量が極めて少ない赤外光源を選択した。
尚、発熱源は光源に限らないが、検出器その他の装置や
回路らかの発熱は僅かであるので、光源の発熱量を低減
させることが重要である。そこで、光源は断続点灯（パ
ルス）とし、且つ光源からの光はなるべく多く、でき得
れば全量をガスセルに透過吸収させる。

【００１０】尚、この赤外光源の強度は、強ければ強い
程ガスの検出感度は向上するが、発熱量が増大して装置
本体の部品に悪影響を及ぼしたり、培養室の温度管理を
困難にする。逆に、弱ければ検出器の感度が低下し、測
定精度が落ちる。従来の赤外線分析計では光源（冷却用
も含む）が５０Ｗ前後も消費していた。しかし、本発明
が目的とする室内特に培養室内のガス分析では、かなり
の濃度（数十〜数千ppm ）で存在する炭酸ガスの測定が
主目的である。従って、検出器の性能にもよるが、光源
の消費電力は数Ｗ、特に１〜５Ｗ程度で充分な目的を達
する。しかも、デューテイ比（点灯時間と消灯時間の
比）を２０〜５０％程度にしているので実際の消費電力
は更に低下する。

【００１１】また光源断続の周期に関しては、その周期
が長ければ検出感度は向上するが増幅器の安定性が損な
われ、周期が短ければ光源がほぼ常時点灯の状態とな
り、ゼロ点の判別が困難となる。従って、光源の点滅即
ちパルスの周期は、検出器の測定精度に影響を及ぼさな
い範囲で、早い周期が望ましい。この観点から種々検討
した結果、パルスの周期を１〜３Ｈｚとして光源を断続
させるのが最も好ましいことを発見した。更に、光源の
印加電圧と光学系の検討により、サンプルセルの温度上
昇を約１０℃とすれば、相対湿度９０％以上の培養室内
で設置使用しても結露による妨害が生じず、連続測定が
可能なことが判明した。

【００１２】この温度上昇は、高い程結露防止効果はあ
るが、１５℃を越えると光学計の安定性等に問題を生じ
るので、５〜１５℃程度の範囲に止めておく必要があ
る。即ち、培養室や栽培室の室温が夏期には４０℃を越
えることもある。これに内部昇温分を加えると、検出器
の耐久性が低下する温度限界（４０℃前後）を越える場
合がでてくることによる。なおこの温度上昇は、装置内
部の発熱量と外部への放熱量の差に起因する。従って、
光源等の消費電力と合成樹脂製筐体の熱伝導度と寸法を
勘案して、内部温度の上昇を上記範囲に入るように設計
するとよい。

【００１３】一方ガス分析計は、予め既知濃度のサンプ
ルガスと検出器値の対応を測定し、検量線或いはその較
正のための補正量を求めるのが一般的である。しかし、
この較正曲線はその曲線を求めた際の一定温度下での較
正曲線であり、恒温槽を用いない本発明のガス分析計の
場合は、測定時におけるサンプルガスは同一若しくは一
定ではないので、温度に対する補正をする必要が生じ
る。そこで、本発明では温度検出器で検出部（サンプル
セルの温度もこれに近くなる）の温度を測定し、検出値
の較正曲線との比較時に温度値にて補正して検量する。
このため、恒温槽が不必要となり、測定系がコンパクト
に且つ簡素な構造となり、製造コストが低くなる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。図１は、本発明の一例であるガス分析計
１の光学系の要部縦断面図である。図に示すように、光
源（タングステン電球）２からの光はその全光量がサン
プルセル３へ照射され、透過吸収される。このサンプル
セル３には、ガス温度を測定すべきサンプルガス７が拡
散導入されている。

【００１５】光学フィルタ４は、測定対象のガスが吸収
する波長に相当する透過特性を有するものが選択され、
これにより測定対象のガス種の特定がなされる。炭酸ガ
ス測定の場合は、4.３マイクロの透過特性のものを使用
する。検出器５は、サンプルガス７によって吸収された
光源２の赤外線の強度を検出する。温度検出器６によっ
て、光学系の温度が測定される。

【００１６】図２は、本発明分析計の機能ブロック図の
一例を示す。パルス発振器８は、同期信号９を発生する
ためのものであって、光源２、同期整流器１０、メモリ
１１の各々の信号を同期して処理するようにしている。
温度検出器６は、補正用の温度信号１２を発生するため
のものであって、検出器５の近傍に設置され、ゼロ点補
正回路１３及び感度・温度補正回路１５に接続されて、
温度補正の演算処理をするようになされている。加算増
幅器１４は、メモリ１１のゼロ点補正回路１３からの信
号を加算増幅するためのものであり、感度・温度補正回
路１５を経て指示計に接続されている。

【００１７】パルス発振器８からの同期信号９により、
光源２の印加電圧はパルス状となされ、このため光源２
からの放射赤外光は点滅状態の光となり、検出器５から
の出力信号は交流の電気信号として得られる。この交流
信号は、同期整流回路１０と同期信号９とにより、光源
の点灯若しくは消灯状態に対応した直流信号となり、そ
れぞれの状態に対応した検出値が予め記憶されたメモリ
１１の値と比較される。

【００１８】そこで、まず、温度検出器６によって得ら
れた補正用温度信号１２とゼロ点補正回路１３及増幅器
１４により、消灯時の同期信号９に対応したメモリ１１
の出力、即ち、ゼロ点に関する出力信号の補正がなされ
る。次に、前記ゼロ点補正された増幅器１４の出力信号
は、感度・温度補正回路１５において補正用温度信号１
２を用いて感度の補正がなされる。この一連の補正手段
により、恒温槽を用いることなく安定なガス濃度の測定
が可能となる。尚、サンプルガスは、１分間に９０％程
度の割合で入れ代わる。

【００１９】次に、図３は本発明ガス分析計１の外観の
一例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図で
ある。図からわかるように、本体は表裏２つ合成樹脂製
筐体１７、１８で構成され、間にパッキング１９を介挿
させて４箇のネジ２０で一体化されている。筐体は、厚
さ2.５ｍｍのポリカーボネート（熱伝導率は４〜５×１
０⁴ ）で作られている。内部には、上記した光源２や検
出器５等がコンパクトに収納され、中空部をサンプルセ
ル３としている。符号２１はガス出入口、２２はケーブ
ル接続口であり、正面には、各種のスィッチやランプが
設けられている。尚、筐体は厚みや熱伝導率を考慮して
各種の合成樹脂が使用される。

【００２０】従って、本ガス分析計１は完全な防水と幾
分緩い断熱性を示すとともに、内蔵する機器が少ないた
め極めてコンパクトにできている。しかして、ガス分析
計１を恒温槽に入れて外部温度を変化させると、内部温
度は外部温度に対して常に１０℃前後高くい値を示し
た。これは、１０℃前後以上の差ができると、その熱量
が外部に放熱されることを示している。尚、これは光源
の消費電力２Ｗ、機器部分の消費電力６Ｗ、デューテイ
比４５％、光源の点滅周期を２Ｈｚとしたガス分析計を
使用した場合のデータである。この場合、装置全体の発
熱量は、毎秒１〜２カロリー程度である。

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高湿度環境の室内におけるガス濃度の測定において、ケ
ースの構造を断熱防水とし、光学系の寸法と光源点滅の
周期の組合せの最適化を検討して、発熱量の低減と光学
計の結露防止、及び検出感度の確保を図ったものであ
る。そして、簡素な構造で、且つ装置全体をコンパクト
にでき、しかも正確な測定を長時間連続して行うことが
できるガス分析計を提供することができる。

【００２３】従って、狭い培養室内に設置することが可
能となり取り扱いも簡単であるので、菌類の培養条件の
管理を適切に行うことができる。また、狭い培養室の場
合でも、室内のガス量は消費されないため圧力変動がな
くなり、減圧によるガス希釈の問題もなくなり、正確な
ガス濃度の測定ができるなど、多くの利点を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ガス分析計の光学系の一例を示す要部縦
断面図である。

【図２】本発明ガス分析計の機能ブロック図の一例を示
す。

【図３】本発明ガス分析計の外観の一例を示し、（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１ ガス分析計 ２ 光源 ３ サンプルセル ４ 光学フィルタ ５ 検出器 ６ 温度検出器 ７ サンプルガス ８ パルス発振器 １７ 合成樹脂製筐体 １８ 合成樹脂製筐体 １９ パッキング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点滅する光源から発生する赤外線をサン
   プルガスに透過吸収させ、点灯と消灯の２つの状態の赤
   外線のエネルギー差を検出器により検出して特定ガスの
   濃度分析を行うものであって、本体を断熱及び防水構造
   にするとともに、検出感度を確保しながら発熱量を低減
   させる光源点灯手段と、検出器からの測定信号と予め記
   憶させている温度補正曲線とを温度センサーの補償下で
   較正するガス測定手段と、光源及びパルス発振器や増幅
   器その他の機器からの発熱量により、光学系の温度を検
   出器の安定性を損なうことなく且つ結露を防止し得る温
   度に上昇せしめる構造にしたことを特徴とするガス分析
   計。