JPH08122254A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シングルセル方式で２成分以上を同時に検出
できるとともに、測定対象ガスが１つの試料セルに導入
されているか否かの判定を行うことができる赤外線ガス
分析計を得ること。 【構成】 セル１を挟んで一方側には光源２を設け、他
方側にはハーフミラー（光分割手段）３を内蔵した室４
を設け、ハーフミラー３の一方の光路Ａ側には測定用固
体検出器５を、他方の光路Ｂ側には測定対象ガスと同一
のガスＧを封入したガスフィルタ６及び比較用固体検出
器７を、それぞれ設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は赤外線ガス分析計に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】１つ
のサンプルライン（試料セル）に複数種のガスが順次導
入される場合、ある特定のガスのみの測定を行うために
は当該測定対象ガスがサンプルラインに導入されている
か否かの判定を行う必要があるけれども、その判定方法
は未だ確立されてはいない。また、従来は、１つの光学
系においては、１成分のみの測定が一般的であり、数種
類の成分を測定する場合は複数の光学系が必要であっ
た。例えば、非分散形赤外線ガス分析計（Non Dispersi
ve Infrared Analyzer：以下、ＮＤＩＲという）は、１
光路１成分検出が一般的である。複数成分を測定する場
合は、シングルセル方式の場合でも２光路２成分検出と
なり、光学系部品点数が多く必要となる。さらに、３成
分あるいは４成分同時測定のためには、試料ガスと比較
ガスとがロータリバルブを介して２つの測定セルに交互
に導入されるクロスモジュレーション・シングルセル方
式を用いてもガス分析計ユニットを２台用意し、かつ、
サンプリング装置からの試料ガス流量も２系列用意する
必要がある。したがって、光学系部品点数の増大、サン
プリング系の複雑化等、製品コストが高いと同時に複数
台の分析計の保守が必要となり、ランニングコストも高
くつく。

【０００３】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的とするところは、シングルセル方式
で２成分以上を同時に検出できるとともに、測定対象ガ
スが１つの試料セルに導入されているか否かの判定を行
うことができる赤外線ガス分析計を得ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、請求項１に係る発明は、セルを挟んで一方
側には光源を設け、他方側には光分割手段を設け、前記
光分割手段の一方の光路側には測定用固体検出器を、他
方の光路側には測定対象ガスと同一のガスを封入したガ
スフィルタ及び比較用固体検出器を、それぞれ設けてあ
ることを特徴とする。

【０００５】すなわち、この請求項１に係る発明では、
セルを挟んで他方側にビームスプリッターあるいはハー
フミラー等の光分割手段を設けることから、ガスフィル
タ及び比較用固体検出器と、測定用固体検出器を、それ
ぞれ前記光分割手段の透過位置側と反射位置側のどちら
かに配置でき、シングルセル方式で測定用固体検出器と
比較用固体検出器の各信号量を同時に検出できる。そし
て、ガスフィルタには測定対象ガスと同一のガスが封入
されている。このため、セルに、ガスフィルタの封入ガ
スと同一種のガスが導入された場合と異種のガスが導入
された場合とでは、信号量の比あるいは差は変わるた
め、この信号量の比あるいは差により、セルに導入され
ているガスが当該測定対象ガスか否かの判定を行うこと
ができる。しかも判定後には、測定用固体検出器の信号
を濃度演算することにより、当該測定対象ガスの濃度測
定を行える。この請求項１に係る発明の実施例が、後述
する図１〜図３に示される。

【０００６】また、請求項２に係る発明は、セルを挟ん
で一方側には光源を設け、他方側には複数の光分割手段
をセルに対して直列方向に設け、最後尾の光分割手段の
一方の光路側には測定用固体検出器を、前記最後尾の光
分割手段の他方の光路側には測定対象ガスを封入したガ
スフィルタ及び比較用固体検出器を、それぞれ設け、前
記最後尾の光分割手段以外の光分割手段の前記直列方向
と直交する方向の光路側には測定対象ガスを封入したガ
スフィルタ及び比較用固体検出器を設けてあることを特
徴とする。

【０００７】すなわち、この請求項２に係る発明では、
セルを挟んで他方側にビームスプリッターあるいはハー
フミラー等の光分割手段を複数個、セルに対して直列方
向に設けることから、ガスフィルタ及び比較用固体検出
器と、測定用固体検出器を、それぞれ前記光分割手段の
透過位置側と反射位置側のどちらかに配置でき、シング
ルセル方式で測定用固体検出器と比較用固体検出器の各
信号量を同時に検出できる。しかもこの請求項２に係る
発明では、最後尾の光分割手段の一方の光路側には測定
用固体検出器を、前記最後尾の光分割手段の他方の光路
側にはガスフィルタ及び比較用固体検出器を、それぞれ
設けるとともに、前記最後尾の光分割手段以外の光分割
手段の前記直列方向と直交する方向の光路側にはガスフ
ィルタ及び比較用固体検出器を設けてある。要するに、
この請求項２に係る発明では、ガスフィルタ及び比較用
固体検出器を複数設置できる。よって、セルに導入され
ているガスが当該測定対象ガスか否かの判定作業および
この判定後の当該測定対象ガスの濃度測定作業は共に、
上述した請求項１に係る発明の場合と実質的に同じであ
り、よって２成分以上の測定対象ガスを同時に検出でき
る。このように、シングルセル方式で、２成分以上の測
定対象ガスを同時に検出できるとともに、この請求項２
に係る発明は、さらに、各測定対象ガス成分の検出に妨
害となる干渉ガス成分の影響を補償できる機能を備えて
いる。すなわち、ガスフィルタ及び比較用固体検出器を
複数設置しているので、各比較用固体検出器の信号量を
それぞれ別個に、かつリアルタイムで得ることができ
る。そのため、各比較用固体検出器からの信号量を用い
ることで、前記補償の演算を行うことができる。この請
求項２に係る発明の実施例が、後述する図４、図５に示
される。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、セルを挟ん
で一方側には光源を設け、他方側には測定対象ガスと同
一のガスを封入したガスフィルタ及び測定に関与する赤
外線吸収のないガスを封入した比較フィルタをセルに対
して並列状態で設け、前記ガスフィルタの後段側には光
分割手段及び固体検出器を設け、更に、前記比較フィル
タの後段側には光路に対して出入切換自在にミラーを設
け、このミラーが光路に対して入状態のときは前記比較
フィルタを透過した光を前記ミラー、前記光分割手段を
経て固体検出器へと導くように構成したことを特徴とす
る。

【０００９】すなわち、この請求項３に係る発明では、
ミラーが光路に対して入状態のときは比較フィルタを透
過した光をミラー、光分割手段を経て固体検出器へと導
くようにできることから、固体検出器にキャッチされる
信号量は、比較フィルタを透過した光による信号量とガ
スフィルタを透過した光による信号量との和として得る
ことができる一方、ミラーが光路に対して入状態でない
ときには、ガスフィルタだけを透過した光による信号量
を得ることになる。したがって、セルに導入されている
ガスが当該測定対象ガスか否かの判定は、ミラーが光路
に対して入状態であるときに得られた信号量と、入状態
でないときに得られた信号量の比あるいは差から行うこ
とができる。しかも判定後には、固体検出器の信号を濃
度演算することにより、当該測定対象ガスの濃度測定を
行える。また、この請求項３に係る発明の固体検出器
は、請求項１，２に係る発明で用いた測定用固体検出器
及び比較用固体検出器を兼用しているので、測定用固体
検出器、比較用固体検出器が別個である場合に比して、
検出器特性による個差が無い。よって、Ｓ／Ｎを向上で
きる利点を有する。この請求項３に係る発明の実施例
が、後述する図６に示される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照しな
がら説明する。なお、それによってこの発明は限定を受
けるものではない。図１は、シングルセル方式の場合
で、固体検出器を測定用と比較用に２個使用し、比較用
固体検出器の上流側に測定対象ガスを封入したガスフィ
ルタを設置し、この２個の固体検出器の出力を比較する
ことにより、セルに導入されているガスが測定対象ガス
か否かの判断とその濃度測定を行うようにしたこの発明
の第１実施例を示す。

【００１１】図１において、赤外線ガス分析計は、セル
１を挟んで一方側には光源２を設け、他方側にはハーフ
ミラー（光分割手段の一例）３を内蔵した室４を設け、
ハーフミラー３の一方の光路Ａ側には測定用固体検出器
５を、他方の光路Ｂ側には測定対象ガスと同一のガスＧ
を封入したガスフィルタ６及び比較用固体検出器７を、
それぞれ設けてある。なお、８はセル１に設けられた試
料ガスＳの導入口、９はセル１に設けられた試料ガスＳ
の導出口である。

【００１２】更に、ハーフミラー３は、その透過・反射
面３ａが光路Ａ，Ｂに対してそれぞれ４５°の傾斜角を
有して室４内に設けられている。

【００１３】そして、ハーフミラー３による測定用およ
び比較用固体検出器５，７への光量の分割比は、通常
１：１にて使用するが、固体検出器特有の感度差がある
場合には、反射率を調節したものを用いて１：２又はそ
れ以上の比率のものを用いて、両固体検出器５，７の検
出感度に見合った光量を配分する。

【００１４】この実施例のものは上記構成を有するか
ら、試料ガスＳは、順次セル１に送入され、セル１で吸
収された測定成分（測定対象ガス）に対する光量の変化
をハーフミラー３で測定用および比較用固体検出器５，
７に等分割に分け、各々の固体検出器５，７の信号を増
幅し出力させる。

【００１５】この際、ガスフィルタセル６内には、測定
成分と同一のガスＧが封入されている。このため、セル
１に、ガスフィルタ６の封入ガスと同一種のガスが導入
された場合と異種のガスが導入された場合とでは、信号
量の比あるいは差は変わるため、この信号量の比あるい
は差により、セル１に導入されているガスが当該測定対
象ガスか否かの判定を行うことができる。しかも判定後
には、測定用固体検出器５の信号を濃度演算することに
より、当該測定対象ガスの濃度測定を行える。

【００１６】なお、ハーフミラー３の透過位置側に測定
用固体検出器５を、反射位置側にガスフィルタ６および
比較用固体検出器７を配置してもよい。

【００１７】図２は、シングルセル方式の場合で、固体
検出器を測定用と比較用に２個使用し、比較用固体検出
器の上流側に測定対象ガスを封入したガスフィルタを設
置し、しかもハーフミラーの室とガスフィルタとを兼用
してあるこの発明の第２実施例を示す。

【００１８】図２において、ハーフミラー３の室４内の
一部をガスフィルタ６としている点が上記第１実施例と
異なるだけである。なお、ハーフミラー３の透過位置側
に測定用固体検出器５を、反射位置側にガスフィルタ６
および比較用固体検出器７を配置してもよい。

【００１９】図３は、シングルセル方式の場合で、固体
検出器を測定用と比較用に２個使用し、比較用固体検出
器の上流側にそれぞれ異なる測定対象ガスを封入した複
数個のガスフィルタを設置し、しかもガスフィルタを光
路に平行な方向に移動可能に設けたこの発明の第３実施
例を示す。

【００２０】この実施例では、複数のガスフィルタ６，
６，６を光路Ｂに平行な方向に移動可能に設けたので、
ガスフィルタ６毎に測定対象ガスと同一のガスＧ，Ｈ，
Ｍを封入しておくだけで、比較用固体検出器をガスフィ
ルタの数だけ用意することなく、比較用固体検出器７を
１個用意するだけで、自動で、複数の測定対象ガスが導
入されているか否かの判断およびそれらの濃度測定が可
能となる。

【００２１】図４は、測定用固体検出器を１個と、ガス
フィルタ及び比較用固体検出器を複数設置し、シングル
セル方式で、２成分以上の測定対象ガスを同時に検出で
きるとともに、各測定対象ガス成分の検出に妨害となる
干渉ガス成分の影響を補償できるようにしたこの発明の
第４実施例を示す。

【００２２】図４において、赤外線ガス分析計は、セル
１を挟んで一方側には光源２を設け、他方側には複数の
ハーフミラー（光分割手段の一例）３，３をセル１に対
して直列方向に設け、最後尾のハーフミラー３の一方の
光路Ｂ側には測定用固体検出器５を、前記最後尾のハー
フミラー３の他方の光路Ａ側には測定対象ガスと同一の
ガスＧを封入したガスフィルタ６及び比較用固体検出器
７を、それぞれ設け、前記最後尾のハーフミラー３以外
のハーフミラー３の前記直列方向と直交する方向の光路
Ｃ側には測定対象ガスと同一のガスＨを封入したガスフ
ィルタ６及び比較用固体検出器７を設けてある。

【００２３】この実施例では、ガスフィルタ６，６及び
比較用固体検出器７，７を複数設置している。よって、
セル１に導入されているガスが当該測定対象ガスか否か
の判定作業を行った後、当該測定対象ガスの濃度測定作
業に入る。この際、２成分以上の測定対象ガスを同時に
検出できる。すなわち、測定用固体検出器５からの信号
処理を行うにあたり、複数種の測定対象ガスの各々に応
じた濃度演算処理を選択して濃度測定される。その結
果、１つの光学系において、濃度演算処理の切り換えを
行うことにより２成分以上の測定対象ガスを同時に検出
できる。

【００２４】この実施例は、さらに、各測定対象ガス成
分の検出に妨害となる干渉ガス成分の影響を補償できる
機能を備えている。すなわち、ガスフィルタ６，６及び
比較用固体検出器７，７を複数設置しているので、各比
較用固体検出器７，７の信号量をそれぞれ別個に、かつ
リアルタイムで得ることができる。そのため、各比較用
固体検出器７からの信号量を用いることで、前記補償の
演算を行うことができる。

【００２５】図５は、図４における測定用固体検出器５
とガスフィルタ６及び比較用固体検出器７との位置を入
れ換えた実施例を示し、図４における上記第４実施例と
同様に、２成分以上の測定対象ガスを同時に検出できる
とともに、各測定対象ガス成分の検出に妨害となる干渉
ガス成分の影響を補償できる。

【００２６】図６は、１つの固体検出器２１に、上記各
実施例で用いた測定用固体検出器５及び比較用固体検出
器７を兼用させたこの発明の第６実施例を示す。

【００２７】図６において、赤外線ガス分析計は、セル
１を挟んで一方側には光源２を設け、他方側には測定対
象ガスと同一のガスＧを封入したガスフィルタ２２及び
測定に関与する赤外線吸収のないガスを封入した比較フ
ィルタ２３をセル１に対して並列状態で設け、ガスフィ
ルタ２２の後段側にはハーフミラー（光分割手段の一
例）２４及び固体検出器２１を設け、更に、比較フィル
タ２３の後段側には光路Ｄに対して出入切換自在にミラ
ー２５を設け、このミラー２５が光路Ｄに対して入状態
のときは比較フィルタ２３を透過した光をミラー２５、
ハーフミラー２４を経て固体検出器２１へと導くように
構成してある。

【００２８】この実施例では、ミラー２５が光路Ｄに対
して入状態のときは比較フィルタ２３を透過した光をミ
ラー２５、ハーフミラー２４を経て固体検出器２１へと
導くようにできることから、固体検出器２１にキャッチ
される信号量は、比較フィルタ２３を透過した光による
信号量とガスフィルタ２２を透過した光による信号量と
の和として得ることができる一方、ミラー２５が光路Ｄ
に対して入状態でないときには、光路Ｅ上のガスフィル
タ２２を透過した光だけによる信号量を得ることにな
る。したがって、セル１に導入されているガスが当該測
定対象ガスか否かの判定は、ミラー２５が光路Ｄに対し
て入状態であるときに得られた信号量と、入状態でない
ときに得られた信号量の比あるいは差から行うことがで
きる。しかも判定後には、固体検出器２１の信号を濃度
演算することにより、当該測定対象ガスの濃度測定を行
える。また、固体検出器２１は、測定用固体検出器５及
び比較用固体検出器７を兼用しているので、測定用固体
検出器５、比較用固体検出器７を別個用いる場合に比し
て、検出器特性による個差が無い。よって、Ｓ／Ｎを向
上できる利点を有する。なお、ミラー２５は反射鏡であ
っても良いし、ハーフミラーであっても良い。

【００２９】また、上記各実施例で用いた固体検出器と
しては、パイロセンサ、サーモパイロセンサ、半導体セ
ンサのように波長選択性を持たないセンサを挙げること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を奏する。

【００３１】すなわち、請求項１に係る発明では、セル
を挟んで他方側にビームスプリッターあるいはハーフミ
ラー等の光分割手段を設けることから、ガスフィルタ及
び比較用固体検出器と、測定用固体検出器を、それぞれ
前記光分割手段の透過位置側と反射位置側のどちらかに
配置でき、シングルセル方式で測定用固体検出器と比較
用固体検出器の各信号量を同時に検出できる。そして、
ガスフィルタには測定対象ガスと同一のガスが封入され
ている。このため、セルに、ガスフィルタの封入ガスと
同一種のガスが導入された場合と異種のガスが導入され
た場合とでは、信号量の比あるいは差は変わるため、こ
の信号量の比あるいは差により、セルに導入されている
ガスが当該測定対象ガスか否かの判定を行うことができ
る。しかも判定後には、測定用固体検出器の信号を濃度
演算することにより、当該測定対象ガスの濃度測定を行
える。

【００３２】また、請求項２に係る発明では、セルを挟
んで他方側にビームスプリッターあるいはハーフミラー
等の光分割手段を複数個、セルに対して直列方向に設け
ることから、ガスフィルタ及び比較用固体検出器と、測
定用固体検出器を、それぞれ前記光分割手段の透過位置
側と反射位置側のどちらかに配置でき、シングルセル方
式で測定用固体検出器と比較用固体検出器の各信号量を
同時に検出できる。しかもこの請求項２に係る発明で
は、最後尾の光分割手段の一方の光路側には測定用固体
検出器を、前記最後尾の光分割手段の他方の光路側には
ガスフィルタ及び比較用固体検出器を、それぞれ設ける
とともに、前記最後尾の光分割手段以外の光分割手段の
前記直列方向と直交する方向の光路側にはガスフィルタ
及び比較用固体検出器を設けてある。要するに、この請
求項２に係る発明では、ガスフィルタ及び比較用固体検
出器を複数設置できる。よって、セルに導入されている
ガスが当該測定対象ガスか否かの判定作業およびこの判
定後の当該測定対象ガスの濃度測定作業は共に、上述し
た請求項１に係る発明の場合と実質的に同じであり、よ
って２成分以上の測定対象ガスを同時に検出できる。こ
のように、シングルセル方式で、２成分以上の測定対象
ガスを同時に検出できるとともに、この請求項２に係る
発明は、さらに、各測定対象ガス成分の検出に妨害とな
る干渉ガス成分の影響を補償できる機能を備えている。
すなわち、ガスフィルタ及び比較用固体検出器を複数設
置しているので、各比較用固体検出器の信号量をそれぞ
れ別個に、かつリアルタイムで得ることができる。その
ため、各比較用固体検出器からの信号量を用いること
で、前記補償の演算を行うことができる。

【００３３】また、請求項３に係る発明では、ミラーが
光路に対して入状態のときは比較フィルタを透過した光
をミラー、光分割手段を経て固体検出器へと導くように
できることから、固体検出器にキャッチされる信号量
は、比較フィルタを透過した光による信号量とガスフィ
ルタを透過した光による信号量との和として得ることが
できる一方、ミラーが光路に対して入状態でないときに
は、ガスフィルタだけを透過した光による信号量を得る
ことになる。したがって、セルに導入されているガスが
当該測定対象ガスか否かの判定は、ミラーが光路に対し
て入状態であるときに得られた信号量と、入状態でない
ときに得られた信号量の比あるいは差から行うことがで
きる。しかも判定後には、固体検出器の信号を濃度演算
することにより、当該測定対象ガスの濃度測定を行え
る。また、この請求項３に係る発明の固体検出器は、請
求項１，２に係る発明で用いた測定用固体検出器及び比
較用固体検出器を兼用しているので、測定用固体検出
器、比較用固体検出器が別個である場合に比して、検出
器特性による個差が無い。よって、Ｓ／Ｎを向上できる
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【図２】この発明の第２実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【図３】この発明の第３実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【図４】この発明の第４実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【図５】この発明の第５実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【図６】この発明の第６実施例を示す全体構成説明図で
ある。

【符号の説明】

１…セル、２…光源、３…ハーフミラー（光分割手
段）、４…室、５…測定用固体検出器、６…ガスフィル
タ、７…比較用固体検出器、Ａ，Ｂ…光路、Ｇ…測定対
象ガスと同一のガス、Ｓ…試料ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 有利 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルを挟んで一方側には光源を設け、他
   方側には光分割手段を設け、前記光分割手段の一方の光
   路側には測定用固体検出器を、他方の光路側には測定対
   象ガスと同一のガスを封入したガスフィルタ及び比較用
   固体検出器を、それぞれ設けてあることを特徴とする赤
   外線ガス分析計。
2. 【請求項２】 セルを挟んで一方側には光源を設け、他
   方側には複数の光分割手段をセルに対して直列方向に設
   け、最後尾の光分割手段の一方の光路側には測定用固体
   検出器を、前記最後尾の光分割手段の他方の光路側には
   測定対象ガスと同一のガスを封入したガスフィルタ及び
   比較用固体検出器を、それぞれ設け、前記最後尾の光分
   割手段以外の光分割手段の前記直列方向と直交する方向
   の光路側には測定対象ガスと同一のガスを封入したガス
   フィルタ及び比較用固体検出器を設けてあることを特徴
   とする赤外線ガス分析計。
3. 【請求項３】 セルを挟んで一方側には光源を設け、他
   方側には測定対象ガスと同一のガスを封入したガスフィ
   ルタ及び測定に関与する赤外線吸収のないガスを封入し
   た比較フィルタをセルに対して並列状態で設け、前記ガ
   スフィルタの後段側には光分割手段及び固体検出器を設
   け、更に、前記比較フィルタの後段側には光路に対して
   出入切換自在にミラーを設け、このミラーが光路に対し
   て入状態のときは前記比較フィルタを透過した光を前記
   ミラー、前記光分割手段を経て固体検出器へと導くよう
   に構成したことを特徴とする赤外線ガス分析計。