JPH0815225A - 高速ガス濃度計の応答特性試験方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速応答型炭化水素分析計などの高速ガス濃
度計の時定数を求めることができるようにする。 【構成】 トレーサガス吐出口８から、試験をしようと
する高速ガス濃度計のサンプリング口９に向けて一定濃
度のトレーサガスを流しておき、そのトレーサガスの流
れを、高速で回転する円盤１により遮断あるいは導通さ
せる。そして、そのサンプリング口９から流入するガス
の濃度変化を高速ガス濃度計により計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速応答型炭化水素分
析計のような高速ガス濃度計の応答特性を試験する方法
及び装置に関するもので、特に、その高速ガス濃度計の
時定数を求めることのできる試験方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】公害調査などの際には炭化水素の濃度を
測定することが求められることも多い。そのような場合
には炭化水素分析計が用いられる。図４は、従来の炭化
水素分析計を説明するための説明図である。従来の炭化
水素分析計０１の場合には、分析しようとするガスが流
れる通路０２内にはサンプルガスを抽出するサンプリン
グ口０３のみが配置され、ガス分析部であるＦＩＤセル
０４は分析計０１の本体部０５とともに通路０２の外側
に配置するようにされていた。サンプルガスはサンプリ
ング口０３からポンプにより吸引され、サンプリングチ
ューブ０６を介してＦＩＤセル０４に導かれる。セル０
４においては、そのサンプルガスに水素及び空気を混合
して燃焼させ、そのときの状態がセンサにより検出され
る。そして、そのセンサからの信号が分析計０１の本体
部０５において処理される。セル０４において発生した
燃焼排ガスはそのまま外部に排出される。しかしなが
ら、そのような炭化水素分析計０１では、サンプルガス
が流れる長い配管や吸引ポンプなどによるデッドボリュ
ームのために応答性が悪いという問題があった。

【０００３】そこで、最近になって、高速応答型炭化水
素分析計が開発された。その分析計は、従来のものにお
けるＦＩＤセル０４を分析計の本体部０５から分離し
て、サンプルガスを抽出するサンプリング口０３に近接
して配置するようにしたものである。そのセルには通路
０２の外部からパイプを介して水素ガス及び空気が供給
され、セルで発生した燃焼排ガスがパイプを介して外部
に排出される。また、セル内のセンサから出力される信
号も、通路０２の外部に設けられている分析計の本体部
に導かれる。そのような高速応答型炭化水素分析計によ
れば、サンプリング位置からガス分析部までのデッドボ
リュームがほとんどなくなるので、応答性が飛躍的に向
上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、炭化水素濃
度を測定する場合、その濃度変動を求めることが必要と
なることも多い。上述のように、従来の炭化水素分析計
では応答性が悪いために濃度変動を測定することはでき
なかったが、最近開発された高速応答型炭化水素分析計
によれば、そのような濃度変動も測定することが可能で
ある。その場合、その測定値を正確なものとするために
は、高速応答型炭化水素分析計の応答特性を知ることが
必要となる。そのような応答特性の一つとして、時定数
がある。分析計の時定数は、ステップ状の変動を与えた
とき、その検出出力が６３％に達するまでの時間によっ
て定義される。したがって、高速応答型炭化水素分析計
の時定数を知るためには、例えばパイプに一定濃度の炭
化水素含有ガスを流しておき、そのパイプを瞬間的に開
閉して、そのときの濃度変化を高速応答型炭化水素分析
計により計測するようにすればよい。

【０００５】そのようにパイプを高速で開閉する手段と
しては、電磁弁などを用いることが考えられる。しかし
ながら、現在のところ最も応答が速いとされているエン
ジンの燃料噴射弁でも、その開閉にはmsecオーダーの時
間がかかる。したがって、そのような弁を用いても、濃
度変化の立ち上がりが傾くことになり、高速応答型炭化
水素分析計の時定数を求めるのに足るだけのステップ状
の変動とすることができない。しかも、その立ち上がり
特性も不明である。また、弁内にガスが残留するため、
その残留ガスによって濃度変化の測定に悪影響が及ぼさ
れる。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、高速応答型炭化水素分析
計のような高速ガス濃度計の応答特性、特にその時定数
を求めることのできる、高速ガス濃度計の応答特性試験
方法及び装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による高速ガス濃度計の応答特性試験方法に
おいては、トレーサガスを吐出するトレーサガス吐出口
と高速ガス濃度計のサンプリング口とを間隔を置いて対
向配置し、そのトレーサガス吐出口からサンプリング口
に向けて常時トレーサガスを流しておき、そのトレーサ
ガスの流れに対して横方向から空気を流しながら、前記
トレーサガス吐出口とサンプリング口との間に遮蔽板を
高速で出入させることにより前記トレーサガスの流れを
遮断あるいは導通させ、そのときサンプリング口から流
入するガスの濃度変化を高速ガス濃度計によって計測す
るようにしている。

【０００８】また、本発明による高速ガス濃度計の応答
試験装置は、外周部分に切り欠きが形成された円盤と、
その円盤を回転させるモータとを備え、前記円盤の回転
時にその切り欠きが横切る部分に、トレーサガスを吐出
するトレーサガス吐出口と高速ガス濃度計のサンプリン
グ口とが互いに対向するように配置されていることを特
徴としている。

【０００９】

【作用】上述の本発明による方法のように、トレーサガ
ス吐出口とサンプリング口との間に遮蔽板を高速で出入
させることにより、そのトレーサガス吐出口から吐出さ
れてサンプリング口に流入するトレーサガスの流れが瞬
時に遮断あるいは導通される。そして、そのトレーサガ
スの流れに横方向から空気を流すことにより、遮蔽板の
近傍に滞留するトレーサガスが吹き飛ばされる。その結
果、サンプリング口から流入するガスの濃度がステップ
状に変化することになる。したがって、そのガスの濃度
変化を高速ガス濃度計により計測すれば、その濃度計の
時定数を求めることができる。

【００１０】そして、上述の本発明による装置のよう
に、外周部分に切り欠きが形成された回転円盤を用いる
ことにより、トレーサガスの流れを高速で遮断あるいは
導通させることが可能となる。しかも、円盤を回転させ
れば、遠心力により、その両面に沿って中心部から外周
に向かう空気の流れが生ずるので、円盤によって遮られ
てその両面近傍に残留するトレーサガスがその空気流に
よって吹き飛ばされるようになる。したがって、上述の
本発明方法を実施することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図１は本発明による高速ガス濃度計の応答特
性試験方法を実施する試験装置の一例を示す概略斜視図
であり、図２はその平面図である。これらの図から明ら
かなように、遮蔽板としての円盤１には、その外周部分
に、９０゜の間隔を置いて一対の切り欠き２，２が設け
られている。その切り欠き２は中心角９０゜の扇形状と
されている。したがって、円盤１は、その外周部分に一
対の扇形状突出部３，３を有する形状となっている。円
盤１の中心は、図示しないシャーシに固定されたモータ
４の回転軸５に直接取り付けられている。こうして、円
盤１は、モータ４によって高速回転されるようになって
いる。円盤１の回転時、その切り欠き２及び突出部３が
交互に横切る位置には、下側にトレーサガスパイプ６
が、また、上側に試験をしようとする高速応答型炭化水
素分析計のサンプリングチューブ７が、それぞれ垂直
に、かつその開口を対向させるようにして設けられてい
る。トレーサガスパイプ６は、その上端のトレーサガス
吐出口８から、一定濃度の炭化水素を含有するトレーサ
ガスを常時噴出するようにされている。また、サンプリ
ングチューブ７は図示しないポンプに接続されており、
その下端のサンプリング口９から周囲の気体を吸引する
ようにされている。こうして、トレーサガス吐出口８か
らサンプリング口９に向かうトレーサガスの流れが形成
され、その流れが、円盤１の回転により、導通あるいは
遮断されるようにされている。すなわち、切り欠き２が
トレーサガス吐出口８に対向する位置ではトレーサガス
の流れが導通し、突出部３がトレーサガス吐出口８に対
向する位置ではトレーサガスの流れが遮断される。

【００１２】円盤１の外周側には、その突出部３の外周
部分が横切る位置に、フォトマイクロセンサ１０が設け
られている。そのフォトマイクロセンサ１０は、上側に
受光素子を、また、下側に発光素子を設けたもので、円
盤１の切り欠き２に対向するときにはハイレベルの信号
を出力し、突出部３に対向するときにはローレベルの信
号を出力する。そのフォトマイクロセンサ１０は、図２
に示されているように、円盤１の中心に関して、トレー
サガス吐出口８及びサンプリング口９と同一の半径上に
配置されている。したがって、トレーサガス吐出口８か
らサンプリング口９にトレーサガスが流れるときにはフ
ォトマイクロセンサ１０からハイレベルの信号が出力さ
れ、そのトレーサガスの流れが遮断されたときにはフォ
トマイクロセンサ１０の出力がローレベルとなる。この
ようにして、円盤１の回転時には、フォトマイクロセン
サ１０から矩形波の信号が出力される。

【００１３】サンプリングチューブ７内には、そのサン
プリング口９の近傍にＦＩＤセルが取り付けられてお
り、そのセルによって、サンプリングチューブ７を流れ
るガス中の炭化水素濃度が検出されるようになってい
る。そして、その検出信号が、フォトマイクロセンサ１
０からの出力信号とともに、図示されていない表示器に
入力されるようになっている。

【００１４】次に、このように構成された応答特性試験
装置の作用について説明する。上述のように、トレーサ
ガスパイプ６の吐出口８からは常時一定濃度のトレーサ
ガスが吐出されている。そのトレーサガスはサンプリン
グチューブ７のサンプリング口９に向かって流れてい
る。モータ４により円盤１を回転させると、その円盤１
の切り欠き２及び突出部３が交互にトレーサガス吐出口
８に対向する。そして、切り欠き２がトレーサガス吐出
口８に対向している間はその吐出口８とサンプリング口
９との間が導通し、吐出口８から吐出されたトレーサガ
スがサンプリング口９から流入する。また、突出部３が
トレーサガス吐出口８に対向している間はその吐出口８
とサンプリング口９との間が遮断され、サンプリング口
９からは周囲の空気が吸引される。したがって、サンプ
リングチューブ７を流れるガスの炭化水素濃度は周期的
に変動する。その場合、円盤１の回転速度を十分に大き
くすれば、トレーサガスの流れの導通・遮断の切り換え
に要する時間は極めて短くなる。また、円盤１の回転に
伴い、その円盤１の表面近傍の空気が遠心力によって中
心部から外周側に向けて流れる。すなわち、トレーサガ
スの流れに対して横方向の空気流が発生する。そして、
その空気流によって、円盤１の突出部３により遮られた
ときその下面側に滞留するトレーサガス、及びその上面
側に残留するトレーサガスが吹き飛ばされる。したがっ
て、そのような残留トレーサガスによってトレーサガス
流の導通・遮断の切り換え時にサンプリング口９から吸
引されるガスの濃度に影響が及ぼされることも防止され
る。その結果、サンプリングチューブ７を流れるガスの
炭化水素濃度は矩形波状に変化することになる。その矩
形波の立ち上がりは、円盤１の回転速度（周速）とトレ
ーサガス吐出口８の径とによって定められる。したがっ
て、吐出口８の口径を小さくし、円盤１の回転速度を十
分に高めれば、濃度変化の立ち上がり時間は極めて短く
することができる。こうして、サンプリング口９から流
入するガスの濃度変化を高速応答型炭化水素分析計によ
って計測することにより、その分析計の時定数を求める
ことが可能となる。また、トレーサガスの流れが導通あ
るいは遮断される時点はフォトマイクロセンサ１０によ
って検出され、それが高速応答型炭化水素分析計による
計測値とともに表示器に出力される。したがって、その
表示器によりそれらを同時に表示させるようにすれば、
分析計の時定数のみではなく、その追随性などの応答特
性を求めることも可能となる。

【００１５】このような応答特性試験装置を実際に試作
し、それを用いて高速応答型炭化水素分析計の応答特性
試験を行った。その試験装置には、円盤１としてミニコ
ンピュータのメモリディスクを用いた。そして、その円
盤１の外周に９０゜の間隔を置いて中心角９０゜の扇形
状フィンを取り付け、それによって切り欠き２，２と突
出部３，３とを形成した。その円盤１をモータ４により
２，８９１rpmの回転数で高速回転させた。その結果、
フォトマイクロセンサ１０からは９６．４Hzの矩形波信
号が出力された。また、そのとき円盤１の突出部３の端
縁がトレーサガス吐出口８を横切るのに要する時間、す
なわちトレーサガスの流れの導通・遮断切り換えの立ち
上がり時間は７４μsecと、ほとんど無視できる程度で
あった。この状態で、トレーサガス吐出口８から炭化水
素濃度が一定のトレーサガスを流し、そのとき出力され
るフォトマイクロセンサ１０及び高速応答型炭化水素分
析計の信号を表示器に表示させた。その出力波形を図３
に示す。図３において、横軸には時間が、また、縦軸に
は出力が取られている。この図から明らかなように、時
刻Ａにおいてフォトマイクロセンサ１０がＯＮ、すなわ
ち切り欠き２がトレーサガス吐出口８に対向してトレー
サガスの流れが導通し、時刻Ｃにおいてフォトマイクロ
センサ１０がＯＦＦ、すなわち突出部３がトレーサガス
吐出口８に対向してトレーサガスの流れが遮断された。
その間は、トレーサガス吐出口８から吐出される一定濃
度のトレーサガスがサンプリング口９からサンプリング
チューブ７内に流入している。したがって、サンプリン
グ口９から流入するガスの濃度は、フォトマイクロセン
サ１０の出力波形と同様の矩形波状に変化しているはず
である。この濃度変化を計測した高速応答型炭化水素分
析計の出力波形は、図に示されているように、時刻Ａか
らやや遅れた時刻Ｂから立ち上がり、徐々に飽和して、
時刻Ｄにおいて最大となる波形となった。ＡからＢまで
の時間は、ガスが炭化水素分析計のＦＩＤセルに到達す
るまでのタイムラグである。また、ＣからＤまでの時間
も、同じタイムラグである。この出力波形から、出力が
最大出力の６３％に達するまでの時刻Ｂからの時間を読
み取ることにより、高速応答型炭化水素分析計の時定数
を求めることができる。試験した炭化水素濃度分析計の
時定数は約１０msecであった。

【００１６】なお、上記実施例においては、高速応答型
炭化水素分析計の応答特性試験を行う場合についてのみ
説明したが、本発明はそれに限られるものではなく、他
の高速ガス濃度計にも適応可能である。その場合には、
トレーサガスとして、その濃度計に応じたガスが用いら
れることは言うまでもない。また、トレーサガスの流れ
を円盤１によって遮断・導通させる実施例について説明
したが、その円盤１に代えて、例えば高速写真撮影用カ
メラのシャッタ機構などを用いることもできる。その場
合には、遮断されたトレーサガスが滞留するのを防止す
るために、トレーサガスの流れに対して横方向の空気流
を発生するブロワなどを用いればよい。フォトマイクロ
センサ１０は、トレーサガスの流れが導通あるいは遮断
される時期を検出することができるようにされていさえ
すればよい。したがって、その設置位置は任意に選定す
ることができる。また、時定数のみを求めればよいとき
には、そのようなセンサを省略することもできる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、トレーサガスの流れに対して横方向から空気
を流しながら、そのトレーサガスの流れを高速で遮断あ
るいは導通させるようにしているので、ガス濃度計のサ
ンプリング口に流入するガスの濃度変化をステップ状と
することができる。したがって、そのガス濃度計の時定
数を求めることが可能となる。また、外周部分に切り欠
きが形成された回転円盤を用いることにより、トレーサ
ガスの流れを高速で遮断あるいは導通させることが可能
となる。しかも、円盤を回転させれば、遠心力により、
その両面に沿って中心部から外周部に向かう空気の流れ
が生じ、円盤によって遮られてその両面近傍に残留する
トレーサガスがその空気流によって吹き飛ばされるよう
になるので、ブロワなどの横風発生装置を用いる必要も
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高速ガス濃度計の応答特性試験方
法を実施する試験装置の一例を示す概略斜視図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】その試験装置により高速応答型炭化水素分析計
の応答特性試験を行った結果を示すグラフである。

【図４】従来の炭化水素分析計を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１ 回転円盤（遮蔽板） ２ 切り欠き ３ 突出部 ４ モータ ８ トレーサガス吐出口 ９ サンプリング口 １０ フォトマイクロセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トレーサガスを吐出するトレーサガス吐
   出口と応答特性の試験をしようとする高速ガス濃度計の
   サンプリング口とを間隔を置いて対向配置し、そのトレ
   ーサガス吐出口からサンプリング口に向けて常時トレー
   サガスを流しておき、 そのトレーサガスの流れに対して横方向から空気を流し
   ながら、 前記トレーサガス吐出口とサンプリング口との間に遮蔽
   板を高速で出入させることにより前記トレーサガスの流
   れを遮断あるいは導通させ、 前記サンプリング口から流入するガスの濃度変化を前記
   高速ガス濃度計により計測することを特徴とする、 高速ガス濃度計の応答特性試験方法。
2. 【請求項２】 外周部分に切り欠きが形成された円盤
   と、 その円盤を高速回転させるモータと、を備え、 前記円盤の回転時に前記切り欠きが横切る部分に、トレ
   ーサガスを吐出するトレーサガス吐出口と応答特性の試
   験をしようとする高速ガス濃度計のサンプリング口とが
   互いに対向するように配置されている、 高速ガス濃度計の応答特性試験装置。
3. 【請求項３】 前記円盤の切り欠き部分の位置を検出す
   るセンサが設けられていることを特徴とする、 請求項２記載の高速ガス濃度計の応答特性試験装置。