JPH08507377A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス検出器は、ガス流通路（１１）を規定する構造（１０）と、通路（１１）を横切って紫外光線（１３）を通過させる手段（１２）と、紫外光手段（１２）の下流側にある第１および第２の電極（１６、１７）とを含み、第１および第２の電極（１６、１７）のどちらか一方が、下流方向に延びる電気的に分離した一連のセグメント（１６ａ、１７ａ）の形をとり、電極（１６、１７）は、電位印加手段（１８）とセグメント化電極（１６、１７）の各セグメント（１６ａ、１７ａ）を通過する電流を測定する手段（２０）とに接続可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス検出装置 本発明は、ガス検出装置、詳細には紫外光によるガスの電離を利用する型式の ガス検出装置に関する。かかる装置の一つの用途は、主ガス流にトレーサ・ガス を導入する際のガス流の検出および調査である。もう一つの用途は、特定のガス 流中における外来ガスの存在の検出である。 この装置を使用する対象となる主ガス流は空気流であり、したがって、本明細 書では便宜上主ガス流を空気流と呼ぶことにする。同様にやはり便宜上、空気中 の他のガスは、トレーサ・ガスであれ外来ガスであれ、被験ガスと呼ぶことにす る。 この型式の装置は、好ましくは被験ガスに対する電離作用が最大になるように 同調させたランプからの紫外光中を空気流を通過させ、空気流が２つの電極間を 通過するときガスの電離によって生じる電極間での電流の流れを測定することに よって動作する。かかる装置は、たとえば英国特許第１５７６４７４号およびＰ ＣＴ特許出願ＧＢ９２／０１３１３号に記載されている。後者の特許出願では、 電離紫外光をガス搬送空気流中に通し、次いで空気流を電位によりバイアスをか けた２つの同軸環 状電極間を通す。空気流が電極間のギャップに入る前に電離はほぼ完了する。こ の装置は、電極間の電流が空気流中の被験ガスの濃度の測定をもたらすように較 正する。 ＰＣＴ特許出願ＧＢ９２／０１３１３号の装置においては、その中を通る空気 流はファンで駆動される。ただし、この装置は屋外で使用することが意図されて おり、空気速度が局所的な風の作用の影響を受けることがある。そうすると、結 果にその影響が出る可能性がある。したがって、装置中を通る空気速度がわかる ことが望ましい。従来の空気速度測定装置（すなわち、ピトー管、風速計）は、 不均衡に高価または複雑となる傾向があり、また場合によっては測定プロセスを 乱すこともある。 本発明によれば、ガス検出器は、ガス流通路を規定する構造と、紫外光線をそ の通路中を通過させる手段と、紫外光手段の下流側にある第１と第２の電極とを 含み、第１と第２の電極の少なくとも一方は、下流方向に延びる電気的に分離し た一連のセグメントの形であり、２つの電極は電位印加手段およびセグメント化 電極の各セグメントを通る電流を測定する手段に接続可能である。 使用の際には、電離可能な被験ガスをある濃度で含む空気を 空気通路中を通過させ、紫外光線に当てて被験ガス中である度合の電離を起こさ せる。両電極の両端間に電位を加えて、両電極によってイオンを収集させ、得ら れた電流を測定し、測定値を分析手段に送って、そこで連続セグメントからの各 読取り値を比較して通路中を通る空気速度の測定値を求め、かつセグメント読取 り値を合計して被験ガスの濃度を求める。空気速度の測定値は表示することもで きるが、通常は分析手段で直接使用する。 ただ１個のセグメント化電極を設けることもでき、その場合は非セグメント化 電極と諸セグメントの間に印加される電位がどの場合にも同じとなる。あるいは 両方の電極をセグメント化することもでき、その場合は関連する電極対の間に異 なる電位を印加することができる。 本発明の一形態では、ガス通路は矩形であり、セグメントは平坦な矩形ストリ ップの形である。別の形態では、ガス通路は円形であり、両電極は、ＰＣＴ特許 出願ＧＢ９２／０１３１３号の場合と同じく同軸形であり、セグメントは環状、 ロッド断面形あるいはその両方である。 検出器には、ファン等、通路中で空気流を発生させる手段を 設けることもでき、あるいは流速、（たとえば風速またはダクト中の空気速度） を利用して流れを引き起こすこともでき、その場合は、通路を通ってどちらの方 向にも流れが生じ得るように、紫外光源の両側に電極を設けることができる。 もちろん、電極の連続セグメントからの読取り値を分析することによる検出器 中の速度の測定には、検出器の事前の較正が必要となる。 本発明の別の態様によれば、空気流を紫外（ＵＶ）光線中を通し、次いで電位 によりバイアスをかけた電極間を通す型式の、少なくとも一方の電極が下流方向 に延びる電気的に分離された一連のセグメントの形となっている検出器によって 被験ガスを含む空気流の流速を測定する方法は、検出器を較正するステップと、 空気流を紫外光線中を通すステップと、連続セグメント上に当たったイオンによ って発生する電流の読取り値を比較するステップを含む。 本発明の更に別の態様では、較正の必要をなくすことができる。 本発明の更に別の態様によれば、空気流を紫外（ＵＶ）光線中を通し、次いで 電位によりバイアスをかけた電極間を通す型 式の、少なくとも一方の電極が下流方向に延びる電気的に分離された一連のセグ メントの形となっており、両電極を横切って流れるその後の電流を測定する検出 器によって被験ガスを含む空気流の流速を測定する方法は、紫外光線をパルス化 するステップと、あるパルスと少なくとも１つのセグメントによって収集される イオンによって引き起こされた電流測定値の急な変化によって示される、そのパ ルスに対する応答との間の時間間隔を記録するステップとを含む。 光電離の原理に基づいて動作する従来のガス検出器では、紫外放射源は、強度 が一定で断続のない紫外放射源を生成するように絶えず維持される。トレース・ ガスの最終感度は、上記の紫外放射源と電極コレクタ手段の組合せシステムによ って生成し収集することのできるトレース・ガスのイオンの数によって決まる。 トレース・ガス濃度が非常に低いときは、トレース・ガスの電離によるイオン電 流がシステム内の信号ノイズ・レベルと区別できなくなることがあり、これによ って装置の検出下限が決まる。使用可能なトレース・ガスの小部分しか実際には 電離しないので、紫外線源の出力を上げて、得られる紫外放射線のフラックス強 度を高め、それによって生成させるトレーサ ・ガスのイオンを増加させるだけで、この動作範囲における生成されるイオンの 数を増加させ、こうして装置の検出下限を上げることができる。しかし、紫外線 源を連続放出状態に保ちながらその出力を上げるというこの簡単な方法には、以 下のようないくつかの欠点がある。 ｉ）紫外線源の動作寿命は、これを高出力で連続して運転すると著しく短縮す る可能性が高い。 ii）紫外放射線が透明な窓を通ってガス流中に入る型式の光源では、電離プロ セスの生成物による窓の汚れの問題が悪化する可能性が高い。 iii）装置の消費電力が増加する。 パルス化プロセスの特徴は、速度測定手段として使用できる上に、上記の問題 をある程度克服しながら、トレース・ガス検出感度の下限を上げるのに使用でき ることである。 本発明の一実施例では、紫外放射源は、セル内で実施された電極間を電流が通 ることにより、またはその誘導素子がセルを取り囲む高周波励起回路を設けるこ とにより、セル内で維持される気体放電によって実施される。放電をオン／オフ に切り換える手段、またはある指定周波数のとき異なる出力レベルで区 別される２つの放電状態の間で放電を切り換えさせる手段が設けられる。放電サ イクルの高出力セグメントの間、紫外放射線の高出力パルス・ストリームが発生 し、それが空気流中のトレース・ガスに衝突して、低出力レベルの時よりも多数 のトレース・ガスのイオンを発生させる。 したがって、トレース・ガス濃度に対する装置の感度下限は当価な連続放出レ ベルを越える紫外放射線強度のピーク出力レベルの増大量にほぼ比例して増大す る。 このパルス化システムはまた次のような副次的利点をもたらす。 ｉ）紫外放射源の全出力とデューティ・サイクルの組合せをその連続モード特 性から著しく変更する必要がなく、したがって、紫外線源の有効寿命が著しく変 化しない。 ii）イオン発生のデューティ・サイクルが、連続運転モードの場合と同様に放 射源の窓の電離生成物に対する同様の露出に対応し、したがって放射源の窓の汚 れがひどくならない。 iii）パルス式紫外線源の全必要電力を、その連続動作モードのときより著し く大きくする必要がない。 濃度にゆらぎのある場合は、もちろん適切な信号処理技術に よって出力信号から濃度の変動を回復することができる。 本発明による検出器は、希望するならば、ガス流通路を横切るビームから紫外 線の損失を測定する、紫外測定手段と併用することもできる。かかる手段は、本 発明者等による同時係属中のＰＣＴ特許出願ＧＢ９３／０２３３３号に記載され ている。 電極は、本発明者等による同時係属中の英国特許出願ＧＢ９２２６６６３号に 記載されているような、紫外光源の下流側にあるガス流通路の湾曲部の後に配置 することができる。 次に、添付の図面を参照して、本発明のいくつかの実施例について例としての み説明する。 第１図は、本発明によるガス検出器の第２図の線Ｉ−Ｉに沿った断面の立面図 である。 第２図は、第１図の矢印Ａの方向から見た端面図である。 第３図は、第１図の検出器の部分平面図である。 第４図は、本発明の第２の実施例の第５図の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面の立面 図である。 第５図は、第４図の矢印Ｂの方向から見た端面図である。 ガス検出器（第１図ないし第３図）は、矩形のガス流通路１１を規定する構造 １０を有する。紫外ランプ１２が、通路 １１を横切って紫外光線１３を送るように配置されている。通路１１を横切る光 を収集するため、ＰＣＴ特許出願ＧＢ９３／０２３３３に記載されているような 紫外光損失測定装置１４を配置することができる。通路１１を通って矢印Ｆの方 向に流れを引き起こすため、通路１１の一端にファン１５が配置されており、ラ ンプ１２の下流側に対向する２個の電極１６、１７がある。電極１６、１７は複 数のセグメント対１６ａ、１７ａに分割される。 使用の際には、各電極対を回路１９内の電位印加装置１８（バッテリーなど） に接続する。この回路１９は、電流測定装置２０を含み、その読取り値がコンピ ュータ２１に渡される。ファン１５は、通路１１を通る空気の流れを引き起こす 働きをし、ランプ１２は光線１３を流れを横切って送る働きをする。空気流が電 離可能な被験ガスを含む場合、それが光線１３によって電離され、発生したイオ ンが電極１６、１７によって収集され、電流測定装置２０に読取りを行わせる。 連続するセグメント対１６ａ、１７ａからの装置２０の読取り値がコンピュータ ２１によって較正値と比較されて、通路１１を通る流れの速度を与え、すべての 装置２０からの読取り値がコンピュータ ２１で合計され較正値（その中で流れの速度が通常は係数となる）と比較されて 、流れ中の被験ガスの濃度を与える。 較正は、被験ガスを含む空気流を様々な速度で流れ通路１１中を通過させ、紫 外ランプ１８を動作させ、電極１６、１７のセグメント対１６ａ、１７ａの両端 間に電位を印加し、電流読取り値を記録することによって実施される。較正値は コンピュータ２１に記憶しておくと最も便利である。 パルス式モードで使用する場合、紫外ランプに電源から電力を供給することが でき、電源１１８は電力手段１１９とスイッチ１２０を含み、スイッチ１２０は コンピュータ２１によって制御される手段によって動作される。 より複雑な形の紫外供給では、紫外放射源は、セル内に実施された電極間を電 流が通過することにより、またはその誘導素子がセルを取り囲む無線周波数励起 回路を設けることにより、セル内で維持される気体放電によって実施される。コ ンピュータ２１が、放電をオン／オフに切り換える手段を、またはある指定周波 数のとき異なる出力レベルによって区別される２つの放電状態の間で放電を切り 換えさせる手段を制御する。放電サイクルの高出力セグメントの間、紫外放射線 の高出力パルス・ ストリームが発生し、それが空気流中のトレース・ガスに衝突して、低出力レベ ルの時よりも多数のトレース・ガスのイオンを発生させる。 単一のトレース・ガスを含む空気流に使用する場合は、通常は装置をパルス式 モードで較正する必要はない。 パルス式モードで使用する場合、あるパルスと、セグメント１６ａ、１７ａの 少なくとも一方によって収集されるイオンによる読取り値の変化との間の時間が 測定される。 この装置の代替バージョンは、通路１１中でもどちらの方向の流れにも対処で きるようになされている。ファン１５は省略され、電極１６、１７の鏡像である 電極１６’、１７’がランプ１２の電極１６、１７とは反対側に設置される。 電極１６、１７の一方はセグメント化されないままのものでもよい。この場合 、この電極と他方の電極のセグメントとの間の電位は同じになる。 本発明の他の実施例（第４図および第５図）では、ガス流通路１１が円筒形断 面のものであり、電極２６、２７が、本発明者等による同時係属中のＰＣＴ特許 出願ＧＢ９２／０１３１３号に記載されているように同軸である点以外は、同じ 構成であ る。この実施例では、２６として示した中央電極は、通常はロッド形であり、通 常はセグメント化されない。構造上の問題点は、セグメント化された電極を有す る実施例は不可能ではないものの、やや複雑になることである。電極２７のセグ メント２７ａは環状の形である。 本発明の範囲に含まれるその他の実施例は、当業者には明らかであろう。たと えば、本発明の単一方向型のものは、その中にファンを含まなくともよく、風速 やダクト内の流れの速度などの流速を利用して、その中で流れを引き起こす。 パルス流法を使用すると、特定のトレース・ガスのイオンが実質上電極１６、 １７の異なるセグメントで収集されるように通路１３を通る流速を調節すること により、空気流中の複数の被験ガスの速度を計算することが可能となる。 この型式のガス検出器の動作の詳細は、本発明者等の上記の様々な同時係属中 の出願に記載してあり、したがってここでは繰り返さない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９３１０７８５．２ (32)優先日 1993年５月25日 (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ (72)発明者 ジヨーンズ，クリストフアー・デイビツド イギリス国、ウイルトシヤー・エス・ピ ー・４・０・ジエイ・キユー、セイルズベ リー、ポートン・ダウン、シー・ビー・デ イー・イー（番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス流通路（１１）を規定する構造（１０）と、通路（１１）を横切って紫 外光線（１３）を通過させる手段と、紫外光手段（１２）の下流側に第１および 第２の電極（１６、１７）とを含むガス検出器であって、第１および第２の電極 （１６、１７）の少なくとも一方が、下流方向に延びる電気的に分離した一連の セグメント（１６ａ、１７ａ）の形であり、電極（１６、１７）が電圧印加手段 （１８）とセグメント化電極（１６、１７）の各セグメント（１６ａ、１７ａ） を通る電流を測定する手段（２０）とに接続可能であることを特徴とするガス検 出器。 ２．ガス通路（１１）が矩形であり、セグメント（１６ａ、１７ａ）が平坦な矩 形ストリップの形であることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のガス検出 器。 ３．ガス通路（１１）が円形であり、電極（１６、１７）が同軸形であり、セグ メント（１６ａ、１７ａ）が環状、ロッド断面の形またはその両方であることを 特徴とする、請求の範囲第１項に記載のガス検出器。 ４．セグメント化電極（１６、１７）が１個だけあり、非セグメント化電極（１ ６または１７）とセグメント（１７ａまたは１６ａ）の間に印加される電位がい ずれの場合も同じであることを特徴とする、請求の範囲第１項から第３項のいず れか一項に記載のガス検出器。 ５．両方の電極（１６、１７）がセグメント化されていることを特徴とする、請 求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載のガス検出器。 ６．関連するセグメント対（１６ａ、１７ａ）の間に異なる電位が印加できるこ とを特徴とする、請求の範囲第５項に記載のガス検出器。 ７．ガス通路（１１）を通る空気の流れを引き起こす手段（１５）を含むことを 特徴とする、請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のガス検出器。 ８．空気の流れを引き起こす手段（１５）が、空気の流速を制御できるものであ ることを特徴とする、請求の範囲第７項に記載のガス検出器。 ９．どちらの方向のガス流でも動作するように構成され、紫外光手段（１２）の 両側に電極（１６、１７、１６’、１７’） を含み、電極対が鏡像になっていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第 ６項のいずれか一項に記載のガス検出器。 １０．電極（１６、１７）が、その間に電位を印加され、電極上にあるイオンに よって生じる電流を測定する手段（２０）を含むことを特徴とする、請求の範囲 第１項から第９項のいずれか一項に記載のガス検出器。 １１．紫外光手段（１２）が、紫外光線（１３）をパルス発生する手段（１１８ 、１１９、１２０、２１）によって制御されることを特徴とする、請求の範囲第 １項から第１０項のいずれか一項に記載のガス検出器。 １２．空気流が紫外（ＵＶ）光線（１３）中を通過し、次いで電位によりバイア スをかけた２つの電極（１６、１７）の間を通過する型式の、電極の少なくとも 一方が下流方向に延びる電気的に分離した一連のセグメント（１６ａ、１７ａ） の形をとることを特徴とする検出器を較正するステップと、紫外光線（１３）中 を空気流を通過させるステップと、連続セグメント（１６ａ、１７ａ）上に当た ったイオンによって生じる電流の読取り値を比較するステップとを含む方法。 １３．空気流が紫外（ＵＶ）光線（１３）中を通過し、次いで 電位によりバイアスをかけた２つの電極（１６、１７）の間を通過する型式の、 電極の少なくとも一方が下流方向に延びる電気的に分離した一連のセグメント（ １６ａ、１７ａ）の形をとり、電極を横切るその後の電流が測定されることを特 徴とする紫外光線（１３）をパルス発生するステップと、あるパルスと、セグメ ント（１６ａ、１７ａ）の少なくとも一方によって収集されるイオンによって引 き起こされる電流測定値の急な変化によって示される、そのパルスに対する応答 との間の時間間隔を記録するステップとを含む方法。 １４．検出器が検出器の通路（１１）を通る空気の流れを引き起こす手段（１５ ）を備えることを特徴とする、請求の範囲第１２項または第１３項に記載の方法 。 １５．流れを引き起こす手段（１５）がファンであることを特徴とする、請求の 範囲第１４項に記載の方法。 １６．ファン（１５）を使用して、通路（１１）を通る流れの速度を制御できる ことを特徴とする、請求の範囲第１４項または第１５項に記載の方法。 １７．検出器が流速（たとえば風速またはダクト中の空気速度）を利用して検出 器の通路（１１）を通る流れを引き起こすこと を特徴とする、請求の範囲第１２項または第１３項に記載の方法。 １８．通路（１１）中をどちらの方向にも流れが可能なように、紫外光源（１２ ）の両側に電極（１６、１７、１６’、１７’）が設けられることを特徴とする 、請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９．検出器が、ガス流通路（１１）を横切るビーム（１３）から紫外光を測定 する紫外測定手段（１４）と併用されることを特徴とする、請求の範囲第１２項 から第１８項のいずれか一項に記載の方法。 ２０．紫外光源（１３）が通常はオンに切り換えられているような配置であり、 パルスが、光線がオフに切り換えられる期間であることを特徴とする、請求の範 囲第１３項に記載の方法。 ２１．光線（１３）が短期間オフに切り換わることを特徴とする、請求の範囲第 ２０項に記載の方法。 ２２．紫外光線（１３）が、セル内で実施された電極間を電流が通過することに より、またはその誘導素子がセルを取り囲む高周波励起回路を設けることにより 、セル内で維持される気体放電によって実施され、放電をオン／オフに切り換え るステッ プ、またはある特定周波数のとき異なる出力レベルによって区別される２つの放 電状態の間で放電を切り換えさせるステップを含むことを特徴とする、請求の範 囲第１３項に記載の方法。