JPH09196846A

JPH09196846A - ガス濃度検出方法

Info

Publication number: JPH09196846A
Application number: JP2325496A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Izumi; 昭太郎泉
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来は、検量線を試料ガスの圧力ｐｒごとに
作成するので、予め検量線が用意された圧力ｐｒでしか
測定を行うことができない。また、検量線に高次多項式
の関数を用いるので、変曲点を多く含む凹凸の多い曲線
となり、測定に種々の制限が加わると共に、演算処理も
複雑なものとなる。さらに、検量線を直角双曲線関数や
指数関数で近似した場合にも、ダイナミックレンジを広
くすると同時に低濃度レベルの精度を高めることが困難
になる。【解決手段】等比数列的に定められたｎ段階のガス濃
度ｃｏｎｃごとに、試料ガスの圧力ｐｒに対する換算値
ｆｓ％の変化を示す関数を用意しておき、これによって
測定時の圧力ｐｒ_xにおける各ガス濃度ｃｏｎｃでの換
算値ｆｓ％を算出する。各ガス濃度ｃｏｎｃでの換算値
ｆｓ％に対して、指数関数の係数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁を調
整することにより最小２乗法による近似を行い検量線と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インラインガスモ
ニタの赤外線分析計等で実施されるガス濃度検出方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル方式の赤外線分析計の構成例
を図６に示す。測定器１の比較用の検出部から出力され
るリファレンス信号Ｒと測定用の検出部から出力される
サンプル信号Ｓは、それぞれＡＤ変換器２，２でディジ
タル信号に変換されてからマイクロコンピュータ３に入
力される。マイクロコンピュータ３では、これらのリフ
ァレンス信号Ｒとサンプル信号Ｓに基づいて数１の演算
を行うことにより濃度検出値Ａを算出する。

【数１】また、この濃度検出値Ａは、数２の演算を行うことによ
りフルスケール１００％換算値ｆｓ％（以下単に「換算
値ｆｓ％」という）に変換される。

【数２】ここで、濃度検出値Ａ₀は、測定器１の検出部にゼロガ
スをセットしたときの濃度検出値Ａであり、濃度検出値
Ａ_maxは、測定器１の検出部にその測定レンジでの最大
のガス濃度の試料ガスをセットしたときの濃度検出値Ａ
を示す値である。そして、これらは予め校正処理によっ
て各測定器１ごとに求めておく。このように検出部の出
力をそのまま演算した濃度検出値Ａを、数２によって測
定レンジ内の割り合いを表す換算値ｆｓ％に変換する
と、測定器１ごとに異なる検出部の特性のバラツキ等に
影響されることのない濃度検出データを得ることができ
る。なお、測定器１からは試料ガスの圧力ｐｒと温度の
信号も出力され、それぞれＡＤ変換器２，２を介してマ
イクロコンピュータ３に入力されるようになっている。

【０００３】マイクロコンピュータ３では、検量線を用
いて上記換算値ｆｓ％をこれに対応する実際のガス濃度
ｃｏｎｃに変換してから、ＤＡ変換器４によってアナロ
グ信号の濃度信号に変換し測定結果として出力するよう
になっている。また、圧力ｐｒの信号もＤＡ変換器４に
よってアナログ信号に変換してから圧力信号として出力
する。換算値ｆｓ％や濃度検出値Ａとガス濃度ｃｏｎｃ
や試料ガスの圧力ｐｒとの対応関係は、直線的であるこ
とが理想であるが、実際には密閉された検出部内での分
子運動の制約等から、ガス濃度ｃｏｎｃや圧力ｐｒが高
くなるほど換算値ｆｓ％や濃度検出値Ａの変化が部分的
に乏しくなる弓なり状の曲線的な特性を有するので、予
め求めておいた検量線を用いてこの換算値ｆｓ％を実際
のガス濃度ｃｏｎｃに変換する必要が生じる。従って、
この検量線は、ガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆｓ％との対
応関係を示す関数としてマイクロコンピュータ３に設定
されたものである。

【０００４】ところで、ガス濃度ｃｏｎｃと濃度検出値
Ａとの対応関係は、図７に示すように、ガス濃度ｃｏｎ
ｃが高くなるほど曲線の傾きが小さくなる弓なり状の特
性曲線を示すと共に、試料ガスの圧力ｐｒの大きさによ
ってもこの特性曲線が大きく相違する。例えば、図７で
は、圧力ｐｒ₁〜圧力ｐｒ₅の順に高圧となる５段階の
圧力ｐｒにおける各特性曲線を例示しているが、これら
は相似形ではなく曲線の曲がり具合もそれぞれ異なる。
そして、ガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆｓ％との対応関係
を示す検量線についても、図８に示すように、圧力ｐｒ
に応じて高圧の圧力ｐｒ₅に近づくほど曲率が大きい特
性曲線となる。このため、従来は、試料ガスの検量線を
適宜間隔の圧力ｐｒごとに別個に作成する必要があっ
た。また、これらの各検量線は、既知の複数のガス濃度
ｃｏｎｃにおける換算値ｆｓ％の値を予め実際に測定
し、これらの測定結果の複数の点を結ぶ高次多項式の関
数を求めることにより作成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来は、上
記のように検量線を試料ガスの圧力ｐｒごとに作成する
ので、予め検量線が用意された圧力ｐｒでしか測定を行
うことができないという問題が生じていた。

【０００６】また、通常の高次多項式の関数は、図９に
示すように、曲線の傾きの変化の傾向が変わる変曲点を
多く含む凹凸の多い曲線となるだけでなく、補間部分に
思わぬ起伏が生じるおそれがある。従って、このような
高次多項式の関数を用いた検量線では、変曲点等の部分
を使用しないように種々の制約が加わるので、測定が面
倒になるという問題もあった。

【０００７】なお、本願出願人は、上記問題点を解消す
るために、検量線を直角双曲線関数や指数関数で近似す
る方法を既に提案している。しかし、この場合にも、複
数段階のガス濃度ｃｏｎｃを例えば図１０に示すように
等差数列的に定めると、これらの各ガス濃度ｃｏｎｃ₁
〜ｃｏｎｃ₆ごとに算出した換算値ｆｓ％₁〜ｆｓ％₆
に基づいて関数を近似する際に、この換算値ｆｓ％の変
化が大きい低濃度レベルでのサンプリングが粗くなり過
ぎるので、ダイナミックレンジを広くすると同時に低濃
度レベルの精度を高めることが困難になるという問題が
発生する。また、例えば直角双曲線関数や指数関数は、
最小２乗法等による関数の近似計算が比較的複雑になる
という問題もある。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、等比数列的に定めたガス濃度ごとに算出した
データに近似する指数関数を検量線として作成すること
により、容易に作成可能な変曲点のない検量線によって
任意の圧力で測定を行うことができると共に、低濃度レ
ベルでの精度を高めながらダイナミックレンジも広く取
ることができるガス濃度検出方法を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、下記（１）の濃度検出データ算
出工程と下記（２）の検量線作成工程とにより作成した
検量線に基づいて、測定時に検出した試料ガスの濃度検
出データに対応する実際のガス濃度を求めることを特徴
とする。（１）下記（ａ）の各ガス濃度ごとに、下記（ｂ）の関
数に基づいて測定時の試料ガスの圧力における濃度検出
データを算出することにより、各ガス濃度と濃度検出デ
ータとの対応関係を求める濃度検出データ算出工程（ａ）各ガス濃度は、濃度値が等比数列的な間隔で離散
的に複数段階にわたって予め設定される。（ｂ）関数は、（ａ）で設定された各ガス濃度ごとにそ
れぞれ個別に、試料ガスの圧力と濃度検出データとの関
係を示すものとして予め定められる。（２）上記（１）の濃度検出データ算出工程で求めた各
ガス濃度と濃度検出データとの対応関係を指数関数で近
似させて、この指数関数を濃度検出データと実際のガス
濃度との関係を示す検量線として作成する検量線作成工
程

【００１０】の手段によれば、予め定められた各所定
圧力ごとに検量線が用意されているのではなく、測定時
の圧力に応じた検量線をその都度作成するので、試料ガ
スを任意の圧力で測定することができる。しかも、この
検量線は、（１）の濃度検出データ算出工程で算出した
各濃度検出データを全て結ぶ曲線ではなく、これら各濃
度検出データの近傍を通過するように近似させた指数関
数の曲線を用いるので、高次多項式のような変曲点の多
い複雑な関数を用いる必要がなくなる。また、（１）の
濃度検出データ算出工程では、（ａ）に示すように等比
数列的に設定された各ガス濃度ごとに濃度検出データを
算出するので、この濃度検出データの変化が大きい低濃
度レベルでのガス濃度を密に算出することができ、ダイ
ナミックレンジを広くすると同時にこの低濃度レベルで
の精度を高めることができる。さらに、このようにガス
濃度を等比数列的にサンプリングすることにより、これ
らの濃度検出データを指数関数で近似させる処理を単な
る直線近似とすることができるので、（２）の検量線作
成工程の計算処理を簡易化にすることができる。

【００１１】また、前記の（２）の検量線作成工程
が、最小２乗法により指数関数の近似を行うものである
ことを特徴とする。

【００１２】の手段によれば、（１）の濃度検出デー
タ算出工程で算出した各濃度検出データを、（２）の検
量線作成工程において指数関数で近似させる際の直線近
似を最小２乗法により誤差の２乗が最小となるように近
似させるので、検量線を最も実用的で有効に近似させる
ことができる。

【００１３】さらに、ガス濃度が既知の試料ガスにつ
いて測定を行うことによりガス濃度のゼロ時と測定レン
ジの最大時における濃度検出データを求める校正工程を
予め実行すると共に、前記（１）の濃度検出データ算出
工程と前記（２）の検量線作成工程で用いる濃度検出デ
ータを、この校正工程で求めたゼロ時と最大時の濃度検
出データの間の割り合いで表した換算値とし、試料ガス
の圧力と濃度検出比との関係を示す所定の関数に基づい
て求めた校正工程での圧力における濃度検出比と実際の
測定時の圧力における濃度検出比との比により、前記検
量線に基づいて求めた実際のガス濃度を補正する補正工
程を有することを特徴とする。

【００１４】実際の測定機器では、検出部の特性のバラ
ツキ等により相対的な測定しかできない。そこで、の
手段に示すように、予め校正工程によってガス濃度のゼ
ロ時と最大時における濃度検出データを測定しておき、
（１）の濃度検出データ算出工程と（２）の検量線作成
工程における濃度検出データをこのゼロ時と最大時の濃
度検出データの間に対する割り合いである換算値で表す
ようにすれば、機器ごとに検量線の作成のためのデータ
を変更又は調整する必要がなくなり、全ての機器で共通
に設定することができるようになる。ただし、このよう
な校正を行う場合には、校正時と測定時の圧力の相違を
補正するための補正工程を実行する必要が生じる。

【００１５】なお、（１）の濃度検出データ算出工程で
用いる（ｂ）の関数や、補正工程での試料ガスの圧力に
対する濃度検出データの変化率を表す関数については、
指数関数やその他の関数を用いることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１７】図１乃至図５は本発明の一実施形態を示す
ものであって、図１は測定処理の工程を示すブロック
図、図２はＰ５の検量線作成工程の詳細を示すブロック
図、図３はＰ１２の最小２乗法による検量線の作成工程
の動作を説明するためのガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆｓ
％との関係を示すグラフ、図４はゼロ校正処理の工程を
示すブロック図、図５はスパン校正処理の工程を示すブ
ロック図である。

【００１８】この発明の実施形態のガス濃度検出方法
は、図６に示したものと同じハードウエア構成の赤外線
分析計に用いる場合について説明する。このガス濃度検
出方法における測定処理の工程を図１に基づいて説明す
る。測定器１の測定用の検出部に試料ガスがセットされ
ると、マイクロコンピュータ３は、まず最初の工程（以
下「Ｐ」という）１において、ＡＤ変換器２，２を介し
リファレンス信号Ｒ_xとサンプル信号Ｓ_xからなる濃度
信号を読み込む。次に、これらリファレンス信号Ｒ_xと
サンプル信号Ｓ_xに基づいて数３の演算を行うことによ
り濃度検出値Ａ_xを算出すると共に（Ｐ２）、

【数３】この濃度検出値Ａ_xに基づいて数４の演算を行うことに
よりフルスケール１００％換算を行い換算値ｆｓ％_xを
算出する（Ｐ３）。

【数４】なお、この数４で用いる濃度検出値Ａ₀と濃度検出値Ａ
_maxは、後に説明する校正処理によってマイクロコンピ
ュータ３内に予め記憶しておいたデータである。また、
Ｐ１での濃度信号の読み込みとほぼ同時に、ＡＤ変換器
２を介し試料ガスの圧力ｐｒ_xのデータが読み込まれる
（Ｐ４）。そして、この圧力ｐｒ_xのデータに基づいて
検量線が作成されると共に（Ｐ５）、測定時の濃度検出
比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_measが算出される（Ｐ６）。

【００１９】上記Ｐ５の検量線の作成工程は、数５に示
す指数関数の係数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁を決定することによ
り検量線を作成するものである。

【数５】即ち、図２に示すように、まず圧力ｐｒ_xに基づいて換
算値ｆｓ％_x〜ｆｓ％_nを算出する（Ｐ５１）。これら
の換算値ｆｓ％₁〜ｆｓ％_nは、数６に示す指数関数を
用いて算出される。

【数６】また、この数６の関数の係数ａ₂，ｂ₂，ｃ₂は、測定
対象となる試料ガスの種類と各試料ガスの測定レンジご
とに、等比数列的に定められたｎ段階の各ガス濃度ｃｏ
ｎｃについてそれぞれ予め定められてマイクロコンピュ
ータ３内に記憶されている。即ち、例えばｉ番目（ｉは
１〜ｎ）のガス濃度ｃｏｎｃ_iとｉ＋１番目のガス濃度
ｃｏｎｃ_i+1との間の関係を数７に示すように等比級数
的に定めて、

【数７】これらｎ段階の各ガス濃度ｃｏｎｃ₁〜ｃｏｎｃ₁ごと
に係数ａ₂，ｂ₂，ｃ₂が予め設定される。図８に示し
たように、ガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆｓ％との対応関
係を示す検量線は、試料ガスの圧力ｐｒの大きさによっ
て曲率が異なる特性曲線となるので、ｉ番目のガス濃度
ｃｏｎｃ_iにおける換算値ｆｓ％は、圧力ｐｒの大きさ
に応じて変化する。そして、数６の指数関数は、圧力ｐ
ｒに応じた換算値ｆｓ％の変化を近似して予め設定して
おいたものである。従って、Ｐ５１では、上記ｎ組の係
数ａ₂，ｂ₂，ｃ₂に基づくｎ種類の数６の指数関数の
圧力ｐｒにそれぞれ測定時の圧力ｐｒ_xを代入すること
によりｎ種類の換算値ｆｓ％₁〜ｆｓ％_nを算出する。

【００２０】上記のようにしてＰ５１により換算値ｆｓ
％₁〜ｆｓ％_nが算出されると、数５の指数関数がこれ
らの換算値ｆｓ％₁〜ｆｓ％_nとガス濃度がゼロの場合
及び測定レンジの最大値の場合の換算値ｆｓ％とに近似
するように、最小２乗法を用いて係数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁
を定める（Ｐ５２）。例えばｎを６段階としガス濃度の
最大値を２０％とすると、図３に示すように、数５の指
数関数が描く曲線が固定点（0 ，0 ），（20，100 ）を
通り、点（ｃｏｎｃ₁，ｆｓ％₁）〜点（ｃｏｎｃ₆，
ｆｓ％₆）の６点に最も近似するように係数ａ₁，
ｂ₁，ｃ₁を定める。そして、このようにして係数
ａ₁，ｂ₁，ｃ₁を定めた数５の関数が検量線となる。

【００２１】即ち、指数関数が固定点（0 ，0 ）を通る
ことから数５は数８となり

【数８】数９の関係が得られる。

【数９】また、指数関数が固定点（20，100 ）を通ることから数
５は数１０となり

【数１０】数１１の関係が得られる。

【数１１】

【００２２】ここで、指数部ｔ_iを数１２に示すように
定義すれば、

【数１２】数５は数１３で表される（数９も参照）。

【数１３】そして、換算値ｆｓ％_iと換算値ｆｓ％_i+1の比Ｚ_iを
数１４に示すように定義すれば、

【数１４】数１３からこの数１４は数１５で表される。

【数１５】また、指数部ｔ_i+1と指数部ｔ_iとの関係は、数７より
数１６に示すものとなるので、

【数１６】数１５は数１７で表される。

【数１７】即ち、この数１７は数１８で表され、

【数１８】この数１８の両辺の対数を取ると、数１９に示すように
なる。

【数１９】つまり、係数ｂ₁を求めることは、この数１９に示すよ
うに、原点を通る直線の勾配ｂ₁を求める問題に帰着す
る。また、これによって係数ｂ₁が求められれば、数１
１と数９により残りの係数ａ₁，ｃ₁も求めることがで
きる。

【００２３】Ｐ５２では、上記数１９から最小２乗法に
よる直線近似によって係数ｂ₁を求める。即ち、まず誤
差の２乗和ｓが数２０となるので、

【数２０】これを係数ｂ₁で偏微分して数２１を得る。

【数２１】そして、数２２に示すようにこの偏微分が０となるとき
の係数ｂ₁の値で数２０が極小点となるので、

【数２２】係数ｂ₁が数２３のときに誤差の２乗和ｓが最小とな
る。

【数２３】従って、これによって最小２乗法により係数ｂ₁を求め
ると共に、数１１と数９により残りの係数ａ₁，ｃ₁も
算出し、これらを数５に代入すれば指数関数の検量線を
作成することができる。

【００２４】上記のようにしてＰ５のＰ５２で検量線が
作成されると、この検量線に上記Ｐ３で算出された濃度
検出値Ａ_xの換算値ｆｓ％_xを代入することにより、ガ
ス濃度ｃｏｎｃ_xを算出する（Ｐ７）。ここで、Ｐ３に
おいて濃度検出値Ａ_xを換算値ｆｓ％_xに変換する際
に、校正処理によって算出した濃度検出値Ａ₀と濃度検
出値Ａ_maxを利用するので、このガス濃度ｃｏｎｃ
_xは、校正時と測定時の圧力ｐｒの相違に基づく誤差が
含まれる。そこで、この誤差を補正するために、上記の
ように、Ｐ６で圧力ｐｒ_xに基づき測定時の濃度検出比
ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_measが算出される。即ち、このＰ６で
は、数２４に示す指数関数を用いて濃度検出比ｆｓ＿ｒ
ａｔｉｏを計算する。

【数２４】また、この数２４の関数の係数ａ₃，ｂ₃，ｃ₃は、測
定対象となる試料ガスの種類と測定レンジごとに予め定
められてマイクロコンピュータ３内に記憶されている。

【００２５】上記のようにして試料ガスの種類と測定レ
ンジごとに係数ａ₃，ｂ₃，ｃ₃が設定された数２４
に、測定時の圧力ｐｒ_xを代入すると、数２５に示すよ
うに測定時の濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_measが算出さ
れる。

【数２５】そして、このＰ６で算出した濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉ
ｏ_measは、後に説明する校正処理によってマイクロコン
ピュータ３内に記憶しておいた濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔ
ｉｏ_calと共に、ガス濃度の補正工程に送られる（Ｐ
８）。また、このガス濃度の補正工程には、Ｐ７で算出
したガス濃度ｃｏｎｃ_xも送られる。そして、数２６の
演算を行うことにより、ガス濃度ｃｏｎｃ_xを補正して
ガス濃度ｃｏｎｃ_xmに変換する。

【数２６】ここで、濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_calは、校正時の
圧力ｐｒ_sにおける濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏであ
る。従って、数２６でこれら濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉ
ｏ_measと濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_calとの比によっ
てガス濃度ｃｏｎｃ_xを割ると、校正時と測定時の圧力
ｐｒの相違によるガス濃度ｃｏｎｃ_xの誤差を補正し、
より正確なガス濃度ｃｏｎｃ_xmを得ることができる。

【００２６】上記測定処理の動作は、リファレンス信号
Ｒ_xやサンプル信号Ｓ_xと圧力ｐｒ_x等のデータがＡＤ
変換器２でサンプリングされる度にリアルタイムに実行
される。そして、これにより試料ガスの温度やこの温度
に伴う圧力ｐｒ_xの変化の影響を除去したガス濃度ｃｏ
ｎｃ_xmを連続的に測定することができる。

【００２７】次に、本実施形態のガス濃度検出方法にお
ける校正時の工程を説明する。校正処理は、測定処理に
先立って実行されるものである。この校正処理のうちの
ゼロ校正処理は、図４に示すように、測定器１の検出部
にゼロガスをセットして、リファレンス信号Ｒ₀とサン
プル信号Ｓ₀からなる濃度信号を読み込む（Ｐ１１）。
次に、これらリファレンス信号Ｒ₀とサンプル信号Ｓ₀
に基づいて数２７の演算を行うことにより濃度検出値Ａ
₀を算出する（Ｐ１２）。

【数２７】

【００２８】この校正処理のうちのスパン校正処理は、
図５に示すように、測定器１の検出部にガス濃度が既知
のスパンガスをセットして、リファレンス信号Ｒ_sとサ
ンプル信号Ｓ_sからなる濃度信号を読み込むと共に（Ｐ
２１）、これらリファレンス信号Ｒ_sとサンプル信号Ｓ
_sに基づいて数２８の演算を行うことにより濃度検出値
Ａ_sを算出する（Ｐ２２）。

【数２８】また、Ｐ２１での濃度信号の読み込みとほぼ同時に、ス
パンガスの圧力ｐｒ_sのデータを読み込む（Ｐ２３）。
そして、この圧力ｐｒ_sのデータに基づいて検量線が作
成されると共に（Ｐ２４）、校正時の濃度検出比ｆｓ＿
ｒａｔｉｏ_calが算出される（Ｐ２５）。

【００２９】上記Ｐ２４では、スパンガスの圧力ｐｒ_s
について測定処理のＰ５に示したものと同じ工程を実行
することにより検量線を作成する。そして、この検量線
に基づいてスパンガスの既知のガス濃度ｓｐｎに対応す
る換算値ｆｓ％_sを算出する（Ｐ２６）。ガス濃度ｓｐ
ｎは、ポテンショメータの設定やシリアル通信によって
読み込まれる。また、このガス濃度ｓｐｎを数５のガス
濃度ｃｏｎｃに代入して、数２９の計算を行うことによ
り換算値ｆｓ％_sを算出する。

【数２９】

【００３０】上記Ｐ２６で算出された換算値ｆｓ％
_sは、数２に示したフルスケール１００％換算の定義か
ら、上記Ｐ２２で算出された濃度検出値Ａ_sとゼロ校正
処理のＰ１２で算出された濃度検出値Ａ₀と濃度検出値
Ａ_maxとの間に数３０の関係を有するので、

【数３０】これを書き換えた数３１の計算によってこの濃度検出値
Ａ_maxを算出する（Ｐ２７）。

【数３１】この濃度検出値Ａ_maxは、その測定レンジにおける最大
のガス濃度ｃｏｎｃのときに濃度検出値Ａが示す値を予
測したものである。また、上記Ｐ２５では、測定処理の
Ｐ６に示したものと同じ工程で、数３２の演算を行うこ
とにより校正時の濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_calが算
出される。

【数３２】そして、ゼロ校正処理で求めたゼロガスの濃度検出値Ａ
₀と、スパン校正処理で求めた濃度検出値Ａ_maxとこの
校正時の濃度検出比ｆｓ＿ｒａｔｉｏ_calがマイクロコ
ンピュータ３内に記憶されると共に、上記のように測定
処理時に読み出して使用される。

【００３１】上記測定処理のＰ３で数４において濃度検
出値Ａ_xをフルスケール１００％換算して換算値ｆｓ％
_xに変換するためには、予めこの校正処理によって濃度
検出値Ａ₀と濃度検出値Ａ_maxを定めておく必要があ
る。ここで、濃度検出値Ａ_xは、測定器１の光源や検出
器の特性に加えて電気系統の他の素子の特性の影響も受
けるために、機器ごとにバラツキが生じ得る濃度検出デ
ータである。しかし、これを換算値ｆｓ％_xに変換する
ことにより、機器間のバラツキに影響されない濃度検出
データとすることができる。従って、濃度検出値Ａ_xを
このような換算値ｆｓ％_xに変換することにより、機器
間で共通するデータに基づいて作成した検量線を用いて
ガス濃度ｃｏｎｃ_xを求めることができるようになる。
即ち、濃度検出値Ａ_xから直接ガス濃度ｃｏｎｃ_xを求
める場合には、係数ａ₂，ｂ₂，ｃ₂のデータを機器ご
とに調整する必要が生じるが、フルスケール１００％換
算を行えば、この係数ａ₂，ｂ₂，ｃ₂のデータを共通
にしておき、校正処理により機器間のバラツキを調整す
ることができる。ただし、このような校正処理による調
整を行う場合には、校正処理時の圧力ｐｒ_sと測定処理
時の圧力ｐｒ_xとの相違による誤差を補正するために、
Ｐ８によるガス濃度の補正処理が必要となる。

【００３２】以上説明したように、本実施形態のガス濃
度検出方法によれば、測定処理時に読み込んだ圧力ｐｒ
_xの値に応じた検量線をその都度作成するので、試料ガ
スの圧力ｐｒ_xを制限されることなく任意の圧力ｐｒ_x
で測定することができるようになる。しかも、この検量
線は、数５に示すような指数関数の係数ａ₁，ｂ₁，ｃ
₁を調整して最小２乗法により近似させたものであるた
め、測定範囲内に変曲点が生じおそれがなくなり、測定
が極めて容易となる。また、等比数列的に定めた各ガス
濃度ｃｏｎｃの換算値ｆｓ％により検量線を近似するの
で、換算値ｆｓ％の変化が大きい低濃度レベルでのサン
プリングを密にし、ダイナミックレンジを広くすると同
時にこの低濃度レベルでの精度を高めることができる。
さらに、このようにガス濃度ｃｏｎｃを等比数列的にサ
ンプリングすることにより、指数関数の近似計算が直線
近似によって簡単に実行できるようになる。

【００３３】従って、本実施形態のガス濃度検出方法で
は、比較的安価な１チップマイクロコンピュータ等を用
いて、浮動小数演算ライブラリを組み込みソフトウエア
による演算を行った場合にも、十分にリアルタイム処理
することが可能となり、機器のコストダウンを図ること
もできる。

【００３４】なお、本実施形態では、検量線だけでなく
全ての近似曲線に指数関数を用いたが、直角双曲線関数
等の他の関数を用いることも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のガス濃度検出方法によれば、測定時の圧力に応じた検
量線をその都度作成することができるので、試料ガスを
任意の圧力で測定することができる。しかも、この検量
線を指数関数で近似させるので、高次多項式のような複
雑な関数を取り扱う必要がなくなると共に、変曲点が生
じることもなくなる。

【００３６】また、等比数列的にサンプリングした各ガ
ス濃度ごとに濃度検出データを算出するので、ダイナミ
ックレンジを広くすると同時に低濃度レベルでのサンプ
リングを密にして精度を高めることができる。さらに、
このようにガス濃度を等比数列的にサンプリングするこ
とにより、指数関数の近似計算が直線近似によって簡単
に処理できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示すものであって、測
定処理の工程を示すブロック図である。

【図２】この発明の一実施形態を示すものであって、Ｐ
５の検量線作成工程の詳細を示すブロック図である。

【図３】この発明の一実施形態を示すものであって、Ｐ
１２の最小２乗法による検量線の作成工程の動作を説明
するためのガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆｓ％との関係を
示すグラフである。

【図４】この発明の一実施形態を示すものであって、ゼ
ロ校正処理の工程を示すブロック図である。

【図５】この発明の一実施形態を示すものであって、ス
パン校正処理の工程を示すブロック図である。

【図６】ガス濃度検出方法を実施する赤外線分析計の構
成を示すブロック図である。

【図７】圧力ｐｒに応じたガス濃度ｃｏｎｃと濃度検出
値Ａとの関係の変化を示すグラフである。

【図８】圧力ｐｒに応じたガス濃度ｃｏｎｃと換算値ｆ
ｓ％との関係の変化を示すグラフである。

【図９】従来例を示すものであって、高次多項式の関数
を用いて作成した検量線を示すガス濃度ｃｏｎｃと換算
値ｆｓ％との関係を示すグラフである。

【図１０】従来例を示すものであって、等差数列的に定
めたガス濃度ｃｏｎｃに基づいて直角双曲線関数や指数
関数を用いて作成した検量線を示すガス濃度ｃｏｎｃと
換算値ｆｓ％との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｐ５検量線作成工程ｐｒ測定時の圧力Ａ濃度検出値ｆｓ％フルスケール１００％換算値ｆ（ｃｏｎｃ）検量線ｃｏｎｃガス濃度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（１）の濃度検出データ算出工程と
下記（２）の検量線作成工程とにより作成した検量線に
基づいて、測定時に検出した試料ガスの濃度検出データ
に対応する実際のガス濃度を求めることを特徴とするガ
ス濃度検出方法。（１）下記（ａ）の各ガス濃度ごとに、下記（ｂ）の関
数に基づいて測定時の試料ガスの圧力における濃度検出
データを算出することにより、各ガス濃度と濃度検出デ
ータとの対応関係を求める濃度検出データ算出工程（ａ）各ガス濃度は、濃度値が等比数列的な間隔で離散
的に複数段階にわたって予め設定される。（ｂ）関数は、（ａ）で設定された各ガス濃度ごとにそ
れぞれ個別に、試料ガスの圧力と濃度検出データとの関
係を示すものとして予め定められる。（２）上記（１）の濃度検出データ算出工程で求めた各
ガス濃度と濃度検出データとの対応関係を指数関数で近
似させて、この指数関数を濃度検出データと実際のガス
濃度との関係を示す検量線として作成する検量線作成工
程
【請求項２】前記（２）の検量線作成工程が、最小２
乗法により指数関数の近似を行うものであることを特徴
とする請求項１に記載のガス濃度検出方法。
【請求項３】ガス濃度が既知の試料ガスについて測定
を行うことによりガス濃度のゼロ時と測定レンジの最大
時における濃度検出データを求める校正工程を予め実行
すると共に、前記（１）の濃度検出データ算出工程と前記（２）の検
量線作成工程で用いる濃度検出データを、この校正工程
で求めたゼロ時と最大時の濃度検出データの間の割り合
いで表した換算値とし、試料ガスの圧力と濃度検出比との関係を示す所定の関数
に基づいて求めた校正工程での圧力における濃度検出比
と実際の測定時の圧力における濃度検出比との比によ
り、前記検量線に基づいて求めた実際のガス濃度を補正
する補正工程を有することを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載のガス濃度検出方法。