JPH10123052A - 非分散赤外吸収分析計及びその干渉補正方法 - Google Patents

非分散赤外吸収分析計及びその干渉補正方法

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JPH10123052A
JPH10123052A JP30100196A JP30100196A JPH10123052A JP H10123052 A JPH10123052 A JP H10123052A JP 30100196 A JP30100196 A JP 30100196A JP 30100196 A JP30100196 A JP 30100196A JP H10123052 A JPH10123052 A JP H10123052A
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JP
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interference
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detector
interference value
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JP30100196A
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Kenichi Takahashi
健一 高橋
Akira Tanizawa
明 谷沢
Akira Hattori
昌 服部
Yoshihisa Tanaka
好久 田中
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Koyo Seiko Co Ltd
Toyota Motor Corp
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FARM TEC KK
Koyo Seiko Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非分散赤外吸収分析計におけるCO2及び水
分による干渉成分の影響を除去してCO濃度を正確に検
出する。 【解決手段】 CO、CO2及び水分の干渉値を検出し
うる測定用検出器7と実質的にCO2及び水分のみの干
渉値を検出しうる補正用検出器8とにより被検気体の干
渉値を検出し、両検出器により検出された水分干渉値に
相当する成分が互いに等しくなるように出力の調整を行
い、また、被検気体のCO2濃度に対応して両検出器の
それぞれの検量特性に基づきCO2干渉値を演算して求
めたものを干渉値全体から減算してCO2干渉値を除去
した第1の補正値及び第2の補正値を求め、これらの差
を取ることにより水分干渉値を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非分散赤外吸収分
析計及びその干渉を補正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、非分散赤外吸収法(NDIR)によるCO濃度測定
器では、混在するCO2ガスと水分による干渉が存在す
るため正確なCO濃度測定が妨げられる。そこで、例え
ば自動車の排気ガス中のCO濃度を測定するにあたっ
て、従来は光学フィルタにより干渉の影響を取り除いて
CO濃度の測定を行っていた。しかし、近年、排気ガス
中のCO濃度が低減化されてきたため、光学フィルタで
は干渉の影響を十分に除去することはできなくなった。
また、光学フィルタを用いることによる感度低下がノイ
ズや再現性等の性能に悪影響を及ぼしていた。
【0003】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、CO2及び水分による干渉の影響を除去してCO濃
度を正確に検出することのできる、非分散赤外吸収分析
計及びその干渉補正方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の非分散赤外吸収分析計の干渉補正方法は、C
O、CO2及び水分を含む被検気体について非分散赤外
吸収法によりCO濃度を検出する場合の干渉補正方法で
あって、CO、CO2及び水分の干渉値を検出しうる測
定用検出器と実質的にCO2及び水分のみの干渉値を検
出しうる補正用検出器とにより前記被検気体の干渉値を
検出し、両検出器により検出された水分干渉値に相当す
る成分が互いに等しくなるように前記測定用検出器の出
力と前記補正用検出器の出力とをそれぞれの増幅率によ
り増幅し、増幅した信号をそれぞれ第1のディジタル信
号及び第2のディジタル信号に変換し、被検気体のCO
2濃度を別途検出して、その検出値に対応して前記測定
用検出器及び前記補正用検出器のそれぞれの検量特性に
基づき第1のCO2干渉値及び第2のCO2干渉値を演算
して求め、前記第1のディジタル信号及び前記第2のデ
ィジタル信号からそれぞれ前記第1のCO2干渉値及び
前記第2のCO2干渉値を減算して第1の補正値及び第
2の補正値を求め、前記第1の補正値から前記第2の補
正値を減算する、干渉補正方法である。
【0005】上記の方法においては、両検出器により検
出された水分干渉値に相当する成分が互いに等しくなる
ように増幅することにより、水分に関してはアナログ的
な補正がなされる。また、入力されたディジタル信号か
ら、別途検出したCO2濃度に対応して測定用検出器及
び補正用検出器のそれぞれの検量特性に基づき演算して
求めたCO2干渉値をそれぞれ減算することにより、C
2干渉値をソフトウェアにより除去した補正値が求め
られる。さらに補正値間の差をとって、水分干渉値が除
去される。このように、水分干渉値及びCO2干渉値の
除去工程を別々に行うことにより、これらの干渉値が確
実に除去される。従って、水分やCO2の濃度にかかわ
らず、これらの干渉値が除去されてCO干渉値のみが取
り出され、CO濃度が正確に測定される。
【0006】また、本発明の非分散赤外吸収分析計は、
非分散赤外吸収法に基づきCO、CO2及び水分を含む
被検気体の各干渉値を検出する測定用検出器と、前記測
定用検出器と連接して設けられ、前記測定用検出器と同
時に、非分散赤外吸収法に基づき実質的に前記被検気体
中のCO2及び水分のみの各干渉値を検出する補正用検
出器と、前記被検気体のCO2濃度を検出するCO2
と、前記測定用検出器及び前記補正用検出器にそれぞれ
接続され、前記測定用検出器により検出された水分干渉
値に相当する成分と、前記補正用検出器により検出され
た水分干渉値に相当する成分とが互いに等しくなるよう
に両検出器からの出力をそれぞれ増幅する第1の増幅手
段及び第2の増幅手段と、前記第1の増幅手段の出力及
び前記第2の増幅手段の出力をそれぞれ第1のディジタ
ル信号及び第2のディジタル信号に変換するA/D変換
手段と、前記測定用検出器の検量特性及び前記補正用検
出器の検量特性に基づき、前記CO2計により検出した
CO2濃度に対するCO2の干渉値をそれぞれ演算して求
めた第1の干渉値及び第2の干渉値を、それぞれ前記第
1のディジタル信号及び前記第2のディジタル信号から
減算して第1の補正値及び第2の補正値を求めるCO2
補正手段と、前記第1の補正値から前記第2の補正値を
減算する水分補正手段とを備えたものである。
【0007】上記のように構成された非分散赤外吸収分
析計によれば、両検出器により検出された水分干渉値に
相当する成分が互いに等しくなるように両検出器の出力
を増幅手段により増幅して、水分に関してはアナログ的
な補正が行われる。また、CO2補正手段により、CO2
濃度に対応して測定用検出器及び補正用検出器のそれぞ
れの検量特性に基づき演算して求めたCO2干渉値を、
入力されたディジタル信号からそれぞれ減算することに
より、CO2干渉値をソフトウェアにより除去した補正
値が求められる。水分補正手段により、さらに補正値間
の差をとれば水分干渉値が除去される。こうして、水分
やCO2の濃度にかかわらず、これらの干渉値が除去さ
れてCO干渉値のみが取り出され、CO濃度が正確に測
定される。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は非分散赤外吸収分析計の構
成を示す図である。CO計1の光源2から発せられた赤
外線は、モータ3により回転駆動されたチョッパ4によ
り変調されて基準セル5及び測定セル6をそれぞれ通過
して測定用検出器7及びこれに直列に連接した補正用検
出器8により検出される。基準セル5には窒素などの赤
外線を吸収しない不活性ガスが封入されている。測定セ
ル6には被検気体が導入される。被検気体にはCOのほ
か、CO2及びH2Oが含まれている。測定用検出器7の
一方(図の左方)には基準セル5を通ったエネルギーを
吸収されていない赤外線が入り、他方(図の右方)には
測定セル6中のCO、CO2及びH2Oによりエネルギー
を吸収された赤外線が入るので、受け取る2つのエネル
ギーに差が生じる。測定用検出器5はその差を検出し、
検出値を信号Aに変えて出力する。従って、信号AはC
Oの干渉分のみならずH2O及びCO2の干渉分をも含ん
でいる。
【0009】同様に、補正用検出器8においても基準セ
ル5側を通った赤外線と測定セル6側を通った赤外線と
のエネルギー差を検出し、その差に基づく信号Bを出力
するが、検量特性については補正用検出器8は測定用検
出器7とは異なるように構成されている。具体的には、
例えば、測定用検出器7はCOが8%、N2が92%か
らなる気体が封入されていて、補正用検出器8は、CO
が75%、N2が25%からなる気体が封入されてい
る。このような封入気体の配合により、測定用検出器7
はCOの検出感度が高く、一方、補正用検出器8はCO
をほとんど検出しない。H2Oに対しては補正用検出器
8は測定用検出器7とほぼ同一の検量特性を有する。C
2に関しては、両検出器7,8共に検出するが検量特
性は互いに異なる。従って、信号Bは実質的にH2O及
びCO2の干渉分のみを含んでいる。
【0010】被検気体はCO2計9にも供給され、ここ
でCO2濃度が測定される。測定後の被検気体は測定セ
ル6に供給された被検気体とともに排出される。CO2
計9はCO2の濃度を表す信号Cを出力する。
【0011】信号Aは増幅器11により増幅された後A
/Dコンバータ13によりディジタル信号に変換され、
CPU15に入力される。信号Bも同様に、増幅器12
により増幅された後A/Dコンバータ14によりディジ
タル信号に変換され、CPU15に入力される。一方、
信号CもCPU15に入力される。前述のように、H2
Oに関しては測定用検出器7と補正用検出器8とでは検
量特性がほぼ同一であるので、N2バブリングにより、
増幅器11及び12の増幅率を調整してH2O感度合わ
せを行う。これにより、H2Oの濃度にかかわらず両検
出器7,8それぞれのH2Oに関してのA/Dコンバー
タ13及び14への入力成分が等しくなる。
【0012】図2は、CPU15において実行される制
御内容を原理的に説明した図である。(a)は図1のA
/Dコンバータ13からCPU15に入力される干渉値
の信号(ディジタル信号)をその成分の大きさでアナロ
グ的に表現したものであり、M1はCOの干渉値、M2
はH2Oの干渉値、M3はCO2の干渉値にそれぞれ相当
している。同様に、(d)は図1のA/Dコンバータ1
4からCPU15に入力される干渉値の信号(ディジタ
ル信号)をその成分の大きさでアナログ的に表現したも
のであり、R2はH2Oの干渉値、R3はCO2の干渉値
にそれぞれ相当している。H2Oの干渉値は前述のよう
に互いに等しくなるように既に調整されているのでM2
とR2とは同じ(高さ)である。一方、CO2に関して
はM3とR3とは異なる。これは前述のように測定用検
出器5と補正用検出器6とのCO2に関する検量特性が
異なるからである。
【0013】図3及び図4はそれぞれ、測定用検出器7
及び補正用検出器8のCO2に関する検量特性を予め測
定した結果を示すグラフである。図3において、測定用
検出器7の検量特性(実線)はCO2の低濃度(約0.5
%以下)では上に凸な弧状の曲線であるが、それより高
濃度になるとCO2の増加に伴って増加する直線とな
る。そこで、測定結果上の最大濃度であって最大干渉値
を示す座標点(Xm,Ym)と原点とを結ぶ一定の傾きを
有する直線L1を用いて任意のCO2濃度に対する干渉
値の近似値をCPU15における演算により求める。す
なわち、Ym/Xm=k(定数)とすると、実際の検量特
性に近似した検量線はY=k・Xとして表される。
【0014】一方、補正用検出器8の検量特性は、CO
2が低濃度(約0.2%以下)のときは急峻に立ち上が
り、約1%濃度までは緩やかに上昇し、それ以上ではほ
とんど一定となる。そこで、補正用検出器8の最大出力
を、測定結果上の最大CO2濃度Xrに対する干渉値C
(=2)として、この定数Cにより表される直線L2に
より近似する。また、CO2濃度が0.5%以下のときの
検量特性を原点と座標点(X=0.5,Y=2)を結ぶ
直線L3により近似する。すなわち、CO2濃度が0.5
%未満のときはY=2C・Xとし、CO2濃度が0.5%
以上のときはY=Cとする。
【0015】上記の式を基に、CO2計9(図1)によ
り検出されCPU15に入力されたCO2濃度に対する
干渉値を、測定用検出器7及び補正用検出器8ごとに求
め、図2の(a)に示す干渉値及び(d)に示す干渉値
から減算する。こうして、CO2の干渉値を取り除いた
補正値(b)及び(e)が得られる。次に(b)に示す
補正値(高さM1+M2)から(e)に示す補正値(高
さR2)を減算する。これにより、前述のようにM2=
R2であるので、(c)に示すようにCOのみの干渉値
(高さM1)が得られる。こうしてCO2及びH2Oの干
渉値を含んだ干渉値全体からCPU15の演算による補
正処理により、最終的にCOのみの干渉値を取り出して
出力することができる。
【0016】
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。本発明の非分散赤外吸収分析計の干渉補
正方法は、CO、CO2及び水分の干渉値を検出しうる
測定用検出器と実質的にCO2及び水分のみの干渉値を
検出しうる補正用検出器とにより被検気体の干渉値を検
出し、両検出器により検出された水分干渉値に相当する
成分が互いに等しくなるように出力の調整を行い、ま
た、被検気体のCO2濃度に対応して両検出器のそれぞ
れの検量特性に基づきCO2干渉値を演算して求めたも
のを干渉値全体から減算してCO2干渉値を除去した第
1の補正値及び第2の補正値を求め、これらの差を取る
ことにより水分干渉値を除去するようにしたので、水分
やCO2の濃度にかかわらず、これらの干渉値を除去し
てCO干渉値のみを取り出すことができ、正確にCO濃
度を測定できる。
【0017】また、本発明の非分散赤外吸収分析計の干
渉補正装置は、CO、CO2及び水分を含む被検気体の
各干渉値を検出する測定用検出器及び実質的に被検気体
中のCO2及び水分のみの各干渉値を検出する補正用検
出器によってそれぞれ検出された水分干渉値に相当する
成分が互いに等しくなるように両検出器からの出力を調
整する増幅手段を設け、その出力に基づく干渉値全体か
ら、両検出器の検量特性に基づいて演算により求めたC
2の干渉値を減算して第1の補正値及び第2の補正値
を求め、これらの差を取って水分干渉値を除去するよう
に構成したので、水分やCO2の濃度にかかわらず、こ
れらの干渉値を除去してCO干渉値のみを取り出すこと
ができ、正確にCO濃度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による非分散赤外吸収分析計
の構成を示す図である。
【図2】CPUにおいて実行される制御内容を原理的に
表した図である。
【図3】測定用検出器のCO2に関する検量特性を示す
グラフである。
【図4】補正用検出器のCO2に関する検量特性を示す
グラフである。
【符号の説明】
1 CO計 7 測定用検出器 8 補正用検出器 9 CO2計 11 増幅器 12 増幅器 13 A/Dコンバータ 14 A/Dコンバータ 15 CPU
フロントページの続き (72)発明者 高橋 健一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 谷沢 明 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 服部 昌 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 田中 好久 京都市伏見区下鳥羽城ノ越町7番地の1 株式会社ファームテック内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CO、CO2及び水分を含む被検気体に
    ついて非分散赤外吸収法によりCO濃度を検出する場合
    の干渉補正方法であって、 CO、CO2及び水分の干渉値を検出しうる測定用検出
    器と実質的にCO2及び水分のみの干渉値を検出しうる
    補正用検出器とにより前記被検気体の干渉値を検出し、
    両検出器により検出された水分干渉値に相当する成分が
    互いに等しくなるように前記測定用検出器の出力と前記
    補正用検出器の出力とをそれぞれの増幅率により増幅
    し、 増幅した信号をそれぞれ第1のディジタル信号及び第2
    のディジタル信号に変換し、 被検気体のCO2濃度を別途検出して、その検出値に対
    応して前記測定用検出器及び前記補正用検出器のそれぞ
    れの検量特性に基づき第1のCO2干渉値及び第2のC
    2干渉値を演算して求め、 前記第1のディジタル信号及び前記第2のディジタル信
    号からそれぞれ前記第1のCO2干渉値及び前記第2の
    CO2干渉値を減算して第1の補正値及び第2の補正値
    を求め、 前記第1の補正値から前記第2の補正値を減算すること
    を特徴とする非分散赤外吸収分析計の干渉補正方法。
  2. 【請求項2】 非分散赤外吸収法に基づきCO、CO2
    及び水分を含む被検気体の各干渉値を検出する測定用検
    出器と、 前記測定用検出器と連接して設けられ、前記測定用検出
    器と同時に、非分散赤外吸収法に基づき実質的に前記被
    検気体中のCO2及び水分のみの各干渉値を検出する補
    正用検出器と、 前記被検気体のCO2濃度を検出するCO2計と、 前記測定用検出器及び前記補正用検出器にそれぞれ接続
    され、前記測定用検出器により検出された水分干渉値に
    相当する成分と、前記補正用検出器により検出された水
    分干渉値に相当する成分とが互いに等しくなるように両
    検出器からの出力をそれぞれ増幅する第1の増幅手段及
    び第2の増幅手段と、 前記第1の増幅手段の出力及び前記第2の増幅手段の出
    力をそれぞれ第1のディジタル信号及び第2のディジタ
    ル信号に変換するA/D変換手段と、 前記測定用検出器の検量特性及び前記補正用検出器の検
    量特性に基づき、前記CO2計により検出したCO2濃度
    に対するCO2の干渉値をそれぞれ演算して求めた第1
    の干渉値及び第2の干渉値を、それぞれ前記第1のディ
    ジタル信号及び前記第2のディジタル信号から減算して
    第1の補正値及び第2の補正値を求めるCO2補正手段
    と、 前記第1の補正値から前記第2の補正値を減算する水分
    補正手段とを備えた非分散赤外吸収分析計。
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