JPS5852521Y2 - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、光学的不平衡から生ずる零点ドリフトおよび
検出器などから生ずる温度ドリフトを補償し得る電調温
度補償回路を備えた赤外線ガス分析計に関する。

従来、赤外線ガス分析計においては、光学的アンバラン
スから生ずる零点ドリフトを、トリマによる光学的補償
と増幅器回路における電気的調整とを併用して補償して
いた。

この赤外線ガス分析計の概略構成図を第１図に示す。

図において光源部機構Ａは光源室１、チョッパ室１８お
よび光分配室５から構成されている。

光源室１は光源２を内蔵し、この光源２より発する赤外
線光束はチョッパ室１８に設けられたモータ４により回
転駆動されるチョッパ３により周期的に断続される。

さらにこの赤外線光束は光分配室５において、２つの光
路に分配される。

この光分配室５は光束入射側および光束放射側がそれぞ
れ光透過窓９ 、１０゜１１によって閉鎖され、通常赤
外線吸収のないガス、例えば純窒素が封入される。

次に赤外線光束はセル機構Ｂへ案内され、このセル機構
Ｂは基準セル６−１６よび測定セルフから構成される。

一方の赤外線光束は基準光束として基準セル６へ案内さ
れ、他方の赤外線光束は測定光束として測定セルフへ案
内される。

基準セル６には光透過窓１４゜１５が設けらへ赤外線吸
収のないガス、例えば純窒素が封入される。

また測定セルフには光透過窓１２，１３が設けら力、測
定ガス導入管７Ａ。

測定ガス導出管７Ｂにより、被分析成分ガスを含む測定
ガスが供給され放出される。

このとき、測定光束はこの測定セル１において、その被
分析成分ガスの濃度に応じて赤外線吸収を受ける。

次に測定セルＴを透過した測定光束および基準セル６を
透過した基準光束はそれぞれ検出部機構Ｃに案内される
。

検出部機構Ｃはガス封入式検出器８である。

この検出器８は検出槽８Ａおよび検出槽８Ｂを有し、各
検出槽８Ａ、８Ｂにはそれぞれ光透過窓１６，１７が設
けらへ被分析酸分ガスと同種類の純ガスが封入されてい
る。

従って、各検出槽８Ａ、８Ｂは測定光束および基準光束
の強さに応じて異った温度に加熱される。

この各検出槽８Ａ、８Ｂの連通部８Ｃに熱線素子８Ｄ、
８Ｅが互に熱結合を生ずるように近接して配置される。

各熱線素子８Ｄ、８Ｅは２個の抵抗と共に、ブリッジ回
路を構威し、電源によって周囲温度より高い温度に加熱
されることにより、各検出槽８Ａ、８Ｂ内に封入された
ガスが熱膨張して、連通部８Ｃには被分析成分ガスの濃
度に応じてガスの流れを生ずる。

このガスの流れは熱線素子８Ｄ、８Ｅにより電気信号に
変換される。

なお光源２から発する測定光束と基準光束との間に生ず
る光学的不平衡による零点ドリフトは、トリマ１９また
は２０により、測定光束または基準光束を遮光した光学
的補償が行われる。

さて検出器の出力は、測定光束と基準光束との間に光学
的不平衡があると、この光学的不平衡により生ずる零点
ドリフト出力Ｖｏ１が存在する。

いま第２図に示すトリマ１９が測定セルフを遮光して、
基準セル６との光学的不平衡が取除かへ零点ドリフトが
補償されたとすると、検出器８の零点ドリフト出力■ｏ
１はトリマの光学的遮光量Ａ１に比例する。

また出力■ｏ１は後述する最終段直流増幅器を含めたす
べての増幅器のゲインＧ。

にも比例する。

このほかに検出器８の熱線素子８Ｄ、８Ｅが周囲温度の
影響を受ける。

この熱線素子８Ｄ、８Ｅの温度係数をα１とし、周囲温
度ｔとするとこの零点ドリフト出力ｖｏ１は ■ｏ１＝Ａ１（１＋α１ｔ ）ｃｏ＋＋＋＋＋＋＋＋＋
＋＋＋（１）が成立する。

この（１）式の温度微分係数（温度勾配）は、 ｄＶｏ１／ｄ ｔ＝Ａ１α、 Ｇｏ−−−−−−−−
・−（２）なお（１）式は温度１＝０とすると、 Ｖｏｌ−ＡｌＧｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（３）である。

さて光学的遮光量Ａ１はトリマ１９の位置が変れば、こ
れに応じて変化するから、（１）式、（２）式および（
３）式の値が変わる。

次に零点および温度ドリフトの出力・温度線図を第３図
に示す。

特性線Ａ１−□、Ａｌ−２ＸＡ１−３は、遮光量Ａ１を
増大するに従って温度勾配も増大することを示す。

この第３図の状態で、増幅回路で零点補償を行えば第４
図となる。

この第４図から明らかなように、零点補償はされても、
検出器８の温度ドリフトが補償されなければ、検出器出
力に温度による影響が残存する。

従って高濃度ガス測定の際には、この温度ドリフトはフ
ルスケールに対して相対的に小さぐなるので、無視でき
る値として、電気的な一定値を付加し補償するのみでも
支障がない。

しかし低濃度ガス測定の際には、この温度ドリフトはフ
ルスケールに対して相対的に大きくなシ、無視すること
ができないために、恒温槽によって周囲温度を補償する
という方法が取られていた。

しかしながらこの方法によると、装置が大形化し、製作
費が高騰するという欠点があった。

本考案は上述の点に鑑み、従来技術の欠点を除き、装置
を小形化し簡易化し、製作費の節減が得られる赤外線ガ
ス分析計を提供まることを目的とする。

このような目的は、本考案によれば、検出器出力信号が
交流増幅器、同期整流器などを介して導かれる直流増幅
器の入力端に電気的零点調整回路を接続し、かつこの零
点調整回路に、検出器の温度特性と符号が逆でありかつ
絶対値が同一である温度特性を有する温度依存性抵抗を
備えた温度補償回路を接続することにより達成される。

次に本考案の一実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第５図は本考案の一実施例の概略構成図を示す。

図において検出器８の出力信号が交流増幅器、同期整流
器および平滑回路などを介して導かれる最終段直流増幅
器２１の入力側に零点および温度補償回路２２が設けら
れ、この回路２２の電調信号がその増幅器２１の入力信
号に付加される。

この回路２２は零点調整回路２３と温度補償回路２５と
からなり、零点調整回路２３は直流電源の正・負電圧（
例えば＋２０Ｖおよび一１５ｖ）の間に設けた可調整抵
抗２４により電調信号を増幅器２１の入力信号にあたえ
る。

この電調信号は途中分岐されて温度補償回路２５の温度
係数の大きい温度補償抵抗、例えば温度係数０．６０Ｘ
１０−２７’Ｃのニッケル抵抗２６を介して接地される
。

温度が低いときにはこのニッケル抵抗２６は抵抗値が低
くなるため、接地電流が増加し増幅器２１の入力信号に
付加される電調信号が減少し、一方温度が高いときには
ニッケル抵抗２６の抵抗値が高くなるため、上述と反対
に増幅器２１０入力信号に付加される電調信号が増加す
る。

なおニッケル抵抗２６と直列に設けられた抵抗２７はニ
ッケル抵抗２６の温度係数を調整する固定抵抗でさる。

いま零点および温度補償回路２２の出力（増幅器２１の
入力信号への電調信号）Ｖｏ２は、零点調整回路２３の
可調整抵抗２４によって得られる電気量Ａ２（この電気
量Ａ２は例えば０〜４５０ｒｎＶの可変幅を有する。

）と最終段直流増幅器２１の増幅ゲインＧ０に比例する
と共に、ニッケル抵抗２６により周囲温度ｔの影響を受
ける。

従って、ニッケル抵抗２６の温度係数α２とすると、次
式が成立する。

Ｖ ｏ ２ ＝ Ａ２ （１＋α２ｔ ） Ｇ□−・−
−−−・−（４）この（４）式の温度微分係数（温度勾
配）はｄ Ｖ Ｏ２／ ｄ を二Ａ２α２Ｇ□・・・・
・・・・・・・・（５）なお（４）式において、温度１
＝０とすると、Ｖ ｏ ２ ＝ Ａ２ Ｇ□・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（６）である。

次に第６図は検出器の零点ドリフト出力Ｖ ｏ １とこ
のドリフト出力ＶＯ□を補償する零点および温度補償回
路２２の出力（電調信号）Ｖｏ２との関係線図を示す。

図において直線（４）は（１）式による出力ｖｏ１、直
線（Ｂ）は（４）式による出力ＶＯ３である。

この直線（４）と（Ｂ）とは絶対値が同一で符号を逆と
するとき、最終出力Ｖｏ＝Ｖｏ１ ＋Ｖｏ２ ＝０とな
う、零点および温度ドリフトは補償される。

すなわち第５図における零点調整回路２３により（３）
式と（６）式とのＶｏｌ ＝Ｖｏ２、ＡＩＧｏ＝Ａ２Ｇ
□に零点調整を行うと共に、温度補償回路２５のニッケ
ル抵抗２６および固定抵抗２７によって、（２）式と（
５）式とのｄ Ｖｏｌ ／ ｄ ｔ＝ｄ Ｖｏ２ ／
ｄ ｔ、すなわちＡ１αＩ ＧＯ””Ａ２α２ Ｇｌ
に、温度補償をした電調信号は入力信号の零点と同時に
温度ドリフトを補償することができる。

以上に説明するように、本考案によれば、次の特徴（４
）、（Ｂ）を有する。

（４）検出器の出力信号が交流増幅器、同期整流器など
を介して導かれる直流増幅器２１に特に着目味この直流
増幅器２１の入力端に電気的零点調整回路２３を接続す
ることによシ、検出器の出力信号に対するすべての増幅
器のゲインの和Ｇ。

、機械的零点調整機構の光線遮光量Ａ１、直流増幅器２
１のゲインＧ０、および電気的零点調整回路２３によっ
て与えられる電気量Ａ２に基づいて、ＡＩＧｏ＝Ａ２Ｇ
１の零点調整を行なうことが可能となる。

（８）電気的零点調整回路２３に、検出器の温度特性（
つ１り検出器の熱線素子の温度係数）α１に対して符号
が逆でありかつ絶対値が同一である温度係数α２を有す
る温度依存性抵抗（つ１リニツケル抵抗２６）を備えた
温度補償回路すを接続することにより、ＡＩ ”Ｉ Ｇ
Ｏ＝Ａ２α２Ｇ１なる温度補償をすることができる。

その結果、本考案によれば、上記特徴（４）、（Ｂ）に
よって、零点ドリフトの補償と同時に、温度ドリフトの
補償が可能になった。

従って装置は小形化獣簡易化し、かつ製作費の節減が得
られるな６とその効果は極めて多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線ガス分析計の概略構成図、第２図はトリ
マの機能説明図、第３図は零点および温度ドリフトの出
力・温度線図、第４図は温度ドリフトの出力・温度線図
、第５図は本考案の一実施例の概略構成図、第６図は零
点および温度ドリフトと補償回路との出力・温度線図で
ある。 ２１：直流増幅器、２２：電調温度補償回路、２３：零
点調整回路、２４：可調整抵抗、２５：温度補償回路、
２６：温度補償抵抗、２７：固定抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）測定光線と基準光線との光学的不平衡から生ずる
   検出器の出力信号の零点のずれを調整するための機械的
   零点調整機構および電気的零点調整機構と、前記検出器
   の出力信号が交流増幅器、同期整流器などを介して導か
   れる直流増幅器とを備え、この直流増幅器の入力端に前
   記電気的零点調整回路を接続し、かつこの零点調整回路
   に、前記検出器の温度特性と符号が逆でありかつ絶対値
   が同一である温度特性を有する温度依存性抵抗を備えた
   温度補償回路を接続したことを特徴とする赤外線ガス分
   析計。 （２ン 実用新案登録請求の範囲第１項記載の赤外線ガ
   ス分析計において、温度補償回路の温度係数α２は、機
   械的零点調整機構の光線遮光量Ａ１、検出器の温度係数
   をα□、および検出器の出力信号に対するすべての増幅
   器のゲインの和昶◎とし、かつ電気的零点調整回路によ
   って与えられる電気量をＡ２、および直流増幅器のゲイ
   ンをＧ１としたとき、Ａ１αＩ Ｇｏ ＝Ａ２α２ Ｇ
   ｌを満足するような値であり、しかもα、と符号が逆で
   あることを特徴とする赤外線ガス分析計。