JPS59178340A - 流体分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流体分析装置に関する。

内燃機関の燃焼ガス分析システムとして次の如きものは
知られている。即ち、内燃機関のプラグ等にガス採取孔
をあけ、このガス採取孔とガス輸送管の途中に設けたガ
ス流入口とを接続し、ガス輸送管の一端にキャリヤガス
（所定時間ごとに採取される試料ガス同士を画すると共
にそれらを輸送するガス）の容器を接続すると共に、他
方の端を大気に開放し、更にガス輸送管の、ガス流入口
より下流に光源と受光素子とからなる公知のガス分析装
置を設けたものは知られている。

上記の如きシステムにおいて、内燃機関を作動すれば、
それが爆発を起こす度に高圧の燃焼ガスの一部がガス輸
送管内で移動しているキャリヤガスの圧力に打ち聾って
それを押しのけてガス輸送管内に入り込むため、ガス輸
送管内には試料ガス（燃焼ガス）とキャリヤガスとが交
互に存在した状態となり、これらガスはキャリヤガス容
器内の圧力によりガス輸送管内を出口に向かって圧送さ
れるので、試料ガスが公知のガス分析装置の設けられｔ
コ部分を通過する間に、それにより分析するようにして
いた。ところが、公知の分析１’ｎ　置は、光源と受光
素子とによりそれらの間を通過する試料ガスを一度だけ
分析するだけであったため、検出ｆＬ’９　＋１は受光
素子の感度によって必然的に決まるものであった。従っ
て、場合によっては正確な分析か出来ないことがあると
いう欠点に＼あった。

この発明は、１個の受光素子の検出感度の２倍の検出感
度を得ることの出来る流体分析装置を提供することを目
的とするものである。

なお、この発明は上記の如く、内燃沢関のガス分析装置
として発明されたものであるが、それ以外の２”１類の
ガス又は液体か交互に接して流机るカス・液体等の分析
にも使用し司るものであることは云うまでもない。

以下にこの発明を図面に示す実施例に基づし）で説明す
る。

第１図に示す如＜、屯火制′卸器（１７）により制御さ
れる公知のエンジン（］）は、シリンダ（２）と、これ
に臂降自在に嵌められたピストン（３）と、シリンダ（
２）の吸気口を開閉する吸気弁（４）と、シリンダ（２
）の排気口を開閉する排気弁（５）とを有している。シ
リンダ（２）の頂壁には点火プラグ（６）が取付けられ
、この点火プラグ（６）にはガス採取孔（７）があけら
れており、このガス採取孔（７）とガス輸送管（８）の
長さの途中に役けられｔこガス流入口（９）とは接続管
（１０を介して接続され、この接続管００には輸送管（
８）内のガスがシリンダ（２）内に逆流するのを防止す
る逆止弁（１ｊ）が設けられている。

輸送管（８）の左端にはキャリヤガスが圧入された容器
ａＺが接続され、輸送管（８）の右端は大気に開放され
ている。輸送管（８）の、容器ｑ２とガス流入口（９）
との間には、調圧器（１３＋と、サージタンク（１４）
とが介在されている。輸送管（８）のガス流入口（９）
より下流（第１図右側）にはガス境界検出器０→及びガ
ス分析装置Ｏ０が設けられている。

第２図にガス境界検出器０υ及びガス分析装置ａ０の訂
細を示す。この図において、カス境界検出器（−か設け
られ？Ｚ幅：Ｂ　’４’　（８）の部分の上下部は透光
壁＋２ｔｙ）　、　１２０）となされ、これら透光壁（
イ）、□□□を挾むようにして、公知の赤外線光源（２
））と、例えば〉１６起電素子からなる一対の受光素子
ｃ＝、ｃＡとが配され、受光素子（２）、（２）と下部
の透光壁は）との間には各受光素子ｑ　、　＠に対応す
る絞り孔ｇａ　、　ｑを有する遮光板（至）が介在され
ている。一対の受光素子ｎ　、　ｎは、それらによる誘
起゛上圧が打ち消し合うように直列接続され、これらに
は抵抗に）が直列接続され、受光素子４と抵抗（イ）と
の間にはＦＥＴ　（’８界効果トランジスタ）　ＣａＳ
のゲートが接続され、ＦＥＴ　（２りのトレイン・ソー
　ス間には所定の電子が掛けられるようになされ、ソー
スと電線との間には抵抗（イ）が介在され、この抵抗（
１７）とソースとの間に出力Ｗ　（’２Ｊｌｊ））”接
続されている。

上記の如き構成により、キャリヤガス八と試料ガスＢと
の境界を検出することが出来る。即ち、受光素千四、（
イ）に至る光源０】）からの光のいずれもか同一のガス
の間を通過したものである場合、受光素子＠、■の受光
量は同一であり、そのため両者の誘起電圧は相互に打ち
消し合い、その状態に応じた出力電圧Ｅ。が得られ、そ
のことによりガス境界検出器０■の設けられた輸送管（
８）の部分に同一のガスが流れていることを知ることが
出来ろ。

ところが、一方の受光素子−に至る光源シ］）からの光
と、他方の受光素子ミに至る光源０υからの光と／Ｊ）
、相互に別のガスの間を通過したものであるときは、ガ
スによる光の吸収量が相違するため、受光素子印、１４
の受光量が押退し、それらの誘起電圧に変化が生じ、究
極的に出力電圧し。に変化が生じ、その変化に基づいて
ガス境界を検出することり）出来る。このようにしてキ
ャリヤガスＡと試料ガスＢとのガス境界を検出し、この
検出したガス境界のデーターに基づいて、公知の演算器
により所定の演算を行ない、輸送管（８）内におけるキ
ャリヤガスＡと試料ガスＢとの長さを知り、それら長さ
が等しくない場合には、演二草器よりの信号により調圧
器０３が調筋され、両ガスＡ、Ｂの長さを等しくするよ
うにしている。両ガスＡ　、　Ｈの長さを′：ｒ３：　
Ｌ　くする理由は後述するか、安するに長さを等しくす
ることにより両ガスＡ、Ｂの容積を等しくするのである
。

ガス境界演出）；ｌ、、　（１，１の下流に設けられた
ガス分析装置〆；、　ｆｌｆｉｌのカス分析槽（イ）は
、側壁（）罎の上部にガス入［二１ζ岱を、側！３．１
　！：（３に対向する側壁■の上部にガス出口Ｃ鉤を有
しており、この分析、Ｂ、１５　ｉｚすはガス人口勢を
上流側に、同出口（７）を下流ｆｆ’、ｌに向けるよう
にして輸送管（８）の途中に接続されている。分析槽・
４は下端に連通孔４３ηを有する仕切壁ζ織により等し
い容積の２つの分割槽（２９ａ）、（２９ｂ）に仕切ら
れ、これら分割槽（２９ａ　）、　（２９ｂ）は、ガス
人［コＧ、やからガス出口（（財）に至る一連の通路を
形成するように前記連通孔Ｃ句により連通している。分
析漕凶の頂壁１讃及び１１シ壁（３′［Ｆ］は共に透光
壁により構成され、頂壁曽の上方には公知の赤外線光源
００の）設けられ、この上方に光源（ｉ’３の光を頂壁
（慢に向けて反射する反射器（１υが設けられている。

底壁（ト）の下方には光起電素子からなる一対の受光素
子ｕ’ｚｒ　、　ｆ＋ａが各分割ｒ、ｇ　（２９ａ　）
　＋（２９ｂ）に対１１１　シて設けられている。受光
素子０力。

（Ｉ２）の上方には、測定ガス成分により吸収される波
長の光のみを透過させる多層薄膜千ｌ少フィルタ讃が設
けられている。前記受光素子（１２１，Ｌｉ２は定電流
源０４）を含む差動回路Ｇｌυに接読されている。差動
回路０句は、一対の受光素子ｈａ　、　ｏａの受光量の
差に比例する出力を一対の出力％ｇ　（４６）　、θ６
）より出力するようになされている。差刀回路０９は具
体的には次のように構成されている。即ち、受光素子（
１２、１２及び一対の抵抗ＧＩ７）　、　Ｇ＋７）が直
列に接続されると共に、受光素子ｈａ　、　（Ｉａとの
間及び抵抗ｏｉ　、　Ｏｉとの間がアースされている。

而して、抵抗ＧＩ７）と受光素子０乃との各間にＦＥＴ
θ些のゲートが接続され、これらＦＥＴＷ）　、　１（
８）のソースは抵抗θ９）、可変抵抗器間、抵抗０９）
を介して接続され、可変抵抗器（１）は導線（５］）を
介して定電流源０４）に接続され、定電流源ｆ１４）は
導線（５２）及び分岐導線（５２ａ　）、　（５２ａ　
）を介してＦＥＴ　４Ｑ　、　Ｇ＋枠のドレインに接続
され、出力線ｈ６）、　ｏｏはＦＥＴ　４樽のソースと
抵抗００）との間に接続され、それらの出力端は公知の
差動増幅回路１５３）に接続されている。

次に前記装置の作用について説明する。

ます、ｌｉｌ＃Ｉ圧″）５　（ｉ：ｉ・の圧力をん１］
節して、シリンク（２）内の燃焼カスＢがガス流入口（
９）を通じて、分割槽（２９ａ　）、　（２９ｂ　）の
容積ニ等しい容’ｇ、＝’　ｆ：：　ケＬｎ　送Ｖ　（
８）　内にｔｃ人するように、且つ燃’ｊ３’ｏガスＢ
との間に介在するキ・、・リヤガスへの容部が分割槽（
２９ａ）、　（２９ｂ）の容積と等しくなるように調節
する。なお、試料ガス採取中においては、ガス境界検出
＜’Ｅ　Ｑ■や公知の演算器等の作用によりｇ＋’、ｌ
圧器（１；ヤを自動調節して、−１：記の状態を保持す
ることが１４４来る。

このような？ＷＬ　’、１ｊｊｊのあと、エンジン（１
）を作ｉｌＪすれば、それが爆発を繰り返すｔコびに、
ガス採取孔（７）。

ガス流入ＩＪ　（！ｌ）を；ｍじて輸送管（８）内に試
料カス）３が圧入される。ところで、輸送管（８）内の
、先に採取された拭ト１ガスＢ及びキャリヤガスΔは共
に容乳）（１功の即力；こより出口に向かって流れてい
るため、：’ｉｔＱ送管（８）内（ント５いて、試料ガ
スＢとキャリヤガス八とか交互に存在することになる。

このような試料ガスＩ３とキャリヤガスＡとの容櫃が前
記の如く、分割ハ”Ｊ　（２９ａ）、（２９ｂ）の容舊
と等しくなされているものであるから、例えば、前位の
分割階７　（２９ｂ）にキャリヤガスＡが充満し、イ々
位の分割ｔ＊　（２９ａ）　ニ試料ガスＢが充満した状
態のときにおいて、受光素子（１ｚ　、　ｅａの受光量
を検知すると、試料ガスＢ内の測定すべき成分が所定の
波長の光を吸収するので、両受光素子（６）、０乃の受
光量に」■の差が生じる。更にガスが流動し後位の分割
槽（２９ａ）内の試料ガスＢが前位の分割槽（２９ｂ）
に完全充満し、後位の分割槽（２９ａ）に後続のキャリ
ヤガスＡが充満したときに再び両受光素子り功、（４匂
の受光量の差を求めると−」■を知ることが出来る。従
って、先の状態と後の状態における受光量の差を求める
と２ΔＩとなるため、受光量の差を求めることにより差
励回路叩を利用しない場合でも、検出感度を２４すとす
ることが出来る。ところで、受光素子（４り。

（＋！は差動回路（Ｉｂｌに接読されているため、受光
素子部、　ａ、ａの受光量にΔ■の差が生じると、差動
回路（へ）の定電流源（４４）からの、一方のＦＥＴ　
ＩＱに流入する電流かΔ１（」■に比例する値）だけ増
加し、能力の１＝’ＥＴ　Ｕｅに流入する電流がΔＩだ
け減小するので、出力線ＧＩ６）　、　（１ωから出力
される出力の差を差動増幅回路１５３＋を介して出力す
れば、２ΔＩに比例した出力を得ることが出来る。以上
の説明から明らかなように、差動回路０υにより受光量
の差Δ■が生じることにより２Δ１、即ち２Δ■に比例
する出力信号を得ることが出来る。故に、この実施例に
おいては、差動回路０のを介して差動増幅回路１５３］
より出力信号を得るようにしているので、キャリヤガス
Ａが分割１ｆＪ（２９ｂ）に充満し、試料ガスＢが分割
槽（２９ａ）に充満している状態のときと逆の状態のと
きの出力信号を得ることにより究極的に２（２Δ■）に
比例した検出感度を得ることが出来る。

以上の次第で、この発明によれば、等容積の分割槽（２
９ａ）、　（２９ｂ）が設けられているので、それら容
積に等しい２種の流体を交互に分割槽（２９ａ）　。

（２９ｂ）に圧入することにより、一方の流体を分割槽
（２９ａ　）、　（２９ｂ）の一方に、他方の流体を他
方に充満した状態でガス分析を行なうと共に、流体を流
して前記と逆の状態となしてガス分析を行なって、受光
素子４１２　、　（１３の受光量の差を求めることによ
り、検出感度を単に１個の受光素子による検出感度の２
倍とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第１図は
系統図、第２図は要部拡大断面図である。 （イ）・ガス分析槽、（２９，ａ）、Ｃ２９ｂ）−分割
・漕、０ツ・側壁、（ト）・ガス入口、−一側壁、（ハ
）−・ガス出口、ＯＱ　　仕切壁、（ハ）・頂壁、０９
）底壁、θＯ・赤外線光源、θつ・・受光素子、（５３
）・差動増幅回路特許出順人　株式会社ヤナコ計測 代理人　弁理士大西哲夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　流体分析槽（イ）の相互に対向する側壁０カーの上
   部に流体人口（ト）及び同出口（至）が設けられ、この
   流体分析槽（イ）は仕り壁（ト）により等しい容積の２
   つの分割槽（２９ａ　）（２９ｂ　）に仕切られ、これ
   ら分割槽（２９ａ）（２９ｂ）は、前記流体入口（ト）
   から流体出口（ハ）に至る一連の通路を形成するように
   底壁的が４つにおいて連通しており、この流体分析槽（
   ４の頂壁側及び底壁０［相］は透光壁となされ、頂壁（
   ハ）又は底壁０９）のいずれか一方のがわに光源θＱが
   他方のがわに分割槽（２９ａ　Ｘ　２９ｂ　）に対応し
   て１個づつの受光素子（４ａ　ｅａが設けられ、これら
   受光素子０乃０■に、これらの出力差を出力する差動回
   路（５３）が設けられ、前記流体人口０３より分割槽（
   ２９ａ　）（２９＋）　）の容積に等しい容積の２種の
   流体が交互に圧入されるようになされている流体分析装
   置。 ２　前記光源（ト）が赤外線光源であり、前記受光素子
   （６）が光起電素子である特許請求の範囲第１項記載の
   流体分析装置。