JPS6011122A - 非分散型赤外分析法における干渉補償方法 - 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】 本発明は、試料ガス中に存在する測定対象ガスの成分濃
度全測定する非分散型赤外分析法において、比較的単純
な方法で試料ガス中に含まれる測定対象ガス・と共存す
るガスの干渉−成分を除去する干渉補償方法に関するも
のである。

従宋技０Ｉ、了 従業工業プロセスなどにおいてガス濃度の測定に用いら
れる非分散型赤外分析法は、赤外線に対し吸収詩１（′
Ｅを有するガスであれは何でも測定でき、」、た連＝ａ
測定が可能であるから、工業プロセス以外の分野にも広
く用いられている。

しかし、この柚の分析法において、後で詳述するが、試
料ガス中の…１１定対象ガスの持つ赤外線吸収スペクト
ルと異なる吸収スペクトルを持つガスが共存する場合に
は、干渉セルや光学フィルタによりその共存ガスによる
干渉を除去することができる。しかし、試料ガス中の測
定対象ガスの赤外線吸収スペクトルと一部又は全部と一
致する吸収スペクトルを持つガスが共存する場合には、
干渉セルによりその共存ガスによる干渉は除去すること
はできない。そこで、測定対象ガスで充填された検出器
と光学的に直列に、共存ガスの充填された検出器を接続
して、共存ガスによる干渉を補償する方法もあるが、こ
れによると測定する１祭の調整が複雑であり、測定の操
作性に劣る欠点があった。

発明の目的 本発明は、試料ガス中に共存する干渉ガス成分濃度に応
答するセンサを測定セルに外付けし、そのセ／すの出力
を試料ガス中の測定対象ガスの成分濃度と共存する共存
ガスの成分濃度との出力から差引くことにより、共存ガ
スによる干渉を補償することのできる非分散型赤外分析
法における干渉補償法を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、一様な波長を有する２つの赤外線光束の一方
を赤外線を吸収しないガスで充填された比較セルを介し
て測・ポガスで充填された検出器の一方の室に入射させ
、曲刃の赤外線光束を試料ガスの流通する測定セルを介
して前記した測定対象ガスで充填された他方の室に入射
さぜ、前記検出器の出力を増幅器に加え、前記測定セル
に外側けされた試料ガス中に含まれる干渉ガス成分濃度
に対応した出力を発生するセ／、ザか−らの出力を前記
増１商器に加えて、測だ対象ガスと共存するガスの干渉
成分出力を差引き、測足対象ガス成分濃褪のみを出力す
る非分散型赤外分析法における干渉補償法を−Ｆ！ｆ徴
とする。

以下における本発明の実施例において、試料ガス中に含
まれる測定対象ガスＳＯ２と干渉ガス成分１４２０とが
共存する場合の干渉補償法について説明しであるが、こ
れに限定されるものではなく、試料ガス中に存在する共
存ガスの成分濃度に感応する傭類のセンサを用いること
により干渉補償を行なうことができるものであるから、
本発明の実施例において説明した共存ガス以外のものに
も干渉補償をすることができるものであって、特定の実
施態様に限定されるものではない。

以−Ｆ１従来の干渉補償法と本発明の干渉補償法の実施
例について説明する。

従来技術す説明（第１図と第２図） 第１図は干渉セルによる干渉補償法を、第２図は共存ガ
スを充填した検出器による干渉法を示す。

第１図において、■は赤外線光源、２は赤外線光源１か
ら放射される光束を測定光束Ｍと比較光束Ｓとに分離す
る光束分配器、３はチョッパで、測定光束Ｍと比較光束
Ｓとを交互に干渉セル４に入射さ炸る。４の干渉セルは
、共存するガスによる干渉の影響を除去するものである
。６は比較セルで窒素ガスＮ２なとのような不活性ガス
で充填されでおり、比較セル６に入射された比較光束Ｓ
は赤外線吸収が行なわれずに、測定対象ガスで充填され
た検出器７のｉ７Ｂに入射される。５は試料ガスが流入
し、流出して行く測定セルで、測定光束Ｍは測定セル５
を透過し、検出器７の室７Ａに入射する。９はダイヤフ
ラム電極で、不図示の固定電極との１Ｂｊで差動コンデ
ンサを形成する。ＩＯは、差動コンデンサの出力を増幅
する増幅器である。

次に、動作全説明すると、赤外線光源１から発生された
赤外線光束は光束分配器２により測定光束Ｍと比較光束
Ｓとに分離され、チヨソ・き８により交互に分離されて
干渉セル４に入射される。干渉セル小において共存ガス
による干渉補償が行なわれ、干渉ガスと一致するスペク
ートルの大部分が吸収される。測定光束Ｍは測定セル５
に、比較光束Ｓは比較セル６に入射される。測定セル５
において、試料ガス中の測定対象ガスの持つ赤外線吸収
スペクトルの一部か吸収され、検出器７の室７Ａに入射
される。検出器７のｉ７Ａと７Ｂに充填された測定対象
ガスは、測定光束Ｍと比較光束Ｓの固有波長域の赤外線
を吸収して膨眼する。測定光束Ｍは、検出器７の室７Ａ
においては測定対象ガスにより既にその一部分が吸収さ
れているため、比較光束Ｓの入射する検出器７の室７Ｂ
側の、膨張力より弱く、従ってダイヤフラム電＋ｆ９の
室７Ａ側に変位し、その差動出力は増幅器１０に加えら
れる。

前記した干渉セルによる補償法は、測定対象ガスと共存
する干渉ガスとの赤外線吸収スペクトルが一部又は全部
と重なる場合には、例えばＣＯとＣＯ２においては赤外
線の吸収特性は４．５μｍ付近で一部重なり、またＳＯ
２とＨ２Ｃにおいては７．５μｍで完全に重なっている
場合には、完全な補償をすることができない欠点がある
。

前記した欠点を除くものとして、第２図において干渉補
償検出器による干渉補償法を示す。

同図において、参照数字１〜７を付された構成部品は第
１図に示されたものと同じであるのでその説明は省略す
る。検出器７と光学的に直列に検出器１１が接続されて
おり、検出器７と１１の出力は増幅器１０と１３を介し
て差動増幅器１４に加えられる。

ここで、試料ガスはＳＯ２と１−１２０で、測だ対象ガ
スをＳ０２、共存ガスを１（２０とすると、検出器７の
室７Ａと７ＢにはＳＯ□ガスが、検出器１１の室１１人
とＩＩＢには１１２０ガスが充填されている。

測定セル５に入射きれた測定光束Ｍは、試料がスである
Ｓ０２と１１２０により一部吸収きれて検出器７の室７
Ａに入射されるため、赤外線の吸収による膨張力は弱い
が、比較セル６において赤外線吸収を受けない比較光束
Ｓが検出器７０室７Ｂに入射されると、赤外線吸収によ
る膨張力は犬となるため、ダイヤフラム電極９は室７Ａ
側に変位し、増幅器１０にはその出力としてＳＯ２とＨ
２０成分濃度に対応する電圧が加えられ、る、−方、検
出器１１の室１１ＡとＩＩＢには、検出器７の室７Ａと
７１３を透過しだ測定光束ＩＭと比較光束Ｓが入射され
る。

検出器１１の室１１ＡとｌｌＢには共存ガスＨ２０が充
填されているため、測定セル５及び・検出器７で吸収さ
れたスペクトル以外の残存スペクトルにょってグイヤフ
ラム電喚１２が変位される。この残存　′スペクトルに
よる変位の大部分子１Ｈ２０によって生した一部分が検
出器７を透過してきたＳＯ２によりで生じる。このダイ
ヤフラム成極の変位によって生じる出力として１１□Ｏ
成分、濃変に対応す否電圧が増幅器１３に加えられ、差
動増幅器１４からは、Ｓ０２とＨ２０成分棲度を示す電
圧とＨ２０濃度を示す電圧との差゛電圧があるＳＯ２成
分濃度を示す電圧が出力され、干渉補１賞が行なわれる
。

しかし、この補償法によると、測定の際の調整が複雑で
あり、測定の操作性に劣り、また装置自体が高価となる
欠点がある。

本発明の詳細な説明（第８図と第４図）以下に本発明の
詳細な説明する。

第８図において参照数字１〜７．７Ａ、７１Ｊ、９を１
寸された構成部品は、第１図に示されたものと同じであ
るので、その説明は省略する。測定セル５には別室１５
が連接されており、試料ガスの流通する所にセンサ１６
が設けられている。このセンサ１６は、この実施例にお
いては感湿センサであり、水晶振動子上に水分を強者す
る性質を持つ尚分子を塗布したもので、試料ガス中に台
筐れる水分ガスト１２０の吸冶計に依存して水晶振動子
の発振周波数が変化する。第４図には、周波数変化と水
分濃度との関係ケ示すグラフが示されており、水晶振動
子の尚波数変化△ｆが増加するのに伴なって水分濃度も
増大して行く特１生が示されている。

１７は周波数変化へｆをアナログ吊−に変換するＩ）Ａ
変換器で感湿センサ１６に接続されており、］８はアナ
ログ出力の；ｄ７．１整用抵抗器で、その出力ｉｄ摺動
子１．８′より差動増幅器１９の二方の入力に接続され
る。

なお、調整用抵抗器１８の摺動子１８′は、感湿センサ
１６の出力を検出器７から出力される共存ガスによる干
渉出力と等しくなるように調整しておくことが昼間であ
る。１９は摺動子１８′と検出器７とからの出力の加え
られる差φ力曜４１咄イ３である。

測だセル５に導入される試料ガスはＳＯ２と１１２０と
から成り、測定対象ガスはＳＯ２で、共存する干渉ガス
はｌＩ２０である。検出器７０室７Ａと７１３には、測
定対象ガスであるＳＯ２が充填されている。

い寸、測定セル５を流入した試料カスは、感湿センサ１
６の設けられた別室１５を通過して排出される。光束分
配器２からのＭ１］定光東Ｍと比較光束Ｓとはチョッパ
３により父互に断続され、干渉セル４を介して測定セル
５と比較セル６とに入射される。比較セル６においては
赤外線吸収が行なわれることなく、検出器７の室７Ｂに
比較光束Ｓが入射される。測定セル５を透過する測定光
束Ｍは１試料ガスＳ０２とＨ２Ｏにより一部分の赤外線
吸収が行なわれた陵に、検出器７の室７Ａに入射される
。検出器７の室７Ｂに入射される比較光束Ｓは比較セル
６において赤外線吸収が行なわれず減衰していないから
、室７Ｂにおける膨張力は大となり、ダイヤフラム成極
９を室７Ａ側に変位させ、その容量変化に対応する電圧
を差動増幅器１９の一方の端子に入力する。次に、測定
セル５を流出した試料ガヌは別室１５に流入し、感湿セ
ンナ１６の周辺を流浪するが、感湿センサ１６は試料ガ
ス中に共存するＨ２０ガスを吸着し、１−１２０ガスの
譲度に比例した同波数変化を生じ、その検出信号はＤＡ
変換器１７によりアナログ量に変換された仮に、調整用
抵抗器１８と摺動子１８′を介して差動増幅器１９の他
方の端子に入力される。検出器７からの出力は試料ガス
中の測定対象ガスｓｏ２と共存ガスト１□Ｏとの出力の
和であり、ＤＡ変換器１８からの出力は共存ガスト■２
０の出力であるから、差動増幅器１９からの差出力は測
定対象ガスｓｏ２のみと彦り、共存ガスによる干渉を補
償することができる。

なお、前記した感湿セッサとして水晶撮動子に水分全吸
着する高分子を塗布したものを用いているが、水分に感
応する誘電体を用いた静電容量型のセンサ、抵抗変化型
又はインピーダンス変化型のセンサを用いても、共存ガ
ス、であるＨ２ｏガスによる干渉を補償することができ
る。

丑だ、試料ガス中に測定対象ガス以外に多成分の共存ガ
スが存在する場合には、測定セルの流入口又は流出口等
にそれぞれの共存ガスに感応するそれぞれのセンサを外
付けすることにより、共存ガスによる干渉を補償するこ
とができる。

発明の詳細 な説明したように本発明によると、測定セルに試料ガス
中の測定対象ガスと共存する共存ガス成分巖度に感応す
るセッサを外付けし、このセンサからの共存ガス成分濃
度に対応する出力を、測定対象ガスの充Ｊ剪された検出
器からの測定対象ガス成分濃度と共存ガス成分ａ度とに
対応する出力から差し引くという比較的簡単な方法より
、試料ガス中に測定対象ガスと共存する共存ガスの影響
を何ら受けることなく、測定対象ガス成分濃度に対応す
る出力のみを正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

分濃度の関係金示すグラフである。 図中、■は赤外線光源、：ｌｌ：ｌ：光束分配器、８は
チョッパ、小は干渉セル、５は測定セル、（５は比較セ
ル、７は検出器、１５は別室、１６は感湿センサ、■？
！１Ｌ）Ａ変換器、１８は調整用抵抗器、１９は差動増
１１届器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 け）、一様な波長を有する２つの赤外線光束の一方を赤
   外線を吸収しないガスで充填された比較セルを介して測
   定ガスで充填された検出器の一方の室に入射させ、油力
   の赤外線光束を試料ガスの流通する測定セルを介して前
   記した測定ガスで充填された検出器の能力の室に入射さ
   せ、前記演出器の差出力を増幅器に加え、前記測定セル
   に外付けされた試料ガスに含まれる干渉ガスの成分濃度
   に対応した出力を発生ずるセンサからの出力を前記増幅
   器に加えて、測定７１象ガスと共存するガスの干渉成分
   出力を差引き、前記測定対象ガス成分濃度のみをト突出
   することを特徴とする非分散型赤外分析法における干渉
   補償力、去。 （２）。前記した干渉ガスが多成分の干渉ガスである」
   局舎に、前記した測７岨セルに外付けされた多成分の干
   渉ガスにそれぞれ感応するセンサからの出力を増幅器に
   加え、多成分の一干渉ガスによる干渉を補償することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非分散型赤外分
   析法における干渉補償方法。