JPS6011160A - 水分分析計 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、水分分析計に関する。さらに詳しくは、ガ
ス中の微量水分量を効率良くかつ精度良く測定でき、各
種化学工業における湿度制御や監視用あるいは品質管理
用等として有用な水分分析計に関する。

（ロ）従来技術 従来から、振動子形、抵抗形等の種々の湿度センサーが
水分分析計に用いられている。このような水分分析計に
おける測定値の精度や確度は、湿度センサー自体の性能
と分析時の較正の正確さに大きく左右されるものであり
、ことに較正の正確さによって大きく影響されるもので
ある。従来かような水分分析計の較正方法としてパーミ
ェーション法による標準ガス、すなわち既知濃度の水蒸
気を含有するガスを水分分析計に供給する方法が知られ
ている。このパーミェーション法とは、ケフロン等の水
蒸気透過性膜を介して水又は水蒸気貯留槽から乾燥ガス
中に水蒸気を透過させて標準ガスを発生させる方法であ
り、かようなエレメントからなる標準ガス発生装置を内
蔵した水分分析計も提案されている。

しかし、従来の標準ガス発生装置を内蔵した水分分析計
では、湿度センサーを含む湿度測定部と標準ガス発生部
とは、別個のモジュールとして分離構成されており、さ
らにこれらは別々に温調されていた。従って、装置構造
が大きいという欠点があった。また、水分測定において
最も困難な問題の一つにガス配管の長さによって応答が
影響される（水分が配管内壁に吸着され易いことがら配
管が長い場合には応答が遅れ易くなる）点があるが、従
来の標準ガス発生装置内蔵の水分分析計では、前記のご
とく標準ガス発生部と湿度測定部とが分離構成されてい
るため、その間を接続する配管は比較的長くなり、標準
ガスの応答が遅れ易く較正時間が長くかかるという欠点
があった。ことに、標準ガス（通常ゼロガス）と試料ガ
スとをある一定周期の下に交互に湿度測定セル中に導入
してその応答の変化を検知する方法（レート法）が微量
水分の測定方法として用いられているが、この場合標準
ガスの応答性が分析精度に大きく影響するため、できる
だけその応答性を速めることが望まれていた。

（ハ）発明の目的 この発明は、上記のごとき従来の問題点に鑑みなされた
もので、分析精度が向上された標準ガス発生装置内蔵形
水分分析計を得ることを一つの目的とするものである。

に）発明の構成 かくしてこの発明によれば、試料ガス導入路と湿度セン
サーを内蔵する湿度測定セルとを備えた湿度測定部の周
囲に、該湿度測定セルにガス接続できるコイル状のパー
ミェーションチューブ及びそれに対応する水又は水蒸気
貯留槽を配置してパＳニージョン式標準ガス発生部を一
体構成してなり、かつこれらを同時に温調しうる温調手
段を付設したことを特徴とする水分分析計が提供される
。

（ホ）実施例 以下、図面に示した実施例によりこの発明を詳説する。

図に示す（１）はこの発明の水分分析計の一実施例を示
す断面図を含む構成説明図である。図において水分分析
計（１）は試料ガス導入路Ｑηと湿度センサーを内蔵す
る湿度測定セル（イ）とを備えた湿度測定部（２）　、
！：　、コイル状のパーミェーションチューブ０玲及び
それに対応する円筒状の水貯留槽（２）からなるパーミ
ェーション式標準ガス発生部（８）と、さらに湿度測定
部（２）及び標準ガス発生部（２）とを同時に温調しう
るヒーター（４）とから基本的に構成されてなる。

そして、上記パーミェーションチューブ０１）は第２図
に示されるように湿度測定部（２）の外周に沿って該測
定部（２）を囲続する様にコイル状に構成されており、
それにより湿度測定部（２）と標準ガス発生部（３）と
が一体溝成されこｎらの外周に付設されたヒーター（４
）により同一温度条件（通常、４５〜６０℃）に設定で
きるよう配慮されている。なお、図中、磐はガス流路切
替用の電磁パルプ、（ハ）は保温材を含む湿度測定部ケ
ース、に）は発振器やアンプ類を含む回路、鏝は標準ガ
ス作製用窒素ガス供給路、（５）はヒーターや温度調整
器を含む外側ケースをそれぞれ示す。

かかる構成の水分分析計は、湿度測定部と標準ガス発生
部とが一体にかつ空間効率良く溝成さｎているため、従
来の標準ガス発生装置内蔵形のものに比して、装置構造
が小さく有利であり、湿度測定部と標準ガス発生部との
配管も効率良く減少されているため応答性も優れており
、ことにレート法による微量水分測定時における分析精
度は顕著に改善されたものである。さらに、これらのモ
ジュール間の温調誤差も生じずかつ標準ガス発生部の水
貯留槽が熱的バッファーとしても働くため周囲環境の温
度変化によっても影響を受け難く熱的安定性が優れてお
り実際の測定においても好都合である。

なお、この発明の一つの好ましい態様における、より詳
しい構成を第４図に示しｆｃｏ図中、破線で囲む部分が
第１図に対応するこの発明の水分分析計であシ、ヒータ
ー（４）により各モジュールがそれぞれ同時に温調さｎ
ている。図において、試料ガスはガス管（７）から導入
されフィルター（９）で除塵された後ニードル弁で流量
調整されつつ、各電磁弁に制御され、流路Ｑを通じて湿
度測定セルに）へ又はバイパスＡへ流れる。湿度測定セ
ル中には、圧電素子と感湿膜（２２２）からなる湿度セ
ンサ（２２１）が内蔵されている。一方、標準ガスはガ
ス管（６）から導入され、乾燥器（８）で除湿された後
、フィルター（９）で除塵され流量調整されつつ各電磁
弁に制御され、セル（イ）及びバイパスＢに直接接続さ
れる流路又はコイル状パーミェーションチューブ０１）
ヤバイパスＢ′に接続する流路に導びかれる。すなわち
、ゼロガスは経路Ｐから、較正用の標準ガス及び試料ガ
スは経路Ｑから湿度測定セルに導入されることになり、
これらは各バイパスと電磁弁の作用により共雑導入され
ることはない。また、パーミェーションチューブ０■の
中央には分岐路（８１１）が設定されておシ、適宜低湿
度の別の標準ガスを発生供給しうるように構成されてい
る。なお、（財）は対照用の湿度測定セルブランクであ
り、セル中にゼロガス（乾燥ガス）が密閉導入されてい
る以外、セル（財）と同様な湿度センツー（２２２）を
内蔵している。また、（１０はガス排出ポンプを示す。

上記構成においてレート法による測定の際、試料ガスと
所定の標準ガスとが交互にセル（イ）中に導入される。

湿度測定セルの出力は、標準ガスことにゼロガスが流れ
た時ｆｄ、試料ガス又は較正用の標準ガスが流れた時ｆ
８であって、一定周波数ｆｒを示す対照セルの出力の差
（Δｆｓ　＝　ｆｒ　−ｆｓ又は△ｆｒ−ｆｓ）を混合
器（周波数ミキサー）でめ、演算部でΔ７−△ｆ８−Δ
ｆｄが得られ、これがレコーダーやディジタルディスプ
レイなどで記録・表示される。なお、ｆｒとｆｓは一定
周期で交互にセルに導入される時の切替時のピーク値を
示し、その波形を周期と共に第２図に例示した○測定の
際に得られるこの発明の効果は前述の通りであり、もち
ろんレート法以外の測定態様においても同様である。

この発明に用いる湿度測定セルにおける湿度センサーと
しては、圧電素子板上に蒸着等によって一対の薄膜電極
、例えば金や銀からなる電極を形成し、さらにこの電極
の少なくとも一方の角面に所望の感湿膜を被覆形成した
ものを用いるのが好ましい。

上記圧電素子板としては、当該分野で圧電特性を示す物
質として知られたものが拙々使用可能であり、具体的に
は水晶発振子、電気石、ロッシエル塩、チタン酸バリウ
ム、酸化亜鉛等が挙げられる。また、薄膜電極としては
導電性材料であれば使用可能であり、具体的には金、銀
等の腐食性の少ない金属類を蒸着して用いるのが好適で
ある。

また、感湿性能の安定性及び応答性の点から発明者らが
先に見出した湿度センサー、すなわち、圧電素子上に、
プラズマ重合高分子薄膜からなる感湿膜を薄膜電極を介
して密着形成してなる湿度センサーを用いるのが最も好
捷しい。プラズマ重合高分子薄膜としてはその表層に親
水性基が導入されたものが適当であゃ、プラズマ重合に
より得う詐たホリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼ
ン共重合体、スチレン−ビニルアルコール共重合体等の
ビニル芳香族系重合体やビニルアルコール−メチルセル
ロース共重合体の薄膜（約０．Ｏ１〜１　ｐｍ程度）の
表層にスルホネート基、第四級アンモニウム基、ホスホ
ネート基等の親水性基を導入したものが適当である。な
お、プラズマ重合条件としては、公知の条件を適用でき
、ことに低周波プラズマ重合により行なうことが高分子
の溝端や膜の均一性の点好ましい。

かようなプラズマ重合高分子薄膜（親水性基として、ナ
トリウムスルホネート基を導入したプラズマ重合ポリス
チレン膜；厚み約ｌ〜Ｂ　ｐｍ　）を感湿膜として用い
た圧電素子を、湿度センサーとして用い、第２図及び第
４図に示される構成からなる水分分析計を作製し、第３
図に示される周期で試料ガス（絶対湿度Ｂ　ｐｐｍ　）
を測定した際の応答性を比較例（湿度測定部と標準ガス
発生部とを分離構成した内蔵形水分分析計；図中破線）
と共に第５図に示した。

このようにこの発明の水分分析計においては、湿度を検
知して出力定常状態になるまでの時間が短かく、応答性
が改善されていることがわかる〇（へ）発明の効果 以上述べたように、この発明の水分分析計は、装置構造
が小さく、応答性も改善されており、さらに熱的安定性
も優れ、外部の影響も受け難いものである。従って、種
々の分野における湿度測定用として有用であり、ことに
レート法などを用いて０．ｌｐｐｍ程度の検知感度を意
図する微量水分測定用として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の水分分析計を例示する部分断面を
含む構成説明図、第２図は、同じく要部構成を示す説明
図、第８図は、レート法による出力周波数の波形を例示
するグラフ、第４図は、この発明の水分分析計の他の構
成例を示す構成説明図、第５図は、この発明の水分分析
計の応答性を比較例と共に例示するグラフである。 （１）・・・・・・水分分析計、（２）・・・・・・湿
度測定部、（３）・・・・・・パーミェーション式標準
ガス発生部、（４）・・・・・・ヒーター、ｅｌ・・・
・・・試料ガス導入路、に）−・・・・・湿度測定セル
、Ｏｐ・・・・・・コイル状パーミェーションチューブ
、　に）・・・・・・水貯留槽、（２２１）・・・・・
・湿度センサー、（２２２）・・・・・・感湿膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料ガス導入路と湿度センサーを内蔵する湿度測定
   セルとを備えた湿度測定部の周囲に、該湿度測定セルに
   ガス接続できるコイル状のパーミェーションチューブ及
   びそれに対応する水又は水蒸気貯留槽を配置してパーミ
   ェーション式標準ガス発生部を一体構成してなり、かつ
   これらを同時に温調しうる温調手段を付設したことを特
   徴とする水分分析計。 ２、湿度測定セル中に内蔵された湿度センサーが、親水
   性基を導入したプラズマ重合高分子薄膜を感湿膜とする
   圧電式湿度センサーである特許請求の範囲第１項記載の
   水分分析計。