JPS6020040Y2 - 赤外線ガス分析装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は工業プロセスにおける被測定ガス濃度を連続
測定する赤外線ガス分析装置の精度向上のための改良に
関するものである。

プロセスに用いられる連続測定形の赤外線ガス分析装置
は一般に非分散方式と称され、プリズムなどの分光器を
用いず、一般にニクロム線のフィラメントを８００℃位
に加熱してたとえば２〜１５μの一様な波長特性をもつ
赤外線源とするなど、構造簡単で堅牢性が高く、廉価に
製作できるため、感度や選択性（測定が他の共存ガスの
影響を受けないこと）の点ではガスクロマトグラフに及
ばないが、連続測定ができることや価格が廉いなどの特
徴があり、広く用いられている。

この装置は上記赤外線源フィラメントの特性の合った２
個を直列につなぎ、一方を測定ガスたとえばＣＯ２ガス
を通す測定セル側、他方は窒素ガスなどの赤外線を吸収
しないガスを満たした標準セル側を赤外線をセクタを介
して同時に照射させる。

この両セルを透過した赤外線すなわち測定セルによって
一部吸収された赤外線と、標準セルを通って全く吸収さ
れない赤外線が検出器に同時に入射する。

この検出器の受光面側に被測定ガスと同一のガスが封入
されており、赤外線の入射によってガス固有の波長域の
赤外線を吸収し、温度が上昇する。

この分の内圧上昇が金属薄膜を変形させ、これに対向し
て設けである固定電極との間の静電容量が変化する。

その値を電気信号として検出し、測定ガスに固有の赤外
線の量を求めることができる。

上記測定セルと標準セルとを透過した赤外線とによる上
記内圧の差が膜の振幅となり、方形波の出力がとり出せ
るものである。

以上述べた作動原理から装置は周囲温度の影響を受は易
いものであるから従来から分析上の温度影響を少くする
恒温装置が組込まれている。

しかしながら従来の恒温装置は分析郡全体をヒータとフ
ァンで構成した恒温槽に収納したり、検出器およびセル
をヒータで空間を介して覆い、一定温度に保つようにし
ているが装置の周囲温度が０〜４５℃というような広範
囲の変化に対しては、検出器の温度が変化し指示が変化
する欠点がある。

またセルを含む光学系に直接温調するばあい大電力のヒ
ータを用いると指示に温度の影響が出るため小電力のヒ
ータで徐々に温度を上げなければならず、このため所定
温度に暖機する時間が永くなり分析作業の能率が上らな
いという問題点もある。

この考案は以上の現況に鑑みてなされたもので従来の連
続測定形の赤外線ガス分析装置の恒温上の欠点を解消し
、分析上に及ぼす周囲温度の影響を極力抑え、高精度を
保つとともに始動に際して所定温度に装置を暖ためる時
間を短縮し、作業能率の向上を図るものである。

すなわち赤外線を吸収しないガスを充填した標準セルと
、赤外線を吸収する被測定ガスを流す測定セルとに一様
な波長を有する赤外線を照射するとともに、金属薄膜を
介して２室に仕切った密封空間に前記被測定ガスと同一
のガスを封入し、これに前記両セルを透過した赤外線を
入射させ、封入ガスの温度上昇に伴なう内圧の変化を前
記金属薄膜とこれに対向する固定電極とで形成するコン
デンサの静電容量変化として変換する検出器によって吸
収赤外線量を検出するようにし、この検出器の部分を外
気より高い一定の温度に温度保持し、被測定ガスの濃度
を測定する装置において、前記標準、測定の両セルなら
びに検出器を収容し、加熱体を有する保温囲いを設け、
この保温囲い内空間を装置周囲の外気温度より高く、か
つ前記検出器筐体温度よりも低い一定温度に保つように
したことを特徴とする赤外線ガス分析装置にかかるもの
である。

以下図面によってこの考案の実施例を説明する。

第１図はこの考案にかかる赤外線ガス分析装置の分析部
の正面図（図の左方に制御部や表示部があるが図示を省
く）、第２図は第１図の■−■断面を側面から見た図、
第３図は第１図■−■断面のうち検出器のみの断面図で
ある。

１はセクターモータで赤外線源からの光をたとえば１〜
２０ＣＰＳの周期で測定セル、標準セル側に同時に照射
する光束遮断器（セクターまたはシャッター）を回転さ
せるモータ、２はたとえばニクロム線フィラメントにＩ
Ａ程度の電流を通じ赤外線を放射させる光源部で上記１
のモータにて回転されるセクターを上記光源の下部に位
置させている。

３は標準セルでたとえば純窒素などの赤外線を吸収しな
いガスを充填密封したもの、４は測定セルで被測定ガス
（金側としてＣＯ２とする）が連続的に流れるものであ
り、上記３，４ともにその上下端面は赤外線透過率のよ
いぶつ化カルシウム、ぶつ化リチウムなどが用いられて
いる。

５は検出器で第３図の断面図に示すようにたとえばアル
ミニウムまたは黄銅のブロック６の内部に金属薄膜７に
よって２室に仕切られた密閉室８，９が設けられて１０
．１１の連通孔を介して検出器上部に設けた赤外線受光
ガス室１２．１３と連通し、ともに被測定ガスと同じガ
スたとえばＣＯ２が封入されている。

１２．１３の受光ガス室は上記標準セル３と測定セル４
に対向するものであり、３，４のセルを透過した赤外線
が入射する。

このため受光面窓材は上記セルの両端面と同様の赤外線
透過率のよい材料で作られている。

１４は上記金属薄膜７に対向する固定電極であり、この
構成でコンデンサを形威し、この検出器をコンデンサマ
イクロフォン式検出器と一般に呼ばれている。

１５は前置増幅器で上記コンデンサの静電容量変化を電
気信号に変換するもので内蔵物の図示は省略し、斜線で
示す。

検出器５の上記の構成は従来のものと同一であり、この
考案の要部はブロック６の中央後方に埋設したヒータ１
６とそれに近接して同じく埋設したたとえばサーミスタ
などの感温素子１７である。

この１６．１７を８，９および１２，１３のガス室にで
きるだけ遠くかつ対称的な位置に設けることによって各
ガス室への熱の伝導を均一化し、安定した温度調節がで
きるものとなる。

設定する一定温度は装置周囲温度より常に高い温度たと
えば５８℃とする。

これは周囲温度が４５℃位まで上昇するばあいにそれよ
り若干高い温度として設定されるものである。

第１、第２図にもどって１８は分析部の取付ブロックに
なっており、上方だけ平板状であるが、セル３，４に対
向する両側面は１９の両側板で覆われている。

１９はこの考案の今一つの要部である保温囲いで、金属
板で一字形で形成され１８の取付ブロックと一体となっ
ており、平板状ヒータ２１ならびに温度センサ２２をそ
の内面に設けている。

平板状ヒータ２１は検出器５の両側面に対称的に、かつ
空間２３を介して対向させている。

２４は上記保温囲いの前蓋であり２５はそれをねじ止め
するネジ穴、２６は止めねじである。

２７は分析部外面で、２８はその前蓋である。

この構成によって３，４のセルならびに検出器５は上方
開口の囲い内に収容された形となり、その空間２３．２
９はヒータ２１、センサ２２ならびに図示しない温度装
置によって前記検出器の設定温度より若干低いたとえば
約５０°Ｃ（周囲温度２０°Ｃのとき）に保つように構
成しである。

第４図は分析部の各寸法 Ｈに）４−１Ｗ−１６ｃｍＸ
Ｄ≠２０ｃｍの標準的な大きさの装置においてこの考案
の恒温装置を設けたときの温度特性図である。

すなわち周囲温度Ｔが０〜４５℃の範囲において変化さ
せたとき装置内の各部がある時間後に安定する温度すな
わち検出器３筐体温串１、保温囲い内空間２３，２９温
ホ２、分析部外面２７，２８内の温度ちの変化を実験的
に求めたものである。

全周囲温度（Ｔ ＝ ２０℃）のばあいについて見ると
（ｔ１＝沼℃）に対しｔ２は８℃の温度差で５０°Ｃと
なっており、ちに対して１５℃高く保温されている。

また周囲温度Ｔを２０°Ｃ基準として±２０’Ｃの変化
に対しｔ３は±１０°Ｃの変化をするのに対し、ｔ２は
±３℃（周囲温度変化の約１／６）の変化に止まり、さ
らにちはほとんど変化しないという結果を示している。

このｔｌが変化しないことによって検出器封入のガスの
温度変化は赤外線の吸収によるものだけとなり、高い精
度で赤外線の量すなわち測定ガスの濃度を測定しうるも
のとなる。

以上がこの考案の実施例装置の構成と作用であるが、こ
の考案は図示や説明に限定されるものではなく、たとえ
ば第２図の検出器筐体６にヒータ１６を埋設せず、両側
面３１．３２または背面３３に平板状ヒータを密着させ
、センサ１７だけ埋設する方法でも同様の効果が得られ
るものである。

また第４図のｔ□？ ｔ２の温度差設定も、周囲温度Ｔ
の変化範囲の大小によって必ずしも８℃（２０℃におい
て）に限定されない。

この考案は以上のように構成されているので従来の連続
測定形の赤外線ガス分析装置の欠点や問題点を解消する
ものである。

すなわち赤外線ガス分析装置の測定原理からその検出器
の温度が装置周囲温度の変化によって変動することが測
定値に誤差やノイズを生ずるものであり、とくに工業プ
ロセスの現場設置のように外気にさらされるばあいなど
上記検出器の恒温性は装置の性能を左右する要素となり
、この考案の二重温調装置は前述のように０〜４５℃の
大幅な変化に対しほぼ完全な恒温性を有し、高精度の分
析を常に保つ大きい効果だけでなく、装置始動時におい
て所定の設定温度に暖機する時間を短縮でき分析作業の
能率を向上しうる便宜な装置を提供したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の赤外線ガス分析装置の分析
部の正面図、第２図は第１図の■−■断面を示す側面図
、第３図は第１図の■−■の検出器断面図、第４図は装
置周囲温度の変化に対応する装置各部の温度特性図であ
る。 １・・・・・・赤外線を２つのセルに交互に照射するセ
クター用モータ、２・・・・・・赤外線光源部、３・・
・・・・標準セル、４・・・・・・測定セル、５・・・
・・・検出器：、６・・・・・・検出器筐体（金属ブロ
ック）、７・・・・・・検出器５内のコンデンサの可動
電極（金属薄膜）、８，９・・・・・・上記７にて仕切
られる２つの封入ガス室（密封空間）、１２．１３・・
・・・・検出器５内の標準セル３と測定セル４を透過し
た赤外線が入射する封入ガス室（密封空間）、１４・・
・・・・検出器内のコンデンサの固定電極、１６・・・
・・・検出器筐体中に埋設する加熱体（ヒータ）、１７
・・・・・・同じく埋設する温度センサ、１９・・・・
・・３，４の両セルおよび検出器５を囲む保温囲い、２
１・・・・・・上記２０の保温囲いの加熱体（平板状ヒ
ータ）、２２・・・・・・上記保温囲いの温度センサ、
２３．２９・・・・・・保温囲い空間、２４・・・・・
・保温囲いの前蓋。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 赤外線を吸収しないガスを充填した標準セルと、赤外線
   を吸収する被測定ガスを流す測定セルとに一様な波長を
   有する赤外線を照射するとともに、金属薄膜を介して２
   室に仕切った密封空間に前記被測定ガスと同一のガスを
   封入し、これに前記両セルを透過した赤外線を入射させ
   、封入ガスの温度上昇に伴なう内圧の変化を前記金属薄
   膜とこれに対向する固定電極とで形成するコンデンサの
   静電容量変化として変換する検出器によって吸収赤外線
   量を検出するようにし、この検出器の部分を外気より高
   い一定の温度に温度保持し、被測定ガスの濃度を測定す
   る装置において、前記標準、測定の両セルならびに検出
   器を収容し、加熱体を有する保温囲いを設け、この保温
   囲い内空間を装置周囲の外気温度より高く、かつ前記検
   出器筐体温度よりも低い一定温度に保つようにしたこと
   を特徴とする赤外線ガス分析装置。