JPS6170453A - 酸素分圧測定装置 - Google Patents

酸素分圧測定装置

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JPS6170453A JP60183783A JP18378385A JPS6170453A JP S6170453 A JPS6170453 A JP S6170453A JP 60183783 A JP60183783 A JP 60183783A JP 18378385 A JP18378385 A JP 18378385A JP S6170453 A JPS6170453 A JP S6170453A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に、混合気体中における特定な気体の分圧
の測定に関し、特に、磁場を高速に印加することによっ
て、混合気体中に音響波を発生する酸素の常磁性特性を
利用した呼吸酸素含有量測定に関する。
〔従来技術とその問題点〕
従来、混合気体中の気体分圧測定において、酸素等の気
体の常磁性特性を利用する技術は周知である。酸素は他
の呼吸気体に比べて、磁気に対する感度、磁化率、が約
100倍である点でfF異である。
磁場が存在する場合、酸素は明らかに、その常磁性のた
め、濃度、粘性、及び熱伝導率が変化する。
このような変化は、温度と磁場を変化することにより調
整される。
以上説明した全ての効果は、従来、呼吸気体中の酸素の
分圧を測定する装置に使用されている。
従来の酸素分圧測定装置のひとつが米国特許第2.41
6,344号(1947年2月25日)に説明されてい
る。このような装置の基本原理は、不均一な磁場内の試
料室にかかる力が該試料室の周囲にあるにつり下げられ
た水平棒の両端に固定′される窒素で光満する2貼のガ
ラス球を用いている。該装置に導入された酸素は、磁石
の両極間に果甲し、そり比較的高い督度のために、窒素
で満たされたガラス球に移動(disBrIa−cem
ent)が生ずる。この移球の偏向角は該酸素浸度に比
例する。
酸素の磁化率が温度に対して反比例で変化する米国特許
第3.616,679号(1971年11月2日)に説
明されている。磁気波型装置は、円筒状の試験室内の不
均一磁場に置かれる気体試料を加熱する。この気体試料
にr:&素等の常磁性気体が含まれる場合、加熱構成要
素付近に生ずる磁場の強度が減少する方間に磁気波が生
成される。この磁気波は、温度に応答する別々の感知器
に流れ、該感知器の温度変化は適確な電気回路によって
測定される。該測定回路は、装置に与えられた試料気体
中の常磁性気体の濃度に比例する電圧を出力する。
米国特許第4,173.975号(1979年11月1
3日)では、基準室が、振動によって圧電ベンダ・バー
1(piezoelectr ic bender b
ar )を用いて磁気回路の空隙を出入りするように放
lfすれた酸素分圧測定装置が説明されている。磁気回
路は、測定する酸素と、他の気体を含む周囲混合気体中
に設!される。
この周囲気体は、該空隙領域を満たl、、これ罠より、
磁気回路内に成る磁束を生じさせる。基準室が空隙を出
入する運動は該磁束を変化させ、この磁束変化量は周囲
混合気体中に存在する酸素の部分圧力な示す。空隙を出
入りする基準室の振動による磁気回路における磁束変化
量を測定するため、磁束変化感知手段が設けられている
米国特許!3,584.499号の”Quick Re
sponseOxygen Analyzer″(19
71年6月15日)では変動する不均一磁場内における
試料気体の変化圧力と比較又は基準気体の圧力との差を
測定するための圧力差検出器を用いる酸素分圧測定装置
を説明している。2つの気体の磁化率は気体中のは素含
例することを示すことができろ。従って、基準気体の酸
素含有量とその磁化率が既知であれば、試料気体の酸素
含有量を決定することができる。
呼吸毎に、100%の酸素を呼吸する人体の酸素摂JI
Ii、tを測定する装置は、正確な性能を有することが
快求される。正常な人体の酸素摂取量は数%のオーダで
あり、酸素摂取量の変化が10%から20%であると重
大であることがわかる。従って、100%の酸素につい
ての酸素摂取量の測定は、0.1%のオーダの精度を要
する。更に、流量と、流量と酸素濃度の積の積分とを同
時に測定する上述した測定装置では、0.50秒のオー
ダの応答時間が必要である。
加熱されたフィラメント周囲の拡散に依存する方法と同
様な分子の緩慢さく sluggishness )に
依存する熱磁気方法(thermomagnetic 
methods )は、約0.1秒の応答時間を必要と
する。しかし、ポーリングのM埋を用いる気体分析器は
、大きい体積が安来されることと、流量が制限されるこ
とから、上記の高速な応答時間に、対応することができ
ない。加熱されたフィラメントを冷却する熱磁気効果、
つまり磁気波を用いる装置は、搬送気体に影響を受け、
その構成は、極めて微妙であり、多くの調整を妄する。
ポーリングの原理で作動する気体分析器も、搬送気体の
影響を受ける。更に、上述した殆んど全ての酸素分圧測
定装置は、特殊な磁極俸の部品が必要とされる。
〔発明の目的〕
従って、本発明の目的は、簡単な構成でかつ高速に正確
な測定を行うことのできる酸素分圧測定装置を提供する
ことにある。
〔発明の概蟹〕
従来の気体すな磁性を測定する方法は、混合気体上の磁
界によって生成される定常状、・塵の効果を利用する。
磁場の印加によって、気体分子の磁気双極子は、印加磁
場に対してその双極子が整列するようなトルクを受ける
。酸素の場合、対を成していない電子スピンが印加磁場
と一致するように整列する傾向乞示す。整列する双極子
集団は、極めて素速く、印加磁場の整列に適合するよう
に、僅かにシフトする。各双極子の力は、局部磁場の傾
きに比例する。酸素分子は、最大磁場強度の領域に回っ
て引きつけられ、反磁性体気体の分子はこれらの領域か
ら押し出される。最大磁場強度の領域に向って、酸素分
子を加速させる磁場の動きにより、音響波が発生する。
磁場が一定に維持されていれば、音響擾乱は媒体中に伝
搬され、そして消滅する。つまり平衡状態が成立するこ
とになる。音響波が消滅した後に測定を行うことは、定
常又は静止状態について測定することとなる。本発明は
、混合気体中の酸素含有t?決定するため、前述する音
響波自身の強度を測定する。
本発明にかかる酸素測定装置は、入口、出口ポートを有
する試験室、ソレノイド、及び圧力検出器より構成され
る。該ソレノイドは、電源から供給される電気信号に応
動して脈動6B場を発生する。
圧力検出器又はマイクロホンは、脈動磁場を発生する結
果の音響波の強度を夕11定し、試料気体中に存在する
酸素含有量に比例した強度を有する1g号を出力する。
1    〔発明の実施例〕 第1図に、本発明の一実施例である酸素分圧測定装置を
示す。第1図では、酸素を含む混合気体である試料気体
は、入口ボートlから試験室2に入り、出口ボート3か
ら出る。ソレノイド7は接続波(CW)又はパルス信号
の信号源5により駆動される。ソレノイドコイル7は試
験室2の内側又は外側に設置することができる。信号源
5は周波数foの1kHzからl OMHzの電気信号
(Fin)を供給する。ソレノイドコイル7はFinに
応動して、同じ周波数foの脈動磁場を形成するっ試料
気体中に酸素が存在すれば、磁場の傾きが最大である磁
場領域9に向って引きつげられる。試料気体中の非磁性
気体は、磁場による影響はない。試料気体への磁場の影
響によって、領域9に酸素が引きつけられると局部圧力
擾乱が生成され、周波数f。の音。
又は音響波が発生する。音響波11は、領域9からマイ
クロホン又は音響検出器【3へ進行する。
検出器13は、信号線15に、音響波110強度に比例
する振幅を有する信号を出力するので、試料気体中に存
在する酸素の濃度が検出される。試料気体に酸素が存在
しなければ、前述する音響波は生成されない。
第2図では、第1図の装置に同期回路17を設置し、改
良したもQ〕である。よって、第1図と同様な機能を有
するものは同符号2′示プ。同期回路17はCW周波数
foで検出器13を起動し、CWの信号源5と検出器1
3を同期させる。このような改良によって検出器13は
非常に狭い帯域の出力信号を提供し、信号対雑音比(S
N比)が犬ぎく改善される。同様に、信号源5がi +
mのパルス信号を出力する場合、検出器13は特定時に
りける音・Wパルス信号を検出するように起動すること
ができる。信号源5がパルス信号列を出力する場合には
、対応する整合フィルタを使用することが好ましい。
第3図は、管又はダクト30内を流れる気体の酸素原産
を妨害を受けずに測定することの可能な本゛発明の他の
実施例な示すっソレノイドコイル35は管部30上にそ
の軸方向にそって設置され、混合試料気体は入口31か
ら入り、ソレノイドコイル35の中心部を〕taって流
れ、出口33かも出る。
CW又はパルス信号の信号源43は、周波数ちを有する
電気信号Finを供給し、該信号はソレノイドコイル3
5に印加され、周波数foの脈動磁場を生成する。酸素
が存在する試料気体の磁場に対する影響により、音響波
が発生し、・庁30を伝搬する。ソレノイドコイル35
の音響波の流れの′F流部に設置f、gれなマイクロホ
ン、又は圧力感知器等の検出器39は、圧力擾乱の通過
を演出し、検出回路41に信号を出力する。信号線42
に出力される検出回路41からの信号の振幅は、試料気
体中の酸素含有量に比例する。ツレメイドコイル35の
音響波の流れの上#i、部に、別の検出器37を設けて
もよい。ソレノイドコイル35にパルス信号が供給され
ると、音響波が、ソレノイドコイル350両端部で試料
気体中に発生する。これらの検出537.39がソレノ
イドコイル35から等距離に設置tされると、音響波は
、検出器37と39に、同一の振幅を有する信号を発生
する。し/)−L、一方の音響波は試料気体が流れる方
向に気体中を伝搬し、他方は反対方向に伝搬するので、
これらの音響波は、別々の時刻に各々の検出器に到着す
る。
この時間差はレート回路47で処理でき、ダクト中の試
料気体の流速又は流量に比例する信号を信号線49に提
供する。
ソレノイドコイルは唯一の磁場の生成源ではなく、磁場
が大きな煩ぎを有することのみが要求される。図示した
実施例の形態及び詳細な構成に関する各種の改良及び省
略は当業者には自明であり、本発明の概念及び範囲を逸
脱することなく可能であると解されるべきである。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明にかかる酸素分圧測定装置は、 ill  検出機構は、交流で行なわれるので、SN比
を向上するため特別な検出方法を用いることができる。
例えば、信号源がCW倍信号供給する場合、同期検出器
を用いることもでき、さらにパルス信号を供給する場合
、整合フィルタ検出器を用いることができる; (2)試料気体がダクト中に流れ、存在する酸素の濃度
を何の妨害もなく測定することができる;(3)従来の
酸素感知器と異なり、本発明の装置に構成される感知器
は酸素を消費しない1(4)  ダクトに隣接するソレ
ノイドによって生ずる音響波は、試料気体の流速又は流
量の測定に用いることができる; (5)装置の応答時間は、被測定気体内の音速にのみ制
限されるべ等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例である酸素分圧測定装置の
ブロック図。第2図は第1図の装置を改良l−だ酸素分
圧装置のブロック図。第3図は5本発明にかかる酸素分
圧装置の他の実施例のブロック図。 ■二人口ボート、  2:試賊室、 3:出口ボート、 5.43:信号源、7.35 :ソ
レノイドコイル、  9:領域、ll:音響波、   
13:音響検出器、15.42.49 :信号線、  
17:同期回路、30:管又はダクト、   31:入
口、33:出口、   37.39 :検出器、41:
検出回路、  47:レート回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 混合気体中に含まれる常磁性気体の含有量の測定におい
    て、前記常磁性気体に対し、脈動磁場を印加する手段と
    、前記脈動磁場の影響で前記常磁性気体が発生する音響
    波を検出し、該常磁性気体の濃度に対応する振幅を有す
    る信号を出力する検出手段とを具備することを特徴とし
    た酸素分圧測定装置。
JP60183783A 1984-08-21 1985-08-21 酸素分圧測定装置 Expired - Lifetime JPH0635960B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US642972 1984-08-21
US06/642,972 US4563894A (en) 1984-08-21 1984-08-21 Paramagnetic oxygen sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6170453A true JPS6170453A (ja) 1986-04-11
JPH0635960B2 JPH0635960B2 (ja) 1994-05-11

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JP60183783A Expired - Lifetime JPH0635960B2 (ja) 1984-08-21 1985-08-21 酸素分圧測定装置

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EP (1) EP0172461B1 (ja)
JP (1) JPH0635960B2 (ja)
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