JPS62503051A - ガス試験装置 - 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】 町田 本発明は、弱い反磁性磁化率をもつ多くの他の一般のガスと比較して、強い常磁 性磁化率をもつガス例えば酸素を検出する装置に関する。

前記の装置は、金属製ストリップによって強非均質磁場内に懸架された試験体（ ｔｅｓｔ　ｂｏｄｙ）例えばダンベルを使用し、そして光源と一対の対向する光 電池とからなる光学でこの部分である鏡を前記試験体上に有する。常磁性の成分 を含有する試料ガス例えば酸素によって表示されるチャンバー内に参照ガス例え ば窒素が存在する場合には、前記の光学系により、参照位置からの試験体の非常 に僅かな運動の検出も可能になる。試験体の運動は、その回りの単独ターンコイ ルを配列し、そして光電池から駆動される増幅器ネットワークから誘導される電 流によってそれにエネルギーを与えることにより、阻害される。試料ガス中の常 磁性成分によって誘発される磁力に対抗して試験体をその最初の参照位置に維持 するのに必要な電流の値は、セルチャンバー内の前記ガスの分圧に直線的に比例 する。

この原理に基づく装置は英国特許第７０３，２４０号および第７４６、７７８号 各明細書に記載されており、試験体は窒素を充填した石英法からできている。ダ ンベル、鏡およびシングルターンコイル（すなわち試験体の成分）は接着剤例え ばエポキシ樹脂によって一般に一緒に接合されている。ボール片および他のセル 成分も一緒に接合されている。セルチャンバーは、エポキシ樹脂を使用してシー ルされている。

試験体／光学でこ系は非常に感受性が高く、従ってその上に入って来るガス試料 の衝突によって発生する小さい力を検出することができる。これは測定にノイズ を導入する。

この問題は、英国特許第８２９，４４４号明細書に記載の設計を採用することに よって部分的に軽減される。しかしながら、この場合には、特別に設計したノズ ルの他に、誘発される流れ誤差を試験しそしてノズルの角度を調整する等の正確 で入念な方法が、必要な性能が会うまで、必要となる。入口バイブはエポキシ樹 脂で気密性にシールすべきであり、それらの設定位置を保持すべきである。

気密シール用にセメントとして使用するエポキシ樹脂が試料ガス中に存在する腐 食性ガス、溶媒蒸気および水蒸気によって劣化するので、ガス漏れ、出力信号ド リフトおよび温度係数変化が起こり、そして試験体の崩壊が起こることがある。

この点を軽減する試みにおいて、英国特許第１，３６６．２２７号明細書は、セ メントを使用しないで組立てる試験体を開示している。この設計がもたらす大き な改良とは反対に、エポキシによるセルおよび入口バイブと出口バイブの気密シ ールの必要性、ボール片軸に対して試験体の角度を設定して試験をし、そしてセ ルパラメータ内での作業性の幅を達成する必要性、並びにその角度にセメントで 試験体をロックする必要性は、多数の問題を解決しないまま残している。

本発明は１つの観点からは、セメントおよびエポキシの使用を除外したセル構造 を提供する。好ましくは、ガスパイプの設定を必要としないガス流体制（ｒｅｇ ｉｍｅ）を提供し、そのために流れ誤差が最小となる。

本発明は別の観点からは、一体磁石構造が必要な場合には強磁性材料によって、 通常の条件下で使用する軟磁性材料を置換することを可能にする特別に設計され たボール片を提供する。

本発明は更に別の観点からは、特別に設計されたボール片であって、それが生む 磁場の形が一つの平衡位置だけを保証し、そして試験体中の通常の製造幅に対し て最初の位置に狭い幅を発生する、前記のボール片を提供する。

本発明は、チャンバーを備えた主体部と、その主体部の第１の表面からチャンバ ー内に延びる穴部と、チャンバー中の運動に対して配置した試験体と、試験ガス を前記チャンバーに通して流すことのできる手段と、前記チャンバー内の前記試 験体に磁場を与える手段とを含んでなるガス試験装置において、 前記の主体部の第１表面に機械的に固定して配置され、しかも前記穴部へのアク セスを与える窓を備えたフロントプレートを備えること、並びにそのフロントプ レートと前記の第１表面との間に機械的シールを設けることを特徴とする、前記 のガス試験装置を提供する。

本発明を更に容易に理解するために、その態様を、添付図面を参照しながら実施 例によって説明する。

第１図は、本発明の第１の態様による装置の分解斜視図である。

第２図は、明瞭にするために分けた１つのポール片を伴う、第１図に示す装置の 一部分の正面図である。

第３図は、前記の装置の操作を説明する装置である。

第４図は、第１図の装置に使用するポール片の斜視図である。

第５図は、装置中への試験体の載置の３つの説明図である。

第６図は、装置中へのガス流を説明するための、第１図に示す装置の部分の正面 図および側面図である。

第７図は、ガス流通路の調整を説明するグラフである。

第８図は、本発明の第２の態様に使用する変形主体部の部分の正面図である。

第９図は、第８図に示した主体部の部分の背面図である。

第１０図は、本発明の第２の態様で使用する変形フロントの断面図である。

第１１図は、第２の態様のフローセルと従来提案された２種の異なるフローセル とを比較するための、フローセル誤差と流速とのグラフである。

前記の装置の構造の大略を第１図に示す。装置は３つの主要な要素からなる。す なわち、フロント（１）と主体部（２）トハック（３）とである。主体部（２） は主要ガスチャンバー（４）を備え、この中へ試料ガスを入れる。

フロント（１）は、光源によって試験体（２０）を鏡に照らずことのできる手段 を備えており、試験体は光を反射して同じ手段に再び通過させる。これは、適当 なガラス窓（９）で充たした金属内に切断した開口部（８）である。フロントは 、Ｏリング（１０）と穴部に挿入した４個の固定ネジ（１１）とによって気密に される。前記のネジは適当なネジ付き穴部（７）を備えた主体部にフロントを押 しつける。

セルバンク（３）中の溝（１３）によって正しい位置に配置された０リング（１ ２）により、バック（３）は同様の様式で固定されそしてシールされる。これは 、穴部（１４）を通って主体部中の適当なネジ山付き穴部に進む４本のネジによ って気密に固定される。

チャンバー（４）内に位置するポール片（５）の特別な形状によって発生する非 均質で非対称の磁場に関連して僅かに偏向した位置で、垂直軸に沿って、試験体 （２０）はチャンバー（４）内の中央位置を占める。ポール片（５）は通常、軟 磁性材料製であり、ニッケルまたは主体部、フロントおよびバックの化学抵抗性 と調和する任意の他の材料（例えば、３１６ステンレススチール）のコーチング によって腐食性ガスに対して抵抗性にする。主体部にポール片を付着させる方法 は、バキュームブラシングまたは気密シール（６）を形成する任意の他の適当な 技術例えば電子ビーム溶接による。第２図は、この点を更に明確にする、主体部 の背面図である。ポール片（５）は、小さい空隙〔これは、試験体（２０）がそ の中で自由に振れることを可能にする〕によって分かれた下方ボール片に対して 上方ポール片が平行な場合に、強い磁場の第１領域（２１）を規定する。ポール 片は、空隙が非常に大きく、従って磁場が非常に弱い第２領域（２２）も規定す る。この２つの領域は等しくない、小さい空気空隙をもつ領域は角度θにより、 ミツドシンメトリ−線（２３）を越えて連続する。この角度の値は、光学的な位 置検知系の幾何に関連している。試験体（２０）は、同じ角度θをもつように配 置させる。これにより、第３図に示すとおり、試験体の球の後方部分は磁場のほ とんど均質で非常に強い部分（２１）に配置され、そして前方部分は磁場の高度 に不均質で非常に弱い部分（２２）に配置される。

完全を期すため、１個のポール片（５）の正確な構造を第４図を参照して説明す る。他方のポール片は同じものであることを理解されたい。

ポール片（５）は一般に円柱状で、ポール片の長さに沿って若干延びている軸方 向スロット（５１）と、２個の等しい二またの脚部（５２）　（５３）とを備え ている。脚部（５２）　（５３）の自由端部は、矢印Ａの方向から見た場合に、 一般に半円形である。次に、脚部（５２）　（５３）の各自由端部から扇形部分 が取除かれる。

但し、脚部（５２）の端部における扇形部分の頂点（５４）は、ポール片を形成 する円柱体の軸から軸の一方の側で変位しており、一方、脚部（５３）の端部中 の扇形部分の頂点（５５）は、頂点（５４）に関する軸の別の側で軸から変位し ている。

ポール片の設計は以下の点を保証する。

駆動永久磁石（この中に通常セルを挿入する）の有効な使用； ポール片の構成に対して軟鉄の代りに非常に強磁性の材料（例えばサマリウム磁 石）の使用の可能性；試験体が、チャンバー内の常磁性ガスの存在下で、強磁場 から離れて、１つの道だけを回転することができること（単独平衡位置）； 参照ガス（例えば窒素）の存在下における試験体の参照位置が、ピーク値から非 常に小さい値への磁場の降下が非常に小さい距離で非常に鋭いという事実に鑑み 、試験体成分部分の製造許容度に関して狭い幅（ｓｐｒｅａｄ）をもつこと。

英国特許第１．３６６．２２７号明細書に記載のようにして製造した試験体（２ ０）は、第５図に示すように、参照ポスト（１５）と弾性ポスト（２１）との間 の正しい張力下で、適当な位置に懸架される。ポスト（１５）は、セラミック絶 縁体内の地点で通常の導電体（１７）と−緒になる適当な形状の貴金属合金ワイ ヤ（１６）（例えばＰｔ／Ｉｒ）をもち、２個の（ぼみをもつセラミック絶縁体 例えばアルミナからなる。ワイヤーは、その上方部分（１８）がポール片の角度 と（第２図）同様の角度θを形成するような形状にする。ワイヤーは絶縁体に対 して気密にシールし、絶縁体はセル主体部（２）に対して気密にシールする。

試験体から来る懸架ストリップは、棒（１９）の中央部に溶接する。棒（１９） 上の角度は、ストリップが必要な偏位角をもち、試験体を磁場に関して正しい角 度に位置させることを保証する。ストリップの他方の端部はポスト（２１）に溶 接する。これは貴金属合金例えばＰｔ／Ｉｒ製であり、スプリングとして作用す る。これは導電体（２２）と接続し、セラミック絶縁体およびセルバックに対し て気密にシールする。これを行うために高温ガラスを使用することができる。セ ルバンクから現れる２個の”ＪＮ体は、試験体の回りのシングルターンコイルへ の導電通路を備えている。

ガスは、第６図に示すとおり、チャンバー内に入り、そして２本のパイプ（２３ ａ　）　（２３ｂ　）によってそこから出る。パイプはセルのバンク（３）に対 称にそして反対側に配置されている。パイプ（２３ａ　）　（２３ｂ　）は銀ハ ンダ付けまたはバキュームロウ付けされており、そしてセルバンク（２４）の表 面との出現レベルに配置する。適当な深さおよび円形通路のチャンネル（２５） はセルの主体部（２）のバンクに機械加工される。入って来るガスは溝の床上に 直角に衝突し、等しく分割され、そしてチャンネル内を流れる。それが中央区画 くセルの上方および下方中心部分）に来ると、その一部分は反応側のチャンネル に続き、出口バイブ（２３ｂ　）からセルを離れる。その一部分は内部スロット を通ってセルの内部（２６）への道を見つける。内部スロットは試験体のサスペ ンションを受け、従ってチャンバー内のガスを交換する。中点に沿う従って試験 体のサスペンションの長さに沿う流れ通路は、特に機構が拡散作用以上のもので ある場合に、試験体（２０）上に大きなトルクを用いない。同時に、チャンバー から出口チャンネルに吸収される流れ（２７）がある。

チャンネルの半区分を適当に制限することにより、条件を最適化することができ 、従って、セルは遅い応答時間を犠牲にして大きい流速に対して流れ非感受性に されるか（第７図）、または応答時間を改良して（制限された１／４限定による ）、低い流れ誤差の領域を減少される。これらおよび他の改良について、本発明 の第２の態様に沿って説明する。

以下の説明においては、第１の態様でのものと同じ部分は同じ参照番号を使用す る。更に、両前様において基本的構成は同じであるので、両前様の差異だけを説 明する。しかしながら、それらの差異のいずれも各別に実施して、第１の態様を 相当して変化させることができるものと理解されたい。

第８図および第９図には、変形した主体部（２）の正面図および背面図を示す。

第８図に示すとおり、主体部のフロント面（２ａ）は、第１０図に関連して説明 する変形フロント（１）を受けるくぼみ領域（２８）をもっている。このくぼみ により、セルを使用時に位置させた場合には、主体部のフロント面（２ａ）が参 照面として使用することが可能になる。

主体部（２）の後方は、試験ガスの異なる流れパターンを提供してセル流れ誤差 特性を改善するよ・）に変形されている。

前記態様の溝（２３）を平頭（ｔｒｕｎｃａｔｅｆｆｌ）溝（８０）で置換する 。入口バイブ（２３ａ）および出口バイブ（２３ｂ　）は破線で示す。

各パイプは依然として相互に反対側にあるが、中心線から離れている。中心線か ら離れた出口バイブの運動はその操作に影響を与えない。そして１．溝（８０） は完全である必要のないことが見出された。しかしながら、中心線から離れた入 口バイブの運動は、それがセルの内部への他の入口よりも一方の入口に近接する 場合に、ガス流条件に影響を与える。これを補償するために、入口バイブと２個 の入口の後方との間の溝（８０）を注意深く適切な寸法にしてセルへの流れを等 しくする。

これは、予め決めた長さを越えて上昇した部分（８１）をもつ溝（８０）の床を もつことによって達成する。

ガス流れ溝に対するこれらの変形は、第１１図に示すようにセルに改良された性 能をもたらした。第１１図において、新しいセルが流速範囲Ｏ〜３ＱＱｍ／／ｍ ｉｎに亘ってほとんど平坦な応答を示すことが分かる。

入口および出口の元の位置を維持するが、平頭溝内に断面積の低下した部分を導 入することによっても性能の改良を達成することができる。

第１０図において、変形フロント（１）は主体部（２）のフロント面（２ａ）よ りも小さく、くぼみ部分（２８）を受容する。フロント（１）は、窓ガラス（９ ）および０リング（１０）を受けるくぼみ（２９）を備えるように成形する。前 記と同様に、フロント（１）をネジによって主体部に付着させ、０リングがフロ ント開口部を機械的に主体部に送り、そこを通って、外部監視装置からの光線が 試験体へ送られ、試験体から反射される。

ポール片（５）を永久磁石で置換することができる。この場合には、各磁石の形 状はボール片の形状とわずかに異なるものであることができる。扇形材料の小さ い軸長を単純に取り除（よりも、円柱状軟弾部材から誘導される扇形の細長い永 久磁石として各二また脚部を形成するのが好ましい。これによって材料と重量が 節約され、携帯用試験チャンバーが可能になる。

磁束密度 第、３．図 ４００　３０θ　２θ０　１００　θ 第、Ｚ図 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ’ＬｖＴＦＥＥｒＮＴＥ：’ＧｉＡＴＩＯＮＡＬＳＥＡ：’ＩｃＨＲ ：、’ＣＲＴＯＮ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．チャンバーを備えた主体部と、その主体部の第１の表面からチャンバー内に 延びる穴部と、チャンバー中の運動に対して配置した試験体と、試験ガスを前記 チャンバーに通して流すことのできる手段と、前記チャンバー内の前記試験体に 磁場を与える手段とを含んでなるガス試験装置において、前記の主体部の第１表 面に機械的に固定して配置され、しかも前記穴部へのアクセスを与える窓を備え たフロントプレートを備えること、並びにそのフロントプレートと前記の第１表 面との間に機械的シールを設けることを特徴とする、前記のガス試験装置。
2. ２．前記の穴部が前記チャンバーから前記主体部の第２表面へ延びており、バッ クプレートをその第２表面に機械的に固定し、そしてそのバックプレートと前記 第２表面との間に機械的シールを設ける請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記バックプレート上に設けたサスペンション上に前記試験体を載せる請求 の範囲第２項記載の装置。
4. ４．ガスをチャンバーに通して流すことのできる前記の手段が、主体部の第２表 面にあってチャンバーの入口と連絡する溝と連絡している入口および出口通路を 含む請求の範囲第２項記載の装置。
5. ５．入口および出口通路がバックプレートを通過して延びて溝と連絡し、入口通 路を通るガス流が溝の壁上に直角に衝突してガス流を２つに分割する請求の範囲 第４項記載の装置。
6. ６．試験体が、サスペンション中に載せそして前記チャンバー内で回転自在の部 材を含み、そして前記サスペンションが被処理ガスを流すチャンバーへの入口に 配置されている請求の範囲第４項記載の装置。
7. ７．入口通路と出口通路とが相互に正反対にある請求の範囲第４項記載の装置。
8. ８．溝が円形である請求の範囲第４項記載の装置。
9. ９．溝が不完全な円形である請求の範囲第４項記載の装置。
10. １０．入口通路が他の入口よりも一方の入口に近接して配置されており、そして 溝が入口通路と前記の一方の入口との間の限定された断面積の一部を備える請求 の範囲第９項記載の装置。
11. １１．機械的シールがエラストマー部材である請求の範囲第１項記載の装置。
12. １２．エラストマー部材がＯリングである請求の範囲第１１項記載の装置。
13. １３．チャンバー内の試験体に磁場を与える前記の手段が、前記穴部に直角にチ ャンバー内に延びる内腔中に載せた一対の磁性材料部材を含み、その部材が接着 剤を使用せずに前記内腔内にシールされている請求の範囲第１項記載の装置。
14. １４．前記部材がポール片である請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．ポール片が各々円柱状で、一方の端部で切断して２本の脚部を形成した、 軸方向に延びるスロットをもち、各脚部の自由端面がそこから除去された扇形材 料片をもち、除去された扇形は相互に正反対であり、そして前記部材が相互に記 録された各扇形部分によって載せてある請求の範囲第１４項記載の装置。
16. １６．前記部材が永久磁石製である請求の範囲第１３項記載の装置。
17. １７．前記のフロントが窓ガラス用のくぼみを提供する形状である請求の範囲第 １項記載の装置。
18. １８．フロント中のくぼみが窓ガラスおよびＯリングを伴う請求の範囲第１７項 記載の装置。
19. １９．前記フロントをネジ山付き部材によって主体部に固定する請求の範囲第１ 項記載の装置。
20. ２０．前記バックをネジ山付き部材によって主体部に固定する請求の範囲第２項 記載の装置。