JPS6350739A - ガス検出装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は試料ガスの濃度を放射光によって検出するガ
ス検出装置に関し、特にガス検出装置の検出精度の改良
に関する。

（ロ）従来の技術 従来、ガス検出装置として富士時報（Ｖａｔ、５７Ｎｏ
、４１９８４　１）、１１．２８４〜２８６）で示され
たものがあり、放射光の経路の長さは一定であった。

（ハ）考案が解決しようとする問題点 ガス検出装置において検出精度を確保するためには、試
料ガスの濃度が低い場合は放射光の放射光路を長くとり
、試料ガスの濃度が高い場合は出力の飽和を避けるため
に放射光の放射光路を須くとらなければならない。

従来のガス検出装置では、放射光の放射光路の長さが一
定であるために試料ガスの湿度によっては十分な検出精
度が得られず、特に放射光の検出手段はその検出値があ
る特定範囲にある場合にのみ高い検出精度を有しその範
囲外では信頼できる精度の検出結果が得られないという
問題があった。

この発明は上記の事情に鑑みてな８れたものであり、試
料ガスの濃度によらず十分な検出精度を有する検出結果
が得られるガス検出装置を提供するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明は、検出精度の確保された検出結果が（与られ
るように試料ガスの濃度に応じて放射光路が自動選択さ
れるガス検出装置である。

その詳細な構成は、試料ガスを注入するための測定セル
と、その測定セルの近傍に配設された被検成分の吸収波
長に相当する波長域の放射光を発する放射源及び前記放
射波長域の放射光を検出する検出手段と、放射源から検
出手段へと向う長さの異なる複数の測定セル内の放射光
路と、使用する放射光路を選択する選択手段と、上記検
出手段によって得られる検出信号の大きさが予め定めら
れた検出手段の精度の高い所定範囲内にあるか否かを判
断し、範囲外にある場合には所定範囲内となるように放
射光路長検出器に放射光路の選択変換を指示する制御手
段と、上記範囲内で得られた検出信号に基づき被検成分
を濃度の値に演算して表示する表示手段とを備えてなる
ガス検出装置である。

（ホ）作　用 放射光の放射光路は試料ガスの濃度に応じて自動選択さ
れて最適長となり、検出結果の精度は確保される。

（へ）実施例 この発明を第１〜８図に示す実施例に基づいて詳述する
が、これによってこの発明が限定されるものではない。

ガス検出装置の一つである赤外線ガス分析装置１は第１
図に示すように、試料ガスを封入するための測定セルで
あるガスボックス２と、ガスボックス２の近傍に対向し
て配設された放射源である赤外線放射源３、及び検出手
段である赤外線検出器４、検出器駆動回路５、検出信号
増幅回路６と、ガスボックス２内に形成され且つ赤外線
放射源３から赤外線検出器４へと向う長さの異なる複数
の放射光路７と、放射光路７の長さを変換させる変換手
段である凹面鏡８，９、凹面鏡駆動部１０と、センサ信
号増幅回路６からの試料ガスの検出結果が赤外線検出器
４の精度の高い範囲内にあるように凹面鏡駆動部１０に
信号を送り放射光路７の長さを制御する制御手段である
判別回路１１．１２、コントロール部１３と、検出精度
が確保された状態で得られた試料ガスの検出値を被検成
分濃度値に演算して表示する表示手段である変換回路１
４、放射光路長検出器１６、表示部１５とから構成され
ている。

ガスボックス２には、試料ガスの注入口１７と排出口１
８が開設されている。ガスボックス２の対向する二枚の
板は、シリコンからなる赤外線透過板１９．２０である
。又、赤外線が赤外線放射ｍ３から凹面鏡９、凹面鏡９
から凹面鏡８及び凹面鏡８から赤外線検出器４へ進む際
の赤外線透過板１９，２０間の距離はしである。

赤外線透過板１９．２０の近傍には、それぞれ赤外線族
！）ｊ源３及び赤外線検出器４が対向して配設されてい
る。赤外線放射源３は、ニクロムヒータからなり、試料
ガスの被検成分の吸収波長に相当する波長域の赤外線を
放射する。赤外線検出器４は、センサ駆動回路５で駆動
されて入射する赤外線の強度に応じた電圧の電気信号を
出力する。

この出力される電気信号は、センサ信号増幅回路６で増
幅される。

赤外線の経路７の長さを変換する凹面鏡８，９は、対向
凹面が放物曲面形状であって、合成樹脂にアルミニウム
を蒸着することで形成されている。

凹面鏡８は、定位置に位置決めされている。一方、凹面
鏡９は、駆動力としてモータを含む凹面鏡駆動部１０に
よって、上下方向く矢印ａ、ｂ方向）に移動し、放射光
路７の長さが変換されるようになっている。

ところで、試料ガスと赤外線の吸収との関係は、試料ガ
ス透過後の赤外線の強さをＩ、入射前の赤外線の強さを
、Ｉｏ、試料ガスの固有の濃度をＣ１赤外線の放射光路
の長さをＲ１吸収係数をｋをとすると、ランベルト・ベ
ールの法則より次式で与えられる。

１　＝　１ｏｅｘｐ　　（−ｋＣＲ） ここで、試料ガスによる赤外線の吸収の程度を赤外線検
出器４によって電気量に変換し、その電気ｍの出力変化
量をＶとおくと、 Ｉｏ　　Ｉ　＝　Ｉｏ（１−ｅＸｐ　　（−ｋＣＲ）　
）ＣＣＶが得られる。透過赤外線の強さＩ及び赤外線出
力電圧Ｖは、上記二式より明らかに被分析ガスの固有の
濃度Ｃ１赤外線の放射光路の長さＲで決まる。

さて、赤外線検出器４の検出精度は、一般に検出器４の
出力信号電気最の変化量■がある所定の範囲内にある時
によい。従って、ガスの赤外線分析においては試料ガス
の濃度Ｃは求めるべき未知の値であるから、検出精度を
確保するためには赤外線の放射光路の長さＲを適宜選択
すればよいということになる。

この発明の赤外線ガス分析装置１では、判別回路１１は
、試料ガスの濃度が低いためにガスボックス２を透過し
た後の赤外線の強度が十分に強過ぎて、赤外線検出器４
の出力する電気信号の出力変化量Ｖが検出器４の精度の
信頼できる範囲の上限に対応する値であるＶＵより大き
い場合には、Ｖｕ＜Ｖと判断してコントロール部１３に
凹面鏡駆動部９を作動させるための信号を送り、結果的
に凹面鏡９を下方向に（第１図の矢印す方向）移動して
赤外線の放射光路７の長さを変換して長くしＶ＜Ｖｕの
関係を保つようにするものである。

一方、判別回路１２は、上記とは逆に被分析ガスの濃度
が高いために電気信号の出力変化量が精度の信頼範囲の
下限に対応する値である■ρより小さく被分析ガスの分
析結果が飽和する場合には、Ｖく■ρと判断してコント
ロール部１３に凹面鏡駆動部１０を作動させる信号を送
り、結果的に凹面鏡４を上方向に（第１図の矢印ａ方向
）移動して赤外線の経路７の良さを変換して短くしＶρ
〈Ｖの関係を保つようにするものである。

光路長検出器１６は凹面鏡９の位置より赤外線の放射光
路７の長さを検出してその値を変換回路１４に出力する
。変換回路１４は、光路長検出器１６からの値に基づき
センサ信号増幅回路６からの値をＡＤ変換し、ＡＤ変換
した値を表示部１５が表示する。

この発明の赤外線ガス分析装置１は上記のように構成さ
れており、以下のように作動する。

注入口１７から試料ガスをガスボックス２に注入してか
ら赤外線放射源３を作動して赤外線を放射する。

このとき、凹面鏡８．９は第２図に示すとありに位置し
ていて赤外線の放射光路７の長さがしてあり、且つ被分
析ガスの濃度が低くガスボックス２を透過した赤外線の
強度が十分で赤外線検出器４の出力する電気信号の出力
変化量ｖが信頼の上限値ＶＵより大きい場合では、この
電気信号はセンサ信号増幅回路６で増幅されてから判別
回路１１に至るが、判別回路１１はこの電気信号を受け
てコントロール部１３に凹面鏡駆動部１０が凹面鏡９を
下方へ駆動して赤外線の放射光路７の長さを３Ｌにする
信号を出力する。凹面鏡駆動部１０は、コントロール部
１３からの信号を受けて凹面鏡９を下方へ駆動し、これ
によって赤外線の放射光路７の長さはしから３１に変る
とともに赤外線検出器４は赤外線の放射光路７の長さが
３Ｌである場合に検出した値を電気信号にしてセンサ信
号増幅回路６へ出力する。センサ信号増幅回路６で増幅
された電気信号は判別回路１１へと流れるが、その電気
信号の出力変化ｆｆ１Ｖが検出器４の精度の信頼できる
範囲に対応する電圧Ｖρ〜Ｖｕである場合は、変換回路
１４では赤外線の放射光路７の長さを示す光路長検出器
１６からの信号とセンサ信号増幅回路６からの信号が入
力され且つその入力された信号に基づき被検成分の濃度
値が演算され、表示部１５に検出結果が表示される〈以
上、第３図を参照）。しかし、判別回路１１へ流れる電
気信号の出力変化ｆｆ１ＶがなおもＶｕ’より大きい場
合は、判別回路１１は上記の動作を繰返し電気信号の出
力変化ｆｆ１Ｖが検出器４の精度の信頼できる範囲に対
応する電圧■Ω〜Ｖ　ＩＩとなるまで赤外線の放射光路
７の長さを長くする作動が行なわれる。

一万、凹面鏡８，９は第４図に示すとおりに位置してい
て赤外線の放射光路７の良さが５Ｌであり、且つ被分析
ガスの濃度が高くガスボックス２を透過した赤外線の強
度が不十分で赤外線検出器４の出力する電気信号の変化
量Ｖが信頼の下限値Ｖρより小さい場合では、電気信号
はセンサ信号増幅回路６で贈幅されてから判別回路１２
に至る。

判別回路１２は、電気信号の出力変化量Ｖが検出器４の
精度の信頼できる範囲に対応する電圧Ｖρ〜ＶＬＩとな
るように赤外線の放射光路７の長さが５Ｌから３Ｌとな
るように、コントロール部１３に凹面鏡駆動部１０を作
動する信号を出力する（以上、第５図を参照）。

又、第６図に試料ガスの濃度が小から犬へ及び大から小
へと変化することに対する赤外線検出器４の電気信号の
出力変化かとの関係を示す。試料ガスの濃度が不十分で
且つ放射光路７の長さが５Ｌで検出している場合は赤外
線検出器４の電気信号の出力変化量ｖはＶΩとＶＵとの
間にある（Ｖρ＜Ｖ＜ρＵ）。しかし、試ｒ４ガスの濃
度が増して出力変化テｖがＶｕより大ぎくなると、セン
サ信号増幅回路６からの信号を受けて判別回路１２はコ
ントロール部１３へ凹面鏡駆動部１ｏが凹面１ｆ１９を
上方へ駆動し放射光路７の長さが３Ｌどなる信号を出力
する。これによって、赤外線検出器４の電気信号の出力
変化量ＶはＶρとＶｕとの間に来る。更に試料ガスの濃
度が大きくなると上述したと同様に判別回路１２の作動
により放射光路７の長さはＬどなって出力変化ｆｆ１Ｖ
は■ΩとＶｕとの間に必って高い精度での試料ガスの検
出が行なわれる（以上矢印Ｄ）。

一方、試料ガスの濃度が大から小へと変化する場合は、
上記内容と逆に放射光路７の長さを長くさせて出力変化
ＭＶを■ρとＶｕとの間にし検出精度の確保が行なわれ
る（以上矢印Ｅ）。

第７図に他の実施例の要部を示す。赤外線ガス分析表Ｍ
　１　Ａは、ガスボックス２Ａを中央にして複数枚の凹
面１８Ａと赤外線の通る通孔２１　Ａを備えた円板体２
２Ａに対し複数枚の凹面ｔＪｌｔ９Ａと赤外線検出器４
Ａとを備えた円板体２３Ａを回転することによって赤外
線放射源３Ａからの赤外線の凹面１８Ａ、９Ａによる反
射回数を可変とする構成にし、赤外線のガスボックス２
Ａの透過する経路７Ａの長さを変換可能としたものであ
る。

第８図に更に他の実施例の要部を示す。赤外線ガス分析
装置１Ｂは、対向する赤外透過板１９Ｂ。

２０Ｂが１．３１．５Ｌの対向内側面間距離を有する階
段形状となったガスボックス２Ｂを備え、且つそのガス
ボックス２Ｂが駆動部１０Ｂによって上下方向（矢印方
向）に移動することで、赤外線の試料ガスの透過経路７
Ｂの艮ざを変換可能とするものである。２４Ｂおよび２
５Ｂは、放射源３Ｂからの赤外線を検出器４Ｂへ送るた
めの反射鏡である。

なお、赤外線検出器４の検出精度の信頼できる絶間に対
応する値は、赤外線検出器４が出力する電気信号の出力
変化りの最大値の３０〜７０％である。

又、赤外線放射源３は、ニクロムヒータのほかにカート
リッジヒータ、赤外線発光レーザであってもよい。凹面
鏡８，９は、合成樹脂に金を熱着して形成したものでも
よい。

（ト）発明の効果 この発明は、被分析ガスがその濃度によらず十分な検出
精度を有して検出される赤外線ガス分析装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
はこの実施例の作動を示す要部構成説明図、第３図はこ
の作動時の検出結果を示す説明図、第４図はこの実施例
の他の作動を示す第２図相当図、第５図はこの作動時の
検出結果を示す第３図相当図、第６図はこの実施例の作
動によるガス濃度変化に対する出力変化量の切換えを示
す説明図、第７図はこの発明の他の実施例を示す要部構
成説明図、第８図はこの発明の更に債の実施例を示す要
部構成説明図である。 １・・・・・・赤外線ガス分析装置、 ２・・・・・・ガスボックス（試料セル）、３・・・・
・・赤外線放射源、　　４・・・・・・赤外線検出器、
７・・・・・・赤外線の放射光路、８．９・・・・・・
凹面鏡、１０・・・・・・凹面鏡駆動部。 第１図 ８τＪ″＋７′ｌＡ、Ｏ几慢叉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、試料ガスを注入するための測定セルと、その測定セ
   ルの近傍に配設された被検成分の吸収波長に相当する波
   長域の放射光を発する放射源及び前記放射波長域の放射
   光を検出する検出手段と、放射源から検出手段へと向う
   長さの異なる複数の測定セル内の放射光路と、使用する
   放射光路を選択する選択手段と、上記検出手段によつて
   得られる検出信号の大きさが予め定められた検出手段の
   精度の高い所定範囲内にあるか否かを判断し、範囲外に
   ある場合には所定範囲内となるように放射光路選択手段
   に放射光路の選択変換を指示する制御手段と、上記範囲
   内で得られた検出信号に基づき被検成分を濃度の値に演
   算して表示する表示手段とを備えてなるガス検出装置。