JPS636670Y2

JPS636670Y2 -

Info

Publication number: JPS636670Y2
Application number: JP3370782U
Authority: JP
Priority date: 1982-03-09
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1988-02-25
Also published as: JPS58136761U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、セル長が一定のサンプルセルと、サ
ンプルガスを加熱するヒーターと、光チヨツパー
と、前記ヒーターにより加熱された高温のサンプ
ルガス中の測定対象成分から輻射される赤外線を
検出する赤外検出器とを備え、測定対象成分によ
る赤外線輻射量とサンプルガスの温度とに基づい
て測定対象成分の濃度を測定するようにした赤外
線輻射式ガス分析計に関し、その目的は、サンプ
ルセルをセル長の異なるものと交換することな
く、測定レンジを切換え、低濃度域から高濃度域
まで測定できるようにした赤外線輻射式ガス分析
計を提供することにある。

赤外活性気体分子を高温に加熱すると、気体分
子から赤外線が輻射される。この赤外線輻射は、
赤外活性ガスによる赤外線吸収と同じように、ガ
ス種ごとに異なる特有の波長域で起こり、その輻
射率は、温度と分子数に比例する量、即ち分圧
（濃度）×光学的厚み（セル長）によつて定まり、
一定温度、一定セル長においては、濃度の関数と
なることが知られている。

従つて、ガス温度及びセル長を適当な一定値に
定めて、赤外線輻射量を測定することにより、濃
度を測定することが可能である。

赤外線輻射式ガス分析計は、この原理に基づく
ものであり、特定の赤外光源やその安定化電源を
必要としない等、赤外線吸収式ガス分析計によつ
ては得られない多くの利点を有している。

しかし、従来の赤外線輻射式ガス分析計におい
ては、測定レンジ（測定可能な濃度域）を切換え
る場合、測定レンジを切換え可能に構成した赤外
線吸収式ガス分析計と同じように、各測定セルご
とに異なる長さのサンプルセル（低濃度域用セル
と高濃度域用セル）を設置することが必要とされ
た。

即ち、輻射率が濃度の関数となるための分子数
（分圧×セル長に比例する）には上限があり、分
圧×セル長がある値以上になると、輻射率は、濃
度とは無関係に、温度のみの関数となる。また、
波長によつて吸収係数が異なるのと同じように、
輻射率は波長により異なり、温度が一定であれ
ば、濃度が低い程、同一バンドで赤外線の輻射さ
れる波長域が狭く、輻射率も小さい。

従つて、セル長を低濃度域のガスに合わせて長
く設定すれば、高濃度ガスの場合には、測定波長
での輻射率が温度のみの関数となつて、濃度測定
が行なえず、逆に、高濃度域のガスに合わせてセ
ル長を短かく設定すれば、低濃度ガスの場合、測
定波長での輻射率が極小となつて濃度測定が困難
になり、それ故、各測定レンジごとに異なる長さ
のサンプルセルを必要としたのである。

そこで、本考案は、同一のサンプルセルを用い
て、つまり、長さの異なるサンプルセルと交換す
ることなく、測定レンジの切換えを行なえるよう
にしたものであり、冒頭に述べた赤外線輻射式ガ
ス分析計において、前記ヒーターによる加熱温度
を変更可能に構成し、測定対象成分の濃度域に応
じてサンプルガスの温度を変更すべく構成した点
に特徴がある。

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本考案に係る赤外線輻射式ガス分析計
を示す。図において１はサンプルガスの入口２と
出口３を有するセル長が一定のサンプルセルで、
その周囲には、サンプルセル１に導入された、サ
ンプルガスを高温（例えば100℃以上）に加熱す
るヒーター４が設けられ、その周囲は断熱材５に
よつて被覆されている。６ａはサンプルセル１の
一端面の赤外透過窓、７はこの赤外透過窓６ａに
対向して配置した赤外検出器である。赤外検出器
７としては焦電検出器、熱電対検出器等の固体検
出器が用いられている。サンプルセル１と赤外検
出器７との間の光路中には、モータＭにより一定
周期で回転駆動される光チヨツパー８、サンプル
セル１自体の内周面から輻射される赤外線が前記
赤外検出器７に入射することを抑制するためのス
リツト９付き遮光板１０、測定波長の赤外線、つ
まり、サンプルガス中の測定対象成分から輻射さ
れる赤外線が透過するバンドパスフイルター１１
が、前方からこの順に介装されている。１２は赤
外検出器７から出力される電気信号の増巾器、１
３は増巾された信号を演算処理して測定対象成分
の濃度を算出する信号処理器、１４は指示器であ
り、低濃度域用の目盛りと高濃度域用の目盛りと
を有している。

前記ヒーター４は、サンプルセル１の周囲にダ
ブルスパイラル状に巻き付けられた２本のニクロ
ム線４ａ，４ｂによつて構成され、第２図に示す
如く、温度調節用スイツチSWの接点ａ，ｂを切
換えることによつて、一方のニクロム線４ａのみ
に通電される状態と、双方のニクロム線４ａ，４
ｂに通電される状態とに切換え可能であり、この
切換えにより、測定対象成分の濃度域に応じてヒ
ーター４による加熱温度、つまり、サンプルガス
の温度を変更するように構成されている。

尚、サンプルセル１の他端面は、サンプルセル
１自体から輻射される赤外線が赤外検出器７に入
射することを抑制するために、前記赤外透過窓６
ａと同じく赤外線の透過する材料よりなる赤外透
過窓６ｂに形成されているが、これは本考案に必
須の構成ではない。例えば、サンプルセル１他端
面を鏡面に形成すれば、感度の向上、Ｓ／Ｎ比の
改善小型化等により有効である。

上記の構成によれば、サンプルセル１内に導入
されたサンプルガスがヒーター４によつて高温に
加熱されるので、測定対象成分からその成分に特
有の波長域の赤外線が輻射され、この赤外線のみ
がバンドパスフイルター１１を透過して赤外検出
器７に入射する。そして、赤外検出器７に入射し
た赤外線輻射量とヒーター４によつて設定された
サンプルガスの温度とに基づいて、測定対象成分
の濃度が測定されることになる。

この場合、ヒーター４による加熱温度を変更で
きるため、サンプルセル１をセル長の異なるもの
と交換することなく、測定レンジを切換えること
ができる。

即ち、温度と濃度と輻射される赤外線の波長と
の間には、温度が一定であれば、濃度が低い程、
輻射スペクトル幅が狭く、濃度が一定であれば、
温度が高い程、輻射スペクトル幅が広くなる（ド
プラー効果によつて拡大する。）という関係があ
る。

従つて、適当なバンドパスフイルターを用いれ
ばサンプルセル１のセル長を低濃度域のガスに合
わせて長く設定するか、又は、高濃度域のガスに
合わせて短く設定しておいても低濃度域のガスを
対象とする場合には双方のニクロム線４ａ，４ｂ
に通電して、サンプルガスの温度を高くし、高濃
度域のサンプルガスを対象とする場合には、一方
のニクロム線４ａのみに通電してサンプルガスの
温度を低くすることによつて、サンプルガス中の
測定対象成分の濃度を測定できる。

サンプルガス中のCO₂濃度を測定する場合を例
にとつて説明すると、次の通りである。

即ち、CO₂の輻射率と波数と分子数に比例した
量Ｐ×ｌ（Ｐ：分圧、ｌ：セル長）との間には、
第３図イ〜ニに示すような関係があり、分子数
（本考案では、サンプルセル１を交換せず、セル
長ｌが一定であるから、この分子数は濃度に相当
する。）が一定であれば、各波長における輻射率
は温度によつて異なる。

今、前記バンドパスフイルター１１として、中
心透過波数が2200cm^-1のものを用いたとすると、
第３図イから明らかなように、サンプルガスの温
度が300゜Kであれば、Pl＝0.0001atm・cm、Pl＝
0.001atm・cm、Pl＝0.01atm・cm、Pl＝0.1atm・
cm、ではいずれも、測定波長（2200cm^-1）での赤
外線輻射がゼロ（輻射率が0.00001以下）であり、
測定不可能である。

サンプルガスの温度が600〓であれば、第３図
ロから明らかなように、Pl＝1atm・cm、Pl＝
0.1atm・cmでは、波数2200cm^-1での輻射がある
が、Pl＝0.01〜0.0001atm・cmでは、波数2200cm
^-1における輻射はゼロであり、測定不可能であ
る。

サンプルガスの温度が1200〓，1500〓であれ
ば、第３図ハ、ニから明らかなように、分子数Pl
＝１〜0.0001atm・cmについては、波数2200cm^-1
での輻射率が濃度の関数となるが、Pl＝10atm・
cm以上では、輻射率が飽和し（即ち、輻射率が温
度のみの関数となり）、Pl＝10atm・cm以上の濃
度域における濃度測定は不可能である。

以上の関係から、例えば、バンドパスフイルタ
ー１１として中心透過波数が2200cm^-1のものを用
いた場合、サンプルセル１のセル長を変更しなく
ても、一方のニクロム線４ａのみに通電する状態
と、双方のニクロム線４ａ，４ｂに通電する状態
に切換えて、サンプルガスの温度を例えば600〓
と1200〜1500〓とに変更することにより、測定レ
ンジの切換えが可能である。

尚、上記の実施例では、２本のニクロム線４
ａ，４ｂを用いて、サンプルガス温度を高低２段
階に変更しているが、３段階（３段階以上）に変
更すべく構成してもよい。ヒーター４による加熱
温度（サンプルガスの温度）の変更は、電流量の
調節等、他の手段によつて行なうように構成して
もよい。また、上記の実施例では、指示器１４に
低濃度域用と高濃度域用の目盛を設けて、サンプ
ルガス温度の高低２段階の変更に対応して、これ
らの目盛を使い分けるように構成されているが、
測定レンジの切換えに対応した指示が得られるよ
うにした指示器１４であれば足り、デジタル表示
式のものでもよい。

以上のように、本考案によれば、ヒーターによ
る加熱温度を変更可能に構成し、測定対象成分の
濃度域に応じて、サンプルガスの温度を変更する
ため、サンプルセルをセル長の異なるものと交換
しなくても、測定レンジの切換えが可能であり、
低濃度域から高濃度域までの測定を行なえるので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は赤外
線輻射式ガス分析計の構成図、第２図はヒーター
の電気回路図、第３図イ，ロ，ハ，ニは、CO₂の
輻射率と波数と分圧×光路長との関係を示すグラ
フである。１……サンプルセル、４……ヒーター、７……
赤外検出器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

セル長が一定のサンプルセルと、サンプルガス
を加熱するヒーターと、光チヨツパーと、前記ヒ
ーターにより加熱された高温のサンプルガス中の
測定対象成分から輻射される赤外線を検出する赤
外検出器とを備え、測定対象成分による赤外線輻
射量とサンプルガスの温度とに基づいて測定対象
成分の濃度を測定するようにした赤外線輻射式ガ
ス分析計において、前記ヒーターによる加熱温度
を変更可能に構成し、測定対象成分の濃度域に応
じて、サンプルガスの温度を変更すべく構成して
あることを特徴とする赤外線輻射式ガス分析計。