JPWO2015181879A1 - ガス分析計 - Google Patents
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Abstract
Description
吸光分析計300は、サンプルガスに含まれるNO2ガス(二酸化窒素ガス)濃度を紫外吸収法により測定する。吸光分析計300は、紫外光源301と、可視光源302と、リファレンスセル303と、サンプルセル304と、光案内機構305と、光検出部306と、制御部307と、演算部308と、を備えている。
このようにサンプルガスにNOガスおよびSO2ガスのガス成分が含まれている場合には、従来技術では、これらのNOガスおよびSO2ガスのガス成分の分析が困難であった。
好ましくは、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)、一酸化窒素ガス(NOガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)の3成分のガス濃度を計測可能とするガス分析計を提供することにある。
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)の2成分のガス濃度を測定するガス分析計であって、
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)をオゾンの酸化により全て二酸化窒素ガス(NO2ガス)に反応させ、さらに二酸化窒素ガス(NO2ガス)の一部をオゾンの酸化により五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)に反応させた測定対象ガスとして出力する酸化出力と、サンプルガスを無反応のまま測定対象ガスとして出力する通常出力と、を行うガス調整部と、
二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域から可視領域までの波長のNO2ガス吸光用照射光を照射するNO2ガス吸光用発光部と、
オゾンガス(O3ガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域の波長のO3ガス吸光用照射光を照射するO3ガス吸光用発光部と、
NO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光の一部を反射し、残りを透過する部分反射部と、
ガス調整部からの測定対象ガスが流通する検出空間と、部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
光透過窓を透過しガス流通セル内を伝播したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
部分反射部で反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
ガス調整部、NO2ガス吸光用発光部、O3ガス吸光用発光部、透過光受光部および基準光受光部と接続される信号処理・駆動制御部と、
を備え、
この信号処理・駆動制御部は、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度cmを算出し、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、オゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度c2を算出し、
供給されるオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c0から、測定されたオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を、減じて算出された反応消費時のガス濃度が、測定対象ガス中の一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1に五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)のガス濃度(c1+c2−cm)/2を加えたガス濃度に等しいことに基づいて、算出されたc0、cm、c3、c2、から一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1を算出するようなガス分析計とした。
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)、二酸化窒素ガス(NO2)および二酸化硫黄ガス(SO2ガス)の3成分のガス濃度を測定するガス分析計であって、
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)をオゾンの酸化により全て二酸化窒素ガス(NO2ガス)に反応させ、さらに二酸化窒素ガス(NO2ガス)の一部をオゾンの酸化により五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)に反応させた測定対象ガスとして出力する酸化出力と、サンプルガスを無反応のまま測定対象ガスとして出力する通常出力と、を行うガス調整部と、
二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域から可視領域までの波長のNO2ガス吸光用照射光を照射するNO2ガス吸光用発光部と、
オゾンガス(O3ガス)、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域の波長のO3ガス吸光用照射光を照射するO3ガス吸光用発光部と、
NO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光の一部を反射し、残りを透過する部分反射部と、
ガス調整部からの測定対象ガスが流通する検出空間と、部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
光透過窓を透過しガス流通セル内を伝播したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
部分反射部で反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
ガス調整部、NO2ガス吸光用発光部、O3ガス吸光用発光部、透過光受光部および基準光受光部と接続される信号処理・駆動制御部と、
を備え、
この信号処理・駆動制御部は、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度cmを算出し、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、オゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3および二酸化硫黄ガス(SO2ガス)のガス濃度csを算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度c2を算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)のガス濃度csを算出し、
供給されるオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c0から、測定されたオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を、減じて算出された反応消費時のガス濃度が、測定対象ガス中の一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1に五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)のガス濃度(c1+c2−cm)/2を加えたガス濃度に等しいことに基づいて、算出されたc0、cm、c3、c2、から一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1を算出するようなガス分析計とした。
前記基準光受光部、前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部と接続される補正部を有し、
前記基準光受光部は、部分反射部により一部反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光して検出信号を補正部へ出力し、
補正部は、この検出信号に基づいて変動を抑止するような駆動電流を前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部へ出力するようなガス分析計にするとよい。
前記NO2ガス吸光用発光部からのNO2ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズおよび前記O3ガス吸光用発光部からのO3ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズを備えるようなガス分析計にするとよい。
前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部を隣接させて一体収容した発光部と、
前記NO2ガス吸光用発光部からのNO2ガス吸光用照射光および前記O3ガス吸光用発光部からのO3ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズと、
を備えるようなガス分析計にするとよい。
前記ガス流通セルを透過した後のNO2ガス吸光用照射光および前記ガス流通セルを透過した後のO3ガス吸光用照射光を集光するレンズを備えるようなガス分析計にするとよい。
前記ガス流通セルは一方に光透過窓を、また、他方に反射部を備え、光透過窓を透過してNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を反射部で反射させた後に光透過窓を通過するようにして検出空間内を往復させ、前記部分反射部で反射させたNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を前記透過光受光部が検出するようなガス分析計にするとよい。
前記NO2ガス吸光用発光部、前記O3ガス吸光用発光部および前記透過光受光部を隣接させて一体収容した発受光部を更に備え、
前記ガス流通セルは一方に光透過窓を、また、他方に反射部を有するようになされており、
光透過窓を透過して発受光部から発せられたNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を反射部で反射させた後に光透過窓を通過するようにして検出空間内を往復させ、前記部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を発受光部の前記透過光受光部が検出するようなガス分析計にするとよい。
前記信号処理・駆動制御部は、前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止より出力が短くなるようなデューティー比の駆動電流とするようなガス分析計にするとよい。
加えて、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)、一酸化窒素ガス(NOガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)の3成分のガス濃度を計測可能とするガス分析計を提供することができる。
ガス流入口26、ガス流出口27はこの検出空間25と連通する。測定対象ガスは、ガス流入口26から検出空間25へ流入し、ガス流出口27から流出する。
このようなガス流通セル21内では、流通する測定対象ガスに照射光が照射されて吸光が起こる。
ガス分析計100の構成はこのようなものである。
P1=P0・exp(−ε・c・L)
(a)酸化出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析、
(b)酸化出力時のO3ガス吸光用照射光による分析、
(c)通常出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析、
(d)通常出力時のO3ガス吸光用照射光による分析、
という4種類の分析が可能である。
NO+O3 → NO2+O2 ・・・化学反応式(1)
2NO2+O3 → N2O5+O2 ・・・化学反応式(2)
先に説明したように、
(a)酸化出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析で算出されたNO2ガス濃度cm、
(b)酸化出力時のO3ガス吸光用照射光による分析で算出されたO3ガス濃度c3+NO2ガス濃度cm
(c)通常出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析で算出されたNO2ガス濃度c2、
が測定されている。ここで、NO2ガス濃度cmが判別しているため、O3ガス濃度c3も判別している。
反応で消費されたO3ガス濃度
=供給されるO3ガス濃度−測定されたO3ガス濃度
=c0−c3
反応で消費されたO3ガス濃度
=測定対象ガス中のNOガス濃度+測定対象ガス中のN2O5ガス濃度
=c1+(c1+c2−cm)/2
c0−c3 =c1+(c1+c2−cm)/2
c1={2(c0−c3)−(c2−cm)}/3
これにより、NOガス濃度c1を算出することができる。
これらの測定方法を組み合わせることにより、NOガス、NO2のガス濃度を測定することができる。
ガス分析計100はこのようなものである。
(a)酸化出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析、
(b)酸化出力時のO3ガス吸光用照射光による分析、
(c)通常出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析、
(d)通常出力時のO3ガス吸光用照射光による分析、
という4種類の分析が可能であり、(a)、(b)、(c)、(d)の全ての分析を行い、これらで得た測定値を用いてガス濃度を算出する。
先に説明したように、
(a)酸化出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析で算出されたNO2ガス濃度cm、
(b)酸化出力時のO3ガス吸光用照射光による分析で算出されたO3ガス濃度c3+NO2ガス濃度cm+SO2ガス濃度cS
(c)通常出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析で算出されたNO2ガス濃度c2、
(d)通常出力時のNO2ガス吸光用照射光による分析で算出されたNO2ガス濃度c2+SO2ガス濃度cS、
が測定されている。
これらの測定方法を組み合わせることにより、NOガス、NO2ガス、SO2ガスのガス濃度を測定することができる。
ガス分析計100はこのようなものである。
本発明によれば、簡易な構成で、NOガス、NO2ガス、SO2ガスのガス濃度を精度よく測定することができる。
同様に、基準光受光部32がO3ガス吸光用発光部12からのO3ガス吸光用照射光による基準光を受光してその強度信号を出力する。補正部71は、強度信号に基づき、出力強度が一定になるように発光ダイオード駆動電流である駆動信号を補正した上で出力する。
11:NO2ガス吸光用発光部
12:O3ガス吸光用発光部
13:部分反射部
14:レンズ
15:レンズ
16:発光部
17:レンズ
18:レンズ
19:受発光部
21:ガス流通セル
22:管
23、24:光透過窓
25:検出空間
26:ガス流入口
27:ガス流出口
28:反射部
31:透過光受光部
32:基準光受光部
41:ガス調整部
42:オゾン発生部
43:ガス混合部
51:ガス吸引部
61:信号処理・駆動制御部
71:補正部
Claims (9)
- サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)の2成分のガス濃度を測定するガス分析計であって、
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)をオゾンの酸化により全て二酸化窒素ガス(NO2ガス)に反応させ、さらに二酸化窒素ガス(NO2ガス)の一部をオゾンの酸化により五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)に反応させた測定対象ガスとして出力する酸化出力と、サンプルガスを無反応のまま測定対象ガスとして出力する通常出力と、を行うガス調整部と、
二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域から可視領域までの波長のNO2ガス吸光用照射光を照射するNO2ガス吸光用発光部と、
オゾンガス(O3ガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域の波長のO3ガス吸光用照射光を照射するO3ガス吸光用発光部と、
NO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光の一部を反射し、残りを透過する部分反射部と、
ガス調整部からの測定対象ガスが流通する検出空間と、部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
光透過窓を透過しガス流通セル内を伝播したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
部分反射部で反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
ガス調整部、NO2ガス吸光用発光部、O3ガス吸光用発光部、透過光受光部および基準光受光部と接続される信号処理・駆動制御部と、
を備え、
この信号処理・駆動制御部は、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度cmを算出し、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、オゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度c2を算出し、
供給されるオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c0から、測定されたオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を、減じて算出された反応消費時のガス濃度が、測定対象ガス中の一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1に五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)のガス濃度(c1+c2−cm)/2を加えたガス濃度に等しいことに基づいて、算出されたc0、cm、c3、c2、から一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1を算出することを特徴とするガス分析計。 - サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)、二酸化窒素ガス(NO2)および二酸化硫黄ガス(SO2ガス)の3成分のガス濃度を測定するガス分析計であって、
サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス(NOガス)をオゾンの酸化により全て二酸化窒素ガス(NO2ガス)に反応させ、さらに二酸化窒素ガス(NO2ガス)の一部をオゾンの酸化により五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)に反応させた測定対象ガスとして出力する酸化出力と、サンプルガスを無反応のまま測定対象ガスとして出力する通常出力と、を行うガス調整部と、
二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域から可視領域までの波長のNO2ガス吸光用照射光を照射するNO2ガス吸光用発光部と、
オゾンガス(O3ガス)、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)および二酸化窒素ガス(NO2ガス)が吸光する紫外領域の波長のO3ガス吸光用照射光を照射するO3ガス吸光用発光部と、
NO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光の一部を反射し、残りを透過する部分反射部と、
ガス調整部からの測定対象ガスが流通する検出空間と、部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
光透過窓を透過しガス流通セル内を伝播したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
部分反射部で反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
ガス調整部、NO2ガス吸光用発光部、O3ガス吸光用発光部、透過光受光部および基準光受光部と接続される信号処理・駆動制御部と、
を備え、
この信号処理・駆動制御部は、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度cmを算出し、
ガス調整部を酸化出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、オゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3および二酸化硫黄ガス(SO2ガス)のガス濃度csを算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してNO2ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化窒素ガス(NO2ガス)のガス濃度c2を算出し、
ガス調整部を通常出力状態に制御してO3ガス吸光用照射光を発光したときの透過光受光部および基準光受光部からの信号を用いて、二酸化硫黄ガス(SO2ガス)のガス濃度csを算出し、
供給されるオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c0から、測定されたオゾンガス(O3ガス)のガス濃度c3を、減じて算出された反応消費時のガス濃度が、測定対象ガス中の一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1に五酸化二窒素ガス(N2O5ガス)のガス濃度(c1+c2−cm)/2を加えたガス濃度に等しいことに基づいて、算出されたc0、cm、c3、c2、から一酸化窒素ガス(NOガス)のガス濃度c1を算出することを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記基準光受光部、前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部と接続される補正部を有し、
前記基準光受光部は、部分反射部により一部反射したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を受光して検出信号を補正部へ出力し、
補正部は、この検出信号に基づいて変動を抑止するような駆動電流を前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部へ出力することを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記NO2ガス吸光用発光部からのNO2ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズおよび前記O3ガス吸光用発光部からのO3ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズを備えることを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部を隣接させて一体収容した発光部と、
前記NO2ガス吸光用発光部からのNO2ガス吸光用照射光および前記O3ガス吸光用発光部からのO3ガス吸光用照射光を集光して前記ガス流通セルへ入射させるレンズと、
を備えることを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記ガス流通セルを透過した後のNO2ガス吸光用照射光および前記ガス流通セルを透過した後のO3ガス吸光用照射光を集光するレンズを備えることを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記ガス流通セルは一方に光透過窓を、また、他方に反射部を備え、光透過窓を透過してNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を反射部で反射させた後に光透過窓を通過するようにして検出空間内を往復させ、前記部分反射部で反射させたNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を前記透過光受光部が検出することを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記NO2ガス吸光用発光部、前記O3ガス吸光用発光部および前記透過光受光部を隣接させて一体収容した発受光部を更に備え、
前記ガス流通セルは一方に光透過窓を、また、他方に反射部を有するようになされており、
光透過窓を透過して発受光部から発せられたNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を反射部で反射させた後に光透過窓を通過するようにして検出空間内を往復させ、前記部分反射部を透過したNO2ガス吸光用照射光およびO3ガス吸光用照射光を発受光部の前記透過光受光部が検出することを特徴とするガス分析計。 - 請求項1または請求項2に記載のガス分析計において、
前記信号処理・駆動制御部は、前記NO2ガス吸光用発光部および前記O3ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止より出力が短くなるようなデューティー比の駆動電流とすることを特徴とするガス分析計。
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