WO2008149868A1 - 超音波式ガス濃度測定方法及びそれを用いた装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for measuring the concentration of a sample gas by ultrasonic waves. More particularly, the present invention relates to a method suitable for measuring an oxygen concentration in an oxygen-enriched gas sent from an oxygen concentrator used for medical purposes, for example, and an apparatus using the method. Background art
  • the oxygen concentration P can be determined from the measured average molecular weight M.
  • the ultrasonic wave propagation velocity in the sample gas was C [m / sec] and the flow velocity of the sample gas was V [m / sec]
  • ultrasonic waves were transmitted in the forward direction with respect to the sample gas flow.
  • the flow rate of the sample gas [m 3 / sec] is obtained by multiplying the flow velocity V [m / sec] of the sample gas thus obtained by the inner area [m 2 ] of the pipe through which the sample gas flows. be able to. Furthermore, if volume conversion and time conversion are performed, the flow rate can be easily obtained in [L / min].
  • oxygen inhalation therapy in which oxygen gas or oxygen-enriched air is inhaled by the patient.
  • oxygen inhalation therapy in which oxygen gas or oxygen-enriched air is inhaled by the patient.
  • a pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator that concentrates about 21% of the oxygen present in the plant to a high concentration and supplies it to the user.
  • This pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator is an adsorbent filled with molecular sieve zeolite such as 5A type, 13X type, Li-X type, MD-X type as an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen rather than oxygen.
  • This is a device that adsorbs nitrogen under pressure and supplies unadsorbed oxygen as oxygen-enriched gas by supplying compressed air from the compressor to the adsorption bed.
  • Such an apparatus is usually equipped with two or more adsorption beds.
  • One adsorption bed adsorbs nitrogen to the adsorbent to generate unadsorbed oxygen, and the other adsorption bed is depressurized.
  • oxygen can be generated continuously by performing the desorption regeneration process in which the adsorbed nitrogen is exhausted and regenerated in order.
  • the present invention provides an ultrasonic sample gas concentration measurement method and apparatus using the same, which can derive a coefficient for correcting the propagation velocity associated with the pressure of the sample gas, and can accurately measure the sample gas concentration at the pressure. It is an object.
  • the present invention is an ultrasonic gas concentration measuring apparatus including two ultrasonic transducers, a temperature sensor, and a pressure sensor that transmit and receive ultrasonic waves arranged opposite to each other in a pipe through which a sample gas flows.
  • an ultrasonic gas concentration measuring apparatus comprising a concentration calculating means for calculating a sample gas concentration based on a propagation velocity correction coefficient based on a gas pressure.
  • the concentration calculating means is a means for correcting the propagation time until the ultrasonic transducer receives the ultrasonic wave by using a propagation velocity correction coefficient corresponding to the measurement temperature and the measurement pressure of the sample gas.
  • an ultrasonic gas concentration measuring device characterized by comprising means for correcting the propagation velocity C until the ultrasonic transducer receives ultrasonic waves according to the following equation (3).
  • k Ratio of constant volume specific heat and constant pressure molar specific heat
  • R gas constant
  • T sample gas measurement temperature
  • M average molecular weight of sample gas
  • P measurement pressure of sample gas
  • B (T) C (T): Indicates propagation velocity correction coefficient.
  • the present invention also provides a propagation time until an ultrasonic wave transmitted from an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic wave is arranged opposite to each other in a pipe through which a sample gas flows, and is received by an ultrasonic vibrator arranged oppositely.
  • the propagation time until the ultrasonic transducer receives the ultrasonic wave is corrected based on the propagation velocity correction coefficient corresponding to the sample gas temperature and pressure.
  • An ultrasonic gas concentration measuring method is provided as a feature, and in particular, the ultrasonic velocity is corrected by the equation (3) until the ultrasonic transducer receives the ultrasonic wave.
  • a sonic gas concentration measurement method is provided.
  • the present invention provides ultrasonics of a plurality of different pressure sample gases at a temperature Ta.
  • An ultrasonic equation characterized by determining the propagation velocity correction coefficient (B (Ta), C (Ta)) at temperature Ta from the propagation velocity, and correcting the propagation velocity based on the function of temperature T of the propagation velocity correction coefficient.
  • a concentration measurement method is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic oxygen concentration measuring apparatus according to the present invention.
  • Fig. 2 shows the relationship between the oxygen concentration value and pressure of a conventional ultrasonic oxygen concentration measuring device.
  • FIG. 3 shows the relationship between the propagation velocity correction coefficient and temperature, and
  • FIG. 4 shows the relationship between the oxygen concentration value and pressure of the ultrasonic oxygen concentration measuring apparatus employing the propagation velocity correction coefficient of the present invention.
  • FIG. 5 shows a test apparatus for determining the propagation speed correction coefficient of the embodiment.
  • Embodiments of the ultrasonic gas concentration flow rate measuring method of the present invention will be described below.
  • an apparatus for measuring the oxygen concentration of a sample gas composed of three components of oxygen, nitrogen and argon, or two components of oxygen and nitrogen will be described.
  • the sample gas that can be measured by the present invention is not limited to the sample gas consisting of oxygen, nitrogen, and argon shown in this embodiment, but can be easily applied to gases composed of other molecules. it can.
  • FIG. 1 shows the configuration of the ultrasonic oxygen concentration flow rate measuring means.
  • Two ultrasonic transducers 1 (first ultrasonic transducer 2a and second ultrasonic transducer 2b) are placed facing each other in the pipe 1 through which the sample gas flows, and transmission and reception of the ultrasonic transducers are performed.
  • Changeover switch 4, driver 5 that transmits ultrasonic transmission pulses to the ultrasonic transducer 2, zero cross time detection circuit 6 that detects the zero cross time of the ultrasonic reception waveform, microcomputer for calculating the concentration and flow rate of sample gas Pew Yu 7, and temperature sensor 3 that measures the temperature of the sample gas in pipe 1, pressure sensor 8 that measures the pressure in the pipe in pipe 1, and non-volatile that stores the propagation velocity correction coefficient Memo Re9 is provided.
  • the display 10 displays the measured concentration of the sample gas. As long as the sample gas flow is not disturbed, the temperature sensor and pressure sensor may be arranged in the center of the ultrasonic wave propagation path.
  • Fig. 2 shows the results of oxygen concentration in the sample gas derived by the measurement method using the conventional algorithm that does not take pressure into account, as described in JP-A-2004-317459. As shown in Fig. 2, since the propagation speed of ultrasonic waves depends on pressure, it can be seen that the output value of oxygen concentration decreases as the pressure increases.
  • P [N / m 2 ] represents the output value of the pressure sensor built in the ultrasonic sample gas concentration measuring apparatus according to the present invention.
  • B (T) and C (T) [m 3 / mol] indicate the ultrasonic wave velocity correction coefficient.
  • the following equation (4) is applied by applying the term up to B (T).
  • a plurality of ultrasonic sample gas concentration measuring devices 13a and 13b are installed in a device 14 capable of adjusting the temperature, for example, inside a thermostat.
  • the gas cylinder 16 installed outside is connected to the ultrasonic sample gas concentration measuring devices 13a and 13b via the flow rate regulator 1 1.
  • the length of the tube 12 in the thermostatic chamber up to the ultrasonic sample gas concentration devices 13a and 13b is made longer. Connect the tube coming out of the thermostatic chamber 14 to the pressure adjustment valve 15 so that the pressure value can be adjusted.
  • the pressure control valve 15 By using the pressure control valve 15, two types of pressure conditions, P and P 2 , are prepared, and under each condition, the ultrasonic propagation speeds C 1 and C 2 at a certain stable temperature 1 ⁇ are measured.
  • the average molecular weight M 2 of the sample gas can be obtained by the following equations (5) and (6).
  • the temperature conditions at the two pressure levels need not necessarily match.
  • Propagation velocity correction coefficients ⁇ 2 , ⁇ 3 at other temperatures T 2 , ⁇ 3, etc. are obtained by the same method.
  • Propagation velocity correction coefficient B at temperature ⁇ (including T ⁇ -BL, propagation velocity correction coefficient
  • Figure 3 shows a plot of the relationship between Bi B and temperature (T ⁇ ⁇ T 3 ).
  • the propagation correction coefficient ⁇ ( ⁇ ) can be obtained as a function of temperature ( ⁇ ) as shown in the following equation (7).
  • the approximate curve does not necessarily need to be a quadratic curve.
  • Figure 4 shows the results of measuring the sample gas concentration by substituting the output value of the temperature sensor and the output value of the pressure sensor into Equations (7) and (4) and using the corrected ultrasonic propagation velocity. As shown in Fig. 4, the oxygen concentration is not affected by pressure fluctuations, and accurate concentration measurement is possible. The invention's effect
  • a coefficient for correcting the propagation velocity associated with the pressure of the sample gas is derived, and an ultrasonic sample gas concentration measuring method and a gas concentration measuring device capable of measuring the sample gas concentration at the pressure in character. Can be provided.

Abstract

　サンプルガスが流れる配管中に対向させて配置した超音波を送受信する2つの超音波振動子、温度センサ及び圧力センサを備えた超音波式ガス濃度測定装置において、圧力による伝播速度補正係数に基づいて、サンプルガス濃度を演算する濃度演算手段を備えたことを特徴とする超音波式ガス濃度測定装置であり、サンプルガスの圧力に関わらず正確なガス濃度を測定できる方法、及び装置を提供する。

Description

明 細 書 超音波式ガス濃度測定方法及びそれを用いた装置 技術分野
本発明は、 超音波により、 サンプルガスの濃度を測定する方法および装置に 関するものである。 さらに詳細には、 例えば医療目的で使用される酸素濃縮器 から送り出された酸素濃縮ガス中の酸素濃度の測定に適する方法およびその 方法を用いた装置に関するものである。 背景技術
サンプルガス中を伝播する超音波の伝播速度は、 サンプルガスの濃度、 温度 の関数として表されることが広く知られている。サンプルガスの平均分子量を
M、 温度を T [K]とすれば、 サンプルガス中の超音波伝播速度 C [m/sec]は、 次 式 （1) で表される。
[式（1)]
Figure imgf000003_0001
ここで、 k、 Rは定数 （k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R :気体定 数） である。 すなわち、 サンプルガス中の超音波伝播速度 C [m/sec]とサンプ ルガスの温度 T [K]が測定できれば、 サンプルガスの平均分子量 Mを決定でき る。かかるサンプルガスが、例えば酸素と窒素の 2成分からなるガスであれば、 k= 1.4となることが知られている。 該サンプルガスの平均分子量 Mは、 酸 素の分子量を 32、 窒素の分子量を 28として、 酸素 100XP (0≤P≤1)と窒素 100X (1-P) ]の場合においては、 M = 32P+28 (1-P) と記述することがで き、 測定された平均分子量 Mから酸素濃度 Pを決定することができる。 また、 サンプルガス中の超音波伝播速度が C [m/sec]、 サンプルガスの流速 が V [m/sec]であったとき、 サンプルガスの流れに対して順方向に超音波を送 信したときに測定される超音波伝播速度 [m/sec]は、 V i - C + V, 逆方向 に超音波を送信したときに測定される超音波伝播速度 V 2 [m/sec]は、 V 2 = C- Vで表されるので、 サンプルガスの流速 V [m/sec]は、 次式 （2) で求めること ができる。
[式 (2) ]
Figure imgf000004_0001
このようにして求めたサンプルガスの流速 V [m/sec]に、 サンプルガスの流 れている配管の内面積 [m2]を乗じることで、 サンプルガスの流量 [m3/sec] を求めることができる。 さらに体積換算、 時間換算を行えば、 流量を [L/min] で求めることも容易である。
該原理を利用し、サンプルガス中を伝播する超音波の伝播速度もしくは伝播 時間からサンプルガスの濃度、 流量を測定する方法及び装置に関しては、 種々 の提案が行われている。 たとえば、 特開平 6— 213877号公報には、 サンプルガ スが通る配管中に超音波振動子 2つを対向させて配置し、該超音波振動子間を 伝播する超音波の伝播時間を計測することによってサンプルガスの濃度及び 流量を測定する装置が記載されている。 また、 特開平 7— 209265号公報ゃ特開 平 8— 233718号公報には、超音 振動子 1つを使用した音波反射方式でセンシ ングェリァ内を伝播する超音波の伝播速度もしくは伝播時間を測定すること により、 サンプルガスの濃度を測定する装置が記載されている。 発明の開示
このような超音波の伝播速度等を用いてサンプルガスの濃度を正確に測定 するためには、サンプルガスが流れる配管内における影響因子を考慮した正確 な超音波の伝播速度を知らなければならない。
喘息、 肺気腫症、 慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患の治療法として、.酸 素ガスあるいは酸素富化空気を患者に吸入させる酸素吸入療法があり、その酸 素供給源として、 空気中に存在する約 21 %の酸素を高濃度に濃縮して使用者 に供給する圧力変動吸着型酸素濃縮装置がある。かかる圧力変動吸着型酸素濃 縮装置は、 酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤として 5A型や 13X型、 Li-X型、 MD-X型などのモレキュラーシーブゼォライトを充填した吸着床を用 レ 吸着床にコンプレッサから圧縮空気を供給することにより、 加圧条件下で 窒素を吸着させ、 未吸着の酸素を酸素濃縮ガスとして取り出す装置である。 か かる装置には通常は 2つ以上の吸着床が備えられており、一方の吸着床で吸着 剤に窒素を吸着させ未吸着の酸素を生成する加圧吸着工程と、他方の吸着床を 減圧させ吸着した窒素を排気し再生する脱着再生工程を順次切替えながら行 なうことにより連続して酸素を生成することができる。
圧力変動吸着型酸素濃縮装置においては、配管中の加圧吸着工程と脱着再生 工程を切替えて酸素を連続生成しており、また供給酸素流量も随時切替えて使 用されるため、 配管中のサンプルガスの圧力変動が生じる。 し力、しながら、 通 常、 圧力による超音波の伝播速度の変化は全く考慮されていないために、 サン プルガス濃度の測定値の精度を悪化させる要因となっている。
本発明は、 サンプルガスの圧力に伴う伝播速度を補正する係数を導出し、 圧 力におけるサンプルガス濃度を性格に測定可能な超音波式サンプルガス濃度 測定方法及びそれを用いた装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、かかる目的を達成するために鋭意研究した結果、各温度にて、 サンプルガスが流れる配管中の圧力を変化させ、 伝播速度補正係数を算出し、 伝播速度補正係数を温度の関数として表し、 伝播速度を補正することにより、 正確にサンプルガス濃度を測定可能となることを見出したものである。 すなわち本発明は、サンプルガスが流れる配管中に対向させて配置した超音 波を送受信する 2つの超音波振動子、温度センサ及び圧力センサを備えた超音 波式ガス濃度測定装置であり、サンプルガスの圧力による伝播速度補正係数に 基づいて、サンプルガス濃度を演算する濃度演算手段を備えたことを特徴とす る超音波式ガス濃度測定装置を提供する。
また本発明は、 かかる濃度演算手段が、 サンプルガスの測定温度および測定 圧力に応じた伝播速度補正係数を用いて、該超音波振動子が超音波を受信する までの伝播時間を補正する手段であり、 次式 （3) により、 該超音波振動子が 超音波を受信するまでの伝播速度 Cを補正する手段を備えることを特徴とす る超音波式ガス濃度測定装置を提供する。
[式 (3) ]
Figure imgf000006_0001
但し、 k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R：気体定数、 T：サンプルガ ス測定温度、 M :サンプルガスの平均分子量、 P：サンプルガスの測定圧力、 B (T)， C (T) ：伝播速度補正係数を示す。
また本発明は、サンプルガスの流れる配管中に対向させて配置して超音波を 送受信する超音波振動子から送信された超音波が対向に配置した超音波振動 子で受信するまでの伝播時間を元にサンプルガス中の濃度を測定する方法に おいて、サンプルガス温度および圧力に応じた伝播速度補正係数に基づいて該 超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正することを特徴とす る超音波式ガス濃度測定方法を提供するものであり、 特に式 （3) により、 該 超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播速度 Cを補正することを特徴と する超音波式ガス濃度測定方法を提供する。
更に本発明は、 温度 Taにおける複数の異なる圧力のサンプルガスの超音波 伝播速度から、 温度 Taにおける伝播速度補正係数（B (Ta)、 C (Ta) ) を求め、 伝播速度補正係数の温度 Tの関数に基づいて伝播速度を補正することを特徴 とする超音波式濃度測定方法を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の超音波式酸素濃度測定装置の構成を示す概略図を示す。 ま た図 2は、従来の超音波式酸素濃度測定装置の酸素濃度値と圧力との関係を示 す。 図 3は伝播速度補正係数と温度との関係を、 図 4は、 本発明の伝播速度補 正係数を採用した超音波式酸素濃度測定装置の酸素濃度値と圧力との関係を 示す。図 5は、実施態様例の伝播速度補正係数を求めるための試験装置を示す。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の超音波式ガス濃度流量測定方法の実施態様例を示す。本実施 態様例においては、 酸素、 窒素及びアルゴンの 3成分、 または、 酸素、 窒素の 2成分からなるサンプルガスの、 酸素濃度を測定する装置に関して示す。 本発 明によって測定できるサンプルガスは、 本実施例に示す酸素、 窒素、 及びアル ゴンからなるサンプルガスだけに限定されるものではなく、他の分子によって 構成されるガスに対しても容易に適用できる。
超音波式酸素濃度流量測定手段の構成を図 1に示す。サンプルガスの流れる 配管 1の中に 2つの超音波振動子 1 (第 1の超音波振動子 2aおよび第 2の超 音波振動子 2b) を対向させて配置し、 該超音波振動子 の送受信を切替える 切り替え器 4、 該超音波振動子 2に超音波送信パルスを伝えるドライバ 5、 超 音波受信波形のゼロクロス時間を検出するゼロクロス時間検出回路 6、 サンプ ルガスの濃度、 流量を算出するためのマイクロコンピュー夕 7、 及び、 配管 1 の中にサンプルガスの温度を測定する温度センサ 3、 配管 1の中に配管内の圧 力を測定する圧力センサ 8、 伝播速度補正係数が保存されている不揮発性メモ リ 9を備える。 表示器 10は、 測定されたサンプルガスの濃度を表示する。 サ ンプルガスの流れを乱さない限り、 温度センサ、 及び圧力センサは超音波伝播 経路上の中央に配置しても構わない。
上述の装置構成を用いてサンプルガスの濃度を測定する方法について述べ る。 サンプルガス中を伝播する超音波の伝播速度は、 サンプルガスの濃度、 温 度の関数として表されることが広く知られている。 すなわち、 サンプルガスの 平均分子量 M、 温度を T [K]とすれば、 サンプルガス中の超音波伝播速度 C [m/sec]は前述の式 （1) で表される。 配管中を流れるサンプルガスが、 式 （1) のように圧力の影響を考慮しない場合、配管中の圧力がゼロの場合には該方法 にて正確な酸素濃度を測定することが可能であるが、配管中に圧力が存在する 場合には、 正確な酸素濃度の測定値の導出は不可能である。
特開 2004-317459号公報に記載の、圧力を考慮しない従来のアルゴリズムを 用いた測定方法にて導出したサンプルガス中の酸素濃度の結果を図 2に示す。 図 2に示す通り、 超音波の伝播速度が圧力に依存してしまうために、 酸素濃度 の出力値は圧力が高くなるにつれて低下することが分かる。
超音波伝播速度 Cが圧力に依存し、温度の関数として表されることは一般的 に知られており、 式 （3) にて表すことができる。
[式 (3) ]
C =
Figure imgf000008_0001
ここで、 P [N/m2 ]は、 本願発明による超音波式サンプルガス濃度測定装 置に内蔵された圧力センサの出力値を示す。 また B (T)や C (T) [m3/mol]は、 超音波伝播速度補正係数を示す。
本実施例においては、 B (T)の項までを適用して次式 （4) を用いて示す。 [式 (4) ]
Figure imgf000009_0001
該伝播速度補正係数の算出方法の 1つを示す。 図 5に示すように、 複数の超 音波式サンプルガス濃度測定装置 13a， 13b を温度調整が可能な装置 14、 例え ば恒温槽の内部に設置する。 外部に設置したガスボンベ 16から流量調整器 1 1 を経て超音波式サンプルガス濃度測定装置 13a， 13bに接続する。サンプルガス 温度を恒温槽設定温度に一致するように温度を安定させる為に、超音波式サン プルガス濃度装置 13a, 13bまでの恒温槽内でのチューブ 12の長さをより長く する。 恒温槽 14から出てきたチューブを圧力調整弁 15に接続し、 圧力値を調 整できるようにする。
かかる圧力調整弁 15を用いることで Pい P 2の 2種類の圧力条件を準備し、 各々の条件下で、ある安定した温度 1\における超音波伝播速度 C 1及び C 2を 測定することにより、 サンプルガスの平均分子量 M2は次式（5)、 （6)にて 求めることができる。 但し、 2種類の圧力水準のおける温度条件は必ずしも一 致させなくてもよい。
[式 (5) ]
Figure imgf000009_0002
ぼ (6) ] k R D 、
Figure imgf000010_0001
実測時のサンプルガスが同一であれば、 M1 = M2 となり、 伝播速度補正係 数 B (Ta)を算出することができる。
他の温度 T2， Τ3等における伝播速度補正係数 Β2, Β3も同様の方法によ つて求め、温度 Τ における伝播速度補正係数 B (T^ -B Lを含め、伝播速度補 正係数 （Bi B と温度 （T\〜T3) との関係をプロットしたものが図 3 である。
ここでプロットした点を 2次近似曲線にて近似することで、 次式（7)に示す ように、 伝播補正係数 Β (Τ)を温度 （Τ) の関数として求めることができる。 但 し、 近似曲線は、 必ずしも 2次曲線である必要はない。
ぼ (7) ]
Β (Τ) = αΤ2 + ]8Τ + τ
温度センサの出力値及び圧力センサの出力値を式 （7) および式 （4) に代入 し、補正した超音波伝播速度によりサンプルガス濃度を測定した結果を図 4に 示す。.図 4に示す通り、 酸素濃度は圧力変動の影響を受けず、 正確な濃度測定 を行なうことが可能である。 発明の効果
本発明の方法を用いることで、サンプルガスの圧力に伴う伝播速度を補正す る係数を導出し、圧力におけるサンプルガス濃度を性格に測定可能な超音波式 サンプルガス濃度測定方法及びガス濃度測定装置を提供することが出来る。

Claims

請求の範囲 サンプルガスの流れる配管中に対向させて配置して 2つの超音波を 送受信する超音波振動子から送信された超音波が対向に配置した超音 波振動子で受信するまでの伝播時間を元にサンプルガス中の特定成分 ガスの濃度を測定する方法において、 2つの超音波振動子の各々から 送信された超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間を 測定するステップ、 サンプルガス温度を測定するステップ、 サンプル ガスの温度および圧力に応じた伝播速度補正係数に基づいて該超音波 振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正するステップを備え たことを特徴とする超音波式ガス濃度測定方法。 該超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正するステ ップが、 灰式により超音波の伝播速度 （C) を補正するステップである ことを特徴とする請求項 1に記載の超音波式ガス濃度測定方法。
Figure imgf000011_0001
(但し、 k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R :気体定数、 T : サンプルガス測定温度、 M：サンプルガスの平均分子量、 P：サンプ ルガスの測定圧力、 B (T)， C (T) ：伝播速度補正係数を示す。 ） 該超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正するステ ップが、 温度 Taにおける、 圧力値の異なる複数のサンプルガスの超音 波伝播速度から、 温度 Taにおける伝播速度補正係数 B (Ta)、 C (Ta)を求 め、 伝播速度補正係数の温度 Tの関数に基づいて伝播速度を補正する ことを特徴とする請求項 2に記載の超音波式濃度測定方法。
4 . 該超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正するステツ プが、 次式により超音波の伝播速度 （C) を補正するステップであるこ とを特徴とする請求項 1に記載の超音波式ガス濃度測定方法。
Figure imgf000012_0001
(但し、 k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R：気体定数、 T： サンプルガス測定温度、 M：サンプルガスの平均分子量、 P：サンプ ルガスの測定圧力、 B (T) ：伝播速度補正係数を示す。 ）
5 . . 該超音波振動子が超音波を受信するまでの伝播時間を補正するステ ップが、 温度 Taにおける、 圧力値の異なる複数のサンプルガスの超音 波伝播速度から、 温度 Taにおける伝播速度補正係数 B (Ta)を求め、 伝 播速度補正係数の温度 Tの関数に基づいて伝播速度を補正することを 特徴とする請求項 4に記載の超音波式ガス濃度測定方法。
6 . ガス濃度を測定する装置であり、 測定する目的ガスを流すための軸 線に沿って延びる配管、 該配管の内側に配置され超音波を送受信する 第 1 の超音波振動子、 該配管の内側に第 1の超音波振動子に対向させ て配置され超音波を送受信する第 2の超音波振動子、 該第 1および第 2の超音波振動子の間での超音波振動子から超音波を送信する超音波 送信モードと送信された超音波を受信する超音波受信モードの切換え 制御を行なう送受信切り替え器、 該配管に配置され目的ガスの温度を 測定する温度センサ、 該配管に配置され目的ガスの圧力を測定する圧 力センサを備え、 2つの超音波振動子の各々から送信された超音波を 他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間、 該酸素センサの出力 値、 および該圧力センサの圧力値による伝播速度補正係数に基づいて、 目的ガスの濃度を演算する濃度演算手段を備えたことを特徴とする超 音波式ガス濃度測定装置。 該濃度演算手段が、 目的ガスの測定温度および測定圧力に応じた伝 播速度補正係数を用いて、 該超音波振動子が超音波を受信するまでの 伝播時間を補正する手段であることを特徴とする請求項 6 に記載の超 音波式ガス濃度測定装置。 該濃度演算手段が、 次式により、 該超音波振動子が超音波を受信す るまでの伝播速度 （C) を補正する手段を備えることを特徴とする請求 項 7に記載の超音波式ガス濃度測定装置。
Figure imgf000013_0001
(但し、 k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R :気体定数、 T : サンプルガス測定温度、 M：サンプルガスの平均分子量、 P：サンプ ルガスの測定圧力、 B (T)， C (T) ：伝播速度補正係数を示す。 ） 該濃度演算手段が、 温度 Taにおける、 圧力値の異なる複数のサンプ ルガスの超音波伝播速度から、 温度 Ta における伝播速度補正係数 B (Ta)、 C (Ta)を求め、 伝播速度補正係数の温度 T の関数に基づいて伝 播速度を補正する手段であることを特徴とする請求項 8 に記載の超音 波式ガス濃度測定装置。 該濃度演算手段が、 次式により超音波の伝播速度 （C) を補正する手 段を備えることを特徴とする請求項 7 に記載の超音波式ガス濃度測定
Figure imgf000014_0001
(但し、 k ：定積モル比熱と定圧モル比熱の比、 R :気体定数、 T : サンプルガス測定温度、 M：サンプルガスの平均分子量、 P：サンプ ルガスの測定圧力、 B (T) ：伝播速度補正係数を示す。 ） 該演算手段が、 温度 Taにおける、 圧力値の異なる複数のサンプルガ スの超音波伝播速度から、 温度 Taにおける伝播速度補正係数 B (Ta)を 求め、 伝播速度補正係数の温度 Tの関数に基づいて伝播速度を補正す る手段であることを特徴とする請求項 10に記載の超音波式ガス濃度測 定装置。
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