JP2002539447A - 赤外線ガスアナライザ及び当該アナライザの作動方法 - Google Patents
赤外線ガスアナライザ及び当該アナライザの作動方法Info
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Abstract
Description
して使用するためのアナライザであり、測定ガスが貫流しているキュベット(測
定キュベット)、IR光源及び検知器を有しており、IR光源は、測定キュベッ
トを貫通するIR光を発生し、検知器により、測定ガス中のIR光吸収量を測定
することができるアナライザに関する。更に、本発明は、この種のアナライザの
作動方法に関する。
被検体で使われることが屡々である。この種の漏れサーチでは、被検体内の媒体
がテストガス又は測定ガスとして使用される。漏れがある場合、僅かな量の各々
の測定ガスが、匂いチューブを介してガス検知器に達し、このガス検知器は、こ
のガスを検知することができるように構成されている。
ら出ている測定ガスだけではなくて、匂いの吸い口の周囲環境からのガスも吸い
込まれるという問題がある。この匂いの吸い口の周囲環境からのガスが、測定ガ
スの僅かな濃度を既に含んでいる場合(つまり、以前に検出された漏れ、又は、
製産ラインの充填ステーションから生じることがある)、このガスは、同様にガ
ス検知器によって記録される。これは、高い測定ガスバックグランドの場合、誤
測定となることがあり、即ち、密度の高い被検体が誤りとして「検知」されるこ
とがある。
が使用される。質量スペクトロメータは、高い検出感度を有しているが、コスト
が掛かり、ローブストではない。
外線吸収スペクトロスコピも使用することができる。赤外線吸収スペクトロスコ
ピは、ガス分析用の方法として、それ自体公知である(例えば、Haensel/Neuman
n "Physik", Spektrum Akademie Verlag, Heidelberg参照)。しかし、そこに記
載されているようなスペクトログラフは、コスト高であり、敏感な機器であり、
工業的に日常使用するには適していない。更に工業用装置(例えば、MULTIWARN,
Firma Draeger)が公知であるが、漏れサーチで使用するには、1〜2のオーダ
ーで不感応であり、及び/又は、その応動時間に関して著しく緩慢(30〜60秒)
である。
用することができる日常的に使用することができて、コスト上有利なIRガスア
ナライザを提供することである。更に、IRガスアナライザを使用することによ
って、上述の、匂い漏れサーチで生じる誤測定を回避することができるようにな
る。
例えば、匂い漏れサーチでのガス検知器として使用するためのアナライザであり
、測定ガスが貫流しているキュベット(測定キュベット)、IR光源及び検知器
を有しており、IR光源は、測定キュベットを貫通するIR光を発生し、検知器
により、測定ガス中のIR光吸収量を測定することができるアナライザにおいて
、測定ガスが貫流している測定キュベットの他に、基準ガスが貫流している基準
キュベットが設けられており、測定ガス吸い込み個所の周囲環境内で吸い込まれ
るように構成されており、測定キュベット及び基準キュベットには、同一又は別
の光源並びに同一検知器が配属されており、測定キュベット及び基準キュベット
を貫通するIR光を変調する手段が設けられており、測定値形成用の手段が設け
られており、該手段は、測定キュベット内でのIR吸収の測定によって得られる
信号の際に、基準キュベットのガス内でのIR吸収の測定によって得られるバッ
クグランド信号を考慮することができるように構成されている。測定ガスだけで
なく、匂い検知器(Schnueffler)の周囲環境から得られた基準ガスも検査される
ことにより、測定ガス又は測定値形成時の、障害となる他のガスの全てのアンダ
ーグランド濃度を考慮することができる。最も簡単な場合、基準ガスの検査によ
り得られる信号が、測定ガスの検査によって得られる信号から減算される。
々異なる2つの検知器のノイズ成分が補償されずに、減算の際に消去されないか
らである。共通のIR光源を用いることができ、又は、2つの別個の光源(各キ
ュベットに対して1つ)を用いることができる。有意義には、キュベットを貫通
するIR光を変調することができる。つまり、さもないと、検知器を1つしか使
わないことは不可能となるからである。
する。
例、 図4は、共通検知器上の両キュベットの光のフォーカシング用の択一選択的な実
施例、 図5は、本発明のアナライザを用いて検出可能な赤外線活性ガス用の実施例 である。
該キュベットには、各々1つのIR光源4乃至5が配属されている。光源として
は、僅かな熱時定数の、殊に、薄膜放射器として構成されたIR源を用いること
ができる。一例としては、タイプSVF350-5M3、Firma CAL-Sensors社製がある。
いる。各々真ん中の部分7,10は、密閉空間14内にあり、この空間には、真
空ポンプ15(有利には、ダイアフラムポンプ)が接続されている。
分は、測定ガスが貫流している。そのために、この部分には、例えば、その真ん
中に、測定ガス管路(チューブ管路17)が接続されており、この管路では、匂
いの吸い口18に供試体19が接続されている。例えば、部分7の両端領域内に
、開口21(例えば、両部分間の間隙として構成することができる)が設けられ
ており、この開口は、空間14内に結合されており、その結果、部分7は、作動
中、測定ガスが貫流している。真空ポンプ15は、このガス流の保持部として使
用される。付加的に、供試体19内には、送給ポンプを設けることができる。
14内に突入されている。部分17側の端は、IR透過性、ガス密に装着された
窓22が装置構成されている。空間14内の圧力の保持は、そうすることによっ
て確実に行われる。
の真ん中の部分10がチューブ管路25に接続されており、チューブ管路の吸い
込み開口26は、匂いの吸い口18の周囲環境からガスを取り入れる。空間14
内に通じている、部分10の開口は、27で示されており、部分9のIR透過性
窓は、28で示されている。
性窓31,32で密閉されている。空間14の外部では、両キュベット2及び3
の部分8及び11の構成は、両個別キュベット2,3からの光ビームが検知器表
面上で集束されるようにフォーカシング装置12が構成されるようにされている
。図1の実施例では、両キュベットは、軸線が連続的に接近するようにして、共
通の開口部34内で終端する。この開口34の前には、赤外線検知器35が取り
付けられており、その結果、この検知器35により、両キュベット2及び3内で
IR吸収度を測定することができる。検知器は、有利には、光及びガス密に、一
緒に形成された両キュベットの出口開口に装着されており、その結果、この検知
器は、周囲環境からの妨害の影響に対してほぼ保護される。格安且つ平均赤外線
内で使用することができる検知器として、例えば、タイプLHi807TC、Firma Heim
ann製(温度補償が統合されて提供される)が適している。検知器35には、増
幅器36及び測定/指示装置37が接続されている。
って入るIR光を変調する必要がある。そのために、図1の実施例では、両IR
光源4及び5と接続されていて、この光源の光を変調する周波数発生器38が設
けられている。この周波数発生器38は、周期的な矩形波信号を発生し、この信
号は、180°だけ位相がシフトされて光源4及び5に供給される。周波数発生
器38は、更に線路39を介して増幅器36と接続されていて、ロックイン測定
技術を使用することができる。この測定技術は、それ自体公知である。これによ
り、「ノイズのある」信号を、有効信号を変調して、続いて位相感応整流するこ
とによって高い感度で検知することができる。
図2)。この解決手段の利点は、光源42を1つしか必要としないということで
ある。そのために、両キュベット2及び3の両部分6及び9の構成は同様に、こ
の両部分6及び9が共通の開口43内で終端し、この開口の前には、光源42が
取り付けられている。更に、部分6及び7は、空間14の外側で中断されている
。そうすることによって形成された間隙44内に、チョッパー41が設けられて
おり、このチョッパーは、キュベット2及び3を通るIR光を周期的に交互に通
過させるように制御する。チョッパー41を用いて、同様に基準信号を発生させ
て、管路39を介してロックインアンプ36に供給することができる。
ベット及び基準キュベット2乃至3として使用することができる。製造の際、個
別の管が先ず曲げられて、続いて、各個別管の各端を一緒に接合する場合に、共
通の開口34乃至43が形成されるようにフライス削りされる。両管は、その内
壁を付加的に特別に良好な反射金属でコーティングすることができる、プレス又
は延ばされたアルミニウムから製造すると目的に適っている。
のように構成されている。図2の実施例では、両端領域がこの構成を有する必要
がある。共通のIR光源42の領域内では(図2)、既述のように2つの管に分
岐することにより、ビームスプリッタ46として作用する。分割ビームの各々は
、再度一緒になるように形成された管の領域内で、検知器35に達する。
知器検知面内に位置している放物面状ミラー面を用いてもよい。図4には、その
ような手段の実施例が示されている。共通の赤外線光透過性ガス密な窓49を用
いて閉じられている両キュベット出口開口47,48に、放物面状ミラー面50
が取り付けられている。その焦点は、検知器35の検知器検知面38内に位置し
ている。放物面状ミラー50は、金、銀又はアルミニウムで反射コーティングさ
れていて、一方では、キュベット出口47,48に、他方では、検知器に直径が
適合されたプラスチック部にすると目的に適っている。検知器35は、ここでも
、光及びガス密に放物面状ミラー50の出口開口にセットされており、この放物
面状ミラーは、真空室14に対してガス密にIR光透過性窓49と閉じられてい
る。
間で1ppmよりも小さい検知感度を達成することができる。この種のIRセン
サは、ローブストであり、従って、産業上日常業務で使用することができる。各
キュベットは、あまりコストを掛けずに製造可能であり、その結果、このキュベ
ットは、簡単に交換可能で廉価な消耗部品として提供することができる。この点
は、汚染が大きい場合には特に有意義である。
使用されることによって、他のガスも含むことができる周囲環境大気のバックグ
ランド信号を全信号から減算することができる。
とができるために、赤外線フィルタが使用され、この赤外線フィルタは、スペク
トルの、検査ガスが高い吸収を有する部分に対して透過性である。
域幅の選択に応じてガスアナライザの特性を変えることができる。例えば、非常
に狭帯域なフィルタを使用して、この領域内の測定ガスが吸収特性曲線を有して
いる場合、このガスを正確に検知することができる。非常に広帯域なフィルタが
使用される場合、大きなフィルタ帯域領域内に吸収線を有している漏れ出たガス
は、ほぼ、どんなガスも検知することができる。平均帯域幅の適切なフィルタを
選択する際、幾つかの僅かな検査ガスを検知することができ、即ち、正確に、選
択されたフィルタ帯域幅内に吸収特性線を有している検出ガスを検知することが
できる。アナライザの特性を決めるフィルタは、検知器35の直ぐ前に取り付け
ると目的に適っている。このフィルタは、図1に略示されていて、40で示され
ている。
却手段(R22,R134a,R600)のIR吸収度が示されている。種々異
なる帯域幅のIRフィルタの特性は、垂直方向の一点鎖線又は破線及び両方向矢
印によって示されている。
使用することができ、このIRフィルタの特性は、両方向矢印51によって示さ
れている。R600だけが、このIRフィルタの帯域内で高い吸収度を有してい
る。
向矢印52によって示されている。R600もR22及びR134aも検知可能
である場合、両方向矢印53によって示された平均帯域幅のフィルタを使用する
ことができる。何れにせよ、この種の赤外線検知では、種々異なるガスが丁度検
知されるということは言えない。
はFC−70520U,Firma LOT Oriel(中心波長7,69m
(R134aの場合)及び帯域幅4.2%)である。
Claims (19)
- 【請求項1】 赤外線ガスアナライザ(1)、例えば、匂い漏れサーチでの
ガス検知器として使用するためのアナライザであり、測定ガスが貫流しているキ
ュベット(測定キュベット2)、IR光源(4,5,42)及び検知器(35)
を有しており、前記IR光源(4,5,42)は、前記測定キュベット(2)を
貫通するIR光を発生し、前記検知器(35)により、前記測定ガス中のIR光
吸収量を測定することができるアナライザにおいて、 測定ガスが貫流している測定キュベット(2)の他に、基準ガスが貫流している
基準キュベット(3)が設けられており、 測定ガス吸い込み個所の周囲環境内で吸い込まれるように構成されており、 前記測定キュベット(2)及び前記基準キュベット(3)には、同一又は別の光
源(4,5,42)並びに同一検知器(35)が配属されており、 前記測定キュベット(2)及び前記基準キュベット(3)を貫通するIR光を変
調する手段(38,41)が設けられており、 測定値形成用の手段(36)が設けられており、該手段は、前記測定キュベット
内でのIR吸収の測定によって得られる信号の際に、前記基準キュベット(3)
のガス内でのIR吸収の測定によって得られるバックグランド信号を考慮するこ
とができるように構成されている ことを特徴とするアナライザ。 - 【請求項2】 測定キュベット(2)及び基準キュベット(3)は、各々3
つの部分(6,7,8乃至9,10,11)を有しており、各々真ん中の部分(
7乃至10)は、測定ガス乃至基準ガスによって貫流されている請求項1記載の
アナライザ。 - 【請求項3】 管路(17,24)が設けられており、該管路は、測定ガス
乃至基準ガスの送給に使用され、流出用開口(21乃至27)が設けられており
、該開口は、真空室(14)内につながっている請求項2記載のアナライザ。 - 【請求項4】 部分(6,9)の領域内には、単数乃至複数の光源(4,5
乃至42)並びにキュベット(2,3)を貫通するIR光の変調用手段(38,
41)が設けられている請求項1,2又は3記載のアナライザ。 - 【請求項5】 キュベット(2,3)の部分(6,9)の各々に、光源(4
乃至5)が配属されており、両IR光源(4,5)の変調のために、周波数発生
器(38)が設けられている請求項4記載のアナライザ。 - 【請求項6】 光源(42)が1つだけ設けられており、該光源の光がビー
ムスプリッタ(46)を介してキュベット(2,3)に供給され、IR光の変調
用の機械式チョッパーが設けられている請求項4記載のアナライザ。 - 【請求項7】 入口部分(6,9)が真空室(14)内に突入されており、
内部にIR光透過性窓(22,28)が密閉されている請求項3及び請求項4,
5又は6記載のアナライザ。 - 【請求項8】 キュベット(2,3)の、検知器側の部分(8,11)は、
同様に真空室(14)内に突入されており、内部でIR光透過性窓(31,32
)が密閉されている請求項2及び3及びその他の請求項に記載のアナライザ。 - 【請求項9】 キュベット(2及び3)を貫通するIR光は、フォーカシン
グ装置(12)を介して検知器面上に集束される請求項1から8迄の何れか1記
載のアナライザ。 - 【請求項10】 フォーカシング装置(12)として、放物面状ミラーが設
けられている請求項9記載のアナライザ。 - 【請求項11】 キュベット(2,3)の検知器側部分(8,11)は、フ
ォーカシング装置(12)を形成するために、連続的に次第に接近する軸線で共
通の開口(34)内で終端する請求項8及び9記載のアナライザ。 - 【請求項12】 測定値形成に使用される手段の構成部品は、ロックインア
ンプである請求項1から11迄の何れか1記載のアナライザ。 - 【請求項13】 測定及び基準キュベット(2,3)は、各々金属管、有利
には、アルミニウムから形成されている請求項1から12迄の何れか1記載のア
ナライザ。 - 【請求項14】 両管は、少なくとも一方の端領域内で、連続的に接近する
軸線が共通の開口(34,43)内で終端するように構成されている請求項13
記載のアナライザ。 - 【請求項15】 管の内壁は、反射金属でコーティングされている請求項1
3又は14記載のアナライザ。 - 【請求項16】 検知器(35)には、IR光フィルタ(40)が設けられ
ている請求項1から15迄の何れか1記載のアナライザ。 - 【請求項17】 請求項1から16迄の何れか1記載の要件を有する赤外線
ガスアナライザの作動方法において、 キュベット(2,3)内で、交互にIR光吸収度測定を実行し、基準キュベット
(3)内での基準ガスの検査によって生じる信号を、測定値形成の際に考慮する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項18】 ロックイン測定技術を用い、そのために必要な基準信号を
変調装置(38乃至41)によって形成する請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 ガスアナライザの特性を、種々異なる帯域幅の赤外線フィ
ルタ(40)を用いて変える請求項17又は18記載の方法。
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