JP2014010092A - ガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ガスセル70内の測定対象ガスに、水に吸収される吸収波長及び水に吸収されない非吸収波長を含む測定光を照射する光源部10と、測定対象ガス中を通過した測定光の強度を受光する受光部20と、波長に対する測定光の強度変化I(ν)に基づいて、測定対象ガス中の水蒸気量情報を算出する演算部61aとを備えるガス分析装置1であって、波長に対する測定光の強度変化I(ν)に基づいて、測定対象ガスの種類を判別するガス種類判別部61cと、測定対象ガス中の水蒸気量情報である演算結果を出力するとともに、測定対象ガスの種類である判定結果を出力する出力制御部61bとを備えるようにする。
【選択図】図1
Description
さらに、式(3)の右辺におけるQ(T)、B(T)、SE(T)は、それぞれ下記式(4)、(5)、(6)のように表すことができる。
ガス分析装置101は、光源部10と、受光部20と、圧力値Ptotalを測定する圧力センサ31と、ガス温度値Tを測定するガス温度センサ32と、光源部10を制御するレーザ制御部50と、マイコンやPCで構成される制御部160とを備える。
そして、レーザダイオードは、入射用光学窓71からサンプル流路70内にX方向でレーザ光を入射させるように配置されており、レーザ光がサンプルガスに対して照射されるようになっている。
制御部160は、CPU161とメモリ162と表示部163と入力装置64とを備える。また、CPU161が処理する機能をブロック化して説明すると、サンプルガス中の分圧値PH2Oを算出する演算部61aと、演算結果を出力する出力制御部161bとを有する。さらに、メモリ162には、演算結果を記憶するための演算結果記憶領域を有する。
出力制御部161bは、表示部163に分圧値PH2Oを表示する。図8は、ガス分析装置101に表示された画像の一例を示す図である。画面の左部領域には、演算結果として、縦軸を分圧測定値PH2Oとし、横軸を時間tとしたグラフが表示されている。また、画面の右上部領域には、ある時間tの演算結果としてH2O分圧値「150Pa」が表示されている。
なお、演算部61aは、分圧値PH2Oと圧力値Ptotalとを用いて、サンプルガス中の水蒸気量(濃度)を演算して表示させてもよい。
しかし、このように多点での測定を行う場合、演算結果をメモリ162等に保存して、測定日時で管理することになるが、メモリ162等に記憶された複数の演算結果の中から過去の所望の演算結果を探し出すことは困難であった。
(1/2)×(ln(I0(ν0)/I(ν0)))=(ln(I0(ν1)/I(ν1)))=(ln(I0(ν2)/I(ν2))) ・・・(8’)
ただし、ν1<ν0<ν2である。
例えばHITRANデータベースによれば、水分子のある吸収線における水分子自身の衝突広がり係数γselfはおよそ0.5(cm−1)程度で、空気との衝突広がり係数γsampleについてはおよそ0.1(cm−1)程度である。それに対し、ヘリウムガスと水分子との衝突広がり係数をγsampleで求めると空気に対して1/10程度の大きさであった。つまり、サンプルガス種の違いによって吸収スペクトルの波形そのものが大きく異なっており、この形の違いを半値半幅という値で表せば、この値をある閾値Xとの大小比較によって2種のサンプルガスを判別することができる。閾値Xを例えば0.05として、閾値X以上であればサンプルガスは空気であると判別し、一方、閾値X未満であればサンプルガスはヘリウムであると判別することができる。
したがって、γsampleを求めることにより、サンプルガスの種類を決定することができることがわかった。その結果、図4に示すグラフを利用することにより、面積を求めるとともに、波形の幅(例えばローレンツHWHM)を求めることで、サンプルガスの種類を演算結果に合わせて保存することを見出した。
また、上記の発明では、前記出力制御部は、前記演算結果を記憶部に保存させるとともに、前記判定結果を記憶部に保存させるようにしてもよい。
さらに、上記の発明では、前記ガス種類判別部は、前記測定対象ガスの種類として、空気或いは酸素と、水素或いはヘリウムとをそれぞれ判別するようにしてもよい。
本発明のガス分析装置によれば、空気と水素とを判別したり、空気とヘリウムとを判別したり、酸素と水素とを判別したり、酸素とヘリウムとを判別したりすることができる。
(1/e)×(ln(I0(ν0)/I(ν0)))=(ln(I0(ν1)/I(ν1)))=(ln(I0(ν2)/I(ν2))) ・・・(8)
ただし、ν1<ν0<ν2であり、e>1である。
ガス分析装置1は、光源部10と、受光部20と、圧力値Ptotalを測定する圧力センサ31と、ガス温度値Tを測定するガス温度センサ32と、光源部10を制御するレーザ制御部50と、マイコンやPCで構成される制御部60とを備える。
さらに、メモリ62には、演算結果と判定結果とを記憶するための演算結果記憶領域を有する。つまり、本発明に係るガス分析装置1では、従来のガス分析装置101と異なり、演算結果記憶領域には、演算結果とともに判定結果とが記憶される。
例えば、グラフにおけるln(I0(ν)/I(ν))が最大値となる周波数νをν0とし、式(8’)が成立する周波数ν1と周波数ν2とを求め、ν2−ν1の大きさ2γLを求める。
(1/2)×(ln(I0(ν0)/I(ν0)))=(ln(I0(ν1)/I(ν1)))=(ln(I0(ν2)/I(ν2))) ・・・(8’)
そして、γLの大きさからサンプルガスが空気であるか、或いは、水素であるかを判別する。例えば、閾値Xをメモリ62に予め記憶させておき、γLの大きさが閾値X以上であればサンプルガスは空気であると判別し、一方、閾値X未満であればサンプルガスは水素であると判別する。
(1)上述したガス分析装置1において、式(8’)が成立する周波数ν1と周波数ν2とを求め、ν2−ν1の大きさ2γLを求める構成としたが、式(8)が成立する周波数ν1又は周波数ν2を求め、ν2−ν0又はν0−ν1の大きさを求めるような構成としてもよい。
(1/e)×(ln(I0(ν0)/I(ν0)))=(ln(I0(ν1)/I(ν1)))=(ln(I0(ν2)/I(ν2))) ・・・(8)
ただし、ν1<ν0<ν2であり、e>1である。
(3)上述したガス分析装置1において、サンプルガスは空気であるか水素であるかを判別する構成としたが、サンプルガスは3種類以上のガスを判別するような構成としてもよい。
10 光源部
20 受光部
61a 演算部
61b 出力制御部
61c ガス種類判別部
70 サンプル流路
71 入射用光学窓
72 出射用光学窓
Claims (4)
- ガスセル内の測定対象ガスに、水に吸収される吸収波長及び水に吸収されない非吸収波長を含む測定光を照射する光源部と、
前記測定対象ガス中を通過した測定光の強度を受光する受光部と、
波長に対する測定光の強度変化I(ν)に基づいて、前記測定対象ガス中の水蒸気量情報を算出する演算部とを備えるガス分析装置であって、
波長に対する測定光の強度変化I(ν)に基づいて、前記測定対象ガスの種類を判別するガス種類判別部と、
前記測定対象ガス中の水蒸気量情報である演算結果を出力するとともに、前記測定対象ガスの種類である判定結果を出力する出力制御部とを備えることを特徴とするガス分析装置。 - 前記出力制御部は、前記演算結果を記憶部に保存させるとともに、前記判定結果を記憶部に保存させることを特徴とする請求項1に記載のガス分析装置。
- 前記ガス種類判別部は、前記測定対象ガスの種類として、空気或いは酸素と、水素或いはヘリウムとをそれぞれ判別することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガス分析装置。
- 前記ガス種類判別部は、波長に対する測定光の強度変化I(ν)に基づいて、水分子の吸収を受けなかった場合の波長に対する測定光の強度変化I0(ν)を算出し、周波数νとln(I0(ν)/I(ν))との関係を示すグラフを作成して、当該グラフにおけるln(I0(ν)/I(ν))が最大値となる周波数νをν0とし、下記式(8)が成立する周波数ν1又は周波数ν2を求め、ν2−ν1、ν2−ν0又はν0−ν1の大きさから前記測定対象ガスの種類を判別することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のガス分析装置。
(1/e)×(ln(I0(ν0)/I(ν0)))=(ln(I0(ν1)/I(ν1)))=(ln(I0(ν2)/I(ν2))) ・・・(8)
ただし、ν1<ν0<ν2であり、e>1である。
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