JP3610870B2

JP3610870B2 - Infrared gas analyzer

Info

Publication number: JP3610870B2
Application number: JP2000090556A
Authority: JP
Inventors: 訓明金丸; 洋北村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001281140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外活性な被測定成分ガスの赤外線スペクトル吸収に伴うガス圧変動を利用して被測定成分ガス濃度を計測する赤外線ガス分析計、特に、赤外線ガス分析計を構成するセル部と検出部の構成に関する。
【０００２】
【従来技術】
２つ以上の異なる原子から成る異核分子の多くは、波長１〜２０μｍの赤外光を照射すると、その化学種に特有の振動および回転の運動エネルギー準位の遷移が起こり、特定の赤外線スペクトルを吸収し、内部エネルギーや体積あるいは圧力の増加など、熱力学的な変化を引き起こす。非分散型赤外線ガス分析計（以下、ＮＤＩＲという）は、この様なガス成分の特性を利用して、その濃度を計測する機器である。
【０００３】
検出器としてフローセンサを用いたシングルビーム式ＮＤＩＲの構成を図３に示す。図に示すようにこの種のＮＤＩＲは、一般に、赤外光を発生するための光源部２、試料が導入されるセル部３、セル部３を通過した赤外光の強度を計測することで最終的に試料濃度を計測するディテクター（検出器）部４の３ユニットから構成されている。
光源部２は赤外光の発生を担い、赤外光を発生させるための発生源であるヒーター（光源）２１と、赤外光を断続してセル部３およびディテクター部４に入射させるためのチョッパー２２とから構成されている。
【０００４】
チョッパー２２は、例えば、光源２１からの光の通過を許容するように、一部を切り欠いた切り欠き部が形成された２枚羽根の回転円板２３とこの回転円板２３を回転駆動するモータ２４とで構成されており、回転円板２３をモータ２４で回転させることで、回転円板２３の未切り欠き部（遮光部）が光源２１の前に位置している際には光源２１からの赤外光を遮光し、切り欠き部が光源２１の前に位置している際には光源２１からの赤外光が通過し、セル部３に照射される。
【０００５】
セル部３は、試料が導入される部位であって、パイプ３１の前後を赤外光が広いスペクトル域で透過可能な赤外線透過性ガラスやＣａＦ_２等の窓板３２で封止し、パイプ３１側面などに一端からもう一端へガスが流せるようガスの導入出孔３３を備え、また、その内面は赤外光を効率よく反射するために、鏡面仕上げや金などのコーティングが施されている。
【０００６】
ディテクター部は、アルミなどの金属製ブロックに形成された開口が赤外光透過性窓板で塞がれた前室となる前部ブロックと後室となる後部ブロックを備え、両ブロックを接合一体化して構成されている。これは、ＮＤＩＲの原理上、検出部は、被測定成分ガス（試料）が導入されたセルを透過してきた測定すべき赤外光を入射させ、内封された受感ガスを昇圧させるための前後２室の形成と、前後室を連通する連通路内に検出素子であるフローセンサ等のセンサを配置するために必要な構成で、その構成を図４に模式的に示す。
【０００７】
少なくとも前部ブロックＢ１の正面と、前部ブロックＢ１と後部ブロックＢ２の接合面が赤外光を透過するＣａＦ_２等の窓板４３で仕切られ、両ブロックＢ１、Ｂ２の接合面の窓板４３′が隔壁となって前室４１と後室４２との２室が形成され、これら２室は、ガス移動が可能なキャピラリーやトンネル等の連通路４４で接続されている。
連通路４４には、前後室４１、４２の圧力差で生じる両室に充填された充填ガスの流れ検出する熱線式フローセンサ５０が配置されており、この熱線式フローセンサ６０の連通路４４内への配置を可能にするために、いずれか一方のブロックに形成される連通路を構成するトンネルは、熱線式フローセンサ５０の配置作業が可能なサイズの開口とされたセンサ室５１とされている。
【０００８】
さらに、これら２室４１、４２には、ＮＤＩＲの被測定対象となる、例えば、ＣＯ_２等の化学種のみ、あるいは、この化学種をＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性ガスで希釈されたガスが充填されている。
なお、前後部ブロックＢ１、Ｂ２で形成された前後室４１、４２には受感ガスを内封することから、前後ブロックＢ１、Ｂ２の接合、各ブロックと窓板４３の接合には、エポキシ等の気密性に優れた接着剤が用いられる。
【０００９】
また、連通路４４に配置されるセンサとしては、前後室の圧力差を検出できるものであればどのようなものでもよいが、センサが、前後室の圧力差で連通路内のガスの流れを検出するフローセンサである場合には、一般に、小型で高精度な薄膜技術で製作された薄膜型熱線式フローセンサが、使用されている。
【００１０】
熱線式フローセンサは、風速を抵抗変化として計測する熱線式風速計の原理に基づくもので、薄膜型熱線式フローセンサは、ベースとなる中央部に開口を有するガラス基板の両側に、開口を横切ってＮｉなどの抵抗温度係数の大きな金属からなる抵抗素子としての櫛形電極（熱線）を薄膜技術で対向形成したもので、この熱線に２つの固定抵抗を組み合わせてブリッジ回路を形成し流量計測を行うものである。
【００１１】
熱線を含むブリッジ回路に一定電圧を印加した状態で、熱線の配置された連通路内にガスの流れが生じると、風上側の抵抗素子としての熱線は熱を奪われて抵抗値が減少し、他方、風下側の抵抗素子としての熱線の抵抗は風上側の抵抗素子から奪った熱が与えられ温度が上昇して抵抗値の増加が起こる。この抵抗のアンバランスによりブリッジ回路に電位差が生じるので、この電位を測ることで、連通路内を流れるガスの流速を計測することができる。
【００１２】
このような構成で、光源部２から発した赤外光は、セル部３を通過してディテクター部４に入射する。この時、セル内部に被測定成分が存在すると、セル内のガス濃度に応じて、入射した赤外光の一部がセル内のガスに吸収され、残りの赤外光はディテクター部４に入射する。ディテクター部４の前室４１の正面から入射した赤外光は、前室４１および後室４２で吸収されるが、その多くは前室４１で吸収される。吸収された光エネルギーは分子の並進運動に変換されることになり、前後室４１、４２間に圧力差が発生し、これによって両室を連通する連通路４４内に充填（封入）ガスの流れが生る。
【００１３】
このガス流の流速は、ディテクター部４への入射光強度に依存するので、前後室４１、４２の連通路４４内に配置された薄膜型熱線式フローセンサ５０の熱線の抵抗変化として計測することで、ディテクター部４への入射前後の赤外光強度、すなわち、セル中の被測定成分ガス濃度を計測することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＤＩＲにおいて、光源部、セル部、ディテクター（検出器）部の各ユニットは別々に構成されている。
ＮＤＩＲの測定対象がＣＯ_２など大気中に存在する化学種の場合、各ユニットに空隙があると、空隙に存在する大気中の同一化学種による干渉や赤外吸収スペクトルが重なる化学種による干渉をも受ける。
【００１５】
従来のＮＤＩＲでは、それを構成する光源部、セル部、ディテクター（検出器）部の３ユニット全体を筐体に収め、筐体内部をＮ_２等の赤外不活性ガスでパージすることで、大気中の化学種による干渉を受けないようにしている。
このように、３ユニット全体を筐体内に収容してその内部を不活性ガスでパージするものでは、ＮＤＩＲを搭載すべき機器内に大きな容積を必要とし、また、容積の大きな筐体全体を気密構造にするための工夫等が必要であり、分析計のコスト高を招くという問題があった。
【００１６】
また、測定セル部とディテクター部の間隙のみをパージすることも提案されている。これは図５にその構成を示すように、パージガスの導入出管６１、６２を有するパージブロック６０を別途用意し、このパージブロック６０をディテクター４側の測定セル３１の後端に装着し、パージブロック６０とディテクター４も間にＯリング６３を介在させて、測定セル３１とディテクター４とを接続し、測定セル３１の後窓とディテクター４の前室の窓板間を不活性ガスでパージするようにしたものである。
しかしながら、この構成では、パージブロック６０、ならびに、それの測定セルへの装着作業等が必要となり、また、加工部や部品点数等の増加、ならびに、加工上の困難さから、コスト高が免れないという問題がある。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するために創案されたものであって、セル部ユニットと検出器部ユニット間を不活性ガスでパージすることなく大気中の化学種による干渉を防止でき、構造が簡単で、部品点数、加工や組み立て工数の少ない、安価な赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の赤外線ガス分析計にあっては、光源部と測定セルと検出部とを各々独立するユニットとして備えるものにおいて、測定セルの後端と検出部とを直結すると共に、検出部に測定セルに連通するガスの導入出孔を形成し、検出器を測定セルの一部としたことを特徴としている。なお、測定セルの後端と検出部の一体化のために、検出部に前室と一体の測定セルの後端と嵌合する接合部が設けられていると共に、前記接合部に嵌合された測定セルと連通するガス導入出孔が設けられていること、また、測定セルにフランジが設けられており、このフランジを介して測定セルと検出部が連結一体化されることが好ましい。
【００１９】
このような構成の赤外ガス分析計によれば、検出部に設けたガス導入出孔がセルに連通するように、測定セルと検出部が一体化されているので、測定セルと検出部に間隙が介在せず、不活性ガスによるパージが不要であり、且つ、パージガスの供給系、パージガスの使用によるランニングコストも不要である。
【００２０】
また、検出部に前室と一体のガス導入出孔を有する測定セルの後端と嵌合する接合部を設けておけば、セルの後端部を接合部に嵌合することで、セルと検出部を一体化でき、構造、ならびに、組立作業が簡単である。さらに、測定セルにフランジを設け、このフランジを介して測定セルと検出部とを連結一体化するようにすれば、測定セルと検出部との相対位置が規定できるので、組み立て後のセル長を所定長にできる他、接続部に嵌合される測定セル後端の側面に開口を設けて、この開口を検出部の接合部に設けたガス導入出孔に連通させる場合には、ガス導入出孔と開口との位置合わせが容易、確実に行える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の主要部の組み立て前の構成部品を展開して示した模式図で、（ａ）は測定セルの側面図、（ｂ）は測定セルの断面図、（ｃ）はディテクター（検出器）部の断面図である。
図において、１はパイプよりなる測定セルで、このセル１には、その後端（ディテクター側）にガスの通り道となる切り欠き２と漏れを防止するＯリング３を装着するための円周溝４が設けられていると共に、後述のディテクターに形成されたガス導入出パイプ（ガス導入出孔）との位置合わせと、セル１とディテクターを所定に位置関係に規制して両者を固定するために、ボルト穴を有するフランジ５が取り付けられている。
【００２２】
他方、ディテクター１０は、孔が穿孔されたアルミ製等のブロックであって、孔の段差部に、段差を貼りしろとして赤外線透過性のＣａＦ_２等の素材からなる隔壁としての窓板１１、１２が接着されて、ブロック内が前室１３と後室１４とに画成されている。
また、ブロック（ディテクター）１０には、前室１３と後室１４を連通する連通路１５が形成されており、この連通路１５内に両室１３、１４の圧力差で生じる両室に充填されたガスの流れを検出する薄膜型熱線式フローセンサ１６が配置されている。
さらに、ブロック１０は、前室１３の前方（セル側）に延在し、この延在部はセル１の後端が嵌入する径の孔が彫り込まれた接合部１７とされており、接合部１７の一箇所には、セル１に形成された切り欠き２と連通するガスを通すためのガス導入出パイプ（ガス導入出孔）１８が設けられている。
【００２３】
組み立てるには、先ず、セル１の円周溝４にＯリング６を装着して、セル１の後端をブロック（ディテクター）１０の接合部１７に、フランジ５がブロック面に当接するまで挿入し、フランジ５をボルト１９でブロック１０の端面に締結してセル１とディテクター１０とを一体化する。図２は、このようにして組み立てたセル部ユニットとディテクター部ユニットを一体化した構成を模式的に示す断面図である。
【００２４】
このように組み立てられてセル１とディテクター１０が一体化したＮＤＩＲは、ディテクター１０側は窓板１１が、接合部１７についてはＯリング３が被測定ガスの流入を防止するので、セル１内の被測定ガスはセル後端の切り欠き２を経てディテクター１側の接合部１７に設けられたガス導入出パイプ１８を通じて流出、または、ガス導入出パイプ１８より供給された被測定ガスは、セル後端の切り欠き２を経てセル１内に流入されてセルの他方側に設けられたガス導入出パイプから流出する。
【００２５】
したがって、セル１とディテクター（ブロック）１０が一体化して被測定ガスの流路を形成するので、両者間の不活性ガスによるパージは不要である。
また、フランジ５は、セル１とディテクター（ブロック）１０の２ユニットを単に接合するのみでなく、セル１の後端部のディテクター１０の接合部への挿入量を機械的に規制し、光源からのセル長を一定にする必要があるＮＤＩＲの光路長を既定値にするように機能する。
また、フランジ５とディテクター（ブロック）１０の端面に形成されるボルト穴でもって、接合部１７に形成されたガス導入出パイプ１８とセル１に形成された切り欠き２との位置合わせを確実にする。
【００２６】
なお、光源部ユニットとセル部ユニット間の大気中の化学種による干渉の防止は、両ユニット間に図５に示したと同様のパージ機構を設けるか、光源部ユニットとセル部ユニットの前端部を筐体に収容し、その内部を不活性ガスでパージすることで達成できる。
この場合、光源部ユニットとセル部ユニット間のみをパージするので、セル部ユニットとディテクター部ユニット間をもパージする場合と比べてパージガスの消費量が少なくてすみ、ランニングコストの低減が図れる。
また、筐体を使用するにしても、光源部ユニットとセル部ユニットの前端部を収容するものでよいので、筐体の容積も小さく、気密構造が簡単となる。
【００２７】
なお、実施例はシングルビーム式ＮＤＩＲであったが、本発明は、ダブルビーム式ＮＤＩＲにも適用できるものである。
また、実施例では、前後２室の圧力差を検出するセンサとして、ガス圧変動を封入ガスの流量として検出するフローセンサ用いたが、前後２室の圧力差を圧力として検出するメンブレンコンデンサなどの圧力検知素子であってもよい。
さらに、実施例では、測定セルにフランジを設けたが、測定セルとディテクターとを接着剤で接合する場合には、フランジは必ずしも必要ではない。
しかしながら、接着接合する場合であっても、フランジを設けておけば、測定セルと検出部とを嵌合した際の両者の相対位置を規定できる。
【００２８】
また、実施例では、ディテクターの接合部に測定セルの後端を嵌入するようにしたが、逆に測定セル後端にディテクターの接合部を嵌入するようにしてもよい。
さらに、実施例では、測定セルに、ディテクターの接合部に形成されたス導入出孔と連通する切り欠きを設けたが、ディテクターの接合部に測定セルの後端を嵌合させた際に、測定セルの挿入端がディテクターの接合部のガス導入孔を塞がない構成とすれば、ガス導入孔に連通する切り欠き、ないし、開口は不要である。
また、実施例では、測定セルの後端と嵌合する接合部をディテクターの前室と一体に形成したが、接合部を別体とし、それを前室の前面に取付て一体化するようしてもよい。
【００２９】
【発明による効果】
本発明によれば、検出器（ディテクター）部に設けたガス導入出孔がセルに連通するように、測定セルと検出部を一体化したので、測定セル部と検出部の間に間隙が介在せず、不活性ガスによるパージが不要な赤外線ガス分析計が得られる。
また、検出部に前室と一体のガス導入出孔を有する測定セルの後端が嵌合する接合部を設けておけば、セルの後端部とディテクターのを接合部とを嵌合することで、測定セルと検出部を一体化でき、その構成、組立作業が簡単となる。
【００３０】
さらに、測定セルにフランジを設け、このフランジを介して測定セルと検出部とを嵌合一体化するよにすれば、測定セルと検出部との相対位置関係が規定できて組み立て後のセル長を所定長にできる他、測定セルの後端の側面に開口を設け、この開口を検出部に設けたガス導入出孔に連通させる場合には、ガス導入出孔と開口との位置合わせが確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主要部の実施例の構成を示す構成要素の組み立て前の展開図である。
【図２】組み立て後の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】シングルビーム式ＮＤＩＲの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３のディテクター部の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】パージ機構を備えた従来の測定セル部ユニットとディテクター部ユニットの構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１：測定セル２：切り欠き
３：Ｏリング４：円周溝
５：フランジ
１０：ディテクター（ブロック）
１１、１２：窓板１３：前室
１４：後室１５：連通路
１６：薄膜型熱線式フローセンサ１７：接合部
１８：ガス導入出パイプ（ガス導入出孔）１９：ボルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared gas analyzer that measures a gas concentration to be measured by utilizing a gas pressure fluctuation accompanying infrared spectrum absorption of an infrared active component gas, and in particular, a cell portion that constitutes the infrared gas analyzer; The configuration of the detection unit.
[0002]
[Prior art]
Many heteronuclear molecules composed of two or more different atoms undergo vibrational and rotational kinetic energy level transitions specific to the chemical species when irradiated with infrared light having a wavelength of 1 to 20 μm. This causes thermodynamic changes such as an increase in internal energy, volume or pressure. A non-dispersive infrared gas analyzer (hereinafter referred to as NDIR) is a device that measures the concentration using such characteristics of gas components.
[0003]
The configuration of a single beam type NDIR using a flow sensor as a detector is shown in FIG. As shown in the figure, this type of NDIR generally measures a light source unit 2 for generating infrared light, a cell unit 3 into which a sample is introduced, and the intensity of infrared light that has passed through the cell unit 3. It is composed of three units of a detector (detector) unit 4 that finally measures the sample concentration.
The light source unit 2 is responsible for generation of infrared light, and is used to intermittently make the infrared light incident on the cell unit 3 and the detector unit 4 and a heater (light source) 21 that is a generation source for generating infrared light. And a chopper 22.
[0004]
The chopper 22 rotates, for example, a two-bladed rotating disk 23 formed with a notch part of which is notched so as to allow passage of light from the light source 21 and the rotating disk 23. When the rotating disk 23 is rotated by the motor 24 and the uncut portion (light-shielding portion) of the rotating disk 23 is positioned in front of the light source 21, the light source 21. Infrared light from the light source 21 is shielded, and when the notch is positioned in front of the light source 21, the infrared light from the light source 21 passes and is irradiated to the cell unit 3.
[0005]
The cell part 3 is a part into which a sample is introduced, and the pipe 31 is sealed with a window plate 32 such as infrared transmissive glass or CaF ₂ that allows infrared light to pass through a wide spectral range. A gas introduction hole 33 is provided on the side surface so that gas can flow from one end to the other end, and the inner surface is coated with a mirror finish or gold to efficiently reflect infrared light.
[0006]
The detector unit has a front block that forms the front chamber and a rear block that forms the rear chamber where the opening formed in the metal block such as aluminum is closed with an infrared light transmissive window plate. It is structured. This is because, based on the principle of NDIR, the detection unit makes the infrared light to be measured that has passed through the cell into which the component gas to be measured (sample) has been introduced incident, and boosts the enclosed sensitive gas. FIG. 4 schematically shows the configuration necessary for forming two front and rear chambers and arranging a sensor such as a flow sensor as a detection element in a communication path communicating with the front and rear chambers.
[0007]
At least the front surface of the front block B1 and the joint surface of the front block B1 and the rear block B2 are partitioned by a window plate 43 such as CaF ₂ that transmits infrared light, and the window plate 43 of the joint surface of both the blocks B1 and B2 ′ Serves as a partition wall to form two chambers, a front chamber 41 and a rear chamber 42, and these two chambers are connected by a communication path 44 such as a capillary or a tunnel capable of moving gas.
A hot wire type flow sensor 50 for detecting the flow of the filling gas filled in both chambers generated by the pressure difference between the front and rear chambers 41, 42 is arranged in the communication passage 44, and in the communication passage 44 of the hot wire type flow sensor 60. In order to enable the placement of the heat flow type flow sensor 50, the tunnel constituting the communication path formed in one of the blocks is a sensor chamber 51 having an opening size that allows the placement work of the hot-wire flow sensor 50. Yes.
[0008]
Further, in these two chambers 41 and 42, for example, only a chemical species such as CO _{2 to} be measured by NDIR, or this chemical species was diluted with an inert gas such as Ar, He, or N ₂ . Filled with gas.
In addition, since the sensitive gas is enclosed in the front and rear chambers 41 and 42 formed by the front and rear block B1 and B2, epoxy or the like is used for joining the front and rear blocks B1 and B2 and joining each block and the window plate 43. An adhesive having excellent airtightness is used.
[0009]
The sensor disposed in the communication path 44 may be any sensor that can detect the pressure difference between the front and rear chambers. However, the sensor controls the gas flow in the communication path by the pressure difference between the front and rear chambers. In the case of a flow sensor to be detected, a thin film type hot-wire flow sensor manufactured by a small and highly accurate thin film technology is generally used.
[0010]
The hot-wire flow sensor is based on the principle of a hot-wire anemometer that measures the wind speed as a change in resistance. The thin-film hot-wire flow sensor crosses the openings on both sides of the glass substrate that has an opening in the center. Comb electrodes (heat wires) as resistance elements made of a metal having a large resistance temperature coefficient, such as Ni, are formed opposite to each other by thin film technology, and a bridge circuit is formed by combining these heat wires with two fixed resistors to measure the flow rate. Is.
[0011]
When a constant voltage is applied to the bridge circuit including the hot wire and a gas flow occurs in the communication path where the hot wire is arranged, the hot wire as the resistance element on the windward side is deprived of heat and the resistance value decreases. On the other hand, the resistance of the heat ray as the resistance element on the leeward side is given heat taken from the resistance element on the leeward side, and the temperature rises and the resistance value increases. Since the potential difference is generated in the bridge circuit due to the unbalance of the resistance, the flow velocity of the gas flowing in the communication path can be measured by measuring this potential.
[0012]
With such a configuration, the infrared light emitted from the light source unit 2 passes through the cell unit 3 and enters the detector unit 4. At this time, if the component to be measured exists in the cell, a part of the incident infrared light is absorbed by the gas in the cell according to the gas concentration in the cell, and the remaining infrared light is incident on the detector unit 4. To do. Infrared light incident from the front of the front chamber 41 of the detector unit 4 is absorbed by the front chamber 41 and the rear chamber 42, but most of it is absorbed by the front chamber 41. The absorbed light energy is converted into a translational movement of molecules, and a pressure difference is generated between the front and rear chambers 41 and 42, whereby the flow of the filled (enclosed) gas into the communication passage 44 communicating between the two chambers. Is born.
[0013]
Since the flow velocity of this gas flow depends on the intensity of incident light to the detector section 4, it is measured as a change in resistance of the hot wire of the thin film type hot wire flow sensor 50 arranged in the communication passage 44 of the front and rear chambers 41 and 42. Thus, it is possible to measure the infrared light intensity before and after incidence on the detector unit 4, that is, the concentration of the component gas to be measured in the cell.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In NDIR, each unit of a light source part, a cell part, and a detector (detector) part is comprised separately.
When the NDIR measurement target is a chemical species present in the atmosphere, such as CO ₂ , if there is a gap in each unit, interference from the same chemical species in the atmosphere present in the void or interference from a chemical species with overlapping infrared absorption spectra will occur. Also receive.
[0015]
In the conventional NDIR, the entire three units of the light source part, cell part, and detector (detector) part constituting it are housed in a case, and the inside of the case is purged with an infrared inert gas such as N ₂ , It is designed to avoid interference from atmospheric species.
Thus, in the case where the entire three units are accommodated in the casing and the inside is purged with an inert gas, a large volume is required in the device on which the NDIR is to be mounted, and the large volume casing is hermetically sealed. There is a problem that it is necessary to devise a structure and the like, which leads to high cost of the analyzer.
[0016]
It has also been proposed to purge only the gap between the measurement cell part and the detector part. As shown in FIG. 5, a purge block 60 having purge gas inlet / outlet pipes 61 and 62 is prepared separately, and this purge block 60 is attached to the rear end of the measuring cell 31 on the detector 4 side. The O-ring 63 is interposed between the block 60 and the detector 4 to connect the measuring cell 31 and the detector 4, and the space between the rear window of the measuring cell 31 and the window plate in the front chamber of the detector 4 is purged with an inert gas. It is what I did.
However, with this configuration, the purge block 60 and its mounting work on the measurement cell are required, and the cost is unavoidable due to an increase in the number of processing parts, the number of parts, and the difficulty in processing. There is a problem.
[0017]
The present invention was devised to solve the above problems, and can prevent interference by chemical species in the atmosphere without purging between the cell unit and the detector unit with an inert gas. The objective is to provide an inexpensive infrared gas analyzer that is simple, has a reduced number of parts, and has fewer processing and assembly steps.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the infrared gas analyzer of the present invention, the light source unit, the measurement cell, and the detection unit are provided as independent units, and the rear end of the measurement cell and the detection unit are directly connected. In addition, a gas introduction / exit hole communicating with the measurement cell is formed in the detection unit, and the detector is a part of the measurement cell. In addition, in order to integrate the rear end of the measurement cell and the detection unit, the detection unit is provided with a joint portion that fits with the rear end of the measurement cell integral with the front chamber, and is fitted to the joint portion. It is preferable that a gas introduction / exit hole communicating with the measurement cell is provided, and a flange is provided in the measurement cell, and the measurement cell and the detection unit are connected and integrated through the flange.
[0019]
According to the infrared gas analyzer having such a configuration, the measurement cell and the detection unit are integrated so that the gas introduction hole provided in the detection unit communicates with the cell. There is no gap, purging with an inert gas is unnecessary, and a running cost by using a purge gas supply system and purge gas is also unnecessary.
[0020]
In addition, if the detection part is provided with a joint part that fits the rear end of the measurement cell having a gas introduction / exit hole integrated with the front chamber, the rear end part of the cell is fitted to the joint part, The detection unit can be integrated, and the structure and assembly work are simple. Furthermore, a flange is provided on the measuring cell, it vMedia.Creating connecting integrating the detector and the measuring cell via the flange, since the relative position between the measurement cell and the detecting portion can be defined, cell length after assembly In addition, when an opening is provided on the side surface of the rear end of the measurement cell that is fitted to the connection part and this opening is communicated with the gas introduction / extraction hole provided at the joint part of the detection part, the gas introduction The alignment between the opening and the opening can be performed easily and reliably.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A and 1B are schematic views showing the unassembled components of the main part of the present invention, where FIG. 1A is a side view of the measurement cell, FIG. 1B is a cross-sectional view of the measurement cell, and FIG. 1C is a detector. It is sectional drawing of a (detector) part.
In the figure, reference numeral 1 denotes a measuring cell made of a pipe. In this cell 1, a circumferential groove 4 for mounting a notch 2 serving as a gas passageway and an O-ring 3 for preventing leakage at the rear end (detector side). In order to fix the position of the cell 1 and the detector in a predetermined positional relationship and to fix both, the alignment with a gas introduction / extraction pipe (gas introduction / extraction hole) formed in the detector described later, A flange 5 having a bolt hole is attached.
[0022]
On the other hand, the detector 10 is a block made of aluminum or the like in which holes are perforated, and window plates 11 and 12 as partition walls made of a material such as infrared ray transmitting CaF ₂ with a step attached to the step portion of the hole. Are adhered, and the inside of the block is defined by the front chamber 13 and the rear chamber 14.
The block (detector) 10 is formed with a communication passage 15 that communicates the front chamber 13 and the rear chamber 14, and the communication chamber 15 is filled with both chambers generated by the pressure difference between the chambers 13 and 14. A thin film type hot wire flow sensor 16 for detecting the flow of gas is disposed.
Further, the block 10 extends in front of the front chamber 13 (cell side), and this extended portion is a joint 17 in which a hole having a diameter into which the rear end of the cell 1 is fitted is engraved. A gas introduction / extraction pipe (gas introduction / extraction hole) 18 through which a gas communicating with the notch 2 formed in the cell 1 is passed is provided at one place of 17.
[0023]
To assemble, first, the O-ring 6 is attached to the circumferential groove 4 of the cell 1, and the rear end of the cell 1 is inserted into the joint 17 of the block (detector) 10 until the flange 5 comes into contact with the block surface. Then, the flange 5 is fastened to the end face of the block 10 with a bolt 19 so that the cell 1 and the detector 10 are integrated. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration in which the cell unit and the detector unit assembled in this way are integrated.
[0024]
The NDIR in which the cell 1 and the detector 10 are integrated in this way has the window plate 11 on the detector 10 side and the O-ring 3 on the junction 17 prevents the gas to be measured from flowing in. The gas to be measured flows through the notch 2 at the rear end of the cell and flows out through the gas inlet / outlet pipe 18 provided at the joint 17 on the detector 1 side, or the gas to be measured supplied from the gas inlet / outlet pipe 18 The gas flows into the cell 1 through the notch 2 at the end and flows out from the gas introduction / extraction pipe provided on the other side of the cell.
[0025]
Therefore, since the cell 1 and the detector (block) 10 are integrated to form the flow path of the gas to be measured, purging with an inert gas between them is unnecessary.
Further, the flange 5 not only simply joins the two units of the cell 1 and the detector (block) 10 but also mechanically regulates the amount of insertion of the rear end portion of the cell 1 into the joint of the detector 10, from the light source. The NDIR optical path length, which needs to be constant, functions as a default value.
In addition, with the bolt holes formed in the end surfaces of the flange 5 and the detector (block) 10, the gas inlet / outlet pipe 18 formed in the joint 17 and the notch 2 formed in the cell 1 are reliably aligned. To do.
[0026]
In order to prevent interference between the light source unit and the cell unit due to chemical species in the atmosphere, a purge mechanism similar to that shown in FIG. 5 is provided between the two units, or the front ends of the light source unit and the cell unit are connected. This can be achieved by housing in a housing and purging the interior with an inert gas.
In this case, since only the space between the light source unit and the cell unit is purged, the consumption of purge gas can be reduced compared to the case where the cell unit and the detector unit are also purged, and the running cost can be reduced.
Moreover, even if a housing is used, it is sufficient to accommodate the front end portions of the light source unit and the cell unit, so that the volume of the housing is small and the airtight structure is simplified.
[0027]
In addition, although the Example was single beam type NDIR, this invention is applicable also to double beam type NDIR.
In the embodiment, the flow sensor that detects the gas pressure fluctuation as the flow rate of the enclosed gas is used as the sensor that detects the pressure difference between the two front and rear chambers. It may be a pressure sensing element.
Furthermore, although the flange was provided in the measurement cell in the Example, when joining a measurement cell and a detector with an adhesive agent, a flange is not necessarily required.
However, even in the case of adhesive bonding, if a flange is provided, the relative position between the measurement cell and the detection unit when fitted can be defined.
[0028]
Further, in the embodiment, the rear end of the measurement cell is inserted into the junction of the detector, but conversely, the junction of the detector may be inserted into the rear end of the measurement cell.
Furthermore, in the example, the measurement cell is provided with a notch communicating with the introduction / extraction hole formed in the joint portion of the detector, but when the rear end of the measurement cell is fitted to the joint portion of the detector, If the insertion end of the measurement cell does not block the gas introduction hole at the joint of the detector, a cutout or opening communicating with the gas introduction hole is unnecessary.
In addition, in the embodiment, the joint portion that fits with the rear end of the measurement cell is formed integrally with the front chamber of the detector. However, the joint portion is formed as a separate body and attached to the front surface of the front chamber so as to be integrated. May be.
[0029]
[Effects of the invention]
According to the present invention, since the measurement cell and the detection unit are integrated so that the gas introduction hole provided in the detector (detector) unit communicates with the cell, there is a gap between the measurement cell unit and the detection unit. Thus, an infrared gas analyzer that does not require purging with an inert gas can be obtained.
Moreover, if the detection part is provided with a joint part that fits the rear end of the measurement cell having a gas introduction hole integrated with the front chamber, the rear end part of the cell and the joint of the detector can be fitted together. Thus, the measurement cell and the detection unit can be integrated, and the configuration and assembly work are simplified.
[0030]
Furthermore, if a measurement cell is provided with a flange, and the measurement cell and the detection unit are fitted and integrated via this flange, the relative positional relationship between the measurement cell and the detection unit can be defined, and the cell length after assembly In addition, if an opening is provided on the side of the rear end of the measurement cell and this opening is communicated with the gas inlet / outlet provided in the detector, the alignment between the gas inlet / outlet and the opening is reliable. Can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a development view before assembling components showing a configuration of an embodiment of a main part of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part after assembly.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a single beam type NDIR.
4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a detector unit in FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional measurement cell unit and detector unit equipped with a purge mechanism.
[Explanation of symbols]
1: Measurement cell 2: Notch 3: O-ring 4: Circumferential groove 5: Flange 10: Detector (block)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12: Window board 13: Front chamber 14: Rear chamber 15: Communication path 16: Thin film type hot wire type flow sensor 17: Junction part 18: Gas introduction outlet pipe (gas introduction outlet hole) 19: Bolt

Claims

測定セルと、測定セルの一端側に配置された光源部と、測定セルを通過した赤外光の強度を検出する測定セルの他端側に配置された検出部とを各々独立するユニットとして備え、検出部がガスの封入された前後２室と、これら２室を連通する連通路と、連通路内に配置されて前記２室の圧力差を検出するセンサとで構成された赤外線ガス分析計であって、前記測定セルの後端と検出部とを直結すると共に、検出部に測定セルに連通するガスの導入出孔を形成し、検出器を測定セルの一部としたことを特徴とする赤外線ガス分析計。A measurement cell, a light source unit disposed on one end side of the measurement cell, and a detection unit disposed on the other end side of the measurement cell that detects the intensity of infrared light that has passed through the measurement cell are provided as independent units. An infrared gas analyzer comprising a front and rear two chambers in which a detection unit is filled with gas, a communication passage communicating these two chambers, and a sensor arranged in the communication passage to detect a pressure difference between the two chambers. The detector has a direct connection between the rear end of the measurement cell and the detection unit, and a gas introduction / exit hole communicating with the measurement cell is formed in the detection unit, and the detector is a part of the measurement cell. Infrared gas analyzer.

請求項１に記載の赤外線ガス分析計であって、前記検出部に前室と一体の前記測定セルの後端と嵌合する接合部が設けられていると共に、前記接合部に嵌合された測定セルと連通するガスの導入出孔が設けられていることを特徴とする赤外線ガス分析計。2. The infrared gas analyzer according to claim 1, wherein a joint portion that is fitted to a rear end of the measurement cell integrated with a front chamber is provided in the detection portion, and is fitted to the joint portion. An infrared gas analyzer comprising a gas introduction / exit hole communicating with a measurement cell.

請求項１または請求項２に記載の赤外線ガス分析計であって、前記測定セルにフランジが設けられており、このフランジを介して測定セルと検出部が連結一体化されることを特徴とする赤外線ガス分析計。3. The infrared gas analyzer according to claim 1, wherein a flange is provided in the measurement cell, and the measurement cell and the detection unit are connected and integrated through the flange. Infrared gas analyzer.