JP4057659B2

JP4057659B2 - Infrared gas analyzer

Info

Publication number: JP4057659B2
Application number: JP30007895A
Authority: JP
Inventors: 克彦荒谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2015-11-17
Also published as: JPH0949797A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工場や製鉄所のガス濃度に関するプロセスコントロール、ボイラーや燃焼炉の煙道ガス分析、大気汚染の監視、自動車の排ガス測定などに使用され、ガス分子固有の赤外線吸収効果を利用してガス及び蒸気中にある特定成分の濃度を連続的に測定する赤外線ガス分析計に関する。
【０００２】
【従来技術】
図１０は、従来の流体変調方式の赤外線ガス分析計の一例であり、光源１５から赤外光が常時照射された試料セル１１に、コントローラ１６によりドライバ１８を介して制御された三方弁１７によって試料ガスと基準ガスとが所定周期で交互に供給されている。そして、測定対象ガスの吸収波長に感度を選択的に有するニューマティック型の検出器１２で、試料ガスと基準ガスをそれぞれ透過した赤外光の強度差が検出され、信号処理回路１９において試料ガス中測定対象成分の濃度が連続的に計測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる赤外線ガス分析計では、試料ガスと基準ガスとの流量変化が微妙に検出精度に影響を与えるため、特に基準ガスと試料ガスの交換時等に起こる流量変化によって、スパン感度変化に多大な悪影響が生じるという問題があった。
【０００４】
また、かかる赤外線ガス分析計では、試料ガスと基準ガスとをそれぞれ透過した赤外光の強度差により測定対象成分の濃度が計測されるため、光源１５の印加電圧や周囲温度或いは光源１５自体の劣化等による光量変化、試料セル１１の透過窓やセル内の汚れ、さらに検出器１２の感度変化等により、検出精度が低下するといった問題もあった。
【０００５】
かかる検出精度への悪影響を改善するために、極めて精度の高い流量制御や光源の温調制御を施すことが考えられるが、装置が大型・複雑化しコストアップが問題となると共に、かかる対策のみでは、光源、検出器自体の劣化、セル内の汚れによるスパンドリフトは依然改善することはできない。
【０００６】
そこで、本発明は、これらの問題点を解消するために創案されたものであって、装置の大型・複雑化を伴うことなくより簡単な構成で高精度な濃度測定をなしうる赤外線分析計の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる赤外線ガス分析計は、基準ガスと試料ガスとを選択的に試料セルに供給する切換弁と、この試料セルに赤外光を照射する光源と、この光源からの赤外光を断続する断続手段と、基準ガスまたは試料ガスが前記試料セル内に完全に充填された状態で前記断続手段の開口を開始するとともに、基準ガスまたは試料ガスが前記試料セル内に完全に充填された状態で前記断続手段の閉口を終了するように制御するコントローラと、前記断続手段が開口を開始してから閉口を終了するまでの期間に渡り、前記試料セルを透過した赤外光強度を内部の圧力変化により検出する検出器と、基準ガスと試料ガスを透過したそれぞれの赤外光の前記検出器における検出値の比を求める信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、このコントローラは、前記切換弁を切り換えた後、基準ガスまたは試料ガスが前記試料セル内で完全に置換される時間を待って前記光源からの赤外光がこの試料セルに照射されるよう前記断続手段を制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる赤外光の断続手段は、赤外光の切欠部と遮蔽部を備えたセクタと、これを回転または平行移動させる駆動手段、例えばモータなどによっても構成できる。さらに、光源自体に供給する電力を断続することにより赤外光を断続する手段をも用いても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明にかかる赤外線分析計の概略図で、試料セル１は、ガス導入口１ａとガス排出口１ｂを有し、三方弁７を介して試料ガスまたは基準ガスがガス導入口１ａから試料セル１内に供給されガス排出口１ｂから排出されている。試料セル１の一端には赤外光を発する光源５が、また、試料セル１の他端には、試料セル１を透過した赤外光を検出するための検出器２が配設されている。
【００１２】
光源５と試料セル１端部の間には赤外光を断続するためのセクタ３が設けられている。このセクタ３は、図２に示されるように、遮光部３ａと切欠部３ｂとからなり、セクタ回転軸３ｃを中心としてセクタ３が回転するよう構成され、切欠部３ｂが試料セル１上にある場合に赤外光を試料セル１内に照射し、遮光部３ａが試料セル１上にある場合に試料セル１内への赤外光の照射を遮断する。コントローラ６は、モータ４を介してセクタ３の回転位置制御を行い、また、ドライバ８を介して三方弁７の駆動制御を行う。
【００１３】
検出器２は、その内部に試料ガス中の測定対象ガスが封入されており、測定対象ガス固有の周波数の赤外光強度を内部の圧力変化により検出する。そして、検出器２での検出出力は、信号処理回路９で所定の信号処理を受け、試料ガス中の測定ガス濃度が計測される。
【００１４】
図３は、信号処理回路９の一実施例で、比較器９ｂは予め決められた所定電圧Ｖｒと基準ガスを透過した赤外光の検出出力である比較信号との差に比例した信号を出力し、増幅器９ａはかかる比較器９ｂの出力によりゲインが調整されるよう構成されている。このため、増幅器９ａのゲインは、基準ガスの増幅された後の出力が一定値Ｖｒに保持されるように調整されることとなり、この試料ガスの検出出力である測定信号がここでのゲイン倍されることによって、基準ガスとの出力比が求められることとなる。
【００１５】
そして、増幅器９ａの出力は、試料ガスまたは基準ガスの供給状態に応じてコントローラ６によって引算器９ｃの測定入力または比較入力に適宜切り換えられ、引算器９ｃは両者の差をとり出力する。ここで、検出器２の比較信号をＲ，測定信号をＭとすると、増幅器９ａの増幅率は、比較信号Ｒを一定値ＶｒにするようＶｒ／Ｒとなるため、引算器９ｃの出力Ｖは、

となり、測定信号Ｍと比較信号Ｒとの比に応じた出力を得ることができる。
【００１６】
以上の構成により、試料ガスと基準ガスとがそれぞれ試料セル１に供給されてから、セクタ等の断続手段を用いて赤外光を照射するよう構成したため、従来の流体変調方式の赤外線分析計に比べてガス交換時の流量変化による検出精度への影響を削減できる。
【００１７】
また、試料ガス、基準ガスを透過した赤外光を別々に検出し、両者の検出出力比を求めるよう構成したため、光源の印加電圧や周囲温度或いは光源自体の劣化等による光量変化、試料セルの透過窓やセル内の汚れ、さらに検出器の感度変化により、検出精度が低下するといった問題も解消できる。
【００１８】
次に、コントローラ６の動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、モータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を遮断した状態で（Ｓ１）、一つ前に供給したガスとは異なるガスを供給するようにドライバ８を介して三方弁７を切り換える（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）。そして、供給されたガスが前回供給されたガスを十分排出して試料セル１に充填されるまでの時間を待って（Ｓ５）、再びモータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を試料セル１内に照射する（Ｓ６）。そして、検出器２において赤外光が検出されるための時間を待って、再度モータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を遮断し、上記Ｓ１〜Ｓ７の動作を繰り返す。
【００１９】
図５は、以上のようにコントローラ６が動作したときのセクタ３の開閉動作と、試料セル１内の試料ガスの充填状態を示すタイミングチャートである。この図では、試料セル１の内径を８ｍｍ、長さを５０ｍｍ、内容積２．５１ｃｍ3 、ガス流量１リットル／ｍｉｎとし、０．５秒毎に三方弁７を切り換えた場合の例が示されている。かかる場合、ガスが完全に入れ換わる時間は０．１５秒となり、試料セル内の試料ガスの状態は図５の上図に示されるようになる。ここで、試料ガスが存在しない状態は、逆に基準ガスが充填されていることを示している。
【００２０】
コントローラ６によりセクタ３が駆動されるタイミングは、図５下図に示されているように、三方弁７を切り換えてからセクタ３を駆動し赤外光を試料セル１に照射するまでの時間を、ガスが完全に充填されるまでの時間の約倍の０．３秒程度とすれば、ガスが完全に入れ替わった状態で赤外光が入射されるため、より精度の高い測定が可能となると共に、ガスの流量が０．５リットル／ｍｉｎ程度に下がった場合であっても、測定精度に影響を与えることはない。
【００２１】
このように、試料セル１内のガスが完全に置換される時間を予め求めておき、三方弁７を切り換えてからその時間を待って或いはさらに余裕を持たせてセクタ３を駆動し赤外光を試料セル１に照射するようにすれば、ガスが置換される際の影響を完全に除去することが可能となる。
【００２２】
なお、以上の実施例では、セクタ３を回転駆動することによって、赤外光を断続的に試料セル１に照射するよう構成したが、以下のような変形態様によって赤外光を断続して照射するようにしても良い。
【００２３】
基準ガスと試料ガスとを選択的に試料セルに供給する三方弁と、この試料セルに赤外光を照射する光源と、この光源への電力供給を断続することによって赤外光の照射を断続する断続手段と、前記試料セルを透過した赤外光を検出する検出器と、前記三方弁を切り換え制御を行い、基準ガスまたは試料ガスを試料セルに供給した後、前記光源からの赤外光がこの試料セルに照射されるよう前記断続手段を制御するコントローラと、前記検出器における基準ガスと試料ガスとの出力比を測定ガス濃度として求める信号処理手段と、を備えたことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【００２４】
また、上述した実施例では、１種類の試料ガスを分析する場合を示したが、本発明によれば、数種類の試料ガスを分析することも可能である。図６は、２種類の試料ガスを分析する場合の本発明の一実施例を示しており、同図において、図１と同じものについては同一の符号が付されている。図１と異なるのは、２種類のサンプルガス１，２を試料セル１に適宜供給するため、基準ガスを供給するための三方弁７ｃに加えて、サンプルガス用の２つの三方弁７ａ，７ｂが設けられていると共に、それらを駆動するためのドライバ８ａ，８ｂが別に設けられていることである。
【００２５】
かかる構成の赤外線ガス分析計における作用をコントローラ６の動作を示した図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
まず、モータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を遮断した状態で（Ｓ１１）、前回供給したガスが最後の試料ガスか否か、すなわち、本実施例ではサンプルガス２であるか否かを判断し（Ｓ１２）、サンプルガス２とは異なる場合、次の試料ガス、すなわち、本実施例では、前回供給したガスが基準ガスである場合にはサンプルガス１を、サンプルガス１である場合にはサンプルガス２が供給されるよう、三方弁７ａ又は７ｂを切り換え、いずれかの試料ガスを試料セル１に供給する（Ｓ１４）。また、一つ前に供給したガスがサンプルガス２の場合は、三方弁７ｃを切り換え、基準ガスを試料セル１に供給する（Ｓ１３）。
【００２７】
三方弁７ａ，７ｂ，又は７ｃのいずれかの切り換え動作がなされると、今回供給されたガスが前回供給されたガスを十分排出して試料セル１に充填されるまでの時間を待って（Ｓ１５）、再びモータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を試料セル１内に照射する（Ｓ１６）。そして、検出器２において赤外光が検出されるための時間を待って（Ｓ１７）、再度モータ４を介してセクタ３を回転させ赤外光を遮断し、上記Ｓ１１〜Ｓ１７の動作を繰り返す。
【００２８】
なお、このとき、コントローラ６は、図３に示された信号処理回路９において、基準ガスの検出時には比較側に、また、試料ガスの検出時には測定側に増幅器９ａから出力される信号を適宜供給するようスイッチを切り換える。
【００２９】
図８は、図７のフローチャートで示されるようにコントローラ６が動作したときのセクタ３の開閉動作と、試料セル１内の試料ガスの充填状態を示すタイミングチャートである。同図に示されるように、試料セル１には、基準ガス、サンプルガス１、サンプルガス２が順次供給され、それぞれのガスが試料セル１内に完全に充填された時点でセクタ３が開口され、それぞれ開口時に検出器２において検出された信号を図３に示される信号処理回路９で処理することにより、図１に示した実施例の場合と同様に、

なる測定信号Ｍ1 ，Ｍ2 と比較信号Ｒとの比に応じた出力を得ることができる。ここで、Ｍ1 ，Ｍ2 はそれぞれサンプルガス１及び２の測定信号を、Ｒは基準ガスの測定信号を示している。
【００３０】
次に、上述した２種以上の試料ガスを供給する場合として、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2 ）を測定する場合の例について示す。図９は、図６に示した赤外線ガス分析計に供給するサンプルガス１，２を生成するための前段処理部を示しており、まずポンプ１３ａを用いて吸い込んだ排ガスからドレンセパレータ１１で水分を除去し、電子クーラ１２で冷却したガスを２つに分岐し、一方は、そのままサンプルガス１とし、他方はＮＯ2 ガスをＮＯガスに変換するための触媒１４を通してサンプルガス２とする。
【００３１】
サンプルガス２は、排ガスに含まれるガス中のＮＯ2 成分がすべてＮＯ成分に変換されたものであるため、サンプルガス１は採取した排ガス中に存在するＮＯ成分をそのまま含むガスとなり、サンプルガス２は、採取した排ガス中に存在するＮＯ成分とＮＯ2 成分から変換されたＮＯ成分の両者を含むガスとなる。また、窒素酸化物が含まれない純粋なエアをポンプ１３ｂによって吸い込み、電子クーラ１２で冷却したガスをそのまま基準ガスとする。
【００３２】
そして、図６に示す赤外線ガス分析計の検出器２をＮＯガスが所定の濃度で充填されたコンデンサマイクロホン式検出器とすれば、サンプルガス１中のＮＯガス濃度とサンプルガス２中のＮＯガス濃度を別々に求めることが出来るため、サンプルガス２中のＮＯガス濃度から排ガス中のＮＯ成分とＮＯ2 成分を加えた窒素酸化物濃度を知ることが出来、また、サンプルガス２中のＮＯガス濃度からサンプルガス１中のＮＯガス濃度を引くことにより排ガス中のＮＯ2 ガス濃度を知ることが出来る。
【００３３】
このように、図６に示した赤外線ガス分析計において、図９の構成を付加するだけで、ＮＯガスとＮＯ2 ガスとの２成分のガス濃度を同時に測定することが出来る。
【００３４】
また、図９の触媒１４として、ＮＯガスとＮＨ3 ガスとを以下の式で示されるような還元反応させる触媒を用いれば、排ガス中のＮＨ3 成分の測定も可能となる。
【００３５】
ＮＯ＋ＮＨ3 ＋１／４Ｏ2 −−＞Ｎ2 ＋３／２Ｈ2 Ｏ
すなわち、図９でサンプルガス１は、排ガス中のＮＯ成分をそのまま含むガスとなり、また、サンプルガス２は、還元反応が生じた分、すなわち、排ガス中に含まれるＮＨ3 成分だけＮＯ成分が減少したガスとなる。従って、サンプルガス１とサンプルガス２でそれぞれ検出されたＮＯガス濃度の差を求めれば、ＮＨ3 ガス濃度を求めることが出来る。
【００３６】
なお、上述したように、図６に示した本発明の実施例では、２種類の試料ガスを計測する構成を示したが、２種類以上のガスであっても同様にそれぞれのガス分析を行うことが出来る。
【００３７】
また、図８に示されるように、上記実施例では、基準ガス、サンプルガス１、サンプルガス２の順で試料セル１にそれぞれのガスを供給するようにしたが、基準ガス、サンプルガス１、基準ガス、サンプルガス２、・・・というように、計測を終了したサンプルガスの後に必ず基準ガスを供給するようにすれば、計測時間は伸びるがより精度の高いガス分析が可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、試料ガスと基準ガスとがそれぞれ試料セル１に供給されてから、セクタ等の断続手段を用いて赤外光を照射するよう構成したため、従来の流体変調方式の赤外線分析計に比べて流量変化による検出精度への影響を削減できる。また、試料ガス、基準ガスを透過した赤外光を別々に検出し、両者の検出出力比を求めるよう構成したため、光源の印加電圧や周囲温度或いは光源自体の劣化等による光量変化、試料セルの透過窓やセル内の汚れ、さらに検出器の感度変化により、検出精度が低下するといった問題も解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる赤外線ガス分析計の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかるセクタを示す図である。
【図３】本発明にかかる信号処理手段のブロック図である。
【図４】本発明にかかるコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図５】セクタの開閉と、試料セル内の試料ガスの供給状態を示すタイミングチャーである。
【図６】本発明にかかる赤外線ガス分析計の他の例を示す図である。
【図７】本発明にかかるコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図８】セクタの開閉と、試料セル内の試料ガスの供給状態を示すタイミングチャーである。
【図９】２種のサンプルガスを生成する構成の一例を示す図である。
【図１０】従来の赤外線ガス分析計を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・試料セル
１ａ・・・ガス導入口
１ｂ・・・ガス排出口
２・・・・検出器
３・・・・セクタ
６・・・・コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used for process control related to gas concentration in chemical factories and steelworks, flue gas analysis of boilers and combustion furnaces, air pollution monitoring, automobile exhaust gas measurement, etc., and utilizes the infrared absorption effect inherent to gas molecules. The present invention relates to an infrared gas analyzer that continuously measures the concentration of a specific component in gas and vapor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows an example of a conventional fluid modulation type infrared gas analyzer. A sample cell 11 constantly irradiated with infrared light from a light source 15 is applied to a sample cell 11 by a three-way valve 17 controlled by a controller 16 via a driver 18. The sample gas and the reference gas are alternately supplied at a predetermined cycle. Then, a pneumatic detector 12 having selective sensitivity to the absorption wavelength of the measurement target gas detects the intensity difference between the infrared light transmitted through the sample gas and the reference gas, and the signal processing circuit 19 detects the sample gas. The concentration of the medium measurement target component is continuously measured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an infrared gas analyzer, the change in flow rate between the sample gas and the reference gas slightly affects the detection accuracy. There was a problem that negative effects were caused.
[0004]
Further, in such an infrared gas analyzer, the concentration of the measurement target component is measured by the difference in the intensity of the infrared light transmitted through the sample gas and the reference gas. Therefore, the applied voltage and ambient temperature of the light source 15 or the light source 15 itself There has also been a problem that the detection accuracy is lowered due to a change in the light amount due to deterioration, a transmission window of the sample cell 11 and dirt in the cell, and a change in sensitivity of the detector 12.
[0005]
In order to improve the adverse effects on detection accuracy, it is conceivable to implement extremely accurate flow rate control and temperature control of the light source. Span drift due to deterioration of the light source and detector itself and contamination in the cell cannot be improved.
[0006]
Therefore, the present invention was devised to solve these problems, and is an infrared analyzer that can perform highly accurate concentration measurement with a simpler configuration without increasing the size and complexity of the apparatus. For the purpose of provision.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An infrared gas analyzer according to the present invention includes a switching valve that selectively supplies a reference gas and a sample gas to a sample cell, a light source that irradiates the sample cell with infrared light, and infrared light from the light source. and disconnecting means for intermittent, starts the opening of the interrupter in a state where the reference gas or the sample gas is completely filled in the sample cell, the reference gas or the sample gas is completely filled in the sample cell A controller for controlling closing of the intermittent means in a state, and the intensity of infrared light transmitted through the sample cell over a period from when the intermittent means starts opening until closing . A detector for detecting a change in pressure, and a signal processing means for determining a ratio of detection values of the infrared light transmitted through the reference gas and the sample gas in the detector.
[0008]
In addition, after switching the switching valve, the controller waits for a time when the reference gas or the sample gas is completely replaced in the sample cell, so that the infrared light from the light source is irradiated on the sample cell. The intermittent means is controlled.
[0009]
Such infrared light intermittent means can also be constituted by a sector having infrared light notches and shielding parts, and driving means for rotating or translating the sector, for example, a motor. Furthermore, means for interrupting infrared light by interrupting power supplied to the light source itself may be used.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0011]
FIG. 1 is a schematic view of an infrared analyzer according to the present invention. A sample cell 1 has a gas inlet 1a and a gas outlet 1b, and a sample gas or a reference gas is supplied from a gas inlet 1a via a three-way valve 7. It is supplied into the sample cell 1 and discharged from the gas discharge port 1b. A light source 5 that emits infrared light is disposed at one end of the sample cell 1, and a detector 2 for detecting infrared light transmitted through the sample cell 1 is disposed at the other end of the sample cell 1. .
[0012]
A sector 3 for interrupting infrared light is provided between the light source 5 and the end portion of the sample cell 1. As shown in FIG. 2, the sector 3 includes a light shielding portion 3 a and a cutout portion 3 b, and is configured so that the sector 3 rotates around the sector rotation shaft 3 c, and the cutout portion 3 b is on the sample cell 1. In this case, infrared light is irradiated into the sample cell 1, and when the light shielding portion 3 a is on the sample cell 1, the irradiation of the infrared light into the sample cell 1 is blocked. The controller 6 controls the rotational position of the sector 3 via the motor 4, and controls the driving of the three-way valve 7 via the driver 8.
[0013]
The detector 2 has a measurement target gas in the sample gas sealed therein, and detects infrared light intensity at a frequency unique to the measurement target gas based on a change in internal pressure. The detection output from the detector 2 is subjected to predetermined signal processing by the signal processing circuit 9, and the measurement gas concentration in the sample gas is measured.
[0014]
FIG. 3 shows an embodiment of the signal processing circuit 9. The comparator 9b outputs a signal proportional to a difference between a predetermined voltage Vr determined in advance and a comparison signal that is a detection output of infrared light transmitted through the reference gas. The amplifier 9a is configured such that the gain is adjusted by the output of the comparator 9b. For this reason, the gain of the amplifier 9a is adjusted so that the amplified output of the reference gas is maintained at a constant value Vr, and the measurement signal which is the detection output of the sample gas is multiplied by the gain here. As a result, an output ratio with respect to the reference gas is obtained.
[0015]
The output of the amplifier 9a is appropriately switched by the controller 6 to the measurement input or comparison input of the subtractor 9c according to the supply state of the sample gas or the reference gas, and the subtractor 9c takes the difference between the two and outputs it. Here, when the comparison signal of the detector 2 is R and the measurement signal is M, the amplification factor of the amplifier 9a is Vr / R so that the comparison signal R is set to a constant value Vr. Therefore, the output V of the subtractor 9c Is

Thus, an output corresponding to the ratio between the measurement signal M and the comparison signal R can be obtained.
[0016]
With the above configuration, since the sample gas and the reference gas are supplied to the sample cell 1 and then the infrared light is irradiated using the intermittent means such as the sector, the conventional fluid modulation type infrared analyzer is used. Compared with this, it is possible to reduce the influence on the detection accuracy due to the flow rate change during gas exchange.
[0017]
In addition, the infrared light that has passed through the sample gas and the reference gas is detected separately, and the detection output ratio between the two is obtained. The problem that the detection accuracy is lowered due to contamination in the transmission window and the cell and the change in sensitivity of the detector can be solved.
[0018]
Next, the operation of the controller 6 will be described based on the flowchart of FIG. First, in a state where the sector 3 is rotated via the motor 4 and the infrared light is blocked (S1), the three-way valve 7 is switched via the driver 8 so as to supply a gas different from the gas previously supplied. (S2, S3, S4). Then, after waiting for a time until the supplied gas is sufficiently exhausted and filled in the sample cell 1 (S5), the sector 3 is rotated again via the motor 4 and the infrared light is sampled. Irradiation into the cell 1 (S6). Then, after waiting for the time for detecting the infrared light in the detector 2, the sector 3 is rotated again through the motor 4 to block the infrared light, and the operations of S1 to S7 are repeated.
[0019]
FIG. 5 is a timing chart showing the opening / closing operation of the sector 3 when the controller 6 is operated as described above, and the filling state of the sample gas in the sample cell 1. This figure shows an example in which the inner diameter of the sample cell 1 is 8 mm, the length is 50 mm, the internal volume is 2.51 cm 3, the gas flow rate is 1 liter / min, and the three-way valve 7 is switched every 0.5 seconds. Yes. In this case, the time for completely replacing the gas is 0.15 seconds, and the state of the sample gas in the sample cell is as shown in the upper diagram of FIG. Here, the state in which the sample gas is not present indicates that the reference gas is filled.
[0020]
As shown in the lower diagram of FIG. 5, the timing at which the sector 6 is driven by the controller 6 is the time from switching the three-way valve 7 to driving the sector 3 and irradiating the sample cell 1 with infrared light. If it is about 0.3 seconds, which is about twice the time until the gas is completely filled, infrared light is incident with the gas completely replaced, so that more accurate measurement is possible. Even if the gas flow rate is reduced to about 0.5 liter / min, the measurement accuracy is not affected.
[0021]
In this way, the time during which the gas in the sample cell 1 is completely replaced is obtained in advance, and the sector 3 is driven by waiting for the time after switching the three-way valve 7 or with a margin, and the infrared light. If the sample cell 1 is irradiated, the influence when the gas is replaced can be completely removed.
[0022]
In the above embodiment, the sample cell 1 is intermittently irradiated with the infrared light by rotating the sector 3. However, the infrared light is intermittently irradiated according to the following modification. You may make it do.
[0023]
A three-way valve that selectively supplies a reference gas and a sample gas to the sample cell, a light source that irradiates the sample cell with infrared light, and intermittently irradiates infrared light by intermittently supplying power to the light source. The intermittent means, the detector for detecting the infrared light transmitted through the sample cell, and the three-way valve are controlled to switch, and after supplying the reference gas or the sample gas to the sample cell, the infrared light from the light source A controller for controlling the intermittent means so that the sample cell is irradiated, and a signal processing means for obtaining the output ratio of the reference gas and the sample gas in the detector as a measurement gas concentration. Infrared gas analyzer.
[0024]
In the above-described embodiment, the case of analyzing one kind of sample gas has been shown. However, according to the present invention, several kinds of sample gas can be analyzed. FIG. 6 shows an embodiment of the present invention in the case of analyzing two types of sample gases. In FIG. 6, the same components as those in FIG. The difference from FIG. 1 is that two kinds of sample gases 1 and 2 are appropriately supplied to the sample cell 1, so that in addition to the three-way valve 7c for supplying the reference gas, two three-way valves 7a and 7b for the sample gas are used. And drivers 8a and 8b for driving them are provided separately.
[0025]
The operation of the infrared gas analyzer having such a configuration will be described based on the flowchart of FIG.
[0026]
First, in a state where the sector 3 is rotated via the motor 4 and the infrared light is blocked (S11), whether or not the previously supplied gas is the last sample gas, that is, whether or not the sample gas 2 is used in this embodiment. (S12), if the sample gas is different from the sample gas 2, the sample gas 1 is the sample gas 1 when the next sample gas, that is, in the present embodiment, the gas supplied last time is the reference gas. In this case, the three-way valve 7a or 7b is switched so that the sample gas 2 is supplied, and any sample gas is supplied to the sample cell 1 (S14). If the gas supplied before is the sample gas 2, the three-way valve 7c is switched to supply the reference gas to the sample cell 1 (S13).
[0027]
When the switching operation of any of the three-way valves 7a, 7b, or 7c is performed, it waits for a time from when the gas supplied this time is sufficiently discharged to fill the sample cell 1 (S15). ) Again, the sector 3 is rotated via the motor 4 to irradiate the sample cell 1 with infrared light (S16). Then, after waiting for a time for infrared light to be detected by the detector 2 (S17), the sector 3 is rotated again via the motor 4 to shut off the infrared light, and the operations of S11 to S17 are repeated.
[0028]
At this time, the controller 6 appropriately supplies a signal output from the amplifier 9a to the comparison side when detecting the reference gas and to the measurement side when detecting the sample gas in the signal processing circuit 9 shown in FIG. Change the switch so that
[0029]
FIG. 8 is a timing chart showing the opening / closing operation of the sector 3 when the controller 6 is operated as shown in the flowchart of FIG. 7 and the filling state of the sample gas in the sample cell 1. As shown in the figure, a reference gas, a sample gas 1 and a sample gas 2 are sequentially supplied to the sample cell 1, and the sector 3 is opened when each gas is completely filled in the sample cell 1. In the same manner as in the embodiment shown in FIG. 1, by processing the signal detected by the detector 2 at the time of opening by the signal processing circuit 9 shown in FIG.

An output corresponding to the ratio between the measurement signals M1 and M2 and the comparison signal R can be obtained. Here, M1 and M2 are the measurement signals for the sample gases 1 and 2, respectively, and R is the measurement signal for the reference gas.
[0030]
Next, an example in which nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) are measured as a case where two or more kinds of sample gases are supplied will be described. FIG. 9 shows a pre-treatment unit for generating the sample gases 1 and 2 to be supplied to the infrared gas analyzer shown in FIG. 6. First, moisture is removed from the exhaust gas sucked using the pump 13 a by the drain separator 11. The gas removed and cooled by the electronic cooler 12 is branched into two, one being the sample gas 1 as it is, and the other being the sample gas 2 through the catalyst 14 for converting NO2 gas into NO gas.
[0031]
Since the sample gas 2 is obtained by converting all of the NO2 component in the gas contained in the exhaust gas into the NO component, the sample gas 1 is a gas containing the NO component present in the collected exhaust gas as it is, and the sample gas 2 is Thus, the gas contains both the NO component present in the collected exhaust gas and the NO component converted from the NO2 component. Further, pure air that does not contain nitrogen oxides is sucked by the pump 13b, and the gas cooled by the electronic cooler 12 is used as a reference gas as it is.
[0032]
If the detector 2 of the infrared gas analyzer shown in FIG. 6 is a condenser microphone type detector filled with NO gas at a predetermined concentration, the NO gas concentration in the sample gas 1 and the NO gas in the sample gas 2 Since the concentration can be obtained separately, the NO gas concentration in the sample gas 2 can be known from the NO gas concentration in the exhaust gas, and the NO gas concentration in the sample gas 2 can be obtained. By subtracting the NO gas concentration in the sample gas 1, the NO2 gas concentration in the exhaust gas can be known.
[0033]
As described above, in the infrared gas analyzer shown in FIG. 6, the concentration of the two components of NO gas and NO2 gas can be measured simultaneously only by adding the configuration of FIG.
[0034]
Further, if a catalyst that causes a reduction reaction of NO gas and NH3 gas as shown by the following equation is used as the catalyst 14 in FIG. 9, the NH3 component in the exhaust gas can be measured.
[0035]
NO + NH3 + 1 / 4O2-> N2 + 3 / 2H2O
That is, in FIG. 9, the sample gas 1 is a gas containing the NO component in the exhaust gas as it is, and the sample gas 2 is reduced in the NO component by the amount of the NH3 component contained in the exhaust gas, that is, the amount of reduction reaction. It becomes gas. Therefore, the NH3 gas concentration can be obtained by determining the difference in the NO gas concentration detected in each of the sample gas 1 and the sample gas 2.
[0036]
As described above, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the configuration for measuring two types of sample gas is shown, but each gas analysis is similarly performed even with two or more types of gas. I can do it.
[0037]
Further, as shown in FIG. 8, in the above embodiment, the respective gases are supplied to the sample cell 1 in the order of the reference gas, the sample gas 1, and the sample gas 2, but the reference gas, the sample gas 1, If the reference gas is always supplied after the sample gas for which the measurement has been completed, such as the reference gas, the sample gas 2,..., The measurement time can be extended, but more accurate gas analysis can be performed.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the sample gas and the reference gas are supplied to the sample cell 1 and then the infrared light is irradiated using the intermittent means such as the sector, the conventional fluid modulation type infrared analyzer is provided. Compared to, the influence on the detection accuracy due to the flow rate change can be reduced. In addition, the infrared light that has passed through the sample gas and the reference gas is detected separately, and the detection output ratio between the two is obtained, so the change in the amount of light due to the applied voltage of the light source, the ambient temperature, or the deterioration of the light source itself, The problem that the detection accuracy is lowered due to contamination in the transmission window and the cell and the change in sensitivity of the detector can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an infrared gas analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a sector according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of signal processing means according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the controller according to the present invention.
FIG. 5 is a timing chart showing the opening / closing of the sector and the supply state of the sample gas in the sample cell.
FIG. 6 is a diagram showing another example of an infrared gas analyzer according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the controller according to the present invention.
FIG. 8 is a timing chart showing the opening / closing of the sector and the supply state of the sample gas in the sample cell.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration for generating two types of sample gas.
FIG. 10 is a view showing a conventional infrared gas analyzer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample cell 1a ... Gas inlet 1b ... Gas outlet 2 ... Detector 3 ... Sector 6 ... Controller

Claims

基準ガスと試料ガスとを選択的に試料セルに供給する切換弁と、この試料セルに赤外光を照射する光源と、この光源からの赤外光を断続する断続手段と、
基準ガスまたは試料ガスが前記試料セル内に完全に充填された状態で前記断続手段の開口を開始するとともに、基準ガスまたは試料ガスが前記試料セル内に完全に充填された状態で前記断続手段の閉口を終了するように制御するコントローラと、
前記断続手段が開口を開始してから閉口を終了するまでの期間に渡り、前記試料セルを透過した赤外光強度を内部の圧力変化により検出する検出器と、
基準ガスと試料ガスを透過したそれぞれの赤外光の前記検出器における検出値の比を求める信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする赤外線ガス分析計。A switching valve for selectively supplying a reference gas and a sample gas to the sample cell, a light source for irradiating the sample cell with infrared light, and intermittent means for intermittently irradiating the infrared light from the light source,
With the reference gas or sample gas to start opening of the interrupting means in a state of being completely filled in the sample cell, with the reference gas or the sample gas is completely filled in the sample cell of said disconnecting means A controller that controls to close the closure;
A detector that detects the intensity of infrared light transmitted through the sample cell by a change in internal pressure over a period of time from when the intermittent means starts opening to when it closes ;
A signal processing means for obtaining a ratio of detection values in the detector of each infrared light transmitted through the reference gas and the sample gas;
An infrared gas analyzer characterized by comprising: