JPH07248304A - 熱伝導率計 - Google Patents
熱伝導率計Info
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- JPH07248304A JPH07248304A JP6652894A JP6652894A JPH07248304A JP H07248304 A JPH07248304 A JP H07248304A JP 6652894 A JP6652894 A JP 6652894A JP 6652894 A JP6652894 A JP 6652894A JP H07248304 A JPH07248304 A JP H07248304A
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Abstract
の濃度測定を可能とし、熱伝導率式ガス分析計の校正,
調整に要する時間の短縮化を図る。 【構成】 TCD1の温度変化を出力電圧vの変化Δv
として検出し、TCD1へ流れる電流iを制御してTC
D1の発熱温度を一定に保つ。熱伝導率算出部4は、λ
m=(v2 /Rh−B)/Aを演算し、試料ガスの熱伝
導率λmを求める。濃度導出部5は、ROM6に格納さ
れている検量線(分析計全体として共通)の中から所要
の検量線を読み出し、この検量線を参照として、上記求
めた熱伝導率λmに基づき測定対象ガスの濃度を求め
る。ここで、上記演算式において装置定数A,Bは、1
00%N2 ガスおよび100%H2 ガスをTCD1へ給
送して出力電圧vを測定し、これら測定した出力電圧v
に基づいて定めている。
Description
計に用いて好適な熱伝導率計に関するものである。
どのプラントに使用される熱伝導率式ガス分析計とし
て、その要部を図3に示すような熱伝導率式水素計が用
いられている。同図において、1は試料ガス(例えば、
測定対象ガスとしてH2 ガス、共存ガスとしてN2 ガス
を含むガス)の給送通路に配置された第1の測温抵抗体
(TCD)、2は熱伝導率が既知のリファレンスガスの
給送通路に配置された第2の測温抵抗体(TCD)、R
1,R2は抵抗、3は比較器、4は定電流源又は定電圧
源であり、TCD1,TCD2,抵抗R1,R2により
ホイートストンブリッジが組まれている。
CD1に給送され、その熱伝導率に比例した熱を奪う。
これにより、TCD1の発熱温度が変化し、その抵抗値
が変化する。一方、TCD2には、リファレンスガスが
給送されている。この場合、リファレンスガスの熱伝導
率は一定であるから、リファレンスガスによって奪われ
る熱も一定であり、TCD2の発熱温度は一定となり、
その抵抗値は一定となる。抵抗R1とTCD1との接続
点に生ずる電圧は比較器3の非反転入力へ、抵抗R2と
TCD2との接続点に生ずる電圧は比較器3の反転入力
へ与えられる。これにより、試料ガスとリファレンスガ
スの熱伝導率の差に比例した抵抗値変化(発熱温度の
差)が、不平衡電圧ΔVとして検出される。ここで、リ
ファレンスガスを試料ガスに含まれる共存ガスと同一成
分(N2 ガス)とすれば、検出される不平衡電圧ΔVに
基づいて予め設定されている検量線を参照として、試料
ガスに含まれているH2 ガスの濃度を測定することがで
きる。
うな従来の熱伝導率式ガス分析計では、不平衡電圧ΔV
と測定対象ガスの濃度との関係を示す検量線を分析計毎
に固有に作成しており、このため多種類の校正ガスを必
要とし、その校正,調整(リニアライズ)に時間を要す
るという問題があった。例えば、上述した熱伝導率式水
素計について言えば、濃度(既知濃度)の異なるH2 ガ
ス(共存ガスはN2 ガス)を校正ガスとして多数用意
し、これら校正ガスをTCD1へ給送して不平衡電圧Δ
Vを検出するものとし、この検出された各校正ガスの不
平衡電圧ΔVとH2 ガス濃度との関係をプロットして検
量線を作成している。ここで、この作成される検量線
は、水素計毎にその装置定数が異なるため、共通として
使用することはできない。このため、水素計毎に検量線
を固有に作成しており、多種類の校正ガスを必要とし、
その校正,調整に時間を要するという問題が生ずる。
なされたもので、その目的とするところは、固有の検量
線を用いることなく測定対象ガスの濃度測定を可能と
し、熱伝導率式ガス分析計の校正,調整に要する時間の
短縮化を図ることの可能な熱伝導率計を提供することに
ある。
るために、本発明は、試料ガスの給送通路に配置された
測温抵抗体と、この測温抵抗体の温度変化を出力電圧v
の変化として検出し、この検出される出力電圧vの変化
に基づいて測温抵抗体へのエネルギーの供給量を制御し
その発熱温度を一定値に保つ制御手段と、この制御手段
によりその発熱温度が一定値に保たれた状態での出力電
圧vを所定の演算式に代入して試料ガスの熱伝導率を算
出する熱伝導率算出手段とを備えたものである。ここ
で、熱伝導率算出手段における演算式中の固有の装置定
数は、熱伝導率が既知の第1の校正ガスを測温抵抗体へ
給送して出力電圧vを測定し、熱伝導率が既知の第2の
校正ガスを測温抵抗体へ給送して出力電圧vを測定し、
これら測定した出力電圧vに基づいて定めている。
抗体へ給送すると、この測温抵抗体の温度変化が出力電
圧vの変化として検出され、この検出される出力電圧v
の変化に基づいて測温抵抗体へのエネルギーの供給量が
制御され、その発熱温度が一定値に保たれる。そして、
発熱温度が一定値に保たれた状態での出力電圧vが所定
の演算式に代入され、試料ガスの熱伝導率が算出され
る。この算出された熱伝導率に基づき、試料ガスに含ま
れる測定対象ガスおよび共存ガスの種類に応じ分析計全
体として共通に定められる検量線を参照として、測定対
象ガスの濃度を測定することが可能となる。この場合、
固有のものとしては、熱伝導率算出手段における演算式
中の装置定数を、第1および第2の校正ガスを測温抵抗
体へ給送して出力電圧vを測定し、これら測定した出力
電圧vに基づいて定めてやるのみでよい。
る。図1はこの発明に係る熱伝導率計を用いてなる熱伝
導率水素計の要部を示す図である。同図において、1は
試料ガス(例えば、測定対象ガスとしてH2 ガス、共存
ガスとしてN2 ガスを含むガス)の給送通路に配置され
た測温抵抗体(TCD)、R1,R2,R3は抵抗、3
は比較器、4は熱伝導率算出部、5は濃度導出部、6は
ROMであり、TCD1,抵抗R1,R2,R3により
恒温槽7内でホイートストンブリッジが組まれている。
CD1に給送され、その熱伝導率に比例した熱を奪う。
これにより、TCD1の発熱温度TRhが変化し、その抵
抗値Rhが変化する。抵抗R1とTCD1との接続点に
生ずる電圧は出力電圧vとして比較器3の反転入力へ、
抵抗R3とR2との接続点に生ずる電圧は比較器3の反
転入力へ与えられる。これにより、TCD1の温度変化
が、出力電圧vの変化Δvとして検出される。比較器3
は、この検出した出力電圧vの変化Δvに基づいて、T
CD1へ流れる電流iを制御し、TCD1の抵抗値Rh
を一定(Rh=(R1×R2)/R3)に保つ。これに
より、出力電圧vが変化し、TCD1の発熱温度TRhが
一定に保たれる。
ことは下記(1)式を見ても分かる。すなわち、TCD
1は白金薄膜抵抗体であり、その抵抗値Rhは(1)式
で示され、TCD1の抵抗値Rhを一定に制御すれば、
同時に発熱温度TRhも一定に保たれる。 Rh=Rh20{1+α20・(TRh−20)+β20・(TRh−20)2 } ・・ ・(1) なお、この式において、Rh20は20℃におけるTCD
1の抵抗値(Ω)、α20は20℃におけるTCD1の1
次抵抗温度係数、β20は20℃におけるTCD1の2次
抵抗温度係数である。
T は、下記(2)式で示される。なお、この式におい
て、QG は熱伝導により試料ガスに伝わる熱量、QS は
TCD1を構築するダイヤフラム(シリコン)および抵
抗パターンを通してシリコン台座に伝わる熱量、QC は
対流(強制対流および自然対流)により伝わる熱量、Q
R は輻射により伝わる熱量である。 QT =QG +QS +QC +QR ・・・(2) この熱量QT は、さらに、下記(3)式として表現され
る。なお、この式において、TRR2 は恒温槽7の温度
(℃)、λmは試料ガスの熱伝導率(w/k・m)、G
は装置定数(m)、λsiはダイヤフラムおよび抵抗パタ
ーンの熱伝導率(w/k・m)、GS はダイヤフラムお
よび抵抗パターンにおける装置定数(m)である。
て変化しないし、QC,QR はQG ,QS に比べて十分
小さな値(または一定値)であり、λsiも一定と考えら
れる。また、TRh,TRR2 は一定にコントロールされる
ので、上記(3)式はA,Bを固有の装置定数(運転状
態を含めた形状係数)として、下記(4)式で示され
る。 QT =A・λm+B ・・・(4) 一方、QT は、 QT =i2 ・Rh=v2 /Rh ・・・(5) として表され、QT =A・λm+B=v2 /Rhより、
試料ガスの熱伝導率λmは下記(6)式で表されるもの
となる。 λm=(v2 /Rh−B)/A ・・・(6)
ば、出力電圧vを上記(6)式に代入することにより、
試料ガスの熱伝導率λmを求めることができる。そこ
で、本実施例においては、上記(6)式を演算式として
熱伝導率算出部4へ設定する一方、この演算式における
固有の装置定数A,Bを次のようにして定めている。す
なわち、熱伝導率が既知の第1の校正ガス(例えば、1
00%N2 ガス)をTCD1へ給送して出力電圧v(v
N2)を測定し、熱伝導率が既知の第2の校正ガス(例え
ば、100%H2 ガス)をTCD1へ給送して出力電圧
v(vH2)を測定し、この測定した出力電圧vN2,vH2
を下記(7)式および(8)式に代入して固有の装置定
数A,Bを求め、この求めた装置定数A,Bを熱伝導率
算出部4における演算式中の装置定数A,Bとして設定
している。
Rh+TRR2 )/2における熱伝導率(w/k・m)、λ
H2は100%H2ガスの(TRh+TRR2 )/2における
熱伝導率(w/k・m)である。また、上記(7)式お
よび(8)式は、A・λm+B=v2 /Rhを変形して
得られるv2 =Rh・A・λm+Rh・BにvN2,λN2
およびvH2,λH2を代入して得られる下記(9)および
(10)式の連立方程式を解いて得られるものである。 vN2 2 =Rh・A・λN2+Rh・B ・・・(9) vH2 2 =Rh・A・λH2+Rh・B ・・・(10)
試料ガスに含まれる測定対象ガスおよび共存ガスの種類
に応じ分析計全体として共通に定められる検量線が、複
数種類格納されている。すなわち、測定対象ガスをH2
とし共存ガスをN2 としたときの試料ガスの熱伝導率λ
mに対するH2 ガスの濃度を示す検量線(図2参照:N
2 −H2 検量線)や、測定対象ガスをH2 とし共存ガス
をCH4 としたときの試料ガスの熱伝導率λmに対する
H2 ガスの濃度を示す検量線(CH4 −H2 検量線)
や、測定対象ガスをH2 とし共存ガスをCO2 としたと
きの試料ガスの熱伝導率λmに対するH2 ガスの濃度を
示す検量線(CO2 −H2 検量線)など、多種類の検量
線が格納されている。これら、検量線は、物理データと
してすでに求められているものもあるが、求められてい
ない場合には実測のうえ作成する。
は、試料ガスの構成に応じ、ROM6に格納されている
検量線の中から所要の検量線を読み出す。本実施例で
は、測定対象ガスをH2 とし共存ガスをN2 としている
ので、外部からの指定に応じ、N2 −H2 検量線を読み
出す。そして、この読み出したN2 −H2 検量線を参照
として、熱伝導率算出部4にて算出された試料ガスの熱
伝導率λmに基づき、試料ガスに含まれるH2 ガスの濃
度を求め、この濃度を測定濃度値として出力する。
を熱伝導率の高いH2 としたが、Heなどの高熱伝導率
のガスとしてもよい。また、これとは逆に、熱伝導率の
低いCl2 などのガスを測定対象ガスとしてもよい。す
なわち、熱伝導率の変化が大きいガスであれば、H2 と
同様にしてその濃度を測定することが可能である。ま
た、本実施例では、第1の校正ガスを100%N2 ガ
ス、第2の校正ガスを100%H2 ガスとしたが、熱伝
導率が既知のガスであれば如何なるガスも校正ガスとな
り得る。また、本実施例では、ROM6に多種類の検量
線を格納しておくものとしたが、これら検量線は近似式
に置き換えて格納しておくようにしてもよい。
発明によれば、試料ガスを温抵抗体へ給送すると、この
測温抵抗体の温度変化が出力電圧vの変化として検出さ
れ、この検出される出力電圧vの変化に基づいて測温抵
抗体へのエネルギーの供給量が制御され、その発熱温度
が一定値に保たれ、発熱温度が一定値に保たれた状態で
の出力電圧vが所定の演算式に代入され、試料ガスの熱
伝導率が算出されるものとなり、この算出された熱伝導
率に基づき、試料ガスに含まれる測定対象ガスおよび共
存ガスの種類に応じ分析計全体として共通に定められる
検量線を参照として、測定対象ガスの濃度を測定するこ
とが可能となり、すなわち固有の検量線を用いることな
く測定対象ガスの濃度を測定することが可能となり、こ
の場合、固有のものとしては、熱伝導率算出手段におけ
る演算式中の装置定数を、第1および第2の校正ガスを
測温抵抗体へ給送して出力電圧vを測定し、これら測定
した出力電圧vに基づいて定めてやるのみでよいので、
熱伝導率式ガス分析計の校正,調整に要する時間を従来
のものに比して大幅に短縮することが可能となる。
率水素計の要部を示す図である。
る検量線を例示する図である。
る。
3…比較器、4…熱伝導率算出部、5…濃度導出部、6
…ROM、7…恒温槽。
Claims (1)
- 【請求項1】 試料ガスの給送通路に配置された測温抵
抗体と、 この測温抵抗体の温度変化を出力電圧vの変化として検
出し、この検出される出力電圧vの変化に基づいて前記
測温抵抗体へのエネルギーの供給量を制御しその発熱温
度を一定値に保つ制御手段と、 この制御手段によりその発熱温度が一定値に保たれた状
態での出力電圧vを所定の演算式に代入して前記試料ガ
スの熱伝導率を算出する熱伝導率算出手段とを備え、 前記熱伝導率算出手段における演算式中の固有の装置定
数が、熱伝導率が既知の第1の校正ガスを前記測温抵抗
体へ給送して出力電圧vを測定し、熱伝導率が既知の第
2の校正ガスを前記測温抵抗体へ給送して出力電圧vを
測定し、これら測定した出力電圧vに基づいて定められ
ていることを特徴とする熱伝導率計。
Priority Applications (1)
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JP06066528A JP3114137B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 熱伝導率式ガス濃度分析計 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109997032A (zh) * | 2016-11-29 | 2019-07-09 | 英弘精机株式会社 | 热传导率测定装置、热传导率测定方法及真空度评估装置 |
JP2020139873A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | オムロン株式会社 | 酸素濃度測定装置及び酸素濃度測定方法 |
CN111771119A (zh) * | 2018-02-06 | 2020-10-13 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 使用热导率技术对输送到工业用户场所的气体的质量进行现场监测的方法 |
CN113866070A (zh) * | 2021-11-19 | 2021-12-31 | 郑州大学 | 一种用于测量大孔材料微小表面积的装置和方法 |
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JP4505842B2 (ja) * | 2006-03-15 | 2010-07-21 | 株式会社山武 | 熱伝導率測定方法とその装置およびガス成分比率測定装置 |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP06066528A patent/JP3114137B2/ja not_active Expired - Lifetime
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