JPH07306138A - Gas analyzer - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガス濃度の分析に用い
られる赤外線式ガス分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared gas analyzer used for gas concentration analysis.
【０００２】[0002]
【従来の技術】特定の波長の赤外線の透過量に基づきガ
ス濃度の分析を行う赤外線式ガス分析装置が知られてい
る。従来、このような分析装置には、例えば、赤外線源
と、測定対象ガスを流す測定ガス室と、乾燥窒素ガス等
の赤外線の吸収がないガスが封入された参照用標準ガス
室と、赤外線センサとが備えられ、赤外線源から放射さ
れて測定ガス室および標準ガス室を通過した赤外線の透
過量を対比することにより、測定対象ガスの濃度が測定
される。すなわち、赤外線源の出力の変動や温度等の外
的要因に起因して赤外線の透過量に変動が生じることに
より、赤外線センサの検知出力がガス濃度に対応する絶
対的な数値としては得られないことから、赤外線の吸収
がない標準ガス室を通過した赤外線の透過量を基準とし
て、透過量を対比することにより測定対象ガスの濃度を
測定しているのである。したがって、上記従来のガス分
析装置においては、略同形状の標準ガス室および測定ガ
ス室の２つのガス室を備えることが不可欠であり、その
ため、装置全体が大きなものになるという問題があっ
た。2. Description of the Related Art Infrared gas analyzers are known which analyze gas concentration based on the amount of infrared radiation having a specific wavelength. Conventionally, such an analyzer includes, for example, an infrared source, a measurement gas chamber in which a gas to be measured is flown, a reference standard gas chamber in which a gas that does not absorb infrared rays such as dry nitrogen gas is sealed, and an infrared sensor. Is provided, and the concentration of the gas to be measured is measured by comparing the amount of infrared radiation emitted from the infrared source and passing through the measurement gas chamber and the standard gas chamber. That is, the infrared sensor output cannot be obtained as an absolute value corresponding to the gas concentration because the infrared transmission amount fluctuates due to fluctuations in the output of the infrared source and external factors such as temperature. Therefore, the concentration of the gas to be measured is measured by comparing the transmission amount of infrared rays that have passed through the standard gas chamber that does not absorb infrared rays. Therefore, in the conventional gas analyzer described above, it is indispensable to provide two gas chambers, a standard gas chamber and a measurement gas chamber, which have substantially the same shape. Therefore, there is a problem that the entire device becomes large.
【０００３】[0003]
【発明が解決すべき課題】そこで、特開平５−６０６８
７号公報に開示されているように、赤外センサとして焦
電型リニアアレイ検出素子を用いると共にその検出素子
の前に分光器を配置し、赤外線源から照射された赤外線
のうち、測定ガスによる吸収のない波長の赤外線の透過
量を基準として吸収の生じる波長の赤外線の透過量と対
比することにより、ガスの濃度を測定する分析装置が提
案されている。上記の焦電型リニアアレイ検出素子は、
異なる波長に対応する複数の焦電素子が配列されたもの
であり、それぞれの焦電素子に対応する波長の赤外線が
分光されて供給されることによって、対応する波長の赤
外線の透過量に対応した焦電効果がそれぞれ生じるた
め、上記２つの波長の赤外線の透過量を対比できてガス
濃度が測定できるのである。[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-6068
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 7, a pyroelectric linear array detection element is used as an infrared sensor, and a spectroscope is arranged in front of the detection element. An analyzer has been proposed that measures the concentration of gas by comparing the amount of transmitted infrared light having a wavelength without absorption with the amount of transmitted infrared light having a wavelength at which absorption occurs. The above pyroelectric linear array detection element,
A plurality of pyroelectric elements corresponding to different wavelengths are arranged, and infrared rays of wavelengths corresponding to the respective pyroelectric elements are dispersed and supplied to correspond to the transmission amount of infrared rays of the corresponding wavelengths. Since the pyroelectric effect is generated respectively, it is possible to compare the transmission amount of infrared rays of the above two wavelengths and measure the gas concentration.
【０００４】しかしながら、上記の焦電材料は、受光し
ている赤外線の強さが変化したときにのみ信号を出力す
るものであり、定常的に一定強度の赤外線が入射させら
れているときには何らの出力も得られない。そのため、
前記の公報に開示されている従来の分析装置では、赤外
線源と測定ガス室との間にモータで回転駆動されるチョ
ッパーが備えられて、赤外線源から放射される赤外線が
断続的に測定ガス室に入射させられるように構成されて
いる。したがって、標準ガス室を不要としているにも拘
らず装置全体が比較的大きくなるという問題があった。However, the above-mentioned pyroelectric material outputs a signal only when the intensity of the received infrared ray changes, and when the infrared ray of a constant intensity is constantly incident, there is no effect. No output is obtained either. for that reason,
In the conventional analyzer disclosed in the above publication, a chopper that is rotationally driven by a motor is provided between the infrared source and the measurement gas chamber, and the infrared light emitted from the infrared source is intermittently measured in the measurement gas chamber. It is configured to be incident on. Therefore, there is a problem in that the entire apparatus becomes relatively large although the standard gas chamber is unnecessary.
【０００５】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的は、装置全体が一層小型化さ
れるガス分析装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas analyzer which is further miniaturized.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、測定対象ガスに吸収
される吸収波長および吸収されない非吸収波長の少なく
とも２種類の赤外線を放射する赤外線源と、その測定対
象ガスを流す測定ガス室と、その測定ガス室内を通過し
た上記少なくとも２種類の赤外線を検知してそれぞれの
強度に対応する値の信号を出力する検出素子とを備え、
上記吸収波長および非吸収波長にそれぞれ対応する該出
力信号値の比を求めると共に、上記測定対象ガスについ
てのその出力信号値比と、濃度が既知のその測定対象ガ
スと同じガスについての出力信号値比とを比較すること
により、測定対象ガスの濃度を算出するガス分析装置で
あって、前記検出素子が、カーボンファイバー、炭化ケ
イ素ファイバー、熱電対または熱電堆のうちの何れかに
より構成されていることにある。In order to achieve such an object, the gist of the present invention is to radiate at least two kinds of infrared rays having an absorption wavelength absorbed by a gas to be measured and a non-absorption wavelength not absorbed. An infrared source, a measurement gas chamber through which the gas to be measured flows, and a detection element that detects the at least two types of infrared rays that have passed through the measurement gas chamber and outputs a signal of a value corresponding to each intensity,
The ratio of the output signal values respectively corresponding to the absorption wavelength and the non-absorption wavelength is obtained, and the output signal value ratio of the measurement target gas and the output signal value of the same gas as the measurement target gas whose concentration is known. A gas analyzer for calculating the concentration of a measurement target gas by comparing with a ratio, wherein the detection element is composed of any one of carbon fiber, silicon carbide fiber, thermocouple or thermoelectric stack. Especially.
【０００７】[0007]
【作用および発明の効果】このようにすれば、分光され
た赤外線を検知する検出素子が、赤外線が入射させられ
ている間、常にその強度に対応する信号を出力するカー
ボンファイバー、炭化ケイ素ファイバー、熱電対または
熱電堆のうちの何れかにより構成されているため、赤外
線を断続的に測定ガス室に入射させることなく、その赤
外線の強度を検知することが可能である。したがって、
焦電材料を検出素子に用いた場合に必要とされるモータ
およびチョッパーが不要となって分析装置の小型化が可
能である。According to this structure, the detection element for detecting the spectrally separated infrared rays outputs a signal corresponding to the intensity of the infrared rays while the infrared rays are incident on the carbon fiber, the silicon carbide fiber, Since it is composed of either a thermocouple or a thermoelectric stack, it is possible to detect the intensity of infrared rays without intermittently entering the infrared rays into the measurement gas chamber. Therefore,
The motor and chopper required when a pyroelectric material is used for the detection element are not required, and the analyzer can be downsized.
【０００８】ここで、好適には、前記赤外線源は例えば
タングステンランプ（白熱電球等）、セラミックスヒー
タ、ニクロム線ヒータ（巻線型ヒータ）等の発熱体から
構成される。このようにすれば、赤外線源の温度が比較
的高い状態で赤外線が放射されるため、少々の温度変化
が生じた場合にも、赤外線源の波長別相対的強度分布の
変化が小さくなる。そのため、濃度既知のガスについて
の出力信号値比を得たときと、測定対象ガスについての
出力信号値比を得たときとの温度が異なった場合にも、
両出力信号値比に対する温度の影響が小さくなり、測定
精度が一層向上する。Preferably, the infrared source is composed of a heating element such as a tungsten lamp (incandescent lamp), a ceramics heater, a nichrome wire heater (winding heater), or the like. In this way, since infrared rays are radiated in a state where the temperature of the infrared source is relatively high, even if a slight temperature change occurs, the change in the relative intensity distribution by wavelength of the infrared source becomes small. Therefore, even when the temperature is different when the output signal value ratio for the gas of known concentration and when the output signal value ratio for the measurement target gas is obtained,
The influence of temperature on the ratio of both output signal values is reduced, and the measurement accuracy is further improved.
【０００９】[0009]
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１は、本発明のガス分析装置の一実施例の
構成を示すブロック線図である。ガス分析装置１０は、
例えばＣＯ2 ，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2 ，Ｏ3 等のガス濃度
を分析するものであって、赤外線源１２、測定ガス室１
４、プリズム分光器１６、、赤外線検出素子１８、およ
びＣＰＵ２０，ＲＡＭ２２，ＲＯＭ２４から成る演算処
理装置２６を備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the gas analyzer of the present invention. The gas analyzer 10 is
For example, the gas concentration of CO 2 , CO, NO, SO 2 , O 3, etc. is analyzed, and the infrared source 12 and the measurement gas chamber 1 are used.
4, a prism spectroscope 16, an infrared detection element 18, and an arithmetic processing unit 26 including a CPU 20, a RAM 22, and a ROM 24.
【００１０】上記赤外線源１２は、例えば白金導体とそ
れを覆うアルミナセラミックスから成るセラミックスヒ
ータであって、３〜７μｍをピーク波長とする赤外線を
放射するものである。また、測定ガス室１４は、両端部
に赤外線透過窓２８，２８をそれぞれ備えると共に、そ
の内部に測定ガスを流通させるための流通口３０，３０
をその両端部側の側面にそれぞれ備えており、上記赤外
線源１２から放射された赤外線が、その赤外線源１２側
の赤外線透過窓２８から内部に入り、反対側の赤外線透
過窓２８から出るようになっている。また、プリズム分
光器１６は、例えば３〜１０μｍの波長帯域を分光する
ものである。また、赤外線検出素子１８は、例えばカー
ボンファイバー、炭化ケイ素ファイバー、熱電対或いは
熱電堆から成る複数の素子１８ａ，１８ｂ，・・・から
構成され、例えば上記の測定ガスによる吸収の生じない
赤外線の波長である３．６μｍに対応する素子１８ａ
が、上記プリズム分光器１６によって分光された３．６
μｍの波長の屈折方向に対応する位置に設けられると共
に、上記測定ガスのそれぞれの中心吸収帯に対応する波
長（ＣＯ2 は４．３μｍ、ＣＯは４．７μｍ、ＮＯは
５．３μｍ、ＳＯ2 は７．４μｍ、Ｏ3 は９．６μｍ）
の屈折方向にそれぞれ対応する位置に、それぞれの波長
に対応する素子１８ｂ，１８ｃ・・・が設けられてい
る。なお、図において３２は、測定を開始するために操
作される測定スイッチである。The infrared source 12 is a ceramic heater made of, for example, a platinum conductor and alumina ceramics covering the platinum conductor, and emits infrared rays having a peak wavelength of 3 to 7 μm. In addition, the measurement gas chamber 14 is provided with infrared transmitting windows 28, 28 at both ends, respectively, and has flow ports 30, 30 for circulating the measurement gas therein.
Are provided on the side surfaces on both end sides, respectively, so that the infrared rays radiated from the infrared source 12 enter the infrared transmission window 28 on the infrared source 12 side and exit from the infrared transmission window 28 on the opposite side. Has become. The prism spectroscope 16 disperses a wavelength band of 3 to 10 μm, for example. Further, the infrared detection element 18 is composed of a plurality of elements 18a, 18b, ... Made of, for example, carbon fiber, silicon carbide fiber, thermocouple or thermoelectric stack, and has a wavelength of infrared rays which is not absorbed by the measurement gas. 18a corresponding to 3.6 μm
Are dispersed by the prism spectroscope 16 into 3.6.
It is provided at a position corresponding to the refraction direction of the wavelength of μm, and has wavelengths corresponding to the respective central absorption bands of the measurement gas (CO 2 is 4.3 μm, CO is 4.7 μm, NO is 5.3 μm, SO 2 Is 7.4 μm and O 3 is 9.6 μm)
Elements 18b, 18c, ... Corresponding to the respective wavelengths are provided at the positions corresponding to the refraction directions of. In the figure, reference numeral 32 is a measurement switch operated to start the measurement.
【００１１】上記のガス分析装置１０は、測定対象ガス
が測定ガス室１４に入れられた状態で測定スイッチ３２
が操作されると、赤外線源１２すなわちヒータが昇温さ
せられることによって赤外線が放射されて、測定ガス室
１４を通ってプリズム分光器１６によって波長毎に分光
され、それぞれの波長に対応する赤外線検出素子１８
ａ，１８ｂ，・・・等に入射させられる。赤外線検出素
子１８は、入射させられた赤外線の強度に応じた値の信
号を出力し、演算処理装置２６は、ＣＰＵ２０がＲＡＭ
２２の一次記憶機能を利用しつつＲＯＭ２４に予め記憶
された手順に従って、その出力信号値を処理することに
より、測定対象ガスの濃度を算出し、図示しない表示器
により表示する。なお、上記の測定において、赤外線源
１２は、例えば７００℃程度に昇温させられている。In the gas analyzer 10 described above, the measurement switch 32 is used when the gas to be measured is contained in the measurement gas chamber 14.
When is operated, infrared rays are emitted by raising the temperature of the infrared source 12, that is, the heater, and the infrared rays are radiated through the measurement gas chamber 14 by the prism spectroscope 16 for each wavelength to detect infrared rays corresponding to the respective wavelengths. Element 18
a, 18b, ... The infrared detection element 18 outputs a signal having a value corresponding to the intensity of the incident infrared light.
The output signal value is processed according to the procedure stored in advance in the ROM 24 while using the primary storage function of 22, and the concentration of the measurement target gas is calculated and displayed by a display device (not shown). In the above measurement, the infrared source 12 is heated to, for example, about 700 ° C.
【００１２】以下、ガス濃度の測定操作を、複数種類の
ガスが含まれるガスを対象とする場合について、図２に
示すフローチャートに従って説明する。分析装置１０の
起動操作が為されると、ステップＳ１において設定モー
ドが確認される。測定モードであると判定された場合に
はステップＳ８以下が実行されて直ちに濃度未知の測定
対象ガスの測定が行われるが、最初の使用時或いは赤外
線源１２の出力の変動が生じていることが予想される場
合等には、校正モードに設定されてステップＳ２以下の
校正操作が実行される。ステップＳ２においては、校正
を行うガスの種類（ＣＯ2 ，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2 ，Ｏ3
等）を設定する。ステップＳ３においては、分析装置１
０の校正に用いるガスの濃度Ｃ1 を設定する。そして、
ステップＳ４において測定スイッチ３２のＯＮ操作が為
されたと判定されると、ステップＳ５に進み、赤外線検
出素子１８の信号出力値が検出される。The operation for measuring the gas concentration will be described below with reference to the flow chart shown in FIG. 2 in the case of targeting a gas containing a plurality of kinds of gases. When the activation operation of the analyzer 10 is performed, the setting mode is confirmed in step S1. If it is determined that the measurement mode is set, step S8 and the subsequent steps are executed to immediately measure the gas to be measured whose concentration is unknown, but it is possible that the output of the infrared source 12 fluctuates during the first use. If it is expected, the calibration mode is set, and the calibration operation from step S2 is executed. In step S2, the type of gas to be calibrated (CO 2 , CO, NO, SO 2 , O 3
Etc.) is set. In step S3, the analyzer 1
The concentration C 1 of the gas used for the calibration of 0 is set. And
When it is determined in step S4 that the measurement switch 32 has been turned on, the process proceeds to step S5, and the signal output value of the infrared detection element 18 is detected.
【００１３】上記ステップＳ５においては、吸収の生じ
ない３．６μｍの波長の赤外線に対応する赤外線検出素
子１８ａの基準信号出力値Ｏac1 と、ステップＳ２にお
いて設定された測定対象ガスの中心吸収波長（測定対象
ガスがＣＯ2 の場合には、前記のように４．６μｍ）の
赤外線に対応する赤外線検出素子１８ｂ等の信号出力値
Ｏbc1 等とが検出される。そして、ステップＳ６におい
て、信号出力値の比Ｅ c1が下記 (1)式に従って算出さ
れ、ステップＳ７において、上記ステップＳ３において
設定された測定対象ガスの濃度Ｃ1 と共に、ＲＡＭ２２
内のステップＳ２において設定された測定対象ガスに対
応する記憶領域に記憶される。そして、ステップＳ１に
戻り、再び校正モードと判定された場合には上記ステッ
プＳ２乃至Ｓ７が実行されて他のガスについてＯcc1 ，
Ｏdc1 ・・・が順次測定されて、順次同様に校正が行わ
れ、測定モードに変更された場合には未知である測定対
象ガスの濃度Ｃ2 を測定するためにステップＳ８以下が
実行される。In step S5, absorption occurs.
Infrared detector for infrared rays with a wavelength of 3.6 μm
Reference signal output value O of the child 18aac1And in step S2
The central absorption wavelength of the measurement target gas that has been set (
Gas is CO2In the case of 4.6 μm) as described above.
Signal output value of infrared detection element 18b, etc. corresponding to infrared rays
Obc1Etc. are detected. And in step S6
And the signal output value ratio E c1Is calculated according to equation (1) below.
In step S7, in step S3
Concentration C of the set measurement target gas1With RAM22
For the measurement target gas set in step S2 in
It is stored in the corresponding storage area. Then, in step S1
Return, and if it is determined to be the calibration mode again, the above step
Steps S2 to S7 are executed and Occ1，
Odc1... is sequentially measured and calibration is performed in the same manner.
Measurement pair that is unknown when changed to measurement mode.
Elephant gas concentration C2In order to measure
To be executed.
【００１４】[0014]
【数１】 [Equation 1]
【００１５】ステップＳ８において、測定スイッチ３２
のＯＮ操作が為されたと判定されると、ステップＳ９に
進み、赤外線検出素子１８の信号出力値が検出される。
このステップＳ９においては、非吸収波長の赤外線に対
応する赤外線検出素子１８ａの基準信号出力値Ｏac2 、
および未知の濃度Ｃ2 のガスの中心吸収波長にそれぞれ
対応する１８ｂ等の信号出力値Ｏbc2 等がそれぞれ上記
のステップＳ５と同様にして検出される。そして、ステ
ップＳ１０において、下記 (2)式に従ってそれぞれのガ
スについての信号出力値の比Ｅc2が算出されると、ステ
ップＳ１１において、下記 (3)式に従って測定対象ガス
中に含まれるガスのそれぞれの濃度Ｃ2が求められ、ス
テップＳ１２においてその濃度Ｃ2 が表示されて一連の
測定操作が終了する。In step S8, the measurement switch 32
If it is determined that the ON operation has been performed, the process proceeds to step S9, and the signal output value of the infrared detection element 18 is detected.
In this step S9, the reference signal output value O ac2 of the infrared detecting element 18a corresponding to the infrared ray of the non-absorption wavelength,
And signal output values O bc2 and the like of 18b and the like respectively corresponding to the central absorption wavelength of the gas of unknown concentration C 2 are detected in the same manner as in step S5 described above. Then, in step S10, when the signal output value ratio E c2 for each gas is calculated according to the following equation (2), each of the gases contained in the measurement target gas according to the following equation (3) is calculated in step S11. The density C 2 is calculated, the density C 2 is displayed in step S12, and the series of measurement operations is completed.
【００１６】[0016]
【数２】 [Equation 2]
【００１７】ここで、本実施例によれば、赤外線検出素
子１８は、例えばカーボンファイバー、炭化ケイ素ファ
イバー、熱電対或いは熱電堆から成る複数の素子１８
ａ，１８ｂ，・・・から構成されている。これらの赤外
線検出素子材料は、何れも赤外線が入射させられている
間、常にその強度に対応する信号を出力するため、赤外
線を断続的に測定ガス室に入射させることなく、その赤
外線の強度を検知することが可能である。したがって、
焦電材料を赤外線検出素子１８に用いた場合に必要とさ
れるモータおよびチョッパーが不要となって分析装置１
０の小型化が可能となる。Here, according to the present embodiment, the infrared detecting element 18 comprises a plurality of elements 18 made of, for example, carbon fiber, silicon carbide fiber, thermocouple or thermoelectric stack.
a, 18b, ... All of these infrared detection element materials output a signal corresponding to the intensity of the infrared light while it is being incident, so that the intensity of the infrared light is not intermittently incident on the measurement gas chamber. It is possible to detect. Therefore,
The motor and chopper required when the pyroelectric material is used for the infrared detection element 18 are not required, and the analyzer 1
0 size reduction is possible.
【００１８】また、本実施例によれば、吸収の生じない
波長（３．６μｍ）の赤外線と中心吸収波長の赤外線と
が同時に検出されるため、測定中に赤外線源の強度の変
動（光源のゆらぎ等）が生じた場合にも、信号出力値の
比Ｅc1およびＥc2には変動が生じない。そのため、ガス
濃度の測定精度が向上する。Further, according to the present embodiment, since the infrared ray of the wavelength (3.6 μm) which does not cause the absorption and the infrared ray of the central absorption wavelength are simultaneously detected, the fluctuation of the intensity of the infrared source (the light source Even if fluctuations occur, the signal output ratios E c1 and E c2 do not change. Therefore, the measurement accuracy of the gas concentration is improved.
【００１９】なお、上記の分析装置１０によるガス濃度
の測定は、以下の原理に基づくものである。すなわち、
赤外線源１２の放射発散度の波長別相対的強度分布に変
化がないとすると、ガスの濃度がＣ1 の場合の非吸収波
長および中心吸収波長の赤外線の透過量Ｉac1 ，Ｉyc1
（但し、ｙ＝ｂ，ｃ，・・・：赤外線検出素子１８ｂ，
１８ｃ，・・・にそれぞれ対応する中心吸収波長のガス
における透過量）、および、ガスの濃度がＣ2 の場合の
非吸収波長および中心吸収波長の赤外線の透過量
Ｉac2 ，Ｉyc2 は、前述の信号出力値Ｏが赤外線の入射
量に対して直線的に変化させられるため、前記信号出力
値の比Ｅと下記 (4)， (5)式の関係にある。この (4)，
(5)式からＥc1とＥc2との関係式である (6)式が得られ
る。The measurement of the gas concentration by the above-mentioned analyzer 10 is based on the following principle. That is,
When there is no change in the wavelength by the relative intensity distribution of the radiant emittance of the infrared source 12, the amount of transmitted infrared non-absorbing wavelength and the center absorption wavelength of when the concentration of the gas of C 1 I ac1, I yc1
(However, y = b, c, ...: Infrared detector 18b,
18c, ..., respectively, the amount of transmission in a gas having a central absorption wavelength corresponding to 18c, ..., And , the amounts of transmission of infrared rays having a non-absorption wavelength and a central absorption wavelength I ac2 , I yc2 when the gas concentration is C 2 are Since the signal output value O of (1) is linearly changed with respect to the incident amount of infrared rays, there is a relationship between the signal output value ratio E and the following equations (4) and (5). This (4),
From equation (5), equation (6), which is a relational equation between E c1 and E c2 , is obtained.
【００２０】[0020]
【数３】 [Equation 3]
【００２１】一方、測定ガス室１４を通過後の赤外線の
透過量（すなわち強度）はランベルト・ベールの法則に
従うことが知られており、濃度Ｃ1 および濃度Ｃ2 のガ
スの測定時における赤外線源１２から放射される赤外線
中の非吸収波長の強度をそれぞれＩa1，Ｉa2、中心吸収
波長の強度をそれぞれＩy1，Ｉy2（但し、ｙ＝ｂ，ｃ，
・・・）とすると、Ｉyc1 ，Ｉyc2 は下記 (7)， (8)式
で示される。ところで、非吸収波長の赤外線の透過量Ｉ
ac1,Ｉac2 は、ガスの濃度Ｃ1 , Ｃ2 に無関係で赤外線
源の出力に等しく、また、赤外線源１２の放射発散度の
波長別相対的強度分布に変化がないことから、濃度Ｃ2
のガスの測定時に赤外線源１２から放射された赤外線の
強度が、濃度Ｃ1 のガスの測定時に放射された赤外線の
ａ倍の強度であったとすると、下記 (9)，(10)式の関係
が成立する。これら (6)乃至(10)式から下記(11)式が得
られ、これをＣ2 について解くと前記の (3)式が得られ
る。この (3)式において、吸収係数Ｋy はガスの種類に
よって定められる値であり、光路長Ｘは分析装置１０毎
に決まっている値であるため、濃度Ｃ1 が既知であれ
ば、測定対象ガスの濃度Ｃ2 が測定できるのである。な
お、濃度Ｃ1 およびＣ 2 のガスの測定時における赤外線
の強度比ａが、(11)式すなわち (3)式にはないことから
明らかなように、本実施例によれば既知濃度Ｃ1 と未知
濃度Ｃ2 との測定時の赤外線強度が変化してもその影響
を殆ど受けず、一層高い測定精度が得られる。On the other hand, the infrared rays after passing through the measurement gas chamber 14
The amount of transmission (that is, intensity) is based on Lambert-Beer's law
Known to comply with concentration C1And concentration C2Moth
Infrared emitted from infrared source 12 when measuring
The intensity of the non-absorption wavelength inside is Ia1, Ia2, Central absorption
The intensity of the wavelength is Iy1, Iy2(However, y = b, c,
...)yc1, Iyc2Is the following equations (7) and (8)
Indicated by. By the way, the transmission amount I of infrared rays of non-absorption wavelength
ac1, Iac2Is the gas concentration C1, C2Irrelevant to infrared
Equal to the output of the source and also the radiant emittance of the infrared source 12
Since there is no change in the relative intensity distribution by wavelength, the concentration C2
Of the infrared rays emitted from the infrared source 12 when measuring the gas in
Strength is concentration C1Of the infrared rays emitted when measuring the gas in
Assuming that the strength is a times, the relationship of the following equations (9) and (10)
Is established. From these equations (6) to (10), the following equation (11) is obtained.
And this is C2Solving for, we obtain (3) above.
It In equation (3), the absorption coefficient KyIs the type of gas
Therefore, the optical path length X is determined by each analyzer 10.
Since the value is determined as1Is known
For example, the concentration C of the gas to be measured2Can be measured. Na
Oh, concentration C1And C 2Infrared when measuring gas
Since the intensity ratio a of is not in equation (11), that is, equation (3),
As is apparent, according to this example, the known concentration C1And unknown
Concentration C2Even if the infrared intensity changes during measurement with
Is hardly received, and higher measurement accuracy can be obtained.
【００２２】[0022]
【数４】 [Equation 4]
【００２３】また、本実施例によれば、赤外線源１２と
してヒータが用いられて、ガスの濃度測定時に赤外線を
放射するに際しては、そのヒータによって赤外線源１２
が７００℃程度にまで昇温させられるため、少々の温度
変化が生じた場合にも赤外線源１２の放射発散度の波長
別相対的強度分布の変化が小さく、これにより前記 (3)
式の信頼性が高いため、一層ガス濃度の測定値の信頼性
が向上する。Further, according to the present embodiment, a heater is used as the infrared source 12, and when the infrared ray is radiated when measuring the gas concentration, the infrared source 12 is used by the heater.
Since the temperature is raised to about 700 ° C, the change in the relative intensity distribution of the radiant emittance of the infrared source 12 by wavelength is small even when a slight temperature change occurs.
Since the reliability of the formula is high, the reliability of the measured value of the gas concentration is further improved.
【００２４】上記の温度変化と放射発散度の波長別相対
的強度分布の変化の関係は以下のように説明される。黒
体の放射に関しては下記(12)式に示すプランクの式が知
られており、この(12)式から明らかなように、黒体は温
度が高くなるに従って、放射発散度が大きくなると共に
最大放射発散度を示す波長が低波長側に変化するが、温
度および波長が大きく異ならない範囲では、表１および
表２に示すように放射発散度の波長別相対的強度分布は
大きくは変化しない。例えば、前述の各ガスの最大吸収
波長に相当する３．６〜９．６μｍの波長の範囲におけ
る相対的強度比の変化は、７７３℃に対して±１０℃の
温度変化の範囲では、表１の右端の欄に示されるように
４％未満に留まり、１２７３℃に対して±１０℃の温度
変化の範囲では、表２の右端の欄に示されるように２％
未満に留まる。すなわち、赤外線源１２の温度が高いほ
ど温度変化に対する波長別相対的強度分布の変化は小さ
くなるため、本実施例のように赤外線源１２としてヒー
タが用いられて、その温度が高くされていると測定の信
頼性が向上するのである。The relationship between the above temperature change and the change in the relative intensity distribution of the radiant emittance by wavelength is explained as follows. Planck's equation shown in the following equation (12) is known for the radiation of a black body.As is clear from this equation (12), the black body has a maximum radiant emittance and a maximum value as the temperature rises. Although the wavelength indicating the radiant emittance changes to the lower wavelength side, the relative intensity distribution of the radiant emittance by wavelength does not change significantly as shown in Tables 1 and 2 in the range where the temperature and the wavelength do not differ greatly. For example, the change in relative intensity ratio in the wavelength range of 3.6 to 9.6 μm corresponding to the maximum absorption wavelength of each gas described above is shown in Table 1 in the range of temperature change of ± 10 ° C. with respect to 773 ° C. Stays less than 4% as shown in the rightmost column of 2%, and within a temperature change range of ± 10 ° C with respect to 1273 ° C, 2% as shown in the rightmost column of Table 2.
Stay below. That is, the higher the temperature of the infrared source 12, the smaller the change in the relative intensity distribution by wavelength with respect to the temperature change. Therefore, as in the present embodiment, a heater is used as the infrared source 12, and the temperature is raised. The reliability of the measurement is improved.
【００２５】[0025]
【数５】 [Equation 5]
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】[0027]
【表２】 [Table 2]
【００２８】また、本実施例においては、赤外線検出素
子１８が、非吸収波長に対応する赤外線検出素子１８
ａ、および中心吸収波長が異なる複数種類のガスに対応
する赤外線検出素子１８ｂ，１８ｃ，・・・等から構成
されているため、複数種類のガスを同時に測定すること
が可能である。Further, in the present embodiment, the infrared detecting element 18 corresponds to the non-absorption wavelength.
It is possible to measure a plurality of types of gas at the same time because the infrared detecting elements 18b, 18c, ... Corresponding to a plurality of types of gases having different central absorption wavelengths are included.
【００２９】次に、本発明のガス分析装置の他の実施例
を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と
共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。Next, another embodiment of the gas analyzer of the present invention will be described. In the following description, the same parts as those in the above-described embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００３０】図３に示すガス分析装置３４においては、
測定ガス室１４とプリズム分光器１６との間に集光系３
６が備えられている。そのため、測定ガス室１４を通っ
て赤外線透過窓２８から出た赤外線は、集光系３６によ
り集光させられた後、プリズム分光器１６によって分光
させられる。したがって、赤外線検出素子１８に入射さ
せられる赤外線のビームが細くされて、一層測定精度が
向上する。In the gas analyzer 34 shown in FIG. 3,
A condenser system 3 is provided between the measurement gas chamber 14 and the prism spectroscope 16.
6 is provided. Therefore, the infrared rays that have passed through the measurement gas chamber 14 and exited from the infrared transmission window 28 are condensed by the condensing system 36 and then dispersed by the prism spectroscope 16. Therefore, the infrared beam incident on the infrared detection element 18 is thinned, and the measurement accuracy is further improved.
【００３１】図４に示すガス分析装置３８においては、
分析装置１０に用いられたプリズム分光器１６に代え
て、特定の波長の赤外線のみを通すバンドパスフィルタ
４０が赤外線検出素子１の前に配置されている。上記バ
ンドパスフィルタ４０は、各赤外線検出素子１８ａ，１
８ｂ，・・・等の前に、それぞれに対応する各波長のみ
を通過させるバンドパスフィルタ４０ａ，４０ｂ，・・
・等が配置されて構成されており、測定ガス室１４を通
過した赤外線がバンドパスフィルタ４０に入射させられ
ると、各赤外線検出素子１８ａ，１８ｂ，・・・には、
それぞれが対応する波長の赤外線のみが選択されて入射
させられる。In the gas analyzer 38 shown in FIG.
Instead of the prism spectroscope 16 used in the analyzer 10, a bandpass filter 40 that passes only infrared rays of a specific wavelength is arranged in front of the infrared detection element 1. The bandpass filter 40 includes the infrared detecting elements 18a, 1
Before 8b, ..., etc., bandpass filters 40a, 40b, ...
.. are arranged, and when the infrared rays that have passed through the measurement gas chamber 14 are incident on the bandpass filter 40, the infrared detection elements 18a, 18b, ...
Only the infrared rays of the corresponding wavelengths are selected and made incident.
【００３２】図５に示すガス分析装置４２においては、
赤外線源１２に代えて、複数種類の波長の赤外線を各々
出力する複数の赤外線源４４ａ，４４ｂ，・・・等が備
えられている。このため、本実施例においては分光器１
６或いはバンドパスフィルタ４０は不要であるため設け
られていない。In the gas analyzer 42 shown in FIG.
Instead of the infrared source 12, a plurality of infrared sources 44a, 44b, ... Which respectively output infrared rays of a plurality of wavelengths are provided. Therefore, in this embodiment, the spectroscope 1
6 or the bandpass filter 40 is not provided because it is unnecessary.
【００３３】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。Although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the present invention can be implemented in still another mode.
【００３４】例えば、実施例においては、赤外線検出素
子１８は、複数の赤外線検出素子１８ａ，１８ｂ，・・
・等を個々に配置して構成したが、これに代えて、これ
らの赤外線検出素子１８ａ，１８ｂ，・・・等に対応す
る検出素子が直線的に配列されたリニアアレイ型検出素
子が用いられても良い。For example, in the embodiment, the infrared detecting element 18 includes a plurality of infrared detecting elements 18a, 18b, ...
.., etc. are individually arranged, but instead of this, a linear array type detection element in which detection elements corresponding to these infrared detection elements 18a, 18b ,. May be.
【００３５】また、赤外線源１２としては、実施例で示
した白金導体とそれを覆うアルミナセラミックスから構
成されるセラミックスヒータに代えて、タングステンヒ
ータ、ニクロム線ヒータ、ガラスまたは石英管内に封入
した管状ヒータ等の他のヒータや、ＬＥＤ（発光ダイオ
ード）、ＬＤ（半導体レーザ）等も用いられ得る。な
お、管状ヒータは、ガラスや石英が３〜５μｍ以上の波
長の赤外線を殆ど透過しないため、３〜５μｍの波長の
赤外線源として利用される。Further, as the infrared source 12, a tungsten heater, a nichrome wire heater, or a tubular heater enclosed in a glass or quartz tube is used instead of the ceramic heater composed of the platinum conductor and the alumina ceramics covering the platinum conductor shown in the embodiment. Other heaters such as, LED (light emitting diode), LD (semiconductor laser), etc. may be used. The tubular heater is used as an infrared source having a wavelength of 3 to 5 μm because glass or quartz hardly transmits infrared rays having a wavelength of 3 to 5 μm or more.
【００３６】また、前述の実施例では、複数のガスの濃
度を同時に分析する場合について説明したが、測定は１
種のガス毎に行われても良い。その場合には、赤外線検
出素子１８には、その測定されるガスの中心吸収波長に
対応する検出素子と、非吸収波長に対応する検出素子と
の最低限２つが備えられていれば良い。すなわち、測定
対象ガスの中心吸収波長に対応する検出素子１８ｂ等
が、測定しようとするガスの種類に対応する数だけ備え
られると共に、非吸収波長に対応する検出素子１８ａが
備えられていれば良いのである。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the concentrations of a plurality of gases are simultaneously analyzed has been described.
It may be performed for each seed gas. In that case, the infrared detection element 18 may be provided with at least two detection elements corresponding to the central absorption wavelength of the gas to be measured and the detection element corresponding to the non-absorption wavelength. That is, it suffices that the detection elements 18b corresponding to the central absorption wavelength of the measurement target gas are provided in the number corresponding to the type of gas to be measured, and the detection elements 18a corresponding to the non-absorption wavelength are provided. Of.
【００３７】また、測定対象ガスは、実施例で述べたも
のの他にも適宜選択することが可能である。但し、複数
のガスの濃度を同時に測定するときは、中心吸収波長が
重ならない範囲で選択する必要がある。Further, the gas to be measured can be appropriately selected other than those described in the embodiments. However, when measuring the concentrations of a plurality of gases at the same time, it is necessary to select in a range where the central absorption wavelengths do not overlap.
【００３８】また、前述の実施例においては、非吸収波
長として３．６μｍの波長を用いたが、測定対象ガス、
大気或いは水分に吸収されない波長であれば、他の波長
が用いられても良く、例えば、１０μｍ程度の波長が非
吸収波長として用いられても良い。In the above embodiment, the wavelength of 3.6 μm is used as the non-absorption wavelength, but the gas to be measured,
Other wavelengths may be used as long as they are wavelengths that are not absorbed by the atmosphere or water, for example, a wavelength of about 10 μm may be used as the non-absorption wavelength.
【００３９】また、それぞれのガスの種類に対応する赤
外線検出素子１８ｂ，１８ｃ，・・・等は、必ずしも中
心吸収波長に対応するものでなくとも良く、他のガスに
吸収されることにより測定精度が低下する波長に対応す
るものでなければ使用可能である。但し、高精度を得る
ためには中心吸収波長に対応する検出素子を用いること
が最も望ましい。Further, the infrared detecting elements 18b, 18c, ... Corresponding to the respective gas types do not necessarily correspond to the central absorption wavelength, and the measurement accuracy is improved by being absorbed by other gases. Can be used if it does not correspond to a wavelength that decreases. However, in order to obtain high accuracy, it is most desirable to use a detection element corresponding to the central absorption wavelength.
【００４０】また、赤外線透過窓２８は必ずしも設けら
れなくとも良い。但し、設けない場合には、赤外線源１
２，４４とプリズム分光器１６或いはバンドパスフィル
タ４０との間にのみ測定対象ガスが流入し、プリズム分
光器１６或いはバンドパスフィルタ４０と赤外線検出素
子１８との間には測定対象ガスが流入しないようにする
必要がある。Further, the infrared transmitting window 28 does not necessarily have to be provided. However, if not provided, infrared source 1
2 and 44 and the prism spectroscope 16 or the bandpass filter 40, the measurement target gas flows in only between the prism spectroscope 16 or the bandpass filter 40 and the infrared detection element 18. Need to do so.
【００４１】また、校正操作（ステップＳ２〜Ｓ７）
は、一旦各ガスについてＣ1 ，Ｅc1が設定された後は必
ずしも行わなくとも良い。Calibration operation (steps S2 to S7)
Does not necessarily have to be performed once C 1 and E c1 have been set for each gas.
【００４２】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加え得るものであ
る。Although not illustrated one by one, the present invention can be appropriately modified without departing from the spirit thereof.
【図１】本発明の一実施例のガス分析装置の構成を示す
図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gas analyzer according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のガス分析装置を用いてガス濃度を測定す
る場合のフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart in the case of measuring gas concentration using the gas analyzer of FIG.
【図３】本発明の他の実施例のガス分析装置の構成を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a gas analyzer according to another embodiment of the present invention.
【図４】本発明の更に他の実施例のガス分析装置の構成
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a gas analyzer according to still another embodiment of the present invention.
【図５】本発明の更に他の実施例のガス分析装置の構成
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a gas analyzer according to still another embodiment of the present invention.
１０，３４，３８，４２：ガス分析装置 １２，４４：赤外線源 １４：測定ガス室 １６：プリズム分光器 １８：赤外線検出素子 ４０：バンドパスフィルタ 10, 34, 38, 42: Gas analyzer 12, 44: Infrared source 14: Measuring gas chamber 16: Prism spectroscope 18: Infrared detector 40: Bandpass filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 正樹 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masaki Kato 3-36 No. 1 Noritake Shinmachi, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi Noritake Company Limited
Claims (1)
び吸収されない非吸収波長の少なくとも２種類の赤外線
を放射する赤外線源と、該測定対象ガスを流す測定ガス
室と、該測定ガス室内を通過した上記少なくとも２種類
の赤外線を検知してそれぞれの強度に対応する値の信号
を出力する検出素子とを備え、上記吸収波長および非吸
収波長にそれぞれ対応する該出力信号値の比を求めると
共に、上記測定対象ガスについての該出力信号値比と、
濃度が既知の該測定対象ガスと同じガスについての該出
力信号値比とを比較することにより、該測定対象ガスの
濃度を算出するガス分析装置であって、 前記検出素子が、カーボンファイバー、炭化ケイ素ファ
イバー、熱電対または熱電堆のうちの何れかにより構成
されていることを特徴とするガス分析装置。1. An infrared source that emits at least two types of infrared rays having an absorption wavelength that is absorbed by a measurement target gas and a non-absorption wavelength that is not absorbed, a measurement gas chamber in which the measurement target gas flows, and a passage through the measurement gas chamber. And a detection element which detects the at least two types of infrared rays and outputs a signal having a value corresponding to each intensity, and obtains a ratio of the output signal values respectively corresponding to the absorption wavelength and the non-absorption wavelength, and The output signal value ratio for the gas to be measured,
A gas analyzer for calculating the concentration of the measurement target gas by comparing the output signal value ratio of the same gas as the measurement target gas whose concentration is known, wherein the detection element is carbon fiber, carbon A gas analyzer comprising one of a silicon fiber, a thermocouple, and a thermopile.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9863594A JPH07306138A (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Gas analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9863594A JPH07306138A (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Gas analyzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306138A true JPH07306138A (en) | 1995-11-21 |
Family
ID=14224970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9863594A Pending JPH07306138A (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Gas analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07306138A (en) |
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