JP3653865B2

JP3653865B2 - Range switching device and gas analyzer

Info

Publication number: JP3653865B2
Application number: JP12821096A
Authority: JP
Inventors: 和義中島
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: JPH09311051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、燃焼排ガスや大気中のガスを測定するガス分析装置等のレンジ切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス分析装置の分析結果は、例えば記録計にて記録される。この場合、出力信号のレンジが適切でないと、スケールオーバしたり、逆に、レベルが小さ過ぎて、変化が十分に記録に残らないこととなる。そのため、常にレンジを適正に設定しておく必要がある。従来のガス分析装置のレンジ設定は、計器を使用する者が測定対象のガス濃度を推定し、手動でレンジ設定するか、あるいは瞬時におけるガス濃度を用いて、随時自動的に設定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガス分析装置には、測定されたガス濃度を瞬時値ではなく、所定の周期毎に複数回のサンプリングタイムに順次積算して、つまり積算値で出力するものがある。この種のガス分析装置において、従来のように瞬時値を用いた自動レンジ切替を行うと、積算終了時における値と、その時の瞬時値がかけはなれると、最適なレンジが採用されなくなる。また、積算演算の性格上、演算開始直後は値が小さく、随時自動的にレンジ切替を行うと設定レンジが不安定となる、という問題がある。
【０００４】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、積算値を出力するものにおいても、常に適正なレンジに自動設定し得るレンジ切替装置、及びガス分析装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の特許請求の範囲の請求項１に係るレンジ切替装置は、所定周期毎に、各周期における複数回のサンプリングタイムの入力信号を順次積算して、その周期の入力信号の平均値を出力する信号出力装置において、
各サンプリングタイムの積算演算時に、感度レンジの低い方への切替を行うべきか否かを積算値（ΣＸｉ／Ｎ）〔Ｘｉ：サンプリングデータ、Ｎ：サンプル個数〕に基づいて判別する第１の判別手段と、各周期における積算演算終了時に、感度レンジの高い方への切替を行うべきか否かを積算値（ΣＸｉ／Ｎ）に基づいて判別する第２の判別手段を備え、それぞれ第１の判別手段、第２の判別手段の判別結果に応じ、レンジを自動切替するようにしている。
【０００６】
また、請求項２に係るガス分析装置は、請求項１に係るレンジ切替装置を採用したものである。
このレンジ切替装置では、積算値（ΣＸｉ／Ｎ）を用いて自動的に最適なレンジを設定する。また、第１の判別手段で判別される感度の低いレンジへの切替は、サンプリングタイム毎に随時移行し、第２の判別手段で判別される感度の高いレンジへの切替は、積算時間の終了時のみ移行する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態ガス分析装置のブロック図である。図１において、分析すべき排ガス、大気ガス等は、フィルタ１、ポンプ２、さらにガス流路３を経て、ガス分析計４に入力されにようになっている。分析結果は、アナログ信号で出力されるので、増幅器５で増幅され、Ａ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換して、ＣＰＵ７で積算を行い、積算値がデータ出力として、例えば記録計８に与えられる。
【０００８】
大気中に含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物等を連続して測定する際には、刻々と変化する濃度にあわせて手動でレンジを設定するのは現実的ではなく、自動的に最適なレンジに設定することが望ましい。そして、濃度データをある一定時間の積算値で管理する場合、積算値を用いて自動的にレンジを設定する必要がある。しかし、積算値は濃度が零のところを出発点として、一定時間経過後に、その時間の平均値が出力されるので、単純に積算値を用いてレンジを切替えるのではレンジが変化しすぎて、うまくデータを記録できない。そこで、この実施形態ガス分析装置では、感度の高いレンジに変更する時と低いレンジに変更する時で、、タイミングを変更するようにした。つまり、感度の低いレンジに変更する時は、数十秒の間隔でレンジを監視し、感度の高いレンジへの変更は、積算演算が終了し、値が最も大きくなった時にのみ、行うようにしている。このようにすれば、積算演算開始時に値が零になった場合にも、最高感度レンジに移行することなく、最適なレンジを設定できる。このような処理はＣＰＵ７で実行する。
【０００９】
ここで、積算とは、ある設定された時間（一定周期毎）内に、サンプリングされたデータをＸｉ（ｉ＝０〜Ｎ）を加算していき、時間内の全サンプル個数Ｎで除すことであり、積算値は、
【００１０】
【数１】

【００１１】
で表される。したがって、積算演算終了時（ｋ＝Ｎ）の積算値はその時間の平均値となる。図２に１時間毎に積算を行う場合の積算値の変化の一例を示している。
次に、図３のフローチャートを参照して、実施形態ガス分析装置における自動レンジ切替動作を説明する。
【００１２】
なお、以下では、積算周期を５分、サンプリングタイムを１５秒として説明する。動作開始とともに、積算演算が開始され（ステップＳＴ１）、変数Ｎが１とされる（ステップＳＴ２）。この変数Ｎは積算演算周期内のサンプリング回数を計数するために使用されている。その１５秒間隔のサンプリングタイムが到来するまで待機し（ステップＳＴ３）。サンプリングタイムが到来すると、そのときのガス分析計４の出力、つまりガス濃度をそれまでの積算値に積算する（ステッスＳＴ４）。この積算値は、その時点の濃度をサンプリング回数Ｎで除算した値を順次積算したものが記憶される。
【００１３】
次に、ステップＳＴ５に移り、積算値がフルスケールの９０％以上か？を判定する（第１の判別手段）。判定がＹＥＳ、つまり積算値がフルスケールの９０％以上であると、低い感度のレンジに切替えるべきであるとし、１つ感度の低いレンジに変更し（ステップＳＴ６）、次のステップＳＴ７に移る。積算値がフルスケールの９０％未満であると、レンジの変更をすることなく、ステップＳＴ７に移る。
【００１４】
ステップＳＴ７では、Ｎ＝２０か？の判定を行う。この判定は積算演算が終了したか否かを判定している。積算演算を開始してから５分が経過すると、Ｎ＝２０となっており、積算終了であるが、変数Ｎが２０に達していない場合は、１５秒毎の積算を継続している段階であり、ステップＳＴ７の判定ＮＯで、変数Ｎを１インクリメントして（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ３に戻る。以後、サンプリングタイムが到来する度に、ステップＳＴ３、…、ステップＳＴ８の処理を繰り返す。つまり、積算を継続する。
【００１５】
ステップＳＴ７の判定がＹＥＳとなると、すなわちＮ＝２０となると、積算演算終了時点の到来であり、ここで、ステップＳＴ９に移り、最後の積算値（Ｎ＝２０で除算しているので、濃度平均値）が１つ感度の高いレンジの７０％以下か？を判定する（第２の判別手段）。判定がＹＥＳ、つまり積算値が１つ感度の高いレンジの７０％以下であると、感度の高いレンジに切替えるべきであるとし、１つ感度の高いレンジに変更し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ１１に移る。ステップＳＴ９で判定ＮＯ、つまり積算値が１つ感度の高いレンジの７０％を越えている場合は、レンジを変更することなく、ステップＳＴ１１に移る。
【００１６】
ステップＳＴ１１では、それまでの積算値をクリアし、ステップＳＴ１に戻り、次の積算演算に移る。
レンジを変更するときは、レンジ変更を行う旨のデータ、変更レンジでの積算値をＣＰＵ７から記録計８に出力させる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、データを積算値で扱うとき、瞬時値に依存せず、積算値により最適なレンジを設定するので、例えば記録計への出力が飽和したり、分解能が悪いといったことがなくなる。また、感度の低いレンジへの変更は、サンプリングタイム毎に判別するか、感度の高いレンジへの変更は積算終了時に行っているので、必要以上のレンジ変更がなされず、記録データの見映えがよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態ガス分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態ガス分析装置における積算周期と、積算濃度の関係の一例を示す図である。
【図３】同実施形態ガス分析装置の自動レンジ変更動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３ガス流路
４ガス分析計
５増幅器
６Ａ／Ｄ変換器
７ＣＰＵ
８記録計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a range switching device such as a gas analyzer for measuring combustion exhaust gas or gas in the atmosphere.
[0002]
[Prior art]
The analysis result of the gas analyzer is recorded by, for example, a recorder. In this case, if the range of the output signal is not appropriate, the scale is over, or conversely, the level is too small and the change is not sufficiently recorded. Therefore, it is necessary to always set the range appropriately. The range setting of the conventional gas analyzer has been set automatically by the person who uses the instrument by estimating the gas concentration to be measured and manually setting the range or using the instantaneous gas concentration.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Some gas analyzers sequentially integrate the measured gas concentration at a plurality of sampling times at predetermined intervals instead of instantaneous values, that is, output the accumulated values. In this type of gas analyzer, if automatic range switching using instantaneous values is performed as in the prior art, the optimum range cannot be adopted if the value at the end of integration and the instantaneous value at that time are different. Further, due to the nature of the integration calculation, there is a problem that the value is small immediately after the calculation is started and the set range becomes unstable if the range is automatically switched as needed.
[0004]
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a range switching device and a gas analyzer that can always automatically set an appropriate range even when an integrated value is output. Yes.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The range switching device according to claim 1 of the present application sequentially integrates input signals of a plurality of sampling times in each cycle for each predetermined cycle, and outputs an average value of the input signals in that cycle. In the signal output device to
First discrimination for discriminating whether or not switching to the lower sensitivity range is to be performed based on the integrated value (ΣXi / N) [Xi: sampling data, N: number of samples] during integration calculation of each sampling time And a second discriminating unit that discriminates whether or not to switch to the higher sensitivity range at the end of the integration calculation in each cycle based on the integration value (ΣXi / N) . The range is automatically switched according to the discrimination results of the discrimination means and the second discrimination means.
[0006]
A gas analyzer according to claim 2 employs the range switching device according to claim 1.
In this range switching device, an optimum range is automatically set using the integrated value (ΣXi / N) . Further, the switching to the low sensitivity range determined by the first determination means is shifted at every sampling time, and the switching to the high sensitivity range determined by the second determination means is the end of the integration time. Migrate only at times.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. FIG. 1 is a block diagram of a gas analyzer according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, exhaust gas to be analyzed, atmospheric gas, and the like are input to a gas analyzer 4 through a filter 1, a pump 2, and a gas flow path 3. Since the analysis result is output as an analog signal, it is amplified by the amplifier 5, converted to a digital signal by the A / D converter 6, integrated by the CPU 7, and the integrated value as a data output, for example, to the recorder 8. Given.
[0008]
When continuously measuring nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. contained in the atmosphere, it is not practical to set the range manually according to the constantly changing concentration, but the optimum range automatically. It is desirable to set to. When density data is managed as an integrated value for a certain period of time, it is necessary to automatically set a range using the integrated value. However, since the integrated value starts from the point where the concentration is zero and the average value of that time is output after a certain period of time, the range changes too much if the range is simply switched using the integrated value, Data cannot be recorded well. Therefore, in this embodiment gas analyzer, the timing is changed when the range is changed to a high sensitivity range and when the range is changed to a low range. In other words, when changing to a low-sensitivity range, monitor the range at intervals of several tens of seconds, and change to a high-sensitivity range only when the integration calculation is completed and the value becomes the highest. ing. In this way, even when the value becomes zero at the start of integration calculation, the optimum range can be set without shifting to the highest sensitivity range. Such processing is executed by the CPU 7.
[0009]
Here, the integration means that Xi (i = 0 to N) is added to the sampled data within a certain set time (every fixed period) and divided by the total number of samples N within the time. The integrated value is
[0010]
[Expression 1]

[0011]
It is represented by Therefore, the integrated value at the end of the integration calculation (k = N) is an average value for that time. FIG. 2 shows an example of a change in the integrated value when integration is performed every hour.
Next, the automatic range switching operation in the embodiment gas analyzer will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0012]
In the following description, the integration period is 5 minutes and the sampling time is 15 seconds. When the operation starts, the integration calculation is started (step ST1), and the variable N is set to 1 (step ST2). This variable N is used to count the number of samplings within the integration calculation period. Wait until the sampling time of the 15-second interval comes (step ST3). When the sampling time arrives, the output of the gas analyzer 4 at that time, that is, the gas concentration, is integrated with the integrated value so far (step ST4). As this integrated value, a value obtained by sequentially integrating values obtained by dividing the concentration at that time by the number of samplings N is stored.
[0013]
Next, moving to step ST5, is the integrated value 90% or more of full scale? (First discrimination means). If the determination is YES, that is, if the integrated value is 90% or more of the full scale, it should be switched to a low sensitivity range (step ST6), and the process proceeds to the next step ST7. If the integrated value is less than 90% of the full scale, the process proceeds to step ST7 without changing the range.
[0014]
In step ST7, is N = 20? Judgment is made. This determination determines whether or not the integration calculation has been completed. When 5 minutes have elapsed from the start of the integration calculation, N = 20 and the integration is completed. However, when the variable N has not reached 20, the integration is continued every 15 seconds. Yes, in step ST7, the variable N is incremented by 1 (step ST8), and the process returns to step ST3. Thereafter, each time the sampling time arrives, the processing of step ST3,..., Step ST8 is repeated. That is, the integration is continued.
[0015]
If the determination in step ST7 is YES, that is, if N = 20, it is the end of the integration calculation. Here, the process proceeds to step ST9, where the final integrated value (N = 20 is divided, so the density average) (Value) is 70% or less of one sensitive range? (Second discrimination means). If the determination is YES, that is, if the integrated value is 70% or less of one sensitive range, it should be switched to a sensitive range (step ST10), and the process goes to step ST11. Move. If NO in step ST9, that is, if the integrated value exceeds 70% of one sensitive range, the process proceeds to step ST11 without changing the range.
[0016]
In step ST11, the integrated value up to that time is cleared, and the process returns to step ST1 to proceed to the next integration calculation.
When changing the range, the CPU 7 outputs data indicating that the range is changed and the integrated value in the changed range from the CPU 7 to the recorder 8.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the data is handled with the integrated value, the optimum range is set according to the integrated value without depending on the instantaneous value, and therefore, for example, the output to the recorder is not saturated or the resolution is not low. . In addition, the change to the low sensitivity range is determined at each sampling time, or the change to the high sensitivity range is made at the end of integration, so the range does not change more than necessary and the recorded data looks good. Get better.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a gas analyzer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a relationship between an integration period and an integrated concentration in the gas analyzer of the same embodiment.
FIG. 3 is a flowchart for explaining an automatic range changing operation of the gas analyzer of the same embodiment.
[Explanation of symbols]
3 Gas flow path 4 Gas analyzer 5 Amplifier 6 A / D converter 7 CPU
8 Recorder

Claims

In a signal output device that sequentially integrates the input signals of a plurality of sampling times in each cycle for each predetermined cycle and outputs the average value of the input signals in that cycle,
First discrimination for discriminating whether or not switching to the lower sensitivity range is to be performed based on the integrated value (ΣXi / N) [Xi: sampling data, N: number of samples] at the time of integration of each sampling time And a second discriminating unit that discriminates whether or not to switch to the higher sensitivity range at the end of the integration calculation in each cycle based on the integration value (ΣXi / N) . A range switching device characterized in that the range is automatically switched according to the discrimination results of the discrimination means and the second discrimination means.

In the gas analyzer that analyzes the input gas, sequentially integrates the analysis results into a plurality of sampling times in each cycle, and outputs the average value of the analysis results in that cycle.
A first discriminating means for discriminating whether or not to switch to a lower sensitivity range at the time of integration of each sampling time based on the integration value (ΣXi / N) ; Second discrimination means for discriminating whether to switch to the higher sensitivity range based on the integrated value (ΣXi / N) is provided, and the discrimination results of the first discrimination means and the second discrimination means, respectively. According to the gas analyzer, the range is automatically switched.