JPH05223771A - 熱伝導検出器 - Google Patents
熱伝導検出器Info
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- JPH05223771A JPH05223771A JP4241447A JP24144792A JPH05223771A JP H05223771 A JPH05223771 A JP H05223771A JP 4241447 A JP4241447 A JP 4241447A JP 24144792 A JP24144792 A JP 24144792A JP H05223771 A JPH05223771 A JP H05223771A
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- Japan
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- gas
- detector
- thermal conductivity
- arm
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサを一個だけ使用して従来必要だったセ
ンサの代わりに可変抵抗を使用することによって従来技
術の問題点を除去する。 【構成】 ブリッジの一アームより成る検出素子を定温
炉内に配置する。基準素子としての働きを行う可変抵抗
と、２個の固定抵抗は、ブリッジの第２、第３、第４の
アームより構成する。キャリアガスを検出素子附近に循
環させ、ブリッジを可変抵抗を使用することによって平
衡させる。その後、サンプルガスとキャリアガスを互い
に混合することによってブリッジの不平衡をひきおこ
し、サンプルの信号表示を可能にする。
ンサの代わりに可変抵抗を使用することによって従来技
術の問題点を除去する。 【構成】 ブリッジの一アームより成る検出素子を定温
炉内に配置する。基準素子としての働きを行う可変抵抗
と、２個の固定抵抗は、ブリッジの第２、第３、第４の
アームより構成する。キャリアガスを検出素子附近に循
環させ、ブリッジを可変抵抗を使用することによって平
衡させる。その後、サンプルガスとキャリアガスを互い
に混合することによってブリッジの不平衡をひきおこ
し、サンプルの信号表示を可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】サンプルガスを検出する際に使用
される従来の熱伝導率検出器は通常の場合、ブリッジ形
の２個のセンサを使用している。両センサとも定温炉内
に封入されている。同センサは例えばその抵抗がその温
度の関数として変化するサーミスタや高温線といったタ
イプのものである。２個のセンサは同一の電気特性を有
するように工場において同一形にマッチさせるのが理想
である。
される従来の熱伝導率検出器は通常の場合、ブリッジ形
の２個のセンサを使用している。両センサとも定温炉内
に封入されている。同センサは例えばその抵抗がその温
度の関数として変化するサーミスタや高温線といったタ
イプのものである。２個のセンサは同一の電気特性を有
するように工場において同一形にマッチさせるのが理想
である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】これら検出器は以下の
ように動作する。即ち、キャリアガス（例えば、ヘリウ
ム、アルゴン等）がサーミスタ（又は高温線）を含む個
々のセルをほぼ一定の速度で貫流する。これらの条件の
下にブリッジ平衡が確立される。次に、分折すべきサン
プルがブリッジの“サンプル”又は“センサ”側として
識別される一方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内
に導入される。ブリッジの“基準”側として識別される
他方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内へはサンプ
ルは導入されない。前記サンプルはガス状をしていて、
固体サンプルの燃焼により生成した副産物であるのが普
通である。サンプルガスの混合物はキャリアガスよりも
高い（又は低い）熱伝導率を有する。“サンプル”サー
ミスタ上を通るガス混合物の熱伝導率のこの変化によっ
てサーミスタの温度は熱損失（又は利得）によって変化
し、その抵抗が変化する。“基準”サーミスタの抵抗は
一定のままであるから、ブリッジは不平衡状態になり、
一定の電圧信号が発生する。この信号は適当な電子回路
によって増幅することができる。最後に、その構成成分
とその重量比が既知のサンプルを使用して装置を較正す
る。
ように動作する。即ち、キャリアガス（例えば、ヘリウ
ム、アルゴン等）がサーミスタ（又は高温線）を含む個
々のセルをほぼ一定の速度で貫流する。これらの条件の
下にブリッジ平衡が確立される。次に、分折すべきサン
プルがブリッジの“サンプル”又は“センサ”側として
識別される一方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内
に導入される。ブリッジの“基準”側として識別される
他方のサーミスタ内を流れるキャリアガス内へはサンプ
ルは導入されない。前記サンプルはガス状をしていて、
固体サンプルの燃焼により生成した副産物であるのが普
通である。サンプルガスの混合物はキャリアガスよりも
高い（又は低い）熱伝導率を有する。“サンプル”サー
ミスタ上を通るガス混合物の熱伝導率のこの変化によっ
てサーミスタの温度は熱損失（又は利得）によって変化
し、その抵抗が変化する。“基準”サーミスタの抵抗は
一定のままであるから、ブリッジは不平衡状態になり、
一定の電圧信号が発生する。この信号は適当な電子回路
によって増幅することができる。最後に、その構成成分
とその重量比が既知のサンプルを使用して装置を較正す
る。
【０００３】同一の電気特性を有するようにセンサを整
合させることは費用が高くつき、完全に実現することは
殆んど不可能である。これらのセンサは室温と作業温度
におけるオーム抵抗や、オフセット、即ち、作業温度に
おける抵抗の差、およびドリフト、即ち、時間と共に発
生する抵抗の変化を含めて幾つかのパラメータに対して
平衡させなければならないから、所要平衡を確保するに
要するテストは、検出器が完全に組立てられるまで欠陥
を発見できないようなドリフトのような場合には特に相
当な費用がかかることになる。
合させることは費用が高くつき、完全に実現することは
殆んど不可能である。これらのセンサは室温と作業温度
におけるオーム抵抗や、オフセット、即ち、作業温度に
おける抵抗の差、およびドリフト、即ち、時間と共に発
生する抵抗の変化を含めて幾つかのパラメータに対して
平衡させなければならないから、所要平衡を確保するに
要するテストは、検出器が完全に組立てられるまで欠陥
を発見できないようなドリフトのような場合には特に相
当な費用がかかることになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点はセンサを一
個使用して先に必要だったセンサに代えて可変抵抗を使
用することによって事実上除去することができる。本発
明を実施する際、センサを担うホィートストーンブリッ
ジ回路のアームが定温炉内に封入されるブリッジ回路の
唯一の部品である。基準アーム、即ち、可変抵抗を含む
アームが炉内に配置される。運転中、キャリアガスは炉
内のセンサ上を流れる。可変抵抗はブリッジからの電圧
出力がゼロか、他の許容値となるまで変化する。その
後、サンプルガスを導入してキャリアガスと混合させ
る。キャリアガスからの混合体の熱伝導率の変化はサン
プルを表現する。このため、ブリッジは不平衡状態とな
り、ブリッジ出力信号はサンプルを表示するようにな
る。
個使用して先に必要だったセンサに代えて可変抵抗を使
用することによって事実上除去することができる。本発
明を実施する際、センサを担うホィートストーンブリッ
ジ回路のアームが定温炉内に封入されるブリッジ回路の
唯一の部品である。基準アーム、即ち、可変抵抗を含む
アームが炉内に配置される。運転中、キャリアガスは炉
内のセンサ上を流れる。可変抵抗はブリッジからの電圧
出力がゼロか、他の許容値となるまで変化する。その
後、サンプルガスを導入してキャリアガスと混合させ
る。キャリアガスからの混合体の熱伝導率の変化はサン
プルを表現する。このため、ブリッジは不平衡状態とな
り、ブリッジ出力信号はサンプルを表示するようにな
る。
【０００５】
【実施例】図面を見ると、本発明の一素子熱伝導度検出
器１０が示されている。同検出器１０は全体としてホィ
ートストーンブリッジ構成１１より構成される。ホィー
トストーンブリッジ１１は値の等しい抵抗Ｒ1 とＲ2 を
含むアームより構成される。これらの抵抗はバッテリー
１２や被調節ＤＣ電源のようなＤＣ電源のプラス側に接
続された一点に接続される。ブリッジ回路１１の残りの
２本のアームは可変抵抗ＲV とセンサＲS より成る。実
際例ではセンサＲS はサーミスタより構成するが、その
抵抗が温度と共に変化するものであればどのような等価
的センサであってもよい。可変抵抗ＲV とセンサＲS の
接合部はＤＣ電源１２のマイナス側へ接続する。抵抗Ｒ
1 とセンサＲS の接合部は出力端子１３へ接続する一
方、抵抗Ｒ2 と可変抵抗ＲV の接合部は出力端子１４へ
接続する。出力端子１３と１４はボルト計又は任意の同
様の検出器へ接続し、装置の出力電圧を判断する。
器１０が示されている。同検出器１０は全体としてホィ
ートストーンブリッジ構成１１より構成される。ホィー
トストーンブリッジ１１は値の等しい抵抗Ｒ1 とＲ2 を
含むアームより構成される。これらの抵抗はバッテリー
１２や被調節ＤＣ電源のようなＤＣ電源のプラス側に接
続された一点に接続される。ブリッジ回路１１の残りの
２本のアームは可変抵抗ＲV とセンサＲS より成る。実
際例ではセンサＲS はサーミスタより構成するが、その
抵抗が温度と共に変化するものであればどのような等価
的センサであってもよい。可変抵抗ＲV とセンサＲS の
接合部はＤＣ電源１２のマイナス側へ接続する。抵抗Ｒ
1 とセンサＲS の接合部は出力端子１３へ接続する一
方、抵抗Ｒ2 と可変抵抗ＲV の接合部は出力端子１４へ
接続する。出力端子１３と１４はボルト計又は任意の同
様の検出器へ接続し、装置の出力電圧を判断する。
【０００６】検出器のセル１５はセンサＲS を包囲す
る。検出器セル１５は炉１６内に封入する。検出器セル
１５は比較的小さな容積を包囲するが、入力管１７と出
力管１８を備え、ガスを検出器セル内外へ搬出入する。
ヘリウムの場合、サーミスタの抵抗は８５°でほぼ３０
００〜３５００オームとなろう。アルゴンの場合には、
サーミスタの抵抗は８２°でほぼ１５００オームとなろ
う。抵抗Ｒ1 とＲ2 とは例えば、３６００オームとなろ
う。
る。検出器セル１５は炉１６内に封入する。検出器セル
１５は比較的小さな容積を包囲するが、入力管１７と出
力管１８を備え、ガスを検出器セル内外へ搬出入する。
ヘリウムの場合、サーミスタの抵抗は８５°でほぼ３０
００〜３５００オームとなろう。アルゴンの場合には、
サーミスタの抵抗は８２°でほぼ１５００オームとなろ
う。抵抗Ｒ1 とＲ2 とは例えば、３６００オームとなろ
う。
【０００７】本発明の原理はガスの熱伝導性に基づいて
いる。ガスの熱伝導率はそれぞれ異なるため、サンプル
を識別するために一つのガスの熱伝導率を正確に測定す
る。運転中、キャリアガスが検出器セル１５内に導入さ
れ、そこでキャリアガスはセンサＲS （上記の如く、サ
ーミスタでよい）を浸漬する。炉１６はたとえば８２℃
の一定温度に維持されるため、サーミスタの抵抗はじき
に安定状態に達する。この時点で、抵抗ＲV は、ブリッ
ジが平衡するまで、即ち、出力端子１３と１４における
電位がゼロ又はその附近の値になるまで変化する。ブリ
ッジが平衡状態に達すると、サンプルガスがキャリアガ
スと共に検出器セル１５内へ導入される。このためブリ
ッジは不平衡状態となり、熱伝導率の変化に惹起される
不平衡の度合は出力端子１３と１４で信号により表示さ
れる。この信号はサンプルガスを表わし、表示器内へ入
力されサンプルガスを識別する。
いる。ガスの熱伝導率はそれぞれ異なるため、サンプル
を識別するために一つのガスの熱伝導率を正確に測定す
る。運転中、キャリアガスが検出器セル１５内に導入さ
れ、そこでキャリアガスはセンサＲS （上記の如く、サ
ーミスタでよい）を浸漬する。炉１６はたとえば８２℃
の一定温度に維持されるため、サーミスタの抵抗はじき
に安定状態に達する。この時点で、抵抗ＲV は、ブリッ
ジが平衡するまで、即ち、出力端子１３と１４における
電位がゼロ又はその附近の値になるまで変化する。ブリ
ッジが平衡状態に達すると、サンプルガスがキャリアガ
スと共に検出器セル１５内へ導入される。このためブリ
ッジは不平衡状態となり、熱伝導率の変化に惹起される
不平衡の度合は出力端子１３と１４で信号により表示さ
れる。この信号はサンプルガスを表わし、表示器内へ入
力されサンプルガスを識別する。
【０００８】
【効果】上記の一素子熱伝導率検出器の利点は以下の通
りである。 １．サーミスタを一個しか使用しないため、部品費や、
部品テスト（事実上無し）、検出器取付、総制作費や、
計器一式の最終テストにおける相当な節約が達成でき
る。その結果、装置の簡単さと、部品数の減少によって
計器の信頼性は向上する。
りである。 １．サーミスタを一個しか使用しないため、部品費や、
部品テスト（事実上無し）、検出器取付、総制作費や、
計器一式の最終テストにおける相当な節約が達成でき
る。その結果、装置の簡単さと、部品数の減少によって
計器の信頼性は向上する。
【０００９】２．サーミスタの売り手は最早、ペア部品
どうしをマッチさせる必要がないから、費用の減少と共
に製品の不合格割合も少なくなる。 ３．外部の可変抵抗は、抵抗仕様範囲内にあるどんなサ
ーミスタの場合にも高速、かつ容易に粗いブリッジ平衡
を可能にすることができる。この場合にはサーミスタは
２５℃で１００，０００オーム±１５％となる。精密な
平衡状態を達成するには従来の外部回路を追加すること
が必要になる。
どうしをマッチさせる必要がないから、費用の減少と共
に製品の不合格割合も少なくなる。 ３．外部の可変抵抗は、抵抗仕様範囲内にあるどんなサ
ーミスタの場合にも高速、かつ容易に粗いブリッジ平衡
を可能にすることができる。この場合にはサーミスタは
２５℃で１００，０００オーム±１５％となる。精密な
平衡状態を達成するには従来の外部回路を追加すること
が必要になる。
【図１】本発明の概略図である。
１０ 熱伝導率検出器 １１ ホィートストンブリッジ Ｒ1 ，Ｒ2 抵抗 １３，１４ 出力端子 １５ 検出器セル １６ 炉 ＲS センサ ＲV 可変抵抗
Claims (6)
- 【請求項１】 第１、第２、第３および第４のアーム
で、第１と第２のアームの各々の一端が第１の接合部に
接続され、第３と第４のアームの各々の一端が第２の接
合部に接続され、第１と第２のアームの他端がそれぞれ
第３と第４の接合部で第３と第４のアームの他端と接続
され、第１と第２のアームが値の等しい抵抗を封入し、
第３のアームが感温抵抗を封入し、第４のアームが可変
抵抗を含むようになったものと；前記第１と第２の接合
部全体に電圧を印加する手段と；第３と第４の接合部に
接続される出力端子手段と；前記感温手段をガスに浸漬
することによって前記出力端子手段上の信号が前記ガス
の熱伝導率を表わすようにする手段と；から成る熱伝導
率検出器。 - 【請求項２】 前記浸漬手段が、前記感熱抵抗を包囲す
る検出器セルと、同検出器セル内におけるガスを所定温
度に維持する前記検出器セルを包囲する炉と、から成る
請求項１の熱伝導率検出器。 - 【請求項３】 前記検出器セルが更に前記感熱抵抗を前
記ガスと共に浸漬するためにガスを前記検出セル内外へ
循環させる進入退出管を備える請求項２の熱伝導率検出
器。 - 【請求項４】 前記第３のアームにおける抵抗が変化し
て、キャリアガスが前記検出器セル内を循環する時に前
記出力端子上の信号をゼロにすることによってサンプル
ガスが前記キャリアガスと混合された時に、ガスの熱伝
導率によって前記出力端子上にサンプルガスの識別を表
示する信号が現われるようになった請求項３の熱伝導率
検出器。 - 【請求項５】 前記感熱抵抗がサーミスタである請求項
４の熱伝導率検出器。 - 【請求項６】 前記感熱抵抗が高温線である請求項４の
熱伝導率検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07-748-588 | 1991-08-22 | ||
| US07/748,588 US5265459A (en) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | Single-element thermal conductivity detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223771A true JPH05223771A (ja) | 1993-08-31 |
| JP3278672B2 JP3278672B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=25010088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24144792A Expired - Lifetime JP3278672B2 (ja) | 1991-08-22 | 1992-08-19 | 熱伝導検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5265459A (ja) |
| EP (1) | EP0529295B1 (ja) |
| JP (1) | JP3278672B2 (ja) |
| DE (1) | DE69226833T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006276018A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Wyatt Technol Corp | 毛細管ブリッジ粘度計、およびブリッジを平衡化するための方法 |
| JP2017166826A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
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| JP6729197B2 (ja) * | 2016-09-01 | 2020-07-22 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
| CN110426423B (zh) * | 2019-08-08 | 2022-05-27 | 李琦 | 一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置 |
Family Cites Families (16)
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| NL83787C (ja) * | 1951-03-08 | |||
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- 1992-07-20 DE DE69226833T patent/DE69226833T2/de not_active Expired - Fee Related
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