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JPH08271415A - 非分散型の赤外線の計測装置の校正方法および校正装置 - Google Patents

非分散型の赤外線の計測装置の校正方法および校正装置

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Publication number
JPH08271415A
JPH08271415A JP8065689A JP6568996A JPH08271415A JP H08271415 A JPH08271415 A JP H08271415A JP 8065689 A JP8065689 A JP 8065689A JP 6568996 A JP6568996 A JP 6568996A JP H08271415 A JPH08271415 A JP H08271415A
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JP
Japan
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calibrated
under
measuring
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Prior art date
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Abandoned
Application number
JP8065689A
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English (en)
Inventor
Paul Bramley
ブラムリー ポール
Richard Dennis
ベンソン デニス リチャード
Christer Helenelund
ヘレネルンド クリステル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaisala Oy
Original Assignee
Vaisala Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaisala Oy filed Critical Vaisala Oy
Publication of JPH08271415A publication Critical patent/JPH08271415A/ja
Abandoned legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274Calibration, base line adjustment, drift correction
    • GPHYSICS
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    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating 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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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 NDIRガス分析器の新規な校正方法と装置
を提供する。 【解決手段】 本発明はNDIRガス分析器を校正する
ための方法と装置に関するものである。本発明の方法に
よれば、校正下にある装置(1)は制御条件下にある基
準装置(2)の補助により校正される。本発明によれ
ば、基準装置(2)は実験室で校正されたNDIR計測
装置であり、校正下にある計測装置(1)の計測チャン
バ(6)と実験室で校正された計測装置(2)の計測チ
ャンバ(16)の両方を経て周囲の空気を循環させ、デ
ィスプレイ(23)の表示を、あるいはこれに代えて、
校正下にある計測装置の出力信号を、ディスブレイ(2
2)の表示または基準装置(2)の出力信号それぞれに
等しく調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非分散型の赤外線
の計測装置の校正(較正)方法に関し、また校正装置に
関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】低価格の非分散型の赤
外線の(nondispersive infra−r
ed;NDIR)計測装置は一般的には、その出力信号
が装置の劣化とともにドリフトする傾向にある構造のも
のである。NDIR装置の技術は基本的なレベルにおい
て、例えば日本国特許公報59−173734号に説明
されている。従来の方法においては、計測装置を校正用
実験室に持っていき、そこでは計測された物体は校正操
作の期間モニタしないままにされる。このような実験室
における校正は高価であるとともに時間のかかる作業で
あるが、所望の測定精度を維持するためにはある間隔で
繰り返す必要がある。上記した問題は、NDIR装置が
循環空気の二酸化炭素濃度をモニタするために使用され
る場合の空気調節用途に使用される際に特に問題とな
り、計測装置のドリフトが原因で空気調節システムの機
能が混乱してしまう。本発明の目的は上記した技術の欠
点を解消し、また全く新規な校正方法と装置を提供する
ことにある。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明は、被校正装置に
実験室で校正されたNDIR計測装置を並列に接続し、
次いで周囲のガスを循環させて、被校正装置を経て流れ
るガスが実験室の状態下で予め校正された基準の計測装
置のサンプルチャンバに続いて導入されることによりN
DIR計測装置の校正を行うことに基づくものである。
【0004】より詳しくは、本発明の方法は請求項1の
特徴部分に述べられている。さらに、本発明による装置
は、請求項5の特徴部分に述べられている。本発明によ
れば顕著な利点が得られる。フィールド校正工程におい
て、別々の校正ガスの混合あるいは実験室での校正の圧
力および温度の補償が不要となる。このような別々の校
正ガスの混合は高価であり、使用が不便であり、またさ
らに、従来の校正工程における圧力と温度補償を省くこ
とは校正が従来のフィールド校正の形態で行われる場合
には非常に大きな不確定要素を含んでしまうのである。
本発明による方法によれば、計測装置それ自体は校正操
作の間に制御システムから分離する必要がないことか
ら、簡単で、迅速およびコスト効率の良いフィールド校
正を行うことができる。
【0005】
【発明の実施例】以下に、本発明を添付図面を参照し
て、本発明を具体化した実施例により、より詳細に説明
する。
【0006】図1において、本発明による校正装置は、
原理的には、4つのブロック、つまり、校正されるべき
NDIR測定装置1、実験室で校正された他のNDIR
測定装置2、被校正装置の電気部21および基準装置の
電気部20から構成される。本明細書においては、実験
室の校正という用語は、測定装置の表示あるいは出力信
号が、成分の濃度が異なりかつ正確な値を持つ少なくと
も2つの異なる校正ガス混合物を使用して、公知の温度
および圧力において正しい値に調節されることを意味す
る。二酸化炭素の測定の場合には、校正ガス混合物は、
装置の零点を確立するために窒素を含んだものが一般に
採用されるが、校正されるべき他の濃度点は一般的には
測定レンジの上限、例えば200ppmの二酸化炭素で
ある。
【0007】一般的には、NDIR測定装置には測定チ
ャンバ6に対して赤外放射を行うように構成された光源
3が組み込まれている。測定チャンバを通過する赤外放
射は帯域フィルタ5によりフィルタ処理され、また検知
器4により検知される。光源3、チャンバ6、帯域フィ
ルタ5および検知器4により形成される全体は、光学的
校正ベンチとも称される。これらから得られた計測結果
はその出力信号はガス濃度と比例する電気ユニット21
で処理されて、また必要に応じてガス濃度としてディス
プレイ23上に表示される。図示した実施例では、ガス
は熱によって誘導された流れにより、入口パイプ11と
出口パイプ8により光学的な校正ベンチに接続されたバ
イパス流れパイプ9から測定チャンバ6を通過する。バ
イパス流れパイプ9は、被計測ガスがそれを通って測定
装置の周囲の雰囲気から装置のガス循環に、またそこか
ら測定チャンバ6に入る、ガス透過性のパイプ部10を
有している。低価格クラスの装置においては、このよう
なガス循環は、光源3により放出された熱により生じる
熱誘導された流れにより形成される。独立したポンプを
ガスを循環させるために使用しても良い。
【0008】本発明によれば、被校正計測装置には、ホ
ース17によって基準装置2の光学的な校正ベンチに接
続された第2の出口パイプ25が設けられている。基準
装置2は、基準装置のディスプレイ22上に正確な濃度
表示を提供するために実験室状態で予め校正されてい
る。装置1と同様に、基準装置もまた、光源13、測定
チャンバ16、帯域フィルタ15および、その出力がガ
ス濃度ディスプレイ22に送出される電気ユニット20
に接続された検出器14を有している。出力パイプ28
に、あるいはその代わりに、基準装置2の入口パイプ2
9に、周囲雰囲気から基準装置1内にガスを注入するよ
うに構成された吸込パイプ19が接続されており、これ
により、基準装置2の測定チャンバ16には他の装置の
ものと実質的に同じ雰囲気ガス混合物が供給される。ガ
ス流れチャネルが有限な長さであるために計測の時定数
が長いことから、周囲ガス濃度は校正測定操作の間は実
質的に一定であると仮定できる。計測チャンバおよび電
気ユニットの両方の応答時間が同じであり、また流れ速
度が公知であると仮定した場合には、校正計測において
は種々のガス濃度も使用される。次いで、計測値の比較
が、例えば公知の流れ遅延によって表示を補正すること
で行われ、あるいはその代わりに、計測曲線が計算法を
使用して最適に合致される。
【0009】校正操作の間は、ディスプレイの表示、あ
るいはこれに代えて、電気ユニット20と21の出力信
号が比較され、その後にディスプレイ23の表示、ある
いはこれに代えて、校正された計測装置1の出力信号
が、校正制御部24により、基準装置2におけるディス
プレイ22の表示あるいは出力信号に等しく調整され
る。校正制御部24は、実際には、例えば、電気ユニッ
ト21内の電位差計である。これに代えて、校正操作を
自動的に行うようにしても良く、その場合には校正され
た装置1の電気ユニット21には基準装置2の信号のた
めのコネクタが設けられ、またプロセッサの制御下で基
準装置20から電気ユニット21に校正信号が送信され
る。
【0010】上記した本発明による装置は濃度の単一点
における校正のためのものである。同様に、装置1のコ
ネクタ26に、あるいはその代わりにホース17のTコ
ネクタ36に、その濃度が大体知られている基準ガス混
合物を供給することで、2点校正のための簡単な校正が
実行可能である。二酸化炭素の場合には、このような基
準ガスは、例えばバルーンあるいは同様な容器内に予め
設定した量の呼気ガス、排気ガスあるいは燃焼により過
剰な量の二酸化炭素を含む他のガスを吹き込み、次いで
バルーンの残りの体積を周囲の雰囲気から空気を注入す
ることで作ることができる。このようにして充填された
バルーンはコネクタ26から計測チャンバ6に放出さ
れ、ここから校正ベンチのポンプはこれを基準装置2の
測定チャンバ16にポンプ注入する。校正入口のコネク
タ26は通常は気密の保護キャップ27により覆われて
いる。同様に、Tコネクタ36は通常は同様な保護キャ
ップ37により覆われている。
【0011】ポンプ19は通常は吸引ポンプが使用され
るが、過剰な圧力を形成するポジテブ・水頭ポンプ(p
ositive−head pump)を使用すること
も本発明の範囲内である。
【0012】図2において、校正すべきNDIR計測装
置1には拡散フィルタを設けた楕円の流れスリット35
を設けることができ、これにより図1に示されたバイパ
ス流れパイプ9が必要なくなる。
【0013】図3において、ガス濃度に関しての理想的
なNDIR計測装置における検出器の出力信号の依存性
をグラフ内にプロットした。縦軸は検出器の出力電圧で
あり、横軸はガス濃度である。実線のグラフ31は3つ
の異なる雰囲気温度あるいは気圧における図1の装置2
の校正された出力曲線を示している。破線のグラフ30
は3つの異なる雰囲気条件における校正中の装置の対応
する出力曲線を示している。本発明の校正操作において
は、ガス濃度は、例えば、線32のレベルであり、また
温度はT2であり、両方の計測チャンバ内の気圧は実質
的に等しいと推測される。操作においては、ガス濃度の
レベルは正確に知られている必要はなく、むしろ、装置
1と2のガス濃度が等しければ十分である。周囲の空気
が図1のポンプにより基準装置2を経て吸引されたとき
には、両方のディスプレイ22と23の表示は等しくな
るべきである。図示した例では、出力電圧の差はグラフ
中で参照符号34により示した線に等しい。出力電圧の
誤差は、電位差計24を調節することにより、あるいは
これに代えて、NDIR装置内に設けられた設備により
デジタル形態で供給される誤差ファクターを送信するこ
とで、補正される。したがって、バルーン技術を使用し
て上記のようにして2点校正が行われ、これから他の基
準ガス濃度33が得られ、これにより校正された測定装
置の出力曲線の傾斜が、予め校正された装置の出力曲線
の傾斜T2にしたがって補正できる。必要ならば、バル
ーン技術は上昇下にある基準ガスあるいは雰囲気圧力で
充填された他の容器に置き換えることができ、また動力
付きあるいは手動のポンプにより流れを作ることができ
る。
【0014】図4において、従来技術による5つのND
IR計測装置44の校正では各測定装置に公知の温度と
圧力で正確に知られた濃度の2つの基準ガス混合物40
と42を供給する必要がある。このような特別な条件は
フィールド条件では達成するのが困難であり、従来技術
による校正は一般的には実験室あるいは業務施設で行わ
れる必要がある。
【0015】図5において、ここに図示された装置は、
周囲の空気48を採用した1つだけの実験室で校正され
た計測装置44を使用し、あるいはこれに代えて、別に
他の基準ガス50を付加して使用して、従来技術とほと
んど同じ精度でのフィールド条件下で行うことができる
ものである。本発明によれば、基準ガス48と50の濃
度は、予め正確に知る必要がない。さらに、圧力と温度
(T&P)は校正の間に知る必要がない。
【0016】二酸化炭素の他、本発明の校正装置は、絶
対湿度、一酸化炭素、メタンあるいはエチレンなどの炭
化水素、および酸化窒素などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による校正装置の略線図ある。
【図2】本発明による他の校正装置の略線図である。
【図3】NDIR装置における一般的な出力電圧−濃度
曲線の一群のグラフである。
【図4】従来の校正装置の略線図である。
【図5】本発明による校正装置の略線図である。
【符号の説明】
2 NDIR測定装置 3 光源 4 検出器 5 フィルタ 6 測定チャンバ 20、21 電気部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ベンソン デニス イギリス国.スコットランド,イーエッチ 14 7デージェー,エディンバラ,バレー ノ,ラヴェルリグ ヒル 8,ムーアサイ ド (72)発明者 クリステル ヘレネルンド フィンランド国.06650 ハマリ,レヒヴ ィッキョポルク 6

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 校正下にある装置(1)が制御条件下に
    ある基準装置(2)の補助により校正される、NDIR
    ガス分析器(1)のための校正方法において、 前記基準装置(2)は実験室で校正されたNDIR計測
    装置であり、校正下にある前記計測装置(1)の計測チ
    ャンバ(6)と実験室で校正された前記測定装置(2)
    の計測チャンバ(16)との両方を経て周囲の空気を循
    環させるとともに、ディスプレイ(23)の表示を、あ
    るいはこれに代えて、校正下にある前記計測装置の出力
    信号を、ディスプレイ(22)の表示または基準装置
    (2)の出力信号それぞれに等しく調節することを特徴
    とする校正方法。
  2. 【請求項2】 校正ガス混合物として機能する雰囲気ガ
    スが校正下にある計測装置(1)の計測チャンバ(6)
    から吸込みポンプ(19)により基準装置(2)の計測
    チャンバ(16)に送られる、ことを特徴とする請求項
    1記載の校正方法。
  3. 【請求項3】 第2の計測点が周囲の空気のものとは異
    なる濃度のガス混合物を容器に供給し、次いでこの混合
    物を校正下にある装置(1)に供給することにより得ら
    れることを特徴とする請求項1または2記載の校正方
    法。
  4. 【請求項4】 第2の校正点が容器に呼気空気と雰囲気
    空気により形成されるガス混合物を容器に供給し、次い
    でこの混合物を校正下にある装置(1)に供給すること
    により得られることを特徴とする、二酸化炭素の濃度を
    計測するための、請求項1、2または3に記載の校正方
    法。
  5. 【請求項5】 被校正装置(1)の校正のための基準装
    置(2)を含む、NDIRガス分析器を校正するための
    装置において、基準装置が、計測下にある装置(1)の
    計測チャンバ(6)と基準装置(2)の計測チャンバ
    (16)の両方を経て周囲の空気を送るための手段(1
    9)を有する、実験室で校正されたNDIR計測装置で
    ある、ことを特徴とする校正装置。
  6. 【請求項6】 基準装置(2)は、基準装置(2)と校
    正下にある装置(1)の各計測結果の間の差の値を直接
    作るための手段を組み込まれていることを特徴とする請
    求項5記載の校正装置。
  7. 【請求項7】 基準装置(2)は、差の信号に基づく補
    正ファクターをプロセッサの制御下で校正下にある装置
    (1)に直接的に送るための手段が組み込まれているこ
    とを特徴とする請求項5または6記載の校正装置。
JP8065689A 1995-03-22 1996-03-22 非分散型の赤外線の計測装置の校正方法および校正装置 Abandoned JPH08271415A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI951339 1995-03-22
FI951339A FI100827B (fi) 1995-03-22 1995-03-22 NDIR-laitteiston kalibrointimenetelmä sekä kalibrointilaitteisto

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EP (1) EP0733897B1 (ja)
JP (1) JPH08271415A (ja)
CN (1) CN1099029C (ja)
AU (1) AU705958B2 (ja)
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