JPS60195438A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents
赤外線ガス分析計Info
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- JPS60195438A JPS60195438A JP5033184A JP5033184A JPS60195438A JP S60195438 A JPS60195438 A JP S60195438A JP 5033184 A JP5033184 A JP 5033184A JP 5033184 A JP5033184 A JP 5033184A JP S60195438 A JPS60195438 A JP S60195438A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/37—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using pneumatic detection
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- Pathology (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は工場のボイラや自動車のエンジンなどで発生さ
れるＮＤｘやＣＯの環境汚染状況や濃度を連続的に検出
する赤外線ガス分析計に関する。
れるＮＤｘやＣＯの環境汚染状況や濃度を連続的に検出
する赤外線ガス分析計に関する。
一般にこの種の赤外線ガス分析計として第１図に示した
ダブルビーム方式と、第２図に示したシングルビーム方
式の赤外線ガス分析計が知られている。
ダブルビーム方式と、第２図に示したシングルビーム方
式の赤外線ガス分析計が知られている。
まず第１図におけるダブルビーム方式の赤外線ガス分析
計について説明する。光源室１の赤外線光源２から放射
された赤外線は分配器３により光量の等しい測定光線１
Ｍと基準光線ＴＶに分配される。基準光線ＴＶが照射さ
れる基準セル５の中には赤外線を吸収しないたとえば窒
素ガスが封入されている。−力測定光線ＴＭが照射され
る測定セル６の中には被測定ガスが供給溝９ｆ７を通′
Ｕて導入され、排出導管８を通って排出される。基準セ
ル５および測定セル６をそれぞれ透過した基準光線ＩＶ
および測定光線ＩＭはそれぞれガス封入式の赤外線検出
器９に導かれる。この赤外線検出器９は測定光線ＩＭが
照射される第１検出室１０と基準光線ＴＶが照射される
第２検出室１］とを有し、これらの検出室１０．１１に
は被測定ガスと同種類のガスが封入されている。またこ
れらの検出室１０，１．１は通路１２により互に連通さ
れ、この通路１２の中央部には熱線素子１３ａ、］、３
ｂが互に熱結合を生じるように近接して配置され、図示
してない２つの抵抗と共にブリッジ回路を形成し、電源
により周囲温度よりも高い温度に加熱されている。基準
セル５および測定セル６と赤外線検出器９との間にはモ
ータ１４によって駆動されるセクター１５が設けられて
いる。このセクター１５は赤外線検出器９に照射する基
準光線ＴＶおよび測定光線ＩＭを周期的に断続する。な
お第１図において４８〜４１はそれぞれ光透過窓、１６
は分配器３と基準セル５および測定セル６との間に配置
されたトリマーであり、これは基準セル５および測定セ
ル６に照射する基準光ＭＩＶおよび測定光線ＴＭの光量
が等しくなるように調節する。
計について説明する。光源室１の赤外線光源２から放射
された赤外線は分配器３により光量の等しい測定光線１
Ｍと基準光線ＴＶに分配される。基準光線ＴＶが照射さ
れる基準セル５の中には赤外線を吸収しないたとえば窒
素ガスが封入されている。−力測定光線ＴＭが照射され
る測定セル６の中には被測定ガスが供給溝９ｆ７を通′
Ｕて導入され、排出導管８を通って排出される。基準セ
ル５および測定セル６をそれぞれ透過した基準光線ＩＶ
および測定光線ＩＭはそれぞれガス封入式の赤外線検出
器９に導かれる。この赤外線検出器９は測定光線ＩＭが
照射される第１検出室１０と基準光線ＴＶが照射される
第２検出室１］とを有し、これらの検出室１０．１１に
は被測定ガスと同種類のガスが封入されている。またこ
れらの検出室１０，１．１は通路１２により互に連通さ
れ、この通路１２の中央部には熱線素子１３ａ、］、３
ｂが互に熱結合を生じるように近接して配置され、図示
してない２つの抵抗と共にブリッジ回路を形成し、電源
により周囲温度よりも高い温度に加熱されている。基準
セル５および測定セル６と赤外線検出器９との間にはモ
ータ１４によって駆動されるセクター１５が設けられて
いる。このセクター１５は赤外線検出器９に照射する基
準光線ＴＶおよび測定光線ＩＭを周期的に断続する。な
お第１図において４８〜４１はそれぞれ光透過窓、１６
は分配器３と基準セル５および測定セル６との間に配置
されたトリマーであり、これは基準セル５および測定セ
ル６に照射する基準光ＭＩＶおよび測定光線ＴＭの光量
が等しくなるように調節する。
基準光線ＴＶは基準セル５を透過する際に全く吸収され
ないが、測定光線ＩＭは測定セル６を透過する際に被測
定ガスによってその成分やガス濃度に応じて吸収される
。従って赤外線検出器９の第１検出室１０と第２検出室
］］に照射される測定光線ＩＭおよび基準光線ＴＶの光
量に差が生じ、それに伴なって各検出室１０，１．１に
おける封入ガスの赤外線による熱膨張量（検出室の内圧
）にも差が生ずる。この各検出室１．０．１１の圧力差
によって通路１２に微少ガス流が生じ、熱線素子１．３
ａ、１３ｂがこのガス流に曝され、上流側の熱線素子が
冷やされ、下流側のそれは加熱され、その結果ブリッジ
回路のバランスがくずれ、被測定ガスの濃度に相応した
出力を発生する。
ないが、測定光線ＩＭは測定セル６を透過する際に被測
定ガスによってその成分やガス濃度に応じて吸収される
。従って赤外線検出器９の第１検出室１０と第２検出室
］］に照射される測定光線ＩＭおよび基準光線ＴＶの光
量に差が生じ、それに伴なって各検出室１０，１．１に
おける封入ガスの赤外線による熱膨張量（検出室の内圧
）にも差が生ずる。この各検出室１．０．１１の圧力差
によって通路１２に微少ガス流が生じ、熱線素子１．３
ａ、１３ｂがこのガス流に曝され、上流側の熱線素子が
冷やされ、下流側のそれは加熱され、その結果ブリッジ
回路のバランスがくずれ、被測定ガスの濃度に相応した
出力を発生する。
このことを更に詳しく説明すると、測定セル６の長さを
ｔ１検出室１０，１．１の光路長さをｔ′、波長λにお
けるガスの吸収係数なα（λ）、赤外線検出器９の封入
ガスの赤外線吸収波長を２Ｍ１この波長λＭでのガスの
吸収係数をαＭ１ 赤外線検出器９の封入ガスの濃度を
ＣＯｓ被測定ガスの濃度を０１測定セル６への測定光線
ＩＭの入射光量をＩＭ（λ）、基準セル５への基準光線
ＴＶの入射光量を■Ｒ（λ）、赤外線検出器９の第１検
出室］０および第２検出室１］の体積を■とすると、第
１検出室１０で吸収される光エネルギΔ■１および第２
検出室１１で吸収される光エネルギΔＩ２はそれぞれ次
式で表わされる。
ｔ１検出室１０，１．１の光路長さをｔ′、波長λにお
けるガスの吸収係数なα（λ）、赤外線検出器９の封入
ガスの赤外線吸収波長を２Ｍ１この波長λＭでのガスの
吸収係数をαＭ１ 赤外線検出器９の封入ガスの濃度を
ＣＯｓ被測定ガスの濃度を０１測定セル６への測定光線
ＩＭの入射光量をＩＭ（λ）、基準セル５への基準光線
ＴＶの入射光量を■Ｒ（λ）、赤外線検出器９の第１検
出室］０および第２検出室１］の体積を■とすると、第
１検出室１０で吸収される光エネルギΔ■１および第２
検出室１１で吸収される光エネルギΔＩ２はそれぞれ次
式で表わされる。
ΔＴ１：Ｉ、、（λＭ）ｅ−αＭＯｔ（１−６−ａｈ４
°０ｔ’） ・（１）Δｌ２＝ＩＲ（λＭ５）（１−ｅ
−“Ｍ００４′）・・・・・・（２）また第１検出室１
０および第２検出室］１の圧力ΔＩ、 Δ１２ 」−ＨΔｐＨΔＰ、はそれぞれ ｖ’ ｖに比例し、−
ｅ−ａＭｏｏｔ’ は定数となるので、両者の差圧は次
式で表わされる。
°０ｔ’） ・（１）Δｌ２＝ＩＲ（λＭ５）（１−ｅ
−“Ｍ００４′）・・・・・・（２）また第１検出室１
０および第２検出室］１の圧力ΔＩ、 Δ１２ 」−ＨΔｐＨΔＰ、はそれぞれ ｖ’ ｖに比例し、−
ｅ−ａＭｏｏｔ’ は定数となるので、両者の差圧は次
式で表わされる。
一αＭａｔ
ΔＰ２−ΔＰＩ ＯＣＩ Ｂ （λＭ）−１Ｍ（λＭ）
（ｅ）・・・・・・（３）いまトリマー１６で光量を調
節してＩＭ（λＭ）−ＩＲ（λＭ）＝ＩＯとすると、通
常αＭ＜＜１であるため６Ｍ Ｏｔ＜＜ １ となるた
めに差圧ΔＰ２−ΔＰ１は次式で表わされる。
（ｅ）・・・・・・（３）いまトリマー１６で光量を調
節してＩＭ（λＭ）−ＩＲ（λＭ）＝ＩＯとすると、通
常αＭ＜＜１であるため６Ｍ Ｏｔ＜＜ １ となるた
めに差圧ΔＰ２−ΔＰ１は次式で表わされる。
ΔＰ２−ΔＰ、 ｏ４ Ｉ。−Ｉ。ｅ−”Ｍ” 〜ａＭ
ａＢｏ−（４）従ってΔＰ２−ΔＰ１はＣに比例し、通
路］２の微少ガス流の流速Ｖは次式で表わされる。
ａＢｏ−（４）従ってΔＰ２−ΔＰ１はＣに比例し、通
路］２の微少ガス流の流速Ｖは次式で表わされる。
■瓢ΔＰ２−ΔＰ、ヴＣ・・ （５）
このようにして熱線素子１３ａ、１３ｂにより被測定ガ
スの濃度Ｃに応じた電気信号ｙが発生される。
スの濃度Ｃに応じた電気信号ｙが発生される。
次に第２図におけるシングルビーム方式の赤外線ガス分
析計について説明する。第２図において第１図と同一な
いし相当した部分には同一符号を付しである。光源室］
の光源２から放射された赤外線は測定光線ＩＭとして測
定セル６の中に照射され、測定セル６に導入された被測
定ガスによりその一部が吸収された後、ガス封入式赤外
線検出器９ａに照射される。この赤外線検出器９ａはい
わゆる直列２槽構造式赤外線検出器であり、測定光線Ｉ
Ｍの光路方向に直列に配置され被測定ガスと同一のガス
が封入された第１検出室（前室）］、 Ｏａと第２検出
室］］ａとを有し、これらの検出室］、Ｏａ、ｌｌａけ
通路］、 ２ ａで互に連通され、この通路］、 ２
ａの中には熱線素子１．３ａ、１．３１）が設置されて
いる。測定セル６を透過した測定光線ＩＭはまず第１検
出室１０ａで一部が吸収された後に第２検出室］１ａで
更に吸収される。第１検出室］、 Ｏａと第２検出室１
］、 ａにおける封入ガスの測定光線ＩＭの吸収量の
差により生じた第１検出室］、 Ｏａと第２検出室１１
ａとの差圧が熱線素子］、３ａ、１３ｂによって検出さ
れる。なお４ Ｊ ｌ ４ Ｋは光透過窓である。
析計について説明する。第２図において第１図と同一な
いし相当した部分には同一符号を付しである。光源室］
の光源２から放射された赤外線は測定光線ＩＭとして測
定セル６の中に照射され、測定セル６に導入された被測
定ガスによりその一部が吸収された後、ガス封入式赤外
線検出器９ａに照射される。この赤外線検出器９ａはい
わゆる直列２槽構造式赤外線検出器であり、測定光線Ｉ
Ｍの光路方向に直列に配置され被測定ガスと同一のガス
が封入された第１検出室（前室）］、 Ｏａと第２検出
室］］ａとを有し、これらの検出室］、Ｏａ、ｌｌａけ
通路］、 ２ ａで互に連通され、この通路］、 ２
ａの中には熱線素子１．３ａ、１．３１）が設置されて
いる。測定セル６を透過した測定光線ＩＭはまず第１検
出室１０ａで一部が吸収された後に第２検出室］１ａで
更に吸収される。第１検出室］、 Ｏａと第２検出室１
］、 ａにおける封入ガスの測定光線ＩＭの吸収量の
差により生じた第１検出室］、 Ｏａと第２検出室１１
ａとの差圧が熱線素子］、３ａ、１３ｂによって検出さ
れる。なお４ Ｊ ｌ ４ Ｋは光透過窓である。
このことについても詳しく１説明すると、第１検出室１
０ ａおよび第２検出室１１ａの光路長さをそれぞれ１
１ 、７２ 、体積なＶｌ、 Ｖ２、封入ガスの濃度を
Ｃｏ、測定セル６への測定光線ＩＭの入射光量をＴＭ（
λ）、測定セル６の長さをｔ１被測定ガスの濃度をＣと
すると、第１検出室］、 Ｏａで吸収される光エネルギ
Δ■１および第２検出室］、 １． ａで吸収される光
エネルギΔＩ、はそれぞれ前述のダブルビーム方式の場
合と同様に次式で表わされる。
０ ａおよび第２検出室１１ａの光路長さをそれぞれ１
１ 、７２ 、体積なＶｌ、 Ｖ２、封入ガスの濃度を
Ｃｏ、測定セル６への測定光線ＩＭの入射光量をＴＭ（
λ）、測定セル６の長さをｔ１被測定ガスの濃度をＣと
すると、第１検出室］、 Ｏａで吸収される光エネルギ
Δ■１および第２検出室］、 １． ａで吸収される光
エネルギΔＩ、はそれぞれ前述のダブルビーム方式の場
合と同様に次式で表わされる。
ΔＩｌ＝■Ｍ（λＭ）ｅ−“ＭＯｔＣ，−ｅ−ｆｆＭＯ
ｏ４） 、、（６）ＡＩ２＝ＩＭ（，１Ｍ）ｅ−’αＭ
ＣＪＩ＋αＭＯｏｔｌ）（１−ｅ−αＭＯ０Ｚ２）、、
、 ＜７＞第１検出室１． Ｏａおよび第２検出室］−
］、ａの圧力」−ＨΔＰｌ、ΔＰ９はｋを定数とした場
合、で表わされる。従って通路１２ａを流れる微少ガス
流の流速Ｖは次式で表わされる。
ｏ４） 、、（６）ＡＩ２＝ＩＭ（，１Ｍ）ｅ−’αＭ
ＣＪＩ＋αＭＯｏｔｌ）（１−ｅ−αＭＯ０Ｚ２）、、
、 ＜７＞第１検出室１． Ｏａおよび第２検出室］−
］、ａの圧力」−ＨΔＰｌ、ΔＰ９はｋを定数とした場
合、で表わされる。従って通路１２ａを流れる微少ガス
流の流速Ｖは次式で表わされる。
〜ＩＭ（λＭ）（１−αＭｏ１） ・・・ （９）この
ようにしてダブルビーム方式の場合と同様に熱線素子１
３ａ、１３ｂにより被測定ガスの濃度Ｃに応じた電気信
号ｙが発生される。この場合（９）式かられかるように
零点（被測定ガス濃度−〇）の赤外線検出器９ａの出力
が最大であり、被測定ガスの濃度が増大するにつれてそ
の出力は下がる。
ようにしてダブルビーム方式の場合と同様に熱線素子１
３ａ、１３ｂにより被測定ガスの濃度Ｃに応じた電気信
号ｙが発生される。この場合（９）式かられかるように
零点（被測定ガス濃度−〇）の赤外線検出器９ａの出力
が最大であり、被測定ガスの濃度が増大するにつれてそ
の出力は下がる。
従って測定ガス濃度に比例した出力を得るためには、電
気的な検出器出力から零点出力に相当する電圧値を減じ
た後、出力を反転させる信号処理方式を一般に採用して
いる。
気的な検出器出力から零点出力に相当する電圧値を減じ
た後、出力を反転させる信号処理方式を一般に採用して
いる。
第１図および第２図に示した従来の赤外線ガス分析計は
前述の（３）式および（９）式かられかるように赤外線
検出器９ないし９ａに入射する測定光線ＩＭの入射光量
が変化すると零点およびメハ９ン点が変化する特性を存
している。被測定ガスは一般にカーボン粒子や灰分粒子
などのダストを含んでおり、このダストが測定セル６の
光透過窓４ｄ。
前述の（３）式および（９）式かられかるように赤外線
検出器９ないし９ａに入射する測定光線ＩＭの入射光量
が変化すると零点およびメハ９ン点が変化する特性を存
している。被測定ガスは一般にカーボン粒子や灰分粒子
などのダストを含んでおり、このダストが測定セル６の
光透過窓４ｄ。
４ｆおよび測定セル６の内壁に付着する。このダストの
付着のために測定セル６への測定光線ＩＭの入射光量お
よび測定セル６を透過して赤外線検出器９ないし９ａに
入射する測定光線ＩＭの入射光量が変化する。これを防
止するために、被測定ガスの供給導管７にガラス繊維な
どで作られたダストフィルタ（図示せず）を設けて、ダ
ストを除去した後で測定セル６に被測定ガスを導入する
ことが一般に行なわれている。しかしこの場合定期的に
ダストフィルタを交換する必要があり、メンテナンス費
用がかかり、またダストフィルタの圧力損失のために測
定セル６内のガスの置換に時間がかかり、応答速度が遅
いという欠点がある。
付着のために測定セル６への測定光線ＩＭの入射光量お
よび測定セル６を透過して赤外線検出器９ないし９ａに
入射する測定光線ＩＭの入射光量が変化する。これを防
止するために、被測定ガスの供給導管７にガラス繊維な
どで作られたダストフィルタ（図示せず）を設けて、ダ
ストを除去した後で測定セル６に被測定ガスを導入する
ことが一般に行なわれている。しかしこの場合定期的に
ダストフィルタを交換する必要があり、メンテナンス費
用がかかり、またダストフィルタの圧力損失のために測
定セル６内のガスの置換に時間がかかり、応答速度が遅
いという欠点がある。
本発明の目的は被測定ガス中に含まれるカーボン粒子や
灰分粒子のダストによって測定誤差を生ずることがなく
、またダストフィルタやその交換作業を必要としない経
済的な赤外線ガス分析計を提供することにある。
灰分粒子のダストによって測定誤差を生ずることがなく
、またダストフィルタやその交換作業を必要としない経
済的な赤外線ガス分析計を提供することにある。
本発明によればこの目的は、赤外線光量の赤外線光源か
らの測定光線が照射されかつ被測定ガスが導入される測
定セル、この測定セルを透過した被測定ガスの吸収帯域
付近の波長帯域の赤外線光量を検出する第１の赤外線検
出器、および測定セルを透過した広い波長帯域の赤外線
光量を検出する第２の赤外線検出器から構成され、第１
の赤外線検出器の出力が第２の赤外線検出器の出力で補
償されることによって達成される。
らの測定光線が照射されかつ被測定ガスが導入される測
定セル、この測定セルを透過した被測定ガスの吸収帯域
付近の波長帯域の赤外線光量を検出する第１の赤外線検
出器、および測定セルを透過した広い波長帯域の赤外線
光量を検出する第２の赤外線検出器から構成され、第１
の赤外線検出器の出力が第２の赤外線検出器の出力で補
償されることによって達成される。
次に第３図および第４図にそれぞれ示した本発明に基づ
いて構成されたダブルビーム方式およびシングルビーム
方式の赤外線ガス分析Ｒ１について詳細に説明する。
いて構成されたダブルビーム方式およびシングルビーム
方式の赤外線ガス分析Ｒ１について詳細に説明する。
まず、第３図において光源室１、基準セル５および測定
セル６は第１図の場合と同様に構成されているが、ガス
封入式赤外線検出器９′の第１検出室１０の底壁が光透
過窓４ｔとして形成され、この光透過窓４１を透過した
測定光線ＩＭの光量を測定する別の赤外線検出器２０が
設けられている。
セル６は第１図の場合と同様に構成されているが、ガス
封入式赤外線検出器９′の第１検出室１０の底壁が光透
過窓４ｔとして形成され、この光透過窓４１を透過した
測定光線ＩＭの光量を測定する別の赤外線検出器２０が
設けられている。
この赤外線検出器２０は、ガス封入式赤外線検出器９，
９ａが被測定ガスの吸収帯付近の波長の赤外光線のみに
感度を有するのに対して、広い波長帯域の赤外光に感度
を有する検出器として構成されている。
９ａが被測定ガスの吸収帯付近の波長の赤外光線のみに
感度を有するのに対して、広い波長帯域の赤外光に感度
を有する検出器として構成されている。
この赤外線検出器２０は、光透過窓４ｍを有する密閉容
器２１内援赤外線吸収物質２２を設置すると共に赤外線
吸収特性を有さないガスを封入し、光透過窓４ｍから入
射する赤外線によって生じる前記封入ガスの圧力変化を
検出する手段を設けたいわゆる光音響赤外線検出器（以
下単にＰＡ検出器と呼ぶ）として形成されている。この
実施例の場合ＰＡ検出器２０け透過形ガス封入式赤外線
検出器９′を透過した測定光線ｉＭが入射され赤外線吸
収物質２２を収容している検出室２３と、この検出室２
３と通路２４を介して連通されている基準室２５と、通
路２４の中に設置された熱線素子２８ａ、２６ｂとから
構成されている。赤外ＨＩＩＵ＆収物質２２は広い波長
帯域の赤外線光を吸収しかつ光熱エネルギ変換損失の少
ない物質たとえば全黒、カーボンあるいはカーボン粒子
とテフロンとの焼結体である。封入ガスは空気、窒素、
アルゴン等である。光透過窓４ｍを通して照射された測
定光ＩＴＭの光エネルギは、赤外線吸収物質２２に吸収
されて熱エネルギに変換され、との熱エネルギは検出室
２３内σ封大ガスに伝達される。このため封入ガスは熱
膨張して検出室２３内の圧力が上昇し、基準室２５との
間に差圧を生じる。従って封入ガスは通路２４を通って
検出室２３がら基準室２５に向って流動する。測定光線
ＩＭの光量はこの通路２４の微少ガス流の流速として熱
線素子２０ａ、２０ｂによって検出され電気信号に変換
される。このＰＡ検出器２０は前述したように広い波長
帯域の赤外光に感度を有するので、狭い吸収帯をもつ被
測定ガスによる吸収によっては出力はほとんど変化せず
、測定セル６のダストの汚れ等に基づく光量変化によっ
てのみ出力が変化する。従ってこのＰＡ検出器２０の出
力で透過形ガス封入式赤外線検出器９′の出力を補償す
ることによって、測定セル６が汚れていても被測定ガス
の正確な濃度をめることができる。
器２１内援赤外線吸収物質２２を設置すると共に赤外線
吸収特性を有さないガスを封入し、光透過窓４ｍから入
射する赤外線によって生じる前記封入ガスの圧力変化を
検出する手段を設けたいわゆる光音響赤外線検出器（以
下単にＰＡ検出器と呼ぶ）として形成されている。この
実施例の場合ＰＡ検出器２０け透過形ガス封入式赤外線
検出器９′を透過した測定光線ｉＭが入射され赤外線吸
収物質２２を収容している検出室２３と、この検出室２
３と通路２４を介して連通されている基準室２５と、通
路２４の中に設置された熱線素子２８ａ、２６ｂとから
構成されている。赤外ＨＩＩＵ＆収物質２２は広い波長
帯域の赤外線光を吸収しかつ光熱エネルギ変換損失の少
ない物質たとえば全黒、カーボンあるいはカーボン粒子
とテフロンとの焼結体である。封入ガスは空気、窒素、
アルゴン等である。光透過窓４ｍを通して照射された測
定光ＩＴＭの光エネルギは、赤外線吸収物質２２に吸収
されて熱エネルギに変換され、との熱エネルギは検出室
２３内σ封大ガスに伝達される。このため封入ガスは熱
膨張して検出室２３内の圧力が上昇し、基準室２５との
間に差圧を生じる。従って封入ガスは通路２４を通って
検出室２３がら基準室２５に向って流動する。測定光線
ＩＭの光量はこの通路２４の微少ガス流の流速として熱
線素子２０ａ、２０ｂによって検出され電気信号に変換
される。このＰＡ検出器２０は前述したように広い波長
帯域の赤外光に感度を有するので、狭い吸収帯をもつ被
測定ガスによる吸収によっては出力はほとんど変化せず
、測定セル６のダストの汚れ等に基づく光量変化によっ
てのみ出力が変化する。従ってこのＰＡ検出器２０の出
力で透過形ガス封入式赤外線検出器９′の出力を補償す
ることによって、測定セル６が汚れていても被測定ガス
の正確な濃度をめることができる。
このことを更に詳しく説明すると、透過形ガス封入式赤
外線検出器９′を透過してＰＡ検出器２０に入射する赤
外線光量■（λ）は、 ■ （λ）：拍（λ）ｅ−α（λ）ｒｏｔ＋ａｏｔ’）
、、、θ〔となり、ＰＡ検出器２０の光電変換係数な
γ（λ）とすると、ＰＡ検出器２０の出力Ｘは、ｘ−ｆ
γ（λ）Ｔ（λ）ｄλ ＝ｆｒ（λ）ＩＭ（λ）ｅ−ａ（Ａ）（ＯＡ＋Ｏｏｔ’
） ｄλ−０１＋となる。ここでα（λ）は波長λＭ付
近の極めて狭い波長範囲ΔλＭでαＭの値を有し、他の
波長域では零であり、一方ＰＡ検出器２０の測定波長帯
は被測定ガスの吸収帯に比べてはるかに広いことを考慮
すると、 ｘ−（ｒ（λ）ＴＭ（λ）ｅ−ａ（’）（ａｔ＋ｃｏ７
’）ｄλ＋ｒ（ｌｕ）ＴＭｅ−”λＭ）（Ｏｔ＋Ｏｏ７
’）・６２Ｍ ・、Ｑ２となる。ΔλＮ１が極めて小さ
いため（１２式において第３項は第１項、第２項に対し
て省略でき、また第１項と第２項の和は全波長範囲に亘
る積分値とめなせるので、 Ｘづγ（λ）ＩＭ（λ）ｄλ＝βＩＭ（λＭ） −・−
０３’（ただしβ−ｆγ（λ）ＩＭ（λ）４２７１Ｍ（
λＭ））で与えられ、光透過窓や測定セルの汚れ等の波
長特性を有さない光透過率の変動の場合は定数となる。
外線検出器９′を透過してＰＡ検出器２０に入射する赤
外線光量■（λ）は、 ■ （λ）：拍（λ）ｅ−α（λ）ｒｏｔ＋ａｏｔ’）
、、、θ〔となり、ＰＡ検出器２０の光電変換係数な
γ（λ）とすると、ＰＡ検出器２０の出力Ｘは、ｘ−ｆ
γ（λ）Ｔ（λ）ｄλ ＝ｆｒ（λ）ＩＭ（λ）ｅ−ａ（Ａ）（ＯＡ＋Ｏｏｔ’
） ｄλ−０１＋となる。ここでα（λ）は波長λＭ付
近の極めて狭い波長範囲ΔλＭでαＭの値を有し、他の
波長域では零であり、一方ＰＡ検出器２０の測定波長帯
は被測定ガスの吸収帯に比べてはるかに広いことを考慮
すると、 ｘ−（ｒ（λ）ＴＭ（λ）ｅ−ａ（’）（ａｔ＋ｃｏ７
’）ｄλ＋ｒ（ｌｕ）ＴＭｅ−”λＭ）（Ｏｔ＋Ｏｏ７
’）・６２Ｍ ・、Ｑ２となる。ΔλＮ１が極めて小さ
いため（１２式において第３項は第１項、第２項に対し
て省略でき、また第１項と第２項の和は全波長範囲に亘
る積分値とめなせるので、 Ｘづγ（λ）ＩＭ（λ）ｄλ＝βＩＭ（λＭ） −・−
０３’（ただしβ−ｆγ（λ）ＩＭ（λ）４２７１Ｍ（
λＭ））で与えられ、光透過窓や測定セルの汚れ等の波
長特性を有さない光透過率の変動の場合は定数となる。
従って（１り′式より測定光線ＴＭの光量’Ｍ（λＭ）
に比例した出力Ｘが得られる。一方透過形ガス封入式赤
外線検出器９′の出力ｙは前記（３）式より、ｙｏ＜（
ΔＰ２−ΔＰＨ）ｏｌ−ＴＲ（λＭ）−ＩＭ（λＭ）ｅ
−“ｙｏｔ〜■Ｒ（λＭ）ＪＭ（λＭ）（１−αＭａ＋
ｚ） −＝Ｑ３１となり、測定セル６の汚れがない時、
ＴＲ（λＭ）２１Ｍ（λＭ）＝Ｔｏとし、測定セル６の
汚れを測定セル６の透過率Ｔで表わすとＫを光電変換係
数とし、 ｙ＝Ｋ（Ｔｏ−ＩＭ（λＭ）（１−６Ｍ０７）） ・・
−（１４１１Ｍ（λＭ）−’ｌ’Ｉｏ ・・・（１つが
成立する。従って（ＩＺ’式、（＋ ４１式よりＩＭ（
λＭ）すなわち測定セル６の透過率Ｔが変化しても、Ｘ
。
に比例した出力Ｘが得られる。一方透過形ガス封入式赤
外線検出器９′の出力ｙは前記（３）式より、ｙｏ＜（
ΔＰ２−ΔＰＨ）ｏｌ−ＴＲ（λＭ）−ＩＭ（λＭ）ｅ
−“ｙｏｔ〜■Ｒ（λＭ）ＪＭ（λＭ）（１−αＭａ＋
ｚ） −＝Ｑ３１となり、測定セル６の汚れがない時、
ＴＲ（λＭ）２１Ｍ（λＭ）＝Ｔｏとし、測定セル６の
汚れを測定セル６の透過率Ｔで表わすとＫを光電変換係
数とし、 ｙ＝Ｋ（Ｔｏ−ＩＭ（λＭ）（１−６Ｍ０７）） ・・
−（１４１１Ｍ（λＭ）−’ｌ’Ｉｏ ・・・（１つが
成立する。従って（ＩＺ’式、（＋ ４１式よりＩＭ（
λＭ）すなわち測定セル６の透過率Ｔが変化しても、Ｘ
。
ｙの測定値より被測定ガスの濃度Ｃを正確にめることが
できる。
できる。
第４図に示すシングルビーム方式の本発明に基づく赤外
線ガス分析計の場合、ＰＡ検出器２０ａは竪形に形成さ
れているが、原理は第３図におけるＰＡ検出器２０と全
く同一であり、詳細な説明は省略する。
線ガス分析計の場合、ＰＡ検出器２０ａは竪形に形成さ
れているが、原理は第３図におけるＰＡ検出器２０と全
く同一であり、詳細な説明は省略する。
この実施例の場合、透過形ガス封入式赤外線検出器９ａ
′ の出力ｙは、（９）式より測定セル６の透過率をＴ
１測定セル６の汚れのない時の光量をＩＭ（λＭ）−１
ｏ１光電変換係数に／としてｙ＝に’ＴＭ（λＭ）（１
−αＭｏｔ） ・・・０６）ＩＭ（λＭ）＝ＴＩｏ・・
・０η となり、一方ＰＡ検出器２０ａの出力Ｘは、第３図にお
けるダブルビーム方式の場合と同じ理由から Ｘ−ｆγ（λ島（λ）ｅ’−ｃ′（Ａ ）（ｃ）＋Ｏｏ
（ｌＴ＋４））ｄλ〜ｆγ（λ）ＩＮ＋（λ）ｄλ 〜βＩｙ（λＭ）Ｃｙ−ＩＭ（λＭ） ・侑１＆となる
。従って第４図の実施例の場合も００式、０樽式よりＩ
Ｍ（λＭ）が変化しても被測定ガスの濃度Ｃを正確にめ
ることができる。
′ の出力ｙは、（９）式より測定セル６の透過率をＴ
１測定セル６の汚れのない時の光量をＩＭ（λＭ）−１
ｏ１光電変換係数に／としてｙ＝に’ＴＭ（λＭ）（１
−αＭｏｔ） ・・・０６）ＩＭ（λＭ）＝ＴＩｏ・・
・０η となり、一方ＰＡ検出器２０ａの出力Ｘは、第３図にお
けるダブルビーム方式の場合と同じ理由から Ｘ−ｆγ（λ島（λ）ｅ’−ｃ′（Ａ ）（ｃ）＋Ｏｏ
（ｌＴ＋４））ｄλ〜ｆγ（λ）ＩＮ＋（λ）ｄλ 〜βＩｙ（λＭ）Ｃｙ−ＩＭ（λＭ） ・侑１＆となる
。従って第４図の実施例の場合も００式、０樽式よりＩ
Ｍ（λＭ）が変化しても被測定ガスの濃度Ｃを正確にめ
ることができる。
次に第３図のダブルビーム方式および第４図のシングル
ビーム方式の赤外線ガス分析計の具体的な信号処理につ
いて説明する。
ビーム方式の赤外線ガス分析計の具体的な信号処理につ
いて説明する。
まず第３図のダブルビーム方式の赤外線ガス分析計の場
合、透過形ガス封入式赤外線検出ｎ９′の出力ｙとＰＡ
検出器２０の出力Ｘとの間には、（１４）式、（１３式
より ｙ＝ Ｋ （Ｔｏ−−（］−αＭｏｔ）） −（ＩＩβ の関係が成立する。ここで■０は測定セル６の汚れがな
い時の零点におけるＰＡ検出器２０の出力Ｘ。との間に
Ｘ。−β■ｏの関係があり、従って６１式は、 ｙ−ｐ （ｘ Ｏ−ｘ （］、−αＭＯｔ） −１２１
となる。従ってガス濃度Ｃは０Ｉ式よりに、 、 Ｋ２
゜Ｋ、を定数として −−−− ｄＭｔ ｘ Ｋ２′″に３ｙ ＝に、−□・・・（２Ｉ） よりめることができる。
合、透過形ガス封入式赤外線検出ｎ９′の出力ｙとＰＡ
検出器２０の出力Ｘとの間には、（１４）式、（１３式
より ｙ＝ Ｋ （Ｔｏ−−（］−αＭｏｔ）） −（ＩＩβ の関係が成立する。ここで■０は測定セル６の汚れがな
い時の零点におけるＰＡ検出器２０の出力Ｘ。との間に
Ｘ。−β■ｏの関係があり、従って６１式は、 ｙ−ｐ （ｘ Ｏ−ｘ （］、−αＭＯｔ） −１２１
となる。従ってガス濃度Ｃは０Ｉ式よりに、 、 Ｋ２
゜Ｋ、を定数として −−−− ｄＭｔ ｘ Ｋ２′″に３ｙ ＝に、−□・・・（２Ｉ） よりめることができる。
第４図のシングルビーム方式の赤外線ガス分析用の場合
には透過形ガス封入式赤外線検出器９ａ’の出力ｙとＰ
Ａ検出器２０ａの出力Ｘとの間にはｆＩｅ式、（旧式よ
り ｙ＝に’ｅ（］−αＭＯ１） ・・・（２りの関係があ
り、Ｋ４を定数として ＝に、−に、−９３，ｅ３） により被測定ガスの濃度Ｃをめることができる。
には透過形ガス封入式赤外線検出器９ａ’の出力ｙとＰ
Ａ検出器２０ａの出力Ｘとの間にはｆＩｅ式、（旧式よ
り ｙ＝に’ｅ（］−αＭＯ１） ・・・（２りの関係があ
り、Ｋ４を定数として ＝に、−に、−９３，ｅ３） により被測定ガスの濃度Ｃをめることができる。
第５図はシングルビーム方式の本発明に基づく赤外線ガ
ス分析計の異なる実施例を示し、この場合透過形ガス封
入式赤外線検出器ｇ ａ ／とＰＡ検出器２０ａとの間
に、被測定ガスの吸収帯の波長の赤外光線を透過しない
光学フィルタ３０が配置され、被測定ガスの吸収による
ＰＡ検出器２０ａの出力変動（通常は極めて少なく無視
できる）を低減して測定精度を更に向上している。
ス分析計の異なる実施例を示し、この場合透過形ガス封
入式赤外線検出器ｇ ａ ／とＰＡ検出器２０ａとの間
に、被測定ガスの吸収帯の波長の赤外光線を透過しない
光学フィルタ３０が配置され、被測定ガスの吸収による
ＰＡ検出器２０ａの出力変動（通常は極めて少なく無視
できる）を低減して測定精度を更に向上している。
更に第６図に示した別の実施例の場合、フッ化カルシウ
ム、サファイヤ等で作られた赤外レンズ４０を用いて測
定光＃ｉｌＩＭを平行光束として測定セル６の内壁での
反射を利用しない光学系を構成し、この測定セル６の内
壁の汚れの影響をなくして測定精度の向上を図っている
。なお４１は測定セル６を透過した測定光線ＩＭをＰＡ
検出器２０ａの赤外線吸収物質２２に収れんする赤外レ
ンズである。
ム、サファイヤ等で作られた赤外レンズ４０を用いて測
定光＃ｉｌＩＭを平行光束として測定セル６の内壁での
反射を利用しない光学系を構成し、この測定セル６の内
壁の汚れの影響をなくして測定精度の向上を図っている
。なお４１は測定セル６を透過した測定光線ＩＭをＰＡ
検出器２０ａの赤外線吸収物質２２に収れんする赤外レ
ンズである。
第３図ないし第６図に示した実施例において測定セル６
を透過した広い波長帯域の赤外線光量を検出する赤外線
検出器２０，２０ａとして光音響赤外線検出器が採用さ
れているが、これは温度変化に敏感な半導体材料や強詞
電体材料を使用する必要がなく温度特性に優れ、半導体
のような複雑なプロセスで製作される部品や素子が要ら
ないので安価であり、光音響効果を応用しているので受
光面積を大きくでき、オンライン用赤外線ガス分析計に
採用できるなど多くの利点を有し、本発明を実施する上
で最も適した赤外線検出器である。
を透過した広い波長帯域の赤外線光量を検出する赤外線
検出器２０，２０ａとして光音響赤外線検出器が採用さ
れているが、これは温度変化に敏感な半導体材料や強詞
電体材料を使用する必要がなく温度特性に優れ、半導体
のような複雑なプロセスで製作される部品や素子が要ら
ないので安価であり、光音響効果を応用しているので受
光面積を大きくでき、オンライン用赤外線ガス分析計に
採用できるなど多くの利点を有し、本発明を実施する上
で最も適した赤外線検出器である。
本発明によれば次のような利点が得られる。
（１）測定セルの光透過窓や内壁が被測定ガス中に含ま
れるカーボン粒子や灰分粒子のダストで汚されても、こ
のダストの汚れにはる測定光線の透過率の変化が補償さ
れるので、常に高い精度で被測定ガスの濃度を測定でき
る。
れるカーボン粒子や灰分粒子のダストで汚されても、こ
のダストの汚れにはる測定光線の透過率の変化が補償さ
れるので、常に高い精度で被測定ガスの濃度を測定でき
る。
（２） ダストフィルタが不要であり、被測定ガスを直
接測定セルに導くことができ、メンテナンスフリーで長
時間に亘って使用できる。
接測定セルに導くことができ、メンテナンスフリーで長
時間に亘って使用できる。
（３）広い波長帯域の赤外線光量を検出する赤外線検出
器として光音響赤外線検出器を使用することによって安
価で高い精度の赤外線ガス分析計が得られオンライン用
に利用できる。
器として光音響赤外線検出器を使用することによって安
価で高い精度の赤外線ガス分析計が得られオンライン用
に利用できる。
第１図および第２図はそれぞれ従来のダブルビーム方式
およびシングルビーム方式の赤外線ガス分析計の概略断
面図、第３図および第４図はそれぞれ本発明に基づくダ
ブルビーム方式およびシングルビーム方式の赤外線ガス
分析計の概略断面図、第５図および第６図はそれぞれシ
ングルビーム方式の本発明に基づく異なる実施例の赤外
線ガス分析計の概略断面図である。 ２・・・赤外線光源、６・・・測定セル、９’、 ９ａ
’・・・透過形ガス封入式赤外線検出器（第１の赤外線
検吊器）、２０，２０３・・・光音響赤外線検出器（第
２の赤外線検出ｉ）、３０・・・光フィルタ、４０゜４
１・・・赤外レンズ、ＩＭ・・・測定光線、■■・・・
基準光線。
およびシングルビーム方式の赤外線ガス分析計の概略断
面図、第３図および第４図はそれぞれ本発明に基づくダ
ブルビーム方式およびシングルビーム方式の赤外線ガス
分析計の概略断面図、第５図および第６図はそれぞれシ
ングルビーム方式の本発明に基づく異なる実施例の赤外
線ガス分析計の概略断面図である。 ２・・・赤外線光源、６・・・測定セル、９’、 ９ａ
’・・・透過形ガス封入式赤外線検出器（第１の赤外線
検吊器）、２０，２０３・・・光音響赤外線検出器（第
２の赤外線検出ｉ）、３０・・・光フィルタ、４０゜４
１・・・赤外レンズ、ＩＭ・・・測定光線、■■・・・
基準光線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）赤外線光源、この赤外線光源がらの測定光線が照射
されかつ被測定ガスが導入される測定セル、この測定セ
ルを透過した被測定ガスの吸収帯域付近の波長帯域の赤
外線光量を検出する第１の赤外線検出器、および測定セ
ルを透過した被測定ガスの広い波長帯域の赤外線光量を
検出する第２の赤外線検出器から構成され、第１の赤外
線検出器の出力が第２の赤外線検出器の出力で補償され
ることを特徴とする赤外線ガス分析計。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の赤外線ガス分析計に
おいて、第１の赤外線検出器が、被測定ガスの赤外線吸
収帯と重なる吸収帯を有するガスが封入されかつ測定セ
ルを透過した測定光線が照射される透過形ガス封入式赤
外線検出器であることを特徴とする赤外線ガス分析計。 ３）特許請求の範囲第２項に記載の赤外線ガス分析側に
おいて、透過形ガス封入式赤外線検出器の封入ガスが被
測定ガスと同一種類のガスであることを特徴とする赤外
線ガス分析計。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
載の赤外線ガス分析計において、第２の赤外線検出器が
、赤外光透過窓を有する密閉容器内に赤外線吸収物質が
設置され赤外線吸収特性を有さないガスが封入されかつ
測定セルを透過した測定光線がその赤外光透過窓に入射
される光音響赤外線検出器であることを特徴とする赤外
線ガス分析Ｒ１゜ ５）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
載の赤外線ガス分析計において、第１の赤外線検出器お
よび第２の赤外線検出器が測定光線の照射方向に見て直
列に配置され、第１の赤外線検出器を透過した測定光線
が第２の赤外線検出器に照射されることを特徴とする赤
外線ガス分析計。 ６）特許請求の範囲第５項に記載の赤外線ガス分析計に
おいて、第１の赤外線検出器と第２の赤外線検出器との
間に、被測定ガスの吸収帯の波長の赤外光線を透過させ
ない光学フィルタが配置されていることを特徴とする赤
外線ガス分析用。 ７）特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
載の赤外線ガス分析計において、測定セルを透過する測
定光線が赤外レンズで平行光束にされていることを特徴
とする赤外線ガス分析Ｊ１゜
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5033184A JPS60195438A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 赤外線ガス分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5033184A JPS60195438A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 赤外線ガス分析計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60195438A true JPS60195438A (ja) | 1985-10-03 |
Family
ID=12855925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5033184A Pending JPS60195438A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 赤外線ガス分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60195438A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62102703U (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-30 | ||
| US4692622A (en) * | 1984-12-04 | 1987-09-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Infrared analyzer |
| US4742229A (en) * | 1985-06-28 | 1988-05-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Pneumatic detector for nondispersive infrared gas analyzers |
| US8848191B2 (en) | 2012-03-14 | 2014-09-30 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic sensor with mirror |
-
1984
- 1984-03-16 JP JP5033184A patent/JPS60195438A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692622A (en) * | 1984-12-04 | 1987-09-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Infrared analyzer |
| US4742229A (en) * | 1985-06-28 | 1988-05-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Pneumatic detector for nondispersive infrared gas analyzers |
| JPS62102703U (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-30 | ||
| US8848191B2 (en) | 2012-03-14 | 2014-09-30 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic sensor with mirror |
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