JP2012026834A - Infrared gas analyzer - Google Patents
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Abstract
【課題】ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線ガス分析計を提供する。
【解決手段】
測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第1差分データを、また、測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第2差分データをそれぞれ算出し、これら第1差分データと第2差分データとを平均化した平均化データを用いて濃度を算出するような赤外線ガス分析計とした。
【選択図】図2An infrared gas analyzer that eliminates the drift and calculates an accurate concentration even when the drift changes.
[Solution]
The first difference data is calculated based on the difference between the measurement gas detection data and the detection data before the comparison gas, and the second difference data is calculated based on the difference between the measurement gas detection data and the detection data after the comparison gas. And an infrared gas analyzer that calculates the concentration using averaged data obtained by averaging the second difference data.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、測定ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するための赤外線ガス分析計に関するものである。 The present invention relates to an infrared gas analyzer for measuring the concentration of a specific component contained in a measurement gas.
赤外線ガス分析計は、測定ガスに赤外線を照射し、赤外線の吸光により変化する光量を検出し、測定ガスの濃度を測定する装置である。このような赤外線ガス分析計の測定方式として流路切換方式が知られている。さらに、この流路切換方式では1個の測定セルを用いる方式(以下、シングルビーム方式という。)と2個の測定セルを用いる方式(以下、ダブルビーム方式という。)がある。 An infrared gas analyzer is an apparatus that irradiates measurement gas with infrared rays, detects the amount of light that changes due to absorption of infrared rays, and measures the concentration of the measurement gas. A flow path switching system is known as a measurement system for such an infrared gas analyzer. Further, in this flow path switching method, there are a method using one measurement cell (hereinafter referred to as a single beam method) and a method using two measurement cells (hereinafter referred to as a double beam method).
そして、このようなシングルビーム方式の赤外線ガス分析計に係る従来技術としては、例えば、特許文献1(特開平9−49797号公報,発明の名称:赤外線ガス分析計)に記載されたものが知られている。
また、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計に係る従来技術としては、例えば、特許文献2(特開平5−256778号公報,発明の名称:基準ガス濃度調整方式によるガス濃度測定方法およびその装置)に記載されたものが知られている。
As a conventional technique related to such a single beam type infrared gas analyzer, for example, one described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-49797, title of invention: infrared gas analyzer) is known. It has been.
Further, as a conventional technique related to a double beam type infrared gas analyzer, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-256778, title of invention: gas concentration measurement method and apparatus using a reference gas concentration adjustment method) What has been described is known.
これら赤外線ガス分析計では、特に測定セルの汚れや部品の劣化などにより正確な検出ができなくなり、測定値が変化するドリフトが発生することがあった。
流路切換方式が創案される前では、この変化はそのまま測定値の変化として現れて測定値に誤差を生じさせるため、定期的な校正(測定値のずれ分を補正する行為)が必要であった。しかしながら、流路切換方式では、測定ガスと比較ガスとを定期的に入れ換えて測定し、その差分を採ることで、ドリフト分を除去し、ドリフト分の影響を無くすことを可能とした。
In these infrared gas analyzers, accurate detection cannot be performed particularly due to contamination of the measurement cell or deterioration of parts, and drift in which the measurement value changes may occur.
Prior to the creation of the channel switching method, this change appears as a change in the measured value and causes an error in the measured value. Therefore, periodic calibration (an act of correcting the deviation of the measured value) was necessary. It was. However, in the flow path switching method, the measurement gas and the reference gas are periodically exchanged and measured, and by taking the difference between them, it is possible to remove the drift and eliminate the influence of the drift.
このドリフト分の除去について説明する。
例えば、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計は一定周期で測定セル1と測定セル2とに測定ガスと比較ガスとを入れ換えて濃度測定するようになされており、得られる検出データによる挙動は、図6で示すように、台形波状となっている。そして、一方の測定セル1に測定ガスが流れている(4)のタイミング(つまり他方の測定セル2には比較ガスが流れているタイミング)での信号はC+Δd(Cはガスの濃度相当分、Δdはドリフト分)である。また、測定セル1に比較ガスが流れている(3)や(5)のタイミング(つまり他方の測定セル2には測定ガスが流れているタイミング)での信号は−C+Δdである。このように測定ガスの濃度相当成分Cは符号反転するが、ドリフト分Δdはガスの流れには関係が無いので、そのまま現れる。
The removal of this drift will be described.
For example, an infrared gas analyzer of a double beam system is configured to measure the concentration by exchanging the measurement gas and the reference gas in the
ここで、それぞれのタイミングの信号を検出して測定データ・比較データとして記憶しておき、次式のように測定データから比較データを減じて差分値を得る。 Here, signals at the respective timings are detected and stored as measurement data / comparison data, and the difference data is obtained by subtracting the comparison data from the measurement data as in the following equation.
[数1]
(C+Δd)−(−C+Δd)=2C
[Equation 1]
(C + Δd) − (− C + Δd) = 2C
このようにドリフト分Δdは消え、測定ガスの濃度相当成分Cのみが抽出されることとなる。このようにして差分値を濃度値とすることでドリフト分の影響を排除していた。 Thus, the drift amount Δd disappears, and only the concentration-corresponding component C of the measurement gas is extracted. In this way, the difference value is used as the concentration value, thereby eliminating the influence of the drift.
しかしながら、測定セル1,2内のガス入換には一定の時間がかかるため、比較ガスの測定タイミングと、測定ガスの測定タイミングと、では時間的にずれがある。ドリフト分が一定値である場合は良いが、ドリフト分が時間に応じて変化するときは二つのガスの測定時間の間にドリフト分の変化量が検出器の出力に加わり、ドリフト分の変化量が測定の誤差として現れることとなる。したがって上記の除去法ではドリフト分を完全に除去できないという問題があった。
However, since the gas exchange in the
例えば、図7で示すように、ドリフト分が増えていくような場合を想定する。仮に、(4)のタイミングで測定データ(C+Δd+b)を取得し、また(5)のタイミングで比較データ(−C+Δd+c)を得たとする。そして上記した除去法のように測定データから比較データを減じると差分値は次式のようになる。 For example, as shown in FIG. 7, a case is assumed where the drift amount increases. Assume that the measurement data (C + Δd + b) is acquired at the timing (4) and the comparison data (−C + Δd + c) is obtained at the timing (5). Then, when the comparison data is subtracted from the measurement data as in the above removal method, the difference value is expressed by the following equation.
[数2]
(C+Δd+b)−(−C+Δd+c)=2C+b−c
[Equation 2]
(C + Δd + b) − (− C + Δd + c) = 2C + b−c
このようにb−cが残ることとなり、ドリフト分が完全に除去できないという問題があった。 Thus, bc remains, and there is a problem that the drift cannot be completely removed.
さらにドリフト分の変化が大きくなるに連れてb−cの値が大きくなるため、誤差が大きくなるという問題があった。
加えてドリフト分の変化は小さいけれども測定対象濃度が小さいためドリフト分の変化が相対的に大きな変化となってしまう場合でも、ドリフト分の変化の影響が大きくなるという問題があった。
Furthermore, since the value of bc increases as the change in drift increases, there is a problem that the error increases.
In addition, although the change in the drift amount is small, there is a problem that the influence of the change in the drift amount becomes large even when the change in the drift amount becomes a relatively large change because the concentration to be measured is small.
なお、差分を採らずに各タイミングごと(例えば比較ガス導入後であって測定ガスへ切り替える直前や測定ガス導入後であって比較ガスへ切り替える直前)に濃度値を計算して出力する場合では、本来の濃度値を中心に、ドリフト分の傾きに相当する分の上下動が発生し、やはり正確な濃度が得られないという問題があった。 In the case where the concentration value is calculated and output at each timing without taking the difference (for example, immediately after the introduction of the reference gas and immediately before switching to the measurement gas or immediately after the introduction of the measurement gas and immediately before switching to the comparison gas), There was a problem that the vertical concentration corresponding to the slope of the drift occurred around the original concentration value, and an accurate concentration could not be obtained.
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線ガス分析計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an infrared gas analyzer that removes the drift component and calculates an accurate concentration even when the drift component changes. It is in.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る発明の赤外線ガス分析計は、
測定セル内に交互に導入された比較ガスと測定ガスとに赤外線を照射し、これら比較ガスと測定ガスとの濃度に応じた検出信号を検出器から得て測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
測定ガスについて検出した測定ガス検出データと、この測定ガス検出からn(nは自然数)倍のガス切換周期前の時間に検出した比較ガス前検出データと、この測定ガス検出からn倍のガス切換周期後の時間に検出した比較ガス後検出データと、をそれぞれ検出データから抽出するデータ抽出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第1差分データを得る第1差分データ算出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第2差分データを得る第2差分データ算出手段と、
第1差分データと第2差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段と、
を備えることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
In order to solve the above-described problem, an infrared gas analyzer according to the first aspect of the present invention provides:
Infrared gas that irradiates infrared rays to the reference gas and measurement gas introduced alternately into the measurement cell, and obtains detection signals according to the concentrations of these comparison gas and measurement gas from the detector to measure the concentration of the measurement gas In the analyzer
Measurement gas detection data detected for the measurement gas, comparison gas pre-detection data detected at a time n times (n is a natural number) times from the measurement gas detection, and gas switching n times from the measurement gas detection Data extraction means for extracting the detection data after the comparison gas detected at the time after the cycle, respectively, from the detection data;
First difference data calculation means for obtaining first difference data based on a difference between the measurement gas detection data and the detection gas pre-detection data;
Second difference data calculation means for obtaining second difference data based on the difference between the measured gas detection data and the detection gas post-detection data;
Averaging means for averaging the first difference data and the second difference data to obtain averaged data;
It was set as the infrared gas analyzer characterized by providing.
また、本発明の請求項2に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項1に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルに流入させるガスを切り替えるための流路切換部を備え、
測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは流路切換部の切換タイミングであることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
The infrared gas analyzer of the invention according to
The infrared gas analyzer according to
A flow path switching unit for switching the gas flowing into the measurement cell is provided.
The infrared gas analyzer is characterized in that the measurement gas detection data, the detection data before the comparison gas, and the detection data after the comparison gas are acquired at the switching timing of the flow path switching unit.
また、本発明の請求項3に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項1または請求項2に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを一つ有するシングルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
The infrared gas analyzer of the invention according to
In the infrared gas analyzer according to
The infrared gas analyzer is characterized by a single beam system having one measuring cell.
また、本発明の請求項4に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項1または請求項2に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを二つ有するダブルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
The infrared gas analyzer of the invention according to
In the infrared gas analyzer according to
An infrared gas analyzer characterized in that it is a double beam system having two measuring cells.
以上説明したような本発明によれば、ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線ガス分析計を提供することができる。 According to the present invention as described above, it is possible to provide an infrared gas analyzer that calculates an accurate concentration by removing the drift even when the drift varies.
続いて、本発明を実施するための形態について図を参照しつつ説明する。まず、赤外線ガス分析計1の全体について説明する。本形態に係る赤外線ガス分析計1は、いわゆるシングルビーム方式の赤外線ガス分析計である。
赤外線ガス分析計1は、図1,図2で示すように、モータ11、チョッパ12、赤外線光源13、測定セル14、検出器15、増幅器16、AD変換器17、演算制御部18、SSR19、第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21、出力部22を備える。
Then, the form for implementing this invention is demonstrated, referring a figure. First, the entire
As shown in FIGS. 1 and 2, the
モータ11は、図示しないドライバにより回転駆動される。
チョッパ12は、モータ11により回転される。
赤外線光源13は、赤外線を放射する。この赤外線はチョッパ12により一定周期で断続して変調させた赤外線となる。
The
The
The infrared
測定セル14は、内部に導入される測定ガスや比較ガスに対して赤外線を透過させる。
検出器15は、測定セル14から透過してきた赤外線を検出する。測定セル14では、内部ガスの濃度に応じて赤外線が吸収され、吸収されなかった赤外線の光量を検出器15で測定する。検出器15から出力される検出信号は、測定セル14内での吸収が大きい場合、すなわち測定ガスの濃度が高い場合には振幅が小さい検出信号となり、逆に濃度が低い場合には振幅が大きな検出信号となる。
The
The
増幅器16は、検出器15から出力され検出信号を所定振幅になるまで増幅する。
AD変換器17は、アナログ信号である検出信号をデジタルデータである検出データに変換して出力する。
演算制御部18は、例えばMPU(マイクロプロセッサ)であり、検出データに基づいてデータ解析を行う。また、SSR19を介して第1流路切換電磁弁20および第2流路切換電磁弁21の開閉を制御する。
The
The
The
SSR19はソリッド・ステート・リレーであり、第1流路切換電磁弁20や第2流路切換電磁弁21へ電流を流して開閉駆動を行う。
第1流路切換電磁弁20は、共通端子(COM)、常開端子(NO)、常閉端子(NC)を備え、比較ガスを測定セル14へ流すか排気路へ流すかを流路制御する。
第2流路切換電磁弁21は、共通端子(COM)、常開端子(NO)、常閉端子(NC)を備え、測定ガスを測定セル14へ流すか排気路へ流すかを流路制御する。
これら第1流路切換電磁弁20および第2流路切換電磁弁21は本発明の流路切換部の一例であり、第1流路切換電磁弁20および第2流路切換電磁弁21の切換により、測定セル14へは比較ガスと測定ガスが一定周期で交互に導入される。
The
The first flow path switching
The second flow path switching
The first flow path switching
出力部22は、濃度に関する情報について出力する。この出力部22とは、例えば、表示器であって画面表示したり、プリンタであって印刷したり、通信部であって外部機器とデータ通信したり、または、コンピュータであってさらなるデータ処理に用いるというものである。これら各種選択が可能である。
The
続いて、本発明の特徴をなすドリフト分の除去を含む分析処理について説明する。
まず、演算制御部18は、図2で示すように、流路切換手段181として機能し、測定ガスを測定セル14へ流入させるようにする。具体的には、演算制御部18は、図1で示すように、SSR19へ切換制御信号を送り、SSR19が第2流路切換電磁弁21の常閉端子(NC) を開いて測定セル14へ測定ガスを流す。赤外線光源部2から出射された赤外線は、チョッパ13の開閉周期で断続する光学的に変調された赤外線光束に変換されており、測定セル14へはこの赤外線光束が入射される。測定セル14内では、赤外線光束が透過する過程で、測定ガスを構成するそれぞれのガス成分に固有の波長帯域の赤外線が当該ガス成分の濃度に応じて吸収されて検出器15に到達する。
Subsequently, an analysis process including removal of a drift amount that characterizes the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 2, the
検出器15から出力された検出信号は増幅器16により増幅され、AD変換器17によりAD変換されて検出データとなり演算制御部18へ逐次取り込まれる。演算制御部18は、図2で示すように、検出データ記憶手段182として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。この場合、濃度換算したものではなく、そのまま検出データとして登録されるものとする。
The detection signal output from the
続いて演算制御部18は、再度、流路切換手段181として機能し、比較ガスを測定セルへ流入させる。具体的には、第1流路切換電磁弁20の常開端子(NO)を開いて比較ガスを測定セル14へ流す。測定セル14には赤外線光束が入射され、測定セル14内を透過する過程で、ガス成分の濃度に応じて吸収された赤外線が検出器15に到達する。検出器15から出力された検出信号は増幅器16、AD変換器17を経て検出データとなり演算制御部18へ逐次取り込まれる。演算制御部18は、検出データ記憶手段182として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
Subsequently, the
以下測定ガス分析・比較ガス分析が繰り返されることとなる。後述する差分や平均化に必要なデータを所定期間にわたり複数取得する必要があり、最初はデータを蓄積するため、流路切換手段181と検出データ記憶手段182とが繰り返されて必要な検出データを得る。 Thereafter, the measurement gas analysis / comparison gas analysis is repeated. It is necessary to acquire a plurality of data required for the difference and averaging described later over a predetermined period. At first, in order to accumulate data, the flow path switching means 181 and the detection data storage means 182 are repeated to obtain necessary detection data. obtain.
このようにして取り込んだ検出データは、例えば図3で示すような台形波状の挙動となる。なお、この挙動は、理解を容易にするため、例えば、増幅器16から出力されたアナログの検出信号を図示しているが、便宜上検出データの挙動として説明するものである。さて、この検出データの挙動とは、比較ガス時に小さい値で安定しており、測定ガスに切換わると測定セル14内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が大きくなっていき、測定セル内が完全に置換されたところで安定して一定値を維持し、そして次に比較ガスに切換わると測定セル14内で比較ガスが増えて徐々に値が小さくなり、あるところで安定して一定値を維持し、以下同様な挙動を繰り返すというものである。
The detection data acquired in this way has a trapezoidal waveform as shown in FIG. In order to facilitate understanding, for example, this behavior is illustrated as an analog detection signal output from the
続いてドリフトの除去を含む濃度の算出について説明する。一般化すると次のようになる。
制御演算装置18は、図2で示すように、上記濃度の挙動から測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを抽出するデータ抽出手段183として機能する。
Next, calculation of concentration including drift removal will be described. Generalized as follows.
As shown in FIG. 2, the control
この比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは1,3,5,・・・というような奇数)のガス切換周期より前に取得したものである。本形態ではn=1とし、比較ガス前検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。 This pre-comparison gas detection data is obtained before the gas switching period n times (n is an odd number such as 1, 3, 5,...) Than the measurement gas detection data. In this embodiment, n = 1, and the detection data before the comparison gas is data obtained immediately before the measurement gas detection data is acquired.
また、この比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数)のガス切換周期より後に取得したものである。本形態ではn=1とし、比較ガス後検出データは測定ガス検出データを取得した直後に得たデータである。 The post-comparison gas detection data is obtained after a gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data. In this embodiment, n = 1 is set, and the post-comparison gas detection data is data obtained immediately after the measurement gas detection data is acquired.
このガス切換周期とは、測定セルに流入させるガスを切り替えるため第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21を切り換える周期いう。この際、図3で示すように、比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを始期とし次に測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。同様に測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを始期とし次に比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。ガス切換周期毎に検出データが取得される。
そして測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21の切換タイミングと同じタイミングにした。
そして、演算制御部18は、上記の挙動を表す検出データを切り換えタイミングと関連づけて一括して登録しており、この中から切り換えタイミングにおける測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得することでデータを抽出する。
The gas switching cycle is a cycle in which the first flow path switching
The timing for obtaining the measurement gas detection data, the detection data before the comparison gas, and the detection data after the comparison gas was set to the same timing as the switching timing of the first flow path switching
The
そして、演算制御部18は、これらデータを用いて差分値を得る差分手段184として機能する。詳しくは、ある測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分をとって第1差分データを得る第1差分データ算出手段として機能する。同様に当該測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分をとって第2差分データを得る第2差分データ算出手段として機能する。
The
そして、演算制御部18は、第1差分データと第2差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段185として機能する。
そして、演算制御部18は、その後に濃度換算処理を行って濃度データを得る濃度換算手段186として機能する。
最後に、演算制御部18は、その濃度データをモニタ・プリンタ等の出力部22に出力させる出力手段187として機能する。
The
Then, the
Finally, the
次にドリフト分の除去原理について具体的に説明する。まず、ドリフト分がほぼ一定である場合について説明する。また、本形態ではn=1とし、1倍のガス切換周期とする。
演算制御部18は、例えば、図3で示すように、(2)のタイミングで測定ガス検出データ、(1)のタイミングで比較ガス前検出データ、および、(3)のタイミングで比較ガス後検出データを取得する。これらデータは以下のようになる。
Next, the principle of removing the drift will be described in detail. First, a case where the drift amount is almost constant will be described. In this embodiment, n = 1 and a gas switching cycle of 1 time.
For example, as shown in FIG. 3, the
[数3]
(1)の比較ガス前検出データ=Δd
(2)の測定ガス検出データ=C+Δd
(3)の比較ガス後検出データ=Δd
[Equation 3]
Detection data before comparison gas of (1) = Δd
Measurement gas detection data of (2) = C + Δd
Detection data after comparison gas of (3) = Δd
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数4]
第1差分データ=(2)の測定ガス検出データ−(1)の比較ガス前検出データ
=C+Δd−Δd
=C
[Equation 4]
First difference data = measured gas detection data of (2) −pre-comparison gas detection data of (1)
= C + Δd−Δd
= C
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数5]
第2差分データ=(2)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス後検出データ
=C+Δd−Δd
=C
[Equation 5]
Second difference data = measured gas detection data of (2) −detection data after comparison gas of (3)
= C + Δd−Δd
= C
続いて演算制御部18は、平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。
Subsequently, the
[数6]
平均化データ=2C/2=C
[Equation 6]
Averaged data = 2C / 2 = C
この平均化データは濃度相当分Cと一致しており、濃度換算することで求めたい濃度が得られることとなる。 This averaged data matches the density equivalent C, and the density to be obtained can be obtained by converting the density.
ここにΔdはドリフト分であるがこのΔdは一定であり、上記のようにドリフト分を排除できる。また、仮にΔdは一定ではない場合であってもガス切換周期に対して十分に長い単位での変動であるならば、変化分は無視ができ、この場合でもドリフト分を排除できる。 Here, Δd is a drift amount, but this Δd is constant and can be eliminated as described above. Even if Δd is not constant, if it is a fluctuation in a sufficiently long unit with respect to the gas switching period, the change can be ignored, and even in this case, the drift can be eliminated.
次に、図4に示すように、ガス切換周期に対して、ドリフト分の変化が早い場合(図4のように各測定ごとにドリフト分が大きくなっていくなど)について説明する。
図4で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、(4)のタイミングで測定ガス検出データ=C+Δd+b、(3)のタイミングで比較ガス前検出データ=Δd+a、および、(5)のタイミングで比較ガス後検出データ=Δd+cを取得したものとする。
Next, as shown in FIG. 4, a case where the drift amount changes quickly with respect to the gas switching period (for example, the drift amount increases for each measurement as shown in FIG. 4) will be described.
As shown in FIG. 4, the drift amount increases every time the solenoid valve is switched. For example, measured gas detection data = C + Δd + b at the timing (4), comparative gas pre-detection data = Δd + a at the timing (3), and It is assumed that the detection data after comparison gas = Δd + c is acquired at the timing of (5).
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数7]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス前検出データ
=C+Δd+b−(Δd+a)=C+b−a
[Equation 7]
First difference data = measured gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (3)
= C + Δd + b− (Δd + a) = C + b−a
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数8]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(5)の比較ガス後検出データ
=C+Δd+b−(Δd+c)=C+b−c
[Equation 8]
Second differential data = Measured gas detection data of (4) −Comparative gas post-detection data of (5)
= C + Δd + b− (Δd + c) = C + b−c
続いて演算制御部18は平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。
Subsequently, the
[数9]
平均化データ=(第1差分データ+第2差分データ)/2
=(C+b−a+C+b−c)/2=C+b−(a+c)/2
[Equation 9]
Averaged data = (first difference data + second difference data) / 2
= (C + ba-C + bc) / 2 = C + b- (a + c) / 2
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Tで変化する一次関数を想定すると、bの高さを基準(=0)とみたとき、a=−αT、b=0、c=+αTとすることができるので、上記数9に代入すると、b−(a+c)/2=0である。故に平均化データ=Cであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。 Here, assuming a linear function in which the drift amount is an inclination α and changes in the gas switching period T, when the height of b is regarded as a reference (= 0), a = −αT, b = 0, c = + αT Therefore, when substituting into the above equation 9, b− (a + c) / 2 = 0. Therefore, the averaged data = C, and the drift is removed. The concentration from which the drift is removed is calculated by converting the averaged data into a concentration.
また、差分を採るに際し、測定ガス検出データからガス切換周期の3倍や5倍前の比較ガス前検出データを用い、また、測定ガス検出データからガス切換周期の3倍や5倍後の比較ガス後検出データを用いても良い。ここでは、ガス切換周期の3倍離れたデータを用いる場合について説明する。
In addition, when taking the difference, the comparison
図4で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、(4)のタイミングで測定ガス検出データ=C+Δd+b、(1)のタイミングで比較ガス前検出データ=Δd−z、および、(7)のタイミングで比較ガス後検出データ=Δd+fを取得する。 As shown in FIG. 4, the drift amount increases every time the solenoid valve is switched. For example, the measurement gas detection data = C + Δd + b at the timing (4), and the comparison gas pre-detection data = Δd−z at the timing (1). And after the comparison gas detection data = Δd + f is acquired at the timing of (7).
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数10]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(1)の比較ガス前検出データ
=C+Δd+b−(Δd−z)=C+b+z
[Equation 10]
First difference data = measurement gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (1)
= C + Δd + b− (Δd−z) = C + b + z
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数11]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(7)の比較ガス後検出データ
=C+Δd+b−(Δd+f)=C+b−f
[Equation 11]
Second difference data = measured gas detection data of (4) −post-comparison detection data of (7)
= C + Δd + b− (Δd + f) = C + b−f
続いて演算制御部18は平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。
Subsequently, the
[数12]
平均化データ=(C+b+z+C+b−f)/2=C+b−(f−z)/2
[Equation 12]
Averaged data = (C + b + z + C + b−f) / 2 = C + b− (f−z) / 2
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Tで変化する一次関数を想定すると、bの高さを基準(=0)とみたとき、−z=−3αT、b=0、f=+3αTとすることができるので、上記式に代入すると、b−(f−z)/2=0である。故に平均化データ=Cであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。 Here, assuming a linear function in which the drift amount is an inclination α and changes in the gas switching period T, when the height of b is regarded as a reference (= 0), −z = −3αT, b = 0, f = Since + 3αT, b− (f−z) / 2 = 0 when substituted into the above formula. Therefore, the averaged data = C, and the drift is removed. The concentration from which the drift is removed is calculated by converting the averaged data into a concentration.
一般化すると、比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数である)のガス切換周期より前に取得される。また、比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数である)のガス切換周期より後に取得される。 When generalized, the detection data before the comparison gas is acquired before the gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data. The post-comparison gas detection data is acquired after a gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data.
ここで差分値・平均値を用いる意味について検討する。説明に際しガス切換周期は1倍であるものとする。(2)の測定ガス検出データと1倍のガス切換周期で(1)の比較ガス前検出データや(3)の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。 Here, the meaning of using the difference value / average value is examined. In the description, it is assumed that the gas switching period is 1 time. When taking the difference between the measurement gas detection data of (2) and the detection data before the comparison gas of (1) and the detection data after the comparison gas of (3) at a gas switching cycle of 1 time, the following equation is obtained.
[数13]
第1差分データ=(2)の測定ガス検出データ−(1)の比較ガス前検出データ
=C+Δd−(Δd−z)=C+z >C
[Equation 13]
First difference data = measured gas detection data of (2) −pre-comparison gas detection data of (1)
= C + Δd− (Δd−z) = C + z> C
[数14]
第2差分データ=(2)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス後検出データ
=C+Δd−(Δd+a)=C−a <C
[Formula 14]
Second difference data = measured gas detection data of (2) −detection data after comparison gas of (3)
= C + Δd− (Δd + a) = C−a <C
差分値は濃度値Cに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて0に近づく。
The difference value shows a behavior that rises and falls with respect to the density value C.
Therefore, when these data are averaged, the upper and lower portions are erased and approach zero.
[数15]
平均化データ=(第1差分データ+第2差分データ)/2
={(C−a)+(C+z)}/2=C−(a−z)/2となる。
[Equation 15]
Averaged data = (first difference data + second difference data) / 2
= {(C−a) + (C + z)} / 2 = C− (a−z) / 2.
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分(ここでは、z,a)がほぼ等しいこととなり、上記計算結果は、Cとほぼ等しくなる。 Here, if the slope of the change in drift is the same, the difference in change (here, z, a) is substantially equal, and the calculation result is substantially equal to C.
また、(4)の測定ガス検出データと1倍のガス切換周期で(3)の比較ガス前検出データや(5)の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。 Further, when taking the difference between the measured gas detection data of (4) and the pre-comparison gas detection data of (3) or the post-comparison gas detection data of (5) at a gas switching cycle of 1 time, the following equation is obtained. .
[数16]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス前検出データ
=C+(Δd+b)−(Δd+a)=C+(b−a) >C
[Equation 16]
First difference data = measured gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (3)
= C + (Δd + b) − (Δd + a) = C + (b−a)> C
[数17]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(5)の比較ガス後検出データ
=C+(Δd+b)−(Δd+c)=C+(b−c) <C
[Equation 17]
Second differential data = Measured gas detection data of (4) −Comparative gas post-detection data of (5)
= C + (Δd + b) − (Δd + c) = C + (b−c) <C
差分値は濃度値Cに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて0に近づく。
The difference value shows a behavior that rises and falls with respect to the density value C.
Therefore, when these data are averaged, the upper and lower portions are erased and approach zero.
[数18]
平均化データ=(第1差分データ+第2差分データ)/2
={C+(b−c)+C+(b−a)}/2=C+(2b−c−a)/2
[Equation 18]
Averaged data = (first difference data + second difference data) / 2
= {C + (b−c) + C + (b−a)} / 2 = C + (2b−c−a) / 2
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分(ここでは、(b−a),(c−b))がほぼ等しいこととなり(数18の右項(2b−c−a)は、(b−a)−(c−b)と展開できる)、上記計算結果は、Cとほぼ等しくなる。 Here, if the slope of the change in drift is the same, the difference between the changes (here, (b−a), (c−b)) is substantially equal (the right term (2b−c) of Equation 18). -A) can be expanded as (ba)-(cb)), and the above calculation result is almost equal to C.
また、(6)の測定ガス検出データと1倍のガス切換周期で異なる(5)の比較ガス前検出データや(7)の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。 Further, when taking the difference between the measurement gas detection data of (6) and the detection data before comparison gas of (5) and the detection data after comparison gas of (7), which are different at a gas switching cycle of 1 time, Become.
[数19]
第1差分データ=(6)の測定ガス検出データ−(5)の比較ガス前検出データ
=C+(Δd+e)−(Δd+c)=C+(e−c) >C
[Equation 19]
First difference data = measured gas detection data of (6) −detection data before comparison gas of (5)
= C + (Δd + e) − (Δd + c) = C + (e−c)> C
[数20]
第2差分データ=(6)の測定ガス検出データ−(7)の比較ガス後検出データ
=C+(Δd+e)−(Δd+f)=C+(e−f) <C
[Equation 20]
Second differential data = Measured gas detection data of (6) −Post-comparison detection data of (7)
= C + (Δd + e) − (Δd + f) = C + (ef) <C
差分値は濃度値Cに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて0に近づく。
The difference value shows a behavior that rises and falls with respect to the density value C.
Therefore, when these data are averaged, the upper and lower portions are erased and approach zero.
[数21]
平均化データ=(第1差分データ+第2差分データ)/2
={C+(e−c)+C+(e−f)}/2=C+(2e−c−f)/2
[Equation 21]
Averaged data = (first difference data + second difference data) / 2
= {C + (ec) + C + (ef)} / 2 = C + (2e-cf) / 2
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分(ここでは、(e−c),(f−e))がほぼ等しいこととなり、上記計算結果は、Cとほぼ等しくなる。 Here, if the slope of the change in drift is the same, the difference between the changes (here, (e−c), (f−e)) is almost equal, and the above calculation result is almost equal to C. Become.
以下同様となり、測定値に対する誤差は、各回の変化分の差分の半分となる。 The same applies to the following, and the error with respect to the measured value is half of the difference for each change.
このような赤外線ガス分析計では、濃度換算は最後に行っているが検出データを取得したときに濃度換算を行ってから検出データとして登録するようにしても良い。これら形態は適宜選択される。 In such an infrared gas analyzer, the concentration conversion is performed last, but when the detection data is acquired, the concentration conversion may be performed and then registered as detection data. These forms are appropriately selected.
続いて他の形態の赤外線ガス分析計について説明する。先の形態はシングルビーム方式の赤外線ガス分析計であったが、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計においても本発明の適用は可能である。このようなダブルビーム方式による赤外線ガス分析計について説明する。 Next, another form of infrared gas analyzer will be described. The previous embodiment was a single beam type infrared gas analyzer, but the present invention can also be applied to a double beam type infrared gas analyzer. An infrared gas analyzer using such a double beam system will be described.
赤外線ガス分析計2は、図5で示すように、モータ11、チョッパ12、赤外線光源13、検出器15、増幅器16、AD変換器17、演算制御部18、SSR19、第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21、出力部22、分配セル30、第1測定セル31、第2測定セル32を備える。この形態では図1を用いて説明した赤外線ガス分析計1において測定セル14に代えて分配セル30、第1測定セル31、第2測定セル32を配置した点が相違する。以下、先の形態と同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略し、相違点について重点的に説明する。
As shown in FIG. 5, the
両端に赤外線透過窓(図示せず)が設けられた同じ長さの第1測定セル31,第2測定セル32が2本並列に配置されている。これら第1測定セル31,第2測定セル32の一方の端に分配セル30が配置される。分配セル30は、赤外線光源13からの赤外線を第1測定セル31,第2測定セル32に等しく配分する機能を有している。分配セル30と赤外線光源13との間には、赤外線を一定周期で断続(チョッピング)するためのチョッパ12が配置されている。
Two
第1測定セル31,第2測定セル32の他方の端には、第1測定セル31,第2測定セル32からの赤外光を同時に検出するための検出器15が配置されている。2本の第1測定セル31,第2測定セル32には、それぞれ比較ガスと測定ガスとが導入されるように配管されており、導入口の直前に配置された第1流路切換電磁弁20,第2流路切換電磁弁21により一定周期で流路を切り換えて、第1測定セル31,第2測定セル32へ比較ガスと測定ガスとを交互に導入している。第1流路切換電磁弁20,第2流路切換電磁弁21は本発明の流路切換部の一具体例である。
A
検出器15は、2本の第1測定セル31,第2測定セル32から透過してきた赤外線の光量の差分をとって差分信号である検出信号を出力する。この検出信号は、増幅器16、AD変換器17を経て演算制御部18へ入力される。
The
第1測定セル31,第2測定セル32内で赤外線吸収が発生しない状態(ゼロの状態)においても、2本の第1測定セル31,第2測定セル32からの透過光量が完全に平衡しているとは限らず(光学的アンバランス)、更にその光学的アンバランスは、第1測定セル31,第2測定セル32の汚れや部品の劣化などによる経時的な変化を見せるため、それに伴い、測定濃度値が変化するドリフトが発生するが、以下のような信号処理を行ってドリフト分を除去する。
Even in a state where infrared absorption does not occur in the
続いて、本発明の特徴をなすドリフト分の除去を含む分析処理について説明する。
まず、演算制御部18は、図2で示すように、流路切換手段181として機能し、測定ガスを第1測定セル31へ流入させ、また、比較ガスを第2測定セル32へ流入させる。演算制御部18は、図1で示すように、SSR19へ切換制御信号を送り、SSR19が第2流路切換電磁弁21を常閉端子(NC) に接続して第1測定セル31へ測定ガスを流し、また、第1流路切換電磁弁20を常閉端子(NC) に接続して第2測定セル32へ比較ガスを流す。赤外線光源部2から出射された赤外線は、チョッパ13の開閉周期で断続する光学的に変調された赤外線光束に変換されており、第1測定セル31,第2測定セル32へはこの赤外線光束が入射される。第1測定セル31,第2測定セル32内では、赤外線光束が透過する過程で、測定ガスを構成するそれぞれのガス成分に固有の波長帯域の赤外線が当該ガス成分の濃度に応じて吸収されて検出器15に到達する。
Subsequently, an analysis process including removal of a drift amount that characterizes the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 2, the
検出器15から出力された検出信号は増幅器16により増幅され、AD変換器17によりAD変換されて検出データとなり演算制御部18へ逐次取り込まれる。演算制御部18は、図2で示すように、検出データ記憶手段182として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
The detection signal output from the
続いて演算制御部18は、再度切換制御手段181として機能し、比較ガスを第1測定セル31へ流入させ、また、測定ガスを第2測定セル32へ流入させる。第1流路切換電磁弁20を常開端子(NO)に接続して第1測定セル31へ比較ガスを流し、また、第2流路切換電磁弁20を常開端子(NO)に接続して第2測定セル32へ測定ガスを流す。第1測定セル31,第2測定セル32には赤外線光束が入射され、第1測定セル31,第2測定セル32内を透過する過程で、ガス成分の濃度に応じて吸収された赤外線が検出器15に到達する。検出器15から出力された検出信号は増幅器16、AD変換器17を経て検出データとなり演算制御部18へ逐次取り込まれる。演算制御部18は、検出データ記憶手段182として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
Subsequently, the
以下測定ガス・比較ガスの切り換えが繰り返されることとなる。濃度換算に必要なデータを所定期間にわたり取得する必要があり、最初はデータを蓄積するため、流路切換手段181と検出データ記憶手段182とが繰り返されて必要なデータを得る。
Thereafter, the switching of the measurement gas and the comparison gas is repeated. It is necessary to acquire data necessary for concentration conversion over a predetermined period. At first, in order to accumulate data, the flow
このようにして取り込んだ検出データは、例えば図6で示すような台形波状の挙動となる。この濃度の挙動とは、第1測定セル31内のガスが比較ガスで第2測定セル32内のガスが測定ガスのときに小さい値で安定しており、第1測定セル31,第2測定セル32内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が大きくなっていき、第1測定セル31,第2測定セル32内が完全に置換されて第1測定セル31内のガスが測定ガスに、また、第2測定セル32内のガスが比較ガスに入れ替わったところで安定して一定値を維持し、そして次に第1測定セル31,第2測定セル32内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が小さくなっていき、第1測定セル31,第2測定セル32内が完全に置換されて第1測定セル31内のガスが比較ガスに、また、第2測定セル32内のガスが測定ガスに入れ替わったところで安定して一定値を維持し、以下同様な挙動を繰り返すというものである。
The detection data acquired in this way has a trapezoidal waveform as shown in FIG. 6, for example. The behavior of this concentration is stable at a small value when the gas in the
このように本発明では、便宜上、測定セル1に充填されるガスを基準としてデータの名称を付すものであり、第1測定セル31に測定ガスが入るタイミングで現れるデータを測定データとし、また、第1測定セル31に比較ガスが入るタイミングで現れるデータを比較データとしている。しかしながら、第2測定セル32に充填されるガスを基準としてデータの名称を付しても良い。
Thus, in the present invention, for the sake of convenience, the name of the data is given with reference to the gas filled in the
続いてドリフトの除去を含む濃度の算出について説明する。一般化すると次のようになる。
演算制御部18は、上記検出データの挙動から測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを抽出する抽出手段183として機能する。
Next, calculation of concentration including drift removal will be described. Generalized as follows.
The
この比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(n=1,3,・・・という奇数)のガス切換周期より前に取得したものである。本形態ではn=1とし、比較ガス前検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。 This pre-comparative gas detection data is obtained before a gas switching period n times (n = 1, 3,... Odd) than the measurement gas detection data. In this embodiment, n = 1, and the detection data before the comparison gas is data obtained immediately before the measurement gas detection data is acquired.
また、この比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数)のガス切換周期より後に取得したものである。本形態ではn=1とし、比較ガス後検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。 The post-comparison gas detection data is obtained after a gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data. In this embodiment, n = 1, and the detection data after comparison gas is data obtained immediately before the measurement gas detection data is acquired.
このガス切換周期とは、測定セルに流入させるガスを切り替えるため第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21を切り換える周期いう。この際、図6で示すように、第1測定セル31において比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを始期とし次に第1測定セル31において測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。同様に第1測定セル31において測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを始期とし次に第1測定セル31において比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。ガス切換周期毎に検出データが取得される。
そして測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは第1流路切換電磁弁20、第2流路切換電磁弁21の切換タイミングとした。
The gas switching cycle is a cycle in which the first flow path switching
The timing for obtaining the measurement gas detection data, the detection data before the comparison gas, and the detection data after the comparison gas is the switching timing of the first flow path switching
そして、演算制御部18は、これらデータを用いて差分値を得る差分手段184として機能する。詳しくは、測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分をとって第1差分データを得る第1差分データ算出手段として機能する。同様に測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分をとって第2差分データを得る第2差分データ算出手段として機能する。
The
そして、演算制御部18は、第1差分データと第2差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段185として機能する。
そして、演算制御部18は、その後に濃度換算処理を行って濃度データを得る濃度換算手段186として機能する。
最後に、演算制御部18は、その濃度データをモニタ・プリンタ等の出力部に出力させる出力手段187として機能する。
The
Then, the
Finally, the
次に具体的に説明する。まず、ドリフト分がほぼ一定である場合について説明する。また、本形態ではn=1とし、1倍のガス切換周期とする。
演算制御部18は、例えば、図6で示すように、(4)のタイミングで測定ガス検出データ、(3)のタイミングで比較ガス前検出データ、および、(5)のタイミングで比較ガス後検出データを取得する。これらデータは以下のようになる。
Next, a specific description will be given. First, a case where the drift amount is almost constant will be described. In this embodiment, n = 1 and a gas switching cycle of 1 time.
For example, as shown in FIG. 6, the
[数22]
(3)の比較ガス前検出データ=−C+Δd
(4)の測定ガス検出データ=C+Δd
(5)の比較ガス後検出データ=−C+Δd
[Equation 22]
Detection gas before comparison gas (3) = − C + Δd
Measurement gas detection data of (4) = C + Δd
Detection data after comparison gas of (5) = − C + Δd
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数23]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス前検出データ
=C+Δd+C−Δd
=2C
[Equation 23]
First difference data = measured gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (3)
= C + Δd + C−Δd
= 2C
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数24]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(5)の比較ガス後検出データ
=C+Δd+C−Δd
=2C
[Equation 24]
Second differential data = Measured gas detection data of (4) −Comparative gas post-detection data of (5)
= C + Δd + C−Δd
= 2C
続いて平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。 Subsequently, averaging is performed. In this case, this is achieved by adding the first difference data and the second difference data and dividing by two.
[数25]
平均化データ=4C/2=2C
[Equation 25]
Averaged data = 4C / 2 = 2C
この平均化データは濃度相当分Cの2倍値と一致しており、2で除した上で濃度換算することで求めたい濃度が得られることとなる。 This averaged data coincides with the double value of the density equivalent C, and the desired density can be obtained by dividing by 2 and converting the density.
ここにΔdはドリフト分であるがこのΔdは一定であり、上記のようにドリフト分を排除できる。また、仮にΔdは一定ではない場合であってもガス切換周期に対して十分に長い単位での変動であるならば、変化分は無視ができ、この場合でもドリフト分を排除できる。 Here, Δd is a drift amount, but this Δd is constant and can be eliminated as described above. Even if Δd is not constant, if it is a fluctuation in a sufficiently long unit with respect to the gas switching period, the change can be ignored, and even in this case, the drift can be eliminated.
次に、図7に示すように、ガス切換周期に対して、ドリフト分の変化が早い場合(図7のように各測定ごとにドリフト分が大きくなっていくなど)について説明する。
図7で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、(4)のタイミングで測定ガス検出データ=C+Δd+b、(3)のタイミングで比較ガス前検出データ=−C+Δd+a、および、(5)のタイミングで比較ガス後検出データ=−C+Δd+cを取得したものとする。
Next, as shown in FIG. 7, the case where the drift amount changes quickly with respect to the gas switching period (such as the drift amount increasing for each measurement as shown in FIG. 7) will be described.
As shown in FIG. 7, the drift increases every time the solenoid valve is switched. For example, the measurement gas detection data = C + Δd + b at the timing (4), the comparison gas pre-detection data at the timing (3) = − C + Δd + a, Further, it is assumed that the detection data after comparison gas = −C + Δd + c is acquired at the timing of (5).
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数26]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(3)の比較ガス前検出データ
=C+Δd+b−(−C+Δd+a)=2C+b−a
[Equation 26]
First difference data = measured gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (3)
= C + [Delta] d + b-(-C + [Delta] d + a) = 2C + b-a
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数27]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(5)の比較ガス後検出データ
=C+Δd+b−(−C+Δd+c)=2C+b−c
[Equation 27]
Second differential data = Measured gas detection data of (4) −Comparative gas post-detection data of (5)
= C + Δd + b − (− C + Δd + c) = 2C + b−c
続いて平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。 Subsequently, averaging is performed. In this case, this is achieved by adding the first difference data and the second difference data and dividing by two.
[数28]
平均化データ=(第1差分データ+第2差分データ)/2
=(2C+b−a+2C+b−c)/2=2C+b−(a+c)/2
[Equation 28]
Averaged data = (first difference data + second difference data) / 2
= (2C + ba-2C + bc) / 2 = 2C + b- (a + c) / 2
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Tで変化する一次関数を想定すると、bを基準高さ(=0)とみたとき、a=−αT、b=0、c=+αTとすることができるので、上記式に代入すると、b−(a+c)/2=0である。故に平均化データ=2Cであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを2で除した上で濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。 Here, assuming a linear function in which the drift amount has an inclination α and changes in the gas switching period T, when b is regarded as a reference height (= 0), a = −αT, b = 0, c = + αT Therefore, when substituting into the above equation, b- (a + c) / 2 = 0. Therefore, the averaged data = 2C, and the drift is removed. By dividing the averaged data by 2 and converting the concentration, the concentration from which the drift is removed is calculated.
また、差分を取るに際し、測定ガス検出データからガス切換周期の3倍や5倍前の比較ガス前検出データを用い、また、測定ガス検出データからガス切換周期の3倍や5倍後の比較ガス後検出データを用いても良い。ここでは、ガス切換周期の3倍離れたデータを用いる場合について説明する。
In addition, when taking the difference, the comparison
図7で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、(4)のタイミングで測定ガス検出データ=C+Δd+b、(1)のタイミングで比較ガス前検出データ=−C+Δd−z、および、(7)のタイミングで比較ガス後検出データ=−C+Δd+fを取得する。 As shown in FIG. 7, the drift amount increases every time the solenoid valve is switched. For example, the measurement gas detection data = C + Δd + b at the timing (4), and the detection data before the comparison gas = −C + Δd− at the timing (1). z and the detection data after comparison gas = −C + Δd + f are acquired at the timing of (7).
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数29]
第1差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(1)の比較ガス前検出データ
=C+Δd+b−(−C+Δd−z)=2C+b+z
[Equation 29]
First difference data = measurement gas detection data of (4) −pre-comparison gas detection data of (1)
= C + Δd + b − (− C + Δd−z) = 2C + b + z
続いて演算制御部18は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
Subsequently, the
[数30]
第2差分データ=(4)の測定ガス検出データ−(7)の比較ガス後検出データ
=C+Δd+b−(−C+Δd+f)=2C+b−f
[Equation 30]
Second difference data = measured gas detection data of (4) −post-comparison detection data of (7)
= C + Δd + b − (− C + Δd + f) = 2C + b−f
続いて平均化を行う。この場合、第1差分データと第2差分データとを加算して2で除することで達成される。 Subsequently, averaging is performed. In this case, this is achieved by adding the first difference data and the second difference data and dividing by two.
[数31]
平均化データ=(2C+b+z+2C+b−f)/2=2C+b−(f−z)/2
[Equation 31]
Averaged data = (2C + b + z + 2C + b−f) / 2 = 2C + b− (f−z) / 2
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Tで変化する一次関数を想定すると、bを基準(=0)とみたとき、−z=−3αT、b=0、f=+3αTとすることができるので、上記式に代入すると、b−(f−z)/2=0である。故に平均化データ=2Cであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを2で除した後に濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。 Here, assuming a linear function in which the drift amount has an inclination α and changes in the gas switching period T, when b is regarded as a reference (= 0), −z = −3αT, b = 0, and f = + 3αT. Therefore, when substituting into the above equation, b− (f−z) / 2 = 0. Therefore, the averaged data = 2C, and the drift is removed. By dividing the averaged data by 2 and then converting the concentration, the concentration from which the drift is removed is calculated.
一般化すると、比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数である)のガス切換周期より前に取得される。また、比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもn倍(nは奇数である)のガス切換周期より後に取得される。
このような形態を採用しても良い。
When generalized, the detection data before the comparison gas is acquired before the gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data. The post-comparison gas detection data is acquired after a gas switching period n times (n is an odd number) than the measurement gas detection data.
Such a form may be adopted.
以上、本発明の赤外線ガス分析計について説明した。
この赤外線ガス分析計では、濃度値の計算のタイミングを測定ガスから比較ガスへ切り替えるタイミングの直後、および、比較ガスから測定ガスへ切り替えるタイミングの直後としており、演算制御部が管理する切換周期と同期させてデータを取得するため、ガス切換周期と同じタイミングで確実にデータを取得することができる。
更にガス切換周期と同じタイミングでデータを取得する結果として、変化後の比較的安定した時期にデータを取得することになるため、濃度データの上下動を低減し、本来の測定値を出力することが可能となる。
The infrared gas analyzer of the present invention has been described above.
In this infrared gas analyzer, the calculation timing of the concentration value is set immediately after the timing for switching from the measurement gas to the comparison gas, and immediately after the timing for switching from the comparison gas to the measurement gas, and is synchronized with the switching cycle managed by the arithmetic control unit. Therefore, since data is acquired, it is possible to reliably acquire data at the same timing as the gas switching cycle.
Furthermore, as a result of acquiring data at the same timing as the gas switching cycle, data is acquired at a relatively stable time after the change, so that the vertical movement of the concentration data is reduced and the original measured value is output. Is possible.
特に装置の立ち上げ直後で検出器信号が変動するとき、急激な温度変動により検出器信号が変動するとき、また、特に低い濃度を測定しているため検出器の変動がわずかでも測定値に影響を与えやすいとき、などにその効果は大きなものとなる。 Especially when the detector signal fluctuates immediately after the start-up of the device, when the detector signal fluctuates due to rapid temperature fluctuations, and even if the detector fluctuations are particularly small, even a slight fluctuation will affect the measured value. When it is easy to give, the effect becomes big.
本発明の赤外線ガス分析計は、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析[高炉、転炉、熱処理炉、焼結(ペレット設備)、コークス炉]、青果貯蔵及び熟成、生化学(微生物)[発酵]、大気汚染[焼却炉、排煙脱硫・脱硝]、自動車排ガス(除テスタ)、防災[爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析]、植物育成用、化学用分析[石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント]、環境用[着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理]、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。 The infrared gas analyzer of the present invention is most suitable for measuring flue gas such as boilers and garbage incineration. In addition, gas analysis for steel [blast furnace, converter, heat treatment furnace, sintering (pellet equipment), coke oven], fruit and vegetable storage and ripening, biochemistry (microorganism) [fermentation], air pollution [incinerator, flue gas desulfurization / Denitration], automobile exhaust gas (remove tester), disaster prevention [explosive gas detection, toxic gas detection, new building material combustion gas analysis], plant growth, chemical analysis [oil refinery plant, petrochemical plant, gas generation plant], It is also useful as an analyzer for environmental [landing concentration, tunnel concentration, parking lot, building management], and various physics and chemistry experiments.
1,2:赤外線ガス分析計
11:モータ
12:チョッパ
13:赤外線光源
14:測定セル
15:検出器
16:増幅器
17:AD変換器
18:演算制御部
181:流路切換手段
182:検出データ記憶手段
183:データ抽出手段
184:差分手段
185:平均化手段
186:濃度換算手段
187:出力手段
19:SSR
20:第1流路切換電磁弁
21:第2流路切換電磁弁
22:出力部
30:分配セル
31:第1測定セル
32:第2測定セル
1, 2: Infrared gas analyzer 11: Motor 12: Chopper 13: Infrared light source 14: Measurement cell 15: Detector 16: Amplifier 17: AD converter 18: Operation control unit 181: Channel switching means 182: Detection data storage Means 183: Data extraction means 184: Difference means 185: Averaging means 186: Concentration conversion means 187: Output means 19: SSR
20: 1st flow path switching solenoid valve 21: 2nd flow path switching solenoid valve 22: Output part 30: Distribution cell 31: 1st measurement cell 32: 2nd measurement cell
Claims (4)
測定ガスについて検出した測定ガス検出データと、この測定ガス検出からn(nは奇数)倍のガス切換周期前の時間に検出した比較ガス前検出データと、この測定ガス検出からn倍のガス切換周期後の時間に検出した比較ガス後検出データと、をそれぞれ検出データから抽出するデータ抽出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第1差分データを得る第1差分データ算出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第2差分データを得る第2差分データ算出手段と、
第1差分データと第2差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段と、
を備えることを特徴とする赤外線ガス分析計。 Infrared gas that irradiates infrared rays to the reference gas and measurement gas introduced alternately into the measurement cell, and obtains detection signals according to the concentrations of these comparison gas and measurement gas from the detector to measure the concentration of the measurement gas In the analyzer
Measurement gas detection data detected for the measurement gas, comparison gas detection data detected at a time n (n is an odd number) times before the gas switching cycle from the measurement gas detection, and gas switching n times from the measurement gas detection Data extraction means for extracting the detection data after the comparison gas detected at the time after the cycle, respectively, from the detection data;
First difference data calculation means for obtaining first difference data based on a difference between the measurement gas detection data and the detection gas pre-detection data;
Second difference data calculation means for obtaining second difference data based on the difference between the measured gas detection data and the detection gas post-detection data;
Averaging means for averaging the first difference data and the second difference data to obtain averaged data;
An infrared gas analyzer comprising:
測定セルに流入させるガスを切り替えるための流路切換部を備え、
測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは流路切換部の切換タイミングであることを特徴とする赤外線ガス分析計。 The infrared gas analyzer according to claim 1,
A flow path switching unit for switching the gas flowing into the measurement cell is provided.
An infrared gas analyzer characterized in that the timing for obtaining the measurement gas detection data, the detection data before the comparison gas, and the detection data after the comparison gas is a switching timing of the flow path switching unit.
測定セルを一つ有するシングルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計。 In the infrared gas analyzer according to claim 1 or 2,
An infrared gas analyzer characterized by a single beam system having one measuring cell.
測定セルを二つ有するダブルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計。 In the infrared gas analyzer according to claim 1 or 2,
An infrared gas analyzer characterized by a double beam system having two measuring cells.
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JPH09166546A (en) * | 1995-10-11 | 1997-06-24 | Otsuka Pharmaceut Co Ltd | Isotope gas spectrometry and its device |
JP2004205272A (en) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Horiba Ltd | Infrared analyzer |
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2010
- 2010-07-22 JP JP2010164826A patent/JP2012026834A/en active Pending
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