(57)【要約】      （修正有）【課題】基準ＣＯ2濃度に対する誤差補正を簡単に行なう。【解決手段】セル８のガス排出口１３側のセル８に近い方にはニューマティック型ＣＯ2赤外線検出器１、光学的後段にはニューマティック型ＣＯ2赤外線検出器２が設置されている。検出器１でセル８を透過した光を測定し、検出器２でセル８及び第１の赤外線検出器を透過した光を測定し、両検出器による測定結果の比から基準ガス濃度の検量線を線形化する補正係数ｋを算出して基準ガスの感度補正を行なう。【選択図】図１
2006112900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準ガスと試料ガスの濃度差を測定する差量法形赤外線ガス分析計を用いたガス分析方法において、
前記試料ガスを通過したセルの光学的後段に測定対象成分又は同成分と吸収領域が重なるガスを封入したニューマティック型の第１の赤外線検出器を設置して、前記セルを透過した光を測定し、
出力が測定対象成分に比例又はほぼ比例する第２の赤外線検出器を設置して、前記第１の赤外線検出器を透過した光を測定し、
前記両方の検出器による測定結果の比から前記基準ガス濃度の検量線を線形化する補正係数を算出し、
前記基準ガスの感度補正を行なう赤外線ガス分析方法。
【請求項２】
試料セルと、
基準ガスと試料ガスとを選択的に試料セルに供給する切り換え弁と、
前記試料セルに赤外光を照射する光源と、
前記光源からの赤外光を断続する断続手段と、
測定対象成分又は同成分と吸収領域が重なるガスを封入したニューマティック型の第１の赤外線検出器と、
出力が測定対象成分に比例又はほぼ比例する第２の赤外線検出器と、
前記両方の検出器による測定結果の比から前記基準ガス濃度の検量線を線形化する補正係数を算出し、前記基準ガスの感度補正を行なう演算制御部と、
を備えた赤外線ガス分析装置。
【請求項３】
前記第２の赤外線検出器がニューマティック型である請求項２に記載の赤外線ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場や製鉄所のガス濃度に関するプロセスモニター、ボイラーや燃焼炉の燃焼ガス分析、大気汚染の監視、自動車排ガス測定などに使用され、ガス分子固有の赤外線吸収効果を利用して、ガス及び蒸気中にある特定成分の濃度を連続的に測定する非分散型赤外線ガス分析計に関し、特にＶＯＣ（ガス状有機物）濃度測定などに利用される、所謂差量法形赤外線ガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ以上の異なる原子から成る異核分子の多くは、波長１〜２０μｍの赤外光を照射すると、その化学種に特有の振動および回転の運動エネルギー準位の遷移がおこり、特定の赤外線スペクトルを吸収し、内部エネルギーや体積あるいは圧力の増加など、熱力学的な変化を引き起こす。非分散型赤外線ガス分析計は、この様なガス成分の特性を利用して、その濃度を計測する機器である（特許文献１参照。）。
【０００３】
サンプルガス中の全ＶＯＣ濃度測定に、ＶＯＣを燃焼炉で燃焼させてＣＯ2に変換した後、ＣＯ2計で測定する方法がある。このとき、燃焼前のサンプルガス中にもともとＣＯ2が存在する場合、所謂差量法の赤外線ガス分析計を使用して測定する。
差量法とは、基準ガスと試料ガスを電磁弁等で周期的に切り換えてセルに導入し、基準ガスと試料ガス中のＣＯ2濃度の差を測定するものである。ここで、燃焼する前のガスを基準ガス、燃焼した後のガスを試料ガスとする。両ガス中のＣＯ2濃度の差を測定することは、全ＶＯＣが燃焼することで増加したＣＯ2濃度を測定することになるので、サンプルガスに含まれていた全ＶＯＣ濃度と等しくなる。
【０００４】
しかし通常、サンプルガスにはＶＯＣとＣＯ2（基準ＣＯ2と呼ぶ）が共存している。この基準ＣＯ2濃度が測定中に変動すると、赤外線吸収のＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に従い、ＣＯ2濃度とセルでの赤外線吸光量の関係の非線形性によって測定誤差を生じる。この測定誤差の一例を図４に示す。
図４はＶＯＣ濃度が一定で、基準ＣＯ2濃度を変化させたときの検出器出力変化を示したものである。基準ＣＯ2濃度が低いところでのＶＯＣ濃度は（１ｂ−１ａ）であり、そのときの検出器出力は（１ｃ−１ｄ）となる。基準ＣＯ2濃度が高いところでのＶＯＣ濃度は（２ｂ−２ａ）であり、そのときの検出器出力は（２ｃ−２ｄ）となる。このとき、その２点でのＶＯＣ濃度（１ａ−１ｂ）と（２ａ−２ｂ）は等しいにも関わらず、検出器出力は、基準ＣＯ2濃度が低い側の（１ｃ−１ｄ）の方が（２ａ−２ｂ）よりも大きくなる。このように、基準ＣＯ2濃度によって測定誤差が生じる。
【０００５】
低濃度のＣＯ2を精度よく測定する場合は、試料ガスの赤外線吸収量を多くかせぐため、試料ガスを流通させるセルの長さを長くする必要がある。この場合、検出器出力の非線形の度合いが一層大きくなり、基準ＣＯ2濃度変化に対して大きな誤差を生じる。そのため、別途セル長の短い基準ＣＯ2濃度測定用ＣＯ2計を設置し、基準ＣＯ2濃度を測定して、この測定値を用いて差量法で測定したＣＯ2濃度値の補正を行なっている。
【特許文献１】特開平９−４９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の赤外線ガス分析計では、基準ＣＯ2濃度変化による誤差を補正するためには、基準ＣＯ2濃度を測定するＣＯ2計が別途必要なため、装置が大型複雑化する。
本発明は誤差補正を簡単に行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の赤外線ガス分析方法は、基準ガスと試料ガスの濃度差を測定する差量法形赤外線ガス分析計を用いたガス分析方法において、試料ガスを通過したセルの光学的後段に測定対象成分又は同成分と吸収領域が重なるガスを封入した第１の赤外線検出器を設置して、前記セルを透過した光を測定し、出力が測定対象成分に比例又はほぼ比例する第２の赤外線検出器を設置して、前記第１の赤外線検出器を透過した光を測定し、前記両方の検出器による測定結果の比から前記基準ガス濃度の検量線を線形化する補正係数を算出し、前記基準ガスの感度補正を行なう方法である。
【０００８】
本発明の赤外線ガス分析装置は、試料セルと、基準ガスと試料ガスとを選択的に前記試料セルに供給する切り換え弁と、前記試料セルに赤外光を照射する光源と、前記光源からの赤外光を断続する断続手段と、測定対象成分又は同成分と吸収領域が重なるガスを封入したニューマティック型の第１の赤外線検出器と、出力が測定対象成分に比例又はほぼ比例する第２の赤外線検出器と、前記両方の検出器による測定結果の比から前記基準ガス濃度の検量線を線形化する補正係数を算出し、前記基準ガスの感度補正を行なう演算制御部とを備えている。
【０００９】
前記第２の赤外線検出器がニューマティック型であることは本発明の装置として好ましい形態である。
【発明の効果】
【００１０】
従来、誤差補正を行なうためには、基準ＣＯ2濃度を測定するためのセル長の異なるＣＯ2計が別途必要であったが、本発明では差量ＣＯ2濃度を測定する透過型ニューマティック型ＣＯ2検出器を使用したＣＯ2計に、ニューマティック型ＣＯ2検出器を一台追加する構造変更だけでよいため、装置全体が小型で簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明による分析方法の一実施例を説明する。
図１に装置構成図の概略図を示す。
試料セル８はガス導入口１２とガス排出口１３をセル８の両端にそれぞれ有している。セル８のガス導入口１２側には、赤外光を発する光源９が設置され、セル８のガス排出口１３側のセル８に近い方にはニューマティック型ＣＯ2検出器１、光学的に遠い方にはニューマティック型ＣＯ2検出器２が設置されている。
ＣＯ2検出器Ｂは、ＣＯ2の吸収波長（４．２５μｍ等）の赤外線強度を測定できる検出器であればよい。例えば、検出器Ａと同様のニューマティック型ＣＯ2検出器や、オプチカルフィルタを用いて波長選択した焦電形などの半導体赤外線センサでもよい。
【００１２】
サンプルガスをセル８に導入するための流路３及び流路４は、流路の途中にバルブ６及び７を有しており、セル８に導入する試料の流量を制御することができる。流路３の途中には燃焼炉５が設置され、ここでサンプルガス中のＶＯＣを完全燃焼することができる。
ＣＯ2検出器１は、測定対象成分ＣＯ2又は同成分と吸収領域が重なるガス（以下、単にＣＯ2ガスという）が所定の濃度で充填されており、光源９からの照射される赤外線を検出する。ＣＯ2検出器２は、検出器１と同様にＣＯ2ガスを所定の濃度で充填しており、ＣＯ2検出器１を透過した赤外線の吸収波長を検出する。検出器２にとって検出器１はＣＯ2ガスフィルタの役目を担っている。
【００１３】
検出器１及び２の内部は光学的に前後の２室に仕切られており、その２室にはガス成分が入れられている。光学的距離によってガスが吸収する熱量は変化するため、両室に温度差を生じ、ガスの収縮のため隔膜が変位する。この隔膜の変位による圧力変化は、コンデンサマイクロホンやフローセンサなどを介して取り出される。
【００１４】
図１において、サンプルガスは流路３又は４のいずれかから装置内に導入され、バルブ６又は７を介してガス導入口１２から試料セル８内に供給され、ガス排出口１３から外部に排出される。このとき、燃焼炉５を通過してＶＯＣから変換されたＣＯ2を含んだものを試料ガス１１、燃焼せずにそのままセル８に導入されたものを基準ガス１０とする。
基準ガス１０及び試料ガス１１の両方には、サンプルガス中のＣＯ2が同じ量だけ含まれており、試料ガス１１にはさらにＶＯＣが燃焼して生じたＣＯ2も含まれている。
【００１５】
検出器１では、セル８に含まれるＣＯ2ガスによる吸収を検出し、検出器２では、セル８、及び検出器１に含まれるＣＯ2ガスによる吸収を検出する。
基準ＣＯ2濃度を変えて、基準ガス１０を検出器１及び検出器２で検出した出力を、図２（Ａ）に示す。
検出器２は検出器１より多くのガスを透過していることから検出感度は低くなるが、線形の度合いは基準ＣＯ2濃度に比例した直線的な線形に近づく。
検出器２の出力が線形に近いことに着目し、検出器出力を基準ＣＯ2濃度が０のときの出力を基準にして正規化したものを図２（Ｂ）に示す。
図２（Ｂ）より、検出器２の出力Ｂｎはほぼ直線的に線形化される一方、検出器１の出力Ａｎは非線形であることがわかる。
【００１６】
次に図２（Ｃ）に、検出器１の出力Ａｎと検出器２の出力Ｂｎの出力比Ａｎ／Ｂｎと、基準ＣＯ2濃度の関係について示す。Ａｎ／Ｂｎは基準ＣＯ2濃度との関係が１対１に対応していることがわかる。
すなわち、検出器１と検出器２の出力からＡｎ／Ｂｎを演算することによってサンプルガス中の基準ＣＯ2濃度を知ることができる。得られた基準ＣＯ2濃度を用いて、差量法で得られたＶＯＣ濃度に相当する検出器１の出力を補正することにより、より正確にＶＯＣ濃度を測定することができる。
実際には、予め、装置に濃度の異なる数種類のＣＯ2標準ガスを基準ガスとしたときのＡｎ／Ｂｎを実測する。この値を用いて、検出器１の出力が線形になるように、標準ガス毎に補正係数ｋを計算し、最小二乗法でＡｎ／Ｂｎと補正係数ｋの関係を図２（Ｄ）に示すように多項式等に数式化しておく。
【００１７】
図３は、検出器１の出力に図２（Ｄ）で求めた補正係数ｋを乗算したときの出力を示している。この場合、ＣＯ2濃度に対して検出出力はほぼ線形になるため、基準ＣＯ2濃度の変化の影響を受けることなく試料ガス中のＣＯ2濃度を測定することができる。
試料ガス１１と標準ガス１０の濃度差を求めることにより、精度良くＶＯＣ濃度を測定することができる。
【００１８】
本実施例は、ＶＯＣ濃度測定のためのＣＯ2濃度計に関するものであるが、ＣＯ2以外でも基準ガスに対して増大したガス成分の濃度を測定する場合に利用可能である。例えば、ＮＯ2を触媒でＮＯに還元し、増えたＮＯ濃度、つまりＮＯ2濃度を測定するＮＯ2計や、ＮＨ3とＮＯを等モル比で還元して、減ったＮＯ濃度、つまりＮＨ3濃度を測定するＮＨ3計にも適用することができる（特許文献１参照。）。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
化学工場や製鉄所のガス濃度に関するプロセスモニター、ボイラーや燃焼炉の燃焼ガス分析、大気汚染の監視、自動車排ガス測定などに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施例の装置の概略構成図である。
【図２】（Ａ）検出器による出力と基準ＣＯ2濃度の関係、（Ｂ）検出器による出力との関係にで基準ＣＯ2濃度を基準した関係、（Ｃ）検出器による出力比Ａｎ／Ｂｎと基準ＣＯ2濃度の関係、（Ｄ）補正係数ｋとＡｎ／Ｂｎの関係を示す図である。
【図３】検出器出力に補正係数ｋをかけたものを示した図である。
【図４】検出器１のみで出力した場合の、基準ＣＯ2濃度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００２１】
１        検出器１
２        検出器２
３，４    流路
５        燃焼炉
６、７    バルブ
８        セル
９        光源
１０        標準ガス
１１        試料ガス
１２        サンプル入り口
１３        サンプル出口
１４        モータ
【図１】
2006112900.tif 000003
【図２】
2006112900.tif 000004
【図３】
2006112900.tif 000005
【図４】
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