(57)【要約】【課題】磁界発生部のコンパクト化を図りながら測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる磁気式酸素分析計を提供する。【解決手段】磁界発生部２０は、一対の脚部１４ａ，１４ｂが互いに平行に延在した外観略Ｕ字状のコア１４と、一対の脚部に固定され、互いの先端の間にギャップを設けて対向している一対のポールピース１５ａ，１５ｂと、一対の脚部に素線２２を巻き付けて形成された第１コイル２１ａ，第２コイル２１ｂとを備え、第１補助ガス流入口６の近くのサンプル流路３が、一対のポールピースの先端の間のギャップに位置するように配置されている。そして、素線は、一対の脚部に整列巻きで巻き付けられて第１コイル及び第２コイルを形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第１補助ガス流入口及び第２補助ガス流入口と、前記第１及び第２補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第１補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に、磁界発生部により磁界をかけることで生じる前記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析計において、
前記磁界発生部は、一対の脚部が互いに平行に延在した外観略Ｕ字状のコアと、前記一対の脚部に固定され、互いの先端の間にギャップを設けて対向している一対のポールピースと、前記一対の脚部に素線を巻き付けて形成された第１コイル及び第２コイルとを備え、前記第１補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路が、前記一対のポールピースの前記先端の間の前記ギャップに位置するように配置されているとともに、
前記素線は、一対の脚部に整列巻きで巻き付けられて前記第１コイル及び前記第２コイルを形成していることを特徴とする磁気式酸素分析計。
【請求項２】
前記コアを構成する前記一対の脚部は、それぞれが断面長方形状をなし、互いの長辺側の平面が対向していることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素分析計。
【請求項３】
前記コアを構成する前記一対の脚部は、それぞれが断面楕円形状をなし、互いの長軸側の曲面が対向していることを特徴とする請求項１記載の磁気式酸素分析計。
【請求項４】
前記一対の脚部は、中空形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気式酸素分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気式酸素分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気式酸素分析計の測定原理について、図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する（例えば特許文献１を参照）。
図５（Ａ）は、酸素を含むガス中に磁界を発生させる手段（磁石）を配置したときの酸素分子と磁界の関係を示したものである。図５（Ｂ）に示すように、磁界が強く、且つその強さが変化しているところ（不均一の磁界になっている磁極の端部）に酸素を引き付ける力が作用し、磁極の端部で右向きの力と左向きの力が押し合ってバランスし、酸素分子は磁界の影響を受けて引き付けられ、磁界（磁石のギャップ）内へ移動する。これにより、図５（Ｃ）に示すように、磁界内では、引き付けられた酸素の圧力（濃度）が磁界の外と比較して高くなる。
【０００３】
上述した測定原理を採用した従来の磁気式酸素分析計として、図６及び図７（ａ），（ｂ）に示す装置が知られている。従来の磁気式酸素分析計は、図６に示すように、測定ガスを流す流路を備えたサンプルセル１と、このサンプルセル１内に設置した流量センサ１２からの信号で測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する検出回路２と、を備えている。
【０００４】
サンプルセル１は、断面矩形形状のサンプル流路３と、このサンプル流路３の軸方向の一端側に連通して設けた測定ガス導入口４と、サンプル流路３の軸方向の他端側に連通して設けた測定ガス導出口５と、測定ガス導出口５側のサンプル流路３に連通し、このサンプル流路３の軸方向に直交する径方向から互いに対向して設けた第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７と、補助ガス供給流路８に流れてきた補助ガスを第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７からサンプル流路３に同一流量で供給する第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０と、サンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近に磁界が発生する磁界領域Ｍｆを形成する磁界発生部１３と、第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０に連通するバイパス流路１１と、を備えている。
【０００５】
バイパス流路１１の中間位置に流量センサ１２が配置され、この流量センサ１２に検出回路２が接続している。検出回路２は、流量センサ１２の信号を受信して増幅することで、測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する。
また、磁界発生部１３は、図７（ａ）に示すように、一対の脚部１４ａ，１４ｂが互いに平行に延在した外観略Ｕ字状をなすコア１４と、一対の脚部１４ａ，１４ｂに固定され、互いの先端の間にギャップを設けて対向している一対のポールピース１５ａ，１５ｂと、断面正方形中空形状（図７（ｂ）参照）の一対の脚部１４ａ，１４ｂに素線を巻き付けて形成された第１コイル１６ａ，第２コイル１６ｂとを備えている。
【０００６】
そして、磁界発生部１３は、一対のポールピース１５ａ，１５ｂの先端の間のサンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近を挟み込むように、固定枠１７を介してサンプルセル１に固定されている。そして、磁界発生部１３の第１コイル１６ａ，第２コイル１６ｂに駆動電流を流すと、一対のポールピース１５ａ，１５ｂの先端の間のギャップに磁界が発生し、前述した磁界領域Ｍｆを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２５０９８号公報の図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、磁気式酸素分析計において実用化されている測定レンジは１〜２％であるが、近年、生成ガスの純度監視、或いはプロセス用ガスなどのように低濃度の酸素を測定するために、酸素濃度を高感度で測定したいという要求が高まってきている。
図７（ａ）,(ｂ)で示した磁界発生部１３は、第１コイル１６ａ及び第２コイル１６ｂを形成している素線の巻き数を増大して磁界領域Ｍｆの磁界強度を大きくすることで、酸素濃度の測定感度を上げることができる。
【０００９】
しかし、一対の脚部１４ａ，１４ｂに、素線を不規則に巻き付けて第１コイル１６ａ及び第２コイル１６ｂを形成すると、巻き付けた素線の間にデッドスペースが設けられるので、酸素濃度の測定感度を上げるために素線の巻き数を増大した場合には、第１コイル１６ａ及び第２コイル１６ｂの外寸法（図７（ａ）のＬ１）が大きくなり、装置の大型化の面で問題がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁界発生部のコンパクト化を図りながら測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる磁気式酸素分析計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第１補助ガス流入口及び第２補助ガス流入口と、前記第１及び第２補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第１補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に、磁界発生部により磁界をかけることで生じる前記補助ガス流路の流量変化を検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析計において、前記磁界発生部は、一対の脚部が互いに平行に延在した外観略Ｕ字状のコアと、前記一対の脚部に固定され、互いの先端の間にギャップを設けて対向している一対のポールピースと、前記一対の脚部に素線を巻き付けて形成された第１コイル及び第２コイルとを備え、前記第１補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路が、前記一対のポールピースの前記先端の間の前記ギャップに位置するように配置されているとともに、前記素線は、一対の脚部に整列巻きで巻き付けられて第１コイル及び第２コイルを形成している。
【００１２】
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、一対の脚部に整列巻きで巻き付けられて第１コイル及び第２コイルを形成したことで、第１コイル及び第２コイルの外寸法が小さくなる。また、酸素濃度の測定感度を上げるために第１コイル及び第２コイルを形成する素線の巻き数を増大しても、第１コイル及び第２コイルの外寸法の増大を抑制することができるとともに、磁界強度を大きくすることができる。
【００１３】
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記コアを構成する前記一対の脚部が、それぞれが断面長方形状をなし、互いの長辺側の平面が対向している。
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記コアを構成する前記一対の脚部が、それぞれが断面楕円形状をなし、互いの長軸側の曲面が対向している。
これら発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、一対の脚部に巻き付いた素線の全長が増大するので、磁界強度をさらに大きくすることができる。
【００１４】
また、発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、前記一対の脚部は中空形状である。
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気式酸素分析計。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、磁界発生部の軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る磁気式酸素分析計によれば、一対の脚部に整列巻きで巻き付けられて第１コイル及び第２コイルを形成したことで、第１コイル及び第２コイルの外寸法が小さくなり、磁界発生部の小型化を図ることができる。また、酸素濃度の測定感度を上げるために第１コイル及び第２コイルを形成する素線の巻き数を増大しても、第１コイル及び第２コイルの外寸法の増大を抑制することができるとともに、磁界強度を大きくすることができるので、測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１実施形態の磁気式酸素分析計の磁界発生部を示す図である。
【図２】一実施形態の磁界発生部のコアに素線が巻き付いている状態を示す図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の磁界発生部を構成するコアの断面形状を示す図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の磁界発生部を構成するコアの断面形状を示す図である。
【図５】磁気式酸素分析計の測定原理を示す図である。
【図６】磁気式酸素分析計を示す概略構成図である。
【図７】（ａ）は磁気式酸素分析計を構成する従来の磁界発生部を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図６及び図７（ａ），（ｂ）で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図１は、図６で示した磁気式酸素分析計においてサンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近に磁界が発生する磁界領域Ｍｆを形成する本発明に係る一実施形態の磁界発生部２０を示すものである。
【００１８】
本実施形態の磁界発生部２０は、一対の脚部１４ａ，１４ｂが互いに平行に延在した外観略Ｕ字状をなすコア１４と、一対の脚部１４ａ，１４ｂに固定され、互いの先端の間にギャップを設けて対向している一対のポールピース１５ａ，１５ｂと、断面正方形中空形状の一対の脚部１４ａ，１４ｂに素線を巻き付けて形成された第１コイル２１ａ，第２コイル２１ｂとを備えている。
【００１９】
図２に示すように、第１コイル２１ａは、素線２２を脚部１４ａの外周に規則的に隙間を設けずに所定の巻き数で巻き付けられることで形成されている。また、第２コイル２１ｂも、線２２を脚部１４ｂの外周に規則的に隙間を設けずに所定の巻き数で巻き付けられることで形成されている。以下、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂを形成する素線２２の巻き方を整列巻きと称する。
【００２０】
本実施形態の磁界発生部２０は、一対のポールピース１５ａ，１５ｂの先端の間のサンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近を挟み込むように、固定枠１７を介してサンプルセル１に固定されている。そして、磁界発生部２０の第１コイル２１ａ，第２コイル２１ｂに駆動電流を流すと、一対のポールピース１５ａ，１５ｂの先端の間のギャップに磁界が発生して磁界領域Ｍｆを形成する。
【００２１】
本実施形態の磁界発生部２０を備えた磁気式酸素分析計の動作について、図１及び図６を参照して説明する。
サンプルセル１の測定ガス導入口４から導入された測定ガスが測定ガス導出口５に向けて流れる。また、補助ガス供給流路８から供給された補助ガスは、第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０に分流し、第１補助ガス流入口６及び第２補助ガス流入口７からサンプル流路３に流入し、測定ガスと合流して測定ガス導出口５に流れる。また、補助ガス供給流路８から第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０に分流した補助ガスの一部は、第１補助ガス分岐流路９に接続するバイパス流路１１から流量センサ１２に向けて流れるとともに、第２補助ガス分岐流路１０に接続するバイパス流路１１から流量センサ１２に向けて流れる。
【００２２】
そして、測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、サンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近の磁界領域Ｍｆで磁界発生部２０により磁界が発生するが、酸素分子が引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。これにより、第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０のそれぞれからサンプル流路３に補助ガスが流出する際の流体抵抗が同じになり、第１補助ガス分岐流路９からバイパス流路１１内の流量センサ１２を経由する補助ガスの流量と、第２補助ガス分岐流路１０からバイパス流路１１内の流量センサ１２を経由する補助ガスの流量が同じとなる。これにより、流量センサ１２の信号が得られず、検出回路２は酸素濃度を検出しない。
【００２３】
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、サンプル流路３の第１補助ガス流入口６が連通する付近の磁界領域Ｍｆで磁界発生部２０により磁界が発生すると、その部分に酸素分子が引き付けられ、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第１補助ガス分岐流路９からサンプル流路３に補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少する。逆に、サンプル流路３の第２補助ガス流入口７が連通する付近では磁界が発生していないため流体抵抗は増大せず、第１補助ガス流入口６側との比較により補助ガスの流出量が増加する。
【００２４】
これにより、補助ガス供給流路８から第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０に分岐する地点Ｐ０（以下、分岐点Ｐ０と称する）で、補助ガスが第１補助ガス分岐流路９及び第２補助ガス分岐流路１０に分岐する際の分流比が変化し、第１補助ガス分岐流路９からバイパス流路１１内の流量センサ１２を経由する補助ガスの流量と、第２補助ガス分岐流路１０からバイパス流路１１内の流量センサ１２を経由する補助ガスの流量に差が生じ、流量センサ１２が補助ガスの流量変化の信号を得ることで、検出回路２が測定ガスの酸素濃度を検出する。
【００２５】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の磁界発生部２０を構成する第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂは、素線２２を脚部１４ａ，１４ｂの外周に規則的に隙間を設けずに整列巻きで巻き付けられているので、巻き付けた素線２２の間にデッドスペースが発生しない。このため、素線を不規則に巻き付けて第１コイル１６ａ及び第２コイル１６ｂを形成した図７の場合と同一線径の素線２２を使用して同一巻き数で比較すると、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法Ｌ２が小さくなり（Ｌ２＜Ｌ１）、磁界発生部２０の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、酸素濃度の測定感度を上げるために第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの素線２２の巻き数を増大しても、素線２２が整列巻きで脚部１４ａ，１４ｂに巻き付けられていることで第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法の増大を抑制することができ、磁界発生部２０のコンパクト化を図りながら磁界強度を大きくすることができ、測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の磁界発生部２０を構成するコア１４の一対の脚部１４ａ，１４ｂが中空形状とされているので、磁界発生部２０の軽量化も図ることができる。
次に、図３及び図４は、一対の脚部１４ａ，１４ｂの断面形状が異なる他の実施形態の磁界発生部を示すものである。
図３の磁界発生部２３は、一対の脚部２４ａ，２４ｂが互いに平行に延在した外観略Ｕ字状をなすコア２４を備えており、一対の脚部２４ａ，２４ｂは、断面長方形中空形状をなし、互いの長辺側の平面２４ａ１，２４ｂ１が対向して形成されている。
【００２８】
そして、一対の脚部２４ａ，２４ｂに素線２２を巻き付けて第１コイル２１ａ，第２コイル１６ｂを形成する。
ここで、本実施形態の磁界発生部２３の第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法Ｌ３を、第１実施形態の磁界発生部２０の第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法Ｌ２と同一寸法に設定すると、本実施形態の断面長方形状とした脚部２４ａ，２４ｂは、第１実施形態の断面正方形状とした脚部１４ａ，１４ｂと比較して外周面積が増大しているので、第１実施形態より脚部２４ａ，２４ｂに巻き付いた素線２２の全長が増大し、磁界領域Ｍｆの磁界強度が大きくなる。
【００２９】
したがって、本実施形態の磁界発生部２３は、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法の増大を抑制してコンパクト化を図りながら磁界強度を大きくすることができ、測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
また、本実施形態の磁界発生部２３を構成するコア２４の一対の脚部２４ａ，２４ｂが中空形状とされているので、磁界発生部２３の軽量化も図ることができる。
【００３０】
また、図４の磁界発生部２５は、一対の脚部２６ａ，２６ｂが互いに平行に延在した外観略Ｕ字状をなすコア２６を備えており、一対の脚部２６ａ，２６ｂは、断面楕円中空形状をなし、互いの長軸側の曲面２６ａ１，２６ｂ１が対向して形成されている。
そして、一対の脚部２６ａ，２６ｂに素線２２を巻き付けて第１コイル２１ａ，第２コイル１６ｂを形成する。
【００３１】
ここで、本実施形態の磁界発生部２５の第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法Ｌ４を、第１実施形態の磁界発生部２０の第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法Ｌ２と同一寸法に設定すると、本実施形態の断面楕円形状とした脚部２６ａ，２６ｂは、第１実施形態の断面正方形状とした脚部１４ａ，１４ｂと比較して外周面積が増大しているので、第１実施形態より脚部２６ａ，２６ｂに巻き付いた素線２２の全長が増大し、磁界領域Ｍｆの磁界強度が大きくなる。
【００３２】
したがって、本実施形態の磁界発生部２５も、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの外寸法の増大を抑制してコンパクト化を図りながら磁界強度を大きくすることができ、測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
また、本実施形態の磁界発生部２５を構成するコア２６の一対の脚部２６ａ，２６ｂが中空形状とされているので、磁界発生部２５の軽量化も図ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…サンプルセル、２…検出回路、３…サンプル流路、４…測定ガス導入口、５…測定ガス導出口、６…第１補助ガス流入口、７…第２補助ガス流入口、８…補助ガス供給流路、９…第１補助ガス分岐流路、１０…第２補助ガス分岐流路、１１…バイパス流路、１２…流量センサ、１４…コア、１４ａ，１４ｂ…脚部、１５ａ，１５ｂ…ポールピース、１７…固定枠、２０…磁界発生部、２１ａ…第１コイル、２１ｂ…第２コイル、２２…素線、２３…磁界発生部、２４…コア、２４ａ，２４ｂ…脚部、２４ａ１，２４ｂ１…長辺側の平面、２５…磁界発生部、２６…コア、２６ａ，２６ｂ…脚部、２６ａ１，２６ｂ１…長軸側の曲面 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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