(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素酸化物含有ガスを所定の希釈ガスで希釈して窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計測装置であって、
前記希釈ガスとして不活性ガスを取り込み、前記不活性ガスの流量及び別途取り込んだ前記窒素酸化物含有ガスの流量を所望流量にそれぞれ調節する流量調節手段と、
該流量調節手段で流量調節された前記窒素酸化物含有ガス及び前記希釈ガスを混合させて調整ガスを生成するガス混合手段と、
前記調整ガスの窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出手段と、
前記調整ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段における酸素濃度検出値、前記窒素酸化物含有ガスの既知の酸素濃度及び前記窒素酸化物濃度検出手段における窒素酸化物濃度検出値に基づいて、前記不活性ガスによる前記窒素酸化物含有ガスの希釈倍率と前記窒素酸化物含有ガスの窒素酸化物濃度を演算する演算手段と、
前記調整ガスあるいは前記不活性ガスを順次選択して前記酸素濃度検出手段に供給する選択手段と
を備えることを特徴とする窒素酸化物濃度計測装置。
【請求項２】
前記流量調節手段は、前記窒素酸化物含有ガスが流通する第１の毛細管と、前記不活性ガスが流通する第２の毛細管を備えることを特徴とする請求項１記載の窒素酸化物濃度計測装置。
【請求項３】
前記流量調節手段は、恒温槽を備えることを特徴とする請求項１または２記載の窒素酸化物濃度計測装置。
【請求項４】
前記選択手段は、前記調整ガスあるいは前記不活性ガスに加えて、前記希釈ガスで希釈する前の前記窒素酸化物含有ガスを順次選択して前記酸素濃度検出手段に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒素酸化物濃度計測装置。
【請求項５】
前記窒素酸化物含有ガスに含まれる二酸化窒素を一酸化窒素に還元する還元手段と、
該還元手段を迂回する迂回経路と、
前記還元手段あるいは前記迂回経路を択一的に選択する第２の選択手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒素酸化物濃度計測装置。
【請求項６】
前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒素酸化物濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物濃度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１には、燃焼排ガス中の高濃度成分ガスを計測する場合に、センサの保護や計測の継続を目的として窒素酸化物等のサンプルガス（窒素酸化物含有ガス）を希釈することが記載されている。また、下記非特許文献２には、高温の試料ガスを乾燥させるために希釈ガスで希釈することが記載されている。さらに、下記非特許文献３には、成分ガスを希釈ガスで希釈することにより低濃度の調整ガス（校正用ガス）を得る校正用ガス調整装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ハンディタイプ燃焼排ガス計testo340の製品説明ホームページ（http://www.testo.jp/products/01/testo340.html）
【非特許文献２】JIS B 7982 付属書５（規定） 「排ガス中の窒素酸化物自動測定器の試料ガス希釈について」
【非特許文献３】社団法人日本環境技術協会 「環境大気常時監視実務推進マニュアル（第三版）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、サンプルガス（窒素酸化物含有ガス）を希釈して濃度計測を行う場合、サンプルガスの流量と希釈ガスの流量とを所望流量に設定して混合し、当該混合によって得られた調整ガスの濃度をセンサで計測する。そして、この調整ガスの濃度（実計測値）に予め取得された希釈倍率を乗算した値を最終的な濃度計測値とする。この場合、上記希釈倍率は、サンプルガス（窒素酸化物含有ガス）の計測時に得られた直接的な値ではなく、事前に取得された間接的な値なので、誤差要因となり得る。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、窒素酸化物含有ガスを希釈して窒素酸化物濃度を計測するに際して希釈倍率を並行して確認することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、窒素酸化物含有ガスを所定の希釈ガスで希釈して窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計測装置であって、前記希釈ガスとして不活性ガスを取り込み、前記不活性ガスの流量及び別途取り込んだ前記窒素酸化物含有ガスの流量を所望流量にそれぞれ調節する流量調節手段と、該流量調節手段で流量調節された前記窒素酸化物含有ガス及び前記希釈ガスを混合させて調整ガスを生成するガス混合手段と、前記調整ガスの窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出手段と、前記調整ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段における酸素濃度検出値、前記窒素酸化物含有ガスの既知の酸素濃度及び前記窒素酸化物濃度検出手段における窒素酸化物濃度検出値に基づいて、前記不活性ガスによる前記窒素酸化物含有ガスの希釈倍率と前記窒素酸化物含有ガスの窒素酸化物濃度を演算する演算手段とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記流量調節手段は、前記窒素酸化物含有ガスが流通する第１の毛細管と、前記不活性ガスが流通する第２の毛細管を備える、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記流量調節手段は恒温槽を備える、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記調整ガスあるいは前記不活性ガスを順次選択して前記酸素濃度検出手段に供給する選択手段を備える、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記選択手段は、前記調整ガスあるいは前記不活性ガスに加えて、前記希釈ガスで希釈する前の前記窒素酸化物含有ガスを順次選択して前記酸素濃度検出手段に供給する、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段において、前記窒素酸化物含有ガスに含まれる二酸化窒素を一酸化窒素に還元する還元手段と、該還元手段を迂回する迂回経路と、前記還元手段あるいは前記迂回経路を択一的に選択する第２の選択手段とをさらに備える、という手段を採用する。
【００１２】
本発明では、第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、前記不活性ガスは窒素である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、希釈ガスとして酸素を含まない不活性ガスを採用し、窒素酸化物濃度検出手段による調整ガスの窒素酸化物濃度と並行して、酸素濃度検出手段で調整ガスの酸素濃度を検出するので、演算手段において窒素酸化物含有ガスにおける既知の酸素濃度と上記調整ガスの酸素濃度とに基づいて希釈倍率を演算する。
したがって、本発明によれば、窒素酸化物含有ガスを不活性ガスで希釈して窒素酸化物濃度の濃度計測を行うに際して、窒素酸化物含有ガスの希釈倍率を並行して取得することが可能であり、よって希釈倍率を並行して確認しつつ窒素酸化物濃度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒素酸化物濃度計測装置の装置構成を示す系統図である。
【図２】本発明の一実施形態において希釈後のサンプルガス（調整ガス）の酸素濃度と希釈倍率との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る窒素酸化物濃度計測装置の装置構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る窒素酸化物濃度計測装置（以下、単に計測装置という。）について説明する。
この計測装置は、窒素酸化物含有ガスであるサンプルガス（原ガス）を所定の希釈ガスで希釈して窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度を計測する装置であり、図１に示すように希釈部Ａ１と計測部Ａ２とを備える。また、この計測装置は、特に酸素（Ｏ２）が大気（空気）と同程度（約２１％）含まれたもの、例えば空気を窒素酸化物（ＮＯＸ）のキャリアガスとする窒素酸化物含有ガスを計測対象とするものである。
【００１６】
なお、図１では、本発明を説明する上で本質的に重要でない構成要素、例えば各種の開閉弁やフィルタ、またＮＯＸ検出器３０及びＯ２検出器３１の校正に関係する部品等については省略している。
【００１７】
上記サンプルガス（原ガス）は、本実施形態における計測対象ガスであり、上述したように空気（大気）をキャリアガスとし、かつ比較的高濃度の窒素酸化物（ＮＯＸ）を含有する窒素酸化物含有ガスである。また、サンプルガス（原ガス）に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）は、一酸化窒素（ＮＯ）及び／あるいは二酸化窒素（ＮＯ２）である。このようなサンプルガス（原ガス）は、外部のサンプルガス供給源（図示略）から希釈部Ａ１に供給される。
【００１８】
希釈部Ａ１は、サンプルガス（原ガス）を所定の希釈ガス窒素ガス（Ｎ２）によって希釈する機能構成要素である。上記サンプルガス（原ガス）は、計測部Ａ２の濃度計測レンジを越えた高濃度の窒素酸化物（ＮＯＸ）を含有する窒素酸化物含有ガスであり、よって計測部Ａ２で窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度を直接計測することができない。このような事情から、本実施形態に係る計測装置は、計測部Ａ２の前処理部として希釈部Ａ１を備える。
【００１９】
なお、上記希釈ガスについては、酸素（Ｏ２）を含まないものであれば適用可能であるが、サンプルガス（原ガス）に対する化学的安定性の面で不活性ガスが好ましく、また不活性ガスの中で最も安価な窒素（Ｎ２）が好適である。本実施形態においても、この窒素（Ｎ２）を希釈ガスとして採用する。このような希釈ガス（窒素（Ｎ２））は、外部の希釈ガス供給源（図示略）から希釈部Ａ１に供給される。
【００２０】
さて、このような希釈部Ａ１は、図１に示すように、プリコンバータ１、第１除湿器２、第１ＳＰポンプ３、第１ドレンポット４、第１キャピラリ５（第１の毛細管）、第１流量計６、第２キャピラリ７、第３キャピラリ８（第２の毛細管）、第２流量計９、恒温槽１０、ガス混合器１１、吸引ポンプ１２及び第３流量計１３を備えている。
【００２１】
プリコンバータ１は、サンプルガス（原ガス）中に含まれる二酸化窒素（ＮＯ２）の殆どを一酸化窒素（ＮＯ）に還元（化学的還元）する第１還元部である。サンプルガス（原ガス）が一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）を含む場合、プリコンバータ１を通過したサンプルガスは、サンプルガス（原ガス）に本来的に含む一酸化窒素（ＮＯ）とプリコンバータ１による還元処理によって二酸化窒素（ＮＯ２）から新たに生成された一酸化窒素（ＮＯ）とを含む窒素酸化物含有ガスとなる。
【００２２】
このようなプリコンバータ１は、計測部Ａ２における窒素酸化物の検出原理上必要なもの、つまり計測部Ａ２では一酸化窒素（ＮＯ）のみ検出可能であり、二酸化窒素（ＮＯ２）について検出できないという事情に基づいて設けられている。したがって、例えばサンプルガス（原ガス）が一酸化窒素（ＮＯ）のみを窒素酸化物として含む場合には、プリコンバータ１を省略することができる。
【００２３】
第１除湿器２は、上記プリコンバータ１で還元処理されたサンプルガスについて、含有する水分を除去する機器である。この第１除湿器２は、水分を除去したサンプルガスを第１ＳＰポンプ３に供給する一方、サンプルガスから分離した水分を第１ドレンポット４に供給する。第１ＳＰポンプ３は、制御演算部３６による制御の下で作動するポンプであり、第１除湿器２から供給されたサンプルガスを第１キャピラリ５及び第１流量計６に向けて吐出する。第１ドレンポット４は、第１除湿器２から供給された上記水分を一定量貯えて外部に排出する容器である。
【００２４】
第１キャピラリ５は、第１ＳＰポンプ３から供給されるサンプルガスが流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、サンプルガスの流量を所望の第１流量Ｒ１（所望流量）に調節する。第１流量計６は、第１ＳＰポンプ３の吐出口つまり第１キャピラリ５の入口に接続されたオーバーフロー方式のフロート式ガス流量計であり、上記第１ＳＰポンプ３の吐出口つまり第１キャピラリ５の入口の圧力を大気圧に設定する。
【００２５】
第２キャピラリ７は、外部から供給される窒素（Ｎ２）が流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、窒素（Ｎ２）の流量を第２流量Ｒ２に調節して第３キャピラリ８及び第２流量計９に出力する。第３キャピラリ８は、第２キャピラリ７から供給される第２流量Ｒ２の窒素（Ｎ２）が流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、窒素（Ｎ２）を第３流量Ｒ３（所望流量）に調節する。すなわち、外部から供給される窒素（Ｎ２）は、第２キャピラリ７によって第２流量Ｒ２に絞られ、さらに第３キャピラリ８によって第２流量Ｒ２よりも小さな第３流量Ｒ３に絞られる。
【００２６】
第２流量計９は、第２キャピラリ７の出口つまり第３キャピラリ８の入口に接続されたオーバーフロー方式のフロート式ガス流量計であり、上記第２キャピラリ７の出口及び第３キャピラリ８の入口の圧力を大気圧に設定する。
【００２７】
恒温槽１０は、第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８を収容し、当該第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８の環境温度を予め設定された設定温度に保持する温度調節装置である。ここで、上記第１キャピラリ５、第３キャピラリ８及び恒温槽１０は、希釈ガスとして窒素（Ｎ２）を取り込み、当該窒素（Ｎ２）をの流量及び別途取り込んだサンプルガスの流量を所望流量にそれぞれ調節する流量調節手段である。
【００２８】
ガス混合器１１は、第１キャピラリ５で流量調節されたサンプルガスと第３キャピラリ８で流量調節された窒素（Ｎ２）とを撹拌混合させて調整ガスを生成する。図１では、三又状の配管によって第１キャピラリ５の出口と第３キャピラリ８の出口とが接続された後にガス混合器１１の入口に接続されており、より正確には上記三又状の配管とガス混合器１１とによって調整ガスが生成される。このようなガス混合器１１、より正確には三又状の配管及びガス混合器１１は、本実施形態におけるガス混合手段である。なお、ガス混合器１１に２つの入口を設けることにより、ガス混合器１１にサンプルガスと窒素（Ｎ２）とを個別かつ直接に供給してもよい。
【００２９】
ここで、このようなガス混合手段におけるサンプルガスと窒素（Ｎ２）との混合比は、第１キャピラリ５の第１流量Ｒ１と第３キャピラリ８の第３流量Ｒ３とによって理論的に決定される。このような混合比は、窒素（Ｎ２）によるサンプルガスの希釈倍率に対応する量である。
【００３０】
吸引ポンプ１２は、制御演算部３６による制御の下で作動するポンプであり、ガス混合器１１で生成された調整ガスを吸引する。より正確には、吸引ポンプ１２が発揮する吸引力によって、サンプルガスは第１キャピラリ５からガス混合器１１に吸引されると共に窒素（Ｎ２）が第３キャピラリ８からガス混合器１１に吸引され、ガス混合器１１において調整ガスが生成される。この吸引ポンプ１２は、ガス混合器１１から吸引した調整ガスを第３流量計１３及び計測部Ａ２の入口に供給する。
【００３１】
第３流量計１３は、上記吸引ポンプ１２の吐出口つまり計測部Ａ２の入口に接続されたオーバーフロー方式のフロート式ガス流量計である。この第３流量計１３は、上記吸引ポンプ１２の吐出口及び計測部Ａ２の入口の圧力を大気圧に設定する。
【００３２】
一方、計測部Ａ２は、希釈部Ａ１で生成された調整ガス及び希釈部Ａ１を介して別途供給される希釈ガス（窒素（Ｎ２））に基づいて希釈部Ａ１におけるサンプルガスの希釈倍率ＫＲを演算し、この希釈倍率ＫＲと別途検出した調整ガスの窒素酸化物濃度とに基づいてサンプルガスの窒素酸化物濃度を計測する機能構成要素である。なお、調整ガスにおける窒素酸化物（ＮＯＸ）は希釈部Ａ１によって計測部Ａ２の濃度計測レンジ内となるように前処理されているので、計測部Ａ２は、調整ガスの窒素酸化物濃度を安定的かつ正確に計測することができる。
【００３３】
このような計測部Ａ２は、図１に示すように、第２ＳＰポンプ１４、第２除湿器１５、第４流量計１６、第２ドレンポット１７、第３ドレンポット１８、第４キャピラリ１９、メインコンバータ２０（還元手段）、迂回経路２１、第１三方弁２２（第２の選択手段）、第２三方弁２３、第１活性炭槽２４、第５キャピラリ２５、第３三方弁２６（選択手段）、第５流量計２７、オゾン発生器２８、第６キャピラリ２９、ＮＯＸ検出器３０（窒素酸化物濃度検出手段）、Ｏ２検出器３１（酸素濃度検出手段）、第７キャピラリ３２、オゾン分解器３３、第２活性炭槽３４、減圧ポンプ３５、制御演算部３６（演算手段）及び表示部３７を備えている。
【００３４】
第２ＳＰポンプ１４は、制御演算部３６による制御の下で作動するポンプであり、希釈部Ａ１の吸引ポンプ１２から吐出された調整ガスを計測部Ａ２内の取り込む。第２除湿器１５は、上記第２ＳＰポンプ１４から供給された調整ガスの水分及び大気から別途取り込んだ空気の水分を除去する機器である。この第２除湿器１５は、水分を除去した調整ガスを第４流量計１６に供給する一方、調整ガスから分離した水分を第２ドレンポット１７に供給する。また、この第２除湿器１５は、水分を除去した空気（ドライエアー）をオゾン発生器２８に供給する一方、空気から分離した水分を第３ドレンポット１８に供給する。
【００３５】
第４流量計１６は、第２除湿器１５から供給された調整ガスの流量を計測して第４キャピラリ１９及び第１活性炭槽２４に供給する。第２ドレンポット１７は、第２除湿器１５から供給された水分（調整ガスから分離された水分）を一定量貯えて外部に排出する容器である。第３ドレンポット１８は、第２除湿器１５から供給された水分（空気から分離された水分）を一定量貯えて外部に排出する容器である。
【００３６】
第４キャピラリ１９は、第４流量計１６から供給された調整ガスが流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、調整ガスの流量を第４流量Ｒ４に調節してメインコンバータ２０及び迂回経路２１に供給する。メインコンバータ２０は、プリコンバータ１で還元処理されなかったサンプルガス中の二酸化窒素（ＮＯ２）を還元処理する第２還元部である。このメインコンバータ２０によって、サンプルガス中に含まれる全ての二酸化窒素（ＮＯ２）が一酸化窒素（ＮＯ）に変換されて第１三方弁２２に供給される。
【００３７】
迂回経路２１は、メインコンバータ２０を迂回するために設けられた配管であり、メインコンバータ２０を経由させることなく調整ガスを第１三方弁２２に供給する。第１三方弁２２は、制御演算部３６による制御の下で作動する電磁弁であり、メインコンバータ２０から供給された調整ガスあるいは迂回経路２１から供給された調整ガスを択一的に選択して第２三方弁２３に供給する。
【００３８】
第２三方弁２３は、制御演算部３６による制御の下で作動する電磁弁であり、第１三方弁２２から供給された調整ガス（計測対象ガス）をＮＯＸ検出器３０に供給する流路あるいはＮＯＸ検出器３０をバイパスする流路を順次選択する。この第２三方弁２３は、所謂フローチョッピング方式で計測対象ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度をＮＯＸ検出器３０に検出させるためのものであり、予め設定された第１周期Ｔ１で計測対象ガス流路とバイパス流路とを交互に選択することにより計測対象ガスをＮＯＸ検出器３０に間欠的に供給する。
【００３９】
第１活性炭槽２４は、第４流量計１６から供給された調整ガスからＯ２検出器３１の外乱成分となるガス種、つまり強い正磁性を示す窒素酸化物（ＮＯＸ）やＯ２検出器３１にダメージを与えるミストを除去し、この外乱成分となるガス種等が除去された調整ガス（酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）を主成分とするガス）を第３三方弁２６に供給する。第５キャピラリ２５は、外部から供給された窒素（Ｎ２）が流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、窒素（Ｎ２）の流量を第５流量Ｒ５に調節して第３三方弁２６に供給する。
【００４０】
第３三方弁２６は、制御演算部３６による制御の下で作動する電磁弁であり、第１活性炭槽２４から供給された調整ガス（酸素計測用ガス）あるいは第５キャピラリ２５から参照用ガスとして供給された窒素（Ｎ２）を順次選択してＯ２検出器３１に供給する。この第３三方弁２６は、所謂フローチョッピング方式で酸素計測用ガス中及び参照用ガス中の酸素（Ｏ２）の濃度をＯ２検出器３１に検出させるためのものであり、予め設定された第２周期Ｔ２で酸素計測用ガスと参照用ガスとを交互に選択することにより、酸素計測用ガスと参照用ガスとをＯ２検出器３１に間欠的に供給する。
【００４１】
第５流量計２７は、上記第５キャピラリ２５出口つまり第３三方弁２６の一方の入口に接続されたオーバーフロー方式のフロート式ガス流量計である。この第５流量計２７は、上記第５キャピラリ２５出口及び第３三方弁２６の一方の入口の圧力を大気圧に設定する。オゾン発生器２８は、第２除湿器１５から供給されたドライエアー中の酸素（Ｏ２）をオゾン（Ｏ３）に変換する。第６キャピラリ２９は、上記オゾン発生器２８から供給されオゾン（Ｏ３）含有のドライエアーが流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、ドライエアーの流量を第６流量Ｒ６に調節してＮＯＸ検出器３０に供給する。
【００４２】
ＮＯＸ検出器３０は、化学発光法に基づいて第２三方弁２３から供給される調整ガス（計測対象ガス）中の窒素酸化物濃度を第１ＮＯＸ濃度検出値（窒素酸化物濃度検出値）として検出すると共に、計測対象ガスをバイパスさせた時の窒素酸化物濃度を第２ＮＯＸ濃度検出値として検出する。すなわち、このＮＯＸ検出器３０は、計測対象ガス（調整ガス）に第６キャピラリ２９から供給されたオゾン（Ｏ３）含有のドライエアーを混合させた混合ガスを生成し、当該混合ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン（Ｏ３）との化学反応によって発生する化学発光強度を第１ＮＯＸ濃度検出値として出力する。このようなＮＯＸ検出器３０は、上記第１ＮＯＸ濃度検出値及び第２ＮＯＸ濃度検出値を窒素酸化物（ＮＯＸ）に関する濃度検出値として制御演算部３６に出力する。
【００４３】
ここで、化学発光法は、上述したように一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン（Ｏ３）との化学反応を利用する濃度測定手法であり、原理的に一酸化窒素（ＮＯ）の濃度のみが検出可能であり、二酸化窒素（ＮＯ２）の濃度を検出することができない。このような事情から、本実施形態に係る計測装置では、プリコンバータ１及びメインコンバータ２０を備えることにより、サンプルガス中あるいは調整ガス中の二酸化窒素（ＮＯ２）を一酸化窒素（ＮＯ）に還元している。
【００４４】
Ｏ２検出器３１は、磁気力法に基づいて第３三方弁２６から供給される調整ガス（酸素計測用ガス）あるいは参照用ガス（窒素（Ｎ２））の濃度を検出する。すなわち、このＯ２検出器３１は、一定距離を隔てて垂下されると共に内部に窒素が封入された２ 個のガラス球体に強い磁化率を有する酸素（Ｏ２）が作用することにより、この球体の距離が変化する現象を利用することにより、調整ガス（酸素計測用ガス）あるいは参照用ガス（窒素（Ｎ２））の濃度を検出する。
【００４５】
このようなＯ２検出器３１は、調整ガス（酸素計測用ガス）における酸素（Ｏ２）の濃度（第１酸素濃度検出値）及び参照用ガス（窒素（Ｎ２））における酸素（Ｏ２）の濃度（第２酸素濃度検出値）を制御演算部３６に出力する。第７キャピラリ３２は、上記Ｏ２検出器３１から排出された調整ガス（酸素計測用ガス）あるいは参照用ガス（窒素（Ｎ２））が流通する所定管径（流路径）の毛細管であり、調整ガス（酸素計測用ガス）及び参照用ガスの流量を第７流量Ｒ７に調整する。
【００４６】
オゾン分解器３３は、上記ＮＯＸ検出器３０から排出された計測対象ガスとドライエアーとの混合ガス中の残留オゾン（Ｏ３）を分解して無害化するためのものである。このオゾン分解器３３は、残留オゾン（Ｏ３）を分解した混合ガスを第２活性炭槽３４に供給する。第２活性炭槽３４は、このようなオゾン分解器３３から供給された混合ガスから残留一酸化窒素（ＮＯ）を除去する。減圧ポンプ３５は、制御演算部３６による制御の下で作動するポンプであり、第２活性炭槽３４から供給された混合ガスを減圧して大気中に放出する。
【００４７】
制御演算部３６は、Ｏ２検出器３１から時々刻々と入力される第１酸素濃度検出値及びサンプルガス（原ガス）における既知の酸素濃度（原ガス酸素濃度）に基づいて希釈部Ａ１におけるサンプルガスの希釈倍率ＫＲを順次演算し、また上記ＮＯＸ検出器３０から時々刻々と入力される第１ＮＯＸ濃度検出値に上記希釈倍率ＫＲを乗算することにより、希釈部Ａ１で希釈される前のサンプルガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度（計測対象濃度Ｄ）を順次演算する。また、この制御演算部３６は、時系列的に順次演算した上記希釈倍率ＫＲ及び計測対象濃度Ｄを計測画像データに変換して表示部３７に出力する。
【００４８】
さらに、この制御演算部３６は、計測装置の全体動作を制御するために、第１ＳＰポンプ３、吸引ポンプ１２、第２ＳＰポンプ１４、減圧ポンプ３５及び第１〜第３三方弁２２、２３，２６の動作を制御する。表示部３７は、上記制御演算部３６から入力された計測画像データを２次元画像として表示する。
【００４９】
次に、このように構成された計測装置の動作について、図２をも参照して詳しく説明する。
【００５０】
希釈部Ａ１では、制御演算部３６による制御の下で第１ＳＰポンプ３が作動を開始することによって、外部のサンプルガス供給源（図示略）からサンプルガスがプリコンバータ１に取り込まれ、サンプルガス中の二酸化窒素（ＮＯ２）の殆どが一酸化窒素（ＮＯ）に還元される。そして、このような還元処理が施されたサンプルガスは、第１除湿器２で水分が除去されて第１ＳＰポンプ３に流れ込む。
【００５１】
このようにして第１ＳＰポンプ３に流れ込むサンプルガスは、窒素酸化物（ＮＯＸ）の一種である二酸化窒素（ＮＯ２）を含んだものであっても、その殆どが一酸化窒素（ＮＯ）に還元されるので、二酸化窒素（ＮＯ２）の含有量がサンプルガス供給源から取り込まれたサンプルガス（原ガス）よりも大幅に低下したものである。
【００５２】
また、希釈部Ａ１では、制御演算部３６による制御の下で上記第１ＳＰポンプ３と同時に吸引ポンプ１２が作動を開始する。この結果、第１ＳＰポンプ３から吐出したサンプルガスは第１キャピラリ５内に流れ込んで第１流量Ｒ１に流量調節される。また、吸引ポンプ１２が作動を開始することによって、外部の希釈ガス供給源（図示略）から窒素（Ｎ２）が第３キャピラリ８に流れ込んで第３流量Ｒ３に流量調節される。  
【００５３】
そして、第１キャピラリ５で第１流量Ｒ１に流量調節されたサンプルガスは第３キャピラリ８で第３流量Ｒ３に流量調節された窒素（Ｎ２）と混合されることによって希釈されるが、窒素（Ｎ２）によるサンプルガスの希釈倍率は、第１キャピラリ５の第１流量Ｒ１及び第３キャピラリ８の第３流量Ｒ３に専ら依存する。
【００５４】
ここで、例えばサンプルガスの希釈倍率を１０倍に設定しようとする場合、第３流量Ｒ３は第１流量Ｒ１の９倍に設定される。すなわち、第３キャピラリ８として、第１キャピラリ５の９倍の流量の毛細管が選定される。しかしながら、このような第１流量Ｒ１及び第３流量Ｒ３は、第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８の環境温度に応じて変動し得るものである。
【００５５】
このような事情から本実施形態では、第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８を恒温槽１０内に収容して環境温度を一定温度に維持している。この恒温槽１０は、第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８の環境温度を例えば４５°（一定）に維持することにより、第１流量Ｒ１及び第３流量Ｒ３の変動を最小限に抑え、以ってサンプルガスの希釈倍率の変動を最小限に抑える。
【００５６】
また、本実施形態では、第１キャピラリ５の入口に第１流量計６が接続され、また第３キャピラリ８の入口に第２流量計９が接続されることにより、第１キャピラリ５の入口におけるサンプルガスの圧力及び第３キャピラリ８の入口における窒素（Ｎ２）の圧力が大気圧に一定化されている。これによっても、第１流量Ｒ１及び第３流量Ｒ３の変動が最小限に抑制され、よってサンプルガスの希釈倍率の変動が最小限に抑制される。
【００５７】
このようにして窒素（Ｎ２）によって所望の希釈倍率で希釈されたサンプルガスは、ガス混合器１１で撹拌されることにより、偏りなく全体的に窒素（Ｎ２）と混合されて吸引ポンプ１２から計測部Ａ２に吐出される。また、吸引ポンプ１２の吐出口には第３流量計１３が接続されているので、吐出圧は大気圧に一定化されている。
【００５８】
以上が希釈部Ａ１の動作であるが、上記吸引ポンプ１２から吐出した調整ガスは、計測部Ａ２の第２ＳＰポンプ１４によって計測部Ａ２内に取り込まれる。すなわち、調整ガスは、制御演算部３６による制御の下で第２ＳＰポンプ１４が作動することによって、第２除湿器１５に供給されて水分が除去され、さらに第４流量計１６で流量計測された後に第４キャピラリ１９に供給される。
【００５９】
そして、調整ガスは、第４キャピラリ１９において第４流量Ｒ４に流量調節された後、メインコンバータ２０の入力及び迂回経路２１の一端に供給される。そして、メインコンバータ２０に供給された調整ガスは、メインコンバータ２０において調整ガス中の二酸化窒素（ＮＯ２）が還元されて第１三方弁２２に供給される。一方、迂回経路２１の一端に供給された調整ガスは、何ら処理されることなく第１三方弁２２に供給される。
【００６０】
ここで、制御演算部３６は、調整ガス（つまりサンプルガス）が二酸化窒素（ＮＯ２）を含む場合、メインコンバータ２０から供給される調整ガスを選択するように第１三方弁２２を制御し、一方、調整ガスが二酸化窒素（ＮＯ２）を含まない場合、つまり調整ガスが窒素酸化物（ＮＯＸ）として一酸化窒素（ＮＯ）のみを含む場合には、迂回経路２１から供給される調整ガスを選択するように第１三方弁２２を制御する。しかし、何れにしても、第１三方弁２２から第２三方弁２３に供給される調整ガスは、窒素酸化物（ＮＯＸ）として一酸化窒素（ＮＯ）のみを含むものである。このような調整ガス（計測対象ガス）は、第２三方弁２３においてＮＯＸ検出器３０をバイパスした流路と第１周期Ｔ１で交互に選択されてＮＯＸ検出器３０に供給される。
【００６１】
一方、計測部Ａ２では、大気から取り込まれた空気が第２除湿器１５で水分除去されることによりドライエアーが生成され、当該ドライエアーがオゾン発生器２８に供給される。そして、ドライエアー中の酸素（Ｏ２）は、オゾン発生器２８においてオゾン（Ｏ３）に変換され、さらに第６キャピラリ２９において第６流量Ｒ６に流量調節されてＮＯＸ検出器３０に供給される。
【００６２】
そして、ＮＯＸ検出器３０では、第１周期Ｔ１で間欠的に入力される調整ガス（計測対象ガス）にオゾン（Ｏ３）を含むドライエアーが混合されて混合ガスが生成され、調整ガス（計測対象ガス）中の窒素酸化物（ＮＯＸ）つまり一酸化窒素（ＮＯ）の濃度とオゾン（Ｏ３）を含むドライエアーのみのガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）つまり一酸化窒素（ＮＯ）の濃度とが交互に検出される。そして、ＮＯＸ検出器３０は、制御演算部３６に対して、計測対象ガスに関する第１ＮＯＸ濃度検出値とオゾン（Ｏ３）を含むドライエアーのみのガスに関する第２ＮＯＸ濃度検出値とを第１周期Ｔ１で交互に出力する。
【００６３】
ＮＯＸ検出器３０で窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度検出がなされた混合ガスは、オゾン分解器３３で残留オゾン（Ｏ３）が分解された後、第２活性炭槽３４で窒素酸化物（ＮＯＸ）が吸着除去される。このようなオゾン分解器３３及び第２活性炭槽３４を通過した後の混合ガスは、大気放出のための環境基準を十分に満足するものであり、減圧ポンプ３５で減圧された後に大気中に放出される。
【００６４】
一方、第４流量計１６から出力された調整ガスの一部は、第１活性炭槽２４においてＯ２検出器３１の外乱成分となる窒素酸化物（ＮＯＸ）やＯ２検出器３１にダメージを与えるミストが除去された後に第３三方弁２６に供給される。これとは別に、計測部Ａ２には窒素（Ｎ２）が外部の希釈ガス供給源から供給されている。この窒素（Ｎ２）は、Ｏ２検出器３１で調整ガス（酸素計測用ガス）中の酸素（Ｏ２）の濃度を検出する際の比較用ガス（参照用ガス）であり、第５キャピラリ２５で第５流量Ｒ５に流量調節された後に第３三方弁２６に供給される。
【００６５】
このような第１活性炭槽２４から供給される調整ガス（酸素計測用ガス）及び第５キャピラリ２５から供給される窒素（Ｎ２）（参照用ガス）は、第３三方弁２６によって第２周期Ｔ２で交互に選択されてＯ２検出器３１に供給される。すなわち、Ｏ２検出器３１は、ＮＯＸ検出器３０における第１ＮＯＸ濃度検出値及び第２ＮＯＸ濃度検出値の取得と並行して、第２周期Ｔ２で調整ガス（酸素計測用ガス）中の酸素濃度と窒素（Ｎ２）中の酸素濃度とを交互に検出し、制御演算部３６に第１酸素濃度検出値と第２酸素濃度検出値とを交互に出力する。
【００６６】
ここで、希釈ガス供給源から供給される窒素（Ｎ２）は本質的に酸素（Ｏ２）を含まない。したがって、Ｏ２検出器３１で参照用ガスである窒素（Ｎ２）中の酸素濃度を検出した場合、その濃度検出値は「ゼロ」である。
【００６７】
このようにしてＯ２検出器３１で酸素濃度が検出された調整ガスあるいは窒素（Ｎ２）は、第７キャピラリ３２で第７流量Ｒ７に流量調節された後に、減圧ポンプ３５で減圧された後に大気中に放出される。  
【００６８】
一方、制御演算部３６は、Ｏ２検出器３１から入力される第１酸素濃度検出値及びサンプルガス（原ガス）における既知の酸素濃度（原ガス酸素濃度）に基づいて、希釈部Ａ１で行われた窒素（Ｎ２）によるサンプルガスの希釈における希釈倍率ＫＲを演算する。すなわち、大気中の空気は約２１％の酸素を含んであり、このような大気における酸素濃度は変動することのない既知の一定値と考えることができる。これに対して、Ｏ２検出器３１に入力される調整ガス（酸素計測用ガス）は、希釈部Ａ１で行われた窒素（Ｎ２）による希釈の程度つまり希釈倍率ＫＲに応じた酸素濃度となる。したがって、制御演算部３６は、サンプルガス（原ガス）のキャリアガスである空気の酸素濃度（原ガス酸素濃度）とＯ２検出器３１から入力される第１酸素濃度検出値との比率として希釈倍率ＫＲを演算する。
【００６９】
ここで、図２は、窒素（Ｎ２）で希釈した後のサンプルガス中のＯ２濃度（vol％度）と希釈倍率ＫＲとの関係をサンプルガスに元々含まれているＯ２濃度（vol％）つまり外部のサンプルガス供給源から希釈部Ａ１に供給されるサンプルガスのＯ２濃度（vol％）をパラメータとして示した特性図である。この特性図に示すように、希釈後のサンプルガス中のＯ２濃度（vol％度）は、希釈倍率ＫＲに対して反比例の関係にある。すなわち、希釈後のサンプルガス中のＯ２濃度（vol％度）は、希釈倍率ＫＲが大きくなる程に小さくなる。
【００７０】
物理量を検出する際の基本的な原理として、検出量が小さい程に当該検出量に含まれる誤差の割合つまり検出精度が低下する。つまり、Ｏ２検出器３１における第１酸素濃度検出値が小さい程に、上述したように演算される希釈倍率ＫＲの誤差（希釈倍率誤差）が大きくなるので、Ｏ２検出器３１の検出レンジと希釈倍率誤差をの兼ね合いを見て希釈部Ａ１における目標希釈率つまり第１流量Ｒ１と第３流量Ｒ３との比率を設定する必要がある。
【００７１】
なお、本実施形態のように、酸素（Ｏ２）が大気（空気）と同程度（約２１％）含まれたサンプルガス（例えば空気をキャリアガスとする窒素酸化物含有ガス）の場合、希釈部Ａ１においてサンプルガス（原ガス）を２０倍程度まで希釈しても十分な精度で希釈倍率ＫＲを算出することが可能である。
【００７２】
このようにして希釈部Ａ１における希釈倍率ＫＲを演算すると、制御演算部３６は、この希釈倍率ＫＲに第１ＮＯＸ濃度検出値を乗算することによってサンプルガス（原ガス）に元々含まれていた窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度（計測対象濃度Ｄ）を演算する。このような希釈倍率ＫＲ及び計測対象濃度Ｄは、制御演算部３６によって時系列的に繰り返して演算されて計測画像データに取り込まれる。すなわち、表示部３７には、時々刻々とリアルタイムで得られる希釈倍率ＫＲ及び計測対象濃度Ｄ、また必要に応じて生データである第１ＮＯＸ濃度検出値、第２ＮＯＸ濃度検出値、第１酸素濃度検出値及び第２酸素濃度検出値が時系列データとして表示される。
【００７３】
このような本実施形態によれば、希釈ガスとして酸素を含まない窒素（Ｎ２）を採用し、当該窒素（Ｎ２）でサンプルガス（原ガス）を希釈して得られた調整ガス中の酸素濃度（第１酸素濃度検出値）を調整ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃度（計測対象濃度Ｄ）と並行して取得するので、サンプルガス（原ガス）を窒素（Ｎ２）で希釈して計測対象濃度Ｄを取得するに際して希釈倍率ＫＲを並行して取得することができる。したがって、本実施形態によれば、従来よりも精度の高い計測対象濃度Ｄを取得することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、流量調節手段として第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８を採用するので、例えば２つのマスフローコントローラを採用する場合に比較してコストダウンを実現することができる。また、第１キャピラリ５及び第３キャピラリ８を恒温槽１０内に収容するので、第１流量Ｒ１及び第３流量Ｒ３を安定化することができる。また、選択手段として第３三方弁２６を備えるので、第２酸素濃度検出値との比較によって第１酸素濃度検出値の異常を容易に認知することができる。
【００７５】
また、還元手段としてのメインコンバータ２０、迂回経路２１及び第２の選択手段としての第１三方弁２２を備えるので、一酸化窒素（ＮＯ）のみを含むサンプルガス（原ガス）だけではなく、二酸化窒素（ＮＯ２）を含むサンプルガス（原ガス）についても計測対象濃度Ｄを取得することができる。さらには、不活性ガスの中でも安価な窒素（Ｎ２）を希釈ガスとして採用するので、ランニングコストを低減することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上述したように、酸素（Ｏ２）が大気（空気）と同程度（約２１％）含まれたサンプルガス（例えば空気を窒素酸化物（ＮＯＸ）のキャリアガスとする窒素酸化物含有ガス）の場合、サンプルガス（原ガス）を２０倍程度まで希釈しても十分な精度で希釈倍率ＫＲを算出することができる。しかしながら、窒素酸化物含有ガスに含まれる酸素（Ｏ２）の濃度が低下すると、調整ガスに含まれる酸素（Ｏ２）の濃度も低下するので、Ｏ２検出器３１における酸素濃度検出誤差が増大し、この結果として制御演算部３６で演算される希釈倍率ＫＲの誤差（希釈倍率誤差）が増大する。
【００７７】
このような事情に対して、図３に示すように装置構成を工夫することが考えられる。すなわち、この計測装置は、図１に示した計測装置に対して第３活性炭槽３８、第４三方弁３９及び第５三方弁４０を追加したものであり、希釈部Ａ３と計測部Ａ４とを備える。
【００７８】
希釈部Ａ３における第１流量計６は、第１ＳＰポンプ３から供給されたサンプルガスを計測部Ａ４に設けられた第３活性炭槽３８に供給する。第３活性炭槽３８は、第１流量計６から供給されたサンプルガスからＯ２検出器３１の外乱成分となる窒素酸化物（ＮＯＸ）やＯ２検出器３１にダメージを与えるミストを除去し、当該窒素酸化物（ＮＯＸ）が除去されたサンプルガス（酸素計測用ガス）を第４三方弁３９に供給する。第４三方弁３９は、上記第３活性炭槽３８の出口に設けられ、一方、第５三方弁４０は、第１活性炭槽２４の出口に設けられている。
【００７９】
このような第４三方弁３９及び第５三方弁４０は、制御演算部３６によって制御されることにより、第１活性炭槽２４から供給された調整ガス（酸素計測用ガス）あるいは第３活性炭槽３８から供給されたサンプルガス（酸素計測用ガス）を第３周期Ｔ３で交互に第３三方弁２６に出力する。第３三方弁２６は、このような調整ガス（酸素計測用ガス）あるいはサンプルガス（酸素計測用ガス）と第５キャピラリ２５から入力される窒素（Ｎ２）を第２周期Ｔ２で交互に選択することにより、調整ガス（酸素計測用ガス）、サンプルガス（酸素計測用ガス）あるいは窒素（Ｎ２）（参照用ガス）を交互にＯ２検出器３１に供給する。
【００８０】
すなわち、図３の計測装置では、Ｏ２検出器３１が調整ガス（酸素計測用ガス）、窒素（Ｎ２）（参照用ガス）あるいはサンプルガス（酸素計測用ガス）の各酸素濃度を所定の順番で交互に検出する。この結果、制御演算部３６には、調整ガス（酸素計測用ガス）の酸素濃度を示す第１酸素濃度検出値、窒素（Ｎ２）（参照用ガス）の酸素濃度を示す第２酸素濃度検出値に加えて、サンプルガス（酸素計測用ガス）の酸素濃度を示す第３酸素濃度検出値が入力される。そして、この計測装置では、希釈倍率ＫＲに加えて第３酸素濃度検出値が時系列データとして表示部３７に表示される。
【００８１】
このような変形例に係る計測装置によれば、窒素（Ｎ２）（希釈ガス）によって希釈される前、つまり希釈倍率ＫＲの計算に利用される調整ガス（酸素計測用ガス）よりも酸素濃度が希釈倍率ＫＲ分だけ高いサンプルガス（酸素計測用ガス）の酸素濃度を示す第３酸素濃度検出値が時系列データとして表示部３７に表示されるので、希釈倍率ＫＲの変動監視をより良好に行うことが可能である。この計測装置によれば、例えば１０（vol％）程度の酸素（Ｏ２）を含んだサンプルガス（原ガス）であっても、希釈倍率ＫＲの変動を精度よく監視することができる。
【００８２】
（２）上記各実施形態では、還元手段としてのメインコンバータ２０を設けたが、サンプルガス（原ガス）が窒素酸化物（ＮＯＸ）として一酸化窒素（ＮＯ）のみを含む場合には、メインコンバータ２０（還元手段）及び第１三方弁２２を省略して、迂回経路２１と第２三方弁２３とを直接接続してもよい。また、サンプルガス（原ガス）が二酸化窒素（ＮＯ２）を含む場合には、迂回経路２１と第１三方弁２２とを省略し、メインコンバータ２０（還元手段）の出口を第２三方弁２３に直接接続してもよい。
【００８３】
（３）上記各実施形態では、選択手段として第３三方弁２６を設けることにより、調整ガス（酸素計測用ガス）の酸素濃度に加えて、窒素（Ｎ２）の酸素濃度を参照濃度として検出したが、第３三方弁２６（選択手段）を削除して調整ガス（酸素計測用ガス）の酸素濃度のみを検出してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ１  希釈部
Ａ２  計測部
１  プリコンバータ
２  第１除湿器
３  第１ＳＰポンプ
４  第１ドレンポット
５  第１キャピラリ（流量調節手段、第１の毛細管）
６  第１流量計
７  第２キャピラリ
８  第３キャピラリ（流量調節手段、第２の毛細管）
９  第２流量計
１０  恒温槽
１１  ガス混合器（ガス混合手段）
１２  吸引ポンプ
１３  第３流量計
１４  第２ＳＰポンプ
１５  第２除湿器
１６  第４流量計
１７  第２ドレンポット
１８  第３ドレンポット
１９  第４キャピラリ
２０  メインコンバータ（還元手段）
２１  迂回経路
２２  第１三方弁（第２の選択手段）
２３  第２三方弁
２４  第１活性炭槽
２５  第５キャピラリ
２６  第３三方弁（選択手段）
２７  第５流量計
２８  オゾン発生器
２９  第６キャピラリ
３０  ＮＯＸ検出器（窒素酸化物濃度検出手段）
３１  Ｏ２検出器（酸素濃度検出手段）
３２  第７キャピラリ
３３  オゾン分解器
３４  第２活性炭槽
３５  減圧ポンプ
３６  制御演算部（演算手段）
３７  表示部
３８  第３活性炭槽
３９  第４三方弁
４０  第５三方弁
【図１】
0006611316.tif 000002
【図２】
0006611316.tif 000003
【図３】
0006611316.tif 000004