(57)【要約】【課題】流体中の気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏとを、１個の検査機構で応答性良く分析する。【解決手段】気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏとが混在した流体が流れる試料本管１から、径が段階的に拡大する試料採取導入管１１内に気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏとを交互に採取して、真空ポンプにより負圧吸引し、試料検出セル５内に導かれる際に、液体Ｈ２Ｏは膜状噴霧流となって噴霧され、この状態で赤外吸収法によって気体Ｈ２Ｏと区別して検出でき、気体Ｈ２Ｏは濃度で、液体Ｈ２Ｏは積分処理により量を算出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に混在する蒸気状態の気体試料と凝縮状態の液体試料を採取する試料採取導入管と、
内部圧力が調整された試料検出セル部と、
前記試料を、前記試料採取導入管から前記試料検出セル部に、負圧によって吸引して導く負圧吸引機構と、
前記試料検出セル部に導かれた試料を検出する試料検出機構と、
を備え、
前記液体試料を前記検出セル部に導くときに、膜状噴霧流状態にして導きつつ前記試料検出機構で検出するように構成したことを特徴とする気液２相試料分析装置。
【請求項２】
前記試料がＨ２Ｏであることを特徴とする請求項１に記載の気液２相試料分析装置。
【請求項３】
前記試料採取導入管は、入口側から出口側に向かって断面積が拡大する形状としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気液２相試料分析装置。
【請求項４】
前記試料採取導入管は、断面積が滑らかに変化するラッパ形状としたことを特徴とする請求項３に記載の気液２相試料分析装置。
【請求項５】
前記試料検出セル部の圧力調整値は、−４００〜−６５０ｍｍＨｇの範囲とし、液体試料が気化した時の体積膨張によるセル内圧力上昇分を吸収できるように、試料採取量を前記試料検出セル部容積の略１／１０００以下の値とし、および／または試料検出セル部の温度を１１０°Ｃ以上とすることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項６】
前記試料検出セル部と試料検出機構を、各々１個備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項７】
前記試料検出機構は、赤外吸収法によって前記液体試料と気体試料とを区別して検出することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項８】
前記試料検出機構は、液体試料の定量結果として得られる検出信号を時系列に積分して、液体試料の量を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項９】
前記試料検出セル部の内部圧力を可変に調整する圧力調整バルブを含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項１０】
前記試料検出機構の検出特性を校正するため前記試料採取導入管内の液体試料の量を検出する液体試料量検出機構を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項１１】
前記液体試料量検出機構は、前記試料採取導入管内の液体試料の移動方向に離れた２箇所でそれぞれ液体試料の有無を検出するセンサで構成され、該２箇所のセンサでの検出時間差により液体試料の移動速度を算出し、該移動速度と液体試料が連続して検出されている時間とに基づいて、液体試料の重量を検出することを特徴とする請求項１０に記載の気液２相試料分析装置。
【請求項１２】
前記センサは、レーザ光を発光して試料採取導入管内を試料移動方向と直交する方向に貫通させた後受光する発光器及び受光器で構成され、受光量の変化によって液体試料の有無を検出することを特徴とする請求項１１に記載の気液２相試料分析装置。
【請求項１３】
前記試料採取導入管の入口近傍に温度センサを備え、該温度センサで検出される温度毎に異なる前記既知信号値を用いて、該試料検出機構による液体試料検出時の信号と気体試料検出時の信号とを区別することを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれか１つに記載の気液２相試料分析装置。
【請求項１４】
流体中に混在する蒸気状態の気体試料と凝縮状態の液体試料を試料採取導入管に採取し、
前記試料採取導入管に採取された試料を、負圧によって吸引して内部圧力が調整された試料検出セル部に導き、
前記液体試料を、前記試料検出セル部に導くときに膜状噴霧流状態にして導きつつ試料検出機構で検出するようにしたことを特徴とする気液２相試料分析方法。
【請求項１５】
前記試料がＨ２Ｏであることを特徴とする請求項１４に記載の気液２相試料分析方法。
【請求項１６】
前記試料検出機構は、赤外吸収法によって前記液体試料と気体試料とを区別して検出することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の気液２相試料分析方法。
【請求項１７】
液体試料量検出機構によって前記試料採取導入管内の液体試料の量を検出し、該検出値に基づいて前記試料検出機構の検出特性を校正することを特徴とする請求項１４〜請求項１６のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項１８】
前記試料採取導入管内の液体試料の移動方向に離れた２箇所でそれぞれ液体試料の有無を検出し、該２箇所での検出時間差により液体試料の移動速度を算出し、該移動速度と液体試料が連続して検出されている時間とに基づいて、液体試料の重量を検出することを特徴とする請求項１７に記載の気液２相試料分析方法。
【請求項１９】
レーザ光を発光して試料採取導入管内を試料移動方向と直交する方向に貫通させた後受光し、該受光量の変化によって液体試料の有無を検出することを特徴とする請求項１８に記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２０】
前記液体試料量検出機構により検出された液体試料の重量の値を基準値とし、該基準値と同液体試料を前記試料検出機構により検出して得られる信号の値との関係から、該試料検出機構の検出特性を校正することを特徴とする請求項１７〜請求項１９のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２１】
前記液体試料量検出機構から得られる信号に基づいて、前記試料検出機構による液体試料検出時の信号と気体試料検出時の信号とを区別することを特徴とする請求項１７〜請求項２０のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２２】
最大濃度を有した気体試料を前記試料検出機構で検出したときの既知信号値に基づいて、該試料検出機構による液体試料検出時の信号と気体試料検出時の信号とを区別することを特徴とする請求項１７〜請求項２１のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２３】
前記試料採取導入管の入口近傍の温度を検出し、検出される温度毎に異なる前記既知信号値を用いて、該試料検出機構による液体試料検出時の信号と気体試料検出時の信号とを区別することを特徴とする請求項２２に記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２４】
前記液体試料量検出機構の検出値に基づいて前記試料採取導入管内に壁流として留まる液体試料の未検出分を補正する機能を有することを特徴とする請求項１７〜請求項２３のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２５】
前記液体試料量検出機構の検出値を用いて校正した試料検出機構の液体試料検出特性と気体試料検出特性とを合成して、気液混相試料検出特性を作成する機能を有することを特徴とする請求項１７〜請求項２４のいずれか１つに記載の気液２相試料分析方法。
【請求項２６】
前記気液混相試料検出特性に生じる不感帯領域を認識し、補正する機能を有することを特徴とする請求項２５に記載の気液２相試料分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中に混在するＨ２Ｏなど蒸気状態の気体試料と凝縮状態の液体試料を分析する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気液混合流体中の水分を測定する従来技術として、以下のような技術がある。このものでは、バッファータンクの内部を仕切板によって上流側室と下流側室に仕切り、仕切板に２つの連通孔を上下方向に離間させて設け、下方側の連通孔は排出口より下方に位置し電磁流量計が設けられる。上部側室に導かれる流体のうち気体は上側の連通孔を通って下流側室に導かれ、液体は電磁流量計を通り流量を測定された後、排出口から排出される。流体が気体のみになったとき、液体はタンク底部に溜まった状態となり、電磁流量計はこの溜まった液体中に水没しているので、気体が電磁流量計を通ることがない（特許文献１参照）。
【０００３】
別の従来例として、気体と液体とを混合する混合室から噴射されて混相流中の液体の流量を測定する流量測定装置で、噴射混相流中の液体の噴射量を気体の噴射量と分離して噴出量を測定する流量測定装置がある（特許文献２参照）。
【０００４】
また、試料ガス中のＨ２Ｏ成分を赤外吸収法で測定する場合、濃度の異なる既知濃度ガス、数点を分析装置に流し、それぞれの既知濃度と検出量との関係を得て検量特性を作成し、作成した検量特性を基準に対象ガス成分を検出し濃度に換算し出力しているのが一般的である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３０４１３２号公報
【特許文献２】
特開平８−３３４３９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術では、流体中から気体成分と液体成分とを特定して定量できる構成ではなく、液体流量と気体流量とを測定するセンサを別個に要し、第１の従来技術では液体を溜めてから流量を検出するため応答が遅く、第２の従来技術では気液混合後の液体流量を算出するために、混合前の液体流量を検出する必要があり、測定も複雑となるなどの問題がある。
【０００７】
さらに、上記赤外吸収法においても、液体Ｈ２Ｏの既知量を表わす基準値がなく、また、液体Ｈ２Ｏの検出結果を濃度で表わすことができず、したがって、試料中の１成分であるＨ２Ｏ成分の液体状態・気体状態を、一つの検出手段で連続で重量もしくは濃度で検出結果を定量しうる方法が無かった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、流体中の気体試料と液体試料とを特定しながら共通の検出機構で応答性よく検出できるようにすること及び定量分析が行えるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、以下のように構成される。
試料採取導入管内に、流体中に混在する蒸気状態の気体試料と凝縮状態の液体試料を採取する。
【００１０】
前記試料採取導入管に採取された試料を、負圧吸引機構によって負圧で吸引して試料検出セル部内に導く。
前記液体試料を前記試料検出セル部に導くときに膜状噴霧流状態にして導きつつ試料検出機構で検出する。
【００１１】
これにより、膜状噴霧流状態にした液体試料と気体試料とを区別しながら、１個の試料検出機構で応答性良く検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
基本構成を説明すると、試料本管１内には、試料として水蒸気状態の気体Ｈ２Ｏと凝縮状態の液体Ｈ２Ｏが混在する流体が流動し、該試料本管１内に先端部が貫通して連結され試料を採取する試料採取導入管１１は、入口径を最小径とした極細管２と、該極細管２より断面の径を拡大した中細管３と、さらに断面の径を拡大して最大とした細管４と、を接続して、３段階に断面径を変化させて拡大した構成の経路形状を備える。
【００１３】
前記試料採取導入管１１の下流端部（細管４）には試料検出セル部５が連結し、負圧吸引機構である真空ポンプ６により負圧吸引力で試料採取導入管１１から試料検出セル部５内に試料を導き流入させる。
【００１４】
さらに、前記試料検出セル部５内の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整バルブ７と、試料検出セル部５内の圧力変動を防止する圧力バッファタンク８と、試料検出セル部５内の圧力をモニターする圧力センサ９と、試料検出セル部５の温度を所定の温度に調整するための検出セル用温度センサ１０と、試料採取導入管１１内の温度を所定の温度に調整するための試料採取導入管用温度センサ１２と、試料検出機構としての赤外吸収部１３とを備えている。
【００１５】
前記赤外吸収部１３は、赤外照射用光源１４と、赤外断続チョッパ１５と、Ｈ２Ｏ定性用光学フィルタ１６と、検出センサ１７と、プリアンプ１８と、信号演算処理部１９と、液体Ｈ２Ｏの検出値を積分して流量を演算出力する積分演算部２０により構成される。このように、液体Ｈ２Ｏの定量結果として得られる検出信号を時系列に積分する演算機能を備えたことにより、測定精度が向上できる。
【００１６】
次に作用を説明する。
試料本管１に混在する気液Ｈ２Ｏ成分を含む流体は、極細管２より真空ポンプ６と圧力調整バルブ７で調圧されて、概ね−４００ｍｍＨｇ〜−６５０ｍｍＨｇの負圧力によって吸引される。吸引する試料量は極細管２の径（φ０．５以下）の効果により、試料本管１側で３気圧程度の圧力変動があっても赤外吸収検出部１３で検出する検出値が圧力の影響を受けることなく、一定小流量を確保できる。
【００１７】
極細管２採取口より採取された気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏは気液が前後しながら吸引され、初期に採取した状態を維持しながら極細管２管内を移動する。採取試料は極細管２より大きい断面径を有する中細管３に導かれ、液体Ｈ２Ｏの形を径方向に拡大させ長さ方向に短く変形させながら移動し、さらに、最大径を有する細管４に導かれ、液体Ｈ２Ｏの形は一段と径方向に拡大し、長さ方向は短くなるように変形する。
【００１８】
極細管２から細管４に至る移動の様子を表した模式図を、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。つまり、細管４での出口では液体Ｈ２Ｏの形状は膜状態に変形しやすくなっているが、この状態から強力に噴出させるようにすることにより、“膜状噴霧流”状態が実現でき、この膜状噴霧流が試料検出セル部５に噴霧されて、試料検出セル部５で−４００〜−６５０ｍｍＨｇの高負圧条件と、１１０°Ｃ以上に制御されている温度条件と、液体Ｈ２Ｏ気化時体積膨張によるセル内圧力上昇分を吸収できる検出セル容積条件とによって、瞬時に噴霧を気化させつつ試料検出セル部５出口より排出される。
【００１９】
そして、この瞬時に噴霧したときの試料検出セル部５での状態を、第１実施形態で選定した赤外吸収法原理に基づく検出センサ１７で赤外線量を観ると、噴霧粒径によって赤外線の散乱が引き起こされ、さらに赤外吸収が重畳されて見掛けの赤外吸収係数が噴霧Ｈ２Ｏ＞＞気体Ｈ２Ｏの関係になるため、非常に大きい赤外吸収量を得ることができる。このことが、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏを分離して定量することを可能としている。このように、１個の試料検出セル部と試料検出機構で、流体中に混在する気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏの２相をそれぞれ連続的にかつ同時性をもって定量できる。
【００２０】
ここで、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏを含む流体が試料採取導入管の中を交互に液体、気体、液体、…と並んで移動し、極細管２から細管４に段階的に断面径を拡大させた後、細管４の出口で液体Ｈ２Ｏが膜状噴霧流となるメカニズムについては、辻　正一著「容器内流れ学」（日刊工業新聞社発行　昭和５９年６月３０日初版）の「４．２噴霧流」における噴出速度と表面張力の関係式を参考にし、図３を用いて以下説明する。ただし、関係式は説明の簡素化を図るため粘性は無視し、文献の該当部分の内容説明は省く。
【００２１】
いま、液体の噴出速度と表面張力の関係式より図３（ａ）より、入口側圧（試料採取側）をＰ０、出口側圧（検出セル側）をＰ１、入口径をＤ０、出口径をＤ１、管出口側に働く力（表面張力にうち勝ち液流体を管から引っ張り出そうとする力）Ｆ１とする。ここでは、Ｐ０＞Ｐ１である。
【００２２】
まず、試料採取導入管１１が入口から出口に至るまで同一管径とした場合を考えてみると、入口径Ｄ０＝出口径Ｄ１である。流体を管から引っ張り出そうとする力Ｆ１は、
Ｆ１＝Ｐ１・Ｄ０−Ｐ０・Ｄ０・・・・・（１）
となる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示す、出口側管径を拡大した場合を考えてみると、液流体を管から引っ張り出そうとする力Ｆ２はＤ０＜Ｄ１となることから
Ｆ２＝Ｐ１・Ｄ１−Ｐ０・Ｄ０・・・・・・（２）
となり、（１）と（２）よりＤ０＜Ｄ１であるからＦは、
Ｆ２＞Ｆ１・・・・・（３）
となる。
【００２４】
液流体を管から引っ張り出そうとする力Ｆが大きくなることは、文献に記載されている“流速による液体流の変化”を表した図より、流体流は膜状噴霧流の方向に進むといえる。この膜状噴霧流を発生させる、引っ張ろうとする力Ｆを有効に引き出せるようにしたのが、“入口径を最小径として、下流方向に向かって断面径を段階的に拡大させて、出口径を最大となるようにした試料採取導入管１１の経路形状”であることが容易に理解できよう。
【００２５】
膜状噴霧流にする、もう一つの大きな効果は、試料検出セル部５で瞬時に噴霧を促進させ試料検出セル部５より瞬時に排出させることにある。この瞬時の噴霧→排出が試料検出セル部５内での水分滞留現象による検出指示値のテーリング（立下り応答が悪い状態）を防止し、液体Ｈ２Ｏを連続採取しても連続検出を可能としている。
【００２６】
また、瞬時の噴霧→気化→排出には、試料検出セル部５内の圧力と温度と容積が寄与することは、いうまでもない。圧力は−４００ｍｍＨｇ〜−６５０ｍｍＨｇ、温度は１１０°Ｃ以上、セル容積は液体Ｈ２Ｏが気化したときの体積膨張によるセル内圧力上昇分を吸収できる採取試料の略１０００倍が目安である。
【００２７】
次に、第１の実施形態に基づいて、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏが混在する試料の中から液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏとを実験的に得た結果について説明する。
極細管２の内径φ０．１、中細管３の内径φ０．２５、細管Ｃ　４の内径φ０．５として試料採取導入管１１部を構成して実験を行った。詳細な説明は省く。図４（ａ）に“トラのシッポ”状に移動する様子を模式的に示す。
【００２８】
その“トラのシッポ”状に連なる気体Ｈ２Ｏ、液体Ｈ２Ｏを順次、赤外吸収法で検出した様子を表わした結果を図４（ｂ）に示す。この結果で、定常的に一定の値を示しているのが試料中の気体Ｈ２Ｏ値を示し、スパイク状変化しているのが液体Ｈ２Ｏ値を示す。
【００２９】
液体Ｈ２Ｏ値を定量し、かつ、テーリングも無く“トラのシッポ”状に連なる気体Ｈ２Ｏ、液体Ｈ２Ｏを次々に連続で応答良く検出していることが理解されよう。この時のスパイク状変化の立上り・立下り応答時間は略１秒である。なお、試料採取導入管１１経路内において、気体Ｈ２Ｏが新たに結露しない構成としていることは勿論である。
【００３０】
次に、第２の実施形態を、図５に基づいて説明する。第１の実施形態と重複する構成及び作用については説明を省く。
本実施形態では、試料採取導入管１１の形状を、試料検出セル部５側に向かって、エクスポネンシャルで断面積が拡大（つまり管が、ラッパ形状）するようにしている。これにより、第１の実施形態の段階的形状による繋ぎ部の段付きが及ぼす流れの乱れを防止し、出口において理想的な膜状噴霧流を生み出すことができる。そして、このように、ラッパ形状とすることで流体の移動を速やかにし、検出精度の向上や再現性を良くする効果が期待できる。断面積の変化のさせかたについて、以下補足説明をする。いま管の中に在る液体について、軸方向にｘの位置での断面積をＳｘ、ｘからｄｘ進んだ位置での断面積をＳｘ＋ｄｘとすると、ｘとｘ＋ｄｘの間の液体要素に作用する力Ｆは、液圧をｐとすると
Ｆ＝ｐ・（Ｓｘ＋ｄｘ−Ｓｘ）＝ｐ・ΔＳ・・・・・（４）
と表され、液体要素の質量ｍは液体密度をρとすると
ｍ≒ρ・Ｓｘ・ｄｘ・・・・・（５）
と表される。Ｆ／ｍは液体要素の加速度を表すが、これをｘに係わらず一定値ｃとすると、
ΔＳ／Ｓ＝（ｃ・ρ／ｐ）・ｄｘ・・・・・（６）
となり、（６）式の両辺を積分すると、
ｌｎＳ＝（ｃρ／ｐ）・ｘ・・・・・（７）
となり、（７）式を変形すると、
Ｓ＝ｅｘｐ　［（ｃρ／ｐ）・ｘ］・・・・・（８）
の関係を得る。これは断面積Ｓが軸方向ｘに対してエクスポネンシャルに変化することを表しており、液体要素が一定の加速度ｃで加速しながら断面積Ｓが一定の変化率で増加して薄膜になっていくことがわかる。このように、本実施形態では、スムーズな面積変化が実現でき、入口で柱状の試料を出口では膜状の試料に無理なく変化させることができる。
【００３１】
次に、第３の実施形態を、図６に基づいて説明する。第１の実施形態と重複する構成及び作用については説明を省く。
本実施形態では、試料採取導入管１１の形状を、試料検出セル部５側に向かって直線的に断面積が拡大する形状にしたものである。この形状は加工しやすいという長所があるが、この形状においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ、第２の実施形態と同様、繋ぎ部の段付きが及ぼす流れの乱れを防止し、出口において理想的な膜状噴霧流を生み出すことができる。
【００３２】
その他、膜状噴霧流となる形状径を有するものであれば第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、第４の実施形態を、図７に基づいて説明する。第１の実施形態と重複する構成及び作用については説明を省く。
【００３３】
本実施形態は、検出センサに酸素イオン伝導型固体電解質センサ４０を用いた場合で、検出セル部５に噴射される液体Ｈ２Ｏもしくは、気体Ｈ２Ｏを混在している試料中の酸素濃度を間接的に検出することで、既述の赤外吸収部１３と同様の結果を得ることができる。但し、試料に高濃度の可燃性ガスが混在する時はこの限りでは無い。
【００３４】
検出センサには、この他、Ｈ２Ｏ量を検出できる検出機構であれば、その効果は赤外吸収法と同様の結果が得られる。
以上、試料中に混在する液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏを試料採取導入管内で変化させること無く、試料採取導入管出口において液体Ｈ２Ｏを瞬時に噴霧状態にすることにより、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏを共通の１個の検出機構でそれぞれ定量できることを、述べてきた。
【００３５】
また、本発明は極細管の試料導入経路であることと、−４００〜−６５０ｍｍＨｇという高負圧化で試料を吸引することが、高速サンプルと膜状噴霧流を安定的に実現する上で効果的であることも理解されよう。
【００３６】
なお、試料検出セル部内の圧力範囲−４００〜−６５０ｍｍＨｇが望ましいことについて、詳しい補足説明を以下に行う。図９（ａ）（ｂ）は説明用の模式図である。
図８（ａ）は、採取液体Ｈ２Ｏ量を一定とした時の検出感度とテーリングの関係を示した図で、−４００ｍｍＨｇより低い負圧力ではテーリングが拡大し、−６５０ｍｍＨｇより高い負圧力では感度低下を招く結果を表している。この結果より、分析装置の性能として必要な測定精度を得ることができる試料検出セル部内の圧力の適用範囲を限定している。
【００３７】
図８（ｂ）にセル圧と、検出感度および線速度の関係を膜状噴霧流化可能領域と検出可能領域を図示した模式図を参考に示す。
次に、以上示した分析装置において前記検出セル部による検出特性を校正（作成）する構成を付加した実施形態を説明する。
【００３８】
該第５の実施形態を示す図９において、極細管２と中細管３の間に極細管２と同等の内径を有する透明管１００を接続している。その透明管１００の内部を断面方向、すなわち、試料移動方向と直交する方向にレーザー光を貫通させるようにレーザー光を発光する発光器１０１ａと、透明管１００の内部を貫通したレーザー光を受光する受光器１０２ａとで構成される第１流体センサ１０１を備え、該第１流体センサ１０１から下流方向に一定距離をおいて、同様の発光器１０２ａと受光器１０２ｂとで構成される第２流体センサ１０２を備える。
【００３９】
また、試料本管１側壁には、該試料本管１内の試料温度を測定する温度センサ１５０を備えている。
定量化するための信号演算アルゴリズム部は、前記第１流体センサ１０１の受光器１０１ａ及び第２流体センサ１０２の受光器１０２ｂの信号を演算する流量時間検出演算部１０３と、流速・重量演算部１０４と、同期信号発生演算部１０５と、壁流選別処理演算部１０６と、液気判定演算部１０７と、液相検量特性演算部１０８と、気相検量特性演算部１０９と、気液混相検量特性演算部１１０と、信号積分および出力調整回路部１１１と、温度センサ信号演算部１１２と、ダイレクト信号出力回路部１１３と、液気判別基準信号演算部１１４で構成する。その他メインアンプ２１を備える以外の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。
【００４０】
次に、本実施形態における校正方法を、図１０〜図１５に基づいて説明する。［液体Ｈ２Ｏ検量特性取得方法について］
まず、透明管１００内に移動してくる液体Ｈ２Ｏ流体が第１流体センサ１０１の発光器１０１ａと受光器１０１ａの間を通過することによって、該第１流体センサ１０１の（受光器１０１ａから出力される）信号が変位する。この変位時間は液体Ｈ２Ｏ流体の長さを示すことになり、Δｔ１ａとする。次に、同液体Ｈ２Ｏ流体は第２流体センサ１０２の発光器１０２ａと受光器１０２ａの間に移動して通過し同様に変位信号を得る。この時の変位時間をΔｔ１ｂとすると管内壁面への損失が無ければΔｔ１ａ＝Δｔ１ｂで同じ値をとる。Δｔ１ａ＞Δｔ１ｂの時は壁流損失が大きい場合である。
【００４１】
また、第１流体センサ１０１が液体Ｈ２Ｏ流体の先端を検出して立ち上る立上がり信号と、同様に第２流体センサ１０２が検出する立上り信号と、の２点間の検出信号から液体Ｈ２Ｏ流体の移動時間ΔＴ１を算出する。
【００４２】
この結果より、前記２点間の距離をＭとして、液体Ｈ２Ｏ流体が移動したときの流速Ｖを、Ｖ＝Ｍ／ΔＴ１として算出する。
さらに、透明管１００の管内断面積をＳ、Ｈ２Ｏの比重をρとすると、液体Ｈ２Ｏ流体の重量ｇが、次式のように算出される。
【００４３】
ｇ＝Ｓ×Ｖ／Δｔ１ａ×ρ
このようにして算出した液体Ｈ２Ｏ流体の重量ｇを基準重量値とし、この基準重量値と検出センサ１７から得られる赤外検出信号量との関係を表わすことで、検量特性が作成（校正）でき基準スケールを確立できる。当然のことながら、基準重量値が変化した値を、それぞれの赤外検出信号量との関係を得ることで検量特性グラフが得られる。この液体Ｈ２Ｏ検量特性の関係式を液相検量特性演算部１０９に格納し、液体Ｈ２Ｏ試料の検出センサ１７信号値を重量に変換するための演算に用いる。
【００４４】
以上の方法で得た検量結果を模式的に表した液相検量特性グラフを図１１（Ａ）に示す。
次に、気体Ｈ２Ｏ試料の検量特性取得方法について説明する。
【００４５】
気体Ｈ２Ｏの場合は、試料本管１に既知濃度の気体Ｈ２Ｏを流し試料採取する。該既知気体Ｈ２Ｏは濃度変化することなく、試料採取導入管１１を通り、Ｈ２Ｏ検出セル部５に導かれ検出センサ１７によって既知濃度に応じた信号値を出力する。同様に異なった既知濃度の気体Ｈ２Ｏについて同様の計測を、数点実施することで気体Ｈ２Ｏの検量特性（図１１（Ｂ）に示す）を得ることができる。気体Ｈ２Ｏ検量特性の関係式を気相検量特性演算部１１０に格納し、気体Ｈ２Ｏ試料に対して検出センサ１７で得られた信号値を濃度に変換するための演算に用いる。試料が気体Ｈ２Ｏであることから、第１流体センサ１０１及び第２流体センサ１０２での信号値変化は無い。
【００４６】
ここで、同じ検出センサ１７で得た検出信号でありながら、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏの検量特性には明らかな違いがある。すなわち、液体Ｈ２Ｏに対しては検出センサ１７の出力値は重量を表し、気体Ｈ２Ｏに対しては検出センサ１７の出力値は濃度を示す関係にあるが、一つの検出センサ１７で検出した結果を液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏに分離、かつ精度良く重量もしくは濃度で出力するため、以下の方法を見出した。
【００４７】
［検出結果の分離法アルゴリズムについて］
検出センサ１７で得る信号は液体Ｈ２Ｏの信号か、気体Ｈ２Ｏの信号か、を判別する必要がある。この判別を二つの方法で判別し検出精度の信頼性を高める。
【００４８】
ａ．第１流体センサ１０１と第２流体センサ１０２の信号から同期認識信号を得て気液を判別する。
ｂ．気体Ｈ２Ｏの既知最大濃度時の検出センサ１７で得られた信号値を気液判別基準信号とする。
【００４９】
ａについては、同期認識信号は第１流体センサ１０１と第２流体センサ１０２の信号から流量時間検出演算部１０３と流速・重量演算部１０４で流速を算出し、同期信号発生演算部１０５で第１流体センサ１０１からＨ２Ｏ検出セル部５までの到達時間（液体Ｈ２Ｏ試料移動時間＝図１０の遅れ時間　Ｔｈ２ｏに相当する）を算出する。この同期認識信号を液気判定演算部１０７で検出センサ１７のから得られるメインアンプ１９後の検出信号と同期することによって、同検出信号を液体Ｈ２Ｏと認識するものである。
【００５０】
ｂについては、前記同期認識信号に加え、検出センサ１７の検出信号値を判別基準信号として適用するものである。すなわち、既知最大濃度の気体Ｈ２Ｏ試料（本実施形態では温度１００°Ｃ、相対湿度１００％の水蒸気の試料をいう）を導入し、検出センサ１７で検出信号値を得る。この信号値は気体Ｈ２Ｏ状態での最大値となる。一方、液体Ｈ２Ｏ試料での検出センサ１７での検出信号値は、確実に前記最大検出信号値を超えることから判別基準信号として用いることができる。あるいは、誤差を考慮して前記最大検出信号値に若干のマージン加えた値を判別基準信号としてもよい。この判別基準信号を、液気判別基準信号演算部１１４に格納し、液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏとの判別に用いる。なお、液体Ｈ２Ｏの検出信号値が気体Ｈ２Ｏの最大検出信号値を超える理由は、Ｈ２Ｏ密度が桁違いに異なる液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏを、赤外吸収法を用いた共通の検出センサ１７で検出していることで容易に理解されよう。
【００５１】
また、前記判別基準信号を試料本管１の温度変化にも対応させて設定することで、より精度の高い信号を得ることができる。すなわち、予め、各温度（概ね５０〜１００°Ｃ間の１０°Ｃ毎）における温度と最大検出信号値の関係式を求めておくことで、温度センサ１５０で検出する試料本管１の温度に応じた判別基準信号をリアルタイムに得ることで、より精度の高い検出結果を表わすことができる。判別基準信号は液気判別基準信号演算部１１４　に格納される。
【００５２】
このように、同期認識信号と判別基準信号のいずれか、あるいはこれらを併用して（併用の場合は両信号が共に液体Ｈ２Ｏと判定したときに液体Ｈ２Ｏと判定する）、液体Ｈ２Ｏの信号か、気体Ｈ２Ｏの信号か、を確実に判別しつつ、検出センサ１７の検出結果により液体Ｈ２Ｏは重量、気体Ｈ２Ｏは濃度を精度よく算出することができる。
【００５３】
［液体Ｈ２Ｏ壁流補正について］
前述したように、流体センサ受光部１０２ａと流体センサ受光部１０２ｂから検出される信号Δｔ１ａとΔｔ１ｂがΔｔ１ａ＝Δｔ１ｂであれば管内壁面への損失が無いとみなすことができるが、Δｔ１ａ＞Δｔ１ｂの時は壁流損失していることになる。この壁流損失分をΔｔ１ａとΔｔ１ｂのデータを基に壁流損失補正係数値を壁流選別処理演算部１０６で算出し、損失して検出センサ１７で検出できなかった検出信号量を補正する。これにより、精度を高めることができる。
【００５４】
［不感帯ゾーンについて］
不感帯ゾーンとは、試料採取導入管１１でＨ２Ｏ試料が水滴状態で第１、第２流体センサ１０１，１０２（受光器１０１ｂ，１０２ｂ）が正しく検出できないことをいう（図１１（Ｃ）に水滴状態の模式図を示す）。この水滴状態Ｈ２Ｏ試料を第１、第２流体センサ１０１，１０２で正しく検出することは困難であることから、液相検量特性と気相検量特性を合体し気液混相検量特性を作成することで、検出センサ１７から得られる水滴状態Ｈ２Ｏ試料の検出信号値を気液混相検量特性を用いて重量換算した信号を出力できるようにした。気液混相検量特性グラフを図１２に示す。これにより、水滴状態のＨ２Ｏも精度よく定量検出できる。
【００５５】
以上、説明してきたように、本実施形態は、気体Ｈ２Ｏ・液体Ｈ２Ｏ・水滴Ｈ２Ｏといかなる状態でのＨ２Ｏであっても、重量もしくは濃度として高速・連続で精度よく測定しうるＨ２Ｏ分析法の校正方法を提供するものである。
【００５６】
以上は、試料としてＨ２Ｏを分析するものについて示したが、本発明は、この他の流体中に気相と液相とで混在する試料の分析に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態で試料採取導入管内を気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏとが“トラのシッポ”状に導入された状態で移動する様子を模式的に表した図。
【図３】膜状噴霧流形成を表わす簡単な断面図で、（ａ）は入口径＝出口径、（ｂ）は入口径＜出口径の状態を示す。
【図４】第１の実施形態、テスト的に得た液体Ｈ２Ｏと気体Ｈ２Ｏの検出結果を模式的に表した図。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態における試料採取導入管経路形状を表わした図。
【図７】本発明の第４の実施形態の構成を示す図。
【図８】第１の実施形態において、（ａ）は試料検出セル部内の圧力と検出感度およびテーリングの関係を表した図、（ｂ）は試料検出セル部内の圧力、線速度および検出感度特性を表した模式図。
【図９】本発明の校正機能を含む第５の実施形態の構成を示す図。
【図１０】同上実施形態で試料採取導入管内を気体Ｈ２Ｏと液体Ｈ２Ｏが“トラのシッポ”状で移動し流体センサが検出する様子の模式図と、流体センサおよび赤外検出センサが検出する信号のタイムチャート。
【図１１】同上実施形態で得られる液相検量特性グラフ、気相検量特性グラフおよび気液混相検量特性グラフと、不感帯ゾーンと液気判定信号レベル値を記して模式的に表した図。
【図１２】同上実施形態で、水滴が試料採取導入管内を移動する様子を模式的に表した図と流体センサおよび赤外検出センサが検出する信号のタイムチャート。
【符号の説明】
１…試料本管　　２…極細管　　３…中細管　　４…細管　　５…試料検出セル部　　６…真空ポンプ　　７…圧力調整バルブ　　８…圧力バッファタンク
９…圧力センサ　　１０…試料検出セル部用温度センサ　　１１…試料採取導入管
１２…試料採取導入管用温度センサ　　１３…赤外吸収検出部　　１４…赤外照射用光源　　１５…赤外断続チョッパ　　１６…Ｈ２Ｏ定性用光学フィルタ　　１７…検出センサ　　１９…信号演算処理部　　２０…積分演算部　　４０…酸素イオン伝導型固体電解質センサ　　１００…透明管　　１０１…第１流体センサ　　１０１ａ…発光器
１０１ｂ…受光器　　１０２…第２流体センサ　　１０２ａ…発光器　　１０２ｂ…受光器
１０３…流量時間検出演算部　　１０４…流速・重量演算部　　１０５…同期信号発生演算部　　１０６…壁流選別処理演算部　　１０７…液気判定演算部　　１０８…液相検量特性演算部　　１０９…気相検量特性演算部　　１１０…気液混相検量特性演算部
１１１…信号積分および出力調整回路部　　１１２…温度センサ信号演算部　　１１３…ダイレクト信号出力回路部
１１４…液気判別基準信号演算部　　１５０…試料本管内温度センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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