(57)【要約】【課題】磁気式酸素分析装置において、サンプルガスを流す流路をメイン流路の他にバイパス流路を設けることで流量依存性を略半減させるようにした装置を提供する。【解決手段】磁気式酸素分析装置は、サンプルガスに磁界を加えることにより発生するガスの流量変化分からサンプルガスに含まれている酸素の量を検出する磁気式酸素分析装置であって、サンプルガスを流すためのモジュールは、同等の断面積で同量のガスが流れるように形成された２つのメイン流路と、２つのメイン流路の一方に配置された磁気印加手段と、２つのメイン流路のそれぞれに配置したフローセンサと、から構成され、２つのメイン流路のそれぞれに同等の断面積で同量のガスを流すことができるバイパス流路を設けたことである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスに磁界を加えることにより発生するガスの流量変化分からサンプルガスに含まれている酸素の量を検出する磁気式酸素分析装置であって、
前記サンプルガスを流すためのモジュールは、
同等の断面積で同量のガスが流れるように形成された２つのメイン流路と、
前記２つのメイン流路の一方に配置された磁気印加手段と、
前記２つのメイン流路のそれぞれに配置したフローセンサと、
から構成され、
前記２つのメイン流路のそれぞれに、同等の断面積で同量のガスを流すことができるバイパス流路を設けたことを特徴とする磁気式酸素分析装置。
【請求項２】
前記メイン流路の径と前記バイパス流路の径は同径としたことを特徴とする請求項１に記載の磁気式酸素分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気式酸素分析装置に関するものであり、詳しくは酸素ガスの磁気的性質を利用して測定ガス中の酸素ガス濃度を検出する際の流路を改良した磁気式酸素分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気式酸素分析装置は、酸素ガスの磁気的性質を利用してサンプルガスの酸素ガス濃度を検出する分析装置であり、次のような原理によってサンプルガス中の酸素ガス濃度を検出するようになっている。
【０００３】
図９（Ａ）は、酸素を含むガス中に磁界を発生させる手段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。
ここで、酸素分子に働くＸ軸方向の力Ｆは次式により表わすことができる。
Ｆ＝χ・（∂Ｈ／∂Ｘ）・Ｈ
χ；酸素の磁化率
∂Ｈ／∂Ｘ；磁界の変化率
【０００４】
即ち、図９（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（磁極の端部…不均一磁界）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ている。
図９（Ｃ）は、磁界（磁石のギャップ）内では引き付けられた酸素の圧力（濃度）が周囲に比較して高くなっている状態を示している。
【０００５】
上記説明した原理を用いた従来技術における磁気式酸素分析装置におけるガスを流入して酸素ガスの流量を測定する構造的なものは、図７に示すように、細長い直方体形状に形成した永久磁石１１１と、この永久磁石１１１を挟持するように形成した一対のヨーク１１２ａ、１１２ｂと、この一対のヨーク１１２ａ、１１２ｂに略半分の面積が挟持されて配置してなる酸素計モジュール１１３とからなる。
【０００６】
酸素計モジュール１１３は、図８に示すように、内部に二方向に分岐した第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂと、この第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂにサンプルガスを入力するサンプル入口１１５と、第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂからガスを出力するサンプル出口１１８と、この第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂのそれぞれに設けた第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂとからなる。この第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂは、例えば、直径２０μｍのプラチナ（Ｐｔ）細線がコイル状に形成され、両端はハーメチックシールにより第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂの端部に固定されている。
【０００７】
このような構造からなる酸素計モジュール１１３の第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂを利用して、酸素の流量を測定する構成は、図６に示すように、第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１６ｂと２個の抵抗Ｒ１、Ｒ２とでブリッジを形成し、第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂの接続点と抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点を差動増幅器１１７に接続すると共に、第１のフローセンサ１１６ａと抵抗Ｒ１との接続点と第２のフローセンサ１１６ｂと抵抗Ｒ２との接続点を電源１１８に接続する。この抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は５０Ωに設定されている。
【０００８】
このような構成において、サンプル入口１１５から酸素を含むサンプルガスが第１及び第２の流路１１４ａ、１１４ｂに流入し２方向に等分に分岐して再び合流してサンプル出口１１８に流出する。実際には毎分１００ｃｃを流し、第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂは１５０℃に加熱してある。
【０００９】
ここで、サンプルガスに酸素ガスが含まれていると、磁石１１１が配置された流路（ここでは第１の流路１１４ａ）側では磁界に引き付けられた酸素の圧力（濃度）が周囲に比較して高くなり、そのぶん流れるガスに対して抵抗として作用する。
【００１０】
即ち、測定ガス中に酸素が入っている酸素ガスの常磁性と第１のフローセンサ１１６ａ側の外部磁界により、酸素ガスが磁力を受けるため流路抵抗が上がり、流量が減少する。このため、第１のフローセンサ１１６ａ側の温度は上昇し、プラチナ（Ｐｔ）細線の抵抗値が増加する。また、第２のフローセンサ１１６ｂ側の温度は下降し、プラチナ（Ｐｔ）細線の抵抗値が減少する。
【００１１】
この抵抗値の変化は、差動増幅器１１７により検出する。即ち、第１のフローセンサ１１６ａの抵抗値が増加すれば差動増幅器１１７で得られる信号が増加する。２つの第１及び第２のフローセンサ１１６ａ、１１６ｂの抵抗値の差が大きいほど酸素濃度が高く、抵抗の差が少なくなれば酸素濃度は低くなる。このようにして、差動増幅器１１７の出力はガスに含まれる酸素の濃度に関連したものになる。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００２−２４６１１０号  （第５頁  第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した磁気式酸素分析装置は、サンプルガスを流す流路の何れかに磁気印加手段を設けてサンプルガスに含まれている酸素の量を検出する酸素分析装置において、その流路に流すサンプルガスの流量を正確に制御しないと、フローセンサで検出する出力信号のオフセット分を抑制することができないという問題がある。
【００１４】
従って、流路を流れるサンプルガスの流量が変化しても、フローセンサで検出する出力信号に影響を与えない装置に解決しなければならない課題を有する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る磁気式酸素分析装置は、次に示す構成にすることである。
【００１６】
（１）磁気式酸素分析装置は、サンプルガスに磁界を加えることにより発生するガスの流量変化分からサンプルガスに含まれている酸素の量を検出する磁気式酸素分析装置であって、前記サンプルガスを流すためのモジュールは、同等の断面積で同量のガスが流れるように形成された２つのメイン流路と、前記２つのメイン流路の一方に配置された磁気印加手段と、前記２つのメイン流路のそれぞれに配置したフローセンサと、から構成され、前記２つのメイン流路のそれぞれに、同等の断面積で同量のガスを流すことができるバイパス流路を設けたことである。
（２）前記メイン流路の径と前記バイパス流路の径は同径としたことを特徴とする（１）に記載の磁気式酸素分析装置。
【００１７】
このように、メイン流路の他にバイパス流路を設けた構成にすることで、サンプルガスの流量が変化しても、この変化したサンプルガスをバイパス流路にも流すことで、その変化分はバイパス流路に流したぶん緩衝することができるため、サンプルガスの流量の変化分を少なくすることができ、そのぶんガス流量の影響を低減させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る磁気式酸素分析装置の実施形態について、図面を参照して、以下、説明する。
【００１９】
本発明に係る磁気式酸素分析装置は、サンプルガスに磁界を加えることにより発生するガスの流量変化分からサンプルガスに含まれている酸素の量を検出するものであって、その原理は、従来技術で図９を参照して説明したものと同じであるため、その説明は省略し、本願発明について、図１に示すように、その構成は従来技術で説明したものと同じく、サンプルガスを流すための酸素計モジュール１３を構成し、この酸素計モジュール１３内部に第１及び第２のフローセンサ１４，１５を配置し、この第１及び第２のフローセンサ１４、１５と抵抗Ｒ１、Ｒ２とでブリッジを構成し、そのブリッジからの出力信号を差動増幅器１１に入力するというものである。
【００２０】
サンプルガスを流す流路を有する酸素計モジュール及び磁気印加手段の構成は、図２、図３及び図４に示すように、直方体形状に形成され、内部にサンプルガスを流す分岐された第１及び第２のメイン流路を備えた酸素計モジュール１３と、酸素計モジュール１３に設けた第１のメイン流路の外側にヨーク１７ａ、１７ｂを挟持させ、そのヨーク１７ａ、１７ｂの基部側に磁石１６を配置した構成になっている。
【００２１】
酸素計モジュール１３は、図５に示すように、サンプルガスを入力するサンプル入口であるサンプルＩＮ１８を備え、このサンプルＩＮ１８の中で分岐した第１及び第２のメイン流路２０、２１と、出力側において第１及び第２のメイン流路２０、２１が合流してサンプルの出口であるサンプルＯＵＴ１９に連通した構成になっている。
更に、サンプルＩＮ１８から分岐した第１のメイン流路２０は更に分岐して第１のバイパス流路２２を形成し、出力側で合流した構成になっている。
さらに、サンプルＩＮ１８から分岐した第２のメイン流路２１は更に分岐して第２のバイパス流路２３を形成し、出力側で合流した構成になっている。
この第１及び第２のメイン流路２０、２１は、同等の断面積で同量のガスが流れるようになっている。第１及び第２のバイパス流路２２、２３は、同等の断面積で同量のガスが流れるようになっている。これらの第１及び第２のメイン流路２０、２１、第１及び第２のバイパス流路２２、２３のガス流路径は、実施例においてはφ３ｍｍで、同径に形成されている。この径に限定されないことは勿論のことである。
【００２２】
そして、第１のメイン流路２０の中には第１のフローセンサ２４を配置し、第２のメイン流路２１の中には第２のフローセンサ２５を配置した構成になっている。この第１及び第２のフローセンサ２４、２５は、実施例の場合、プラチナ（Ｐｔ）細線２０μｍをコイル状にしたもので略２５℃で約２７Ωである。この線の径及び抵抗値に限定されないことは勿論のことである。
この第１及び第２のフローセンサ２４、２５は、実施例において、１５０℃に加熱してある。
【００２３】
このような構成にすることで、サンプルガス中の酸素濃度が一定でも流量変動があった場合の第１及び第２のフローセンサ２４、２５の感度が変化する。流量依存性がある第１及び第２のメイン流路２０、２１の分流比は一定であるため、外部変動に対する第１及び第２のフローセンサ２４、２５の感度変化はキャンセルできるが、酸素信号出力としては誤差となる。
そこで、実施例の如く、第１及び第２のバイパス流路２２、２３を設けることで、第１及び第２のメイン流路２０、２１合わせて、例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎを流す場合には流路径が同一の場合はサンプル流量として約２００ｃｃ／ｍｉｎを流すことになる。
サンプルガス流量が１０ｃｃ／ｍｉｎ変化した場合、第１及び第２バイパス流路２２、２３がないと、第１及び第２のフローセンサ２４、２５の感度変化は１０／１００＝１／１０の影響を受けるに対して、第１及び第２のバイパス流路２２、２３がある場合には、１０／２００＝１／５に低減させることができるのである。このように、第１及び第２のバイパス流路２２、２３を設けることで、流量依存性は略半分に低減させることが可能になるのである。
【００２４】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る磁気式酸素分析装置は、２つのメイン流路に対して、それぞれにバイパス流路を設ける構成にしたことで、サンプルガスの流量が変化したときでも、バイパス流路を流れるぶんだけの流量変化を緩衝させることで、流量依存性を減少させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気式酸素分析装置を略示的に示したブロック図である。
【図２】同、酸素計モジュールと磁石、ヨークとの関係を示した斜視図である。
【図３】同、酸素計モジュールと磁石、ヨークの正面図である。
【図４】同、酸素計モジュールと磁石、ヨークの側面図である。
【図５】同、図３に示すＡ―Ａ線の断面図である。
【図６】従来技術における磁気式酸素分析装置を略示的に示したブロック図である。
【図７】従来技術における酸素計モジュールと磁石、ヨークとの関係を示した斜視図である。
【図８】図７におけるＡ―Ａ線断面図である。
【図９】磁気式酸素分析装置の原理を示した説明図である。
【符号の説明】
１１      差動増幅器
１２      電源
１３      酸素計モジュール
１４      第１のフローセンサ
１５      第２のフローセンサ
１６      磁石
１７ａ    ヨーク
１７ｂ    ヨーク
１８      サンプルＩＮ
１９      サンプルＯＵＴ
２０      第１のメイン流路
２１      第２のメイン流路
２２      第１のバイパス流路
２３      第２のバイパス流路
２４      第１のフローセンサ
２５      第２のフローセンサ。
【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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