(57)【要約】【課題】接触燃焼式ガスセンサを用いた可燃性ガス濃度測定装置において、被測定ガス中の可燃性ガスの接触燃焼に必要な酸素濃度が被測定ガス中に含まれない場合であっても、被測定ガス中の可燃性ガスの濃度を測定することができる可燃性ガス濃度測定装置を提供する。【解決手段】本発明の可燃性ガス濃度測定装置は、被測定場所から採取された被測定ガスに、所定の混合比率で空気を混合し、その混合ガスの濃度を接触燃焼式ガスセンサにより検出し、検出された濃度と混合比率に基づいて、被測定場所の被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を測定する。従って、接触燃焼式ガスセンサに、必要十分な酸素濃度が供給されるので、被測定ガス中に酸素濃度が、可燃性ガスの濃度を測定するのに足りない場合であっても、被測定ガス中の可燃性ガスの濃度を測定することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度測定装置において、
被測定場所から前記被測定ガスを採取するサンプリング部と、
当該採取された被測定ガスに、所定の混合比率で空気を混合する空気混合部と、
前記可燃性ガスとの接触燃焼により前記可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサを有し、当該接触燃焼式ガスセンサにより、前記空気混合部で混合されたガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度を検出し、当該検出された濃度及び前記混合比率に基づいて、前記被測定場所の被測定ガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度を求める測定部とを備えることを特徴とする可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記空気混合部に前記被測定ガスを導入する吸引ポンプを備え、
前記空気混合部は、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、外部から前記導管に貫通する貫通孔とを備え、
当該導管に導入される前記被測定ガスが、前記貫通孔を通って前記導管内部に引き込まれる空気と混合されることを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記導管は、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、
前記貫通孔は、前記第二の部分に設けられることを特徴とする請求項２に記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記導管の内壁面はほぼ円形の断面を有し、
前記貫通孔は、前記導管の前記内壁面に沿って設けられることを特徴とする請求項２に記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記空気混合部に前記被測定ガスを導入する吸引ポンプを備え、
前記空気混合部は、
第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、
前記第一の部分に設けられる貫通孔と、
前記貫通孔に挿入される空気導入用導管とを備え、
前記空気導入用導管の先端が、前記第二の部分に達するように挿入され、当該導管に導入される前記被測定ガスは、前記空気導入用導管を通って引き込まれる空気と、前記第二の部分で混合されることを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項６】
前記吸引ポンプは、前記空気混合部の下流に配置されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項７】
前記吸引ポンプは、前記空気混合部の上流に配置されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項８】
前記空気混合部は、
前記サンプリング部により採取された被測定ガスを吸引する第一の吸引ポンプと、
前記被測定ガスの流量を検出する第一の流量検出部と、
前記空気を吸引する第二の吸引ポンプと、
前記空気の流量を検出する第二の流量検出部と、
前記第一の吸引ポンプに吸引された被測定ガスと前記第二の吸引ポンプに吸引された空気を合流させて混合する合流部と、
当該第一の流量検出部と当該第二の流量検出部それぞれにより検出される流量に基づいて、前記合流部にて前記被測定ガスと空気とが前記混合比率で混合されるように、前記第一の吸引ポンプ及び前記第二の吸引ポンプの吸引力を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置。
【請求項９】
被測定場所から採取された被測定ガスを、当該被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサに供給する経路の途中に設けられる空気混合部品において、
前記採取された被測定ガスを導入する導管と、
外部から前記導管に貫通する貫通孔とを備え、
当該導管に導入される前記被測定ガスを、前記貫通孔を通って前記導管内部に引き込まれる空気と混合することを特徴とする空気混合部品。
【請求項１０】
前記導管は、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、
前記貫通孔は、前記第二の部分に設けられることを特徴とする請求項９に記載の空気混合部品。
【請求項１１】
前記導管の内壁面はほぼ円形の断面を有し、
前記貫通孔は、前記導管の前記内壁面に沿って設けられることを特徴とする請求項９に記載の空気混合部品。
【請求項１２】
被測定場所から採取された被測定ガスを、当該被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサに供給する経路の途中に設けられる空気混合部品において、
第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、
前記第一の部分に設けられる貫通孔と、
前記貫通孔に挿入される空気導入用導管とを備え、
前記空気導入用導管の先端が、前記第二の部分に達するように挿入され、当該導管に導入される前記被測定ガスを、前記空気導入用導管を通って前記導管内部に引き込まれる空気と、前記第二の部分で混合することを特徴とする空気混合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
被測定場所の被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度測定装置に関し、特に、接触燃焼式ガスセンサを用いて可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度測定装置であって、被測定場所の被測定ガスに、接触燃焼式ガスセンサで可燃性ガスを燃焼させるのに十分な酸素濃度がない場合であっても、燃焼に必要な酸素を接触燃焼式ガスセンサに供給し、広い濃度範囲にわたりガス濃度を測定することができる可燃性ガス濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス機器の点検やメンテナンスにおいては、ガス機器からの排出ガスをサンプリングし、その排出ガス中の一酸化炭素ガス濃度を測定し、その濃度に応じて、ガス機器の故障、異常の有無が判断される。具体的には、所定濃度を超える一酸化炭素ガス濃度が測定された場合、ガス機器の故障、異常と判断される。この濃度測定においては、一般的に、半導体式ガスセンサを利用した可燃性ガス濃度測定装置が用いられることが多い。
【０００３】
半導体式ガスセンサは、酸化スズ（ＳｎＯ2）を主成分とするｎ型酸化物半導体焼結材料を使用したガスセンサである。半導体表面でのガス吸着により電気抵抗が指数関数的に変化（減少）する性質を利用してガス濃度が検知される。
【０００４】
図１は、半導体式ガスセンサの構造を示す図である。図１に示すように、半導体式ガスセンサは、一対の貴金属線コイル（例えば、Ｉｒ−Ｐｄ合金線）が半導体（ＳｎＯ2）焼結体で覆われた構造を有している。一方のコイルは、半導体を加熱（約３５０℃）するためのヒータの役割を有する。詳しい原理は解明されていないが、このような構造の半導体ガスセンサに可燃性ガスが吸着すると、センサの抵抗値がガス濃度に応じて減少し、その抵抗値の変化を電位差として検出することにより、可燃性ガスの濃度を測定することができる。
【０００５】
このように、半導体式ガスセンサは、ガス濃度に応じて、出力電圧が減少する特性を有するので、低濃度領域における感度が高いという特徴を有する。その反面、検出可能濃度の上限値が低く、半導体式ガスセンサの実用的な検出可能濃度範囲は、約０．００５％（５０ｐｐｍ）〜０．０５％（５００ｐｐｍ）と比較的狭く、高濃度領域におけるガス濃度を高精度に検出ですることができない。
【０００６】
一方、半導体式ガスセンサが検出できるガス濃度の上限より高い高濃度領域のガス濃度を検出できるセンサとして、接触燃焼式ガスセンサが知られている。接触燃焼式ガスセンサは、触媒表面での可燃性ガスの接触燃焼を利用して、それに伴うセンサ表面の温度変化をセンサ抵抗値の変化として検出する方式のセンサである。
【０００７】
図２は、接触燃焼式ガスセンサの構造を説明するための図である。図２（ａ）は、検知素子としての接触燃焼式ガスセンサの構造を示す図であって、検知素子は、例えば、直径約２０μｍの白金コイルを触媒担持担体としてのアルミナで球状に包むような構造であり、その触媒担持担体の表面に触媒（例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属）が付着している。
【０００８】
図２（ｂ）は、接触燃焼式センサを用いた検知回路を示す図である。白金コイルは、センサを加熱するヒータとしての役割のほか、可燃性ガスの接触燃焼による温度の変化を捉える温度計としての役割も兼ねている。このため、検知素子Ｅ１は、ガスの接触燃焼以外の温度変化、例えば、周囲の温度や風の変化に対しても抵抗値が変化する。これを補償するための温度補償素子Ｅ２が用いられる。温度補償素子は、検知素子と温度特性の同一なものが望ましいため、検知素子と同一の白金コイルに触媒を担持しないアルミナを焼結させたものを用いている。図２（ｂ）の回路による検知原理は以下のとおりである。
【０００９】
可燃性ガスの酸化反応に対して、高い触媒活性を持つ白金やパラジウムを担持したアルミナで白金コイルを包み込んだ検知素子Ｅ１に、可燃性ガスを含む空気を接触させると、触媒上で可燃性ガスと空気中の酸素が反応（接触燃焼反応）し、反応熱（燃焼熱）が発生する。この反応熱は可燃性ガスの濃度に比例し、それに応じて白金コイルの抵抗値が増大する。このため、結果的に、空気中の可燃性ガスの濃度に比例して白金コイルの抵抗値が増大する。これを電気量に変換するために、図２（ｂ）のように、検知素子Ｅ１と温度補償素子Ｅ２を２辺とするブリッジ回路（他辺は固定抵抗Ｒ１、Ｒ２）が用いられる。検知素子Ｅ１及び温度補償素子Ｅ２には、常時１００ｍＡ程度の電流が供給され、可燃性ガスが接触燃焼反応を起こすのに必要な温度に保たれている。検知素子Ｅ１と温度補償素子Ｅ２の電気抵抗が等しくなるように設定されているため、可燃性ガスが含まれていない空気中では、ブリッジ回路は平衡を保ち、Ａ−Ｂ間に電位差は生じない。一方、空気中に可燃性ガスがあるときには、その接触燃焼のために、検知素子Ｅ１の温度は上昇し、電気抵抗が大きくなるため、Ａ−Ｂ間に電位差が生じる。この電位差は可燃性ガスの濃度に比例して変化するため、この電位差により、空気中の可燃性ガスの濃度を知ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、接触燃焼式ガスセンサにおける可燃性ガスの燃焼には、酸素が必要であるが、被測定ガス中の酸素濃度が、被測定ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに必要な酸素濃度に足りない場合がある。特に、被測定ガス中の可燃性ガス濃度が高い場合は、その濃度に応じて高い酸素濃度が必要となり、被測定ガス中の酸素濃度が可燃性ガスの接触燃焼するのに不十分となりやすい。このような場合、ガス濃度に応じた燃焼が行われないため、正確な濃度測定ができないという問題がある。
【００１１】
図３は、酸素濃度と接触燃焼式ガスセンサの出力との関係を表す図である。図から明らかなように、酸素濃度が９％以上の場合は、高濃度領域においても、一酸化炭素濃度とセンサ出力は良好な比例関係を保つが、酸素濃度が３％および５％の場合は、一酸化炭素ガス濃度がそれぞれある一定の濃度を超えると、センサ出力が飽和し、正確な濃度を測定することができなくなる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、接触燃焼式ガスセンサにより、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度測定装置において、被測定ガス中の酸素濃度が被測定ガス中の可燃性ガスの接触燃焼に必要十分でない場合であっても、被測定ガス中の可燃性ガスの濃度を正確に測定することができる可燃性ガス濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の通り、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度測定装置において、被測定場所から前記被測定ガスを採取するサンプリング部と、当該採取された被測定ガスに、所定の混合比率で空気を混合する空気混合部と、前記可燃性ガスとの接触燃焼により前記可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサを有し、当該接触燃焼式ガスセンサにより、前記空気混合部で混合されたガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度を検出し、当該検出された濃度及び前記混合比率に基づいて、前記被測定場所の被測定ガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度を求める測定部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置において、さらに、前記空気混合部に前記被測定ガスを導入する吸引ポンプを備え、前記空気混合部が、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、外部から前記導管に貫通する貫通孔とを備え、当該導管に導入される前記被測定ガスが、前記貫通孔を通って前記導管内部に引き込まれる空気と混合されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項２に記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記導管が、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記貫通孔は、前記第二の部分に設けられることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項２に記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記導管の内壁面がほぼ円形の断面を有し、前記貫通孔は、前記導管の前記内壁面に沿って設けられることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記空気混合部に前記被測定ガスを導入する吸引ポンプを備え、前記空気混合部が、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、前記第一の部分に設けられる貫通孔と、前記貫通孔に挿入される空気導入用導管とを備え、前記空気導入用導管の先端が、前記第二の部分に達するように挿入され、当該導管に導入される前記被測定ガスは、前記空気導入用導管を通って前記導管内部に引き込まれる空気と、前記第二の部分で混合されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項２乃至５のいずれかに記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記吸引ポンプが、前記空気混合部の下流に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項２乃至５のいずれかに記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記吸引ポンプが、前記空気混合部の上流に配置されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の可燃性ガス濃度測定装置は、請求項１に記載の可燃性ガス濃度測定装置において、前記空気混合部が、前記サンプリング部により採取された被測定ガスを吸引する第一の吸引ポンプと、前記被測定ガスの流量を検出する第一の流量検出部と、前記空気を吸引する第二の吸引ポンプと、前記空気の流量を検出する第二の流量検出部と、前記第一の吸引ポンプに吸引された被測定ガスと前記第二の吸引ポンプに吸引された空気を合流させて混合する合流部と、当該第一の流量検出部と当該第二の流量検出部それぞれにより検出される流量に基づいて、前記合流部にて前記被測定ガスと空気とが前記混合比率で混合されるように、前記第一の吸引ポンプ及び前記第二の吸引ポンプの吸引力を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の可燃性ガス濃度測定装置用の空気混合部品は、請求項９に記載の通り、被測定場所から採取された被測定ガスを、当該被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサに供給する経路の途中に設けられる空気混合部品において、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、外部から前記導管に貫通する貫通孔とを備え、当該導管に導入される前記被測定ガスを、前記貫通孔を通って前記導管内部に引き込まれる空気と混合することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１０に記載の空気混合部品は、請求項９に記載の空気混合部品において、前記導管が、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記貫通孔は、前記第二の部分に設けられることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１１に記載の空気混合部品は、請求項９に記載の空気混合部品において、前記導管の内壁面はほぼ円形の断面を有し、前記貫通孔は、前記導管の前記内壁面に沿って設けられることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の可燃性ガス濃度測定装置用の空気混合部品は、請求項１２に記載の通り、被測定場所から採取された被測定ガスを、当該被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を検出する接触燃焼式ガスセンサに供給する経路の途中に設けられる空気混合部品において、第一の径を有する第一の部分と、当該第一の部分より下流にあり且つ当該第一の径より細い第二の径を有する第二の部分とを有し、前記採取された被測定ガスを導入する導管と、前記第一の部分に設けられる貫通孔と、前記貫通孔に挿入される空気導入用導管とを備え、前記空気導入用導管の先端が、前記第二の部分に達するように挿入され、当該導管に導入される前記被測定ガスを、前記空気導入用導管を通って前記導管内部に引き込まれる空気と、前記第二の部分で混合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
被測定ガスに含まれる酸素濃度が、接触燃焼式ガスセンサにおける被測定ガス中の可燃性ガスの燃焼に必要なレベルにない場合であっても、被測定ガスに空気を一定の混合比率で混合し、可燃性ガスの燃焼に必要な酸素濃度を有する混合ガスを接触燃焼式ガスセンサに供給することにより、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を高濃度領域でも正確に測定することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２７】
本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置は、被測定場所から採取された被測定ガスに、所定の混合比率で空気を混合し、その混合ガスの濃度を接触燃焼式ガスセンサにより検出し、検出された濃度と混合比率に基づいて、被測定場所の被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を求めることを特徴としている。
【００２８】
すなわち、被測定ガスに一定の混合比率で空気を混合することにより、可燃性ガスの接触燃焼が行われるのに十分な酸素濃度を有する混合ガスを接触燃焼式ガスセンサに供給することで、酸素濃度不足により濃度が測定できなくなる場合が解消される。特に、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの濃度が比較的高い場合、可燃性ガスの燃焼に高い酸素濃度が必要となるが、本実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置によれば、被測定ガス中に酸素濃度が、可燃性ガスの濃度を測定するのに足りない場合であっても、被測定ガス中の可燃性ガスの濃度を測定することができる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第一の全体ブロック構成例を示す図である。サンプリング部１０は、被測定場所の被測定ガスを採取するものであって、例えば、一端が開口部になっている導管である。サンプリング部１０で採取された被測定ガスは、空気混合部２０に導入される。空気混合部２０は、導入された被測定ガスと空気を一定の混合比率で混合する。空気混合部２０の構成例については、後に詳述する。空気混合部２０で混合された混合ガスは、測定部３０に導入される。測定部３０は、接触燃焼式ガスセンサにより混合ガスの濃度を検出し、その濃度に応じた電位差を発生させる検出部３１と、その電位差と混合比率に応じて、被測定場所の被測定ガスの濃度を求める演算部３２と、求められた濃度を表示する表示部３３とを備える。また、吸引ポンプ４０が、空気混合部２０の下流の位置に配置され、空気混合部２０で混合された混合ガスを吸引し、混合ガスを測定部３０に導入する。図４では、吸引ポンプ４０は、空気混合部２０の下流であって、さらに測定部３０よりも下流の位置に配置されているが、空気混合部２０の下流であって、測定部３０の上流の位置に配置されてもよい。
【００３０】
このように、空気混合部２０による被測定ガスと空気の混合により、被測定ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに十分な酸素濃度を有する混合ガスが、検出部３１内の接触燃焼式ガスセンサに供給されるので、接触燃焼式ガスセンサでの燃焼において酸素不足に陥ることなく、混合ガスの可燃性ガスの濃度に応じたセンサ出力を得ることができる。被測定ガスに空気を混合することで、被測定ガスに含まれる可燃性ガス濃度は希釈されるが、混合ガス中の可燃性ガス濃度を混合比率に応じて補正することにより、被測定場所での被測定ガスの可燃性ガス濃度を測定することができる。
【００３１】
即ち、測定部３０は、混合比率に応じて、混合ガス中の可燃性ガス濃度から、空気が混合される前の被測定場所における被測定ガス中の可燃性ガス濃度を求める。例えば、被測定ガスと空気の混合比率が５０：５０の場合は、混合ガス中の可燃性ガス濃度と被測定場所の被測定ガス中の可燃性ガス濃度との比は、５０：１００となるので、この比に基づいて、被測定場所の被測定ガス中の可燃性ガス濃度を求めることができる。また、混合比率が６０：４０の場合は、混合ガス中の可燃性ガス濃度と被測定場所の被測定ガス中の可燃性ガス濃度との比は、６０：１００となる。当該比に従って、混合ガス中の可燃性ガス濃度から被測定場所の被測定ガス中の可燃性ガス濃度を求めるために、具体的には、検出部３１のセンサ出力が被測定場所の被測定ガス中の可燃性ガス濃度になるように、センサ感度を調整してもよいし、また、センサの出力を混合ガス中の可燃性ガス濃度とし、演算部３２により調整してもよい。また、被測定場所の環境などにより、混合比率を変化させる場合があるので、このような場合は、混合比率の変化（空気を混合させない場合も含む）に応じて、調整度合いが可変調節されることが必要になる。
【００３２】
次に、空気混合部２０の構成例について説明する。
【００３３】
図５及び図６は、空気混合部２０の第一の構成例を示す図であって、図５は、第一の構成例の概略外観図、図６は、内部構成図である。図５に示されるように、空気混合部２０は、被測定場所からの被測定ガスが導入されるガス導入口Ａ１と、外部の空気雰囲気に開口している開口部Ａ２と、空気が混合された混合ガスが排出される混合ガス排出口Ａ３とを有する導管部品として構成される。
【００３４】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５に示した空気混合部２０の斜線部Ａと斜線部Ｂの内部構成を示す図である。図６（ａ）において、被測定ガスが導入される導管部分Ｐ１が、ほぼ直角に折れ曲がって配置される。そして、その折れ曲がり部分に、図６（ｃ）に示す空気導入用導管Ｑを差し込むための貫通孔Ｒ１が、開口部Ａ２と導管部分Ｐ１を貫通している。被測定ガスが導入される導管部分Ｐ１の内径Ｄは、例えば２．５ｍｍである。また、空気導入用導管Ｑの外径Φが、例えば０．６ｍｍとすると、貫通孔Ｒ１の直径はそれよりわずかに長い径（Φ＋α）が必要であり、例えば、０．６５ｍｍである。
【００３５】
また、図６（ｂ）において、導管部分Ｐ２は、導管部分Ｐ１と同様に、例えば２．５ｍｍの内径Ｄを有し、さらに、その一部が、被測定ガスの流速を速めるために細くされた内径ｄを有する部分Ｐ２０が設けられる。例えば、内径ｄは１．５ｍｍである。内径ｄの部分Ｐ２０は、例えば、長さ６ｄ分だけ設けられる。
【００３６】
図６（ｄ）は、空気導入用導管Ｑが貫通孔Ｒ１に差し込まれた状態を示す図である。上述のように、貫通孔Ｒ１の直径Φ＋αは、空気導入用導管Ｑよりわずかに大きいので、空気導入用導管Ｑは、貫通孔Ｒ１に差し込み可能である。空気導入用導管Ｑは、貫通孔Ｒ１を通って、導管部分Ｐ２の内径が細い部分Ｐ２０の長さ４ｄの付近まで差し込まれる。差し込まれる長さ４ｄは調節可能である。導管部分Ｐ１、Ｐ２を通る被測定ガスは、内径ｄの部分Ｐ２０で流速が速まり、外部から空気を引き込むのに十分な負圧となり、外部からの空気が、空気導入用導管Ｑを通って、導管部分Ｐ２０内に引き込まれる。引き込まれた空気は、導管部分Ｐ２０内で被測定ガスと混合され、測定部３０に送られる。
【００３７】
また、上記構成により、導管部分Ｐ２０で混合される被測定ガスの流量と空気の流量とを一定の比率にすることができ、被測定ガスと空気の混合比率を一定に保つことができる。被測定ガスの導入経路の長さや曲がり具合などの影響で、導入経路の流量抵抗が若干変化しても、混合比率は変化しない。所望の混合比率にするために、空気導入用導管Ｑの内径が調整される。例えば、図６の構成では、被測定ガスと空気の混合比率は、約６０：４０である。
【００３８】
上記第一の構成例について、内径Ｄの導管部分において、被測定ガスの流速が、貫通孔からの空気を引き込むのに十分な負圧を生み出す流速である場合は、流速を速めるための細い内径ｄの部分Ｐ２０は必要なく、空気を導入するための貫通孔が、内径Ｄの部分に設けられる。
【００３９】
図７及び図８は、空気混合部２０の第二の構成例を示す図であって、図７は、その概略外観図、図８は、内部構成図である。図７に示される空気混合部２０も、図５と同様に、被測定場所からの被測定ガスが導入されるガス導入口Ａ１と、外部の空気雰囲気に開口している開口部Ａ２と、空気が混合された混合ガスが排出される混合ガス排出口Ａ３とを有する導管部品として構成される。ただし、開口部Ａ１、Ａ２の位置が図５と異なる。
【００４０】
図８（ａ）は、それぞれ図７に示した空気混合部２０の斜線部Ｃの内部構成を示す図である。図８（ａ）において、被測定場所からの被測定ガスが導入される導管部分Ｐ１は、内径Ｄを有しているが、図６（ａ）に示したような貫通孔は設けられていない。また、図８（ａ）に示される導管部分Ｐ２も、図６（ｂ）と同様に、内径Ｄを有し、さらに、その一部が、被測定ガスの流速を速めるために細くされた内径ｄを有する部分Ｐ２０が設けられ、内径ｄの部分Ｐ２０は、例えば、長さ６ｄである。
【００４１】
そして、第二の構成例では、図８（ａ）に示されるように、空気を導入するための貫通孔Ｒ２が、開口部Ａ２と導管部分Ｐ２の直径が細くなっている部分Ｐ２０とを貫通するように設けられる。従って、第二の構成例の場合も、第一の構成例と同様に、内径ｄの部分Ｐ２０を、空気を引き込むのに十分な負圧状態にすることで、空気は、外部から貫通孔Ｒ２を通って、直接導管部分Ｐ２０内に引き込まれ、被測定ガスと混合される。
【００４２】
また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の点線Ａ−Ａ’の断面を示す図であって、貫通孔Ｒ２は、ほぼ円形の断面を有する導管部分Ｐ２０の内壁面に沿って設けられることが好ましい。貫通孔Ｒ２を導管部分Ｐ２０の内壁面に沿って設けることで、外部から導入される空気は、導管部分Ｐ２０内で内壁面に沿って旋回しながら、被測定ガスと混合されるので、より均一に混合され、濃度のむらがなくなるので、正確な濃度測定に寄与する。
【００４３】
さらに、図８（ｃ）に示されるように、貫通孔Ｒ２は、一つに限られず、２つ又はそれ以上設けられてもよい。所望の混合比率を達成するために、貫通孔Ｒ２の内径及び数が調節される。また、各導管及び孔の直径及び長さなどの寸法は、上述の第一の構成例と同一であってもよいし、異なる適切な寸法であってもよい。
【００４４】
上記第二の構成例においても、被測定ガスの導入経路の流量抵抗が若干変化しても、導管部分Ｐ２０で混合される被測定ガスの流量と空気の流量とを一定の比率にすることができ、被測定ガスと空気の混合比率を一定に保つことができる。
【００４５】
また、上記第二の構成例について、内径Ｄの導管部分において、被測定ガスの流速が、貫通孔からの空気を引き込むのに十分な負圧を生み出す流速である場合は、流速を速めるための細い内径ｄの部分Ｐ２０は必要なく、また、空気を導入するための貫通孔は、内径Ｄの部分に設けられる。
【００４６】
図９は、本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第二の全体ブロック構成例を示す図である。本第二の全体ブロック構成例では、第一の全体ブロック構成例との比較において、吸引ポンプ４０が、被測定場所の被測定ガスだけを吸引するように空気混合部２０の上流側に配置される。吸引ポンプ４０は、被測定場所からの被測定ガスだけを吸引し、空気混合部２０に送り込む。本第二の全体ブロック構成例においても、空気混合部２０の構成は、上述の第一の構成例又は第二の構成例のどちらであってもよい。
【００４７】
例えば、被測定場所の被測定ガスが高温、高湿のガスであって、測定部３０に導入する前に、冷却装置や結露水を分離する装置などを接続して、被測定ガスの温度、湿度を調節する必要がある。このような装置を通過させると、流量抵抗が増大し、流量が低下する。この場合に、図４の第一の全体ブロック構成例により、空気混合部２０の下流に配置された吸引ポンプ４０により、被測定ガスと空気を同じ吸引力で吸引すると、流量抵抗の相違から、空気の流入量が多くなってしまい、所望の混合比率を達成できない場合があり得る。また、被測定場所の気圧が大気圧と比較して低い場合も、その気圧の相違により、空気の流入量が増大し、所望の混合比率とならない可能性がある。従って、図９の構成のように、吸引ポンプ４０を、被測定場所の被測定ガスだけを吸引するように空気混合部２０の上流側に配置することで、被測定ガスの流量を確保することができる。
【００４８】
図１０は、本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第三の全体ブロック構成例を示す図である。本第三の全体ブロック構成例では、次に説明する図１１に示される空気混合部２０の第三の構成例により、サンプリング部１０により採取された被測定ガスに空気を混合し、混合ガスが測定部３０に導入される。
【００４９】
図１１は、空気混合部２０の第三の構成例を示すブロック図である。第三の構成例では、図示されるように、被測定ガスと空気の流量をそれぞれ吸引ポンプにより制御し、混合比率を一定に保つ空気混合部２０が示される。
【００５０】
図１１において、空気混合部２０は、サンプリング部１０により採取される被測定場所の被測定ガスを吸引する被測定ガス吸引ポンプ２１、被測定ガスの流量を検出する被測定ガス流量検出部２２、空気を吸引する空気吸引ポンプ２３、空気の流量を検出する空気流量検出部２４、被測定ガス流量検出部２２と空気流量検出部２４それぞれにより検出される流量に基づいて、被測定ガス吸引ポンプ２１と空気吸引ポンプ２３の吸引力を制御する制御部２５及び被測定ガスと空気を合流させ混合する合流部２６を有する。
【００５１】
被測定ガス流量検出部２２は、例えば、二つの白金抵抗素子を備えたブリッジ回路から構成され、一方を被測定ガスが通過する流路内に検知素子として配置し、他方を、被測定ガスが通過しない場所に補償素子として配置する。被測定ガスの流量が変化すると、被測定ガスの流路内に置かれた検知素子の温度が変化し、その抵抗値が変化する。そして、補償素子の抵抗値の変化分との差分が電位差として出力され、被測定ガスの流量が検知される。空気流量検出部２４も、被測定ガス流量検出部２２と同様の構成により、空気の流量を検出する。
【００５２】
制御部２５は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、被測定ガス流量検出部２２及び空気流量検出部２４からの出力信号に基づいて、被測定ガスと空気の混合比率が一定になるように、それぞれ被測定ガス吸引ポンプ２１及び空気吸引ポンプ２３の吸引力を制御する。このように、一定の混合比率になるように、リアルタイムで被測定ガスと空気の流量を制御することにより、常に、一定の混合比率での混合が達成される。
【００５３】
また、被測定ガスと空気が合流する合流部２６では、例えば、被測定ガスと空気が平行に導入され、導入された二つのガスを混合するためのミキサーが設けられる。ミキサー内部は、混合を促進させる充填物、例えば、金属たわしのようなものや金網のようなものなどで構成される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】半導体式ガスセンサの構造を説明するための図である。
【図２】接触燃焼式ガスセンサの構造を説明するための図である。
【図３】酸素濃度と接触燃焼式ガスセンサの出力との関係を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第一の全体ブロック構成例を示す図である。
【図５】空気混合部２０の第一の構成例の概略外観図である。
【図６】空気混合部２０の第一の構成例の内部構成図である。
【図７】空気混合部２０の第二の構成例の概略外観図である。
【図８】空気混合部２０の第二の構成例の内部構成図である。
【図９】本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第二の全体ブロック構成例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における可燃性ガス濃度測定装置の第三の全体ブロック構成例を示す図である。
【図１１】空気混合部２０の第三の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０：サンプリング部、２０：空気混合部、２１：被測定ガス流量検出部、２２：被測定ガス吸引ポンプ、２３：空気流量検出部、２４：空気吸引ポンプ、２５：制御部、２６：合流部、３０：測定部、４０：吸引ポンプ
【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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