(57)【要約】【課題】  圧力センサーパッケージをブロック内の外気から遮断された気密空間に収納し、この気密空間に検出部の前室並びに後室に充填された受感ガスと同じ成分の受感ガスを充填することによって、性能的に安定したＮＤＩＲを提供する。【解決手段】  光源２１から投射された赤外線の光路上に試料ガスが導入されるセル部３０と、セル部に隣接するブロック４７に形成されセル部３０を通過した赤外線を検出する検出部４０を備えた赤外線分析計であって、前記検出部４０が、前室４１及び後室４２と、これら２室に充填された受感ガスの圧力差を検出する圧力センサーパッケージＳとを備え、該パッケージＳはブロック４７内の外気から遮断された気密空間５４に収納され、この気密空間５４に検出部３０の前室並びに後室に充填された受感ガスと同じ成分の受感ガスが充填されている構成にする。【選択図】図１
2007101303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から投射された赤外線の光路上に試料ガスが導入されるセル部と、セル部に隣接するブロックに形成されセル部を通過した赤外線を検出する検出部を備えた赤外線分析計であって、
前記検出部が、ブロックの壁面に囲まれた前室及び後室と、これら２室に充填された受感ガスの圧力差を検出する圧力センサーパッケージとを備え、該圧力センサーパッケージはブロック内の外気から遮断された気密空間に収納され、この気密空間に、前室並びに後室に充填された受感ガスと同じ受感ガスが充填されていることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定成分ガスの赤外スペクトル吸収に伴うガス圧変動を利用して、試料ガス濃度（特定ガス種の濃度）を計測する赤外線ガス分析計に関し、詳しくは、内部にガスを封入して用いるガス検出部の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二つ以上の異なる原子からなる異核分子の多くは、波長１〜２０μｍの赤外光を照射すると、その化学種に特有の振動および回転の運動エネルギー準位の遷位が起こり、特定の赤外線スペクトルを吸収し、内部エネルギーや体積或いは圧力の増加等など、熱力学的な変化を引き起こす。非分散型赤外線ガス分析計（以下、ＮＤＩＲという）は、このようなガス成分の特性を利用して、その濃度を計測する分析機器であって、例えば、特許文献１〜特許文献３に示すものがある。
【０００３】
図２はこの種のシングルビーム式ＮＤＩＲの基本的な構成を示す。このＮＤＩＲは、赤外光を発生させるための光源部２０，試料ガス（被測定ガス）が導入されるセル部３０、セル部３０を通過した赤外光の強度を計測することで最終的な試料濃度を計測する検出部４０の３つの要素から構成されている。
【０００４】
光源部２０は赤外光の発生を担い、光源であるヒーター２１と、赤外光を断続してセル部３０及び検出部４０に入射させるためにモーター２３によって回転するチョッパー２２とから構成されている。
【０００５】
セル部３０は、試料ガスが導入される部位であって、パイプ３１の前後端にはＣａＦ２等の赤外線透過性窓板３２で封止されている。パイプ３１の側面には一端から他端へガスが流れるようにガスの導出入孔３３が形成されている。また、パイプ３１の内面は赤外光を効率よく反射させるために、鏡面仕上げや金メッキ等のコーティングが施されている。
【０００６】
検出部４０は、アルミニウム製ブロック４７で構成され、ブロック４７内には受感ガスが封入された前室４１と後室４２が形成されており、この前、後２室間の圧力差を検出するセンサー４４が前室４１と後室４２を連通する連通路４３に配置されている。前室４１の前方（赤外線入射側）はＣａＦ２等の赤外線通過性窓板４９で封止され、前室４１及び後室４２の間は同じくＣａＦ２等の赤外線透過性窓板で仕切られ、後室４２の背後は、外部からの赤外光入射を防ぐために例えば黒色のバックプレート４６で遮断されている。前室４１と後室４２に封入される受感ガスは、ＮＤＩＲの被測定対象となるＣＯ２等の高濃度のガス、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスで希釈されたガスが使用される。この受感ガスは、ガス導入管４８により前後室４１、４２を真空排気したあとに充填され、充填後、ガス導入管４８の開口部をカシメ等の手段によって閉塞することによって封止される。
【０００７】
試料ガス濃度を計測するにあたって、試料ガスが導入されたセル部３０を通過してきた赤外光を検出部４０の前室４１，後室４２に入射させる。この際、受感ガスの吸収スペクトルに相当する赤外光は、その殆どを前室中の受感ガスに分子振動エネルギーとして吸収され、この振動エネルギーが緩和により並進運動エネルギーに変換されることで圧力が上昇する。この時、前室と後室間に圧力差が生じるので、これを連通路４３、４３間に配置されたセンサー４４によって検出するこの圧力差は試料ガスを通過する赤外線強度に依存しており、この赤外線強度は試料ガス中の赤外線吸収ガスの濃度に依存するものであるから、センサーにより検出した圧力差に基づいて試料ガス中の赤外線吸収ガス濃度を測定することができる。
【０００８】
図３は、ＮＤＩＲに使用されるセンサー４４の詳細を示すものであって、マイクロマシニング技術によって加工されたミクロンオーダーのシリコンダイアフラム１が、ガラス等の基板２でテンションをかけて固着して形成されており、圧力によるダイアフラム１の変化を静電容量変化として検出するものである。このセンサー４４は、本体保護の観点からセンサー単体で市販されることは少なく、一般的にパッケージ化されて市場に供給されている。
【０００９】
図４は、パッケージ化された圧力センサーＳを示すものであって、一体成形された樹脂製のモールド部材３の内部にセンサー４４が電子回路基板４上に配置された状態で分解不能に組み込まれている。モールド部材３の内部は、センサー４４と、貫通孔を有する電子回路基板４によって、連通孔８に連なる上部空間５と、圧力導入孔９に連なる下部空間６に隔離され、更に下部空間６はカバー７によって覆われていて、圧力導入孔８、９から夫々導入される圧力Ｐ１、Ｐ２の圧力差を感知できるようになっている。また、電子回路基板４の回路で前段処理された信号は端子１０より出力される。この圧力センサーパッケージＳは図５に示すように、圧力導入孔８、９を夫々備えた筒状の差し込み部１１、１１を前室４１並びに後室４２に通じる連通孔４３に差し込んで取り付けられる。
【特許文献１】特開平０９−０４９７９７号公報
【特許文献２】特開平０９−３０４２７８号公報
【特許文献３】特開２００３−８３８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記した構成にあっては、カバー７で隔離される空間６、即ち、圧力感知側が、検出部の作用系といえるものであり、カバー７の外側に必然的に形成される空間１２が外部大気に開放されているので、電子回路基板４とモールド部材３，並びに電子回路基板４とカバー１０とのシールが不完全だと、例えばシール剤がガス通過性を有する高分子素材であった場合など、内部に充填されている受感ガスやシール材のガス拡散による通過などでリークするし、外気が内部に流入してガス交換が生じて受感ガス成分が変化し、計測精度が劣化するといった問題点があった。
【００１１】
そこで、本出願人は、図６に示すようなＮＤＩＲの検出部を試作案した。図６の（イ）は、圧力センサー未搭載の検出部の金属ブロック４７であって、組み込まれる圧力センサーパッケージＳを収めるだけの収納室４９がブロック４７の下方に開放した状態で設けられている。また収納室４９の側壁にはセンサーリード線取出し孔５０が設けられている。この収納室４９に、図６の（ロ）に示すように、下方から圧力センサーパッケージＳを収納して、その外周をエポキシ接着剤層５１で隙間無く埋めた状態で蓋５２を接合することによって収納室開口部を閉じ、外気より圧力センサーパッケージＳを遮断するようにしたものである。
【００１２】
しかしながら、この手段では、圧力センサーパッケージＳ内部の空間２０に大気が残存するので、この残存大気がスローリークにより検出部の作用系に拡散し、不純物による検出部の干渉応答や感度変化が避けられなかった。
【００１３】
そこで本発明は、圧力センサーパッケージをブロック内の外気から遮断された気密空間に収納し、この気密空間に検出部の前室並びに後室に充填された受感ガスと同じ成分の受感ガスを充填することによって、上記した従来課題を克服したＮＤＩＲを提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する為に本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明は、光源から投射された赤外線の光路上に試料ガスが導入されるセル部と、セル部に隣接するブロックに形成されセル部を通過した赤外線を検出する検出部を備えた赤外線分析計であって、前記検出部が、ブロックの壁面に囲まれた前室及び後室と、これら２室に充填された受感ガスの圧力差を検出する圧力センサーパッケージとを備え、該圧力センサーパッケージはブロック内の外気から遮断された気密空間に収納され、この気密空間に検出部の前室並びに後室に充填された受感ガスと同じ受感ガスが充填されている構造としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の赤外線ガス分析計は上記のごとく構成したから、圧力センサーパッケージを収納した気密空間から残存大気がなくなり、気密空間には検出部の前室並びに後室内の受感ガスと同じ成分の受感ガスで満たされるので、万一、圧力センサーパッケージ内の隔離部分から機密空間にリークが生じても、同じ成分の受感ガスが混ざり合うだけで、不純物による検出部の干渉応答や感度変化は生じることがなく、性能的に安定した赤外線ガス分析計を得ることができるとともに、市販の圧力センサーパッケージを赤外線ガス分析計の検知素子としてそのまま利用できるのでコストダウンを図ることができる、といった効果がある。なお、「同じ受感ガス」とは、成分比率がほぼ同等のガスを指す。前後室内の受感ガスとほぼ同じ圧力にすることがさらに好ましい。
【００１６】
（その他の問題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、ブロックの下部に圧力センサーパッケージを外部から装着することができる収納空間が形成され、この収納空間に圧力センサーパッケージを収納したあとに蓋で収納空間の開口部を密閉することにより前記気密空間が形成されている構成とするのがよい。
これにより圧力センサーパッケージのブロックへの組付けが容易であると共に、気密空間も簡単に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下において本発明にかかるＮＤＩＲについて図面を用いて説明する。図１は本発明に係るＮＤＩＲの検出部を示す断面図である。ＮＤＩＲの他の構成、即ち光源部及びセル部の構成は、先に図２で示した構造と同じであるから省略してある。検出部４０’も、圧力センサーパッケージＳを収納する部分を除き、図２で示したものと同じ構造で構成されており、故に、複雑化を避けるために、図２と同じ構成要素は同じ符号を附した。
【００１８】
検出部４０’は、アルミニウム製ブロック４７’で構成され、ブロック４７’内には受感ガスが封入された前室４１と後室４２が形成されており、この前室４１、後室４２に連なる連通路４３が設けられている。前室４１並びに後室４２は赤外光透過性の窓板で仕切られ、後室４２の背後は、外部からの赤外光入射を防ぐために例えば黒色のバックプレート４６で遮断されている。バックプレートは、場合によってはアルミなどの金属プレートを使用したり、或いは異種の受感ガスを封入した検出器を連設する場合には、赤外線通過性窓板を用いることもできる。前室４１と後室４２に封入される受感ガスは、ＮＤＩＲの被測定対象となるＣＯ２等の高濃度のガス、あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスで希釈されたガスが使用される。この受感ガスは、ガス導入管４８により前後室４１、４２を真空排気したあとに充填され、充填後、ガス導入管４８の開口部をカシメ等の手段によって閉塞することによって封止される。
【００１９】
ブロック４７’の下部に、図３，図４で示したものと同じ構造の圧力センサーパッケージＳを収納するための収納空間が設けられ、圧力センサーパッケージＳの筒状の差し込み部１１、１２を前室４１並びに後室４２に通じる連通孔４３に差し込むことによって圧力センサーパッケージＳが収納空間に装着される。そして、圧力センサーパッケージＳとの間に若干の空間５４を残すようにして、蓋５５で空間５４を気密に密閉するようにしている。
【００２０】
外気と遮断されたこの空間５４（気密空間）には、前室４１並びに後室４２へのガス充填と同じように、ガス導入管５６により真空排気したあとに受感ガスが充填され、充填後、ガス導入管５６の開口部をカシメ等の手段によって閉塞することによって封止される。充填される受感ガスは、前室４１並びに後室４２に充填される受感ガスと同じ成分のものが使用される。
【００２１】
圧力センサーパッケージＳのセンサー４４の電子回路基板４から電力供給並びに信号を取り出すためのリード線５７が接続され、このリード線５７を取り出すためにブロック４７’に形成された孔５８はシール材５９で完全に密閉されている。
【００２２】
上記の構成により、圧力センサーパッケージを含むブロック４７’内の全ての空間から残存大気がなくなり、気密の空間５４には前室４１並びに後室４２内の受感ガスと同じ成分の受感ガスで満たされるので、万一、圧力センサーパッケージＳ内の隔離部分、即ち、電子回路基板４とモールド部材３との間や、カバー７の接合部分からガスのリークが生じても、同じ成分の受感ガスが混ざり合うだけで、不純物による検出部の干渉応答や感度変化は生じることがなく、性能的に安定したＮＤＩＲを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、市販の圧力センサーパッケージを、性能的に安定した検知素子として使用可能なＮＤＩＲを製造する際に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例である赤外線ガス分析計の検出部の構造を示す断面図。
【図２】従来の赤外線ガス分析計の概略的な構成図。
【図３】圧力センサーの拡大断面図。
【図４】圧力センサーパッケージの断面図。
【図５】圧力センサーパッケージを装着した従来の赤外線ガス分析計の検出部を示す断面図。
【図６】圧力センサーパッケージを装着した従来の他の例を示すもので、（イ）は装着前であり、（ロ）は装着後を示す。
【符号の説明】
【００２５】
Ｓ  圧力センサーパッケージ
２０  光源部
２１  光源
３０  セル部
４０  検出部
４１  前室
４２  後室
４７  ブロック
５４  空間（気密空間）
【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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