(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、Ｐ（比例）演算とＰＩ（比例−積分）演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はＰ演算を行い、そのＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象である温度が前記上下両レベルの間にあるときは、ＰＩ演算に切り換えて、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御し、このＰＩ演算の結果に基づいて温度制御を行っている状態で外乱が生じて前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、ＰＩ演算からＰ演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたＩ（積分）要素の積分値をリセットしてＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びＰ演算からＰＩ演算に切り換え、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴とするガス分析計における温度制御方法。
【請求項２】
ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、Ｐ（比例）演算とＰＩ（比例−積分）演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はＰ演算を行い、そのＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象温度が前記上下両レベル間にあるときは、ＰＩ演算に切り換えて、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御し、このＰＩ演算の結果に基づいて温度制御を行っている途中で前記目標温度を設定し直して前記制御対象温度が前記上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、ＰＩ演算からＰ演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたＩ（積分）要素の積分値をリセットしてＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が設定し直された目標温度の上下に新たに設定した上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びＰＩ演算に切り換え、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴とするガス分析計における温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器などが所定の温度になるように温度調節する時の制御対象である温度を制御する際に用いられるガス分析計における温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス分析計においては、ガス流路、光源、検出器などが所定の温度になるように温度調節(以下、温調と略記する)している。これは、次のようなことを回避するためである。例えば、サンプルガスが通るガス流路における温調が不十分であると、サンプルガス中に含まれる成分の分子密度が変化するなどして、感度が低下したり、測定値に誤差が生じたりする。また、光源の温調が不十分であると、光量が変化し、例えばダブルビームタイプの赤外線ガス分析計における測定側と比較側の光量にアンバランスが生じ、ゼロ点が変化してこれが測定値に悪影響を及ぼす。そして、検出器の温調が不十分であると感度が低下するといった不都合が生ずる。
【０００３】
そして、特に、低濃度成分を高感度、高精度で測定するような場合、上述の不都合が生
じないように十分な温調を行うことが肝要となる。
【０００４】
従来のガス分析計における温度制御で使用するＰＩＤ（比例−積分−微分）制御器では、図４に示すような演算を行っていた。例えば、サンプルガス流路における温度を立ち上げて所定の目標値Ｓに到達し、その状態を維持させる場合、同図（Ａ）に示すように、スタートアップ時からＰＩ（比例−積分）演算またはＰＩＤ演算を行うか、あるいは、同図（Ｂ）に示すように、目標値Ｓよりやや下方にもう一つの目標値Ｓ0 を設定し、スタートアップ時はＰ（比例）演算を行い、制御温度が前記設定目標値Ｓ0 を超えると、ＰＩ演算またはＰＩＤ演算を行うのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記いずれの手法においても、次のような不都合があった。例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、当初はＰ演算を行い、温度が所定の設定値Ｓ0 を超えるとＰＩ演算またはＰＩＤ演算を行うようにしているときに、図５（Ａ）において符号Ａで示すように、大きな外乱によって制御温度が大きく目標値Ｓを外れた場合や、図５（Ｂ）において符号Ｓ’で示すように、目標値を大きく変えたような場合、Ｉ（積分）要素の積算値の影響を大きくあるいは長く受けてしまい、結果として大きなオーバーシュートＢ〔図５（Ａ）参照〕やＣ〔図５（Ｂ）参照〕が生ずる。このため、所定の温度制御の安定性や応答性に欠けるといった問題があった。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、温調時の温度を目標温度に制御する際、大きな外乱により制御温度が大きく目標値を外れた場合や制御途中で目標値を大きく設定しなおした場合において生ずるオーバーシュートを可及的に小さくして、温調時の温度を安定性よく、しかも応答性よく制御することができるガス分析計における温度制御方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガス分析計における温度制御方法は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、Ｐ（比例）演算とＰＩ（比例−積分）演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はＰ演算を行い、そのＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象である温度が前記上下両レベルの間にあるときは、ＰＩ演算に切り換えて、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御し、このＰＩ演算の結果に基づいて温度制御を行っている状態で外乱が生じて前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、ＰＩ演算からＰ演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたＩ（積分）要素の積分値をリセットしてＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びＰ演算からＰＩ演算に切り換え、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴としている。
また、請求項２に係る発明のガス分析計における温度制御方法は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、Ｐ（比例）演算とＰＩ（比例−積分）演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はＰ演算を行い、そのＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象温度が前記上下両レベル間にあるときは、ＰＩ演算に切り換えて、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御し、このＰＩ演算の結果に基づいて温度制御を行っている途中で前記目標温度を設定し直して前記制御対象温度が前記上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、ＰＩ演算からＰ演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたＩ（積分）要素の積分値をリセットしてＰ演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が設定し直された目標温度の上下に新たに設定した上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びＰＩ演算に切り換え、そのＰＩ演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴としている。
【０００８】
上記のようなガス分析計における温度制御方法においては、安定時に意味があるＩ演算を、外乱発生時や制御の途中での目標温度変更時に外すとともに、蓄積されていたＩ要素の積分値をリセットことにより、Ｉ動作特有の影響を排除することができる。したがって、大きな外乱によって制御温度が目標温度を大きく外れた場合や目標値を大きく設定しなおした場合におけるオーバーシュートを可及的に小さくすることができ、温調時の温度を安定性よくしかも応答性よく制御することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、例えばガス分析計におけるガス流路の温度を制御する系の構成の一例を概略的に示すもので、この図において、１はガス流路、２はこのガス流路１の温度調節器（図示してない）に対してオンオフ信号を出力する演算部で、互いに並列的に接続されたＰ演算部２１とＰＩ演算部２２とからなる。３はＰ演算部２１とＰＩ演算部２２のいずれか一方をガス流路側に接続する切り換えスイッチ、４は目標温度Ｓと流路１において測定された温度Ｔとが付き合わせられる突き合わせ点である。
【００１３】
そして、上記制御系においては、目標温度Ｓのほかに、この目標温度Ｓの上下に、目標温度Ｓの例えば±５％のところにレベルＳ1 ，Ｓ2 （図２および図３参照）を設け、このレベルＳ1 ，Ｓ2 を演算部２におけるＰ演算とＰＩ演算の切り換えレベルとしている。より詳しくは、制御対象かつ制御変数である流路温度Ｔが前記上下両レベルＳ1 ，Ｓ2 の間にあるときは、ＰＩ演算を行い、前記流路温度Ｔが切り換えレベルＳ1 ，Ｓ2 のいずれか一方をクロスしたときは、ＰＩ演算からＰ演算に切り換えるとともに、蓄積していたＩ要素の積分値をリセットするのである。
【００１４】
これを、外乱が生じた場合と、制御の途中で目標温度を大きく変えた場合に分けて説明する。そして、以下の例においては、温度を低い方から立ち上げ、所定の温度に維持する場合について説明する。
【００１５】
図２は、外乱が生じた場合における温度制御の状態を示す図で、流路温度Ｔがスタートアップ時から下の切り換えレベルＳ1 に達するまでは、Ｐ演算を行い、その結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（図２において、符号（１）で示す部分）。
【００１６】
そして、流路温度Ｔが下の切り換えレベルＳ1 と上の切り換えレベルＳ2 との間にあるときは、ＰＩ演算を行い、その結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（２）で示す部分）。
【００１７】
このＰＩ演算による流路温度の制御時に外乱が生じ、流路温度Ｔが下の切り換えレベルＳ1 をクロスするように低下すると、その時点で、ＰＩ演算からＰ演算に切り換える。この演算の切り換えと同時に、今まで蓄積されていたＩ要素の積分値をリセットし、Ｐ演算の結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（３）で示す部分）。
【００１８】
そして、前記Ｐ演算に基づいて制御される流路温度Ｔが下の切り換えレベルＳ1 を下方からクロスするように上昇して、下の切り換えレベルＳ1 と上の切り換えレベルＳ2 との間に戻ると、再びＰＩ演算を行い、その結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（４）で示す部分）。
【００１９】
上述のようにして、演算を切り換え、かつ蓄積されていたＩ要素の積分値をリセットすることにより、大きな外乱があって流路温度Ｔが目標温度Ｓを大きく外れたとしても、図５（Ａ）に示すような大きなオーバーシュートＢが生ずることがなく、したがって、流路温度Ｔを安定よくしかも応答性よく制御することができる。
【００２０】
図３は、制御を行っている途中で目標温度をＳからＳ’に変更したときの温度制御の状態を示す図で、この場合も流路温度Ｔがスタートアップ時から下の切り換えレベルＳ1 に達するまでは、Ｐ演算を行い、その結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（図３において、符号（５）で示す部分）。
【００２１】
そして、流路温度Ｔが下の切り換えレベルＳ1 と上の切り換えレベルＳ2 との間にあるときは、ＰＩ演算を行い、その結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（６）で示す部分）。
【００２２】
そして、ある時点で目標温度をＳからＳ’（ここで、Ｓ＜Ｓ’）に設定しなおしたとする。このとき、新たな目標温度Ｓ’の上下に、目標温度Ｓ’の例えば±５％のところに上下の切り換えレベルＳ1 ’，Ｓ2 ’を設定する。そして、流路温度Ｔが上の切り換えレベルＳ2 をクロスするように上昇すると、その時点で、ＰＩ演算からＰ演算に切り換える。この演算の切り換えと同時に、今まで蓄積されていたＩ要素の積分値をリセットし、Ｐ演算の結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（７）で示す部分）。
【００２３】
そして、前記Ｐ演算に基づいて制御される流路温度Ｔが新たに設定した下の切り換えレベルＳ1 ’を下方からクロスするように上昇して、下の切り換えレベルＳ1 ’と上の切り換えレベルＳ2 ’との間に入ると、再びＰＩ演算に切り換え、そのＰＩ演算の結果に基づいて流路温度Ｔを制御する（符号（８）で示す部分）。
【００２４】
上述のようにして、演算を切り換えることにより、制御の途中で目標温度をＳからＳ’に大きく変えた場合でも、図５（Ｂ）に示すような大きなオーバーシュートＣが生ずることがなく、したがって、流路温度Ｔを安定よくしかも応答性よく制御することができる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
そして、上記の実施の形態においては、温度を低い方から立ち上がらせるようにしているが、この発明はこれに限られるものではなく、温度を高い方から立ち下がらせ、所定の目標温度となるように制御する場合にも同様に適用できることはいうまでもない。
【００２８】
また、図３に示すような目標温度の変更の場合において、Ｓ＞Ｓ’であっても同様に適用できることは勿論である。
【００２９】
さらに、切り換えレベルＳ1 ，Ｓ2 の目標温度Ｓに対する大きさは、上述した値に限定されるものではなく、制御対象に応じて任意に設定できることはいうまでもない。
【００３０】
【００３１】
そして、この発明は、ガス流路の温度調節を行う時の温度制御に限定されるものではなく、ガス分析計における光源や検出器等の測定精度に悪影響を及ばす他の温度調節を行う時の温度制御にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ガス分析計の測定精度に悪影響を及ばすことがないようにするために分析計の構成要素であるガス流路、光源、検出器等が所定の温度になるように温調するときの制御対象、制御変数である温度を目標温度に制御する際、大きな外乱によって制御温度が目標温度を大きく外れた場合や制御途中で目標値を大きく設定しなおした場合などにおいて生ずるオーバーシュートを可及的に小さく抑えることができる。したがって、各種の構成要素の温調時の温度を安定性よくしかも応答性よく制御し、特に、低濃度成分を測定する場合の感度の低下や測定精度の低下という不都合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一つの実施の形態を示すもので、ガス分析計におけるガス流路の温度を制御する系の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】  外乱が生じた場合における温度制御の状態を示す図である。
【図３】  制御を行っている途中で目標温度を変更したときの温度制御の状態を示す図である。
【図４】  従来のガス分析計における温度制御方法を説明するための図である。
【図５】  従来の温度制御方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
２…演算部、２１…Ｐ演算部、２２…ＰＩ演算部、Ｓ…目標温度、Ｓ´…変更された目標温度、Ｓ1 ,Ｓ2 ，Ｓ1 ´，Ｓ2 ´…演算の切り換えレベル、Ｔ…制御対象温度。
【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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