(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスの流量を電気信号として出力する流量検出器と、その流量検出器の出力信号をフィードバックして前記燃料ガスの流量を設定値に近づけるように制御する流量制御手段と、２種以上の助燃ガスをそれぞれの流路に設けた弁の開閉によって切り換え使用するための弁及び弁制御手段とを備えるフレーム原子吸光分析装置において、前記流量検出器の出力を前記設定値と比較して両者の大小関係に応じてオンまたはオフの信号を出力する比較手段を有し、その比較手段の出力がオン、オフいずれか一方の状態のときに前記弁の操作をインターロックするように前記弁制御手段が構成されていることを特徴とするフレーム原子吸光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム原子吸光分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フレーム原子吸光分析装置は、燃料ガスが燃焼する炎の中で試料原子が励起され、これによる元素特有の波長の光の吸収の強さを測定することにより定性／定量分析を行うものである。測定対象により励起エネルギーが異なるため、測定元素に適した炎を選ぶ必要があり、燃料ガスと助燃ガスの組み合わせにより空気―アセチレン炎、酸化二窒素―アセチレン炎、空気―水素炎等が適宜切り換え使用される。
【０００３】
このうち、酸化二窒素―アセチレン炎は燃焼速度が非常に大きいために、この混合気体に直接点火したり、或いは消火時に両方のガスの供給を同時に停止したりすると、逆火を生じバーナを損傷させるばかりでなく、操作者にも危険が及ぶ場合がある。このような事態を防止するために、従来は酸化二窒素―アセチレン炎の点火の際は、まず空気―アセチレン炎を点火し、その後にアセチレンの流量を増してアセチレン過多炎を作り、しかる後に助燃ガスを空気から酸化二窒素に切り換えて酸化二窒素―アセチレン炎を形成するという手順を踏んでいる。消火の際も、一旦空気―アセチレン炎に切り換えた後に両方のガス供給を停止することが必要である。
【０００４】
もしこの手順を踏まず、アセチレン過多炎の状態にならないまま助燃ガス種を切り換えると逆火が起こる危険性があるので、これを避けるために従来は、空気―アセチレン炎は適正空気量のとき（完全燃焼状態）は青色炎、アセチレン過多のとき（不完全燃焼状態）は赤色炎であり、しかも光量が多いことに着目して、長波長可視域に感度を有する光センサを用いて、赤色炎が検出されるとき以外は助燃ガスの切り換えができないように安全装置を付加した弁制御装置により切り換え操作を行っていた（特許番号第１２９８５３９号）。
【０００５】
図２はこのような従来のフレーム原子吸光分析装置におけるガス供給システムの一例を示したものである。
同図において、１、２はそれぞれ空気、酸化二窒素の供給流路であり、各々電磁弁１１、２１によって流路が開閉され、どちらか弁が開いている方のガス種が流量調整器５で適正な量に調整され助燃ガスとしてバーナ６に供給される。一方、燃料ガスであるアセチレンは、燃料ガス供給流路３から流量調整器４で流量を調節されてバーナ６に供給され、ここで前記助燃ガスと混合されて燃焼し、炎６１を生じる。
【０００６】
８は助燃ガスのガス種切り換え時の安全装置である。即ち、長波長可視域に感度を有するフォトダイオード（図示せず）等の光センサにより炎６１の赤色光を検出してこれを電気信号に変え、適宜増幅してＥａとして出力し、これを比較器７３で予め設定した閾値Ｅｓと比較し、ＥａがＥｓよりも高いか低いかに応じてオンまたはオフのデジタル信号Ｅｃを弁制御回路７２に出力する。
【０００７】
９は助燃ガスを切り換えるための信号源、例えば分析装置の操作パネル面に設けた押しボタンスイッチ等であって、ここからの弁操作信号Ｓが弁制御回路７２を経て電磁弁１１及び２１に達することにより助燃ガスが空気から酸化二窒素へ（或いはその逆に）切り換えられる。助燃ガスの切り換えに当たり、短時間ではあるが過渡的に両方のガスが混合して流れる状態が生じた方が安全性が高いとされるので、電磁弁１１及び２１は閉じるときに遅延動作が求められる場合があるが、このような遅延動作もこの弁制御回路７２によって制御される。
【０００８】
この弁操作信号Ｓが弁制御回路７２を通過する過程で、例えば酸化二窒素用の電磁弁２１を操作するとき、即ち、電磁弁２１を開き、或いは既に開いている電磁弁２１を閉じるときは比較器７３の出力信号Ｅｃを参照して、例えばＥｃがオンのとき（炎が赤色炎のとき）以外は電磁弁２１を操作できないようにインターロック回路が構成されている。このようなインターロックの仕組みは、リレー等の論理回路素子を組み合わせて通常の回路設計技術により容易に実現可能であるが、近年は制御装置７にマイクロプロセッサが組み込まれるようになり、コンピュータソフト上でより簡単に実現できるようになった。
【０００９】
流量制御器４は、かつては定圧、または定流量調整弁が用いられたが、近年は流量検出器４１によりガス流量を電気信号に変換して取り出し、これをデジタル化して流量制御回路７１によってコントロールバルブ４２（ピエゾ式、またはソレノイド式）にフィードバックして設定値Ｅｆによって与えられる流量値になるように調節する制御システムとして構成されるものが多く、このようなシステムを用いることで助燃ガスを切り換える際に、一時的にアセチレン過多炎とするためにアセチレン流量を増加させることが容易に可能となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような安全装置を設けることにより、酸化二窒素を助燃ガスとして用いる場合の逆火に対する安全性は著しく向上したが、従来の安全装置は上述のように可視域の光センサを用いているために、外光により妨害を受けやすく、信頼性を高めるには外光を十分に遮蔽する構造が必要であった。また、燃料ガスの流量や助燃ガスとの混合比によって光量が変わり、光センサの出力レベルが変わるので、ガス流量を設定するたびに閾値の設定も変えなければならないという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、助燃ガス切り換え時の逆火防止のためにより信頼性が高く操作の簡単な安全装置を備えたフレーム原子吸光分析装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、最近のフレーム原子吸光分析装置においては燃料ガスの流量を電気信号として取り出すことのできる流量検出器が用いられていることに着目し、光センサの代わりにこの流量検出器の出力を安全装置の信号源としても利用するように工夫したものである。即ち、本発明は燃料ガスの流量を電気信号として出力する流量検出器と、その流量検出器の出力信号をフィードバックして前記燃料ガスの流量を設定値に近づけるように制御する流量制御手段と、２種以上の助燃ガスをそれぞれの流路に設けた弁の開閉によって切り換え使用するための弁及び弁制御手段とを備えるフレーム原子吸光分析装置において、前記流量検出器の出力を前記設定値と比較して両者の大小関係に応じてオンまたはオフの信号を出力する比較手段を有し、その比較手段の出力がオン、オフいずれか一方の状態のときに前記弁の操作をインターロックするように前記弁制御手段が構成される。
【００１２】
このように構成することにより、従来は不完全燃焼炎の赤色光の光量から間接的にアセチレン流量が逆火を防ぐに十分な量であるか否かを判別していたのに対し、アセチレンの流量値を直接的に安全装置を作動させるための信号源として利用するので信頼性が向上し、しかも流量制御のために設けられている既存の流量検出器を安全装置にも兼用するので、新たにセンサを設ける必要がなく、装置構成が簡単化し、コスト低減の効果も得られる。また、光センサの出力信号に対して閾値を設定する煩わしさも解消される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１に示す。
同図において、流路１、２から供給される２種の助燃ガスは電磁弁１１、２１でどちらか一方が選択され、流量調整器５で調整されてバーナ６に送られ、そこで流路３から供給され流量調整器４で調節された燃料ガスと混合して燃焼し炎６１を生じることは図２の場合と同様である。その他、図２と同一の構成要素には同一の符号を付してあるので、再度の説明は省略する。
【００１４】
図１において従来と特に相違する点は、炎６１の状態をモニターする光センサを持たないことであり、その代わりに流量検出器４１の出力信号Ｅｆを比較器７３でアセチレン流量の設定値Ｓｆと比較するように構成されている。実際には、比較器７３の入力レベルに合わせるために流量検出器４１の出力信号Ｅｆを適度に増幅することが必要となるが、ここでは説明を簡単にするために増幅器は省略してある。
【００１５】
このように構成されたフレーム原子吸光分析装置で助燃ガス種を空気から酸化二窒素に切り換える操作手順は次の通りである。
まず、押しボタン等９を操作することにより弁操作信号Ｓが発せられると、予め定めたプログラムによりアセチレン流量を増加するため設定値Ｓｆが変更される。これに応じて流量制御回路７１によりコントロールバルブ３１が調節されて、実際にアセチレン流量が設定された値まで増加させられる。この結果、流量検出器４１の出力信号Ｅｆも増大し、設定値Ｓｆにほぼ等しくなると、比較器７３の出力信号Ｅｃがオン（またはオフ）となり、弁制御回路７２内のインターロックが解除されて、弁操作信号Ｓが弁制御回路７２を通り酸化二窒素の弁２１に達してこれを開き、同時に（または少し遅れて）空気の弁１１が閉じることにより助燃ガス種の切り換えが完了する。
【００１６】
もし何らかの理由でアセチレン流量が逆火を防ぐに十分な流量に達しないとき、即ち、流量検出器４１の出力信号Ｅｆが設定値Ｓｆに達しないときは、比較器７３の出力信号Ｅｃがオン（またはオフ）にならないので、弁制御回路７２内のインターロックが解除されず、弁操作信号Ｓは弁１１、２１に到達できないので助燃ガスは切り換えられず、安全装置としての機能を果たすことができる。
このように、アセチレン流量値を直接的に安全装置を作動させるための信号として利用するので、従来のものに比べてより安定した確実な動作が期待できる。
また、アセチレン流量値と比較する対象はアセチレン流量の設定値であるから、別個に比較対象となる閾値を設定する煩わしさが解消される。
【００１７】
図１では、流量検出器４１の出力信号Ｅｆは常時比較器７３に入力され、モニタされているが、マイクロプロセッサを制御装置７に導入して適当なプログラムによりこれを比較器７３としても利用する場合は、弁操作信号Ｓが入力されたときにのみ流量検出器４１の出力信号Ｅｆを読み込むように構成すれば同様に機能する。この場合の切り換え手順は次のようになる。
弁操作信号Ｓを受けると、アセチレン流量の設定値が変更され、これに応じて実際のアセチレン流量が増加する。ここでマイクロプロセッサが流量検出器４１の出力信号Ｅｆを参照し、もしこの値が設定値Ｓｆに達していなければ弁操作信号Ｓの流れを止め、弁の操作を保留すると共にしかるべきアラームを発する。
【００１８】
このように、マイクロプロセッサを導入すると比較器７３ばかりでなく、プログラム次第で流量制御回路７１や弁制御回路７２の全部または一部の機能をマイクロプロセッサで行うことが可能となる。本発明は、図１に示すような独立した機能を持つこれらの回路ブロック（流量制御回路７１、弁制御回路７２、比較器７３等）が固定的に存在するものに限定せず、マイクロプロセッサが適切なプログラムに従ってこれらの機能を統括的に実行するするように構成された装置をも包括する。
また、上記説明中で例示した燃料ガスや助燃ガスのガス種に関しても、本発明はこれに限定されない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、炎の状態をモニタするために光センサを使用しないので、外光の妨害を受けることがなく、信頼性が向上する。しかも、新たにセンサを設ける必要がないので装置構成が簡単になり、コスト低減の効果も得られる。また、光センサの出力信号に対して閾値を設定する煩わしさも解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に関する従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１、２…助燃ガス流路
３…燃料ガス流路
４、５…流量調整器
６…バーナ
７…制御装置
９…弁操作信号源
１１、２１…電磁弁
３１…コントロールバルブ
４１…流量検出器
７３…比較器
【図１】
0004023046.tif 000002
【図２】
0004023046.tif 000003