(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験試料の揮発性流体の量を測定する分析器であって、
前記試料を入れる容器；
前記試料を加熱して、前記揮発性流体を前記試料から放出させる手段；
キャリヤーガスを、予め決められた流量で送り出す手段；
前記キャリヤーガス中の前記揮発性流体の瞬時相対量を連続的に感知するセンサ；
送り出された前記キャリヤーガスを前記容器に導き、前記キャリヤーガスとともに前記放出させた揮発性流体を前記容器から前記センサへ導く第１のモードと、送り出された前記キャリヤーガスを前記容器を介さずに前記センサへと導く第２のモードと、送り出された前記キャリヤーガスを前記容器へ導き、前記キャリヤーガスとともに前記放出された揮発性流体を、前記センサを経由させることなく前記容器から外部へ放出する第３のモードと、を切り替えるためのマニホルドアセブリ；および
前記試験試料の前記揮発性流体含量を測定するため、前記センサに連結された計算手段；
を備えてなる分析器。
【請求項２】
前記計算手段が、前記試料からの前記揮発性流体の経時輸送量を測定して前記揮発性流体の含量を測定する請求項１に記載の分析器。
【請求項３】
前記計算手段が、前記経時量の変化を利用して、前記試験試料の揮発性流体含量の予測百分率を計算する請求項２に記載の分析器。
【請求項４】
前記計算手段が、前記試験試料の重量および前記経時量の変化を利用して、前記試験試料の前記揮発性流体の予測全重量を計算する請求項２に記載の分析器。
【請求項５】
前記揮発性流体が水である請求項１に記載の分析器。
【請求項６】
前記揮発性流体が水である請求項２に記載の分析器。
【請求項７】
前記揮発性流体が水である請求項３に記載の分析器。
【請求項８】
前記揮発性流体が水である請求項４に記載の分析器。
【請求項９】
前記容器がセプタムびんからなり、前記セプタムびんが前記試料を受け入れる請求項１に記載の分析器。
【請求項１０】
前記マニホルドアセブリが、第一管と第二管を有する第一対向流管状アセンブリを備えてなり、前記アセンブリは前記容器中に挿入可能であり、前記第一管は前記ガスを前記容器内に導入しかつ前記第二管は前記ガスと前記揮発した流体を前記容器から排出する請求項１に記載の分析器。
【請求項１１】
粒子状物質、および前記セプタムびんから排出される前記ガスからの前記揮発された流体以外の揮発された流体をろ過するため、前記容器と前記センサの間に配置されたフィルターを備えてなる請求項10に記載の分析器。
【請求項１２】
前記ガスが窒素である請求項11に記載の分析器。
【請求項１３】
前記容器への前記ガスの流量を測定する手段をさらに備えてなる請求項10に記載の分析器。
【請求項１４】
前記第一管の上流に配置された第一流量センサおよび前記第二管の下流に配置された第二流量センサを備えてなり、前記第一と第二の流量センサが各々、ガス流量を示す信号を提供し；そして
前記計算手段が、前記第一と第二の流量センサに連結されて、前記第一と第二の流量が予め決められた関係になると、信号現示を行う；
請求項10に記載の分析器。
【請求項１５】
前記計算手段が、前記試料が含有している前記揮発性流体の絶対量を予測する手段を備えてなる請求項１に記載の分析器。
【請求項１６】
物質の揮発性流体含量を測定する方法であって、
前記物質の試験試料を容器内に入れ；
前記容器をバイパスしてキャリヤーガスを測定系に通過させることで測定系を乾燥させ；
前記試料を加熱することにより、前記試料から前記揮発性流体を放出させ；
前記試料が所定温度まで加熱されるまでの間に、前記キャリヤーガスを前記容器に導いてから、前記揮発性流体を感知するセンサを経由することなく測定系から排出することにより、前記放出された前記揮発性流体をパージさせ；
前記キャリヤーガスに、予め決められた流量で前記容器を通過させて、前記放出された揮発性流体を前記容器から運び出し；
前記キャリヤーガス中の前記揮発性流体の瞬時相対量を連続的に感知し；次いで
前記連続的に感知された相対量を利用して、前記試験試料の前記揮発性流体含量を計算する；
各ステップを含んでなる方法。
【請求項１７】
前記試験試料からの、前記揮発性流体の経時輸送量を測定するステップを含んでなる請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記揮発性流体の含量が、揮発性流体含有量の予測百分率として計算される請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記試験試料を秤料してその重量を測定し；次いで
前記重量と前記経時流量から、前記試験試料の揮発性流体含量を計算する；
ことからなる請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記物質の試験試料を集め、直ちに前記容器内に収納し；次いで
前記収納ステップの後、前記容器を密封して、前記容器を密封状態に保持する；
ことからなる請求項16に記載の方法。
【請求項２１】
前記揮発性流体が水である請求項16に記載の方法。
【請求項２２】
被検試料が入っている密封容器；
前記容器を加熱するヒータ；
キャリヤーガスを、予め決められた流量で送り出す手段；
前記キャリヤーガスの瞬時相対温度を示す信号を提供する相対湿度センサ；
送り出された前記キャリヤーガスを前記容器に導き、前記キャリヤーガスとともに前記放出させた揮発性流体を前記容器から前記センサへ導く第１のモードと、送り出された前記キャリヤーガスを前記容器を介さずに前記センサへと導く第２のモードと、送り出された前記キャリヤーガスを前記容器へ導き、前記キャリヤーガスとともに前記放出された揮発性流体を、前記センサを経由させることなく前記容器から外部へ放出する第３のモードと、を切り替えるためのマニホルドアセブリ；および
前記試料からの水分輸送の終点を自動的に計算するため、前記相対湿度センサに連結されたマイクロコンピュータ手段；
を備えてなる水分分析器。
【請求項２３】
前記マイクロコンピュータ手段が、前記試料に含まれている水の量を自動的に計算する請求項22に記載の水分分析器。
【請求項２４】
前記ガスが窒素である請求項22に記載の水分分析器。
【請求項２５】
予め決められた量の水を前記キャリヤーガス中に注入する手段；および
前記キャリヤーガス中の水の量を測定する操作を行いそして前記システムの校正精度を決定する前記マイクロコンピュータ手段；
を備えてなる請求項24に記載の水分分析器。
【請求項２６】
前記マイクロコンピュータ手段が、校正履歴を記憶するメモリ手段を備えている請求項25に記載の水分分析器。
【請求項２７】
前記マイクロコンピュータ手段が、前記試料の水分量を計算する請求項26に記載の水分分析器。
【請求項２８】
重量既知の試験試料中の対象流体の重量百分率を測定する方法であって、下記ステップ、すなわち
(a)試験試料を密封容器中に維持し；
(b)前記密封容器をバイパスして輸送ガスを測定系に通過させることで測定系を乾燥させ；
(c)前記容器中の試験試料を加熱して、対象の揮発性流体を気体状態に変換し；
(d)前記輸送ガスを前記容器に送って通過させて、前記気体状態の前記揮発性流体を前記容器から放出させ；
(e)前記容器から放出される前記輸送ガス中の、前記気体状態の揮発性流体を、前記試料が所定温度まで加熱されるまでの間、測定系の外へパージさせ；
(f)前記容器から放出される前記輸送ガス中の、前記気体状態の揮発性流体の瞬時相対量を連続的に感知し；次いで
(g)前記連続的に感知した相対量を利用して、試料中の対象流体の重量％を求める；
各ステップからなる方法。
【請求項２９】
前記加熱ステップを開始した後、予め決められた時間、前記輸送ガスで前記容器をパージするステップを含む請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記試料を収集し、次に収集の時点から試験が完了するまで、前記試料を前記密封容器内に保管する初期ステップを含む請求項28に記載の方法。
【請求項３１】
前記容器がセプタムびんである請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
前記対象流体が水である請求項28に記載の方法。
【請求項３３】
前記感知の前に前記キャリヤーガスをろ過して、妨害する揮発性流体を除く追加のステップを含む請求項28に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、試験試料中の揮発性流体の実際量および比例量（proportional amount）を測定する装置に関する。
発明の背景
物質の試験試料中に存在する揮発性流体の量を測定するのに用いる各種の装置が開発されている。本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第4,838,705号に指摘されているように、このような測定は、各種の法律または規則の要件の遵守のみならず製造時の品質管理を含む各種の理由から重要および／または必要である。
存在している揮発性流体の量を測定する一つの従来技術は、「乾燥減量法」として知られており、米国特許第4,165,633号に記載されている。その方法では、被検試料を加熱して揮発性流体を放出させる。試験前、試験中および試験後にその試料の重量を測定して、試料の重量の変化を求める。計算による各種の方法が、初期重量の減量に基づいた揮発性流体の百分率を予測するのに用いられている。
化学分析法も、対象の特定の揮発性流体に使用されており、例えば水は「カールフィッシャー法」として知られている方法で測定されている。これらの化学分析法では、有毒な試薬を使用している。さらに、化学分析法は、通常、高度に熟練したオペレータを必要としかつ時間がかかる分析法である。
'705特許に記載されている方法では、装置を使用して、試験試料中に存在する揮発性流体を集めて重量を測定する。さらに具体的に述べると、試験試料を、密封室内で加熱して揮発性流体を放出させる。気体の揮発性流体を、対象の揮発性流体に感受性の捕集剤を通過させる。その捕集剤は、流体が捕集されるにつれて重量が増大する。その捕集剤を保持する重量センサが、その装置の作動中、捕集剤の最初の重量、中間の重量および最終重量を示すデータを提供する。計算電子回路がそのデータについて各種の計算を実施して、試験試料中の対象の揮発性流体の重量％の予測測定値と実測値を提供する。
従来の方法と技術は各々、試験試料の各種揮発性流体の含量を測定するのに使用される。最も普通の対象流体の一つは水である。したがって、私の発明の例証実施態様は水分分析器に関する実施態様であるが、私の発明の原理は他の揮発性流体にも適用できる。
水分測定に関する他の従来技術の特許としては、米国特許の5,433,105号、5,343,735号、5,340,541号5,187,972号、5,274,931号、5,253,512号、5,138,870号、4,787,052号および4,165,633号がある。
従来技術の一つの問題点は、試験試料が一般に、収集後ただちに分析されず時間が経過してから分析されることである。たいてい、試験試料は、試験や分析を行うまで周囲の大気条件にさらされる。その結果、測定値は本質的に不正確になる。というのは、開放環境では、対象の揮発性流体が、例えば放出または吸収されるからである。
発明の要約
本発明は、定量試験の結果を比較的短い時間内に提供しそして試薬を使用する必要がない揮発性流体分析器に関する。
さらに具体的に述べると、本発明は、予測法を利用して、試料の対象流体含量を短時間で自動的に測定する。
本発明の好ましい実施態様で、試料の含水量を測定する水分分析器が提供される。試料は、気密の容器（好ましい実施態様ではセプタムびんである）に入れる。対抗流管装置が上記セプタムびんに差しこまれている。その管装置は第一と第二の管を備えている。キャリヤーガスを、上記管のうちの一方の管を通じてセプタムびんに注入し、他方の管を通じて排出させる。セプタムびんを加熱することによって、試料を加熱する。被検試料を加熱すると、被検試料中の揮発性流体（この場合は水分）が前記キャリヤーガス中に放出される。このキャリヤーガスは、放出された対象の流体を相対湿度センサまで運ぶ。そのキャリヤーガスの相対湿度は連続的に測定される。キャリヤーガスの流量は、正確に分かっている予め決められた容積流量に調節されている。
本発明の水分分析器は、前記相対湿度を監視し、つまり相対湿度の変化率を監視し、次いでガス流の相対湿度の経時変化を監視して試料中の実際重量を計算することによって、被検試料中の水の全重量を予測的に測定する。
本発明の自動水分分析器を使用して、制限はないが、従来、高温測定法およびカールフィッシャー電量分析法を用いて測定していたプラスチック類、凍結乾燥された薬物類、ペイント類および塗料類ならびに他の多くの物質を含む多数の物質の含水量を測定することができる。
本発明によれば、不活性ガスを使用して、相対湿度センサをパージして残留水分を迅速に除く。次に、そのシステムを、既知量すなわち校正量の水分がキャリヤーガス中に注入される自動校正モードで操作する。その含水量を測定する。その測定値を前記既知量と比較し、次にその比較結果を、その後の試験結果に対し係数として使用する。さらに、そのシステムは校正試験の結果をメモリに記憶し、そのメモリは校正結果の履歴を提供する。校正の後、そのシステムを再びパージして残留水分を除く。
試料を試験する場合、分析するため収集した試料を、気密容器中に入れる。その容器（例示実施態様ではセプタムびんである）をヒータ内に入れて、対向流管装置をその容器中に差し込む。キャリヤーガスを一方の管を通じて該容器中に流入させかつ他方の管を通じてキャリヤーガスを排出させることによって、該容器の高流量キャリヤーガスによるパージを行う。このヘッドスペースのパージは、試料が水分を放出するのに十分な温度まで加熱される前に行う。該容器をパージした後、キャリヤーガスの流量を、正確に分かっている流量まで低下させる。相対湿度センサは、上記キャリヤーガスの相対湿度の動的連続読取りを行う。被検試料から放出された水分の量は、上記流量と相対湿度の読取り値から計算される。全含水量は、相対湿度の経時変化を確認することによって予測することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、下記図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによってよく理解されるであろう。なお各種の図の同じ番号は、同じ要素を示すのに用いてある。
図１は、本発明の原理によるシステムの機械略図を示す。
図２は、図１に示すシステムのプローブ、試料容器およびヒータ部分の部分断面図を示す。
図３は、図１に示すシステムとともに利用される電子制御装置の概略図である。
好ましい実施態様の詳細な説明
例示水分分析器１を図１に示す。試験試料を収集し、直ちにセプタムびん20内に入れる。その試験試料は、収集してから試験中を通じてセプタムびん20中に滞留している。一般にこの分析器は、試験試料中に存在する対象の揮発性流体すなわち水を、セプタムびんを通過する不活性のキャリヤーガス中に放出させる。キャリヤーガスの流量は注意深く制御する。キャリヤーガスは、相対湿度センサ22を通過し、そのセンサはガス流中の揮発性流体の相対量を連続的に示す。その湿度センサ22は、市販のキャパシタンス型相対湿度センサである。通常のマイクロコントローラすなわち計算回路50が、予め決められた流量における相対湿度の測定値を、試料から放出された水の絶対重量の測定値に、動的に変換する。相対湿度の変化率を監視することによって、前記マイクロコントローラは、試料の全含水量を予測することができる。試験試料を蒸発加熱に付す前にその重量を測定することによって、この水分分析器は、被検試料の重量％として、水分の測定値を直接提供することができる。
例示実施態様の水分分析システム１の場合、乾燥窒素供給源10がシステム１に連結されている。窒素が例示水分分析器１に使用されているが、被検試料中の対象揮発性流体に対して不活性のいかなるガスも利用できると解すべきである。乾燥窒素が、市販のタイプの50ミクロンのフィルター11を通過し次に調圧器12に流入する。調圧器12は、市販のタイプのものであり、圧力を予め決められたレベル、一般に4psiに維持する。調圧器12から出て交互に切替えられる流路が設けられ、二つの異なるレベルの流れが形成される。一方の流路の流量調節器すなわち流量制限器13は流量を第一の予め決められたレベルに維持する。入力圧が4psiの場合、流量調節器すなわち流量制限器13は190cc/minの流量を与える。第二の流路の流量調節器すなわち流量制限器15は、かなり高い予め決められた流量を与える。一般に、流量調節器すなわち流量制限器15を通過する流量は約1L/minである。流量調節器すなわち流量制限器13と15は各々、固定した正確な流量を提供するタイプの市販の流量調節器である。流量調節器13と15の両者は電磁弁16に連結される。流量センサ14が、流量調節器13と電磁弁16の間に配置されている。
電磁弁16を利用して、システムを通過する窒素の二つの流量のいずれかを選択する。弁16は、流量調節器13からシステムを通過する操作流量または流量調節器15からの高いパージ流量を提供する。
電磁弁16は、流量センサ14を介して低流量調節器13に連結された第一入口ポート16aを備えている。電磁弁16は、高流量調節器15に連結された第二入口ポート16bを備えている。電磁弁16は単一の出口ポート16cを有している。電磁弁16は通常、付勢されておらず、弁16を通過する流れは、ポート16aがポート16cに連結され、ポート16bが通常閉じている流れである。電磁弁16が付勢されると、ポート16bがポート16cに連結され、ポート16aが閉じる。電磁弁16の出口ポート16cは、試料びんのバイパス電磁弁17に接続されている。
弁17は単一の入口17aを有し、そして二つの出口17bと17cのどちらかを選択する。電磁弁17は、付勢されていない第一付勢状態の時、入口ポート17aが出口ポート17eに連結される。入口ポート17aは、電磁弁17が付勢されている第二付勢状態の時、出口ポート17bに連結される。弁17の出口ポート17bは、対向流管装置（そのより具体的な詳細事項は後に述べる）を介して試料びん20に連結されている。その対向流管装置は、フィルター21に連結されている試料びん20から、センサバイパス電磁弁18の入口ポート18aへの排出流路を提供している。電磁弁18は、二つの選択可能な出口18bと18cを持っている。電磁弁18が付勢されていない第一付勢状態の時、入口18aは、排気管30に連結されている出口ポート18cに連結される。電磁弁18が付勢されている第二付勢状態の時、入口ポート18aは出口ポート18bに連結される。電磁弁18の出口ポート18bと電磁弁17の出口ポート17cはともに相対湿度センサ22の入口に連結されている。相対湿度センサ22の出口は、流量センサ23を通じて排気管30に連結されている。
電磁弁19は、分析器を、自動校正機能すなわち自動校正モードで選択的に作動させるために設置されている。弁19は通常、付勢されておらず、そしてこの状態で、入口ポート19aは出口ポート19cに接続され、出口ポート19bは閉じている。電磁弁19が付勢されると、入口ポート19aが出口ポート19bに接続され、出口ポート19cは閉じられる。電磁弁19が付勢されることによって、流路が、入口ポート19aから、その出口が相対湿度センサ22に連結されている水噴射器26を通じて形成される。
弁16、17、18および19は、それらの各種の入口と出口が、マニホルドアセンブリ79によって、図に示す接続方式にしたがって直接、接続されている。マニホルドアセンブリ79を利用することによって、ヒータ25を、図１に概略を示すマニホルド79のまわりに形成させて、窒素ガス流を加熱することができる。
試料びん20をヒータアセンブリ24中に置いて、試料を加熱し、対象の揮発性流体、例えば水分を放出させることができる。ヒータ24の温度は、一般に25℃〜225℃に設定される所望の温度に制御される。ガスの相対湿度の実時間分析によって、試験の終点に到達したことが確認されると、試験は自動的に終了する。
本発明の水分分析器は下記の五つの操作モードで操作することができる。すなわち、「システムのドライダウン（dry down）」、「維持乾燥」、「システムの校正」、「試料びんのパージ」および「試料の試験」のモードである。これらの各モードにおけるシステムの操作を以下に説明する。
「システムのドライダウン」のモードでは、高流量の乾燥窒素が、システムを通過して、システム中のあらゆる残留揮発性流体、例えば水分を除き、特に相対湿度センサ22を乾燥する。このモードでは、電磁弁16が付勢されて、入口ポート16bが出口ポート16cに接続され；電磁弁17、18および19は付勢されず、その結果入口ポート17aが出口ポート17cに連結されそして入口ポート19aが出口ポート19cに接続されて、試料びん20がバイパスされる。この弁の配置構成によって、乾燥窒素は、供給源10から、フィルター11、調圧器12、高流量制限調節器15、弁16、弁17、弁19を通過して相対湿度センサ22に至り、次に流量センサ23を通過して排出管30に至る。入口ポート18aが出口18cに連結されかつポート18bが閉じられている弁18はバイパスされる。この流路によって、窒素供給源10からの乾燥窒素ガスは1L/secの流量で流れてシステムを乾燥し、試験試料を分析する前にシステムの水分を確実に除く。この流れの配置構成で、弁17、18および19は、試料びん20を通過する流れがないように配置構成されている。
次に、システムを「維持乾燥」モードの配置構成にして、その要素を水分なしに保持する。このモードで、弁17、18および19は、「ドライダウン」モードであった場合と同様に付勢されないままである。しかし、この場合、弁16は付勢されず、その結果、入口ポート16ａと出口ポート16cが接続される。このモードでは、入口ポート16bが閉じられているので、高流量調節器15からの流れは遮断される。この配置構成によって、乾燥窒素は、供給源10から、フィルター11、調圧器12、低流量制限器すなわち調節器13、流量センサ14、弁16、弁17、弁19を通過して出口19cに至り、次いで相対湿度センサ22と流量センサ23を通過して排出管30に至る。このモードでは、システムを通過する流量は190cc/minである。このモードは、相対湿度センサ22を、最初に乾燥した後、乾燥状態に維持するために利用される。
システムは、定期的に、「自動校正」モードで操作される。このモードでは、正確な量の水分を、水分注入器26によってシステムに注入して、センサ22に対する応答を測定する。「自動校正」モードでは、弁16、17および18は、上記「維持乾燥」モードであった場合と同じ付勢状態である。自動校正電磁弁19が付勢される。電磁弁19が付勢されると、入口19aが出口19bに連結され、出口19cが閉じる。正確な量の水を窒素ガス流中に注入する水注入器26に対する流路が形成される。次に、センサ22を用いて、システムに注入された水の量を測定する。
注入された水の量は、高い精密さで分かっている。測定された水分量と注入器26で注入した既知量の間の差を利用して、センサ22からの読取り値の分析の校正を調節する。校正結果の履歴はメモリに記憶される。
システムを校正した後、システムを上記「ドライダウン」モードで操作することによって再び乾燥する。
システムを、乾燥し、校正し次に再び乾燥した後、被検試料が入っている試料びん20をびんヒータ24内に挿入する。そのびん20は、熱遅延（thermal delay）のため、ヒータ24の温度まで温度が上昇するのに数秒間かかる。この熱遅延の時間中、高流量の窒素がびん20を通過して、びん20内のヘッドスペースをパージする。びん20を通過するパージ流路を形成するため、弁16と17は付勢し、弁18と19は付勢しないままにしておく。この配置構成で、窒素は供給源10から、フィルター11、調圧器12、高流量調節器15、弁16、弁17、試料びん20、フィルター21、弁18および出口ポート18cを通過して排出管30に至る。高流量で約９秒間経過して、試料びん20はパージされるが、びん20の熱遅延のため、被検試料は、それが含有する水分を放出するのに十分加熱されていない。
次に、システムは「試料試験」モードに入る。このモードでは、弁16が付勢されず、弁17と18が付勢される。乾燥窒素ガスは、供給源10から、フィルター11、調圧器12、低流量調節器13、流量センサ14、弁16から出口16c、弁17から出口17b、試料びん20、フィルター21、弁18、相対湿度センサ22および流量センサ23を通過して排出管30に至る。この操作モードは、分析器の回路が、水分測定の終点を予測できることを示す時点まで維持される。このモード中、試料はヒータ24によって加熱され、試料中の対象の揮発性流体が放出され、センサ22を通過する窒素の流れで運ばれる。
流量センサ14と23は、キャリヤーガスの流路に設置され、漏洩を検出する。流量センサ14と23で測定された流量は、すべての時点で等しくなければならない。これら測定された流量が等しくない事象で、漏洩が検出される。
取替え式フィルター21が、試料びん20と相対湿度センサ23の間に設けられている。フィルター21は、対象の揮発性流体以外の排ガスから揮発性流体をろ過するのに用いられる市販製品である。フィルター21は、対象の揮発性流体以外の揮発物が原因の測定に対する妨害を減らすことを目的としている。放出された水分の収集に依存している従来の水分分析器の場合、いくつもの物質について正確な試験結果を得ることが特に困難である。ナイロンは特に、水以外の揮発物をかなりの量含有し、その揮発物は捕集剤に凝縮し、誤った高い読取り値をもたらす。本発明の装置の場合、揮発物を収集するのではなくて、連続的にキャリヤーガス中の対象の揮発性流体の相対含有量を測定することに基づいて、より一貫して正確な試験結果が得られる。フィルター21を使用することによって、対象の揮発性流体、例えば水以外の揮発物を集めろ別して、この揮発物が測定を妨害する可能性を除く。図２を見れば、水分分析器に用いられているセプタムびん20すなわち容器は、いくつもの製造元から市販されているガラスセプタムでシールされたバイアルびんであることが分かる。セプタムびん20はバイアルびん31とセプタムシール構造体32で構成されている。
びんヒータ24は、びん20を加熱して対象の流体を放出させるために放置されている。ヒータ24は、加熱を迅速に制御するように設計されている。ヒータ24は、びん20を入れる開口34を有している。開口34の寸法は、バイアルびん32がぴったり係合して熱伝達を高めるように選択される。ヒータ24は、バイアルびん20の頂部を除いて、バイアルびん20を実質的に完全に囲んでいる。ヒータ24は、油35中に浸漬された抵抗発熱体34を備えている。断熱容器36がヒータ24内に熱を保持するために設けられている。温度センサ33は、ヒータ24に対する電力印加を制御するのに使用する信号を提供する。
ヒータ24のふた37は、図示されている実施態様で、二つの管すなわち皮下注射針40と41からなる対向流管装置を保持している。これらの管すなわち皮下注射針40と41は各々、標準の市販皮下注射針である。あるいは、同軸に配置した二つの管を利用する対向流管装置が市販されており、使用することができる。
水分検出器１を使用する場合、分析される試料をバイアルびん31内に入れてセプタムのふた32をバイアルびん31の上にのせる。びんアセンブリ20をヒータ24の中に入れる。ふた37をセプタムシール32の上に移動させる。二つの管すなわち皮下注射針40と41を、セプタムシール32を貫通させる。
図３を見ると、例示水分分析器の制御システムが、ブロック図で示されている。プロセスコントローラ50を使用して水分分析器の操作を制御する。コントローラ50はマイクロコントローラ51を備えている。メモリ53がバス52を介してマイクロコントローラ51に連結されている。メモリ53は、EPROM、EEPROMおよびSRAMタイプのメモリを備えている。水分分析器の操作プログラムはEPROMに記憶され、試験中の操作変数はSRAMに記憶され、そして水分分析器システムの各種センサ各々の、センサを特徴づける定数はEEPROMに記憶されている。相対湿度センサ22の校正履歴は、メモリ53のSRAM部分に記憶させることができる。
周辺装置制御論理54は、マイクロコントローラ51を、ディスプレイ55とキーボード56にインターフェースさせる。このディスプレイ55とキーボード56によって、ヒトがシステムにインターフェースして、試験を開始し、バイアルびんすなわち試料びん20の重量などの試験に特異的なデータを入力し、そして各種の試験メッセージおよび関連情報のみならず試験結果をディスプレイする。バス52に接続されたアナログ／ディジタル−インターフェース（A/D）回路57が、流量センサ14と23および相対湿度センサ22に連結されている。（A/D）回路57を通じて、マイクロコントローラ51は、センサ14と23が発する電気信号を監視し、そしてマイクロコントローラ51はこれらの信号を、センサ14と23におけるガス流量および相対湿度センサ22におけるガス流の相対湿度の瞬時読取り値に翻訳する。さらに、A/D回路57は、ヒータ24の温度を監視するのに用いられる温度センサ25aおよびマニホルドヒータ25の温度を監視するのに用いられる温度センサ25aに連結されている。また、A/D回路57は、自動校正水注入器26にも連結され、水注入器26の水供給源を監視する。
また、コントローラ50は、バス52を介してマイクロコントローラ51に接続されている周辺装置制御回路58も備えている。この周辺装置制御回路58は、電磁弁16、17および18の各々と自動校正回路に、電源75からのDC電力の印加を制御するのに使用される。また周辺装置制御回路58は、びんヒータ24とマニホルドヒータ25にAC電源76からのAC電力の印加も制御する。
システムが試験試料を操作している間、コントローラ50は、連続的に相対湿度センサ22の出力を監視する。試料びん20を通過する窒素ガスの流量は、流量センサ14を使用することによって正確に分かっているので、センサ22で測定される相対湿度の測定値は、被検試料由来の水の経時輸送量に変換することができる。被検試料からの水分放出量は、指数関数的に減少する曲線を示す式で表すことができる。さらに、この曲線は、試料の全水分を示すレベルに向かって漸近的に収束する。したがって、相対湿度がゼロに向かって減少するにつれて、被検試料中の含水量もゼロに近づく。測定データから誘導されるこれら曲線の勾配を計算することによって、コントローラ50は、被検試料が含有する水分の全量を示す曲線の端点を予測する。したがって、被検試料の全含水量を計算することができる予測アルゴリズムを誘導することができる。試験を行う前に試料の重量を測定し、次にその試料の重量をコントローラ50に入力することによって、コントローラ50は、被検試料の含水量の百分率を直接測定することができる。あるいは、本発明のシステムは、被検試料が含有する全含水量の予測値を提供することができる。
システムの各種操作モードを、システムの操作で説明してきた。コントローラ50を、メモリに記憶されているプログラムによってプログラムして、これらモードのうちの特定のモードを自動的に実行させる。例えば、コントローラ50は、毎日ベースで、最初、「システムドライダウン」モードで操作する。次に試験測定を行う前に、コントローラ50は、自動校正プログラムを実行して、システムを、「システム校正」モードで操作する。校正を完了した時、コントローラ50は再び「システムドライダウン」モードに入り、続いて「維持乾燥」モードに入る。試料びん20を分析器内に入れると、コントローラ50は、最初、「試料びんパージ」モードを実施し、次いで直ちに「試料試験」モードに入る。試験が完了すると、コントローラ50は、再び「試料ドライダウン」モードに入り、続いて「維持乾燥」モードに入り、コントローラ50は次の試験が行われるまで「維持乾燥」モードのままである。
提示し説明した例示実施態様の各種変形を、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、実施できることは、本発明が関連する技術分野の当業者であれば分かるであろう。本発明は、後記特許請求の範囲にのみ限定されるものとする。
【図１】
0004081141.tif 000002
【図２】
0004081141.tif 000003
【図３】
0004081141.tif 000004