(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準ガスを加湿するための加湿装置と、複数の加湿された標準ガスと複数の環境ガスを選択するためのガス切替え装置と、その圧力を大気圧にするための排気バルブと、排気流量計測用の流量計と、そのガスを冷却するための電子冷却装置と、そのドレインを排出するためのドレインバルブ及び流量調整バルブと、そのガスの圧力補正のための絶対圧圧力センサーと、そのガス濃度を測定するためのガスセンサーと、ガスセンサーに一定流量のガスを流すための流量調整バルブと、そのガス及びドレインの吸引のためのポンプと、ガス切替え装置の作動、排気バルブの作動、ドレインバルブの作動、ガスデータ及び圧力データの取込み並びに圧力補正のためのコントローラーと、コントローラーから通信回線を介して得られる測定データの表示及び保存のためのコンピュータを備えることを特徴とするガス濃度の測定装置。
【請求項２】
電子冷却装置がサンプルガス中の水蒸気分圧を一定にできる請求項１記載のガス濃度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、環境ガス各成分の濃度を通常のガスセンサーを用いて気温、気圧及び湿度に影響されずに高精度に測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の環境ガス濃度の測定では、湿度、気圧及び気温の中で特に影響の大きい、湿度、すなわちサンプルガス中の水蒸気のトラップに力点が置かれている。水蒸気の影響を完全に無くすにはガス吸着特性が良い次亜塩素酸マグネシウムような乾燥剤を使う方法しかない。なぜなら電子冷却等の冷却装置は実用上０℃までしか冷却できず、この時の飽和水蒸気圧は６ｈＰａくらいあり、水蒸気を完全には除去できない。しかし乾燥剤を用いる場合、乾燥剤入りの乾燥管をサンプルラインの途中に入れなくてはならない。この場合、長時間の測定をしようとすれば、乾燥剤の量を増やさなくてはならなくなり、サンプルラインのデッドボリュームが大きくなり、そのため洗い出し時間が長くなり、測定インターバルが長くなるという欠点を持ち、更に、定期的な乾燥剤の交換が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の精度が悪いか、または使い勝手が悪い環境ガス濃度測定法では、長時間の高精度測定が困難である。本発明は、こうした現状に対して、高精度で長時間の環境ガス濃度測定の道を開くものであり、従来の測定法の欠点を、湿度、気圧、気温の影響を、ガスセンサーの校正法を含んで、総合的に解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）標準ガスを加湿するための加湿装置と、複数の加湿された標準ガスと複数の環境ガスを選択するためのガス切替え装置と、その圧力を大気圧にするための排気バルブと、排気流量計測用の流量計と、そのガスを冷却するための電子冷却装置と、そのドレインを排出するためのドレインバルブ及び流量調整バルブと、そのガスの圧力補正のための絶対圧圧力センサーと、そのガス濃度を測定するためのガスセンサーと、ガスセンサーに一定流量のガスを流すための流量調整バルブと、そのガス及びドレインの吸引のためのポンプと、ガス切替え装置の作動、排気バルブの作動、ドレインバルブの作動、ガスデータ及び圧力データの取込み並びに圧力補正のためのコントローラーと、コントローラーから通信回線を介して得られる測定データの表示及び保存のためのコンピュータを備えることを特徴とするガス濃度の測定装置。
（２）電子冷却装置がサンプルガス中の水蒸気分圧を一定にできる上記（１）記載のガス濃度の測定装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】
湿度に関してはサンプルガスに常に一定分圧分含まれるように、電子冷却装置によりサンプルガスを冷却する。例えば５℃に冷却した場合はサンプルガス中の飽和水蒸気圧は約８．６ｈＰａである。
標準ガスに関しては、ガスラインに加湿装置を付け、ガス中の水蒸気分圧を電子冷却装置での飽和水蒸気分圧以上にしておくことにより、電子冷却装置通過後も飽和水蒸気分圧が得られる。
【０００６】
圧力に関しては、大気圧の変動及びサンプリングガス回路の通気抵抗により常に変動するが、電子冷却装置に絶対圧圧力センサーを設け、圧力をモニターするとともに、常に一定流量のサンプルガスをガスセンサーに流すことにより把握できる。
【０００７】
温度に関しては、電子冷却装置でガスセンサーに入るサンプルガス温度を一定にするとともに、ガスセンサーを複数用いる場合はセンサー及びセンサーをつなぐ配管を恒温槽に入れることで所定の温度にできる。
【０００８】
ガスセンサーの校正に関しては、例えばガスの圧力がＰａ［ｈＰａ］で、電子冷却装置で５℃にサンプルガスを冷却し、最初にガスセンサーにＣａ［％］のスパン用の標準ガスを流し、Ｖａ［Ｖ］のセンサー出力が得られたとき、圧力を１０１３［ｈＰａ］に規格化したセンサーのスパン係数をＫａとすれば、次の校正式【１】、【２】が得られる。
【０００９】
【数１】
0004072662.tif 000002
【００１０】
【数２】
0004072662.tif 000003
【００１１】
次にこのガスセンサーにガスを流したとき、圧力がＰχ［ｈＰａ］、出力がＶχ［Ｖ］としたときの、求める濃度Ｃχ［％］は次の式【３】により求められる。
【００１２】
【数３】
0004072662.tif 000004
実際のガスセンサー校正は濃度の違う２種類の標準ガスを用いて、２点校正によりゼロ値とスパン係数を求め、補正する。
ただし、サンプルガスの水蒸気分圧が、電子冷却装置での飽和水蒸気圧（５℃のときは約８．６ｈＰａ）未満の場合はサンプルラインにも加湿装置をつける必要がある。
【００１３】
【実施例】
実施例について図面を用いて説明すると、図１において、コントローラー１９は、その内部タイマーにより所定のタイミングで、ガス切替え装置８、排気バルブ９、ドレインバルブ１１を作動し、以下のガス校正サイクル（ａ）、ガス測定サイクル（ｂ）、ドレインサイクル（ｃ）を順次繰り返し、ガス測定サイクルで得られたガス濃度を、通信回線２０を介してコンピュータ２１に送信し、測定データの表示及び保存をする。
（ａ）ガス校正サイクルでは、標準ガスをガス切替え装置８で選択し、そのガスは、ガスボンベ１から、調圧器２、圧力計３、加湿器４、流量調整バルブ５、チューブ６、ガス切替え装置８、排気バルブ９、流量計１０を経由し大気に放出され、一部が電子冷却装置１１を経由し、ガスセンサー１５、流量調整バルブ１７、ポンプ１８を経由し、大気中に放出される。このとき、絶対圧圧力センサー１４及び、ガスセンサー１５から得られる圧力及びガス濃度データから【数１】、【数２】を用いてスパン係数Ｋａを求める。
（ｂ）ガス測定サイクルでは、環境ガスをガス切替え装置８で選択し、そのガスは、サンプルチューブ７、ガス切替装置８、ガスセンサー１５、流量調整バルブ１７、ポンプ１８を経由し、大気に放出される。このとき、圧力及びガス濃度データから【数３】を用いて補正されたガス濃度データを求める。
（ｃ）ドレインサイクルでは、ドレインバルブ１２を開け、ガス切替え装置８で選択されたガスと共に、電子冷却装置１１にトラップされたドレインを、流量調整バルブ１３、ポンプ１８を経由し、大気中に放出する。
【００１４】
図１及び図２に示される実施例では、本装置を気圧１０２０ｈＰａ、気温２５℃、湿度５０％の室内に設置し、電子冷却装置１１の温度を５℃に設定し、ガスセンサー１５の一方には赤外線方式のＣＯ２センサー、もう一方には磁気式のＯ２センサーを用い、これらセンサーを恒温槽１６に入れ、４０℃に設定した。
標準ガスボンベ１の一方のガス組成をＣＯ２：５．０１％、Ｎ２：バランス、もう一方ガス組成をＯ２：２０．７１％、Ｎ２：バランスのものを使用し、それぞれのガスの２次圧及び流量を、圧力計３及び流量計１０を用いてモニターし、調圧器２及び流量調整バルブ５により、それぞれ０．１ＭＰａ及び毎分０．２ｍｌに設定し、次に流量計１０を用いてモニターし、ポンプ１８及びドレインバルブ１２を作動させ、流量調整バルブ１７及び１３を調整し、センサー及びドレイン流量をそれぞれ、毎分５０ｍｌ及び１００ｍｌに設定した。
サンプルチューブ７の一方を室内に開放し、もう一方を、図２の内容積１５ｌの密閉チャンバー２２に炎を小さくしたエタノール入りのアルコールランプ２３を入れ、出口に流量調整バルブ２５、真空ポンプ２６を接続し、入口チューブ２４を室内に開放し、密閉チャンバー２２を、毎分１０ｌで換気しているチャンバー出口に接続した。
以上の装置を用いて室内及びチャンバーのＯ２及びＣＯ２濃度を計測したところ、室内では、Ｏ２＝２０．９５％、ＣＯ２＝０．０４％、チャンバーでは、Ｏ２＝２０．６５％、ＣＯ２＝０．２４％が得られた。これよりアルコール燃焼のＲＱ（ＣＯ２排出量／Ｏ２消費量）＝０．６７が算出された。これはエタノールの完全燃焼式より得られるＲＱ値と一致した。
【００１５】
図３に示される実施例では、図１に使用している加湿器の縦断面図を示している。内容積、数１０ｍｌの気密容器２７に蒸留水２８を入れ、送気管２９よりガスを送気すると、蒸留水２８中で加湿され、排気管３０より容器のヘッドスペースの加湿されたガスが得られる。
ただし、図１で、気温２５℃、加湿器４内の圧力が０．１ＭＰａ（ゲージ圧）に加圧されているとき、この水蒸気飽和（９５．２ｈＰａ）のガスが流量調整バルブ５を通過して、大気圧に減圧されたとき、ガス中の水蒸気圧は４７．６ｈＰａとなる。
【００１６】
図４に示される実施例では、図１に使用している電子冷却装置１１の温度制御回路をのぞく部分の縦断面図を示している。サンプルガスを冷却するための冷却ブロック３６に、ガス用の入口管３１、冷却ブロック３６内に延出している出口管３２及び、ドレイン排出用のドレイン管３３を気密接続すると共に、温度検出用の温度センサー３７を設置し、これらを断熱材３５及び断熱カバー３４で蔽う。これと、放熱用の、放熱フィン４１、ファン４２、フィンカバー４３が付属している放熱ブロック４０、との間にペルチェ素子３９及び断熱スペーサー３８を圧接した。そして、これに温度制御回路を付け、ペルチェ素子３９の電流を、温度センサー３７の信号により制御し、冷却ブロック３６を所定の温度にした。ここで、ガスの洗い出し時間は、冷却空間３６ａの容積と、サンプルガスの流量で決まる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１８】
本発明によれば、湿度、気圧及び気温のいずれかが常に変化するガスの濃度を、ガスセンサーで測定するに際し、サンプルガスを所定の温度にして、サンプルガスの絶対圧を計測し、ガスセンサーデータを補正することにより、高精度のガス濃度の測定ができる。
【００１９】
そして、サンプルガス中の水蒸気分圧を一定とするために電子冷却装置を用い、且つガスセンサーの校正に用いる標準ガスを加湿することにより、より容易に高精度のガス濃度の測定ができる。
【００２０】
本発明によれば、標準ガスを加湿するための加湿装置と、複数の加湿された標準ガスと複数の環境ガスを選択するためのガス切替え装置と、その圧力を大気圧にするための排気バルブと、排気流量計測用の流量計と、そのガスを冷却するための電子冷却装置と、そのドレインを排出するためのドレインバルブ及び流量調整バルブと、そのガスの圧力補正のための絶対圧圧力センサーと、そのガス濃度を測定するためのガスセンサーと、ガスセンサーに一定流量のガスを流すための流量調整バルブと、そのガス及びドレインの吸引のためのポンプと、ガス切替え装置の作動、排気バルブの作動、ドレインバルブの作動、ガスデータ及び圧力データの取込み並びに圧力補正のためのコントローラーと、コントローラーから通信回線を介して得られる測定データの表示及び保存のためのコンピュータを備える、操作の容易な高精度のガス濃度の測定装置が得られる。
【００２１】
そして、微小流量のサンプルガス中の水蒸気分圧を一定にできる電子冷却装置を用いることにより、小型、軽量のガス濃度の測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  ガスボンベ
２  調圧器
３  圧力計
４  加湿器
５  流量調整バルブ
６  チューブ
７  サンプルチューブ
８  ガス切替え装置
９  排気バルブ
１０  流量計
１１  電子冷却装置
１２  ドレインバルブ
１３  流量調整バルブ
１４  絶対圧圧力センサー
１５  ガスセンサー
１６  恒温槽
１７  流量調整バルブ
１８  ポンプ
１９  コントローラー
２０  通信回線
２１  コンピューター
２２  気密チャンバー
２３  アルコールランプ
２４  入口チューブ
２５  流量調整バルブ
２６  真空ポンプ
２７  気密容器
２８  蒸留水
２９  送気管
３０  排気管
３１  入口管
３２  出口管
３３  ドレイン管
３４  断熱カバー
３５  断熱材
３６  冷却ブロック
３７  温度センサー
３８  断熱スペーサー
３９  ペルチェ素子
４０  放熱ブロック
４１  放熱フィン
４２  ファン
４３  フィンカバー
【図１】
0004072662.tif 000005
【図２】
0004072662.tif 000006
【図３】
0004072662.tif 000007
【図４】
0004072662.tif 000008