(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイートストンブリッジを用いる熱伝導度検出システムのための熱伝導度セル駆動回路であって、
参照フィラメントと測定フィラメントとを有するホイートストンブリッジに接続し、駆動電圧をブリッジに印加する可変電圧源と、
前記可変電圧源とホイートストンブリッジの測定フィラメントとに接続された定抵抗回路であって、前記可変電圧源に制御信号を提供し、測定フィラメントに印加される駆動電圧を制御して測定フィラメントの抵抗を一定に維持し、参照フィラメントと測定フィラメントとの間の電圧を検出して分析対象物の濃度を表わす信号を提供する定抵抗回路とを含み、
前記定抵抗回路は、駆動電圧を分圧するために前記可変電圧源の出力に接続された分圧器と、分圧された電圧を受け入れるように接続されると共に測定フィラメントに接続され、分圧された電圧と測定フィラメントからの電圧に応答して前記可変電圧源に印加される制御信号を調整して、測定フィラメント両端間に発生する電圧を分圧された駆動電圧に等しく保つ積分回路とを含む熱伝導セル駆動回路。
【請求項２】
前記積分回路は演算増幅器を含み、ＲＣ回路が該演算増幅器の一方の入力と出力との間に接続され、該演算増幅器の他方の入力が前記分圧器に接続されている請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記分圧器が直列接続された等しい値の一対の抵抗器を含む請求項２記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は熱伝導度セルのための制御回路に関し、特に、直線性、低ノイズおよびフィラメント保護を提供する熱伝導度セルのための制御回路に関する。
【従来の技術】
【０００３】
ホイートストンブリッジの辺に単一のフィラメントを設けた定抵抗形熱伝導度回路が多種存在する。サーボループはブリッジをバランスさせ、フィラメントの抵抗を一定に保つ。しかし、そのようなシステムでは参照フィラメントが設けられておらず、出力が熱伝導度セルブロックの温度に影響されやすいため、上記の単一フィラメントはかなりドリフトする。さらに、熱伝導度がフィラメントでの消散電力とフィラメントの電圧に比例する限り、信号は非線形になる。高コモンモード出力信号でブリッジを駆動することが必要な限り感度が悪くなり、セルの感度を高くするために出力信号の利得を上げることが出来ない。また、参照フィラメントなしには、振動や圧力変動による影響が出力信号に現れる。
【０００４】
二つの温度の間でフィラメントの抵抗を切り換えることによって、ブロックの温度に依存しない差分信号を得るようにしてドリフトを制御する試みがなされた。定抵抗と定電圧との間で交互に切り換えられるブリッジ制御信号を使うことにより同様の差分制御信号を得るようにした別の方法も採用されている。温度センサーをセルブロック自体に取り付けることによってドリフトを補償する方法もある。殆どの場合、直線性の問題も閉ループアナログ回路を使って対処している。マイクロプロセッサ制御のＤ／Ａ変換器によってバランスが崩れた状態を感知してブリッジをバランス状態に戻すために、デジタル信号とコンパレータを使って抵抗ループを閉じる例もある。これらの構成は、パルス幅がフィラメントでの消散電力と直接関係するので、出力対濃度の関係が直線性を有する利点がある。
【０００５】
熱伝導度セルを使用した検出システムの感度を高めるために、種々のアナログ的方法が用いられているが、これらの方法は、通常、共通のアースに対する各抵抗器の電圧を参照するために、分圧器とスイッチコンデンサーから構成されるネットワークを利用している。そのようなシステムの感度は他の方法によってある程度改善されてきているが、まだ、感度は、約２ｐｐｍ（parts per million ）にすぎない。熱伝導度システムにおける圧力擾乱の問題も、４フィラメントブリッジに２つの測定フィラメントと２つの参照フィラメントを設けることによりブリッジの平均抵抗を制御して圧力擾乱を補償する方法によって対処している。
【０００６】
従って、従来の技術は熱伝導度検出システムに特有の様々な問題を個々に対処しようとしてきたが、従来の技術は、直線性が改善され、ノイズが低減されたシステム全体、及び熱伝導度抵抗フィラメントの酸化を防止できる保護熱伝導度システムにおける個々の問題を適切に解決していないだけでなく、こられの問題を包括的に取り扱っていない。よってこれらの利点を有する改良された熱伝導度制御回路に対するニーズが存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシステムは、ヘリウムやアルゴンのような種々のキャリアーガスに適応するように自動調整が行われる定抵抗ブリッジ駆動回路を用いる、熱伝導度セル用の制御回路を提供する。更に、差動測定信号を提供するために参照フィラメントがブリッジの第三辺に設けられている。検出回路はディジタル／アナログ法を利用して増幅器の1 ／ｆ雑音を著しく減らし、これによりＳ／Ｎ比を少なくとも７倍改善する。又、これはブリッジから増幅器に到る経路の熱伝対効果を除去する。
【０００８】
手作業によるオフセット調整の必要性を排除するために、回路はマイクロプロセッサ制御の下で調整されるブリッジ・ナル法を含む。従って、通常、測定フィラメントと参照フィラメントとのマッチングを取る必要性があるが、これが緩和され、それによって、そのような制御回路を用いる熱伝導度セルのコストを減少できる。ブリッジフィラメントの自動モニタリングは、フィラメントが古くなり取替えが必要な時にオペレーターに知らせる。参照フィラメントは別個にモニターされ、酸化温度を越えないように保護される。このシステムは、セルブロック温度の変動、排気圧の変動を補償し、且つ、従来の検出ブリッジに比べて直線性を１０倍以上改善する。
【０００９】
本発明のこれ等の特徴と利点は、以下のようなシステムで具現化される。即ち，参照及び測定フィラメントがホイートストンブリッジに組込まれており、定抵抗回路は、ブリッジに印加され閉ループ帰還回路で半分に分割されたブリッジ駆動電圧を比較して測定フィラメントを定抵抗に維持する。本発明の好ましい実施形態に於いては、参照検出器からの信号は増幅器の１／ｆ雑音周波数以上の周波数で変調され、増幅され、復調され、そして濾波されて、測定セルを通るサンプルガスの濃度を表わす低雑音の出力信号を提供する。
【００１０】
本発明の別の様相によれば、参照フィラメントの駆動は、参照フィラメントとブリッジ駆動回路とに接続されたヌル調整回路によって、参照フィラメントと測定フィラメントとの間の相対的抵抗の変化に対して絶えず調整される。出力信号は、ブリッジの抵抗辺の間の差異を分析の前に無くすヌル調整を制御するためのマイクロプロセッサに接続される。本発明の別の様相によれば、参照保護回路が参照フィラメントに接続されている。この参照保護回路は、分圧器と積分回路を通してフィラメントへの印加電圧を制御し、ガスの流路に破れがある場合、又は、フィラメントが過熱する場合に起こる参照電極の過熱を防止する。
【００１１】
本発明の最も好ましい実施形態に於いては、測定と参照電極を含む熱伝導度セルのための全体的な制御システム内において各々の回路が統合されており、直線性が極めて高く、長期にわたって信頼性を維持できる高感度な検出システムを提供する。本発明のこれ等及び他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照して以下の記載を読めば明らかになるであろう。
【発明の実施の形態】
【００１２】
最初に図１を参照すると、従来技術による定電圧ブリッジ駆動形熱伝導度セルの直線性誤差を示す実験的に行われたテストの結果が示されており、Ｘ軸は窒素濃度を示し、Ｙ軸は熱伝導度セルの測定誤差を示す。濃度が低い場合、出力信号１は３％〜６％の誤差がある。一方、図１の線２は、本発明による定抵抗形熱伝導性システムによって得られた分析対象物の濃度対の出力信号の関係を示すが、分析対象物の濃度が変化しても、検出された出力信号は実質的に誤差を含んでいないことを示している。
【００１３】
図２は、従来技術による定電圧熱伝導度セルシステムの出力直線性（線１で示す）と対比して本発明による定抵抗システムの出力直線性（線２で示す）を示したもので、サンプル濃度（窒素濃度）を同一に保ち、サンプルの重量を変化させた場合のものである。線２を線１と比較するとわかるように、本発明による定抵抗システムは、重量が１０ｍｇから３ｇ近くまで変化した場合でも、実質的に一定のサンプル濃度（窒素濃度：約９．５％）を提供しているのに対し、従来技術による定電圧形熱伝導度システムは、同じサンプル濃度に対して９．３％〜１０％のかなり大きな変動を示す。さらに本発明による熱伝導度システムの高感度でノイズが無いという特性により、分析対象物の濃度を１００ｐｐｂ（parts per billon）まで０．１％を越える直線性で検出することが可能となる。窒素や水素等の分析対象物、或いは炉で燃焼された他の分析対象物のための分析装置に熱伝導度セルを使用した場合に得られるこれらの著しく改良された結果は、熱伝導度セルと図３に関連して最初に説明する制御システムを利用することによって達成できる。
【００１４】
図３は、一般的なホイートストンブリッジ構成において、精密抵抗器１０が参照フィラメント１４に、精密抵抗器１２が測定フィラメント１６にそれぞれ接続された熱伝導度セルの動作を制御するための制御回路５を示し、ホイートストンブリッジの１つのノード１５がブリッジ駆動回路４０に、反対側のノード１７がシステムのアースにそれぞれ接続されている。参照フィラメント１４と測定フィラメント１６は、約４５℃〜約５０℃の範囲内の一定温度に制御されたブロックに取り付けられた白金線である。抵抗器１０と１２は９０Ωの０．１％精密抵抗器で、参照フィラメントである白金フィラメント１４と測定フィラメントである白金フィラメント１６の目標抵抗は、上記の動作温度で９０Ωである。
【００１５】
分析には燃焼炉が使われ、ヘリウム等のキャリアガスが参照セル１４に送られ、キャリアガスと分析対象物の混合物が測定セル１６を通って流れる。その結果、精密抵抗器１０と１２を介してフィラメント１６と同じ電圧ノード１５に接続された参照フィラメント１４の電圧は、分析対象物が存在する測定セル１６の電圧よりも多少低くなる。何故なら、参照フィラメント１４はヘリウムによってより強く冷却されるからである。測定フィラメント１６の抵抗は、定抵抗回路３０によって実質的に一定に保たれる。この定抵抗回路３０は、下記の図４で詳細に説明する閉ループフィードバック回路内のブリッジ駆動回路に接続され、分析対象物が変化した場合でもフィラメント１６の抵抗（従って、温度）一定に維持する。参照フィラメント１４の電圧Ｖｒと測定フィラメント１６の電圧Ｖｍは次にノイズ低減用変調／復調回路５０に接続され、その出力信号ＶｏｕｔはＡ／Ｄ変換器回路６０に印加される。該回路６０はデュアルチャンネルＡ／Ｄ変換器である。このＡ／Ｄ変換器６０は、（ブリッジ駆動回路からの) 入力Ｖｂを受信し、両方の信号をデジタル出力信号に変換して、マイクロプロセッサ７０に対してＶｏｕｔ及びＶｂとして導線６２、６４に出力する。以下に詳述するように、このマイクロプロセッサ７０は、炉、及び回路５によって検出されたサンプル分析情報の表示とプリントアウトを制御する装置に接続された出力７１に出力信号を提供する。また、マイクロプロセッサ７０は、ヌル調整回路８０に接続された導線７２〜７９上に並列デジタル制御信号を提供する。このヌル調整回路８０は、フィラメント１４と１６の初期の抵抗差及び経年変化による抵抗差をバランスさせＶｏｕｔ信号を正に維持する回路である。また、Ｖｒ信号は参照保護回路９０にも印加される。この参照保護回路９０はＶｒ信号を監視し、ガス流路が開かれるかまたはキャリアガスの供給が途絶えた際の過熱による酸化から参照フィラメントを保護するために導線４２を介してブリッジ駆動４０に制御信号を印加する。
【００１６】
したがって本発明の回路５（Ｆｉｇ．３）は複数機能を提供する。すなわち分析中に（出力信号の直線性を改良するために）白金測定フィラメント１６を定抵抗に維持し、出力信号のノイズを減少し、感度を増すため回路の参照フィラメントと測定フィラメントの差信号を変調、復調及び検波し、経年変化を補償すると同時に白金フィラメントの初期抵抗差を制御するためヌル調整を行い、ガス流が停止した場合、参照フィラメント及び測定フィラメントを保護する。図３に示す回の動作の詳細は、図４の定抵抗回路等の残りの回路図を参照することによって最も良く理解できる。尚、図４はブリッジ駆動回路４０の詳細も示す。
【００１７】
図４には、ホイートストンブリッジの抵抗器１２とそれに接続された測定フィラメント１６が示されている。ノード３２の接続点は入力抵抗器３３とコンデンサー３５を備えた積分器によって定抵抗回路３０の演算増幅器３１の一方の入力に接続されている。抵抗器３３とコンデンサ３５との間の接続点は演算増幅器３１の一方の入力に接続され、コンデンサー３５は演算増幅器３１の入力と出力３９との間に接続されている。演算増幅器３１は、ブリッジ駆動ノード１５とアースノード１７の間に直列に接続された抵抗器３６、３８から構成される分圧器からの第２の入力Ｖ１を受け取る。抵抗器３６、３８は同値の精密抵抗器であり、好ましい実施形態では１ｋΩ、０．１％の抵抗器であるので、電圧Ｖ１はＶｂ／２に等しく、分析対象物がフィラメント１６を含む熱伝導度セルを通過する際、信号Ｖｍは変化しようとする。Ｖｍが変化する時、その信号は演算増幅器３１によって積分され比較される。この演算増幅器３１はその出力端子３９に制御信号を出力して、抵抗器４１、４３を含む抵抗分圧ネットワークに提供する。このネットワークの接続点３４は、ブリッジ駆動回路４０を形成する演算増幅器４４の入力に接続されている。この演算増幅器４４の残りの入力は演算増幅器４４の出力に接続されており、利得が１の増幅器として動作する。したがって、Ｖｍが変化する時、演算増幅器４４に接続された入力端子３４のフィードバックループ信号はＶｂを増加または減少させ、積分回路を内臓するフィードバックによりＶｍがＶ１に等しくなるレベルに電圧Ｖｂが維持される。ブリッジ駆動回路の演算増幅器４４は導線４２上の参照保護回路９０からの信号も受信する。この信号は、図７と共に後で説明するように参照フィラメントの保護が必要な場合、必要に応じてＶｍ信号を無効にする。
【００１８】
通常、分析対象物内のキャリアがヘリウムの場合、Ｖ１は約５ボルトとなる。Ｖｍが低下した場合、ブリッジ駆動回路４０に印加される駆動電圧がフィードバックループによって増加し、抵抗器１６の温度、従って抵抗を抵抗器１２の抵抗と等しい９０Ωに維持できるレベルにＶｂが保たれる。したがって図３からわかるように、ＶｍはＶｂ／２（比較的一定）に等しい。熱伝導度セルに供給された分析対象物がある濃度とき、信号Ｖｍは一定である。参照フィラメントはヘリウム等のキャリアガスに晒されてより強く冷却されるため、通常、参照フィラメントの電圧ＶｒはＶｍより低い異なった値となる。信号ＶｒとＶｍはそれぞれ変調／復調回路５０に印加される。この変調／復調回路５０は、検出すべき分析対象物の濃度を表す出力信号Ｖｏｕｔを増幅して検出するための処理を行う。
【００１９】
定抵抗回路３０によって得られる信号Ｖｏｕｔの直線性は以下の式によって表わされる。
【００２０】
フィラメントの抵抗
測定フィラメント及び参照フィラメントの抵抗は次式に従って温度に依存して変化する。
【数１】
0003741652.tif 000002
式中、
Ｒ：フィラメントの抵抗値
Ｒ０：Ｔ０での参照抵抗値（７０Ω）
Ｔ０：参照温度＝２５℃
∝：抵抗係数＝０．００４３Ω／℃
ＴＲ：フィラメントの温度
【００２１】
熱伝導度
熱は次式で求められる割合で加熱されたフィラメントからセルブロックに伝達する。
【数２】
0003741652.tif 000003
式中、
ＱＲ：熱伝達（Ｗ）
ＶＲ：フィラメントの電圧（Ｖ）
Ｋ：気体の熱伝導度（Ｗ／℃）
ＴＢ：セルブロックの温度（℃）
【００２２】
２種の気体からなる混合物の熱伝導度
熱伝導度が相違する２種の気体が混合された場合、次式で熱伝導度が求められる。
【数３】
0003741652.tif 000004
式中、
ＫＭ：気体混合物（Ｗ／℃）の熱伝導度（ＴＣ）
ＫＲ：参照キャリアガスのＴＣ（Ｗ／℃）
Ｅ：参照気体のＴＣをＴＣ測定気体に関係づける等価係数
ＣＭ：気体中における測定気体の相対濃度
【００２３】
定抵抗ブリッジについての直線性のずれ
【００２４】
定抵抗ブリッジについての電気的式
図４の回路は測定ＴＣフィラメントの抵抗を９０Ωに維持するためにブリッジの電圧ＶＢを調節する。参照フィラメントの抵抗はブリッジ電圧が変化するにつれて変わる。参照フィラメントの電圧は以下のとおりである。
【数４】
0003741652.tif 000005
式中、
ＲＲ：参照フィラメントの抵抗値
ＲＭ：測定フィラメントの抵抗値＝９０Ω
ＶＲｒ：参照フィラメントの電圧
ＶＢ：ブリッジの電圧
【００２５】
式４をＶＢについて解くと
【数５】
0003741652.tif 000006
【００２６】
式１をＴＲについて解き、式２に代入すると参照電圧について次式が得られる。
【数６】
0003741652.tif 000007
式中、
Ａ＝１／（＊Ｒ０）
Ｂ＝１／＋Ｔ０＋ＴＢ
【００２７】
同様に測定側電圧ＶＲｍについての式は
【数７】
0003741652.tif 000008
【００２８】
式７をＫＭについて解くと
【数８】
0003741652.tif 000009
【００２９】
式３をＣＭについて解くと
【数９】
0003741652.tif 000010
【００３０】
式５、６、８及び９を組み合わせることにより、分析対象物の濃度ＣＭは参照抵抗ＲＲの関数として表わすことができる。
【数１０】
0003741652.tif 000011
【００３１】
セルからの出力電圧は参照フィラメント電圧と測定フィラメント電圧の差に過ぎない。
【数１１】
0003741652.tif 000012
【００３２】
これらの式から、Ｖ０対するＣＭの直線性誤差を定電圧ブリッジ方式での直線性誤差と対比させてプロットしたものが図１である。
【００３３】
図５はホイートストンブリッジ回路を示している。導線３２のＶｍ信号は低抵抗固体スイッチ５２の入力端子５１に印加され、信号ＶＲは、図５では二極双投式スイッチとして概略的に示されているスイッチの端子５３に印加されている。スイッチ５２は市販のＡＧＤ４３３で１ｋＨｚの発振器５５に接続されている。この発振器５５は二番目の固体スイッチ５８に接続されており、スイッチ５２と５８を同期して作動させる。スイッチ５２は１ｋＨｚで作動し、スイッチング動作によりＶｍとＶｒを交互に増幅器（利得：１００）５４に印加する。その結果、波形５６として示した、正のピークがＶｍ−Ｖｒに等しく、負のピークがＶｒ−Ｖｍに等しい方形波出力信号が増幅器５４によって増幅されたものとして得られる。これらのピークは通常最大約２０ｍＶで１／ｆノイズは数百ｎＶである。信号Ｖｍ及びＶｒを１ｋＨｚでチョッピングすることによって増幅器５４特有の１／ｆノイズを図５に示した復調器５９で排除できる。
【００３４】
信号５６は、演算増幅器６１の一方の端子に正と負の信号を交互に印加するスイッチ５８に印加される。演算増幅器６１は、その出力と他方の入力との間に設けられたはフィードバック抵抗器６３と、他方の入力に信号５６を印加する入力抵抗器６５とを有している。出力端子６６からの出力される信号は、高周波成分をある程度含む正の直流出力信号を構成し、この高周波成分は低域通過フィルタによって除去される。この低域通過フィルタは抵抗器５７とコンデンサー５８で構成されており、好ましい実施形態では抵抗器の抵抗が１００ｋΩでコンデンサーの容量が２．２μＦである。したがって、分析対象物の濃度を示す唯一の信号周波数（０〜２Ｈｚ）の信号が緩衝増幅器６７に印加される。この増幅器６７は本質的に出力端子６８から直流出力信号Ｖｏｕｔを出力し、この信号はＡ／Ｄ変換器６０の一方の入力チャンネルに印加される。Ａ／Ｄ変換器６０は、出力導線６２に信号Ｖｏｕｔを表す２４ビットのデジタル出力信号を出力する。
【００３５】
該Ａ／Ｄ変換器６０は１００ｍｓのサンプリング周期で作動して、２４ビット出力信号をバス６２上に出力してマイクロプロセッサ７０に印加する。このマイクロプロセッサ７０は、従来の方式でバス７１を介してて分析装置にＶｏｕｔ信号を印加する。１つの実施形態では、熱伝導度制御回路５をミシガン州のセントジョセフにあるＬｅｃｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎで製造されているＴＣ−４３６等の装置に組み込んで使用できる。該Ａ／Ｄ変換器６０は、Ｖｂを表す２４ビット信号を導線６４に出力し、この信号はマイクロプロセッサによって検出され、熱伝導度ブロックの温度を補償するために利用される。従って、ブロックの温度が変化した場合、Ｖｂが変化し、マイクロプロセッサ７０は熱伝導度セルブロックからの温度制御情報も受信し、Ｖｂ信号で表されるブロックの温度の関数として変化する修正係数をＶｏｕｔに適用する。
【００３６】
ヌル調整回路８０は、マイクロプロセッサ７０によって制御される図６の回路網によってデジタル的に選択される電圧をノード１１に注入することによって参照フィラメント１４の抵抗と測定フィラメント１６の抵抗との間の初期差異をバランスさせるために使用される。また、この調整により、Ｖｏｕｔ信号を正に保ってＡ／Ｄ変換器６０で処理できるようにし、正常なシステムではＶｏｕｔ信号が０．２ボルトから２ボルト間になるようにする。マイクロプロセッサ７０は図６で示されたようにＲ２Ｒ抵抗はしご型回路網回線８０の固体スイッチＳ０〜Ｓ７に接続された８本の出力信号線７２〜７９を提供する。８ビットの内の各ビットは、マイクロプロセッサ７０からデジタルスイッチの内の異なったものを作動させるのに使用される。好ましい実施形態では、このマイクロプロセッサ７０はインテル８０５１マイクロプロセッサである。Ｒ２Ｒ回路網８０は並列ビットを参照し、スイチッチ（ＡＧＤ４３３デバイス）の各々は、マイクロプロセッサ７０によって検出される電圧Ｖｏｕｔに従い、参照フィラメント１４に対する抵抗器１０の比率を、測定フィラメント１６に対する抵抗器１２の比率に等しくする。従って、このマイクロプロセッサ７０は導線６２上のＶｏｕｔ入力信号を入力し、キャリアガスが熱伝導度セルシステムの測定及び参照フィラメントの両方を通過して流れている時、慣用の台形収束関数（trapezoidal convergence function）プログラムにより、並列ビットドライブ信号を抵抗はしご型回路網８０に送信する。もしＶｏｕｔが高すぎる場合、最初スイッチＳ０〜Ｓ７の全部に近い数のものがオンにされ、ノード１１が接地されるか、及び／又は選択された抵抗器のグループを通され、ノード１１上のＶｒに注入される信号を低下させる。Ｖｏｕｔ信号が低下するにつれてスイッチＳ０〜Ｓ７がしだいにＶｂ状態に切り換えられる。この動作は、Ｖｏｕｔ信号が２ボルト未満になるまで継続される。Ｖｏｕｔ信号が０．２ボルト未満の場合、はしご型回路網はマイクロプロセッサ制御により切り替えられ、より多くのスイッチを選択的にＶｂバス４６に順次接続することによってノード１１に注入される信号を増加させる。このプロセスは通常フィラメント１４と１６の抵抗値の差を補うために最初に行われる。抵抗ラダーがマイクロプロセッサによって一旦プログラムされると、通常、フィラメント１４及び／又は１６が経年変化した場合、或いはＶｏｕｔ信号が低くなりすぎた場合以外は変更する必要はない。
【００３７】
フィラメント１４及び１６を保護するため図７に詳細に示されている参照保護回路９０が設けられている。該回路９０は、参照フィラメントが過熱、酸化する可能性がある場合に、加熱状態の原因が解消されるまで駆動電圧Ｖｂを低下させるブリッジ駆動回路４０に信号を提供する。通常、このような状態はキャリアガスの流れが中断されたり、流路が偶発的に開けられたりした場合に起こる。
【００３８】
該回路９０は演算増幅器９１の出力に接続されたクランプダイオード９４を含む。演算増幅器９１は、抵抗器９３及び９５を含む抵抗分圧器によって分割された電圧Ｖｂ である導線９２上の入力信号を入力する。抵抗器９５の抵抗値は抵抗器９３より僅かに高く、Ｖｂ／２より幾分高い信号が演算増幅器９１に接続された入力９２に提供される。一方、Ｖｒは、抵抗器９７とコンデンサー９９を含む積分器を介して演算増幅器９１の残りの入力に印加される。通常、抵抗器９３は１ｋΩの抵抗器で抵抗器９５は１．２ｋΩの抵抗器が使用される。キャリアガスの流れが中断されたりフィラメント１４の抵抗が高くなった場合、Ｖｒが意図的に高められた導線９２上のＶｂ／２信号より高くなり、演算増幅器９１の出力が低下し、ダイオード９４が導通状態になる。これにより、ブリッジ駆動回路４０内の演算増幅器４４の正入力における入力信号がより低い電圧にクランプされ、フィラメント１４と１６が酸化しない温度となるレベルにＶｂを低下させる。通常、正常な作動では演算増幅器９１の出力電圧は演算増幅器４４の正入力端子及びダイオード９４の信号よりも高くなり、参照保護回路９０は定抵抗回路３０によるＶｂの制御に全く影響を与えない。しかし、加熱によって参照フィラメント１４の抵抗が増した場合、ブリッジ駆動電圧Ｖｂは、参照フィラメント１４及び１６の酸化を防止できるレベルに下げられる。
【００３９】
当業者であれば分かるように、例えば図３に回路５として示すような全体の回路に上記の種々の回路を個々に又は集合的に用いることにより、非常に高い直線性と低ノイズ性を有し、フィラメントを酸化から保護するとともにフィラメントの経年変化を抑制する改良された熱伝導度セル制御回路を提供できる。
【００４０】
当業者であれば、本明細書中に記載された本発明の好ましい実施形態を、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく種々に変形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定抵抗システムの直線性を既存の定電圧ブリッジ回路の直線性と対比して示す代表的なグラフである。
【図２】重量が異なる窒素含有サンプルのグラフであり、従来技術のシステムではサンプルの重量によって出力が変動するのに対し、本発明のシステムでは出力が一定になることを示している。
【図３】本発明のシステムの回路図で、その一部はブロックと模式図で示す。
【図４】図３に示されているシステムの一部の詳細な模式図である。
【図５】図３に示されている変調／復調回路の詳細な模式図である。
【図６】図３に示されているヌル調整回路の詳細な模式図である。
【図７】図３に示されている参照保護回路の詳細な模式図である。
【符号の説明】
１４    参照フィラメント
１６    測定フィラメント
３０    定抵抗回路
４０    ブリッジ駆動回路
５０    ノイズ低減用変調/ 復調回路
６０    Ａ／Ｄ変換器
７０    マイクロプロセッサ
８０    ヌル調整回路
９０    参照保護回路
【図１】
0003741652.tif 000013
【図２】
0003741652.tif 000014
【図３】
0003741652.tif 000015
【図４】
0003741652.tif 000016
【図５】
0003741652.tif 000017
【図６】
0003741652.tif 000018
【図７】
0003741652.tif 000019