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JPS598772B2 - Ammonia gas analyzer - Google Patents
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JPS598772B2 - Ammonia gas analyzer - Google Patents

Ammonia gas analyzer

Info

Publication number
JPS598772B2
JPS598772B2 JP11526178A JP11526178A JPS598772B2 JP S598772 B2 JPS598772 B2 JP S598772B2 JP 11526178 A JP11526178 A JP 11526178A JP 11526178 A JP11526178 A JP 11526178A JP S598772 B2 JPS598772 B2 JP S598772B2
Authority
JP
Japan
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sulfur dioxide
dioxide gas
ammonia gas
wavelength
ammonia
Prior art date
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Expired
Application number
JP11526178A
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Japanese (ja)
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JPS5542035A (en
Inventor
圭吾 中村
卓佑 泉
詔三 関野
朝次 清水
直幸 宇野
信明 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Anritsu Corp
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Anritsu Corp filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Publication of JPS5542035A publication Critical patent/JPS5542035A/en
Publication of JPS598772B2 publication Critical patent/JPS598772B2/en
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、脱硝プラントあるいは脱硫プラント等の煙道
排ガス中のアンモニアガス濃度を瞬間的に、直接的に、
連続で自動測定を行う分散式紫外線吸収法によるアンモ
ニアガス分析計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention instantly and directly measures the ammonia gas concentration in the flue gas of a denitrification plant or a desulfurization plant.
This article relates to an ammonia gas analyzer using a dispersive ultraviolet absorption method that performs continuous automatic measurements.

環境行政のNOx規制と相まつて脱硝プラントの本格的
大規模使用も目前にせまつている。
Coupled with the environmental administration's NOx regulations, the full-scale, large-scale use of denitrification plants is fast approaching.

脱硝はアンモニアを用いてNOxを水と窒素に還元する
乾式脱硝法が主流である。この脱硝法では過剰なアンモ
ニアが大気へ放出されるので新たな大気汚染の原因とな
る。また過剰なアンモニアの放出はアンモニアの大量使
用となり、脱硝装置の運転コストのアツプにつながる。
そこで公害防止の立場から、リーク・アンモニアを常時
モニタする必要がある。またリーク・アンモニアをモニ
タしながらアンモニアの注入量をコントロールしてアン
モニアの消費を低く押さえようとする意向が強い。こう
した状況から排煙中アンモニア自動計測器の需要が高ま
つて来た。従来のアンモニア自動計測器には、溶液導電
率法を採用したもの、化学発光法に基ずくもの、赤外吸
収を利用したもの(非分散赤外線吸収法)等がある。
The mainstream method for denitration is a dry denitration method that uses ammonia to reduce NOx to water and nitrogen. This denitrification method releases excess ammonia into the atmosphere, causing new air pollution. Furthermore, excessive release of ammonia results in the use of a large amount of ammonia, leading to an increase in the operating cost of the denitrification equipment.
Therefore, from the standpoint of pollution prevention, it is necessary to constantly monitor leakage and ammonia. There is also a strong intention to keep ammonia consumption low by controlling the amount of ammonia injection while monitoring leak ammonia. Under these circumstances, the demand for automatic ammonia measuring instruments in flue gas has increased. Conventional automatic ammonia measuring instruments include those that employ the solution conductivity method, those that are based on the chemiluminescence method, and those that utilize infrared absorption (non-dispersive infrared absorption method).

溶液導電率法は、前段にスタラバ一を配置して妨害ガス
を化学的に処理する必要がある。またガス中の水分の影
響も大きいので冷却し除湿している。このためこれらの
部分でNH3の損失があり真値を損う。化学発光法はN
O単成分しか測定できないため、排ガス中のNH3をコ
ンバータでNOに変換し、既存NOとの合量として測定
した後、その合量から既存NO量を差し引いてNH3量
を測定することが行われている。この種の手法では、N
H3ガスが短時間に100%目的成分へ変換されるかど
うか、また変換効率が次第に低下する等、また非分散赤
外線吸収法では感度の点で問題がある。
The solution conductivity method requires a stirrer bar to be placed at the front stage to chemically treat interfering gases. Also, since the moisture in the gas has a large effect, it is cooled and dehumidified. Therefore, there is a loss of NH3 in these parts, which impairs the true value. Chemiluminescence method is N
Since only the single component O can be measured, the NH3 in the exhaust gas is converted to NO using a converter, the amount is measured as the total amount of NO, and the amount of NH3 is then measured by subtracting the amount of NO from that total. ing. In this kind of approach, N
There are problems with the non-dispersive infrared absorption method, such as whether 100% of the H3 gas is converted into the target component in a short period of time, and the conversion efficiency gradually decreasing.

また両者は湿度の影響も大きいため前段で除湿する必要
があり、NH3の損失が生じる点は溶液導電率法と同様
である。また本発明と技術的に似たものに高次導関数法
(高次微分法)と呼ばれるものがある。この高次導関数
法は、分光器の入ロスリツトまたは出口スリツトのいず
れかを振動させて光学的にスペクトルの微分値を測定し
ながら、さらに分光器の回折格子を時間とともに回転さ
せて波長走査をすることによつて吸収スペクトルを微分
した微分スペクトル(一般には2次微分スペクトル)を
求め、この微分スペクトルの山と谷との差より定量する
方法である。
Furthermore, since both methods are greatly affected by humidity, it is necessary to dehumidify them in the previous stage, and NH3 loss occurs, similar to the solution conductivity method. Further, there is a method technically similar to the present invention called a higher-order derivative method (higher-order differential method). This high-order derivative method optically measures the differential value of the spectrum by vibrating either the input loss slit or the exit slit of the spectrometer, and then scans the wavelength by rotating the spectrometer's diffraction grating over time. In this method, a differential spectrum (generally a second-order differential spectrum) is obtained by differentiating the absorption spectrum, and quantitative determination is made from the difference between the peaks and valleys of this differential spectrum.

試料ガス中に不純物が混つていない場合は高次導関数法
で測定できるが、煙道排ガスのように、一酸化窒素や亜
硫酸ガス等の不純物が多い試料ガスを対象にすると、そ
れら不純物ガスの吸収スベクトルの重なりによる影響を
受け、アンモニアガス濃度の正しい測定ができない。
If there are no impurities in the sample gas, measurement can be performed using the higher-order derivative method, but if the sample gas contains many impurities such as nitrogen monoxide and sulfur dioxide, such as flue gas, these impurity gases may be detected. The ammonia gas concentration cannot be measured correctly due to the influence of overlapping absorption vectors.

本発明は、前記従来技術の欠点を解消して、煙道排ガス
中などの不純ガス中に含まれているアンモニアガス濃度
を直接的に瞬間値測定を行う、正確な自動連続アンモニ
アガス分析計を提供することを目的としており、試料ガ
スの紫外線吸収を利用する分散式紫外線吸収法を変形し
た自己変調光吸収法を原理とするアンモニアガス分析計
であり、高温状態の試料ガスの紫外線吸収を測定するた
めに光吸収セルを高温に加熱したことを特徴とし、さら
に、煙道排ガス中に多く含まれているSO2の干渉を除
去したことを特徴とするアンモニア分析計である。
The present invention eliminates the drawbacks of the prior art and provides an accurate automatic continuous ammonia gas analyzer that directly measures the instantaneous value of the ammonia gas concentration contained in impure gas such as flue gas. This is an ammonia gas analyzer based on the self-modulating light absorption method, which is a variation of the dispersion ultraviolet absorption method that uses the ultraviolet absorption of sample gas, and is capable of measuring ultraviolet absorption of sample gas at high temperatures. This ammonia analyzer is characterized in that the light absorption cell is heated to a high temperature in order to achieve this, and that the interference of SO2, which is contained in a large amount in flue gas, is removed.

まず、本発明によるアンモニアガス分析計に採用されて
いる測定原理である自己変調光吸収法を説明しておく。
First, the self-modulation light absorption method, which is the measurement principle employed in the ammonia gas analyzer according to the present invention, will be explained.

第1図に示したように被測定ガスの吸収ピークλ。の両
端λ1とλ2との間で周波数ωの波長変調をかけると、
被測定ガスの存在によつて周波数2ωの光強度変調信号
が得られる。この光強度変調信号の振幅がガス濃度に比
例するので、この振幅よりガス濃度を決定するという方
法である。第1図において、λ軸は波長を、I軸は透過
光強度を、またt軸は時間を表わす。図中、曲線Aは吸
収スペクトルであり、ωtは波長変調信号、2ωtは光
強度変調信号である。これを実際に行うには、すなわち
波長変調のかけ方は第2図に示したように分光器の出口
スリツトを図の矢印方向に往復振動させることによつて
行える。
As shown in FIG. 1, the absorption peak λ of the gas to be measured. When wavelength modulation of frequency ω is applied between both ends λ1 and λ2,
Due to the presence of the gas to be measured, a light intensity modulation signal with a frequency of 2ω is obtained. Since the amplitude of this light intensity modulation signal is proportional to the gas concentration, this method determines the gas concentration from this amplitude. In FIG. 1, the λ axis represents wavelength, the I axis represents transmitted light intensity, and the t axis represents time. In the figure, curve A is an absorption spectrum, ωt is a wavelength modulation signal, and 2ωt is a light intensity modulation signal. To actually perform this, that is, to apply wavelength modulation, as shown in FIG. 2, the exit slit of the spectrometer is vibrated back and forth in the direction of the arrow in the figure.

第2図において120は分光器であり、121は入ロス
リツト、122はコリメータ鏡、123はコレクター鏡
、124は波長分散素子である回折格子、125は出口
スリツト、126は光電子増倍管であり、12rは分光
器内の光軸を表わす。図中、Aで示した矢印の方向に出
口スリツト125が往復振動をすると、出口スリツト1
25を通過する光束は破線イと破線口で囲まれた斜線部
分を出口スリツ口25の振動と共に動く。破線イの光束
を第1図の波長λ1に対応させ、破線口の光束を波長λ
2に対応させることにより波長λ1と波長λ2との間で
波長変調をかけることができる。波長変調は出口スリツ
トを固定して入ロスリツトを振動させても行えるし、ま
た、入ロスリツトおよび出口スリツトとも固定し分光器
内部に振動ミラーを設けて分光器内の光軸を振つてやつ
ても波長変調をかけることができる。
In FIG. 2, 120 is a spectrometer, 121 is an input loss slit, 122 is a collimator mirror, 123 is a collector mirror, 124 is a diffraction grating which is a wavelength dispersion element, 125 is an exit slit, 126 is a photomultiplier tube, 12r represents the optical axis within the spectrometer. When the exit slit 125 vibrates back and forth in the direction of the arrow A in the figure, the exit slit 1
The light flux passing through the exit slit 25 moves along the diagonally shaded area surrounded by the broken line A and the broken line opening along with the vibration of the exit slit opening 25. The luminous flux indicated by the broken line A corresponds to the wavelength λ1 in Fig. 1, and the luminous flux at the beginning of the broken line corresponds to the wavelength λ1.
2, wavelength modulation can be applied between the wavelength λ1 and the wavelength λ2. Wavelength modulation can be achieved by fixing the exit slit and vibrating the input loss slit, or by fixing both the input loss slit and the exit slit and installing a vibrating mirror inside the spectrometer to swing the optical axis inside the spectrometer. Wavelength modulation can be applied.

したがつて本発明は、これらの波長変調を掛ける方法を
限定しない。次にアンモニアガスの常温における、紫外
線吸収スペクトルは第3図に示すとおりである。
Therefore, the present invention does not limit the method of applying these wavelength modulations. Next, the ultraviolet absorption spectrum of ammonia gas at room temperature is as shown in FIG.

図において、横軸のλは波長を表わし単位はNmであり
、縦軸のaは吸収強度を表わしている。単線Aがアンモ
ニアガスの紫外線吸収スペクトルであり、215nmを
越えるとほとんど吸収はなくなる。200nmより短波
長側に強い吸収があるが、200nmより短波長側の吸
収波長を測定波長とすると、空気中の酸素の吸収や炭化
水素特に不飽和炭化水素、芳香族炭化水素の吸収により
妨害影響を受けて好ましくない。
In the figure, λ on the horizontal axis represents wavelength in Nm, and a on the vertical axis represents absorption intensity. Single line A is the ultraviolet absorption spectrum of ammonia gas, and there is almost no absorption beyond 215 nm. There is strong absorption at wavelengths shorter than 200 nm, but if the absorption wavelength at wavelengths shorter than 200 nm is used as the measurement wavelength, there will be interference effects due to absorption of oxygen in the air and absorption of hydrocarbons, especially unsaturated hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons. I don't like it when I receive it.

そこで200nmより長波長側の吸収波長を測定波長に
しなければならないが、200nmより長波長側では煙
道排ガス中に多く含まれている一酸化窒素や亜硫酸ガス
の吸収による妨害影響を受ける。すなわち、一酸化窒素
および亜硫酸ガスの吸収スペクトルは第4図に示す通り
であり、同図より一酸化窒素は、205nm,215n
m,226nm付近に吸収が存在しており、これらの吸
収を避けない限りアンモニア分析値に妨害影響があるこ
とがわかる。しかしながら、一酸化窒素のこれらの吸収
を避けた波長を測定波長としても必ずしも妨害影響がゼ
ロになるわけではない。
Therefore, absorption wavelengths longer than 200 nm must be used as measurement wavelengths; however, wavelengths longer than 200 nm are affected by interference due to absorption of nitrogen monoxide and sulfur dioxide gas, which are contained in large quantities in flue gas. That is, the absorption spectra of nitric oxide and sulfur dioxide gas are as shown in Figure 4.
It can be seen that there is absorption near 226 nm, and unless these absorptions are avoided, there will be an interfering effect on the ammonia analysis value. However, even if the measurement wavelength is set to a wavelength that avoids these absorptions of nitric oxide, the interference effect does not necessarily become zero.

アンモニアガスの吸収波長のうち、一酸化窒素の吸収と
重ならない波長は201nm,209nm,213nm
,217nmなどであるが、実験的に確めたところ、2
01nm,213nm,217nmは一酸化窒素の妨害
影響が大きく、測定波長にするには好ましくない。第5
図に、各成分ガスについて得られた自己変調光吸収信号
の大きさ(波長特性)を示した。第5図より、一酸化窒
素の妨害影響の小さい波長は、210nm付近(図中A
)かもしくは220nm付近(図中B)しかないことが
わかる。筆者等は先に、本件に関連した特願昭52一9
4001を出願したが、本発明は220nm付近のB点
(219nm)を測定波長とする点が特徴の1つである
Among the absorption wavelengths of ammonia gas, the wavelengths that do not overlap with the absorption of nitric oxide are 201 nm, 209 nm, and 213 nm.
, 217 nm, etc., but it was confirmed experimentally that 2
01 nm, 213 nm, and 217 nm have a large interference effect with nitric oxide, and are not preferred as measurement wavelengths. Fifth
The figure shows the magnitude (wavelength characteristics) of the self-modulated light absorption signal obtained for each component gas. From Figure 5, the wavelength where the interference effect of nitric oxide is small is around 210 nm (A in the figure).
) or around 220 nm (B in the figure). The authors first filed a patent application related to this matter in 1983.
4001, one of the features of the present invention is that point B (219 nm) near 220 nm is used as the measurement wavelength.

ただし、このB点(219nm)は第6図に示したよう
にアンモニアガスの吸収ピークである217nm(図中
λ,)と221nm(図中λ2)の中間の波長であり、
アンモニアガスの吸収スペクトルが周期的であることを
利用したものである。
However, as shown in Fig. 6, this point B (219 nm) is the intermediate wavelength between 217 nm (λ, in the figure) and 221 nm (λ2 in the figure), which are the absorption peaks of ammonia gas.
This method takes advantage of the fact that the absorption spectrum of ammonia gas is periodic.

第6図において、横軸λは波長を示し、縦軸1は透過光
強度を示す。
In FIG. 6, the horizontal axis λ indicates wavelength, and the vertical axis 1 indicates transmitted light intensity.

曲線Aはアンモニアガスの吸収スペクトルであり、点P
1は波長λ1(217nm)における吸収ピーク、P2
は波長λ2(221nm)における吸収ピークを示す。
波長Bは第5図における波長Bと同一波長である。また
、217nmと221nmの吸収は常温のガスでは非常
に弱く、したがつて常温抹態でB点を測定波長とすると
アンモニアの感度が非常に悪く、相対的に一酸化窒素、
亜硫酸ガスの妨害影響が大きくなり好ましくない。
Curve A is the absorption spectrum of ammonia gas, and point P
1 is the absorption peak at wavelength λ1 (217 nm), P2
indicates an absorption peak at wavelength λ2 (221 nm).
Wavelength B is the same wavelength as wavelength B in FIG. In addition, the absorption at 217 nm and 221 nm is very weak in gases at room temperature. Therefore, if point B is the measurement wavelength at room temperature, the sensitivity of ammonia is very poor, and the sensitivity of ammonia is relatively low.
This is undesirable because the interfering influence of sulfur dioxide gas increases.

第5図の実験結果は200℃のガス温度のものであり、
219nmを測定波長とする限り200℃程度の高温状
態のガスを測定しなければならないことが第5図の実験
結果より明らかになつたことであり、本発明の不可欠の
要素であると同時に前記の測定波長の219nmの限定
も実験結果より得られた本発明の主要な要素であること
が理解できよう。また、吸収スペクトルは分光器の入ロ
スリツト幅または出口スリツト幅によつて形状が変わる
The experimental results shown in Figure 5 are for a gas temperature of 200°C,
As long as the measurement wavelength is 219 nm, it is clear from the experimental results shown in Figure 5 that gases at a high temperature of about 200°C must be measured, and this is an essential element of the present invention as well. It can be understood that the limitation of the measurement wavelength to 219 nm is also a major element of the present invention obtained from the experimental results. Furthermore, the shape of the absorption spectrum changes depending on the width of the input loss slit or the width of the exit slit of the spectrometer.

これはスリツト幅を拡くすると、分解能が悪くなり、急
峻なスペクトルがなまされるためである。そのために一
般的には、スリツト幅をある程度狭くして分解能を上げ
て分光器を使用するが、亜硫酸ガスの妨害影響を小さく
するために、本発明では次に示すような工夫をした。す
なわち、亜硫酸ガスの吸収スペクトルはほぼ2nmの周
期性があるので、両方のスリツト幅を波長換算で2nm
にして亜硫酸ガスの吸収スペクトルをほぼ平担にした。
これは第7図に示したように2nmの幅のスリツトで吸
収スペクトルをとらえるかぎり、光強度はスリツトをλ
方向に移動させても全く変わらないということをうまく
利用したものである。すなわち、第7図でスリツト幅S
がスペクトルAの周期Tに等しい時、スリツトを波長λ
方向へ移動させても、スリツトを通過する全光量1s(
図中黒色部)は変わらないことによる。第5図の実験結
果は入ロスリツトおよび出口スリツトとも1.2nmの
スリツト幅(波長換算値)であり、これより幅の狭いス
リツトでは亜硫酸ガスの妨害影響が大きくなり好ましく
ない。またスリツト幅が2.0nm以上になると今度は
アンモニアの感度が著しく低下するのでスリツト幅は波
長換算値で1.2nm〜2.0nmが良い。このように
スリツト幅を選択すると亜硫酸ガスのアンモニア測定値
に対する妨害影響の干渉係数は1/20程度に小さくな
る。すなわち亜硫酸ガスが1000醒以下に対して、ア
ンモニアの指示値が50PP1程度真値からはずれる程
度の妨害影響になる。しかしながら、石炭焚きのボイラ
ーやC重油焚きのボイラー等では、前にも述べたように
亜硫酸ガス濃度が600PF〜1000Pi1にもなる
から、亜硫酸ガスの妨害影響をもつと小さくしなければ
ならない。
This is because when the slit width is widened, the resolution deteriorates and steep spectra are smoothed out. For this purpose, a spectrometer is generally used by narrowing the slit width to some extent to increase resolution, but in order to reduce the interference effect of sulfur dioxide gas, the following measures were taken in the present invention. In other words, since the absorption spectrum of sulfur dioxide gas has a periodicity of approximately 2 nm, the width of both slits is 2 nm in terms of wavelength.
The absorption spectrum of sulfur dioxide gas was made almost flat.
As shown in Figure 7, as long as the absorption spectrum is captured with a 2 nm wide slit, the light intensity will be λ
This makes good use of the fact that it does not change at all even if you move it in one direction. That is, in Fig. 7, the slit width S
is equal to the period T of the spectrum A, the slit has a wavelength λ
Even when moving in the direction, the total amount of light passing through the slit is 1 s (
The black area in the figure) is due to the fact that there is no change. The experimental results shown in FIG. 5 show that the slit width (wavelength conversion value) for both the entrance loss slit and the exit slit is 1.2 nm, and a slit width narrower than this is not preferable because the interference effect of sulfur dioxide gas becomes large. Furthermore, if the slit width is 2.0 nm or more, the sensitivity to ammonia will drop significantly, so the slit width is preferably 1.2 nm to 2.0 nm in terms of wavelength. When the slit width is selected in this way, the interference coefficient of the interference effect of sulfur dioxide gas on the ammonia measurement value is reduced to about 1/20. In other words, when the sulfur dioxide gas is below 1000 pores, the indicated value of ammonia will be affected by interference to the extent that it deviates from the true value by about 50 PP1. However, in coal-fired boilers, C heavy oil-fired boilers, etc., the sulfur dioxide gas concentration is as high as 600PF to 1000Pi1, as mentioned above, so the interfering influence of sulfur dioxide gas must be minimized.

そこで本発明では次のようにしてさらに妨害影響を小さ
くした。
Therefore, in the present invention, the interference influence is further reduced as follows.

すなわち亜硫酸ガスの吸収スベクトルは略2nmの周期
性であるのに対して、アンモニアガスの吸収スペクトル
は略4nmの周期性を備えているという性質を利用する
のである。いま第8図に示したように、振幅が波長換算
値で4nmの周波数ωなる波長変調をかけると、亜硫酸
ガスの吸収玄ベクトルによつて生じる光強度変調信号の
周波数が4ωになることを利用する。すなわち、亜硫酸
ガスの吸収スペクトルの周期的な幅2nmの2倍の振幅
で変調をかけることによつて、自己変調信号を2ωでな
く4ωとすることにより、電気回路による4ω信号の除
去を可能にすることができるのである。バンドパスフイ
ルタの設計から見れば、この振幅は4nmに限定されず
それ以上の6nmでも8nmでも良いように思われるが
、アンモニアガスの吸収スペクトルの幅が4nmである
から振幅をこれ以上にすることはアンモニアガスの自己
変調信号をも衰弱させることになるので意味をなさない
。また、振幅を亜硫酸ガスのスペクトル幅の2nmより
小さくすることも亜硫酸ガスの感度減少に比べてアンモ
ニアガスの感度減少の方が著しく大きくなり、したがつ
て妨害影響が大きくなつてしまい効果がない。実際には
振幅は必ずしも亜硫酸ガスの吸収スペクトルの周明的な
幅2nmの2倍である必要は無く、第5図の実験では変
調振幅は3.4nmである。アンモニアガスの測定波長
を前記のB点(219nm)とし、分光器のスリツト幅
を前記の1.2nm1変調振幅を3.4nmとしても、
亜硫酸ガスの妨害影響(干渉)は完全には無くならない
。注意すべき点は、亜硫酸ガスの濃度に比例1して干渉
が増大するというのではなく、約1000PF1(17
)亜硫酸ガス濃度について粉声程度であり、しかもその
1000購付近の亜硫酸ガス濃度では比較的平坦な関数
の干渉値となることである。上記の条件での亜硫酸ガス
の干渉を第9図に示した。
That is, the absorption spectrum of sulfur dioxide gas has a periodicity of approximately 2 nm, while the absorption spectrum of ammonia gas has a periodicity of approximately 4 nm. As shown in Figure 8, when wavelength modulation is applied to a frequency ω with an amplitude of 4 nm in terms of wavelength, the frequency of the light intensity modulation signal generated by the absorption vector of sulfur dioxide gas becomes 4 ω. do. In other words, by applying modulation with an amplitude twice the periodic width of 2 nm of the absorption spectrum of sulfur dioxide gas, the self-modulation signal is set to 4ω instead of 2ω, making it possible to remove the 4ω signal by an electric circuit. It is possible. From the design of the bandpass filter, it seems that this amplitude is not limited to 4 nm and may be greater than 6 nm or 8 nm, but since the width of the absorption spectrum of ammonia gas is 4 nm, the amplitude should not be increased beyond this. makes no sense since it would also weaken the self-modulating signal of ammonia gas. Further, making the amplitude smaller than 2 nm of the spectral width of sulfur dioxide gas is also ineffective because the reduction in sensitivity of ammonia gas is significantly greater than the reduction in sensitivity of sulfur dioxide gas, and therefore the interference effect becomes large. In reality, the amplitude does not necessarily have to be twice the obvious width of 2 nm of the absorption spectrum of sulfur dioxide gas, and in the experiment shown in FIG. 5, the modulation amplitude is 3.4 nm. Even if the measurement wavelength of ammonia gas is the above-mentioned point B (219 nm), the slit width of the spectrometer is 1.2 nm, and the modulation amplitude is 3.4 nm,
The disturbing influence (interference) of sulfur dioxide gas cannot be completely eliminated. It should be noted that the interference does not increase proportionally to the concentration of sulfur dioxide gas, but rather increases by approximately 1000PF1 (17
) The sulfur dioxide concentration is only a whisper, and moreover, the interference value is a relatively flat function at a sulfur dioxide concentration of about 1,000 units. Figure 9 shows the interference of sulfur dioxide gas under the above conditions.

第9図において、横軸Nは亜硫酸ガス濃度を示し、縦軸
のは測定器のアンモニアガス濃度としての出力を示す。
すなわち、測定しようとするガス中に亜硫酸ガスが存在
すると、第9図の干渉曲線Kに対応した出力が生じてし
まう。この干渉は重畳の原理が成り立つものである。た
とえば、アンモニアガスが25匹存在し、亜硫酸ガスが
400ppm同時に存在するようなガスを測定すると、
亜硫酸ガス濃度400PP01(図中N2)に対応した
出力5PF(図中C)が重畳され、測定器出力は30P
I1となる。ただし、第9図の干渉曲線は設定した波長
変調の中心波長(第6図の波長B)に依存するものであ
り、第9図の例は219.6nmで観測したものである
In FIG. 9, the horizontal axis N indicates the sulfur dioxide gas concentration, and the vertical axis indicates the output of the measuring device as the ammonia gas concentration.
That is, if sulfur dioxide gas is present in the gas to be measured, an output corresponding to the interference curve K in FIG. 9 will be generated. This interference is based on the principle of superposition. For example, when measuring a gas in which 25 ammonia gases and 400 ppm of sulfur dioxide gas are present at the same time,
The output 5PF (C in the figure) corresponding to the sulfur dioxide gas concentration 400PP01 (N2 in the figure) is superimposed, and the measuring instrument output is 30P.
It becomes I1. However, the interference curve in FIG. 9 depends on the center wavelength of the set wavelength modulation (wavelength B in FIG. 6), and the example in FIG. 9 was observed at 219.6 nm.

また、この干渉曲線はスリツト幅、スリツト振幅にも依
存するが、いずれにしても近似式に表せばK=a(N−
b)2+D と表すことのできる曲線である。
Also, this interference curve depends on the slit width and slit amplitude, but in any case, if expressed as an approximate formula, K=a(N-
b) It is a curve that can be expressed as 2+D.

前述の測定値出力30PP1はアンモニアの真値(25
PF)ではないので、この分の補正をする必要がある。
The measurement value output 30PP1 mentioned above is the true value of ammonia (25
PF), it is necessary to make a correction for this amount.

この補正は、亜硫酸ガス濃度を同時に測定しながら、重
畳された干渉分を演算除去する方法により行・うことが
できる。また、亜硫酸ガスの濃度範囲が200PP1(
第9図中N1)と400pIm(第9図中N2)との間
で変動する場合は、干渉分の変動が慣−(第9図中C)
と7嘔(第9図中D)との間で変動し、その変動幅は2
1)Plと小さいから、常に一定値6PIUを差し引い
たものをアンモニア出力とすることによつて±1PI1
の正確さでアンモニyア濃度の測定が行える。
This correction can be performed by calculating and removing the superimposed interference while simultaneously measuring the sulfur dioxide gas concentration. In addition, the concentration range of sulfur dioxide gas is 200PP1 (
If it fluctuates between 400 pIm (N1 in Figure 9) and 400 pIm (N2 in Figure 9), the interference amount will fluctuate (C in Figure 9).
and 7 o (D in Figure 9), and the range of variation is 2.
1) Since Pl is small, by always subtracting a constant value of 6 PIU as the ammonia output, ±1 PI1
Ammonia concentration can be measured with an accuracy of .

以下、本発明の実施例について図面によつて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第10図は、アンモニアガス分析計の第一実施例であつ
て、煙道排ガス用の自動連続アンモニア分析計である。
FIG. 10 shows a first embodiment of an ammonia gas analyzer, which is an automatic continuous ammonia analyzer for flue gas.

排ガスは、煙道1に挿入されたサンプリングプローブ1
0より吸引ポンプ12によつて吸引され除塵フイルタ一
11で除塵され光吸収セル110に連続的に導入されて
いる。
The exhaust gas is collected by sampling probe 1 inserted into flue 1.
The light is sucked in by a suction pump 12, removed from dust by a dust removal filter 11, and continuously introduced into a light absorption cell 110.

この光吸収セル110には、セル加熱ヒータ113が巻
かれており、温度制御装置114のPID制御により光
吸収セル110の内部のガス温度を約20『Cに設定し
、アンモニアガスの吸収が217nmおよび221nm
で強くなるようにしてある。一方光源101から放射さ
れた光はコリメータレンズ102によつて平行光束にさ
れた後に、光吸収セルの入射窓111より光吸収セル1
10内に入射し、出射窓112より出射する。
A cell heater 113 is wound around this light absorption cell 110, and the gas temperature inside the light absorption cell 110 is set to about 20°C by PID control of a temperature control device 114, so that the absorption of ammonia gas is 217 nm. and 221nm
It is made to become stronger. On the other hand, the light emitted from the light source 101 is made into a parallel beam by the collimator lens 102, and then passes through the entrance window 111 of the light absorption cell to the light absorption cell 1.
10 and exits from the exit window 112.

出射窓112より出射した平行光束はコレクタレンズ1
04によつて分光器の入ロスリツト121に集光され分
光器120の内部に入射し、分散素子124によつてア
ンモニアガスの吸収スペクトルが測定用出口スリツト1
25の付近に結像される。
The parallel light flux emitted from the exit window 112 is sent to the collector lens 1.
04, the light is focused on the input loss slit 121 of the spectrometer and enters the spectrometer 120, and the absorption spectrum of the ammonia gas is transmitted to the measurement exit slit 1 by the dispersion element 124.
The image is focused around 25.

測定用出口スリツト125を通過した光は光電子増倍管
126の受光面に至る。出口スリツト125は、スリツ
ト板130に刻まれており、スリツト板130はU字形
音叉135の一方の脚の自由端に装着され、音叉駆動装
置140によつて音叉135を角周波数ωで正弦波状に
固有振動させることによつて出口スリツト125を振動
させている。このようにして出口スリツト125を振動
させることにより、出口スリツト125を通過する光の
波長に角周波数ωの変調をかけた。前述したように、光
吸収セル110には煙道排ガスが連続的に導入されてお
り、したがつてこの排ガス中にfンモニアガスが混入し
ていると出口スリツト125の付近にアンモニアガスの
吸入スベクトルが結像される。そして、前述のように出
口スリツト125を振動させて角周波数ωの波長変調を
かけると、光電子増倍管126の受光面に達する光はア
ンモニアガス濃度に比例した振幅で、かつ角周波数2ω
の光強度変調信号が得られる。これは前述の自己変調光
吸収法の原理による(第1U1図参照)ものである。
The light passing through the measurement exit slit 125 reaches the light receiving surface of the photomultiplier tube 126. The exit slit 125 is cut in a slit plate 130, which is attached to the free end of one leg of the U-shaped tuning fork 135 and drives the tuning fork 135 sinusoidally at an angular frequency ω by a tuning fork drive 140. The outlet slit 125 is vibrated by causing natural vibration. By vibrating the exit slit 125 in this manner, the wavelength of the light passing through the exit slit 125 is modulated by the angular frequency ω. As mentioned above, the flue gas is continuously introduced into the light absorption cell 110. Therefore, if ammonia gas is mixed in the flue gas, the suction vector of ammonia gas will be generated near the exit slit 125. is imaged. Then, when the exit slit 125 is vibrated to apply wavelength modulation at the angular frequency ω as described above, the light reaching the light receiving surface of the photomultiplier tube 126 has an amplitude proportional to the ammonia gas concentration and an angular frequency 2ω.
A light intensity modulation signal of This is based on the principle of the self-modulated light absorption method described above (see FIG. 1U1).

また亜硫酸ガスが混在する時は、その濃度の干渉分が光
変調信号に重畳されている。測定用出口スリツト125
を通過する光の波長は前述した条件のB点(219nm
)を中心に振動している。そしてこの光強度変調信号の
振幅を信号処理装置200によつて、音叉駆動装置14
0の2倍の周波数に同期した信号成分を検出する。信号
処理装置200の出力信号は、アンモニア濃度に比例し
たものに亜硫酸ガスの干渉分が重畳したものである。一
方、亜硫酸ガス濃度は、亜硫酸ガス測定用出口スリツト
125′(中心波長300nm)を通過した光を光電子
増倍管126′で受光し、亜硫酸ガス濃度に比例した振
幅の光強度変調信号を光電変換する。
Furthermore, when sulfur dioxide gas is present, the interference of its concentration is superimposed on the optical modulation signal. Measurement exit slit 125
The wavelength of the light passing through is point B (219 nm) under the conditions described above.
) vibrates around the center. Then, the signal processing device 200 converts the amplitude of this light intensity modulation signal into the tuning fork driving device 14.
Detects a signal component synchronized to a frequency twice that of 0. The output signal of the signal processing device 200 is a signal proportional to the ammonia concentration and an interference component of sulfur dioxide gas superimposed thereon. On the other hand, the sulfur dioxide gas concentration is determined by receiving the light that has passed through the sulfur dioxide gas measurement exit slit 125' (center wavelength 300 nm) with a photomultiplier tube 126', and photoelectrically converting the light intensity modulation signal with an amplitude proportional to the sulfur dioxide gas concentration. do.

光電子増倍管126′で光電変換された信号を信号処理
装置20『によつて、音叉駆動装置14『の2倍の周波
数に同期した信号成分を検出する。亜硫酸ガスは300
nm付近にも周期的な吸収があり、300nmはそのう
ちの一つの吸収ピークであり、したがつて信号処理装置
20『の出力信号は亜硫酸ガス濃度に対応する。この亜
硫酸ガス濃度に対応した信号処理装置20『の出力信号
を関数発生器300に入れる。この関数発生器300は
、第9図に示した干渉曲線Kを折れ線近似したものであ
り、nなる入力信号に対してV(n)なる出力信号が発
生するようにしたものである。この関数発生器300の
出力信号を減算回路400へ入れる。一方、この減算回
路には信号処理装置200の出力信号が入れてある。そ
して、この減算回路400で、信号処理装置200の出
力信号(アンモニア出力に亜硫酸ガスの干渉分が重畳し
たもの)から関数発生器300の出力信号(亜硫酸ガス
の干渉分すなわちアンモニアガス濃度換算出力)を差し
引いている。こうして、減算回路400の出力信号はア
ンモニアガス濃度だけに比例した量となる。このアンモ
ニアガス濃度だけに比例した減算回路400の出力信号
を出力表示装置500に入れて、表示する。出力表示装
置500は、電圧計または電圧記録計であつて、アンモ
ニアガス濃度に対応した目盛ずけがされている。信号処
理装置200および20『は一般にロツクインアンプと
呼ばれる同期検波装置である。なお100は検出部を示
す。次に本発明の第2実施例を第11図に示し、同図に
沿つて説明する。煙道1内の排ガス中のアンモニアガス
は第1実施例と同様にして検出部10『で検出する。
A signal processing device 20' detects a signal component synchronized with twice the frequency of the tuning fork driving device 14' from the signal photoelectrically converted by the photomultiplier tube 126'. Sulfur dioxide gas is 300
There is also periodic absorption near nm, and 300 nm is one of the absorption peaks, so the output signal of the signal processing device 20' corresponds to the sulfur dioxide gas concentration. The output signal of the signal processing device 20 corresponding to this sulfur dioxide gas concentration is input to the function generator 300. This function generator 300 is a polygonal approximation of the interference curve K shown in FIG. 9, and is designed to generate an output signal V(n) for an input signal n. The output signal of this function generator 300 is input to a subtraction circuit 400. On the other hand, the output signal of the signal processing device 200 is input to this subtraction circuit. Then, in the subtraction circuit 400, the output signal of the function generator 300 (the interference amount of sulfur dioxide gas, that is, the ammonia gas concentration conversion output) is converted from the output signal of the signal processing device 200 (the ammonia output superimposed with the interference amount of sulfur dioxide gas). is subtracted. In this way, the output signal of the subtraction circuit 400 becomes an amount proportional only to the ammonia gas concentration. The output signal of the subtraction circuit 400, which is proportional only to this ammonia gas concentration, is input to the output display device 500 and displayed. The output display device 500 is a voltmeter or a voltage recorder, and has a scale corresponding to the ammonia gas concentration. The signal processing devices 200 and 20' are synchronous detection devices generally called lock-in amplifiers. Note that 100 indicates a detection section. Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. 11, and will be described with reference to FIG. Ammonia gas in the exhaust gas in the flue 1 is detected by the detection unit 10' in the same manner as in the first embodiment.

この時、信号処理装置200の出力信号は、前述したよ
うに亜硫酸ガスの干渉分が重畳している。方、導管の途
中にT字形の継ぎ管15を設け、吸引ポンプ12′によ
り亜硫酸ガス分析計600にも同時に排ガスを吸入する
。この亜硫酸ガス分析計600の出力信号を関数発生器
300に入れて、この関数発生器300の出力信号を減
算回路400に入れる。一方、この減算回路には信号処
理装置200の出力信号が入れてある。そして、この減
算回路400で、信号処理装置200の出力信号から関
数発生器300の出力信号を差し引いている。したがつ
て、減算回路400の出力信号はアンモニアガス濃度だ
けに比例した量となる。この実施例で使用する亜硫酸ガ
ス分析計は、瞬時値の測定が行える自動計測器ならば、
その種類を問わない。たとえば、自己変調光吸収法によ
るもの、あるいは非分散赤外線吸収法、あるいは溶液導
電率法いずれでも良い。この実施例で使用する検出部1
0『は、第1実施例の検出部100と似ているが、亜硫
酸ガスを同時に測る機能になつていない点が異つている
At this time, the output signal of the signal processing device 200 has the interference of sulfur dioxide gas superimposed thereon, as described above. On the other hand, a T-shaped joint pipe 15 is provided in the middle of the conduit, and exhaust gas is simultaneously sucked into the sulfur dioxide gas analyzer 600 by a suction pump 12'. The output signal of this sulfur dioxide gas analyzer 600 is input to a function generator 300, and the output signal of this function generator 300 is input to a subtraction circuit 400. On the other hand, the output signal of the signal processing device 200 is input to this subtraction circuit. Then, the subtraction circuit 400 subtracts the output signal of the function generator 300 from the output signal of the signal processing device 200. Therefore, the output signal of the subtraction circuit 400 is proportional only to the ammonia gas concentration. The sulfur dioxide gas analyzer used in this example is an automatic measuring device that can measure instantaneous values.
It doesn't matter what type it is. For example, a self-modulation light absorption method, a non-dispersive infrared absorption method, or a solution conductivity method may be used. Detection unit 1 used in this example
0' is similar to the detection unit 100 of the first embodiment, but differs in that it does not have the function of simultaneously measuring sulfur dioxide gas.

すなわち、第1実施例の検出部100にはあつた光電子
増倍管13『、音叉駆動装置14『、出口スリツト12
55、信号処理装置20『が、第2実施例の検出部10
『では除かれている。ここで第1実施例および第2実施
例で使用している関数発生器について説明する。亜硫酸
ガス測定出力20『または600をAD変換器301で
変換し、シフトレジスタ302に入力する。
That is, the detection unit 100 of the first embodiment includes the photomultiplier tube 13'', the tuning fork drive device 14'', and the exit slit 12''.
55, the signal processing device 20 'but the detection unit 10 of the second embodiment
``Then it's excluded. Here, the function generator used in the first and second embodiments will be explained. The sulfur dioxide gas measurement output 20' or 600 is converted by the AD converter 301 and input to the shift register 302.

(ここでAD変換された出力はp一ROM3O3の番地
を指定するものである。)シフトレジスタ302で一時
保持された信号をP−ROM3O3へと入力する。P−
ROMに入力された信号によつてP−ROMの番地が指
定され、指定された番地よりその内容が出力される。(
P一ROMには、あらかじめ第9図亜硫酸ガス干渉曲線
を記憶させておく。)P−ROMより出力された内容(
亜硫酸ガスに対するアンモニアガス干渉分)をシフトレ
ジスタ304で一時保持を行い、DA変換器305へと
入力する。DA変換器に入力された信号をDA変換を行
いアナログ量とする。タイミング回路306は各回路間
のタイミングをとるものである。このアナログ量は亜硫
酸ガス濃度に対するアンモニア干渉出力である。次に第
3実施例を第13図に掲げ、説明する。
(Here, the AD-converted output specifies the address of the p-ROM 3O3.) The signal temporarily held in the shift register 302 is input to the p-ROM 3O3. P-
An address in the P-ROM is designated by a signal input to the ROM, and its contents are output from the designated address. (
The sulfur dioxide gas interference curve shown in FIG. 9 is stored in advance in the P-ROM. ) Contents output from P-ROM (
(ammonia gas interference with sulfur dioxide gas) is temporarily held in a shift register 304 and input to a DA converter 305. The signal input to the DA converter is converted into an analog quantity by DA conversion. A timing circuit 306 takes timing between each circuit. This analog quantity is the ammonia interference output with respect to the sulfur dioxide gas concentration. Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. 13.

本実施例で用いる検出部10『は、第2実施例で使用し
た検出部10『と同様の構成である。すなわち、亜硫酸
ガスを検出する部分が除かれたものである。信号処理装
置200の出力信号は、アンモニアガス濃度に比例した
出力に亜硫酸ガスの干渉分が重畳したものである。
The detection section 10'' used in this embodiment has the same configuration as the detection section 10'' used in the second embodiment. That is, the part that detects sulfur dioxide gas is removed. The output signal of the signal processing device 200 is an output proportional to the ammonia gas concentration and an interference component of sulfur dioxide gas superimposed thereon.

減算回路400で、信号処理装置200の出力信号から
一定電圧を差し引いている。この一定電圧は、関数発生
器300または簡単な回路でなる基準電圧発生回路によ
り作られており、第9図の点Cと点Dの中間の電圧に調
整され、設定されている。減算回路40『で減算された
信号は、亜硫酸ガス濃度が第9図のN,とN2との間で
変動している限り、±1PIX1の誤差でアンモニアガ
ス濃度に比例しており、亜硫酸ガスの干渉分を除去する
ことができる。
A subtraction circuit 400 subtracts a constant voltage from the output signal of the signal processing device 200. This constant voltage is generated by a function generator 300 or a reference voltage generation circuit consisting of a simple circuit, and is adjusted and set to a voltage between points C and D in FIG. The signal subtracted by the subtraction circuit 40 is proportional to the ammonia gas concentration with an error of ±1 PIX1 as long as the sulfur dioxide gas concentration fluctuates between N and N2 in Fig. Interference can be removed.

重油焚きボイラーや国内で使用されている石炭焚きボイ
ラー等の排ガス中の亜硫酸ガス濃度は、200PyI1
〜400PF1であるので、前記誤差範囲内の測定にお
いてこの第3実施例も有効である。
The concentration of sulfur dioxide gas in the exhaust gas from heavy oil-fired boilers and coal-fired boilers used in Japan is 200PyI1.
˜400PF1, so this third embodiment is also effective in measurements within the above error range.

実施例で使用した分光器120は焦点距離が250m2
11回折格子の刻線数が1200本/1L1Lであり、
逆分散が2.6nm/1t1Lである。入ロスリツトお
よび出口スリツトの幅は、0.5m1Lとして、波長換
算値を1.3nmとした。一般には分光器のスリツト幅
は、広くすると分解能が悪くなるため、0.5nm〜1
.0nm程度であるが、前述したように亜硫酸ガスの妨
害影響を小さくするため1.3nmを採用した。また、
分光器の波長調整がこの分析計の性能を決定する。
The spectroscope 120 used in the example has a focal length of 250 m2.
The number of lines of the 11 diffraction grating is 1200 lines/1L1L,
The inverse dispersion is 2.6 nm/1t1L. The width of the input loss slit and the exit slit was 0.5 ml, and the converted wavelength value was 1.3 nm. In general, the slit width of a spectrometer is 0.5 nm to 1 nm, since the wider the resolution, the worse the resolution.
.. 0 nm, but as mentioned above, 1.3 nm was adopted in order to reduce the interfering influence of sulfur dioxide gas. Also,
The wavelength tuning of the spectrometer determines the performance of this analyzer.

すなわち、前にも述べたように、出口スリツトが波長2
19nmの光を通過するように、出口スリツト125の
配置位置を調整しなければならない。本実施例では、こ
の調整を次のようにして行つた。分光器120は、あら
かじめ設計した光学図面のとおりに入ロスリツト121
、コリメータ鏡122、分散素子である回折格子124
およびコレクター鏡123を配置する。すると設計どお
りの光軸が分光器内を走るが、このとき波長219nm
の光軸と、水銀の輝線253.7nmの光軸を求めてお
く。この光学図を第14図に示す。もちろん、設計時に
219nmと253.7nmの結像位置を求めておく。
In other words, as mentioned before, the exit slit is at wavelength 2.
The location of the exit slit 125 must be adjusted to pass 19 nm light. In this example, this adjustment was performed as follows. The spectrometer 120 has an input loss slit 121 according to the optical drawing designed in advance.
, a collimator mirror 122, and a diffraction grating 124 which is a dispersive element.
and a collector mirror 123. Then, the optical axis runs through the spectrometer as designed, but at this time, the wavelength is 219 nm.
and the optical axis of the 253.7 nm emission line of mercury are determined in advance. This optical diagram is shown in FIG. Of course, the imaging positions of 219 nm and 253.7 nm are determined at the time of design.

そして、それらの結像間距離に等しい間隔でスリツトを
2本刻設したスリツト板130を用意した。それらのス
リツトのうち1本のスリツトはアンモニア測定用の出口
スリツト125であり、他方のスリツトは水銀の輝線2
53.7nmを通過させる調整用スリツト128である
。そして、分析計の調整の時に、分光器の入ロスリツト
121より水銀ランプの光線を入射させ、水銀の輝線2
53,7nmの光が調整用スリツトから出射する位置に
スリツト板130が配置されるように音叉135を装着
した。実際には、この音叉135は微動台の上に乗つて
おり、調整はこの微動台によつて音叉を移動させること
によつてスリツト位置の調整を行つた。一般の分光器で
は、波長走査をさせるために分散素子124を回転させ
る機構を有しているが、本実施例では、分散素子124
は設計通りに固定装着した。また本実施例での出口スリ
ツトの振動振幅は、1.3mmに調整した。この振幅は
波長換算値で3.3nmである。以上説明したように、
本発明によれば、光吸収セルを高温加熱することによつ
て高温状態のガスの光吸収を利用するようにしたから、
アンモニアガスの常温では非常に吸収の弱い長波長端に
おける吸収ピーク(217nm)と吸双ピーク(221
nm)との中間の波長(219nm)を測定波長とする
ことができた。
A slit plate 130 was prepared in which two slits were carved at intervals equal to the distance between these images. One of these slits is the exit slit 125 for measuring ammonia, and the other slit is the exit slit 125 for measuring the mercury.
This is an adjustment slit 128 that passes 53.7 nm. When adjusting the analyzer, the light beam from the mercury lamp is input through the input loss slit 121 of the spectrometer, and the mercury bright line 2
The tuning fork 135 was mounted so that the slit plate 130 was placed at a position where the 53.7 nm light was emitted from the adjustment slit. In reality, this tuning fork 135 was placed on a fine movement table, and the slit position was adjusted by moving the tuning fork using this fine movement table. A general spectrometer has a mechanism for rotating the dispersive element 124 for wavelength scanning, but in this embodiment, the dispersive element 124
was fixed and installed as designed. Further, the vibration amplitude of the exit slit in this example was adjusted to 1.3 mm. This amplitude is 3.3 nm in terms of wavelength. As explained above,
According to the present invention, since the light absorption cell is heated to a high temperature to utilize the light absorption of the gas in a high temperature state,
Ammonia gas has an absorption peak at the long wavelength end (217 nm), which has very weak absorption at room temperature, and an absorption peak (221 nm) at the long wavelength end, which has very weak absorption at room temperature.
The measurement wavelength was able to be an intermediate wavelength (219 nm) between the two wavelengths.

そのために、紫外域で吸収を有する、酸素、不飽和炭化
水素、芳香族炭化水素、一酸化窒素などの吸収を避ける
ことができ、それら妨害物質の妨害影響の非常に小さい
アンモニア分析計を提供することができる。さらに亜硫
酸ガスとアンモニアガスのスペクトル構造の微細な特徴
を巧みに利用する目的をもつて入口または出口スリツト
幅を広くし、かつ出口スリツトの振動振幅を大きくする
ことによつて亜硫酸ガスの干渉を小さくすることができ
たから亜硫酸ガスの干渉除去が行え、もつて実現不能で
あつた分光分析手法による煙道排ガス用のアンモニア分
析計を提供することができる。現在、ダーテイ排ガス(
窒素酸化物や亜硫酸ガス濃度の高い排ガス)中のアンモ
ニア濃度を測定する自動計測器は他には存在しないので
、本発明の産業上および環境保全に対する効果は大きい
To this end, we provide an ammonia analyzer that can avoid absorption of oxygen, unsaturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, nitrogen monoxide, etc. that have absorption in the ultraviolet region, and has very small interference effects from these interfering substances. be able to. Furthermore, the interference of sulfur dioxide gas is reduced by widening the width of the inlet or exit slit and increasing the vibration amplitude of the exit slit, with the aim of skillfully utilizing the fine features of the spectral structures of sulfur dioxide gas and ammonia gas. This makes it possible to remove the interference of sulfur dioxide gas and provide an ammonia analyzer for flue gas using a spectroscopic analysis method, which was previously impossible to achieve. Currently, dirty exhaust gas (
Since there is no other automatic measuring device that measures ammonia concentration in exhaust gas (exhaust gas with high concentrations of nitrogen oxides and sulfur dioxide), the present invention has great effects on industry and environmental conservation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図は自己変調光吸収法の原理説明図で
ある。 第3図は紫外線領域におけるアンモニアガスの吸収スペ
クトルを示す図である。第4図は紫外線領域における一
酸化窒素(図中A)および亜硫酸ガス(図中B)の吸収
スペクトルを示す図である。第5図は、発明者が実験的
に得た自己変調光吸収信号の波長特性を示す図であり、
アンモニアガス、一酸化窒素および亜硫酸ガスの特性を
示す図である。第6図は、本発明における測定波長とア
ンモニアガスの吸収スペクトルとの関係を説明する図で
あり、本発明の原理の説明図である。第7図および第8
図は自己変調光吸収法を用いた本発明の原理の説明図で
ある。第9図は本発明における亜硫酸ガスの妨害影響を
示す図である。第10図は本発明の第1の実施例を示す
図である。第11図、第13図は、本発明の第2実施例
、第3実施例を示す図である。第12図は関数発生器を
示すプロツク図である。第14図は本発明の第2、第3
実施例に用いた分光器内の光学図である。1:煙道、1
1:除塵フイルタ、12:吸引ポンプ、100:検出部
、101:光源、110:光吸収セル、113:セル加
熱ヒータ、114:温度制御装置、120:分光器、1
21二人ロスリツト、124:分散素子(本実施例では
回折格子)、125:出口スリツト、126:光電変換
素子(本実施例では光電子増倍管)、140:スリツト
駆動装置、200:信号処理装置、300:関数発生器
、400.減算回路、500:出力表示装置、600:
亜硫酸ガス分析計。
FIGS. 1 and 2 are diagrams explaining the principle of self-modulating light absorption method. FIG. 3 is a diagram showing the absorption spectrum of ammonia gas in the ultraviolet region. FIG. 4 is a diagram showing the absorption spectra of nitric oxide (A in the figure) and sulfur dioxide gas (B in the figure) in the ultraviolet region. FIG. 5 is a diagram showing the wavelength characteristics of a self-modulated optical absorption signal experimentally obtained by the inventor,
It is a figure showing the characteristics of ammonia gas, nitrogen monoxide, and sulfur dioxide gas. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the measurement wavelength and the absorption spectrum of ammonia gas in the present invention, and is a diagram for explaining the principle of the present invention. Figures 7 and 8
The figure is an explanatory diagram of the principle of the present invention using a self-modulated light absorption method. FIG. 9 is a diagram showing the interfering influence of sulfur dioxide gas in the present invention. FIG. 10 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 11 and FIG. 13 are diagrams showing a second embodiment and a third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a block diagram showing the function generator. FIG. 14 shows the second and third embodiments of the present invention.
FIG. 2 is an optical diagram inside a spectrometer used in an example. 1: flue, 1
1: Dust removal filter, 12: Suction pump, 100: Detection unit, 101: Light source, 110: Light absorption cell, 113: Cell heater, 114: Temperature control device, 120: Spectrometer, 1
21 two-person loss slit, 124: dispersion element (diffraction grating in this example), 125: exit slit, 126: photoelectric conversion element (photomultiplier tube in this example), 140: slit driving device, 200: signal processing device , 300: function generator, 400. Subtraction circuit, 500: Output display device, 600:
Sulfur dioxide gas analyzer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 紫外線を放射する光源101と、 ほぼ一定の高温に保持されたアンモニアガス、亜硫酸ガ
スを含む被測定媒質中に前記光源からの光束を通過せし
める手段110と、該手段の前段または後段において、
前記光束を角周波数ωの正弦波状に波長変調する手段1
35とを備えて、217nm〜221nmの範囲内の波
長の亜硫酸ガスおよびアンモニアガスの吸収特性によつ
てもたらされた角周波数2ωの光強度変調信号を得る装
置100′と;前記光強度変調信号からアンモニアガス
濃度に対応した出力に、亜硫酸ガスによるアンモニアガ
ス濃度に換算した干渉出力が加わつた信号を発生する信
号処理装置200と;被測定媒質中に含まれる亜硫酸ガ
ス濃度を計測する亜硫酸ガス測定手段200′、600
と;前記波長範囲内に固有で、かつ前記亜硫酸ガス測定
手段で計測された亜硫酸ガス濃度に対応するアンモニア
ガス濃度換算出力を発生する関数発生器300と;前記
信号処理装置の出力から前記関数発生器の出力を減じて
、前記被測定媒質中のアンモニアガスの真正な濃度を出
力する手段400とを備えてなるアンモニアガス分析計
であつて:前記光強度変調信号を得る装置が、該光源か
らの光束を通過させる分光器120と、該分光器の入口
スリット、出口スリットまたは該分光器内に設けた振動
ミラーのいずれかを振動させるための振動装置135と
、前記分光器の出口スリットから出た光束を受光する光
電変換器126とを備え、前記入口スリットまたは出口
スリットのスリット幅が波長換算で1.2nm〜2nm
であつて、かつ前記振動の振幅が波長換算で2nm〜4
nmであることを特徴とするアンモニアガス分析計。 2 前記関数発生器が、亜硫酸ガス濃度Nに対して、該
濃度に対応したアンモニアガス濃度換算出力Kを発生し
、かつその入出力関係を以下の式を所定の誤差範囲内で
満足せしめるようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のアンモニアガス分析計。 式:K=a(N−b)^2+D 但し、−0.5<a≦0、b>0、D>0
[Scope of Claims] 1. A light source 101 that emits ultraviolet rays, means 110 for passing a light beam from the light source into a medium to be measured containing ammonia gas and sulfur dioxide gas maintained at a substantially constant high temperature, and In the first or second stage,
Means 1 for wavelength modulating the light beam into a sinusoidal waveform with an angular frequency ω
35, a device 100' for obtaining a light intensity modulation signal with an angular frequency of 2ω brought about by the absorption characteristics of sulfur dioxide gas and ammonia gas with wavelengths in the range of 217 nm to 221 nm; a signal processing device 200 that generates a signal in which an output corresponding to the ammonia gas concentration is added to an interference output converted to the ammonia gas concentration due to the sulfur dioxide gas; a sulfur dioxide gas measurement that measures the sulfur dioxide gas concentration contained in the medium to be measured; Means 200', 600
and; a function generator 300 that generates an ammonia gas concentration conversion output that is specific to the wavelength range and corresponds to the sulfur dioxide gas concentration measured by the sulfur dioxide gas measuring means; and; an ammonia gas analyzer comprising: means 400 for outputting the true concentration of ammonia gas in the medium to be measured by subtracting the output of the analyzer; a vibration device 135 for vibrating either the entrance slit, the exit slit of the spectrometer, or a vibrating mirror provided in the spectrometer; a photoelectric converter 126 that receives the light beam, and the slit width of the entrance slit or the exit slit is 1.2 nm to 2 nm in terms of wavelength.
and the amplitude of the vibration is 2 nm to 4 in terms of wavelength.
An ammonia gas analyzer characterized in that it is a nm. 2. The function generator generates an ammonia gas concentration conversion output K corresponding to the sulfur dioxide gas concentration N, and makes the input/output relationship satisfy the following formula within a predetermined error range. An ammonia gas analyzer according to claim 1, characterized in that: Formula: K=a(N-b)^2+D However, -0.5<a≦0, b>0, D>0
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