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JPH0713626B2 - 磁気式酸素計 - Google Patents
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JPH0713626B2 - 磁気式酸素計 - Google Patents

磁気式酸素計

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JPH0713626B2
JPH0713626B2 JP62327916A JP32791687A JPH0713626B2 JP H0713626 B2 JPH0713626 B2 JP H0713626B2 JP 62327916 A JP62327916 A JP 62327916A JP 32791687 A JP32791687 A JP 32791687A JP H0713626 B2 JPH0713626 B2 JP H0713626B2
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JP
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purge gas
magnetic field
bypass pipe
output
detection
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眞人 前田
英夫 竹内
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、酸素ガスの磁気的性質を利用して測定ガス中
の酸素ガス濃度を検出する磁気式酸素計に関する。
<従来の技術> 磁気式酸素計は、酸素ガスの磁化率が他のガスに比べて
非常に大きく、この性質を利用して測定ガス中の酸素濃
度を測定する分析計である。本件出願人は特願昭第60−
161601号によって第5図に示す独特な磁気式酸素計を提
案した。
図中、一点鎖線で囲んだ部分1は検出部、2は変換部で
ある。SCは検出部1に収容された測定セルで、このうち
101は測定室を形成する閉ループ状測定通路、102,103は
測定通路101の対称位置に設けられた測定ガスSg用の入
口と出口、104は入口102と出口103との中間部に設けら
れた、二つの円弧状測定通路部分を接続するバイパス
管、105はこのバイパス管の中央に設けられたパージガ
スPgの導入口である。またバイパス管104と測定通路101
との接続部分A,Bのうち一方の接続部分Aには、例えば
永久磁石を用いた磁界(Mf)形成手段が設けられてい
る。
106,107はバイパス管104においてパージガス導入口105
を挾んで対称位置に設けられたパージガス流検出用測温
抵抗センサで、例えばサーミスタ等、抵抗値温度係数の
大きなセンサが用いられる。
変換部2において、201,202はセンサ106,107に夫々接続
された温度制御回路、203はこれらの出力の差をとる引
算回路である。温度制御回路201,202はセンサ106,107の
熱的応答の遅れを無くすためセンサの温度を一定に制御
する回路である。
このような構成で、測定ガスSg中に酸素ガスが含まれて
いない場合、磁界Mfへの酸素ガスの吸引はないから、バ
イパス管104において接続部分A及びBに向かって分流
されるパージガスQL,QR流速には変化はない。一方、測
定ガスSgに酸素ガスが含まれている場合、磁界Mfへの酸
素ガスの吸引が起こり、矢印QOの酸素ガスの流れが生
じ、この結果、QLの流速は減少し、QRの流速が増大す
る。
バイパス管104を分流するパージガスQL,QRの流速の変化
は測定ガスSg中の酸素濃度に対応しており、測温抵抗セ
ンサ106,107の抵抗値変化からこれを検出する。尚、こ
れらセンサの抵抗値はパージガスQL,QRの流速に応じて
変化するが温度制御回路201,202から帰還が掛かり、セ
ンサ106,107の電源電圧を変化させ、これらセンサの温
度、即ち抵抗値が一定になるように制御される。
これら帰還信号の大きさは、パージガスQL,QRの流速に
対応しており、温度制御回路201,202の出力信号VR,VL
して引算回路203に与えられ、この回路においてこれら
の差がとられ、出力信号VOとして出力される。
このような装置の場合、センサ106,107がパージガスQL,
QRが常時流れている管路中に置かれている為、信号分の
大きな検出出力が得られる利点があり、更に、引算回路
203でセンサ106,107の検出出力の差がとられるため、外
部からの衝撃や振動に対し強い利点がある。
<発明が解決しようとする問題点> しかしながら、センサ106,107の検出出力とパージガスQ
L,QRの流量(流速)とは非直線な関係にあり、パージガ
スQL,QRの流量が変った場合に、単純にセンサ106,107の
検出出力の差をとっただけでは測定誤差を引起こす。
更に測定ガスSg中にH2,Heガスが含まれている場合、こ
れらガスは他のガスに比べて拡散係数が大きく、接続部
分A,BからのパージガスPgの流出に逆らってバイパス管1
04内に入り込む。このようなガスの拡散によりバイパス
管104内には温度分布が発生し、センサ106,107に熱的な
影響を与えて出力誤差を発生させる。
本発明において解決しようとする第1の技術的課題は、
前述の磁気式酸素において、前記センサの非直線特性の
影響が検出結果に現れないようにすることにあり、第2
の技術的課題は前記測定ガス中に含まれる拡散係数の大
きなガス成分の影響を受けないようにすることにある。
<問題点を解決するための手段> 本発明の第1の発明の構成は、閉ループ状の測定通路の
対称位置に測定ガス用入口と出口とを設け、これら入口
と出口の中間位置にバイパス管を接続し、このバイパス
管の中央にパージガス導入口を設けた測定室と、前記バ
イパス管と前記閉ループ状測定通路の接続部分の一方に
設けた磁界形成手段と、前記パージガス導入口を挟んで
対称位置に設けられ前記バイパス管中に配置された一対
のパージガス流検出用測温抵抗センサからなる検出部
と、前記パージガスの流量がゼロの状態における前記一
対のセンサからの出力と前記パージガスを流した状態に
おける前記一対のセンサからの出力を取り込んでゼロ誤
差の差し引き補正を行うと共に VO=K{VR−VRO1/2−(VL−VLO1/2} 但し、 VR:非磁界側のセンサの検出出力 VRO:パージガス流量がゼロのときの非磁界側のセンサの
検出出力 VL:磁界側のセンサの検出出力 VLO:パージガス流量がゼロのときの磁界側のセンサの検
出出力 K :定数 の式に基づいて非直線関係の影響を除去した信号を出力
する演算手段からなる変換部とを具備するものであり、 本発明の第2の発明の構成は、閉ループ状の測定通路の
対称位置に測定ガス用入口と出口とを設け、これら入口
と出口の中間位置にバイパス管を接続し、このバイパス
管の中央にパージガス導入口を設けた測定室と、前記バ
イパス管と前記閉ループ状測定通路の接続部分の一方に
設けた磁界形成手段と、前記パージガス導入口を挟んで
対称位置に設けられ前記バイパス管中に配置された一対
の絞りと、この絞りと前記パージガス導入口を挟んで対
称位置に設けられたパージガス流検出用測温抵抗センサ
からなる検出部と、前記パージガスの流量がゼロの状態
における前記一対のセンサからの出力と前記パージガス
を流した状態における前記一対のセンサからの出力を取
り込んでゼロ誤差の差し引き補正を行うと共に VO=K{VR−VRO1/2−(VL−VLO1/2} 但し、 VR:非磁界側のセンサの検出出力 VRO:パージガス流量がゼロのときの非磁界側のセンサの
検出出力 VL:磁界側のセンサの検出出力 VLO:パージガス流量がゼロのときの磁界側のセンサの検
出出力 K :定数 の式に基づいて非直線関係の影響を除去した信号を出力
する演算手段からなる変換部とを具備したことにある。
<作用> 前記第1の発明は次のように作用する。即ち、先ず、前
記パージガス流量がゼロの状態で前記一対のセンサで検
出されるゼロ誤差信号を記憶し、次に、前記パージガス
を流した状態で検出を行い検出信号から前記ゼロ誤差信
号を差引き、ゼロ補償された信号出力を得る。
前記パージガス流量と前記センサの検出信号との非直線
関係は予め分かっており、この非直線関係式に基づき非
直線補正演算を行い、これら非直線補正された信号の差
を取ることにより前記センサの非直線特性の影響を受け
ない酸素ガス濃度信号を得る。
前記第2の発明は前記第1の発明の作用に加え、次のよ
うに作用する。即ち、前記測定ガスに含まれる拡散係数
の大きなガスは、前記閉ループ状測定通路との接続部分
から前記センサに向かって指数関数的な濃度分布を持
ち、前記センサ部分における拡散ガスの濃度は前記パー
ジガスの流速が大きい程低くなる。
本発明では、前記パージガス導入口を挾んで一対の絞り
を設け、前記パージガスの流速を大きくして前記センサ
部分における拡散ガスの濃度を下げ、前記測定ガスの組
成の影響が測定結果に現れないようにしている。
<実施例> 以下図面に従い本発明の実施例を説明する。第1図は本
発明実施例装置の全体構成を示すブロック線図である。
第2図は本発明実施例装置における測定セルを示し、図
(a)はその平面図、図(b)は図(a)におけるCDE
断面図である。これらの図中、第5図における要素と実
質的に同じ要素には同一符号を付しこれらについての説
明は省略する。先ず、第1図において、検出部1は恒温
槽になっており、測定ガスSgはフィルタ108、絞り109を
経て測定セルSCに与えられる。パージガスPgはフィルタ
110、キャピラリ111を通り測定セルSCに与えられる。11
2は磁界を発生させる磁石、113は検出回路、114は温度
検出素子、115はヒータである。
測定セルSC部分について第2図に従い詳しく説明する。
測定セルSCは外側のリング116と内側のディスク117の二
つの部分から構成されている。閉ループを形成するリン
グ状測定通路101はディスク117の外周に設けられた溝を
リング116で封止する形で形成されている。測定ガスSg
の入口102と出口103とはディスク117の上面でリング状
測定通路101より内側になるように設けられている。磁
石112はディスク117に埋め込まれている。118と119はバ
イパス管104においてパージガス導入口105を挾んで対称
位置に設けられた絞りである。
第1図に戻り、変換部2内において、204はマルチプレ
クサでここで選択された検出回路113の出力はA/D変換回
路205によりデジタル量に変換され、入・出力ポート206
を経てマイクロプロセッサ207に取りこまれる。一方、
温度検出素子114で検出された信号も検出回路113、A/D
変換回路205、入・出力ポート206を経てマイクロプロセ
ッサ207に取りこまれ、ヒータ駆動回路208に温度制御信
号が与えられヒータ115が駆動されて、温度制御され
る。尚、209は演算プログラム等が格納されたROM、210
は表示・キー部、211は出力回路である。
次に、このように構成された装置の動作について説明を
行う。先ず、測定に先立ちパージガスPgがゼロの状態で
センサ106,107によって検出を行い、このときの検出出
力をゼロ誤差信号としてマイクロプロセッサ206中に記
憶させる。次いで、パージガスPgを流して測定を行い、
そのとき検出された検出信号から前記ゼロ誤差信号を差
引きゼロ補正を行う。
パージガスPgの流量とセンサ106,107の検出出力とは非
直線の関係にあり、その関係は予め分かっている。例え
ば前記検出信号がパージガス流量に対し第3図に示すよ
うな2乗特性を有しているような場合、 VO=K{(VR−VRO1/2−(VL−VLO1/2} …(1) なる演算を行い、センサ106,107の非直線特性の影響を
受けない酸素ガス濃度出力VOを得ている。
(但し、VL:磁界側のセンサ106の検出出力、 VR:非磁界側のセンサ107の検出出力、 VLO:パージガス流量がゼロのときの磁界側のセンサ106
の検出出力、VRO:パージガス流量がゼロのときの非磁界
側のセンサ107の検出出力、K:定数) 一方、測定ガスSgに拡散係数の大きなH2,Heガスが含ま
れているとき、接続部分A,BからパージガスPgの流出に
逆らってバイパス管104内にこれら拡散ガスは入り込
む。この拡散ガスは接続部分A,Bからセンサ106,107に向
かって指数関数的濃度分布を持ち、センサ106,107部分
において次式で示すような濃度CN(X)を持つ。
CN(X)=CNO・exp{−(V・X)/Dn} …(2) (但し、CNO:接続部分A或はBにおける拡散ガスの濃
度、V:パージガスPgの流速、X:接続部分A,Bからセンサ1
06,107迄の距離、Dn:拡散ガスの拡散係数) この式から分かるように、パージガスPgの流速Vを大き
くするか、或は接続部分A,Bからセンサ106,107迄の距離
Xを長くすれば、拡散の割合は指数的に小さくなる。
Xを長くする方法として、バイパス管104を直線的に長
くする方法はセルSC全体が大きくなってしまうため採用
できない。バイパス管104を第4図に示すように逆S字
或はS字形に形成し管路長を稼ぐ方法が考えられるが、
このような方法の場合管路抵抗が増え、加工が難しくな
る欠点がある。
一方、Vを大きくする方法として、パージガスPgの流量
を増やす方法が考えられるが、パージガスの消費を早め
て得策ではない。
本発明では、パージガス導入口105を挾んで一対の絞り1
18,119を設け、これら絞り部でパージガスの流速を上
げ、拡散ガスの影響を小さくしている。
<発明の効果> 本発明の第1の発明によれば、前述の磁気式酸素計にお
いて、前記センサの非直線特性の影響が検出結果に現れ
ない。また、本発明の第2の発明によれば、前記した効
果に加え、前記測定ガス中に含まれる前記拡散ガスの影
響が検出結果に現れない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例装置の全体構成を示すブロック線
図、第2図は本発明実施例装置における測定セルを示
し、図(a)はその平面図、図(b)はその断面図、第
3図、第4図は本発明実施例装置を説明するための説明
図、第5図は従来装置の構成図である。 1:検出部、2:変換部、101:測定通路、102:測定ガス用入
口、103:測定ガス用出口、104:バイパス管、105:パージ
ガス導入口、106,107:センサ、112:磁石、113:検出回
路、118,119:絞り、SC:測定セル、Mf:磁界、Sg:測定ガ
ス、Pg:パージガス、A,B……接続部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−144295(JP,A) 特開 昭53−12674(JP,A) 特開 昭64−6753(JP,A) 特開 昭47−1250(JP,A) 特公 昭49−10280(JP,B1) 米国特許3471776(US,A) 米国特許3302448(US,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】閉ループ状の測定通路の対称位置に測定ガ
    ス用入口と出口とを設け、これら入口と出口の中間位置
    にバイパス管を接続し、このバイパス管の中央にパージ
    ガス導入口を設けた測定室と、前記バイパス管と前記閉
    ループ状測定通路の接続部分の一方に設けた磁界形成手
    段と、前記パージガス導入口を挟んで対称位置に設けら
    れ前記バイパス管中に配置された一対のパージガス流検
    出用測温抵抗センサからなる検出部と、前記パージガス
    の流量がゼロの状態における前記一対のセンサからの出
    力と前記パージガスを流した状態における前記一対のセ
    ンサからの出力を取り込んでゼロ誤差の差し引き補正を
    行うと共に下記の式に基づいて非直線関係の影響を除去
    した信号を出力する演算手段からなる変換部とを具備す
    る磁気式酸素計。 VO=K{(VR−VRO1/2−(VL−VLO1/2} 但し、 VR:非磁界側のセンサの検出出力 VRO:パージガス流量がゼロのときの非磁界側のセンサの
    検出出力 VL:磁界側のセンサの検出出力 VLO:パージガス流量がゼロのときの磁界側のセンサの検
    出出力 K :定数
  2. 【請求項2】閉ループ状の測定通路の対称位置に測定ガ
    ス用入口と出口とを設け、これら入口と出口の中間位置
    にバイパス管を接続し、このバイパス管の中央にパージ
    ガス導入口を設けた測定室と、前記バイパス管と前記閉
    ループ状測定通路の接続部分の一方に設けた磁界形成手
    段と、前記パージガス導入口を挟んで対称位置に設けら
    れ前記バイパス管中に配置された一対の絞りと、この絞
    りと前記パージガス導入口を挟んで対称位置に設けられ
    たパージガス流検出用測温抵抗センサからなる検出部
    と、前記パージガスの流量がゼロの状態における前記一
    対のセンサからの出力と前記パージガスを流した状態に
    おける前記一対のセンサからの出力を取り込んでゼロ誤
    差の差し引き補正を行うと共に下記の式に基づいて非直
    線関係の影響を除去した信号を出力する演算手段からな
    る変換部とを具備する磁気式酸素計。 記 VO=K{(VR−VRO1/2−(VL−VLO1/2} 但し、 VR:非磁界側のセンサの検出出力 VRO:パージガス流量がゼロのときの非磁界側のセンサの
    検出出力 VL:磁界側のセンサの検出出力 VLO:パージガス流量がゼロのときの磁界側のセンサの検
    出出力 K :定数
JP62327916A 1987-06-29 1987-12-24 磁気式酸素計 Expired - Lifetime JPH0713626B2 (ja)

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US07/209,431 US4860574A (en) 1987-06-29 1988-06-21 Paramagnetic oxygen analyzer
DE3821979A DE3821979A1 (de) 1987-06-29 1988-06-29 Paramagnetischer sauerstoff-analysator

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