流体成份浓度测定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种流体成分浓度测定方法及装置，能够实时且连续的测定，也适于管内监测，并且能够适用于高压气体而能够对应种种的成分测定。在流体流路中，试料流体流经具有一定直径小通孔１３的测定用配管１４，此时由测定前述小通孔１３的前后的压力差（Ｐ１－Ｐ２）与此小通孔１３的下游侧的流量，以测定前述试料流体的成分浓度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种流体成份浓度测定方法及装置，特别是有关于一种能够迅速且连续测定的方法及装置。另一方面，非分散红外线分光法能够实时且连续的测定，并能够适应管内监测而多被使用。但是，由于必须在小室(cell)上，设置使红外线范围的光透过的石英等材料所形成的窗口，在测定高压气体时需要设置大型的设备。而且，在原理上由于测定对象成份为限定于红外线活性成份，氧、氮等大气成份由外部混入的可能性高，而具有不适用于高监测必要性的成份测定的缺点。为了达成上述目的，本专利技术的流体成份浓度测定方法，其特征是使试料流体流经在流体流路中，具有一定直径的小通孔的测定用配管，此时由测定前述小通孔的前后的压力差与此小通孔下游侧的流量，以测定前述试料流体的成份浓度。而且，本专利技术的流体成份浓度测定方法，作为第2构成者，其特征是使试料流体流经在流体流路中，具有一定直径的小通孔的测定用配管，此时由将前述小通孔前后的压力差控制于定值，并测定此小通孔下游侧的流量，以测定前述试料流体的成份浓度。再者，在上述两构成中，其特征是测定前述试料流体的温度、前述测定用配管的温度与此测定用配管的周围温度至少其中之一的温度，并基于测定的温度进行温度校正，以将前述试料流体的温度、前述测定用配管的温度与此测定用配管的周围温度至少其中之一的温度控制为定值。而且，本专利技术的流体成份浓度测定装置，其特征为具有在流体流路中，具有一定直径的小通孔的测定用配管、测定前述小通孔的前后的压力差的压力测定手段、测定此小通孔下游侧流量的流量测定手段、基于所测定的前述压力差与前述流量，计算出流经前述测定用配管的试料流体的流体成份浓度的演算手段。再者，本专利技术的流体成份浓度测定装置，作为第2构成者，其特征为在流体流路中，具有一定直径的小通孔的测定用配管、将前述小通孔前后的压力差控制为定值的压力差控制手段、测定此小通孔下游侧流量的流量测定手段、基于前述压力差以及所测定的前述流量，计算出流经前述测定用配管的试料流体的流体成份浓度的演算手段。而且，在上述两构成中，其特征是设置测定前述试料流体的温度、前述测定用配管的温度与此测定用配管的周围温度至少其中之一的温度测定手段，并以前述演算手段，基于测定的前述温度进行温度校正的校正手段、将前述测定用配管的温度与此测定用配管的周围温度至少其中之一的温度控制为定值的温度控制手段。图9为使用第一实施例的装置的系统图的示意图；附图说明图10为氪气与氮气的混合比(N2/Kr)与流量测定器的流量输出的关系示意图；图11为使用第二实施例的装置的系统图的示意图；图12为连续供给100％纯氮气时的流量输出示意图；图13为连续供给100％纯氮气时的针阀的温度示意图；图14为温度与流量输出的关系示意图；图15为温度校正后的流量输出的示意图；图16为在第三实施例中，压差变化时的流量输出示意图；图17为压差与流量输出的关系示意图；以及图18为压力校正后的流量输出的示意图。附图标记说明10流体成份浓度测定装置11、13a孔洞(orifice)12喷嘴(nozzle)13小通孔13b针阀14测定用配管15上游侧压力测定器15a压差测定器16下游侧压力测定器17上游侧压力控制器17a背压调节阀(back pressure regulator)18下游侧压力控制器19流量测定器 20温度测定器21演算器22第1流量控制器23第2流量控制器如图1与图2所示，当流体在测定用配管14流动，且此测定用配管14设置有对管口D具有十分小的开口面积A的孔洞11或喷嘴12所构成的小通孔13时，能够由小通孔13前后的压力差求得流体的流量。即是，流体在非压缩或是无涡流的情况下，小通孔13的上游以及下游的流体压力为P1、P2，下游的流速为v、流体的密度为d，由白努利定律可导出下式v＝{2(P1-P2/d)}1/2而且，体积流量Q与根据流速v、小通孔13的开口面积A与流体的收缩以及黏性以校正流出速度的流量系数相乘的话，可得到下式Q＝cA{2(P1-P2/d)}1/2而且，流量系数c依据开口比m＝A/(πD2/4)而变化。而且，在喷嘴的场合流动的收缩几乎不会产生，流量是在近乎1的范围。由上式，当流体的密度为一定的话，能够得到相对应小通孔的压差(P1-P2)与开口面积的流量Q，在流体中混入有密度差异大的成份的场合，由于全体的密度产生变化，即使压差与开口面积相同，流量也产生大的变化。因此，以设定的压差与流体为基准，由得到此流体中某成份混合时的混合浓度与流量的相关资料，而能够求得流体中混合成份的浓度。但是，压差并非一定需要加以设定，也可以如同上式的随时测定压差，依此测定值校正流量，由此校正值求取浓度。在更加精密的测定浓度的场合，流体的温度也可以控制为定值，也能够由温度对应随时测定所得的测定温度进行流量校正，并由此校正值求取浓度。依此，由于压力差与流量作为测定的基本，原理上能够实时进行连续的测定。由于流体成份浓度的测定感度是依存流体的密度，因此适用于由密度(气体的场合也可以考虑为平均分子量)差异大的两成份所组成流体的浓度测定，也能够适用于红外线非活性的氧气、氮气、氦气、氩气、氪气等。再者，由于能够以通常的高压流体控制与测定所使用的装置构成，因此也适用于高压流体，如果使用耐蚀性材料的话，也适用于腐蚀性流体。而且，试料流体不会被污染且不会导致分解或反应，测定后试料流体能够返回制造过程中，因此最适于管内监测。图3至图8为本专利技术装置的实施例与各种变形例的系统图。此流体成份测定装置10具备有流体流路中具有一定直径的小通孔13的测定用配管、作为前述小通孔13的前后压力差(P1-P2)测定手段的上游侧压力测定器(P1)15与下游侧压力测定器(P2)16、控制小通孔13的上流压力的上游侧压力控制器17与下游侧压力控制器18、作为小通孔13的下游侧流量测定手段的流量测定器19、作为小通孔13部份的温度测定手段的温度测定器(T)20、各测定器15、16、19、20的各测定值或各控制器17、18的各控制值为控制信号，由此些值计算出试料流体的流体成份浓度为演算手段的演算器(computer)20。而且，在图3至图7所示的各实施例中所例示的构成，是在流体成份测定装置10的前段设置第1流量控制器(MFC1)22与第2流量控制器(MFC2)23，并改变两流量控制器改变供给至测定用配管14的试料流体的混合比，以进行流体成份浓度测定装置的性能评价的场合。在测定成为测定对象流体的成份浓度之前，测定对象流体与相同组成的2成份，以第1流量控制器22与第2流量控制器23调制适当的成份浓度，并由上游侧压力控制器17与下游侧压力控制器18将压力差控制在预定值的同时，导入测定用配管14。在测定用配管14内通过小通孔13流动的流体流量，由于依照流体的密度(气体的场合与平均分子量同义)，由改变第1流量控制器22与第2流量控制器23的成份浓度，而以流量测定器19测定流量的变化。因此，由事先做成的表示依此2成份的成份浓度与流量的相关关系的检量线，在成份浓度不明的2成份混合试料流体导入测定用配管14时，由此时的小通孔下游侧的流量，能够基于前述的检量线求取成份浓度，即使是试料流体的成份浓度随时间变化的场合，也能够连续的追随测定。而且，在试料流体的供给流量多的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体成份浓度测定方法，其特征为：使一试料流体，流经在一流体流路中具有一定直径的一小通孔的一测定用配管，此时由测定该小通孔前后的一压力差与该小通孔下游侧的一流量，以测定该试料流体的成份浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤哲也，吴尚谦，君岛哲也，
申请(专利权)人：日本酸素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]