超声波式气体浓度测定方法及使用该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种无论样品气体的压力如何都能够正确地测定气体浓度的方法及装置，该超声波式气体浓度测定装置，包括：在样品气体流动的管道中相对置配置并收发超声波的二个超声波振子；温度传感器以及压力传感器，还包括：根据基于压力的传播速度修正系数来计算样品气体浓度的浓度计算机构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用超声波测定样品气体浓度的方法及装置。进 一步详细地说，涉及一种适用于测定譬如用于医疗目的的氧浓缩器所 输送的氧浓缩气体中的氧浓度的方法、以及使用该方法的装置。
技术介绍
众所周知，超声波在样品气体中传播的传播速度以样品气体的浓度、温度的函数来表示。若设样品气体的平均分子量为M、温度为T[K], 则样品气体中的超声波传播速度C[m/sec]可以由下式(1)来表示。<formula>formula see original document page 5</formula>其中，k、 R为常数(k表示定容摩尔比热与定压摩尔比热之比，R 表示气体常数)。即，只要能够测定样品气体中的超声波传播速度 C[m/sec]与样品气体的温度T[k],就能够确定样品气体的平均分子量 M。如果上述样品气体例如是由氧和氮的二种成分所组成的气体，则可 知k4.4。当设氧的分子量为32、氮的分子量为28,且氧100xP[%](0 ^P^1)与氮100x(l-P)[Q/。]时，该样品气体的平均分子量M可记为 M=32P+28(1-P),并能够根据所测定的平均分子量M来确定氧浓度P。另外，当样品气体中的超声波传播速度为C[m/sec]、样品气体的流 速为V[m/sec]时，相对于样品气体的流动正向地发送超声波时所测定 的超声波传播速度V![m/sec]可用V产C+V表示，而反向地发送超声波 时所测定的超声波传播速度V2[m/sec]可用VfC-V表示，故样品气体 的流速V[m/sec]可利用下式(2)求出。 [式(2)]将如上述那样求出的样品气体的流速V[m/sec]与样品气体流动的 管道的内截面积(inner area) [m勺相乘，从而能够求出样品气体的流量 [m3/sec]。进而，若进行体积换算、时间换算，亦可很容易地采用[L/min]求出流量。有关利用该原理，根据在样品气体中传播的超声波的传播速度或 传播时间来测定样品气体的浓度、流量的方法及装置已提出了各种方 案。譬如，特开平6-213877号中记载了这样一种装置，即使两个超 声波振子在样品气体流动的管道中相对置地配置，并计量在该超声波 振子间传播的超声波的传播时间，从而测定样品气体的浓度及流量的 装置。再者，特开平7-209265号公报及特开平8-233718号公报中记载 了这样一种装置，即借助于使用一个超声波振子的声波反射方式来 测定在传感区域内传播的超声波的传播速度或传播时间，由此测定样 品气体浓度的装置。为了利用如上所述的超声波的传播速度等正确地测定样品气体的 浓度，必须知道将样品气体流动的管道内的影响因素考虑在内的正确 的超声波传播速度。作为气喘、肺气肿、慢性支气管炎等呼吸系统疾病的治疗方法， 有一种让患者吸入氧气或富氧(oxygen enrichment)空气的给氧疗法， 而作为该氧气供给源，有一种能够高浓度地浓缩存在于空气中约21% 的氧，并将其提供给使用者的变压吸附型氧气浓缩装置。上述变压吸 附型氧气浓缩装置是这样一种装置，即作为与氧相比选择性地吸附 氮的吸附剂，使用充填有5A型或13X型、Li-X型、MD-X型等分子 筛沸石的吸附床，并由压缩机将压缩空气提供给吸附床，在加压条件 下吸附氮，且将未吸附的氧作为氧浓缩气体而加以取出的装置。该装 置中一般包含有两个以上的吸附床，并依次切换进行下述两个步骤而 连续地生成氧气，即以一个吸附床使氮吸附于吸附剂并生成未吸附 的氧的加压吸附步骤；以及使另一个吸附床减压，排出所吸附的氮并 进行再生的解除吸附再生步骤。在变压吸附型氧浓缩装置中，切换管道中的加压吸附步骤和解除吸附再生步骤，从而连续生成氧气，另外，氧气供给流量亦可随时地 切换使用，故管道中的样品气体压力将产生变动。然而， 一般地，由 于完全未考虑因压力所引起的超声波传播速度的变化，因而成为导致 样品气体浓度测定值的精度恶化的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够导出随着样品气体的压力变动而 修正传播速度的系数，并正确地测定压力中的样品气体浓度的超声波 样品气体浓度测定方法及使用该方法的装置。本案的专利技术者为了实现上述目的而进行了深入研究，其结果是， 发现在各种温度下改变样品气体流动的管道中的压力，计算出传播 速度修正系数，并将传播速度修正系数表示为温度的函数，修正传播 速度，由此可正确地测定样品气体浓度。即，本专利技术提供一种超声波式气体浓度测定装置，其特征在于 该装置包括在样品气体流动的管道中相对置地配置且收发超声波的 两个超声波振子；温度传感器及压力传感器，还包括根据基于样品 气体压力的传播速度修正系数来计算样品气体浓度的浓度计算机构。另外，本专利技术提供一种超声波式气体浓度测定装置，上述浓度计 算才几构是如下机构 -使用对应于样品气体的测定温度及测定压力的传 播速度修正系数来修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时 间，该浓度计算机构包括如下机构，即利用下式(3)来修正直到该超 声波振子接收到超声波为止的传播速度C的机构。 <formula>formula see original document page 7</formula>其中，k表示定容摩尔比热与定压摩尔比热之比，R表示气体常数、 T表示样品气体测定温度，M表示样品气体的平均分子量、P表示样品 气体的测定压力，B(T)及C(T)表示传播速度修正系数。再有，本专利技术提供一种超声波式气体浓度测定方法，根据直到对置配置的超声波振子接收到超声波为止的传播时间来测定样品气体中 的浓度，该超声波为在样品气体流动的管道中相对置配置且收发超声波的超声波振子所发送的超声波，该测定方法的特征在于根据对应 于样品气体温度及压力的传播速度修正系数，修正直到该超声波振子 接收到超声波为止的传播时间，特别地，该测定方法的特征在于利 用式(3)来修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播速度C。进而，本专利技术提供一种超声波式浓度测定方法，其特征在于根 据温度Ta下的多个不同压力的样品气体的超声波传播速度，求出温度 Ta下的传播速度修正系数(B(Ta)、 C(Ta)),并基于传播速度修正系数的 温度T的函数来修正传播速度。附图说明图1是表示本专利技术的超声波式氧浓度测定装置的结构的概要图。 图2表示现有的超声波式氧浓度测定装置的氧浓度值与压力的关系。图3表示传播速度修正系数与温度的关系。图4表示本专利技术的采用了传播速度修正系数的超声波式氧浓度测 定装置的氧浓度值与压力的关系。图5表示用于求出实施方式的传播速度修正系数的实验装置。具体实施例方式以下，表示本专利技术的超声波式气体浓度流量测定方法的实施方式。 本实施方式中示出了测定由氧、氮及氩三种成分，或氧、氮二种成分 构成的样品气体的氧浓度的装置。能够利用本专利技术所测定的样品气体 并不仅限于本实施例所示出的氧、氮及氩所组成的样品气体，也适用 于以其他分子构成的气体。图1示出超声波式氧浓度流量测定机构的结构。该超声波式氧浓 度测定机构包括切换器4，将2个超声波振子2 (第一超声波振子2a 及第二超声波振子2b)相对置地配置在样品气体流动的管道1中，并 切换该超声波振子2的收发；驱动器5,用于将超声波发送脉冲发送到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波式气体浓度测定方法，根据直到对置配置的超声波振子接收到超声波为止的传播时间来测定样品气体中的特定成分气体的浓度，其中该超声波由在样品气体流动的管道中对置配置并收发超声波的２个超声波振子发送，其特征在于，包括如下步骤：　测定直 到另一超声波振子接收到由两个超声波振子各自发送的超声波为止的传播时间；　测定样品气体温度；和　根据对应于样品气体的温度和压力的传播速度修正系数，修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-31 144737/20071.一种超声波式气体浓度测定方法，根据直到对置配置的超声波振子接收到超声波为止的传播时间来测定样品气体中的特定成分气体的浓度，其中该超声波由在样品气体流动的管道中对置配置并收发超声波的2个超声波振子发送，其特征在于，包括如下步骤测定直到另一超声波振子接收到由两个超声波振子各自发送的超声波为止的传播时间；测定样品气体温度；和根据对应于样品气体的温度和压力的传播速度修正系数，修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间。2. 如权利要求1所述的超声波式气体浓度测定方法，其特征在于， 修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间的步骤是利用 下式来修正超声波的传播速度(C)的步骤，其中，k表示定容摩尔比热与定压摩尔比热之比，R表示气体常数、 T表示样品气体测定温度，M表示样品气体的平均分子量，P表示样品 气体的测定压力，B(T)及C(T)表示传播速度修正系数。3. 如权利要求2所述的超声波式浓度测定方法，其特征在于， 在修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间的步骤中，根据温度Ta下的压力值不同的多个样品气体的超声波传播速度，求出 温度Ta下的传播速度修正系数B(Ta)、 C(Ta)，并基于传播速度修正系 数的温度T的函数来修正传播速度。4. 如权利要求1所述的超声波式气体浓度测定方法，其特征在于， 修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间的步骤是利用下式来修正超声波的传播速度(C)的步骤，其中，k表示定容摩尔比热与定压摩尔比热之比，R表示气体常数，T表示样品气体测定温度，M表示样品气体的平均分子量，P表示样品 气体的测定压力，B(T)表示传播速度修正系数。5. 如权利要求4所述的超声波式气体浓度测定方法，其特征在于， 在修正直到该超声波振子接收到超声波为止的传播时间的步骤中，根据温度Ta下的压力值不同的多个样品气体的超声波传播速度，求出 温度Ta下的传播速度修正系数B(Ta)，并基于传播速度修正系数的温度 T的函数来修正传播速度。6. —种测定气体浓度的超声波式气体浓度测定装置，其特征在于， 包括管道，用于使测定的目的气体流动并且沿着轴线延伸； 第一超声波振子，配置在该管道的内侧，并收发超声波； 第二超声波振子，在该管道的内侧与第 一超声波振子相对置配置， 并...

【专利技术属性】
技术研发人员：松崎大河，
申请(专利权)人：帝人制药株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]