氫火焰離子化型排氣分析儀的製作方法
2023-07-26 05:23:36
氫火焰離子化型排氣分析儀的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種氫火焰離子化型排氣分析儀，使得在氫火焰離子化型排氣分析儀及組裝有所述氫火焰離子化型排氣分析儀的排氣分析系統中，能夠判斷合適的淨化時間。氫火焰離子化型排氣分析儀包括：收集電極（7），捕捉通過氫火焰（F）從排氣生成的離子；取得電路（8），取得收集電極（7）捕捉到離子而產生的離子電流；以及異常判斷部（92），當第一輸出值（S1）與第二輸出值（S2）的差成為規定值時判斷為異常，當收集電極（7）中未流過起因於排氣的離子電流時從取得電路（8）輸出第一輸出值（S1），當向氫火焰（F）導入了零點氣體時從取得電路（8）輸出第二輸出值（S2）。
【專利說明】氫火焰離子化型排氣分析儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及氫火焰離子化型排氣分析儀，其測量從例如車輛等的發動機等內燃機或汽輪機等外燃機排出的排氣所含的測量對象物質的濃度。
【背景技術】
[0002]如專利文獻I所示，這種氫火焰離子化檢測器(FID)通過收集電極檢測當向氫火焰導入了排氣等試樣氣體時產生的離子電流，並根據由所述收集電極檢測出的離子電流，測量試樣氣體所含的作為測量對象物質的烴的濃度。所述氫火焰離子化檢測器設置在從例如車輛排出的排氣所流過的排氣流路上。
[0003]由於排氣中所含的烴(例如THC)附著並堆積在設有所述氫火焰離子化檢測器的排氣流路的內側的面上，因此導致通過氫火焰離子化檢測器得到的烴的濃度含有誤差成分。因此，以往通過預定的定期淨化處理，向排氣流路和氫火焰離子化檢測器供給淨化氣體，來除去附著或堆積的烴。
[0004]可是，如果如上所述地進行定期的淨化處理，則即便在淨化處理之前，也會出現附著在排氣流路和氫火焰離子化檢測器上的烴量超過允許範圍的情況。這樣，成為一直到定期淨化處理開始為止都處於在例如通過修正處理不能進行應對的狀態下進行測量的狀況。
[0005]另一方面，存在即使不進行所述定期的淨化處理，附著在排氣流路和氫火焰離子化檢測器上的烴量也處於允許範圍內的情況。這樣，變成隨著經過了規定的維保周期就進行排氣流路和氫火焰離子化檢測器的淨化處理，從而存在因不必要的淨化處理而產生需要停止測量等問題。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻1:日本專利公開公報特開2007-205968號
【發明內容】
[0008]因此，鑑於所述的問題，本發明的主要目的是提供一種氫火焰離子化型排氣分析儀，使得在所述氫火焰離子化型排氣分析儀或組裝有所述氫火焰離子化型排氣分析儀的排氣分析系統中，能夠判斷合適的淨化時間。
[0009]S卩，本發明提供一種氫火焰離子化型排氣分析儀，根據向氫火焰導入了排氣時產生的離子電流，測量所述排氣所含的測量對象物質的濃度，所述氫火焰離子化型排氣分析儀包括:收集電極，捕捉通過所述氫火焰從所述排氣生成的離子；取得電路，與所述收集電極電連接，取得所述收集電極捕捉到所述離子而產生的離子電流；以及異常判斷部，當第一輸出值或從所述第一輸出值得到的第一關聯值與第二輸出值或從所述第二輸出值得到的第二關聯值的差成為規定值以上時，判斷為異常，當所述收集電極中未流過起因於所述排氣的離子電流時，從所述取得電路輸出所述第一輸出值，當向所述氫火焰導入了測量對象物質的濃度為已知的氣體時，從所述取得電路輸出所述第二輸出值。另外，所謂測量對象物質的濃度為已知的氣體是包括下述氣體的概念，所述氣體包括:含有規定量的測量對象物質的氣體；以及不含測量對象物質的零點氣體。
[0010]按照所述的氫火焰離子化型排氣分析儀，當收集電極中未流過起因於排氣的離子電流時從取得電路輸出第一輸出值(或第一關聯值)，當向氫火焰導入了測量對象物質的濃度為已知的氣體時從取得電路輸出第二輸出值(或第二關聯值)，當第一輸出值(或第一關聯值)與第二輸出值(或第二關聯值)的差成為規定值以上時判斷為異常，因此能夠判斷合適的淨化時間。換言之，不論排氣流路和氫火焰離子化型排氣分析儀中是否附著有測量對象物質，當收集電極中未流過起因於排氣的離子電流時從取得電路輸出的第一輸出值(或第一關聯值)都是一定的值。另一方面，當向氫火焰導入了測量對象物質的濃度為已知的氣體時從取得電路輸出的第二輸出值是因測量對象物質附著在排氣流路和氫火焰離子化型排氣分析儀上而變大的值。通過取得這些值的差，可以判斷排氣流路和氫火焰離子化型排氣分析儀上附著了哪種程度的測量對象物質，因此能夠判斷合適的淨化時間。
[0011]在此，作為第一關聯值，是通過將作為電流值的第一輸出值進行電流一電壓轉換而得到的電壓值、通過將作為模擬信號的第一輸出值數字轉換而得到的數位訊號、或通過對第一輸出值實施例如直線性修正等規定的計算處理而得到的值等。另外，第二關聯值的情況也與第一關聯值的情況相同。
[0012]作為收集電極中未流過起因於排氣的離子電流的情況，包括(I)排氣未通過氫火焰燃燒的情況以及(2)用於使電流流過所述收集電極的閉合迴路被切斷的情況。S卩，當所述排氣未通過所述氫火焰燃燒時或當用於使電流流過所述收集電極的閉合迴路被切斷時，從所述取得電路輸出所述第一輸出值。
[0013]在此，(I)排氣未通過氫火焰燃燒的情況包括(a)氫火焰熄滅的情況以及(b)未向氫火焰導入排氣的情況。(a)當在氫火焰熄滅的情況下取得第一輸出值時，只要在點燃氫火焰與熄滅氫火焰之間進行切換即可，此外，(b)當是在未向氫火焰導入排氣的情況下取得第一輸出值的方式時，只要在向氫火焰導入排氣及停止向氫火焰導入排氣之間進行切換即可，無需對以往的系統構成進行變更。另外，在所述(b)的情況下，儘管未流過起因於排氣的離子電流，但是僅通過點燃氫火焰，收集電極中就會流過離子電流。因此，可以將流過因點燃所述氫火焰而產生的離子電流時的輸出值作為第一輸出值，或者可以將從所述輸出值減去起因於氫火焰點火的輸出成分得到的值作為第一輸出值。
[0014]此外，在(2)用於使電流流過所述收集電極的閉合迴路被切斷的情況下取得第一輸出值的方式，與在點燃氫火焰及熄滅氫火焰之間進行切換或者在導入排氣及停止導入排氣之間進行切換的情況相比較，可以加快切換時間，此外，能夠增大切換時機的自由度。
[0015]優選的是，所述氫火焰離子化型排氣分析儀還包括淨化判斷部，所述淨化判斷部判斷淨化輸出值或從所述淨化輸出值得到的關聯值是否小於規定的基準值，當使淨化氣體流過用於向所述氫火焰導入排氣的排氣導入通道從而向所述氫火焰導入了淨化氣體時，通過所述取得電路得到所述淨化輸出值。如此，可以判斷淨化處理的合適的結束時機。因此，通過組合所述發明，不僅可以判斷合適的淨化開始時機，而且能夠判斷所述淨化處理的合適的結束時機，從而可以在氫火焰離子化型排氣分析儀和組裝有所述分析儀的系統中實現淨化處理的最佳化。
[0016]按照所述結構的本發明，在氫火焰離子化型排氣分析儀以及組裝有所述分析儀的系統中可以判斷合適的淨化時間。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是表示具有本實施方式的氫火焰離子化型排氣分析儀的排氣分析系統的結構的示意圖。
[0018]圖2是表示與圖1為相同實施方式的氫火焰離子化型排氣分析儀的結構的示意圖。
[0019]圖3是表示與圖1為相同實施方式的計算裝置的功能構成的圖。
[0020]圖4是表示與圖1為相同實施方式的異常判斷和淨化處理步驟的流程圖。
[0021]圖5是表示氫火焰離子化型排氣分析儀的輸出值的隨著時間的變化的示意圖。
[0022]圖6是表示變形實施方式的氫火焰離子化型排氣分析儀的結構的示意圖。
[0023]附圖標記說明
[0024]1...氫火焰離子化型排氣分析儀(FID分析儀)
[0025]F...氫火焰
[0026]7...收集電極
[0027]8...取得電路
[0028]S1...第一輸出值
[0029]S2...第二輸出值
[0030]92...異常判斷部
[0031]95...淨化判斷部
[0032]Sp...淨化輸出值
【具體實施方式】
[0033]以下參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的氫火焰離子化型排氣分析儀的一個實施方式。
[0034]如圖1所示，本實施方式的氫火焰離子化型排氣分析儀1(以下稱為FID分析儀I)設置在排氣流路100上,排氣流路100的一端與用於導入從發動機E排出的排氣的導入口101連接，所述FID分析儀I根據向氫火焰導入了排氣時產生的離子電流，測量作為排氣所含的測量對象物質的有機化合物的烴的濃度。另外，排氣流路100上設有過濾器102和吸引泵103等。
[0035]具體而言，如圖2所示，FID分析儀I包括:燃燒室區(煙道)2，在內部形成有燃燒室S ;以及噴嘴3，前端部設置在所述燃燒室S的內部，噴射氫火焰F。此外，噴嘴3的基端部連接有向噴嘴3供給燃燒氣體的燃燒氣體供給通道4，所述燃燒氣體供給通道4與排氣供給通道5連接，所述排氣供給通道5將來自所述排氣流路100的排氣與燃燒氣體一起供給至所述噴嘴3。此外，FID分析儀I具有助燃用氣體供給通道6，助燃用氣體供給通道6用於向燃燒室S供給助燃用氣體(空氣)。
[0036]此外，FID分析儀I包括:收集電極7，在所述燃燒室S的內部設置在所述氫火焰F的周圍，捕捉通過氫火焰F從排氣生成的離子；取得電路8，與所述收集電極7電連接，取得所述收集電極7捕捉到離子而產生的離子電流；以及計算裝置9，取得來自所述取得電路8的輸出信號，計算出所述排氣所含的烴的濃度。
[0037]所述取得電路8包括:導線81，與收集電極7連接；以及放大器(運算放大器)82，與所述導線81連接，放大並輸出流過收集電極7的離子電流。另外，在放大器82的反相輸入端子與輸出端子之間連接有反饋電阻83。
[0038]所述計算裝置9由具備CPU、內部存儲器、輸入輸出接口、AD轉換器、顯示器等的通用或專用的計算機構成。具體而言，如圖3所示，計算裝置9具有作為濃度算出部91的功能，濃度算出部91使用從所述取得電路8輸出的輸出信號計算出排氣所含的烴的濃度(具體為THC的濃度)。另外，輸出信號與排氣所含的烴的濃度成比例。
[0039]此外，如圖3所示，所述計算裝置9具有作為異常判斷部92的功能，異常判斷部92判斷設置有FID分析儀I的排氣流路100以及所述FID分析儀I的內部是否處於附著了規定量的烴的異常狀態。另外，圖4表示了從異常判斷處理到淨化處理的步驟的一個例子的流程圖。
[0040]如圖5所示，所述異常判斷部92判斷第一輸出值S1與第二輸出值S2的差(S2 —S1)是否成為規定的閾值A以上，當收集電極7中未流過起因於排氣的離子電流時從取得電路8輸出第一輸出值S1,當向氫火焰F導入了烴的濃度為已知的氣體(例如烴的濃度為零的零點氣體)時從所述取得電路8輸出第二輸出值S2。具體地說，在未通過氫火焰F使排氣燃燒的情況下，具體而言在氫火焰F熄滅時，異常判斷部92將從取得電路8輸出的輸出值作為第一輸出值S1取得。此外，本實施方式的第一輸出值S1和第二輸出值S2是從取得電路8輸出的修正前和濃度轉換前的電流信號(原始數據)。
[0041]在此，第一輸出值S1是例如FID分析儀I的產品出貨時或最初的測量開始前從取得電路8輸出的輸出值，是取得電路8的放大器82固有的值，不論排氣流路100和FID分析儀I中是否附著有烴，第一輸出值S1都是一定的值。此外，在產品出貨時或最初的測量開始前取得所述第一輸出值S1，並將其記錄在設於計算裝置9的內部存儲器等中的記錄部或異常判斷部92中。另外，可以依次取得並記錄第一輸出值S1，但是由於氫火焰F熄滅時第一輸出值SJt為一定值輸出，所以只要在產品出貨時或最初的測量開始前一次取得並記錄即可。此外，當因維保等更換了取得電路8的放大器82時，所述第一輸出值S1更新為更換後的新的放大器82所固有的第一輸出值Sp
[0042]此外，第二輸出值S2是伴隨排氣流路100和FID分析儀I上附著的烴量的增加而變大的輸出值。本實施方式的第二輸出值S2是未進行排氣測量時從取得電路8輸出的輸出值，例如在對FID分析儀I依次進行零點校準、量程校準和排氣測量的情況下，第二輸出值S2是當進行零點校準時從取得電路8輸出的輸出值。即，本實施方式的異常判斷部92，在排氣測量時不進行異常判斷而在零點校準時進行異常判斷。另外，當使用排氣測量中輸出的輸出值作為第二輸出值S2時，由於包含因排氣中的烴形成的輸出成分以及因排氣中的烴以外的堆積的烴等汙垢形成的輸出成分，所以不能簡單地採用此時的第二輸出值S2與第一輸出值S1的差。另外，儘管所述的第二輸出值S2是在零點校準時流過零點氣體的情況下取得的值，但是也可以是未進行零點校準而流過零點氣體時取得的值。
[0043]此外，當所述輸出值的差(S2 — S1)成為規定的閾值A以上時，異常判斷部92向異常通知部93輸出表示所述輸出值的差(S2 - S1)成為規定的閾值A以上的異常判斷信號。
[0044]所述異常通知部93是由計算裝置9構成的，通知用戶所述輸出值的差(S2 - S1)成為規定的閾值A以上，即通知用戶排氣流路100和FID分析儀I需要淨化處理。本實施方式的異常通知部93由顯示控制部構成，所述顯示控制部在計算裝置9的顯示器上進行通知顯示。由此，用戶可以得知應該進行淨化處理的時間。
[0045]另外，當看到所述的通知顯示後用戶按下淨化開始按鈕時，淨化開始信號接收部接收到淨化開始信號，通過由計算裝置9構成的淨化處理控制部94使淨化處理開始。
[0046]S卩，淨化處理控制部94控制淨化氣體機構(未圖示)，向排氣流路100和FID分析儀I供給淨化氣體，所述淨化氣體機構包括與排氣流路100連接的淨化氣體供給通道和淨
化氣體泵等。
[0047]在所述淨化處理中，所述計算裝置9具有作為淨化判斷部95的功能，淨化判斷部95用於恰當地判斷淨化結束時機。
[0048]如圖5所示，當使淨化氣體流過用於向氫火焰F導入排氣的排氣導入通道從而向氫火焰F導入了淨化氣體的情況下，所述淨化判斷部95判斷通過取得電路8得到的淨化輸出值Sp是否小於規定的基準值B。當判斷淨化輸出值Sp與所述第一輸出值S1的差(Sp —S1)小於規定的基準值B時，淨化判斷部95向淨化處理控制部94輸出所述判斷信號。取得所述判斷信號後的淨化處理控制部94使淨化處理結束。另外，雖然在嚴格地判斷淨化結束的情況下，優選的是將淨化輸出值Sp和所述第一輸出值S1的差(Sp - S1)與規定的基準值B進行比較，但是在本實施方式中僅簡單地比較了淨化輸出值Sp和規定的基準值B。
[0049]根據如上構成的本實施方式的FID分析儀1，由於判斷第一輸出值S1與第二輸出值&的差(S2 - S1)是否成為規定的閾值A以上，所以能夠判斷合適的淨化時間，當收集電極7中未流過離子電流時從取得電路8輸出第一輸出值S1，當向氫火焰F導入了零點氣體時從取得電路8輸出第二輸出值S2。
[0050]另外，本發明不限於所述實施方式。
[0051]例如，雖然取得電路通過放大器對離子電流放大後將其輸出，但是也可以將通過放大器放大前的離子電流作為第一輸出值和第二輸出值。
[0052]此外，也可以把將從取得電路輸出的第一輸出值(電流值)經電流一電壓轉換得到的電壓值作為第一關聯值，並把將第二輸出值(電流值)經電流一電壓轉換得到的電壓值作為第二關聯值，異常判斷部根據所述第一關聯值與所述第二關聯值的差進行異常判斷。
[0053]此外，異常判斷部也可以根據轉換成濃度之前的關聯值之間的差進行判斷，通過對從取得電路輸出的第一輸出值和第二輸出值實施修正等規定的計算處理而得到所述濃度。此外，作為第一關聯值和第二關聯值也可以分別是將第一輸出值和第二輸出值進行數字轉換後得到的值，此時，取得電路具有AD轉換電路。
[0054]此外，也可以把將所述第一輸出值進行濃度轉換後得到的值作為第一關聯值，並把將第二輸出值進行濃度轉換後得到的值作為第二關聯值，根據所述第一關聯值和所述第二關聯值的差進行異常判斷。
[0055]在此，在如所述實施方式那樣進行了零點校準時，第二輸出值S2成為零點。因此，如果是能夠將第一輸出值S1S定為負的濃度的方式，則也可以採用下述方式:異常判斷部把將第一輸出值S1經濃度換算後得到的值作為第一關聯值，把將第二輸出值S2經濃度轉換後得到的值作為第二關聯值，並根據所述第一關聯值和所述第二關聯值的差進行判斷。
[0056]此外，在所述實施方式中，通過用戶按下淨化開始按鈕來使淨化處理開始，但是也可以採用下述方式:當異常判斷部92判斷為處於異常時自動開始淨化處理。
[0057]此外，在所述實施方式中，由計算裝置構成異常判斷部、異常通知部、淨化處理控制部和淨化判斷部，但是也可以通過計算裝置以外的至少一個控制裝置來實現所述功能。此外，只要由計算裝置以及其他控制裝置中的任意的裝置實現所述功能即可。
[0058]此外，在所述實施方式中，將氫火焰F熄滅的狀態(關閉時)下從取得電路8輸出的值作為第一輸出值，但是也可以將處於氫火焰F點燃的狀態且處於停止向噴嘴供給排氣的狀態下從取得電路8輸出的值作為第一輸出值。
[0059]此外，如圖6所示，也可以將用於使電流流過收集電極7的閉合迴路被切斷時從取得電路8輸出的值作為第一輸出值Sp具體而言，在成為閉合迴路的取得電路8上設置有用於切斷所述取得電路8的開關84，可以將在斷開所述開關84時從取得電路8輸出的值作為第一輸出值Sp
[0060]此外，在所述實施方式中，把流過烴的濃度為零的零點氣體時得到的輸出值作為第二輸出值，但是也可以將從流過包含已知濃度的烴的氣體時得到的輸出值減去起因於所述已知濃度的烴的輸出值得到的差值作為第二輸出值。另外，還可以將流過包含已知濃度的烴的氣體時得到的輸出值作為第二輸出值。
[0061]此外，異常判斷部也可以不計算出第一輸出值和第二輸出值的差，而是當在向氫火焰導入烴的濃度已知的氣體時從取得電路輸出的第二輸出值或從所述第二輸出值得到的第二關聯值成為規定值以上時判斷為異常，此時，考慮所述第一輸出值後設定所述規定值。
[0062]此外，本發明不限於所述實施方式，在不脫離本發明的發明思想的範圍內可以進行各種變形。
【權利要求】
1.一種氫火焰離子化型排氣分析儀，其特徵在於，根據向氫火焰導入了排氣時產生的離子電流，測量所述排氣所含的測量對象物質的濃度， 所述氫火焰離子化型排氣分析儀包括: 收集電極，捕捉通過所述氫火焰從所述排氣生成的離子； 取得電路，與所述收集電極電連接，取得所述收集電極捕捉到所述離子而產生的離子電流；以及 異常判斷部，當第一輸出值或從所述第一輸出值得到的第一關聯值與第二輸出值或從所述第二輸出值得到的第二關聯值的差成為規定值以上時，判斷為異常， 當所述收集電極中未流過起因於所述排氣的離子電流時，從所述取得電路輸出所述第一輸出值， 當向所述氫火焰導入了測量對象物質的濃度為已知的氣體時，從所述取得電路輸出所述第二輸出值。
2.根據權利要求1所述的氫火焰離子化型排氣分析儀，其特徵在於，當所述排氣未通過所述氫火焰燃燒時，從所述取得電路輸出所述第一輸出值。
3.根據權利要求1所述的氫火焰離子化型排氣分析儀，其特徵在於，當切斷用於使電流流過所述收集電極的閉合迴路時，從所述取得電路輸出所述第一輸出值。
4.根據權利要求1所述的氫火焰離子化型排氣分析儀，其特徵在於，所述氫火焰離子化型排氣分析儀還包括淨化判斷部，所述淨化判斷部判斷淨化輸出值或從所述淨化輸出值得到的關聯值是否小於規定的基準值， 當使淨化氣體流過用於向所述氫火焰導入排氣的排氣導入通道從而向所述氫火焰導入了淨化氣體時，通過所述取得電路得到所述淨化輸出值。
【文檔編號】G01N27/62GK103512948SQ201310232349
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】宮井優, 中村博司, 西川雅浩 申請人:株式會社堀場製作所