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TechnicalInformation
TI 11G00A01-012007. 6 初版 (KP)2011. 7 ３版 (KP)
EXA IR赤外線ガス分析計
TI 11G00A01-01
目 次
1. 概 要 ........................................................................................................ 1
2. 横河電機の赤外線ガス分析計ラインナップ............................................ 22.1 赤外線ガス分析計の測定成分と測定範囲 .......................................................... 22.2 赤外線ガス分析計の特長と主な用途.................................................................. 32.3 赤外線ガス分析計の機種選定フロー.................................................................. 4
3. 測定原理 ..................................................................................................... 53.1 赤外線ガス分析計の原理..................................................................................... 53.2 赤外線ガス分析計の構成例 ................................................................................. 73.3 IR100形およびIR200形 赤外線ガス分析計の構成 ..................................................103.4 IR400形 赤外線ガス分析計の構成 .................................................................... 113.5 検出器 ................................................................................................................. 123.6 干渉ガスの影響と干渉の除去方法 ................................................................... 13
3.6.1 干渉ガスの影響........................................................................................................... 133.6.2 干渉の除去方法........................................................................................................... 14
3.7 基準酸素濃度換算 .............................................................................................. 163.8 NO2/NOコンバータ ............................................................................................ 17
4．煙道排ガス測定のシステム構成例 ...........................................................194.1 標準的なシステム .............................................................................................. 204.2 加熱形サンプル導管を用いたシステム ............................................................ 214.3 外付1次フィルタを使用したシステム ............................................................. 22
5. 外付サンプリング部品の選定 ................................................................23
6. 計量法検定 ..............................................................................................24
Technical Information 改訂情報 ..................................................................27
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TI 11G00A01-01
1.概 要 1
1. 概 要 赤外線ガス分析計は、大きく非分散形（通常、NDIR と呼ばれています）と分散形（分光形）に分けられます。非分散形は、赤外線光源から出る広い波長帯の赤外線をそのまま測定に使用します。プロセス用および自動計測器として使用する製品は、ほとんどこのタイプです。一方、分散形は照射する赤外線をプリズムや回折格子などで波長別に分けて測定するタイプのもので、主にラボ用として製品化されています。非分散形赤外線ガス分析計は、当初、化学プラントのプロセスガス分析計として普及し、続いて、自動車排ガス測定や煙道排ガス測定などの環境測定用としても普及してきました。このような、多様化している用途に対応するため、当社は下記のような製品を用意しています。・ IR100 形汎用赤外線ガス分析計・ IR200 形汎用赤外線ガス分析計・ IR400 形赤外線ガス分析計・ SG400 形ダイオキシン類発生防止対策専用CO/O2 ガス分析装置・ SG750 形煙道ガス濃度計いずれも、長年にわたってプロセス現場から得た経験と実績を基に開発された製品で、従来製品以上の高精度測定と保守性の向上を実現させています。オプションも豊富に用意し、ユーザの様々なニーズに対応いたします。
この技術資料（TI11G00A01-01）は、当社の赤外線ガス分析計の特長を生かしてご利用いただくことを目的にしています。そのため、分析計本体の説明だけでなく、外部サンプリング機器を含めたシステム全体の解説および使用上の注意事項についても述べています。
3rd Edition : 2014.07.15-01
1
TI 11G00A01-01
2 2.横河の赤外線ガス分析計ラインナップ
2. 横河電機の赤外線ガス分析計ラインナップ
多様化している用途に対応するため、当社は下記のような製品を用意しています。・ IR100 形汎用赤外線ガス分析計・ IR200 形汎用赤外線ガス分析計・ IR400 形赤外線ガス分析計・ SG400 形ダイオキシン類発生防止対策専用CO/O2 ガス分析装置・ SG750 形煙道ガス濃度計各製品の測定成分と測定範囲を表 2.1 に、特長と主な用途を表 2.2 に示します。
2.1 赤外線ガス分析計の測定成分と測定範囲表 2.1 赤外線ガス分析計の測定成分と測定範囲
機種名 方式 測定成分 測定範囲最小レンジ 最大レンジ
T0201.ai
IR200
IR100 シングルビーム方式COCO2CH4
0～500 ppm0～500 ppm0～1,000 ppm
0～100 vol%0～100 vol%0～100 vol%
シングルビーム方式
COCO2CH4SO2NO内蔵O2計
COCO2CH4SO2NO内蔵O2計
COCO2SO2NOX内蔵O2計
0～200 ppm0～500 ppm0～1,000 ppm0～500 ppm0～500 ppm0～5 vol%
0～100 vol%0～100 vol%0～100 vol%0～5,000 ppm0～5,000 ppm0～100 vol%
IR400 ダブルビーム方式
0～50 ppm0～20 ppm0～200 ppm0～50 ppm0～50 ppm0～5 vol%
0～100 vol%0～100 vol%0～100 vol%0～10 vol%0～5,000 ppm0～25 vol%
SG400ダイオキシン対応専用機
シングルビーム方式COO2
0～200 ppm0～25 vol%
0～2,000 ppm0～25 vol%
SG750煙道ガス濃度計
ダブルビーム方式
0～50 ppm0～1 vol%0～100 ppm0～50 ppm0～10 vol%
0～5,000 ppm0～20 vol%0～1,000 ppm0～5,000 ppm0～25 vol%
3rd Edition : 2014.07.15-01
TI 11G00A01-01
2.横河の赤外線ガス分析計ラインナップ 3
2.2 赤外線ガス分析計の特長と主な用途表 2.2 赤外線ガス分析計の特長および用途機種名 特長 用途
・長期に安定した測定ができます。独自の光学系により、セルの汚れなどに起因するドリフトが少なく、長期に安定した測定ができます。・干渉ガスの影響が少ない検出器（透過直列二層式検出器）。・シンプルなユニット構成により、保守が簡単です。・O2を含む 4成分同時測定が可能です。・長期に安定した測定ができます。独自の光学系により、セルの汚れなどに起因するドリフトが少なく、長期に安定した測定ができます。・干渉ガスの影響が少ない検出器（透過直列二層式検出器）。・シングルビーム方式の採用とシンプルなユニット構成により、保守が簡単です。・便利で豊富な機能が、高精度測定と対話形式の操作を実現しました。・O2を含む 5成分同時測定が可能です。・高感度測定と広いダイナミックレンジを実現した独自の光学系。最大 1：25のレンジ切換えが可能です。
・干渉ガスの影響が非常に少ない干渉補償形検出器を装備・基準酸素濃度換算、平均値換算、自動校正、ワンタッチ校正、上下限警報、リモートレンジ切換えおよびレンジ識別信号出力などが内蔵されており、多彩なアプリケーションに対応します。・見やすい大型 LCDを採用し、全測定成分の表示や演算値の表示が可能です。また、対話形操作ですので、日常の点検や操作が容易です。・ダイオキシン類の排出規制に対応した機能を標準装備しています。・小型で前面保守を可能にした省スペースタイプで、設置場所を選びません。・自動校正機能を標準装備した保守性に優れた分析装置です。・O2を含む 5成分同時測定が可能です。・高感度測定と広いダイナミックレンジを実現した独自の光学系。最大 1：25のレンジ切換えが可能です。また、測定レンジは任意に設定できます。・干渉ガスの影響が非常に少ない干渉補償形検出器を装備・基準酸素濃度換算、平均値換算、自動校正、ワンタッチ校正、上下限警報、リモートレンジ切換えおよびレンジ識別信号出力などの便利な機能が内蔵されています。・計量法に基づく型式認定を取得。
IR100
IR200
IR400
SG400ダイオキシン対応専用機
SG750煙道ガス濃度計
・各種工業炉の燃焼管理・ボイラの燃焼管理・漏洩ガス検知・植物炭酸同化作用・りんご貯蔵庫の管理
・各種工業炉の燃焼管理・ボイラの燃焼管理・地球環境保全・植物研究設備
・各種工業炉のガス成分測定・ボイラの燃焼管理・地球環境保全・植物研究設備
・焼却炉のCO測定 （ダイオキシン対応）
・ボイラおよび焼却炉の煙道 排ガス測定・各種工業炉の煙道排ガス測定
T0202.ai
3rd Edition : 2011.07.31-00
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TI 11G00A01-01
4 2.横河の赤外線ガス分析計ラインナップ
2.3 赤外線ガス分析計の機種選定フロー図 2.1に機種選定フローの概要を示します。実際の機種選定に際しては、必要とされる測定精度や干渉成分の割合およびアプリケーションに要求される事項などを考慮して選定する必要があります。
赤外線ガス分析計
ダイオキシン対応 YES
(*1) CO、CO2、CH4、SO2、NO、O2のうち、O2を含む5成分測定(*2) CO： 200 ppm未満 CO2： 500 ppm未満 CH4：1000 ppm未満 SO2： 500 ppm未満 NO： 500 ppm未満(*3) CO、CO2、CH4のうち、いずれか1成分(*4) CO-CO2計に限る
SG400形
煙道排ガス 測定
YES SG750形
O2を含む 5成分測定
(*1)
YES IR400形
低濃度測定(*2)
YES IR400形
測定レンジ 1%以上
1成分測定 (*3)
YES YES
NO NO
NO
NO
NO
NO
IR200形IR100形 (*4)
IR100形
F0201.ai
IR400形 IR200形
図2.1 赤外線ガス分析計の機種選定フロー図
3rd Edition : 2011.07.31-00
TI 11G00A01-01
3.測定原理 5
3. 測定原理
3.1 赤外線ガス分析計の原理CO、CO2、SO2、NOおよび CH4 などの異種二原子分子や異種多原子分子は、赤外線の照射を受けると、原子間の振動や回転の運動エネルギーとして赤外線を吸収し、結果として赤外線を吸収した気体は膨張します。このとき吸収する波長域は、図 3.1のように、それぞれの気体特有のものであり、吸収の強さは次の「Lambert － Beer の法則」によっています。
I ＝ I0e － ckl
I：透過光量 I0：入射光量 c：成分濃度 k：その成分固有の常数 l：透過長さ（セル長）
上式から、気体を透過した赤外線の強さを測定することによって、その気体の濃度を知ることができます。一方、酸素、窒素および水素のような同一原子からなる気体分子は、赤外線を吸収しないので、空気や燃焼排ガス中のCO、CO2、SO2、NOおよび CH4 などの濃度を測定することができます。
3rd Edition : 2011.07.31-00
3
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6 3.測定原理
F0301.ai
サファイア赤外線透過窓の 透過領域
100
80
60
40
20
0
約6μm約10μmCaF2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
NO 一酸化窒素
μm100
80
60
40
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CO 一酸化炭素
μm100
80
60
40
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
SO2 二酸化硫黄
μm100
80
60
40
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CO2 二酸化炭素
μm100
80
60
40
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
N2O 亜酸化窒素
波長（μm）
μm100
80
60
40
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
NO2二酸化窒素
透過
率（％
）
μm
図3.1 赤外線吸収スペクトル
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3.測定原理 7
3.2 赤外線ガス分析計の構成例赤外線ガス分析計の構成は、最近の機器の技術的進歩に伴い多様化しています。ここでは、代表的な例として下記の方式について説明します。(1) 複光束（ダブルビーム）式(2) 単光束（シングルビーム）式、(3) 流体変調（クロスモジュレーション）式
（1） 複光束（ダブルビーム）式図 3.2 に、複光束（ダブルビーム）式分析計の構成例を示します。光源は、試料セル透過用と比較セル透過用との二つのセルにそれぞれ専用の 2光源を備えた方式（複光源複光束式）と、一つの光源から発する赤外線を試料セルと比較セルに分配させる方式（単光源複光束式）とがあります。複光源複光束式は、1セル当たりの光量が多いという利点がありますが、各光源強度の経時変化が異なるとゼロドリフトを起こしやすいという欠点があります。単光源複光束式は、光源強度の経時変化があっても二つのセルに平等に作用するためゼロドリフトを起こしにくい反面、一つのセル当たりの光量が少ない光束を分配するための構造が複雑になるなどの欠点があります。光源から出た赤外線は、回転セクタにより断続遮光され、断続光となって光学フィルタ、試料セル、比較セルを通り検出器に入ります。
F0302.ai
回転セクタ
検出器
増幅器
指示計
光
源
光学フィルタ試料セル
比較セル
図3.2 複光束（ダブルビーム）式分析計の構成例
検出器は、選択性検出器と非選択性検出器との 2種類があります。選択性検出器は、ガス封入検出器とも呼ばれ、試料セルを通過した赤外線を受ける検出槽、比較セルを通過した赤外線を受ける検出槽、二つの検出槽を結ぶガス流通路およびその流通路にコンデンサマイクロホンや熱式流量計を備えたものから構成され、内部に測定成分ガスまたはそれに代用できるガスが封入されています（図 3.3 参照）。検出槽では、入射した赤外線のうち検出槽に封入されている測定成分ガスにより、その成分固有の波長のみ選択的に吸収されます。吸収された光エネルギーは熱エネルギーに変換され、検出槽内の封入ガスの温度上昇をもたらし、熱膨張します。その結果、検出槽内の圧力が上昇します。二つの検出槽で圧力差が生じた場合は、その圧力差をコンデンサマイクロホン（圧力差を静電容量の変化として検出する）、または熱式流量計（圧力差によって生じるガスの微小な流れを検出する）で検出し、電気信号に変換します。光源から放射された赤外線は前述のように一定周期で断続されていますので、電気信号は光の断続周期をもつ交流信号となります。
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3
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8 3.測定原理
F0303.ai
検出槽 検出槽
赤外線
増幅器
（a）コンデンサマイクロホン検出方式
赤外線
コンデンサ マイクロホン
検出槽 検出槽
赤外線
増幅器
（b）熱式流量計検出方式
赤外線
熱式流量計
図3.3 選択性検出器の構成例
非選択性検出器は、赤外線のもつ光エネルギーを一度熱エネルギーとして受けとめ、電気信号に変換する熱検出素子と、光エネルギーを直接電気信号に変換する半導体形検出素子とがあります。非選択性検出器は、検出器として特定の波長のみを選択的に検出する能力がないため、測定成分固有の赤外線吸収波長のみを通過させる光学フィルタと組み合わせて、試料セル中に共存する他のガスによる吸収の影響を受けないようにする必要があります。
（2）単光束（シングルビーム）式単光束（シングルビーム）式分析計は、図 3.2 に示す複光束（ダブルビーム）式分析計の比較側の機構が省かれています。この構成では、比較側がないため、原理的に分析計の安定性を保つことが難しいという面があります。しかし、構造が簡単で、複光束（ダブルビーム）式のような光軸調整も不要なため、保守・点検が容易という長所があります。
F0304.ai
回転セクタ
増幅器
指示計
光学フィルタ
試料セル
光源 検出器
図3.4 単光束（シングルビーム）式分析計の構成例
3rd Edition : 2011.07.31-00
TI 11G00A01-01
3.測定原理 9
（3）流体変調（クロスモジュレーション）式流体変調（クロスモジュレーション）式分析計は、図 3.5 に示すように回転セクタを用いないで、切換弁などによって試料ガスと比較ガスとを一定周期で交互に試料セルに導入し、測定する方式です。試料ガスと比較ガスとの切換によって得られる変調信号を用い、その量差値を測定値とします。この方式は、試料ガスと比較ガスが同じなら交流出力が生じないのでゼロドリフトがないこと、光学的調整が不要といった長所があります。反面、試料ガスと比較ガスを短い周期（約 0.5 秒）で切換えるための切換弁が必要で、しかもその消耗が早いことや、サンプリング装置が複雑になるなどの短所があります。図 3.6 のように二つのガスセルを交互に試料セルおよび比較セルとして用いる構成のものもあります。
光学フィルタ試料ガス
比較ガス
光源
主検出器
切換弁
補償検出器
試料セル
増幅器
指示記録用信号
F0305.ai
図3.5 流体変調（クロスモジュレーション）式分析計の構成例（1）
光源 光源
主検出器
光学フィルタ
切換弁
切換弁
補償検出器
試料セル
（比較セル）
（試料セル）
比較セル
増幅器
指示記録用信号
F0306.ai
試料ガス
比較ガス
図3.6 流体変調（クロスモジュレーション）式分析計の構成例（2）
3rd Edition : 2011.07.31-00
3
TI 11G00A01-01
10 3.測定原理
3.3 IR100形およびIR200形 赤外線ガス分析計の構成IR100形およびIR200形赤外線ガス分析計は、シングルビーム方式を採用しています。図3.7に原理構成図を示します。赤外線光源から放射された赤外線は、回転セクタにより一定周期の断続光となり、試料セルに入ります。試料セル中では、試料ガス中に含まれる測定成分により一部の赤外線が吸収され、検出器に到達します。検出器は前部膨張室および後部膨張室からなり、測定成分ガスと同じガスが封入されています。また、前部膨張室と後部膨張室は細い通路で結ばれ、その中間にサーマルフローセンサが設けられています。検出器に到達した赤外線は、最初に前部膨張室でその一部を吸収された後、後部膨張室で残りが吸収されます。この吸収により両室で圧力上昇が生じますが、異なった圧力上昇となるように設計されていますので、その圧力差により両室を結ぶ通路に微小な流れが生じます。この微小な流れをサーマルフローセンサで検出し、交流電圧信号に変換します。さらに、差動増幅した後A/D変換し、セクタの回転の同期信号とともに演算処理して、成分濃度に比例した出力信号として発信します。シングルビーム方式は、比較的高濃度のガスの分析に適しています。また、ダブルビーム方式やクロスモジュレーション方式に比べ構造がシンプルなため、保守性に優れています。
サーマル フローセンサ
検出器
後部膨張室
前部膨張室
赤外線光源
同期モータ
接点出力 表示部 D/A
試料セル 回転セクタ
試料ガス出口 試料ガス入口
F0307.ai
A/D
DC増幅 整流 AC増幅
CPU
出力 DC 0～1 V DC 4～ 20 mA
操作キー
表示
校正中出力
レンジ識別信号
図3.7 IR100形およびIR200形赤外線ガス分析計の原理構成図
3rd Edition : 2011.07.31-00
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3.測定原理 11
3.4 IR400形 赤外線ガス分析計の構成IR400 形赤外線ガス分析計は、高感度測定と広いダイナミックレンジを実現するため、単光源ダブルビーム方式を採用しています。図 3.8に原理構成図を示します。赤外線光源（単光源）から放射された赤外線は、回転セクタにより断続光となり、分配セルで二光束に分けられ、試料セルと比較セルに入ります。分配セルには干渉ガスが封入されていて、干渉成分の影響を防いでいます。試料セル中では、試料ガス中に含まれる測定成分により赤外線が吸収されます。したがって、透過する赤外線の光量は、吸収された分だけ少なくなります。一方、比較セル中には窒素または不活性ガスが封入されていますので、赤外線の吸収は起こりません。そのため、検出器の試料側検出槽に入る赤外線は、比較側検出槽に入る赤外線より若干弱くなっています。この微小な差をサーマルフローセンサで検出し、交流電圧信号に変換します。さらに、差動増幅した後A/D変換し、セクタの回転の同期信号とともに演算処理して、成分濃度に比例した出力信号として発信します。
試料ガス 出口
試料セル
試料ガス 入口
トリマー 比較セル干渉補償検出器
分配セル （兼干渉フィルタ）
赤外線光源 （単光源）
モータ
回転セクタ
セクタ 同期信号
O2計
（オプション） A/D
CPU
表示部 D/A 外部入力/接点出力
RAM ROM
出力 0～1 V DC または 4～ 20 mA DC
操作キー
表示
ゲイン切換
交流電圧増幅
F0308.ai
図3.8 IR400形 赤外線ガス分析計の原理構成図
3rd Edition : 2011.07.31-00
3
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12 3.測定原理
3.5 検出器ガスの微小な流量を検出するため、電気信号に変える素子として、サーマルフローセンサを採用しています。このサーマルフローセンサは、IC製造技術により製造されるNiフィルムで、図 3.9 に示すように 1mm角の間に何本ものNi 細線が張られた形状で、A端から B端まで直列につながれています。このNi 格子を極めて狭い間隔で対向させ、図 3.10のようにガス流路に直角に固定します。これに電流を流すと、Ni 格子は加熱され、ガスの流れがない状態では、図 3.10（a）のような温度分布となります。左側からガスの流れがある場合には、左側のNi 格子は冷やされ、右側のNi 格子には、左側のNi 格子によって加熱されたガスが当たるため、温度が上昇し、温度分布は図 3.10（b）のようになります。また、右側からガスの流れがある場合には、同様にして図 3.10（c）のような温度分布となります。この温度分布の変化に対応してNi 抵抗が変化します。その抵抗変化を交流電圧信号に変換し、さらに演算部で演算処理を行い、成分濃度に比例した信号として出力します。
F0309.ai
A
B
1 m
m
図3.9 サーマルフローセンサ
図3.10 Ni格子の配置と温度分布
3rd Edition : 2011.07.31-00
(a)
(b)
(c)
F0310.ai
Ni格子
ガラス板
ガスの流れ
温度
ガスの流れがない状態
左からガスの流れがある場合
右からガスの流れがある場合
TI 11G00A01-01
3.測定原理 13
3.6 干渉ガスの影響と干渉の除去方法
3.6.1 干渉ガスの影響試料ガス中に測定成分の吸収波長帯に近い波長帯を持った成分（干渉成分）が入っていると、干渉成分の濃度の変化によって誤差を生じます。そのため、検出器の前に光学フィルタなどを置いて、干渉成分の波長帯をカットして、影響をなくすようにしています。しかし、測定成分が微量濃度の場合は、上記の方法だけでは影響を取りきれないため、3.6.2項の方法で干渉の除去を行っています。表 3.1 に上記の対策を行った後の干渉ガスの影響度合（指示誤差）を示します。
表3.1 干渉ガスの影響
T0301.ai
機種名 干渉ガスと濃度 分析計CO計 NO計CO2計 CH4計 SO2計
5 ppm 以下15 ppm 以下10 ppm 以下2 ppm 以下
5 ppm 以下
5 ppm 以下5 ppm 以下2 ppm 以下
10 ppm 以下10 ppm 以下10 ppm 以下
2 ppm 以下
1%FS 以下1%FS 以下2.5%FS 以下1%FS 以下
1%FS 以下
1%FS 以下
1%FS 以下
1%FS 以下1%FS 以下1%FS 以下
1%FS 以下1%FS 以下
50 ppm 以下50 ppm 以下
1%FS 以下1%FS 以下
60 ppm 以下
10 ppm 以下
80 ppm 以下
3 ppm 以下-6 ppm 以下
2.5%FS 以下2.5%FS 以下1%FS 以下10 ppm 以下
80 ppm 以下-6 ppm 以下
IR100
COCO2H2OCH4SO2
1000 ppm25%20℃飽和5000 ppm1000 ppm
IR200
COCO2H2OH2OCH4
1000 ppm15%20℃飽和2℃飽和1000 ppm
IR400CO2NO2N2O
15%50 ppm1000 ppm
SG400ダイオキシン対応専用機
CO2H2OCH4
15%2℃飽和5%
SG750煙道ガス濃度計
CO2NO2N2O
15%50 ppm1000 ppm
3rd Edition : 2014.07.15-01
3
TI 11G00A01-01
14 3.測定原理
3rd Edition : 2011.07.31-00
3.6.2 干渉の除去方法図 3.11 に示すような測定ガスの吸収帯と重なる吸収帯をもつガス（干渉ガス）が試料ガス中に存在すると、測定値に大きな誤差が生じます。この干渉誤差を除去するため、測定ガスを封入して赤外線を通過させる第 1検出器と、第 1検出器封入ガスの吸収帯より広い吸収帯をもつガスを封入した第 2検出器を直列に配置した構成の検出システムを採用しました（図 3.12 参照）。
F0311.ai
測定ガス
干渉ガス
λ
T λ3 λ1 λ2 λ4
図3.11 測定ガスと干渉ガスの吸収スペクトル
F0312.ai
比較セル
赤外線
試料ガス 入口
試料セル 試料ガス 出口
信号
信号
ゲイン切換
交流電圧増幅
S2S1
第1成分用 第1検出器
第2成分用 第1検出器
第1成分用 第2検出器
第2成分用 第2検出器
赤外線
図3.12 干渉補償検出器
TI 11G00A01-01
3.測定原理 15
図 3.13 に試料セル入射光、第 1検出器入射光、第 2検出器入射光、第 2検出器透過光のスペクトルを示します。図 3.13（c）（c'）で第 1検出器の試料セル側検出槽での吸収量はE10、比較セル側検出糟での吸収量は E20ですので、第 1検出器出力信号 S1は、
S1 ∝ (E20 － E10) ＝ E2 ＋ E3
E2：試料ガス中の測定成分による吸収量 E3：試料ガス中の干渉成分による吸収量となります。同様に図 3.14（d）（d'）から第 2検出器出力信号 S2 は、
S2 ∝ (E21 ＋ E22) － (E11 ＋ E12) ＝ E4 ＋ E5
E4、E5：試料ガス中の干渉成分による吸収量となります。吸収エネルギー量 E2は測定ガス濃度 Cに、また E3、E4、E5は干渉ガス濃度 Clにほぼ比例すると考えられるので、 S1 ＝ k1C＋ k2Cl S2 ＝ k3Cl k1、k2、k3：比例定数となり、S1と S2の電気的演算により、測定ガス濃度 Cに比例した信号 Sが得られ、理論上、干渉誤差をゼロにすることができます。 S ＝ k3S1 － k2S1 ∝ C
F0313.ai
λ (a)
I
λ (a’)
セル入射光
I
λ
λ3 λ1 λ2 λ4
λ5 λ6 λ5 λ3 λ6 λ4
λ5 λ3 λ6 λ4 λ5 λ6
E1
E2
E2
(b)
I
λ (b’)
第1検出器入射光
（試料セル透過光）
I
λ (c)
I
λ (c’)
第2検出器入射光
第1検出器透過光
第2検出器 透過光
I
λ (d)
I
λ λ7 λ8 λ7 λ8 (d’)
I
＜試料セル側＞ ＜比較セル側＞
E3
E5E4
E12
E11
E20
E22E21
E10( (
図3.13 赤外吸収スペクトル
3rd Edition : 2011.07.31-00
3
TI 11G00A01-01
16 3.測定原理
3.7 基準酸素濃度換算固定発生源の窒素酸化物（NOx）濃度の排出規制は、下記の演算式による残存酸素濃度を補正した値で行われます。
C＝ ×CS21－OS
21－On演算式
C ：窒素酸化物の換算濃度（ppm） On：基準酸素濃度（%） （燃焼施設、燃料種類等により決められる値。値は設定で可変：0～ 19%O2、 初期値：4％） 石油燃焼ボイラ：4% ガス専焼ボイラ：5% 固体燃焼ボイラ、石油加熱炉：6% コークス炉：7% ゴミ焼却炉：12% OS：排出ガス中の酸素濃度（%）（リミット設定：1～ 20%O2、初期値：17%） CS：排出ガス中の窒素酸化物濃度（ppm）
F0314.ai
NOx 信号
O2 変換器
赤外線ガス分析
O2換算NOx （ppm）
21－On 21－Os
・ Cs
O2 信号
ジルコニア O2のセンサ
図3.14 窒素酸化物濃度の基準酸素濃度換算ブロックダイアグラム
SO2 濃度、CO濃度の場合も、上記の演算式によって補正します。
3rd Edition : 2011.07.31-00
TI 11G00A01-01
3.測定原理 17
3.8 NO2/NOコンバータNO計を用いて測定対象ガス中に含まれているNOx（通常NO＋ NO2 で近似できる）の濃度を測定するには、NO2 を効率よく、しかも選択的にNOに変換することが必要になります。このNO2 を NOに変換するためのNO2/NOコンバータとして、種々のものが考案され、実際に使用されていますが、次のように大別できます。
1）平衡（高温）型温度が高くなるとNO2、NOの化学平衡がNO側にシフトすることを利用した方式です。高温（>700℃）に保持した金属管中に、測定ガスを流してNO2 を NOに変換します。
2）還元（低温）型触媒金属成分を含有し炭素材料を充てんした反応管を比較的低温で使用し、NO2 を NOに変換します。コンバータの使用条件などを考慮すると、還元型の方が優れているといえますが、これにも次のような問題があります。（1）NH3 が共存すると脱硝反応が並行して進むため、選択性に限界がある。（2）共存する酸素によって炭素が酸化されるため、寿命が短い。
そこで、当社の高性能NO2/NOコンバータでは、（1）コンバータ温度を 250℃以下に設定。（2）炭素材料は、酸素による酸化およびNO2 の吸着がなく、しかもNO2/NO変換（還
元）活性の高いものを使用。（3）触媒金属成分は脱硝反応に対して不活性で、NO2/NO変換反応だけを選択的に促
進するものを用い、炭素材料に効果的に添加。などの改良により、従来の還元型NO2/NOコンバータの欠点を克服し、次に示すような優れた性能をもっています。コンバータ温度 ：＜ 200～ 220℃触媒量 ：～ 2mL（～ 1.5g）触媒寿命 ：～ 9か月（通常のボイラ排ガス 0.5L/min を流して）NH3 の妨害 ：＜ 0.1 ×（共存NH3 濃度）
その他共存ガス成分（SO2、CO、HC…）による妨害作用は認められません。このように触媒温度が低く量もわずかで動作するため、加熱、断熱の方法も簡単で、構造的にも単純になり触媒交換の作業も容易になっています。
3rd Edition : 2014.07.15-01
3
TI 11G00A01-01
18 3.測定原理
還元型の触媒は、原理的に 2NO2 ＋ C→ 2NO＋ CO2 の反応をして、カーボンが消耗しますが、重油燃焼ボイラの排ガスを流して実ガス寿命試験を行った結果、図 3.15 に示すように約 9か月経過して触媒量が当初の 1/2 まで減少しても、NO2/NO変換効率は 95%以上を維持していることがわかります。図 3.16 に変換効率のガス流量依存性を示します。1.5L/min 以下の流量で 90%以上の効率があり、測定ガス流量の変動の影響をほとんど受けません。
F0315.ai
0
触媒量
経過月数（月）
触媒
量（g）
変換効率
NO
2/N
O変
換効
率（%
）
0
80
90
100
0.5
1.0
1.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
図3.15 触媒の寿命試験
F0316.ai
0 0.5 1.0
ガス流量（L/min）
183 ppm NO+15.3%CO2+残N2の標準ガスを使用し、JIS法（オゾン酸化法）で測定
NO
2/N
O変
換効
率（%
） 80
50
90
100
図3.16 NO2/NO変換効率のガス流量特性
3rd Edition : 2014.07.15-01
TI 11G00A01-01
4.煙道排ガス測定の場合のシステム構成例 19
4．煙道排ガス測定のシステム構成例 赤外線ガス分析計は、各種産業分野で広く使用されており、その用途も多種多様です。一般には、試料ガスを採取するためのプローブ、ダストを除去するためのフィルタ、外付ドレンセパレータおよび分析計とともにドレンポットや除湿器などのサンプリング部品を組み込んだ濃度計本体で構成されています。ここでは、代表的な例として、煙道排ガス中の多成分測定のシステム構成例を紹介します。煙道排ガスと一口でいっても、その組成、温度およびダストの量などはさまざまで、全て同じシステム構成で測定できるわけではありません。システムを構築する上で重要なことは、採取した試料ガスからダストを除去し、温度を下げながら濃度計本体へ導くことです。温度差があると試料ガスに含まれた水分などが結露してサンプリング部品にミストやダストとともに付着し、安定した測定に支障をきたします。アプリケーションに適したサンプリングシステムで、結露やミスト・ダストの付着を防ぎ、発生したドレンを速やかに排出することが肝要です。
表4.1 煙道排ガス測定のシステム構成例
*1： 下記のような場合は、外付ドレンセパレータを追加します。・プローブと濃度計本体が接近していて、試料ガスを冷却するための距離が十分とれない場合。・プローブと濃度計本体が遠く、途中でドレンが生じ、試料中の成分がドレンに溶解して誤差を生じる おそれがある場合。・プローブと濃度計本体の位置関係から、サンプル導管の傾斜を 15°以上とれない場合。・配管途中でたるみができて、ドレンが溜まるおそれがある場合。
*2： 下記のような場合は、外付ドレンセパレータを濃度計本体の近くに設置します。・プローブと濃度計本体が遠く、途中でドレンが生じ、試料中の成分がドレンに溶解して誤差を生じる おそれがある場合。
T0401.ai
適用例
サンプル点温度
プローブ
外付 1 次フィルタ
サンプル導管
外付ドレンセパレータ
標準的なシステム 加熱形サンプル導管を使用したシステム
外付1次フィルタを使用したシステム
150 ～ 700℃ 150 ～ 700℃ 150 ～ 1400℃
・一般ボイラおよび石油加熱炉などの煙道ガスの測定。
・サンプル点温度が比較的低く、含まれる水分も飽和以下の場合。
・寒冷地や冬季の夜間の冷え込みで、サンプル導管に生ずるドレンが凍結するおそれのある場合。
・SO2濃度が通常 100 ppm 以下の場合。
・汚泥焼却炉および鉄鋼加熱炉などの煙道ガスのようにサンプル点温度が高く、含まれる水分量も多い場合。
・F 形フィルタプローブ・M1E 形フィルタプローブ・M2E 形フィルタプローブ
・M1E 形フィルタプローブ・M2E 形フィルタプローブ
・M2 形プローブ・M3 形プローブ
不要 不要 ・M1E 形 1 次フィルタ・MS 形 1 次フィルタ
∅10/∅8 テフロンチューブ ∅10/∅8 加熱保温形テフロンチューブ ∅10/∅8 テフロンチューブ
条件により追加 *1 条件により追加 *2 必要
3rd Edition : 2014.07.15-01
4
TI 11G00A01-01
20 4.煙道排ガス測定の場合のシステム構成例
4.1 標準的なシステム
本システムは、サンプル点温度が酸露点（150℃）以上700℃以下で使用します。サンプル点温度が酸露点（150℃）未満で使用する場合は、プローブ取付部を加熱・保温し、プローブ部での結露を防ぐ必要があります(注1)。サンプリング装置はフィルタプローブ、標準サンプル導管、外付ドレンセパレータから構成されます。フィルタプローブは、F形フィルタプローブ、M1E形（電気加熱）、あるいはM2E形（電気加熱）フィルタプローブのいずれかを使用します。外付ドレンセパレータは、サンプル条件により使用します。
（注1）設置要領等については、下記資料を参照してください。 ・TI11G04G01-01SG750煙道ガス濃度計設置マニュアル
ドレン 濃度計本体
約1 m以上
サンプル導管（∅10/∅8）
F形フィルタプローブサンプル点温度 150℃～400℃
水平に対して10～15°
0～90°外付ドレンセパレータ
排気
傾斜15°以上ヒータ用電源
ヒータ用電源
ドレンがプローブ先端に逆流しないようにします。
F0401.EPS
M2E形フィルタプローブサンプル点温度 150℃～700℃
M1E形フィルタプローブサンプル点温度 150℃～700℃
できるだけ垂直に近い配管が望ましい。
外付ドレンセパレータ追加の場合。
図4.1 煙道排ガス測定の標準的なシステム構成
3rd Edition : 2014.07.15-01
TI 11G00A01-01
4.煙道排ガス測定の場合のシステム構成例 21
4.2 加熱形サンプル導管を用いたシステム
周囲温度が0℃以下で、ドレン凍結が生じるおそれがある場合、サンプル導管を加熱し結露や凍結を防ぎます。また、SO2濃度が通常100ppm以下の場合には、ドレン発生（溶解損失がある）を防止するために加熱形サンプル導管を使用します。サンプリング装置は、加熱形フィルタプローブ、加熱形サンプル導管から構成されます。フィルタプローブには、M1E形、あるいはM2E形のいずれかを使用します。サンプル点温度が酸露点（150℃）未満で使用する場合は、プローブ取付部を加熱・保温します(注1)。本システムは、外付1次フィルタとの組合せはできません。
（注1）設置要領等については、下記資料を参照してください。 ・TI11G04G01-01SG750煙道ガス濃度計設置マニュアル
ドレン 濃度計本体
フィルタプローブ加熱ヒータ電源線
ヒータ用電源
加熱形サンプル導管用ヒータ電源線
約2 mの冷却長をとります。
傾斜15°以上
M2E形フィルタプローブサンプル点温度150～700℃
M1E形フィルタプローブサンプル点温度150～700℃
加熱形サンプル導管
F0402.EPS
排気
0～90°
ヒータ用電源
M2E形フィルタプローブの取付け角度
できるだけ垂直に近い配管が望ましい。
図4.2 加熱形サンプル導管を用いたシステム構成
3rd Edition : 2014.07.15-01
4
TI 11G00A01-01
22 4.煙道排ガス測定の場合のシステム構成例
4.3 外付1次フィルタを使用したシステム
設置場所の関係で保守可能なフィルタプローブの取付けができない場合や、試料ガスが高温でフィルタプローブを使用できない場合の例です。オープンプローブではダストの除去はできませんので、外付1次フィルタを組合わせて使用します。サンプリング装置で発生したドレンは、速やかに外付ドレンセパレータで排出します。サンプリング装置は、オープンプローブ、標準サンプル導管、外付ドレンセパレータ、外付1次フィルタで構成されます。オープンプローブは、M2形（酸露点（150℃）以上、800℃以下）とM3形（800℃以上、1400℃以下）のいずれかを使用します。外付1次フィルタは、M1E形（電気加熱）とMS形（スチーム加熱）のいずれかを使用します。
ドレン
排気
スチームまたは電力供給
サンプル導管（∅10/∅8）
サンプル点温度Max.800℃
傾斜15°以上
外付ドレンセパレータ
保温材
M3形オープンプローブは垂直下方に取付けます。フランジ，サンプル導管部分でドレンが生成し，プローブに逆流するおそれのある場合は保温します。
できるだけ垂直に近い配管が望ましい。
M3形オープンプローブサンプル点温度Max.1400℃ 外付1次フィルタ
約1 m以上
約2 mの冷却長をとります。
F0403.EPS
M2形オープンプローブ
水平に対し10～15°
煙道
濃度計本体
図4.3 外付1次フィルタを使用したシステム構成
3rd Edition : 2014.07.15-01
TI 11G00A01-01
5.外付サンプリング部品の選定 23
5. 外付サンプリング部品の選定赤外線ガス分析計を精度よく安定してご使用いただくためには、分析計本体とともにサンプリングシステムの構築およびサンプリング部品の選定が重要です。一般には、試料ガスを採取するためのプローブ、ダストを除去するためのフィルタ、外付ドレンセパレータなどの外付サンプリング部品および分析計とともにドレンポットや除湿器などのサンプリング部品を架台に組み込んだ濃度計本体で構成されます。煙道排ガス測定の場合の外付サンプリング部品の選定については、当社の技術資料（煙道ガス濃度計設置マニュアル TI11G04G01-01 および一般仕様書GS11G04G01-01）を参照ください。また、他のアプリケーションに使用する場合は、当社にご相談ください。
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5
TI 11G00A01-01
24 6.計量法検定
6. 計量法検定 取引や証明に使用する政令で定められた計量器は、計量法に基づく検定を受け、合格したものでなければなりません。計量法施行令第 2条によると、検定の対象となっている特定計量器のうち、環境計量用とされるものは次のとおりです。・ 騒音計・ 振動レベル計・ ジルコニア式酸素濃度計・ 溶液導電率式二酸化硫黄濃度計・ 磁気式酸素濃度計・ 紫外線式二酸化硫黄濃度計・ 紫外線式窒素酸化物濃度計・ 非分散形赤外線式二酸化硫黄濃度計・ 非分散形赤外線式窒素酸化物濃度計・ 非分散形赤外線式一酸化炭素濃度計・ 化学発光式窒素酸化物濃度計・ ガラス電極式水素イオン濃度検出器・ ガラス電極式水素イオン濃度指示計また、計量証明が必要な事例としては下記が考えられます。(a) 工場等が大気汚染防止法等の関連で、工場排ガスの濃度を計量・記録し、その結果を地方自治体などの官公庁に報告したり、官公庁の立入検査の際に提出するときの計量。
(b) 官公庁において、計量結果を報告したり、計量結果を取締りなどの行政行為（もしくは行政判断）に用いるときの計量。
(c) 自動車メーカおよび自動車整備工場などにおいて、自動車が保安基準に適合しているかどうかの検査を行い、一定の検査結果証明書（完成検査終了証、車検合格証）を発行する計量。
(d) 計量証明事業者が、依頼に応じ濃度の計量証明を行うときの計量。
(1) 検定機関検定を受けようとする場合、計量法第 70条（検定の申請）に基づき、計量法施行規則第17条で規定された検定の主体（特定計量器の区分毎に（独）産業技術総合研究所、都道府県知事、日本電気計器検定所または指定機関）に申請します。現在、濃度計や騒音計といった環境計量器の分野は「一般財団法人日本品質保証機構（JQA）」が指定検定機関の指定を受け、検定を実施しています。
(2) 型式承認製造業者が、原理、構造、材質、回路図、部品表および使用方法などを詳細に記述した膨大な資料とともに実機を提示して、構造検査を受け、その型式の製品について「型式承認」が与えられます。当社で型式承認が得られているガス分析計は、下記のとおりです。・ SG400 形ダイオキシン類発生防止対策専用CO/O2 ガス分析装置・ SG750 形煙道ガス濃度計
3rd Edition : 2014.07.15-01
TI 11G00A01-01
6.計量法検定 25
(3) 毎個の検定型式承認された型式の濃度計は、承認番号を表示して、1個ずつ個別に「一般財団法人日本品質保証機構（JQA）」で検定合格条件の器差検定を受けます。これに合格して、初めて証明および取引行為に使用することができます。この毎個の検定は、器差試験のほかに、運用面で必要に応じて任意に追加することもあります。
(4) 検定証印および検定の有効期間検定に合格した環境計量器には、計量法第 72条に従い特定計量器検定検査規則第 23条で定める次の表示を付します。(a) ガラス電極式水素イオン濃度検出器の検定証印および有効期間の表示例
F0601.ai
16 . 10検定有効年月
（平成 16年 10 月 31 日まで有効）
(b) ガラス電極式水素イオン濃度検出器以外の環境計量器の検定証印および有効期間の表示例
F0602.ai
16 . 10
21 . 10
上段数字： 検定年月（平成 16 年 10 月受検）下段数字： 検定有効年月 （平成 21 年 10 月 31 日まで有効）
(c) 検定合格ラベル 検定に合格すると、検定合格シールが計量法上の検定証印とともに、計量器の見やすい場所に貼付されます。
F0603.ai
図6.1 検定合格シール
(d) 検定の有効期間 環境計量器には、計量法施行令第 18条別表 3により、その種類ごとに検定の有効期間が定めれています。
表6.1 検定の有効期間計量器の種類 検定の有効期間
騒音計 5年振動レベル計 6年ガラス電極式水素イオン濃度指示計 6年ガラス電極式水素イオン濃度検出器 2年上記以外の濃度計 8年
T0601.ai
（注記）ジルコニア式酸素濃度計、磁気式酸素濃度計、非分散形赤外線式二酸化硫黄濃度計、非分散形赤外線式窒素酸化物濃度計、非分散形赤外線式一酸化炭素濃度計などは、表 6.1 の上記以外の濃度計に分類されます。
3rd Edition : 2014.07.14-01
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26 6.計量法検定
3rd Edition : 2014.07.14-01
(5) 再検定検定有効期間後も引き続き証明行為に使用する場合は、検定有効期間の切れる前に再検定（毎個の検定）を受ける必要があります。検定の申請は、次の何れかの方法で行うことができます。(a) 持ち込み検定 検定を受けたい計量器に検定申請書を添えて、「一般財団法人日本品質保証機構（JQA）」の下記の事業所へ申し込んでください。
表6.2 一般財団法人 日本品質保証機構（JQA）の事業所一覧
事業所名 郵便番号 住所 電話／ファクシミリ番号計量計測センター 157-8573
中部試験センター 481-0043
関西試験センター 578-0921
九州試験所 839-0801
東京都世田谷区砧 1-21-25
愛知県北名古屋市沖村沖浦 39
大阪府東大阪市水走 3-8-19
福岡県久留米市宮ノ陣 3-2-33
電話FAX
03-3416-555403-3416-6742
電話FAX
0568-23-01110568-24-0705
電話FAX
072-966-7200072-966-7160
電話FAX
0942-48-77630942-48-7760
T0602.ai
(b) 移動検定・ 一般財団法人 日本品質保証機構（JQA）では、毎年定期的に各都道府県を移動検定車で巡回する集合検定を実施しています。移動検定に申請した計量器は、その日のうちに持ち帰ることができます。
移動検定の日程については、各地域を担当する JQAの事業所に問い合わせてください。
・ 定置式または大型の計量器については、個別に計量器の所在場所まで出張して検定を行っていただくことができます。
(6) 修理および故障時の対応計量法第 46条に規定された修理で、計量器の性能を含む構造に影響をおよぼさない修理は、修理事業の届出をせずに行うことができます。この修理を行った場合でも、検定証印を除去する必要はありません。騒音計および振動レベル計以外の環境計量器の場合は、次に記載する修理が該当します。・ 配管または流量制御部分の補修または取り替え・ 光源用ランプ、フィルタエレメント、ポンプのダイヤフラム、自動校正用の標準物質または反応液の取り替え
・ プリント回路の取り替え（型式の承認を受ける際、（独）産業技術総合研究所が示す範囲に限る）
・ 電池、ヒューズ、電源コード、その他の電源部の補修または取り替え・ 外箱を開けずに行うネジ、ゴム足、外箱その他の部品の補修または取り替え
TI 11G00A01-01
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3rd Edition : 2011.07.31-00
Technical Information 改訂情報資料名称 : EXA IR 赤外線ガス分析計
資料番号 : TI 11G00A01-012008年9月／2版 説明追加（8ページ、12ページ、13ページ）、注記追加（21ページ、22ページ）。
2007年6月／初版 2008 年 5月 1.1 版：目次を表紙に移動。それに伴い、以降ページを変更。 2007 年 6月 新規発行
■お問い合わせについて本製品の情報に関しては、下記ホームページでもご覧になれます。
当社のホームページ：http://www.yokogawa.co.jp/an/■著作者 横河電機株式会社 IA 事業部科学機器事業部科学機器 PMK部■発行者 横河電機株式会社 〒 180-8750 東京都武蔵野市中町 2-9-32■印刷所 港北出版印刷株式会社
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