露点計
【課題】構成の簡素化、サイズの小型化、及び測定精度の向上を図った露点計を提供する。
【解決手段】本発明の露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性基材１と、円環状表面を伝搬路２として基材１の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力するすだれ状電極４と、伝搬路２の表面温度を測定する温度計１３と、すだれ状電極４からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の強度が、１周前の周回時に比べて所定割合以上減衰している場合には、伝搬路２の周囲環境に含まれる被測定気体１２の分子が伝搬路２に結露したものと判定し、結露と判定した時点に温度計１３によって測定された伝搬路２の表面温度を、被測定気体１２の露点として出力する制御解析及び表示部１１とを備える。
【解決手段】本発明の露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性基材１と、円環状表面を伝搬路２として基材１の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力するすだれ状電極４と、伝搬路２の表面温度を測定する温度計１３と、すだれ状電極４からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の強度が、１周前の周回時に比べて所定割合以上減衰している場合には、伝搬路２の周囲環境に含まれる被測定気体１２の分子が伝搬路２に結露したものと判定し、結露と判定した時点に温度計１３によって測定された伝搬路２の表面温度を、被測定気体１２の露点として出力する制御解析及び表示部１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水やアルコール等の気体の露点を検出する露点計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体中に含まれる水蒸気等の溶存ガスが液化する温度を、その気体の露点と呼ぶ。露点は気体中に含まれる溶存ガスの量によって変化する。主成分の気体に比較して溶存ガスの露点が低い場合、温度を下げると、気体として存在していた溶存ガスが固体表面で液化する。露点は、気体中に含まれる溶存ガスの量を示す指標としても用いられている。
【０００３】
このような露点を計測するための露点計の従来技術としては、様々なものがある。そのうちの一つとして、例えば、レーザ光を用いた光学式の露点計がある。これは、レーザ光源から発せられたレーザを、鏡によって反射させた後に受光して、レーザの強度を測定する構成になっている。このような構成の露点計では、露点に達すると鏡の表面に溶存ガスが結露し、レーザ光を散乱するために、受光されるレーザの強度が低下する。この時点における温度を露点と判定することができる。
【０００４】
また、例えば、非特許文献１に示すように、弾性表面波を利用した露点計も利用されている。弾性表面波とは、固体表面上を表面付近にエネルギーを集中した形で伝搬する音波のことをいう。このような弾性表面波は、そのエネルギーが露によって散乱吸収される。したがって、弾性表面波を利用した露点計５０では、図８にその構成例を示すように、例えば、一方が高周波電源５２に接続され、他方が接地された一対の電極を対向させてなるすだれ状電極５４から発生させた弾性表面波Ｗを、直線状の伝搬路５６に沿って伝搬させ、例えば、一方が高周波電源５８に接続され、他方が接地された一対の電極を対向させてなるすだれ状電極６０において弾性表面波Ｗの強度を測定する構成になっている。そして、露点に達し伝搬路５６に溶存ガスが結露すると、伝搬路５６に沿って伝搬する弾性表面波Ｗのエネルギーが、この露によって吸収され、すだれ状電極６０によって測定され信号出力強度が低下するために、この時点における温度を露点と判定することができる。
【０００５】
このような弾性表面波を利用した露点計５０では、光学式の露点計が検出可能な量よりも１／１０以下の結露であっても検出することができる。したがって、光学式の露点計よりも、結露の検出に対する応答時間が短く、かつより優れた測定精度（±０．１℃）を実現することができる。
【非特許文献１】ヴァイサラ株式会社 ＳＡＷ露点計 ＤＭ５００ カタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ光などを鏡面部分に反射させてその強度を測定することで結露を検出する方法は、小型化が難しくたとえば光の行路や鏡面の大きさを小さくすることに難がある。また、鏡面の高精度の温度計測が高精度化に重要だが、鏡面の温度を正確に計測する際に温度計の熱容量に起因する誤差によって難しさが伴う。
【０００７】
次に、従来の弾性表面波を利用した露点計では、以下のような問題がある。
【０００８】
すなわち、弾性表面波を利用した露点計５０は、すだれ状電極５４のような弾性表面波Ｗを発生させる部位と、すだれ状電極６０のような弾性表面波Ｗを検出する部位との両方を備えねばならない。また、基材端部で、弾性表面波が反射されて雑音として検出されないように吸収体を設ける必要もある。このため、大型になるという問題がある。
【０００９】
また、±０．１℃程度の測定精度を実現するためには、ある程度の伝搬路５６の長さが必要となる。このように、必要な伝搬路５６の直線距離を確保する必要性から、伝搬に要する時間が温度依存性を持つことを利用して温度測定を行う場合にも、露点計５０のサイズを小型化することに限界があるという問題がある。
【００１０】
更には、露点計測においては、±０．１℃程度よりも厳しい測定精度を要求されている場合もあり、そのような場合には、使用することができないという問題がある。
【００１１】
また、大型化は、昇温と降温により大きなエネルギーを必要とする難点を持つという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能な露点計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、本発明の露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した基材と、円環状表面を伝搬路として基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の伝搬状態に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、伝搬路の表面温度を変化させる表面温度制御手段とを備えている。
【００１５】
発生検出手段としては、例えば、伝搬路に沿って設けられ、電源が供給されると、圧電性を有する円環状表面に電圧を印加して弾性表面波を励起することによって弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波に伴う電界を検出することによって弾性表面波を検出し、検出した電界の強度に応じた電気信号を出力するすだれ状電極を用いる。
【００１６】
表面温度測定手段は、例えば、発生検出手段によって出力される電気信号から求められる弾性表面波の周回時間の変化に基づいて表面温度を測定する。
【００１７】
表面温度制御手段は、例えば、弾性表面波が伝搬路に沿って周回する際に、伝搬路に吸収される弾性表面波のエネルギーによって、伝搬路の表面を加熱することによって伝搬路の表面温度を変化させる。
【００１８】
本発明の露点計は更に、発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合には、伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、判定手段によって結露と判定された時点に表面温度測定手段によって測定された伝搬路の表面温度を、ガス分子の露点として出力する出力手段とを備えている。ここで、弾性表面波の強度が、表面温度の低下に従って低下する場合とは、発生検出手段によって出力される電気信号の値が、１周回あたり例えば更に２０％以上小さくなる場合である。通常も1周回する度に一定の割合で減衰するが、結露しない状態から結露すると強度が大きく減衰する。温度を変化させた場合に、信号が含む異なる周波数成分間の干渉によって強度変化をきたす事があるが、２０％以上の減衰を新たに発生することは通常起きていない。
【００１９】
また、判定手段は、発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の周回速度が、急激に変化するなど不連続に低下する場合に、伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が伝搬路に結露したものと判定するようにしても良い。
【００２０】
従って、本発明の露点計においては、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を伝搬路として有した圧電性材料からなる基材を用い、この伝搬路を周回する弾性表面波の発生と検出とを一つの手段によって実現することができる。これによって、構成を簡素化することができる。
【００２１】
また、本発明の露点計は、伝搬路を円環状表面に沿って設けていることから、同じ距離の伝搬路を直線的に設けた露点計よりも、サイズを小型化することができる。
【００２２】
更には、弾性表面波が、伝搬路に沿って基材の周囲を周回することから、結露が生じた場合には、それに伴って生じる弾性表面波のエネルギー減衰を確実に検知することができ、もって、従来の弾性表面波を利用した露点計よりも、測定精度を１０倍以上向上させることができる。
【００２３】
以上の結果、本発明の露点計は、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能な露点計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る露点計の構成例を示す概念図である。
【００２７】
すなわち、本実施の形態に係る露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料である水晶球からなる基材１を備えている。この基材１は、水晶の結晶軸のＺ方向を地軸として配置することにより、赤道方向が弾性表面波の伝搬路２となるようにしている。水晶球の直径は例えば１ｍｍである。
【００２８】
そして、この伝搬路２に沿って、すだれ状電極４を配置している。すだれ状電極４は、図２に示すような一対の櫛形形状をした電極４ａ，４ｂ同士を対向させてなる構成をしており、一方の電極４ａが高周波バースト信号発生部７に接続され、他方の電極４ｂが接地されている。電極４ａ及び電極４ｂは、クロムと金の例えば３０００×１０−８ｃｍの厚さの蒸着の後に、フォトリソグラフィー手法に従ってレジストをパターニングした後にエッチングを施すことによって行った。電極４ａ及び電極４ｂを形成している電極片４ａ１，４ａ２，４ａ３及び電極片４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３のうち、隣接する電極片のピッチＰは一定であり、例えば２１μｍである。また、電極４ａの電極片と、電極４ｂの電極片との重なり幅Ｈは一定であり、例えば１．２ｍｍである。すだれ状電極４には、電極４ａに高周波バースト信号発生部７から、高周波バースト信号が供給されると、基材１の円環状表面に電圧を印加して弾性表面波を励起することによって弾性表面波を発生させる。高周波バースト信号発生部７から、例えば周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．５μ秒の高周波バースト信号が供給されると、３０μｍ程度の波長の弾性表面波が発生する。このように発生した弾性表面波は、伝搬路２に沿って、基材１の周囲を周回する。すだれ状電極４は、このように周回した弾性表面波に伴う電界を検出する検出手段も兼ねている。そして、この電界を検出すると、検出した電界の強度に応じた電気信号をデジタルオシロスコープ１０に出力する。
【００２９】
また、本明細書において弾性表面波とは、境界波、回廊波、内郭を周回する表面波、弾性表面波、漏洩弾性表面波、擬似弾性表面波、擬似漏洩弾性表面波等、球形表面にエネルギーを集中させて伝搬する全ての弾性波を称している。
【００３０】
また、本発明の第１の実施の形態に係る露点計は、基材１の下部形状にあわせて凹面を形成し、銀ペーストによって基材１の下部に接着された熱伝導板３を備えている。更に、熱伝導板３の下部には、伝搬路２の温度を制御するためのペルチェ素子５を備えている。ペルチェ素子５は、温度制御部９から印加される電流の方向及びその値に応じて温度が増減する周知の素子であるので、ここでは詳細な説明を省略する。熱伝導板３は、表面をクロムめっきした銅材によって構成され、ペルチェ素子５の熱を効率良く基材１に伝達する。このような構成とすることによって、伝搬路２の温度を制御できるようにしている。なお、伝搬路２を昇温する場合、このようなペルチェ素子５を用いて行うのみならず、弾性表面波が伝搬路２に沿って周回する際に、伝搬路２に吸収される弾性表面波のエネルギーによって、伝搬路２の表面を加熱することによって行っても良い。基材１は、例えば直径１ｍｍの小さな球とすることができるので、昇温、降温何れの場合であっても、小さな電力によって実現可能である。
【００３１】
デジタルオシロスコープ１０は、すだれ状電極４から出力された電気信号を表示するとともに、表示結果を制御解析及び表示部１１に出力する。弾性表面波は、伝搬路２に沿って帯状に多重周回し、周回する毎にすだれ状電極４によって検出され、電気信号が出力される。例えば基材１が直径１ｍｍの水晶球である場合、弾性表面波が伝搬路２を１周するのに要する時間は約１μ秒である。したがって、例えば図３及び図４に示すように、デジタルオシロスコープ１０からは、１μ秒毎に発生する電気信号が表示される。
【００３２】
図１中において基材１の左側から右側方向に被測定気体１２を供給した場合、図３は、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露しない場合に得られる電圧の発生パターンを、図４は、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点以下であり、伝搬路２の表面に結露している場合に得られる電圧の発生パターンを示している。
【００３３】
図３では、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が約１０％毎に減衰している。この減衰は、主に基材１へ弾性表面波のエネルギーが漏出する効果や、弾性表面波のエネルギーが伝搬路２において熱に変換される効果や、すだれ状電極４において僅かに反射されることによって、見かけの振幅が小さくなる効果等によるものである。これらの効果によって、弾性表面波によって検出される電圧は、１周回毎に、更に１回前の周回時よりも約１０％ずつ減衰する。
【００３４】
一方、図４でも、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が減衰しているが、減衰の割合が図３に示す場合よりも大きく、弾性表面波によって検出される電圧は、更に１周回毎に、１回前の周回時よりも２０％以上減衰する。このため、図４に示す例では、５周目以降は電圧が検出されなくなっている。このように周回毎に電圧強度が大きく減衰するのは、伝搬路２の表面に被測定気体１２が結露し、被測定気体１２の液滴によって、弾性表面波が散乱あるいは吸収されるためである。
【００３５】
温度計１３は、伝搬路２の表面温度を測定し、測定結果を制御解析及び表示部１１に出力する。
【００３６】
したがって、被測定気体１２の露点を計測する場合、はじめは図３に示すような周回毎に約１０％程度ずつ減衰する電圧強度パターンが得られていた状態、つまり露点より高い温度から、温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を徐々に下げて行き、図４に示すように周回毎に電圧強度が５０％以上減衰するようになった時点、つまり結露が始まった時点において温度計１３が示す値を露点とすればよい。前述したように、高周波バースト信号発生部７から、周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．５μ秒の高周波バースト信号を供給した場合、弾性表面波の波長は３０μｍ程度となる。したがって、非常に小さな液滴が存在する場合であっても、電圧強度は敏感に反応する。この結果、露点の計測精度としては、±０．０１℃程度を実現する。
【００３７】
図５は、同じ周回時（例えば５０周目）において得られた電圧強度を、温度制御部９による設定温度毎に示す図の一例である。温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を、露点以上である３３℃から徐々に降下して行くと、すだれ状電極４からの電圧強度は徐々に低下して行く。そして、伝搬路２の表面温度を更に冷却して行くと、やがて露点に達し、伝搬路２が結露するので、すだれ状電極４からの電圧強度が急激に低下することを示している。
【００３８】
制御解析及び表示部１１は、デジタルオシロスコープ１０からの表示結果に基づいて、ある周回時における電圧強度が、１周前の周回時に比べて２０％以上減衰している場合には、被測定気体１２の露点に達したものと判定し、その時点における温度計１３による測定結果を被測定気体１２の露点として表示する。なお、液滴の発生による強度低下から露点と判定する条件は、実際に使用する基材１の周囲の構造によって一定とは限らず、任意の条件に設定しても動作することは明らかである。
【００３９】
ただし、被測定気体１２の流速が変わると、温度制御部９によって設定した温度と、伝搬路２上の実際の温度とが乖離することによって正確な露点計測が困難になる場合もある。また、この乖離の挙動は、被測定気体１２の種類にも依存する。そこで、温度計１３として、例えば図６に示すように、伝搬路２上に、弾性表面波の周回を阻害しないように白金抵抗体等の、温度によって抵抗値が変化する測温抵抗パターン１５を配置しても良い。そして、測温抵抗パターン１５の抵抗値を測定し、測定した抵抗値を温度に変換することによって伝搬路２の温度を測定するようにしても良い。
【００４０】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る露点計の作用について説明する。
【００４１】
すなわち、本実施の形態に係る露点計では、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した水晶球からなる基材１が用いられている。そして、この基材１は、水晶の結晶軸のＺ方向を地軸として配置することにより、赤道方向が弾性表面波の伝搬路２となっている。水晶球の直径は例えば１ｍｍである。
【００４２】
基材１には、伝搬路２に沿ってすだれ状電極４が設けられており、このすだれ状電極４に高周波バースト信号発生部７から高周波バースト信号が供給されると、基材１の表面に電圧が印加され、弾性表面波が発生する。高周波バースト信号発生部７から、例えば周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．１μ秒の高周波バースト信号が供給されると、３０μｍ程度の波長の弾性表面波が発生する。
【００４３】
このように発生した弾性表面波は、伝搬路２に沿って、基材１の周囲を周回する。そして、弾性表面波に伴う電界は、周回する毎にすだれ状電極４によって検出され、検出した電界の強度に応じた電気信号がデジタルオシロスコープ１０に出力される。例えば基材１が直径１ｍｍの水晶球である場合、弾性表面波が伝搬路２を１周するのに要する時間は約１μ秒である。したがって、例えば図３に示すように、デジタルオシロスコープ１０からは、１μ秒毎に発生する電圧の発生パターンが表示される。
【００４４】
図３は、図１中において基材１の左側から右側方向に被測定気体１２を供給した場合、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露していない状態においてデジタルオシロスコープ１０から表示された電圧の発生パターンを示している。伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露していない場合には、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が約１０％毎に減衰している。この減衰は、主に基材１へ弾性表面波のエネルギーが漏出する効果や、弾性表面波のエネルギーが伝搬路２において熱に変換される効果や、すだれ状電極４において僅かに反射されることによって、見かけの振幅が小さくなる効果等による。
【００４５】
被測定気体１２の露点を計測する場合には、このように露点よりも高い温度にある状態から、温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を徐々に降下させる。これによって露点に達し、被測定気体１２が伝搬路２に結露すると、被測定気体１２の液滴によって、弾性表面波が散乱あるいは吸収される。
【００４６】
したがって、図３に示すような電圧強度パターンから、図４に示すような電圧強度パターンに変化した時点が、露点に達した状態であると判定することができる。
【００４７】
制御解析及び表示部１１では、デジタルオシロスコープ１０からの図４のような結果に基づいて、ある周回時における電圧強度が、１周前の周回時に比べて５０％以上減衰するようになった場合には、被測定気体１２の露点に達したものと判定され、その時点における温度計１３による測定結果が被測定気体１２の露点として表示される。
【００４８】
前述したように、高周波バースト信号発生部７から、周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．１μ秒の高周波バースト信号を供給した場合、弾性表面波の波長は３０μｍ程度となる。したがって、伝搬路２に非常に小さな液滴が存在する場合であっても、弾性表面波は、敏感に散乱あるいは吸収される。このため、本実施の形態に係る露点計では、±０．０１℃程度という極めて精度の高い露点計測が実現される。
【００４９】
上述したように、本実施の形態に係る露点計においては、上記のような作用により、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を伝搬路２として有した水晶からなる基材１を用い、すだれ状電極４によって、伝搬路２を周回する弾性表面波の発生と検出との両方を行うことができる。これによって、構成を簡素化することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る露点計は、伝搬路２を円環状表面に沿って設けていることから、同じ距離の伝搬路を直線的に設けた従来技術による露点計よりも、サイズを小型化することが可能となる。
【００５１】
更には、弾性表面波が、伝搬路２に沿って基材１の周囲を周回することから、結露が生じた場合には、それに伴って生じる弾性表面波のエネルギー減衰を確実に検知することができ、もって、従来の弾性表面波を利用した露点計よりも、測定精度を１０倍以上向上させることが可能となる。
【００５２】
また、上記は、時間的に限られたバースト信号を球状弾性表面波素子に印加して、弾性表面波を励起し、周回ごとの強度変化の直接測定を行ったが、一般に良く知られる弾性波素子を使用した共振回路（たとえばＱＣＭ、あるいは平面型のＳＡＷ共振回路）を使用してデバイスの周波数特性の変化を追う方法で、素子表面を伝搬する弾性表面波の伝搬速度の変化を正確に測定することが出来る。
【００５３】
共振回路の構成についてはＡＴカットを用いたＱＣＭによる表面分析方法として一般によく知られているのでここで詳しい説明を行わないが、共振周波数を用いて温度を計測できることは明らかである。一方、素子表面に結露による強度低下を検出するためには、一定の共振の強度を維持する為に投入し続けなくてはならないエネルギーをモニターすることでなすことが出来る。バースト信号を用いた方法に比較して減衰量を検出する感度は低くなるが、温度計測は比較的簡単で、回路自体が安価に出来る利点を有しており、本発明はこのような共振回路を形成してそのエネルギー吸収を計測して結露を判断する方法を除外するものではない。
【００５４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る露点計は、第１の実施の形態に係る露点計の変形例である。したがって、ここでは、異なる点について説明する。
【００５５】
第１の実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、図４に示すように周回毎に電圧強度が２０％以上減衰するようになった時点において温度計１３が示す値を露点としていた。しかしながら、図５に示すように、伝搬路２を３３℃から徐々に冷却して行き、一旦露点になってしまうと、電圧強度が急激に低下してしまう。したがって、温度計１３による温度計測値のみからでは、どの温度が露点であるのかを精度良く判定することが容易ではない場合がある。
【００５６】
そこで、本実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、露点になった時点における温度を、温度計１３による温度計測値に加えて、弾性表面波の伝搬速度を用いて換算することにより、より精度良く求めるようにしている。
【００５７】
図７に示す図は、横軸に伝搬路２の温度を、左縦軸にデジタルオシロスコープ１０に表示される電圧強度を、右縦軸に弾性表面波の伝搬速度変化をそれぞれ示している。図５と同様、図７においても、線Ａに示すように、電圧強度は、伝搬路２を３３℃から徐々に冷却して行き、一旦露点になってしまうと、電圧強度が急激に低下することを示している。
【００５８】
また、図７の右縦軸に示す弾性表面波の伝搬速度変化は、伝搬路２の温度が３３℃における伝搬速度を基準として、そこからの変化割合を示している。水晶球である基材１の場合、弾性表面波の伝搬速度は、温度が低下すると２５ｐｐｍ／℃の割合で遅くなる。温度に対する伝搬速度変化は、例えば、伝搬路２に沿って周回する弾性表面波が、５０周目に到着するまでに要する時間（例えば約５０μ秒）を、異なる温度において比較することによって求めることができる。図中の直線Ｂの傾きは、２５ｐｐｍ／℃に一致している。一方、実際に測定された伝搬速度変化を示す線Ｃは、伝搬路２を３３℃から冷却して行き、伝搬速度変化が−４５ｐｐｍになるまではほぼ直線Ｂに一致しているものの、Ｅ点以降は、伝搬速度変化の傾きが急激に大きくなっている。
【００５９】
伝搬路２に液滴が付着すると、質量負荷効果によって、弾性表面波の伝搬速度が低下することが知られている。つまり、このように伝搬速度変化の割合が、直線Ｂの傾きから乖離して急激に大きくなったのは、露点に達し、伝搬路２が結露したからである。したがって、本実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、図７中に示すＥ点が露点であると判定する。更に、下記の式に従って、点Ｅにおける伝搬路２の温度を計算し、計算結果である３１．２℃を、この場合における被測定気体１２の露点として表示する。
【００６０】
伝搬路２の温度＝３３（℃）−４５（ｐｐｍ）／２５（ｐｐｍ／℃）＝３１．２℃
以上のように構成した本実施の形態に係る露点計によれば、露点になった時点における温度を、温度計１３による温度計測値に加えて、弾性表面波の伝搬速度を用いて換算することができる。これにより、露点をより精度良く求めることが可能となる。
【００６１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態に係る露点計の構成例を示す概念図。
【図２】すだれ状電極の詳細構成例を示す平面図。
【図３】デジタルオシロスコープから表示される電圧強度の時間変化例を示す図（露点よりも高い温度の場合）。
【図４】デジタルオシロスコープから表示される電圧強度の時間変化例を示す図（露点の場合）。
【図５】同じ周回時において得られた電圧強度の温度依存性の一例を示す図。
【図６】伝搬路上に配置された測温抵抗パターンの一例を示す概念図。
【図７】伝搬路２の温度に対する電圧強度、及び弾性表面波の伝搬速度変化をそれぞれ示す図。
【図８】従来技術による弾性表面波を利用した露点計の構成例を示す概念図。
【符号の説明】
【００６３】
１…基材、２…伝搬路、３…熱伝導板、４…すだれ状電極、４ａ，４ｂ…電極、５…ペルチェ素子、７…高周波バースト信号発生部、９…温度制御部、１０…デジタルオシロスコープ、１１…制御解析及び表示部、１２…被測定気体、１３…温度計、１５…測温抵抗パターン、５２…高周波電源、５４…すだれ状電極、５６…伝搬路、５８…高周波電源、６０…すだれ状電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水やアルコール等の気体の露点を検出する露点計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体中に含まれる水蒸気等の溶存ガスが液化する温度を、その気体の露点と呼ぶ。露点は気体中に含まれる溶存ガスの量によって変化する。主成分の気体に比較して溶存ガスの露点が低い場合、温度を下げると、気体として存在していた溶存ガスが固体表面で液化する。露点は、気体中に含まれる溶存ガスの量を示す指標としても用いられている。
【０００３】
このような露点を計測するための露点計の従来技術としては、様々なものがある。そのうちの一つとして、例えば、レーザ光を用いた光学式の露点計がある。これは、レーザ光源から発せられたレーザを、鏡によって反射させた後に受光して、レーザの強度を測定する構成になっている。このような構成の露点計では、露点に達すると鏡の表面に溶存ガスが結露し、レーザ光を散乱するために、受光されるレーザの強度が低下する。この時点における温度を露点と判定することができる。
【０００４】
また、例えば、非特許文献１に示すように、弾性表面波を利用した露点計も利用されている。弾性表面波とは、固体表面上を表面付近にエネルギーを集中した形で伝搬する音波のことをいう。このような弾性表面波は、そのエネルギーが露によって散乱吸収される。したがって、弾性表面波を利用した露点計５０では、図８にその構成例を示すように、例えば、一方が高周波電源５２に接続され、他方が接地された一対の電極を対向させてなるすだれ状電極５４から発生させた弾性表面波Ｗを、直線状の伝搬路５６に沿って伝搬させ、例えば、一方が高周波電源５８に接続され、他方が接地された一対の電極を対向させてなるすだれ状電極６０において弾性表面波Ｗの強度を測定する構成になっている。そして、露点に達し伝搬路５６に溶存ガスが結露すると、伝搬路５６に沿って伝搬する弾性表面波Ｗのエネルギーが、この露によって吸収され、すだれ状電極６０によって測定され信号出力強度が低下するために、この時点における温度を露点と判定することができる。
【０００５】
このような弾性表面波を利用した露点計５０では、光学式の露点計が検出可能な量よりも１／１０以下の結露であっても検出することができる。したがって、光学式の露点計よりも、結露の検出に対する応答時間が短く、かつより優れた測定精度（±０．１℃）を実現することができる。
【非特許文献１】ヴァイサラ株式会社 ＳＡＷ露点計 ＤＭ５００ カタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ光などを鏡面部分に反射させてその強度を測定することで結露を検出する方法は、小型化が難しくたとえば光の行路や鏡面の大きさを小さくすることに難がある。また、鏡面の高精度の温度計測が高精度化に重要だが、鏡面の温度を正確に計測する際に温度計の熱容量に起因する誤差によって難しさが伴う。
【０００７】
次に、従来の弾性表面波を利用した露点計では、以下のような問題がある。
【０００８】
すなわち、弾性表面波を利用した露点計５０は、すだれ状電極５４のような弾性表面波Ｗを発生させる部位と、すだれ状電極６０のような弾性表面波Ｗを検出する部位との両方を備えねばならない。また、基材端部で、弾性表面波が反射されて雑音として検出されないように吸収体を設ける必要もある。このため、大型になるという問題がある。
【０００９】
また、±０．１℃程度の測定精度を実現するためには、ある程度の伝搬路５６の長さが必要となる。このように、必要な伝搬路５６の直線距離を確保する必要性から、伝搬に要する時間が温度依存性を持つことを利用して温度測定を行う場合にも、露点計５０のサイズを小型化することに限界があるという問題がある。
【００１０】
更には、露点計測においては、±０．１℃程度よりも厳しい測定精度を要求されている場合もあり、そのような場合には、使用することができないという問題がある。
【００１１】
また、大型化は、昇温と降温により大きなエネルギーを必要とする難点を持つという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能な露点計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、本発明の露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した基材と、円環状表面を伝搬路として基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の伝搬状態に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、伝搬路の表面温度を変化させる表面温度制御手段とを備えている。
【００１５】
発生検出手段としては、例えば、伝搬路に沿って設けられ、電源が供給されると、圧電性を有する円環状表面に電圧を印加して弾性表面波を励起することによって弾性表面波を発生させるとともに、周回する弾性表面波に伴う電界を検出することによって弾性表面波を検出し、検出した電界の強度に応じた電気信号を出力するすだれ状電極を用いる。
【００１６】
表面温度測定手段は、例えば、発生検出手段によって出力される電気信号から求められる弾性表面波の周回時間の変化に基づいて表面温度を測定する。
【００１７】
表面温度制御手段は、例えば、弾性表面波が伝搬路に沿って周回する際に、伝搬路に吸収される弾性表面波のエネルギーによって、伝搬路の表面を加熱することによって伝搬路の表面温度を変化させる。
【００１８】
本発明の露点計は更に、発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合には、伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、判定手段によって結露と判定された時点に表面温度測定手段によって測定された伝搬路の表面温度を、ガス分子の露点として出力する出力手段とを備えている。ここで、弾性表面波の強度が、表面温度の低下に従って低下する場合とは、発生検出手段によって出力される電気信号の値が、１周回あたり例えば更に２０％以上小さくなる場合である。通常も1周回する度に一定の割合で減衰するが、結露しない状態から結露すると強度が大きく減衰する。温度を変化させた場合に、信号が含む異なる周波数成分間の干渉によって強度変化をきたす事があるが、２０％以上の減衰を新たに発生することは通常起きていない。
【００１９】
また、判定手段は、発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における弾性表面波の周回速度が、急激に変化するなど不連続に低下する場合に、伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が伝搬路に結露したものと判定するようにしても良い。
【００２０】
従って、本発明の露点計においては、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を伝搬路として有した圧電性材料からなる基材を用い、この伝搬路を周回する弾性表面波の発生と検出とを一つの手段によって実現することができる。これによって、構成を簡素化することができる。
【００２１】
また、本発明の露点計は、伝搬路を円環状表面に沿って設けていることから、同じ距離の伝搬路を直線的に設けた露点計よりも、サイズを小型化することができる。
【００２２】
更には、弾性表面波が、伝搬路に沿って基材の周囲を周回することから、結露が生じた場合には、それに伴って生じる弾性表面波のエネルギー減衰を確実に検知することができ、もって、従来の弾性表面波を利用した露点計よりも、測定精度を１０倍以上向上させることができる。
【００２３】
以上の結果、本発明の露点計は、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、構成の簡素化と、サイズの小型化と、測定精度の向上とを図ることが可能な露点計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る露点計の構成例を示す概念図である。
【００２７】
すなわち、本実施の形態に係る露点計は、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料である水晶球からなる基材１を備えている。この基材１は、水晶の結晶軸のＺ方向を地軸として配置することにより、赤道方向が弾性表面波の伝搬路２となるようにしている。水晶球の直径は例えば１ｍｍである。
【００２８】
そして、この伝搬路２に沿って、すだれ状電極４を配置している。すだれ状電極４は、図２に示すような一対の櫛形形状をした電極４ａ，４ｂ同士を対向させてなる構成をしており、一方の電極４ａが高周波バースト信号発生部７に接続され、他方の電極４ｂが接地されている。電極４ａ及び電極４ｂは、クロムと金の例えば３０００×１０−８ｃｍの厚さの蒸着の後に、フォトリソグラフィー手法に従ってレジストをパターニングした後にエッチングを施すことによって行った。電極４ａ及び電極４ｂを形成している電極片４ａ１，４ａ２，４ａ３及び電極片４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３のうち、隣接する電極片のピッチＰは一定であり、例えば２１μｍである。また、電極４ａの電極片と、電極４ｂの電極片との重なり幅Ｈは一定であり、例えば１．２ｍｍである。すだれ状電極４には、電極４ａに高周波バースト信号発生部７から、高周波バースト信号が供給されると、基材１の円環状表面に電圧を印加して弾性表面波を励起することによって弾性表面波を発生させる。高周波バースト信号発生部７から、例えば周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．５μ秒の高周波バースト信号が供給されると、３０μｍ程度の波長の弾性表面波が発生する。このように発生した弾性表面波は、伝搬路２に沿って、基材１の周囲を周回する。すだれ状電極４は、このように周回した弾性表面波に伴う電界を検出する検出手段も兼ねている。そして、この電界を検出すると、検出した電界の強度に応じた電気信号をデジタルオシロスコープ１０に出力する。
【００２９】
また、本明細書において弾性表面波とは、境界波、回廊波、内郭を周回する表面波、弾性表面波、漏洩弾性表面波、擬似弾性表面波、擬似漏洩弾性表面波等、球形表面にエネルギーを集中させて伝搬する全ての弾性波を称している。
【００３０】
また、本発明の第１の実施の形態に係る露点計は、基材１の下部形状にあわせて凹面を形成し、銀ペーストによって基材１の下部に接着された熱伝導板３を備えている。更に、熱伝導板３の下部には、伝搬路２の温度を制御するためのペルチェ素子５を備えている。ペルチェ素子５は、温度制御部９から印加される電流の方向及びその値に応じて温度が増減する周知の素子であるので、ここでは詳細な説明を省略する。熱伝導板３は、表面をクロムめっきした銅材によって構成され、ペルチェ素子５の熱を効率良く基材１に伝達する。このような構成とすることによって、伝搬路２の温度を制御できるようにしている。なお、伝搬路２を昇温する場合、このようなペルチェ素子５を用いて行うのみならず、弾性表面波が伝搬路２に沿って周回する際に、伝搬路２に吸収される弾性表面波のエネルギーによって、伝搬路２の表面を加熱することによって行っても良い。基材１は、例えば直径１ｍｍの小さな球とすることができるので、昇温、降温何れの場合であっても、小さな電力によって実現可能である。
【００３１】
デジタルオシロスコープ１０は、すだれ状電極４から出力された電気信号を表示するとともに、表示結果を制御解析及び表示部１１に出力する。弾性表面波は、伝搬路２に沿って帯状に多重周回し、周回する毎にすだれ状電極４によって検出され、電気信号が出力される。例えば基材１が直径１ｍｍの水晶球である場合、弾性表面波が伝搬路２を１周するのに要する時間は約１μ秒である。したがって、例えば図３及び図４に示すように、デジタルオシロスコープ１０からは、１μ秒毎に発生する電気信号が表示される。
【００３２】
図１中において基材１の左側から右側方向に被測定気体１２を供給した場合、図３は、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露しない場合に得られる電圧の発生パターンを、図４は、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点以下であり、伝搬路２の表面に結露している場合に得られる電圧の発生パターンを示している。
【００３３】
図３では、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が約１０％毎に減衰している。この減衰は、主に基材１へ弾性表面波のエネルギーが漏出する効果や、弾性表面波のエネルギーが伝搬路２において熱に変換される効果や、すだれ状電極４において僅かに反射されることによって、見かけの振幅が小さくなる効果等によるものである。これらの効果によって、弾性表面波によって検出される電圧は、１周回毎に、更に１回前の周回時よりも約１０％ずつ減衰する。
【００３４】
一方、図４でも、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が減衰しているが、減衰の割合が図３に示す場合よりも大きく、弾性表面波によって検出される電圧は、更に１周回毎に、１回前の周回時よりも２０％以上減衰する。このため、図４に示す例では、５周目以降は電圧が検出されなくなっている。このように周回毎に電圧強度が大きく減衰するのは、伝搬路２の表面に被測定気体１２が結露し、被測定気体１２の液滴によって、弾性表面波が散乱あるいは吸収されるためである。
【００３５】
温度計１３は、伝搬路２の表面温度を測定し、測定結果を制御解析及び表示部１１に出力する。
【００３６】
したがって、被測定気体１２の露点を計測する場合、はじめは図３に示すような周回毎に約１０％程度ずつ減衰する電圧強度パターンが得られていた状態、つまり露点より高い温度から、温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を徐々に下げて行き、図４に示すように周回毎に電圧強度が５０％以上減衰するようになった時点、つまり結露が始まった時点において温度計１３が示す値を露点とすればよい。前述したように、高周波バースト信号発生部７から、周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．５μ秒の高周波バースト信号を供給した場合、弾性表面波の波長は３０μｍ程度となる。したがって、非常に小さな液滴が存在する場合であっても、電圧強度は敏感に反応する。この結果、露点の計測精度としては、±０．０１℃程度を実現する。
【００３７】
図５は、同じ周回時（例えば５０周目）において得られた電圧強度を、温度制御部９による設定温度毎に示す図の一例である。温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を、露点以上である３３℃から徐々に降下して行くと、すだれ状電極４からの電圧強度は徐々に低下して行く。そして、伝搬路２の表面温度を更に冷却して行くと、やがて露点に達し、伝搬路２が結露するので、すだれ状電極４からの電圧強度が急激に低下することを示している。
【００３８】
制御解析及び表示部１１は、デジタルオシロスコープ１０からの表示結果に基づいて、ある周回時における電圧強度が、１周前の周回時に比べて２０％以上減衰している場合には、被測定気体１２の露点に達したものと判定し、その時点における温度計１３による測定結果を被測定気体１２の露点として表示する。なお、液滴の発生による強度低下から露点と判定する条件は、実際に使用する基材１の周囲の構造によって一定とは限らず、任意の条件に設定しても動作することは明らかである。
【００３９】
ただし、被測定気体１２の流速が変わると、温度制御部９によって設定した温度と、伝搬路２上の実際の温度とが乖離することによって正確な露点計測が困難になる場合もある。また、この乖離の挙動は、被測定気体１２の種類にも依存する。そこで、温度計１３として、例えば図６に示すように、伝搬路２上に、弾性表面波の周回を阻害しないように白金抵抗体等の、温度によって抵抗値が変化する測温抵抗パターン１５を配置しても良い。そして、測温抵抗パターン１５の抵抗値を測定し、測定した抵抗値を温度に変換することによって伝搬路２の温度を測定するようにしても良い。
【００４０】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る露点計の作用について説明する。
【００４１】
すなわち、本実施の形態に係る露点計では、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した水晶球からなる基材１が用いられている。そして、この基材１は、水晶の結晶軸のＺ方向を地軸として配置することにより、赤道方向が弾性表面波の伝搬路２となっている。水晶球の直径は例えば１ｍｍである。
【００４２】
基材１には、伝搬路２に沿ってすだれ状電極４が設けられており、このすだれ状電極４に高周波バースト信号発生部７から高周波バースト信号が供給されると、基材１の表面に電圧が印加され、弾性表面波が発生する。高周波バースト信号発生部７から、例えば周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．１μ秒の高周波バースト信号が供給されると、３０μｍ程度の波長の弾性表面波が発生する。
【００４３】
このように発生した弾性表面波は、伝搬路２に沿って、基材１の周囲を周回する。そして、弾性表面波に伴う電界は、周回する毎にすだれ状電極４によって検出され、検出した電界の強度に応じた電気信号がデジタルオシロスコープ１０に出力される。例えば基材１が直径１ｍｍの水晶球である場合、弾性表面波が伝搬路２を１周するのに要する時間は約１μ秒である。したがって、例えば図３に示すように、デジタルオシロスコープ１０からは、１μ秒毎に発生する電圧の発生パターンが表示される。
【００４４】
図３は、図１中において基材１の左側から右側方向に被測定気体１２を供給した場合、伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露していない状態においてデジタルオシロスコープ１０から表示された電圧の発生パターンを示している。伝搬路２の温度が、被測定気体１２の露点よりも高く、伝搬路２の表面に結露していない場合には、弾性表面波が基材１の周囲を１周回する毎に電圧強度が約１０％毎に減衰している。この減衰は、主に基材１へ弾性表面波のエネルギーが漏出する効果や、弾性表面波のエネルギーが伝搬路２において熱に変換される効果や、すだれ状電極４において僅かに反射されることによって、見かけの振幅が小さくなる効果等による。
【００４５】
被測定気体１２の露点を計測する場合には、このように露点よりも高い温度にある状態から、温度制御部９によってペルチェ素子５を冷却することによって伝搬路２の表面温度を徐々に降下させる。これによって露点に達し、被測定気体１２が伝搬路２に結露すると、被測定気体１２の液滴によって、弾性表面波が散乱あるいは吸収される。
【００４６】
したがって、図３に示すような電圧強度パターンから、図４に示すような電圧強度パターンに変化した時点が、露点に達した状態であると判定することができる。
【００４７】
制御解析及び表示部１１では、デジタルオシロスコープ１０からの図４のような結果に基づいて、ある周回時における電圧強度が、１周前の周回時に比べて５０％以上減衰するようになった場合には、被測定気体１２の露点に達したものと判定され、その時点における温度計１３による測定結果が被測定気体１２の露点として表示される。
【００４８】
前述したように、高周波バースト信号発生部７から、周波数１５０ＭＨｚ、持続時間０．１μ秒の高周波バースト信号を供給した場合、弾性表面波の波長は３０μｍ程度となる。したがって、伝搬路２に非常に小さな液滴が存在する場合であっても、弾性表面波は、敏感に散乱あるいは吸収される。このため、本実施の形態に係る露点計では、±０．０１℃程度という極めて精度の高い露点計測が実現される。
【００４９】
上述したように、本実施の形態に係る露点計においては、上記のような作用により、少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を伝搬路２として有した水晶からなる基材１を用い、すだれ状電極４によって、伝搬路２を周回する弾性表面波の発生と検出との両方を行うことができる。これによって、構成を簡素化することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る露点計は、伝搬路２を円環状表面に沿って設けていることから、同じ距離の伝搬路を直線的に設けた従来技術による露点計よりも、サイズを小型化することが可能となる。
【００５１】
更には、弾性表面波が、伝搬路２に沿って基材１の周囲を周回することから、結露が生じた場合には、それに伴って生じる弾性表面波のエネルギー減衰を確実に検知することができ、もって、従来の弾性表面波を利用した露点計よりも、測定精度を１０倍以上向上させることが可能となる。
【００５２】
また、上記は、時間的に限られたバースト信号を球状弾性表面波素子に印加して、弾性表面波を励起し、周回ごとの強度変化の直接測定を行ったが、一般に良く知られる弾性波素子を使用した共振回路（たとえばＱＣＭ、あるいは平面型のＳＡＷ共振回路）を使用してデバイスの周波数特性の変化を追う方法で、素子表面を伝搬する弾性表面波の伝搬速度の変化を正確に測定することが出来る。
【００５３】
共振回路の構成についてはＡＴカットを用いたＱＣＭによる表面分析方法として一般によく知られているのでここで詳しい説明を行わないが、共振周波数を用いて温度を計測できることは明らかである。一方、素子表面に結露による強度低下を検出するためには、一定の共振の強度を維持する為に投入し続けなくてはならないエネルギーをモニターすることでなすことが出来る。バースト信号を用いた方法に比較して減衰量を検出する感度は低くなるが、温度計測は比較的簡単で、回路自体が安価に出来る利点を有しており、本発明はこのような共振回路を形成してそのエネルギー吸収を計測して結露を判断する方法を除外するものではない。
【００５４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る露点計は、第１の実施の形態に係る露点計の変形例である。したがって、ここでは、異なる点について説明する。
【００５５】
第１の実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、図４に示すように周回毎に電圧強度が２０％以上減衰するようになった時点において温度計１３が示す値を露点としていた。しかしながら、図５に示すように、伝搬路２を３３℃から徐々に冷却して行き、一旦露点になってしまうと、電圧強度が急激に低下してしまう。したがって、温度計１３による温度計測値のみからでは、どの温度が露点であるのかを精度良く判定することが容易ではない場合がある。
【００５６】
そこで、本実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、露点になった時点における温度を、温度計１３による温度計測値に加えて、弾性表面波の伝搬速度を用いて換算することにより、より精度良く求めるようにしている。
【００５７】
図７に示す図は、横軸に伝搬路２の温度を、左縦軸にデジタルオシロスコープ１０に表示される電圧強度を、右縦軸に弾性表面波の伝搬速度変化をそれぞれ示している。図５と同様、図７においても、線Ａに示すように、電圧強度は、伝搬路２を３３℃から徐々に冷却して行き、一旦露点になってしまうと、電圧強度が急激に低下することを示している。
【００５８】
また、図７の右縦軸に示す弾性表面波の伝搬速度変化は、伝搬路２の温度が３３℃における伝搬速度を基準として、そこからの変化割合を示している。水晶球である基材１の場合、弾性表面波の伝搬速度は、温度が低下すると２５ｐｐｍ／℃の割合で遅くなる。温度に対する伝搬速度変化は、例えば、伝搬路２に沿って周回する弾性表面波が、５０周目に到着するまでに要する時間（例えば約５０μ秒）を、異なる温度において比較することによって求めることができる。図中の直線Ｂの傾きは、２５ｐｐｍ／℃に一致している。一方、実際に測定された伝搬速度変化を示す線Ｃは、伝搬路２を３３℃から冷却して行き、伝搬速度変化が−４５ｐｐｍになるまではほぼ直線Ｂに一致しているものの、Ｅ点以降は、伝搬速度変化の傾きが急激に大きくなっている。
【００５９】
伝搬路２に液滴が付着すると、質量負荷効果によって、弾性表面波の伝搬速度が低下することが知られている。つまり、このように伝搬速度変化の割合が、直線Ｂの傾きから乖離して急激に大きくなったのは、露点に達し、伝搬路２が結露したからである。したがって、本実施の形態に係る露点計は、制御解析及び表示部１１が、図７中に示すＥ点が露点であると判定する。更に、下記の式に従って、点Ｅにおける伝搬路２の温度を計算し、計算結果である３１．２℃を、この場合における被測定気体１２の露点として表示する。
【００６０】
伝搬路２の温度＝３３（℃）−４５（ｐｐｍ）／２５（ｐｐｍ／℃）＝３１．２℃
以上のように構成した本実施の形態に係る露点計によれば、露点になった時点における温度を、温度計１３による温度計測値に加えて、弾性表面波の伝搬速度を用いて換算することができる。これにより、露点をより精度良く求めることが可能となる。
【００６１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態に係る露点計の構成例を示す概念図。
【図２】すだれ状電極の詳細構成例を示す平面図。
【図３】デジタルオシロスコープから表示される電圧強度の時間変化例を示す図（露点よりも高い温度の場合）。
【図４】デジタルオシロスコープから表示される電圧強度の時間変化例を示す図（露点の場合）。
【図５】同じ周回時において得られた電圧強度の温度依存性の一例を示す図。
【図６】伝搬路上に配置された測温抵抗パターンの一例を示す概念図。
【図７】伝搬路２の温度に対する電圧強度、及び弾性表面波の伝搬速度変化をそれぞれ示す図。
【図８】従来技術による弾性表面波を利用した露点計の構成例を示す概念図。
【符号の説明】
【００６３】
１…基材、２…伝搬路、３…熱伝導板、４…すだれ状電極、４ａ，４ｂ…電極、５…ペルチェ素子、７…高周波バースト信号発生部、９…温度制御部、１０…デジタルオシロスコープ、１１…制御解析及び表示部、１２…被測定気体、１３…温度計、１５…測温抵抗パターン、５２…高周波電源、５４…すだれ状電極、５６…伝搬路、５８…高周波電源、６０…すだれ状電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料からなる基材と、
前記円環状表面を伝搬路として前記基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、
前記伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、
前記伝搬路の表面温度を変化させる表面温度制御手段と、
前記発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における前記弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合には、前記伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が前記伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、
前記判定手段によって結露と判定された時点に前記表面温度測定手段によって測定された前記伝搬路の表面温度を、前記ガス分子の露点として出力する出力手段と
を備えた露点計。
【請求項２】
前記弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合とは、前記発生検出手段によって出力される電気信号の値が、更に１周回あたり２０％以上小さくなる場合である請求項１に記載の露点計。
【請求項３】
少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料からなる基材と、
前記円環状表面を伝搬路として前記基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、
前記伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、
前記発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における前記弾性表面波の周回速度が、不連続に低下する場合には、前記伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が前記伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、
前記判定手段によって結露と判定された時点に前記表面温度測定手段によって測定された前記伝搬路の表面温度を、前記ガス分子の露点として出力する出力手段と
を備えた露点計。
【請求項４】
前記表面温度測定手段は、前記発生検出手段によって出力される電気信号から求められる弾性表面波の周回時間の変化に基づいて前記表面温度を測定する請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の露点計。
【請求項５】
前記表面温度制御手段は、前記弾性表面波が前記伝搬路に沿って周回する際に、前記伝搬路に吸収される前記弾性表面波のエネルギーによって、前記伝搬路の表面を加熱することによって前記伝搬路の表面温度を変化させる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の露点計。
【請求項６】
前記伝搬路に沿って設けられ、電気信号が印加されると、前記円環状表面に電界を発生して弾性歪みを励起することによって前記弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波に応じた電気信号を出力するすだれ状電極を、前記発生検出手段として備えた請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の露点計。
【請求項１】
少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料からなる基材と、
前記円環状表面を伝搬路として前記基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、
前記伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、
前記伝搬路の表面温度を変化させる表面温度制御手段と、
前記発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における前記弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合には、前記伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が前記伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、
前記判定手段によって結露と判定された時点に前記表面温度測定手段によって測定された前記伝搬路の表面温度を、前記ガス分子の露点として出力する出力手段と
を備えた露点計。
【請求項２】
前記弾性表面波の強度が、前記表面温度の低下に従って低下する場合とは、前記発生検出手段によって出力される電気信号の値が、更に１周回あたり２０％以上小さくなる場合である請求項１に記載の露点計。
【請求項３】
少なくとも球面の一部で形成されており円環状に連続している円環状表面を有した圧電性材料からなる基材と、
前記円環状表面を伝搬路として前記基材の周囲を周回する弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波を検出し、検出した弾性表面波の強度に応じた電気信号を出力する発生検出手段と、
前記伝搬路の表面温度を測定する表面温度測定手段と、
前記発生検出手段からの電気信号に基づいて、ある周回時における前記弾性表面波の周回速度が、不連続に低下する場合には、前記伝搬路の周囲環境に含まれるガス分子が前記伝搬路に結露したものと判定する判定手段と、
前記判定手段によって結露と判定された時点に前記表面温度測定手段によって測定された前記伝搬路の表面温度を、前記ガス分子の露点として出力する出力手段と
を備えた露点計。
【請求項４】
前記表面温度測定手段は、前記発生検出手段によって出力される電気信号から求められる弾性表面波の周回時間の変化に基づいて前記表面温度を測定する請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の露点計。
【請求項５】
前記表面温度制御手段は、前記弾性表面波が前記伝搬路に沿って周回する際に、前記伝搬路に吸収される前記弾性表面波のエネルギーによって、前記伝搬路の表面を加熱することによって前記伝搬路の表面温度を変化させる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の露点計。
【請求項６】
前記伝搬路に沿って設けられ、電気信号が印加されると、前記円環状表面に電界を発生して弾性歪みを励起することによって前記弾性表面波を発生させるとともに、前記周回する弾性表面波に応じた電気信号を出力するすだれ状電極を、前記発生検出手段として備えた請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の露点計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２２５５０９（Ｐ２００７−２２５５０９Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４８７４５（Ｐ２００６−４８７４５）
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（５０３４１６８７０）ボール・セミコンダクター・インコーポレーテッド (5)
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（５０３４１６８７０）ボール・セミコンダクター・インコーポレーテッド (5)
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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