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サポートラインの基礎と原理をやさしく解説

サポートラインの基礎と原理をやさしく解説
図2 (左)ポリエチレンのラマンスペクトル(右)ラマンスペクトルの見方

GC分析の基礎

GCによる分離はカラムの中で起こります。
複数の化合物を含む試料を移動相(GCの場合,移動相はキャリアガスとよばれる気体で,Heガスがよく使われます)とともにカラムに注入すると,試料は移動相とともにカラム内を移動しますが,そのカラム内を進む速度は化合物によって異なります。そのため,カラムの出口にそれぞれの化合物が到着する時間に差が生じ,結果として各化合物の分離が生じます。
GCの検出器から出力された電気信号を縦軸に,試料注入後の経過時間を横軸に描いたピーク列をクロマトグラムと呼びます。

カラムを通過する成分は
固定相(液相・固相)に分配/吸着しながら移動相(気相)によって運ばれる

GCによって得られた分析結果,クロマトグラムの一例を示します。
横軸は成分が検出器に到達するまでの時間,縦軸は信号強度です。
何も検出されない部分をベースライン,成分が検出された部分をピークといいます。
試料を装置に導入してピークが現れるまでの時間を保持時間(リテンションタイム)といいます。
このように成分ごとに溶出時間が異なることで各成分が分離して検出されます。

1.4. GCで分析対象となる化合物

  • 沸点が400度までの化合物
  • 気化する際の温度で分解しない化合物
  • 気化する際の温度で分解しても常に一定の分解を生じる化合物 ⇒ 熱分解GCと呼ばれます

●400℃程度までで気化する化合物
●気化した時に、その温度で分解しない化合物
●気化した時に分解しても、定量的に分解物が発生する化合物(熱分解GC)

配管の基礎知識

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給水管は、建物内で使用する上水(飲料水)や雑用水を供給するための配管です。よく用いられる素材は、合成樹脂ライニング鋼管やステンレス鋼鋼管です。以前用いられていた素材は、水道用亜鉛めっき鋼管(SGPW:Steel Gas Pipe Water)でした。しかし、亜鉛の流出による白濁現象や、腐食による赤水の発生、さびこぶによる管の閉そく、継手部の孔食による漏水などが理由で、飲料水用配管としては不適切とされています。

4. 配管設備の構成

・管支持装置

第2回:配管の素材

1. 金属管の種類と特徴

1:ステンレス鋼管(ステンレス鋼鋼管)

よく用いられる配管用ステンレス鋼管は、JIS G 3448:2016一般配管用ステンレス鋼管で規格されています。SUS304TPD、SUS315J1TPD、SUS315J2TPD、SUS316TPDの4種類があり、給水、給湯、排水、冷温水などに用いられます。

  • SUS304TPD:通常の給水、給湯、排水、冷温水などの配管に用いられる。
  • SUS315J1TPD、SUS315J2TPD:SUS304よりも耐食性があり、SUS316よりも応力腐食割れに強いため、温水配管などに用いられる。
  • SUS316TPD:SUS304よりも耐食性があるため、腐食環境中の配管に使用する。

2:アルミパイプ

2. 非金属管の種類と特徴

名称 略号 規格の概要
硬質ポリ塩化ビニル管 SVP
VU
VPは一般的な流体の輸送配管に用いる。VUはVPより肉薄の管。
水道用耐衝撃性硬質
ポリ塩化ビニル管
HIVP 耐衝撃性がある塩ビ管。使用圧力は0.75MPa以下。水道用配管として用いられる。
耐熱性硬質
ポリ塩化ビニル管
HT 90°C以下の水の配管に使用する。高温排水に対応するため、メーカー規格(JIS の規格外)も出ており、排水継手もそろっている。

2:耐火二層管

第3回:配管の付属品

1. 配管継手

配管継手とは、管と管を結合するための部品で、配管系の組み立てには不可欠です。JIS B 0151 鉄鋼製管継手用語では、配管(パイプ)の接続などに用いる継手と定義されています。主な役割は、流れの方向転換や分岐、集合、閉そく、管径の変更などです。継手は、配管設備で腐食が最も多く発生する箇所です。

・配管継手の種類

2. 弁(バルブ)

図8:ハンドル式バルブ

図9:レバー式バルブ

1:弁の種類と特徴

3. 配管支持金具

・吊り配管支持金具

・吊り金具・ハンガー類

第4回:配管の接合材・防食剤・支持固定・保温保冷

1. 配管の接合材

1:配管の接合剤の種類

2. 配管の防食材

・防食テープ

・絶縁テープ

・プライマー

3. 配管の支持固定

配管を支持固定することで、配管の重量を支え、たわみを防止し、管内流体の脈動などによる力を抑えます。配管内の水抜きや、空気抜きが容易に行えるよう適切な勾配を確保する必要があります。配管の支持固定は、国土交通省による機械設備工事共通仕様書や、日水協による規格に準拠して施工します。また、支持間隔の基準には、空気調和・衛生工学会(SHASE:The Society of Heating, Air-Conditioning and Sanitary Engineers of Japan)による標準仕様書などがあります。

・配管の支持点

配管の支持点とは、配管施工時に支持・固定する箇所です。配管のメンテナンスや断熱工事ができるように支持点を設定します。施工要領は、公共的な標準仕様書や標準図などに準拠します。代表的な 4 種類の配管支持点の位置を示します。……

ラマン分光の原理

ラマン分光法とは、ラマン散乱光を用いて物質の評価を行う分光法です。光を物質に照射すると、光が物質と相互作用することで入射光と異なる波長を持つラマン散乱光と呼ばれる光がでてきます(図1)。その波長差は、物質が持つ分子振動のエネルギー分に相当するため、分子構造の異なる物質間で、異なる波長を持ったラマン散乱光が得られます。それに加え、ラマン散乱光を用いて、応力、温度、電気特性、配向・結晶性などの様々な物性を調べることができます。 ピーク位置からは化学結合の情報、スペクトル全体の波形から分子構造の情報や結晶構造の違い、ピーク半値幅からは結晶性の違い、ピーク位置のシフトから応力や歪みなど、様々な情報が得られます。 ラマン分光装置は、光源、分光器、検出器から構成されます。得られる信号は横軸を波長(波数)、縦軸を強度とするラマンスペクトルです。図2に示すラマンスペクトルはある波長域に各分子振動由来のピークを持っていることを示しています。ラマンスペクトルは、波長の逆数をとった波数 [cm⁻ ¹] という単位で表示するのが一般的で、励起波長からの波数シフト量で示されます。ピークの半値幅で結晶性、ピークシフト量で応力などの物性評価を行うことができます。

図1 ラマン散乱のイメージ

図1 ラマン散乱のイメージ

図2 (左)ラマンスペクトル(右)ラマンスペクトルの見方

図2 (左)ポリエチレンのラマンスペクトル(右)ラマンスペクトルの見方

ラマン散乱

光が物質に入射して分子と衝突するとその一部は散乱されます。 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 大部分は入射光と同じ波長のレイリー散乱と呼ばれるものですが、ごくわずかに波長の異なる光が含まれ、それをラマン散乱光と言います。 ラマン散乱光には分子のさまざまな情報が含まれています。 ラマン散乱光は、入射光より波長が長いストークス散乱光と入射光より波長が短いアンチストークス散乱光に分けられます。一般的には強度の大きいストークス散乱光を解析に用います。これらの散乱光を回折格子を用いて分光し、ラマンスペクトルを得ることができます。

励起レーザ波長とラマンシフトの関係

ラマンスペクトルとIRスペクトルは何れも横軸は波長の逆数である波数表示で示されますが、実際に測定している波長領域に特徴的な違いがあります。 図3にラマン分光・赤外分光の0~4000cm⁻¹のスペクトルについて、横軸を波長で表示した図を示します。 FTIRなどの赤外分光ではに2500~25000nm(2.5μm~25μm)の一定の赤外領域を測定しています。 これに対して、ラマン分光では目的に合わせて様々なレーザ波長が使われているため、これに対応して分光する波長領域が異なります。 514.5nmのアルゴンレーザで励起する場合は、ストークス散乱のスペクトルは514nm~648nmの範囲で観測されます。 一方、1064nmのYAGレーザで励起した場合は、1064nmより長い近赤外領域にスペクトルが展開します。 励起レーザー波長選択の目的としては、蛍光干渉の回避、共鳴ラマンによる高感度測定、試料への侵入長コントロールなどが挙げられます。

図3 励起レーザ波長とラマンシフトの関係

図3 励起レーザ波長とラマンシフトの関係

TCP/IPとは?通信プロトコルの階層モデルを図解で解説

ネットワークとサーバのイメージ

TCP/IPとは、インターネットを含む多くのコンピュータネットワークにおいて、世界標準的に利用されている通信プロトコルのことです。TCP/IPは インターネット・プロトコル・スイート とも呼ばれ、World Wide Webの発明と共にコンピュータ及びコンピュータネットワークに革命をもたらしたことがきっかけで現在でも標準的に利用されている通信規則です。インターネットを利用する際は異なるハードウェアやOSであっても通信が確立していなければネットワークは繋がりません。従ってTCP/IPは機器やOSが異なっても共通のプロトコルを用いて通信を成立させるものです。
例を上げると、私たちがインターネットでWebページを見るときに利用するプロトコルは、TCP(Transmission Control Protocol)とIP(Internet Protocol)を利用しています。
TCPとは通信プロトコルのひとつで簡単に説明すると「送ったデータが相手に届いたか、その都度確認しながら通信するやり方」や「正確な信号を送信する通信の規格を定めたもの」と言えます。わかりやすく言うと、エラーが起きてもクライアント側は繰り返しサーバにリクエストを送信し、サーバ側は正常に受け取って確実にレスポンスを返します。この一連の流れをセッションと呼びHTTPではリクエストとレスポンスで完結されます。詳しくは「HTTPリクエストとレスポンス」を御覧ください。
IPとはIPアドレスと呼ばれる数値を付与しその数字を用いて通信先の指定及び呼び出しを行いネットワーク通信を行うことです。IPアドレスにはIPv4とIPv6が存在し記述の仕方が異なります。
詳しくは「IPアドレス」のページを御覧ください。

PCとサーバの通信イメージ

ネットワークの基礎知識 ネットワークの基礎知識

TCP/IPプロトコル通信のネットワークアーキテクチャを図解で解説

TCP/IP階層構造の図解

TCP/IP階層別の名称とプロトコル

名称 規格(プロトコル) 主な利用例
4層 アプリケーション層 HTTP,HTTPS,SMTP,POP3,
IMAP4,DHCP,DNSなど
Webサイト閲覧、メール、ファイル転送など
3層 トランスポート層 TCP,UDP,NetWare/IPなど TCP/UDP
(データを適切なアプリケーションへ振り分け)
2層 インターネット層 IP,ARP,RARP,ICMPなど ルーティング、エンドツーエンド通信
1層 ネットワーク
インターフェイス層
Ethernet LAN

TCP/IPの各階層の説明と覚え方

アプリケーション層(4層)

アプリケーション層は アプリケーションで扱うデータのフォーマットや手順を決める役割 を担います。アプリケーションは基本的には人間が扱うため、文字や画像など人間が認識できるようにデータを表現します。主なプロトコルは「HTTP」「SMTP」「POP3」「IMAP4」「DHCP」「DNS」などです。HTTPはWebブラウザで利用し、SMTP、POP3は電子メールソフトで利用します。DHCP、DNSはアプリケーション通信を行うための準備のプロトコルとして補うことを担います。

アプリケーション層(4層)図解

トランスポート層(3層)

私達はパソコンやスマートフォンでネットワークを介した複数のアプリケーションを使っていますが、その裏ではトランスポート層が活躍しています。トランスポート層の役割は、 データを適切なアプリケーションに振り分けること です。最下層からトランスポート層まで正しく機能すると、送信元と宛先のアプリケーション間でデータの送受信ができるようになります。主なプロトコルはTCPとUDPに分けられます。TCPは送信中にデータが破損してしまったり損失してしまっても、これらを検出してデータの再送を行い確実に通信をしてくれます。例を上げるとWebサイトのWebページを閲覧したりメールの送受信を行うなどインターネットで実行する通信方法の殆どがTCPを利用しています。UDPは身近な機能を用いて相手にデータを送信する方法です。正確性は無いのですが、素早くデータを送信する際に適した方法です。例を上げると、Web会議や動画サイトの映像と音声の通信方法で、リアルタイムに通信をする方法です。従ってデータ通信にエラーが生じた際は、繰り返し再生するのではなく、映像の乱れや音声が途切れたりすることが生じ、リアルタイムに映像と音声が流れる仕組みです。

トランスポート層(3層)図解

インターネット層(2層)

インターネット層は 複数のネットワーク間のデータ転送を行う役割 を持っています。ネットワークは1つのネットワークにあらゆる機器が接続されているわけではなく、たくさんのネットワークが存在し、そこに色々な機器を接続していることで実現しています。多数のネットワーク同士を接続してデータ転送を行っているのは「ルータ」です。ルータによるネットワーク間のデータ転送を指して「ルーティング」と呼びます。また、ネットワーク間のデータ転送を指して「エンドツーエンド通信」と呼びます。具体的なプロトコルは「IP」「ICMP」「ARP」などで主に「IP」を用い、ICMPはエラーレポートや診断機能で、ARPはIPアドレスからMACアドレスを求める為などの補佐的なプロトコルです。

インターネット層(2層)図解

ネットワークインターフェイス層(1層)

ネットワークインターフェイス層の役割は、 同一のネットワーク内でデータを転送すること です。技術的な観点から言えば、1つのネットワークは、ルータやレイヤ3スイッチで区切られる範囲、またはレイヤ2スイッチで構成する範囲です。例えばパソコンからレイヤー2スイッチにデータ転送を行ったり、サーバからハブやルータにデータ転送を行う際は「0」「1」の「2進法」で実行します。このデジタルデータを電気信号などの物理的な信号に変換して、伝送媒体で伝えていきます。具体的なプロトコルは、有線の「Ethernet(イーサーネット)」や無線LAN(Wi-Fi)、PPPなどが挙げられます。すべて統一する必要はなく例えば、有線のイーサネットと無線LANのWi-Fiを組み合わせたローカルネットワーク構築も可能です。

ネットワークインターフェイス層(1層)図解

TCP/IPのソケット通信をポート番号、
IPパケット、DNSを用いて、わかりやすく解説

プログラム開発のイメージ

TCP/IPのソケット通信とは、ソケットインターネットとも呼ばれ、 主にプログラムの世界とTCP/IP世界を結ぶ特別な出入り口 のことを意味し、TCP/IPのトランスポート層を指します。Webアプリケーションやスマートフォンアプリケーションを制作する際はプログラム言語を用いて開発します。またソケット通信の原理は、プログラムで実行される処理を各項目に分けて組み込む形で設計をしていきます。
コンピュータには通信機能が存在しますので、出入り口であるソケットに向かってプログラムで命令文を記述すれば、コンピュータ同士がどのようにデータを送信するかなど、意識することなく通信機能を制御することができるため、ソケット通信を用いてアプリケーション開発を実行します。

TCPとUDPではポート番号が異なる

TCPとUDP

TCP UDP
通信方法 コネクション型 データダイヤグラム型
特徴 確実性重視 即時性重視
信頼性 髙い 低い
利用速度 低速 高速
利用例 Webサイト閲覧、メールなど
一般的にインターネットを利用する方法
IP電話、映像配信、Web会議など
リアルタイム性を重視する方法

プロトコルによるポート番号の違い

ホスト(サーバやネットワーク機器)で動作しているアプリケーションへデータを振り分けるには、それぞれのアプリケーションを識別できなければいけません。そこで用いられるのが「 ポート番号 」です。ポート番号とは、TCP/IPのアプリケーションを識別するための識別番号でTCPヘッダーまたはUDPヘッダーに指定されます。ポート番号は16ビットの数値なので、0~65535の範囲で指定されます。

ポート番号の範囲
サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説
ポート番号の範囲 意味
ウェルノウンポート 0〜1023 サーバアプリケーション用に予約されているポート番号
登録済みポート 1024〜49151 よく利用されるアプリケーションのサーバ側ポート番号
ダイナミック/
プライベートポート
49152〜65535 クライアントアプリケーション用のポート番号
主なウェルノンポート番号
プロトコル TCP UDP
HTTP 80
HTTPS 443
SMTP 25
POP3 110
IMAP4 143
FTP 20/21
DHCP 67/68

TCPとUDPの通信処理(コネクション指向型とコネクションレス型の違い)

TCPとUDPの通信処理の違い

  • ・これから通信を始めることを確認し合ったあとで始める方式
  • ・通信を開始する時点から通信相手に届くことが保証される
  • ・通信終了時も、通信相手との間で通信終了を
    確認し合ってから終える
  • ・事前の確認なしで、いつでも通信相手に情報を送ることができる方式
  • ・通信相手の準備が整っていないと、送った情報を
    受け取って貰えない可能性がある
  • ・通信終了時も、確認し合うことはない

IPプロトコルのパケット

TCP/IP階層 代表的なプロトコル TCP UDP
アプリケーション層(4層) HTTP,DNS メッセージ
トランスポート層(3層) TCP,サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 UDP セグメント データグラム
インターネット層(2層) IP パケット データグラム
ネットワークインターフェイス層(1層) Ethernet フレーム

各階層に沿ったデータ名称

IPアドレスとは?

IPプロトコルにはIPアドレスを用いた通信方法が実行されます。IPアドレス(Internet Protocal Adress)とは、IPと呼ばれるプロトコルを使うネットワークにおいて、各コンピュータを識別するために、コンピュータへ付与する番号の列です。

IPアドレスとは? IPアドレスとは?

TCP/IPアプリケーション層プロトコルのDNS

DNS(Domen Name Service)とは、ユーザがURLなどのアプリケーションのアドレスを指定すると、 ホスト名に対応するIPアドレスを自動的に求める役割をすること です。ホスト名からIPアドレスを求めることを「 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 名前解決 」と呼び、DNSは最もよく利用されている名前解決の方法です。DNSはレジストリ・レジストラと呼ばれる世界的にドメインとIPアドレスを管理している組織によって運用されています。例えば、自身のホームページ(ブログなど)を開設し公開をした場合は、ドメインを取得しIPアドレスと紐付いた書面を見たことがあると思います。ドメインを取得する際は申し込んだときにサービス提供側で全て設定をしてもらえるので、利用者からは確認をするだけで、ドメインを利用したURLを利用することができます。IPアドレスによるDNSの名前解決はルートドメインから階層を辿って問い合わせを行い、ホームページなどを表示させ、繰り返し問い合わせを行います。このことを「 回帰問い合わせ 」と呼んでいますが、毎回ルートドメインから問い合わせを行うことは、通信に時間がかかってしまうため効率がよくありません。そこで、「DNSサーバ」や「DNSリゾルバ(アプリケーションを利用するユーザやホスト名を指定すると、自動的にDNSに対応するIPアドレスを問い合わせること)」は問い合わせた情報をしばらくの間キャッシュに保存します。どのくらいの期間キャッシュに保存するかは設定次第ですが、過去の問い合わせ結果のキャッシュが残っていれば、ルートから辿らずに名前解決が出来ます。

プローブの基礎

プローブの種類

Q 10:1パッシブプローブで高速な立ち上がり波形を観測した場合、かなり大きなオーバーシュートとリンギングが観測されることがあります。
これは正しい波形なのでしょうか?

高速な立ち上がりの波形の測定

A 正しい波形です。
しかし、波形に影響がある(オーバーシュートとリンギングが発生する)原因は、プローブの「接続方法」による可能性があります。

【応用】インダクタンスによる共振

測定する回路にプローブをつけた状態

矢印

矢印

プローブの等価回路

【応用】インダクタンスによる共振への対策

グランドリード使用時

矢印

スプリンググランド使用時

【応用】インダクタンスによる共振周波数の計算

インダクタンスによる共振周波数の計算

【応用】さらに高速な信号の測定

アクティブプローブ(FETプローブ)の構成

アクティブプローブ(FETプローブ)の構成

  • プローブヘッドで分圧・インピーダンス変換・電圧増幅が行われ、50Ω同軸ケーブルをドライブします。
    同軸ケーブルを分圧器の一部として利用するパッシブプローブと違って、アンプをケーブルの前に入れることでケーブル容量の影響をプローブ入力からは分離し入力容量を小さくすることができます。
  • オシロスコープは50Ω入力(1MΩ入力の場合は50Ω終端器)で使用します。

パッシブプローブのグランドの取り方

パッシブプローブのグランドの取り方による波形の違い(ピンチャーチップ不使用)

グランドリード

スプリンググランド

ソルダインアダプタ

FETプローブのグランドの取り方による波形の違い(ピンチャーチップ不使用)

グランドリード

スプリンググランド

ソルダインアダプタ

ソルダーインアダプタ

ソルダーインアダプタ

プロービングによる負荷効果

プロービングによる負荷効果

各プローブのインピーダンス計算値比較

Probe

701939(Passive)

700939(FET)

701974(Resistive)

各プローブのインピーダンス計算値比較

プローブの入力容量と信号源インピーダンスによる帯域制限

プローブの入力容量と信号源インピーダンスによる帯域制限

Probe

pF

MHz

非接地信号の測定と差動プローブ

シングルエンド入力とは

一般的オシロスコープは各入力チャネルBNC端子の外側(シェル)と筐体(シャシー)が電気的に共通であり、電源ケーブルのアース端子ともつながった構造になっています。
したがって、オシロスコープのBNC端子に一般のパッシブプローブを接続している状態では、プローブのグランドリード側は、
各入力チャネルBNC外側、筐体(シャシー)、電源アース端子(---接地電位)と電気的につながります。
このような入力形式はシングルエンド入力と呼ばれます。

シングルエンド入力とは

シングルエンド入力では、片線接地信号(対地信号)以外は測定できません。
オシロスコープはシングルエンド入力なので接地基準以外の信号は測定できません。

片線接地信号(対地信号)
⇒シングルエンド測定 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 可能
(ただし、極性がはっきりしていることが条件)

片線接地信号(対地信号)

非接地の2点間の信号
⇒シングルエンド測定 不可

非接地の2点間の信号

  • 主な非接地信号の例
    • CANなどの通信信号
    • 三相電力の線間電圧
    • スイッチング電源のゲート、ソース間電圧
    • その他インバータ、バッテリー関連など

    もしも誤った接続をしてしまうと、信号源の-側からプローブのグランドリード、
    本体シャシーを介しアースに対して大きな電流が流れ、以下のような現象を引き起こしてしまいます。

    • グランドリードが熱を持ったり、溶断したりする
    • 測定対象が正しく動作しなくなったり、測定対象の電源が落ちる
    • オシロスコープ自体が壊れてしまう

    オシロスコープを浮かせることは大変危険

    オシロスコープを浮かせることは大変危険

    非接地信号を測定する場合に 「オシロスコープの接地を取らずに浮かせる」 ことは 誤った対策 です。
    オシロスコープの故障の原因になりますし、感電などによって作業者が重大な怪我をするおそれがありますので 絶対におやめください。

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