CN115032237A - 氧浓度计、氧浓度检测系统、氧化锆传感器电阻检测方法 - Google Patents
氧浓度计、氧浓度检测系统、氧化锆传感器电阻检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115032237A CN115032237A CN202210185459.8A CN202210185459A CN115032237A CN 115032237 A CN115032237 A CN 115032237A CN 202210185459 A CN202210185459 A CN 202210185459A CN 115032237 A CN115032237 A CN 115032237A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zirconia
- oxygen concentration
- sensor
- resistance
- zirconia sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 466
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 98
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 54
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims description 17
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 14
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 11
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/4175—Calibrating or checking the analyser
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/409—Oxygen concentration cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明提供了提高氧化锆传感器的电阻测定的便利性的氧浓度计、氧浓度检测系统、氧化锆传感器电阻检测方法。氧浓度计具备氧化锆传感器、电阻、恒流电路、电阻检测部以及氧浓度检测部。电阻与氧化锆传感器并联连接。恒流电路与氧化锆传感器以及电阻并联连接以供给电流。电阻检测部基于与供给的电流相应的氧化锆传感器的电压来检测氧化锆传感器的电阻。氧浓度检测部基于起因于供给至氧化锆传感器的被测定气体、以及比较气体的氧浓度差的氧化锆传感器的电压,检测被测定气体的氧浓度检测。
Description
技术领域
本公开涉及氧浓度计、氧浓度检测系统以及氧化锆传感器的电阻检测方法。
背景技术
使用具备在氧化锆(zirconia)中添加稳定剂使结晶构造稳定的稳定氧化锆的氧浓度计。这样的稳定氧化锆产生与氧浓度差相应的电动势。具体而言,若向由稳定氧化锆形成的隔壁的一个面和另一面导入氧浓度不同的气体,则在高温下在稳定氧化锆的隔壁产生与氧浓度差相应的电动势。通过使用由这样的稳定氧化锆形成的氧化锆传感器来检测已知的氧浓度的气体(比较气体)和被测定气体的氧浓度差,能够测定被测定气体的氧浓度。
这样的氧化锆传感器的传感器输出根据时间的变化而变动。因此,使用氧化锆传感器的氧浓度计需要适当地进行传感器输出的校正。该校正能够使用规定的氧浓度的气体即基准气体来进行。该基准气体能够使用包含1%的氧以及99%的氮的基准气体即零点气体(zero gas)、和包含21%的氧以及79%的氮的基准气体即量距气体(span gas)。具体而言,能够通过向氧化锆传感器的隔壁的两个面导入量距气体时的氧浓度输出来进行量距校正,通过向氧化锆传感器的隔壁的不同的面分别导入量距气体以及零点气体时的氧浓度输出进行零点的校正。提出基于该校正的历史来决定下次的校正实施日的校正方法(例如,参照)专利文献1。
另外,伴随着上述的随时间的变化,氧化锆传感器的电动势、响应时间等性能劣化。已知能够通过氧化锆传感器的内部电阻的上升掌握该劣化。初始的氧化锆传感器的内部电阻为200Ω以下。与此相对,随时间变化的氧化锆传感器的内部电阻上升到数kΩ。对于该内部电阻,能够在向氧化锆传感器导入量距气体以及零点气体而产生电动势的状态下,基于氧化锆传感器的开放端子电压和通过已知的电阻终止时的端子电压进行计算。该电阻的测定例如能够在上述的校正时进行。
【先行技术文献】
【专利文献】
专利文献1:日本特开2006-017695号公报
在上述的电阻的测定中,存在需要量距气体以及比较高价的零点气体,便利性降低这样的问题。
发明内容
因此,在本公开中,提出提高电阻测定的便利性的氧浓度计、氧浓度检测系统以及氧化锆传感器的电阻检测方法。
本公开的氧浓度计具备:氧化锆传感器;电阻,与所述氧化锆传感器并联连接;恒流电路,与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接以供给电流;电阻检测部,基于与供给的所述电流相应的所述氧化锆传感器的电压来检测所述氧化锆传感器的电阻;以及氧浓度检测部,基于起因于供给至所述氧化锆传感器的被测定气体以及比较气体的氧浓度差的所述氧化锆传感器的电压来检测所述被测定气体的氧浓度。
另外,本公开的氧浓度检测系统具备:氧化锆传感器;电阻,与所述氧化锆传感器并联连接;恒流电路,与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接,以供给电流;电阻检测部,基于与供给的所述电流相应的所述氧化锆传感器的电压来检测所述氧化锆传感器的电阻;氧浓度检测部,基于起因于供给至所述氧化锆传感器的被测定气体以及比较气体的氧浓度差的所述氧化锆传感器的电压,检测所述被测定气体的氧浓度;以及劣化检测部,基于检测出的所述氧化锆传感器的电阻来检测所述氧化锆传感器的异常。
另外,在本公开的氧化锆传感器的电阻检测方法中,基于在氧化锆传感器并联连接电阻时的所述氧化锆传感器的电压、以及使恒流电路与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接以供给电流时的所述氧化锆传感器的电压,检测所述氧化锆传感器的电阻。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的氧浓度检测系统的构成例的图。
图2是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的构成例的图。
图3A是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的测定的一个例子的图。
图3B是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的测定的另一个例子的图。
图4是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的一个例子的图。
图5是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的测定过程的一个例子的图。
图6是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的等效电路的一个例子的图。
图7A是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的一个例子的图。
图7B是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的另一个例子的图。
图8是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的劣化的检测的一个例子的图。
附图标记的说明
1氧浓度检测系统;10氧浓度计;20劣化检测部;30保持部;40传达部;100氧化锆传感器;110电阻;120恒流电路;130电压测定部;131电压计;140电阻检测部;150氧浓度检测部。
具体实施方式
以下,基于附图,详细地本公开的实施方式对进行说明。此外,在以下的各实施方式中,通过对同一部位附加相同的附图标记而省略重复的说明。
[氧浓度检测系统的结构]
图1是表示实施方式所涉及的氧浓度检测系统的构成例的图。该图是表示氧浓度检测系统1的构成例的框图。氧浓度检测系统1具备:氧浓度计10、劣化检测部20、保持部30以及传达部40。
氧浓度计10是具备氧化锆传感器(上述图的氧化锆传感器100)来测定被测定气体的氧浓度的氧浓度计。该氧浓度计10通过检测已知的氧浓度的比较气体与被测定气体的氧浓度差来测定被测定气体的氧浓度,并输出。另外,氧浓度计10还进行氧化锆传感器100的电阻的测定。能够通过该电阻的变化检测氧化锆传感器100的异常。这里,氧化锆传感器100的异常是指伴随氧化锆传感器100的随时间的变化的劣化、破损。氧浓度计10还输出测定出的氧化锆传感器100的电阻。
劣化检测部20用于检测氧化锆传感器100的异常。该劣化检测部20基于从氧浓度计10输出的氧化锆传感器100的电阻来检测氧化锆传感器100的劣化。例如,在氧化锆传感器100的电阻达到规定的阈值的情况下,劣化检测部20能够判断为氧化锆传感器100劣化。另外,劣化检测部20将从氧浓度计10输出的氧化锆传感器100的电阻(电阻值)保持于保持部30。劣化检测部20能够基于保持部30中保持的电阻来检测电阻的变化来检测氧化锆传感器100的随时间的变化。劣化检测部20也能够通过该随时间的变化解析劣化的进展,预测劣化。另外,劣化检测部20还能够检测氧化锆传感器100的破损。具体而言,在氧化锆传感器100的电阻值急剧变化的情况下,能够检测氧化锆传感器100的破损。
保持部30保持氧化锆传感器100的电阻。该保持部30例如能够由硬盘等存储装置构成。保持部30基于劣化检测部20的控制按照时间序列保持氧化锆传感器100的电阻。例如,劣化检测部20将检测时刻与氧化锆传感器100的电阻值建立对应地保持(存储)。
传达部40传达劣化检测部20检测到的氧化锆传感器100的异常。例如,传达部40能够由显示装置构成。通过在该显示装置显示氧化锆传感器100的异常的解析结果,能够传达到使用者。另外,例如,传达部40也能够应用向上位的系统发出警报的装置。
[氧浓度计的构成]
上述图的氧浓度计10具备:氧化锆传感器100、电阻110、恒流电路120、电压测定部130、电阻检测部140以及氧浓度检测部150。另外,上述图的氧浓度计10还具备连接部161以及162。
氧化锆传感器100是由稳定氧化锆构成以检测氧浓度的传感器元件。该氧化锆传感器100由2端子元件构成,其输出与被测定气体和比较气体的氧浓度差相应的电压。对于氧化锆传感器100的构成的详细,后述。
电阻110是在测定氧化锆传感器100的电阻时与氧化锆传感器100并联连接的电阻。
恒流电路120是在测定氧化锆传感器100的电阻时与氧化锆传感器100并联连接以供给恒流的电路。该恒流电路120能够应用公知的电路。
连接部161是在测定氧化锆传感器100的电阻时使电阻110与氧化锆传感器100连接的部件。连接部162是在测定氧化锆传感器100的电阻时使恒流电路120与氧化锆传感器100连接的部件。这些连接部161以及162能够应用后述的开关。
电压测定部130测定氧化锆传感器100的端子电压。该电压测定部130具备电压计(后述的电压计131)。通过该电压计131测定氧化锆传感器100的端子电压。测定出的氧化锆传感器100的电压被输出给电阻检测部140以及氧浓度检测部150。
电阻检测部140检测氧化锆传感器100的电阻。该电阻检测部140基于从电压测定部130输出的氧化锆传感器100的电压来检测氧化锆传感器100的电阻。对于电阻检测部140检测氧化锆传感器100的电阻的详细,后述。
氧浓度检测部150检测氧浓度。该氧浓度检测部150基于从电压测定部130输出的氧化锆传感器100的电压来检测被测定气体的氧浓度。对于氧浓度检测部150检测氧浓度的详细,后述。
[氧化锆传感器的构成]
图2是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的构成例的图。上述图是表示氧化锆传感器100的构成例的示意剖视图。氧化锆传感器100具备氧化锆管101和电极102以及103。
氧化锆管101是将稳定氧化锆加工成管状的部件。该氧化锆管101根据分别向自身的内侧以及外侧导入的气体的氧浓度差而产生电动势。此外,氧化锆管101相当于前述的隔壁。
电极102以及103是被配置在氧化锆管101的电极。电极102被配置在氧化锆管101的外侧,电极103被配置在氧化锆管101的内侧。该电极102以及103能够由多孔质的白金构成。能够通过电极102以及103将氧化锆管101的电动势取出到外部。电极102以及103分别与氧化锆传感器100的两个输出端子连接。
氧化锆管101由未图示的加热器加热到750℃。高温的氧化锆管101成为固体电解质,作为氧浓淡电池而发挥作用。上述图是表示使被测定气体流向该氧化锆管101的内侧,使比较气体流向氧化锆管101的外侧的情况下的例子的图。该比较气体能够使用如空气那样的具有已知的氧浓度的气体。上述图的空心的箭头表示被测定气体的流动,黑的箭头表示比较气体的流动。氧化锆管101在厚度方向上产生与这些气体的氧浓度差相应的电动势。通过电极102以及103取出该电动势所涉及的电压,能够输出与氧浓度差相应的电压。
[氧化锆传感器的电阻的测定]
图3A表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的测定的一个例子的图。上述图是表示测定氧化锆传感器100的电阻时的电路的接线的图。使用上述图对氧化锆传感器100的电阻的测定进行说明。上述图的电路具备:氧化锆传感器100、电阻110、恒流电路120、开关191-193以及电压计131。电压计131是包括在电压测定部130中的电压计。
此外,如上述图所示,氧化锆传感器100能够通过串联连接的电压源111以及电阻112表现。电压源111是相当于与氧浓度差相应的电动势的电压的电压源。电阻112是氧化锆传感器100的内部电阻。上述图的电路是测定该电阻112的电阻值的电路。为了便于说明,在氧化锆传感器100中,将连接电阻112的端子称为高电位侧端子,将连接电压源111的端子称为低电位侧端子。
串联连接的电阻110以及开关191被连接在氧化锆传感器100的高电位侧端子以及低电位侧端子之间。电压计131连接在氧化锆传感器100的高电位侧端子以及低电位侧端子之间。恒流电路120的宿侧(sink)端子经由开关192与氧化锆传感器100的高电位侧端子连接。恒流电路120的源侧(source)端子被接地。开关193的一端与氧化锆传感器100的低电位侧端子连接,另一端被接地。
通过将开关191闭合(接通(ON)),能够使电阻110与氧化锆传感器100并联连接。另外,通过使开关192以及193接通,能够使恒流电路120与氧化锆传感器100并联连接。
通过使恒流电路120的一端接地,并经由开关193使电压源111的低电位侧端子接地,能够构成恒流电路120的电流路径,并能够简化恒流电路120的控制。另外,也能够使恒流电路120与电压测定部130的电压计131共同接地。此外,在电压测定部130的内部中使氧化锆传感器100的低电位侧端子接地的情况下,能够省略开关193。
图3B是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的测定的另一个例子的图。上述图是表示恒流电路120的源侧端子经由开关194与氧化锆传感器100的低电位侧端子连接的例子的图。通过采用使用开关192以及194使恒流电路120的两端与氧化锆传感器100连接的结构,能够减少解除恒流电路120与氧化锆传感器100的连接后的恒流电路120的影响。
另外,恒流电路120也能够使电流沿上述图的相反方向流向氧化锆传感器100。另外,也能够在每次测定电阻时切换恒流电路120的电流的方向。
[氧化锆传感器的电阻的测定过程]
图4是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的一个例子的图。上述图是表示测定氧化锆传感器100的电阻112时的氧化锆传感器100的电压的变化的图。上述图的“传感器电压”表示由电压计131测定出的氧化锆传感器100的电压。最初,氧浓度计10处于检测氧浓度的状态,氧化锆传感器100的电压输出与导入到氧化锆传感器100的气体的氧浓度相应的电压Vgas。另外,在初始状态下,开关191-193为断开(OFF)的状态。此外,将电阻110的电阻值称为Rref。
在(1)中,使氧浓度计10移至系统保持状态。由此,停止氧浓度的测定结果向上位的控制系统的输出。
在(2)中,使开关191成为接通状态。使电阻110与氧化锆传感器100并联连接。由此,氧化锆传感器100的输出电压电平位移。将此时的氧化锆传感器100的输出电压称为Vref。通过电压计131测定该Vref(3)。
在(4)中,使开关192以及193成为接通状态。使恒流电路120与氧化锆传感器100以及电阻110并联连接。这里,将恒流电路120供给的电流称为Iref。通过该Iref,氧化锆传感器100的输出电压进一步电平位移。将此时的电压称为Vcell。通过电压计131测定该Vcell(5)。
在(6)中,使开关192以及193成为断开状态。停止从恒流电路120的电流的供给。
在(7)中,使开关191成为断开状态。电阻110的连接被解除。氧化锆传感器100的输出电压返回到Vgas。此外,将氧化锆传感器100的输出电压从Vcell变动(迁移)并返回到Vgas为止的时间称为迁移时间。
在(8)中,系统保持状态被解除。
氧化锆传感器100的电阻112的电阻值(Rcell)能够使用Vref、Vcell、Iref以及Rref如下式那样表示。
【式1】
图5是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的电阻的检测过程的一个例子的图。首先,在氧化锆传感器100连接并联电阻(步骤S101)。这能够通过在氧化锆传感器100并联连接电阻110来进行。接下来,测定氧化锆传感器100的输出电压(Vref)(步骤S102)。接下来,向氧化锆传感器100供给恒流(步骤S103)。这能够通过在氧化锆传感器100连接恒流电路120来进行。接下来,测定氧化锆传感器100的输出电压(Vcell)(步骤S104)。
接下来,基于Vref以及Vcell来检测氧化锆传感器100的电阻(步骤S105)。这能够通过使用上述的数式(1)计算电阻值(Rcell)来进行。接下来,停止恒流的供给(步骤S106)。这能够通过解除恒流电路120的连接来进行。接下来,解除并联电阻的连接(步骤S107)。这能够通过解除电阻110的连接来进行。能够通过以上的过程检测氧化锆传感器100的电阻。
这样,不必使用基准气体等而能够测定氧化锆传感器100的电阻112,能够提高便利性。另外,通过使电阻110与氧化锆传感器100并联连接,能够进一步提高便利性。对电阻110的效果进行说明。
[并联电阻的效果1]
在从图3的电路除去电阻110以及开关191后的电路中,也能够测定氧化锆传感器100的电阻112。该情况下,电阻112能够通过下式进行计算。
Rcell=(Vgas-Vcell)/Iref
这里,在氧化锆传感器100的电阻为比较低的值,例如为100Ω的情况下,通过将Iref设为0.5mA,能够使Vgas-Vcell的值成为50mV左右。该电压是与氧浓度测定时的氧化锆传感器100的输出电压大致相同的电压,是能够容易通过电压计131测定的范围的电压。
之后,当氧化锆传感器100的电阻随时间的变化而上升到5kΩ时,Vgas-Vcell的值上升到2.5V。为了测定该电压,需要电压计131的范围切换等。存在电压计131的结构变得复杂这样的问题。
与此相对,通过并联连接100Ω左右的电阻110,即使在氧化锆传感器100的电阻112上升到数kΩ的情况下,也能够使Vgas-Vcell为数100mV。能够简化电压计131测定电压。
[并联电阻的效果2]
另外,通过连接电阻110,也能够缩短氧化锆传感器100的电阻测定后的恢复时间。对此,使用氧化锆传感器100的交流等效电路进行说明。
[氧化锆传感器的等效电路]
图6是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的等效电路的一个例子的图。上述图是表示附加电容的氧化锆传感器100的等效电路的图。如上述图所示,氧化锆传感器100由电压源111、电阻113-116以及电容器117-119构成。上述图的氧化锆传感器100通过将并联连接的电阻113以及电容器117、电阻114、并联连接的电阻115以及电容器118、并联连接的电阻116以及电容器119和电压源111串联连接而构成。上述图表示氧化锆传感器100的交流的等效电路。与此相对,图3的氧化锆传感器100相当于直流等效电路。
电阻113以及116表示电极界面电阻。电阻114表示粒子电阻。电阻115表示粒界电阻。这些电阻113-116构成图3中的电阻112。另外,电阻113、115以及116分别具有电容器成分(电容器117-119)。这些电容器成分为比较大的静电电容。通过该电容器,图4中所说明的迁移时间增加。
[氧化锆传感器电压的变化]
图7A是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的一个例子的图。上述图是将没有并联电阻(电阻110)的情况下的氧化锆传感器100的输出电压的变化作为比较例进行表示的图。上述图的实线表示氧化锆传感器100没有附加电容器成分的情况下的电压的变化。点线表示考虑到电容器成分的情况下的电压的变化。
在没有并联电阻的情况下,在(4)中,电压的迁移产生延迟。然而,由于电容器成分被恒流电路120迅速地充电,所以成为比较短的延迟时间。另一方面,在(6)中,在解除恒流电路120的连接时也产生延迟。起因于电容器成分的放电时间的影响。由于经由并联连接的电阻113等进行电容器成分的放电,成为比较长的延迟时间。因此,使系统保持状态的解除定时延迟等需要延长系统保持状态的时间。
图7B是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器电压的变化的另一个例子的图。上述图是表示有并联电阻(电阻110)的情况下的氧化锆传感器100的输出电压的变化的图。该情况下,在(6)中,由于电阻110有助于电容器成分的放电,所以放电时间变短。能够缩短系统保持状态的时间。这样,通过使电阻110与氧化锆传感器100并联连接,能够缩短系统保持状态的时间。能够缩短为了测定氧化锆传感器100的电阻而使系统停止的时间。
优选这样的电阻110设为随时间的变化前的氧化锆传感器100的电阻值的2至10倍的电阻值。是因为能够容易地进行电压计131对氧化锆传感器100的电阻的测定。另外,更优选电阻110设为随时间变化前的氧化锆传感器100的电阻值的4至5倍。是因为能够进一步缩短氧化锆传感器100的电容器成分的放电时间。
[氧化锆传感器的劣化检测]
图8是表示实施方式所涉及的氧化锆传感器的劣化的检测的一个例子的图。上述图是表示氧化锆传感器100的电阻的变化的图。上述图的横轴表示经过时间。纵轴表示氧化锆传感器100的电阻。另外,阈值2表示检测氧化锆传感器100的劣化的电阻值。能够判断为电阻值达到阈值2的氧化锆传感器100由于劣化而不能够使用于氧浓度的测定。另外,阈值1是进行预测直到氧化锆传感器100劣化为止的时间的预测诊断的电阻值。达到阈值1的氧化锆传感器100能够设为预测诊断的对象。该预测诊断能够由图1中所说明的劣化检测部20进行。
上述图的图表301-303分别是表示不同的氧化锆传感器100中的电阻的变化的图表。它们根据使用状态等而成为不同的形状的图表。达到阈值1的图表301以及302的氧化锆传感器100能够进行预测诊断。上述图的点划线的图表表示预测诊断的结果。该预测诊断能够通过图1中所说明的保持部30中保持的电阻值进行。例如,劣化检测部20能够通过延长上述图的图表301等来进行预测诊断。另外,也能够通过回归分析等计算近似曲线,进行预测诊断。预测诊断的结果经由传达部40传达至使用者等。
另外,除了预测诊断之外,劣化检测部20还能够进行使用了由氧化锆传感器100的氧浓度的数据、周围温度以及湿度等环境数据构成的大数据的机器学习、基于AI的诊断。由此,能够进行与使用条件相应的氧化锆传感器100的寿命预测等解析。
此外,劣化检测部20、保持部30也能够实现为个人计算机、服务器的应用软件。
这样,通过使恒流电路120与氧化锆传感器100连接来测定氧化锆传感器100的电阻,能够省略基准气体等,并能够提高便利性。另外,由于能够容易地进行氧化锆传感器100的电阻的测定,所以能够增加电阻测定数据的参数,可以进行氧化锆传感器100的寿命预测等解析。
另外,通过在测定氧化锆传感器100的电阻时,并联连接电阻110,从而能够缩小输出电压的测定范围,并且缩短向定常状态的恢复时间。由此,能够进一步提高便利性。
此外,本说明书中所记载的效果只是例示,并不是限定,还可以有其它效果。
另外,上述实施方式中说明的处理过程可以作为具有这一系列过程的方法,或者作为用于使计算机执行这一系列过程的程序或存储该程序的记录介质。作为该记录介质,例如可以使用光盘(CD)、微型光盘(MD)、数字通用盘(DVD)、存储卡、蓝光(注册商标)盘等。
Claims (8)
1.一种氧浓度计,具备:
氧化锆传感器;
电阻,与所述氧化锆传感器并联连接;
恒流电路,与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接以供给电流;
电阻检测部,基于与供给的所述电流相应的所述氧化锆传感器的电压来检测所述氧化锆传感器的电阻;以及
氧浓度检测部,基于起因于供给至所述氧化锆传感器的被测定气体以及比较气体的氧浓度差的所述氧化锆传感器的电压来检测所述被测定气体的氧浓度。
2.根据权利要求1所述的氧浓度计,其中,
所述电阻检测部基于连接所述电阻时的所述氧化锆传感器的电压、和还连接所述恒流电路来供给电流时的所述氧化锆传感器的电压,检测所述氧化锆传感器的电阻。
3.根据权利要求1所述的氧浓度计,其中,
还具备电压测定部,所述电压测定部测定所述氧化锆传感器的电压,
所述电阻检测部基于测定出的所述氧化锆传感器的电压来检测所述电阻,
所述氧浓度检测部基于测定出的所述氧化锆传感器的电压来检测所述氧浓度。
4.根据权利要求3所述的氧浓度计,其中,
所述恒流电路与所述电压测定部被共同接地。
5.一种氧浓度检测系统,具备:
氧化锆传感器;
电阻,与所述氧化锆传感器并联连接;
恒流电路,与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接,以供给电流;
电阻检测部,基于与供给的所述电流相应的所述氧化锆传感器的电压来检测所述氧化锆传感器的电阻;
氧浓度检测部,基于起因于供给至所述氧化锆传感器的被测定气体以及比较气体的氧浓度差的所述氧化锆传感器的电压,检测所述被测定气体的氧浓度;以及
劣化检测部,基于检测出的所述氧化锆传感器的电阻来检测所述氧化锆传感器的异常。
6.根据权利要求5所述的氧浓度检测系统,其中,
还具备保持部,所述保持部保持检测到的所述氧化锆传感器的电阻,
所述劣化检测部还基于所保持的所述氧化锆传感器的电阻来进行所述氧化锆传感器的劣化的预测。
7.根据权利要求6所述的氧浓度检测系统,其中,
还具备传达部,所述传达部传达所述劣化。
8.一种氧化锆传感器电阻检测方法,
基于在氧化锆传感器并联连接电阻时的所述氧化锆传感器的电压、以及使恒流电路与所述氧化锆传感器以及所述电阻并联连接以供给电流时的所述氧化锆传感器的电压,检测所述氧化锆传感器的电阻。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021-035787 | 2021-03-05 | ||
JP2021035787A JP7375784B2 (ja) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 酸素濃度計、酸素濃度検出システム及びジルコニアセンサの抵抗検出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115032237A true CN115032237A (zh) | 2022-09-09 |
Family
ID=80461506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210185459.8A Pending CN115032237A (zh) | 2021-03-05 | 2022-02-28 | 氧浓度计、氧浓度检测系统、氧化锆传感器电阻检测方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11802846B2 (zh) |
EP (1) | EP4053550A1 (zh) |
JP (1) | JP7375784B2 (zh) |
CN (1) | CN115032237A (zh) |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4027477A (en) * | 1976-04-29 | 1977-06-07 | General Motors Corporation | Dual sensor closed loop fuel control system having signal transfer between sensors during warmup |
DE3903314A1 (de) * | 1989-02-04 | 1990-08-09 | Bosch Gmbh Robert | Schaltung zum messen des innenwiderstandes einer lambdasonde |
JPH0413961A (ja) * | 1990-05-07 | 1992-01-17 | Toyota Motor Corp | 空燃比検出装置 |
JP3018753B2 (ja) * | 1992-07-09 | 2000-03-13 | 横河電機株式会社 | セル寿命予測システム |
JPH0718837B2 (ja) * | 1993-02-22 | 1995-03-06 | 株式会社日立製作所 | 空燃比検出装置 |
DE4408021A1 (de) * | 1994-03-10 | 1995-09-14 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Erfassung des Sauerstoffgehalts in Gasen |
JPH09318594A (ja) | 1996-03-25 | 1997-12-12 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサおよび被測定ガス中の特定成分量の測定方法 |
DE19636226B4 (de) * | 1996-09-06 | 2005-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Lambdasondeninnenwiderstandsbestimmung |
US5980728A (en) * | 1996-09-24 | 1999-11-09 | Rosemont Analytical Inc. | Diagnostic method and apparatus for solid electrolyte gas analyzer |
JP3503935B2 (ja) | 2000-06-23 | 2004-03-08 | Necトーキン栃木株式会社 | 巻回型電池 |
AU2003270617A1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-04-23 | Hill-Rom Services, Inc. | Gas alert for medical gas system |
JP4124119B2 (ja) * | 2003-01-30 | 2008-07-23 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
JP2006010673A (ja) * | 2004-05-25 | 2006-01-12 | Denso Corp | ガスセンサ素子及びその製造方法 |
JP4591105B2 (ja) | 2004-05-31 | 2010-12-01 | 横河電機株式会社 | 校正方法 |
JP5007662B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2012-08-22 | 富士電機株式会社 | 酸素センサの電極活性化処理方法、および、電極活性化処理装置 |
WO2010022321A1 (en) * | 2008-08-21 | 2010-02-25 | Georgia Tech Research Corporation | Gas sensors, methods of preparation thereof, methods of selecting gas sensor materials, and methods of use of gas sensors |
JP5964678B2 (ja) * | 2012-07-16 | 2016-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ制御装置 |
JP6032246B2 (ja) * | 2014-06-13 | 2016-11-24 | 株式会社デンソー | 制御回路 |
JP6442920B2 (ja) * | 2014-08-21 | 2018-12-26 | 株式会社デンソー | ガスセンサ制御装置及び空燃比検出システム |
JP6744231B2 (ja) * | 2017-01-23 | 2020-08-19 | 日本碍子株式会社 | 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム |
-
2021
- 2021-03-05 JP JP2021035787A patent/JP7375784B2/ja active Active
-
2022
- 2022-02-25 EP EP22158869.2A patent/EP4053550A1/en active Pending
- 2022-02-25 US US17/680,566 patent/US11802846B2/en active Active
- 2022-02-28 CN CN202210185459.8A patent/CN115032237A/zh active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4053550A1 (en) | 2022-09-07 |
US20220283108A1 (en) | 2022-09-08 |
JP7375784B2 (ja) | 2023-11-08 |
US11802846B2 (en) | 2023-10-31 |
JP2022135768A (ja) | 2022-09-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8317998B2 (en) | Methods of operation of electrochemical gas sensors | |
US7573275B2 (en) | Temperature sensor control apparatus | |
CN108369206B (zh) | 一种电流电化学气体传感器以及操作其检测环境中的分析物的方法 | |
US10573936B2 (en) | Remaining battery life prediction device and battery pack | |
EP1980848A1 (en) | Electrochemical sensor with short-circuiting switch and method of zero-calibration | |
JP3849678B2 (ja) | ガス濃度測定装置 | |
JP4898544B2 (ja) | センサ制御装置 | |
CN114594132A (zh) | 热传感器装置及用于检测热传感器装置的故障的方法 | |
CN108966670A (zh) | 电量计及其电流采集校准电路和校准方法 | |
CN115032237A (zh) | 氧浓度计、氧浓度检测系统、氧化锆传感器电阻检测方法 | |
US11467125B2 (en) | Sensor control device | |
CN116953013A (zh) | 电池故障的分层气体监测 | |
US20060231422A1 (en) | Switched gas sensor | |
KR102448945B1 (ko) | Eis 측정 및 알고리즘 방식을 통한 전기화학 전극센서 트랜스듀서의 자동 교정 방법, 수명 진단 방법, 및 양불 진단 방법 | |
US11994482B2 (en) | Driving device provided with piezoelectric element deterioration detection circuit and deterioration detection method | |
JP2003151645A (ja) | 電池残量検知方法および電気機器 | |
JPH07198672A (ja) | 酸素センサの寿命診断装置 | |
JP2003043008A (ja) | ガスセンサの接続状態判定方法及び定電位電解式ガス測定器 | |
JP5266287B2 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
US11397164B2 (en) | Ion concentration measurement device | |
JP4121923B2 (ja) | 電気回路のための異常検出方法及び異常検出装置 | |
JP7291206B2 (ja) | センサシステム、及び、センサシステムの故障検知方法 | |
US20210199722A1 (en) | Detecting whether a battery management system is abnormal | |
JP2008128964A (ja) | バッテリの安定開回路電圧算出方法、バッテリ装置及び電子機器 | |
JP3054997B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |