JP2001201436A - ガス測定装置 - Google Patents

ガス測定装置

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JP2001201436A
JP2001201436A JP2000009394A JP2000009394A JP2001201436A JP 2001201436 A JP2001201436 A JP 2001201436A JP 2000009394 A JP2000009394 A JP 2000009394A JP 2000009394 A JP2000009394 A JP 2000009394A JP 2001201436 A JP2001201436 A JP 2001201436A
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sensor
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sensors
sensor unit
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Hisamitsu Akamaru
久光 赤丸
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数個のガスセンサを備えたガス測定装置の
汎用性を向上させる。 【解決手段】 アルコール系センサを備えたセンサユニ
ット9a、アルデヒド系センサを備えたセンサユニット
9b、エステル系センサを備えたセンサユニット9c、
カルボン酸系センサを備えたセンサユニット9d、及び
アミン系センサを備えたセンサユニット9eが、センサ
ケース3内のガス入口3aとガス出口3bの間で、サン
プルガスの流れに沿って配列されている。各センサユニ
ット9aから9eは、センサケース3内で、ガス入口3
aから導入されるサンプルガスにあたる順序を変更する
ことができ、例えば(A),(B)に示すように、様々
な配列順序を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個のガスセン
サを備えたガス測定装置に関するものである。このよう
なガス測定装置は、消臭、芳香、食品の管理、悪臭の測
定などの分野において、においを同定又は識別するため
に用いられる。
【0002】
【従来の技術】ガスセンサとしては、酸化物半導体セン
サや導電性高分子センサ、水晶振動子の表面にガス吸着
膜を形成したセンサ(QCM:Quartz Crystal Microba
lance、水晶振動子小重量法)、SAW(Surface Acous
tic Wave:表面弾性波)デバイスの表面にガス吸着膜を
形成したセンサなどがある。酸化物半導体センサでは、
サンプルガス中のガス成分の酸化還元反応により酸化物
半導体の電気抵抗が変化する現象を利用する。導電性高
分子センサでは、ガス成分の吸着により導電性高分子の
導電率が変化する現象を利用する。QCMやSAWデバ
イスでは、ガス吸着膜へのガス成分の吸着による重量変
化に伴い振動数が変化する現象を利用する。
【0003】このような現象を利用してサンプルガス中
のガス成分を測定するガス測定装置は、1個のガスセン
サ、又はガス成分に対する応答特性の異なる複数個のガ
スセンサを備えており、ガスセンサからの検出信号をそ
のまま表示するか、又は複数個のガスセンサの検出信号
を多変量解析に持ち込む、いわゆるケモメトリクス(化
学的計量法)と呼ばれる技術を応用してサンプルガス中
のガス成分を測定している。複数個のガスセンサを備え
た装置では、複数個のガスセンサをサンプルガスの導入
側から順に配列して固定し、サンプルガスがガスセンサ
に順次接触していくようにしたセンサセットを使用した
ものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ガスセンサ数が1個の
場合は、ガス応答特性が単調になり、多数の種類のサン
プルガスを測定することができないという問題があっ
た。上記のセンサセットを備えた装置では、例えばガス
センサとして酸化物半導体センサを用いた場合、測定対
象ガス成分が、最初にサンプルガスにあたる1番目のガ
スセンサで酸化還元反応によって他の物質へ変換されて
ほとんど消費されてしまったときには、2番目以降のガ
スセンサにその測定対象ガス成分の出力が出ない可能性
があり、その測定対象ガス成分の測定に適したガスセン
サが2番目以降に配置されているときにはその測定対象
成分を感度よく測定できないことがあった。このよう
に、複数個のガスセンサを備えた従来のガス測定装置で
は、すべてのサンプルガスに対応できるとは限らない。
そこで本発明は、複数個のガスセンサを備えたガス測定
装置の汎用性を向上させることを目的とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数個のガス
センサを備え、そのうちの幾つか又は全てが装置内に導
入したサンプルガスに順次接触するように配列されてお
り、かつ順次接触するように配列されたそれらのガスセ
ンサがサンプルガスに接触する順序を変更することがで
きる機構を備えたガス測定装置である。
【0006】サンプルガスを測定する際、特に測定対象
ガス成分が既知の場合、その測定対象ガス成分に感度よ
く応答を示すガスセンサを最初にサンプルガスにあたる
1番目に配置すればよい。これにより、その測定対象ガ
ス成分を他のガスセンサと反応して他の物質に変換され
ることなく測定することができる。また、サンプルガス
中に妨害成分が含まれている場合、1番目のガスセンサ
として妨害成分と主に反応するガスセンサを配置し、2
番目以降に測定対象ガス成分に応答するガスセンサを配
置すればよい。これにより、妨害成分に影響されずに測
定対象ガス成分を測定することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】ガスセンサがサンプルガスに接触
する順序を変更することができる機構は、サンプルガス
の流通方向を固定しておいてガスセンサの配列を変更す
るものであってもよく、ガスセンサの配列を固定してお
いてサンプルガスの流通方向を変更するものであっても
よい。
【0008】
【実施例】図1は、一実施例を示す概略構成図である。
ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で種々の
変更ができる。この実施例ではガスセンサとして酸化物
半導体センサを用いた。複数個の酸化物半導体センサが
配置されたセンサケース3のガス入口3aに、サンプル
ガスが収容されたサンプルガス容器が接続されるサンプ
ル吸引口1が設けられている。サンプルガスには酸化物
半導体センサの動作に必要な酸素が混合されている。セ
ンサケース3のガス出口3bは吸引ポンプ5の吸引側に
接続されている。センサケース3には、センサ出力を表
示する出力表示装置7が電気的に接続されている。図示
は省略されているが、酸化物半導体センサの表面を洗浄
するとともにゼロベースを与えるゼロガスをセンサケー
ス3に供給する機構も設けられている。
【0009】図2はセンサケース3を示す概略構成図で
ある。図3はセンサケース3を一部切り欠いて示す斜視
図である。図4は1つのセンサユニットを示す斜視図で
ある。図5はセンサユニットの構造を示す構成図であ
る。応答特性の異なる5個の酸化物半導体センサが用い
られ、アルコール系センサ9aを備えたアルコール系セ
ンサユニット9a、アルデヒド系センサ11bを備えた
アルデヒド系センサユニット9b、エステル系センサ1
1cを備えたエステル系センサユニット9c、カルボン
酸系センサ11dを備えたカルボン酸系センサユニット
9d、及びアミン系センサ11eを備えたアミン系セン
サユニット9eが、センサケース3内のガス入口3aと
ガス出口3bの間で、サンプルガスの流れに沿って配列
されている。
【0010】各ユニット9aから9eの寸法の一例を示
すと、幅が2.5cm、高さが2.5cm、サンプルガ
ス流れ方向の厚みが1.2cmの角状部材からなり、厚
み方向に貫通孔13が形成されている。貫通孔13内に
はセンサ11aから11eのいずれかが配置されてい
る。角状部材の内部には、400℃前後の温度で動作す
る酸化物半導体センサを過熱するためにヒータ15が埋
め込まれている。角状部材の厚み方向の前後の側面に
は、貫通孔13の周囲にパッキン17が設けられてお
り、角状部材を所定の位置に配置したときに、気密を保
ってサンプルガスが漏れるのを防ぐ。板状部材の底面に
は、ガスの接触による酸化物半導体センサの抵抗値変化
を検出するために、電極19a,19bが設けられてお
り、さらにヒータ15に電源を供給するための電極19
c,19dが設けられている。
【0011】センサケース3は、上面が開口された箱形
に形成されており、図3に示すように、センサユニット
9aから9eが長さ方向に配列される。センサユニット
9aから9eが取り付けられるセンサケース3の取付け
位置の底面には、電極19a,19b,19c,19d
に対応して電極ソケット21が設けられている。センサ
ケース3の内部には、長さ方向に貫通孔23が形成され
た仕切板25が各センサユニット9aから9eの厚み寸
法ごとに設けられている。仕切板25の長さ方向の前後
の側面と、センサケース3の両端の内側端面はパッキン
17と密着し、ガス入口3aとガス出口3bを、貫通孔
13,13を介して連通させる。センサケース3には、
センサ11aから11eの検出信号の伝達及びヒータ1
5へ電源供給を行なうためのフラットケーブル27が接
続されており、対応する配線が電極ソケット21に接続
されている。
【0012】各センサユニット9aから9eはセンサケ
ース3内のいずれの取付け位置にも取り付けることがで
き、様々な配列順序を実現できる。図2(A)では、ガ
ス入口3a側から、アルコール系センサユニット9a、
アルデヒド系センサユニット9b、エステル系センサユ
ニット9c、カルボン酸系センサユニット9d、アミン
系センサユニット9eの順序で配列されている。図2
(B)では、ガス入口3a側から、エステル系センサユ
ニット9c、アルデヒド系センサユニット9b、アルコ
ール系センサユニット9a、カルボン酸系センサユニッ
ト9d、アミン系センサユニット9eの順序で配列され
ている。その配列順序の変更は、センサケース3の上領
域に設けられたセンサ順序変更装置29によって機械的
に自動で行なわれる。ただし、本発明はこれに限定され
るものではなく、センサユニットの配列順序の変更を手
動で行なってもよい。ここで、アルコール系、アルデヒ
ド系、エステル系、カルボン酸系及びアミン系とは、主
にその成分に応答するという意味であり、その成分のみ
に応答するという意味ではない。
【0013】図2(A)に示すような順序でユニット9
aから9eを配列した場合、ガス入口3aからセンサケ
ース3内に導入されたサンプルガスは、まず1番目に配
置されたアルコール系センサユニット9aに導入され
て、サンプルガス中のアルコール成分がユニット9aに
設けられたアルコール系センサ11aで反応し、残りの
ガス成分がユニット9b,9c,9d,9eに順に導入
されて、センサ11b,11c,11d,11eによっ
て順に測定される。
【0014】このような順序でユニット9aから9eを
配列した場合は、ビールや酒などのアルコール飲料の測
定に有効であると考えられる。さらに、アルコール飲料
中のアルコール成分はエタノールが主であり、エタノー
ルを含むアルコール成分を1番目のアルコール系センサ
ユニット9aで酸化還元して他の物質へ変換し、エタノ
ールの影響が少ない状態で残りのガス成分を2番目以降
のユニット9b,9c,9d,9eで測定するので、ア
ルコール系成分以外の微量のガスを測定できる。
【0015】サンプルガスの主成分がエステルで、エス
テル以外の微量成分を測定したい場合には、図2(B)
に示すように、エステル系センサ11cを備えたエステ
ル系センサユニット9cを1番目に配置すればよい。未
知のサンプルガスに対しては、ユニット9aから9eの
配列順序をいろいろと試みて、最適な配列順序を決定す
る。このように、ユニット9aから9eの配列順序を変
更することにより、様々な種類のサンプルガスに対応す
ることができ、ガス測定装置の汎用性が増す。各センサ
11aから11eの応答から得られたデータは、複数個
のガスセンサを備えているので、主成分分析やクラスタ
ー解析、ニューラルネットワークなど、多変量解析に持
ち込むことができる。
【0016】この実施例では、それぞれガスセンサを備
えたセンサユニット9aから9eの順序をセンサケース
3内で変更することによりガスセンサにサンプルガスが
接触する順序を変更しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、複数個のガスセンサにサンプルガス
が接触する順序を変更できる機構であればどのような機
構であってもよい。
【0017】例えば、ガスセンサの配列を固定したまま
で、サンプルガスの流れ方向を変更する機構を設けても
よい。図6は、ガスセンサの配列を固定したままでサン
プルガスの流れ方向を変更するようにした実施例及びそ
の動作を示す概略構成図である。サンプルガスが5個の
ガスセンサに順次接触していくように、内部に設けられ
たサンプルガス流路に沿ってガスセンサが固定配列され
て配置されたセンサケース31が設けられている。セン
サケース31の一方のガス出入口31aは三方バルブ3
3aを介して、他方のガス出入口31bは三方バルブ3
3bを介して、共通のサンプルガス吸引口1と吸引ポン
プ5にそれぞれ切り替えて接続される。サンプルガスに
は酸化物半導体センサの動作に必要な酸素が混合されて
いる。センサケース31には、センサ出力を表示する出
力表示装置7が電気的に接続されている。図示は省略さ
れているが、酸化物半導体センサの表面を洗浄するとと
もにゼロベースを与えるゼロガスをセンサケース31に
供給する機構も設けられている。
【0018】バルブ33aによってセンサケース31の
ガス出入口31aをサンプルガス吸引口1に接続し、バ
ルブ33bによってガス出入口31bをポンプ5に接続
することにより、サンプルガスを一端31aから他端3
3bへ流通させることができる((A)参照)。また、
バルブ33aによってセンサケース31のガス出入口3
1aをポンプ5に接続し、バルブ33bによってガス出
入口31bをサンプルガス吸引口1に接続することによ
り、サンプルガスを他端33bから一端31aへ流通さ
せることができる((B)参照)。このように、バルブ
33a,33bの切替えによってセンサケース31内を
流通するサンプルガスの流れ方向を変更することによ
り、ガスセンサがサンプルガスに接触する順序を変更す
ることができ、ガス測定装置の汎用性を向上させること
ができる。
【0019】これらの実施例では応答特性の異なる5個
の酸化物半導体センサを用いているが、本発明はこれに
限定されるものではなく、ガスセンサの個数は2個以上
であれば何個でもよく、同じ応答特性をもつガスセンサ
を2個以上配置してもよい。これらの実施例ではガスセ
ンサとして酸化物半導体センサを用いているが、本発明
はこれに限定されるものではなく、導電性高分子センサ
やQCM、SAWデバイスを利用したセンサなど、どの
ようなガスセンサを用いてもよい。さらに、これらの動
作原理の異なるガスセンサを組み合わせて用いてもよ
い。
【0020】
【発明の効果】本発明のガス測定装置では、複数個のガ
スセンサを備え、そのうちの幾つか又は全てが装置内に
導入したサンプルガスに順次接触するように配列されて
おり、かつそれらのガスセンサがサンプルガスに接触す
る順序を変更することができる機能を備えるようにした
ので、サンプルガスに接触するガスセンサの順序を変更
することにより、様々な種類のサンプルガスに対応する
ことができ、ガス測定装置の汎用性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施例を示す概略構成図である。
【図2】 センサケースを示す概略構成図である。
【図3】 センサケースを一部切り欠いて示す斜視図で
ある。
【図4】 1つのセンサユニットを示す斜視図である。
【図5】 センサユニットの構造を示す構成図である。
【図6】 他の実施例及びその動作を示す概略構成図で
ある。
【符号の説明】
1 サンプルガス吸引口 3,31 センサケース 3a ガス入口 3b ガス出口 5 吸引ポンプ 7 表示装置 9a,9b,9c,9d,9e センサユニット 11a,11b,11c,11d,11e 酸化物
半導体センサ 13 センサユニットの貫通孔 15 ヒータ 17 パッキン 19a,19b,19c,19d 電極 21 電極ソケット 23 仕切板の貫通孔 25 仕切板 27 フラットケーブル 29 センサ順序変更装置 31a,31b ガス出入口 33a,33b 三方バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 29/18 G01N 29/18 Fターム(参考) 2G046 AA23 AA24 AA25 BA02 BE05 BG03 BG04 BH02 BH03 BH04 DC13 EB01 FB02 2G047 AA01 BA04 CA01 CB03 GA13 GB11 GB38 GG37 2G060 AA02 AB15 AB21 AE19 BA01 BC05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個のガスセンサを備え、そのうちの
    幾つか又は全てが装置内に導入したサンプルガスに順次
    接触するように配列されており、かつ順次接触するよう
    に配列されたそれらのガスセンサがサンプルガスに接触
    する順序を変更することができる機構を備えたことを特
    徴とするガス測定装置。
  2. 【請求項2】 前記機構はガスセンサの配列を変更する
    ものである請求項1に記載のガス測定装置。
  3. 【請求項3】 前記機構はサンプルガスの流通方向を変
    更するものである請求項1に記載のガス測定装置。
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