JP2001324463A - ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置 - Google Patents
ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置Info
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Abstract
作業を不要にでき、しかも、調整作業を行うことなくガ
ス濃度検出センサおよび測定装置本体間を任意の長さの
ケーブルで接続可能なガス濃度検出センサを提供する。 【解決手段】 抵抗値がガス濃度に応じて変化するガス
濃度検出素子13と、ガス濃度検出素子13を流れる電
流を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路14と、電
圧信号に対する利得を調整可能な利得調整回路15と、
利得調整回路15によって利得調整された電圧信号をセ
ンサ信号として外部装置に出力可能なセンサ側コネクタ
11とを備えて構成した。
Description
半導体(MOS)を用いてガス濃度を検出するガス濃度
検出センサ、およびそのガス濃度検出センサを用いてガ
ス濃度を測定可能に構成されたガス濃度測定装置に関す
るものである。
者は、図2に示す測定装置41を既に開発している。こ
の測定装置41は、センサ部42、測定装置本体43、
および接続ケーブル44から構成されている。また、セ
ンサ部42は、ガス濃度に応じて抵抗値が変化するガス
濃度検出素子13と、ガス濃度検出素子13を加熱する
ヒータ16とがコネクタ51に半田付けされた状態でモ
ールドされている。一方、測定装置本体43は、コネク
タ61、電流−電圧変換回路14、利得調整回路62、
ヒータ制御回路17、電源回路32および表示器63を
備えて構成されている。さらに、接続ケーブル44は、
コネクタ44a,44bおよびケーブル44cから構成
され、センサ部42および測定装置本体43間を接続す
る。
7が、電源回路32によって生成された電源を入力して
ヒータ16に定電流を供給する。この結果、ヒータ16
が発熱することにより、ガス濃度検出素子13が例えば
300℃〜400℃に加熱される。この状態では、ガス
濃度検出素子13の抵抗値は、室温における抵抗値(例
えば1MΩ程度)よりも十分に小さな抵抗値(例えば1
KΩ〜数kΩ)に低下する。次いで、ガス濃度検出素子
13に被測定ガスが接触すると、ガス濃度検出素子13
の抵抗値が変化する。この場合、ガス濃度検出素子13
の両端には、電流−電圧変換回路14によって定電圧が
印加されている。このため、ガス濃度検出素子13を流
れる電流値は、ガス濃度検出素子13の抵抗値変化に応
じて変化する。
−電圧変換回路14が、ガス濃度検出素子13を流れる
電流を検出して電圧信号に変換する。この場合、各ガス
濃度検出素子13の感度、つまり、ガス濃度変化に対す
る抵抗値変化量を均一に製造するのは、一般的に困難で
ある。このため、この測定装置41では、高い測定精度
を維持すべく、図外のボリュームを調整することによ
り、ガス濃度検出素子13の感度に適合するように、利
得調整回路62の利得が予め設定されている。したがっ
て、利得調整回路62は、予め設定された利得で電圧信
号を増幅する。次いで、測定装置本体43では、例えば
アナログメータで構成された表示器63が、その電圧信
号の電圧値に応じてガス濃度を表示する。同時に、その
電圧信号はアナログ信号の検出電圧VD1として装置外部
に出力される。このように、この測定装置41によれ
ば、大型で高価なガス分析計を用いることなく、小型安
価なMOS型ガスセンサを用いてガス濃度を測定するこ
とができる。
発している測定装置41には、以下の改善すべき点があ
る。すなわち、ガス濃度検出素子13は、油などが付着
しない理想的使用状態で使用された場合であっても、そ
の感度が1年程度で変化する。したがって、ガス濃度検
出素子13の交換、または測定装置41の定期的な校正
が必要となる。一方、この測定装置41では、個々のガ
ス濃度検出素子13の感度に適合するように利得調整回
路62の利得が測定装置41毎に予め調整されている。
このため、ユーザーがセンサ部42を単に交換したとし
ても、適正な感度に戻すことは困難である。したがっ
て、かかる場合には、ユーザーは、センサ部42と共に
測定装置本体43もメーカに送り返して、ガス濃度検出
素子13の交換や利得調整回路62の再調整を依頼する
必要がある。このため、この測定装置41には、ガス濃
度検出素子13に経年変化や故障が生じたときの校正作
業が煩雑であり、これを改善すべきとの要請がある。
路62の利得がケーブル44cの抵抗値を含んだ状態で
調整されているため、ケーブル44cの長さを任意かつ
容易には変更することができない。したがって、広い室
内のガス濃度を測定する場合には、センサ部42のみな
らず測定装置本体43をも被測定ガス中に晒さなければ
ならないこともある。このため、腐食性ガスの濃度を測
定するときには、測定装置本体43に耐腐食対策を施さ
なければならず、測定装置41全体としてのコストが上
昇する。また、耐腐食対策を施さないときには、測定装
置本体43を廃棄しなければならず、この点を改善すべ
きとの要請もある。さらに、ガス濃度検出素子13の抵
抗値変化は、ガス濃度の変化に必ずしも比例しない。し
たがって、アナログ型の表示器63でガス濃度を表示さ
せた場合、表示誤差が大きくなるため、測定精度の向上
も望まれている。
たものであり、ガス濃度検出素子の経年変化に起因する
調整作業を不要にでき、しかも、調整作業を行うことな
くガス濃度検出センサおよび測定装置本体間を任意の長
さのケーブルで接続可能なガス濃度検出センサおよびガ
ス濃度測定装置を提供することを主目的とする。また、
高い測定精度を有するガス濃度測定装置を提供すること
を他の目的とする。
求項1記載のガス濃度検出センサは、抵抗値がガス濃度
に応じて変化するガス濃度検出素子と、ガス濃度検出素
子を流れる電流を電圧信号に変換する電流−電圧変換回
路と、電圧信号に対する利得を調整可能な利得調整回路
と、利得調整回路によって利得調整された電圧信号をセ
ンサ信号として外部装置に出力可能なセンサ側コネクタ
とを備えて構成したことを特徴とする。
求項1記載のガス濃度検出センサにおいて、利得調整さ
れた電圧信号を直線補正する直線補正回路をさらに備
え、直線補正した電圧信号をセンサ信号としてセンサ側
コネクタを介して出力可能に構成されていることを特徴
とする。
求項1または2記載のガス濃度検出センサにおいて、利
得調整回路は、入力される利得設定データに応じて利得
が設定可能に構成されていることを特徴とする。
項1から3のいずれかに記載のガス濃度検出センサを備
え、かつ、センサ側コネクタに接続可能な本体側コネク
タと、本体側コネクタを介して入力されたセンサ信号に
基づいてガス濃度を測定する測定回路とを備えた測定装
置本体をさらに備えていることを特徴とする。
明に係るガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置の
好適な実施の形態について説明する。なお、測定装置4
1と同一の構成要素については、同一の符号を付して重
複した説明を省略する。
て、図1を参照して説明する。
サ2と、測定装置本体3と、ガス濃度検出センサ2およ
び測定装置本体3間を接続する接続ケーブル4とを備
え、例えば、0.1PPMまでのオゾン濃度を測定可能
に構成されている。この場合、ガス濃度検出センサ2
は、プリント基板12を備え、このプリント基板12上
に、本発明におけるセンサ側コネクタに相当するコネク
タ11、ガス濃度検出素子13、電流−電圧変換回路1
4、利得調整回路15、ヒータ16、ヒータ制御回路1
7および直線補正回路18が搭載されている。また、こ
のガス濃度検出センサ2では、プリント基板12がコネ
クタ11のコネクタハウジング19内に収納されてお
り、ガス濃度検出素子13は、そのコネクタハウジング
19から突出して外気に露出可能にプリント基板12の
端部に取り付けられている。
て、接続ケーブル4を介して、または直接的に測定装置
本体3のコネクタ31に接続可能に構成されている。ガ
ス濃度検出素子13は、例えばオゾンの濃度測定に適し
た金属酸化物半導体センサで構成されている。利得調整
回路15は、オペアンプ21、抵抗22、およびディジ
タルポテンショメータ23を備えて構成されている。こ
の場合、利得調整回路15は、測定装置本体3または図
外の治具から出力される利得設定データDG によって利
得を自動設定可能に構成され、かつその利得設定データ
DG を図外の内蔵EEPROM(Electrically Erasabl
e PROM)に記憶する。ヒータ制御回路17は、ヒータ1
6に対して定電流を供給する。直線補正回路18は、利
得調整回路15から出力される電圧信号SV の電圧値が
ガス濃度に対して直線性(比例関係)を有するように、
その電圧信号SV を直線補正する。
本体側コネクタに相当するコネクタ31、電源回路3
2、制御回路33、表示器34およびガス濃度設定回路
35を備えて構成されている。この場合、コネクタ31
は、接続ケーブル4を介して、または直接的に、ガス濃
度検出センサ2のコネクタ11に接続可能なDIN型コ
ネクタで構成されている。電源回路32は、ガス濃度検
出センサ2および測定装置本体3内の各回路に電源を供
給する。表示器34は、例えばカラーLCDパネルで構
成され、ガス濃度検出センサ2によって検出されたガス
濃度を制御回路33の表示制御に従って数値表示する。
ガス濃度設定回路35は、例えば、ロータリースイッチ
またはボリュームを備えて構成され、そのロータリース
イッチなどで0.01PPM〜0.1PPMまでの範囲
内の所定ガス濃度(例えば0.05PPM)を設定可能
に構成されている。制御回路33は、本発明における測
定回路に相当し、後述する自動利得設定処理、検出電圧
VD に応じたガス濃度の表示器34への表示制御処理、
およびガス濃度設定回路35によって設定された設定ガ
ス濃度を超えたときに検出信号SD を出力する信号出力
処理などを実行する。
について説明する。
る。この際には、接続ケーブル4を介してガス濃度検出
センサ2を測定装置本体3に接続した後、ガス濃度が既
知の試験室内にガス濃度検出センサ2を収納し、かつ測
定装置本体3を試験室外に設置する。この状態では、電
源回路32がガス濃度検出センサ2に電源を供給するこ
とにより、ヒータ制御回路17が、定電流をヒータ16
に供給する。これにより、ガス濃度検出素子13が所定
温度(例えば300℃)に加熱される。次いで、制御回
路33は、利得設定データDG を出力しつつ検出電圧V
D の電圧値を監視することにより、その電圧値が既知の
ガス濃度に対応する電圧値と等しくなるようにディジタ
ルポテンショメータ23の抵抗値を設定する。これによ
り、ディジタルポテンショメータ23内のEEPROM
に利得設定データDG が記憶されると共に利得調整回路
15の利得が自動設定される。この結果、ガス濃度検出
センサ2が一定の感度に校正される。次いで、ガス濃度
検出センサ2を交換して上記の処理を繰り返すことによ
り、すべてのガス濃度検出センサ2の感度を同一に設定
することができる。したがって、すべてのガス濃度検出
センサ2は互換性を有することになる。
13の抵抗値が、ガス濃度に応じて変化する。この際
に、電流−電圧変換回路14は、ガス濃度検出素子13
に流れる電流を電圧信号に変換する。次いで、利得調整
回路15が、その電圧信号を予め設定された利得で増幅
して電圧信号SV を生成する。この後、直線補正回路1
8が、電圧信号SV を直線補正することにより、その電
圧値がガス濃度に比例する検出電圧VD を生成して測定
装置本体3に出力する。この場合、直線補正回路18
は、低出力インピーダンスで検出電圧VD を出力する。
したがって、検出電圧VD の電圧値が接続ケーブル4の
ケーブル4cの長短に影響されることがないため、ガス
濃度検出センサ2は、常に校正された一定の感度に応じ
た電圧の検出電圧VD を出力する。なお、接続ケーブル
4の長さは通常数m〜十数m程度のため、ガス濃度検出
センサ2の出力インピーダンスを必ずしも低インピーダ
ンスに規定する必要はなく、ある程度高いインピーダン
スに規定してもよい。
出電圧VD を装置外部に出力する。同時に、制御回路3
3が、検出電圧VD の電圧値に基づいてガス濃度を測定
した後、そのガス濃度を表示器34に表示させる。ま
た、制御回路33は、測定したガス濃度がガス濃度設定
回路35によって設定された設定濃度を超えているとき
に検出信号SD を装置外部に出力する。
センサ2の感度が変化した場合や、ガス濃度検出センサ
2に故障や腐食が発生した場合、上記した方法で予め校
正したガス濃度検出センサ2に交換する。この場合、す
べてのガス濃度検出センサ2が相互に互換性を有するた
め、ガス濃度測定装置1全体としてのガス濃度検出感度
を常に一定に維持することができる。また、測定装置4
1とは異なり、ケーブル4cの長さが異なる接続ケーブ
ル4につなぎ替えた場合であっても、ガス濃度検出セン
サ2の感度自体は変化しない。このため、広い密閉室内
に充満している腐食性ガスの濃度を測定する場合には、
測定装置本体3を室外に設置し、かつ長目の接続ケーブ
ル4を介して接続したガス濃度検出センサ2のみを密閉
室内に設置することにより、測定装置本体3の腐食を回
避することができる。また、必要に応じてガス濃度検出
センサ2をのみに耐腐食対策を施せばよいため、ガス濃
度測定装置1全体としてのコストを低減することができ
る。また、接続ケーブル4のケーブル長が異なっても、
ガス濃度検出センサ2を校正する必要がないため、ケー
ブル長が異なる複数の接続ケーブル4を予め用意してお
くことで、ユーザーは、測定条件に適合する接続ケーブ
ル4を自由に選択することができる。さらに、直線補正
回路18が電圧信号SV を直線補正するため、より高精
度でガス濃度を測定することができる。加えて、測定装
置本体3または治具によって利得調整回路15の利得を
自動調整することができるため、調整コストを低減する
ことができ、これにより、ガス濃度測定装置1全体とし
てのコストも低減することができる。
形態に示した構成に限定されない。例えば、本発明の実
施の形態では、金属酸化物半導体でガス濃度検出素子1
3を構成した例について説明したが、本発明は、これに
限らず、固体電解質を用いたガスセンサなど各種のガス
センサを採用することができる。また、ガス濃度検出セ
ンサ2内に直線補正回路18を必ずしも設ける必要はな
く、測定装置本体3内に設けてもよいし、制御回路33
が直線補正を行うように構成することもできる。さら
に、それ程の測定精度を必要としない場合には、直線補
正用の回路を省くこともできる。
の構成自体は、特に限定されず各種の公知回路を採用す
ることができる。さらに、利得調整回路15の回路構成
についても、必ずしも自動調整が可能な回路構成を採用
する必要はなく、ボリュームなどを用いて人手で調整可
能に構成してもよい。
検出センサによれば、ガス濃度検出素子、電流−電圧変
換回路、利得調整回路、およびセンサ側コネクタを備え
て構成したことにより、ガス濃度検出センサ単体の感度
を均一化することができるため、ガス濃度検出センサを
交換する際の測定装置本体側での調整作業を不要にする
ことができる。また、何ら調整作業を行うことなく、ガ
ス濃度検出センサおよび測定装置本体間を任意の長さの
ケーブルで接続することができる。
によれば、利得調整された電圧信号を直線補正する直線
補正回路をさらに備えたことにより、高い測定精度を有
するガス濃度測定装置を提供することができる。
サによれば、利得調整回路の利得を利得設定データによ
って自動設定することができるため、調整コストを低減
することができる。
よれば、なんら調整作業を必要とせずにガス濃度検出セ
ンサを自由に交換することができると共に、感度変化を
生じさせることなくガス濃度検出センサおよび測定装置
本体間を任意の長さのケーブルで接続することができ
る。
のブロック図である。
ック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 抵抗値がガス濃度に応じて変化するガス
濃度検出素子と、当該ガス濃度検出素子を流れる電流を
電圧信号に変換する電流−電圧変換回路と、当該電圧信
号に対する利得を調整可能な利得調整回路と、当該利得
調整回路によって利得調整された前記電圧信号をセンサ
信号として外部装置に出力可能なセンサ側コネクタとを
備えて構成したことを特徴とするガス濃度検出センサ。 - 【請求項2】 前記利得調整された前記電圧信号を直線
補正する直線補正回路をさらに備え、当該直線補正した
電圧信号を前記センサ信号として前記センサ側コネクタ
を介して出力可能に構成されていることを特徴とする請
求項1記載のガス濃度検出センサ。 - 【請求項3】 前記利得調整回路は、入力される利得設
定データに応じて前記利得が設定可能に構成されている
ことを特徴とする請求項1または2記載のガス濃度検出
センサ。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載のガス
濃度検出センサを備え、かつ、前記センサ側コネクタに
接続可能な本体側コネクタと、当該本体側コネクタを介
して入力された前記センサ信号に基づいてガス濃度を測
定する測定回路とを備えた測定装置本体をさらに備えて
いることを特徴とするガス濃度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000139342A JP2001324463A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000139342A JP2001324463A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001324463A true JP2001324463A (ja) | 2001-11-22 |
Family
ID=18646802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2000139342A Pending JP2001324463A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2001324463A (ja) |
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