JP2002098668A

JP2002098668A - 二酸化炭素濃度測定装置

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Publication number: JP2002098668A
Application number: JP2000290901A
Authority: JP
Inventors: Akira Shibue; 明渋江; Susumu Takada; 進高田; Shizuko Kumazawa; 志津子熊澤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、室温で作動し、十分な感度と応答性
が得られ、選択性が高く、耐湿性にも優れ、単純な構造
の測定系を有する二酸化炭素濃度測定装置を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】センサ部１には二酸化炭素濃度に応じて起
電力を生じるセンサが内蔵されている。センサ部１から
出力される検出信号は、オペアンプで構成される高入力
インピーダンスの入力部１０に入力してインピーダンス
変換され、次段のオフセット調整回路２０に入力する。
オフセット調整回路２０においてセンサの個体差による
初期起電力のばらつきが調整され、調整された検出信号
が次段以降の増幅部３０、逆対数増幅部４０を経て表示
部５０に入力し、表示部５０において二酸化炭素濃度が
表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内外の環境制
御、施設園芸等の農工業プロセス、防災用途などに使用
される二酸化炭素濃度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、空調の普及に伴う室内空気の汚染
の検知、畜産における施設内空気の汚染の検知、園芸施
設における植物の成長制御、各種工業プロセスなどを中
心に、二酸化炭素センサに対するニーズが高まってお
り、種々の方式の二酸化炭素センサが提案されている。

【０００３】具体的には、例えば、赤外線吸収方式の二
酸化炭素センサが実用化されている。しかし、この方式
のセンサは、装置が大きいこと、高価であることなどか
ら、普及するには至っていない。また、半導体を用いた
センサも提案されているが、このセンサは二酸化炭素の
選択性に劣るため、二酸化炭素のみの濃度を測定するこ
とが困難である。

【０００４】さらに、小型で安価なセンサとして、固体
電解質を用いたものが提案されている。丸山ら｛第１０
回固体イオニクス討論会講演要旨集６９（１９８３）｝
は、二酸化炭素と解離平衡を形成する炭酸カリウムなど
の固体電解質に一対の電極を形成し、一方に濃度既知の
基準ガスを接触させて、雰囲気ガスの濃度差による起電
力を測定する濃淡分極型センサを提案している。また、
丸山らは、このような濃淡分極型センサの他、ＮＡＳＩ
ＣＯＮ（ナトリウムスーパーイオン伝導体：Ｎａ₃Ｚｒ₂
Ｓｉ₂ＰＯ₁₂）などのアルカリ金属イオン伝導性の固体
電解質に一対の電極を形成し、一方に炭酸ナトリウムな
どの二酸化炭素と解離平衡を形成する金属炭酸塩層を設
けて検知極とし、他方を二酸化炭素不感応性電極とし
た、いわゆる起電力検出型センサも提案している。

【０００５】固体電解質を用いた小型で安価な二酸化炭
素センサの問題点としては、まず材料として使用される
金属炭酸塩が湿度の影響を受けやすいことがある。この
問題を解決するためには、センサ素子のガス検知部以外
を密閉したり、センサをヒータにより加熱して作動温度
を高くして、湿度の影響を低減しなければならない。上
記のセンサの作動温度は４００〜７００℃と高温であ
る。作動温度が高いと、センサ全体の消費電力が大き
く、また、材料の熱劣化が起こる等の問題が生じてく
る。また、数百度の熱は、たとえ小さなヒータからであ
ってもセンサ周辺を加温し、空気の対流を発生させるな
ど、測定環境に微妙な影響を与えてしまうという問題も
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、非加熱タ
イプのセンサが、特開平１１−２７１２７０号公報に開
示されている。ＮＡＳＩＣＯＮを固体電解質とし、作用
極に金属酸化物を用いた起電力発生型のセンサで、室温
で作動し、十分な感度と特に十分な応答性とが得られ、
選択性が高く、耐湿性にも優れている。しかしながら、
ＮＡＳＩＣＯＮを３００℃以下で使用するため、素子の
持つインピーダンスが高くなり、専用の高価な測定装置
（ポテンショメータ）を用いる必要が生じ、小型化が困
難であった。

【０００７】本発明の目的は、室温で作動し、十分な感
度と応答性が得られ、選択性が高く、耐湿性にも優れ、
小型で単純な構造を備えた信号処理系を有する二酸化炭
素濃度測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、検知極と参
照極とがそれぞれ固体電解質に接して設けられ、−７０
℃〜５００℃の比較的低温範囲で二酸化炭素濃度に応じ
て起電力を生じる二酸化炭素センサを備えたセンサ部
と、前記起電力に基づく検出信号を出力する前記センサ
部に対して高い入力インピーダンスを有する入力部と、
前記入力部でインピーダンス変換された前記検出信号に
対してオフセット電圧を印加するオフセット調整回路と
を備えていることを特徴とする二酸化炭素測定装置によ
って達成される。

【０００９】上記本発明の二酸化炭素濃度測定装置にお
いて、前記入力部は、１０⁹Ω以上の入力インピーダン
スを有していることを特徴とする。また、前記入力部
は、ボルテージホロア回路を有していることを特徴とす
る。

【００１０】上記本発明の二酸化炭素濃度測定装置にお
いて、前記固体電解質が金属イオン導電体を含有し、前
記検知極が金属酸化物層と集電体とを有し、前記金属酸
化物層が、酸化インジウム、酸化スズ、酸化コバルト、
酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化銅、酸化
鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化カドミウム、酸化
ビスマス、酸化マンガン、酸化イットリウム、酸化ジル
コニウム、酸化アンチモン、酸化アルミニウム、酸化ラ
ンタン、酸化セリウム、酸化プラセオジウム、酸化ネオ
ジウム、酸化銀、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化
カリウム、酸化ルビジウム、酸化セシウム、酸化マグネ
シウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バ
リウムのいずれか一種以上を含有することを特徴とす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による二酸
化炭素濃度測定装置を図１乃至図７を用いて説明する。
まず、本実施の形態による二酸化炭素濃度測定装置の概
略の構成について図１に示す機能ブロックを用いて説明
する。まず、センサ部１は、二酸化炭素を含む雰囲気中
に設置され、雰囲気中の二酸化炭素の濃度に応じて起電
力を生じる二酸化炭素センサを内蔵している。センサ部
１で生じた起電力は、オペアンプで構成される入力部１
０に計測信号として入力するようになっている。入力部
１０は、センサ部１の内部インピーダンスを考慮した高
入力インピーダンスに構成されていると共に低い出力イ
ンピーダンスを有している。

【００１２】入力部１０によりインピーダンス変換され
た計測信号は、オフセット調整回路２０に入力する。セ
ンサ部１の初期起電力には二酸化炭素センサ毎にばらつ
きがあるので、オフセット調整回路２０でオフセット電
圧を印加して計測信号の電圧レベルを調整する。これに
より、いずれのセンサ部１を用いても二酸化炭素濃度に
応じて等しい出力電圧を得ることができるようになる。

【００１３】オフセット調整回路２０により調整された
計測信号は、増幅部３０に入力して所定の増幅率で増幅
される。二酸化炭素濃度の変化に対してセンサ部１の起
電力は対数的に変化するので、計測信号を逆対数増幅部
４０に入力して指数関数的に変化する計測信号を出力さ
せる。この計測信号は表示部５０に入力されて所定の形
式（アナログ表示あるいはデジタル表示）で二酸化炭素
濃度が表示される。このように、本実施の形態の二酸化
炭素濃度測定装置によれば、非常に簡単な回路構成で二
酸化炭素濃度を測定・表示することが可能である。

【００１４】次に、本実施の形態による二酸化炭素濃度
測定装置のセンサ部１の概略の構成について図２を用い
て説明する。図２に示すように、本実施の形態による二
酸化炭素濃度測定装置のセンサ部１の二酸化炭素センサ
は、検知極３が金属酸化物層４と集電体５とを有してい
る。金属酸化物層４は、酸化インジウム、酸化スズ、酸
化コバルト、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸
化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化カドミ
ウム、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化イットリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化アルミニ
ウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジウ
ム、酸化ネオジウム、酸化銀、酸化リチウム、酸化ナト
リウム、酸化カリウム、酸化ルビジウム、酸化セシウ
ム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロン
チウム、酸化バリウムのいずれか一種以上を含有するこ
とにより、応答性が向上し、低温での迅速な測定が可能
になる。

【００１５】さらに金属酸化物層４は、金属酸化物の他
に、金属炭酸水素塩および／または金属炭酸塩を含有さ
せても良い。これらにより二酸化炭素の検出に必須の炭
酸水素イオンの生成が促進され、感度、応答速度、選択
性などの応答性が向上する。なお、金属炭酸塩は、二酸
化炭素、水分と反応して金属炭酸水素塩となり、二酸化
炭素に由来する炭酸水素イオンの生成を促進すると考え
られる。

【００１６】金属炭酸水素塩としては、例えば、アルカ
リ金属の炭酸水素塩などがあり、炭酸水素ナトリウム、
炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシ
ウム等が挙げられる。これらは１種を用いても２種以上
を併用してもかまわない。中でも、炭酸水素ナトリウ
ム、炭酸水素カリウム、特に炭酸水素ナトリウムを用い
ることが好ましい。

【００１７】また、金属炭酸塩としては、例えば、炭酸
リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジ
ウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウ
ム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、炭酸マンガ
ン、炭酸鉄、炭酸ニッケル、炭酸銅、炭酸コバルト、炭
酸クロム、炭酸亜鉛、炭酸銀、炭酸カドミウム、炭酸イ
ンジウム、炭酸イットリウム、炭酸鉛、炭酸ビスマス、
炭酸ランタン、炭酸セリウム、炭酸プラセオジム、炭酸
ネオジム等が挙げられる。金属炭酸塩は１種を用いても
２種以上を併用してもよい。中でも、炭酸リチウム、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウムを用いることが好ましい。
また、金属炭酸水素塩と併用する場合、用いる金属炭酸
水素塩と同じ金属の炭酸塩を用いることが好ましい。特
に、固体電解質２の可動イオン種と同じ金属の炭酸水素
塩、炭酸塩を用いることが好ましい。金属炭酸水素塩お
よび／または金属炭酸塩は、２種以上を併用してもよ
く、この場合、金属炭酸水素塩同士あるいは金属炭酸塩
同士であってもよく、また、金属炭酸水素塩と金属炭酸
塩とを併用することもできる。

【００１８】金属炭酸水素塩および／または金属炭酸塩
を含有させることにより、安定なペーストを塗布して検
知極３を形成できるために、検知極３の固体電解質２に
対する密着性がよくなり、応答速度が向上する。しか
も、検知極３の形成時にスクリーン印刷等の作業が容易
になるため、生産性が向上する。さらには、電極の強度
も強くなる。

【００１９】また、集電体５を多孔質としたり、集電体
５を金属酸化物層４を挟んで固体電解質２に対向して設
けたりすることにより、検知極３自体がガス拡散層とし
て働くため、さらに迅速な応答が得られるようになる。

【００２０】さらには、対極６に金属酸化物を用いるこ
とにより、共存ガスの影響が軽減し、高い二酸化炭素選
択性が得られる。また、耐湿性が向上し、特に低温での
測定時の湿度の影響が軽減される。本実施の形態による
センサ部１の作動温度は、検知極３と対極６との組み合
わせにより、従来の固体電解質２を用いた二酸化炭素セ
ンサよりも低温で作動させることができ、消費電力の低
減が可能となる。本実施の形態によるセンサ部１の最適
作動温度は、センサ部１を構成する材料や共存ガスの種
類等によっても異なるが、−７０℃〜５００℃、好まし
くは−７０℃〜２００℃、より好ましくは−５０℃〜１
２０℃の範囲である。

【００２１】ところで、固体電解質２は電気伝導の際、
電子、正孔、イオンの中で、イオンによる電荷移動が大
きく寄与するもので、イオン導電体ともいわれるが、電
子伝導性が全く無いものではない。特に、低温で動作さ
せる場合、可動イオンの移動度が低下して伝導性が低下
するばかりでなく、固体電解質２表面に付着した水分な
どにより電子導電性が増加する。従って、低温で動作さ
せた場合、固体電解質２の電子伝導性により、固体電解
質２内部に閉回路が形成される。固体電解質２内の電子
伝導が、外部の信号処理回路の電気伝導よりも大きい場
合は、短絡された形となり、センサの外部出力が減少す
る。また、その影響は固体電解質２の外部からそれに相
当する電流が流入した場合、固体電解質２表面で酸素還
元反応が生じ、電極近傍に導電イオン金属の酸化物が蓄
積するなど測定系の変化を招き、センサの出力変動や経
時的な変化を大きくする弊害をもたらす。

【００２２】そこで、本実施の形態では、センサ部１に
接続される信号処理回路の入力段の入力インピーダンス
を高めて、測定中のセンサに流れる電流を極力低く抑え
ることにより、センサの出力を安定にし、且つ寿命を実
用に耐えるまでに延ばすようにしている。

【００２３】図３は、本実施の形態による二酸化炭素濃
度測定装置のセンサ部１に接続される信号処理回路の入
力部１０の一例を示している。入力部１０は、オペアン
プを用いた差動増幅回路であり、特に、高い入力インピ
ーダンスが得られるインスツルメンテーションアンプ
（計測用増幅器）の構成になっている。

【００２４】オペアンプ１２の出力端子と反転入力端子
とを接続したボルテージホロワ回路１３の非反転入力端
子にセンサ部１の例えば検知極３が接続されている。一
方、オペアンプ１４の出力端子と反転入力端子とを接続
したボルテージホロワ回路１５の非反転入力端子にセン
サ部１の対極６が接続されている。

【００２５】ボルテージホロア回路１３の出力端子は、
抵抗Ｒ１を介してオペアンプ１６の反転入力端子に接続
されている。一方、ボルテージホロア回路１５の出力端
子は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプ１６の非反転入力端
子に接続されている。また、オペアンプ１６の出力端子
は抵抗Ｒ２を介して反転入力端子に接続されて負帰還が
かけられている。

【００２６】このように入力部１０は、差動増幅回路と
して機能するオペアンプ１６の両入力端子にそれぞれボ
ルテージホロワ回路１３、１５を接続して、高入力イン
ピーダンスの入力段を構成している。このような構成に
おいて、ボルテージホロア回路１３、１５の非反転入力
端子間にセンサ部１の検知極３及び対極６間の電圧ｖ _i
が印加される。例えば、抵抗Ｒ１とＲ３の抵抗値が同じ
（例えば２ｋΩ）で、抵抗Ｒ２とＲ４の抵抗値が同じ
（例えば４ｋΩ）とする。ボルテージホロワ回路１３、
１５の増幅率Ａ１、Ａ２はそれぞれ１であり、オペアン
プ１６は反転増幅回路であるから、入力部１０の増幅率
Ａ３は、Ａ３＝Ｒ２／Ｒ１＝２となる。従って、出力電
圧ｖ_Oは、ｖ_O＝−２ｖ_iとなる（但し、“−”は位相が
反転していることを示す）。

【００２７】入力部１０の構成によれば、差動増幅回路
であるため、センサ部１側で生じる同相入力電圧成分を
除去して、計測した二酸化炭素濃度に応じた電圧だけを
取り出すことができるだけでなく、入力インピーダンス
を極めて高くすることができる。これにより、低温望ま
しくは非加熱の状況で使用するために内部インピーダン
スが高くなるセンサ部１に対して正確な測定が可能とな
る。

【００２８】ところで、上述のように内部インピーダン
スが極めて高くなるセンサ部１は、製造されたセンサ素
子毎の初期起電力のばらつきが大きくなってしまう傾向
を有している。図４は、製造されたセンサ素子の初期起
電力のばらつきを示している。図４の横軸は二酸化炭素
濃度（単位：ｐｐｍ）を対数表示し、縦軸は起電力（単
位：ｍＶ）の線形表示である。また、図４において細か
いピッチの破線（点線）は初期起電力の最大値を示し、
長いピッチの破線は初期起電力の最小値を示し、直線は
その平均値を示している。図４に示すように、初期起電
力が異なっても、二酸化炭素濃度変化に対する起電力変
化（曲線の傾き）はどの素子もほぼ一定であることが分
かる。

【００２９】従って、高い入力インピーダンスを有する
入力部１０の直後に、起電力のばらつきに基づく計測信
号のばらつきを補正するオフセット調整回路２０を接続
して初期値を調整すれば、素子の個体差を解消して一定
の計測信号出力が得られる。従って、表示部５０での調
整が不要となり、より単純な回路とすることができるた
め、測定回路を簡略化して測定装置の小型化が可能であ
る。

【００３０】そこで、本実施の形態による信号処理回路
では、入力部１０の直後に図５に示すようなオフセット
調整回路２０を設けている。図５に示すように、オフセ
ット調整回路２０にはオペアンプ１８が設けられ、オペ
アンプ１８の反転入力端子には抵抗Ｒ５を介して入力部
１０の出力電圧ｖ_Oが入力するようになっている。オペ
アンプ１８の出力端子は抵抗Ｒ６を介して反転入力端子
に接続されて負帰還がかけられている。オペアンプ１８
の非反転入力端子には、抵抗Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９を備
えた直流電圧調整部が構成されている。可変抵抗器を調
節してオペアンプ１８の非反転入力端子に初期起電力の
ばらつきに応じて微小な直流電圧を印加することにより
オペアンプ１８の出力端子の出力電圧ｖ_O’を所望の電
圧に調整することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本実施の形態を実施例及び比較例を用
いてより具体的に説明する。（実施例１）固体電解質２としてＮＡＳＩＣＯＮを合成
した。市販のリン酸ナトリウム、ケイ酸ジルコニウム及
び二酸化ケイ素を所定量取り、ボールミルにて２４時間
粉砕した。この粉体に圧力を加えて円形状に成形した後
１２００℃で４８時間焼成し、次いで、０．５ｍｍ厚に
研磨した後カットしてＮＡＳＩＣＯＮペレットを得た。

【００３２】次に、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）の粉末
（平均粒径：１０ｎｍ〜１００μｍ）５０ｍｇに５ｗｔ
％のエチルセルロースを含むα−テルピネオールを５０
ｗｔ％加えてよく混合し、ペースト状にした。このペー
ストの粘度は１０，０００〜１００，０００ｐｏｉｓｅ
であった。このペーストを固体電解質２のＮＡＳＩＣＯ
Ｎペレット（１０ｍｍ径、１ｍｍ厚さ）の上面に塗布
し、７５０℃で２時間加熱処理し金属酸化物層４を設け
た。その上面に集電体５のＡｕメッシュ（１００メッシ
ュ）を設けて検知極３とした。ペレットの下面には、Ａ
ｕメッシュ（１００メッシュ）を設けて対極６とした。
ＮａＨＣＯ₃粉末（平均粒径：０．１〜１００μｍ）と
水とを混合し、水溶液にしたものを上記の金属酸化物層
（酸化インジウム層）に含浸させ、その後乾燥して検知
極３を作製した。そして、それぞれの電極からリード線
を接続し、図２に示す二酸化炭素センサを備えたセンサ
部１を得た。

【００３３】このセンサ部１の出力信号を、入力インピ
ーダンスが１０¹¹Ωである入力部１０を備えた信号処理
回路（測定記録計）に接続して、３５０ｐｐｍの二酸化
炭素濃度の空気中での長期間の連続測定を行なった。そ
の結果を図６の曲線Ａで示す。図６の横軸は測定時間経
過（単位：分）を表し、縦軸は、センサ出力（単位：ｍ
Ｖ）を表している。曲線Ａはほぼセンサ出力が一定の直
線状であり、センサ出力は平均−１００ｍＶを示して１
ヶ年以上経過後も出力の低下は見られなかった。入力部
１０の入力インピーダンスを１０¹¹Ωから１０⁹Ωまで
下げてもセンサ出力は０．５ｍＶしか低下せず、１０⁸
Ωまで下げると−４０ｍＶを示し、明瞭な出力低下が見
られた。図６の曲線Ｂは、入力部１０の入力インピーダ
ンスが１０⁹Ωの場合を示している。

【００３４】（比較例１）実施例１と同様に作製した固
体電解質２により実施例１と同じ工程でセンサ部１を作
製し、これを直接に市販のペンレコーダ（入力インピー
ダンスは１０⁶Ω）に接続し、同様に３５０ｐｐｍの二
酸化炭素濃度の空気中での測定を行った。図６の曲線Ｃ
にその結果の一例を示す。これより明らかなように、初
期出力は約−２７ｍＶ前後であったが、約３ｍＶ／ｍｉ
ｎで低下し、１０分後に起電力が０となった。

【００３５】（実施例２）実施例１と同様に作製したセ
ンサ部１を、実施例１と同様の測定回路で測定し、３５
０ｐｐｍの二酸化炭素濃度の空気中で測定し、センサ出
力が約−１００ｍＶあることを確認後、センサ部１を入
力インピーダンスが１０¹¹Ωの入力部１０に接続した。
入力部１０の出力を比較例１の市販のペンレコーダ（入
力インピーダンス：１０⁶Ω）に入力したところ、約−
１００ｍＶを示し、実施例１と同様でそれ以上の出力変
動は観測されなかった。

【００３６】（比較例２）実施例２と同様に、センサ出
力が−１００ｍＶあることを確認した後、センサ部１を
直接に比較例１で用いた市販のペンレコーダ（入力イン
ピーダンス：１０ ⁶Ω）に入力したところ、出力が瞬時
に減少して測定不能となった。図６の曲線Ｄにその結果
の一例を示す。

【００３７】（実施例３）実施例１と同様にして１００
個のセンサを作成し、二酸化炭素濃度に対する出力を図
３に示す入力部１０に接続してその出力電圧ｖ_Oを測定
した。出力電圧ｖ_Oは、図４に示すように、二酸化炭素
濃度の対数と１次の関係にあった。また、初期出力のば
らつきは、−１２０ｍＶ〜−７０ｍＶで最大５０ｍＶで
あった。

【００３８】（実施例４）実施例３で作成した素子１０
０個の二酸化炭素濃度に対する出力を図１の信号処理回
路に接続して測定した。測定の際、二酸化炭素濃度が３
５０ｐｐｍでの出力をオフセット調整回路２０にて−１
００ｍＶに調整した。１日後に同様の測定を行ったとこ
ろ、いずれの素子も二酸化炭素濃度が３５０ｐｐｍで−
１００ｍＶの出力が観測された。

【００３９】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、入力
部１０の入力段にボルテージホロワ回路１３、１５を備
えたインスツルメンテーションアンプ（計測用増幅器）
を用いたが、例えば図７に示すような他の計測用増幅器
を用いることももちろん可能である。

【００４０】図７に示す回路は、図３に示したボルテー
ジホロア回路１３に代えて、オペアンプ１２の出力端子
と反転入力端子とを抵抗Ｒ１０を介して接続した非反転
増幅回路となっている。また、図３に示したボルテージ
ホロア回路１５に代えて、オペアンプ１４の出力端子と
反転入力端子とを抵抗Ｒ１４を介して接続した非反転増
幅回路になっている。さらに、オペアンプ１２の反転入
力端子と抵抗Ｒ１０との接続点と、オペアンプ１４の反
転入力端子と抵抗Ｒ１１との接続点が抵抗Ｒ１２を介し
て接続されている。この回路において、抵抗Ｒ１０と抵
抗Ｒ１１の抵抗値を同じにして、抵抗Ｒ１２の抵抗値を
調節することにより、増幅率を変えることができる。

【００４１】図７に示す入力部１０の構成も差動増幅回
路であり、センサ部１側で生じた同相入力電圧成分を除
去して、計測した二酸化炭素濃度に応じた計測信号だけ
を取り出すことができるだけでなく、入力インピーダン
スを極めて高くすることができるので、センサ部１の内
部インピーダンスが高くても正確な測定が可能となる。

【００４２】また、図７に示す回路は、高い入力インピ
ーダンスが得られるだけでなく大きなＣＭＲＲ（同相入
力電圧除去比）が得られるので、センサ部１の固体電解
質２の内部インピーダンスが極めて高い場合でも良好な
ＣＭＲＲを得ることが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、室温で作
動し、十分な感度と応答性が得られ、選択性が高く、耐
湿性にも優れ、小型で単純な構造を備えた信号処理系を
有する二酸化炭素濃度測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

【図２】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置のセンサ部１の概略構成を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置の入力部１０の概略構成を示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置のセンサ部１における二酸化炭素濃度とセンサ出
力の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置のオフセット調整回路２０の概略構成を示す図で
ある。

【図６】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置のセンサ部１に異なる入力インピーダンスを持つ
入力部を接続した場合の、時間−素子出力を示すグラフ
である。

【図７】本発明の一実施の形態による二酸化炭素濃度測
定装置における入力部１０の変形例の概略構成を示す図
である。

【符号の説明】

１センサ部２固体電解質３検知極４金属酸化物層５集電体６対極１０入力部１２、１４、１６、１８オペアンプ１３、１５ボルテージホロア回路２０オフセット調整回路３０増幅部４０逆対数増幅部５０表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊澤志津子東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 ZA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検知極と参照極とがそれぞれ固体電解質に
接して設けられ、−７０℃〜５００℃の比較的低温範囲
で二酸化炭素濃度に応じて起電力を生じる二酸化炭素セ
ンサを備えたセンサ部と、前記起電力に基づく検出信号を出力する前記センサ部に
対して高い入力インピーダンスを有する入力部と、前記入力部でインピーダンス変換された前記検出信号に
対してオフセット電圧を印加するオフセット調整回路と
を備えていることを特徴とする二酸化炭素測定装置。
【請求項２】請求項１記載の二酸化炭素濃度測定装置に
おいて、前記入力部は、１０⁹Ω以上の入力インピーダンスを有
していることを特徴とする二酸化炭素測定装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の二酸化炭素濃度測
定装置において、前記入力部は、ボルテージホロア回路を有していること
を特徴とする二酸化炭素測定装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二
酸化炭素濃度測定装置において、前記固体電解質が金属イオン導電体を含有し、前記検知
極が金属酸化物層と集電体とを有し、前記金属酸化物層
が、酸化インジウム、酸化スズ、酸化コバルト、酸化タ
ングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化
ニッケル、酸化クロム、酸化カドミウム、酸化ビスマ
ス、酸化マンガン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウ
ム、酸化アンチモン、酸化アルミニウム、酸化ランタ
ン、酸化セリウム、酸化プラセオジウム、酸化ネオジウ
ム、酸化銀、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリ
ウム、酸化ルビジウム、酸化セシウム、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウ
ムのいずれか一種以上を含有することを特徴とする二酸
化炭素濃度測定装置。