JP2005241540A - Gas concentration measuring apparatus - Google Patents

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JP2005241540A JP2004054129A JP2004054129A JP2005241540A JP 2005241540 A JP2005241540 A JP 2005241540A JP 2004054129 A JP2004054129 A JP 2004054129A JP 2004054129 A JP2004054129 A JP 2004054129A JP 2005241540 A JP2005241540 A JP 2005241540A
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Atsushi Watanabe
敦 渡辺
Yasuo Koike
康雄 小池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration measuring apparatus for reducing a development period following the correspondence, reducing working hours, and improving reliability, when performing application measurement in the combination of a plurality of gas sensors. <P>SOLUTION: In the hydrogen concentration measuring apparatus 1, a first extension substrate 9 that is an extension substrate for limiting current type hydrogen sensors is detachably connected to a universal substrate 7 as a main configuration, and a limiting current type hydrogen sensor 17 for measuring hydrogen concentration that is the main measurement target is connected to the first extension substrate 9. Further, a second extension substrate 11 that is an extension substrate for impedance change type moisture sensors is detachably connected to the universal substrate 7 in addition to the main configuration, and an impedance change type moisture sensor 19 for measuring vapor concentration that is a sub measurement target is connected to the second extension substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば燃料電池に供給或いは燃料電池から排出される燃料ガスや、内燃機関の排気ガス等のガス中において、水素ガスやアンモニアガス等の測定の目標とする所定のガスの濃度を精度良く測定することができるガス濃度測定装置に関する。   In the present invention, for example, in a gas such as a fuel gas supplied to or discharged from a fuel cell or an exhaust gas of an internal combustion engine, the concentration of a predetermined gas, such as hydrogen gas or ammonia gas, is accurately measured. The present invention relates to a gas concentration measuring apparatus that can measure well.

従来より、ガス濃度センサが接続されガス濃度を測定するガス濃度測定装置においては、ガス濃度センサをある環境下で用いた場合には十分な測定精度が得られていたものの、別の環境下では妨害要素の影響を受けて十分な測定精度を得られなくなることが知られている。   Conventionally, in a gas concentration measuring apparatus that is connected to a gas concentration sensor and measures the gas concentration, sufficient measurement accuracy has been obtained when the gas concentration sensor is used in one environment, but in another environment, It is known that sufficient measurement accuracy cannot be obtained due to the influence of the disturbing elements.

例えば、大気環境下では精度良く測定できていたものが、自動車の排気ガス環境下では、妨害ガスの影響を受けてその精度が低下することがある。
この問題を解決する方法としては、妨害要素を第二の測定対象として同時に測定し、その測定結果をもとに補正を行うことで、本来の測定精度を向上させることが考えられる。
For example, what can be measured with high accuracy in an atmospheric environment may be deteriorated in the exhaust gas environment of an automobile due to the influence of interference gas.
As a method for solving this problem, it is conceivable to improve the original measurement accuracy by simultaneously measuring the disturbing element as the second measurement object and performing correction based on the measurement result.

しかし、単一の測定対象(例えば水素ガス)に特化して開発されたガス濃度測定装置では、新たな測定対象(例えば水蒸気)の追加による測定回路の再開発が必要となり、その対策は容易ではない。   However, a gas concentration measurement device developed specifically for a single measurement target (for example, hydrogen gas) requires the redevelopment of a measurement circuit by adding a new measurement target (for example, water vapor), and the countermeasures are not easy. Absent.

また、これとは別に、例えば時計のモータ、時計回路その他の電子部品を測定対象とし、その測定を行う測定装置に関して、特に測定対象や測定内容の変更に伴う開発リードタイムの短縮と信頼性の向上を図った技術が提案されている(特許文献1参照)。   Separately from this, for example, with respect to measuring devices that measure clock motors, clock circuits, and other electronic components, and particularly for measuring devices that perform measurement, the development lead time is shortened and the reliability is improved. An improved technique has been proposed (see Patent Document 1).

この技術とは、各種の測定に共通で用いられる基本性能を親基板に与え、予め定められた一定内容の測定に直接関わる専用機能を子基板に与え、その親基板への子基板の実装を通じて一つの測定回路が形成されるものである。
特開平8−327759号公報 (第5頁、図9)
With this technology, basic performance commonly used for various measurements is given to the parent board, dedicated functions directly related to measurement of a predetermined content are given to the child board, and the child board is mounted on the parent board. One measurement circuit is formed.
JP-A-8-327759 (Page 5, FIG. 9)

しかしながら、複数のガスセンサを用いてガス濃度を測定するガス濃度測定装置においては、電子回路基板をどの様に用いるか等の技術の検討及び開発がなされていないのが現状であった。   However, in the gas concentration measuring apparatus that measures the gas concentration by using a plurality of gas sensors, there has been no investigation and development of techniques such as how to use the electronic circuit board.

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数のガスセンサを組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上できるガス濃度測定装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the development period, man-hour reduction, and reliability associated with the corresponding measurement in the case of application measurement when a plurality of gas sensors are combined. It is providing the gas concentration measuring apparatus which can improve.

(1)請求項1の発明は、ガスセンサの信号を処理することにより、測定対象である目標のガスの濃度を求めるガス濃度測定装置において、前記目標のガスの濃度を含む測定内容の異なる複数のガスセンサの信号を入力し、該各ガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスの濃度を求める演算処理を行う電子回路部を備えるとともに、前記電子回路部として、前記異なる複数のガスセンサに共通の基本機能を有する汎用基板と、前記異なる複数のガスセンサ毎にそれぞれ別個に必要とされる専用機能を有する複数の拡張基板と、を用い、前記汎用基板に対して前記複数の拡張基板を着脱可能に取り付ける構成としたことを特徴とするガス濃度測定装置を要旨とする。   (1) The invention of claim 1 is a gas concentration measuring device for obtaining a concentration of a target gas to be measured by processing a signal of a gas sensor, and a plurality of measurement contents including the concentration of the target gas are different. An electronic circuit unit for inputting a signal of a gas sensor and performing an arithmetic process for obtaining a concentration of the target gas based on a relationship between information obtained from the signal of each gas sensor, and as the electronic circuit unit, Using a general-purpose board having a basic function common to a plurality of different gas sensors and a plurality of extension boards having a dedicated function separately required for each of the different gas sensors, The gist of the gas concentration measuring apparatus is characterized in that the extended substrate is detachably attached.

本発明では、汎用基板に異なるガスセンサに対応した拡張基板を着脱可能にとりつける構成としたので、異なるガスセンサを組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上することができる。   In the present invention, since the expansion board corresponding to different gas sensors is detachably attached to the general-purpose board, when applying measurement when combining different gas sensors, the development period associated with the correspondence is reduced, the man-hours are reduced, and Reliability can be improved.

つまり、汎用基板と複数の拡張基板の組み合わせによって、一つの測定回路(電子回路部)を形成するように構成することにより、特に測定対象であるガス(従ってガスセンサ)の追加に伴う回路変更が必要になった場合には、従来の汎用基板と拡張基板はそのまま兼用で使用することができる。即ち、変更内容に応じた拡張基板を新規に追加開発するだけで良いため、開発期間の短縮及び工数の削減を実現することができる。   In other words, it is necessary to change the circuit with the addition of the gas to be measured (and hence the gas sensor) by configuring the general-purpose board and a plurality of expansion boards to form one measurement circuit (electronic circuit unit). In this case, the conventional general-purpose board and the extension board can be used as they are. That is, since it is only necessary to newly develop an expansion board according to the changed contents, the development period can be shortened and the man-hours can be reduced.

また、変更前に使用されている汎用基板と拡張基板は、変更前から動作の信頼性が確立されており、これらを兼用して一つの測定回路を構成することにより、全てを新規開発した場合或いは従来の拡張基板を再開発した場合に比べて、測定装置の信頼性向上が図れる。   In addition, the general-purpose board and expansion board used before the change have been established for reliability of operation before the change, and when all of them are newly developed by configuring one measurement circuit together Alternatively, the reliability of the measuring apparatus can be improved as compared with the case where a conventional extension board is redeveloped.

更に、異なる測定対象を、各ガスセンサに対応してそれぞれ独立した拡張基板を利用して測定できるようにしておくことにより、一度開発を行った拡張基板は、それに対応するガスセンサを必要とする測定装置に再利用することができ、新規開発が不要となる。   Furthermore, by making it possible to measure different measurement objects using independent expansion boards corresponding to each gas sensor, the once developed expansion board is a measuring device that requires a corresponding gas sensor. Can be reused and no new development is required.

(2)請求項2の発明は、前記異なる複数のガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスに係わるガスセンサによるガス濃度の情報を、他のガスセンサによるガス濃度又はガス状態の情報により補正することを特徴とする前記請求項1に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。   (2) The invention of claim 2 is based on the relationship between information obtained from the signals of the plurality of different gas sensors, the gas concentration information by the gas sensor related to the target gas, the gas concentration by another gas sensor or The gist of the gas concentration measuring device according to claim 1, wherein the gas concentration measuring device according to claim 1 is corrected based on gas state information.

本発明は、目標のガスの濃度を求めるためのメインのガスセンサを用いて、目標のガスのベースとなるガス濃度を測定するとともに、そのベースとなるガス濃度(例えば水素ガス濃度)の情報を、他のガスセンサによって求めた他のガス濃度(例えば水蒸気濃度)やガスの状態(例えば空燃比や温度)の情報によって補正することにより、測定雰囲気(被測定ガス)の状態が変化しても、精度良く目標のガスの濃度を求めることができる。   The present invention uses a main gas sensor for determining the concentration of a target gas, measures the gas concentration serving as the base of the target gas, and provides information on the gas concentration serving as the base (for example, hydrogen gas concentration), Even if the measurement atmosphere (measured gas) changes, the accuracy can be improved by correcting it with information on other gas concentrations (for example, water vapor concentration) and gas states (for example, air-fuel ratio and temperature) obtained by other gas sensors. The target gas concentration can be obtained well.

(3)請求項3の発明は、前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られた水素ガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報により補正することを特徴とする前記請求項2に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。   (3) The invention of claim 3 is characterized in that the hydrogen gas concentration information obtained by the gas sensor related to the target gas is corrected by the water vapor concentration information obtained by the other gas sensor. The gist of the gas concentration measuring device according to Item 2 is used.

本発明は、水素ガス濃度の測定方法を例示したものである。通常、被測定ガス中の水素ガス濃度は、水蒸気濃度により影響を受けるので、この補正を行うことにより、水素ガス濃度を精度良く求めることができる。   The present invention exemplifies a method for measuring the hydrogen gas concentration. Usually, the hydrogen gas concentration in the gas to be measured is affected by the water vapor concentration, so that by performing this correction, the hydrogen gas concentration can be obtained with high accuracy.

(4)請求項4の発明は、前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られたアンモニアガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報又は空燃比の情報により補正することを特徴とする前記請求項2に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。   (4) The invention of claim 4 corrects the ammonia gas concentration information obtained by the gas sensor related to the target gas by the water vapor concentration information or the air-fuel ratio information obtained by the other gas sensor. The gist of the gas concentration measuring apparatus according to claim 2 is characterized.

本発明は、アンモニアガス濃度の測定方法を例示したものである。通常、被測定ガス中のアンモニアガス濃度は、水蒸気濃度又は空燃比により影響を受けるので、この補正を行うことにより、アンモニアガス濃度を精度良く求めることができる。   The present invention exemplifies a method for measuring the ammonia gas concentration. Usually, the ammonia gas concentration in the gas to be measured is affected by the water vapor concentration or the air-fuel ratio, so that the ammonia gas concentration can be accurately obtained by performing this correction.

(5)請求項5の発明は、前記汎用基板に装着したコネクタと前記複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて、前記汎用基板と前記複数の拡張基板とを電気的及び機械的に一体の電子回路基板としたことを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに記載のガス濃度測定装置を要旨とする。   (5) According to the invention of claim 5, the connector mounted on the general-purpose board and the connector mounted on the plurality of expansion boards are directly fitted to electrically connect the general-purpose board and the plurality of expansion boards. The gist of the gas concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the electronic circuit board is mechanically integrated.

本発明は、電子回路基板の構成を例示したものである。本発明では、汎用基板に装着したコネクタと複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて一体化するので、電子回路基板をコンパクトにすることができる。   The present invention exemplifies the configuration of an electronic circuit board. In the present invention, since the connector mounted on the general-purpose board and the connector mounted on the plurality of expansion boards are directly fitted and integrated, the electronic circuit board can be made compact.

尚、異なるガスセンサではなく、同種(又は同一)のガスセンサを複数用い、各ガスセンサに対応した拡張基板をそれぞれ汎用基板に着脱可能に接続(例えばコネクタで嵌合して一体化して搭載)してもよい。これにより、一つの電子回路基板で、例えば燃料電池システムの各位置における水素ガス濃度を測定することができる。   Even if different gas sensors are used, a plurality of the same type (or the same) gas sensors are used, and expansion boards corresponding to the respective gas sensors can be detachably connected to general-purpose boards (for example, fitted and integrated with connectors). Good. Thereby, for example, the hydrogen gas concentration at each position of the fuel cell system can be measured with one electronic circuit board.

次に、本発明の最良の形態の例(実施例)について説明する。   Next, an example (example) of the best mode of the present invention will be described.

本実施例では、ガス濃度測定装置として、限界電流式水素センサを用いた水素濃度測定装置を例に挙げる。
a)まず、本実施例の水素濃度測定装置の外観構成について、図1及び図2に基づいて説明する。
In this embodiment, a hydrogen concentration measuring device using a limiting current type hydrogen sensor is taken as an example of the gas concentration measuring device.
a) First, the external configuration of the hydrogen concentration measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1(a)に示す様に、本実施例の水素濃度測定装置1は、筐体3内に、電子回路部5として、基本測定機能部である汎用基板7と、後述する各ガスセンサに対応した専用測定機能部である第1拡張基板9及び第2拡張基板11とを備えている。尚、図1(b)に示す様に、水素濃度測定装置1の正面には、表示部13と操作部15とが設けられている。   As shown in FIG. 1A, the hydrogen concentration measuring apparatus 1 according to the present embodiment corresponds to a general-purpose substrate 7 that is a basic measurement function unit and an after-mentioned gas sensor as an electronic circuit unit 5 in a housing 3. The first extension board 9 and the second extension board 11 are provided as the dedicated measurement function unit. As shown in FIG. 1B, a display unit 13 and an operation unit 15 are provided on the front surface of the hydrogen concentration measuring apparatus 1.

前記第1拡張基板9と第2拡張基板11とには、各拡張基板9、11の下面側(図1(a)の紙面裏側)にそれぞれ一対の拡張側コネクタ16が配置されており、一方、汎用基板7の上面側(図1(a)の紙面表側)には前記拡張側コネクタ16に対応して、合計4個の汎用側コネクタ18が配置されている。尚、同図ではこれらのコネクタ16、18が重なって示されている。   In the first extension board 9 and the second extension board 11, a pair of extension side connectors 16 are arranged on the lower surface side of each of the extension boards 9, 11 (the back side of the paper in FIG. 1A), A total of four general-purpose connectors 18 are arranged on the upper surface side of the general-purpose substrate 7 (the front side in FIG. 1A) corresponding to the expansion-side connector 16. In the figure, these connectors 16 and 18 are shown overlapping.

そして、前記拡張側コネクタ16と汎用側コネクタ18とが、図1(a)の紙厚側に押圧されて、図2に示す様に、着脱可能に嵌合することにより、汎用基板7と第1拡張基板9及び第2拡張基板11とが、電気的且つ機械的に一体の基板として構成されている。   Then, the expansion side connector 16 and the general purpose side connector 18 are pressed against the paper thickness side of FIG. 1A and are detachably fitted as shown in FIG. The first extension board 9 and the second extension board 11 are configured as an electrically and mechanically integrated board.

つまり、本実施例の水素濃度測定装置1は、 図3に示す様に、メインの構成として、汎用基板7に限界電流式水素センサ用拡張基板である第1拡張基板9が接続され、その第1拡張基板9に、主測定対象である水素ガス濃度(水素濃度)を測定するための限界電流式水素センサ17が接続された構成を有している。   In other words, as shown in FIG. 3, the hydrogen concentration measuring apparatus 1 of the present embodiment has a main configuration in which a first extension board 9 which is an extension board for a limiting current type hydrogen sensor is connected to a general-purpose board 7, and the first A limiting current type hydrogen sensor 17 for measuring a hydrogen gas concentration (hydrogen concentration) as a main measurement target is connected to one extended substrate 9.

更に、そのメインの構成に加え、汎用基板7にインピーダンス変化式湿度センサ用拡張基板である第2拡張基板11が接続され、その第2拡張基板11に、副測定対象である水蒸気濃度を測定するためのインピーダンス変化式湿度センサ19が接続された構成を有している。   Further, in addition to the main configuration, a second extension board 11 which is an extension board for an impedance change type humidity sensor is connected to the general-purpose board 7, and the water vapor concentration which is a sub-measurement target is measured on the second extension board 11. Therefore, an impedance change type humidity sensor 19 is connected.

b)次に、前記水素濃度測定装置1の構成を、更に詳細に説明する。
図4に示す様に、汎用基板7は、(ガス濃度の演算処理等を行う)マイクロコントローラ21、スイッチ入力回路23、表示出力回路25、通信入出力回路27、時計回路29、メモリ31、電源回路33を備えるとともに、I/O35、A/Dコンバータ37、39、D/Aコンバータ41、43、PWM45、47を備えており、この汎用基板7は、通信入出力回路27を介して、パーソナルコンピュータ49に接続されている。
b) Next, the configuration of the hydrogen concentration measuring apparatus 1 will be described in more detail.
As shown in FIG. 4, the general-purpose board 7 includes a microcontroller 21 (which performs gas concentration calculation processing, etc.), a switch input circuit 23, a display output circuit 25, a communication input / output circuit 27, a clock circuit 29, a memory 31, and a power source. The circuit board 33 is provided with I / O 35, A / D converters 37 and 39, D / A converters 41 and 43, and PWM 45 and 47. A computer 49 is connected.

尚、汎用基板7における必須構成は、マイクロコントローラ21、I/O35、A/Dコンバータ37、39、D/Aコンバータ41、43である。
また、第1拡張基板9は、信号切替回路51、センサ電圧入力回路53、センサインピーダンス入力回路55、ポンプ電流入力回路57、ポンプ電圧入力回路59、ポンプ電圧出力回路61、サンプルホールド回路63〜69、ヒータ電圧出力回路71、(外部計測機器73に接続される)測定信号出力回路75を備えている。
The essential components in the general-purpose board 7 are a microcontroller 21, I / O 35, A / D converters 37 and 39, and D / A converters 41 and 43.
The first extension board 9 includes a signal switching circuit 51, a sensor voltage input circuit 53, a sensor impedance input circuit 55, a pump current input circuit 57, a pump voltage input circuit 59, a pump voltage output circuit 61, and sample hold circuits 63 to 69. A heater voltage output circuit 71 and a measurement signal output circuit 75 (connected to the external measuring device 73).

尚、第1拡張基板9における必須構成は、信号切替回路51、センサ電圧入力回路53、ポンプ電流入力回路57、ポンプ電圧出力回路61、サンプルホールド回路63、67、測定信号出力回路75である。   The essential components of the first extension board 9 are a signal switching circuit 51, a sensor voltage input circuit 53, a pump current input circuit 57, a pump voltage output circuit 61, sample hold circuits 63 and 67, and a measurement signal output circuit 75.

更に、限界電流式水素センサ17は、限界電流式水素センサ素子77、ヒータ素子79を備えている。尚、ヒータ素子79は、必須ではない。
ここで、限界電流式水素センサ17側のセンサインピーダンスを測定するための構成(センサインピーダンス入力回路55等)や、ヒータ素子79を制御するための構成(ヒータ電圧出力回路71等)は、限界電流式水素センサ素子77の結露防止の温度調節のために使用する。また、ポンプ電圧入力回路59は、自身の出力のモニタに使用する。
Further, the limit current type hydrogen sensor 17 includes a limit current type hydrogen sensor element 77 and a heater element 79. The heater element 79 is not essential.
Here, the configuration for measuring the sensor impedance on the limit current type hydrogen sensor 17 side (sensor impedance input circuit 55 and the like) and the configuration for controlling the heater element 79 (heater voltage output circuit 71 and the like) are limited currents. It is used for temperature control for preventing condensation of the hydrogen sensor element 77. The pump voltage input circuit 59 is used to monitor its own output.

一方、第2拡張基板11は、白金抵抗入力回路81、センサインピーダンス入力回路83、(センサの持つ指数特性の対数変換を行う)Log変換回路85、交流電圧出力回路87、ヒータ電圧出力回路89、(外部計測機器91に接続される)測定信号出力回路93を備えている。   On the other hand, the second expansion board 11 includes a platinum resistance input circuit 81, a sensor impedance input circuit 83, a log conversion circuit 85 (which performs logarithmic conversion of the exponential characteristic of the sensor), an AC voltage output circuit 87, a heater voltage output circuit 89, A measurement signal output circuit 93 (connected to the external measuring device 91) is provided.

尚、第2拡張基板11における必須構成は、白金抵抗入力回路81、センサインピーダンス入力回路83、Log変換回路85、交流電圧出力回路87である。
更に、インピーダンス変化式湿度センサ19は、(温度補正のための)白金抵抗体素子95、インピーダンス変化式湿度センサ素子97、ヒータ素子99を備えている。尚、ヒータ素子99は、必須ではない。
The essential components in the second extension substrate 11 are a platinum resistance input circuit 81, a sensor impedance input circuit 83, a log conversion circuit 85, and an AC voltage output circuit 87.
The impedance change humidity sensor 19 further includes a platinum resistor element 95 (for temperature correction), an impedance change humidity sensor element 97, and a heater element 99. The heater element 99 is not essential.

ここで、インピーダンス変化式湿度センサ19側のヒータ素子99を制御するための構成(ヒータ電圧出力回路89等)は、センサ付着物のヒートクリーニング(燃焼除去)に使用する。   Here, the configuration (heater voltage output circuit 89 and the like) for controlling the heater element 99 on the impedance change type humidity sensor 19 side is used for heat cleaning (burning removal) of the sensor deposit.

尚、測定信号出力回路75、93は、両拡張基板9、11にそれぞれ存在するが、組み合わせて使用する場合には、どちらか一方あれば良い。また、A/Dコンバータ37、39、D/Aコンバータ41、43は、PWM45、47は便宜上2つずつ記載してあるが、実際はチャンネル数が問題なので、共通化してもよい。   Note that the measurement signal output circuits 75 and 93 exist on both the expansion boards 9 and 11, respectively, but when used in combination, either one may be provided. In addition, the A / D converters 37 and 39 and the D / A converters 41 and 43 are described with two PWMs 45 and 47 for convenience. However, since the number of channels is actually a problem, they may be shared.

c)次に、本実施例の水素濃度測定装置1の測定原理について説明する。
限界電流式水素センサ17は、限界電流式水素センサ素子77を一定電圧に制御する際に流れる電流が水素濃度に比例することを利用して濃度を検出するセンサであり、素子材料の特性から水蒸気濃度の依存を受けることが分かっている。
c) Next, the measurement principle of the hydrogen concentration measuring apparatus 1 of the present embodiment will be described.
The limiting current type hydrogen sensor 17 is a sensor that detects the concentration by utilizing the fact that the current flowing when the limiting current type hydrogen sensor element 77 is controlled to a constant voltage is proportional to the hydrogen concentration. It has been found to be concentration dependent.

測定雰囲気(被測定ガス)中の水蒸気濃度がある程度固定される場合は、依存を許容誤差とみなし、固定された電流と水素濃度の関係特性をもとに水素濃度を計算する。この場合は、水素濃度測定装置1は、汎用基板7及び第1拡張基板9の機能を利用して水素濃度を測定することになる。   When the water vapor concentration in the measurement atmosphere (gas to be measured) is fixed to some extent, the dependence is regarded as an allowable error, and the hydrogen concentration is calculated based on the relationship between the fixed current and the hydrogen concentration. In this case, the hydrogen concentration measuring apparatus 1 measures the hydrogen concentration using the functions of the general-purpose substrate 7 and the first extension substrate 9.

しかし、被測定ガス中の水蒸気濃度が大きく変動する条件下での測定要求がある場合には、別途インピーダンス変化式湿度センサ19を用いて水蒸気濃度を測定し、電流と水素濃度との関係特性に応じて補正を加えて、水素濃度を検出する。この場合は、水素濃度測定装置1は、汎用基板7及び第1、2拡張基板9、11の機能を利用して水素濃度を測定することになる。   However, when there is a measurement request under conditions in which the water vapor concentration in the gas to be measured fluctuates greatly, the water vapor concentration is measured using a separate impedance change type humidity sensor 19, and the relationship between the current and the hydrogen concentration is obtained. Correction is made accordingly and the hydrogen concentration is detected. In this case, the hydrogen concentration measuring apparatus 1 measures the hydrogen concentration using the functions of the general-purpose substrate 7 and the first and second extension substrates 9 and 11.

以下、詳細に説明する。
・限界電流式水素センサ17の限界電流式水素センサ素子77は、図5に示す様に、主として、プロトン伝導体101と第1電極103と第2電極105と参照電極107とから構成され、それらを拡散律速部109が設けられた支持体111により挟み込んだ構造となっている。尚、第2電極105と参照電極107とを一体とした構造としても良い。
Details will be described below.
The limiting current type hydrogen sensor element 77 of the limiting current type hydrogen sensor 17 is mainly composed of a proton conductor 101, a first electrode 103, a second electrode 105, and a reference electrode 107, as shown in FIG. Is sandwiched by a support 111 provided with a diffusion rate-determining portion 109. Note that the second electrode 105 and the reference electrode 107 may be integrated.

この限界電流式水素センサ17では、第1電極103と第2電極105との間にポンプ電圧Vpを印加すると、拡散律速部109を通って導入された被測定ガス中の水素分子が第1電極103上で分解してプロトンとなり、プロトン伝導体101中を通って第2電極105側へと汲み出され、回路電流(ポンプ電流)Ipが流れる。Ipは印加電圧を上げると増加するが、拡散律速部109により導入ガスの拡散が妨げられるため、ある電圧レベル以上で一定となる領域を持つ。この一定となったIpを限界電流と呼ぶ。図6に示す様に、Ipは被測定ガス中の水素濃度にほぼ比例するため、限界電流の測定により水素濃度の測定が可能となる。   In this limiting current type hydrogen sensor 17, when a pump voltage Vp is applied between the first electrode 103 and the second electrode 105, hydrogen molecules in the gas to be measured introduced through the diffusion rate-determining unit 109 are converted into the first electrode. It decomposes on 103 and becomes proton, is pumped through the proton conductor 101 to the second electrode 105 side, and a circuit current (pump current) Ip flows. Although Ip increases as the applied voltage is increased, diffusion of the introduced gas is hindered by the diffusion rate-determining unit 109, so that it has a region that is constant above a certain voltage level. This constant Ip is called a limiting current. As shown in FIG. 6, since Ip is approximately proportional to the hydrogen concentration in the gas to be measured, the hydrogen concentration can be measured by measuring the limit current.

また、この限界電流式水素センサ17は、図7に示す様に、被測定ガス中の水蒸気濃度が増加すると、センサ出力が増加する。つまり、プロトンは、プロトン伝導体101中を水分子を伴って移動するため、被測定ガス中の水蒸気濃度が増加すると、プロトンの移動とともにポンピングされる水分子の数も増加する。そして、ポンピングによって抜けた水分子を補うかたちで新たな被測定ガスが素子内部に流入するために、センサ出力が増加する。   Further, as shown in FIG. 7, the limit current type hydrogen sensor 17 increases the sensor output when the water vapor concentration in the gas to be measured increases. That is, since protons move in the proton conductor 101 with water molecules, when the water vapor concentration in the gas to be measured increases, the number of water molecules pumped increases with the movement of protons. The sensor output increases because a new gas to be measured flows into the element in a manner that compensates for water molecules that have escaped by pumping.

・一方、インピーダンス変化式湿度センサ19では、感湿材として、Al23系等のセラミック系感湿材などが用いられているが、これらは、水分子の吸脱着反応を利用して、電気抵抗の変化により湿分を検出するものである。 On the other hand, in the impedance change type humidity sensor 19, a ceramic type moisture sensitive material such as Al 2 O 3 type is used as the moisture sensitive material, but these use the adsorption / desorption reaction of water molecules, Moisture is detected by a change in electrical resistance.

従って、このインピーダンス変化式湿度センサ19により、そのインピーダンスの変化から、被測定ガス中の水蒸気濃度を求めることができる。
・そして、前記両センサ17、19の出力を利用し、水蒸気濃度により水素濃度の補正を行うが、その補正は、下記の(1)〜(8)手順で行う。
Accordingly, the impedance change type humidity sensor 19 can determine the water vapor concentration in the gas to be measured from the change in impedance.
The hydrogen concentration is corrected by the water vapor concentration using the outputs of the sensors 17 and 19, and the correction is performed according to the following procedures (1) to (8).

(1) 限界電流式水素センサ17のポンプ電流Ipを測定する。
(2) ポンプ電流Ipから水素濃度Hを多項式近似により算出する。
(3) インピーダンス変化式湿度センサ19のセンサインピーダンスZsを測定する。
(1) The pump current Ip of the limiting current type hydrogen sensor 17 is measured.
(2) The hydrogen concentration H is calculated from the pump current Ip by polynomial approximation.
(3) The sensor impedance Zs of the impedance change type humidity sensor 19 is measured.

(4) インピーダンス変化式湿度センサ19の白金抵抗体素子95の抵抗Rptを測定す る。
(5) 前記抵抗Rptから被測定ガスの温度Tを近似多項式により算出する。
(4) The resistance Rpt of the platinum resistor element 95 of the impedance change type humidity sensor 19 is measured.
(5) The temperature T of the gas to be measured is calculated from the resistance Rpt by an approximate polynomial.

(6) 前記センサインピーダンスZsと温度Tから、3次元マップ変換(X軸:Zs、
Y軸:T、Z軸:Hum)により、水蒸気濃度Humを算出する。
(7) 前記水蒸気濃度Humから、2次元マップ変換により、水素濃度の補正ゲインαを 算出する。
(6) From the sensor impedance Zs and temperature T, three-dimensional map conversion (X axis: Zs,
The water vapor concentration Hum is calculated from Y axis: T, Z axis: Hum).
(7) The hydrogen concentration correction gain α is calculated from the water vapor concentration Hum by two-dimensional map conversion.

(8) 前記水素濃度Hと補正ゲインαとを用い、式「H’=α×H」により、補正後の正 確な水素濃度である補正水素濃度H’を算出する。
e)この様に、本実施例では、限界電流式水素センサ17により、ベースとなる水素濃度Hを測定するとともに、インピーダンス変化式湿度センサ19により、水蒸気濃度に対応するセンサインピーダンスZsと温度Tとを求め、それらの値に基づいて、より正確な補正水素濃度H’を求めているので、被測定ガスの水蒸気濃度等の状態が変動しても、常に、正確な水素濃度を求めることができる。
(8) Using the hydrogen concentration H and the correction gain α, a corrected hydrogen concentration H ′, which is an accurate hydrogen concentration after correction, is calculated by the equation “H ′ = α × H”.
e) As described above, in this embodiment, the limiting current type hydrogen sensor 17 measures the base hydrogen concentration H, and the impedance change type humidity sensor 19 uses the sensor impedance Zs and the temperature T corresponding to the water vapor concentration. Since the more accurate corrected hydrogen concentration H ′ is obtained based on these values, the accurate hydrogen concentration can always be obtained even if the state of the measured gas such as the water vapor concentration fluctuates. .

また、本実施例では、汎用基板7に(限界電流式水素センサ17に対応した)第1拡張基板9及び(インピーダンス変化式湿度センサ19に対応した)第2拡張基板11を、コネクタ16、18を介して、着脱可能に装着したので、複数の異なる種類のガスセンサ17、19を組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上することができる。   In this embodiment, the first extension board 9 (corresponding to the limiting current type hydrogen sensor 17) and the second extension board 11 (corresponding to the impedance change type humidity sensor 19) are connected to the general-purpose board 7 with the connectors 16, 18 respectively. Since it is detachably mounted via a gas sensor, it is possible to shorten the development period, reduce the man-hours, and improve the reliability in response to applied measurement when a plurality of different types of gas sensors 17 and 19 are combined. Can do.

例えば、最初に、汎用基板7と、限界電流式水素センサ17用の第1拡張基板9とを備えた水素濃度測定装置1に、インピーダンス変化式湿度センサ19用の第2拡張基板11を加える場合を考えると、汎用基板7と第1拡張基板9はそのまま兼用で使用することができるので、即ち、変更内容に応じた第2拡張基板11を新規に追加開発するだけで良いため、開発期間の短縮及び工数の削減を実現することができる。   For example, first, when the second expansion substrate 11 for the impedance change type humidity sensor 19 is added to the hydrogen concentration measuring apparatus 1 including the general-purpose substrate 7 and the first expansion substrate 9 for the limiting current type hydrogen sensor 17. Therefore, since the general-purpose board 7 and the first extension board 9 can be used as they are, that is, it is only necessary to newly develop the second extension board 11 according to the change contents. Shortening and man-hour reduction can be realized.

また、変更前に使用されている汎用基板7と第1拡張基板9は、変更前から動作の信頼性が確立されており、これらを兼用して一つの測定回路を構成することにより、全てを新規開発した場合或いは拡張基板7を再開発した場合に比べて、水素濃度測定装置1の信頼性向上が図れる。   In addition, the general-purpose board 7 and the first extension board 9 used before the change have been established in the reliability of the operation before the change. The reliability of the hydrogen concentration measuring apparatus 1 can be improved as compared with the case of newly developed or the redevelopment of the extended substrate 7.

更に、異なる測定対象を、(各センサ17、19に対応し)それぞれ独立した拡張基板9、11を利用して測定できるようにしておくことにより、一度開発を行った拡張基板9、11は、その測定対象に対応したガスセンサを必要とする測定装置に再利用することができ、新規開発が不要となる。   Furthermore, by making it possible to measure different measurement objects using the independent expansion boards 9 and 11 (corresponding to the sensors 17 and 19), the expansion boards 9 and 11 that have been developed once are It can be reused in a measuring device that requires a gas sensor corresponding to the measurement object, and no new development is required.

次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な箇所の説明は省略する。
本実施例では、ガス濃度測定装置として、インピーダンス変化式アンモニアセンサを用いたアンモニア濃度測定装置を例に挙げる。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same parts as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, an ammonia concentration measuring device using an impedance change type ammonia sensor is taken as an example of the gas concentration measuring device.

a)まず、本実施例のアンモニア濃度測定装置の構成について、図8に基づいて説明する。
図8に示す様に、本実施例のアンモニア濃度測定装置201は、メインの構成として、汎用基板203にインピーダンス変化式アンモニアセンサ用拡張基板である第1拡張基板205が接続され、その第1拡張基板205に、主測定対象であるアンモニア濃度を測定するためのインピーダンス変化式アンモニアセンサ207が接続された構成を有している。
a) First, the configuration of the ammonia concentration measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 8, the ammonia concentration measuring apparatus 201 of the present embodiment has a main configuration in which a first extension board 205, which is an extension board for an impedance change type ammonia sensor, is connected to a general-purpose board 203, and its first extension. The substrate 205 has a configuration in which an impedance change type ammonia sensor 207 for measuring an ammonia concentration as a main measurement target is connected.

更に、そのメインの構成に加え、汎用基板203に限界電流式リニアA/F(空燃比)センサ用拡張基板である第2拡張基板209が接続され、その第2拡張基板209に、副測定対象である空燃比を測定するための限界電流式リニアA/Fセンサ211が接続された構成を有している。   Further, in addition to the main configuration, a second extension board 209 which is an extension board for a limit current type linear A / F (air / fuel ratio) sensor is connected to the general-purpose board 203, and the second extension board 209 is connected to the sub measurement target. The limit current type linear A / F sensor 211 for measuring the air-fuel ratio is connected.

b)次に、前記アンモニア濃度測定装置201の構成を、更に詳細に説明する。
図9に示す様に、汎用基板203は、(ガス濃度の演算処理等を行う)マイクロコントローラ213、スイッチ入力回路215、表示出力回路217、通信入出力回路219、時計回路221、メモリ223、電源回路225を備えるとともに、I/O227、A/Dコンバータ229、231、D/Aコンバータ233、235、PWM237、239を備えており、この汎用基板203は、通信入出力回路219を介して、パーソナルコンピュータ241に接続されている。
b) Next, the configuration of the ammonia concentration measuring apparatus 201 will be described in more detail.
As shown in FIG. 9, the general-purpose board 203 includes a microcontroller 213 (which performs gas concentration calculation processing, etc.), a switch input circuit 215, a display output circuit 217, a communication input / output circuit 219, a clock circuit 221, a memory 223, a power supply The circuit board 225 includes an I / O 227, A / D converters 229 and 231, D / A converters 233 and 235, PWM 237 and 239, and the general-purpose board 203 is connected to a personal computer via a communication input / output circuit 219. A computer 241 is connected.

尚、汎用基板203における必須構成は、マイクロコントローラ213、I/O227、A/Dコンバータ229、231、D/Aコンバータ233、235、PWM237、239である。   The essential components of the general-purpose board 203 are a microcontroller 213, an I / O 227, an A / D converter 229, 231, a D / A converter 233 235, and a PWM 237 239.

また、第1拡張基板205は、白金抵抗入力回路243、センサインピーダンス入力回路245、交流電圧出力回路249、ヒータ電圧出力回路251、(外部計測機器253に接続される)測定信号出力回路255を備えている(必須構成)。   The first extension board 205 includes a platinum resistance input circuit 243, a sensor impedance input circuit 245, an AC voltage output circuit 249, a heater voltage output circuit 251, and a measurement signal output circuit 255 (connected to the external measuring device 253). (Required configuration)

更に、インピーダンス変化式アンモニアセンサ207は、白金抵抗体素子257、インピーダンス変化式アンモニアセンサ素子259、ヒータ素子261を備えている(必須構成)。   Furthermore, the impedance variable ammonia sensor 207 includes a platinum resistor element 257, an impedance variable ammonia sensor element 259, and a heater element 261 (essential configuration).

一方、第2拡張基板209は、センサ電圧入力回路263、ポンプ電流入力回路265、センサインピーダンス入力回路267、ポンプ電圧出力回路269、ヒータ電圧出力回路271、(外部計測機器273に接続される)測定信号出力回路275を備えている(測定信号出力回路275以外必須構成)。   On the other hand, the second expansion board 209 includes a sensor voltage input circuit 263, a pump current input circuit 265, a sensor impedance input circuit 267, a pump voltage output circuit 269, a heater voltage output circuit 271, and a measurement (connected to an external measuring device 273). A signal output circuit 275 is provided (required configuration other than the measurement signal output circuit 275).

更に、限界電流式リニアA/Fセンサ211は、限界電流式リニアA/Fセンサ素子277、ヒータ素子279を備えている(必須構成)。
ここで、前記インピーダンス変化式アンモニアセンサ207は400℃程度、限界電流式リニアA/Fセンサ211はセンサインピーダンス一定に温度調節する必要があるので、各ヒータ素子261、279及びヒータ電圧出力回路251、271等の制御部は必須回路となる。
Further, the limit current type linear A / F sensor 211 includes a limit current type linear A / F sensor element 277 and a heater element 279 (essential configuration).
Here, it is necessary to adjust the temperature of the impedance change type ammonia sensor 207 to about 400 ° C. and the limit current type linear A / F sensor 211 to a constant sensor impedance, so that the heater elements 261 and 279 and the heater voltage output circuit 251, A control unit such as 271 is an essential circuit.

c)次に、本実施例のアンモニア濃度測定装置201の測定原理について説明する。
インピーダンス変化式アンモニアセンサ207は、素子インピーダンスがアンモニア濃度に比例することを利用して濃度を検出するセンサであり、素子材料の特性から水蒸気濃度の依存を受けることが分かっている。
c) Next, the measurement principle of the ammonia concentration measuring apparatus 201 of the present embodiment will be described.
The impedance change type ammonia sensor 207 is a sensor that detects the concentration by utilizing the fact that the element impedance is proportional to the ammonia concentration, and is known to be dependent on the water vapor concentration from the characteristics of the element material.

補正を行う手法は、基本的に、前記実施例1の水素濃度測定装置と同様であるが、本実施例では、自動車の排気ガス中のアンモニア濃度を測定することを目標としており、排気ガス中の水蒸気濃度は空燃比(A/F)に相関があることから、限界電流式リニアA/Fセンサ211の信号を用いて、水蒸気濃度依存を補正するものである。   The correction method is basically the same as that of the hydrogen concentration measuring apparatus of the first embodiment. However, in this embodiment, the target is to measure the ammonia concentration in the exhaust gas of the automobile. Since the water vapor concentration is correlated with the air-fuel ratio (A / F), the signal from the limit current type linear A / F sensor 211 is used to correct the water vapor concentration dependency.

従って、この場合は、アンモニア濃度測定装置201は、汎用基板203及び第1、2拡張基板205、209の機能を利用してアンモニア濃度を測定することになる。
以下、詳細に説明する。
Therefore, in this case, the ammonia concentration measuring apparatus 201 measures the ammonia concentration using the functions of the general-purpose substrate 203 and the first and second expansion substrates 205 and 209.
Details will be described below.

・インピーダンス変化式アンモニアセンサ207は、その感応材として、例えばZrO2等の酸化物を主成分、WO3等を副成分とする固体超強酸物質を用い、図10に示す様に、アンモニアが増加すると、そのセンサ出力(インピーダンス)が低下するものである。 The impedance change-type ammonia sensor 207 uses a solid superacid material whose main component is an oxide such as ZrO 2 and whose main component is WO 3 or the like as its sensitive material. As shown in FIG. Then, the sensor output (impedance) decreases.

このインピーダンス変化式アンモニアセンサ207は、アンモニアの感応材への吸着によって生じるインピーダンス変化を使用している。すなわち、アンモニアが固体超強酸物質の酸点に吸着すると、プロトンのホッピング伝導がアシストされるため、インピーダンスが低下すると推定されている。   The impedance change type ammonia sensor 207 uses a change in impedance caused by adsorption of ammonia on a sensitive material. That is, it is presumed that when ammonia is adsorbed on an acid point of a solid superacid material, proton hopping conduction is assisted, so that impedance is lowered.

また、このインピーダンス変化式アンモニアセンサ207は、H2Oが存在すると、そこからもプロトンが分解発生し、アンモニアから分解したそれと同様にホッピング伝導によってインピーダンス変化を起こす。即ち、同図10に示す様に、被測定ガス中のH2Oが増加すると、センサ出力(インピーダンス)が低下する性質、即ち水蒸気依存性がある。 In addition, in the impedance change type ammonia sensor 207, when H 2 O is present, protons are decomposed and generated, and the impedance is changed by hopping conduction in the same manner as that decomposed from ammonia. That is, as shown in FIG. 10, there is a property that the sensor output (impedance) decreases when H 2 O in the gas to be measured increases, that is, water vapor dependency.

・一方、限界電流式リニアA/Fセンサ211は、部分安定化ZrO2を用いており、排気系で一般的に用いられているZrO2酸素センサの原理に加え、ZrO2固体電解質に電圧を印加することによって被検ガス中の酸素をポンピングする機能を組み合わせ、広い領域の空燃比が検出できるセンサである。 On the other hand, the limit current type linear A / F sensor 211 uses partially stabilized ZrO 2 , and in addition to the principle of the ZrO 2 oxygen sensor generally used in the exhaust system, a voltage is applied to the ZrO 2 solid electrolyte. This is a sensor that can detect the air-fuel ratio in a wide area by combining the function of pumping oxygen in the test gas by applying it.

この限界電流式リニアA/Fセンサ211の限界電流(ポンプ電流)Ipは、酸素濃度(従って空燃比)に比例する。つまり、ポンプ電流Ipは空燃比に比例し、空燃比は水蒸気濃度と相関関係があるので、ポンプ電流Ipから水蒸気濃度が分かる。   The limit current (pump current) Ip of the limit current type linear A / F sensor 211 is proportional to the oxygen concentration (and hence the air-fuel ratio). That is, the pump current Ip is proportional to the air-fuel ratio, and since the air-fuel ratio is correlated with the water vapor concentration, the water vapor concentration can be determined from the pump current Ip.

・そして、前記両センサ207、211の出力を利用してアンモニア濃度の補正を行うが、その補正は、下記の(1)〜(4)手順で行う。
(1) インピーダンス変化式アンモニアセンサ207のインピーダンスZsを測定する。
The ammonia concentration is corrected using the outputs of the sensors 207 and 211. The correction is performed according to the following procedures (1) to (4).
(1) The impedance Zs of the impedance change type ammonia sensor 207 is measured.

(2) 限界電流式リニアA/Fセンサ211のポンプ電流Ipを測定する。
(3) 前記ポンプ電流Ipから多項式近似式により空燃比λを算出する。
(4) 前記インピーダンスZsと空燃比λから、3次元マップ変換(X軸:Zs、Y軸: λ、Z軸:NH3)により、アンモニア濃度NH3を算出する。
(2) The pump current Ip of the limit current type linear A / F sensor 211 is measured.
(3) The air-fuel ratio λ is calculated from the pump current Ip by a polynomial approximation formula.
(4) The ammonia concentration NH 3 is calculated from the impedance Zs and the air-fuel ratio λ by three-dimensional map conversion (X axis: Zs, Y axis: λ, Z axis: NH 3 ).

d)この様に、本実施例では、インピーダンス変化式アンモニアセンサ207のインピーダンスZsと、限界電流式リニアA/Fセンサ211のポンプ電流Ipより求めた空燃比λとに基づいて、アンモニア濃度を求めているので、被測定ガスの水蒸気濃度等の状態が変動しても、常に、正確なアンモニア濃度を求めることができる。   d) Thus, in this embodiment, the ammonia concentration is obtained based on the impedance Zs of the impedance change type ammonia sensor 207 and the air-fuel ratio λ obtained from the pump current Ip of the limit current type linear A / F sensor 211. Therefore, even if the state of the gas to be measured such as the water vapor concentration fluctuates, an accurate ammonia concentration can always be obtained.

また、本実施例でも、前記実施例1と同様に、開発期間の短縮及び工数の削減等を実現することができるという効果を奏する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
Also in the present embodiment, similar to the first embodiment, there is an effect that the development period can be shortened and the man-hours can be reduced.
In addition, this invention is not limited to the said Example at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention.

例えば図11に示す様に、同様な複数の水素濃度センサ301、303を用いて、水素濃度を測定するようにしてもよい。この場合は、各水素濃度センサ301、303にそれぞれ対応する拡張基板を準備し、この拡張基板を汎用基板に装着する。   For example, as shown in FIG. 11, the hydrogen concentration may be measured using a plurality of similar hydrogen concentration sensors 301 and 303. In this case, an extension board corresponding to each of the hydrogen concentration sensors 301 and 303 is prepared, and the extension board is mounted on a general-purpose board.

例えば、都市ガス改質型燃料電池305の評価において、燃料電池305のアノード319の燃料入口315と出口317のそれぞれに前記水素濃度センサ301、303を配置し、水素利用効率の測定や最適な運転状態(高水素利用効率)での供給水素濃度を測定する要求がある場合、汎用基板と2枚の限界電流式水素センサ用拡張基板を組み合わせることにより、その評価が可能となる。   For example, in the evaluation of the city gas reforming fuel cell 305, the hydrogen concentration sensors 301 and 303 are arranged at the fuel inlet 315 and the outlet 317 of the anode 319 of the fuel cell 305, respectively, so that the measurement of hydrogen utilization efficiency and the optimum operation are performed. When there is a demand to measure the supply hydrogen concentration in a state (high hydrogen utilization efficiency), the evaluation can be performed by combining a general-purpose substrate and two expansion substrates for limiting current type hydrogen sensors.

具体的には、一定の電力を得るためのマスフローコントローラ307を用いて、改質器309に送られる都市ガス量を調整する。改質器309によって都市ガスは水素を含む燃料ガスとなり燃料電池305の燃料入口315に供給される。そして、発電によって水素が消費され、残りの成分である排出ガスが燃料出口317から排出され、バーナ311で燃焼される。   Specifically, the amount of city gas sent to the reformer 309 is adjusted using a mass flow controller 307 for obtaining constant power. The city gas is converted into a fuel gas containing hydrogen by the reformer 309 and supplied to the fuel inlet 315 of the fuel cell 305. Then, hydrogen is consumed by power generation, and the exhaust gas that is the remaining component is discharged from the fuel outlet 317 and burned by the burner 311.

また、改質器309への都市ガス供給量を一定にした状態で、水素濃度センサ301、303の水素濃度を、測定装置313により測定すれば、その差から水素利用効率を算出できる。   Further, if the hydrogen concentration of the hydrogen concentration sensors 301 and 303 is measured by the measuring device 313 with the city gas supply amount to the reformer 309 kept constant, the hydrogen utilization efficiency can be calculated from the difference.

つまり、必要な電力が得られる範囲で、水素濃度センサ303の水素濃度が低くなるようにマスフローコントローラ307を制御し、この状態で水素濃度センサ301の水素濃度を測定すれば、最適な運転状態(高水素利用効率)での供給水素濃度が測定できる。   In other words, if the mass flow controller 307 is controlled so that the hydrogen concentration of the hydrogen concentration sensor 303 is lowered within a range where necessary power can be obtained, and the hydrogen concentration of the hydrogen concentration sensor 301 is measured in this state, the optimum operation state ( The supply hydrogen concentration at high hydrogen utilization efficiency can be measured.

実施例1の水素濃度測定装置を示し、(a)はその上部を開いた状態を示す平面図、(b)はその正面図である。The hydrogen concentration measuring apparatus of Example 1 is shown, (a) is a top view which shows the state which opened the upper part, (b) is the front view. 実施例1における汎用基板と拡張基板との装着状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mounting state of the general purpose board | substrate and expansion board in Example 1. FIG. 実施例1の水素濃度測定装置の主要な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the hydrogen concentration measuring apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の水素濃度測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the hydrogen concentration measuring apparatus of Example 1. FIG. 実施例1で用いる限界電流式水素センサを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the limiting current type hydrogen sensor used in Example 1. FIG. 実施例1で用いる限界電流式水素センサの特性を示すグラフである。3 is a graph showing characteristics of a limiting current type hydrogen sensor used in Example 1. FIG. 実施例1で用いる限界電流式水素センサの特性を示すグラフである。3 is a graph showing characteristics of a limiting current type hydrogen sensor used in Example 1. FIG. 実施例2のアンモニア濃度測定装置の主要な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the ammonia concentration measuring apparatus of Example 2. FIG. 実施例2のアンモニア濃度測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the ammonia concentration measuring apparatus of Example 2. FIG. 実施例2で用いるインピーダンス変化式アンモニアセンサの特性を示すグラフである。6 is a graph showing characteristics of an impedance change type ammonia sensor used in Example 2. 一対の水素濃度センサを用いた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example using a pair of hydrogen concentration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1…水素濃度測定装置
7、203…汎用基板
9、205…第1拡張基板
11、209…第2拡張基板
17…限界電流式水素センサ
19…インピーダンス変化式湿度センサ
201…アンモニア濃度測定装置
207…インピーダンス変化式アンモニアセンサ
211…限界電流式リニアA/Fセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen concentration measuring device 7, 203 ... General-purpose board | substrate 9,205 ... 1st extended board 11,209 ... 2nd extended board 17 ... Limit current type hydrogen sensor 19 ... Impedance change type humidity sensor 201 ... Ammonia concentration measuring apparatus 207 ... Impedance change type ammonia sensor 211 ... Limit current type linear A / F sensor

Claims (5)

ガスセンサの信号を処理することにより、測定対象である目標のガスの濃度を求めるガス濃度測定装置において、
前記目標のガスの濃度を含む測定内容の異なる複数のガスセンサの信号を入力し、該各ガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスの濃度を求める演算処理を行う電子回路部を備えるとともに、
前記電子回路部として、前記異なる複数のガスセンサに共通の基本機能を有する汎用基板と、前記異なる複数のガスセンサ毎にそれぞれ別個に必要とされる専用機能を有する複数の拡張基板と、を用い、
前記汎用基板に対して前記複数の拡張基板を着脱可能に取り付ける構成としたことを特徴とするガス濃度測定装置。
In the gas concentration measurement device that determines the concentration of the target gas to be measured by processing the signal of the gas sensor,
Inputs signals of a plurality of gas sensors having different measurement contents including the concentration of the target gas, and performs calculation processing for obtaining the concentration of the target gas based on the relationship between the information obtained from the signals of the gas sensors. With an electronic circuit part,
As the electronic circuit unit, using a general-purpose board having a basic function common to the plurality of different gas sensors, and a plurality of expansion boards having a dedicated function separately required for each of the different gas sensors,
A gas concentration measuring apparatus, wherein the plurality of expansion boards are detachably attached to the general-purpose board.
前記異なる複数のガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスに係わるガスセンサによるガス濃度の情報を、他のガスセンサによるガス濃度又はガス状態の情報により補正することを特徴とする前記請求項1に記載のガス濃度測定装置。   Based on the relationship between the information obtained from the signals of the different gas sensors, the gas concentration information by the gas sensor related to the target gas is corrected by the gas concentration or gas state information by another gas sensor. The gas concentration measuring apparatus according to claim 1. 前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られた水素ガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報により補正することを特徴とする前記請求項2に記載のガス濃度測定装置。   3. The gas concentration measuring apparatus according to claim 2, wherein the hydrogen gas concentration information obtained by the gas sensor related to the target gas is corrected by the water vapor concentration information obtained by the other gas sensor. 前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られたアンモニアガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報又は空燃比の情報により補正することを特徴とする前記請求項2に記載のガス濃度測定装置。   The information on the ammonia gas concentration obtained by the gas sensor related to the target gas is corrected by the information on the water vapor concentration or the information on the air-fuel ratio obtained by the other gas sensor. Gas concentration measuring device. 前記汎用基板に装着したコネクタと前記複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて、前記汎用基板と前記複数の拡張基板とを電気的及び機械的に一体の電子回路基板としたことを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに記載のガス濃度測定装置。   The connector mounted on the general-purpose board and the connector mounted on the plurality of extension boards are directly fitted to form an electronic circuit board that is electrically and mechanically integrated with the general-purpose board and the plurality of extension boards. The gas concentration measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein
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