JP2009500594A - 混合ガス測定用に信号出力安定度を改良するためのセンサ条件の方法 - Google Patents
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Abstract
チャージする電源が前記センサから非接続とされ、センサ放電が記録されるときに、これらパルスは、ポーズにより分離される。解析されるガスの濃度に関する有益情報は、2つの測定方法から抽出され得る。
・ 電圧パルスに直後に続くポーズ期間中に開回路電圧低下を測定すること。
・ 正(負)パルス中にチャージする電流を測定し、電圧パルスに続くポーズ期間中に電流を放電すること。
Description
CO +O2 ⇔CO2+2e- (2)
2NO+4e-⇔N2 +2O2- (3)
反応式(1)は、両電極(測定電極1及び基準電極3、図2参照)上に発生する。反応式2及び3は、測定電極上にのみ発生する。高められた温度(>600℃)では、式(2)及び式(3)の 反応率は、反応式(1)と比べて無視できるほど小さく、O2の直接測定用のジルコニア酸素センサの利用が許容されている。この範囲ではセンサ応答は、ネルンスト(Nernst)式:
EMF=RT/4F*Ln(Pair/Pgas) (4)
但し、Rは、完全なガスモル定数、Tは、絶対温度、Fは、ファラディ定数、Pairは、センサの基準側の酸素の一部圧力、及びPgasは、測定側の酸素の一部圧力である。
を生じる。センサ出力(Vs)は、幾つかの手法で動的放電から抽出され得る。
1)パルスとパルスの期間のポーズは、十分長く、センサはVsのレベルに完全に放電され得る。
2)動的なセンサは、キャパシタ放電の式で記述され得る。
但し、Voは、正/負のパルス振幅で、tは時間、Rはセンサ抵抗、そしてCはセンサキャパシタンスである。初期放電の傾斜を測定することにより、Vs値は、
ポーズ期間を減少することにより測定をより早くするのを許容するように推定され得る。
本発明の好ましい実施例の一例により、NOの濃度が伝統的なジルコニア酸素センサ及び提案された条件処理を使用して測定された。排気ガス酸素センサ(EGO)(0.5−10%の広い範囲で酸素濃度の正確な測定が可能)は、〜510℃の温度での加熱炉内に置かれる。センサは内部ヒーターに備えられ、ヒーター電圧は、V=10ボルトに設定される。センサ測定電極は、N2、O2、NO、NO2、COガスに晒されており、燃焼プロセス排気での条件をシミュレートする。
10(b)参照)
本発明の好ましい実施例において、排気ガス混合における異なるガスに対する感度は、条件付けている電圧パルスの振幅を変化することにより、変化され得る。図20は、条件付ける電圧パルス=1ボルトの振幅で条件処理にセンサが依存する間、1500ppmCO(2%O2)に対するセンサ応答を示す。COに対するセンサ感度は、2.5ボルトの電圧振幅を条件処理と比較して改善したことが重要である。
負パルスの終了時に、センサ電極は再び電源と非接続となり、スイッチ12を開き且つスイッチ13を閉じることにより、電流計を介して切り換わる。センサ放電電流は、電流計(17)と共に記録される。ポーズ期間の終了時に、センサ電極が電源と再び接続され、プロセス自身は繰り返すであろう。動的なセンサチャージ/放電電流は、酸化−還元反応率を反映するであろうし、雰囲気ガスにおけるCO及びNOxの濃度に関連しているであろう。
II 正パルス後のパルス
III 負パルス
IV 負パルス後のパルス
11 外部電源
12、13 自動スイッチ
14 センサ
15 データ獲得システム
16 解析されるガスに応じたセンサ出力電圧
17 電流計
18 測定されたセンサ電流
Claims (21)
- 少なくとも2つの電極を持つセンサと、
このセンサを前記電極の交互の極性を条件とするための手段と、を含み、
これにより、ガスシステムは、混合ガス環境での個々のガスを測定するために使用され得るガスセンサシステム。 - 前記センサは、燃焼排気の際に存在するO2 、NOx、NO、 NO2、CO、CO2、非燃炭化水素、及び他のガスを備えるグループから選択され一つのガスを超えて検出可能である請求項1に記載のガスセンサシステム。
- 前記センサは、
ジルコニウム酸素センサ、混合ポテンシャルセンサ、及びラムダセンサを備えるが、限定されずに、そのグループから選択される請求項2に記載のガスセンサシステム。 - 前記条件とするための手段は、
前記センサ電極(3倍相境界線)の反応サイトでの酸化還元反応から蓄積された電荷を除去するための手段と、
前記センサの感覚大気の作用として生じる変化を特徴付けるための手段と、
を備える請求項3に記載のガスセンサシステム。 - 汚染イオンを除去するための前記手段は、
前記電極の極性を反対にするための手段を備える請求項4に記載のガスセンサシステム。 - 変化を特徴付けるための前記手段は、
前記電極の極性を反対にするのに続いて、前記ガスセンサの動的な放電を検出するための手段を備える請求項5に記載のガスセンサシステム。 - 燃焼プロセスから排気のような異なるガスに対する応答の間の信号出力安定性及び識別を改善するためのセンサ条件の方法であって、
a.センサ電極の間に反対の極性の方形波(又は鋸波)及び等価振幅のような電圧パルスを印加し、
b.チャージする電源が前記センサから非接続でセンサ放電が記録されるときに、ポーズで前記パルスを分離し、
c.電圧パルスに直後に続くポーズ期間中で電圧低下から解析されるガスの濃度に関する有益情報を抽出する
各工程を備える方法。 - センサからの出力信号を条件とすることにより混合ガスを測定する方法であって、
a.チャージする電源にセンサ電極を接続することにより、反対極性の電圧パルス(方形波、鋸波、又は他の形状)及びセンサ電極間の近似的な等価振幅を印加し、
b.チャージする電源が前記センサから非接続に限定されないような技術によるポーズで前記パルスを分離し、
c.電圧パルスに直後に続くポーズ期間中で電圧低下から解析されるガスの濃度に関するセンサ情報の記録が抽出される
各工程を備える方法。 - 前記センサ放電情報は、
a. ポーズ期間中(to)に経過した特定時間における電圧として解析されるガスについてセンサ応答(Vr)
Vr=Vo+S*Log(to)を計算し、
但し、S及びVoが、片対数座標(V〜Log(t))において電圧低下曲線の初期部分の線形後退から計算された傾斜及び定数であるとき、
b.公知の解析されるガス濃度(C)及びセンサ応答(Vr)
C=F(Vr)
の間の従属として較正曲線を確立し、
c. センサ応答(Vr)及び確立された較正曲線を使用することにより、解析されるプロセスにおける解析されるガス濃度を計算し、
の各ステップによって記録される請求項8に記載の方法。 - 前記混合ガスは、NOx、NO、 NO2、CO、CO2、非燃炭化水素、及び燃焼排気している他のガスを備え、限定されないでそのグループから選択される請求項8に記載の方法。
- 前記センサは、ポテンショメータのジルコニア酸素センサ、ラムダセンサ、及び混合ポテンシャルガスセンサを備え、限定されないでそのグループから選択されている請求項8に記載の方法。
- 混合ポテンシャルセンサとして酸素センサを使用する方法であって、
a.前記センサ電極と協働した容量をチャージし、
b.前記容量を放電し、そして
c.容量電圧を記録することによって、前記容量放電を測定し特徴付ける
各工程を備える方法。 - 前記方法が更に
a.反対に印加された電圧で容量チャージを交互に行い、
b.前記放電、測定、及び特徴付けを繰り返す
各工程を備える請求項12に記載の方法。 - 前記容量は、電圧を印加することにより、前記容量は、前記電極でチャージされる請求項12に記載の方法。
- 混合されたポテンシャルセンサとして酸素センサを使用する方法であって、
a.電流を適用することによって、前記センサの電極にチャージを形成し、
b.前記チャージを放電し、そして
c.チャージ及び放電プロセス中に電流を測定し及び特徴付ける
各工程を備える方法。 - 前記方法が更に
a.反対のチャージ極性を発生するための交流電流とし、
b.前記チャージ及び放電極性、測定、及び特徴付けを繰り返す
各工程を備える請求項15に記載の方法。 - 前記チャージが、条件電流パルスを適用することにより、前記電極で前記チャージは、形成される請求項15に記載の方法。
- 繰り返しパターンにおける正負極性の条件電流パルスを適用することにより、前記電極で前記チャージが形成される請求項15に記載の方法。
- 電極を形成するための内外金属コーティングを持つジルコニアシンブルを持つガスセンサであって、前記2つの電極の間の電圧を測定することによって、前記シンブル内部に前記シンブルの外側の測定ガスと、前記シンブルの内側の基準ガスとの間の微分(差異)酸素濃度を測定するために使用され、該微分(差異)酸素濃度を計算し、
その改良として、
センサ電極間で反対の極性の電圧パルス及び近似等価振幅を印加することにより、前記センサを条件付けることによって、混合ガスを付加的に測定する工程を備える方法。 - 前記電圧パルスは、
a.チャージする電源にセンサ電極を接続し、
b.前記パルスをポーズで分離し、
c. 電圧パルスに直後に続くポーズ期間中で電圧低下から解析されるガスの濃度に関するセンサ放電情報の記録が抽出される
各工程によって生成される請求項19に記載の方法。 - ポテンショメータジルコニア酸素センサ、ラムダセンサ、及び混合ポテンシャルガスセンサを備え、限定されないでそのグループから選択されているガスセンサであって、その改良として、
電極を測定する際に、活性化反応の条件付けが、電極活動毒成分の蓄積を防止し、
それにより、前記センサは、電極触媒活動を酸化/還元反応に電子的に変化させることによって、ガスストリームの異なる成分について改良された感度を有する方法。
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