JP2011174722A - Gas detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas detector including an electrochemical gas sensor, capable of acquiring at an early stage where gas concentration can be measured, after the application of power. <P>SOLUTION: The gas detector including an electrochemical gas sensor (hereafter, simply referred to as a "gas sensor") also includes an output correction mechanism having a function, wherein in a state where sensor output correction gas is introduced when starting the gas sensor, a sensor output value at an output correction object measurement time is predicted, by using some measuring time within a specific time range set as the output correction object measuring time, based on a sensor output value acquired actually by the gas sensor at each of two measurement times, selected within the specific time range in which the sensor output value is changed logarithmically with elapse of time; and the result is acquired as an output value for correction, and a sensor output acquired actually from the gas sensor at the output correction object measuring time is corrected, based on the output value for correction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、定電位電解式酸素センサを具えてなるガス検知器に関する。   The present invention relates to a gas detector including a constant potential electrolytic oxygen sensor, for example.

例えば、定電位電解式酸素センサのある種のものは、電解液を収容する窓に被検出ガスの透過が可能なガス透過性疎水隔膜が張設され、このガス透過性疎水隔膜の、電解液の側に形成された作用電極と、この作用電極と一定の距離を離間させて配置された対極とを備えてなり、例えばポテンショスタットにより作用電極の電位が酸素の還元反応が起こる一定の電位に制御されることにより酸素ガスの濃度に対応して作用電極と対極との間に流れる電解電流を検出するよう構成されている。
このような定電位電解式酸素センサにおいては、検知原理上、作用電極に供給する被検ガスの量を制限することが必要であり、例えば、被検ガスを例えばピンホールを介して作用電極に供給する構造のものなどが提案されている(特公昭61−56777号公報)。
For example, a certain type of constant potential electrolytic oxygen sensor has a gas permeable hydrophobic diaphragm that allows a gas to be detected to pass through a window that accommodates the electrolyte, and the electrolyte of the gas permeable hydrophobic diaphragm. And a counter electrode disposed at a certain distance from the working electrode. For example, the potentiostat causes the working electrode to have a constant potential at which oxygen reduction occurs. By being controlled, an electrolytic current flowing between the working electrode and the counter electrode corresponding to the concentration of oxygen gas is detected.
In such a constant potential electrolytic oxygen sensor, it is necessary to limit the amount of test gas supplied to the working electrode on the detection principle. For example, the test gas is supplied to the working electrode via a pinhole, for example. A structure having a structure for supplying is proposed (Japanese Patent Publication No. 61-56777).

特公昭61−56777号公報Japanese Patent Publication No. 61-56777

而して、定電位電解式酸素センサにおいては、電源が投入されて定電位電解式酸素センサに対する通電が開始されることにより例えば大気がその供給量が制限された状態で導入されることになるが、通電開始直後においては、予め作用電極周辺に存在する例えば大気がガス検知電極を構成する作用電極に供給されることにより、当該大気中の酸素ガスが作用電極と反応して作用電極と対極との間に電解電流が流れてセンサ出力が急激に低下し、その後、予め作用電極周辺に存在する大気(酸素ガス)の減少量が時間経過と共にピンホールを介して供給される酸素の供給量より大きくなり、作用電極に供給される大気の量が相対的に減少するため、センサ出力が経時的に低下し、所定時間経過後に一定出力(例えば大気中の酸素ガス濃度(21%程度)に相当する出力値)で安定する、センサ起動時におけるセンサ出力の経時的変化特性を有しており(図3参照)、従って、センサ出力が安定するまでに時間を要する、という問題があり、定電位電解式酸素センサにおいては、センサ出力が安定するのを待って酸素ガス濃度測定が行われるのが実情であった。   Thus, in the constant potential electrolytic oxygen sensor, for example, the atmosphere is introduced in a state where the supply amount is limited by turning on the power and starting energization to the constant potential electrolytic oxygen sensor. However, immediately after the start of energization, for example, the atmosphere existing around the working electrode in advance is supplied to the working electrode constituting the gas detection electrode, so that oxygen gas in the atmosphere reacts with the working electrode and the counter electrode and the working electrode. Electrolytic current flows between the two and the sensor output decreases rapidly, and then the amount of oxygen (oxygen gas) present around the working electrode in advance decreases over time, and the amount of oxygen supplied through the pinhole Since the amount of the atmosphere supplied to the working electrode is relatively decreased, the sensor output decreases with time, and after a predetermined time elapses, a constant output (for example, oxygen gas concentration in the atmosphere (21 The output value is stable at a sensor output at the time of starting the sensor (see FIG. 3), and therefore it takes time for the sensor output to stabilize. In the constant potential electrolytic oxygen sensor, the oxygen gas concentration measurement is actually performed after the sensor output is stabilized.

また、定電位電解式酸素センサ以外の他の定電位電解式ガスセンサにおいても、定電位電解式ガスセンサが無通電状態にあるときには、作用電極の電位は、時間経過に伴って、電極構成材料の種類や電解液の種類および濃度の組み合わせに応じた自然電極電位で平衡に達した状態(平衡電位状態)となっており、この平衡電位状態と、定電位電解式ガスセンサにおけるガス濃度測定に適した測定電位状態とに差があることから、電源が投入されて作用電極と電解液との界面における状態、例えば界面におけるイオン密度の状態が安定するまでに時間を要し、結局、電源投入後直ちにガス濃度測定を行うことができない。   Also, in other constant potential electrolytic gas sensors other than the constant potential electrolytic oxygen sensor, when the constant potential electrolytic gas sensor is in a non-energized state, the potential of the working electrode changes with the type of electrode constituent material over time. And a state in which equilibrium is reached at the natural electrode potential (equilibrium potential state) according to the combination of the type and concentration of the electrolyte, and this equilibrium potential state and measurement suitable for gas concentration measurement in a constant potential electrolytic gas sensor Since there is a difference in potential state, it takes time for the state at the interface between the working electrode and the electrolyte, for example, the state of ion density at the interface, to stabilize, after the power is turned on. The concentration cannot be measured.

このような問題に対して、例えば、定電位電解式ガスセンサの電源OFF時に、作用電極と電解液との界面における状態を安定した状態で維持するために、定電位電解式酸素センサにおいては、ガス供給制御手段を介して供給される酸素の供給量と作用電極による酸素の消費量とが等しくなる状態に維持するために、いわゆる「バックアップ回路」を設けることなどが考えられるが、例えば電池駆動されるポータブル型のガス検知器においては、電力消費量が大きくなるため、不向きであり、特に、定電位電解式酸素センサを具えたものにおいては、常時、電極反応が生じることとなるため、好ましくない。   To solve such a problem, for example, in order to maintain a stable state at the interface between the working electrode and the electrolyte when the power of the constant potential electrolytic gas sensor is turned off, In order to keep the supply amount of oxygen supplied through the supply control means equal to the consumption amount of oxygen by the working electrode, a so-called “backup circuit” may be provided. This is not suitable for portable gas detectors, because it consumes a large amount of power, and is particularly unfavorable, especially in the case of a device equipped with a constant potential electrolytic oxygen sensor, because an electrode reaction always occurs. .

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、電気化学式ガスセンサを具えてなるものにおいて、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を早期に得ることのできるガス検知器を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on the above circumstances, and is a gas comprising an electrochemical gas sensor, which can quickly obtain a state in which gas concentration can be measured after power-on. The object is to provide a detector.

本発明のガス検知器は、電気化学式ガスセンサと、当該電気化学式ガスセンサの起動時において、一定時間間隔毎の順次の測定時に取得される前記電気化学式ガスセンサよりのセンサ出力値を補正する出力補正機構とを具えてなり、
前記電気化学式ガスセンサについての、センサ起動時にセンサ出力補正用ガスが導入されている状態において取得されるセンサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線が、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域を有するものであり、
前記出力補正機構は、少なくとも前記センサ出力初期変動特性曲線における対数関数領域に対応する時間範囲内のいずれかの測定時を出力補正対象測定時とし、当該出力補正対象測定時において、
前記電気化学式ガスセンサの起動時にセンサ出力補正用ガスが導入されている状態において取得される、前記センサ出力初期変動特性曲線における対数関数領域に対応する時間範囲内において選ばれた、前記出力補正対象測定時以前の2つの測定時の各々におけるセンサ出力値に基づいて、当該出力補正対象測定時におけるセンサ出力値を予測して当該予測されたセンサ出力値を補正用出力値として取得する補正用出力取得処理、および、
当該出力補正対象測定時において実際に取得される電気化学式ガスセンサよりのセンサ出力値を、当該補正用出力取得処理によって取得される補正用出力値に基づいて補正する出力補正処理
を行う機能を有することを特徴とする。
The gas detector of the present invention includes an electrochemical gas sensor, and an output correction mechanism that corrects a sensor output value from the electrochemical gas sensor acquired at the time of sequential measurement at regular time intervals when the electrochemical gas sensor is started up. With
For the electrochemical gas sensor, the sensor output initial fluctuation characteristic curve showing the change over time of the sensor output value acquired in the state where the sensor output correction gas is introduced at the time of sensor activation, the sensor output value is logarithmically with time. It has a logarithmic function region that changes functionally,
The output correction mechanism, at the time of measurement at any time within the time range corresponding to the logarithmic function region in the sensor output initial variation characteristic curve at the time of output correction target measurement, at the time of the output correction target measurement,
The output correction target measurement selected in a time range corresponding to a logarithmic function region in the sensor output initial fluctuation characteristic curve obtained in a state where a sensor output correction gas is introduced at the time of starting the electrochemical gas sensor Based on the sensor output value at each of the two measurements before the time, the sensor output value at the time of the output correction target measurement is predicted, and the predicted sensor output value is acquired as the correction output value. Processing and
It has a function of performing an output correction process for correcting the sensor output value from the electrochemical gas sensor actually acquired at the time of the output correction target measurement based on the correction output value acquired by the correction output acquisition process. It is characterized by.

本発明のガス検知器においては、前記出力補正機構は、前記出力補正対象測定時においてセンサ出力補正用ガスが導入されていることが検出されたとき、当該出力補正対象測定時を前記2つの測定時のうちの時系列的に後の測定時として更新し、当該出力補正対象測定時の次の出力補正対象測定時における補正用出力取得処理および出力補正処理を行う機能を有する構成とされていることが好ましい。   In the gas detector according to the present invention, when the output correction mechanism detects that the sensor output correction gas is introduced at the time of the output correction target measurement, the output correction target measurement time is the two measurements. It is updated as time of later measurement in time series of time, and it is configured to have a function to perform correction output acquisition processing and output correction processing at the time of the next output correction target measurement at the time of the output correction target measurement It is preferable.

さらにまた、本発明のガス検知器においては、電気化学式ガスセンサとして、被検査ガスがガス供給制限手段を介してガス検知電極に供給される電気化学式酸素センサが用いられた構成とされていることが好ましく、ピンホールが形成されたガス供給制限手段を備えた構成とされていることがより好ましい。そして、本発明のガス検知器は、定電位電解式酸素センサを備えた構成とすることができる。
さらにまた、本発明のガス検知器は、ポータブル型のものとして構成することができる。
Furthermore, in the gas detector of the present invention, an electrochemical oxygen sensor in which the gas to be inspected is supplied to the gas detection electrode via the gas supply restriction means is used as the electrochemical gas sensor. It is more preferable that the gas supply restriction unit is provided with a pinhole. And the gas detector of this invention can be set as the structure provided with the constant potential electrolytic oxygen sensor.
Furthermore, the gas detector of the present invention can be configured as a portable type.

本発明のガス検知器によれば、電気化学式ガスセンサの起動時に、センサ出力補正用ガスを導入させた状態において実際に取得される、2つの測定時におけるセンサ出力値の経時的な出力変化の傾向に基づいて予測される、出力補正対象測定時におけるセンサ出力値は、当該電気化学式ガスセンサについての実際のセンサ出力初期変動特性曲線に即したものであるので、当該予測されたセンサ出力値を補正用出力値として、出力補正対象測定時において電気化学式ガスセンサより実際に取得されるセンサ出力値を当該補正用出力値によって補正することにより、電気化学式ガスセンサの起動時におけるセンサ出力の経時的変化を補償することができ、従って、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を、センサ出力の安定化を待つことなく、早期に得ることができる。
また、電気化学式ガスセンサの構成(ガス検知電極の構成や電解液の種類など)、電源がOFFされてから電源が再投入されるまでの無通電時間(無通電状態)の長さおよびその他の条件に拘らず、少なくとも2つの測定時におけるセンサ出力値が取得されさえすれば、出力補正対象測定時における電気化学式ガスセンサより実際に取得されるセンサ出力値を補正すべき補正用出力値を取得することができるので、高い汎用性を得ることができる。
さらにまた、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を早期に得ることができるので、ポータブル型のものとして構成された場合に、極めて有用なものとなる。
According to the gas detector of the present invention, when an electrochemical gas sensor is started, the sensor output value during two measurements, which is actually acquired in a state where the sensor output correction gas is introduced, tends to change over time. The sensor output value predicted at the time of output correction target measurement is based on the actual sensor output initial fluctuation characteristic curve for the electrochemical gas sensor, and therefore the predicted sensor output value is used for correction. As the output value, the sensor output value actually obtained from the electrochemical gas sensor at the time of measurement of the output correction target is corrected by the correction output value, thereby compensating for the temporal change of the sensor output at the time of starting the electrochemical gas sensor. Therefore, after the power is turned on, the gas concentration can be measured and wait for the sensor output to stabilize. And no, it is possible to obtain an early stage.
Also, the configuration of the electrochemical gas sensor (gas detection electrode configuration, type of electrolyte, etc.), the length of the non-energization time (non-energized state) from when the power is turned off until the power is turned on again, and other conditions Regardless of whether or not sensor output values at the time of at least two measurements are acquired, a correction output value for correcting the sensor output value actually acquired from the electrochemical gas sensor at the time of output correction target measurement should be acquired. Therefore, high versatility can be obtained.
Furthermore, since a state in which the gas concentration can be measured can be obtained at an early stage after the power is turned on, it is extremely useful when configured as a portable type.

本発明のガス検知器の一例における要部の構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the principal part in an example of the gas detector of this invention. 本発明のガス検知器を構成する電気化学式ガスセンサに係る定電位電解式酸素センサの一例における構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in an example of the constant potential electrolytic oxygen sensor which concerns on the electrochemical gas sensor which comprises the gas detector of this invention. 定電位電解式酸素センサについてのセンサ出力初期変動特性曲線を示す図である。It is a figure which shows the sensor output initial stage fluctuation characteristic curve about a constant potential electrolytic oxygen sensor. 本発明のガス検知器における出力補正機構による出力補正動作を説明するためのセンサ出力初期変動特性曲線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor output initial stage fluctuation characteristic curve for demonstrating the output correction operation | movement by the output correction mechanism in the gas detector of this invention. 実験例1における酸素ガス濃度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing the measurement results of oxygen gas concentration in Experimental Example 1. 本発明のガス検知器を構成する電気化学式ガスセンサに係る定電位電解式酸素センサの他の例における構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the other example of the constant potential electrolytic oxygen sensor which concerns on the electrochemical gas sensor which comprises the gas detector of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、例えば、定電位電解式酸素センサを具えてなるポータブル型のガス検知器を例に挙げて説明する。
図1は、本発明のガス検知器の一例における要部の構成の概略を示すブロック図である。
このガス検知器は、例えば、定電位電解式酸素センサ10と、この定電位電解式酸素センサ10を起動させると共に定電位電解式酸素センサ10よりのガス検知信号を出力するセンサ制御手段30と、ガス検知器全体の動作制御を行うメイン制御手段40と、ガス濃度測定および出力補正動作に係る情報が記録された記憶手段50と、後述する出力補正動作を行うに際しての時間情報を取得する計時手段55と、ガス検知器の動作設定を行うための操作手段(図示せず)と、検出されたガスの種類とその濃度値を表示する表示手段(図示せず)と、検知対象ガスの濃度が基準値を越えたことが検出されたときに警報を発する警報手段(図示せず)と、例えば蓄電池よりなる駆動用電源(図示せず)とを具えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking, for example, a portable gas detector including a constant potential electrolytic oxygen sensor as an example.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a main part in an example of a gas detector of the present invention.
The gas detector includes, for example, a constant potential electrolytic oxygen sensor 10, a sensor control unit 30 that activates the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 and outputs a gas detection signal from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10, Main control means 40 for controlling the operation of the entire gas detector, storage means 50 for storing information relating to gas concentration measurement and output correction operation, and time measuring means for acquiring time information for performing the output correction operation described later 55, operating means (not shown) for setting the operation of the gas detector, display means (not shown) for displaying the type and concentration value of the detected gas, and the concentration of the detection target gas An alarm means (not shown) for issuing an alarm when it is detected that the reference value is exceeded, and a driving power source (not shown) made of a storage battery, for example, are provided.

図2は、本発明のガス検知器を構成する電気化学式ガスセンサに係る定電位電解式酸素センサの一例における構成の概略を示す断面図である。
この定電位電解式酸素センサ10は、一端に被検査ガスをガス検知電極に対する供給量を制限して導入するためのガス供給制限手段を構成するピンホール12を有すると共に他端に圧力調整用開口13を有する筒状のケーシング11を備えており、ピンホール12がその内面側から塞がれるようケーシング11の一端側内面に、例えばフッ素系樹脂などの多孔質膜よりなる一端側ガス透過性疎水隔膜15が張設されていると共に圧力調整用開口13がその内面側から塞がれるようケーシング11の他端側内面に、例えばフッ素系樹脂などの多孔質膜よりなる他端側ガス透過性疎水隔膜16が張設されており、これにより、例えば硫酸水溶液よりなる電解液が収容される電解液室Sが形成されている。
ケーシング11内には、ガス検知電極を構成する作用電極20が一端側ガス透過性疎水隔膜15の接液側の面(内面)に設けられていると共に対極21が他端側ガス透過性疎水隔膜16の接液側の面(内面)に設けられており、さらに、参照電極22が、作用電極20および対極21の各々と離間した位置においてこれらと対向するよう電解液中に浸漬された状態で設けられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an example of a constant potential electrolytic oxygen sensor according to the electrochemical gas sensor constituting the gas detector of the present invention.
This constant potential electrolytic oxygen sensor 10 has a pinhole 12 that constitutes a gas supply restricting means for introducing a gas to be inspected at one end while restricting the supply amount to the gas detection electrode, and at the other end a pressure adjusting opening. 13 is provided, and one end side gas permeable hydrophobicity made of a porous film such as a fluorine resin is formed on one end side inner surface of the casing 11 so that the pinhole 12 is closed from the inner surface side. On the other end side inner surface of the casing 11, the other end side gas permeable hydrophobicity made of a porous film such as a fluororesin is provided so that the diaphragm 15 is stretched and the pressure adjusting opening 13 is closed from the inner surface side. A diaphragm 16 is stretched, thereby forming an electrolyte chamber S in which an electrolyte made of, for example, an aqueous sulfuric acid solution is accommodated.
In the casing 11, a working electrode 20 constituting a gas detection electrode is provided on the surface (inner surface) on the liquid contact side of the one end side gas permeable hydrophobic diaphragm 15, and the counter electrode 21 is disposed on the other end side gas permeable hydrophobic diaphragm. 16 is provided on the liquid contact side surface (inner surface), and the reference electrode 22 is immersed in the electrolyte so as to face the working electrode 20 and the counter electrode 21 at positions spaced apart from each other. Is provided.

作用電極20は、例えば、一端側ガス透過性疎水隔膜15の一面上における中央位置において、例えば白金、金、ルテニウム、パラジウムなどの微粒子、または、これらの混合物や合金などがバインダーと共に焼成されてなる電極触媒層が形成されて構成されている。
対極21は、例えば、他端側ガス透過性疎水隔膜16の一面上における中央位置において、例えば白金、金、ルテニウム、パラジウムなどの微粒子、または、これらの混合物や合金などがバインダーと共に焼成されてなる電極触媒層が形成されて構成されている。
参照電極22は、例えばフッ素系樹脂の多孔質膜などよりなるガス透過性ベースフィルムの一面上における全面に、例えば白金、金、ルテニウム、パラジウムなどの微粒子、または、これらの混合物や合金などがバインダーと共に焼成されてなる電極触媒層が形成されて構成されている。また、参照電極22は、ガス透過性ベースフィルムの両面に電極触媒層が形成された構成のものであってもよく、また、金属単体により構成されたものであってもよい。
The working electrode 20 is formed, for example, by firing fine particles such as platinum, gold, ruthenium, palladium, or a mixture or alloy thereof together with a binder at a central position on one surface of the one-side gas-permeable hydrophobic diaphragm 15. An electrode catalyst layer is formed.
The counter electrode 21 is formed by, for example, firing fine particles of platinum, gold, ruthenium, palladium, or a mixture or alloy thereof together with a binder at a central position on one surface of the gas permeable hydrophobic diaphragm 16 at the other end. An electrode catalyst layer is formed.
The reference electrode 22 has a binder made of, for example, fine particles of platinum, gold, ruthenium, palladium, or a mixture or alloy thereof on the entire surface of a gas permeable base film made of, for example, a fluororesin porous film. An electrode catalyst layer formed by firing together is formed. The reference electrode 22 may have a configuration in which electrode catalyst layers are formed on both surfaces of a gas permeable base film, or may be configured by a single metal.

ケーシング11におけるピンホール12の内径の大きさは、ピンホール12が均一な内径を有するものである場合において、実用上、1.0〜200μmであり、例えば80μmである。また、ピンホール12の長さは、例えば0.1mm以上である。   In the case where the pinhole 12 has a uniform inner diameter, the inner diameter of the pinhole 12 in the casing 11 is practically 1.0 to 200 μm, for example, 80 μm. Moreover, the length of the pinhole 12 is 0.1 mm or more, for example.

センサ制御手段30は、作用電極20と参照電極22との間に一定の電位差が生じるよう、作用電極20に所定の大きさの電圧を印加する。ここに、作用電極20に対する印加電圧は、作用電極20の参照電極22に対する電位差が例えば−2.0V〜+1.5Vとなる大きさである。   The sensor control unit 30 applies a voltage having a predetermined magnitude to the working electrode 20 so that a constant potential difference is generated between the working electrode 20 and the reference electrode 22. Here, the applied voltage to the working electrode 20 is such that the potential difference between the working electrode 20 and the reference electrode 22 is, for example, −2.0V to + 1.5V.

メイン制御手段40は、センサ制御手段30およびその他の構成部材の動作制御を行う動作制御機構と、定電位電解式酸素センサ10の起動時において、一定時間間隔毎の順次の測定時に取得される、定電位電解式酸素センサ10よりのセンサ出力値を補正する出力補正機構と、この出力補正機構によって補正された補正センサ出力値に基づいてガス濃度を算出する機能を有するガス濃度算出機構とを具えてなる。   The main control means 40 is acquired at the time of sequential measurement at regular time intervals at the time of starting the operation control mechanism for controlling the operation of the sensor control means 30 and other components and the constant potential electrolytic oxygen sensor 10. An output correction mechanism for correcting the sensor output value from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 and a gas concentration calculation mechanism having a function of calculating a gas concentration based on the correction sensor output value corrected by the output correction mechanism. I will.

記憶手段50に記録されるガス濃度測定に係る情報としては、例えば、定電位電解式酸素センサ10よりのセンサ出力値とガス濃度値との関係を示す当該定電位電解式酸素センサ10に固有の個別検量線(感度曲線)、定電位電解式酸素センサ10についての校正処理後におけるゼロ校正値、スパン校正値、温度補正用データなどを挙げることができ、センサ起動時における出力補正動作に係る情報としては、例えば、後述する出力補正動作においてセンサ出力値が利用される測定時(電源が投入されて通電が開始されてからの経過時間)の時間情報の設定値(t1およびt2)などを挙げることができる。   The information related to the gas concentration measurement recorded in the storage means 50 is, for example, specific to the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 indicating the relationship between the sensor output value from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 and the gas concentration value. Individual calibration curve (sensitivity curve), zero calibration value, span calibration value, temperature correction data after calibration processing for constant potential electrolytic oxygen sensor 10 can be mentioned, and information related to output correction operation at sensor startup For example, a set value (t1 and t2) of time information at the time of measurement (elapsed time since the power is turned on and energization is started) in which the sensor output value is used in an output correction operation to be described later. be able to.

以下、上記のガス検知器の動作について説明する。
上記ガス検知器においては、参照電極22の電位状態を基準として、作用電極20に所定の電圧が印加(通電が開始)されて作用電極20と参照電極22との間に一定の電位差が生じた状態である測定電位状態において、検知対象空間における環境雰囲気の空気などの被検査ガスがケーシング11のピンホール12を介して作用電極20に供給されることによって作用電極20および対極21の両電極間に生ずる電解電流値が検知され、当該電解電流値に応じた被検査ガス中の酸素ガスの濃度が測定される。
Hereinafter, the operation of the gas detector will be described.
In the gas detector, a predetermined voltage is applied between the working electrode 20 and the reference electrode 22 when a predetermined voltage is applied (energization is started) to the working electrode 20 based on the potential state of the reference electrode 22. In the measurement potential state, which is a state, a gas to be inspected such as air in the ambient atmosphere in the detection target space is supplied to the working electrode 20 through the pinhole 12 of the casing 11, thereby causing a gap between the working electrode 20 and the counter electrode 21. The value of the electrolysis current generated in the test gas is detected, and the concentration of oxygen gas in the test gas corresponding to the electrolysis current value is measured.

而して、上述したように、定電位電解式酸素センサは、その起動時において、センサ出力が安定するまでに時間を要し、ガス検知器の電源投入後、直ちに酸素濃度の測定を行うことができないものであるため、上記ガス検知器においては、ガス検知器の電源が投入されて定電位電解式酸素センサ10に対する通電が開始されると、センサ出力補正用ガスが導入されている状態において、定電位電解式酸素センサ10よりのセンサ出力値を補正する出力補正動作が行われる。以下、出力補正動作について具体的に説明する。   Thus, as described above, the constant potential electrolytic oxygen sensor takes time for the sensor output to stabilize at the time of startup, and measures the oxygen concentration immediately after the gas detector is turned on. In the gas detector, when the gas detector is turned on and energization of the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 is started, the sensor output correction gas is introduced. Then, an output correction operation for correcting the sensor output value from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 is performed. Hereinafter, the output correction operation will be specifically described.

定電位電解式酸素センサ10についての、センサ起動時にセンサ出力補正用ガスである例えば大気が導入されている状態において取得されるセンサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線αは、図3に示すように、定電位電解式酸素センサ10に対する通電の開始によりセンサ出力値が急激に低下し(立ちさがり)、その後、センサ出力値が経時的に増大していき、通電を開始してから数分間から数時間の時間が経過した後において、所定の出力値、例えば大気中の酸素濃度に応じた大きさの出力値で安定するものである。
このセンサ起動時に大気(センサ出力補正用ガス)が導入されている状態において取得されるセンサ出力値の、酸素濃度が25%であるときのセンサ出力値を100%としたときの出力割合(%)を縦軸に、通電が開始されてからの経過時間(sec)を横軸に、それぞれ、対数目盛でとった両対数座標系において示すと、図4において破線で示すように、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域LA、換言すれば、両対数座標系において直線近似可能な領域を有するセンサ出力初期変動特性曲線αが得られる。ここに、センサ出力値は、例えば1秒間の時間間隔毎に取得される。
このセンサ出力初期変動特性曲線αにおける対数関数領域LAは、その開始時間t0、終了時間tnおよび時間の長さは、例えば定電位電解式酸素センサ10の構成(仕様)、無通電時間の長さ等の条件によって異なるが、例えば、通電が開始されてからの経過時間が少なくとも20秒以上であって、240秒以内の時間範囲内に存在している。
For the constant potential electrolytic oxygen sensor 10, a sensor output initial fluctuation characteristic curve α showing a change over time of a sensor output value obtained in a state where, for example, the atmosphere that is a sensor output correction gas at the time of sensor activation is introduced, As shown in FIG. 3, the sensor output value suddenly decreases (rises) due to the start of energization of the constant potential electrolytic oxygen sensor 10, and then the sensor output value increases with time, and energization is started. After several minutes to several hours have elapsed, the output value is stabilized at a predetermined output value, for example, an output value having a magnitude corresponding to the oxygen concentration in the atmosphere.
Output ratio (%) of the sensor output value acquired when the atmosphere (sensor output correction gas) is introduced at the time of starting the sensor when the sensor output value when the oxygen concentration is 25% is 100% ) On the vertical axis and the elapsed time (sec) from the start of energization on the horizontal axis in the logarithmic coordinate system taken on a logarithmic scale, as shown by the broken line in FIG. Is a logarithmic function area LA that changes logarithmically with time, in other words, a sensor output initial fluctuation characteristic curve α having an area that can be linearly approximated in the logarithmic coordinate system. Here, the sensor output value is acquired, for example, every time interval of 1 second.
The logarithmic function region LA in the sensor output initial fluctuation characteristic curve α has a start time t0, an end time tn, and a length of time, for example, a configuration (specification) of the constant potential electrolysis oxygen sensor 10 and a length of non-energization time. For example, the elapsed time from the start of energization is at least 20 seconds or more and is within a time range of 240 seconds or less.

そして、上記ガス検知器においては、メイン制御手段40における出力補正機構によって、センサ出力初期変動特性曲線(α)における対数関数領域LAに対応する時間範囲(t0〜tn)内におけるいずれかの測定時である出力補正対象測定時において、センサ出力初期変動特性曲線(α)における対数関数領域LAに対応する時間範囲内において選ばれた、当該出力補正対象測定時以前の第1の測定時t1および第2の測定時t2の2つの測定時の各々において定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されたセンサ出力値に基づいて、当該出力補正対象測定時におけるセンサ出力値を予測してこの予測されたセンサ出力値を補正用出力値として取得する補正用出力取得処理、および、当該出力補正対象測定時において定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値を、当該補正用出力取得処理によって取得された補正用出力値に基づいて補正する出力補正処理を含む出力補正動作が、第1の測定時t1および第2の測定時t2の各々における、定電位電解式酸素センサ10よりのセンサ出力値が記憶手段50に記録されることにより、行われる。   In the gas detector, the output correction mechanism in the main control means 40 is used for any measurement within the time range (t0 to tn) corresponding to the logarithmic function region LA in the sensor output initial fluctuation characteristic curve (α). When the output correction target measurement is, the first measurement time t1 and the first measurement time selected before the output correction target measurement are selected within the time range corresponding to the logarithmic function region LA in the sensor output initial fluctuation characteristic curve (α). The sensor output value at the time of the output correction target measurement is predicted based on the sensor output value actually obtained from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 at each of the two measurement times t2 of the measurement time t2. Correction output acquisition processing for acquiring the sensor output value as a correction output value, and constant potential electrolytic oxygen during the output correction target measurement The output correction operation including the output correction process for correcting the sensor output value actually acquired from the sensor 10 based on the correction output value acquired by the correction output acquisition process is performed at the first measurement time t1 and the first time. The sensor output value from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 is recorded in the storage means 50 at each of the two measurement times t2.

出力補正機構による補正用出力取得処理について具体的に説明すると、出力補正対象測定時が第2の測定時t2の次の測定時tmである場合には、先ず、図4に示すように、第1の測定時t1におけるセンサ出力値(実測値)V1と、第2の測定時t2におけるセンサ出力値(実測値)V2との間の経時的出力変化の傾向が検出されること、すなわち、2つのセンサ出力値V1、V2が対数関数で近似(両対数座標系において直線近似)されることにより、図4において実線で示す近似曲線SLが取得される。
ここに、第1の測定時t1におけるセンサ出力値(実測値)V1および第2の測定時t2におけるセンサ出力値(実測値)V2は、いずれも、定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値から大気中に存在する酸素ガス濃度例えば21%に応じた基準センサ出力値を減算したものであり、定電位電解式酸素センサ10の起動時におけるセンサ出力値の本来あるべきゼロ点に対するズレの程度を示すものである。
Specifically, the correction output acquisition process by the output correction mechanism will be described. When the output correction target measurement is the next measurement time tm after the second measurement time t2, first, as shown in FIG. The tendency of the output change with time between the sensor output value (actual value) V1 at the first measurement time t1 and the sensor output value (actual value) V2 at the second measurement time t2 is detected, that is, 2 When the two sensor output values V1 and V2 are approximated by a logarithmic function (linear approximation in the logarithmic coordinate system), an approximate curve SL indicated by a solid line in FIG. 4 is acquired.
Here, both the sensor output value (actually measured value) V1 at the first measurement time t1 and the sensor output value (actually measured value) V2 at the second measurement time t2 are actually obtained from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10. Is obtained by subtracting the reference sensor output value corresponding to the oxygen gas concentration present in the atmosphere, for example, 21%, from the sensor output value to be zero, and the sensor output value at the start of the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 should be zero. This indicates the degree of deviation from a point.

次いで、第2の測定時t2におけるセンサ出力値V2と、出力補正対象測定時tmにおける本来あるべきセンサ出力値(センサ出力初期変動特性曲線α上)との間の経時的出力変化の傾向が、第1の測定時t1におけるセンサ出力値V1と、第2の測定時t2におけるセンサ出力値V2との間の経時的出力変化の傾向と同一であるとの前提のもと、当該出力補正対象測定時tmにおけるセンサ出力予測値Vmが近似曲線SLにより予測されて、このセンサ出力値Vmが、出力補正対象測定時tmにおいて定電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値を補正すべき補正用出力値Vmとして取得される。   Next, the tendency of the output change over time between the sensor output value V2 at the second measurement time t2 and the sensor output value (on the sensor output initial fluctuation characteristic curve α) that should be originally at the output correction target measurement time tm is as follows: Based on the premise that the sensor output value V1 at the first measurement time t1 and the sensor output value V2 at the second measurement time t2 are the same as the tendency of the output change over time, the measurement subject to output correction is performed. The predicted sensor output value Vm at time tm is predicted by the approximate curve SL, and this sensor output value Vm should correct the sensor output value actually obtained from the constant electrolysis oxygen sensor 10 at the output correction target measurement time tm. Obtained as a correction output value Vm.

出力補正機構による出力補正処理について具体的に説明すると、例えば、出力補正対象測定時tmにおいて定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値(実測値)から、上記補正用出力取得処理により取得された補正用出力値Vmを減算することにより、出力補正対象測定時tmにおける補正センサ出力値が取得される。   The output correction process by the output correction mechanism will be specifically described. For example, the correction output is acquired from the sensor output value (actually measured value) actually acquired from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 at the output correction target measurement time tm. By subtracting the correction output value Vm acquired by the processing, the correction sensor output value at the output correction target measurement time tm is acquired.

上記ガス検知器においては、上記補正用出力取得処理および出力補正処理を含む出力補正動作が、少なくとも前記センサ出力初期変動特性曲線αにおける対数関数領域LAに対応する時間範囲内であって、第2の測定時t2以降の順次の測定時(出力補正対象測定時)について、行われる。   In the gas detector, the output correction operation including the correction output acquisition process and the output correction process is at least within a time range corresponding to the logarithmic function region LA in the sensor output initial fluctuation characteristic curve α, This is performed for sequential measurements after the measurement time t2 (during output correction target measurement).

そして、メイン制御手段40におけるガス濃度算出機構によって、出力補正機構による出力補正動作によって得られた補正センサ出力値に応じた酸素ガス濃度が、記憶手段50に記録されている個別検量線に基づいて算出される。ここに、出力補正対象測定時tmにおいて、検知対象空間における環境雰囲気の空気(被検査ガス)が導入されている場合には、以上のような出力補正動作により取得される補正センサ出力値は、被検査ガス中の酸素ガス濃度に応じたものとなる。   The oxygen concentration according to the correction sensor output value obtained by the output correction operation by the output correction mechanism by the gas concentration calculation mechanism in the main control means 40 is based on the individual calibration curve recorded in the storage means 50. Calculated. Here, at the time of output correction target measurement tm, when air in the environmental atmosphere (inspected gas) in the detection target space is introduced, the correction sensor output value acquired by the output correction operation as described above is This corresponds to the oxygen gas concentration in the test gas.

以上の出力補正動作において、第1の測定時t1は、実際上、定電位電解式酸素センサ10に対する通電の開始直後は、センサ出力値の経時的変化の程度(変動幅)が大きいことから、電源が投入されてから定電位電解式酸素センサ10についてのイニシャル処理に要する時間(例えば60秒程度)が経過する直前の時点(時刻)に設定されることが好ましい。
第2の測定時t2は、第1の測定時t1の後の特定の時刻を選択して設定することもできるが、出力補正対象測定時tmにおいてセンサ出力補正用ガスが導入されていること(補正センサ出力値に基づいて算出されたガス濃度指示値が実質的に0ppmであること)が検出されたときに、当該出力補正対象測定時tmを新たな第2の測定時として更新設定されることが、補正の精度を向上させることができる点で、好ましい。
この場合には、第1の測定時t1におけるセンサ出力値V1(実測値)と、更新された新たな第2の測定時におけるセンサ出力値(実測値)との間の経時的出力変化の傾向を検出することにより新たな近似曲線が取得され、この近似曲線に基づいて、当該出力補正対象測定時tmの次の出力補正対象測定時t(m+1)において定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値を補正すべき補正用出力値V(m+1)が取得される。
In the above output correction operation, since the first measurement time t1 is practically immediately after the start of energization of the constant potential electrolysis oxygen sensor 10, the degree of change (variation range) of the sensor output value with time is large. It is preferable to set the time (time) immediately before the time (for example, about 60 seconds) required for the initial process for the constant potential electrolysis oxygen sensor 10 after the power is turned on.
The second measurement time t2 can be set by selecting a specific time after the first measurement time t1, but the sensor output correction gas is introduced at the output correction target measurement time tm ( When the gas concentration instruction value calculated based on the correction sensor output value is substantially 0 ppm), the output correction target measurement time tm is updated and set as a new second measurement time. It is preferable in that the accuracy of correction can be improved.
In this case, the tendency of the output change with time between the sensor output value V1 (actually measured value) at the first measurement time t1 and the updated sensor output value (actually measured value) at the second measurement time. Is detected, and a new approximate curve is acquired. Based on this approximate curve, the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 actually performs the output correction target measurement time t (m + 1) after the output correction target measurement time tm. A correction output value V (m + 1) for correcting the acquired sensor output value is acquired.

以上のようなセンサ起動時における出力補正動作は、定電位電解式酸素センサ10の校正処理が適正に行われた状態であることを前提としており、定電位電解式酸素センサ10自体の校正処理は、所定期間毎例えば6ヶ月間に1度の頻度で、行われる。   The output correction operation at the time of starting the sensor as described above is based on the assumption that the calibration process of the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 is properly performed, and the calibration process of the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 itself is as follows. For example, it is performed once every predetermined period, for example, every six months.

而して、被検査ガスがピンホールなどのガス供給制限手段を介してガス検知電極を構成する作用電極に供給される定電位電解式酸素センサを具えたガス検知器においては、上述したように、定電位電解式酸素センサのセンサ出力値が安定するまでの時間の間は、通常、酸素ガス濃度測定を高い信頼性をもって行うことはできないものであるところ、上記ガス検知器によれば、電源投入後、定電位電解式酸素センサのセンサ出力値の安定化を待つことなく、ガス濃度測定を行うことのできる状態を早期に得ることができる。
すなわち、本発明者らは、定電位電解式酸素センサの起動時にセンサ出力補正用ガスである例えば大気(酸素ガス濃度が既知)が導入されている状態においては、ガス検知器の電源が投入されて定電位電解式酸素センサに対する通電が開始されてからセンサ出力値が安定するまでの間、定電位電解式酸素センサのセンサ出力値は経時的に不規則に変化するわけではなく、一定の規則性を持って変化すること、すなわち、センサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線において、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域を有することに着目し、当該対数関数領域に対応する時間範囲内において選ばれた2つの測定時におけるセンサ出力値を取得しさえすれば、定電位電解式酸素センサに固有のセンサ出力初期変動特性曲線を予め取得しておかなくても、対数関数領域に対応する時間範囲内におけるいずれの測定時におけるセンサ出力値であっても予測することができ、この予測されたセンサ出力値を補正用出力値とし、この補正用出力値に基づいて、定電位電解式酸素センサより実際に取得されるセンサ出力値を補正することによりガス濃度測定を行うことができることを見出した。
Thus, in the gas detector including the constant potential electrolytic oxygen sensor in which the gas to be inspected is supplied to the working electrode constituting the gas detection electrode through the gas supply limiting means such as a pinhole, as described above. During the time until the sensor output value of the constant potential electrolytic oxygen sensor is stabilized, the oxygen gas concentration measurement cannot normally be performed with high reliability. After the charging, a state in which the gas concentration can be measured can be obtained at an early stage without waiting for stabilization of the sensor output value of the constant potential electrolytic oxygen sensor.
That is, the present inventors turn on the power of the gas detector in a state where, for example, the atmosphere (oxygen gas concentration is known), which is a sensor output correction gas, is introduced when the constant potential electrolytic oxygen sensor is started. The sensor output value of the constant potential electrolytic oxygen sensor does not change irregularly over time until the sensor output value stabilizes after the energization of the constant potential electrolytic oxygen sensor is started. Paying attention to the fact that the sensor output value has a logarithmic function region in which the sensor output value changes logarithmically with time in the sensor output initial fluctuation characteristic curve showing the change with time, i.e., the sensor output initial variation characteristic curve, As long as sensor output values at the time of two measurements selected within the time range corresponding to the logarithmic function region are obtained, the sensor output initial characteristic unique to the potentiostatic oxygen sensor is obtained. Even if the dynamic characteristic curve is not acquired in advance, the sensor output value at any measurement within the time range corresponding to the logarithmic function region can be predicted, and the predicted sensor output value is corrected. It was found that the gas concentration can be measured by correcting the sensor output value actually obtained from the constant potential electrolysis oxygen sensor based on the correction output value.

従って、上記構成のガス検知器によれば、上述の補正用出力取得処理および出力補正処理を含む出力補正動作を行う機能を有する出力補正機構を具えていることにより、センサ出力初期変動特性曲線αにおける対数関数領域LAに対応する時間範囲内において選ばれた第1の測定時t1と第2の測定時t2との間の経時的出力変化の傾向に基づいて予測される、第2の測定時t2以降の出力補正対象測定時tmにおけるセンサ出力値は、実際のセンサ出力初期変動特性曲線αに即したものとなるので、この予測されたセンサ出力値を補正用出力値として、定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値を当該補正用出力値によって補正することにより、定電位電解式酸素センサ10の起動時におけるセンサ出力の経時的変化を補償することができ、従って、例えば、ピンホール12を介して供給される酸素の供給量と、作用電極20による酸素の消費量とが等しくなる状態に維持するためのバックアップ回路を含む特別な構成を採用することなく、後述する実験例の結果に示されているように、電源投入後、酸素ガスの濃度測定を行うことのできる状態を、センサ出力の安定化を待つことなく早期に、具体的には、第2の測定時t2におけるセンサ出力値V2が取得された時点で、得ることができる。   Therefore, according to the gas detector having the above-described configuration, the sensor output initial fluctuation characteristic curve α is obtained by including the output correction mechanism having the function of performing the output correction operation including the correction output acquisition process and the output correction process. The second measurement time predicted based on the tendency of the output change over time between the first measurement time t1 and the second measurement time t2 selected within the time range corresponding to the logarithmic function area LA in FIG. Since the sensor output value at the time tm of the output correction target measurement after t2 is in accordance with the actual sensor output initial fluctuation characteristic curve α, the constant potential electrolysis type using the predicted sensor output value as a correction output value. By correcting the sensor output value actually obtained from the oxygen sensor 10 with the correction output value, the change over time of the sensor output at the time of starting the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 is changed. A special arrangement including, for example, a backup circuit to keep the supply of oxygen supplied via the pinhole 12 and the consumption of oxygen by the working electrode 20 equal, for example As shown in the results of an experimental example to be described later, the state in which the concentration of oxygen gas can be measured after turning on the power is quickly determined without waiting for the sensor output to stabilize. Specifically, it can be obtained when the sensor output value V2 at the second measurement time t2 is acquired.

さらにまた、定電位電解式酸素センサ10は、通常、その感度特性にバラツキ(個体差)があり、センサ起動時におけるセンサ出力の経時的変化の程度は、一義的に決定されるものではないので、センサ起動時において出力補正を行うに際しては、例えば、個々の定電位電解式酸素センサについての種々の条件でのセンサ出力初期変動特性曲線が必要となるところ、上記構成のガス検知器によれば、定電位電解式酸素センサ10の構成(仕様)、電源がOFFされてから電源が再投入されるまでの無通電時間(無通電状態)の長さおよびその他の条件に拘らず、第1の測定時t1および第2の測定時t2の2つの測定時におけるセンサ出力値が取得されさえすれば、出力補正対象測定時において定電位電解式酸素センサ10より実際に取得されるセンサ出力値を補正すべき補正用出力値を取得することができるので、高い汎用性を得ることができる。   Furthermore, the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 usually has variations in sensitivity characteristics (individual differences), and the degree of change in sensor output over time at the time of sensor activation is not uniquely determined. When performing the output correction at the time of starting the sensor, for example, the sensor output initial fluctuation characteristic curve under various conditions for each constant potential electrolytic oxygen sensor is required. Regardless of the configuration (specifications) of the constant potential electrolysis oxygen sensor 10, the length of the non-energization time (non-energized state) from when the power is turned off to when the power is turned on again, and other conditions, the first As long as the sensor output values at the two measurement times t1 and the second measurement time t2 are acquired, the sensor output values are actually acquired from the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 at the time of output correction target measurement. It is possible to obtain the correction output value to be corrected that the sensor output value, it is possible to obtain a high versatility.

以上のように、本発明によれば、例えば定電位電解式酸素センサ10について、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を早期に得ることができるので、定電位電解式酸素センサを具えたポータブル型のガス検知器に極めて有用であり、このようなポータブル型のガス検知器によれば、センサ起動時において定電位電解式酸素センサ10をガス濃度測定を行うことのできる状態とするまでに必要とされる消費電力量を低減することができると共に、例えばガス検知に緊急性を要する場合などにおいては、酸素ガス濃度の検出を早期に行うことができ、例えば地下の工事現場や坑道、その他の人が立ち入る場所や作業領域などにおける酸欠事故の発生を未然に防止するために、有用なものとなる。   As described above, according to the present invention, for example, with respect to the constant potential electrolytic oxygen sensor 10, a state in which gas concentration measurement can be performed after power-on can be obtained at an early stage. The portable gas detector is extremely useful, and according to such a portable gas detector, the constant potential electrolytic oxygen sensor 10 can be measured for gas concentration when the sensor is activated. For example, when urgent gas detection is required, oxygen gas concentration can be detected at an early stage, for example, underground construction sites and tunnels. This is useful for preventing the occurrence of oxygen deficiency accidents in places where other people enter and work areas.

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。   Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.

<実験例1>
図2に示す構成に従って、以下に示す構成を有する本発明に係る定電位電解式酸素センサを作製した。
〔定電位電解式酸素センサ(10)の構成〕
ケーシングのピンホール(12);内径の大きさが80μm、長さが1.5mm、
作用電極(20);外径が15mm、厚みが0.3mm、電極触媒層:白金微粒子がバインダーと共に焼成されて形成されたもの、外径が10mm、
<Experimental example 1>
In accordance with the configuration shown in FIG. 2, a constant potential electrolytic oxygen sensor according to the present invention having the following configuration was produced.
[Configuration of Constant Potential Electrolytic Oxygen Sensor (10)]
Casing pinhole (12); inner diameter is 80 μm, length is 1.5 mm,
Working electrode (20); outer diameter is 15 mm, thickness is 0.3 mm, electrode catalyst layer: formed by firing platinum fine particles together with binder, outer diameter is 10 mm,

この定電位電解式酸素センサに対して所定の校正処理を行った後、電源をOFFして24時間の時間の間放置した後、大気中において、電源を再投入して作用電極と参照電極との間に生ずる電位差が−600mVとなる大きさの電圧を作用電極に対して印加して通電させ、通電開始から40秒間が経過した時点を第1の測定時(t1)、通電開始から60秒間が経過した時点を第2の測定時(t2)とし、上記出力補正動作を行いながら酸素ガス濃度測定を行った。結果を図5(曲線(β))に示す。   After performing a predetermined calibration process on the constant potential electrolytic oxygen sensor, the power is turned off and left for 24 hours, and then the power is turned on again in the atmosphere to supply the working electrode and the reference electrode. A voltage with a magnitude of −600 mV is applied to the working electrode and energized. The time when 40 seconds have elapsed from the start of energization is the first measurement (t1), and 60 seconds from the energization start. The time at which the lapse of time was taken as the second measurement time (t2), and the oxygen gas concentration was measured while performing the output correction operation. The results are shown in FIG. 5 (curve (β)).

図5において、縦軸は酸素ガスの濃度指示値(%)、横軸は電源が再投入されて通電が開始されてからの経過時間(sec)であり、破線で示す曲線(α)は、出力補正動作を行わなかった場合における当該定電位電解式酸素センサについての実際のガス濃度指示値の経時的変化特性曲線である。
また、図5における曲線(β)において、第1の測定時(t1)以前の測定時におけるプロット(四角印)は、第1の測定時(t1)におけるセンサ出力値と、第2の測定時(t2)におけるセンサ出力値とを対数関数で近似して得られる近似曲線に基づいて外挿されたセンサ出力値を補正用出力値としてこの補正用出力値に基づいて実際に取得されるセンサ出力値を補正して得られた補正センサ出力値に応じたガス濃度指示値を示し、第1の測定時(t1)におけるセンサ出力値と第2の測定時(t2)におけるセンサ出力値との間の時間範囲内における測定時におけるプロット(四角印)は、上記近似曲線に基づいて補間されたセンサ出力値を補正用出力値としてこの補正用出力値に基づいて実際に取得されるセンサ出力値を補正して得られた補正センサ出力値に応じた補正用出力予測値に基づく補正センサ出力値に応じたガス濃度指示値を示している。
In FIG. 5, the vertical axis represents the oxygen gas concentration instruction value (%), the horizontal axis represents the elapsed time (sec) after the power is turned on again, and the curve (α) indicated by the broken line is It is a time-dependent change characteristic curve of the actual gas concentration instruction | indication value about the said constant potential electrolytic oxygen sensor when an output correction operation is not performed.
In the curve (β) in FIG. 5, the plot (square mark) at the time of the measurement before the first measurement (t1) is the sensor output value at the time of the first measurement (t1) and at the time of the second measurement. The sensor output actually obtained based on the output value for correction is set as the output value for correction based on the approximated curve obtained by approximating the sensor output value at (t2) with a logarithmic function. The gas concentration instruction value corresponding to the corrected sensor output value obtained by correcting the value is shown, and between the sensor output value at the first measurement (t1) and the sensor output value at the second measurement (t2). Plots (squares) at the time of measurement within the time range of the sensor output value actually obtained based on the output value for correction using the sensor output value interpolated based on the approximate curve as the output value for correction. Obtained by correcting The shows a correction sensor output value correction sensor output value gas concentration indication value corresponding to that based on the correction output prediction value corresponding to.

以上の結果より明らかなように、センサ起動時に大気(出力補正用ガス)を導入させた状態において取得される、第1の測定時および第2の測定時の各々におけるセンサ出力値の経時的出力変化の傾向に基づいて、第2の測定時以降の出力補正対象測定時におけるセンサ出力値を予測してこの予測されたセンサ出力値を補正用出力値として取得し、出力補正対象測定時における定電位電解式酸素センサより実際に取得されるセンサ出力値を補正用出力値により補正してガス濃度を測定する本発明に係るガス濃度測定方法によれば、ガス濃度指示値は、電源が再投入されて定電位電解式酸素センサに対する通電が開始されてから例えば40秒間が経過した時点以降において、ガス濃度指示値が例えば±5%の範囲内で、安定しており、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を早期に、これらの実験例においては、例えば、第2の測定時におけるセンサ出力値が得られた時点で、得ることができることが確認された。   As is clear from the above results, the sensor output values over time output at the time of the first measurement and at the time of the second measurement, which are acquired in the state in which the atmosphere (gas for output correction) is introduced when the sensor is activated. Based on the tendency of the change, the sensor output value at the time of the output correction target measurement after the second measurement time is predicted, and the predicted sensor output value is obtained as the correction output value. According to the gas concentration measuring method according to the present invention in which the sensor output value actually obtained from the electrolyzed oxygen sensor is corrected by the correction output value and the gas concentration is measured, the gas concentration indication value is reapplied by the power supply. For example, after 40 seconds have passed since the energization of the constant potential electrolytic oxygen sensor is started, the gas concentration indication value is stable within a range of ± 5%, for example, and the power is turned on. , The early state that can perform gas concentration measurement, in these examples, for example, when the sensor output value at the time of the second measurement is obtained, it is confirmed that it is possible to obtain.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明は、センサ起動時における出力補正動作を行うに際して選ばれる第1の測定時(t1)および第2の測定時(t2)は、定電位電解式ガスセンサに固有のセンサ出力初期変動特性曲線における対数関数領域に対応する時間範囲内で設定されていれば、特に制限されるものではない。
さらにまた、出力補正機構は、出力補正動作が行われるたび毎に、最新の測定時を新たな第2の測定時として更新し、第1の測定時と当該最新の測定時の各々におけるセンサ出力値の経時的出力変化に基づいて、後続の測定時における補正用出力予測値を取得する機能を有する構成とされていてもよい。
さらにまた、上記センサ起動時における出力補正動作は電源が投入されてから一定時間の間行われるが、その後における出力補正が、ゼロ点を追尾する方法に切り換えられて行われるよう構成されていてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, according to the present invention, the sensor output initial fluctuation characteristic unique to the potentiostatic gas sensor is used in the first measurement time (t1) and the second measurement time (t2) selected when the output correction operation is performed at the time of starting the sensor. There is no particular limitation as long as it is set within a time range corresponding to the logarithmic function region in the curve.
Furthermore, the output correction mechanism updates the latest measurement time as a new second measurement time each time the output correction operation is performed, and outputs the sensor output at each of the first measurement time and the latest measurement time. It may be configured to have a function of acquiring a predicted output value for correction at the time of subsequent measurement based on a change in output with time.
Furthermore, the output correction operation at the time of starting the sensor is performed for a fixed time after the power is turned on, but the subsequent output correction may be performed by switching to a method of tracking the zero point. Good.

本発明のガス検知器が定電位電解式酸素センサを備えた構成のものである場合において、定電位電解式酸素センサは、上記の構成のものに限定されるものではなく、例えば図6に示すような構成のものを用いることができる。   In the case where the gas detector of the present invention has a configuration including a constant potential electrolytic oxygen sensor, the constant potential electrolytic oxygen sensor is not limited to the above configuration, and for example, as shown in FIG. The thing of such a structure can be used.

図6は、本発明のガス検知器を構成する電気化学式ガスセンサに係る定電位電解式酸素センサの他の例における構成を示す断面図である。
この定電位電解式酸素センサ10は、電解液が収容される電解液室Sを有する、全体が略箱型形状のケーシング61を備えている。62は、例えばフッ素系樹脂よりなるガス透過性疎水圧力調整膜である。
ケーシング61には、電解液室Sと並んだ位置において、電解液室Sの内部空間と連通孔63を介して連通する上下方向に伸びる略円柱状の貫通孔よりなる感応部形成用空間65が形成されており、この感応部形成用空間65内に配置された、各々厚み方向に貫通する複数の通孔70Aよりなる流体流通路が形成された上面側保護板70の上面側に、例えば濾紙よりなる電解液保持層(不図示)、作用電極75および被検査ガスを導入するピンホール81が貫通して形成された、例えば液晶ポリマーよりなる板状蓋部材(ガス供給制限部材)80が順次に収容されて配置されている。
上面側保護板70の下面側中央位置には、参照電極76が、例えば濾紙よりなる電解液保持層(図示せず)が介在された状態で設けられている。
また、感応部形成用空間65内における上面側保護板70の下方位置に、各々厚み方向に貫通する複数の通孔85Aよりなる流体流通路が形成された下面側保護板85が配置されており、下面側保護板85の下面側に、例えば濾紙よりなる電解液保持層(図示せず)、対極77および被検査ガスを排出するガス排出用貫通孔90Aが形成されたキャップ部材90が順次に収容されて配置されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration in another example of a potentiostatic oxygen sensor according to an electrochemical gas sensor constituting the gas detector of the present invention.
This constant potential electrolytic oxygen sensor 10 includes a casing 61 having a substantially box shape as a whole, having an electrolytic solution chamber S in which an electrolytic solution is accommodated. Reference numeral 62 denotes a gas permeable hydrophobic pressure adjusting membrane made of, for example, a fluorine resin.
In the casing 61, at a position aligned with the electrolytic solution chamber S, there is a sensitive portion forming space 65 composed of a substantially cylindrical through-hole extending in the vertical direction communicating with the internal space of the electrolytic solution chamber S through the communication hole 63. On the upper surface side of the upper surface side protection plate 70 formed in the sensitive portion forming space 65 and formed with a plurality of through holes 70A each penetrating in the thickness direction, for example, filter paper A plate-like lid member (gas supply limiting member) 80 made of, for example, a liquid crystal polymer, which is formed by penetrating an electrolyte solution holding layer (not shown), a working electrode 75, and a pinhole 81 for introducing a gas to be inspected is sequentially formed. It is housed and arranged.
A reference electrode 76 is provided at a central position on the lower surface side of the upper surface side protection plate 70 with an electrolyte solution holding layer (not shown) made of, for example, filter paper interposed.
In addition, a lower surface side protection plate 85 in which a fluid flow path formed of a plurality of through holes 85A each penetrating in the thickness direction is disposed below the upper surface side protection plate 70 in the sensitive portion forming space 65. The cap member 90 in which an electrolyte holding layer (not shown) made of, for example, filter paper, a counter electrode 77, and a gas discharge through-hole 90A for discharging the gas to be inspected are sequentially formed on the lower surface side of the lower surface protection plate 85. It is housed and arranged.

この定電位電解式酸素センサにおける作用電極75は、通気性と撥水性を備えた例えばフッ素系樹脂の多孔質膜などよりなるガス透過性ベースフィルムの一面上における中央位置に、例えば白金、金、ルテニウム、パラジウムなどの微粒子、または、これらの混合物や合金などがバインダーと共に焼成されてなる電極触媒層が形成されて構成されている。 また、対極77は、通気性と撥水性を備えたフッ素系樹脂の多孔質膜などよりなるガス透過性ベースフィルムの一面上における中央位置に、例えば白金、金、ルテニウム、パラジウムなどの微粒子またはこれらの混合物や合金などがバインダーと共に焼成されてなる電極触媒層が形成されて構成されている。   The working electrode 75 in this constant potential electrolytic oxygen sensor has, for example, platinum, gold, or the like at a central position on one surface of a gas permeable base film made of, for example, a porous film of a fluorine resin having air permeability and water repellency. An electrode catalyst layer is formed by firing fine particles of ruthenium, palladium, or a mixture or alloy thereof together with a binder. Further, the counter electrode 77 has fine particles such as platinum, gold, ruthenium, palladium, or the like at a central position on one surface of a gas permeable base film made of a porous film of a fluororesin having air permeability and water repellency. An electrode catalyst layer formed by firing a mixture or alloy of the above together with a binder is formed.

このような構成のものにおいても、センサ起動時にセンサ出力補正用ガスである例えば大気が導入されている状態において取得されるセンサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線は、図2に示す構成の定電位電解式酸素センサと同様の傾向、すなわち、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域LA、換言すれば、両対数座標系において直線近似可能な領域を有する。
従って、上述の補正用出力取得処理および出力補正処理を含む出力補正動作が出力補正機構によって行われることにより、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を、センサ出力の安定化を待つことなく、早期に得ることができる。
Even in such a configuration, the sensor output initial fluctuation characteristic curve showing the change over time of the sensor output value acquired in the state where the sensor output correction gas, for example, the atmosphere, is introduced when the sensor is activated is shown in FIG. A tendency similar to that of the constant potential electrolytic oxygen sensor having the configuration shown in FIG. 1, that is, a logarithmic function area LA in which the sensor output value changes logarithmically with time, in other words, an area that can be linearly approximated in the logarithmic coordinate system. Have.
Therefore, the output correction operation including the correction output acquisition process and the output correction process described above is performed by the output correction mechanism, so that after the power is turned on, the gas concentration can be measured and the sensor output is stabilized. And can be obtained early.

さらにまた、本発明において用いられる電気化学式酸素センサとしては、定電位電解式酸素センサに限定されるものではなく、例えば、ピンホールによるガス供給制限手段により拡散律速された被検査ガスを例えば貴金属よりなる陰極に供給し、陰極における還元反応および陰極と電解液を介して配置された例えば鉛よりなる陽極における酸化反応に伴って生ずる電流値に基づいて被検査ガス中の酸素濃度を検出するガルバニ電池式酸素センサや、あるいは、ジルコニア固体電解質の上下面の各々に設けられた一対の電極の一方の電極(陰極)に対して、例えばピンホールによるガス供給制限手段により拡散律速された被検査ガスを供給し、ある印加電圧範囲内で得られる電流値(限界電流値)に基づいて被検査ガス中の酸素濃度を検出する限界電流式ジルコニア酸素センサなどを用いることができる。
このような電気化学式酸素センサにおいても、センサ起動時にセンサ出力補正用ガスである例えば大気が導入されている状態において取得されるセンサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線は、図2に示す構成の定電位電解式酸素センサと同様の傾向、すなわち、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域LA、換言すれば、両対数座標系において直線近似可能な領域を有しており、上述の補正用出力取得処理および出力補正処理を含む出力補正動作が出力補正機構によって行われることにより、電源投入後、ガス濃度測定を行うことのできる状態を、センサ出力の安定化を待つことなく、早期に得ることができる。
Furthermore, the electrochemical oxygen sensor used in the present invention is not limited to a constant potential electrolytic oxygen sensor. For example, a gas to be inspected that is diffusion-limited by a gas supply limiting means using a pinhole is used, for example, from a noble metal. A galvanic cell for detecting the oxygen concentration in the gas to be inspected based on the current value generated by the reduction reaction at the cathode and the oxidation reaction at the anode made of, for example, lead arranged via the cathode and the electrolyte For example, a gas to be inspected that is diffusion-limited by a gas supply restricting means using a pinhole is applied to one of the electrodes (cathodes) of a pair of electrodes provided on each of the upper and lower surfaces of the oxygen sensor or the zirconia solid electrolyte. Supply and detect the oxygen concentration in the test gas based on the current value (limit current value) obtained within a certain applied voltage range Or the like can be used field current type zirconia oxygen sensor.
Even in such an electrochemical oxygen sensor, the sensor output initial variation characteristic curve showing the change over time of the sensor output value acquired in the state where the sensor output correction gas, for example, the atmosphere is introduced when the sensor is started is shown in FIG. 2 is a logarithmic function area LA in which the sensor output value changes logarithmically with time, in other words, an area that can be linearly approximated in a logarithmic coordinate system. The output correction operation including the correction output acquisition process and the output correction process described above is performed by the output correction mechanism, so that the gas concentration measurement can be performed after the power is turned on. It can be obtained early without waiting for stabilization.

さらにまた、電気化学式酸素センサにおいて、ガス検知電極に拡散律速された被検査ガスを供給するためのガス供給制限手段としては、ピンホールによるものに限定されるものではなく、例えば多孔質膜や、プラスチックフィルムなどの非多孔質膜によるものであってもよい。   Furthermore, in the electrochemical oxygen sensor, the gas supply limiting means for supplying the diffusion-controlled gas to be inspected to the gas detection electrode is not limited to a pinhole, for example, a porous film, It may be a non-porous film such as a plastic film.

さらにまた、本発明は、電気化学式酸素センサに限定されるものではなく、例えば、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、オゾン、ホスゲン、AsH3 、PH3 、SiH4 、B2 6 、GeH4 、HCl、CCl4 、HF等を検知対象ガスとする電気化学式ガスセンサにも適用することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to an electrochemical oxygen sensor. For example, carbon monoxide, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, ozone, phosgene, AsH 3 , PH 3 , SiH 4 , B 2 H 6 , GeH 4 , HCl, CCl 4 , HF and the like can also be applied to electrochemical gas sensors.

10 定電位電解式酸素センサ
11 ケーシング
12 ピンホール
13 圧力調整用開口
15 一端側ガス透過性疎水隔膜
16 他端側ガス透過性疎水隔膜
S 電解液室
20 作用電極
21 対極
22 参照電極
30 センサ制御手段
40 メイン制御手段
50 記憶手段
55 計時手段
61 ケーシング
62 ガス透過性疎水圧力調整膜
63 連通孔
65 感応部形成用空間
70 上面側保護板
70A 通孔
75 作用電極
76 参照電極
77 対極
80 板状蓋部材(ガス供給制限部材)
81 ピンホール
85 下面側保護板
85A 通孔
90 キャップ部材
90A ガス排出用貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Constant potential electrolytic oxygen sensor 11 Casing 12 Pinhole 13 Pressure adjustment opening 15 One end side gas permeable hydrophobic diaphragm 16 Other end side gas permeable hydrophobic diaphragm S Electrolyte chamber 20 Working electrode 21 Counter electrode 22 Reference electrode 30 Sensor control means 40 Main control means 50 Storage means 55 Timekeeping means 61 Casing 62 Gas permeable hydrophobic pressure adjusting membrane 63 Communication hole 65 Sensitive part forming space 70 Upper surface side protection plate 70A Through hole 75 Working electrode 76 Reference electrode 77 Counter electrode 80 Plate-shaped lid member (Gas supply restriction member)
81 Pinhole 85 Lower surface side protective plate 85A Through hole 90 Cap member 90A Gas exhaust through hole

Claims (6)

電気化学式ガスセンサと、当該電気化学式ガスセンサの起動時において、一定時間間隔毎の順次の測定時に取得される前記電気化学式ガスセンサよりのセンサ出力値を補正する出力補正機構とを具えてなり、
前記電気化学式ガスセンサについての、センサ起動時にセンサ出力補正用ガスが導入されている状態において取得されるセンサ出力値の経時的変化を示すセンサ出力初期変動特性曲線が、センサ出力値が経時的に対数関数的に変化する対数関数領域を有するものであり、
前記出力補正機構は、少なくとも前記センサ出力初期変動特性曲線における対数関数領域に対応する時間範囲内のいずれかの測定時を出力補正対象測定時とし、当該出力補正対象測定時において、
前記電気化学式ガスセンサの起動時にセンサ出力補正用ガスが導入されている状態において取得される、前記センサ出力初期変動特性曲線における対数関数領域に対応する時間範囲内において選ばれた、前記出力補正対象測定時以前の2つの測定時の各々におけるセンサ出力値に基づいて、当該出力補正対象測定時におけるセンサ出力値を予測して当該予測されたセンサ出力値を補正用出力値として取得する補正用出力取得処理、および、
当該出力補正対象測定時において実際に取得される電気化学式ガスセンサよりのセンサ出力値を、当該補正用出力取得処理によって取得される補正用出力値に基づいて補正する出力補正処理
を行う機能を有することを特徴とするガス検知器。
Comprising an electrochemical gas sensor and an output correction mechanism for correcting the sensor output value from the electrochemical gas sensor acquired at the time of sequential measurement at predetermined time intervals when the electrochemical gas sensor is started,
For the electrochemical gas sensor, the sensor output initial fluctuation characteristic curve showing the change over time of the sensor output value acquired in the state where the sensor output correction gas is introduced at the time of sensor activation, the sensor output value is logarithmically with time. It has a logarithmic function region that changes functionally,
The output correction mechanism, at the time of measurement at any time within the time range corresponding to the logarithmic function region in the sensor output initial variation characteristic curve at the time of output correction target measurement, at the time of the output correction target measurement,
The output correction target measurement selected in a time range corresponding to a logarithmic function region in the sensor output initial fluctuation characteristic curve obtained in a state where a sensor output correction gas is introduced at the time of starting the electrochemical gas sensor Based on the sensor output value at each of the two measurements before the time, the sensor output value at the time of the output correction target measurement is predicted, and the predicted sensor output value is acquired as the correction output value. Processing and
It has a function of performing an output correction process for correcting the sensor output value from the electrochemical gas sensor actually acquired at the time of the output correction target measurement based on the correction output value acquired by the correction output acquisition process. Gas detector characterized by.
前記出力補正機構は、前記出力補正対象測定時においてセンサ出力補正用ガスが導入されていることが検出されたとき、当該出力補正対象測定時を前記2つの測定時のうちの時系列的に後の測定時として更新し、当該出力補正対象測定時の次の出力補正対象測定時における補正用出力取得処理および出力補正処理を行う機能を有することを特徴とする請求項1に記載のガス検知器。   When the output correction mechanism detects that the sensor output correction gas has been introduced at the time of the output correction target measurement, the output correction mechanism measures the output correction target measurement time-sequentially of the two measurement times. 2. The gas detector according to claim 1, wherein the gas detector has a function of performing update output acquisition processing and output correction processing at the time of the next output correction target measurement at the time of the output correction target measurement. . 前記電気化学式ガスセンサが、被検査ガスがガス供給制限手段を介してガス検知電極に供給される電気化学式酸素センサであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス検知器。   3. The gas detector according to claim 1, wherein the electrochemical gas sensor is an electrochemical oxygen sensor in which a gas to be inspected is supplied to a gas detection electrode through a gas supply restriction unit. 前記ガス供給制限手段がピンホールが形成されたものであることを特徴とする請求項3に記載のガス検知器。   The gas detector according to claim 3, wherein the gas supply restriction means has a pinhole formed therein. 前記電気化学式ガスセンサが定電位電解式酸素センサであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のガス検知器。   The gas detector according to claim 3 or 4, wherein the electrochemical gas sensor is a constant potential electrolytic oxygen sensor. ポータブル型のものとして構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のガス検知器。   The gas detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas detector is configured as a portable type.
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