JP2013015463A - 電気化学式センサの使用方法及び電気化学式センサを用いた警報装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検知極及び対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、検知対象ガスが検知極に拡散律速で接触させるための拡散制御手段とを備えた電気化学式センサ100を用い、対極から検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段211bで、プラス電流が検出された後、マイナス電流が検出された場合に、マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、判定手段211bによる判定を停止する。
【選択図】図4
Description
なお、本明細書において説明する電気化学式センサは、特に、電解質溶液、電極、及びガス透過膜を含むものとする。この電気化学式センサの検知原理を、一酸化炭素ガスを検知するCOセンサを例に挙げて説明する。
CO + H2O → CO2 + 2H+ + 2e- ・・・ (1)
上記(1)の反応は、今回の様に拡散制御孔等がある条件下では、測定雰囲気中において一酸化炭素が拡散する速度に依存した拡散律速反応である(酸素と一酸化炭素が共存する検知極の混成電位付近においては一酸化炭素の酸化反応は拡散律速となる。)。
1/2・O2 + H2O + 2e- → 2OH- ・・・ (2)
従って、本構成では、例えば、警報装置を家屋に設置する際などにおいて電源投入後、所定期間内に、電磁波などの外的要因によってマイナス電流が流れても、センサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成においては、電源投入から所定期間を過ぎれば、判定手段により、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定するので、通常利用時には故障の虞があることを正常に判定することが可能である。
従って、本構成では、故障によりマイナス電流が流れ続ける場合のみセンサに異常があると判定し、判定所定期間より短い間マイナス電流が流れただけの場合には異常であるとは判定しなくなるので、例えば、警報装置外部からのノイズにより一時的にマイナス電流が流れた場合などに誤判定する虞が軽減でき、より高精度にセンサに異常があることを判断できる。
従って、本構成では、例えば、警報装置を家屋に設置する際などにおいて電源投入後所定期間内に、電磁波などの外的要因によってマイナス電流が流れても、センサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成においては、電源投入から所定期間を過ぎれば、判定手段により、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定するので、通常利用時には故障の虞があることを正常に判定することが可能である。
従って、本構成では、故障によりマイナス電流が流れ続ける場合のみセンサに異常があると判定し、判定所定期間より短い間マイナス電流が流れただけの場合には異常であるとは判定しなくなるので、例えば、警報装置外部からのノイズにより一時的にマイナス電流が流れた場合などに誤判定する虞が軽減でき、より高精度にセンサに異常があることを判断できる。
〔警報装置の外観構成〕
本実施形態における警報装置60の外観を図1(a)に示す。警報装置60は、概略直方体の筐体61を備え、筐体61内部には、電気化学式センサ100やメタンセンサ101などの各種センサ及び、センサからの出力信号に基づいて後述する各種処理を行うためのマイクロコンピュータ205が含まれている。筐体61の一面には、各種センサに点検用のガスを吹き付けるための点検口62が設けられている。
図2は、本発明の電気化学式センサの使用方法で使用する電気化学式センサ100の全体構成を示す縦断面図である。図3は、電気化学式センサ100の要部であるセンサ本体10の縦断面図である。
電解質層1は、後述するように、アノード極2での一酸化炭素の酸化反応に伴って発生するプロトン(H+)等のカチオンがカソード極3に移動する(あるいはカソード極3か
らOH-等のアニオンがアノード極2に移動する)際の媒質として機能し、例えば、濾紙
等の基体に下記の化学式で示される芳香族スルホン酸塩(重合体)を含む電解液を含浸させて構成することができる。
なお、本実施形態では、拡散制御板6はステンレス等の金属からなる薄板で形成され、拡散制御孔6aは打ち抜き等の任意の方法で形成されている。
このように構成された電気化学式センサ100は、例えば、図4に示すような基本測定回路200に組み込まれる。この基本測定回路200は、電気化学式センサ100を二極式とした場合の測定方法に使用される。
拡散制御板6を備えた電気化学式センサ100においては、検知対象ガスの濃度を正確に検知するためには、拡散制御孔6aを健全な状態に維持しておくことが重要である。ところが、例えば、気温変化が大きい環境下等では、結露水によって拡散制御孔6aが塞がれて拡散制御孔6aが部分的に又は完全に閉塞して拡散性が低下する虞がある。
なお、この予備試験では、電気化学式センサ100の電極間の電気的特性として出力電圧をモニタリングしているが、出力電流であっても同様の結果が得られる。
O2 + 2H2O + 4e- ←→ 4OH- ・・・ (3)
ちなみに、この反応は、従来技術の項目で説明した(2)の式に相当する。ここで、図6(a)は、拡散性が低下していない正常状態において、アノード極2の平衡電位とカソード極3の平衡電位との高低を示しており、図6(b)は、拡散性が低下している状態において、アノード極2の平衡電位とカソード極3の平衡電位との高低を示している。ちなみに、上記(3)の反応による平衡電位Eeqは、酸素分圧をPO2、OH-の活量をaOH-、aOH=1及びPO2=1のときの電位をE0とすると、ネルンストの式から下記(4)のように表される(温度25℃の時)。
本願発明は、この異常検知機能に関して、点検作業時或いは電源投入直後の一定期間に、異常検知機能が働かないようにすることにある。
図7(a)に、本実施形態に係る電気化学式センサ100としてのCOセンサに、一酸化炭素ガスを吹き付けた場合の出力(アノード極2とカソード極3との間にかかる電圧値)を示す。図7(a)のデータを取るにあたり、119個の電気化学式センサを用い、30、100、300、650、3000ppmの濃度の一酸化炭素ガスを段階的に吹き付けた。図7(a)では、119個の電気化学式センサのうち、出力電圧が最大の電圧値を示したもの、出力電圧が最小の電圧値を示したもの、出力電圧が最大と最小との間の電圧値を示したものの一部を示しており、残りのものは省略している。
上記計測手段211aは、この出力からCOの検知及び濃度特定を実行する。
そこで、判定手段211bの判定を一時的に停止する判定停止手段212を設ける。
本願に係る警報装置では、上記異常検知機能に関連して、以下の<1>〜<3>のステップを所定間隔ごとに繰り返し実行する。
<1>計測手段211aが、アノード極2とカソード極3との間に流れるショート電流の状態を計測する計測ステップ。
<2>判定停止手段212が、1つ前の計測ステップにより計測された電流の状態がプラス電流であった場合、計測ステップにより計測された電流の状態がマイナス電流であっても、マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、次に述べる<3>の判定ステップにおける判定を停止する判定停止ステップ。このステップは、言い換えると、プラス電流を検出した直後にマイナス電流が検出された場合に、判定停止所定期間、下記の判定ステップをスキップする。そして、判定停止所定期間の経過後は、下記の判定ステップを実行することとなる。
<3>判定手段211bが、マイナス電流が継続的に判定所定期間流れた場合に、電気化学式センサ100に異常が生じていると判定する判定ステップを実行する。
また、上記<2>において、「1つ前の計測ステップにより計測された電流の状態」は、例えば、図示しないメモリ等に格納しておくことができる。
2 アノード極(検知極)
3 カソード極(対極)
6 拡散制御板(拡散制御手段)
6a 拡散制御孔
11 センサ手段
60 警報装置
100 電気化学式センサ
211b 判定手段
212 判定停止手段
213 電源投入時停止手段
Claims (6)
- 検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用い、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置における電気化学式センサの使用方法であって、
前記検知極に検知対象ガスが接触した状態で、前記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に、
前記マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止する電気化学式センサの使用方法。 - 前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止する請求項1に記載の電気化学式センサの使用方法。
- 前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定する請求項1又は2に記載の電気化学式センサの使用方法。
- 検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用いて構成され、
前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置であって、
前記検知極に検知対象ガスが接触した状態で、前記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に、
前記マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止する判定停止手段を備える警報装置。 - 前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止する電源投入時停止手段を備える請求項4に記載の警報装置。
- 前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定する請求項4又は5に記載の警報装置。
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