JP2018059836A - 酸素センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造で酸素濃度の測定を行うことができても、較正作業に必要な時間を短縮できる酸素センサ装置を提供すること。【解決手段】酸素センサ装置２は、空気電池１８と、空気電池１８に対して電気的に接続された外部回路１０ａとを備えている。外部回路１０ａは、空気電池１８の電流量が一定となるように制御する素子１６を備えると共に、空気電池１８を定電流源としたときの電圧値を外部から読み取り可能となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気中の酸素濃度を測定可能な酸素センサ装置に関する。

従来、空気中の酸素濃度を測定可能な酸素センサ装置として各種のタイプのものが既に知られている。ここで、下記特許文献１には、外部抵抗値を調節することで空気電池１１８を定電流源として動作させた場合、流れる電流値が酸素濃度に比例することを利用して酸素濃度を測定可能な酸素センサ装置１０２が開示されている（図５参照）。これにより、例えば、隔膜ガルバニ電池タイプの酸素センサ装置と比べると、簡便な構造で酸素濃度の測定を行うことができる。

特開２０１６−１６６８２４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術では、酸素濃度を測定するとき、はじめに、可変抵抗１１４を調節して、空気電池１１８の出力を安定領域に保たせるといった較正作業が必要となっている。このとき、この可変抵抗１１４を調節し、その抵抗値をゼロにしても、他の抵抗器Ｒ１〜Ｒ３が存在しているため、外部抵抗回路全体の抵抗値（合成抵抗の抵抗値）がゼロになることがない。したがって、空気電池１１８の出力を安定領域に保たせる迄に時間を要することとなっていた、すなわち、較正作業に時間を要することとなっていた。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、簡便な構造で酸素濃度の測定を行うことができても、較正作業に必要な時間を短縮できる酸素センサ装置を提供することである。

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、空気電池と、空気電池に対して電気的に接続された外部回路とを備えた酸素センサ装置である。外部回路は、空気電池の電流量が一定となるように制御する素子を備えている。また、この外部回路は、空気電池を定電流源としたときの電圧値を外部から読み取り可能となっている。

請求項１の発明によれば、従来技術（特許文献１）で説明したように可変抵抗によって実施する場合と比較すると、直ぐに、空気電池の出力を安定領域に保たせることができる。なぜなら、素子を調節することにより、外部回路の抵抗値を略ゼロにすることができ、大電流を流すことができるからである。結果として、較正作業に必要な時間を略半減できる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサ装置であって、外部回路を有する酸素センサ体と、酸素センサ体の外部回路に対して電気的に接続され、空気電池の電流量が一定となるように制御するための素子の調節を行う調節部を有する基板体とから構成されている。酸素センサ体と基板体とは、ケーブルを介して電気的に接続されている。

請求項２の発明によれば、酸素センサ体と基板体とを別体で構成できる。そのため、酸素センサ体による酸素濃度の測定箇所と異なる箇所で較正作業を行うことができる。例えば、ペットボトル（図示しない）の内部の酸素濃度を測定したい場合、酸素センサ体をペットボトルの内部に入れていても、その較正作業をペットボトルの外部で行うことができる。なぜなら、酸素センサ体と基板体とが一体で構成されている場合、較正作業の際、ペットボトルの内部から基板体を出す必要があるからである。したがって、較正作業を簡便に実施できる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の酸素センサ装置であって、酸素センサ体には、そのベースを成す基板が設けられている。空気電池は、ホルダを介して基板の一方側の面に組み付けられている。素子は、ホルダに隣り合うように基板の他方側の面に組み付けられる。

請求項３の発明によれば、酸素センサ体をコンパクトなものにできる。

実施例に係る酸素濃度測定器の構成を説明する回路図である。 実施例に係る酸素センサ体の斜視図である。 図２の平面図である。 図２の正面図である。 従来技術に係る酸素濃度測定器の構成を説明する回路図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜４を用いて説明する。まず、図１を参照して、酸素濃度測定器１の構成を説明する。この酸素濃度測定器１は、酸素センサ装置２と、ディジタルマルチメータ３とから構成されている。なお、このディジタルマルチメータ３は、ディスプレイ３ａと操作部３ｂとを有する公知のものであるため、その詳細な説明は省略することとする。

酸素センサ装置２は、酸素センサ体１０と、基板体３０とから構成されている。はじめに、酸素センサ体１０から説明する。この酸素センサ体１０は、矩形状（例えば、短辺１ｃｍ×長辺２ｃｍ程度）の基板１２と、この基板１２の一方側の面に組み付けられたホルダ１４と、この基板１２の他方側の面に組み付けられたＦＥＴ１６とから構成されている。このホルダ１４には、空気電池１８が組み付けられている。この空気電池１８は、例えば、ＰＲ４４相当の１．４Ｖである。また、ＦＥＴ１６は、例えば、電界効果トランジスタ２ＳＫ４０１７である。このＦＥＴ１６が、特許請求の範囲に記載の「素子」に相当する。

また、この酸素センサ体１０には、空気電池１８の電流量が一定となるように制御する外部回路１０ａが設けられている。この外部回路１０ａは、ＦＥＴ１６と抵抗２０とで構成されている。そのため、空気電池１８の一方の極（＋極）とＦＥＴ１６のドレイン端子とが電気的に接続されており、これが第１の外部端子１２ａとなっている。また、ＦＥＴ１６のゲート端子が第２の外部端子１２ｂとなっている。

また、空気電池１８の他方の極（−極）とＦＥＴ１６のソース端子とが電気的に接続されており、これが第３の外部端子１２ｃとなっている。また、ＦＥＴ１６のゲート端子とソース端子との間には、ＦＥＴ保護のための抵抗２０が電気的に接続されている。この抵抗２０は、例えば、１ＭΩである。酸素センサ体１０は、このように構成されている。

次に、基板体３０を説明する。この基板体３０は、矩形状（例えば、短辺２．８ｃｍ×長辺５．８ｃｍ程度）の基板（図示しない）と、この基板の一方側の面に組み付けられたホルダ（図示しない）と、この基板の一方側の面に組み付けられた抵抗３６と、この基板の一方側の面に組み付けられたボリューム３８とから構成されている。このホルダには、電池４０が組み付けられている。この電池４０は、例えば、ＣＲ２０３２の３Ｖである。また、この抵抗３６は、例えば、１ｋΩである。また、このボリューム３８は、例えば、１０ｋΩである。このボリューム３８が、特許請求の範囲に記載の「調節部」に相当する。

そして、電池４０の一方の極（＋極）と抵抗３６の一方の端子とが電気的に接続されている。また、抵抗３６の他方の端子とボリューム３８の一方の端子とが電気的に接続されており、これが第２の外部端子３２ｂとなっている。また、電池４０の他方の極（−極）とボリューム３８の他方の端子とが電気的に接続されており、これが第３の外部端子３２ｃとなっている。なお、基板には、第４の外部端子３２ｄも備えており、この第４の外部端子３２ｄと第１の外部端子３２ａとが電気的に接続されている。また、基板には、第５の外部端子３２ｅも備えており、この第５の外部端子３２ｅと第３の外部端子３２ｃとが電気的に接続されている。基板体３０は、このように構成されている。

このように構成されている酸素センサ体１０の第１の外部端子１２ａと基板体３０の第１の外部端子３２ａとは、第１のケーブル５０を介して電気的に接続されている。これと同様に、酸素センサ体１０の第２の外部端子１２ｂと基板体３０の第２の外部端子３２ｂとは、第２のケーブル５２を介して電気的に接続されている。また、これと同様に、酸素センサ体１０の第３の外部端子１２ｃと基板体３０の第３の外部端子３２ｃとは、第３のケーブル５４を介して電気的に接続されている。すなわち、酸素センサ体１０と基板体３０とを別体構成にできる。酸素センサ装置２は、このように構成されている。このように構成されているため、従来技術（特許文献１）と同様に、酸素センサ装置２を簡便なものにできる。

なお、このように構成されている酸素センサ装置２の基板体３０の第４の外部端子３２ｄとディジタルマルチメータ３の一方の端子（図示しない）とは、電気的に接続されている。これと同様に、酸素センサ装置２の基板体３０の第５の外部端子３２ｅとディジタルマルチメータ３の他方の端子（図示しない）とは、電気的に接続されている。酸素濃度測定器１は、このように構成されている。

なお、酸素センサ体１０の読み取り電圧値（ディジタルマルチメータ３のディスプレイ３ａに表示される電圧値）と、測定される酸素濃度（測定結果）との関係については、従来技術（特許文献１）で説明した原理と同じである。そのため、この従来技術（特許文献１）で説明した可変抵抗１１４を変化させること（較正作業）と同様に、基板体３０のボリューム３８の調節を行うと、ディジタルマルチメータ３のディスプレイ３ａに表示された数値（ｍＶ）をそのまま酸素濃度（％）として視認することができる。これにより、従来技術（特許文献１）と同様に、ユーザは、出力された値を補正することなく、リアルタイムに酸素濃度を知ることができる。

本発明の実施例に係る酸素センサ装置２は、上述したように構成されている。この構成によれば、ＦＥＴ１６によって空気電池１８の電流量が一定となるように制御を行っている。そのため、従来技術（特許文献１）で説明したように可変抵抗１１４によって実施する場合と比較すると、直ぐに、空気電池１８の出力を安定領域に保たせることができる。なぜなら、ＦＥＴ１６を調節することにより、外部回路１０ａの抵抗値を略ゼロにすることができ、大電流を流すことができるからである。結果として、較正作業に必要な時間を略半減できる。また、従来技術（特許文献１）で説明したように可変抵抗１１４によって実施する場合と比較すると、ＦＥＴ１６の傍にボリューム３８を設ける必要がないため（ボリューム３８を基板体３０に設けることができるため）、酸素センサ体１０と基板体３０とを別体構成にできる。また、この構成によれば、酸素濃度を測定していないとき、ＦＥＴ１６は電気的にオープン状態にできる。そのため、空気電池１８が消費されないため、酸素センサ体１０を長持ちさせることができる。

また、この構成によれば、酸素センサ体１０と基板体３０とを別体で構成できる。そのため、酸素センサ体１０による酸素濃度の測定箇所と異なる箇所で較正作業を行うことができる。例えば、ペットボトル（図示しない）の内部の酸素濃度を測定したい場合、酸素センサ体１０をペットボトルの内部に入れていても、その較正作業をペットボトルの外部で行うことができる。なぜなら、酸素センサ体１０と基板体３０とが一体で構成されている場合、較正作業の際、ペットボトルの内部から基板体３０を出す必要があるからである。したがって、較正作業を簡便に実施できる。

また、この構成によれば、酸素センサ体１０は、矩形状（例えば、短辺１ｃｍ×長辺２ｃｍ程度）の基板１２と、この基板１２の一方側の面に組み付けられたホルダ１４と、この基板１２の他方側の面に組み付けられたＦＥＴ１６とから構成されている。そのため、基板１２の表面積を抑えることができる。したがって、酸素センサ体１０をコンパクトなものにできる。

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。

実施例では、『素子』の例として、『ＦＥＴ１６』を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、『各種の素子』であっても構わない。

また、実施例では、『基板体３０の調節部』の例として、『ボリューム３８』を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、『予め、所定のプログラムを記憶させたマイコン』であっても構わない。その場合、別途に設けたボタン操作を行うと、マイコンが動作して較正作業を簡素化できる。

また、酸素センサ体１０は露出することなく、各種の素材から成るケース等で覆われていても構わないし、樹脂等でモールドされていても構わない。その場合、空気電池１８が交換できるように、空気電池１８に該当する箇所のみ開閉できる構造となっていても構わない。

２ 酸素センサ装置
１０ 酸素センサ体
１０ａ 外部回路
１２ 基板
１４ ホルダ
１６ 素子（ＦＥＴ）
１８ 空気電池
３０ 基板体

Claims (3)

1. 空気電池と、
   空気電池に対して電気的に接続された外部回路と、を備え、
   外部回路は、空気電池の電流量が一定となるように制御する素子を備えると共に、空気電池を定電流源としたときの電圧値を外部から読み取り可能となっている酸素センサ装置。
2. 請求項１に記載の酸素センサ装置であって、
   外部回路を有する酸素センサ体と、
   酸素センサ体の外部回路に対して電気的に接続され、空気電池の電流量が一定となるように制御するための素子の調節を行う調節部を有する基板体と、から構成されており、
   酸素センサ体と基板体とは、ケーブルを介して電気的に接続されている酸素センサ装置。
3. 請求項２に記載の酸素センサ装置であって、
   酸素センサ体には、そのベースを成す基板が設けられ、
   空気電池は、ホルダを介して基板の一方側の面に組み付けられ、
   定電流制御素子は、ホルダに隣り合うように基板の他方側の面に組み付けられる酸素センサ装置。
   
   
   
   

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