JP2020201049A - ２成分ガスの濃度比算出方法および検知対象ガスの濃度算出方法 - Google Patents
２成分ガスの濃度比算出方法および検知対象ガスの濃度算出方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】２つのガスセンサ素子を用いて、検知対象ガスの濃度を高精度に求める方法を提供する。また、１つのガスセンサ素子を用いて、２成分ガスの濃度比を求める方法を提供する。【解決手段】濃度比算出方法は、ガスセンサ素子へと導入した２つのガス成分のいずれもが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備える。【選択図】図１
Description
本発明は、２成分ガスの濃度比算出方法および検知対象ガスの濃度算出方法に関する。
２つのガス成分と検知対象ガスとを含む被検ガスをガスセンサ素子へと導入し、検知対象ガスの濃度を算出する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この方法では、アルコールに対して高感度なガスセンサ素子１００と、アルコールに対する感度以外の特性がガスセンサ素子と同一の参照センサ素子２００とを用いる（図１３参照）。ガスセンサ素子１００へは、２つのガス成分とアルコールとを含む被検ガスを導入する。それと並行して、参照センサ素子２００へは、アルコール除去手段２１０を介して、２つのガス成分を導入する。ガスセンサ素子１００においては、導入されたアルコールにより抵抗値が変化するが、参照センサ素子２００においてはアルコールが導入されないため抵抗値が変化しない。ガスセンサ素子と参照センサ素子の抵抗値の差を検出することで、被検ガス中のアルコール濃度を検知することができる。
しかし、従来の方法で検知されたアルコール濃度は、２つのガス成分を含んだ濃度であるため、検知対象ガスの濃度を精度よく求められないという問題があった。また、参照センサ素子において、２つのガス成分がそれぞれどの程度の割合で含まれているのか分からないという問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、２つのガスセンサ素子を用いて、検知対象ガスの濃度を高精度に求めることができる算出方法を提供することを目的とする。また、１つのガスセンサ素子を用いて、２つのガス成分の濃度比を求めることができる２成分ガスの濃度比算出方法を提供することを目的とする。
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は必要に応じて任意に組み合わせることができる。
本発明の２成分ガスの濃度比算出方法は、
ガスセンサ素子へと導入した２つのガス成分のいずれもが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備えたものである。
ガスセンサ素子へと導入した２つのガス成分のいずれもが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備えたものである。
２つのガス成分は水素と一酸化炭素であってもよい。
本発明の検知対象ガスの濃度算出方法は、
２つのガス成分と１つの検知対象ガスとを含む被検ガスをガスセンサ素子へ導入し、検知対象ガスの暫定濃度を算出する暫定濃度算出ステップと、
暫定濃度算出ステップと並行して、ガスセンサ素子と同一の特性を持つ参照センサ素子へ２つのガス成分を導入し、２つのガス成分のいずれもが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップと、
あらかじめ準備された、ガスセンサ素子における２つのガス成分の検量線と、参照センサ素子における２つのガス成分の検量線とを、濃度比に基づいて補正する検量線補正ステップと、
検量線補正ステップで補正された参照センサ素子における検量線を用いて、第１測定ステップでの電気抵抗値における２つのガス成分の濃度を算出するガス成分濃度算出ステップと、
検量線補正ステップで補正されたガスセンサ素子における検量線を用いて、ガス成分濃度算出ステップで算出した２つのガス成分の濃度を検知対象ガスの濃度に換算するガス成分濃度換算ステップと、
暫定濃度算出ステップで算出した検知対象ガスの暫定濃度と、ガス成分濃度換算ステップで換算した検知対象ガスの濃度との差を算出する検知対象ガス濃度算出ステップとを備えたものである。
２つのガス成分と１つの検知対象ガスとを含む被検ガスをガスセンサ素子へ導入し、検知対象ガスの暫定濃度を算出する暫定濃度算出ステップと、
暫定濃度算出ステップと並行して、ガスセンサ素子と同一の特性を持つ参照センサ素子へ２つのガス成分を導入し、２つのガス成分のいずれもが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップと、
あらかじめ準備された、ガスセンサ素子における２つのガス成分の検量線と、参照センサ素子における２つのガス成分の検量線とを、濃度比に基づいて補正する検量線補正ステップと、
検量線補正ステップで補正された参照センサ素子における検量線を用いて、第１測定ステップでの電気抵抗値における２つのガス成分の濃度を算出するガス成分濃度算出ステップと、
検量線補正ステップで補正されたガスセンサ素子における検量線を用いて、ガス成分濃度算出ステップで算出した２つのガス成分の濃度を検知対象ガスの濃度に換算するガス成分濃度換算ステップと、
暫定濃度算出ステップで算出した検知対象ガスの暫定濃度と、ガス成分濃度換算ステップで換算した検知対象ガスの濃度との差を算出する検知対象ガス濃度算出ステップとを備えたものである。
被検ガスが呼気ガスであり、２つのガス成分は水素と一酸化炭素であり、検知対象ガスはエタノールであってもよい。
本発明の２成分ガスの濃度比算出方法は、ガスセンサ素子へと導入した２つのガス成分のいずれもが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度にガスセンサ素子を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備えるように構成した。
したがって、本発明の方法によれば、１つのガスセンサ素子を用いて、２つのガス成分の濃度比を求めることができる。
本発明の検知対象ガスの濃度算出方法は、２つのガス成分と１つの検知対象ガスとを含む被検ガスをガスセンサ素子へ導入し、検知対象ガスの暫定濃度を算出する暫定濃度算出ステップと、暫定濃度算出ステップと並行して、ガスセンサ素子と同一の特性を持つ参照センサ素子へ２つのガス成分を導入し、２つのガス成分のいずれもが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、２つのガス成分のいずれかのみが反応する温度に参照センサ素子を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップと、あらかじめ準備された、ガスセンサ素子における２つのガス成分の検量線と、参照センサ素子における２つのガス成分の検量線とを、濃度比に基づいて補正する検量線補正ステップと、検量線補正ステップで補正された参照センサ素子における検量線を用いて、第１測定ステップでの電気抵抗値における２つのガス成分の濃度を算出するガス成分濃度算出ステップと、検量線補正ステップで補正されたガスセンサ素子における検量線を用いて、ガス成分濃度算出ステップで算出した２つのガス成分の濃度を検知対象ガスの濃度に換算するガス成分濃度換算ステップと、暫定濃度算出ステップで算出した検知対象ガスの暫定濃度と、ガス成分濃度換算ステップで換算した検知対象ガスの濃度との差を算出する検知対象ガス濃度算出ステップとを備えるように構成した。
したがって、本発明の方法によれば、２つのガスセンサ素子を用いて、検知対象ガスの濃度を高精度に求めることができる。
以下、本発明の２成分ガスの濃度比算出方法について、図面を参照しながら実施形態の一例を説明する。
２成分ガスの濃度比算出方法は、ガスセンサ素子１へと導入した２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２のいずれもが反応する温度にガスセンサ素子１を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する第１測定ステップＳ１と、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２のいずれかのみが反応する温度にガスセンサ素子１を加熱し、温度を所定時間維持してガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する第２測定ステップＳ２と、第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備えたものである（図１参照）。
ガスセンサ素子１は、たとえば、金属酸化物半導体を含有した感ガス体１１と、感ガス体に埋設されたコイル状のヒータ兼用電極１２と、ヒータ兼用電極の内部を通る直線状電極１３と、ヒータ兼用電極１２の両端から延びヒータ兼用電極を加熱するリード線８ａ，８ｃと、直線状電極１３の端部から感ガス体の外に延びるリード線８ｂとを備えたものを用いることができる（図１（ａ）参照）。
感ガス体１１に含まれる金属酸化物半導体は、たとえば、酸化スズ、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、スズ酸バリウムなどを用いることができる。感ガス体１１は、さらに適宜の無機絶縁体、触媒などの添加剤を含有してもよい。無機絶縁体は、たとえばアルミナおよびシリカから選択される少なくとも一種を含有することができる。触媒は、たとえばルテニウム、パラジウム、アンチモン、ランタン、セリウム、およびモリブデンから選択される少なくとも一種を含有することができる。
感ガス体１１の形状は、特に制限されず、たとえば図１のような楕円体状、球体状などといった球状に形成される。感ガス体１１の寸法は、適宜設定されるが、好ましくはその径が０．２〜０．７ｍｍの範囲である。たとえば、感ガス体１１は、長径０．５ｍｍ、短径０．３ｍｍの長楕円体状に形成する。
ガスセンサ素子１の３本のリード線８ａ，８ｂ，８ｃに、それぞれ３つの端子７ａ，７ｂ，７ｃを接続し、ベース６と、ガスセンサ素子１を収容するカバー５とを設けることで、ガスセンサ装置とすることができる。カバー５の先端面（天井面）の中央にはガス導入孔９を開口し、ガスをガスセンサ素子１に導入できるようにする。またガス導入孔９には、被検ガス中の異物などを除去するための金網１０を設けることができる。
ガスセンサ素子１へと導入する２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２は、第１測定ステップにおいて両方のガス成分が反応し、第２測定ステップにおいて一方のガス成分のみが反応する。２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２がどのような温度特性を有しているか分かれば、そのような反応が可能なガス成分を選択することができる。一例として、以下、２つのガス成分を水素と一酸化炭素として説明する。
第１測定ステップＳ１では、水素と一酸化炭素とが反応する温度にガスセンサ素子１を加熱し、その温度を所定時間維持してガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する（図１（ｂ）参照）。水素と一酸化炭素とが反応する温度は、これらガス成分の温度特性を考慮し、たとえば１００℃〜２００℃とすることができる。そして、この温度を維持する所定の時間は、たとえば、センサ抵抗値を安定的に測定できる５秒以上とすることができる。上記の温度を上記の時間維持し、ガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する。このときの電気抵抗値は、ガスセンサ装置に接続された、たとえばマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶されるように構成する。
第２測定ステップＳ２では、水素のみが反応する温度にガスセンサ素子１を加熱し、その温度を所定時間維持してガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する。水素のみが反応する温度は、水素の温度特性を考慮し、たとえば２００℃〜３００℃とすることができる。そして、この温度を維持する所定の時間は、たとえば２秒〜５秒とすることができる。上記の温度を上記の時間維持し、ガスセンサ素子１の電気抵抗値を測定する。このときの電気抵抗値は、ガスセンサ装置に接続された、たとえばマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶されるように構成する。
濃度比算出ステップＳ３では、第１測定ステップでの電気抵抗値と第２測定ステップでの電気抵抗値との組み合わせに基づいて、水素と一酸化炭素の濃度比を算出する。濃度比を算出する際には、たとえば、あらかじめマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶させておいた水素と一酸化炭素のそれぞれの検量線を用いることができる（図２参照）。検量線は、次のようにして得ることができる。水素のみを含み、低濃度・中濃度・高濃度の３種のガス（水素１００％ガス）を用いて、第１測定ステップの温度・時間で電気抵抗値を測定し、その後、第２測定ステップの温度・時間で電気抵抗値を測定する。横軸に第１測定ステップでの電気抵抗値をとり、縦軸に第２測定ステップでの電気抵抗値をとって、測定された３組の電気抵抗値をプロットし、水素１００％ガスの検量線を得る。同様に、一酸化炭素のみを含み、低濃度・中濃度・高濃度の３種のガス（一酸化炭素１００％ガス）を用いて、第１測定ステップの温度・時間で電気抵抗値を測定し、その後、第２測定ステップの温度・時間で電気抵抗値を測定する。測定された３組の電気抵抗値をプロットし、一酸化炭素１００％ガスの検量線を得る。
水素と一酸化炭素とが混合したガスを実際に測定し、その２つの電気抵抗値を上記の検量線に当てはめる（図３参照）。図では、第１測定ステップの電気抵抗値がＲ１（Ω）、第２測定ステップでの電気抵抗値がＲ２（Ω）の場合を示している。Ｒ１とＲ２との交点がＣ１であるとすると、Ｃ１は水素１００％ガスの検量線よりも一酸化炭素１００％ガスの検量線の方に近いため、一酸化炭素の方が水素よりも多く含まれていることが分かる。水素と一酸化炭素の濃度比を算出する方法は、次の通りである。まず、図４のように、交点Ｃ１を通り両方の検量線を結ぶ仮の直線を引き、その長さをＬ１とする。次に、仮の直線と一酸化炭素１００％ガスの検量線との交点Ｃ２から交点Ｃ１までの長さをＬ２とする。（Ｌ２×１００）／Ｌ１で求められる値が水素の比率である。そして、交点Ｃ１から仮の直線と水素１００％ガスの検量線までの長さをＬ３とすると、（Ｌ３×１００）／Ｌ１で求められる値が一酸化炭素の比率である。このようにして求められた比率が、水素と一酸化炭素の濃度比となる。たとえば、Ｌ２＝０．１２、Ｌ３＝０．８８であれば、水素濃度１２％、一酸化炭素濃度８８％となる。
上記のようにして、ガスセンサ素子に導入した２つのガス成分の濃度比を求めることができる。つまり、２つのガス成分の有無だけでなく、２つのガス成分がどのような比率で混合しているのかを知ることができる。
なお、３つ以上のガス成分Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を含む被検ガスのうち、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２をガスセンサ素子に導入し、その濃度比を算出することができる。つまり、ガスセンサ装置にガス成分Ｇ３を除去する手段を設ければ、１つのガスセンサ素子を用いて２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の濃度比を算出することができる。ガス成分Ｇ３を除去する手段としては、たとえば、フィルタ、吸着剤などがある。
なお、本発明の濃度比算出方法では水素と一酸化炭素のほかに、２つのガス成分の組み合わせとして次のようなガス成分を用いることができる。たとえば、水素、一酸化炭素、アセトン、メタン、プロパン、二酸化硫黄、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）からなる群から選ばれた２つを用いることができる。なお、温度や時間は半導体ガスセンサ（感ガス体）の材料の配合の割合によって、ある程度制御することができる。そのため、本発明の濃度比算出方法で用いる２つのガス成分の組み合わせとしては、半導体ガスセンサで検知可能な可燃性ガスを、その候補対象とすることができる。
次に、本発明の検知対象ガスの濃度算出方法について、図面を参照しながら実施形態の一例を説明する。
検知対象ガスの濃度算出方法は、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２と１つの検知対象ガスＧｔとを含む被検ガスをガスセンサ素子１へ導入し、検知対象ガスＧｔの暫定濃度を算出する暫定濃度算出ステップＳ４と、暫定濃度算出ステップＳ４と並行して、ガスセンサ素子と同一の特性を持つ参照センサ素子２へ２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２を導入し、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２のいずれもが反応する温度に参照センサ素子２を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する第１測定ステップＳ５と、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２のいずれかのみが反応する温度に参照センサ素子２を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する第２測定ステップＳ６と、第１測定ステップＳ５での電気抵抗値と第２測定ステップＳ６での電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の濃度比を算出する濃度比算出ステップＳ７と、あらかじめ準備された、ガスセンサ素子１における２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の検量線３と、参照センサ素子２における２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の検量線４とを、濃度比に基づいて補正する検量線補正ステップＳ８と、検量線補正ステップＳ８で補正された参照センサ素子における検量線４´を用いて、第１測定ステップＳ５での電気抵抗値における２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の濃度を算出するガス成分濃度算出ステップＳ９と、検量線補正ステップＳ８で補正されたガスセンサ素子における検量線３´を用いて、ガス成分濃度算出ステップＳ９で算出した２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２の濃度を検知対象ガスＧｔの濃度に換算するガス成分濃度換算ステップＳ１０と、暫定濃度算出ステップＳ４で算出した検知対象ガスＧｔの暫定濃度と、ガス成分濃度換算ステップＳ１０で換算した検知対象ガスＧｔの濃度との差を算出する検知対象ガス濃度算出ステップＳ１１とを備えたものである（図５、図６参照）。
暫定濃度算出ステップＳ４では、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２と１つの検知対象ガスＧｔとを含む被検ガスをガスセンサ素子１へ導入し、検知対象ガスＧｔの暫定濃度を算出する（図５（ａ）参照）。ガスセンサ素子１は、図１（ａ）を参照してすでに説明した内容と同じものを用いる。ガスセンサ素子１に導入する被検ガスは、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２と検知対象ガスＧｔとを含んでいる。２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２は、参照センサ素子２における第１測定ステップにおいて両方のガス成分が反応し、第２測定ステップにおいて一方のガス成分のみが反応する。２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２がどのような温度特性を有しているか分かれば、そのような反応が可能なガス成分を選択することができる。
被検ガスは呼気ガスであり、２つのガス成分Ｇ１，Ｇ２は水素と一酸化炭素であり、検知対象ガスＧｔはエタノールであってもよい。つまり、本発明は呼気ガス分析装置に応用することができる。ユーザが呼気分析装置に呼気ガスを吹き込むことで、呼気ガス中のエタノール濃度が算出される。以下、Ｇ１を水素、Ｇ２を一酸化炭素、Ｇｔをエタノールとして説明する。
暫定濃度算出ステップＳ４では、検知対象ガスＧｔであるエタノールの暫定濃度を算出する。このとき、あらかじめマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶させておいた検量線３を用いて、暫定濃度を算出する（図７参照）。検量線３は、たとえば次のようにして得ることができる。まず、水素（Ｇ１）のみを低濃度で含むガスをガスセンサ素子に導入して反応させ、電気抵抗値を測定する。次に、水素のみを中濃度で含むガスをガスセンサ素子に導入して反応させ、電気抵抗値を測定する。次に、水素のみを高濃度で含むガスをガスセンサ素子に導入して反応させ、電気抵抗値を測定する。得られた３つの電気抵抗値をプロットすることで、水素（Ｇ１）の検量線を得ることができる。同様にして、一酸化炭素（Ｇ２）とエタノール（Ｇｔ）の検量線を得ることができる。
暫定濃度算出ステップＳ４において測定された電気抵抗値Ｒｔを、上記のあらかじめ準備された検量線３に当てはめる（図７参照）。暫定濃度を求めるガス成分はエタノール（Ｇｔ）であるので、エタノールの検量線において電気抵抗値がＲｔとなる点が、エタノールの暫定濃度Ｄｔとして算出できる。このエタノールの暫定濃度Ｄｔは、２成分ガス（水素および一酸化炭素）も含んだ状態の濃度である。つまり、精度よく求められたエタノール濃度ではない。
暫定濃度算出ステップＳ４と並行して行う第１測定ステップＳ５では、ガスセンサ素子１と同一の特性を持つ参照センサ素子２へ水素および一酸化炭素を導入し、水素および一酸化炭素のいずれもが反応する温度に参照センサ素子２を加熱し、温度を所定時間維持して参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する（図５（ｂ）、図６参照）。参照センサ素子２は、ガスセンサ素子１と同一の特性を持つ。参照センサ素子２には、水素と一酸化炭素を導入し、エタノールは導入しない。したがって、参照センサ素子２に被検ガスを導入する際は、たとえばエタノールを吸着するフィルタ１４を介して導入する。
水素と一酸化炭素とが反応する温度は、これらガス成分の温度特性を考慮し、たとえば１００℃〜２００℃とすることができる。そして、この温度を維持する所定の時間は、たとえばセンサ抵抗値を安定的に測定できる５秒以上とすることができる。上記の温度を上記の時間維持し、参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する。このときの電気抵抗値は、たとえばマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶されるように構成する。
第２測定ステップＳ６では、水素のみが反応する温度に参照センサ素子２を加熱し、その温度を所定時間維持して参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する。水素のみが反応する温度は、水素の温度特性を考慮し、たとえば２００℃〜３００℃とすることができる。そして、この温度を維持する所定の時間は、たとえば２秒〜５秒とすることができる。上記の温度を上記の時間維持し、参照センサ素子２の電気抵抗値を測定する。このときの電気抵抗値は、たとえばマイクロコンピュータなどの記憶部に記憶されるように構成する。
なお図５（ｂ）を参照して、第２測定ステップは、フィルタ１４によって参照センサ装置の内部に閉じ込められた水素と一酸化炭素に対して行うことができる。したがって、第２測定ステップを行うにあたり、呼気分析装置のユーザは追加で呼気を吹き込む必要がない。
濃度比算出ステップＳ７では、第１測定ステップＳ５での電気抵抗値と第２測定ステップＳ６での電気抵抗値との組み合わせに基づいて、水素と一酸化炭素の濃度比を算出する。算出方法は、図２〜図４を参照してすでに説明した内容と同じ方法を用いる。
検量線補正ステップＳ８では、あらかじめ準備された検量線を補正する。補正する検量線は、次の２種である。１つは、ガスセンサ素子１における２つのガス成分（水素、一酸化炭素）の検量線３であり、暫定濃度算出ステップＳ４で用いた検量線である（図７参照）。もう１つは、参照センサ素子２における２つのガス成分（水素、一酸化炭素）の検量線４である（図８参照）。検知対象ガスＧｔであるエタノールはフィルタ１４に除去され、参照センサ素子２には導入されないため、エタノールには反応しない。したがって、電気抵抗値はほぼ変化せず、検量線はほぼ横一直線となる。濃度比算出ステップＳ７で算出した濃度比を用いて、２種の検量線３，４における２つのガス成分（水素、一酸化炭素）の検量線を下記の式で補正する。
たとえば、水素が１２％であったとすると、α＝０．１２であり、補正後の検量線３´，４´はそれぞれ図９と図１０のような直線になる。検量線補正ステップによって、ガスセンサ素子１における水素と一酸化炭素の２成分ガスの検量線３´と、参照センサ素子２における水素と一酸化炭素の２成分ガスの検量線４´とを得ることができる。
ガス成分濃度算出ステップＳ９では、検量線補正ステップＳ８で補正された参照センサ素子における検量線４´を用いて、第１測定ステップＳ５での電気抵抗値Ｒ１における水素と一酸化炭素の２成分ガスの濃度Ｄｎを算出する（図３、図１１参照）。検量線４´に第１測定ステップでの電気抵抗値Ｒ１を適用する理由は、電気抵抗値Ｒ１が、水素と一酸化炭素の両方に反応したときの抵抗値であるためである。また、第２測定ステップでの電気抵抗値Ｒ２は水素のみが反応したときの抵抗値であるため、Ｒ２を検量線４´に適用するのは相応しくない。このようにして、参照センサ素子２における水素と一酸化炭素の２成分ガス濃度Ｄｎを算出できる。
ガス成分濃度換算ステップＳ１０では、検量線補正ステップＳ８で補正された検量線３´を用いて、ガス成分濃度算出ステップＳ９で算出した水素と一酸化炭素の２成分ガスの濃度Ｄｎを、エタノールの濃度Ｄｃに換算する（図１２参照）。検量線３´は、ガスセンサ素子１における、水素と一酸化炭素の２成分ガスの検量線である。濃度換算方法は、次の通りである。まず、この検量線３´において２成分ガス濃度がＤｎとなる点Ｐ１を求める。次に、エタノールの検量線において、Ｐ１と同じ電気抵抗値をとる点Ｐ２を求める。Ｐ２における濃度が、２成分ガス濃度Ｄｎをエタノール濃度に換算した濃度Ｄｃとなる。つまり濃度Ｄｃは、参照センサ素子２における２成分ガス濃度を、ガスセンサ素子１におけるエタノール濃度に換算したものである。
検知対象ガス濃度算出ステップＳ１１では、暫定濃度算出ステップＳ４で算出したエタノールの暫定濃度Ｄｔ（図７参照）と、ガス成分濃度換算ステップＳ１０で換算したエタノールの濃度Ｄｃ（図１２参照）との差を算出する。つまり、Ｄｔ−Ｄｃで算出された値が、最終的に求めたいエタノール濃度である。
呼気ガス中の水素と一酸化炭素の濃度比には個人差があるため、２成分ガスの検量線をあらかじめ準備しておくことは困難である。そこで、本発明では、参照センサ素子２において、第１測定ステップＳ５と第２測定ステップＳ６でそれぞれ電気抵抗値を測定している。そして、次の濃度比算出ステップＳ７において、２つの電気抵抗値の組み合わせから水素と一酸化炭素の濃度比を算出している。そして、次の検量線補正ステップＳ８において、算出した濃度比に基づいて、図７と図８の検量線を補正し、２成分ガスの検量線を求めている（図９、図１０参照）。そして、次のガス成分濃度算出ステップＳ９において、２成分ガスの検量線を用いて、参照センサ素子２における２成分ガスの濃度を算出している（図１１参照）。これらのステップＳ５〜Ｓ９を備えていることにより、呼気ガスを吹き込む人が変わっても、その都度、その人の呼気ガス中の２成分ガスの濃度比を算出し、２成分ガスの適切な検量線を求め、２成分ガスの正確な濃度を算出することができる。
算出した２成分ガス濃度は参照センサ素子２における２成分ガスの検量線４´を用いているため、次のガス成分濃度換算ステップＳ１０で、ガスセンサ素子１における２成分ガスの検量線３´を用いてエタノール濃度に換算する必要がある（図１２参照）。そして最後に、暫定エタノール濃度から、換算したエタノール濃度を差し引くことで、エタノール濃度を精度よく算出することができる。
なお、上記では、暫定濃度算出ステップＳ４を第１測定ステップＳ５と並行して行っているが、検知対象ガス濃度算出ステップＳ１１よりも前であれば、どのステップと並行して行ってもよい。
１ ：ガスセンサ素子
２ ：参照センサ素子
３ ：ガスセンサ素子における検量線
３´ ：補正されたガスセンサ素子における検量線
４ ：参照センサ素子における検量線
４´ ：補正された参照センサ素子における検量線
５ ：カバー
６ ：ベース
７ａ，７ｂ，７ｃ：端子
８ａ，８ｂ，８ｃ：リード線
９ ：ガス導入孔
１０ ：金網
１１ ：感ガス体
１２ ：ヒータ兼用電極
１３ ：直線状電極
１４ ：フィルタ
１００ ：ガスセンサ素子
２００ ：参照センサ素子
２１０ ：アルコール除去手段
２ ：参照センサ素子
３ ：ガスセンサ素子における検量線
３´ ：補正されたガスセンサ素子における検量線
４ ：参照センサ素子における検量線
４´ ：補正された参照センサ素子における検量線
５ ：カバー
６ ：ベース
７ａ，７ｂ，７ｃ：端子
８ａ，８ｂ，８ｃ：リード線
９ ：ガス導入孔
１０ ：金網
１１ ：感ガス体
１２ ：ヒータ兼用電極
１３ ：直線状電極
１４ ：フィルタ
１００ ：ガスセンサ素子
２００ ：参照センサ素子
２１０ ：アルコール除去手段
Claims (4)
- ガスセンサ素子へと導入した２つのガス成分のいずれもが反応する温度に前記ガスセンサ素子を加熱し、前記温度を所定時間維持して前記ガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つの前記ガス成分のいずれかのみが反応する温度に前記ガスセンサ素子を加熱し、前記温度を所定時間維持して前記ガスセンサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップでの前記電気抵抗値と前記第２測定ステップでの前記電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つの前記ガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップとを備えた、２成分ガスの濃度比算出方法。 - ２つの前記ガス成分は水素と一酸化炭素である、請求項１に記載の２成分ガスの濃度比算出方法。
- ２つのガス成分と１つの検知対象ガスとを含む被検ガスをガスセンサ素子へ導入し、前記検知対象ガスの暫定濃度を算出する暫定濃度算出ステップと、
前記暫定濃度算出ステップと並行して、前記ガスセンサ素子と同一の特性を持つ参照センサ素子へ２つの前記ガス成分を導入し、２つの前記ガス成分のいずれもが反応する温度に前記参照センサ素子を加熱し、前記温度を所定時間維持して前記参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第１測定ステップと、
２つの前記ガス成分のいずれかのみが反応する温度に前記参照センサ素子を加熱し、前記温度を所定時間維持して前記参照センサ素子の電気抵抗値を測定する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップでの前記電気抵抗値と前記第２測定ステップでの前記電気抵抗値との組み合わせに基づいて、２つの前記ガス成分の濃度比を算出する濃度比算出ステップと、
あらかじめ準備された、前記ガスセンサ素子における２つの前記ガス成分の検量線と、前記参照センサ素子における２つの前記ガス成分の検量線とを、前記濃度比に基づいて補正する検量線補正ステップと、
前記検量線補正ステップで補正された前記参照センサ素子における前記検量線を用いて、前記第１測定ステップでの前記電気抵抗値における２つの前記ガス成分の濃度を算出するガス成分濃度算出ステップと、
前記検量線補正ステップで補正された前記ガスセンサ素子における前記検量線を用いて、前記ガス成分濃度算出ステップで算出した２つの前記ガス成分の濃度を前記検知対象ガスの濃度に換算するガス成分濃度換算ステップと、
前記暫定濃度算出ステップで算出した前記検知対象ガスの前記暫定濃度と、前記ガス成分濃度換算ステップで換算した前記検知対象ガスの濃度との差を算出する検知対象ガス濃度算出ステップとを備えた、検知対象ガスの濃度算出方法。 - 前記被検ガスが呼気ガスであり、２つの前記ガス成分は水素と一酸化炭素であり、前記検知対象ガスはエタノールである、請求項３に記載の検知対象ガスの濃度算出方法。
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