JP2613316B2 - 定電位電解式ガスセンサの機能点検方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、定電位電解式ガスセンサの内外リード線
の接続不良、断線による異常、またはガスセンサのガス
感度劣化状況を瞬時に点検する方法およびその装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

この種ガスセンサは、作用極と対極を電解液中に互い
に相対して配置し、電極間の電解電圧を０〜50mV程度に
設定した状態で検査ガスを前記作用極に接触させ、ガス
の直接電解による出力電流を検出しガス濃度を定量的に
検出するものである。

この場合ガスセンサ内外のリード線の接続不良または
断線が起きた場合、ガス濃度表示においてほとんど零に
なるか、または異常に高い値を示すかどちらかであっ
て、この値がガス濃度を示すものか断線によるものか確
認が困難であること、また、使用中のガスセンサのガス
感度劣化については定期的なガス校正により補正が行わ
れているが、使用時の状態がガスに対して十分な感度を
有しているか否かを確認することができないこと、ま
た、この種ガス濃度測定はガスの漏洩箇所に直接巡回し
て調べているが、取り扱うガスがCOガスをはじめ塩素，
硫化水素などの有毒ガスであるため、一般に近寄り難い
場所もあって測定者にとって危険を伴う作業であるこ
と、などの理由から、当該ガスセンサには測定者の危険
防止のためにガスセンサ内部に断線などの欠陥およびガ
ス感度の劣化があれば事前にそれが見極められるかまた
はその機能を持たせることが要求される。

そのため、今までガスセンサの欠陥を見極める方法が
いくつか提案されている。その一つは、定電位電解式ガ
スセンサの作用極、対極間にパルス状の過渡電圧を印加
し、これによって生じる作用極と対極との電気化学的変
化に基づくセンサ出力電流値の異常をみて判定する装置
（実公昭62−39318号公報）や、ガスセンサの電解液を
成す塩溶液の分解電位より大きな電位を両電極間に瞬時
的に加え、電解液中に変化を起こさせ、この変化に対す
る応答を観察することにより判定する方法（特公昭63−
55661号公報）などが提案されている。

前者では、確認スイッチの開閉により設定電位を変化
させるものであり、後者は、電解液を成す塩溶液の分解
電位より大きな電位パルスをスイッチの手動動作または
１秒または数秒の時間間隔で自動的に印加し、これによ
り生ずる電解液中の変化に対する出力電流値を観察する
ことでガスセンサ異常を判定する方法である。しかしど
の方法にしても定電位電解式センサのガス感度の劣化を
見極めるまでには至っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した２例とも、ガスセンサの両極間にパルス状の
電位を印加し、電解液中の電気化学的変化に基づくセン
サ出力電流の変化を観察することによりガスセンサの異
常を確認するものであった。

この方法によれば、作用極に断線などの異常がある場
合、電解液中の反応が起こらないため出力電流値は零と
なりガスセンサに異常があると判定できる。しかし、対
極に異常がある場合、本発明者などが行った実験ではセ
ンサ出力電流値は正常なガスセンサと同様の値を示すこ
とから、センサ出力電流値だけの結果からガスセンサの
異常を判断することはできない。また、ガスセンサのガ
ス感度劣化についても上記方法では判断ができず、その
ため高濃度ガスが存在しているにもかかわらず、センサ
出力電流値は小さく誤った濃度を表示する恐れがある。

この発明の目的は、作業者の安全と危険防止のために
ガスセンサの異常診断およびガスセンサのガス感度劣化
状況をガスセンサが使用される前に一連の操作の中で行
うことができる機能点検方法とその装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、定電位電解式ガスセンサの電源投入直
後、マイクロプロセッサによりあらかじめ設定されたセ
ンサの動作電位を変える電位変更パルスをポテンショス
タット回路を介してガスセンサに印加し、その時に得ら
れるセンサ出力電流および電解電圧の測定値を順次アナ
ログスイッチの切替でA/Dコンバータを介してデジタル
値に変換して読み取り、マイクロプロセッサに記憶され
ている基準値と比較することによりガスセンサの異常お
よびガス感度の劣化を瞬時に判断し、異常の場合は警報
表示を行い、正常の場合は直ちにガスセンサとして定常
の電位を印加させるものである。

〔作用〕

この発明にかかる請求項（１）に記載の発明は、ガス
センサへの電源投入直後、あらかじめ設定された電位変
更パルスをポテンショスタット回路を介してガスセンサ
に印加し、その時のセンサ出力電流および電解電圧の測
定値をあらかじめ定められたそれぞれの基準値と比較す
ることによりガスセンサの異常およびガス感度の劣化を
瞬間的に判断し、異常の場合は警報表示を行い、正常の
場合は直ちにガスセンサとして定常の電位を印加させる
ものである。

また、この発明の請求項（２）に記載の発明は、印加
する電位変更パルスとして電位変化幅が＋0.1〜＋10m
V、印加時間が0.01〜0.5秒の範囲にあるようにしたもの
である。

さらに、この発明の請求項（３）に記載の発明は、未
使用の定電位電解式ガスセンサにあらかじめ設定された
電位変更パルスをポテンショスタット回路に印加し、そ
の時のセンサ出力電流値を基準値とし、点検時の定電位
電解式ガスセンサのセンサ出力電流値を基準値と比較す
ることによりガスセンサのガス感度劣化度を判定するよ
うにしたものである。

また、この発明の請求項（４）に記載の発明は、作用
極と対極または作用極と対極および照合極を電解液中に
相対して配置したガスセンサと、電位変更パルスの電位
変化幅の設定、基準値との比較判定などをプログラムに
したがって指令を発するマイクロプロセッサと、このマ
イクロプロセッサから電位変更パルス受けガスセンサに
印加する。ポテンショスタット回路と、センサ出力電
流，電解電圧の測定回路と、定常電位を印加させる回路
への切替を行うアナログスイッチと、測定回路からのア
ナログ信号をディジタル信号に変換し、マイクロプロセ
ッサに入力するA/Dコンバータおよび判定結果を表示す
る表示装置とにより機能点検を行い、異常があればその
結果を表示し、異常がなければ直ちに使用状態とする。

〔実施例〕

まず、この発明の定電位電解式ガスセンサの機能点検
方法について説明する。

第１図（ａ）は発明者等の実験に使用した３極すなわ
ち、作用極２、対極３および照合極４からなる定電位電
解式ガスセンサの基本回路図である。第１図（ｂ）に示
すような電位変更パルス14を印加するパルス発生器11を
ポテンショスタット回路６に接続し、センサ出力電流お
よび電解電圧を測定する電流計12と電圧計13を設けた回
路において、パルス条件として電位変更パルスを電位変
化幅△Ｖ＝2mV、印加時間τ＝0.1秒で印加したときの出
力電流値および電解電圧値の測定結果を第１表に示す。

この場合、作用極２の断線の場合のみ出力電流が零と
なるが、対極断線の場合には出力電流が約15μＡ以上と
正常ガスセンサと同一の値を示すため、この結果のみか
らでは正常なものと判断を誤る可能性がある。しかしこ
のときの電解電圧値をみると、正常ガスセンサでは零で
あったものが、対極３の断線では300mVの値を示してい
る。このことからセンサの機能点検には両方の測定結果
を見なければ判断できないことが判った。なお、５は電
解液、７は増幅器である。

第２図に示すように、一般的に電位変更パルスの印加
時間が長く電位変更パルス幅が大きいほど出力電流のピ
ーク値は増大しているが、対極断線で出力電流が10μＡ
以上発生させるに必要なパルス条件は、実験によると印
加時間τが0.05秒以上、電位変化幅△Ｖが＋2mV以上で
あった。

以上の結果から、ガスセンサの異常、すなわちガスセ
ンサ内外リード線の接続不良、断線を判定するパルス条
件は、印加時間が0.1秒、電位変化幅2.0mVとし、その時
のセンサ出力電流値と電解電圧値が第１表から次の条件
を満足しておれば、正常ガスセンサと見なすことができ
る。すなわち、判定の基準は、 である。

確実に異常診断ができて、定常値への復帰時間が短い
ことが必要条件であるので、印加電圧，印加時間を約2m
V,0.1秒とした。

第３図にガスセンサのガス感度劣化度と電位変更パル
ス印加後のセンサ出力電流値の関係を示す。ガスセンサ
のガス感度劣化度をCOガス濃度500ppm中の反応電流値を
もって表し、この値が低いほど劣化度が進んでいるもの
とする。この図から分かるように、ガス感度と電位変更
パルス印加後の出力電流値との間には相関関係が認めら
れる。すなわち、初期電流値を記録しておけば電源投入
ごとに電位変更パルスが印加されるため、そのときの出
力電流値と初期値を比較すればガスセンサのガス感度劣
化度が分かる。このため、校正ガスをかけなくても異常
にガス感度が劣化しているガスセンサを見分けることが
できる。

次に、この発明にかかる定電位電解式ガスセンサの機
能点検装置について説明する。

第４図にこの発明の機能点検装置の一実施例を示す。
作用極２と対極３および照合極４が電解液５中に相対し
て配置されたガスセンサ１、電位変更パルスの変化幅の
設定、基準値との比較判定などを予め定められたプログ
ラムにしたがって指令を発するマイクロプロセッサ８、
マイクロプロセッサ８から信号を受けて電位変更パルス
受けるポテンショスタット回路６、このマイクロプロセ
ッサ８の指示によりセンサ出力電流と電解電圧の測定回
路の切替を行う連動する接片a,bとそれぞれの接点c,d,e
からなるアナログスイッチ10、さらにアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換するA/Dコンバータ９から構成され
た定電位電解式ガスセンサの機能点検装置である。な
お、７は増幅器、15は表示装置である。

第５図に第４図の実施例の動作を説明するためのフロ
ーチャートを示し、（S1）〜（S12）は各ステップを示
す。

次に、第４図の実施例の動作を第５図のフローチャー
トを参照して説明する。

電源オン直後（S1）、マイクロプロセッサ８の信号に
より、予め設定された電位変更パルス14が電位設定器11
よりポテンショスタット回路６に入り、その出力が対極
３に入ることで、結果的に作用極２は電位変更パルス14
と同じ電位変化を受けることになる（S2）。その直後
に、センサ出力電流と電解電圧の測定を行うためにマイ
クロプロセッサ８からの信号でアナログスイッチ10の自
動切替が行われる。この時アナログスイッチ10の接片a,
bは連動して切換が行われ、それぞれ３回路に分岐する
３接点（上方よりc,d,e）のうち、まずac,bcが接続さ
れ、増幅器７の出力を見ることになり、電圧に変換され
センサ出力電流が測定できる（S3）。この結果、第１表
により作用極２の断線とガスセンサの感度劣化が判定さ
れ（S4）、センサ出力電流値が規定値以下であればセン
サ異常を表示装置15に表示し（S5）、規定値以上であれ
ば、ガスセンサ１の製造時の電位変更パルス印加時のセ
ンサ出力電流（これを初期値という）と比較し（S6）、
それが規定値以下であれば（S7）、センサ異常を表示装
置15で表示する（S8）。次にad,bdが接続されて対極３
と作用極２間の電圧、すなわち電解電圧が測定される
（S9）。この結果、第１表より総合的に対極３の断線が
判定されて、総合的なガスセンサ１の異常が瞬時に判断
される（S10）。異常があれば表示装置15にセンサ異常
を表示する（S11）。照合極４の断線はこの診断方法を
用いなくてもゼロ調整不能となり判る。何も異常がなけ
れば通常測定に入る（S12）。

なお、センサ出力電流および電解電圧はアナログスイ
ッチ10からA/Dコンバータ９に入力されてアナログ値か
らデジタル値に変換された後、マイクロプロセッサ８に
入力され、予め定められた基準値と比較される。また、
アナログスイッチのae,beを通る回路は、作用極の電位
測定回路であるが、機能点検は利用していない。

第６図はこの発明のガスセンサに印加する電位パルス
の波形を、また、第７図（ａ）〜（ｆ）はその時の正常
ガスセンサと異常ガスセンサの応答波形の一例を示す。
なお、第７図（ａ），（ｂ）は正常ガスセンサの応答波
形を、第７図（ｃ），（ｄ）は作用極２の断線の異常
時、第７図（ｅ），（ｆ）は対極３の断線の異常時の応
答波形を示す。

第７図（ａ）〜（ｆ）から分かるように、正常ガスセ
ンサの場合、電位パルスを印加したときの出力電流は10
μＡ以上を示すが、その時の電解電位はほぼ零である。
異常ガスセンサとして作用極２の断線の場合、出力電流
値と電解電圧値共に零であるので、ガスセンサ１の異常
は明確に判断することができる。しかし、対極３の断線
の場合、出力電流値は正常ガスセンサのそれと殆ど変わ
らないためこのデータだけでガスセンサ１が異常か否か
を判断することはできない。この場合の電解電圧値は約
300mVに近い値を示していることから、正常ガスセンサ
との違いはこの電解電圧値にあるのであるから、異常ガ
スセンサの判断には両方の値を測定しなければ正確に判
定することができないことを示している。

〔発明の効果〕

以上詳細に述べたように、この発明にかかる請求項
（１）に記載の発明は、ガスセンサへの電源投入直後、
あらかじめ設定された電位変更パルスをポテンショスタ
ット回路を介してガスセンサに印加し、その時のセンサ
出力電流および電解電圧の測定値をあらかじめ定められ
たそれぞれの基準値と比較することにより、ガスセンサ
の異常およびガス感度の劣化を瞬間的に判断し、異常の
場合は警報表示を行い、正常の場合は直ちにガスセンサ
として定常の電位を印加させるようにしたので、ガスセ
ンサの機能点検が非常に短い時間で実現可能になり、次
の工程のガス濃度測定までの時間遅れに殆ど影響を与え
ることがない。

また、請求項（２）に記載の発明は、印加する電位変
更パルスとして電位変化幅が＋0.1〜＋10mV、印加時間
が0.01〜0.5秒の範囲にあるようにしたので、適確な点
検を行うことができる。

さらに、請求項（３）に記載の発明は、未使用の定電
位電解式ガスセンサにあらかじめ設定された電位変更パ
ルスをポテンショスタット回路を介してガスセンサに印
加し、その時のセンサ出力電流値を基準値とし、点検時
の定電位電解式ガスセンサのセンサ出力電流値を基準値
と比較することによりガスセンサのガス感度劣化度を判
定するようにしたので、校正ガスをかけなくても異常に
ガス感度が劣化しているガスセンサを見分けることがで
きる。

また、請求項（４）に記載の発明は、作用極と対極ま
たは作用極と対極および照合極を電解液中に相対して配
置したガスセンサと、電位変更パルスの電位変化幅の設
定、基準値との比較判定などをプログラムにしたがって
指令を発するマイクロプロセッサと、このマイクロプロ
セッサからの電位変更パルスを受けガスセンサに印加す
る。ポテンションスタット回路と、センサ出力電流と電
解電圧の切替を行うアナログスイッチと、アナログ信号
をディジタル信号に変換し、マイクロプロセッサに入力
するA/Dコンバータおよび判定結果を表示する表示装置
とで構成したので、作業者は起動ボタンを押すだけでガ
スセンサの機能点検からセンサのガス感度構成およびガ
ス濃度測定まで、マイクロプロセッサに組込まれたプロ
グラムにしたがって操作してくれるため取り扱う上での
煩わしさもなく、また、安心して使用することができる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の定電位電解式ガスセンサの機能点検
方法の一実施例を説明するための基本回路図、第２図は
電位パルス条件とセンサ出力電流の関係を示す図、第３
図はガスセンサのガス感度劣化度とガスセンサの関係を
示す図、第４図はこの発明の定電位電解式ガスセンサの
機能点検装置の一実施例を示す回路図、第５図は、第４
図の実施例のガスセンサ診断機能のフローチャート、第
６図は電位パルス波形の一例を示す図、第７図（ａ）〜
（ｆ）は電位パルスを印加した時のセンサ出力電流およ
び電解電圧の応答波形を示す図である。 図中、１はガスセンサ、２は作用極、３は対極、４は照
合極、５は電解液、６はポテンショスタット回路、７は
増幅器、８はマイクロプロセッサ、９はA/Dコンバー
タ、10はアナログスイッチ、11は電位設定器、12は電流
計、13は電圧計、14は電位変更パルス、15は表示装置で
ある。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスセンサへの電源投入直後、あらかじめ
   設定された電位変更パルスをポテンショスタット回路を
   介して前記ガスセンサに印加し、その時のセンサ出力電
   流および電解電圧の測定値をあらかじめ定められたそれ
   ぞれの基準値と比較することによりガスセンサの異常お
   よびガス感度の劣化を瞬間的に判断し、異常の場合は警
   報表示を行い、正常の場合は直ちにガスセンサとして定
   常の電位を印加させることを特徴とする定電位電解式ガ
   スセンサの機能点検方法。
2. 【請求項２】電位変更パルスとして電位変化幅が＋0.1
   〜＋10mV、印加時間が0.01〜0.5秒の範囲にある請求項
   （１）に記載の定電位電解式ガスセンサの機能点検方
   法。
3. 【請求項３】未使用の定電位電解式ガスセンサにあらか
   じめ設定された電位変更パルスをポテンショスタット回
   路を介して印加し、その時のセンサ出力電流値を基準値
   とし、点検時の定電位電解式ガスセンサのセンサ出力電
   流値を前記基準値と比較することによりガスセンサのガ
   ス感度劣化度を判定することを特徴とする定電位置解式
   ガスセンサの機能点検方法。
4. 【請求項４】作用極と対極または作用極と対極および照
   合極を電解液中に相対して配置したガスセンサと、電位
   変更パルスの電位変化幅の設定、基準値との比較判定な
   どをプログラムにしたがって指令を発するマイクロプロ
   セッサと、このマイクロプロセッサからの電位変更パル
   スを受け前記ガスセンサに印加するポテンショスタット
   回路と、センサ出力電流と電解電圧の切替を行うアナロ
   グスイッチと、アナログ信号をディジタル信号に変換
   し、前記マイクロプロセッサに入力するA/Dコンバータ
   および判定結果を表示する表示装置とで構成したことを
   特徴とする定電位電解式ガスセンサの機能点検装置。