JP2951721B2 - 電気化学式ガス感知器不具合検知器 - Google Patents
電気化学式ガス感知器不具合検知器Info
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、１つ以上の電流測定式ガス感知器を備えて
いるガス監視器に関し、より具体的には感知器が正しく
機能していることを検査できるように監視器の電子回路
に改良を加えることに関する。
いるガス監視器に関し、より具体的には感知器が正しく
機能していることを検査できるように監視器の電子回路
に改良を加えることに関する。
背景技術 １つ以上の交換自在電流測定式ガス感知器を備えてお
り、大気中の検知ガス量を表示する電流を発生する監視
器は既知である。この信号は監視器内の回路で解析さ
れ、検知ガス量をディスプレイ（アナログまたはデジタ
ル）の形式で監視器に出力したり、及び／又はプリンタ
やップロッタでプリントアウトしたり、及び／又はガス
濃度が所定危険値を越えた場合に聴覚警報器や視覚警報
器によって警報信号を発生できるようになっている。あ
るいは出力信号を記録しておき、あとで解析することも
考えられる。ただし、必ずしも検知ガス量を直接表示す
る必要はなく、１つ以上の感知器の出力信号からディス
プレイあるいはプリントアウトすべき別のパラメータを
計算することも可能である。例えば、感知器の出力信号
と他の測定値からボイラーの効率を計算すること等であ
る（英国特許第2,064,780号参照）。
り、大気中の検知ガス量を表示する電流を発生する監視
器は既知である。この信号は監視器内の回路で解析さ
れ、検知ガス量をディスプレイ（アナログまたはデジタ
ル）の形式で監視器に出力したり、及び／又はプリンタ
やップロッタでプリントアウトしたり、及び／又はガス
濃度が所定危険値を越えた場合に聴覚警報器や視覚警報
器によって警報信号を発生できるようになっている。あ
るいは出力信号を記録しておき、あとで解析することも
考えられる。ただし、必ずしも検知ガス量を直接表示す
る必要はなく、１つ以上の感知器の出力信号からディス
プレイあるいはプリントアウトすべき別のパラメータを
計算することも可能である。例えば、感知器の出力信号
と他の測定値からボイラーの効率を計算すること等であ
る（英国特許第2,064,780号参照）。
本発明による監視器において使用する感知器は電流測
定式電気化学感知器であり、検査すべき大気に連通して
いる感知（又は作用）電極と、カウンタ電極と、基準電
極とを備えており、この３つの電極すべてが感知器内の
電解質に接触しており、各々端子を介して監視器内の回
路に接続されている。このタイプの感知器を本書におい
ては「３電極式感知器」と呼ぶこととする。このような
感知器では感知電極と基準電極との間の電位差を調節す
ることができ、例えば英国特許第1,101,101号、第1,38
5,210号、米国特許第3,776,832号、欧州特許第0,220,89
6A号に開示されているごとくこの２つの電極を直接ある
いは抵抗器を介して演算増幅器の入力端に接続すること
によってこれを行うものもある。
定式電気化学感知器であり、検査すべき大気に連通して
いる感知（又は作用）電極と、カウンタ電極と、基準電
極とを備えており、この３つの電極すべてが感知器内の
電解質に接触しており、各々端子を介して監視器内の回
路に接続されている。このタイプの感知器を本書におい
ては「３電極式感知器」と呼ぶこととする。このような
感知器では感知電極と基準電極との間の電位差を調節す
ることができ、例えば英国特許第1,101,101号、第1,38
5,210号、米国特許第3,776,832号、欧州特許第0,220,89
6A号に開示されているごとくこの２つの電極を直接ある
いは抵抗器を介して演算増幅器の入力端に接続すること
によってこれを行うものもある。
前記の諸引用特許に開示されている回路を添付の第１
図に示す。第１図に示すように、共通参照番号10で示す
感知器の構成要素として、電解質（硫酸）と、感知電極
12と、基準電極14と、カウンタ電極16があり、すべての
電極が電解質に接触している。感知電極12と基準電極14
は各々端子12a、14aを介して演算増幅器18に入力端に接
続されており、演算増幅器18の出力端は端子16aを介し
てカウンタ電極16に接続されている。感知電極12と、感
知電極12が接続されている演算増幅器18の入力端との間
に抵抗基準電極20が入っている。感知電極12は監視すべ
き大気に接触しており、検査対象たるガスが大気中に含
まれていれば、当該ガスの電気化学反応によって感知電
極12が変極（depolarize）され、その電位が変化し、感
知電極12と基準電極14との間に電位不平衡が生じ、した
がって演算増幅器18の入力端間に電位不平衡が生じる。
演算増幅器18の入力端間に電位差が生じれば演算増幅器
18の出力端からカウンタ電極16へ電流が供給され、その
結果感知器10のカウンタ電極16と感知電極12との間に電
流が流れる（ただし基準電極14と感知電極12との間には
電流はほとんど流れない）。大気中のガス量を直接表示
するこの電流を、例えば演算増幅器18の出力端とカウン
タ電極16との間に抵抗器を入れ、同抵抗器における電圧
降下を測定することによって知ることができる（米国特
許第3,776,832号）。又別法として、線22に接続した電
流フォロワ（current folower）でこの電流を測定した
り、線22とアースあるいは他の不変電位との間に入れた
抵抗器における電位差を測定することによってこの電流
を知ることも可能である（欧州特許第0,220,896号参
照）。あるいは、抵抗器20における電圧降下を測定する
ことによってこの電流を知ることも可能である（英国特
許第1,101,101号参照）。一方、感知電極12と演算増幅
器18との間に入っている抵抗器20は感知器の応答時間を
遅くし、それによって感知電極の電子ノイズと電位変動
がシャットアウトされる。抵抗器20の抵抗値は一般的に
０〜500オームである。
図に示す。第１図に示すように、共通参照番号10で示す
感知器の構成要素として、電解質（硫酸）と、感知電極
12と、基準電極14と、カウンタ電極16があり、すべての
電極が電解質に接触している。感知電極12と基準電極14
は各々端子12a、14aを介して演算増幅器18に入力端に接
続されており、演算増幅器18の出力端は端子16aを介し
てカウンタ電極16に接続されている。感知電極12と、感
知電極12が接続されている演算増幅器18の入力端との間
に抵抗基準電極20が入っている。感知電極12は監視すべ
き大気に接触しており、検査対象たるガスが大気中に含
まれていれば、当該ガスの電気化学反応によって感知電
極12が変極（depolarize）され、その電位が変化し、感
知電極12と基準電極14との間に電位不平衡が生じ、した
がって演算増幅器18の入力端間に電位不平衡が生じる。
演算増幅器18の入力端間に電位差が生じれば演算増幅器
18の出力端からカウンタ電極16へ電流が供給され、その
結果感知器10のカウンタ電極16と感知電極12との間に電
流が流れる（ただし基準電極14と感知電極12との間には
電流はほとんど流れない）。大気中のガス量を直接表示
するこの電流を、例えば演算増幅器18の出力端とカウン
タ電極16との間に抵抗器を入れ、同抵抗器における電圧
降下を測定することによって知ることができる（米国特
許第3,776,832号）。又別法として、線22に接続した電
流フォロワ（current folower）でこの電流を測定した
り、線22とアースあるいは他の不変電位との間に入れた
抵抗器における電位差を測定することによってこの電流
を知ることも可能である（欧州特許第0,220,896号参
照）。あるいは、抵抗器20における電圧降下を測定する
ことによってこの電流を知ることも可能である（英国特
許第1,101,101号参照）。一方、感知電極12と演算増幅
器18との間に入っている抵抗器20は感知器の応答時間を
遅くし、それによって感知電極の電子ノイズと電位変動
がシャットアウトされる。抵抗器20の抵抗値は一般的に
０〜500オームである。
演算増幅器18はオフセットヌル電位差計（offset nul
l potentiometer）19をもっており、これは一般的に、
演算増幅器18の２つの入力端の間に電位差がない場合を
除いて、演算増幅器18によってその出力端から電流を供
給するようにセットされている。ただし、演算増幅器18
の入力端間にオフセット電圧（offset voltage）が生じ
るようにセットすることもでき、その場合は演算増幅器
18の入力端間の電位差が特定の非ゼロ値（オフセット電
圧）の場合を除いて、演算増幅器18によってその出力端
から電流が供給される。オフセット電圧がセットされる
と、演算増幅器18の入力端間にオフセット電圧に等しい
電位差が生じるまで演算増幅器18はその出力端から電流
を供給し、そして、このことが起こると、感知電極12と
電極をとりまく電解質との間に電位差があることにな
る。電極と異なった電位である電極をとりまく電解質の
存在は「ダブルレイヤ−（double layer）」と呼ばれ、
キャパシタの働きをする。オフセットヌル電位差計19は
一般的に演算増幅器18のオフセット電圧をほぼゼロにす
るようにセットされ、したがって、監視器の電源を投入
するとき基準電極14と感知電極12との間の電圧差はな
い。このため監視器の電源が最初に投入されるときに擬
似検知を示してしまうような「ダブルレイヤー」の充電
はない。検知すべきガス以外に監視対象の大気中に存在
している可能性があるガス（とくに水素ガス）に対する
感応（cross−sensitivity）を最少限度に抑えるため
に、感知電極12と基準電極14との間に十分なオフセット
電圧を維持するように設計されている監視器もある。し
かし、感知電極12と基準電極14との間に大きなオフセッ
トを設定すれば、監視器を電源投入したときに感知器が
定常状態に達するまでに２日を要し、この期間中は正確
な数値を読み取ることができず、したがってこの難点を
回避しようとすれば恒常的に監視器の電源を投入してお
かなければならない。
l potentiometer）19をもっており、これは一般的に、
演算増幅器18の２つの入力端の間に電位差がない場合を
除いて、演算増幅器18によってその出力端から電流を供
給するようにセットされている。ただし、演算増幅器18
の入力端間にオフセット電圧（offset voltage）が生じ
るようにセットすることもでき、その場合は演算増幅器
18の入力端間の電位差が特定の非ゼロ値（オフセット電
圧）の場合を除いて、演算増幅器18によってその出力端
から電流が供給される。オフセット電圧がセットされる
と、演算増幅器18の入力端間にオフセット電圧に等しい
電位差が生じるまで演算増幅器18はその出力端から電流
を供給し、そして、このことが起こると、感知電極12と
電極をとりまく電解質との間に電位差があることにな
る。電極と異なった電位である電極をとりまく電解質の
存在は「ダブルレイヤ−（double layer）」と呼ばれ、
キャパシタの働きをする。オフセットヌル電位差計19は
一般的に演算増幅器18のオフセット電圧をほぼゼロにす
るようにセットされ、したがって、監視器の電源を投入
するとき基準電極14と感知電極12との間の電圧差はな
い。このため監視器の電源が最初に投入されるときに擬
似検知を示してしまうような「ダブルレイヤー」の充電
はない。検知すべきガス以外に監視対象の大気中に存在
している可能性があるガス（とくに水素ガス）に対する
感応（cross−sensitivity）を最少限度に抑えるため
に、感知電極12と基準電極14との間に十分なオフセット
電圧を維持するように設計されている監視器もある。し
かし、感知電極12と基準電極14との間に大きなオフセッ
トを設定すれば、監視器を電源投入したときに感知器が
定常状態に達するまでに２日を要し、この期間中は正確
な数値を読み取ることができず、したがってこの難点を
回避しようとすれば恒常的に監視器の電源を投入してお
かなければならない。
交換自在コンポーネントである感知器10を監視器に正
しく装着しなければ、例えば感知器10の電極端子を監視
器の相手端子に正しく接触させなければ、大気中に検知
すべきガスが存在していても監視器の読みはゼロを表示
し、そのため使用者は大気中に監視対象ガスが存在して
いないと判断してしまう。監視器は、一酸化炭素などの
有害ガスを検知し得る故にこのことは危険である。した
がってこの回路は「フェイル セーフ」回路ではない。
感知器10の電解質が蒸発し、感知器10が固化し、通電し
なくなるという難点もある。この場合もやはり監視対象
ガスが大気中に含まれていても監視器の読みはゼロを表
示する。
しく装着しなければ、例えば感知器10の電極端子を監視
器の相手端子に正しく接触させなければ、大気中に検知
すべきガスが存在していても監視器の読みはゼロを表示
し、そのため使用者は大気中に監視対象ガスが存在して
いないと判断してしまう。監視器は、一酸化炭素などの
有害ガスを検知し得る故にこのことは危険である。した
がってこの回路は「フェイル セーフ」回路ではない。
感知器10の電解質が蒸発し、感知器10が固化し、通電し
なくなるという難点もある。この場合もやはり監視対象
ガスが大気中に含まれていても監視器の読みはゼロを表
示する。
電位差滴定器（potentiometric titration apparatu
s）のカウンタ電極と感知電極との間の抵抗値を測定す
ることによっで、電位差滴定器のpH基準（カウンタ）電
極が正常に機能しているか否かをチェックするシステム
がCH−636 447に開示されている。電位差滴定器のカウ
ンタ電極と感知電極との間に交流を通過させ、通過させ
た電流を整流（rectify）し、同じ交流を不変抵抗器を
通過させ、通過させた電流を整流し、この２つの整流ず
み電流どうしを減算し合って１つの信号を生成し、感知
電極とカウンタ電極との間の抵抗値が不変抵抗器の抵抗
値よりもはるかに高いかまたははるかに低いことを該信
号が表示しておれば滴定を停止する。しかし、このCH−
636 447に開示されているシステムは、適用技術分野が
本発明のそれと異なっており（CH−636 447に開示され
ているシステムにおいては感知パラメータとして電位を
用いるのに対し本発明のシステムにおいては感知パラメ
ータとして電流を用いる）、また構造が複雑であり、し
たがって製造コストが高い。
s）のカウンタ電極と感知電極との間の抵抗値を測定す
ることによっで、電位差滴定器のpH基準（カウンタ）電
極が正常に機能しているか否かをチェックするシステム
がCH−636 447に開示されている。電位差滴定器のカウ
ンタ電極と感知電極との間に交流を通過させ、通過させ
た電流を整流（rectify）し、同じ交流を不変抵抗器を
通過させ、通過させた電流を整流し、この２つの整流ず
み電流どうしを減算し合って１つの信号を生成し、感知
電極とカウンタ電極との間の抵抗値が不変抵抗器の抵抗
値よりもはるかに高いかまたははるかに低いことを該信
号が表示しておれば滴定を停止する。しかし、このCH−
636 447に開示されているシステムは、適用技術分野が
本発明のそれと異なっており（CH−636 447に開示され
ているシステムにおいては感知パラメータとして電位を
用いるのに対し本発明のシステムにおいては感知パラメ
ータとして電流を用いる）、また構造が複雑であり、し
たがって製造コストが高い。
塩水電解質を用い、電解質を分解させる電位パルスを
感知器の電極間に印加することによって電気化学式ガス
感知器の機能をチェックするシステムがEP ０ 039 5
49に開示されている。感知器を通過する電流が変化すれ
ば感知器が正常に機能していることになる。電解質の電
気分解によってガスが生じるが、このことは密閉式ガス
感知器の難点であり、感知器の機能に影響を及ぼし、感
知器内に圧力が発生し、漏洩が生じる。本発明のシステ
ムにおいてはこれらのような難点が解消されている。
感知器の電極間に印加することによって電気化学式ガス
感知器の機能をチェックするシステムがEP ０ 039 5
49に開示されている。感知器を通過する電流が変化すれ
ば感知器が正常に機能していることになる。電解質の電
気分解によってガスが生じるが、このことは密閉式ガス
感知器の難点であり、感知器の機能に影響を及ぼし、感
知器内に圧力が発生し、漏洩が生じる。本発明のシステ
ムにおいてはこれらのような難点が解消されている。
発明の開示 本発明は、３電極式感知器の感知電極部のダブルレイ
ヤー部の電位は、ダブルレイヤー容量が大きく、回路の
他の部分の抵抗が大きい故に瞬時的に変化し得ないとい
う基本的考え方に立脚している。基準電極と感知電極と
の間の電位が変化すれば、二重層が新たな電位に充電さ
れるまで電流が流れ、この電流を検知し、感知器が正常
に機能していることを確認することができる。感知器が
正常に機能していなければ、あるいは存在していなけれ
ば、印加される電位によって電流が減少し、あるいはゼ
ロになり、この低減電流あるいはゼロ電流を用いて感知
器が正常に機能していないことを知らせる警報を発する
ことができる。本発明の１つの特徴として、電位を短時
間だけ印加するものであれば、印加電圧を非常に短時間
（msの数分の１）の間取り去ればダブルレイヤーがその
動作電位に戻り、感知器の正常機能が続行され、感知器
が大気を監視しない時間が最少限度に抑えられる。必ず
しもダブルレイヤーを完全充電させる必要はなく、ダブ
ルレイヤーを半充電させるほうが好適の場合もある。
ヤー部の電位は、ダブルレイヤー容量が大きく、回路の
他の部分の抵抗が大きい故に瞬時的に変化し得ないとい
う基本的考え方に立脚している。基準電極と感知電極と
の間の電位が変化すれば、二重層が新たな電位に充電さ
れるまで電流が流れ、この電流を検知し、感知器が正常
に機能していることを確認することができる。感知器が
正常に機能していなければ、あるいは存在していなけれ
ば、印加される電位によって電流が減少し、あるいはゼ
ロになり、この低減電流あるいはゼロ電流を用いて感知
器が正常に機能していないことを知らせる警報を発する
ことができる。本発明の１つの特徴として、電位を短時
間だけ印加するものであれば、印加電圧を非常に短時間
（msの数分の１）の間取り去ればダブルレイヤーがその
動作電位に戻り、感知器の正常機能が続行され、感知器
が大気を監視しない時間が最少限度に抑えられる。必ず
しもダブルレイヤーを完全充電させる必要はなく、ダブ
ルレイヤーを半充電させるほうが好適の場合もある。
本発明は、下記の諸要素を備えて成る、大気中の監視
対象ガスの存在を検知するガス監視器を提供するもので
ある。
対象ガスの存在を検知するガス監視器を提供するもので
ある。
電解質と、感知電極と、基準電極と、カウンタ電極と
から成っており、すべての電極が電解質に接触している
電流測定式電気化学ガス感知器。
から成っており、すべての電極が電解質に接触している
電流測定式電気化学ガス感知器。
大気中に監視対象ガスが存在していなければ感知電極
と基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持す
る手段。
と基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持す
る手段。
第１電位（又は平均電位）と異なり、感知器電解質を
電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分
な、パルスの第２電位を基準電極と感知電極との間に印
加する手段。
電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分
な、パルスの第２電位を基準電極と感知電極との間に印
加する手段。
該第２電位を印加したときに感知電極あるいはカウン
タ電極を流れる電流を検知する手段。
タ電極を流れる電流を検知する手段。
該電流が設定限界値を下回っていれば感知器が正常に
機能していないことを表示する手段。
機能していないことを表示する手段。
好適には、第１電位（又は平均電位）維持手段は、感
知電極と基準電極に直接接続されているまたは間接接続
されている２つの入力端と、カウンタ電極または感知電
極に接続されている１つの出力端を備えている演算増幅
器とする。好適には、第１電位（又は平均電位）はゼロ
とする。
知電極と基準電極に直接接続されているまたは間接接続
されている２つの入力端と、カウンタ電極または感知電
極に接続されている１つの出力端を備えている演算増幅
器とする。好適には、第１電位（又は平均電位）はゼロ
とする。
基準電極と感知電極との間に印加するパルスの第２電
位は以下のいずれかの方法によって印加することができ
る。
位は以下のいずれかの方法によって印加することができ
る。
（ａ） 演算増幅器の平衡を乱し、演算増幅器に短時間
だけ出力を発生させる。例えば演算増幅器のオフセット
ヌルを乱し、演算増幅器のオフセット電圧（または異な
るオフセット電圧）を発生させる。
だけ出力を発生させる。例えば演算増幅器のオフセット
ヌルを乱し、演算増幅器のオフセット電圧（または異な
るオフセット電圧）を発生させる。
（ｂ） 一般的には監視器の電源とする電圧供給源から
２つの電極に電圧を印加する。同電圧は、２つの電極の
間に連続的に印加する、または周期的に印加する短時間
パルス、または波動電圧（たとえば交流電圧）とするこ
とができる。電圧供給源から変動電圧を供給する場合
は、好適には変動周期を監視器（すなわち感知器を通過
する電流を測定し、大気中の監視対象ガスの量を表示す
る装置）の出力の応答時間よりも短くし、検知対象ガス
が存在していた場合に監視器の出力信号が印加電圧の影
響を受けないようにする。同じく好適には、変動周期を
第２電位の印加時点以降の生成電流を検知する装置の応
答時間よりも長くする。好適にはさらに、変動電圧を平
均化してゼロにし、検知対象ガスが存在している場合に
感知器の読みが、印加される変動電圧の影響を受けない
ようにする。後述のごとく、印加電圧を交流電圧または
他の波形の電圧とする場合に、感知電極と基準電極との
間に印加する該第１電位が印加電圧の平均電圧であり、
第２電位が交流電圧ピーク電圧またはトラフ（trougn谷
底）電圧である。
２つの電極に電圧を印加する。同電圧は、２つの電極の
間に連続的に印加する、または周期的に印加する短時間
パルス、または波動電圧（たとえば交流電圧）とするこ
とができる。電圧供給源から変動電圧を供給する場合
は、好適には変動周期を監視器（すなわち感知器を通過
する電流を測定し、大気中の監視対象ガスの量を表示す
る装置）の出力の応答時間よりも短くし、検知対象ガス
が存在していた場合に監視器の出力信号が印加電圧の影
響を受けないようにする。同じく好適には、変動周期を
第２電位の印加時点以降の生成電流を検知する装置の応
答時間よりも長くする。好適にはさらに、変動電圧を平
均化してゼロにし、検知対象ガスが存在している場合に
感知器の読みが、印加される変動電圧の影響を受けない
ようにする。後述のごとく、印加電圧を交流電圧または
他の波形の電圧とする場合に、感知電極と基準電極との
間に印加する該第１電位が印加電圧の平均電圧であり、
第２電位が交流電圧ピーク電圧またはトラフ（trougn谷
底）電圧である。
本発明はまた、電解質と、感知電極と、基準電極と、
カウンタ電極とから成っており、すべての電極が電解質
に接触している電流測定式電気化学ガス感知器の機能を
検査する方法であって、下記の諸段階から成るところの
方法を提供するものである。
カウンタ電極とから成っており、すべての電極が電解質
に接触している電流測定式電気化学ガス感知器の機能を
検査する方法であって、下記の諸段階から成るところの
方法を提供するものである。
大気中に監視対象ガスが存在していなければ感知電極
と基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持す
る段階。
と基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持す
る段階。
第１電位（又は平均電位）と異なり、感知器の電解質
を電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分
な第２電位を基準電極と感知電極との間に印加する段
階。
を電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分
な第２電位を基準電極と感知電極との間に印加する段
階。
該第２電位を印加したときに感知電極あるいはカウン
タ電極を流れる電流を検知する段階。
タ電極を流れる電流を検知する段階。
該電流の設定限界値と比較する段階。
該電流が設定限界値を下回っていれば感知器が正常に
機能していないことを表示する段階。
機能していないことを表示する段階。
大気中に監視対象ガスが存在していないとき、すなわ
ち一般的にそうであるように感知器が定常状態になって
いるときに、基準電極と感知電極との間に第２電位を印
加すれば感知器に電流が流れ、同電流が感知電極部のダ
ブルレイヤーを充電する。ダブルレイヤーが充電されて
いるときは感知器と外部回路に大きな電流が流れるが、
ダブルレイヤーが充電されるのに伴ってこの電流は次第
に減衰していく。ダブルレイヤーの充電速度は監視器の
外部回路の抵抗値によって決まり、とくに感知電極と、
感知電極が接続されている演算増幅器の入力端との間の
抵抗値によって決まる。ダブルレイヤーの充電中に流れ
る電流は監視器内のコンポーネントによって比較的簡単
に検知することができる。このようなオフセット電流を
利用して感知器が正常に機能しているか否かを調べるシ
ステム／方法はまだ考案されていない。
ち一般的にそうであるように感知器が定常状態になって
いるときに、基準電極と感知電極との間に第２電位を印
加すれば感知器に電流が流れ、同電流が感知電極部のダ
ブルレイヤーを充電する。ダブルレイヤーが充電されて
いるときは感知器と外部回路に大きな電流が流れるが、
ダブルレイヤーが充電されるのに伴ってこの電流は次第
に減衰していく。ダブルレイヤーの充電速度は監視器の
外部回路の抵抗値によって決まり、とくに感知電極と、
感知電極が接続されている演算増幅器の入力端との間の
抵抗値によって決まる。ダブルレイヤーの充電中に流れ
る電流は監視器内のコンポーネントによって比較的簡単
に検知することができる。このようなオフセット電流を
利用して感知器が正常に機能しているか否かを調べるシ
ステム／方法はまだ考案されていない。
CH−636 447に開示されているシステムは感知電極と
基準電極との間の電解質の抵抗を測定するのに対して、
本発明の監視システムは、感知電極部のダブルレイヤー
の容量を測定する。
基準電極との間の電解質の抵抗を測定するのに対して、
本発明の監視システムは、感知電極部のダブルレイヤー
の容量を測定する。
図面の簡単な説明 以下、添付図を参照しつつ本発明の内容について詳述
することとする。
することとする。
第１図は、従来の技術によるガス監視器の回路図であ
る。
る。
第２図は、本発明によるガス監視器の回路図である。
発明を実施するための最良の形態 第１〜７図において、同コンポーネントは同番号で示
すこととする。
すこととする。
第２図に示す回路は次の２つの点が第１図に示す回路
と異なっている。第１の相違点として、感知器10を通過
する電流を不変電圧線26と別の線28との間に入っている
高抵抗値抵抗器24部分において高インピーダンス電位差
計30で検知する（この回路の作動原理については欧州特
許第0,220,896Aを参照）。演算増幅器18の入力端間のイ
ンピーダンスが大きく、電位差計30が高インピーダンス
である故に抵抗器24を通過する電流と感知器10を通過す
る電流は同じである。抵抗器24の抵抗値を大きくすれば
（例えば10キロオーム）、抵抗器24における電圧降下が
大きくなり、この電圧降下を増幅することなく直に用い
て出力器（電圧計、ディスプレイ器など）を駆動するこ
とができる。
と異なっている。第１の相違点として、感知器10を通過
する電流を不変電圧線26と別の線28との間に入っている
高抵抗値抵抗器24部分において高インピーダンス電位差
計30で検知する（この回路の作動原理については欧州特
許第0,220,896Aを参照）。演算増幅器18の入力端間のイ
ンピーダンスが大きく、電位差計30が高インピーダンス
である故に抵抗器24を通過する電流と感知器10を通過す
る電流は同じである。抵抗器24の抵抗値を大きくすれば
（例えば10キロオーム）、抵抗器24における電圧降下が
大きくなり、この電圧降下を増幅することなく直に用い
て出力器（電圧計、ディスプレイ器など）を駆動するこ
とができる。
第２の相違点として、トランジスタ34を介してオフセ
ットヌル電位差計19が接地線32に接続されている。トラ
ンジスタ34は平常不導通であるが、制御線35を介してパ
ルスか供給されればトランジスタが導通し、オフセット
ヌル電位差計19が接地線32に接続され、オフセットヌル
がアップセット（upset）され、演算増幅器18が駆動
し、演算増幅器18が発生する出力電流が感知器を通過
し、抵抗器20、21を通過し、そしてダブルレイヤーを充
電し、感知電極12と基準電極14との間に電位差が生じ
る。感知器10の検査中であればスイッチ30aを介して電
位差計30に接続されている警報器33がこの電流を検知す
る。図示しない手段によってスイッチ30aを投入すれ
ば、これにより監視器の検査時間中、すなわち制御線35
を介してトランジスタ34にパルスを供給している間、電
位差計30を警報器33に接続し続ける。または図示のよう
に、スイッチ30aで電位差計を出力装置31に接続する
と、電位差計30から警報器33へ供給される電流が設定限
界値を下回っていれば、警報器33が感知器が正常に機能
していないことを知らせる視覚警報信号及び／又は聴覚
警報信号を発生する。
ットヌル電位差計19が接地線32に接続されている。トラ
ンジスタ34は平常不導通であるが、制御線35を介してパ
ルスか供給されればトランジスタが導通し、オフセット
ヌル電位差計19が接地線32に接続され、オフセットヌル
がアップセット（upset）され、演算増幅器18が駆動
し、演算増幅器18が発生する出力電流が感知器を通過
し、抵抗器20、21を通過し、そしてダブルレイヤーを充
電し、感知電極12と基準電極14との間に電位差が生じ
る。感知器10の検査中であればスイッチ30aを介して電
位差計30に接続されている警報器33がこの電流を検知す
る。図示しない手段によってスイッチ30aを投入すれ
ば、これにより監視器の検査時間中、すなわち制御線35
を介してトランジスタ34にパルスを供給している間、電
位差計30を警報器33に接続し続ける。または図示のよう
に、スイッチ30aで電位差計を出力装置31に接続する
と、電位差計30から警報器33へ供給される電流が設定限
界値を下回っていれば、警報器33が感知器が正常に機能
していないことを知らせる視覚警報信号及び／又は聴覚
警報信号を発生する。
トランジスタ34に代えて電界効果トランジスタ、集積
回路、リレーなどの切換え器を用いてオフセットヌル電
位差計19を接地線32に接続することも考えられる。
回路、リレーなどの切換え器を用いてオフセットヌル電
位差計19を接地線32に接続することも考えられる。
感知器が端子12a、14a、16aに正しく接続されていな
かったり、検知器の電解質が蒸発して感知器が正常に機
能しなくなっていたりすれば、オフセットヌルがアップ
セットされて演算増幅器18から出力電流が発生してもこ
の部分で電流がゼロになり、あるいは減少し、警報器33
が働く。感知器10の３つの端子がすべて正しく接続され
ていなければ感知器10には電流が流れないためである。
かったり、検知器の電解質が蒸発して感知器が正常に機
能しなくなっていたりすれば、オフセットヌルがアップ
セットされて演算増幅器18から出力電流が発生してもこ
の部分で電流がゼロになり、あるいは減少し、警報器33
が働く。感知器10の３つの端子がすべて正しく接続され
ていなければ感知器10には電流が流れないためである。
監視器の電源を最初に投入したときに、あるいは監視
器の作動中に周期的にトランジスタの制御線35ヘパルス
を送ることができる。このパルスの持続時間は、オフセ
ットヌルのアップセットによって生じる電流を警報器33
が記録し得る十分な長さとするが、監視器を検査する時
間（すなわち大気を監視してない時間）を可能な限り短
くするように設定しなければならない。本件発明者はパ
ルス持続時間は１〜10msとすればよいことを確認した。
感知器10及び監視器外部回路部を流れる電流と、大気中
に検知すべきガスが存在していることによって生じる電
流とを区別することはできない故に、監視器を検査モー
ドにし、監視器の出力装置31（ディスプレイ、電圧計、
警報器など）を切り離しているときにトランジスタ34へ
パルスを供給することが望ましい。そうすれば出力器が
擬似検知を表示する恐れがない。先述のごとく、検査時
は電位差計30がスイッチ30aを介して警報器33に接続さ
れている。
器の作動中に周期的にトランジスタの制御線35ヘパルス
を送ることができる。このパルスの持続時間は、オフセ
ットヌルのアップセットによって生じる電流を警報器33
が記録し得る十分な長さとするが、監視器を検査する時
間（すなわち大気を監視してない時間）を可能な限り短
くするように設定しなければならない。本件発明者はパ
ルス持続時間は１〜10msとすればよいことを確認した。
感知器10及び監視器外部回路部を流れる電流と、大気中
に検知すべきガスが存在していることによって生じる電
流とを区別することはできない故に、監視器を検査モー
ドにし、監視器の出力装置31（ディスプレイ、電圧計、
警報器など）を切り離しているときにトランジスタ34へ
パルスを供給することが望ましい。そうすれば出力器が
擬似検知を表示する恐れがない。先述のごとく、検査時
は電位差計30がスイッチ30aを介して警報器33に接続さ
れている。
監視している大気に変極ガス（depolarizing gas）が
含まれているために感知器10に電流が流れても、変極ガ
スの存在またはオフセットヌルのアップセットによって
生じる電流が検知されれば感知器が正常に機能している
ことが表示される故に、該電流が検査ルーチンに影響を
及ぼすことはない。
含まれているために感知器10に電流が流れても、変極ガ
スの存在またはオフセットヌルのアップセットによって
生じる電流が検知されれば感知器が正常に機能している
ことが表示される故に、該電流が検査ルーチンに影響を
及ぼすことはない。
監査ルーチンが完了すれば、スイッチ30aによって出
力装置31を電位差計30に再接続することによって、監視
器を元の平常動作モードに復元させる。通常の検査時間
は約1msであり、監視器のダウンタイム（down−time）
は無視できるほど短い。
力装置31を電位差計30に再接続することによって、監視
器を元の平常動作モードに復元させる。通常の検査時間
は約1msであり、監視器のダウンタイム（down−time）
は無視できるほど短い。
本発明の監視器は、平常動作状態モードから検査モー
ドへ必ずしも切り換える必要はない。第３図に示す回路
においては、方形波パルス発生器35（方形波パルス以外
の任意の適切な波形のパルスを使用することも可能であ
る）が感知電極12と基準電極14との間の振動電圧（osci
llating voltage）を重ね合わせ（superimpose）、それ
に応じて振動電流（oscillating current）が感知器10
を流れ、電位差計30がこの電流を検知する。振動電位に
起因している流れる電流の平均がゼロであれば、出力装
置31が記録する正味出力は方形波パルス発生器35で重ね
合わされた電圧の影響を受けない。振動電位の各サイク
ルの持続時間を出力装置31の応答時間よりも短くする
か、またはスイッチ30aと出力装置31との間に適切なフ
ィルタまたはバッファを入れて出力装置31の応答時間を
短くすることによって電位差計30から出力装置31へ送ら
れる信号の瞬時変動をなくすことができる。方形波パル
ス発生器36と感知電極12との間に入っている追加抵抗器
38に振動電圧が印加される。交流の少なくとも１サイク
ル分に相当する時間の間電流が流れていないことを電位
差計30が表示すれば警報器33が働く。警報器33の応答時
間は、方形波パルス発生器36の振動電位に起因する抵抗
器20部分の電位の変動を記録し得るような早さとしなけ
ればならないことは明白である。
ドへ必ずしも切り換える必要はない。第３図に示す回路
においては、方形波パルス発生器35（方形波パルス以外
の任意の適切な波形のパルスを使用することも可能であ
る）が感知電極12と基準電極14との間の振動電圧（osci
llating voltage）を重ね合わせ（superimpose）、それ
に応じて振動電流（oscillating current）が感知器10
を流れ、電位差計30がこの電流を検知する。振動電位に
起因している流れる電流の平均がゼロであれば、出力装
置31が記録する正味出力は方形波パルス発生器35で重ね
合わされた電圧の影響を受けない。振動電位の各サイク
ルの持続時間を出力装置31の応答時間よりも短くする
か、またはスイッチ30aと出力装置31との間に適切なフ
ィルタまたはバッファを入れて出力装置31の応答時間を
短くすることによって電位差計30から出力装置31へ送ら
れる信号の瞬時変動をなくすことができる。方形波パル
ス発生器36と感知電極12との間に入っている追加抵抗器
38に振動電圧が印加される。交流の少なくとも１サイク
ル分に相当する時間の間電流が流れていないことを電位
差計30が表示すれば警報器33が働く。警報器33の応答時
間は、方形波パルス発生器36の振動電位に起因する抵抗
器20部分の電位の変動を記録し得るような早さとしなけ
ればならないことは明白である。
第２図に示す回路の場合のごとくオフセットヌル端子
を介して増幅器18の平衡をアップセットすることによっ
て基準電極14と感知電極12との間に電位を設定するので
はなく、増幅器18の一方の入力端に信号を加えることに
よって演算増幅器18の平衡をアップセットすることも可
能である。すなわち、第４図に示す回路において、基準
電極14と演算増幅器18との間にバッファ増幅器40を入
れ、バッファ増幅器40のオフセットヌル電位差計42を接
地線32に接続する。トランジスタ34の制御線35を介して
パルスが送られてトランジスタ34が導通すればバッファ
増幅器40のオフセットヌルがアップセットされ、バッフ
ァ増幅器40の出力端から演算増幅器18の一方の入力端へ
電流が送られ、演算増幅器18の出力端からカウンタ電極
16へ電流が送られ、感知器が正常に機能していれば感知
器10に電流が流れ、警報器33がこの電流を検知する。電
位差計30から警報器33へ送られる電流が設定限界値を下
回っていれば警報器33が警報を発生する。
を介して増幅器18の平衡をアップセットすることによっ
て基準電極14と感知電極12との間に電位を設定するので
はなく、増幅器18の一方の入力端に信号を加えることに
よって演算増幅器18の平衡をアップセットすることも可
能である。すなわち、第４図に示す回路において、基準
電極14と演算増幅器18との間にバッファ増幅器40を入
れ、バッファ増幅器40のオフセットヌル電位差計42を接
地線32に接続する。トランジスタ34の制御線35を介して
パルスが送られてトランジスタ34が導通すればバッファ
増幅器40のオフセットヌルがアップセットされ、バッフ
ァ増幅器40の出力端から演算増幅器18の一方の入力端へ
電流が送られ、演算増幅器18の出力端からカウンタ電極
16へ電流が送られ、感知器が正常に機能していれば感知
器10に電流が流れ、警報器33がこの電流を検知する。電
位差計30から警報器33へ送られる電流が設定限界値を下
回っていれば警報器33が警報を発生する。
第５図に示す回路においては、感知器10を流れる電流
を演算増幅器18の出力端とカウンタ電極16との間に入っ
ている抵抗器44における電圧降下として検知する。
を演算増幅器18の出力端とカウンタ電極16との間に入っ
ている抵抗器44における電圧降下として検知する。
第６図に示す回路は、演算増幅器18の出力端が感知電
極12に接続されており、抵抗器24がカウンタ電極16に接
続されていること以外は第２図に示す回路と同じであ
る。
極12に接続されており、抵抗器24がカウンタ電極16に接
続されていること以外は第２図に示す回路と同じであ
る。
第７図に示す回路は、オフセットヌル電位差計19が接
地線32ではなく監視器の正電圧線40に接続されているこ
と以外は第２図に示す回路と同じである。
地線32ではなく監視器の正電圧線40に接続されているこ
と以外は第２図に示す回路と同じである。
監視器内のマイクロプロセッサで検査ルーチンを開始
することもできるが、その場合は周期的に開始する検査
ルーチンによって感知器電流を常時監視することがで
き、また、アイクロプロセッサが出力装置31ならびに警
報器33を制御する故にスイッチ30aが不要になる。
することもできるが、その場合は周期的に開始する検査
ルーチンによって感知器電流を常時監視することがで
き、また、アイクロプロセッサが出力装置31ならびに警
報器33を制御する故にスイッチ30aが不要になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/26 391
Claims (11)
- 【請求項１】下記の諸要素を備えて成る、大気中の監視
対象ガスの存在を検知するガス監視器。 電解質と、感知電極と、基準電極と、カウンタ電極とか
ら成っており、すべての電極が電解質に接触している電
流測定式電気化学ガス感知器。 大気中に監視対象ガスが存在していなければ感知電極と
基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持する
手段。 第１電位（又は平均電位）と異なり、感知器の電解質を
電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分な
第２電位をピーク電位とする、少なくとも１つのパルス
電位あるいは波動電位を基準電極と感知電極との間に印
加する手段。 該第２電位を印加したときに感知電極あるいはカウンタ
電極を流れる電流を検知する手段。 該電流が設定限界値を下回っていれば、感知器が正常に
機能していないことを表示する手段。 - 【請求項２】第１電位（又は平均電位）がゼロである、
請求の範囲第１項に記載のガス監視器。 - 【請求項３】第１電位（又は平均電位）維持手段が、感
知電極と基準電極とに直接接続されている又は間接接続
されている２つの入力端と、カウンタ電極または感知電
極に接続されている１つの出力端とを備えている演算増
幅器である、請求の範囲第１項に記載のガス監視器。 - 【請求項４】演算増幅器の平衡が乱されることによって
基準電極と感知電極との間に第２電位が印加される、請
求の範囲第３項に記載のガス監視器。 - 【請求項５】演算増幅器にオフセットヌルがあり、オフ
セットヌルが乱されることによって演算増幅器の平衡が
乱され、演算増幅器がオフセット電圧（または異なるオ
フセット電圧）を生成する、請求の範囲第４項に記載の
ガス監視器。 - 【請求項６】演算増幅器の入力端に信号が加えられるこ
とによって演算増幅器の平衡が乱される、請求の範囲第
４項に記載のガス監視器。 - 【請求項７】独立した電圧供給源から基準電極と感知電
極との間の第２電位が印加される、請求の範囲第１項に
記載のガス監視器。 - 【請求項８】第２電位が感知電極と基準電極との間に連
続的にまたは周期的に印加される波動電圧として、また
は短時間パルスとして印加される、請求の範囲第７項に
記載のガス監視器。 - 【請求項９】独立電源が変動電圧を供給し、ガス感知器
を通過する電流を測定して大気中の検査対象ガスの量を
表示する出力信号を発生する出力手段が備えられてお
り、該独立電源が供給する変動電圧の周期が監視用出力
の応答時間よりも短いため、検査対象ガスが存在してい
ない場合には、印加される変動電圧の影響を出力手段の
出力信号が受けない、請求の範囲第８項に記載のガス監
視器。 - 【請求項１０】変動電圧が平均化されてゼロになり、検
査対象ガスが存在していないときに感知器を流れる平均
電流がほぼゼロである、請求の範囲第９項に記載のガス
監視器。 - 【請求項１１】電解質と、感知電極と、基準電極と、カ
ウンタ電極とから成っており、すべての電極が電解質に
接触している電流測定式電気化学ガス感知器の機能を検
査する方法であって、下記の諸段階から成るところの方
法。 大気中に監視対象ガスが存在していなければ感知電極と
基準電極との間に第１電位（又は平均電位）を維持する
段階。 第１電位（又は平均電位）と異なり、感知器の電解質を
電気分解させる電位を感知器内に発生するには不十分な
第２電位をピーク電位とする、少なくとも１つのパルス
電位あるいは変動電位を基準電極と感知電極との間に印
加する段階。 該第２電位を印加したときに感知電極あるいはカウンタ
電極を流れる電流を検知する段階。 該電流を設定限界値と比較する段階。 該電流が設定限界値を下回っていれば感知器が正常に機
能していないことを指示する段階。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB898907564A GB8907564D0 (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Fault detection in electrochemical gas sensing equipment |
| GB8907564.2 | 1989-04-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04504307A JPH04504307A (ja) | 1992-07-30 |
| JP2951721B2 true JP2951721B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=10654432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2505192A Expired - Lifetime JP2951721B2 (ja) | 1989-04-04 | 1990-04-04 | 電気化学式ガス感知器不具合検知器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5202637A (ja) |
| EP (1) | EP0467902B1 (ja) |
| JP (1) | JP2951721B2 (ja) |
| CA (1) | CA2051099C (ja) |
| DE (1) | DE69023129T2 (ja) |
| GB (1) | GB8907564D0 (ja) |
| WO (1) | WO1990012315A1 (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1246641B (it) * | 1991-04-09 | 1994-11-24 | G P B Beghelli S R L Ora Begne | Sistema circuitale di autocontrollo e diagnosi di dispositivi atti al rilevamento di gas tossici e/o nocivi e/o esplosivi. |
| US5423963A (en) * | 1992-09-30 | 1995-06-13 | The Foxboro Company | Fouling compensation in an oxygen analyzer |
| DE4318891A1 (de) * | 1993-06-07 | 1994-12-08 | Mannesmann Ag | Elektrochemisches Gasspurenmeßsystem mit Funktionskontrolle |
| DE4401570A1 (de) * | 1994-01-20 | 1995-07-27 | Rwe Energie Ag | Einrichtung für die Messung von Zustandsgrößen in Gasen mit zumindest einem Halbleiter-Gassensor |
| GB9406109D0 (en) * | 1994-03-28 | 1994-05-18 | Neotronics Ltd | Electrochemical sensor |
| DE4445947C2 (de) * | 1994-12-22 | 1998-03-12 | Draegerwerk Ag | Verfahren zur Erkennung von Fehlerquellen bei amperometrischen Meßzellen |
| DE19510574C1 (de) * | 1995-03-23 | 1996-06-05 | Testo Gmbh & Co | Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrochemischen Gassensors |
| US5667651A (en) * | 1995-07-13 | 1997-09-16 | Bryan; Avron | Apparatus and associated method for reducing an undesired constituent of gas associated with wastewater and having sensor fault detection |
| GB9523963D0 (en) * | 1995-11-23 | 1996-01-24 | City Tech | Electrochemical gas sensor |
| DE69631142T2 (de) * | 1996-10-29 | 2004-06-03 | Zellweger Analytics Ltd., Poole | Zustandsüberwachung eines Gasdetektors |
| US6098523A (en) * | 1997-07-10 | 2000-08-08 | Draeger Safety, Inc. | Testing apparatus for gas sensors |
| DE19739317A1 (de) * | 1997-09-08 | 1999-03-11 | Conducta Endress & Hauser | Elektrische Schaltung für einen elektrochemischen Sensor |
| DE19743979A1 (de) * | 1997-10-06 | 1999-04-08 | Conducta Endress & Hauser | Verfahren zum Betreiben eines elektrochemischen Sensors sowie elektrische Schaltung für einen elektrochemischen Sensor |
| US6096186A (en) * | 1998-08-18 | 2000-08-01 | Industrial Scientific Corporation | Method for determining exhaustion of an electrochemical gas sensor |
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