JP3177089B2 - センサ素子リフレッシュ方法およびそのリフレッシュ機能を有する排ガス分析装置 - Google Patents

センサ素子リフレッシュ方法およびそのリフレッシュ機能を有する排ガス分析装置

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JP3177089B2
JP3177089B2 JP06317794A JP6317794A JP3177089B2 JP 3177089 B2 JP3177089 B2 JP 3177089B2 JP 06317794 A JP06317794 A JP 06317794A JP 6317794 A JP6317794 A JP 6317794A JP 3177089 B2 JP3177089 B2 JP 3177089B2
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、煙道内の燃焼排ガス等
の被測定ガス中の成分ガス濃度を測定するのに使用され
る排ガス分析装置におけるセンサ素子表面の付着物質を
除去するセンサ素子のリフレッシュ方法およびリフレッ
シュ機能を有する排ガス分析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、煙道内の燃焼排ガス等の被測
定ガス中の成分ガス濃度を測定するのに使用される装置
として、少なくともセンサ素子を有する排ガス分析装置
が知られている。この排ガス分析装置に使用されるセン
サ素子としては、半導体式ガスセンサ、接触燃焼式ガス
センサ、固体電解質ガスセンサ等が知られている。
【0003】そして、これらのセンサ素子で、被測定ガ
スのセンサ素子表面への吸着によるセンサ素子抵抗変化
(半導体式ガスセンサ)や、被測定ガスのセンサ素子表
面での化学反応熱によるセンサ素子抵抗変化(接触燃焼
式ガスセンサ)や、センサ素子の起電力変化(固体電解
質ガスセンサ)を検出することにより、被測定ガス中の
成分ガス濃度を換算して求めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の排ガス
分析装置における測定では、被測定ガス中の硫黄化合
物、ダスト、炭化水素等がセンサ素子表面上あるいは電
極上に不可逆的に吸着・付着したり化学反応を起こした
りするために、使用時間の経過とともにセンサ感度が低
下する問題があった。
【0005】上述した問題を解消するために、従来は、
頻繁にガス校正を実施したり、フィルタを設置する等の
対策を施しているが、これらの対策では、校正ガスボン
ベの交換周期が極端に短くなったり、フィルタで充分に
吸着物質を除去できなかったり、フィルタがすぐ詰まっ
たり、応答時間が遅くなったりするなどの更なる問題が
発生していた。
【0006】本発明の目的は上述した課題を解消して、
被測定ガス中の吸着物質により被毒されたセンサ素子表
面の付着物質を除去し、簡単にリフレッシュさせるセン
サ素子リフレッシュ方法およびこのリフレッシュ機能を
有する排ガス分析装置を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のセンサ素子リフ
レッシュ方法は、被測定ガスからセンサ素子を遮断した
状態で、センサ素子を有するセンサ素子部に、低温ガス
と高温ガスとを交互に導入することにより、または、セ
ンサ素子を有するセンサ素子部に、酸化ガス又は不活性
ガスと還元ガスとを交互に導入することにより、センサ
素子の温度を複数回上下させ、センサ素子表面の付着物
質を除去することを特徴とするものである。
【0008】また、本発明のリフレッシュ機能を有する
排ガス分析装置は、煙道内の燃焼排ガス等の被測定ガス
中の成分ガス濃度を測定するための、少なくともセンサ
素子を有する排ガス分析装置において、センサ素子を有
するセンサ素子部に、低温ガスと高温ガスとを交互に導
入することにより、または、センサ素子を有するセンサ
素子部に、酸化ガス又は不活性ガスと還元ガスとを交互
に導入することにより、センサ素子の温度を複数回上下
させる等のリフレッシュ方法により、センサ素子表面の
付着物質を除去するセンサ素子リフレッシュ手段を設け
たことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】上述した構成において、センサ素子の温度を複
数回上下させることで、その昇温過程で、センサ素子表
面に吸着・付着していた物質が、急激に熱エネルギーを
与えられることにより、燃焼等の化学反応を起こして脱
離していき、センサ素子表面がリフレッシュされること
になる。また、リフレッシュ中はセンサ素子にエア、窒
素ガス等の吸着物質を含まないガスを導入しているた
め、吸着物質がセンサ素子表面に吸着・付着することが
ない。そのため、非常に簡単にセンサ素子表面のリフレ
ッシュが可能となり、長期にわたって安定したセンサ特
性を得ることができる。
【0010】ここで、センサ素子の温度を複数回上下さ
せるとは、例えば被測定ガスの測定温度 (接触燃焼セン
サの場合、例えば300℃) を中心として±10℃の温
度範囲を、その温度範囲の上限と下限との間を10秒で
1往復する周期で、4〜5回温度を上下させることをい
う。なお、導入ガスを交互に切り替える場合の高温ガス
または還元ガスへの切り替え直後は、瞬間的に化学平衡
が吸熱方向すなわち吸着物質が脱離する方向に傾くた
め、より効果的なセンサ素子のリフレッシュを行うこと
ができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明のセンサ素子リフレッシュ方法
をCOセンサ素子を例にとって説明するための図であ
る。図1に示す例において、1はCOセンサブロック、
2はセンサブロック1内に設けたガス導入路、3はセン
サブロック1内に設けたガス導出路、4はCOセンサ、
5−1、5−2はガス導入路2およびガス導出路3の間
に設けられたCOセンサ4のCOセンサ素子、6−1、
6−2はセンサブロック1内に設けたヒータ、7はセン
サブロック1内に設けた熱電対、そして8はセンサリー
ド、9はヒータリード、10は熱電対リードである。
【0012】図1に示す構成のCOセンサ素子におい
て、本発明のCOセンサ素子への温度の急激な上下変化
は、ヒータ6−1、6−2にヒータリード9を介して外
部から供給されるヒータ電圧またはヒータ電流を変化さ
せることにより達成できる。また、COセンサ4にセン
サリード8を介して外部から供給される電圧または電流
を変化させることによっても達成できる。他の方法とし
ては、ガス導入路2からガス導出路3に向かって外部か
ら低温ガスと高温ガスとを交互に導入して、COセンサ
素子5−1、5−2と低温ガスまたは高温ガスとを接触
させることにより、さらには外部から酸化ガス又は不活
性ガスと還元ガスとを交互に導入して、COセンサ素子
5−1、5−2と酸化ガス又は不活性ガスと還元ガスと
を接触させることにより、COセンサ素子への温度の急
激な上下変化を達成できる。
【0013】上述した例のうち、温度変化をガスの切り
替えにより実施した場合は、供給電圧または供給電流を
変化させた場合と比較して、センサ素子表面の温度を急
激に変化させることができ、昇温時に瞬間的に化学平衡
が旧熱方向すなわち吸着物質が脱離する方向に傾くた
め、好ましい例である。なお、酸化ガスとしては、工場
エア、計装エア、大気エア等のエア、また、不活性ガス
は窒素ガス等を使用する。また、還元ガスとしては、酸
素を含んだ一酸化炭素等の可燃性ガスを使用する。
【0014】図2は本発明のリフレッシュ機能を有する
排ガス分析装置の一例を、半導体式NOxセンサをセン
サ素子として使用した排ガス分析装置を例にとって説明
するための図である。図2に示す例において、21は図
1に示す例と同様の構成のNOxセンサ、22は煙道2
3中の被測定ガスを導入する被測定ガス導入路、24は
測定に使用した被測定ガスを煙道23へ戻す被測定ガス
排出路、25は逆止弁、26はガスを加熱するプレヒー
タであり、上述した各部材により発信器27を構成して
いる。
【0015】また、31は発信器27からの信号からN
Ox濃度を求めるとともに、各部の制御を行う受信器で
ある。さらに、32はドレインフィルタ、33はミスト
セパレータ、34は減圧弁、35は流量計、36はNO
ガスボンベ、37はCO等の可燃ガスボンベ、38は校
正ガス切替用電磁弁、39はリフレッシュガス切替用電
磁弁、40はプレヒータ切替用電磁弁、41はストップ
弁である。なお、図2に示す例において、上述した各部
は、実線で示す配管により接続されているとともに、点
線で示す制御ができるようにリード等により電気的に接
続されている。
【0016】図2に示す例では、受信器31からの制御
により、NOxセンサ21に供給する電圧または電流を
制御するか、NOxセンサ21のヒータに供給する電圧
または電流を制御するか、リフレッシュガス切替用電磁
弁39およびプレヒータ切替用電磁弁40を連動させて
切り替えることにより、NOxセンサ21のリフレッシ
ュ動作を行うことができる。また、図2に示す例では、
すべてのリフレッシュ機能を説明するため、好ましいリ
フレッシュ手段をすべて記載したが、必要に応じてこれ
らのリフレッシュ手段のうちの1つを備えていれば、本
発明を達成できることはいうまでもない。
【0017】図3は図2に示す構造の排ガス分析装置に
おけるリフレッシュ時のタイミングチャートの一例を示
している。図3に示す例では、リフレッシュを開始する
1時間前にプレヒータ電源を入れて、プレヒータ26を
充分に加熱しておき、リフレッシュ時にリフレッシュガ
ス切替用電磁弁39により可燃性ガス(ここではCOガ
ス)を流し、配管によるタイムラグを考慮した時間経過
後にプレヒータ切替用電磁弁40をプレヒータ側に切替
えて、この高温の可燃性ガスをNOxセンサ21に供給
してNOxセンサ21を高温にする動作と、リフレッシ
ュガス切替用電磁弁39によりエアを流し、配管による
タイムラグを考慮した時間経過後にプレヒータ切替用電
磁弁40をプレヒータと逆側に切替えて、このエアをN
Oxセンサ21に供給してNOxセンサ21を低温にす
る動作を、5秒毎にそれぞれ4回繰り返すことにより、
リフレッシュ動作を行っている。なお、本例では、リフ
レッシュ動作終了後、校正ガスによる校正を常に行うよ
う構成している。
【0018】図4は本発明のリフレッシュ機能を有する
排ガス分析装置の他の例を、接触燃焼式COセンサをセ
ンサ素子として使用したCO分析装置を例にとって説明
するための図である。図4において、図2に示す例と同
一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図4に示す例において、図2に示す例と異なるのは、セ
ンサ素子としてCOセンサ20を使用するため、COガ
スボンベがひとつだけで校正用COガスとリフレッシュ
用COガスを供給でき、図2の校正ガス切替用電磁弁3
8(やNOガスボンベ36)を設置する必要がない点で
ある。図4に示す構造の排ガス分析装置におけるリフレ
ッシュ時のタイミングチャートの一例を図5に示す。図
5に示すリフレッシュ動作は、基本的には図3に示すリ
フレッシュ動作と同一である。
【0019】実際に、リフレッシュ機能を有する接触燃
焼式CO分析装置およびリフレッシュ機能を有するジル
コニア式O2 分析装置を準備し、これらの排ガス分析装
置により10ppmCOおよび1%O2 のガスをそれぞ
れ測定して、本発明のリフレッシュ動作の効果を確認し
た。図6(a)にリフレッシュを行わなかった場合のC
O分析装置におけるCO出力と時間との関係を、図6
(b)にリフレッシュを定期的に行ったCO分析装置に
おけるCO出力と時間との関係を示す。
【0020】また、図7(a)にリフレッシュを行わな
かった場合のO2 分析装置におけるO2 出力と時間との
関係を、図7(b)にリフレッシュを定期的に行ったO
2 分析装置におけるO2 出力と時間との関係を示す。図
6および図7の結果から、リフレッシュを定期的に行う
とCO出力もO2 出力も変動しないのに対し、リフレッ
シュを行わないとCO出力は低下しO2 出力は上昇し、
いずれの場合も変動してしまい、このことからリフレッ
シュの効果を確認することができた。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、センサ素子の温度を一定の周期で複数回上下
させているため、その昇温過程で、センサ素子表面に吸
着・付着していた物質が、急激に熱エネルギーを与えら
れることにより、燃焼等の化学反応を起こして脱離して
いき、センサ素子表面がリフレッシュされることにな
る。また、リフレッシュ中はセンサ素子にエア、窒素ガ
ス等の吸着物質を含まないガスを導入しているため、吸
着物質がセンサ素子表面に吸着・付着することがない。
そのため、非常に簡単にセンサ素子表面のリフレッシュ
が可能となり、長期にわたって安定したセンサ特性を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセンサ素子リフレッシュ方法を説明す
るための図である。
【図2】本発明のリフレッシュ機能を有する排ガス分析
装置の一例を示す図である。
【図3】図2に示す装置のリフレッシュ時のタイミング
チャートの一例を示す図である。
【図4】本発明のリフレッシュ機能を有する排ガス分析
装置の他の例を示す図である。
【図5】図4に示す装置のリフレッシュ時のタイミング
チャートの一例を示す図である。
【図6】CO分析装置における時間とCO出力との関係
を示す図である。
【図7】O2 分析装置における時間とO2 出力との関係
を示す図である。
【符号の説明】
1 COセンサブロック、2 ガス導入路、3 ガス導
出路、4 COセンサ、5−1、5−2 COセンサ素
子、6−1、6−2 ヒータ、20 COセンサ、21
NOxセンサ、26 プレヒータ、31 受信器、3
8 校正ガス切替用電磁弁、39 リフレッシュガス切
替用電磁弁、40 プレヒータ切替用電磁弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−189549(JP,A) 特開 昭51−134192(JP,A) 実開 平3−27345(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/49

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定ガスからセンサ素子を遮断した状態
    で、センサ素子を有するセンサ素子部に、低温ガスと高
    温ガスとを交互に導入することにより、センサ素子の温
    度を複数回上下させ、センサ素子表面の付着物質を除去
    することを特徴とする排ガス分析装置のセンサ素子リフ
    レッシュ方法。
  2. 【請求項2】被測定ガスからセンサ素子を遮断した状態
    で、センサ素子を有するセンサ素子部に、酸化ガス又は
    不活性ガスと還元ガスとを交互に導入することにより、
    センサ素子の温度を複数回上下させ、センサ素子表面の
    付着物質を除去することを特徴とする排ガス分析装置の
    センサ素子リフレッシュ方法。
  3. 【請求項3】前記酸化ガスが、工場エア、計装エア、大
    気エア等のエアであり、不活性ガスが窒素ガスである請
    求項2記載のセンサ素子リフレッシュ方法。
  4. 【請求項4】前記還元ガスが、酸素を含んだ一酸化炭素
    等の可燃性ガスである請求項記載のセンサ素子リフレ
    ッシュ方法。
  5. 【請求項5】煙道内の燃焼排ガス等の被測定ガス中の成
    分ガス濃度を測定するための、少なくともセンサ素子を
    有する排ガス分析装置において、請求項1〜のいずれ
    かに記載のリフレッシュ方法により、センサ素子表面の
    付着物質を除去するセンサ素子リフレッシュ手段を設け
    たことを特徴とするリフレッシュ機能を有する排ガス分
    析装置。
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