JP3333113B2 - 二酸化炭素検出装置 - Google Patents

二酸化炭素検出装置

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和之 大塚
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】この発明はCO2検出装置での瞬時
停電の検出に関し、特に瞬時停電時にCO2の検出再開
までの時間を短縮することに関する。
【0002】
【従来技術】固体電解質CO2センサを用いてCO2を検
出することが知られている。また特許2507099号
は、CO2センサの過去1日での最大起電力(CO2濃度
の最小に対応)を、大気中のCO2濃度に対応する基準
値とすることを提案している。ところで固体電解質CO
2センサは空気中の湿度等の影響を受けやすく、ヒータ
で加熱して用いられる。固体電解質CO2センサは、室
温で放置すると、使用再開後数時間程度は出力が不安定
になる。
【0003】発明者は、停電により固体電解質CO2セ
ンサの出力が数時間程度不安定になり、CO2を検出で
きなくなることを見出した。例えば停電復旧後にはCO
2 1500ppm等の信号がセンサが生じることがあ
る。そこでセンサの使用開始時と同様に、数時間程度C
O2センサの信号をマスクする必要がある。しかし瞬時
停電のようなごく短時間の停電に対して、数時間もCO
2センサの出力をマスクするのは不合理である。なお停
電の種類は一般に、瞬時停電と、電気系統の工事や点検
に基づく停電、落雷等の事故に基づく停電の3種類であ
る。
【0004】
【発明の課題】この発明の課題は、瞬時停電とこれ以外
の停電とを区別することにより、瞬時停電によって長時
間CO2の検出を停止するとの不合理を解消することに
ある。
【0005】
【発明の構成】この発明は、固体電解質CO2センサ
(以下CO2センサ)と、CO2センサの付近に配置した
測温センサと、前記各センサからの信号を処理してCO
2検出信号を出力するための処理手段、とを備えた二酸
化炭素検出装置において、電源復旧時の前記測温センサ
の信号から、停電が瞬時停電か否かを検出するための瞬
時停電検出手段を処理手段に設けたことを特徴とする。
【0006】好ましくは、瞬時停電の場合、第1の時間
の間、CO2センサの信号をマスクし、それ以外の停電
の場合、第1の時間よりも長い第2の時間の間、CO2
センサの信号をマスクするように、処理手段を構成す
る。
【0007】また好ましくは、処理手段を、CO2セン
サの信号を学習して基準値を発生させ、該基準値により
CO2センサの信号を補正し、かつ瞬時停電時には停電
前の基準値の使用を続行し、瞬時停電以外の停電時には
停電前の基準値を破棄するように構成する。
【0008】
【発明の作用と効果】瞬時停電は、例えば50Hzや6
0Hz等の交流電源から1サイクル分程度停電する現象
であり、停電時間は1秒以下で、発生頻度は比較的高
い。瞬時停電ではCO2センサの温度は低下せず、従っ
てセンサの特性は変化しない。CO2センサの温度が低
下していないことを、測温センサで検出する。このよう
にすれば瞬時停電とそれ以外の停電を区別し、瞬時停電
時に長期間CO2センサの信号をマスクする必要が無く
なる。またCO2センサでは過去のセンサ信号を学習し
て発生させた基準値を用いるのが普通であるが、瞬時停
電とそれ以外の停電を区別できるので、瞬時停電時には
以前の基準値を用いて検出を続行できる。
【0009】
【実施例】図1〜図6に実施例を示す。図1において2
は固体電解質CO2センサで、図2にその構造を示す。
4はナトリウムイオン導電体で、6は金とアルカリ炭酸
塩や金とアルカリ土類炭酸塩の混合物等からなる作用極
で、8は金等からなる参照極である。10はアルミナ基
板で、12はプラチナヒータ等のヒータで、14は参照
極8を封止するための封止ガラスである。
【0010】図1に戻り、16は安定化電源で、ここで
はビル内の信号配線用の24VACのラインに接続され
ている。20は周囲温度の補正用のサーミスタで測温セ
ンサの例であり、CO2センサ2とサーミスタ20との
間で応答にずれが生じないように、サーミスタ20をC
O2センサ2の図示しないハウジングの内部に配置す
る。この結果サーミスタ20はCO2センサ2からの熱
を受けて、例えば100℃程度に加熱される。サーミス
タ20の温度は周囲温度に連動して変動し、周囲温度の
変動をサーミスタ20で測定する。22はCO2センサ
2の信号(電極6/8間の起電力)を増幅するためのバ
ッファアンプ、24は差動アンプである。26は感度調
整アンプで無くても良く、30は信号処理用のマイクロ
コンピュータである。
【0011】処理手段としてのマイクロコンピュータ3
0において、32はバスで、34はA/Dコンバータ、
36は温度補正部で、温度補正用の基準温度TSTDを記
憶し、CO2センサ2の起電力EMFをサーミスタ20
の信号で温度補正し、温度補正済み起電力EMF*とす
る。温度補正は基準温度TSTDとの温度差△Tに対して
行い、基準温度TSTDは基準値の変更毎に変更する。3
8はEMF*のヒストグラムを記憶するためのメモリ
で、例えば過去1日分のEMF*のヒストグラムを記憶
する。ヒストグラムに用いるEMF*のサンプリング間
隔は例えば20分で、メモリ38の容量に応じて間隔を
増減すればよい。またヒストグラムメモリ38には過去
1日分ではなく、例えば過去1週間等のEMF*のヒス
トグラムを記憶させても良い。40はD/Aコンバータ
で、差動増幅用の基準電圧Cを差動アンプ24の正入力
側に加え、CO2センサ2の信号と基準電圧Cとの差が
A/Dコンバータ34でA/D変換されるようにする。
【0012】42は基準値発生手段で、ヒストグラムを
CO2濃度が低い側から探索し、最初のピークのEMF*
を用いて、基準値EMF*STDを発生させる。また基準値
にオフセットを加えて、D/Aコンバータ40が信号す
る基準電圧Cとする。なお基準値には、過去1日の起電
力の最大値等を用いても良い。44はCO2検出部で、
CO2濃度を求めて表示すると共に、換気等の制御信号
を発生する。
【0013】46は瞬時停電検出部で、停電から復旧し
た後60秒間のサーミスタ20の信号で、瞬時停電か否
かを検出する。例えば復旧後1秒から10秒までの9秒
間の最低温度と、復旧後60秒目の温度とを比較し、こ
の間の温度差Fが例えば10℃以下で瞬時停電とする。
60秒目の温度はサーミスタ20の温度が定常値に復旧
した後の温度である。1−10秒目での最低温度は、停
電復旧時の温度の例である。このようにして、停電によ
るサーミスタ20の温度低下を検出する。48はI/O
で、50はE2ROMで、センサ2毎の常数を記憶する
と共に、基準値EMF*STDや基準温度TSTDを記憶す
る。E2PROM50には、ヒストグラム等を記憶させ
ても良い。そして瞬時停電からの復旧時には、基準値E
MF*STDや基準温度TSTDをE2PROM50から読み出
して再使用し、ヒストグラム自体はマイクロコンピュー
タ30から蒸発するので、再度作成を開始する。一方、
瞬時停電以外の停電時には、停電前の基準値EMF*STD
や基準温度TSTDを破棄し、例えば8時間検出を中断す
る。
【0014】図3〜図7に実施例の動作を示し、制御ア
ルゴリズムを図3に示す。CO2センサ2の起電力はヒ
ータ12の動作開始から数時間程度の間不安定で、CO
2400ppm等の濃度を出力しながら、電源投入から
8時間経過するのを待つ。8時間経過すると例えばその
時点でのサーミスタ20の温度を基準温度をTSTDと
し、その時点での温度補正済み起電力EMF*を基準値
とする。次にヒストグラムメモリ38をクリアし、ヒス
トグラムの作成を開始する。
【0015】D/Aコンバータ40は、 EMF*STD+
小さな定数J として、基準電圧Cを発生させ、差動ア
ンプ24で基準電圧CとCO2センサ2の信号の差を差
動増幅し、A/Dコンバータ34で、A/D変換して起
電力EMFADとする。次に温度補正部36で式(1)によ
りEMFADをEMFに復元し、その時点でのサーミスタ
温度と基準温度TSTDとの差△Tを用いて式(2)により温
度補正し、温度補正済みの起電力EMF*を得る。差動
増幅により例えばA/D変換の精度は16倍程度向上す
る。 EMF=EMFAD+(C−K) (1) EMF: A/D変換した起電力EMFADを、基
準電圧Cと定数Kを用いて、元の起電力に復元した起電
力 EMF*=EMF−A・△T (2) EMF*: EMFを温度補正した起電力 A: 起電力の1次の温度係数 △T: サーミスタ20の温度Tと基準温度T
STDとの差
【0016】ヒストグラムは例えば20分毎に、EMF
*の値に従ってヒストグラムメモリ38の頻度を修正す
ることで作成し、1日毎に基準値を変更する。ヒストグ
ラムの作成時(20分毎)以外は、式(3)に従ってCO2
濃度を求め表示する。 EMF*STD−EMF*=B・Ln(PCO2/PCO2STD) (3) EMF*STD: 温度補正済みの基準値 B: 起電力とCO2濃度との換算係数 PCO2: CO2濃度 PCO2STD: 基準CO2濃度(400ppm)
【0017】ヒストグラムの例を図4に示す。縦軸は頻
度で、横軸は温度補正済みの起電力EMF*である。そ
して基準値発生手段42は、ヒストグラムをEMF*が
大きい側から探索し、EMF*の最初のピークをサンプ
リングし、式(4)により新しい基準値を得る。 EMF*STDNew=ピークでのEMF*+A・△(TSTDnew−TSTDOld) (4) EMF*STDNew 新しい基準値 TSTDNeW: 新しい基準温度(前日の平均温度) TSTDOld: 古い基準温度
【0018】停電が生じた場合の処理を図5に示す。ノ
イズを避けるため電源復旧から1秒待機し、以降の9秒
間でのサーミスタ20の最低温度を記憶し、60秒目の
サーミスタ温度との差Fが許容範囲内か否かをチェック
し、許容範囲内で有れば瞬時停電とする。この場合、E
2ROM50から基準値EMF*STDや基準温度TSTDを読
み出し、これらを用いて検出を再開する。またヒストグ
ラムは停電によりマイクロコンピュータ30から蒸発し
ており、24時間のタイマをリセットして、ヒストグラ
ムの作成を再開する。なお瞬時停電の場合でも、上記の
60秒間はCO2濃度400ppmを出力する。
【0019】差Fが許容範囲外の場合、瞬時停電ではな
いとして、8時間の間CO2の検出を中断し、その間は
CO2濃度400ppmを出力する。E2ROM50の基
準値EMF*STDや基準温度TSTDも削除する。停電は瞬
時停電が主で、瞬時停電外の停電で数時間検出を停止し
ても問題は少ない。
【0020】瞬時停電の検出は、停電によるサーミスタ
20の温度低下を検出するものであれば良く、図6に2
つの変形例を示す。例えばマイクロコンピュータ30に
バックアップ用の電池やコンデンサ等を設ける場合、停
電前の温度を記憶し、これと停電復旧時のサーミスタ温
度とを比較すればよい。あるいは停電復旧後のサーミス
タ温度の勾配から、瞬時停電か否かを検出すればよい。
実施例ではヒストグラムを用いた基準値を用いたが、基
準値の有無や種類は任意である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の基準値発生装置のブロック図
【図2】 実施例で用いたCO2センサの断面図
【図3】 実施例の制御アルゴリズムを示すフローチ
ャート
【図4】 実施例の動作を示す特性図
【図5】 実施例の動作を示す特性図
【図6】 変形例の動作を示す特性図
【符号の説明】
2 CO2センサ 4 ナトリウムイオン導電体 6 作用極 8 参照極 10 アルミナ基板 12 ヒータ 14 封止ガラス 16 安定化電源 20 サーミスタ 22 バッファアンプ 24 差動アンプ 26 感度調整アンプ 30 マイクロコンピュータ 32 バス 34 A/Dコンバータ 36 温度補正部 38 ヒストグラムメモリ 40 D/Aコンバータ 42 基準値発生手段 44 CO2検出部 46 瞬時停電検出部 48 I/O 50 E2ROM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 和之 箕面市船場西1丁目5番3号 フィガロ 技研株式会社内 (72)発明者 山口 隆司 箕面市船場西1丁目5番3号 フィガロ 技研株式会社内 (72)発明者 中原 毅 箕面市船場西1丁目5番3号 フィガロ 技研株式会社内 審査官 黒田 浩一 (56)参考文献 特開 平6−94667(JP,A) 特開 平7−311178(JP,A) 特開 平4−256851(JP,A) 特開 平3−162659(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/49

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質CO2センサと、該CO2セン
    サの付近に配置した測温センサと、前記各センサからの
    信号を処理してCO2検出信号を出力するための処理手
    段、とを備えた二酸化炭素検出装置において、 電源復旧時の前記測温センサの信号から、停電が瞬時停
    電か否かを検出するための瞬時停電検出手段を、前記処
    理手段に設けたことを特徴とする、二酸化炭素検出装
    置。
  2. 【請求項2】 前記処理手段を、瞬時停電の場合、第1
    の時間の間、CO2センサの信号をマスクし、それ以外
    の停電の場合、第1の時間よりも長い第2の時間の間、
    CO2センサの信号をマスクするように構成したことを
    特徴とする、請求項1の二酸化炭素検出装置。
  3. 【請求項3】 前記処理手段を、CO2センサの信号を
    学習して基準値を発生させ、該基準値によりCO2セン
    サの信号を補正し、かつ瞬時停電時には停電前の基準値
    の使用を続行し、瞬時停電以外の停電時には停電前の基
    準値を破棄するように、構成したことを特徴とする、請
    求項2の二酸化炭素検出装置。
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