JP3424784B2 - Solid electrolyte type carbon dioxide sensor control device for carbon dioxide concentration measuring instrument - Google Patents

Solid electrolyte type carbon dioxide sensor control device for carbon dioxide concentration measuring instrument

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JP3424784B2
JP3424784B2 JP30023695A JP30023695A JP3424784B2 JP 3424784 B2 JP3424784 B2 JP 3424784B2 JP 30023695 A JP30023695 A JP 30023695A JP 30023695 A JP30023695 A JP 30023695A JP 3424784 B2 JP3424784 B2 JP 3424784B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒーターによって
センサ素子を加熱する固体電解質型炭酸ガスセンサを有
する炭酸ガス濃度測定器の炭酸ガスセンサ制御装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide gas sensor control device for a carbon dioxide gas concentration measuring instrument having a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor for heating a sensor element by a heater.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型炭酸ガスセンサには、特開
平4−168356号公報、或いは特開平4−2130
49号公報等によって知られているものがある。それら
の多くはは、炭酸イオン伝導体を挟んで1対の電極を配
置し、一方の電極に炭酸ガス濃度が未知のガスを、他方
の電極には既知濃度のガスを接触させて、濃度差によっ
てこれら電極間に生じる起電力を測定するものである。
2. Description of the Related Art A solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor is disclosed in JP-A-4-168356 or JP-A-4-2130.
Some are known from Japanese Patent Publication No. 49 and the like. Most of them have a pair of electrodes with a carbonate ion conductor sandwiched between them, and one electrode is contacted with a gas of unknown carbon dioxide concentration, and the other electrode is contacted with a gas of known concentration so that the difference in concentration is Is to measure the electromotive force generated between these electrodes.

【0003】ここで、特開平4−213049号公報に
記載されたものについて説明する。このものは、図5に
示すような構成である。即ち、ガス非透過性のセラミッ
ク等からなる基板11上に形成されたセンサ素子は、白
金等からなる基準電極12、アルカリ土類金属炭酸塩と
アルカリ金属炭酸塩との固溶体からなる固体電解質薄膜
層13、パラジウムや銀などからなる検知電極14、そ
して、基準電極付近の固体電解質薄膜層を外部雰囲気か
ら遮断するためのシール材15からなっている。
Here, the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-213049 will be described. This has a structure as shown in FIG. That is, the sensor element formed on the substrate 11 made of gas impermeable ceramic or the like comprises a reference electrode 12 made of platinum or the like, a solid electrolyte thin film layer made of a solid solution of an alkaline earth metal carbonate and an alkali metal carbonate. 13, a sensing electrode 14 made of palladium or silver, and a sealing material 15 for blocking the solid electrolyte thin film layer near the reference electrode from the external atmosphere.

【0004】このようなセンサ素子は炭酸ガス雰囲気下
で、その炭酸ガスによって、固体電解質薄膜層における
検知電極付近及び基準電極付近の炭酸イオンの濃度差が
生じ、これら電極間に起電力が生じる。この起電力を電
圧測定手段によって計測することにより、雰囲気中の炭
酸ガス濃度を測定することができる。
In such a sensor element, in a carbon dioxide gas atmosphere, the carbon dioxide gas causes a difference in concentration of carbonate ions near the detection electrode and the reference electrode in the solid electrolyte thin film layer, and an electromotive force is generated between these electrodes. By measuring this electromotive force with the voltage measuring means, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere can be measured.

【0005】なお、充分なセンサ感度を得るために、セ
ンサ素子は、その固体電解質における炭酸イオンによる
導電性が良好な400℃〜450℃に加熱される必要が
ある。そのため、このセンサにはそのセラミック基板1
1裏面に電気ヒーター16を有している。
In order to obtain sufficient sensor sensitivity, the sensor element needs to be heated to 400 ° C. to 450 ° C. at which the solid electrolyte has good conductivity due to carbonate ions. Therefore, this sensor has its ceramic substrate 1
1 has an electric heater 16 on the back surface.

【0006】このような電気ヒーターによる加熱を要す
るセンサのヒーターは電圧印加手段に接続され電圧が印
加されて使用される。なお、このようなセンサは、炭酸
ガスがない環境下、すなわち、ゼロ信号時においても、
基準電極と検知電極との材質の違い及び前記固体電解質
における導電性の温度依存性によって、温度に対応した
起電力を持つ。従って、このヒーターには一定の電圧が
印加されて、センサ温度は一定に保たれる。
The heater of the sensor which needs to be heated by such an electric heater is used by being connected to a voltage applying means and being applied with a voltage. It should be noted that such a sensor can be used in an environment without carbon dioxide, that is, even at the time of zero signal.
An electromotive force corresponding to the temperature is provided due to the difference in the materials of the reference electrode and the detection electrode and the temperature dependency of the conductivity of the solid electrolyte. Therefore, a constant voltage is applied to this heater and the sensor temperature is kept constant.

【0007】なお、固体電解質型炭酸ガスセンサ素子は
不使用時、即ちヒーターで加熱されていないときに吸湿
する。この水分の影響により電源投入直後の(ゼロ信号
での)センサ出力は低いものとなる。その後時間の経過
とともに徐々に上昇して最終的には安定して定常状態と
なるが、吸湿状況によってはこの安定には数日間要する
場合がある。このようにセンサが定常状態になるまでの
期間は、その測定値には信頼が置けないので、この炭酸
ガスセンサを製造工程の管理や、安全管理に用いる場合
には大きな問題となっていた。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element absorbs moisture when it is not used, that is, when it is not heated by the heater. Due to the influence of this moisture, the sensor output (at the zero signal) immediately after the power is turned on becomes low. After that, the temperature gradually rises with the lapse of time, and finally becomes stable and becomes a steady state. However, depending on the moisture absorption condition, this stabilization may take several days. Since the measured value cannot be relied upon during the period until the sensor reaches a steady state in this manner, it has been a serious problem when this carbon dioxide sensor is used for manufacturing process control and safety control.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におけ
る問題点について図6を用いて説明する。この図は炭酸
ガスがない環境での、電源投入後からの時間とセンサ起
電力(出力)の関係を示した図である。なお、図中「基
準レベル」として示したのは、ゼロ信号時の安定した、
即ち定常状態でのセンサ出力である。
The problems in the above-mentioned prior art will be described with reference to FIG. This figure is a diagram showing the relationship between the time after the power is turned on and the sensor electromotive force (output) in an environment without carbon dioxide. In addition, what is shown as "reference level" in the figure is stable at zero signal,
That is, it is the sensor output in the steady state.

【0009】図6中符号aはセンサのヒーターに印加さ
せる電圧として、電源投入直後から通常の印加電圧(以
下「定常印加電圧」と云う。)を供給した場合の出力の
経時変化を示す。このように、センサ出力は基準レベル
に比べると低い値でほぼ横這いとなり、最終的に基準レ
ベルに達して定常状態となるまでに数日を要する。
Reference numeral a in FIG . 6 shows the change over time in the output when a normal applied voltage (hereinafter referred to as "steady applied voltage") is supplied immediately after the power is turned on as the voltage applied to the heater of the sensor. As described above, the sensor output leveled off at a low value compared with the reference level, and it took several days until the sensor output finally reached the reference level and reached a steady state.

【0010】なお、電源投入と同時にヒーター部へ定常
印加電圧より高い電圧を印加し、センサ素子を、センサ
素子が劣化しない程度の高温(470℃〜550℃)に
保って、その吸湿した水分を速やかに放出させる処理、
即ち、いわゆるヒートアップ処理によって、このセンサ
出力の基準レベルへの復帰に要する時間を短縮すること
が可能である。
At the same time when the power is turned on, a voltage higher than the steady applied voltage is applied to the heater section to keep the sensor element at a high temperature (470 ° C. to 550 ° C.) at which the sensor element does not deteriorate, and the absorbed moisture is removed. Treatment to release quickly,
That is, the so-called heat-up process can shorten the time required to return the sensor output to the reference level.

【0011】しかし、電源投入時のセンサの吸湿状況に
よって最適のヒートアップ時間が異なるため、状況に応
じたヒートアップを行う必要がある。ここで、最適のヒ
ートアップ時間を選択した場合、即ち、電源投入後高電
圧を印加し、時間Tcで電圧を低電圧、すなわち定常印
加電圧に切り換えたとき、図6中符号cで示すようにセ
ンサ出力はヒートアップ処理後センサは速やかに定常状
態となってその出力は基準レベルに一致する。
However, since the optimum heat-up time differs depending on the moisture absorption state of the sensor when the power is turned on, it is necessary to perform heat-up according to the situation. Here, when the optimum heat-up time is selected, that is, when the high voltage is applied after the power is turned on and the voltage is switched to the low voltage, that is, the steady applied voltage at the time Tc, as indicated by reference sign c in FIG. After the heat-up process, the sensor output quickly enters a steady state and its output matches the reference level.

【0012】しかし、ヒートアップ時間が不足した場合
(切り換え時間:Tb)にはセンサ出力は基準レベルよ
り低くなる(図6中符号b)。また、このヒートアップ
処理が過剰の場合(切り換え時間:Td)には出力は高
くなり(図6中符号d)、これらの場合、センサ出力が
基準レベルに回復するまでに数時間を要すると云った欠
点が残った。
However, when the heat-up time is insufficient (switching time: Tb), the sensor output becomes lower than the reference level (reference numeral b in FIG. 6). When the heat-up process is excessive (switching time: Td), the output becomes high (reference numeral d in FIG. 6), and in these cases, it takes several hours for the sensor output to recover to the reference level. There was a drawback left.

【0013】ここで、ヒートアップ終了条件を検討した
ところ、以下のことが判った。即ち、ヒートアップによ
ってセンサ出力が上昇するが、最適な終了時間はその上
昇が終了しピークに達したとき(図6中符号Tc)であ
る。従って、このセンサ起電力がピークに達したときT
cでヒートアップ処理を終了し、ヒーターへ供給する電
圧を定常印加電圧へ切り換えれば良いことが判った。
When the heat-up termination conditions were examined, the following was found. That is, the sensor output increases due to heat-up, but the optimum end time is when the increase ends and reaches the peak (reference numeral Tc in FIG. 6). Therefore, when this sensor electromotive force peaks, T
It was found that the heat-up process was terminated at c and the voltage supplied to the heater was switched to the steady applied voltage.

【0014】しかし、このピーク到達の検出は、センサ
の出力が小さく、またノイズ等の影響等により困難であ
り、その検出は実際にピークに達したときより遅くなっ
てしまう。ここで、この検出の遅れは結果としてセンサ
出力の定常化を大幅に遅らせる。このように、ヒートア
ップ処理中のセンサ起電力のピーク検出によるヒーター
印加電圧制御する方法は最適なものであるとは云えず、
その解決手段が望まれていた。
However, the detection of the arrival of the peak is difficult due to the small output of the sensor and the influence of noise and the like, and the detection becomes slower than when the peak is actually reached. Here, this delay in the detection results in a significant delay in the steady state of the sensor output. As described above, the method of controlling the heater applied voltage by detecting the peak of the sensor electromotive force during the heat-up process cannot be said to be optimal,
The solution was desired.

【0015】本発明は、上記課題、即ち、固体電解質型
炭酸ガスセンサを有する炭酸ガス濃度測定器において、
センサ不使用時の吸湿に起因する電源投入直後のセンサ
出力の不安定を短時間で解消する制御装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention provides the above-mentioned object, that is, a carbon dioxide concentration measuring instrument having a solid electrolyte type carbon dioxide sensor,
An object of the present invention is to provide a control device that eliminates instability of sensor output immediately after power-on due to moisture absorption when the sensor is not used in a short time.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の炭酸ガス濃度測
定器のセンサ制御装置は、図1の基本構成図に示すよう
に、センサ素子1bを加熱するヒーター1aに対して高
電圧及び低電圧の2段階のいずれかの電圧を供給するこ
とができる電圧印加手段2aと、電圧の切り換えを行う
電圧切換手段2bと、電源投入後、この電圧切換手段2
bに対し高電圧を供給する指示を行う初期設定手段3a
と、センサ素子1bからの出力を計測して基準レベルに
等しくなったことを検出する信号検出手段3bと、初期
設定手段が高電圧を供給する前記指示を行ってからセン
サ素子出力が基準レベルに達するまでに経過した時間、
即ち基準レベル到達時間を基に保持時間を演算し、該保
持時間に達したときに電圧切換手段2bに対し、低電圧
に切り換える指示を行う保持時間演算部3cとを構成と
して有する。
As shown in the basic configuration diagram of FIG. 1, a sensor control device for a carbon dioxide concentration measuring instrument according to the present invention has a high voltage and a low voltage with respect to a heater 1a for heating a sensor element 1b. Voltage applying means 2a capable of supplying any one of two voltage levels, voltage switching means 2b for switching the voltage, and voltage switching means 2 after the power is turned on.
initializing means 3a for instructing b to supply a high voltage
And a signal detecting means 3b for measuring the output from the sensor element 1b to detect that it has become equal to a reference level, and an output from the sensor element to the reference level after the initial setting means gives the instruction to supply a high voltage. The time elapsed before reaching
That is, the holding time calculation section 3c is configured to calculate the holding time based on the reference level reaching time and to instruct the voltage switching means 2b to switch to the low voltage when the holding time is reached.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】前記初期設定手段3aが、前記電
圧切換手段2bに対し、電源投入直後低電圧を供給する
指示を行い、それから一定時間経過後、高電圧を供給す
る指示を行うタイマ手段であると、電源投入直後の高電
圧印加による、センサ素子の温度の急上昇による劣化を
防ぐことが可能となるので好ましい。また、前記高電圧
を供給する保持時間が、該高電圧に起因する高温暴露に
よるセンサ素子の劣化が開始する時間より短いことが望
ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Timer means for instructing the voltage switching means 2b by the initial setting means 3a to supply a low voltage immediately after power-on, and then, after a lapse of a certain time, to supply a high voltage. In this case, it is possible to prevent deterioration of the sensor element due to a sharp rise in temperature due to application of a high voltage immediately after the power is turned on, which is preferable. Further, it is preferable that the holding time for supplying the high voltage is shorter than the time when deterioration of the sensor element due to high temperature exposure due to the high voltage starts.

【0018】以下、本発明の一例を図面に基づいて説明
する。図2(a)は本発明に係る固体電解質型炭酸ガス
センサ制御装置を有する炭酸ガス濃度測定器の回路図で
ある。同図において、1はセンサで、1aはヒーター、
1bはセンサ素子である。また、2は電圧印加回路であ
り、ヒーター1aはその電圧印加回路2の出力に接続さ
れている。
An example of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 (a) is a circuit diagram of a carbon dioxide concentration measuring instrument having a solid electrolyte type carbon dioxide sensor controller according to the present invention. In the figure, 1 is a sensor, 1a is a heater,
1b is a sensor element. Further, 2 is a voltage application circuit, and the heater 1 a is connected to the output of the voltage application circuit 2.

【0019】センサ素子1bの出力端はマイクロプロセ
ッシングユニット(以下、「MPU」と記述する)3の
A/Dコンバータ付きの入力ポート3i に接続されてい
て、センサ素子1bの出力である起電力は入力ポート3
i で数値化される。MPU3は、上記入力ポート3i に
加えて、出力ポート3o を有すると共に、制御プログラ
ム、センサ定数、基準レベル値などを格納したROM3
ro(図2(b−1) 参照)及び、電源投入からの経過時
間の計時データ(以下、「タイマI」と記述する)や任
意のスタート時間からの経過時間の計時データ(以下、
「タイマII」と記述する)等の各種のデータなどを格納
するRAM3ra(図2(b−2) 参照)、上記プログラ
ムを実行するためのセントラルプロセッシングユニット
(以下、「CPU」と記述する)3cpを内蔵している。
The output end of the sensor element 1b is connected to an input port 3i with an A / D converter of a microprocessing unit (hereinafter referred to as "MPU") 3, and the electromotive force output from the sensor element 1b is Input port 3
Quantified by i. The MPU 3 has an output port 3o in addition to the input port 3i, and stores a control program, a sensor constant, a reference level value, etc.
ro (see FIG. 2 (b-1)), time measurement data of elapsed time after power-on (hereinafter referred to as "timer I"), and time measurement data of elapsed time from arbitrary start time (hereinafter, referred to as "timer I")
RAM3ra (see FIG. 2 (b-2)) for storing various data such as "timer II"), central processing unit (hereinafter referred to as "CPU") 3cp for executing the above program Built in.

【0020】電圧印加回路2は、MPU3の出力ポート
3o の出力信号の変化によりセンサ1のヒーター1aに
高電圧及び低電圧の2段階の電圧を印加するものであ
る。即ち、出力信号として出力ポート3o のHiが出力
されたときは高電圧が、出力信号として出力ポート3o
にLoが出力されたときは低電圧が、ヒーター1aに電
圧として印加される。なお、この電圧印加回路2として
は具体的にはスイッチ機構と電源回路とを組み合わせて
用いた。
The voltage application circuit 2 applies a two-step voltage of a high voltage and a low voltage to the heater 1a of the sensor 1 according to the change of the output signal of the output port 3o of the MPU 3. That is, when Hi of the output port 3o is output as the output signal, a high voltage is output, and as the output signal, the output port 3o is output.
When Lo is output, a low voltage is applied as a voltage to the heater 1a. As the voltage applying circuit 2, specifically, a switch mechanism and a power supply circuit were used in combination.

【0021】上記炭酸ガス濃度測定器は、本発明に係る
固体電解質型炭酸ガスセンサ制御装置の構成を有するの
で、電源投入直後、ヒーター1aは電圧印加回路2によ
って低電圧が印加されて徐々に昇温される。このため、
センサ素子は急激な昇温による劣化が生じない。
The carbon dioxide gas concentration measuring device has the structure of the solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor control device according to the present invention. Therefore, immediately after the power is turned on, the heater 1a is gradually heated by the low voltage applied by the voltage application circuit 2. To be done. For this reason,
The sensor element does not deteriorate due to a rapid temperature rise.

【0022】このとき、CPU3cpはRAM3raのタイ
マIによって電源投入からの経過時間を調べ、電源投入
から一定時間後(この場合10秒後)にヒーターに印加
する電圧を高電圧に切り換える。このとき、センサ素子
1bは昇温されて、吸湿された水分が速やかに放出され
るとともに、その出力は上昇する。なお、この切換の時
にタイマIIはスタートされる。
At this time, the CPU 3cp checks the elapsed time after the power is turned on by the timer I of the RAM 3ra, and switches the voltage applied to the heater to a high voltage after a fixed time (10 seconds in this case) after the power is turned on. At this time, the temperature of the sensor element 1b is raised, the absorbed moisture is promptly released, and the output thereof is increased. At the time of this switching, the timer II is started.

【0023】前記高電圧によって、センサ素子1bが昇
温し、そのセンサ素子1bの出力値がROM3roに格納
された基準レベルに到達したときを検知し、この時のタ
イマIIの値、即ち基準レベル到達時間を基に演算によっ
て、高電圧が印加されるべき時間、即ち、保持時間が算
出される。
The high voltage causes the temperature of the sensor element 1b to rise, and it is detected when the output value of the sensor element 1b reaches the reference level stored in the ROM 3ro, and the value of the timer II at this time, that is, the reference level is detected. The time when the high voltage should be applied, that is, the holding time is calculated by calculation based on the arrival time.

【0024】その後、タイマIIの値がこの保持時間の値
と等しくなるまで高電圧印加が継続された後低電圧に切
り換わる。しかし、電源投入前のセンサ素子1bの吸湿
が異常に多かったことなどにより、この保持時間が余り
に長くなるとセンサ素子1bが劣化する。従ってこの劣
化を防止するために、前記MPU3がこれを監視し、一
定時間以上のヒートアップ処理が中断される。この例で
は120秒で中断するが、最大でも180秒以下で中断
することが望ましい。
Thereafter, the high voltage is continuously applied until the value of the timer II becomes equal to the value of the holding time, and then the voltage is switched to the low voltage. However, if the holding time becomes too long, the sensor element 1b is deteriorated because the sensor element 1b absorbs much moisture before the power is turned on. Therefore, in order to prevent this deterioration, the MPU 3 monitors this and the heat-up process for a certain time or longer is interrupted. In this example, the interruption is 120 seconds, but it is desirable that the interruption be 180 seconds or less at the maximum.

【0025】ここで、上記保持時間の意義及びその算出
方法について説明する。前述のように、ヒーターによる
センサ素子の加熱を行う固体電解質型炭酸ガスセンサに
おいて、高電圧でヒートアップを行った場合、センサ出
力は基準レベルを越えた後も上昇し、その後ピークに達
して経時変化がなくなる。
Here, the significance of the holding time and the calculation method thereof will be described. As described above, in the solid electrolyte carbon dioxide sensor that heats the sensor element with the heater, when heating up at high voltage, the sensor output rises even after exceeding the reference level, then reaches a peak and then changes with time. Disappears.

【0026】種々検討の結果の結果、印加電圧を高電圧
としてからこの基準レベルに達する迄の基準レベル到達
時間をx、その後のピークに達する時間(ピーク到達時
間)Tcとすると、図3に示すように、 Tc = a x + b (aはこの直線の傾き、bは基準レベル到達時間を0秒
としたときの切片であって、これらはセンサ固有の定数
(以下「センサ定数」と記述する)である。)の一次の
関係があることが判った。
As a result of various studies, assuming that the reference level arrival time from when the applied voltage is a high voltage to reach this reference level is x and the subsequent peak arrival time (peak arrival time) Tc is shown in FIG. Tc = ax + b (a is the slope of this straight line, b is the intercept when the reference level arrival time is 0 seconds, and these are constants specific to the sensor (hereinafter referred to as "sensor constant"). ).) It was found that there is a primary relationship.

【0027】ここで、これらセンサ定数の値を予め調べ
ておけば、センサ出力が基準レベルに達するまでの時間
xを測定することで、ピーク到達時間Tcの予測が可能
となり、その予想値、即ち、高電圧を保持すべき時間
(保持時間y)を求めることができる。
Here, if the values of these sensor constants are investigated in advance, the peak arrival time Tc can be predicted by measuring the time x until the sensor output reaches the reference level. , The time for holding the high voltage (holding time y) can be obtained.

【0028】従って本発明の構成により、ヒーターに供
給する電圧をヒートアップのために高電圧としてからセ
ンサ出力信号値が基準レベルに達するまでの時間xを計
測し、この時間x及び上記のセンサ固有の値a及びbか
ら適切な保持時間yを算出し、この保持時間yだけ高電
圧を印加することにより、センサを速やかに定常状態に
することができる。
Therefore, according to the configuration of the present invention, the time x from when the voltage supplied to the heater is set to a high voltage for heating up until the sensor output signal value reaches the reference level is measured. An appropriate holding time y is calculated from the values a and b of and the high voltage is applied for the holding time y, so that the sensor can be brought into a steady state quickly.

【0029】次に、電源投入時からセンサ出力の安定ま
での動作の詳細を図4のフローチャートを参照して説明
する。MPU3はスイッチ(図示せず)のオンによる電
源等により動作を開始し、まずステップS1においてタ
イマIがスタートする。ステップS2において出力ポー
ト3o に信号Loが出力され、その結果、ヒーター1a
には電圧印加回路2によって低電圧である通常印加電圧
が印加され、センサ素子は劣化しないよう緩やかに昇温
される。
Next, details of the operation from when the power is turned on to when the sensor output is stabilized will be described with reference to the flowchart of FIG. The MPU 3 starts its operation by a power source or the like when a switch (not shown) is turned on, and the timer I is first started in step S1. In step S2, the signal Lo is output to the output port 3o, which results in the heater 1a.
A low-voltage normal applied voltage is applied to the sensor element by the voltage application circuit 2, and the sensor element is gradually heated so as not to deteriorate.

【0030】ついでステップS3によって低電圧印加後
から一定時間(ここでは10秒)経過するまで低電圧が
印加されて、その後ステップS4に進行し、出力ポート
3oに信号Hiが出力され、これにより電圧印加回路2
によってヒーター1aには高電圧が印加され、センサ素
子はヒートアップされる。
Then, in step S3, a low voltage is applied for a certain period of time (here, 10 seconds) after the low voltage is applied, and then the process proceeds to step S4, in which the signal Hi is output to the output port 3o. Application circuit 2
By this, a high voltage is applied to the heater 1a, and the sensor element is heated up.

【0031】その後、入力ポート3i によって測定され
たセンサの出力が基準レベルに達するまでステップS6
が繰り返され、この起電力が基準レベルに達したとき
は、直ちにステップ7で、タイマIIの値、即ち、ヒータ
ー1aに高電圧を印加してからの経過時間が基準レベル
到達時間xとされる。次いでステップS8に進み、この
xと、センサ定数a及びbによって、保持時間yが算出
される。
Thereafter, step S6 is performed until the output of the sensor measured by the input port 3i reaches the reference level.
When the electromotive force reaches the reference level, the value of the timer II, that is, the elapsed time after the high voltage is applied to the heater 1a is immediately set to the reference level reaching time x in step 7. . Next, in step S8, the holding time y is calculated from this x and the sensor constants a and b.

【0032】ステップS9において、ヒーター1aに高
電圧を印加してからの経過時間、即ちタイマIIの値が、
一定時間(ここでは120秒)未満の場合にはステップ
S10に進み、この経過時間が一定時間超である場合に
はステップS11に進んで、過剰ヒートアップによるセ
ンサ素子の劣化が防止される。
In step S9, the elapsed time after applying the high voltage to the heater 1a, that is, the value of the timer II is
If the time is less than the certain time (120 seconds in this case), the process proceeds to step S10, and if the elapsed time is more than the certain time, the process proceeds to step S11 to prevent deterioration of the sensor element due to excessive heat-up.

【0033】ステップS10において、ヒーター1aに
高電圧を印加してからの経過時間と保持時間yを比較
し、この経過時間が保持時間に達した場合にはステップ
S11に進み、保持時間未満の場合にはステップS9に
戻る。ステップS11では出力ポート3o に信号Loを
送出する。これにより、ヒーター1aに印加される電圧
は低電圧、即ち定常印加電圧となってヒートアップが終
了し、センサ出力は速やかに定常状態となって、測定可
能状態となる。
In step S10, the elapsed time after the high voltage is applied to the heater 1a is compared with the holding time y. If this elapsed time reaches the holding time, the process proceeds to step S11, and if it is less than the holding time. Returns to step S9. In step S11, the signal Lo is sent to the output port 3o. As a result, the voltage applied to the heater 1a becomes a low voltage, that is, the steady applied voltage, and the heat-up ends, and the sensor output quickly becomes the steady state and becomes the measurable state.

【0034】以上、フローチャートを参照して行った説
明から明らかなように、MPU3はフローチャートの実
行によって、電源投入後この電圧切換手段2bに対し電
源投入直後低電圧を供給する指示を行って一定時間経過
後に高電圧を供給する指示を行うタイマ手段と、高電圧
を供給する指示を行う初期設定手段3aと、センサ素子
1bからの出力を計測して基準レベルに等しくなったこ
とを検出する信号検出手段3bと、初期設定手段が高電
圧を供給する前記指示を行ってからセンサ素子出力が基
準レベルに達するまでに経過した時間、即ち基準レベル
到達時間を基に保持時間を演算し、該保持時間に達した
ときに電圧切り換え手段に対し、低電圧に切り換える指
示を行う保持時間演算部3cとして働く。
As is clear from the above description with reference to the flow chart, the MPU 3 executes the flow chart to instruct the voltage switching means 2b to supply a low voltage immediately after the power is turned on, and then, for a certain period of time. Timer means for instructing to supply a high voltage after a lapse of time, initial setting means 3a for instructing to supply a high voltage, and signal detection for detecting that the output from the sensor element 1b is equal to the reference level. The holding time is calculated based on the time elapsed from the means 3b and the instruction for supplying the high voltage by the initialization means until the sensor element output reaches the reference level, that is, the reference level reaching time, and the holding time is calculated. When the voltage reaches, the voltage switching means functions as a holding time calculation unit 3c that gives an instruction to switch to a low voltage.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように本発明の構成によって、セ
ンサ素子1bの出力を信号検出手段3bで検出し、その
基準レベル到達時間を計時し、この時間を基に、吸湿し
たセンサ素子の水分を速やかに放出させるヒートアップ
処理、即ち、高電圧を印加する時間の最適値を推定演算
してこれを保持時間として、この保持時間だけ、ヒータ
ー1aに高電圧を印加し、その後、低電圧に切り換える
ことによってセンサ出力はごく短時間で定常状態に達
し、測定可能となる。このように、本発明によれば基準
レベル到達時間を基に最適のヒートアップ処理の時間を
設定することができるので、センサ出力の安定化に要す
る時間を短くすることができる。
As described above, according to the structure of the present invention, the output of the sensor element 1b is detected by the signal detecting means 3b, the reference level reaching time is measured, and based on this time, the moisture of the sensor element that has absorbed moisture is measured. The heat-up process for promptly releasing the heat, that is, the optimum value of the time for applying the high voltage is estimated and calculated as the holding time, the high voltage is applied to the heater 1a for this holding time, and then the low voltage is applied. By switching, the sensor output reaches a steady state in a very short time and measurement becomes possible. As described above, according to the present invention, the optimum heat-up process time can be set based on the reference level arrival time, so that the time required for stabilizing the sensor output can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の炭酸ガス濃度測定器の固体電解質型炭
酸ガスセンサ制御装置の基本構成ブロックを示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration block of a solid electrolyte type carbon dioxide sensor control device of a carbon dioxide concentration measuring instrument of the present invention.

【図2】本発明による固体電解質型炭酸ガスセンサのヒ
ーター制御回路の一例を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a heater control circuit of the solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor according to the present invention.

【図3】基準レベル到達時間とピーク到達時間の関係を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a reference level arrival time and a peak arrival time.

【図4】図2中のMPUが行う仕事の手順を示すフロー
チャートである。
4 is a flowchart showing a procedure of work performed by the MPU in FIG.

【図5】固体電解質型炭酸ガスセンサの一例である。FIG. 5 is an example of a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor.

【図6】ヒートアップ条件がセンサ出力に及ぼす影響を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an influence of a heat-up condition on a sensor output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体電解質型炭酸ガスセンサ 1a ヒーター 1b センサ素子 2a 電圧印加手段 2b 電圧切換手段 3a 初期設定手段 3b 信号検出手段 3c 保持時間演算部 1 Solid electrolyte type carbon dioxide sensor 1a heater 1b Sensor element 2a voltage applying means 2b Voltage switching means 3a Initial setting means 3b signal detection means 3c Retention time calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−307018(JP,A) 特開 平6−94674(JP,A) 特開 平4−55751(JP,A) 特開 平4−22861(JP,A) 特開 平4−22860(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/406 G01N 27/416 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) Reference JP-A-5-307018 (JP, A) JP-A-6-94674 (JP, A) JP-A-4-55751 (JP, A) JP-A-4- 22861 (JP, A) JP-A-4-22860 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/406 G01N 27/416

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ヒーターによってセンサ素子を加熱する
固体電解質型炭酸ガスセンサを有する炭酸ガス濃度測定
器のセンサ制御装置において、 ヒーターに対して高電圧及び低電圧の2段階のいずれか
の電圧を供給することができる電圧印加手段と、 電圧の切り換えを行う電圧切換手段と、 電源投入後、この電圧切換手段に対し高電圧を供給する
指示を行う初期設定手段と、 センサ素子からの出力を計測して基準レベルに等しくな
ったことを検出する信号検出手段と、 初期設定手段が高電圧を供給する前記指示を行ってから
センサ素子出力が基準レベルに達するまでに経過した時
間、即ち基準レベル到達時間を基に保持時間を演算し、
該保持時間に達したときに電圧切換手段に対し、低電圧
に切り換える指示を行う保持時間演算部とを備えること
を特徴とする炭酸ガスセンサ制御装置。
1. A sensor control device for a carbon dioxide concentration measuring instrument having a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor for heating a sensor element by a heater, wherein a high voltage or a low voltage is supplied to the heater. Voltage applying means, voltage switching means for switching the voltage, initial setting means for instructing the voltage switching means to supply a high voltage after the power is turned on, and measuring the output from the sensor element. The signal detection means for detecting that the reference level is equalized, and the time elapsed until the sensor element output reaches the reference level after the initial setting means gives the instruction to supply the high voltage, that is, the reference level arrival time Calculate the retention time based on
A carbon dioxide sensor control device, comprising: a holding time calculation unit for instructing the voltage switching means to switch to a low voltage when the holding time is reached.
【請求項2】 前記初期設定手段が、前記電圧切換手段
に対し、電源投入直後低電圧を供給する指示を行い、そ
れから一定時間経過後、高電圧を供給する指示を行うタ
イマ手段であることを特徴とする請求項1記載の炭酸ガ
スセンサ制御装置。
2. The timer means for instructing the voltage switching means to supply a low voltage immediately after power-on, and then, after a lapse of a predetermined time, to the high voltage, the initialization means. The carbon dioxide sensor control device according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 前記高電圧を供給する保持時間が、該高
電圧に起因する高温暴露によるセンサ素子の劣化が開始
する時間より短いことを特徴とする請求項1又は請求項
2記載の固体電解質型炭酸ガスセンサ制御装置。
3. The solid electrolyte according to claim 1, wherein a holding time for supplying the high voltage is shorter than a time when deterioration of the sensor element due to high temperature exposure due to the high voltage starts. Type carbon dioxide sensor control device.
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