JP4714612B2

JP4714612B2 - ガス濃度測定装置

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Publication number: JP4714612B2
Application number: JP2006077215A
Authority: JP
Inventors: 一茂笹崎; 和行守谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP2007255923A

Description

本発明は、プロトン導電体膜を用いた電気化学式ガスセンサにより周辺雰囲気中のガス濃度を測定する装置に関するものである。

燃焼機器の不完全燃焼等によるＣＯガスを検出し警報するＣＯ警報器のように、周辺雰囲気中のＣＯ濃度を測定する装置として、従来から、電気化学式ＣＯセンサを内蔵したものが知られている。

図７に断面図で示すように、この電気化学式ＣＯセンサ１は、内部に水５が収容された金属缶２の上部開口４にプロトン導電体膜３を設置して、その対極３２を金属缶２内に露出させると共に、反対側の検知極３１にガス吸着フィルタ８ｃを内蔵した金属キャップ８を重ねて金属缶２の上部開口４にかしめ固定して構成されている。

上述した構成の電気化学式ＣＯセンサ１では、周辺雰囲気中のＣＯが、金属キャップ８の導入孔８ａから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ８ｃや導出孔８ｂ、そして、金属キャップ８とプロトン導電体膜３との間に介設した金属製の拡散防止板７の拡散制御孔７ａを通過して検知極３１に到達し、ここで、対極３２側からプロトン導電体膜３に供給される金属缶２内の水５の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極３１にプロトン（２Ｈ⁺）と電子（２ｅ^-）を発生させる。

検知極３１に発生した電子（２ｅ^-）はプロトン導電体膜３の内部を通過できないので検知極３１に滞留し、一方、プロトン（２Ｈ⁺）は、プロトン導電体膜３の内部を通過して対極３２に移動し、ここで、容器２内の酸素と還元反応を起こして、対極３２に水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。

したがって、検知極３１と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ８と、拡散防止板７を介して対極３２と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶２との間に負荷（図示せず）を接続すると、検知極３１に滞留した電子（２ｅ^-）の対極３２に向かう流れが負荷に生じ、これにより対極３２から負荷を経て検知極３１に向かう短絡電流の流れが生じるので、この負荷に流れる短絡電流を電流−電圧変換することで、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号が得られる（例えば特許文献１，２）。

このような検出原理の構成による電気化学式ＣＯセンサ１は、それ自身では、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号を生成するために外部からの電力供給を必要としないことから、電池によって長期間駆動する必要のあるＣＯ警報器での利用に適している。

このように、上述した電気化学式ＣＯセンサ１自身はＣＯ濃度信号の元となる電流の生成のために外部からの電力供給を必要としないが、ＣＯ濃度信号を取り込んで周辺雰囲気中のＣＯ濃度を割り出す以降の処理を行う後段回路は外部からの電力供給を必要とすることから、電池駆動式のＣＯ警報器では、間欠的に行われるＣＯ濃度の測定時にだけ、後段回路の電源が周期的に投入される。

ところで、後段回路の電源が投入されると、電気化学式ＣＯセンサ１からのＣＯ濃度信号が後段回路の信号増幅用のオペアンプに入力されるようになり、このとき、オペアンプから見たＣＯ濃度信号の立ち上がり部分には高周波成分が含まれることになる。

一方、オペアンプの負帰還回路上には抵抗があり、また、電気化学式ＣＯセンサ１は一種の大容量（数百〜数千μＦ）コンデンサとして機能することから、これらによりオペアンプが微分回路を構成することになり、そこに上述したような、後段回路の電源投入に伴う高周波成分を含んだＣＯ濃度信号が入力されてしまうと、その高周波成分がオペアンプで増幅されてしまい、増幅後のＣＯ濃度信号を用いたＣＯ濃度の測定やＣＯ濃度の警報動作の精度に、悪影響が及んでしまう。

そこで、電気化学式ＣＯセンサ１とオペアンプとの間に抵抗を挿入し、また、オペアンプの負帰還回路上の抵抗と並列に、ローパスフィルタとしてのコンデンサを並列に接続して、高周波におけるゲイン特性を下げると共にゲインの上限自体を低くすることが考えられる。

これにより、後段回路の電源投入に伴うＣＯ濃度信号の高周波成分が、オペアンプで大きいゲインで増幅されてしまうのを防ぎ、ＣＯ濃度の測定やＣＯ濃度の警報動作の精度に悪影響が及ばないようにすることができる。
特開２００４−１７０１０１号公報特開２００４−２７９２９３号公報

しかしながら、上述した特に抵抗を電気化学式ＣＯセンサ１とオペアンプとの間に挿入すると、電気化学式ＣＯセンサ１と等価なコンデンサと抵抗との遅延回路によって、コンデンサと抵抗の時定数で定まる遅延時間の分だけＣＯ濃度信号を遅延させる過渡現象が発生する。

しかも、電気化学式ＣＯセンサ１と等価なコンデンサが大容量（数百〜数千μＦ）であることからその時定数もかなりの長時間となり、その結果、長時間の過渡期間を過ぎないとＣＯ濃度信号に基づいたＣＯ濃度の測定やＣＯ濃度の警報動作を行えなくなってしまい、結局、後段回路の間欠動作のＯＮからＯＦＦまでの時間が長くなってしまって、消費電力を抑えるために行う後段回路の間欠動作の意味が希釈化してしまう。

そして、以上に説明した問題点は、ＣＯ警報器においてのみ発生し得るものではなく、電気化学式のガスセンサを用い、オペアンプを含む後段回路の電源を消費電力抑制のため間欠的に投入する、電池駆動式のガス濃度測定装置の全般に、広く発生するものである。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、オペアンプを含み間欠的に電源が投入される後段回路において電気化学式ガスセンサからのガス濃度信号を取り込んで、周辺雰囲気の対象ガス濃度を間欠的に測定する電池駆動式のガス濃度測定装置において、後段回路の電源投入時におけるガス濃度信号の入力の立ち上がりに含まれる高周波成分によるガス濃度の測定精度の低下を、オペアンプによるガス濃度信号の増幅の当初に過渡現象を発生させることなく、確実に防ぐことができるガス濃度測定装置を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１に記載した本発明のガス濃度測定装置は、周辺雰囲気中の対象ガスの濃度に応じて電気化学式ガスセンサから出力されるガス濃度信号を、間欠的な電源のＯＮ中に高周波ゲイン特性低減用抵抗を介してオペアンプに入力させて増幅し、増幅後のガス濃度信号により前記電気化学式ガスセンサの周辺雰囲気の対象ガス濃度を測定するガス濃度測定装置において、前記電源のＯＦＦ中に、前記オペアンプから切り離された前記電気化学式ガスセンサに接続され、前記電源のＯＮ中に、前記オペアンプに接続された前記電気化学式ガスセンサから切り離される閉ループを備え、前記電源のＯＮ中に前記電気化学式ガスセンサと前記高周波ゲイン特性低減用抵抗とで構成されるＯＮ側遅延回路の時定数が、前記電源のＯＦＦ中に前記電気化学式ガスセンサと前記閉ループ上の全抵抗要素とで構成されるＯＦＦ側遅延回路の時定数と一致する値に、前記高周波ゲイン特性低減用抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のガス濃度測定装置によれば、電源がＯＦＦからＯＮに切り換わると、電気化学式ガスセンサが接続される対象が、電気化学式ガスセンサと共にＯＦＦ側遅延回路を構成する抵抗要素を有する閉ループから、電気化学式ガスセンサと共にＯＮ側遅延回路を構成する高周波ゲイン特性低減用抵抗やオペアンプを有するループに切り換わる。

その際、電気化学式ガスセンサの接続対象が物理的に切り換わっても、時定数が互いに一致するＯＦＦ側遅延回路とＯＮ側遅延回路との、等価な回路間での切り換わりであることから、接続対象の切り換えの前後でガス濃度信号が受ける遅延動作に変化が生じず、よって、電気化学式ガスセンサの接続対象の切り換え時にオペアンプによる増幅後のガス濃度信号に過渡現象が発生することがない。

このため、電源のＯＮ中に電気化学式ガスセンサからのガス濃度信号を、高周波ゲイン特性低減用抵抗を介してオペアンプに入力させる構成を採用して、電源のＯＮに伴いオペアンプに入力されるガス濃度信号の立ち上がりに含まれる高周波成分がオペアンプで増幅されてしまうのを防ぎつつ、電源ＯＮの直後にガス濃度信号のＯＮ側遅延回路による遅延動作に過渡現象が生じて、正確なガス濃度の測定に必要な安定した増幅後のガス濃度信号が得られるタイミングが遅れてしまうのを、防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置を採用した電気化学式ＣＯセンサ内蔵ＣＯ警報器の斜視図であり、図１中引用符号１００で示す本実施形態の電気化学式ＣＯセンサ内蔵ＣＯ警報器（以下、「ＣＯ警報器」と略記する。）は、予め設置先の壁面（図示せず）に取着される取付部材２００のフック２１０に樹脂製のケース１１０を吊り下げて使用される。

前記ケース１１０の内部には、従来技術の欄で説明した図７の電気化学式ＣＯセンサ１（請求項中の電気化学式ガスセンサに相当）や、図２に電気的構成の回路図で示す電池Ｂ、定電圧回路１０、信号処理回路２０、ベース電圧発生回路３０、ノーマリーＯＮ型の電界効果トランジスタＦＥＴ、スイッチ回路ＩＣ１、電源スイッチＳＷ、マイクロコンピュータ（以下、「μＣＯＭ」と略記する。）４０、音声ＩＣ５０、インジケータ６０、及び、スピーカ７０が内蔵されている。

前記定電圧回路１０は、電池Ｂの電圧を定電圧化するものであり、前記信号処理回路２０は、電気化学式ＣＯセンサ１の金属キャップ８と金属缶２との間に接続されて、電気化学式ＣＯセンサ１の対極３２から金属缶２及び信号処理回路２０を経て金属キャップ８乃至検知極３１に向かう短絡電流に応じた電圧値のＣＯ濃度信号（請求項中のガス濃度信号に相当）を増幅し、増幅後のＣＯ濃度信号として出力するものである。

前記ベース電圧発生回路３０は、信号処理回路２０におけるＣＯ濃度信号の増幅時のゲインを定めるベース電圧を生成し、電気化学式ＣＯセンサ１の検知極３１側のターミナルである金属キャップ８と信号処理回路２０とに供給するものである。

尚、信号処理回路２０及びベース電圧発生回路３０は、ＣＯ警報器１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度（請求項中の対象ガスの濃度に相当）を測定する際にＯＮされる電源スイッチＳＷの投入中に、定電圧回路１０からの定電圧を電源として作動するものであり、ベース電圧発生回路３０が電気化学式ＣＯセンサ１の金属キャップ８と信号処理回路２０とに出力する、信号処理回路２０内のオペアンプＡＭＰ（図３参照）のゲインを定めるベース電圧（レファレンス電圧）は、電源スイッチＳＷがＯＮしているＣＯ濃度の測定時は、定電圧回路１０から供給される定電圧電源から作られた例えば２．７Ｖとなり、電源スイッチＳＷがＯＦＦしているＣＯ濃度の非測定時は、定電圧回路１０から定電圧電源が供給されないので０Ｖとなる。

前記電界効果トランジスタＦＥＴ（請求項中のスイッチ手段に相当）は、接合型ＦＥＴやディプレッション型ＭＯＳ−ＦＥＴといったノーマリーＯＮ型のものであり（図２では接合型ＦＥＴを用いる場合を示している）、そのドレインは対極３２側のターミナルである金属缶２に、動作安定用の抵抗Ｒｐを介して接続されており、そのソースは検知極３１側のターミナルである金属キャップ８に接続されており、ゲートは接地（０Ｖ）されている。

この電界効果トランジスタＦＥＴは、ゲート−ソース間に逆バイアスがかかるとドレイン−ソース間が非導通状態となって、プロトン導電体膜３の検知極３１側のターミナルである金属キャップ８から対極３２側のターミナルである金属缶２を絶縁させ、ゲートとソースを同電位にするとドレイン−ソース間が導通状態となって、金属キャップ８を金属缶２に電気的に接続させる。

前記スイッチ回路ＩＣ１は、電源スイッチＳＷの投入中に定電圧回路１０から供給される定電圧を電源として作動するものであり、電源スイッチＳＷがＯＦＦしているＣＯ濃度の非測定時に強制的にＯＦＦとなるノーマリーＯＦＦ型に構成されていて、このＯＦＦ状態では信号処理回路２０からプロトン導電体膜３の対極３２を切り離し、電源スイッチＳＷがＯＮされたＣＯ濃度の測定時に、後述するμＣＯＭ４０の制御によりＯＮされると、信号処理回路２０を、高周波ゲイン特性低減用の抵抗Ｒｓを介してプロトン導電体膜３の対極３２に接続するものである。

前記μＣＯＭ４０は、電源スイッチＳＷのＯＮ、ＯＦＦに関係なく常時、定電圧回路１０からの定電圧電源の供給を受けて作動するもので、電源スイッチＳＷや電界効果トランジスタＦＥＴ、スイッチ回路ＩＣ１のＯＮ、ＯＦＦを制御すると共に、信号処理回路２０から入力されるＣＯ濃度信号に基づいて、ＣＯ警報器１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度が警報レベルに達しているか否かの判定を行い、達している場合に、インジケータ６０を点灯させると共に、「ピッポピッポ、空気が汚れて危険です。窓を開けて換気をして下さい。」等の音声メッセージを音声ＩＣ５０から読み出してスピーカ７０により鳴動（音声出力）させる。

ちなみに、電池Ｂの−側、定電圧回路１０、信号処理回路２０、ベース電圧発生回路３０、スイッチ回路ＩＣ１、及び、μＣＯＭ４０は、いずれも接地（０Ｖ）されている。

このような構成のＣＯ警報器１００においては、電気化学式ＣＯセンサ１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度の非測定時に、μＣＯＭ４０の制御により電源スイッチＳＷがＯＦＦされ、これにより、スイッチ回路ＩＣ１がＯＦＦされて信号処理回路２０からプロトン導電体膜３の対極３２が切り離されると共に、ベース電圧発生回路３０からプロトン導電体膜３の検知極３１側のターミナルである金属キャップ８に０Ｖのベース電圧が供給される。

すると、金属キャップ８に接続された電界効果トランジスタＦＥＴのソースの電位（０Ｖ）が、接地（０Ｖ）されているゲートの電位と等しくなって、ゲートに逆バイアスがかからない電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間が導通状態となるので、電気化学式ＣＯセンサ１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じてプロトン導電体膜３の検知極３１に発生する電子（２ｅ^-）は、スイッチ回路ＩＣ１のＯＦＦによりプロトン導電体膜３の対極３２から切り離された信号処理回路２０に代わって、電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間を介して、プロトン導電体膜３の対極３２に移動する。

したがって、μＣＯＭ４０の制御により電源スイッチＳＷがＯＦＦされる電気化学式ＣＯセンサ１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度の非測定時に、プロトン導電体膜３の検知極３１に発生する電子（２ｅ^-）が検知極３１にそのまま滞留することはない。

また、その後、電気化学式ＣＯセンサ１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度を間欠的に測定するタイミングが到来すると、μＣＯＭ４０の制御により電源スイッチＳＷがＯＮされ、これにより、スイッチ回路ＩＣ１がＯＮされて信号処理回路２０が抵抗Ｒｓを介してプロトン導電体膜３の対極３２に接続されると共に、ベース電圧発生回路３０からプロトン導電体膜３の検知極３１側のターミナルである金属キャップ８に２．７Ｖのベース電圧が供給される。

すると、金属キャップ８に接続された電界効果トランジスタＦＥＴのソースの電位（２．７Ｖ）が、接地（０Ｖ）されているゲートの電位よりも高くなって、ゲートに逆バイアスがかかった電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間が非導通状態となるので、電気化学式ＣＯセンサ１の周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じてプロトン導電体膜３の検知極３１に発生する電子（２ｅ^-）は、非導通状態となった電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間ではなく、スイッチ回路ＩＣ１のＯＮによりプロトン導電体膜３の対極３２に抵抗Ｒｓを介して接続された信号処理回路２０を介して、対極３２に移動する。

したがって、電子（２ｅ^-）の移動経路上にある信号処理回路２０に短絡電流が流れて、信号処理回路２０における短絡電流のＣＯ濃度信号への電流−電圧変換や信号増幅が行われ、このＣＯ濃度信号が入力されるμＣＯＭ４０において、ＣＯ濃度信号の示すＣＯ濃度が警報レベルに達したか否かの判定や、警報レベルに達した際のインジケータ６０やスピーカ７０を用いた警報動作が、適宜行われることになる。

次に、電源スイッチＳＷがＯＦＦからＯＮに切り換わるのに伴って、電気化学式ＣＯセンサ１の接続先の閉ループが切り換わる際の、ＣＯ警報器の動作について説明する。

まず、信号処理回路２０の詳細を示す図３の回路図に示すように、前記信号処理回路２０は、電源スイッチＳＷのＯＮにより定電圧回路１０から供給される定電圧によって作動するオペアンプＡＭＰと、オペアンプＡＭＰの出力端子と逆相入力端子との間に接続された、ゲイン設定用の抵抗Ｒｇ及びローパスフィルタとしてのコンデンサＣｆの並列回路とを有している。

オペアンプＡＭＰの正相入力端子には、電気化学式ＣＯセンサ１の金属キャップ８が接続され、オペアンプＡＭＰの逆相入力端子には、高周波ゲイン特性低減用の抵抗Ｒｓを介して電気化学式ＣＯセンサ１の金属缶２が接続され、電源スイッチＳＷのＯＮ中には、電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が、抵抗ＲｓとオペアンプＡＭＰとで構成されるループを流れるので、電源スイッチＳＷのＯＮ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れるループは、図４の等価回路図で示すことができる。

ちなみに、図３の高周波ゲイン特性低減用の抵抗ＲｓをオペアンプＡＭＰの逆相入力端子と電気化学式ＣＯセンサ１の金属缶２との間に設けることで、電源スイッチＳＷのＯＦＦからＯＮへの切り換えに伴う電気化学式ＣＯセンサ１からオペアンプＡＭＰへのＣＯ濃度信号の入力立ち上がり部分に含まれる高周波成分を、大きいゲインでオペアンプＡＭＰが増幅しないように、オペアンプＡＭＰの高周波におけるゲイン特性を下げると共にゲインの上限自体を低くすることができる。

また、抵抗Ｒｓの存在により、オペアンプＡＭＰの高周波におけるゲイン特性が下がると共にゲインの上限自体も低くなるので、近くに存在する携帯電話等の高周波の電磁波を出力する機器の影響で、短絡電流の流れるラインに高周波の誘導電流が重畳して流れた場合にも、この高周波成分が大きいゲインでオペアンプＡＭＰにより増幅されないようにすることができる。

次に、電源スイッチＳＷのＯＦＦ中には、定電圧回路１０からの定電圧の供給が断たれるオペアンプＡＭＰを含んだ上記のループに代わり、ゲートの電位がソースの電位と等しくなって（０Ｖ）導通状態となった電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間を、電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れるので、電源スイッチＳＷのＯＦＦ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れるループ（請求項中の閉ループに相当）は、図５の等価回路図で示すことができる。

尚、図４の等価回路図において、ＶｏｆｓはオペアンプＡＭＰの入力オフセット電圧、図５の等価回路図において、Ｒｏｎは電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン−ソース間のオン抵抗であり、図４のオペアンプＡＭＰの入力オフセット電圧Ｖｏｆｓは、値がごく小さいので無視することができる。

ここで、図４及び図５の等価回路図において、電気化学式ＣＯセンサ１はコンデンサと等価であるから、これをコンデンサと置き換えて見ると、電源スイッチＳＷのＯＦＦ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れる図５の等価回路図では、電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗Ｒｐ，ＲｏｎとによるＣＲ遅延回路（請求項中のＯＦＦ側遅延回路に相当）が構成され、電源スイッチＳＷのＯＮ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れる図４の等価回路図では、電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗ＲｓとによるＣＲ遅延回路（請求項中のＯＮ側遅延回路に相当）が構成されることになる。

そして、本実施形態では、図５の等価回路図の電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗Ｒｐ，ＲｏｎとによるＣＲ遅延回路の時定数が、図４の電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗ＲｓとによるＣＲ遅延回路の時定数と一致するように、各抵抗Ｒｓ，Ｒｐ，Ｒｏｎの抵抗値が定められている。

但し、図４の抵抗Ｒｓの抵抗値は、電源スイッチＳＷのＯＦＦからＯＮへの切り換えに伴う電気化学式ＣＯセンサ１からオペアンプＡＭＰへのＣＯ濃度信号の入力立ち上がり部分に含まれる高周波成分を、大きいゲインでオペアンプＡＭＰが増幅しないように、オペアンプＡＭＰの高周波におけるゲイン特性を下げると共にゲインの上限自体を低くするのに見合った抵抗値とする必要がある。

また、図５の抵抗Ｒｏｎの抵抗値は、電界効果トランジスタＦＥＴの規格によって自ずと定まるものである。

したがって、本実施形態の場合には、抵抗Ｒｓ，Ｒｏｎの抵抗値に合わせて、図５の等価回路図の電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗Ｒｐ，ＲｏｎとによるＣＲ遅延回路の時定数が、図４の等価回路図の電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗ＲｓとによるＣＲ遅延回路の時定数と一致するように、図５の抵抗Ｒｐの抵抗値を定めることになる。

但し、例えば、図４の抵抗Ｒｓの抵抗値を、その本来の目的を損ねない範囲で、図５の抵抗Ｒｐ，Ｒｏｎの抵抗値に応じて定めるようにしてもよい。

そして、上記したように抵抗Ｒｐの抵抗値を定めることで、図５の等価回路図に示す、電源スイッチＳＷのＯＦＦ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れる閉ループと、図４の等価回路図に示す、電源スイッチＳＷのＯＮ時に電気化学式ＣＯセンサ１の短絡電流が流れるループとが、等価の回路となる。

したがって、電源スイッチＳＷのＯＦＦからＯＮへの切り換えに伴いって電気化学式ＣＯセンサ１の接続対象が図５の等価回路図から図４の等価回路図に示すループに切り換わっても、互いに等価な回路間での切り換わりであることから、接続対象の切り換えの前後でＣＯ濃度信号が受ける遅延動作に変化が生じず、よって、電気化学式ＣＯセンサ１の接続対象の切り換え時にオペアンプＡＭＰによる増幅後のＣＯ濃度信号に過渡現象が発生することがない。

このため、電源スイッチＳＷのＯＮ中に電気化学式ＣＯセンサ１からのＣＯ濃度信号を、図４に示す高周波ゲイン特性低減用の抵抗Ｒｓを介してオペアンプＡＭＰに入力させる構成を採用して、電源スイッチＳＷのＯＮに伴いオペアンプＡＭＰに入力されるＣＯ濃度信号の立ち上がりに含まれる高周波成分がオペアンプＡＭＰで増幅されてしまうのを防ぎつつ、電源スイッチＳＷのＯＮの直後に、図４の電気化学式ＣＯセンサ１と抵抗ＲｓとのＣＲ遅延回路によるＣＯ濃度信号の遅延動作に過渡現象が生じて、正確なＣＯ濃度の測定に必要な安定した増幅後のＣＯ濃度信号が得られるタイミングが遅れてしまうのを、防止することができる。

尚、電界効果トランジスタＦＥＴに代えて、図６に電気的構成の回路図で示す、電源スイッチＳＷのＯＮ、ＯＦＦに関係なく常時、定電圧回路１０からの定電圧電源の供給を受けて作動する第２スイッチ回路ＩＣ２を用い、電源スイッチＳＷがＯＦＦしているＣＯ濃度の非測定時に、μＣＯＭ４０の制御によりＯＮさせて、プロトン導電体膜３の検知極３１側のターミナルである金属キャップ８を対極３２側のターミナルである金属缶２に電気的に接続させると共に、電源スイッチＳＷがＯＮされたＣＯ濃度の測定時に、μＣＯＭ４０の制御によりＯＦＦさせて、金属キャップ８から金属缶２を絶縁させるように構成することもできる。

そのように構成する場合は、第２スイッチ回路ＩＣ２が請求項中のスイッチ手段に相当し、第２スイッチ回路ＩＣ２のオン抵抗（図示せず）と図３の抵抗Ｒｐとが、請求項中の閉ループ状の抵抗要素に相当することになる。

しかし、上述した図２の電界効果トランジスタＦＥＴを用いる方が、定電圧回路１０から供給される定電圧を電源として作動する図６の第２スイッチ回路ＩＣ２を用いるよりも、消費電力を抑えて初期の効果を得ることができるので、電池Ｂの長寿命化を図る上で有利である。

そして、本実施形態では電気化学式ＣＯセンサ１を用いてＣＯ濃度の測定及び警報動作を行うＣＯ警報器を例に取って説明したが、本発明はＣＯに限らず、酸素や二酸化炭素等、電気化学式のガスセンサで対象ガスのガス濃度を測定する場合に広く適用可能であることは、言うまでもない。

本発明が適用される電気化学式ＣＯセンサ内蔵ＣＯ警報器の一実施形態を示す斜視図である。図１の電気化学式ＣＯセンサ内蔵ＣＯ警報器に内蔵される電気的構成の回路図である。図２の信号処理回路の詳細を示す回路図である。図２の電源スイッチのＯＮ時に電気化学式ＣＯセンサの短絡電流が流れるループの等価回路図である。図２の電源スイッチのＯＦＦ時に電気化学式ＣＯセンサの短絡電流が流れるループの等価回路図である。図１の電気化学式ＣＯセンサ内蔵ＣＯ警報器に内蔵される他の実施形態に係るＣＯ警報器の電気的構成の回路図である。電気化学式ＣＯセンサの構成を示す断面図である。一般的な電気化学式ＣＯセンサの構成を示す断面図である。

符号の説明

１電気化学式ＣＯセンサ（電気化学式ガスセンサ）
ＦＥＴ電界効果トランジスタ（スイッチ手段）
ＩＣ２第２スイッチ回路（スイッチ手段）
Ｒｏｎ，Ｒｐ抵抗
Ｒｓ高周波ゲイン特性低減用抵抗

Claims

周辺雰囲気中の対象ガスの濃度に応じて電気化学式ガスセンサから出力されるガス濃度信号を、間欠的な電源のＯＮ中に高周波ゲイン特性低減用抵抗を介してオペアンプに入力させて増幅し、増幅後のガス濃度信号により前記電気化学式ガスセンサの周辺雰囲気の対象ガス濃度を測定するガス濃度測定装置において、
前記電源のＯＦＦ中に、前記オペアンプから切り離された前記電気化学式ガスセンサに接続され、前記電源のＯＮ中に、前記オペアンプに接続された前記電気化学式ガスセンサから切り離される閉ループを備え、
前記電源のＯＮ中に前記電気化学式ガスセンサと前記高周波ゲイン特性低減用抵抗とで構成されるＯＮ側遅延回路の時定数と、前記電源のＯＦＦ中に前記電気化学式ガスセンサと前記閉ループ上の全抵抗要素とで構成されるＯＦＦ側遅延回路の時定数とが一致する値に、前記高周波ゲイン特性低減用抵抗の抵抗値又は前記閉ループ上の全抵抗要素の合成抵抗値を設定した、
ことを特徴とするガス濃度測定装置。