JP5115992B2 - Carbon monoxide gas measuring device and alarm - Google Patents

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Description

本発明は、対象ガスの電気化学反応によって対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサの感度を補正する一酸化炭素ガス計測装置及び警報器に関するものである。   The present invention relates to a carbon monoxide gas measuring device and an alarm device for correcting the sensitivity of an electrochemical gas sensor that detects a target gas concentration by an electrochemical reaction of the target gas.

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(=ガスセンサ)を内蔵したものが知られている。   As a device for measuring the CO concentration in the ambient atmosphere, such as a CO alarm device that detects and alarms CO gas due to incomplete combustion of combustion equipment, etc., a device that has conventionally incorporated an electrochemical CO sensor (= gas sensor) Are known.

図8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(=水容器)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。   As shown in a cross-sectional view in FIG. 8, this electrochemical CO sensor 1 has a proton conductor film 3 installed in an upper opening 4 of a metal can 2 (= water container) in which water 5 is accommodated. The counter electrode 32 is exposed in the metal can 2, and the metal cap 8 including the gas adsorption filter 8 c is overlapped on the opposite detection electrode 31 and is caulked and fixed to the upper opening 4 of the metal can 2.

上述した構成の電気化学式のCOセンサ1では、周辺雰囲気中のCO(=対象ガス)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制御板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。 In the electrochemical CO sensor 1 having the above-described configuration, CO (= target gas) in the ambient atmosphere is introduced into the inside through the introduction hole 8a of the metal cap 8, and the gas adsorption filter 8c made of activated carbon, silica gel, zeolite, or the like. And through the diffusion control hole 7a of the metal diffusion control plate 7 interposed between the metal cap 8 and the proton conductor film 3, and reaches the detection electrode 31, where the counter electrode Oxidation reaction using the water 5 in the metal can 2 supplied to the proton conductor film 3 from the 32 side is caused to generate protons (2H + ) and electrons (2e ) at the detection electrode 31.

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、金属缶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。 The electrons (2e ) generated in the detection electrode 31 cannot pass through the proton conductor film 3 and therefore stay in the detection electrode 31, while the proton (2H + ) passes through the proton conductor film 3. It moves to the counter electrode 32, where it causes a reduction reaction with oxygen in the metal can 2 to generate water (H 2 O) at the counter electrode 32.

したがって、検知極31と拡散制御板7を介して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、対極32とワッシャー9を介して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との間に電流/電圧変換回路(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に向かう流れが電流/電圧変換回路の入力抵抗に生じ、これにより対極32から上記入力抵抗を経て検知極31に向かう電流の流れが生じるので、この電流を電流/電圧変換回路が、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)。 Accordingly, a metal cap 8 that is electrically connected to the detection electrode 31 via the diffusion control plate 7 and functions as its terminal, and a metal can that is electrically connected to the counter electrode 32 and the washer 9 and functions as its terminal. When a current / voltage conversion circuit (not shown) is connected between the current and voltage, a flow of electrons (2e ) staying in the detection electrode 31 toward the counter electrode 32 is generated in the input resistance of the current / voltage conversion circuit. Since a current flows from the counter electrode 32 to the detection electrode 31 through the input resistance, the current / voltage conversion circuit converts this current into current / voltage so that a voltage value corresponding to the CO concentration in the ambient atmosphere can be obtained. A CO concentration signal is obtained (for example, Patent Documents 1 and 2).

また、上記同様に水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応を利用するガスセンサとして、2つの電極間にイオン伝導固体電解膜を備えるとともに、イオン伝導固体電解膜に一定の相対湿度を維持するように水を充填した水容器を備えたガスセンサがある(例えば特許文献3)。   Further, as described above, as a gas sensor that utilizes the reaction between water vapor from a water container and a target gas, an ion conductive solid electrolytic membrane is provided between two electrodes, and a constant relative humidity is maintained in the ion conductive solid electrolytic membrane. There is a gas sensor including a water container filled with water (for example, Patent Document 3).

前記COセンサ1は、それ自身では、周囲雰囲気中の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。   The CO sensor 1 itself does not require an external power supply in order to generate a CO concentration signal having a voltage value corresponding to the CO concentration in the ambient atmosphere. Suitable for use with certain CO alarms.

ところで、上述したCO警報器は、従来より、金属缶2中の水が減少する「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障を検出する自己診断を行っている(例えば特許文献3)。COセンサ1の自己診断は、このCOセンサ1を一種のコンデンサとみなし、その放電時の電流波形が「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障によって正常時とは異なることを利用して行っている。   By the way, the above-mentioned CO alarm device has conventionally performed self-diagnosis for detecting failures such as “no water”, “disconnection”, and “short circuit” in which water in the metal can 2 is reduced (for example, Patent Document 3). . The self-diagnosis of the CO sensor 1 regards this CO sensor 1 as a kind of capacitor, and uses the fact that the current waveform at the time of discharge differs from the normal state due to failures such as “no water”, “disconnection”, and “short circuit”. Is going.

特開2004−170101号公報JP 2004-170101 A 特開2004−279293号公報JP 2004-279293 A 特開2000−146908号公報JP 2000-146908 A

しかしながら、従来のCO警報器等では、短絡、断線、水なし、水の枯渇までは判断していたが、COセンサ1がコンデンサとして正常に動作しているか否かまでの判定には至っていなかった。つまり、COセンサ1がコンデンサとして正常に動作していない場合は、その放電時の電流波形についても正確ではない可能性があるため、その電流波形に基づいて各種故障を判定すると、その判定精度が低下する可能性があった。   However, in the conventional CO alarm device etc., it has been judged until short circuit, disconnection, no water, water depletion, but it has not yet been judged whether the CO sensor 1 is operating normally as a capacitor. It was. In other words, if the CO sensor 1 is not operating normally as a capacitor, the current waveform at the time of discharge may not be accurate. Therefore, if various failures are determined based on the current waveform, the determination accuracy is There was a possibility of decline.

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、電気化学式ガスセンサがコンデンサとして正常であるか否かを判定することができる一酸化炭素ガス計測装置及び警報器を提供することを課題としている。   Therefore, in view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a carbon monoxide gas measuring device and an alarm device that can determine whether an electrochemical gas sensor is normal as a capacitor.

上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、図1の基本構成図に示すように、固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって前記対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサ1と、前記電気化学式ガスセンサ1に流れる前記電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路40と、前記電気化学式ガスセンサ1に充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサ1を充電する電源33と、前記電源33から前記電気化学式ガスセンサ1に所定時間にわたって充電電流の供給を制御する充電制御手段10a1と、前記充電制御手段10a1の制御によって充電が終了したときに、前記電気化学式ガスセンサ1の等価回路が有するコンデンサの電気量の変化を、前記電流/電圧変換回路40の電圧値に基づいて検出する電気量変化検出手段10a2と、前記電気量変化検出手段10a2が検出した電気量の変化に基づいて、前記コンデンサが正常であるか否かを診断する自己診断手段10a3と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 generates a current corresponding to the concentration of the target gas by a reaction between the solid or liquid electrolyte and the target gas as shown in the basic configuration diagram of FIG. An electrochemical gas sensor 1, a current / voltage conversion circuit 40 that converts the current flowing through the electrochemical gas sensor 1 into a voltage, and a power source that supplies the charging current to the electrochemical gas sensor 1 to charge the electrochemical gas sensor 1 33, charging control means 10a1 for controlling the supply of charging current from the power source 33 to the electrochemical gas sensor 1 over a predetermined time, and when charging is terminated by the control of the charging control means 10a1, the electrochemical gas sensor 1 A change in the amount of electricity of the capacitor included in the equivalent circuit is detected based on the voltage value of the current / voltage conversion circuit 40. And a self-diagnosis unit 10a3 for diagnosing whether or not the capacitor is normal based on a change in the amount of electricity detected by the amount-of-electricity change detection unit 10a2. To do.

請求項1記載の発明によれば、充電制御手段10a1の制御によって電源33から電気化学式ガスセンサ1に所定時間にわたって充電電流の供給が終了すると、電気化学式ガスセンサ1の等価回路が有するコンデンサCの電気量の変化を電気量変化検出手段10a2によって検出する。そして、その電気量の変化に基づいて、コンデンサCが正常であるか否かを自己診断手段10a3によって診断することができる。   According to the first aspect of the present invention, when the supply of the charging current from the power source 33 to the electrochemical gas sensor 1 is completed for a predetermined time by the control of the charging control means 10a1, the electric quantity of the capacitor C included in the equivalent circuit of the electrochemical gas sensor 1 Is detected by the electric quantity change detecting means 10a2. Based on the change in the amount of electricity, the self-diagnosis means 10a3 can diagnose whether or not the capacitor C is normal.

上記課題を解決するためになされた請求項2記載の発明は、図1の基本構成図に示すように、請求項1記載の一酸化炭素ガス計測装置20と、前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段50と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 2 includes a carbon monoxide gas measuring device 20 according to claim 1 and the carbon monoxide gas measuring device as shown in the basic configuration diagram of FIG. And alarm means 50 for alarming abnormality of the measured target gas concentration.

請求項2の本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を検出すると、警報手段によって警報を行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, when an abnormality in the target gas concentration measured by the carbon monoxide gas measuring device is detected, an alarm can be issued by the alarm means.

以上説明したように請求項1記載の本発明によれば、電源から電気化学式ガスセンサに所定時間にわたって充電電流の供給が終了すると、電気化学式ガスセンサの等価回路が有するコンデンサの電気量の変化を検出し、該電気量の変化に基づいてコンデンサが正常であるか否かを判定するようにしたことから、電気化学式ガスセンサがコンデンサとして正常に動作していないことを検出できるため、計測した対象ガス濃度の精度低下の防止に貢献することができる。また、電気化学式ガスセンサへの充電電流の供給が終了したときの電流/電圧変換回路の出力に基づいて診断するだけなので、定期的に自己診断を行うことが可能となり、電気化学式ガスセンサの異常を迅速に検出することができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、電気化学式ガスセンサがコンデンサとして正常に動作していることを担保することができるため、電気化学式ガスセンサの精度向上に貢献することができる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, when the supply of the charging current from the power source to the electrochemical gas sensor is completed for a predetermined time, a change in the amount of electricity of the capacitor included in the equivalent circuit of the electrochemical gas sensor is detected. Since it is determined whether or not the capacitor is normal based on the change in the amount of electricity, it can be detected that the electrochemical gas sensor is not operating normally as a capacitor. This can contribute to prevention of accuracy degradation. In addition, since the diagnosis is only based on the output of the current / voltage conversion circuit when the supply of the charging current to the electrochemical gas sensor is completed, it is possible to perform a self-diagnosis periodically and quickly detect an abnormality in the electrochemical gas sensor. Therefore, maintainability can be improved. Therefore, since it can be ensured that the electrochemical gas sensor is operating normally as a capacitor, it is possible to contribute to improving the accuracy of the electrochemical gas sensor.

以上説明したように請求項2記載の本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置がコンデンサとして正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、電気化学式ガスセンサに故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、一酸化炭素ガス計測装置の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。   As described above, according to the second aspect of the present invention, the target gas concentration measured in a state where the carbon monoxide gas measuring device is operating normally as a capacitor is determined, and the abnormality is alarmed. Therefore, it is possible to prevent the electrochemical gas sensor from being continuously used in a state where a failure has occurred. Accordingly, it is possible to prevent the measurement accuracy of the carbon monoxide gas measuring device from being lowered, thereby contributing to the improvement of safety.

本発明の一酸化炭素ガス計測装置及び警報器の基本構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the carbon monoxide gas measuring device and alarm device of this invention. 本発明の実施形態に係る警報器としてのガス警報器の一実施の形態を示す回路図である。It is a circuit diagram showing one embodiment of a gas alarm as an alarm according to an embodiment of the present invention. 図2に示すガス警報器中の電気化学式ガスセンサの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of an electrochemical gas sensor in the gas alarm device shown in FIG. 2. 図3に示す電気化学式ガスセンサの充電した瞬間の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram at the moment when the electrochemical gas sensor shown in FIG. 3 is charged. 電気化学式ガスセンサに電圧値と時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a voltage value and time in an electrochemical gas sensor. 電気化学式ガスセンサにおけるコンデンサ容量の算出例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation example of the capacitor | condenser capacity | capacitance in an electrochemical gas sensor. 図2のCPUが実行する自己診断処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the self-diagnosis process which CPU of FIG. 2 performs. 本発明に係る電気化学式COセンサの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the electrochemical CO sensor which concerns on this invention.

以下、本発明に係る一酸化炭素ガス計測装置を有する警報器の一例を、図1〜図7の図面を参照して以下に説明する。なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。   Hereinafter, an example of an alarm device having a carbon monoxide gas measuring device according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of what was demonstrated in the prior art, or the detailed description is abbreviate | omitted.

図2において、ガス警報器100は、電気化学式ガスセンサ(以下、COセンサという)1と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)10と、自己診断回路30と、電流/電圧変換回路40と、抵抗R1と、音声警報出力部50と、当該ガス警報器の各部に電力を供給する電池60と、を有して構成している。   In FIG. 2, the gas alarm device 100 includes an electrochemical gas sensor (hereinafter referred to as a CO sensor) 1, a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 10, a self-diagnosis circuit 30, a current / voltage conversion circuit 40, and a resistor R1. And a sound alarm output unit 50 and a battery 60 that supplies power to each unit of the gas alarm device.

COセンサ1は、例えば前掲の図8に示す電気化学式COセンサ1となっている。COセンサ1は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流Iを発生し、該電流Iを電流/電圧変換回路40に出力する。COセンサ1の検知極31と、演算増幅器41の−入力端との間には、抵抗R1が設けられている。   The CO sensor 1 is, for example, the electrochemical CO sensor 1 shown in FIG. The CO sensor 1 generates a current I corresponding to the target gas concentration by a reaction between water vapor from a water container containing water or water vapor in the atmosphere and the target gas, and outputs the current I to the current / voltage conversion circuit 40. To do. A resistor R1 is provided between the detection electrode 31 of the CO sensor 1 and the negative input terminal of the operational amplifier 41.

電流/電圧変換回路40は、抵抗R1を介してCOセンサ1の検知極31及び第1スイッチSW1が−入力端に、対極32及び電流源33が+入力端にそれぞれ接続された演算増幅器41と、演算増幅器41の−入力端及び出力端間に設けられた帰還抵抗R2とから構成されていて、電流Iに応じた電圧信号をマイコン10に出力する。   The current / voltage conversion circuit 40 includes an operational amplifier 41 having a detection electrode 31 and a first switch SW1 of the CO sensor 1 connected to a negative input terminal and a counter electrode 32 and a current source 33 connected to a positive input terminal via a resistor R1. And a feedback resistor R2 provided between the negative input terminal and the output terminal of the operational amplifier 41, and outputs a voltage signal corresponding to the current I to the microcomputer 10.

マイコン10は、処理プログラムに従って各種の処理を行うCPU10aと、CPU10aが行う処理のプログラムなどを格納したROM10bと、CPU10aでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するRAM10c、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計測するためのタイマ10d等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。そして、マイコン10は、所定のサンプリング周期により、電流/電圧変換回路40から出力される電圧信号をサンプリングしてCOのガス濃度を計測し、そのガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力部50から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。   The microcomputer 10 includes a CPU 10a that performs various processes according to a processing program, a ROM 10b that stores a program for processing performed by the CPU 10a, a work area that is used in various processes in the CPU 10a, a data storage area that stores various data, and the like. The RAM 10c has a timer 10d for measuring the time set in a predetermined register or the date, time, etc., and these elements are connected by a bus line. The microcomputer 10 samples the voltage signal output from the current / voltage conversion circuit 40 at a predetermined sampling period and measures the CO gas concentration. When the gas concentration reaches or exceeds the alarm set point, a sound alarm is issued. An alarm is issued from the output unit 50, and the alarm is stopped when the alarm is below the alarm release set point.

なお、COは、燃焼器具を正常な状態で使用しても発生することが知られており、特に、鍋、やかん等の調理器具を用いて、お湯を沸かす場合に、冷たい調理器具が暖まるまでの間にCOが発生するので、CO濃度(ガス濃度)が警報設定点を超えてもすぐには警報の発生を行わず、予め定めた遅延時間経過後も警報設定点を越えている状態が継続した場合に、警報を発生するようにしてもよい。   Note that CO is known to be generated even when the combustion utensil is used in a normal state. In particular, when boiling hot water using a cooking utensil such as a pan or a kettle, the cold cooking utensil is warmed up. Since CO occurs during this period, even if the CO concentration (gas concentration) exceeds the alarm set point, an alarm is not generated immediately, and the alarm set point is exceeded even after a predetermined delay time has elapsed. If it continues, an alarm may be generated.

自己診断回路30は、マイコン10からの指示によりCOセンサ1の自己診断を実行する回路である。自己診断回路30は、COセンサ1に充電電流を供給してCOセンサ1を充電するための請求項中の電源としての電流源33と、電流源33−COセンサ1間に設けられてCOセンサ1の充電及び放電を切り替える第1スイッチSW1と、を有している。   The self-diagnosis circuit 30 is a circuit that executes a self-diagnosis of the CO sensor 1 in accordance with an instruction from the microcomputer 10. The self-diagnosis circuit 30 is provided between the current source 33 and the CO sensor 1 as a power source for charging the CO sensor 1 by supplying a charging current to the CO sensor 1 and the CO sensor 1. 1 and a first switch SW1 for switching between charging and discharging.

COセンサ1は、電流源33から充電されると、図3に示す等価回路となる。COセンサ1の等価回路は、電流源33と抵抗R1と電気的に接続された直列抵抗(直列内部抵抗成分)Rsと、該直列抵抗Rsに直列接続された抵抗Rpと、抵抗Rpに並列接続されたコンデンサCと、を有して構成している。そして、直列抵抗Rsと抵抗Rpとの関係は、抵抗Rp>>直列抵抗Rsとなっている。なお、抵抗R1の抵抗値は1kΩ、帰還抵抗R2の抵抗値は100kΩとする。   When charged from the current source 33, the CO sensor 1 becomes an equivalent circuit shown in FIG. The equivalent circuit of the CO sensor 1 includes a series resistor (series internal resistance component) Rs electrically connected to the current source 33 and the resistor R1, a resistor Rp connected in series to the series resistor Rs, and a resistor Rp connected in parallel. And a capacitor C. The relationship between the series resistance Rs and the resistance Rp is resistance Rp >> series resistance Rs. The resistance value of the resistor R1 is 1 kΩ, and the resistance value of the feedback resistor R2 is 100 kΩ.

図5はCOセンサ1の電圧値と時間の関係を、充電及び放電に対応させて示している。なお、図5において、縦軸は電圧値、横軸は時間をそれぞれ示している。そして、自己診断動作では、COセンサ1に充電することにより電荷を貯め、それを放電する動作を行っている。定電流で一定時間充電される場合、そのコンデンサCの容量によって貯まる電荷の量が変化する。つまり、そのCOセンサ1の充電終了時は、その容量成分の大きさにより電圧値が変化するため、本発明はその電圧値に着目することによりコンデンサCの容量を診断する。   FIG. 5 shows the relationship between the voltage value of the CO sensor 1 and time corresponding to charging and discharging. In FIG. 5, the vertical axis indicates the voltage value, and the horizontal axis indicates time. In the self-diagnosis operation, the CO sensor 1 is charged to store charges and discharge them. When the battery is charged with a constant current for a certain period of time, the amount of stored charge varies depending on the capacity of the capacitor C. That is, at the end of charging of the CO sensor 1, the voltage value changes depending on the magnitude of the capacitance component. Therefore, the present invention diagnoses the capacitance of the capacitor C by paying attention to the voltage value.

なお、本実施形態では、ROM10bに、上述した図1に示す請求項中の充電制御手段10a1、電気量変化検出手段10a2、自己診断手段10a3、等の各種手段としてCPU10aを機能させるためのプログラムを記憶しており、その電気量変化検出手段10a2がコンデンサCの容量を算出している。   In the present embodiment, a program for causing the CPU 10a to function as various means such as the charge control means 10a1, the electric quantity change detection means 10a2, and the self-diagnosis means 10a3 in the claim shown in FIG. 1 is stored in the ROM 10b. The electric quantity change detecting means 10a2 calculates the capacitance of the capacitor C.

まず、充電開始時STは、過渡的にCOセンサ1の容量成分は無視でき、インピーダンスは0Ωと見なすことができる。すると、COセンサ1は、図4に示す等価回路と考えることができる。   First, at the start of charging ST, the capacitive component of the CO sensor 1 can be ignored transiently, and the impedance can be regarded as 0Ω. Then, the CO sensor 1 can be considered as an equivalent circuit shown in FIG.

図4における充電電流Iは、COセンサ1の直列抵抗Rsに流れる電流Iaと抵抗R1に流れる電流Ibとに分流される。よって、直列抵抗Rsの抵抗値が大きくなればなるほど、1kΩの抵抗R1側に流れる電流は大きくなる。その電流Ibが電流/電圧変換回路40で電圧出力に変換されるので、その電圧値に基づいて、COセンサ1の直流抵抗Rsの抵抗値を算出することができる。   The charging current I in FIG. 4 is divided into a current Ia flowing through the series resistor Rs of the CO sensor 1 and a current Ib flowing through the resistor R1. Therefore, the larger the resistance value of the series resistor Rs, the larger the current flowing to the 1 kΩ resistor R1 side. Since the current Ib is converted into a voltage output by the current / voltage conversion circuit 40, the resistance value of the DC resistance Rs of the CO sensor 1 can be calculated based on the voltage value.

例えば、上述した構成において、直流抵抗Rsが500Ω、充電電流Iが1μAとする。このとき、直流抵抗Rsと抵抗R1に流れる電流比は、500Ω:1kΩ=1:2から、直列抵抗Rs側の電流:抵抗R1側の電流=2:1となる。そして、抵抗R1に流れる電流値をXとして出力電圧を求める場合、1:2=X:(1μA−X)となり、X=1/3μAとなる。   For example, in the configuration described above, the DC resistance Rs is 500Ω and the charging current I is 1 μA. At this time, the ratio of the current flowing through the DC resistor Rs and the resistor R1 is changed from 500Ω: 1 kΩ = 1: 2 to the current on the series resistor Rs side: current on the resistor R1 = 2: 1. When the output voltage is obtained by setting the value of the current flowing through the resistor R1 to X, 1: 2 = X: (1 μA−X), and X = 1/3 μA.

よって、電流/電圧変換回路40の出力電圧は、1/3μA*100kΩ=100/3mV≒33.3mVとなる。即ち、上述した逆の計算を行うことで、直列抵抗Rsの抵抗値を求めることができる。   Therefore, the output voltage of the current / voltage conversion circuit 40 is 1/3 μA * 100 kΩ = 100/3 mV≈33.3 mV. That is, the resistance value of the series resistor Rs can be obtained by performing the reverse calculation described above.

例えば、電流/電圧変換回路40の出力電圧が25mVとすると、25mV/100kΩ=0.25μAとなり、0.25μA:(1−0.25)μA=1:3となる。よって、1:3=直列抵抗Rs:1kΩから、直列抵抗Rs=1000/3Ω=333.3Ωと求めることができる。   For example, if the output voltage of the current / voltage conversion circuit 40 is 25 mV, 25 mV / 100 kΩ = 0.25 μA, and 0.25 μA: (1-0.25) μA = 1: 3. Therefore, from 1: 3 = series resistance Rs: 1 kΩ, it can be determined that series resistance Rs = 1000 / 3Ω = 333.3Ω.

抵抗R1は、電流/電圧変換回路40の入力抵抗となっている。抵抗R1は、その一旦が電流源33(電源)からCOセンサ1への供給路、且つ、他端が上述した演算増幅器41の−入力端にそれぞれ電気的に接続されている。抵抗R1は、上述したCOセンサ1の等価回路における直列抵抗Rsの抵抗値の増加(変化)に応じて電流源33から流れ込む電流Ibが増加(変化)する抵抗値に設定されている。   The resistor R1 is an input resistor of the current / voltage conversion circuit 40. The resistor R1 is once electrically connected to the supply path from the current source 33 (power supply) to the CO sensor 1, and the other end is electrically connected to the negative input terminal of the operational amplifier 41 described above. The resistance R1 is set to a resistance value at which the current Ib flowing from the current source 33 increases (changes) in accordance with the increase (change) in the resistance value of the series resistance Rs in the equivalent circuit of the CO sensor 1 described above.

次に、コンデンサCの容量成分の求め方の一例を、図6の図面を参照して以下に説明する。なお、図6中の電流/電圧変換回路40は2つの増幅器を用いているが、基本構成については、上述した図2等と同一の構成となっている。   Next, an example of how to obtain the capacitance component of the capacitor C will be described below with reference to the drawing of FIG. Although the current / voltage conversion circuit 40 in FIG. 6 uses two amplifiers, the basic configuration is the same as that in FIG.

上述した自己診断回路30では、充電開始時の過渡的な状態のときに直列抵抗Rsを判定することについて説明した。そして、充電電流Iが例えば1μA前後の場合、充電開始時はコンデンサCの両端の電圧が徐々に上昇していくのに伴って、抵抗R1側への電流が増加していく。そのため、充電時の時定数によりCOセンサ1の容量分を判定できるようにする。ただし、等価回路中の抵抗Rpについては、20k〜40kΩと仮定して考える。   In the self-diagnosis circuit 30 described above, the determination of the series resistance Rs in the transitional state at the start of charging has been described. When the charging current I is, for example, around 1 μA, the current to the resistor R1 side increases as the voltage across the capacitor C gradually increases at the start of charging. Therefore, the capacity of the CO sensor 1 can be determined by the time constant during charging. However, it is assumed that the resistance Rp in the equivalent circuit is 20 k to 40 kΩ.

仮に、直列抵抗Rsを500Ω、抵抗Rpを40kΩ、電源33の電圧を2.4Vとした場合、直列抵抗Rs、抵抗Rp、抵抗R1の合成抵抗を求めると、(500+40k)*1000/(500+40k)+1000=975.904Ωとなる。そして、等価回路にてコンデンサCがフル充電されたときに、電流/電圧変換回路40の電圧を求めると、(2.4V−2.2V)/(975.904+200k)*975.904=971.165μVとなる。   Assuming that the series resistance Rs is 500Ω, the resistance Rp is 40 kΩ, and the voltage of the power supply 33 is 2.4 V, the combined resistance of the series resistance Rs, resistance Rp, and resistance R1 is calculated as (500 + 40k) * 1000 / (500 + 40k) + 1000 = 975.904Ω. When the voltage of the current / voltage conversion circuit 40 is obtained when the capacitor C is fully charged in the equivalent circuit, (2.4V−2.2V) / (975.904 + 200k) * 975.904 = 971. 165 μV.

今、出力電圧が1.5Vになったとすると、2.2−1.5=0.7Vとなり、(0.7/16)/68=643.3824μVとなる。よって、643.3824μV=971.165μV(1−e(-5/C*1000))となり、C=−0.005/ln(1−643.3824μV/971.165μV)=4.6mFと求めることができる。 Assuming that the output voltage is 1.5V, 2.2−1.5 = 0.7V and (0.7 / 16) /68=643.3824 μV. Accordingly, 643.3824 μV = 971.165 μV (1-e (−5 / C * 1000) ), and C = −0.005 / ln (1−643.3824 μV / 9711.165 μV) = 4.6 mF Can do.

以上のように、コンデンサCの容量を求めることができるため、センサ故障として考えられる短絡、断線、水無し、枯渇時には、COセンサ1の容量成分は限りなく0に近くなるため、使用上問題のない範囲のCOセンサ1を故障と判定することを防止できる。   As described above, since the capacitance of the capacitor C can be obtained, the capacitance component of the CO sensor 1 is almost zero when a short circuit, disconnection, no water, or depletion that may be considered as a sensor failure. It is possible to prevent the CO sensor 1 in a non-existing range from being determined as a failure.

音声警報出力部50は、図1に示す請求項中の警報手段に相当し、マイコン10と電気的に接続されている。音声警報出力部50は、CPU10aからの要求に応じて例えば音声、表示、等による各種出力が可能な構成となっている。なお、本実施形態では、音声警報出力部50が音声出力回路によって音声による通知、警報を行う場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、表示のみで通知するなど種々異なる実施形態とすることができる。   The audio alarm output unit 50 corresponds to alarm means in the claims shown in FIG. 1 and is electrically connected to the microcomputer 10. The voice alarm output unit 50 is configured to be capable of various outputs such as voice, display, etc. in response to a request from the CPU 10a. In this embodiment, the case where the voice alarm output unit 50 performs voice notification and warning by the voice output circuit will be described. However, the present invention is not limited to this, and various implementations such as notification only by display are provided. It can be in the form.

次に、ガス警報器100のCPU10aが実行する本発明に係る自己診断処理の一例を、図7に示すフローチャートを参照して以下に説明する。なお、この処理は上位モジュールからの終了要求に応じて終了することを前提としている。   Next, an example of the self-diagnosis process according to the present invention executed by the CPU 10a of the gas alarm device 100 will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. Note that it is assumed that this process is terminated in response to a termination request from a higher module.

CPU10aによってROM10bに記憶している自己診断処理プログラムが実行されると、ステップS11において、タイマ10dにより予め定められた診断タイミング(例えば、24時間毎、1週間毎、等)であるか否かが判定される。診断タイミングではないと判定された場合(S11でN)、この判定処理を繰り返すことで、診断タイミングを待つ。一方、診断タイミングであると判定された場合(S11でY)、ステップS12に進む。   When the self-diagnosis processing program stored in the ROM 10b is executed by the CPU 10a, it is determined in step S11 whether or not it is a diagnosis timing predetermined by the timer 10d (for example, every 24 hours, every week, etc.). Determined. When it is determined that it is not the diagnosis timing (N in S11), this determination process is repeated to wait for the diagnosis timing. On the other hand, when it is determined that it is the diagnosis timing (Y in S11), the process proceeds to step S12.

ステップS12において、第1スイッチSW1がオンされ、ステップS13において、タイマ10dに基づいて、第1スイッチSW1をONしてから所定時間(例えば、COセンサ1の充電に必要な時間等)が経過したか否かが判定される。所定時間が経過していないと判定された場合(S13でN)、この判定処理を繰り返すことで、所定時間の経過を待つ。一方、所定時間が経過していると判定された場合(S13でY)、ステップS14に進む。   In step S12, the first switch SW1 is turned on. Based on the timer 10d in step S13, a predetermined time (for example, time required for charging the CO sensor 1) has elapsed since the first switch SW1 was turned on. It is determined whether or not. If it is determined that the predetermined time has not elapsed (N in S13), this determination process is repeated to wait for the elapse of the predetermined time. On the other hand, if it is determined that the predetermined time has elapsed (Y in S13), the process proceeds to step S14.

ステップS14において、演算増幅器41から電圧信号が取り込まれ、その電圧値がRAM10cに記憶され、ステップS15において、上述したように電圧値に基づいてCOセンサ1の直列抵抗Rsの抵抗値が算出されてRAM10cに記憶され、その後ステップS16に進む。   In step S14, a voltage signal is taken from the operational amplifier 41, and the voltage value is stored in the RAM 10c. In step S15, the resistance value of the series resistance Rs of the CO sensor 1 is calculated based on the voltage value as described above. The data is stored in the RAM 10c, and then the process proceeds to step S16.

ステップS16において、演算増幅器41から電圧信号の電圧値に基づいて、上述したようにコンデンサCの容量が各電圧値に基づいて算出され、コンデンサCの電気量の変化が検出され、ステップS17において、第1スイッチSW1がオフされることでCOセンサ1が放電され、その後ステップS18に進む。   In step S16, based on the voltage value of the voltage signal from the operational amplifier 41, the capacitance of the capacitor C is calculated based on each voltage value as described above, and a change in the amount of electricity in the capacitor C is detected. In step S17, The CO sensor 1 is discharged by turning off the first switch SW1, and then the process proceeds to step S18.

ステップS18において、検出された電気量の変化と予め定められた判定条件との比較結果に基づいて、コンデンサCは正常であるか否かが判定される。コンデンサCは正常であると判定された場合(S18でY)、ステップS11に戻り、一連の処理が繰り返される。   In step S18, it is determined whether or not the capacitor C is normal based on a comparison result between the detected change in the amount of electricity and a predetermined determination condition. When it is determined that the capacitor C is normal (Y in S18), the process returns to step S11, and a series of processes is repeated.

一方、コンデンサCが正常ではない、つまり異常であると判定された場合(S18でN)、ステップS19において、コンデンサCの異常を通知するための通知情報がRAM10cに作成され、コンデンサCの放電が終了した後、その通知情報が音声警報出力部50に出力されることで、音声警報出力部50によってコンデンサCの異常が音声によって通知され、その後ステップS11に戻り、一連の処理が繰り返される。   On the other hand, when it is determined that the capacitor C is not normal, that is, abnormal (N in S18), in step S19, notification information for notifying the abnormality of the capacitor C is created in the RAM 10c, and the discharge of the capacitor C is performed. After the completion, the notification information is output to the audio alarm output unit 50, whereby the audio alarm output unit 50 notifies the abnormality of the capacitor C by audio, and then returns to step S11 to repeat a series of processes.

以上の説明からも明らかなように、CPU10aが自己診断処理プログラムを実行することで、図1に示す請求項中の充電制御手段10a1、電気量変化検出手段10a2、自己診断手段10a3として機能する。そして、図7中のステップS12,S17が充電制御手段10a1、ステップS16が電気量変化検出手段10a2、ステップS18が自己診断手段10a3にそれぞれ相当している。   As is clear from the above description, when the CPU 10a executes the self-diagnosis processing program, it functions as the charge control means 10a1, the electric quantity change detection means 10a2, and the self-diagnosis means 10a3 in the claims shown in FIG. In FIG. 7, steps S12 and S17 correspond to the charge control means 10a1, step S16 corresponds to the electric quantity change detection means 10a2, and step S18 corresponds to the self-diagnosis means 10a3.

次に、上述したガス警報器100の本発明に係る自己診断時における動作(作用)の一例を以下に説明する。   Next, an example of the operation (action) of the gas alarm device 100 described above during self-diagnosis according to the present invention will be described below.

ガス警報器100は、診断タイミングになると、第1スイッチSW1をオンさせて、電流源33から充電電流をCOセンサ1に供給することで、COセンサ1を充電する。また、その電流源33から分流された電流は抵抗R1を介して電流/電圧変換回路40に入力され、電流/電圧変換回路40で電圧に変換して出力する。そして、ガス警報器100は、その電流/電圧変換回路40からの電圧値と抵抗R1とに基づいて、COセンサ1に充電を開始した瞬間の直列抵抗Rsの抵抗値を算出し、演算増幅器41から電圧信号の電圧値に基づいて、上述したようにコンデンサCの容量を算出して、コンデンサCの電気量の変化を検出する。   The gas alarm device 100 charges the CO sensor 1 by turning on the first switch SW1 and supplying a charging current from the current source 33 to the CO sensor 1 at the diagnosis timing. The current shunted from the current source 33 is input to the current / voltage conversion circuit 40 via the resistor R1, converted into a voltage by the current / voltage conversion circuit 40, and output. Then, the gas alarm device 100 calculates the resistance value of the series resistance Rs at the moment when charging of the CO sensor 1 is started based on the voltage value from the current / voltage conversion circuit 40 and the resistance R1, and the operational amplifier 41 Based on the voltage value of the voltage signal, the capacitance of the capacitor C is calculated as described above, and the change in the amount of electricity in the capacitor C is detected.

その後ガス警報器100は、第1スイッチSW1をオフさせることで、COセンサ1を放電させて、コンデンサCの電気量の変化と判定条件との比較結果に基づいて、コンデンサCが正常であるか否かを判定し、異常である場合はコンデンサCの異常を音声警報出力部50によって通知する。よって、その通知によって作業者等はCOセンサ1におけるコンデンサCの異常を認識することができるため、感度調整等によって適切な対応を行うことができる。   Thereafter, the gas alarm device 100 turns off the first switch SW1 to discharge the CO sensor 1, and whether the capacitor C is normal based on the comparison result between the change in the amount of electricity of the capacitor C and the determination condition. If it is abnormal, the audio alarm output unit 50 notifies the abnormality of the capacitor C. Accordingly, since the operator can recognize the abnormality of the capacitor C in the CO sensor 1 by the notification, an appropriate response can be performed by sensitivity adjustment or the like.

以上説明したガス警報器100によれば、電源33からCOセンサ(電気化学式ガスセンサ)1に所定時間にわたって充電電流の供給が終了すると、COセンサ1の等価回路が有するコンデンサCの電気量の変化を検出し、該電気量の変化に基づいてコンデンサCが正常であるか否かを判定するようにしたことから、COセンサ1がコンデンサCとして正常に動作していないことを検出できるため、計測した対象ガス濃度の精度低下の防止に貢献することができる。また、COセンサ1への充電電流の供給が終了したときの電流/電圧変換回路40の出力に基づいて診断するだけなので、定期的に自己診断を行うことが可能となり、COセンサ1の異常を迅速に検出することができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、COセンサ1がコンデンサCとして正常に動作していることを担保することができるため、COセンサ1の精度向上に貢献することができる。   According to the gas alarm device 100 described above, when the supply of charging current from the power source 33 to the CO sensor (electrochemical gas sensor) 1 is completed for a predetermined time, the change in the amount of electricity of the capacitor C included in the equivalent circuit of the CO sensor 1 is detected. Since it was detected and it was determined whether or not the capacitor C was normal based on the change in the amount of electricity, it was possible to detect that the CO sensor 1 was not operating normally as the capacitor C, and thus measurement was performed. This can contribute to the prevention of a decrease in accuracy of the target gas concentration. In addition, since the diagnosis is only performed based on the output of the current / voltage conversion circuit 40 when the supply of the charging current to the CO sensor 1 is completed, it is possible to perform a self-diagnosis periodically, and to detect abnormalities in the CO sensor 1. Since the detection can be performed quickly, the maintainability can be improved. Therefore, since it can be ensured that the CO sensor 1 is operating normally as the capacitor C, the accuracy of the CO sensor 1 can be improved.

また、ガス警報器100によれば、COセンサ1がコンデンサCとして正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、COセンサ1に故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、ガス警報器100の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。   Further, according to the gas alarm device 100, since the target gas concentration measured in a state in which the CO sensor 1 is operating normally as the capacitor C is determined and the abnormality is alarmed, the CO sensor 1 is in trouble. Can be prevented from being used continuously. Therefore, since the measurement accuracy of the gas alarm device 100 can be prevented from being lowered, it is possible to contribute to the improvement of safety.

なお、上述した実施形態では、ガス警報器100がコンデンサCの容量を算出する前に、COセンサ1の直列抵抗Rsの抵抗を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、直列抵抗Rsの抵抗をROM10b、メモリ(図示せず)等に予め記憶しておき、それを用いることで抵抗値の算出を省略することもできる。   In the above-described embodiment, the case where the gas alarm 100 calculates the resistance of the series resistance Rs of the CO sensor 1 before calculating the capacity of the capacitor C has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the resistance of the series resistor Rs can be stored in advance in the ROM 10b, a memory (not shown) or the like, and the calculation of the resistance value can be omitted by using this.

また、上述した実施形態において、ガス警報器100がコンデンサCの異常を検出したときに通知を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、そのCOセンサ1の感度を補正するなど種々異なる実施形態とすることができる。   In the above-described embodiment, the case where the gas alarm device 100 notifies when the abnormality of the capacitor C is detected has been described. However, the present invention is not limited to this, and the sensitivity of the CO sensor 1 is corrected. It can be set as various different embodiments.

また、上述した実施形態では、本発明の一酸化炭素ガス計測装置を警報器100に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、一酸化炭素ガス計測装置を燃焼器具、火災警報器、等の各種機器に組み込む、一酸化炭素ガス計測装置を単独の計測器具として用いるなど種々異なる実施形態とすることができる。   In the above-described embodiment, the case where the carbon monoxide gas measuring device of the present invention is applied to the alarm device 100 has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the carbon monoxide gas measuring device is Various embodiments can be made such as incorporating a carbon monoxide gas measuring apparatus as a single measuring instrument incorporated in various devices such as a combustion instrument and a fire alarm.

さらに、上述した自己診断の方式は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気を電解質とし、該水蒸気と対象ガスとの反応によって前記対象ガス濃度に応じた電流をCOセンサ1が発生する場合について説明した。これに代えて、電解質に硫酸を用いた2極ないし3極で構成される電気化学式センサなどにも適用することができる。例えば、固体又は液体の電解質に接触する一対の電極を備え、検知対象ガスが反応する検知極ともう一方の電極との間に流れる電流又は当該電流に対応する電圧に基づいて、前記検知対象ガスの濃度を検知する電気化学式ガスセンサに適用することもできる。   Further, in the self-diagnosis method described above, water vapor from a water container containing water or water vapor in the atmosphere is used as an electrolyte, and the CO sensor 1 generates a current corresponding to the target gas concentration by the reaction between the water vapor and the target gas. The case where it occurs is explained. Instead, it can be applied to an electrochemical sensor composed of two or three electrodes using sulfuric acid as an electrolyte. For example, the detection target gas includes a pair of electrodes in contact with a solid or liquid electrolyte, and the detection target gas based on a current flowing between the detection electrode to which the detection target gas reacts and the other electrode or a voltage corresponding to the current. The present invention can also be applied to an electrochemical gas sensor that detects the concentration of the gas.

このように上述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   As described above, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1 電気化学式ガスセンサ(COセンサ)
2 金属缶(水容器)
10a1 充電制御手段(CPU)
10a2 電気量変化検出手段(CPU)
10a3 自己診断手段(CPU)
31 検知極
32 対極
33 電源(電流源)
40 電流/電圧変換回路
50 警報手段(音声警報出力部)
C コンデンサ
R1 抵抗
Rs 直列抵抗(直列内部抵抗成分)
SW1 第1スイッチ
1 Electrochemical gas sensor (CO sensor)
2 Metal can (water container)
10a1 Charge control means (CPU)
10a2 Electric quantity change detecting means (CPU)
10a3 Self-diagnosis means (CPU)
31 detection electrode 32 counter electrode 33 power supply (current source)
40 Current / voltage conversion circuit 50 Alarm means (voice alarm output unit)
C Capacitor R1 Resistance Rs Series resistance (series internal resistance component)
SW1 1st switch

Claims (2)

固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって前記対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサと、
前記電気化学式ガスセンサに流れる前記電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路と、
前記電気化学式ガスセンサに充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサを充電する電源と、
前記電源から前記電気化学式ガスセンサに所定時間にわたって充電電流の供給を制御する充電制御手段と、
前記充電制御手段の制御によって充電が終了したときに、前記電気化学式ガスセンサの等価回路が有するコンデンサの電気量の変化を、前記電流/電圧変換回路の電圧値に基づいて検出する電気量変化検出手段と、
前記電気量変化検出手段が検出した電気量の変化に基づいて、前記コンデンサが正常であるか否かを診断する自己診断手段と、
を有することを特徴とする一酸化炭素ガス計測装置。
An electrochemical gas sensor that generates a current corresponding to the concentration of the target gas by a reaction between the solid or liquid electrolyte and the target gas;
A current / voltage conversion circuit for converting the current flowing through the electrochemical gas sensor into a voltage;
A power source for charging the electrochemical gas sensor by supplying a charging current to the electrochemical gas sensor;
Charging control means for controlling the supply of charging current from the power source to the electrochemical gas sensor over a predetermined time;
An electric quantity change detecting means for detecting a change in the electric quantity of a capacitor included in an equivalent circuit of the electrochemical gas sensor based on a voltage value of the current / voltage conversion circuit when charging is terminated by the control of the charging control means. When,
Self-diagnosis means for diagnosing whether or not the capacitor is normal based on a change in the amount of electricity detected by the electricity amount change detection means;
A carbon monoxide gas measuring device comprising:
請求項1記載の一酸化炭素ガス計測装置と、
前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段と、
を有することを特徴とする警報器。
A carbon monoxide gas measuring device according to claim 1;
Alarm means for alarming abnormality of the target gas concentration measured by the carbon monoxide gas measuring device;
An alarm device comprising:
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