JP5412006B1 - ガス濃度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱抵抗体素子が配置された雰囲気の温度が変わっても、測定値に影響のない濃度測定方法を提供する。
【解決手段】発熱抵抗体素子1、1cの両端の電圧値から、設定された基定値を差し引いた値を濃度関連電圧値とし、濃度関連電圧値が予め設定された固有電圧値と等しくなった時刻を固有電圧検出時刻とすると、測定対象ガスの濃度が同じで温度が異なる雰囲気で測定しても、同じ固有電圧検出時刻になるような固有電圧値を求める。温度の影響なく、高精度の濃度測定を行うことができる。
Description
接触燃焼式と熱伝導度式の両者に共通する弱点は、環境温度の影響が著しいことであり、検出素子のほかに、比較素子などの温度補償手段を必要とする。比較素子を使う場合は、消費電力が増加する問題もある。また、温度補償手段の熱的諸特性が、過渡状態と安定状態において、検出素子の特性と完全に一致しない限り、温度補償の不完全さが、測定精度の低下として現れるので、個別素子の特性バラツキへの対応は難しい。
本発明の目的は、以上のような課題を解決するため、発熱抵抗体素子が配置された雰囲気の温度が変わっても、測定値に影響のない濃度測定方法を提供することにある。
また、本発明は、前記定期測定時刻に、前記測定電流が流れた状態の前記発熱抵抗体素子に生じた電圧降下を異なる前記冷却期間に於いて繰り返し検出し、その大きさを示す先駆電圧値をそれぞれ記憶し、記憶された一乃至複数個の前記先駆電圧値から、前記算出関係に従って前記基底値を算出して記憶し、前記冷却期間中の前記定期測定時刻よりも前の複数の準備測定時刻で、前記測定電流が流れる状態の前記発熱抵抗体素子の電圧降下を検出してその大きさを示す前記測定電圧値から、記憶された前記基底値を差し引いた電圧値を算出して前記濃度関連電圧値とすると共に、前記準備測定時刻と、その前記準備測定時刻で検出された前記電圧降下の大きさを示す前記先駆電圧値から求められた前記濃度関連電圧値との対応関係を記憶する準備工程を有し、前記測定用発熱抵抗体素子と同じか、又は、前記測定用発熱抵抗体素子と同じ材質、同じ太さ、同じ長さ、同じ形状で、同じ温度特性の他の発熱抵抗体素子のうちのいずれか一方の基準用発熱抵抗体素子を前記発熱抵抗体素子に用い、前記測定期間よりも前に、前記発熱抵抗体素子を、所定値のガス濃度で前記測定対象ガスを含有し、第一の温度になっている第一の温度雰囲気に置いて、前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回繰り返す第一の準備期間を設け、前記第一の準備期間中に前記準備工程を行い、前記第一の温度雰囲気と同じガス濃度で前記測定対象ガスを含有し、前記第一の温度とは異なる第二の温度になっている第二の温度雰囲気に前記発熱抵抗体素子を置いて、前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回繰り返す第二の準備期間を設け、前記第二の準備期間中に、前記準備工程を行い、前記第一の準備期間の前記準備工程で求めた前記対応関係と、前記第二の準備期間の前記準備工程で求めた前記対応関係とから、前記第一、第二の温度雰囲気中で、同じ前記準備測定時刻で同じ値となる前記濃度関連電圧値を求め、求めた前記濃度関連電圧値を前記固有電圧値として設定した後、前記主測定工程を行うガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、タングステンワイヤから成る線材を有するガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記線材は、金で被覆されたガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、コイル状に巻き回された線材を有するガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、蛇行状に配置された線材を有するガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記第一と前記第二の準備期間で前記固有電圧値を測定した後、前記主測定工程を行う前に、前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回数繰り返す関連作成期間を設け、前記基準用発熱抵抗体素子を前記発熱抵抗体素子に用いて、前記測定対象ガスの複数の濃度で前記主測定工程と前記副測定工程とを行い、複数の前記測定対象ガスの濃度での前記固有電圧検出時刻と前記測定対象ガス濃度とを対応させて、前記換算関係を求めるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記第一、第二の温度雰囲気は、測定対象ガス濃度を同じ値にするガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記算出関係は、新しく測定した前記先駆電圧値を前記基底値として記憶することであるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記算出関係は、新しく前記先駆電圧値を求めると、最新の前記先駆電圧値を含み、連続して記憶された所定個数の前記先駆電圧値の平均値を前記基底値として記憶することであるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記測定電流は、前記冷却期間の開始から終了まで流し続けるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記冷却期間には、前記測定電流が停止される期間が含まれるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記主測定工程では、前記電圧降下は同じ前記冷却期間内で繰り返し検出し、前記濃度関連電圧値と前記固有電圧値とは繰り返し比較するガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記測定電流は、前記電圧降下を検出するときに流し、検出後は停止させるガス濃度測定方法である。
また、本発明は、前記固有電圧値は、記憶装置に記憶させることで設定するガス濃度測定方法である。
固有電圧検出時刻と測定対象ガスの濃度との関係は、予め測定した値をデータベースとして記憶しておき、測定した固有電圧検出時刻を記憶内容と照合し、測定した固有電圧検出時刻と一致した固有電圧検出時刻に対応する測定対象ガスの濃度や、測定した固有電圧検出時刻に近い記憶した固有電圧検出時刻から補完して、測定対象ガスの濃度を求めることができる。
また、検量線を用いて測定対象ガスの濃度を求めてもよい。
また、準備工程で記憶する対応関係には、準備測定時刻と、その準備測定時刻で検出された電圧降下の大きさを示す先駆電圧値から求められた濃度関連電圧値との関連づけと、関連づけられた準備測定時刻と濃度関連電圧値も含まれる。
また、その測定装置は、加熱電流の値と、加熱期間の長さと、冷却期間の長さと、測定電流の値と、固有電圧値と、定期測定時刻と、発熱抵抗体素子の電圧降下を検出する時刻と、固有電圧検出時刻と、先駆電圧値と、基底値と、準備測定時刻と、対応関係とを記憶する記憶装置も有している。
(2)検出素子を発熱抵抗体素子1個のみの最小構成とすることができるので、本発明を実施できる測定装置は、電力消費が小さく、小型で安価になる。
(3)酸化触媒などを使用しないので、触媒毒による測定性能の劣化がない。
(4)検出素子である発熱抵抗体素子の材質を耐食性に優れた金属とするか、あるいは耐食性に優れた材料でコーティングすることにより、長期間に渡り安定した検知性能を維持することができる。また、装置のメンテナンスの手間を省くことができる。
[第1実施例]
図1から図9(a)は、本発明に係る気体濃度測定方法の第1実施例を示しており、ここでの気体濃度測定方法は、例えば、図1に示すごとく、燃料電池自動車の水素構成部品周辺から漏れる水素を検知するための水素検知装置30に用いられる。水素検知装置30には、車両電源(例えばDC12V)が供給され、水素検知信号を通信機能等により車両のECU(電子制御ユニット)などへ出力する。水素が所定の濃度で検出されたときは、燃料(水素)遮断など、車両側で必要な処置が行われる。
図2(a)に水素検知装置30の断面構造を示す。図2(a)において、プラスチック製のケース31には、上端の開口部に防爆フィルタ5が組み込まれている。この防爆フィルタ5は、例えば、ステンレス粉末を焼結して板状に成形した多孔質フィルタであって、測定対象気体(空気中の水素)は、防爆フィルタ5を拡散通過するので、ガス拡散空隙6は、常に外部の測定対象気体で置換されている。防爆フィルタ5のもう一つの機能は、水素センサ38a内部で万が一発火した場合にも、この火炎が外部に伝わらないように防御する機能である。
ケース31の下部には、電子回路部品33を装着した信号処理基板35が取り付けられ、プラスチック製のケース蓋32で、隙間無く蓋がされている。
水素センサ38aから出ている2本のリード線4は、絶縁性充填剤7で固着され、先端にはセンサコネクタ34が付いていて、信号処理基板35に差し込まれている。
ケース31に固定されたコネクタハウジング36には、外部から受ける直流電源と水素濃度の信号出力などが接続された入出力コネクタ37が組み付けてある。
二個のセンサ基板一体型電極2bは、開口付センサ基板3b上に、離間した位置に固定されており、開口付センサ基板3bのセンサ基板一体型電極2bの間の部分には、開口8が設けられている。
従って、この水素センサ38bは、発熱抵抗体素子1が電極ピンを介さずに直接、センサ基板一体型電極2bに固定されている。
図3のブロック図に示す水素検知装置30の構成において、符号11は、水素センサを表している。
この図3では、水素センサ11中の発熱抵抗体素子1(図2(a)〜(e))に、直流電源10と、信号処理部40中の電流切換回路12とが接続されている。水素センサ11中の発熱抵抗体素子1には、タイミング制御装置14から電流切換回路12に入力される信号Tiと同期して、記憶装置18に設定された値の加熱電流Ih及び測定電流Imが、交互かつ一定の測定期間(T)を繰り返えす中で、繰り返し印加される。
検出した値は測定電圧値であるが、その値を差動増幅し、信号Aとして出力する。当該信号Aは、2つの信号サンプリング装置に入力される。
本発明に係る気体濃度測定方法の第1実施例を、図3のブロック図を使って説明すると、以上の通りとなるが、図3のブロック図に記載された回路及び装置における各信号のタイムチャートは、図4(a)〜(e)に示す通りとなっている。図4(a)〜(e)に示す信号について、以下に説明する。
水素センサ11(発熱抵抗体素子1)には、符号101で示した波形の駆動電流iが流れている。
測定期間Tは、記憶装置18に設定された一定の期間であり、複数の測定期間Tが連続して繰り返し設けられている。測定期間Tの中には、一定の時間幅である加熱期間Thと、一測定期間T中の残りの期間[T−Th]である冷却期間がそれぞれ記憶装置18中に設定されている。
駆動電流iは、加熱期間Th中は加熱電流Ihとして流れて発熱抵抗体素子1が加熱され、冷却期間[T−Th]中は、加熱電流Ihよりも小さな定電流である測定電流Imとして流れ、この間に、発熱抵抗体素子1は冷却される。
波形103の立ち下がり時刻tmは、冷却期間[T−Th]内の所定の時刻であり、定期測定時刻である。
前回周期において取得した基底値Vbは記憶されており、信号Tmの波形103がONの期間において、信号Aから、記憶されている基底値Vbを差し引き、増幅して得られる信号である。信号Bは、経過時間の起点(t=0)においてV0を示し、経過時間t=tcにおいて固有電圧Vcまで低下し、t=tmにおいては、ゼロに収斂する。
信号A=(e1−e2)×G1
ただし、G1は差電圧増幅装置(1)13のゲインとする。
環境温度θL のとき: 信号B=(信号A−VbL)×G
={(e1−e2)×G1−VbL}×G
環境温度θH のとき: 信号B=(信号A−VbH)×G
={(e1−e2)×G1−VbH}×G
ただし、Gは差電圧増幅装置(2)17のゲインとする。
V2H/V2mH=Ih/Im
V2L/V2mL=Ih/Im
ここで、信号Aの測定電流Imにおける初期値V2mLは、環境温度θLが例えば20℃、発熱抵抗体素子1の素材がタングステンで、ピーク温度が150℃であったとするならば、基底値VbLに対して、およそ1.46倍になる。つまり、発熱抵抗体素子1における150℃から20℃への冷却過程は、信号Aの電圧に関しては、基底値のおよそ1.46倍から基底値に戻る過程である。
[初期値]
V0L=(V2mL−VbL)×G={(Im/Ih)V2L−VbL}×G
V0H=(V2mH−VbH)×G={(Im/Ih)V2H−VbH}×G
ここで、図5(b)に示すとおり、環境温度θHにおける信号Bの初期値V0Hは、より低い環境温度θLにおける信号Bの初期値V0Lよりも大きな値となる。このことは、発熱抵抗体素子1の素材が正の温度抵抗係数をもつことから、容易に理解できる。
測定した発熱抵抗体素子の電圧降下の値から、基底値を減じた値を濃度関連電圧値と呼ぶと、クロス点は、測定対象ガス濃度が同じ複数のカーブに属する濃度関連電圧値が、同じ時刻(固有電圧検出時刻)で同じ値になる点である。
より大きな初期値V0Hで始まり、上側にあった環境温度θHのカーブが、クロス点を過ぎると逆転して下側に入れ替わる。
2)上記の固有カーブの軌跡データを、時間軸上で位相を合わせて重ね合わせたときに、クロス点が形成されることを確認し、そのクロス点の電圧座標Vcを記録する。
3)次に、任意の環境温度θにおいて、測定対象気体の濃度(x)を変えて、信号Bの電圧vを計測し、v=Vcに到るまでの経過時間(tc)を記録する。
4)上記3)で求めた濃度(x)と経過時間(tc)との関係から検量線を作成する。
5)発熱抵抗体素子1が、未知の濃度の測定対象気体に晒されているときに、信号Bの電圧vを計測し、v=Vcに到るまでの経過時間(tc)を決定する。
6)上記5)で決定した経過時間(tc)を、検量線に照らして測定対象気体の濃度(x)を求める。
7)上記の5)と6)を、測定期間(T)ごとに繰り返し行うことにより、連続した気体の濃度測定が行われる。
本発明に係る気体濃度測定方法の第1実施例を、図4(a)等のタイムチャート及び図4(b)の信号波形を使って説明すると、以上の通りとなるが、次に、測定動作を、図6のフローチャートを使って、S1〜S17の各ステップを追って説明する。
本発明に係る水素センサを含む水素検知装置が、水素濃度のリアルタイム測定を目標とするときには、測定期間Tをできる限り短縮すべきである。測定期間Tの短縮には、水素センサの構造に係る多くの条件が係わってくるが、中でも、発熱抵抗体素子1の微細化による熱容量の最小化が最も効果的な手段と言える。以下には、本発明に係る第1実施例を、具体的な数値などを交えて、より詳細に説明する。
よって、1周期当たりに、発熱抵抗体素子1において消費される電力の総和は、3.7mW+0.1mW=3.8mWである。
この場合の測定電流Imはパルス状に印加されることとなるが、測定電流Imが、発熱抵抗体素子1の温度上昇を生じない程度に小さい場合(例えばIm=5mA以下)、あるいは、電流パルスの高さ(ピーク電流)、パルス幅及びパルスの周期(周波数)が一定で、さらに、測定電流Imのパルスの実効値(または平均電流)が、加熱電流Ihよりも十分に小さく、測定に必要な温度差が確保できる場合には、測定電流Imをパルスとすることもできる。
ア)信号Bの相対値が示す固有カーブは、類似した低減傾向を示し、経過時間200msにおいては、いずれも、ゼロに収斂している。
イ)経過時間0msにおける信号Bの相対値は、表1に示す測定条件に応じて、およそ800〜1100の広い範囲に分布している。経過時間0msにおける信号Bの相対値vの分布は、本発明の測定方法によらない従来の測定方法において、発熱抵抗体素子が定常加熱された状態での出力分布に類似し、環境温度に強く依存するため、このような分布を示す出力信号から水素濃度を求めるためには、温度補償が必須となる。
ウ)経過時間50msの前後、広い時間領域においても、信号Bの相対値vは、表1に示す測定条件に応じた分布を呈しているので、このような時間領域における信号Bの相対値vから水素濃度を決定することはできない。
エ)信号Bの相対値v=477において、15本の固有カーブが5つの点に分かれて収斂している様子が読み取れる。これら5つのクロス点は、固有電圧v=Vc(477)の直線上に並んで現れている。
本発明に係る気体濃度測定方法の第1実施例に示した水素センサは、例えば、燃料電池自動車の水素構成部品周辺から漏れる水素の検知に用いられるが、水素以外の測定対象ガス、例えば、ヘリウム(He)、メタン(CH4)、二酸化炭素(CO2)などに対しても検出機能を有している。即ち、第1実施例に示した水素センサは、これら各種ガスに対するガスセンサとしても利用できる。図9(b)は、これら3種のガス及び水素のうち、いずれか1種を含む雰囲気に、第1実施例に示した水素センサを晒したときに得られる検量線を示している。これらのガスセンサに関する利用の具体例を下記に簡単に示す。
ヘリウムを用いたリーク検知装置に当該ガスセンサを設置して利用する。リーク検知の対象となる容器等に、ヘリウムを充満させて、接合部など、容器等から外部へのリークが想定される箇所に、当該ガスセンサを接近させ、ヘリウム濃度を測定し、リーク箇所の検出に利用する。
2)メタン(CH4)検量線の利用例
バイオガス発生装置に当該ガスセンサを設置して利用する。食物残渣などを発酵させ、メタンガスを回収して発電などに利用するバイオガス発生装置において、回収したメタンガスの濃度を、該ガスセンサを用いて測定することによって、発酵が正常に推移しているか否か監視することができる。
3)二酸化炭素(CO2)検量線の利用例
焼鈍炉内から取り出したガスに、当該ガスセンサを晒すことにより、炉内の二酸化炭素濃度を監視して、製品(鉄)の品質保持に役立てることができる。尚、二酸化炭素(CO2)検量線の勾配は、水素などとは逆の勾配になっている。これは、二酸化炭素の熱伝導度が空気よりも小さいためで、濃度上昇に伴って、二酸化炭素による冷却効果が弱められることに起因している。
本発明に係る気体濃度の測定方法は、センサに使用している発熱抵抗体素子が冷却される過程で示す信号Bの固有カーブが、固有電圧Vcに到達するまでの経過時間を測定するもので、さらに、固有電圧Vcが、互いに異なる環境温度における2本以上の固有カーブを重ねて描いたときに、当該固有カーブが互いに交差する点、即ち、クロス点の電圧座標であることを特徴としている。
V0(θ)=αθ+β ・・・・(1)
θ:環境温度(℃)
α=1.373 ,β=972.5
x=ag(x)2+bg(x)+c ・・・・(2)
g(x)=(1/2a)・[−b−{b2−4a(c−x)}1/2] ・・・・(3)
a=62.14, b=−150.4 , c=88.29
以上の(1)式及び(3)式は、固有カーブのt=0における初期値の環境温度依存及び水素濃度依存を近似的に表している。
f(t)=e-kt ・・・・(4)
k:冷却定数
t:経過時間(ms)
v=V0(θ)・g(x)・f(t) ・・・・(5)
k=−(1/t)ln[f(t)] ・・・・(6)
となる。(5)式をf(t)につき整理して(6)式に代入すると、
k=(1/t)ln[(1/v)・V0(θ)・g(x)] ・・・・(7)
となる。ここで、上記表2−3に示す、各クロス点(Pc0〜Pc4)を通る固有カーブの冷却定数kを、k=kcとおき、クロス点(Pc0〜Pc4)の座標(tc,Vc)を(7)式に代入すると、
kc=(1/tc)ln[(1/Vc)・V0(θ)・g(x)] ・・・・(8)
となる。
第1実施例〜第2実施例の各センサ(発熱抵抗体素子1)は、小型、低消費電力とするため、例えば、線径9.7μmのタングステン線にニッケルの下地メッキを施し、厚さ0.15μmの金メッキで耐食性を付加し、外形100μm、巻数38のコイル状に成形してある。駆動条件は、加熱電流Ih=33mA、その持続時間Th=100ms、測定電流Im=5mA、その持続時間Tm=220ms、測定期間T=320msである。
水素濃度0〜100%volの測定に適した構造及び駆動条件の例を下記に示す。
発熱抵抗体素子は線径23μmのタングステン線で、外形156μm、巻数76のコイル状に成形した。駆動条件は、加熱電流Ih=70mA、その持続時間Th=200ms、測定電流Im=10mA、その持続時間Tm=800ms、測定期間T=1000msである。この条件で得られた水素濃度と経過時間tcとの関係を示す検量線を、図9(c)に示す。
図9(c)に示す特性の水素センサは、図9(a)に対応する水素センサよりも測定感度が低い代わりに、より高濃度の水素測定に適している。
さらに好適な温度差の設定例としては、本発明に係わる気体濃度測定方法の第1実施例及び第2実施例において、想定される使用環境温度の上限または上限付近を第一の温度(または第二の温度)とし、使用環境温度の下限または下限付近を第二の温度(または第一の温度)とし、さらに、使用環境温度範囲の中間付近の温度を、固有カーブを計測する追加温度条件としての第三の温度として追加するとよい。
1c…アーチ状発熱抵抗体素子
2…電極ピン
2b…センサ基板一体型電極
3a…角形センサ基板
3b…開口付センサ基板
3c…丸形センサ基板
4…リード線
5…防爆フィルタ
6…ガス拡散空隙
7…絶縁性充填剤
8…開口
11……水素センサ
18……記憶装置
30…水素検知装置
31…ケース
32…ケース蓋
33…電子回路部品
34…センサコネクタ
35…信号処理基板
36…コネクタハウジング
37…入出力コネクタ
38a…水素センサ(角形センサ基板付)
38b…水素センサ(開口付センサ基板付)
38c…水素センサ(丸形センサ基板付)
Claims (15)
- 発熱抵抗体素子を昇温させる定電流である加熱電流の値と、
前記発熱抵抗体素子に前記加熱電流を流す期間である加熱期間の長さと、
前記加熱期間の終了したときに開始し、前記発熱抵抗体素子を冷却する期間である冷却期間の長さと、
前記加熱電流よりも小さい定電流である測定電流の値とを予め設定しておき、
前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回数繰り返す測定期間を設け、
前記測定期間中、前記発熱抵抗体素子を測定対象ガスの測定雰囲気に置き、
前記測定期間の前記冷却期間中に前記測定電流が流れる前記発熱抵抗体素子に生じる電圧値を用いて、前記測定雰囲気に含有される前記測定対象ガスのガス濃度を求めるガス濃度測定方法であって、
予め固有電圧値を設定しておき、
前記冷却期間中の時刻は、各前記冷却期間の開始時を基準として表すものとして、予め前記冷却期間内に所定の時刻である定期測定時刻を設定しておき、
当該ガス濃度測定方法は、前記発熱抵抗体素子に測定用発熱抵抗体素子を用い、
前記発熱抵抗体素子を前記測定対象ガスの前記測定雰囲気に置き、
前記測定期間の前記冷却期間内に、前記測定電流が流れる状態の前記発熱抵抗体素子の電圧降下を検出し、その大きさを示す測定電圧値から、設定された基底値を差し引いた電圧値を濃度関連電圧値とし、前記濃度関連電圧値と設定された前記固有電圧値とを比較して前記固有電圧値と一致する前記濃度関連電圧値を検出すると、一致が検出された前記濃度関連電圧値の電圧降下が発生した時刻を固有電圧検出時刻とする主測定工程と、
前記定期測定時刻に、前記測定電流が流れた状態の前記発熱抵抗体素子に生じた電圧降下を検出し、その大きさを示す先駆電圧値を、他の前記先駆電圧値と区別して記憶し、記憶された一乃至複数個の前記先駆電圧値から予め定められた算出関係に従って前記基底値を算出して設定する副測定工程と、
予め測定されている前記固有電圧検出時刻と測定対象のガスの濃度との関係である換算関係から、測定した前記固有電圧検出時刻を前記ガス濃度に変換し、
前記測定雰囲気中の前記測定対象ガスの前記ガス濃度を求める算出工程と、
を有し、
前記固有電圧値には、同一の前記ガス濃度で前記固有電圧検出時刻を求めると、異なる温度でも同じ固有電圧検出時刻となる電圧値が設定され、
前記主測定工程と、前記副測定工程と、前記算出工程とを行って、前記測定対象ガスのガス濃度を求めるガス濃度測定方法。 - 前記定期測定時刻に、前記測定電流が流れた状態の前記発熱抵抗体素子に生じた電圧降下を異なる前記冷却期間に於いて繰り返し検出し、その大きさを示す先駆電圧値をそれぞれ記憶し、記憶された一乃至複数個の前記先駆電圧値から、前記算出関係に従って前記基底値を算出して記憶し、
前記冷却期間中の前記定期測定時刻よりも前の複数の準備測定時刻で、前記測定電流が流れる状態の前記発熱抵抗体素子の電圧降下を検出してその大きさを示す前記測定電圧値から、記憶された前記基底値を差し引いた電圧値を算出して前記濃度関連電圧値とすると共に、前記準備測定時刻と、その前記準備測定時刻で検出された前記電圧降下の大きさを示す前記先駆電圧値から求められた前記濃度関連電圧値との対応関係を記憶する準備工程を有し、
前記測定用発熱抵抗体素子と同じか、又は、前記測定用発熱抵抗体素子と同じ材質、同じ太さ、同じ長さ、同じ形状で、同じ温度特性の他の発熱抵抗体素子のうちのいずれか一方の基準用発熱抵抗体素子を前記発熱抵抗体素子に用い、
前記測定期間よりも前に、前記発熱抵抗体素子を、所定値のガス濃度で前記測定対象ガスを含有し、第一の温度になっている第一の温度雰囲気に置いて、前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回繰り返す第一の準備期間を設け、前記第一の準備期間中に前記準備工程を行い、
前記第一の温度雰囲気と同じガス濃度で前記測定対象ガスを含有し、前記第一の温度とは異なる第二の温度になっている第二の温度雰囲気に前記発熱抵抗体素子を置いて、前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回繰り返す第二の準備期間を設け、前記第二の準備期間中に、前記準備工程を行い、
前記第一の準備期間の前記準備工程で求めた前記対応関係と、前記第二の準備期間の前記準備工程で求めた前記対応関係とから、前記第一、第二の温度雰囲気中で、同じ前記準備測定時刻で同じ値となる前記濃度関連電圧値を求め、求めた前記濃度関連電圧値を前記固有電圧値として設定した後、前記主測定工程を行う請求項1記載のガス濃度測定方法。 - 前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、タングステンワイヤから成る線材を有する請求項2記載のガス濃度測定方法。
- 前記線材は、金で被覆された請求項3記載のガス濃度測定方法。
- 前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、コイル状に巻き回された線材を有する請求項2記載のガス濃度測定方法。
- 前記測定用発熱抵抗体素子と、前記基準用発熱抵抗体素子とは、蛇行状に配置された線材を有する請求項2記載のガス濃度測定方法。
- 前記第一と前記第二の準備期間で前記固有電圧値を測定した後、前記主測定工程を行う前に、
前記加熱期間と前記冷却期間とを連続して複数回数繰り返す関連作成期間を設け、
前記基準用発熱抵抗体素子を前記発熱抵抗体素子に用いて、前記測定対象ガスの複数の濃度で前記主測定工程と前記副測定工程とを行い、
複数の前記測定対象ガスの濃度での前記固有電圧検出時刻と前記測定対象ガス濃度とを対応させて、前記換算関係を求める請求項2乃至請求項6のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。 - 前記第一、第二の温度雰囲気は、測定対象ガス濃度を同じ値にする請求項2乃至請求項7のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記算出関係は、新しく測定した前記先駆電圧値を前記基底値として記憶することである請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記算出関係は、新しく前記先駆電圧値を求めると、最新の前記先駆電圧値を含み、連続して記憶された所定個数の前記先駆電圧値の平均値を前記基底値として記憶することである請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記測定電流は、前記冷却期間の開始から終了まで流し続ける請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記冷却期間には、前記測定電流が停止される期間が含まれる請求項1乃至請求項11のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記主測定工程では、前記電圧降下は同じ前記冷却期間内で繰り返し検出し、前記濃度関連電圧値と前記固有電圧値とは繰り返し比較する請求項1乃至請求項12のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記測定電流は、前記電圧降下を検出するときに流し、検出後は停止させる請求項1乃至請求項13のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
- 前記固有電圧値は、記憶装置に記憶させることで設定する請求項1乃至請求項14のいずれか1項記載のガス濃度測定方法。
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