JP6619570B2 - 定電位電解式ガスセンサ - Google Patents
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Description
この種の定電位電解式ガスセンサは、作用電極と対向電極と参照電極とを電解質中に配置し外気に接触するセンサ素子と、参照電極の電位が負帰還して、当該参照電極に対する作用電極の電位差を所定のガス検出用電位差に維持するように出力電圧を対向電極に出力するポテンショスタット回路と、作用電極に流れる電流に応じたセンサ出力を出力する出力回路とを備える。
そこで、特許文献1の定電位電解式ガスセンサでは、参照電極に対して作用電極が定電位に保たれた状態で対向電極の電位を変更し、そのときの出力回路のセンサ出力の挙動が正常なものでない場合に、異常状態であると判定するように構成されている。
前記参照電極の電位を負帰還して、当該参照電極に対する前記作用電極の電位差を所定のガス検出用電位差に維持するように出力電圧を前記対向電極に出力するポテンショスタット回路と、
前記作用電極に流れる電流に応じたセンサ出力を出力部から出力し、当該出力部の出力電位を負帰還する出力回路と、
前記出力回路からのセンサ出力に基づいて、外気中の検出対象ガスを検出するガス検出処理部と、を備えた定電位電解式ガスセンサであって、
前記ポテンショスタット回路の非反転入力部と前記出力回路の反転入力部とが抵抗を介して接続され、
前記ポテンショスタット回路の非反転入力部の電位を、前記ガス検出処理部によるガス検出時のガス検出用電位からそれとは異なる異常判定用電位に変更する電位変更操作を実行可能な電位変更回路と、
前記電位変更回路による電位変更操作の実行に伴う前記出力回路からのセンサ出力の挙動に基づいて、前記作用電極の異常状態を判定する異常判定処理部と、を備えた点にある。
従って、本発明により、作用電極の異常状態を簡単且つ合理的に判定することができる定電位電解式ガスセンサを実現することができる。
先ず、本実施形態の定電位電解式ガスセンサ100(以下、単に「ガスセンサ100」と呼ぶ。)の基本構成について、図1に基づいて説明する。尚、図1は、ガスセンサ100の概略構成を示す図である。
そして、このように構成されたセンサ素子10は、検出対象ガスの検出を行うガス検出時には、参照電極10Rに対する作用電極10Wの電位差を所定のガス検出用電位差に維持することで、検出対象ガスを検知するガス検出状態とされる。
すると、作用電極10Wと対向電極10Cとの間には外気中の検出対象ガスの濃度に比例した電解電流が流れ、それに伴って対向電極10C上において、作用電極10W上での反応とは逆の還元又は酸化反応が発生することになる。
よって、対向電極10Cとの間で作用電極10Wに生じる電解電流を計測することにより、外気中の検出対象ガスの有無やその濃度を検出することができる。
尚、この出力回路30では、反転入力部31aと非反転入力部31bとはオペアンプ31のイマジナリショートにより同電位であることから、作用電極10Wの電位は電源50と同じ電位になる。また、作用電極10Wが接続された出力回路30の反転入力部31aは、ポテンショスタット回路20の非反転入力部21bに高位側分圧抵抗42を介して接続されている。
尚、図2は、ガスセンサ100により異常判定方法を実行した際におけるスイッチ45の状態変化(a)、及び出力回路30のセンサ出力の状態変化(b)を示すグラフ図である。
即ち、ガス検出時において、分圧回路41のスイッチ45が開状態とされると、上述したように、参照電極10Rに対する作用電極10Wの電位差は、ガス検出用電位差である0mVに維持される。
即ち、異常状態判定時において、電位変更操作が実行されることで、図2(a)に示すように、分圧回路41のスイッチ45が開状態から閉状態に切替えられる。すると、高位側分圧抵抗42側から低位側分圧抵抗43及びスイッチ45を介してグランドG側へ電流が流れることにより、これら分圧抵抗42,43の間の分圧電圧出力部44の電位、即ちポテンショスタット回路20の非反転入力部21bの電位が低下する。そして、この非反転入力部21bの電位がオペアンプ21のイマジナリショートにより参照電極10Rが接続された反転入力部21aと同電位であることから、参照電極10Rの電位が低下することになる。
このとき、作用電極10Wが正常状態である場合には、上記電位差変更操作に伴って作用電極10Wに生じる電流値の変化、即ち出力回路30のセンサ出力の変化が、図2(b)に示すような予め想定される正常なものとなる。一方、作用電極10Wが断線や短絡等が生じている異常状態である場合には、上記電位差変更操作に伴って作用電極10Wに生じる電流値の変化、即ち出力回路30のセンサ出力の変化が、上記正常なものとは乖離した異常なものとなる。そして、異常判定処理部63は、上述のような作用電極10Wの異常な電流値の変化をセンサ出力の挙動として捉えるという簡単且つ合理的な方法により、作用電極10Wの異常状態を判定することができる。
(1)上記実施形態では、1個のセンサ素子10を備えた構成を説明したが、例えば複数種の検出対象ガスを検出する場合には、夫々の検出対象ガスに対応させて、センサ素子10及びそれに接続される各種回路20,30、40等を複数配置しても構わない。また、この場合には、夫々の電位変更回路40の一部又は全部を共有化することができ、例えば、電位変更回路40を分圧回路41として構成する場合には、低位側分圧抵抗43及びスイッチ45を共有化して、夫々の分圧回路41における分圧電圧出力部44を、共有化した定位側分圧抵抗43のスイッチ45とは反対側に接続すれば、その共有化したスイッチ45を開状態から閉状態へ切替える形態で、夫々のセンサ素子10の参照電極10Rの電位をガス検出用電位からからそれとは異なる異常判定用電位に変更する電位変更操作を行うことができる。
10C 対向電極
10E 電解質
10R 参照電極
10W 作用電極
20 ポテンショスタット回路
21a 反転入力部
21b 非反転入力部
21c 出力部
30 出力回路
31a 反転入力部
31b 非反転入力部
31c 出力部
40 電位変更回路
41 分圧回路
42 高位側分圧抵抗
43 低位側分圧抵抗
45 スイッチ
61 ガス検出処理部
62 電位変更操作部
63 異常判定処理部
100 定電位電解式ガスセンサ
Claims (3)
- 作用電極と対向電極と参照電極とを電解質中に配置し外気に接触するセンサ素子と、
前記参照電極の電位を負帰還して、当該参照電極に対する前記作用電極の電位差を所定のガス検出用電位差に維持するように出力電圧を前記対向電極に出力するポテンショスタット回路と、
前記作用電極に流れる電流に応じたセンサ出力を出力部から出力し、当該出力部の出力電位を負帰還する出力回路と、
前記出力回路からのセンサ出力に基づいて、外気中の検出対象ガスを検出するガス検出処理部と、を備えた定電位電解式ガスセンサであって、
前記ポテンショスタット回路の非反転入力部と前記出力回路の反転入力部とが抵抗を介して接続され、
前記ポテンショスタット回路の非反転入力部の電位を、前記ガス検出処理部によるガス検出時のガス検出用電位からそれとは異なる異常判定用電位に変更する電位変更操作を実行可能な電位変更回路と、
前記電位変更回路による電位変更操作の実行に伴う前記出力回路からのセンサ出力の挙動に基づいて、前記作用電極の異常状態を判定する異常判定処理部と、を備えた定電位電解式ガスセンサ。 - 前記電位変更回路が、前記ポテンショスタット回路の非反転入力部の電位を前記出力回路の反転入力部に対して低下させる分圧回路で構成されている請求項1に記載の定電位電解式ガスセンサ。
- 前記分圧回路が、前記ポテンショスタット回路の非反転入力部と前記出力回路の反転入力部との接続部に配置された高位側分圧抵抗と、前記ポテンショスタット回路の非反転入力部と接地電位との間に配置された低位側分圧抵抗と、当該接地電位との接続を開閉可能なスイッチとを有して構成されている請求項2に記載の定電位電解式ガスセンサ。
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