JP7500377B2 - ガス濃度測定装置 - Google Patents
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Description
定電位電解式ガスセンサからなり、電解液室に対して前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスの出入りが可能な開口を有し、前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスを検知する基準センサと、
前記検知センサと前記基準センサとを並設して収容するホルダと、
前記検知センサの素子出力に基づくガス濃度から前記基準センサの素子出力に基づくガス濃度を差し引いて前記検知対象ガスのガス濃度を算出する制御部と、を備え、
前記検知センサと前記基準センサは、個別のケースの内部に電解液を保持する前記電解液室が設けられ、前記電解液室内に電極と多孔質体からなる電解液保持体とを有し、
前記検知センサのケースと前記基準センサのケースの外周全体を覆うように設けられる均熱ブロックと、
前記均熱ブロックの外周に設けられ、前記均熱ブロックを加熱するヒータと、
前記均熱ブロックに設けられ、前記検知センサと前記基準センサの周囲温度を検出する温度センサと、を備え、
前記ホルダには、前記検知センサと前記基準センサを並設した状態で、その周囲に前記均熱ブロック、前記ヒータが順に収容され、
前記制御部は、電源投入時に目標温度以上で前記検知センサと前記基準センサの使用上限温度以下の設定温度で前記ヒータを制御した後、前記温度センサの検出温度に基づいて前記検知センサと前記基準センサの周囲温度が目標温度になるように前記ヒータを制御することを特徴とする。
前記検知対象ガスを含む大気雰囲気の異なる位置には、ガス導入管を介して前記検知センサと接続される複数のガス採気口が設けられ、
前記制御部は、前記複数のガス採気口と前記検知センサとの間のガス流路を選択的に切替制御することを特徴とする。
前記検知対象ガスを含む大気雰囲気中のガスを導入するガス導入路と、導入されたガスを排出するガス排出路とが前記検知センサのケースの前記電極の検知極側に形成される第1のガス導入治具と、
前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスを導入するガス導入路と、導入されたガスを排出するガス排出路とが前記基準センサのケースの前記電極の検知極側に形成される第2のガス導入治具とが前記ホルダの開口部を介して設けられ、
前記第1のガス導入治具と前記検知センサのケースとの間および前記第2のガス導入治具と前記基準センサのケースとの間には、導入されるガスを前記検知センサおよび前記基準センサの周囲温度と同等の温度に加熱するための予熱空間が形成されることを特徴とする。
前記第1のガス導入治具は、前記検知センサのケースに対して可動自在に設けられ、前記予熱空間の容積が調整可能であり、
前記第2のガス導入治具は、前記基準センサのケースに対して可動自在に設けられ、前記予熱空間の容積が調整可能であることを特徴とする。
前記予熱空間には、導入されるガスの温度変動を抑制する部材が収容されることを特徴とする。
前記電解液保持体は、内部に中空の空間部を有していることを特徴とする。
定電位電解式ガスセンサの素子は、化学反応を利用しているため、検知対象ガスが存在しない環境の大気雰囲気中におけるゼロ点出力が日や時間によって変動(ドリフト)してゼロ点ドリフトが生じることがある。
図1に示すように、本実施の形態のガス濃度測定装置1は、大気雰囲気中の検知対象ガス(例えばエチレンガス、一酸化炭素、水素など)の濃度を測定するもので、センサユニット2と制御装置3を備えて概略構成される。以下、各部の構成について説明する。
センサユニット2は、図2に示すように、本体11の収容部11aに2つの定電位電解式ガスセンサ12(検知センサ12A、基準センサ12B)を含む各種部品が収容され、収容部11aにはシール部材13を介して蓋部材14が取り付けられ、内部が密閉されている。
制御装置3は、図1や図2に示すように、記憶部3a、制御部3b、表示部3cを備えて概略構成される。記憶部3aは、定電位電解式ガスセンサ12(検知センサ12A、基準センサ12B)の素子出力と検知対象ガスを含む標準用ガスのガス濃度との関係を示す周囲温度ごとの検量線を記憶する。なお、検量線は、制御部3bによりヒータ22を制御して定電位電解式ガスセンサ12(検知センサ12A、基準センサ12B)のケース31の周囲温度を目標温度(一定温度)に設定したときの定電位電解式ガスセンサ12の素子出力からガス濃度を目標温度ごとに算出することにより作成される。
図5~7は2つの定電位電解式ガスセンサ12(検知センサ12A、基準センサ12B)を備えたガス濃度測定装置1の配置例を示している。これらの配置例によるガス濃度測定装置1は、例えば成果物が保存・収納された倉庫61において、成果物が発生するガス(例えばエチレンガス)を検知対象ガスとしてガス濃度を測定する。
次に、上記のように構成されるガス濃度測定装置1の動作について簡単に説明する。
制御装置3にてヒータ22を制御して目標温度を0℃から10℃間隔で60℃まで変化させたときの2つの定電位電解式ガスセンサ12(検知センサ12A、基準センサ12B)のケース31の周囲温度(目標温度)に対する分解能について測定を行った。その結果、図4に示すように、2つの定電位電解式ガスセンサ12のケース31の周囲温度が0℃~60℃(固体電解質のイオン伝導を利用した固体電解質式ガスセンサで通常使用される温度500~600℃よりも低温領域)において1ppm以下の分解能が得られた。具体的な数値を示すと、図4に示すように、周囲温度0℃では分解能0.33ppm、周囲温度10℃では分解能0.15ppm、周囲温度20℃では分解能0.06ppm、周囲温度30℃では分解能0.025ppm、周囲温度40℃では分解能0.01ppm、周囲温度50℃では分解能0.008ppm、周囲温度60℃では分解能0.007ppmという結果が得られた。
定電位電解式ガスセンサ12の2つのサンプルNo1、No2を用い、前述した目標温度への温度制御を行った状態で各サンプル毎に大気雰囲気の検知対象ガス(例えばエチレンガス)のガス濃度を測定したときの結果を図8(a),(b)に示す。図8(a),(b)に示すように、定電位電解式ガスセンサ12を単体で用いて大気雰囲気のガス濃度を測定した場合には、定電位電解式ガスセンサ12のサンプルNo1とサンプルNo2の何れにおいても最大で0.63ppmのゼロ点ドリフトが生じるという結果が得られた。このときのゼロ点ドリフトは、検知対象ガス以外のガスの干渉による影響が大きいものと考えられる。
2 センサユニット
3 制御装置
3a 記憶部
3b 制御部
3c 表示部
4A,4B 吸引ポンプ
5A,5B 流量計
11 本体
11a 収容部
12 定電位電解式ガスセンサ
12A 検知センサ
12B 基準センサ
13 シール部材
14 蓋部材
15 部品取付板
15a 開口
16,18,20 スペーサ部材
17 回路基板
19 ホルダ
19a 開口部
19b 収容部
21 均熱ブロック
22 ヒータ
23 温度センサ
24A 第1のガス導入治具
24B 第2のガス導入治具
24a 凹部
25 予熱空間
26 ガス導入路
27 ガス排出路
28 ガス導入管
28a ガス採気口
29 ガス排出管
30 温度変動抑制部材
31 ケース
32 電解液室
33 検知極
34 参照極
35 対極
36 電解液保持体
37 空間部
38 ピン
41 外ケース
42 上部内キャップ
43 下部内キャップ
44 上キャップ
45 下キャップ
46 シール部材
47 開口
48 空間
51,52,53 保液濾紙
54,55 集電体
56,57 多孔性ガス拡散層
61 倉庫
Claims (6)
- 定電位電解式ガスセンサからなり、電解液室に対して検知対象ガスを含む大気雰囲気中のガスの出入りが可能な開口を有し、前記検知対象ガスを含む大気雰囲気中のガスを検知する検知センサと、
定電位電解式ガスセンサからなり、電解液室に対して前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスの出入りが可能な開口を有し、前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスを検知する基準センサと、
前記検知センサと前記基準センサとを並設して収容するホルダと、
前記検知センサの素子出力に基づくガス濃度から前記基準センサの素子出力に基づくガス濃度を差し引いて前記検知対象ガスのガス濃度を算出する制御部と、を備え、
前記検知センサと前記基準センサは、個別のケースの内部に電解液を保持する前記電解液室が設けられ、前記電解液室内に電極と多孔質体からなる電解液保持体とを有し、
前記検知センサのケースと前記基準センサのケースの外周全体を覆うように設けられる均熱ブロックと、
前記均熱ブロックの外周に設けられ、前記均熱ブロックを加熱するヒータと、
前記均熱ブロックに設けられ、前記検知センサと前記基準センサの周囲温度を検出する温度センサと、を備え、
前記ホルダには、前記検知センサと前記基準センサを並設した状態で、その周囲に前記均熱ブロック、前記ヒータが順に収容され、
前記制御部は、電源投入時に目標温度以上で前記検知センサと前記基準センサの使用上限温度以下の設定温度で前記ヒータを制御した後、前記温度センサの検出温度に基づいて前記検知センサと前記基準センサの周囲温度が目標温度になるように前記ヒータを制御することを特徴とするガス濃度測定装置。 - 前記検知対象ガスを含む大気雰囲気の異なる位置には、ガス導入管を介して前記検知センサと接続される複数のガス採気口が設けられ、
前記制御部は、前記複数のガス採気口と前記検知センサとの間のガス流路を選択的に切替制御することを特徴とする請求項1に記載のガス濃度測定装置。 - 前記検知対象ガスを含む大気雰囲気中のガスを導入するガス導入路と、導入されたガスを排出するガス排出路とが前記検知センサのケースの前記電極の検知極側に形成される第1のガス導入治具と、
前記検知対象ガスを含まない大気雰囲気中のガスを導入するガス導入路と、導入されたガスを排出するガス排出路とが前記基準センサのケースの前記電極の検知極側に形成される第2のガス導入治具とが前記ホルダの開口部を介して設けられ、
前記第1のガス導入治具と前記検知センサのケースとの間および前記第2のガス導入治具と前記基準センサのケースとの間には、導入されるガスを前記検知センサおよび前記基準センサの周囲温度と同等の温度に加熱するための予熱空間が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のガス濃度測定装置。 - 前記第1のガス導入治具は、前記検知センサのケースに対して可動自在に設けられ、前記予熱空間の容積が調整可能であり、
前記第2のガス導入治具は、前記基準センサのケースに対して可動自在に設けられ、前記予熱空間の容積が調整可能であることを特徴とする請求項3に記載のガス濃度測定装置。 - 前記予熱空間には、導入されるガスの温度変動を抑制する部材が収容されることを特徴とする請求項3または4に記載のガス濃度測定装置。
- 前記電解液保持体は、内部に中空の空間部を有していることを特徴とする請求項1~5の何れかに記載のガス濃度測定装置。
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