JPH01124753A - 可燃性ガスの検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、実熱量および熱伝導法・のいずれによっても
動作でき、また測定信号に関して前もって定めた基準値
より下では実熱量法での読取りだけを行なうようなイン
ジケーターユニットに適合する測定装置の助けを得て、
空気中の混合気中の可燃性ガスの割合いを検出する方法
に関するものである。

本発明はこの方法に適する測定装置にも関する。

従来技術 可燃性ガスの検出と測定のために、触媒を含Ｃ１また特
定の温度（例えば５００°Ｃ）、即ち測定ガス中に存在
する酸素部分を消費しながらセンサーの表面上でそのガ
スを触媒作用で燃やし、センサーの温度乞上昇さゼろよ
うな温度、に加熱された、ガスセンサーを備えつけろこ
とは望ましい。燃焼反応の間に発生する実熱量効果は、
試験が行なわれる空気混合可燃性ガスの濃度に関する測
定信号としてのセンサー温度上昇によって、分析されま
た表現される。これに用いられる測定装には１般に、ハ
ーフアームブリッジ配置中のアクティブ（検出器）およ
びパッシブ（補償器）センサーである。このブリッジは
定電流または定電圧いずれによってでも供電されろ。こ
の型式の測定装置は空気中の可燃性ガスの１００％Ｔ、
ＥＬ　（最低爆発限度）の濃度よりも高い時に十分に動
作する。例えばメタンにおいては、この限度は体積比に
して５％である。

この値よりも上では、検出器中での温度上昇、補償器中
の残余活性、酸素減少およびガス混合気中の熱伝導など
の総ては、ガス濃度における非線型測定信号を増加に導
く。

１００％ＬＥＬよりも高い範囲におけろガス濃度に関し
ては、ブリッジ出力信号は明瞭なままではなく、即ち２
つのガス濃度が出力電圧値毎に発見されろ。

１００％Ｌｉを越える濃度の明瞭な測定χ達成するには
、例えばホイートストンブリッジが別のアームに与えら
れろ。これはまた、動作温度Ｚ低下させた、例えば２０
０°Ｃの、ブリッジ配置においてセンサー周囲におけろ
ガス混合気の熱伝導度の変化のみＺ測定することになる
。

１００％ＩＪＬの範囲におけろ熱伝導のための！定のス
レッショールド値に達した時、実熱量ホイートストンブ
リッジのゼロアームに接続されているインジケーターは
自動的に、適切な制御素子を通してフルスケール読取り
に切替わる。

これは、ガス試料が１０−０％ＬＫＩ、Ｑ越える可燃性
ガス濃度？含むと、いう宍示ぞ与えるものである。

熱伝導と実熱量測定の間の切替えによる測定装置の型式
と方法は、ＤＢ−０５１６７５５０６において説明され
ている。

既に知られている測定装置の場合には、例えば空気中の
メタンを測るため、１つのセンサーは５００℃付近の動
作温度で実熱量ホイートストンブリッジ中に設けられ、
また別のセンサーは例えば２００°Ｃの動作温度で熱伝
導ホイートストンブリッジ中に設けられる。

１００％Ｌ肌までの測定範囲では、実熱量ホイートスト
ンブリッジ中のセンサーが明瞭な信号乞与えろ。

１００係ＬＥＬの限度を越えろと、英熱量ホイートスト
ンブリッジのゼロアームにおけろ測定計器はフルスケー
ル読取りに実際に切替えられるが、しかし実熱量センサ
ーへの電流または電圧供給は継続されている。

もし、空気混合気中のメタン含有が１００％Ｔ、ＥＬ乞
大きく越えて増加するなら、触媒実熱量センサーの弐面
上の燃焼加熱は、それ（よって結果的に触媒床の熱破壊
ンきた丁か、あるいは少なくともセンサーが他の測定に
は使用上の制限ケ受けるようになるまで拡大する。

このような蔦い濃度にお、いては、触媒燃焼は自発的に
行なわれろため、ガス濃度が低下するまで、あるいは触
媒が汚れるか、および／またはセンサーが破損するまで
継続されるものであり、センサーの動作温度を低下させ
るために加熱電流をスイッチオフするためのポイントは
ない。

実熱量ホイートストンブリッジのゼロアームにおけろイ
ンジケーターがフルスケール読取りに切替った後、空気
混合気中に存在する実際的に検出可能な、有害物質の濃
度測定は、もはや不可能である。

既に知られている測定装置においては、２つのホイート
ストンブリッジには、同時にそして継続的に電力を供給
してやらねばならず、また特に、ホイートストンブリッ
ジ内の両方のセンサーが、一定の測定準備を保証するた
めに２０［ｒＣまたは５００°Ｃにまで加熱され続けて
い″ろことが必要である。

０のことは、両方のセンサーが同時にそれらそれぞれの
動作温度に維持されることが必要である故に、電力消費
が増加するということを意味しているのであるが、しか
し実際の測定では、あるいは測定計器をフルスケール読
取りへと切替える時間ン設定するためには、それらのう
ちの１つだけが心安とされるに過ぎない。測定機器に必
要なチャージ時間を与えるため、この増加された一力需
賛は適切に容量増加された電源を安来し、また例えば携
帯用測定器の場合には、１（′、そのため取扱いの難し
い篭池馨喪求することとなる。

発明の目的 本発明が解決しようとしている問題は、可能な限り低い
電力消費で、体積比にして０から１００％の範囲の総合
濃度であるような空気中の可燃性ガスの明瞭な測定χ可
能とするように、可燃性ガスの既知の検出方法を改善す
ることである。加えて、最低爆発限界付近の低い測定範
囲におけろ測定の精度は特に高いものである。

改善された方法による型式で動作することのできろ測定
計器は、小さく、軽く、保守が容易でしかも部品点数も
少ない。検出素子の寿命もより長い。

発明の構成 この問題は、より高い温度で触媒的に活性している単独
のセンサー素子乞用いることによって特徴づけられる方
、法によって′ｐ１＃決される。測、定′の開始におい
て、センサーは熱伝導測定に適している初期温度Ｔ工に
あるよう一定に保たれ、その結果としての測定信号は基
準値Ｒ１と比較され、そしてそれが基準値Ｒ工よりも下
にあるならばセンサーの温度は、実熱鈑測定乞可能とす
る第２の温度Ｔ２にまで増加されてそこで一定に保１鵬
さらにセンサーから発散され全測定信号にＲ１よりもさ
艶に高いガス濃度に相当する負荷限界値Ｇと比較され、
そしてその温度は測定信号が限を値Ｇｔｇ越えろとすぐ
に温度Ｔよにまで低下せられ、一定に保たれる。

センサーが動作状態にある時、処理の第一段階は可燃性
ガスが少しでも存在するかどうかのチエツクを行なうこ
とである。

これは、極めて小さな亀力乞用いろ、低い動作温度Ｔ０
において、熱伝導測定を行なうよう、センサ−７セット
することによって実行される。

も、シ、その測定結果の信号が、可燃性ガスはＲ１に相
当する値よりも濃度において小さな値で存在しているこ
と乞示したならば、センサーの動作モードは実熱量測定
に切替えられ、またその動作温度はＴ２にまで高められ
る。

実熱量測定は熱伝導測定法よりもさらに正確に実行でき
、また空気混合気中の可燃ガスの濃度はより正確に表示
される。基準値Ｒ１はこうして、可燃ガスの存在２示し
、またガス混合気の最低爆発限界に達する前に可燃性ガ
スの七のよ゛うな低い濃度が存在する時に、センサーに
損傷？与えろことのない、さらに正確な実熱量測定に、
センサーヶ適当な時期に切替えろための、スレッショー
ルド値とみなすことができる。

センサーが実熱量測定動作モードに入ると、発生されろ
測定信号は負荷限界値Ｇと比較される。

測定信号が限界値Ｇより下にある限り、センサーは実熱
量測定動作モードにとどまる。例えば、ガスの濃度が上
昇してこの限界値Ｇに達すると、センサーは熱伝導測定
動作モーげに、そしてより低い動作温度Ｔ１に切替わる
。さらにガスの濃度が上昇しても、測定はこのモードに
お諭て継＆実行され、また測定値は、相当するガス濃度
下の多義性な（照合される。限界値Ｇχ固定する目的は
、あらゆる電力供給を停止し。

ても触媒燃焼の自己継続が生じてセンサーン破壊または
破損・させる前に、ガスー度が上昇した時に、より低い
温度Ｔ１に切替えたいからである。より正確な実熱量測
定動作においては、可燃性ガスの存在している中で、セ
ンサーは制御されていない加熱を受けるのでなく、望ま
しい温度Ｔ２において２足に保たれろことは可能である
。正しい時期に熱伝導測定動作モードに切替えることは
、可燃性ガスの濃度が上昇した時に実熱量測定のために
必要となる、センサーの触媒表面乞破壊から保護するこ
ととなる。こうして、センサーの寿命は延ばされ、また
動作温度Ｚ保つために心安とされる量の電力消費をも制
限できる。

基壇値Ｒ工およびＧは、１００９６１ＪＬおよび１４０
％ＬＫＬの間の範囲に位置させることが妥当である。こ
うして、この範囲より下の総ての測定値に、実熱量測定
方法において行なわれたものとなる。

実熱量測定を実施するためになされる、変化する方法は
、測定信号が基率値Ｒ工およびＲ２の間のウィン「つの
中にある時のみ実行される。

こうして、下側スレッショールド値が定められ、それよ
り下ではエネルギーが節約されろ熱伝導測定が実行され
、また基準値Ｒ２が越えられた時のみ、より正確である
がエネルギー消費の大きな実熱量測定に、センサーが切
替えられろ。

この方法は特に、長い周期にわたって実質濃度において
基漁値Ｒ２より上の可燃性ガスの出現が予想されない時
に、有利である。

基準価Ｒ工または負荷限界値Ｇに最低爆発限界（ＩＪＬ
　）の１００〜１４０％付近に設けられ、第２の基準仙
Ｒ２はＬＫＴ、の２％および５％の間の範囲に設けられ
ろ。

こうして、処理においては、最低爆発限界より下の範囲
では、増加したセンサー動作温度Ｔ２において正確な実
熱量測定方法によって実質的な！１度を得ろように、ま
た最低爆発限界に達すると直ちにセンサーがより低い動
作温度Ｔ１において熱伝導測定方法で動作するよう合理
的に制御が調整されろ。

可燃性ガスの濃度が最低爆発限界よりも下に落ちると直
ちに、センサーは自動的に実熱量測定方法に戻るよう切
替えられる。、最低爆発限界より上の増し加わった濃度
が現われろ時、これは実熱量測定モードで動作してい、
る時のセンサーを触媒燃焼による損傷または破壊から保
護することとなるのは、その動作温度が適切な時に、よ
り低い熱伝導測定レベルに切替えられるからである。

こうして、これはまた高い濃度の可燃性ガスが放散され
た時には実熱量測定モードにおいて再び正確な測定ン提
供するよう彷くものである。

危険が存在する時に識別するため、上方の測定範囲にお
いてはフルスケール読取りの表示器をトリガすることが
望ましい場合もある。

これとは別に、第２の限界値が越えられた時に、警報シ
ステムが動作されろこともできる。

この方法を実行するための適当な測定装置Ｉは、制御可
能な電流源によって、前もって定めた温度、この温度は
連続的に測定祭れ、チエツクされ、外周温度に対してバ
１ランスされる両度、に維持される単・−のセンサーを
含Ｃものである。

コンぎユータはセンサー信号７前もって定めた基準値Ｒ
１，Ｒ２または負荷限界値Ｇと比較し、そして信号のサ
イズに応じてセンサーが実熱量測定モードにおいてか、
あるいは熱伝導測定モードにおいてかの１、いずれで動
作すべきか乞決定する。適切な信号が電流源に与えられ
る。

こうして、単一のセンサーのみによって、可燃性ガスの
濃度ン測定するための２つのモードを、両方の動作モー
ドに関する１つの測定回路音用いることによって、実行
するごとが可能である。

本発明の実施例の動作は図面に示されており、以下にさ
らに詳細に説明される。

実施例 第１図においては、熱伝導および実熱量の測定の両方に
適しているセンサー１がう制御可能な電流源２および負
荷抵抗器３に接続されている。

センサー１０両端のセンサー抵抗は増幅器４の助けによ
って測定され、コンぎユータ５，６の中で温度値に変換
される。センサー測定信号は計測器り＝ドアＹ：通して
測定用増幅器８の正入力点に到り、その出力点は信号リ
ード９を通してコンビュ゛−夕５に接続されている。リ
ード１０．１１Ｙ通して、コンぎユータ５は基準値Ｒ１
およびＲ２または負荷限界値Ｇχ連続的にコンパレータ
６に送り出す。

センサー１の温度の高さ、および基準値Ｒ１およびＲ２
またはＧに対しての測宥された値の位置に依存して、電
流源２はポジティブフィードバック１２乞辿してコンパ
レータ６によって制御されているが、これはセンサー１
の温度ン維持するか、または熱伝導測定および実熱量測
定に対する動作温度の間の切替え乞するかの、いずれか
心安とされろ強さの電流ケ、電流源がセンサー１に供給
するように制御されているのである。望ましい値は、外
周温度に依存する温度プローブを通して集められる。コ
ンピュータ５によって定められろ測定された値に、表示
ユニット１３によって表わされろ。信号リード９からの
測定信号が負荷限界値ＧＹ越えていれば、警報器１４は
、限界価が越えられた時に可聴または可視の表示７与え
るように動作する。

第２図および詳細拡大図である第３図においては、セン
サー１によって測定されたメタンの２つの測定カーブが
示されている。第１の測定カーブ２１に、体積に対する
パーセントで表わした、空気混合気中の可燃性ガスの！
１度に依存した測定信号Ｕ８の過程である。

これはセンサー１の実熱量測定動作モードに適用される
。その横座標との交点は原点と、体積１０Ｃｌ％におけ
る点とである。その２点のＮ〕で、このカーブは最大値
乞通過する。第２の測定カーブ２２は、熱伝導測定動作
モードにおけるセンサー１の測定信号の直線影信号過程
を示している。これは座標の原点で始まり、平坦な、負
の傾き７示している。基準値Ｒ工＋　”２および限界値
Ｇは縦座標上に記入されている。それらの、相当する測
定カーブとの交点は、２３および２４または２５である
。

測定装置を動作開始させるために、センサー１は初期的
に、熱伝導測定に適当な動作温度Ｔ１にまで、電流源２
により調節されろ。その測定された値は測定カーブ２．
２の上にある。もし測定されたイｍが限界値Ｒ１よりも
低いものとしてコンピュータ５に受取られたなら、コン
ピュータ５，６は、より低い濃度の可、燃性ガスが存在
していることｔ識別して、センサーは実熱量測定モード
で動作するごとが可能な動作温度Ｔ２に移行する。

実熱量測定で得られろ、総ての測定の結果は測定カーブ
２１の上にある。測定信号Ｕ８が限界値Ｇの下にあるか
ぎシ・、センサー１［％熱量測定動作モードにとどまっ
ている。

しかし、測定信号が限界値ＧＹ越えると直ちに、コンぎ
ユータ５，６は可燃性ガスの濃度が、例えば、体積比５
％よりも上に達したと判断し、そのため電流源２に対し
てセンサー１の動作温度ン下げさせるようにし、熱伝導
測定動作モードに必要なより低い動作温度Ｔ１に至らせ
る。

もし、可燃性ガスの濃度が増加すれば、その後の測定は
濃く描かれた範囲の測定カーブ２２に沿って行なわれる
。

もし、可燃性ガスの濃度が体積比にして５係よりもさら
に低下すると、センサー１に碑び実熱量測定動作モード
に切替わり、その後の測定結果は測定カーブ２１の太い
縁で描かれている範囲に沿って移動する。

この方法によって、可燃性ガスの！Ｉ艮に依存して１つ
の動作モードから他へ交互的に切替えられる。

もし、さらに別の他Ｒ２が越えられるなら、測定装置は
単に実勢量測定動作モードに切替えられるよりに動作は
変化されろならば、コンパレータ６はその測定結果の信
号がＲ工とＲ２の間のウィンドウ内から来たものかどう
かｔナエックする。

第２図において、メタン測定の例が、２定の比の割合い
ではなく、示されているが、ここでは体積比における５
係の濃度が１００％最低爆発限界に相当している。最高
爆発限界は単に情報として１．そしてこれも１定の比の
割合穎ではなく、示されている。

他の可燃性ガスの測定も、類似の方法で行なわれる。

発明の効果 電力消費が少なり、構成素子数も少ない可燃性ガスの濃
度測定装置ヶ提供することができろ。

しかも本発明によれば最低爆発限界付近の濃度を高精度
に測定でき、しかもセンサーの寿命ン延ばすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を用いた測定装置のブロック図
、第２図は５．実熱量および熱伝導測定を示す図、第５
“図は、第２図の原点付近を拡大した図である。 １・・・センサー、２・・・電流源、３・・・抵抗器、
４・・・増ｇａ、ｓ・・・コンビ・ユータ、６・・・コ
ンパレータ、Ｔ・・・リード線、８・・・測定用増幅器
、９゜１０．１１・・・リード線、１２・・・フィード
バック回路、１３・・・１表示ユニット、１４・・・警
報器、２１・・・実熱量測定カーブ、２２・・・測定カ
ーブ、２３．２４，２５・・・基準値、限界値と測定カ
ーブの交点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実熱量、および熱伝導方式の両方によつて動作する
   インジケータユニットに適合する測定装置を用いて空気
   の混合気中における可燃性ガスの割合いを検出する方法
   であつて、前記インジケーションユニットは測定信号が
   プリセットされた基準値を下回ると実熱量方式−値のみ
   を送出するようにした方法において、高い温度で触媒的
   に活性化する１つの単独センサー素子（１）を用い、次
   のステツプ（ａ）〜（ｄ）を有する、即ち （ａ）測定の開始においてはセンサー（１）は熱伝導測
   定に十分な初期的温度Ｔ＿１において一定に保たれ、 （ｂ）測定結果信号は基準値Ｒ＿１と比較され、（ｃ）
   もし、それが基準値Ｒ＿１より低いならば、センサー（
   １）の温度は、実熱量測定を開始させることのできる第
   ２の温度Ｔ＿２まで上昇させられて、そこで一定に保た
   れ、 （ｄ）センサー（１）から発生する測定信号はＲ＿１よ
   りさらに高いガス濃度に相当する負荷限界値Ｇと比較さ
   れ、測定信号が限界値Ｇを越えると直ちに、センサー温
   度が温度Ｔ＿１まで低下させられ、そして一定となる、 ステツプを有することを特徴とする検出方法。 ２、基準値Ｒ＿１および負荷限界値Ｇの両方が近似的に
   は、最低爆発限界（ＬＥＬ）の１００％ないし１４０％
   にあるような、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ステップ（ｂ）において、測定結果信号が基準値Ｒ
   ＿１よりも低いガス濃度に相当する、第２の基準値Ｒ＿
   ２に比較され、測定信号が付加した基準値Ｒ＿２を越え
   た時にセンサー（１）の温度が方法段階（ｃ）に従つて
   上昇させられることが付加されているような、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４、メタンの測定のために、基準値Ｒ＿１または負荷限
   界値Ｇがおおよそ、可燃性ガスの１００〜１４０％ＬＥ
   Ｌにあり、また第２の基準値Ｒ＿２が２％および５％Ｌ
   ＥＬの間の範囲に存在するような、特許請求の範囲第３
   項記載の方法。 ５、段階（ｄ）において、センサー（１）が測定装置上
   のインジケータユニット（１３）をフルスケール読取に
   移行させるような、特許請求の範囲第１項または第３項
   に記載の方法。 ６、警報システム（１４）が動作するような、特許請求
   の範囲第５項記載の方法。 ７、実熱量、および熱伝導方式の両方によつて動作する
   インジケータユニットに適合する測定装置を用いて空気
   の混合気中における可燃性ガスの割合いを検出する方法
   であつて、前記インジケーションユニットは測定信号が
   プリセットされた基準値を下回ると実熱量方式−値のみ
   を送出するようにした方法を実施するための測定装置に
   おいて、 １つの単独センサー（１）が制御可能な電 流源（２）に接続されており、その出力信号は測定用増
   幅器（８）を通してコンピュータ（５、６）に達し、該
   コンピュータはポジティブフィードバックユニット（１
   ２）を通して電流源に接続されて制御信号を、増幅器 （４）で測定されたセンサー抵抗と、コンパレータ（６
   ）中に収容されている基準値Ｒ＿１、Ｒ＿２または負荷
   限界値Ｇとの間の比較に基づいて、電流源に供給し、電
   流源は温度Ｔ＿１およびＴ＿２を維持するに必要な強さ
   の電流をセンサー（１）に供給することを特徴とする測
   定装置。