JPH0222341B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は化石燃料を用いた燃焼器具の燃焼効率
を表わす出力信号を得る測定装置に関する。 燃焼器具、例えばボイラ又は炉の効率の度合い
を定める公知の方法は、酸素又は炭酸ガス濃度お
よび排気ガスの温度の測定を必然的に伴い、該測
定された値は「スタツク損失（煙突損失）」（熱損
失の割合）、または種々の温度における効率値お
よび酸素濃度値または炭酸ガス濃度値を示す標準
チヤートと照合される。異なる種類の燃料、例え
ば固体燃料、燃料油又は天然ガスに対しては異な
る標準チヤートが参照されねばならない。このよ
うなチヤートの使用に特有な正確さの限界とは別
に取扱者は間違つたチヤート、すなわち間違つた
燃料についてのチヤートを参照したりあるいは間
違つた行又は欄を見たりする可能性がありまた２
つの測定器具の一方又は両方の読み取るべき値を
誤まつて読み取つたり誤まつて解釈するような可
能性までもある。 排気ガスの温度および酸素又は炭酸ガス濃度の
測定から効率の度合いを自動的に定めるための手
段を設けることにより前述した欠点を克服するた
めの種々の形式の装置が提案されている。 例えば英国特許出願第2016707号には、排気ガ
スの温度および酸素濃度センサの出力信号と関連
させた作動効率（η）の所定のアルゴリズムを遂
行し且つ使用される酸素および温度センサの非直
線性に対する補正を具現するための装置が開示さ
れている。 しかしながらこの装置はセンサに対する非直線
性の補正は単一のアルゴリズムにおいては一体的
に具現されるので実際の酸素濃度および排気ガス
温度は分離しては表示され得ないという欠点を有
する。 別の型の装置が英国特許第1562536号に開示さ
れており、この場合、電子計算装置が酸素又は炭
酸ガス濃度センサおよび温度センサからの出力信
号を受信し、効率ηに関する所定の式に従つて排
気ガスの酸素又は炭酸ガス濃度および温度に対す
る該効率ηを計算する。しかし、このような装置
は受信したセンサ信号の変化における直線性を測
定した量で仮定する。このことは、特にガス濃度
センサの場合には、遂行されることは稀である。 酸素濃度センサを較正する問題は1979年10月発
行の「Power ＆ Works Engineering」にお
けるアラン・エム・クロスリイ氏の論文「煙道ガ
ス中のO₂の測定の改良」において論ぜられてい
る。 しかし、提案された解決法は、問題とされる範
囲に公知の異なる酸素濃度を有する試験ガスにつ
いての幾つかの試験測定を必然的に伴うので、面
倒でありかつ時間を要する。 本発明の目的の一つは、燃焼器具の効率の度合
いを測定する装置であつて、使用が比較的簡単
で、比較的迅速に測定結果を生じさせ、かつ、チ
ヤートを使用する方法よりもより正確な測定結果
を生じさせるものを提供することにある。また本
発明の目的の一つは、燃焼器具の効率の度合いを
測定する装置であつて、成分ガス濃度と排気ガス
温度の別個の表示を生じさせ、かつ、成分ガス濃
度または排気ガス温度測定のいずれかに用いられ
るかまたは両方に用いられるセンサの非直線性を
考慮に入れた測定を行うことができるものを提供
することにある。 また本発明の目的の他の１つは、ポータブルの
燃焼効率測定計算装置として、 酸素センサによる酸素濃度測定技術とマイクロ
プロセツサを用いる電子計算による燃焼効率の計
算技術を結合することにより、この測定計算装置
の破損等が生ずることのない装置構成の完全性、
および汚染、ドリフト誤差等を生ずることのない
装置動作の正確性を実現することにある。 本発明においては、 燃焼器具の効率を測定する装置であつて、該装
置が、該器具の排気ガス中の酸素濃度に応じて変
化する出力信号を発生する電気化学的酸素セン
サ、該排気ガスの温度に応じて変化する出力信号
を発生する温度センサ、およびプログラム可能な
計算装置を具備し、該プログラム可能な計算装置
は第１に該電気化学的酸素センサおよび該温度セ
ンサの出力信号を受け該出力信号から排気ガスの
酸素濃度および温度をあらわす測定値を導出し、
第２に該測定値を燃焼の効率を排気ガスの温度お
よび酸素濃度に関係づける所定の関係式の計算に
適用し、第３に該器具の燃焼の効率をあらわす出
力信号を発生させるに適合しているものにおい
て、 該装置が電源投入されるたびごとに燃焼の効率の
実際の測定が、計算手段のプログラムにより自動
的に阻止され、該装置が「試験」モードへと切換
えられ、 該「試験」モードにおいては下記の各過程、すな
わち、 (a) 該計算手段１０がまず該酸素センサ３を用い
て既知の21％の酸素濃度を有する空気の試験的
測定を行うこと、 (b) 該計算装置１０が該酸素センサ３の出力信号
の値を自動的にサンプリングし、該サンプリン
グされた出力信号の値を該試験ガスにおける該
成分ガスの公称または既知の濃度についてのセ
ンサ出力信号の予想値をあらわす記憶された値
と比較し、 該比較の結果の差値が所定の限界値より大であ
るときは該比較の結果の差値が該所定の限界値
以内となるまで所定の時間間隔で反復するこ
と、 (c) 該計算手段１０が、Ｓを酸素センサ３の出力
信号の値、Ｋを係数とするとき、 酸素濃度の分数値＝１−exp（−Ｓ／Ｋ） であらわされる関係式における該係数の値を計
算し、それにより該試験的測定から較正係数を
導出すること、そして、 (d) 該較正係数を該酸素センサ３を用いて求めた
其の後の実際の酸素濃度の測定に適用するこ
と、が行われることを特徴とする燃焼器具の効
率を測定する装置、が提供される。 これは、好適な実施例においては、センサの出
力信号と測定されるべき量との間の公知の非直線
性の関係を有するセンサの場合には、試験測定に
より発生されるセンサの出力信号から該非直線性
の関係を定める等式又は数式の係数の値を計算す
ることにより達成される。較正係数と便宜的によ
ばれるこの係数は次でセンサの出力信号と測定さ
れるべき量との間の非直線性の関係を定める等式
に従つて排気ガスの測定値を得る場合に計算手段
により使用される。このようにしてセンサは較正
され且つセンサの応答の非直線性は単一の試験測
定から自動的に同時に補償される。 燃焼器具の効率の度合いは、燃焼器具の作動効
率（η）の又は排気ガスの熱損失又はスタツク損
失を定めることによつて与えられる。 成分ガスの濃度および排気ガスの温度の得られ
た測定値からこれらの値を計算するのに用いられ
る特に予め定められた式は、スタツク損失の前述
の計算に依存している。成分ガスが酸素である選
択された場合においては、スタツク損失は好適に
は、下記の式に従つて計算される。 すなわち、 スタツク損失＝K₃（T₁−T₂）／％O_2IN−％O_2OUT ここに、K₃は燃料の種類に関連した定数であ
りT₁およびT₂はそれぞれ燃料又は排気ガスの温
度および基準温度、例えば周囲温度であり、％
O_2INおよび％O_2OUTは通常は略々21に等しく設定
される燃焼器具に供給される空気および排気ガス
の各々の百分率で表わした酸素濃度である。 また濃度が測定される成分ガスは炭酸ガスであ
つてもよくその場合にはスタツク損失は実質的に
次のように計算される。 すなわち、 スタツク損失＝K₁（T₁−T₂）／％CO₂ ここに、T₁およびT₂は前述と同じ値、K₁はこ
の場合にも使用される燃料の種類に関連した定
数、％CO₂は排気ガスの濃度である。 いずれのスタツク損失の計算式が使用されても
また排気ガスの％O₂又は％CO₂のいずれに基づい
ても燃焼器具の作動効率を定める場合には下記の
好ましい式が使用される。 すなわち、 効率＝100−〔Ｒ＋（スタツク損失） ＋K₄｛Ｐ＋（T₁−T₂）｝〕 ここに、ＲおよびＰは燃焼器具の種類および排
気ガスの湿気および水素含有量に関連した定数、
K₃およびK₄は使用される燃料の種類に関連した
定数、T₁およびT₂は前述と同じ値である。 従つて、好ましくは、温度センサは例えば
（T₁−T₂）の値に関連した出力信号を発生するよ
うにされ、使用される熱電対の冷接点又は基準接
点は周囲の大気中に置かれ、一方、熱電対の熱接
点は煙道ガス中に置かれる。好ましくは、Ｋ型合
金の熱電対が用いられる。 好ましくは固体燃料、燃料油又は天然ガスのよ
うな異なる種類の燃料に対して好適な定数K₁，
K₃およびK₄のための異なる値が計算手段内に記
憶され該装置は所定の式の計算において定数のい
ずれの値が使用されるべきかを選択するための手
段を有する。 装置の操作を簡単化し且つ誤差の可能性を減少
させるため、計算手段は好ましくは較正の目的で
の試験測定から始まつて排気ガスについてなされ
た測定から成分ガス濃度および温度の測定値を得
て便宜的にはスイツチング装置又はそれに類した
装置によつて取扱者からの指令を受ける時のスタ
ツク損失及び／又は作動効率の最終的な計算に至
る作動手順の個々の段階を自動的に遂行するよう
に作動し得る。 従つて、次の作動の段階が遂行されるべく適宜
のスイツチング装置が作動され得るようにこれら
の個々の段階のいくつか又は各個がうまく完遂さ
れた時を視覚的又は聴覚的に指示するための手段
も装置中に含まれる。 さて、添付図面を参照して本発明の一実施例が
より詳細に説明される。なお、実施例は例示のた
めのものであり、本発明がそれに限定されるもの
ではない。 第１図において、装置はアナログモジユール１
を有し該アナログモジユール１は酸素センサ３か
らの出力を受ける第１の入力端子２と温度センサ
５からの出力を受ける第２の入力端子４を有す
る。アナログモジユール１は上記２つの入力端子
で受信した入力電圧を直線増幅して第３の出力端
子９で発生される代表的には３ボルトである基準
電圧の値に各個が等しい各々の出力端子７，８で
の有効な出力電圧を発生する各々の増幅器を有す
る。 アナログモジユール１の出力端子７，８，９は
２つの入力チヤンネルを有する内部の８ビツト
Ａ／Ｄ変換器を組み込んだ８ビツトのマイクロプ
ロセツサチツプ１０のＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２および
Ａ／DREFで指示した各々の入力端子に接続され
る。端子Ａ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２は２つのＡ／Ｄ変換
器チヤンネルのための入力接続を与える一方、ア
ナログモジユール１から入力端子Ａ／DREFに印
加された電圧は変換領域の上限を定める。本実施
例において用いられるマイクロプロセツサチツプ
１０は市場で得られる構成部品でありアメリカ合
衆国のインテルコーポレーシヨンオブアメリカ社
により製造されINTEL（登録商標）8022の表示の
下に販売されている。酸素センサ３および温度セ
ンサ５の出力信号の外部Ａ／Ｄ変換の必要性を除
去するに際して要求される２チヤンネルＡ／Ｄ変
換装置が構成されるので上記商品は特に本出願に
適している。 マイクロプロセツサチツプ１０はまた各個が８
本の回線からなる３つの入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポ
ート１２，１３，１４を有する。第１のポート１
２のＩ／Ｏ回線の中の３本は燃料選択の三路スイ
ツチに接続される一方、別の３本はマイクロプロ
セツサチツプ１０内に含有される2K（８ビツト）
ワードの容量を有する読出し専用記憶装置
（ROM）内に記憶された３つの異なる操作プロ
グラムの中の適当な１つを選択するため各々のス
イツチ１７，１８，１９に接続される。 第２のポート１３は発振器２０をして酸素濃度
が測定された時に可聴警報音を鳴らすスピーカ２
１を附勢せしめ得るようにそのＩ／Ｏ回線の中の
１本を接続し且つ別の酸素濃度が測定されるより
前に酸素センサ３内に空気を導入するための空気
吸入ポンプのモータ２２を作動させるように別の
回線を接続している。第２のポート１３のＩ／Ｏ
ラインの別の２本は第３のポート１４の８本の
Ｉ／Ｏ回線と共に表示モジユール２４の各々の入
力に接続される。 表示モジユール２４はマイクロプロセツサ１０
の第３のＩ／Ｏポート１４のＩ／Ｏ回線の中の７
本により駆動される３つの７−セグメントの英数
字表示装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、３つの
量、すなわち温度、百分率酸素又は効率の中のい
ずれが英数字表示装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃ上
に表示されているかを指示するためポート１４の
第８番目のＩ／Ｏ回線により制御される３つのイ
ンジケータ光２６ａ，２６ｂ，２６ｃのグループ
と、表示モジユール２４に接続されるポート１３
の２本のＩ／Ｏ回線により制御されるさらに２つ
のインジケータ光２７，２８（一方のインジケー
タ光２７は酸素センサがうまく較正された時を表
示するためのものであり他方のインジケータ光２
８は酸素濃度の読み取りがうまく完遂された時を
表示するためのものである）とを有する。 マイクロプロセツサチツプ上の他の端子には電
力供給端子３０，３１および１対の水晶制御端子
３４，３５が含まれ該電力供給端子３０と３１間
には安定化した＋５ボルトの供給源３２が接続さ
れると共に該１対の水晶制御端子３４と３５の間
には内部の水晶制御発振器およびマイクロプロセ
ツサチツプ１０内に構成されるクロツク回路のタ
イミングを制御するための時限素子３６が接続さ
れる。本実施例の場合、時限素子３６は150マイ
クロ秒の命令サイクル時間を与える５マイクロ秒
（30クロツク周期）にプロセツサのクロツク周期
を設定する15キロオームの抵抗からなる。 第２図はクロツク４０を有するマイクロプロセ
ツサチツプ１０の内部構造を示す概略的ブロツク
図であり該クロツク４０のクロツク周期は時限素
子３６（第１図）により定められ且つ該クロツク
４０は８ビツトの中央処理装置（CPU）４１を
介してマイクロプロセツサの命令サイクル時間を
制御する。中央処理装置４１はさまざまな算術演
算を行ない且つ前述した読出専用記憶装置
（ROM）４２内に記憶されたプログラム命令に
従つてマイクロプロセツサの残りの部分の演算を
制御する。マイクロプロセツサはまた８ビツト64
ワードの容量のデータ記憶装置４３を有する。該
データ記憶装置はその中にデータを書き込み且つ
それからデータを読み出すため演算中の呼出しが
可能である。マイクロプロセツサは更に８ビツト
タイマ／インベントカウンタ４４およびアナログ
モジユール１（第１図）に関連して前述した２チ
ヤンネル８ビツトＡ／Ｄ変換器４５を有する。
CPU４１、プログラム記憶装置４２、データ記
憶装置４３、タイマ／イベントカウンタ４４およ
び２チヤンネルＡ／Ｄ変換器４５はすべて相互に
接続されると共に内部の母線回路網４７により３
つのＩ／Ｏポート１２，１３，１４に接続され
る。 さて再び第１図に関して説明を続けるが酸素セ
ンサ３および温度センサ５の出力信号をおよそ３
ボルトのフル・スケール値までレベル上昇させる
のに必要とされるアナログモジユール１内の各々
の増幅器の利得は該２つの出力信号の範囲に依存
する。本実施例において酸素センサ３により測定
されるべき酸素濃度の必要とされる最大範囲は０
から約27パーセントの間である（20.9パーセント
が空気についての公称の周囲酸素濃度である）。 特に好適な型の酸素センサはＣ／Ｓの表示の下
に市販され英国ロンドンのシテイテクノロジーリ
ミツテイツドにより製造されるセンサであり該セ
ンサは4.7オームの抵抗体により荷重された場合
に周囲の空気酸素濃度（20.9パーセント）に対し
て47ミリボルトのフル・スケール出力電圧を与え
る。この種の酸素センサは電解原理に基ずいて作
動する。該センサは自己附勢され拡散制限され且
つ基本的には金属陽極と電解液と空気陰極とから
成る。空気陰極への酸素の拡散は毛管拡散障壁に
より制御される。 酸素センサと関連したアナログモジユール１内
の増幅器は従つて約22パーセントの最大酸素濃度
を表わす50ミリボルトの入力信号に対し３ボルト
のフル・スケール出力電圧を発生するよう約60の
利得を有する。 好ましい型の温度センサは1973年の英国規格
Ｂ・Ｓ・No.4937Part4に定められその出力が温度
と共に関与する温度領域の上限である1000℃にお
いて約41ミリボルトのフル・スケール読み取りを
与える100℃当り約4.1ミリボルトの速度で変化す
るＫ型合金熱電対を有する。また60の増幅率が45
ミリボルトのセンサ出力電圧に対し約2.6ボルト
のフル・スケール出力電圧を与えるこの熱電対の
出力信号に対して好適である。 ±１パーセント以内の総合計器精度を得るため
には市販される型のアナログモジユール内の増幅
器は20℃の作動温度領域に亘つて±１パーセント
よりも優れた精度を維持し温度ドリフトはすべて
使用中の再較正の必要性を除去するよう自動的に
補償される。 第３図ａおよび第３図ｂはセンサ３，５の出力
を増幅するための別の２つの好適な直流演算増幅
回路を示すものであるが、これは例示のための回
路であり限定的な意味を有するものではない。第
３図ａの回路は２トランジスタ前置増幅器T₁，
T₂（好ましくはいずれも同一のチツプからの）か
らなる前置増幅器を用いている一方、第３図ｂは
出力をアースした出力ダイオードDIを使用して
いる。 アナログモジユール１からの直線増幅されたセ
ンサ出力信号は次で入力端子Ａ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２
を介してマイクロプロセツサの８ビツトのＡ／Ｄ
変換器４５の各々のチヤンネルに印加される。
Ａ／Ｄ変換器４５の両方のチヤンネルは端子Ａ／
DREFに加えられる基準電圧により定められる３
ボルトの最大入力電圧が加えられた時に256のフ
ル・スケールのデジタル読み取りをもたらすよう
に設定される。従つてデジタル領域の各々の増分
は約12ミリボルトに対応する。いずれかのチヤン
ネル上のＡ／Ｄ変換の結果はプログラムの過程で
内部の母線回路網４７を介してＡ／Ｄ変換器４５
から読み取ることができる。 しかしながら、これらの値が正確な値を与える
のに使用され得るよりも前に温度および酸素セン
サ５，３はいずれも測定するのに使用される量と
直線的に関連した出力電圧を有しないので較正さ
れねばならない。いずれの場合にも補正はセンサ
信号のデジタル値について行なわれる。 酸素センサの出力電圧と実際の酸素のサンプリ
ングレベルとの間の関係は指数関数となる。 すなわち、 Ｃ＝１−exp−Ｓ／ｋ …（） ここにＣは酸素濃度の分数値（例えば周囲空気
において0.209）、Ｓはセンサからの出力信号、ｋ
は定数である。 上記指数関数を展開すると、 exp−Ｓ／ｋ＝１−Ｓ／ｋ＋S²／2k²−S³／6k³…（
） 従つて第１近似としては Ｃ＝Ｓ／ｋ が用いられ、また第２近似としては Ｃ＝Ｓ／ｋ（１−Ｓ／2k） …（） が用いられる。 しかしながらＣの値の前に酸素濃度をこれらの
近似の中の一方又は他方から計算することが可能
であり較正定数であるｋの値を最初に得る必要が
ある。これは試験ガス、例えば周囲空気の酸素濃
度の初期の較正読み取り値を得て結果的にＡ／Ｄ
変換されたデジタル読み取り値S′を割り当てるこ
とによりなされ、その場合周囲空気の公称分数酸
素濃度C′＝0.209kは等式（）から得られる次式
に従つて計算される。 すなわち、 ｋ＝S′／log_e１／１−C′ ＝4.2651×S′ （試験ガスとしての周囲空気に対して）
…（） 初期の較正読み取り値S′からｋに対する値を定
め終えるとこの値は式（）又はむしろその後の
測定から式（）又は（）（この例では式
（））により与えられる簡単化した近似の中の１
つを用いる実際の酸素濃度を定める際に較正定数
として記憶され使用される。 Ｋ型合金熱電対５は関与する領域、すなわち50
℃ないし100℃の大部分に亘つて略々直線的な出
力電圧を発生する。 熱電対の較正は必要であるが、しかしながらこ
れはいずれの接点も同じ（周囲）温度にあるので
熱電対の出力電圧は零であることが必要とされる
周囲温度の読み取り値に基づいて煙道測定をなす
よりも前にアナログモジユール内の関連する増幅
器のオフセツト電圧の適宜の調節により便宜に達
成される。 煙道測定をなす時に熱電対は煙道ガスと周囲と
の間の温度差を自動的に記録する。 またマイクロプロセツサ１０は周囲温度の試験
測定により発生された熱電対の出力信号を表わす
値を記憶し且つこの基準値を排気ガスの測定で熱
電対により生成される適宜の値から減算するよう
に配置してもよい。 熱電対５と酸素センサ３の測温接点はいずれも
共通プローブ上の空洞内に収納される。モータ駆
動による小型ポンプ２２はマイクロプロセツサ１
０により作動され酸素の読み取りがなされる時に
空気を空洞内に導入せしめる。 1972年の英国規格B.S.No.845によると正味発燃
量に基づく乾燥煙道ガス内の熱損失（スタツク損
失）は次式により与えられる。 スタツク損失＝〔K₁（T₁−T₂）／％CO₂〕 …（） ここにK₁は燃料の種類に依存する定数であり、
T₁は煙道ガス温度、T₂は周囲温度である。％
CO₂は次式により与えられる。 ％CO₂＝（１−％O₂／21）×K₂ …（） ここにK₂は最大理論％CO₂値である。式（）
を式（）に代入し、K₃＝21K₁／K₂と定義すると スタツク損失＝〔K₃（T₁−T₂）／21−％O₂〕…（） が与えられる。 煙道ガス温度と周囲温度との差（T₁−T₂）は
熱電対の冷接点又は基準接点は周囲温度にあるた
め熱電対の読み取り値により自動的に与えられる
一方、％O₂値は酸素センサの読み取り値により
与えられる。これらの値を等式（）に入れるこ
とにより固体燃料、燃料油および天然ガスに対し
て次の値K₁，K₂およびK₃を用いるスタツク損失
測定が与えられる。

【表】 熱電対および酸素センサ出力のＡ／Ｄ変換器の
読み取り値の上記補正はマイクロプロセツサ１０
内に自動的に加えられる。熱電対の読み取りの場
合にはこれは単にＡ／Ｄ変換器の読み取り値に
4.835の定数率を乗算することを含むものである
が酸素センサの場合には初期の較正測定（S′）が
周囲空気について行なわれ式（）に従つて較正
定数ｋ（ｋ＝4.2651×S′）の値が定められ次いで
この定数の値は上述したように等式（）を用い
るその後の測定Ｓから煙道ガスの酸素濃度を計算
するのに使用される。次いでこれらの値を用いて
等式（）に従つてスタツク損失か計算され該ス
タツク損失から効率が得られ燃料の種類に依存す
る定数Ｋに対する適宜の値が選択され３つの異な
るＫの値がマイクロプロセツサ１０のROM４２
内に記憶される。 さて燃料効率モニタの較正および測定の手順が
次に説明される。 主プログラムは「較正」ルーチン、「オペレー
シヨン」ルーチンおよびスタツク損失（効率）計
算からなる第４図の流れ図により説明される。更
に表示選択スイツチ１９が操作されるたび毎に表
示を更新し時間のトラツクを保ち且つ要求される
値、例えば酸素濃度又はスタツク損失値に表示の
内容を変えるように働らく２ミリ秒のサイクル時
間で連続的に実行させられる第５図の流れ図によ
り説明される割込みプログラムがある。 まず第４図を参照するに監視プログラムがスイ
ツチ・オンされている時に英数字表示装置２５お
よびインジケータ光２７，２８はオフのままであ
る。オペレータは次いで酸素センサ３および熱電
対「熱」接点を含有するプローブを周囲雰囲気中
に置き較正スイツチ１７を操作する。これにより
破線で囲つた主プログラムでの「較正」ルーチン
が開始されポンプモータ２２がスイツチ・オンさ
れ５秒間待つてＡ／Ｄ変換器４５のチヤンネル
Ａ／Ｄ１上の変換結果が読み取られる。この変換
器の読み取り値が20ないし22パーセントの酸素濃
度に対応して220と250との間にあればモータ２２
のスイツチはオフにされる。220と250との間の読
み取り値が得られるまでにそれ以上の読み取りが
なされなければモータ２２はスイツチ・オフされ
る。 次いでこの読み取り値（S′）は20.9パーセント
の公称周囲酸素濃度に対応するものとされ式
（）に従つて、すなわち式（）に4.265を乗算
することにより較正定数ｋを計算するのに用いら
れる。このように計算された較正定数は次いで一
時的にRAM４３に記憶され較正インジケータ光
２７がスイツチ・オンされる。これはオペレータ
に対し酸素センサの較正が完遂されたこと、セン
サプローブが煙道の中に挿入されるべきこと、そ
して「操作」スイツチ１８が作動されるべきこと
を指示する。これによりプログラムの「操作」ル
ーチンが開始される。すなわち15秒の待ち時間を
もつて該プログラムルーチンが開始しその後に変
換器４５のチヤンネルＡ／Ｄ２上に現われる変換
結果が読み取られる。変換チヤンネルＡ／Ｄ２の
第２の読み取り値は５秒後に得られて第１の読み
取り値と比較される。約10℃あるいはそれ以下の
温度差に対応して２つの値が２以下だけ異なるな
らばこの温度値は記録され煙道ガスの酸素濃度測
定に備えてポンプモータ２２がスイツチ・オンさ
れる。そうでない場合には２つの連続する読み取
り値の間の差が２以下になるまで該プロセスは５
秒毎に繰り返される。 センサプローブのポンプモータ２２がスイツ
チ・オンされた後に５秒の遅れがありＡ／Ｄ１上
の読み取り値（Ｓ）が得られる。次いで「読み取
り値を得た」というインジケータ光２８のスイツ
チがオンにされ更に10秒の遅れに続いてプローブ
は煙道から退避され得ることを指示するためスピ
ーカ２１を附勢する発振器２０の作動により可聴
警報音が鳴らされる。次いでポンプモータ２２は
スイツチ・オフされる。 プログラムの上述した区分の間にＡ／Ｄ変換器
の２つのチヤンネルから読み取られた値は各々の
センサ３，５からの出力信号の値のデジタル表示
を与えるにすぎない。前述したようにこれらの値
はこれらの値を実際の酸素濃度および温度に変換
するための補正を必要とする。これをなすために
はＡ／Ｄ変換器４５のチヤンネルＡ／Ｄ１からの
補正のない酸素濃度値は値ｘ＝Ｓ／ｋ（ここにＳ
は式（），（）および（）における如く煙道
酸素濃度のＡ／Ｄ変換の結果である）を得るため
先に定義した酸素センサ較正定数ｋにより割り算
される。これは次いで式（）に使用されて次の
如く補正した酸素濃度値が計算される。 Ｃ＝ｘ（１−ｘ／２） ここにｘ＝Ｓ／ｋである。 従つてこの値は煙道ガスの実際の分数の酸素濃
度であり一時的に記憶される一方、変換器４５の
チヤンネルＡ／Ｄ２からの補正のない温度値は該
値に4.835の固定補正係数を乗算することにより
補正され煙道ガスと周囲温度との間の温度差に等
しいデジタル値が与えられる。10秒の遅れの後に
スピーカ２１により発生される可聴警報音はスイ
ツチ・オフされ燃料選択スイツチ１６は効率又は
スタツク損失値の計算を開始するため適宜の燃料
に設定されるべきことが指示される。これにより
定数K₃に対する３つの異なる値（それは固定燃
料に対する0.738、燃料油に対する0.759および天
然ガスに対する0.676である）の中のいずれが式
（）の計算における補正した酸素濃度Ｃおよび
補正した温度値（T₁−T₂）と共に使用されるべ
きかが定められる。次いで警報光２７がスイツ
チ・オンされ且つ読み取り値を得た光２８はスイ
ツチ・オフされる。更に次いで煙道ガス読み取り
値が例えば「操作」スイツチ１８の繰り返し操作
により煙道の異なる部分から得られ得る。 ひとたび補正した温度、酸素濃度およびスタツ
ク損失が定められるとこれらの値は各々の緩衝記
憶装置B₁，B₂およびB₃（図示せず）内に記憶され
表示モジユール２４の３つの７・セグメントの英
数字表示装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃ上への表示
のため利用し得るようにされる。この機能は「割
込み」プログラムにより与えられその流れ図は第
５図に説明され「表示選択」スイツチ１９により
制御されるものである。 このルーチンは本実施例では２ミリ秒の規則的
なインタバルで循環的に繰り返され各サイクルの
始めに内部の８ビツトカウンタは１のカウントだ
け増される。このようにカウンタの完全サイクル
には256×２ミリ秒＝0.512秒の時間を要しこれは
主プログラムの操作中に生ずるさまざまな遅延の
タイミングを制御するクロツクとして用いられ
る。 これまでに説明した装置は燃焼器具の排気ガス
の熱損失またはスタツク損失を自動的に計算する
に適合している。しかしながら前述したように該
装置はすでに説明した（T₁−T₂）および％O₂の
得られた測定値から燃焼器具の百分率で示した作
動効率（η）の表示を上述した機能に代えて又は
それに追加して行なうように改良されることも容
易である。燃料の総発熱量に基づいたηの計算は
次の計算を行なうようマイクロプロセツサ１０を
プログラムすることにより達成され得る。 η＝100−〔Ｒ＋K₃（T₁−T₂）／21−％O₂ ＋K₄｛Ｐ＋（T₁−T₂）｝〕 …（） ここにＲは燃焼器具の放熱損失に関連した（代
表的には３パーセントと10パーセントの間の）定
数であり、K₄は使用される燃料の種類に関連し
た定数であり、Ｐは器具に加えられる空気の水素
および湿気含有量に関連した（この例では公称的
に1121.4に設定される）定数でありK₃，T₁およ
びT₂は先に定義したと同じである。 角がつこ内の第２項は若し前もつて計算されれ
ば式（）内にその値が簡単に代入され得る該式
（）からのスタツク損失として認められる。ま
たK₃に対する異なる値の他に定数K₄に対する異
なる値が記憶され燃焼器具の種類に従つて選択さ
れるＰに対する値の範囲と共に燃料選択スイツチ
１６を操作することにより選択される。K₂に対
する代表的な値は次の通りである。 固体燃料 0.00409 燃料油 0.00512 天然ガス 0.00828 前述した酸素センサに代えて炭酸ガスセンサを
使用して排気ガスの％CO₂濃度に基づいてスタツ
ク損失を測定することが要求される時には式
（）の代りに式（）が使用される。次いで異
なる種類の燃料に対し前掲した定数K₁の異なる
値が記憶され燃料選択スイツチ１６の操作により
選択される。勿論較正および線形化の過程では炭
酸ガスセンサ出力信号の変化における測定される
量との異なる関係を考慮する修正が必要とされる
が酸素センサの較正に対して前述した原理に類似
した原理が用いられる。 スタツク損失が計算されるとこの値は百分率効
率（η）を定めるため上記式（）の角がつこ内
の第２項として置き換えられる。 更に割込みプログラムは先行するサイクルの後
に表示選択スイツチ１９が操作されたかどうか、
そしてｘ＝０，１又は２の異なる値により選択さ
れた３つの緩衝記憶装置B₀，B₁，B₂の異なる１
個から得られた情報で表示装置上の情報が置き換
えられたかどうかを定めるため表示選択スイツチ
１９が接続されたポート１２の入力回線を監視す
る。例えば表示装置が緩衝記憶装置B₀内に含ま
れる温度値を示しているとするとその時表示選択
スイツチ１９の操作によりｘ＝０はｘ＝１に変え
られこれによりこの表示情報は緩衝記憶装置B₁
からの情報、すなわち補正された酸素濃度値によ
り置き換えられる。表示選択スイツチが再び押さ
れるとｘはｘ＝１からｘ＝２に変わり表示装置２
５は緩衝記憶装置B₂から得られた情報、すなわ
ちスタツク損失値により更新される。表示選択ス
イツチを更に操作することによりｘはｘ＝２から
ｘ＝０に変わり緩衝記憶装置B₀からのもとの温
度に戻される。 また表示された情報と共に３つのインジケータ
光２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各個が発光しいずれ
の情報が現在表示されているかを示す。 連続する読み取り値が所定値よりも小さい値だ
け異なる迄５秒のインタバルでＡ／Ｄ変換器４５
のチヤンネルＡ／Ｄ２上に現われる温度センサの
出力信号の連続する読み取り値を比較する目的は
温度センサの温度が上昇し煙道ガスの実際の温度
に安定したことを確かめることにある。 なお、以上に特定的に記述された装置は単に１
つの好適な具体例であり、本発明の範囲から逸脱
することなく多くの変形が可能であることが了解
されるべきである。例えば、異なる型の温度およ
び酸素又は炭酸ガスセンサを用いることができ、
特にそれらの較正およびそれらの出力信号の直線
化において使用される方法には改良が必要とされ
る。いずれのセンサも非直線性の応答を有し温度
センサの出力信号にも加えられるべき非直線性の
応答が必要とされる。更に本発明は使用された特
別の型のマイクロプロセツサに限定されるもので
はなく、一体構造のＡ／Ｄ変換器を有するか否か
にかかわらず他の型のマイクロプロセツサも同様
に用いることができる。必要に応じて外部のＡ／
Ｄ変換器を用いることも容易である。本発明の装
置が適用される燃料の範囲は、式（）および
（）における定数K₃およびK₄の適宜の選択によ
り他の種類の燃料を含むように、適切に変更又は
拡張されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料効率モニタの概略を
示すブロツク回路図、第２図は第１図のモニタの
マイクロプロセツサ構成部分の内部構成を示す配
置図、第３図ａおよびｂは第１図に示されるモニ
タに使用するのに好適な２つの型の増幅器の回路
図、第４図および第５図は第１図に示される装置
の作動を制御するプログラムの異なる部分の演算
流れ図である。 １……アナログモジユール、２……第１の入力
端子、３……酸素センサ、４……第２の入力端
子、５……温度センサ、７，８，９……出力端
子、１０……マイクロプロセツサチツプ、１２，
１３，１４……入力／出力ポート、２０……発振
器、２１……警報スピーカ、２２……ポンプ電動
機、２４……表示モジユール、２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ……英数字表示装置、２６ａ，２６ｂ，２
６ｃ，２７，２８……インジケータ光、３２……
電源、３４，３５……水晶制御端子、３６……時
限素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器具の効率を測定する装置であつて、該
   装置が、該器具の排気ガス中の酸素濃度に応じて
   変化する出力信号を発生する電気化学的酸素セン
   サ、該排気ガスの温度に応じて変化する出力信号
   を発生する温度センサ、およびプログラム可能な
   計算装置を具備し、該プログラム可能な計算装置
   は第１に該電気化学的酸素センサおよび該温度セ
   ンサの出力信号を受け該出力信号から排気ガスの
   酸素濃度および温度をあらわす測定値を導出し、
   第２に該測定値を燃焼の効率を排気ガスの温度お
   よび酸素濃度に関係づける所定の関係式の計算に
   適用し、第３に該器具の燃焼の効率をあらわす出
   力信号を発生させるに適合しているものにおい
   て、該装置が電源投入されるたびごとに燃焼の効
   率の実際の測定が、計算手段のプログラムにより
   自動的に阻止され、該装置が「試験」モードへと
   切換えられ、 該「試験」モードにおいては下記の各過程、すな
   わち、 (a) 該計算手段１０がまず該酸素センサ３を用い
   て既知の21％の酸素濃度を有する空気の試験的
   測定を行うこと、 (b) 該計算装置１０が該酸素センサ３の出力信号
   の値を自動的にサンプリングし、該サンプリン
   グされた出力信号の値を該試験ガスにおける該
   成分ガスの公称または既知の濃度についてのセ
   ンサ出力信号の予想値をあらわす記憶された値
   と比較し、該比較の結果の差値が所定の限界値
   より大であるときは該比較の結果の差値が該所
   定の限界値以内となるまで所定の時間間隔で反
   復すること、 (c) 該計算手段１０が、Ｓを酸素センサ３の出力
   信号の値、Ｋを係数とするとき、 酸素濃度の分数値＝１−exp（−Ｓ／Ｋ） であらわされる関係式における該係数の値を計
   算し、それにより該試験的測定から較正係数を
   導出すること、そして、 (d) 該較正係数を該酸素センサ３を用いて求めた
   其の後の実際の酸素濃度の測定に適用するこ
   と、 が行われることを特徴とする燃焼器具の効率を測
   定する装置。 ２ 該計算手段１０は、S′が試験測定から該第１
   のセンサ３により発生された出力信号の値、C′が
   試験ガス（空気）の成分ガスの濃度の分数値を表
   わすとき係数ｋの値を関係式： ｋ＝S′／log_e１／１−C′ に従つて計算するよう動作可能であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 該計算手段１０は、Ｓが排気ガスの測定によ
   り発生された酸素センサ３の出力信号を表わすと
   き、成分ガス濃度の測定値を関係式： 成分ガスの濃度の分数値＝Ｓ／ｋ〔１−Ｓ／2k〕 に従つて導出するよう動作可能であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 該計算手段１０は該温度センサ５の出力信号
   から測定値を得る場合に自動的に温度センサの出
   力信号の値をサンプリングしサンプリングした値
   を所定時間だけ記憶し次で温度センサの出力信号
   の値を再びサンプリングしサンプリングした２つ
   の値を比較しサンプリングされた２つの連続する
   値の差が所定の限界値以下になるまで該手順を反
   復し該所定の限界値以下になると該２つの値の中
   の一方を該測定値として保持するように作動し得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜第３項
   のいずれかに記載の装置。