JPH0396852A - 炭酸ガスメーター - 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 本発明は環境測定に用いられる炭酸ガスメーターに関す
る。

従来の技術 従来炭酸ガスメーターは、赤外線吸収方式を採用したも
のが一般的である（例えば■島津製作所社製のポータブ
ルガステスタ（　ＣＧＴ−１ｏ　）　）ｏ第９図に、赤
外線吸収方式の炭酸ガスメーターを示す。同図に釦いて
、試料ガスはポンプ１０６により試料ガス人口１０２か
らドレンポソト１０５ａに導入され試料ガス中の水分と
ガスを分離する。

次にフィルター１０４＆で大きなダストを除去したのち
、電子クーラ１０８で冷却し、さらに水分を除去し、フ
ィルター１０４ｂで微細ダストの除去がなされたのち二
一ドル弁付流量計１０９によって一定流量で分析部１０
１に導かれる。分析部１０１では、赤外線の吸収の比率
を炭酸ガス濃度に変換し、指示部１０３に濃度を表示し
ていた。

１た、分析部１０１の校正は試料ガス入口１０２３ より窒素ガスを導入し指示部１０３のゼロ点を調整した
のち、校正ガス人口１１２より濃度が既知の標準ガスを
導入し、指示部１０３の指示値を調整していた。

発明が解決しようとする課題 上記構或において、炭酸ガス濃度検知に使用する分析部
１０１は光学系を含んでいるため、雰囲気中のタバコの
煙や有機ダストなど汚染物質が光学フィルターやレンズ
に付着すると検知信号にドリフトが生じやすく、定期的
なメンテナンスが必要であった。１た、構或要素にポン
プ，フィルタドレンポット，電子クーラ等多数の部品を
必要とし、かつ駆動電源に交流電源を必要とするため、
小型・軽量化がきわめて困難で、価格も高価である。筐
た測定中は、静かな場所ではポンプの騒音が気になると
ともに、常時通電状態にしておかねば正確な測定値を得
ることができない。さらに、分析部の測定原理に赤外線
吸収式を採用しているため、始動時に校正ガスを用いた
感度調整が必要であるという課題を有していた。

本発明はこのような上記問題を解決するもので、小型・
軽量化して持ち運びを容易にするとともに、消費電力を
極力少なくし、標準ガスを使用しなくとも簡単に校正が
でき、かつ正確な測定値を得ることができる炭酸ガスメ
ーターを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発門は、炭酸ガス濃度を検
知し濃度の変化に応じて出力電圧が変化する固体電解質
型炭酸ガスセンサと、前記炭酸ガスセンサのヒーターに
作動電圧を供給する電源部と、前記炭酸ガスセンサの出
力電圧を増幅する増幅器と、前記炭酸ガスセンサの出力
電圧を炭酸ガス濃度に変換する演算手段と、前記演算手
段により計算された炭酸ガス濃度を表示する表示部とを
備えた構成としたものである。１た、電源部を制御する
通電制御手段を備え、さらに、前記演算手段は校正手段
を備えたものである。

作　　用 本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサは、前記５ 固体電解質型炭酸ガスセンサのヒーターの作動電圧を電
源部より供給することにより測定可能な状態となる。こ
の固体電解質型炭酸ガスセンサの出力電圧は増幅器によ
って増幅され、演算手段によって炭酸ガス濃度の出力信
号に変換される。炭酸ガス濃度の出力信号は表示部によ
って測定値を認識できる。これによって、構或部品の少
ないため、小型・軽希化ができる。１た、電源部は通電
制御手段によって通電状態と非通電状態とを繰り返し制
御し、消費電力を抑制するように作用するとともに、固
体電解質型炭酸ガスセンサの寿命を延ばすように作用す
る。さらに、校正手段を有する演算手段によって、外気
の雰囲気中に暴露することにより固体電解質型炭酸ガス
センサの概略の出力校正が行えるよう作用する。

実施例 本発明の一実施例による炭酸ガスメーターを第１図〜第
３図にもとすいて説明する。

第１図にかいて、固体電解質型炭酸ガスセンサ１は、炭
酸ガス濃度の対数に比例して起電力を生６．、一． じるセンサで、センサを一定温度に加熱するためのヒー
ターを有し、ヒーターの作動電源は、電源部２よシ供給
される。固体電解質型炭酸ガスセンサ１の出力電圧とヒ
ーターの温度に比例する電圧を増幅器３で増幅し、演算
千段４に導く。演算手段４は、センサ電圧情報とヒータ
ーの温度情報とをもとに演算を行ない、炭酸ガス濃度に
変換し、表示部５で炭酸ガス濃度を表示する。

オン伝導性セラミックス板状態の両極に電極を設け、そ
の一方に炭酸ガヌと解離平衡を形或する炭酸ナトリウム
を保持、これを測定極とし、他方に混合伝導体（例えば
ランタン，ストロンチウム，酸化コバルトを合或した「
ベロブヌ力イト」）を保持して参照極とした構造の電気
化学セルである。

電源部２は前記センサ部を測定時にヒーターで加熱する
ための直流電圧を供給する電源で、例えば乾電池を用い
ＤＣ（直流）９Ｖを供給する。増幅器３は、前記センサ
部を例えばｐｔセラミックヒ７ 一ターで５００℃に加熱して釦〈と、雰囲気中の炭酸ガ
ス分圧に応じてＮ　ａ　２　Ｃ○３電極間に炭酸ガス分
圧の対数に対してリニアな関係を持った起電力が生じ、
前記起電力を例えば高入力インピーダンス型のオペアン
プを用いて増幅する。増幅された起電力は、ｐｔセラミ
ックヒーターの温段を検知するための出力素子７の両端
の電圧とともに演算手段４に入力し、炭酸ガス濃度に変
換する。例えば、演算手段４にはマイクロコンピュータ
ーを用いる。表示部５は、演算手段４で求めた炭酸ガス
濃度を数値で表示するもので、例えば液晶表示装置（Ｌ
ＣＤ）を用い炭酸ガス濃度を直読できるようにする。

次に、第３図を用いて演算千段４の動作について詳細な
説明を行う。１ず、固体電解質型炭酸ガスセンサの電圧
を測定（センサ電圧測定ヌテップ１（１）し、この電圧
値をＥ８として記憶部１１に記憶させる（記憶ステップ
１２）。次に、ｐｔセラミックヒーターの温度を検知す
るため出力素子の両端の電圧を測定（ヒーター温度測定
ヌテップ１３）し、この測定値をもとにヒーター温度を
求め基準温度５００℃との差を算出し、その温度差分に
必要なセンサ電圧Ｅｓに対する温度補正値を決定する（
温度補正値決定ステップ１４）。この温度補正値をＥＴ
として記憶部１１に記憶させる（記憶ステップ１５）。

ここでＥ　ｓ　−　Ｅ　Ｔを計算し温度補正後のセンサ
電圧ＥＯを求め（演算ステップ１６）、Ｅ（）を炭酸ガ
ス濃度に変換する（濃度変換ヌテップ１７）。最後に、
炭酸ガス濃度を数値で直読できるように濃度を表示する
（濃度表示ヌテップ１８）。このように構或要素を電子
部品化でき、かつ電源部にＡＣ（交流）を必要としない
ので、小型・軽量化でき持ち運びが容易になるとともに
、容易に正確な測定値を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を第４図〜第６図によって
説明する。第１の実施例で説明した部分については、図
面に同一番号をつけ説明は省略する。

第４図において、６は通電制御手段で、例えばマイクロ
コンピューターを用い電源部を通電状態９　・、一， と非通電状態とに繰シ返し制御するとともに、演算手段
４でセンサ出力電圧測定時期の制御をふ・こなう。

次に、第６図釦よび第６図によって動作を説明する。１
ず、固体電解質型炭酸ガスセンサのヒーター　ニ通’ｆ
ｔ−ｆる（ヒーターＯＮステソプ２１）。

センサの感度が安定した頃、例えば５分後にセンサ電圧
測定を開始する（センサ電圧測定ステノプ２２）、セン
サの感度が十分に安定した頃、例えば１６分後にいった
んヒーターへの通電を停１卜する（ヒーターＯＦＦステ
ップ２３）。すなわち電源投入直後の２０分間はヒータ
ーに通電するように制御し、固体電解質型炭酸ガスセン
サの感度を定常状態にする。次に、センサの感度が鈍化
しない、例えば４分後に再び固体電解質型炭酸ガスセン
サノヒーターＫｉｔＬ（ヒーターＯＮステップ２４）、
センサを安定させた後、例えば３０秒後にセンサ電圧測
定を開始し（センサ電圧測定ステップ２５）、測定３よ
び補正が終了した頃、例えば３０秒後にヒーターへの通
電を再び停止する（ヒーターＯＦＦ１０　・−，・ ステップ２６）。このように通電，非通電を繰り返し制
御を釦こなうことにより、電源部の消費電力釦よび電池
等の消耗を抑制できるとともに、固体電解質型炭酸ガス
センサの寿命を延ばすことができる。

次に、本発明の第３の実施例を第７図釦よび第８図にも
とづいて説明する。第１釦よび第２の実施例で説明した
部分については、図面に同一番号をつけ説明は省１略す
る。

第７図ふ・よび第８図によって、校正手段を含んだ演算
千段４の動作を説明する。１ず、固体電解質型炭酸ガス
センサのヒーターに通電を行い（ヒーターＯＮステップ
３１）、５分後（通電５分判定ステップ３２）、校正可
能状態となう待ち状態にはいる（校正ボタンＯＮ判定ス
テップ３３）。

固体電解質型炭酸ガスセンサを大気の雰囲気中に暴露し
たのち校正を開始し、第１の実施例と同様の要領で、大
気中炭酸ガス濃度（約３５０ｐｐｍ　）にトける濡度補
正後のセンサ電圧Ｅ。を計算する（１０〜１６）。次に
、炭酸ガス濃度３６０ｐｐｍ時の基準出力電圧ＥＲとＥ
。とを比較し、その差を特性補正値ＥＤとして（演算ス
テップ３４）記憶部１１に記憶させる（記憶ステップ３
５）。ここで、ヒーターへの通電時間を判定し（通電後
２０分経過判定ステップ３６）、２０分以上であレハヒ
ーターへの通電をやめ（ヒーターＯＦＦステップ３７）
、通′帛′測定状態にはいる。通常測定突入４分後（ヒ
ーターＯＦＦ後４分経過判定ステソブ３８）、再びヒー
ターに通電し（ヒーターＯＮステップ３９）、３０秒後
（ヒーターＯＮ後３０秒経過判定ステップ４（１）、セ
ンサ電圧測定を開始する。第１の実施例と同様の要領で
一連の測定を行い（１０〜１５）、校正時に求めたＥＤ
を用いてＥＵを計算する（演算ステップ４１）。さらに
ＥＵを濃度の数値に変換し（濃度変換ステップ４２）、
濃度の数値を表示する１８）。ヒーター通電後１分経過
したならば（ヒーター通電後１分経過判定ステップ４３
）ヒーターへの通電をやめ（ヒーターＯＦＦステップ４
４）、ヌテップ３８へ戻る。これによって、ゼロガスお
よび標準ガスを使うことなく容易に概略の校正ができる
とともに、固体電解質型炭酸ガスセンサ個々の特性の補
正を同時に行うことができる。

なお、演算千段４ぱマイクロコンピューターを用いたが
、アナＶグ凹路としてもよい。ここで表示部５は液晶表
示装置としたが、針式の指示計でもよい。′−！た、通
電制御装置６はマイクロコンピューターを用いたが、カ
ウンター回路を用いてもよい。

発明の効果 以上の実施例から明らかのように本発明によれば、炭酸
ガス濃度検知に、単一素子で直接空気中の炭酸ガス濃度
を検知できる固体電解質型炭酸ガスセンサを使用したた
め、部品の数を大幅に消滅でき小型・軽量化が可能とな
り、かつ持ち運びが容易で安価に作製できる。１た、消
費電力を極力少なくできるので、電源を小型化できると
ともに、センサの寿命を延ばすことができる。さらに、
演算手段にセンサの温度依存性の補正と素子の特性の補
正を行うようにするとともに、標準ガスを使１３　、 用しなくとも校正が容易にできるようにしたため、簡単
に正確な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す炭酸ガヌメク一の購戊
プロソク図、第２図は炭酸ガスメ一グーの全体の回路構
戊を示す回路図、第３図は演算手段の動作フロー図、第
４図は他の実施例に釦ける炭酸ガスメーターの構戊ブロ
ック図、第５図は固体電解質型炭酸ガスセンサ素子加熱
用ヒーターへの通電と固体電解質型炭酸ガスセンサ出力
電圧測定のタイミングを示す通電制御手段の説明図、第
６図は他の実施例にふ・ける構戎ブロック図兼動作フロ
ー図、第７図は他の実施例に釦ける校正時に釦ける演算
手段の動作フロー図、第８図は他の実施例における演算
手段の動作フロー図、第９図は従来の炭酸ガスメーター
の一例を示す構或図である。 １・・・・・・固体電解質型炭酸ガスセンサ、２・・・
・・・電源部、３・・・・・・増幅器、４・・・・・・
演算手段、５・・・・・・表示部、６・・・・・・通電
制御手段、７・・・・・・出力素子。 第 ７ 図 特開平３ ９６８５２　（７）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭酸ガス濃度を検知し濃度の変化に応じて出力電
   圧が変化する固体電解質型炭酸ガスセンサと、前記炭酸
   ガスセンサのヒーターに作動電圧を供給する電源部と、
   前記炭酸ガスセンサの出力電圧を増幅する増幅器と、前
   記炭酸ガスセンサの出力電圧を炭酸ガス濃度に変換する
   演算手段と、前記演算手段により計算された炭酸ガス濃
   度を表示する表示部とを設けた炭酸ガスメーター。
2. （２）電源部を通電状態と非通電状態とに繰り返し制御
   する通電制御手段を設けた特許請求の範囲第１項記載の
   炭酸ガスメーター。
3. （３）演算手段は、前記固体電解質型炭酸ガスセンサを
   外気の雰囲気中に暴露することにより、外気炭酸ガス濃
   度を基準として校正する校正手段を有する特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の炭酸ガスメーター。