JPH04190154A - 定電位電解式ガスセンサの機能点検方法とその装置 - 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〕 この発明は、定電位電解式ガスセンサの内外リード線の
接続不良、断線による異常、またはガスセンサのガス感
度劣化状況を瞬時に点検する方法およびその装置に関す
るものである。

［従来の技術］ この種ガスセンサは、作用極と対極を電解液中に互いに
相対して配置し、電極間の電解電圧をＯ〜５０ｍＶ程度
に設定した状態で検査ガスを前記作用極に接触させ、ガ
スの直接電解による出力電流を検出しガス濃度を定量的
に検出するものである。

この場合ガスセンサ内外のリード線の接続不良または断
線が起きた場合、ガス濃度表示においてほとんど零にな
るか、または異常に高い値を示すかどちらかであって、
この値がガス濃度を示すものか断線によるものか確認が
困難であること、また、使用中のガスセンサのガス感度
劣化については定期的なガス校正により補正が行われて
いるが、使用時の状態がガスに対して十分な感度を有し
ているか否かを確認することができないこと、また、こ
の種ガス濃度測定はガスの漏洩箇所に直接巡回して調べ
ているが、取り扱うガスがＣＯガスをはじめ塩素、硫化
水素などの有毒ガスであるため、一般に近寄り難い場所
もあって測定者にとって危険を伴う作業であること、な
どの理由から、当該ガスセンサには測定者の危険防止の
ためにガスセンサ内部に断線などの欠陥およびガス感度
の劣化があれば事前にそれが見極められるかまたはその
機能を持たせることが要求される。

そのため、今までガスセンサの欠陥を見極める方法がい
くつか提案されている。その一つは、定電位電解式ガス
センサの作用極、対極間にパルス状の過渡電圧を印加し
、これによって生じる作用極と対極との電気化学的変化
に基づくセンサ出力電流値の異常をみて判定する装置（
実公昭６２−３９３１８号公報）や、ガスセンサの電解
液を成す塩溶液の分解電位より大きな電位を両電極間に
瞬時的に加え、電解液中に変化を起こさせ、この変化に
対する応答を観察することにより判定する方法（特公昭
６３−５５６６１号公報）などが提案されている。

前者では、確認スイッチの開閉により設定電位を変化さ
せるものであり、後者は、電解液を成す塩溶液の分解電
位より大きな電位パルスをスイッチの手動動作または１
秒または数秒の時間間隔で自動的に印加し、これにより
生ずる電解液中の変化に対する出力電流値を観察するこ
とでガスセンサ異常を判定する方法である。しかしどの
方法にしても定電位電解式センサのガス感度の劣化を見
極めるまでには至っていない。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した２例とも、ガスセンサの両極間にパルス状の電
位を印加し、電解液中の電気化学的変化に基づくセンサ
出力電流の変化を観察することによりガスセンサの異常
を確認するものであった。

この方法によれば、作用極に断線などの異常がある場合
、電解液中の反応が起こらないため出力電流値は零とな
りガスセンサに異常があると判定できる。しかし、対極
に異常がある場合、本発明者などが行った実験ではセン
サ出力電流値は正常なガスセンサと同様の値を示すこと
から、センサ出力電流値だけの結果からガスセンサの異
常を判断することはできない。また、ガスセンサのガス
感度劣化についても上記方法では判断ができず、そのた
め高濃度ガスが存在しているにもかかわらず、センサ出
力電流値は小さく誤った濃度を表示する恐れがある。

この発明の目的は、作業者の安全と危険防止のためにガ
スセンサの異常診断およびガスセンサのガス感度劣化状
況をガスセンサが使用される前に一連の操作の中で行う
ことができる機能点検方法とその装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、定電位電解式ガスセンサの電源投入直後、
マイクロプロセッサによりあらかじめ設定されたセンサ
の動作電位を変える電位変更パルスをポテンショスタッ
ト回路に印加し、その時に得られるセンサ出力電流およ
び電解電圧の測定値を順次アナログスイッチの切替でＡ
／Ｄコンバータを介してデジタル値に変換して読み取り
、マイクロプロセッサに記憶させている基準値と比較す
ることによりガスセンサの異常およびガス感度の劣化を
瞬時に判断し、異常の場合は警報表示を行い、正常の場
合は直ちにガスセンサとして定常の電位を印加させるも
のである。

［作用］ この発明にかかる請求項　（１）に記載の発明は、ガス
センサへの電源投入直後、あらかじめ設定された電位変
更パルスをポテンショスタット回路に印加し、その時の
センサ出力電流および電解電圧の測定値をあらかじめ定
められたそれぞれの基準値と比較することによりガスセ
ンサの異常およびガス感度の劣化を瞬間的に判断し、異
常の場合は警報表示を行い、正常の場合は直ちにガスセ
ンサとして定常の電位を印加させるものである。

また、この発明の請求項　（２）に記載の発明は、印加
する電位パルスとして電位変化幅が＋０．　１〜＋１０
ｍＶ、印加時間が０．０１〜０．５秒の範囲にあるよう
にしたものである。

さらに、この発明の請求項　（３）に記載の発明は、未
使用の定電位電解式ガスセンサにあらかじめ設定された
電位変更パルスをポテンショスタット回路に印加し、そ
の時のセンサ出力電流値を基準値とし、点検時の定電位
電解式ガスセンサのセンサ出力電流値を基準値と比較す
ることによりガスセンサのガス感度劣化度を判定するよ
うにしたものである。

また、この発明の請求項　（４）に記載の発明は、作用
極と対極または作用極と対極および照合極を電解液中に
相対して配置したガスセンサと、電位変更パルスの一変
化幅の設定、基準値との比較判定などをプログラムにし
たがって指令を発するマイクロプロセッサと、このマイ
クロプロセッサから電位変更パルスを受けるポテンショ
スタット回路と、センサ出力電流、！解電圧の測定回路
と、定常電位を印加させる回路への切替を行うアナログ
スイッチと、測定回路からのアナログ信号をディジタル
信号に変換し、マイクロプロセッサに入力するＡ／Ｄコ
ンバータおよび判定結果を表示する表示装置とにより機
能点検を行い、異常があればその結果を表示し、異常が
なければ直ちに使用状態とする。

［実施例１ まず、この発明の定電位電解式ガスセンサの機能点検方
法について説明する。

第１表 第１図（ａ）は発明者等の実験に使用した３極すなわち
、作用極２、対極３および照合極４からなる定電位電解
式ガスセンサの基本回路図である。第１図（ｂ）に示す
ような電位変更パルス１４を印加するパルス発生器１）
をポテンショスタット回路６に接続し、センサ出力電流
および電解電圧を測定する電流計１２と電圧計１３を設
けた回路において、パルス条件として電位変更パルスを
電位変化幅ΔＶ　＝　２　ｍ　Ｖ、印加時間で：０゜１
秒で印加したときの出力電流値および電解電圧値の測定
結果を第１表に示す。

この場合、作用極２の断線の場合のみ出力電流が零とな
るが、対極断線の場合には出力電流が約１５μ八以上と
正常ガスセンサと同一の値を示すため、この結果のみか
らでは正常なものと判断を誤る可能性がある。しかしこ
のときの電解電圧値をみると、正常ガスセンサでは零で
あったものが、対極３の断線では３００ｍＶの値を示し
ている。このことがらセンサの機能点検には両方の測定
結果を見なければ判断できないことが判った。

第２図に示すように、一般的に電位変更パルスの印加時
間が長（電位変更パルス幅が大きいほど出力電流のピー
ク値は増大しているが、対極断線で出力電流がＬＯｔｔ
Ａ以上発生させるに必要なパルス条件は、実験によると
印加時間でか０．０５秒以上、電位変化幅△■が＋２　
ｍ　Ｖ以上であった。

以上の結果から、ガスセンサの異常、すなわちガスセン
サ内外リード線の接続不良、断線を判定するパルス条件
は、印加時間が０．１秒、電位変化１）１ｇ２．０ｍＶ
とし、その時のセンサ出力電流値と電解電圧値が第１表
から次の条件を満足しておれば、正常ガスセンサと見な
すことができる。すなわち、判定の基準は、 である。

確実に異常診断ができて、定常値への復帰時間が短いこ
とが必要条件であるので、印加電圧、印加時間を約２ｍ
Ｖ、０．１秒とした。

第３図にガスセンサのガス感度劣化度と電位変更パルス
印加後のセンサ出力電流値の関係を示す。ガスセンサの
ガス感度劣化度をＣＯガス濃度５００ｐｐｍ中の反応電
流値をもって表し、この値が低いほど劣化度が進んでい
るものとする。この図から分かるように、ガス感度と電
位変更パルス印加後の出力電流値との間には相関関係が
認められる。すなわち、初期電流値を記録しておけば電
源投入ごとに電位変更パルスが印加されるため、そのと
きの出力電流値と初期値を比較すればガスセンサのガス
感度劣化度が分かる。このため、校正ガスをかけなくて
も異常にガス感度が劣化しているガスセンサを見分ける
ことができる。

次に、この発明にかかる定電位電解式ガスセンサの機能
点検装置について説明する。

第４図にこの発明の機能点検装置の一実施例を示す。作
用極２と対極３および照合極４が電解液５中に相対して
配置されたガスセンサ１、電位変更パルスの変化幅の設
定、基準値との比較判定などを予め定められたプログラ
ムにしたがって指令を発するマイクロプロセッサ８、マ
イクロプロセッサ８から信号を受けて電位変更パルス受
けるポテンショスタット回路６、このマイクロプロセッ
サ８の指示によりセンサ出力電流と電解電圧の測定回路
の切替を行う連動する接片ａ、ｂとそれぞれの接点ｃ、
ｄ、ｅからなるアナログスイッチ１ｏ、さらにアナログ
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ９か
ら構成された定電位電解式ガスセンサの機能点検装置で
ある。なお、７は増幅器、１５は表示装置である。

第５図に第４図の実施例の動作を説明するためのフロー
チャートを示し、（Ｓｌ）〜（Ｓ１２）は各ステップを
示す。

次に、第４図の実施例の動作を第５図のフローチャート
を参照して説明する。

電源オン直後（Ｓｌ）、マイクロプロセッサ８の信号に
より、予め設定された電位変更パルス１４が電位設定器
１）よりポテンショスタット回路６に入り、その出力が
対極３に入ることで、結果的に作用極２は電位変更パル
ス１４と同じ電位変化を受けることになる（Ｓ２）。そ
の直後に、センサ出力電流と電解電圧の測定を行うため
にマイクロプロセッサ８からの信号でアナログスイッチ
１０の自動切替が行われる。この時アナログスイッチ１
０の接片ａ、ｂは連動して切換が行われ、それぞれ３回
路に分岐する３接点（上方よりＣ１ｄ、ｅ）のうち、ま
ずａｃ、ｂｃが接続され、増幅器７の出力を見ることに
なり、電圧に変換されセンサ出力電流が測定できる（Ｓ
３）。この結果、第１表により作用極２の断線とガスセ
ンサの感度劣化が判定され（Ｓ４）、センサ出力電流値
が規定値以下であればセンサ異常を表示装置１５に表示
しくＳ５）、規定値以上であれば、ガスセンサ１の製造
時の電位変更パルス印加時のセンサ出力電流（これを初
期値という）と比較しくＳ６）、それが規定値以下であ
れば（Ｓ７）、センサ異常を表示装置１５で表示する（
Ｓ８）。次にａｄ、ｂｄが接続されて対極３と作用極２
間の電圧、すなわち電解電圧が測定される（Ｓ９）。こ
の結果、第１表より総合的に対極３の断線が判定されて
、総合的なガスセンサ１の異常が瞬時に判断される（Ｓ
ＩＯ）。異常があれば表示装置１５にセンサ異常を表示
する（Ｓｌｌ）。照合極４の断線はこの診断方法を用い
なくてもゼロ調整不能となり判る。何も異常がなければ
通常測定に入る（Ｓ１２）。

なお、センサ出力電流および電解電圧はアナログスイッ
チ１ｏからＡ／Ｄコンバータ９に入力されてアナログ値
からデジタル値に変換された後、マイクロプロセッサ８
に入力され、予め定めされた基準値と比較される。また
、アナログスイッチのａｅ、ｂｅを通る回路は、作用極
の電位測定回路であるが、機能点検は利用していない。

第６図はこの発明のガスセンサに印加する電位パルスの
波形を、また、第７図（ａ）〜（ｆ）はその時の正常ガ
スセンサと異常ガスセンサの応答波形の一例を示す。な
お、第７図（ａ）。

（ｂ）は正常ガスセンサの応答波形を、第７図（ｃ）、
（ｄ）は作用極２の断線の異常時、第７図（ｅ）、（ｆ
）は対極３の断線の異常時の応答波形を示す。

第７図（ａ）〜（ｆ）から分かるように、正常ガスセン
サの場合、電位パルスを印加したときの出力電流は１０
ｔＬＡ以上を示すが、その時の電解電位はほぼ零である
。異常ガスセンサとして作用極２の断線の場合、出力電
流値と電解電圧値共に零であるので、ガスセンサ１の異
常は明確に判断することができる。しかし、対極３の断
線の場合、出力電流値は正常ガスセンサのそれと殆ど変
わらないためこのデータだけでガスセンサ１が異常か否
かを判断することはできない。この場合の電解電圧値は
約３００ｍＶに近い値を示していることから、正常ガス
センサとの違いはこの電解電圧値にあるのであるから、
異常ガスセンサの判断には両方の値を測定しなければ正
確に判定することができないことを示している。

［発明の効果］ 以上詳細に述べたように、この発明にかかる請求項　（
１）に記載の発明は、ガスセンサへの電源投入直後、あ
らかじめ設定された電位変更パルスをポテンショスタッ
ト回路に印加し、その時のセンサ出力電流および電解電
圧の測定値をあらかじめ定められたそれぞれの基準値と
比較することにより、ガスセンサの異常およびガス感度
の劣化を瞬間的に判断し、異常の場合は警報表示を行い
、正常の場合は直ちにガスセンサとして定常の電位を印
加させるようにしたので、ガスセンサの機能点検が非常
に短い時間で実現可能になり、次の工程のガス濃度測定
までの時間遅れに殆ど影響を与えることがない。

また、請求項　（２）に記載の発明は、印加する電位変
更パルスとして電位変化幅が＋０．１〜＋１０ｍＶ、印
加時間が０．０１〜０．５秒の範囲にあるようにしたの
で、適確な点検を行うことができる。

さらに、請求項　（３）に記載の発明は、未使用の定電
位電解式ガスセンサにあらかじめ設定された電位変更パ
ルスをポテンショスタット回路にＥｎ加し、その時のセ
ンサ出力電流値を基準値とし、点検時の定電位電解式ガ
スセンサのセンサ出力電流値を基準値と比較することに
よりガスセンサのガス感度劣化度を判定するようにした
ので、校正ガスをかけなくても異常にガス感度が劣化し
ているガスセンサを見分けることができる。

また、請求項　（４）に記載の発明は、作用極と対極ま
たは作用極と対極および照合極を電解液中に相対して配
置したガスセンサと、電位パルスの変化幅の設定、基準
値との比較判定などをプログラムにしたがって指令を発
するマイクロプロセッサと、このマイクロプロセッサか
らの信号を受けて電位変更パルスを受けるポテンション
スタット回路と、センサ出力電流と電解電圧の切替を行
うアナログスイッチと、アナログ信号をディジタル信号
に変換し、マイクロプロセッサに入力するＡ／Ｄコンバ
ータおよび判定結果を表示する表示装置とで構成したの
で、作業者は起動ボタンを押すだけでガスセンサの機能
点検からセンサのガス感度構成およびガス濃度測定まで
、マイクロプロセッサに組込まれたプログラムにしたが
って操作してくれるため取り扱う上での煩わしさもなく
、また、安心して使用することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の定電位電解式ガスセンサの機能点検
方法の一実施例を説明するための基本回路図、第２図は
電位パルス条件とセンサ出力電流の関係を示す図、第３
図はガスセンサのガス感度劣化度とガスセンサの関係を
示す図、第４図はこの発明の定電位電解式ガスセンサの
機能点検装置の一実施例を示すの回路図、第５図は、第
４図の実施例のガスセンサ診断機能のフローチャート、
第６図は電位パルス波形の一例を示す図、第７図（ａ）
〜（ｆ）は電位パルスを印加した時のセンサ出力電流お
よび電解電圧の応答波形を示す図である。 図中、１はガスセンサ、２は作用極、３は対極、４は照
合極、５は電解液、６はポテンショスタット回路、７は
増幅器、８はマイクロプロセッサ、９はＡ／Ｄコンバー
タ、１０はアナログスイッチ、１）は電位設定器、１２
は電流計、１３は電圧計、１４は電位変更パルス、１５
は表示装置である。 第１図 （ａ） 第２図 ＰＡ／ｃＯ 第４図 第６図 ０．１９と 第５図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスセンサへの電源投入直後、あらかじめ設定さ
   れた電位変更パルスをポテンショスタット回路に印加し
   、その時のセンサ出力電流および電解電圧の測定値をあ
   らかじめ定められたそれぞれの基準値と比較することに
   よりガスセンサの異常およびガス感度の劣化を瞬間的に
   判断し、異常の場合は警報表示を行い、正常の場合は直
   ちにガスセンサとして定常の電位を印加させることを特
   徴とする定電位電解式ガスセンサの機能点検方法。
2. （２）電位変更パルスとして電位変化幅が＋０．１〜＋
   １０ｍＶ、印加時間が０．０１〜０．５秒の範囲にある
   請求項（１）に記載の定電位電解式ガスセンサの機能点
   検方法。
3. （３）未使用の定電位電解式ガスセンサにあらかじめ設
   定された電位変更パルスをポテンショスタット回路に印
   加し、その時のセンサ出力電流値を基準値とし、点検時
   の定電位電解式ガスセンサのセンサ出力電流値を前記基
   準値と比較することによりガスセンサのガス感度劣化度
   を判定することを特徴とする定電位電解式ガスセンサの
   機能点検方法。
4. （４）作用極と対極または作用極と対極および照合極を
   電解液中に相対して配置したガスセンサと、電位変更パ
   ルスの変化幅の設定、基準値との比較判定などをプログ
   ラムにしたがって指令を発するマイクロプロセッサと、
   このマイクロプロセッサからの電位変更パルスを受ける
   ポテンショスタット回路と、センサ出力電流と電解電圧
   の切替を行うアナログスイッチと、アナログ信号をディ
   ジタル信号に変換し、前記マイクロプロセッサに入力す
   るＡ／Ｄコンバータおよび判定結果を表示する表示装置
   とで構成したことを特徴とする定電位電解式ガスセンサ
   の機能点検装置。