JPH04231857A - 可燃ガス成分の検出用測定回路装置の動作方法 - Google Patents
可燃ガス成分の検出用測定回路装置の動作方法Info
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- JPH04231857A JPH04231857A JP3105363A JP10536391A JPH04231857A JP H04231857 A JPH04231857 A JP H04231857A JP 3105363 A JP3105363 A JP 3105363A JP 10536391 A JP10536391 A JP 10536391A JP H04231857 A JPH04231857 A JP H04231857A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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- G—PHYSICS
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス混合気中の可燃ガ
ス成分検出用装置の動作方法に関する。この検出用装置
は、指示ユニットと測定装置と検出器素子と制御可能な
補償器素子を有する。
ス成分検出用装置の動作方法に関する。この検出用装置
は、指示ユニットと測定装置と検出器素子と制御可能な
補償器素子を有する。
【０００２】可燃ガスの濃度測定にはガスセンサが使用
される。ガスセンサは触媒を有しており、触媒は所定の
温度（例えば５００°Ｃ）に加熱される。それにより可
燃ガスは、測定ガス中に存在する酸素の一部を消費して
、センサ表面にて接触反応で燃焼する。
される。ガスセンサは触媒を有しており、触媒は所定の
温度（例えば５００°Ｃ）に加熱される。それにより可
燃ガスは、測定ガス中に存在する酸素の一部を消費して
、センサ表面にて接触反応で燃焼する。
【０００３】そのための測定装置として通常は、アクテ
ィブセンサ（検出器）およびパッシブセンサ（補償器）
が１つの測定ブリッジまたは２つの別個の測定ブリッジ
に配置される。検出器は被測定ガスに反応し、一方補償
器は実質的に周囲の影響を補正するのに用いられる。補
償器も検出器と同じ温度に加熱される。下側爆発限界（
ＵＥＧ）以下の可燃ガスの温度に比例する測定電圧は、
検出器電圧と補償器電圧との間の差と同じである。
ィブセンサ（検出器）およびパッシブセンサ（補償器）
が１つの測定ブリッジまたは２つの別個の測定ブリッジ
に配置される。検出器は被測定ガスに反応し、一方補償
器は実質的に周囲の影響を補正するのに用いられる。補
償器も検出器と同じ温度に加熱される。下側爆発限界（
ＵＥＧ）以下の可燃ガスの温度に比例する測定電圧は、
検出器電圧と補償器電圧との間の差と同じである。
【０００４】所属の測定回路によって、ガス中に存在す
る構成成分の量を測定する測定方法は、ＥＰ−Ｂ１１８
２２１号明細書から公知である。
る構成成分の量を測定する測定方法は、ＥＰ−Ｂ１１８
２２１号明細書から公知である。
【０００５】公知の測定方法では、検出器素子と補償器
素子は別個の測定ブリッジに配置されており、共通の電
圧源に接続されている。給電電流は、検出器素子と補償
器素子とが所定の温度に保持されるように制御される。 そのために各測定ブリッジには２点制御器としての回路
装置が電圧供給部に設けられている。回路装置は所定の
温度を上回る間、給電電流を遮断する。検出器素子と補
償器素子の較正は、可燃構成成分を含まない基準ガスで
の出力電圧が同じ大きさに平衡となるようにして行われ
る。所定の適用例に対しては、検出器素子と補償器素子
に等しくない大きさの電圧を給電し、等しくない温度で
動作させることも行う。その際、異なる出力電圧は電圧
調整装置により、２つの測定ブリッジの加算点にて補正
され、後置接続された増幅器には補正された測定ブリッ
ジとなる。この補正もまた可燃構成成分のない基準ガス
によって行われる。
素子は別個の測定ブリッジに配置されており、共通の電
圧源に接続されている。給電電流は、検出器素子と補償
器素子とが所定の温度に保持されるように制御される。 そのために各測定ブリッジには２点制御器としての回路
装置が電圧供給部に設けられている。回路装置は所定の
温度を上回る間、給電電流を遮断する。検出器素子と補
償器素子の較正は、可燃構成成分を含まない基準ガスで
の出力電圧が同じ大きさに平衡となるようにして行われ
る。所定の適用例に対しては、検出器素子と補償器素子
に等しくない大きさの電圧を給電し、等しくない温度で
動作させることも行う。その際、異なる出力電圧は電圧
調整装置により、２つの測定ブリッジの加算点にて補正
され、後置接続された増幅器には補正された測定ブリッ
ジとなる。この補正もまた可燃構成成分のない基準ガス
によって行われる。
【０００６】公知の測定方法では、検出器素子と補償器
素子を固定の所定温度でしか動作させることができず、
電力消費（特に可燃ガスが存在しない準備フェーズの電
力消費）が可燃ガスによる測定フェーズと同じ大きさで
ある、という欠点がある特に携帯型機器の場合、測定器
の電力需要を賄うためには不必要に大きなバッテリーを
携行しなければならない。そのためこの機器は取り扱い
にくく、重量がかさむ。
素子を固定の所定温度でしか動作させることができず、
電力消費（特に可燃ガスが存在しない準備フェーズの電
力消費）が可燃ガスによる測定フェーズと同じ大きさで
ある、という欠点がある特に携帯型機器の場合、測定器
の電力需要を賄うためには不必要に大きなバッテリーを
携行しなければならない。そのためこの機器は取り扱い
にくく、重量がかさむ。
【０００７】ＵＳ−４５３８４４８号明細書から、ガス
混合気の爆発限界検出方法が公知である。ここでは検出
器素子が電圧供給源に接続され、投入接続後の給電電流
は一定に制御される。検出器素子の電圧経過は、時間に
依存して測定装置により記録される。電圧経過から基準
値を介して指数関数が計算され、この関数はガス混合気
の爆発限界の検出に用いられる。
混合気の爆発限界検出方法が公知である。ここでは検出
器素子が電圧供給源に接続され、投入接続後の給電電流
は一定に制御される。検出器素子の電圧経過は、時間に
依存して測定装置により記録される。電圧経過から基準
値を介して指数関数が計算され、この関数はガス混合気
の爆発限界の検出に用いられる。
【０００８】公知の装置には、検出器素子と補償器素子
が測定フェーズ中絶えずバッテリー電流に接続され、従
い常に、全電力消費を必要とするという欠点がある。そ
の他この装置は測定休止中は検出器素子が給電電流に接
続されていない−測定準備状態でない。
が測定フェーズ中絶えずバッテリー電流に接続され、従
い常に、全電力消費を必要とするという欠点がある。そ
の他この装置は測定休止中は検出器素子が給電電流に接
続されていない−測定準備状態でない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、連続
的に動作する可燃ガス検出のための測定方法を改善して
、電力消費を最小にし、可燃ガスの被測定濃度に適応さ
せることである。
的に動作する可燃ガス検出のための測定方法を改善して
、電力消費を最小にし、可燃ガスの被測定濃度に適応さ
せることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、第１の動作
フェーズ中、検出器素子に検出器動作電流ＩＤを給電し
、一方補償器素子を補償器−部分動作電流ＩＫ１により
動作し、検出器素子における電圧ＵＤと補償器素子にお
ける電圧ＵＫとから、ガス分析のための第１の測定信号
Ｕ１を形成し、第２の動作フェーズでは、補償器測定素
子に、投入接続時点ｔ０から時点ｔ１までの部分加熱フ
ェーズで補償器動作電流ＩＫを印加接続し、補償器電圧
の定常終了値ＵＫ（ｔｓ）を、加熱フェーズの終了時に
、時間間隔ｔ０からｔ１の補償器電圧ＵＫ（ｔ）の上昇
度から、処理関数により外挿法で求め、外挿法により求
めた終了電圧ＵＫ（ｔｓ）と検出器素子における電圧Ｕ
Ｄによってガス分析のための第２の測定信号Ｕ２を形成
するように構成して解決される。
フェーズ中、検出器素子に検出器動作電流ＩＤを給電し
、一方補償器素子を補償器−部分動作電流ＩＫ１により
動作し、検出器素子における電圧ＵＤと補償器素子にお
ける電圧ＵＫとから、ガス分析のための第１の測定信号
Ｕ１を形成し、第２の動作フェーズでは、補償器測定素
子に、投入接続時点ｔ０から時点ｔ１までの部分加熱フ
ェーズで補償器動作電流ＩＫを印加接続し、補償器電圧
の定常終了値ＵＫ（ｔｓ）を、加熱フェーズの終了時に
、時間間隔ｔ０からｔ１の補償器電圧ＵＫ（ｔ）の上昇
度から、処理関数により外挿法で求め、外挿法により求
めた終了電圧ＵＫ（ｔｓ）と検出器素子における電圧Ｕ
Ｄによってガス分析のための第２の測定信号Ｕ２を形成
するように構成して解決される。
【００１１】本発明の利点は実質的に次の点にある。す
なわち、周囲の影響を補正するために用いる補償器素子
に第１の動作フェーズ中（準備フェーズ中）は補償器部
分動作電流ＩＫ１のみを給電する点である。検出器動作
電流ＩＤに常に接続される検出器素子は常時測定準備状
態にあり、測定ガス中の可燃ガスの存在を検知する。補
償器素子には第１の動作フェーズでは補償器部分動作電
流ＩＫ１が給電されるから、濃度測定制限的な精度を以
てのみ可能である。検出器素子ＵＤと補償器素子ＵＫに
おける電圧降下から形成された測定信号Ｕ１（２つの電
圧の商とすることができる）が、後置接続された測定装
置にて評価され、検出された濃度が表示される。濃度は
混合ガスの燃焼性に対する尺度である。測定信号Ｕ１に
よって測定装置内に記憶されている切り替え基準がトリ
ガされると、制御ユニットは第２の動作フェーズ（いわ
ゆる測定フェーズ）で、所定の時間間隔ｔ０からｔ１（
ｔ０は投入接続時点）にわたって補償器動作電流ＩＫを
補償器素子に接続する。時間間隔ｔ０からｔ１での補償
器素子における電圧経過から、処理関数により、補償器
素子における電圧の終了値が外挿法で求められる。この
終了値は通常、投入接続持続期間ｔｓ（例えば３０分）
後に初めて現れる。投入接続持続期間ｔｓから定常終了
値に達するまでの長さは、実質的にセンサヘッドの構造
的特徴および使用する補償器の形式に依存する。終了値
への電圧の外挿法によって、補償器素子の加熱過程を早
期に中断することができ、第１の動作フェーズに対して
さらに高められた測定精度による濃度測定が可能である
。準備フェーズから測定フェーズへ切り換えるにもかか
わらず、測定装置は常に測定準備状態にある。第２の動
作フェーズでは、第２の測定信号Ｕ２が、補償器素子に
おける外挿法により求められた電圧ＵＫ（ｔｓ）および
検出器素子における電圧ＵＤから形成される。
なわち、周囲の影響を補正するために用いる補償器素子
に第１の動作フェーズ中（準備フェーズ中）は補償器部
分動作電流ＩＫ１のみを給電する点である。検出器動作
電流ＩＤに常に接続される検出器素子は常時測定準備状
態にあり、測定ガス中の可燃ガスの存在を検知する。補
償器素子には第１の動作フェーズでは補償器部分動作電
流ＩＫ１が給電されるから、濃度測定制限的な精度を以
てのみ可能である。検出器素子ＵＤと補償器素子ＵＫに
おける電圧降下から形成された測定信号Ｕ１（２つの電
圧の商とすることができる）が、後置接続された測定装
置にて評価され、検出された濃度が表示される。濃度は
混合ガスの燃焼性に対する尺度である。測定信号Ｕ１に
よって測定装置内に記憶されている切り替え基準がトリ
ガされると、制御ユニットは第２の動作フェーズ（いわ
ゆる測定フェーズ）で、所定の時間間隔ｔ０からｔ１（
ｔ０は投入接続時点）にわたって補償器動作電流ＩＫを
補償器素子に接続する。時間間隔ｔ０からｔ１での補償
器素子における電圧経過から、処理関数により、補償器
素子における電圧の終了値が外挿法で求められる。この
終了値は通常、投入接続持続期間ｔｓ（例えば３０分）
後に初めて現れる。投入接続持続期間ｔｓから定常終了
値に達するまでの長さは、実質的にセンサヘッドの構造
的特徴および使用する補償器の形式に依存する。終了値
への電圧の外挿法によって、補償器素子の加熱過程を早
期に中断することができ、第１の動作フェーズに対して
さらに高められた測定精度による濃度測定が可能である
。準備フェーズから測定フェーズへ切り換えるにもかか
わらず、測定装置は常に測定準備状態にある。第２の動
作フェーズでは、第２の測定信号Ｕ２が、補償器素子に
おける外挿法により求められた電圧ＵＫ（ｔｓ）および
検出器素子における電圧ＵＤから形成される。
【００１２】検出器素子と補償器素子の周囲にあるセン
サヘッド内の温度Ｔを検出するために、温度センサが設
けられている。有利な構成はプラチナ抵抗（Ｐｔ１００
，Ｐｔ２００）または半導体抵抗（ＫＴＹ）である。 というのは、これらは重要な温度領域で十分に急峻な特
性曲線を有しているからである。温度信号は測定装置に
供給され、処理関数の計算の際に使用される。これは処
理関数の温度依存性を補正するのに用いる。
サヘッド内の温度Ｔを検出するために、温度センサが設
けられている。有利な構成はプラチナ抵抗（Ｐｔ１００
，Ｐｔ２００）または半導体抵抗（ＫＴＹ）である。 というのは、これらは重要な温度領域で十分に急峻な特
性曲線を有しているからである。温度信号は測定装置に
供給され、処理関数の計算の際に使用される。これは処
理関数の温度依存性を補正するのに用いる。
【００１３】第１の動作フェーズと第２の動作フェーズ
との切り換え基準は有利には、この切り換え基準が、第
１の測定信号Ｕ１の第１の限界値ＤＵ１を上回った後に
トリガされるように構成する。第１の限界値ＤＵ１は下
側爆発限界（ＵＥＧ）の１％から２０％（有利には５％
）の領域にある。この領域は切り換え基準の感度を表す
。既知の可燃ガスの多数に対して、５％（ＵＥＧ）が、
周囲の影響による統計的変動の上側の有意な閾値である
。第１の限界値ＤＵ１を上回ることにより第２の動作フ
ェーズがトリガされ、センサヘッド内のガス濃度が第２
の動作フェーズ中変化しなければ、測定装置により後続
の経過が次のように制御されなければならない。すなわ
ち、第２の動作フェーズが連続しないで再度新たにトリ
ガされないように制御されなければならない。例えばこ
の経過は次のように行うことができる。すなわち、第１
の限界値ＤＵ１を期限付きの時間の間増加するか、また
は測定装置により予設定可能な時間間隔後に初めて再び
トリガし得るように構成するのである。
との切り換え基準は有利には、この切り換え基準が、第
１の測定信号Ｕ１の第１の限界値ＤＵ１を上回った後に
トリガされるように構成する。第１の限界値ＤＵ１は下
側爆発限界（ＵＥＧ）の１％から２０％（有利には５％
）の領域にある。この領域は切り換え基準の感度を表す
。既知の可燃ガスの多数に対して、５％（ＵＥＧ）が、
周囲の影響による統計的変動の上側の有意な閾値である
。第１の限界値ＤＵ１を上回ることにより第２の動作フ
ェーズがトリガされ、センサヘッド内のガス濃度が第２
の動作フェーズ中変化しなければ、測定装置により後続
の経過が次のように制御されなければならない。すなわ
ち、第２の動作フェーズが連続しないで再度新たにトリ
ガされないように制御されなければならない。例えばこ
の経過は次のように行うことができる。すなわち、第１
の限界値ＤＵ１を期限付きの時間の間増加するか、また
は測定装置により予設定可能な時間間隔後に初めて再び
トリガし得るように構成するのである。
【００１４】選択的に、または組み合わせで、測定装置
により予設定可能な時間ｔ２後に第２の動作フェーズを
トリガし、測定値を第１の動作フェーズから得られた値
と比較し、妥当性を検査することも有利である。偏差が
測定装置に記憶された許容誤差幅を外れれば、補償器素
子が補償器動作電流ＩＫに接続され、定常終了電圧ＵＫ
（ｔｓ）に加熱される。次いで、濃度測定が完全な測定
精度で可能となる。
により予設定可能な時間ｔ２後に第２の動作フェーズを
トリガし、測定値を第１の動作フェーズから得られた値
と比較し、妥当性を検査することも有利である。偏差が
測定装置に記憶された許容誤差幅を外れれば、補償器素
子が補償器動作電流ＩＫに接続され、定常終了電圧ＵＫ
（ｔｓ）に加熱される。次いで、濃度測定が完全な測定
精度で可能となる。
【００１５】処理関数は有利には、ＵＫ（ｔ）＝ＵＫ（
ｔｓ）×（１−ｅｘｐ（−ｂ（ｔ，Ｔ）×ｔ））の形の
指数関数として表される。実験により、補償器素子にお
ける電圧経過は上記の形式の関数により表されることが
明らかになった。ここでＵＫ（ｔ）は時点ｔの瞬時電圧
、ＵＫ（ｔｓ）は加熱時間ｔｓ後の定常終了電圧、ｂ（
ｔ，Ｔ）は時間ｔとガス温度Ｔ、および場合により測定
ガスの相対湿度のような周囲の影響およびガス組成に依
存する係数である。実験では（時間ｔと周囲温度Ｔは例
外として）、他の影響パラメータは、時間間隔ｔ０から
ｔ１の投入接続時間の上側で、処理関数の曲線経過に何
ら有意な作用を及ぼさず、従いｂ（ｔ，Ｔ）にも及ぼさ
ない。
ｔｓ）×（１−ｅｘｐ（−ｂ（ｔ，Ｔ）×ｔ））の形の
指数関数として表される。実験により、補償器素子にお
ける電圧経過は上記の形式の関数により表されることが
明らかになった。ここでＵＫ（ｔ）は時点ｔの瞬時電圧
、ＵＫ（ｔｓ）は加熱時間ｔｓ後の定常終了電圧、ｂ（
ｔ，Ｔ）は時間ｔとガス温度Ｔ、および場合により測定
ガスの相対湿度のような周囲の影響およびガス組成に依
存する係数である。実験では（時間ｔと周囲温度Ｔは例
外として）、他の影響パラメータは、時間間隔ｔ０から
ｔ１の投入接続時間の上側で、処理関数の曲線経過に何
ら有意な作用を及ぼさず、従いｂ（ｔ，Ｔ）にも及ぼさ
ない。
【００１６】処理関数は有利には、別個に経過する較正
サイクルで定める。そのために、補償器素子は補償器動
作電流ＩＫに接続され、周囲温度Ｔでの電圧曲線ＵＫ（
ｔ）が、投入接続時点ｔ０から設定された時点で記録さ
れ、測定装置の恒久メモリにファイルされる。定常終了
値ＵＫ（ｔｓ）は投入接続時間ｔｓ後の補償器素子にお
ける電圧値である。定常終了値は、（補償器形式および
センサヘッドの構造的特徴に応じて）約３０分後に得ら
れる。
サイクルで定める。そのために、補償器素子は補償器動
作電流ＩＫに接続され、周囲温度Ｔでの電圧曲線ＵＫ（
ｔ）が、投入接続時点ｔ０から設定された時点で記録さ
れ、測定装置の恒久メモリにファイルされる。定常終了
値ＵＫ（ｔｓ）は投入接続時間ｔｓ後の補償器素子にお
ける電圧値である。定常終了値は、（補償器形式および
センサヘッドの構造的特徴に応じて）約３０分後に得ら
れる。
【００１７】処理関数が周囲温度Ｔに依存する度合は、
較正サイクルを第２の周囲温度Ｔ１で繰り返すことによ
り検出される。この温度での電圧曲線はＵＫ１（ｔ）で
ある。温度の影響は線形であるから、相応の補正直線を
、固定時間ｔｅでの基準値ＵＫ（ｔｅ）とＵＫ１（ｔｅ
）から計算することができる。この補正直線により、そ
れぞれの固定時間ｔｅごとに中間温度に対する補償器電
圧値が、ｔ０からｔ１の時間間隔で検出され得る。周囲
温度ＴおよびＴ１での較正曲線は、センサヘッドに対し
て特徴的な量として製造時に記録し、ＥＰＲＯＭに記憶
することができる。両方の部材は後に現場で所属の測定
装置に装填される。例えば相応のスタート信号が使用開
始時に手動でトリガされるか、または測定装置により予
定された時間計画に従い、または第１の動作フェーズの
測定値と第２の動作フェーズの測定値との間で許容誤差
幅領域を越えた場合、別の較正曲線を記録することがで
きる。例えばこの種の較正サイクルが、第１と第２の動
作フェーズ間の妥当性の見地からトリガされるならば、
存在するガス温度Ｔ２の際に電圧曲線ＵＫ２（ｔ）が固
定時間間隔ごとに記録され、測定装置の恒久メモリにフ
ァイルされる。この加熱過程により、加熱フェーズの終
了時に一方では完全な精度でのガス濃度の検出が可能に
なり、他方ではガス温度Ｔ２に対する付加的較正曲線が
得られる。
較正サイクルを第２の周囲温度Ｔ１で繰り返すことによ
り検出される。この温度での電圧曲線はＵＫ１（ｔ）で
ある。温度の影響は線形であるから、相応の補正直線を
、固定時間ｔｅでの基準値ＵＫ（ｔｅ）とＵＫ１（ｔｅ
）から計算することができる。この補正直線により、そ
れぞれの固定時間ｔｅごとに中間温度に対する補償器電
圧値が、ｔ０からｔ１の時間間隔で検出され得る。周囲
温度ＴおよびＴ１での較正曲線は、センサヘッドに対し
て特徴的な量として製造時に記録し、ＥＰＲＯＭに記憶
することができる。両方の部材は後に現場で所属の測定
装置に装填される。例えば相応のスタート信号が使用開
始時に手動でトリガされるか、または測定装置により予
定された時間計画に従い、または第１の動作フェーズの
測定値と第２の動作フェーズの測定値との間で許容誤差
幅領域を越えた場合、別の較正曲線を記録することがで
きる。例えばこの種の較正サイクルが、第１と第２の動
作フェーズ間の妥当性の見地からトリガされるならば、
存在するガス温度Ｔ２の際に電圧曲線ＵＫ２（ｔ）が固
定時間間隔ごとに記録され、測定装置の恒久メモリにフ
ァイルされる。この加熱過程により、加熱フェーズの終
了時に一方では完全な精度でのガス濃度の検出が可能に
なり、他方ではガス温度Ｔ２に対する付加的較正曲線が
得られる。
【００１８】第２の動作フェーズでは、補償器素子が投
入接続時点ｔ０から時点ｔ１まで、部分加熱フェーズ中
、補償器動作電流ＩＫに接続される。時間間隔ｔ０から
ｔ１は１秒から３０秒、有利には１０秒である。この時
間間隔内の時点ｔｅで、または時点ｔ１の時間間隔の終
了時に、処理関数により定常終了値が外挿法で求められ
る。温度の影響を考慮するためには、温度補正直線をそ
れぞれの外挿時点ｔｅまたはｔ１で検出しなければなら
ない。
入接続時点ｔ０から時点ｔ１まで、部分加熱フェーズ中
、補償器動作電流ＩＫに接続される。時間間隔ｔ０から
ｔ１は１秒から３０秒、有利には１０秒である。この時
間間隔内の時点ｔｅで、または時点ｔ１の時間間隔の終
了時に、処理関数により定常終了値が外挿法で求められ
る。温度の影響を考慮するためには、温度補正直線をそ
れぞれの外挿時点ｔｅまたはｔ１で検出しなければなら
ない。
【００１９】第１の動作フェーズでは、補償器素子に補
償器部分動作電流ＩＫ１が給電される。この補償器部分
動作電流は、補償器動作電流ＩＫの２０％から８０％、
有利には５０％である。５０％の補償器部分電流では、
加熱時間の既に数秒後に良好な精度で定常終了値ＵＫ（
ｔｓ）を外挿法で求めることができる。この値はんだい
１の動作フェーズにおける電力節約と第２の動作フェー
ズにおける迅速な測定準備状態との間で理想的である。
償器部分動作電流ＩＫ１が給電される。この補償器部分
動作電流は、補償器動作電流ＩＫの２０％から８０％、
有利には５０％である。５０％の補償器部分電流では、
加熱時間の既に数秒後に良好な精度で定常終了値ＵＫ（
ｔｓ）を外挿法で求めることができる。この値はんだい
１の動作フェーズにおける電力節約と第２の動作フェー
ズにおける迅速な測定準備状態との間で理想的である。
【００２０】ガス混合気中の可燃ガス成分が高められた
際、または濃度が強よく変動する際には、第３の動作フ
ェーズ中、補償器素子に連続的に補償器動作電流ＩＫを
給電すると有利である。
際、または濃度が強よく変動する際には、第３の動作フ
ェーズ中、補償器素子に連続的に補償器動作電流ＩＫを
給電すると有利である。
【００２１】第３の動作フェーズは第２の測定信号Ｕ２
の第２の限界値ＤＵ２を上回った後にトリガすることが
できる。第２の限界値は４０％から１４０％（ＵＥＧ）
、有利には４０％（ＵＥＧ）である。第３の動作フェー
ズはまた、測定装置により予設定可能な固定時間ｔ３後
にトリガすることもできる。
の第２の限界値ＤＵ２を上回った後にトリガすることが
できる。第２の限界値は４０％から１４０％（ＵＥＧ）
、有利には４０％（ＵＥＧ）である。第３の動作フェー
ズはまた、測定装置により予設定可能な固定時間ｔ３後
にトリガすることもできる。
【００２２】
【実施例】図１には、センサヘッド１３、検出器電圧供
給部７、補償器電圧供給部８、Ａ／Ｄ変換器９、測定装
置１０、指示ユニット１２および制御ユニット１１を有
する測定機器が示されている。センサヘッド１３では、
支持板２に検出器素子４と補償器素子３が配置されてい
る。測定ガスは焼結金属板６を通ってセンサヘッド１３
へ流入し、検出器素子４にて接触反応で燃焼する。セン
サヘッド１３内の測定ガス温度は、温度センサ５として
のプラチナ抵抗により測定される。検出器素子４、補償
器素子３および温度センサ５からの測定信号ＵＤ，ＵＫ
およびＵＴはＡ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換さ
れ、測定装置１０に供給される。制御ユニット１１は測
定装置１０および電圧供給部７、８と接続されており、
電流制御パルスを信号線路１５、１６を介して検出器素
子４および補償器素子３に対して送出する。測定装置１
０は実質的にマイクロプロセッサと計算ユニットと、処
理関数を記憶するための恒久メモリとを有している。計
算ユニットは、補償器電圧を外挿法で求めるために電圧
値を計算し、補償器素子３および検出器素子４で測定し
た電圧をガス濃度値に変換するためのものである。
給部７、補償器電圧供給部８、Ａ／Ｄ変換器９、測定装
置１０、指示ユニット１２および制御ユニット１１を有
する測定機器が示されている。センサヘッド１３では、
支持板２に検出器素子４と補償器素子３が配置されてい
る。測定ガスは焼結金属板６を通ってセンサヘッド１３
へ流入し、検出器素子４にて接触反応で燃焼する。セン
サヘッド１３内の測定ガス温度は、温度センサ５として
のプラチナ抵抗により測定される。検出器素子４、補償
器素子３および温度センサ５からの測定信号ＵＤ，ＵＫ
およびＵＴはＡ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換さ
れ、測定装置１０に供給される。制御ユニット１１は測
定装置１０および電圧供給部７、８と接続されており、
電流制御パルスを信号線路１５、１６を介して検出器素
子４および補償器素子３に対して送出する。測定装置１
０は実質的にマイクロプロセッサと計算ユニットと、処
理関数を記憶するための恒久メモリとを有している。計
算ユニットは、補償器電圧を外挿法で求めるために電圧
値を計算し、補償器素子３および検出器素子４で測定し
た電圧をガス濃度値に変換するためのものである。
【００２３】図２は補償器素子３の電圧経過（ＵＫ（ｔ
）を時間に依存して、第１の動作フェーズから第２の動
作フェーズへの切り換えで示す。まず第１の動作フェー
ズでは補償器素子３に補償器部分動作電流ＩＫ１が給電
される。時点ｔ０で第２に動作フェーズが開始し、補償
器動作電流ＩＫが接続される。図２の実線は補償器素子
３の電圧経過ＵＫ（ｔ）を表す。時点ｔ１で第２の動作
フェーズは終了し、再び電流ＩＫ１が補償器素子に接続
される。時点ｔ１より上側の点線は、補償器素子３が時
点ｔ１を越えて定常終了値ＵＫ（ｔｓ）に加熱されるこ
ととなった場合の電圧経過ＵＫ（ｔ）を定性的に表す。 この場合定常終了値には約３０分後に達する。時間ｔｓ
は選択された縮尺では示されていない。というのは時間
ｔｓは約３０分であり、一方ｔ１はたった１０秒だから
である。時点ｔ２で新たな加熱フェーズが開始される。 図示の実施例では、投入接続時点ｔ０からｔ１は約１０
秒、ｔ２は約３０分である。
）を時間に依存して、第１の動作フェーズから第２の動
作フェーズへの切り換えで示す。まず第１の動作フェー
ズでは補償器素子３に補償器部分動作電流ＩＫ１が給電
される。時点ｔ０で第２に動作フェーズが開始し、補償
器動作電流ＩＫが接続される。図２の実線は補償器素子
３の電圧経過ＵＫ（ｔ）を表す。時点ｔ１で第２の動作
フェーズは終了し、再び電流ＩＫ１が補償器素子に接続
される。時点ｔ１より上側の点線は、補償器素子３が時
点ｔ１を越えて定常終了値ＵＫ（ｔｓ）に加熱されるこ
ととなった場合の電圧経過ＵＫ（ｔ）を定性的に表す。 この場合定常終了値には約３０分後に達する。時間ｔｓ
は選択された縮尺では示されていない。というのは時間
ｔｓは約３０分であり、一方ｔ１はたった１０秒だから
である。時点ｔ２で新たな加熱フェーズが開始される。 図示の実施例では、投入接続時点ｔ０からｔ１は約１０
秒、ｔ２は約３０分である。
【００２４】次式は、時間ｔｓ後に補償器電圧を定常終
了値へ外挿法で求めるための処理関数１４である。
了値へ外挿法で求めるための処理関数１４である。
【００２５】
【数１】
【００２６】実験により、補償器素子３の電圧経過は上
記形式の指数関数で表されることが判明した。ここでＵ
Ｋ（ｔ）は時点ｔの瞬時電圧、ＵＫ（ｔｓ）は加熱時間
ｔｓ後の定常終了電圧、そしてｂ（ｔ，Ｔ）は時間ｔ、
ガス温度Ｔおよび測定ガスの相対湿度やガス組成のよう
な周囲の影響に依存する係数である。
記形式の指数関数で表されることが判明した。ここでＵ
Ｋ（ｔ）は時点ｔの瞬時電圧、ＵＫ（ｔｓ）は加熱時間
ｔｓ後の定常終了電圧、そしてｂ（ｔ，Ｔ）は時間ｔ、
ガス温度Ｔおよび測定ガスの相対湿度やガス組成のよう
な周囲の影響に依存する係数である。
【００２７】図３は、ｂ（ｔ，Ｔ）の経過を周囲温度Ｔ
の関数として表す。曲線パラメータとして加熱時間ｔが
、加熱時間内の固定時点としてのｔｅによりプロットさ
れている。ｂ（Ｔ）と温度Ｔとの線形関係のため、少な
くとも２つの基準値が相応の加熱時間ｔｅに対して得ら
れれば、温度依存性は直線により近似的に表すことがで
きる。この基準値は、補償器素子を較正サイクルで、２
つの異なる周囲温度ＴとＴ１の際に補償器動作電流ＩＫ
に接続し、第１の較正サイクルから補償器素子３におけ
る電圧ＵＫ（ｔ）を、また第２の較正サイクルからＵＫ
１（ｔ）を、開始時点ｔ０から定常終了値ｔｓまで固定
時間間隔で記録し、測定装置１０の恒久メモリにファイ
ルすることにより検出される。
の関数として表す。曲線パラメータとして加熱時間ｔが
、加熱時間内の固定時点としてのｔｅによりプロットさ
れている。ｂ（Ｔ）と温度Ｔとの線形関係のため、少な
くとも２つの基準値が相応の加熱時間ｔｅに対して得ら
れれば、温度依存性は直線により近似的に表すことがで
きる。この基準値は、補償器素子を較正サイクルで、２
つの異なる周囲温度ＴとＴ１の際に補償器動作電流ＩＫ
に接続し、第１の較正サイクルから補償器素子３におけ
る電圧ＵＫ（ｔ）を、また第２の較正サイクルからＵＫ
１（ｔ）を、開始時点ｔ０から定常終了値ｔｓまで固定
時間間隔で記録し、測定装置１０の恒久メモリにファイ
ルすることにより検出される。
【００２８】温度補正直線に対する基準値は、それぞれ
の投入接続時点ｔ０に関して同じ時間ｔｅでの、周囲温
度ＴとＴ１における電圧値ＵＫ（ｔｅ）とＵＫ１（ｔｅ
）である。従い、各周囲温度Ｔごとに、時点ｔｓでの定
常終了値への時点ｔｅの外挿関数が測定装置１０内で得
られる。ｔｅは、時間間隔ｔ０〜ｔ１までの中にあって
外挿法に対して予設定可能な時点である。外挿法は、時
間ｔｅを大きく選択すればするほど、すなわちｔｅがｔ
１に近付けば近付くほど正確になる。
の投入接続時点ｔ０に関して同じ時間ｔｅでの、周囲温
度ＴとＴ１における電圧値ＵＫ（ｔｅ）とＵＫ１（ｔｅ
）である。従い、各周囲温度Ｔごとに、時点ｔｓでの定
常終了値への時点ｔｅの外挿関数が測定装置１０内で得
られる。ｔｅは、時間間隔ｔ０〜ｔ１までの中にあって
外挿法に対して予設定可能な時点である。外挿法は、時
間ｔｅを大きく選択すればするほど、すなわちｔｅがｔ
１に近付けば近付くほど正確になる。
【００２９】時間ｔｅに依存する処理関数１４による外
挿法の品質が図４に示されている。ここでは種々異なる
周囲の条件、例えば２５°Ｃの一定の周囲温度Ｔの際の
相対湿度５０％および７５％、また２重量％のｃ（ｃＨ
４）と１重量％のｃ（Ｈ２）も考慮されている。それぞ
れの周囲温度に対して実際の加熱曲線ＵＫ（ｔ）が測定
され、すべての曲線から同じ時間ｔｅでｂ（ｔｅ，Ｔ）
値が検出され、時点ｔｅごとに平均されている。平均さ
れたｂ（ｔｅ，Ｔ）値により、種々異なる時点ｔｅの処
理関数を用いて定常終了値ＵＫ（ｔｓ）が外挿法で求め
られ、外挿値が測定された値と比較される。電圧差ΔＵ
は縦軸にプロットされている。±１ｍＶの領域が、外挿
精度に対して設定された誤差限界である。図４から明ら
かなように、周囲の影響は所定時間後減少し、何らさし
たる影響を外挿法にもはや及ぼさない。図示の実施例で
は、７秒以上の時間ｔｅに対しては外挿された終了値Ｕ
Ｋ（ｔｓ）が選択誤差限界内にある。外挿は時間間隔ｔ
０〜ｔ１内のいずれの時点でも可能であるが、しかしｔ
ｅがｔ１に近付けば近付くほど精度は高くなる。以下典
型的な測定経過を説明する。
挿法の品質が図４に示されている。ここでは種々異なる
周囲の条件、例えば２５°Ｃの一定の周囲温度Ｔの際の
相対湿度５０％および７５％、また２重量％のｃ（ｃＨ
４）と１重量％のｃ（Ｈ２）も考慮されている。それぞ
れの周囲温度に対して実際の加熱曲線ＵＫ（ｔ）が測定
され、すべての曲線から同じ時間ｔｅでｂ（ｔｅ，Ｔ）
値が検出され、時点ｔｅごとに平均されている。平均さ
れたｂ（ｔｅ，Ｔ）値により、種々異なる時点ｔｅの処
理関数を用いて定常終了値ＵＫ（ｔｓ）が外挿法で求め
られ、外挿値が測定された値と比較される。電圧差ΔＵ
は縦軸にプロットされている。±１ｍＶの領域が、外挿
精度に対して設定された誤差限界である。図４から明ら
かなように、周囲の影響は所定時間後減少し、何らさし
たる影響を外挿法にもはや及ぼさない。図示の実施例で
は、７秒以上の時間ｔｅに対しては外挿された終了値Ｕ
Ｋ（ｔｓ）が選択誤差限界内にある。外挿は時間間隔ｔ
０〜ｔ１内のいずれの時点でも可能であるが、しかしｔ
ｅがｔ１に近付けば近付くほど精度は高くなる。以下典
型的な測定経過を説明する。
【００３０】まず較正サイクルがトリガされる。較正サ
イクルでは２つの異なる周囲温度ＴおよびＴ１の際に、
補償器素子３が補償器動作電流ＩＫに接続される。固定
の時間間隔、例えば開始点ｔ０から０．１秒ごと、次に
２０秒からは５秒ごとに、温度Ｔでの補償器素子３の電
圧値ＵＫ（ｔ）および温度Ｔ１での電圧値ＵＫ１（ｔ）
が測定され、測定装置１０の恒久メモリにファイルされ
る。中間の温度の電圧値は測定装置により２つの較正曲
線から線形外挿法によって求められる。その際、２つの
曲線からの基準点が同じ時間ｔｅで使用される。較正曲
線はまたセンサヘッド１３の製造時に記録し、ＥＰＲＯ
Ｍに記憶することもできる。この場合、２つの部材は測
定機器に後で装着される。
イクルでは２つの異なる周囲温度ＴおよびＴ１の際に、
補償器素子３が補償器動作電流ＩＫに接続される。固定
の時間間隔、例えば開始点ｔ０から０．１秒ごと、次に
２０秒からは５秒ごとに、温度Ｔでの補償器素子３の電
圧値ＵＫ（ｔ）および温度Ｔ１での電圧値ＵＫ１（ｔ）
が測定され、測定装置１０の恒久メモリにファイルされ
る。中間の温度の電圧値は測定装置により２つの較正曲
線から線形外挿法によって求められる。その際、２つの
曲線からの基準点が同じ時間ｔｅで使用される。較正曲
線はまたセンサヘッド１３の製造時に記録し、ＥＰＲＯ
Ｍに記憶することもできる。この場合、２つの部材は測
定機器に後で装着される。
【００３１】測定フェーズは第１の動作フェーズ（準備
状態フェーズ）と共に開始し、このフェーズでは検出器
素子４が検出器動作電流ＩＤに接続され、一方補償器素
子３は補償器部分動作電流ＩＫ１により給電される。例
えばＩＤ＝１００ｍＡ、ＩＫ１＝５０ｍＡである。測定
ガス（例えば空気中のＣＨ４）中の可燃ガスの濃度が上
昇すると、測定信号Ｕ１が第１の限界値ＤＵ１に達し、
第２の動作フェーズが開始する。ここ測定装置１０は、
時間間隔ｔ０〜ｔ１の間、補償器素子への完全な補償器
動作電流ＩＫに切り替わり、これを加熱する。同時に温
度センサ５によりセンサヘッド１３内の周囲温度Ｔを測
定する。時点ｔｅで、測定装置１０の恒久メモリに記憶
されている較正曲線により補償器電圧ＵＫ（ｔｓ）の定
常終了値が外挿法で求められる。従い既に時点ｔｅで、
補償器素子３が定常終了値に加熱されたかのように測定
することができる。第２の動作フェーズが第１の限界値
ＤＵ１を上回ることでトリガされ、センサヘッド内のガ
ス濃度が第２の動作フェーズ中不変に留まる場合、測定
装置１０により後続の経過を次のように制御しなければ
ならない。すなわち、第２の動作フェーズが連続して再
トリガされないように制御しなければならない。この経
過は例えば、第１の限界値ＤＵ１を期限付きの時間増加
させるか、または測定装置１０により予設定可能な時間
間隔後に初めて再トリガ可能とするのである。第１と第
２の動作フェーズの切り換えは、測定装置１０により予
設定可能な固定の時間で行うことができる。これは交互
に、例えば２０秒の動作準備フェーズ後に１０秒の測定
フェーズを行うのである。利点は、３０秒の連続的測定
準備動作の際に、全電力は１０秒しか必要としないこと
である。
状態フェーズ）と共に開始し、このフェーズでは検出器
素子４が検出器動作電流ＩＤに接続され、一方補償器素
子３は補償器部分動作電流ＩＫ１により給電される。例
えばＩＤ＝１００ｍＡ、ＩＫ１＝５０ｍＡである。測定
ガス（例えば空気中のＣＨ４）中の可燃ガスの濃度が上
昇すると、測定信号Ｕ１が第１の限界値ＤＵ１に達し、
第２の動作フェーズが開始する。ここ測定装置１０は、
時間間隔ｔ０〜ｔ１の間、補償器素子への完全な補償器
動作電流ＩＫに切り替わり、これを加熱する。同時に温
度センサ５によりセンサヘッド１３内の周囲温度Ｔを測
定する。時点ｔｅで、測定装置１０の恒久メモリに記憶
されている較正曲線により補償器電圧ＵＫ（ｔｓ）の定
常終了値が外挿法で求められる。従い既に時点ｔｅで、
補償器素子３が定常終了値に加熱されたかのように測定
することができる。第２の動作フェーズが第１の限界値
ＤＵ１を上回ることでトリガされ、センサヘッド内のガ
ス濃度が第２の動作フェーズ中不変に留まる場合、測定
装置１０により後続の経過を次のように制御しなければ
ならない。すなわち、第２の動作フェーズが連続して再
トリガされないように制御しなければならない。この経
過は例えば、第１の限界値ＤＵ１を期限付きの時間増加
させるか、または測定装置１０により予設定可能な時間
間隔後に初めて再トリガ可能とするのである。第１と第
２の動作フェーズの切り換えは、測定装置１０により予
設定可能な固定の時間で行うことができる。これは交互
に、例えば２０秒の動作準備フェーズ後に１０秒の測定
フェーズを行うのである。利点は、３０秒の連続的測定
準備動作の際に、全電力は１０秒しか必要としないこと
である。
【００３２】可燃ガスの濃度が高められたり、または急
速にガス濃度が変化する際は、第３の動作フェーズに切
り換えられる。第３の動作フェーズでは検出器素子４と
補償器素子３が常に動作電流ＩＤおよびＩＫにより給電
される。この動作フェーズは測定装置１０により、設定
された時点、例えば１時間ごとに、投入接続することが
できる。それにより基準測定値が完全な精度により得ら
れる。このこにより測定系のエラーの原因を推定するこ
ともできる。エラーの識別は例えば第１と第２の動作フ
ェーズを交互に切り換えることによっても可能である。 これは第２の動作フェーズの個々の測定信号Ｕ１を相互
に相関させ、妥当性を検査するのである。さらに、第２
の動作フェーズ中に複数の外挿法を種々異なる時点ｔｅ
で実行し、外挿値を相互に相関させることも可能である
。このようにして推計学上の変動を減少することができ
る。
速にガス濃度が変化する際は、第３の動作フェーズに切
り換えられる。第３の動作フェーズでは検出器素子４と
補償器素子３が常に動作電流ＩＤおよびＩＫにより給電
される。この動作フェーズは測定装置１０により、設定
された時点、例えば１時間ごとに、投入接続することが
できる。それにより基準測定値が完全な精度により得ら
れる。このこにより測定系のエラーの原因を推定するこ
ともできる。エラーの識別は例えば第１と第２の動作フ
ェーズを交互に切り換えることによっても可能である。 これは第２の動作フェーズの個々の測定信号Ｕ１を相互
に相関させ、妥当性を検査するのである。さらに、第２
の動作フェーズ中に複数の外挿法を種々異なる時点ｔｅ
で実行し、外挿値を相互に相関させることも可能である
。このようにして推計学上の変動を減少することができ
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明により、連続的に動作する可燃ガ
ス検出のための測定方法が改善され、電力消費が最小と
なり、可燃ガスの被測定濃度に適応させることができる
。
ス検出のための測定方法が改善され、電力消費が最小と
なり、可燃ガスの被測定濃度に適応させることができる
。
【図１】本発明の方法を実施するための測定装置のブロ
ック回路図である。
ック回路図である。
【図２】クロック動作での補償器素子における電圧経過
を示す線図である。
を示す線図である。
【図３】温度に依存する係数ｂ（ｔ，Ｔ）を表す線図で
ある。
ある。
【図４】３０分の時間ｔｓ後の、測定した補償器終了電
圧と外挿法で求めた終了電圧の電圧差の時間特性を表す
線図である。
圧と外挿法で求めた終了電圧の電圧差の時間特性を表す
線図である。
３ 補償器素子
４ 検出器素子
５ 温度センサ
６ 焼結金属板
７、８ 電圧供給部
１０ 測定装置
１１ 制御ユニット
１２ 支持ユニット
１３ センサヘッド
１５、１６ 信号線路
Claims (9)
- 【請求項１】 ガス混合気中の可燃ガスの検出用測定
回路装置の動作方法であって、該測定回路装置は、指示
ユニットと、測定装置と、検出器素子と、制御可能な補
償器素子とを有するものである、動作方法において、第
１の動作フェーズ中、検出器素子（４）に検出器動作電
流ＩＤを給電し、一方補償器素子（３）を補償器−部分
動作電流ＩＫ１により動作し、検出器素子（４）におけ
る電圧ＵＤと補償器素子（３）における電圧ＵＫとから
、ガス分析のための第１の測定信号Ｕ１を形成し、第２
の動作フェーズでは、補償器測定素子（３）に、投入接
続時点ｔ０から時点ｔ１までの部分加熱フェーズで補償
器動作電流ＩＫを印加接続し、補償器電圧の定常終了値
ＵＫ（ｔｓ）を、加熱フェーズの終了時に、時間間隔ｔ
０からｔ１の補償器電圧ＵＫ（ｔ）の上昇度から、処理
関数（１４）により外挿法で求め、外挿法により求めた
終了電圧ＵＫ（ｔｓ）と検出器素子（４）における電圧
ＵＤによってガス分析のための第２の測定信号Ｕ２を形
成する、ことを特徴とする動作方法。 - 【請求項２】 検出器素子（４）および補償器素子（
３）における温度Ｔを検出するために、センサヘッド（
１３）には温度センサ（５）が設けられている請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】 第２の動作フェーズは、第１の測定信
号Ｕ１の第１の限界値ＤＵ１を上回った後にトリガされ
る請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 第１の限界値ＤＵ１は、下側爆発限界
（ＵＥＧ）の１％から２０％（有利には５％）の領域に
ある請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 第２の動作フェーズは、測定装置（１
０）により設定可能な時間ｔ２後にトリガされる請求項
１記載の方法。 - 【請求項６】 処理関数（１４）は、ＵＫ（ｔ）＝Ｕ
Ｋ（ｔｓ）×（１−ｅｘｐ（−ｂ（ｔ，Ｔ）×ｔ））の
形の指数関数であり、ｂ（ｔ，Ｔ）は温度および時間に
依存した係数であり、周囲の影響に依存している請求項
１から５までのいずれか１記載の方法。 - 【請求項７】 処理関数は、別個に経過する較正サイ
クルにて定められ、該較正サイクルでは補償器素子（３
）を補償器動作電流ＩＫにより定常終了温度まで加熱し
、前以て選択可能な時間間隔で、電圧曲線ＵＫ（ｔ）を
一定の温度で記録し、測定装置（１０）の恒久メモリに
ファイルする請求項１から６までのいずれか１記載の方
法。 - 【請求項８】 ｂ（ｔ，Ｔ）の温度の影響を検出する
ために、第２の温度曲線ＵＫ１（ｔ）を第２の周囲温度
Ｔ１で記録し、それぞれの温度補正度を、基準値ＵＫ（
ｔｅ）およびＵＫ１（ｔｅ）から、所定の時間で計算す
る請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 第３の動作フェーズ中、補償器素子（
３）に連続的に補償器動作電流ＩＫを給電する請求項１
から８までのいずれか１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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