JPH0453573Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

［考案の利用分野］ この考案はガス検出装置に関する。 ［従来技術］ 考案者らは、ガスセンサを用いてガス濃度を定
量的に検出することを検討した。しかしながらガ
スセンサの出力は一般にガス濃度に対して直線的
ではなく、ガスセンサの出力からガス濃度への換
算が難しい。またガスセンサの出力は湿度の影響
を受けるが、湿度を正確に測定することが困難な
ため、湿度の影響を補償することが難しい。 なお特開昭58−102140号公報は、ガス検知素子
と雑ガス検出用の参照素子とを用い、参照素子の
出力でガス検知素子の出力に対する警報レベルを
発生させることを提案している。しかしこの技術
では、ガス検知素子の他に参照素子が必要で、ま
た換算テーブルを用いることや、換算テーブルを
複数用い、空気浄化触媒を通過した空気への出力
により換算テーブルを切り替えることも示してい
ない。 ［考案の課題］ この考案の課題は、１）湿度の影響を受けず
に、２）正確にガス濃度を算出し得るようにする
ことに有る。 ［考案の構成］ この考案では、空気浄化触媒を用いて清浄空気
中に対するガスセンサ出力をサンプリングする。
以下この出力を基準出力という。 次にガスセンサの出力とガス濃度との関係を記
憶した換算テーブルを、記憶手段に複数記憶さ
せ、基準出力により換算テーブルを切り替える。
換算テーブルの枚数や規模を抑えるため、換算テ
ーブルのデータを補間して用いても良い。例えば
基準出力に最も近い２つの換算テーブルを用い、
これらを補間してその基準出力に対する新たな換
算テーブルを作り出しても良い。 また換算テーブルのデータとデータとの間も、
ガスセンサ出力により補間して、ガス濃度を求め
ても良い。 基準出力にはガスの影響は無く、基準出力は湿
度を現す。そこで基準出力を用いることにより、
その湿度に対する換算テーブルを用いることがで
きる。そしてこのテーブルを用いて、ガス濃度を
算出する。 例えば各湿度毎に、清浄空気中から高濃度のガ
ス中までのセンサ出力とガス濃度との関係を求
め、ROM等のメモリーに記憶させておく。次に
得られた基準出力とメモリーの清浄空気中に対す
る出力とを比較し、最も近いものを取り出す。そ
してこれを基にセンサ出力のガス濃度依存性を推
定し、実際のセンサ出力と比較し、ガス濃度を検
出する。なお基準出力は主として湿度により定ま
るので、基準出力から湿度を検出することもでき
る。 基準出力の取り出しは、例えば次のようにして
行う。空気浄化触媒を加熱するヒータを設け、ヒ
ータオン時のセンサ出力を基準出力とし、ヒータ
オフ時のセンサ出力を検出出力とする。また電磁
弁等で空気の流路を切り替え、触媒を通過した空
気と触媒を通過しない空気とに、センサを触媒さ
せても良い。空気浄化触媒は例えばセンサとは別
個に設けるが、センサと一体にし触媒をセンサに
内蔵させても良い。 以下に、共存ガスの影響を除去しながら、特定
のガス発生源からのガスを検出する場合に付い
て、実施例を示す。しかし共存ガスと特定の発生
源からのガスとを区別せず、被検雰囲気中の全ガ
ス濃度を求めても良い。 ［実施例］ 第１図に、実施例の検出原理を示す。以下実施
例では、SnO₂等のｎ形金属酸化物半導体をガス
センサに用いるものとして説明するが、
LaCoO₃，SrTiO₃等のｐ形金属酸化物半導体や、
プロトン導電体等の水素や一酸化炭素のセンサ等
を用いても良い。 センサの出力（例えば電気伝導度σ）は湿度の
影響を受け、例えば図の実線や破線のように変化
する。そこで各湿度に対応したセンサ特性を換算
テーブルとしてメモリーに記憶させ、空気浄化触
媒を介して得られた基準出力σ₀と比較し、最も近
い換算テーブルを選ぶ。そして選んだ換算テーブ
ルと、実際のセンサ出力とを比較し、ガスを検出
する。換算テーブルを１枚しか用意しない場合、
湿度による誤差が生じる。例えば第１図の上側の
破線を用いるべき場合に、実線の特性を用いる
と、ガス濃度が低く算出される。 実施例では、周囲の共存ガスと特定の発生源か
らのガスとを区別して検出するので、バツクグラ
ウンドでのセンサ出力σbから共存ガス濃度Ｂを
求め、ガス発生源付近でのセンサ出力σsからガス
発生源でのガス濃度Ｃを求める。そしてガス濃度
ＣとＢとの差ΔCは、ガス発生源から生じたガス
の濃度に等しい。 第２図において、２は空気浄化触媒で、例えば
ハニカム状、あるいはペレツト状等のものを用
い、材料にはホプカライト類やペロブスカイト類
等の適宜の酸化還元触媒を用いる。４は触媒２の
ヒータ、６は、SnO₂等の金属酸化物半導体の抵
抗値の変化を用いたガスセンサ、８は空気吸引ポ
ンプで、設けなくても良い。１０はパイプ、１２
はセンサ６の付帯回路、１４はヒータ電源であ
る。ここではヒータ４のオンオフにより清浄空気
を得るが、パイプ１０の流路の切り替え等を用い
ても良い。また触媒２は、センサ６に内蔵させて
も良い。 第３図に、実施例の回路構成を示す。図におい
て、２０はSnO₂等の金属酸化物半導体、２２は
センサ６のヒータ、２４は回路電源で、その出力
Vccを回路各部の電源とする。２６はセンサ６の
負荷抵抗で、センサ毎の電気伝導度レベルに応じ
た設定や、経時変化への較正のため可変抵抗を用
いる。２８は、ガス発生源からのガスのサンプリ
ング時に、サンプリング信号を発生させるための
スイツチで、例えば自動復帰型のものを用いる。 ３０は信号処理用のマイクロコンピユータで、
例えば１チツプマイクロコンピユータを用いる。
アーキテクチヤーとしては、例えば８〜16ビツト
のＡ／Ｄコンバータ３２と、２つのタイマ３４，
３６とを備えたものを用いる。３８は演算装置、
４０は動作プログラムを内蔵したROM、４２は
各基準出力に対応したセンサの出力特性を記憶さ
せたROMである。ROM４２には、例えばＭ行、
Ｎ＋１列のセンサ出力を、清浄空気中とＮ個のガ
ス濃度に対応して記憶させておく。ROM４２の
内容はＭ＋１行、Ｎ＋１列となる。内容を表１に
模式的に示す。表１の１列のデータが１枚の換算
テーブルに対応し、Ｍ枚の換算テーブルから所望
の換算テーブルをピツクアツプして用いる。

【表】 …
M列 σ_ｎ、_０ σ_ｎ、
_１ σ_ｎ、_２ σ_ｎ、_３ …
４３はクロツク、４４は、各ガス濃度Cnに対
するセンサ出力σnと基準出力σ₀を記憶させる
RAMである。センサ出力σnは基準出力σ₀と
ROM４２の内容とを比較し、折れ線近似により
求めれば良い。RAM４４に記憶させたものが、
実際に用いる換算テーブルである。 ４６は、バツクグラウンドに対するセンサ出力
σbとガス濃度Ｂを記憶させるためのRAM、４８
は、ガス発生源付近でのセンサ出力σsとガス濃度
Ｃを記憶させるためのRAM、５０はガス濃度Ｂ
とＣの差ΔCを記憶させるRAM、５２，５４，
５６はこれらに対するゲートである。ゲート５２
では、タイマ３６が作動していない時の信号を通
し、バツクグラウンドへの信号をRAM４６に記
憶させる。ゲート５４，５６では、タイマ３６の
動作時の信号を通し、サンプリングに関係した信
号をRAM４８，５０に記憶させる。 I₁，I₂は入力ポートで、入力ポートI₁からセン
サ出力をＡ／Ｄコンバータ３２に入力し、入力ポ
ートI₂からサンプリング信号を入力する。P₁はタ
イマ３４に接続した出力ポートで、その信号によ
り触媒ヒータ４の電源１４を駆動し、触媒２を動
作温度に加熱する。P₂はRAM５０に接続した出
力ポートで、ガス濃度ΔCを表示回路６０に表示
させるために用いる。 第４図、第５図に、装置の動作フローチヤート
を示す。また第６図に、装置の動作波形を示す。 電源Vccを投入し、基準出力σ₀の初期値を予想
値より大きな値Ａに、出力σb，σsの初期値を０
に代入し、変数の初期化を行う。また１〜３分程
度のタイマ３４をスタートさせ、この間触媒２を
加熱し、基準出力のサンプリングを行う。なお図
には示さなかつたが、タイマ３４の動作期間はポ
ンプ８の吸引速度を低下させ、触媒２の後流に充
分清浄な空気が得られるようにする。空気中に含
まれる炭化水素等の量が僅かであるとすると、触
媒２の後流での湿度は、外部の空気とほぼ同一で
ある。空気中に多量の炭化水素が含まれる場合、
炭化水素の燃焼により生じた水蒸気のため、触媒
２の上流と後流とで湿度が異なるが、このような
場合は希である。一方センサ６は、この間に20秒
〜２分程度、動作開始直後の過渡特性を示した
後、安定状態に移行する。タイマ３４の動作時間
は、センサ６の過渡特性が生じる時間よりも長く
すれば良い。 センサ６の出力（負荷抵抗２６の電圧）を、
Ａ／Ｄコンバータ３２でＡ／Ｄ変換し、演算装置
３８で処理する。Ａ／Ｄ変換したセンサ出力σ
を、RAM４４に格納した基準出力σ₀と比較し、
σ＜σ₀でσをσ₀に代入する。このようにして、タ
イマ３４の動作期間でのセンサ出力の最小値を、
RAM４４に基準出力σ₀として記憶する。ここで
タイマ３４の動作時間は、センサの過渡特性に対
応した時間よりも長く、触媒２では清浄空気が発
生している。従つて基準出力σ₀は、外部と同じ湿
度での、清浄空気に対するセンサ出力を意味す
る。 演算装置３８では、基準出力とROM４２に格
納した清浄空気中に対する出力σ_1,0〜σ_M,0とを比
較し、最も近い２つの出力σm_-1,0とσm，₀とを取
り出す。次に基準出力σ₀でのσm，₀，σm_-1,0の内
分比をａとする。そして表１のｍ−１列と、ｍ列
との出力をａ内で内分し、列σ₁，σ₂，〜σ_Nを発生
させ、RAM４４に格納する。RAM４４の内容
は、清浄空気中から高濃度のガス中までの各ガス
濃度に対するセンサ出力に対応する。タイマ３４
の動作終了と共に触媒ヒータ４を停止させ、検出
状態に移行させる。図には示さなかつたが、好ま
しくはLED等の表示を設けて、検出状態への移
行を表示する。更に、基準出力σ₀がROM４２に
格納した基準出力の範囲を越えている場合、装置
の故障、あるいはセンサ６の経時変化等が考えら
れる。この事態に備えて、装置の点検やセンサ６
の較正を求めるためのLED等の表示を設けるの
が好ましい。これらの処理が終了すると、装置の
動作は第５図のフローチヤートに移行する。 なおここでは、装置の動作開始と同時に基準出
力のサンプリングを開始したが、基準出力のサン
プリング時点は任意であり、また３〜６時間程度
毎に基準出力を更新しても良い。 第５図の結合子Ｇ以下にバツクグラウンドに対
するセンサ出力σbのサンプリング過程を示す。
センサ出力σbをRAM４６に格納し、RAM４４
に記憶したセンサ出力（σ₀〜σ_N）と比較し、出力
（σ₀〜σ_N）の演算と同様にして、バツクグラウン
ドのガス濃度Ｂを算出する。即ちσbに最も近い
出力σnとσn_-1とを取り出し、この間の内分比ｂ
を求める。そして２つのガス濃度CnとCn_-1の間
をｂで内分し、ガス濃度Ｂとする。バツクグラウ
ンドのサンプリングは、入力ポートI₂からサンプ
リング信号が加わるまで繰り返される。従つて、
ガス発生源からのガスのサンプリング直前の出力
がRAM４６に記憶される。 実施例では、バツクグラウンドのガスとガス発
生源からのガスとを区別して扱う。このような検
出は、例えば生鮮食糧品等からの匂いの検出、あ
るいはパイプライン等からのガス漏れの検出等に
有効である。 サンプリング信号により30秒〜２分程度のタイ
マ３６をスタートさせ、この間のセンサ出力の最
大値を検出出力σsとする。最大値に変え平均値等
を用いても良い。センサ出力の最大値σsをRAM
４８に格納するとと共に、RAM４４のセンサ出
力と比較し、最も近い２点の内分（内分比ｓ）か
ら、ガス濃度Ｃを求める。そしてガス濃度Ｂとガ
ス濃度Ｃとの差ΔCから、ガス発生源に関係して
生じたガス濃度を求め、表示回路６０で表示す
る。タイマ３６の動作が終了すると、装置はバツ
クグラウンドの検出状態に戻り、表示回路６０で
は例えば１分程度表示を続けた後、表示を打ち切
る。 第１図に戻り、ガス濃度ΔCの意味を検討する。
センサ６の出力は湿度により変化するので、出力
σbとσsの値が一定でも、ガス濃度Δcは定まらな
い。しかしここで基準出力σ₀を用いると、ガス濃
度ΔCを定めることができる。そしてこの濃度か
らはバツクグラウンドの共存ガスの影響が除かれ
ており、共存ガスの影響を受けずに微量のガスを
検出できる。 実施例では、折れ線近似によりガス濃度Ｂ，Ｃ
を求めたが、ガス濃度Ｂ，Ｃの演算手法は任意で
ある。例えばガス中と清浄空気中とのセンサ出力
の比は、近似的にガス濃度のべき乗（べきの値ｘ
は通常１以下）に比例する。そこで以下の処理を
行うと、ガス濃度ΔCが得られる。 ΔC＝（σs／σ₀）^1/X−（σb／σ₀）^1/X なおバツクグラウンドとガス発生源との区別を
行わない場合、第５図のフローチヤートで得られ
たガス濃度Ｂをそのまま出力とすれば良い。 ［考案の効果］ この考案では、換算テーブルを用い、かつ清浄
空気中でのガスセンサ出力により換算テーブルを
切り替えることで、湿度の影響を受けず定量的に
ガス濃度を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の特性図、第２図は実施例の配
置図、第３図は実施例の回路図、第４図、第５図
は実施例の動作フローチヤート、第６図は実施例
の特性図である。 図において、６……センサ、３２……Ａ／Ｄコ
ンバータ、３４，３６……タイマ、３８……演算
装置、４４，４６，４８，５０……RAM。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ガスセンサと、空気浄化触媒と、ガスセンサの
   出力とガス濃度との関係を記憶した換算テーブル
   を複数記憶した記憶手段とを設けると共に、 空気浄化触媒を通過した空気へのガスセンサの
   出力から、記憶手段に記憶した換算テーブルを切
   り替えるための手段を設け、 この手段で選択した換算テーブルを参照して、
   被検雰囲気中のガスセンサの出力からガス濃度を
   求めるためのガス濃度算出手段を設けた、ガス検
   出装置。