JPH05203598A - 混合ガス検出装置 - Google Patents

混合ガス検出装置

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JPH05203598A
JPH05203598A JP3443592A JP3443592A JPH05203598A JP H05203598 A JPH05203598 A JP H05203598A JP 3443592 A JP3443592 A JP 3443592A JP 3443592 A JP3443592 A JP 3443592A JP H05203598 A JPH05203598 A JP H05203598A
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JP
Japan
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gas
concentration
component
sensitivity
sensor
Prior art date
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Withdrawn
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JP3443592A
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English (en)
Inventor
Sotosuke Matsumoto
外左 松本
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合ガスの成分ガスの濃度を簡便に検出す
る。 【構成】 混合ガスの少なくとも1つの成分ガスに対し
て異なる感度を有する成分ガスの数と等しい数の複数の
ガスセンサを混合ガス中に配置し、一方、各ガスセンサ
ごとに感度に対する混合ガスの各成分ガスの濃度データ
を用意しておき、混合ガスに対する各ガスセンサの感度
に基づいて求めた濃度データの組合せから各成分ガスの
濃度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気中に異なる成分ガス
を含んで成る混合ガスの成分ガスの濃度を簡便に検出す
る混合ガス検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大気、燃焼排ガス、各種工場排ガ
ス、化成品やICなどの製造用ガスなどに含まれる特定
のガス成分を検知し、その量を計測するガスセンサが広
く用いられており、検出対象となるガスに対する感度
(ガス選択性と呼ばれている)も次第に向上している。
【0003】いま、このような特定ガスの検出用に開発
されたガスセンサを用いて混合ガス中のその特定ガスの
成分を検出しようとすると、ガスセンサがその特定ガス
とは別の成分ガスに対して高い感度を有することがあ
り、本来の特定ガスの成分が正確に検出できないという
問題がある。
【0004】従来、このような場合は大がかりで高価な
分析装置を用いて長い時間をかけてその特定ガス成分を
分析していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、用途に
よっては混合ガス中の特定ガス成分を簡便な装置で大ま
かに検出できれば十分である場合もある。
【0006】そこで本発明は混合ガス中の特定ガス成分
を簡便に検出できる混合ガス検出装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】混合ガスの少なくとも1
つの成分ガスに対して異なる感度を有する成分ガスの数
に等しい数のガスセンサと、各ガスセンサごとに感度に
対する混合ガスの各成分ガスの濃度データの組み合わせ
を記憶する記憶手段と、前記各ガスセンサの感度に基づ
いて前記記憶手段から求めた濃度データを用いて各成分
ガスの濃度を演算する処理手段とにより混合ガス検出装
置を構成した。
【0008】
【作用】各ガスセンサの感度に基づいて記憶手段から混
合ガスの各成分ガスの濃度データの組合せを求め、この
組合せを用いて各成分ガス濃度を演算する。
【0009】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【0010】図1は本発明による混合ガス検出装置の一
実施例のブロック線図、図2は本実施例で用いるガスセ
ンサの模式的感度特性図である。なお、本実施例は空気
中にガスAとガスBとを含む混合ガスの濃度を検出する
ものである。
【0011】図1において、1Xおよび1Yはガスセン
サで、従来広く用いられている酸化スズ(SnO2)、酸
化第2鉄(2−Fe23 ヘマタイト)あるいは酸化亜
鉛(ZnO)などの金属酸化物のn型半導体を用いたも
のであり、ガスの濃度に応じて電気抵抗が変化する。
【0012】本実施例で用いるガスセンサ1Xおよび1
Yの感度特性は、図2に示すように、ガスAの濃度をパ
ラメータとして0ppm、20ppm、40ppm、60ppm、80pp
m と変化させたときのガスBの濃度に対する感度がガス
センサ1Xについては感度特性曲線a〜e(実線)とな
り、ガスセンサ1Yについては感度特性曲線がf〜j
(破線)となる。これらの感度特性曲線は、それぞれの
ガスセンサ1X、1Yに対して特定のガスAおよびガス
Bの濃度の組み合わせに応じた感度出力を測定し、得る
ことができる。たとえば、ガスセンサ1Xの感度特性曲
線は、その感度が0.9のときのガスAの濃度とガスB
の濃度がそれぞれ(20ppm:0ppm)、(40ppm:160pp
m)、(60ppm:320ppm)、(80ppm:480ppm)と求まる
ので、図中にp1、p2、p34 としてプロットすること
により求めることができる。
【0013】また、ガスセンサ1Yの感度特性曲線は、
その感度が、1.155のときのガスAの濃度とガスB
の濃度がそれぞれ(0ppm:70ppm)、(20ppm:115pp
m)、(40ppm:160ppm)…と求まるので、図中にq1、q
2、q3 …してプロットすることにより求めることができ
る。
【0014】メモリ2Xおよび2Yはそれぞれガスセン
サ1Xおよび1Yの感度特性データを記憶している。感
度特性データは、ガスセンサ1X、1Yの1つの感度値
に対するガスAとガスBの濃度の組合せであり、たとえ
ばガスセンサ1Xについて上の例でいえば、感度が0.
9のときの感度特性データは、(20ppm:0ppm)、(40
ppm:160ppm)、(60ppm:320ppm)、(80ppm:480
ppm)の4つである。本発明においては、後述するよう
に、ガスセンサ1X、1Yから出力する感度に基づいて
メモリ2X、2Yに記憶されている感度特性デ−タを用
いて、ガスA、ガスBの両方の濃度を求めるものである
から、以後の説明では、メモリ2X、2Yに記憶されて
いる感度特性データを「濃度データ」と呼ぶことにす
る。
【0015】3はガスセンサ1X,1Yの出力に基づい
てメモリ2Xおよび2Yから読み出される濃度データを
逐次比較し、最も値の接近したデータの組合せを平均化
して出力する比較処理回路である。
【0016】比較処理回路3はマイコンで構成してもよ
いし、サンプルホールド回路や加減乗除算器その他を用
いて構成してもよいが、この実施例ではマイコンで構成
したものを用い、以下にその動作を図3および図4のフ
ローチャートを用いて説明する。
【0017】混合ガス中に置いたガスセンサ1Xおよび
1Yから出力される感度に基づいてメモリ2Xおよび2
Yに記憶されている濃度データの数pおよびqが決定さ
れる(F−1)。
【0018】ここでj=1、k=1、n=1,e(0)
=∞として(F−2)、メモリ2Xおよび2Yからそれ
ぞれ濃度データ[XA(j),XB(j)]および[YA(k),Y
B(k)]が読み出される(F−3)。XA(j)、 YA(k)はガ
スAの濃度データであり、XB(j)、 YB(k)はガスBの濃
度データである。次に2つのメモリ2Xおよび2Yから
出力されるガスAについての濃度データの平均値Av
よびガスBについての濃度データの平均値Bv を数1に
より求める(F−4)。
【0019】
【数1】 続いて、メモリ1Xから読み出された濃度データXA(j)
およびXB(j)の上で求めた平均値Av 、Bv からの偏差
割合eA 、eB を数2により求める(F−5)。
【0020】
【数2】 こうして求めた偏差割合eA とeB の和e(n)を求め
るとともに、両メモリ2X,2Yの濃度データを単純平
均してガスAおよびガスBの濃度データA(n)および
B(n)を数3により求める(F−6)。
【0021】
【数3】 ステップ(F−6)で求めたe(n)をe(n−1)と
比較すると、この場合e(1)<e(0)=∞が成立す
るので(F−7)、ステップ(F−6)で求めた濃度デ
ータA(n)およびB(n)を比較処理回路3の内部メ
モリにそれぞれAO、BOとして一時的に保存する(F
−8)。
【0022】次にkを1だけ増加することにより(F−
9)、kがq(メモリ2Yから読み出した濃度データの
数)に達するまでステップ(F−3)から(F−8)ま
での処理を繰り返す。ただし、1回の演算が終了するご
とにnを1だけ増加する(F−11)。
【0023】ステップ(F−7)で毎回e(n)とe
(n−1)とを比較し、常に小さい方の濃度データを比
較処理回路3の内部メモリにAO、BOとして保存して
おく。すなわち、e(n)<e(n−1)ならば、保存
中のAO、BOをステップ(F−6)の演算結果A
(n)、B(n)と書き換えるが、e(n)>e(n−
1)ならばそのまま保存し続ける。
【0024】こうしてk=qになるまで同じ演算を繰り
返し、k=qになったときk=1、j=j+1として
(F−12)、j=pになるまで(F−13)ステップ
(F−3)から(F−12)までの演算を繰り返し、や
はりe(n)をe(n−1)と比較して小さい方の濃度
データを保存しておく。j=pとなったところでそのと
き比較演算回路3の内部メモリに保存されたAO、BO
が最終濃度データとして出力される(F−14)。
【0025】ここで比較処理回路3による処理を具体例
で説明する。
【0026】たとえば、一例としてガスAの実際の濃度
を50ppm 、ガスBの実際の濃度を150ppm とする
と、ガスセンサ1Xおよび1Yの感度は図2のグラフか
らそれぞれ0.845および1.08となる。
【0027】そこでいまガスセンサ1Xから感度0.8
45が、またガスセンサ1Yから感度1.08が出力し
たとすると、この感度に対して比較処理回路3はメモリ
2Xおよびメモリ2Yから次のような濃度データを読み
出す(F−1) (i)メモリ2Xから読み出された3組の濃度データ (40ppm:70ppm) 、(60ppm:235ppm)、(80ppm:390ppm) (ii)メモリ2Yから読み出された5組の濃度データ (0ppm:35ppm)、(20ppm:80ppm) 、(40ppm:125ppm) (60ppm:175ppm)、(80ppm:215ppm) これらの濃度データの各組合せについて、図3のステッ
プ(F−4)で平均値を求め、ステップ(F−5)で偏
差割合eA 、eB を求めると、次の表1のようになる。
【0028】
【表1】 表中のデータのうち、上段はガスA、下段はガスBにつ
いての偏差割合(%)を示している。
【0029】たとえば、濃度データセンサ1X側(40
ppm 、70ppm )とセンサ1Y側(0ppm 、35ppm )
とを比較する場合について説明すると、ガスAについて
の平均値は(40+0)/2=20となり、この平均値
からの偏差20の平均値20に対する割合すなわち偏差
割合は20/20=100%となる。同様にガスBにつ
いての平均値は(70+35)/2=52.5となり、
この平均値からの偏差の平均値52.5に対する割合す
なわち偏差割合は17.5/52.5=33%となる。
【0030】こうして求めたガスAおよびガスBについ
ての偏差割合の和が最小となる組合せを求めると、メモ
リ2Xからの濃度データが(60ppm 、235ppm )
で、メモリ2Yからの濃度データが(60ppm ,175
ppm )の組合せとなる。そこで両濃度データを単純平均
して得られる値 ガスAについては 1.5ppm ガスBについては 205ppm が濃度値として出力される。検出されるガス濃度の精度
を上げるためには、ガスAの濃度パラメータの間隔を細
かくし、メモリに濃度データをできるだけ多く記憶させ
ておくのが好ましい。
【0031】本発明で用いるガスセンサ1X、1Yはガ
スAおよびガスBのそれぞれに対して感度が異なるかま
たは何れか一方に対して感度が異なることが必要である
が、構造や製作法はどのようなものであってもよく、ま
た触媒の添加物が異なるかセンサの加熱温度が異なるな
どの理由により感度特性を異にしているものでもよい。
【0032】上記実施例においては比較処理回路3によ
り比較的単純な平均化処理を行なって最終濃度値を求め
たが、その他の処理方法たとえば最小二乗法による処理
を用いることもできる。またガスセンサとしては半導体
センサに限らず、たとえばガス成分の濃度に応じて発生
電圧が異なる固体電解質センサなどその他の原理および
構造のセンサを用いてもよい。
【0033】また、上記実施例においては比較処理回路
3をマイコンで構成したが、その代りに、サンプルホー
ルド回路、加減乗除算器、コンパレータ、カウンタ、オ
ペアンプ、A/DおよびD/Aコンバータを用いて回路
構成してもよい。
【0034】さらに、上記実施例は、空気中にガスAお
よびガスBの2種類のガスが混在した混合ガスについて
例示したが、本発明は空気中に3種類以上のガス成分を
有する混合ガスについても適用することができることは
もちろんで、その場合には成分ガスの数だけガスセンサ
が必要になる。
【0035】一般にガスセンサの感度特性は経時変化や
温度、湿度などの環境条件によって変化するので、経時
変化や環境変化を予め調べておきタイマ−や温度または
湿度センサの出力に応じてガスセンサの感度特性を補正
することにより、常に正確な成分ガスの濃度を検出する
ことができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、混合ガスの少なくとも1つの成分ガスに対して異な
る感度を有する成分ガスの数と等しい数の複数のガスセ
ンサを混合ガス中に配置し、各ガスセンサごとに感度に
対する混合ガスの各成分ガス濃度データの組合せを用意
し、混合ガスに対する各ガスセンサの感度に基づいて求
めた濃度データを用いて各成分ガスの濃度を演算するよ
うに構成したので、従来のように大がかりで高価な分析
装置を用いずに簡便な装置で成分ガスの濃度を検出する
ことができる。
【0037】通常ガス濃度の検出は、検出濃度がある範
囲に入るか否かの判断ができれば充分である場合が多い
ので、本発明による簡便な検出の用途は極めて広く有効
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による混合ガス検出装置の構成を示すブ
ロック線図である。
【図2】本発明で用いるガスセンサの感度特性曲線を示
す。
【図3】本発明におけるガス検出処理のフローチャート
の一部である。
【図4】図3のフロ−チャ−トに続く本発明におけるガ
ス検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1X、1Y ガスセンサ 2X、2Y メモリ 3 比較処理回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 混合ガスの少なくとも1つの成分ガスに
    対して異なる感度を有する成分ガスの数に等しい数のガ
    スセンサと、各ガスセンサごとに感度に対する混合ガス
    の各成分ガスの濃度データの組み合わせを記憶する記憶
    手段と、前記各ガスセンサの感度に基づいて前記記憶手
    段から求めた濃度データを用いて各成分ガスの濃度を演
    算する処理手段とを有することを特徴とする混合ガス検
    出装置。
JP3443592A 1992-01-23 1992-01-23 混合ガス検出装置 Withdrawn JPH05203598A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008275383A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 混合成分系の濃度測定方法及び装置、及びその装置を用いた省エネルギー或いは排気浄化設備の運転制御システム。
WO2012165182A1 (ja) 2011-05-27 2012-12-06 株式会社 エヌ・ティ・ティ・ドコモ 生体ガス検知装置及び生体ガス検知方法
WO2018043549A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 京セラ株式会社 センサ素子及びセンサ装置

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