JPH063318A - Zirconia gas analyzer - Google Patents
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- JPH063318A JPH063318A JP4157978A JP15797892A JPH063318A JP H063318 A JPH063318 A JP H063318A JP 4157978 A JP4157978 A JP 4157978A JP 15797892 A JP15797892 A JP 15797892A JP H063318 A JPH063318 A JP H063318A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は，Ｏ2ガス等の濃度を測
定するための濃淡電池式ジルコニアガス分析計に関し，
信号データの取り込み装置，ヒータ加熱装置およびヒー
タ回路の配線抵抗を自動計測することにより配線数の減
少を図ったジルコニアガス分析計に関すものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a concentration cell type zirconia gas analyzer for measuring the concentration of O 2 gas, etc.
The present invention relates to a zirconia gas analyzer that reduces the number of wirings by automatically measuring the wiring resistance of a signal data capturing device, a heater heating device, and a heater circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】濃淡電池式ジルコニアガス濃度計ではジ
ルコニアセンサを６００℃以上の高温度に加熱する必要
がある。図８はジルコニアガス分析計の一般的な構成説
明図である。図において１はジルコニアセンサ２，温度
センサ３，ヒータ４等からなる検出器であり，１０は信
号処理回路５，温度調節回路６，演算制御回路７等から
なる変換器である。ジルコニアセンサ２で酸素濃度に関
連して検出された電気信号は信号配線１２を介して信号
処理回路５に入力され，ここで処理された信号は演算制
御回路７に送出される。また，演算制御回路７からの指
令が温度調節回路６に送出され，ここからヒータ配線１
３を介して送出される信号によりヒータ４が加熱され
る。加熱された検出器１の温度は温度センサ３で検出さ
れ，信号配線１２，信号処理回路５，演算制御回路７を
介して温度制御回路６にフィードバックされて所定の温
度に維持される。2. Description of the Related Art In a concentration cell type zirconia gas concentration meter, it is necessary to heat a zirconia sensor to a high temperature of 600 ° C. or higher. FIG. 8 is a general configuration diagram of a zirconia gas analyzer. In the figure, 1 is a detector including a zirconia sensor 2, a temperature sensor 3, a heater 4 and the like, and 10 is a converter including a signal processing circuit 5, a temperature adjusting circuit 6, an arithmetic control circuit 7 and the like. The electric signal detected by the zirconia sensor 2 in relation to the oxygen concentration is input to the signal processing circuit 5 via the signal wiring 12, and the signal processed here is sent to the arithmetic control circuit 7. In addition, a command from the arithmetic control circuit 7 is sent to the temperature control circuit 6, from which the heater wiring 1
The heater 4 is heated by the signal sent via 3. The temperature of the heated detector 1 is detected by the temperature sensor 3 and is fed back to the temperature control circuit 6 via the signal wiring 12, the signal processing circuit 5, and the arithmetic control circuit 7 to be maintained at a predetermined temperature.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで，このような
ジルコニア分析計のヒータ容量はジルコニアセンサの大
きさにより決まるものであるが，電源としては一般に大
型のものは商用電源（ＡＣ１００Ｖ系や２００Ｖ系）が
用いられて，小型のものは低電圧のＤＣ電源が用いられ
る。そして，ヒータ電源は温度調節のために常時オン／
オフが繰り返されている。The heater capacity of such a zirconia analyzer is determined by the size of the zirconia sensor. Generally, a large power source is a commercial power source (100V AC system or 200V system). And a small one uses a low voltage DC power supply. And, the heater power is always on /
Off is repeated.
【０００４】一方ジルコニアセンサの信号（数ｍＶ〜数
１００ｍＶ）や温度センサ（例えば熱電対…数１０ｍ
Ｖ）は変換器との間の配線工事にヒータ配線からの誘導
ノイズをうけないように信号配線とヒータ配線を別々の
コンジットに収納したり，シールドケーブルやツイステ
ッドペア線を用いたりして十分なノイズ対策工事が必要
となるので，配線工事費が非常に高くなるという問題が
ある。また，商用電源の場合は特にヒータオン／オフの
周期は約２０ｍｓ（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）以上であり，
一般には数１００ｍｓ〜数ｓｅｃとなるため上記信号処
理回路５のアンプのローパスフィルタのカットオフ周波
数をかなり低く設定する必要がある。従って，その設定
によっては応答特性に悪影響を与えることとなる。On the other hand, the signal of the zirconia sensor (several mV to several hundred mV) and the temperature sensor (for example, thermocouple ...
V) is sufficient for wiring work with the converter by storing signal wiring and heater wiring in separate conduits or using shielded cables or twisted pair wires so as not to receive inductive noise from the heater wiring. Since noise countermeasure work is required, there is a problem that the wiring work cost becomes very high. In the case of a commercial power source, the heater on / off cycle is about 20 ms (50 Hz, 60 Hz) or more,
Generally, the cutoff frequency of the low-pass filter of the amplifier of the signal processing circuit 5 must be set to a considerably low value because it is generally several 100 ms to several seconds. Therefore, depending on the setting, the response characteristics are adversely affected.
【０００５】また，このような温度制御回路においては
ヒータと温度センサを有しているため検出器と温度調節
回路の配線が４線となり，例えば温度センサを熱電対と
して冷接点補償センサを使用する場合には６線となるの
で配線数が多くなりコスト高になるという問題がある。
上述の問題を解決するためにヒータ素線の温度係数を利
用してヒータを温度センサとしても機能させる方式が提
案されている。この方式によればヒータ制御回路を２線
化することが可能である。Further, in such a temperature control circuit, since the heater and the temperature sensor are provided, the wiring of the detector and the temperature control circuit becomes four wires, and for example, the temperature sensor is used as a thermocouple and a cold junction compensation sensor is used. In this case, since there are 6 lines, there is a problem that the number of wires increases and the cost increases.
In order to solve the above problem, a method has been proposed in which the heater also functions as a temperature sensor by utilizing the temperature coefficient of the heater wire. According to this method, the heater control circuit can be doubled.
【０００６】ヒータ素線の温度係数を利用する場合には
ヒータのある検出器と温度制御回路のある変換器との間
の配線抵抗が既知である必要があるが，この間の抵抗は
一般に設置現場の状況により変化する（すなわち，検出
器１と変換器１０の間の距離（抵抗）は配線の長さや配
線材の種類により変化する）。従ってヒータ配線１３の
みの抵抗を測定するためには配線工事後検出器１の設置
現場へ行きヒータ端子を短絡しなければならないという
問題があった。When the temperature coefficient of the heater wire is used, it is necessary to know the wiring resistance between the detector with the heater and the converter with the temperature control circuit. (That is, the distance (resistance) between the detector 1 and the converter 10 changes depending on the length of wiring and the type of wiring material). Therefore, in order to measure the resistance of only the heater wiring 13, there is a problem that after the wiring work, it is necessary to go to the installation site of the detector 1 and short-circuit the heater terminals.
【０００７】図９は比較的近い場所に複数のセンサを配
置して複数箇所のガス濃度を測定する場合の従来例を示
す概略構成図である。この様な場合には変換器は一台と
して検出器のみ複数台設置することが行なわれるが，そ
の場合ヒータは各センサ毎に必要なため検出器１と変換
器１０の間のヒータ配線１３が増加するという問題があ
った。本発明は上記従来技術の問題を解決するためにな
されたもので，配線工事費を安く，また，ジルコニアセ
ンサおよび熱電対の電気信号が誘導ノイズを受けにくく
して信頼性を高くすると共に応答特性を改善したジルコ
ニアガス分析計を提供することを目的とする。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional example in which a plurality of sensors are arranged at relatively close places and gas concentrations at a plurality of places are measured. In such a case, one converter is provided and only a plurality of detectors are installed. In that case, since a heater is required for each sensor, the heater wiring 13 between the detector 1 and the converter 10 is required. There was a problem of increase. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The wiring work cost is low, and the electrical signals of the zirconia sensor and the thermocouple are less susceptible to inductive noise to improve reliability and response characteristics. An object of the present invention is to provide a zirconia gas analyzer having improved characteristics.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明は，請求項１においては，ジルコニアセンサ，温
度センサ，ヒータからなる検出器と,信号処理回路，温
度調節回路，演算制御回路からなる変換器と前記検出器
と変換器を接続する配線からなり,所定の温度に加熱し
た前記ジルコニアセンサにガスを接触させ，ガスの濃度
に関連して発生する前記センサの電気信号から測定ガス
中の濃度を求めるジルコニアガス分析計において，前記
ジルコニアセンサの加熱手段として交流電流により１０
０％未満の出力で十分な加熱エネルギーを出力するヒー
タと，前記交流電流のゼロクロス点を検出するゼロクロ
ス検出回路とを有し，前記演算制御回路は前記ジルコニ
アセンサおよび温度センサからの電気信号の取り込みタ
イミングをヒータに交流電流を流さないタイミングの時
に前記ゼロクロス検出回路からのゼロクロス信号のタイ
ミングに合わせて取り入れるようにしたことを特徴とす
るものであり，In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a detector comprising a zirconia sensor, a temperature sensor and a heater, a signal processing circuit, a temperature adjusting circuit and an arithmetic control circuit. Gas from the zirconia sensor heated to a predetermined temperature, which is composed of a transducer consisting of In a zirconia gas analyzer for determining the concentration in a zirconia sensor, an alternating current is used as a heating means of the zirconia sensor.
A heater that outputs sufficient heating energy with an output of less than 0% and a zero-cross detection circuit that detects a zero-cross point of the alternating current are provided, and the arithmetic control circuit takes in electric signals from the zirconia sensor and the temperature sensor. It is characterized in that the timing is set so as to be synchronized with the timing of the zero-cross signal from the zero-cross detection circuit when the alternating current is not passed through the heater.
【０００９】請求項２においては，ジルコニアセンサ，
温度センサ，ヒータからなる検出器と,信号処理回路，
温度調節回路，演算制御回路からなる変換器と前記検出
器と変換器を接続する配線からなり,所定の温度に加熱
した前記ジルコニアセンサにガスを接触させ，ガスの濃
度に関連して発生する前記センサの電気信号から測定ガ
ス中の濃度を求めるジルコニアガス分析計において，前
記検出器側にヒータ端子を短絡して設けたヒューズと，
前記演算制御回路と前記変換器側のヒータ配線(13)の端
子間に設けられ前記ヒータの配線抵抗を測定する抵抗測
定回路と，前記ヒューズの定格よりも高い電流を流す定
電流回路と，前記定電流回路と前記ヒータ配線のオンオ
フを行う第１切換えスイッチと，前記温度調節回路とヒ
ータ配線のオンオフを行う第２切換えスイッチを備えた
ことを特徴とするものであり，In the second aspect, a zirconia sensor,
Detector consisting of temperature sensor and heater, signal processing circuit,
The converter is composed of a temperature control circuit and an arithmetic and control circuit, and the wiring connecting the detector and the converter, and the gas is brought into contact with the zirconia sensor heated to a predetermined temperature to generate the gas in relation to the gas concentration. In a zirconia gas analyzer for obtaining the concentration in a measurement gas from an electric signal of a sensor, a fuse provided by short-circuiting a heater terminal on the detector side,
A resistance measuring circuit provided between the terminals of the operation control circuit and the heater wiring (13) on the converter side for measuring the wiring resistance of the heater; a constant current circuit for flowing a current higher than the rating of the fuse; A constant current circuit and a first changeover switch for turning on / off the heater wiring, and a second changeover switch for turning on / off the temperature control circuit and the heater wiring,
【００１０】請求項３においては，ジルコニアセンサ，
温度センサ，ヒータからなる検出器と,信号処理回路，
温度調節回路，演算制御回路からなる変換器と前記検出
器と変換器を接続する配線からなり,所定の温度に加熱
した前記ジルコニアセンサにガスを接触させ，ガスの濃
度に関連して発生する前記センサの電気信号から測定ガ
ス中の濃度を求めるジルコニアガス分析計において，前
記変換器一台に対して検出器を２台（第１検出器，第２
検出器）配置するとともにこれらの検出器側のヒータと
端子間のそれぞれに電流の流れ方向に対して順方向に設
けられた第１，第２ダイオードと，前記第１検出器のヒ
ータ端子の電流の流入側と第２検出器の電流の流出側を
結ぶ第１短絡配線と，第１検出器のヒータ端子の電流の
流出側と第２検出器の電流の流入側を結ぶ第２短絡配線
と，前記演算制御回路の指令に基づいて前記２台の検出
器の何れのヒータに電流を流すかを切り換える切換えス
イッチとを具備したことを特徴とするものである。In the third aspect, the zirconia sensor,
Detector consisting of temperature sensor and heater, signal processing circuit,
The converter is composed of a temperature control circuit and an arithmetic and control circuit, and the wiring connecting the detector and the converter, and the gas is brought into contact with the zirconia sensor heated to a predetermined temperature to generate the gas in relation to the gas concentration. In the zirconia gas analyzer for obtaining the concentration in the measurement gas from the electric signal of the sensor, two detectors (first detector, second detector) are provided for one converter.
Detectors) and first and second diodes provided in the forward direction with respect to the direction of current flow between the heater and the terminals on the detector side, and the current at the heater terminal of the first detector. And a second short-circuit wiring connecting the inflow side of the second detector and the outflow side of the current of the second detector, and a second short-circuit wiring connecting the outflow side of the current of the heater terminal of the first detector and the inflow side of the current of the second detector. , A changeover switch for changing which heater of the two detectors the current is to be supplied to, based on a command from the arithmetic control circuit.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１において，制御回路はゼロクロス検出
回路が検出したゼロクロス信号を入力し，この信号に同
期した一定周期のパルス幅変調信号に変換する。このパ
ルス幅変調信号のオン信号は予め決められたアルゴリズ
ムにより分散させた信号として電源のスイッチ回路に出
力される。パルス幅変調信号のオフ信号の間に各センサ
からの信号を取り入れる。According to the first aspect of the present invention, the control circuit inputs the zero-cross signal detected by the zero-cross detection circuit and converts it into a pulse width modulation signal having a constant period which is synchronized with this signal. The ON signal of the pulse width modulation signal is output to the switch circuit of the power supply as a signal dispersed by a predetermined algorithm. The signal from each sensor is incorporated during the off signal of the pulse width modulated signal.
【００１２】請求項２において，ヒータ電源投入に先立
って抵抗測定回路を用いて配線の抵抗を測定する。その
後定電流回路をオンとしてヒューズを除去する。請求項
３によりおいて，第１検出器のヒータに電流を流す場合
は第１検出器側のダイオードは順方向，第２検出器側の
ダイオードは逆方向となり，第２検出器のヒータに電流
を流す場合は第１検出器側のダイオードは逆方向，第２
検出器側のダイオードは順方向となる。従って切換えス
イッチによりヒータ電源を切り換えることにより２台の
検出器に電流を供給することができる。According to a second aspect of the present invention, the resistance of the wiring is measured using a resistance measuring circuit before the heater power is turned on. After that, the constant current circuit is turned on to remove the fuse. According to claim 3, when the current is passed through the heater of the first detector, the diode on the first detector side is in the forward direction, and the diode on the second detector side is in the reverse direction, and the current is passed through the heater of the second detector. When the current flows, the diode on the first detector side is in the opposite direction,
The diode on the detector side is in the forward direction. Therefore, current can be supplied to the two detectors by switching the heater power supply with the changeover switch.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明によるジルコニアガス分析計の
一実施例を示す構成ブロック図である。図において図８
と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略す
るが，２０は切換えスイッチ（例えばソリッドステート
リレー），２１はＡＣ電源、２２は電源トランス，２３
はＡＣ電源２１のゼロクロスポイントを検出するゼロク
ロス検出回路である。２５，２５’は入力アンプ，２７
はスキャナ回路，２８はローパスフィルタ，２９はＡ／
Ｄ変換器である。1 is a block diagram showing the construction of an embodiment of a zirconia gas analyzer according to the present invention. In Figure 8
The same elements as those of 1 are denoted by the same reference numerals and duplicate description is omitted, but 20 is a changeover switch (for example, a solid state relay), 21 is an AC power source, 22 is a power transformer, and 23.
Is a zero-cross detection circuit that detects the zero-cross point of the AC power supply 21. 25 and 25 'are input amplifiers, 27
Is a scanner circuit, 28 is a low-pass filter, and 29 is A /
It is a D converter.
【００１４】上記の構成において，ヒータ４は１００％
未満のデューティでも十分な昇温能力を持つもってお
り，制御回路７はスキャナ回路２７への切り替え信号や
Ａ／Ｄ変換タイミング信号を算出したり，温度センサ３
からの温度信号を入力してヒータの温調信号を算出し，
ゼロクロスポイントタイミング信号と同調をとってソリ
ッドステートリレー２０へ温調信号を送出することがで
きる。本発明においては温調信号の基本動作はパルス幅
変調信号で行い，そのオンオフ信号のオフ時において信
号のＡ／Ｄ変換を行うことにあるが，Ａ／Ｄ変換データ
の取り込み周期との関係から，パルス幅変調のデューテ
ィは結果的に同じとし，そのパルス幅変調データ更新周
期内におけるオンオフ動作を頻繁に行い，オフ動作の状
態を間欠的に多く発生させることにある。そして，先に
も述べたようにヒータの容量はデューティが１００％未
満（例えば８０％）でも十分な昇温能力を持ったものを
使用し，温調動作とヒータ信号のデューティとオンオフ
パターンは予め決められている。In the above structure, the heater 4 is 100%
Even if the duty is less than 1, the control circuit 7 has a sufficient temperature raising capability, and the control circuit 7 calculates a switching signal to the scanner circuit 27, an A / D conversion timing signal, and the temperature sensor 3.
Input the temperature signal from to calculate the temperature control signal of the heater,
The temperature control signal can be sent to the solid state relay 20 in synchronization with the zero cross point timing signal. In the present invention, the basic operation of the temperature control signal is performed by the pulse width modulation signal, and the A / D conversion of the signal is performed when the on / off signal is off. As a result, the duty of the pulse width modulation is set to be the same, and the ON / OFF operation is frequently performed within the pulse width modulation data update period, and many OFF operation states are generated intermittently. As described above, the heater has a sufficient capacity to raise the temperature even if the duty is less than 100% (for example, 80%), and the temperature adjustment operation, the duty of the heater signal, and the on / off pattern are set in advance. It has been decided.
【００１５】ここで図２を用いてゼロクロス検出を行う
場合の制御回路７のタイムチャートを説明する。なお，
この制御回路ではパルス幅変調信号の基本周期が２００
ｍ秒で温調している場合を示している。図において
（Ａ）はゼロクロス検出信号，（Ｂ）は基本的なパルス
幅変調信号，（Ｃ）はオン信号を分散させたパルス幅変
調信号，（Ｄ）はＡＣ電源の場合のヒータ信号，（Ｅ）
はＡ／Ｄの変換タイミングを示している。Here, a time chart of the control circuit 7 in the case of performing the zero-cross detection will be described with reference to FIG. In addition,
In this control circuit, the basic period of the pulse width modulation signal is 200
The case where the temperature is controlled in m seconds is shown. In the figure, (A) is a zero-cross detection signal, (B) is a basic pulse width modulation signal, (C) is a pulse width modulation signal in which an ON signal is dispersed, (D) is a heater signal in the case of an AC power source, ( E)
Indicates the A / D conversion timing.
【００１６】温調信号は（Ａ）のゼロクロス検出信号に
同期したパルス幅変調信号（Ｂ）として作られ，更にそ
の信号のオン信号値は予め決められたアルゴリズムによ
り分散させた信号（Ｃ）として作り直してＡ／Ｃ電源の
スイッチ回路に送り出される。（Ｃ）の信号でＡはＡ1
＋Ａ2＋Ａ3，ＢはＢ1＋Ｂ2＋Ｂ3，ＣはＣ1＋Ｃ2等の様
に分割される。そして切り替えスイッチで変調を受けた
Ａ／Ｃ電源はヒータ信号（Ｄ）となり，この信号により
ある周期毎にオフとなる区間が発生する。従ってこのオ
フ区間内で信号のＡ／Ｄ変換を行う。（Ｅ）の変換タイ
ミングにおいて，例えばで示す部分は温度センサ入
力，は熱電対の冷接点補償センサ入力，はジルコニ
アＯ2センサ入力，はＡｍｐ系のオフセットゲイン調
整入力に対応させる。なお，Ａ／Ｄ変換器の変換スピー
ドによりそれぞれのオフ期間中に全ての入力のＡ／Ｄ変
換を完了させることも可能である。The temperature control signal is generated as a pulse width modulation signal (B) synchronized with the zero-cross detection signal of (A), and the ON signal value of the signal is a signal (C) dispersed by a predetermined algorithm. It is remade and sent to the switch circuit of the A / C power supply. In the signal of (C), A is A 1
+ A 2 + A 3 , B is divided into B 1 + B 2 + B 3 , C is divided into C 1 + C 2, etc. Then, the A / C power source modulated by the changeover switch becomes a heater signal (D), and this signal causes a section to be turned off every certain period. Therefore, the A / D conversion of the signal is performed in this off section. In the conversion timing of (E), for example, the portion indicated by is corresponding to the temperature sensor input, is the cold junction compensation sensor input of the thermocouple, is the zirconia O 2 sensor input, and is the offset gain adjustment input of the Amp system. It is also possible to complete the A / D conversion of all inputs during each off period depending on the conversion speed of the A / D converter.
【００１７】また，ヒータの電源をＤＣとした場合はゼ
ロクロス検出信号は不要なので，図２のパルス幅変調信
号（Ｃ）から直接Ａ／Ｄ変換タイミングを決めることが
できる。上記の構成によれば，ジルコニアセンサ，温度
センサのＡ／Ｄ変換タイミングをヒータ電源のゼロクロ
ス時のタイミングで取り込む様にプログラミングしてい
るので，ヒータの温調信号による誘導ノイズの受けるこ
となく信号処理が可能となり， ヒータ配線と信号配線の工事において電磁シールド
やツイステッドペア線等を使用する必要がないのでコン
ジット配管を含む配線工事が容易となり安価にできる。 特にジルコニアＯ2検出器を複数台接続し，主に大
型ボイラの煙道内におけるＯ2濃度分布の平均値を求め
るような多点のＯ2測定に使用されるアベレージングコ
ンバータにおいて効果が顕著である。 アンプの入力フィルタとして商用周波数を考慮すれ
ば良いので装置の応答特性を落とすことがない。Further, when the heater power source is DC, the zero-cross detection signal is unnecessary, so the A / D conversion timing can be directly determined from the pulse width modulation signal (C) in FIG. According to the above configuration, the A / D conversion timings of the zirconia sensor and the temperature sensor are programmed so as to be fetched at the timing of the zero crossing of the heater power source, so that signal processing can be performed without receiving induction noise due to the temperature control signal of the heater. Since it is not necessary to use electromagnetic shields or twisted pair wires in the construction of the heater wiring and signal wiring, wiring work including conduit piping is easy and inexpensive. Especially, the effect is remarkable in the averaging converter used for the multipoint O 2 measurement, in which a plurality of zirconia O 2 detectors are connected and the average value of the O 2 concentration distribution is obtained mainly in the flue of a large boiler. . Since the commercial frequency may be taken into consideration as the input filter of the amplifier, the response characteristic of the device is not deteriorated.
【００１８】図３は本発明の請求項２を説明するための
構成ブロック図である。図において図８と同一要素には
同一符号を付して重複する説明は省略する。３０は検出
器１の端子側（Ａ−Ｂ間）にヒータ配線に並列に取り付
けられた抵抗(r)のヒューズ，３１はヒータ配線の抵抗
を測定するための抵抗測定回路であり，測定結果は演算
制御回路７に伝送される。３３は第１切換えスイッチで
定電流回路３２のヒータ配線へのオンオフを行う。３４
は温調回路６のヒータ４への切換えを行う第２切換えス
イッチである。FIG. 3 is a block diagram for explaining the second aspect of the present invention. In the figure, the same elements as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. 30 is a fuse of resistance (r) attached in parallel to the heater wiring on the terminal side (between A and B) of the detector 1, 31 is a resistance measuring circuit for measuring the resistance of the heater wiring, and the measurement result is It is transmitted to the arithmetic control circuit 7. A first changeover switch 33 turns on / off the heater wire of the constant current circuit 32. 34
Is a second selector switch for switching the temperature control circuit 6 to the heater 4.
【００１９】図４は配線抵抗（Ｒ1,Ｒ2）を測定するた
めのフローを示すものである。フローに従って配線抵抗
測定の手順を説明する。始めに検出器１と変換器１０の
機器間の配線を行い，変換器側の電源をオンにして配線
抵抗測定モード（第１，第２切換えスイッチをオフ）と
する。配線抵抗測定モードになると抵抗測定回路３１が
動作し，図中の（Ｅ−Ｃ−Ａ−（ヒューズ＋ヒータ）−
Ｂ−Ｄ−Ｆ間の経路の抵抗値を測定する（この場合Ｅ−
Ｃ，Ｆ−Ｄ間は他の部分の抵抗値に比較して無視できる
程小さい値に形成されており，ヒューズ３０の抵抗値も
ヒータ配線１３に比較して十分小さい値のものが選定さ
れているものとする。FIG. 4 shows a flow for measuring the wiring resistance (R 1, R 2 ). The procedure for measuring the wiring resistance will be described according to the flow. First, wiring between the detector 1 and the converter 10 is performed, and the power source on the converter side is turned on to set the wiring resistance measurement mode (the first and second changeover switches are turned off). When the wiring resistance measurement mode is entered, the resistance measurement circuit 31 operates, and (E-C-A- (fuse + heater)-
Measure the resistance of the path between B-D-F (in this case E-
Between C and F-D is formed to a value that is negligibly small compared to the resistance values of other parts, and the resistance value of the fuse 30 is selected to be a sufficiently small value compared to the heater wiring 13. Be present.
【００２０】１） 始めにヒータ４の抵抗をＲ0として
上記経路の全抵抗値Ｒxを求めると， Ｒx＝Ｒ1＋Ｒ2＋｛ｒ・Ｒ0／（ｒ＋Ｒ0）｝となる。 ここで，ｒ・Ｒ0／（ｒ＋Ｒ0）の項はＲ1，Ｒ2に比較し
て十分小さな値となるrが選択され（あるいはrの値は既
知の値のものを取り付けておく）ており，ヒータ配線の
正味の配線抵抗値（Ｒ1＋Ｒ2）を求めることができる。 ２） 次に第１切換えスイッチ３３をオンとして定電流
回路３２からヒータ配線１３にヒューズの定格の数倍の
定電流を流してヒューズ３０を溶断する。 ３） 次に第１切換えスイッチ３３をオフとして定電流
回路３２からの電流を切り，抵抗測定回路３１で上記経
路の全抵抗値を測定してヒューズ３０の溶断を確認し，
第２切換えスイッチ３４をオンとして温調回路６をヒー
タ配線１３に接続する。 ４） ３）項で求めた全抵抗値と１）項で求めた配線抵
抗値の差から抵抗Ｒ0の抵抗値を算出する。なお，温度
調節はヒータ抵抗値と予め求めた温度係数を元にヒータ
温度を算出して行う。1) First, when the resistance of the heater 4 is set to R 0 and the total resistance value R x of the above path is obtained, R x = R 1 + R 2 + {r · R 0 / (r + R 0 )}. Here, r is selected so that the term of r · R 0 / (r + R 0 ) is a sufficiently small value compared to R 1 and R 2 (or the value of r is set to a known value). Therefore, the net wiring resistance value (R 1 + R 2 ) of the heater wiring can be obtained. 2) Next, the first changeover switch 33 is turned on, and a constant current that is several times the rated value of the fuse flows from the constant current circuit 32 to the heater wiring 13 to blow the fuse 30. 3) Next, the first changeover switch 33 is turned off to cut off the current from the constant current circuit 32, and the resistance measuring circuit 31 measures the total resistance value of the above path to confirm that the fuse 30 is blown.
The second changeover switch 34 is turned on to connect the temperature control circuit 6 to the heater wiring 13. 4) The resistance value of the resistor R 0 is calculated from the difference between the total resistance value obtained in the item 3) and the wiring resistance value obtained in the item 1). The temperature is adjusted by calculating the heater temperature based on the heater resistance value and the temperature coefficient obtained in advance.
【００２１】上記の構成によれば検出器内に予めヒータ
端子間のショート用ヒューズ３０を設けヒータ配線１３
の抵抗値を求め，この配線抵抗とヒータの正味の抵抗か
ら温度調節が可能となる。従って配線工事が終了した後
に足場の危険な検出器の設置場所まで行ってヒータ配線
１３を短絡し配線抵抗を測定する必要がなく，ヒータ制
御回路を２線化することが可能である。According to the above configuration, the short-circuit fuse 30 between the heater terminals is provided in advance in the detector and the heater wiring 13 is provided.
It is possible to adjust the temperature from the wiring resistance and the net resistance of the heater. Therefore, it is not necessary to go to the installation location of the dangerous detector on the scaffold and short the heater wiring 13 to measure the wiring resistance after the wiring work is completed, and the heater control circuit can be made into two wires.
【００２２】図５は本発明の請求項３を説明するための
構成ブロック図である。図において図８と同一要素には
同一符号を付して重複する説明は省略するが，この場合
もヒータ４は１００％未満のデューティでも十分な昇温
能力を持つものとする。４１は第１検出器１側のヒータ
と端子間に電流の流れ方向に対して順方向に設けられた
第１ダイオード，４２は第２検出器１’側のヒータと端
子間に電流の流れ方向に対して順方向に設けられた第２
ダイオードである。４５は第１検出器１のヒータ端子の
電流の流入側と第２検出器１’のヒータ端子の電流の流
出側を結ぶ第１短絡配線，４６は第１検出器１のヒータ
端子の電流の流出側と第２検出器１'のヒータ端子の電
流の流入側を結ぶ第２短絡配線である。４８は切換えス
イッチで，ヒータ電源６ａからの電流を第１検出器１の
流入側に対して正または負の電圧を印加するかを演算制
御回路７の指令に基づいて切り換える。FIG. 5 is a block diagram for explaining the third aspect of the present invention. In the drawing, the same elements as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals and the duplicated description is omitted, but in this case as well, it is assumed that the heater 4 has a sufficient temperature raising capability even with a duty of less than 100%. Reference numeral 41 is a first diode provided between the heater on the first detector 1 side and the terminal in the forward direction with respect to the current flow direction, and 42 is the current flow direction between the heater on the second detector 1'side and the terminal. Second provided in the forward direction with respect to
It is a diode. Reference numeral 45 is a first short-circuit wire connecting the current inflow side of the heater terminal of the first detector 1 and the current outflow side of the heater terminal of the second detector 1 ′, and 46 is the current of the heater terminal of the first detector 1. It is the second short-circuit wiring that connects the outflow side and the inflow side of the current of the heater terminal of the second detector 1 ′. Reference numeral 48 denotes a changeover switch, which switches whether to apply a positive or negative voltage to the inflow side of the first detector 1 for the current from the heater power source 6a, based on a command from the arithmetic control circuit 7.
【００２３】上記の構成において，切換えスイッチ４８
をａ側に接続するとヒータ電源からの電流はａ＋側から
ヒータ４，第１ダイオード４１を経てａ−側に流れる。
次に切換えスイッチ４８をｂ側に接続するとヒータ電源
からの電流はｂ＋側から第２短絡配線４６，ヒータ
４’，第２ダイオード４２，第１短絡配線４５を経てｂ
−側に流れる。図６は温度制御のための基本的な動作フ
ローを示す図であるが，実際の処理は例えば検出器１の
温度データ取り込みと温度演算及び制御出力演算は検出
器１’が制御出力を送出している期間に実行する。制御
出力はパルス幅変調出力として出力されるがその動作は
割込み処理として行われるようにプログラムして上記の
条件を満たすようにする。図７はそのタイムチャートの
一例を示す図である。図７において▼はこの時点で割込
み処理を行うタイミングを示している。In the above structure, the changeover switch 48
Is connected to the a side, the current from the heater power source flows from the a + side to the a− side through the heater 4 and the first diode 41.
Next, when the changeover switch 48 is connected to the b side, the current from the heater power supply passes from the b + side through the second short circuit wiring 46, the heater 4 ′, the second diode 42, and the first short circuit wiring 45 to the b side.
It flows to the-side. FIG. 6 is a diagram showing a basic operation flow for temperature control. In the actual processing, for example, the temperature data acquisition of the detector 1 and the temperature calculation and control output calculation are performed by the detector 1 ′ sending the control output. To run during the period. The control output is output as a pulse width modulation output, and its operation is programmed so as to be performed as an interrupt process so that the above condition is satisfied. FIG. 7 is a diagram showing an example of the time chart. In FIG. 7, ▼ indicates the timing of interrupt processing at this point.
【００２４】図６，図７において演算制御回路は
（ｃ），（ｄ）に示すように検出器１および２のセンサ
信号を信号処理回路を介して交互に入力し，制御出力を
演算している。そして始めに（ｅ）に示すようにｅ1の
時点で切り替えスイッチ４８（図５参照）をａ側に接続
しＴ1の間検出器１のヒータ電源をオンとする。次にｆ1
の時点で切り替えスイッチ４８をｂ側に接続しＴ3の間
検出器１’のヒータ電源をオンとする。以後ｅ2，ｆ2，
ｅ3，ｆ3の時点において同様の動作を繰り返して検出器
内の温度を所定の温度に維持する。上記の構成によれば
ヒータ配線を２台の検出器で共有することが可能とな
り，ヒータ用の線径の太い配線を少なくすることができ
る。6 and 7, the arithmetic control circuit alternately inputs the sensor signals of the detectors 1 and 2 through the signal processing circuit as shown in (c) and (d), and calculates the control output. There is. First , as shown in (e), at time e 1 , the changeover switch 48 (see FIG. 5) is connected to the side a and the heater power supply of the detector 1 is turned on for T 1 . Then f 1
To turn on the heater power at the time between the detector 1 is connected to the changeover switch 48 to the b side T 3 '. After that, e 2 , f 2 ,
The same operation is repeated at times e 3 and f 3 to maintain the temperature inside the detector at a predetermined temperature. According to the above configuration, the heater wiring can be shared by the two detectors, and the wiring having a large wire diameter for the heater can be reduced.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した様
に本発明によれば，配線数を少なくし配線工事費を削減
したジルコニアガス分析計を実現することができる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, it is possible to realize a zirconia gas analyzer in which the number of wires is reduced and the wiring work cost is reduced.
【図１】本発明の請求項１に関する一実施例を示すジル
コニアガス分析計の構成ブロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a zirconia gas analyzer showing an embodiment according to claim 1 of the present invention.
【図２】ゼロクロス検出を行う場合の制御回路のタイム
チャートの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a time chart of a control circuit when performing zero-cross detection.
【図３】本発明の請求項２に関する一実施例を示すジル
コニアガス分析計の構成ブロック図である。FIG. 3 is a configuration block diagram of a zirconia gas analyzer showing an embodiment according to claim 2 of the present invention.
【図４】図３の配線抵抗を測定するためのフローを示す
図である。4 is a diagram showing a flow for measuring the wiring resistance of FIG.
【図５】本発明の請求項３に関する一実施例を示すジル
コニアガス分析計の構成ブロック図である。FIG. 5 is a configuration block diagram of a zirconia gas analyzer showing an embodiment according to claim 3 of the present invention.
【図６】図５の温度制御のための基本的な動作フローを
示す図である。6 is a diagram showing a basic operation flow for temperature control in FIG.
【図７】図５の温度制御のためのタイムチャートの一例
を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a time chart for temperature control of FIG.
【図８】ジルコニアガス分析計の一般的な構成説明図で
ある。FIG. 8 is a general configuration explanatory view of a zirconia gas analyzer.
【図９】複数のセンサを配置して複数箇所のガス濃度を
測定する場合の従来例を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional example in the case of arranging a plurality of sensors and measuring gas concentrations at a plurality of locations.
１ 検出器 ２ ジルコニアセンサ ３ 温度センサ ４ ヒータ ５ 信号処理回路 ６ 温度調節回路 ７ 演算制御回路 １０ 変換器 １２ 信号配線 １３ ヒータ配線 ２０，３３，３４，４８ 切換えスイッチ ２３ ゼロクロス検出回路 ３０ ヒューズ ３１ 抵抗測定回路 ３２ 定電流回路 ４１，４２ ダイオード ４５，４６ 短絡配線 1 Detector 2 Zirconia Sensor 3 Temperature Sensor 4 Heater 5 Signal Processing Circuit 6 Temperature Control Circuit 7 Arithmetic Control Circuit 10 Converter 12 Signal Wiring 13 Heater Wiring 20, 33, 34, 48 Changeover Switch 23 Zero Cross Detection Circuit 30 Fuse 31 Resistance Measurement Circuit 32 Constant current circuit 41,42 Diode 45,46 Short circuit wiring
Claims (3)
ータ(4)からなる検出器(1)と,信号処理回路(5)，温度調
節回路(6)，演算制御回路(7)からなる変換器(10)と前記
検出器と変換器を接続する配線(12,13)からなり,所定の
温度に加熱した前記ジルコニアセンサにガスを接触さ
せ，ガスの濃度に関連して発生する前記センサの電気信
号から測定ガスの濃度を求めるジルコニアガス分析計に
おいて，前記ジルコニアセンサの加熱手段として交流電
流により１００％未満の出力で十分な加熱エネルギーを
出力するヒータと，前記交流電流のゼロクロス点を検出
するゼロクロス検出回路(23)とを有し，前記演算制御回
路は前記ジルコニアセンサ(2)および温度センサ(3)から
の電気信号の取り込みタイミングをヒータに交流電流を
流さないタイミングの時に前記ゼロクロス検出回路(23)
からのゼロクロス信号のタイミングに合わせて取り入れ
るようにしたことを特徴とするジルコニアガス分析計。1. A detector (1) comprising a zirconia sensor (2), a temperature sensor (3) and a heater (4), a signal processing circuit (5), a temperature adjusting circuit (6) and an arithmetic control circuit (7). It consists of a converter (10) consisting of and a wire (12, 13) connecting the detector and the converter, and it is generated in relation to the concentration of the gas when the zirconia sensor heated to a predetermined temperature is brought into contact with the gas In a zirconia gas analyzer for obtaining the concentration of a measurement gas from an electric signal of the sensor, a heater that outputs sufficient heating energy with an output of less than 100% by an alternating current as a heating means of the zirconia sensor, and a zero cross point of the alternating current. And a zero-cross detection circuit (23) for detecting, and the arithmetic and control circuit, when the timing of capturing an electric signal from the zirconia sensor (2) and the temperature sensor (3) is a timing at which no AC current flows through the heater, zero Loss detection circuit (23)
A zirconia gas analyzer characterized in that it is adapted to be taken in according to the timing of the zero-cross signal from.
ータ(4)からなる検出器(1)と,信号処理回路(5)，温度調
節回路(6)，演算制御回路(7)からなる変換器(10)と前記
検出器と変換器を接続する配線(12,13)からなり,所定の
温度に加熱した前記ジルコニアセンサにガスを接触さ
せ，ガスの濃度に関連して発生する前記センサの電気信
号から測定ガスの濃度を求めるジルコニアガス分析計に
おいて，前記検出器(1)側にヒータ端子を短絡して設け
たヒューズ(30)と，前記演算制御回路(7)と前記変換器
側のヒータ配線(13)の端子間に設けられ前記ヒータ(4)
の配線抵抗(13)を測定する抵抗測定回路(31)と，前記ヒ
ューズ(30)の定格よりも高い電流を流す定電流回路(32)
と，前記定電流回路(32)と前記ヒータ配線のオンオフを
行う第１切換えスイッチ(33)と，前記温度調節回路(6)
とヒータ配線のオンオフを行う第２切換えスイッチ(34)
を備えたことを特徴とするジルコニアガス分析計。2. A detector (1) comprising a zirconia sensor (2), a temperature sensor (3) and a heater (4), a signal processing circuit (5), a temperature adjusting circuit (6) and an arithmetic control circuit (7). It consists of a converter (10) consisting of and a wire (12, 13) connecting the detector and the converter, and it is generated in relation to the concentration of the gas when the zirconia sensor heated to a predetermined temperature is brought into contact with the gas In a zirconia gas analyzer for determining the concentration of a measurement gas from an electric signal of the sensor, a fuse (30) provided with a heater terminal short-circuited on the detector (1) side, the arithmetic control circuit (7) and the conversion unit. The heater (4) provided between the terminals of the heater wiring (13) on the heater side
Resistance measuring circuit (31) for measuring the wiring resistance (13) and constant current circuit (32) for passing a current higher than the rating of the fuse (30)
A first changeover switch (33) for turning on and off the constant current circuit (32) and the heater wiring, and the temperature control circuit (6)
Switch (34) that turns on and off the heater wiring
A zirconia gas analyzer characterized by comprising.
ータ(4)からなる検出器(1)と,信号処理回路(5)，温度調
節回路(6)，演算制御回路(7)からなる変換器(10)と前記
検出器と変換器を接続する配線(12,13)からなり,所定の
温度に加熱した前記ジルコニアセンサにガスを接触さ
せ，ガスの濃度に関連して発生する前記センサの電気信
号から測定ガスの濃度を求めるジルコニアガス分析計に
おいて，前記変換器(10)一台に対して検出器を２台（第
１検出器(1)，第２検出器(1)'）配置するとともにこれ
らの検出器側のヒータと端子間のそれぞれに電流の流れ
方向に対して順方向に設けられた第１，第２ダイオード
(41,42)と，前記第１検出器(1)のヒータ端子の電流の流
入側と第２検出器(1)'の電流の流出側を結ぶ第１短絡配
線(45)と，第１検出器(1)のヒータ端子の電流の流出側
と第２検出器(1)'の電流の流入側を結ぶ第２短絡配線(4
6)と，前記演算制御回路(7)の指令に基づいて前記２台
の検出器の何れのヒータに電流を流すかを切り換える切
換えスイッチ(48)とを具備したことを特徴とするジルコ
ニアガス分析計。3. A detector (1) comprising a zirconia sensor (2), a temperature sensor (3) and a heater (4), a signal processing circuit (5), a temperature adjusting circuit (6) and an arithmetic control circuit (7). It consists of a converter (10) consisting of and a wire (12, 13) connecting the detector and the converter, and it is generated in relation to the concentration of the gas when the zirconia sensor heated to a predetermined temperature is brought into contact with the gas In the zirconia gas analyzer for obtaining the concentration of the measurement gas from the electric signal of the sensor, two converters (first detector (1), second detector (1)) are provided for one converter (10). ') And the first and second diodes provided in the forward direction with respect to the current flow direction between the heater and the terminal on the detector side.
(41, 42), a first short-circuit wire (45) connecting the current inflow side of the heater terminal of the first detector (1) and the current outflow side of the second detector (1) ', and a first Second short-circuit wiring (4) connecting the current outflow side of the heater terminal of the detector (1) and the current inflow side of the second detector (1) '
Zirconia gas analysis characterized by comprising 6) and a changeover switch (48) for changing which heater of the two detectors the current is to be supplied to based on a command from the arithmetic control circuit (7). Total.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04157978A JP3082177B2 (en) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Zirconia gas analyzer |
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-
1992
- 1992-06-17 JP JP04157978A patent/JP3082177B2/en not_active Expired - Fee Related
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