JPH0755760A - 酸素センサの検査装置 - Google Patents

酸素センサの検査装置

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JPH0755760A
JPH0755760A JP5220731A JP22073193A JPH0755760A JP H0755760 A JPH0755760 A JP H0755760A JP 5220731 A JP5220731 A JP 5220731A JP 22073193 A JP22073193 A JP 22073193A JP H0755760 A JPH0755760 A JP H0755760A
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JP
Japan
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voltage
sensor
sweep
value
oxygen sensor
Prior art date
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JP5220731A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Takahashi
一洋 高橋
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素センサ素子の経時劣化特性を少ないデー
タ数で正確に測定できるとともに、経時劣化特性の検査
を容易に自動化できる検査装置を提供する。 【構成】 (1)酸素センサに一定の直流基準電圧を印
加し、所定の時間間隔と所定の速度で電圧減少方向に掃
引する電圧印加手段と、(2)酸素センサの出力値を検
出する手段と、(3)電圧掃引開始時の出力値を基準値
として記憶する手段と、(4)電圧掃引時の出力値を基
準値と比較する手段と、(5)出力値と基準値との差が
限界値以下になった時に、印加電圧を臨界電圧とし、電
圧掃引を終了させる手段と、(6)電圧掃引終了後に、
酸素センサに基準電圧を印加する手段とを具備する限界
電流式酸素センサの経時劣化を検査する装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質による限界
電流式酸素センサの経時劣化を検査する装置に関し、詳
しくは、測定が正確で、検査自動化がしやすい酸素セン
サの検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、固体電解質による限界電流式酸素センサは、酸欠警
報期や工業用の酸素計等を中心に使われている。酸素セ
ンサの寿命が装置の信頼性にかかわるため、センサの劣
化パターンを調べることは非常に重要である。
【0003】従来、酸素センサの経時劣化特性は、図4
に示すような電圧−電流特性の経時変化を見ることによ
り検査が行われてきた。電圧−電流の経時変化を見るこ
とは、センサの種々の特性の変化を見るには有効な手段
であるが、経時劣化特性を見る場合には、データの数が
多く、検査の自動化や、データの整理を困難にしてい
た。
【0004】センサの劣化状態を検査する方法として、
特開平1−262460号で開示された方法がある。こ
れは、センサの初期出力特性で限界電流を与える電圧の
範囲から2点の電圧を選んで、その2点間で電圧を掃引
し、その2点の電圧における出力電流の差から劣化状態
を診断する手法である。この手法は、低い電圧における
出力電圧の低下の程度から劣化状態を判断しようとする
ものであるが、本当に知りたい限界電流の幅の経時変化
を直接測定していないので、センサの特性のバラ付きに
よる誤差等で正確な判断ができないという問題がある。
【0005】したがって、本発明の目的は、上記問題を
解決し、酸素センサ素子の経時劣化特性を少ないデータ
数で正確に測定できるとともに、経時劣化特性の検査を
容易に自動化できる検査装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、センサに印加する直流電圧を5m
V/秒以下の速度で掃引することにより、電圧掃引によ
るセンサの検出電流への影響が無視できる程度小さくな
り、またセンサの検出する電流が酸素濃度に換算して
0.1%〜0.3%O2 低下する電圧を、限界電流を与
える下限の電圧(臨界電圧とも呼ぶ)とすることで、セ
ンサの経時劣化特性を正確に測定できることを発見し、
本発明を完成させた。
【0007】すなわち、本発明の酸素イオン伝導性固体
電解質からなる限界電流式酸素センサの経時劣化を検査
する装置において、(1)前記酸素センサに一定の直流
基準電圧を印加し、所定の時間間隔で前記酸素センサに
印加する直流電圧を100μV/秒〜5mV/秒の速度
で電圧減少方向に掃引する電圧印加手段と、(2)前記
酸素センサの出力値を検出する手段と、(3)電圧掃引
の開始時における酸素センサの出力値を基準値として記
憶する手段と、(4)電圧掃引時における酸素センサの
出力値を前記基準値と比較する手段と、(5)前記出力
値と前記基準値との差が限界値以下になった時に、前記
酸素センサに印加されている電圧を臨界電圧とするとと
もに、電圧掃引を終了させる手段と、(6)電圧掃引終
了後に、前記酸素センサに前記基準電圧を印加するよう
前記電圧印加手段に指示する手段とを具備することを特
徴とする。
【0008】
【作用及び実施例】本発明の限界電流式酸素センサの検
査装置の一実施例を図1の構成ブロック図と、図2の処
理フローチャートを参照して説明する。本実施例の検査
装置は、順番に接続された直流電圧源3、加算回路2、
センサ1、電流−電圧変換回路5、増幅回路6、A/D
変換器7、及びCPU8と、前記CPU8に接続された
プログラム記憶装置9とデータ記憶装置10と、前記C
PU8の出力ポートと前記加算回路2の入力部に接続さ
れたD/A変換器4からなる。
【0009】センサ1に印加される電圧は、直流電圧源
3とD/A変換器4の信号を加算する加算回路2の出力
であり、センサ1の出力する電流は、電流−電圧変換回
路5により電圧に変換される。本実施例では、直流電圧
源3が一定の電圧を出力し、D/A変換器4から出力さ
れる電圧が最大の時に、加算回路2で基準電圧V1が出
力される。電圧掃引のときでは、CPU8がD/A変換
器4に送るデータを変えることにより行い、D/A変換
器4の出力電圧が減少させることにより掃引を行う。こ
こで、センサ1への電圧の印加は、直流電圧源3による
電圧を基準電圧V1とし、D/A変換器4から出力され
る電圧を減算回路によって基準電圧から減算するように
構成することもできる。
【0010】電流−電圧変換回路5からの電圧出力は、
増幅回路6で増幅されて、A/D変換器7を介してCP
U8に取り込まれる。CPU8では、プログラム記憶装
置9に書き込まれているプログラムに従って、取り込ん
だデータのデータ記憶装置10への書き込みや、演算、
比較等を行う。CPU8がA/D変換器7を介して取り
込むのは電圧であるが、この電圧はセンサ1に流れる電
流に相関しているため、以後はCPU8がA/D変換器
7よりセンサ1の出力値、あるいは電流値を取り込むと
いう言い方で説明を行う。
【0011】CPU8は、プログラム記憶装置9に書き
込まれている制御プログラムに従って動作する。そのプ
ログラムの主な動きを以下に説明する。まず、所定時間
間隔ごとに電圧の掃引開始を指示し、D/A変換器4に
電圧データを送る。そして、酸素センサに流れる電流を
掃引開始時における基準値としてA/D変換器7より取
り込み、データ記憶装置10に記憶する。電圧掃引にと
もなって、酸素センサの出力値をA/D変換器7より取
り込み、前記データ記憶装置10に記憶した基準値と比
較する。もしこの出力値と前記基準値との差の絶対値が
限界値を越えていなければ、電圧掃引を継続する。もし
この出力値と前記基準値との差の絶対値が限界値以上に
なった時に、酸素センサに印加している電圧を臨界電圧
としてデータ記憶装置10に記憶するとともに、電圧掃
引の終了を指示する。また、D/A変換器4に電圧デー
タを送り、酸素センサに基準電圧を印加するようにす
る。このように繰り返すことによって、酸素センサの臨
界電圧の経時変化を自動的に測定できる。
【0012】制御プログラムの動きをその一例である図
2を参照して説明する。装置が起動されると、CPU8
はセンサ1に基準電圧V1を印加するため、D/A変換
器4にそのデータを送る(ステップ1)。起動後一定の
時間間隔T1でA/D変換器7を介して、センサ1に流
れる電流を取り込んで記憶する(ステップ2)。そし
て、現在の電流と以前記憶した一回以上のデータとを公
知の方法で比較し、センサ1の電流が安定か否かを確認
する(ステップ3)。もし、電流が安定していなけれ
ば、ステップ2に戻り、電流が安定になるまでステップ
2とステップ3を繰り返す。電流が安定すると、その時
点の時刻をを基準として、電圧掃引による検査を実施す
る。
【0013】検査ルーチンでは、まず電流が安定した時
点のセンサ1に流れる電流を取り込み、基準電圧V1を
印加している時のセンサ1に流れる基準電流I1として
データ記憶装置10へI1を書き込んで記憶する(ステ
ップ4)。そして、電圧掃引を開始する。電圧の掃引
は、CPU8からD/A変換器4に送るデータを変化さ
せることによって行う(ステップ5)。電圧を一回変化
させるごとに、A/D変換器7を介してセンサ1に流れ
る電流I2を検出する(ステップ6)。その検出電流I
2と基準電流I1との差を計算して、その計算結果(I
2−I1)と、所定の電流変化量(限界値)I3との比
較を行う(ステップ7)。もし、計算結果(I2−I
1)が、限界値I3を越えていれば、ステップ5に戻
り、ステップ5〜7を繰り返す。
【0014】計算結果(I2−I1)が、限界値I3と
一致するか、又は所定の電流変化量I3より始めて小さ
くなった時点で、その時に酸素センサ1に印加している
電圧を臨界電圧V2としてデータ記憶装置10に書き込
み(ステップ8)、そして酸素センサ1に印加する電圧
を基準電圧V1になるようにD/A変換器4に相応のデ
ータを送る(ステップ9)。次に検査終了を判断し、終
了条件を満たせば、検査を終了させる(ステップ1
0)。終了条件は、所望に応じて総計測時間、あるいは
所定の臨界電圧値などとすることができる。検査終了で
なければ、次回電圧掃引開始時間であるかどうかを判断
する(ステップ11)。直前の電圧掃引から所定検査時
間間隔T2を経過するまでステップ11を繰り返し、検
査時間になれば、ステップ4から上記電圧掃引を再び行
い、臨界電圧を求める。
【0015】ステップ5におけるデータの変化量は電圧
掃引速度が所定値になるように設定する。一般的には、
まず前回電圧を変化させた時点から現在までの時間を計
算または測定し、その時間と所定の電圧掃引速度とをか
けることによって電圧変化量を求め、そして電圧変化量
からD/A変換器4に送るデータの変化量を計算する。
【0016】上記検査ルーチンにおいて、さらに公知の
方法で各所定値の入力手段を有することができる。ま
た、測定結果の経時表示、印刷や検査終了後の測定結果
の表示、印刷などを行う公知の手段を有することができ
る。
【0017】上記構成と処理において、掃引速度は10
0μV/秒〜5mV/秒とする。掃引速度が5mV/秒
を越えると、酸素センサ1に流れる電流が掃引電圧の影
響を受けるようになるため好ましくない。また、掃引速
度が100μV/秒未満であると、検査時間が非現実的
に長くなる。また、限界値I3を酸素濃度換算で−0.
1〜−0.3%O2 とする。検査周期T2について特に
限定しないが、測定データ点数を少なくしようとする場
合、時間の対数における一定時間とすることができる。
また、データ処理においても時間軸を時間対数で取るの
が有効である。
【0018】上記構成によれば、本発明によるセンサの
経時劣化検査装置は、センサの初期状態を最初とし、そ
の後一定時間ごとに以下の検査を行う。各回の検査と検
査の間の時間は、センサに基準電圧V1が印加され、検
査の時間がきた時に基準電圧V1における基準電流I1
が検出、記憶され、印加電圧を減少させる方向への掃印
を開始する。電圧の掃引時には、各印加電圧における検
出電流I2と基準電流I1の差を計算し、その差が所定
の値I3となった時点で、その電圧V2を記憶し、電圧
の掃引方向を電圧が増加する方向に切り換え、基準電圧
V1に電圧を戻し、次の検査時間までその電圧を保持す
る。この動作を繰り返すことによりセンサの経時劣化特
性を正確に示す臨界電圧の経時変化が時系列的に記憶、
又は記録されることになる。
【0019】実施例1 上記図1、2に示す装置と手段を用い、限界電流式酸素
センサの経時劣化を測定した。限界値I3を酸素濃度換
算で−0.2%O2 とし、検査周期T2を100時間と
した。また電圧掃引速度を1mV/秒とした。
【0020】参考例として、同様の酸素センサの電圧−
電流特性を測定した。本実施例により得られたセンサ1
の経時劣化特性と参考例のデータを図3に示す。図3か
らわかるように、8000時間までの変化を、80点の
データを記録するのみで得られたものであり、電圧−電
流特性から得たデータと良く一致していることがわか
る。
【0021】以上、本発明を実施例を用いて説明した
が、本発明はこの例に限らず、本発明の主旨を逸脱しな
いかぎり、種々の変更を行うことは可能である。
【0022】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の酸素セ
ンサの検査装置を用いれば、センサの経時劣化特性を表
す臨界電圧を測定することができ、また検査の自動化が
しやすく、容易に検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による酸素センサの検査装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例による酸素センサの検査装置
の処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】本発明の一実施例と参考例におけるセンサの経
時劣化特性を示すグラフである。
【図4】本発明の酸素センサの検査装置の対象となる限
界電流式酸素センサの劣化特性を表す電圧−電流特性の
グラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素イオン伝導性固体電解質からなる限
    界電流式酸素センサの経時劣化を検査する装置におい
    て、 (1)前記酸素センサに一定の直流基準電圧を印加し、
    所定の時間間隔で前記酸素センサに印加する直流電圧を
    100μV/秒〜5mV/秒の速度で電圧減少方向に掃
    引する電圧印加手段と、 (2)前記酸素センサの出力値を検出する手段と、 (3)電圧掃引の開始時における酸素センサの出力値を
    基準値として記憶する手段と、 (4)電圧掃引時における酸素センサの出力値を前記基
    準値と比較する手段と、 (5)前記出力値と前記基準値との差が限界値以下にな
    った時に、前記酸素センサに印加されている電圧を臨界
    電圧とするとともに、電圧掃引を終了させる手段と、 (6)電圧掃引終了後に、前記酸素センサに前記基準電
    圧を印加するよう前記電圧印加手段に指示する手段とを
    具備することを特徴とする限界電流式酸素センサの検査
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の検査装置において、前
    記限界値は酸素濃度に換算して−0.1%〜−0.3%
    2 であることを特徴とする酸素センサの検査装置。
JP5220731A 1993-08-12 1993-08-12 酸素センサの検査装置 Pending JPH0755760A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021656A (ja) * 2000-11-07 2008-01-31 Endress & Hauser Conducter G Fur Mess & Regeltechnik Mbh & Co 酸素センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021656A (ja) * 2000-11-07 2008-01-31 Endress & Hauser Conducter G Fur Mess & Regeltechnik Mbh & Co 酸素センサ

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