JPH09159632A - 化学センサによる計測方法 - Google Patents
化学センサによる計測方法Info
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- JPH09159632A JPH09159632A JP34609395A JP34609395A JPH09159632A JP H09159632 A JPH09159632 A JP H09159632A JP 34609395 A JP34609395 A JP 34609395A JP 34609395 A JP34609395 A JP 34609395A JP H09159632 A JPH09159632 A JP H09159632A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 校正間隔を必要以上に細かくすることなく折
れ線近似による演算処理を行ない、所定の精度での計測
を可能とする、化学センサを使用した計測方法を提供す
る。 【解決手段】 化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ
（Ｃｈ）を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて折れ線近似し、前記式（１）の場合にはＣｈ値を入
力して出力値ＤＰを求め、前記式（２）の場合には、必
要に応じて、前記化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ
（Ｃｈ）と前記近似式にて示される一次直線とのずれを
補正するべく、前記式（２）にＣｈ値を入力して得られ
る出力値ＤＰに所定の補正量△ＤＰを加算することによ
って補正された出力値ＤＰを求める。
れ線近似による演算処理を行ない、所定の精度での計測
を可能とする、化学センサを使用した計測方法を提供す
る。 【解決手段】 化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ
（Ｃｈ）を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて折れ線近似し、前記式（１）の場合にはＣｈ値を入
力して出力値ＤＰを求め、前記式（２）の場合には、必
要に応じて、前記化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ
（Ｃｈ）と前記近似式にて示される一次直線とのずれを
補正するべく、前記式（２）にＣｈ値を入力して得られ
る出力値ＤＰに所定の補正量△ＤＰを加算することによ
って補正された出力値ＤＰを求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、水分
センサ、酸素センサ、水素センサ、炭化水素センサ、一
酸化炭素センサ、窒素酸化物センサ及びその他の選択的
捕捉機能を介在させた化学センサを使用した計測方法に
関するものであり、特に、折れ線近似処理法を使用し、
高精度にて計測を行なうことのできる、化学センサを使
用した計測方法に関するものである。本発明は、例え
ば、ディジタル方式による水分センサを使用した露点計
測方法などに好適に具現化される。
センサ、酸素センサ、水素センサ、炭化水素センサ、一
酸化炭素センサ、窒素酸化物センサ及びその他の選択的
捕捉機能を介在させた化学センサを使用した計測方法に
関するものであり、特に、折れ線近似処理法を使用し、
高精度にて計測を行なうことのできる、化学センサを使
用した計測方法に関するものである。本発明は、例え
ば、ディジタル方式による水分センサを使用した露点計
測方法などに好適に具現化される。
【０００２】
【従来の技術】例えば、水分センサを使用した水分量検
知、即ち、露点計測に関して説明すると、気体中の水分
量の検知は石油関連で石油化学プラントにおける水素ガ
ス、炭酸ガス中の水分管理、また、油入変圧器や変成器
のガス空間の水分管理に必要とされている。これら現場
での水分管理においては、露点計測装置に対して高信頼
性、長期耐久性、現場への適合性等が要求されることに
加えて、高精度の測定がさらに要求される。通常、露点
計測装置に使用される水分センサの感湿特性は非線形で
あるため、アナログ電子回路では十分な精度を得ること
が難しく、最近、ディジタル方式の露点計測方法及び装
置が多く提案されている。
知、即ち、露点計測に関して説明すると、気体中の水分
量の検知は石油関連で石油化学プラントにおける水素ガ
ス、炭酸ガス中の水分管理、また、油入変圧器や変成器
のガス空間の水分管理に必要とされている。これら現場
での水分管理においては、露点計測装置に対して高信頼
性、長期耐久性、現場への適合性等が要求されることに
加えて、高精度の測定がさらに要求される。通常、露点
計測装置に使用される水分センサの感湿特性は非線形で
あるため、アナログ電子回路では十分な精度を得ること
が難しく、最近、ディジタル方式の露点計測方法及び装
置が多く提案されている。
【０００３】又、周知のように、これら露点計測装置に
使用される水分センサには電解質系、有機物系、金属酸
化物系などの多くのセンサがあるが、以下、低水分量検
知に良く用いられているアルミニウム酸化被膜型水分セ
ンサを例に取って説明する。勿論、本発明はこれに限定
されるものではない。
使用される水分センサには電解質系、有機物系、金属酸
化物系などの多くのセンサがあるが、以下、低水分量検
知に良く用いられているアルミニウム酸化被膜型水分セ
ンサを例に取って説明する。勿論、本発明はこれに限定
されるものではない。
【０００４】アルミニウム酸化被膜型水分センサの構成
や表面構造は公知であるのでここでは説明を省略する
が、感湿原理は気体中の水分子がセンサ表面に物理吸着
して誘電率、導電率が増加することによる。よって、水
分センサの静電容量Ｃ又は電気抵抗Ｒを検出することに
より水分濃度に関する情報が得られる。他方、センサ表
面での水分子の吸着は、水蒸気圧Ｐと飽和水蒸気圧Ｐｓ
の比、即ち相対圧Ｈ＝（Ｐ／Ｐｓ）の増加にともない、
多分子層を形成し、Ｈ＝（Ｐ／Ｐｓ）と水分子の吸着の
体積Ｘとの関係は一般にＢＥＴの式に従い、Ｘｍを吸着
第１層の体積とすると、ｎ＝（Ｘ／Ｘｍ）は見掛け上の
吸着層数とみなすことができ、Ｈとｎの関係は次の式に
従う。
や表面構造は公知であるのでここでは説明を省略する
が、感湿原理は気体中の水分子がセンサ表面に物理吸着
して誘電率、導電率が増加することによる。よって、水
分センサの静電容量Ｃ又は電気抵抗Ｒを検出することに
より水分濃度に関する情報が得られる。他方、センサ表
面での水分子の吸着は、水蒸気圧Ｐと飽和水蒸気圧Ｐｓ
の比、即ち相対圧Ｈ＝（Ｐ／Ｐｓ）の増加にともない、
多分子層を形成し、Ｈ＝（Ｐ／Ｐｓ）と水分子の吸着の
体積Ｘとの関係は一般にＢＥＴの式に従い、Ｘｍを吸着
第１層の体積とすると、ｎ＝（Ｘ／Ｘｍ）は見掛け上の
吸着層数とみなすことができ、Ｈとｎの関係は次の式に
従う。
【０００５】
【数２】 ただし、ｃは温度による定数、Ｎは最大吸着層数であ
る。
る。
【０００６】さらに、Ｈが増加するとｎが増加し、誘電
率、導電率を増加させるため、水分センサの電気容量Ｃ
は増加し、電気抵抗Ｒは減少する。
率、導電率を増加させるため、水分センサの電気容量Ｃ
は増加し、電気抵抗Ｒは減少する。
【０００７】以上については多くの文献により一般的に
知られていることである。
知られていることである。
【０００８】今、上記の如き感湿原理に基づくアルミニ
ウム酸化被膜型水分センサの各温度による入出力特性Ｄ
Ｐ（露点）＝ｆ（Ｃｈ（静電容量））を調べると、図４
に示すように、相似曲線群を形成する。
ウム酸化被膜型水分センサの各温度による入出力特性Ｄ
Ｐ（露点）＝ｆ（Ｃｈ（静電容量））を調べると、図４
に示すように、相似曲線群を形成する。
【０００９】従来、このような入出力特性を有する水分
センサを使用して露点を求める場合には、数値解析によ
り求めた多次関数の演算式を使用して演算処理する数値
解析処理法、水分センサの入出力特性をＲＯＭテーブル
化することによって演算処理するＲＯＭテーブル処理
法、或はアルゴリズムに基づいた折れ線近似による演算
処理する折れ線近似処理法、などが考えられる。
センサを使用して露点を求める場合には、数値解析によ
り求めた多次関数の演算式を使用して演算処理する数値
解析処理法、水分センサの入出力特性をＲＯＭテーブル
化することによって演算処理するＲＯＭテーブル処理
法、或はアルゴリズムに基づいた折れ線近似による演算
処理する折れ線近似処理法、などが考えられる。
【００１０】本発明者は、上述のような水分センサを使
用した露点計測方法及び装置を研究する過程において、
上記演算処理法のうち、数値解析処理法及びＲＯＭテー
ブル処理法は、校正時のデータ採取、数値処理、プログ
ラム変更、ＲＯＭテーブル化の作業に多大の時間と工数
を要し、実際的ではなく、折れ線近似処理法がより好ま
しいことが分かった。
用した露点計測方法及び装置を研究する過程において、
上記演算処理法のうち、数値解析処理法及びＲＯＭテー
ブル処理法は、校正時のデータ採取、数値処理、プログ
ラム変更、ＲＯＭテーブル化の作業に多大の時間と工数
を要し、実際的ではなく、折れ線近似処理法がより好ま
しいことが分かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような折れ線近似
処理法を用いてより精度良く計測するためには、折れ線
近似する際の校正間隔が問題となる。例えば露点計測な
どにおいて１０℃間隔で校正し折れ線近似を行なったと
すると、特に露点０℃〜１０℃の領域において、水分セ
ンサの入出力特性曲線が急激に立ち上がるために、正確
に近似を取ることが困難である。この問題を解決するた
めに、間隔を１０℃以下に設定して校正することが考え
られるが、本発明者の研究実験の結果によると、露点計
測などにおいては間隔を１０℃以下に設定した場合には
むしろ校正が困難となり、所要の精度での折れ線近似を
行なえず、一部にエラーが大きくなることが分かった。
処理法を用いてより精度良く計測するためには、折れ線
近似する際の校正間隔が問題となる。例えば露点計測な
どにおいて１０℃間隔で校正し折れ線近似を行なったと
すると、特に露点０℃〜１０℃の領域において、水分セ
ンサの入出力特性曲線が急激に立ち上がるために、正確
に近似を取ることが困難である。この問題を解決するた
めに、間隔を１０℃以下に設定して校正することが考え
られるが、本発明者の研究実験の結果によると、露点計
測などにおいては間隔を１０℃以下に設定した場合には
むしろ校正が困難となり、所要の精度での折れ線近似を
行なえず、一部にエラーが大きくなることが分かった。
【００１２】従って、本発明の目的は、校正間隔を必要
以上に細かくすることなく折れ線近似による演算処理を
行ない、所定の精度での計測を可能とする、化学センサ
を使用した計測方法を提供することである。
以上に細かくすることなく折れ線近似による演算処理を
行ない、所定の精度での計測を可能とする、化学センサ
を使用した計測方法を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、校正間隔を１０℃よ
り細かくすることなく折れ線近似による演算処理を行な
い、所定の精度での計測を可能とする、水分センサを使
用した露点計測方法を提供することである。
り細かくすることなく折れ線近似による演算処理を行な
い、所定の精度での計測を可能とする、水分センサを使
用した露点計測方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
化学センサを使用した計測方法によって達成される。要
約すれば、本発明は、化学センサの入出力特性曲線ＤＰ
＝ｆ（Ｃｈ）を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn の一次関数にて折れ線近似し、前記式（１）を使用した
領域ではＣｈ値を入力して出力値ＤＰを求め、前記式
（２）を使用した領域では、必要に応じて、前記化学セ
ンサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）と前記式（２）
にて示される一次関数とのずれを補正するべく、前記式
（２）にＣｈ値を入力して得られる出力値ＤＰに所定の
補正量△ＤＰを加算することによって補正された出力値
ＤＰを求める、ことを特徴とする化学センサによる計測
方法である。
化学センサを使用した計測方法によって達成される。要
約すれば、本発明は、化学センサの入出力特性曲線ＤＰ
＝ｆ（Ｃｈ）を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn の一次関数にて折れ線近似し、前記式（１）を使用した
領域ではＣｈ値を入力して出力値ＤＰを求め、前記式
（２）を使用した領域では、必要に応じて、前記化学セ
ンサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）と前記式（２）
にて示される一次関数とのずれを補正するべく、前記式
（２）にＣｈ値を入力して得られる出力値ＤＰに所定の
補正量△ＤＰを加算することによって補正された出力値
ＤＰを求める、ことを特徴とする化学センサによる計測
方法である。
【００１５】本発明の他の態様によれば、水分量により
静電容量（Ｃｈ）が変化する水分センサを用いて所定の
温度（Ｔ）における露点（ＤＰ）を計測する露点の計測
方法において、（ａ）所定温度（Ｔ）における水分セン
サの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）を、複数の露点領
域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に分け、（ｂ）前記水分セン
サの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中の露点（−８
０〜０）℃の範囲に相当する露点領域の各領域における
特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域（−８０〜０）℃の領域での露
点ＤＰを求め、前記水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝
ｆ（Ｃｈ）の中の露点（０〜１０）℃の範囲に相当する
露点領域の各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して露点ＤＰを求め、更に、この演算結果の露
点ＤＰに次の式で求められれる補正量△ＤＰを加算する
ことによって露点領域（０〜１０）℃の領域での露点Ｄ
Ｐ＝ＤＰ＋△ＤＰを求め、
静電容量（Ｃｈ）が変化する水分センサを用いて所定の
温度（Ｔ）における露点（ＤＰ）を計測する露点の計測
方法において、（ａ）所定温度（Ｔ）における水分セン
サの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）を、複数の露点領
域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に分け、（ｂ）前記水分セン
サの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中の露点（−８
０〜０）℃の範囲に相当する露点領域の各領域における
特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域（−８０〜０）℃の領域での露
点ＤＰを求め、前記水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝
ｆ（Ｃｈ）の中の露点（０〜１０）℃の範囲に相当する
露点領域の各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して露点ＤＰを求め、更に、この演算結果の露
点ＤＰに次の式で求められれる補正量△ＤＰを加算する
ことによって露点領域（０〜１０）℃の領域での露点Ｄ
Ｐ＝ＤＰ＋△ＤＰを求め、
【００１６】
【数３】 前記水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中
の露点１０℃以上ＤＰi+1 の範囲に相当する露点領域の
各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域１０℃以上の領域での露点ＤＰ
を求める、ことを特徴とする水分センサによる露点の計
測方法が提供される。
の露点１０℃以上ＤＰi+1 の範囲に相当する露点領域の
各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域１０℃以上の領域での露点ＤＰ
を求める、ことを特徴とする水分センサによる露点の計
測方法が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る化学センサの
計測方法を図面に則して更に詳しく説明する。以下に説
明する実施例では、本発明を、化学センサとして水分セ
ンサを使用した露点計測方法に関連して説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
計測方法を図面に則して更に詳しく説明する。以下に説
明する実施例では、本発明を、化学センサとして水分セ
ンサを使用した露点計測方法に関連して説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】実施例１ 図３は、本発明の一実施例である露点計測方法を実施す
るための装置の回路構成図である。本実施例では、化学
センサとして水分量の変化に応じて静電容量が変化する
アルミニウム酸化被膜型水分センサＳが使用されてい
る。
るための装置の回路構成図である。本実施例では、化学
センサとして水分量の変化に応じて静電容量が変化する
アルミニウム酸化被膜型水分センサＳが使用されてい
る。
【００１９】又、本実施例の装置にて、水分量検出回路
１０は、基本的にはＣＲ発振回路であって、例えばＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ１１と、このインバー
タ１１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパルス
周波数決定用素子である抵抗器Ｒ1 と、インバータ１１
の入力側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数
決定用素子である静電容量型センサＳとによって被検体
中の特定成分量、即ち、本実施例では水分量に関する周
波数のパルス信号を発生する。即ち、このパルス発生回
路は、センサＳの静電容量値Ｃｈが被検体中の水分量の
変化に応じて変化することによって周波数（Ｆ）が変動
するパルス信号を出力する。本実施例にて、第２のＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ１２は、パルス発生回
路からのパルス信号のパルス波形を反転するものであ
り、その出力周波数（Ｆ）は変わらない。
１０は、基本的にはＣＲ発振回路であって、例えばＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ１１と、このインバー
タ１１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパルス
周波数決定用素子である抵抗器Ｒ1 と、インバータ１１
の入力側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数
決定用素子である静電容量型センサＳとによって被検体
中の特定成分量、即ち、本実施例では水分量に関する周
波数のパルス信号を発生する。即ち、このパルス発生回
路は、センサＳの静電容量値Ｃｈが被検体中の水分量の
変化に応じて変化することによって周波数（Ｆ）が変動
するパルス信号を出力する。本実施例にて、第２のＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ１２は、パルス発生回
路からのパルス信号のパルス波形を反転するものであ
り、その出力周波数（Ｆ）は変わらない。
【００２０】この発振出力、即ち出力周波数（Ｆ）は、
マイクロコンピュータ１００に送り、マイクロコンピュ
ータ内のカウンタ部にてカウントし、演算処理部にて演
算処理してその周波数に対応する水分量が算出される。
本実施例においては、発振周波数は、後で詳しく説明す
る所定の演算式に基づい演算処理することにより露点と
して出力される。
マイクロコンピュータ１００に送り、マイクロコンピュ
ータ内のカウンタ部にてカウントし、演算処理部にて演
算処理してその周波数に対応する水分量が算出される。
本実施例においては、発振周波数は、後で詳しく説明す
る所定の演算式に基づい演算処理することにより露点と
して出力される。
【００２１】なお、上記水分量検出回路１０において、
一般には、図示するように、水分センサＳと並列に抵抗
器Ｒ2 を接続し、又、センサＳと接地間に静電容量Ｃ0
が接続される。これは、抵抗器Ｒ2 と静電容量Ｃ0 とに
より、センサＳに直流電圧成分がかからないようにする
ためである。即ち、通常、センサＳとして酸化アルミニ
ウム等からなるセンサが用いられるので、直流電圧成分
が印加されると、分極、絶縁破壊等によりセンサの特性
の劣化等が生じ易くなるので、これを防止するためであ
る。又、静電容量Ｃ0 は、この静電容量Ｃ0 をセンサＳ
と直列に設けることによりセンサＳに印加される電圧を
分圧し、センサＳを保護するためである。更に、静電容
量Ｃ0 は、低露点で、センサＳの容量Ｃｈが小さくな
り、それによって、出力周波数（Ｆ）が大きくなり過ぎ
ることを防ぐ機能をも有している。
一般には、図示するように、水分センサＳと並列に抵抗
器Ｒ2 を接続し、又、センサＳと接地間に静電容量Ｃ0
が接続される。これは、抵抗器Ｒ2 と静電容量Ｃ0 とに
より、センサＳに直流電圧成分がかからないようにする
ためである。即ち、通常、センサＳとして酸化アルミニ
ウム等からなるセンサが用いられるので、直流電圧成分
が印加されると、分極、絶縁破壊等によりセンサの特性
の劣化等が生じ易くなるので、これを防止するためであ
る。又、静電容量Ｃ0 は、この静電容量Ｃ0 をセンサＳ
と直列に設けることによりセンサＳに印加される電圧を
分圧し、センサＳを保護するためである。更に、静電容
量Ｃ0 は、低露点で、センサＳの容量Ｃｈが小さくな
り、それによって、出力周波数（Ｆ）が大きくなり過ぎ
ることを防ぐ機能をも有している。
【００２２】又、本実施例では露点を算出するために、
計測時の測定雰囲気温度（Ｔ）が測定される。任意の温
度測定方法及び装置を使用し得るが、本実施例では、水
分量検出回路１０と同様に、基本的にはＣＲ発振回路と
される温度検出回路２０が使用される。
計測時の測定雰囲気温度（Ｔ）が測定される。任意の温
度測定方法及び装置を使用し得るが、本実施例では、水
分量検出回路１０と同様に、基本的にはＣＲ発振回路と
される温度検出回路２０が使用される。
【００２３】つまり、この温度検出回路２０は、例えば
Ｃ−ＭＯＳ型のシュミットインバータ２１と、このイン
バータ２１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパ
ルス周波数決定用素子である例えばサーミスタのような
抵抗変化式の温度センサＳTと、インバータ１１の入力
側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数決定用
素子である固定静電容量Ｃとによって、温度に関する方
形波パルス信号を発生するＣＲ発振回路を構成し、パル
ス周波数決定用素子である温度センサＳT の抵抗ＲT が
温度に応じて変化することによってこのＣＲ発振回路の
出力周波数（ＦT ）を対応的に変化させ、この発振出
力、即ち方形波パルス信号をマイクロコンピュータ１０
０に送り、水分量の場合と同様にしてその周波数（Ｆ
T ）に対応する温度を算出する。
Ｃ−ＭＯＳ型のシュミットインバータ２１と、このイン
バータ２１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパ
ルス周波数決定用素子である例えばサーミスタのような
抵抗変化式の温度センサＳTと、インバータ１１の入力
側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数決定用
素子である固定静電容量Ｃとによって、温度に関する方
形波パルス信号を発生するＣＲ発振回路を構成し、パル
ス周波数決定用素子である温度センサＳT の抵抗ＲT が
温度に応じて変化することによってこのＣＲ発振回路の
出力周波数（ＦT ）を対応的に変化させ、この発振出
力、即ち方形波パルス信号をマイクロコンピュータ１０
０に送り、水分量の場合と同様にしてその周波数（Ｆ
T ）に対応する温度を算出する。
【００２４】図４は、上記露点計測装置に使用された水
分センサＳの温度０℃、２０℃、４０℃における感湿特
性ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の一例を示す特性図であり、縦軸に
水分センサＳの静電容量（Ｃｈ）を取り、横軸に露点
（ＤＰ）を取ったものである。
分センサＳの温度０℃、２０℃、４０℃における感湿特
性ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の一例を示す特性図であり、縦軸に
水分センサＳの静電容量（Ｃｈ）を取り、横軸に露点
（ＤＰ）を取ったものである。
【００２５】本発明者は、上述したように、アルミニウ
ム酸化被膜型水分センサの入出力特性（静電容量−露
点）について多くの研究実験を行なった結果、上述した
ように、改良されたアルゴリズムに基づいた折れ線近似
による演算処理を行なうことによって、正確に露点計測
を行ない得ることを見出した。
ム酸化被膜型水分センサの入出力特性（静電容量−露
点）について多くの研究実験を行なった結果、上述した
ように、改良されたアルゴリズムに基づいた折れ線近似
による演算処理を行なうことによって、正確に露点計測
を行ない得ることを見出した。
【００２６】更に説明すれば、図４に示した水分センサ
Ｓの感湿特性を検討する過程で、本明者らは、一般に、
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、その
特性曲線を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn の一次関数にて折れ線近似し得ることを見出した。
Ｓの感湿特性を検討する過程で、本明者らは、一般に、
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、その
特性曲線を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn の一次関数にて折れ線近似し得ることを見出した。
【００２７】更に、本発明者らは、前記式（１）が使用
される領域ではＣｈ値を入力して出力値ＤＰを求め、前
記式（２）が使用される領域では、必要に応じて、前記
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）と前記近
似式（２）にて示される一次関数とのずれを補正するべ
く、前記式（２）にＣｈ値を入力して得られる出力値Ｄ
Ｐに所定の補正量△ＤＰを加算することによって補正さ
れた出力値ＤＰを求めることができることを見出した。
される領域ではＣｈ値を入力して出力値ＤＰを求め、前
記式（２）が使用される領域では、必要に応じて、前記
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）と前記近
似式（２）にて示される一次関数とのずれを補正するべ
く、前記式（２）にＣｈ値を入力して得られる出力値Ｄ
Ｐに所定の補正量△ＤＰを加算することによって補正さ
れた出力値ＤＰを求めることができることを見出した。
【００２８】更に、露点計測方法に関連して具体的に説
明する。図１は、上述の如き本発明者らの着想の基に、
任意の温度における図１に示した水分センサＳの感湿特
性を、複数の露点領域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に分け、
本実施例では露点１０℃毎の領域に分け、複数の一次関
数にて近似し、縦軸に水分センサＳの静電容量（Ｃｈ）
を取り、横軸に露点（ＤＰ）が取って示したものであ
る。
明する。図１は、上述の如き本発明者らの着想の基に、
任意の温度における図１に示した水分センサＳの感湿特
性を、複数の露点領域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に分け、
本実施例では露点１０℃毎の領域に分け、複数の一次関
数にて近似し、縦軸に水分センサＳの静電容量（Ｃｈ）
を取り、横軸に露点（ＤＰ）が取って示したものであ
る。
【００２９】本実施例にて、水分センサＳの入出力特性
曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、特に露点−８０℃〜０℃まで
は比較的なだらかな特性曲線にて示され、従って、例え
ば露点１０℃毎の領域に分ければ、水分センサの入出力
特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、複数の、即ち、本実施例
では８つの一次関数ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn にて近似し得
ることが分かった。
曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、特に露点−８０℃〜０℃まで
は比較的なだらかな特性曲線にて示され、従って、例え
ば露点１０℃毎の領域に分ければ、水分センサの入出力
特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は、複数の、即ち、本実施例
では８つの一次関数ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn にて近似し得
ることが分かった。
【００３０】ところが、図１にて理解されるように、水
分センサＳは、露点１０℃を超えるとその入出力特性曲
線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は急激に立ち上がる傾向を示し、そ
のために、露点が１０℃を超えた場合には、出力値Ｃｈ
をｌｏｇ圧縮することが好適であることが分かった。つ
まり、水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）
は、露点１０℃毎の領域に分け、ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ
＋ｂn にて近似した。
分センサＳは、露点１０℃を超えるとその入出力特性曲
線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）は急激に立ち上がる傾向を示し、そ
のために、露点が１０℃を超えた場合には、出力値Ｃｈ
をｌｏｇ圧縮することが好適であることが分かった。つ
まり、水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）
は、露点１０℃毎の領域に分け、ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ
＋ｂn にて近似した。
【００３１】しかしながら、特に露点０℃〜１０℃の領
域においては、その入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）
が、その前の露点−８０℃〜０℃の領域における比較的
なだらかな特性曲線から極めて急激に立上がるために、
図１に模式的に示すように、ｌｏｇ圧縮した特性曲線だ
けでは精確に近似を取るのが困難であり、このｌｏｇ圧
縮した特性曲線と、一点鎖線で示す実際の水分センサの
感湿特性曲線との間に誤差△ＤＰ、通常１℃〜２℃程度
が生じることが分かった。
域においては、その入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）
が、その前の露点−８０℃〜０℃の領域における比較的
なだらかな特性曲線から極めて急激に立上がるために、
図１に模式的に示すように、ｌｏｇ圧縮した特性曲線だ
けでは精確に近似を取るのが困難であり、このｌｏｇ圧
縮した特性曲線と、一点鎖線で示す実際の水分センサの
感湿特性曲線との間に誤差△ＤＰ、通常１℃〜２℃程度
が生じることが分かった。
【００３２】本発明者は、この誤差△ＤＰを求め、この
△ＤＰ分を上記ｌｏｇ圧縮された演算式にて得られた露
点（ＤＰ）に加えることにより、この問題が解消される
ことを見出した。
△ＤＰ分を上記ｌｏｇ圧縮された演算式にて得られた露
点（ＤＰ）に加えることにより、この問題が解消される
ことを見出した。
【００３３】次に、図１及び図２を参照して、本実施例
を更に具体的に説明する。
を更に具体的に説明する。
【００３４】図１に示す実施例では、説明を簡単とし且
つ理解を容易とするために、測定可能露点領域は−８０
℃〜２０℃までとし、各温度における水分センサの感湿
特性曲線、即ち、入出力特性（静電容量−露点）は、露
点１０℃毎に複数の露点領域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に
区分されているものとする。従って本実施例では、測定
可能露点領域ｉが１０の領域に分けられている。
つ理解を容易とするために、測定可能露点領域は−８０
℃〜２０℃までとし、各温度における水分センサの感湿
特性曲線、即ち、入出力特性（静電容量−露点）は、露
点１０℃毎に複数の露点領域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰi+1 ）に
区分されているものとする。従って本実施例では、測定
可能露点領域ｉが１０の領域に分けられている。
【００３５】この１０の領域に分けられた各領域の水分
センサの露点ＤＰは、上述のように、露点領域（−８０
〜０）℃の領域では、一次関数ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn に
て近似される。つまり、 ＤＰ＝ａ1 Ｃｈ＋ｂ1 （１） ＤＰ＝ａ2 Ｃｈ＋ｂ2 （２） ＤＰ＝ａ3 Ｃｈ＋ｂ3 （３） ＤＰ＝ａ4 Ｃｈ＋ｂ4 （４） ＤＰ＝ａ5 Ｃｈ＋ｂ5 （５） ＤＰ＝ａ6 Ｃｈ＋ｂ6 （６） ＤＰ＝ａ7 Ｃｈ＋ｂ7 （７） ＤＰ＝ａ8 Ｃｈ＋ｂ8 （８） にて示される一次関数が使用される。
センサの露点ＤＰは、上述のように、露点領域（−８０
〜０）℃の領域では、一次関数ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn に
て近似される。つまり、 ＤＰ＝ａ1 Ｃｈ＋ｂ1 （１） ＤＰ＝ａ2 Ｃｈ＋ｂ2 （２） ＤＰ＝ａ3 Ｃｈ＋ｂ3 （３） ＤＰ＝ａ4 Ｃｈ＋ｂ4 （４） ＤＰ＝ａ5 Ｃｈ＋ｂ5 （５） ＤＰ＝ａ6 Ｃｈ＋ｂ6 （６） ＤＰ＝ａ7 Ｃｈ＋ｂ7 （７） ＤＰ＝ａ8 Ｃｈ＋ｂ8 （８） にて示される一次関数が使用される。
【００３６】又、露点領域（０〜１０）℃の領域では、
水分センサの露点ＤＰは、ｌｏｇ圧縮された一次関数、
つまり、 ＤＰ＝ａ9 ｌｏｇＣｈ＋ｂ9 （９） が使用される。
水分センサの露点ＤＰは、ｌｏｇ圧縮された一次関数、
つまり、 ＤＰ＝ａ9 ｌｏｇＣｈ＋ｂ9 （９） が使用される。
【００３７】但し、露点領域（０〜１０）℃の領域での
水分センサの露点ＤＰは、この演算結果のＤＰがそのま
ま使用されるのではなく、補正量△ＤＰが加算される。
つまり、 ＤＰ＝ＤＰ＋△ＤＰ （１０）
水分センサの露点ＤＰは、この演算結果のＤＰがそのま
ま使用されるのではなく、補正量△ＤＰが加算される。
つまり、 ＤＰ＝ＤＰ＋△ＤＰ （１０）
【００３８】
【数４】 である。
【００３９】又、露点領域（１０〜２０）℃の領域で
は、水分センサの露点ＤＰは、ｌｏｇ圧縮された一次関
数、つまり、 ＤＰ＝ａ10ｌｏｇＣｈ＋ｂ10 （１２） が使用される。
は、水分センサの露点ＤＰは、ｌｏｇ圧縮された一次関
数、つまり、 ＤＰ＝ａ10ｌｏｇＣｈ＋ｂ10 （１２） が使用される。
【００４０】上記ａ1 〜ａ10、ｂ1 〜ｂ10は、各水分セ
ンサ固有の定数であり、水分センサの感湿特性に基づい
て予め求められる。
ンサ固有の定数であり、水分センサの感湿特性に基づい
て予め求められる。
【００４１】ここで、或る温度Ｔにおける露点（ＤＰ）
を求める場合のアルゴリズムを図２を参照して説明す
る。
を求める場合のアルゴリズムを図２を参照して説明す
る。
【００４２】先ず、図３に示す温度検出回路２０により
環境温度（Ｔ）を求め、且つ、湿度検出回路１０によ
り、被検体中の水分量に関する周波数のパルス信号を発
生する。即ち、この湿度検出回路、即ち、パルス発生回
路１０は、水分センサＳの静電容量値Ｃｈが被検体中の
水分量の変化に応じて変化することによって周波数
（Ｆ）が変動するパルス信号を出力する。この発振出
力、即ち出力周波数（Ｆ）は、マイクロコンピュータ１
００に送り、マイクロコンピュータ内のカウンタ部にて
カウントされる。
環境温度（Ｔ）を求め、且つ、湿度検出回路１０によ
り、被検体中の水分量に関する周波数のパルス信号を発
生する。即ち、この湿度検出回路、即ち、パルス発生回
路１０は、水分センサＳの静電容量値Ｃｈが被検体中の
水分量の変化に応じて変化することによって周波数
（Ｆ）が変動するパルス信号を出力する。この発振出
力、即ち出力周波数（Ｆ）は、マイクロコンピュータ１
００に送り、マイクロコンピュータ内のカウンタ部にて
カウントされる。
【００４３】マイクロコンピュータ１００内の演算処理
部では、周波数（Ｆ）に応じて、即ち、水分センサＳの
静電容量値Ｃｈの大きさに応じて、所定の上記演算式を
用いて演算処理し、露点ＤＰとして出力する。
部では、周波数（Ｆ）に応じて、即ち、水分センサＳの
静電容量値Ｃｈの大きさに応じて、所定の上記演算式を
用いて演算処理し、露点ＤＰとして出力する。
【００４４】更に説明すると、水分センサＳの静電容量
値ＣｈがＣｈ1 〜Ｃｈ9 の範囲においては、図２のアル
ゴリズムにてどのステップの演算式を使用すべきかを決
定し、上記演算式（１）〜（８）のいずれかを使用して
露点ＤＰを求める。
値ＣｈがＣｈ1 〜Ｃｈ9 の範囲においては、図２のアル
ゴリズムにてどのステップの演算式を使用すべきかを決
定し、上記演算式（１）〜（８）のいずれかを使用して
露点ＤＰを求める。
【００４５】水分センサＳの静電容量値ＣｈがＣｈ9 〜
Ｃｈ10の範囲においては、図２のアルゴリズムにて上記
演算式（９）、（１０）、（１１）を使用して露点ＤＰ
を求める。
Ｃｈ10の範囲においては、図２のアルゴリズムにて上記
演算式（９）、（１０）、（１１）を使用して露点ＤＰ
を求める。
【００４６】又、水分センサＳの静電容量値ＣｈがＣｈ
10以上の範囲においては、図２のアルゴリズムにて上記
演算式（１２）を使用して露点ＤＰを求める。
10以上の範囲においては、図２のアルゴリズムにて上記
演算式（１２）を使用して露点ＤＰを求める。
【００４７】実際に、上記本発明の原理に従い、図２の
アルゴリズムに基づいて露点を求めた結果、全ての露点
測定範囲において±０．５℃の精度で露点ＤＰを求めこ
とができた。
アルゴリズムに基づいて露点を求めた結果、全ての露点
測定範囲において±０．５℃の精度で露点ＤＰを求めこ
とができた。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）を複数の
領域に分け、各領域を、（１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、
又は、（２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて折れ線近
似し、前記式（１）を使用した領域ではＣｈ値を入力し
て出力値ＤＰを求め、前記式（２）を使用した領域で
は、必要に応じて、前記化学センサの入出力特性曲線Ｄ
Ｐ＝ｆ（Ｃｈ）と前記近似式にて示される一次関数との
ずれを補正するべく、前記式（２）にＣｈ値を入力して
得られる出力値ＤＰに所定の補正量△ＤＰを加算するこ
とによって補正された出力値ＤＰを求める構成とされる
ので、校正間隔を必要以上に細かくすることなく折れ線
近似による演算処理を行ない、所定の精度での計測が可
能である。
化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）を複数の
領域に分け、各領域を、（１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、
又は、（２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて折れ線近
似し、前記式（１）を使用した領域ではＣｈ値を入力し
て出力値ＤＰを求め、前記式（２）を使用した領域で
は、必要に応じて、前記化学センサの入出力特性曲線Ｄ
Ｐ＝ｆ（Ｃｈ）と前記近似式にて示される一次関数との
ずれを補正するべく、前記式（２）にＣｈ値を入力して
得られる出力値ＤＰに所定の補正量△ＤＰを加算するこ
とによって補正された出力値ＤＰを求める構成とされる
ので、校正間隔を必要以上に細かくすることなく折れ線
近似による演算処理を行ない、所定の精度での計測が可
能である。
【００４９】又、本発明の他の態様によれば、上記本発
明の原理に従って、水分センサを使用した露点計測方法
が提供され、この露点計測方法も又、校正間隔を１０℃
より細かくすることなく折れ線近似による演算処理を行
ない、所定の精度での計測が可能である。
明の原理に従って、水分センサを使用した露点計測方法
が提供され、この露点計測方法も又、校正間隔を１０℃
より細かくすることなく折れ線近似による演算処理を行
ない、所定の精度での計測が可能である。
【図１】本発明の原理に従った露点計測方法に使用する
水分センサの入出力特性の近似折れ線図である。
水分センサの入出力特性の近似折れ線図である。
【図２】露点計測方法を実施するための一具体例である
アルゴリズムを示すフローチャートである。
アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明を実施する露点計測装置の一実施例を示
す回路構成図である。
す回路構成図である。
【図４】本発明の原理に従った露点計測方法に使用する
水分センサの入出力特性を示す図である。
水分センサの入出力特性を示す図である。
１０ 水分量検出回路 １１、１２ Ｃ−ＭＯＳシュミットインバータ ２０ 温度検出回路 ２１、２２ Ｃ−ＭＯＳシュミットインバータ １００ マイクロコンピュータ
Claims (2)
- 【請求項１】 化学センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ
（Ｃｈ）を複数の領域に分け、各領域を、 （１）ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn 、 又は、 （２）ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn の一次関数にて折れ線近似し、前記式（１）を使用した
領域ではＣｈ値を入力して出力値ＤＰを求め、前記式
（２）を使用した領域では、必要に応じて、前記化学セ
ンサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）と前記式（２）
にて示される一次関数とのずれを補正するべく、前記式
（２）にＣｈ値を入力して得られる出力値ＤＰに所定の
補正量△ＤＰを加算することによって補正された出力値
ＤＰを求める、ことを特徴とする化学センサによる計測
方法。 - 【請求項２】 水分量により静電容量（Ｃｈ）が変化す
る水分センサを用いて所定の温度（Ｔ）における露点
（ＤＰ）を計測する露点の計測方法において、（ａ）所
定温度（Ｔ）における水分センサの入出力特性曲線ＤＰ
＝ｆ（Ｃｈ）を、複数の露点領域ｉ（ＤＰ1 〜ＤＰ
i+1 ）に分け、（ｂ）前記水分センサの入出力特性曲線
ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中の露点（−８０〜０）℃の範囲に
相当する露点領域の各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn Ｃｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域（−８０〜０）℃の領域での露
点ＤＰを求め、 前記水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中
の露点（０〜１０）℃の範囲に相当する露点領域の各領
域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して露点ＤＰを求め、更に、この演算結果の露
点ＤＰに次の式で求められれる補正量△ＤＰを加算する
ことによって露点領域（０〜１０）℃の領域での露点Ｄ
Ｐ＝ＤＰ＋△ＤＰを求め、 【数１】 前記水分センサの入出力特性曲線ＤＰ＝ｆ（Ｃｈ）の中
の露点１０℃以上ＤＰi+1 の範囲に相当する露点領域の
各領域における特性曲線ＤＰを、 ＤＰ＝ａn ｌｏｇＣｈ＋ｂn にて近似し、この式に温度Ｔにおける水分センサのＣｈ
値を入力して、露点領域１０℃以上の領域での露点ＤＰ
を求める、ことを特徴とする水分センサによる露点の計
測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34609395A JPH09159632A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 化学センサによる計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34609395A JPH09159632A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 化学センサによる計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159632A true JPH09159632A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18381094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34609395A Pending JPH09159632A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 化学センサによる計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09159632A (ja) |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP34609395A patent/JPH09159632A/ja active Pending
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