JPH09264861A - ガス濃度測定方法および装置 - Google Patents

ガス濃度測定方法および装置

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JPH09264861A
JPH09264861A JP8076608A JP7660896A JPH09264861A JP H09264861 A JPH09264861 A JP H09264861A JP 8076608 A JP8076608 A JP 8076608A JP 7660896 A JP7660896 A JP 7660896A JP H09264861 A JPH09264861 A JP H09264861A
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JP
Japan
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detector
gas
gas concentration
concentration
metal oxides
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Withdrawn
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JP8076608A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Yoshida
俊広 吉田
Naoyuki Ogawa
尚之 小川
Tomonori Takahashi
知典 高橋
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定ガス中のNOx濃度を選択的に精度良く
測定することができるガス濃度測定方法および装置を提
供する。 【構成】検出器を用いて混合ガス中のNO2 、NO、O
2 の濃度を測定するガス濃度測定方法において、3個の
検出器3−1〜3−3を種類の異なる金属酸化物もしく
は、2種類の異なる金属酸化物と1つの酸素検出器から
構成し、演算部5において、各検出器もしくは酸素検出
器における成分ガス濃度[NO2 ]、[NO]、[O
2 ]と測定される各検出器の抵抗値Rとの所定の第1の
式に示す関係から、各成分ガスの濃度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、検出器を用いて混
合ガス中のNO2 、NO、O2 の濃度を測定するガス濃
度測定方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、焼却炉の燃焼排ガス等のNOxを
含む被測定ガス中のNOx濃度を測定する方法として、
例えば煙道中のNOxを含む被測定ガスをサンプリング
し、サンプリングしたガスを光学式測定器を用いて計測
する方法で行われている。しかし、上述した光学式の測
定器は高価であり、またサンプリングが必要なため、応
答性が悪くなる問題があった。
【0003】上記問題を解消するための技術として、煙
道直下型半導体センサが近年使用されている。例えば、
特開平6−222028号公報において、所定のペロブ
スカイト型酸化物からなる感応部と、この感応部の導電
性を測定するための導電性測定部とを備えるNOxセン
サが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た煙道直入型半導体センサにおいても、NOx以外に被
測定ガス中に含まれるO2 およびCOのNOx測定値に
対する干渉について全く対策をとっていなかった。ま
た、感応部は、通常NOx(NO2 +NO)の存在する
量すなわち濃度に応じて抵抗値が変化する。しかし、N
2 とNOの存在する量(濃度)の比、言い換えるとN
2 とNOの分圧の比が異なると、同じNOx量であっ
ても感応部で測定した抵抗値が変化する問題があった。
そのため、被測定ガス中のNOxのみを選択的に測定し
ているとは考え難く、上述した煙道直入型半導体センサ
は、光学式のものに比べて安価で応答性が良いものの、
被測定ガス中のNOx濃度を選択的かつ高精度で測定す
ることができない問題があった。
【0005】一方、特開平7−20075号公報におい
て、混合ガス中の成分ガス数と同数の検出器からの測定
値を用いて、所定の計算式から各成分ガスの濃度を求め
るガス濃度測定方法が開示されている。しかし、この方
法をNOxの測定に用いても、この方法では計算式が線
型であるため、依然としてO2 のNOx測定値に対する
影響を除去することができず、高精度でNOx濃度を測
定することができなかった。
【0006】本発明の目的は上述した課題を解消して、
被測定ガス中のNOx濃度を選択的に精度良く測定する
ことができるガス濃度測定方法および装置を提供しよう
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のガス濃度測定方
法は、検出器を用いて混合ガス中のNO2 、NO、O2
の濃度を測定するガス濃度測定方法において、3個の検
出器を3種類の異なる金属酸化物もしくは、2種類の異
なる金属酸化物と1つの酸素検出器から構成し、各検出
器もしくは酸素検出器における成分ガス濃度[NO
2 ]、[NO]、[O2 ]と測定される各検出器の抵抗
値Rとの以下の式1に示す関係、
【数2】 から各成分ガスの濃度を求めることを特徴とするもので
ある。
【0008】また、本発明のガス濃度測定装置は、3種
類の異なる金属酸化物からなる3個の検出器もしくは、
2種類の異なる金属酸化物と1つの酸素検出器と;各検
出器で測定した抵抗値及び酸素濃度に基づき、請求項1
または請求項2に記載のガス濃度測定方法に従って、N
2 、NO、O2 の濃度を測定する演算部と;からなる
ことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】まず、本発明のガス濃度測定方法
および装置のメカニズムについて説明する。図1に示す
ように、NO2 、NO、O2 が酸化物半導体表面に吸着
し、伝導電子をトラップすることが感応メカニズムと考
える。ここで、前提事項は以下の通りである。 1.NO2 、NO、O2 が同一の吸着サイトに吸着す
る。 2.O2 は解離吸着である。 3.NO2 、NO、O2 は相互に反応しない。
【0010】次に、各々の吸着平衡式を考える。この
時、気相と吸着種(( ) を付す)と吸着サイト(s)と
の間で平衡を考えると、以下式4〜6を得ることができ
る。
【数3】
【0011】次に、電子のマスバランスを考える。トー
タルの伝導電子数は現状の電子数と吸着種にトラップさ
れた電子数の和に等しいため、以下の式7を得ることが
できる。
【数4】
【0012】次に、吸着サイトのマスバランスを考え
る。トータルのサイト数は現状のサイト数の和に等しい
ため、以下の式8を得ることができる。
【数5】
【0013】以上の式4〜8をまとめると、以下の式9
を得ることができる。
【数6】
【0014】上述したメカニズムに基づき、まず本発明
では、3個の検出器a、b、cを種類の異なる金属酸化
物から構成し、各検出器における成分ガス濃度[NO
2 ]、[NO]、[O2 ]と測定される各検出器の抵抗
値Rとの以下の式1に示す関係、
【数7】 から、各成分ガスの濃度が異なる7種類の成分ガスを利
用して、以下の式2に基づき各別の検出器ごとに予め係
数を求めておく。
【数8】
【0015】次に、実際の測定にあたっては、求めた係
数を利用して、以下の式3から各成分ガスの濃度を求め
ている。
【数9】
【0016】また、2個の検出器a,bを種類の異なる
金属酸化物、検出器cをZrO2 固体電解質等の酸素検
出器から構成した場合にも同様に考えられ、以下の式1
0から各成分ガスの濃度を求めることができる。
【数10】
【0017】図2は本発明のガス濃度測定装置の一例の
構成を示す図である。図1に示す例において、ガス濃度
測定装置1は、煙道2中に挿入される3個の検出器3−
1〜3−3と、これらの検出器3−1〜3−3で測定し
た抵抗値をケーブル4を介して受け取り、抵抗値に対し
所定の計算を行うことによってNO2 、NO、O2 の濃
度を求める演算部5とから構成されている。検出器3−
1〜3−3は従来公知の金属酸化物を利用したセンサで
あればいずれのセンサでも使用することができるが、そ
れぞれが異なる種類の金属酸化物好ましくはIn2
3 、SnO2 、NiOからなる検出器を使用することが
好ましい。また、検出器3−1〜3−3を2種類の異な
る金属酸化物と1つの酸素検出器とから構成することも
できる。さらに、演算部5としては、通常のパーソナル
コンピュータを使用することができる。
【0018】以下、実際の例について説明する。実施例1 検出器3−1〜3−3の素子としてIn23 、SnO
2 、NiOからなる素子を利用した図2に示す構成のガ
ス濃度測定装置1を準備した。そして、測定対象となる
NO2 、NO、O2 の濃度を以下の表1に示すように変
化させた7種類の成分ガスのそれぞれについて、各検出
器3−1〜3−3の抵抗値を求めた。結果を以下の表1
に示す。
【0019】
【表1】
【0020】そして、上記式2に示した計算式から、各
酸化物について7つの未知係数を求めた。結果を以下の
表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】次に、予めNO2 、NO、O2 の濃度が公
知のガスを流し、ガス濃度測定装置1により実際にガス
濃度の測定を行った。すなわち、得られた係数をもとに
して、上記式3に示した計算式から、各ガス濃度を求め
た。結果を以下の表3に示す。表3の結果から、測定値
が設定値と良く一致していることがわかる。
【0023】
【表3】
【0024】比較例 比較例として、上述した実施例と同じ構成のガス濃度測
定装置1を使用して、濃度と抵抗とが線型の関係にある
とした場合を検討した。この場合、式は、R=l[NO
2 ]+m[NO]+n[O2 ]となり、以下の表4に示
すように濃度を変化させた3種類の成分ガスのそれぞれ
について、各検出器3−1〜3−3の抵抗値を求め、係
数l、m、nを求めた。結果を以下の表4、表5に示
す。
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】そして、この係数をもとに、実施例と同様
ガス濃度の予めわかっているガスに対して抵抗値を測定
し計算した結果を、以下の表6に示す。表6の結果か
ら、測定値が設定値と一致しないことがわかる。
【0028】
【表6】
【0029】実施例2 検出器3−1〜3−2の素子としてIn2 3 、SnO
2 からなる素子及び検出器3−3としてZrO2 酸素濃
度検出器を利用した図2に示す構成のガス濃度測定装置
1を準備した。そして、測定対象となるNO2 、NO、
2 の濃度を以下の表7に示すように変化させた7種類
の成分ガスのそれぞれについて、各検出器3−1〜3−
2の抵抗値を求めた。結果を以下の表7に示す。
【0030】
【表7】
【0031】そして、上記式2に示した計算式から、各
酸化物について7つの未知係数を求めた。結果を以下の
表8に示す。
【0032】
【表8】
【0033】次に、予めNO2 、NO、O2 の濃度が公
知のガスを流し、ガス濃度測定装置1により実際にガス
濃度の測定を行った。すなわち、得られた係数をもとに
して、上記式10に示した計算式から、各ガス濃度を求
めた。結果を以下の表9に示す。表9の結果から、測定
値が設定値と良く一致していることがわかる。
【0034】
【表9】
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、上記式1に示した概念に基づき、3個の検出器
からの抵抗値を計算して各ガス濃度を求めることで、高
精度にNO2 、NO、O2 の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス濃度測定方法のメカニズムを説明
するための図である。
【図2】本発明のガス濃度測定装置の一例の構成を説明
するための図である。
【符号の説明】
1 ガス濃度測定装置、2 煙道、3−1〜3−3 検
出器、4 ケーブル、5演算部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出器を用いて混合ガス中のNO2 、N
    O、O2 の濃度を測定するガス濃度測定方法において、
    3個の検出器を3種類の異なる金属酸化物もしくは、2
    種類の異なる金属酸化物と1つの酸素検出器から構成
    し、各検出器もしくは酸素検出器における成分ガス濃度
    [NO2 ]、[NO]、[O2 ]と測定される各検出器
    の抵抗値Rとの以下の式1に示す関係、 【数1】 から各成分ガスの濃度を求めることを特徴とするガス濃
    度測定方法。
  2. 【請求項2】前記検出器を構成する金属酸化物が、In
    23 、SnO2 、NiOである請求項1記載のガス濃
    度測定方法。
  3. 【請求項3】3種類の異なる金属酸化物からなる3個の
    検出器もしくは、2種類の異なる金属酸化物と1つの酸
    素検出器と;各検出器で測定した抵抗値及び酸素濃度に
    基づき、請求項1または請求項2に記載のガス濃度測定
    方法に従って、NO2 、NO、O2 の濃度を測定する演
    算部と;からなることを特徴とするガス濃度測定装置。
JP8076608A 1996-03-29 1996-03-29 ガス濃度測定方法および装置 Withdrawn JPH09264861A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0866333A1 (en) * 1997-03-19 1998-09-23 Ngk Insulators, Ltd. Method of measuring gas concentration
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KR101849635B1 (ko) * 2017-10-18 2018-05-31 (주)세성 서로 다른 크로스 센시티비티를 가지는 Cl2 센서를 이용한 고농도 F2 가스의 측정방법

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