JPH10132773A - 匂い測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定ガスの水分濃度変化および被測定ガス
の温度変化が感度のバラツキの原因となっているととも
に、センサ温度が被測定ガスの温度よりも高く設定され
ているため、低温ほど高感度というセンサ特性が犠牲に
されるなどの課題があった。 【解決手段】 サンプル容器２と匂い測定部５との間に
低温に温度設定された冷却トラップ部１１を設けること
により、サンプル容器２から導入パイプ４を介して注入
された被測定ガスの妨害成分を凝縮するとともに、セン
サ素子定温保持部７により匂いセンサ６の設定温度を一
定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被測定ガス中に
含まれる妨害成分を一定に保ち、匂い測定のばらつきを
低減させることができる匂い測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の匂い測定装置を示す構成図
であり、図において、１は被測定試料、２は被測定試料
１が気体もしくは固体の場合に被測定試料１を格納する
サンプル容器、３はサンプル容器２にガスを注入する注
入パイプ、４は被測定試料１中の測定対象成分を含んだ
被測定ガスを匂い測定部５に導入する導入パイプ、５は
サンプル容器２から導入パイプ４を介して被測定ガスが
注入される匂い測定部、６は匂い測定部５に注入された
被測定ガスの匂い成分を検出し検出信号として出力する
匂いセンサであり、特性の異なる導電性高分子薄膜素子
を複数組み合わせて構成したアレイセンサである。７は
匂いセンサ６の設定温度を一定に保つセンサ素子定温保
持部、８はサンプル容器２の被測定ガスを導入パイプ４
を介して匂い測定部５に導入するためのポンプ、９は匂
いセンサ６から出力された各検出信号を入力し、測定対
象成分に対応した匂いパターンを検知する匂いパターン
検知部である。

【０００３】次に動作について説明する。まず、ポンプ
８を動作させることによりガスを注入パイプ３からサン
プル容器２に導入する。そして、サンプル容器２に導入
されたガスは被測定試料１中の測定対象成分を含んだ被
測定ガスとなり、導入パイプ４を介して匂い測定部５に
導入される。匂い測定部５に導入された被測定ガスの測
定対象成分が匂いセンサ６の導電性高分子薄膜に吸着し
たときに導電性が変化する。そして、匂いパターン検知
部９では各導電性高分子薄膜の導電性の変化を検出信号
として入力し、各導電性高分子薄膜の応答を例えば人間
の臭覚機構、すなわちアクロス・ファイバーパターン説
に基づいてパターン認識する。そして、このパターン認
識された情報をニューラルネットなどのデータ処理を行
うことにより、化学物質の識別を行う。

【０００４】この際、被測定ガスと被測定試料１とは気
液もしくは気固の静的平衡状態にあるほうが測定値の再
現性の観点から望ましいが、測定の迅速性、簡便性を優
先させてガス流動条件下での動的平衡状態下で動作させ
てもよい。

【０００５】アクロス・ファイバーパターン説に基づい
て化学物質の匂いパターンを検出する匂い測定装置にあ
っては、高感度に検知できる点で注目されているが、匂
いセンサ６は極性の強い水分等に対しても強い感度を有
しており、被測定試料１中に水分が共存する場合には、
この水分が測定の妨害因子となる。特に被測定試料１が
水溶液である場合や含水率の変化する固体である場合、
さらには大気中成分の測定の場合などには、匂い測定部
５に導入される被測定ガス中に含有される水分量が変化
するため、測定値が大きくバラツキ、測定値自身の信頼
性が大きく損なわれることが多い。

【０００６】図６は従来の匂い測定装置で検出した新玄
米と古玄米との抵抗変化率を示す表図、図７は従来の匂
い測定装置で検出した新玄米と古玄米との３２個の抵抗
変化率を次元圧縮して示したマップ図であり、図におい
て、●は新玄米を示し、△は古玄米を示すものである。
図６は３２個の導電性高分子薄膜素子から構成された匂
いセンサ６の出力の内、代表例として１つの導電性高分
子薄膜素子の出力（抵抗変化率）を示したものである。
図中の新玄米と古玄米との抵抗変化率は複数回の測定の
内、湿度の一致した抵抗変化率をピックアップしたもの
で、新玄米／古玄米の識別に成功している。

【０００７】また、図７に示すように、３２個の抵抗変
化率としての３２次元情報を多変量解析により２次元マ
ップに次元圧縮した場合においても、新玄米●、古玄米
△が２次元マップ上のクラスタ（群）として辛うじて識
別されている。しかし、図６に示すように、「新玄米●
と古玄米△との抵抗値変化率の差異」は僅かに０．１％
であるのに対し、図７中に併記した「湿度変化に伴なう
新玄米●の抵抗値変化率の差異」は湿度２５％で１％、
湿度３６％で３．５％である。このことから、匂い測定
部５に導入される被測定ガス中の水分を一定に制御しな
い限り、高精度の匂い測定装置を得ることは不可能であ
る。

【０００８】また、匂い測定装置の精度は被測定ガスの
温度にも大きく依存する。図８は従来の匂い測定装置に
おいて匂いセンサの温度に対するセンサ抵抗値の変化を
示すグラフ図であり、ピー・アイ・ナーブス等による
「センサ アンドアクチュエータ ビー（Ｐ．Ｉ．Ｎｅ
ａｖｅｓ ｅｔ ａｌ．，ｓｅｎｓｏｒｓａｎｄ Ａｃ
ｔｕａｔｏｒｓ Ｂ），ｖｏｌ．２６−２７，２２９ｐ
（１９９５）」より引用したものである。このグラフ図
から被測定ガスの温度により匂いセンサ６の温度が変化
すると、匂いセンサ６の素子のベース抵抗が変化してい
く様子が理解できるとともに、特性はヒステリシスを有
しており、昇温時と降温時とでは違う特性曲線が得られ
ていることが理解できる。したがって、匂いセンサ６の
出力は、匂いセンサ６の温度の変化、すなわち被測定ガ
スの温度にも大きく依存するため、被測定ガスの温度の
バラツキも、匂い測定のバラツキとして加算されてい
た。

【０００９】さらに、匂い測定装置の精度は匂いセンサ
６の設定温度にも大きく依存する。すなわち、一般に匂
いセンサ６の設定温度はセンサ素子表面へのガス成分の
凝縮（例えば、水分の結露）を防ぐために、センサ素子
定温保持部７により被測定ガスの温度よりも高めに設定
されている。例えば、上記の測定例では室温より高い温
度として３５℃に設定されている。しかし、センサ素子
の感度は、温度が高いほど低くなる性質を有しており、
通常は凝縮防止のために、匂いセンサ６の感度が犠牲に
されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の匂い測定装置は
以上のように構成されているので、被測定ガスの水分濃
度変化および被測定ガスの温度変化が感度のバラツキの
原因となるなどの課題があった。また、匂いセンサ６の
素子部への水分等の凝縮防止のために、センサ温度が被
測定ガスの温度よりも高く設定されているため、低温ほ
ど高感度というセンサ特性が犠牲にされるなどの課題が
あった。

【００１１】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、被測定ガスの水分濃度変化および
温度変化に伴う匂いセンサ６の感度のバラツキを抑える
ことができる匂い測定装置を得ることを目的とする。

【００１２】また、この発明は水分等の凝縮防止を図り
つつ、センサ特性を高感度に保つことができる匂い測定
装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る匂い測定装置は、サンプル容器と匂い測定部との間に
設置された冷却トラップ部により、被測定ガスに含まれ
る測定妨害因子成分を凝縮する温度に一定に保ち、この
測定妨害成分濃度を飽和蒸気圧濃度に一定に保つととも
に、センサ素子定温保持部により、匂いセンサの温度を
冷却トラップ部を介して導入された被測定ガスの温度を
よりも低く保つようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による匂
い測定装置を示す構成図であり、図において、１は被測
定試料、２は被測定試料１が気体もしくは固体の場合に
被測定試料１を格納するサンプル容器、３はサンプル容
器２にガスを注入する注入パイプ、４は被測定試料１中
の測定対象成分を含んだ被測定ガスを匂い測定部５に導
入する導入パイプ、５はサンプル容器２から導入パイプ
４を介して注入される匂い測定部、６は匂い測定部５に
注入された被測定ガスの匂い成分を検出し検出信号とし
て出力する匂いセンサであり、特性の異なる導電性高分
子薄膜素子を複数組み合わせて構成したアレイセンサで
ある。

【００１５】７は匂いセンサ６の設定温度（本実施の形
態では２０℃）を一定に保つセンサ素子定温保持部、８
はサンプル容器２の被測定ガスを導入パイプ４を介して
匂い測定部５に導入するためのポンプである。９は匂い
センサ６から出力された各検出信号を入力し、測定対象
成分に対応した匂いパターンを検知する匂いパターン検
知部９、１１はサンプル容器２と匂い測定部５との間に
設けられた冷却トラップ部であり、サンプル容器２から
導入パイプ４を介して被測定ガスが注入され、この注入
された被測定ガスの妨害成分を凝縮するように低温（本
実施の形態では１０℃）に温度設定されている。１２は
冷却トラップ部１１で凝縮された妨害成分を系外に導く
ドレインである。

【００１６】次に動作について説明する。まず、ポンプ
８を動作させることによりガスを注入パイプ３からサン
プル容器２に導入する。そして、サンプル容器２に導入
されたガスは被測定試料１中の測定対象成分を含んだ被
測定ガスとなり、導入パイプ４を介して冷却トラップ部
１１に導入される。この冷却トラップ部１１の温度は、
被測定ガスに含まれる水分が凝縮する温度に設定されて
おり、この水分の凝縮の結果、気相の水分濃度は飽和蒸
気圧濃度となり、冷却トラップ部１１の温度が一定値に
制御される限り一定濃度に保たれる。したがって、冷却
トラップ部１１を通過し匂い測定部５に導入された被測
定ガスは、被測定ガスの水分濃度変化および温度変化が
最小限に抑えられているため、被測定ガスの水分濃度変
化および温度変化に伴う匂いセンサ６の感度のバラツキ
を抑えることができる。

【００１７】図２は冷却トラップ部がないときの被測定
ガスの温度に対する水分濃度の変化、および冷却トラッ
プ部において被測定ガスを一定温度に冷却したときの水
分濃度の変化を示す表図である。図において、冷却トラ
ップ部において被測定ガスを一定温度（１０℃）に冷却
したときには、被測定ガスの変動にもかかわらず、被測
定ガスの温度および水分濃度がほぼ一定値に保持されて
いることがわかる。

【００１８】また、冷却トラップ部１１により冷却され
た被測定ガスは、匂い測定部５に導入され、センサ素子
定温保持部７によって冷却された匂いセンサ６により測
定される。ここで、従来の匂い測定装置にあっては匂い
センサ６の温度を被測定ガスの温度よりも低く制御する
と、センサ素子表面に水分の結露が生じる。しかし、こ
の発明の匂い測定装置においては冷却トラップ部１１に
よりその水分を除去しているため、センサ素子定温保持
部７によって匂いセンサ６を冷却した場合でもセンサ素
子表面に水分の結露が生じることがなく、匂いセンサ６
の感度を向上させることができる。

【００１９】図３はこの発明の匂い測定装置において匂
いセンサを低温に制御したときの新玄米と古玄米との信
号強度差と従来の匂い測定装置での新玄米と古玄米との
信号強度差を示す表図である。この図において、従来の
匂い測定装置での匂いセンサ６は室温より高い温度とし
て３５℃で一定になるように制御されているが、この発
明の匂い測定装置での匂いセンサ６はセンサ素子定温保
持部７により、２０℃で一定になるように制御されてい
る。したがって、この図からも把握できるように、３５
℃で一定になるように制御された従来の匂い測定装置の
信号強度差では、０．０３〜０．１１％であるのに対し
て、この発明の匂い測定装置の信号強度差は０．０８〜
０．２６％となっている。したがって、この発明の匂い
測定装置の匂いセンサ６の感度は、２．３倍に向上した
ことがわかる。

【００２０】図４はこの発明の実施の形態１による匂い
測定装置と従来の匂い測定装置とにより新玄米と古玄米
とを測定したときの実験結果を示す表図である。この図
４は図７のマップ図と同様に３２素子の情報を次元圧縮
により２次元マップにプロットしたものであるが、該マ
ップ図から明らかなように、従来の匂い測定装置では新
玄米と古玄米とを明確に識別することが困難であった
が、この発明の実施の形態１による匂い測定装置では、
明確に識別することが可能になっている。

【００２１】上記の実施の形態１の説明において、冷却
トラップ部１１とセンサ素子定温保持部７とを別々の系
として説明したが、１つの系でこれら２つの役目を兼ね
るように構成してもよい。また、本発明の主旨からみ
て、具体的な冷却手段をなんら限定するものではなく、
ペルチェ素子、液体窒素、フロン系冷媒など、いずれを
用いてもよい。さらに、センサ素子定温保持部７を冷却
するため、外部雰囲気との間で結露の問題が生じるが、
乾燥気体で冷却部雰囲気を満たす事により、結露を防止
することができる。

【００２２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、サンプル容器２と匂い測定部５との間に低温に温度
設定された冷却トラップ部１１を設けることにより、サ
ンプル容器２から導入パイプ４を介して注入された被測
定ガスの妨害成分を凝縮するとともに、センサ素子定温
保持部７により匂いセンサ６の設定温度を一定に保つこ
とにより、被測定ガスの水分濃度変化および温度変化に
伴う匂いセンサ６の感度のバラツキを抑えることができ
るとともに、水分等の凝縮防止を図りつつ、センサ特性
を高感度に保つことができる等の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、サンプル容器と匂い測定部との間に設置された冷
却トラップ部により、被測定ガスに含まれる測定妨害因
子成分を凝縮する温度に一定に保ち、この測定妨害成分
濃度を飽和蒸気圧濃度に一定に保つとともに、センサ素
子定温保持部により、匂いセンサの温度を冷却トラップ
部を介して導入された被測定ガスの温度よりも低く保つ
ように構成したので、被測定ガスの水分濃度変化および
温度変化に伴う匂いセンサの感度のバラツキを抑えるこ
とができるとともに、水分等の凝縮防止を図りつつ、セ
ンサ特性を高感度に保つことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による匂い測定装置
を示す構成図である。

【図２】 冷却トラップ部がないときの被測定ガスの温
度に対する水分濃度の変化、および冷却トラップ部にお
いて被測定ガスを一定温度に冷却したときの水分濃度の
変化を示す表図である。

【図３】 この発明の匂い測定装置において匂いセンサ
を低温に制御したときの新玄米と古玄米との信号強度差
と従来の匂い測定装置での新玄米と古玄米との信号強度
差を示す表図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による匂い測定装置
と従来の匂い測定装置とにより新玄米と古玄米とを測定
したときの実験結果を示す表図である。

【図５】 従来の匂い測定装置を示す構成図である。

【図６】 従来の匂い測定装置で検出した新玄米と古玄
米との抵抗変化率を示す表図である。

【図７】 従来の匂い測定装置で検出した新玄米と古玄
米との３２個の抵抗変化率を次元圧縮して示したマップ
図である。

【図８】 従来の匂い測定装置において匂いセンサの温
度に対するセンサ抵抗値の変化を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 被測定試料、２ サンプル容器、３ 注入パイプ、
４ 導入パイプ、５匂い測定部、６ 匂いセンサ、７
センサ素子定温保持部、９ 匂いパターン検知部、１１
冷却トラップ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定試料が格納され、注入パイプを介
   してガスが注入されるサンプル容器と、このサンプル容
   器内の測定対象成分を含んだ被測定ガスを外部に導入す
   る導入パイプと、この導入パイプを介して被測定ガスが
   注入される匂い測定部と、特性の異なる導電性高分子薄
   膜素子を複数組み合わせて構成され、上記匂い測定部に
   注入された被測定ガスの匂い成分を検出し、検出信号と
   して出力する匂いセンサと、この匂いセンサの設定温度
   を一定に保つセンサ素子定温保持部と、上記匂いセンサ
   から出力された各検出信号を入力し、測定対象成分に対
   応した匂いパターンを検知する匂いパターン検知部とを
   備えた匂い測定装置において、上記サンプル容器と上記
   匂い測定部との間に設置され、上記被測定ガスに含まれ
   る測定妨害因子成分を凝縮する温度に一定に保つことに
   より、この測定妨害成分濃度を飽和蒸気圧濃度に一定に
   保つ冷却トラップ部を備え、上記センサ素子定温保持部
   は、匂いセンサの温度を上記冷却トラップ部を介して導
   入された上記被測定ガスの温度よりも低く保つことを特
   徴とする匂い測定装置。