WO2021176933A1 - ガス測定器及びガス測定方法 - Google Patents

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temperature
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誉久 鈴木
俊彦 野田
澤田　和明
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新東工業株式会社
国立大学法人豊橋技術科学大学
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    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array

Definitions

  • This disclosure relates to a gas measuring instrument and a gas measuring method.
  • Patent Document 1 discloses a gas sensor.
  • the gas sensor includes an electrode made of a Pt porous body. When a voltage is applied to the electrodes, the oxygen retained in the pores of the Pt porous body dissociates. The gas sensor detects the oxygen concentration by detecting the current value generated by the dissociated oxygen.
  • the gas to be measured may include a plurality of types of gases.
  • the gas sensor described in Patent Document 1 since the gas sensor described in Patent Document 1 is used specifically for a specific gas, it cannot measure a plurality of types of gases.
  • the present disclosure provides a gas measuring device and a gas measuring method capable of detecting a plurality of types of gases.
  • the gas measuring instrument includes a catalyst member and a gas sensor.
  • a power source to which a voltage or current is applied is connected to the catalyst member, and the first gas and the second gas contained in the contacted mixed gas are reacted to generate a third gas, and the reaction changes according to the temperature. Play.
  • the gas sensor detects gas molecules in contact with the catalyst member.
  • the temperature of the catalyst member changes when a voltage or current is applied to the catalyst member.
  • the reaction of the gas changes according to the temperature of the catalyst member. Therefore, the gas measuring instrument can change the type of gas molecules detected by the gas sensor by changing the temperature of the catalyst member. Therefore, the gas measuring instrument can detect a plurality of types of gases as compared with a gas measuring instrument specialized for a specific gas.
  • the gas measuring instrument includes a catalyst member, a temperature adjusting mechanism, and a gas sensor.
  • the catalyst member reacts the first gas and the second gas contained in the contacted mixed gas to generate a third gas, and exerts a catalytic action in which the reaction changes depending on the temperature.
  • the temperature adjusting mechanism is connected to a power source to which a voltage or current is applied to adjust the temperature of the catalyst member.
  • the gas sensor detects gas molecules in contact with the catalyst member.
  • the temperature of the catalyst member is changed by the temperature adjusting mechanism.
  • the reaction of the gas changes according to the temperature of the catalyst member. Therefore, the gas measuring instrument can change the type of gas molecules detected by the gas sensor by changing the temperature of the catalyst member. Therefore, the gas measuring instrument can detect a plurality of types of gases as compared with a gas measuring instrument specialized for a specific gas.
  • the gas measuring instrument may further include a plurality of gas sensors including the gas sensor.
  • the plurality of gas sensors include another gas sensor capable of detecting a gas molecule different from the gas type of the gas molecule detected by the gas sensor.
  • the gas measuring instrument can measure a plurality of types of gas.
  • the gas measuring instrument may further include a signal generation unit, a control unit, an acquisition unit, and an output unit.
  • the signal generator outputs a synchronization signal that determines the timing.
  • the control unit controls the power supply so that the temperature of the catalyst member becomes the temperature determined by the control signal at the timing determined by the synchronization signal based on the control signal and the synchronization signal that determine the temperature of the catalyst member.
  • the acquisition unit acquires the detected value of the gas sensor at the timing determined by the synchronization signal.
  • the output unit outputs the detected value in association with the control signal. In this case, the gas measuring instrument can output the detected value and the synchronization signal in association with each other.
  • the gas measuring instrument may further include a determination unit.
  • the determination unit determines the gas type based on the relationship acquired in advance, the detected value, and the control signal.
  • the relationship acquired in advance is the relationship between the gas type, the detected value, and the control signal.
  • the gas measuring instrument can determine the gas type of the mixed gas including the first gas and the second gas that react with the catalyst member to generate the third gas.
  • the gas measuring method includes the following steps (1) to (4).
  • (1) A step of controlling the temperature of the catalyst member and reacting the first gas and the second gas contained in the mixed gas by the catalytic action of the catalyst member to generate a third gas.
  • the generation of the third gas is based on a control signal that determines the temperature of the catalyst member and a synchronization signal that determines the timing.
  • the temperature of the catalyst member is determined by the control signal at the timing determined by the synchronization signal.
  • (2) A step in which the gas sensor detects the gas in contact with the catalyst member.
  • (3) A step of acquiring the detected value of the gas sensor at the timing determined by the synchronization signal.
  • (4) A step of determining a gas type based on a previously acquired relationship between a gas type and a detected value, and the acquired detected value and a control signal. According to this gas measuring method, a plurality of types of gases can be detected.
  • a plurality of types of gases can be detected.
  • FIG. 2A is a block diagram showing an example of the gas measuring instrument according to the embodiment.
  • FIG. 2B is an example of a control signal and a synchronization signal.
  • It is a flowchart which shows an example of the gas measurement method which concerns on embodiment.
  • It is a schematic diagram which illustrates the reaction of a gas molecule according to the temperature of a catalyst member.
  • It is sectional drawing which shows the modification of the gas measuring instrument which concerns on embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a gas measuring instrument according to an embodiment.
  • the gas measuring instrument 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for measuring a gas component.
  • the gas measuring instrument 1 may be provided as an electric circuit component.
  • the gas measuring instrument 1 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device.
  • the gas measuring instrument 1 includes a filter 10, a catalyst member 11, a base material 40, and a gas sensor 30.
  • the base material 40 defines a space inside.
  • the base material 40 is made of a material that does not allow gas to pass through.
  • the base material 40 has an opening that is open at the top and communicates with the space.
  • the filter 10 is arranged so as to close the upper opening of the base material 40.
  • the filter 10 is a substantially plate-shaped member, and is made of a material that allows gas to pass through.
  • the filter 10 and the base material 40 are joined so that there is no gap through which the gas permeates. As a result, the filter 10 and the base material 40 define the gas chamber 41.
  • the filter 10 is provided with a catalyst member 11.
  • the catalyst member 11 is an electric conductor and generates heat when energized.
  • the catalyst member 11 is made of, for example, a metal catalyst such as platinum (Pt), titanium (Ti) or iridium (Ir).
  • the catalyst member 11 is connected to a power source 12 to which a voltage or a current is applied, and generates heat by applying a voltage or a current.
  • the gas measuring instrument 1 includes a plurality of catalyst members 11, the plurality of catalyst members 11 are arranged apart from each other. Gas can pass between each of the plurality of catalyst members 11.
  • the generated catalyst member 11 has a catalytic action of reacting the first gas and the second gas contained in the mixed gas to generate a third gas.
  • the catalyst member 11 is arranged so as to cover the substantially plate-shaped filter 10 in the in-plane direction. As an example, beam-shaped catalyst members 11 are arranged so as to cover the filter 10 at predetermined intervals.
  • the gas sensor 30 is provided in the gas chamber 41.
  • the gas sensor 30 is provided downstream of the catalyst member 11, that is, on the side where the gas comes into contact with the catalyst member 11 and passes near the catalyst member 11.
  • the gas sensor 30 detects at least one of the first gas, the second gas, and the third gas produced by the reaction.
  • the gas sensor 30 is, for example, a gas sensor using a semiconductor. In this case, the gas sensor 30 outputs gas molecules in contact with the surface of the gas sensor 30 as an electric signal.
  • FIG. 2A is a block diagram showing an example of the gas measuring instrument 1A according to the embodiment.
  • the gas measuring device 1A includes a measuring unit 2 (an example of a gas measuring device) and a circuit unit 3.
  • the circuit unit 3 includes a signal generation unit 50, a control unit 60, an acquisition unit 70, an output unit 80, and a determination unit 90.
  • the circuit unit 3 may be composed of, for example, an electric circuit.
  • the circuit unit 3 is a general-purpose device having, for example, a computing device such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an HDD (Hard Disk Drive), and a communication device. It may be configured by a computer.
  • the signal generation unit 50 outputs a control signal and a synchronization signal to the control unit 60 and the acquisition unit 70.
  • the control signal is a signal that determines the temperature of the catalyst member 11.
  • the synchronization signal is a signal that determines the timing between the control unit and the acquisition unit.
  • the control unit 60 controls the power supply 12 so as to apply a voltage or current for controlling the temperature of the catalyst member 11 to the catalyst member 11 based on the control signal and the synchronization signal.
  • FIG. 2B is an example of a control signal and a synchronization signal.
  • the control signal is a signal corresponding to three types of temperatures, SIG1, SIG2, and SIG3.
  • the sync signal is a square wave based on an oscillator such as a crystal oscillator.
  • the control unit 60 controls the temperature of the catalyst member 11 so as to be the temperature indicated by the control signal.
  • the acquisition unit 70 acquires a detected value based on the synchronization signal.
  • the control unit 60 When the control unit 60 receives the rectangular wave of the synchronization signal a predetermined number of times, the control unit 60 outputs a control signal having a waveform corresponding to the temperature of the catalyst member 11.
  • the control signal changing in three stages of FIG. 2B controls the temperature of the catalyst member 11 in three stages.
  • the temperature of the catalyst member 11 may be controlled steplessly.
  • the control signal indicates a triangular wave or a sine wave.
  • the acquisition unit 70 acquires the detected value when the rectangular wave of the synchronization signal is received a predetermined number of times. Therefore, the acquisition unit 70 can acquire the detected value corresponding to the change in the temperature of the catalyst member 11 due to the control signal.
  • the predetermined number of times that the acquisition unit 70 receives the square wave when acquiring the detected value may be equal to or greater than the number of times that the control unit 60 receives the square wave when outputting the control signal.
  • the output unit 80 outputs the control signal in association with the detection value acquired from the acquisition unit 70.
  • the determination unit 90 determines the gas type based on the previously acquired relationship between the gas type, the detection value, and the control signal, and the detection value and the control signal output by the output unit 80.
  • the combination of the gas type, the detected value, and the control signal is acquired in advance and stored as, for example, a gas characteristic table.
  • the determination unit 90 refers to the gas characteristic table based on the combination output by the output unit 80, and determines the gas type.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the gas measuring method according to the embodiment.
  • the flow chart process shown in FIG. 3 shows the operation of the gas measuring instrument 1A.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the reaction of gas molecules according to the temperature of the catalyst member.
  • the gas to be detected is a mixed gas containing hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2).
  • the gas measuring instrument 1A has a gas sensor 30 capable of detecting hydrogen (H 2).
  • FIG. 4A shows the reaction of gas molecules in contact with the catalyst member 11 when the control signal is SIG1.
  • the control signal is SIG1
  • the control unit 60 controls the power supply 12 so as not to apply a voltage or a current to the catalyst member 11. Therefore, the catalyst member 11 does not generate heat.
  • hydrogen (H 2 ) does not react with oxygen (O 2).
  • the gas sensor 30 mainly detects hydrogen (H 2 ) (step S20).
  • FIG. 4B shows the reaction of gas molecules in contact with the catalyst member 11 when the control signal is SIG2.
  • the control signal is SIG2
  • the control unit 60 controls the power supply 12 so as to apply a voltage or a current to the catalyst member 11.
  • the catalyst member 11 that generates heat by energization reacts hydrogen (H 2 ) with oxygen (O 2 ). Therefore, when the control signal is SIG2, water (H 2 O) is produced by reaction of hydrogen and (H 2) and oxygen (O 2). In this case, a part of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in contact with the catalyst member 11 react to generate water (H 2 O). Therefore, the gas sensor 30 detects hydrogen (H 2 ) after water (H 2 O) is generated (step S20).
  • FIG. 4C shows the reaction of gas molecules in contact with the catalyst member 11 when the control signal is SIG3.
  • the control unit 60 controls the power supply 12 so that a larger voltage or current is applied to the catalyst member 11 than when the control signal is SIG2.
  • the catalyst member 11 that generates heat by energization reacts hydrogen (H 2 ) with oxygen (O 2 ). In this case, all of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in contact with the catalyst member 11 react to generate water (H 2 O).
  • the gas sensor 30 detects the case where hydrogen (H 2 ) is not present (step S20).
  • the acquisition unit 70 acquires the measured value output by the gas sensor 30 based on the synchronization signal (step S30).
  • the determination unit 90 determines the gas type based on the gas characteristic table, the measured value acquired by the acquisition unit 70, and the control signal (step S40). From the previously acquired relationship between the temperature of the catalyst member 11 indicated by the control signal and the measured value, it is determined that the mixed gas contains hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ).
  • the temperature of the catalyst member 11 changes when a voltage or a current is applied to the catalyst member 11.
  • the reaction of the gas changes according to the temperature of the catalyst member 11. Therefore, the gas measuring instrument 1 can change the type of gas molecules detected by the gas sensor 30 by changing the temperature of the catalyst member 11. Therefore, the gas measuring instrument 1 can detect a plurality of types of gases as compared with a gas measuring instrument specialized for a specific gas.
  • the gas measuring instrument 1A includes a signal generation unit 50 that outputs a synchronization signal, a control unit 60 that controls the temperature of the catalyst member 11 based on the control signal and the synchronization signal that determine the temperature of the catalyst member 11, and a gas sensor 30.
  • the acquisition unit 70 acquires the detected value of the above based on the synchronization signal, and the output unit 80 outputs the detected value and the control signal in association with each other. In this case, the gas measuring instrument 1A can output the detected value and the synchronization signal in association with each other.
  • the gas measuring instrument 1A and the gas measuring method determine the gas type based on the previously acquired relationship between the gas type and the detected value and the control signal, and the detected value and the control signal output by the output unit 80.
  • the unit 90 is provided.
  • the gas measuring device 1A and the gas measuring method can determine the gas type of the mixed gas including the first gas and the second gas that react with the catalyst member 11 to generate the third gas.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modified example of the gas measuring instrument according to the embodiment.
  • the catalyst member 11 that reacts the first gas and the second gas contained in the mixed gas to generate the third gas and the power supply 12 that applies a voltage or current are connected, and the temperature of the catalyst member 11 is increased.
  • 20 is provided (an example of a temperature adjusting mechanism), and a gas sensor 30 for detecting at least one of a first gas, a second gas, and a third gas generated by the reaction is provided.
  • the heat generating unit 20 is an electric conductor and generates heat when energized.
  • the heat generating portion 20 is a nichrome wire.
  • the heat generating unit 20 heats the catalyst member 11 and reacts the first gas contained in the mixed gas with the second gas to generate a third gas.
  • the catalyst member 11 does not have to generate heat.
  • the catalyst member 11 may be supported on an insulator.
  • the gas measuring instrument 1B may include a cooling unit (an example of a temperature adjusting mechanism) instead of the heat generating unit 20.
  • the temperature of the catalyst member 11 is changed by the heat generating portion 20.
  • the gas measuring device 1B can change the gas type detected by the gas sensor 30 and measure a plurality of gas types. Therefore, the gas measuring instrument 1B can detect a plurality of types of gases as compared with a gas measuring instrument specialized for a specific gas.
  • the gas measuring instrument 1 may include a plurality of gas sensors including the gas sensor 30.
  • the second gas sensor 32 mainly contains gas molecules of a type different from the gas molecules detected by the first gas sensor 31. It may be configured to be detectable.
  • the gas measuring instrument can measure a plurality of types of gas.
  • the filter 10 and the gas sensor 30 may be manufactured separately and then combined.
  • the filter 10 and the gas sensor 30 may be manufactured integrally.
  • the signal generation unit 50 may be integrated with the control unit 60.
  • the acquisition unit 70 may be integrated with the output unit 80.
  • the output unit 80 may be integrated with the determination unit 90.
  • the gas measuring instrument 1 may be configured so as not to include the base material 40 and the gas chamber 41. In this case, the gas measuring instrument 1 is configured so that the catalyst member 11 of the filter 10 is in close contact with the gas sensor 30.
  • the gas measuring instrument 1 may include M types of gas sensors (M is an integer of 2 or more). When M is 3 or more, the M type gas sensor may include the same type of sensor. Further, the temperature of the catalyst member 11 may be controlled in N steps (N is an integer of 2 or more). In this case, the gas measuring instrument 1 can measure gas in a maximum of M ⁇ N types of combinations.
  • the gas measuring instrument 1A may be configured not to include the determination unit 90.
  • the output unit 80 outputs the measured value and the control signal to the outside.
  • the gas measuring instrument 1A may acquire the relationship between the measured value and the control signal in advance by simulation. In this case, the temperature of the catalyst member 11 and the rate at which the third gas is generated are calculated.
  • the relationship between the measured value and the control signal may be calibrated with a known gas. In this case, the relationship between the control signal and the temperature of the catalyst member 11 and the output characteristics of the gas sensor 30 are calibrated based on the known gas in which the gas type and the generated third gas are specified.
  • 1,1A, 1B ... Gas measuring instrument, 2 ... Measuring unit, 3 ... Circuit unit, 10 ... Filter, 11 ... Catalyst member, 20 ... Heat generating part, 30 ... Gas sensor, 40 ... Base material, 41 ... Gas chamber, 50 ... Signal generation unit, 60 ... control unit, 70 ... acquisition unit, 80 ... output unit, 90 ... determination unit.

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Abstract

ガス測定器は、電圧または電流を印加する電源が接続され、接触した混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成し、温度に応じて反応が変化する触媒作用を奏する触媒部材と、触媒部材と接触したガス分子を検出するガスセンサと、を備える。

Description

ガス測定器及びガス測定方法
　本開示は、ガス測定器及びガス測定方法に関する。
　特許文献１は、ガスセンサを開示する。ガスセンサは、Ｐｔ多孔質体で形成された電極を備える。電極に電圧が印加されると、Ｐｔ多孔質体の気孔に保持された酸素が解離する。ガスセンサは、解離された酸素によって生じる電流値を検出することで、酸素濃度を検出する。
特開平１１－２８１６１２号公報
　ところで、測定対象とするガスは、複数の種類のガスを含むことがある。このような場合、特許文献１に記載のガスセンサは、特定のガスに特化して使用されているため、複数の種類のガスを測定できない。本開示は、複数の種類のガスを検出できるガス測定器及びガス測定方法を提供する。
　本開示の一側面に係るガス測定器は、触媒部材と、ガスセンサとを備える。触媒部材は、電圧または電流を印加する電源が接続され、接触した混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成し、温度に応じて反応が変化する触媒作用を奏する。ガスセンサは、触媒部材と接触したガス分子を検出する。
　このガス測定器では、触媒部材に電圧または電流が印加されることで触媒部材の温度が変化する。触媒部材の温度に応じてガスの反応が変化する。このため、ガス測定器は、触媒部材の温度を変更することにより、ガスセンサに検出されるガス分子の種類を変化させることができる。よって、ガス測定器は、特定のガスに特化したガス測定器と比べて、複数の種類のガスを検出できる。
　本開示の他の側面に係るガス測定器は、触媒部材と、温度調整機構と、ガスセンサとを備える。触媒部材は、接触した混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成し、温度に応じて反応が変化する触媒作用を奏する。温度調整機構は、電圧または電流を印加する電源が接続され、前記触媒部材の温度を調整する。ガスセンサは、触媒部材と接触したガス分子を検出する。このガス測定器では、温度調整機構によって触媒部材の温度が変化する。触媒部材の温度に応じてガスの反応が変化する。このため、ガス測定器は、触媒部材の温度を変更することにより、ガスセンサに検出されるガス分子の種類を変化させることができる。よって、ガス測定器は、特定のガスに特化したガス測定器と比べて、複数の種類のガスを検出できる。
　一実施形態においては、ガス測定器は、上記ガスセンサを含む複数のガスセンサをさらに備えてもよい。複数のガスセンサは、上記ガスセンサにより検出されるガス分子のガス種とは異なるガス分子を検出可能な別なガスセンサを含む。この場合、ガス測定器は、複数の種類のガスを測定できる。
　一実施形態においては、ガス測定器は、信号発生部と、制御部と、取得部と、出力部とさらに備えてもよい。信号発生部は、タイミングを決定する同期信号を出力する。制御部は、触媒部材の温度を決定する制御信号と同期信号とに基づいて、同期信号によって決定されるタイミングで触媒部材の温度が制御信号によって決定される温度となるように電源を制御する。取得部は、ガスセンサの検出値を、同期信号によって決定されるタイミングで取得する。出力部は、検出値と制御信号とを関連付けて出力する。この場合、ガス測定器は、検出値と同期信号を関連付けて出力できる。
　一実施形態においては、ガス測定器は、判定部をさらに備えてもよい。判定部は、予め取得された関係と検出値と制御信号とに基づいて、ガス種を判定する。予め取得された関係は、ガス種と検出値と制御信号との関係である。この場合、ガス測定器は、触媒部材によって反応して第３ガスを生成する第１ガス及び第２ガスを含む混合ガスのガス種を判定できる。
　本開示の他の側面に係るガス測定方法は、以下の（１）～（４）の工程を備える。
　（１）触媒部材の温度を制御し、混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを触媒部材の触媒作用により反応させ、第３ガスを生成する工程。第３ガスの生成は、触媒部材の温度を決定する制御信号とタイミングを決定する同期信号とに基づく。触媒部材の温度は、同期信号によって決定されるタイミングで制御信号によって決定される。
　（２）触媒部材と接触したガスをガスセンサが検出する工程。
　（３）ガスセンサの検出値を、同期信号によって決定されるタイミングで取得する工程。
　（４）ガス種と検出値との予め取得された関係と、取得された検出値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する工程。
　このガス測定方法によれば、複数の種類のガスを検出できる。
　本開示に係るガス測定器及びガス測定方法によれば、複数の種類のガスを検出できる。
実施形態に係るガス測定器の一例を示す断面図である。 図２の（Ａ）は実施形態に係るガス測定器の一例を示すブロック図である。図２の（Ｂ）は制御信号及び同期信号の一例である。 実施形態に係るガス測定方法の一例を示すフローチャートである。 触媒部材の温度に応じたガス分子の反応を例示する模式図である。 実施形態に係るガス測定器の変形例を示す断面図である。
　以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。
［ガス測定器の構成］
　図１は、実施形態に係るガス測定器の一例を示す断面図である。図１に示されるガス測定器１は、ガスの成分を測定する機器である。ガス測定器１は、電気回路部品として提供され得る。一例として、ガス測定器１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである。ガス測定器１は、フィルタ１０、触媒部材１１、基材４０、ガスセンサ３０を備える。
　基材４０は、その内部に空間を画成する。基材４０は、ガスを透過しない材料で形成される。基材４０は、その上部が開放され、空間に連通する開口を有する。フィルタ１０は、基材４０の上部の開口を塞ぐように配置される。フィルタ１０は、略板状の部材であり、ガスを透過する材料で形成される。フィルタ１０及び基材４０は、ガスを透過する隙間が無いように接合される。これにより、フィルタ１０及び基材４０は、ガス室４１を画成する。
　フィルタ１０には、触媒部材１１が設けられる。触媒部材１１は、電気伝導体であって、通電によって発熱する。触媒部材１１は、例えば、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）又はイリジウム（Ｉｒ）等の金属触媒からなる。触媒部材１１は、電圧または電流を印加する電源１２に接続され、電圧印加または電流印加によって発熱する。ガス測定器１が複数の触媒部材１１を含む場合、複数の触媒部材１１はそれぞれが離間して配置される。複数の触媒部材１１のそれぞれの間は、ガスが通過可能である。発熱した触媒部材１１は、混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させて、第３ガスを生成する、触媒作用を奏する。触媒部材１１は、略板状のフィルタ１０を面内方向に網羅するように配置される。一例として、梁状の触媒部材１１が所定の間隔でフィルタ１０を覆うように配置される。
　ガスセンサ３０は、ガス室４１内に設けられる。一例として、ガスセンサ３０は、触媒部材１１の下流、即ちガスが触媒部材１１に接触して触媒部材１１の近傍を通過した側に設けられる。ガスセンサ３０は、第１ガス、第２ガス及び反応によって生成された第３ガスのうち少なくとも一つを検出する。ガスセンサ３０は、例えば、半導体を利用したガスセンサである。この場合、ガスセンサ３０は、ガスセンサ３０の表面に接触したガス分子を、電気信号として出力する。
［ガス測定器の制御回路］
　図２の（Ａ）は、実施形態に係るガス測定器１Ａの一例を示すブロック図である。ガス測定器１Ａは、測定部２（ガス測定器の一例）と回路部３とを備える。回路部３は、信号発生部５０、制御部６０、取得部７０、出力部８０及び判定部９０を備える。回路部３は、例えば、電気回路で構成され得る。回路部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成されてもよい。
　信号発生部５０は、制御部６０及び取得部７０へ制御信号及び同期信号を出力する。制御信号は、触媒部材１１の温度を決定する信号である。同期信号は、制御部と取得部とのタイミングを決定する信号である。制御部６０は、制御信号及び同期信号に基づいて触媒部材１１の温度を制御する電圧または電流を触媒部材１１へ印加するように、電源１２を制御する。図２の（Ｂ）は、制御信号及び同期信号の一例である。図２の（Ｂ）では、制御信号は、ＳＩＧ１、ＳＩＧ２、ＳＩＧ３の三種類の温度に相当する信号となる。同期信号は、水晶発振器などの発振器に基づいた矩形波である。制御部６０は、制御信号に示される温度となるように、触媒部材１１の温度を制御する。取得部７０は、同期信号に基づいて検出値を取得する。
　制御部６０は、同期信号の矩形波を所定の回数受信した際に、触媒部材１１の温度に対応する波形の制御信号を出力する。一例として、図２の（Ｂ）の３段階に変化する制御信号は、触媒部材１１の温度を３段階で制御する。触媒部材１１の温度は、無段階で制御されてもよい。この場合、制御信号は、三角波又は正弦波を示す。
　取得部７０は、同期信号の矩形波を所定の回数受信した際に、検出値を取得する。よって、取得部７０は、制御信号による触媒部材１１の温度の変化に対応した検出値を取得できる。取得部７０が検出値を取得する際の矩形波を受信する所定の回数は、制御部６０が制御信号を出力する際の矩形波を受信する回数以上でもよい。取得部７０が検出値を取得する時期を、制御部６０が制御信号を出力する時期よりも遅くすることで、取得部７０は、触媒部材１１の温度が変化した後に触媒部材１１と接触したガス分子が多数となったときの、検出値を取得できる。
　出力部８０は、制御信号と、取得部７０から取得された検出値とを関連付けて出力する。
　判定部９０は、ガス種と検出値と制御信号との予め取得された関係と、出力部８０により出力された検出値及び制御信号とに基づいてガス種を判定する。ガス種と検出値と制御信号との組合せについては、事前に予め取得され、例えばガス特性テーブルとして記憶される。判定部９０は、出力部８０によって出力された組合せに基づいてガス特性テーブルを参照し、ガス種を決定する。
　［ガス測定器の動作］
　図３は、実施形態に係るガス測定方法の一例を示すフローチャートである。図３に示されるフローチャートの工程は、ガス測定器１Ａの動作を示す。図４は、触媒部材の温度に応じたガス分子の反応を例示する模式図である。一例として、検出対象のガスは、水素（Ｈ２）及び酸素（Ｏ２）を含む混合ガスとする。ガス測定器１Ａは、水素（Ｈ２）を検出可能なガスセンサ３０を有する。
　図３に示されるように、最初に、触媒部材１１の温度は、制御信号及び同期信号に基づいて動作する制御部６０によって変更される（ステップＳ１０）。図４の（Ａ）は、制御信号がＳＩＧ１の場合に、触媒部材１１と接触するガス分子の反応を示す。一例として、制御信号がＳＩＧ１の場合、制御部６０は、触媒部材１１に電圧または電流を印加しないように、電源１２を制御する。よって、触媒部材１１は発熱しない。制御信号がＳＩＧ１の場合、水素（Ｈ２）は、酸素（Ｏ２）と反応しない。ガスセンサ３０は、水素（Ｈ２）を主に検出する（ステップＳ２０）。
　図４の（Ｂ）は、制御信号がＳＩＧ２の場合に、触媒部材１１と接触するガス分子の反応を示す。制御信号がＳＩＧ２の場合、制御部６０は、触媒部材１１に電圧または電流を印加するように、電源１２を制御する。通電によって発熱した触媒部材１１は、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とを反応させる。よって、制御信号がＳＩＧ２の場合、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）との反応によって水（Ｈ２Ｏ）が生成される。この場合、触媒部材１１と接触した水素（Ｈ２）及び酸素（Ｏ２）の一部が反応して、水（Ｈ２Ｏ）が生成される。よって、ガスセンサ３０は、水（Ｈ２Ｏ）が生成された後の水素（Ｈ２）を検出する（ステップＳ２０）。
　図４の（Ｃ）は、制御信号がＳＩＧ３の場合に、触媒部材１１と接触するガス分子の反応を示す。制御信号がＳＩＧ３の場合、制御部６０は、触媒部材１１に制御信号がＳＩＧ２の場合より大きな電圧または電流を印加するように、電源１２を制御する。通電によって発熱した触媒部材１１は、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とを反応させる。この場合、触媒部材１１と接触した水素（Ｈ２）及び酸素（Ｏ２）の全てが反応して、水（Ｈ２Ｏ）が生成される。ガスセンサ３０は、水素（Ｈ２）が存在しない場合を検出する（ステップＳ２０）。
　次に、取得部７０は、ガスセンサ３０が出力した測定値を、同期信号に基づいて取得する（ステップＳ３０）。
　判定部９０は、ガス特性テーブルと、取得部７０により取得された測定値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する（ステップＳ４０）。制御信号が示す触媒部材１１の温度と測定値との予め取得された関係から、混合ガスは、水素（Ｈ２）及び酸素（Ｏ２）を含むと判定される。
［実施形態のまとめ］
　このガス測定器１では、触媒部材１１に電圧または電流が印加されることで触媒部材１１の温度が変化する。触媒部材１１の温度に応じてガスの反応が変化する。このため、ガス測定器１は、触媒部材１１の温度を変更することにより、ガスセンサ３０に検出されるガス分子の種類を変化させることができる。よって、ガス測定器１は、特定のガスに特化したガス測定器と比べて、複数の種類のガスを検出できる。
　ガス測定器１Ａは、同期信号を出力する信号発生部５０と、触媒部材１１の温度を決定する制御信号と同期信号とに基づいて、触媒部材１１の温度を制御する制御部６０と、ガスセンサ３０の検出値を同期信号に基づいて取得する取得部７０と、検出値と制御信号とを関連付けて出力する出力部８０と、を備える。この場合、ガス測定器１Ａは、検出値と同期信号を関連付けて出力できる。
　ガス測定器１Ａ及びガス測定方法は、ガス種と検出値及び制御信号との予め取得された関係と、出力部８０により出力された検出値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する判定部９０を備える。この場合、ガス測定器１Ａ及びガス測定方法は、触媒部材１１によって反応して第３ガスを生成する第１ガス及び第２ガスを含む混合ガスのガス種を判定できる。
［変形例］
　以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記の例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。
　図５は、実施形態に係るガス測定器の変形例を示す断面図である。ガス測定器１Ｂは、混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成する触媒部材１１と、電圧または電流を印加する電源１２が接続され、触媒部材１１の温度を変更する発熱部２０（温度調整機構の一例）と、第１ガス、第２ガス及び反応によって生成された第３ガスのうち少なくとも一つを検出するガスセンサ３０と、を備える。
　発熱部２０は、電気伝導体であって、通電によって発熱する。例えば、発熱部２０は、ニクロム線である。発熱部２０は、触媒部材１１を加熱して混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させて、第３ガスを生成する。ガス測定器１Ｂでは、触媒部材１１は、発熱しなくてもよい。触媒部材１１は、絶縁体に担持されていてもよい。また、ガス測定器１Ｂは、発熱部２０に替えて冷却部（温度調整機構の一例）を備えてもよい。
　触媒部材１１の温度は、発熱部２０によって変化される。ガス測定器１Ｂは、触媒部材１１の温度を変化させることで、ガスセンサ３０に検出されるガス種を変化させ、複数のガス種を測定できる。よって、ガス測定器１Ｂは、特定のガスに特化したガス測定器と比べて、複数の種類のガスを検出できる。
　ガス測定器１は、ガスセンサ３０を含む複数のガスセンサを備えていてもよい。第１ガスセンサ３１（ガスセンサ３０の一例）及び第２ガスセンサ３２（別のガスセンサの一例）を有する場合、第２ガスセンサ３２は、第１ガスセンサ３１で検出したガス分子とは異なる種類のガス分子を主に検出可能に構成されてもよい。この場合、ガス測定器は、複数の種類のガスを測定できる。
　フィルタ１０及びガスセンサ３０は、別々に形成された後に組み合わされて作製されてもよい。フィルタ１０及びガスセンサ３０は、一体として作製されてもよい。
　信号発生部５０は、制御部６０と一体であってもよい。取得部７０は、出力部８０と一体であってもよい。出力部８０は、判定部９０と一体であってもよい。
　ガス測定器１は、基材４０及びガス室４１を含まないように構成されてもよい。この場合、ガス測定器１は、ガスセンサ３０にフィルタ１０の触媒部材１１が密着するように構成される。ガス測定器１は、Ｍ種類のガスセンサ（Ｍは２以上の整数）を備えてもよい。Ｍが３以上の場合、Ｍ種類のガスセンサは同じ種類のセンサを含んでいてもよい。また、触媒部材１１の温度は、Ｎ段階で（Ｎは２以上の整数）で制御されてもよい。この場合、ガス測定器１は、最大でＭ×Ｎ種類の組み合わせでガスを測定できる。
　ガス測定器１Ａは、判定部９０を含まないように構成されてもよい。この場合、ガス測定器１Ａは、出力部８０が測定値と制御信号とを外部へ出力する。ガス測定器１Ａは、測定値と制御信号との関係を、シミュレーションによって予め取得してもよい。この場合、触媒部材１１の温度と第３ガスが生成される速度は、計算で求められる。測定値と制御信号との関係は、既知のガスで校正されてもよい。この場合、ガス種及び生成される第３ガスが特定された既知のガスに基づいて、制御信号と触媒部材１１の温度との関係、ガスセンサ３０の出力特性は、校正される。
　１，１Ａ，１Ｂ…ガス測定器、２…測定部、３…回路部、１０…フィルタ、１１…触媒部材、２０…発熱部、３０…ガスセンサ、４０…基材、４１…ガス室、５０…信号発生部、６０…制御部、７０…取得部、８０…出力部、９０…判定部。

Claims (6)

  1. 　電圧または電流を印加する電源が接続され、接触した混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成し、温度に応じて前記反応が変化する触媒作用を奏する触媒部材と、
    　前記触媒部材と接触したガス分子を検出するガスセンサと、
    を備える、ガス測定器。
  2. 　接触した混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを反応させ第３ガスを生成し、温度に応じて前記反応が変化する触媒作用を奏する触媒部材と、
    　電圧または電流を印加する電源が接続され、前記触媒部材の温度を調整する温度調整機構と、
    　前記触媒部材と接触したガス分子を検出するガスセンサと、
    を備える、ガス測定器。
  3. 　前記ガスセンサを含む複数のガスセンサをさらに備え、
    　前記複数のガスセンサは、前記ガスセンサにより検出されるガス分子のガス種とは異なるガス分子を検出可能な別なガスセンサを含む、請求項１又は２に記載のガス測定器。
  4. 　タイミングを決定する同期信号を出力する信号発生部と、
    　前記触媒部材の温度を決定する制御信号と前記同期信号とに基づいて、前記同期信号によって決定されるタイミングで前記触媒部材の温度が前記制御信号によって決定される温度となるように前記電源を制御する制御部と、
    　前記ガスセンサの検出値を、前記同期信号によって決定されるタイミングで取得する取得部と、
    　前記検出値と前記制御信号とを関連付けて出力する出力部と、
    をさらに備える、請求項１～３の何れか一項に記載のガス測定器。
  5. 　予め取得された関係と前記検出値と前記制御信号とに基づいて、ガス種を判定する判定部をさらに備え、
    　前記予め取得された関係は、前記ガス種と前記検出値と前記制御信号との関係である、
    請求項４に記載のガス測定器。
  6. 　触媒部材の温度を決定する制御信号とタイミングを決定する同期信号とに基づいて、前記同期信号によって決定されるタイミングで前記制御信号によって決定される温度となるように前記触媒部材の温度を制御し、混合ガスに含まれる第１ガスと第２ガスとを前記触媒部材の触媒作用により反応させ、第３ガスを生成する工程と、
    　前記触媒部材と接触したガスをガスセンサが検出する工程と、
    　前記ガスセンサの検出値を、前記同期信号によって決定されるタイミングで取得する工程と、
    　ガス種と前記検出値との予め取得された関係と、取得された前記検出値及び前記制御信号とに基づいて、前記ガス種を判定する工程と、
    を備える、ガス測定方法。
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