JP2001013099A - ガス測定装置 - Google Patents

ガス測定装置

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JP2001013099A
JP2001013099A JP11184667A JP18466799A JP2001013099A JP 2001013099 A JP2001013099 A JP 2001013099A JP 11184667 A JP11184667 A JP 11184667A JP 18466799 A JP18466799 A JP 18466799A JP 2001013099 A JP2001013099 A JP 2001013099A
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JP
Japan
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sensor
sample gas
resistance value
measurement
gas
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JP11184667A
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English (en)
Inventor
Hisamitsu Akamaru
久光 赤丸
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 再現性を低下させることなく測定間隔を短縮
する。 【解決手段】 120秒間、酸化物半導体装置を備えた
センサセルにサンプルガスを供給する(予備測定)。3
60秒間、センサセルにゼロガスを供給する。酸化物半
導体センサの電気抵抗値は上昇し、準安定ベース抵抗値
Rbに近づく。その後、60秒間、サンプルガスをセン
サセルに供給すると準安定ピーク抵抗値Rsが得られる
(実測定)。実測定での準安定ベース抵抗値Rbと準安
定ピーク抵抗値Rsに基づいて定量測定を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1つ又は複数の酸
化物半導体センサを備え、サンプルガス検出時の酸化物
半導体センサの電気抵抗値の変化に基づいてサンプルガ
スの定性又は定量を行なうガス測定装置に関するもので
ある。このようなガス測定装置は、有毒ガスや都市ガ
ス、一酸化炭素、一酸化窒素などの測定や、気体の香
気、臭気などのにおいの測定、脱臭装置の脱臭効果の判
定などに適用される。
【0002】
【従来の技術】ガスセンサとして、サンプルガス中のに
おい成分との酸化還元反応により酸化物半導体の電気抵
抗が変化する現象を利用する酸化物半導体センサがあ
る。酸化物半導体センサを用いてサンプルガス中のにお
い成分を測定するガス測定装置(におい測定装置)は、
1つ又は複数の酸化物半導体センサを備えており、酸化
物半導体センサからの信号をそのまま表示するか、又は
複数の信号を多変量解析に持ち込む、いわゆるケモメト
リクスと呼ばれる技術を応用してサンプルガス中のにお
い成分を測定している。
【0003】酸化物半導体センサを用いたガス測定装置
では、酸素を含むゼロガス供給時のセンサの電気抵抗値
(ベース抵抗値)が安定した後、サンプルガスをセンサ
に接触させ、センサの電気抵抗値の変化を測定する。測
定後、ガスセンサにゼロガスを流してガスセンサのクリ
ーニングを行ない、センサの電気抵抗値がベース抵抗値
まで回復し安定するのを待って次の測定を行なう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のよう
に、センサの電気抵抗値がベース抵抗値に戻るのを待っ
ていると、次の測定までに非常に時間がかかる。測定時
間を短縮すべく、ベース抵抗値が回復したか否かを確認
をせずに次の測定を行なうと、測定ごとに異なった出力
がでることがあり、再現性が低下するという問題があっ
た。さらに、未知のサンプルガスであれば、電気抵抗値
がベース抵抗値に戻るまでの時間を予測できないという
問題もあった。そこで本発明は、ガス測定装置におい
て、再現性を低下させることなく測定間隔を短縮するこ
とを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のガスセンサは、
1つ又は複数の酸化物半導体センサが配置されたセンサ
部と、センサ部に酸素を含むゼロガスを供給するゼロガ
ス供給手段と、センサ部にサンプルガスを供給するサン
プルガス供給手段と、センサ部にサンプルガスを供給し
た後、そのサンプルガスの履歴が残っている間に続けて
同じサンプルガスをセンサ部に供給するようにサンプル
ガス供給手段の動作を制御する制御部とを備え、1回目
のサンプルガス供給後のサンプルガス供給停止時のベー
ス抵抗値と2回目以降のサンプルガス供給時のピーク抵
抗値に基づいて定量測定を行なうものである。
【0006】ゼロガス供給手段により、センサ部に酸素
を含むゼロガスを供給しておく。制御部によりサンプル
ガス供給手段を制御して、所定の一定時間(予備測定時
間)だけセンサ部に1回目のサンプルガスの供給を行な
う(予備測定)。センサにサンプルガス中のにおい成分
が接触すると、センサの電気抵抗値が低下する。予備測
定時間が経過した後、所定の一定時間(準安定化時間)
の間、サンプルガスの供給を停止し、ゼロガス供給手段
によりセンサ部にゼロガスを供給する。準安定化時間の
間にセンサの電気抵抗値は上昇し、サンプルガスの種類
や流量、圧力、準安定化時間の長さなどに応じた一定の
値(準安定ベース抵抗値)に近づく。
【0007】準安定時間経過後、所定の一定時間(実測
定時間)だけ、予備測定において供給したのと同じサン
プルガスを2回目のサンプルガス供給としてセンサ部に
供給する(実測定)。このとき得られるセンサのピーク
抵抗値(実測値)は、予備測定前のセンサの電気抵抗値
がベース抵抗値まで回復していたか否かにかかわらず安
定する。その結果、異なるサンプルガスの測定間隔の時
間を短縮しても、再現性よく測定することができる。1
回の予備測定の後、1回だけの実測定よりも、続けて複
数回の実測定を繰り返すことにより、実測値をさらに安
定させることができる。
【0008】
【実施例】図1は、一実施例を表す概略構成図である。
サンプルガスが収容されたサンプルガス容器1が設けら
れている。サンプルガス容器1には酸化物半導体センサ
の動作に必要な酸素も注入されている。サンプルガス容
器1は、三方電磁バルブV1を介して、センサセル(セ
ンサ部)3の入口側に接続されている。バルブV1に
は、酸素を含む清浄な空気をゼロガスとして供給するゼ
ロガス供給部7も接続されている。バルブV1は、セン
サセル3につながる流路をサンプルガス容器1につなが
る流路又はゼロガス供給部7につながる流路に切り換え
て接続する。
【0009】センサセル3の内部には酸化物半導体セン
サ5が配置されている。センサセル3の出口側は、三方
電磁バルブV2を介して、吸引ポンプ9の吸引側に接続
されている。バルブV2にはガス排出流路11も接続さ
れており、バルブV12はセンサセル3につながる流路
をポンプ9につながる流路又はガス排出流路11に切り
換えて接続する。装置の動作を制御する制御部13が備
えられている。制御部13には、ポンプ9及びバルブV
1,V2が電気的に接続されており、ポンプ9の動作及
びバルブV1,V2の切換え動作は制御部13により制
御される。
【0010】センサ5には、センサ出力を表示する出力
表示部15が接続されている。出力表示部15で表示さ
れる数値は、−log(Rs/Rb)として算出され
る。ここで、Rsはサンプルガス測定時の実測値、Rb
は予備測定後のゼロガス供給時の準安定ベース抵抗値で
ある。出力表示部15は、制御部13にも接続されてお
り、制御部13は、出力表示部15を介して送られるセ
ンサ5の電気抵抗値の情報に基づいて、出力表示部15
で表示される数値の算出も行なう。本発明のゼロガス供
給手段は、ゼロガス供給部7及びバルブV1,V2によ
り構成され、サンプルガス供給手段はサンプルガス容器
1、バルブV1,V2及びポンプ9により構成される。
【0011】図2は、ポンプ9の動作シーケンス及びそ
の動作シーケンスに伴う酸化物半導体センサの電気抵抗
値の変化を表す波形図である。その波形図において、縦
軸は酸化物半導体センサの電気抵抗値(Ω)、横軸は時
間(秒)を表す。図1及び図2を参照してこの実施例の
動作を説明する。
【0012】(予備測定)制御部13により、バルブV
1を制御してセンサセル3の入口側をゼロガス供給部7
に接続し、バルブV2を制御してセンサセル3をガス排
出流路11に接続する。ゼロガス供給部7からバルブV
1を介してセンサセル3にゼロガスを供給する。センサ
セル3に供給されたゼロガスはバルブV2を介してガス
排出流路11から排出される。制御部13により、バル
ブV1を切り換えてセンサセル3の入口側をサンプルガ
ス容器1に接続し、バルブV2を切り換えてセンサセル
3の出口側をポンプ9に接続し、ポンプ9を動作させ
て、120秒の予備測定時間だけセンサセル3にサンプ
ルガスの供給を行なう。センサ5にサンプルガス中のに
おい成分が接触し、センサ5の電気抵抗値が低下する。
【0013】(実測定1)制御部13により、バルブV
1を切り換えてセンサセル3の入口側をゼロガス供給部
7に接続し、バルブV2を切り換えてセンサセル3をガ
ス排出流路11に接続し、360秒の準安定化時間の
間、ゼロガス供給部7からバルブV1を介してセンサセ
ル3にゼロガスを供給する。準安定化時間の間にセンサ
5の電気抵抗値は上昇し、準安定ベース抵抗値に近づ
く。このときのセンサ5の電気抵抗値を実測定1の準安
定ベース抵抗値Rb1として制御部13に記憶する。
【0014】制御部13により、バルブV1を切り換え
てセンサセル3の入口側をサンプルガス容器1に接続
し、バルブV2を切り換えてセンサセル3の出口側をポ
ンプ9に接続し、ポンプ9を動作させて、60秒の実測
定時間だけ、サンプルガス容器1のサンプルガスをセン
サセル3に供給する。このときのセンサ5の電気抵抗値
を実測定1の準安定ピーク抵抗値Rs1として制御部1
3に送る。制御部13は準安定ピーク抵抗値Rs1及び
準安定ベース抵抗値Rb1に基づいてセンサ出力値を算
出し、出力表示部15に表示する。
【0015】(実測定2)制御部13により、バルブV
1を切り換えてセンサセル3の入口側をゼロガス供給部
7に接続し、バルブV2を切り換えてセンサセル3をガ
ス排出流路11に接続し、360秒の準安定時間の間、
ゼロガス供給部7からバルブV1を介してセンサセル3
にゼロガスを供給する。実測定1の後のセンサ5の電気
抵抗値は上昇し、準安定ベース抵抗値に近づく。このと
きのセンサ5の電気抵抗値を実測定2の準安定ベース抵
抗値Rb2として制御部13に記憶する。
【0016】制御部13により、バルブV1を切り換え
てセンサセル3の入口側をサンプルガス容器1に接続
し、バルブV2を切り換えてセンサセル3の出口側をポ
ンプ9に接続し、ポンプ9を動作させて、60秒の実測
定時間だけ、サンプルガス容器1のサンプルガスをセン
サセル3に供給する。このときのセンサ5の電気抵抗値
を実測定2の準安定ピーク抵抗値Rs2として制御部1
3に送る。制御部13は準安定ピーク抵抗値Rs2及び
準安定ベース抵抗値Rb2に基づいてセンサ出力値を算
出し、出力表示部15に表示する。
【0017】制御部13により、バルブV1を切り換え
てセンサセル3の入口側をゼロガス供給部7に接続し、
バルブV2を切り換えてセンサセル3をガス排出流路1
1に接続し、ゼロガス供給部7からバルブV1を介して
センサセル3にゼロガスを供給する。図2に示すよう
に、センサ5の電気抵抗値が準安定ベース抵抗値付近の
ときにサンプルガスを測定したときに得られる準安定ピ
ーク抵抗値Rs1,Rs2は安定している。
【0018】表1に、この実施例を用いて酢酸ブチルガ
スを測定したときの酸化物半導体センサの電気抵抗値を
示す。ここでは、3回の実測定を行なった。ベース抵抗
値及び測定値の単位はオーム(Ω)である。実測定1,
2,3のベース抵抗値は準安定ベース抵抗値を表し、実
測定1,2,3のピーク抵抗値は準安定ピーク抵抗値を
表す。
【0019】
【表1】
【0020】予備測定と実測定1,2,3とのベース抵
抗値及び測定値には多きな差があるが、実測定1,2,
3のベース抵抗値及び測定値は十分に安定している。実
測定1、2又は3の準安定ベース抵抗値と準安定ピーク
抵抗値に基づいて定量測定を行なう。このような結果
は、予備測定前のセンサ5の電気抵抗値がベース抵抗値
まで回復していたか否かにかかわらず得ることができ、
予備測定及び実測定を行なった後、かつセンサの電気抵
抗値がベース抵抗値に回復する前に他のサンプルガスを
測定しても、そのサンプルガスについて安定した測定結
果を得ることができる。その結果、測定間隔の時間を短
縮しても、再現性よく測定することができる。また、本
発明にかかる装置では、実測定の回数を多くした方が実
測値が安定するので、より精密な測定が必要な場合に
は、2回目又は3回目の実測値を測定結果とすることが
好ましい。この実施例ではセンサセルに酸化物半導体セ
ンサを1つだけ設置しているが、複数の酸化物半導体セ
ンサを設置してもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明のガスセンサでは、1つ又は複数
の酸化物半導体センサが配置されたセンサ部と、センサ
部に酸素を含むゼロガスを供給するゼロガス供給手段
と、センサ部にサンプルガスを供給するサンプルガス供
給手段と、センサ部にサンプルガスを供給した後、その
サンプルガスの履歴が残っている間に続けて同じサンプ
ルガスをセンサ部に供給するようにサンプルガス供給手
段の動作を制御する制御部とを備え、1回目のサンプル
ガス供給後のサンプルガス供給停止時のベース抵抗値と
2回目以降のサンプルガス供給時のピーク抵抗値に基づ
いて定量測定を行なうようにしたので、1回目のサンプ
ルガス供給前のセンサの電気抵抗値がベース抵抗値まで
回復していたか否かにかかわらず2回目以降のサンプル
ガス供給時のピーク抵抗値が安定し、再現性を低下させ
ることなく測定間隔を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施例を表す概略構成図である。
【図2】 吸引ポンプの動作シーケンス及びその動作シ
ーケンスに伴う酸化物半導体センサの電気抵抗値の変化
を表す波形図である。
【符号の説明】
1 サンプルガス容器 3 センサセル 5 酸化物半導体センサ 7 ゼロガス供給部 9 吸引ポンプ 11 ガス排出流路 13 制御部 15 出力表示部 V1,V2 三方電磁バルブ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つ又は複数の酸化物半導体センサが配
    置されたセンサ部と、 前記センサ部に酸素を含むゼロガスを供給するゼロガス
    供給手段と、 前記センサ部にサンプルガスを供給するサンプルガス供
    給手段と、 前記センサ部にサンプルガスを供給した後、そのサンプ
    ルガスの履歴が残っている間に続けて同じサンプルガス
    を前記センサ部に供給するように前記サンプルガス供給
    手段の動作を制御する制御部と、を備え、 1回目のサンプルガス供給後のサンプルガス供給停止時
    のベース抵抗値と2回目以降のサンプルガス供給時のピ
    ーク抵抗値に基づいて定量測定を行なうことを特徴とす
    るガス測定装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002221509A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Equos Research Co Ltd ガスセンサ
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JP2007309770A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Hitachi Ltd 油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油中ガスの分析方法

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