JP2002048745A - 半導体ガスセンサー式ガス濃度測定装置 - Google Patents
半導体ガスセンサー式ガス濃度測定装置Info
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Abstract
く、広い濃度範囲のガスを少ない種類の検量線データで
正確に測定すること。 【解決手段】 傍熱型半導体ガスセンサー3の半導体物
質2に直列接続される既知抵抗の可変抵抗器4と、これ
らの直列回路に駆動電圧を供給する電源回路5と、当該
半導体ガスセンサー3のガス濃度に対する抵抗を正規化
した検量線データを格納した検量線データ記憶手段14
と、可変抵抗器4の電圧と電源回路5の電圧に基づいて
半導体ガスセンサー3の基準状態に対する抵抗比と検量
線データとに基づいてガス濃度を算出するガス濃度演算
手段13とを備える。
Description
導体物質をヒータ等の加熱手段により傍熱的に加熱して
半導体物質の負荷電圧を出力信号とするガス濃度測定装
置、より詳細には感度調整技術に関する関する。
傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーは、通常、半導体
物質を負荷抵抗を介して基準電源に接続し、ガスの濃度
により変化する半導体物質の抵抗を負荷抵抗の端子電圧
として検出するように回路構成されて使用される。
は、その微粉末を液に懸垂させた状態で基体に滴下して
焼成して形成される関係上、半導体物質層の厚み等のば
らつきによりセンサーによっては基準状態での抵抗値が
10倍以上も異なる場合がある。このようなセンサー
は、通常、負荷抵抗と直列に接続され、負荷抵抗の抵抗
値を調整して感度補正を行いつつ、負荷抵抗の電圧に基
づいてガス濃度を検出することが行われている。しかし
ながら、ガス濃度が高くなると、単位ガス濃度当りの電
圧変化が小さくなるため、測定範囲を複数の領域、通常
10程度の領域に分割して、それぞれの領域に対応する
検量データを用意して測定精度の向上を図ることが行わ
れている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、同一ロットで製
造された半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗値
の変化が同一の指数関数に基づくことに着目して、広い
濃度範囲を単一の検量線データで測定することができる
ガス濃度測定装置を提供することである。
るために本発明においては、ガスに感応する半導体物質
を加熱手段と傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、
前記半導体物質に直列接続される既知抵抗と、前記半導
体物質と既知抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、
当該半導体ガスセンサーのガス濃度に対する抵抗を正規
化したデータを格納した検量線データ記憶手段と、前記
既知抵抗の電圧と前記電源回路の電圧に基づいて前記半
導体物質の基準状態に対する抵抗比と前記データとに基
づいてガス濃度を算出するガス濃度演算手段とを備える
ようにした。
関数の関係にあり、センサー個々の間での基準状態での
抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比も同一となるか
ら、基準状態での抵抗と特定のガス濃度での抵抗との比
を検量線データとすることにより、検量線データを共通
化できる。
した実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の一実
施例を示すものであって、ヒータコイル1と、これとは
電気的に分離され、かつ熱伝導関係を形成するようにガ
ス感応半導体物資2を配置して構成された傍熱型半導体
ガスセンサー3は、ヒータコイル1を電源回路5に接続
し、また半導体物質2の一端を後述する可変抵抗器4
に、他端を電源回路5の正極出力端子に接続されてい
る。
Rs4と、電子スイッチS1〜S4とを直列接続して、
抵抗選択手段6からの信号により電子スイッチS1〜S
4をON・OFF制御することにより所定の抵抗値とな
るように構成されている。
て第1のアナログーデイジタル変換器8に接続され、デ
ジタル信号に変換されたセンサー出力が入力レベル判定
手段9、及びガス濃度演算手段10に入力している。ま
た電源回路5の出力端子は、第2のアナログーデイジタ
ル変換器11に接続され、デジタル信号に変換されて回
路電圧演算手段12により算出された電源電圧のデータ
がガス濃度演算手段13に入力している。
ログーデイジタル変換器8、11からの電圧データと、
可変抵抗器4の抵抗値に基づいてセンサー3の抵抗値を
算出し、規定濃度での抵抗値との比と、検量線データ記
憶手段14に格納されている濃度対抵抗比のデータに基
づいてガス濃度を算出し、表示器16に出力する。
たように既知のガス濃度D1、D2‥‥と、この濃度で
のセンサー3の抵抗を正規化した値C1、C2、‥‥と
を、値C1、C2、‥‥に基づいてアクセスできるよう
に格納して構成されている。すなわち、既知の状態、例
えばクリーンエア環境下でのガスセンサーの抵抗R0
と、既知濃度D1、D2、‥‥における抵抗R1、R
2、‥‥との比、R1/R0、R2/R0、‥‥が格納
されている。
ると、第1のアナログーデイジタル変換器8から可変抵
抗器4の現在選択されている既知抵抗Rs1、Rs2、
‥‥による負荷電圧のデータがレベル判定手段9に入力
する。抵抗切換手段15は、レベル判定手段9と検量線
データ記憶手段14とのデータに基づいて、第1のアナ
ログーデイジタル変換器8に入力するアナログ電圧が、
変換器8の変換可能範囲となるようにスイッチS1〜S
4により可変抵抗器4のいずれか既知抵抗Rs1、Rs
2、‥‥を選択して抵抗値を調整する。
に流れ込むと、センサー3の抵抗値がガス濃度に対応し
て変化する。ガス濃度演算手段13は、第2アナログー
デイジタル変換器11からの電圧データと、可変抵抗器
4の抵抗値に基づいてセンサー3の抵抗値Rxを算出
し、当該センサー3の基準状態での抵抗値R0との比R
x/R0と、検量線データ記憶手段14の抵抗比対濃度
のデータに基づいてガス濃度を算出する。
体ガスセンサーの抵抗値とガス濃度の指数関数の関係に
あるから、センサーAとセンサーBとで基準状態での抵
抗値にばらつきが存在するとしても、ガス濃度に対する
抵抗の変化率はほぼ同一である。したがって、それぞれ
のセンサーA、Bの基準状態での抵抗と特定のガス濃度
での抵抗との比は、やはり図2(ロ)に示したように変
化率はほぼ同一となる。このことから、差分ΔCに相当
する値を係数としてガス濃度演算手段13で乗算すれ
ば、半導体物質2の抵抗値のばらつきに関わりなく、セ
ンサー3の特性を揃えることが可能となる。
に相当する係数を、パネルスイッチ等からガス濃度検出
手段13に設定することにより、センサー3のばらつ
き、すなわち抵抗値のばらつきに関わりなく少ない種類
の検量線データで広い濃度範囲のガスを正確に測定する
ことができる。
器の抵抗を離散的に変更するようにしているが、調整後
の抵抗値が高い精度で判明する場合には連続的に変化さ
せるようにしても同様の作用を奏することは明らかであ
る。
ガスセンサーの基準状態に対する抵抗比に基づいてガス
濃度を算出するようにしてので、センサーの出力信号の
ばらつきに関わり無く、少ない種類の検量線データによ
り、広い濃度範囲を、高い精度で測定することができ
る。
示す線図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ガスに感応する半導体物質を加熱手段と
傍熱的に加熱する半導体ガスセンサーと、前記半導体物
質に直列接続される既知抵抗と、前記半導体物質と既知
抵抗とに駆動電圧を供給する電源手段と、当該半導体ガ
スセンサーのガス濃度に対する抵抗を正規化したデータ
を格納した検量線データ記憶手段と、前記既知抵抗の電
圧と前記電源回路の電圧に基づいて前記半導体物質の基
準状態に対する抵抗比と前記データとに基づいてガス濃
度を算出するガス濃度演算手段とからなる半導体ガスセ
ンサー式ガス濃度測定装置。 - 【請求項2】 前記電源手段の電圧を検出する回路電圧
検出手段を備えた請求項1に記載の半導体ガスセンサー
式ガス濃度測定装置。 - 【請求項3】 前記ガス濃度演算手段が、係数乗算機能
を有する請求項1に記載の半導体ガスセンサー式ガス濃
度測定装置。
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