JP2005241540A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のガスセンサを組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上できるガス濃度測定装置を提供すること。
【解決手段】水素濃度測定装置１は、メインの構成として、汎用基板７に限界電流式水素センサ用拡張基板である第１拡張基板９が着脱可能に接続され、その第１拡張基板９に、主測定対象である水素濃度を測定するための限界電流式水素センサ１７が接続された構成を有する。更に、そのメインの構成に加え、汎用基板７にインピーダンス変化式湿度センサ用拡張基板である第２拡張基板１１が着脱可能に接続され、その第２拡張基板１１に、副測定対象である水蒸気濃度を測定するためのインピーダンス変化式湿度センサ１９が接続された構成を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば燃料電池に供給或いは燃料電池から排出される燃料ガスや、内燃機関の排気ガス等のガス中において、水素ガスやアンモニアガス等の測定の目標とする所定のガスの濃度を精度良く測定することができるガス濃度測定装置に関する。

従来より、ガス濃度センサが接続されガス濃度を測定するガス濃度測定装置においては、ガス濃度センサをある環境下で用いた場合には十分な測定精度が得られていたものの、別の環境下では妨害要素の影響を受けて十分な測定精度を得られなくなることが知られている。

例えば、大気環境下では精度良く測定できていたものが、自動車の排気ガス環境下では、妨害ガスの影響を受けてその精度が低下することがある。
この問題を解決する方法としては、妨害要素を第二の測定対象として同時に測定し、その測定結果をもとに補正を行うことで、本来の測定精度を向上させることが考えられる。

しかし、単一の測定対象（例えば水素ガス）に特化して開発されたガス濃度測定装置では、新たな測定対象（例えば水蒸気）の追加による測定回路の再開発が必要となり、その対策は容易ではない。

また、これとは別に、例えば時計のモータ、時計回路その他の電子部品を測定対象とし、その測定を行う測定装置に関して、特に測定対象や測定内容の変更に伴う開発リードタイムの短縮と信頼性の向上を図った技術が提案されている（特許文献１参照）。

この技術とは、各種の測定に共通で用いられる基本性能を親基板に与え、予め定められた一定内容の測定に直接関わる専用機能を子基板に与え、その親基板への子基板の実装を通じて一つの測定回路が形成されるものである。
特開平８−３２７７５９号公報 （第５頁、図９）

しかしながら、複数のガスセンサを用いてガス濃度を測定するガス濃度測定装置においては、電子回路基板をどの様に用いるか等の技術の検討及び開発がなされていないのが現状であった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数のガスセンサを組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上できるガス濃度測定装置を提供することである。

（１）請求項１の発明は、ガスセンサの信号を処理することにより、測定対象である目標のガスの濃度を求めるガス濃度測定装置において、前記目標のガスの濃度を含む測定内容の異なる複数のガスセンサの信号を入力し、該各ガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスの濃度を求める演算処理を行う電子回路部を備えるとともに、前記電子回路部として、前記異なる複数のガスセンサに共通の基本機能を有する汎用基板と、前記異なる複数のガスセンサ毎にそれぞれ別個に必要とされる専用機能を有する複数の拡張基板と、を用い、前記汎用基板に対して前記複数の拡張基板を着脱可能に取り付ける構成としたことを特徴とするガス濃度測定装置を要旨とする。

本発明では、汎用基板に異なるガスセンサに対応した拡張基板を着脱可能にとりつける構成としたので、異なるガスセンサを組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上することができる。

つまり、汎用基板と複数の拡張基板の組み合わせによって、一つの測定回路（電子回路部）を形成するように構成することにより、特に測定対象であるガス（従ってガスセンサ）の追加に伴う回路変更が必要になった場合には、従来の汎用基板と拡張基板はそのまま兼用で使用することができる。即ち、変更内容に応じた拡張基板を新規に追加開発するだけで良いため、開発期間の短縮及び工数の削減を実現することができる。

また、変更前に使用されている汎用基板と拡張基板は、変更前から動作の信頼性が確立されており、これらを兼用して一つの測定回路を構成することにより、全てを新規開発した場合或いは従来の拡張基板を再開発した場合に比べて、測定装置の信頼性向上が図れる。

更に、異なる測定対象を、各ガスセンサに対応してそれぞれ独立した拡張基板を利用して測定できるようにしておくことにより、一度開発を行った拡張基板は、それに対応するガスセンサを必要とする測定装置に再利用することができ、新規開発が不要となる。

（２）請求項２の発明は、前記異なる複数のガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスに係わるガスセンサによるガス濃度の情報を、他のガスセンサによるガス濃度又はガス状態の情報により補正することを特徴とする前記請求項１に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。

本発明は、目標のガスの濃度を求めるためのメインのガスセンサを用いて、目標のガスのベースとなるガス濃度を測定するとともに、そのベースとなるガス濃度（例えば水素ガス濃度）の情報を、他のガスセンサによって求めた他のガス濃度（例えば水蒸気濃度）やガスの状態（例えば空燃比や温度）の情報によって補正することにより、測定雰囲気（被測定ガス）の状態が変化しても、精度良く目標のガスの濃度を求めることができる。

（３）請求項３の発明は、前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られた水素ガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報により補正することを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。

本発明は、水素ガス濃度の測定方法を例示したものである。通常、被測定ガス中の水素ガス濃度は、水蒸気濃度により影響を受けるので、この補正を行うことにより、水素ガス濃度を精度良く求めることができる。

（４）請求項４の発明は、前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られたアンモニアガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報又は空燃比の情報により補正することを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度測定装置を要旨とする。

本発明は、アンモニアガス濃度の測定方法を例示したものである。通常、被測定ガス中のアンモニアガス濃度は、水蒸気濃度又は空燃比により影響を受けるので、この補正を行うことにより、アンモニアガス濃度を精度良く求めることができる。

（５）請求項５の発明は、前記汎用基板に装着したコネクタと前記複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて、前記汎用基板と前記複数の拡張基板とを電気的及び機械的に一体の電子回路基板としたことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度測定装置を要旨とする。

本発明は、電子回路基板の構成を例示したものである。本発明では、汎用基板に装着したコネクタと複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて一体化するので、電子回路基板をコンパクトにすることができる。

尚、異なるガスセンサではなく、同種（又は同一）のガスセンサを複数用い、各ガスセンサに対応した拡張基板をそれぞれ汎用基板に着脱可能に接続（例えばコネクタで嵌合して一体化して搭載）してもよい。これにより、一つの電子回路基板で、例えば燃料電池システムの各位置における水素ガス濃度を測定することができる。

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について説明する。

本実施例では、ガス濃度測定装置として、限界電流式水素センサを用いた水素濃度測定装置を例に挙げる。
ａ）まず、本実施例の水素濃度測定装置の外観構成について、図１及び図２に基づいて説明する。

図１（ａ）に示す様に、本実施例の水素濃度測定装置１は、筐体３内に、電子回路部５として、基本測定機能部である汎用基板７と、後述する各ガスセンサに対応した専用測定機能部である第１拡張基板９及び第２拡張基板１１とを備えている。尚、図１（ｂ）に示す様に、水素濃度測定装置１の正面には、表示部１３と操作部１５とが設けられている。

前記第１拡張基板９と第２拡張基板１１とには、各拡張基板９、１１の下面側（図１（ａ）の紙面裏側）にそれぞれ一対の拡張側コネクタ１６が配置されており、一方、汎用基板７の上面側（図１（ａ）の紙面表側）には前記拡張側コネクタ１６に対応して、合計４個の汎用側コネクタ１８が配置されている。尚、同図ではこれらのコネクタ１６、１８が重なって示されている。

そして、前記拡張側コネクタ１６と汎用側コネクタ１８とが、図１（ａ）の紙厚側に押圧されて、図２に示す様に、着脱可能に嵌合することにより、汎用基板７と第１拡張基板９及び第２拡張基板１１とが、電気的且つ機械的に一体の基板として構成されている。

つまり、本実施例の水素濃度測定装置１は、 図３に示す様に、メインの構成として、汎用基板７に限界電流式水素センサ用拡張基板である第１拡張基板９が接続され、その第１拡張基板９に、主測定対象である水素ガス濃度（水素濃度）を測定するための限界電流式水素センサ１７が接続された構成を有している。

更に、そのメインの構成に加え、汎用基板７にインピーダンス変化式湿度センサ用拡張基板である第２拡張基板１１が接続され、その第２拡張基板１１に、副測定対象である水蒸気濃度を測定するためのインピーダンス変化式湿度センサ１９が接続された構成を有している。

ｂ）次に、前記水素濃度測定装置１の構成を、更に詳細に説明する。
図４に示す様に、汎用基板７は、（ガス濃度の演算処理等を行う）マイクロコントローラ２１、スイッチ入力回路２３、表示出力回路２５、通信入出力回路２７、時計回路２９、メモリ３１、電源回路３３を備えるとともに、Ｉ／Ｏ３５、Ａ／Ｄコンバータ３７、３９、Ｄ／Ａコンバータ４１、４３、ＰＷＭ４５、４７を備えており、この汎用基板７は、通信入出力回路２７を介して、パーソナルコンピュータ４９に接続されている。

尚、汎用基板７における必須構成は、マイクロコントローラ２１、Ｉ／Ｏ３５、Ａ／Ｄコンバータ３７、３９、Ｄ／Ａコンバータ４１、４３である。
また、第１拡張基板９は、信号切替回路５１、センサ電圧入力回路５３、センサインピーダンス入力回路５５、ポンプ電流入力回路５７、ポンプ電圧入力回路５９、ポンプ電圧出力回路６１、サンプルホールド回路６３〜６９、ヒータ電圧出力回路７１、（外部計測機器７３に接続される）測定信号出力回路７５を備えている。

尚、第１拡張基板９における必須構成は、信号切替回路５１、センサ電圧入力回路５３、ポンプ電流入力回路５７、ポンプ電圧出力回路６１、サンプルホールド回路６３、６７、測定信号出力回路７５である。

更に、限界電流式水素センサ１７は、限界電流式水素センサ素子７７、ヒータ素子７９を備えている。尚、ヒータ素子７９は、必須ではない。
ここで、限界電流式水素センサ１７側のセンサインピーダンスを測定するための構成（センサインピーダンス入力回路５５等）や、ヒータ素子７９を制御するための構成（ヒータ電圧出力回路７１等）は、限界電流式水素センサ素子７７の結露防止の温度調節のために使用する。また、ポンプ電圧入力回路５９は、自身の出力のモニタに使用する。

一方、第２拡張基板１１は、白金抵抗入力回路８１、センサインピーダンス入力回路８３、（センサの持つ指数特性の対数変換を行う）Ｌｏｇ変換回路８５、交流電圧出力回路８７、ヒータ電圧出力回路８９、（外部計測機器９１に接続される）測定信号出力回路９３を備えている。

尚、第２拡張基板１１における必須構成は、白金抵抗入力回路８１、センサインピーダンス入力回路８３、Ｌｏｇ変換回路８５、交流電圧出力回路８７である。
更に、インピーダンス変化式湿度センサ１９は、（温度補正のための）白金抵抗体素子９５、インピーダンス変化式湿度センサ素子９７、ヒータ素子９９を備えている。尚、ヒータ素子９９は、必須ではない。

ここで、インピーダンス変化式湿度センサ１９側のヒータ素子９９を制御するための構成（ヒータ電圧出力回路８９等）は、センサ付着物のヒートクリーニング（燃焼除去）に使用する。

尚、測定信号出力回路７５、９３は、両拡張基板９、１１にそれぞれ存在するが、組み合わせて使用する場合には、どちらか一方あれば良い。また、Ａ／Ｄコンバータ３７、３９、Ｄ／Ａコンバータ４１、４３は、ＰＷＭ４５、４７は便宜上２つずつ記載してあるが、実際はチャンネル数が問題なので、共通化してもよい。

ｃ）次に、本実施例の水素濃度測定装置１の測定原理について説明する。
限界電流式水素センサ１７は、限界電流式水素センサ素子７７を一定電圧に制御する際に流れる電流が水素濃度に比例することを利用して濃度を検出するセンサであり、素子材料の特性から水蒸気濃度の依存を受けることが分かっている。

測定雰囲気（被測定ガス）中の水蒸気濃度がある程度固定される場合は、依存を許容誤差とみなし、固定された電流と水素濃度の関係特性をもとに水素濃度を計算する。この場合は、水素濃度測定装置１は、汎用基板７及び第１拡張基板９の機能を利用して水素濃度を測定することになる。

しかし、被測定ガス中の水蒸気濃度が大きく変動する条件下での測定要求がある場合には、別途インピーダンス変化式湿度センサ１９を用いて水蒸気濃度を測定し、電流と水素濃度との関係特性に応じて補正を加えて、水素濃度を検出する。この場合は、水素濃度測定装置１は、汎用基板７及び第１、２拡張基板９、１１の機能を利用して水素濃度を測定することになる。

以下、詳細に説明する。
・限界電流式水素センサ１７の限界電流式水素センサ素子７７は、図５に示す様に、主として、プロトン伝導体１０１と第１電極１０３と第２電極１０５と参照電極１０７とから構成され、それらを拡散律速部１０９が設けられた支持体１１１により挟み込んだ構造となっている。尚、第２電極１０５と参照電極１０７とを一体とした構造としても良い。

この限界電流式水素センサ１７では、第１電極１０３と第２電極１０５との間にポンプ電圧Ｖｐを印加すると、拡散律速部１０９を通って導入された被測定ガス中の水素分子が第１電極１０３上で分解してプロトンとなり、プロトン伝導体１０１中を通って第２電極１０５側へと汲み出され、回路電流（ポンプ電流）Ｉｐが流れる。Ｉｐは印加電圧を上げると増加するが、拡散律速部１０９により導入ガスの拡散が妨げられるため、ある電圧レベル以上で一定となる領域を持つ。この一定となったＩｐを限界電流と呼ぶ。図６に示す様に、Ｉｐは被測定ガス中の水素濃度にほぼ比例するため、限界電流の測定により水素濃度の測定が可能となる。

また、この限界電流式水素センサ１７は、図７に示す様に、被測定ガス中の水蒸気濃度が増加すると、センサ出力が増加する。つまり、プロトンは、プロトン伝導体１０１中を水分子を伴って移動するため、被測定ガス中の水蒸気濃度が増加すると、プロトンの移動とともにポンピングされる水分子の数も増加する。そして、ポンピングによって抜けた水分子を補うかたちで新たな被測定ガスが素子内部に流入するために、センサ出力が増加する。

・一方、インピーダンス変化式湿度センサ１９では、感湿材として、Ａｌ₂Ｏ₃系等のセラミック系感湿材などが用いられているが、これらは、水分子の吸脱着反応を利用して、電気抵抗の変化により湿分を検出するものである。

従って、このインピーダンス変化式湿度センサ１９により、そのインピーダンスの変化から、被測定ガス中の水蒸気濃度を求めることができる。
・そして、前記両センサ１７、１９の出力を利用し、水蒸気濃度により水素濃度の補正を行うが、その補正は、下記の(1)〜(8)手順で行う。

(1) 限界電流式水素センサ１７のポンプ電流Ｉｐを測定する。
(2) ポンプ電流Ｉｐから水素濃度Ｈを多項式近似により算出する。
(3) インピーダンス変化式湿度センサ１９のセンサインピーダンスＺｓを測定する。

(4) インピーダンス変化式湿度センサ１９の白金抵抗体素子９５の抵抗Ｒｐｔを測定す る。
(5) 前記抵抗Ｒｐｔから被測定ガスの温度Ｔを近似多項式により算出する。

(6) 前記センサインピーダンスＺｓと温度Ｔから、３次元マップ変換（Ｘ軸：Ｚｓ、
Ｙ軸：Ｔ、Ｚ軸：Ｈｕｍ）により、水蒸気濃度Ｈｕｍを算出する。
(7) 前記水蒸気濃度Ｈｕｍから、２次元マップ変換により、水素濃度の補正ゲインαを 算出する。

(8) 前記水素濃度Ｈと補正ゲインαとを用い、式「Ｈ’＝α×Ｈ」により、補正後の正 確な水素濃度である補正水素濃度Ｈ’を算出する。
ｅ）この様に、本実施例では、限界電流式水素センサ１７により、ベースとなる水素濃度Ｈを測定するとともに、インピーダンス変化式湿度センサ１９により、水蒸気濃度に対応するセンサインピーダンスＺｓと温度Ｔとを求め、それらの値に基づいて、より正確な補正水素濃度Ｈ’を求めているので、被測定ガスの水蒸気濃度等の状態が変動しても、常に、正確な水素濃度を求めることができる。

また、本実施例では、汎用基板７に（限界電流式水素センサ１７に対応した）第１拡張基板９及び（インピーダンス変化式湿度センサ１９に対応した）第２拡張基板１１を、コネクタ１６、１８を介して、着脱可能に装着したので、複数の異なる種類のガスセンサ１７、１９を組み合わせた場合の応用測定の際に、その対応に伴う開発期間の短縮、工数削減、及び信頼性を向上することができる。

例えば、最初に、汎用基板７と、限界電流式水素センサ１７用の第１拡張基板９とを備えた水素濃度測定装置１に、インピーダンス変化式湿度センサ１９用の第２拡張基板１１を加える場合を考えると、汎用基板７と第１拡張基板９はそのまま兼用で使用することができるので、即ち、変更内容に応じた第２拡張基板１１を新規に追加開発するだけで良いため、開発期間の短縮及び工数の削減を実現することができる。

また、変更前に使用されている汎用基板７と第１拡張基板９は、変更前から動作の信頼性が確立されており、これらを兼用して一つの測定回路を構成することにより、全てを新規開発した場合或いは拡張基板７を再開発した場合に比べて、水素濃度測定装置１の信頼性向上が図れる。

更に、異なる測定対象を、（各センサ１７、１９に対応し）それぞれ独立した拡張基板９、１１を利用して測定できるようにしておくことにより、一度開発を行った拡張基板９、１１は、その測定対象に対応したガスセンサを必要とする測定装置に再利用することができ、新規開発が不要となる。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
本実施例では、ガス濃度測定装置として、インピーダンス変化式アンモニアセンサを用いたアンモニア濃度測定装置を例に挙げる。

ａ）まず、本実施例のアンモニア濃度測定装置の構成について、図８に基づいて説明する。
図８に示す様に、本実施例のアンモニア濃度測定装置２０１は、メインの構成として、汎用基板２０３にインピーダンス変化式アンモニアセンサ用拡張基板である第１拡張基板２０５が接続され、その第１拡張基板２０５に、主測定対象であるアンモニア濃度を測定するためのインピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７が接続された構成を有している。

更に、そのメインの構成に加え、汎用基板２０３に限界電流式リニアＡ／Ｆ（空燃比）センサ用拡張基板である第２拡張基板２０９が接続され、その第２拡張基板２０９に、副測定対象である空燃比を測定するための限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１が接続された構成を有している。

ｂ）次に、前記アンモニア濃度測定装置２０１の構成を、更に詳細に説明する。
図９に示す様に、汎用基板２０３は、（ガス濃度の演算処理等を行う）マイクロコントローラ２１３、スイッチ入力回路２１５、表示出力回路２１７、通信入出力回路２１９、時計回路２２１、メモリ２２３、電源回路２２５を備えるとともに、Ｉ／Ｏ２２７、Ａ／Ｄコンバータ２２９、２３１、Ｄ／Ａコンバータ２３３、２３５、ＰＷＭ２３７、２３９を備えており、この汎用基板２０３は、通信入出力回路２１９を介して、パーソナルコンピュータ２４１に接続されている。

尚、汎用基板２０３における必須構成は、マイクロコントローラ２１３、Ｉ／Ｏ２２７、Ａ／Ｄコンバータ２２９、２３１、Ｄ／Ａコンバータ２３３、２３５、ＰＷＭ２３７、２３９である。

また、第１拡張基板２０５は、白金抵抗入力回路２４３、センサインピーダンス入力回路２４５、交流電圧出力回路２４９、ヒータ電圧出力回路２５１、（外部計測機器２５３に接続される）測定信号出力回路２５５を備えている（必須構成）。

更に、インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は、白金抵抗体素子２５７、インピーダンス変化式アンモニアセンサ素子２５９、ヒータ素子２６１を備えている（必須構成）。

一方、第２拡張基板２０９は、センサ電圧入力回路２６３、ポンプ電流入力回路２６５、センサインピーダンス入力回路２６７、ポンプ電圧出力回路２６９、ヒータ電圧出力回路２７１、（外部計測機器２７３に接続される）測定信号出力回路２７５を備えている（測定信号出力回路２７５以外必須構成）。

更に、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１は、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ素子２７７、ヒータ素子２７９を備えている（必須構成）。
ここで、前記インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は４００℃程度、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１はセンサインピーダンス一定に温度調節する必要があるので、各ヒータ素子２６１、２７９及びヒータ電圧出力回路２５１、２７１等の制御部は必須回路となる。

ｃ）次に、本実施例のアンモニア濃度測定装置２０１の測定原理について説明する。
インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は、素子インピーダンスがアンモニア濃度に比例することを利用して濃度を検出するセンサであり、素子材料の特性から水蒸気濃度の依存を受けることが分かっている。

補正を行う手法は、基本的に、前記実施例１の水素濃度測定装置と同様であるが、本実施例では、自動車の排気ガス中のアンモニア濃度を測定することを目標としており、排気ガス中の水蒸気濃度は空燃比（Ａ／Ｆ）に相関があることから、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１の信号を用いて、水蒸気濃度依存を補正するものである。

従って、この場合は、アンモニア濃度測定装置２０１は、汎用基板２０３及び第１、２拡張基板２０５、２０９の機能を利用してアンモニア濃度を測定することになる。
以下、詳細に説明する。

・インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は、その感応材として、例えばＺrＯ₂等の酸化物を主成分、ＷＯ₃等を副成分とする固体超強酸物質を用い、図１０に示す様に、アンモニアが増加すると、そのセンサ出力（インピーダンス）が低下するものである。

このインピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は、アンモニアの感応材への吸着によって生じるインピーダンス変化を使用している。すなわち、アンモニアが固体超強酸物質の酸点に吸着すると、プロトンのホッピング伝導がアシストされるため、インピーダンスが低下すると推定されている。

また、このインピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７は、Ｈ₂Ｏが存在すると、そこからもプロトンが分解発生し、アンモニアから分解したそれと同様にホッピング伝導によってインピーダンス変化を起こす。即ち、同図１０に示す様に、被測定ガス中のＨ₂Ｏが増加すると、センサ出力（インピーダンス）が低下する性質、即ち水蒸気依存性がある。

・一方、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１は、部分安定化ＺｒＯ₂を用いており、排気系で一般的に用いられているＺｒＯ₂酸素センサの原理に加え、ＺｒＯ₂固体電解質に電圧を印加することによって被検ガス中の酸素をポンピングする機能を組み合わせ、広い領域の空燃比が検出できるセンサである。

この限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１の限界電流（ポンプ電流）Ｉｐは、酸素濃度（従って空燃比）に比例する。つまり、ポンプ電流Ｉｐは空燃比に比例し、空燃比は水蒸気濃度と相関関係があるので、ポンプ電流Ｉｐから水蒸気濃度が分かる。

・そして、前記両センサ２０７、２１１の出力を利用してアンモニア濃度の補正を行うが、その補正は、下記の(1)〜(4)手順で行う。
(1) インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７のインピーダンスＺｓを測定する。

(2) 限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１のポンプ電流Ｉｐを測定する。
(3) 前記ポンプ電流Ｉｐから多項式近似式により空燃比λを算出する。
(4) 前記インピーダンスＺｓと空燃比λから、３次元マップ変換（Ｘ軸：Ｚｓ、Ｙ軸： λ、Ｚ軸：ＮＨ₃）により、アンモニア濃度ＮＨ₃を算出する。

ｄ）この様に、本実施例では、インピーダンス変化式アンモニアセンサ２０７のインピーダンスＺｓと、限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ２１１のポンプ電流Ｉｐより求めた空燃比λとに基づいて、アンモニア濃度を求めているので、被測定ガスの水蒸気濃度等の状態が変動しても、常に、正確なアンモニア濃度を求めることができる。

また、本実施例でも、前記実施例１と同様に、開発期間の短縮及び工数の削減等を実現することができるという効果を奏する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば図１１に示す様に、同様な複数の水素濃度センサ３０１、３０３を用いて、水素濃度を測定するようにしてもよい。この場合は、各水素濃度センサ３０１、３０３にそれぞれ対応する拡張基板を準備し、この拡張基板を汎用基板に装着する。

例えば、都市ガス改質型燃料電池３０５の評価において、燃料電池３０５のアノード３１９の燃料入口３１５と出口３１７のそれぞれに前記水素濃度センサ３０１、３０３を配置し、水素利用効率の測定や最適な運転状態（高水素利用効率）での供給水素濃度を測定する要求がある場合、汎用基板と２枚の限界電流式水素センサ用拡張基板を組み合わせることにより、その評価が可能となる。

具体的には、一定の電力を得るためのマスフローコントローラ３０７を用いて、改質器３０９に送られる都市ガス量を調整する。改質器３０９によって都市ガスは水素を含む燃料ガスとなり燃料電池３０５の燃料入口３１５に供給される。そして、発電によって水素が消費され、残りの成分である排出ガスが燃料出口３１７から排出され、バーナ３１１で燃焼される。

また、改質器３０９への都市ガス供給量を一定にした状態で、水素濃度センサ３０１、３０３の水素濃度を、測定装置３１３により測定すれば、その差から水素利用効率を算出できる。

つまり、必要な電力が得られる範囲で、水素濃度センサ３０３の水素濃度が低くなるようにマスフローコントローラ３０７を制御し、この状態で水素濃度センサ３０１の水素濃度を測定すれば、最適な運転状態（高水素利用効率）での供給水素濃度が測定できる。

実施例１の水素濃度測定装置を示し、（ａ）はその上部を開いた状態を示す平面図、（ｂ）はその正面図である。 実施例１における汎用基板と拡張基板との装着状態を示す説明図である。 実施例１の水素濃度測定装置の主要な構成を示すブロック図である。 実施例１の水素濃度測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。 実施例１で用いる限界電流式水素センサを示す説明図である。 実施例１で用いる限界電流式水素センサの特性を示すグラフである。 実施例１で用いる限界電流式水素センサの特性を示すグラフである。 実施例２のアンモニア濃度測定装置の主要な構成を示すブロック図である。 実施例２のアンモニア濃度測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。 実施例２で用いるインピーダンス変化式アンモニアセンサの特性を示すグラフである。 一対の水素濃度センサを用いた例を示す説明図である。

符号の説明

１…水素濃度測定装置
７、２０３…汎用基板
９、２０５…第１拡張基板
１１、２０９…第２拡張基板
１７…限界電流式水素センサ
１９…インピーダンス変化式湿度センサ
２０１…アンモニア濃度測定装置
２０７…インピーダンス変化式アンモニアセンサ
２１１…限界電流式リニアＡ／Ｆセンサ

Claims (5)

1. ガスセンサの信号を処理することにより、測定対象である目標のガスの濃度を求めるガス濃度測定装置において、
   前記目標のガスの濃度を含む測定内容の異なる複数のガスセンサの信号を入力し、該各ガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスの濃度を求める演算処理を行う電子回路部を備えるとともに、
   前記電子回路部として、前記異なる複数のガスセンサに共通の基本機能を有する汎用基板と、前記異なる複数のガスセンサ毎にそれぞれ別個に必要とされる専用機能を有する複数の拡張基板と、を用い、
   前記汎用基板に対して前記複数の拡張基板を着脱可能に取り付ける構成としたことを特徴とするガス濃度測定装置。
2. 前記異なる複数のガスセンサの信号から得られる各情報間の関係に基づいて、前記目標のガスに係わるガスセンサによるガス濃度の情報を、他のガスセンサによるガス濃度又はガス状態の情報により補正することを特徴とする前記請求項１に記載のガス濃度測定装置。
3. 前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られた水素ガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報により補正することを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度測定装置。
4. 前記目標のガスに係わるガスセンサにより得られたアンモニアガス濃度の情報を、前記他のガスセンサにより得られた水蒸気濃度の情報又は空燃比の情報により補正することを特徴とする前記請求項２に記載のガス濃度測定装置。
5. 前記汎用基板に装着したコネクタと前記複数の拡張基板に装着したコネクタとを直接に嵌合させて、前記汎用基板と前記複数の拡張基板とを電気的及び機械的に一体の電子回路基板としたことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度測定装置。