JP3402569B2 - 二酸化炭素検出装置 - Google Patents
二酸化炭素検出装置Info
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Description
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は、固体電解質ＣＯ2セン
サ，金属酸化物半導体の抵抗値や静電容量等を利用した
ＣＯ2センサ，ＮＤＩＲ（非分散赤外）ＣＯ2センサ等を
用いた二酸化炭素検出装置に関する。これらのＣＯ2セ
ンサの出力は周囲温度への依存性があり、しかもセンサ
出力に様々なドリフトが含まれるため、基準出力での補
正が必要である。そして基準出力はＣＯ2センサの出力
から発生させる。
サ，金属酸化物半導体の抵抗値や静電容量等を利用した
ＣＯ2センサ，ＮＤＩＲ（非分散赤外）ＣＯ2センサ等を
用いた二酸化炭素検出装置に関する。これらのＣＯ2セ
ンサの出力は周囲温度への依存性があり、しかもセンサ
出力に様々なドリフトが含まれるため、基準出力での補
正が必要である。そして基準出力はＣＯ2センサの出力
から発生させる。
【０００２】
【従来技術】１日の範囲での固体電解質ＣＯ2センサの
起電力の最大値を基準出力とし、この基準出力でＣＯ2
センサの起電力を補正して、ＣＯ2濃度を求めることが
知られている。同様にＮＤＩＲＣＯ2センサでの透過光
量の最大値を基準出力として、ＣＯ2濃度を求めること
が知られている。なお起電力の最大値や透過光量の最大
値は、ＣＯ2濃度の最小値に対応する。上記の方法はＣ
Ｏ2濃度の変動には１日あるいは１週間を単位とする周
期性があることに基づき、１日あるいは１週間でのＣＯ
2濃度の最小値を自然大気中でのＣＯ2濃度（３５０ｐｐ
ｍ）と推定する。
起電力の最大値を基準出力とし、この基準出力でＣＯ2
センサの起電力を補正して、ＣＯ2濃度を求めることが
知られている。同様にＮＤＩＲＣＯ2センサでの透過光
量の最大値を基準出力として、ＣＯ2濃度を求めること
が知られている。なお起電力の最大値や透過光量の最大
値は、ＣＯ2濃度の最小値に対応する。上記の方法はＣ
Ｏ2濃度の変動には１日あるいは１週間を単位とする周
期性があることに基づき、１日あるいは１週間でのＣＯ
2濃度の最小値を自然大気中でのＣＯ2濃度（３５０ｐｐ
ｍ）と推定する。
【０００３】しかしながらＣＯ2センサの出力の最大値
等を基準出力とすることには、様々な問題がある。第１
に、都市部では１日や１週間程度の期間ではＣＯ2濃度
は自然大気中ＣＯ2濃度まで低下しない。第２にＣＯ2セ
ンサの出力にノイズが乗ると、ノイズを基準値に用いる
ことになり易い。
等を基準出力とすることには、様々な問題がある。第１
に、都市部では１日や１週間程度の期間ではＣＯ2濃度
は自然大気中ＣＯ2濃度まで低下しない。第２にＣＯ2セ
ンサの出力にノイズが乗ると、ノイズを基準値に用いる
ことになり易い。
【０００４】
【発明の課題】この発明の課題は、最大値等のＣＯ2セ
ンサの出力の瞬時値を用いずに、ＣＯ2センサの基準出
力を発生させることにある。この発明の課題はさらに、
ＣＯ2センサの温度依存性の処理を容易にすることにあ
る。
ンサの出力の瞬時値を用いずに、ＣＯ2センサの基準出
力を発生させることにある。この発明の課題はさらに、
ＣＯ2センサの温度依存性の処理を容易にすることにあ
る。
【０００５】
【発明の構成】この発明では、出力が周囲温度に依存す
るＣＯ2センサを用い、ＣＯ2センサの出力から基準出力
を発生させ、ＣＯ2センサの出力を該基準出力で補正し
て、雰囲気中のＣＯ2濃度を検出する。ここでサーミス
タと、ＣＯ2センサの出力をこのサーミスタの出力で補
正してＣＯ2センサの温度補正済み出力を得るための温
度補正手段と、前記温度補正済み出力のヒストグラムを
記憶するための手段と、このヒストグラムから温度補正
済み基準出力を発生させるための、基準出力発生手段
と、ＣＯ2センサの温度補正済み出力と温度補正済み基
準出力を用いてＣＯ2濃度を検出するためのＣＯ2検出手
段とを設ける。例えばＣＯ2センサの温度補正済み出力
と温度補正済み基準出力との差等からＣＯ2濃度を求
め、あるいは温度補正済み基準出力にオフセットを加え
るなどにより発生させた換気必要レベルと、ＣＯ2セン
サの温度補正済み出力とを比較して、ＣＯ2濃度が換気
必要濃度を越えているかどうかを検出する。
るＣＯ2センサを用い、ＣＯ2センサの出力から基準出力
を発生させ、ＣＯ2センサの出力を該基準出力で補正し
て、雰囲気中のＣＯ2濃度を検出する。ここでサーミス
タと、ＣＯ2センサの出力をこのサーミスタの出力で補
正してＣＯ2センサの温度補正済み出力を得るための温
度補正手段と、前記温度補正済み出力のヒストグラムを
記憶するための手段と、このヒストグラムから温度補正
済み基準出力を発生させるための、基準出力発生手段
と、ＣＯ2センサの温度補正済み出力と温度補正済み基
準出力を用いてＣＯ2濃度を検出するためのＣＯ2検出手
段とを設ける。例えばＣＯ2センサの温度補正済み出力
と温度補正済み基準出力との差等からＣＯ2濃度を求
め、あるいは温度補正済み基準出力にオフセットを加え
るなどにより発生させた換気必要レベルと、ＣＯ2セン
サの温度補正済み出力とを比較して、ＣＯ2濃度が換気
必要濃度を越えているかどうかを検出する。
【０００６】好ましくは、前記ＣＯ2センサを固体電解
質ＣＯ2センサとする。ヒストグラムから基準出力への
換算では、ピーク以外にも様々なものを用いることがで
きるが、好ましくは、前記ヒストグラムのピークでの温
度補正済み出力から温度補正済み基準出力を得る。
質ＣＯ2センサとする。ヒストグラムから基準出力への
換算では、ピーク以外にも様々なものを用いることがで
きるが、好ましくは、前記ヒストグラムのピークでの温
度補正済み出力から温度補正済み基準出力を得る。
【０００７】好ましくは、前記温度補正手段の前段に、
前記温度補正済み基準出力から差動増幅用基準電圧を発
生させるためのＤＡコンバータと、このＤＡコンバータ
の出力と前記ＣＯ2センサの温度補正前の出力との差動
電位を増幅するための増幅器と、該差動増幅器の出力を
ＡＤ変換するためのＡＤコンバータとを設け、前記温度
補正手段を、このＡＤコンバータの出力を前記サーミス
タ出力で補正するように構成する。ここに基準電圧は、
温度補正済みの基準出力をＤＡ変換したものでも良い
が、あるいは温度補正済みの基準出力に適宜のオフセッ
トを加えたものでも良い。
前記温度補正済み基準出力から差動増幅用基準電圧を発
生させるためのＤＡコンバータと、このＤＡコンバータ
の出力と前記ＣＯ2センサの温度補正前の出力との差動
電位を増幅するための増幅器と、該差動増幅器の出力を
ＡＤ変換するためのＡＤコンバータとを設け、前記温度
補正手段を、このＡＤコンバータの出力を前記サーミス
タ出力で補正するように構成する。ここに基準電圧は、
温度補正済みの基準出力をＤＡ変換したものでも良い
が、あるいは温度補正済みの基準出力に適宜のオフセッ
トを加えたものでも良い。
【０００８】
【発明の作用と効果】この発明では、ＣＯ2センサの出
力をサーミスタの出力で補正する。この段階でＣＯ2セ
ンサの出力は温度補正済みとなり、以下の処理は全て温
度補正済みのＣＯ2センサの出力に基づいて行う。次に
温度補正済みのＣＯ2センサの出力を用いてヒストグラ
ムを作成し、このヒストグラムの特徴、例えばヒストグ
ラムのピークを、温度補正済みの基準出力とする。そし
て温度補正済みのＣＯ2センサの出力を基準出力で補正
し、ＣＯ2濃度を検出する。なお以下温度補正済みの基
準出力を単に基準出力とする。またＣＯ2センサの出力
について、温度補正済みであることが文脈から明らかな
場合、温度補正済みを省略して単にセンサ出力等と呼ぶ
ことがある。
力をサーミスタの出力で補正する。この段階でＣＯ2セ
ンサの出力は温度補正済みとなり、以下の処理は全て温
度補正済みのＣＯ2センサの出力に基づいて行う。次に
温度補正済みのＣＯ2センサの出力を用いてヒストグラ
ムを作成し、このヒストグラムの特徴、例えばヒストグ
ラムのピークを、温度補正済みの基準出力とする。そし
て温度補正済みのＣＯ2センサの出力を基準出力で補正
し、ＣＯ2濃度を検出する。なお以下温度補正済みの基
準出力を単に基準出力とする。またＣＯ2センサの出力
について、温度補正済みであることが文脈から明らかな
場合、温度補正済みを省略して単にセンサ出力等と呼ぶ
ことがある。
【０００９】このようにすれば、最大値等のＣＯ2セン
サの出力の瞬時値を用いずに、基準出力を発生させるこ
とができる。ＣＯ2センサの出力は１日あるいは１週間
程度の周期で変動する。従って１日や１週間程度の期間
でのＣＯ2濃度の変動をフーリエ変換すると、ＣＯ2濃度
の最小値は１日や１週間程度の周期の低周波数域に表
れ、瞬時値のような高周波数域の信号からサンプリング
すべきものではない。そこでこの発明では、１日あるい
は１週間程度の周期でのセンサ出力の挙動を示すものと
してヒストグラムを用いる。ＣＯ2濃度の最小値に対す
る出力はヒストグラムのピーク等に表れ、これは１日の
内で夜間等ではＣＯ2濃度がほぼ一定となりしかもＣＯ2
濃度の最小値に近い値を示す割合が高いことを表してい
る。次にヒストグラムの作成では、ＣＯ2センサの温度
依存性が問題となる。そこでヒストグラムの作成前の段
階でＣＯ2センサの出力をサーミスタ出力で補正し、以
降の処理において周囲温度の変動を考慮する必要を解消
させる。
サの出力の瞬時値を用いずに、基準出力を発生させるこ
とができる。ＣＯ2センサの出力は１日あるいは１週間
程度の周期で変動する。従って１日や１週間程度の期間
でのＣＯ2濃度の変動をフーリエ変換すると、ＣＯ2濃度
の最小値は１日や１週間程度の周期の低周波数域に表
れ、瞬時値のような高周波数域の信号からサンプリング
すべきものではない。そこでこの発明では、１日あるい
は１週間程度の周期でのセンサ出力の挙動を示すものと
してヒストグラムを用いる。ＣＯ2濃度の最小値に対す
る出力はヒストグラムのピーク等に表れ、これは１日の
内で夜間等ではＣＯ2濃度がほぼ一定となりしかもＣＯ2
濃度の最小値に近い値を示す割合が高いことを表してい
る。次にヒストグラムの作成では、ＣＯ2センサの温度
依存性が問題となる。そこでヒストグラムの作成前の段
階でＣＯ2センサの出力をサーミスタ出力で補正し、以
降の処理において周囲温度の変動を考慮する必要を解消
させる。
【００１０】ＣＯ2センサの種類は固体電解質ＣＯ2セン
サに限らず、ＮＤＩＲＣＯ2センサや金属酸化物半導体
の抵抗値を用いたＣＯ2センサ、あるいは金属酸化物半
導体の静電容量を用いたＣＯ2センサ等でも良いが、好
ましくは代表的なＣＯ2センサである固体電解質ＣＯ2セ
ンサを用いる。またヒストグラムのピーク位置での温度
補正済みのＣＯ2センサの出力から基準出力を発生させ
るのが、最も簡単である。次にＣＯ2センサの出力をＡ
Ｄ変換して用いる場合、ＡＤ変換の分解能を向上させる
ため、ＡＤ変換前に差動増幅を行うことが好ましい。こ
のためには前記の基準出力に基づいて差動増幅器に基準
電圧を加えて、この基準電圧とＣＯ2センサの温度補正
前の出力との作動電位を増幅するようにする。このよう
にすればＣＯ2センサの出力と基準電圧との差を増幅し
た後にＡＤ変換できるので、ＡＤ変換の分解能を向上さ
せることができる。
サに限らず、ＮＤＩＲＣＯ2センサや金属酸化物半導体
の抵抗値を用いたＣＯ2センサ、あるいは金属酸化物半
導体の静電容量を用いたＣＯ2センサ等でも良いが、好
ましくは代表的なＣＯ2センサである固体電解質ＣＯ2セ
ンサを用いる。またヒストグラムのピーク位置での温度
補正済みのＣＯ2センサの出力から基準出力を発生させ
るのが、最も簡単である。次にＣＯ2センサの出力をＡ
Ｄ変換して用いる場合、ＡＤ変換の分解能を向上させる
ため、ＡＤ変換前に差動増幅を行うことが好ましい。こ
のためには前記の基準出力に基づいて差動増幅器に基準
電圧を加えて、この基準電圧とＣＯ2センサの温度補正
前の出力との作動電位を増幅するようにする。このよう
にすればＣＯ2センサの出力と基準電圧との差を増幅し
た後にＡＤ変換できるので、ＡＤ変換の分解能を向上さ
せることができる。
【００１１】
【実施例】図１〜図４に実施例を示す。図１において、
２はＣＯ2センサで、ここでは固体電解質ＣＯ2センサと
する。ＣＯ2センサ２には、これ以外にＮＤＩＲＣＯ2セ
ンサや金属酸化物半導体の抵抗値を用いたＣＯ2セン
サ、あるいは金属酸化物半導体の静電容量を用いたＣＯ
2センサ等を用いても良い。これらのＣＯ2センサにはい
ずれも出力に周囲温度への依存性がある。
２はＣＯ2センサで、ここでは固体電解質ＣＯ2センサと
する。ＣＯ2センサ２には、これ以外にＮＤＩＲＣＯ2セ
ンサや金属酸化物半導体の抵抗値を用いたＣＯ2セン
サ、あるいは金属酸化物半導体の静電容量を用いたＣＯ
2センサ等を用いても良い。これらのＣＯ2センサにはい
ずれも出力に周囲温度への依存性がある。
【００１２】図２にＣＯ2センサ２の構造を示すと、４
はナトリウムイオン導電体で、６は金とアルカリ炭酸塩
や金とアルカリ土類炭酸塩の混合物等からなる作用極
で、８は金等からなる参照極である。１０はアルミナ基
板で、１２はプラチナヒータ等のヒータで、１４は参照
極８を封止するための封止ガラスである。このＣＯ2セ
ンサ２は公知である。
はナトリウムイオン導電体で、６は金とアルカリ炭酸塩
や金とアルカリ土類炭酸塩の混合物等からなる作用極
で、８は金等からなる参照極である。１０はアルミナ基
板で、１２はプラチナヒータ等のヒータで、１４は参照
極８を封止するための封止ガラスである。このＣＯ2セ
ンサ２は公知である。
【００１３】図１に戻り、２０は周囲温度の補正用のサ
ーミスタで、ＣＯ2センサ２とサーミスタ２０との間で
応答にずれが生じないように、サーミスタ２０をＣＯ2
センサ２の図示しないハウジングの内部に配置する。こ
の結果サーミスタ２０はＣＯ2センサ２からの熱を受け
て例えば１００℃程度に加熱される。サーミスタ２０の
温度は周囲温度に連動して変動し、周囲温度の変動をサ
ーミスタ２０で測定する。２２はＣＯ2センサ２の出力
（電極６／８間の起電力）を増幅するためのバッファア
ンプ、２４は差動アンプである。２６は感度調整アンプ
で無くても良く、３０は信号処理用のマイクロコンピュ
ータである。
ーミスタで、ＣＯ2センサ２とサーミスタ２０との間で
応答にずれが生じないように、サーミスタ２０をＣＯ2
センサ２の図示しないハウジングの内部に配置する。こ
の結果サーミスタ２０はＣＯ2センサ２からの熱を受け
て例えば１００℃程度に加熱される。サーミスタ２０の
温度は周囲温度に連動して変動し、周囲温度の変動をサ
ーミスタ２０で測定する。２２はＣＯ2センサ２の出力
（電極６／８間の起電力）を増幅するためのバッファア
ンプ、２４は差動アンプである。２６は感度調整アンプ
で無くても良く、３０は信号処理用のマイクロコンピュ
ータである。
【００１４】マイクロコンピュータ３０において、３２
はバスで、３４はＡＤコンバータ、３６は温度補正部
で、温度補正用の基準温度ＴSTDを記憶し、ＣＯ2センサ
２の起電力ＥＭＦをサーミスタ２０の出力で温度補正
し、温度補正済み起電力ＥＭＦ*とする。温度補正は基
準温度ＴSTDからの変化に対して行い、基準温度ＴSTDは
例えば１日毎に変更するので、基準温度の変更に伴う処
置が必要になる。３８はＥＭＦ*のヒストグラムを記憶
するためのメモリで、例えば過去１日分のＥＭＦ*のヒ
ストグラムを記憶する。ヒストグラムに用いるＥＭＦ*
のサンプリング間隔は例えば２０分で、メモリ３８の容
量に応じて間隔を増減すればよい。またヒストグラムメ
モリ３８には過去１日分ではなく、例えば過去１週間分
のＥＭＦ*のヒストグラムを記憶させても良い。４０は
ＤＡコンバータで、差動増幅用の基準電圧Ｃを差動アン
プ２４の正入力側に加え、ＣＯ2センサ２の出力と基準
電圧Ｃとの差がＡＤコンバータ３４でＡＤ変換されるよ
うにする。４２は基準ＥＭＦ発生部で、ヒストグラムの
ピーク位置でのＥＭＦ*から基準ＥＭＦ（ＥＭＦSTD）を
発生させる。またこの基準ＥＭＦにオフセットを加え
て、ＤＡコンバータ４０が出力する基準電圧Ｃとする。
４４はＣＯ2検出部で、ＣＯ2濃度を文字通りに求めて出
力し、あるいはＥＭＦ*をＥＭＦSTDやＥＭＦSTD＋Ｈ
（Ｈは定数）等と比較して、換気等の制御信号を発生す
る。
はバスで、３４はＡＤコンバータ、３６は温度補正部
で、温度補正用の基準温度ＴSTDを記憶し、ＣＯ2センサ
２の起電力ＥＭＦをサーミスタ２０の出力で温度補正
し、温度補正済み起電力ＥＭＦ*とする。温度補正は基
準温度ＴSTDからの変化に対して行い、基準温度ＴSTDは
例えば１日毎に変更するので、基準温度の変更に伴う処
置が必要になる。３８はＥＭＦ*のヒストグラムを記憶
するためのメモリで、例えば過去１日分のＥＭＦ*のヒ
ストグラムを記憶する。ヒストグラムに用いるＥＭＦ*
のサンプリング間隔は例えば２０分で、メモリ３８の容
量に応じて間隔を増減すればよい。またヒストグラムメ
モリ３８には過去１日分ではなく、例えば過去１週間分
のＥＭＦ*のヒストグラムを記憶させても良い。４０は
ＤＡコンバータで、差動増幅用の基準電圧Ｃを差動アン
プ２４の正入力側に加え、ＣＯ2センサ２の出力と基準
電圧Ｃとの差がＡＤコンバータ３４でＡＤ変換されるよ
うにする。４２は基準ＥＭＦ発生部で、ヒストグラムの
ピーク位置でのＥＭＦ*から基準ＥＭＦ（ＥＭＦSTD）を
発生させる。またこの基準ＥＭＦにオフセットを加え
て、ＤＡコンバータ４０が出力する基準電圧Ｃとする。
４４はＣＯ2検出部で、ＣＯ2濃度を文字通りに求めて出
力し、あるいはＥＭＦ*をＥＭＦSTDやＥＭＦSTD＋Ｈ
（Ｈは定数）等と比較して、換気等の制御信号を発生す
る。
【００１５】作成したヒストグラムの例を図３に示す
と、縦軸は頻度で、横軸は温度補正済みの起電力ＥＭＦ
*である。ＥＭＦ*はＣＯ2濃度が低下すると増加するの
で、ＥＭＦ*の最大値の付近にＥＭＦSTDが存在する。そ
して実験によれば、ＥＭＦ*の最大値よりも僅かに小さ
な位置に（この間の差はＣＯ2濃度換算で２０〜７０ｐ
ｐｍ程度）、ヒストグラムのピークが生じた。さらにＣ
Ｏ2濃度が既知の雰囲気で、検出値と実際のＣＯ2濃度と
を一致させるためには、図３のヒストグラムのピークで
のＣＯ2濃度を４００ｐｐｍと仮定することが合理的で
あった。またＥＭＦ*の最大値ではなくヒストグラムで
のピークを基準ＥＭＦとした方が、既知濃度のＣＯ2雰
囲気での測定値の分散が小さかった。なおこれらの測定
は、大阪郊外の事務用ビルの内部で行った。ヒストグラ
ムの作成は１週間周期で行うよりも１日周期で行う方が
好ましく、１週間周期で行うとその間のセンサ出力のド
リフト等によりピーク位置がぼやけ、ピークの検出が困
難になった。
と、縦軸は頻度で、横軸は温度補正済みの起電力ＥＭＦ
*である。ＥＭＦ*はＣＯ2濃度が低下すると増加するの
で、ＥＭＦ*の最大値の付近にＥＭＦSTDが存在する。そ
して実験によれば、ＥＭＦ*の最大値よりも僅かに小さ
な位置に（この間の差はＣＯ2濃度換算で２０〜７０ｐ
ｐｍ程度）、ヒストグラムのピークが生じた。さらにＣ
Ｏ2濃度が既知の雰囲気で、検出値と実際のＣＯ2濃度と
を一致させるためには、図３のヒストグラムのピークで
のＣＯ2濃度を４００ｐｐｍと仮定することが合理的で
あった。またＥＭＦ*の最大値ではなくヒストグラムで
のピークを基準ＥＭＦとした方が、既知濃度のＣＯ2雰
囲気での測定値の分散が小さかった。なおこれらの測定
は、大阪郊外の事務用ビルの内部で行った。ヒストグラ
ムの作成は１週間周期で行うよりも１日周期で行う方が
好ましく、１週間周期で行うとその間のセンサ出力のド
リフト等によりピーク位置がぼやけ、ピークの検出が困
難になった。
【００１６】温度補正済みの起電力ＥＭＦ*のヒストグ
ラムのピークをそのまま基準ＥＭＦとする必要はない。
例えばヒストグラムの幅の広がりは、ＣＯ2濃度の変動
幅を示している。そこでヒストグラムの変動幅でヒスト
グラムのピーク位置を補正して、基準ＥＭＦとしても良
い。またＣＯ2センサ２には周囲温度依存性の他に湿度
依存性があり、前日と今日の間で湿度が変化すると誤差
が生じる。そこで湿度センサを用いることができる場
合、ヒストグラムのピークを湿度センサの値で補正して
基準ＥＭＦとしても良い。
ラムのピークをそのまま基準ＥＭＦとする必要はない。
例えばヒストグラムの幅の広がりは、ＣＯ2濃度の変動
幅を示している。そこでヒストグラムの変動幅でヒスト
グラムのピーク位置を補正して、基準ＥＭＦとしても良
い。またＣＯ2センサ２には周囲温度依存性の他に湿度
依存性があり、前日と今日の間で湿度が変化すると誤差
が生じる。そこで湿度センサを用いることができる場
合、ヒストグラムのピークを湿度センサの値で補正して
基準ＥＭＦとしても良い。
【００１７】図４に実施例の二酸化炭素検出装置の動作
を示す。起電力から基準ＥＭＦへの換算や他の変数等を
説明すると、ＡＤ変換した起電力ＥＭＦADを式(1)で復
号して、差動増幅の影響を除き、式(2)，(3)で温度補正
する。 ＥＭＦ＝ＥＭＦAD＋（Ｃ−Ｋ） (1) ＥＭＦ： ＡＤ変換した起電力ＥＭＦADを、差動
増幅用の基準電圧Ｃ（ＥＭＦ*STD＋小さな定数Ｊ）と定
数Ｋを用いて、元の起電力に線形に復元した起電力 ＥＭＦ*＝ＥＭＦ−Ａ・△Ｔ (2) △Ｔ＝Ｔ−ＴSTD (3) ＥＭＦ*： ＥＭＦを温度補正した起電力 Ａ： ＣＯ2センサの温度依存性の１次の係
数 △Ｔ： サーミスタ２０の温度Ｔと基準温度Ｔ
STDとの差
を示す。起電力から基準ＥＭＦへの換算や他の変数等を
説明すると、ＡＤ変換した起電力ＥＭＦADを式(1)で復
号して、差動増幅の影響を除き、式(2)，(3)で温度補正
する。 ＥＭＦ＝ＥＭＦAD＋（Ｃ−Ｋ） (1) ＥＭＦ： ＡＤ変換した起電力ＥＭＦADを、差動
増幅用の基準電圧Ｃ（ＥＭＦ*STD＋小さな定数Ｊ）と定
数Ｋを用いて、元の起電力に線形に復元した起電力 ＥＭＦ*＝ＥＭＦ−Ａ・△Ｔ (2) △Ｔ＝Ｔ−ＴSTD (3) ＥＭＦ*： ＥＭＦを温度補正した起電力 Ａ： ＣＯ2センサの温度依存性の１次の係
数 △Ｔ： サーミスタ２０の温度Ｔと基準温度Ｔ
STDとの差
【００１８】ヒストグラムから基準ＥＭＦへの換算は式
(4)で行い、基準ＥＭＦとＥＭＦ*からのＣＯ2濃度への
換算は式(5)で行う。 ＥＭＦSTDNew＝Ｐｅａｋ＋Ａ・△（ＴSTDnew−ＴSTDOld） (4) ＥＭＦSTD： 温度補正済みの基準起電力 ＥＭＦSTDNew 新しい基準起電力 ＴSTDNeW： 新しい基準温度（ヒストグラム作成時
（前日）の最高温度と最低温度の平均） ＴSTDOLD： 古い基準温度 Ｐｅａｋ： ヒストグラムのピーク位置のＥＭＦ* ＥＭＦSTD−ＥＭＦ*＝Ｂ・Ｌｎ（ＰCO2／ＰCO2STD） (5) Ｂ： 起電力とＣＯ2濃度との換算係数 ＰCO2： ＣＯ2濃度 ＰCO2STD： 基準ＣＯ2濃度（４００ｐｐｍ）
(4)で行い、基準ＥＭＦとＥＭＦ*からのＣＯ2濃度への
換算は式(5)で行う。 ＥＭＦSTDNew＝Ｐｅａｋ＋Ａ・△（ＴSTDnew−ＴSTDOld） (4) ＥＭＦSTD： 温度補正済みの基準起電力 ＥＭＦSTDNew 新しい基準起電力 ＴSTDNeW： 新しい基準温度（ヒストグラム作成時
（前日）の最高温度と最低温度の平均） ＴSTDOLD： 古い基準温度 Ｐｅａｋ： ヒストグラムのピーク位置のＥＭＦ* ＥＭＦSTD−ＥＭＦ*＝Ｂ・Ｌｎ（ＰCO2／ＰCO2STD） (5) Ｂ： 起電力とＣＯ2濃度との換算係数 ＰCO2： ＣＯ2濃度 ＰCO2STD： 基準ＣＯ2濃度（４００ｐｐｍ）
【００１９】ＣＯ2センサ２の起電力はヒータ１２の動
作開始から数時間程度の間不安定で、電源投入から８時
間経過するのを待つ。８時間経過すると例えばその時点
でのサーミスタ２０の温度を基準温度をＴSTDとし、そ
の時点でのＥＭＦ*を基準ＥＭＦとする。次にヒストグ
ラムメモリ３８をクリアし、ヒストグラムの作成を開始
する。
作開始から数時間程度の間不安定で、電源投入から８時
間経過するのを待つ。８時間経過すると例えばその時点
でのサーミスタ２０の温度を基準温度をＴSTDとし、そ
の時点でのＥＭＦ*を基準ＥＭＦとする。次にヒストグ
ラムメモリ３８をクリアし、ヒストグラムの作成を開始
する。
【００２０】ＤＡコンバータ４０では、基準電圧Ｃを発
生させ、差動アンプ２４で基準電圧ＣとＣＯ2センサ２
の出力の差を差動増幅し、ＡＤコンバータ３４でＡＤ変
換して起電力ＥＭＦADとする。次に温度補正部３６でＥ
ＭＦADをＥＭＦに復元し、その時点でのサーミスタ温度
と基準温度ＴSTDとの差△Ｔを用いて温度補正し、温度
補正済みの起電力ＥＭＦ*を得る。差動増幅により例え
ばＡＤ変換の精度は１６倍程度向上する。基準ＥＭＦと
ＥＭＦ*との差から、式(5)に従いＣＯ2濃度が定まる。
そこでこのＣＯ2濃度をＣＯ2検出部４４で求め出力す
る。なおここではマイクロコンピュータ３０の出力はＣ
Ｏ2濃度であるが、直接濃度を出力せずに、例えば換気
扇のオンオフ等の制御信号として出力しても良い。
生させ、差動アンプ２４で基準電圧ＣとＣＯ2センサ２
の出力の差を差動増幅し、ＡＤコンバータ３４でＡＤ変
換して起電力ＥＭＦADとする。次に温度補正部３６でＥ
ＭＦADをＥＭＦに復元し、その時点でのサーミスタ温度
と基準温度ＴSTDとの差△Ｔを用いて温度補正し、温度
補正済みの起電力ＥＭＦ*を得る。差動増幅により例え
ばＡＤ変換の精度は１６倍程度向上する。基準ＥＭＦと
ＥＭＦ*との差から、式(5)に従いＣＯ2濃度が定まる。
そこでこのＣＯ2濃度をＣＯ2検出部４４で求め出力す
る。なおここではマイクロコンピュータ３０の出力はＣ
Ｏ2濃度であるが、直接濃度を出力せずに、例えば換気
扇のオンオフ等の制御信号として出力しても良い。
【００２１】ヒストグラムは例えば２０分毎にＥＭＦ*
を取り込んで作成し、１日毎にクリアする。またこの期
間での最高温度と最低温度（サーミスタ２０で測定）の
平均を新しい基準温度ＴSTDNewとする。ここで基準温度
が変化するので、図３のヒストグラムのピークでの起電
力を基準温度の変更分で補正する必要が生じる。このた
め式(4)に基づき新しい基準ＥＭＦを作成する。また新
たな基準電圧Ｃは新しい基準温度に基づいて作成する。
を取り込んで作成し、１日毎にクリアする。またこの期
間での最高温度と最低温度（サーミスタ２０で測定）の
平均を新しい基準温度ＴSTDNewとする。ここで基準温度
が変化するので、図３のヒストグラムのピークでの起電
力を基準温度の変更分で補正する必要が生じる。このた
め式(4)に基づき新しい基準ＥＭＦを作成する。また新
たな基準電圧Ｃは新しい基準温度に基づいて作成する。
【図１】 実施例の二酸化炭素検出装置のブロック図
【図２】 実施例で用いた二酸化炭素センサの断面図
【図３】 実施例で用いるヒストグラムを示す特性図
【図４】 実施例の二酸化炭素検出装置の動作を示す
フローチャート
フローチャート
２ ＣＯ2センサ
４ ナトリウムイオン導電体
６ 作用極
８ 参照極
１０ アルミナ基板
１２ ヒータ
１４ 封止ガラス
２０ サーミスタ
２２ バッファアンプ
２４ 差動アンプ
２６ 感度調整アンプ
３０ マイクロコンピュータ
３２ バス
３４ ＡＤコンバータ
３６ 温度補正部
３８ ヒストグラムメモリ
４０ ＤＡコンバータ
４２ 基準ＥＭＦ発生部
４４ ＣＯ2検出部
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｎ 27/406 Ｇ０１Ｎ 27/58 Ｚ
(56)参考文献 特開 平３−162659（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−226665（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−249073（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−249074（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−307018（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−11477（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−332615（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−14586（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−308073（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−329559（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−142192（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−14583（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−14591（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/00 - 27/49
G01N 21/64
Claims (4)
- 【請求項１】 出力が周囲温度に依存するＣＯ2センサ
を用い、ＣＯ2センサの出力から基準出力を発生させ、
ＣＯ2センサの出力を該基準出力で補正して、雰囲気中
のＣＯ2濃度を検出するための装置において、 サーミスタと、ＣＯ2センサの出力をこのサーミスタの
出力で補正してＣＯ2センサの温度補正済み出力を得る
ための温度補正手段と、 前記温度補正済み出力のヒストグラムを記憶するための
手段と、 このヒストグラムから温度補正済み基準出力を発生させ
るための、基準出力発生手段と、 ＣＯ2センサの温度補正済み出力と温度補正済み基準出
力を用いてＣＯ2濃度を検出するためのＣＯ2検出手段、
とを設けたことを特徴とする、二酸化炭素検出装置。 - 【請求項２】 前記ＣＯ2センサが固体電解質ＣＯ2セン
サであることを特徴とする、請求項１の二酸化炭素検出
装置。 - 【請求項３】 前記ヒストグラムのピークでの温度補正
済み出力から、温度補正済み基準出力を得ることを特徴
とする、請求項２の二酸化炭素検出装置。 - 【請求項４】 前記温度補正手段の前段に、 前記温度補正済み基準出力から差動増幅用基準電圧を発
生させるためのＤＡコンバータと、このＤＡコンバータ
の出力と前記ＣＯ2センサの温度補正前の出力との差動
電位を増幅するための増幅器と、該差動増幅器の出力を
ＡＤ変換するためのＡＤコンバータとを設け、 前記温度補正手段を、このＡＤコンバータの出力を前記
サーミスタ出力で補正するように構成したことを特徴と
する、請求項３の二酸化炭素検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17907797A JP3402569B2 (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 二酸化炭素検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17907797A JP3402569B2 (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 二酸化炭素検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114590A JPH1114590A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3402569B2 true JP3402569B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=16059691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17907797A Expired - Fee Related JP3402569B2 (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 二酸化炭素検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3402569B2 (ja) |
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| JP2007502407A (ja) * | 2003-08-11 | 2007-02-08 | センセエアー アーベー | 測定誤差を補償する方法およびこのための電子配置 |
| JP6786817B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2020-11-18 | 株式会社デンソーウェーブ | Ｃｏ２センサの基準値補正装置、ｃｏ２センサの基準値補正方法 |
| WO2023053654A1 (ja) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | ダイキン工業株式会社 | 換気量推定装置、換気量推定方法およびプログラム |
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| JP2507114B2 (ja) * | 1990-02-01 | 1996-06-12 | 松下精工株式会社 | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP2839407B2 (ja) * | 1992-03-06 | 1998-12-16 | 松下精工株式会社 | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP2786366B2 (ja) * | 1992-03-06 | 1998-08-13 | 松下精工株式会社 | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JPH0611477A (ja) * | 1992-04-20 | 1994-01-21 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JPH05307018A (ja) * | 1992-04-30 | 1993-11-19 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP3019904B2 (ja) * | 1993-04-28 | 2000-03-15 | 松下精工株式会社 | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP3183387B2 (ja) * | 1996-06-07 | 2001-07-09 | 矢崎総業株式会社 | 炭酸ガス測定ユニットの信号ベースライン値の補正方法及び炭酸ガス測定ユニット |
| JPH10142192A (ja) * | 1996-11-06 | 1998-05-29 | Mitsubishi Electric Corp | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JPH10332615A (ja) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 炭酸ガスセンサ検知回路および炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP3333113B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2002-10-07 | 株式会社山武 | 二酸化炭素検出装置 |
| JP3483432B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2004-01-06 | 株式会社山武 | 基準値の発生装置 |
| JP3466426B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2003-11-10 | 株式会社山武 | 基準値変更時のスムージング装置 |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP17907797A patent/JP3402569B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1114590A (ja) | 1999-01-22 |
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