JPH07198672A - Life diagnostic device for oxygen sensor - Google Patents
Life diagnostic device for oxygen sensorInfo
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- JPH07198672A JPH07198672A JP5351185A JP35118593A JPH07198672A JP H07198672 A JPH07198672 A JP H07198672A JP 5351185 A JP5351185 A JP 5351185A JP 35118593 A JP35118593 A JP 35118593A JP H07198672 A JPH07198672 A JP H07198672A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、酸素濃度モニタ装置等
に用いられる自己加熱型限界電流式酸素センサの寿命を
診断する装置に関し、詳しくは、センサの性能を低下さ
せることなく、酸素濃度を連続測定できる酸素センサの
寿命診断装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for diagnosing the life of a self-heating type limiting current type oxygen sensor used in an oxygen concentration monitoring apparatus or the like, and more particularly, to an apparatus for measuring the oxygen concentration without degrading the performance of the sensor. The present invention relates to an oxygen sensor life diagnostic device capable of continuous measurement.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、固体電解質による限界電流式酸素センサ（以下は酸
素センサと呼ぶ）は、酸欠警報機や工業用の酸素計等を
中心に使われている。しかし、この酸素センサの寿命は
その周りの装置の寿命に比べて短く、また使用環境によ
っては寿命のばらつきがあるため、使用環境を考慮した
センサの定期交換が行われてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, a limiting current type oxygen sensor using a solid electrolyte (hereinafter referred to as an oxygen sensor) has been used mainly for an oxygen deficiency alarm and an industrial oxygen meter. ing. However, the life of this oxygen sensor is shorter than that of the surrounding devices, and the life varies depending on the usage environment, so that the sensor has been regularly replaced in consideration of the usage environment.
【０００３】このセンサの寿命は、固体電解質のイオン
伝導度の低下や、電極能の低下によって生じるが、これ
は図８に示すように限界電流を与える電圧範囲の下限が
センサに印加している測定電圧にほぼ一致したときに達
したと見られる。The life of this sensor is caused by a decrease in the ionic conductivity of the solid electrolyte and a decrease in the electrode performance. This is due to the lower limit of the voltage range giving the limiting current to the sensor as shown in FIG. It is thought that it was reached when the measured voltage was almost matched.
【０００４】このセンサの寿命を装置で診断する方法と
して、センサの初期出力特性で限界電流を与える電圧の
範囲から２点の電圧を選んでそれらを交互に印加し、そ
の２点の電圧での出力電流の差から劣化状態を診断する
手法（特開昭６０−２１８０５８号、特開平１−２６２
４６０号）、センサの起動時の特性から診断する手法
（特開昭６１−２１２７５３号）、２つのセンサ又は１
つのセンサに納められた２つの検知部から診断する手法
（特開昭６１−２１２７５３号、特開平４−２６４２５
０号）などが知られている。As a method of diagnosing the life of this sensor with a device, two voltages are selected from the range of the voltage that gives a limiting current in the initial output characteristics of the sensor, they are applied alternately, and the voltage at those two points is used. A method for diagnosing a deterioration state from the difference in output current (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60-218058, Japanese Patent Laid-Open No. 1-262)
460), a method of diagnosing from the characteristics of the sensor at the time of starting (JP-A-61-212753), two sensors or 1
A method of diagnosing from two detection units housed in one sensor (JP-A-61-212753, JP-A-4-26425).
No. 0) is known.
【０００５】特開昭６０−２１８０５８号及び特開平１
−２６２４６０号で開示されている固定の２点の電圧の
交互切り替え、または固定の２点間の掃引による出力電
流の差から劣化状態を診断する手法では、出力電流のシ
ューティングの発生や出力電流の変動から、診断時に装
置の本来の機能を停止させる必要があり、また出力電流
差から判断するため２点間の電圧差をある程度大きく取
る必要もあり、さらに本来の寿命より短い時間で寿命と
診断されるという問題がある。JP-A-60-218058 and JP-A-1
In the method of diagnosing the deterioration state from the output current difference by the fixed switching between the two fixed voltages or the sweep between the fixed two points disclosed in Japanese Patent No. 262460, the occurrence of shooting of the output current and the output current Due to fluctuations, it is necessary to stop the original function of the device at the time of diagnosis, and it is necessary to take a large voltage difference between the two points in order to judge from the output current difference. There is a problem that is.
【０００６】特開昭６１−２１２７５３号で開示されて
いるセンサの起動時の特性から診断する手法では、長期
間連続作動させるものへの適用ができず、劣化程度が同
じでも停止から再起動までの時間間隔により起動の特性
が変化し、また湿度の影響で起動特性が変化するという
問題がある。The method disclosed in JP-A-61-212753 for diagnosing from the start-up characteristics of the sensor cannot be applied to a continuous operation for a long period of time, and even if the degree of deterioration is the same, from stop to restart. There is a problem that the start-up characteristic changes depending on the time interval and the start-up characteristic changes due to the influence of humidity.
【０００７】特開昭６１−２１２７５３号で開示されて
いる２つのセンサでの手法では、基準となる正常なセン
サが必要となり、また過渡状態での診断となるため簡易
にできないだけでなく、装置に組み込むこともできず、
また診断時に装置の本来の機能を停止させる必要が生じ
るという問題がある。The two-sensor method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-212753 requires a normal sensor as a reference, and the diagnosis in a transient state is not possible. Cannot be incorporated into
There is also a problem that it is necessary to stop the original function of the device during diagnosis.
【０００８】特開平４−２６４２５０号で開示されてい
る１つのセンサに納められた２つの検知部から診断する
手法では、寿命診断のために設けた検出部は、その目的
から限界電流値を高くする必要が生じ、実質的な寿命が
かなり短くなってしまうという問題がある。In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-264250, in which a diagnosis is made from two detectors contained in one sensor, the detector provided for life diagnosis has a high limit current value for that purpose. Therefore, there is a problem that the effective life is considerably shortened.
【０００９】したがって、本発明の目的は、上記問題を
解決し、酸素センサ素子の性能を低下させることなく、
また酸欠警報機や工業用の酸素計等において連続運転を
妨げずに、センサの寿命を判断できる装置を提供するこ
とである。Therefore, it is an object of the present invention to solve the above problems and to reduce the performance of the oxygen sensor element.
Another object of the present invention is to provide a device that can determine the life of a sensor in an oxygen deficiency alarm, an industrial oxygen meter, etc. without hindering continuous operation.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、酸素センサの出力値が動作温度の
上昇により増大することに注目し、通常の動作温度にお
ける出力値と、通常動作温度より高い診断動作温度にお
ける出力値とを比較し、その差を求めれば、装置本来の
機能を阻害することなくセンサの寿命を診断できること
を発見し、本発明を完成させた。As a result of earnest research in view of the above object, the present inventor has noticed that the output value of the oxygen sensor increases as the operating temperature rises. The present invention has been completed by discovering that the life of the sensor can be diagnosed without interfering with the original function of the device by comparing the output value at the diagnostic operating temperature higher than the normal operating temperature and obtaining the difference.
【００１１】すなわち、本発明の酸素イオン伝導性固体
電解質からなり、ヒーターを具備する自己加熱型限界電
流式酸素センサの寿命を診断する装置は、（ａ）前記酸
素センサの温度を通常動作温度と、通常温度より高い診
断動作温度に切り換えるヒーター制御手段と、（ｂ）前
記通常動作温度で検出した酸素センサの出力値Ｘが所定
時間連続して所定の範囲内にある場合に、前記酸素セン
サの動作温度を前記通常動作温度から前記診断動作温度
に切り換えるトリガ手段と、（ｃ）前記診断動作温度に
おける酸素センサの出力値Ｙと前記出力値Ｘとの差｜Ｙ
−Ｘ｜を演算する手段と、（ｄ）前記差｜Ｙ−Ｘ｜の値
が所定値以上である場合に前記酸素センサが寿命である
と診断する寿命診断手段とを具備することを特徴とす
る。That is, the apparatus for diagnosing the life of a self-heating type limiting current type oxygen sensor comprising a heater of the present invention, which comprises an oxygen ion conductive solid electrolyte, comprises: (a) the temperature of the oxygen sensor as a normal operating temperature. Heater control means for switching to a diagnostic operating temperature higher than the normal temperature, and (b) if the output value X of the oxygen sensor detected at the normal operating temperature is continuously within a predetermined range for a predetermined time, Trigger means for switching the operating temperature from the normal operating temperature to the diagnostic operating temperature; and (c) the difference | Y between the output value Y and the output value X of the oxygen sensor at the diagnostic operating temperature | Y.
And (d) life diagnosing means for diagnosing that the oxygen sensor is at the end of its life when the value of the difference | Y−X | is a predetermined value or more. To do.
【００１２】[0012]
【作用】上記構成によれば、本発明によるセンサの寿命
診断装置は、以下のように作用する。According to the above structure, the sensor life diagnosis device according to the present invention operates as follows.
【００１３】通常の場合では、センサの動作温度は、セ
ンサに形成されているヒーターと、ヒーター制御手段に
より通常動作温度に保持される。センサのセルには一定
の直流電圧が印加されており、正常時には、酸素濃度に
対応した限界電流がセンサの出力電流として得られる。In the normal case, the operating temperature of the sensor is maintained at the normal operating temperature by the heater formed in the sensor and the heater control means. A constant DC voltage is applied to the cell of the sensor, and under normal conditions, a limiting current corresponding to the oxygen concentration is obtained as the output current of the sensor.
【００１４】そのセンサの出力電流が、通常予期されて
いる酸素濃度より約０．５％〜１．０％低い酸素濃度を
示す出力電流となり、その出力電流がある期間以上継続
した場合、酸素センサが寿命になったことによるものと
考えられるため、寿命診断を開始する。ヒーター制御手
段によりセンサの動作温度を通常動作温度より高い診断
動作温度に切り換え、動作温度が十分に安定した後、診
断動作温度下におけるセンサの出力値を検出し、これと
通常動作温度下のセンサ出力値との差を求め、差が所定
範囲を越えた場合、センサが寿命であると判断する。When the output current of the sensor becomes an output current showing an oxygen concentration lower than the normally expected oxygen concentration by about 0.5% to 1.0%, and the output current continues for a certain period or longer, the oxygen sensor It is considered that this is due to the end of life, so start life diagnosis. The heater control means switches the operating temperature of the sensor to a diagnostic operating temperature higher than the normal operating temperature, and after the operating temperature has stabilized sufficiently, the sensor output value under the diagnostic operating temperature is detected and this and the sensor under the normal operating temperature are detected. The difference from the output value is obtained, and if the difference exceeds the predetermined range, it is determined that the sensor has reached the end of its life.
【００１５】このように、センサの動作温度を変化させ
ることで寿命の診断を行うことにより、センサのセルに
印加する電圧を変化させる必要がなくなり、センサの酸
素濃度測定を妨げることなく寿命診断を行うことができ
る。また、酸素センサの出力電流を酸素濃度に換算する
際に、動作温度による出力値の変化を補正することによ
り、常に正確な酸素濃度を表示することができる。さら
に、寿命であると判断されたセンサの動作温度を診断動
作温度に保持することにより、センサが交換されるまで
の間も酸素濃度の測定を継続することができる。By thus diagnosing the service life by changing the operating temperature of the sensor, it is not necessary to change the voltage applied to the cell of the sensor, and the service life diagnosis can be performed without disturbing the oxygen concentration measurement of the sensor. It can be carried out. Further, when converting the output current of the oxygen sensor into the oxygen concentration, by correcting the change in the output value due to the operating temperature, it is possible to always display the accurate oxygen concentration. Further, by keeping the operating temperature of the sensor determined to have reached the end of life at the diagnostic operating temperature, it is possible to continue measuring the oxygen concentration until the sensor is replaced.
【００１６】[0016]
【実施例】本発明の一実施例による限界電流式酸素セン
サの寿命診断装置を図１の構成ブロック図を参照して説
明する。本実施例の寿命診断装置では、直流電圧供給装
置２がセンサ１のセル１１の陽極１１１に接続し、電流
検出装置３がセンサ１のセル１１の陰極１１２に接続し
ている。マイコン５はＣＰＵ５１と、それに接続された
Ａ／Ｄ変換器５２、Ｄ／Ａ変換器５３、ＲＯＭ５４、Ｒ
ＡＭ５５及び出力ポート５６からなる。Ａ／Ｄ変換器５
２は電流検出装置３及びＣＰＵ５１に接続し、ヒーター
駆動制御装置４がセンサ１のヒーター１２及びＤ／Ａ変
換器５３に接続している。ランプ６及びＬＥＤ表示装置
７はマイコン５の出力ポート５６に接続している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A life diagnosing apparatus for a limiting current type oxygen sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. In the life diagnosis device of this embodiment, the DC voltage supply device 2 is connected to the anode 111 of the cell 11 of the sensor 1, and the current detection device 3 is connected to the cathode 112 of the cell 11 of the sensor 1. The microcomputer 5 includes a CPU 51, an A / D converter 52, a D / A converter 53, a ROM 54, and an R connected to the CPU 51.
It consists of an AM 55 and an output port 56. A / D converter 5
Reference numeral 2 is connected to the current detection device 3 and the CPU 51, and the heater drive control device 4 is connected to the heater 12 of the sensor 1 and the D / A converter 53. The lamp 6 and the LED display device 7 are connected to the output port 56 of the microcomputer 5.
【００１７】マイコン５のＤ／Ａ変換器５３の出力電圧
に従って、ヒーター駆動制御装置４を制御することによ
り、センサ１上のヒーター１２に流れる電流を調節し、
もってセンサの動作温度を制御する。図２はヒーター駆
動制御装置４の一例を示す。Ｄ／Ａ変換器５３の出力電
圧がまず電流バッファとしてボルテージフォロアで配線
したオペアンプＡ１を通り、次にオペアンプＡ２、トラ
ンジスタＴＲ１、ＴＲ２及び抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５から
なる回路により、ヒーター１２に流れる電流をＤ／Ａ変
換器５３の出力電圧に従って変化させる。これによりセ
ンサ１の動作温度を所定値に調節できる。By controlling the heater drive controller 4 according to the output voltage of the D / A converter 53 of the microcomputer 5, the current flowing through the heater 12 on the sensor 1 is adjusted,
Therefore, the operating temperature of the sensor is controlled. FIG. 2 shows an example of the heater drive control device 4. The output voltage of the D / A converter 53 first passes through the operational amplifier A1 wired by a voltage follower as a current buffer, and then the current flowing through the heater 12 by the circuit including the operational amplifier A2, the transistors TR1 and TR2, and the resistors R3, R4, and R5. According to the output voltage of the D / A converter 53. Thereby, the operating temperature of the sensor 1 can be adjusted to a predetermined value.
【００１８】本発明においては、酸素センサの動作を通
常動作温度及び診断動作温度で行う。通常動作温度とは
酸素濃度を検出するのに用いる通常状態における酸素セ
ンサの動作温度であり、一般に３５０℃〜４５０℃であ
る。また診断動作温度は通常動作温度より５〜３０℃高
い温度である。酸素センサの寿命の為に、通常動作温度
では正確な出力値が得られないような場合で、通常動作
温度よりわずかに高い診断動作温度とすることにより、
正確な出力値が得られるようになる。In the present invention, the operation of the oxygen sensor is performed at the normal operating temperature and the diagnostic operating temperature. The normal operating temperature is the operating temperature of the oxygen sensor in the normal state used for detecting the oxygen concentration, and is generally 350 ° C to 450 ° C. The diagnostic operating temperature is 5 to 30 ° C. higher than the normal operating temperature. Due to the life of the oxygen sensor, when the accurate output value cannot be obtained at the normal operating temperature, by setting the diagnostic operating temperature slightly higher than the normal operating temperature,
An accurate output value can be obtained.
【００１９】酸素センサの動作温度を通常動作温度から
診断動作温度に、又はその逆に切り換える時には、動作
温度の変化を１℃／秒以下とするのが好ましい。動作温
度の変化が１℃／秒を越えると、酸素センサの出力が大
きく変動し、正確な酸素濃度測定ができなくなる。動作
温度の変化速度はＤ／Ａ変換器５３の出力電圧の変化速
度を調節することによって容易に制御できる。When the operating temperature of the oxygen sensor is switched from the normal operating temperature to the diagnostic operating temperature or vice versa, it is preferable that the change of the operating temperature is 1 ° C./sec or less. If the change in operating temperature exceeds 1 ° C./sec, the output of the oxygen sensor fluctuates greatly, making it impossible to measure oxygen concentration accurately. The changing speed of the operating temperature can be easily controlled by adjusting the changing speed of the output voltage of the D / A converter 53.
【００２０】直流電圧供給装置２によりセンサ１のセル
１１に直流電圧を印加する。本実施例では、センサ１に
１．４Ｖの直流電圧を印加するが、本発明はこれに限定
されない。センサ１の出力する電流は、電流検出装置３
により検出し、Ａ／Ｄ変換器５２を介してＣＰＵ５１に
入力される。図３には電流検出装置３の一例を示す。セ
ンサ１の出力電流は抵抗Ｒ６によって電圧値に変換さ
れ、オペアンプＡ３、可変抵抗ＶＲ１及び抵抗Ｒ７、Ｒ
８からなる増幅回路により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器
５２に入力され、デジタル値に変換される。A DC voltage is applied to the cell 11 of the sensor 1 by the DC voltage supply device 2. In this embodiment, a DC voltage of 1.4V is applied to the sensor 1, but the present invention is not limited to this. The current output from the sensor 1 is the current detection device 3
And is input to the CPU 51 via the A / D converter 52. FIG. 3 shows an example of the current detection device 3. The output current of the sensor 1 is converted into a voltage value by the resistor R6, and the operational amplifier A3, the variable resistor VR1 and the resistors R7, R
After being amplified by an amplifier circuit composed of eight, it is input to the A / D converter 52 and converted into a digital value.
【００２１】ＣＰＵ５１では、ＲＯＭ９に書き込まれて
いるプログラムに従って、入力された酸素センサの出力
値をＲＡＭ１０に書き込んで、演算、比較等を行い、出
力ポート５６及びＤ／Ａ変換器５３を通じて外部機器の
制御を行う。In the CPU 51, the output value of the input oxygen sensor is written in the RAM 10 according to the program written in the ROM 9 to perform calculation, comparison, etc., and the output port 56 and the D / A converter 53 are used to control the external device. Take control.
【００２２】ＣＰＵ５１に入力された酸素センサの出力
値は、酸素濃度に換算される。前述したように酸素セン
サの動作温度が変動するため、本発明では動作温度の変
動に伴う酸素センサ出力値の変動を補正する手段を有す
る。具体的には、通常動作温度及び診断動作温度におけ
る同一酸素濃度のガスに対する酸素センサの出力値の比
が同じであるという特性を利用し、動作温度の補正係数
を設ける。各温度における補正係数の値をあらかじめ求
め、ＣＰＵ５１が取り込んだ出力値と補正係数から演算
することにより酸素濃度を計算する。この酸素濃度の値
は出力ポート５６を通って、ＬＥＤ表示装置７に表示さ
れる。The output value of the oxygen sensor input to the CPU 51 is converted into oxygen concentration. Since the operating temperature of the oxygen sensor fluctuates as described above, the present invention has means for correcting the fluctuation of the oxygen sensor output value due to the fluctuation of the operating temperature. Specifically, the correction coefficient of the operating temperature is provided by utilizing the characteristic that the ratio of the output value of the oxygen sensor to the gas having the same oxygen concentration at the normal operating temperature and the diagnostic operating temperature is the same. The value of the correction coefficient at each temperature is obtained in advance, and the oxygen concentration is calculated by calculating from the output value and the correction coefficient taken in by the CPU 51. This oxygen concentration value is displayed on the LED display device 7 through the output port 56.
【００２３】ＲＯＭ９に書き込まれている制御プログラ
ムの主な動きを以下に説明する。まず、補正係数を通常
動作温度に対応する値、本実施例では１にセットする。
そして、診断フラグを通常測定状態を表す値、例えば０
にする。次いで、酸素センサの出力値を入力し、酸素セ
ンサの出力値が所定の範囲内に安定しているか否かを判
断する。The main operation of the control program written in the ROM 9 will be described below. First, the correction coefficient is set to a value corresponding to the normal operating temperature, which is 1 in this embodiment.
Then, the diagnostic flag is set to a value indicating a normal measurement state, for example, 0.
To Then, the output value of the oxygen sensor is input, and it is determined whether the output value of the oxygen sensor is stable within a predetermined range.
【００２４】所定の範囲とは酸素センサが寿命となった
時に出力すると予想される値の範囲である。具体的に
は、酸素センサが寿命となった時に、その出力値が低下
するのが一般的である。そこで、被検ガスの通常酸素濃
度より０．５％Ｏ2 〜１．０％Ｏ2 程度低い出力値が一
定の期間、例えば１分〜６０分間続いた場合、これを酸
素センサの寿命診断開始のトリガとする。上記所定の範
囲は被検ガスの酸素濃度によってあらかじめ任意に設定
することができる。例えば、大気中の酸素濃度を測定対
象である場合、この所定の範囲の下限は１９．０〜２
０．０％Ｏ2 （酸素濃度換算）とし、上限は２０．０〜
２０．８％Ｏ2 （酸素濃度換算）とするのが好ましい。The predetermined range is a range of values expected to be output when the oxygen sensor reaches the end of its life. Specifically, the output value of the oxygen sensor generally decreases at the end of its life. Therefore, when the output value lower by 0.5% O 2 to 1.0% O 2 than the normal oxygen concentration of the test gas continues for a certain period, for example, 1 minute to 60 minutes, this is started for the life diagnosis of the oxygen sensor. To trigger. The above predetermined range can be arbitrarily set in advance depending on the oxygen concentration of the test gas. For example, when measuring the oxygen concentration in the atmosphere, the lower limit of this predetermined range is 19.0-2.
0.0% O 2 (oxygen concentration conversion), the upper limit is 20.0
It is preferably 20.8% O 2 (converted to oxygen concentration).
【００２５】また、酸素センサの出力値が安定している
か否かを判断するためには、まず酸素センサの出力値
と、一つ前の出力値（又は数個前の出力値）との差の絶
対値を計算する。差の絶対値が一定の期間、例えば合計
１分〜６０分間にわたって０．３％Ｏ2 以下（酸素濃度
換算）であれば、酸素センサの出力値が安定していると
判断する。In order to determine whether or not the output value of the oxygen sensor is stable, first, the difference between the output value of the oxygen sensor and the previous output value (or several previous output values) is determined. Calculate the absolute value of. If the absolute value of the difference is 0.3% O 2 or less (oxygen concentration conversion) for a fixed period, for example, 1 minute to 60 minutes in total, it is determined that the output value of the oxygen sensor is stable.
【００２６】酸素センサの寿命診断が開始すると、ＣＰ
Ｕ５１がＤ／Ａ変換器４に診断動作温度にデータを送
り、ヒーター駆動制御装置４を通じて酸素センサ１の動
作温度を診断動作温度に切り換える。それにともなっ
て、動作温度補正係数を診断動作温度に対応する値に
し、診断フラグは寿命診断状態を示す値、本実施例では
１にセットする。When the life diagnosis of the oxygen sensor is started, the CP
U51 sends data to the diagnostic operating temperature to the D / A converter 4, and switches the operating temperature of the oxygen sensor 1 to the diagnostic operating temperature through the heater drive controller 4. Along with that, the operating temperature correction coefficient is set to a value corresponding to the diagnostic operating temperature, and the diagnostic flag is set to a value indicating the life diagnosis state, which is 1 in this embodiment.
【００２７】動作温度を診断動作温度に切り換える直前
の酸素センサの出力値をＸとし、Ａ／Ｄ変換器５２より
取り込み、ＲＡＭ５５に記憶する。そして、動作温度の
切り換えが終了した直後の酸素センサの出力値をＹとし
て記憶する。この動作温度切り換えの終了を判定する手
段として、診断動作温度と通常動作温度の温度差及び切
り換え速度から切り換え所要時間をあらかじめ計算し、
マイコン５の内蔵時計と比較する手段、又は前記切り換
え所要時間に相当するカウント数をカウントする手段が
挙げられる。The output value of the oxygen sensor immediately before the operating temperature is switched to the diagnostic operating temperature is set to X, read from the A / D converter 52, and stored in the RAM 55. Then, the output value of the oxygen sensor immediately after the switching of the operating temperature is finished is stored as Y. As a means for determining the end of this operating temperature switching, the switching required time is calculated in advance from the temperature difference between the diagnostic operating temperature and the normal operating temperature and the switching speed,
Means for comparing with the built-in clock of the microcomputer 5 or means for counting the number of counts corresponding to the switching required time can be mentioned.
【００２８】得られたＸ、Ｙを用いて、式｜Ｙ−Ｘ｜の
値を演算し、値が所定値以上になった時に、酸素センサ
が寿命であると判断する。この所定値は０．１％Ｏ2 〜
０．３％Ｏ2 とするのが好ましい。ただし、Ｘ、Ｙは共
に動作温度の補正係数を用いて計算した酸素濃度値であ
る。所定値が０．１％Ｏ2 未満では、誤診断を招くおそ
れがある。酸素センサが寿命と判断されたときには、Ｃ
ＰＵ５１が出力ポート５６に信号を出力する。この信号
が出力ポート５６を通じて、ランプ６を点灯させて、酸
素センサが寿命になったことを報知する。Using the obtained X and Y, the value of the formula | Y−X | is calculated, and when the value exceeds a predetermined value, it is judged that the oxygen sensor has reached the end of its life. This predetermined value is 0.1% O 2 ~
It is preferably 0.3% O 2 . However, both X and Y are oxygen concentration values calculated using the correction coefficient of the operating temperature. If the predetermined value is less than 0.1% O 2 , misdiagnosis may occur. When the oxygen sensor is judged to have reached the end of its life, C
The PU 51 outputs a signal to the output port 56. This signal turns on the lamp 6 through the output port 56 to notify that the oxygen sensor has reached the end of its life.
【００２９】酸素センサが寿命ではないと判断されたと
きには、酸素センサの動作温度を通常動作温度に切り換
え、補正係数を通常動作温度に対応する値にし、診断フ
ラグを０にする。When it is determined that the oxygen sensor is not at the end of its life, the operating temperature of the oxygen sensor is switched to the normal operating temperature, the correction coefficient is set to a value corresponding to the normal operating temperature, and the diagnostic flag is set to zero.
【００３０】本発明では、上述した装置で酸素センサの
寿命を診断するが、さらに、以下の構成を上記装置に加
えることができる。In the present invention, the life of the oxygen sensor is diagnosed by the above-mentioned device, but the following constitution can be added to the above-mentioned device.
【００３１】酸素センサが寿命と判断されたときには、
酸素センサの動作温度を診断動作温度とし、動作温度の
補正係数を診断動作温度に対応する値のままにし、診断
フラグを０にして、酸素濃度の測定を継続する。この手
段によって、寿命と診断された後でも、センサが取り替
えられるまでは診断動作温度で正確な酸素濃度測定を行
うことができ、計測機能の中断が免れる。When it is judged that the oxygen sensor has reached the end of its life,
The operating temperature of the oxygen sensor is set as the diagnostic operating temperature, the correction coefficient of the operating temperature is kept at a value corresponding to the diagnostic operating temperature, the diagnostic flag is set to 0, and the measurement of the oxygen concentration is continued. By this means, even after the life is diagnosed, accurate oxygen concentration measurement can be performed at the diagnostic operating temperature until the sensor is replaced, and interruption of the measurement function is avoided.
【００３２】また、より正確に寿命診断を行うために、
前記式｜Ｙ−Ｘ｜の値が所定値以上である場合、すぐに
寿命と診断せずに、酸素センサの動作温度を通常動作温
度に切り換えた後、酸素センサの出力値を入力してＸ’
とし、式｜Ｙ−Ｘ’｜の値を演算する。｜Ｙ−Ｘ’｜の
値が上記所定値以上になった時に、酸素センサが寿命で
あると判断する。この手段により、誤診断を避けること
ができ、より正確な寿命診断を行うことができる。Further, in order to perform life diagnosis more accurately,
When the value of the formula | Y−X | is equal to or more than a predetermined value, the operating temperature of the oxygen sensor is switched to the normal operating temperature without immediately diagnosing the life, and then the output value of the oxygen sensor is input to X. '
Then, the value of the expression | Y−X ′ | is calculated. When the value of | Y−X ′ | exceeds the predetermined value, it is determined that the oxygen sensor has reached the end of its life. By this means, erroneous diagnosis can be avoided and more accurate life diagnosis can be performed.
【００３３】制御プログラムの動きをその一例である図
４、５を参照して説明する。装置が起動されると、動作
温度の補正係数を１にし、診断フラグを０にする（ステ
ップ１）。Ｄ／Ａ変換器５３を介して、センサの動作温
度を通常動作温度にセットする（ステップ２）。そし
て、センサ１の動作温度が安定になるまでステップ３を
繰り返す。The operation of the control program will be described with reference to FIGS. When the device is started, the correction coefficient of the operating temperature is set to 1 and the diagnostic flag is set to 0 (step 1). The operating temperature of the sensor is set to the normal operating temperature via the D / A converter 53 (step 2). Then, step 3 is repeated until the operating temperature of the sensor 1 becomes stable.
【００３４】センサ１の動作温度が安定すると、まずセ
ンサの出力値を取り込み（ステップ４）、動作温度の補
正係数等を用いて酸素濃度を計算し、ＬＥＤ表示装置７
に表示させる（ステップ５）。なお、ステップ５では、
上記以外にも酸素濃度警報などの公知機能を有すること
ができる。次に診断フラグをチェックし、０でなければ
診断ルーチンのステップ１５に入り、０であれば、出力
値の安定判断ルーチン（ステップ７から）に進む（ステ
ップ６）。When the operating temperature of the sensor 1 becomes stable, first, the output value of the sensor is fetched (step 4), the oxygen concentration is calculated using the correction coefficient of the operating temperature, and the LED display device 7 is operated.
To be displayed (step 5). In step 5,
Other than the above, it may have a known function such as an oxygen concentration alarm. Next, the diagnostic flag is checked. If it is not 0, the routine goes to step 15 of the diagnostic routine, and if it is 0, the routine proceeds to the output value stability determination routine (from step 7) (step 6).
【００３５】出力値の安定判断ルーチンでは、まずセン
サの出力値が所定の範囲内にあるかどうかを判断する
（ステップ７）。出力値が所定の範囲に入っていなけれ
ば、カウントを０にし（ステップ１４）、ステップ４に
戻る。もし、出力値が所定の範囲内であれば、センサの
出力値が安定しているか否かをチェックする（ステップ
８）。センサの出力値を前回の出力値と比較し、その差
の絶対値が０．３％Ｏ2以下（酸素濃度換算）であれ
ば、カウントに１を加え（ステップ９）、差の絶対値が
０．３％Ｏ2 （酸素濃度換算）を越えれば、ステップ１
０に進む。In the output value stability determination routine, it is first determined whether or not the output value of the sensor is within a predetermined range (step 7). If the output value is not within the predetermined range, the count is set to 0 (step 14) and the process returns to step 4. If the output value is within the predetermined range, it is checked whether the output value of the sensor is stable (step 8). The output value of the sensor is compared with the previous output value, and if the absolute value of the difference is 0.3% O 2 or less (oxygen concentration conversion), 1 is added to the count (step 9), and the absolute value of the difference is If it exceeds 0.3% O 2 (converted to oxygen concentration), step 1
Go to 0.
【００３６】次いで、カウントの値と定数１とを比較す
る（ステップ８）。カウントが定数１未満であれば、ス
テップ４に戻る。一方、カウントが定数１以上であれ
ば、センサの出力値をＸとし（ステップ１１）、動作温
度の補正係数を診断動作温度に対応する値、本実施例で
は０．９７５にし、診断フラグを１にセットする（ステ
ップ１２）。そして、センサの動作温度を診断動作温度
にセットして（ステップ１３）、ステップ４に戻る。Next, the count value and the constant 1 are compared (step 8). If the count is less than the constant 1, the process returns to step 4. On the other hand, if the count is equal to or greater than the constant 1, the output value of the sensor is set to X (step 11), the correction coefficient of the operating temperature is set to a value corresponding to the diagnostic operating temperature, 0.975 in this embodiment, and the diagnostic flag is set to 1. (Step 12). Then, the operating temperature of the sensor is set to the diagnostic operating temperature (step 13), and the process returns to step 4.
【００３７】診断フラグが１である場合、処理がステッ
プ６から診断ルーチンに入る。まずカウントに１を加え
（ステップ１５）、カウントと定数２とを比較する（ス
テップ１６）。カウントが定数２未満であれば、ステッ
プ４に戻り、カウントが定数２以上であれば、酸素セン
サの出力値を取り込み、Ｙとする（ステップ１７）。そ
して、式｜Ｙ−Ｘ｜の値と所定値とを比較する（ステッ
プ１８）。式｜Ｙ−Ｘ｜の値が所定値未満であれば、動
作温度の補正係数を通常動作温度に対応する値である１
に、診断フラグを０にセットし（ステップ２１）、酸素
センサの動作温度を動作動作温度として（ステップ２
２）、そしてカウントを０にセットして（ステップ２
３）、ステップ４に戻る。式｜Ｙ−Ｘ｜の値が所定値以
上であれば、酸素センサが寿命であると診断し、センサ
の寿命を報知するランプを点灯させ（ステップ１９）、
動作温度の補正係数を診断動作温度に対応する値である
０．９７５にセットし、診断フラグを０にして（ステッ
プ２０）して、ステップ４に戻って、酸素濃度の測定を
継続する。If the diagnostic flag is 1, the process enters the diagnostic routine from step 6. First, 1 is added to the count (step 15), and the count is compared with the constant 2 (step 16). If the count is less than the constant 2, the process returns to step 4, and if the count is not less than the constant 2, the output value of the oxygen sensor is fetched and set to Y (step 17). Then, the value of the expression | Y−X | is compared with a predetermined value (step 18). If the value of the expression | Y−X | is less than the predetermined value, the correction coefficient of the operating temperature is 1 corresponding to the normal operating temperature.
Then, the diagnostic flag is set to 0 (step 21), and the operating temperature of the oxygen sensor is set to the operating temperature (step 2).
2) and set the count to 0 (step 2
3) Return to step 4. If the value of the formula | Y−X | is equal to or greater than the predetermined value, it is diagnosed that the oxygen sensor is at the end of its life, and the lamp notifying the life of the sensor is turned on (step 19).
The correction coefficient of the operating temperature is set to 0.975, which is the value corresponding to the diagnostic operating temperature, the diagnostic flag is set to 0 (step 20), the process returns to step 4, and the measurement of the oxygen concentration is continued.
【００３８】上記制御プログラムにおいて、さらに公知
の方法で各所定値の入力手段を有することができる。The above control program may further include an input means for inputting each predetermined value by a known method.
【００３９】上記構成によれば、本発明によるセンサの
寿命診断装置は、酸素センサ１の動作温度を通常動作温
度と診断動作温度の間で切り換え、両動作温度における
酸素センサの出力の差と所定値とを比較することによ
り、酸素センサの本来の機能を阻害することなく、酸素
濃度変化や装置の誤動作による誤診断を除外した酸素セ
ンサの真の寿命を診断できる。また、寿命と判断した酸
素センサの動作温度を診断動作温度とすることにより、
交換されるまでにセンサの延命を図ることができ、酸素
濃度測定の中断を避けることができる。According to the above structure, the sensor life diagnosing device according to the present invention switches the operating temperature of the oxygen sensor 1 between the normal operating temperature and the diagnostic operating temperature, and determines the difference between the output of the oxygen sensor at both operating temperatures and a predetermined value. By comparing the value with the value, the true life of the oxygen sensor can be diagnosed without impairing the original function of the oxygen sensor and excluding erroneous diagnosis due to changes in oxygen concentration and malfunction of the device. Also, by setting the operating temperature of the oxygen sensor judged to be the life as the diagnostic operating temperature,
The life of the sensor can be extended before it is replaced, and interruption of oxygen concentration measurement can be avoided.
【００４０】実施例１ 上記図１〜５に示す装置を用い、限界電流式酸素センサ
の寿命診断を行った。基準電圧Ｖ１を１．４Ｖとした。
通常動作温度は４２０℃とし、診断動作温度は通常動作
温度に１０℃を足した温度とした。通常動作温度の補正
係数は１とし、診断動作温度の補正係数は０．９７５と
した。図４におけるステップ１０の定数１は３００（５
分間に相当する。）とし、また、図５のステップ１６の
定数２は６０（１分間に相当する。）とした。ステップ
１８における所定値は酸素濃度に換算して０．２％Ｏ2
とした。 Example 1 The life of the limiting current type oxygen sensor was diagnosed using the apparatus shown in FIGS. The reference voltage V1 was 1.4V.
The normal operating temperature was 420 ° C., and the diagnostic operating temperature was the normal operating temperature plus 10 ° C. The correction coefficient for the normal operating temperature was 1, and the correction coefficient for the diagnostic operating temperature was 0.975. The constant 1 of step 10 in FIG. 4 is 300 (5
Equivalent to minutes. ), And the constant 2 in step 16 of FIG. 5 was set to 60 (corresponding to 1 minute). The predetermined value in step 18 is converted into oxygen concentration by 0.2% O 2
And
【００４１】運転初期における酸素センサ１の通常及び
診断動作温度の電圧−電流特性を図６に示し、寿命と判
断されたときの電圧−電流特性を図７に示す。図６及び
７からわかるように、本発明による寿命診断装置は、酸
素センサ１の正確な寿命を判断できた。また、図７から
わかるように、寿命と判断されたセンサでも、診断動作
温度では、限界電流を与える電圧がまだ十分に低く、正
確な酸素濃度測定を行うことができる。FIG. 6 shows the voltage-current characteristics at the normal and diagnostic operating temperatures of the oxygen sensor 1 at the initial stage of operation, and FIG. 7 shows the voltage-current characteristics when the oxygen sensor 1 is judged to have reached the end of its life. As can be seen from FIGS. 6 and 7, the life diagnostic device according to the present invention was able to determine the exact life of the oxygen sensor 1. Further, as can be seen from FIG. 7, even with the sensor determined to have reached the end of life, the voltage that gives the limiting current is still sufficiently low at the diagnostic operating temperature, and accurate oxygen concentration measurement can be performed.
【００４２】以上、本発明を実施例を用いて説明した
が、本発明はこの例に限らず、本発明の主旨を逸脱しな
いかぎり、種々の変更を行うことは可能である。Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の酸素セ
ンサの寿命診断装置を用いれば、センサの正確な寿命を
判断でき、寿命診断が酸素濃度検出に与える影響が非常
に小さく、無視できる程度になっている。また、寿命と
診断されたセンサでも延命させることができる。従っ
て、酸欠警報機や工業用酸素計の装置の主機能を停止さ
せることなく、センサの寿命を正確に判断することがで
きる。As described above, when the life diagnosing device for an oxygen sensor of the present invention is used, the accurate life of the sensor can be determined, and the life diagnosing has a very small influence on the oxygen concentration detection, and can be ignored. It has become a degree. In addition, the life of a sensor that has been diagnosed as a life can be extended. Therefore, the life of the sensor can be accurately determined without stopping the main functions of the oxygen deficiency alarm and the industrial oxygen meter.
【図１】本発明の一実施例による酸素センサの寿命診断
装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an oxygen sensor life diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例によるヒーター駆動制御装置
の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a heater drive control device according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例による電流検出装置の構成を
示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a current detection device according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例による酸素センサの寿命診断
装置の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow of an oxygen sensor life diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の一実施例による酸素センサの寿命診断
装置の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow of an oxygen sensor life diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
【図６】本発明の一実施例におけるセンサの初期の電圧
−電流特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an initial voltage-current characteristic of the sensor according to the embodiment of the present invention.
【図７】本発明の一実施例におけるセンサの寿命時の電
圧−電流特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the voltage-current characteristics during the life of the sensor in one example of the present invention.
【図８】本発明の酸素センサの寿命診断装置の対象とな
る限界電流式酸素センサの劣化特性を表す電圧−電流特
性のグラフである。FIG. 8 is a voltage-current characteristic graph showing deterioration characteristics of a limiting current type oxygen sensor which is a target of the oxygen sensor life diagnosing device of the present invention.
Claims (7)
ヒーターを具備する自己加熱型限界電流式酸素センサの
寿命を診断する装置において、 （ａ）前記酸素センサの温度を通常動作温度と、通常温
度より高い診断動作温度に切り換えるヒーター制御手段
と、 （ｂ）前記通常動作温度で検出した酸素センサの出力値
Ｘが所定時間連続して所定の範囲内にある場合に、前記
酸素センサの動作温度を前記通常動作温度から前記診断
動作温度に切り換えるトリガ手段と、 （ｃ）前記診断動作温度における酸素センサの出力値Ｙ
と前記出力値Ｘとの差｜Ｙ−Ｘ｜を演算する手段と、 （ｄ）前記差｜Ｙ−Ｘ｜の値が所定値以上である場合に
前記酸素センサが寿命であると診断する寿命診断手段と
を具備することを特徴とする酸素センサの寿命診断装
置。1. An oxygen ion conductive solid electrolyte,
In a device for diagnosing the life of a self-heating type limiting current type oxygen sensor equipped with a heater, (a) heater control means for switching the temperature of the oxygen sensor between a normal operating temperature and a diagnostic operating temperature higher than the normal temperature; ) Trigger means for switching the operating temperature of the oxygen sensor from the normal operating temperature to the diagnostic operating temperature when the output value X of the oxygen sensor detected at the normal operating temperature is continuously within a predetermined range for a predetermined time. (C) Output value Y of the oxygen sensor at the diagnostic operating temperature
Means for calculating a difference | Y−X | between the output value X and (d) life when the oxygen sensor is diagnosed as a life when the value of the difference | Y−X | is a predetermined value or more. A life diagnosing device for an oxygen sensor, comprising: a diagnosing means.
装置において、前記診断動作温度は前記通常動作温度よ
り５〜３０℃高い温度であることを特徴とする酸素セン
サの寿命診断装置。2. The life diagnosing device for an oxygen sensor according to claim 1, wherein the diagnostic operating temperature is 5 to 30 ° C. higher than the normal operating temperature.
命診断装置において、さらに前記酸素センサの動作温度
を切り換える時に、動作温度の変化を１℃／秒以下に制
御する手段を具備することを特徴とする酸素センサの寿
命診断装置。3. The life diagnosing device for an oxygen sensor according to claim 1, further comprising means for controlling a change in operating temperature to 1 ° C./second or less when the operating temperature of the oxygen sensor is switched. Oxygen sensor life diagnosis device.
ンサの寿命診断装置において、前記酸素センサの出力値
Ｘ及びＹを酸素濃度に換算する際に、動作温度による温
度補正を行って、酸素濃度に換算する手段を具備するこ
とを特徴とする酸素センサの寿命診断装置。4. The life diagnosing device for an oxygen sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein when the output values X and Y of the oxygen sensor are converted into oxygen concentration, temperature correction is performed by operating temperature. A device for diagnosing life of an oxygen sensor, comprising: means for converting the oxygen concentration.
装置において、前記酸素センサが寿命であると診断した
時に、酸素センサの動作温度を前記診断動作温度に保持
し、もって酸素センサを延命させる手段を具備すること
を特徴とする酸素センサの寿命診断装置。5. The life diagnosing device for an oxygen sensor according to claim 4, wherein when the oxygen sensor is diagnosed as having a life, the operating temperature of the oxygen sensor is maintained at the diagnosing operating temperature, thereby extending the life of the oxygen sensor. A life diagnosing device for an oxygen sensor, characterized by comprising:
ンサの寿命診断装置において、さらに前記酸素センサが
寿命であると診断した時に、酸素センサの寿命を報知す
る手段を具備することを特徴とする酸素センサの寿命診
断装置。6. The life diagnosing device for an oxygen sensor according to claim 1, further comprising means for notifying the life of the oxygen sensor when the life of the oxygen sensor is diagnosed. Characteristic oxygen sensor life diagnostic device.
ンサの寿命診断装置において、前記出力値Ｘと比較する
前記所定の範囲は酸素濃度に換算して１９．６％〜２
０．５％Ｏ2 であり、前記所定の時間は１〜６０分であ
り、前記差｜Ｙ−Ｘ｜と比較する前記所定値は酸素濃度
に換算して０．１％〜０．３％Ｏ2 であることを特徴と
する酸素センサの寿命診断装置。7. The oxygen sensor life diagnosing device according to claim 1, wherein the predetermined range to be compared with the output value X is 19.6% to 2 in terms of oxygen concentration.
0.5% O 2 , the predetermined time is 1 to 60 minutes, and the predetermined value to be compared with the difference | Y−X | is 0.1% to 0.3% in terms of oxygen concentration. Oxygen sensor life diagnosis device characterized by being O 2 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5351185A JPH07198672A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Life diagnostic device for oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5351185A JPH07198672A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Life diagnostic device for oxygen sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198672A true JPH07198672A (en) | 1995-08-01 |
Family
ID=18415633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5351185A Pending JPH07198672A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Life diagnostic device for oxygen sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07198672A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004105333A (en) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Boiled rice warmer |
| US6975967B2 (en) * | 2001-07-31 | 2005-12-13 | Revco Technologies, Inc. | CO2/O2 incubator predictive failure for CO2 and O2 sensors |
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| CN114894968A (en) * | 2022-04-19 | 2022-08-12 | 常州中能电力科技有限公司 | Service life evaluation alarm method and device for oxygen sensor of power distribution room |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5351185A patent/JPH07198672A/en active Pending
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