(57)【要約】 【構成】  ガス検出装置は、電気化学ガスセンサと、ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入するポンプと、ガスセンサの信号から検出対象ガスの濃度を求めるマイクロコンピュータと、表示器、とを有する。マイクロコンピュータは、ポンプによりガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入した後、第１の時間内のガスセンサの信号から、検出対象ガスの有無を定性し、検出対象ガスが無いと定性した場合、ガス濃度が０と表示器に表示する。検出対象ガスが有ると定性した場合、第１の時間よりも長い第２の時間の間、ガスセンサの信号を積算し、検出対象ガスの濃度を定量し、ガス濃度を表示する。【効果】  ガス濃度が低い場合には短時間で定性でき、ガス濃度が高い場合には正確にガス濃度を定量できる。【選択図】    図３
2014130017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と検知極と対極とを備え、検出対象ガスを検知極で分解することにより生成したプロトンもしくは水酸化物イオンを、電解質を介して前記対極へ輸送する電気化学ガスセンサと、
前記ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入するポンプと、
前記ガスセンサの信号から検出対象ガスの濃度を求めるマイクロコンピュータと、
検出対象ガスの濃度を表示する表示器、とを有するガス検出装置において、
前記マイクロコンピュータは、
前記ポンプにより前記ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入した後、第１の時間内のガスセンサの信号から、検出対象ガスの有無を定性する定性部と、
前記ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入した後、前記第１の時間よりも長い第２の時間の間、ガスセンサの信号を積算することにより、検出対象ガスの濃度を定量する定量部と、
前記定性部で検出対象ガスが無いと定性した場合、定性結果を前記表示器に表示する出力インターフェース、とを備えていることを特徴とする、ガス検出装置。
【請求項２】
検出対象ガスは呼気中のエタノールで、
ガス検出装置の温度を測定する温度センサを備え、
前記定性部は、前記第１の時間内のガスセンサの信号のピーク値を、温度センサの信号により補正することにより、検出対象ガスの濃度を求め、求めた検出対象ガスの濃度が所定値未満の場合に検出対象ガスが無いと定性し、
前記定性部が検出対象ガスが無いと定性した場合、前記表示器は検出対象ガスの濃度を０と表示するように構成され、かつ
前記定量部は検出対象ガスの濃度が所定値以上の場合にのみ定量を行うように構成されている、ことを特徴とする、請求項１のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は呼気中のエタノール等の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学ガスセンサにより呼気中のエタノール濃度を測定することが行われている。電気化学ガスセンサは精度と定量性とに優れているが、エタノール濃度を定量するには１０秒程度必要である。業務用のガス検出装置で多数の人員に対し、呼気中のエタノール濃度を検査する場合、１０秒の待時間は長い。また個人用でも１０秒は短い時間ではない。なお特許文献１（JP2005-69742A）は、呼気中のエタノール濃度が0.05mg/L以下の場合、エタノール濃度を０と表示することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】JP2005-69742A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、ガス濃度が低い場合には短時間で定性でき、ガス濃度が高い場合には正確にガス濃度を定量できるガス検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、電解質と検知極と対極とを備え、検出対象ガスを検知極で分解することにより生成したプロトンもしくは水酸化物イオンを、電解質を介して対極へ輸送する電気化学ガスセンサと、
ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入するポンプと、
ガスセンサの信号から検出対象ガスの濃度を求めるマイクロコンピュータと、
検出対象ガスの濃度を表示する表示器、とを有するガス検出装置において、
マイクロコンピュータは、
ポンプによりガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入した後、第１の時間内のガスセンサの信号から、検出対象ガスの有無を定性する定性部と、
ガスセンサへ一定量の被検出雰囲気を導入した後、第１の時間よりも長い第２の時間の間、ガスセンサの信号を積算することにより、検出対象ガスの濃度を定量する定量部と、
定性部で検出対象ガスが無いと定性した場合、定性結果を表示器に表示する出力インターフェース、とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、検出対象ガスは呼気中のエタノールで、
ガス検出装置の温度を測定する温度センサを備え、
定性部は、第１の時間内のガスセンサの信号のピーク値を、温度センサの信号により補正することにより、検出対象ガスの濃度を求め、求めた検出対象ガスの濃度が所定値未満の場合に検出対象ガスが無いと定性し、
定性部が検出対象ガスが無いと定性した場合、表示器は検出対象ガスの濃度を０と表示するように構成され、かつ
定量部は検出対象ガスの濃度が所定値以上の場合にのみ定量を行うように構成されている。
【０００７】
ここで第１の時間内のガスセンサの信号は、例えばガスセンサ信号のピーク値、ガスセンサ信号の増加率、第１の時間内のガスセンサ信号の積算値（ピーク面積）等で、特にガスセンサ信号のピーク値が好ましい。この信号から検出対象ガスの有無を定性できる。酒気帯びの検査等では、大部分の場合、呼気中にエタノールが含まれていないか、あるいは酒気とは関係のない微量のエタノールが含まれているに過ぎないから、”検出対象ガス濃度０”等の定性結果を表示器に表示し、検査を終了できる。漏洩の検査でも、同様に大部分の場合、漏洩は生じていないので、定性が完了した段階で検査を打ち切ると、短時間で検査できる。
【０００８】
電気化学ガスセンサでは、センサ内に導入されたガス濃度に比例する電流が電極間を流れ、この電流値を積算する、言い換えるとセンサ信号のピーク面積を求めることにより、ガス濃度を定量できる。これには導入されたガスをガスセンサ内で消費し終わるまでの時間が必要で、第２の時間はこの時間以上の時間で、定量には時間がかかる。そこで検出対象ガスが存在すると定性したときのみ定量すると、短時間で酒気帯びの検査、漏洩の検査等を行うことができる。そして酒気帯びの可能性があるとき、及び漏洩の可能性があるとき等は、正確なガス濃度を定量する。
【０００９】
電気化学ガスセンサでは、センサ信号のピーク面積は周囲温度依存性が小さいが、ピーク値は無視できない周囲温度依存性がある。ピーク値は検知極での検出対象ガスの反応速度に依存し、ピーク面積はガスセンサ内に導入された検出対象ガスの総量に依存するからである。なお呼気中のエタノールを検出する場合、温度依存性が生じる原因はガスセンサの温度にあり、呼気の温度ではない。従って温度センサは、ガスセンサの温度あるいはガスセンサの周囲の温度、例えばガス検出装置の内部の温度を測定する。また呼気中のエタノール濃度が所定値未満の場合、酒気帯びはなく、定性で得られたエタノール濃度はアセトン等の体内から発生する他のガス、あるいは調味料中のエタノール等に基づくもので、エタノール濃度を０と表示すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例のエタノール検出装置のブロック図
【図２】実施例でのマイクロコンピュータのブロック図
【図３】実施例での検出アルゴリズムを示すフローチャート
【図４】センサ温度による応答波形の変化を示す特性図
【図５】センサ信号のピーク値から換算したエタノール濃度の温度依存性を示す特性図
【図６】ピーク面積から換算したエタノール濃度の温度依存性を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１２】
図１〜図６に実施例のガス検出装置とその特性を示し、ガス検出装置は呼気中のエタノール濃度の測定装置、即ち酒気帯びの検査装置である。図において、２は電気化学ガスセンサで、以下単にガスセンサ２という。ガスセンサ２はプロトン導電体、水酸化物イオン導電体等の固体電解質、あるいは硫酸等の液体電解質を保持するセパレータ、の一面に検知極を、反対面に対極を備え、これ以外に参照極を備えていても良い。また電解質を液溜に蓄えて、その被検出雰囲気側に検知極を、反対側に対極を設けても良い。ガスセンサ２内をエタノール等の被検出雰囲気の濃度に比例した電流が流れ、この電流値を増幅したものをセンサ信号とする。またセンサ信号を雰囲気の導入後から第２の時間、ここでは例えば１０秒間積算したものをピーク面積とする。なお高濃度のエタノールを経験した場合を除き、１０秒経過するとガスセンサ２を流れる電流はほぼ０になる。  
【００１３】
ドライブ回路４はガスセンサ２を駆動すると共に、ガスセンサ２を流れる電流を増幅する。実施例では検知極と対極間に電圧を加えないが、電圧を加えて定電位電解法によりエタノール濃度を求めても良い。ソレノイドポンプ６は、雰囲気を一定量吸引することにより、一定量の被検出雰囲気をガスセンサ２内へ導入し、ソレノイドポンプ６内へ吸引した雰囲気をガスセンサ２内へ送り込むことによりガスセンサ２内の雰囲気をパージする。被験者は吹き込み管８から呼気を吹き込み、例えば枝管１２に設けた圧力センサ１４が所定時間以上、所定値以上の圧力を検出すると、呼気が吹き込まれものとして、測定シーケンスを開始する。サーミスタ１６はガスセンサ２の周囲の温度を測定し、他の温度センサでも良い。
【００１４】
マイクロコンピュータ１８は、圧力センサ１４からの信号により、測定シーケンスを開始し、ソレノイドポンプ６を動作させる。マイクロコンピュータ１８は、ドライブ回路４からのガスセンサ信号を用い、例えばガス導入から３秒以内のピーク値を、サーミスタ１６の信号により温度補正して、エタノール濃度を求め、エタノールの有無を定性する。また１０秒間のセンサ信号の積算値によりエタノール濃度を定量する。エタノールの有無の定性では、例えば呼気１L当たりのエタノール濃度が0.05mg/L未満で、エタノールが存在しないものとして、表示器２０にエタノール濃度０と表示させると共に、定量を中止させる。ガス検出装置は図示しない入力スイッチを備え、測定結果の表示後に再測定が入力されると、前回の測定結果の表示を終了し、再測定が可能になるまでの待時間をカウントダウンしながら表示する。待時間は前回の測定でのエタノール濃度が高いと長く、低いと短くし、例えば0.05mg/L未満（エタノール濃度０と表示）で３秒、0.05mg/L以上0.15mg/L以下で３０秒、0.15mg/L超で６０秒とする。待時間は再測定の入力からカウントダウンしても、前回の測定結果の表示からカウントダウンしても良い。前回の測定でのエタノール濃度が高いと待時間を長くすることにより、エタノール濃度が低い場合は待時間を短くでき、エタノール濃度が高い場合はガスセンサ２が前回の測定の影響を受けないようにできる。
【００１５】
図２に示すように、マイクロコンピュータ１８の入力インターフェース２２は、ドライブ回路４、サーミスタ１６，圧力センサ１４、からの信号を受け付けると共に、ドライブ回路４とソレノイドポンプ６とを制御する。出力インターフェース３０は表示器２０での表示を制御し、測定シーケンス管理部２４は入力インターフェース２２を介して、ソレノイドポンプ６等を制御し、定性部２６と定量部２８を測定シーケンスに沿って動作させる。定性部２６は、ガス導入後例えば３秒以内のガスセンサ信号のピーク値を、サーミスタ１６の信号により補正し、仮のエタノール濃度を求める。この濃度が例えば0.05mg/L未満で、エタノール濃度を０と表示器２０に表示させ、測定シーケンス管理部２４を介して、定量部２８でのピーク面積の積算を中止させる。定量部２８はガス導入から例えば１０秒間のガスセンサ信号を積算し、ガス濃度を定量する。定量では温度補正を行っても行わなくても良い。
【００１６】
図３に実施例の呼気検査アルゴリズムを示す。圧力センサにより呼気の吹き込みを検出すると、ソレノイドポンプにより一定量の被検出雰囲気をガスセンサ内に導入する。次いで例えば１０秒間センサ信号を積算し、３秒以内のセンサ信号のピーク値をサーミスタの信号で補正して、エタノール濃度を求め、0.05mg/L未満で表示に0mg/Lと表示し、ガスセンサ信号の積算を中止する。エタノール濃度が0.05mg/L以上で積算を続行し、１０秒間の積算値をエタノール濃度に換算して表示し、次いで積算値を０にリセットする。ガスセンサ２内の雰囲気のパージは、ソレノイドポンプを逆方向に動作させ、ソレノイドポンプ内に吸引した雰囲気をガスセンサ２内へ戻すことにより行い、パージは次の測定のスタート時、あるいは１回の測定の終了時等に行う。
【００１７】
図４〜図６にガスセンサ２の特性を示し、図４は、0.15mg/Lのエタノールを含む雰囲気への応答波形を、０℃、２０℃、４０℃の周囲温度に対して示す。周囲温度が高いほどピークは鋭く、周囲温度が低いと応答は遅くなる。なおピークは１秒以内に生じ、３秒より短い時間でもエタノールの有無を定性できる。またピークに至る期間でのガスセンサ信号の増加率、３秒間のピーク面積等からもエタノールの有無を定性できる。
【００１８】
図５は、図４のピーク値から求めたエタノール濃度を示し、温度補正を施さないデータである。図中の太い破線は、0.15mg/Lのエタノールを含む雰囲気に対し、酒気帯びの検査で求められている精度を示す。温度補正を施さないと精度が不足し、温度依存性は単純なので、所要の精度が得られるように補正できる。
【００１９】
図６は１０秒間のピーク面積から求めたエタノール濃度を示し、どの温度でも要求精度の範囲内の値が得られる。
【００２０】
実施例では以下の効果が得られる。
1)  呼気中のエタノール濃度が僅かな場合、検査を速やかに終了できる。
2)  呼気中に問題になる程度のエタノールが含まれている場合、正確に定量できる。
【００２１】
なお検出対象ガスは呼気中のエタノールに限らず、皮膚表面からサンプリングした雰囲気中のエタノール、あるいはプラントの配管等から漏洩した有毒ガス等でも良い。いずれの場合も、検出対象ガスの有無を短時間で定性し、検出対象ガスが存在する場合、ある程度の時間をかけて正確な定量ができる。  
【符号の説明】
【００２２】
２            ガスセンサ
４            ドライブ回路
６            ソレノイドポンプ
８            吹き込み管
１０，１２    枝管
１４          圧力センサ
１６          温度センサ
１８          マイクロコンピュータ
２０          表示器
２２          入力インターフェース
２４          測定シーケンス管理部
２６          定性部
２８          定量部
３０          出力インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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