(57)【要約】【課題】接触燃焼式ガスセンサを用いて、混合ガスを構成する無極性ガス及び有極性ガスの濃度を測定可能にする方法及び装置を提供する。【解決手段】ノコギリ波駆動時には、エタノール等の有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが、イソブタン等の無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）。また、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ７〜Ｓ９）。【選択図】      図４
2004245797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触燃焼式ガスセンサに所定の駆動パルスを与えたときのセンサ出力を用いて、極性が大きいガスである有極性ガスと無極性或いは極性が非常に小さいガスである無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して、少なくとも有極性ガス及び無極性ガスのいずれか一方のガス濃度を測定する方法であって、
前記駆動パルスとして立上がり直後を最大値として徐々に下降する波形であるノコギリ波を与え、前記センサ出力から混合ガスのピーク値を検出する混合ガスピーク値検出工程、と、
予め取得しているノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する有極性ガス濃度算出工程と、
を含むことを特徴とするガス濃度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のガス濃度測定方法において、
前記駆動パルスとして矩形波を与え、前記センサ出力から混合ガスの定常値を検出する混合ガス定常値検出工程と、
予め取得している矩形波駆動時の有極性ガスの定常値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記算出した有極性ガスの濃度に対応する定常値を算出する有極性ガス定常値算出工程と、
前記検出した混合ガスの定常値から前記算出した有極性ガスの定常値を除去して、差分定常値を算出する差分定常値算出工程と、
予め取得している矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を参照して、前記差分定常値から無極性ガスの濃度を算出する無極性ガス濃度算出工程と、
を更に含むことを特徴とするガス濃度測定方法。
【請求項３】
請求項２記載のガス濃度測定方法において、
前記有極性ガスは、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、芳香族化合物、エステル類のうちの少なくともいずれかであり、
前記無極性ガスは、無機ガス類、アルカン類、アルケン類、アルキン類、エーテル類のうちの少なくともいずれかである、
ことを特徴とするガス濃度測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス濃度測定方法において、
前記ノコギリ波は、立上がり直後を最大値としてリニアに下降する波形である三角形状のノコギリ波である、
ことを特徴とするガス濃度測定方法。
【請求項５】
接触燃焼式ガスセンサに所定の駆動パルスを与えたときのセンサ出力を用いて、極性が大きいガスである有極性ガスと無極性或いは極性が非常に小さいガスである無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して、有極性ガス及び無極性ガスの濃度を測定する装置であって、
予めノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係、ノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係及び矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を示すデータを記憶する記憶手段と、
前記駆動パルスとして立上がり直後を最大値として徐々に下降する波形であるノコギリ波を与え、前記センサ出力から混合ガスのピーク値を検出する混合ガスピーク値検出手段と、
前記予め記憶するノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する有極性ガスの濃度算出手段と、
前記駆動パルスとして矩形波を与え、前記センサ出力から混合ガスの定常値を検出する混合ガス定常値検出手段と、
前記予め記憶する矩形波駆動時の有極性ガスの定常値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記算出した有極性ガスの濃度に対応する定常値を算出する有極性ガス定常値算出手段と、
前記検出した混合ガスの定常値から前記算出した有極性ガスの定常値を除去して、差分定常値を算出する差分定常値算出手段と、
前記予め記憶する矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を参照して、前記差分定常値から無極性ガスの濃度を算出する無極性ガス濃度算出手段と、
を含むことを特徴とするガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサを用いたガス濃度測定方法及びその装置に関し、特に、有極性ガスと無極性或いは極性が非常に小さいガスである無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して各ガスの濃度を測定する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス濃度測定方法及びその装置としては、例えば、下記特許文献１に示すものがある。この文献においては、図３（Ｂ）に示すような矩形波からなる駆動信号の立上り期間における接触燃焼式ガスセンサからのセンサ出力が、特定種のガスに対して固有のピーク波形を呈することを利用して、混合ガスを構成するガス種を分別するようにしている。また、センサ出力の立上り期間における最大値と定常時点における定常値との比率を利用してガス種及び煙を分別するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２３４６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例は、１つの接触燃焼式ガスセンサを用いるだけで、高速にガス種分別ができるようになるという長所はあるもの、混合ガスを構成する各ガスの濃度までは測定することはできなかった。すなわち、上記従来例のような矩形波駆動によると、例えば、図１１に示すような特性を有するの無極性ガスとしてのイソブタンと、図１２に示すような特性を有する有極性ガスとしてのエタノールとの混合ガスのセンサ出力は、図１３に示すように両ガスのセンサ出力の合成値として表れるのみである。よって、従来、このような合成値から各ガスの濃度をそれぞれ測定することは困難であると考えられていた。
【０００５】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、接触燃焼式ガスセンサを用いて高速性を維持しつつ、混合ガスを構成する無極性ガス及び有極性ガスの濃度を測定可能にする方法及び装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス濃度測定方法は、接触燃焼式ガスセンサに所定の駆動パルスを与えたときのセンサ出力を用いて、極性が大きいガスである有極性ガスと無極性或いは極性が非常に小さいガスである無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して、少なくとも有極性ガス及び無極性ガスのいずれか一方のガス濃度を測定する方法であって、前記駆動パルスとして立上がり直後を最大値として徐々に下降する波形であるノコギリ波を与え、前記センサ出力から混合ガスのピーク値を検出する混合ガスピーク値検出工程と、予め取得しているノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する有極性ガス濃度算出工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、立上がり直後を最大値として徐々に下降するノコギリ波を与え、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力から混合ガスのピーク値を検出し、予め取得しているノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する。すなわち、上記ノコギリ波駆動時には、有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス濃度測定方法は、請求項１記載のガス濃度測定方法において、前記駆動パルスとして矩形波を与え、前記センサ出力から混合ガスの定常値を検出する混合ガス定常値検出工程と、予め取得している矩形波駆動時の有極性ガスの定常値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記算出した有極性ガスの濃度に対応する定常値を算出する有極性ガス定常値算出工程と、前記検出した混合ガスの定常値から前記算出した有極性ガスの定常値を除去して、差分定常値を算出する差分定常値算出工程と、予め取得している矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を参照して、前記差分定常値から無極性ガスの濃度を算出する無極性ガス濃度算出工程と、を更に含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス濃度測定方法は、請求項２記載のガス濃度測定方法において、前記有極性ガスは、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、芳香族化合物、エステル類のうちの少なくともいずれかであり、前記無極性ガスは、無機ガス類、アルカン類、アルケン類、アルキン類、エーテル類のうちの少なくともいずれかである、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、有極性ガスとして、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、芳香族化合物、エステル類、無極性ガスとして、無機ガス類、アルカン類、アルケン類、アルキン類、エーテル類の濃度が測定可能になる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のガス濃度測定方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス濃度測定方法において、前記ノコギリ波は、立上がり直後を最大値としてリニアに下降する波形である三角形状のノコギリ波である、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、矩形波及び三角形状のノコギリ波を利用しているので、駆動パルスの生成処理が複雑化することない。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載のガス濃度測定装置は、接触燃焼式ガスセンサに所定の駆動パルスを与えたときのセンサ出力を用いて、極性が大きいガスである有極性ガスと無極性或いは極性が非常に小さいガスである無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して、有極性ガス及び無極性ガスの濃度を測定する装置であって、予めノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係、ノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係及び矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を示すデータを記憶する記憶手段と、前記駆動パルスとして立上がり直後を最大値として徐々に下降する波形であるノコギリ波を与え、前記センサ出力から混合ガスのピーク値を検出する混合ガスピーク値検出手段と、前記予め記憶するノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する有極性ガスの濃度算出手段と、前記駆動パルスとして矩形波を与え、前記センサ出力から混合ガスの定常値を検出する混合ガス定常値検出手段と、前記予め記憶する矩形波駆動時の有極性ガスの定常値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、前記算出した有極性ガスの濃度に対応する定常値を算出する有極性ガス定常値算出手段と、前記検出した混合ガスの定常値から前記算出した有極性ガスの定常値を除去して、差分定常値を算出する差分定常値算出手段と、前記予め記憶する矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を参照して、前記差分定常値から無極性ガスの濃度を算出する無極性ガス濃度算出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、立上がり直後を最大値として徐々に下降するノコギリ波を与え、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力から混合ガスのピーク値を検出し、予め取得しているノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係を参照して、検出した混合ガスのピーク値から有極性ガスの濃度を算出する。すなわち、上記ノコギリ波駆動時には、有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている。また、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜図３を用いて、本発明に係る装置の基本構成、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの構成及び本発明で用いられる駆動パルスについて説明する。図１は、本発明のガス濃度測定装置の基本構成を示すブロック図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【００１７】
図１に示すように、コントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０、及び検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０が接続されている。このガス濃度測定装置では、後述する図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すような駆動パルスが供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１０にて、各ガスの濃度が測定される。
【００１８】
コントローラ１０は、後述する図４のような本発明のガス濃度検出に関する処理動作を司り、センサ駆動制御部１１、記憶部１２、センサ出力検出部１３及びガス濃度算出部１４を含んで構成される。図示しないがコントローラ１０は、タイマ部等も有している。
【００１９】
センサ駆動制御部１１は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）で示すような駆動パルスを所定周期で接触燃焼式ガスセンサ４０に与える。図３（Ａ）に示すように、駆動パルスとしてのノコギリ波は、立上がり直後を最大値として徐々に下降する波形を呈する。生成の容易さの観点から、ノコギリ波は三角形状が好ましい。一方、図３（Ｂ）に示すように、矩形波は上記特許文献１でも使用されているものであり、所定時間だけハイレベルを維持した後にローレベルになる。両パルスとも、駆動期間は例えば２００ｍｓ程度である。センサ駆動制御部１１は、これらパルスを、例えば１０ｓ毎に周期的に発生させて接触燃焼式ガスセンサ４０を駆動する。
【００２０】
記憶部１２には、少なくとも、ノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係、ノコギリ波駆動時の有極性ガスのピーク値とこの有極性ガスの濃度との関係及び矩形波駆動時の無極性ガスの定常値とこの無極性ガスの濃度との関係を示すデータが記憶される。なお、これらデータは予め実験等により予め求めらたものである。各ピーク値は、矩形波又はノコギリ波の立上がり時点から例えば２０ｍｓ程度経過したピーク時点ＴＰにて取得されたセンサ出力であり、一方、定常値は、矩形波又はノコギリ波の立上がり後センサ出力が安定する時点であり、例えば立上がり後１８０ｍｓ程度経過した定常時点ＴＣにて取得されたセンサ出力である。但し、時点ＴＰ、ＴＣは、想定されるガス種類等によって、適宜変更可能である。なお、この記憶部１２は、請求項中の記憶手段に対応する。
【００２１】
センサ出力検出部１３は、図３（Ａ）に示すような矩形波又は図３（Ｂ）に示すようなノコギリ波により接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されたときの各センサ出力から被測定混合ガスのピーク値や定常値を検出する。ガス濃度算出部１４は、記憶部１２内の上記データを参照しつつ、センサ出力検出部１３にて検出された各ピーク値や定常値から、有極性ガス及び無極性ガスの濃度を測定する。これらの方法については図４を用いて説明を加える。
【００２２】
上記駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、上記コントローラ１０のガス濃度算出部１４からのガス濃度測定結果を受けて濃度情報として出力する。この出力部３０は、例えば、濃度情報を数値で直接表示出力するＬＣＤ及びその駆動回路であってもよいし、濃度情報を段階表示又は色分表示するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、音声にて濃度情報を出力するようにしてもよい。更に、濃度情報をここでは図示しないパーソナルコンピュータや外部記録媒体に出力するようにしてもよい。
【００２３】
上記接触燃焼式ガスセンサ４０は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で示すような駆動パルスが供給されて間欠的に駆動する。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、基本的に、感応素子部Ｒｓ及び補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３を含み、補償素子部ＲｒはＰｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５を含む。詳しくは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、（シリコン）Ｓｉウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ２膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ、及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ２膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして（白金）Ｐｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５が形成されている。また、図２（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。このような構成にすることにより、高速反応可能でかつ測定精度が向上した接触燃焼式ガスセンサが得られる。また、熱容量が小さくなるので、消費電力が低減される。なお、上記Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３に替えて、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３触媒層やその他の酸化触媒層を使用するようにしてもよい。
【００２４】
上記Ｐｔヒータ４２、４４は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及び可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路のＰｔヒータ４４及び固定抵抗Ｒ１の接続点、並びにＰｔヒータ４２及び固定抵抗Ｒ２の接続点には、上記コントローラ１０を介して駆動パルスが所定のインターバルで間欠的に供給される。また、Ｐｔヒータ４２及び４４の接続点、並びに可変抵抗Ｒｖからは、センサ出力としての電圧値がコントローラ１０に供給される。
【００２５】
このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ清浄空気中にてセンサ４０を駆動させ、このときのセンサ出力波形を記憶部１２に記憶させ、濃度０の校正値として使用する。この状態において、エタノール等の可燃性ガスが感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、素子表面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、Ｐｔヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０に上記センサ出力が供給される。この場合、Ｐｔヒータ４４は周囲温度の変動によるＰｔヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように補償する。
【００２６】
ここで、本発明の実施形態に係る処理手順を説明する前に、図８〜図１０及び図１１〜図１３を用いて、本発明で利用する、各駆動パルスによるセンサ駆動時の出力特性について説明する。図８は、ノコギリ波駆動時のイソブタンの出力特性を示すグラフである。図９は、ノコギリ波駆動時のエタノールの出力特性を示すグラフである。図１０は、ノコギリ波駆動時のエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。
【００２７】
一方、図１１は、矩形波波駆動時のイソブタンの出力特性を示すグラフである。図１２は、矩形波駆動時のエタノールの出力特性を示すグラフである。図１３は、矩形波波駆動時のエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。図１１は図８に対応し、図１２は図９に対応し、図１３は図１０に対応する。
【００２８】
なお、図８〜図１３において、横軸は、上述の図３に示したような駆動パルスを接触燃焼式ガスセンサ４０に与えた際のパルスオン時点（図中、０時点）からの経過時間を示す。ピーク時点ＴＰ及び定常時点ＴＣも上述の通りであり予め設定された時点である。また、本明細書中、極性が非常に小さいガスも無極性ガスとよぶものとする。
【００２９】
ノコギリ波駆動時には、無極性ガスであるイソブタンに対しては、吸着性が小さいため、図８に示すように、いずれの濃度においても感度を示さないが、有極性ガスであるエタノールに対しては、吸着性が大きいため、図９に示すように、所定の時点ＴＰにてピーク（センサ出力ＶＰ１）をともなう波形となる。したがって、これらの混合ガスに対しては、図１０に示すように、図８と図９のセンサ出力の合成値を有する、すなわち、時点ＴＰにてピーク（センサ出力ＶＰ２、ＶＰ３、ＶＰ４）をともなう波形が表れる。
【００３０】
一方、矩形波波駆動時には、無極性ガスであるイソブタンに対しては、図１１に示すように、ピークを持たないもの時点ＴＣにて濃度に応じた定常値（センサ出力ＶＣ１、ＶＣ２）をともなう所定の感度を示し、有極性ガスであるエタノールに対しては、図１２に示すように、時点ＴＰにて上記ピーク（センサ出力ＶＰ１）よりも大きなピーク（センサ出力ＶＰ５）をともない、時点ＴＣにて濃度に応じた定常値（センサ出力ＶＣ５）をともなう波形となる。そして、これらの混合ガスは、図１３に示すように、図１１と図１２のセンサ出力の合成値、すなわち、時点ＴＰにてピーク（センサ出力ＶＰ６、ＶＰ７、ＶＰ８）、時点ＴＣにてピーク（センサ出力ＶＣ６、ＶＣ７、ＶＣ８）、をともなう波形となる。
【００３１】
図８と図１１とを比較すれば明らかなように、無極性ガスであるイソブタンに対しては、は、ノコギリ波駆動時には感度をほとんど示さないが、矩形波駆動時には濃度に応じたセンサ出力を呈することがわかる。このような特性を利用して、有極性ガスと無極性ガスとの混合ガスから両ガスを分別して、各ガス濃度を測定することが可能になる。
【００３２】
なお、ここでは、図示しないが、無極性ガスとして、無機ガス類、アルカン類、アルケン類、アルキン類、エーテル類も、上記イソブタンと同様の特性を有し、有極性ガスとして、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、芳香族化合物、エステル類も上記エタノールと同様の特性を有することが確認されている。したがって、これらの無極性ガス及び有極性ガスの混合ガスから両ガスを分別して、それらの濃度を測定することも可能となる。
【００３３】
例えば、無機ガス類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、水素、一酸化炭素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテルなどが挙げられる。また、例えば、有極性ガスとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトール等のアルコール類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のアルデヒド類、エチルメチルケトン、アセトン等のケトン類、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等のカルボン酸類、トルエン、ベンゼン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン等の芳香族化合物、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピン、酢酸ブチル等のエステル類が挙げられる。
【００３４】
以下に、上記特性を利用した本発明の一実施形態について、図４〜図７を用いて説明する。図４は、本発明の第一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。図５は、ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の所定濃度のイソブタンの出力特性を示すグラフである。図６は、ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の所定濃度のエタノールの出力特性を示すグラフである。図７は、ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の濃度測定すべきエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。
【００３５】
この実施形態においては、例えば、図３で示したような駆動パルスを用い、各駆動期間（パルス長）は２００ｍｓ程度とし、ピーク時点ＴＰはパルスの立上がり時点からそれぞれ２０ｍｓ程度経過した時点とし、定常時点ＴＣはパルスの立上がり後１８０ｍｓ程度経過した時点とする。また、この実施形態においては、代表して、無極性ガスとしてのイソブタンと有極性ガスとしてのエタノールとの混合ガスから、各ガスの濃度を測定する方法を例示する。
【００３６】
なお、図４に示す処理手順に先立ち、記憶部１２には、予め実験等により取得された、ノコギリ波駆動時のエタノールピーク値とエタノール濃度との関係（図６）、矩形波駆動時のエタノールの定常値とエタノール濃度との関係（図６）、矩形波駆動時のイソブタン定常値とイソブタン濃度との関係（図５）を示すデータが記憶されている。ここでは、代表して、１０００ｐｐｍに対応する、ノコギリ波駆動時、矩形波駆動時における、イソブタン、エタノールのデータのみを示すが、他の想定される代表的な各濃度のデータも予め実験等により取得されて、記憶されているものとする。図５において、ＶＣは定常時点ＴＣにおける矩形波駆動時のセンサ出力を示し、図６において、ＶＰ及びＶ′Ｐはそれぞれ、ピーク時点ＴＰにおける矩形波駆動時及びノコギリ波駆動時のセンサ出力を示す。
【００３７】
まず、図４のステップＳ１において、図３（Ｂ）に示すような矩形波の駆動パルスにより、接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動され、ステップＳ２及びステップＳ３においてそれぞれ、図７に示すように、時点ＴＰ及びＴＣにおいて、混合ガスピーク値ＶＰＫ及び混合ガス定常値ＶＣＫが検出される。これらの値は、コントローラ１０に含まれる記憶部１２の所定エリアに後の計算のために一時保存される。なお、ステップＳ１及びステップＳ３は、請求項中の混合ガス定常値検出工程に対応する。
【００３８】
続いて、ステップＳ４において、図３（Ａ）に示すようなノコギリ波の駆動パルスにより、接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動され、ステップＳ５において、図７に示すように、時点ＴＰにおいて、混合ガスピーク値ＶＰＮが検出される。この値もまた、記憶部１２の所定エリアに後の計算のために一時保存される。なお、ステップＳ４及びステップＳ５は、請求項中の混合ガスピーク値検出工程及び混合ガスピーク値検出手段に対応する。
【００３９】
なお、図７では、矩形波駆動時の波形と、ノコギリ波駆動時の波形とを重ねて描いているが、実際には、上記各駆動パルスの発生時点に基づき、矩形波駆動時の波形の後にノコギリ波駆動時の波形が発生する。また、ステップＳ１〜ステップＳ３とステップＳ４〜ステップＳ５とは、順序が逆であっても差し支えない。
【００４０】
続いて、ステップＳ６において、記憶部１２に予め記憶している上記ノコギリ波駆動時のエタノールピーク値とエタノール濃度との関係を示すデータを参照して、ステップＳ５で求めた混合ガスのピーク値ＶＰＮからエタノール濃度ＣＥが算出される。すなわち、検出したピーク値ＶＰＮを、記憶部１２に記憶されているデータ中のピーク値とを照らし合わせてピーク値ＶＰＮに対応する濃度を求めたり、或いは、ピーク値ＶＰＮとデータ中のピーク値との比例計算等によりピーク値ＶＰＮに対応するエタノール濃度ＣＥが求められる。説明を追加すると、ここでは、図８と図１１との比較で示したように、無極性ガスであるイソブタンはノコギリ波駆動時には感度をほとんど示さないという現象に基づき、混合ガスのピーク値ＶＰＮをエタノールピーク値と同等とみなして、エタノール濃度を算出している。なお、ステップＳ６は、請求項中の有極性ガス濃度算出工程及び有極性ガス濃度算出手段に対応する。
【００４１】
続いて、ステップＳ７〜ステップＳ９において、イソブタン濃度が算出される。すなわち、まず、ステップＳ７において、記憶部１２に予め記憶している上記矩形波駆動時のエタノール定常値とエタノール濃度との関係を示すデータを参照して、ステップＳ６で求めたエタノール濃度ＣＥに対応する、この混合ガスの矩形波駆動時のエタノール定常値ＶＣＥが算出される。より正確性を期すために、エタノールピーク値及びエタノール定常値の比率も予め記憶しておき、この比率も参照して、エタノール濃度ＣＥに対応するエタノール定常値を求めるようにしてもよい。なお、ステップＳ７は、請求項中の混合ガス定常値検出工程及び混合ガス定常値検出手段に対応する。
【００４２】
ステップＳ８においては、ステップＳ３において検出された混合ガス定常値ＶＣＫから、ステップＳ７で算出したエタノール定常値ＶＣＥが除去された値である、差分定常値ＶＤが算出される。すなわち、上述したように各ガス単体でのセンサ出力が合成されて混合ガスのセンサ出力となるので、これを利用して、混合ガス定常値からエタノール定常値を除去することにより、混合ガスに含まれるイソブタンに対応する差分定常値ＶＤが算出される。なお、ステップＳ８は、請求項中の有極性ガス定常値算出工程及び有極性ガス定常値算出手段に対応する。
【００４３】
ステップＳ９においては、記憶部１２に予め記憶している矩形波駆動時のイソブタン定常値とイソブタン濃度との関係を示すデータを参照して、ステップＳ８で算出した差分定常値ＶＤ（混合ガスに含まれるイソブタンに対応する定常値とみなす）に対応するイソブタン濃度が算出される。すなわち、混合ガスに含まれるイソブタン濃度ＣＩが算出される。なお、ステップＳ９は、請求項中の無極性ガス濃度算出工程及び無極性ガス濃度算出手段に対応する。
【００４４】
そして、ステップＳ１０において、濃度情報として、混合ガスに含まれるエタノール濃度ＣＥ及びイソブタン濃度ＣＩが出力部３０から出力される。各濃度は、直接濃度値を示す数値で表示してもよいし、濃度範囲により段階表示又は色分表示してもよい。また、音声にて濃度情報を出力するようにしてもよい。更に、濃度情報をパーソナルコンピュータや外部記録媒体に出力するようにしてもよい。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、無極性ガスとしてのイソブタンと有極性ガスとしてのエタノールとの混合ガスから、各ガスの濃度を測定する方法を例示したが、他の無極性ガスと有極性ガスとの混合ガスでも同様の処理手順により、各ガスの濃度を測定することが可能である。
【００４６】
以上のように本実施形態によれば、ノコギリ波駆動時には、エタノール等の有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが、イソブタン等の無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている。また、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている。したがって、従来困難であった、混合ガス中の有極性ガスの濃度測定が可能になり、高性能で安全性の高いガスセンサを提供することができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記各センサ出力の取得時間、通電間隔、通電時間等を、上記実施形態に例示した値に限定するものではない。それらの値は、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、ノコギリ波駆動時には、有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている。したがって、従来困難であった、混合ガス中の有極性ガスの濃度測定が可能になり、より高性能で安全性の高いガスセンサを提供することができる。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている。したがって、更に高性能で安全性の高いガスセンサを提供することができる。
【００５０】
請求項３記載の発明によれば、有極性ガスとして、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、芳香族化合物、エステル類、無極性ガスとして、無機ガス類、アルカン類、アルケン類、アルキン類、エーテル類の濃度が測定可能になるので、より汎用性のあるガスセンサを提供することができる。
【００５１】
請求項４記載の発明によれば、矩形波及び三角形状のノコギリ波を利用しているので、駆動パルスの生成処理が複雑化することなく、上記のような効果を得ることができる。
【００５２】
請求項５記載の発明によれば、ノコギリ波駆動時には、有極性ガスは顕著なピーク値を呈するが無極性ガスはほとんど感度を示さないという現象を利用して、検出した混合ガスのピーク値を有極性ガスのピーク値と同等値であるとみなして、有極性ガスの濃度を測定するようにしている。また、駆動パルスとして矩形波も併用することにより、無極性ガスの濃度も算出可能にしている。したがって、従来困難であった、混合ガス中の有極性ガスの濃度測定が可能になり、高性能で安全性の高いガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス濃度測定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。
【図３】本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【図４】本発明の第一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図５】ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の所定濃度のイソブタンの出力特性を示すグラフである。
【図６】ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の所定濃度のエタノールの出力特性を示すグラフである。
【図７】ノコギリ波駆動時及び矩形波駆動時の濃度測定すべきエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。
【図８】ノコギリ波駆動時のイソブタンの出力特性を示すグラフである。
【図９】ノコギリ波駆動時のエタノールの出力特性を示すグラフである。
【図１０】ノコギリ波駆動時のエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。
【図１１】矩形波波駆動時のイソブタンの出力特性を示すグラフである。
【図１２】矩形波駆動時のエタノールの出力特性を示すグラフである。
【図１３】矩形波波駆動時のエタノールとイソブタンの混合ガスの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  コントローラ
２０  駆動電源
３０  出力部
４０  接触燃焼式ガスセンサ
４２、４４  Ｐｔヒータ
４３  Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層
４５  Ａｌ２Ｏ３層
Ｒｓ  感応素子部
Ｒｒ  補償素子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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