(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスの吸引孔と、バックグラウンドガスの吸引孔と、
第１及び第２の少なくとも２個のガスセンサと、
試料ガスを第１のガスセンサへバックグラウンドガスを第２のガスセンサへ供給する状態と、試料ガスを第２のガスセンサへバックグラウンドガスを第１のガスセンサへ供給する状態との間で、流路を切り替えるバルブと、
試料ガス及びバックグラウンドガスの流量が一定でかつ互いに等しくなるようにするための流量制御手段と、
第１及び第２のガスセンサの内で試料ガスを供給されているガスセンサの出力から、ガスのリークを検出するためのリーク検出手段と、
前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が増加して所定の条件を満たすと、前記バルブを介して前記流路を切り替えるための流路切り替え手段、とを設けたリークディテクタ。
【請求項２】
流路切り替え手段は、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が第１の閾値以上に増加した後、所定の時間内に第２の閾値以下に低下しない際に、流路を切り替えることを特徴とする、請求項１のリークディテクタ。
【請求項３】
前記リーク検出手段はリーク検出モードとガス濃度測定モードの２種のモードを備え、
リーク検出モードでは、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力の時間微分からガスのリークを検出すると共に、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が、第１の閾値以上に増加してから所定の時間経過した時点で、第２の閾値を越えている場合に流路を切り替え、
ガス濃度測定モードでは、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が増加した後の安定値からガス濃度を測定すると共に、前記安定値を取得した時点で流路を切り替えるようにしたことを特徴とする、請求項２のリークディテクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガスセンサを用いたリークディテクタに関し、特にガスセンサの疲労による待ち時間を無くしたリークディテクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リークの有無を検査する製品や設備に水素を封入し、ガスセンサでリークした水素を検出することが知られている。ところでガスセンサは高濃度のガスなどに触れると疲労し、出力が清浄空気中レベルへなかなか復帰しないことがある。リークの検査でガスセンサの出力が清浄空気中レベルへ復帰するのを待つと、高濃度のガスなどに触れる毎に待ち時間が生じ、非効率である。ガスセンサが高濃度のガスに触れることにより疲労し、センサ出力が清浄空気中レベルへ回復するまで検出ができなくなることは、フロン等の他のガスを検出するリークディテクタでも同様である。
【０００３】
なお関連する先行技術を示すと、特許文献１：JP1999-264809Aは、ガスセンサへ供給する雰囲気を参照ガスと試料ガスとの間で切り替えた際の、過渡的な特性からガスを検出することを開示している。
【特許文献１】JP1999-264809A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の課題は、ガスセンサの疲労による待ち時間を無くすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明のリークディテクタは、試料ガスの吸引孔と、バックグラウンドガスの吸引孔と、
第１及び第２の少なくとも２個のガスセンサと、
試料ガスを第１のガスセンサへバックグラウンドガスを第２のガスセンサへ供給する状態と、試料ガスを第２のガスセンサへバックグラウンドガスを第１のガスセンサへ供給する状態との間で、流路を切り替えるバルブと、
試料ガス及びバックグラウンドガスの流量が一定でかつ互いに等しくなるようにするための流量制御手段と、
第１及び第２のガスセンサの内で試料ガスを供給されているガスセンサの出力から、ガスのリークを検出するためのリーク検出手段と、
前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が増加して所定の条件を満たすと、前記バルブを介して前記流路を切り替えるための流路切り替え手段、とを設けたものである。
【０００６】
ガスセンサは同種のものとし、３個以上設ける場合、流路も３通り以上設けて、ガスセンサの切り替えに応じて流路を切り替える。
好ましくは、流路切り替え手段は、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が第１の閾値以上に増加した後、所定の時間内に第２の閾値以下に低下しない際に、流路を切り替える。
さらに好ましくは、前記リーク検出手段はリーク検出モードとガス濃度測定モードの２種のモードを備え、
リーク検出モードでは、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力の時間微分からガスのリークを検出すると共に、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が、第１の閾値以上に増加してから所定の時間経過した時点で、第２の閾値を越えている場合に流路を切り替え、
ガス濃度測定モードでは、前記試料ガスを供給されているガスセンサの出力が増加した後の安定値からガス濃度を測定すると共に、前記安定値を取得した時点で流路を切り替える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、一方のガスセンサが試料ガスに触れて出力が増加し所低の条件を満たすと、流路を切り替え他方のガスセンサで検出を開始する。他方のガスセンサは同じ流量のバックグラウンドガスに触れていたので、流路を切り替えてもガスセンサが置かれている環境は同じで、検出を開始すると直ちに検出を開始できる。このため、ガスセンサの疲労による待ち時間が生じない。  
【０００８】
ここで流路切り替え手段は、試料ガスを供給されているガスセンサの出力が第１の閾値以上に増加した後、所定の時間内に第２の閾値以下に低下しない際に、流路を切り替えると、ガスセンサの出力が元のレベルまで低下しない場合に流路を切り替えることができる。
またリーク検出モードとガス濃度測定モードの２種のモードを設けると、リークの有無のチェックとガス濃度の測定の２種類の検出ができる。そしてリーク検出モードでは、試料ガスを供給されているガスセンサの出力の時間微分からガスのリークを検出すると共に、試料ガスを供給されているガスセンサの出力が、第１の閾値以上に増加してから所定の時間経過した時点で、第２の閾値を越えている場合に流路を切り替える。一方ガス濃度測定モードでは、試料ガスを供給されているガスセンサの出力が増加した後の安定値からガス濃度を測定すると共に、前記安定値を取得した時点で流路を切り替えると、ガス濃度の安定値を測定できるようになった後に流路を切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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】
【００１０】
図１〜図４に、実施例のリークディテクタを示す。各図において２，４はガスセンサで、例えば金属酸化物半導体水素センサとし、ガスセンサ２，４は例えば同じ型番の同一ロットの２個のガスセンサである。６，８は三方弁で、これらを合わせて１個の４方弁等としてもよく、１０，１２はニードルバルブで、流量を調整できるバルブであれば任意であり、１４，１６は流量計である。また１８は吸引用のポンプで、ニードルバルブ１０，１２に対しそれぞれ別のポンプを設けても良い。２０，２１はダストフィルタで、ガス中のダストを除き、２２，２３はガスフィルタで、活性炭やゼオライトなどのフィルタである。そしてダストフィルタ２０，２１は同じ種類のフィルタとし、ガスフィルタ２２，２３も同じ種類のガスフィルタとして、流路を切り替えても流量が変動しないようにする。２５はガス吸引孔で、図示しないプローブの先端などに設け、チューブ２７を介してダストフィルタ２０へ接続する。２６はバックグラウンドガス吸引孔で、リークディテクタの本体ケースなどに設ける。
【００１１】
三方弁６，８の切替信号を（Ｓ，Ｒ）、ガスセンサ２，４からの出力信号をＳ１，Ｓ２、流量計１４，１６からの出力信号をＦ１，Ｆ２とする。またニードルバルブ１０，１２の制御信号をＱ１，Ｑ２とする。２４は制御部で、ＡＤコンバータやマイクロコンピュータ並びにＬＣＤディスプレイなどを備え、センサ信号Ｓ１，Ｓ２と流量信号Ｆ１，Ｆ２が入力され、信号Ｓ，Ｒにより三方弁６．８を切り替えると共に、信号Ｑ１，Ｑ２によりニードルバルブ１０，１２を制御する。
【００１２】
図２にリークディテクタの制御部２４を示す。ＡＤコンバータ３０へはセンサ信号Ｓ１，Ｓ２と流量信号Ｆ１，Ｆ２とが入力され、流量制御部４０によりニードルバルブ１０，１２を制御して、これらの流量が一定でかつ共に等しくなるようにする。なお流量制御部４０を設ける代わりに、ニードルバルブ１０，１２をマニュアルで制御するようにして、バルブ１０，１２の制御の仕方を表示部３５に表示しても良い。リーク検出部３１は、試料ガスに触れている方のガスセンサの出力を時間微分し、水素のリークの有無を検出する。
【００１３】
水素濃度測定部３２は、同様に試料ガスに触れている方のガスセンサ信号が増加し、安定値に達すると、安定値から水素濃度を検出する。なお実際にセンサ信号が安定値に達するのを待つ代わりに、センサ信号の波形などから安定値を予測して、水素濃度を求めても良い。水素のリークの有無や水素濃度は、試料ガスに触れている方のガスセンサの信号から検出し、これらの検出結果を表示部３５に表示する。流路切り替え部３３は、試料ガスに触れている方のガスセンサ信号に基づいて、流路の切替信号Ｓ，Ｒを出力する。３４は、流路切り替え部３３に付属のタイマである。記憶部３６は、バックグラウンドガスに触れている方のガスセンサ信号の平均値や定常値などを記憶し、流路を切り替え、このセンサを測定に用いると、記憶した平均値や定常値をバックグラウンドレベルを示す参照信号とする。モード選択部３７は、リーク検出モードか水素濃度測定モードかの切り替えを行うマニュアルスイッチである。
【００１４】
図３に、リーク検出モードでの流路の切り替えアルゴリズムを示す。ここではセンサＡが試料ガスに触れているものとし、センサ信号の時間微分からリークの有無を求めて、検出結果を表示部に表示する。センサＡの出力が第１の検出閾値を越えると、タイマを起動し、タイムアウトするまでに第２の検出閾値以下にセンサ出力が低下していない場合、流路を切り替える。このようにして、ガスセンサの信号が増加した後、バックグラウンドレベルへの復帰が遅い場合に、流路を切り替える。また例えば１分あるいは２分などの一定時間毎に、流路を切り替える。ここでは検出閾値２を検出閾値１以下としたが、これらは同一の値などでも良い。またタイマを設けず、ガスセンサの信号が検出閾値１を越えると流路を切り替えてもよい。この場合は、微分によるリークの検出を妨げないように、第１の検出閾値を実施例よりも大きい値とすることが好ましい。
【００１５】
図４に、水素濃度測定モードでの流路切り替えアルゴリズムを示す。検出閾値１や検出閾値２は例えば図３の場合と同様とし、タイマ３４がタイムアウトした時点ではなく、センサ出力が安定値に達すると、もしくは安定値を予測し得るようになると、流路を切り替える。即ち図４の1)でセンサ出力の波形から安定値を測定もしくは予測し、この時点でタイマ３４がタイムアウトしていると流路を切り替える。なお水素濃度測定モードでは、検出のタクトタイムへの要求が高くないので、高濃度ガスに触れた後の流路の切り替えを行わなくても良い。またセンサ出力をキャリブレーションしておき、試料ガス中での安定値から求めたガス濃度と、バックグラウンド中でのセンサ出力に対応するガス濃度との差を、水素濃度として出力する。
【００１６】
実施例では金属酸化物半導体ガスセンサによる水素の漏れを検出する例を示したが、検出対象ガスはフロンその他任意であり、ガスセンサは接触式燃焼式ガスセンサや固体電解質ガスセンサあるいは電気化学ガスセンサなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例のリークディテクタのガス流路を示す図
【図２】実施例での制御部のブロック図
【図３】リーク検出モードでの流路切り替えアルゴリズムを示す図で、1)はガスセンサの出力波形を、2)はタイマの動作を、3)は流路の切替を示す。
【図４】水素濃度測定モードでの流路切り替えアルゴリズムを示す図で、1)はガスセンサの出力波形を、2)はタイマの動作を、3)は流路の切替を示す。
【符号の説明】
【００１８】
２，４      ガスセンサ
６，８      三方弁
１０，１２  ニードルバルブ
１４，１６  流量計
１８        ポンプ
２０，２１  ダストフィルタ
２２，２３  ガスフィルタ
２４        制御部
２５        試料ガス吸引孔
２６        バックグラウンドガス吸引孔
２７        チューブ
３０        ＡＤコンバータ
３１        リーク検出部
３２        水素濃度測定部
３３        流路切り替え部
３４        タイマ
３５        表示部
３６        記憶部
３７        モード選択部
４０        流量制御部  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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