JP4842789B2 - Gas concentration measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、プロトン導電体膜を用いた電気化学式ガスセンサにより周辺雰囲気中の対象ガス濃度を測定する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring a target gas concentration in an ambient atmosphere by an electrochemical gas sensor using a proton conductor film.
燃焼機器の不完全燃焼等によるCOガスを検出し警報するCO警報器のように、周辺雰囲気中のCO濃度を測定する装置として、従来から、電気化学式COセンサを内蔵したものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, devices that incorporate an electrochemical CO sensor have been known as devices for measuring the CO concentration in the surrounding atmosphere, such as a CO alarm device that detects and alarms CO gas due to incomplete combustion or the like of combustion equipment. .
図5に断面図で示すように、この電気化学式COセンサ1は、内部に水5が収容された金属缶2の上部開口4にプロトン導電体膜3を設置して、その対極32を金属缶2内に露出させると共に、反対側の検知極31にガス吸着フィルタ8cを内蔵した金属キャップ8を重ねて金属缶2の上部開口4にかしめ固定して構成されている。
As shown in a cross-sectional view in FIG. 5, this
上述した構成の電気化学式COセンサ1では、周辺雰囲気中のCOが、金属キャップ8の導入孔8aから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ8cや導出孔8b、そして、金属キャップ8とプロトン導電体膜3との間に介設した金属製の拡散防止板7の拡散制御孔7aを通過して検知極31に到達し、ここで、対極32側からプロトン導電体膜3に供給される金属缶2内の水5の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極31にプロトン(2H+ )と電子(2e- )を発生させる。
In the
検知極31に発生した電子(2e- )はプロトン導電体膜3の内部を通過できないので検知極31に滞留し、一方、プロトン(2H+ )は、プロトン導電体膜3の内部を通過して対極32に移動し、ここで、容器2内の酸素と還元反応を起こして、対極32に水(H2 O)を生成する。
Electrons (2e−) generated in the
したがって、検知極31と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ8と、拡散防止板7を介して対極32と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶2との間に負荷(図示せず)を接続すると、検知極31に滞留した電子(2e- )の対極32に向かう流れが負荷に生じ、これにより対極32から負荷を経て検知極31に向かう短絡電流の流れが生じるので、この負荷に流れる短絡電流を電流−電圧変換することで、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた電圧値のCO濃度信号が得られる(例えば特許文献1,2)。
Therefore, between the metal cap 8 that is electrically connected to the
このような検出原理の構成による電気化学式COセンサ1は、それ自身では、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた電圧値のCO濃度信号を生成するために外部からの電力供給を必要としないことから、電池によって長期間駆動する必要のあるCO警報器での利用に適している。
The
ところで、上述した電気化学式COセンサ1においては、検知極31に発生する電子(2e- )が僅かであり、周辺雰囲気中のCO濃度に応じたCO濃度信号が非常に微弱なものであることから、電気化学式COセンサ1からのCO濃度信号は増幅されてCO濃度の測定等に使用される。
By the way, in the
図6は電気化学式COセンサ1からのCO濃度信号の増幅に用いられる信号処理回路の詳細を示す回路図であり、図6中引用符号20Aで示す信号処理回路では、CO濃度信号の増幅用のオペアンプAMPと、オペアンプAMPの出力端子と逆相入力端子との間に接続された、ゲイン設定用の抵抗Rgとを有している。
FIG. 6 is a circuit diagram showing details of a signal processing circuit used for amplifying the CO concentration signal from the
オペアンプAMPの正相入力端子には、電気化学式COセンサ1の金属キャップ8乃至検知極31が接続されていると共に不図示の定電圧回路が接続されており、オペアンプAMPの逆相入力端子には電気化学式COセンサ1の金属缶2乃至対極32が接続されていて、不図示の定電圧回路から供給される定電圧により作動したオペアンプAMPによって、抵抗Rgに応じたゲインで電気化学式COセンサ1からのCO濃度信号が増幅される。
The positive phase input terminal of the operational amplifier AMP is connected to the metal cap 8 to the
このとき、周辺に電波が存在すると、それによる高周波の誘導電流が、CO濃度信号をオペアンプに導くラインに重畳して流れることになるが、そうすると、電気化学式COセンサ1は一種の大容量(数百〜数千μF)コンデンサとして機能することから、オペアンプAMPのゲイン設定用の抵抗Rgとコンデンサとして機能する電気化学式COセンサ1とで構成される微分回路により、CO濃度信号に重畳された高周波の誘導電流がオペアンプAMPで増幅されてしまう。
At this time, if radio waves are present in the vicinity, a high-frequency induced current flows in a superimposed manner on a line that guides the CO concentration signal to the operational amplifier. Then, the
そのため、実際にはCO濃度が0ppmであるにも拘わらず、増幅後のCO濃度信号が例えば100ppmのレベルに上がってしまい、CO濃度の測定やCO濃度の警報動作の精度に、悪影響を及してしまうことになってしまう。 Therefore, although the CO concentration is actually 0 ppm, the amplified CO concentration signal rises to a level of, for example, 100 ppm, which adversely affects the accuracy of the CO concentration measurement and the CO concentration alarm operation. It will end up.
そこで、電気化学式COセンサ1の対極32側のターミナルである金属缶2とオペアンプAMPの逆相入力端子との間に高周波ゲイン特性低減用の抵抗Rsを挿入し、また、オペアンプAMPのゲイン設定用の抵抗Rgと並列に、ローパスフィルタとしてのコンデンサCfを並列に接続して、高周波におけるゲイン特性を下げると共にゲインの上限自体を低くすることが考えられる。
Therefore, a resistor Rs for reducing high-frequency gain characteristics is inserted between the metal can 2 which is the terminal on the
これにより、CO濃度信号に重畳された誘導電流の高周波成分が、オペアンプAMPで大きいゲインで増幅されてしまうのを防ぎ、CO濃度の測定やCO濃度の警報動作の精度に悪影響が及ばないようにすることができるはずである。
ところが、上述した対策を講じてもなお、電気化学式COセンサ1の周辺に電波が存在すると、実際のCO濃度とは異なるレベルに、増幅後のCO濃度信号のレベルが上下してしまう問題が生じた。
However, even if the above-described measures are taken, if radio waves are present around the
このような、増幅後のCO濃度信号のレベル変動は、高周波ゲイン特性低減用の抵抗Rsにより防ごうとした増幅後のCO濃度信号のレベル低下と同じく、COガス濃度の測定精度の低下を招く原因になるので、上述したように、近辺の電波の影響でCO濃度信号をオペアンプAMPに導くラインに重畳して流れる誘導電流の高周波成分を、高周波ゲイン特性低減用の抵抗Rsによりフィルタリングするだけでは不十分であった。 Such a fluctuation in the level of the amplified CO concentration signal causes a decrease in the measurement accuracy of the CO gas concentration, similarly to a decrease in the level of the amplified CO concentration signal which is to be prevented by the resistor Rs for reducing the high frequency gain characteristics. Therefore, as described above, simply filtering the high-frequency component of the induced current that flows while being superimposed on the line that guides the CO concentration signal to the operational amplifier AMP due to the influence of nearby radio waves by the resistor Rs for reducing the high-frequency gain characteristic. It was insufficient.
以上に説明した問題点は、CO警報器においてのみ発生し得るものではなく、電気化学式のガスセンサからのガス濃度信号をオペアンプで増幅して増幅後のガス濃度信号により周辺雰囲気中の対象ガス濃度を測定する際、高周波ノイズ対策用の抵抗を電気化学式ガスセンサとオペアンプとの間に介設する場合に広く起こり得るものである。 The problems described above can not only occur in the CO alarm, but the gas concentration signal from the electrochemical gas sensor is amplified by an operational amplifier, and the target gas concentration in the surrounding atmosphere is determined by the amplified gas concentration signal. When measuring, a resistance for high-frequency noise countermeasures can occur widely when interposed between an electrochemical gas sensor and an operational amplifier.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、周辺に電波が存在していても、電気化学式ガスセンサを用いて周辺雰囲気中の対象ガス濃度を正確に測定できるガス濃度測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas concentration measuring apparatus capable of accurately measuring a target gas concentration in an ambient atmosphere using an electrochemical gas sensor even when radio waves exist in the vicinity. Is to provide.
本出願人は、上述した増幅後のCO濃度信号のレベル変動の原因を鋭意探求したところ、電気化学式COセンサ1の周辺に存在する電波による高周波の誘導電流が、CO濃度信号をオペアンプAMPに導くラインに重畳して流れることに起因するだけでなく、オペアンプAMPにおいて、不図示の定電圧回路から供給された作動用の定電圧が、CO濃度信号に重畳された誘導電流の高周波成分によって上下に変動してしまうことに起因すると見られる、ということを見い出し、本発明を完成するに至った。
The applicant has eagerly investigated the cause of the level fluctuation of the above-described amplified CO concentration signal. As a result, a high-frequency induced current caused by radio waves existing around the
即ち、請求項1に記載した本発明のガス濃度測定装置は、水を収容するための水容器、該水容器に設置されたプロトン導電体膜、前記プロトン導電体膜上に設けられ、前記水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によって電子が発生する検知極、及び、前記プロトン導電体膜上の前記検知極と対向する位置に設けられ、前記検知極で発生した前記電子を移動させて前記対象ガス濃度に応じた短絡電流を流すための対極、を有する電気化学式ガスセンサと、前記対極が接続され前記短絡電流が入力される逆相入力端子、前記検知極が接続され定電圧源から定電圧が入力される正相入力端子、及び、前記短絡電流を電圧変換して得た前記対象ガス濃度に応じた電圧値であるガス濃度信号が増幅されて出力される出力端子、を有するオペアンプと、を有するガス濃度測定装置において、前記対極及び前記逆相入力端子間の接続点と接地との間に設けられたキャパシタを有することを特徴とする。
That is, the gas concentration measuring device of the present invention described in
また、請求項2に記載した本発明のガス濃度測定装置は、請求項1に記載の発明において、前記検知極と前記正相入力端子との間に設けられたインダクタを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the gas concentration measuring device according to the first aspect of the present invention, wherein the gas concentration measuring device according to the first aspect has an inductor provided between the detection electrode and the positive phase input terminal. .
また、請求項3に記載した本発明のガス濃度測定装置は、水を収容するための水容器、該水容器に設置されたプロトン導電体膜、前記プロトン導電体膜上に設けられ、前記水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によって電子が発生する検知極、及び、前記プロトン導電体膜上の前記検知極と対向する位置に設けられ、前記検知極で発生した前記電子を移動させて前記対象ガス濃度に応じた短絡電流を流すための対極、を有する電気化学式ガスセンサと、前記検知極が接続され前記短絡電流が入力される逆相入力端子、前記対極が接続され定電圧源から定電圧が入力される正相入力端子、及び、前記短絡電流を電圧変換して得た前記対象ガス濃度に応じた電圧値であるガス濃度信号が増幅されて出力される出力端子、を有するオペアンプと、を有するガス濃度測定装置において、前記検知極及び前記逆相入力端子間の接続点と接地との間に設けられたキャパシタを有することを特徴とする。 Further, the gas concentration measuring device according to the third aspect of the present invention includes a water container for containing water, a proton conductor film installed in the water container, provided on the proton conductor film , A detection electrode where electrons are generated by the reaction between water vapor from the container and the target gas, and a position facing the detection electrode on the proton conductor film , and the electrons generated at the detection electrode are moved. An electrochemical gas sensor having a counter electrode for flowing a short-circuit current according to the target gas concentration, a reverse-phase input terminal to which the detection electrode is connected and the short-circuit current is input, and a counter electrode to which a constant electrode is connected An operational amplifier having a positive-phase input terminal to which a voltage is input, and an output terminal from which a gas concentration signal, which is a voltage value corresponding to the target gas concentration obtained by converting the short-circuit current into a voltage, is amplified and output. , The gas concentration measuring apparatus having, characterized in that it has a capacitor provided between a ground and a connection point between said sensing electrode and said negative-phase input terminal.
また、請求項4に記載した本発明のガス濃度測定装置は、請求項3に記載の発明において、前記対極と前記正相入力端子との間に設けられたインダクタを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas concentration measuring device according to the third aspect of the present invention, wherein the gas concentration measuring device includes an inductor provided between the counter electrode and the positive phase input terminal.
請求項1に記載した本発明のガス濃度測定装置によれば、周囲の電波により発生した高周波の誘導電圧が、対極から検知極に向けて流れる、周辺雰囲気中の対象ガス濃度に応じた大きさの短絡電流の流れに重畳されると、本来ならば、オペアンプにおいて、正相入力端子に定電圧源から供給された定電圧が、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動し、その結果、オペアンプによる増幅後のガス濃度信号のレベルが、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動するはずである。
According to the gas concentration measuring apparatus of the present invention described in
しかし、短絡電流の流れに重畳された高周波の誘導電圧は、実際には、専らキャパシタを経て接地側に流れ、オペアンプの逆相入力端子側にはほとんど流れないので、オペアンプにおいて、正相入力端子に定電圧源から供給された定電圧が誘導電流の高周波成分によって変動することなく、一定の電圧に保たれる。 However, the high-frequency induced voltage superimposed on the flow of the short-circuit current actually flows exclusively through the capacitor to the ground side, and hardly flows to the negative-phase input terminal side of the operational amplifier. The constant voltage supplied from the constant voltage source is maintained at a constant voltage without fluctuating due to the high frequency component of the induced current.
そのため、近くに存在する携帯電話等の高周波の電波を出力する機器の影響で発生した高周波の誘導電流が、対極とオペアンプの逆相入力端子とを接続する短絡電流の流れるラインに重畳して流れた場合にも、誘導電流の高周波成分の影響でオペアンプに定電圧源から供給される定電圧、ひいては、オペアンプによる増幅後のガス濃度信号のレベルが、上下に変動してしまうのを防止し、増幅後のガス濃度信号のレベルを周辺雰囲気中のガス濃度に応じた一定のレベルにすることができる。 For this reason, high-frequency induced current generated by the influence of devices that output high-frequency radio waves, such as mobile phones nearby, flows superimposed on the line where the short-circuit current flows between the counter electrode and the negative-phase input terminal of the operational amplifier. In this case, the constant voltage supplied from the constant voltage source to the operational amplifier due to the high frequency component of the induced current, and thus the level of the gas concentration signal amplified by the operational amplifier is prevented from fluctuating up and down. The level of the gas concentration signal after amplification can be set to a constant level according to the gas concentration in the surrounding atmosphere.
尚、請求項1に記載した本発明のガス濃度測定装置において、キャパシタ自身が共振周波数を有しており、この共振周波数に、短絡電流の流れに重畳されてキャパシタを流れる誘導電流の高周波成分の周波数が合致すると、キャパシタにおいて共振が起こり、耐圧を超える大きさの高周波電流がキャパシタを流れてキャパシタの損傷を招いてしまう恐れがある。 In the gas concentration measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the capacitor itself has a resonance frequency, and a high-frequency component of the induced current flowing through the capacitor is superimposed on the resonance frequency in the flow of the short-circuit current. If the frequencies match, resonance occurs in the capacitor, and a high-frequency current having a magnitude exceeding the withstand voltage may flow through the capacitor and cause damage to the capacitor.
しかし、請求項2に記載した本発明のガス濃度測定装置のように、検知極とオペアンプの正相入力端子との間にインダクタを介設して、短絡電流の流れに重畳された誘導電流の高周波成分の位相をずらすようにすれば、キャパシタでの共振が起こらなくなるようキャパシタの共振周波数に対して誘導電流の高周波成分の周波数をずらしたり、キャパシタに共振が生じてもその耐圧を超えない程度の大きさの電流にしかならないように、誘導電流に含まれるキャパシタの共振周波数と同一周波数の成分の振幅を弱めることができる。 However, as in the gas concentration measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, an inductor is interposed between the detection electrode and the positive-phase input terminal of the operational amplifier so that the induced current superimposed on the short-circuit current flow is reduced. If the phase of the high frequency component is shifted, the frequency of the high frequency component of the induced current is shifted with respect to the resonance frequency of the capacitor so that resonance does not occur in the capacitor, or the breakdown voltage is not exceeded even if resonance occurs in the capacitor. Therefore, the amplitude of the component having the same frequency as the resonance frequency of the capacitor included in the induced current can be reduced so that the current has a magnitude of only.
請求項3に記載した本発明のガス濃度測定装置によれば、周囲の電波により発生した高周波の誘導電圧が、対極から検知極に向けて流れる、周辺雰囲気中の対象ガス濃度に応じた大きさの短絡電流の流れに重畳されると、本来ならば、オペアンプにおいて、正相入力端子に定電圧源から供給された定電圧が、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動し、その結果、オペアンプによる増幅後のガス濃度信号のレベルが、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動するはずである。
According to the gas concentration measuring apparatus of the present invention as set forth in
しかし、短絡電流の流れに重畳された高周波の誘導電圧は、実際には、専らキャパシタを経て接地側に流れ、オペアンプの逆相入力端子側にはほとんど流れないので、オペアンプにおいて、正相入力端子に定電圧源から供給された定電圧が誘導電流の高周波成分によって変動することなく、一定の電圧に保たれる。 However, the high-frequency induced voltage superimposed on the flow of the short-circuit current actually flows exclusively through the capacitor to the ground side, and hardly flows to the negative-phase input terminal side of the operational amplifier. The constant voltage supplied from the constant voltage source is maintained at a constant voltage without fluctuating due to the high frequency component of the induced current.
そのため、近くに存在する携帯電話等の高周波の電波を出力する機器の影響で発生した高周波の誘導電流が、検知極とオペアンプの逆相入力端子とを接続する短絡電流の流れるラインに重畳して流れた場合にも、誘導電流の高周波成分の影響でオペアンプに定電圧源から供給される定電圧、ひいては、オペアンプによる増幅後のガス濃度信号のレベルが、上下に変動してしまうのを防止し、増幅後のガス濃度信号のレベルを周辺雰囲気中のガス濃度に応じた一定のレベルにすることができる。 For this reason, high-frequency induced current generated by the influence of devices that output high-frequency radio waves such as mobile phones nearby is superimposed on the short-circuit current line connecting the detection pole and the negative-phase input terminal of the operational amplifier. Even if it flows, the constant voltage supplied from the constant voltage source to the operational amplifier due to the high frequency component of the induced current, and thus the level of the gas concentration signal amplified by the operational amplifier, is prevented from fluctuating up and down. The level of the amplified gas concentration signal can be set to a constant level according to the gas concentration in the surrounding atmosphere.
尚、請求項3に記載した本発明のガス濃度測定装置において、キャパシタ自身が共振周波数を有しており、この共振周波数に、短絡電流の流れに重畳されてキャパシタを流れる誘導電流の高周波成分の周波数が合致すると、キャパシタにおいて共振が起こり、耐圧を超える大きさの高周波電流がキャパシタを流れてキャパシタの損傷を招いてしまう恐れがある。 In addition, in the gas concentration measuring apparatus according to the third aspect of the present invention, the capacitor itself has a resonance frequency, and a high frequency component of the induced current flowing through the capacitor is superimposed on the resonance frequency in the short circuit current flow. If the frequencies match, resonance occurs in the capacitor, and a high-frequency current having a magnitude exceeding the withstand voltage may flow through the capacitor and cause damage to the capacitor.
しかし、請求項4に記載した本発明のガス濃度測定装置のように、対極とオペアンプの正相入力端子との間にインダクタを介設して、短絡電流の流れに重畳された誘導電流の高周波成分の位相をずらすようにすれば、キャパシタでの共振が起こらなくなるようキャパシタの共振周波数に対して誘導電流の高周波成分の周波数をずらしたり、キャパシタに共振が生じてもその耐圧を超えない程度の大きさの電流にしかならないように、誘導電流に含まれるキャパシタの共振周波数と同一周波数の成分の振幅を弱めることができる。 However, as in the gas concentration measuring apparatus according to the present invention as set forth in claim 4, an inductor is interposed between the counter electrode and the positive-phase input terminal of the operational amplifier, and the high frequency of the induced current superimposed on the flow of the short-circuit current. If the phase of the component is shifted, the frequency of the high frequency component of the induced current is shifted with respect to the resonance frequency of the capacitor so that resonance in the capacitor does not occur, or the breakdown voltage is not exceeded even if resonance occurs in the capacitor. The amplitude of the component having the same frequency as the resonance frequency of the capacitor included in the induced current can be reduced so that only a large current can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置を採用した電気化学式COセンサ内蔵CO警報器の斜視図であり、図1中引用符号100で示す本実施形態の電気化学式COセンサ内蔵CO警報器(以下、「CO警報器」と略記する。)は、予め設置先の壁面(図示せず)に取着される取付部材200のフック210に樹脂製のケース110を吊り下げて使用される。
FIG. 1 is a perspective view of an electrochemical CO sensor built-in CO alarm device employing a gas concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The electrochemical CO sensor built-in CO of the present embodiment indicated by
前記ケース110の内部には、従来技術の欄で説明した図5の電気化学式COセンサ1(請求項中の電気化学式ガスセンサに相当)や、図2に電気的構成の回路図で示す電池B、定電圧回路10、信号処理回路20、ベース電圧発生回路30(請求項中の定電圧源に相当)、スイッチ回路IC1、電源スイッチSW、マイクロコンピュータ(以下、「μCOM」と略記する。)40、音声IC50、インジケータ60、及び、スピーカ70が内蔵されている。
Inside the
前記定電圧回路10は、電池Bの電圧を定電圧化するものであり、前記信号処理回路20は、電気化学式COセンサ1の金属キャップ8と金属缶2との間に接続されて、電気化学式COセンサ1の対極32から金属缶2及び信号処理回路20を経て金属キャップ8乃至検知極31に向かう短絡電流に応じた電圧値のCO濃度信号(請求項中のガス濃度信号に相当)を増幅し、増幅後のCO濃度信号として出力するものである。
The
前記ベース電圧発生回路30は、信号処理回路20におけるCO濃度信号の増幅時のゲインを定めるベース電圧を生成し、電気化学式COセンサ1の検知極31側のターミナルである金属キャップ8と信号処理回路20とに供給するものである。
The base voltage generation circuit 30 generates a base voltage that determines a gain when the CO concentration signal is amplified in the
尚、信号処理回路20及びベース電圧発生回路30は、CO警報器100の周辺雰囲気中のCO濃度を測定する際にONされる電源スイッチSWの投入中に、定電圧回路10からの定電圧を電源として作動するものであり、ベース電圧発生回路30が電気化学式COセンサ1の金属キャップ8と信号処理回路20とに出力する。信号処理回路20内のオペアンプAMP(図3参照)のゲインを定めるベース電圧(レファレンス電圧)は、電源スイッチSWがONしているCO濃度の測定時は、定電圧回路10から供給される定電圧電源から作られた例えば2.7Vとなり、電源スイッチSWがOFFしているCO濃度の非測定時は、定電圧回路10から定電圧電源が供給されないので0Vとなる。
The
前記スイッチ回路IC1は、電源スイッチSWの投入中に定電圧回路10から供給される定電圧を電源として作動するものであり、電源スイッチSWがOFFしているCO濃度の非測定時に強制的にOFFとなるノーマリーOFF型に構成されていて、このOFF状態では信号処理回路20からプロトン導電体膜3の対極32を切り離し、電源スイッチSWがONされたCO濃度の測定時に、後述するμCOM40の制御によりONされると、信号処理回路20をプロトン導電体膜3の対極32に接続するものである。
The switch circuit IC1 operates with the constant voltage supplied from the
前記μCOM40は、電源スイッチSWのON、OFFに関係なく常時、定電圧回路1
0からの定電圧電源の供給を受けて作動するもので、電源スイッチSWやスイッチ回路IC1のON、OFFを制御すると共に、信号処理回路20から入力されるCO濃度信号に基づいて、CO警報器100の周辺雰囲気中のCO濃度が警報レベルに達しているか否かの判定を行い、達している場合に、インジケータ60を点灯させると共に、「ピッポピッポ、空気が汚れて危険です。窓を開けて換気をして下さい。」等の音声メッセージを音声IC50から読み出してスピーカ70により鳴動(音声出力)させる。
The
Operates in response to the supply of constant voltage power from 0, controls the ON / OFF of the power switch SW and the switch circuit IC1, and based on the CO concentration signal input from the
ちなみに、電池Bの−側、定電圧回路10、信号処理回路20、ベース電圧発生回路30、スイッチ回路IC1、及び、μCOM40は、いずれも接地(0V)されている。
Incidentally, the negative side of the battery B, the
このような構成のCO警報器100においては、電気化学式COセンサ1の周辺雰囲気中のCO濃度を間欠的に測定するタイミングが到来すると、μCOM40の制御により電源スイッチSWがONされ、これにより、スイッチ回路IC1がONされて信号処理回路20がプロトン導電体膜3の対極32に接続されると共に、ベース電圧発生回路30からプロトン導電体膜3の検知極31側のターミナルである金属キャップ8に供給されるベース電圧が0Vから2.7Vに変わる。
In the
すると、電気化学式COセンサ1の周辺雰囲気中のCO濃度に応じてプロトン導電体膜3の検知極31に発生する電子(2e- )が、スイッチ回路IC1のONにより、金属缶2、信号処理回路20、金属キャップ8を介して、対極32に移動する。
Then, electrons (2e−) generated at the
したがって、電子(2e- )の移動経路上にある信号処理回路20に短絡電流が流れて、信号処理回路20における短絡電流のCO濃度信号への電流−電圧変換や信号増幅が行われ、増幅後のCO濃度信号が入力されるμCOM40において、増幅後のCO濃度信号の示すCO濃度が警報レベルに達したか否かの判定や、警報レベルに達した際のインジケータ60やスピーカ70を用いた警報動作が、適宜行われることになる。
Therefore, a short-circuit current flows through the
ここで、CO警報器100の周辺に電波が存在すると、それによる高周波の誘導電流が電気化学式COセンサ1の金属缶2に流れて、電源スイッチSWがONしているCO濃度の測定時に金属缶2から信号処理回路20を経て金属キャップ8に流れる、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた大きさの短絡電流の流れに、高周波の誘導電流が重畳して流れる。
Here, if radio waves exist around the
この様子を、信号処理回路20の詳細を示す図3の回路図を参照して説明すると、信号処理回路20は、電源スイッチSWのONにより定電圧回路10から供給される定電圧によって作動するオペアンプAMPと、オペアンプAMPの出力端子と逆相入力端子との間に接続された、ゲイン設定用の抵抗Rg及びローパスフィルタとしてのコンデンサCfの並列回路とを有している。
This state will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 3 showing details of the
オペアンプAMPの正相入力端子には、直列のチョークコイルL3,L4を介して電気化学式COセンサ1の金属キャップ8乃至検知極31が接続され、オペアンプAMPの逆相入力端子には電気化学式COセンサ1の金属缶2乃至対極32が接続され、金属缶2とオペアンプAMPの逆相入力端子との間に、一端を接地(0V)させたハイパスフィルタとしてのコンデンサC(請求項中のキャパシタに相当)の他端が接続されている。
The positive phase input terminal of the operational amplifier AMP is connected to the metal cap 8 to the
このような構成のCO警報器において、電気化学式COセンサ1の周辺の電波により発生した高周波の誘導電流が、金属缶2から金属キャップ8に向けて流れる、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた大きさの短絡電流の流れに重畳されると、本来ならば、オペアンプAMPにおいて、金属キャップ8が接続された正相入力端子にベース電圧発生回路30から供給される2.7Vのベース電圧が、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動し、その結果、オペアンプAMPによる増幅後のCO濃度信号のレベルが、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動するはずである。
In the CO alarm device having such a configuration, a high-frequency induced current generated by radio waves around the
しかし、短絡電流の流れに重畳された高周波の誘導電流は、実際には、専らコンデンサCを経て接地側に流れ、オペアンプAMPの逆相入力端子側にはほとんど流れないので、オペアンプAMPにおいて、正相入力端子にベース電圧発生回路30から供給されたベース電圧が誘導電流の高周波成分によって変動することはなく、2.7Vのまま一定に保たれる。 However, the high-frequency induced current superimposed on the flow of the short-circuit current actually flows exclusively through the capacitor C to the ground side and hardly flows to the negative-phase input terminal side of the operational amplifier AMP. The base voltage supplied from the base voltage generation circuit 30 to the phase input terminal is not changed by the high frequency component of the induced current, and is kept constant at 2.7V.
そのため、CO警報器の近くに存在する携帯電話等の高周波の電波を出力する機器の影響で、電気化学式COセンサ1の金属缶2に流れた高周波の誘導電流が、金属缶2とオペアンプAMPの逆相入力端子とを接続する短絡電流の流れるラインに重畳して流れた場合にも、誘導電流の高周波成分の影響で、オペアンプAMPにベース電圧発生回路30から供給されたベース電圧、ひいては、増幅後のCO濃度信号のレベルが、上下に変動してしまうのを防止し、増幅後のCO濃度信号のレベルを周辺雰囲気中のCO濃度に応じた一定のレベルにすることができる。
Therefore, the high frequency induction current that flows into the metal can 2 of the
これにより、オペアンプAMPで増幅したCO濃度信号の波形に乱れを生じさせず、CO濃度を精度よく検出して、周辺雰囲気中のCO濃度が警報レベルに達した旨のインジケータ60やスピーカ70による警報の表示や鳴動を、的確に行わせることができる。
Thereby, without disturbing the waveform of the CO concentration signal amplified by the operational amplifier AMP, the CO concentration is accurately detected, and an alarm by the
尚、コンデンサCはそれ自身が共振周波数を有しており、この共振周波数に、電気化学式COセンサ1の金属缶2で発生してコンデンサCに流れる誘導電流の高周波成分の周波数が合致すると、コンデンサCにおいて共振が起こり、耐圧を超える大きさの高周波電流がコンデンサCを流れてコンデンサCの損傷を招いてしまう恐れがある。
The capacitor C itself has a resonance frequency. When the frequency of the high frequency component of the induced current generated in the metal can 2 of the
そこで、コンデンサCの共振周波数に対して誘導電流の高周波成分の周波数を大きくずらして共振が起こらないようにするか、あるいは、誘導電流に含まれるコンデンサCの共振周波数と同一周波数の成分の振幅を、コンデンサCに共振が生じてもコンデンサCの耐圧を超えない程度の大きさの電流にしかならないようにするために、電気化学式COセンサ1の金属キャップ8とオペアンプAMPの正相入力端子との間に介設された直列のチョークコイルL3,L4によって、短絡電流の流れに重畳された誘導電流の高周波成分の位相をずらすようにしてもよい。
Therefore, the frequency of the high frequency component of the induced current is largely shifted with respect to the resonance frequency of the capacitor C so that resonance does not occur, or the amplitude of the component having the same frequency as the resonance frequency of the capacitor C included in the induced current is set. In order to ensure that the current does not exceed the withstand voltage of the capacitor C even when resonance occurs in the capacitor C, the metal cap 8 of the
但し、コンデンサCの耐圧に十分余裕がある場合は、チョークコイルL3,L4を省略してもよく、また、チョークコイルL3,L4を用いる場合は、インダクタの設定上の都合によって、単一のインダクタによって構成してもよく、あるいは、3つ以上の複数のインダクタの直列回路で構成してもよい。 However, the choke coils L3 and L4 may be omitted when the withstand voltage of the capacitor C has a sufficient margin. When the choke coils L3 and L4 are used, a single inductor is used for convenience of setting the inductor. Or a series circuit of three or more inductors.
そして、本実施形態では電気化学式COセンサ1を用いてCO濃度の測定及び警報動作を行うCO警報器を例に取って説明したが、本発明はCOに限らず、電気化学式のガスセンサで対象ガスのガス濃度を測定する場合に広く適用可能であることは、言うまでもない。
In this embodiment, the CO alarm device that measures the CO concentration and performs an alarm operation using the
なお、上述した実施形態では、対極32がオペアンプAMPの逆相入力端子に接続され、検知極31がオペアンプAMPの正相入力端子に接続されていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば図4に示すように、検知極31がオペアンプAMPの逆相入力端子に接続され、対極32がオペアンプAMPの正相入力端子に接続されるようにしてもよい。この場合、キャパシタCは、検知極31及び逆相入力端子間の接続点と接地との間に設けられる。インダクタL3、L4は、対極32と正極入力端子との間に設けられる。
In the embodiment described above, the
このような構成のCO警報器において、電気化学式COセンサ1の周辺の電波により発生した高周波の誘導電流が、金属缶2から金属キャップ8に向けて流れる、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた大きさの短絡電流の流れに重畳されると、本来ならば、オペアンプAMPにおいて、金属キャップ8が接続された正相入力端子にベース電圧発生回路30から供給される2.7Vのベース電圧が、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動し、その結果、オペアンプAMPによる増幅後のCO濃度信号のレベルが、誘導電流の周波数に合わせて周期的に上下に変動するはずである。
In the CO alarm device having such a configuration, a high-frequency induced current generated by radio waves around the
しかし、短絡電流の流れに重畳された高周波の誘導電流は、実際には、専らコンデンサCを経て接地側に流れ、オペアンプAMPの逆相入力端子側にはほとんど流れないので、オペアンプAMPにおいて、正相入力端子にベース電圧発生回路30から供給されたベース電圧が誘導電流の高周波成分によって変動することはなく、2.7Vのまま一定に保たれる。 However, the high-frequency induced current superimposed on the flow of the short-circuit current actually flows exclusively through the capacitor C to the ground side and hardly flows to the negative-phase input terminal side of the operational amplifier AMP. The base voltage supplied from the base voltage generation circuit 30 to the phase input terminal is not changed by the high frequency component of the induced current, and is kept constant at 2.7V.
そのため、CO警報器の近くに存在する携帯電話等の高周波の電波を出力する機器の影響で、電気化学式COセンサ1の金属缶2に流れた高周波の誘導電流が、金属缶2とオペアンプAMPの逆相入力端子とを接続する短絡電流の流れるラインに重畳して流れた場合にも、誘導電流の高周波成分の影響で、オペアンプAMPにベース電圧発生回路30から供給されたベース電圧、ひいては、増幅後のCO濃度信号のレベルが、上下に変動してしまうのを防止し、増幅後のCO濃度信号のレベルを周辺雰囲気中のCO濃度に応じた一定のレベルにすることができる。
Therefore, the high frequency induction current that flows into the metal can 2 of the
これにより、オペアンプAMPで増幅したCO濃度信号の波形に乱れを生じさせず、CO濃度を精度よく検出して、周辺雰囲気中のCO濃度が警報レベルに達した旨のインジケータ60やスピーカ70による警報の表示や鳴動を、的確に行わせることができる。
Thereby, without disturbing the waveform of the CO concentration signal amplified by the operational amplifier AMP, the CO concentration is accurately detected, and an alarm by the
尚、コンデンサCはそれ自身が共振周波数を有しており、この共振周波数に、電気化学式COセンサ1の金属缶2で発生してコンデンサCに流れる誘導電流の高周波成分の周波数が合致すると、コンデンサCにおいて共振が起こり、耐圧を超える大きさの高周波電流がコンデンサCを流れてコンデンサCの損傷を招いてしまう恐れがある。
The capacitor C itself has a resonance frequency. When the frequency of the high frequency component of the induced current generated in the metal can 2 of the
そこで、コンデンサCの共振周波数に対して誘導電流の高周波成分の周波数を大きくずらして共振が起こらないようにするか、あるいは、誘導電流に含まれるコンデンサCの共振周波数と同一周波数の成分の振幅を、コンデンサCに共振が生じてもコンデンサCの耐圧を超えない程度の大きさの電流にしかならないようにするために、電気化学式COセンサ1の金属キャップ8とオペアンプAMPの正相入力端子との間に介設された直列のチョークコイルL3,L4によって、短絡電流の流れに重畳された誘導電流の高周波成分の位相をずらすようにしてもよい。
Therefore, the frequency of the high frequency component of the induced current is largely shifted with respect to the resonance frequency of the capacitor C so that resonance does not occur, or the amplitude of the component having the same frequency as the resonance frequency of the capacitor C included in the induced current is set. In order to ensure that the current does not exceed the withstand voltage of the capacitor C even when resonance occurs in the capacitor C, the metal cap 8 of the
但し、コンデンサCの耐圧に十分余裕がある場合は、チョークコイルL3,L4を省略してもよく、また、チョークコイルL3,L4を用いる場合は、インダクタの設定上の都合によって、単一のインダクタによって構成してもよく、あるいは、3つ以上の複数のインダクタの直列回路で構成してもよい。 However, the choke coils L3 and L4 may be omitted when the withstand voltage of the capacitor C has a sufficient margin. When the choke coils L3 and L4 are used, a single inductor is used for convenience of setting the inductor. Or a series circuit of three or more inductors.
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 電気化学式COセンサ(電気化学式ガスセンサ)
30 ベース電圧発生回路(定電圧源)
31 検知極
32 対極
AMP オペアンプ
C コンデンサ(キャパシタ)
L3,L4 チョークコイル(インダクタ)
1 Electrochemical CO sensor (electrochemical gas sensor)
30 Base voltage generator (constant voltage source)
31
L3, L4 Choke coil (inductor)
Claims (4)
前記対極及び前記逆相入力端子間の接続点と接地との間に設けられたキャパシタを有することを特徴とするガス濃度測定装置。 A water container for containing water, a proton conductor film installed in the water container, a detection electrode provided on the proton conductor film and generating electrons due to a reaction between water vapor from the water container and a target gas And a counter electrode that is provided at a position facing the detection electrode on the proton conductor film and moves the electrons generated at the detection electrode to flow a short-circuit current according to the target gas concentration. An electrochemical gas sensor, a negative-phase input terminal to which the counter electrode is connected and the short-circuit current is input, a positive-phase input terminal to which the detection electrode is connected and a constant voltage is input from a constant voltage source, and the short-circuit current is a voltage In a gas concentration measuring device having an operational amplifier having an output terminal that amplifies and outputs a gas concentration signal that is a voltage value corresponding to the target gas concentration obtained by conversion,
A gas concentration measuring apparatus comprising a capacitor provided between a connection point between the counter electrode and the negative phase input terminal and ground.
前記検知極及び前記逆相入力端子間の接続点と接地との間に設けられたキャパシタを有することを特徴とするガス濃度測定装置。 A water container for containing water, a proton conductor film installed in the water container, a detection electrode provided on the proton conductor film and generating electrons due to a reaction between water vapor from the water container and a target gas And a counter electrode that is provided at a position facing the detection electrode on the proton conductor film and moves the electrons generated at the detection electrode to flow a short-circuit current according to the target gas concentration. An electrochemical gas sensor, a negative phase input terminal to which the detection electrode is connected and the short circuit current is input, a positive phase input terminal to which the counter electrode is connected and a constant voltage is input from a constant voltage source, and the short circuit current is a voltage In a gas concentration measuring device having an operational amplifier having an output terminal that amplifies and outputs a gas concentration signal that is a voltage value corresponding to the target gas concentration obtained by conversion,
A gas concentration measuring apparatus comprising a capacitor provided between a connection point between the detection electrode and the negative phase input terminal and ground.
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