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JP5822566B2 - Method of using electrochemical sensor and alarm device using electrochemical sensor - Google Patents
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JP5822566B2 - Method of using electrochemical sensor and alarm device using electrochemical sensor - Google Patents

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Description

本発明は、検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用い、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置における電気化学式センサの使用方法に関する。また、そのような使用方法を実施する電気化学式センサを用いた警報装置に関する。   The present invention is such that the detection electrode to which the detection target gas reacts and the counter electrode to which oxygen reacts are connected to both sides of the electrolyte layer, and the detection target gas contained in the outside air contacts the detection electrode at a diffusion-controlled rate. Using an electrochemical sensor provided with a diffusion control means having a diffusion control hole for controlling the inflow amount of the outside air, a current flowing from the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit flows in a reverse direction. The present invention relates to a method for using an electrochemical sensor in an alarm device provided with a determination unit that determines that the sensor is abnormal when the current flows as a negative current. Moreover, it is related with the alarm apparatus using the electrochemical sensor which enforces such a usage method.

警報装置等に搭載されるセンサの一つとして、例えば、一酸化炭素ガスを検知するCOセンサがある。また、このCOセンサの検知方式として、特許文献1に示すような電気化学式のものが知られている。電気化学式センサは、一般に、電解質溶液又は固体電解質を検知極及び対極で挟み込んで構成される。
なお、本明細書において説明する電気化学式センサは、特に、電解質溶液、電極、及びガス透過膜を含むものとする。この電気化学式センサの検知原理を、一酸化炭素ガスを検知するCOセンサを例に挙げて説明する。
As one of sensors mounted on an alarm device or the like, for example, there is a CO sensor that detects carbon monoxide gas. As a detection method of the CO sensor, an electrochemical method as shown in Patent Document 1 is known. The electrochemical sensor is generally configured by sandwiching an electrolyte solution or a solid electrolyte between a detection electrode and a counter electrode.
Note that the electrochemical sensor described in this specification particularly includes an electrolyte solution, an electrode, and a gas permeable membrane. The detection principle of this electrochemical sensor will be described using a CO sensor that detects carbon monoxide gas as an example.

COセンサの検知極に検知対象ガスである一酸化炭素が接触すると、下記(1)に示すように、検知極では一酸化炭素と水とが反応して二酸化炭素を生成するとともにプロトン(H+)及び電子(e-)が発生する。
CO + H2O → CO2 + 2H+ + 2e- ・・・ (1)
上記(1)の反応は、今回の様に拡散制御孔等がある条件下では、測定雰囲気中において一酸化炭素が拡散する速度に依存した拡散律速反応である(酸素と一酸化炭素が共存する検知極の混成電位付近においては一酸化炭素の酸化反応は拡散律速となる。)。
When carbon monoxide, which is a gas to be detected, comes into contact with the detection electrode of the CO sensor, as shown in the following (1), carbon monoxide and water react with each other to generate carbon dioxide and proton (H + ) And electrons (e ) are generated.
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e (1)
The reaction (1) is a diffusion-controlled reaction that depends on the rate at which carbon monoxide diffuses in the measurement atmosphere under conditions where there are diffusion control holes and the like as in this case (oxygen and carbon monoxide coexist). In the vicinity of the mixed potential of the sensing electrode, the oxidation reaction of carbon monoxide is diffusion-limited.)

また、検知極で発生したプロトン(H+)は電解質を通過して対極の側へ移動する。さらに、検知極で発生した電子(e-)は外部回路を通過して対極へと移動し、下記(2)に示すように、対極に導入される酸素及び電解質中の水と反応し、水酸基(OH-)を生成する。尚、検知極には酸素も存在するので、一般的には一酸化炭素の約半分は検知極の酸素で酸化され、残りの半分が対極の酸素で酸化される。
1/2・O2 + H2O + 2e- → 2OH- ・・・ (2)
Protons (H + ) generated at the detection electrode pass through the electrolyte and move to the counter electrode side. Furthermore, the electrons (e ) generated at the detection electrode pass through the external circuit and move to the counter electrode, and react with oxygen introduced into the counter electrode and water in the electrolyte as shown in (2) below. (OH ) is generated. Since oxygen is also present at the detection electrode, generally about half of the carbon monoxide is oxidized with oxygen at the detection electrode, and the other half is oxidized with oxygen at the counter electrode.
1 / 2.O 2 + H 2 O + 2e → 2OH (2)

このように上記反応に伴って検知極側から対極側へと外部回路を流れる電子(上記したプラス電流が流れる状態に相当)の電気的特性を、例えば、短絡電流値として検知することで、測定雰囲気中の一酸化炭素の濃度を測定することができる、又は、検知極、対極を開路状態としてその開路電圧を検知することで、測定雰囲気中の一酸化炭素の濃度を測定することができる。   In this way, the electrical characteristics of electrons (corresponding to the above-described positive current flow state) flowing through the external circuit from the detection electrode side to the counter electrode side in accordance with the above reaction are detected as, for example, a short-circuit current value. The concentration of carbon monoxide in the atmosphere can be measured, or the concentration of carbon monoxide in the measurement atmosphere can be measured by detecting the open circuit voltage with the detection electrode and the counter electrode being in an open circuit state.

ところで、警報装置は保安機器であるため、例えば、電源が入らなくなる、ガスセンサの感度が劣化する、回路が故障するといった問題が生じ、警報を正常に行わなくなる状態になることは、極力避ける必要がある。そのため、近年、警報装置に、警報装置自身が通電状態においてセンサや回路の故障の予兆を検知し、故障の虞があることを知らせる自己診断機能が搭載されている。   By the way, since the alarm device is a safety device, it is necessary to avoid as much as possible that the alarm cannot be normally performed due to problems such as failure to turn on the power, deterioration of gas sensor sensitivity, and circuit failure. is there. For this reason, in recent years, a self-diagnosis function has been installed in an alarm device that detects a sign of a failure of a sensor or a circuit when the alarm device itself is energized and notifies that there is a risk of failure.

上述の電気化学式センサの場合、センサの特性及び検知回路の構成上、正常にガスを検知したときには、正負のいずれか一方向にのみ信号を出力する(以下では、正常な場合の信号をプラスとする)。このため、電気化学式センサを用いる警報装置においては、センサの自己診断機能として、正常に機能している場合に比べ正負が反転した出力(マイナスとする)があった場合に、センサに故障の虞があることを知らせるように構成されているものが一般的である。   In the case of the above-described electrochemical sensor, due to the characteristics of the sensor and the configuration of the detection circuit, when the gas is detected normally, a signal is output only in either positive or negative direction (hereinafter, the normal signal is assumed to be positive). To do). For this reason, in an alarm device using an electrochemical sensor, the sensor may fail if the sensor self-diagnosis function has an output in which positive and negative are reversed (negative) compared to a normal function. It is common to be configured to notify that there is.

特開2004−279293号公報JP 2004-279293 A

ところで、電気化学式センサを用いる警報装置は、例えば、警報装置の点検時などに、当該センサが検知対象とするガスとは異なる種類の点検用ガスが吹き付けられることがある。このとき、電気化学式センサによっては、プラスの出力をした後、一時的にマイナスの出力をすることを発明者らは実験的に見出した。ここで、電気化学式COセンサの場合には、その点検ガスは水素ガスであり、通常その濃度は高濃度である。   By the way, an alarm device using an electrochemical sensor may be sprayed with a different type of inspection gas from the gas to be detected by the sensor when the alarm device is inspected, for example. At this time, the inventors experimentally found that, depending on the electrochemical sensor, a positive output is temporarily output after a positive output. Here, in the case of an electrochemical CO sensor, the inspection gas is hydrogen gas, and its concentration is usually high.

このような場合、センサ自体は故障していないにも関わらず、警報装置は上述の自己診断機能によってセンサに故障の虞があると判定してしまうので、利用者は警報装置を交換する必要があると誤認してしまう虞がある。   In such a case, although the sensor itself has not failed, the alarm device determines that there is a possibility of failure of the sensor by the above self-diagnosis function, so the user needs to replace the alarm device. There is a risk of misunderstanding.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気化学式センサを用いた警報装置において、点検用ガスが吹き付けられた場合でも誤った判定をすることがないとともに、通常利用時には故障の虞があることを正常に判定可能な電気化学式センサの使用方法を確立することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is not to make an erroneous determination even when an inspection gas is blown in an alarm device using an electrochemical sensor, and is normally used. It is an object of the present invention to establish a method for using an electrochemical sensor that can normally determine that there is a possibility of failure.

本発明に係る電気化学式センサの使用方法の特徴構成は、検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用い、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置における電気化学式センサの使用方法であって、前記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に異常があると判定せずに、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止することにある。 The characteristic configuration of the method of using the electrochemical sensor according to the present invention is that the detection electrode to which the detection target gas reacts and the counter electrode to which oxygen reacts are connected to both sides of the electrolyte layer, and the detection target gas contained in the outside air includes Using an electrochemical sensor comprising a diffusion control means formed with a diffusion control hole for controlling the inflow amount of the outside air so as to come into contact with the detection electrode at a diffusion rate, the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit A current flowing in the positive direction, a current flowing in the opposite direction as a negative current, and a method of using an electrochemical sensor in an alarm device provided with a determination means for determining that the sensor is abnormal when the negative current flows , after pre-Symbol plus current is detected, without determines that the negative current is abnormal when it is detected, determine the constant stopped for a predetermined time period, the determination by the determining means It is to stop.

発明者らの鋭意研究の結果、電気化学式センサと点検用ガスとの関係について次のことが分かった。拡散制御手段を備えた電気化学式センサを用いる警報装置において、拡散制御手段によってセンサ手段に侵入する気体の流入量を制御した場合でも、検知対象ガスよりも拡散速度の速い点検用ガスが浸入してきた場合には、検知極側に加えて対極側にも当該点検用ガスが回り込む。これにより、検知極と対極との双方において酸化反応が生じ、これによりセンサ手段のガスに対する感度が極端に低減する。特に、点検ガスは一般に高濃度のものが用いられるため、この現象が起こり易い。従って、点検用ガスにセンサ手段が曝露された場合には、排気開始直後には、対極側に当該ガスが滞留している。また、排気時には検知極側から当該ガスが抜けて行く。そのため、しばらくの間、対極側の方が検知極側よりも当該ガスと多く反応し、対極側から検知極側へと電流が流れる(マイナス電流が流れる)ことが判明した。   As a result of the intensive studies by the inventors, the following has been found regarding the relationship between the electrochemical sensor and the inspection gas. In an alarm device using an electrochemical sensor equipped with a diffusion control means, even when the inflow amount of gas entering the sensor means is controlled by the diffusion control means, an inspection gas having a faster diffusion speed than the detection target gas has entered. In such a case, the inspection gas circulates to the counter electrode side in addition to the detection electrode side. As a result, an oxidation reaction occurs at both the detection electrode and the counter electrode, thereby extremely reducing the sensitivity of the sensor means to the gas. In particular, since the inspection gas generally has a high concentration, this phenomenon is likely to occur. Therefore, when the sensor means is exposed to the inspection gas, the gas stays on the counter electrode side immediately after the start of exhaust. Also, during exhaust, the gas escapes from the detection electrode side. For this reason, it has been found that for a while, the counter electrode side reacts more with the gas than the detection electrode side, and a current flows from the counter electrode side to the detection electrode side (a negative current flows).

この点、本願特徴構成においては、プラス電流が検出された後に、マイナス電流が検出されると、マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、判定手段による判定を停止する。このため、点検用ガスが吹き付けられた場合でも、プラス電流の後一時的に生じるマイナス電流によってセンサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成とすれば、通常利用時にセンサに故障が生じた場合、出力がない状態からマイナス電流が流れるので、故障の虞があることを正常に検知することが可能である。   In this regard, in the feature configuration of the present application, when a negative current is detected after a positive current is detected, the determination by the determination unit is stopped for a predetermined period of time after the detection of the negative current. For this reason, even when the inspection gas is sprayed, there is no false detection that the sensor may be damaged by a negative current temporarily generated after the positive current. Further, with such a configuration, when a failure occurs in the sensor during normal use, a negative current flows from a state where there is no output, so that it is possible to normally detect the possibility of failure.

本発明に係る電気化学式センサの使用方法において、前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止することが好ましい。   In the method for using the electrochemical sensor according to the present invention, it is preferable that when the electrochemical sensor is turned on, the determination by the determination unit is stopped for a predetermined period after the power is turned on.

本構成の電気化学式センサの使用方法によれば、電源投入時においては、電気化学式センサの出力に関わらず、電源投入後所定期間、判定手段による判定が停止される。
従って、本構成では、例えば、警報装置を家屋に設置する際などにおいて電源投入後、所定期間内に、電磁波などの外的要因によってマイナス電流が流れても、センサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成においては、電源投入から所定期間を過ぎれば、判定手段により、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定するので、通常利用時には故障の虞があることを正常に判定することが可能である。
According to the method of using the electrochemical sensor of this configuration, when the power is turned on, the determination by the determining means is stopped for a predetermined period after the power is turned on, regardless of the output of the electrochemical sensor.
Therefore, in this configuration, for example, even if a negative current flows due to external factors such as electromagnetic waves within a predetermined period after turning on the power when installing an alarm device in a house, it is erroneously assumed that the sensor may be damaged. There is no detection. Also, in such a configuration, if a predetermined period has passed since the power was turned on, the determination means determines that the sensor is abnormal when a negative current flows. It is possible to determine.

また、本発明に係る電気化学式センサの使用方法において、前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定することが好ましい。   In the method of using the electrochemical sensor according to the present invention, it is preferable that the determination unit determines that the electrochemical sensor is abnormal when the negative current continues to flow for a predetermined determination period.

本構成の電気化学式センサの使用方法によれば、マイナス電流が流れた場合に即座に警報装置が故障していると判定せず、判定所定期間マイナス電流が流れ続けることを確認した後に、センサに異常があると判定する。
従って、本構成では、故障によりマイナス電流が流れ続ける場合のみセンサに異常があると判定し、判定所定期間より短い間マイナス電流が流れただけの場合には異常であるとは判定しなくなるので、例えば、警報装置外部からのノイズにより一時的にマイナス電流が流れた場合などに誤判定する虞が軽減でき、より高精度にセンサに異常があることを判断できる。
According to the method of using the electrochemical sensor of this configuration, when a negative current flows, it is not immediately determined that the alarm device has failed, and after confirming that the negative current continues to flow for a predetermined determination period, It is determined that there is an abnormality.
Therefore, in this configuration, it is determined that there is an abnormality in the sensor only when a negative current continues to flow due to a failure, and it is not determined that there is an abnormality if the negative current only flows for a shorter period than the predetermined determination period. For example, it is possible to reduce the possibility of erroneous determination when a negative current temporarily flows due to noise from the outside of the alarm device, and to determine that there is an abnormality in the sensor with higher accuracy.

本発明に係る警報装置の特徴構成は、検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用いて構成され、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置であって、前記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に異常があると判定せずに、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止する判定停止手段を備えることにある。
The characteristic configuration of the alarm device according to the present invention is that sensor means in which a detection electrode to which a detection target gas reacts and a counter electrode to which oxygen reacts are connected to both sides of the electrolyte layer, and the detection target gas contained in the outside air is in the detection pole. And an electrochemical sensor having a diffusion control means formed with a diffusion control hole for controlling the inflow amount of the outside air so as to come into contact at a diffusion-controlled rate, from the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit the current through the current through positive current, in the opposite direction as the negative current, a warning device which includes a determination means and sensor is abnormal when the negative current flows, before Symbol plus current is detected after without determines that the negative current is abnormal when it is detected, determine the constant stopped for a predetermined period of time it is to a judging stopping means for stopping the determination by the determination means.

上記特徴構成においては、停止手段により、プラス電流が検出された後に、マイナス電流が検出されると、マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、判定手段による判定を停止することができる。このため、点検用ガスが吹き付けられた場合でも、プラス電流の後一時的に生じるマイナス電流によってセンサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成とすれば、通常利用時にセンサに故障が生じた場合、出力がない状態からマイナス電流が流れるので、故障の虞があることを正常に検知することが可能である。   In the above characteristic configuration, when a negative current is detected after the positive current is detected by the stop means, the determination by the determination means can be stopped for a predetermined period of stoppage after detection of the negative current. For this reason, even when the inspection gas is sprayed, there is no false detection that the sensor may be damaged by a negative current temporarily generated after the positive current. Further, with such a configuration, when a failure occurs in the sensor during normal use, a negative current flows from a state where there is no output, so that it is possible to normally detect the possibility of failure.

本発明に係る警報装置において、前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止する電源投入時停止手段を備えることが好ましい。   The alarm device according to the present invention preferably includes a power-on stop unit that stops the determination by the determination unit for a predetermined period after the power is turned on when the electrochemical sensor is turned on.

本構成の警報装置によれば、電源投入時においては、電源投入時停止手段により、電気化学式センサの出力に関わらず、電源投入後所定期間、判定手段による判定が停止される。
従って、本構成では、例えば、警報装置を家屋に設置する際などにおいて電源投入後所定期間内に、電磁波などの外的要因によってマイナス電流が流れても、センサに故障の虞があると誤検知することがない。また、このような構成においては、電源投入から所定期間を過ぎれば、判定手段により、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定するので、通常利用時には故障の虞があることを正常に判定することが可能である。
According to the alarm device of this configuration, when the power is turned on, the power-on stop means stops the determination by the determination means for a predetermined period after the power is turned on regardless of the output of the electrochemical sensor.
Therefore, in this configuration, for example, when a warning device is installed in a house, even if a negative current flows due to external factors such as electromagnetic waves within a predetermined period after the power is turned on, it is erroneously detected that the sensor may be broken. There is nothing to do. Also, in such a configuration, if a predetermined period has passed since the power was turned on, the determination means determines that the sensor is abnormal when a negative current flows. It is possible to determine.

また、前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定することが好ましい。   Further, it is preferable that the determination unit determines that the electrochemical sensor is abnormal when the negative current continues to flow for a predetermined determination period.

本構成の警報装置によれば、判定手段により、マイナス電流が流れた場合に即座に電気化学式センサが故障していると判断せず、判定所定期間マイナス電流が流れ続けることを確認した後に、電気化学式センサが異常である、すなわち故障していると判定する。
従って、本構成では、故障によりマイナス電流が流れ続ける場合のみセンサに異常があると判定し、判定所定期間より短い間マイナス電流が流れただけの場合には異常であるとは判定しなくなるので、例えば、警報装置外部からのノイズにより一時的にマイナス電流が流れた場合などに誤判定する虞が軽減でき、より高精度にセンサに異常があることを判断できる。
According to the alarm device of this configuration, the determination unit does not immediately determine that the electrochemical sensor has failed when a negative current flows, and after confirming that the negative current continues to flow for a predetermined period of time, It is determined that the chemical sensor is abnormal, that is, it has failed.
Therefore, in this configuration, it is determined that there is an abnormality in the sensor only when a negative current continues to flow due to a failure, and it is not determined that there is an abnormality if the negative current only flows for a shorter period than the predetermined determination period. For example, it is possible to reduce the possibility of erroneous determination when a negative current temporarily flows due to noise from the outside of the alarm device, and to determine that there is an abnormality in the sensor with higher accuracy.

本実施形態における警報装置の外観を示す概略図Schematic showing the appearance of the alarm device in the present embodiment 本実施形態における電気化学式センサの全体構成を示す縦断面図A longitudinal sectional view showing the overall configuration of the electrochemical sensor in the present embodiment 電気化学式センサの要部であるセンサ本体の縦断面図Longitudinal sectional view of the sensor body, which is the main part of the electrochemical sensor 二極式の電気化学式センサを用いた基本測定回路図Basic measurement circuit diagram using a bipolar electrochemical sensor 予備試験の結果を示すグラフGraph showing the results of preliminary tests 電気化学式センサにおけるアノード極(検知極)及びカソード極(対極)の電位の高低差を示す図Diagram showing the difference in potential between the anode (detection) and cathode (counter) in an electrochemical sensor 電気化学式センサの特性を示すグラフGraph showing characteristics of electrochemical sensor

以下、本発明による実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the configurations described in the embodiments and drawings described below, and various modifications are possible.

1.装置の機械的構成
〔警報装置の外観構成〕
本実施形態における警報装置60の外観を図1(a)に示す。警報装置60は、概略直方体の筐体61を備え、筐体61内部には、電気化学式センサ100やメタンセンサ101などの各種センサ及び、センサからの出力信号に基づいて後述する各種処理を行うためのマイクロコンピュータ205が含まれている。筐体61の一面には、各種センサに点検用のガスを吹き付けるための点検口62が設けられている。
1. Mechanical structure of the device (appearance structure of alarm device)
An appearance of the alarm device 60 in the present embodiment is shown in FIG. The alarm device 60 includes a substantially rectangular parallelepiped casing 61. In the casing 61, various sensors such as the electrochemical sensor 100 and the methane sensor 101 and various processes to be described later are performed based on output signals from the sensors. The microcomputer 205 is included. On one surface of the housing 61, an inspection port 62 for blowing inspection gas to various sensors is provided.

警報装置60の内部構成を、図1(b)に示す。点検口62の軸方向に見て(図1の表裏方向視で)、点検口62と隣接する位置に、電気化学式センサ100及びメタンセンサ101が配置されている。このため、点検口62から侵入した点検用のガスは、電気化学式センサ100及びメタンセンサ101の双方に吹き付けられる。センサの位置関係は、より具体的には、点検口62の軸方向に見て、点検口62と重複する位置にメタンセンサ101が配置されている。そして、メタンセンサ101に隣接するように電気化学式センサ100が配置されている。   The internal configuration of the alarm device 60 is shown in FIG. The electrochemical sensor 100 and the methane sensor 101 are disposed at a position adjacent to the inspection port 62 as viewed in the axial direction of the inspection port 62 (as viewed from the front and back direction in FIG. 1). For this reason, the inspection gas that has entered from the inspection port 62 is sprayed onto both the electrochemical sensor 100 and the methane sensor 101. More specifically, regarding the positional relationship of the sensors, the methane sensor 101 is disposed at a position overlapping the inspection port 62 when viewed in the axial direction of the inspection port 62. An electrochemical sensor 100 is disposed adjacent to the methane sensor 101.

〔電気化学式センサの基本構造〕
図2は、本発明の電気化学式センサの使用方法で使用する電気化学式センサ100の全体構成を示す縦断面図である。図3は、電気化学式センサ100の要部であるセンサ本体10の縦断面図である。
[Basic structure of electrochemical sensor]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the electrochemical sensor 100 used in the method of using the electrochemical sensor of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the sensor main body 10 which is a main part of the electrochemical sensor 100.

本実施形態の電気化学式センサ100は、具体的には、一酸化炭素を検知対象ガスとしたCOセンサであり、その基本構造として、センサ本体10、水タンク20、フィルタ部30、ワッシャ40、及びガスケット50等を備える。   Specifically, the electrochemical sensor 100 of the present embodiment is a CO sensor using carbon monoxide as a detection target gas, and includes a sensor body 10, a water tank 20, a filter unit 30, a washer 40, and a basic structure thereof. A gasket 50 and the like are provided.

センサ本体10は、図3に示すように、電解質層1の両側(上下面)に検知極としてのアノード極2と対極としてのカソード極3とが夫々接続された積層構造を有するセンサ手段11と、後述する導電疎水膜4,5と、拡散制御板6とを備えている。
電解質層1は、後述するように、アノード極2での一酸化炭素の酸化反応に伴って発生するプロトン(H+)等のカチオンがカソード極3に移動する(あるいはカソード極3か
らOH-等のアニオンがアノード極2に移動する)際の媒質として機能し、例えば、濾紙
等の基体に下記の化学式で示される芳香族スルホン酸塩(重合体)を含む電解液を含浸させて構成することができる。

Figure 0005822566
なお、電解質層1には、図示しない参照電極を介在させても構わない。この場合、電解質層1を上下二層に分割し、両層の間に参照電極を挟み込む。 As shown in FIG. 3, the sensor body 10 includes sensor means 11 having a laminated structure in which an anode electrode 2 as a detection electrode and a cathode electrode 3 as a counter electrode are connected to both sides (upper and lower surfaces) of the electrolyte layer 1, respectively. Conductive hydrophobic films 4 and 5 described later and a diffusion control plate 6 are provided.
In the electrolyte layer 1, as will be described later, cations such as protons (H + ) generated by the oxidation reaction of carbon monoxide at the anode electrode 2 move to the cathode electrode 3 (or from the cathode electrode 3 to OH or the like). For example, a base such as a filter paper is impregnated with an electrolyte containing an aromatic sulfonate (polymer) represented by the following chemical formula. Can do.
Figure 0005822566
Note that a reference electrode (not shown) may be interposed in the electrolyte layer 1. In this case, the electrolyte layer 1 is divided into two upper and lower layers, and a reference electrode is sandwiched between both layers.

アノード極2は、一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化する電極触媒であり、一般に白金触媒等が使用される。カソード極3も、実質的にアノード極2と同様の構成を有している。本実施形態では、アノード極2、カソード極3の膜厚は夫々約0.05〜0.2mmに設定されている。   The anode 2 is an electrode catalyst that oxidizes carbon monoxide to carbon dioxide, and a platinum catalyst or the like is generally used. The cathode electrode 3 has substantially the same configuration as the anode electrode 2. In the present embodiment, the film thicknesses of the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are set to about 0.05 to 0.2 mm, respectively.

アノード極2の上側及びカソード極3の下側には、導電疎水膜4,5が夫々設けられる。この導電疎水膜4,5は、アノード極2又はカソード極3での反応に関わるガス(一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、及び酸素)を透過可能なガス透過膜として構成される。   Conductive hydrophobic films 4 and 5 are provided above the anode 2 and below the cathode 3, respectively. The conductive hydrophobic films 4 and 5 are configured as gas permeable films capable of transmitting gases (carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and oxygen) involved in the reaction at the anode 2 or the cathode 3.

アノード極2の上側の導電疎水膜4の上方には、拡散制御板6が設けられる。この拡散制御板6は、外気に含まれる一酸化炭素ガスがアノード極2に拡散律速で接触するように外気の流入量を制御する。具体的には、拡散制御板6には拡散制御孔6aが形成され、この拡散制御孔6aを経てアノード極2へと供給される外気及び一酸化炭素分子の供給量が制御される。従って、外気に含まれる一酸化炭素の濃度が高く、仮にそのままの状態で一酸化炭素をアノード極2に導入すれば、過剰な一酸化炭素のためにアノード極2での酸化反応が追いつかなくなるような場合でも、拡散制御板6に設けた拡散制御孔6aの作用により、アノード極2ですべての一酸化炭素の酸化反応を完了させることができる。
なお、本実施形態では、拡散制御板6はステンレス等の金属からなる薄板で形成され、拡散制御孔6aは打ち抜き等の任意の方法で形成されている。
A diffusion control plate 6 is provided above the conductive hydrophobic film 4 above the anode electrode 2. The diffusion control plate 6 controls the inflow amount of the outside air so that the carbon monoxide gas contained in the outside air contacts the anode electrode 2 at the diffusion rate. Specifically, a diffusion control hole 6a is formed in the diffusion control plate 6, and the supply amount of outside air and carbon monoxide molecules supplied to the anode electrode 2 through the diffusion control hole 6a is controlled. Therefore, if the concentration of carbon monoxide contained in the outside air is high and carbon monoxide is introduced into the anode electrode 2 as it is, the oxidation reaction at the anode electrode 2 cannot catch up due to excess carbon monoxide. Even in this case, the oxidation reaction of all the carbon monoxide can be completed at the anode 2 by the action of the diffusion control hole 6 a provided in the diffusion control plate 6.
In this embodiment, the diffusion control plate 6 is formed of a thin plate made of a metal such as stainless steel, and the diffusion control hole 6a is formed by an arbitrary method such as punching.

また、センサ本体10のカソード極3の側の下方には、水タンク20が接続される。水タンク20は、その外壁21の一部にくびれ部22が形成され、そのくびれ部22に、中央部に孔部41が形成されたワッシャ40が係留されている。外壁21とワッシャ40とによって包囲される空間Xには、水又は水を吸収させた吸水性樹脂23が収容されている。空間Xに存在する水は、水蒸気の状態でワッシャ40の孔部41を通り、センサ本体10のカソード極3を通して電解質層1に供給される。   A water tank 20 is connected below the sensor body 10 on the cathode electrode 3 side. The water tank 20 has a constricted portion 22 formed in a part of the outer wall 21, and a washer 40 having a hole portion 41 formed in the central portion is moored at the constricted portion 22. In the space X surrounded by the outer wall 21 and the washer 40, water or a water absorbent resin 23 that has absorbed water is accommodated. Water existing in the space X passes through the hole 41 of the washer 40 in the state of water vapor, and is supplied to the electrolyte layer 1 through the cathode electrode 3 of the sensor body 10.

一方、センサ本体10のアノード極2の側の上方には、フィルタ部30が設けられる。フィルタ部30は、第1通気孔31aが形成された上半部31に第2通気孔32aが形成された下半部32をかしめて中空部Yを形成し、その中空部Yに活性炭フィルタ33を充填した構成となっている。この構成において、外気に含まれる一酸化炭素は第1通気孔31aから侵入し、活性炭フィルタ33で不純物等が取り除かれた後、第2通気孔32aからセンサ本体10のアノード極2へと供給される。   On the other hand, a filter unit 30 is provided above the sensor body 10 on the anode electrode 2 side. The filter unit 30 forms a hollow portion Y by caulking the lower half portion 32 formed with the second vent holes 32a to the upper half portion 31 formed with the first vent holes 31a, and the activated carbon filter 33 is formed in the hollow portion Y. It has a configuration filled with. In this configuration, carbon monoxide contained in the outside air enters from the first ventilation hole 31a, and after impurities and the like are removed by the activated carbon filter 33, the carbon monoxide is supplied from the second ventilation hole 32a to the anode 2 of the sensor body 10. The

フィルタ部30と水タンク20の外壁21との間には、水タンク20から蒸発した水蒸気が外部に漏出しないように、ガスケット50が設けられる。   A gasket 50 is provided between the filter unit 30 and the outer wall 21 of the water tank 20 so that water vapor evaporated from the water tank 20 does not leak outside.

本発明の電気化学式センサ100では、水タンク20の底面24及び上半部31の上面31bが電極端子として機能する。従って、フィルタ部30の上半部31及び下半部32、センサ本体10の拡散制御板6、ワッシャ40、ならびに水タンク20の外壁21は、金属等の導電性材料で構成される。一方、ガスケット50は、絶縁材料で構成される。   In the electrochemical sensor 100 of the present invention, the bottom surface 24 of the water tank 20 and the top surface 31b of the upper half 31 function as electrode terminals. Accordingly, the upper half 31 and the lower half 32 of the filter unit 30, the diffusion control plate 6 of the sensor body 10, the washer 40, and the outer wall 21 of the water tank 20 are made of a conductive material such as metal. On the other hand, the gasket 50 is made of an insulating material.

〔測定回路〕
このように構成された電気化学式センサ100は、例えば、図4に示すような基本測定回路200に組み込まれる。この基本測定回路200は、電気化学式センサ100を二極式とした場合の測定方法に使用される。
[Measurement circuit]
The electrochemical sensor 100 configured in this manner is incorporated into a basic measurement circuit 200 as shown in FIG. 4, for example. The basic measurement circuit 200 is used in a measurement method when the electrochemical sensor 100 is a bipolar type.

電気化学式センサ100のセンサ本体10から発生した微小な電流(短絡電流)は、オペアンプ201、抵抗202、及びコンデンサ203によって増幅処理及び変換処理がなされ、出力端子204から電圧Vout(電気化学式センサの出力)として出力される。そして、この出力結果から、電気化学式センサ100において外気に含まれる一酸化炭素の濃度の検知が行われる。短絡電流は、電解質中をアノード極2からカソード極3に流れ、外部回路中をカソード極3からアノード極2へ流れる。通常、一酸化炭素濃度が増加するに従って、電圧Voutは増加する。前述の拡散制御孔6aが開孔している本願で言う正常状態では、大気中に存在する一酸化炭素等の還元性ガスの影響によりわずかにプラス電流(一酸化炭素を検出した時と同じ方向をプラスとする)が流れる状態となる。   A minute current (short-circuit current) generated from the sensor body 10 of the electrochemical sensor 100 is amplified and converted by the operational amplifier 201, the resistor 202, and the capacitor 203, and the voltage Vout (output of the electrochemical sensor) is output from the output terminal 204. ) Is output. From the output result, the electrochemical sensor 100 detects the concentration of carbon monoxide contained in the outside air. The short-circuit current flows from the anode 2 to the cathode 3 in the electrolyte, and from the cathode 3 to the anode 2 in the external circuit. Normally, the voltage Vout increases as the carbon monoxide concentration increases. In the normal state referred to in the present application in which the diffusion control hole 6a is opened, a slight positive current (in the same direction as when carbon monoxide is detected) due to the influence of a reducing gas such as carbon monoxide existing in the atmosphere. Becomes a plus).

2.電気化学式センサの異常状態
拡散制御板6を備えた電気化学式センサ100においては、検知対象ガスの濃度を正確に検知するためには、拡散制御孔6aを健全な状態に維持しておくことが重要である。ところが、例えば、気温変化が大きい環境下等では、結露水によって拡散制御孔6aが塞がれて拡散制御孔6aが部分的に又は完全に閉塞して拡散性が低下する虞がある。
2. Abnormal state of the electrochemical sensor In the electrochemical sensor 100 including the diffusion control plate 6, it is important to maintain the diffusion control hole 6a in a healthy state in order to accurately detect the concentration of the detection target gas. It is. However, for example, in an environment where the temperature change is large, there is a possibility that the diffusion control hole 6a is blocked by the dew condensation water and the diffusion control hole 6a is partially or completely blocked, thereby reducing the diffusibility.

先ず、電気化学式センサ100の拡散制御板6について、拡散制御孔6aの有無によって出力電圧にどのような違いが生じるかを確認する予備試験を行った。試験結果を図5に示す。図5では、(a)が拡散制御板6に拡散制御孔6aを設けたものであり、拡散制御孔6aが部分的に又は完全に閉塞していない正常状態(完全開口状態)に対応する。また、(b)が拡散制御板6に拡散制御孔6aを設けないものであり、拡散制御孔6aが部分的に又は完全に閉塞して拡散性が低下している異常状態(不完全開口状態、完全閉状態)に対応する。   First, with respect to the diffusion control plate 6 of the electrochemical sensor 100, a preliminary test was performed to confirm what kind of difference occurs in the output voltage depending on the presence or absence of the diffusion control hole 6a. The test results are shown in FIG. In FIG. 5, (a) shows a case where the diffusion control hole 6a is provided in the diffusion control plate 6 and corresponds to a normal state (completely open state) in which the diffusion control hole 6a is not partially or completely closed. Further, (b) is a case where the diffusion control hole 6a is not provided in the diffusion control plate 6, and an abnormal state (incomplete opening state) in which the diffusion control hole 6a is partially or completely closed and the diffusibility is lowered. , Fully closed state).

ここで、予備試験では、拡散制御板6に拡散制御孔6aを設けた電気化学式センサについて、20個の電気化学式センサを用いて行っている。そして、図5(a)では、20個の電気化学式センサのうち、出力電圧が最大の電圧値を示したもの、出力電圧が最小の電圧値を示したもの、出力電圧が最大と最小との間の電圧値を示したものの一部を示しており、残りのものは省略している。また、予備試験では、拡散制御板6に拡散制御孔6aを設けない電気化学式センサについても、20個の電気化学式センサを用いて行っている。そして、図5(b)では、20個の電気化学式センサのうち、出力電圧が最大の電圧値を示したもの、出力電圧が最小の電圧値を示したもの、出力電圧が最大と最小との間の電圧値を示したものの一部を示しており、残りのものは省略している。   Here, in the preliminary test, the electrochemical sensor in which the diffusion control hole 6a is provided in the diffusion control plate 6 is performed using 20 electrochemical sensors. In FIG. 5A, among the 20 electrochemical sensors, the output voltage indicates the maximum voltage value, the output voltage indicates the minimum voltage value, and the output voltage is the maximum and minimum. A part of the voltage values are shown, and the rest are omitted. Further, in the preliminary test, 20 electrochemical sensors are also used for the electrochemical sensor in which the diffusion control plate 6 is not provided with the diffusion control hole 6a. In FIG. 5B, among the 20 electrochemical sensors, the output voltage indicates the maximum voltage value, the output voltage indicates the minimum voltage value, and the output voltage is the maximum and minimum. A part of the voltage values are shown, and the rest are omitted.

正常状態に対応する図5(a)では、20個の電気化学式センサの全ての出力電圧はベースラインである1Vよりも常に上回っていた(すなわち、プラスの短絡電流が発生)。一方、拡散性が低下している状態に対応する図5(b)では、20個の電気化学式センサの全ての出力電圧はベースラインである1Vよりも常に下回っていた(すなわち、マイナスの短絡電流が発生)。これらの結果から、電気化学式センサ100の出力電流をモニタリングすることで、拡散性が低下しているか否かを判定することができると考えられる。
なお、この予備試験では、電気化学式センサ100の電極間の電気的特性として出力電圧をモニタリングしているが、出力電流であっても同様の結果が得られる。
In FIG. 5A corresponding to the normal state, all the output voltages of the 20 electrochemical sensors were always higher than the baseline of 1 V (that is, a positive short-circuit current was generated). On the other hand, in FIG. 5B corresponding to the state in which the diffusivity is lowered, all the output voltages of the 20 electrochemical sensors were always lower than the baseline of 1 V (that is, a negative short-circuit current). Occurs). From these results, it is considered that it is possible to determine whether or not the diffusibility is lowered by monitoring the output current of the electrochemical sensor 100.
In this preliminary test, the output voltage is monitored as an electrical characteristic between the electrodes of the electrochemical sensor 100, but the same result can be obtained even with the output current.

電気化学式センサ100において、アノード極2とカソード極3との間に電位差が生じると、両電極間に電流(短絡電流)が流れることになる。ここで、一般大気雰囲気中におけるアノード極2及びカソード極3で生じる反応は、下記(3)で表される平衡反応となる。
2 + 2H2O + 4e- ←→ 4OH- ・・・ (3)
ちなみに、この反応は、従来技術の項目で説明した(2)の式に相当する。ここで、図6(a)は、拡散性が低下していない正常状態において、アノード極2の平衡電位とカソード極3の平衡電位との高低を示しており、図6(b)は、拡散性が低下している状態において、アノード極2の平衡電位とカソード極3の平衡電位との高低を示している。ちなみに、上記(3)の反応による平衡電位Eeqは、酸素分圧をPO2、OH-の活量をaOH-、aOH=1及びPO2=1のときの電位をE0とすると、ネルンストの式から下記(4)のように表される(温度25℃の時)。

Figure 0005822566
In the electrochemical sensor 100, when a potential difference is generated between the anode electrode 2 and the cathode electrode 3, a current (short circuit current) flows between both electrodes. Here, the reaction occurring at the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 in a general air atmosphere is an equilibrium reaction represented by the following (3).
O 2 + 2H 2 O + 4e ← → 4OH (3)
Incidentally, this reaction corresponds to the equation (2) described in the section of the prior art. Here, FIG. 6A shows the level of the equilibrium potential of the anode electrode 2 and the equilibrium potential of the cathode electrode 3 in a normal state where the diffusibility is not lowered, and FIG. In the state where the property is lowered, the level of the equilibrium potential of the anode electrode 2 and the equilibrium potential of the cathode electrode 3 is shown. Incidentally, the equilibrium potential E eq due to the reaction of (3) above is assumed that the partial pressure of oxygen is P O2 , the activity of OH is a OH− , a OH = 1 and P O2 = 1 and the potential is E 0. From the Nernst equation, it is expressed as (4) below (at a temperature of 25 ° C.).
Figure 0005822566

図6(a)に示すように、拡散性が低下していない正常状態では、アノード極2の平衡電位はカソード極3の平衡電位よりも低くなっている。これは大気中の微量な一酸化炭素等の還元性ガスの酸化反応の影響によるものである。ところが、上記(4)において、酸素分圧PO2が低下すると(すなわち、反応する酸素が欠乏すると)、平衡電位が低下するが、アノード極2よりもカソード極3での方が影響が大きい。これは、拡散性の低下によって、センサ本体内の湿度が上昇し、アノード極2(上側)よりカソード極3(下側)の方がより水タンク20に近いため、カソード極3及びそれに接する導電疎水膜中での結露が優先的に起こり酸素分圧(PO2)がより低くなるためと考えられる。その結果、カソード極3での平衡電位の低下が大きく、図6(b)に示すように、アノード極2の平衡電位はカソード極3の平衡電位よりも高くなっている。よって、図6(a)にて示された正常状態と、図6(b)にて示された拡散性が低下している状態とでは、アノード極2の平衡電位とカソード極3の平衡電位との高低関係が逆転しており、アノード極2とカソード極3との間を流れる短絡電流は、正常時がプラス電流となるのに対し、拡散性が低下した後はマイナス電流となる(電解質中をアノード極2からカソード極3に流れる方向をプラスとしている)。 As shown in FIG. 6A, in a normal state where the diffusibility is not lowered, the equilibrium potential of the anode electrode 2 is lower than the equilibrium potential of the cathode electrode 3. This is due to the influence of the oxidation reaction of a reducing gas such as a small amount of carbon monoxide in the atmosphere. However, in the above (4), when the oxygen partial pressure P O2 decreases (that is, when the reacting oxygen is deficient), the equilibrium potential decreases, but the influence on the cathode electrode 3 is greater than that on the anode electrode 2. This is because the humidity in the sensor body increases due to a decrease in diffusibility, and the cathode electrode 3 (lower side) is closer to the water tank 20 than the anode electrode 2 (upper side). This is presumably because dew condensation preferentially occurs in the hydrophobic membrane and the oxygen partial pressure (P O2 ) becomes lower. As a result, the decrease in the equilibrium potential at the cathode electrode 3 is large, and the equilibrium potential at the anode electrode 2 is higher than the equilibrium potential at the cathode electrode 3 as shown in FIG. Therefore, in the normal state shown in FIG. 6A and the diffusibility state shown in FIG. 6B, the equilibrium potential of the anode electrode 2 and the equilibrium potential of the cathode electrode 3 are used. The short-circuit current flowing between the anode 2 and the cathode 3 becomes a positive current when it is normal, but becomes a negative current after the diffusibility is reduced (electrolyte). The direction in which the inside flows from the anode 2 to the cathode 3 is positive).

従って、通常利用時においては、アノード極2とカソード極3との間に流れる短絡電流を検知し、マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定することが可能である。   Therefore, during normal use, it is possible to detect a short-circuit current flowing between the anode 2 and the cathode 3 and determine that the sensor is abnormal when a negative current flows.

本願発明に係る警報装置は、検知対象ガスを検知して、その濃度を測定するガス検知測定機能を有するとともに、上述のマイナス電流が流れることにより電気化学式センサ100の異常を検知する異常検知機能を備えている。これらガス検知機能及び異常検知機能は、原則として、警報装置の動作において、その電源が投入されている限り働くように構成されている。
本願発明は、この異常検知機能に関して、点検作業時或いは電源投入直後の一定期間に、異常検知機能が働かないようにすることにある。
The alarm device according to the present invention has a gas detection measurement function for detecting a detection target gas and measuring the concentration thereof, and an abnormality detection function for detecting an abnormality of the electrochemical sensor 100 when the above-described negative current flows. I have. In principle, these gas detection function and abnormality detection function are configured to work as long as the power is turned on in the operation of the alarm device.
It is an object of the present invention to prevent the abnormality detection function from functioning during the inspection work or for a certain period immediately after the power is turned on.

以下、このような異常検知機能の停止が必要となる原因及びその状況において発生する現象に関して、警報装置の構造とともに説明する。   Hereinafter, the cause of the necessity of stopping the abnormality detection function and the phenomenon occurring in the situation will be described together with the structure of the alarm device.

図4に示すように、電気化学式センサ100は上記基本測定回路200に組み込まれると共に、出力端子204間にマイクロコンピュータ205が接続され、警報装置60内に備えられている。図4では、理解を容易にするために、マイクロコンピュータを別個に描いている。マイクロコンピュータ205は、ソフトウェア上での演算により、短絡電流のプラス、マイナス及びその大きさを計測する計測ステップを実行する計測手段(上記検知計測機能を果たす)211a、上記異常を有無を判定する判定ステップを実行する判定手段(上記異常検知機能を果たす)211b、及び判定停止ステップを実行する判定停止手段212、電源投入時停止ステップを実行する電源投入時停止手段213、を備えて構成されている。(各ステップについては、後述する)。   As shown in FIG. 4, the electrochemical sensor 100 is incorporated in the basic measurement circuit 200, and a microcomputer 205 is connected between the output terminals 204 and provided in the alarm device 60. In FIG. 4, a microcomputer is drawn separately for easy understanding. The microcomputer 205 performs measurement on the software to perform measurement steps for measuring plus and minus of the short-circuit current and the magnitude thereof (which performs the detection and measurement function) 211a. Determination means (executing the abnormality detection function) 211b for executing a step, determination stop means 212 for executing a determination stop step, and power-on stop means 213 for executing a power-on stop step are configured. . (Each step will be described later).

3.電気化学式センサの特性
図7(a)に、本実施形態に係る電気化学式センサ100としてのCOセンサに、一酸化炭素ガスを吹き付けた場合の出力(アノード極2とカソード極3との間にかかる電圧値)を示す。図7(a)のデータを取るにあたり、119個の電気化学式センサを用い、30、100、300、650、3000ppmの濃度の一酸化炭素ガスを段階的に吹き付けた。図7(a)では、119個の電気化学式センサのうち、出力電圧が最大の電圧値を示したもの、出力電圧が最小の電圧値を示したもの、出力電圧が最大と最小との間の電圧値を示したものの一部を示しており、残りのものは省略している。
3. Characteristics of Electrochemical Sensor FIG. 7A shows the output when carbon monoxide gas is blown onto the CO sensor as the electrochemical sensor 100 according to the present embodiment (applied between the anode electrode 2 and the cathode electrode 3). Voltage value). In taking the data of FIG. 7A, carbon monoxide gas having a concentration of 30, 100, 300, 650, and 3000 ppm was blown stepwise using 119 electrochemical sensors. In FIG. 7A, among 119 electrochemical sensors, the output voltage indicates the maximum voltage value, the output voltage indicates the minimum voltage value, and the output voltage is between the maximum and minimum values. A part of the voltage values is shown, and the rest are omitted.

図7(a)から分かるように、本実施形態に係る電気化学式センサに一酸化炭素ガスを吹き付けた場合は、濃度に依らず安定した1V(基準電位)より上のプラス出力が得られている。
上記計測手段211aは、この出力からCOの検知及び濃度特定を実行する。
As can be seen from FIG. 7A, when carbon monoxide gas is sprayed on the electrochemical sensor according to the present embodiment, a stable positive output above 1 V (reference potential) is obtained regardless of the concentration. .
The measuring means 211a executes CO detection and concentration specification from this output.

図7(b)に、本実施形態に係る電気化学式センサとしてのCOセンサに、一般に点検用ガスとして使用されるH2ガスを吹き付けた場合の出力を示す。図7(b)のデータを取るにあたり、119個の電気化学式センサを用い、30、100、300、650、3000ppmの濃度のH2ガスを段階的に吹き付けた。図7(b)では、119個の電気化学式センサのうち、出力電圧が最大の電圧値を示したもの、出力電圧が最小の電圧値を示したもの、出力電圧が最大と最小との間の電圧値を示したものの一部を示しており、残りのものは省略している。 FIG. 7B shows an output when H 2 gas, which is generally used as an inspection gas, is sprayed on the CO sensor as the electrochemical sensor according to the present embodiment. In obtaining the data of FIG. 7B, 119 electrochemical sensors were used, and H 2 gas having a concentration of 30, 100, 300, 650, and 3000 ppm was blown stepwise. In FIG. 7B, among 119 electrochemical sensors, the output voltage indicates the maximum voltage value, the output voltage indicates the minimum voltage value, and the output voltage is between the maximum and minimum values. A part of the voltage values is shown, and the rest are omitted.

図7(b)から分かるように、本実施形態に係る電気化学式センサにH2ガスを吹き付けた場合、3000ppmの高濃度のH2ガスを吹き付けた直後に、1V以下の出力を示す電気化学式センサが存在した。なお、図示していないが、119個の電気化学式センサのうち、大多数のセンサで1V以下の出力が確認された。この実験では、3000ppmのH2ガスが吹き付けられた直後(図7(b)横軸における1680s)から、図7(b)横軸における3120sまでの、約1500sの間、1V以下のマイナス出力が確認された。 As can be seen from FIG. 7B, when H 2 gas is sprayed on the electrochemical sensor according to the present embodiment, an electrochemical sensor showing an output of 1 V or less immediately after spraying a high concentration of H 2 gas of 3000 ppm. Existed. In addition, although not shown in figure, the output below 1V was confirmed by the majority of 119 electrochemical sensors. In this experiment, a negative output of 1 V or less was applied for about 1500 s from immediately after 3000 ppm of H 2 gas was sprayed (1680 s on the horizontal axis in FIG. 7B) to 3120 s on the horizontal axis in FIG. 7B. confirmed.

すなわち、発明が解決しようとする課題の項目、及び解決するための手段の項目において説明したように、点検用ガスが吹き付けられた場合において、センサが故障していないにもかかわらず、一時的にマイナス電流が流れることがあることが判明した。
そこで、判定手段211bの判定を一時的に停止する判定停止手段212を設ける。
That is, as described in the item of the problem to be solved by the invention and the item of means for solving the problem, when the inspection gas is blown, the sensor is temporarily out of order. It turned out that a negative current may flow.
Therefore, a determination stop unit 212 that temporarily stops the determination of the determination unit 211b is provided.

4.異常検知機能の停止
本願に係る警報装置では、上記異常検知機能に関連して、以下の<1>〜<3>のステップを所定間隔ごとに繰り返し実行する。
<1>計測手段211aが、アノード極2とカソード極3との間に流れるショート電流の状態を計測する計測ステップ。
<2>判定停止手段212が、1つ前の計測ステップにより計測された電流の状態がプラス電流であった場合、計測ステップにより計測された電流の状態がマイナス電流であっても、マイナス電流の検出後、判定停止所定期間、次に述べる<3>の判定ステップにおける判定を停止する判定停止ステップ。このステップは、言い換えると、プラス電流を検出した直後にマイナス電流が検出された場合に、判定停止所定期間、下記の判定ステップをスキップする。そして、判定停止所定期間の経過後は、下記の判定ステップを実行することとなる。
<3>判定手段211bが、マイナス電流が継続的に判定所定期間流れた場合に、電気化学式センサ100に異常が生じていると判定する判定ステップを実行する。
4). Stopping the abnormality detection function In the alarm device according to the present application, the following steps <1> to <3> are repeatedly executed at predetermined intervals in association with the abnormality detection function.
<1> A measurement step in which the measuring unit 211a measures the state of a short current flowing between the anode 2 and the cathode 3.
<2> When the current state measured by the previous measurement step is a positive current, even if the current state measured by the measurement step is a negative current, A determination stop step for stopping the determination in the determination step <3> described below after a detection for a predetermined period of determination stop. In other words, this step skips the following determination step for a predetermined period of time when the negative current is detected immediately after the positive current is detected. Then, after the determination stop predetermined period has elapsed, the following determination step is executed.
<3> The determination unit 211b executes a determination step of determining that an abnormality has occurred in the electrochemical sensor 100 when a negative current continuously flows for a predetermined period of time.

<2>の判定停止ステップにおける判定停止所定期間としては、電気化学式センサ100が点検用ガスを検出した際にマイナス電流が発生する時間に基づいて設定すると好適である。ここで、判定停止所定期間としては、例えば60分を採用することが可能である。   The determination stop predetermined period in the determination stop step <2> is preferably set based on the time during which a negative current is generated when the electrochemical sensor 100 detects the inspection gas. Here, as the determination stop predetermined period, for example, 60 minutes can be adopted.

この実施形態では、<3>の判定ステップにおいて、判定所定期間、マイナス電流が流れ続けた場合にのみ、電気化学式センサ100が異常であると判定する。すなわち、マイナス電流が流れ始めてから所定期間に満たないうちに、プラス電流が検知された場合には、異常ではないと判定する。ここで、判定所定期間としては、例えば120分を採用することが可能である。   In this embodiment, in the determination step <3>, it is determined that the electrochemical sensor 100 is abnormal only when a negative current continues to flow for a predetermined determination period. That is, when a positive current is detected within a predetermined period after the negative current starts to flow, it is determined that there is no abnormality. Here, for example, 120 minutes can be adopted as the predetermined determination period.

上記<1>において、「ショート電流」は電気的特性の一つに該当するものである。この「ショート電流」は、アノード極2とカソード極3とをショート(短絡)したときの電流である。
また、上記<2>において、「1つ前の計測ステップにより計測された電流の状態」は、例えば、図示しないメモリ等に格納しておくことができる。
In the above <1>, the “short current” corresponds to one of the electrical characteristics. This “short current” is a current when the anode 2 and the cathode 3 are short-circuited.
In the above <2>, the “state of current measured in the previous measurement step” can be stored in, for example, a memory (not shown).

また、この実施形態では、<4>電源投入時停止手段213が、電気化学式センサの電源投入時には、電気化学式センサ100に電源を投入してから電源投入後所定期間、無条件に判定ステップにおける判定を停止する電源投入時停止ステップを実行する。言い換えると、電源投入直後は、電源投入後所定期間、上記の<1>、<2>、<3>のステップの実行時に、<3>の判定ステップが強制的にスキップされる。   In this embodiment, the <4> power-on stop means 213 unconditionally makes a determination in the determination step for a predetermined period after the power is turned on when the electrochemical sensor 100 is turned on. Execute the power-on stop step to stop In other words, immediately after the power is turned on, the determination step <3> is forcibly skipped when executing the above steps <1>, <2>, and <3> for a predetermined period after the power is turned on.

電源投入時停止ステップにおける電源投入後所定期間としては、例えば、電気化学式センサ100を家屋に設置し、電源を投入した際に行う電気化学式センサ100の点検に要する時間以上を設定すると好適である。ここで、電源投入後所定期間としては、例えば25分を採用することが可能である。   As the predetermined period after power-on in the power-on stop step, for example, it is preferable to set a time longer than that required for inspection of the electrochemical sensor 100 performed when the electrochemical sensor 100 is installed in a house and the power is turned on. Here, for example, 25 minutes can be adopted as the predetermined period after the power is turned on.

このように、本発明の電気化学式センサ100の使用方法は、点検用ガスが吹き付けられた場合に、プラス電流から一時的にマイナス電流に転じるという電気化学式センサ100に特有の特性を利用するものである。特に、本実施形態における電気化学式センサ100としてのCOセンサに、点検用のガスとして高濃度のH2ガスを吹き付けた場合に誤判定が生じることを効果的に抑制することができる。 As described above, the method of using the electrochemical sensor 100 of the present invention utilizes the characteristic characteristic of the electrochemical sensor 100 that when the inspection gas is blown, the positive current temporarily changes to the negative current. is there. In particular, it is possible to effectively suppress the occurrence of erroneous determination when high concentration H 2 gas is sprayed as the inspection gas on the CO sensor as the electrochemical sensor 100 in the present embodiment.

本発明は、検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えて構成された電気化学式センサを用い、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置に適応可能である。   The present invention is such that the detection electrode to which the detection target gas reacts and the counter electrode to which oxygen reacts are connected to both sides of the electrolyte layer, and the detection target gas contained in the outside air contacts the detection electrode at a diffusion-controlled rate. An electrochemical sensor comprising a diffusion control means having a diffusion control hole for controlling the inflow amount of the outside air, and the current flowing from the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit is positive current, The present invention can be applied to an alarm device including a determination unit that determines that the sensor has an abnormality when the negative current flows, with the current flowing in the direction being a negative current.

1 電解質層
2 アノード極(検知極)
3 カソード極(対極)
6 拡散制御板(拡散制御手段)
6a 拡散制御孔
11 センサ手段
60 警報装置
100 電気化学式センサ
211b 判定手段
212 判定停止手段
213 電源投入時停止手段
1 Electrolyte layer 2 Anode electrode (detection electrode)
3 Cathode electrode (counter electrode)
6 Diffusion control board (Diffusion control means)
6a Diffusion control hole 11 Sensor means 60 Alarm device 100 Electrochemical sensor 211b Determination means 212 Determination stop means 213 Power-on stop means

Claims (6)

検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用い、前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置における電気化学式センサの使用方法であって、
記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に異常があると判定せずに、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止する電気化学式センサの使用方法。
Sensor means in which a detection electrode that reacts with the detection target gas and a counter electrode that reacts with oxygen are connected to both sides of the electrolyte layer, and the inflow of the outside air so that the detection target gas contained in the outside air contacts the detection electrode in a diffusion-controlled manner. An electrochemical sensor provided with a diffusion control means in which a diffusion control hole for controlling the amount is formed, a current flowing from the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit is a positive current, and a current flowing in the opposite direction is a negative current As a method of using an electrochemical sensor in an alarm device provided with a determination means for determining that there is an abnormality in the sensor when the negative current flows,
After pre-Symbol plus current is detected, without determines that the negative current is abnormal when it is detected, determine the constant stopped for a predetermined time period, the use of an electrochemical sensor for stopping the determination by the determination means.
前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止する請求項1に記載の電気化学式センサの使用方法。   The method of using an electrochemical sensor according to claim 1, wherein when the electrochemical sensor is turned on, the determination by the determination means is stopped for a predetermined period after the power is turned on. 前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定する請求項1又は2に記載の電気化学式センサの使用方法。   The method for using an electrochemical sensor according to claim 1 or 2, wherein the determination unit determines that the electrochemical sensor is abnormal when the negative current continues to flow for a predetermined determination period. 検知対象ガスが反応する検知極及び酸素が反応する対極を電解質層の両側に接続したセンサ手段と、外気に含まれる前記検知対象ガスが前記検知極に拡散律速で接触するように前記外気の流入量を制御する拡散制御孔を形成した拡散制御手段とを備えた電気化学式センサを用いて構成され、
前記対極から前記検知極へ外部短絡回路を介して流れる電流をプラス電流、逆方向に流れる電流をマイナス電流として、前記マイナス電流が流れる場合にセンサに異常があると判定する判定手段を備えた警報装置であって、
記プラス電流が検出された後、前記マイナス電流が検出された場合に異常があると判定せずに、判定停止所定期間、前記判定手段による判定を停止する判定停止手段を備える警報装置。
Sensor means in which a detection electrode that reacts with the detection target gas and a counter electrode that reacts with oxygen are connected to both sides of the electrolyte layer, and the inflow of the outside air so that the detection target gas contained in the outside air contacts the detection electrode in a diffusion-controlled manner. And an electrochemical sensor provided with a diffusion control means having a diffusion control hole for controlling the amount,
An alarm provided with determination means for determining that the sensor has an abnormality when the negative current flows, with the current flowing from the counter electrode to the detection electrode via an external short circuit as a positive current and the current flowing in the opposite direction as a negative current. A device,
After pre-Symbol plus current is detected, without determines that the negative current is abnormal when it is detected, determine the constant stopped for a predetermined time period, the alarm device comprising a determination stop means for stopping the determination by the determination means.
前記電気化学式センサの電源投入時に、電源投入後所定期間、前記判定手段による判定を停止する電源投入時停止手段を備える請求項4に記載の警報装置。   5. The alarm device according to claim 4, further comprising a power-on stop unit that stops determination by the determination unit for a predetermined period after the power is turned on when the electrochemical sensor is turned on. 前記判定手段が、判定所定期間、前記マイナス電流が流れ続けた場合に、前記電気化学式センサが異常であると判定する請求項4又は5に記載の警報装置。   The alarm device according to claim 4 or 5, wherein the determination unit determines that the electrochemical sensor is abnormal when the negative current continues to flow for a predetermined determination period.
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