JPH0547066B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、実熱量および熱伝導法のいずれによ
つても動作でき、また測定信号に関して前もつて
定めた基準値より下では実熱量法での読取りだけ
を行なうようなインジケータ−ユニツトに適合す
る測定装置の助けを得て、空気中の混合気中の可
燃性ガスの割合いを検出する方法に関するもので
ある。

本発明はこの方法に適する測定装置にも関す
る。

従来技術 可燃性ガスの検出と測定のために、触媒を含
む、また特定の温度（例えば500℃）、即ち測定ガ
ス中に存在する酸素部分を消費しながらセンサー
の表面上でそのガスを触媒作用で燃やし、センサ
ーの温度を上昇させるような温度、に加熱され
た、ガスセンサーを備えつけることは望ましい。
燃焼反応の間に発生する実熱量効果は、試験が行
なわれる空気混合可燃性ガスの濃度に関する測定
信号としてのセンサー温度上昇によつて、分析さ
れまた表現される。これに用いられる測定装置は
１般に、ハーフアームブリツジ配置中のアクテイ
ブ（検出器）およびパツシブ（補償器）センサー
である。このブリツジは定電流または定電圧いず
れによつてでも供電される。この型式の測定装置
は空気中の可燃性ガスの100％LEL（最低爆発限
度）の濃度よりも高い時に十分に動作する。例え
ばメタンにおいては、この限度は体積比にして５
％である。

この値よりも上では、検出器中での温度上昇、
補償器中の残余活性、酸素減少およびガス混合気
中の熱伝導などの総ては、ガス濃度における非線
型測定信号を増加に導く。

100％LELよりも高い範囲におけるガス濃度に
関しては、ブリツジ出力信号は明瞭なままではな
く、即ち２つのガス濃度が出力電圧値毎に発見さ
れる。

100％LELを越える濃度の明瞭な測定を達成す
るには、例えばホイートストンブリツジが別のア
ームに与えられる。これはまた、動作温度を低下
させた、例えば200℃の、ブリツジ配置において
センサー周囲におけるガス混合気の熱伝導度の変
化のみを測定することになる。

100％LELの範囲における熱伝導のための特定
のスレツシヨールド値に達した時、実熱量ホイー
トストンブリツジのゼロアームに接続されている
インジケーターは自動的に、適切な制御素子を通
してフルスケール読取りに切替わる。これは、ガ
ス試料が100％LELを越える可燃性ガス濃度を含
むという表示を与えるものである。

熱伝導と実熱量測定の間の切替えによる測定装
置の型式と方法は、DE−05 16 73 306において
説明されている。

既に知られている測定装置の場合には、例えば
空気中のメタンを測るため、１つのセンサーは
500℃付近の動作温度で実熱量ホイートストンブ
リツジ中に設けられ、また別のセンサーは例えば
2000℃の動作温度で熱伝導ホイートストンブリツ
ジ中に設けられる。

100％LELまでの測定範囲では、実熱量ホイー
トストンブリツジ中のセンサーが明瞭な信号を与
える。

100％LELの限度を越えると、実熱量ホイート
ストンブリツジのゼロアームにおける測定計器は
フルスケール読取りに実際に切替えられるが、し
かし実熱量センサーへの電流または電圧供給は継
続されている。

もし、空気混合気中のメタン含有が100％LEL
を大きく越えて増加するなら、触媒実熱量センサ
ーの表面上の燃焼加熱は、それによつて結果的に
触媒床の熱破壊をきたすか、あるいは少なくとも
センサーが他の測定には使用上の制限を受けるよ
うにるまで拡大する。

このような高い濃度においては、触媒燃焼は自
発的に行なわれるため、ガス濃度が低下するま
で、あるいは触媒が汚れるか、および／またはセ
ンサーが破損するまで継続されるものであり、セ
ンサーの動作温度を低下させるために加熱電流を
スイツチオフするためのポイントはない。

実熱量ホイートストンブリツジのゼロアームに
おけるインジケーターがフルスケール読取りに切
替つた後、空気混合気中に存在する実際的に検出
可能な、有害物質の濃度測定は、もはや不可能で
ある。

既に知られている測定装置においては、２つの
ホイートストンブリツジには、同時にそして継続
的に電力を供給してやらねばならず、また特に、
ホイートストンブリツジ内の両方のセンサーが、
一定の測定準備を保証するために200℃または500
℃にまで加熱され続けていることが必要である。

このことは、両方のセンサーが同時にそれらそ
れぞれの動作温度に維持されることが必要である
故に、電力消費が増加するということを意味して
いるのであるが、しかし実際の測定では、あるい
は測定計器をフルスケール読取りへと切替える時
間を設定するためには、それらのうちの１つだけ
が必要とされるに過ぎない。測定機器に必要なチ
ヤージ時間を与えるため、この増加された電力需
要は適切に容量増加された電源を要求し、また例
えば携帯用測定器の場合には、重く、そのため取
扱いの難しい電池を要求することとなる。

発明の目的 本発明が解決しようとしている問題は、可能な
限り低に電力消費で、体積比にして０から100％
の範囲の総合濃度であるような空気中の可燃性ガ
スの明瞭な測定を可能とするように、可燃性ガス
の既知の検出方法を改善することである。加え
て、最低爆発限界付近の低い測定範囲における測
定の精度は特に高いものである。改善された方法
による型式で動作することのできる測定計器は、
小さく、軽く、保守が容易でしかも部品点数も少
ない。検出素子の寿命もより長い。

発明の構成 この問題は、より高い温度で触媒的に活性して
いる単独のセンサー素子を用いることによつて特
徴づけられる方法によつて解決される。測定の開
始において、センサーは熱伝導測定に適している
初期温度T₁にあるよう一定に保たれ、その結果
としての測定信号は基準値R₁と比較され、そし
てそれが基準値R₁よりも下にあるならばセンサ
ーの温度は、実熱量測定を可能とする第２の温度
T₂にまで増加されてそこで一定に保たれ、さら
にセンサーから発散される測定信号はR₁よりも
さらに高いガス濃度に相当する負荷限界値Ｇと比
較され、そしてその温度は測定信号が限界値Ｇを
越えるとすぐに温度T₁にまで低下せられ、一定
に保たれる。

センサーが動作状態にある時、処理の第一段階
は可燃性ガスが少しでも存在するかどうかのチエ
ツクを行なうことである。

これは、極めて小さな電力を用いる、低い動作
温度T₁おいて、熱伝導測定を行なうよう、セン
サーをセツトすることによつて実行される。

もし、その測定結果の信号が、可燃性ガスは
R₁に相当する値よりも濃度において小さな値で
存在していることを示したならば、センサーの動
作モードは実熱量測定に切替えられ、またその動
作温度はT₂にまで高められる。

実熱量測定は熱伝導測定法よりもさらに正確に
実行でき、また空気混合気中の可燃ガスの濃度は
より正確に表示される。基準値R₁はこうして、
可燃ガスの存在を示し、またガス混合気の最低爆
発限界に達する前に可燃性ガスのそのような低い
濃度が存在する時に、センサーに損傷を与えるこ
とのない、さらに正確な実熱量測定に、センサー
を適当な時期に切替えるための、スレツシヨール
ド値とみなすことができる。

センサーが実熱量測定動作モードに入ると、発
生される測定信号は負荷限界値Ｇと比較される。

測定信号が限回値Ｇより下にある限り、センサ
ーは実熱量測定動モードにとどまる。例えば、ガ
スの濃度が上昇してこの限界値Ｇに達すると、セ
ンサーは熱伝導測定動作モードに、そしてより低
い動作温度T₁に切替わる。さらにガスの濃度が
上昇しても、測定はこのモードにおいて継続実行
され、また測定値は、相当するガス濃度下の多義
性なく照合される。限界値Ｇを固定する目的は、
あらゆる電力供給を停止しても触媒燃焼の自己継
続が生じてセンサーを破壊または破損させる前
に、ガス濃度が上昇した時に、より低い温度T₁
に切替えたいからである。より正確な実熱量測定
動作においては、可燃ガスの存在している中で、
センサーは制御されていない加熱を受けるのでな
く、望ましい温度T₂において一定に保たれるこ
とは可能である。正しい時期に熱伝導測定動作モ
ードに切替えることは、可燃性ガスの濃度が上昇
した時に実熱量測定のために必要となる。センサ
ーの触媒表面を破壊から保護することとなる。こ
うして、センサーの寿命は延ばされ、また動作温
度を保つために必要とされる量の電力消費をも制
限できる。

基準値R₁およびＧは、100％LELおよび140％
LELの間の範囲に位置させることが妥当である。
こうしてて、この範囲より下の総ての測定値は、
実熱量測定方法において行なわれたものとなる。

実熱量測定を実施するためになされる、変化す
る方方法は、測定信号が基準値R₁およびR₂の間
のウインドの中にある時のみ実行される。

こうして、下側スレツシヨールド値が定めら
れ、それより下ではエネルギーが節約される熱伝
導測定が実行され、また基準値R₂が越えられた
時のみ、より正確であるがエネルギー消費の大き
な実熱量測定に、センサーが切替えられる。

この方法は特に、長い周期にわたつて実質濃度
において基準値R₂より上の可燃性ガスの出現が
予想されない時に、有利である。

基準値R₁または負荷限界値Ｇは最低爆発限界
（LEL）の100〜140％付近に設けられ、第２の基
準値R₂はLELの２％および５％の間の範囲に設
けられる。

こうして、処理においては、最低爆発限界より
下の範囲では、増加したセンサー動作温度T₂に
おいて正確な実熱量測定方法によつて実質的な濃
度を得るように、また最低爆発限界に達すると直
ちにセンサーがより低い動作温度T₁において熱
伝導測定方法で動作するよう合理的に制御が調整
される。

可燃性ガスの濃度が最低爆発限界よりも下に落
ちると直ちに、センサーは自動的に実熱量測定方
法に戻るよう切替えられる。最低爆発限界より上
の増し加わつた濃度が現われる時、これは実熱量
測定モードで動作している時のセンサーを触媒燃
焼による損傷または破壊から保護することとなる
のは、その動作温度が適切な時に、より低い熱伝
導測定レベルに切替えられるからである。

こうして、これはまた高い濃度の可燃性ガスが
放散された時には実熱量測定モードにおいて再び
正確な測定を提供するよう仂くものである。

危険が存在する時に識別するため、上方の測定
範囲においてはフルスケール読取りの表示器をト
リガすることが望ましい場合もある。

これとは別に、第２の限界値が越えられた時
に、警報システムが動作されることもできる。

この方法を実行するための適当な測定装置は、
制御可能な電流源によつて、前もつて定めた温
度、この温度は連続的に測定され、チエツクさ
れ、外周温度に対してバランスされる温度、に維
持される単一のセンサーを含むものである。コン
ピユータはセンサー信号を前もつて定めた基準値
R₁，R₂または負荷限界値Ｇと比較し、そして信
号のサイズに応じてセンサーが実熱量測定モード
においてか、あるいは熱伝導測定モードにおいて
かの、いずれで動作すべきかを決定する。適切な
信号が電流源に与えられる。

こうして、単一のセンサーのみによつて、可燃
性ガスの濃度を測定するための２つのモードを、
両方の動作モードに関する１つの測定回路を用い
ることによつて、実行することが可能である。

本発明の実施例の動作は図面に示されており、
以下にさらに詳細に説明される。

実施例 第１図においては、熱伝導および実熱量の測定
の両方に適しているセンサー１が、制御可能な電
流源２および負荷抵抗器３に接続されている。

センサー１の両端のセンサー抵抗は増幅器４の
助けによつて測定され、コンピユータ５，６の中
で温度値に変換される。センサー測定信号は計測
器リード７を通して測定用増幅器８の正入力点に
到り、その出力点は信号リード９を通してコンピ
ユータ５に接続されている。リード１０，１１を
通して、コンピユータ５は基準値R₁およびR₂ま
たは負荷限界値Ｇを連続的にコンパレータ６に送
り出す。

センサー１の温度の高さ、および基準値R₁お
よびR₂またはＧに対しての測定された値の位置
に依存して、電流源２はポジテイブフイードバツ
ク１２を通してコンパレータ６によつて制御され
ているが、これはセンサー１の温度を維持する
か、または熱熱伝導測定および実熱量測定に対す
る動作温度の間の切替えをするかの、いずれか必
要とされる強さの電流を、電流源がセンサー１に
供給するように制御されているのである。望まし
い値は、外周温度に依存する温度プローブを通し
て集められる。コンピユータ５によつて定められ
る測定された値は、表示ユニツト１３によつて表
わされる。信号リード９からの測定信号が負荷限
界値Ｇを越えていれば、警報器１４は、限界値が
越えられた時に可聴または可視の表示を与えるよ
うに動作する。

第２図および詳細拡大図である第３図において
は、センサー１によつて測定されたメタンの２つ
の測定カーブが示されている。第１の測定カーブ
２１は、体積に対するパーセントで表わした、空
気混合気中の可燃性ガスの濃度に依存した測定信
号U_Sの過程である。

これはセンサー１の実熱量測定動作モードに適
用される。その横座標との交点は原点と、体積
100％における点とである。その２点の間で、こ
のカーブは最大値を通過する。第２の測定カーブ
２２は、熱伝導測定動作モードにおけるセンサー
１の測定信号の直線形信号過程を示している。こ
れは座標の原点で始まり、平坦な、負の傾きを示
している。基準値R₁，R₂および限界値Ｇは縦座
標上に記入されている。それらの、相当する測定
カーブとの交点は、２３および２４または２５で
ある。

測定装置を動作開始させるために、センサー１
は初期的に、熱伝導測定に適当な動作温度T₁に
まで、電流源２により調節される。その測定され
た値は測定カーブ２２の上にある。もし測定され
た値が限界値R₁よりも低いものとしてコンピユ
ータ５に受取られたなら、コンピユータ５，６
は、より低い濃度の可燃性ガスが存在しているこ
とを識別して、センサーは実熱量測定モードで動
作することが可能な動作温度T₂に移行する。

実熱量測定で得られる、総ての測定の結果は測
定カーブ２１の上にある。測定信号U_Sが限界値
Ｇの下にあるかぎり、センサー１は実熱量測定動
作モードにとどまつている。

しかし、測定信号が限界値Ｇを越えると直ち
に、コンピユータ５，６は可燃性ガスの濃度が、
例えば、体積比５％よりも上に達したと判断し、
そのため電流源２に対してセンサー１の動作温度
を下げさせるようにし、熱伝導測定動作モードに
必要なより低い動作温度T₁に至らせる。

もし、可燃性ガスの濃度が増加すれば、その後
の測定は濃く描かれた範囲の測定カーブ２２に沿
つて行なわれる。

もし、可燃性ガスの濃度が体積比にして５％よ
りもさらに低下すると、センサー１は再び実熱量
測定動作モードに切替わり、その後の測定結果は
測定カーブ２１の太い線で描かれている範囲に沿
つて移動する。

この方法によつて、可燃性ガスの濃度に依存し
て１つの動作モードから他へ交互的に切替えられ
る。

もし、さらに別の値R₂が越えられるなら、測
定装置は単に実熱量測定動作モードに切替えられ
るように動作は変化されるならば、コンパレータ
６はその測定結果の信号がR₁とR₂の間のウイン
ドウ内から来たものかどうかをチエツクする。

第２図において、メタン測定の例が、一定の比
の割合いではなく、示されているが、ここでは体
積比における５％の濃度が100％最低爆発限界に
相当している。最高爆発限界は単に情報として、
そしてこれも１定の比の割合いではなく、示され
ている。

他の可燃性ガスの測定も、類似の方法で行なわ
れる。

発明の効果 電力消費が少なく、構成素子数も少ない可燃性
ガスの濃度測定装置を提供することができる。し
かも本発明によれば爆発限界付近の濃度を高精度
に測定でき、しかもセンサーの寿命を延ばすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を用いた測定装置のブ
ロツク図、第２図は、実熱量および熱伝導測定を
示す図、第３図は、第２図の原点付近を拡大した
図である。 １…センサー、２…電流源、３…抵抗器、４…
増幅器、５…コンピユータ、６…コンパレータ、
７…リード線、８…測定用増幅器、９，１０，１
１…リード線、１２…フイードバツク回路、１３
…表示ユニツト、１４…警報器、２１…実熱量測
定カーブ、２２…測定カーブ、２３，２４，２５
…基準値、限界値と測定カーブの交点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実熱量、および熱伝導方式の両方によつて動
   作するインジケータユニツトに適合する測定装置
   を用いて空気の混合気中における可燃性ガスの割
   合いを検出する方法であつて、前記インジケータ
   ユニツトは測定信号がプリセツトされた基準値を
   下回ると実熱量方式−値のみを送出するようにし
   た方法において、高い温度で触媒的に活性化する
   １つの単独センサー素子１を用い、次のステツプ
   (a)〜(d)を有する、即ち (a) 測定の開始においてはセンサー１は熱伝導測
   定に十分な初期的温度T₁において一定に保た
   れ、 (b) 測定結果信号は基準値R₁と比較され、 (c) もし、それが基準値R₁より低いならば、セ
   ンサー１の温度は、実熱量測定を開始させるこ
   とのできる第２の温度T₂まで上昇させられて、
   そこで一定に保たれ、 (d) センサー１から発生する測定信号はR₁より
   さらに高いガス濃度に相当する負荷限界値Ｇと
   比較され、測定信号が限界値Ｇを越えると直ち
   に、センサー温度が温度T₁まで低下させられ、
   そして一定となる、 ステツプを有することを特徴とする検出方法。 ２ 基準値R₁および負荷限界値Ｇの両方が近似
   的には、最低爆発限界（LEL）の100％ないし
   140％にあるような、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３ ステツプ(b)において、測定結果信号が基準値
   R₁よりも低いガスス濃度に相当する、第２の基
   準値R₂に比較され、測定信号が付加した基準値
   R₂を越えた時にセンサー１の温度が方法段階(c)
   に従つて上昇させられることが付加されているよ
   うな、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ メタンの測定のために、基準値R₁または負
   荷限界値Ｇがおおよそ、可燃性ガスの100〜140％
   LELにあり、また第２の基準値R₂が２％および
   ５％LELの間の範囲に存在するような、特許請
   求の範囲第３項記載の方法。 ５ 段階(d)において、センサー１が測定装置上の
   インジケータユニツト１３をフルスケール読取に
   移行させるような、特許請求の範囲第１項または
   第３項記載の方法。 ６ 警報システム１４が動作するような、特許請
   求の範囲第５項記載の方法。 ７ 実熱量、および熱伝導方式の両方によつて動
   作するインジケータユニツトに適合する測定装置
   を用いて空気の混合気中における可燃性ガスの割
   合いを検出する方法であつて、前記インジケータ
   ユニツトは測定信号がプリセツトされた基準値を
   下回ると実熱量方式−値のみを送出するようにし
   た方法を実施するための測定装置において、 １つの単独センサー１が制御可能な電流源２に
   接続されており、その出力信号は測定用増幅器８
   を通してコンピユータ５，６に達し、該コンピー
   タはポジテイブフイードバツクユニツト１２を通
   して電流源に接続されて制御信号を、増幅器４で
   測定されたセンサー抵抗とコンパレータ６中に収
   容された基準値R₁，R₂または負荷限界値Ｇとの
   間の比較に基づいて電流源に供給し、 該電流源は、測定の開始時に前記センサー１に
   熱伝導測定を行うのに十分な第１の初期的温度
   T₁に維持する強度の電流を供給し、 第１の温度T₁での測定の際に得られた測定信
   号が基準値R₁よりも低い場合、前記センサー１
   に実熱量測定を行うのに十分な第２の温度T₂に
   まで高めて維持する強度の電流を供給し、 前記センサー１から発生する測定信号が、基準
   値R₁によつて表されるガス濃度よりさらに高い
   ガス濃度に相応する負荷限界値Ｇを越える場合、
   前記センサー１は前記第の温度T₁まで低下され、
   当該温度に維持されることを特徴とする測定装
   置。