JPH02304341A - オゾン濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、雰囲気中のオゾン濃度を検知するオゾン濃
度測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来からオゾンは種々の利用法があり、例えば冷蔵庫の
におい消しに用いることが知られている。

これは冷蔵庫内に殺閑灯を設け、その放射する紫外線に
よって庫内にオゾンを生成させて、このオゾンの働きに
より庫内のにおいを除去するものである。このようなオ
ゾンの利用においては、オゾンの毒性を考慮するとその
発生量の制御が必要であり、このためにオゾン濃度をセ
ンサによって検知しオゾン発生量を制御することが考え
られる。

このような場合に必要となるオゾンセンサとして半導体
薄膜を利用する手段がある。

第５図は例えば特開昭６３−２９８１４８号公報に示さ
れたＩｎ２Ｏ３（酸化インジューム）を生成物とするｎ
型半導体薄膜型オゾンセンサの正面図である。また、第
６図は第５図に示したＡ−・Ａ線に沿う断面図である。

第５図及び第６図において（１０１）はＡ　Ｉ　２０　
ａ等の耐熱性と絶縁性を有する基板、（１０２）は基板
（１０１）上にくし型に印刷成形された一対のセンサ電
極、（１０３）は基板表面に形成されたｎ型半導体薄膜
よりなる感オゾン膜である。なお、（１０５）は感オゾ
ン膜（１０３）を加熱するため基板（１０１）の裏側に
取付けた発熱体であり、（１０６）はその電極である。

このようなｎ型半導体薄膜で形成された感オゾン膜（１
０３）はオゾンのような酸化性の強い気体を吸着すると
、その電気抵抗が増加する性質を有するので、オゾン濃
度に応じて増大した一対のセンサ電極（１０２）間の抵
抗値をリード線（１０４）を介して測定することにより
オゾン濃度の検出を行なうことができる。なお、感オゾ
ン膜（１０３）には上記Ｉｎ　　ＯのほかにＳ　ｎ　Ｏ
２（酸化スズ）などのｎ型半導体を使用してもよい。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようなｎ型半導体オゾンセンサのオゾン濃度とセ
ンサ抵抗値の関係は、第７図のセンサにオゾンが接触し
た後の経過時間とセンサ抵抗値との関係線図に示される
ように、オゾン濃度の増加に対して抵抗値は大きく増加
し、比較的高いオゾン濃度雰囲気中では抵抗値は測定で
きないほどに大きくなる。一般には、回路の基板などが
吸湿によって絶縁抵抗が減少した場合に、センサの抵抗
値はこれらの抵抗値よりも高くなって正しいオゾン濃度
の測定は不可能である。この場合センサの膜厚を厚くす
ることによってオゾン濃度に対応するセンサの抵抗値を
下げることができるが、一方センサの応答は鈍くなって
、抵抗値がオゾン濃度に対応した値に達するまでの時間
と抵抗値変化との関係は、第７図に示したものより遅く
緩やかになる。したがって、このセンサを用いた従来の
オゾン濃度測定装置では高濃度における測定の正確さと
応答速度とが互いに両立しないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、応答が速くかつ広い測定レンジを有するオゾン
濃度測定装置を得ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るオゾン濃度測定装置は、ｎ型半導体オゾ
ンセンサとその抵抗値を１３定する回路とを設けるとと
もに、マイクロコンピュータによってこの測定抵抗値が
上昇し始めた時点を認識し、さらにこの時の時間と抵抗
値とを基準として、その後一定時間ごとに抵抗値の増加
率を認識し、その都度演算によってオゾン濃度を測定表
示する手段を備えるようにしたものである。

［作　用］ この発明においては、センサにオゾンが吸着してその抵
抗値が上昇し始めたことを演算装置が検知し、この時の
抵抗値と時間を基準にして、一定の短い時間後ごとにそ
の抵抗値の増加率によってオゾン濃度が検出される。、
また、抵抗値が平衡に達すると、その抵抗値に基づいて
オゾン濃度の検出を行うように演算を切換える。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例によるオゾン濃度測定装置
の構成を示すブロック図、第２図はセンサの測定回路を
示す図である。第１図及び第２図において、（１）はオ
ゾンセンサで、例えばＩｎ２Ｏ３系のｎ型半導体を用い
た半導体ガスセンサ素子が使用され、上記従来装置の第
４図、第５図と同様のものである。（２）はセンサ用直
流電ｇ、（３）は測定回路、（４）はオゾンセンサ（１
）の出力電圧をアナログからデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器、（５）はＡ／Ｄ変換器（４）の出力信号を
処理する入力回路、（６）は内部に時計機能を有し、入
力回路（５）からの信号を演算処理する中央処理装置（
ＣＰＵ）、（７）は中央処理装置（６）の直流電源、（
８）は中央処理装置（６）からの出力信号を次段の回路
等への入力信号に変換する出力回路、（９）は中央処理
装置（６）で得た出力信号を記憶するメモリー（記憶装
置）、（１０）は出力回路（８）によってオゾン濃度を
表示する濃度表示部である。

上記のような構成に基づき、第３図の一実施例によるオ
ゾン濃度検出装置の動作フローを示すフローチャートに
よって動作を説明する。

まず、測定開始ステップ（Ｌ２）で測定を開始すると、
オゾンセンサ（１）には規定の電圧が印加されるととも
に、オゾンセンサ（１）の基準抵抗Ｒｓの初期値として
無限大のＲｓ−■がＲｓの初期値設定ステップ（１３）
において演算回路に設定される。

次に、待機ステップ（１４）でＷ秒（ここではＷ−１と
する）待った後に、Ｒｍ測定ステップ（１５）に進んで
オゾンセンサ（１）の抵抗値Ｒｍを測定する。

Ｒｅ設定ステップ（ＩＢ）でＲｍ　／　ＲｓをＲｅとし
、判定ステップ（１７）に進んでＲｅが１．１より大き
いか否かを判定してＮＯであればＲｅ設定ステップ（１
８）に進み、ＲｓをＲｍと同じ値に再設定し、一般的な
演算式Ｃ−Ａ＋ＢＩｏｇ　Ｒｍ　（Ａ、　　Ｂは定数）
の式（１）により濃度算出ステップ（１９）においてＲ
ｍの値からオゾン濃度Ｃを算出し、濃度表示ステップ（
２０）でこれを表示する。次いで、基準時間設定ステッ
プ（２１）で内臓時計の時間を１（Ｗ）秒に設定して待
機ステップ（１４）に戻る。

以上のようにステップ（１７）でＲｅ　＞　１．Ｌでな
ければ（オゾンがほとんど存在しない場合）、ステップ
（１４）からステップ（２１）までのループ■を約１（
Ｗ）秒サイクルで動作し、オゾン濃度の測定と表示がそ
の都度行なわれる。

次にこの状態のオゾンセンサ（１）を例えばオシ゛／濃
度１　ｐｐｍの雰囲気中に入れた場合の動作を説明する
。オゾンセンサ（１）自体の抵抗はその直後から後述す
る第７図に示すように変化するので、１（Ｗ）秒後には
Ｒｍ／　Ｒｓ　＞１．１　　（１０％以上の増大）とな
り、判定ステップ（１７）でＹＥＳとなりＴの条件付き
設定ステップ（２２）に進んで、これまでのＴ−１（Ｗ
）をＴ−２と改め、Ｗ＞２ならばＴの再設定は不要とし
、濃度算出ステップ（２３）においてＣ−ｅｘｐ　（Ａ
ｌｏｇ　Ｒｅ／ｌｏｇ　Ｔ）　／Ｂの式（２）よりオゾ
ン濃度Ｃを算出し、濃度表示ステップ（２４）でこれを
表示する。次に、待機ステップ（２５）でＷ（１）秒待
つことにより待機ステップ（２Ｂ）を経てＴｍＴ＋Ｗを
設定し、Ｒｎ測定ステップ（２７）でオゾンセンサ（１
）の抵抗を測定し、この値をＲｎとする。このＲｎがＲ
ｎ判定ステップ（２８）で無限大（測定可能、な最大抵
抗値でここでは１００　ＭΩ−Ｒｏｏとする）か否かの
判定をし、第７図で見られるようにＴ−Ｔ＋Ｗ−２秒の
ときＲｎはＲ−に満たないのでＹＥＳを選択し、Ｒｎ／
Ｒｍ判定ステップ（２９）に進む。Ｒｎ　／　Ｒｍ判定
ステップ（２９）におけるＲ　ｎ　／　Ｒｍが１．０３
より大きいか否かの判定で、抵抗の上昇率が大きい場合
はＹＥＳが選択され、Ｔ判定ステップ（３０）でＴが６
０×Ｗより大きいか否かの判定の結果、ＹＥＳであれば
Ｒｍ判定ステップ（３１）においてＲｍ−Ｒｎと設定し
、Ｒｅ設定ステップ（１６）に戻りで以後ループ■のス
テップを繰返し実行する。また、第７図に見られるよう
にオゾン濃度ｌｐｐｍの雰囲気中にこのオゾンセンサ（
１）を入れると、１８秒後にはＲｎが仮りに設定したＲ
ｏｏの１００ＭΩを超えるため、Ｒｎ判定ステップ（２
８）においてＮｏとなり、濃度は１（Ｗ）秒前に算出し
たＣを濃度表示ステップ（２４）により表示し、Ｒｎの
値が測定の可能なＲ＝＝０より小さくなるまでループ■
を繰返し実行する。

オゾンセンサ（１）の抵抗値の上昇率が小さくなりＲｎ
の値が１（Ｗ）秒前に測定したＲｍの値の１．０３倍以
下になった場合、Ｒｎ　／　Ｒｍ判定ステップ（２９）
でＮＯが選択されてＲｍ設定ステップ（３２）に進んで
ＲｍとＲｎを等しくシ、次いでＲｅ設定ステップ（１８
）によりＲｓを改め、一般的な濃度を算出する濃度算出
ステップ（１９）によりオゾン濃度ＣＪＥ：算出して、
この濃度Ｃを濃度表示ステップ（２０）で表示し、Ｒｅ
が判定ステップ（１７）により１．１を超えるまでルー
プＩを繰返し実行する。

また、Ｒｎ判定ステップ（２８）でＲｎがＲｏＯを超え
てＮＯが選択されると、ループ■の手順となってＲｎが
減少するまで濃度Ｃの表示が継続する。

また、Ｒｎ　／　Ｒｍが１６０３以上でＲｎ　／　Ｒｍ
判定ステップ（２９）がＹＥＳを選んでも、Ｔが８０（
６０ｘＷ）秒を超えるような場合にはループ■やループ
■の実行が繰り返えされる間に新たな濃度変化があった
ものと考えられるので、Ｔ判定ステップ（３０）により
Ｒｍ設定ステップ（３２）を介してＲｅ設定ステップ（
１８）に至り、ループＩを実行させてＲｍ。

Ｒｓ、Ｔを新たに設定し、Ｒｅが判定ステップ（１７）
により判定してループＩによる通常の濃度計算が適当か
否かの選択を行うこととなる。

第７図の経過時間とセンサ抵抗の関係を示す曲線を例に
とると、Ｃ−ｅｘｐ　（Ａｌｏｇ　Ｒｅ／ｌｏｇＴ）／
Ｂで示される式（２）中の定数としてＡ−１，６４３、
Ｂ−２５２が得られるので、Ｃｍｅｘｐ（１，６４３ｌ
ｏｇ　Ｒｅ　／　ｌｏｇ　Ｔ　）　／　２５２によって
、図中の各濃度、各時間においてオゾン濃度（補正濃度
）を算出した結果を第４図に示す。すなわち、上式の濃
度計算および第３図のフローチャートによれば、定数Ａ
、Ｂを適切な値に設定することにより、第７図のように
オゾンセンサの応答が遅い場合、あるいは真の抵抗が測
定できないほどに高い抵抗値になった場合でも、応答が
速くかつ高精度のＤＩ定を行うことが可能となる。

なお、上記実施例では抵抗値が上昇するときのみの濃度
補正計算およびその判断などについて説明したが、抵抗
下降時においても同様なステップで的確な濃度表示を行
うことが可能となる。

また、オゾン濃度を酸化還元指示薬の色の変化で検出し
、この変化を受光素子の抵抗（出力電圧）変化に変換し
て検知する方式の測定器に適用することもできる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、応答の遅いｎ型半導
体センサによるオゾン濃度検出において、雰囲気中のオ
ゾン濃度が高い場合やまた例えば急変したときであって
も、これに対するセンサ抵抗値の変化を検知し、その変
化率からオゾン濃度を逐次演算表示するようにしたので
、速い応答速度でかつ広い範囲のオゾン濃度の測定値が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるオゾン濃度測定装置
の構成を示すブロック図、第２図はこの発明で使用する
オゾン検知回路図、第３図はこの発明の詳細な説明する
ためのフローチャート、第４図はこの発明によって得ら
れるオゾン濃度（補正濃度）と経過時間との関係を示す
線図、第５図は通常のオゾンセンサの一例を示す正面図
、第６図はそのＡ−Ａ断面図、第７図は従来のオゾンセ
ンサの各オゾン濃度雰囲気における抵抗値、時間及び濃
度の関係を示す線図である。 図において、（１）はオゾンセンサ、（３）は測定用回
路、（４）はＡ／Ｄ変換器、（５）は入力回路、（６）
は中央処理装置（ＣＰＵ）　、（８）は出力回路、（９
）はメモリー、（１０）は濃度処理部、（１５）、（２
７）はオゾンセンサ（１）の抵抗測定ステップ、（１７
）　。 （２９）はＷ秒前の抵抗値と現在の抵抗値を比較する判
定ステップ、（１０１）は基板、（１０２）は電極、（
１０３）は感オゾン膜、（１０５）は全体加熱用の発熱
体、（１０６）は発熱体の電極である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 第１図 第２図 第５図 第７図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ型半導体の薄膜型オゾンセンサと、このオゾンセンサ
   の抵抗値を検出してオゾン濃度を周期的に算出する演算
   装置と、上記周期内での上記抵抗値の上昇率が設定値を
   超えたときに、その時点を基準として上記上昇率を上記
   周期ごとに検出してオゾン濃度を算出する演算装置とを
   具備したことを特徴とするオゾン濃度測定装置。