JPH0843341A - 気体の同定方法 - Google Patents

気体の同定方法

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JPH0843341A
JPH0843341A JP7076316A JP7631695A JPH0843341A JP H0843341 A JPH0843341 A JP H0843341A JP 7076316 A JP7076316 A JP 7076316A JP 7631695 A JP7631695 A JP 7631695A JP H0843341 A JPH0843341 A JP H0843341A
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gas
temperature
catalytic converter
threshold temperature
oxidizable
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JP7076316A
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Zdanevitch Isabelle
ザネビトッシュ イザベル
Rose Gerard
ロス ジェラール
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Inst Natl Environnement Ind & De Risque
Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
Original Assignee
Inst Natl Environnement Ind & De Risque
Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一の変換器による気体混合物の特性決定法
を提供する。 【構成】 気体媒体中に単一の触媒変換器を配置する。
触媒変換器を、被酸化性気体がほとんど又は全く酸化さ
れることのない下限しきい値温度へ加熱して、該変換器
の熱状態に特有のパラメーターの第一の値を得る。触媒
変換器を、被酸化性気体が触媒変換器との接触において
有意に酸化される上限しきい値温度へ加熱して、該変換
器の熱状態に特有の前記パラメーターの第二の値を得
る。所定の法則を用い、触媒変換器の熱状態に特有のパ
ラメーターの第二の値と第一の値との差から、該気体媒
体を代表する応答信号を発生させる。触媒変換器を下限
しきい値温度よりも低温へ冷却し、そして上記作業を周
期的に繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、接触酸化によって少な
くとも１種の可燃性気体又は蒸気と空気との気体混合物
の特性を決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】可燃性気体を検出且つ測定するための装
置を包含する度量衡基準によって要求される精度で空気
／可燃性気体混合物の体積を分析し、ある種の混合物に
ついての疑惑を解き、及び／又は気体を同定する方法が
知られている。この方法で用いられる装置には、以下の
装置が含まれる：欧州度量衡基準ＥＮ ５０ ０５５に
適合する疑惑解消メタン計；欧州度量衡基準ＥＮ ５０
０５７に適合する爆発計；欧州度量衡基準ＥＮ ５０
０５５及びＥＮ ５０ ０５７に適合し且つ体積濃度
を測定した気体を同定するマルチガス装置；選択的メタ
ン計。
【０００３】触媒変換器に影響を及ぼす有力パラメータ
ーは、触媒変換器が感受性であり且つその応答が気体に
よる応答に代数的に付加される妨害パラメーターであ
る。このため、体積分析の定量には誤差が含まれること
になる。影響力のある二つの主要なパラメーターは、気
体混合物の温度と熱伝導率であり、これらが混合物にお
ける変換器からの熱損失量を決める。現在、触媒センサ
ーは検出器（触媒変換器）と補償器を常に含む。
【０００４】検出器を、すべての気体を酸化させるのに
十分な温度へ加熱する。検出器で気体の酸化反応によっ
て放出される熱を何らかの技法で測定する。例えば、変
換器の（温度の関数となる）電気抵抗の増加を測定する
か、又は変換器を一定の温度で運転する場合には加熱電
流の減少を測定する。
【０００５】それゆえ、検出器は、熱の変動：気体の酸
化による変動、混合物における損失の変化による変動、
一定電気条件に対する正常運転温度の上昇による変動
（これは、変換器が消耗するフィラメントである場合に
長期間において起こりうる）に対する応答を与える。検
出器Ｓd からの応答信号は、各種信号：運転温度によっ
て派生する信号ＳT、混合物における損失によって派生
する信号Ｓp 、気体の酸化によって派生する信号Ｓg の
代数合計値Ｓd ＝ＳT ＋Ｓp ＋Ｓg である。
【０００６】その名称が示すように、補償器の役割は、
検出器の応答に対するこうした妨害パラメーターの影響
を補償することである。その幾何形状とその構成は、検
出器のそれと同一であり、同じ温度係数及び同じ摩擦係
数を有する。しかしながら、酸化反応が起こらないよう
に表面処理がされている。補償器は検出器と同じ温度へ
加熱される。従って、その応答信号Ｓc はＳc ＝ＳT ＋
Ｓp となる。
【０００７】気体の信号は、検出器の信号から補償器の
信号を引き算して得られる。この引き算は、何らかの電
気回路：ホイートストーンブリッジ、示差増幅器、等に
よって行われる。 Ｓd −Ｓc ＝Ｓg 一般則として、この応答信号は、触媒検出器又は変換器
の熱状態に特有のパラメーターの瞬間値を表す。
【０００８】理論的には、触媒変換器の応答は一対一対
応にはならない。この応答は媒体中の気体の最大で化学
量論濃度まで増加した後（この場合、混合物中の酸素量
は気体のすべてを酸化するのにちょうど必要な量であ
る）、酸素の欠乏によって減少し、１００％気体におい
て完全になくなる。それゆえ、その応答には並存性があ
り、体積分析に関して解消すべき何らかの疑いがある
（これを本明細書では「疑惑解消」と表現している）。
【０００９】現在の測定装置はこの疑惑を解消すること
ができず、この濃度が化学量論濃度よりも低い固定され
たしきい値を超えた場合に読み及び警告をロックする
（すなわち、それらはこのしきい値での読みをロック
し、そして変換器の応答がそのしきい値を下回りその後
も低下する場合でさえも警告を与え続ける）。この読み
と警告を解除する前に、ユーザーは別の種類の装置（例
えば、混合物の伝導率測定値から体積濃度を測定する装
置）によって、或いは別の条件下で運転する別の検出器
を少なくとも使用して、その濃度を測定しなければなら
ない。
【００１０】我々が認識している限りでは、空気中の気
体の同定は、この種の装置では、爆発計の応答を一般化
できるかもしれないが、今のところ達成されていない。
国際特許出願公開第９０−１２３１３号公報は、電力消
費量を削減する観点である特定の気体の濃度を測定する
ための単一触媒フィラメントを擬似連続供給することに
ついて記載している。その目的は、問題の気体の特性決
定するために平衡に到達する時間を使用することにあ
る。疑惑を解消することに関しては何ら提案はない。欧
州特許第０ ２３４ ２５１号明細書は、単一フィラメ
ントを用いてある特定の気体の濃度を測定するために特
別な温度をそれぞれ使用する２通りの交互測定モードを
提供するものである。ここでは、濃度が高い場合には低
温で熱伝導率を測定し、また濃度が低い場合には高温で
触媒測定を行う。最後に、欧州特許出願公開第０ ４５
８ ０５８号公報は、検出器フィラメントと補償器フィ
ラメントとの組合せを使用することについて記載してい
る。これらの文献は、（何らかの擬似現象を考慮した）
単一フィラメントを使用して問題の気体の同定と疑惑の
解消とを同時に正確に測定することについては何ら記載
していない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の欠点を軽減することであり、補償器をまったく使用せ
ずに触媒変換器だけを使用して、大部分が空気であり少
なくとも１種の被酸化性気体が少量含まれている気体媒
体の特性を決定する方法を提供することである。この方
法は、少なくとも１種の所定の被酸化性気体の媒体の体
積濃度を決めることができ、また単一の変換器である種
の気体（特に、メタン）の場合に疑惑を解消することと
共に、単一の触媒変換器で所定の複数種の被酸化性気体
の媒体中濃度を必要に応じて同時定量すること〔と共
に、空気以外の媒体中に存在する所定の複数種の気体の
うちの気体（恐らくは単一気体）を少なくとも同定する
こと〕が可能である。この方法は、使用が簡単であり、
信頼性が高く、そして適当な応答時間（典型的には、せ
いぜい数秒のオーダー）を有する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気に基づい
た気体混合物中の複数種の既知の気体の１種を同定する
方法であって、前記気体媒体中に単一の触媒変換器を配
置し、前記触媒変換器を、被酸化性気体がほとんど又は
全く酸化されることのない下限しきい値温度へ加熱し
て、該変換器の熱状態に特有のパラメーターの第一の値
を獲得し、次いで、前記触媒変換器を、前記被酸化性気
体が前記触媒変換器との接触において有意に酸化される
上限しきい値温度へ加熱して、該変換器の熱状態に特有
の前記パラメーターの第二の値を獲得し、所定の法則を
用い、前記触媒変換器の前記熱状態に特有の前記パラメ
ーターの第二の値と第一の値との差から、該気体媒体を
代表する応答信号を発生させ、前記触媒変換器を前記下
限しきい値温度よりも低温へ冷却し、そして上記作業を
周期的に繰り返すことを特徴とする気体の同定方法を提
供する。
【００１３】本発明の方法の主な特徴は、影響力のある
パラメーターを補償するために別の変換器や補償器を使
用することなく、単一の触媒変換器の応答を使用してこ
れらの結果をすべて達成する点にある。こうして、上記
の方法は、短期間の加熱段階中に増加する各種運転温度
に対する変換器の応答を測定し、その後これらの応答か
ら、また用途に応じて、体積濃度を算出したり、疑惑を
解消したり、及び／又は１種若しくは２種以上の気体を
同定することを伴う。所期の用途に必要な応答時間に従
い、加熱周期間の消衰段階の期間を設定する。加熱段階
の期間を決める一定温度段階の数もまた、用途に応じて
変わり、例えば、メタン計では２段階、上記の他の二つ
の用途では最大で５段階ある（それ以上の場合もあ
る）。
【００１４】本発明の方法はすべてのタイプの触媒変換
器を使用することができるが、実際には、短い加熱時間
を可能にする十分に低い熱慣性を有する変換器を用いた
（迅速な応答が要求される）場合に特に有用である。こ
の点で、フィラメント型の変換器（純白金フィラメント
又は触媒材料で被覆されたある種のフィラメント）が非
常に適している。本発明の好ましい態様によると、その
一部を他と組み合わせることができる。触媒変換器が抵
抗素子を含み、そしてその抵抗素子へ電流を流すことに
よって下限しきい値温度へ加熱した後、上限しきい値温
度へ加熱すること。下限しきい値温度が、被酸化性気体
が酸化し始める温度よりも高い温度に近いこと。触媒変
換器が白金フィラメントであり、そして上限及び下限し
きい値温度が、それらの差が少なくとも約５０℃であり
且つ最大で約３００℃、好ましくは最大で約２００℃で
あるような温度であること。
【００１５】所定の被酸化性気体がメタンであり、応答
信号が、特性パラメーターの第二の値と第一の値との差
が正である場合にはその差に依存する信号であり、その
差が負である場合には所定の飽和信号であること。触媒
変換器が白金フィラメントであり且つ被酸化性気体がメ
タン又はエチレンである場合には、しきい値温度が約８
００℃及び約１０００℃であること。触媒変換器が白金
フィラメントであり且つ被酸化性気体がプロパン、ブタ
ン又はエチルアルコールである場合には、しきい値温度
が約３００℃及び約６００℃であること。触媒変換器が
白金フィラメントであり且つ被酸化性気体が水素である
場合には、しきい値温度が約１００℃及び約２００℃で
あること。
【００１６】空気系気体媒体の、第一の気体の酸化開始
温度とは実質的に異なる酸化開始温度を有する少なくと
も第二の被酸化性気体についての特性決定において、第
二の被酸化性気体に対する下限しきい値温度を、第二の
被酸化性気体がほとんど又は全く酸化されることのない
ように選定し、第二の被酸化性気体に対する上限しきい
値温度を、第二の被酸化性気体が有意に酸化するように
選定し、しきい値温度は、第一の気体に対して選ばれた
しきい値温度範囲とは実質的に隣り合わないが必要に応
じて隣接している温度範囲を画定しており、触媒変換器
を増加順に連続して前記しきい値へ加熱し、そのしきい
値温度の各々について変換器の熱状態に特有のパラメー
ターの瞬間値を獲得し、そして所定の手順を用いて各々
の気体のしきい値について得られた値の差から全体の応
答信号を発生させること。前記温度範囲が隣り合うこ
と。
【００１７】気体媒体の特性決定を水素並びに／又はエ
チルアルコール、ブタン及びプロパンから選ばれた気体
並びに／又はメタン及びエチレンから選ばれた気体につ
いて行う際に、触媒変換器を約１００℃、約２００℃、
約３００℃、約６００℃、約８００℃及び約１０００℃
へ連続して加熱し、そして全体の応答信号を、特性定数
を考慮して、前記温度間の各範囲について獲得された値
の間の最大差から派生させること。気体媒体中のメタン
を他の被酸化性気体中において選択的に特性決定する際
に、触媒変換器を約１００℃、約２００℃、約３００
℃、約６００℃、約８００℃及び約１０００℃へ連続し
て加熱し、そして全体の応答信号を、特性定数を考慮し
て１０００℃と８００℃とでそれぞれ得られる値の差が
実質的に負であるか、又は特性定数を考慮して他の温度
範囲について獲得された差よりも大きい場合には、その
差から発生させること。
【００１８】触媒変換器が白金フィラメントである場
合、実際に関係ある温度は、例えば、光学高温計で得ら
れる測定値から算出される中心温度である。本発明の目
的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら例示に
よって与えられる以下の記載から明らかとなる。
【００１９】図１は、運転温度を関数にして、各種被酸
化性気体についての白金フィラメントの応答を示すもの
である。気体がメタン（曲線６）であり且つフィラメン
トが直径８０μｍの純白金線である場合、１０００℃に
おけるフィラメントの気体に対する応答信号の大きさは
２０ｍＶ／％である。８００℃よりも低温では、フィラ
メント表面で酸化されるメタンの量は、使用可能な応答
を与えるには不十分な量である。使用可能な応答はこの
温度よりも若干高いところで得られ、その後は温度に比
例する。
【００２０】図１中の気体は、下記の通りである。 １：水素 ２：エチルアルコール ３：ブタン ４：プロパン ５：エチレン ６：メタン しかしながら、この列挙は単に例示しているものであ
り、下記の事柄が他の多くの気体に当てはまる。
【００２１】本発明の方法の理論は、これらの応答曲線
の形状と、それらが温度の関数としてどのようにずれて
いるかとに基づくものである。空気をベースにした気体
混合物であって、ある特定の１種類の被酸化性気体が存
在しうる気体混合物の体積分析は、以下の三つのステッ
プを伴う。時間ｔ１において、フィラメントを下限しき
い値温度Ｔ１（その特定の気体がほとんど又は全く酸化
されることのないように選定する。この温度はこの気体
が酸化し始める温度に近いことが好ましい）へ加熱し
て、Ｔ１、混合物における熱損失、酸化された気体量、
の関数となる応答信号Ｓ１を得る。 Ｓ１＝ＳT １＋Ｓp １＋Ｓg １
【００２２】時間ｔ２において、フィラメントを上限し
きい値温度Ｔ２（Ｔ１よりも高い）へ加熱して、応答信
号Ｓ２を得る。 Ｓ２＝ＳT ２＋Ｓp ２＋Ｓg ２
【００２３】時間ｔ３において、フィラメントの加熱を
停止する。気体の濃度は、採用する仮定によって二通り
の方法で測定値Ｓ１及びＳ２から決定することができ
る。単純化された方法では、（二つの運転温度が、例え
ば１００℃〜２００℃の程度における差に十分に近い場
合には）Ｓp ２項とＳp １項は実質的に同等であると仮
定する。
【００２４】この単純化された方法は、以下の差を使用
する。 ｄ１＝Ｓ２−Ｓ１−Ｃｔ１ ここで、ＣｔはＳT ２−ＳT １を表す。この項は、清浄
空気（可燃性気体をまったく含まない空気）中で零点調
整する際に計算して装置に記憶させておく。ＳT２−Ｓ
T １の値はフィラメントが消耗しても一定のままである
ことに着目されたい。フィラメントの消耗はその抵抗値
を増大させるが、これはＳT ２とＳT １を同じ正の方向
に、生じる誤差が度量衡的に許容できる範囲内に留まる
ような同等量でシフトさせる。結果的に、 Ｓ２−Ｓ１−Ｃｔ＝Ｓg ２−Ｓg １ となり、Ｔ１において気体がまったく酸化されない場合
には、 ｄ１＝Ｓg ２ となる。
【００２５】別のさらに正確な方法では、実験によって
予め決めておくべきパラメーターがさらに数多く必要で
ある。Ｓp ２項とＳp １項とが実際には同等ではないと
いう事実を斟酌するため、以下の大きさを使用すること
ができる。 ΔＳ２＝Ｓ２−Ｓ２0 ΔＳ１＝Ｓ１−Ｓ１0 ここで、Ｓ１0 とＳ２0 は清浄空気中で温度Ｔ１及びＴ
２において得られた測定値である（実際には、変換器が
磨耗を受けやすいフィラメントである場合には、これら
の値を一定間隔で再測定する必要がある）。
【００２６】こうして、Ｓ１若しくはＳ２又はＳ１0 若
しくはＳ２0 の代わりに、 ΔＳ２＝（Ｓp ２−Ｓp ２0 ）＋（ＳT ２−ＳT ２0 ）
＋（Ｓg ２−Ｓg ２0 ） を使用すると、ここで第２項は零項でありまた定義より
Ｓg ２0 は零であるから、ΔＳ２＝（Ｓp ２−Ｓ
p ２0 ）＋Ｓg ２＝Ｓp ２＋Ｓg ２となる。（記号Δは
差を示す。）同様に、 ΔＳ１＝ΔＳp １＋Ｓg １ 係数Ｋ１は方程式より ΔＳp ２＝Ｋ１・ΔＳp １ と定義され、そして可燃性気体の濃度（低いと仮定）と
は無関係にいずれのＴ１、Ｔ２の組合せに対しても一定
であると仮定することができる。従って、それを前もっ
て容易に決めておくことができる。
【００２７】ｄ’１＝ΔＳ２−Ｋ１・ΔＳ１の項は、
ｄ’１＝Ｓg ２−Ｋ１・Ｓg １と書くことができる。こ
の式は、先にｄ１について記載した式よりも若干複雑で
ある。しかしながら、Ｔ１が気体が酸化されないような
ものである場合には、ｄ’１はｄ１と同じ物理的意味を
有する。すなわち、 ｄ’１＝Ｓg ２ である。
【００２８】Ｔ１とＴ２の選定とそれらの差が、検出器
の感度とその安定性（本発明の方法によって改善され
る）を決める。感度は、被酸化性気体の体積濃度のパー
セント点（Ｖ／％）当たりの応答信号の振幅である。安
定性とは、一定期間中維持される性能を意味する。Ｔ２
−Ｔ１が減少する場合、感度は低下するが安定性は増加
する。
【００２９】触媒検出器のその運転温度を関数とした応
答が、関心ある気体に依存して異なるならば、二つの温
度点のみの応答信号から（温度を関数として明確にずれ
ている曲線を有する）複数の気体を含有する気体媒体に
ついて体積濃度を算出することができる。例えば、図１
は、気体１、２、３及び４の濃度を、気体５及び６の濃
度を決めるのに必要な温度（実際には９００℃及び１０
００℃）を用いて決定することができないことを示して
いる。
【００３０】特性決定（気体媒体（爆発計）中に存在し
そうな既知の数種の気体の１種を同定すること）の目的
では、温度昇順に複数の一定温度段階が、検出器が特異
的応答を発生できる気体又は気体組の濃度を決定するた
めの一対の温度しきい値と一緒に必要とされる。 気体１については１００℃及び２００℃ 気体２、３又は４については３００℃及び６００℃ 気体５又は６については８００℃及び１０００℃ この方法について以下に説明する。
【００３１】時間ｔ１において、検出器を、どの気体も
有意には酸化されない運転温度Ｔ１へ加熱する。この検
出器の応答信号Ｓ１を測定し、記憶しておく。時間ｔ２
において、検出器を、気体の１種のみが酸化できる温度
Ｔ２へ加熱する。この検出器の応答信号Ｓ２を測定し、
記憶しておく。時間ｔ３において、検出器を、さらに１
種の気体のみが酸化できる温度Ｔ３へ加熱する。この検
出器の応答信号Ｓ３を測定し、記憶しておく。時間ｔｎ
において、検出器を温度Ｔｎへ加熱する。この検出器の
応答信号Ｓｎを測定し、記憶しておく。時間ｔ（ｎ＋
１）において、検出器の加熱を停止する。
【００３２】次のステップは、選択した方法に依存す
る。単純化された方法を採用する場合、以下の差が確立
される。 ｄ（ｎ−１）＝Ｓｎ−Ｓ（ｎ−１）−Ｃｔ（ｎ−１） ・・・・・ ｄ３＝Ｓ４−Ｓ３−Ｃｔ３ ｄ２＝Ｓ３−Ｓ２−Ｃｔ２ ｄ１＝Ｓ２−Ｓ１−Ｃｔ１
【００３３】最大の結果が、感度係数（校正によって決
めることができる）に従属する体積濃度を与える。定数
のＣｔ（ｎ−１）からＣｔ１は、清浄空気中での零点調
整の際に予め測定しておき記憶させておく。上記の方法
は、範囲が隣り合うものに関するもの、すなわちある範
囲の上限しきい値温度が次に高い範囲の下限しきい値温
度であるものを意味することに注意されたい。この別法
として、差ｄが問題となる範囲が隣り合わない場合もあ
る。
【００３４】気体の特性曲線はほとんど変動せず、且つ
その極大値を超えて連続した（且つ周知の）様式にある
ため、上記の考えは、特にこれらの気体の曲線の急激に
上昇するセグメントを含む温度範囲が実質的に隣接して
いない場合に、空気中の数種の気体の同定及び体積濃度
の同時定量へ一般化することができる。
【００３５】空気より大きな熱伝導率を有するメタンの
ような気体では疑惑を解消することができる。図２は、
各種濃度のメタンによる運転温度８００℃（破線）及び
１０００℃（実線）での実験における白金フィラメント
の応答を示すものである。
【００３６】化学量論濃度（約１０％）を上回ると、フ
ィラメントの応答は拮抗パラメーター、すなわち熱に寄
与するがメタン濃度の増加につれて減少する気体の酸
化、並びにメタン濃度と共に増加するが熱を取り去る混
合物の伝導率、による。化学量論濃度を超えた領域にお
ける２種の温度で酸化される気体の量は実際には同等で
あるが、熱伝導率によって８００℃よりも１０００℃に
おいて多量の熱が失われる。このため、８００℃の応答
信号が高濃度において１０００℃の応答信号よりも高く
なる。
【００３７】従って、Ｓg ＝Ｓ(1000)−Ｓ(800) は化学
量論濃度よりも高い濃度では負の値をとる。このため、
体積濃度測定値に関する疑惑が解消される。メタン計で
は、通常は最大で５体積％までの体積濃度を与えるが、
完全に負の信号（すなわち、明らかに若干の調整損失に
よるものではない負の信号）は、化学量論濃度よりも高
い濃度を表し、そしてその体積濃度が全スケールの体積
濃度よりも高いことを示す応答信号へ変換される。
【００３８】関心のある気体が既知のものであり、そし
て（温度に関して）非常に異なる応答曲線を有する場合
には、複数の一定温度段階により上記技法で体積濃度を
測定した気体を同定することができる。図３は、下記の
三つの用途に用いた装置の電子回路（用途毎にプログラ
ムが異なるだけである）を示す。
【００３９】変換器は、直径８０μｍの純白金フィラメ
ント１１を、直径０．２ｍｍ、長さ２ｍｍの巻き数１１
のコイルにしたものである。ヒーター回路１２で電流弁
２１を作動してフィラメント中に、例えば、以下の表中
に示した入力ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４及びｅ５に適用さ
れる論理状態によって選ばれた一定運転温度にそれを維
持するのに必要な加熱電流のみを流す。
【００４０】 ｅ５ ｅ４ ｅ３ ｅ２ ｅ１ 加熱温度 ０ ０ ０ ０ ０ 加熱なし ０ ０ ０ ０ １ Ｔ１ ０ ０ ０ １ １ Ｔ２ ０ ０ １ １ １ Ｔ３ ０ １ １ １ １ Ｔ４ １ １ １ １ １ Ｔ５
【００４１】本明細書で記載するプロトタイプの装置
は、先に記載した６種の温度しきい値ではなく以下の５
種の温度しきい値を有する。 Ｔ１＝１００℃ Ｔ２＝２００℃ Ｔ３＝５００℃ Ｔ４＝８００℃ Ｔ５＝１０００℃
【００４２】シグナルプロセッサ１３（例えば、テキサ
ス・インストルメンツ製ＴＳＳ４００Ｓ）で本発明の方
法のステップを制御する。 ・各種一定温度段階の命令及び時間管理； ・フィラメントの応答信号（この例では、端子における
電位差）の測定； ・計算の実行； ・用途によって要求される形態、通常は体積％又はＬＥ
Ｌ％（下限爆発値）による結果の提供。 プログラムと各種定数はＥＥＰＲＯＭ１４に記憶されて
いる。これらの結果をディスプレイ１５に表示する。
【００４３】図４は、特性決定すべき気体媒体中に被酸
化性気体が１種類だけ存在しそうな場合に触媒変換器に
適用される温度サイクルを示す。非常に短期間（約０．
２秒）の２種の増加する一定温度段階に続いて、室温に
おけるより長い期間の「オフ」段階がある（この例では
５秒であるが、必要であればより短期間であってもよ
い；擬似連続測定が必要とされる場合には２．５秒の
「オフ」段階で十分なこともある）。
【００４４】メタンの場合には、問題の温度範囲につい
ての下限しきい値温度と上限しきい値温度を８００℃と
１０００℃に設定する。メタン濃度を疑惑を解消しなが
ら定量するため（メタン計）、以下のステップ手順を採
用する。
【００４５】Ｍ１；フィラメントを８００℃へ０．２秒
間加熱し、信号Ｓ４の値を測定し獲得する。 Ｍ２；フィラメントを１０００℃へ０．２秒間加熱し、
信号Ｓ５の値を測定し獲得する。 Ｍ３；加熱を停止する。 Ｍ４；（単純化された計算法を選択した場合）ｄ５＝
（Ｓ５−Ｓ４−Ｃｔ５）を算出して若干負側の値ａと比
較する。 Ｍ５；ｄ５＞ａの場合、Ａ・Ｂ・ｄ５型の式から体積濃
度を算出する。ここでＡは、フィラメントの感度を考慮
した感度係数であり、またＢは用途に対して選ばれた単
位（体積％又はＬＥＬ％）で測定値を与えるための係数
である。係数Ａ及びＢは、基準混合物を用いた校正後に
装置によって算出され記憶されている。 Ｍ５’；ｄ５＜ａの場合、高メタン濃度信号を表示す
る。 Ｍ６；（例えば、５秒間）待ち、ステップＭ１へ戻る。
【００４６】触媒変換器を爆発計として使用するため、
以下のステップ手順を採用する（図５を参照された
い）。 Ｅ１；フィラメントをＴ１＝１００℃へ０．２秒間加熱
し、信号Ｓ１の値を測定し獲得する。 Ｅ２；フィラメントをＴ２＝２００℃へ０．２秒間加熱
し、信号Ｓ２の値を測定し獲得する。 Ｅ３；フィラメントをＴ３＝５００℃へ０．２秒間加熱
し、信号Ｓ３の値を測定し獲得する。 Ｅ４；フィラメントをＴ４＝８００℃へ０．２秒間加熱
し、信号Ｓ４の値を測定し獲得する。 Ｅ５；フィラメントをＴ５＝１０００℃へ０．２秒間加
熱し、信号Ｓ５の値を測定し獲得する。 Ｅ６；加熱を停止する。
【００４７】Ｅ７；（例えば、第二の計算法を採用し
て）以下の項を算出する。 ・ｄ’４＝Ｓ５−Ｋ４・Ｓ４ ・ｄ’３＝Ｓ４−Ｋ３・Ｓ３ ・ｄ’２＝Ｓ３−Ｋ２・Ｓ２ ・ｄ’１＝Ｓ２−Ｋ１・Ｓ１ ここで、Ｋ４〜Ｋ１は、各温度範囲に特異的な定数（前
述）である。 Ｅ８；ステップＥ７で算出した値ｄ’の最大値ｄ’ｎを
選ぶ。 Ｅ９；法則ｄ’ｎ・Ａｎ・Ｂｎを用いて体積濃度を算出
しこの体積濃度を表示する。ここで、ＡｎとＢｎは、値
ｄ’ｉの最高値ｉについての係数Ａｉ及びＢｉである
（問題の温度範囲ｉについて決定される値、上記のステ
ップＭ５を参照されたい）。 Ｅ１０；（５秒間）待ち、ステップＥ１へ戻る。
【００４８】疑惑を解消しながら選択的メタン計として
フィラメントを使用するためには（すなわち、メタンを
同定し且つメタン濃度を測定できるように）、以下のス
テップ手順を採用する。 ＭＳ１〜ＭＳ７；Ｅ１〜Ｅ７と同じ。 ＭＳ８；ｄ’４を（若干負側の）しきい値ａと比較す
る。 ＭＳ９；ｄ’４＜ａの場合、過剰メタン信号を表示す
る。 ＭＳ９’；ｄ’４＞ａで且つｄ’４がｄ’ｉ値の中で最
大である場合、ｎ＝４として上記のステップＥ９のよう
に計算し、表示する。 ＭＳ９”；ｄ’４＞ａで且つｄ’４が最大値でない場
合、何も表示しないか又はステップＥ８及びＥ９で定義
した総体積濃度を計算して表示する。 ＭＳ１０；Ｅ１０を参照されたい。
【００４９】例えば、先に定義したフィラメントの場
合、 Ｔ１とＴ２の間では、Ｋ１＝０．７５ Ｔ２とＴ３の間では、Ｋ２＝０．７５ Ｔ３とＴ４の間では、Ｋ３＝０．８８ Ｔ４とＴ５の間では、Ｋ４＝１
【００５０】当然のことながら、本発明はフィラメント
型の変換器（すなわち、ジュール効果によって必要な温
度へ触媒表面を加熱する抵抗素子を含む変換器）に限定
されることはない。変換器は、それを加熱するか又はそ
の近くにある抵抗素子（又は別の態様の何らかの加熱素
子）によって間接的に加熱することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同じ体積濃度（例えば、１％）の６種の被酸化
性気体に対するある特定の触媒変換器の応答を示すグラ
フである。
【図２】温度８００℃と１０００℃でメタン体積濃度を
０〜１００％に変化させた場合の触媒変換器の応答を示
すグラフである。
【図３】本発明の方法を実施するための電子装置の単純
化したブロック図である。
【図４】例えばメタンを測定するための、二つの一定温
度段階により変換器に適用される温度サイクルを示す経
時模式図である。
【図５】例えば爆発計用途のための、五つの一定温度段
階により変換器に適用される温度サイクルを示す経時模
式図である。
【符号の説明】
１０…装置 １１…フィラメント １２…ヒーター回路 １３…シグナルプロセッサ １４…プログラムメモリー １５…ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラール ロス フランス国，60470 ビレール−サン−ポ ール，リュ アリスティド ブリアン, 111

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気に基づいた気体混合物中の複数種の
    既知の気体の１種を同定する方法であって、 前記気体媒体中に単一の触媒変換器を配置し、 前記触媒変換器を、被酸化性気体がほとんど又は全く酸
    化されることのない下限しきい値温度へ加熱して、該変
    換器の熱状態に特有のパラメーターの第一の値を獲得
    し、 次いで、前記触媒変換器を、前記被酸化性気体が前記触
    媒変換器との接触において有意に酸化される上限しきい
    値温度へ加熱して、該変換器の熱状態に特有の前記パラ
    メーターの第二の値を獲得し、 所定の法則を用い、前記触媒変換器の前記熱状態に特有
    の前記パラメーターの第二の値と第一の値との差から、
    該気体媒体を代表する応答信号を発生させ、 前記触媒変換器を前記下限しきい値温度よりも低温へ冷
    却し、そして上記作業を周期的に繰り返すことを特徴と
    する気体の同定方法。
  2. 【請求項２】 前記触媒変換器が抵抗素子を含み、そし
    て前記抵抗素子へ電流を流すことによって前記下限しき
    い値温度へ加熱した後、前記上限しきい値温度へ加熱す
    ることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記下限しきい値温度が、前記被酸化性
    気体が酸化し始める温度よりも高い温度に近いことを特
    徴とする、請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記触媒変換器が白金フィラメントであ
    り、そして前記上限及び下限しきい値温度が、それらの
    差が少なくとも約５０℃であり且つ最大で約３００℃、
    好ましくは最大で約２００℃であるような温度である、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記所定の被酸化性気体がメタンであ
    り、前記応答信号が、前記特性パラメーターの第二の値
    と第一の値との差が正である場合にはその差に依存する
    信号であり、前記差が負である場合には所定の飽和信号
    であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記触媒変換器が白金フィラメントであ
    り且つ前記被酸化性気体がメタン又はエチレンである場
    合には、前記しきい値温度が約８００℃及び約１０００
    ℃であることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記触媒変換器が白金フィラメントであ
    り且つ前記被酸化性気体がプロパン、ブタン又はエチル
    アルコールである場合には、前記しきい値温度が約３０
    ０℃及び約６００℃であることを特徴とする請求項４〜
    ６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記触媒変換器が白金フィラメントであ
    り且つ前記被酸化性気体が水素である場合には、前記し
    きい値温度が約１００℃及び約２００℃であることを特
    徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記空気系気体媒体の、第一の気体の酸
    化開始温度とは実質的に異なる酸化開始温度を有する少
    なくとも第二の被酸化性気体についての特性決定におい
    て、前記第二の被酸化性気体に対する下限しきい値温度
    を、前記第二の被酸化性気体がほとんど又は全く酸化さ
    れることのないように選定し、前記第二の被酸化性気体
    に対する上限しきい値温度を、前記第二の被酸化性気体
    が有意に酸化するように選定し、前記しきい値温度は、
    前記第一の気体に対して選ばれたしきい値温度範囲とは
    実質的に隣り合わないが必要に応じて隣接している温度
    範囲を画定しており、前記触媒変換器を増加順に連続し
    て前記しきい値へ加熱し、前記しきい値温度の各々につ
    いて前記変換器の熱状態に特有の前記パラメーターの瞬
    間値を獲得し、そして所定の手順を用いて各々の気体の
    前記しきい値について得られた値の差から全体の応答信
    号を発生させることを特徴とする、請求項１〜８のいず
    れか一項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記温度範囲が隣り合うことを特徴と
    する、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記気体媒体の特性決定を水素並びに
    ／又はエチルアルコール、ブタン及びプロパンから選ば
    れた気体並びに／又はメタン及びエチレンから選ばれた
    気体について行う際に、前記触媒変換器を約１００℃、
    約２００℃、約３００℃、約６００℃、約８００℃及び
    約１０００℃へ連続して加熱し、そして前記全体の応答
    信号を、特性定数を考慮して前記温度間の各範囲につい
    て獲得された値の間の最大差から派生させることを特徴
    とする、請求項９又は１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記気体媒体中のメタンを他の被酸化
    性気体中において選択的に特性決定する際に、前記触媒
    変換器を約１００℃、約２００℃、約３００℃、約６０
    ０℃、約８００℃及び約１０００℃へ連続して加熱し、
    そして前記全体の応答信号を、特性定数を考慮して１０
    ００℃と８００℃とでそれぞれ得られる値の差が実質的
    に負であるか、又は特性定数を考慮して他の温度範囲に
    ついて獲得される差よりも大きい場合には、その差から
    発生させることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれ
    か一項に記載の方法。
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