JPS59217151A

JPS59217151A - 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサによる複数のガス成分濃度の検出装置

Info

Publication number: JPS59217151A
Application number: JP58091441A
Authority: JP
Inventors: Haruyoshi Kondo; 春義近藤; Hideaki Takahashi; 英昭高橋; Keiichi Saji; 啓市佐治; Takashi Takeuchi; 隆武内; Kiyoharu Hayakawa; 清春早川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1983-05-26
Filing date: 1983-05-26
Publication date: 1984-12-07
Also published as: US4576705A; JPH047463B2

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】本発明はポーラログラフイ一式センサを用いて複数のガ
ス成分の濃度を検出する濃度検出装置に関する。

人間も含め、生物の活動によって水蒸気（Ｈ２Ｏ）と炭
酸ガス（Ｃ０２）が生成する。それ故、植物の育成、動
物の管理等の分野においては発生したＨ２ＯおよびＣＯ
２量の計測を行なうことによって、生命活動の活発さの
程度を知ることができる。又、近年、高品質で無濃薬の
作物（主に野菜）を工業的手段によって周年安定生産し
ようとするいわゆる植物工場（野菜工場）の実現が注目
され、欧米を中心にして研究開発が盛んになった。植物
工場は環境条件を人工的′にコントロールすることによ
り、自然条件にあまり左右されずに作物を生産するシス
テムである。このシステムではエネルギーの投入量は必
然的に大きくなるから、それに見合うだけの生産量の増
加を図る必要がある。そのためには作物の最適生長条件
を児つけ、それに匠って環境制量しなければならない。

これらの工場では炭酸ガス濃度として１１０００ｐｐ前
後の高ａ反に設定される。そして、コンビーータを用い
て、日射量、温度、湿朋、炭酸ガス濃度、水耕液の量と
質、空気循環、葉温等をモニターシ（センサで）コント
ロールしている。

このような分野においては、酸素ガス濃度、水蒸気や炭
酸ガス濃度をともに検出する必要がある。

そして、その検出のだめの装置としては装置が小形であ
り安価であることが要請されている。

従来は、生長の原因となる光合成、呼吸、蒸散、転流な
どの生理反応を測定する目的でマルチコレクタ方式の質
量分析計等が用いられていた。これは植物体から出入り
する炭酸ガス、酸素ガス、水蒸気などのガス成分を測定
するものであった。その性能は優れているが装置が極め
て犬がかりになり高価であるという問題点があった。

また、従来において、酸素ガス濃度と、炭酸ガスおよび
水蒸気濃度とを検出するのに、それぞれのガスに個別の
測定器を使用することが行なわれていた。例えば限界電
流式酸素センサを用いて酸素濃度を測足し、又熱伝導度
式センサを用いて炭酸ガス濃度を測定し、又給体温度セ
ンサを用いて水蒸気濃度を測定していた。このような方
式では多数の測定装置が必要となるから、高コスト、広
い設置場所、重量大、操作煩雑、などの問題点があった
。

さらに、上記のように個別に測定する方法において、と
くに炭酸ガス検出には種々のものが用いられているがい
ずれも問題があった。例えは、炭酸ガス測定用赤外線分
析計は装置が犬がかりであシ高価であるという欠点を有
し、容液吸収式のものは応答性が遅いという欠点を有し
、また検知管方式のものは連続測定ができないという欠
点がある等それぞれに問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するこ
とを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために、１ｉＩｉ８１のポ
ーラログラフイ一式センサを用いて酸素濃度と、炭酸ガ
スおよび水蒸気濃度とを検出できるよう該センサの駆動
検出回路を構成したことを特徴とするものである。

ポーラログラフイ一式センサは限界電流式酸素センサと
して知られ、固体電解質のイオン伝棉体に陰極および陽
極を設け、陰極にはガスの拡散を制限するだめの部材に
よる被穣を）ｊｌＪ２した構成を有している（例えば特
開昭５７−１９２８５０号公報蚕照）。このポーラログ
ラフイ一式センサの電圧電流特性は、電圧電流の低い間
は電圧と電流がほぼ比例し、この部分を抵抗支配領域と
いう。そして、電圧を高くすると電圧を変化しても電流
変化の微小な部分があり、この部分を過電圧支配領域と
称し、その電流値を限界電流という。この限界電流はほ
ぼ酸素濃度に比例する。また過電圧支配領域より電圧電
流の高い領域では少しの電圧上昇に対して急に電流の増
す部分がらり、この領域を過剰電流領域という。このよ
うなポーラログラフイ一式センサは１つの成分（例えば
酸素ガス１０しか検出できないものとされていた。

しかしながら、このようなポーラログラフイ一式センサ
の特性を詳細に調べた結果、複数の成分、即ち酸素ガス
一度（０２濃贋）と、炭酸ガスと水蒸気とを合わせた成
分の濃度（ＣＯ２十Ｈ２０ｍ度）、を検出することがで
きることがわかった。

第１図（ａ）は、窒素（Ｎ２）ガスをベースにし、酸素
（０２）ガス、炭酸ガス（ＣＯ２）および水蒸気（Ｎ２
０）を添加したガスを用いて、ポーラログラフイ一式セ
ンサの特性を測定した結果を示すもので、各ガス成分を
パラメータとする印加電圧（横！１１１１］）と流れる
電流（縦軸）との関係を示すものである。

第１図（ａ）において、印加電圧が比較的低い過電圧支
配領域では、電流は０２濃度のみによって定寸り、他方
過電圧領域における印加電圧が比較的高い部分から過剰
電流領域にかけては特性曲線か曲ｈｉ　ａｍｌのように
０２＋ＣＯ２＋Ｎ２０濃度によシ枝分かれしている。第
１図（ｂ）は同図（ａ）における各回ｒｅ　ａ−ｉのそ
れぞれの０２濃度とＣｏ２＋Ｈ２０ｂＭ　ｔＫの値を示
す図である。

との謡１図（、）に示すポーラログラフイ一式センサの
特性図から明らかなように、ポーラログラフイ一式セン
サに比較的低い電圧を印加することにより０２濃度を検
出し、比較的高い電圧を印加することによシ０２＋Ｃ０
２＋Ｈ２０の濃度を検出することがｉｊＪ能である。そ
して検出した。２＋ｃｏ２＋Ｈ２ｏ　濃ｉが紙検出した
。２譲度を差引くことによりｃｏ２＋Ｈ２ｏ濃度を求め
ることができる。

この本発明の原理を第２図によりもう少し詳細に説明す
る。第２図は原理を説明するために第１図（、）の特性
的、−を単純化して示しである。一定の電圧Ｖ′ｏ　を
ポーラログラフイ一式センサに印加すると同センサには
０２濃度に比例した電流が流れ、この電流を検出すれば
０２濃度を検出することができる。次に特性曲線の０２
＋ＣＯ２＋Ｎ２０濃度によって変化する部分（曲線ａ′
〜、ｙ／）と＠線ｏ′ｐ′、ｑ′ｒ′・ｓ′ｔ′が交わ
るような大きさの゛電圧Ｖｌ’　＋　Ｖ２’　ＨＶ３’
等を印加する。例えば０２濃度が特性曲線Ｂに対応する
ものであるときは直線ｑ′ｒ′に相当する電圧■２′を
印加する。０２＋Ｃ０２＋Ｎ２０ａ度によりｅ′〜ｈ′
のように特性曲線が変化する穎域に電圧■２′があるの
でそのときに流れる電流を検出することにより０２＋Ｃ
０２＋Ｈ２０の良度を検出することができる。同様にｏ
２＃ＩＢ”曲線ＡやＣ等の場合には電圧ｙ、／や■２′
を印加する。これらの０２＋Ｃ０２＋Ｎ２０濃度測定用
印加電圧ｖ１′〜■３′は、０□濃度に応じて変えなけ
ればならないが、先に０２濃度を検出するので、その検
出した０２濃匿により印加電圧音制御するようにすれば
よい。次に、検出した０２濃度と０２＋ＣＯ□＋Ｈ２０
ａｍとから、両者の差をとるととによりＣＯ２＋Ｈ２０
濃度を求めることができる。

なお、上記の原理の説明ではポーラログラフイ一式セン
サに印加する電圧は垂直線ｍ’ｎ’　ｌｏ’ｐ’・ｑ′
ｒ′、Ｓ′ｔ′等で表わされる一定電圧ＶＯ、Ｖｌ　＋
Ｖ２１Ｖ３　としたが、ポーラログラフイ一式センサの
実際の特性は第１図（ａ）のようになっており、一定電
圧の印加では測定可能範囲か狭＜ムるとともに測定誤差
も大きくなるので、動作点か同図の直線ｍｎ　＋　Ｏｐ
　＋　ｑｒ　＋　ｓｔで示すように傾斜した直線となる
ような電圧を印加するのがよい。０２ａ度測定のため印
加電圧を傾斜した直ＩＪ　ｍｎで表わされるよう外もの
にする技術は、特開昭５７−１９２８５０号公報（「内
部抵抗補償を行なった限界電流式酸素濃度検出装置」）
に開示されており、本発明においてこの技術を適用でき
る。点源Ｏｐ　＋　ｑｒ　Ｈｓｔのように傾斜した直線
に沼う０□＋Ｃ０２＋Ｈ２鋲度測定用印加電圧を得るに
は一定の抵抗を介してポーラログラフイ一式センサに電
圧を印加するようにすればよい。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第３図は本発明の基本的な構成を示すブロック図で、ポ
ーラログラフイ一式センサ１、交番的切換信号発生器２
、はぼ０２がスのみに感応して電流が流れるような大き
さの電圧を前記センサ１に印加するだめの第１電圧設定
部３．０２＋Ｃ０２＋Ｈ２０ガスに感応して電流が流れ
るような大きさの電圧を前記センサＩに印加するための
第２電圧設定部４、第１電圧設定部３からの電圧と第２
電圧設定部からの電圧を交番的切換信号発生器２の切換
信号に従って切換える切換部５、切換部５からセンサ１
へ印加された電圧によって流れる電流を検出する電流検
出部６、第１電圧設定部の電圧が印加されたときのセン
サ電流に対応する信号を保持する第１サンプルボールド
部７、第２電圧設定部の電圧を印加されたときのセンサ
電流に対応する信号を保持する第２サンプルホールド部
８、および第２ザンゾルホールド部８の出力と第１サン
プルホールド部７の出力の差をとってＣ０２＋Ｈ２０ガ
ス濃度に対応する信号を出力する演算部９等から構成さ
れている。

ポーラログラフイ一式センサ１は酸素イオン伝導体１ａ
と陰極１ｂ＋陽極１ｃ）有孔函体１ｄおよび保護用コー
ディング層１ｅより成る。但し、本例では平板状のセン
サの例について例示したが、中空円筒状の物やコ、ｆ状
の物についても本発明は適用できる。又、有孔函体を省
略した電極内での拡散を利用するタイプの物についても
同様に適用できる。

第１電圧設定部３の出力は第１図（ａ）の直線ｍｎ上に
動作点を設定し得る電圧を発生する。その電圧の発生に
は前述のように特開昭５７−１９２８５０号公報記載の
技術を用いることができる。即ちセンサの内部抵抗によ
る電圧降下分を一定電圧Ｖ。

に加算して印加電圧とする。そのためには内部抵抗を測
定する必要があシ、その測定の仕方と゛しては前記公報
に掲げられているような、内部抵抗測定用に微小電圧を
用いる方法、内部抵抗測定用に交流を重畳する方法、内
部抵抗測定用の専用の部分を設けたセンサを用いる方法
などを用いることができる。なお、センサの内部抵抗が
十分小さい場合には、内部抵抗による電圧降下を無視し
てもさしつかえないようになり、／ｎの直線は右へ傾く
必要がなくなり、第２図１　／　ｎ／のように垂直でよ
い。

即チ、ｖθ′　の一定の電圧を印加すればよい。この場
合には内部抵抗を求める必要がないので装置を簡単化で
きる。

第２電圧設定部４の出力は第１図（ｂ）の直線Ｏｐ＋ｑ
ｒ　ｒ　８ｊ　＋のように左へ傾いた直線に沿う電圧で
ある。直線ｏｐＶｃＧう電圧は電圧Ｖｌを直線Ｏｐの傾
斜が得られるような値の抵抗を介して印加し、同体に直
−ｑｒ　＋　ｓｔ寺に清う電圧は電圧Ｖ２　。

ｖ３を同体の抵抗を介して印加することにより得られる
。これらの電圧Ｖｌ　　ｒ　Ｖ２　　ｒ　Ｖ３等は、第
１電圧設定部の電圧を印加して検出した０２磯度に対応
する信号によって制御される可変電圧源を設けることに
よって発生することができる。

直線Ｏｐ　＋　ｑｒ　＋　ｓｔ咎に沿う電圧は第１電圧
設定部３の出力を利用して構成することもできる。嬉１
図（、）に示すように、それらの点描ｏｐ　＋　ｑｒ　
＋ｓｔ等は第１電圧設定部３の出力（即ち直ｍｎに沿う
電圧）に一定電圧ｖ１１を加算した点から左へ傾けた形
をしている。従って、第２電圧設定部４を、一定ζ圧ｖ
１□の′電源と直列抵抗とから構成し、その出力を第１
電圧設定部３の出力と加算するよう構成することにより
所望のセンサ印加電圧を生成することができる、以上のよう構成された第３図の装置の動作を説明すると
、まず、切換部５によって第１電圧設定部の出力がセン
サ１に印加され、そのときにセンサに流れる電流が電流
検出部６によって検出されて、その検出値は第１サンプ
ルホールド部７に保持される。この保持された信号はｏ
２ｇＭ度に対応し出力端子Ａから出力される。

次に、切換部５は第２電圧設定部４をセンサ１に結合し
、そのときに流れる電流を電流検出部６により検出して
、その検出値は第２サンプルボールド部８に保持される
。その保持でれた１凸号は０２＋Ｃ０２＋Ｈ２ｏがス嬢
度に対応する。演算部９は第２サンプルホールド部の出
力から第１サンプルポ−ルド部の出力を減する演算によ
シ、Ｃ０２＋Ｈ２０ガスの濃度に対応する信号を出力端
子Ｂから出力する。

第３図に示す実施例においてはポーラログラフイ一式セ
ンサに直流電圧を印加して測定するものであるが、交流
を印加してポーラログラフイ一式センサのインピーダン
スを測定してガス濃度を検出することができる。

第４図は、酸素濃度を・やラメータにしてセンサに印加
する交流の周波数を掃引したときのインピーダンスを示
す図で、横軸を抵抗分、縦軸をリアクタンス分とした平
面上での軌跡として示されている。なお、測定条件は、
印加電圧０．１［Ｖ）、センサ温度７００〔℃〕である
。また、同図において曲線上の数字は周波数を示し、酸
素濃度は窒素ガス中の濃度ｌ〔係〕、ｓ、ｓ［％）、６
．　ｏ　Ｃ％　〕の場合が示されている。

同第４図から明らかなように酸素濃度により特性曲線が
変化していることがわかる。とくに、５［ｊ（ｚ：］〜
１　［ｋＨｚ　）程度の比較的低い周波数において酸素
濃度と抵抗またはりアクタンス、あるいは両者を総合し
てインピーダンスが対応して変化している。従って、抵
抗分、リアクタンス分、インピーダンス、あるいはこれ
らの逆畝的なものであ　　　゛るコンダクタンス、クセ
プタンス、アドミタンス等を測定することにより酸素濃
度を求めることができる。第５図は酸素濃度とインピー
ダンスの関係をまとめた図である。

第６図は第３図の実施例において酸素濃度を検出する部
分を交流インピーダンスを測定して第５図の関係から酸
素濃度を検出するよう、１１４成したもので、第３図と
同じ部分には同じ符号を用いである。第１交流電圧設定
部１２から酸素函度ｄ１１１定用の５　［Ｈｚ　］〜ｌ
ｋ　［Ｈｚ〕の交流電圧をセンサ１に印加し、インピー
ダンス測定部１０でインピーダンスを測定し、変換部１
１で第５図に示す関・床に匠ってインピーダンスを酸素
濃度に対応する１菖号に変換し、その変換された信号を
第１サンノ°ルホールド部で保持するよう構成きれてい
る１、その他の部分は第３図の実施例と同じであｔｂ　
０インピ一ダンス測定部１０は、交流電圧を印加したと
きセ／す１に流れる電流を検出する交流電流検出部１０
１．。

センサ１の端子間に加わる交流電圧を検出する交流電圧
検出部１０２、および検出部１０２　％−よび１０３の
出力からインピーダンスを算出するインｅ　−タンス演
算部１０４からなっている。なお、このインピーダンス
測定部１０を、抵抗分、あるいはりアクタンス分のみを
算出するよう構成してもよい。さらに、インピーダンス
、その抵抗分あるいはりアクタンス分の算出に代えてそ
の逆数であるアドミタンス、コンダクタンスあるいはサ
セプタンスを算出するよう構成してもよい。これらの各
場合に応じて＝ｍ部１１の変換特性を変更することは言
うまでもない。

第６図の実施例においては酸素濃度の検出にのみ交流を
用いているが、インピーダンス測定時の印加電圧を高く
することにより、炭酸ガスおよび水蒸気濃度も冨めた全
体の濃度に対応したインピーダンスが得られる。第７図
はこの現象をも利用した実施例を示すものである。第１
交流電圧設定部１２は酸素濃度のみに対応してインピー
ダンスが変化する程度の大きさく　０．１　（ｍＶ　）
〜０．５［Ｖ］程度）と周波数（５（Ｈｚ）〜１ｋ［：
Ｈｚ））の交流電圧を発生する部分で第６図のそれと同
じである。第２交流電圧設定部１３は酸素濃度、炭酸ガ
ス製置および水蒸気濃度を含めた濃度（０２＋ＣＯ２＋
Ｈ２０′ｃ度）によってインピーダンスが変化する程度
の大きさの交流電圧（０，６［Ｖ］〜１．４（Ｖ）程度
）を発生する部分である。その他の部分の切換幅゛号発
生部２、切換部５、第１サンプルホールド部７、ｇ２ザ
ンノルホールド部８、差演昇部９等の構成と動作は第３
図あるいは第６図の実施例と同じであり、インピーダン
ス測定部１０、変換部１１等の構成と動作は第６図の実
施例と同じでりる。

第７図の実施例においては０２＋Ｃｏ２＋■２ｏの濃度
の測定に第２交流電圧設定部１３からの比ｔ＋ｍ的高い
電圧の交流を用いているが、上記譲髪は比較的低い交流
′重圧（０，Ｉ　Ｃ，ｍＶ　）〜０．５　〔Ｖ　〕位）
にｌ〔ｖ〕程度の直流バイアスを重畳した重圧によって
も測定可能である。

第８図はその直流バイアスを使用する一ＡｊＩ！１例を
示すものである。これは、第７図の実施例における第２
文流′−圧設定郡１３および切換部５に代えて、バイア
ス電圧設定部１４、加算部１５および断続部１６を用い
た構成となっている。バイアス電圧設定部１４は１〔■
〕程度の直流電圧を設定する部分である。そして加算部
１５は第１交流電圧設定部１２からの交流電圧とバイア
ス電圧設定部からの直流バイアス電圧とを重畳する部分
である。断続部１６は切換信号発生部２がらの信号によ
り制御され、０２ａ度測定期間にはオフとなり、０２＋
ＣＯ２＋Ｈ２０の濃度の測定期間にはオンとなるスイッ
チである。断続部１６がオフのとき、第１交流電圧設定
部Ｊ２の出力が加算部１５、インピーダンス測定部ｌＯ
を介してポーラログラフイ一式センサ１に印加され、イ
ンピーダンス測定部１ｏで電圧および電流を検出してイ
ンピーダンスを算出し、変換部Ｊ１でそのインピーダン
ス値を対応する。２ｍ度に変換して第１サンプルホール
ド部７に保持する。断続部１６がオンのとき、加算部１
５で第１交流電圧設定部１２の出力とバイアス電流設定
部１４の出力が加算され、その加算により得られた交流
と直流の重畳された信号かポーラログラフイ一式センサ
１に印加され、そのインピーダンスがインピーダンス測
定部ｌＯにより測定ぢれ、測定されたインピーダンスは
変換部１１により対応する濃度信号に変換され第２ザン
ゾルホールド部８に保持される。差演算部９では第２サ
ンプルホールド部８に保持された０２＋ＣＯ２＋Ｈ２ｏ
のＲ，ｒ　展ＩＭ　号から第１ザンプルホールド部７に
保持されたｏ２の濃度信号を減算して、Ｃｏ２＋Ｈ２ｏ
の一度に対応した信号が出力端子Ｂから出力される。出
力端子Ａからは０２濃度信号が出力される。

第９図は、第３図の実施例のように直流電圧の印加によ
って濃度を測定する場合の他の実施・し１ｊを示すプロ
、り図である。この第９凶の芙、地側は３つの時期（タ
イムスロット）を・Ｈする時分割を導入し、１つの時期
にはポーラログラフイ一式センサの内部抵抗を検出し、
他の１つの時期にはｏ２＋ＣＯ□＋Ｉ（２０ガスの濃度
を検出し、さらに他の１つの時期には０２濃度を検出す
るものである。

この実施例？′ｉ第１図（、）の直線ｍｎＫ相当する。

２濃度檎出のだめの直流電圧（以下、第１電圧という）
を発生するのに前記特開昭５７−１９２８５０号公報の
技術を適用している。第９図において、内部抵抗検出部
２０、ｉ３３ザンプルホールド２１、電圧降下演算部２
２、減衰部２３、特定電圧加算部２４および第１電圧印
加部２５によって構成される部分が直ＪＪｍｎに相当す
る電圧の発生部である。

この第ｌ電圧は、一定の電圧にセンサ１の内部抵抗によ
る電圧降下分を加算したものである。

壕だ、第１図（ａ）における０２＋ＣＯ２＋Ｈ２０の濃
度を検出するだめのｍ１ＸＩＡ　Ｏｐ　＋　ｑｒ　＋　
ｓｔ等に相当する電圧（以下、第２屯圧という）は、第
１電圧に一定゛電圧ｖＨを抵抗を介して加えることによ
って得ている。

そのための部分は、加算電圧設定部２６、抵抗器２７、
第２切侠部２８および加算部２９等によって横地されて
いる。加算電圧設定部２６は第１図（ａ）の電圧九に相
当する電圧を発生し、抵抗器２７は直ｉｆｄ　ｏｐ　ｒ
　ｑｒ　ｒ　ｓｔ等の傾斜を得るだめの抵抗値を有して
いる。加算部２９は第２切換部２８がオンのとき、第１
成圧印加部２５からの第１電圧と抵抗器２７からの電圧
とを加算した電圧を出力し、第２切換部２８がオフのと
き第ｌ電圧を出力する。

電流検出部６、第１サンプルホールド部７、第２サンプ
ルホールド部８、差演算部９等の構成と動作は第３図の
実施例と同じである。

切換制御部３１は時分割の動作２行なうだめの制御部で
ある。第１切換部３０は内部抵抗検出時と濃度検出時と
を切換えるものである。

内部抵抗、演出期間には、第１切侠部３０はセンサ１が
内部抵抗検出部２０に接続するよう切換える。内部抵抗
検出部２０は、ポーラログラフイ一式センサが抵抗支配
頭載で動作するような倣小な大きき（１（ｍＶ　〕〜１
００［ｍＶ：］程姥）の直流または交流′電圧を印加し
て内部抵抗を測定し、その測定値は第３サンプルホール
ド部２１でサンプルされて保持される。

０２濃度検出期間には、電圧降下演算部２２で、第１サ
ンプルホールド部７に保持されたｏ２感芸出期間に検出
した電流呟と第３ザンプルホールド部２１に保持された
抵抗値とから電圧降下分に対応する値を）ｆ。

出する。減哀部２３で一部減衰され、次に特定電圧加算
部２４て前走電圧（０，２５［Ｖ：］〜１〔■〕程度）
が加算され、０２ｏ畏度検出期間の印加電圧即ち第１電
圧が得られる。この弔１電圧は第１電圧印加部２５を介
してセンサ１に印加される。なお、０２儂度検出期間に
は第２切換部２８はオフとなっていいるので、加算部２
９では第１電圧に対して電圧は加算されない。

０２＋Ｃ０２＋Ｈ２０巖度検出期間には前述のように第
２切換部２８はオンとなる。そして第１電圧印加部２５
からの第１電圧と、加算電圧設定部２６から抵抗２７を
介して供給される電圧（Ｕ、５（Ｖ）〜】〔Ｖ〕程度）
とが加算部２９で加算されて第２電圧が作成され、この
第２電圧がセンサ１に印加され、上記製置が検出される
。

以上詳述したように本発明によれば、従来は−ｙ戊分（
酸素ガス）しか検出できないとされていたポーラログラ
フイ一式センサを１個用いて、それに印加する電圧を変
えて測定することにより、酸素濃度のみならず、炭はガ
スと水蒸気を合わせた成分の濃度をも測定することが可
能である。そして、装置の構成は比較的簡単小型に構成
できまだ安価であるという利点ヲセしている。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に用いるポーラログラフイ一式セ
ンサの特性の一例を示す図でのり、同図（ｂ）は同図（
ａ）の各白味のａｊ支との対応ケ示す図でりる２、躬２
図は本発明の原理を説明するため弔１図（ａ）の特性を
単純化して示した図である。第３図（ｄ本発明の一実施を示すブロック凶である。弔４図はポーラログラフイ一式センサに交υルを印加し
たときの特性の一例を示すもので、１〈２　　ガス中の
酸素濃度をパラメータとして各周波におけるインピーダ
ンスを示す図である。なおマルの中の数字は印加した交
流の周波数を衣わしている。第５図は周波数５　［Ｈｚ　］の交σＩＣを印加したと
きのば素濃度とインピーダンスの関係を示す図である。第６図ないし第９図はそれぞれ本発明の他の欠施例を示
す図である。 ■・・・ポーラログラフイ一式センサ、２・・・切換信
号発生部、３・・第」−圧設走部、４・・・第２′亀圧
設定部、５・・・切換線、６・・・電流検出部、７・・
第１サンプルホールド部、８・・・第２サンプルホール
ド部、９・・・差演算部、】０・・・インピーダンス測
定部、１１・・・変換部、１２・・・第１交流電圧設定
部、１３・・・第２交ｖ尾電圧設定部、１４・・・バイ
アス電圧設定部、１５・・・加算部、１６・・・断続部
、２０・・・内部抵抗検出部、２Ｊ・・・第３サンプル
ホールド部、２２・・・電圧降下演算部、２３・・・減
衰都、２４・・・特定゛電圧加鼻部、２５・・・第１電
圧印加部、２６・・・加算電圧設定部、２７・・・抵抗
器、２８・・・第２切換部、２９・・・加算部、３０・
・・第１切換部、３１・・・切換制御部。第１図（Ｑ） □電ｔｃ　（ｖ）（ｂｌ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　ポーラログラフイ一式センサと、はぼ酸素ガ
スのみに感応して電流が定まる大きさの第１の電圧を前
記ポーラログラフイ一式センサに印加する第１の手段と
、第１の電圧の印加によシ前記ポーラログラフイ一式セン
サに流れる電流を検出し、酸素濃度に対応する信号を出
力する第２の手段と、酸素ガス、炭酸ガスおよび水蒸気に感応して電流が定ま
る大きさの第２の電圧を前記ポーラログラフイ一式セン
サに印加する第３の手段と、第２の電圧の印加により前
記ポーラログラフイ一式センサに流れる電流を検出し、
酸゛累ガス、炭酸ガスおよび水蒸気を総合した成分の製
置に対応する信号を出力する第４の手段と、前記酸素濃度に対応する信号と、前記酸素ガス、炭酸ガ
スおよび水蒸気を総合した成分の濃度に対応する信号と
の差を演算して、炭酸ガスおよび水蒸気を総合した成分
の濃度に対応する信号を出力する演算手段と、を備えたことを特徴とするポーラログラフイ一式センサ
を用いた複数のガス成分濃度の検出装置。
（２）　　第１の電圧を０．２［Ｖ］ないしｏ、８〔ｖ
）の範囲内の直流電圧とし、第２の電圧を１〔■〕ない
し２〔ｖ〕の範囲内の直流電圧としたことを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の検出装置。
（３）第１の電圧を一定電圧に対し、Ｉ−ラログラフィ
一式センサの内部抵抗による電圧降下の一部分に相当す
る電圧を加算した値とし、第２の電圧を第１の電圧と直
流抵抗を介して供給される一定の加算電圧とを加算した
値としたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記
載の検出装置。
（４）第１の電圧を０．１［ｍＶ］ないし０．５［Ｖ］
の範囲の交流電圧とし、第２の手段は検出した交流電流
と印加した交流の第１の電圧とからポーラログラフイ一
式センサのインピーダンスを算出する回路およびそのイ
ンピーダンスを酸素濃度に対応する信号に変換する変換
回路を有する゛ことを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載の検出装置。
（５）第２の電圧を０．６［Ｖ］ないし１．４［Ｖ］の
範囲内に設定された交流電圧とし、第４の手段は検出し
た交流電流と印加した交流電圧とからインピーダンスを
算出する回路およびその算出したインピーダンスを酸素
濃度、炭酸ガスおよび水蒸気を総合した成分の濃度に対
応する信号に変換する変換回路を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項捷たは第（３）項記載の装
置。
（６）第２の電圧を、第１の電圧に直流バイアス電圧を
加算した交流直流重畳電圧としたことを特徴とする特許
請求の範囲第（４）項記載の装置。