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JP2758458B2 - ガス或は蒸気の相対濃度を測定する為の測定方法及びセンサー - Google Patents

ガス或は蒸気の相対濃度を測定する為の測定方法及びセンサー

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JP2758458B2
JP2758458B2 JP1282059A JP28205989A JP2758458B2 JP 2758458 B2 JP2758458 B2 JP 2758458B2 JP 1282059 A JP1282059 A JP 1282059A JP 28205989 A JP28205989 A JP 28205989A JP 2758458 B2 JP2758458 B2 JP 2758458B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス或は蒸気の相対濃度の測定の為の請求項
１による測定方法に関する。
本発明は又本発明方法の実施に適用し得るセンサーの
構造に関する。
これに関連して、ガス或は蒸気の相対濃度は飽和値に
おけるガスの濃度によって決まるガスの絶対濃度で表わ
される比として理解される。相対濃度は、従来例えば水
蒸気の濃度（相対湿度）と決める為に用いられる。
測定装置の主な特性の信頼性と正確性の言葉で決めら
れる。これ等の確認の為、異なった測定方法が要求され
る。
野外の測定の為の理想的な解決は自動的な自己測定形
式である。この種の自己測定の実施は大部分のパラメー
タに対して極めて困難である。
現在、ガスと蒸気の相対濃度の為の測定器具は制御さ
れた環境状態において測定される。
従来技術の欠点は、扱い難い測定ルーチンの為測定時
間が長い事である。更に、相対濃度メータが生来不安定
であるから、不正確な測定となる。
本発明は前述した技術の欠点を除去し、ガス或いは蒸
気の相対濃度の測定の為の全く新規な測定方法を得る事
を目的としている。
本発明はガス或は蒸気の相対濃度を検出するセンサー
要素の温度を測定する事にもとづいて居り、その間セン
サー要素の温度は正確は測定点を得る為に周囲温度とは
異なっている。この方法は測定されたパラメータに対し
て決まった測定条件を提供し、測定されたパラメータか
ら別の情報を得ることができるようにするため（冷却或
は加熱して）これ等の条件に差をもたせることである。
特に、本発明による測定方法は請求項１に述べられた
事によって特徴づけられる。
更に、本発明によるセンサーの構造は、ガスセンサー
（１）の温度を測定するため、ガスセンサー（１）に近
接して位置する温度センサー（３）と、ガスセンサー
（１）の温度制御のため、ガスセンサー（１）に近接し
て位置する温度制御装置（２）とよりなるセンサーによ
って特徴づけられる。
本発明は顕著な利点を有する。
本発明は凝縮ガス（例えば水蒸気）の濃度測定におけ
る自動測定を容易にする。本発明方法は又測定空間から
ガスセンサーを除去する事なく野外の状態で正確で且早
い測定をする事を可能にする。測定時間が短かい事は例
えば相対湿度の測定に用いられる比較的不安定なセンサ
ーの測定精度に寄与する。別の利点は要求された保守期
間を長くし得る事である。
本発明は温度が測定の為パラメータであり、野外の状
態において調整されるという事実、更に若しガスの部分
的な圧力が一定に維持されるなら、凝縮ガスの相対濃度
が温度で変化するという事実を利用する。
凝縮ガスに敏感なセンサーは測定ガスの絶対濃度より
も相対濃度に応答する。この場合、測定ガスの相対濃度
は次式で決まる。
ｕ＝Pgas/Ps（Ｔ） ……（１） ここで Pgas＝測定ガスの部分圧 ps（Ｔ）＝飽和時の測定ガスの部分圧 （温度の函数） 若しセンサーの応答函数が次の式であるならば、 Ｖ＝ｆ（ｕ） ……（２） その時は、加熱或いは冷却によりセンサー温度の変更は
センサーによって検出される相対ガス濃度の変化に影響
する。例えば、センサーは先づガスの凝固温度（活性を
ａ＝１にする）迄冷却し、次いで非常に低い活性（殆ど
０に等しい）に達する迄十分に加熱される。これ等の２
つの測定点はセンサーに対する２点の測定をするのに用
いられる。必要があれば、いくつかの温度値が測定に用
いられ、それによってセンサーの直線性が計られる。
第１図には飽和した水蒸気の部分圧を温度の函数とし
て示してある。
このダイヤグラムから明瞭なように、飽和したガスの
部分圧は指数的に温度に依存する値にかなり近似してい
る。
例示している情況においては周囲温度は50％の相対湿
度で20℃と仮定される。（0.5の相対活性に等しい。）
これ等の値においては、水蒸気の実際の部分圧は略11.7
hPaである。若し、例えばオフセット形測定誤差が５％
であるとすれば、測定装置の読みは55％RHである。次い
で読みと周囲圧から算定される水蒸気の部分圧は略12.9
nPaになる。次に測定装置のセンサーは100℃に加熱され
てセンサーに賦課された実際の相対湿度を1.2％迄低下
させる。センサーにおけるオフセット誤差を仮定すると
読みはその時、6.2％になる。最初の読み（55％RH、20
℃、算定された部分圧12.9hPa）を基礎にした同一の情
況に対する相対湿度の算定は100℃の温度に対して1.3％
RHとなる。これ等の２つの測定を基礎にして、自己測定
装置はその指示において4.9％単位で下向での補正をな
し得る。100℃の温度迄センサーを加熱する例の場合
は、１つの可能なアプローチ（導入方法）としてのみ考
えられることである。本質的な点はセンサーの周囲温度
以上少なくとも60Kだけ十分加熱する事である。
次に述べるのは相対湿度センサーに対する測定アルゴ
リズムである。
仮定は次の通りである。
センサーレスポンスは次式によって表される。
ｕ＝（Ｃ−Co）/a ……（３） ｕ＝Pw/Ps（Ｔ） ここで Pw＝水蒸気の部分圧 Ps（Ｔ）＝温度Ｔにおける飽和水蒸気の部分圧 1.センサーレスポンスは先づ周囲温度T1で測定される： C1＝C0＋ａ＊Pw/Ps（T1） 2.センサーは次いで決められた方法で露点に達する程低
く冷却され、レスポンスが測定される： C2＝C0＋ａ 3.センサーは周囲温度を越える温度T2に加熱され、レス
ポンスが測定される： C3＝C0＋ａ＊Pw/Ps（T2） 4.次いで水蒸気の有効な部分圧が解かれる： 5.要素C0は次いで水蒸気の有効な部分圧によって解かれ
る。
6.センサーの感度ａが解かれる： ａ＝C2−C0 ……（６） ここで、Ｃ、C0、C1、C2及びC3は異なる測定条件にお
けるセンサーの濃度レベルを表わす。
同様な方法でセンサーの動作が、他の標準的な函数、
例えばセンサーレスポンスにより良い整合を与える対数
或いは高次の多項式函数を用いる事によって制御され
る。
若し、もっと一般的なアプローチが次式のように記述
する事によって用いられるならば、 この式から異なった温度値における一組のｎ＋１測定値
がｎ＋１式の組となる。
この組の式は次で係数ａと有効な部分圧Pwの両方の為
に解かれる。
第２図は加熱、冷却し得るセンサー構造の可能な実施
例である。
図面はガスセンサー１と温度センサー３とを示し、両
方は交互に屈曲した状態の棒状の要素よりなるペルチェ
要素２の平らな面に例えばにかわによって接着される。
センサー１と３は更に導体４で測定電子回路に接続され
る。ペルチェ要素は導体５を経て同様に電源に接続され
る。本質的な特徴は温度感知情報においても最も高い可
能な精確度を得る為に温度センサー３に接近してガスセ
ンサー１を位置させることである。ガスセンサー１は例
えばフインランド特許出願824393と824392とに記載され
ている例えばHumicapセンサーと呼ばれる形のものであ
る。同様に、温度センサー３は市販されている任意の形
の温度センサー、例えば固体の半導体センサー或は抵抗
センサーである。代表的には用いられた温度センサーは
抵抗プラチナセンサーである。ペルチエ要素２へ電流を
流すと選ばれた電流の方向によりセンサーの温度を上昇
し或は下降させる。
測定方法は又、若しくはそのレスポンスの一次近似に
おいてここで用いられているセンサー材料が絶対濃度に
よるよりもガスの相対濃度によるならば、例えばアルコ
ール或はアンモニアの測定にも利用し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は温度の関数としての飽和した水蒸気の部分圧の
グラフで、第２図は本発明による測定方法に適合するセ
ンサー構造である。 １……センサー。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガス或は蒸気の相対濃度を測定するための
    測定方法において、上記方法は、センサー（１）を少な
    くとも１つの測定点が定められるように制御された条件
    に設定すること、及び測定されたガス或は蒸気の相対濃
    度に対するセンサー（１）のガス或は蒸気濃度のレスポ
    ンスを定められた測定点によって算定することからな
    り、実際の測定位置では、センサー（１）の温度とガス
    或は蒸気の相対濃度の両方を反復して且少なくとも略同
    時の測定を行い、測定されたガス或は蒸気の部分圧が測
    定位置において少なくとも略一定に保たれるようにして
    センサー（１）の温度を急速に周囲温度と差をもたせ、
    これによって各異なった温度レベルにおいてなされた測
    定結果をセンサーの測定のための補正要素を算定するた
    めに用いるようにするガス或は蒸気の相対濃度を測定す
    るための測定方法。
  2. 【請求項２】100％の相対濃度の測定点を決めるために
    センサー（１）はガス或は蒸気が凝縮するような低い温
    度に冷却される請求項１に記載のガス或は蒸気の相対濃
    度を測定するための測定方法。
  3. 【請求項３】低い相対濃度の測定点を得るために、セン
    サー（１）は周囲温度より60Kだけ高く加熱される請求
    項１に記載のガス或は蒸気の相対濃度を測定するための
    測定方法。
  4. 【請求項４】センサーの温度差はペルチェ要素を用いる
    ことによってなされる上記請求項１〜３のいずれか１つ
    に記載のガス或は蒸気の相対濃度を測定するための測定
    方法。
JP1282059A 1988-11-02 1989-10-31 ガス或は蒸気の相対濃度を測定する為の測定方法及びセンサー Expired - Lifetime JP2758458B2 (ja)

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