におい測定装置
【課題】試料ガス等の消費増大を招くことなく良好な再現性を維持しながら測定時間を短縮できるにおい測定装置を提供する。
【解決手段】センサ４を配設したフローセル３に試料ガスを所定の一定時間供給したときのセンサ４の抵抗値を測定しサンプル抵抗値とし、フローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときのセンサ４の抵抗値を測定しベース抵抗値とするようにプログラムされた制御部１１を備えてにおい測定装置を構成し、これら２つの測定値にもとづく所定の演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うようにする。
【解決手段】センサ４を配設したフローセル３に試料ガスを所定の一定時間供給したときのセンサ４の抵抗値を測定しサンプル抵抗値とし、フローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときのセンサ４の抵抗値を測定しベース抵抗値とするようにプログラムされた制御部１１を備えてにおい測定装置を構成し、これら２つの測定値にもとづく所定の演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体型ガスセンサを利用したにおい測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物半導体型ガスセンサ（以下、単にセンサと記す）は、センサ表面へのガス分子の吸着による導電率の変化をセンサの電気抵抗値（以下、単に抵抗値と記す）の変化として捕らえ、出力するものである。従来、これを利用したにおいの測定をはじめとするガス測定においては、試料ガスの測定前に測定成分を含まないゼロガスをセンサを配設したフローセルに供給して、その際のセンサの抵抗値（以下、ベース抵抗値と記す）を記録し、次に、フローセルに供給するガスをゼロガスから試料ガスに切り換えて、その際に得られるセンサの抵抗値（以下、サンプル抵抗値と記す）を記録し、これら２つの抵抗値の比から測定出力を所定の演算により算出するのが一般的な方法である。
【０００３】
上記のような測定方法では、におい成分等のガス分子がセンサ表面に吸着されると、それが完全に脱離するまでに長時間を要するため、センサの抵抗値が回復するまで次の測定を行うことができず、１回当たりの測定時間が長くなる。センサの抵抗値が回復するのを待たずに次の測定を開始すると、ベース抵抗値にばらつきを生じ、測定結果の再現性を悪化させる。こうした問題を解決するために、試料ガスの測定前に別に準備した基準ガスの測定や試料ガスの予備測定を行い、その測定後一定時間経過後にベース抵抗値を測定することによって測定時間の短縮及びベース抵抗値の安定化を図るようにしたガス測定装置も提案された（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１３０９８号公報
【特許文献２】特開２００１−１３０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前掲特許文献１に示された方法、または前掲特許文献２に示された装置では１回当たりの測定時間は短縮できるが、試料ガスの測定前に余分の測定を行う必要があるためトータルの測定時間はさほど短縮されない上に、基準ガスや余分の試料ガスを消費することも問題点であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、センサを用いたにおい測定装置において試料ガス等の消費増大を招くことなく、良好な再現性を維持しながら測定時間を短縮できるにおい測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、センサを配設したフローセルに試料ガスを所定の一定時間供給したときのサンプル抵抗値を測定し、フローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときのベース抵抗値を測定するようにプログラムされた制御手段を備えてにおい測定装置を構成する。そしてこれら２つの測定値にもとづく所定の演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うようにする。このように構成したことにより、ベース抵抗値のばらつきが抑えられるので、測定時間の短縮も可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、測定精度を決定するベース抵抗値を安定化させるために予備測定や別に準備した基準ガスの測定を行う必要がなく、短時間で再現性の高い測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明が提供するにおい測定装置は次のような特徴を有する。即ち、第１の特徴は、センサを配設したフローセルに試料ガスとゼロガスを切り換え供給できるように構成された点にあり、第２の特徴は、フローセルに試料ガスを一定時間供給したときのセンサの抵抗値とフローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後一定時間が経過したときのセンサの抵抗値を測定するように構成された点である。
従って、最良の形態の基本的な構成は、センサを配設したフローセルに試料ガスとゼロガスを切り換え供給できるようにした構成とフローセルに試料ガスを一定時間供給したときのセンサの抵抗値とフローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後一定時間が経過したときのセンサの抵抗値を測定するようにした構成を具備するにおい測定装置である。
【実施例１】
【０００８】
図１に本発明の一実施例装置の構成を示す。以下図示例に従って説明する。
同図において、１は、例えばテドラバッグ等の試料ガス供給部、２は、例えば大気を活性炭フィルタに通し脱臭して取り込むようにしたゼロガス供給部、３は内部に１個または複数個のセンサ４が配設されたフローセル、５はゼロガスと試料ガスとを切り換え、いずれか一方をフローセル３に流すためのバルブ、６はフローセル３に流れるガスの流量を調節するフローコントローラ、７はこれらのガスを吸引するポンプ、１０は、センサ４の電気抵抗を測定記録し、測定値に対して所定の演算を行う測定演算部、１１はこれらの機器を予め設定したプログラムに従って制御する制御部、１２は測定結果を表示する表示部である。
【０００９】
図１に示す実施例装置の動作について以下に説明する。なお、以下の説明中の数値は例示であって、本発明をこれに限定するものではない。
測定前は、バルブ５は点線で示すように流路が接続された状態にあり、ポンプ７で吸引されることによりフローセル３にはゼロガス供給部２から毎分およそ４０ｍｌのゼロガスが流れている。
測定を開始するには、実線で示すように流路が接続された状態にバルブ５を切り換える。これにより試料ガス供給部１から試料ガスがフローセル３に供給され、同時に制御部１１からの信号により測定演算部１０においてセンサ４の抵抗値の測定（記録）が開始される。
試料ガスは１０秒間だけフローセル３に供給され、その後バルブ５は点線で示すように接続された状態に戻され、フローセル３にはゼロガスが供給される。この間もセンサ４の抵抗値の測定（記録）は続けられ、測定開始から１２０秒後に測定（記録）が終了すると共に、フローコントローラ６によりゼロガスの流量を毎分約１５０ｍｌに増加させて装置内やセンサ４の表面のクリーニングを行い、その後、流量を最初の状態（毎分およそ４０ｍｌ）に戻して次の測定に備える。
以上の操作過程は全て制御部１１内に予め設定されたプログラムに従って逐次実行される。
【００１０】
次に、このようにして得られた測定データに対するデータ処理について説明する。図２は上記のようにして記録されたセンサ４の抵抗値の実測例であって、抵抗値（縦軸）の時間経過（横軸）による変化を示したものである。同図は、後述する本発明装置の再現性を実証するための実験データであるが、ここでは同じ図をデータ処理の説明のために利用する。
【００１１】
図２において、横軸上の時間０が測定開始の時点を示し、その時点から１０秒間だけ試料ガスがフローセル３に流され、その後は測定が終了する１２０秒の時点を越えてゼロガスがフローセル３に流されることは前述した通りである。この図からわかるように、フローセル３内に置かれたセンサ４が試料ガスに曝されるとその抵抗値は低下し、続いてゼロガスに曝されると徐々に回復（上昇）し、その結果、抵抗値のグラフは図に示されるような下向きのピークを描く。このピークの極小値が即ち前述のサンプル抵抗値である。データ処理は、まず測定演算部１０においてピークの極小値をサンプル抵抗値として抽出し、次に、測定終了時、即ちフローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えてから１１０秒後の抵抗値をベース抵抗値として抽出し、これらの値の比を対数計算することによって行われ、その結果は表示部１２に表示される。
【００１２】
図１に示した実施例装置を用いて測定の再現性を実証するための実験を行った。図２はそのデータであって、試料ガスとしてトルエンとメチルメルカプタンの混合ガスを用い、同じ試料を３回連続して測定したデータを重ねて示している。
【表１】
表１は、図２のデータを元に前述したデータ処理によって算出した測定結果（表１では「センサ出力」と表記）を、従来の測定法により同じ試料を測定した結果と対比して示す。表中の「前ベース」とは、フローセル３に試料ガスを流す前にゼロガスを１０秒間流し、そのとき測定されたセンサ４の抵抗値をベース抵抗値として計算した測定結果、言い換えれば、従来の測定法によって得た測定結果である。一方、「後ベース」とは本発明による上述の測定過程によって得た測定結果である。表１から、本発明装置による測定は従来法と比べて良好な再現性を示すことがわかる。
【００１３】
この実験結果から、フローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後のセンサ４の抵抗値は、或る一定レベルまでであれば２分程度の比較的短時間で回復し、また再現性も高いことがわかる。従って、試料ガスを供給してサンプル抵抗値を測定し、その後ゼロガスを供給して一定時間経過後のセンサ４の抵抗値をベース抵抗値とすれば、予備測定等を行わずに再現性の高い測定結果を得ることができる。
【００１４】
なお、本発明は、図１に示す測定演算部１０と制御部１１とがそれぞれ個別のハードウェアとして構成されるものに限らず、これらが例えば１台のコンピュータ内にソフトウェア的に存在する場合をも包含するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明はにおい測定装置に利用することができ、食品や香料の品質検査、悪臭の定性・定量測定、焦げ臭検知による火災警報など、幅広い分野で利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例装置による実験データを示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ 試料ガス供給部
２ ゼロガス供給部
３ フローセル
４ センサ
５ バルブ
６ フローコントローラ
７ ポンプ
１０ 測定演算部
１１ 制御部
１２ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体型ガスセンサを利用したにおい測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物半導体型ガスセンサ（以下、単にセンサと記す）は、センサ表面へのガス分子の吸着による導電率の変化をセンサの電気抵抗値（以下、単に抵抗値と記す）の変化として捕らえ、出力するものである。従来、これを利用したにおいの測定をはじめとするガス測定においては、試料ガスの測定前に測定成分を含まないゼロガスをセンサを配設したフローセルに供給して、その際のセンサの抵抗値（以下、ベース抵抗値と記す）を記録し、次に、フローセルに供給するガスをゼロガスから試料ガスに切り換えて、その際に得られるセンサの抵抗値（以下、サンプル抵抗値と記す）を記録し、これら２つの抵抗値の比から測定出力を所定の演算により算出するのが一般的な方法である。
【０００３】
上記のような測定方法では、におい成分等のガス分子がセンサ表面に吸着されると、それが完全に脱離するまでに長時間を要するため、センサの抵抗値が回復するまで次の測定を行うことができず、１回当たりの測定時間が長くなる。センサの抵抗値が回復するのを待たずに次の測定を開始すると、ベース抵抗値にばらつきを生じ、測定結果の再現性を悪化させる。こうした問題を解決するために、試料ガスの測定前に別に準備した基準ガスの測定や試料ガスの予備測定を行い、その測定後一定時間経過後にベース抵抗値を測定することによって測定時間の短縮及びベース抵抗値の安定化を図るようにしたガス測定装置も提案された（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１３０９８号公報
【特許文献２】特開２００１−１３０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前掲特許文献１に示された方法、または前掲特許文献２に示された装置では１回当たりの測定時間は短縮できるが、試料ガスの測定前に余分の測定を行う必要があるためトータルの測定時間はさほど短縮されない上に、基準ガスや余分の試料ガスを消費することも問題点であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、センサを用いたにおい測定装置において試料ガス等の消費増大を招くことなく、良好な再現性を維持しながら測定時間を短縮できるにおい測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、センサを配設したフローセルに試料ガスを所定の一定時間供給したときのサンプル抵抗値を測定し、フローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときのベース抵抗値を測定するようにプログラムされた制御手段を備えてにおい測定装置を構成する。そしてこれら２つの測定値にもとづく所定の演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うようにする。このように構成したことにより、ベース抵抗値のばらつきが抑えられるので、測定時間の短縮も可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、測定精度を決定するベース抵抗値を安定化させるために予備測定や別に準備した基準ガスの測定を行う必要がなく、短時間で再現性の高い測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明が提供するにおい測定装置は次のような特徴を有する。即ち、第１の特徴は、センサを配設したフローセルに試料ガスとゼロガスを切り換え供給できるように構成された点にあり、第２の特徴は、フローセルに試料ガスを一定時間供給したときのセンサの抵抗値とフローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後一定時間が経過したときのセンサの抵抗値を測定するように構成された点である。
従って、最良の形態の基本的な構成は、センサを配設したフローセルに試料ガスとゼロガスを切り換え供給できるようにした構成とフローセルに試料ガスを一定時間供給したときのセンサの抵抗値とフローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後一定時間が経過したときのセンサの抵抗値を測定するようにした構成を具備するにおい測定装置である。
【実施例１】
【０００８】
図１に本発明の一実施例装置の構成を示す。以下図示例に従って説明する。
同図において、１は、例えばテドラバッグ等の試料ガス供給部、２は、例えば大気を活性炭フィルタに通し脱臭して取り込むようにしたゼロガス供給部、３は内部に１個または複数個のセンサ４が配設されたフローセル、５はゼロガスと試料ガスとを切り換え、いずれか一方をフローセル３に流すためのバルブ、６はフローセル３に流れるガスの流量を調節するフローコントローラ、７はこれらのガスを吸引するポンプ、１０は、センサ４の電気抵抗を測定記録し、測定値に対して所定の演算を行う測定演算部、１１はこれらの機器を予め設定したプログラムに従って制御する制御部、１２は測定結果を表示する表示部である。
【０００９】
図１に示す実施例装置の動作について以下に説明する。なお、以下の説明中の数値は例示であって、本発明をこれに限定するものではない。
測定前は、バルブ５は点線で示すように流路が接続された状態にあり、ポンプ７で吸引されることによりフローセル３にはゼロガス供給部２から毎分およそ４０ｍｌのゼロガスが流れている。
測定を開始するには、実線で示すように流路が接続された状態にバルブ５を切り換える。これにより試料ガス供給部１から試料ガスがフローセル３に供給され、同時に制御部１１からの信号により測定演算部１０においてセンサ４の抵抗値の測定（記録）が開始される。
試料ガスは１０秒間だけフローセル３に供給され、その後バルブ５は点線で示すように接続された状態に戻され、フローセル３にはゼロガスが供給される。この間もセンサ４の抵抗値の測定（記録）は続けられ、測定開始から１２０秒後に測定（記録）が終了すると共に、フローコントローラ６によりゼロガスの流量を毎分約１５０ｍｌに増加させて装置内やセンサ４の表面のクリーニングを行い、その後、流量を最初の状態（毎分およそ４０ｍｌ）に戻して次の測定に備える。
以上の操作過程は全て制御部１１内に予め設定されたプログラムに従って逐次実行される。
【００１０】
次に、このようにして得られた測定データに対するデータ処理について説明する。図２は上記のようにして記録されたセンサ４の抵抗値の実測例であって、抵抗値（縦軸）の時間経過（横軸）による変化を示したものである。同図は、後述する本発明装置の再現性を実証するための実験データであるが、ここでは同じ図をデータ処理の説明のために利用する。
【００１１】
図２において、横軸上の時間０が測定開始の時点を示し、その時点から１０秒間だけ試料ガスがフローセル３に流され、その後は測定が終了する１２０秒の時点を越えてゼロガスがフローセル３に流されることは前述した通りである。この図からわかるように、フローセル３内に置かれたセンサ４が試料ガスに曝されるとその抵抗値は低下し、続いてゼロガスに曝されると徐々に回復（上昇）し、その結果、抵抗値のグラフは図に示されるような下向きのピークを描く。このピークの極小値が即ち前述のサンプル抵抗値である。データ処理は、まず測定演算部１０においてピークの極小値をサンプル抵抗値として抽出し、次に、測定終了時、即ちフローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えてから１１０秒後の抵抗値をベース抵抗値として抽出し、これらの値の比を対数計算することによって行われ、その結果は表示部１２に表示される。
【００１２】
図１に示した実施例装置を用いて測定の再現性を実証するための実験を行った。図２はそのデータであって、試料ガスとしてトルエンとメチルメルカプタンの混合ガスを用い、同じ試料を３回連続して測定したデータを重ねて示している。
【表１】
表１は、図２のデータを元に前述したデータ処理によって算出した測定結果（表１では「センサ出力」と表記）を、従来の測定法により同じ試料を測定した結果と対比して示す。表中の「前ベース」とは、フローセル３に試料ガスを流す前にゼロガスを１０秒間流し、そのとき測定されたセンサ４の抵抗値をベース抵抗値として計算した測定結果、言い換えれば、従来の測定法によって得た測定結果である。一方、「後ベース」とは本発明による上述の測定過程によって得た測定結果である。表１から、本発明装置による測定は従来法と比べて良好な再現性を示すことがわかる。
【００１３】
この実験結果から、フローセル３に供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後のセンサ４の抵抗値は、或る一定レベルまでであれば２分程度の比較的短時間で回復し、また再現性も高いことがわかる。従って、試料ガスを供給してサンプル抵抗値を測定し、その後ゼロガスを供給して一定時間経過後のセンサ４の抵抗値をベース抵抗値とすれば、予備測定等を行わずに再現性の高い測定結果を得ることができる。
【００１４】
なお、本発明は、図１に示す測定演算部１０と制御部１１とがそれぞれ個別のハードウェアとして構成されるものに限らず、これらが例えば１台のコンピュータ内にソフトウェア的に存在する場合をも包含するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明はにおい測定装置に利用することができ、食品や香料の品質検査、悪臭の定性・定量測定、焦げ臭検知による火災警報など、幅広い分野で利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例装置による実験データを示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ 試料ガス供給部
２ ゼロガス供給部
３ フローセル
４ センサ
５ バルブ
６ フローコントローラ
７ ポンプ
１０ 測定演算部
１１ 制御部
１２ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体型ガスセンサを配設したフローセルと、該フローセルにゼロガスまたは試料ガスのいずれかを切り換え供給するガス供給手段と、前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗を測定しその測定値に対して所定の演算を行う測定演算手段と、前記ガス供給手段と前記測定演算手段を制御する制御手段とを備え、前記フローセルに試料ガスを供給したときの前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗値であるサンプル抵抗値と前記フローセルにゼロガスを供給したときの前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗値であるベース抵抗値とにもとづく演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うように構成されたにおい測定装置において、前記制御手段が、前記フローセルに試料ガスを所定の一定時間供給したときに前記サンプル抵抗値を測定すると共に前記フローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときに前記ベース抵抗値を測定するようにプログラムされていることを特徴とするにおい測定装置。
【請求項１】
酸化物半導体型ガスセンサを配設したフローセルと、該フローセルにゼロガスまたは試料ガスのいずれかを切り換え供給するガス供給手段と、前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗を測定しその測定値に対して所定の演算を行う測定演算手段と、前記ガス供給手段と前記測定演算手段を制御する制御手段とを備え、前記フローセルに試料ガスを供給したときの前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗値であるサンプル抵抗値と前記フローセルにゼロガスを供給したときの前記酸化物半導体型ガスセンサの電気抵抗値であるベース抵抗値とにもとづく演算により試料ガス中のにおい成分の定量／定性を行うように構成されたにおい測定装置において、前記制御手段が、前記フローセルに試料ガスを所定の一定時間供給したときに前記サンプル抵抗値を測定すると共に前記フローセルに供給するガスを試料ガスからゼロガスに切り換えた後、所定の一定時間が経過したときに前記ベース抵抗値を測定するようにプログラムされていることを特徴とするにおい測定装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３００６３５（Ｐ２００６−３００６３５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２０８３２（Ｐ２００５−１２０８３２）
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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