特開 2023-142212 ガス検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142212

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】ガス検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/40 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

G01N1/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022048975

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】郡司島 造

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 敏一

(72)【発明者】

【氏名】勝野 高志

(72)【発明者】

【氏名】中村 忠司

(72)【発明者】

【氏名】溝下 倫大

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宏文

(72)【発明者】

【氏名】山寺 秀哉

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 テツヲ

(72)【発明者】

【氏名】内田 浩司

【テーマコード（参考）】

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G052AD42

2G052ED01

2G052JA09

(57)【要約】

【課題】気体試料中のガス成分を検知可能なガス検知装置を提供する。
【解決手段】ガス検知装置は、第１および第２ガス成分を濃縮可能な第１濃縮器を備える。第１濃縮器は、第１および第２ガス成分の濃縮率の比が第１濃縮比である。ガス検知装置は、第１および第２ガス成分を濃縮可能な第２濃縮器を備える。第２濃縮器は、第１および第２ガス成分の濃縮率の比が第２濃縮比である。ガス検知装置は、第１および第２ガス成分の濃度を測定可能な第１センサおよび第２センサを備える。第１センサは、第１および第２ガス成分の測定感度の比が第１感度比である。第２センサは、第１および第２ガス成分の測定感度の比が第２感度比である。ガス検知装置は、第１濃縮器から第１および第２センサへ至る第１ガス経路と、第２濃縮器から第１および第２センサへ至る第２ガス経路と、を形成可能な流路形成部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体試料中の第１ガス成分および第２ガス成分を濃縮して放出可能な第１濃縮器であって、前記第１ガス成分の濃縮率と前記第２ガス成分の濃縮率との比が第１濃縮比である、前記第１濃縮器と、
前記気体試料中の前記第１ガス成分および前記第２ガス成分を濃縮して放出可能な第２濃縮器であって、前記第１ガス成分の濃縮率と前記第２ガス成分の濃縮率との比が前記第１濃縮比とは異なる第２濃縮比である、前記第２濃縮器と、
前記第１ガス成分および前記第２ガス成分の濃度を測定可能な第１センサであって、前記第１ガス成分の測定感度と前記第２ガス成分の測定感度との比が第１感度比である、前記第１センサと、
前記第１ガス成分および前記第２ガス成分の濃度を測定可能な第２センサであって、前記第１ガス成分の測定感度と前記第２ガス成分の測定感度との比が前記第１感度比とは異なる第２感度比である、前記第２センサと、
前記第１濃縮器から前記第１センサおよび前記第２センサへ至る第１ガス経路と、前記第２濃縮器から前記第１センサおよび前記第２センサへ至る第２ガス経路と、を形成することが可能に構成されている流路形成部と、
を備える、ガス検知装置。

【請求項2】

前記第１センサの測定値および前記第２センサの測定値に基づいて、前記気体試料中の前記第１ガス成分の濃度および前記第２ガス成分の濃度を算出する算出部をさらに備え、
前記算出部は、前記第１ガス経路を用いて前記第１センサおよび前記第２センサで測定された測定値と、前記第２ガス経路を用いて前記第１センサおよび前記第２センサで測定された測定値との差分に基づいて、前記第１ガス成分の濃度および前記第２ガス成分の濃度を算出する、請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項3】

前記流路形成部は、
前記気体試料を前記第１濃縮器および前記第２濃縮器に供給する試料供給流路を形成し、
前記試料供給流路を形成した後に、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路の一方を形成し、
前記第１ガス経路および前記第２ガス経路の一方を形成した後に、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路の他方を形成する、
請求項１又は２に記載のガス検知装置。

【請求項4】

前記流路形成部は、パージガスを供給する部位を前記第１濃縮器および前記第２濃縮器に接続するとともに、前記第１濃縮器および前記第２濃縮器を前記第１センサおよび前記第２センサを介さずに外部に接続する流路を形成することが可能に構成されている、請求項１～３の何れか１項に記載のガス検知装置。

【請求項5】

前記流路形成部は、パージガスを供給する部位を前記第１センサおよび前記第２センサに接続する経路を形成するとともに、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路を遮断することが可能に構成されている、請求項１～３の何れか１項に記載のガス検知装置。

【請求項6】

前記流路形成部は、
前記第１濃縮器と前記第１センサとを接続している第１流路と、
前記第２濃縮器と前記第２センサとを接続している第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを接続している第３流路と、
前記第１流路と前記第３流路との接続点と、前記第１濃縮器と、の経路上に配置されている第１バルブと、
前記第２流路と前記第３流路との接続点と、前記第２濃縮器と、の経路上に配置されている第２バルブと、
を備えている、請求項１～５の何れか１項に記載のガス検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、気体試料中のガス成分を検知することが可能なガス検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

極低濃度の検知対象ガスを高選択に検出するために、試料ガスを濃縮した後にセンサに検知させる技術が知られている。また試料ガスに、検出対象ガスの濃度測定を妨害する妨害ガスが含まれている場合に、特性の異なる２つの濃縮器を用いることで、妨害ガスの影響を把握する技術が知られている。例えば特許文献１には、２つの濃縮器と２つのセンサがそれぞれ１：１で接続されたガス検知装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１３８７８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、センサから得られる出力値は、センサの数と同数の２個である。検出対象ガスと妨害ガスとの濃度を切り分けて詳細に測定するためには、出力値の数が十分とは言えない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するガス検知装置の一実施形態は、気体試料中の第１ガス成分および第２ガス成分を濃縮して放出可能な第１濃縮器を備える。第１濃縮器は、第１ガス成分の濃縮率と第２ガス成分の濃縮率との比が第１濃縮比である。ガス検知装置は、気体試料中の第１ガス成分および第２ガス成分を濃縮して放出可能な第２濃縮器を備える。第２濃縮器は、第１ガス成分の濃縮率と第２ガス成分の濃縮率との比が第１濃縮比とは異なる第２濃縮比である。ガス検知装置は、第１ガス成分および第２ガス成分の濃度を測定可能な第１センサを備える。第１センサは、第１ガス成分の測定感度と第２ガス成分の測定感度との比が第１感度比である。ガス検知装置は、第１ガス成分および第２ガス成分の濃度を測定可能な第２センサを備える。第２センサは、第１ガス成分の測定感度と第２ガス成分の測定感度との比が第１感度比とは異なる第２感度比である。ガス検知装置は、第１濃縮器から第１センサおよび第２センサへ至る第１ガス経路と、第２濃縮器から第１センサおよび第２センサへ至る第２ガス経路と、を形成することが可能に構成されている流路形成部を備える。

【0006】

濃縮選択比が異なる第１および第２濃縮器により、第１および第２ガス成分の各々の濃縮状態が異なる２種類の濃縮ガスを生成することができる。そして、第１濃縮器で生成した濃縮ガスを感度が異なる第１および第２センサの各々で測定するとともに、第２濃縮器で生成した濃縮ガスを感度が異なる第１および第２センサの各々で測定することができる。第１および第２センサから得られる出力値を４つに増加させることができるため、第１および第２ガス成分をより詳細に測定することが可能となる。

【0007】

ガス検知装置は、第１センサの測定値および第２センサの測定値に基づいて、気体試料中の第１ガス成分の濃度および第２ガス成分の濃度を算出する算出部をさらに備えていてもよい。算出部は、第１ガス経路を用いて第１センサおよび第２センサで測定された測定値と、第２ガス経路を用いて第１センサおよび第２センサで測定された測定値との差分に基づいて、第１ガス成分の濃度および第２ガス成分の濃度を算出してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0008】

流路形成部は、気体試料を第１濃縮器および第２濃縮器に供給する試料供給流路を形成してもよい。流路形成部は、試料供給流路を形成した後に、第１ガス経路および第２ガス経路の一方を形成してもよい。流路形成部は、第１ガス経路および第２ガス経路の一方を形成した後に、第１ガス経路および第２ガス経路の他方を形成してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0009】

流路形成部は、パージガスを供給する部位を第１濃縮器および第２濃縮器に接続するとともに、第１濃縮器および第２濃縮器を第１センサおよび第２センサを介さずに外部に接続する流路を形成することが可能に構成されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0010】

流路形成部は、パージガスを供給する部位を第１センサおよび第２センサに接続する経路を形成するとともに、第１ガス経路および第２ガス経路を遮断することが可能に構成されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0011】

流路形成部は、第１濃縮器と第１センサとを接続している第１流路を備えていてもよい。流路形成部は、第２濃縮器と第２センサとを接続している第２流路を備えていてもよい。流路形成部は、第１流路と第２流路とを接続している第３流路を備えていてもよい。流路形成部は、第１流路と第３流路との接続点と、第１濃縮器と、の経路上に配置されている第１バルブを備えていてもよい。流路形成部は、第２流路と第３流路との接続点と、第２濃縮器と、の経路上に配置されている第２バルブを備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１のガス検出システム１の概略ブロック図である。

【図2】ガス経路ＧＰ１の概略図である。

【図3】ガス経路ＧＰ２の概略図である。

【図4】ガス経路ＧＰ３の概略図である。

【図5】ガス経路ＧＰ４の概略図である。

【図6】ガス経路ＧＰ５の概略図である。

【図7】実施例１における、濃度Ｘと出力値Ｐ_Ｓ１の関係を示すグラフである。

【図8】実施例１における、濃度Ｙと出力値Ｐ_Ｓ１の関係を示すグラフである。

【図9】オフセット変動の影響を説明するグラフである。

【図10】実施例２における濃度算出方法を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【実施例0013】

（ガス検出システム１の構成）
図１に、実施例１のガス検出システム１の概略ブロック図を示す。ガス検出システム１は、ガス検知装置２、試料ガス容器３、ポンプ４～６、を備えている。試料ガス容器３は、試料ガスを保持するための容器である。試料ガス容器３は、例えば樹脂フィルム製のパックであってもよい。ポンプ４～６は、吸引することでガスの流れを発生させる部位である。

【0014】

ガス検知装置２は、第１濃縮器Ｃ１、第２濃縮器Ｃ２、第１センサＳ１、第２センサＳ２、バルブＶ１～Ｖ７、バルブ制御部１０、算出部１１、を主に備えている。第１濃縮器Ｃ１は、吸着材ＡＤ１およびヒータＨＥ１を備えている。吸着材ＡＤ１は、試料ガス中の特定ガス成分を吸着可能であるとともに、ヒータＨＥ１によって所定温度以上に加熱されることで吸着した特定ガス成分を脱離可能である。これにより、特定ガス成分を濃縮して放出可能とされている。吸着材ＡＤ１の材料としては、メソポーラス材料（例：メソポーラスシリカ、メソポーラス有機シリカ、メソポーラスカーボン等）、金属有機構造体（MOF:Metal-Organic Framework）、ゼオライト、活性炭等のミクロポーラス材料、を用いることができる。同様にして、第２濃縮器Ｃ２は、吸着材ＡＤ２およびヒータＨＥ２を備えている。

【0015】

第１センサＳ１および第２センサＳ２は、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２から脱離した特定ガス成分の濃度を測定可能なセンサである。第１センサＳ１および第２センサＳ２としては、特定ガス成分の吸着により抵抗、容量、共振周波数、応力等が変化するタイプのセンサを用いることができる。なお第１センサＳ１および第２センサＳ２の検出範囲は、１～１０００ｐｐｍとした。

【0016】

第１濃縮器Ｃ１の流入口Ｃ１ｉおよび第２濃縮器Ｃ２の流入口Ｃ２ｉには、流路３０によって試料ガス容器３が接続されている。また流入口Ｃ１ｉおよびＣ２ｉには、バルブＶ５を介して大気吸入口Ａｉが接続されている。大気吸入口Ａｉは、パージガスである大気を吸入する部位である。

【0017】

第１濃縮器Ｃ１の排出口Ｃ１ｏは、第１流路３１によって第１センサＳ１の流入口Ｓ１ｉに接続されている。第２濃縮器Ｃ２の排出口Ｃ２ｏは、第２流路３２によって第２センサＳ２の流入口Ｓ２ｉに接続されている。第３流路３３の一端は、接続点Ｎ１で第１流路３１に接続されている。第３流路３３の他端は、接続点Ｎ２で第２流路３２に接続されている。これにより、第１流路３１と第２流路３２とは、第３流路３３によって互いに接続されている。

【0018】

排出口Ｃ１ｏと接続点Ｎ１との経路上には、バルブＶ１が配置されている。排出口Ｃ２ｏと接続点Ｎ２との経路上には、バルブＶ２が配置されている。接続点Ｎ１と流入口Ｓ１ｉとの経路上には、バルブＶ３が配置されている。接続点Ｎ２と流入口Ｓ２ｉとの経路上には、バルブＶ４が配置されている。また接続点Ｎ１には、バルブＶ６を介して大気吸入口Ａｉが接続されている。接続点Ｎ２には、バルブＶ７を介してポンプ６および大気排出口Ａｏ３が接続されている。大気排出口Ａｏ３は、パージガスである大気を外部へ排出する部位である。

【0019】

第１センサＳ１の排出口Ｓ１ｏには、ポンプ４を介して大気排出口Ａｏ１が接続されている。第２センサＳ２の排出口Ｓ２ｏには、ポンプ５を介して大気排出口Ａｏ２が接続されている。大気排出口Ａｏ１およびＡｏ２は、センサ内部を通過したガスを大気中へ排出する部位である。

【0020】

バルブ制御部１０は、バルブＶ１～Ｖ７の開閉を制御する部位である。バルブ制御部１０およびバルブＶ１～Ｖ７によって、流路形成部が構成されている。算出部１１は、試料ガス中の特定ガス成分の濃度を算出する装置である。算出部１１には、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１および第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｓ２が入力される。算出部１１は、出力値Ｐ_Ｓ１およびＰ_Ｓ２に基づいて、特定ガス成分濃度を算出する。算出部１１は、例えばＰＣなどであってもよい。

【0021】

（ガス検出システム１のガス検出動作）
図２～図６を用いて、ガス検出動作を説明する。なお図２～図６では、形成されているガス経路を実線で示し、形成されていないガス経路を破線で示している。

【0022】

ステップＳＴ１において、バルブ制御部１０は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ７を開状態にするとともに、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ６を閉状態にする（図２参照）。これにより、ガス経路ＧＰ１が形成される。ガス経路ＧＰ１は、大気を供給する大気吸入口Ａｉを、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２に接続する。またガス経路ＧＰ１は、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２を、第１センサＳ１および第２センサＳ２を介さずに大気排出口Ａｏ３に接続する。ポンプ６を吸引動作させることで、大気吸入口Ａｉから大気排出口Ａｏ３まで大気が強制的に流れる。第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２をリフレッシュすることができる。

【0023】

ステップＳＴ２において、バルブ制御部１０は、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ６を開状態にするとともに、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ７を閉状態にする（図３参照）。これにより、大気を供給する大気吸入口Ａｉを第１センサＳ１および第２センサＳ２に接続する、ガス経路ＧＰ２が形成される。また、第１濃縮器Ｃ１から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路、および、第２濃縮器Ｃ２から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路が遮断される。ポンプ４および５を吸引動作させることで、大気吸入口Ａｉから大気排出口Ａｏ１およびＡｏ２まで大気が強制的に流れる。第１センサＳ１および第２センサＳ２をリフレッシュすることができる。

【0024】

ステップＳＴ３において、吸着ステップが行われる。バルブ制御部１０は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ７を開状態にするとともに、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を閉状態にする（図４参照）。これにより、試料ガス容器３から第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２を介して大気排出口Ａｏ３へ至る、ガス経路ＧＰ３が形成される。ガス経路ＧＰ３は、気体試料を第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２に供給する試料供給流路である。ポンプ６を吸引動作させることで、試料ガス容器３から第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２を介して大気排出口Ａｏ３まで、試料ガスが強制的に流れる。吸着材ＡＤ１およびＡＤ２の表面を試料ガスに暴露することで、特定ガス成分を選択的に吸着させることができる。

【0025】

ステップＳＴ４において、第１の測定ステップが行われる。バルブ制御部１０は、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を開状態にするとともに、バルブＶ２、Ｖ６、Ｖ７を閉状態にする（図５参照）。これにより、第１濃縮器Ｃ１から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路ＧＰ４が形成される。ポンプ４および５を吸引動作させることで、第１濃縮器Ｃ１から第１センサＳ１および第２センサＳ２へのガスの強制的な流れが発生する。このとき、大気吸入口Ａｉから第１濃縮器Ｃ１にＮ_２などのキャリアガスを供給してもよい。

【0026】

そしてヒータＨＥ１による吸着材ＡＤ１の加熱を開始する。吸着材ＡＤ１が所定温度以上に加熱されると、特定ガス成分が吸着材ＡＤ１から離脱する。離脱した特定ガス成分は、ガス経路ＧＰ４を介して第１センサＳ１および第２センサＳ２へ運ばれ、検知される。第１センサＳ１および第２センサＳ２に到達した特定ガス成分は、大気排出口Ａｏ１およびＡｏ２を介して大気中に排出される。

【0027】

ステップＳＴ５において、第２の測定ステップが行われる。バルブ制御部１０は、バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を開状態にするとともに、バルブＶ１、Ｖ６、Ｖ７を閉状態にする（図６参照）。これにより、第２濃縮器Ｃ２から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路ＧＰ５が形成される。ポンプ４および５を吸引動作させることで、第２濃縮器Ｃ２から第１センサＳ１および第２センサＳ２へのガスの強制的な流れが発生する。このとき、大気吸入口Ａｉから第２濃縮器Ｃ２にＮ_２などのキャリアガスを供給してもよい。

【0028】

そしてヒータＨＥ２による吸着材ＡＤ２の加熱を開始すると、特定ガス成分が吸着材ＡＤ２から離脱する。離脱した特定ガス成分は、ガス経路ＧＰ５を介して第１センサＳ１および第２センサＳ２へ運ばれ、検知される。

【0029】

（濃度計算式を立式するための仮定）
第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１および第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｓ２に基づいてガス成分の濃度を算出するための計算式について、説明する。計算式を立てるために、以下の３つの仮定を用意した。

【0030】

第１の仮定は、ガス成分の仮定である。気体試料である１次ガス中の成分には、成分Ａ、Ｂ、Ｃが含まれていると仮定する。成分ＡおよびＢは、吸着材ＡＤ１およびＡＤ２に吸着するとともに、第１センサＳ１および第２センサＳ２に反応する成分である。一方、成分Ｃは、吸着材ＡＤ１およびＡＤ２に吸着せず、第１センサＳ１および第２センサＳ２に反応しない成分である。成分Ａは、例えば測定対象となる目的成分である。成分Ｂは、例えば成分Ａの測定に干渉する、妨害成分である。第１の仮定では、簡略化のため、目的成分に対し、干渉する妨害成分を１つとした。

【0031】

第２の仮定は、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２に関する仮定である。第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２は、成分ごとの選択比に従って吸着し、脱離時はこれに濃縮率を乗じた濃縮ガスを放出する。また、第１濃縮器Ｃ１における成分ＡとＢとの濃縮率の比（第１濃縮比）は、第２濃縮器Ｃ２における成分ＡとＢとの濃縮率の比（第２濃縮比）とは異なっている。

【0032】

ここで、成分Ａの濃度を「Ｘ」、成分Ｂの濃度を「Ｙ」、成分Ｃの濃度を「Ｚ」、とする。第１濃縮器Ｃ１の濃縮率を「ｍ」、第２濃縮器Ｃ２の濃縮率を「ｎ」とする。第１濃縮器Ｃ１の成分Ａ、Ｂ、Ｃの濃縮率の比を、「（ａ：ｂ：０）」とする。第２濃縮器Ｃ２の成分Ａ、Ｂ、Ｃの濃縮率の比を、「（ｃ：ｄ：０）」とする。第１濃縮器Ｃ１の成分ＡとＢとの濃縮率との比（第１濃縮比）は、「（ａ：ｂ）」である。第２濃縮器Ｃ２の成分ＡとＢとの濃縮率との比（第２濃縮比）は、「（ｃ：ｄ）」である。

【0033】

第１濃縮器Ｃ１での濃縮後の成分Ａの濃度を「Ｘ_Ｃ１」とすると、「Ｘ_Ｃ１＝ｍ・ａ／（ａ＋ｂ）・Ｘ」の式が成立する。第１濃縮器Ｃ１での濃縮後の成分Ｂの濃度を「Ｙ_Ｃ１」とすると、「Ｙ_Ｃ１＝ｍ・ｂ／（ａ＋ｂ）・Ｙ」の式が成立する。第１濃縮器Ｃ１での濃縮後の成分Ｃの濃度を「Ｚ_Ｃ１」とすると、「Ｚ_Ｃ１＝０」の式が成立する。

【0034】

同様に、第２濃縮器Ｃ２での濃縮後の成分Ａの濃度を「Ｘ_Ｃ２」とすると、「Ｘ_Ｃ２＝ｎ・ｃ／（ｃ＋ｄ）・Ｘ」の式が成立する。第２濃縮器Ｃ２での濃縮後の成分Ｂの濃度を「Ｙ_Ｃ２」とすると、「Ｙ_Ｃ２＝ｎ・ｄ／（ｃ＋ｄ）・Ｙ」の式が成立する。第２濃縮器Ｃ２での濃縮後の成分Ｃの濃度を「Ｚ_Ｃ２」とすると、「Ｚ_Ｃ２＝０」の式が成立する。

【0035】

第３の仮定は、第１センサＳ１および第２センサＳ２に関する仮定である。第１センサＳ１および第２センサＳ２は、成分ごとの感度に従い、それらの和に比例した値を出力する。また、第１センサＳ１における成分ＡとＢとの測定感度の比（第１感度比）は、第２センサＳ２における成分ＡとＢとの測定感度の比（第２感度比）とは異なっている。

【0036】

ここで、第１センサＳ１の成分Ａ、Ｂ、Ｃの測定感度の比を、「（ｅ：ｆ：０）」とする。第２センサＳ２の成分Ａ、Ｂ、Ｃの測定感度の比を、「（ｇ：ｈ：０）」とする。第１感度比は、「（ｅ：ｆ）」である。第２感度比は、「（ｇ：ｈ）」である。

【0037】

（濃度計算式）
上記の仮定に基づき、１次ガス濃度からセンサ出力を算出するモデルを、数式で表現する。第１濃縮器Ｃ１から放出される、濃縮後のガス中の成分Ａ、Ｂ、Ｃの濃度は、下式（１）で表される。

【数1】

同様に、第２濃縮器Ｃ２から放出される、濃縮後のガス中の成分Ａ、Ｂ、Ｃの濃度は、下式（２）で表される。

【数2】

【0038】

第１濃縮器Ｃ１の放出ガスを第１センサＳ１で測定した出力値を「Ｐ_Ｃ１Ｓ１」とする。出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ１は、下式（３）（４）で表される。

【数3】

【数4】

【0039】

第２濃縮器Ｃ２の放出ガスを第１センサＳ１で測定した出力値を「Ｐ_Ｃ２Ｓ１」とする。出力値Ｐ_Ｃ２Ｓ１は、下式（５）（６）で表される。

【数5】

【数6】

【0040】

第１濃縮器Ｃ１の放出ガスを第２センサＳ２で測定した出力値を「Ｐ_Ｃ１Ｓ２」とする。出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ２は、下式（７）（８）で表される。

【数7】

【数8】

【0041】

第２濃縮器Ｃ２の放出ガスを第２センサＳ２で測定した出力値を「Ｐ_Ｃ２Ｓ２」とする。出力値Ｐ_Ｃ２Ｓ２は、下式（９）（１０）で表される。

【数9】

【数10】

【0042】

出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ１およびＰ_Ｃ１Ｓ２を求める式は、上式（４）（８）を用いて下式（１１）となる。

【数11】

また出力値Ｐ_Ｃ２Ｓ１およびＰ_Ｃ２Ｓ２を求める式は、上式（６）（１０）を用いて下式（１２）となる。

【数12】

【0043】

成分Ａの濃度Ｘおよび成分Ｂの濃度Ｙを算出する式は、上式（１１）（１２）の逆行列を用いて、下式（１３）（１４）で表すことができる。

【数13】

【数14】

式（１３）（１４）を用いることで、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ１、Ｐ_Ｃ２Ｓ１、および、第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ２、Ｐ_Ｃ２Ｓ２によって、濃度ＸおよびＹを算出することが可能となる。濃度ＸおよびＹの算出は、算出部１１によって行うことができる。

【0044】

（第１の効果）
成分ＡとＢとの測定感度の比が互いに異なる、第１センサＳ１と第２センサＳ２の２つを用いる効果を説明する。式（１３）に示すように、成分Ａの濃度Ｘおよび成分Ｂの濃度Ｙに対し、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ１および第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｃ１Ｓ２が得られる。よって、２出力を用いて２変数を求めることができる（すなわち方程式を２つ立てることができる）ため、濃度ＸおよびＹを算出することが可能となる。なお式（１４）についても、式（１３）と同様である。

【0045】

（第２の効果）
成分ＡとＢとの濃縮率の比が互いに異なる、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２の２つを用いる効果を説明する。例として、以下のように設定されている場合を説明する。第１濃縮器Ｃ１の濃縮率ｍ＝１００、第２濃縮器Ｃ２の濃縮率ｎ＝１００、第１濃縮器Ｃ１の濃縮率の比（成分Ａ：Ｂ：Ｃ）＝（ａ：ｂ：０）＝（２：１：０）、第２濃縮器Ｃ２の濃縮率の比（成分Ａ：Ｂ：Ｃ）＝（ｃ：ｄ：０）＝（１：２：０）、第１センサＳ１の測定感度の比（成分Ａ：Ｂ：Ｃ）＝（ｅ：ｆ：０）＝（２：１：０）、第２センサＳ２の測定感度の比（成分Ａ：Ｂ：Ｃ）＝（ｇ：ｈ：０）＝（１：２：０）。また第１センサＳ１および第２センサＳ２の出力が、０から１００までの出力範囲を有している場合を説明する。

【0046】

この場合における、成分Ａの濃度Ｘと第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１の関係を示すグラフを、図７に示す。図７は、第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｓ２を「５０」で固定し、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１を変化させた場合における、成分Ａの濃度Ｘの変化の傾きを示すグラフである。グラフＬＡ１は、式（１３）に基づいて（すなわち第１濃縮器Ｃ１を用いて）取得された直線である。グラフＬＡ２は、式（１４）に基づいて（すなわち第２濃縮器Ｃ２を用いて）取得された直線である。成分Ａの濃縮率の比は、第１濃縮器Ｃ１（成分ＡとＢの選択比が２：１）の方が第２濃縮器Ｃ２（成分ＡとＢの選択比が１：２）よりも高い。よって、第１濃縮器Ｃ１を用いて生成したグラフＬＡ１の方が、第２濃縮器Ｃ２を用いて生成したグラフＬＡ２よりも、傾きを小さくする（すなわち成分Ａの検出感度を高める）ことができる。例えば、成分Ａの濃度Ｘが０．４～０．６の範囲ＲＸで変動する場合、グラフＬＡ２での第１センサＳ１の出力変動範囲ＲＡ２よりも、グラフＬＡ１での第１センサＳ１の出力変動範囲ＲＡ１の方を大きく（すなわち感度を高く）することができることが分かる。

【0047】

以上より、第１濃縮器Ｃ１を用いることで、成分Ａをより高濃度に濃縮することができる。成分Ａの濃度Ｘが第１センサＳ１および第２センサＳ２の感度域以下となる場合でも、第１濃縮器Ｃ１によって、センサ出力変化を増大することができる。成分Ａの濃度Ｘを、より高精度に測定することが可能となる。

【0048】

また、成分Ａについて、濃度Ｘの範囲の異なる２つの検量線（グラフＬＡ１およびＬＡ２）を求めることができる。グラフＬＡ１（すなわち第１濃縮器Ｃ１を用いた検量線）を用いることで、濃度Ｘの０～０．７５までの範囲ＭＲ１を測定することができる。グラフＬＡ２（すなわち第２濃縮器Ｃ２を用いた検量線）を用いることで、濃度Ｘの０．７５～１．５までの範囲ＭＲ２を測定することができる。これにより、濃度Ｘの測定感度を高めることと、濃度Ｘの測定範囲を広げることとを両立することが可能となる。

【0049】

同様にして、図８に、成分Ｂの濃度Ｙと第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１の関係を示すグラフを示す。図８は、第２センサＳ２の出力値Ｐ_Ｓ２を「５０」で固定し、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１を変化させた場合における、成分Ｂの濃度Ｙの変化の傾きを示すグラフである。グラフＬＢ１は、式（１３）に基づいて（すなわち第１濃縮器Ｃ１を用いて）取得された直線である。グラフＬＢ２は、式（１４）に基づいて（すなわち第２濃縮器Ｃ２を用いて）取得された直線である。成分Ｂの濃縮率の比は、第２濃縮器Ｃ２（成分ＡとＢの選択比が１：２）の方が第１濃縮器Ｃ１（成分ＡとＢの選択比が２：１）よりも高い。よって、第２濃縮器Ｃ２を用いて生成したグラフＬＢ２の方が、第１濃縮器Ｃ１を用いて生成したグラフＬＢ１よりも、傾きを小さくする（すなわち成分Ｂの検出感度を高める）ことができる。例えば、成分Ｂの濃度Ｙが０．２～０．４の範囲ＲＹで変動する場合、グラフＬＢ１での第１センサＳ１の出力変動範囲ＲＢ１よりも、グラフＬＢ２での第１センサＳ１の出力変動範囲ＲＢ２の方を大きく（すなわち感度を高く）することができることが分かる。

【0050】

以上より、第２濃縮器Ｃ２を用いることで、成分Ｂの濃度Ｙをより高精度に測定することが可能となる。また、成分Ｂについて、濃度Ｙの範囲の異なる２つの検量線（グラフＬＢ１およびＬＢ２）を求めることができる。これにより、濃度Ｙの測定範囲を広げることが可能となる。

【実施例0051】

実施例２では、センサのオフセット変動の影響を受けない、ガス成分濃度の算出方法について説明する。実施例１と異なる点のみを説明する。図９および図１０に、成分Ａの濃度Ｘと第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１の関係を示すグラフを示す。図９および図１０のグラフの作成方法および内容は、実施例１の図７のグラフと同様である。図９および図１０において、実線のグラフＬＡ１およびＬＡ２は、オフセット変動前のグラフである。また点線のグラフＬＡ１ａおよびＬＡ２ａは、オフセット変動後のグラフである。

【0052】

図９を用いて、オフセット変動の影響を説明する。センサは一般的にオフセット変動が生じることが多く、時間の経過とともに、センサ出力値が変動してしまう場合がある。例えば、オフセット変動前のグラフＬＡ１およびＬＡ２（実線）が、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１に対して平行移動し、オフセット変動後のグラフＬＡ１ａおよびＬＡ２ａ（点線）に変化してしまう場合がある。すると、第１センサＳ１の出力値Ｐ_Ｓ１が「８０」である場合に、オフセット変動前の濃度Ｘ１は約「０．２５」と算出されるが、オフセット変動後の濃度Ｘ１ａは約「０．５５」と算出されてしまう。オフセット変動により、濃度Ｘの算出値にばらつきが発生してしまう。

【0053】

次に図１０を用いて、実施例２の濃度算出方法を説明する。実施例２では、グラフＬＡ１とＬＡ２との差分、および、グラフＬＡ１ａとＬＡ２ａとの差分を用いて、濃度Ｘを算出する。グラフＬＡ１およびＬＡ１ａは、式（１３）に基づいて（すなわち第１濃縮器Ｃ１から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路ＧＰ４を用いて）算出されたグラフである。グラフＬＡ２およびＬＡ２ａは、式（１４）に基づいて（すなわち第２濃縮器Ｃ２から第１センサＳ１および第２センサＳ２へ至るガス経路ＧＰ５を用いて）算出されたグラフである。

【0054】

グラフＬＡ１およびＬＡ２は、互いに傾きの異なる直線である。よってグラフＬＡ１とＬＡ２との差分は、濃度Ｘに比例する。そしてグラフＬＡ１およびＬＡ２の傾きは、オフセット変動によっては変化しない。従って、グラフＬＡ１とＬＡ２との差分は、オフセット変動の有無に関わらず一定となる。例えば、グラフＬＡ１の出力値Ｐ_Ｓ１とグラフＬＡ２の出力値Ｐ_Ｓ１との差分Ｄ１が、約「２０」の場合には、濃度Ｘが「０．４」と算出される。そしてオフセット変動後のグラフＬＡ１ａの出力値Ｐ_Ｓ１とグラフＬＡ２ａの出力値Ｐ_Ｓ１との差分Ｄ１ａも、約「２０」の場合に、濃度Ｘが「０．４」と算出される。これにより、センサ特性のオフセットの影響を受けずに濃度Ｘを算出することが可能となる。

【0055】

なお、成分Ｂの濃度Ｙについても同様にして、グラフＬＢ１とＬＢ２との差分を取ることにより、センサ特性のオフセットの影響を受けることなく濃度Ｙを算出することが可能である（図８参照）。

【0056】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【0057】

（変形例）
本実施例では、濃縮器の数が２つであり、センサの数が２つである場合を説明したが、この形態に限られない。濃縮器の数に対し、センサの数の方を多くしてもよい。式（１３）で説明した方程式は、センサの数と同数だけ立式することができる。よってセンサの数を多くするほど、変数（測定するガス成分の数）を増やすことが可能となる。例えば、センサの数を３つにすることにより、方程式を３つ立式できるため、試料ガス中の成分Ａ、Ｂ、Ｄの濃度（３つの変数）を特定することが可能となる。

【0058】

また、センサの数に対し、濃縮器の数の方を多くしてもよい。実施例２で説明したグラフＬＡは、濃縮器の数と同数だけ生成することができる。よって濃縮器の数を多くするほど、グラフ間の差分の数を増加させることが可能となる。すなわち、濃縮器の数をｋ（ｋは１以上の自然数）とすると、差分の数は、「ｋ・（ｋ－１）／２」とすることができる。よって例えば、濃縮器を３個備える場合には、グラフＬＡは３つとなり、差分の数も３つとなる。３つの差分を用いて濃度を算出することができるため、濃度算出の精度を高めることや、オフセット変動の影響をより小さくすることが可能となる。

【0059】

第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２の濃縮率の比は、互いに異なっていればよく、様々な比率とすることができる。例えば、第１濃縮器Ｃ１および第２濃縮器Ｃ２の両方において、成分Ａの方が成分Ｂよりも濃縮率が高くてもよい（例：（ａ：ｂ：０）＝（２：１：０）、（ｃ：ｄ：０）＝（４：１：０））。

【0060】

ガス検知装置２は、様々な構成であってよい。例えば、ガス検知装置２は、マイクロマシニング技術により作製してもよい。例えば、シリコンウエハを用いて、第１濃縮器Ｃ１、第２濃縮器Ｃ２、第１センサＳ１、第２センサＳ２、各種流路、バルブＶ１～Ｖ７を作成してもよい。ガス検知装置２のコンパクト化が可能となる。

【0061】

成分Ａは、第１ガス成分の一例である。成分Ｂは、第２ガス成分の一例である。ガス経路ＧＰ４は、第１ガス経路の一例である。ガス経路ＧＰ５は、第２ガス経路の一例である。バルブＶ１は、第１バルブの一例である。バルブＶ２は、第２バルブの一例である。