化学センサの実験 ・・・・・ センサ万別（？）、主にガスセンサについて
１． アルコール および メタン・センサ：
アルコール・センサ MQ-3B と メタンガス・センサ MQ-４ （中国製、秋月） を用いて、同時に半定量の測定ができる化学センサを実験した。 仕様書によると、アルコール・センサは かなり低濃度でも敏感に検出し、他の炭化水素等は検出しないのに対し、メタンガス・センサは 鎖状炭化水素（メタン、エタン、プロパン、ブタン等）の他にもアルコールなども検出し、その感度は比較的鈍い。
＊ この半導体式センサは空気中で用いるもので、表面に吸着された酸素量が アルコール等の物質が吸着する際に 低下し、電気抵抗 Rs が下がることを利用したもの。（Rs / R0 ＝ １/１０ ～ １/５０） 他に、燃料電池式（燃焼させて電池反応）、NDIR式（アルコールが特定の波長の赤外線を吸収、呼気など迅速測定）がある。
センサの構造や回路が近いので、二つ並べて 同時測定することにした。 アルコール・センサの方は、吸着にも敏感で 空気のみの時でも なかなか数値が下がらないので、仕様書の負荷抵抗ＲＬを変えて ４７ｋ から ２４ｋΩにした。
センサの出力電圧は高いので、アナログアンプは入れずに そのまま ＰＩＣのＡＤコンバーター入力（C-MOSレベル）に入れて、参照電圧の ＶREF＋と ＶREF－ を調整して、ＰＣのグラフに収まるようにした。 （ＶREF＋（４．１０Ｖ≒センサの上限）と ＶREF－（２．３０Ｖ≒センサの下限） の間を１０２４分割した数値となる。 １０００以上は１０００とした。） ヒーター電流は二つ合わせて ０．３Ａ（DC）も流れるので、７Ｖ および ５Ｖレギュレーターには放熱板を付けた。 センサは 常に発熱しながら動作する。
電源は、９V→７V→５V（低ドロップ）と ２段で落とし 安定化させ、ヒーター用、センサ用、PIC用に、細かく分けた。
開始時、センサのヒーターに１０分ほど電流を流し、コンタミを飛ばし、スタンバイする。
センサにガスを流す時、アクリル板で作った風洞に入れて用いたが、アクリル板の接着にジクロロメタン（塩化メチレン）を使ったので、この影響が出ないように一週間ほど置いて十分枯らしてから使用した。 ハロゲン系のガスはセンサを劣化させる。
ブタン（C4H10）は、メタン（CH4）よりも分子が長く、チャッカマンからの直接の吹き付けで メタンガス・センサがようやく飽和するほどに、鈍い。アルコールセンサは反応しない。
一方、アルコール・センサは敏感で、メタノール（CH3OH）はごく薄くしても 反応し、メタノールが染みた紙を近づけると すぐに飽和まで達する。メタンガス・センサもある程度反応する。 ただし、アルコールセンサはなかなか元の値に戻らず、回復するまで５－１０分くらいかかる。
PICプログラム（PIC18F14k50） ｌｉｂ＿ａｄｃ 、 ＰＣプログラム（VB2010） グラフィック モジュール
PCプログラム： Chemical sensor ．ｅｘｅ ファイル ・・・ ＶＢ２０１０で作れなかった場合 ダウンロード
２． においセンサ （硫黄化合物ガス・センサ）： ・・・ ヘブル語で、匂いを”ニホヒ”と言う（？）
通称「においセンサ」の TGS２４５０ は、硫黄を含む化合物のガスに特化したセンサで、他に アンモニアやアルコール類にもある程度反応する。
このセンサは 省電力を目的として、８ｍSのパルス（パルス周期２５０ｍS）の断続によって ヒーターを駆動し、非通電時の中の５ｍSの間にプルアップ電圧を与えて 出力を採取する仕組みになっている。 ハードは 秋月のArduinoへの使用例を参考にし、ソフトは、PIC１８F１４ｋ５０の一個のみで、その無限ループの中に、ＵＳＢ動作（CDCクラス）と共に、このタイムスケジュールを加えた形にした。
実際のタイミングは、オシロで周期とパルス幅を確認して合わせた。 Ｐｒｅｃｅｓｓ ＩＯ の動作時間は 約０．２ｍＳで 無視できる。 Ｖｒｅｆ＋ ＝ ４．１Ｖ、 Ｖｒｅｆ－ ＝ ２．０Ｖ 程度とした。 パソコンソフトは、１．と同じグラフをそのまま使用した。
（タイムスケジュール） ① ２２７ｍＳ置く、 ② センサプルアップ ＯＮ ３ｍＳ、 ③ Ｐｒｅｃｅｓｓ ＩＯ に飛んでセンサ電圧取得・ＵＳＢ送信（０．２ｍＳ）、 ④ ループに戻って ２ｍＳ置く、 ⑤ センサプルアップ ＯＦＦ、 ⑥ ヒーターＯＮ ８ｍＳ、 ⑦ ヒーターＯＦＦ
（テスト結果） グラフの出力は、下側に出る。 H2S（硫化水素）： 小試験管にごく少量の硫化ナトリウムを入れ 塩酸数滴後、試験管の口を近づける、 C6H10OS2（アリシン）： ニンニクのにおい成分（チューブのフタ）、 CS2（二硫化炭素）： ビンのフタを近づける、敏感に反応、 CH3OH（メタノール）： 紙に付けて近づける、 NH3（アンモニア）： １０％溶液のビンのフタ
PICプログラム（PIC18F14k50） ｌｉｂ＿ａｄｃ
３． CO2（炭酸ガス）センサ：
ジルコニア・セラミックを加熱すると 酸素イオンが電流担体となる「酸素濃淡電池」が形成され、電気炉の酸素分圧や自動車のエンジンの燃焼具合をコントロールするセンサ等に用いられている。 同様に、CO2 についても １００℃程度に熱せられたセラミック上で、ガス濃淡電池が形成され、CO2 ガスセンサとして用いられている。 一酸化炭素（CO）はわずかに検出、酸素（O2）は検出しない。
このCO2ガスセンサの MG８１２ （中国製、秋月）は、ヒーター（５V、９０ｍA）により温められると、CO2の濃度に応じて 起電力を発生し、電池として出力する。 この起電力は 微弱で高インピーダンスなので、C-MOSオペアンプ（NJU７０３２D等）のバッファに入れて、次段で非反転増幅し、PICでAD変換し、PCに送り 結果を出力した。 非反転・増幅率 ＝ （R1＋R2）/R1 （R1：１０ｋ、Ｒ2：９１ｋ） で約１０倍に増幅。 ただし、センサ出力電圧は微弱なので、デジタルテスターでは正確に測定できない。また、反転増幅 （増幅率 R2/R1）はインピーダンスが低くNG。
この出力電圧の変動範囲は かなり狭いので、PICの Vｒｅｆ＋、Ｖｒｅｆ－を通常よりもかなり狭めて電圧分割する必要がある。素子によるばらつきも大きいので１素子ごとに調整するしかない。
また、出力電圧が安定するまでヒーターを入れて２４時間以上もかかるので、初期運転は十分行う必要がある。
Vref間が狭いので、かなりグラフが細かく上下するため、PICで１０回平均として出力した。それでも凸凹する。 ＰＣプログラムは １．と同じものを用いた。
PICプログラム（PIC18F14k50） ｌｉｂ＿ａｄｃ
４． イオン化式 煙感知器：
放射線源によるによる空気の電離を利用した煙感知器と、専用の ICが手に入ったので、作成してみた。（放射線源にもなるので一石二鳥！） この イオン化式煙感知器 Nap-07（＝HIS－07、アメリシウム２４１（241Am）のアルファ線による空気の電離を利用、 アリエク）は、日本やアメリカなどでは放射能（大した量ではないが）を嫌って使われなくなったが、ヨーロッパでは今も普通に用いられている。 仕組みは、電極間に電離した空気がある時 電流が通り、煙が入って電荷を中和すると 電流が流れなくなることを 利用するもの。 検出部には高インピーダンスのオペアンプが必要で、専用IC （A５３６８CA、アリエク）が販売されている。
＊ 他に、光電式スポット型（煙による光の乱反射を受光）、光電式分離型（煙による透過光の遮蔽を検出）などがあり、現在はこちらの方が主流。
ガイガーカウンター（ｽﾄﾛﾍﾞﾘｰﾘﾅｯｸｽ、LND712：雲母窓でアルファ線測定可能）で感知器の放射能を測定してみた。 プラスチックトップに密着： ８９ｃｐｍ、 トップから２ｃｍ： ５１ｃｐｍ、 ボトムから２ｃｍ： ４０ｃｐｍ、 Ｂ．Ｇ．（ﾊﾞｯｸｸﾞﾗｳﾝﾄﾞ）： １５ｃｐｍ 、であり、少しはプラスチックケースから放射線が漏れ出ていることがわかったが、せいぜいB．G．の６倍であり、ごく微量である。
（＊ ケースのラベルには、 ＜ ２９．６ｋBq（ベクレル）、＜０．８ｕ Ｃｉ（キュリー） 241Ａｍ とある。 241Ａｍは半減期が４３２．２年、 アルファ線のエネルギーは ５．４MeV、 ガンマ線のエネルギーは非常に低く ０．０６MeV。（蛍光X線分析の線源に用いられる） ベクレルは放射能の単位で、１秒間に崩壊する原子核の数。 線源そのものは結構強力なので、ケースは開けない方が良い。 廃棄は燃えるゴミに出してはならない。 ・・・・ 庭の片隅にでも埋めておこう。半減期４３２年！）
Nap-07 単体について、デジタルテスターで グリッド電圧を測ると、次第に電圧が上昇し ４００ｍVになると 放電して０ｍVに落ちて、この充放電を繰り返す。 このように 動作が複雑なので、PICマイコンでコントロールするのは止めて、専用の IC （A５３６８CA、中国製、アリエク）を用いることにした。 回路は公開されている。 とりあえず、オプションの 感度コントロール、ブザー・アウトは使わないで、LED１点灯（赤・高輝度）と リレー駆動（基板にはリレー無し）までとする。 Testボタンは ５秒以上押すと グリッドの電荷が落とされ、LED１（赤）が点灯する。 LED２（緑）は電源が来ていることのパイロットランプで、時々短く点灯する。
結果は、紙の燃えさしの煙や、蚊取り線香等に良く反応する。 煙がセンサの隙間や下から入って、中央のプラズマ溜りまで入らないと 出力しない。
