DE102011007281A1

DE102011007281A1 - Brenngas-Detektionsvorrichtung und Brenngassensor-Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102011007281A1
Application number: DE201110007281
Authority: DE
Inventors: Masaya Watanabe; Ryuji Inoue
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2011-12-15
Also published as: US8918289B2; US20110257897A1; JP2011237407A

Abstract

Es wird eine Brenngas-Detektionsvorrichtung mit einem Gassensor und einem Steuergerät bereitgestellt. Der Gassensor umfasst einen ersten und einen zweiten Heizwiderstand, der jeweils einen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von einer Brenngaskonzentration eines zu messenden Gases ändert. Das Steuergerät umfasst einen Erregungssteuerabschnitt, der abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand erregt, einen ersten Berechnungsabschnitt, der einen ersten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration basierend auf einer Spannung über dem ersten Heizwiderstand während der Erregung des ersten Heizwiderstands berechnet, einen zweiten Berechnungsabschnitt, der einen zweiten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration basierend auf einer Spannung über dem zweiten Heizwiderstand während der Erregung des zweiten Heizwiderstands berechnet, und einen Abweichungsbeurteilungsabschnitt, der das Auftreten einer Abweichung in dem ersten Heizwiderstand durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts beurteilt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brenngas-Detektionsvorrichtung, die mit einem Brenngassensor zum Messen der Konzentration einer Brenngaskomponente in einem zu messenden Gas ausgestattet ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Steuern eines Brenngassensors.
In den letzten Jahren wurden intensive Forschungsarbeiten an Brennstoffzellen als saubere Hochleistungs-Energiequellen im Einklang mit den gesellschaftlichen Forderungen nach Umwelt- und Naturschutz durchgeführt. Unter anderem wird erwartet, dass sich Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (polymer electrolyte fuel cells, PEFC) und Wasserstoff-Verbrennungsmotoren aufgrund ihrer vorteilhaften Leistungsmerkmale wie beispielsweise Betriebsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen und hohe Leistungsdichte als brauchbare Energiequellen für Haushalts- und Automobilanwendungen erweisen werden. Da alle diese Brennstoffzellensysteme ein Wasserstoff-Brenngas als Brennstoff verwenden, ist die Detektion eines Gasaustritts aus dem Brennstoffzellensystem ein wichtiges zu lösendes Problem. Es ist daher allgemein üblich, in dem Brennstoffzellensystem eine Brenngas-Detektionsvorrichtung zum Messen der Konzentration einer Brenngaskomponente in einem zu messenden Gas einzusetzen.
Es ist ein herkömmlicher Typ einer Brenngas-Detektionsvorrichtung bekannt, der einen Heizwiderstand, der in einem zu messenden Gas platziert wird und einen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von einer Brenngaskonzentration des zu messenden Gases ändert, und eine Brückenschaltung umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie den Widerstand des Heizwiderstands entsprechend einer vorgegebenen Einstelltemperatur auf ein bestimmtes Widerstandsniveau steuert und eine Spannung über dem unter der Widerstandssteuerung stehenden Heizwiderstand (als „Widerstandssteuerspannung” bezeichnet) als Detektionswert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration ausgibt.
Bei dem obigen herkömmlichen Typ der Brenngas-Detektionsvorrichtung variiert jedoch das Verhältnis der Gaskonzentration und der Widerstandssteuerspannung je nach Widerstands- und Wärmekapazität des Heizwiderstands bei dauerhafter Nutzung. Dies kann zu einem Fehler im Gaskonzentrations-Detektionswert führen (siehe 5A).
Im Hinblick auf ein derartiges Problem legt die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-251.862 eine Brenngas-Detektionsvorrichtung offen, die zwei angrenzende Heizwiderstände umfasst: Ein Heizwiderstand dient als Bezugselement, und der andere Heizwiderstand dient als Sensorelement und Diagnosemittel, um in dem Moment, in dem eine Verschlechterung durch das Sensorelement festgestellt wird, das Bezugselement und das Sensorelement gleichzeitig zu betreiben und einen Gaskonzentrations-Detektionswert des Bezugselements mit einem Gaskonzentrations-Detektionswert des Sensorelements zu vergleichen.
Übersicht über die Erfindung
Falls zwei Heizwiderstände in der Brenngas-Detektionsvorrichtung verwendet werden, wie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2004-251.862 offengelegt, wird die Ausgangsanpassung (die Anpassung des Verhältnisses der Gaskonzentration und der Widerstandssteuerspannung) für jeden der beiden Heizwiderstände während der Fertigung getrennt durchgeführt. Des Weiteren werden die beiden Heizwiderstände im Allgemeinen auf demselben Trägermaterial angebracht, da es erforderlich ist, die beiden Heizwiderstände einander so nahe wie möglich zu platzieren, damit diese Heizwiderstände Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge in demselben Bereich ausführen. Die Brenngas-Detektionsvorrichtung der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2004-251.862 ist folglich mit dem Problem einer Verschlechterung der Genauigkeit der Abweichungsdetektion konfrontiert, wenn die Ausgangskennlinien des Bezugselements unter dem Einfluss von durch das Sensorelement erzeugter Wärme variiert.
Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen und eine Brenngas-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von Heizwiderständen umfasst, von denen es sich bei einem um ein Sensorelement handelt, und die verbesserte Genauigkeit bei der Detektion einer Abweichung in dem Sensorelement erzielt.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brenngas-Detektionsvorrichtung zum Messen einer Brenngaskonzentration eines zu messenden Gases bereitgestellt, die umfasst: einen Brenngassensor, der einen ersten und einen zweiten Heizwiderstand umfasst, die beide in dem zu messenden Gas platziert sind und einen Widerstand aufweisen, der sich je nach der Brenngaskonzentration des zu messenden Gases ändert; und ein Steuergerät, das umfasst: einen Erregungssteuerabschnitt, der abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand in solcher Weise erregt, dass er entsprechend einer vorgegebenen Einstelltemperatur den Widerstand des ersten und des zweiten Heizwiderstands auf einen bestimmten Wert anpasst; einen ersten Berechnungsabschnitt, der einen ersten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem ersten Heizwiderstand während der Erregung des ersten Heizwiderstands berechnet; einen zweiten Berechnungsabschnitt, der einen zweiten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem zweiten Heizwiderstand während der Erregung des zweiten Heizwiderstands berechnet; und einen Abweichungsbeurteilungsabschnitt, der das Auftreten bzw. Nichtauftreten einer Abweichung in dem ersten Heizwiderstand durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts beurteilt.
Wie oben erwähnt, ist die Brenngas-Detektionsvorrichtung so gestaltet, dass sie abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand erregt. Mit anderen Worten, die Brenngas-Detektionsvorrichtung veranlasst die Aberregung des zweiten Heizwiderstands während der Erregung der ersten Heizerregung zur Berechnung des ersten Rechenwerts, um eine Wärmeerzeugung des zweiten Heizwiderstands zu verhindern und den ersten Rechenwert als Ausgabe des ersten Heizwiderstands ohne den Einfluss der durch den zweiten Heizwiderstand erzeugten Wärme zu erzielen. Demgegenüber veranlasst die Brenngas-Detektionsvorrichtung die Aberregung des ersten Heizwiderstands während der Erregung der zweiten Heizerregung zur Berechnung des zweiten Rechenwerts, um eine Wärmeerzeugung des ersten Heizwiderstands zu verhindern und den zweiten Rechenwert als Ausgabe des zweiten Heizwiderstands ohne den Einfluss der durch den ersten Heizwiderstand erzeugten Wärme zu erzielen. Die Brenngas-Detektionsvorrichtung ist daher in der Lage, die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand durch Vergleich dieses ersten und zweiten Rechenwerts korrekt zu detektieren.
Es ist des Weiteren wünschenswert, dass der erste und der zweite Heizwiderstand bevorzugt auf demselben Trägermaterial angebracht werden, da dieser erste und zweite Heizwiderstand einander so nahe wie möglich platziert werden müssen, um die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge in derselben Atmosphäre des zu messenden Gases auszuführen. Dies führt nicht nur zur Verbesserung der Abweichungsdetektionsgenauigkeit der Brenngas-Detektionsgenauigkeit, sondern außerdem zur Verringerung der Größe der Brenngas-Detektionsvorrichtung und zur Vereinfachung des Montierens/Zusammenbauens der Heizwiderstände während der Fertigung der Brenngas-Detektionsvorrichtung.
Im Allgemeinen ist es schwierig, zwei Heizwiderstände auf demselben Trägermaterial anzubringen, da einer der Heizwiderstände unter dem Einfluss der durch den anderen Heizwiderstand erzeugten Wärme beeinflusst wird, wenn zwei Heizwiderstände auf demselben Trägermaterial angebracht sind. Bei der vorliegenden Erfindung kennen der erste und der zweite Heizwiderstand jedoch durch abwechselnde Erregungssteuerung des ersten und des zweiten Heizwiderstands auf demselben Trägermaterial angebracht werden, ohne sich gegenseitig thermisch zu beeinflussen.
Die abwechselnde Erregungssteuerung der vorliegenden Erfindung ist besonders wirkungsvoll, wenn der Gassensor durch Mikrobearbeitung eines Siliziumträgermaterials hergestellt wird und der erste und der zweite Heizwiderstand in einer Isolierschicht auf dem Siliziumträgermaterial angeordnet werden. Der oben hergestellte Gassensor ist so klein, dass sich der erste und der zweite Heizwiderstand in der Isolierschicht sehr nahe beieinander befinden und eine Wärmeübertragung zwischen ihnen durch die Isolierschicht leicht ermöglichen. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass einer der Heizwiderstände durch die durch den anderen Heizwiderstand erzeugte Wärme beeinflusst wird. Selbst in einem solchen Fall ist es durch die abwechselnde Erregungssteuerung des ersten und des zweiten Heizwiderstands möglich, den ersten und den zweiten Rechenwert zu ermitteln, ohne dass der erste und der zweite Heizwiderstand thermisch durch einander beeinflusst werden, und es ist dadurch möglich, die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts korrekt zu detektieren.
Es ist des Weiteren wünschenswert, dass der Abweichungsbeurteilungsabschnitt jedes Mal, wenn eine vorgegebene Beurteilungsbedingung erfüllt ist, angesprochen wird, um eine gesicherte und korrekte Detektion der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand zu erzielen. Als vorgegebene Beurteilungsbedingung kann der Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums bzw. die Aktivierung einer Einrichtung wie beispielsweise eines Fahrzeugs, in dem die Brenngas-Detektionsvorrichtung eingebaut ist, festgelegt werden.
Des Weiteren weist das Sensorsteuergerät bevorzugt einen Normalzustands-Betriebsabschnitt auf, der bei Erfüllung der vorgegebenen Beurteilungsbedingung den Erregungssteuerabschnitt veranlasst, die Erregung des zweiten Heizwiderstands nur während eines Zeitraums zu ermöglichen, der zum Messen der Spannung über dem zweiten Heizwiderstand zur Berechnung des zweiten Rechenwerts erforderlich ist, und die Erregung der ersten Heizerregung zu allen anderen Zeiten als zu dem oben genannten Zeitraum zu ermöglichen. Dadurch wird ermöglicht, die Einsatzhäufigkeit des zweiten Heizwiderstands im Vergleich zu der des ersten Heizwiderstands zu verringern und eine Verschlechterung des zweiten Heizwiderstands zu verhindern. Die Ausgangskennlinien des zweiten Heizwiderstands können auf diese Weise über einen langen Zeitraum auf oder nahe dem Ausgangsniveau gehalten werden, um die Genauigkeit der Detektion der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand weiter zu verbessern.
Das Sensorsteuergerät weist darüber hinaus bevorzugt einen Abweichungszustands-Betriebsabschnitt (bisweilen als „erster Abweichungszustands-Betriebsabschnitt” bezeichnet) auf, der, wenn der Abweichungsbeurteilungsabschnitt feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand auftritt, den Erregungssteuerabschnitt veranlasst, die Erregung des ersten und des zweiten Heizwiderstands zu beenden. Dadurch ist es möglich, die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge der Brenngas-Detektionsvorrichtung beim Detektieren des Auftretens der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand abzubrechen und das Auftreten von Detektionsfehlern aufgrund der Verwendung eines derartigen abweichend funktionierenden ersten Heizwiderstands zu verhindern.
Das Sensorsteuergerät kann darüber hinaus bevorzugt einen weiteren Typ eines Abweichungszustands-Betriebsabschnitts (bisweilen als „zweiter Abweichungszustands-Betriebsabschnitt” bezeichnet) aufweisen, der, wenn der Abweichungsbeurteilungsabschnitt feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand auftritt, den Erregungssteuerabschnitt veranlasst, den zweiten Heizwiderstand zu erregen, und den zweiten Berechnungsabschnitt veranlasst, den zweiten Rechenwert zu berechnen. Dadurch wird ermöglicht, die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge der Brenngas-Detektionsvorrichtung mithilfe des zweiten Heizwiderstands sogar nach der Detektierung der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand, d. h. sogar bei Auftreten einer Verschlechterung des ersten Heizwiderstands, fortzusetzen, und dadurch wird ermöglicht, die betriebsfähige Zeit (Betriebslebensdauer) der Brenngas-Detektionsvorrichtung zu verlängern.
Es ist realisierbar, dass der Abweichungsbeurteilungsabschnitt das Auftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand feststellt, wenn entweder eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rechenwert oder ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Rechenwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Es existiert keine bestimmte Begrenzung des ersten und des zweiten Rechenwerts, sofern der erste und der zweite Rechenwert eine eindeutige Korrelation mit der Brenngaskonzentration aufweisen. Die Spannungen über dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand können so, wie sie sind, als erster und zweiter Rechenwert festgelegt werden. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung des Umfangs der Datenverarbeitung für die Beurteilung des Auftretens der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand. Alternativ kann es sich bei dem ersten und dem zweiten Rechenwert um Impedanzen bzw. Gaskonzentrationswerte handeln, die aus den Spannungen über dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand umgewandelt werden. Des Weiteren kann sowohl der erste als auch der zweite Rechenwert die Form eines Mittelwerts (örtlicher Mittelwert, gleitender Mittelwert, Gewichtsmittelwert usw.) der Spannung über dem Heizwiderstand bzw. des aus der Spannung über dem Heizwiderstand umgewandelten Impedanz- oder Gaskonzentrationswerts über einen festgelegten Zeitraum haben.
Es ist darüber hinaus realisierbar, dass der Erregungssteuerabschnitt eine erste Erregungssteuerungseinrichtung, die die Erregung des ersten Heizwiderstands steuert, und eine zweite Erregungssteuerungseinrichtung umfasst, die die Erregung des zweiten Heizwiderstands steuert, und die erste und die zweite Erregungssteuerungseinrichtung abwechselnd für die abwechselnde Erregungssteuerung des ersten und des zweiten Heizwiderstands betreibt. Alternativ ist realisierbar, dass der Erregungssteuerabschnitt eine Auswahlvorrichtung, die entweder den ersten oder den zweiten Heizwiderstand als Ziel der Erregungssteuerung auswählt, und eine Erregungssteuerungseinrichtung (bisweilen als „dritte Erregungssteuerungseinrichtung” bezeichnet) aufweist, die die Erregung des ausgewählten ersten bzw. zweiten Heizwiderstands steuert. In letzterem Fall kann der Erregungssteuerabschnitt einen einfacheren Aufbau aufweisen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren eines Brenngassensors bereitgestellt, wobei der Gassensor eine Vielzahl von Heizwiderständen umfasst, von denen jeder in einem zu messenden Gas platziert ist und einen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von einer Brenngaskonzentration des zu messenden Gases ändert, wobei einer der Heizwiderstände als Sensorelement verwendet wird und ein anderer Heizwiderstand als Bezugselement verwendet wird; wobei das Steuerungsverfahren umfasst: Erregen sowohl des Sensorelements als auch des Bezugselements in einer solchen Weise, dass der Widerstand sowohl des Sensorelements als auch des Bezugselements auf ein bestimmtes Niveau entsprechend einer vorgegebenen Einstelltemperatur angepasst wird; Berechnen eines ersten Rechenwerts in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem Sensorelement während der Erregung des Sensorelements; Berechnen eines zweiten Rechenwerts in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem Bezugselement während der Erregung des Bezugselements; und Beurteilen des Auftretens bzw. Nichtauftretens einer Abweichung in dem Sensorelement durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts, wobei das Erregen durch Aberregen aller Heizwiderstände ausgenommen desjenigen, der als Sensorelement verwendet wird, während der Erregung des Sensorelements und durch Aberregen alter Heizwiderstände mit Ausnahme desjenigen, der als Bezugselement verwendet wird, während der Erregung des Bezugselements ausgeführt wird.
Durch dieses Sensorsteuerungsverfahren ist es möglich, den ersten und den zweiten Rechenwert als Ausgaben des Sensor- und des Bezugswiderstandselements ohne Beeinflussung durch Wärme, die durch ein anderes Heizwiderstandselement erzeugt wird, zu ermitteln, und es ist dadurch möglich, die Abweichung in dem Sensorelement durch Vergleich dieses ersten und zweiten Rechenwerts korrekt zu detektieren.
Die weiteren Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ebenfalls verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild einer Brenngas-Detektionsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Draufsicht eines Gassensors als wesentlichem Bestandteil der Brenngas-Detektionsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B ist ein Querschnitt des Gassensors entlang der Linie A-A aus 2A.
3 ist ein Ablaufdiagramm des Gaskonzentrations-Messvorgangs der Brenngas-Detektionsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Zeitdiagramm, das darstellt, wie in dem Gaskonzentrations-Messvorgang Temperatureinstellungen geändert werden und Spannungsparameter für den Gassensor bestimmt werden.
5A und 5B sind Diagramme, die Änderungen der Ausgangskennlinien des ersten bzw. des zweiten Heizwiderstands des Gassensors in der Brenngas-Detektionsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Zeitverlauf darstellen.
6 ist ein Zeitdiagramm, das Prozessabläufe der Brenngas-Detektionsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Gaskonzentrations-Messvorgangs einer Brenngas-Detektionsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Gaskonzentrations-Messvorgangs einer Brenngas-Detektionsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Zeitdiagramm, das Prozessabläufe der Brenngas-Detektionsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein Blockschaltbild einer Brenngas-Detektionsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird unten anhand der folgenden ersten bis vierten Ausführungsformen ausführlicher beschrieben, bei denen gleiche Teile und Abschnitte durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, um wiederholte Erklärungen zu vermeiden. Es wird angemerkt, dass die folgenden ersten bis vierten Ausführungsformen erklärenden Charakter haben und die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen.
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführungsform bezieht sich im Besonderen auf eine Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, die für den Einsatz beispielsweise in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug zum Detektieren des Auftretens eines Austritts eines Brenngases wie zum Beispiel Wasserstoff aus dem Brennstoffzellen-Fahrzeug konzipiert ist.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 einen wärmeleitfähigen Gassensor 3, der in einem zu messenden Gas platziert ist und diesem ausgesetzt ist, um die Konzentration einer Brenngaskomponente wie zum Beispiel Wasserstoff in dem zu messenden Gas zu messen, eine Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 zum Ausführen einer Antriebssteuerung des Gassensors 3, einen Mikrocomputer 7 zum Erzeugen verschiedener Steuersignale wie zum Beispiel von Erregungssignalen S1 und S2 und von Schaltsignalen CG1 und CG2 zum Steuern von Vorgängen der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und zum Ausführen verschiedener Betriebsvorgänge einschließlich eines Gaskonzentrations-Messvorgangs basierend auf Ausgabesignalen V1, V2 und VT aus der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und einen Betätigungsschalter 9 zum Anschließen bzw. Trennen einer Stromzuführung von einer Gleichstromquelle Vcc zu dem Mikrocomputer 7 und dadurch erfolgendes Betätigen bzw. Anhalten des Mikrocomputers 7. Bei der ersten Ausführungsform sind die Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5, der Mikrocomputer 7 und der Betätigungsschalter 8 auf derselben Leiterplatte angebracht, die getrennt von dem Gassensor 3 gestaltet ist, und bilden ein Sensorsteuergerät.
Wie in 2A und 2B dargestellt, weist der Gassensor 3 einen rechteckigen, plattenförmigen Sensorkörper 30, eine Vielzahl von Elektroden 31, die auf einer (als „Vorderfläche” bezeichneten) Fläche des Sensorkörpers 30 ausgebildet ist, und zwei Vertiefungen 301 und 302, die in einem Mittelabschnitt der anderen (als „Rückfläche” bezeichneten) Fläche des Sensorkörpers 30 entlang einer Längsrichtung des Sensorkörpers 30 ausgebildet sind, auf. Hierin umfassen die Elektroden 31 drei Elektroden 311, 312 und 313 (als „erste Elektroden” bezeichnet), die entlang einer Längsseite des Sensorkörpers 30 angeordnet sind, und zwei Elektroden 314 und 315 (als „zweite Elektroden” bezeichnet), die entlang der anderen Längsseite des Sensorkörpers 30 angeordnet sind. Die Elektroden 312 und 315 werden auch als Masseelektroden bezeichnet. Diese Elektroden 31 bestehen zum Beispiel aus Aluminium (Al) oder Gold (Au).
Der Sensorkörper 30 umfasst ein Siliziumträgermaterial 32 und eine Isolierschicht 33, die auf einer Flache des Siliziumträgermaterials 32 angeordnet ist. Wie in 2B dargestellt, weist der Sensorkörper 30 eine Membranstruktur auf, bei der bestimmte Abschnitte (z. B. quadratische Abschnitte) des Siliziumträgermaterials 32 entfernt worden sind, um die Vertiefungen 301 und 302 zu definieren, so dass entsprechende Abschnitte der Isolierschicht 33 durch die Vertiefungen 301 und 302 freigelegt sind. Das heißt, der Begriff „Vorder-” bezieht sich auf eine Isolierschicht-Seite des Sensorkörpers 30; und der Begriff „Rück-” bezieht sich auf eine Siliziumträgermaterial-Seite des Sensorkörpers 30.
Bei der ersten Ausführungsform weist der Sensorkörper 30 Breiten- und Längenabmessungen von mehreren mm (z. B. 3 mm × 5 mm) auf und wird durch Mikrobearbeitung des Siliziumträgermaterials 32 hergestellt. Des Weiteren kann die Isolierschicht 33 die Form einer einzelnen Materialschicht bzw. einer Vielzahl von Schichten verschiedener Materialien aufweisen. Als Material der Isolierschicht 33 kann Siliziumoxid (SiO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄) und dergleichen zweckmäßig verwendet werden.
Der Sensorkörper 30 weist außerdem ein Paar Heizwiderstände 34 (einen ersten und einen zweiten Heizwiderstand 341 und 342), die in die Abschnitte der Isolierschicht 33 eingebettet sind, die durch die Vertiefungen 301 bzw. 302 freigelegt sind, und einen Temperaturmesswiderstand 35 auf, der in den Längskantenabschnitt der Isolierschicht 33, in dem die zweiten Elektroden 314 und 315 ausbildet sind, eingebettet ist. Die Heizwiderstände 34 bestehen aus einem leitfähigen Material, das einen hohen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands aufweist und über einen elektrischen Widerstand verfügt, der sich mit der Temperatur ändert (der bei der ersten Ausführungsform mit der Temperatur steigt). Wie in 2A dargestellt, haben bei der ersten Ausführungsform alle Heizwiderstände 34 die Form eines spiralförmig gewundenen Drahts. Demgegenüber besteht der Temperaturmesswiderstand 35 aus einem leitfähigen Material, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich im Verhältnis zu der Temperatur ändert (der bei der ersten Ausführungsform mit der Temperatur steigt). Bei der ersten Ausführungsform bestehen sowohl die Heizwiderstände 34 als auch der Temperaturmesswiderstand 35 aus demselben Material wie zum Beispiel Platin (Pt).
Des Weiteren sind die Heizwiderstände 34 über Verdrahtungselemente 36 und Verdrahtungsschichten 37, die so in die Isolierschicht 33 eingebettet sind, dass die Heizwiderstände 34, die Verdrahtungselemente 36 und die Verdrahtungsschichten 37 sich auf derselben Ebene befinden, an die ersten Elektroden 311, 312 und 313 angeschlossen. Der Temperaturmesswiderstand 35 ist über Verdrahtungsschichten, die so in die Isolierschicht 33 eingebettet sind, dass der Temperaturmesswiderstand 35 und die Isolierschichten sich auf derselben Ebene befinden, auch wenn dies auf den Zeichnungen nicht so dargestellt ist, an die zweiten Elektroden 314 und 315 angeschlossen. Als Material der Verdrahtungselemente und -schichten 36 und 37 zum Anschließen der Heizwiderstände 34 an die ersten Elektroden 311, 312 und 313 wie auch der Verdrahtungsschichten zum Anschließen des Temperaturmesswiderstands 35 an die zweiten Elektroden 314 und 315 ist dasselbe Widerstandsmaterial wie das der Widerstände 34 und 35 verwendbar. Außerdem werden Kontaktlöcher (als Anschlussleiter) zum Anschließen der Elektroden 31, die auf der Vorderfläche des Sensorkörpers 30 ausgebildet sind, und der Verdrahtungsschichten 37, die in dem Sensorkörper 30 (in der Isolierschicht 33) ausgebildet sind, bereitgestellt.
Und zwar ist ein Ende des ersten Heizwiderstands 341 an die erste Elektrode 311 angeschlossen, und das andere Ende ist an die Masseelektrode 312 angeschlossen; ein Ende des zweiten Heizwiderstands 342 ist an die erste Elektrode 313 angeschlossen, und das andere Ende ist an die Masseelektrode 312 angeschlossen; und ein Ende des Temperaturmesswiderstands 35 ist an die zweite Elektrode 314 angeschlossen, und das andere Ende ist an die Masseelektrode 315 angeschlossen, wie in 2A dargestellt. Bei der ersten Ausführungsform dienen der erste und der zweite Heizwiderstand 341 und 342 als Sensorelement bzw. als Bezugselement.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 eine erste Erregungssteuereinheit 50 zum Ausführen einer Erregungssteuerung des ersten Heizwiderstands 341 und zum Ausgeben einer Spannung über dem ersten Heizwiderstand 341 als Detektionssignal V1, eine zweite Erregungssteuereinheit 60 zum Ausführen einer Erregungssteuerung des zweiten Heizwiderstands 342 und zum Ausgeben einer Spannung über dem zweiten Heizwiderstand 342 als Detektionssignal V2 und eine Temperaturmesseinheit 80 zum Ausführen einer Erregungssteuerung des Temperaturmesswiderstands 35 und zum Ausgeben des Detektionssignals VT in Reaktion auf die Temperatur des zu messenden Gases. Bei der ersten Ausführungsform dienen die erste und die zweite Erregungssteuereinheit 50 und 60 als erste bzw. zweite Erregungssteuerungseinrichtung.
Die erste Erregungssteuereinheit 50 weist eine Brückenschaltung (Wheatstone-Brückenschaltung) 51, in die der erste Heizwiderstand 34 integriert ist, eine Verstärkerschaltung 53 zum Verstärken einer Potenzialdifferenz in der Brückenschaltung 51, eine Stromreglerschaltung 55 zum Regeln (Erhöhen bzw. Verringern) des Stromflusses durch die Brückenschaltung 51 und einen Schaltkreis 57 zum An- und Abschalten der Erregung der Brückenschaltung 51 auf.
Der Schaltkreis 57 besteht aus einem Transistor, der an die Gleichstromquelle Vcc angeschlossen und zum Durchführen von An-/Abschaltvorgängen entsprechend dem Erregungssignal S1 von dem Mikrocomputer 7 eingerichtet ist.
Die Stromreglerschaltung 55 besteht aus einem Transistor, der in Reihe an den Schaltkreis 57 an der Stromzuführung von der Gleichstromquelle Vcc angeschlossen und so eingerichtet ist, dass der Erregungszustand (Durchlasswiderstand) des Transistors sich entsprechend einem Ausgabesignal (als „Stromregelsignal” bezeichnet) C von der Verstärkerschaltung 53 ändert. Bei der ersten Ausführungsform nimmt der Durchlasswiderstand des Transistors mit dem Stromregelsignal C zu, so dass der Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 verringert wird, und steigt mit dem Regelsignal C, so dass der Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 zunimmt.
Die Verstärkerschaltung 53 weist einen bekannten Aufbau einer Differentialverstärkerschaltung auf, der einen Operationsverstärker 531, Festwiderstände 532 und 533, die jeweils an einen nicht invertierenden bzw. einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen sind, sowie einen Festwiderstand 534 und einen Kondensator 535, die parallel zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen sind, um das Stromregelsignal C an die Stromreglerschaltung 55 auszugeben, auf. Bei diesem Aufbau ist die Verstärkerschaltung 53 so eingerichtet, dass sie das Stromregelsignal C verstärkt (und dadurch den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 verringert), wenn die Eingangsspannung des nicht invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 531 höher als die Eingangsspannung des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 531 ist, und dass sie das Stromregelsignal C abschwächt (und dadurch den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 erhöht), wenn die Eingangsspannung des nicht invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 531 niedriger als die Eingangsspannung des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 531 ist.
Die Brückenschaltung 51 umfasst dabei den ersten Heizwiderstand 341 als Brückenschaltungsbestandteil und verfügt außerdem über zwei Festwiderstände 511 und 512 sowie ein Regelwiderstandselement 52. Das Widerstandselement 52 weist einen Widerstand auf, der zwischen zwei Widerstandswerten geschaltet wird. Der erste Heizwiderstand 341 und der Festwiderstand 511 sind in Reihe geschaltet, während der Festwiderstand 512 und das Regelwiderstandselement 52 in Reihe geschaltet sind. Bei diesen Reihenschaltungen sind der erste Heizwiderstand 341 und das Regelwiderstandselement 52 an Anschlüssen davon an Masse angeschlossen; und die Festwiderstände 511 und 512 sind an Anschlüssen davon an die Stromversorgungsseite (Stromreglerschaltung 55) angeschlossen. Des Weiteren ist eine Verzweigung P+ des Festwiderstands 511 und des ersten Heizwiderstands 341 über den Festwiderstand 532 an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen; und eine Verzweigung P– des Festwiderstands 512 und des Regelwiderstandselements 52 ist über den Festwiderstand 533 an den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen. Die Brückenschaltung 51 ist auf diese Weise so eingerichtet, dass sie das Potenzial an der Verzweigung P+ (d. h. die Spannung über dem ersten Heizwiderstand 341) als Detektionssignal V1 an den Mikrocomputer 7 ausgibt.
Bei der ersten Ausführungsform weist das Regelwiderstandselement 52 zwei Festwiderstände 521 und 522 mit unterschiedlichen Widerstandswerten und einen Auswahlschalter 523 zum Betätigen eines der Festwiderstände 521 und 522 entsprechend dem Schaltsignal S1 von dem Mikrocomputer 7 auf, so dass das Gleichgewicht der Brückenschaltung 51 beim Schatten des Widerstands des Regelwiderstandselements 52 mithilfe des Auswahlschalters 523 geändert werden kann. Der Festwiderstand 521 weist einen Widerstandswert entsprechend einer ersten Einstelltemperatur CH (z. B. 300°C) des ersten Heizwiderstands 341 auf; während der Festwiderstand 522 einen Widerstandswert entsprechend einer zweiten Einstelltemperatur CL (z. B. 200°C) des ersten Heizwiderstands 341 aufweist, die niedriger als die erste Einstelltemperatur CH ist.
Die obige erste Erregungssteuereinheit 50 arbeitet wie folgt. Wenn der Schaltkreis 57 eingeschaltet wird, um die Erregung der Brückenschaltung 51 entsprechend dem Erregungssignal S1 von dem Mikrocomputer 7 zu beginnen, werden die Verstärkerschaltung 53 und die Stromreglerschaltung 55 betätigt, um den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 so zu regeln, dass die Potenzialdifferenz zwischen den Verzweigungen P+ und P– gleich null wird. Unter einer derartigen Stromregelsteuerung wird der Widerstand des ersten Heizwiderstands 341 auf ein bestimmtes konstantes Niveau in Abhängigkeit von dem Widerstandswert des Festwiderstands 521 bzw. 522 des Regelwiderstandselements 52 angepasst, wobei die Temperatur des ersten Heizwiderstands 341 auf die erste Einstelltemperatur CH bzw. auf die zweite Einstelltemperatur CL gesteuert wird. Genauer gesagt, der Widerstand des ersten Heizwiderstands 341 nimmt mit der Temperatur ab, wenn die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases variiert, so dass die durch das Brenngas aufgenommene Wärmemenge größer als die durch den ersten Heizwiderstand 341 erzeugte Wärmemenge wird. Mit abnehmendem Widerstand des ersten Heizwiderstands 341 werden die Verstärkerschaltung 53 und die Stromreglerschaltung 55 betätigt, um den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 zu erhöhen und dadurch die durch den ersten Heizwiderstand 341 erzeugte Wärmemenge auf das vorgegebene Niveau zu erhöhen. Demgegenüber nimmt der Widerstand des ersten Heizwiderstands 341 mit der Temperatur zu, wenn die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases variiert, so dass die durch das Brenngas aufgenommene Wärmemenge kleiner als die durch den ersten Heizwiderstand 341 erzeugte Wärmemenge wird. Mit zunehmendem Widerstand des ersten Heizwiderstands 341 werden die Verstärkerschaltung 53 und die Stromreglerschaltung 55 betätigt, um den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51 zu verringern und dadurch die durch den ersten Heizwiderstand 341 erzeugte Wärmemenge auf das vorgegebene Niveau zu verringern. Der Widerstand (die Temperatur) des ersten Heizwiderstands 341 wird auf diese Weise auf dem vorgegebenen konstanten Niveau gehalten.
Und zwar kann die Brenngaskonzentration X aus dem Detektionssignal V1 bestimmt werden, da das Detektionssignal V1 (das Potenzial an der Verzweigung P+) auf die Stromstärke durch den ersten Heizwiderstand 341 reagiert, d. h. die Wärmemenge, die zum Beibehalten der Temperatur (des Widerstands) des ersten Heizwiderstands 341 auf dem vorgegebenen Niveau erforderlich ist, und infolgedessen die durch das Brenngas aufgenommene Wärmemenge, die in Abhängigkeit von der Brenngaskonzentration des zu messenden Gases variiert.
Die zweite Erregungssteuereinheit 60 weist einen ähnlichen Aufbau wie die erste Erregungssteuereinheit 50 auf, abgesehen davon, dass in die zweite Erregungssteuereinheit 60 ein zweiter Heizwiderstand 342 anstelle des ersten Heizwiderstands 341 eingebaut ist, dass sie das Erregungssignal S2 und das Schaltsignal CG2 anstelle des Erregungssignals S1 bzw. des Schaltsignals CG1 empfängt und das Detektionssignal V2 anstelle des Detektionssignals V1 ausgibt. Ausführliche Erläuterungen der Anordnung und der Abläufe der zweiten Erregungssteuereinheit 60 werden daher weggelassen.
Die Temperaturmesseinheit 80 umfasst eine Brückenschaltung (Wheatstone-Brückenschaltung) 81, in der der Temperaturmesswiderstand 35 platziert ist, und eine Verstärkerschaltung 83 zum Verstärken einer Potenzialdifferenz in der Brückenschaltung 81.
Die Verstärkerschaltung 83 weist einen bekannten Aufbau einer Differentialverstärkerschaltung auf, der einen Operationsverstärker 831, Festwiderstände 832 und 833, die jeweils an einen nicht invertierenden bzw. einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 831 angeschlossen sind, sowie einen Festwiderstand 834 und einen Kondensator 835, die parallel zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 831 angeschlossen sind, auf.
Die Brückenschaltung 81 umfasst dabei den Temperaturmesswiderstand 35 als Brückenschaltungsbestandteil und weist darüber hinaus drei Festwiderstände 811, 812 und 813 auf. Der Festwiderstand 811 und der Temperaturmesswiderstand 35 sind in Serie geschaltet, während die Festwiderstände 812 und 813 in Serie geschaltet sind. Bei diesen Serienschaltungen sind der Temperaturmesswiderstand 35 und der Festwiderstand 813 an Anschlüssen davon an Masse angeschlossen; und die Festwiderstände 811 und 812 sind an Anschlüssen davon an die Stromversorgungsseite angeschlossen. Des Weiteren ist eine Verzweigung P– des Festwiderstands 811 und des Temperaturmesswiderstands 35 über den Festwiderstand 833 an den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 831 angeschlossen; und eine Verzweigung P+ der Festwiderstände 811 und 813 ist über den Festwiderstand 832 an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 831 angeschlossen. Die Brückenschaltung 81 ist auf diese Weise so eingerichtet, dass sie die Ausgabe des Operationsverstärkers 813 als Detektionssignal VT an den Mikrocomputer 7 sendet. Genauer gesagt, der Temperaturmesswiderstand 35 ist so eingestellt, dass das Temperaturdetektionssignal VT sich auf einem Bezugspegel befindet, wenn die Temperatur des zu messenden Gases, dem der Gassensor 3 ausgesetzt ist, eine bestimmte Bezugstemperatur aufweist. Da der Widerstand des Temperaturmesswiderstands 35 in Abhängigkeit von der Temperatur des zu messenden Gases variiert, entsteht eine Potenzialdifferenz in dem Temperaturmesswiderstand 35 in Reaktion auf die Differenz zwischen der Bezugstemperatur und der Temperatur des zu messenden Gases. Diese Potenzialdifferenz wird verstärkt und als das Detektionssignal VT ausgegeben.
Zum Anschließen des Gassensors 3 und der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 werden die ersten Elektroden 311 und 313 an die Verzweigung P+ der ersten Erregungssteuereinheit 50 bzw. an die Verzweigung P+ der zweiten Erregungssteuereinheit 60 angeschlossen; die zweite Elektrode 314 wird an die Verzweigung P– der Temperaturmesseinheit 80 angeschlossen; und die Masseelektroden 312 und 315 werden an eine gemeinsame Masseleitung der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 angeschlossen.
Der Mikrocomputer 7 weist eine bekannte Hardware-Konfiguration auf, die zumindest eine Speichereinheit (wie zum Beispiel einen ROM, einen RAM usw.) zum Speichern verschiedener Dateien und Programme für den Gaskonzentrations-Messvorgang, eine CPU zum Ausführen der in der Speichereinheit gespeicherten Programme, E/A-Anschlüsse zum Ausgeben der Steuersignale S1, S2, CG1 und CG2 an die Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und zum Empfangen der Detektionssignale V1, V2 und VT von der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und einen Zeitgeber umfasst.
Hierbei wird der Spannungspegel des Detektionssignals Vi (i = 1, 2), das durch die Erregungssteuereinheit 50, 60 bei der ersten Einstelltemperatur (300°C) detektiert wird, als _”Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VHi” bezeichnet; der Spannungspegel des Detektionssignals Vi (i = 1, 2), das durch die Erregungssteuereinheit 50, 60 bei der zweiten Einstelltemperatur (200 °C) detektiert wird, als „Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VLi” bezeichnet; und der Spannungspegel des Detektionssignals VT, das durch die Temperaturmesseinheit 80 detektiert wird, als „Temperaturdetektionsspannung VT” bezeichnet.
Bei der ersten Ausführungsform speichert die Speichereinheit zumindest Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation der Umgebungstemperatur T des zu messenden Gases mit der Temperaturdetektionsspannung VT angeben, Feuchtigkeitsumwandlungsdaten, die die Korrelation der Feuchtigkeit H des zu messenden Gases mit der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VHi, der Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VLi und der Temperaturdetektionsspannung VT angeben, und Konzentrationsumwandlungsdaten, die die Korrelation der Brenngaskonzentration X mit der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VHi bzw. der Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VLi angeben. Alle Umwandlungsdaten können die Form einer Umwandlungskarte, einer Berechnungsformel oder dergleichen aufweisen und wurden zuvor experimentell erstellt. Des Werteren vertilgt die Speichereinheit über einen Konzentrationsspeicherbereich, der zum Speichern sämtlicher Berechnungsergebnisse der Brenngaskonzentration X über den unten genannten Beurteilungsbetriebszeitraum erforderlich ist.
Die oben konfigurierte Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, bei der erste und der zweite Heizwiderstand 341 und 342 als Sensorelement bzw. als Bezugselement dienen, wie oben erwähnt, verfügt über einen Normalbetriebsmodus, bei dem der erste Heizwiderstand 341 über einen vorgegebenen Zeitraum erregt wird, um einen Gaskonzentrationswert X1 basierend auf dem Detektionssignal V1 des ersten Heizwiderstands 341 als Brenngaskonzentration X zu berechnen, und über einen Beurteilungsbetriebsmodus, bei dem der erste und der zweite Heizwiderstand 341 und 342 über einen vorgegebenen Zeitraum ΔT (als „Beurteilungszeit” bezeichnet) erregt werden, um die Gaskonzentrationswerte X1 und X2 basierend auf den Detektionssignalen V1 und V2 des ersten bzw. des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 zu berechnen und das Auftreten bzw. das Nichtauftreten einer Abweichung in dem Sensorelement 341 durch Vergleich der Gaskonzentrationswerte X1 und X2 zu beurteilen. Im Beurteilungsbetriebsmodus besteht jedoch die Möglichkeit, dass das Auftreten der Abweichung in dem Sensorelement 341 nicht korrekt beurteilt wird, da das Detektionssignal V1, V2 eines der Heizwiderstände 341 bzw. 342 durch von dem anderen der Heizwiderstände 341 bzw. 342 erzeugte Wärme beeinflusst wird.
Um ein derartiges Problem der Verschlechterung der Abweichungsdetektionsgenauigkeit zu vermeiden, führt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 den Gaskonzentrations-Messvorgang in folgenden Schritten durch, wie in 3 dargestellt.
Der Mikrocomputer 7 initialisiert zunächst seine Hardware-Einheiten beim Einschalten des Betätigungsschalters 9 zum Starten der Stromzuführung von der Gleichstromquelle Vcc zu dem Mikrocomputer 7.
In Schritt S110 setzt der Mikrocomputer 7 zunächst die Zeitgeberzählung zurück.
In Schritt S120 gibt der Mikrocomputer 7 das Erregungssignal S1 an die erste Erregungssteuereinheit 50 aus, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des ersten Heizwiderstands 341) der ersten Erregungssteuereinheit 50 zu starten. Wenn die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 in dem Gaskonzentrations-Messvorgang zum ersten Mal gestartet wird, befindet sich der zweite Heizwiderstand 342 in einem Aberregungszustand.
In Schritt S130 berechnet der Mikrocomputer 7 den Gaskonzentrationswert X1 aus den Detektionsspannungen VL1 bzw. VH1 und VT, speichert den berechneten Gaskonzentrationswert X1 in der Speichereinheit und gibt den berechneten Gaskonzentrationswert X1 an die externe Vorrichtung aus.
Genauer gesagt, der Widerstand der Brückenschaltung 51 wird unter dem Schaltsignal CG1 von dem Mikrocomputer 7 umgeschaltet, um die Einstelltemperatur des ersten Heizwiderstands 341 während eines festgelegten Zeitraums TW (als „Niedertemperatur-Messzeitraum” bezeichnet) auf der zweiten Einstelltemperatur CL zu halten und anschließend die Einstelltemperatur des ersten Heizwiderstands 341 während eines festgelegten Zeitraums TW (als „Hochtemperatur-Messzeitraum” bezeichnet) auf der ersten Einstelltemperatur CH zu halten, wie in 4 dargestellt. Der festgelegte Zeitraum TW wird hierbei so eingestellt, dass er länger als bzw. gleich lang wie ein Zeitraum ist, der zum Stabilisieren des Detektionssignals V1 nach dem Schalten der Einstelltemperatur des ersten Heizwiderstands 341 ausreichend ist. Im Allgemeinen wird der festgelegte Zeitraum auf mehrere hundert ms (z. B. 200 ms) festgelegt.
Parallel zu einer derartigen Temperatursteuerung wird die Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL1 während des Niedertemperatur-Messzeitraums TW detektiert; die Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1 wird während des Hochtemperatur-Messzeitraums TW detektiert; und die Temperaturdetektionsspannung VT wird während des Nieder- bzw. Hochtemperatur-Messzeitraums TW detektiert. Es ist realisierbar, die Detektionsspannung VL1, VH1, VT durch Abnehmen eines Messwerts der Spannung VL1, VH1, VT in dem Zeitraum TW bzw. durch Abnehmen einer Vielzahl von Messwerten der Spannung VL1, VH1, VT in dem Zeitraum TW und durch Berechnen eines örtlichen Mittelwerts dieser Messwerte zu ermitteln. Die detektierten Spannungen VL1, VH1 und VT werfen in der Speichereinheit gespeichert.
Anschließend wird der Gaskonzentrationswert X1 entweder aus der Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL1 bzw. aus der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1 mit Bezug auf die Konzentrationsumwandlungsdaten ermittelt. Die Umgebungstemperatur T wird aus der Temperaturdetektionsspannung VT mit Bezug auf die Temperaturumwandlungsdaten ermittelt. Die Feuchtigkeit H wird ebenfalls aus der Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL1, der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1 und der Temperaturdetektionsspannung VT mit Bezug auf die Feuchtigkeitsumwandlungsdaten ermittelt. Des Weiteren wird der ermittelte Gaskonzentrationswert X1 anhand der Umgebungstemperatur T und der Feuchtigkeit H korrigiert und anschließend in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit gespeichert. (Die Speichereinheit ist so eingerichtet, dass die ältesten Daten überschrieben werden, wenn kein freier Platz in dem Konzentrationsspeicherbereich vorhanden ist.)
In Schritt S140 prüft der Mikrocomputer 7, ob eine vorgegebene Schaltzeit T2 verstrichen ist. Bei der ersten Ausführungsform wird die Schaltzeit T2 als Summe einer Beurteilungszeit ΔT und einer Beurteilungstest-Initiierungszeit T1 (T2 = T1 + ΔT) angegeben. Die Testinitiierungszeit T1 wird als Zeit bestimmt, zu der der erste Heizwiderstand 341 keine Verschlechterung bis zu einem Grad erfahren hat, der das Erzielen einer erforderlichen Gaskonzentrations-Messgenauigkeit unmöglich macht, und die zum Beispiel auf eine Größenordnung von 1 Tag bis zu mehreren hundert Tagen festgelegt werden kann. Die Beurteilungszeit ΔT wird so bestimmt, dass die Möglichkeit, dass die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases während eines Zeitraums von 2 × ΔT variiert, minimiert wird, und kann zum Beispiel auf eine Größenordnung von mehreren Sekunden festgelegt werden.
Wenn „Ja” in Schritt S140 gilt (es wird festgestellt, dass die Zeit T2 verstrichen ist), geht der Ablauf zu Schritt S150 über.
Wenn „Nein” in Schritt S140 gilt, kehrt der Ablauf zu Schritt S130 zurück, so dass der Mikrocomputer 7 die Berechnung, Ausgabe und Speicherung des Gaskonzentrationswerts X1 wiederholt. Das bedeutet, dass der Prozessablauf von Schritt S130 wiederholt wird, um den Gaskonzentrationswert X1 wiederholt in Zeitzyklen von 2 × TW zu berechnen (erforderlich für Nieder- und Hochtemperaturmesszeiträume). Da die Anzahl der während der Beurteilungszeit ΔT durchgeführten Berechnungen des Gaskonzentrationswerts X1 gleich ΔT/(2 × TW) ist, wird bevorzugt ausreichend Platz in dem Konzentrationsspeicherbereich sichergestellt, um ΔT/(2 × TW) Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1 speichern zu können.
In Schritt S150 ermittelt der Mikrocomputer 7 einen Mittelwert X1_ΔT aus den Berechnungsergebnissen des Gaskonzentrationswerts X1, die über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 ermittelt und in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit gespeichert wurden.
In Schritt S160 unterbricht der Mikrocomputer 7 das Erregungssignal S1 an die erste Erregungssteuereinheit 50, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des ersten Heizwiderstands 341) der ersten Erregungssteuereinheit 50 zu beenden, und gibt das Erregungssignal S2 an die zweite Erregungssteuereinheit 60 aus, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des zweiten Heizwiderstands 342) der zweiten Erregungssteuereinheit 60 zu starten.
In Schritt S170 berechnet der Mikrocomputer 7 den Gaskonzentrationswert X2 aus den Detektionsspannungen VL2, VH2 und VT, speichert den berechneten Gaskonzentrationswert X2 in der Speichereinheit und gibt den berechneten Gaskonzentrationswert X2 an die externe Vorrichtung aus.
In Schritt S170 wird die Berechnung des Gaskonzentrationswerts X2 auf dieselbe Weise ausgeführt wie in Schritt S130. Genauer gesagt, der Widerstand der Brückenschaltung 51 wird unter dem Schaltsignal CG2 von dem Mikrocomputer 7 so geschaltet, dass die Einstelltemperatur des zweiten Heizwiderstands 342 während eines Niedertemperatur-Messzeitraums TW” auf der zweiten Einstelltemperatur CL gehalten wird und anschließend die Einstelltemperatur des zweiten Heizwiderstands 342 während eines Hochtemperatur-Messzeitraums TW auf der ersten Einstelltemperatur CH gehalten wird. Parallel zu einer derartigen Temperatursteuerung wird die Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL2 während des Niedertemperatur-Messzeitraums TW detektiert; die Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH2 wird während des Hochtemperatur-Messzeitraums TW detektiert; und die Temperaturdetektionsspannung VT wird während des Nieder- bzw. Hochtemperatur-Messzeitraums TW detektiert. Es ist realisierbar, die Detektionsspannung VL2, VH2, VT durch Abnehmen eines Messwerts der Spannung VL2, VH2, VT in dem Zeitraum TW bzw. durch Abnehmen einer Vielzahl von Messwerten der Spannung VL2, VH2, VT in dem Zeitraum TW und durch Berechnen eines örtlichen Mittelwerts dieser Messwerte zu ermitteln. Anschließend wird der Gaskonzentrationswert X2 aus der Konzentrationsdetektionsspannung VL2 bzw. VH2 mit Bezug auf die Konzentrationsumwandlungsdaten ermittelt.
Die Umgebungstemperatur T wird aus der Temperaturdetektionsspannung VT mit Bezug auf die Temperaturumwandlungsdaten ermittelt. Die Feuchtigkeit H wird ebenfalls aus den Detektionsspannungen VL2, VH2 und VT mit Bezug auf die Feuchtigkeitsumwandlungsdaten ermittelt. Der ermittelte Gaskonzentrationswert X2 wird anhand der Umgebungstemperatur T und der Feuchtigkeit H korrigiert und anschließend in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit gespeichert.
In Schritt S180 prüft der Mikrocomputer 7, ob eine vorgegebene Beurteilungstest-Endzeit T3 verstrichen ist. Die Testendzeit T3 wird als Summe der Beurteilungszeit ΔT und der Zeit T2 (T3 = T2 + ΔT) in der ersten Ausführungsform angegeben.
Wenn „Ja” in Schritt S180 gilt (es wird festgestellt, dass die Zeit T3 verstrichen ist), geht der Ablauf zu Schritt S190 über.
Wenn „Nein” in Schritt S180 gilt, kehrt der Ablauf zu Schritt S170 zurück, so dass der Mikrocomputer 7 die Berechnung, Ausgabe und Speicherung des Gaskonzentrationswerts X2 wiederholt. Das bedeutet, dass der Prozessablauf von Schritt S170 ebenfalls wiederholt wird, um den Gaskonzentrationswert X2 wiederholt in Zeitzyklen von 2 × TW zu berechnen (erforderlich für die Nieder- und Hochtemperatur-Messzeiträume).
In Schritt S190 ermittelt der Mikrocomputer 7 einen Mittelwert X2_ΔT aus den Berechnungsergebnissen des Gaskonzentrationswerts X2, die über den Zeitraum ΔT von T2 bis T3 ermittelt und in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit gespeichert wurden.
In Schritt S200 ermittelt der Mikrocomputer 7 eine Differenz Y zwischen dem in Schritt S150 ermittelten mittleren Gaskonzentrationswert X1_ΔT und dem in Schritt S190 ermittelten mittleren Gaskonzentrationswert X2_ΔT(Y = X1_ΔT – X2_ΔT).
In Schritt S210 unterbricht der Mikrocomputer 7 das Erregungssignal S2, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des zweiten Heizwiderstands 342) der zweiten Erregungssteuereinheit 60 zu beenden.
In Schritt S220 prüft der Mikrocomputer 7, ob der Absolutwert |Y| der in Schritt S200 ermittelten Konzentrationsdifferenz kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert THy ist. Der Grenzwert THy wird entsprechend je nach der für verschiedene Verarbeitungsabläufe erforderlichen Gaskonzentrations-Messgenauigkeit unter Verwendung des Gaskonzentrations-Detektionswerts X1 festgelegt und kann z. B. auf 0,4%H₂ festgelegt werden.
Wenn _”Ja” in Schritt S220 gilt, kehrt der Vorgang zu Schritt S110 zurück, wenn festgestellt wird, dass keine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt, so dass der Mikrocomputer 7 die obigen Prozessabläufe der Schritte S110 bis S210 wiederholt durchführt.
Wenn „Nein” in Schritt S220 gilt, geht der Ablauf zu Schritt S230 über, wenn festgestellt wird, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
In Schritt S230 erzeugt der Mikrocomputer 7 ein Abweichungsdetektionssignal und gibt es an die externe Vorrichtung aus, um das Auftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 zu melden.
In Schritt S240 schaltet der Mikrocomputer 7 den Betätigungsschalter 9 aus und schaltet auf diese Weise die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 ab. Der Vorgang wird beendet.
Bei der ersten Ausführungsform entsprechen die Schritte S140, S160, S180 und S210 einem Normalzustands-Betriebsabschnitt; und Schritt S240 entspricht einem ersten Abweichungszustands-Betriebsabschnitt.
Hier wird angenommen, dass die Ausgangskennlinien des ersten und des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 zum Zeitpunkt 0, Zeitpunkt T1 und Zeitpunkt 2 × T1 in dem Fall gemessen werden, dass der erste Heizwiderstand 341 über einen langen Zeitraum dauerhaft betrieben wird, während der zweite Heizwiderstand 342 während der Beurteilungszeit ΔT mit Unterbrechungen betrieben wird. Die Messergebnisse werden in 5A und 5B dargestellt. In 5A und 5B ist die Zeit T1 auf 400 Tage festgelegt. Wie in 5A dargestellt, ändern sich die Ausgangskennlinien des ersten Heizwiderstands 341 im Laufe der Zeit. Wenngleich die Kennlinien des ersten Heizwiderstands 341 im Laufe der Zeit in 5A ansteigen, kann der Fall auftreten, dass die Ausgangskennlinien des ersten Heizwiderstands 341 im Laufe der Zeit sinken, wie in 6 dargestellt. Aufgrund derartiger Änderungen in den Ausgangskennlinien des ersten Heizwiderstands 341 verschlechtert sich die Genauigkeit des Detektionssignals V1 und infolgedessen die Berechnungsgenauigkeit des Gaskonzentrationswerts X1 im Laufe der Zeit. Demgegenüber besteht nahezu kein Unterschied in den Ausgangskennlinien des zweiten Heizwiderstands 342, wie in 5B dargestellt. Die Ausgangskennlinien des zweiten Heizwiderstands 342 können über einen langen Zeitraum beibehalten werden.
Im Verlauf des obigen Gaskonzentrations-Messvorgangs wiederholt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 abwechselnd Zeiträume im Normalbetrieb (z. B. Zeiträume von Zeitpunkt 0 bis Zeitpunkt T1 und von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T1') und Zeiträume im Beurteilungsbetrieb (z. B. Zeiträume von Zeitpunkt T1 bis Zeitpunkt T3 und von Zeitpunkt T1' bis Zeitpunkt T3'), wie in 6 dargestellt. In 6 ist die Zeit T1 wie in 5A und 5B auf 400 Tage festgelegt.
Zum Zeitpunkt 0 wird die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 im Normalbetriebsmodus aktiviert, so dass der Mikrocomputer 7 die erste Erregungssteuereinheit 50 so steuert, dass diese die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 startet, und den Gaskonzentrationswert X1 basierend auf dem Detektionssignal V1 des ersten Heizwiderstands 341 berechnet.
Zum Zeitpunkt T1 wechselt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 in den Beurteilungsbetriebsmodus, während der Mikrocomputer 7 die erste Erregungssteuereinheit 50 so steuert, dass diese die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 fortsetzt, und wiederholt den Gaskonzentrationswert X1 basierend auf dem Detektionssignal V1 des ersten Heizwiderstands 341 berechnet. Die Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1 werden in dem Konzentrationsspeicherbereich des Mikrocomputers 7 über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 gespeichert und akkumuliert.
Zum Zeitpunkt T2 ermittelt der Mikrocomputer 7 den Mittelwert X1_ΔT der akkumulierten Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1. Gleichzeitig steuert der Mikrocomputer 7 den ersten Erregungsabschnitt 50 so, dass dieser die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 beendet, und steuert den zweiten Erregungssteuerabschnitt 60 so, dass dieser die Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 startet, und berechnet wiederholt den Gaskonzentrationswert X2 basierend auf dem Detektionssignal V2 des zweiten Heizwiderstands 342. Die Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X2 wenden (als Bezugsgröße für die Beurteilung) in dem Konzentrationsspeicherbereich des Mikrocomputers 7 über den Zeitraum ΔT von T2 bis T3 gespeichert und akkumuliert.
Zum Zeitpunkt T3 ermittelt der Mikrocomputer 7 den Mittelwert X2_ΔT der akkumulierten Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X2 und steuert die zweite Erregungssteuereinheit 60 so, dass diese die Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 beendet.
Der Mikrocomputer 7 ermittelt des Weiteren die Differenz Y zwischen den mittleren Gaskonzentrationswerten X1_ΔT und X2_ΔT und vergleicht den Absolutwert |Y| der Konzentrationsdifferenz mit dem Grenzwert THy. An diesem Punkt (Zeitpunkt T3) ist der Absolutwert |Y| kleiner als der Grenzwert THy. Der Mikrocomputer 7 beurteilt auf diese Weise, dass keine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
Anschließend wechselt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 in den Normalbetriebsmodus, so dass der Mikrocomputer 7 die erste Erregungssteuereinheit 50 so steuert, dass diese die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 erneut startet, und den Gaskonzentrationswert X1 basierend auf dem Detektionssignal V1 des ersten Heizwiderstands 341 berechnet.
Zum Zeitpunkt T1' wechselt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 in den Beurteilungsbetriebsmodus. Während des Zeitraums von T1' bis T3 führt der Mikrocomputer 7 dieselben Prozessabläufe wie diejenigen von T1 bis T3 aus.
Zum Zeitpunkt T3' ist der Absolutwert in größter als der Grenzwert THy. Wenn er feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt, steuert der Mikrocomputer 7 die erste und die zweite Erregungssteuereinheit 50 und 60 so, dass diese die Erregung des ersten und des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 beenden, wodurch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 abgeschaltet wird.
Auf diese Weise ist die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform so gestaltet, dass sie abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand 341 und 342 während des Zeitraums im Beurteilungsbetrieb erregt, so dass während der Erregung des ersten Heizwiderstands 341 der zweite Heizwiderstand 342 aberregt wird und während der Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 der erste Heizwiderstand 341 aberregt wird. Es ist daher möglich, dass in der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nicht nur der Gaskonzentrationswert X1, X2 basierend auf dem Detektionssignal V1, V2 eines der Heizwiderstände 341 und 342 ohne Beeinflussung durch von dem anderen Heizwiderstand 341, 342 erzeugte Wärme berechnet wird und die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 durch Vergleich dieser Berechnungswerte X1 und X2 korrekt detektiert wird.
Des Weiteren ist die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform so gestaltet, dass sie nur den ersten Heizwiderstand 341 in dem Zeitraum im Normalbetrieb erregt, so dass der Gaskonzentrationswert X1 basierend auf dem Detektionssignal V1 des ersten Heizwiderstands 341 als Brenngaskonzentration X berechnet wird, und sowohl den ersten als auch den zweiten Heizwiderstand 342 während der Beurteilungszeit ΔT während des Zeitraums im Beurteilungsbetrieb erregt, so dass die Gaskonzentrationswerte X1 und X2 basierend auf den Detektionssignalen V1 und V2 des ersten und des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 berechnet wenden und das Auftreten bzw. Nichtauftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 beurteilt wird. Da die Einsatzhäufigkeit des zweiten Heizwiderstands 342 geringer ist als die des ersten Heizwiderstands 341, ist es möglich, eine Verschlechterung des als Bezug für die Beurteilung verwendeten zweiten Heizwiderstands 342 zu verhindern und die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 über einen langen Zeitraum hinweg korrekt zu detektieren.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform abgesehen von einem Teil des durch den Mikrocomputer 7 ausgeführten Gaskonzentrations-Messvorgangs, wie in 7 dargestellt. Hier sind die Prozessabläufe der Schritte S110 bis S200 aus 7 bei der zweiten Ausführungsform dieselben wie diejenigen aus 3 bei der ersten Ausführungsform; und ausführliche Erläuterungen dieser Prozessabläufe von S110 bis S200 werden folglich weggelassen.
Wenn die Konzentrationsdifferenz Y in S200 ermittelt worden ist, prüft der Mikrocomputer 7 in Schritt S220, ob der Absolutwert |Y| der in Schritt S200 ermittelten Konzentrationsdifferenz kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert THy ist, um dadurch das Auftreten einer Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 ohne Beenden der Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 zu beurteilen.
Wenn „Ja” in Schritt S220 gilt, geht der Ablauf zu Schritt S260 über, wenn festgestellt wird, dass keine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
Wenn Nein” in Schritt S220 gilt, geht der Ablauf zu Schritt S230 über, wenn festgestellt wird, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
In Schritt S230 erzeugt der Mikrocomputer 7 ein Abweichungsdetektionssignal und gibt es an die externe Vorrichtung aus, um das Auftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 zu melden. Anschließend geht der Ablauf zu Schritt S250 über.
In Schritt S250 berechnet der Mikrocomputer 7 wiederholt den Gaskonzentrationswert X2 basierend auf der Ausgabe des zweiten Heizwiderstands 342 (auf dieselbe Weise wie in Schritt S170), um dadurch die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge fortzusetzen.
In Schritt S260 unterbricht der Mikrocomputer 7 das Erregungssignal S2, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des zweiten Heizwiderstands 342) der zweiten Erregungssteuereinheit 60 zu beenden. Anschließend kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück.
Bei der zweiten Ausführungsform entspricht Schritt 250 einem zweiten Abweichungszustands-Betriebsabschnitt.
Es ist daher bei der zweiten Ausführungsform möglich, dass, selbst wenn eine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt, die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge mithilfe des zweiten Heizwiderstands 342 fortsetzen kann, in dem nahezu keine Verschlechterung aufgetreten ist, obgleich die Gaskonzentrations-Detektionsvorgänge bei der ersten Ausführungsform bei der Detektion des Auftretens der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 beendet werden.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform abgesehen von einem Teil des durch den Mikrocomputer 7 ausgeführten Gaskonzentrations-Messvorgangs, wie in 8 dargestellt. Bei der dritten Ausführungsform umfasst der Gaskonzentrations-Messvorgang Prozessabläufe der Schritte S135, S155, S175, S195, S205, S215 und S225 anstelle der Prozessabläufe der Schritte S130, S150, S170, S190, S200, S210 bzw. S220 aus 3. Die folgenden Erläuterungen konzentrieren sich daher auf diese Prozessabläufe der Schritte S135, S155, S175, S195, S205, S215 und S225. Hier verfügt der Mikrocomputer 7 über einen Konzentrationsspeicherbereich zum Speichern der Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1 und über einen Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannungs-Speicherbereich zum Speichern der Detektionsergebnisse der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannungen VH1, VH2.
In Schritt S135 berechnet der Mikrocomputer 7 den Gaskonzentrationswert X1 aus den Detektionsspannungen VL1, VH1 und VT, speichert den berechneten Gaskonzentrationswert X1 in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit und gibt den berechneten Gaskonzentrationswert X1 an die externe Vorrichtung aus. Zu diesem Zeitpunkt speichert der Mikrocomputer 7 außerdem in dem Hochtemperaturspannungs-Speicherbereich der Speichereinheit die Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1, die zum Berechnen des Gaskonzentrationswerts X1 verwendet wird.
In Schritt S155 ermittelt der Mikrocomputer 7 einen Mittelwert X1_ΔT der Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1, die über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 ermittelt und in dem Konzentrationsspeicherbereich der Speichereinheit gespeichert worden sind, und ermittelt einen Mittelwert VH1_ΔT der Detektionsergebnisse der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1, die über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 ermittelt und in dem Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannungs-Speicherbereich der Speichereinheit gespeichert worden sind. Anschließend gibt der Mikrocomputer 7 den mittleren Gaskonzentrationswert X1_ΔT anstelle des in Schritt S135 ausgegebenen Gaskonzentrationswerts X1 an die externe Vorrichtung aus.
In Schritt S175 detektiert der Mikrocomputer 7 die Hochtemperaturgaskonzentrations-Detektionsspannung VH2 von dem zweiten Heizwiderstand 342 und speichert die detektierte Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH2 in dem Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannungs-Speicherbereich der Speichereinheit.
In Schritt S195 ermittelt der Mikrocomputer 7 einen Mittelwert VH2_ΔT aus den Berechnungsergebnissen der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH2, die über den Zeitraum ΔT von T2 bis T3 ermittelt und in dem Hochtemperaturspannungs-Speicherbereich der Speichereinheit gespeichert wurden.
In Schritt S205 ermittelt der Mikrocomputer 7 eine Differenz Z zwischen der in Schritt S155 ermittelten mittleren Hochtemperaturspannung VH1_ΔT und der in Schritt S195 ermittelten mittleren Hochtemperaturspannung VH2_ΔT (Z = VH1_ΔT – VH2_ΔT).
In Schritt S215 unterbricht der Mikrocomputer 7 das Erregungssignal S2, um die Erregung der Brückenschaltung 51 (des zweiten Heizwiderstands 342) der zweiten Erregungssteuereinheit 60 zu beenden. Der Mikrocomputer 7 beendet außerdem die Ausgabe des mittleren Gaskonzentrationswerts X1_ΔT an die externe Vorrichtung.
In Schritt S225 prüft der Mikrocomputer 7, ob der Absolutwert Z der in Schritt S205 ermittelten Spannungsdifferenz kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert TVz ist. Der Grenzwert TVy wird entsprechend je nach der Gaskonzentrations-Detektionsgenauigkeit, die für verschiedene Verarbeitungsabläufe erforderlich ist, in denen der Gaskonzentrations-Detektionswert X1 verwendet wird, festgelegt und kann z. B. auf 15 mV festgelegt werden.
Wenn _”Ja” in Schritt S225 gilt (|Z| ≤ TVz), kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück, wenn festgestellt wird, dass keine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
Wenn „Nein” in Schritt S225 gilt (|Z| > TVz), geht der Ablauf zu Schritt S230 über, wenn festgestellt wird, dass eine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
Im Verlauf des obigen Gaskonzentrations-Messvorgangs wiederholt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 abwechselnd Zeiträume im Normalbetrieb (z. B. Zeiträume von Zeitpunkt 0 bis Zeitpunkt T1 und von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T1') und Zeiträume im Beurteilungsbetrieb (z. B. Zeiträume von Zeitpunkt T1 bis Zeitpunkt T3 und von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T1'), wie in 9 dargestellt.
Da sich die Ausgangskennlinien des ersten Heizwiderstands 341 im Laufe der Zeit bei fortdauerndem Langzeiteinsatz in den Zeiträumen des Normalbetriebs ändern, verschlechtert sich die Genauigkeit der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1, und infolgedessen verschlechtert sich die Berechnungsgenauigkeit des Gaskonzentrationswerts X1 im Laufe der Zeit aufgrund derartiger Veränderungen in den Ausgangskennlinien des ersten Heizwiderstands 341.
Zum Zeitpunkt T2 (Verstreichen des Zeitpunkts T2 von dem Start der Erregung des ersten Heizwiderstands 341) ermittelt der Mikrocomputer 7 den Mittelwert X1 der Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1, die über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 in dem Konzentrationsspeicherbereich gespeichert und akkumuliert worden sind, und gibt anschließend den mittleren Gaskonzentrationswert X1_ΔT anstelle des Gaskonzentrationswerts X1 aus. Der Mikrocomputer 7 ermittelt außerdem den Mittelwert VH1_ΔT der Detektionsergebnisse der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1, die über den Zeitraum ΔT von T1 bis T2 in dem Konzentrationsspeicherbereich gespeichert und akkumuliert worden sind. Des Weiteren steuert der Mikrocomputer 7 die erste Erregungssteuereinheit 50 so, dass diese die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 beendet, steuert die zweite Erregungssteuereinheit 60 so, dass diese die Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 startet, und detektiert die Hochtemperaturgaskonzentrations-Detektionsspannung VH2 aus dem zweiten Heizwiderstand 342.
Zum Zeitpunkt T3 ermittelt der Mikrocomputer 7 den Mittelwert VH2_ΔT der Detektionsergebnisse der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH2, die über den Zeitraum ΔT von T2 bis T3 in dem Konzentrationsspeicherbereich gespeichert und akkumuliert wurden, und steuert die zweite Erregungssteuereinheit 60 so, dass diese die Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 beendet.
Der Mikrocomputer 7 ermittelt des Weiteren die Differenz Z zwischen den mittleren Gaskonzentrationswerten VH1_ΔT und VH2_ΔT und vergleicht den Absolutwert |Z| der Spannungsdifferenz mit dem Grenzwert THz. An diesem Punkt (Zeitpunkt T3) ist der Absolutwert |Z| kleiner als der Grenzwert THz. Der Mikrocomputer 7 beurteilt auf diese Weise, dass keine Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt.
Der Mikrocomputer 7 steuert die erste Erregungssteuereinheit 50 so, dass diese die Erregung des ersten Heizwiderstands 341 startet, und berechnet den Gaskonzentrationswert X1 fortlaufend bis zum Zeitpunkt T2'.
Von dem Zeitpunkt T2' an führt der Mikrocomputer 7 dieselben Prozessabläufe wie diejenigen vom Zeitpunkt T2 an durch.
Zum Zeitpunkt T3' ist der Absolutwert |Z| größer als der Grenzwert THz. Wenn er feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 auftritt, steuert der Mikrocomputer 7 die erste und die zweite Erregungssteuereinheit 50 und 60 so, dass diese die Erregung des ersten und des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 beenden, wodurch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 abgeschaltet wird.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der dritten Ausführungsform ist zum Beurteilen des Auftretens der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 durch Vergleich der Mittelwerte VH1_ΔT und VH2_ΔT der Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannungen V1 und V2, die zum Berechnen der mittleren Gaskonzentrationswerte X1_ΔT und X2_ΔT verwendet werden, anstelle durch Vergleich der mittleren Gaskonzentrationswerte X1_ΔT und X2_ΔT gestaltet. Es ist daher bei der dritten Ausführungsform möglich, nicht nur dieselben Resultate wie in der ersten Ausführungsform zu erzielen, sondern außerdem den Umfang der Datenverarbeitung für die Beurteilung des Auftretens der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 erheblich zu verringern, ohne den Gaskonzentrationswert X2 aus dem Detektionssignal V2 des zweiten Heizwiderstands 342 berechnen zu müssen.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der dritten Ausführungsform ist des Weiteren so gestaltet, dass sie während des Zeitraums ΔT von T2 bis T3, in dem die Erregungssteuerung des zweiten Heizwiderstands 342 ausgeführt wird, den Mittelwert X1_ΔT der Berechnungsergebnisse des Gaskonzentrationswerts X1, die über den unmittelbar vorhergehenden Zeitraum von T1 bis T2 ermittelt wurden, anstelle des Echtzeit-Berechnungsergebnisses des Gaskonzentrationswerts X1 an die externe Vorrichtung ausgibt. Es ist daher möglich, dass die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 das Gaskonzentrations-Detektionsergebnis X fortlaufend sogar während der Erregung des zweiten Heizwiderstands 342 an die externe Vorrichtung ausgibt.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform bezieht sich im Besonderen auf eine Brenngas-Detektionsvorrichtung 1a, wie in 10 dargestellt, die einen wärmeleitfähigen Gassensor 3, der in einem zu messenden Gas platziert ist und diesem ausgesetzt ist, um eine Brenngaskonzentration in dem zu messenden Gas zu messen, eine Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 zum Ausführen einer Antriebssteuerung des Gassensors 3, einen Mikrocomputer 7 zum Erzeugen verschiedener Steuersignale wie zum Beispiel von Schaltsignalen CG und CE zum Steuern von Vorgängen der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und zum Ausführen verschiedener Betriebsvorgänge einschließlich eines Gaskonzentrations-Messvorgangs basierend auf Ausgabesignalen V1, V2 und VT aus der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und einen Betätigungsschalter 9 zum Anschließen bzw. Trennen einer Stromzuführung von einer Gleichstromquelle Vcc zu dem Mikrocomputer 7 und dadurch erfolgendes Betätigen bzw. Anhalten des Mikrocomputers 7 umfasst.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1a nach der vierten Ausführungsform ähnelt der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform abgesehen von der Gestaltung eines Teils der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5, abgesehen von einem Teil von zwischen der Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 und dem Mikrocomputer 7 übermittelten Signaldaten und dadurch abgesehen von einem Teil des Gaskonzentrations-Messvorgangs, der durch den Mikrocomputer 7 ausgeführt wird.
Bei der vierten Ausführungsform umfasst die Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 eine Erregungsschaltungs-Steuereinheit 50a, um aus dem ersten bzw. zweiten Heizwiderstand 341 bzw. 342 einen als Ziel der Erregungssteuerung auszuwählen, eine Erregungssteuerung des ausgewählten Heizwiderstands 341, 342 auszuführen und eine Spannung über dem Heizwiderstand 341, 342 als Detektionssignal V1, V2 in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases auszugeben, und eine Temperaturmesseinheit 80, um eine Erregungssteuerung des Temperaturmesswiderstands 35 auszuführen und das Detektionssignal VT in Reaktion auf die Temperatur des zu messenden Gases auszugeben.
Die Temperaturmesseinheit 80 nach der vierten Ausführungsform ähnelt der der ersten Ausführungsform in der Gestaltung.
Die Erregungssteuereinheit 50a nach der vierten Ausführungsform ähnelt der ersten Erregungssteuereinheit 50 nach der ersten Ausführungsform in der Gestaltung, unterscheidet sich aber von dieser insofern, als die Erregungssteuereinheit 50a keinen Schaltkreis 57 aufweist und über eine Brückenschaltung 51a mit einem Widerstandsschaltblock 58 zum Umschalten des Ziels der Erregungssteuerung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand 341 und 341 anstelle der Brückenschaltung 51 verfügt. Wie in 10 dargestellt, verfügt der Widerstandsschaltblock 58 über ein Schaltelement 581, das die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand 341 und 342 umschaltet, um abwechselnd entweder den einen oder den anderen der Heizwiderstände 341 und 342 auszuwählen und als Brückenschaltungsbestandteil entsprechend dem Schaltsignal CE von dem Mikrocomputer 7 zu betreiben. Des Weiteren ist eine Verzweigung P+ des Festwiderstands 511 und des Schaltelements 581 über den Festwiderstand 532 an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen; und eine Verzweigung P– des Festwiderstands 512 und des Regelwiderstandselements 52 ist über den Festwiderstand 533 an den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 531 angeschlossen. Bei dieser Gestaltung ist die Brückenschaltung 51a so eingerichtet, dass sie das Potenzial an der Verzweigung P+, d. h. die Spannung über dem ersten Heizwiderstand 341 als Detektionssignal V1 ausgibt, wenn das Schaltsignal SE den ersten Heizwiderstand 341 auswählen soll, und die Spannung über dem zweiten Heizwiderstand 342 als Detektionssignal V2 ausgibt, wenn das Schaltsignal SE den zweiten Heizwiderstand 342 auswählen soll. Bei der vierten Ausführungsform dient die Erregungssteuereinheit 50a als Auswahlvorrichtung und als dritte Erregungssteuerungseinrichtung.
Nach dem Anlegen der Stromzuführung von der Gleichstromquelle Vcc werden die Verstärkerschaltung 53 und die Stromreglerschaltung 55 so betrieben, dass sie den Stromfluss durch die Brückenschaltung 51a in der Weise regeln, dass die Potenzialdifferenz zwischen den Verzweigungen P+ und P– gleich null wird. Unter einer derartigen Stromregelsteuerung wird der Widerstand entweder des ersten oder des zweiten Heizwiderstands 341 bzw. 342, der durch das Schaltelement 581 entsprechend dem Schaltsignal CE ausgewählt wird, auf ein vorgegebenes konstantes Niveau in Abhängigkeit von dem Widerstandswert des Festwiderstands 521 bzw. 522 angepasst, der durch den Auswahlschalter 523 des Regelwiderstandselements 52 entsprechend dem Schaltsignal CG1 ausgewählt wird. Die Temperatur des aus dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand 341 und 342 ausgewählten Heizwiderstand wird auf diese Weise auf die erste Einstelltemperatur CH bzw. die zweite Einstelltemperatur CL gesteuert. Wenn das Schaltelement 581 an den ersten Heizwiderstand 341 entsprechend dem Schaltsignal CE angeschlossen wird, gibt die Brückenschaltung 51a als Detektionssignal V1 die Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH1 in dem Hochtemperatur-Messzeitraum durch Auswahl des Festwiderstands 521 entsprechend dem Schaltsignal CG aus und gibt die Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL1 in dem Niedertemperatur-Messzeitraum als Detektionssignal V1 durch Auswahl des Festwiderstands 522 entsprechend dem Schaltsignal CG aus. Wenn das Schaltelement 581 an den zweiten Heizwiderstand 342 entsprechend dem Schaltsignal CE angeschlossen wird, gibt die Brückenschaltung 51a als Detektionssignal V2 die Hochtemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VH2 in dem Hochtemperatur-Messzeitraum durch Auswahl des Festwiderstands 521 entsprechend dem Schaltsignal CG aus und gibt die Niedertemperaturkonzentrations-Detektionsspannung VL2 in dem Niedertemperatur-Messzeitraum als Detektionssignal V2 durch Auswahl des Festwiderstands 522 entsprechend dem Schaltsignal CG aus. Auf diese Weise verwendet die Antriebssteuerschaltungs-Baugruppe 5 nach der vierten Ausführungsform unterschiedliche Steuersignale, erzeugt jedoch dieselben Detektionssignale V1 und V2 wie diejenigen der ersten Ausführungsform. Es wird hier angemerkt, dass der Grund dafür, dass kein Schaltkreis 57 in der Erregungssteuereinheit 50a platziert wird, darin besteht, dass die Erregungssteuereinheit 50a die Erregung der Brückenschaltung 51a jederzeit zur Erregungssteuerung sowohl des ersten als auch des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 ermöglicht.
Der Gaskonzentrations-Messvorgang, der durch den Mikrocomputer 7 nach der vierten Ausführungsform ausgeführt wird, stimmt mit dem der ersten Ausführungsform überein, abgesehen davon, dass das Schaltsignal CE anstelle der Erregungssignale S1 und S2 zum Zeitpunkt des Umschaltens des Ziels der Erregungssteuerung zwischen den Heizwiderständen 341 und 342 verwendet wird, und abgesehen davon, dass das Schaltsignal CG zum Zeitpunkt des Umschaltens der Einstelltemperatur der unter der Erregungssteuerung befindlichen Heizwiderstände 341 und 341 verwendet wird.
Wie oben erwähnt, wird die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1a nach der vierten Ausführungsform mit einer einzigen Erregungssteuereinheit 50a bereitgestellt, um abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand 341 und 342 als Ziel der Erregungssteuerung auszuwählen und eine Erregungssteuerung des aus dem ersten und dem zweiten Heizwiderstand 341 und 342 ausgewählten Heizwiderstand auszuführen, wenngleich die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform mit zwei getrennten Erregungssteuereinheiten 50 und 60 für die abwechselnde Erregungssteuerung des ersten und des zweiten Heizwiderstands 341 und 342 bereitgestellt wird. Es ist daher bei der vierten Ausführungsform möglich, die Anordnung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1a erheblich zu vereinfachen, so dass die Größe und die Kosten der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1a verringert werden können.
Die gesamten Inhalte der japanischen Patentanmeldungen Nr. 2010-093.976 (eingereicht am 15. April 2010) und Nr. 2011-036.033 (eingereicht am 22. Februar 2011) sind durch Bezugnahme hier eingeschlossen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die obigen ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bestimmten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifizierungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Kenner der Technik angesichts der obigen Lehre einfallen.
Der erste und der zweite Heizwiderstand 341 und 342 sind zum Beispiel auf verschiedenen Trägermaterialien anbringbar, wenngleich der erste und der zweite Heizwiderstand 341 und 342 in den obigen Ausführungsformen auf demselben Trägermaterial angebracht werden. Des Weiteren ist die Anzahl der Heizwiderstände 34 nicht auf zwei beschränkt. Der Gassensor 3 kann drei oder mehr Heizwiderstände 34 aufweisen. In diesem Fall ist die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, 1a so gestaltet, dass beim Ausführen einer Erregungssteuerung der Heizwiderstände 34 nicht gleichzeitig zwei oder mehr der Heizwiderstände 34 erregt werden.
Bei den obigen Ausführungsformen wird das Regelwiderstandselement 52 in jeder der Erregungssteuereinheiten 50, 60 und 50a eingesetzt, um die Einstelltemperatur des Heizwiderstands 34 zwischen der ersten und der zweiten Einstelltemperatur CH und CL umzuschalten. Alternativ kann die Erregungssteuereinheit 50, 60, 50a einen Festwiderstand anstelle des Regelwiderstandselements 52 in dem Fall verwenden, in dem nur geringe Anderungen in der Feuchtigkeit des zu messenden Gases auftreten.
Wenngleich die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, 1a so gestaltet ist, dass sie bei den obigen Ausführungsformen das Auftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 in regelmäßigen Abständen (zu jedem Zeitpunkt T) beurteilt, ist alternativ realisierbar, das Auftreten der Abweichung in dem ersten Heizwiderstand 341 jedes Mal, wenn eine Einrichtung, in der die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, 1a eingebaut ist, aktiviert wird, oder in dem Fall, dass die Möglichkeit der Änderung der Brenngaskonzentration entsprechend den Betriebsbedingungen der Einrichtung, in der die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, 1a eingebaut ist, gering ist, zu beurteilen.
Der Umfang der Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-251862 [0005, 0006, 0006]
JP 2010-093976 [0137]
JP 2011-036033 [0137]

Claims

Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) zum Messen einer Brenngaskonzentration eines zu messenden Gases, die umfasst: einen Brenngassensor (3), der einen ersten und einen zweiten Heizwiderstand (341, 342) umfasst, die beide in dem zu messenden Gas platziert sind und einen Widerstand aufweisen, der sich je nach der Brenngaskonzentration des zu messenden Gases ändert; und ein Steuergerät (5, 7, 8), das umfasst: einen Erregungssteuerabschnitt (50, 60; 50a), der abwechselnd den ersten und den zweiten Heizwiderstand (341, 342) in solcher Weise erregt, dass er entsprechend einer vorgegebenen Einstelltemperatur (CH; CL) den Widerstand des ersten bzw. des zweiten Heizwiderstands (341, 342) auf einen bestimmten Wert anpasst; einen ersten Berechnungsabschnitt (S130, S150; S135, S155), der einen ersten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem ersten Heizwiderstand (341) während der Erregung des ersten Heizwiderstands (341) berechnet; einen zweiten Berechnungsabschnitt (S170, S190; S175, S195), der einen zweiten Rechenwert in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem zweiten Heizwiderstand (342) während der Erregung des zweiten Heizwiderstands (342) berechnet; einen Abweichungsbeurteilungsabschnitt (S200, S220; S205, S225), der das Auftreten bzw. Nichtauftreten einer Abweichung in dem ersten Heizwiderstand (341) durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts beurteilt.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Heizwiderstand auf demselben Trägermaterial (32) angebracht sind.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 1, wobei der Abweichungsbeurteilungsabschnitt jedes Mal angesprochen wird, wenn eine vorgegebene Beurteilungsbedingung erfüllt ist (S140, S180).
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1, 1a) nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät einen Normalzustands-Betriebsabschnitt (S140, S160, S180, S210) aufweist, der bei Erfüllung der vorgegebenen Beurteilungsbedingung den Erregungssteuerabschnitt veranlasst, die Erregung des zweiten Heizwiderstands nur während eines Zeitraums zu ermöglichen, der zum Messen der Spannung über dem zweiten Heizwiderstand zur Berechnung des zweiten Rechenwerts erforderlich ist, und die Erregung der ersten Heizerregung zu allen anderen Zeiten als zu dem oben genannten Zeitraum zu ermöglichen.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät einen Abweichungszustands-Betriebsabschnitt (S240) aufweist, der, wenn der Abweichungsbeurteilungsabschnitt feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand auftritt, den Erregungssteuerabschnitt so steuert, dass dieser die Erregung des ersten und des zweiten Heizwiderstands beendet.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät einen Abweichungszustands-Betriebsabschnitt (S250) aufweist, der, wenn der Abweichungsbeurteilungsabschnitt feststellt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand auftritt, den Erregungssteuerabschnitt so steuert, dass dieser den zweiten Heizwiderstand erregt, und den zweiten Berechnungsabschnitt so steuert, dass dieser den zweiten Rechenwert berechnet.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 1, wobei der Abweichungsbeurteilungsabschnitt (S220; S225) beurteilt, dass die Abweichung in dem ersten Heizwiderstand auftritt, wenn entweder eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rechenwert oder ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Rechenwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1) nach Anspruch 1, wobei der erste Berechnungsabschnitt (S150) die Spannung über dem ersten Heizwiderstand in einen Gaskonzentrationswert umrechnet und den Gaskonzentrationswert als ersten Rechenwert angibt; und wobei der zweite Berechnungsabschnitt (S190) die Spannung über dem zweiten Heizwiderstand in einen Gaskonzentrationswert umrechnet und den Gaskonzentrationswert als zweiten Rechenwert angibt.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1; 1a) nach Anspruch 1, wobei der erste Berechnungsabschnitt (S155) einen Mittelwert der Spannung über dem ersten Heizwiderstand als ersten Rechenwert berechnet; und wobei der zweite Berechnungsabschnitt (S195) einen Mittelwert der Spannung über dem zweiten Heizwiderstand als zweiten Rechenwert berechnet.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Erregungssteuerabschnitt eine erste Erregungssteuerungseinrichtung (50), die die Erregung des ersten Heizwiderstands steuert, und eine zweite Erregungssteuerungseinrichtung (60) umfasst, die die Erregung des zweiten Heizwiderstands steuert, und die erste und die zweite Erregungssteuerungseinrichtung abwechselnd für die abwechselnde Erregungssteuerung des ersten und des zweiten Heizwiderstands betreibt.
Brenngas-Detektionsvorrichtung (1a) nach Anspruch 1, wobei der Erregungssteuerabschnitt (50a) eine Auswahlvorrichtung (581), die den ersten oder den zweiten Heizwiderstand als Ziel der Erregungssteuerung auswählt, und eine Erregungssteuerungseinrichtung aufweist, die die Erregung des ausgewählten ersten bzw. zweiten Heizwiderstands steuert.
Steuerungsverfahren eines Brenngassensors (3), wobei der Gassensor eine Vielzahl von Heizwiderständen (4) umfasst, von denen jeder in einem zu messenden Gas platziert ist und einen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von einer Brenngaskonzentration des zu messenden Gases ändert, wobei einer der Heizwiderstände (34) als Sensorelement (341) verwendet wird und ein anderer Heizwiderstand (34) als Bezugselement (342) verwendet wird; wobei das Steuerungsverfahren umfasst: Erregen sowohl des Sensorelements (341) als auch des Bezugselements (342) in einer solchen Weise, dass der Widerstand sowohl des Sensorelements (341) als auch des Bezugselements (342) auf ein bestimmtes Niveau entsprechend einer vorgegebenen Einstelltemperatur (CH; CL) angepasst wird; Berechnen eines ersten Rechenwerts in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem Sensorelement (341) während der Erregung des Sensorelements (341); Berechnen eines zweiten Rechenwerts in Reaktion auf die Brenngaskonzentration des zu messenden Gases basierend auf einer Spannung über dem Bezugselement (342) während der Erregung des Bezugselements (342); und Beurteilen des Auftretens bzw. Nichtauftretens einer Abweichung in dem Sensorelement (341) durch Vergleich des ersten und des zweiten Rechenwerts, wobei das Erregen durch Aberregen aller Heizwiderstände ausgenommen desjenigen, der als Sensorelement (341) verwendet wird, während der Erregung des Sensorelements (341) und durch Aberregen aller Heizwiderstände mit Ausnahme desjenigen, der als Bezugselement (342) verwendet wird, während der Erregung des Bezugselements (342) ausgeführt wird.