DE102013216676A1

DE102013216676A1 - Gaserfassungsvorrichtung und Gaserfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102013216676A1
Application number: DE102013216676.1A
Authority: DE
Inventors: Masaya Watanabe; Shoji Kitanoya; Daisuke Ichikawa; Masahiro Yamashita
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-03-13
Also published as: FR2994743A1; JP2014041055A; US20140053631A1; FR2994743B1

Abstract

Eine Gaserfassungsvorrichtung umfasst einen Heizwiderstand, der sich in einer Atmosphäre befindet und dessen Widerstandswert sich aufgrund von Änderung der Temperatur des Heizwiderstandes ändert; eine Stromzufuhr-Steuereinheit (31), die durch Steuern von Umstellen eines Zustandes der Stromzufuhr zu dem Heizwiderstand (27) in einem vorgegebenen Zyklus eine Temperatur des Heizwiderstandes (27) auf zwei verschiedene Temperaturen einer Hochtemperatur-Seite und einer Niedrigtemperatur-Seite einstellt, die im Voraus festgelegt werden; und eine Operationseinheit (7), die eine Dichte von in der Atmosphäre enthaltenem Gas unter Verwendung einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Hochtemperatur-Periode, die auf die Hochtemperatur-Seite gesteuert wird, und einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Niedrigtemperatur-Periode berechnet, die auf die Niedrigtemperatur-Seite gesteuert wird, drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in jeder Messperiode nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Schalten jeder Periode von der Hochtemperatur-Periode und der Niedrigtemperatur-Periode durch die Stromzufuhr-Steuereinheit ermittelt, wobei die drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in einem Intervall erfasst werden, das kürzer ist als die Messperiode; und einen ersten Durchschnittswert, der in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; einen zweiten Durchschnittswert der in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; und den ersten und den zweiten Durchschnittswert für eine Berechnung von Dichte des brennbaren Gases verwendet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaserfassungsvorrichtung und ein Gaserfassungsverfahren, die bei Dichtemessung oder beim Erfassen des Austretens von brennbarem Gas eingesetzt werden.
In den letzten Jahren sind entsprechend den gesellschaftlichen Forderungen nach Umweltschutz, Bewahrung der Natur und dergleichen Forschungen an Brennstoffzellen als einer Energiequelle mit hoher Effizienz und geringerem Einfluss auf die Umwelt aktiv durchgeführt worden. Von den Brennstoffzellen wird einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (polymer electrolyte fuel cell – PEFC) als einer Energiequelle für Wohngebäude oder einer Energiequelle für Kraftfahrzeug Aufmerksamkeit geschenkt, da sie aufgrund niedriger Betriebstemperatur, hoher Leistungsdichte und dergleichen vorteilhaft ist. Bei der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle wird Wasserstoff eingesetzt, bei dem die Wahrscheinlichkeit, dass er austritt, höher ist als bei anderen Brennstoffen. Aus diesem Grund wird ein Gasdetektor, der das Austreten von Wasserstoff erfassen kann, als für den kommerziellen Einsatz der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle erforderlich angesehen.
Des Weiteren wird auf die gleiche Weise wie bei der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle Forschung an Wasserstoff-Verbrennungsmotoren, bei denen Wasserstoff als ein Brennstoff eingesetzt wird, als einer Energiequelle betrieben, die geringeren Einfluss auf die Umwelt hat. Bei dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor wird ein Gasdetektor, der das Austreten von Wasserstoff erfasst, für den kommerziellen Einsatz desselben erforderlich angesehen.
Es ist bereits eine Gaserfassungsvorrichtung bekannt, die die Dichte des in einer Atmosphäre (die Gegenstand der Erfassung ist) enthaltenen spezifischen brennbaren Gases unter Verwendung der Wärmeleitfähigkeit der Atmosphäre erfasst (siehe beispielsweise das japanische Patent Nummer 4165300 ). Bei der Gaserfassungsvorrichtung werden Werte des Stroms, der einem Heizwiderstand der Gaserfassungsvorrichtung zugeführt wird, schrittweise in wenigstens drei oder mehr Stufen geändert, und die jeweiligen Werte des Stroms werden über einen vorgegebenen Zeitraum kontinuierlich gehalten. Dann wird die Dichte des in der Atmosphäre enthaltenen spezifischen brennbaren Gases anhand des Messwertes mittels der Spannung des Heizwiderstandes zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes in Bezug auf jeweilige Stromwerte nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit erfasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Um die Genauigkeit bei Erfassung der Dichte eines spezifischen brennbaren Gases mit der oben beschriebenen Gaserfassungsvorrichtung zu erhöhen, müssen die Heizwiderstands-Spannungen des Heizwiderstandes stabilisiert werden und dann die Heizwiderstands-Spannung ermittelt werden. Wenn jedoch die dem Heizwiderstand zugeführten Stromwerte schrittweise geändert werden, schwanken die Werte der Heizwiderstands-Spannung kurz danach erheblich und werden unabhängig von der Dichte des spezifischen brennbaren Gases stabil. Dadurch ist es schwierig, die Genauigkeit beim Erfassen des spezifischen brennbaren Gases zu erhöhen.
Des Weiteren besteht, wenn Rauschen während der Messung der Heizwiderstands-Spannung erzeugt wird, da die Heizwiderstands-Spannung unabhängig von der Dichte des spezifischen brennbaren Gases erheblich fluktuiert, dahingehend ein Problem, dass die Genauigkeit der Erfassung der Dichte des brennbaren Gases abnimmt.
Die vorliegende Erfindung dient dazu, die oben aufgeführten Nachteile zu beseitigen, und zielt darauf ab, eine Gaserfassungsvorrichtung sowie ein Gaserfassungsverfahren zu schaffen, mit denen die Genauigkeit der Erfassung der Dichte des spezifischen Gases weiter erhöht werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die im Folgenden aufgeführten Anordnungen geschaffen.

(1) Gaserfassungsvorrichtung (1), die umfasst: einen Heizwiderstand (27), der sich in einer Atmosphäre befindet und dessen Widerstandswert sich aufgrund von Änderung der Temperatur des Heizwiderstandes ändert; eine Stromzufuhr-Steuereinheit (31), die durch Steuern von Umstellen eines Zustandes der Stromzufuhr zu dem Heizwiderstand (27) in einem vorgegebenen Zyklus eine Temperatur des Heizwiderstandes (27) auf zwei verschiedene Temperaturen einer Hochtemperatur-Seite und einer Niedrigtemperatur-Seite einstellt, die im Voraus festgelegt werden; und eine Operationseinheit (7), die eine Dichte von in der Atmosphäre enthaltenem Gas unter Verwendung einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Hochtemperatur-Periode, die auf die Hochtemperatur-Seite gesteuert wird, und einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Niedrigtemperatur-Periode berechnet, die auf die Niedrigtemperatur-Seite gesteuert wird, drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in jeder Messperiode nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Umstellen jeder Periode von der Hochtemperatur-Periode und der Niedrigtemperatur-Periode durch die Stromzufuhr-Steuereinheit ermittelt, wobei die drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in einem Intervall erfasst werden, das kürzer ist als die Messperiode; und einen ersten Durchschnittswert der in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; einen zweiten Durchschnittswert der in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; und den ersten und den zweiten Durchschnittswert für eine Berechnung von Dichte des brennbaren Gases verwendet.
(2) Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß (1), wobei vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode erfasst werden, und jeweils vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode erfasst werden.
(3) Die Gaserfassungsvorrichtung gemäß (1) oder (2), die des Weiteren einen Temperaturmess-Widerstand (29) umfasst, dessen Widerstandswert sich entsprechend Änderungen einer Umgebungstemperatur ändert, die eine Temperatur der Atmosphäre ist, wobei die Operationseinheit (7): die Dichte des brennbaren Gases auf Basis der Umgebungstemperatur, die anhand des Widerstandswertes des Temperaturmess-Widerstandes (29) während der Berechnung der Dichte des brennbaren Gases ermittelt wird, und des ersten sowie des zweiten Durchschnittswertes berechnet; drei oder mehr Werte, die dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) während der Wartezeit der Hochtemperatur-Periode oder/und der Wartezeit der Niedrigtemperatur-Periode entsprechen; einen dritten Durchschnittswert der Werte des Temperaturmess-Widerstandes ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; den dritten Durchschnittswert entsprechend dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) festlegt, der für die Berechnung der Dichte des brennbaren Gases verwendet wird.
(4) Ein Gaserfassungsverfahren, bei dem eine Gaserfassungsvorrichtung (1) eingesetzt wird, die einen Heizwiderstand (27) enthält, der sich in einer Atmosphäre befindet und dessen Widerstandswert sich aufgrund von Änderung der Temperatur des Heizwiderstandes ändert, wobei das Verfahren umfasst: abwechselndes Einschalten einer Temperatur des Heizwiderstandes (27) auf zwei verschiedene Temperaturen einer Hochtemperatur-Seite und einer Niedrigtemperatur-Seite, die im Voraus festgelegt werden, durch Steuern von Umstellen eines Zustandes der Stromzufuhr zu dem Heizwiderstand (27) in einem vorgegebenen Zyklus; Berechnen einer Dichte von in der Atmosphäre enthaltenem brennbarem Gas, unter Verwendung von Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Hochtemperatur-Periode, die auf die Hochtemperatur-Seite gesteuert wird, und einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Niedrigtemperatur-Periode, die auf die Niedrigtemperatur-Seite gesteuert wird; Erfassen von drei oder mehr Werten der Heizwiderstands-Spannung in jeder Messperiode nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit nach Umstellen jeder Periode von der Hochtemperatur-Periode und der Niedrigtemperatur-Periode durch die Stromzufuhr-Steuereinheit, wobei die drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in einem Intervall erfasst werden, das kürzer ist als die Messperiode; und Ermitteln eines ersten Durchschnittswertes der in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; Ermitteln eines zweiten Durchschnittswertes der in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; und Verwenden des ersten und des zweiten Durchschnittswertes für eine Berechnung von Dichte des brennbaren Gases.
(5) Das Gaserfassungsverfahren gemäß (4), wobei vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode für die Hochtemperatur-Periode erfasst werden, und jeweils vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode erfasst werden.
(6) Gaserfassungsverfahren nach (4) oder (5), wobei die Dichte des brennbaren Gases auf Basis einer Umgebungstemperatur, die anhand eines Widerstandswertes eines Temperaturmess-Widerstandes (29) während der Berechnung der Dichte des brennbaren Gases ermittelt wird, sowie des ersten und des zweiten Durchschnittswertes berechnet wird, wobei sich der Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur ändert; drei oder mehr Werte, die dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) entsprechen, während der Wartezeit der Hochtemperatur-Periode oder/und der Wartezeit der Niedertemperatur-Periode erfasst werden; ein dritter Durchschnittswert der Werte des Temperaturmess-Widerstandes ermittelt wird, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; der dritte Durchschnittswert entsprechend dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) festgelegt wird, der für die Berechnung der Dichte des brennbaren Gases verwendet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die einen Gesamtaufbau einer Vorrichtung zum Erfassen eines brennbaren Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Gaserfassungselementes der Vorrichtung zum Erfassen eines brennbaren Gases darstellt, und 2B ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die einen Schnitt A-A durch 2A zeigt.
3A ist ein Diagramm, das eine seitliche Änderung einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen eines Heizwiderstandes darstellt, und 3B ist ein Diagramm, das die zeitliche Änderung der Feuchtigkeit des Heizwiderstandes darstellt.
4 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die eine Änderung der Heizwiderstands-Spannung in einer Hochtemperatur-Periode und einer Niedrigtemperatur-Periode sowie den zeitlichen Ablauf der Erfassung von Daten darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Teil eines Prozesses zum Erfassen von Berechnungsdaten in der Operationseinheit darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Teil des Prozesses zum Erfassen von Berechnungsdaten in der Operationseinheit darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Berechnen der Gasdichte in der Operationseinheit darstellt.
8 8A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen ΔVH(H) und Feuchtigkeit in einem Fall darstellt, in dem kein Vielfaches vorhanden ist, und 8B ist eine Beziehung zwischen ΔVH(H) und der Feuchtigkeit in dem Fall, in dem ein Vielfaches vorhanden ist.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Gaserfassungsvorrichtung und eines Gaserfassungsverfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Für die Beschreibung dienen als Beispiele eine Vorrichtung zum Erfassen eines brennbaren Gases (im Folgenden kurz als Gaserfassungsvorrichtung bezeichnet) und ein Verfahren zum Erfassen eines brennbaren Gases (im Folgenden kurz als ein Gaserfassungsverfahren bezeichnet), mit denen die Dichte von Wasserstoffgas als einem brennbaren Gas erfasst wird.
Ausführungsform
Eine Gaserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist eine Erfassungsvorrichtung für ein wärmeleitendes Gas, mit der die Dichte von Wasserstoffgas erfasst wird, das ein brennbares Gas ist, das in einer Atmosphäre (Gegenstand der Erfassung) enthalten ist. Des Weiteren ist ein Gaserfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, mit dem die Dichte des Wasserstoffgases unter Verwendung der Gaserfassungsvorrichtung erfasst wird. Diese wird beispielsweise in einem Raum für Brennstoffzellen-Fahrzeuge installiert und dient dazu, das Austreten von Wasserstoff und dergleichen zu erfassen.

a) Zunächst wird ein Aufbau der Gaserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

Eine Gaserfassungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in 1 dargestellt, primär ein Gaserfassungselement 3, mit dem die Dichte des Wasserstoffgases erfasst wird, eine Steuereinheit 5, die die Funktion des Gaserfassungselementes 3 steuert, eine Operationseinheit 7, die die Dichte des Wasserstoffgases auf Basis von Ausgangssignalen des Gaserfassungselementes 3 berechnet, und eine Gleichstromquelle 9, die der Steuereinheit 5 und der Operationseinheit 7 Strom zuführt.
Im Folgenden wird jeder Aufbau einzeln beschrieben.
Das Gaserfassungselement 3 enthält, wie in 2 dargestellt, primär einen Sockelabschnitt 11, der in Form einer Platte ausgebildet ist, sowie eine Vielzahl von Elektroden 13, 15, 17 und 19 oder dergleichen, die sich an einer Oberfläche des Sockelabschnitts 11 (in 2B obere Seite) befinden. Des Weiteren ist das Gaserfassungselement 3 ein Element, bei dem ein konkaver Abschnitt 21 an einer Rückseite (untere Seite der 2B) des Sockelabschnitts 11 ausgebildet ist und sich die Rückseite, an der der konkave Abschnitt 21 ausgebildet ist, in einem Zustand befindet, in dem sie der Atmosphäre ausgesetzt ist.
Dabei bildet der Sockelabschnitt 11 einen Hauptkörper des Gaserfassungselementes 3 und ist beispielsweise ein rechteckiges Plattenelement, das sowohl vertikal als auch horizontal in einer Größe von mehreren Millimetern ausgebildet ist, und er besteht aus einem Silizium-Substrat 23 sowie einer isolierenden Schicht 25, die an einer Oberfläche des Silizium-Substrats 23 ausgebildet ist.
Der im Wesentlichen quadratisch geformte konkave Abschnitt 21, in dem das Silizium-Substrat 23 entfernt ist, ist in Draufsicht in der Mitte der Rückseite des Silizium-Substrats 23 ausgebildet, und die isolierende Schicht 25 liegt im Boden des konkaven Abschnitts 21 frei. Daher ist eine Membranstruktur, durch die die isolierende Schicht 25 zu einem Dünnfilm wird, in dem Sockelabschnitt 11 ausgebildet.
Ein linearer Heizwiderstand 27 ist in einem Bereich eingebettet, der dem konkaven Abschnitt 21 in der isolierenden Schicht 25 entspricht, das heißt in einem Bereich, in dem die Bodenfläche des konkaven Abschnitts 21 in einer Spiralform ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein Temperaturmess-Widerstand 29, der die Temperatur der Atmosphäre misst, in Draufsicht in U-Form in den drei Seiten (obere Seite, linke Seite und rechte Seite in 1A) in der isolierenden Schicht 25 eingebettet.
Auf diese Weise wird der konkave Abschnitt 21 ausgebildet, und der Heizwiderstand 27 wird gegenüber der Umgebung thermisch isoliert, indem ein Raum an der unteren Seite der isolierenden Schicht 25 dort ausgebildet wird, wo der Heizwiderstand 27 vorhanden ist. Daher ist es möglich, Erhitzen und Abkühlen innerhalb kurzer Zeit durchzuführen und den Stromverbrauch des Heizwiderstandes 27 zu reduzieren.
Des Weiteren kann die isolierende Schicht 25 aus einem Material ausgebildet sein und kann unter Verwendung verschiedener Materialien so ausgebildet sein, dass sie mehrere Schichten aufweist. Weiterhin kann als ein isolierendes Material, das die isolierende Schicht 25 bildet, beispielsweise Siliziumoxid (SiO₂) und Siliziumnitrid (Si₃N₄) eingesetzt werden.
Der Heizwiderstand 27 besteht aus einem Material, dessen Widerstandswert sich aufgrund der Änderung seiner eigenen Temperatur ändert, und er ist aus einem leitenden Material ausgebildet, das einen hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten hat. Der Temperaturmess-Widerstand 29 hingegen besteht aus einem leitenden Material, dessen elektrischer Widerstand sich proportional zu einer Temperatur ändert. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Temperaturmess-Widerstand aus einem leitenden Material, dessen Widerstandswert zunimmt, wenn die Temperatur steigt. Des Weiteren können der Heizwiderstand 27 und der Temperaturmess-Widerstand 29 aus dem gleichen Material bestehen. In der Ausführungsform bestehen der Heizwiderstand 27 und der Temperaturmess-Widerstand 29 aus Platin (pt).
In dem Temperaturmess-Widerstand 29 wird eine auf den Änderungen des oben beschriebenen Widerstandswertes basierende Potentialdifferenz verstärkt und dann als das weiter unten beschriebene Temperaturerfassungs-Signal VT ausgegeben. In der vorliegenden Ausführungsform dient das Temperaturerfassungs-Signal VT, das von dem Temperaturmess-Widerstand 29 ausgegeben wird, als ein Bezugswert, bei dem es sich um eine vorgegebene Potentialdifferenz handelt, wenn die Temperatur der Atmosphäre, der das Gaserfassungselement 3 ausgesetzt ist, eine voreingestellte Bezugstemperatur ist.
Die Elektroden 13 bis 19 sind die Elektroden, die in der Nähe einer Seite (untere Seite in 2A) der Oberfläche des Sockelabschnitts 11 dort ausgebildet sind, wo der Temperaturmess-Widerstand 29 nicht ausgebildet ist, und sie werden beispielsweise unter Verwendung von Aluminium (Al) oder Gold (Au) ausgebildet. Von den Elektroden 13 bis 19 sind zwei Elektroden in der Mitte eine Messelektrode (erste Elektrode 13) für den Heizwiderstand und eine Masseelektrode (erste Masseelektrode 15) für den Heizwiderstand. Des Weiteren sind zwei Elektroden an der Außenseite eine Messelektrode (zweite Elektrode 17) für den Temperaturmess-Widerstand und eine Masseelektrode (zweite Masseelektrode 19) für den Temperaturmess-Widerstand.
Weiterhin ist die erste Elektrode 13 mit einem Verbindungspunkt P+ einer weiter unten beschriebenen Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 (siehe 1) verbunden, und die zweite Elektrode 17 ist mit einem Verbindungspunkt P– einer weiter unten beschriebenen Temperatur-Steuereinheit 33 (siehe 1) verbunden. Die erste Masseelektrode 15 und die zweite Masseelektrode 19 sind mit der Steuerschaltung 5 und einer gemeinsamen Masse- bzw. Erdleitung verbunden.
Des Weiteren sind ein Draht 35 und Verdrahtungsfolien 37 und 39 im Inneren des Sockelabschnitts 11, das heißt im Inneren der isolierenden Schicht 25, vorhanden. Der Draht 35 und die Verdrahtungsfolien 37 und 39 verbinden den Heizwiderstand 27 elektrisch mit der ersten Elektrode 13 und der ersten Masseelektrode 15. Die erste Elektrode 13 und die erste Masseelektrode 15 an der Oberfläche des Sockelabschnitts 11 sind über ein Kontaktloch, das leitfähig ist, elektrisch mit den Verdrahtungsfolien 37 und 39 im Inneren der isolierenden Schicht 25 verbunden. Das heißt, der Heizwiderstand 27 ist an einem Ende leitend mit der ersten Elektrode 13 verbunden und ist am anderen Ende leitend mit der ersten Masseelektrode 15 verbunden.
Des Weiteren sind Verdrahtungsfolien 41 und 43, die den Temperaturmess-Widerstand 29 mit der zweiten Elektrode 17 und der zweiten Masseelektrode 19 verbinden, im Inneren der isolierenden Schicht 25 vorhanden. Das heißt, der Temperaturmess-Widerstand 29 ist an einem Ende leitend mit der zweiten Elektrode 17 verbunden und ist am anderen Ende leitend mit der zweiten Masseelektrode 19 verbunden. Des Weiteren kann als Material, das den Draht 35 sowie die Verdrahtungsfolien 37, 39, 41 und 43 bildet, das gleiche Material eingesetzt werden wie das Material, das den Heizwiderstand 27 und den Temperaturmess-Widerstand 29 bildet.
Als ein Beispiel für eine Technologie zum Ausbilden einer Vielzahl von Elektroden 13 bis 19 oder des konkaven Abschnitts 21 oder dergleichen an dem Sockelabschnitt 11 ist weiterhin ein Mikrowellen bearbeitungsverfahren (Mikrobearbeitungsprozess) zu nennen, das an einem Silizium-Substrat durchgeführt wird.
Die Steuereinheit 5 enthält, wie unter erneuter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, die Stromzufuhr-Steuerschaltung (Stromzufuhr-Steuereinheit) 31, die die Steuerung der Stromzufuhr zu dem Heizwiderstand 27 durchführt und Erfassungssignale V1 ausgibt, die einer Spannung (Heizwiderstands-Spannung) zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes 27 entsprechen, sowie die Temperatur-Steuereinheit 33, die die Stromzufuhr zu dem Temperaturmess-Widerstand 29 durchführt und Temperaturerfassungssignale VT (auch als Temperatur-Spannung VT bezeichnet) entsprechend der Temperatur der Atmosphäre ausgibt.
Die Stromzuführ-Steuerschaltung 31 (Stromzufuhr-Steuereinheit) ist eine Schaltung, die die Temperatur des Heizwiderstandes 27 auf einer konstanten Temperatur hält. Des Weiteren sind eine Brückenschaltung 45, bei der es sich um eine Wheatstone-Brücke handelt, die den Heizwiderstand 27 einschließt, eine Verstärkungsschaltung 47, die eine durch die Brückenschaltung 45 erfasste Potentialdifferenz verstärkt, sowie eine Stromregulierschaltung 49, die die Zunahme und Abnahme des durch die Brückenschaltung 45 fließenden Stroms entsprechend dem Ausgang der Verstärkungsschaltung 47 reguliert, in der Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 enthalten.
Die Brückenschaltung 45 schließt den Heizwiderstand 27, einen ersten Brücken-Festwiderstand 51 sowie einen zweiten Brücken-Festwiderstand 53 und eine veränderliche Widerstandseinheit 55 ein, deren Widerstandswert umgestellt werden kann. Ein erster Brücken-Festwiderstand 51 ist in Reihe mit dem Heizwiderstand 27 verbunden, ein Endabschnitt PG des Heizwiderstandes 27 des ersten Brücken-Festwiderstandes 51 ist geerdet, und ein Endabschnitt des zweiten Brücken-Festwiderstandes 53 ist mit der Stromregulierschaltung 49 verbunden, die eine Stromquelle ist. Des Weiteren ist der zweite Brücken-Festwiderstand 53 in Reihe mit der veränderlichen Widerstandseinheit 55 verbunden, ein Endabschnitt PG der variablen Widerstandseinheit 55 des zweiten Brücken-Festwiderstandes 53 ist geerdet, und ein Endabschnitt des ersten Brücken-Festwiderstandes 51 ist mit der Stromregulierschaltung 49 verbunden, die die Stromquelle ist.
Der Verbindungspunkt P+ des ersten Brücken-Festwiderstandes 51 und des Heizwiderstandes 27 ist über den ersten Festwiderstand 57 mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 59 verbunden. Ein Potential des Verbindungspunktes P+ wird der Operationseinheit 7 als ein Erfassungssignal V1 zugeführt. Des Weiteren ist der Verbindungspunkt P– des zweiten Brücken-Festwiderstandes 53 und der veränderlichen Widerstandseinheit 55 über den zweiten Festwiderstand 61 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 59 verbunden.
Die variable Widerstandseinheit 55 gleicht die Brückenschaltung 45 ab, indem sie den Widerstandswert umstellt. Des Weiteren sind der erste Festwiderstand 63 und der zweite Festwiderstand 65, die unterschiedliche Widerstandswerte haben, sowie ein Schalter 67, der Betrieb entweder des ersten Festwiderstand 63 oder des zweiten Festwiderstandes 65 bewirkt, in der veränderlichen Widerstandseinheit 55 vorhanden. Der Schalter 67 führt den Schaltvorgang entsprechend Schaltsignalen CG1 aus, die von der Operationseinheit 7 ausgegeben werden.
Des Weiteren hat der erste Festwiderstand 63 einen Widerstandswert, bei dem der Heizwiderstand 27 eine erste Solltemperatur CH (z. B. 400°C) der Hochtemperatur-Seite erreicht. Weiterhin hat der zweite Festwiderstand 65 einen Widerstandswert, bei dem der Heizwiderstand 27 eine zweite Solltemperatur CL (z. B. 300°C) der Niedrigtemperatur-Seite erreicht, die niedriger eingestellt ist als die erste Solltemperatur CH.
Die Verstärkungsschaltung 47 ist eine Differenz-Verstärkungsschaltung, und es handelt sich um eine allgemein bekannte Schaltung, die aus dem Operationsverstärker 59, dem ersten Festwiderstand 57, dem zweiten Festwiderstand 61, die mit dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 59 verbunden sind, sowie aus einem dritten Festwiderstand 69 und einem Kondensator 71 besteht, die parallel zwischen den Ausgangsanschluss und den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 59 geschaltet sind.
Ein Wert eines Regulierungssignals C, das ein Ausgang der Verstärkungsschaltung 47 ist, nimmt in einem Fall zu, in dem eine Eingangsspannung des nicht-invertierenden Eingangsanschlusses höher ist als eine Eingangsspannung des invertierenden Eingangsanschlusses. Dadurch verringert sich der durch die Brückenschaltung 45 fließende Strom. Umgekehrt nimmt der Wert des Regulierungssignals C dann ab, wenn die Eingangsspannung des nicht-invertierenden Eingangsanschlusses niedriger ist als die Eingangsspannung des invertierenden Eingangsanschlusses. Dadurch nimmt der durch die Brückenschaltung 45 fließende Strom zu.
Der Schaltkreis 73 der Stromregulierungsschaltung 49 ist mit einer Stromzuführleitung, die der Brückenschaltung 45 gleiche Spannung Vcc zuführt, sowie einer Steuerleitung CL1 verbunden, die einen Stromzuführzustand der Stromregulierungsschaltung 49 ändert. Des Weiteren ist der Schaltkreis 73 so konfiguriert, dass er einen Transistor aufweist, der An-/Aus-Betätigungsvorgänge entsprechend dem Betätigungs-Genehmigungssignal S1 von der Operationseinheit 7 durchführt, und so konfiguriert, dass er ein Start-Signal S11 über einen vorgegebenen Zeitraum an die Steuerleitung CL1 ausgibt, wenn der Transistor angeschaltet bzw. offen ist. Weiterhin wird der vorgegebene Zeitraum, zu dem der Transistor offen ist, im Voraus so festgelegt, dass die Ausgabe des Regulierungssignals C nicht behindert wird, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Die Stromregulierungsschaltung 75 der Stromregulierungsschaltung 49 ist mit der Stromversorgungsleitung und der Brückenschaltung 45 verbunden und besteht aus einem Transistor, mit dem der Stromzuführzustand (Widerstand im offenen Zustand) entsprechend den Signalen geändert wird, die durch die Steuerleitung CL1 fließen. Das heißt, die Stromregulierungsschaltung 75 beginnt die Stromzufuhr zu der Brückenschaltung 45 entsprechend dem Start-Signal S11, das der Ausgang des Schaltkreises 73 ist. Dann wird, wenn die Stromzufuhr zu der Brückenschaltung 45 gestartet worden ist, entsprechend dem Regulierungssignal C, das der Ausgang der Verstärkungsschaltung 47 ist, wenn das Regulierungssignal C stärker wird, der Widerstand im offenen Zustand erhöht, und dadurch wird der durch die Brückenschaltung 45 fließende Strom verringert. Umgekehrt wird, wenn das Regulierungssignal C schwächer wird, der Widerstand im offenen Zustand geringer, und dadurch nimmt der durch die Brückenschaltung 45 fließende Strom zu.
Bei der Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 mit der oben beschriebenen Konfiguration regulieren, wenn die Stromzufuhr von der Gleichstromquelle 9 zu der Brückenschaltung 45 gestartet wird, die Verstärkungsschaltung 47 und die Stromregulierungsschaltung 49 den durch die Brückenschaltung 45 fließenden Strom, so dass eine zwischen dem Verbindungspunkt P+ und dem Verbindungspunkt P– auftretende Potentialdifferenz Null wird. Daher wird der Widerstandswert des Heizwiderstandes 27, das heißt die Temperatur des Heizwiderstandes 27, auf einen konstanten Wert gesteuert, der durch die veränderliche Widerstandseinheit 45 bestimmt wird, und sie wird auf die erste Solltemperatur CH sowie die zweite Solltemperatur CL gesteuert.
Das heißt, in einem Fall, in dem die durch das brennbare Gas von dem Heizwiderstand 27 aufgenommene Wärme aufgrund der Änderungen des Gehalts des brennbaren Gases in der Atmosphäre größer ist als die in dem Heizwiderstand 27 erzeugte Wärmemenge, wird die Temperatur des Heizwiderstandes 27 gesenkt, und der Widerstandswert des Heizwiderstandes 27 wird verändert. Umgekehrt wird in einem Fall, in dem die von dem brennbaren Gas von dem Heizwiderstand 27 aufgenommene Wärmemenge kleiner ist als die in dem Heizwiderstand 27 erzeugte Wärmemenge, die Temperatur des Heizwiderstandes 27 erhöht, und der Widerstandswert des Heizwiderstandes 27 wird vergrößert.
Wenn der Widerstandswert des Heizwiderstandes 27 abnimmt, erhöhen, wie oben beschrieben, die Verstärkungsschaltung 47 und die Stromregulierungsschaltung 49 den durch die Brückenschaltung 45 fließenden Strom, das heißt die in dem Heizwiderstand 27 erzeugte Wärmemenge. Umgekehrt verringern, wenn der Widerstandswert des Heizwiderstandes 27 zunimmt, die Verstärkungsschaltung 47 und die Stromregulierungsschaltung 49 den durch die Brückenschaltung 45 fließenden Strom, das heißt die in dem Heizwiderstand 27 erzeugte Wärmemenge. Auf diese Weise halten die Verstärkungsschaltung 47 und die Stromregulierungsschaltung 49 den Widerstandswert des Heizwiderstandes 27, das heißt die Temperatur des Heizwiderstandes 27, auf einem konstanten Wert.
Anschließend kann eine Wärmemenge, die erforderlich ist, um einen Betrag des durch den Heizwiderstand 27 fließenden Stroms, das heißt die Temperatur des Heizwiderstandes 27, das heißt den Widerstandswert, aufrechtzuerhalten, berechnet werden, indem ein Erfassungssignal V1 gemessen wird, das ein Potential des Verbindungspunktes P+ repräsentiert. Das heißt, die durch das brennbare Gas von dem Heizwiderstand 27 aufgenommene Wärmemenge kann berechnet werden. Des Weiteren kann, da die aufgenommene Wärmemenge von der Dichte des Wasserstoffgases abhängt, die Dichte des Wasserstoffgases des brennbaren Gases durch Messen des Erfassungssignals V1 berechnet werden.
Des Weiteren sind eine Brückenschaltung 81, bei der es sich um eine Wheatstone-Brücke handelt, die den Temperaturmess-Widerstand 29 einschließt, sowie eine Verstärkungsschaltung 83, die eine Potentialdifferenz verstärkt, die von der Brückenschaltung 81 ermittelt werden kann, in der Temperatur-Steuereinheit 33 vorhanden.
Die Brückenschaltung 81 ist eine Schaltung, die aus dem Temperaturmess-Widerstand 29, einem ersten Brücken-Festwiderstand 85, einem zweiten Brücken-Festwiderstand 87 sowie einem dritten Brücken-Festwiderstand 89 besteht. Der erste Brücken-Festwiderstand 85 ist in Reihe mit dem Temperaturmess-Widerstand 29 verbunden, ein Endabschnitt des ersten Brücken-Festwiderstandes 85 an der Seite des Temperaturmess-Widerstandes 29 ist geerdet, und ein Endabschnitt des ersten Brücken-Festwiderstandes 85 an dem zweiten Brücken-Festwiderstand 87 ist mit der Stromversorgung verbunden. Des Weiteren ist der zweite Brücken-Festwiderstand 87 in Reihe mit dem dritten Brücken-Festwiderstand 89 verbunden, ein Endabschnitt des zweiten Brücken-Festwiderstandes 87 an dem dritten Brücken-Festwiderstand 89 ist geerdet, und ein Endabschnitt des zweiten Brücken-Festwiderstandes 87 an dem ersten Brücken-Festwiderstand 85 ist mit der Stromversorgung verbunden.
Der Verbindungspunkt P– des ersten Brücken-Festwiderstandes 85 und des Temperaturmess-Widerstandes 29 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 95 über einen zweiten Temperatursteuerungs-Festwiderstand 93 verbunden. Der Verbindungspunkt P+ des zweiten Brücken-Festwiderstandes 87 und des dritten Brücken-Festwiderstandes 89 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 85 über einen ersten Temperatursteuerungs-Festwiderstand 91 verbunden. Des Weiteren wird der Ausgang des Operationsverstärkers 95 der Operationseinheit 7 als das Temperaturerfassungssignal VT zugeführt.
Die Verstärkungsschaltung 83 ist eine Differenz-Verstärkungsschaltung, und es handelt sich um eine allgemein bekannte Schaltung, die aus dem Operationsverstärker 95, dem ersten Temperatursteuerungs-Festwiderstand 91, dem zweiten Temperatursteuerungs-Festwiderstand 93, die mit dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 95 verbunden sind, einem dritten Festwiderstand 97, der parallel zwischen den invertierenden Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 95 geschaltet ist, und einem Kondensator 99 besteht.
Die Operationseinheit 7 ist ein sogenannter Mikrocomputer. Des Weiteren sind eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Durchführen verschiedener Verarbeitungsvorgänge, wie beispielsweise einer Gasdichte-Verarbeitung, eine Speichereinheit, wie beispielsweise RAM oder ROM, die verschiedene Typen von Programmen speichert, die eine CPU veranlassen, verschiedene Typen von Datenverarbeitung durchzuführen, eine E/A-Schnittstelle zum Eingeben und Ausgeben verschiedener Signale sowie ein Zeitglied (timer) zur Zeitbestimmung und dergleichen (nicht dargestellt) in der Operationseinheit 7 vorhanden.
Die Wasserstoff-Gasdichte wird dabei, wie weiter unten beschrieben, in der Operationseinheit 7 auf Basis des von der Temperatur-Steuereinheit 33 ausgegebenen Temperaturerfassungs-Signals VT und des Erfassungs-Signals V1 (das heißt Hochtemperatur-Spannung VA, die die Heizwiderstands-Spannung der Hochtemperatur-Seite ist, und Niedrigtemperatur-Spannung VL, die die Heizwiderstands-Spannung der Niedrigtemperatur-Seite ist) berechnet, das von der Stromversorgungs-Steuerschaltung 31 ausgegeben wird. Die Operationseinheit 7 nimmt den Betrieb auf, wenn die Stromzufuhr von der Gleichstrom-Quelle 9 gestartet wird, initialisiert verschiedene Teile nach Aufnahme des Betriebs und beginnt dann die Gasdichte-Verarbeitung.
Des Weiteren sind wenigstens Temperatur-Umwandlungsdaten, Feuchtigkeits-Umwandlungsdaten sowie Dichte-Umwandlungsdaten in der Speichereinheit der Operationseinheit 7 gespeichert. Die Temperatur-Umwandlungsdaten repräsentieren eine Korrelation zwischen einer Umgebungstemperatur T der Atmosphäre und einer Temperatur-Spannung VT, die das oben beschriebene Temperaturerfassungs-Signal VT ist. Die Feuchtigkeits-Umwandlungsdaten repräsentieren eine Korrelation zwischen einer Feuchtigkeit H innerhalb der Atmosphäre, der Hochtemperatur-Spannung VA, der Niedrigtemperatur-Spannung VL sowie der Temperatur-Spannung VT. Die Dichte-Umwandlungsdaten repräsentieren eine Korrelation zwischen der Hochtemperatur-Spannung VA oder der Niedrigtemperatur-Spannung VL und einer Gasdichte X des brennbaren Gases. Des Weiteren bestehen alle Daten aus Umwandlungskennfeld-Daten oder Umwandlungsformen oder dergleichen und werden im Voraus auf Basis mit Experimenten oder dergleichen gewonnener Daten erzeugt.
Weiterhin sind Spannungsumwandlungsverhältnis-Kennfelddaten, die eine Korrelation zwischen der Umgebungstemperatur T (und damit der Temperatur-Spannung VT) und einem weiter unten beschriebenen Spannungsverhältnis VC(0) repräsentieren, sowie Feuchtigkeitsumwandlungs-Kennfelddaten, die eine Korrelation zwischen einer weiter unten beschriebenen Spannungsverhältnis-Differenz ΔVC und der Feuchtigkeit H repräsentieren, in den oben beschriebenen Feuchtigkeits-Umwandlungsdaten enthalten.
Darüber hinaus sind Spannungsumwandlungs-Kennfelddaten bei hoher Temperatur, die eine Korrelation zwischen der Temperatur-Spannung VT und der weiter unten beschriebenen Hochtemperatur-Spannung VH(0) repräsentieren, eine Feuchtigkeits-Änderung von Spannungsumwandlungs-Kennfelddaten, die eine Korrelation zwischen der Hochtemperatur-Spannung VH, der Feuchtigkeit H und einer weiter unten beschriebenen Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(H) repräsentieren, sowie Gasempfindlichkeitswandlungs-Kennfelddaten, die eine Korrelation zwischen der Temperaturspannung VT, der Hochtemperatur-Spannung VH und einer weiter unten beschriebenen Gasempfindlichkeit G(VT) repräsentieren, in den oben beschriebenen Dichte-Umwandlungsdaten enthalten.

b) Es folgt eine Beschreibung von Hauptteilen des Verfahrens zum Erfassen der Wasserstoff-Gasdichte mit der Gaserfassungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform.

In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie weiter unten ausführlich beschrieben ist, die Feuchtigkeit H in der Operationseinheit 7 auf Basis einer Beziehung zwischen der von der Temperatur-Steuereinheit 33 ermittelten Temperatur-Spannung VT und dem Erfassungssignal V1 (das heißt Hochtemperatur-Spannung VH und Niedrigtemperatur-Spannung VL) berechnet, das den Heizwiderstands-Spannungen des Heizwiderstandes 27 entspricht, die sich in Reaktion auf Änderung der Wärmeleitfähigkeit des in der zu messenden Atmosphäre vorhandenen Wasserstoffgases ändern, und das von der Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 ausgegeben wird.
Dann wird die Wasserstoff-Gasdichte unter Verwendung der Feuchtigkeit H berechnet, die ermittelt wird, indem die von der Temperatursteuereinheit 33 ermittelte Temperatur-Spannung VT und das von der Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 ausgegebene Erfassungssignal V1 (das heißt Hochtemperatur-Spannung VH und Niedrigtemperaturspannung VL) verarbeitet werden.
Dementsprechend wird ein Verfahren zum Festlegen der Hochtemperatur-Spannung VH und der Niedrigtemperaturspannung VL (die bei der Verarbeitung der Wasserstoff-Gasdichte verwendet werden) beschrieben, das ein Hauptteil des Gaserfassungsverfahrens in der vorliegenden Ausführungsform ist.
Wenn die Wasserstoff-Gasdichte erfasst wird, werden, wie in 3A und 3B dargestellt, ein Steuervorgang, bei dem eine Solltemperatur des Heizwiderstandes 27 während der regulären Zykluszeit t (im Folgenden als „Niedrigtemperatur-Periode t” bezeichnet) auf der zweiten Solltemperatur CL der Niedrigtemperatur-Seite gehalten wird, und ein Steuerprogramm, bei dem die Solltemperatur des Heizwiderstandes 27 während der regulären Zykluszeit t (im Folgenden als „Hochtemperatur-Periode t” bezeichnet) auf der ersten Solltemperatur CH der Hochtemperatur-Seite gehalten wird, in der Operationseinheit 7 der Gaserfassungsvorrichtung 1 wiederholt nacheinander durchgeführt.
Bezüglich des Widerstandswerts der Brückenschaltung 45 werden dabei ein Steuerprozess, in dem die Spannung des Heizwiderstandes 27 während der Niedrigtemperatur-Periode t auf der Niedrigtemperatur-Spannung VL gehalten wird, und eine Steuerung, mit der die Spannung des Heizwiderstandes 27 während der Hochtemperatur-Periode t auf der Hochtemperatur-Spannung VH gehalten wird, von der Operationseinheit 7 wiederholt abwechselnd durchgeführt, die ein Schaltsignal CG1 ausgibt.
Die Beschreibung erfolgt unter Verwendung eines Beispiels, bei dem die Niedrigtemperatur-Periode t und die Hochtemperatur-Periode t den gleichen Zyklus haben, das heißt beide 200 ms lang sind. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Länge von 2t, die ein Zyklus der Niedrigtemperatur-Periode t und der Hochtemperatur-Periode t ist, maximal 5 Sekunden lang oder kürzer ist. Dies begründet sich darauf, dass sich ein Nachlaufverhalten des Ausgangs in Bezug auf Umgebungsänderungen, das heißt eine Genauigkeit des Ausgangs, verschlechtert, wenn die Länge eines Zyklus zunimmt.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 4 dargestellt, die Spannungsfluktuation der Hochtemperatur-Periode t und der Niedrigtemperatur-Periode t während eines Zeitraums von Beginn des Umschaltens zu jeder Periode t, das heißt der Zeitraum von 0 bis 100 ms, der eine erste Halbperiode t/2 jeder Periode t ist, erheblich und nicht stabil. So werden die Hochtemperatur-Spannung VH und die Niedrigtemperatur-Spannung VL während der ersten Halbperiode t/2 jeder Periode t nicht erfasst.
In der Niedrigtemperatur-Periode t und der Hochtemperatur-Periode t werden, da die Spannung während des Zeitraums von 100 bis 200 ms, der eine zweite Halbperiode t/2 (im Anschluss an die erste Halbperiode t/2) ist, stabil ist, die Hochtemperatur-Spannung VH und die Niedrigtemperatur-Spannung VL mehrmals während der zweiten Halbperiode t/2 erfasst. Das heißt, während der zweiten Halbperiode t/2 werden beispielsweise 10 Datenelemente in Intervallen von 10 ms erfasst.
Des Weiteren kann während der zweiten Halbperiode t/2, wenn die Hochtemperatur-Spannung VH und die Niedrigtemperatur-Spannung VL erfasst werden, ein Fall eintreten, in dem, wie oben beschrieben, die Hochtemperatur-Spannung VH und die Niedrigtemperatur-Spannung VL aufgrund des Einflusses von Rauschen fluktuieren. So werden von den mehrmals (hier jeweils zehn Mal) erfassten Daten Durchschnittswerte der mehrmals (hier acht Mal) erfassten Daten, aus denen der Maximalwert und der Minimalwert entfernt werden, der Spannungs-Durchschnittswert bei Hochtemperatur-Spannung VHav bzw. der Spannungs-Durchschnittswert bei Niedrigtemperatur VLav festgelegt.
Dabei wird die Wasserstoff-Gasdichte erfasst, indem weiter unten beschriebene Verarbeitung unter Verwendung des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav und des Spannungs-Durchschnittswertes bei niedriger Temperatur VLav durchgeführt wird, die auf diese Weise ermittelt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde für die Beschreibung ein Beispiel verwendet, bei dem eine Länge der Umschalt-Übergangsperiode der Temperatur eine Hälfte der Niedrigtemperatur-Periode t oder der Hochtemperatur-Periode t beträgt. Die Länge kann jedoch eine vorgegebene Periode sein, die länger ist als eine Hälfte, und kann eine vorgegebene Periode sein, die kürzer ist als eine Hälfte.
Des Weiteren kann bei der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn die Temperatur-Spannung VT ermittelt wird, ein Mittlungsvorgang durchgeführt werden, der dem gleicht, mit dem der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav und der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav ermittelt werden.
Beispielsweise werden während der ersten Halbperiode t/2 der Niedrigtemperatur-Periode t die Daten der Temperatur-Spannung VT mehrmals (beispielsweise zehn Mal) erfasst, und von den Daten kann ein Durchschnittswert von mehrmals (hier acht Mal) erfassten Daten als der Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung festgelegt werden.

c) Es folgt eine Beschreibung eines Steuervorgangs, der in der Operationseinheit 7 zum Erfassen der Wasserstoff-Gasdichte durchgeführt wird.

In der Operationseinheit 7 werden ein Steuerprozess (Verarbeitungsdaten-Erfassungsvorgang) entsprechend einem Flussdiagramm in 5 und 6 sowie ein Steuerprozess (Gasdichte-Berechnungsvorgang) entsprechend einem Flussdiagramm in 7 gleichzeitig durchgeführt. Hier wird zunächst der Prozess zum Erfassen von Berechnungsdaten in 5 und 6 beschrieben, und anschließend wird der Gasdichte-Berechnungsvorgang in der 7 beschrieben.
Des Weiteren kann der Berechnungsvorgang, mit dem eine Gasdichte X bestimmt wird, das folgende Verfahren einschließen. Eine vorläufige Gasdichte X wird unter Verwendung von Dichte-Umwandlungsdaten aus der Niedrigtemperatur-Spannung VL oder der Hochtemperatur-Spannung VH ermittelt. Die Umgebungstemperatur t wird unter Verwendung der Temperatur-Umwandlungsdaten aus der Temperatur-Spannung VT ermittelt. Die Gasdichte X wird ermittelt, indem die resultierende vorläufige Gasdichte X unter Verwendung der resultierenden Umgebungstemperatur T korrigiert wird. Die Gasdichte X wird jedoch hier unter Verwendung der Feuchtigkeit H zusätzlich zu der Umgebungstemperatur T ermittelt.
Prozess zum Erfassen von Berechnungsdaten
Der Prozess zum Erfassen von Berechnungsdaten ist ein Prozess, mit dem verschiedene Daten erfasst werden, die beim Berechnen der Wasserstoff-Gasdichte erforderlich sind.
Wenn der Steuerprozess in Gang gesetzt wird, wird, wie in 5 dargestellt, die Temperatur des Heizwiderstandes 27 bei hoher Temperatur so gesteuert, dass sie aufrechterhalten wird, und gleichzeitig wird eine Steuerung zum Starten von Stromzufuhr zu dem Temperaturmess-Widerstand 29 durchgeführt (S100). Wenn der Steuerprozess in Gang gesetzt wird, wird ein weiter unten beschriebener Zähler auf den Wert Null gesetzt, jedoch wird der Zähler N alle 10 ms weitergerückt. Daher kann die vom Starten der Stromversorgung an verstrichene Zeit anhand des Wertes des Zählers N bestimmt werden. Wenn beispielsweise der Wert des Zählers N 10 beträgt, wird damit die Zeit vom Starten der Stromversorgung bis zum Ende (das heißt Beginn der zweiten Halbperiode t/2) der ersten Halbperiode t/2 dargestellt. Des Weiteren wird, wenn der Wert des Zählers 11 beträgt, damit die Zeit zum Starten der Erfassung der Hochtemperatur-Spannung VH dargestellt.
Anschließend wird festgestellt, ob 10 ms von dem Beginn des vorhergehenden Prozesses (hier Prozess S100) vergangen sind oder nicht (S100). Dabei wird, wenn keine 10 ms vergangen sind (bei NEIN), die Feststellung in S110 wiederholt durchgeführt. Wenn hingegen festgestellt wird, dass 10 ms vergangen sind (bei JA), wird ein Hochzahl-Prozess, in dem der Zähler um 1 weitergerückt wird, durchgeführt (S120).
Dann wird festgestellt, ob der Wert des Zählers N 11 oder mehr beträgt (das heißt, ob der Zeitpunkt der Erfassung der Hochtemperatur-Spannung VH erreicht ist (S130). Dabei kehrt, wenn der Wert des Zählers N nicht 11 oder mehr beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S110 zurück, und dann wird der gleiche Prozess wiederholt. Wenn hingegen der Wert des Zählers N 11 oder mehr beträgt (bei JA), wird ein Prozess zum Erfassen und Speichern des von der Stromversorgungs-Steuerschaltung 31 ausgegebenen Erfassungssignals V1 als die Hochtemperatur-Spannung VH durchgeführt (S140).
Danach wird festgestellt, ob die Anzahl der erfassten Spannungen VT bei hoher Temperatur VH beispielsweise 10 beträgt (S150). Dabei geht, wenn die Anzahl der erfassten Hochtemperatur-Spannung VH kleiner ist als 10 (bei NEIN), der Prozess zu S180 über. Wenn hingegen die Anzahl der erfassten Hochtemperatur-Spannung VH 10 beträgt (bei JA), werden der Maximalwert und der Minimalwert (hohe Wahrscheinlichkeit von Rauschen) aus den erfassten zehn Hochtemperatur-Spannungen VH (S160) entfernt.
Anschließend wird der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav, der ein Durchschnittswert der acht Hochtemperatur-Spannungen VH ist, aus denen der Maximalwert und der Minimalwert entfernt sind, berechnet und gespeichert (S170).
Dann wird festgestellt, ob der Wert des Zählers N20 beträgt (das heißt, ob ein Ende der Hochtemperatur-Periode t erreicht ist) (S180). Dabei kehrt, wenn der Wert des Zählers N nicht 20 beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S110 zurück, und anschließend wird der gleiche Vorgang wiederholt. Wenn jedoch der Wert des Zählers N 20 beträgt (bei JA), wird der Zähler N, da die Hochtemperatur-Periode t beendet ist, auf den Wert 0 gesetzt (S190).
Danach wird, wie in 6 dargestellt, eine Steuerung des Umschaltens bzw. Umstellens der Temperatur des Heizwiderstandes 7 zu einer Niedrigtemperatur-Seite und des Aufrechterhaltens der Temperatur des Heizwiderstandes durchgeführt (S200).
Anschließend wird festgestellt, ob 10 ms vergangen sind, nachdem die Temperatur des Heizwiderstandes 27 zu einer Niedrigtemperatur-Seite N geändert worden ist, oder nicht (S210). Dabei wird, wenn keine 10 ms vergangen sind (bei NEIN), die Feststellung in S210 wiederholt durchgeführt. Wenn jedoch festgestellt wird, dass 10 ms vergangen sind (bei JA), wird ein Prozess des Hochzählens durchgeführt, mit dem Zähler N um 1 weitergerückt wird (S220).
Dann wird ein Prozess des Erfassens und Speicherns der Temperatur-Spannung VT durchgeführt (S230).
Danach wird festgestellt, ob die Anzahl der erfassten Temperatur-Spannung VT beispielsweise 10 beträgt oder nicht (S240). Dann geht, wenn die Anzahl der erfassten Temperatur-Spannungen VT weniger als 10 beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S270 über. Wenn hingegen die Anzahl der erfassten Temperatur-Spannungen VT 10 beträgt (bei JA), werden der Maximalwert und der Minimalwert (hohe Wahrscheinlichkeit von Rauschen) aus den erfassten 10 Temperatur-Spannungen VT entfernt (S250).
Anschließend wird der Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung, der ein Wert der acht Temperatur-Spannungen VT ist, aus denen der Maximalwert und der Minimalwert entfernt sind, berechnet und gespeichert (S260). Anschließend wird festgestellt, ob der Wert des Zählers N 11 oder mehr beträgt (das heißt, ob die Zeit zum Erfassen von Niedrigtemperatur-Spannung VL erreicht ist oder nicht) (S270). Dabei kehrt, wenn der Wert des Zählers N nicht 11 oder mehr beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S210 zurück, und anschließend wird der gleiche Vorgang wiederholt. Wenn hingegen der Wert des Zählers N 11 oder mehr beträgt (bei JA), wird ein Prozess zum Erfassen und Speichern des von der Stromzufuhr-Steuerschaltung 31 ausgegebenen Erfassungssignals V1 als die Niedrigtemperatur-Spannung VL durchgeführt (S280).
Dann wird festgestellt, ob die Anzahl der erfassten Niedrigtemperatur-Spannungen VL beispielsweise 10 beträgt oder nicht (S290). Dabei geht, wenn die Anzahl der erfassten Niedrigtemperatur-Spannungen VL weniger als 10 beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S320 über. Wenn hingegen die Anzahl der erfassten Niedrigtemperatur-Spannungen VL 10 beträgt (bei JA), werden der Maximalwert und der Minimalwert (hohe Wahrscheinlichkeit von Rauschen) aus den erfassten 10 Niedrigtemperatur-Spannungen VL entfernt (S300).
Danach wird der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav, der ein Durchschnittswert der acht Niedrigtemperatur-Spannungen VL ist, aus denen der Maximalwert und der Minimalwert entfernt sind, berechnet und gespeichert (S310). Anschließend wird festgestellt, ob der Wert des Zählers N 20 beträgt oder nicht (das heißt, ob das Ende der Niedrigtemperatur-Periode t erreicht ist oder nicht) (S320). Dabei kehrt, wenn der Wert des Zählers N nicht 20 beträgt (bei NEIN), der Prozess zu S210 zurück, und der gleiche Vorgang wird wiederholt. Wenn hingegen der Wert des Zählers N 20 beträgt (bei JA), wird, da die Niedrigtemperatur-Periode t beendet ist, der Zähler N auf den Wert 0 gesetzt (S330).
Anschließend wird eine Steuertemperatur des Heizwiderstandes 27 zu einer Hochtemperatur-Seite geändert, und der Prozess kehrt zu dem Vorgang von S110 zurück.
Dementsprechend können der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav, der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav sowie ein Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung mit dem oben beschriebenen Prozess zum Erfassen von Berechnungsdaten ermittelt werden.
Prozess zum Berechnen der Gasdichte
Der Prozess zum Berechnen der Gasdichte ist ein Prozess, in dem die Wasserstoff-Gasdichte unter Verwendung der mit dem oben beschriebenen Prozess zum Erfassen von Berechnungsdaten ermittelten Daten berechnet wird.
Wenn der Prozess zum Berechnen der Gasdichte in Gang gesetzt wird, wird zunächst ein Prozess des Ermittelns des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav, des Spannungs-Durchschnittswertes bei niedriger Temperatur VLav sowie des Durchschnittswertes VTav der Temperatur-Spannung, die mit dem Prozess zum Erfassen von Verarbeitungsdaten ermittelt und gespeichert werden, in der Operationseinheit 7 durchgeführt (S400). Anschließend wird ein Prozess durchgeführt, in dem festgestellt wird, ob der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav, der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav sowie der Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung erfasst werden können (S410). Dabei wird, wenn festgestellt wird, dass es nicht möglich ist, diese zu erfassen (bei NEIN), der Prozess sofort beendet.
Wenn hingegen festgestellt wird, dass der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav, der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav und der Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung erfasst werden können (bei JA), wird ein Spannungsverhältnis VC auf Basis des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav, des Spannungs-Durchschnittswertes bei niedriger Temperatur VLav und der Gleichung 1 berechnet (S420). VC – VHav/VLav (1)
Des Weiteren werden parallel zu dem Verarbeitungsvorgang die Gasdichte X bei dem Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung (das heißt Umgebungstemperatur t) und das Spannungsverhältnis VC(0), wenn die Feuchtigkeit Null beträgt, auf Basis des Durchschnittswertes VTav der Temperatur-Spannung und der Spannungsumwandlungsverhältnis-Kennfelddaten berechnet (S430).
Anschließend wird eine Spannungsverhältnis-Differenz ΔVC für den Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung berechnet, indem das in S420 berechnete Spannungsverhältnis VC und das Spannungsverhältnis VC(0) in S430 als die Eingangswerte der folgenden Gleichung (2) festgelegt werden (S440). AVC = VC – VC(0) (2)
Dann wird die Feuchtigkeit H bei der Spannungsverhältnis-Differenz ΔVC auf Basis der in S440 berechneten Spannungsverhältnis-Differenz ΔVC und der Feuchtigkeitsumwandlungs-Kennfelddaten (S450) berechnet.
Des Weiteren wird parallel zum Berechnen der Feuchtigkeit H die Gasdichte X bei dem Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung (das heißt Umgebungstemperatur T) und der Hochtemperatur-Spannung VH(0), wenn die Feuchtigkeit H Null beträgt, auf Basis des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav, des Durchschnittswertes VTav der Temperatur-Spannung und der Spannungsumwandlungs-Kennfelddaten bei hoher Temperatur berechnet (S460).
Danach wird die Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(H), die eine Spannungsabweichung des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav aufgrund der Feuchtigkeit H repräsentiert, auf Basis des in S410 ermittelten Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav, der in S450 berechneten Feuchtigkeit H und der Feuchtigkeitsänderung von Spannungsumwandlungs-Kennfelddaten berechnet (S470).
Anschließend wird eine Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(G), die die Spannungsschwankung des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav aufgrund des brennbaren Gases repräsentiert, berechnet, indem der in S410 ermittelte Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav, die in S460 berechnete Hochtemperatur-Spannung VH(0) und die in S470 berechnete Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(H) als die Eingangswerte der folgenden Gleichung (3) festgelegt werden (S480). ΔVH(G) = VHav – VH(0) – AVH(H) (3)
Des Weiteren wird parallel zum Berechnen der Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(G), eine Gasdichte G(VT), die die voreingestellte Empfindlichkeit (die Einheit ist der Kehrwert der Gasdichte X) in Bezug auf das brennbare Gas für jeden Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung bezüglich des Spannungs-Wertes bei hoher Temperatur VHav repräsentiert, auf Basis des Spannungs-Durchschnittswertes bei hoher Temperatur VHav, des Durchschnittswertes VTav Temperatur-Spannungen und der in S410 erfassten Gasempfindlichkeitsumwandlungs-Kennfelddaten sowie der Gasempfindlichkeitsumwandlungs-Kennfelddaten berechnet (S490).
Abschließend wird die Gasdichte X des brennbaren Gases (Wasserstoff) berechnet, indem die in S480 berechnete Spannungsänderung bei hoher Temperatur ΔVH(G) und die in S490 berechnete Gasempfindlichkeit G(VT) als die Eingangswerte der folgenden Gleichung (4) eingesetzt werden (S500) x = ΔVH(G)/G(VT) (4)
Dann kehrt, wenn die Gasdichte X berechnet ist, der Prozess zu S400 zurück, und anschließend wird der oben beschriebene Vorgang wiederholt durchgeführt.
Des Weiteren erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform die Beschreibung unter Verwendung eines Beispiels, bei dem die erste Solltemperatur CH auf 400°C ausgelegt ist und die zweite voreingestellte Temperatur CL auf 300°C ausgelegt ist. Aus diesem Grund wird eine Spannung über den Heizwiderstand 27, die 400°C entspricht, als die Hochtemperatur-Spannung VH festgelegt, und eine Spannung über dem Heizwiderstand 27, die 300°C entspricht, wird als die Niedrigtemperatur-Spannung VL festgelegt. Es ist möglich, hohe Auflösung in einem Verhältnis der Hochtemperatur-Spannung VH und der Niedrigtemperatur-Spannung VL zu gewährleisten, indem die Differenz (Soll-Temperaturdifferenz) zwischen der ersten Solltemperatur CH und der zweiten Solltemperatur CL auf 100°C festgelegt wird. Um die hohe Auflösung in dem Verhältnis der Hochtemperatur-Spannung VH und der Niedrigtemperatur-Spannung VL zu gewährleisten, wird die Soll-Temperaturdifferenz auf 50°C oder mehr festgelegt. Dies lässt sich dadurch begründen, dass es notwendig ist, die Feuchtigkeit H der Atmosphäre genau zu berechnen.
Des Weiteren ist eine Feuchtigkeitsänderung von Spannungsumwandlungs-Kennfelddaten, die während des oben beschriebenen Gasdichte-Berechnungsvorgangs verwendet werden, wie in 8 dargestellt, in der eine horizontale Achse für einen Wert steht, der ermittelt wird, indem die Feuchtigkeit (Volumen%) durch 100 dividiert wird, und eine vertikale Achse für ΔVH(H) steht, eine Formel (Näherungsformel für Umwandlung von Temperaturänderung in Spannung), die anhand eines Graphen ermittelt wird, der die gemessenen Daten grafisch darstellt. Jedoch wird, wenn ein Maßstab der horizontalen Achse unverändert verwendet wird und genähert wird, insbesondere, da eine Anpassung an einer Niedrigtemperatur-Seite zu einem schwerwiegenden Fehler führt (siehe 8A), eine Näherungsformel unter Verwendung eines Vielfachen (hier beispielsweise des 0,8-fachen) ermittelt (siehe 8B). Daher nimmt, wenn die Näherungsformel an der Niedrigtemperatur-Seite und die Anpassung der gemessenen Daten sich verbessern, die Berechnungsgenauigkeit zu. Des Weiteren sind die unteren Figuren von 8A und 8B die Figuren, die Vergrößerungen der Rahmen der oberen Figuren in 8A und 8B sind.

d) Im Folgenden wird der Effekt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

In der vorliegenden Ausführungsform wird bei einem aus Hochtemperatur-Periode t und Niedrigtemperatur-Periode t bestehenden Paar die Heizwiderstands-Spannung wiederholt mehrmals in jeder Messperiode t/2 nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit t/2 von dem Beginn des Umschaltens bis zu jeder Periode in vorgegebenen Zeiträumen (beispielsweise 10 ms) erfasst, die kürzer sind als jede der Messperioden t/2.
Anschließend wird ein Durchschnittswert (Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav) der mehrmals (z. B. acht Mal) erfassten Heizwiderstands-Spannung, aus der der Maximalwert und der Minimalwert entfernt sind, unter Verwendung der mehrmals (z. B. zehn Mal) in der Soll-Periode t/2 der Hochtemperatur-Periode 1 ermittelten Heizwiderstands-Spannung ermittelt, und der Spannungs-Durchschnittswert bei hoher Temperatur VHav wird verwendet, um die Dichte des Wasserstoffgases zu berechnen.
Auf gleiche Weise wird ein Durchschnittswert (Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav) der mehrmals (z. B. acht Mal) erfassten Heizwiderstands-Spannung, aus der der Maximalwert und der Minimalwert ausgeschlossen sind, unter Verwendung der mehrmals (z. B. zehn Mal) in der Messperiode t/2 der Niedrigtemperatur-Periode erfassten Heizwiderstands-Spannung ermittelt, und der Spannungs-Durchschnittswert bei niedriger Temperatur VLav wird verwendet, um die Dichte des Wasserstoffgases zu berechnen.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Durchschnittswert des gemessenen Wertes der mehrfach erfassten Heizwiderstands-Spannungen als die Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode t/2 der Hochtemperatur-Periode t/1 und der Messperiode t/2 der Niedrigtemperatur-Periode t verwendet, die bei der Berechnung der Dichte des Wasserstoffgases eingesetzt werden. Jedoch wird dabei ein Durchschnittswert verwendet, aus dem der Maximalwert und der Minimalwert ausgeschlossen sind.
So kann, da es möglich ist, den Einfluss der Schwankung der Heizwiderstands-Spannung aufgrund des Umschaltens der Steuerung zu der Hochtemperatur-Seite oder der Niedrigtemperatur-Seite in Bezug auf den Heizwiderstand 27 zu verringern, und es möglich ist, den Einfluss des Rauschens zu verringern, die Erfassungsgenauigkeit der Wasserstoff-Gasdichte verbessert werden.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur-Spannung, die dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes 29 entspricht, mehrmals während der Wartezeit t/2 der Niedrigtemperatur-Periode t erfasst, ein Durchschnittswert (Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung), aus dem der Maximalwert und der Minimalwert der mehrmals erfassten Temperatur-Spannung ausgeschlossen sind, wird ermittelt, und dann wird der Durchschnittswert VTav der Temperatur-Spannung verwendet, um die Dichte von Wasserstoffgas zu berechnen.
So kann der Einfluss des Rauschens auf die Temperatur-Spannung verringert werden. Des Weiteren besteht, da die Temperatur-Spannung während der verschiedenen Wartezeiten t/2 erfasst wird, die sich von der oben beschriebenen Messperiode t/2 (Spannung von Heizwiderstand 29 wird erfasst) unterscheiden, dahingehend ein Vorteil, dass die Rechenlast nicht zu stark konzentriert wird.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Aspekten implementiert werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

(1) Beispielsweise werden in der Ausführungsform der Maximalwert und der Minimaiwert aus einer Vielzahl erfasster Daten ausgeschlossen, jedoch können andere Daten zusätzlich zu dem Maximalwert und dem Minimalwert ausgeschlossen werden. Beispielsweise können Werte von 2 oder mehr, die der Reihe nach von dem Maximalwert ausgehend abnehmen, ausgeschlossen werden, und Werte von 2 oder mehr, die der Reihe nach von dem Minimalwert ausgehend zunehmen, können ausgeschlossen werden.
(2) Weiterhin wird in der Ausführungsform ein Durchschnittswert ermittelt, in dem die Temperatur-Spannung unter Ausschluss des Maximalwertes und des Minimalwertes mehrmals während der Wartezeit der Niedrigtemperatur-Periode erfasst wird, jedoch kann der Durchschnittswert ermittelt werden, indem die Temperatur-Spannung während der Wartezeit der Hochtemperatur-Periode mehrmals erfasst wird. Als Alternative dazu kann der Durchschnittswert auf die gleiche Weise während der Periode sowohl in der Hochtemperatur-Periode als auch der Niedrigtemperatur-Periode ermittelt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4165300 [0004]

Claims

Gaserfassungsvorrichtung (1), die umfasst: einen Heizwiderstand (27), der sich in einer Atmosphäre befindet und dessen Widerstandswert sich aufgrund von Änderung der Temperatur des Heizwiderstandes ändert; eine Stromzufuhr-Steuereinheit (31), die durch Steuern des Schaltens eines Zustandes der Stromzufuhr zu dem Heizwiderstand (27) in einem vorgegebenen Zyklus eine Temperatur des Heizwiderstandes (27) auf zwei verschiedene Temperaturen einer Hochtemperatur-Seite und einer Niedrigtemperatur-Seite eingestellt, die im Voraus festgelegt werden; und eine Operationseinheit (7), die eine Dichte von in der Atmosphäre enthaltenen Gas unter Verwendung einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Hochtemperatur-Periode, die auf die Hochtemperatur-Seite gesteuert wird, und einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Niedrigtemperatur-Periode berechnet, die auf die Niedrigtemperatur-Seite gesteuert wird, drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in jeder Messperiode nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Umstellen jeder Periode von der Hochtemperatur-Periode und der Niedrigtemperatur-Periode durch die Stromzufuhr-Steuereinheit ermittelt, wobei die drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in einem Intervall erfasst werden, das kürzer ist als die Messperiode; und einen ersten Durchschnittswert der in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; einen zweiten Durchschnittswert der in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; und den ersten und den zweiten Durchschnittswert für eine Berechnung von Dichte des brennbaren Gases verwendet.
Gaserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode erfasst werden, und jeweils vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode erfasst werden.
Gaserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren einen Temperaturmess-Widerstand (29) umfasst, dessen Widerstandswert sich entsprechend Änderungen einer Umgebungstemperatur ändert, die eine Temperatur der Atmosphäre ist, wobei die Operationseinheit (7): die Dichte des brennbaren Gases auf Basis der Umgebungstemperatur, die anhand des Widerstandswertes des Temperaturmess-Widerstandes (29) während der Berechnung der Dichte des brennbaren Gases ermittelt wird, und des ersten sowie des zweiten Durchschnittswertes berechnet; drei oder mehr Werte, die dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) entsprechen, während der Wartezeit der Hochtemperatur-Periode oder/und der Wartezeit der Niedrigtemperatur-Periode erfasst; einen dritten Durchschnittswert der Werte des Temperaturmess-Widerstandes ermittelt, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen sind; den dritten Durchschnittswert entsprechend dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) festlegt, der für die Berechnung der Dichte des brennbaren Gases verwendet wird.
Ein Gaserfassungsverfahren, bei dem eine Gaserfassungsvorrichtung (1) eingesetzt wird, die einen Heizwiderstand (27) enthält, der sich in einer Atmosphäre befindet und dessen Widerstandswert sich aufgrund von Änderung der Temperatur des Heizwiderstandes ändert, wobei das Verfahren umfasst: abwechselndes Einschalten einer Temperatur des Heizwiderstandes (27) auf zwei verschiedene Temperaturen einer Hochtemperatur-Seite und einer Niedrigtemperatur-Seite, die im Voraus festgelegt werden, durch Steuern von Umstellen eines Zustandes vor Stromzuführung zu dem Heizwiderstand (27) in einem vorgegebenen Zyklus; Berechnen einer Dichte von in der Atmosphäre enthaltenem brennbarem Gas, unter Verwendung von Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Hochtemperatur-Periode, die auf die Hochtemperatur-Seite gesteuert wird, und einer Heizwiderstands-Spannung zwischen Anschlüssen des Heizwiderstandes (27) in einer Niedrigtemperatur-Periode, die auf die Niedrigtemperatur-Seite gesteuert wird; Erfassen von drei oder mehr Werten der Heizwiderstands-Spannung in jeder Messperiode nach Verstreichen einer vorgegebenen Wartezeit nach Umschalten jeder Periode von der Hochtemperatur-Periode und der Niedrigtemperatur-Periode durch die Stromzufuhr-Steuereinheit, wobei die drei oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in einem Intervall erfasst werden, das kürzer ist als die Messperiode; und Ermitteln eines ersten Durchschnittswertes der in der Messperiode der Hochtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen sind; Ermitteln eines zweiten Durchschnittswertes der in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode ermittelten Werte der Heizwiderstands-Spannung, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen sind; und Verwenden des ersten und des zweiten Durchschnittswertes für eine Berechnung von Dichte des brennbaren Gases.
Gaserfassungsverfahren nach Anspruch 4, wobei vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode für die Hochtemperatur-Periode ermittelt werden, und jeweils vier oder mehr Werte der Heizwiderstands-Spannung in der Messperiode der Niedrigtemperatur-Periode erfasst werden.
Gaserfassungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Dichte des brennbaren Gases auf Basis einer Umgebungstemperatur, die anhand eines Widerstandswertes eines Temperaturmess-Widerstandes (29) während der Berechnung der Dichte des brennbaren Gases ermittelt wird, sowie des ersten und des zweiten Durchschnittswertes berechnet wird, wobei sich der Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur ändert; drei oder mehr Werte, die dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) entsprechen, während der Wartezeit der Hochtemperatur-Periode oder/und der Wartezeit der Niedertemperatur-Periode erfasst werden; ein dritter Durchschnittswert der Werte des Temperaturmess-Widerstandes ermittelt wird, aus denen ein Maximalwert und ein Minimalwert ausgeschlossen werden; der dritte Durchschnittswert entsprechend dem Widerstandswert des Temperaturmess-Widerstandes (29) festgelegt wird, der für die Berechnung der Dichte des brennbaren Gases verwendet wird.