DE102015211938A1

DE102015211938A1 - Gasdetektor und Programm

Info

Publication number: DE102015211938A1
Application number: DE102015211938.6A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Yamashita; Shoji Kitanoya; Masaya Watanabe; Daisuke Ichikawa; Yusuke Matsukura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2015-12-31
Also published as: JP2016011928A; JP6335684B2; US9606075B2; US20160061756A1

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellen eines Gasdetektors, der eine Verschlechterung eines Widerstandabschnitts, der in einer Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, detektieren kann, oder Bereitstellen eines Gasdetektors und eines Programms, die eine Verringerung der Genauigkeit beim Detektieren einer Gaskonzentration selbst dann unterdrücken, wenn sich der Widerstandswert eines Widerstandabschnitts ändert. [Mittel zur Lösung] Ein erster Brückenfestwiderstand 211 einer Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 besteht aus einem Widerstandselement, das sich verglichen mit einem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und einem variablen Widerstandsabschnitt 213 mit geringerer Wahrscheinlichkeit verschlechtert. Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 kann einen verschlechterten Zustand des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und/oder des variablen Widerstandsabschnitts 213 auf der Basis des Absolutwerts einer Temperaturdifferenz ΔT, die die Differenz zwischen einer Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 und einer Referenz-Beurteilungstemperatur T0 ist, beurteilen. Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 erhält eine korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH' und eine korrigierte Niedertemperaturzeit-Spannung VL' unter Verwendung eines Spannungsfehlers ΔV1. Somit kann eine Abnahme der Genauigkeit beim Detektieren der Wasserstoffkonzentration selbst dann unterdrückt werden, wenn sich der Widerstandswert des Widerstandsabschnitts ändert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gasdetektor und ein Programm, die zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gases, einer Leckdetektion oder Ähnlichem verwendet werden.
Hintergrund
In den letzten Jahren wurden unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Forderungen wie Umweltschutz und Naturschutz aktiv Forschungsarbeiten an einer Brennstoffzelle, die eine Energiequelle mit einer hohen Effizienz und einer niedrigen Umweltbelastung ist, durchgeführt. Unter verschiedenen Arten von Brennstoffzellen zog eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEFC) die Aufmerksamkeit der Allgemeinheit als Energiequelle zum häuslichen Gebrauch oder als Energiequelle für Fahrzeuge auf sich, weil sie dahingehend vorteilhaft ist, dass ihre Betriebstemperatur niedrig ist und ihre Leistungsdichte hoch ist. Eine solche Polymerelektrolytbrennstoffzelle nutzt als Brennstoff Wasserstoff, der im Vergleich mit anderen Brennstoffen mit größerer Wahrscheinlichkeit leckt. Daher wird in Betracht gezogen, dass ein Gasdetektor, der ein Wasserstoffleck detektiert, für die praktische Anwendung der Polymerelektrolytbrennstoffzelle notwendig wird.
Außerdem wurden aktiv Forschungsarbeiten an einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine durchgeführt, die eine Energiequelle mit niedriger Umweltbelastung ist und die wie die Polymerelektrolytbrennstoffzelle Wasserstoff als Brennstoff nutzt. Auch für die Wasserstoff-Brennkraftmaschine wird in Betracht gezogen, dass ein Gasdetektor, der ein Wasserstoffleck detektiert, für die praktische Anwendung notwendig wird.
Ein Gasdetektor, der einen Wärmeerzeugungswiderstand umfasst, ist als Gasdetektor bekannt, der ein Lecken eines bestimmten Gases (z. B. Wasserstoff) in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, detektiert. Dieser Gasdetektor misst die Wärmemenge, die aus dem Wärmeerzeugungswiderstand von der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, entzogen wird, und berechnet eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, um dadurch die Konzentration des bestimmten Gases (Wasserstoffkonzentration) zu erhalten.
Es ist ein Gasdetektor bekannt, der eine Wheatstone-Brückenschaltung umfasst, die einen Wärmeerzeugungswiderstand als einen von vier Widerstandabschnitten davon umfasst, und die die Wärmemenge berechnet, die aus dem Wärmeerzeugungswiderstand von der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, unter Verwendung der Wheatstone-Brückenschaltung entzogen wird (siehe z. B. Patentdokument 1).
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2012-181184

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
In dem Fall des oben beschriebenen Gasdetektors, der eine Wheatstone-Brückenschaltung verwendet, kann jedoch selbst dann, wenn einer der vier Widerstandabschnitte, der nicht der Wärmeerzeugungswiderstand ist, sich beispielsweise wegen Alterung verschlechtert, die Verschlechterung des Widerstandabschnitts nicht detektiert werden.
In dem Fall, in dem ein Widerstandabschnitt sich verschlechtert und sich sein Widerstandswert ändert, tritt eine Möglichkeit auf, dass sich die Genauigkeit beim Messen der Wärmemenge, die aus dem Wärmeerzeugungswiderstand von der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, entzogen wird, verringert und sich die Genauigkeit beim Detektieren der Gaskonzentration verringert.
In dem Fall, in dem sich der Widerstandswert eines der vier Widerstandabschnitte der Wheatstone-Brückenschaltung, der nicht der Wärmeerzeugungswiderstand ist, ändert, verringert sich nämlich die Genauigkeit beim Detektieren des Widerstandswerts des Wärmeerzeugungswiderstands (oder der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands). Als Ergebnis verringert sich die Genauigkeit bei dem Messen der Wärmemenge, die aus dem Wärmeerzeugungswiderstand von der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, entzogen wird, und die Genauigkeit beim Detektieren der Gaskonzentration.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasdetektor bereitzustellen, der eine Verschlechterung eines Widerstandabschnitts, der in einer Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, detektieren kann, oder einen Gasdetektor und ein Programm bereitzustellen, die eine Verringerung der Genauigkeit beim Detektieren einer Gaskonzentration selbst dann unterdrücken, wenn sich der Widerstandswert eines Widerstandabschnitts, der in einer Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, ändert.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein Gasdetektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wärmeerzeugungswiderstand, eine Wheatstone-Brückenschaltung, einen Brückensteuerabschnitt und einen Berechnungsabschnitt, wobei der Berechnungsabschnitt einen Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt, einen Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt, einen Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt und einen Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt umfassen.
Der Wärmeerzeugungswiderstand ist in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, angeordnet und sein Widerstandswert ändert sich bei Änderung der Eigentemperatur. Die Wheatstone-Brückenschaltung ist ausgebildet, indem eine erste Seite, die den Wärmeerzeugungswiderstand und einen ersten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, und eine zweite Seite, die einen zweiten Widerstandabschnitt und einen dritten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, parallel geschaltet sind. Der Brückensteuerabschnitt steuert den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung derart, dass die Wheatstone-Brückenschaltung einen abgeglichenen Zustand annimmt. Der Berechnungsabschnitt berechnet die Konzentration eines bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll.
Der Brückensteuerabschnitt umfasst einen Operationsverstärker, der einen Ausgangsanschluss und zwei Eingangsanschlüsse aufweist. Der Brückensteuerabschnitt steuert den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung gemäß der Ausgabe des Operationsverstärkers derart, dass die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers null wird.
Die Wheatstone-Brückenschaltung ist so ausgebildet, dass sie einen Referenzpunkt, einen Hochpotentialpunkt, einen ersten Potentialpunkt und einen zweiten Potentialpunkt aufweist.
Der Referenzpunkt ist einer der Verbindungspunkte, an denen die erste und die zweite Seite miteinander verbunden sind, und ist mit einer Seite des Brückensteuerabschnitts, die zu einer Niederpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden.
Der Hochpotentialpunkt ist der andere der Verbindungspunkte, an denen die erste Seite und die zweite Seite miteinander verbunden sind, und ist mit der anderen Seite des Brückensteuerabschnitts, die eine Hochpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden.
Der erste Potentialpunkt ist ein Verbindungspunkt, an dem der erste Widerstandabschnitt und der Wärmeerzeugungswiderstand miteinander verbunden sind, und ist mit einem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Der zweite Potentialpunkt ist ein Verbindungspunkt, an dem der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt miteinander verbunden sind, und ist mit dem anderen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden.
Der erste Widerstandabschnitt hat die Eigenschaft, dass ein Verhältnis einer Änderung in dem Widerstand durch Verschlechterung im Laufe der Zeit oder einer Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, klein ist im Vergleich zu denjenigen des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts. Insbesondere bedeutet die Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, eine Verschlechterung, die durch den Einfluss von Temperatur, Feuchte, Energieversorgung usw. verursacht wird.
Der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt berechnet die Konzentration des bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, unter Verwendung von mindestens einer Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands, die auf der Basis des Potentials am ersten Potentialpunkt detektiert wird. Insbesondere entspricht in dem Fall, in dem der Verbindungspunkt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand der ersten Seite und dem dritten Widerstandabschnitt der zweiten Seite als Referenzpunkt verwendet wird, die Spannung zwischen dem ersten Potentialpunkt und dem Referenzpunkt der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands. In diesem Fall, in dem angenommen wird, dass das Potential an dem Referenzpunkt ein Referenz-Potential (= 0 V) ist, entspricht das Potential an dem ersten Potentialpunkt der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands.
Der Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt speichert einen Referenz-Beurteilungswert. Der Referenz-Beurteilungswert wird auf der Basis eines Referenz-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist und als eine Referenz dient, und eines Referenz-Zwischenpotentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist und als eine Referenz dient, bestimmt.
Der Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt berechnet einen Detektionszeit-Beurteilungswert auf der Basis eines Detektionszeit-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist, und eines Detektionszeit-Potentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt zu dem Zeitpunkt, an dem die Gasdetektion durch den Gasdetektor ausgeführt wird, ist.
Der Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt beurteilt einen verschlechterten Zustand von dem zweiten Widerstandabschnitt und/oder dem dritten Widerstandabschnitt auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts.
Da der Gasdetektor die oben beschriebene Anordnung hat, hat der erste Widerstandabschnitt die Eigenschaft, dass er in dem Verhältnis der Änderung des Widerstands wegen Verschlechterung verglichen mit dem zweiten und dritten Widerstandabschnitt klein ist. Daher werden der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt sich dann, wenn die Widerstandabschnitte der Wheatstone-Brückenschaltung miteinander verglichen werden, mit größerer Wahrscheinlichkeit früher verschlechtern als der erste Widerstandabschnitt.
Der Referenz-Beurteilungswert ist durch die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts, die als Referenzen dienen, bestimmt und der Detektionszeit-Beurteilungswert ist durch die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts zu der Zeit der Gasdetektion bestimmt.
Der Referenz-Beurteilungswert kann nämlich ein Referenzwert sein, der beispielsweise auf der Basis der Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts in einer Phase vor der Auslieferung des Gasdetektors bestimmt wird.
Daher unterscheiden sich die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts in dem Fall, in dem sowohl der zweite Widerstandabschnitt als auch der dritte Widerstandabschnitt zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion unverschlechtert bleiben, zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion nicht stark von den Widerstandswerten des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts, die als Referenzen dienen. Daher nimmt der Detektionszeit-Beurteilungswert einen Wert an, der annähernd gleich dem Referenz-Beurteilungswert ist. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert klein oder das Verhältnis zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert nimmt einen Wert nahe 1,0 an.
Derweil ändert sich zum Zeitpunkt der Gasdetektion in dem Fall, in dem mindestens einer von dem zweiten Widerstandabschnitt oder dem dritten Widerstandabschnitt in einem verschlechterten Zustand zum Zeitpunkt der Gasdetektion ist, der Widerstandswert von mindestens einem des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts auf einen Wert, der dem verschlechterten Zustand entspricht. Daher nimmt der Detektionszeit-Beurteilungswert einen von dem Referenz-Beurteilungswert verschiedenen Wert an. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert groß oder das Verhältnis zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert nimmt einen Wert, der weit von 1,0 abweicht, (einen Wert, der ausreichend größer als 1,0 ist, oder einen Wert, der ausreichend kleiner als 1,0 ist) an.
Daher kann der Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt den verschlechterten Zustand des zweiten Widerstandabschnitts und/oder des dritten Widerstandabschnitts auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts beurteilen. Beispielsweise kann der Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt den verschlechterten Zustand auf der Basis der Differenz zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert oder des Verhältnisses zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert beurteilen.
Dementsprechend kann der Gasdetektor der vorliegenden Erfindung eine Verschlechterung der Widerstandabschnitte, die in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt sind, detektieren.
Ein Gasdetektor umfasst gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Wärmeerzeugungswiderstand, eine Wheatstone-Brückenschaltung, einen Brückensteuerabschnitt und einen Berechnungsabschnitt, wobei der Berechnungsabschnitt einen Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt, einen Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt, einen Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt und einen Spannungs-Korrekturabschnitt umfasst.
Der Wärmeerzeugungswiderstand ist in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, angeordnet und sein Widerstandswert ändert sich bei Änderung der Eigentemperatur. Die Wheatstone-Brückenschaltung ist ausgebildet, indem eine erste Seite, die den Wärmeerzeugungswiderstand und einen ersten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, und eine zweite Seite, die einen zweiten Widerstandabschnitt und einen dritten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, parallel geschaltet sind. Der Brückensteuerabschnitt steuert den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung derart, dass die Wheatstone-Brückenschaltung einen abgeglichenen Zustand annimmt. Der Berechnungsabschnitt berechnet die Konzentration eines bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll.
Der Brückensteuerabschnitt umfasst einen Operationsverstärker, der einen Ausgangsanschluss und zwei Eingangsanschlüsse aufweist. Der Brückensteuerabschnitt steuert den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung gemäß der Ausgabe des Operationsverstärkers derart, dass die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers null wird.
Die Wheatstone-Brückenschaltung ist so ausgebildet, dass sie einen Referenzpunkt, einen Hochpotentialpunkt, einen ersten Potentialpunkt und einen zweiten Potentialpunkt aufweist.
Der Referenzpunkt ist einer der Verbindungspunkte, an denen die erste und die zweite Seite miteinander verbunden sind, und ist mit einer Seite des Brückensteuerabschnitts, die zu einer Niederpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden.
Der Hochpotentialpunkt ist der andere der Verbindungspunkte, an denen die erste Seite und die zweite Seite miteinander verbunden sind, und ist mit der anderen Seite des Brückensteuerabschnitts, die eine Hochpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden.
Der erste Potentialpunkt ist ein Verbindungspunkt, an dem der erste Widerstandabschnitt und der Wärmeerzeugungswiderstand miteinander verbunden sind, und ist mit einem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Der zweite Potentialpunkt ist ein Verbindungspunkt, an dem der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt miteinander verbunden sind, und ist mit dem anderen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden.
Der erste Widerstandabschnitt hat die Eigenschaft, dass ein Verhältnis einer Änderung in dem Widerstand durch Verschlechterung im Laufe der Zeit oder einer Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, klein ist im Vergleich zu denjenigen des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts. Insbesondere bedeutet die Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, eine Verschlechterung, die durch den Einfluss von Temperatur, Feuchte, Energieversorgung usw. verursacht wird.
Der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt berechnet die Konzentration des bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, durch Verwendung mindestens einer Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands, die auf der Basis des Potentials am ersten Potentialpunkt detektiert wird. Insbesondere entspricht in dem Fall, in dem der Verbindungspunkt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand der ersten Seite und dem dritten Widerstandabschnitt der zweiten Seite als Referenzpunkt verwendet wird, die Spannung zwischen dem ersten Potentialpunkt und dem Referenzpunkt der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands. In diesem Fall, in dem angenommen wird, dass das Potential an dem Referenzpunkt ein Referenz-Potential (= 0 V) ist, entspricht das Potential an dem ersten Potentialpunkt der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands.
Der Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt speichert einen Referenz-Beurteilungswert. Der Referenz-Beurteilungswert wird auf der Basis eines Referenz-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist und als eine Referenz dient, und eines Referenz-Zwischenpotentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist und als eine Referenz dient, bestimmt.
Der Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt berechnet einen Detektionszeit-Beurteilungswert auf der Basis eines Detektionszeit-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist, und eines Detektionszeit-Potentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt zu dem Zeitpunkt, an dem die Gasdetektion durch den Gasdetektor ausgeführt wird, ist.
Der Spannungs-Korrekturabschnitt korrigiert die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts.
In dem Gasdetektor, der die oben beschriebene Anordnung aufweist, zeigt der erste Widerstandabschnitt die Eigenschaft, dass das Änderungsverhältnis des Widerstandswerts aufgrund von Verschlechterung bei ihm klein im Vergleich zu dem zweiten und dem dritten Widerstandabschnitt ist. Wenn die Widerstandabschnitte der Wheatstone-Brückenschaltung miteinander verglichen werden, verschlechtern sich deshalb der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt früh im Vergleich zu dem ersten Widerstandabschnitt.
Der Referenz-Beurteilungswert ist durch die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts, die als Referenzen dienen, bestimmt und der Detektionszeit-Beurteilungswert ist durch die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts zu der Zeit der Gasdetektion bestimmt.
Der Referenz-Beurteilungswert kann nämlich ein Referenzwert sein, der beispielsweise auf der Basis der Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts in einer Phase vor der Auslieferung des Gasdetektors bestimmt wird.
Daher unterscheiden sich die Widerstandswerte des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts in dem Fall, in dem sowohl der zweite Widerstandabschnitt als auch der dritte Widerstandabschnitt zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion unverschlechtert bleiben, zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion nicht stark von den Widerstandswerten des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts, die als Referenzen dienen.
Daher nimmt der Detektionszeit-Beurteilungswert einen Wert an, der annähernd gleich dem Referenz-Beurteilungswert ist. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert klein oder das Verhältnis zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert nimmt einen Wert nahe 1,0 an. In diesem Fall nimmt die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands (mit anderen Worten die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potentialpunkt und dem Referenzpunkt) einen geeigneten Wert, der der Konzentration des bestimmten Gases entspricht, an.
Derweil ändert sich zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion in dem Fall, in dem der zweite Widerstandabschnitt und/oder der dritte Widerstandabschnitt in einem verschlechterten Zustand zum Zeitpunkt der Gasdetektion ist, der Widerstandswert des zweiten Widerstandabschnitts und/oder des dritten Widerstandabschnitts auf einen Wert, der dem verschlechterten Zustand entspricht. Daher nimmt der Detektionszeit-Beurteilungswert einen von dem Referenz-Beurteilungswert verschiedenen Wert an. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert groß oder das Verhältnis zwischen dem Referenz-Beurteilungswert und dem Detektionszeit-Beurteilungswert nimmt einen Wert, der weit von 1,0 abweicht, (einen Wert, der ausreichend größer als 1,0 ist, oder einen Wert, der ausreichend kleiner als 1,0 ist) an. Da sich die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands (mit anderen Worten die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potentialpunkt und dem Referenzpunkt) als Folge des Einflusses des verschlechterten Zustands des Widerstandabschnitts ändert, nimmt in diesem Fall die Spannung einen Wert an, der von dem eigentlichen Wert, der der Konzentration des bestimmten Gases entspricht, verschieden ist.
Da das Ausmaß einer Spannungsänderung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands sich in Übereinstimmung mit dem verschlechterten Zustand des Widerstandabschnitts ändert, kann der Spannungs-Korrekturabschnitt die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts so korrigieren, dass sich der Einfluss des verschlechterten Zustands des Widerstandabschnitts verringert.
Als Ergebnis kann der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt die Konzentration eines bestimmten Gases dann, wenn der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt die Konzentration eines bestimmten Gases unter Verwendung der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands berechnet, berechnen, während er den Einfluss des verschlechterten Zustands des Widerstandabschnitts mindert.
Daher kann der Gasdetektor der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der Genauigkeit beim Detektieren der Gaskonzentration selbst dann unterdrücken, wenn sich der Widerstandswert des Widerstandabschnitts, der in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt wird, ändert.
Dann kann der Berechnungsabschnitt bei dem Gasdetektor, der den oben beschriebenen Spannungs-Korrekturabschnitt umfasst, einen Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt umfassen, der einen verschlechterten Zustand des zweiten Widerstandabschnitts und/oder des dritten Widerstandabschnitts auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts beurteilt.
Der Gasdetektor, der einen derartigen Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt umfasst, kann eine Verschlechterung des Widerstandabschnitts, der in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, detektieren.
Dieser Gasdetektor kann nämlich eine Verringerung der Genauigkeit beim Detektieren der Gaskonzentration selbst dann unterdrücken, wenn sich der Widerstandswert des Widerstandabschnitts, der in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, ändert, und kann eine Verschlechterung des Widerstandabschnitts, der in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, detektieren.
Zudem kann der Gasdetektor, der den oben beschriebenen Spannungs-Korrekturabschnitt umfasst, ferner einen Temperaturmessungswiderstand umfassen, dessen Widerstandswert sich mit einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert, die die Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, ist, wobei der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt die Konzentration des bestimmten Gases nicht nur unter Verwendung der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands sondern auch der Umgebungstemperatur, die mit Hilfe des Temperaturmessungswiderstands detektiert wird, bestimmt.
Da die Konzentration des bestimmten Gases wie oben beschrieben unter Verwendung der Umgebungstemperatur zusätzlich zu der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands berechnet wird, ist es möglich, die Konzentration des bestimmten Gases zu berechnen, während der Einfluss einer Änderung der Umgebungstemperatur unterdrückt wird, wodurch die Genauigkeit beim Detektieren der Konzentration des bestimmten Gases verbessert werden kann.
Zudem kann bei dem oben beschriebenen Gasdetektor der Berechnungsabschnitt einen Erfassungsabschnitt umfassen, der das Potential an dem ersten Potentialpunkt erfasst, und das Potential an dem ersten Potentialpunkt, das durch den Erfassungsabschnitt erfasst wird, kann für die Berechnung der Konzentration des bestimmten Gases durch den Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt und die Berechnung des Detektionszeit-Beurteilungswerts durch den Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt verwendet werden.
Bei diesem Gasdetektor werden nämlich das Potential an dem ersten Potentialpunkt und das Potential an dem zweiten Potentialpunkt durch den Brückensteuerabschnitt derart gesteuert, dass die zwei Potentiale sich aneinander angleichen. Zudem kann die Spannung zwischen dem ersten Potentialpunkt und dem Referenzpunkt auf der Basis der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands detektiert werden. Da das Potential an dem Referenzpunkt das Potential an einem Ende des Wärmeerzeugungswiderstands ist, entspricht das Potential an dem ersten Potentialpunkt nämlich der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands.
Daher kann, obwohl der Gasdetektor eine einfache Anordnung aufweist, die nur den Erfassungsabschnitt zum Erfassen des Potentials an dem ersten Potentialpunkt anstelle einer komplexen Anordnung, die Signalwege zum individuellen Detektieren des Potentials an dem ersten Potentialpunkt, des Potentials an dem zweiten Potentialpunkt und der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands aufweist, umfasst, der erfasst Wert als das Potential an dem zweiten Potentialpunkt und die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands verwendet werden.
Daher ist es gemäß diesem Gasdetektor möglich, zu beurteilen, ob sich der Wärmeerzeugungswiderstand verschlechtert hat oder nicht, und die Genauigkeit beim Detektieren der Konzentration des bestimmten Gases zu verbessern und gleichzeitig eine einfache Anordnung zu verwenden.
Zudem kann bei dem oben beschriebenen Gasdetektor der Berechnungsabschnitt einen Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt umfassen, der den Referenz-Beurteilungswert auf der Basis des Referenz-Oberpotentials und des Referenz-Zwischenpotentials berechnet.
Der Gasdetektor kann nämlich derart ausgebildet sein, dass anstelle davon, dass der Referenz-Beurteilungswert im Voraus in dem Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt gespeichert wird, der Referenz-Beurteilungswert durch den Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt berechnet wird und in dem Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt gespeichert wird.
Zum Beispiel kann der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt den Referenz-Beurteilungswert in einer Phase vor der Auslieferung des Gasdetektors berechnen. In diesem Fall wird ein Wert, der dem Referenz-Oberpotential und dem Referenz-Zwischenpotential in der Phase vor der Auslieferung des Gasdetektors entspricht, als der Referenz-Beurteilungswert festgelegt. Mit anderen Worten wird ein Wert, der dem Referenz-Oberpotential und dem Referenz-Zwischenpotential in einem Zustand entspricht, in dem sich weder der zweite Widerstandsabschnitt noch der dritte Widerstandsabschnitt verschlechtert hat, als der Referenz-Beurteilungswert festgelegt.
Dies verbessert die Beurteilungsgenauigkeit des Beurteilens des verschlechterten Zustands des zweiten Widerstandsabschnitts und/oder des dritten Widerstandsabschnitts auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts.
Ein Programm gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen Computer dazu veranlassen, als Berechnungsabschnitt des oben beschriebenen Gasdetektors zu fungieren.
Wenn ein Computer dazu veranlasst wird, ein derartiges Programm auszuführen, erzielt der Computer Vorgänge und Effekte, die denen des oben beschriebenen Gasdetektors ähnlich sind. Zudem kann das Programm durch ein Netz oder dergleichen verteilt werden und ein Ersetzen des Programms in dem Computer ist einfacher als ein Ersetzen des Computers. Dementsprechend kann die Funktion des Gasdetektors auf einfache Weise verbessert werden.
Dieses Programm kann verwendet werden, indem es beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert wird und ein Computer dazu veranlasst wird, das gespeicherte Programm auszuführen. Es ist zu beachten, dass das Aufzeichnungsmedium ein tragbares Aufzeichnungsmedium sein kann oder ein Aufzeichnungsmedium sein kann, dass vorab in den Computer integriert wird. Zudem kann dieses Programm ein Programm sein, das durch ein Netz auf einen Computer geladen wird.
[Effekte der Erfindung]
Der Gasdetektor der vorliegenden Erfindung kann eine Verschlechterung eines Widerstandsabschnitts detektieren, der in einer Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist.
Zudem kann der Gasdetektor der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der Genauigkeit beim Detektieren der Gaskonzentration selbst dann unterdrücken, wenn sich der Widerstandswert des Widerstandsabschnitts, der in der Wheatstone-Brückenschaltung bereitgestellt ist, ändert.
Ferner erzielt das Programm Vorgänge und Effekte, die denen des oben beschriebenen Gasdetektors ähnlich sind.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
[1] Darstellung, die die Gesamtanordnung einer Brenngas-Detektionsvorrichtung erläutert.
[2] Ansichten, die die Struktur eines Gasdetektionselements erläutern.
[3] Schaltbild, das die Schaltungsanordnung eines variablen Widerstandes zeigt.
[4] Diagramme, die eine Änderung der Zwischenanschlussspannung eines Wärmeerzeugungswiderstands mit der Zeit und eine Änderung der Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands mit der Zeit beschreiben.
[5] Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung zeigt.
[6] Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten einer ersten Hälfte der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung zeigt.
[7] Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten einer zweiten Hälfte der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung zeigt.
[Art der Ausführung der Erfindung]
Eine Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wird, wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Formen verwendet werden können, solange sie in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
[1. Erste Ausführungsform]
[1-1. Gesamtanordnung]
Eine Brenngas-Detektionsvorrichtung 1, die die Konzentration von Wasserstoffgas detektiert, das ein brennbares Gas ist, das in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, enthalten ist, wird als eine erste Ausführungsform beschrieben.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 ist ein Gasdetektor eines Wärmeleitungstyps und ist beispielsweise in der Kabine eines Brennstoffzellenkraftfahrzeugs zum Zweck des Detektierens eines Wasserstofflecks angeordnet.
1 ist eine Darstellung, die die Gesamtanordnung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 erläutert.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gasdetektionselement 10 zum Detektieren der Konzentration von Wasserstoffgas; einem Steuerabschnitt 20 zum Steuern des Gasdetektionselements 10; einem Berechnungsabschnitt 30 zum Ausführen mindestens einer Verarbeitung der Berechnung der Konzentration von Wasserstoffgas auf der Basis eines Ausgangssignals des Gasdetektionselements 10; und einer Gleichstromversorgung 40 zum Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Steuerabschnitt 20 und dem Berechnungsabschnitt 30.
Das Gasdetektionselement 10 ist derart angeordnet, dass seine Rückfläche, auf der eine Aussparung 13 ausgebildet ist, der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, ausgesetzt ist. Wie in einer Draufsicht von 2(a) und einer Querschnittsansicht von 2(b) entlang Linie A-A von 2(a) gezeigt, umfasst das Gasdetektionselement 10 im Wesentlichen eine Basis 11, die in der Form einer flachen Platte ausgebildet ist; mehrere Elektroden 12, die auf einer Oberfläche (im Folgenden als ”Vorderfläche” bezeichnet) der Basis 11 angeordnet ist; und die Aussparung 13, die auf der anderen Oberfläche (im Folgenden als ”Rückfläche” bezeichnet) der Basis 11 ausgebildet ist.
Die Basis 11 bildet den Hauptteil des Gasdetektionselements 10 und ist ein rechteckiges Plattenelement, das hauptsächlich aus Silicium gebildet ist. Die Basis 11 ist ein rechteckiges Plattenelement mit einer Größe von mehreren Millimetern Länge und Breite (in der vorliegenden Ausführungsform einer Größe von etwa 3 mm × 3 mm). Ein Beispiel einer Technik zum Ausbilden der mehreren Elektroden und der Aussparung 13 auf der Basis 11 ist eine Mikrobearbeitungstechnik (ein Mikrobearbeitungsprozess), der für Siliciumsubstrate durchgeführt wird.
Die Basis 11 besteht aus einem Siliciumsubstrat 111, das hauptsächlich aus Silicium besteht, und einer Isolierschicht 112, die auf der Vorderfläche des Siliciumsubstrats 111 ausgebildet ist. In der Mitte des Siliciumsubstrats 111 ist das Siliciumsubstrat 111 entfernt, um die Aussparung 13 auszubilden, die in einer Draufsicht eine quadratische Form aufweist. Auf der Rückseite des Siliciumsubstrats 111 wird die Isolierschicht 112 durch die Aussparung 13 freigelegt. Mit anderen Worten ist die Basis 11 so ausgebildet, dass sie eine Membranstruktur aufweist, bei der das Siliciumsubstrat 111 als Rahmen dient und die Isolierschicht 112 als Membran dient.
In einem Bereich der Isolierschicht 112, der der Aussparung 13 entspricht, ist ein leitungsförmiger Wärmeerzeugungswiderstand 15 eingebettet, um eine Spiralform zu bilden. In einem Bereich eines Umfangsrandabschnitts der Isolierschicht 112, der sich auf der oberen Seite in 2(a) befindet, ist ein Temperaturmessungswiderstand 16 zum Messen der Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, eingebettet.
Da die Basis 11 die oben beschriebene Aussparung 13 aufweist, ist ein Raum unter einem Abschnitt der Isolierschicht 112 ausgebildet, in dem der Wärmeerzeugungswiderstand 15 vorgesehen ist. Als Ergebnis ist der Wärmeerzeugungswiderstand 15 thermisch von der Umgebung (dem Siliciumsubstrat 111 usw.) isoliert. Daher kann die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 innerhalb einer kurzen Zeitspanne erhöht oder verringert werden, wobei die elektrische Leistung, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand 15 verbraucht wird, reduziert werden kann.
Es ist zu beachten, dass die Isolierschicht 112 aus einem einzelnen Material oder unter Verwendung unterschiedlicher Materialien, um eine Mehrschichtstruktur aufzuweisen, ausgebildet sein kann. Zudem enthalten Beispiele eines Isoliermaterials, das verwendet wird, um die Isolierschicht 112 zu bilden, Siliciumoxid (SiO₂) und Siliciumnitrid (Si₃N₄).
Der Wärmeerzeugungswiderstand 15 ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, dessen Widerstandswert sich mit einer Änderung der Eigentemperatur ändert und das einen großen Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist. Der Temperaturmessungswiderstand 16 ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, dessen elektrischer Widerstand sich proportional zu der Temperatur ändert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Temperaturmessungswiderstand 16 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, dessen Widerstandswert mit steigender Temperatur steigt.
Der Wärmeerzeugungswiderstand 15 und der Temperaturmessungswiderstand 16 können aus dem gleichen Material ausgebildet sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Wärmeerzeugungswiderstand 15 und der Temperaturmessungswiderstand 16 aus Platin (Pt) ausgebildet.
Wenn sich der Widerstandswert des Temperaturmessungswiderstand 16 in einem Zustand, in dem er mit einer konstanten Stromstärke versorgt wird, mit der Temperatur ändert, ändert sich die Spannung zwischen gegenüberliegenden Enden des Temperaturmessungswiderstands 16 (die Potentialdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Enden). Eine Spannung, die durch Verstärken der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Temperaturmessungswiderstands 16 erhalten wird, wird als Temperaturdetektionssignal VT ausgegeben, das später beschrieben wird. Dieses Temperaturdetektionssignal VT nimmt einen Referenzwert (eine vorbestimmte Potentialdifferenz) an, wenn die Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll und der das Gasdetektionselement 10 ausgesetzt ist, eine Referenztemperatur ist, die im Voraus festgelegt ist.
Die Elektroden 12 sind vier Elektroden, die auf der Vorderfläche der Basis 11 an jeweiligen Positionen in der Nähe der vier Eckpunkte des Rechtecks ausgebildet sind und aus Aluminium (Al) oder Gold (Au) ausgebildet sind. Unter den Elektroden 12 sind zwei Elektroden, die auf der unteren Seite in 2(a) angeordnet sind, eine erste Elektrode 121 und eine erste Masseelektrode 122 und zwei Elektroden, die auf der oberen Seite in 2(a) angeordnet sind, eine zweite Elektrode 123 und eine zweite Masseelektrode 124
Es ist zu beachten, dass die erste Elektrode 121 mit einem Verbindungspunkt P+ einer Energieversorgungsssteuerschaltung 21, die später beschrieben wird, verbunden ist und die zweite Elektrode 123 mit einem Verbindungspunkt P– einer Temperaturanpassungsschaltung 25, die später beschrieben wird, verbunden ist. Sowohl die erste Masseelektrode 122 als auch die zweite Masseelektrode 124 sind mit einer Masseleitung verbunden, die mit dem Steuerabschnitt 20 geteilt wird.
Verdrahtungsleitungen 17 und Verdrahtungsfilme 18 sind in der Basis 11 (speziell in der Isolierschicht 112) vorgesehen. Die Verdrahtungsleitungen 17 und die Verdrahtungsfilme 18 verbinden den Wärmeerzeugungswiderstand 15 elektrisch mit der ersten Elektrode 121 und der ersten Masseelektrode 122. Die erste Elektrode 121 und die erste Masseelektrode 122, die auf der Vorderfläche der Basis 11 ausgebildet sind, sind mit den Verdrahtungsfilmen 18, die in der Isolierschicht 112 ausgebildet sind, durch elektrisch leitende Kontaktlöcher elektrisch verbunden. Mit anderen Worten, ist der Wärmeerzeugungswiderstand 15 an einem Ende mit der ersten Elektrode 121 elektrisch verbunden und an dem anderen Ende mit der ersten Masseelektrode 122 elektrisch verbunden.
Es ist zu beachten, dass das gleiche Material wie das Material, das verwendet wird, um den Wärmeerzeugungswiderstand 15 zu bilden, verwendet werden kann, um die Verdrahtungsleitungen 17 und die Verdrahtungsfilme 18 zu bilden.
Zudem sind Verdrahtungsfilme (nicht gezeigt) zum elektrischen Verbinden des Temperaturmessungswiderstands 16 mit der zweiten Elektrode 123 und der zweiten Masseelektrode 124 in der Isolierschicht 112 vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Temperaturmessungswiderstand 16 an einem Ende mit der zweiten Elektrode 123 und an dem anderen Ende mit der zweiten Masseelektrode 124 elektrisch verbunden.
Es ist zu beachten, dass das gleiche Material wie das Material, das verwendet wird, um den Temperaturmessungswiderstand 16 zu bilden, verwendet werden kann, um den Verdrahtungsfilm zum elektrischen Verbinden des Temperaturmessungswiderstand 16 und der zweiten Elektrode 123 und den Verdrahtungsfilm zum elektrischen Verbinden des Temperaturmessungswiderstands 16 und der zweiten Masseelektrode 124 zu bilden.
[1-2. Steuerabschnitt]
Unter Rückbezug auf 1 sind die Energieversorgungssteuerschaltung 21 und die Temperaturanpassungsschaltung 25 in dem Steuerabschnitt 20 bereitgestellt.
Die Energieversorgungssteuerschaltung 21 steuert die Stromversorgung des Wärmeerzeugungswiderstands 15. Die Energieversorgungssteuerschaltung 21 gibt zudem ein Detektionssignal V1 aus, das der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden (Zwischenanschlussspannung) des Wärmeerzeugungswiderstands 15 entspricht, und gibt ein Oberspannungssignal V2 aus, das dem Potential an einem Verbindungsendabschnitt PV entspricht, an dem der erste Brückenfestwiderstand 211 und der zweite Brückenfestwiderstand 212 verbunden sind.
Es ist zu beachten, dass das Detektionssignal V1 auch als ein erstes Zwischenpotentialsignal V3 dient, das dem Potential an dem Verbindungspunkt P+ entspricht, an dem der erste Brückenfestwiderstand 211 und der Wärmeerzeugungswiderstand 15 verbunden sind.
Die Temperaturanpassungsschaltung 25 liefert Strom an den Temperaturmessungswiderstand 16. Zudem gibt die Temperaturanpassungsschaltung 25 ein Temperaturdetektionssignal VT bezüglich der Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, aus.
Zudem werden wie später beschrieben das Potential an dem Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 und das Potential an dem Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 durch eine Rückkopplungssteuerung gesteuert, die von einer Verstärkungsschaltung 220 und einer Stromstärkenanpassungsschaltung 230 derart durchgeführt wird, dass die beiden Potentiale angeglichen werden. Der Verbindungspunkt P+ und der Verbindungspunkt P– sind jeweils mit dem nichtinvertierenden und dem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 221 verbunden und sind praktisch kurzgeschlossen. Auch aus diesem Grund sind die beiden Potentiale gleich. Daher dient das Detektionssignal V1 nicht nur als das erste Zwischenpotentialsignal V3, das dem Potential an dem Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 entspricht, sondern dient auch als ein zweites Zwischenpotentialsignal V4, das dem Potential an dem Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 entspricht.
Die Energieversorgungssteuerschaltung 21 ist eine Schaltung zum Aufrechterhalten der Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 bei einer vorbestimmten Temperatur. Die Energieversorgungssteuerschaltung 21 umfasst eine Brückenschaltung 210, die eine Wheatstone-Brückenschaltung ist, die den Wärmeerzeugungswiderstand 15 umfasst; die Verstärkungsschaltung 220, die die Potentialdifferenz, die durch die Brückenschaltung 210 detektiert wird, verstärkt; und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230, die die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt, gemäß der Ausgabe der Verstärkungsschaltung 220 anpasst (erhöht oder verringert).
Die Brückenschaltung 210 ist eine Wheatstone-Brückenschaltung, die den Wärmeerzeugungswiderstand 15, den ersten Brückenfestwiderstand 211, den zweiten Brückenfestwiderstand 212 und den variablen Widerstandsabschnitt 213, dessen Widerstand geschaltet werden kann, umfasst. Die Brückenschaltung 210 besteht aus einer Erstseitenschaltung und einer Zweitseitenschaltung, die parallel zueinander geschaltet sind. Die Erstseitenschaltung umfasst den Wärmeerzeugungswiderstand 15 und den ersten Brückenfestwiderstand 211, die in Reihe geschaltet sind, und die Zweitseitenschaltung umfasst den zweiten Brückenfestwiderstand 212 und den variablen Widerstandsabschnitt 213, die in Reihe geschaltet sind.
Der erste Brückenfestwiderstand 211 ist mit dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 in Reihe geschaltet. Unter den Endabschnitten des Wärmeerzeugungswiderstands 15 ist der Endabschnitt PG, der dem Endabschnitt gegenüberliegt, der mit dem ersten Brückenfestwiderstand 211 verbunden ist, mit Masse verbunden. Unter den Endabschnitten des ersten Brückenfestwiderstands 211 ist der Endabschnitt PV, der mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 verbunden ist, mit der Stromstärkeanpassungsschaltung 230 (genauer gesagt einer Konstanttemperatursteuerschaltung 231) verbunden. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem ein Ende des Wärmeerzeugungswiderstands mit dem Referenzpunkt verbunden ist, das Potential an dem einen Ende des Wärmeerzeugungswiderstands gleich dem Potential an dem Referenzpunkt wird. Daher entspricht das Potential an dem ersten Potentialpunkt der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands.
Es ist zu beachten, dass der erste Brückenfestwiderstand 211 aus einem Widerstandselement besteht, das sich im Vergleich mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 mit geringerer Wahrscheinlichkeit verschlechtert (mit anderen Worten einem Widerstandselement mit der Eigenschaft, dass das Verhältnis einer Änderung des Widerstandswertes aufgrund einer Verschlechterung im Laufe der Zeit und einer Verschlechterung, die durch Umweltbelastung verursacht wird (Verschlechterung, die durch den Einfluss von Temperatur, Feuchtigkeit, Energieversorgung oder dergleichen verursacht wird), kleiner ist).
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Widerstandselement verwendet, dessen Widerstandsänderungsverhältnis in einem Hochtemperatur-/Hochfeuchte-Belastungstest 0,5% oder weniger beträgt (einem Belastungstest, bei dem ein Vorgang des Zuführens von einem Zehntel der Nennleistung zu dem Widerstandselement für 90 Minuten und ein Anhalten der Zufuhr der Leistung für 30 Minuten für 1000 Stunden in einer Umgebung, deren Temperatur 85°C und deren Feuchte 85%RH beträgt, wiederholt wird.
Zudem ist der zweite Brückenfestwiderstand 212 mit dem variablen Widerstandsabschnitt 213 in Reihe geschaltet. Unter den Endabschnitten des variablen Widerstandsabschnitts 213 ist der Endabschnitt PG, der dem Endabschnitt gegenüberliegt, der mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 verbunden ist, mit Masse verbunden. Unter den Endabschnitten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 ist der Endabschnitt PV, der mit dem ersten Brückenfestwiderstand 211 verbunden ist, mit der Stromstärkeanpassungsschaltung 230 (genauer gesagt der Konstanttemperatursteuerschaltung 231) verbunden.
Der Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 221 über einen ersten Festwiderstand 222 verbunden. Das Potential an dem Verbindungspunkt P+ wird an den Berechnungsabschnitt 30 als das Detektionssignal V1 geliefert. Zudem ist der Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 221 über einen zweiten Festwiderstand 223 verbunden.
Es ist zu beachten, dass das Potential an dem Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 und das Potential an dem Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 durch eine Rückkopplungssteuerung gesteuert werden, die von einer Verstärkungsschaltung 220 und einer Stromstärkeanpassungsschaltung 230 derart durchgeführt wird, dass die beiden Potentiale gleich werden. Daher kann dann, wenn das Potential an dem Verbindungspunkt P– notwendig ist, das Potential an dem Verbindungspunkt P+ anstelle des Potentials an dem Verbindungspunkt P– detektiert werden.
Der variable Widerstandsabschnitt 213 ist so ausgelegt, dass der Widerstandswert des variablen Widerstandsabschnitts 213 umgeschaltet werden kann, und dazu vorgesehen, das Gleichgewicht der Brückenschaltung 210 zu ändern. 3 ist ein Schaltbild, das die Schaltungsanordnung des variablen Widerstandsabschnitts 213 zeigt.
Der variable Widerstandsabschnitt 213 umfasst ein Widerstandselement 214, einen Anpassungswiderstandsabschnitt 215, ein Widerstandselement 217 und einen Umschalter 218.
Das Widerstandselement 214 und der Anpassungswiderstandsabschnitt 215 sind in Reihe geschaltet, ein Ende des Widerstandselements 214 ist mit dem Verbindungspunkt P– verbunden und ein Ende des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 ist mit dem Endabschnitt PG verbunden. Das Widerstandselement 217 und der Umschalter 218 sind in Reihe geschaltet, ein Ende des Widerstandselements 217 ist mit dem Endabschnitt PG verbunden und ein Ende des Umschalters 218 ist mit dem Verbindungspunkt P– verbunden.
Der Umschalter 218 führt einen Schaltvorgang gemäß einem Umschaltsignal CG1 aus, das von dem Berechnungsabschnitt 30 ausgegeben wird. Das heißt, dass der Umschalter 218 dazu vorgesehen ist, den Widerstandswert des variablen Widerstandsabschnitts 213 zwischen einem ”Widerstandswert, der dem der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 214 und dem Anpassungswiderstandsabschnitt 215 entspricht” oder einem ”Widerstandswert, der dem einer Schaltung entspricht, die durch Parallelschalten des Widerstandselements 217 mit der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 214 und dem Anpassungswiderstandsabschnitt 215 gebildet wird” umgeschaltet wird.
Insbesondere umfasst der Anpassungswiderstandsabschnitt 215 ein Widerstandselement 215A und ein Widerstandselement 215b, die in Reihe geschaltet sind, und weist einen ersten Anschluss 216a, einen zweiten Anschluss 216b und einen dritten Anschluss 216c auf.
Der erste Anschluss 216a ist mit einem Endabschnitt des Widerstandselements 215a verbunden, wobei dieser Endabschnitt mit dem Widerstandselement 214 verbunden ist, der zweite Anschluss 216b ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstandselement 215A und dem Widerstandselement 215b verbunden und der dritte Anschluss 216c ist mit einem Endabschnitt des Widerstandselements 215b verbunden, wobei dieser Endabschnitt mit dem Endabschnitt PG verbunden ist.
Dieser Anpassungswiderstandsabschnitt 215 kann den Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gemäß der Kombination von kurzgeschlossenen Zuständen des ersten Anschlusses 216a, des zweiten Anschlusses 216b und des dritten Anschlusses 216c ändern. Zum Beispiel wird in einem Zustand, in dem weder der erste Anschluss 216a, der zweite Anschluss 216b noch der dritte Anschluss 216c kurzgeschlossen ist, der Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gleich dem Widerstandswert der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 215a und dem Widerstandselement 215b. Zudem wird in einem Zustand, in dem ein Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 216a und dem zweiten Anschluss 216b ausgebildet ist, der Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gleich dem Widerstandswert des Widerstandselements 215b. Ferner wird in einem Zustand, in dem ein Kurzschluss zwischen dem zweiten Anschluss 216b und dem dritten Anschluss 216C ausgebildet ist, der Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gleich dem Widerstandswert des Widerstandselements 215a. Außerdem wird in einem Zustand, in dem ein Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 216a und dem dritten Anschluss 216c ausgebildet ist, der Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gleich null.
Es ist zu beachten, dass der kurzgeschlossene Zustand des ersten Anschlusses 216a, des zweiten Anschlusses 216b und des dritten Anschlusses 216c in der Entwurfsphase so bestimmt wird, dass der Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gleich einem geplanten Sollwert wird. In der Herstellungsphase der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 wird der Anpassungswiderstandsabschnitt 215 so hergestellt, dass der kurzgeschlossene Zustand, der in der Entwurfsphase bestimmt worden ist, verwirklicht wird. Insbesondere wird der geplante Sollwert für den Widerstandswert des Anpassungswiderstandsabschnitts 215 gemäß der Verwendung, dem Zweck usw. der Gasdetektion bestimmt.
Da der Anpassungswiderstandsabschnitt 215 mit der oben beschriebenen Anordnung bereitgestellt ist, kann der Widerstandswert des variablen Widerstandsabschnitts 213 leicht angepasst werden.
Die Brückenschaltung 210, die in 1 gezeigt ist, ist dazu ausgelegt, die Solltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 zwischen einer ersten Solltemperatur CH (einer Hochtemperaturseiten-Solltemperatur, beispielsweise 400°C) oder eine zweiten Solltemperatur CL (einer Niedertemperaturseiten-Solltemperatur, beispielsweise 300°C) durch Umschalten des Widerstandswerts des variablen Widerstandsabschnitts 213 umzuschalten.
Insbesondere wird dann, wenn die Solltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 auf die erste Solltemperatur CH festgelegt ist, der Umschalter 218 ausgeschaltet (offener Zustand) und der Widerstandswert des variablen Widerstandsabschnitts 213 auf den ”Widerstandswert, der dem der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 214 und dem Anpassungswiderstandsabschnitt 215 entspricht” festgelegt. Die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 zu diesem Zeitpunkt ist eine Hochtemperaturzeit-Spannung VH.
Wenn die Solltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstand 15 auf die zweite Solltemperatur CL festgelegt ist, wird der Umschalter 218 eingeschaltet (geschlossener Zustand) und der Widerstandswert des variablen Widerstandsabschnitts 213 auf den ”Widerstandswert, der dem der Schaltung entspricht, die durch Parallelschalten des Widerstandselements 217 mit der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement 214 und dem Anpassungswiderstandsabschnitt 215 ausgebildet wird”, festgelegt. Die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 zu diesem Zeitpunkt ist eine Niedertemperaturzeit-Spannung VL.
Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, da der Temperaturunterschied zwischen der ersten Solltemperatur CH (der Hochtemperaturseiten-Solltemperatur) und der zweiten Solltemperatur CL (der Niedertemperaturseiten-Solltemperatur) 100°C oder mehr beträgt, die Auflösung in dem Verhältnis zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Niedertemperaturzeit-Spannung VL erhöht werden kann. Durch genaues Berechnen der Feuchte H der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, durch Festlegen des Temperaturunterschieds zwischen der ersten Solltemperatur CH und der zweiten Solltemperatur CL auf 50°C oder mehr kann die Auflösung in dem Verhältnis zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Niedertemperaturzeit-Spannung VL erhöht werden.
Unter Rückbezug auf 1 ist die Verstärkungsschaltung 220 eine Differenzverstärkungsschaltung und umfasst den Operationsverstärker 221, den ersten Festwiderstand 222, den zweiten Festwiderstand 223, einen dritten Festwiderstand 224 und einen Kondensator 225. Der erste Festwiderstand 222 ist zwischen dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 221 und dem Verbindungspunkt P+ angeschlossen. Der zweite Festwiderstand 223 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 221 und dem Verbindungspunkt P– angeschlossen. Der dritte Festwiderstand 224 und der Kondensator 225 sind zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 221 und dem Ausgangsanschluss davon parallel geschaltet.
Die Verstärkungsschaltung 220 arbeitet wie folgt. In dem Fall, in dem die Eingangsspannung an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss größer als die Eingangsspannung an dem invertierenden Eingangsanschluss ist, wird der Wert eines Anpassungssignals C, das eine Ausgabe der Schaltung ist, groß. Als Ergebnis sinkt die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem die Eingangsspannung an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss kleiner als die Eingangsspannung an dem invertierenden Eingangsanschluss ist, der Wert des Anpassungssignals C klein. Als Ergebnis steigt die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt.
Ein Schaltkreis 232 der Stromstärkeanpassungsschaltung 230 ist zwischen einer Stromversorgungsleitung zum Zuführen einer Gleichstromversorgung Vcc zu der Brückenschaltung 210 und einer Steuerleitung CL1 zum Ändern des Energieversorgungszustands der Stromstärkeanpassungsschaltung 230 angeschlossen. Der Schaltkreis 232 besteht aus einem Transistor, der in Übereinstimmung mit einem Betriebsfreigabesignal S1 des Berechnungsabschnitts 30 ein- und ausgeschaltet wird. Der Schaltkreis 232 ist dazu ausgelegt, während einer Zeitspanne, während der der Transistor eingeschaltet ist, ein Startsignal S11 an die Steuerleitung CL1 auszugeben. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Zeitspanne, während der der Transistor eingeschaltet ist, vorab festgelegt ist, um die Ausgabe des Anpassungssignals C zu verhindern.
Die Konstanttemperatursteuerschaltung 231 der Stromstärkeanpassungsschaltung 230 ist zwischen der Stromversorgungsleitung zum Zuführen einer Gleichstromversorgung VCC und der Brückenschaltung 210 (insbesondere dem Verbindungsendabschnitt PV) angeschlossen. Die Konstanttemperatursteuerschaltung 231 besteht aus einem Transistor, dessen Leitungszustand (Durchlasswiderstand) sich in Übereinstimmung mit dem Signal, das durch die Steuerleitung CL1 fließt, ändert. Insbesondere beginnt die Konstanttemperatursteuerschaltung 231 die Stromzufuhr zu der Brückenschaltung 210 in Übereinstimmung mit dem Startsignal S11, das die Ausgabe des Schaltkreises 232 ist. Nachdem die Stromversorgung zu der Brückenschaltung 210 begonnen worden ist, ändert sich der Durchlasswiderstand des Transistors in Übereinstimmung mit dem Anpassungssignal C. Insbesondere steigt dann, wenn der Betrag des Anpassungssignals C steigt, der Durchlasswiderstand und die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt, sinkt. Im Gegensatz dazu sinkt dann, wenn der Betrag des Anpassungssignals C sinkt, der Durchlasswiderstand und die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt, steigt.
In der Energieversorgungssteuerschaltung 21 mit der oben beschriebenen Anordnung führen dann, wenn die Stromversorgung aus der Gleichstromversorgung 40 zu der Brückenschaltung 210 gestartet wird, die Verstärkungsschaltung 220 und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230 eine Rückkopplungssteuerung zum Anpassen der Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt, derart aus, dass die Potentialdifferenz, die zwischen dem Verbindungspunkt P+ und dem Verbindungspunkt P– hergestellt wird, null wird. Als Ergebnis wird der Widerstand des Wärmeerzeugungswiderstandes 15, mit anderen Worten, die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15, auf einen bestimmten Wert geregelt, der durch den variablen Widerstandsabschnitt 213 bestimmt wird; mit anderen Worten auf die erste Solltemperatur CH oder die zweite Solltemperatur CL.
Insbesondere in dem Fall, in dem die Wärmemenge, die dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 von dem Brenngas entzogen wird, aufgrund einer Änderung in der Konzentration des Brenngases, das in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, enthalten ist, größer als die Wärmemenge ist, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand 15 erzeugt wird, sinkt die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 und der Widerstandswert des Wärmeerzeugungswiderstandes 15 nimmt ab. Im Gegensatz dazu steigt in dem Fall, in dem die Wärmemenge, die dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 von dem Brenngas entzogen wird, kleiner als die Wärmemenge ist, die durch den Wärmeerzeugung Widerstand 15 erzeugt wird, die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 und der Widerstandswert des Wärmeerzeugungswiderstands 15 steigt.
Wenn wie oben beschrieben der Widerstandswert des Wärmeerzeugungswiderstands 15 abnimmt, erhöhen die Verstärkungsschaltung 220 und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230 die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt; oder mit anderen Worten die Wärmemenge, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand 15 erzeugt wird. Im Gegensatz dazu verringern die Verstärkungsschaltung 220 und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230 dann, wenn der Widerstandswert des Wärmeerzeugungswiderstands 15 zunimmt, die Stromstärke, die zu der Brückenschaltung 210 fließt; oder mit anderen Worten, die Wärmemenge, die von dem die Wärmeerzeugungswiderstand 15 erzeugt wird. Auf diese Weise führen die Verstärkungsschaltung 220 und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230 eine Rückkopplungssteuerung derart aus, dass der Widerstandswert des Wärmeerzeugungswiderstands 15; oder mit anderen Worten die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15, sich einem vorgegebenen Wert nähert.
Durch Messen des Detektionssignals V1, das das Potential an dem Verbindungspunkt P+ darstellt, wird die Wärmemenge, die notwendig ist, um den Betrag der Stromstärke, die zu dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 fließt; d. h. die Temperatur (mit anderen Worten den Widerstand) des Wärmeerzeugungswiderstands 15 konstant zu halten, gefunden. Die Wärmemenge, die dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 von dem Brenngas (Wasserstoffgas) entzogen wird, wird gefunden und die Menge der entzogenen Wärme hängt von der Konzentration des Wasserstoffgases ab. Daher kann die Konzentration des Wasserstoffgases durch Messen des Detektionssignals V1 bestimmt werden.
[1-3. Temperaturanpassungsschaltung]
Als nächstes wird die Temperaturanpassungsschaltung 25 beschrieben. Die Temperaturanpassungsschaltung 25 umfasst eine Brückenschaltung 250, die eine Wheatstone-Brückenschaltung ist, die den Temperaturmessungswiderstand 16 umfasst, und eine Verstärkungsschaltung 260, die eine Potentialdifferenz verstärkt, die aus der Brückenschaltung 250 erhalten wird.
Die Brückenschaltung 250 ist eine Wheatstone-Brückenschaltung, die den Temperaturmessungswiderstand 16, einen ersten Brückenfestwiderstand 251, einen zweiten Brückenfestwiderstand 252 und einen dritten Brückenfestwiderstand 253 umfasst.
Der erste Brückenfestwiderstand 251 ist mit dem Temperaturmessungswiderstand 16 in Reihe geschaltet. Unter den Endabschnitten des Temperaturmessungswiderstands 16 ist der Endabschnitt, der dem Endabschnitt gegenüberliegt, der mit dem ersten Brückenfestwiderstand 251 verbunden ist, mit Masse verbunden. Unter den Endabschnitten des ersten Brückenfestwiderstands 251 ist der Endabschnitt, der mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 252 verbunden ist, mit der Stromversorgungsleitung zum Zuführen der Gleichstromversorgung Vcc verbunden.
Zudem ist der zweite Brückenfestwiderstand 252 mit dem dritten Brückenfestwiderstand 253 in Reihe geschaltet. Unter den Endabschnitten des dritten Brückenfestwiderstands 253 ist der Endabschnitt, der dem Endabschnitt gegenüberliegt, der mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 252 verbunden ist, mit Masse verbunden. Unter den Endabschnitten des zweiten Brückenfestwiderstands 252 ist der Endabschnitt, der mit dem ersten Brückenfestwiderstand 251 verbunden ist, mit der Stromversorgungsleitung zum Zuführen der Gleichstromversorgung Vcc verbunden.
Der Verbindungspunkt P– zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 251 und dem Temperaturmessungswiderstand 16 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 261 über einen zweiten Temperaturanpassungswiderstand 263 verbunden. Der Verbindungspunkt P+ zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 252 und dem dritten Brückenfestwiderstand 253 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 261 über einen ersten Temperaturanpassungsfestwiderstand 262 verbunden. Zudem wird die Ausgabe des Operationsverstärkers 261 an den Berechnungsabschnitt 30 als ein Temperaturdetektionssignal VT geliefert.
Die Verstärkungsschaltung 260 ist eine Differenzverstärkungsschaltung und umfasst den Operationsverstärker 261, den ersten Temperaturanpassungsfestwiderstand 262, den zweiten Temperaturanpassungswiderstand 263, einen dritten Festwiderstand 264 und einen Kondensator 265. Der erste Temperaturanpassungsfestwiderstand 262 ist zwischen dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 261 und dem Verbindungspunkt P+ angeschlossen. Der zweite Temperaturanpassungswiderstand 263 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 261 und dem Verbindungspunkt P– angeschlossen. Der dritte Festwiderstand 264 und der Kondensator 265 sind zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 261 und dem Ausgangsanschluss parallel geschaltet.
[1-4. Berechnungsabschnitt]
Der Berechnungsabschnitt 30 berechnet die Konzentration von Wasserstoffgas auf der Grundlage des Temperaturdetektionssignals VT, das von der Temperaturanpassungsschaltung 25 ausgegeben wird, und des Detektionssignals V1, das von der Energieversorgungssteuerschaltung 21 ausgegeben wird. Der Berechnungsabschnitt 30 initialisiert bei Zufuhr von Strom aus der Gleichstromversorgung 40 nach dem Hochfahren verschiedene Abschnitte und beginnt eine Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung.
Der Berechnungsabschnitt 30 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Ausführen verschiedener Arten von Berechnungsverarbeitung wie etwa der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung; eine Speichervorrichtung wie beispielsweise ROM und RAM, die verschiedene Programme, Daten usw. speichert, um die CPU zu veranlassen, verschiedene Arten von Berechnungsverarbeitung auszuführen; einen E/A-Anschluss zum Eingeben und Ausgeben von verschiedenen Arten von Signalen; einen Zeitgeber zum Takten; usw. (nicht dargestellt).
Die oben beschriebene Speichervorrichtung speichert mindestens Temperaturumwandlungsdaten, Spannungsumwandlungsdaten, Feuchteumwandlungsdaten und Konzentrationsumwandlungsdaten. Zudem speichert die Speichervorrichtung eine Berechnungsformel oder dergleichen zum Berechnen eines Referenzwiderstands R0 auf der Basis eines Referenz-Oberpotentials V20 und eines Referenz-Zwischenpotentials V10, die später beschrieben werden.
Die Temperaturumwandlungsdaten umfassen Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen dem Referenzwiderstand R0 und einer Referenz-Beurteilungstemperatur T0 des Wärmeerzeugungswiderstands 15 repräsentieren; Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen einem Detektionszeit-Widerstand R1 und einer Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 des Wärmeerzeugungswiderstands 15 repräsentieren; und Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen der Umgebungstemperatur T der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, und der Temperaturspannung VT (dem Temperaturdetektionssignal VT) repräsentieren.
Die Spannungsumwandlungsdaten umfassen Spannungsumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen der Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 und der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 repräsentieren.
Die Feuchteumwandlungsdaten umfassen Feuchteumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen der Feuchte H innerhalb der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, und der Hochtemperaturzeit-Spannung VH, der Niedertemperaturzeit-Spannung VL und der Temperaturspannung repräsentieren.
Die Konzentrationsumwandlungsdaten umfassen Konzentrationsumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH oder der Niedertemperaturzeit-Spannung VL und der Gaskonzentration X des Brenngases repräsentieren.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform dazu ausgelegt ist, Konzentrationsumwandlungsdaten zu verwenden, die die Korrelation zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Gaskonzentration X des Wasserstoffgases repräsentieren. Insbesondere bestehen alle Umwandlungsdaten aus Abbildungsdaten für die Umwandlung, einer Berechnungsformel für die Umwandlung oder dergleichen und sind im Voraus auf der Grundlage von Daten, die durch ein Experiment oder dergleichen erhalten worden sind, erstellt worden.
Die oben erwähnten Feuchteumwandlungsdaten umfassen Abbildungsdaten für die Spannungsverhältnisumwandlung, die die Korrelation zwischen der Umgebungstemperatur T (der Temperaturspannung VT) und dem Spannungsverhältnis VC(0), das später beschrieben wird, repräsentieren; und Abbildungsdaten für die Feuchteumwandlung, die die Korrelation zwischen der Spannungsverhältnisdifferenz ΔVC, die später beschrieben wird, und der Feuchte H repräsentieren.
Die oben erwähnten Konzentrationsumwandlungsdaten Abbildungsdaten für die Hochtemperaturzeit-Spannungsumwandlung, die die Korrelation zwischen der Temperaturspannung VT und der Hochtemperaturzeit-Spannung VH(0), die später beschrieben wird, repräsentieren; Abbildungsdaten für die Feuchte-Spannungsänderungsumwandlung, die die Korrelation zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Feuchte H und der Hochtemperaturzeit-Spannungsänderung ΔVH(H), die später beschrieben wird, repräsentieren; und Abbildungsdaten für die Gasempfindlichkeitsumwandlung, die die Korrelation zwischen der Temperaturspannung VT und der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Gasempfindlichkeit G(VT), die später beschrieben wird, repräsentieren.
[1-5. Verfahren zum Detektieren der Wasserstoffgaskonzentration]
Als nächstes wird das Verfahren zum Detektieren der Konzentration von Wasserstoffgas, das von der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, beschrieben. Wenn die Konzentration von Wasserstoffgas detektiert werden soll, wie in 4(a) und 4(b) gezeigt ist, führt die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 abwechselnd und wiederholt eine Steuerverarbeitung zum Halten der Solltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 auf der niedertemperaturseitigen zweiten Solltemperatur CL für eine vorbestimmte Zeitspanne t (im Folgenden als die ”Niedertemperaturzeitspanne t” bezeichnet) und eine Steuerverarbeitung zum Halten der Solltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 auf der hochtemperaturseitigen ersten Solltemperatur CH für eine vorbestimmte Zeitspanne t (im Folgenden als die ”Hochtemperaturzeitspanne t” bezeichnet) aus.
Insbesondere gibt der Berechnungsabschnitt 30 der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 das Umschaltsignal CG1 aus, so dass abwechselnd und wiederholt eine Steuerverarbeitung zum Halten des Widerstandswerts der Brückenschaltung 210, d. h. der des Wärmeerzeugungswiderstands 15, auf der Niedertemperaturzeit-Spannung VL während der Niedrigtemperaturzeitspanne t und eine Steuerverarbeitung zum Halten der Zwischenanschlussspannung des Wärmeerzeugungswiderstands 15 auf der Hochtemperaturzeit-Spannung VH während der Hochtemperaturzeitspanne t aus.
In der vorliegenden Ausführungsform haben die Niedrigtemperatur-Zeitspanne T und die Hochtemperatur-Zeitspanne t die gleiche Länge; insbesondere 200 ms. Es ist zu beachten, dass die gesamte Länge eines Zyklus (2t), der die Niedertemperatur-Zeitspanne t und die Hochtemperatur-Zeitspanne t umfasst, vorzugsweise 5 Sekunden oder weniger beträgt. Dies liegt daran, dass sich dann, wenn die Länge eines Zyklus zunimmt, die Folgefähigkeit der Ausgabe bezüglich einer Umgebungsänderung; mit anderen Worten die Genauigkeit der Ausgabe, verschlechtert.
Der Berechnungsabschnitt 30 führt verschiedene Arten von Steuerverarbeitung wie etwa eine Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung, die vor Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 ausgeführt werden soll, und die Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung, die zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion ausgeführt werden soll, aus.
Zuerst wird die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung beschrieben.
Die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung ist eine Steuerverarbeitung, die nur einmal vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 ausgeführt wird, um die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 zu berechnen. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung zeigt.
Wenn die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung begonnen wird, beginnt der Berechnungsabschnitt 30 in S110 (S steht für Schritt) zuerst die Stromzufuhr zu verschiedenen Abschnitten innerhalb der Vorrichtung. Insbesondere beginnt der Berechnungsabschnitt 30 die Stromzufuhr zu dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 durch die Energieversorgungssteuerschaltung 21 und die Stromzufuhr zu dem Temperaturmessungswiderstand 16 durch die Temperaturanpassungsschaltung 25.
Im nächsten Schritt S120 erhält der Berechnungsabschnitt 30 die Niedertemperaturzeit-Spannung VL, die Hochtemperaturzeit-Spannung VH, das Referenz-Oberpotential V20 und das Referenz-Zwischenpotential V10 aus der Energieversorgungssteuerschaltung 21 und erhält die Temperaturspannung VT aus der Temperaturanpassungsschaltung 25.
Es ist zu beachten, dass das Referenz-Oberpotential V20 das Potential des Oberspannungssignals V2 ist, das zu diesem Zeitpunkt detektiert wird; das Referenz-Zwischenpotential V10 das Potential des Detektionssignals V1 ist, das zu diesem Zeitpunkt detektiert wird; und die Temperaturspannung VT die Spannung des Temperaturdetektionssignals VT ist, das zu diesem Zeitpunkt detektiert wird.
Im nächsten Schritt S130 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 den Referenzwiderstand R0 auf der Grundlage von [Formel 1]
[Formel 1]

R0 = R211 × V10 / ( / V20 – V10)

Es ist zu beachten, dass R211 der Widerstandswert des ersten Brückenfestwiderstands 211 ist.
Im nächsten Schritt S140 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 unter Verwendung des Referenzwiderstands R0, der in S130 erhalten wird. Insbesondere berechnet der Berechnungsabschnitt 30 in der vorliegenden Ausführungsform die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 unter Verwendung der Temperaturumwandlungsdaten (Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen dem Referenzwiderstand R0 und der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 des Wärmeerzeugungswiderstands 15 repräsentieren) die in der Speichervorrichtung gespeichert sind.
Es ist zu beachten, dass der Wert des Referenzwiderstands R0 durch die Widerstandswerte des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 bestimmt wird. Zudem wird der Wert der Referenz-Beurteilungstemperatur T0, der auf der Grundlage des Referenzwiderstands R0 berechnet wird, auch durch die Widerstandswerte des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 bestimmt.
Im nächsten Schritt S150 speichert der Berechnungsabschnitt 30 die Referenz-Beurteilungstemperatur T0, die in S140 erhalten wird, in der Speichervorrichtung.
Wenn die Verarbeitung in S150 abgeschlossen ist, endet die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung.
In der oben beschriebenen Weise berechnet die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 und speichert die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 in der Speichervorrichtung.
Als nächstes wird die Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung beschrieben.
Die Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung ist eine Steuerverarbeitung, die zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 ausgeführt wird, um die Konzentration des Brenngases zu berechnen. Bemerkenswert ist, dass die Ausführung der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung in einem Zustand erlaubt ist, in dem die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 in der Speichervorrichtung als ein Ergebnis der Ausführung der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung gespeichert ist. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten einer ersten Hälfte der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung zeigt, und 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Einzelheiten einer zweiten Hälfte der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung zeigt.
Wenn die Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung begonnen wird, beginnt der Berechnungsabschnitt 30 in Schritt S210 zuerst die Stromzufuhr zu verschiedenen Abschnitten innerhalb der Vorrichtung. Insbesondere beginnt der Berechnungsabschnitt 30 die Stromzufuhr zu dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 durch die Energieversorgungssteuerschaltung 21 und die Stromzufuhr zu dem Temperaturmessungswiderstand 16 durch die Temperaturanpassungsschaltung 25.
Im nächsten Schritt S220 erhält der Berechnungsabschnitt 30 die Niedertemperaturzeit-Spannung VL, die Hochtemperaturzeit-Spannung VH, ein Detektionszeit-Oberpotential V21 und ein Detektionszeit-Zwischenpotential V11 aus der Energieversorgungssteuerschaltung 21 und erhält die Temperaturspannung VT aus der Temperaturanpassungsschaltung 25.
Es ist zu beachten, dass das Detektionszeit-Oberpotential V21 das Potential des Oberspannungssignals V2 ist, das zu diesem Zeitpunkt detektiert wird; das Detektionszeit-Zwischenpotential V11 das Potential des Detektionssignals V1 ist, das zu diesem Zeitpunkt detektiert wird; und die Temperaturspannung VT die Spannung der Temperaturdetektionssignals VT ist, die zu diesem Zeitpunkt detektiert wird.
Im nächsten Schritt S230 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 den Detektionszeit-Widerstand R1 auf der Grundlage von [Formel 2).
[Formel 2]

R1 = R211 × V11 / (V21 – V11)

Es ist zu beachten, dass R211 der Widerstand des ersten Brückenfestwiderstands 211 ist.
Im nächsten Schritt S240 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 unter Verwendung des Detektionszeit-Widerstands R1, der in S230 erhalten wird. Insbesondere berechnet der Berechnungsabschnitt 30 in der vorliegenden Ausführungsform die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 unter Verwendung der Temperaturumwandlungsdaten (Temperaturumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen dem Detektionszeit-Widerstand R1 und der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 des Wärmeerzeugungswiderstand 15 repräsentieren), die in der Speichervorrichtung gespeichert sind.
Es ist zu beachten, dass der Wert des Detektionszeit-Widerstands R1 durch die Widerstandswerte des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 bestimmt wird. Zudem wird der Wert der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1, der auf der Basis des Detektionszeit-Widerstands R1 berechnet wird, auch durch die Widerstandswerte des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 bestimmt.
Im nächsten Schritt S250 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die Differenz (Temperaturdifferenz ΔT) zwischen der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1, die in Schritt S240 erhalten wird, und der in der Speichervorrichtung gespeicherten Referenz-Beurteilungstemperatur T0.
[Formel 3]

ΔT = T1 – T0

Die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 nimmt einen Wert an, der den jeweiligen Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht, und die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 nimmt einen Wert an, der den jeweiligen Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht.
Daher nimmt die Temperaturdifferenz ΔT einen Wert an, der der Differenz zwischen den Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 und zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht. Mit anderen Worten nimmt die Temperaturdifferenz einen Wert an, der der Differenz zwischen dem verschlechterten Zustand des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 und dem Zustand zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht.
Im nächsten Schritt S260 beurteilt der Berechnungsabschnitt 30, ob der Absolutwert der Temperaturdifferenz ΔT kleiner oder gleich einer Beurteilungsschwelle Tth ist oder nicht. In dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung ”Ja” lautet, schreitet der Berechnungsabschnitt 30 zu S280 fort. In dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung ”Nein” lautet, schreitet der Berechnungsabschnitt 30 zu S270 fort.
Es ist zu beachten, dass als die Beurteilungsschwelle Tth ein Grenzwert zwischen einen numerischen Bereich, in den der Absolutwert der Temperaturdifferenz ΔT fällt, wenn sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 und/oder der variable Widerstandsabschnitt 213 in einem verschlechterten Zustand befindet, und einen numerischen Bereich, in den der Absolutwert der Temperaturdifferenz ΔT fällt, wenn sich weder der zweite Brückenfestwiderstand 212 noch der variable Widerstandsabschnitt 213 in einem verschlechterten Zustand befindet, festgelegt ist. In der vorliegenden Ausführung ist ”1,0” als die Beurteilungsschwelle Tth festgelegt.
In dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung in S260 ”Ja” lautet, kann der Berechnungsabschnitt 30 bestimmen, dass sich weder der zweite Brückenfestwiderstand 212 noch der variable Widerstandsabschnitt 213 der Brückenschaltung 210 verschlechtert haben. In dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung in S260 ”Nein” lautet, kann der Berechnungsabschnitt 30 bestimmen, dass sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 oder der variable Widerstandsabschnitt 213 der Brückenschaltung 210 verschlechtert hat.
Daher führt in S270 der Berechnungsabschnitt 30 in dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung in S260 ”Nein” lautet und der Berechnungsabschnitt 30 zu S270 fortschreitet, eine Verarbeitung des Meldens aus, dass sich ein Widerstand verschlechtert hat. Beispielsweise benachrichtigt der Berechnungsabschnitt 30 einen Anwender über die Verschlechterung des Widerstands durch Anzeigen des verschlechterten Zustandes des Widerstands auf einem Anzeigeabschnitt (nicht gezeigt), der an der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 vorgesehen ist.
Wenn die Verarbeitung in S270 abgeschlossen ist, endet die Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung. Derweil berechnet der Berechnungsabschnitt 30 in S280 in dem Fall, in dem das Ergebnis der Beurteilung in S260 ”Ja” lautet und der Berechnungsabschnitt 30 zu S280 fortschreitet, einen Spannungsfehler ΔV1 auf der Grundlage der Temperaturdifferenz ΔT. Zu dieser Zeit berechnet der Berechnungsabschnitt 30 den Spannungsfehler ΔV1 unter Verwendung der Spannungsumwandlungsdaten, die die Korrelation zwischen der Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstands 15 und der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 repräsentieren.
Im nächsten Schritt S290 korrigiert der Berechnungsabschnitt 30 die Hochtemperaturzeit-Spannung VH unter Verwendung des Spannungsfehlers ΔV1, der in S280 erhalten wird, um dadurch eine korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH' zu berechnen. Insbesondere berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH' unter Verwendung der folgenden [Formel 4].
[Formel 4]

VH' = VH – ΔV1

Im nächsten Schritt S300 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 eine korrigierte Niedertemperaturzeit-Spannung VL' unter Verwendung der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH', die in S290 erhalten wird, und des Verhältnisses zwischen der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Niedertemperaturzeit-Spannung VL. Insbesondere berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die korrigierte Niedertemperaturzeit-Spannung VL' unter Verwendung der folgenden [Formel 5].
[Formel 5]

VL' = VL / VH × VH'

Es ist zu beachten, dass das Verfahren zum Berechnen der korrigierten Niedertemperaturzeit-Spannung VL' ist nicht auf das Verfahren beschränkt ist, bei dem [Formel 5] verwendet wird. Beispielsweise kann die korrigierte Niedertemperaturzeit-Spannung VL' unter Verwendung des Spannungsfehlers ΔV1 durch das gleiche Verfahren wie das Verfahren zum Berechnen der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH' unter Verwendung der [Formel 4) berechnet werden.
Im nächsten Schritt S310 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 ein Spannungsverhältnis VC auf der Basis der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH' und der korrigierten Niedertemperaturzeit-Spannung VL'. Insbesondere berechnet der Berechnungsabschnitt 30 das Spannungsverhältnis VC unter Verwendung der folgenden [Formel 6].
[Formel 6]

VC = VH' / VL'

Im nächsten Schritt S320 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 auf der Basis der Temperaturspannung VT, die in S220 erhalten wird, und der Abbildungsdaten für die Spannungsverhältnisumwandlung ein Spannungsverhältnis VC(0), das der Umgebungstemperatur T (der Temperaturspannung VT) für den Fall entspricht, in dem die Gaskonzentration X null beträgt und die Feuchte H null beträgt.
Im nächsten Schritt S330 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 eine Spannungsverhältnisdifferenz ΔVC, die der Umgebungstemperatur T (der Temperaturspannung VT) entspricht, während das Spannungsverhältnis VC, das in S310 erhalten wird, und das Spannungsverhältnis VC(0), das in S320 erhalten wird, als Eingangswerte von [Formel 7] verwendet werden.
[Formel 7]

ΔVC = VC – VC(0)

Im nächsten Schritt S340 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die Feuchte H, die der Spannungsverhältnisdifferenz ΔVC entspricht, auf der Basis der Spannungsverhältnisdifferenz ΔVC, die in S330 erhalten wird, und den Abbildungsdaten für die Feuchteumwandlung.
Im nächsten Schritt S350 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 auf der Basis der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH', die in S290 erhalten wird, der Temperaturspannung VT, die in S220 erhalten wird, und der Abbildungsdaten für die Hochtemperaturzeit-Spannungsverhältnisumwandlung eine korrigiertes Hochtemperaturzeit-Spannungsverhältnis VH'(0), das der Umgebungstemperatur T (der Temperaturspannung VT) für den Fall, in dem die Gaskonzentration X null ist und die Feuchte H null ist, entspricht.
Im nächsten Schritt S360 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 auf der Basis der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH', die in S290 erhalten wird, der Feuchte H, die in S340 erhalten wird, und der Abbildungsdaten für die Feuchte-Spannungsänderungsumwandlung einen Hochtemperaturzeit-Spannungsänderung ΔVH'H), die eine Spannungsänderung der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH' aufgrund der Feuchte H darstellt.
Im nächsten Schritt S370 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 eine Hochtemperaturzeit-Spannungsänderung ΔVH'(G), die eine Spannungsänderung der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH' aufgrund des Brenngases repräsentiert, während die korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH', die in S290 erhalten wird, die Hochtemperaturzeit-Spannung VH'(0), die in S350 erhalten wird, und die Hochtemperaturzeit-Spannungsänderung ΔVH'(H), die in S360 erhalten wird, als Eingangswerte von [Formel 8] verwendet werden.
[Formel 8]

ΔVH' = VH' – VH'(0) – ΔVH'(H)

Im nächsten Schritt S380 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 eine Gasempfindlichkeit G(VT), die die Empfindlichkeit für das Brenngas nach der Korrektur repräsentiert, (die Einheit ist der Kehrwert der Gaskonzentration X) auf der Basis der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH', die in S290 erhalten wird, der Temperaturspannung VT, die in S220 erhalten wird, und der Abbildungsdaten für die Gasempfindlichkeitsumwandlung.
Im nächsten Schritt S390 berechnet der Berechnungsabschnitt 30 die Gaskonzentration X des Brenngases (Wasserstoffs) unter Verwendung der Hochtemperaturzeit-Spannungsänderung ΔVH'(G), die in S370 berechnet wird, und der Gasempfindlichkeit G(VT), die in S380 berechnet wird, als Eingangswerte von [Formel 9].
[Formel 9]

X = ΔVH'(G) / G(VT)

Nach Abschluss von S390 schreitet der Berechnungsabschnitt 30 wieder zu S220 fort und führt wiederholt die oben beschriebene Verarbeitung aus.
Wie oben beschrieben können bei der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung der verschlechterte Zustand des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 der Brückenschaltung 210 auf der Basis des Absolutwerts der Temperaturdifferenz ΔT beurteilt werden.
Zudem werden in der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung die Hochtemperaturzeit-Spannung VH und die Niedertemperaturzeit-Spannung VL unter Verwendung der Temperaturdifferenz ΔT korrigiert und die Gaskonzentration X unter Verwendung der korrigierten Hochtemperaturzeit-Spannung VH' und der korrigierten Niedertemperaturzeit-Spannung VL', die durch die Korrektur erhalten werden, berechnet. Mit anderen Worten wird bei der Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung die Gaskonzentration X durch Korrigieren der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 (der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Niedertemperaturzeit-Spannung VL) unter Verwendung der Differenztemperatur ΔT berechnet.
[1-6. Effekte]
Wie oben beschrieben besteht bei der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform der erste Brückenfestwiderstand 211 aus einem Widerstandselement, das sich verglichen mit dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 mit geringerer Wahrscheinlichkeit verschlechtert (mit anderen Worten einem Widerstandselement mit der Eigenschaft, dass es in dem Verhältnis der Widerstandsänderung infolge einer Verschlechterung im Laufe der Zeit oder einer Verschlechterung, die durch Umweltbelastung verursacht wird, (einer Verschlechterung, die durch den Einfluss von Temperatur, Feuchte, Energieversorgung usw. verursacht wird)).
Wenn der zweite Brückenfestwiderstand 212 und der variable Widerstandsabschnitt 213 mit dem ersten Brückenfestwiderstand 211 verglichen werden, verschlechtern sich daher der zweite Brückenfestwiderstand 212 und der variable Widerstandsabschnitt 213 mit großer Wahrscheinlichkeit früher als der erste Brückenfestwiderstand 211.
Die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 nimmt einen Wert an, der den Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 vor der Auslieferung der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht, und die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 nimmt einen Wert an, der den Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion durch die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht.
In dem Fall, in dem sowohl der zweite Brückenfestwiderstand 212 als auch der variable Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion unverschlechtert bleiben, unterscheiden sich Widerstandswerten des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion nicht wesentlich von denen vor dem Versand der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1. In dem Fall, in dem sowohl der zweite Brückenfestwiderstand 212 als auch der variable Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion unverschlechtert bleiben, nimmt die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 daher einen Wert an, der ungefähr gleich der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 ist, und der Absolutwert der Differenztemperatur ΔT, die die Differenz zwischen der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 und der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 ist, ist klein.
In dem Fall, in dem sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 und/oder der variablen Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion in einem verschlechterten Zustand befindet, ändert sich derweil der Widerstandswert des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und/oder des variablen Widerstandsabschnitts 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion auf einen Wert, der dem verschlechterten Zustand entspricht. In dem Fall, in dem sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 und/oder der variable Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion in einem verschlechterten Zustand befindet, nimmt die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 daher einen Wert an, der von der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 verschieden ist, und der Absolutwert der Differenztemperatur ΔT, der die Differenz zwischen der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 und der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 ist, wird groß. Je größer der Grad der Verschlechterung ist, desto größer ist insbesondere der Absolutwert der Temperaturdifferenz ΔT, die die Differenz zwischen der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 und der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 ist.
Deshalb kann der Berechnungsabschnitt 30 als Ergebnis der Ausführung von S260 der Gaskonzentrations-Detektionsverarbeitung den verschlechterten Zustand des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 auf der Grundlage des Absolutwerts der Differenz zwischen der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 und der Referenz-Beurteilungstemperatur T0 (der Temperaturdifferenz ΔT) beurteilen.
Daher kann in der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 die Verschlechterung des zweiten Brückenfestwiderstands 212 und des variablen Widerstandsabschnitts 213 in der Brückenschaltung 210 detektiert werden.
In dem Fall, in dem weder der zweite Brückenfestwiderstand 212 noch der variable Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion in einem verschlechterten Zustand ist, nimmt das Detektionssignal V1, das der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 entspricht, einen richtigen Wert an, der der Wasserstoffkonzentration (Konzentration des spezifischen Gases) entspricht.
In dem Fall, in dem sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 und/oder der variable Widerstandsabschnitt 213 zu dem Zeitpunkt der Gasdetektion in einem verschlechterten Zustand befinden, nimmt das Detektionssignal V1, da das Detektionssignal V1, das der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 entspricht, sich als Ergebnis des Einflusses des verschlechterten Zustands des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) ändert, einen anderen als den richtigen Wert an, der der Wasserstoffkonzentration (der Konzentration des spezifischen Gases) entspricht.
Der Betrag der Änderung der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 ändert sich gemäß dem verschlechterten Zustand des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213). Durch die Ausführung von S290 der Gaskonzentrations-Detektionsverarbeitung korrigiert die Berechnungsschaltung 30 daher die Hochtemperaturzeit-Spannung VH unter Verwendung des Spannungsfehlers ΔV1, um dadurch die korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH' zu berechnen. Diese korrigierte Hochtemperaturzeit-Spannung VH' entspricht der korrigierten Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15, die korrigiert ist, um den Einfluss des verschlechterten Zustands des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) zu mildern.
Ebenso entspricht die korrigierte Niedertemperaturzeit-Spannung VL' der korrigierten Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15, die korrigiert ist, um den Einfluss des verschlechterten Zustands des zweiten Brückenfestwiderstands 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) zu mildern.
Als Ergebnis kann der Berechnungsabschnitt 30 dann, wenn der Berechnungsabschnitt 30 die Wasserstoffkonzentration (Konzentration des spezifischen Gases) unter Verwendung der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 (des Detektionssignals V1) durch Ausführen der Gaskonzentration-Detektionsverarbeitung berechnet, die Wasserstoffkonzentration (Konzentration des spezifischen Gases) berechnen, während der Einfluss des verschlechterten Zustands des zweiten Brückenfestwiderstand 212 (oder des variablen Widerstandsabschnitts 213) gemildert ist.
Daher kann bei der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 auch in dem Fall, in dem sich der zweite Brückenfestwiderstand 212 und/oder der variable Widerstandsabschnitt 213, die in der Brückenschaltung 210 vorgesehen sind, verschlechtern und ihren Widerstandswert ändern, eine Abnahme der Genauigkeit beim Detektieren der Wasserstoffkonzentration unterdrückt werden.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 umfasst den Temperaturmessungswiderstand 16, dessen Widerstandsänderung sich als Folge einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert, die die Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, ist, und der Berechnungsabschnitt 30, der die Gaskonzentration-Detektionsverarbeitung ausführt, erhält die Umgebungstemperatur T (somit die Temperaturspannung VT), die auf der Grundlage des Widerstandwerts des Temperaturmessungswiderstands 16 detektiert wird.
Der Berechnungsabschnitt 30, der die Gaskonzentration-Detektionsverarbeitung ausführt, berechnet die Wasserstoffkonzentration (die Konzentration des spezifischen Gases) unter Verwendung der Temperaturspannung VT, die sich gemäß dem Widerstandswert des Temperaturmessungswiderstands 16 ändert, zusätzlich zu dem Detektionssignal V1, das der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 entspricht.
Da die Wasserstoffkonzentration (Konzentration des spezifischen Gases) unter Verwendung der Umgebungstemperatur T wie oben beschrieben zusätzlich zu der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 15 berechnet wird, ist es möglich, die Wasserstoffkonzentration zu berechnen (die Konzentration des spezifischen Gases) bei gleichzeitiger Unterdrückung des Einflusses einer Änderung der Umgebungstemperatur T zu berechnen.
Daher ist es gemäß der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 möglich, die Wasserstoffkonzentration (die Konzentration des spezifischen Gases) zu berechnen, während der Einfluss einer Änderung der Umgebungstemperatur T unterdrückt wird. Somit kann die Genauigkeit beim Detektieren der Wasserstoffkonzentration (der Konzentration des spezifischen Gases) verbessert werden.
Bei der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 dient das Detektionssignal V1 nicht nur als das Detektionssignal, das der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden (Zwischenanschlussspannung) des Wärmeerzeugungswiderstands 15 entspricht, sondern dient auch als das erste Zwischenpotentialsignal V3, das dem Potential an dem Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 entspricht, und das zweite Zwischenpotentialsignal V4, das dem Potential an dem Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 entspricht.
Obwohl die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 eine einfache Anordnung, die nur einen Signalpfad zum Detektieren des Potentials an dem Verbindungspunkt P+ umfasst, anstelle einer komplexen Anordnung, die Signalwege zum individuellen Detektieren der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden (Zwischenanschlussspannung) des Wärmeerzeugungswiderstands 15, des Potentials an dem Verbindungspunkt P+ und des Potentials an dem Verbindungspunkt P– umfasst, aufweist, ihr Detektionswert als die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden (Zwischenanschlussspannung) des Wärmeerzeugungswiderstands 15 und das Potential an dem Verbindungspunkt P– verwendet werden.
Daher ist es gemäß der Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 möglich, zu beurteilen, ob sich der Wärmeerzeugungswiderstand 15 verschlechtert hat oder nicht, und die Genauigkeit beim Detektieren der Wasserstoffkonzentration (der Konzentration des spezifischen Gases) zu verbessern, während eine einfache Anordnung für die Signalwege eingesetzt wird.
[1-7. Übereinstimmungen zwischen der Ausführungsform und den Ansprüchen]
Es folgt eine Beschreibung der Übereinstimmungen zwischen Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, und Begriffen die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden.
Die Brenngas-Detektionsvorrichtung 1 entspricht einem Beispiel des Gasdetektors; die Brückenschaltung 210 entspricht einem Beispiel der Wheatstone-Brückenschaltung; die Verstärkungsschaltung 220 und die Stromstärkeanpassungsschaltung 230 entsprechen einem Beispiel des Brückensteuerabschnitts; und der Berechnungsabschnitt 30 entspricht einem Beispiel des Berechnungsabschnitts.
Der erste Brückenfestwiderstand 211 entspricht einem Beispiel des ersten Widerstandsabschnitts; der zweite Brückenfestwiderstand 212 entspricht einem Beispiel des zweiten Widerstandsabschnitts; und der variable Widerstandsabschnitt 213 entspricht einem Beispiel des dritten Widerstandsabschnitts.
Der Endabschnitt PG entspricht einem Beispiel des Referenzpunktes; der Verbindungsendabschnitt PV entspricht einem Beispiel des Hochpotentialpunkts; der Verbindungspunkt P+ entspricht einem Beispiel des ersten Potentialpunkts; und der Verbindungspunkt P– entspricht einem Beispiel des zweiten Potentialpunkts.
Der Berechnungsabschnitt 30, der die Gaskonzentrations-Berechnungsverarbeitung ausführt, entspricht einem Beispiel des Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitts; die Referenz-Beurteilungstemperatur T0 entspricht einem Beispiel des Referenz-Beurteilungswerts; der Berechnungsabschnitt 30, der S150 ausführt, entspricht einem Beispiel des Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitts; die Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1 entspricht einem Beispiel des Detektionszeit-Beurteilungswerts; das Detektionszeit-Zwischenpotential V11 entspricht einem Beispiel des Detektionszeit-Potentials; der Berechnungsabschnitt 30, der S220 ausführt, entspricht einem Beispiel des Erfassungsabschnitts; und der Berechnungsabschnitt 30, der S240 ausführt, entspricht einem Beispiel des Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitts.
Der Berechnungsabschnitt 30, der S260 ausführt, entspricht einem Beispiel des Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitts; und der Berechnungsabschnitt 30, der S290 und S300 ausführt, entspricht einem Beispiel des Spannungs-Korrekturabschnitts.
[2. Andere Ausführungsformen]
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen implementiert sein, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Signalweg zum Zuführen des Potentials an dem Verbindungspunkt P zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 zu dem Berechnungsabschnitt 30 nicht vorgesehen und nur ein Signalweg zum Zuführen des Potentials an dem Verbindungspunkt P+ zwischen dem ersten Brückenfestwiderstand 211 und dem Wärmeerzeugungswiderstand 15 zu dem Berechnungsabschnitt 30 vorgesehen und das Potential an dem Verbindungspunkt P+ wird als das Potential an dem Verbindungspunkt P– verwendet. Jedoch ist die Anordnung des Signalwegs nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Beispielsweise kann ein Signalweg zum Zuführen des Potentials an dem Verbindungspunkt P– zwischen dem zweiten Brückenfestwiderstand 212 und dem variablen Widerstandsabschnitt 213 zu dem Berechnungsabschnitt 30 vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass der Berechnungsabschnitt 30 das Potential an dem Verbindungspunkt P– durch diesen Signalweg erhält.
Zudem ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Wheatstone-Brückenschaltung so ausgelegt, dass ein Ende des Wärmeerzeugungswiderstands mit dem Referenzpunkt verbunden ist; jedoch kann die Wheatstone-Brückenschaltung so ausgelegt sein, dass ein Ende des Wärmeerzeugungswiderstands mit dem Hochpotentialpunkt verbunden ist.
Zudem ist die oben beschriebene Beurteilungsschwelle Tth nicht auf ”1.0” beschränkt und ein beliebiger Wert kann als Beurteilungsschwelle Tth festgelegt sein, solange der Wert die Beurteilung ermöglicht, ob sich der Widerstandsabschnitt der Wheatstone-Brückenschaltung verschlechtert hat.
Zudem werden in der oben beschriebenen Ausführungsform die Verschlechterungs-Beurteilungsverarbeitung und die Spannungs-Korrekturverarbeitung (Verarbeitung zum Korrigieren der Hochtemperaturzeit-Spannung VH und der Niedertemperaturzeit-Spannung VL) immer dann ausgeführt, wenn der Gasdetektor in Betrieb ist. Jedoch sind die Ausführungszeitvorgaben dieser Verarbeitungsvorgänge nicht auf ”immer” beschränkt. Zum Beispiel können diese Verarbeitungen jedes Mal, wenn der Gasdetektor gestartet wird, oder in vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt werden.
Zudem können die Verschlechterungs-Beurteilungsverarbeitung und die Spannungs-Korrekturverarbeitung unter Verwendung eines Werts durchgeführt werden, der durch Mitteln über eine vorbestimmte Anzahl erhaltener Datensätze erhalten wird. Das Verfahren zum Mitteln kann ein arithmetisches Mitteln oder ein Bilden des gleitenden Durchschnitts sein.
Da es ferner sehr wahrscheinlich ist, dass sich der korrigierte Spannungswert unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Gasdetektors stark ändert, kann die Spannungs-Korrekturverarbeitung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit (z. B. 5 s) nach der Inbetriebnahme durchgeführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Gasdetektor dazu ausgelegt, eine Verschlechterungsbeurteilung und eine Spannungskorrektur unter Verwendung der Differenz (der Differenztemperatur ΔT) zwischen dem Referenz-Beurteilungswert (der Referenz-Beurteilungstemperatur T0) und dem Detektionszeit-Beurteilungswert (der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1) durchzuführen. Jedoch ist die Anordnung des Gasdetektors nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt. Zum Beispiel kann der Gasdetektor dazu ausgelegt sein, eine Verschlechterungsbeurteilung und eine Spannungskorrektur unter Verwendung des Verhältnisses (des Temperaturverhältnisses Tr (= T1/T0)) zwischen dem Referenz-Beurteilungswert (der Referenz-Beurteilungstemperatur T0) und dem Detektionszeit-Beurteilungswert (der Detektionszeit-Beurteilungstemperatur T1) durchzuführen. In diesem Fall urteilt der Gasdetektor dann, wenn das Temperaturverhältnis Tr einen Wert nahe 1,0 annimmt, dass der Widerstandsabschnitt sich noch nicht verschlechtert hat, und urteilt dann, wenn das Temperaturverhältnis Tr einen Wert annimmt, der weit von 1,0 abweicht, dass sich der Widerstandsabschnitt verschlechtert hat.
Die Zeitvorgabe der Ausführung der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung kann vor der Auslieferung des Gasdetektors eine beliebige Zeitvorgabe sein, solange die Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung vor der Auslieferung des Gasdetektors ausgeführt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Gasdetektor derart ausgelegt, dass der Referenz-Beurteilungswert (die Referenz-Beurteilungstemperatur T0) von der Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsverarbeitung berechnet wird. Jedoch ist die Anordnung des Gasdetektors nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, und der Gasdetektor kann derart ausgelegt sein, dass der Referenz-Beurteilungswert in dem Speicherabschnitt (ROM usw.) im Voraus gespeichert wird. Außerdem ist der Speicherabschnitt nicht auf den ROM beschränkt und andere Arten von Speicherabschnitten wie etwa ein EEPROM können verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Brenngas-Detektionsvorrichtung,
10: Gasdetektionselement,
15: Wärmeerzeugungswiderstand,
16: Temperaturmessungswiderstand,
20: Steuerabschnitt,
21: Energieversorgungssteuerschaltung,
25: Temperaturanpassungsschaltung,
30: Berechnungsabschnitt,
40: Gleichstromversorgung,
210: Brückenschaltung,
211: Erster Brückenfestwiderstand,
212: Zweiter Brückenfestwiderstand,
213: Variabler Widerstandsabschnitt,
214: Widerstandselement,
215: Anpassungswiderstandsabschnitt,
215a: Widerstandselement,
215b: Widerstandselement,
216a: Erster Anschluss,
216b: Zweiter Anschluss,
216c: Dritter Anschluss,
217: Widerstandselement,
218: Umschalter,
220: Verstärkungsschaltung,
221: Operationsverstärker,
222: Erster Festwiderstand,
223: Zweiter Festwiderstand,
224: Dritter Festwiderstand,
230: Stromstärkeanpassungsschaltung,
231: Konstanttemperatursteuerschaltung
232: Schaltkreis,
250: Brückenschaltung,
251: Erster Brückenfestwiderstand,
252: Zweiter Brückenfestwiderstand,
253: Dritter Brückenfestwiderstand,
260: Verstärkungsschaltung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-181184 [0006]

Claims

Gasdetektor, der umfasst: einen Wärmeerzeugungswiderstand, der in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, angeordnet ist und dessen Widerstandswert sich bei Änderung der Eigentemperatur ändert; eine Wheatstone-Brückenschaltung, bei der eine erste Seite, die den Wärmeerzeugungswiderstand und einen ersten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, und eine zweite Seite, die einen zweiten Widerstandabschnitt und einen dritten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, parallel geschaltet sind; einen Brückensteuerabschnitt, der den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung derart steuert, dass die Wheatstone-Brückenschaltung einen abgeglichenen Zustand annimmt; und einen Berechnungsabschnitt, der die Konzentration eines bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, berechnet, wobei der Brückensteuerabschnitt einen Operationsverstärker, der einen Ausgangsanschluss und zwei Eingangsanschlüsse aufweist, umfasst und den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung gemäß der Ausgabe des Operationsverstärkers derart steuert, dass die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers null wird; die Wheatstone-Brückenschaltung so ausgebildet ist, dass einer der Verbindungspunkte, an denen die erste und die zweite Seite miteinander verbunden sind, als ein Referenzpunkt dient, der mit einer Seite des Brückensteuerabschnitts, die zu einer Niederpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden ist, der andere der Verbindungspunkte als ein Hochpotentialpunkt dient, der mit der anderen Seite des Brückensteuerabschnitts, die eine Hochpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden ist, ein Verbindungspunkt, an dem der erste Widerstandabschnitt und der Wärmeerzeugungswiderstand miteinander verbunden sind, als ein erster Potentialpunkt dient, der mit einem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist, und ein Verbindungspunkt, an dem der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt miteinander verbunden sind, als ein zweiter Potentialpunkt dient, der mit dem anderen Eingangspunkt des Operationsverstärkers verbunden ist; d er erste Widerstandabschnitt die Eigenschaft hat, dass ein Verhältnis einer Änderung des Widerstands aufgrund einer Verschlechterung im Laufe der Zeit oder einer Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, klein ist im Vergleich zu denjenigen des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts; der Berechnungsabschnitt umfasst: einen Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt, der die Konzentration des bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, unter Verwendung von mindestens einer Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands, die auf der Basis des Potentials an dem ersten Potentialpunkt detektiert wird, berechnet, einen Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt, der einen Referenz-Beurteilungswert speichert, der auf der Basis eines Referenz-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist und als eine Referenz dient, und eines Referenz-Zwischenpotentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist und als eine Referenz dient, bestimmt wird, einen Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt, der einen Detektionszeit-Beurteilungswert auf der Basis eines Detektionszeit-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist, und eines Detektionszeit-Potentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist, zu dem Zeitpunkt, an dem die Gasdetektion durch den Gasdetektor ausgeführt wird, berechnet, und einen Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt, der einen verschlechterten Zustand von dem zweiten Widerstandabschnitt und/oder dem dritten Widerstandabschnitt auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts beurteilt.
Gasdetektor, der umfasst: einen Wärmeerzeugungswiderstand, der in einer Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, angeordnet ist und dessen Widerstandswert sich bei Änderung der Eigentemperatur ändert; eine Wheatstone-Brückenschaltung, bei der eine erste Seite, die den Wärmeerzeugungswiderstand und einen ersten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, und eine zweite Seite, die einen zweiten Widerstandabschnitt und einen dritten Widerstandabschnitt, die in Reihe geschaltet sind, umfasst, parallel geschaltet sind; einen Brückensteuerabschnitt, der den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung derart steuert, dass die Wheatstone-Brückenschaltung einen abgeglichenen Zustand annimmt; und einen Berechnungsabschnitt, der die Konzentration eines bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, berechnet, wobei der Brückensteuerabschnitt einen Operationsverstärker, der einen Ausgangsanschluss und zwei Eingangsanschlüsse aufweist, umfasst und den Stromversorgungszustand der Wheatstone-Brückenschaltung gemäß der Ausgabe des Operationsverstärkers derart steuert, dass die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers null wird; die Wheatstone-Brückenschaltung so ausgebildet ist, dass einer der Verbindungspunkte, an denen die erste und die zweite Seite miteinander verbunden sind, als ein Referenzpunkt dient, der mit einer Seite des Brückensteuerabschnitts, die zu einer Niederpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden ist, der andere der Verbindungspunkte als ein Hochpotentialpunkt dient, der mit der anderen Seite des Brückensteuerabschnitts, die eine Hochpotentialseite wird, wenn der Brückensteuerabschnitt eine Spannung an die Wheatstone-Brückenschaltung anlegt, verbunden ist, ein Verbindungspunkt, an dem der erste Widerstandabschnitt und der Wärmeerzeugungswiderstand miteinander verbunden sind, als ein erster Potentialpunkt dient, der mit einem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist, und ein Verbindungspunkt, an dem der zweite Widerstandabschnitt und der dritte Widerstandabschnitt miteinander verbunden sind, als ein zweiter Potentialpunkt dient, der mit dem anderen Eingangspunkt des Operationsverstärkers verbunden ist; der erste Widerstandabschnitt die Eigenschaft hat, dass ein Verhältnis einer Änderung des Widerstands aufgrund einer Verschlechterung im Laufe der Zeit oder einer Verschlechterung, die durch eine Umweltbelastung verursacht wird, klein ist im Vergleich zu denjenigen des zweiten Widerstandabschnitts und des dritten Widerstandabschnitts; und der Berechnungsabschnitt umfasst: einen Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt, der die Konzentration des bestimmten Gases in der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, unter Verwendung von mindestens einer Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands, die auf der Basis des Potentials am ersten Potentialpunkt detektiert wird, berechnet, einen Referenz-Beurteilungswert-Speicherabschnitt, der einen Referenz-Beurteilungswert speichert, der auf der Basis eines Referenz-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist und als eine Referenz dient, und eines Referenz-Zwischenpotentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist und als eine Referenz dient, bestimmt wird, ein Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt, der einen Detektionszeit-Beurteilungswert auf der Basis eines Detektionszeit-Oberpotentials, das ein Potential an dem Hochpotentialpunkt ist, und eines Detektionszeit-Potentials, das ein Potential an dem ersten Potentialpunkt oder dem zweiten Potentialpunkt ist, zu dem Zeitpunkt, an dem die Gasdetektion durch den Gasdetektor ausgeführt wird, berechnet, und ein Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt, der die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts korrigiert.
Gasdetektor nach Anspruch 2, wobei der Berechnungsabschnitt einen Verschlechterungs-Beurteilungsabschnitt, der einen verschlechterten Zustand des zweiten Widerstandabschnitts und/oder des dritten Widerstandabschnitts auf der Basis des Referenz-Beurteilungswerts und des Detektionszeit-Beurteilungswerts beurteilt, umfasst.
Gasdetektor nach den Ansprüchen 2 oder 3, der ferner einen Temperaturmessungswiderstand umfasst, dessen Widerstandswert sich mit einer Änderung der Umgebungstemperatur, die die Temperatur der Atmosphäre, die einer Detektion unterzogen werden soll, ist, ändert, wobei der Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt die Konzentration des bestimmten Gases nicht nur unter Verwendung der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungswiderstands sondern auch der Umgebungstemperatur, die mit Hilfe des Temperaturmessungswiderstands detektiert wird, bestimmt.
Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Berechnungsabschnitt einen Erfassungsabschnitt umfasst, der das Potential an dem ersten Potentialpunkt erfasst, und das Potential an dem ersten Potentialpunkt, das durch den Erfassungsabschnitt erfasst wird, für die Berechnung der Konzentration des bestimmten Gases durch den Gaskonzentrations-Berechnungsabschnitt und die Berechnung des Detektionszeit-Beurteilungswerts durch den Detektionszeit-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt verwendet wird.
Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Berechnungsabschnitt einen Referenz-Beurteilungswert-Berechnungsabschnitt umfasst, der den Referenz-Beurteilungswert auf der Basis des Referenz-Oberpotentials und des Referenz-Zwischenpotentials berechnet.
Programm, das einen Computer dazu veranlasst, als Berechnungsabschnitt des Gasdetektors nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu fungieren.