JP2002039988A

JP2002039988A - ガスセンサの制御装置

Info

Publication number: JP2002039988A
Application number: JP2000225014A
Authority: JP
Inventors: Takashi Niwa; 孝丹羽; Masao Maki; 正雄牧; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takahiro Umeda; 孝裕梅田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱により検知能力を発揮するガスセンサの
出力原点と増幅基準点がずれて測定の誤差が生じないよ
うにすること。【解決手段】ガスセンサで検出するガスが存在しない
ときのセンサ出力（ゼロ点）と増幅回路の増幅の原点を
増幅原点補正手段１８で補正し、一致させることによ
り、ガス検知精度の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度を加えた状態
でガスを検出する方式のガスセンサの制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスセンサの制御装置の構成では
例えば図１０（実開平５−９０１４８号に記載されてい
る）に示すように警報出力の原点にあたる基準値（以下
ゼロ点という）を記憶手段に記憶し、センサの出力と比
較し、センサ出力とゼロ点間に一定以上の差が発生した
ことを検出した時に警報を発するというものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す従来のガスセンサの制御方法にあっては、センサ
の基準点の個々のバラツキと増幅回路の増幅の基準点を
どこに置くかについて明確でなく、一定のセンサ出力が
出た時に警報を発するというものの、増幅回路の基準点
と増幅度の関係が明確でなく、正確なガス濃度を検知で
きない可能性があるという課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題点を解決する
ために本発明は、一定温度に加熱されることにより、ガ
スを検知する能力を有し、検知ガス濃度を電圧で出力す
るするセンサ部と、センサ部に密着設置した発熱体と、
センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部と、増幅部の
増幅度調整手段と、増幅原点補正手段をを備えている。
本発明によればセンサの形状、製作に伴う基準点のバラ
ツキを補正して、正確なセンサ出力の増幅をおこない、
ガス濃度を精度良く検出することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、一定温度に加熱される
ことにより、ガスを検知する能力を有し、検知ガス濃度
を電圧で出力するするセンサ部と、センサ部に密着設置
した発熱体と、センサ部からの出力電圧を増幅する増幅
部と、増幅部の増幅度調整手段と、増幅原点補正手段を
有するものである。増幅原点補正手段を有することか
ら、正確なセンサ出力の増幅ができ、したがって正確な
ガス検知をすることができる。

【０００６】また、増幅原点補正を出力電圧が設定可能
な定電圧電源で行う構成としたものであり、電圧設定が
可変抵抗などで調整でき、微妙な電圧設定を可能とする
ものである。

【０００７】また、増幅原点設定は増幅器の増幅基準原
点を変更する構成としたものであり、増幅器の電圧バラ
ツキをも含めて調整することができ、精度良く増幅器の
補正を行うことができる。

【０００８】また、増幅原点設定はセンサ部出力電圧に
補正電圧を重畳する構成としたものであり、増幅器の特
性はそのままで、入力のセンサ出力を補正するものであ
り、精度良く増幅原点の設定を可能とするものである。

【０００９】また、一定温度に加熱されることにより、
ガスを検知する能力を有し、検知ガス濃度を電圧で出力
するするセンサ部、センサ部に密着設置した発熱体と、
センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部と増幅部の増
幅度調整手段と増幅原点補正手段と複数の増幅器出力段
階に応じて信号を出力する信号出力手段を有するもので
あり、基準原点の一致したセンサ出力を増幅した増幅器
の出力を複数段階の信号を発することで、さまざまな濃
度のガスレベルを知ることが可能になる。

【００１０】また、一定温度に加熱されることにより、
ガスを検知する能力を有し、検知ガス濃度を電圧で出力
するするセンサ部と、センサ部に密着設置した発熱体
と、センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部と、増幅
部の増幅度調整手段と、増幅原点補正手段と、複数の増
幅器出力段階に応じて信号出力する信号出力手段を有
し、信号出力時間を係数する係数器を有するものであ
る。これによって、ガス濃度と継続時間を係数する事が
でき、ガスの危険を予知することが可能になる。

【００１１】また、さらに信号出力時間を係数する係数
器と係数器が一定値を係数した時、警報を発する警報手
段を有するものであり、たとえば、ガス中毒の危険をブ
ザー等で報知することが可能になる。

【００１２】また、さらに信号出力時間を係数する係数
器と係数器が一定値を係数した時、接点を開放あるいは
短絡するリレーを有するものであり、危険を検知した
時、機器を停止させるなどの安全装置を働かせることが
可能になる。

【００１３】以下、本発明の実施例について図１から図
９を用いて固体電解質方式の一酸化炭素センサを例にと
って説明する。

【００１４】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の実施例１にお
ける一酸化炭素センサ検知装置の構成図である。

【００１５】図１において、１１は４００℃〜５００℃
の高温下で酸素イオン導電性を有する固体電解質板で、
その表面には一対の電極１２、１３を設置し、これらの
電極１２、１３は、エレクトロンビーム蒸着またはスパ
ッタリングまたは厚膜印刷法により形成されている。電
極は通常白金電極が用いられる。

【００１６】また、１４は一酸化炭素の酸化触媒を含浸
保持したセラミックペーパー（図は一部分切り欠いて描
いている。）で、通気性を有し、電極１２を覆ってい
る。そして、１５はセラミック板１６の表面に蒸着もし
くは印刷によって形成されたヒータであり、固体電解質
板１１およびセラミックペーパー１４を加熱して一酸化
炭素センサとして動作させる。固体電解質板１１とセラ
ミック板１６とセラミックペーパー１４によって一酸化
炭素センサ１７を構成しているものである。

【００１７】図２にセンサ出力と一酸化炭素濃度の関係
を示す。温度が低過ぎると出力は大きいが、検出に時間
がかかり、また一酸化炭素ガスの電極１２、１３表面へ
の吸着が起こり、一酸化炭素センサとしての動作が保証
されない。温度が高くなると、出力は小さくなるが、一
酸化炭素ガスの電極１２、１３表面への吸着は起こら
ず、感度は良くなる。最適な温度範囲は３５０℃程度か
ら５５０℃程度である。また検知するガスの組成によ
り、最適な加熱温度があることがわかっている。

【００１８】まず上記の構成による一酸化炭素センサの
作用を説明する。セラミックペーパー１４を通過した一
酸化炭素ガスは、セラミックペーパー１４を通過する時
に酸化されて電極１２には到達しない。従って、固体電
解質板１１中の電極１２の近傍では式（１）で示される
反応によって電極１２に吸着された酸素原子がイオン化
される。

【００１９】Ｏ＋２ｅ^-→Ｏ^2- 式（１）一方、電極１３の近傍では式（１）で示される反応に加
えて、一酸化炭素ガスが到達して来るので式（２）で示
される反応も起きている。

【００２０】ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ２＋２ｅ^- 式（２）そして、固体電解質板１１の電極１２と１３の近傍での
反応の差によって電極１２、１３間に電位差が発生す
る。すなわち一酸化炭素の濃度に応じて電位差が変化
し、一酸化炭素センサとして動作する。

【００２１】ヒータ１５は式（１）、式（２）の反応が
安定して起こるように、固体電解質板１１、セラミック
ペーパー１４を一定の温度に加熱するための熱源であ
る。

【００２２】この構成によると一酸化炭素が存在しない
状態では、理論上、電極１２、１３間に電位差は発生し
ない。しかし、実際にセンサを製作して測定すると、電
極の面積の差や、電極の厚みの差などの要因によって、
一酸化炭素が存在しない状態でも、電極１２、１３間に
電位差が発生し、誤差となる。従って、増幅原点補正手
段１８で電極１２、１３間の電位差を補正するように
し、検出誤差をなくしている。増幅原点補正手段１８で
出力の基準を保証することにより、増幅部１９の可変抵
抗器２０で増幅度を調整しても基準が一致していること
から誤差を生じることなく、出力を増幅できるという効
果がある。

【００２３】なお一酸化炭素センサ１７のセラミックペ
ーパー１４の代わりに一酸化炭素酸化触媒を保持し、通
気性のある素材で構成してもよく、例えば繊維状のメタ
ルを用いても効果は変わらない。以下の実施例でも同様
である。

【００２４】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
おける増幅原点補正手段の構成図である。出力可変３端
子レギュレータ２１は抵抗２２、２３を変更することに
より、容易に出力電圧を変更でき、増幅原点の補正に使
用することが可能となる。

【００２５】（実施例３）図４は本発明の実施例３にお
ける増幅原点補正手段の構成図である。出力可変３端子
レギュレータ２１は増幅器１９の増幅基準原点を調整す
るために使用され一酸化炭素ガスが存在しない時の増幅
器出力がゼロになるように調整され、ガス濃度が増加す
るにしたがって精度良く濃度に応じた増幅器出力が得ら
れる。

【００２６】（実施例４）図５は本発明の実施例４にお
ける増幅原点補正手段の構成図である。出力可変３端子
レギュレータ２１の出力に電極１２、１３間の電圧が重
畳され、ガス濃度がゼロの時、増幅器１９の増幅基準原
点になるように設定することによって、一酸化炭素ガス
が存在しない時の増幅器出力がゼロになるように調整さ
れ、ガス濃度が増加するにしたがって精度良く濃度に応
じた増幅器出力が得られる。

【００２７】（実施例５）図６は実施例５におけるガス
センサの制御装置の構成図である。増幅器１９の出力電
圧は比較器群２４で、それぞれの比較電圧群２５と比較
され、結果を出力し、現在のガス濃度レベルを知ること
が可能となる。

【００２８】（実施例６）図７は実施例６におけるガス
センサの制御装置の構成図である。増幅器１９の出力電
圧は比較器群２４で、それぞれの比較電圧群２５と比較
され、出力された時間を係数器群２６によって計数され
る。その結果、あらかじめ決められた濃度レベルの信号
がどのくらいの時間継続して出力されたかを知ることが
可能となる。係数器群２６の代わりにマイコンの割り込
み端子を用いて係数することも可能である。

【００２９】（実施例７）図８は本発明の実施例７にお
けるガスセンサの制御装置の構成図である。係数器群２
６によって一定値以上が計数された時には警報装置２８
によって警報が発せられ、一酸化炭素ガスによる中毒を
未然に防ぐことができる。

【００３０】（実施例８）図９は、本発明の実施例８に
おけるガスセンサの制御装置の構成図である。係数器群
２６によって一定値以上が計数された時、ドライバーＩ
Ｃ２９を介してリレー接点３０が開放され、供給されて
いる燃料の燃焼を停止させる。例えばガス給湯器におい
ては、ガス供給の電磁弁コイル３１への供給電圧を切る
ことによって燃焼を停止させる。よって一酸化炭素ガス
による中毒を未然に防ぐことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３２】（１）増幅の原点を調節して、センサ出力
の原点と一致させることができる。

【００３３】（２）センサ出力の原点を調節して増幅の
原点と一致させることができる。

【００３４】（３）センサ出力の原点と増幅器の増幅原
点を一致させることにより、正確なガス濃度の測定をす
ることができる。

【００３５】（４）正確なガス濃度の測定を行うことに
より、不完全燃焼などが原因の燃焼機器による中毒を未
然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における一酸化炭素センサ検
知装置の構成図

【図２】同装置におけるセンサ出力と一酸化炭素濃度の
関係を示す図

【図３】本発明の実施例２における増幅原点補正手段を
説明する回路図

【図４】本発明の実施例３における増幅原点補正手段を
説明する構成図

【図５】本発明の実施例４における増幅原点補正手段を
説明する構成図

【図６】本発明の実施例５におけるガスセンサの制御装
置の構成図

【図７】本発明の実施例６におけるガスセンサの制御装
置の構成図

【図８】本発明の実施例７におけるガスセンサの制御装
置の構成図

【図９】本発明の実施例８におけるガスセンサの制御装
置の構成図

【図１０】従来のガスセンサの制御方法を示すブロック
図

【符号の説明】

１１固体電解質板１２、１３電極１４セラミックペーパー（一酸化炭素酸化触媒層）１５ヒータ１６セラミック板１７一酸化炭素センサ１８増幅原点補正手段１９増幅部２０可変抵抗器２１可変３端子レギュレータ２２、２３抵抗２４比較器群２５比較電圧群２７係数器群２８警報装置２９ドライバーＩＣ３０リレー接点３１電磁弁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇野克彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鶴田邦弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者梅田孝裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC03 BD04 BE12 BE13 BE22 BF05 BF07 BG13 BJ02 BL08 BL19 BM06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定温度に加熱され、検知ガス濃度を電
圧で出力するセンサ部と、このセンサ部に密着設置した
発熱体と、前記センサ部からの出力電圧を増幅する増幅
部と、この増幅部の増幅度を調整する増幅度調整手段
と、前記センサ部の出力に対応して補正する増幅原点補
正手段とを備えたガスセンサの制御装置。
【請求項２】増幅原点補正は電圧電源で行う請求項１
記載のガスセンサの制御装置。
【請求項３】増幅原点補正は増幅器の増幅基準原点を
変更することで行う請求項１記載のガスセンサの制御装
置。
【請求項４】増幅原点補正はセンサ部からの出力電圧
に補正電圧を重畳することで行う請求項１記載のガスセ
ンサの制御装置。
【請求項５】一定温度に加熱され、ガス濃度を電圧で
出力するセンサ部と、このセンサ部に密着設置した発熱
体と、前記センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部
と、この増幅部の増幅度を調整する増幅度調整手段と、
前記センサ部の出力に対応して補正する増幅原点補正手
段と、増幅器の出力段階に応じて信号を出力する信号出
力手段とを備えたガスセンサの制御装置。
【請求項６】一定温度に加熱され、ガス濃度を電圧で
出力するセンサ部と、このセンサ部に密着設置した発熱
体と、前記センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部
と、この増幅部の増幅度を調整する増幅度調整手段と、
前記センサ部の出力に対応して補正する増幅原点補正手
段と、増幅器の出力段階に応じて信号を出力する信号出
力手段と、信号出力時間を係数する係数器とを備えたガ
スセンサの制御装置。
【請求項７】一定温度に加熱され、ガス濃度を電圧で
出力するセンサ部と、このセンサ部に密着設置した発熱
体と、前記センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部
と、この増幅部の増幅度を調整する増幅度調整手段と、
前記センサ部の出力に対応して補正する増幅原点補正手
段と、増幅器の出力段階に応じて信号を出力する信号出
力手段と、信号出力時間を係数する係数器と係数器が一
定値を係数した時、警報を発する警報手段とを備えたガ
スセンサの制御装置。
【請求項８】一定温度に加熱され、ガス濃度を電圧で
出力するセンサ部と、このセンサ部に密着設置した発熱
体と、前記センサ部からの出力電圧を増幅する増幅部
と、この増幅部の増幅度を調整する増幅度調整手段と、
前記センサ部の出力に対応して補正する増幅原点補正手
段と、増幅器の出力段階に応じて信号を出力する信号出
力手段と、信号出力時間を係数する係数器と係数器が一
定値を係数した時、接点を開放するあるいは短絡するリ
レーとを備えたガスセンサの制御装置。