JP2002168820A - Smoke detector - Google Patents

Smoke detector

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JP2002168820A
JP2002168820A JP2000370068A JP2000370068A JP2002168820A JP 2002168820 A JP2002168820 A JP 2002168820A JP 2000370068 A JP2000370068 A JP 2000370068A JP 2000370068 A JP2000370068 A JP 2000370068A JP 2002168820 A JP2002168820 A JP 2002168820A
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Japan
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smoke
heater
pulse voltage
sensor
catalyst
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Application number
JP2000370068A
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Japanese (ja)
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Takashi Ozawa
崇 小澤
Hiromasa Takashima
裕正 高島
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a larger change in resistance than that of a heater as a resistor with an eventual combustion heat transmitted to the heater by causing an instantaneous burning of particles of smoke adsorbing on the surface of a catalyst during the OFF period of a pulse voltage by heat generated with the pulse voltage turned ON. SOLUTION: This apparatus is provided with a smoke sensor S which has a heater built therein with sensing parts, containing a catalyst detecting smoke SM to generate a reaction heat, installed on the circumference thereof, a pulse voltage generation means EP which applies a pulse voltage with a specified duty ratio to the heater and a sensor signal processing means SP which detects the generation of smoke to be notified to an annunciation means A based on a resistance value of the heater varying with a combustion heat of particles of the smoke on the surface of the catalyst as burned by heat generated from the heater by the pulse voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は火災時に発生する
煙を従来のLPガス及び都市ガス用のガスセンサである
接触燃焼式ガスセンサを用いて検出する煙検知装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a smoke detection device for detecting smoke generated in a fire using a conventional catalytic combustion type gas sensor which is a gas sensor for LP gas and city gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】火災警報器に使用されているセンサで煙
を検知するタイプとして、減光式およびイオン化式の煙
センサが代表的である。しかし、従来の煙センサは構造
が複雑で比較的コストが高いという問題点がある。ま
た、センサ稼働用に100V商用電源が必要なことから
電源設備の無い箇所では容易に設置することが困難であ
るという問題点がある。これら問題点が、煙センサを用
いた火災警報装置が広く普及しない原因となっている。
2. Description of the Related Art As a type of detecting smoke using a sensor used in a fire alarm, a dimming type and an ionizing type smoke sensor are typical. However, the conventional smoke sensor has a problem that the structure is complicated and the cost is relatively high. Further, since a 100 V commercial power supply is required for operating the sensor, there is a problem that it is difficult to easily install the sensor at a location without power supply equipment. These problems cause the fire alarm device using the smoke sensor not to spread widely.

【0003】これらの問題点を解決するためにLPガス
及び都市ガス用のガスセンサである接触燃焼式ガスセン
サを用いて煙を検出する煙センサがある。近年、マイク
ロマシーニング技術を用いてセンサの小型化、低消費電
力化が可能になったため、電池駆動による接触燃焼式ガ
スセンサを用いて煙を検出することが可能となった。
In order to solve these problems, there is a smoke sensor that detects smoke using a contact combustion type gas sensor that is a gas sensor for LP gas and city gas. In recent years, it has become possible to reduce the size and power consumption of the sensor by using micromachining technology. Therefore, it has become possible to detect smoke using a contact combustion gas sensor driven by a battery.

【0004】図6は接触燃焼式ガスセンサの断面図であ
り、図7は図6においてキャップCを取り除いた時の接
触燃焼式ガスセンサの上面図である。図6に示すよう
に、接触燃焼式ガスセンサは、センサ素子COSを収納
するハウジングをセンサ台座(ステム)SBと金網で形
成されたキャップCより構成されている。台座SBには
センサ素子COSを固着し、センサ素子COSにおける
ヒータHが接続される電極パッドEP上の電極ELと外
部引き出しリードとなるピンP1,P3とを金属細線W
によりボンデイング法で接続する。接続の後にキャップ
CをステムSBに被せて溶接することで接触燃焼式ガス
センサモジュールが完成される。このセンサモジュール
はピンP1〜P4により配線基板上に実装され火災監視
区域に配置される。
FIG. 6 is a sectional view of the catalytic combustion type gas sensor, and FIG. 7 is a top view of the catalytic combustion type gas sensor when the cap C is removed in FIG. As shown in FIG. 6, in the contact combustion type gas sensor, a housing for accommodating the sensor element COS includes a sensor pedestal (stem) SB and a cap C formed of a wire mesh. The sensor element COS is fixed to the pedestal SB, and the electrode EL on the electrode pad EP to which the heater H of the sensor element COS is connected and the pins P1 and P3 serving as external lead leads are connected to the thin metal wire W.
By the bonding method. After the connection, the cap C is put on the stem SB and welded to complete the catalytic combustion type gas sensor module. This sensor module is mounted on a wiring board by pins P1 to P4 and arranged in a fire monitoring area.

【0005】センサ素子COSは図6の断面図に示され
るように結晶方位のシリコン(Si)基板Bを備えて構
成されており、このシリコン基板Bの上面にはSiO2
膜M2、Si34膜M1の順序で熱絶縁膜が形成されて
いる。また、Si34膜M1の上面にはスパッタリング
法で積層したPt膜の薄膜(約2500〜5000Å)
からなる2つのヒータH1,H2(図7を参照)が所定
の間隙をおいて配置されている。これらヒータH1,H
2は図7より明らかように、中央部に細い薄膜抵抗膜
(図示せず)が多数回矩形状に折り曲げられてヒータ本
体を形成する。
[0005] Sensor element COS are configured with a crystal orientation of silicon (Si) substrate B as shown in the sectional view of FIG. 6, on the upper surface of the silicon substrate B SiO 2
A heat insulating film is formed in the order of the film M2 and the Si 3 N 4 film M1. On the upper surface of the Si 3 N 4 film M1, a thin Pt film (about 2500 to 5000 °) laminated by a sputtering method.
The two heaters H1 and H2 (see FIG. 7) are disposed with a predetermined gap. These heaters H1, H
7, a thin thin film resistance film (not shown) is bent many times into a rectangular shape at the center to form a heater body, as is apparent from FIG.

【0006】また、ヒータH1,H2は、ピンP1〜P
4と金属線Wによりボンデイング接続可能な面積の電極
パッドEPと接続されている。尚、隣接するヒータH
1,H2の短絡を防止すると共に、ヒータH1,H2と
後述の感応部(検知素子)、温度補償部(比較素子)と
が接触して反応するのを防ぐ意味で、センサ素子COS
の表面にCVD法、スパッタ法などによりSiO 2,S
34またはPSG(りん珪酸ガラス)の単層または多
層の膜を成膜することも可能である。
The heaters H1 and H2 are connected to pins P1 to P1.
4 and an electrode of an area that can be bonded and connected by metal wire W
Connected to pad EP. The adjacent heater H
1 and H2 are prevented from being short-circuited, and the heaters H1 and H2 are
Sensing part (detection element) and temperature compensation part (comparative element)
Sensor element COS in order to prevent
On the surface of SiO by CVD, sputtering, etc. Two, S
iThreeNFourOr single layer or multiple layers of PSG (phosphosilicate glass)
It is also possible to form a layer film.

【0007】ヒータH1の上部には、保護膜上にPd
(5−15wt%)を坦持したγ−アルミナを触媒層C
Tとして用いた感応部TSが形成される。また、ヒータ
H2の上部にはγまたはα−アルミナを触媒層CTとし
て用いた温度補償部TCが形成されている。この温度補
償部TCは、周囲温度の変動によるヒータH1の抵抗値
の変動を補償するためのものである。感応部TCと同じ
熱容量になるように形成されている。また、ヒータH
1,H2は、常時通電されて感応部を300℃以上にし
て適度な感ガス特性を保っている。
On top of the heater H1, Pd is deposited on the protective film.
(5-15% by weight) on the catalyst layer C
The sensitive part TS used as T is formed. Further, a temperature compensating portion TC using γ or α-alumina as the catalyst layer CT is formed above the heater H2. The temperature compensating unit TC is for compensating for a change in the resistance value of the heater H1 due to a change in the ambient temperature. It is formed so as to have the same heat capacity as the sensitive part TC. Also, the heater H
1 and H2 are kept energized at all times to keep the sensitive part at 300 ° C. or more and maintain appropriate gas-sensitive characteristics.

【0008】また、感応部TSと温度補償部TCが設け
られている位置のシリコン基板Bの裏面側に図示しない
凹部を形成することで、ダイアフラムDIを形成してい
る。
The diaphragm DI is formed by forming a concave portion (not shown) on the back surface of the silicon substrate B at the position where the sensitive portion TS and the temperature compensating portion TC are provided.

【0009】感応部TSに対応するヒータH1及び温度
補償部TCに対応するヒータH2は、図8に示すように
固定抵抗R1、固定抵抗R2および可変抵抗Rvと共に
ブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路にはヒータH
1の抵抗値変化に伴って流れるブリッジ不平衡電流を火
災により発生した煙として検出する検出回路DT、連続
通電用の直流電源による駆動電源E2が接続されてい
る。
The heater H1 corresponding to the sensitive section TS and the heater H2 corresponding to the temperature compensating section TC constitute a bridge circuit together with a fixed resistor R1, a fixed resistor R2 and a variable resistor Rv as shown in FIG. Heater H
A detection circuit DT for detecting a bridge unbalanced current flowing due to a change in the resistance value as smoke generated by a fire, and a drive power supply E2 by a DC power supply for continuous conduction are connected.

【0010】このセンサ素子COSを使用するに際して
は、先ず、煙を流さない状態では検出回路DTに電流が
流れないように可変抵抗器Rvを調節してブリッジ回路
の平衡をとる。この状態において、煙の粒子が感応部T
Sの触媒層に触れると、触媒作用により感応部TSの表
面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱によりヒー
タH1の抵抗値が上昇し、抵抗値の上昇によりブリッジ
回路の平衡が崩れ、検出回路DTに電流が流れることに
なる。検出回路DTはこの電流値を測定して煙中のガス
濃度を算出する。
When using the sensor element COS, first, the variable resistor Rv is adjusted so as to prevent a current from flowing to the detection circuit DT in a state where smoke is not flowing, and a bridge circuit is balanced. In this state, the smoke particles move to the sensitive part T
When the S catalyst layer is touched, it is oxidized by the catalytic action on the surface of the sensitive portion TS to generate reaction heat. The resistance value of the heater H1 increases due to the reaction heat, and the balance of the bridge circuit is broken due to the increase in the resistance value, so that a current flows through the detection circuit DT. The detection circuit DT measures this current value to calculate the gas concentration in the smoke.

【0011】以下、一酸化炭素、メタン、水素、酢酸等
のガス濃度を0より1000ppmに変化させた場合に
おける連続通電式の接触燃焼式ガスセンサの出力特性を
図10に示す、この特性図より明らかなように不完全燃
焼時に発生する一酸化炭素や都市ガスの漏洩時に発生す
るメタンに対しては、双方のガス濃度が1000ppm
であってもセンサ出力は共に150mV程度である。
FIG. 10 shows the output characteristics of a continuously energizing contact combustion type gas sensor when the gas concentration of carbon monoxide, methane, hydrogen, acetic acid and the like is changed from 0 to 1000 ppm. As for carbon monoxide generated during incomplete combustion and methane generated when city gas leaks, both gas concentrations are 1000 ppm.
However, the sensor output is about 150 mV.

【0012】また、煙の検知感度に関しては、図11に
示すように、例えば、濾紙(175×175mm)を4
00℃で燻焼させた煙を50L(リトル)チャンバー内
にポンプで1分間注入させた後、チャンバー内にガスセ
ンサをセットして5分間に渡ってセンサ出力を測定した
ところほぼ90mV程度であり、煙草1本に火をつけ5
0L(リトル)チャンバー内に5分間放置してその間
に、チャンバー内にガスセンサをセットしてセンサ出力
を測定したところほぼ130mV程度であり、或いは線
香3本に火をつけ50L(リトル)チャンバー内に5分
間放置してその間に、チャンバー内にガスセンサをセッ
トしてセンサ出力を測定したところほぼ150mV程度
であった。
Regarding the smoke detection sensitivity, as shown in FIG. 11, for example, filter paper (175 × 175 mm)
After the smoke smoked at 00 ° C. was injected into a 50 L (little) chamber for 1 minute by a pump, a gas sensor was set in the chamber, and the sensor output was measured for 5 minutes. Set one cigarette on fire 5
A gas sensor was set in the chamber and the sensor output was measured when it was left in the 0 L (little) chamber for 5 minutes. The output was about 130 mV. After leaving it for 5 minutes, a gas sensor was set in the chamber and the sensor output was measured. The result was about 150 mV.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の連続通電方式の
接触燃焼式ガスセンサは図10、図11に示すように一
酸化炭素とメタン検出感度はほぼ1000ppmで約1
50mVであり、また各種煙検出は着火5分後でも15
0mVであり、各種被検出物対する感度は比較的低く感
度特性もほぼ同様である。従って、センサ出力からは煙
検知に伴う火災検出と一酸化炭素検出に伴うガス不完全
燃焼あるいはメタンガス検出に伴う都市ガス漏洩との識
別は不可能であり、連続通電方式の接触燃焼式ガスセン
サを煙検知により火災検出を行う火災警報器へ使用する
ことは困難であるという問題点がある。
As shown in FIGS. 10 and 11, a conventional continuous-current contact-combustion type gas sensor has a sensitivity of detecting carbon monoxide and methane of about 1000 ppm and about 1 ppm.
50 mV, and various smoke detections were 15 minutes even after 5 minutes of ignition.
0 mV, and the sensitivity to various detection objects is relatively low, and the sensitivity characteristics are almost the same. Therefore, from the sensor output, it is impossible to distinguish between fire detection due to smoke detection and incomplete gas combustion due to carbon monoxide detection or city gas leakage due to methane gas detection. There is a problem that it is difficult to use it for a fire alarm which performs fire detection by detection.

【0014】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、公知の接触燃焼式ガスセン
サを使用し、火災時に発生する煙を、ガス不完全燃焼時
に発生する一酸化炭素や都市ガス漏洩時に発生するメタ
ンガス等とを識別して感度よく検知できる煙検知装置を
得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and uses a known contact combustion type gas sensor to reduce the smoke generated at the time of fire and the carbon monoxide generated at the time of incomplete combustion of gas. It is an object of the present invention to obtain a smoke detection device capable of detecting with high sensitivity by distinguishing between methane gas and the like generated at the time of city gas leakage.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明に係る煙検知装
置は図1の基本構成図に示されるように、煙SMを検知
して反応熱の生じる触媒の含まれる感応部を周囲に設け
たヒータが内蔵された煙センサSと、このヒータに所定
デューティ比のパルス電圧を印加するパルス電圧発生手
段EPと、前記パルス電圧による前記ヒータの発熱で燃
焼した前記触媒表面の煙粒子の燃焼熱により変化する前
記ヒータの抵抗値に基づいて煙発生を検知し報知手段A
に知らせるセンサ信号処理手段SPとを備えたものであ
る。この発明は、パルス電圧のOFF期間に触媒に吸着
された煙の分子をパルス電圧のON期間でヒータの発熱
により燃焼させ、この際の高燃焼熱をヒータに伝えるこ
とでヒータの大きな抵抗変化が得られるため、センサよ
り大きな出力が得られる。
As shown in the basic configuration diagram of FIG. 1, a smoke detecting device according to the present invention has a sensitive portion including a catalyst that generates a reaction heat upon detecting smoke SM around its periphery. A smoke sensor S having a built-in heater, pulse voltage generating means EP for applying a pulse voltage having a predetermined duty ratio to the heater, and combustion heat of smoke particles on the catalyst surface burned by the heat generated by the heater due to the pulse voltage. Means for detecting smoke based on the changing resistance value of the heater and informing means A
And a sensor signal processing means SP for notifying the user. According to the present invention, the smoke molecules adsorbed on the catalyst during the pulse voltage OFF period are burned by the heat generated by the heater during the pulse voltage ON period, and the high combustion heat transmitted to the heater at this time causes a large resistance change of the heater. Therefore, an output larger than that of the sensor can be obtained.

【0016】この発明に係る煙検知装置の煙センサS
は、パルス電圧のOFF時間に触媒の表面に吸着した煙
SMの粒子を、前記パルス電圧のON時にヒータの発熱
で一気に燃焼させ、その燃焼熱を前記ヒータに伝達する
ものである。この発明は、パルス電圧のOFF時間に煙
の粒子を触媒の表面に吸着させ、この吸着した煙の粒子
をパルス電圧のONによるヒータの発熱で一気に燃焼さ
せて高燃焼熱を抵抗体としてのヒータに与え、大きな抵
抗変化を得る。
The smoke sensor S of the smoke detector according to the present invention
In the method, the smoke SM particles adsorbed on the surface of the catalyst during the OFF time of the pulse voltage are burned at once by the heat generated by the heater when the pulse voltage is ON, and the combustion heat is transmitted to the heater. According to the present invention, smoke particles are adsorbed on the surface of the catalyst during the off time of the pulse voltage, and the adsorbed smoke particles are burned at once by the heat generated by the heater when the pulse voltage is turned on, so that the high combustion heat is used as a resistor as a heater. To obtain a large resistance change.

【0017】この発明に係る煙検知装置の煙センサS
は、前記ヒータを抵抗とみなして他の抵抗体と共にブリ
ッジ回路を構成してパルス電圧を印加し、このパルス電
圧のON時におけるヒータの抵抗変化に伴う前記ブリッ
ジ回路の出力信号に基づいて煙発生の有無を検出するも
のである。この発明は、パルス電圧のON時における触
媒の反応熱によりヒータの抵抗値が上昇し、この抵抗値
の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れて電流が流れる
ことにより煙を検知する。
The smoke sensor S of the smoke detector according to the present invention
Treats the heater as a resistor, forms a bridge circuit with other resistors, applies a pulse voltage, and generates smoke based on an output signal of the bridge circuit accompanying a change in resistance of the heater when the pulse voltage is turned on. This is to detect the presence or absence of. According to the present invention, the resistance value of the heater rises due to the reaction heat of the catalyst when the pulse voltage is turned on, and the rise in the resistance value breaks the balance of the bridge circuit and causes the current to flow, thereby detecting smoke.

【0018】この発明に係る煙検知装置の電圧発生手段
EPは、パルス電圧のON−OFFデューティ比を可変
するデューティ比制御手段DCを設けたものである。こ
の発明は、触媒表面に煙の分子を吸着させるパルス電圧
のOFF時間と、この吸着された煙の分子を燃焼させる
ON時間をパルス電圧のON−OFFデューティ比を可
変して調整するものである。
The voltage generating means EP of the smoke detecting apparatus according to the present invention is provided with a duty ratio control means DC for varying the ON-OFF duty ratio of the pulse voltage. According to the present invention, the OFF time of the pulse voltage for adsorbing smoke molecules on the catalyst surface and the ON time for burning the adsorbed smoke molecules are adjusted by varying the ON-OFF duty ratio of the pulse voltage. .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
一実施の形態に係る煙検知装置を、各添付図面を参照し
て説明する。尚、本実施の形態で煙センサとして用いる
接触燃焼式ガスセンサの構成は図6,7,9に示すもの
と同様である。本発明は、接触燃焼式ガスセンサを接触
燃焼式煙センサとして使用し、不完全燃焼時に発生する
一酸化炭素や都市ガスの漏洩時に発生するメタンガス等
の影響を受けず、火災時に発生する煙(主として木材等
の燃焼による熱分解時に発生する物質である、セルロー
ス、リグニン、キシラン、グルコマンナン(木材学会誌
VOL,41、No.10.p.879・886(19995) 木材お
よびセルロースの熱分解速度論を参照)を高感度に検知
して火災発生を判断するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a smoke detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The configuration of the contact combustion type gas sensor used as the smoke sensor in the present embodiment is the same as that shown in FIGS. The present invention uses a catalytic combustion type gas sensor as a catalytic combustion type smoke sensor, and is not affected by carbon monoxide generated at the time of incomplete combustion or methane gas generated at the time of city gas leakage, and smoke generated at the time of fire (mainly, Cellulose, lignin, xylan, glucomannan, which are substances generated during the thermal decomposition of wood, etc.
VOL, 41, No. Ten. p. 879, 886 (19995) See the thermal decomposition kinetics of wood and cellulose) with high sensitivity to determine the occurrence of fire.

【0020】図2は本実施の形態による煙検知装置の基
本構成図である。この構成によれば、感応部TSに対応
するヒータH1及び温度補償部TCに対応するヒータH
2は、図2に示すように固定抵抗R1、固定抵抗R2お
よび可変抵抗Rvによりブリッジ回路を形成する。この
ブリッジ回路には検出回路(センサ信号処理手段)DT
a、ブリッジ回路に印加するパルス電圧Voutのデュ
ーティサイクルを可変できる駆動電源(パルス電圧発生
手段、デューティ比制御手段)E1が接続されている。
更に、図示しないが検出回路DTaには火災発生を報知
する報知手段が内蔵される。
FIG. 2 is a basic configuration diagram of the smoke detector according to the present embodiment. According to this configuration, the heater H1 corresponding to the sensitive unit TS and the heater H corresponding to the temperature compensating unit TC
2 forms a bridge circuit by the fixed resistor R1, the fixed resistor R2, and the variable resistor Rv as shown in FIG. This bridge circuit includes a detection circuit (sensor signal processing means) DT
a, a drive power supply (pulse voltage generation means, duty ratio control means) E1 that can vary the duty cycle of the pulse voltage Vout applied to the bridge circuit is connected.
Further, although not shown, the detection circuit DTa has a built-in notification means for notifying the occurrence of a fire.

【0021】このセンサ素子COSから構成されるブリ
ッジ回路を使用するに際しては、先ず、煙を流さない状
態ではパルス電圧ON時の電流が検出回路DTaに流れ
ないように可変抵抗器Rvを調節してブリッジ回路の平
衡をとる。この平衡状態において、煙の粒子がパルス電
圧OFF時に感応部TSに触れると、この粒子はパルス
電圧ON時に発熱したヒータH1により加熱された触媒
により一気に燃焼する。この燃焼熱により抵抗体として
のヒータH1の抵抗値が上昇し、抵抗値の上昇によりブ
リッジ回路の平衡が崩れ、検出回路DTaにパルス電流
が流れることになる。検出回路DTaはこのパルス電流
をピークホールドして測定し、その測定値を電圧変換し
て煙中のガス濃度を算出する。或いは、パルス電流を一
定時間積分し、その積分値をガス濃度の測定値としても
よい。一般にセンサ出力Eは以下の式で表される。
When using the bridge circuit composed of the sensor element COS, first, the variable resistor Rv is adjusted so that the current when the pulse voltage is ON does not flow to the detection circuit DTa when smoke is not flowing. Balance the bridge circuit. In this equilibrium state, when the smoke particles touch the sensitive part TS when the pulse voltage is turned off, the particles burn at once with the catalyst heated by the heater H1 that generates heat when the pulse voltage is turned on. The resistance value of the heater H1 as a resistor increases due to the combustion heat, and the balance of the bridge circuit is broken by the increase in the resistance value, so that a pulse current flows to the detection circuit DTa. The detection circuit DTa peak-holds and measures the pulse current, converts the measured value into a voltage, and calculates the gas concentration in the smoke. Alternatively, the pulse current may be integrated for a certain period of time and the integrated value may be used as the measured value of the gas concentration. Generally, the sensor output E is represented by the following equation.

【0022】E=E0(((RF1+ΔRF1)/(RF1
F2+ΔRF1))−(R1/(R1+R2))) ここで、E0はブリッジの両端に印加する電圧、RF1
感応部TSにおけるヒータH1の抵抗値、RFは温度補
償部TCにおけるヒータH2の抵抗値、ΔRF1はヒータ
H1の抵抗変化、ΔRFはヒータH2の抵抗変化であ
る。
E = E0 (((R F1 + ΔR F1 ) / (R F1 +
R F2 + ΔR F1 ))-(R1 / (R1 + R2))) Here, E0 is a voltage applied to both ends of the bridge, R F1 is a resistance value of the heater H1 in the sensitive part TS, and R F is a heater in the temperature compensation part TC. The resistance value of H2, ΔR F1 is the resistance change of the heater H1, and ΔR F is the resistance change of the heater H2.

【0023】駆動電源E1の構成の一例としては、図3
に示すデューティ可変パルス回路がある。この回路によ
ればタイミングコンデンサC1の充電と放電の時定数R
4・C1とR5・C1は、当初、R4=R5に設定して
あるため全く同じである。ダイオードDI,D2を用
い、タイミングコンデンサC1に入出力される電流を充
電電流と放電電流とを分けて、放電回路(ダイオードD
2、可変抵抗R5、タイミングコンデンサC1より構成
される。)と充電回路(ダイオードD1、可変抵抗R
4、タイミングコンデンサC1より構成される。)にお
ける可変抵抗R4,R5の抵抗値を変えればタイミング
コンデンサC1の充電時間と放電時間の値が異なってく
る。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the driving power source E1.
There is a duty variable pulse circuit shown in FIG. According to this circuit, the time constant R for charging and discharging the timing capacitor C1
4.C1 and R5.C1 are exactly the same because R4 = R5 is initially set. Using the diodes DI and D2, the current input to and output from the timing capacitor C1 is divided into a charging current and a discharging current to form a discharging circuit (diode D2).
2. It comprises a variable resistor R5 and a timing capacitor C1. ) And charging circuit (diode D1, variable resistor R)
4. It is composed of a timing capacitor C1. If the resistance values of the variable resistors R4 and R5 in () are changed, the values of the charging time and the discharging time of the timing capacitor C1 differ.

【0024】この回路において、タイミングコンデサC
1の充電電流は、可変抵抗R4とダイオードD2とを流
れるため可変抵抗R4の抵抗値を変えてタイミングコン
デサC1と共に充電時定数を定めるとパルス電圧Vou
tのON時間t1が決まる。タイミングコンデサC1の
放電電流は、可変抵抗R5とダイオードD2とを流れる
から可変抵抗R5の抵抗値を変えればパルス電圧Vou
tのOFF時間t2は変わる。
In this circuit, the timing capacitor C
Since the charging current of 1 flows through the variable resistor R4 and the diode D2, if the charging time constant is determined together with the timing capacitor C1 by changing the resistance value of the variable resistor R4, the pulse voltage Vou
The ON time t1 of t is determined. Since the discharge current of the timing capacitor C1 flows through the variable resistor R5 and the diode D2, if the resistance value of the variable resistor R5 is changed, the pulse voltage Vou
The OFF time t2 of t changes.

【0025】従って、可変抵抗R4とR5の値を独立に
変えることでパルス電圧VoutのON時間t1とOF
F時間t2を独立に変えることができるためOFF時の
煙粒子の付着量を調整できる。また、煙粒子燃焼に要す
るパルス電圧VoutのON時間t1を調整することで
バッテリの消費量を調整できる。パルス電圧Voutの
ON時間t1とOFF時間t2は以下の式より導き出さ
れる。
Therefore, by independently changing the values of the variable resistors R4 and R5, the ON time t1 of the pulse voltage Vout and the OF time
Since the F time t2 can be changed independently, the amount of smoke particles attached at the time of OFF can be adjusted. Further, the amount of battery consumption can be adjusted by adjusting the ON time t1 of the pulse voltage Vout required for smoke particle combustion. The ON time t1 and the OFF time t2 of the pulse voltage Vout are derived from the following equations.

【0026】t1=−R4・C1ln(1/2)≒0.
694R4・C1 t2=−R5・C1ln(1/2)≒0.694R5・
C1
T1 = −R4 · C1ln (1/2) ≒ 0.
694R4 · C1 t2 = −R5 · C1ln (1/2) ≒ 0.694R5 ·
C1

【0027】以上のように充電時定数と放電時定数を変
え、駆動電源E2よりOFF時間約30秒、ON時間約
100msecのパルス電圧をブリッジ回路に加え、3
0秒に一回、100msec程度、ヒータH1,H2に
通電してパルス電圧のOFF時に触媒に吸着された煙の
粒子を、パルス電圧のON時に一気に燃焼させることで
恰も煙の濃度が高い状態の様な反応を示す。この結果、
図5のセンサ出力特性図に示されるように従来の連続通
電による接触燃焼式ガスセンサによる煙検出感度に比べ
て10倍以上の煙検出感度を得ることができる。
As described above, the charging time constant and the discharging time constant are changed, and a pulse voltage having an OFF time of about 30 seconds and an ON time of about 100 msec is applied to the bridge circuit from the driving power source E2.
Once every 0 seconds, the heaters H1 and H2 are energized for about 100 msec to burn the smoke particles adsorbed on the catalyst when the pulse voltage is turned off at once when the pulse voltage is turned on. Shows a similar reaction. As a result,
As shown in the sensor output characteristic diagram of FIG. 5, it is possible to obtain a smoke detection sensitivity 10 times or more as compared with the smoke detection sensitivity of the conventional contact combustion type gas sensor by continuous energization.

【0028】また、図10に示す従来の連続通電による
接触燃焼式ガスセンサによる各ガス検出感度に比べて大
きな感度を得ることができる。この結果、煙に対して大
きな検出感度が得られることで、不完全燃焼時に発生す
る一酸化炭素および都市ガス漏洩時に発生するメタンガ
スと火災発生時の煙との識別は可能となる。また、パル
ス通電による接触燃焼式煙センサで一酸化炭素やメタン
ガスを検出したとしても、これらガスの濃度が6000
ppm以上にならないとセンサ出力は1000mVまで
到達しない。
Further, it is possible to obtain a greater sensitivity than each conventional gas detection sensitivity of the contact combustion type gas sensor by continuous energization shown in FIG. As a result, a large detection sensitivity is obtained for smoke, so that it is possible to distinguish between carbon monoxide generated during incomplete combustion and methane gas generated during city gas leakage and smoke generated at the time of fire. Also, even if carbon monoxide and methane gas are detected by a contact combustion type smoke sensor using pulsed electricity, the concentration of these gases is 6000.
If it does not reach ppm or more, the sensor output does not reach 1000 mV.

【0029】パルス通電による接触燃焼式煙センサが火
災時に発生する各種煙に対して大きな検出感度が得られ
るのは以下の理由からである。通常のガス(メタンや酸
素)はヒータに印加するパルス電圧をON−OFF駆動
させても、OFF時にガスの粒子が触媒層にほとんど吸
着しないことから連続通電の場合と同様に感度は殆ど変
わらない。しかし、火災時に発生する煙の粒子は連続通
電では常時、触媒層で燃焼反応を起こすので感度はそれ
ほど上がらないが、火災時に発生する煙の粒子はOFF
時に触媒層の表面に吸着するため、吸着した粒子をON
時に一気に接触燃焼させることで高い感度が得られる。
以上のような理由から、パルス電圧VoutのOFF時
間に煙の粒子は感応部TSを構成する触媒層の表面に吸
着し、パルス電圧VoutのON時間にOFF時間に吸
着していた煙の粒子を一気にヒータH1の発熱で燃焼さ
せると高い燃焼温度が得られ、ヒータH1の抵抗体とし
ての抵抗変化ΔRが次の関係式により変化する。
The reason why the contact combustion type smoke sensor by the pulsed current can obtain a large detection sensitivity to various types of smoke generated at the time of fire is as follows. For ordinary gases (methane and oxygen), even if the pulse voltage applied to the heater is turned on and off, the sensitivity is almost the same as in the case of continuous energization, since gas particles hardly adsorb to the catalyst layer when the pulse voltage is turned off. . However, the smoke particles generated in the event of a fire always cause a combustion reaction in the catalyst layer during continuous energization, so the sensitivity does not increase so much.
Sometimes adsorbed particles are turned on because they are adsorbed on the surface of the catalyst layer
High sensitivity can be obtained by sometimes performing contact combustion at once.
For the above reasons, the smoke particles are adsorbed on the surface of the catalyst layer constituting the sensitive part TS during the OFF time of the pulse voltage Vout, and the smoke particles adsorbed during the OFF time during the ON time of the pulse voltage Vout. A high combustion temperature is obtained when the heater H1 generates heat at once, and the resistance change ΔR of the heater H1 as a resistor changes according to the following relational expression.

【0030】ΔR=kCQ(kは定数) ここで、Qは分子燃焼熱、Cをガス(煙)濃度ΔR = kCQ (k is a constant) where Q is the heat of molecular combustion and C is the gas (smoke) concentration

【0031】上記関係式から明らかなように、ヒータH
1の発熱により、触媒に接触した煙粒子の燃焼熱(Q)
を高めることで、大きな抵抗変化ΔRが得られるため、
ヒータH1を抵抗片として使用したブリッジ回路から大
きな出力が得られる。依って、従来の連続通電による接
触燃焼式ガスセンサよりも大きな検知感度が得られる。
As is apparent from the above equation, the heater H
Heat of combustion (Q) of smoke particles in contact with catalyst due to heat generated in (1)
, A large resistance change ΔR can be obtained.
A large output can be obtained from a bridge circuit using the heater H1 as a resistor. As a result, a higher detection sensitivity can be obtained than in the conventional continuous combustion type gas sensor of the contact combustion type.

【0032】接触燃焼式煙センサの感度調整は、OFF
時間、即ち放電時間を可変抵抗R5で調整することでな
される。この発明はマイクロマシーニング技術を用いな
いPtコイルを用いた接触燃焼式センサへの適用も可能
である。また、煙を検出する感応部の触媒としてはγ又
はα―アルミナ以外に、Ptを含む貴金属触媒でも、反
応温度が得られる出力に多少差異は現れるが煙検出は可
能である。
The sensitivity adjustment of the contact combustion type smoke sensor is OFF.
The time, that is, the discharge time is adjusted by the variable resistor R5. The present invention can be applied to a contact combustion type sensor using a Pt coil without using micromachining technology. In addition, as a catalyst of the sensitive part for detecting smoke, in addition to γ or α-alumina, even if a noble metal catalyst containing Pt is used, smoke detection is possible although there is a slight difference in the output from which the reaction temperature can be obtained.

【0033】以上のように、この発明によれば従来の連
続通電による接触燃焼式ガスセンサへの通電を、連続通
電よりパルス電圧による間欠通電に替えてヒータを通電
し、触媒層に吸着した煙の粒子をパルスON時のヒータ
発熱により一気に燃焼させ、この際の高燃焼熱をヒータ
に伝えることで大きな抵抗変化を得て、ブリッジ回路よ
り大きな出力を得るようにした。この結果、感度高く火
災時の煙を検知して報知手段(図1を参照)に知らせ、
火災警報を発令させる。
As described above, according to the present invention, the heater is energized instead of the conventional energization to the contact combustion type gas sensor by continuous energization, instead of continuous energization by intermittent energization by a pulse voltage, and the smoke adsorbed on the catalyst layer is removed. Particles were burned at once by the heat generated by the heater when the pulse was turned on, and a large change in resistance was obtained by transmitting the high combustion heat at this time to the heater, so that an output larger than that of the bridge circuit was obtained. As a result, the smoke at the time of the fire is detected with high sensitivity and notified to the notification means (see FIG. 1).
Issue a fire alarm.

【0034】[0034]

【発明の効果】この発明によれば、パルス電圧のOFF
期間に触媒に吸着された煙の分子をパルス電圧のON期
間でヒータの発熱により燃焼させ、この際の高燃焼熱を
ヒータに伝えることでヒータの大きな抵抗変化が得られ
るため、センサより大きな出力が得られ煙に対する検知
感度が向上するという効果がある。
According to the present invention, the pulse voltage is turned off.
The smoke molecules adsorbed on the catalyst during the period are burned by the heat generated by the heater during the ON period of the pulse voltage, and the high combustion heat is transmitted to the heater to obtain a large resistance change of the heater, so that the output of the sensor is larger. And the detection sensitivity to smoke is improved.

【0035】この発明によれば、パルス電圧のOFF時
間に触媒の表面に吸着した煙の粒子を、パルス電圧のO
Nによるヒータの発熱で一気に燃焼させてこの燃焼時の
熱をヒータに伝達することで、抵抗体としてのヒータよ
り大きな抵抗変化が得られるため、この抵抗変化を電圧
変化として取り出すことで高感度に煙を検知できるとい
う効果がある。
According to the present invention, the smoke particles adsorbed on the surface of the catalyst during the OFF time of the pulse voltage are removed by the pulse voltage of O.
By causing the heat generated by the heater to burn at once and transferring the heat generated during the combustion to the heater, a larger resistance change than the heater as a resistor can be obtained. There is an effect that smoke can be detected.

【0036】この発明は、パルス電圧のON時における
触媒の燃焼熱によりヒータの抵抗値が上昇し、この抵抗
値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れて電流が流れ
ることにより煙を検知することで、従来の接触燃焼式ガ
スセンサを用いて煙検知を簡易な構成で行えるという効
果がある。
According to the present invention, the resistance value of the heater rises due to the combustion heat of the catalyst when the pulse voltage is ON, and the bridge circuit breaks due to the rise in the resistance value, and current flows, thereby detecting smoke. In addition, there is an effect that smoke detection can be performed with a simple configuration using a conventional contact combustion type gas sensor.

【0037】この発明によれば、触媒表面に煙の粒子を
吸着させるパルス電圧のOFF時間と、この吸着された
煙の粒子を燃焼させるON時間をパルス電圧のON−O
FFデューティ比を可変して調整することで、煙検知の
感度調整を容易に行えるという効果がある。
According to the present invention, the OFF time of the pulse voltage for adsorbing the smoke particles on the catalyst surface and the ON time for burning the adsorbed smoke particles are defined as ON-O of the pulse voltage.
By varying and adjusting the FF duty ratio, there is an effect that the sensitivity of smoke detection can be easily adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1はこの発明に係る煙検知装置の基本構成図
である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a smoke detection device according to the present invention.

【図2】図2は本実施の形態に係る煙センサの概略構成
図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a smoke sensor according to the present embodiment.

【図3】図3は本実施の形態に係る駆動電源の内部構成
である。
FIG. 3 is an internal configuration of a drive power supply according to the present embodiment.

【図4】図4は本実施の形態に係る駆動電源の出力特性
図である。
FIG. 4 is an output characteristic diagram of the drive power supply according to the present embodiment.

【図5】図5は本実施の形態に係る煙センサの感度特性
図である。
FIG. 5 is a sensitivity characteristic diagram of the smoke sensor according to the present embodiment.

【図6】図6は本実施の形態に係る煙センサの内部構成
図である。
FIG. 6 is an internal configuration diagram of the smoke sensor according to the present embodiment.

【図7】図7は図6に示す煙センサの内部平面図であ
る。
FIG. 7 is an internal plan view of the smoke sensor shown in FIG. 6;

【図8】図8は従来の接触燃焼式ガスセンサの概略構成
図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional catalytic combustion type gas sensor.

【図9】図9は図8に示す接触燃焼式ガスセンサの一部
断面斜視図である。
9 is a perspective view, partly in section, of the catalytic combustion type gas sensor shown in FIG. 8;

【図10】図10は従来の接触燃焼式ガスセンサの各種
ガス検知感度特性図である。
FIG. 10 is a diagram showing various gas detection sensitivity characteristics of a conventional contact combustion type gas sensor.

【図11】図11従来の接触燃焼式ガスセンサの各種煙
検知感度特性図である。
FIG. 11 is a diagram showing various smoke detection sensitivity characteristics of the conventional contact combustion type gas sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S 煙センサ(接触燃焼式煙センサ) EP パルス電圧発生手段 DC デューティ比制御手段 SP センサ信号処理手段 A 報知手段 S smoke sensor (contact combustion type smoke sensor) EP pulse voltage generation means DC duty ratio control means SP sensor signal processing means A notification means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G060 AA02 AE19 AF09 BA03 BB02 HA03 HC02 HC10 5C085 AA03 AB01 AC03 BA17 CA07 CA30 EA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G060 AA02 AE19 AF09 BA03 BB02 HA03 HC02 HC10 5C085 AA03 AB01 AC03 BA17 CA07 CA30 EA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 煙を検知して反応熱が生じる触媒の含ま
れる感応部を周囲に設けたヒータの内蔵された煙センサ
と、このヒータに所定デューティ比のパルス電圧を印加
するパルス電圧発生手段と、前記パルス電圧による前記
ヒータの発熱で燃焼した前記触媒表面の煙粒子の燃焼熱
により変化する前記ヒータの抵抗値に基づいて煙発生を
検知し報知手段に知らせるセンサ信号処理手段とを備え
たことを特徴とする煙検知装置。
1. A smoke sensor having a built-in heater provided around a sensitive portion including a catalyst that generates reaction heat upon detecting smoke, and a pulse voltage generating means for applying a pulse voltage having a predetermined duty ratio to the heater. And sensor signal processing means for detecting smoke generation based on the resistance value of the heater which changes due to the combustion heat of the smoke particles on the catalyst surface burned by the heat generated by the heater due to the pulse voltage and informing the notification means. A smoke detector characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記煙センサは、パルス電圧のOFF時
間に触媒の表面に吸着した煙の粒子を、前記パルス電圧
のON時にヒータの発熱で一気に燃焼させ、その燃焼熱
を前記ヒータに伝達することを特徴とする請求項1に記
載の煙検知装置。
2. The smoke sensor burns smoke particles adsorbed on the surface of the catalyst during the OFF time of the pulse voltage by the heat generated by the heater when the pulse voltage is ON, and transmits the combustion heat to the heater. The smoke detection device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記煙センサは、前記ヒータを抵抗とみ
なして他の抵抗体と共にブリッジ回路を構成してパルス
電圧を印加し、このパルス電圧のON時における前記ヒ
ータの抵抗変化に伴う前記ブリッジ回路の出力信号に基
づいて煙発生の有無を検出することを特徴とする請求項
1または2に記載の煙検知装置。
3. The smoke sensor regards the heater as a resistor, forms a bridge circuit together with another resistor, applies a pulse voltage, and applies a pulse voltage to the bridge due to a change in resistance of the heater when the pulse voltage is turned on. The smoke detection device according to claim 1, wherein the presence or absence of smoke is detected based on an output signal of the circuit.
【請求項4】 前記パルス電圧発生手段は、パルス電圧
のON−OFFデューティ比を可変するデューティ比制
御手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の煙検
知装置。
4. The smoke detecting apparatus according to claim 1, wherein said pulse voltage generating means includes a duty ratio control means for varying an ON-OFF duty ratio of the pulse voltage.
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