JP2002277424A

JP2002277424A - ガス検知装置

Info

Publication number: JP2002277424A
Application number: JP2001073720A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nakatani; 直史中谷; Masao Maki; 正雄牧; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Takashi Niwa; 孝丹羽; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Makoto Shibuya; 誠渋谷; Takahiro Umeda; 孝裕梅田; Hideki Morozumi; 英樹両角
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】省電力化と、一酸化炭素濃度が０のときの加
熱時の出力信号電圧のばらつきの補正と、微小信号の増
幅を容易にする。【解決手段】一酸化炭素検出素子３と同一平面上に形
成された加熱用ヒータ２を有する一酸化炭素センサユニ
ット１、前記加熱用ヒータ２に通電するヒータ駆動部
４、前記一酸化炭素検出素子３の出力信号を受け一酸化
炭素の濃度を判定するセンサ信号処理部１１を有し、前
記ヒータ駆動部４は間欠的に一酸化炭素検出素子３を加
熱し、前記ヒータ駆動部４が加熱用ヒータ２への間欠通
電動作を始めてから最初の複数回の間欠通電動作におけ
る前記一酸化炭素検出素子３のいずれかの出力信号を前
記センサ信号処理部１１が受け取り基準値として保持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱用ヒータによっ
て一酸化炭素検出素子を間欠的に加熱することで省電力
化を図り、電池駆動が可能で間欠的に一酸化炭素を検出
する動作を行うガス検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のガス検知装置は加熱用ヒ
ータに連続的に通電することで検知素子を定常的に加熱
し、常時対象ガスの濃度を測定するものがあった。

【０００３】また、省電力化を図るために加熱用ヒータ
に間欠的に通電するものもあったが定電圧を加熱用ヒー
タに印加するものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス検知装置は加熱用ヒータに連続的に通電したり、あ
るいは間欠的に通電するものであっても通電時間が長い
ために加熱用ヒータと一酸化炭素検出素子を加熱する以
外に周囲にも放熱され電力が無駄に消費されるものであ
った。

【０００５】また、間欠的に通電する形式のものでは、
非加熱時の一酸化炭素検出素子の出力インピーダンスは
１０の１２乗オーム以上と非常に高いため、出力信号は
不安定で意味のないものになっている。一方、加熱時は
一酸化炭素検出素子の温度が加熱で適温に近づくにつれ
て、出力インピーダンスが下がり安定な出力信号を出し
始め、一酸化炭素濃度が０であっても数十ミリボルトか
ら数百ミリボルトの出力信号電圧が発生する。この一酸
化炭素濃度が０のときの加熱時の出力信号電圧は個々の
一酸化炭素検出素子によってばらつきがあるため、セン
サ信号処理部では一酸化炭素検出素子の加熱時の出力信
号の電圧から単純に一酸化炭素濃度を計測するというこ
とが困難であった。また、一酸化炭素を検知したときに
生ずる一酸化炭素検出素子の出力信号の電圧変化分は一
酸化炭素濃度５００ppmに対して数ミリボルトから数十
ミリボルトと微小な信号であるが、先述したように一酸
化炭素濃度が０であっても出力信号に数十ミリボルトか
ら数百ミリボルトの電圧が発生するため、この微小な出
力信号を増幅することが困難であった。

【０００６】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、省電力化と、一酸化炭素濃度が０のときの
加熱時の出力信号電圧のばらつきの補正と、微小信号の
増幅を容易にすることを実現するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、平面状に形成され加熱によって一酸化炭素
を検出する一酸化炭素検出素子ならびにこの一酸化炭素
検出素子と同一平面上に形成された加熱用ヒータを有す
る一酸化炭素センサユニットと、前記加熱用ヒータに通
電するヒータ駆動部と、前記一酸化炭素検出素子の出力
信号を受けて一酸化炭素の濃度を判定するセンサ信号処
理部を具備し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸化炭素
検出素子を加熱し、前記ヒータ駆動部が加熱用ヒータへ
の間欠通電動作を始めてから最初の複数回の間欠通電動
作における前記一酸化炭素検出素子のいずれかの出力信
号をセンサ信号処理部が受け取って基準値として保持す
ることで一酸化炭素濃度を容易に検知できるものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために請求
項１に記載の発明は、平面状に形成され加熱によって一
酸化炭素を検出する一酸化炭素検出素子ならびにこの一
酸化炭素検出素子と同一平面上に形成された加熱用ヒー
タを有する一酸化炭素センサユニット、前記加熱用ヒー
タに通電するヒータ駆動部と、前記一酸化炭素検出素子
の出力信号を受けて一酸化炭素の濃度を判定するセンサ
信号処理部を具備し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸
化炭素検出素子を加熱し、前記ヒータ駆動部が加熱用ヒ
ータへの間欠通電動作を始めてから最初の複数回の間欠
通電動作における前記一酸化炭素検出素子のいずれかの
出力信号を前記センサ信号処理部が受け取って基準値と
して保持する構成としたものである。

【０００９】この構成を実施の形態とするガス検知装置
は、省電力化と、一酸化炭素濃度が０のときの加熱時の
出力信号電圧のばらつきの補正を行うことが容易にでき
るものである。

【００１０】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載のガス検知装置において、センサ信号処理部は一定
時間の間に得られる複数回の間欠通電時の一酸化炭素検
出素子の出力信号の平均値を基準値として保持する構成
としたものであり、この構成を実施の形態とするガス検
知装置は、出力信号電圧にノイズが重畳されていても、
一酸化炭素濃度が０のときの信号電圧を正確に保持する
ことができる。

【００１１】また請求項３に記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載のガス検知装置において、間欠的に加熱用
ヒータへの通電を始めた直後は加熱用ヒータへの通電時
間を長くし、間欠通電の回数が増えるに従い加熱用ヒー
タへの通電時間を短くする構成としたもので、この構成
を実施の形態とするガス検知装置は、間欠通電動作を始
めてからの加熱時の一酸化炭素検出素子の出力信号をよ
り早く安定にすることができる。

【００１２】また請求項４に記載の発明は、請求項１か
ら３に記載のガス検知装置において、センサ信号処理部
が一定時間の間に得られる複数回の間欠通電時の一酸化
炭素検出素子の出力信号の減少あるいは増加を検知し保
持する基準値を適時更新する構成としたもので、この構
成を実施の形態とするガス検知装置は、間欠通電動作を
始めてからの加熱時の一酸化炭素検出素子の出力信号の
ドリフトを速やかに補正できる。

【００１３】また請求項５に記載の発明は、請求項１か
ら４に記載のガス検知装置において、センサ信号処理部
を差動増幅回路で構成し、この差動増幅回路の正または
負のいずれか一方の入力端に一酸化炭素検出素子からの
信号を接続し、前記差動増幅回路の他方の負または正の
入力端に保持している基準値を接続する構成としたもの
で、この構成を実施の形態とするガス検知装置は、保持
している基準値と現在の一酸化炭素検出素子の出力信号
電圧との差を増幅することができるため、一酸化炭素濃
度が０の時の出力信号電圧が大きくても精度良く出力信
号の変化分だけを増幅できる。

【００１４】また請求項６に記載の発明は、請求項１か
ら５に記載のガス検知装置において、保持している基準
値をガス検知装置の周囲温度の情報をもとに補正する構
成としたもので、この構成を実施の形態とするガス検知
装置は、間欠通電動作を始めてから周囲の雰囲気温度が
変化しても出力信号のドリフトを速やかに補正できる。

【００１５】また請求項７に記載の発明は、請求項１か
ら５に記載のガス検知装置において、間欠的な加熱用ヒ
ータへの通電毎に得られる一酸化炭素検出素子の離散的
な出力信号値にローパスあるいはバンドパスフィルタ処
理を施す構成としたもので、この構成を実施の形態とす
るガス検知装置は、ノイズを除去でき、一酸化炭素濃度
変化による一酸化炭素検出素子の出力変化だけを捉える
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１から図３
を参照して説明する。

【００１７】図１は本発明の実施例におけるガス検知装
置の構成図である。図１において１は、一酸化炭素セン
サユニットであり加熱用ヒータ２と一酸化炭素検出素子
３が含まれている。４はヒータ駆動部であり加熱用ヒー
タ２に間欠的に電力を供給するものである。ヒータ駆動
部４において、５はフォトカプラでありトランジスタ５
ａ側が、直流電源６と加熱用ヒータ２との間に挿入され
このトランジスタ５ａがオンすると加熱用ヒータ２に電
流が流れオフすると電流が遮断されるように構成されて
いる。７は小さい抵抗値の抵抗で過電流保護用に挿入し
ているものである。

【００１８】８はパルス発生部であり、通常はロー信号
を出しているが制御部９から動作開始の信号を受けると
間欠的に短いパルス状のハイ信号を出力する。このパル
ス信号の電流は抵抗１０を介してフォトカプラ５の発光
ダイオード５ｂに流れる。従って、パルス発生部８がパ
ルスを出力し始めると発光ダイオード５ｂが間欠的に点
灯し、トランジスタ５ａが間欠的にオンになり、加熱用
ヒータ２に直流電源６からの電流が間欠的に流れるため
に加熱用ヒータ２は間欠的に昇温する。当然のことなが
ら、パルス発生部８が出力するパルスとパルスの間は発
光ダイオード５ｂが消灯しているためトランジスタ５ａ
はオフしており電流は流れていない。このため、加熱用
ヒータ２はもとの温度にまで冷却されていく。

【００１９】１１はセンサ信号処理部であり、正入力端
と負入力端の電圧の差をＡ倍に増幅する機能を有する差
動増幅部１２と、この差動増幅部１２の出力を１／Ａに
した値を保持する基準値保持部１３とから構成されてい
る。保持するタイミングは制御部９から出された信号に
より決められる。基準値保持部１３は最初は０ボルトを
保持している。基準値保持部１３が保持している電圧は
差動増幅部１２の負入力端に加えられている。また、差
動増幅部１２の正入力端には一酸化炭素検出素子３の出
力信号が接続されている。

【００２０】図２は本発明の実施例における一酸化炭素
検出素子の構成図である。図２において１４は石英ガラ
ス基板であり、約２mm×２mmの小さな外形寸法である。
加熱用ヒータ２は白金の蒸着パターンで描かれており、
この加熱用ヒータ２の真上には一酸化炭素検出素子３が
乗せられている。２ａおよび２ｂは加熱用ヒータ２の給
電用電極であり、ここにワイヤ１９、２０がボンディン
グ接続されリード１５および１６に接続されている。３
ａおよび３ｂは一酸化炭素検出素子３の信号取り出し電
極であり、ここにも同様にワイヤ２１、２２がボンディ
ング接続されリード１７および１８に接続されている。
２３は石英ガラス基板１４およびリード１５〜１８を支
えるセンサベースであり樹脂で構成されている。

【００２１】次に動作について説明する。図３は本発明
の実施例におけるガス検知装置の動作説明図である。図
３において（ａ）はパルス発生部８が出力するパルス信
号の波形を示すものであり、図１の制御部９から動作開
始の信号を受け取ると３０秒に１回、１０ミリ秒のパル
ス幅の信号を出力し始める。図３（ｂ）は加熱用ヒータ
２に印加される電圧の波形を示すものであり、パルスが
あるときにほぼ直流電源６の電圧Ｖが印加される。

【００２２】図３（ｃ）は加熱用ヒータ２を流れる電流
の波形を示すものである。本実施例の加熱用ヒータ２の
抵抗値は室温で６オームから１５オームである。また、
一酸化炭素検出素子の昇温は約４５０℃を目指してお
り、白金で加熱用ヒータ２を構成しているため４５０℃
時の加熱用ヒータ２の抵抗値は約２．２倍の１３オーム
から３３オームになる。このため間欠的に加熱用ヒータ
２に通電したときの電流の波形は図３（ｃ）に示すよう
に流れ始めるときの電流は大きく、パルス終了間際では
半分以下の電流値になる。

【００２３】また、本実施例の加熱用ヒータ２および一
酸化炭素検出素子３は非常に小型で熱容量が数ミリワッ
ト秒から数十ミリワット秒と小さいため、パルスが終了
すると数ミリ秒から数十ミリ秒でもとの室温にまで冷却
する。このため、次のパルスがくるときには加熱用ヒー
タ２の抵抗値はもとの値に戻っている。

【００２４】図３（ｄ）は一酸化炭素検出素子の出力信
号の波形である。パルス印加直後はまだ、一酸化炭素検
出素子の温度が上昇していないため、出力インピーダン
スが高く出力信号は不定である。しかし、パルス印加ｔ
秒後には一酸化炭素検出素子の温度は十分上昇してお
り、出力インピーダンスも低下し安定な出力信号電圧Ｖ
ｘ１を出力している。

【００２５】一酸化炭素の濃度が０に近い空気中で、制
御部９が動作開始の信号を出したあと、パルス発生部８
からの最初のｎ回の各パルスのｔ秒後に制御部９から基
準値保持部１３に対して制御信号を出力すると、基準値
保持部１３は一酸化炭素検出素子の出力信号電圧Ｖｓ１
からＶｓｎを保持する。この動作にて一酸化炭素の濃度
が０の時の一酸化炭素検出素子の出力信号電圧を保持す
ることができる。

【００２６】この保持した基準電圧の１／Ａの電圧は差
動増幅部１２の負入力端に接続されているため、基準値
保持部１３が保持した電圧を出力し始めると、それ以降
は、一酸化炭素検出素子の出力信号電圧と基準値との差
分だけがＡ倍に増幅されることになる。

【００２７】以降、一酸化炭素の濃度が上昇するとパル
ス発生部８からの各パルスのｔ秒後の一酸化炭素検出素
子３の出力信号電圧ＶｘはＶｓ１からＶｓｎの値よりも
大きくなるため、その差の大きさにより一酸化炭素の濃
度を検出することができる。

【００２８】このように本発明によれば、加熱用ヒータ
を間欠的に駆動するため省電力化ができ、一酸化炭素濃
度が０のときの一酸化炭素検出素子の出力信号電圧をそ
れぞれの一酸化炭素検出素子毎に基準値として保持でき
るため、個々の一酸化炭素検出素子の基準点のばらつき
補正も容易にできるものである。

【００２９】また、最初の複数回の加熱用ヒータへの間
欠的な通電時に、一酸化炭素検出素子の出力信号にノイ
ズが乗り、各パルスのｔ秒後の出力信号電圧がばらつい
ていても、センサ信号処理部がその平均値を求め保持す
ることで、一酸化炭素濃度が０のときの信号電圧をより
正確に保持でき、一酸化炭素の濃度をより正確に計測す
ることができる。

【００３０】さらに、間欠的に加熱用ヒータへの通電を
始めたときは加熱用ヒータへの通電時間を長くし、間欠
通電の回数が増えるに従い加熱用ヒータへの通電時間を
短くしていけば、一酸化炭素検出素子の表面に付着して
いた空気中のごみ等が加熱により浄化されやすくなり、
間欠通電動作を始めてからの加熱時の一酸化炭素検出素
子の出力信号をより早く安定にすることができる。

【００３１】さらに、センサ信号処理部が一定時間の間
に得られる複数回の間欠通電時の一酸化炭素検出素子の
出力信号の減少あるいは増加を検知し保持する基準値を
適時更新するようにすれば、間欠通電動作を始めてから
の加熱時の一酸化炭素検出素子の出力信号のドリフトを
速やかに補正できる。

【００３２】さらに、センサ信号処理部を差動増幅回路
で構成し、この差動増幅回路の正入力端に一酸化炭素検
出素子からの信号を接続し、差動増幅回路の負入力端に
保持している基準値を接続する構成としたことで保持し
ている基準値と現在の一酸化炭素検出素子の出力信号電
圧との差だけを増幅することができるため、一酸化炭素
濃度が０の時の出力信号電圧が大きくても精度良く出力
信号の変化分だけを増幅できる。

【００３３】さらに、保持している基準値をガス検知装
置の周囲温度の情報をもとに補正する構成とすれば、間
欠通電動作を始めてから周囲の雰囲気温度が変化しても
出力信号のドリフトを速やかに補正できる。

【００３４】さらに、間欠的な加熱用ヒータへの通電毎
に得られる一酸化炭素検出素子の離散的な出力信号値に
ローパスあるいはバンドパスフィルタ処理を施す構成と
すれば、ノイズを除去でき、一酸化炭素濃度変化による
一酸化炭素検出素子の出力変化だけを捉えることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】加熱用ヒータを間欠的に駆動するため省
電力化ができ、一酸化炭素濃度が０のときの一酸化炭素
検出素子の出力信号電圧をそれぞれの一酸化炭素検出素
子毎に基準値として保持できるため、個々の一酸化炭素
検出素子の基準点のばらつき補正も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のガス検知装置の構成図

【図２】同一酸化炭素検出素子の構成図

【図３】同ガス検知装置の動作説明図

【符号の説明】

１一酸化炭素センサユニット２加熱用ヒータ３一酸化炭素検出素子４ヒータ駆動部５フォトカプラ６直流電源８パルス発生部９制御部１１センサ信号処理部１２差動増幅部１３基準値保持部１４石英ガラス基板１５、１６、１７、１８リード１９、２０、２１、２２ワイヤ２３センサベース

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者丹羽孝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)発明者渋谷誠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 (72)発明者両角英樹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） 2G046 AA11 BB02 BE03 DB04 DB07 DC02 DC05 EA11 FE38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状に形成され加熱によって一酸化炭
素を検出する一酸化炭素検出素子ならびにこの一酸化炭
素検出素子と同一平面上に形成された加熱用ヒータを有
する一酸化炭素センサユニット、前記加熱用ヒータに通
電するヒータ駆動部と、前記一酸化炭素検出素子の出力
信号を受けて一酸化炭素の濃度を判定するセンサ信号処
理部を具備し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸化炭素
検出素子を加熱し、前記ヒータ駆動部が加熱用ヒータへ
の間欠通電動作を始めてから最初の複数回の間欠通電動
作における前記一酸化炭素検出素子のいずれかの出力信
号を前記センサ信号処理部が受け取って基準値として保
持するガス検知装置。
【請求項２】センサ信号処理部は一定時間の間に得ら
れる複数回の間欠通電時の一酸化炭素検出素子の出力信
号の平均値を基準値として保持する請求項１記載のガス
検知装置。
【請求項３】間欠的に加熱用ヒータへの通電を始めた
直後は加熱用ヒータへの通電時間を長くし、間欠通電の
回数が増えるに従い加熱用ヒータへの通電時間を短くす
る請求項１または２記載のガス検知装置。
【請求項４】センサ信号処理部は一定時間の間に得ら
れる複数回の間欠通電時の一酸化炭素検出素子の出力信
号の減少あるいは増加を検知し保持する基準値を適時更
新する請求項１から３のいずれかに記載のガス検知装
置。
【請求項５】センサ信号処理部を差動増幅回路で構成
し、この差動増幅回路の正または負のいずれか一方の入
力端に一酸化炭素検出素子からの信号を接続し、前記差
動増幅回路の他方の負または正の入力端に保持している
基準値を接続する請求項１から４のいずれかに記載のガ
ス検知装置。
【請求項６】保持している基準値をガス検知装置の周
囲温度の情報をもとに補正する請求項１から５のいずれ
かに記載のガス検知装置。
【請求項７】間欠的な加熱用ヒータへの通電毎に得ら
れる一酸化炭素検出素子の離散的な出力信号値にローパ
スあるいはバンドパスフィルタ処理を施す請求項１から
５のいずれかに記載のガス検知装置。