JP2004125468A - ガス検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池だけで加熱用ヒータを間欠的に駆動し最適な温度に早く昇温させ省電力化を実現する。
【解決手段】電池9と、この電池9の電圧を昇圧するDCDCコンバータ30と、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5とこの一酸化炭素検出素子5と同一平面上に形成された加熱用ヒータ4を有する一酸化炭素センサユニット1と、前記加熱用ヒータ4に通電するヒータ駆動部2と、前記一酸化炭素検出素子5の出力信号を増幅する増幅部3と、この増幅部3の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータ4に通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータ11とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】電池9と、この電池9の電圧を昇圧するDCDCコンバータ30と、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5とこの一酸化炭素検出素子5と同一平面上に形成された加熱用ヒータ4を有する一酸化炭素センサユニット1と、前記加熱用ヒータ4に通電するヒータ駆動部2と、前記一酸化炭素検出素子5の出力信号を増幅する増幅部3と、この増幅部3の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータ4に通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータ11とを有する。
【選択図】 図1
Description
【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】
【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、あるいは電源に電池を使って間欠的に通電するものであっても、電池一個では加熱用ヒータの印加電圧としては低すぎ、複数個の電池を直列接続して電圧を上げた場合は、低い電圧でも十分動作ができる回路に余計な電圧負担をかけまた、電力使用効率が落ちるという不具合があった。そして、間欠動作でも良い回路に常に電源を供給していると無駄な電力を消費してしまうといった課題もあった。さらに、DCDCコンバータを用いると電池を直列接続しなくても電圧を上げることはできるが加熱用ヒータを駆動するのに必要な大電流を供給できないという課題があった。
【0004】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、間欠的にセンサの加熱用ヒータに通電することで電池で動作が可能なように省電力化を図り、電池の電圧をDCDCコンバータで昇圧し、このDCDCコンバータの出力電圧をコンデンサに充電することで加熱用ヒータの駆動に必要な電力量を蓄え、しかも、加熱用ヒータの駆動開始時のコンデンサ電圧と加熱用ヒータの駆動終了時のコンデンサ電圧とをもとに算出されるコンデンサの放電電力量が加熱用ヒータの駆動に必要な電力量を下回らないようにコンデンサの容量値を設定し、さらに、DCDCコンバータの出力からコンデンサには抵抗を介して接続し、コンデンサに充電するときの充電電流をこの抵抗で制限するとともに、この抵抗とコンデンサで決まる時定数が間欠で動作する周期よりも十分短くなるような時定数にすることで大幅な省電力化を実現するものである。
【0005】
【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、動作用電源となる電池と、この電池の電圧を昇圧するDCDCコンバータと、前記電池または前記DCDCコンバータの出力と周辺回路への接続を開閉することで周辺回路を間欠的に動作させる開閉部と、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と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増幅する増幅部と、この増幅部の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータに通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータとを有する構成としたものである。
【0006】
このため、間欠的に加熱用ヒータに通電を行うことができ電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0007】
【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の発明は、動作用電源となる電池と、この電池の電圧を昇圧するDCDCコンバータと、動作状態を表示する表示部と、前記電池または前記DCDCコンバータの出力と周辺回路への接続を開閉することで周辺回路を間欠的に動作させる開閉部と、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と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増幅する増幅部と、この増幅部の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータに通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータとを有する構成としたものである。
【0008】
このため、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、省電力化を図り電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0009】
また、請求項2の発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータで昇圧した電圧を1つまたは複数の開閉器またはレギュレータ部によりそれぞれの周辺回路各部に最適な電圧を供給する構成としたものである。
このため、マイクロコンピュータには常に電源が供給されており周期的に周辺回路を動作させるよう開閉器を制御できるものである。
【0010】
また、請求項3の発明は、請求項2に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータで昇圧した電圧をコンデンサに充電し、このコンデンサに十分な電力量が充電されると前記DCDCコンバータの動作が停止する構成としたものである。このため、コンデンサに十分なエネルギーが充電されるとDCDCコンバータの昇圧動作を停止することができるので、DCDCコンバータにて無駄な電力を使わずに済み、省電力化を図ることができるものである。
【0011】
また、請求項4の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータからコンデンサへの充電は抵抗を介して行い、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さくなり、かつ、充電電流の最大値がDCDCコンバータの定格を越えないように前記抵抗の抵抗値を選択したものである。
【0012】
このため、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了できるものである。
【0013】
また、請求項5の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、間欠的に行う一回の加熱用ヒータへの通電に要する最低電力量と印加に必要な最低電圧からDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサの容量値を選択したものである。このため、加熱用ヒータに必要な電力量を供給できる最適なコンデンサ容量を選択できるものである。
【0014】
また、請求項6の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電の休止中にDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサに蓄えられた電力量が低下した場合には再度DCDCコンバータが動作を始める構成としたものである。このため、間欠周期が長く、自己放電等でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【0015】
【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。
【0016】
図1は本発明の一実施例の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4と一酸化炭素検出素子5が入っている。2はヒータ駆動部であり加熱用ヒータ4に間欠的に電力を供給するものである。9はリチウム電池であり、約3Vの直流電圧を供給する。ヒータ駆動部2において、6はトランジスタであり、直流電源9と加熱用ヒータ4との間に挿入されこのトランジスタ6の導通状態により加熱用ヒータ4に流れる電流値が制御されるように構成されている。
【0017】
7は波形調整部でありヒータへの通電を開始するタイミングになるとマイクロコンピュータ11のパルス出力端子11aから正極性のパルスが出され、このパルス信号を波形整形する。この波形調整部の出力は差動増幅器8の負入力(−)に接続されている。一方差動増幅器8の正入力(+)は加熱用ヒータ4の電圧印加側に接続されている。
【0018】
差動増幅器8は負入力と正入力が常に同じ電圧になるような電圧を出力する。
このため、例えば負入力の電圧が正入力の電圧よりも高い場合、すなわち、調整しようとするヒータ印加電圧値よりも実際に加熱用ヒータ4に印加されている電圧の方が低いときは差動増幅器8の出力は現在よりも少し低めの電圧になる。差動増幅器8の出力電圧が少し低くなると抵抗10を介してトランジスタ6のベース電流がやや増える。従って、トランジスタ6のコレクタ電流が増え、加熱用ヒータ4に印加される電圧が増加する。
【0019】
また、逆に負入力の電圧が正入力の電圧よりも低い場合は全く逆の動作となり、常に調整しようとする電圧に等しくなるようにヒータ印加電圧が制御される。
【0020】
3はセンサ信号を増幅する増幅部であり、一酸化炭素検出素子の出力信号電圧を増幅する。
【0021】
この増幅部3の出力信号はマイクロコンピュータ11のAD変換入力端子11bに接続されている。
【0022】
30はDCDCコンバータであり、リチウム電池9の電圧を9Vまで昇圧する。入力が3V以下の場合に9Vを出力しようとすると、電流は約30mAまで供給可能である。31は開閉器であり、図示はしていないがマイクロコンピュータ11によって開閉が制御され、マイクロコンピュータ11は一酸化炭素濃度を検出する必要があるときにこの開閉器を閉じる。
【0023】
32はレギュレータであり、DCDCコンバータ30の出力電圧である9Vから増幅部3や作動増幅器8に安定化電源端子35を介して安定した5Vを供給している。33は390Ωの抵抗、34は2200μFのコンデンサである。この抵抗33とコンデンサ34で構成される充電時の時定数は約860ミリ秒であり、数秒で9Vまで充電できるようになっている。
【0024】
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15は石英ガラス基板であり、約2mm×2mmの小さな外形である。4は白金の蒸着パターンで描かれた加熱用ヒータであり、この加熱用ヒータ4の真上には一酸化炭素検出素子5が乗せられている。4aおよび4bは加熱用ヒータ4の給電用電極であり、ここにワイヤがボンディング接続されリード18および19に接続されている。5aおよび5bは一酸化炭素検出素子5の信号取り出し電極であり、ここにも同様にワイヤがボンディング接続されリード20および21に接続されている。22は石英ガラス基板15およびリード18〜21を支えるセンサベースであり樹脂で構成されている。
【0025】
本実施例の加熱用ヒータ4の抵抗値は室温で約10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4を構成しているため450℃時の加熱用ヒータ4の抵抗値は約2.2倍の22オームになる。
【0026】
また、一酸化炭素濃度を安定して検知するためには一酸化炭素検出素子を450℃まで加熱する必要があるが、このとき加熱用ヒータ4に必要な電力量は約10ミリワット秒である。
【0027】
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)はマイクロコンピュータ11が出力するパルス信号であり、30秒に1回、10ミリ秒のパルス幅の信号を出力する。
【0028】
図3(b)は波形調整部7が出力する信号である。波形調整部7は図4に示すように抵抗とコンデンサの積分回路が3段で構成された3次のローパスフィルタである。このため、マイクロコンピュータ11が出力した図3(a)に示すパルス信号は図3(b)に示すような鈍った波形にすることができる。
【0029】
図3(c)は加熱用ヒータ4に印加される電圧波形であり、先に説明したとおり、差動増幅器8の働きにより、波形調整部7が出力する波形通りの電圧が印可されている。また、波形調整部7の出力は、加熱用ヒータ4に実際に印加する電圧値と全く同じ値である必要は無く、実際に必要な加熱用ヒータへの印加電圧波形と相似形であれば良い。
【0030】
図3(d)は加熱用ヒータ4に流れる電流波形を示している。電圧印加開始直後に大きな突入電流は流れていない。
【0031】
図3(e)は一酸化炭素検出素子の出力信号波形である。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Vxを出力している。一酸化炭素の濃度が上昇すると加熱用ヒータ4を昇温後の一酸化炭素検出素子の出力信号電圧Vxは一酸化炭素がないときよりも高くなるため、その電圧値により一酸化炭素の濃度を検出することができる。
【0032】
図4は加熱用ヒータ4を間欠的に駆動しているときのコンデンサ34の電圧変化、及び、DCDCコンバータ30の動作、及び、加熱用ヒータ4を駆動するためのマイクロコンピュータ11のパルス出力端子11aの信号を示すタイミング図である。
【0033】
まず、マイクロコンピュータ11は動作を開始すると図1における開閉器31を閉成する。するとDCDCコンバータ30が動作をはじめコンデンサ34に充電され、コンデンサ34の電圧が図4(a)に示すようにDCDCコンバータ30の出力電圧である9Vまで上昇する。コンデンサ34の電圧が9Vまで上昇するとDCDCコンバータ30は動作を停止する。次にマイクロコンピュータ11が一酸化炭素ガスを検知しようとすると、パルス出力端子11aにハイレベルのパルスを出力する。このパルスは波形調整部7によって加熱用ヒータ4に印加するのに必要な電圧である約6Vに調整され差動増幅器8によってトランジスタ6のベース電流が制御され、加熱用ヒータ4に必要な6Vの電圧が印加される。このときコンデンサ34は放電するため、電圧が低下する。加熱用ヒータ4に必要なエネルギーは約10ミリワット秒であるため、9Vに充電されていた2200μFの容量をもつコンデンサ34の電圧は、ヒータ加熱終了後には約8.5Vに低下する。これは、コンデンサの持つエネルギーはそのコンデンサの電圧の2乗とコンデンサの容量との積の2分の1になることから容易に計算できる。ヒータ加熱終了直前にはコンデンサ34の電圧が8.5Vまで低下するが、加熱用ヒータ4に必要な電圧は約6Vであるためなんら問題は生じない。
【0034】
また、加熱用ヒータ4へ通電開始直後からコンデンサ34の電圧が低下し始めるためDCDCコンバータ30はすぐに動作をはじめ、加熱用ヒータ4へ通電が終了した後、数秒でコンデンサ34の電圧が9Vまで充電されるので動作を停止する。このコンデンサ34への充電は抵抗33の390Ωの抵抗値で電流が最大でも25ミリアンペア以下に制限されるため決してDCDCコンバータの能力を超えることはない。また、マイクロコンピュータ11が一酸化炭素濃度を検知する動作は間欠的に行われ、標準で30秒間隔、一酸化炭素濃度の変化を追跡する場合でも10秒間隔であるため、マイクロコンピュータ11が一酸化炭素濃度を検知する動作終了後、抵抗33とコンデンサ34の時定数の数倍以上である5秒程度でコンデンサに充電でき、次の加熱用ヒータ4を駆動するための準備ができることになる。
【0035】
このように間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも抵抗の抵抗値とコンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了でき、さらに、放電でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、省電力化を図りながら最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、省電力化を図り電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0037】
また、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了でき、さらに、自己放電等でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、省電力化を図りながら最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のガス検知装置の構成図
【図2】本発明の実施例のガス検知装置の一酸化炭素センサユニットの構成図
【図3】本発明の実施例のガス検知装置の加熱用ヒータ駆動波形説明図
【図4】本発明の一実施例であるガス検知装置の動作タイミング説明図
【符号の説明】
1 一酸化炭素センサユニット
2 ヒータ駆動部
3 増幅部
4 加熱用ヒータ
5 一酸化炭素検出素子
6 トランジスタ
7 波形調整部
8 差動増幅器
9 直流電源
11 マイクロコンピュータ
12 差動増幅部
15 石英ガラス基板
16a、16b、17a、17b ボンディングワイヤ
18,19,20,21 リード
22 センサベース
30 DCDCコンバータ
31 開閉器
32 レギュレータ
33 抵抗
34 コンデンサ
【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】
【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、あるいは電源に電池を使って間欠的に通電するものであっても、電池一個では加熱用ヒータの印加電圧としては低すぎ、複数個の電池を直列接続して電圧を上げた場合は、低い電圧でも十分動作ができる回路に余計な電圧負担をかけまた、電力使用効率が落ちるという不具合があった。そして、間欠動作でも良い回路に常に電源を供給していると無駄な電力を消費してしまうといった課題もあった。さらに、DCDCコンバータを用いると電池を直列接続しなくても電圧を上げることはできるが加熱用ヒータを駆動するのに必要な大電流を供給できないという課題があった。
【0004】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、間欠的にセンサの加熱用ヒータに通電することで電池で動作が可能なように省電力化を図り、電池の電圧をDCDCコンバータで昇圧し、このDCDCコンバータの出力電圧をコンデンサに充電することで加熱用ヒータの駆動に必要な電力量を蓄え、しかも、加熱用ヒータの駆動開始時のコンデンサ電圧と加熱用ヒータの駆動終了時のコンデンサ電圧とをもとに算出されるコンデンサの放電電力量が加熱用ヒータの駆動に必要な電力量を下回らないようにコンデンサの容量値を設定し、さらに、DCDCコンバータの出力からコンデンサには抵抗を介して接続し、コンデンサに充電するときの充電電流をこの抵抗で制限するとともに、この抵抗とコンデンサで決まる時定数が間欠で動作する周期よりも十分短くなるような時定数にすることで大幅な省電力化を実現するものである。
【0005】
【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、動作用電源となる電池と、この電池の電圧を昇圧するDCDCコンバータと、前記電池または前記DCDCコンバータの出力と周辺回路への接続を開閉することで周辺回路を間欠的に動作させる開閉部と、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と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増幅する増幅部と、この増幅部の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータに通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータとを有する構成としたものである。
【0006】
このため、間欠的に加熱用ヒータに通電を行うことができ電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0007】
【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の発明は、動作用電源となる電池と、この電池の電圧を昇圧するDCDCコンバータと、動作状態を表示する表示部と、前記電池または前記DCDCコンバータの出力と周辺回路への接続を開閉することで周辺回路を間欠的に動作させる開閉部と、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と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増幅する増幅部と、この増幅部の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータに通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータとを有する構成としたものである。
【0008】
このため、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、省電力化を図り電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0009】
また、請求項2の発明は、請求項1に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータで昇圧した電圧を1つまたは複数の開閉器またはレギュレータ部によりそれぞれの周辺回路各部に最適な電圧を供給する構成としたものである。
このため、マイクロコンピュータには常に電源が供給されており周期的に周辺回路を動作させるよう開閉器を制御できるものである。
【0010】
また、請求項3の発明は、請求項2に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータで昇圧した電圧をコンデンサに充電し、このコンデンサに十分な電力量が充電されると前記DCDCコンバータの動作が停止する構成としたものである。このため、コンデンサに十分なエネルギーが充電されるとDCDCコンバータの昇圧動作を停止することができるので、DCDCコンバータにて無駄な電力を使わずに済み、省電力化を図ることができるものである。
【0011】
また、請求項4の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、DCDCコンバータからコンデンサへの充電は抵抗を介して行い、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さくなり、かつ、充電電流の最大値がDCDCコンバータの定格を越えないように前記抵抗の抵抗値を選択したものである。
【0012】
このため、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了できるものである。
【0013】
また、請求項5の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、間欠的に行う一回の加熱用ヒータへの通電に要する最低電力量と印加に必要な最低電圧からDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサの容量値を選択したものである。このため、加熱用ヒータに必要な電力量を供給できる最適なコンデンサ容量を選択できるものである。
【0014】
また、請求項6の発明は、請求項3に記載のガス検知装置において、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電の休止中にDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサに蓄えられた電力量が低下した場合には再度DCDCコンバータが動作を始める構成としたものである。このため、間欠周期が長く、自己放電等でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【0015】
【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。
【0016】
図1は本発明の一実施例の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4と一酸化炭素検出素子5が入っている。2はヒータ駆動部であり加熱用ヒータ4に間欠的に電力を供給するものである。9はリチウム電池であり、約3Vの直流電圧を供給する。ヒータ駆動部2において、6はトランジスタであり、直流電源9と加熱用ヒータ4との間に挿入されこのトランジスタ6の導通状態により加熱用ヒータ4に流れる電流値が制御されるように構成されている。
【0017】
7は波形調整部でありヒータへの通電を開始するタイミングになるとマイクロコンピュータ11のパルス出力端子11aから正極性のパルスが出され、このパルス信号を波形整形する。この波形調整部の出力は差動増幅器8の負入力(−)に接続されている。一方差動増幅器8の正入力(+)は加熱用ヒータ4の電圧印加側に接続されている。
【0018】
差動増幅器8は負入力と正入力が常に同じ電圧になるような電圧を出力する。
このため、例えば負入力の電圧が正入力の電圧よりも高い場合、すなわち、調整しようとするヒータ印加電圧値よりも実際に加熱用ヒータ4に印加されている電圧の方が低いときは差動増幅器8の出力は現在よりも少し低めの電圧になる。差動増幅器8の出力電圧が少し低くなると抵抗10を介してトランジスタ6のベース電流がやや増える。従って、トランジスタ6のコレクタ電流が増え、加熱用ヒータ4に印加される電圧が増加する。
【0019】
また、逆に負入力の電圧が正入力の電圧よりも低い場合は全く逆の動作となり、常に調整しようとする電圧に等しくなるようにヒータ印加電圧が制御される。
【0020】
3はセンサ信号を増幅する増幅部であり、一酸化炭素検出素子の出力信号電圧を増幅する。
【0021】
この増幅部3の出力信号はマイクロコンピュータ11のAD変換入力端子11bに接続されている。
【0022】
30はDCDCコンバータであり、リチウム電池9の電圧を9Vまで昇圧する。入力が3V以下の場合に9Vを出力しようとすると、電流は約30mAまで供給可能である。31は開閉器であり、図示はしていないがマイクロコンピュータ11によって開閉が制御され、マイクロコンピュータ11は一酸化炭素濃度を検出する必要があるときにこの開閉器を閉じる。
【0023】
32はレギュレータであり、DCDCコンバータ30の出力電圧である9Vから増幅部3や作動増幅器8に安定化電源端子35を介して安定した5Vを供給している。33は390Ωの抵抗、34は2200μFのコンデンサである。この抵抗33とコンデンサ34で構成される充電時の時定数は約860ミリ秒であり、数秒で9Vまで充電できるようになっている。
【0024】
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15は石英ガラス基板であり、約2mm×2mmの小さな外形である。4は白金の蒸着パターンで描かれた加熱用ヒータであり、この加熱用ヒータ4の真上には一酸化炭素検出素子5が乗せられている。4aおよび4bは加熱用ヒータ4の給電用電極であり、ここにワイヤがボンディング接続されリード18および19に接続されている。5aおよび5bは一酸化炭素検出素子5の信号取り出し電極であり、ここにも同様にワイヤがボンディング接続されリード20および21に接続されている。22は石英ガラス基板15およびリード18〜21を支えるセンサベースであり樹脂で構成されている。
【0025】
本実施例の加熱用ヒータ4の抵抗値は室温で約10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4を構成しているため450℃時の加熱用ヒータ4の抵抗値は約2.2倍の22オームになる。
【0026】
また、一酸化炭素濃度を安定して検知するためには一酸化炭素検出素子を450℃まで加熱する必要があるが、このとき加熱用ヒータ4に必要な電力量は約10ミリワット秒である。
【0027】
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)はマイクロコンピュータ11が出力するパルス信号であり、30秒に1回、10ミリ秒のパルス幅の信号を出力する。
【0028】
図3(b)は波形調整部7が出力する信号である。波形調整部7は図4に示すように抵抗とコンデンサの積分回路が3段で構成された3次のローパスフィルタである。このため、マイクロコンピュータ11が出力した図3(a)に示すパルス信号は図3(b)に示すような鈍った波形にすることができる。
【0029】
図3(c)は加熱用ヒータ4に印加される電圧波形であり、先に説明したとおり、差動増幅器8の働きにより、波形調整部7が出力する波形通りの電圧が印可されている。また、波形調整部7の出力は、加熱用ヒータ4に実際に印加する電圧値と全く同じ値である必要は無く、実際に必要な加熱用ヒータへの印加電圧波形と相似形であれば良い。
【0030】
図3(d)は加熱用ヒータ4に流れる電流波形を示している。電圧印加開始直後に大きな突入電流は流れていない。
【0031】
図3(e)は一酸化炭素検出素子の出力信号波形である。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Vxを出力している。一酸化炭素の濃度が上昇すると加熱用ヒータ4を昇温後の一酸化炭素検出素子の出力信号電圧Vxは一酸化炭素がないときよりも高くなるため、その電圧値により一酸化炭素の濃度を検出することができる。
【0032】
図4は加熱用ヒータ4を間欠的に駆動しているときのコンデンサ34の電圧変化、及び、DCDCコンバータ30の動作、及び、加熱用ヒータ4を駆動するためのマイクロコンピュータ11のパルス出力端子11aの信号を示すタイミング図である。
【0033】
まず、マイクロコンピュータ11は動作を開始すると図1における開閉器31を閉成する。するとDCDCコンバータ30が動作をはじめコンデンサ34に充電され、コンデンサ34の電圧が図4(a)に示すようにDCDCコンバータ30の出力電圧である9Vまで上昇する。コンデンサ34の電圧が9Vまで上昇するとDCDCコンバータ30は動作を停止する。次にマイクロコンピュータ11が一酸化炭素ガスを検知しようとすると、パルス出力端子11aにハイレベルのパルスを出力する。このパルスは波形調整部7によって加熱用ヒータ4に印加するのに必要な電圧である約6Vに調整され差動増幅器8によってトランジスタ6のベース電流が制御され、加熱用ヒータ4に必要な6Vの電圧が印加される。このときコンデンサ34は放電するため、電圧が低下する。加熱用ヒータ4に必要なエネルギーは約10ミリワット秒であるため、9Vに充電されていた2200μFの容量をもつコンデンサ34の電圧は、ヒータ加熱終了後には約8.5Vに低下する。これは、コンデンサの持つエネルギーはそのコンデンサの電圧の2乗とコンデンサの容量との積の2分の1になることから容易に計算できる。ヒータ加熱終了直前にはコンデンサ34の電圧が8.5Vまで低下するが、加熱用ヒータ4に必要な電圧は約6Vであるためなんら問題は生じない。
【0034】
また、加熱用ヒータ4へ通電開始直後からコンデンサ34の電圧が低下し始めるためDCDCコンバータ30はすぐに動作をはじめ、加熱用ヒータ4へ通電が終了した後、数秒でコンデンサ34の電圧が9Vまで充電されるので動作を停止する。このコンデンサ34への充電は抵抗33の390Ωの抵抗値で電流が最大でも25ミリアンペア以下に制限されるため決してDCDCコンバータの能力を超えることはない。また、マイクロコンピュータ11が一酸化炭素濃度を検知する動作は間欠的に行われ、標準で30秒間隔、一酸化炭素濃度の変化を追跡する場合でも10秒間隔であるため、マイクロコンピュータ11が一酸化炭素濃度を検知する動作終了後、抵抗33とコンデンサ34の時定数の数倍以上である5秒程度でコンデンサに充電でき、次の加熱用ヒータ4を駆動するための準備ができることになる。
【0035】
このように間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも抵抗の抵抗値とコンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了でき、さらに、放電でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、省電力化を図りながら最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、省電力化を図り電池駆動ながら長期間メンテナンスすることなく使用できるものである。
【0037】
また、加熱用ヒータに必要な電流がDCDCコンバータの供給可能電流容量を越えていても、DCDCコンバータの出力能力に適合した電流で一旦コンデンサに充電し、また、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さいため、加熱用ヒータへの通電の休止時間の間に充電を完了でき、さらに、自己放電等でコンデンサの充電エネルギーが低下しても再びDCDCコンバータが動作を開始するので、常に必要なエネルギーをコンデンサに保持でき、省電力化を図りながら最適な加熱用ヒータの駆動が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のガス検知装置の構成図
【図2】本発明の実施例のガス検知装置の一酸化炭素センサユニットの構成図
【図3】本発明の実施例のガス検知装置の加熱用ヒータ駆動波形説明図
【図4】本発明の一実施例であるガス検知装置の動作タイミング説明図
【符号の説明】
1 一酸化炭素センサユニット
2 ヒータ駆動部
3 増幅部
4 加熱用ヒータ
5 一酸化炭素検出素子
6 トランジスタ
7 波形調整部
8 差動増幅器
9 直流電源
11 マイクロコンピュータ
12 差動増幅部
15 石英ガラス基板
16a、16b、17a、17b ボンディングワイヤ
18,19,20,21 リード
22 センサベース
30 DCDCコンバータ
31 開閉器
32 レギュレータ
33 抵抗
34 コンデンサ
Claims (6)
- 電池と、この電池の電圧を昇圧するDCDCコンバータと、前記電池または前記DCDCコンバータの出力と周辺回路への接続を開閉することで周辺回路を間欠的に動作させる開閉部と、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と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増幅する増幅部と、この増幅部の出力を受け一酸化炭素の濃度を判定しかつ前記加熱用ヒータに通電するタイミングと時間幅を制御するマイクロコンピュータとを有するガス検知装置。
- DCDCコンバータで昇圧した電圧を1つまたは複数の開閉器またはレギュレータ部によりそれぞれの周辺回路各部に最適な電圧を供給する請求項1記載のガス検知装置。
- DCDCコンバータで昇圧した電圧をコンデンサに充電し、このコンデンサに十分な電力量が充電されると前記DCDCコンバータの動作が停止する請求項2に記載のガス検知装置。
- DCDCコンバータからコンデンサへの充電は抵抗を介して行い、間欠的に行う加熱用ヒータへの通電周期よりも前記抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値で決まる充電時定数のほうが小さくなり、かつ、充電電流の最大値がDCDCコンバータの定格を越えないように前記抵抗の抵抗値を選択した請求項3記載のガス検知装置。
- 間欠的に行う一回の加熱用ヒータへの通電に要する最低電力量と印加に必要な最低電圧からDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサの容量値を選択した請求項3記載のガス検知装置。
- 間欠的に行う加熱用ヒータへの通電の休止中にDCDCコンバータの出力に設けたコンデンサに蓄えられた電力量が低下した場合には再度DCDCコンバータが動作を始める請求項3記載のガス検知装置。
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