JP2004264192A

JP2004264192A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2004264192A
Application number: JP2003055528A
Authority: JP
Inventors: Maki Tada; 真樹多田; Nobuharu Katsuki; 暢晴香月; Masato Shoji; 理人東海林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】サーミスタを用いた熱伝導式のガスセンサにおいて、別電源を用いずにサーミスタの自己発熱を早め起動時間の短縮を図ることを目的とする。
【解決手段】電源５とブリッジ回路の間に電流制限抵抗Ｒ１と第１の３方向スイッチ３と第２の３方向スイッチ４とを直列に接続し、起動時においては第１の３方向スイッチ３を検出用サーミスタ２と基準用サーミスタ１との間に接続された選択極にかつ第２の３方向スイッチ４を電源５のアースに接続された選択極に切り替え、検出用サーミスタ２および基準用サーミスタ１の昇温が完了した時点で第１および第２の３方向スイッチ３，４を他方の選択極に切り替えて動作させることにより、起動時にはサーミスタに多くの電流が流れ自己発熱が急速に行われるので、別電源を用いることなく一つの電圧電源のみで起動時間の短縮を図ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用のガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サーミスタを用いた熱伝導式のガスセンサは、電源から負荷抵抗を介して基準用と検知用のサーミスタを直列に接続し、その対辺に２個の抵抗を接続したブリッジ回路で構成され、このブリッジ回路の出力端子間電圧すなわち両サーミスタの接続点と両抵抗の接続点との間の電圧差によりガス濃度を検出するようにしている。そして、起動時にはサーミスタを所定の温度に自己加熱して用いるのが一般的であるが、その際サーミスタの自己発熱に時間がかかるといった問題があった。
【０００３】
このような問題を解消し、センサの起動時間を短縮する方法としての一例を図５に示す。図５はサーミスタを用いた絶対湿度検知装置の構成図である。絶対湿度センサ２１は２個のサーミスタ２１ａ，２１ｂからなり、これと対辺関係にある２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２とによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路に供給する−１２Ｖのセンサ電源２２より大きい電位差を形成する−３０Ｖの別電源２３をブリッジ回路と電流制限抵抗Ｒ３との間の接続点Ｖｂにコンデンサ２４を介して設けたものである。また、この接続点Ｖｂと電流制限抵抗Ｒ３との間には逆流防止用ダイオード２５が接続されている。
【０００４】
この構成では、別電源２３はセンサ電源２２より大きい電位差を形成するため、起動時に通常より多くの電流がサーミスタ２１ａ，２１ｂに流れ自己発熱が急速に行われることにより、絶対湿度センサ２１の起動時間を大幅に短縮することができる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２９６９６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにサーミスタの自己発熱時間を早めるためには、通常の供給電源よりも大きい電圧をもつ別電源を別途付加する必要がある。特に、自動車に適用する場合にはバッテリー電源の１２Ｖ供給に対してさらに昇圧するための電源回路が必要であり、回路規模が大きくなって高コストになるといった欠点がある。
【０００８】
本発明は別電源を用いずに従来例と同等の起動時間を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、電源と前記ブリッジ回路の間に電流制限抵抗と第１の３方向スイッチと第２の３方向スイッチとを直列に接続し、起動時においては第１の３方向スイッチを検出用サーミスタと基準用サーミスタとの間に接続された選択極に、かつ第２の３方向スイッチを電源のアースに接続された選択極に切り替え、検出用サーミスタおよび基準用サーミスタの昇温が完了した時点で第１および第２の３方向スイッチを他方の選択極に切り替えて動作させるものである。これにより、起動時にはサーミスタに多くの電流が流れ自己発熱が急速に行われるので、別電源を用いることなく一つの電圧電源のみで起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、検出用サーミスタの両端電圧が既定値以下になった時点を昇温の完了と判断することにより３方向スイッチの切り替え時のタイミングを特定できるという効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１および第２の３方向スイッチの切り替えをマイクロコンピュータにより制御することで、自動的に３方向スイッチの切り替えをコントロールすることができるという効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、周囲温度を検出するための温度センサを付加することにより、周囲温度の条件により切り替え時のタイミングをマイクロコンピュータにより制御することにより、最適な切り替え条件を設定できるという効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、温度センサにより検出した周囲温度が既定値以上であれば、第１および第２の３方向スイッチは動作させず、一方、温度センサにより検出した周囲温度が既定値以下であれば、第１および第２の３方向スイッチを動作させて起動時間の短縮を図るようにすることにより、周囲温度の条件により適宜最適な動作を選択できるという効果が得られるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
図１（ａ）は本発明の実施の形態におけるガスセンサの起動時の回路図であり、図１（ｂ）は同ガスセンサの起動時の等価回路図、図１（ｃ）は同ガスセンサの素子昇温完了時の回路図である。図２（ａ），（ｂ）は同ガスセンサの検出部を構成する検出用サーミスタおよび基準用サーミスタの組立図である。図３はマイクロコンピュータで制御する場合のガスセンサの概略回路図である。図４は温度センサを付加した場合のガスセンサの概略回路図である。
【００１７】
図１において、１は基準用サーミスタであり、２は検出用サーミスタである。これらの素子は内部に発熱素子としてサーミスタ素子が配置されており、その構造を図２に示す。ここで、図２（ａ）は検出用サーミスタ、（ｂ）は基準用サーミスタである。
【００１８】
図２において、サーミスタ素子１２は、台座１３にガラスハーメチックにて固定されたピン１４に抵抗溶接（図中×印で示した）することにより電気的、機械的に接続されている。台座１３にはケース１０ａ，１０ｂが被せられ、両者はプロジェクション溶接により接合される。ケースにはガス導入孔１１が設けられた有孔ケース１０ａとガス導入孔のない無孔ケース１０ｂとがあり、前者は検出ガスが導入されるので検出用サーミスタ２を、後者は検出ガスが導入されないので基準用サーミスタ１を構成することになる。
【００１９】
そして、図１に示すように基準用サーミスタ１と検出用サーミスタ２は直列に接続され、それぞれの対辺関係にある２個の抵抗Ｒ２，Ｒ３とブリッジ回路を構成している。回路構成としては、このブリッジ回路と電力を供給する電源５との間に電流制限抵抗Ｒ１と第１の３方向スイッチ３と第２の３方向スイッチ４が直列に接続されている。
【００２０】
第１の３方向スイッチ３の共通極が電流制限抵抗Ｒ１と接続され、その一方の選択極が検出用サーミスタ２と基準用サーミスタ１との間の接続点８に接続され、他方の選択極は第２の３方向スイッチ４の一方の選択極に接続されている。また、第２の３方向スイッチ４の共通極はブリッジ回路に接続され、第２の３方向スイッチ４の他方の選択極は電源のアースに接続されている。
【００２１】
起動時においては、第１の３方向スイッチ３を検出用サーミスタ２と基準用サーミスタ１との間の接続点８に接続された選択極に、かつ第２の３方向スイッチ４を電源のアースに接続された選択極に接続する。これにより、等価的に図１（ｂ）のようになり、基準用サーミスタ１および検出用サーミスタ２に流れる電流が多くなり、自己発熱が急速に行われ起動時間を大幅に短縮することができる。その後、これらのサーミスタの自己発熱が完了した時点で図１（ｃ）に示すように、第１の３方向スイッチ３は電流制限抵抗Ｒ１に接続された共通極と第２の３方向スイッチ４の一方の選択極に接続された選択極に接続され、かつ第２の３方向スイッチ４はブリッジ回路に接続された共通極と第１の３方向スイッチ３の一方の選択極に接続された選択極に接続されて通常の測定モードになる。
【００２２】
また、自己発熱の完了の判別方法として、検出用サーミスタ２の両端電圧があらかじめ測定して求めておいた既定値よりも小さくなったときに自己発熱の完了とし、例えば、コンパレータを介することにより、第１の３方向スイッチ３および第２の３方向スイッチ４の切り替えを行う。第１の３方向スイッチ３および第２の３方向スイッチ４は、例えばリレースイッチやトランジスタで構成されており、コンパレータの出力のＨＩＧＨ，ＬＯＷによりＯＮ，ＯＦＦする構成となっている。
【００２３】
次に、図３に記載の概略回路図について説明する。図３はマイクロコンピュータで制御する場合のガスセンサの概略回路図である。起動時の第１の３方向スイッチ３および第２の３方向スイッチ４の切り替えはマイクロコンピュータ６にて切り替える。また、自己発熱の完了を判断するには、基準用サーミスタ１と検出用サーミスタ２との間の接続点８のセンサ出力をマイクロコンピュータ６で読み取り、あらかじめマイクロコンピュータ６に記憶させておいた既定値よりも小さくなれば素子の自己発熱の完了と判断し、第１の３方向スイッチ３および第２の３方向スイッチ４を通常の測定モードに切り替える。
【００２４】
次に、図４に記載の概略回路図について説明する。図４は温度センサ７を付加した場合のガスセンサの概略回路図である。起動時に温度センサ７により周囲温度情報をマイクロコンピュータ６で読み取り、周囲温度があらかじめマイクロコンピュータ６に記憶させた既定値よりも高い場合は第１の３方向スイッチ３および第２の３方向スイッチ４は動作させず、一方、既定値よりも低い場合は第１の３方向スイッチ３の電流制限抵抗Ｒ１に接続された共通極と基準用サーミスタ１と検出用サーミスタ２との間の接続点８に接続された選択極とを接続し、かつ第２の３方向スイッチ４をブリッジ回路に接続された共通極と電源のアースに接続された選択極とを接続するようにマイクロコンピュータ６で制御する。これにより高温時におけるサーミスタ素子の自己発熱による熱破壊を防ぐことができる。また、表示部９を設ければ温度表示の可能なガスセンサを実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電源とブリッジ回路の間に電流制限抵抗と第１の３方向スイッチと第２の３方向スイッチとを直列に接続し、起動時においては第１の３方向スイッチを検出用サーミスタと基準用サーミスタとの間に接続された選択極にかつ第２の３方向スイッチを電源のアースに接続された選択極に切り替え、検出用サーミスタおよび基準用サーミスタの昇温が完了した時点で第１および第２の３方向スイッチを他方の選択極に切り替えて動作させることにより、別電源を用いることなく一つの電圧電源のみで起動時間の短縮が図れるガスセンサを提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態におけるガスセンサの起動時の回路図
（ｂ）同ガスセンサの起動時の等価回路図
（ｃ）同ガスセンサの素子昇温完了時の回路図
【図２】（ａ）検出用サーミスタの構成図
（ｂ）基準用サーミスタの構成図
【図３】マイクロコンピュータで制御する場合のガスセンサの概略回路図
【図４】温度センサを付加した場合のガスセンサの概略回路図
【図５】従来の絶対湿度センサの構成図
【符号の説明】
１基準用サーミスタ
２検出用サーミスタ
３第１の３方向スイッチ
４第２の３方向スイッチ
５電源
６マイクロコンピュータ
７温度センサ
８基準用サーミスタと検出用サーミスタとの間の接続点
９表示部
１０ａ有孔ケース
１０ｂ無孔ケース
１１ガス導入孔
１２サーミスタ素子
１３台座
１４ピン

Claims

ガス導入孔を有するケースに内蔵した検出用サーミスタと、無孔ケースに密封した基準用サーミスタとを直列に接続し、これらの検出用サーミスタおよび基準用サーミスタと対辺関係にある２個の抵抗とからなるブリッジ回路と、このブリッジ回路に電力を供給する電源と、この電源と前記ブリッジ回路の間に電流制限抵抗と第１の３方向スイッチと第２の３方向スイッチとを直列に接続し、前記第１の３方向スイッチの共通極が前記電流制限抵抗と接続され、前記第１の３方向スイッチの一方の選択極が前記検出用サーミスタと前記基準用サーミスタとの間に接続され、前記第１の３方向スイッチの他方の選択極が前記第２の３方向スイッチの一方の選択極に接続され、前記第２の３方向スイッチの他方の選択極が前記電源のアースに接続され、前記第２の３方向スイッチの共通極が前記ブリッジ回路に接続された構成を有し、起動時においては前記第１の３方向スイッチを前記検出用サーミスタと前記基準用サーミスタとの間に接続された選択極に、かつ前記第２の３方向スイッチを前記電源のアースに接続された選択極に切り替え、前記検出用サーミスタおよび前記基準用サーミスタの昇温が完了した時点で前記第１および第２の３方向スイッチを他方の選択極に切り替えて動作させる構成としたガスセンサ。
検出用サーミスタの両端電圧が既定値以下になった時点を昇温の完了と判断する請求項１に記載のガスセンサ。
第１および第２の３方向スイッチの切り替えをマイクロコンピュータにより制御する請求項１に記載のガスセンサ。
周囲温度を検出するための温度センサを付加した請求項３に記載のガスセンサ。
起動時において、温度センサにより検出した周囲温度が既定値以上であれば第１および第２の３方向スイッチは動作させず、一方、前記温度センサにより検出した周囲温度が既定値以下であれば前記第１の３方向スイッチを検出用サーミスタと基準用サーミスタとの間に接続された選択極に、かつ前記第２の３方向スイッチを電源のアースに接続された選択極に切り替え、前記検出用サーミスタおよび前記基準用サーミスタの昇温が完了した時点で前記第１および第２の３方向スイッチを他方の選択極に切り替えて動作させる構成とした請求項１に記載のガスセンサ。