JP2005201681A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被点検ガスの存在／不存在の状況に関係なく半導体式ガスセンサのセンサ素子の断線状態を確実に検出すること。
【解決手段】間欠的にオン／オフ駆動又はハイ／ロー駆動されるヒータＲ_H により加熱されるセンサ素子Ｒ_S を有する半導体式ガスセンサ２１を用いて、単一種又は複数種のガスの濃度を検出するガス検出装置において、出力変化量測定手段３Ａの測定した、ヒータＲ_H の駆動のオン及びオフの一方から他方への移行時、又は、ヒータＲ_H の駆動のハイ及びローの一方から他方への移行時における、半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量が、センサ素子Ｒ_S の正常導通状態において移行時に発生する半導体式ガスセンサ２１の出力変化の最低量を上回っていないと判定手段３Ｂが判定した際に、断線認識手段３Ｃが、センサ素子Ｒ_S が断線状態にあると認識する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼器の不完全燃焼やガス漏れ等を半導体式ガスセンサを用いて検出するガス検出装置に関する。

燃焼器の不完全燃焼やガス漏れ等を検出するガス検出装置に用いられる接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサ、及び、これらのガスセンサを加熱するヒータが、断線状態にあると、ガスの検出が正常に行えなくなるので、これらが断線状態にあるか否かを認識することは、非常に重要であり、また、接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサの素子自体が破壊していても、同様にガスの検出が正常に行えなくなるので、これらのセンサ素子の破壊による故障を認識することも、これまた非常に重要である。

そして、ヒータの断線状態については、これに伴う接触燃焼式ガスセンサの内部抵抗が低い状態をオペアンプにより判別することで検出するものが既に提案されており（例えば特許文献１）、また、接触燃焼式ガスセンサの素子の破壊（による断線）状態についても、接触燃焼式ガスセンサのセンサ素子を覆う触媒がクラックの発生等により脱落して接触燃焼式ガスセンサの断線状態が発生すると、触媒を通じたヒータの放熱機能が損なわれてヒータが加熱し、ヒータや接触燃焼式ガスセンサを含んで構成されるブリッジ回路の平衡状態が崩れることから、この現象を利用して容易に判別することができる。

しかし、半導体式ガスセンサのセンサ素子の場合は、接触燃焼式ガスセンサのようにヒータと共に構成されるブリッジ回路が存在しないので、ヒータによる加熱温度が低いＣＯガスの検出時にＣＯガスが存在しないと、半導体式ガスセンサのセンサ素子の内部抵抗値が高くなって断線状態とさほど変わりがなくなってしまい、結局、半導体式ガスセンサの出力が低くてもそれがＣＯガスの存在によるのか半導体式ガスセンサのセンサ素子の断線によるのかを判別することができない。

そのため、従来の半導体式ガスセンサにおけるセンサ素子の断線状態の検出は、ヒータによる加熱温度が高く内部抵抗値が低くなる炭化水素ガス（例えばメタンガス）の不存在時における半導体式ガスセンサの出力（エアベース）が、断線状態時に現れる半導体式ガスセンサの出力よりも高いことを判別することで、行わざるを得なかった（例えば特許文献２）。
特開平５−３１２７４９号公報 特開２００２−２３０６６１号公報

上述したように従来の半導体式ガスセンサのセンサ素子の断線状態は、被点検ガスの不存在という状況を予め整えておかないと検出できない方式であり、現実に半導体式ガスセンサのセンサ素子の断線状態の検出を実行するには条件面での制約が多く一考の余地を残していた。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被点検ガスの存在／不存在の状況に関係なく半導体式ガスセンサのセンサ素子の断線状態を確実に検出することのできるガス検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１に記載した本発明のガス検出装置は、図１に基本構成図で示すように、間欠的にオン／オフ駆動又はハイ／ロー駆動されるヒータＲ_H により加熱されるセンサ素子Ｒ_S を有する半導体式ガスセンサ２１を用いて、単一種又は複数種のガスの濃度を検出するガス検出装置において、前記ヒータＲ_H の駆動のオン及びオフの一方から他方への移行時、又は、前記ヒータＲ_H の駆動のハイ及びローの一方から他方への移行時における、前記半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量を測定する出力変化量測定手段３Ａと、前記出力変化量測定手段３Ａの測定した前記ヒータＲ_H の駆動の移行時における前記半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量が、前記センサ素子Ｒ_S の正常導通状態において前記移行時に発生する前記半導体式ガスセンサ２１の出力変化の最低量を上回っているか否かを判定する判定手段３Ｂと、前記出力変化量測定手段３Ａの測定した前記半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量が前記最低量を上回っていないと前記判定手段３Ｂが判定した際に、前記センサ素子Ｒ_S が断線状態にあると認識する断線認識手段３Ｃとを備えていることを特徴とする。

また、請求項２に記載した本発明のガス検出装置は、請求項１に記載した本発明のガス検出装置において、第１の抵抗Ｒ_L 及び該第１の抵抗Ｒ_L に直列接続されたスイッチング素子Ｑ１に、前記第１の抵抗Ｒ_L よりも抵抗値の高い第２の抵抗Ｒ_F を並列接続した分圧用抵抗列が、前記センサ素子Ｒ_S に直列接続されていて、前記ヒータＲ_H の駆動の移行時に前記スイッチング素子Ｑ１をオフさせて前記分圧用抵抗列の抵抗値を前記第２の抵抗Ｒ_F の抵抗値とし、前記単一種又は複数種のガスの濃度の検出時に前記スイッチング素子Ｑ１をオンさせて前記分圧用抵抗列の抵抗値を前記第１の抵抗Ｒ_L と前記第２の抵抗Ｒ_F との合成抵抗値とする切換手段３Ｄをさらに備えており、前記出力変化量測定手段３Ａが、抵抗値を前記切換手段３Ｄにより前記第２の抵抗Ｒ_F の抵抗値とされた前記分圧用抵抗列の両端間に現れる電位差の変化量を、前記ヒータＲ_H の駆動の移行時における前記半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量として測定するものとした。

さらに、請求項３に記載した本発明のガス検出装置は、請求項１又は２に記載した本発明のガス検出装置において、前記半導体式ガスセンサ２１の周辺温度と予め定められた基準温度との差分に応じて、前記出力変化量測定手段３Ａの測定した前記半導体式ガスセンサ２１の出力を補正する温度補償手段Ａをさらに備えており、前記判定手段３Ｂが、前記温度補償手段Ａにより補正された後の前記出力変化量測定手段３Ａの測定した前記半導体式ガスセンサ２１の出力の変化量について、前記最低量を上回っているか否かを判定するものとした。

また、請求項４に記載した本発明のガス検出装置は、請求項３に記載した本発明のガス検出装置において、前記センサ素子Ｒ_S が断線状態にあると前記断線認識手段３Ｃが認識した際に、前記半導体式ガスセンサ２１が故障中であることを外部に報知する故障警報手段５をさらに備えているものとした。

請求項１に記載した本発明のガス検出装置によれば、ヒータＲ_H の駆動のオン及びオフの一方から他方への移行時、又は、ヒータＲ_H の駆動のハイ及びローの一方から他方への移行時に出力変化量測定手段３Ａが測定する半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量は、変化前、変化後共に、被点検ガスの存在／不存在の影響を同じように含んでいることから、両者の差分である変化量を測定することで、被点検ガスの存在／不存在の影響が相殺される。

したがって、被点検ガスが存在する状況においても、反対に、被点検ガスが存在しない状況においても、判定手段３Ｂによる判定結果を基に、センサ素子Ｒ_S が断線状態にあるか否かを断線認識手段３Ｃによって正確に認識することができる。

尚、半導体式ガスセンサ２１の出力に基づいて単一種又は複数種のガスの濃度を検出する際に、ガスの濃度を割り出す手段の動作上好ましいレンジに半導体式ガスセンサ２１の出力を合わせるために、半導体式ガスセンサ２１の直接の出力を分圧することがよく行われるが、そうすると反対に、内部抵抗が無限大状態となるセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するために出力変化量測定手段３Ａが測定する、ヒータＲ_H の駆動の移行時における半導体式ガスセンサ２１の出力変化量の絶対値が小さくなってしまうので、そのままでは、断線状態検出の精度に悪影響を及ぼしかねない。

しかし、請求項２に記載した本発明のガス検出装置のように、センサ素子Ｒ_S の断線状態を検出する際に、切換手段３Ｄによってスイッチング素子Ｑ１をオンさせて分圧用抵抗列の抵抗値を第２の抵抗Ｒ_F の抵抗値とすれば、分圧用抵抗列の抵抗値が、切換手段３Ｄがスイッチング素子Ｑ１をオンさせる単一種又は複数種のガスの濃度の検出時における、第１の抵抗Ｒ_L と第２の抵抗Ｒ_F との合成抵抗値となる分圧用抵抗列の抵抗値よりも、高い値となる。

したがって、ヒータＲ_H の駆動の移行時における半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量として出力変化量測定手段３Ａが測定する、分圧用抵抗列の両端間に現れる電位差の変化量を、単一種又は複数種のガスの濃度の検出時に出力変化量測定手段３Ａが測定する、分圧用抵抗列の両端間に現れる電位差よりも大きい値として、出力変化量測定手段３Ａの測定値を用いた判定手段３Ｂの判定の分解能を高くし、それによって、半導体式ガスセンサ２１の出力に基づいて単一種又は複数種のガスの濃度を検出する際に、ガスの濃度を割り出す手段の動作上好ましいレンジに半導体式ガスセンサ２１の出力を合わせることを担保しつつ、センサ素子Ｒ_S の断線状態を検出する際における断線認識手段の認識精度を高く維持することができる。

また、半導体式ガスセンサ２１の周辺温度が、基準となる温度よりも低いと、被検出ガスの不存在時におけるセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗値が高くなり、反対に、半導体式ガスセンサ２１の周辺温度が、基準となる温度よりも高いと、被検出ガスの不存在時におけるセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗値が低くなるので、半導体式ガスセンサ２１の出力は、その周辺温度の変動の影響によって変化する。

しかし、請求項３に記載した本発明のガス検出装置のように、半導体式ガスセンサ２１の周辺温度と予め定められた基準温度との差分に応じて、温度補償手段Ａが出力変化量測定手段３Ａの測定した半導体式ガスセンサ２１の出力変化の量を補正することで、半導体式ガスセンサ２１の周辺温度の変動によるセンサ素子Ｒ_S の断線状態検出の精度低下を抑制することができる。

また、請求項４に記載した本発明のガス検出装置によれば、請求項１、２又は３に記載した本発明のガス検出装置において、故障警報手段５の報知によりセンサ素子Ｒ_S が断線状態で半導体式ガスセンサ２１が故障中であることを、ガス検出装置の外部から認識することができる。

以下、本発明のガス検出装置を、図面を参照して説明する。

図２は本発明のガス検出装置を実施したガス漏れ警報器の一実施形態を一部ブロックで示す構成図で、図２に示すように、本ガス漏れ警報器は、電源回路部１、検出回路部２、制御部３、記憶部４及び警報出力部５を含んで構成される。電源回路部１は、例えば、バッテリや商用電源からの電源供給を受けてこれをガス漏れ警報器の各部の動作に適した電圧に変換して出力する。電源回路部１は、商用電源からの電源供給を受けるものである場合、バックアップ電池を含んでいてもよい。

検出回路部２は、例えば、不完燃焼センサ及びガス漏れセンサとしての半導体式センサ２１を含んで構成される。なお、本実施形態では、ガス漏れセンサ及び不完燃焼センサの複合型のガス漏れ警報器を例示しているが、本発明は、どちらか一方のセンサのみとして機能するガス漏れ警報器であってもよいし、更に他種のセンサを付加した、４つ以上のセンサを含む複合型のガス漏れ警報器であってもよい。但し、ここでは、３種類のセンサの複合型のガス漏れ警報器を用いて説明する。

半導体式センサ２１は、電源回路部１から加熱用の電圧を加熱素子Ｒ_H に印加してセンサ素子Ｒ_S の可燃性ガスに対する反応を向上させ、このセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗に応じた電位差をセンサ出力とする周知のものである。本実施形態のガス漏れ警報器では、図３のタイミングチャートの最上段に示すように、加熱素子Ｒ_H （請求項中のヒータに相当）にハイ／ローの２段階の電圧が印加され、ローの期間中に、不完全燃焼検出用のＣＯガスの検出のために加熱素子Ｒ_H が８０℃程度に加熱され、また、ハイの期間中に、ガス漏れ検出用のメタンガスの検出のために加熱素子Ｒ_H が４００℃程度に加熱される。

ＣＯガス及びメタンガスのどちらの検出時にも、図２に示すセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗は、通常大気中においては高い状態であり、ＣＯガスやメタンガスが存在すると内部抵抗が低下する。図３の上から２段目に示す、加熱素子Ｒ_H への電圧印加におけるロー期間の終盤に到来するＣＯガスの検出時や、図３の上から３段目に示す、加熱素子Ｒ_H への電圧印加におけるハイ期間の終盤に到来するメタンガスの検出時には、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗と、図２に示す抵抗Ｒ_F （請求項中の第２の抵抗に相当）及び抵抗Ｒ_L （請求項中の第１の抵抗に相当）の並列抵抗とにより分圧された電圧が、保安警報のためのセンサ出力としてインターフェース回路２２を介して制御部３に与えられる。したがって、ＣＯガスやメタンガスの検出時には、抵抗Ｒ_L と直列に接続されたスイッチングトランジスタＱ１（請求項中のスイッチング素子に相当）はオン状態にある。

一方、図３の最下段に示す、加熱素子Ｒ_H への電圧印加におけるローからハイへの移行期間（本実施形態のガス漏れ警報器では、加熱素子Ｒ_H への電圧印加のオフからオンへの移行当初にハイの期間が到来するので、この、加熱素子Ｒ_H への電圧印加のオフからオン＝ハイへの移行期間も含む）に到来するセンサ素子Ｒ_S の断線検出時には、スイッチングトランジスタＱ１がオフされて、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗と抵抗Ｒ_F の並列抵抗とにより分圧された電圧が、断線警報のためのセンサ出力としてインターフェース回路２２を介して制御部３に与えられる。

ちなみに、本実施形態のガス漏れ警報器では、ＣＯガスやメタンガスが周辺に存在しない場合のセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗（＝エアベース）が、基準温度（２０℃）において２００ＫΩ、メタンガス濃度が３０００ｐｐｍであるときのセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗が、基準温度（２０℃）において２ＫΩ、抵抗Ｒ_F の抵抗値が２００ＫΩ、抵抗Ｒ_L の抵抗値が抵抗Ｒ_F の抵抗値よりも圧倒的に低い２ＫΩである。よって、スイッチングトランジスタＱ１のオン時には、抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗の合成抵抗値はおよそ１．９８ＫΩ（≒２ＫΩ）である。

インターフェース回路２２は、制御部３に出力するセンサ電圧を、制御部３での処理に適した電圧に変換するための、増幅回路等を含んで構成される。なお、基準温度（２０℃）において２００ＫΩであるセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗（＝エアベース）は、周辺温度が例えば０℃に下がると４００〜５００ＫΩに上がって、半導体センサ２１のセンサ出力の値に大きく影響を及ぼし、ひいては、センサ素子Ｒ_S が断線状態にある時の内部抵抗とす。そこで、インターフェース回路２２には、センサ出力を温度補正するための温度補償手段Ａとしての例えばサーミスタＲｃが含まれている。

制御部３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等がＩＣ化されたマイクロコンピュータを含んで構成される。当該ＣＰＵは、当該ＲＯＭに内蔵されたプログラムや基礎データ及び外部から入力されるデータに従い、上記ＲＡＭをワークエリアとして利用して警報器全体を制御する。例えば、制御部３は、図３の上から２段目や３段目に示すタイミングで取得される上記検出回路部２からの保安警報のためのセンサ信号を受けて、記憶部４に格納される不完全燃焼やガス漏れに関する保安警報用のためのしきい値を参照し、ガス漏れ及び不完全燃焼の保安に関する警報を行うように警報出力部５を制御する。また、制御部３は、図３の最下段に示すタイミングで取得される上記検出回路部２からの断線警報のためのセンサ信号を受けて、記憶部４に格納される故障警報用のセンサ信号の単位時間あたりの変化量を参照し、検出回路部２、特に、半導体式センサ２１の故障に関する警報を行うように警報出力部５を制御する。

記憶部４には、ガス漏れ及び不完全燃焼に関する保安警報用のしきい値や、半導体式センサ２１の故障を判定する基準として用いられる故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値が格納されている。各しきい値は、使用される半導体式センサ２１の性能やインターフェース回路２２の回路特性等に基づいて、予め求められたもので、特に、故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値は、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S が断線状態にない正常導通状態において、加熱素子Ｒ_H への印加電圧がオフ又はローレベルからハイレベルに移行する時に発生する、半導体式ガスセンサ２１のセンサ出力の変化量の最低量に設定されている。

警報出力部５（請求項中の故障警報手段に相当）は、音声出力部５１及び表示出力部５２を含んで構成される。音声出力部５１は、例えば、ブザーやスピーチプロセッサ等であり、表示出力部５２は、例えば、ＬＥＤやＬＣＤ等である。そして、通常の保安警報は勿論、故障検出時には、「センサが断線しています」等の内容を、音声出力したり、表示出力したりする。或いは、音声と表示との組み合わせにより故障警報するようにしてもよい。

次に、上述のようなハードウエア構成のガス漏れ警報器において、制御部３にて行われる処理手順について、図４及び図５のフローチャートを用いて説明する。

制御部３に電源が供給されると、まず、図４に示すように、スイッチングトランジスタＱ１をオフにし（ステップＳ１）、次に、オフ状態にある加熱素子Ｒ_H へのハイレベルでの電圧印加を開始し（ステップＳ３）、加熱素子Ｒ_H への印加電圧がハイレベルに達するまでに要する移行期間が経過した後に（ステップＳ５でＹ）、その移行期間中にインターフェース回路２２を介して取得された断線警報のためのセンサ出力の変化量ΔＶ、即ち、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗と抵抗Ｒ_F の並列抵抗とにより分圧された電圧の変化量を取得し（ステップＳ７）、取得したセンサ出力の変化量ΔＶが、記憶部４に記憶された、半導体式センサ２１の故障を判定する基準として用いられる故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th（例えば０．１５Ｖ）以上でなければ（ステップＳ９でＮ）、半導体式センサ２１が断線による故障であるである旨の、「センサが断線しています」等の内容の警報を、警報出力部５の音声出力部５１や表示出力部５２から音声出力したり表示出力したりする（ステップＳ１１）。

また、取得した断線警報のためのセンサ出力の変化量ΔＶが故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th以上であれば（ステップＳ９でＹ）、スイッチングトランジスタＱ１をオンにし（ステップＳ１３）、次に、ハイレベルに達した加熱素子Ｒ_H への印加電圧が安定するのに要する待機期間が経過した後に（ステップＳ１５でＹ）、保安警報のためのセンサ出力Ｖ、即ち、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗と、抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗とにより分圧された電圧を、インターフェース回路２２を介して取得し（ステップＳ１７）、取得したセンサ出力Ｖが、記憶部４に記憶された、ガス漏れに関する保安警報用のしきい値Ｖ_thH を上回っていれば（ステップＳ１９でＹ）、ガス漏れが発生している旨の内容の警報を、警報出力部５の音声出力部５１や表示出力部５２から音声出力したり表示出力したりする（ステップＳ２１）。

一方、取得したセンサ出力Ｖが、ガス漏れに関する保安警報用のしきい値Ｖ_thH を上回っていなければ（ステップＳ１９でＮ）、図５に示すように、ハイレベル状態にある加熱素子Ｒ_H への電圧印加をローレベルに切り換え（ステップＳ２３）、加熱素子Ｒ_H への印加電圧がハイレベルからローレベルに切り換わるまでに要する移行期間に、ローレベルに達した加熱素子Ｒ_H への印加電圧が安定するのに要する待機期間を加えた期間が経過した後に（ステップＳ２５でＹ）、保安警報のためのセンサ出力Ｖ、即ち、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗と、抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗とにより分圧された電圧を、インターフェース回路２２を介して取得し（ステップＳ２７）、取得したセンサ出力Ｖが、記憶部４に記憶された、不完全燃焼に関する保安警報用のしきい値Ｖ_thL を上回っていれば（ステップＳ２９でＹ）、不完全燃焼が発生している旨の内容の警報を、警報出力部５の音声出力部５１や表示出力部５２から音声出力したり表示出力したりする（ステップＳ３１）。

また、取得したセンサ出力Ｖが、ガス漏れに関する保安警報用のしきい値Ｖ_thH を上回っていなければ（ステップＳ２９でＮ）、スイッチングトランジスタＱ１をオフにし（ステップＳ３３）、次に、ローレベル状態にある加熱素子Ｒ_H への電圧印加をハイレベルに切り換えた後（ステップＳ３５）、再び、加熱素子Ｒ_H への印加電圧がハイレベルに達するまでに要する移行期間が経過した後に（ステップＳ５でＹ）、その移行期間中における断線警報のためのセンサ出力の変化量ΔＶを取得し（ステップＳ７）、取得したセンサ出力の変化量ΔＶが故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th（例えば０．１５Ｖ）以上でなければ（ステップＳ９でＮ）、半導体式センサ２１が断線による故障であるである旨の、「センサが断線しています」等の内容の警報を、警報出力部５の音声出力部５１や表示出力部５２から音声出力したり表示出力したりする（ステップＳ１１）。即ち、図５のステップＳ３５の後には、図４のステップＳ５以降の処理を繰り返す。

そして、半導体式センサ２１が断線による故障であるである旨の内容の警報や、ガス漏れが発生している旨の内容の警報、或いは、不完全燃焼が発生している旨の内容の警報を、警報出力部５の音声出力部５１や表示出力部５２から音声出力したり表示出力した（ステップＳ１１，２１，３１）後は、図５に示すように、加熱素子Ｒ_H への電圧印加をオフにした後（ステップＳ３７）、一連の処理を終了する。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態のガス漏れ警報器では、請求項中の出力変化量測定手段３Ａ、判定手段３Ｂ、断線認識手段３Ｃ、及び、切換手段３Ｄが、制御部３によって構成されている。

尚、以上に説明した一連の動作において、インターフェース回路２２を介して制御部３が取得するセンサ出力Ｖ及びその変化量ΔＶは、いずれも、基準となる温度（例えば２０℃）と実際の半導体式センサ２１周辺の温度との差により生じる変動分を、インターフェース回路２２内の温度補償手段Ａとしての例えばサーミスタＲｃによって温度補償された、即ち、基準となる温度の場合の出力に温度補償されたものである。この温度補償は、インターフェース回路２２内の温度補償手段Ａのような回路的なもので行ってもよく、或いは、半導体式センサ２１周辺の温度を温度センサで測定して制御部３に取り込み、その値を基に制御部３内で行う処理上のロジックによって実現されるものであっても良く、その場合は、制御部３が請求項中の温度補償手段Ａに相当することになる。

以上のように構成された本実施形態のガス漏れ警報器によれば、半導体式センサ２１の故障の判定を、加熱素子Ｒ_H への印加電圧がオフ状態又はローレベルからハイレベルに達するまでに要する移行期間中のセンサ出力の変化量ΔＶを用いて行うため、半導体式センサ２１の周辺にＣＯガスやメタンガスが仮に存在しても、その影響によるセンサ出力Ｖの変動は、変化前後のセンサ出力Ｖに同じように作用することから、センサ出力の変化量ΔＶを取得する時点で相殺される。このため、半導体式センサ２１の周辺にＣＯガスやメタンガスが存在するか否かを問わず、いかなる状況においても、取得したセンサ出力の変化量ΔＶが故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th以上であるか否かによって、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S が断線状態にあるか否かを制御部３において正確に判別することができる。

しかも、本実施形態のガス漏れ警報器によれば、ＣＯガス及びメタンガスの検出時には、スイッチングトランジスタＱ１をオン状態にしておよそ１．９８ＫΩ（≒２ＫΩ）となる抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗の合成抵抗と、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗との分圧比に応じた電圧が、センサ出力Ｖとなるので、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗が低くてもセンサ出力Ｖを制御部３の動作上好ましい電圧に抑えることができるのに対して、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するときには、スイッチングトランジスタＱ１をオフ状態にして２００ＫΩの抵抗Ｒ_F とセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗との分圧比に応じた電圧が、センサ出力Ｖとなるので、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗が無限大状態にあってもセンサ出力Ｖを制御部３での判別動作上好ましい電圧に保つことができ、センサ素子Ｒ_S の断線状態を高い分解能で精度良く検出することができる。

尚、半導体式ガスセンサ２１のセンサ出力Ｖに対する、インターフェース回路２２内の温度補償手段Ａとしての例えばサーミスタＲｃによる回路的な温度補償や、半導体式センサ２１周辺の温度に基づいた制御部３内での処理上のロジックによる温度補償は、必須ではないが、温度補償の構成を設けておけば、先に説明したように、センサ素子Ｒ_S の内部抵抗（＝エアベース）が半導体式センサ２１周辺の温度に依存して大きく変動しても、その影響を排除してセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出することになるので、センサ素子Ｒ_S の断線状態を精度良く検出することができる。

また、センサ素子Ｒ_S の断線状態を検出した場合、本実施形態のガス漏れ警報器のように警報出力部５による警報出力は必須ではなく、警報信号の外部出力によって外部機器等に通知しその外部機器等にて警報を行ったり適切な処理を連動して行わせるような構成であっても良い。

更に、本実施形態のガス漏れ警報器では、加熱素子Ｒ_H への電圧印加がオフ状態又はローレベルからハイレベルに移行する期間中における断線警報のためのセンサ出力の変化量ΔＶが、故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th（例えば０．１５Ｖ）以上であるか否かによって、半導体式センサ２１のセンサ素子Ｒ_S が断線状態にあるか否かを判別する構成としたが、更に、或いは、これに代えて、加熱素子Ｒ_H への電圧印加がハイレベルからローレベルに移行する期間中における断線警報のためのセンサ出力の変化量ΔＶが、故障警報の単位時間当たりの変化量のしきい値ΔＶ_th（例えば０．１５Ｖ）以上であるか否かによって、センサ素子Ｒ_S が断線状態にあるか否かの判別を行うようにしてもよい。

また、本実施形態のガス漏れ警報器では、ＣＯガス及びメタンガスの検出時に、スイッチングトランジスタＱ１をオン状態にして、抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗の合成抵抗とセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとし、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するときには、スイッチングトランジスタＱ１をオフ状態にして、抵抗Ｒ_F とセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとする構成とした。

しかし、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するときにおけるセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗の値が、ＣＯガス及びメタンガスの検出時におけるセンサ素子Ｒ_S の内部抵抗の値と、さほど変わらない場合には、次のような構成を採用してもよい。

即ち、抵抗Ｒ_L 及びこれに直列に接続されたスイッチングトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ_F との並列抵抗に代えて、この並列抵抗の合成抵抗と同じ抵抗値を有する単一の分圧用抵抗Ｒ_F0を、半導体式センサ２１のセンサ素子Ｒ_S に直列に接続して、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するときと、ＣＯガス及びメタンガスの検出時とのどちらの場合にも、センサ素子Ｒ_S と分圧用抵抗Ｒ_F0との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとする構成としてもよい。

更に、本実施形態では、加熱素子Ｒ_H への電圧印加におけるロー期間の終盤に到来するＣＯガスの検出時や、加熱素子Ｒ_H への電圧印加におけるハイ期間の終盤に到来するメタンガスの検出時のどちらにおいても、センサ出力Ｖを得るためにセンサ素子Ｒ_S に直列に接続して用いる抵抗を、抵抗Ｒ_F 及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗とする構成とした。

しかし、半導体式センサ２１のセンサ素子Ｒ_S が、単位体積当たりのガス濃度が同じであってもその際に発生する内部抵抗の値がＣＯガスとメタンガスとで異なる、という特性を持ったものである場合には、それに合わせて、次のような構成を採用してもよい。

即ち、抵抗Ｒ_L 及びこれに直列に接続されたスイッチングトランジスタＱ１に対して、ＣＯガス検出時における内部抵抗値の特性に応じた抵抗値のＣＯガス検出時用抵抗Ｒ_F1と、メタンガス検出時における内部抵抗値の特性に応じた抵抗値のメタンガス検出時用抵抗Ｒ_F2とを切り換え可能に並列接続して、ＣＯガスの検出時はＣＯガス検出時用抵抗Ｒ_F1及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗とセンサ素子Ｒ_S との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとし、メタンガス検出時はメタンガス検出時用抵抗Ｒ_F2及び抵抗Ｒ_L の並列抵抗とセンサ素子Ｒ_S との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとする構成としてもよい。

また、上述したように、半導体式ガスセンサ２１のセンサ素子Ｒ_S の断線状態を検出するときと、ＣＯガス及びメタンガスの検出時とのどちらの場合にも、センサ素子Ｒ_S と分圧用抵抗Ｒ_F0との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとする構成とした上で、更に、単位体積当たりのガス濃度に対して半導体式センサ２１のセンサ素子Ｒ_S に発生する内部抵抗の値の違いに対応する場合には、次のような構成を採用することができる。

即ち、分圧用抵抗Ｒ_F0に代えて、抵抗Ｒ_L 及びＣＯガス検出時用抵抗Ｒ_F1の並列抵抗の合成抵抗と同じ抵抗値を有する単一のＣＯガス検出時用分圧抵抗Ｒ_F01 と、抵抗Ｒ_L 及びメタンガス検出用時抵抗Ｒ_F2の並列抵抗の合成抵抗と同じ抵抗値を有する単一のメタンガス検出時用分圧抵抗Ｒ_F22 とを、センサ出力Ｖを得るためにセンサ素子Ｒ_S に直列に接続して用いる抵抗として切り換え可能に並列接続して、ＣＯガスの検出時はＣＯガス検出時用分圧抵抗Ｒ_F01 とセンサ素子Ｒ_S との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとし、メタンガス検出時はメタンガス検出時用分圧抵抗Ｒ_F22 とセンサ素子Ｒ_S との分圧比に応じた電圧をセンサ出力Ｖとする構成とすることができる。

本発明のガス漏れ警報器の基本構成図である。 本発明のガス検出装置を実施したガス漏れ警報器の一実施形態を一部ブロックで示す構成図である。 図２の半導体式センサの加熱素子に対する電圧印加のパターンと、不完全燃焼、ガス漏れ、センサ素子断線の各検出タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。 図２の制御部において実施される処理手順を示すフローチャートである。 図２の制御部において実施される処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

３ 制御部
３Ａ 出力変化量測定手段
３Ｂ 判定手段
３Ｃ 断線認識手段
３Ｄ 切換手段
５ 故障警報手段
２１ 半導体式ガスセンサ
Ａ 温度補償手段
Ｑ１ スイッチング素子
Ｒ_F 第２の抵抗
Ｒ_H ヒータ
Ｒ_L 第１の抵抗
Ｒ_S センサ素子

Claims (4)

1. 間欠的にオン／オフ駆動又はハイ／ロー駆動されるヒータにより加熱されるセンサ素子を有する半導体式ガスセンサを用いて、単一種又は複数種のガスの濃度を検出するガス検出装置において、
   前記ヒータの駆動のオン及びオフの一方から他方への移行時、又は、前記ヒータの駆動のハイ及びローの一方から他方への移行時における、前記半導体式ガスセンサの出力変化の量を測定する出力変化量測定手段と、
   前記出力変化量測定手段の測定した前記ヒータの駆動の移行時における前記半導体式ガスセンサの出力変化の量が、前記センサ素子の正常導通状態において前記移行時に発生する前記半導体式ガスセンサの出力変化の最低量を上回っているか否かを判定する判定手段と、
   前記出力変化量測定手段の測定した前記半導体式ガスセンサの出力変化の量が前記最低量を上回っていないと前記判定手段が判定した際に、前記センサ素子が断線状態にあると認識する断線認識手段とを備えている、
   ことを特徴とするガス検出装置。
2. 第１の抵抗及び該第１の抵抗に直列接続されたスイッチング素子に、前記第１の抵抗よりも抵抗値の高い第２の抵抗を並列接続した分圧用抵抗列が、前記センサ素子に直列接続されていて、前記ヒータの駆動の移行時に前記スイッチング素子をオフさせて前記分圧用抵抗列の抵抗値を前記第２の抵抗の抵抗値とし、前記単一種又は複数種のガスの濃度の検出時に前記スイッチング素子をオンさせて前記分圧用抵抗列の抵抗値を前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との合成抵抗値とする切換手段をさらに備えており、前記出力変化量測定手段は、抵抗値を前記切換手段により前記第２の抵抗の抵抗値とされた前記分圧用抵抗列の両端間に現れる電位差の変化量を、前記ヒータの駆動の移行時における前記半導体式ガスセンサの出力変化の量として測定する請求項１記載のガス検出装置。
3. 前記半導体式ガスセンサの周辺温度と予め定められた基準温度との差分に応じて、前記出力変化量測定手段の測定した前記半導体式ガスセンサの出力を補正する温度補償手段をさらに備えており、前記判定手段は、前記温度補償手段により補正された後の前記出力変化量測定手段の測定した前記半導体式ガスセンサの出力の変化量について、前記最低量を上回っているか否かを判定する請求項１又は２記載のガス検出装置。
4. 前記センサ素子が断線状態にあると前記断線認識手段が認識した際に、前記半導体式ガスセンサが故障中であることを外部に報知する故障警報手段をさらに備えている請求項１、２又は３記載のガス検出装置。

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