JP2007017208A - Gas detection system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reconcile low electric power consumption with wide concentration range measurement, as to a sensor device with an electric source built therein. <P>SOLUTION: The sensor device is made by combining an FET-system sensor of low electric power consumption having sensitivity in a low concentration zone and a sensor having sensitivity in a high concentration zone and requiring heater heating. An exemplary operation is shown below. Normally, in detecting gas leakage, the sensor for a low concentration zone is operated while interrupting the energization of a heater. When the FET-system sensor detects a value exceeding the first set threshold, the heater heating is started. If the temperature of the heater exceeds the second threshold, the start-up of the high concentration zone sensor is determined to have been completed. Thereafter, an output value of the FET-system sensor is used as an output value of the sensor device if concentration is equal to or less than the third set threshold while using an output value of the zone sensor as an output value of the sensor device if the concentration is equal to or more than the third set threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス濃度変化を検知するシステムに関し、特にセンサ装置に電源を搭載し、外部との信号を無線で行うガス濃度計測システムに関するものである。   The present invention relates to a system for detecting a change in gas concentration, and more particularly to a gas concentration measurement system in which a power supply is mounted on a sensor device and wirelessly transmits signals to the outside.

ガスセンサにはさまざまな種類があり、例えば可燃性ガスセンサに関してはJIS M 7626「定置形可燃性ガス検知警報器」に記載にあるように接触燃焼式、半導体式、熱伝導式、赤外線吸収式などが知られている。又、薄膜や厚膜を用いた方式として、センサーズアンドアクチュエータズ誌B1巻15ページから20ページに記載のFET(Field Effect Transistor)のゲート電極にガス感応膜を成膜し、標的ガスによるゲート電位の変化をFETで読み出す方式(以下、FET方式と記載する)の水素応答性が報告されている。又、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス誌40巻L1232ページからL1234ページに標的ガスによる熱電変換膜の温度上昇を電圧として読み出す方式(以下、熱電方式と記載する)が提案されている(非特許文献2)。FET方式は高感度で、例えば、第18回ユーロセンサーズ国際会議技術抄録集10ページから11ページにはパラジウムをゲート電極に用いたセンサで5ppmの水素を検知できている(非特許文献3)。又、熱電方式においては、白金を用いて3%の水素の検知ができていることが上記の文献に報告されている。   There are various types of gas sensors. For example, for combustible gas sensors, there are contact combustion type, semiconductor type, heat conduction type, infrared absorption type, etc. as described in JIS M 7626 “Stationary type combustible gas detection alarm”. Are known. In addition, as a method using a thin film or thick film, a gas sensitive film is formed on the gate electrode of FET (Field Effect Transistor) described in pages 15 to 20 of Sensors and Actuators magazine B1 volume. The hydrogen responsiveness of the method of reading the potential change with FET (hereinafter referred to as FET method) has been reported. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 40, pages L1232 to L1234, a method of reading the temperature rise of the thermoelectric conversion film by the target gas as a voltage (hereinafter referred to as a thermoelectric method) has been proposed (Non-Patent Document 2). ). The FET method has high sensitivity, and for example, on pages 10 to 11 of the 18th Eurosensors International Conference Abstracts, 5 ppm hydrogen can be detected with a sensor using palladium as the gate electrode (Non-patent Document 3). . In the thermoelectric system, it is reported in the above-mentioned document that 3% hydrogen can be detected using platinum.

以上の例は、センサ単体に関するものであるが、複数のセンサを用いる例としては、濃度に対する出力線形領域の異なる複数のセンサを用いて広い濃度範囲の水素ガスを検出する方法(特開2002-357576号)が公開されている(特許文献1)。図2の例がこの例である。センサ201は、パラジウム合金による抵抗式水素センサ202と酸化錫による酸化物半導体式水素センサ203を有し、いずれのセンサの出力を当該雰囲気のガス濃度をするのかを判別し、信号の切り替えを行う判別器205、切り替え器206が配置される。切り替え器206からガス濃度に関する信号が出力される。   The above example relates to a single sensor, but as an example of using a plurality of sensors, a method of detecting hydrogen gas in a wide concentration range using a plurality of sensors having different output linear regions with respect to the concentration (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-2002). No. 357576) is disclosed (Patent Document 1). The example of FIG. 2 is this example. The sensor 201 includes a resistance-type hydrogen sensor 202 made of palladium alloy and an oxide semiconductor-type hydrogen sensor 203 made of tin oxide. The sensor 201 determines which sensor output uses the gas concentration of the atmosphere and switches the signal. A discriminator 205 and a switching unit 206 are arranged. A signal related to the gas concentration is output from the switch 206.

特定の位置におけるガス濃度を計測するだけでなく、施設全体のガスの濃度分布を計測したり、この結果を用いて漏洩拡散のモニタリングや漏洩箇所の特定を行ったりする検知システムが、今後普及することが予想される。燃料電池自動車に水素ガスを供給する水素ステーションは、市街地に建設されて高い安全性が要求される点から、こういった検知システムを必要とする施設の好例である。複数のガスセンサを無線通信で結び、ガスの濃度分布をモニタリングする技術に関しては、例えば第10回化学センサ国際会議技術抄録集94ページから95ページに記載がある(非特許文献4)。この例では電気化学センサや光イオン化センサなど数種類のセンサをハイブリッド化し、排水処理場、ごみ処理場、家畜舎、クリーンルームなどの臭気やVOCモニターシステムを構築することを提案している。   In addition to measuring the gas concentration at a specific location, a detection system that measures the gas concentration distribution in the entire facility and uses this result to monitor leak diffusion and identify leak locations will become more popular in the future. It is expected that. A hydrogen station that supplies hydrogen gas to a fuel cell vehicle is a good example of a facility that requires such a detection system because it is built in an urban area and requires high safety. A technique for connecting a plurality of gas sensors by wireless communication and monitoring a gas concentration distribution is described, for example, on pages 94 to 95 of the 10th Chemical Sensor International Conference Technical Abstracts (Non-Patent Document 4). In this example, it is proposed that several types of sensors such as electrochemical sensors and photoionization sensors be hybridized to construct odor and VOC monitoring systems for wastewater treatment plants, waste disposal plants, livestock houses, clean rooms, etc.

特開2002−357576号公報JP 2002-357576 A Sensors and Actuators, Vol. B1, pp. 15-20Sensors and Actuators, Vol. B1, pp. 15-20 Japanese Journal of Applied Physics Vol. 40, pp. L1232-1234Japanese Journal of Applied Physics Vol. 40, pp. L1232-1234 XVIII EUROSENSORS, Digest of Technical Papers, (2004) pp. 10-11XVIII EUROSENSORS, Digest of Technical Papers, (2004) pp. 10-11 The 10th International Meeting on Chemical Sensors, Technical Digest, pp. 94-95The 10th International Meeting on Chemical Sensors, Technical Digest, pp. 94-95

数十から数百個のセンサを配置して、ガスの濃度分布を計測するような場合、センサ搭載小型無線端末(以下、センサノードと記載する)は、センサと無線機能と電源を内蔵する構成とすることで配線の敷設が不要となり、センサノードの配置が容易になる。このような電源を内蔵したセンサノード(以下、センサ装置と記述する)における重要な課題のひとつが消費電力の低減である。   When tens to hundreds of sensors are arranged to measure the gas concentration distribution, the sensor-equipped small wireless terminal (hereinafter referred to as sensor node) has a built-in sensor, wireless function, and power supply. This eliminates the need for wiring and facilitates the placement of sensor nodes. One of the important issues in a sensor node (hereinafter referred to as a sensor device) incorporating such a power supply is a reduction in power consumption.

消費電力の低減には、無線通信電力の低減とセンサそのものの消費電力の低減がある。一般に瞬間最大消費電力を決めるのは無線部分の消費電力であるが、長期にわたっての積算消費電力で影響が大きいのはセンサの消費電力である。無線部分は定期的に送信する際に電力消費を発生するが、センサ部分は常時電力を消費するためである。
又、前述したように、ガスセンサにはいくつかの方式があるが、特に半導体式や熱電式など、電気化学反応を利用したガスセンサでは化学反応が温度に影響されるため、温度制御が重要となる。そのため、センサを加熱して使う必要があり、センサ加熱用ヒータの消費電力が膨大になる。
The reduction in power consumption includes a reduction in wireless communication power and a reduction in power consumption of the sensor itself. In general, the instantaneous maximum power consumption is determined by the power consumption of the wireless portion, but it is the power consumption of the sensor that has a large effect on the accumulated power consumption over a long period of time. This is because the wireless portion consumes power when periodically transmitting, but the sensor portion always consumes power.
In addition, as described above, there are several types of gas sensors. Especially in gas sensors using an electrochemical reaction such as a semiconductor type or a thermoelectric type, the temperature is important because the chemical reaction is affected by the temperature. . Therefore, it is necessary to heat and use the sensor, and the power consumption of the sensor heating heater becomes enormous.

すなわち、消費電力を下げるためには低消費電力のセンサを使用し、かつ、ヒータ加熱を抑制することが効果的である。   That is, in order to reduce power consumption, it is effective to use a sensor with low power consumption and suppress heater heating.

上述したセンサの中で、FET方式が最も消費電力が低く、数十マイクロワット程度に抑えることが可能である。しかしながら、第18回ユーロセンサーズ国際会議技術抄録集10ページから11ページに記載されているようにFET方式は低濃度域に感度があり、高濃度域での計測には向いていない。   Among the sensors described above, the FET method has the lowest power consumption and can be suppressed to about several tens of microwatts. However, as described on pages 10 to 11 of the 18th Eurosensors International Conference Technical Abstract, the FET method is sensitive to the low concentration range and is not suitable for measurement in the high concentration range.

本発明は、外部から電力供給のない状態でも、広い濃度域に渡って計測できるセンサ装置を実現することが目的である。   An object of the present invention is to realize a sensor device that can measure over a wide concentration range even in the absence of power supply from the outside.

低濃度域に対応した低消費電力のFET方式のガスセンサと高濃度域に対応した半導体式や熱電方式のガスセンサを組み合わせて、制御シーケンスで消費電力の抑制を行う。具体的には、常時、低ガス濃度に対応したFET方式のガスセンサのみを起動し、半導体式や熱電方式のセンサは停止しておき、あるガス濃度域を閾値として設定しておき、その閾値を越えた際に高濃度域のセンサを起動し両方のセンサで検知するようにする。   By combining a low power consumption FET type gas sensor corresponding to a low concentration range with a semiconductor type or thermoelectric type gas sensor corresponding to a high concentration range, power consumption is suppressed in a control sequence. Specifically, only the FET type gas sensor corresponding to the low gas concentration is always activated, the semiconductor type or thermoelectric type sensor is stopped, a certain gas concentration range is set as a threshold value, and the threshold value is set. When it exceeds, the sensor in the high concentration area is activated and detected by both sensors.

ガス漏洩検知といった安全を監視するシステムにおいては、常時、低ガス濃度のみを計測することが大事であり、その際は、ヒータ過熱の必要な高濃度域に対応したセンサは停止するようにすることで、消費電力を抑えることができる。   In a safety monitoring system such as gas leak detection, it is important to always measure only the low gas concentration, and in that case, the sensor corresponding to the high concentration region where heater overheating is required should be stopped. Thus, power consumption can be suppressed.

本発明の主な諸形態を列挙すれば、以下の通りである。   The main aspects of the present invention are listed as follows.

即ち、その骨子は、少なくとも、電源と、低濃度ガスを計測するFET方式の第1のガスセンサと、ヒータで加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサと、温度センサと、比較器と、を有し、且つ前記比較器によって前記第2のガスセンサに対するヒータの加熱開始を判断し、前記温度センサによって前記第2のガスセンサの起動を確認することによって前記第1及び第2のガスセンサを切り替え使用することを特徴とするガス検知システムである。   That is, the essence is at least a power source, a FET-type first gas sensor that measures low-concentration gas, a second gas sensor that measures high-concentration gas heated by a heater, a temperature sensor, a comparator, And the first gas sensor is switched between the first gas sensor and the second gas sensor by confirming the start of heating of the second gas sensor by the temperature sensor. This is a gas detection system.

この場合、少なくとも、前記電源と、低濃度ガスを計測するFET方式の第1のガスセンサと、ヒータで加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサと、温度センサと、比較器とを有するセンサ装置として構成し、更に通信機能部を付与し、無線によって各種データをサーバに送信し、このサーバ内で、制御に必要なデータ処理や制御信号を発生、送信するごとき実施形態を取ることも可能である。この例では、ガスセンサ装置と、通信で情報の授受を行う通信機と、センサ装置の出力を蓄積、又は解析するサーバと、ガス濃度を表示するモニタとを有する形態が有用である。   In this case, a sensor having at least the power source, a first gas sensor of FET type that measures low concentration gas, a second gas sensor that measures high concentration gas heated by a heater, a temperature sensor, and a comparator. It can be configured as a device, further provided with a communication function unit, wirelessly transmitting various data to a server, and generating and transmitting data processing and control signals necessary for control in this server. It is. In this example, a form having a gas sensor device, a communication device that exchanges information by communication, a server that accumulates or analyzes the output of the sensor device, and a monitor that displays a gas concentration is useful.

尚、前記高濃度ガスは、ガス濃度が1%以上と設定することが実際的で、多用される。   The high-concentration gas is practically set at a gas concentration of 1% or more, and is frequently used.

前記第1及び第2のガスセンサの切り替えは、例えば次のようになされる。前記複数の比較器の各々は、第一の比較器はヒータ加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサに対するヒータ部を起動する制御を行い、第二の比較器は前記高濃度ガスを計測する第2のガスセンサに対するヒータ部の温度が適正な状態、即ち、第2のガスセンサの正常動作への移行を確認し、第三の比較器はFET方式の第1のガスセンサと前記高濃度ガスを計測する第2のガスセンサの出力を選択することを行う機能を有するものである。   The first and second gas sensors are switched as follows, for example. Each of the plurality of comparators controls the first comparator to start a heater unit for a second gas sensor that measures the high-concentration gas to be heated by the heater, and the second comparator measures the high-concentration gas. Confirm that the temperature of the heater unit is appropriate for the second gas sensor, that is, the transition of the second gas sensor to normal operation, and the third comparator detects the FET-type first gas sensor and the high-concentration gas. This has a function of selecting the output of the second gas sensor to be measured.

従来、複数センサを組み合わせた装置は前述の特許文献1にも記載されていたが、各センサを常時起動しておき、各センサに適した濃度領域で切り替えるのみの機能しか有していなかった。これに対して、本発明はバッテリと無線通信機能を搭載し、さらに、複数のセンサとそれを切り替えて使用するための制御シーケンスを加えることにより、外部からの電源供給がなくても、広い濃度領域に対応したセンサ装置を実現することができる。   Conventionally, an apparatus that combines a plurality of sensors has been described in Patent Document 1 described above, but it has only a function of always starting each sensor and switching in a density region suitable for each sensor. On the other hand, the present invention is equipped with a battery and a wireless communication function, and further, by adding a plurality of sensors and a control sequence for switching between them, a wide concentration can be obtained without external power supply. A sensor device corresponding to a region can be realized.

本願発明のガス検知システムによれば、広い濃度領域での検知を可能とし、且つ低消費電力を実現することが出来る。   According to the gas detection system of the present invention, detection in a wide concentration range is possible, and low power consumption can be realized.

本発明の実施の形態を具体的に説明するに先立って、本発明に用いる各種ガスセンサーを簡単に説明する。半導体式センサ(酸化物半導体式センサと称する場合もある)は、例えば酸化スズや酸化亜鉛の焼結体の抵抗変化を計測するものである。例えば、白金線ヒータなどで300℃に加熱し、酸化スズ表面にガスが吸着し、抵抗が変化することを利用している。このためヒータでの消費電力が無視できない。熱電方式センサは、ガスに対して触媒作用のある材料を熱電材料の上に配置し、例えば、水素ガスが白金表面に解離吸着すると熱が発生し温度が変化するのを、熱電材料で電圧信号として検出するものである。このセンサでも水素に対する感度や応答速度を向上するためには触媒材料を加熱する必要があり、ヒータ加熱による消費電力が大きくなる。本発明は、こうしたガスセンサの特徴を生かしつつ、消費電力の低減を狙ったことは前述した通りである。   Prior to specific description of embodiments of the present invention, various gas sensors used in the present invention will be briefly described. A semiconductor sensor (sometimes referred to as an oxide semiconductor sensor) measures a change in resistance of a sintered body of tin oxide or zinc oxide, for example. For example, it is used that the resistance is changed by heating to 300 ° C. with a platinum wire heater or the like, and gas adsorbing on the surface of tin oxide. For this reason, the power consumption in the heater cannot be ignored. A thermoelectric sensor is a material that has a catalytic action on gas and is placed on the thermoelectric material.For example, when hydrogen gas dissociates and adsorbs on the platinum surface, heat is generated and the temperature changes. Is detected. Even in this sensor, in order to improve the sensitivity to hydrogen and the response speed, it is necessary to heat the catalyst material, and power consumption due to heater heating increases. As described above, the present invention aims to reduce power consumption while taking advantage of the features of the gas sensor.

一方、FET方式ガスセンサは電界効果型トランジスタのゲート電極にガスに対する感応材料を用いて、ゲート電極表面にガスが吸着、解離し、その影響をゲート電圧シフトとして観測するものである。水素ガスを検知する場合、ゲート電極には、例えば白金やパラジウムといった水素触媒材料が用いられる。水素が白金表面で解離吸着し、水素原子になるとそのダイポールの影響でトランジスタのチャネル伝導度が変化するので、相対的にゲート電圧が変化したものと捉えることができる。FET方式ガスセンサは消費電流を百μA以下に抑えることができ、センサの消費電力を小さくできる。   On the other hand, the FET gas sensor uses a gas-sensitive material for the gate electrode of a field effect transistor, and gas is adsorbed and dissociated on the surface of the gate electrode, and the effect is observed as a gate voltage shift. In the case of detecting hydrogen gas, a hydrogen catalyst material such as platinum or palladium is used for the gate electrode. When hydrogen is dissociatively adsorbed on the platinum surface and becomes hydrogen atoms, the channel conductivity of the transistor changes due to the influence of the dipole, so that it can be considered that the gate voltage has changed relatively. The FET type gas sensor can reduce the current consumption to 100 μA or less, and can reduce the power consumption of the sensor.

<実施例1>
以下、本発明の実施の形態の例を説明する。
図1は本発明のガス検知システムのセンサ装置の構成を示す概念図である。センサ装置は、電源103、無線部102、制御部104、センサ部105で構成される。センサ部105は、FET方式のセンサ109と高濃度域に対応したセンサ110とヒータ111と温度センサ112からなる。また、制御部104には少なくとも3つの比較器106、107、108が含まれる。第1の比較器106はFET方式センサ109で検出したデータと第1の閾値とを比較して、コントローラ113を通して、センサ装置の出力114や、高濃度センサ110または高濃度センサ用のヒータ111を加熱する指示を出力するためのものである。第2の比較器107はヒータ111のよる温度変化を、温度センサ112で計測し、この温度センサ112の温度が第2の閾値を超えたか、すなわち、高濃度センサ110の正常測定が可能となったことを検出するためのものである。第3の比較器108はFET方式センサ109の出力と第3の閾値を比較し、FET方式センサ109の適正測定濃度域の内外を判断し、センサ装置の出力端子114に、FET方式センサ109の出力、もしくは、高濃度域センサ110の出力のどちらかを選択するためのものである。
<Example 1>
Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a sensor device of a gas detection system of the present invention. The sensor device includes a power supply 103, a wireless unit 102, a control unit 104, and a sensor unit 105. The sensor unit 105 includes a FET type sensor 109, a sensor 110 corresponding to a high concentration region, a heater 111, and a temperature sensor 112. The control unit 104 includes at least three comparators 106, 107, and 108. The first comparator 106 compares the data detected by the FET sensor 109 with the first threshold value, and outputs the output 114 of the sensor device, the high concentration sensor 110, or the heater 111 for the high concentration sensor through the controller 113. This is for outputting instructions for heating. The second comparator 107 measures the temperature change caused by the heater 111 with the temperature sensor 112, and whether the temperature of the temperature sensor 112 exceeds the second threshold, that is, the high concentration sensor 110 can be normally measured. It is for detecting that. The third comparator 108 compares the output of the FET sensor 109 with the third threshold value, determines whether the FET sensor 109 is within the appropriate measured concentration range, and connects the FET sensor 109 to the output terminal 114 of the sensor device. This is for selecting either the output or the output of the high concentration range sensor 110.

本発明のセンサ装置の、センサ出力値を決定するための制御シーケンスの概要について図3を用いて説明する。本実施例では高濃度域のセンサ110として熱電方式のセンサを用いる場合について説明する。FETセンサ109、高濃度域センサ110ともに、センサの各々のセンサの出力値(FET方式センサ出力値:SF、高濃度域センサ出力:SH)(ステップ1)を制御部104に転送する。第一の比較器106で第一の閾値(ST1)とFET方式(109)のセンサ出力(SF)を比較する(ステップ2)。SF≦ST1の場合、センサ装置の出力は、S=SFとする(ステップ3)。 An outline of a control sequence for determining the sensor output value of the sensor device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a case where a thermoelectric sensor is used as the high-concentration sensor 110 will be described. Both the FET sensor 109 and the high concentration region sensor 110 transfer the output value of each sensor (FET type sensor output value: S F , high concentration region sensor output: S H ) (step 1) to the control unit 104. The first comparator 106 compares the first threshold value (S T1 ) with the FET system (109) sensor output (S F ) (step 2). When S F ≦ S T1 , the output of the sensor device is S = S F (step 3).

SF>ST1の場合は、高濃度域センサ110のヒータを起動、加熱を開始する(ステップ4)。ここで第1の閾値は高濃度域センサ110の起動を開始するための設定値であり、FET方式センサ109の適正濃度範囲内で、ヒータの起動時間を考慮して決定する必要がある。 If S F > S T1 , the heater of the high concentration sensor 110 is activated and heating is started (step 4). Here, the first threshold value is a set value for starting activation of the high-concentration area sensor 110 and needs to be determined in consideration of the activation time of the heater within the appropriate concentration range of the FET sensor 109.

さらに、SF>ST1の場合は、第2の比較器107を用いて、温度センサ112の出力が第2の閾値を越えたかを判断し、越えていない場合は、センサ装置の出力をS=SFとする。温度センサ112の出力が第2の閾値を越えた場合は、第3の比較器108によりセンサ装置の出力をSとして、FET方式のセンサ出力(SF)か、高濃度域センサ112の出力(SH)かを選択する。ここで、第2の閾値は高濃度域センサ110の測定に対し適正な出力が得られる温度とする。 Further, when S F > S T1 , the second comparator 107 is used to determine whether the output of the temperature sensor 112 exceeds the second threshold value. If not, the output of the sensor device is set to S. = S F. When the output of the temperature sensor 112 exceeds the second threshold value, the output of the sensor device is set to S by the third comparator 108, and the output of the FET sensor (S F ) or the output of the high concentration region sensor 112 ( S H ). Here, the second threshold value is a temperature at which an appropriate output is obtained for the measurement of the high concentration range sensor 110.

第3の比較器108にて、第3の閾値(ST2)とFET方式のセンサ出力(SF)を比較して、SF≦ST2の場合、センサ装置の出力S=SFとし(ステップ8)、SF>ST2の場合は、S=SHとする(ステップ9)。ここで、第3の閾値はFET方式センサ109の適正濃度域と高濃度センサ110の適正濃度域の重複領域から任意に決定することができる。 The third comparator 108 compares the third threshold value (S T2 ) with the FET sensor output (S F ), and if S F ≦ S T2 , the sensor device output S = S F ( Step 8) If S F > S T2 , S = S H (Step 9). Here, the third threshold value can be arbitrarily determined from the overlapping region of the appropriate concentration region of the FET sensor 109 and the appropriate concentration region of the high concentration sensor 110.

水素の漏洩検知に用いる場合は、FET方式センサ109の適正濃度範囲は1%以下、熱電方式センサ110の使用温度域は100〜150℃以上なので、第1の閾値は500〜1000ppm、第2に閾値は使用温度域の80%以上として80℃〜120℃、第3の閾値は5000ppm〜1%の範囲で選択するとよい。高濃度域用のセンサ110として半導体式センサを選択した場合は、半導体式センサの適正使用温度が200℃〜400℃であり、第2の閾値は160℃〜360℃程度に設定するのがよい。これらの温度に制御するために、上述した第一から第三の比較器に加えて、温度センサの出力に基づきヒータの通電を制御するための比較器を加えてもよい。   When used for hydrogen leakage detection, the appropriate concentration range of the FET sensor 109 is 1% or less, and the operating temperature range of the thermoelectric sensor 110 is 100 to 150 ° C. or more, so the first threshold is 500 to 1000 ppm, The threshold value may be 80 to 120 ° C. as 80% or more of the operating temperature range, and the third threshold value may be selected in the range of 5000 ppm to 1%. When a semiconductor sensor is selected as the sensor 110 for the high concentration region, the proper use temperature of the semiconductor sensor is 200 ° C. to 400 ° C., and the second threshold is preferably set to about 160 ° C. to 360 ° C. . In order to control to these temperatures, in addition to the first to third comparators described above, a comparator for controlling energization of the heater based on the output of the temperature sensor may be added.

また、本実施例ではFETセンサ109の出力値や高濃度域センサ110の出力値を濃度に変換した情報で閾値と比較を行うようにしたが、センサの出力値を電圧や電流値のまま扱い、閾値を各センサの濃度に対応した電圧や電流値として、濃度に変換する前の信号を用いて処理しても構わない。   In this embodiment, the output value of the FET sensor 109 and the output value of the high-concentration area sensor 110 are compared with the threshold value based on the information converted into the concentration. However, the sensor output value is handled as the voltage or current value. The threshold value may be processed as a voltage or current value corresponding to the concentration of each sensor using a signal before being converted into the concentration.

さらに、各センサの出力値は温度依存性があるので、温度による較正のテーブルを制御部内に保管し、較正をかけた値をセンサ装置の出力とすることはいうまでもない。   Furthermore, since the output value of each sensor is temperature-dependent, it goes without saying that a calibration table based on temperature is stored in the control unit, and the value subjected to calibration is used as the output of the sensor device.

<実施例2>
実施例1に記載したセンサ装置を構成要素とするガス検知システムの例を図4を用いて説明する。ガス検知システムは、少なくとも複数個のセンサ装置(Node#1、Node#2、〜Node#n)301〜303と、各センサ装置と信号の授受を行う通信機304、データの格納や解析を行うサーバ305、各センサ装置のガス濃度を表示する表示系306からなる。さらに、サーバ305をネットワークに接続することで遠隔地からのセンサ装置の状態やガス濃度の確認や制御を行うこともできる。ここで、センサ装置(Node#1、Node#2、〜Node#n)301〜303は、前記実施例1に説明されたセンサ装置である。
<Example 2>
An example of a gas detection system including the sensor device described in the first embodiment as a constituent element will be described with reference to FIG. The gas detection system includes at least a plurality of sensor devices (Node # 1, Node # 2, to Node # n) 301 to 303, a communication device 304 that exchanges signals with each sensor device, and stores and analyzes data. The server 305 includes a display system 306 that displays the gas concentration of each sensor device. Furthermore, by connecting the server 305 to a network, the state of the sensor device and the gas concentration can be confirmed and controlled from a remote location. Here, the sensor devices (Node # 1, Node # 2, to Node # n) 301 to 303 are the sensor devices described in the first embodiment.

このようなセンサ装置301〜303とサーバ305を無線で接続したガス検知システムでは、サーバ側でのデータの解析が高速に行うことができる。このため、実施例1に示した様にセンサ内部に比較器を持たずに、各センサの状態と出力値をサーバ305に送信し、サーバ内でソフトウェア的に比較処理し、サーバ側からセンサ装置301〜303にヒータ起動の信号を送信したり、センサ装置の出力値を選択したりすることも可能である。   In such a gas detection system in which the sensor devices 301 to 303 and the server 305 are connected wirelessly, data analysis on the server side can be performed at high speed. For this reason, as shown in the first embodiment, without having a comparator inside the sensor, the state and output value of each sensor are transmitted to the server 305 and compared in software in the server. It is also possible to transmit a heater activation signal to 301 to 303 or select an output value of the sensor device.

ようするに、電源を内蔵したセンサ装置のFET方式センサと加熱ヒータを有する高濃度域対応センサと温度センサの出力値を、センサ装置内部、またはサーバ内部のハードウェアで構成した比較器やソフトウェアで構成した比較器を用いて、次のような機能が実施できれば良い。
(1)ガスセンサの加熱用ヒータの起動を制御する。加熱用ヒータの形態は、ガスセンサの形態によって異なるが、いずれにしても、対応加熱用ヒータの起動の制御が肝要である。即ち、加熱ヒータが組み込まれた高濃度域対応のガスセンサの場合は、この内臓センサに内臓された加熱ヒータを、もしくは、加熱ヒータがガスセンサ本体と別体に設けられた形態のガスセンサの場合は、別体に設けられた加熱ヒータの起動を制御する。
(2)加熱ヒータを有する高濃度域対応センサの動作状態が適正かを判断する。
The sensor device with built-in power supply, FET type sensor, high-concentration range sensor with heater and temperature sensor output value is configured with comparator or software configured with hardware inside sensor device or server The following functions should just be implemented using a comparator.
(1) Control the activation of the heater for the gas sensor. The form of the heater for heating differs depending on the form of the gas sensor, but in any case, it is important to control the activation of the corresponding heater. That is, in the case of a gas sensor corresponding to a high concentration region in which a heater is incorporated, a heater built in the built-in sensor, or a gas sensor in a form in which the heater is provided separately from the gas sensor main body, The activation of the heater provided separately is controlled.
(2) It is determined whether the operation state of the high-concentration range sensor having a heater is appropriate.

もしくは、加熱ヒータの温度を管理して適正と判断してもよい。
(3)FET方式センサと高濃度域対応センサのガス濃度の出力を選択する。
Alternatively, the temperature of the heater may be managed and determined to be appropriate.
(3) Select the gas concentration output of the FET sensor and the high concentration range sensor.

定常的には低濃度のガス漏洩検出を行うため、センサ装置の電力消費を低く抑えることができる。このため、センサ装置に内蔵された電源でも長期間動作させることができる。電源や無線機能を内蔵したセンサ装置を使用することにより、例えば、水素ステーションのガス検知システムを構成することができる。結線が不要であるため、設置場所を限定せずに自由に配置でき、各センサ装置の濃度分布をサーバにて表示したり、遠隔地監視も可能となる。   Since the low-concentration gas leakage detection is routinely performed, the power consumption of the sensor device can be kept low. For this reason, even a power source built in the sensor device can be operated for a long time. By using a sensor device with a built-in power supply and wireless function, for example, a gas detection system for a hydrogen station can be configured. Since the connection is not required, it can be arranged freely without limiting the installation location, and the concentration distribution of each sensor device can be displayed on a server, or remote location monitoring can be performed.

以上、本発明を説明したが、本発明の諸形態が有する効果を詳細に述べれば、次の通りである。   Although the present invention has been described above, the effects of the embodiments of the present invention are described in detail as follows.

外部からの電源供給がなくても高濃度域に対応したガスセンサ装置において、常時、低濃度計測を低消費電力で実施し、ある閾値濃度を超えたところで、高濃度域に対応した消費電力の高いセンサを起動するようにすることで、小型のバッテリ(例えば、乾電池)でセンサ装置を運転できるようになる。そのため、センサ装置も小型化でき、無線通信機能と合せて、センサ設置場所が自由に選択できるようになる。   In a gas sensor device that supports the high concentration range even when there is no external power supply, low concentration measurement is always performed with low power consumption.When a certain threshold concentration is exceeded, high power consumption corresponding to the high concentration region is high. By starting the sensor, the sensor device can be operated with a small battery (for example, a dry cell). Therefore, the sensor device can also be reduced in size, and the sensor installation location can be freely selected together with the wireless communication function.

また、ガス漏洩検知システムを構成した場合には、配線を気にせず、あらかじめ較正したセンサ装置ごと交換すればよく、システムのメンテナンスも容易になる。   Further, when the gas leak detection system is configured, it is sufficient to replace the sensor device calibrated in advance without worrying about wiring, and the system maintenance is facilitated.

さらに、このFET方式のガスセンサで常時計測して、設定閾値を超えたところで、高濃度域に適したセンサを起動するという制御シーケンスは、有線のセンサ装置の低消費電力化にも効果がある。   Furthermore, a control sequence in which a FET gas sensor is constantly measured and a sensor suitable for a high concentration region is activated when a set threshold value is exceeded is also effective in reducing power consumption of a wired sensor device.

図1は、本発明のセンサ装置の構成例を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a sensor device of the present invention. 図2は、従来例を示すセンサの構成の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a sensor configuration showing a conventional example. 図3は、本発明のセンサ装置の制御シーケンスの一部を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a part of the control sequence of the sensor device of the present invention. 図4は、本発明のセンサ装置を用いたガス検知システムの構成例を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration example of a gas detection system using the sensor device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

101:センサ装置、102:無線部、103:電源、104:制御部、105:センサ部、106:第1の比較器、107:第2の比較器、108:第3の比較器、109:FET方式センサ、110:高濃度域センサ、111:ヒータ、112:温度センサ、113:コントローラ、114:出力端子、201:従来例の測定点、202:従来例のパラジウム合金による抵抗式水素センサ、203:酸化錫による酸化物半導体式水素センサ、205:従来例の切替器、206:従来例の判別器、207:従来例の出力、301:第1のセンサ装置、302:第2のセンサ装置、303:第nのセンサ装置、304:通信機、305:サーバ、306:表示系 101: sensor device, 102: wireless unit, 103: power supply, 104: control unit, 105: sensor unit, 106: first comparator, 107: second comparator, 108: third comparator, 109: FET type sensor, 110: high concentration range sensor, 111: heater, 112: temperature sensor, 113: controller, 114: output terminal, 201: measurement point of conventional example, 202: resistance type hydrogen sensor using palladium alloy of conventional example, 203: Oxide semiconductor hydrogen sensor using tin oxide, 205: Switch of conventional example, 206: Discriminator of conventional example, 207: Output of conventional example, 301: First sensor device, 302: Second sensor device 303: n-th sensor device 304: communication device 305: server 306: display system

Claims (5)

少なくとも、電源と、低濃度ガスを計測するFET方式の第1のガスセンサと、ヒータで加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサと、温度センサと、比較器と、を有し、且つ前記比較器によって前記第2のガスセンサに対するヒータの加熱開始を判断し、前記温度センサによって前記第2のガスセンサの起動を確認することによって前記第1及び第2のガスセンサを切り替え使用することを特徴とするガス検知システム。 At least a power supply, a FET-type first gas sensor that measures low-concentration gas, a second gas sensor that measures high-concentration gas heated by a heater, a temperature sensor, and a comparator, and The first gas sensor and the second gas sensor are switched and used by determining the start of heating of the heater with respect to the second gas sensor by a comparator and confirming the start of the second gas sensor by the temperature sensor. Gas detection system. 少なくとも、前記電源と、通信機能部と、低濃度ガスを計測するFET方式の第1のガスセンサと、ヒータで加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサと、温度センサと、比較器とを有するセンサ装置として、当該ガス検知システムの構成要素とする請求項1に記載のガス検知システム。 At least the power source, the communication function unit, a FET-type first gas sensor that measures low-concentration gas, a second gas sensor that measures high-concentration gas heated by a heater, a temperature sensor, and a comparator The gas detection system according to claim 1, wherein the sensor device has a component of the gas detection system. 前記高濃度ガスのガス濃度が1%以上であることを特徴とする請求項1に記載のガス検知システム。 The gas detection system according to claim 1, wherein a gas concentration of the high-concentration gas is 1% or more. 前記複数の比較器の各々は、第一の比較器がヒータ加熱する高濃度ガスを計測する第2のガスセンサに対するヒータ部を起動する制御を行い、第二の比較器が前記高濃度ガスを計測する第2のガスセンサに対するヒータの適正温度への移行を確認し、第三の比較器がFET方式の第1のガスセンサと前記高濃度ガスを計測する第2のガスセンサの出力を選択することを行う機能を有することを特徴とする請求項1に記載のガス検知システム。 Each of the plurality of comparators performs control to activate a heater unit for a second gas sensor that measures the high concentration gas heated by the first comparator, and the second comparator measures the high concentration gas. Confirming the transition of the heater to the appropriate temperature for the second gas sensor, the third comparator selects the output of the FET-type first gas sensor and the second gas sensor that measures the high-concentration gas. It has a function, The gas detection system of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 請求項2に記載のガスセンサ装置と、通信で情報の授受を行う通信機と、センサ装置の出力を蓄積、または解析するサーバと、ガス濃度を表示するモニタとを有するガス検知システム。
A gas detection system comprising: the gas sensor device according to claim 2; a communication device that exchanges information by communication; a server that accumulates or analyzes the output of the sensor device; and a monitor that displays a gas concentration.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101231995B1 (en) * 2010-10-12 2013-02-08 경북대학교 산학협력단 Volatile organic compounds gas sensing apparatus using semiconductor device and volatile organic compounds gas sensing method using the same
JP2016085131A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 木村 光照 Method for driving hydrogen gas sensor device, and hydrogen gas sensor device using the same
CN106032994A (en) * 2015-03-16 2016-10-19 大陆汽车电子(长春)有限公司 Sensor function detection method and device
CN106574888A (en) * 2014-07-25 2017-04-19 富士通株式会社 Measuring apparatus, measuring system, and measuring method for measuring particle and gas
KR20180000111A (en) * 2016-06-22 2018-01-02 한국전자통신연구원 Portable gas detection apparatus for detecting gas in closed space and method for detecting gas using the same
JP2021060330A (en) * 2019-10-09 2021-04-15 株式会社東芝 Sensor and method for correcting sensor
KR20210102759A (en) * 2020-02-12 2021-08-20 (주)구일엔지니어링 Sensor device for measuring chlorine dioxide gas using metal oxide
US11187424B2 (en) 2017-06-15 2021-11-30 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
WO2022079925A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 株式会社新潟Tlo Fuel cell hydrogen gas concentration sensor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101231995B1 (en) * 2010-10-12 2013-02-08 경북대학교 산학협력단 Volatile organic compounds gas sensing apparatus using semiconductor device and volatile organic compounds gas sensing method using the same
CN106574888A (en) * 2014-07-25 2017-04-19 富士通株式会社 Measuring apparatus, measuring system, and measuring method for measuring particle and gas
JPWO2016013113A1 (en) * 2014-07-25 2017-05-25 富士通株式会社 Measuring apparatus, measuring system and measuring method for measuring particles and gas
US10018548B2 (en) 2014-07-25 2018-07-10 Fujitsu Limited Measurement device, measurement system, and measurement method for measuring particle and gas
CN106574888B (en) * 2014-07-25 2019-05-31 富士通株式会社 Measure measuring device, measuring system and the measurement method of particle and gas
JP2016085131A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 木村 光照 Method for driving hydrogen gas sensor device, and hydrogen gas sensor device using the same
CN106032994A (en) * 2015-03-16 2016-10-19 大陆汽车电子(长春)有限公司 Sensor function detection method and device
KR20180000111A (en) * 2016-06-22 2018-01-02 한국전자통신연구원 Portable gas detection apparatus for detecting gas in closed space and method for detecting gas using the same
KR102559596B1 (en) 2016-06-22 2023-07-26 한국전자통신연구원 Portable gas detection apparatus for detecting gas in closed space and method for detecting gas using the same
US11187424B2 (en) 2017-06-15 2021-11-30 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
JP2021060330A (en) * 2019-10-09 2021-04-15 株式会社東芝 Sensor and method for correcting sensor
JP7227883B2 (en) 2019-10-09 2023-02-22 株式会社東芝 Sensors and sensor calibration methods
US11906495B2 (en) 2019-10-09 2024-02-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Sensor and method for calibrating sensor
KR102352665B1 (en) 2020-02-12 2022-01-18 (주)구일엔지니어링 Sensor device for measuring chlorine dioxide gas using metal oxide
KR20210102759A (en) * 2020-02-12 2021-08-20 (주)구일엔지니어링 Sensor device for measuring chlorine dioxide gas using metal oxide
WO2022079925A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 株式会社新潟Tlo Fuel cell hydrogen gas concentration sensor

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