JP2007198940A - Gas detector - Google Patents
Gas detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007198940A JP2007198940A JP2006018702A JP2006018702A JP2007198940A JP 2007198940 A JP2007198940 A JP 2007198940A JP 2006018702 A JP2006018702 A JP 2006018702A JP 2006018702 A JP2006018702 A JP 2006018702A JP 2007198940 A JP2007198940 A JP 2007198940A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- sensor
- detection
- detection resistor
- sensor output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃焼器のガス漏れや不完全燃焼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。 The present invention relates to a gas detection device that detects gas leakage or incomplete combustion in a combustor using a semiconductor gas sensor.
燃焼器のガス漏れや不完全燃焼等を検出するガス検出装置に用いられるガスセンサや、抵抗およびトランジスタ等の他の構成要素がショート(短絡)またはオープン(断線)等の故障状態になると、ガスの検出が正常に行えなくなるので、これらが故障状態にあるか否かを認識することは、非常に重要である。 If a gas sensor used in a gas detection device that detects a gas leak or incomplete combustion of a combustor, or other components such as a resistor and a transistor are in a fault state such as short-circuited or open (disconnected), It is very important to recognize whether or not these are in a fault state, since detection cannot be performed normally.
複数のガスを検出するガス検出装置などで使用される半導体式ガスセンサのように、検知対象ガス種によってガスセンサの抵抗値が大きく異なるものについて、その抵抗値を正確に計測するため、たとえば、図2に示す構成を有するガス検出装置において、検出するガス種毎に検出抵抗を切り替えて計測することが一般的である。 In order to accurately measure the resistance value of a gas sensor whose resistance value varies greatly depending on the type of gas to be detected, such as a semiconductor gas sensor used in a gas detection device that detects a plurality of gases, for example, FIG. In the gas detection apparatus having the configuration shown in (2), it is common to perform measurement by switching the detection resistance for each gas type to be detected.
このような半導体式ガスセンサを用いたガス検出装置におけるセンサ故障を検知する場合、図3に示すように、ある1つの検出抵抗(たとえば、抵抗R1)を駆動して得られるセンサ出力の正常範囲を決め、この正常範囲を逸脱した場合に故障と判定する。 When detecting a sensor failure in a gas detection apparatus using such a semiconductor gas sensor, as shown in FIG. 3, the normal range of sensor output obtained by driving one detection resistor (for example, resistor R1) is set. If it deviates from this normal range, it is determined as a failure.
具体的には、図2の構成を有するガス検出装置において、たとえば、メタン、COのガス種毎にCPU10の出力ポートP1およびP2からの制御信号によってトランジスタTr1、Tr2をオン制御することにより、メタン、COのそれぞれのガスに合わせた検出抵抗R1、R2を切り替え、それぞれのガス種に対して最適なタイミングで計測する。
Specifically, in the gas detection apparatus having the configuration of FIG. 2, for example, by turning on the transistors Tr1 and Tr2 by the control signals from the output ports P1 and P2 of the
すなわち、図4に示すように、メタンの場合は、ヒーター電圧供給回路11からのヒーター電圧がハイ(Hi)からロー(Lo)に切り替わる直前のタイミングでセンサ出力を計測し、COの場合は、ヒーター電圧がロー(Lo)からハイ(Hi)に切り替わる直前のタイミングでセンサ出力を計測する。
That is, as shown in FIG. 4, in the case of methane, the sensor output is measured immediately before the heater voltage from the heater
メタン計測時のセンサ出力の場合、計測する(故障判別を行うことを踏まえた)センサ抵抗値範囲は、約100Ω〜数100kΩであり、CO計測時のセンサ抵抗値範囲は、約100Ω〜数MΩが一般的である。故障判別のように幅広い抵抗値範囲を計測する必要がある場合は、CO計測時よりもメタン計測時のように、計測する抵抗値範囲が比較的狭い方に対して故障判別を行う。 In the case of sensor output at the time of methane measurement, the sensor resistance value range to be measured (based on failure determination) is about 100Ω to several hundred kΩ, and the sensor resistance value range at the time of CO measurement is about 100Ω to several MΩ. Is common. When it is necessary to measure a wide resistance value range as in failure determination, failure determination is performed for a relatively narrow resistance value range to be measured, such as during methane measurement, rather than during CO measurement.
上述のように、1つのガス検出で1つの検出抵抗を使用した時、半導体式ガスセンサおよびガス検出装置の他の構成要素において判別できる故障は、半導体式ガスセンサのプレート電極のGND(接地)へのショートくらいであり、その他の故障状態は、警報状態、待機状態(正常空気中状態)と区別ができない(後述の表1参照)。 As described above, when one detection resistor is used for one gas detection, a failure that can be discriminated in the other components of the semiconductor gas sensor and the gas detection device is caused by the connection of the semiconductor gas sensor plate electrode to GND (ground). It is about short-circuited, and other failure states cannot be distinguished from alarm states and standby states (normal air state) (see Table 1 described later).
特に、表1中の条件B(プレート電極とヒーター間のショート)、D(検出抵抗R1のショート)、E(検出抵抗R2のショート)、F(トランジスタTr1のショート)、G(トランジスタTr2のショート)については、フェールアウト状態となるため、これらの故障検出を可能とすることがユーザーにとって必要である。 In particular, conditions B (short between plate electrode and heater), D (short of detection resistor R1), E (short of detection resistor R2), F (short of transistor Tr1), G (short of transistor Tr2) in Table 1 ) Is in a fail-out state, it is necessary for the user to be able to detect these failures.
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、従来検出困難であったガス検出装置における半導体式ガスセンサおよびその他の構成要素の故障を検出し、故障の内容を判別できるガス検出装置を提供することを目的としている。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention has an object to provide a gas detection device that can detect a failure of a semiconductor gas sensor and other components in a gas detection device that has been difficult to detect in the past and determine the content of the failure. It is said.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、図1の基本構成図に示すように、ヒーター電源11より所定のヒーター電圧が供給されるヒーター3aと、プレート電源Vccより所定のプレート電圧が供給されるプレート電極3bを有する半導体式ガスセンサ3を用いてガスの濃度を検出するガス検出装置であって、前記ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間に、前記プレート電源Vccと前記プレート電極3b間にそれぞれ異なる抵抗値を有する第1の検出抵抗R1または第2の検出抵抗R2を切り替え接続する検出抵抗切り替え手段12と、前記プレート電極3bに前記第1の検出抵抗R1が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧と、前記プレート電極3bに前記第2の検出抵抗R2が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧の差分を測定するセンサ出力差分測定手段10bと、前記センサ出力差分測定手段10bで測定された前記差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、前記半導体式ガスセンサ3の故障と判定する第1の故障判定手段10dと、を備えたことを特徴とするガス検出装置に存する。
As shown in the basic configuration diagram of FIG. 1, the invention according to
請求項1記載の発明においては、ガス検出装置は、ヒーター電源11より所定のヒーター電圧が供給されるヒーター3aと、プレート電源Vccより所定のプレート電圧が供給されるプレート電極3bを有する半導体式ガスセンサ3を用いてガスの濃度を検出する。また、検出抵抗切り替え手段12によって、ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間に、プレート電源Vccとプレート電極3b間にそれぞれ異なる抵抗値を有する第1の検出抵抗R1または第2の検出抵抗R2を切り替え接続する。また、センサ出力差分測定手段10bによって、プレート電極3bに第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧と、プレート電極3bに第2の検出抵抗R2が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧の差分を測定する。そして、第1の故障判定手段10dによって、センサ出力差分測定手段10bで測定された差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、半導体式ガスセンサ3の故障と判定する。
According to the first aspect of the present invention, the gas detection device includes a heater 3a to which a predetermined heater voltage is supplied from the
上記課題を解決するためになされた請求項2記載の発明は、請求項1記載のガス検出装置において、前記検出抵抗切り替え手段12は、前記プレート電源Vccと前記第1の検出抵抗R1間に接続された第1のスイッチング素子Tr1と、前記プレート電源Vccと前記第2の検出抵抗R2間に接続された第2のスイッチング素子Tr2と、前記第1または第2のスイッチング素子Tr1またはTr2をオン制御する制御信号を供給する制御手段10aとを含み、前記第1の故障判定手段10dは、前記センサ出力差分測定手段10bで測定された前記差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、前記半導体式ガスセンサ3、前記第1の検出抵抗R1、前記第2の検出抵抗R2、前記第1のスイッチング素子Tr1または前記第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定することを特徴とするガス検出装置に存する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the gas detection device according to the first aspect, wherein the detection resistance switching means 12 is connected between the plate power source Vcc and the first detection resistance R1. The first switching element Tr1, the second switching element Tr2 connected between the plate power source Vcc and the second detection resistor R2, and the first or second switching element Tr1 or Tr2. Control means 10a for supplying a control signal to perform the first failure determination means 10d, when the difference measured by the sensor output difference measurement means 10b is not within a preset normal range, The
請求項2記載の発明においては、検出抵抗切り替え手段12は、プレート電源Vccと第1の検出抵抗R1間に接続された第1のスイッチング素子Tr1と、プレート電源Vccと第2の検出抵抗R2間に接続された第2のスイッチング素子Tr2と、第1または第2のスイッチング素子Tr1またはTr2をオン制御する制御信号を供給する制御手段10aとを含む。第1の故障判定手段10dは、センサ出力差分測定手段10bで測定された差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、半導体式ガスセンサ3、第1の検出抵抗R1、第2の検出抵抗R2、第1のスイッチング素子Tr1または第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定する。
According to the second aspect of the present invention, the detection resistor switching means 12 includes the first switching element Tr1 connected between the plate power source Vcc and the first detection resistor R1, and between the plate power source Vcc and the second detection resistor R2. And a control means 10a for supplying a control signal for turning on the first or second switching element Tr1 or Tr2. When the difference measured by the sensor output difference measuring unit 10b is not within a preset normal range, the first
上記課題を解決するためになされた請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のガス検出装置において、前記ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間であって、前記プレート電源Vccより前記プレート電極3bに所定のプレート電圧が供給されていない時に、前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧を測定するプレート無印加時センサ出力測定手段10cと、前記プレート無印加時センサ出力測定手段10cで測定されたプレート無印加時センサ出力電圧が予め設定された正常範囲内にない場合に前記第1または第2の検出抵抗R1またはR2の故障と判定する第2の故障判定手段10eとをさらに備えたことを特徴とするガス検出装置に存する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the gas detector according to the first or second aspect, wherein a predetermined heater voltage is being supplied from the
請求項3記載の発明においては、プレート無印加時センサ出力測定手段10cと、第2の故障判定手段10eをさらに備えている。プレート無印加時センサ出力測定手段10cは、ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間であって、プレート電源Vccよりプレート電極3bに所定のプレート電圧が供給されていない時に、半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧を測定する。第2の故障判定手段10eは、プレート無印加時センサ出力測定手段10cで測定されたプレート無印加時センサ出力電圧が予め設定された正常範囲内にない場合に第1または第2の検出抵抗R1またはR2の故障と判定する。
The invention according to
上記課題を解決するためになされた請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載のガス検出装置において、前記第1または第2の故障判定手段10dまたは10eにより故障判定がなされた場合、前記プレート電極3bに前記第1の検出抵抗R1が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧と、前記プレート電極3bに前記第2の検出抵抗R2が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧がほぼ一致しているときは、前記半導体式ガスセンサ3の故障と判定し、一致していないときは、前記第1の検出抵抗R1、前記第2の検出抵抗R2、前記第1のスイッチング素子Tr1または前記第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定する第3の故障判定手段10fをさらに備えたことを特徴とするガス検出装置に存する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項4記載の発明においては、第3の判定手段10fをさらに備えている。第3の判定手段10fは、第1または第2の故障判定手段10dまたは10eにより故障判定がなされた場合、プレート電極3bに第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧と、プレート電極3bに第2の検出抵抗R2が接続されている時の半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧がほぼ一致しているときは、半導体式ガスセンサ3の故障と判定し、一致していないときは、第1の検出抵抗R1、第2の検出抵抗R2、第1のスイッチング素子Tr1または第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定する。
The fourth aspect of the present invention further includes third determination means 10f. The third determination means 10f is a sensor of the semiconductor gas sensor when the first detection resistor R1 is connected to the plate electrode 3b when the failure determination is made by the first or second failure determination means 10d or 10e. When the output voltage and the sensor output voltage of the semiconductor type gas sensor when the second detection resistor R2 is connected to the plate electrode 3b are substantially the same, it is determined that the semiconductor
上記課題を解決するためになされた請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載のガス検出装置において、前記ガス検出装置は、ハイレベルおよびローレベルが交互するパルス状のヒーター電圧が前記ヒータ電源11より前記ヒーター3aに供給され、前記ハイレベルのヒーター電圧が供給されている間に前記検出抵抗切り替え手段12で前記プレート電源Vccと前記プレート電極3b間に前記第1の検出抵抗R1が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により第1のガスの濃度を検出すると共に、前記ローレベルのヒーター電圧が供給されている間に前記検出抵抗切り替え手段12で前記プレート電源Vccと前記プレート電極3b間に前記第2の検出抵抗R2が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により前記第1のガスとガス種の異なる第2のガスの濃度を検出するガス検出装置であることを特徴とするガス検出装置に存する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項5記載の発明においては、ガス検出装置は、ハイレベルおよびローレベルが交互するパルス状のヒーター電圧がヒータ電源11よりヒーターに供給され、ハイレベルのヒーター電圧が供給されている間に検出抵抗切り替え手段12でプレート電源Vccとプレート電極3b間に第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により第1のガスの濃度を検出すると共に、ローレベルのヒーター電圧が供給されている間に検出抵抗切り替え手段12でプレート電源Vccとプレート電極3b間に第2の検出抵抗R2が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により第1のガスとガス種の異なる第2のガスの濃度を検出するガス検出装置である。
In the invention according to
上記課題を解決するためになされた請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載のガス検出装置において、前記第1のガスはメタンであり、前記第2のガスはCOであることを特徴とするガス検出装置に存する。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項6記載の発明においては、第1のガスはメタンであり、第2のガスはCOである。
In the invention described in
請求項1記載の発明によれば、ヒーター電源11より所定のヒーター電圧が供給されるヒーター3aと、プレート電源Vccより所定のプレート電圧が供給されるプレート電極3bを有する半導体式ガスセンサ3を用いてガスの濃度を検出するガス検出装置であって、ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間に、プレート電源Vccとプレート電極3b間にそれぞれ異なる抵抗値を有する第1の検出抵抗R1または第2の検出抵抗R2を切り替え接続する検出抵抗切り替え手段12と、プレート電極3bに第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧と、プレート電極3bに第2の検出抵抗R2が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧の差分を測定するセンサ出力差分測定手段10bと、センサ出力差分測定手段10bで測定された差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、半導体式ガスセンサ3の故障と判定する第1の故障判定手段10dと、を備えているので、従来装置では不可能であった半導体式ガスセンサの故障、たとえばプレート電極の断線、プレート電極−GND(接地)間のショート)、プレート電極−ヒーター間のショート等の故障を判別することができ、従来装置のようにフェールアウト状態となることがなくなる。
According to the first aspect of the present invention, the
請求項2記載の発明によれば、検出抵抗切り替え手段12は、プレート電源Vccと第1の検出抵抗R1間に接続された第1のスイッチング素子Tr1と、プレート電源Vccと第2の検出抵抗R2間に接続された第2のスイッチング素子Tr2と、第1または第2のスイッチング素子Tr1またはTr2をオン制御する制御信号を供給する制御手段10aとを含み、第1の故障判定手段10dは、センサ出力差分測定手段10bで測定された差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、半導体式ガスセンサ3、第1の検出抵抗R1、第2の検出抵抗R2、第1のスイッチング素子Tr1または第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定するので、ガス検出装置における半導体式ガスセンサ3または装置を構成する検出抵抗R1,R2やスイッチング素子Tr1、Tr2の故障も判別することができ、従来装置のようにフェールアウト状態となることがなくなる。
According to the second aspect of the present invention, the detection resistor switching means 12 includes the first switching element Tr1 connected between the plate power source Vcc and the first detection resistor R1, the plate power source Vcc, and the second detection resistor R2. A second switching element Tr2 connected in between, and a control means 10a for supplying a control signal for turning on the first or second switching element Tr1 or Tr2. The first failure determination means 10d includes a sensor When the difference measured by the output difference measuring means 10b is not within a preset normal range, the
請求項3記載の発明によれば、ヒータ電源11より所定のヒーター電圧が供給されている間であって、プレート電源Vccよりプレート電極3bに所定のプレート電圧が供給されていない時に、半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧を測定するプレート無印加時センサ出力測定手段10cと、プレート無印加時センサ出力測定手段10cで測定されたプレート無印加時センサ出力電圧が予め設定された正常範囲内にない場合に第1または第2の検出抵抗R1またはR2の故障と判定する第2の故障判定手段10eとをさらに備えているので、第1または第2の検出抵抗のショートの故障も判別でき、従来装置のようにフェールアウト状態となることがなくなる。
According to the third aspect of the present invention, when the predetermined heater voltage is supplied from the
請求項4記載の発明によれば、第1または第2の故障判定手段10dまたは10eにより故障判定がなされた場合、プレート電極3bに第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧と、プレート電極3bに前記第2の検出抵抗R2が接続されている時の前記半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧がほぼ一致しているときは、半導体式ガスセンサ3の故障と判定し、一致していないときは、第1の検出抵抗R1、第2の検出抵抗R2、第1のスイッチング素子Tr1または第2のスイッチング素子Tr2のいずれかの故障と判定する第3の故障判定手段10fをさらに備えているので、半導体式ガスセンサ3の故障なのかそれともその他の構成部品、たとえば検出抵抗R1,R2やスイッチング素子Tr1、Tr2の故障なのかを識別することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, when a failure determination is made by the first or second failure determination means 10d or 10e, the semiconductor gas sensor when the first detection resistor R1 is connected to the plate electrode 3b. 3 and the sensor output voltage of the
請求項5記載の発明によれば、請求項1から4のいずれか1項に記載のガス検出装置において、ガス検出装置は、ハイレベルおよびローレベルが交互するパルス状のヒーター電圧がヒータ電源11よりヒーター3aに供給され、ハイレベルのヒーター電圧が供給されている間に検出抵抗切り替え手段12でプレート電源Vccとプレート電極3b間に第1の検出抵抗R1が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により第1のガスの濃度を検出すると共に、ローレベルのヒーター電圧が供給されている間に検出抵抗切り替え手段12でプレート電源Vccとプレート電極3b間に第2の検出抵抗R2が接続されている時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧により第1のガスとガス種の異なる第2のガスの濃度を検出するガス検出装置であるので、第1のガス検出用の第1の検出抵抗と、第1のガスとガス種の異なる第2のガス検出用の第2の検出抵抗を利用して、半導体式ガスセンサやその他の構成部品の故障を判別することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the gas detection device according to any one of the first to fourth aspects, the gas detection device has a pulsed heater voltage in which a high level and a low level alternate, and the
請求項6記載の発明によれば、第1のガスはメタンであり、第2のガスはCOであるであるので、メタン検出用の第1の検出抵抗と、CO検出用の第2の検出抵抗を利用して、半導体式ガスセンサやその他の構成部品の故障を判別することができる。
According to the invention described in
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)図2は、本発明の第1の実施形態に係るガス検出装置の構成を示す回路図である。図2において、ガス検出装置1は、半導体式ガスセンサ3、マイコン(以下、CPUという)10、ヒーター電圧供給回路11、検出抵抗切替回路12および警報回路13から構成される。
(First Embodiment) FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a gas detection apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the
CPU10は、出力ポートP1,P2,P4およびP5と入力ポートP3を有する。半導体式ガスセンサ3は、ヒータ電圧供給回路11に接続されたヒーター3aと、CPU10の入力ポートP3に接続されたプレート電極3bを有する。CPU10は、請求項における制御手段10a、センサ出力差分測定手段10b、プレート無印加時センサ出力測定手段10c、第1の故障判定手段10d、第2の故障判定手段10eおよび第3の故障判定手段10fとして働く。
The
ヒーター電圧供給回路11は、半導体式ガスセンサ3のヒーター3aに、ハイ(Hi)レベルおよびロー(Lo)レベルが交互するパルス状のヒーター電圧を供給する。ヒーター電圧のロー(Lo)レベルは、半導体式ガスセンサ3をCO検出に好適な温度に加熱するレベルに設定され、ハイ(Hi)レベルは、メタン検出に好適な温度に加熱するレベルに設定されている。ヒーター電圧供給回路11は、請求項におけるヒーター電源として働く。
The heater
検出抵抗切替回路12は、半導体式ガスセンサ3のプレート電極3bに接続されたメタン検出用抵抗R1およびCO検出用抵抗R2と、検出抵抗R1と電源Vcc間にコレクタおよびエミッタが接続され、CPU10の出力ポートP1に抵抗R3を介してベースが接続されたpnp型のトランジスタTr1と、検出抵抗R2と電源Vcc間にコレクタおよびエミッタが接続され、CPU10の出力ポートP2に抵抗R4を介してベースが接続されたpnp型のトランジスタTr2とを有する。検出抵抗切替回路12は、請求項における検出抵抗切り替え手段としてはたらく。検出抵抗R1およびR2は、それぞれ、請求項における第1および第2の検出抵抗として働く。トランジスタTr1およびTr2は、それぞれ、請求項における第1および第2のスイッチング素子として働く。
The detection resistor switching circuit 12 has a methane detection resistor R1 and a CO detection resistor R2 connected to the plate electrode 3b of the
警報回路13は、CPU10の出力ポートP4にベースが接続されたnpn型のトランジスタTr3と、トランジスタTr3のコレクタと電源Vcc間に接続された警報表示手段としてのLED(発光ダイオード)14と、CPU10の出力ポートP5にベースが接続されたnpn型のトランジスタTr4と、トランジスタTr4のコレクタと電源Vcc間に接続された警報音出力手段としてのブザー(BZ)15とを有する。警報回路13は、警報手段として働く。
The alarm circuit 13 includes an npn transistor Tr3 whose base is connected to the output port P4 of the
上述の構成を有するガス検出装置において、ヒーター電圧供給回路11から供給されるヒーター電圧がハイ(Hi)レベルの時にメタンガスを検出するために、図5に示すように、CPU10の出力ポートP1およびP2からの制御信号でトランジスタTr1およびTr2を順次オンになるように駆動し、2つの検出抵抗R1およびR2を時分割的に切り替えて半導体式ガスセンサ3のプレート電極3bにプレート電圧を印加し、その時の半導体式ガスセンサ3のセンサ出力Vrs1およびVrs2を計測する。
In the gas detection device having the above-described configuration, in order to detect methane gas when the heater voltage supplied from the heater
この計測により、得られるセンサ出力電圧と、ガス濃度の関係は図6に示される。本発明では、この2つの検出抵抗により計測された検出抵抗R1使用時センサ出力電圧Vrs1と、検出抵抗R2使用時センサ出力電圧Vrs2の差の関係から、半導体式ガスセンサ3のセンサ故障およびその他の構成要素のハードウェア故障を判別する。
The relationship between the sensor output voltage obtained by this measurement and the gas concentration is shown in FIG. In the present invention, from the relationship between the sensor output voltage Vrs1 when using the detection resistor R1 and the sensor output voltage Vrs2 when using the detection resistor R2 measured by the two detection resistors, the sensor failure of the
まず、シミュレーション上にて、計測する半導体式ガスセンサ3のセンサ抵抗値Rsとセンサ出力電圧Vrsの関係から、通常時の計測範囲を求める。具体例として、Vcc=5V、メタン計測時のセンサ抵抗値計測範囲を100Ω〜200kΩ、検出抵抗R1=1kΩ(メタン3000ppm検出時)、R2=4.7kΩ(CO50ppm検出時)としている。この場合に、センサ抵抗値Rsと、検出抵抗R1に切り替えたときのセンサ出力電圧Vrs1および検出抵抗R2に切り替えたときのセンサ出力電圧Vrs2の関係は、図7に示される。
First, on the simulation, the normal measurement range is obtained from the relationship between the sensor resistance value Rs of the
図7の関係から、センサ出力電圧Vrs1とセンサ出力電圧Vrs2の差分ΔVrsの上下限値を算出し、図8に示すように故障判定のしきい値とする。図7および図8より、センサ出力(検出抵抗R1、R2切り替え時)の差分ΔVrsの最小値V1は0.082V、最大値V2は1.765Vとなる。そこで、センサ出力(検出抵抗R1、R2切り替え時)の差分ΔVrsが、図7の正常範囲で示される上下限値の範囲内から逸脱した場合、すなわち、
(Vrs1−Vrs2)≦V1(0.082V)・・・(1)
または
(Vrs1−Vrs2)≧V2(1.765V)・・・(2)
のいずれかとなる範囲を検出した場合、センサまたはハードウエア故障と判断する。
From the relationship of FIG. 7, the upper and lower limit values of the difference ΔVrs between the sensor output voltage Vrs1 and the sensor output voltage Vrs2 are calculated and set as the failure determination threshold value as shown in FIG. 7 and 8, the minimum value V1 of the difference ΔVrs between the sensor outputs (when the detection resistors R1 and R2 are switched) is 0.082V, and the maximum value V2 is 1.765V. Therefore, when the difference ΔVrs between the sensor outputs (when the detection resistors R1 and R2 are switched) deviates from the range of the upper and lower limit values indicated by the normal range in FIG.
(Vrs1-Vrs2) ≦ V1 (0.082V) (1)
Or (Vrs1−Vrs2) ≧ V2 (1.765V) (2)
If any of the ranges is detected, it is determined that a sensor or hardware failure has occurred.
この判定値を用い、図9に示される条件A(半導体式ガスセンサ3のプレート電極の断線)、条件B(検出抵抗R1のオープン)、条件C(検出抵抗R2のオープン)、条件D(トランジスタTr1のエミッタ−コレクタ間のオープン)、条件E(トランジスタTr2のエミッタ−コレクタ間のオープン)、条件F(半導体式ガスセンサ3のプレート電極−GND(接地)間のショート)、条件G(半導体式ガスセンサ3のプレート電極−ヒーター間のショート)、条件H(検出抵抗R1のショート)、条件I(検出抵抗R2のショート)、条件J(トランジスタTr1のエミッタ−コレクタ間のショート)および条件K(トランジスタTr2のエミッタ−コレクタ間のショート)の各部の故障を判別する。
Using this judgment value, condition A (disconnection of the plate electrode of the semiconductor gas sensor 3), condition B (opening of the detection resistor R1), condition C (opening of the detection resistor R2), condition D (transistor Tr1) shown in FIG. ), Condition E (opening between the emitter and collector of the transistor Tr2), condition F (short circuit between the plate electrode of the
下記の表1は、ガス検出装置における半導体式ガスセンサ3の故障およびその他の構成要素の故障について、従来装置で検出可能なものと本発明の装置で検出可能なものを比較したものである。表1において、○印は検出可能な故障、×印は検出不可能な故障を示す。
Table 1 below shows a comparison between what can be detected by the conventional apparatus and what can be detected by the apparatus of the present invention regarding the failure of the
なお、表1において、※1〜※4は以下の通りである。
※1)従来装置は、本発明の装置と同様に検出抵抗R1をメタン計測用、検出抵抗R2をCO計測用としたときの条件で記載している。
※2)従来技術では、この部品の故障は、検出ができず故障警報を発することができないフェールアウトモードとなる故障である。
※3)常に電源Vccの電圧がプレート電極に印加される状態となるため、プレート電圧を常時印加することができないタイプのガスセンサに関しては、センサ故障につながる。
※4)本発明でも、正常空気状態では故障検出ができない(ガス濃度警報中は検出可能))が、検出抵抗R2をガス濃度の検出抵抗として使用すれば、フェールアウト状態になるのを防ぐことができる。また、その状態でガス濃度を検出した場合は、故障判断ができる。
In Table 1, * 1 to * 4 are as follows.
* 1) The conventional device is described under the conditions when the detection resistor R1 is used for methane measurement and the detection resistor R2 is used for CO measurement similarly to the device of the present invention.
* 2) In the conventional technology, this component failure is a failure in fail-out mode that cannot be detected and a failure alarm cannot be issued.
* 3) Since the voltage of the power supply Vcc is always applied to the plate electrode, a gas sensor of the type that cannot always apply the plate voltage will lead to sensor failure.
* 4) Even in the present invention, failure detection is not possible in normal air conditions (it can be detected during a gas concentration alarm)), but if the detection resistor R2 is used as a gas concentration detection resistor, it will be prevented from failing. Can do. In addition, when the gas concentration is detected in this state, a failure determination can be made.
(ガス検出装置の動作)次に、マイコン10の制御の下に行われる上述の構成のガス検出装置の動作の詳細について、図10のフローチャートを参照して説明する。
(Operation of Gas Detector) Next, details of the operation of the gas detector having the above-described configuration performed under the control of the
まず、ガス警報器の電源オン時は、マイコン10の出力ポートP1およびP2はハイ(H)レベル、出力ポートP4およびP5はロー(L)レベルになっており、トランジスタTr1〜Tr4はいずれもオフ状態になっている。
First, when the gas alarm is turned on, the output ports P1 and P2 of the
次に、ヒーター電圧供給回路11からハイ(Hi)レベルおよびロー(Lo)レベルが交互するパルス状のヒーター電圧を半導体式ガスセンサ3のヒーター3aに印加し、ヒーター電圧がハイ(H)レベルの時に、入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs0を計測する(ステップS1)。
Next, a pulse-like heater voltage with alternating high (Hi) level and low (Lo) level is applied from the heater
次に、ヒーター電圧が次のハイ(H)レベルになっている間に、出力ポートP1からロー(L)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr1をオンになるように制御し(ステップS2)、検出抵抗R1を駆動してその時の入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs1を計測する(ステップS3)。次に、ヒーター電圧がハイ(H)レベルになっている間に、出力ポートP2からロー(L)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr2をオンになるように制御し(ステップS4)、検出抵抗R2を駆動してその時の入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs2を計測する(ステップS5)。 Next, while the heater voltage is at the next high (H) level, a low (L) level control signal is output from the output port P1 to control the transistor Tr1 to be turned on (step S2). Then, the sensor resistor R1 is driven and the sensor output voltage Vrs1 input to the input port P3 at that time is measured (step S3). Next, while the heater voltage is at the high (H) level, a low (L) level control signal is output from the output port P2 to control the transistor Tr2 to be turned on (step S4). The resistor R2 is driven and the sensor output voltage Vrs2 input to the input port P3 at that time is measured (step S5).
次に、計測したセンサ出力電圧の差分(Vrs1−Vrs2)が、上述の最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内にある(V1<(Vrs1−Vrs2)<V2)か否かを判定する(ステップS6)。センサ出力電圧の差分が、最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内になければ(ステップS6のNo)、次いで、故障警報処理を行う(ステップS7)。このこの故障警報処理は、出力ポートP4よりハイ(H)レベルとロー(L)レベルの交互するPWM状の制御信号を出力してトランジスタTr3をオンになるように制御すると共にし、出力ポートP5よりハイ(H)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr4をオンになるように制御して、LED14を点滅させると共にブザー15より故障警報音を発することにより行われる。ステップS7に続いて、ステップS1に戻る。
Next, it is determined whether or not the difference (Vrs1−Vrs2) of the measured sensor output voltage is within the range of the above-described minimum voltage V1 and maximum voltage V2 (V1 <(Vrs1−Vrs2) <V2) (step) S6). If the difference between the sensor output voltages is not within the range between the minimum voltage V1 and the maximum voltage V2 (No in step S6), then a failure alarm process is performed (step S7). In this failure alarm process, a PWM control signal of alternating high (H) level and low (L) level is output from the output port P4 to control the transistor Tr3 to be on, and the output port P5. This is done by outputting a higher (H) level control signal to turn on the transistor Tr4, causing the
一方、センサ出力電圧の差分が、最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内にあれば(ステップS6のYes)、次いで、センサ出力電圧Vrs0が、V3とV4の範囲内にある(V3<Vrs0<V4)か否かを判定する(ステップS8)。この判定は、ステップS1でプレート電極3bに電圧を印加しないときに計測されたセンサ出力Vrs0に対して、半導体式ガスセンサ3のバラツキを考慮して設定したバラツキの下限値および上限値の範囲内にあるか否かを問うものである。たとえば、ヒーター電圧を0.9Vとした場合、プレート電極無印加時のセンサ出力電圧Vrs0は、半導体式ガスセンサ3の仕様によりヒーター電圧の1/2(0.45V)になり、下限値V3=0.1V、上限値V4=0.8Vに設定される。
On the other hand, if the difference between the sensor output voltages is within the range between the minimum voltage V1 and the maximum voltage V2 (Yes in step S6), then the sensor output voltage Vrs0 is within the range between V3 and V4 (V3 <Vrs0 < V4) is determined (step S8). This determination is made within the range of the lower limit value and the upper limit value of the variation set in consideration of the variation of the
次に、センサ出力電圧Vrs0が、下限値V3と上限値V4の範囲内になければ(ステップS8のNo)、ステップS7に進み、故障警報処理が行われる。 Next, if the sensor output voltage Vrs0 is not within the range between the lower limit value V3 and the upper limit value V4 (No in step S8), the process proceeds to step S7, and failure alarm processing is performed.
一方、センサ出力電圧Vrs0がV3とV4の範囲内にあれば(ステップS8のYes)、次いで、故障警報を解除し(ステップS9)、次いで警報判定処理を行う(ステップS10)。この警報判定処理は、従来のガス濃度に対する警報処理と同様の処理である。すなわち、ステップS3で計測されたセンサ出力電圧Vrs1が、予め設定されマイコン10の内部メモリに記憶されている警報しきい値を超えた場合に、出力ポートP4よりハイ(H)レベルとロー(L)レベルの交互するPWM状の制御信号を出力してトランジスタTr3を断続的にオンになるように制御すると共にし、出力ポートP5よりハイ(H)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr4をオンになるように制御して、LED14を点滅させると共にブザー15よりガス濃度警報音を発することにより行われる。なお、故障検出時のLED14の点滅とブザー15の故障警報音と、ガス濃度検出時のLED14の点滅とブザー15のガス濃度警報音は、それぞれ識別できるように異なる形態とすることができる。ステップS10に続いて、ステップS1に戻る。
On the other hand, if the sensor output voltage Vrs0 is within the range between V3 and V4 (Yes in step S8), then the failure alarm is canceled (step S9), and then the alarm determination process is performed (step S10). This alarm determination process is the same as the alarm process for the conventional gas concentration. That is, when the sensor output voltage Vrs1 measured in step S3 exceeds a preset alarm threshold value stored in the internal memory of the
このように、本発明の第1の実施形態によれば、半導体式ガスセンサ3およびその他の構成部品の故障、たとえば図9に示される条件A(半導体式ガスセンサ3のプレート電極の断線)、条件B(検出抵抗R1のオープン)、条件C(検出抵抗R2のオープン)、条件D(トランジスタTr1のエミッタ−コレクタ間のオープン)、条件E(トランジスタTr2のエミッタ−コレクタ間のオープン)、条件F(半導体式ガスセンサ3のプレート電極−GND(接地)間のショート)、条件G(半導体式ガスセンサ3のプレート電極−ヒーター間のショート)、条件H(検出抵抗R1のショート)、条件I(検出抵抗R2のショート)、条件J(トランジスタTr1のエミッタ−コレクタ間のショート)および条件K(トランジスタTr2のエミッタ−コレクタ間のショート)の各部の故障を判別することができ、従来装置のようにフェールアウト状態となることがなくなる。
Thus, according to the first embodiment of the present invention, failure of the
(第2の実施形態)次に、上述の故障検出動作の詳細について、図11のフローチャートを参照して説明する。上述の第1の実施形態では、半導体式ガスセンサ3およびその他の構成部品の故障を判別できるが、この第2の実施形態では、半導体式ガスセンサ3の故障とその他の構成部品の故障を識別することができるようになっているものである。なお、この第2の実施形態におけるガス検出装置の構成は、図2の第1の実施形態の構成と同じであり、フローチャートのみ異なっている。
(Second Embodiment) Next, details of the above-described failure detection operation will be described with reference to the flowchart of FIG. In the first embodiment described above, the failure of the
まず、ガス警報器の電源オン時は、マイコン10の出力ポートP1およびP2はハイ(H)レベル、出力ポートP4およびP5はロー(L)レベルになっており、トランジスタTr1〜Tr4はいずれもオフ状態になっている。
First, when the gas alarm is turned on, the output ports P1 and P2 of the
次に、ヒーター電圧供給回路11からハイ(Hi)レベルおよびロー(Lo)レベルが交互するパルス状のヒーター電圧を半導体式ガスセンサ3のヒーター3aに印加し、ヒーター電圧がハイ(H)レベルの時に、入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs0を計測する(ステップS21)。
Next, a pulse-like heater voltage with alternating high (Hi) level and low (Lo) level is applied from the heater
次に、ヒーター電圧が次のハイ(H)レベルになっている間に、出力ポートP1からロー(L)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr1をオンになるように制御し(ステップS22)、検出抵抗R1を駆動してその時の入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs1を計測する(ステップS23)。次に、ヒーター電圧がハイ(H)レベルになっている間に、出力ポートP2からロー(L)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr2をオンになるように制御し(ステップS24)、検出抵抗R2を駆動してその時の入力ポートP3に入力されるセンサ出力電圧Vrs2を計測する(ステップS25)。 Next, while the heater voltage is at the next high (H) level, a low (L) level control signal is output from the output port P1 to control the transistor Tr1 to be turned on (step S22). Then, the detection resistor R1 is driven, and the sensor output voltage Vrs1 input to the input port P3 at that time is measured (step S23). Next, while the heater voltage is at the high (H) level, a low (L) level control signal is output from the output port P2, and the transistor Tr2 is controlled to be turned on (step S24). The resistor R2 is driven and the sensor output voltage Vrs2 input to the input port P3 at that time is measured (step S25).
次に、計測したセンサ出力電圧の差分(Vrs1−Vrs2)が、上述の最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内にある(V1<(Vrs1−Vrs2)<V2)か否かを判定する(ステップS26)。センサ出力電圧の差分が、最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内になければ(ステップS26のNo)、次いで、計測したセンサ出力電圧Vrs1およびVrs2がほぼ等しくなっているか否かを判定する(ステップS27)。計測したセンサ電圧Vrs1およびVrs2がほぼ等しくなっていなければ(ステップS27のNo)、次いで、回路故障と判断し(ステップS28)、次いで、故障警報処理を行う(ステップS29)。この故障警報処理は、出力ポートP4よりハイ(H)レベルとロー(L)レベルの交互するPWM状の制御信号を出力してトランジスタTr3を断続的にオンになるように制御すると共にし、出力ポートP5よりハイ(H)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr4をオンになるように制御して、LED14を点滅させると共にブザー15より故障警報音を発することにより行われる。ステップS29に続いて、ステップS21に戻る。
Next, it is determined whether or not the difference (Vrs1−Vrs2) of the measured sensor output voltage is within the range of the above-described minimum voltage V1 and maximum voltage V2 (V1 <(Vrs1−Vrs2) <V2) (step) S26). If the difference between the sensor output voltages is not within the range between the minimum voltage V1 and the maximum voltage V2 (No in step S26), it is then determined whether or not the measured sensor output voltages Vrs1 and Vrs2 are substantially equal (step). S27). If the measured sensor voltages Vrs1 and Vrs2 are not substantially equal (No in step S27), then it is determined that a circuit failure has occurred (step S28), and then failure alarm processing is performed (step S29). In this failure alarm process, a high-level (H) level and low-level (L) level alternating PWM control signal is output from the output port P4 to control the transistor Tr3 to be turned on intermittently. This is done by outputting a high (H) level control signal from the port P5 and controlling the transistor Tr4 to be turned on, causing the
一方、センサ出力電圧Vrs1およびVrs2がほぼ等しくなっていれば(ステップS27のYes)、次いで、センサ故障と判断し(ステップS30)、次いで、上述のステップS29と同様の故障警報処理を行い(ステップS31)、次いで、ステップS21に戻る。 On the other hand, if the sensor output voltages Vrs1 and Vrs2 are substantially equal (Yes in step S27), then it is determined that the sensor has failed (step S30), and then the same failure alarm processing as in step S29 described above is performed (step S30). S31), and then returns to step S21.
センサ出力電圧の差が、最小電圧V1と最大電圧V2の範囲内にあれば(ステップS26のYes)、次いで、センサ出力電圧Vrs0がV3とV4の範囲内にある(V3<Vrs0<V4)か否かを判定する(ステップS32)。この判定は、ステップS21でプレート電極3bに電圧を印加しないときに計測されたセンサ出力Vrs0に対して、半導体式ガスセンサ3のバラツキを考慮して設定したバラツキの下限値および上限値の範囲内にあるか否かを問うものであり、第1の実施形態におけるステップS8と同様に行われる。
If the difference between the sensor output voltages is within the range between the minimum voltage V1 and the maximum voltage V2 (Yes in step S26), then whether the sensor output voltage Vrs0 is within the range between V3 and V4 (V3 <Vrs0 <V4) It is determined whether or not (step S32). This determination is made within the range of the lower limit value and the upper limit value of the variation set in consideration of the variation of the
次に、センサ出力電圧Vrs0が、下限値V3と上限値V4の範囲内になければ(ステップS32のNo)、ステップS27に進む。 Next, if the sensor output voltage Vrs0 is not within the range between the lower limit value V3 and the upper limit value V4 (No in step S32), the process proceeds to step S27.
一方、センサ出力電圧Vrs0がV3とV4の範囲内にあれば(ステップS32のYes)、次いで、故障警報を解除し(ステップS33)、次いで警報判定処理を行う(ステップS34)。この警報判定処理は、従来のガス濃度に対する警報処理と同様の処理である。すなわち、ステップS23で計測されたセンサ出力電圧Vrs1が、予め設定されマイコン10の内部メモリに記憶されている警報しきい値を超えた場合に、出力ポートP4よりハイ(H)レベルとロー(L)レベルの交互するPWM状の制御信号を出力してトランジスタTr3をオンになるように制御すると共にし、出力ポートP5よりハイ(H)レベルの制御信号を出力してトランジスタTr4をオンになるように制御して、LED14を点滅させると共にブザー15よりガス濃度警報音を発することにより行われる。
On the other hand, if the sensor output voltage Vrs0 is within the range between V3 and V4 (Yes in step S32), then the failure alarm is canceled (step S33), and then an alarm determination process is performed (step S34). This alarm determination process is the same as the alarm process for the conventional gas concentration. That is, when the sensor output voltage Vrs1 measured in step S23 exceeds an alarm threshold value that is preset and stored in the internal memory of the
なお、回路故障検出時のLED14の点滅とブザー15の故障警報音と、センサ故障検出時のLED14の点滅とブザー15の故障警報音と、ガス濃度検出時のLED14の点滅とブザー15のガス濃度警報音は、それぞれ識別できるように異なる形態とすることができる。ステップS34に続いて、ステップS21に戻る。
It should be noted that the
このように、本発明の第1の実施形態によれば、半導体式ガスセンサ3の故障なのかそれともその他の構成部品、たとえば検出抵抗R1,R2やスイッチング素子Tr1、Tr2の故障なのかを識別することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to identify whether the failure is caused by the
図12は、センサまたはその他の構成要素における故障の各条件において発生する半導体式ガスセンサ3のセンサ出力電圧Vrs1およびVrs2の波形を示す図である。なお、点線は、故障がない正常時の波形を示す。図11において、
(1)条件A(プレート電極がオープン状態)の場合・・・Vrs1=Vrs2=Vcとなり、故障判定条件はVrs1−Vrs2≦V1となって、故障が発生していることが判別できる。
(2)条件B(抵抗R1がオープン状態)または条件D(トランジスタTr1がオープン状態)の場合・・・Vrs1=VH(ヒーター電圧)/2となり、故障判定条件はVrs1−Vrs2≦V1となって、故障が発生していることが判別できる。
(3)条件C(抵抗R2がオープン状態)または条件E(トランジスタTr2がオープン状態)の場合・・・Vrs2=VH/2となり、故障判定条件はVrs1−Vrs2≧V2となって、故障が発生していることが判別できる。
(4)条件F(プレート電極が接地に対してショート状態)の場合・・・Vrs1=Vrs2=0Vとなり、判定条件はVrs1−Vrs2≦V1となって、故障が発生していることが判別できる。
(5)条件G(プレート電極がヒーターに対してショート状態)の場合・・・Vrs1=Vrs2=VH(0.2Vまたは0.9V)となり、判定条件はVrs1−Vrs2≦V1となって、故障が発生していることが判別できる。
(6)条件H(抵抗R1がショート状態)の場合・・・Vrs1=Vccとなり、故障判定条件はVrs1−Vrs2≧V2となって、正常空気中では故障は判別できないが、ガス濃度警報中は故障を判別できる。
(7)条件I(抵抗R2がショート状態)の場合・・・Vrs2=Vccとなり、故障判定条件はVrs1−Vrs2≦V1となって、故障が発生していることが判別できる。
(8)条件J(トランジスタTr1がショート状態)の場合・・・常に検出抵抗R1が動作しており、故障判定条件はVrs1−Vrs2≦V1、またはプレート電極に電圧を印加していない時のセンサ出力電圧を計測する。
(9)条件K(トランジスタTr2がショート状態の場合)常に検出抵抗R2が動作しており、判定条件はプレート電極に電圧を印加していない時のセンサ出力電圧を計測する。
FIG. 12 is a diagram showing waveforms of sensor output voltages Vrs1 and Vrs2 of the
(1) In the case of condition A (plate electrode is open): Vrs1 = Vrs2 = Vc, and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1, and it can be determined that a failure has occurred.
(2) Condition B (resistor R1 is open) or condition D (transistor Tr1 is open): Vrs1 = VH (heater voltage) / 2 and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1 It can be determined that a failure has occurred.
(3) Condition C (resistor R2 is open) or condition E (transistor Tr2 is open): Vrs2 = VH / 2, and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≧ V2, and a failure occurs Can be determined.
(4) In the case of condition F (the plate electrode is short-circuited to the ground): Vrs1 = Vrs2 = 0V, and the determination condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1, and it can be determined that a failure has occurred. .
(5) In the case of condition G (the plate electrode is short-circuited to the heater): Vrs1 = Vrs2 = VH (0.2 V or 0.9 V), and the judgment condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1, and the failure Can be determined.
(6) In the case of condition H (resistor R1 is short-circuited): Vrs1 = Vcc, and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≧ V2, and failure cannot be determined in normal air, but during gas concentration alarm The failure can be identified.
(7) When condition I (resistor R2 is short-circuited): Vrs2 = Vcc, and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1, and it can be determined that a failure has occurred.
(8) In the case of condition J (transistor Tr1 is short-circuited): the detection resistor R1 is always operating, and the failure determination condition is Vrs1-Vrs2 ≦ V1, or a sensor when no voltage is applied to the plate electrode Measure the output voltage.
(9) Condition K (when the transistor Tr2 is in a short state) The detection resistor R2 is always operating, and the determination condition is to measure the sensor output voltage when no voltage is applied to the plate electrode.
このように、表1にある各故障状態に対する実際のセンサ出力の状態が図12に示される。表1中条件H(R1ショート)、条件J,K(Tr1またはTr2ショート)以外の条件においては、上記判定値の範囲をそのまま適用することで故障状態を判別できる。また、上記判定条件のみでは判別できない条件について、下記の条件を満たすことで、故障検出またはフェイルアウトの状態を回避できる。 Thus, the actual sensor output state for each failure state in Table 1 is shown in FIG. In conditions other than condition H (R1 short) and conditions J and K (Tr1 or Tr2 short) in Table 1, the failure state can be determined by applying the above range of determination values as they are. Moreover, about the conditions which cannot be discriminate | determined only by the said determination conditions, the state of failure detection or fail-out can be avoided by satisfying the following conditions.
図8中条件D(R1がショートした時)の実施例では、警報状態に近いセンサ抵抗値にならなければ、(Vrs1−Vrs2)≧1.765Vとはならず、通常状態で故障検出ができない。 In the example of the condition D (when R1 is short-circuited) in FIG. 8, unless the sensor resistance value is close to the alarm state, (Vrs1-Vrs2) ≧ 1.765V is not satisfied, and failure detection cannot be performed in the normal state. .
しかし、従来のように、1つの検出抵抗で1つの検知ガスを計測するのではなく、1つのガスに対して2つの検出抵抗をガスセンサの抵抗値に対して最適に選択するようにすれば、検出抵抗R1ショート時は、検出抵抗R2でガス濃度計測を行うことができ、フェイルアウトに至らない。 However, instead of measuring one detection gas with one detection resistor as in the past, if two detection resistors for one gas are optimally selected for the resistance value of the gas sensor, When the detection resistor R1 is short-circuited, the gas concentration can be measured with the detection resistor R2, and fail-out does not occur.
また警報中など、ガスを検知しセンサ出力電圧が低下し、上記最大値V2を超えた場合は、警報の発生の有無によらず、LED等で故障を知らせることが可能である。 Further, when the gas is detected and the sensor output voltage decreases and exceeds the maximum value V2, such as during an alarm, it is possible to notify the failure with an LED or the like regardless of whether an alarm is generated.
条件J,K(Tr1またはTr2ショートした時)は、常に半導体式ガスセンサ3のプレート電極3bに電圧が印加されている状態のため、トランジスタTr1、Tr2がオンしていないタイミングでセンサ出力を計測することで、通常状態と故障状態を判別できる(図13)。
Conditions J and K (when Tr1 or Tr2 is short-circuited) always apply a voltage to the plate electrode 3b of the
図13は、ヒーター電圧とセンサ出力電圧Vrs0、Vrs1およびVrs2とデータ計測ポイントのタイミングを示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating heater voltages, sensor output voltages Vrs0, Vrs1, and Vrs2 and the timing of data measurement points.
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation and application are possible.
たとえば、第1および第2の実施形態の他にも、1つのガスの検知ポイントに対して、計測に使用する検出抵抗をたとえば3つ以上としても、故障検出は可能である。その場合、検出抵抗とセンサ出力電圧の関係を考慮し、正常範囲の上下限値は決められる。ガス検出装置の故障箇所が同時に複数存在する場合を除き、半導体式ガスセンサ3の故障かそれ以外の回路構成部品の故障かを、計測されるデータから判別することが可能である。半導体式ガスセンサ3に起因する故障時のセンサ出力電圧は常に一定であることに対して、その他の回路構成部品の故障時は、その条件によって検出抵抗毎にセンサ出力は異なる。これを利用し、センサ故障か回路故障かを見分ける。
For example, in addition to the first and second embodiments, failure detection can be performed even if, for example, three or more detection resistors are used for measurement for one gas detection point. In that case, the upper and lower limits of the normal range are determined in consideration of the relationship between the detection resistance and the sensor output voltage. Except for the case where there are a plurality of failure locations of the gas detection device at the same time, it is possible to determine from the measured data whether the
また、故障の内容をEEPROMなどの不揮発性メモリに記憶したり、LED等の表示手段がある場合は、故障表示させる(故障内容によって表示方法を変えるなど)ことで、市場で発生した警報器の故障解析時に有用である。 Also, if the contents of the failure are stored in a non-volatile memory such as an EEPROM, or if there is a display means such as an LED, the failure is displayed (by changing the display method depending on the content of the failure, etc.) Useful for failure analysis.
1 ガス検出装置
3 半導体式ガスセンサ
3a ヒーター
3b プレート電極
10 マイコン(CPU)
10a 制御手段
10b センサ出力差分測定手段
10c プレート無印加時センサ出力測定手段
10d 第1の故障判定手段
10e 第2の故障判定手段
10f 第3の故障判定手段
11 ヒーター電圧供給回路(ヒーター電源)
12 検出抵抗切り替え回路(検出抵抗切り替え手段)
13 警報回路
R1 検出抵抗(第1の検出抵抗)
R2 検出抵抗(第2の検出抵抗)
Tr1 トランジスタ(第1のスイッチング素子)
Tr2 トランジスタ(第2のスイッチング素子)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a Control means 10b Sensor output difference measurement means 10c No-plate sensor output measurement means 10d 1st failure determination means 10e 2nd failure determination means 10f 3rd failure determination means 11 Heater voltage supply circuit (heater power supply)
12 Detection resistance switching circuit (Detection resistance switching means)
13 Alarm circuit R1 Detection resistor (first detection resistor)
R2 detection resistor (second detection resistor)
Tr1 transistor (first switching element)
Tr2 transistor (second switching element)
Claims (6)
前記ヒータ電源より所定のヒーター電圧が供給されている間に、前記プレート電源と前記プレート電極間にそれぞれ異なる抵抗値を有する第1の検出抵抗または第2の検出抵抗を切り替え接続する検出抵抗切り替え手段と、
前記プレート電極に前記第1の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧と、前記プレート電極に前記第2の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧の差分を測定するセンサ出力差分測定手段と、
前記センサ出力差分測定手段で測定された前記差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、前記半導体式ガスセンサの故障と判定する第1の故障判定手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。 A gas detection device that detects a gas concentration using a semiconductor gas sensor having a heater to which a predetermined heater voltage is supplied from a heater power source and a plate electrode to which a predetermined plate voltage is supplied from a plate power source,
Detection resistor switching means for switching and connecting a first detection resistor or a second detection resistor having different resistance values between the plate power source and the plate electrode while a predetermined heater voltage is supplied from the heater power source. When,
Sensor output voltage of the semiconductor gas sensor when the first detection resistor is connected to the plate electrode and sensor of the semiconductor gas sensor when the second detection resistor is connected to the plate electrode Sensor output difference measuring means for measuring the difference in output voltage;
First failure determination means for determining a failure of the semiconductor gas sensor when the difference measured by the sensor output difference measurement means is not within a preset normal range;
A gas detection device comprising:
前記検出抵抗切り替え手段は、前記プレート電源と前記第1の検出抵抗間に接続された第1のスイッチング素子と、前記プレート電源と前記第2の検出抵抗間に接続された第2のスイッチング素子と、前記第1または第2のスイッチング素子をオン制御する制御信号を供給する制御手段とを含み、
前記第1の故障判定手段は、前記センサ出力差分測定手段で測定された前記差分が予め設定された正常範囲内にない場合に、前記半導体式ガスセンサ、前記第1の検出抵抗、前記第2の検出抵抗、前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子のいずれかの故障と判定する
ことを特徴とするガス検出装置。 The gas detection device according to claim 1,
The detection resistance switching means includes: a first switching element connected between the plate power supply and the first detection resistance; a second switching element connected between the plate power supply and the second detection resistance; And control means for supplying a control signal for turning on the first or second switching element,
The first failure determination means, when the difference measured by the sensor output difference measurement means is not within a preset normal range, the semiconductor gas sensor, the first detection resistor, the second detection resistance, It is determined that a failure occurs in any one of a detection resistor and the first switching element or the second switching element.
前記ヒータ電源より所定のヒーター電圧が供給されている間であって、前記プレート電源より前記プレート電極に所定のプレート電圧が供給されていない時に、前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧を測定するプレート無印加時センサ出力測定手段と、
前記プレート無印加時センサ出力測定手段で測定されたプレート無印加時センサ出力電圧が予め設定された正常範囲内にない場合に前記第1または第2の検出抵抗の故障と判定する第2の故障判定手段とをさらに備えた
ことを特徴とするガス検出装置。 The gas detection device according to claim 1 or 2,
A plate mark for measuring the sensor output voltage of the semiconductor gas sensor while a predetermined heater voltage is being supplied from the heater power source and when the predetermined plate voltage is not supplied to the plate electrode from the plate power source. Measuring sensor output measuring means;
A second failure that is determined as a failure of the first or second detection resistor when the sensor output voltage when the plate is not applied is not within a preset normal range measured by the sensor output measuring means when the plate is not applied A gas detection device further comprising: a determination unit.
前記第1または第2の故障判定手段により故障判定がなされた場合、前記プレート電極に前記第1の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧と、前記プレート電極に前記第2の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧がほぼ一致しているときは、前記半導体式ガスセンサの故障と判定し、一致していないときは、前記第1の検出抵抗、前記第2の検出抵抗、前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子のいずれかの故障と判定する第3の故障判定手段をさらに備えた
ことを特徴とするガス検出装置。 In the gas detection device according to any one of claims 1 to 3,
When a failure determination is made by the first or second failure determination means, the sensor output voltage of the semiconductor gas sensor when the first detection resistor is connected to the plate electrode, and the plate electrode When the sensor output voltage of the semiconductor type gas sensor when the second detection resistor is connected substantially matches, it is determined that the semiconductor type gas sensor has failed. A gas detection apparatus, further comprising: a detection resistor, a second detection resistor, a third failure determination unit that determines that one of the first switching device and the second switching device is failed.
前記ガス検出装置は、ハイレベルおよびローレベルが交互するパルス状のヒーター電圧が前記ヒータ電源より前記ヒーターに供給され、前記ハイレベルのヒーター電圧が供給されている間に前記検出抵抗切り替え手段で前記プレート電源と前記プレート電極間に前記第1の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧により第1のガスの濃度を検出すると共に、前記ローレベルのヒーター電圧が供給されている間に前記検出抵抗切り替え手段で前記プレート電源と前記プレート電極間に前記第2の検出抵抗が接続されている時の前記半導体式ガスセンサのセンサ出力電圧により前記第1のガスとガス種の異なる第2のガスの濃度を検出するガス検出装置である
ことを特徴とするガス検出装置。 The gas detection device according to any one of claims 1 to 4,
In the gas detection device, a pulse-like heater voltage in which a high level and a low level are alternately supplied to the heater from the heater power source, and the detection resistance switching unit performs the detection resistance switching while the high level heater voltage is being supplied. The concentration of the first gas is detected by the sensor output voltage of the semiconductor gas sensor when the first detection resistor is connected between the plate power source and the plate electrode, and the low level heater voltage is supplied. While the second detection resistor is connected between the plate power source and the plate electrode by the detection resistor switching means, the first gas and the gas type of the semiconductor gas sensor are detected by the sensor output voltage. A gas detection device for detecting a concentration of a different second gas.
前記第1のガスはメタンであり、前記第2のガスはCOである
ことを特徴とするガス検出装置。 In the gas detection device according to any one of claims 1 to 5,
The gas detection apparatus, wherein the first gas is methane and the second gas is CO.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006018702A JP4787029B2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006018702A JP4787029B2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Gas detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007198940A true JP2007198940A (en) | 2007-08-09 |
JP4787029B2 JP4787029B2 (en) | 2011-10-05 |
Family
ID=38453685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006018702A Active JP4787029B2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Gas detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4787029B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11203577A (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Gas leakage alarm and combined gas alarm |
JP2002082083A (en) * | 2000-07-03 | 2002-03-22 | Fis Kk | Gas detector |
JP2002230661A (en) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Hochiki Corp | Gas leak alarm |
JP2002298247A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Hochiki Corp | Gas leak alarm |
-
2006
- 2006-01-27 JP JP2006018702A patent/JP4787029B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11203577A (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Gas leakage alarm and combined gas alarm |
JP2002082083A (en) * | 2000-07-03 | 2002-03-22 | Fis Kk | Gas detector |
JP2002230661A (en) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Hochiki Corp | Gas leak alarm |
JP2002298247A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Hochiki Corp | Gas leak alarm |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4787029B2 (en) | 2011-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4703643B2 (en) | Analog-to-digital converter with range error detection | |
US20160081148A1 (en) | Led driver with comprehensive fault protections | |
US20070188971A1 (en) | Circuit diagnostics from flame sensing ac component | |
KR101020700B1 (en) | LED display device | |
JP2010226844A (en) | Hall sensor abnormality detector and motor drive | |
JP4787029B2 (en) | Gas detector | |
IT201900010647A1 (en) | OPERATING PROCEDURE OF A GAS SENSOR DEVICE, AND CORRESPONDING GAS SENSOR DEVICE | |
JP2007163338A (en) | Failure detection circuit of led, and alarm having it | |
JP4668805B2 (en) | Gas sensor heater failure detection device | |
JP2007249520A (en) | Fire sensor | |
JP6688131B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2006085430A (en) | Alarm device | |
KR20210093802A (en) | Ground polarity determination device through DC ground line tracking method using pulse wave and phase analysis of ground current | |
JP2003298401A (en) | Amplifier separated photoelectric sensor, flood apparatus therefor and light receiving apparatus | |
JP4058100B2 (en) | Fire detectors and fire alarm equipment | |
JP4702871B2 (en) | Fire alarm system | |
JP2009033391A (en) | Proximity sensor with fault diagnostic display function | |
JP2009199380A (en) | Two-wire field device and field bus system | |
KR100643691B1 (en) | Method for sensing incorrect connection of motor | |
JP2008118226A (en) | Detection sensor, controller, and sensor system | |
JP3528755B2 (en) | Electronic components with display function | |
JP2010102767A (en) | Semiconductor memory device | |
KR102004170B1 (en) | SCR check system | |
JP2010092348A (en) | Fire alarm | |
KR20010088102A (en) | Abnormality power source sensing apparatus and method for programmable logic controller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080630 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110419 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110530 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110712 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110714 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4787029 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140722 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140722 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140722 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |