JP2007248356A - Flammable gas detector and flammable gas detecting method - Google Patents

Flammable gas detector and flammable gas detecting method Download PDF

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JP2007248356A JP2006074461A JP2006074461A JP2007248356A JP 2007248356 A JP2007248356 A JP 2007248356A JP 2006074461 A JP2006074461 A JP 2006074461A JP 2006074461 A JP2006074461 A JP 2006074461A JP 2007248356 A JP2007248356 A JP 2007248356A
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Shogo Hamaya
正吾 濱谷
Shoji Kitanoya
昇治 北野谷
Daisuke Ichikawa
大祐 市川
Takaharu Inoue
隆治 井上
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flammable gas detector and a flammable gas detecting method made to precisely detect the flammable gas while considering the fluctuation of the thermal conductivity of the atmosphere to be detected depending on the humidity of the atmosphere. <P>SOLUTION: Both the constant temperature control circuits 230, 240 control both the heating resistors 211, 221 exposed to the measurement spaces to mutually different constant temperatures by controlling currents. The thermometric resistor 390 generates the atmospheric temperature in the measurement space as the temperature voltage. Both the operational amplifier circuits 250, 260 amplify both the outputs from both the bridge circuits 210, 220 into the potential difference of both the differential amplifiers. The microcomputer 270 calculates the ratio of both the potential difference as the voltage difference, calculates the humidity based on the relation among the humidity, voltage ratio, and the temperature voltage, and the concentration of flammable gas in the atmosphere to be detected is calculated based on the relation among the concentration of the flammable gas in the measurement space, potential difference of differential amplifier of the operation amplifier circuit 260, and humidity and temperature voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検出雰囲気内の可燃性ガスを検出する可燃性ガス検出装置及び可燃性ガス検出方法に関するものである。   The present invention relates to a flammable gas detection device and a flammable gas detection method for detecting a flammable gas in an atmosphere to be detected.

従来、この種の可燃性ガスの検出装置においては、下記非特許文献1にて開示された燃料電池自動車用水素ガスセンサがある。この水素ガスセンサは、互いに異なる温度に制御される両サーミスタの各検出値の差分から湿度の影響度合いを求め、湿度成分を補正して水素ガスを検出するようになっている。
Masaaki Tada、他3名、「Hydrogen Sensor for Fuel Cell Vehicles(燃料電池自動車用水素ガスセンサ)」、SAE-2003-01-1137、p7-p8
Conventionally, in this type of combustible gas detection device, there is a hydrogen gas sensor for a fuel cell vehicle disclosed in Non-Patent Document 1 below. This hydrogen gas sensor detects the degree of influence of humidity from the difference between detection values of both thermistors controlled to different temperatures, and detects hydrogen gas by correcting the humidity component.
Masaaki Tada and three others, "Hydrogen Sensor for Fuel Cell Vehicles", SAE-2003-01-1137, p7-p8

ところで、上記水素ガスセンサによる検出にあたり、被検出雰囲気中の水素ガスの濃度が同一の状態であっても当該被検出雰囲気中の湿度が変動すると、被検出雰囲気全体の熱伝導率が変動して上述の水素ガスの濃度を変動させてしまうという不具合を招く。   By the way, in the detection by the hydrogen gas sensor, even if the concentration of hydrogen gas in the atmosphere to be detected is the same, if the humidity in the atmosphere to be detected fluctuates, the thermal conductivity of the entire atmosphere to be detected fluctuates and the above-mentioned. This causes the problem of changing the concentration of hydrogen gas.

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度が当該被検出雰囲気内の湿度に基づき変動することを考慮して、可燃性ガスを精度よく検出するようにした可燃性ガス検出装置及び可燃性ガス検出方法を提供することを目的とする。   Therefore, in order to cope with the above, the present invention takes into account that the concentration of the combustible gas in the detected atmosphere varies based on the humidity in the detected atmosphere, and accurately detects the combustible gas. It is an object of the present invention to provide a combustible gas detection device and a combustible gas detection method that can be detected.

上記課題の解決にあたり、本発明に係る可燃性ガス検出装置は、請求項1の記載によれば、被検出雰囲気内に晒される複数の発熱抵抗体(211、221、330)を備える。   In solving the above-described problems, the combustible gas detection device according to the present invention includes a plurality of heating resistors (211, 221 and 330) exposed to the detected atmosphere.

当該可燃性ガス検出装置において、
複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体(211、221、330)の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように当該2つの発熱抵抗体を通電により制御する定温度制御手段(230、240)と、
上記被検出雰囲気内の環境温度(T)を検出する温度検出手段(390)と、
定温度制御手段による制御状態にて生ずる上記2つの発熱抵抗体の各端子電圧(VH、VL)の比を電圧比(RV)として決定する電圧比決定手段(421)と、
上記被検出雰囲気内の湿度(HUM)、上記電圧比及び上記環境温度の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から上記電圧比及び上記環境温度に基づき上記湿度を決定する湿度決定手段(422、423、424)と、
上記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度(D)、上記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体(221)の端子電圧(VH)、上記湿度及び上記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から上記高温側発熱抵抗体の端子電圧、上記湿度及び上記環境温度に基づき上記可燃性ガスの濃度を算出する濃度算出手段(450、460、470、480)とを備えて、
この濃度算出手段の算出濃度に基づき上記可燃性ガスを検出するようにしたことを特徴とする。
In the combustible gas detection device,
The two heating resistors are controlled by energization so that the resistance values of at least two heating resistors (211, 221 and 330) among the plurality of heating resistors are maintained at respective values corresponding to different constant temperatures. Constant temperature control means (230, 240) for
Temperature detecting means (390) for detecting the environmental temperature (T) in the detected atmosphere;
Voltage ratio determining means (421) for determining a ratio of terminal voltages (VH, VL) of the two heating resistors generated in the control state by the constant temperature control means as a voltage ratio (RV);
Humidity determination means for determining the humidity based on the voltage ratio and the environmental temperature from the humidity (HUM) in the detected atmosphere, the voltage ratio and the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing the relationship between the environmental temperature. (422, 423, 424),
It represents the relationship between the concentration (D) of the combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage (VH) of the high-temperature side heating resistor (221) of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature. Concentration calculating means (450, 460, 470, 480) for calculating the concentration of the combustible gas based on the terminal voltage of the high temperature side heating resistor, the humidity and the environmental temperature from the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristics. And with
The combustible gas is detected based on the calculated concentration of the concentration calculating means.

これによれば、上述のように通電により互いに異なる各一定温度に制御された状態にて生ずる2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比が電圧比として決定され、被検出雰囲気内の湿度が、上記湿度−電圧比−環境温度特性から上記電圧比及び上記環境温度に基づき決定される。   According to this, as described above, the ratio of the terminal voltages of the two heating resistors generated in a state where each of the heating resistors is controlled to be different from each other by energization as described above is determined as the voltage ratio, and the humidity in the detected atmosphere is It is determined based on the voltage ratio and the environmental temperature from the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic.

そして、上記被検出雰囲気内の上記可燃性ガスの濃度が上記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から上記高温側発熱抵抗体の端子電圧、上記湿度及び上記環境温度に基づき決定されて、この算出濃度に基づき可燃性ガスが検出される。   Then, the concentration of the combustible gas in the detected atmosphere is determined based on the terminal voltage of the high temperature side heating resistor, the humidity, and the environmental temperature from the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristics, and this Combustible gas is detected based on the calculated concentration.

これにより、上記被検出雰囲気の熱伝導率が当該被検出雰囲気内の湿度に応じて変動しても、この変動をなくするように処理して可燃性ガスを検出することとなる。   Thus, even if the thermal conductivity of the detected atmosphere varies according to the humidity in the detected atmosphere, the combustible gas is detected by processing so as to eliminate this variation.

ここで、上述のように、湿度−電圧比−環境温度特性に基づき湿度を決定した後に、この湿度を用いて、濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性に基づき可燃性ガスの濃度を決定するようにしたので、上述した可燃性ガスの検出精度を高く確保できる。   Here, as described above, after determining the humidity based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic, the humidity is used to determine the concentration of the combustible gas based on the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic. Since it did in this way, the detection accuracy of the combustible gas mentioned above can be ensured highly.

また、本発明に係る可燃性ガス検出装置は、請求項2の記載によれば、
複数の凹部(311)を間隔をおいて裏面側から形成してなる半導体基板(310)と、この半導体基板の表面に形成される絶縁層(320)と、この絶縁層の表面に上記各凹部に対応して形成される複数の発熱抵抗体(211、221、330)と、これら発熱抵抗体を覆うように上記絶縁層の表面に形成される保護層(350、360)とを有して、被検出雰囲気内に配置される検出素子(300)を備える。
Moreover, according to the description of Claim 2, the combustible gas detection apparatus which concerns on this invention,
A semiconductor substrate (310) formed with a plurality of recesses (311) from the back side at intervals, an insulating layer (320) formed on the surface of the semiconductor substrate, and the recesses on the surface of the insulating layer And a plurality of heating resistors (211, 221, 330) formed corresponding to the above, and a protective layer (350, 360) formed on the surface of the insulating layer so as to cover these heating resistors. And a detection element (300) disposed in the atmosphere to be detected.

当該可燃性ガス検出装置において、
複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体(211、221、330)の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように当該2つの発熱抵抗体を通電により制御する定温度制御手段(230、240)と、
上記被検出雰囲気内の環境温度(T)を検出する温度検出手段(390)と、
定温度制御手段による制御状態にて生ずる上記2つの発熱抵抗体の各端子電圧(VH、VL)の比を電圧比(RV)として決定する電圧比決定手段(421)と、
上記被検出雰囲気内の湿度(HUM)、上記電圧比及び上記環境温度の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から上記電圧比及び上記環境温度に基づき上記湿度を決定する湿度決定手段(422、423、424)と、
上記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度(D)、上記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体(221)の端子電圧(VH)、上記湿度及び上記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から上記高温側発熱抵抗体の端子電圧、上記湿度及び上記環境温度に基づき上記可燃性ガスの濃度を算出する濃度算出手段(450、460、470、480)とを備えて、
この濃度算出手段の算出濃度に基づき上記可燃性ガスを検出するようにしたことを特徴とする。
In the combustible gas detection device,
The two heating resistors are controlled by energization so that the resistance values of at least two heating resistors (211, 221 and 330) among the plurality of heating resistors are maintained at respective values corresponding to different constant temperatures. Constant temperature control means (230, 240) for
Temperature detecting means (390) for detecting the environmental temperature (T) in the detected atmosphere;
Voltage ratio determining means (421) for determining a ratio of terminal voltages (VH, VL) of the two heating resistors generated in the control state by the constant temperature control means as a voltage ratio (RV);
Humidity determination means for determining the humidity based on the voltage ratio and the environmental temperature from the humidity (HUM) in the detected atmosphere, the voltage ratio and the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing the relationship between the environmental temperature. (422, 423, 424),
It represents the relationship between the concentration (D) of the combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage (VH) of the high-temperature side heating resistor (221) of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature. Concentration calculating means (450, 460, 470, 480) for calculating the concentration of the combustible gas based on the terminal voltage of the high temperature side heating resistor, the humidity and the environmental temperature from the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristics. And with
The combustible gas is detected based on the calculated concentration of the concentration calculating means.

これによれば、請求項1に記載の発明とは異なり、上記構成の検出素子を有する可燃性ガス検出装置においても、当該請求項1に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る。   According to this, unlike the invention according to claim 1, the combustible gas detection device having the detection element having the above-described configuration can also achieve the same operational effects as the invention according to claim 1.

また、本発明は、請求項3の記載によれば、請求項1または2に記載の可燃性ガス検出装置において、
上記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの上記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比である電圧比初期値(RV0)を従属変数とし上記環境温度を独立変数とする第1の関数特性と、
上記湿度を従属変数とし上記電圧比と上記電圧比初期値との差を表す電圧比差(ΔRV)を独立変数とする第2の関数特性とを
上記湿度−電圧比−環境温度特性として、記憶する記憶手段(270)を備え、
上記湿度決定手段は、
上記第1の関数特性から上記環境温度に基づき上記電圧比初期値を決定する電圧比初期値決定手段(422)と、
上記電圧比及び上記電圧比初期値に基づき上記電圧比差を算出する電圧比差算出手段(423)と、
上記第2の関数特性から上記電圧比差に基づき上記湿度を算出する湿度算出手段(424)とを有して、
当該湿度算出手段により算出された湿度を、湿度決定手段により決定された湿度とするようにしたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the combustible gas detection device according to the first or second aspect,
A voltage ratio initial value (RV0) that is a ratio of terminal voltages of the two heating resistors when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero is a dependent variable, and the environmental temperature is an independent variable. Functional characteristics of
The second function characteristic having the humidity as a dependent variable and the voltage ratio difference (ΔRV) representing the difference between the voltage ratio and the initial value of the voltage ratio as an independent variable is stored as the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic. Storage means (270) for
The humidity determining means is
Voltage ratio initial value determining means (422) for determining the voltage ratio initial value based on the environmental temperature from the first function characteristic;
Voltage ratio difference calculating means (423) for calculating the voltage ratio difference based on the voltage ratio and the initial value of the voltage ratio;
Humidity calculating means (424) for calculating the humidity based on the voltage ratio difference from the second function characteristic;
The humidity calculated by the humidity calculating means is the humidity determined by the humidity determining means.

このように、第1及び第2の関数特性を記憶手段に記憶しておき、上記環境温度を用いて上記第1の関数特性から上記電圧比初期値を決定し、このように決定した電圧比初期値及び上記電圧比に基づき上記電圧比差を算出し、この電圧比差を用いて上記第2の関数特性から上記湿度を算出し、この算出湿度を湿度決定手段により決定された湿度とするようにした。   Thus, the first and second function characteristics are stored in the storage means, the initial value of the voltage ratio is determined from the first function characteristics using the environmental temperature, and the voltage ratio thus determined is determined. The voltage ratio difference is calculated based on the initial value and the voltage ratio, the humidity is calculated from the second function characteristic using the voltage ratio difference, and the calculated humidity is set as the humidity determined by the humidity determining means. I did it.

従って、電圧比初期値及び湿度が、各対応の関数特性を利用することで得られるので、最終的に得られる湿度の算出精度がより一層良好になる。その結果、請求項1または2に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。   Therefore, since the voltage ratio initial value and the humidity can be obtained by using the corresponding function characteristics, the calculation accuracy of the finally obtained humidity is further improved. As a result, the operational effects of the invention described in claim 1 or 2 can be further improved.

また、本発明は、請求項4の記載によれば、請求項3に記載の可燃性ガス検出装置において、
記憶手段は、さらに、
上記環境温度を独立変数とし、上記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの高温側発熱抵抗体の端子電圧である第1端子電圧値(VH0)を従属変数とする第3の関数特性と、
上記湿度を独立変数とし、上記第1端子電圧値を切片とし、かつ上記被検出雰囲気内の湿度が零であるときの高温側発熱抵抗体の端子電圧である第2端子電圧値(VH1)を従属変数とする第4の関数特性と、
上記環境温度を独立変数とし上記可燃性ガスに対するガス感度(G)を従属変数とする第5の関数特性とを
上記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性として、記憶してなり、
濃度算出手段は、
上記第3の関数特性から上記環境温度に基づき上記第1端子電圧値を決定する第1端子電圧値決定手段(450)と、
上記第4の関数特性から上記湿度及び上記第1端子電圧値に基づき上記第2端子電圧値を決定する第2端子電圧値決定手段(460)と、
上記第5の関数特性から上記環境温度に基づき上記ガス感度を決定するガス感度決定手段(470)と、
高温側発熱抵抗体の上記端子電圧と上記第2端子電圧値との差を上記ガス感度で除算する除算手段(480)とを備えて、
この除算手段による除算結果を上記可燃性ガスの濃度とするようにしたことを特徴とする。
Moreover, according to the description of Claim 4, this invention is the combustible gas detection apparatus of Claim 3,
The storage means further includes
A third function in which the environmental temperature is an independent variable, and the first terminal voltage value (VH0), which is the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero, is a dependent variable. Characteristics,
The second terminal voltage value (VH1) that is the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor when the humidity is an independent variable, the first terminal voltage value is an intercept, and the humidity in the detected atmosphere is zero. A fourth function characteristic as a dependent variable;
The fifth function characteristic having the environmental temperature as an independent variable and the gas sensitivity (G) for the combustible gas as a dependent variable is stored as the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic,
Concentration calculation means
First terminal voltage value determining means (450) for determining the first terminal voltage value based on the environmental temperature from the third function characteristic;
Second terminal voltage value determining means (460) for determining the second terminal voltage value based on the humidity and the first terminal voltage value from the fourth function characteristic;
Gas sensitivity determining means (470) for determining the gas sensitivity based on the environmental temperature from the fifth function characteristic;
Dividing means (480) for dividing the difference between the terminal voltage of the high temperature side heating resistor and the second terminal voltage value by the gas sensitivity;
The result of division by the division means is the concentration of the combustible gas.

このように、第3〜第5の関数特性をも上記記憶手段に記憶しておき、上記第3の関数特性から上記環境温度に基づき上記第1端子電圧値を決定し、上記第4の関数特性から上記湿度及び上記第1端子電圧値に基づき上記第2端子電圧値を決定し、上記第5の関数特性から上記環境温度に基づき上記ガス感度を決定し、かつ高温側発熱抵抗体の上記端子電圧と上記第2端子電圧値との差を上記ガス感度で除算して、この除算結果を上記可燃性ガスの濃度とするようにした。   In this way, the third to fifth function characteristics are also stored in the storage means, the first terminal voltage value is determined based on the environmental temperature from the third function characteristics, and the fourth function is determined. From the characteristics, the second terminal voltage value is determined based on the humidity and the first terminal voltage value, the gas sensitivity is determined based on the environmental temperature from the fifth function characteristic, and the high temperature side heating resistor is configured as described above. The difference between the terminal voltage and the second terminal voltage value was divided by the gas sensitivity, and the result of division was taken as the concentration of the combustible gas.

従って、第1端子電圧値、第2端子電圧値及びガス感度が上述の各対応の関数特性に基づき決定されるので、可燃性ガスの濃度がより一層精度よく得られる。その結果、請求項3に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。   Therefore, since the first terminal voltage value, the second terminal voltage value, and the gas sensitivity are determined based on the corresponding function characteristics described above, the concentration of the combustible gas can be obtained with higher accuracy. As a result, the function and effect of the invention of claim 3 can be further improved.

また、本発明は、請求項5の記載によれば、請求項1〜4のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出装置において、
上記被検出雰囲気内の飽和水蒸気濃度と上記環境温度との間の関係を表す特性から上記環境温度に基づき上記飽和水蒸気濃度を決定する飽和水蒸気濃度決定手段(425)と、
湿度決定手段により決定された湿度が上記飽和水蒸気濃度以上のとき当該決定湿度を上記飽和水蒸気濃度に補正し、湿度決定手段により決定された湿度が零以下のときには当該決定湿度を零に補正する湿度補正手段(430、431、440、441)とを備えることを特徴とする。
Moreover, according to the description of Claim 5, this invention WHEREIN: In the combustible gas detection apparatus as described in any one of Claims 1-4,
Saturated water vapor concentration determining means (425) for determining the saturated water vapor concentration based on the environmental temperature from the characteristic representing the relationship between the saturated water vapor concentration in the detected atmosphere and the environmental temperature;
Humidity that corrects the determined humidity to the saturated water vapor concentration when the humidity determined by the humidity determining means is equal to or higher than the saturated water vapor concentration, and corrects the determined humidity to zero when the humidity determined by the humidity determining means is equal to or lower than zero. And correction means (430, 431, 440, 441).

このように、湿度が、上述のように決定される飽和水蒸気濃度又は零に補正されるので、第4の関数特性から算出される第2端子電圧値に生ずる誤差が最小限に抑制され得る。その結果、請求項1〜4のいずれか1つに記載の発明と同様の作用効果が達成され得る。   Thus, since the humidity is corrected to the saturated water vapor concentration determined as described above or zero, an error occurring in the second terminal voltage value calculated from the fourth function characteristic can be minimized. As a result, the same effect as that of the invention described in any one of claims 1 to 4 can be achieved.

また、本発明は、請求項6の記載によれば、請求項1〜5のいずれか1つに記載の可燃ガス検出装置において、
上記環境温度が所定の温度以下のとき、湿度決定手段により決定された湿度を、上記可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の値に補正する他の湿度補正手段を備えることを特徴とする。
Further, according to the sixth aspect of the present invention, in the combustible gas detection device according to any one of the first to fifth aspects,
Other humidity that corrects the humidity determined by the humidity determining means to a predetermined value selected in advance so as to suppress deterioration in the detection accuracy of the concentration of the combustible gas when the environmental temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. A correction unit is provided.

このように、湿度が、上述のように可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の値に補正されるので、環境温度が上記所定の温度以下のときでも、可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制しつつ、請求項1〜5のいずれか1つに記載の発明と同様の作用効果を達成し得る。   As described above, the humidity is corrected to a predetermined value selected in advance so as to suppress the deterioration in the detection accuracy of the concentration of the combustible gas as described above, so even when the environmental temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. And the effect similar to the invention as described in any one of Claims 1-5 can be achieved, suppressing the deterioration of the detection accuracy of the combustible gas density | concentration.

また、本発明は、請求項7の記載によれば、請求項1〜6のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出装置において、上記2つの発熱抵抗体の制御温度の差は、50(℃)以上であることを特徴とする。   According to the present invention, in the combustible gas detection device according to any one of claims 1 to 6, the difference in control temperature between the two heating resistors is 50 ( ° C) or more.

これにより、湿度の決定精度をより一層良好にすることができ、その結果、請求項1〜6のいずれか1つに記載の発明の作用効果をより一層向上させ得る。   Thereby, the determination precision of humidity can be made still more favorable, As a result, the effect of the invention as described in any one of Claims 1-6 can be improved further.

また、本発明は、請求項8の記載によれば、請求項7に記載の可燃性ガス検出装置において、上記2つの発熱抵抗体の制御温度は、150(℃)以上500(℃)以下であることを特徴とする。   According to the present invention, in the combustible gas detection device according to claim 7, the control temperature of the two heating resistors is 150 (° C.) or more and 500 (° C.) or less. It is characterized by being.

これにより、上記2つの発熱抵抗体の温度が、大気圧の雰囲気における水の沸点を確実に上回る150(℃)以上の温度に制御され得るとともに、上記被検出雰囲気内の可燃性ガスの爆発温度を下回る500(℃)以下の温度に制御され得る。従って、上記被検出雰囲気が結露を含むような多湿環境においても当該ガス検出装置による検出を可能とし得る。   Thereby, the temperature of the two heat generating resistors can be controlled to a temperature of 150 (° C.) or more that surely exceeds the boiling point of water in the atmospheric pressure atmosphere, and the explosion temperature of the combustible gas in the detected atmosphere It can be controlled to a temperature below 500 (° C.) or less. Accordingly, detection by the gas detection device can be enabled even in a humid environment where the atmosphere to be detected includes condensation.

また、本発明に係る可燃性ガス検出方法では、請求項9の記載によれば、
被検出雰囲気内に晒される複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体(211、221、330)の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように上記2つの発熱抵抗体を通電により制御し、
上記被検出雰囲気内の上記制御状態において生ずる上記2つの発熱抵抗体の各端子電圧(VH、VL)の比を電圧比(RV)として決定し、
上記被検出雰囲気内の湿度(HUM)、上記電圧比及び上記被検出雰囲気内の環境温度(T)の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から上記電圧比及び上記環境温度に基づき上記湿度を決定し、
上記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度(D)、上記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体(221)の端子電圧(VH)、上記湿度及び上記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から高温側発熱抵抗体の上記端子電圧、上記湿度及び上記環境温度に基づき上記可燃性ガスの濃度を算出することで、当該可燃性ガスを検出する。
Further, in the combustible gas detection method according to the present invention, according to the description of claim 9,
The two resistance values of at least two heating resistors (211, 221 and 330) of the plurality of heating resistors exposed to the atmosphere to be detected are maintained at values corresponding to different constant temperatures. The heating resistor is controlled by energization,
A ratio of terminal voltages (VH, VL) of the two heating resistors generated in the controlled state in the detected atmosphere is determined as a voltage ratio (RV);
Based on the voltage ratio and the environmental temperature based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing the relationship between the humidity (HUM) in the detected atmosphere, the voltage ratio, and the environmental temperature (T) in the detected atmosphere. Determine the humidity,
It represents the relationship between the concentration (D) of the combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage (VH) of the high-temperature side heating resistor (221) of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature. The combustible gas is detected by calculating the concentration of the combustible gas from the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristics based on the terminal voltage, the humidity, and the environmental temperature of the high-temperature side heating resistor.

これによれば、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る可燃性ガス検出方法の提供が可能となる。   According to this, it is possible to provide a combustible gas detection method capable of achieving the same function and effect as the first aspect of the invention.

また、本発明は、請求項10の記載によれば、請求項9に記載の可燃性ガスの検出方法において、
上記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの上記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比である電圧比初期値(RV0)を従属変数とし上記環境温度を独立変数とする第1の関数特性と、
上記湿度を従属変数とし上記電圧比と上記電圧比初期値との差を表す電圧比差(ΔRV)を独立変数とする第2の関数特性とを
上記湿度−電圧比−環境温度特性として、設定し、
かつ、上記環境温度を独立変数とし、上記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの高温側発熱抵抗体の端子電圧である第1端子電圧値(VH0)を従属変数とする第3の関数特性と、
上記湿度を独立変数とし、上記第1端子電圧値を切片とし、かつ上記被検出雰囲気内の湿度が零であるときの高温側発熱抵抗体の端子電圧である第2端子電圧値(VH1)を従属変数とする第4の関数特性と、
上記環境温度を独立変数とし上記可燃性ガスに対するガス感度(G)を従属変数とする第5の関数特性とを
上記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性として、設定しておき、
上記第1〜第5の関数特性に基づき上記可燃性ガスの濃度を決定する。
According to the description of claim 10, the present invention provides the method for detecting combustible gas according to claim 9,
A voltage ratio initial value (RV0) that is a ratio of terminal voltages of the two heating resistors when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero is a dependent variable, and the environmental temperature is an independent variable. Functional characteristics of
A second function characteristic having the humidity as a dependent variable and a voltage ratio difference (ΔRV) representing a difference between the voltage ratio and the initial value of the voltage ratio as an independent variable is set as the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic. And
And the environmental temperature is an independent variable, and the first terminal voltage value (VH0), which is the terminal voltage of the high-temperature heating resistor when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero, is a third variable. Functional characteristics of
The second terminal voltage value (VH1) that is the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor when the humidity is an independent variable, the first terminal voltage value is an intercept, and the humidity in the detected atmosphere is zero. A fourth function characteristic as a dependent variable;
A fifth function characteristic having the environmental temperature as an independent variable and a gas sensitivity (G) for the combustible gas as a dependent variable is set as the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic,
The concentration of the combustible gas is determined based on the first to fifth function characteristics.

このように、第1及び第2の関数を上記湿度−電圧比−環境温度特性として設定し、第3〜第5の関数を上記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性として設定しておき、上記第1〜第5の関数特性に基づき上記可燃性ガスの濃度を決定することで、請求項9に記載の発明の作用効果をより一層具体的に達成し得る可燃性ガス検出方法の提供が可能となる。   As described above, the first and second functions are set as the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic, and the third to fifth functions are set as the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic. By determining the concentration of the combustible gas based on the first to fifth function characteristics, there is provided a combustible gas detection method that can achieve the effect of the invention of claim 9 more specifically. It becomes possible.

また、本発明は、請求項11の記載によれば、請求項8または9に記載の可燃性ガスの検出方法において、
上記被検出雰囲気内の飽和水蒸気濃度と上記環境温度との間の関係を表す特性から上記環境温度に基づき上記飽和水蒸気濃度を決定し、上記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度が上記飽和水蒸気濃度以上のとき上記決定湿度を上記飽和水蒸気濃度に補正し、上記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度が零以下のときには当該決定湿度を零に補正することを特徴とする。
Further, according to the eleventh aspect of the present invention, in the method for detecting a combustible gas according to the eighth or ninth aspect,
Humidity determined based on the humidity-voltage ratio-environmental temperature characteristics by determining the saturated water vapor concentration based on the environmental temperature from the characteristic representing the relationship between the saturated water vapor concentration in the detected atmosphere and the environmental temperature. The determined humidity is corrected to the saturated water vapor concentration when the water vapor concentration is equal to or higher than the saturated water vapor concentration, and the determined humidity is corrected to zero when the humidity determined based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic is less than zero. Features.

これにより、請求項8または9に記載の発明の作用効果の達成にあたり、請求項5に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る可燃性ガスの検出方法の提供が可能となる。   Thus, in achieving the function and effect of the invention described in claim 8 or 9, it is possible to provide a method for detecting a combustible gas that can achieve the same function and effect as the invention described in claim 5.

また、本発明は、請求項12の記載によれば、請求項9〜11のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出方法において、上記環境温度が所定の温度以下のときに、上記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度を、上記可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の値に設定するようにしたことを特徴とする。   Further, according to the twelfth aspect of the present invention, in the flammable gas detection method according to any one of the ninth to eleventh aspects, when the environmental temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the humidity − The humidity determined on the basis of the voltage ratio-environment temperature characteristic is set to a predetermined value selected in advance so as to suppress the deterioration of the detection accuracy of the combustible gas concentration.

これにより、上記環境温度が上記所定の温度以下のときには、湿度を上記所定の値に設定することで、上記可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化が抑制され得る。   Thereby, when the environmental temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the deterioration of the detection accuracy of the combustible gas concentration can be suppressed by setting the humidity to the predetermined value.

また、本発明は、請求項13の記載によれば、請求項10〜12のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出方法において、
上記被検出雰囲気内の圧力を検出し、
上記圧力の変動の影響を受けないように定めた上記第1〜第5の関数特性の各係数と上記圧力との間の関係を表す特性から前記圧力に基づき上記各関数特性をその各係数において補正し、
この補正後の上記第1及び第2の関数特性に基づき上記湿度を決定し、
この決定湿度及び上記補正後の上記第3〜第5の関数特性に基づき上記可燃性ガスの濃度を決定するようにしたことを特徴とする。
Moreover, according to the description of Claim 13, this invention is the combustible gas detection method as described in any one of Claims 10-12.
Detect the pressure in the detected atmosphere,
From the characteristics representing the relationship between the coefficients of the first to fifth function characteristics determined so as not to be affected by the fluctuation of the pressure and the pressure, the function characteristics are determined in the coefficients based on the pressure. Correct,
The humidity is determined based on the first and second functional characteristics after the correction,
The concentration of the combustible gas is determined based on the determined humidity and the corrected third to fifth function characteristics.

これにより、上記被検出雰囲気内に圧力の変動があっても、当該圧力の変動の影響を受けないような値に湿度が精度よく決定される。従って、このようにして決定された湿度及び上記補正後の上記第3〜第5の関数特性に基づき上記可燃性ガスの濃度を決定することで、可燃性ガスの濃度がより一層精度よく決定される。その結果、上述のように圧力変動があっても、請求項10〜12のいずれか1つに記載の発明の作用効果がより一層向上され得る。   Thereby, even if there is a pressure fluctuation in the atmosphere to be detected, the humidity is accurately determined to a value that is not affected by the pressure fluctuation. Therefore, by determining the concentration of the combustible gas based on the humidity determined in this way and the corrected third to fifth function characteristics, the concentration of the combustible gas can be determined with higher accuracy. The As a result, even if there exists a pressure fluctuation as mentioned above, the effect of the invention as described in any one of Claims 10-12 can be improved further.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1及び図2は、本発明に係る可燃性ガス検出装置の第1実施形態を示しており、この可燃性ガス検出装置は、装置ユニット100(図1参照)と、制御回路200(図2参照)とにより構成されている。なお、当該可燃性ガス検出装置は、例えば、燃料電池システムにおいてその燃料電池から漏れて被検出雰囲気内に流れる水素ガスの濃度を検出するのに用いられる。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of a combustible gas detection device according to the present invention. This combustible gas detection device includes an apparatus unit 100 (see FIG. 1) and a control circuit 200 (FIG. 2). For example). The combustible gas detection device is used, for example, for detecting the concentration of hydrogen gas leaking from the fuel cell and flowing into the detected atmosphere in the fuel cell system.

装置ユニット100は、上記被検出雰囲気内に配設されるもので、この装置ユニット100は、図1にて示すごとく、ケーシング110、検出構造体120及びコネクタ130を備えている。ケーシング110は、ケーシング本体111及び蓋112を有しており、ケーシング本体111は、その開口部にて、蓋112でもって閉塞されている。ここで、ケーシング本体111は、ガス導入筒113を備えており、このガス導入筒113は、ケーシング本体111の底壁中央から外方へ円筒状に延出し、ガス導入口部114にて、外方に開口している。   The device unit 100 is disposed in the detected atmosphere. The device unit 100 includes a casing 110, a detection structure 120, and a connector 130 as shown in FIG. The casing 110 has a casing main body 111 and a lid 112, and the casing main body 111 is closed with a lid 112 at the opening. Here, the casing main body 111 is provided with a gas introduction cylinder 113, and this gas introduction cylinder 113 extends outward from the center of the bottom wall of the casing main body 111 in a cylindrical shape, and at the gas introduction port portion 114, It opens to the direction.

検出構造体120は、図1にて示すごとく、ケーシング本体111の内側からガス導入筒113内に同軸的に嵌装されている。当該検出構造体120は、図1及び図3にて示すごとく、円筒部材121を備えており、この円筒部材121は、その底壁側小径部122にて、図1にて示すごとく、ガス導入筒113の小径部内に同軸的に嵌装されている。なお、ガス導入筒113の小径部の内周面と円筒部材121の小径部122との間には、環状の空所が形成されている。   As shown in FIG. 1, the detection structure 120 is coaxially fitted into the gas introduction tube 113 from the inside of the casing body 111. The detection structure 120 includes a cylindrical member 121 as shown in FIGS. 1 and 3, and this cylindrical member 121 has a gas introduction as shown in FIG. 1 at its bottom wall side small diameter portion 122. A small diameter portion of the tube 113 is coaxially fitted. An annular space is formed between the inner peripheral surface of the small diameter portion of the gas introduction tube 113 and the small diameter portion 122 of the cylindrical member 121.

当該円筒部材121は、その環状底壁123(図3参照)にて、ガス導入口部114(図1参照)にその内面側から着座しており、円筒部材121の環状底壁123は、その中空部にて、ガス導入口部114を通り外方に開口している。   The cylindrical member 121 is seated from the inner surface side to the gas inlet 114 (see FIG. 1) at the annular bottom wall 123 (see FIG. 3). The annular bottom wall 123 of the cylindrical member 121 is In the hollow portion, the gas introduction port portion 114 is opened outward.

また、円筒部材121は、その基端側大径部124にて、ガス導入筒113の基端側に形成した大径穴部に環状空所を介し嵌装されており、当該円筒部材121の基端側大径部124から径方向に外方に延出する環状フランジ125は、図1にて示すごとく、Oリング115を介し、ケーシング本体111の底壁の内面上に複数のねじ(図示しない)の締着でもって固定されている。但し、Oリング115は、ケーシング本体111の底壁にその内面から形成した環状凹所116内に着座しており、当該Oリング115は、環状フランジ125とケーシング本体111の底壁との間に挟持されて、ケーシング本体111の内部をガス導入筒113の内部から気密的にシールしている。   Further, the cylindrical member 121 is fitted with a large-diameter hole formed on the proximal end side of the gas introduction tube 113 at the proximal-end-side large-diameter portion 124 via an annular space. As shown in FIG. 1, the annular flange 125 extending radially outward from the proximal-side large-diameter portion 124 has a plurality of screws (not shown) on the inner surface of the bottom wall of the casing body 111 via the O-ring 115. Not fixed). However, the O-ring 115 is seated in an annular recess 116 formed on the bottom wall of the casing body 111 from its inner surface, and the O-ring 115 is interposed between the annular flange 125 and the bottom wall of the casing body 111. The inside of the casing main body 111 is hermetically sealed from the inside of the gas introduction tube 113 by being sandwiched.

また、検出構造体120は、円筒部材121内に設けた浸水防止用撥水フィルタ126及び検出構造体120の外部への逸火防止用の2枚の金網127を備えている。撥水フィルタ126は、その外周部にて、円筒部材121の環状底壁123と環板状スペーサ128との間に挟持されており、この撥水フィルタ126は、ガス導入口部114及び環状底壁123の中空部から円筒部材121の内部への水滴の浸入や粉塵の侵入を防止する。   Further, the detection structure 120 includes a water repellent water repellent filter 126 provided in the cylindrical member 121 and two wire meshes 127 for preventing a fire from escaping to the outside of the detection structure 120. The water repellent filter 126 is sandwiched between the annular bottom wall 123 of the cylindrical member 121 and the annular plate spacer 128 at the outer periphery thereof. The water repellent filter 126 includes the gas inlet 114 and the annular bottom. Intrusion of water droplets and intrusion of dust from the hollow portion of the wall 123 into the cylindrical member 121 is prevented.

2枚の金網127は、その外周部にて、環板状スペーサ128と円筒状スペーサ140の環状底壁141との間に挟持されており、これら金網127は、次のような役割を果たす。即ち、後述する発熱抵抗体330(図4参照)への通電に伴い当該発熱抵抗体に電流が流れてこの発熱抵抗体330の温度が水素ガスの下限爆発温度を上回ることで、水素ガスが、円筒部材121内、例えば円筒状スペーサ140内で発火した場合に、2枚の金網127は、円筒部材121の内部から外方への逸火を防止する。   The two metal meshes 127 are sandwiched between the annular plate spacer 128 and the annular bottom wall 141 of the cylindrical spacer 140 at the outer periphery thereof, and these metal meshes 127 play the following roles. That is, when a heating resistor 330 (see FIG. 4), which will be described later, is energized, a current flows through the heating resistor 330 and the temperature of the heating resistor 330 exceeds the lower limit explosion temperature of hydrogen gas. When fired in the cylindrical member 121, for example, in the cylindrical spacer 140, the two metal meshes 127 prevent the fire from going out from the inside of the cylindrical member 121.

なお、スペーサ140は、円筒部材121の底壁側小径部122に同軸的に圧入により嵌装されて、その環状底壁141にて、2枚の金網127、環板状スペーサ128及び撥水フィルタ126を、円筒部材121の環状底壁123の内面上に固定している。   The spacer 140 is coaxially fitted into the bottom wall side small diameter portion 122 of the cylindrical member 121 by press-fitting, and at the annular bottom wall 141, the two metal nets 127, the annular plate spacer 128, and the water repellent filter are provided. 126 is fixed on the inner surface of the annular bottom wall 123 of the cylindrical member 121.

コネクタ130は、ケーシング本体111の図1にて図示右側壁から一体的に延出されており、このコネクタ130は、その複数のコネクタピン131(図1では、一コネクタピンのみを示す)の内端部にて、ケーシング本体111の右側壁を通り、配線板150の配線パターン部(図示しない)に電気的に接続されている。なお、当該コネクタ130は、ケーシング本体111と別体で形成されていてもよい。   The connector 130 is integrally extended from the right side wall shown in FIG. 1 of the casing main body 111, and this connector 130 includes a plurality of connector pins 131 (only one connector pin is shown in FIG. 1). At the end, it passes through the right side wall of the casing body 111 and is electrically connected to a wiring pattern portion (not shown) of the wiring board 150. The connector 130 may be formed separately from the casing body 111.

当該装置ユニット100は、図1及び図3にて示すごとく、検出素子300、取り付け板170及び敷き板180を備えており、検出素子300は、取り付け板170及び敷き板180と共に、円筒部材121内に支持されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the device unit 100 includes a detection element 300, a mounting plate 170, and a laying plate 180, and the detection element 300 is installed in the cylindrical member 121 together with the mounting plate 170 and the laying plate 180. It is supported by.

取り付け板170は、図3にて示すごとく、その環状フランジ部171にて、円筒部材121の環状フランジ125の内周面に形成した環状凹所129内にて、Oリング172を介し気密的に嵌装固定されている。   As shown in FIG. 3, the mounting plate 170 is hermetically sealed via an O-ring 172 in an annular recess 129 formed on the inner peripheral surface of the annular flange 125 of the cylindrical member 121 at the annular flange portion 171. It is fitted and fixed.

敷き板180は、熱伝導率の小さい材料でもって形成されており、この敷き板180は、取り付け板170の外面(スペーサ140側の面)の中央部に接着剤でもって接着されている。検出素子300は、敷き板180の外面(スペーサ140側の面)に接着剤で接着されて、スペーサ140内に露呈している。   The laying plate 180 is formed of a material having a low thermal conductivity, and this laying plate 180 is bonded to the central portion of the outer surface (surface on the spacer 140 side) of the mounting plate 170 with an adhesive. The detection element 300 is adhered to the outer surface of the laying plate 180 (the surface on the spacer 140 side) with an adhesive, and is exposed in the spacer 140.

また、当該装置ユニット100は、図1及び図3にて示すごとく、複数本のピン状ターミナル181及びヒータ190を備えており、各ターミナル181は、取り付け板170に挿通されている(図1参照)。なお、図1及び図3では、便宜上、複数のターミナル181のうち2本のターミナルのみが示されている。   Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the device unit 100 includes a plurality of pin-shaped terminals 181 and heaters 190, and each terminal 181 is inserted through a mounting plate 170 (see FIG. 1). ). In FIGS. 1 and 3, only two of the plurality of terminals 181 are shown for convenience.

ヒータ190は、図1及び図3にて示すごとく、円筒部材121の環状フランジ125に上方から装着されており、このヒータ190は、両ターミナル181(図3にて示す両ターミナル)を介する給電により、環状フランジ125、取り付け板170及び敷き板180を介し検出素子300を加熱する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the heater 190 is attached to the annular flange 125 of the cylindrical member 121 from above, and this heater 190 is supplied with power via both terminals 181 (both terminals shown in FIG. 3). The detection element 300 is heated via the annular flange 125, the mounting plate 170 and the laying plate 180.

これにより、円筒部材121の内部(以下、測定空間ともいう)が暖められて、検出素子300に付着する結露や不純物を乾燥消失させる。その結果、当該ガス検出装置(主として、装置ユニット100)は、結露し易い多湿環境においても、良好に作動し得る。なお、検出素子300は、後述する各電極膜370(図4参照)にて、複数本のターミナル181のうち図示しない各ターミナルの先端部にワイヤボンディングにより電気的に接続されている。   As a result, the inside of the cylindrical member 121 (hereinafter also referred to as a measurement space) is warmed, and condensation and impurities attached to the detection element 300 are dried and disappeared. As a result, the gas detection device (mainly device unit 100) can operate well even in a humid environment where condensation is likely to occur. In addition, the detection element 300 is electrically connected to the tip of each terminal (not shown) of the plurality of terminals 181 by wire bonding with each electrode film 370 (see FIG. 4) described later.

配線板150は、図1にて示すごとく、ケーシング110内に設けられており、この配線板150は、その外周部にて、ケーシング本体111の開口端部に支持されている。なお、各ターミナル181は、その基端部にて、配線板150に嵌着されて、当該配線板150の上記配線パターン部に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the wiring board 150 is provided in the casing 110, and the wiring board 150 is supported by the opening end portion of the casing body 111 at the outer peripheral portion thereof. Each terminal 181 is fitted to the wiring board 150 at the base end portion and is electrically connected to the wiring pattern portion of the wiring board 150.

制御回路200は、図1にて示すごとく、ケーシング110内にて配線板150の裏面(図1にて図示下側)に実装されており、この制御回路200は、当該配線板150の上記配線パターン部を介し、コネクタ130のコネクタピン131及び各ターミナル181に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the control circuit 200 is mounted on the back surface of the wiring board 150 (the lower side in FIG. 1) in the casing 110, and the control circuit 200 is connected to the wiring board 150. It is electrically connected to the connector pin 131 of the connector 130 and each terminal 181 through the pattern portion.

次に、上述した検出素子300の構成につき図4及び図5を参照して説明する。検出素子300はマイクロマシニング技術を用いて製造されているもので、当該検出素子300は、図4にて示すごとく、シリコン製半導体基板310及び上下両側絶縁層320を備えている。   Next, the configuration of the detection element 300 described above will be described with reference to FIGS. The detection element 300 is manufactured using a micromachining technique, and the detection element 300 includes a silicon semiconductor substrate 310 and upper and lower insulating layers 320 as shown in FIG.

上側絶縁層320は、半導体基板310の表面に形成されており、一方、下側絶縁層320は、半導体基板310の裏面に形成されている。なお、上側絶縁層320は、半導体基板310の表面に形成した酸化シリコン膜321と、この酸化シリコン膜321上に積層した窒化シリコン膜322でもって構成されている。また、下側絶縁層320は、半導体基板310の裏面に形成した酸化シリコン膜321と、この酸化シリコン膜321上に積層した窒化シリコン膜322でもって構成されている。   The upper insulating layer 320 is formed on the surface of the semiconductor substrate 310, while the lower insulating layer 320 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 310. The upper insulating layer 320 includes a silicon oxide film 321 formed on the surface of the semiconductor substrate 310 and a silicon nitride film 322 stacked on the silicon oxide film 321. The lower insulating layer 320 includes a silicon oxide film 321 formed on the back surface of the semiconductor substrate 310 and a silicon nitride film 322 stacked on the silicon oxide film 321.

ここで、半導体基板310には、図4にて図示左右両側凹部311が、上側絶縁層320の裏面側において、間隔をおいて形成されている。また、下側絶縁層320は、各凹部311に対応する部位にて、それぞれ除去されて、各凹部311の開口部として形成されている。   Here, the left and right concave portions 311 shown in FIG. 4 are formed in the semiconductor substrate 310 at intervals on the back surface side of the upper insulating layer 320. In addition, the lower insulating layer 320 is removed at portions corresponding to the respective recesses 311 and formed as openings of the respective recesses 311.

これにより、上側絶縁層320は、その裏面のうち各凹部311に対する各対応裏面部にて、当該各凹部311の開口部を通して外方に露呈している。なお、半導体基板310は、各凹部311以外の部位にて基板部312を構成する。   As a result, the upper insulating layer 320 is exposed to the outside through the opening of each recess 311 at each corresponding back surface of the back surface corresponding to each recess 311. The semiconductor substrate 310 constitutes a substrate portion 312 at a portion other than each recess 311.

また、検出素子300は、図4及び図5にて示すごとく、左右両側発熱抵抗体330並びに左側、中央側及び右側の各配線膜340を備えている。左側発熱抵抗体330は、上側絶縁層320の表面のうち左側凹部311に対応する部位上に渦巻き状に形成されており、一方、右側発熱抵抗体330は、上側絶縁層320の表面のうち右側凹部311に対応する部位上に渦巻き状に形成されている。本第1実施形態において、両発熱抵抗体330は、後述する各配線膜340と共に、白金抵抗材料でもって形成されている。   Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the detection element 300 includes left and right heat generating resistors 330 and left, center, and right wiring films 340. The left heating resistor 330 is spirally formed on a portion of the surface of the upper insulating layer 320 corresponding to the left recess 311, while the right heating resistor 330 is formed on the right side of the surface of the upper insulating layer 320. A spiral shape is formed on a portion corresponding to the recess 311. In the first embodiment, both the heating resistors 330 are formed of a platinum resistance material together with each wiring film 340 described later.

左側配線膜340は、図4にて示すごとく、上側絶縁層320の表面の左側部上において、半導体基板310の基板部312に対応して位置し、図5にて示すごとく、左側発熱抵抗体330の一端と一体となるように形成されている。   As shown in FIG. 4, the left wiring film 340 is located on the left side of the surface of the upper insulating layer 320 corresponding to the substrate portion 312 of the semiconductor substrate 310. As shown in FIG. It is formed so as to be integrated with one end of 330.

中央側配線膜340は、上側絶縁層320の表面の中央部上にて、半導体基板310の基板部312に対応して位置し、左側発熱抵抗体330の他端及び右側発熱抵抗体330の一端と一体となるように形成されている。   The central wiring film 340 is located on the central portion of the surface of the upper insulating layer 320 so as to correspond to the substrate portion 312 of the semiconductor substrate 310, and has the other end of the left heating resistor 330 and one end of the right heating resistor 330. It is formed so as to be integrated.

また、右側配線膜340は、上側絶縁層320の表面の右側部上にて、半導体基板310の基板部312に対応して位置し、右側発熱抵抗体330の他端と一体となるように形成されている。   The right wiring film 340 is formed on the right side of the surface of the upper insulating layer 320 so as to correspond to the substrate portion 312 of the semiconductor substrate 310 and to be integrated with the other end of the right heating resistor 330. Has been.

また、当該検出素子300は、図4及び図5にて示すごとく、内側保護層350及び外側保護層360並びに左側、中央側及び右側の各電極膜370を備えており、内側保護層350は、各配線膜340及び各発熱抵抗体330を覆うように、上側絶縁層320の表面上に形成されている。また、外側保護層360は、内側保護層350上に積層状に形成されている。   Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the detection element 300 includes an inner protective layer 350 and an outer protective layer 360, and left, center, and right electrode films 370. It is formed on the surface of the upper insulating layer 320 so as to cover each wiring film 340 and each heating resistor 330. The outer protective layer 360 is formed on the inner protective layer 350 in a stacked form.

ここで、内側保護層350及び外側保護層360には、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール361が、内側保護層350及び外側保護層360のうち左側、中央側及び右側の各配線膜340に対応する各部位に形成されている。   Here, in the inner protective layer 350 and the outer protective layer 360, the contact holes 361 on the left side, the central side, and the right side are provided with the wiring films 340 on the left side, the central side, and the right side of the inner protective layer 350 and the outer protective layer 360, respectively. It is formed in each part corresponding to.

これにより、左側、中央側及び右側の各配線膜340は、その表面にて、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール361を通り外方に露呈している。   As a result, the left, center, and right wiring films 340 are exposed outwardly through the left, center, and right contact holes 361 on the surface.

左側、中央側及び右側の各電極膜370は、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール361を通して左側、中央側及び右側の各配線膜340上に形成されている。   The left, central and right electrode films 370 are formed on the left, central and right wiring films 340 through the left, central and right contact holes 361.

本第1実施形態では、検出素子300において、左側発熱抵抗体330、左側及び中央側の各配線膜340並びに左側及び中央側の各電極膜370が、主として、左側熱伝導式ガス検出部380を構成し、また、右側発熱抵抗体330、中央側及び右側の各配線膜340並びに中央側及び右側の各電極膜370が、主として、右側熱伝導式ガス検出部380を構成する(図5参照)。   In the first embodiment, in the detection element 300, the left heating resistor 330, the left and center wiring films 340, and the left and center electrode films 370 mainly serve as the left heat-conducting gas detection unit 380. In addition, the right heating resistor 330, the central and right wiring films 340, and the central and right electrode films 370 mainly constitute the right heat conduction type gas detector 380 (see FIG. 5). .

また、当該検出素子300は、左右両側発熱抵抗体330にて、内側保護層350及び外側保護層360を介し、円筒部材121(図1参照)の上記測定空間内に晒されており、左右両側発熱抵抗体330の各端子電圧は、上記測定空間内の水素ガスの濃度及び水分の量の変動に基づく熱伝導の変化に伴い、変動する。   In addition, the detection element 300 is exposed to the measurement space of the cylindrical member 121 (see FIG. 1) via the inner protective layer 350 and the outer protective layer 360 by the left and right heat generating resistors 330. Each terminal voltage of the heating resistor 330 varies with changes in heat conduction based on variations in the concentration of hydrogen gas and the amount of moisture in the measurement space.

また、当該検出素子300は、図5にて示すごとく、測温抵抗体390を備えており、この測温抵抗体390は、白金(Pt)を含む測温抵抗材料でもって、図5にて図示上側において、上側絶縁層320と内側保護層350との間に薄膜抵抗体として形成されている。   Further, as shown in FIG. 5, the detection element 300 includes a resistance temperature detector 390, and the resistance temperature detector 390 is a resistance temperature detector material containing platinum (Pt). On the upper side in the figure, a thin film resistor is formed between the upper insulating layer 320 and the inner protective layer 350.

これにより、当該測温抵抗体390は、円筒部材121の上記測定空間内の温度(以下、環境温度Tともいう)を検出し、温度電圧VTを発生する。また、上述のように測温抵抗体390が検出素子300に設けられているので、当該測温抵抗体390を、検出素子300とは別途設けずに済む。従って、上記測定空間を小さくし得る。なお、測温抵抗体390の温度抵抗係数は両発熱抵抗体330の各温度抵抗係数とほぼ同一となっている。   Thereby, the resistance temperature detector 390 detects the temperature in the measurement space of the cylindrical member 121 (hereinafter also referred to as environmental temperature T) and generates a temperature voltage VT. Further, since the resistance temperature detector 390 is provided in the detection element 300 as described above, it is not necessary to provide the resistance temperature detector 390 separately from the detection element 300. Therefore, the measurement space can be reduced. The temperature resistance coefficient of the resistance temperature detector 390 is substantially the same as the temperature resistance coefficient of both the heating resistors 330.

本第1実施形態において、測温抵抗体390の温度電圧VTと環境温度Tとの間の関係を調べたところ、図6にて例示するようなグラフが得られた。当該グラフによれば、温度電圧VTと環境温度Tとの間には、次の2次関数からなる式(1)で特定される関係(2次関数特性)が近似的に成立することが分かった。   In the first embodiment, when the relationship between the temperature voltage VT of the resistance temperature detector 390 and the environmental temperature T was examined, a graph illustrated in FIG. 6 was obtained. According to the graph, it is understood that the relationship (quadratic function characteristic) specified by the following quadratic function (quadratic function characteristic) is approximately established between the temperature voltage VT and the environmental temperature T. It was.

VT=VT(T)=A0・T2+B0・T+C0・・・・(1)
この式(1)によれば、上記被検出雰囲気内の温度である環境温度Tは、温度電圧VTでもって特定されることが分かる。なお、式(1)において、A0は正の係数であり、B0は負の係数であり、C0は、正の定数である。
VT = VT (T) = A0 · T 2 + B0 · T + C0 (1)
According to this equation (1), it can be seen that the environmental temperature T, which is the temperature in the detected atmosphere, is specified by the temperature voltage VT. In equation (1), A0 is a positive coefficient, B0 is a negative coefficient, and C0 is a positive constant.

また、各電極膜391は、内側保護層350及び外側保護層360に形成した各コンタクトホール(図示しない)内にて測温抵抗体390の左右両端部上に形成されている。なお、この測温抵抗体390は、両電極膜391を介しターミナル(図示しない)を介し配線板150の上記配線パターン部に接続されている。   Each electrode film 391 is formed on both left and right ends of the resistance temperature detector 390 in each contact hole (not shown) formed in the inner protective layer 350 and the outer protective layer 360. The resistance temperature detector 390 is connected to the wiring pattern portion of the wiring board 150 via both terminals 391 and a terminal (not shown).

次に、上述した制御回路200の構成について図2を参照して説明する。当該制御回路200は、両ブリッジ回路210、220を備えており、ブリッジ回路210は、ガス検出用発熱抵抗体211及び各固定抵抗212、213、214でもって、ホイートストーンブリッジ回路を形成するように構成されている。   Next, the configuration of the control circuit 200 described above will be described with reference to FIG. The control circuit 200 includes both bridge circuits 210 and 220, and the bridge circuit 210 forms a Wheatstone bridge circuit with the gas detection heating resistor 211 and the fixed resistors 212, 213, and 214. It is configured.

このブリッジ回路210において、ガス検出用発熱抵抗体211は、検出素子300の左側熱伝導式ガス検出部380の構成部材である左側発熱抵抗体330でもって構成されている。ここで、発熱抵抗体211は、その一端にて、接地されており、当該発熱抵抗体211の他端は、固定抵抗212、固定抵抗213及び固定抵抗214を介し接地されている。   In the bridge circuit 210, the gas detection heating resistor 211 is configured by a left heating resistor 330 that is a component of the left heat conduction type gas detection unit 380 of the detection element 300. Here, the heating resistor 211 is grounded at one end, and the other end of the heating resistor 211 is grounded via a fixed resistor 212, a fixed resistor 213, and a fixed resistor 214.

しかして、当該ブリッジ回路210は、発熱抵抗体211及び固定抵抗214の共通端子(一側電源端子)及び両固定抵抗212、213の共通端子(他側電源端子)の間に、定温度制御回路230から制御電圧を受けて作動する。   Thus, the bridge circuit 210 includes a constant temperature control circuit between the common terminal (one side power supply terminal) of the heating resistor 211 and the fixed resistor 214 and the common terminal (other side power supply terminal) of the two fixed resistors 212 and 213. Operates in response to a control voltage from 230.

そして、この作動のもと、当該ブリッジ回路210は、ガス検出用発熱抵抗体211の抵抗値の変化に基づき当該発熱抵抗体211及び固定抵抗212の共通端子(ブリッジ回路210の一側出力端子)と両固定抵抗213、214の共通端子(ブリッジ回路210の他側出力端子)との間に生ずる電位差(水素ガスの濃度を表す)を出力する。   Then, under this operation, the bridge circuit 210 is based on a change in the resistance value of the gas detection heating resistor 211 and a common terminal of the heating resistor 211 and the fixed resistor 212 (one side output terminal of the bridge circuit 210). And a potential difference (representing the concentration of hydrogen gas) generated between the two fixed resistors 213 and 214 (the other output terminal of the bridge circuit 210).

定温度制御回路230は、演算増幅回路250の出力(後述する)に応じて、ガス検出用発熱抵抗体211の抵抗値を一定温度(例えば、300(℃))に対応する値に維持するように、内蔵直流電源(図示しない)の出力電圧に基づき、ブリッジ回路210への上記制御電圧を形成する。なお、発熱抵抗体211(330)は、温度に対し正抵抗特性を有する。即ち、当該発熱抵抗体211(330)は、その抵抗値を、当該発熱抵抗体211(330)の温度の上昇(又は低下)に応じて増大(又は減少)させる。   The constant temperature control circuit 230 maintains the resistance value of the gas detection heating resistor 211 at a value corresponding to a constant temperature (for example, 300 (° C.)) according to the output (described later) of the operational amplifier circuit 250. The control voltage to the bridge circuit 210 is formed based on the output voltage of the built-in DC power supply (not shown). The heating resistor 211 (330) has a positive resistance characteristic with respect to temperature. That is, the heating resistor 211 (330) increases (or decreases) the resistance value in accordance with an increase (or decrease) in the temperature of the heating resistor 211 (330).

本第1実施形態において、ガス検出用発熱抵抗体211の制御温度を300(℃)に維持制御するようにしたのは、次のような根拠に基づく。   In the first embodiment, the control temperature of the heating resistor 211 for gas detection is controlled to be 300 (° C.) based on the following grounds.

上記被検出雰囲気内、ひいては円筒部材121の上記測定空間が結露を含むような多湿環境においても当該ガス検出装置による水素ガスの濃度の検出を可能とするためには、発熱抵抗体211の温度を、少なくとも、大気圧の雰囲気における水の沸点を確実に上回る150(℃)以上の温度に制御する必要がある。一方、発熱抵抗体211の温度を、上記被検出雰囲気内の水素ガスの爆発温度を上回らないように、500(℃)以下の温度に制御する必要がある。このため、発熱抵抗体211の制御温度を、上述のように、300(℃)とした。   In order to enable detection of the concentration of hydrogen gas by the gas detection device even in a humid environment where the measurement space of the cylindrical member 121 includes condensation in the detected atmosphere, the temperature of the heating resistor 211 is set. It is necessary to control the temperature to at least 150 (° C.) that surely exceeds the boiling point of water in an atmosphere of atmospheric pressure. On the other hand, it is necessary to control the temperature of the heating resistor 211 to a temperature of 500 (° C.) or less so as not to exceed the explosion temperature of the hydrogen gas in the detected atmosphere. For this reason, the control temperature of the heating resistor 211 is set to 300 (° C.) as described above.

また、ブリッジ回路220は、図2にて示すごとく、ガス検出用発熱抵抗体221及び各固定抵抗222、223、224でもって、ホイートストーンブリッジ回路を形成するように構成されている。   Further, as shown in FIG. 2, the bridge circuit 220 is configured to form a Wheatstone bridge circuit with the gas detection heating resistor 221 and the fixed resistors 222, 223, and 224.

このブリッジ回路220において、ガス検出用発熱抵抗体221は、検出素子300の右側熱伝導式ガス検出部380の構成部材である右側発熱抵抗体330でもって構成されている。ここで、発熱抵抗体221は、その一端にて、接地されており、当該発熱抵抗体221の他端は、固定抵抗222、固定抵抗223及び固定抵抗224を介し接地されている。   In the bridge circuit 220, the gas detection heating resistor 221 is configured with a right heating resistor 330 that is a component of the right heat conduction type gas detection unit 380 of the detection element 300. Here, the heating resistor 221 is grounded at one end, and the other end of the heating resistor 221 is grounded via a fixed resistor 222, a fixed resistor 223, and a fixed resistor 224.

しかして、ブリッジ回路220は、発熱抵抗体221及び固定抵抗224の共通端子(一側電源端子)及び両固定抵抗222、223の共通端子(他側電源端子)の間に、定温度制御回路240から制御電圧を受けて作動する。   Thus, the bridge circuit 220 includes the constant temperature control circuit 240 between the common terminal (one side power supply terminal) of the heating resistor 221 and the fixed resistor 224 and the common terminal (other side power supply terminal) of both the fixed resistors 222 and 223. Operates in response to a control voltage from.

そして、この作動のもと、当該ブリッジ回路220は、ガス検出用発熱抵抗体221の抵抗値の変化に基づき発熱抵抗体221及び固定抵抗222の共通端子(ブリッジ回路220の一側出力端子)と両固定抵抗223、224の共通端子(ブリッジ回路220の他側出力端子)との間に生ずる電位差(水素ガス濃度を表す)を出力する。   Under this operation, the bridge circuit 220 is connected to the common terminal (one side output terminal of the bridge circuit 220) of the heating resistor 221 and the fixed resistor 222 based on the change in the resistance value of the gas detection heating resistor 221. A potential difference (representing the hydrogen gas concentration) generated between the common terminals of the fixed resistors 223 and 224 (the other output terminal of the bridge circuit 220) is output.

定温度制御回路240は、演算増幅回路260の出力(後述する)に応じて、ガス検出用発熱抵抗体221の抵抗値を一定温度(例えば、400(℃))に対応する値に維持するように、内蔵直流電源(図示しない)の出力電圧に基づき、ブリッジ回路220への上記制御電圧を形成する。なお、発熱抵抗体221(330)は、温度に対する正抵抗特性を有する。即ち、発熱抵抗体221(330)は、その抵抗値を、当該発熱抵抗体221(330)の温度の上昇(又は低下)に応じて増大(又は減少)させる。   The constant temperature control circuit 240 maintains the resistance value of the gas detection heating resistor 221 at a value corresponding to a constant temperature (for example, 400 (° C.)) according to the output (described later) of the operational amplifier circuit 260. The control voltage to the bridge circuit 220 is formed based on the output voltage of the built-in DC power supply (not shown). The heating resistor 221 (330) has a positive resistance characteristic with respect to temperature. That is, the heating resistor 221 (330) increases (or decreases) the resistance value in accordance with an increase (or decrease) in the temperature of the heating resistor 221 (330).

本第1実施形態において、ガス検出用発熱抵抗体221の制御温度を400(℃)に維持制御するようにしたのは、当該発熱抵抗体221の制御温度を、上述の発熱抵抗体211の制御温度よりも高くする必要があり、かつ上述と同様の理由に基づき150(℃)以上で500(℃)以下の温度にする必要があるためである。なお、両定温度制御回路230、240の各制御電圧の出力は、電源スイッチ281のオンに同期して開始されるようになっている。   In the first embodiment, the control temperature of the gas detection heating resistor 221 is maintained at 400 (° C.) because the control temperature of the heating resistor 221 is controlled by the heating resistor 211 described above. This is because the temperature needs to be higher than the temperature, and based on the same reason as described above, the temperature needs to be 150 (° C.) or higher and 500 (° C.) or lower. The output of each control voltage of both constant temperature control circuits 230 and 240 is started in synchronization with the power switch 281 being turned on.

また、発熱抵抗体221の制御温度を、発熱抵抗体211の制御温度よりも100(℃)高くしたのは次の根拠に基づく。即ち、体積湿度(後述する)の検出精度を高めるためには、検出素子300の両発熱抵抗体211、221の間の制御温度の差が大きいほどよい。具体的には、50(℃)以上であることが望ましい。   The reason why the control temperature of the heating resistor 221 is made 100 (° C.) higher than the control temperature of the heating resistor 211 is based on the following grounds. That is, in order to increase the detection accuracy of volume humidity (described later), it is better that the difference in the control temperature between the two heating resistors 211 and 221 of the detection element 300 is larger. Specifically, the temperature is desirably 50 (° C.) or higher.

このため、本第1実施形態では、発熱抵抗体221の制御温度を、上述のように、発熱抵抗体211の制御温度300(℃)よりも100(℃)だけ高くし、400(℃)とした。   For this reason, in the first embodiment, as described above, the control temperature of the heating resistor 221 is increased by 100 (° C.) from the control temperature 300 (° C.) of the heating resistor 211 to 400 (° C.). did.

演算増幅回路250は、ブリッジ回路210の両出力端子間に生ずる電位差を差動増幅して差動増幅電位差を定温度制御回路230及びマイクロコンピュータ270に出力する。演算増幅回路260は、ブリッジ回路220の両出力端子間に生ずる電位差を差動増幅して差動増幅電位差を定温度制御回路240及びマイクロコンピュータ270に出力する。   The operational amplifier circuit 250 differentially amplifies the potential difference generated between the two output terminals of the bridge circuit 210 and outputs the differential amplified potential difference to the constant temperature control circuit 230 and the microcomputer 270. The operational amplifier circuit 260 differentially amplifies the potential difference generated between the two output terminals of the bridge circuit 220 and outputs the differential amplified potential difference to the constant temperature control circuit 240 and the microcomputer 270.

マイクロコンピュータ270は、直流電源280から電源スイッチ281を介し給電されて作動し、図7及び図8にて示すフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行する。この実行中において、マイクロコンピュータ270は、測温抵抗体390の検出環境温度や両演算増幅回路250、260の各差動増幅電位差に基づき、水素ガスの濃度の算出に要する各種の処理を行う。なお、上記コンピュータプログラムは、マイクロコンピュータ270のROMに当該マイクロコンピュータにより読み出し可能に記憶されている。   The microcomputer 270 operates with power supplied from the DC power source 280 via the power switch 281 and executes the computer program according to the flowcharts shown in FIGS. During this execution, the microcomputer 270 performs various processes required for calculating the concentration of hydrogen gas based on the detection environment temperature of the resistance temperature detector 390 and the differential amplification potential differences of the two operational amplifier circuits 250 and 260. The computer program is stored in the ROM of the microcomputer 270 so as to be readable by the microcomputer.

以上のように構成した本第1実施形態において、当該可燃性ガス検出装置の装置ユニット100が上記被検出雰囲気内に配置されているものとする。このような状態にて、上記被検出雰囲気内に漏洩する水素ガスが、装置ユニット100のガス導入筒113内にそのガス導入口部114から流入すると、当該水素ガスは、撥水フィルタ126及び2枚の金網127を通り円筒部材121内に流入し、然る後、検出素子300に到達する。   In this 1st Embodiment comprised as mentioned above, the apparatus unit 100 of the said combustible gas detection apparatus shall be arrange | positioned in the said to-be-detected atmosphere. In this state, when hydrogen gas leaking into the detected atmosphere flows into the gas introduction tube 113 of the apparatus unit 100 from the gas introduction port 114, the hydrogen gas is repelled by the water repellent filters 126 and 2. The sheet passes through the sheet metal mesh 127 and flows into the cylindrical member 121, and then reaches the detection element 300.

このような状態において、電源スイッチ281がオンされ、マイクロコンピュータ270が直流電源280から給電されると、当該マイクロコンピュータ270は、図7及び図8のフローチャートに従い上記コンピュータプログラムの実行を開始する。この開始に伴い、図7のステップ400において、マイクロコンピュータ270に内蔵のソフトタイマーの起動処理がなされる。従って、当該ソフトタイマーがそのリセット起動により計時を開始する。   In such a state, when the power switch 281 is turned on and the microcomputer 270 is supplied with power from the DC power supply 280, the microcomputer 270 starts executing the computer program according to the flowcharts of FIGS. Along with this start, in step 400 of FIG. 7, a soft timer built in the microcomputer 270 is activated. Therefore, the soft timer starts timing by the reset activation.

すると、上記ソフトタイマーの計時時間が所定の待ち時間を経過するまで、ステップ410においてNOとの判定が繰り返される。なお、上記所定の待ち時間は、定温度制御回路230による制御のもと発熱抵抗体211の温度が上記一定温度(300(℃))になるとともに定温度制御回路240による制御のもと発熱抵抗体221が上記一定温度(400(℃))になるに要する時間に設定されている。   Then, the determination of NO is repeated in step 410 until the time measured by the soft timer has exceeded a predetermined waiting time. The predetermined waiting time is the temperature of the heating resistor 211 is controlled to be the constant temperature (300 (° C.)) under the control of the constant temperature control circuit 230 and the heating resistance is controlled under the control of the constant temperature control circuit 240. The time required for the body 221 to reach the constant temperature (400 (° C.)) is set.

また、電源スイッチ281のオンに同期して、両定温度制御回路230、240による各制御電圧の出力が開始される。これに伴い、定温度制御回路230がブリッジ回路210の両電源端子間に制御電圧を出力すると、当該ブリッジ回路210が当該制御電圧でもって通電される。そして、このブリッジ回路210の両出力端子間から出力される電位差が演算増幅回路250により増幅されて定温度制御回路230にフィードバックされる。   Further, in synchronization with the power switch 281 being turned on, the output of each control voltage by the two constant temperature control circuits 230 and 240 is started. Accordingly, when the constant temperature control circuit 230 outputs a control voltage between both power supply terminals of the bridge circuit 210, the bridge circuit 210 is energized with the control voltage. The potential difference output from both output terminals of the bridge circuit 210 is amplified by the operational amplifier circuit 250 and fed back to the constant temperature control circuit 230.

従って、ステップ410におけるNOとの判定の繰り返し中において、発熱抵抗体211の抵抗値が上記一定温度(300(℃))に対応する値を維持するように、当該発熱抵抗体211が定温度制御回路230でもって通電により制御される。   Accordingly, the heating resistor 211 is controlled at a constant temperature so that the resistance value of the heating resistor 211 maintains a value corresponding to the constant temperature (300 (° C.)) while the determination of NO in step 410 is repeated. The circuit 230 is controlled by energization.

また、定温度制御回路240がブリッジ回路220の両電源端子間に制御電圧を出力すると、当該ブリッジ回路220が当該制御電圧でもって通電される。そして、このブリッジ回路220の両出力端子間から出力される電位差が演算増幅回路260により増幅されて定温度制御回路240にフィードバックされる。   When the constant temperature control circuit 240 outputs a control voltage between both power supply terminals of the bridge circuit 220, the bridge circuit 220 is energized with the control voltage. The potential difference output from both output terminals of the bridge circuit 220 is amplified by the operational amplifier circuit 260 and fed back to the constant temperature control circuit 240.

従って、ステップ410におけるNOとの判定の繰り返し中において、発熱抵抗体221の抵抗値が上記一定温度(400(℃))に対応する値を維持するように、当該発熱抵抗体221が定温度制御回路240でもって通電により制御される。   Therefore, during the repetition of the determination of NO in step 410, the heating resistor 221 is controlled at a constant temperature so that the resistance value of the heating resistor 221 maintains a value corresponding to the constant temperature (400 (° C.)). The circuit 240 is controlled by energization.

然る後、上記ソフトタイマーの計時時間が上記所定の待ち時間を経過すると、ステップ410においてYESと判定され、次のステップ411において、測温抵抗体390からの温度電圧VTの入力処理がなされる。このため、当該温度電圧VTが測温抵抗体390からマイクロコンピュータ270に入力されてセットされる。   Thereafter, when the time measured by the soft timer has passed the predetermined waiting time, it is determined YES in step 410, and in the next step 411, the temperature voltage VT from the resistance temperature detector 390 is input. . Therefore, the temperature voltage VT is input from the resistance temperature detector 390 to the microcomputer 270 and set.

ついで、ステップ412において、両演算増幅回路250、260の各差動増幅電位差の入力処理がなされる。これに伴い、両演算増幅回路250、260の各差動増幅電位差が、低温側差動増幅電位差VL及び高温側差動増幅電位差VHとしてマイクロコンピュータ270に入力されセットされる。   Next, in step 412, input processing of each differential amplification potential difference of both operational amplifier circuits 250 and 260 is performed. Along with this, the differential amplification potential differences between the operational amplifier circuits 250 and 260 are input and set to the microcomputer 270 as the low temperature side differential amplification potential difference VL and the high temperature side differential amplification potential difference VH.

上述のようにステップ412における処理が終了した後、次のステップ420において、温度電圧VTが所定の閾値電圧VTr以下か否かが判定される。本第1実施形態では、所定の閾値電圧VTrは、環境温度Tの基準値に対応する。   After the processing in step 412 is completed as described above, in the next step 420, it is determined whether or not the temperature voltage VT is equal to or lower than a predetermined threshold voltage VTr. In the first embodiment, the predetermined threshold voltage VTr corresponds to the reference value of the environmental temperature T.

現段階において、VT≦VTrが成立すれば、ステップ420において、YESと判定される。これに伴い、次のステップ421において、電圧比RVが、次の式(2)に基づき、演算増幅回路260からの差動増幅電位差VH及び演算増幅回路250からの増幅電位差VLに応じて算出される。   If VT ≦ VTr is satisfied at the current stage, YES is determined in step 420. Accordingly, in the next step 421, the voltage ratio RV is calculated according to the differential amplified potential difference VH from the operational amplifier circuit 260 and the amplified potential difference VL from the operational amplifier circuit 250 based on the following equation (2). The

RV=VH/VL ・・・(2)
ここで、電圧比RVとは、発熱抵抗体221の端子電圧の発熱抵抗体211の端子電圧に対する比をいう。本第1実施形態において、当該電圧比RVは、演算増幅回路260からの差動増幅電位差VHの演算増幅回路250からの差動増幅電位差VLに対する比(VH/VL)に相当する。
RV = VH / VL (2)
Here, the voltage ratio RV refers to the ratio of the terminal voltage of the heating resistor 221 to the terminal voltage of the heating resistor 211. In the first embodiment, the voltage ratio RV corresponds to the ratio (VH / VL) of the differential amplification potential difference VH from the operational amplification circuit 260 to the differential amplification potential difference VL from the operational amplification circuit 250.

上述のようにしてステップ421の処理が終了すると、ステップ422において、水素ガスの濃度D=0及び体積湿度HUM=0における電圧比RV=RV0の算出処理がなされる。   When the process of step 421 is completed as described above, in step 422, the calculation process of the voltage ratio RV = RV0 at the hydrogen gas concentration D = 0 and the volume humidity HUM = 0 is performed.

ここで、水素ガスの濃度D=0及び体積湿度HUM=0のときの電圧比RVがRV0(以下、電圧比初期値RV0ともいう)であるが、D=0及びHUM=0のときの演算増幅回路260からの差動増幅電位差VHを第1差動増幅電位差VH0としたとき、
この電圧比初期値RV0は、当該第1差動増幅電位差VH0(本発明の第1端子電圧値に対応)の演算増幅回路250からの差動増幅電位差VL=VL0に対する比(VH0/VL0)でもって特定される。なお、差動増幅電位差VL0は、D=0及びHUM=0のときの値とする。また、本第1実施形態において、体積湿度HUMとは、上記被検出雰囲気内において環境温度がTであるときの単位体積あたりの水分量をいう。
Here, the voltage ratio RV when the hydrogen gas concentration D = 0 and the volume humidity HUM = 0 is RV0 (hereinafter also referred to as the voltage ratio initial value RV0), but the calculation when D = 0 and HUM = 0. When the differential amplification potential difference VH from the amplification circuit 260 is the first differential amplification potential difference VH0,
This voltage ratio initial value RV0 is a ratio (VH0 / VL0) of the first differential amplification potential difference VH0 (corresponding to the first terminal voltage value of the present invention) to the differential amplification potential difference VL = VL0 from the operational amplification circuit 250. Specified. Note that the differential amplification potential difference VL0 is a value when D = 0 and HUM = 0. In the first embodiment, the volume humidity HUM refers to the amount of water per unit volume when the environmental temperature is T in the detected atmosphere.

ここで、電圧比初期値RV0と上記被検出雰囲気内の環境温度T、即ち温度電圧VTとの間の関係について調べたところ、電圧比初期値RV0と温度電圧VTとの間の関係は、2次関数特性として、次の2次関数からなる式(3)でもって近似的に特定されることが分かった。   Here, when the relationship between the voltage ratio initial value RV0 and the environmental temperature T in the detected atmosphere, that is, the temperature voltage VT, was examined, the relationship between the voltage ratio initial value RV0 and the temperature voltage VT was 2 It was found that the next function characteristic is approximately specified by the equation (3) including the following quadratic function.

RV0=RV0(VT)=A1・VT2+B1・VT+C1・・・・(3)
従って、電圧比初期値RV0は、(VH0/VL0)に依ることなく、上記式(3)から温度電圧VTに基づき得られることが分かる。なお、当該式(3)において、A1は正の係数、B1は負の係数及びC1は正の定数を表すものとする。また、上記式(3)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。
RV0 = RV0 (VT) = A1 · VT 2 + B1 · VT + C1 (3)
Therefore, it can be seen that the voltage ratio initial value RV0 can be obtained based on the temperature voltage VT from the above equation (3) without depending on (VH0 / VL0). In Equation (3), A1 represents a positive coefficient, B1 represents a negative coefficient, and C1 represents a positive constant. Further, the above equation (3) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

しかして、当該ステップ422の処理では、電圧比初期値RV0が、VH0/VL0を直接算出することなく、上記式(3)から温度電圧VTに基づき算出される。   Therefore, in the processing of step 422, the voltage ratio initial value RV0 is calculated based on the temperature voltage VT from the above equation (3) without directly calculating VH0 / VL0.

但し、上述した電圧比初期値RV0と温度電圧VTとの間の関係は、後述する図9及び図12の各グラフとは異なり、右下がりの下に凸な湾曲線状のグラフでもって特定される。従って、上記式(3)は、係数において、後述する両式(6)、(8)の係数とは異にし、当該両式(6)、(8)と相違する。   However, the relationship between the voltage ratio initial value RV0 and the temperature voltage VT described above is specified by a curved line graph that protrudes downward to the right, unlike the graphs of FIGS. 9 and 12 described later. The Therefore, the equation (3) is different from the equations (6) and (8) described later, and is different from the equations (6) and (8).

然る後、ステップ423(図8参照)において、電圧比差ΔRVが、次の式(4)に基づき算出される。   Thereafter, in step 423 (see FIG. 8), the voltage ratio difference ΔRV is calculated based on the following equation (4).

ΔRV=RV−RV0 ・・・・(4)
なお、式(4)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。
ΔRV = RV−RV0 (4)
Equation (4) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

ついで、ステップ424において、体積湿度HUMが、次の2次関数からなる式(5)から電圧比差ΔRVに基づき算出される。なお、当該式(5)において、A2及びB2は、共に、正の係数であり、C2は定数(C2=0)とする。   Next, in step 424, the volume humidity HUM is calculated based on the voltage ratio difference ΔRV from the equation (5) including the following quadratic function. In Equation (5), A2 and B2 are both positive coefficients, and C2 is a constant (C2 = 0).

HUM=HUM(ΔRV)
=A2・ΔRV2+B2・ΔRV+C2・・・・(5)
ここで、当該式(5)の根拠は次の通りである。即ち、体積湿度HUMと電圧比差ΔRVとの間の関係を調べたところ、図10にて示すようなグラフが得られた。このグラフによれば、体積湿度HUMと電圧比差ΔRVとの間の関係は、2次関数特性として、上述の式(5)によって近似できることが分かった。なお、式(5)は、予め、マイクロコンピュータ270のROMに記憶されている。
HUM = HUM (ΔRV)
= A2 · ΔRV 2 + B2 · ΔRV + C2 ··· (5)
Here, the basis of the formula (5) is as follows. That is, when the relationship between the volume humidity HUM and the voltage ratio difference ΔRV was examined, a graph as shown in FIG. 10 was obtained. According to this graph, it was found that the relationship between the volume humidity HUM and the voltage ratio difference ΔRV can be approximated by the above equation (5) as a quadratic function characteristic. Equation (5) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

ステップ424における処理後、次のステップ425において、体積湿度HUMの最大値HUMmax(飽和水蒸気濃度に相当)の算出処理がなされる。この算出処理では、最大値HUMmaxが、最大値HUMmaxと環境温度Tとの間の関係を特定する4次関数式から環境温度Tに基づき算出される。当該2次関数式は、予め、マイクロコンピュータ270のROMに記憶されている。   After the process in step 424, in the next step 425, the maximum value HUMmax (corresponding to saturated water vapor concentration) of the volume humidity HUM is calculated. In this calculation process, the maximum value HUMmax is calculated based on the ambient temperature T from a quartic function formula that specifies the relationship between the maximum value HUMmax and the ambient temperature T. The quadratic function formula is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

ついで、ステップ430において、体積湿度HUMが最大値HUMmaxよりも大きいか否かが判定される。このような判定は次の根拠に基づき行う。   Next, at step 430, it is determined whether or not the volume humidity HUM is larger than the maximum value HUMmax. Such a determination is made based on the following grounds.

即ち、水素ガスの濃度D=0のときの高温側差動増幅電位差VHを第2差動増幅電位差VH1(本発明の第2端子電圧値に対応)としたとき、この第2差動増幅電位差VH1を、後述する3次関数からなる式(7)に基づき、上述の式(5)によって算出される体積湿度HUMを用いて算出すると、体積湿度HUMに依っては、誤差が第2差動増幅電位差VH1を増大させるように生ずる。このため、ステップ430を採用して、体積湿度HUMに依って、体積湿度HUMの補正の仕方を異ならしめるようにした。   That is, when the high-temperature differential amplification potential difference VH when the hydrogen gas concentration D = 0 is the second differential amplification potential difference VH1 (corresponding to the second terminal voltage value of the present invention), this second differential amplification potential difference When VH1 is calculated using the volume humidity HUM calculated by the above-described expression (5) based on the expression (7) including a cubic function described later, the error may be a second differential depending on the volume humidity HUM. This occurs so as to increase the amplified potential difference VH1. For this reason, step 430 is employed so that the method of correcting the volume humidity HUM differs depending on the volume humidity HUM.

現段階において、式(5)で算出した体積湿度HUMが最大値HUMmaxよりも大きい場合には、ステップ430においてYESと判定され、次のステップ431において、体積湿度HUMが、最大値HUMmaxとなるように制限補正がなされる。   At this stage, if the volume humidity HUM calculated by the equation (5) is larger than the maximum value HUMmax, YES is determined in step 430, and in the next step 431, the volume humidity HUM becomes the maximum value HUMmax. Limited correction is made.

一方、HUMがHUMmax以下である場合には、ステップ440において、HUM<0が成立するか否かが判定される。そして、HUM<0が成立すれば、ステップ440において、YESと判定されて、次のステップ441において、体積湿度が、HUM=0となるように制限補正される。   On the other hand, if HUM is equal to or lower than HUMmax, it is determined in step 440 whether HUM <0 is satisfied. If HUM <0 is satisfied, YES is determined in step 440, and in step 441, the volume humidity is limited and corrected so that HUM = 0.

上述のように、体積湿度HUMを最大値HUMmax又は零に制限補正することで、第2差動増幅電位差VH1を、後述する3次関数からなる式(7)に基づき、上述の式(5)によって算出される体積湿度HUMを用いて算出しても、当該第2差動増幅電位差VH1に生ずる誤差が最小限に抑制され得る。   As described above, by limiting and correcting the volume humidity HUM to the maximum value HUMmax or zero, the second differential amplification potential difference VH1 is calculated based on the equation (7) including a cubic function described later, based on the equation (5). Even if the volume humidity HUM calculated by the above is used, the error generated in the second differential amplification potential difference VH1 can be suppressed to the minimum.

以上のようにしてステップ431での制限補正処理、ステップ441での制限補正処理或いはステップ440でのNOとの判定処理がなされると、被検出雰囲気中の水素ガスの濃度D及び体積湿度HUMが共に零であるときの高温側差動増幅電位差VHを第1差動増幅電位差VH0とし、A3及びB3を係数とし、C3を定数とすれば、第1差動増幅電位差VH0が、ステップ450において、次の2次関数からなる式(6)から温度電圧VTに基づき算出される。なお、係数A3は負であり、係数B3は正であり、定数C3は正である。   When the limit correction process in step 431, the limit correction process in step 441, or the determination process of NO in step 440 is performed as described above, the hydrogen gas concentration D and the volume humidity HUM in the detected atmosphere are determined. If the high-temperature differential amplification potential difference VH when both are zero is the first differential amplification potential difference VH0, A3 and B3 are coefficients, and C3 is a constant, the first differential amplification potential difference VH0 is It is calculated based on the temperature voltage VT from equation (6) consisting of the following quadratic function. The coefficient A3 is negative, the coefficient B3 is positive, and the constant C3 is positive.

VH0=VH0(VT)=A3・VT2+B3・VT+C3・・・・(6)
ここで、当該式(6)の根拠について説明する。上記被検出雰囲気中の水素ガスの濃度D及び体積湿度HUMがそれぞれ零であるとき、第1差動増幅電位差VH0と上記被検出雰囲気内の環境温度T、ひいては温度電圧VTとの間には、どのような関係が成立するかにつき調べたところ、図9にて示すようなグラフが得られた。
VH0 = VH0 (VT) = A3 · VT 2 + B3 · VT + C3 (6)
Here, the basis of the formula (6) will be described. When the hydrogen gas concentration D and volume humidity HUM in the detected atmosphere are zero, the difference between the first differential amplification potential difference VH0 and the environmental temperature T in the detected atmosphere, and thus the temperature voltage VT, When the relationship was established, a graph as shown in FIG. 9 was obtained.

このグラフによれば、第1差動増幅電位差VH0と温度電圧VTとの間の関係は、2次関数特性として、上述の式(6)でもって近似的に特定されることが分かった。なお、上述の式(6)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。   According to this graph, it was found that the relationship between the first differential amplification potential difference VH0 and the temperature voltage VT is approximately specified by the above-described equation (6) as a quadratic function characteristic. It should be noted that the above equation (6) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

次のステップ460において、第2差動増幅電位差VH=VH1が、次の2次関数からなる式(7)から体積湿度HUMに基づき算出される。なお、式(7)において、A4は負の係数であり、B4は正の係数であり、C4は定数(C4=VH0)とする。   In the next step 460, the second differential amplification potential difference VH = VH1 is calculated based on the volume humidity HUM from the equation (7) consisting of the following quadratic function. In Equation (7), A4 is a negative coefficient, B4 is a positive coefficient, and C4 is a constant (C4 = VH0).

VH1=VH1(HUM)
=A4・HUM2+B4・HUM+C4・・・(7)
ここで、当該式(7)の根拠について説明する。第2差動増幅電位差VH1と体積湿度HUMとの間の関係を調べたところ、図11にて示すグラフが得られた。このグラフによれば、第2差動増幅電位差VH1と体積湿度HUMとの間の関係は、2次関数特性として、上述の式(7)でもって近似されることが分かった。なお、式(6)に基づき算出した第1差動増幅電位差VH0は、式(7)及び図11から分かるように、温度電圧VT(環境温度T)に対するオフセット量を表す。
VH1 = VH1 (HUM)
= A4 · HUM 2 + B4 · HUM + C4 (7)
Here, the basis of the formula (7) will be described. When the relationship between the second differential amplification potential difference VH1 and the volume humidity HUM was examined, the graph shown in FIG. 11 was obtained. According to this graph, it was found that the relationship between the second differential amplification potential difference VH1 and the volume humidity HUM can be approximated by the above-described equation (7) as a quadratic function characteristic. The first differential amplification potential difference VH0 calculated based on the equation (6) represents an offset amount with respect to the temperature voltage VT (environment temperature T) as can be seen from the equation (7) and FIG.

ついで、ステップ470において、ガス感度Gが、次の2次関数からなる式(8)から温度電圧VTに基づき算出される。なお、当該式(8)において、A5は負の係数であり、B5は正の係数であり、C5は正の定数である。   Next, at step 470, the gas sensitivity G is calculated based on the temperature voltage VT from equation (8) consisting of the following quadratic function. In the equation (8), A5 is a negative coefficient, B5 is a positive coefficient, and C5 is a positive constant.

G=G(VT)=A5・VT2+B5・VT+C5・・・・(8)
ここで、式(8)の根拠について説明する。上記被検出雰囲気内の環境温度Tにおいて、当該被検出雰囲気内の水分が零(つまり、体積湿度HUM=0)でありかつ水素ガスの濃度Dが零であるときの高温側差動増幅電位差VHを上述のごとく第1差動増幅電位差VH0とし、上記被検出雰囲気内の水分が零(つまり、体積湿度HUM=0)でありかつ水素ガスの濃度Dが当該可燃性ガス検出装置でもって検出可能な最大値Dmax(vol%)であるときの高温側差動増幅電位差VHをVHmaxとすると、ガス感度G(mV/vol%)は、次の式(9)でもって表される。
G = G (VT) = A5 · VT 2 + B5 · VT + C5 (8)
Here, the basis of Expression (8) will be described. At the ambient temperature T in the detected atmosphere, the high-temperature differential amplification potential difference VH when the moisture in the detected atmosphere is zero (that is, the volume humidity HUM = 0) and the hydrogen gas concentration D is zero. Is the first differential amplification potential difference VH0 as described above, the moisture in the detected atmosphere is zero (that is, the volume humidity HUM = 0), and the hydrogen gas concentration D can be detected by the combustible gas detection device. When the high-temperature side differential amplification potential difference VH when the maximum value Dmax (vol%) is VHmax, the gas sensitivity G (mV / vol%) is expressed by the following equation (9).

G=(VHmax−VH0)/Dmax ・・・・(9)
この式(9)を前提に、ガス感度Gと温度電圧VTとの間の関係を調べたところ、図12にて示すグラフが得られた。このグラフによれば、ガス感度Gと温度電圧VTとの間の関係は、2次関数特性として、上述の式(8)でもって近似的に特定されることが分かった。従って、ガス感度Gは、式(9)に依らなくても、上記式(8)から温度電圧VTに基づき得られることが分かる。
G = (VHmax−VH0) / Dmax (9)
Based on this equation (9), when the relationship between the gas sensitivity G and the temperature voltage VT was examined, the graph shown in FIG. 12 was obtained. According to this graph, it has been found that the relationship between the gas sensitivity G and the temperature voltage VT is approximately specified by the above-described equation (8) as a quadratic function characteristic. Therefore, it can be seen that the gas sensitivity G can be obtained from the above equation (8) based on the temperature voltage VT without depending on the equation (9).

但し、図12のグラフを図9のグラフと対比してみると、図12のグラフは、上に凸な湾曲線状となっているのに対し、図9のグラフは、図12のグラフとは異なり、僅かに上に凸な湾曲線状となっているにすぎず、どちらかといえば、ほぼ直線状である。従って、式(8)は、その係数において、式(6)の係数とは異なる。その結果、式(8)は、式(6)とは相違している。なお、当該式(8)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。   However, when the graph of FIG. 12 is compared with the graph of FIG. 9, the graph of FIG. 12 has a curved line that is convex upward, whereas the graph of FIG. Is slightly curved upwardly convex, and if anything, it is almost linear. Therefore, equation (8) differs in the coefficient from equation (6). As a result, Equation (8) is different from Equation (6). The equation (8) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

然る後、ステップ480において、水素ガスの濃度Dが、次の式(10)に基づき、ステップ412で入力された高温側差動増幅電位差VH、ステップ470で算出されたガス感度G及びステップ460で算出された第2差動増幅電位差VH1に応じて算出される。   Thereafter, in step 480, the hydrogen gas concentration D is determined based on the following equation (10), the high temperature side differential amplification potential difference VH input in step 412, the gas sensitivity G calculated in step 470, and step 460. It is calculated according to the second differential amplification potential difference VH1 calculated in (1).

D=(VH−VH1)/G ・・・(10)
なお、式(10)は、水素ガスの濃度D=1(vol%)に対する高温側差動増幅電位差VHの変化量を表すことから、式(10)において水素ガスの濃度Dの単位は、(vol%H2)である。また、当該式(10)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。
D = (VH−VH1) / G (10)
Since the equation (10) represents the amount of change in the high temperature side differential amplification potential difference VH with respect to the hydrogen gas concentration D = 1 (vol%), the unit of the hydrogen gas concentration D in the equation (10) is ( vol% H 2 ). Further, the equation (10) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

以上説明したように、上記被検出雰囲気内の体積湿度を算出した上で、水素ガスの濃度を算出するようにしたので、温度電圧VT≦基準値VTrのとき、上記被検出雰囲気内に水分があっても、水素ガスの濃度が精度よく算出され得る。このことは、当該ガス検出装置が多湿環境下にあっても、精度よく水素ガスの濃度を算出し得ることを意味する。   As described above, since the concentration of hydrogen gas is calculated after calculating the volume humidity in the detected atmosphere, when temperature voltage VT ≦ reference value VTr, moisture is detected in the detected atmosphere. Even if it exists, the density | concentration of hydrogen gas can be calculated accurately. This means that the concentration of hydrogen gas can be calculated accurately even when the gas detection device is in a humid environment.

ちなみに、当該ガス検出装置の出力濃度が、上記被検出雰囲気内の温度を0(℃)として、水素ガスの濃度Dに対しどのように変化するかにつき調べたところ、図13にて示す両グラフ1、2が得られた。グラフ1は、体積湿度HUMが上述のように制限設定された場合において、当該ガス検出装置の出力濃度が水素ガスの濃度Dに対しどのように変化するかを示す。また、グラフ2は、体積湿度HUMが上述のように制限設定しない場合において、当該ガス検出装置の出力濃度が水素ガスの濃度Dに対しどのように変化するかを示す。   By the way, when the output concentration of the gas detection device is examined with respect to the hydrogen gas concentration D when the temperature in the detected atmosphere is 0 (° C.), both graphs shown in FIG. 1 and 2 were obtained. Graph 1 shows how the output concentration of the gas detection device changes with respect to the hydrogen gas concentration D when the volume humidity HUM is restricted as described above. Graph 2 shows how the output concentration of the gas detection device changes with respect to the hydrogen gas concentration D when the volume humidity HUM is not limited as described above.

これによれば、第2差動増幅電位差VH1を増大させる誤差が抑制されるために、上記出力濃度が減少することなく精度よく確保されることが分かる。   According to this, it can be seen that since the error that increases the second differential amplification potential difference VH1 is suppressed, the output density is ensured accurately without decreasing.

一方、上述のようにコンピュータプログラムがステップ420に進んだとき、VT>VTrが成立すれば、ステップ420において、NOと判定される。これに伴い、次のステップ426において、上記被検出雰囲気内の水素ガスの濃度D=0のときの体積湿度HUMの算出処理がなされる。即ち、当該体積湿度HUMは、次の式(11)に基づき、温度電圧VT(>VTr)に応じて算出される。   On the other hand, if VT> VTr is satisfied when the computer program proceeds to step 420 as described above, NO is determined in step 420. Accordingly, in the next step 426, the volume humidity HUM is calculated when the hydrogen gas concentration D = 0 in the detected atmosphere. That is, the volume humidity HUM is calculated according to the temperature voltage VT (> VTr) based on the following equation (11).

HUM=HUM(VT)・・・(11)
この式(11)の根拠は次の通りである。環境温度Tが低い場合、上記被検出雰囲気内に含有される絶対水分量自体が少ないため、上述の式(5)でもって算出される体積湿度HUMが、実際の体積湿度からずれる。このずれが、被検出ガスである水素ガスの濃度に対する検出精度に大きく影響し、その結果、水素ガスの濃度の検出精度が悪化することがある。
HUM = HUM (VT) (11)
The basis of this equation (11) is as follows. When the environmental temperature T is low, the absolute moisture content itself contained in the atmosphere to be detected is small. Therefore, the volume humidity HUM calculated by the above equation (5) deviates from the actual volume humidity. This deviation greatly affects the detection accuracy with respect to the concentration of the hydrogen gas that is the detection target gas, and as a result, the detection accuracy of the hydrogen gas concentration may deteriorate.

そこで、上述のような体積湿度の算出誤差に起因する水素ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制するために、測温抵抗体390の検出環境温度Tが低い場合、換言すれば、温度電圧VTが所定の閾値電圧VTrよりも高い場合には、体積湿度HUMは、上述の電圧比RVに依ることなく、上述の式(11)に基づき、温度電圧VTによって算出することとした。例えば、HUM(VT)は、上述した体積湿度の算出誤差に起因する水素ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の体積湿度であってもよい。なお、式(11)は、マイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。   Therefore, in order to suppress the deterioration of the detection accuracy of the concentration of hydrogen gas due to the calculation error of the volume humidity as described above, when the detection environment temperature T of the resistance temperature detector 390 is low, in other words, the temperature voltage VT. Is higher than the predetermined threshold voltage VTr, the volume humidity HUM is calculated from the temperature voltage VT based on the above-described equation (11) without depending on the above-described voltage ratio RV. For example, the HUM (VT) may be a predetermined volume humidity selected in advance so as to suppress the deterioration of the detection accuracy of the hydrogen gas concentration due to the above-described calculation error of the volume humidity. Equation (11) is stored in advance in the ROM of the microcomputer 270.

上述のようにしてステップ426の処理が終了すると、第2差動増幅電位差VH1が、ステップ460において、上述の式(7)に基づいて、ステップ426で算出した体積湿度HUMに応じて算出される。   When the process of step 426 is completed as described above, the second differential amplification potential difference VH1 is calculated in step 460 according to the volume humidity HUM calculated in step 426 based on the above-described equation (7). .

そして、ステップ470において、水素ガスの濃度Dが、式(10)に基づいて算出される。   In step 470, the hydrogen gas concentration D is calculated based on the equation (10).

これにより、VT>VTrである場合、即ち環境温度Tが低い場合に、上記被検出雰囲気内の絶対水分量が少なくても、体積湿度HUMが、実際の体積湿度からずれることが少なく、水素ガスの濃度Dが、精度よく得られる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態は、次のような観点から提案されている。当該ガス検出装置を燃料電池システムの配管に適用する場合、当該配管の内部には、圧力変動が生ずる。この圧力変動は、上記第1実施形態にて述べた各式(3)、(5)、(7)及び(8)における各係数に影響を与える。従って、この影響を防止すれば、水素ガスの濃度はより一層精度よく得られる。
Thus, when VT> VTr, that is, when the environmental temperature T is low, even if the absolute moisture content in the detected atmosphere is small, the volume humidity HUM is less likely to deviate from the actual volume humidity, and hydrogen gas Concentration D can be obtained with high accuracy.
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is proposed from the following viewpoints. When the gas detection device is applied to a pipe of a fuel cell system, pressure fluctuation occurs inside the pipe. This pressure fluctuation affects the coefficients in the equations (3), (5), (7) and (8) described in the first embodiment. Therefore, if this influence is prevented, the concentration of hydrogen gas can be obtained with higher accuracy.

以上のような観点から、具体的には、本第2実施形態においては、上記第1実施形態にて述べた装置ユニット100において、圧力センサ(図示しない)を付加的採用した構成となっており、この圧力センサは、上記第1実施形態にて述べた被検出雰囲気内の圧力を検出してマイクロコンピュータ270に入力するようになっている。   From the above viewpoint, specifically, in the second embodiment, the apparatus unit 100 described in the first embodiment has a configuration in which a pressure sensor (not shown) is additionally employed. The pressure sensor detects the pressure in the atmosphere to be detected described in the first embodiment and inputs it to the microcomputer 270.

また、各ステップ422、424、460及び470において、各式(3)、(5)、(7)及び(8)の各係数が、上記圧力の変動の影響を受けないように、上記圧力センサの検出圧力でもって補正され、このように補正された後の各式(3)、(5)、(7)及び(8)を用い、各ステップ422、424、460及び470における処理がなされる。なお、上記補正にあたり、各式(3)、(5)、(7)及び(8)の各係数と上記圧力センサの検出圧力との間の関係を表す特性がマイクロコンピュータ270のROMに予め記憶されている。   Further, in each of the steps 422, 424, 460 and 470, the pressure sensor so that the coefficients of the equations (3), (5), (7) and (8) are not affected by the fluctuation of the pressure. Are corrected by the detected pressure of the above, and the processing in each step 422, 424, 460 and 470 is performed using the equations (3), (5), (7) and (8) after being corrected in this way. . In the correction, characteristics representing the relationship between the coefficients of the equations (3), (5), (7) and (8) and the detected pressure of the pressure sensor are stored in the ROM of the microcomputer 270 in advance. Has been.

これにより、上述のように圧力の変動があっても、当該圧力変動の影響を受けないような値に体積湿度HUMが精度よく算出される。従って、このようにして算出された体積湿度HUMに基づき式(7)から第2差動増幅電位差VH1を算出することで、水素ガスの濃度が式(10)からより一層精度よく算出される。その結果、上述のように圧力変動があっても、水素ガスの濃度の検出精度がより一層向上し得る。   As a result, even if there is a pressure fluctuation as described above, the volume humidity HUM is accurately calculated to a value that is not affected by the pressure fluctuation. Therefore, by calculating the second differential amplification potential difference VH1 from the equation (7) based on the volume humidity HUM calculated in this way, the concentration of the hydrogen gas can be calculated more accurately from the equation (10). As a result, even if there is a pressure fluctuation as described above, the detection accuracy of the hydrogen gas concentration can be further improved.

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
(1)発熱抵抗体330及び配線膜340の形成材料としては、高温において化学的耐久性が高く、かつ温度抵抗係数が大きいことが望ましい。
(2)水素ガスに限らず、都市ガス等の可燃性ガスの濃度検出や当該ガスの漏洩検出に本発明を適用してもよい。
(3)体積湿度HUMに代えて、相対湿度を用いてもよい。
(4)測温抵抗体390は、薄膜抵抗体に限ることなく、サーミスタ等の温度検出可能な各種の抵抗体であってもよい。
(5)測温抵抗体390に代えて、検出素子300とは別体の測温抵抗体その他の温度センサを採用してもよい。この場合、当該温度センサは、検出素子300を配置した測定空間内に配置することが望ましい。
(6)発熱抵抗体211、221は、上記各実施形態とは異なり、当該発熱抵抗体の温度の上昇(或いは低下)に応じて減少(或いは増大)するように抵抗値を変化させる発熱抵抗体であってもよい。この場合、上記各実施形態にて述べた電圧比RVは、両発熱抵抗体211、221のうち抵抗値の大きい方を基準に算出するようにする。
(7)図7のステップ410における判定基準である所定の待ち時間は、例えば0.5(秒)であるが、これに限ることなく、適宜変更してもよく、要するに、両発熱抵抗体211、221をその定温度制御により上記各対応の一定温度に維持し得る時間であればよい。
(8)両発熱抵抗体211、221の各温度抵抗係数は、測温抵抗体390の温度抵抗係数とは、必ずしも同一でなくてもよい。
In carrying out the present invention, the following various modifications are possible without being limited to the above embodiments.
(1) As a material for forming the heating resistor 330 and the wiring film 340, it is desirable that the chemical durability is high at a high temperature and the temperature resistance coefficient is large.
(2) The present invention may be applied not only to hydrogen gas but also to concentration detection of combustible gas such as city gas and leakage detection of the gas.
(3) Relative humidity may be used instead of the volume humidity HUM.
(4) The resistance temperature detector 390 is not limited to a thin film resistor, and may be various resistors such as a thermistor capable of detecting temperature.
(5) Instead of the resistance temperature detector 390, a temperature resistance resistor or other temperature sensor separate from the detection element 300 may be employed. In this case, it is desirable that the temperature sensor is disposed in the measurement space in which the detection element 300 is disposed.
(6) Unlike the above-described embodiments, the heating resistors 211 and 221 change the resistance value so as to decrease (or increase) in accordance with an increase (or decrease) in the temperature of the heating resistor. It may be. In this case, the voltage ratio RV described in each of the above embodiments is calculated based on the larger one of the resistance values of the two heating resistors 211 and 221.
(7) The predetermined waiting time that is the determination criterion in step 410 of FIG. 7 is, for example, 0.5 (seconds), but is not limited to this, and may be changed as appropriate. 221 may be a time that can be maintained at the corresponding constant temperature by the constant temperature control.
(8) The temperature resistance coefficients of the two heating resistors 211 and 221 do not necessarily have to be the same as the temperature resistance coefficient of the resistance temperature detector 390.

本発明に係る可燃性ガス検出装置の第1実施形態における装置ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the apparatus unit in 1st Embodiment of the combustible gas detection apparatus which concerns on this invention. 上記第1実施形態における制御回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control circuit in the said 1st Embodiment. 図1の検出構造体に対する検出素子の組み付け構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the assembly | attachment structure of the detection element with respect to the detection structure of FIG. 図5にて4−4線に沿う検出素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the detection element taken along line 4-4 in FIG. 図3の検出素子の平面図である。It is a top view of the detection element of FIG. 温度電圧と環境温度との間の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between a temperature voltage and environmental temperature. 図2のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートの前段部である。It is a front | former part of the flowchart which shows the effect | action of the microcomputer of FIG. 図2のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートの後段部である。FIG. 3 is a latter part of a flowchart showing the operation of the microcomputer of FIG. 2. 上記第1実施形態における第1差動増幅電位差VH0と温度電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between 1st differential amplification electric potential difference VH0 and the temperature voltage in the said 1st Embodiment. 体積湿度と電圧比差との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between volume humidity and a voltage ratio difference. 第2差動増幅電位差VH1と体積湿度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between 2nd differential amplification potential difference VH1 and volume humidity. 上記第1実施形態におけるガス感度と温度電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gas sensitivity and temperature voltage in the said 1st Embodiment. 出力濃度と水素ガスの濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an output density | concentration and the density | concentration of hydrogen gas.

符号の説明Explanation of symbols

211、221、330…発熱抵抗体、230、240…定温度制御回路、
250、260…演算増幅回路、270…マイクロコンピュータ、
280…直流電源、300…検出素子、310…半導体基板、311…凹部、
320…絶縁層、350…内側保護層、360…外側保護層、
390…測温抵抗体、D…水素ガスの濃度、ΔRV…電圧比差、
HUM…体積湿度、RV…電圧比、RV0…電圧比初期値、T…環境温度、
VH…高温側差動増幅電位差、VH0…第1差動増幅電位差、
VH1…第2差動増幅電位差、VL…低温側差動増幅電位差、VT…温度電圧。
211, 221, 330 ... heating resistor, 230, 240 ... constant temperature control circuit,
250, 260 ... operational amplification circuit, 270 ... microcomputer,
280 ... DC power supply, 300 ... detection element, 310 ... semiconductor substrate, 311 ... concave,
320 ... insulating layer, 350 ... inner protective layer, 360 ... outer protective layer,
390 ... Resistance temperature detector, D ... Hydrogen gas concentration, ΔRV ... Voltage ratio difference,
HUM ... Volume humidity, RV ... Voltage ratio, RV0 ... Voltage ratio initial value, T ... Environment temperature,
VH: high temperature side differential amplification potential difference, VH0: first differential amplification potential difference,
VH1 ... second differential amplification potential difference, VL ... low temperature side differential amplification potential difference, VT ... temperature voltage.

Claims (13)

被検出雰囲気内に晒される複数の発熱抵抗体を備えてなる可燃性ガス検出装置において、
前記複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように当該2つの発熱抵抗体を通電により制御する定温度制御手段と、
前記被検出雰囲気内の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記定温度制御手段による制御状態にて生ずる前記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比を電圧比として決定する電圧比決定手段と、
前記被検出雰囲気内の湿度、前記電圧比及び前記環境温度の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から前記電圧比及び前記環境温度に基づき前記湿度を決定する湿度決定手段と、
前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度、前記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体の端子電圧、前記湿度及び前記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から前記高温側発熱抵抗体の端子電圧、前記湿度及び前記環境温度に基づき前記可燃性ガスの濃度を算出する濃度算出手段とを備えて、
この濃度算出手段の算出濃度に基づき前記可燃性ガスを検出するようにしたことを特徴とする可燃性ガス検出装置。
In the combustible gas detection device comprising a plurality of heating resistors exposed to the atmosphere to be detected,
Constant temperature control means for controlling the two heat generating resistors by energization so as to maintain the resistance values of at least two heat generating resistors among the plurality of heat generating resistors at values corresponding to different constant temperatures. ,
Temperature detecting means for detecting an environmental temperature in the detected atmosphere;
Voltage ratio determining means for determining, as a voltage ratio, a ratio of terminal voltages of the two heating resistors generated in the control state by the constant temperature control means;
Humidity determination means for determining the humidity based on the voltage ratio and the environmental temperature from a humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing a relationship between the humidity in the detected atmosphere, the voltage ratio, and the environmental temperature;
Concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature representing the relationship between the concentration of combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature A concentration calculating means for calculating the concentration of the combustible gas based on the terminal voltage of the high temperature side heating resistor from the characteristics, the humidity and the environmental temperature,
The combustible gas detection apparatus, wherein the combustible gas is detected based on the calculated concentration of the concentration calculation means.
複数の凹部を間隔をおいて裏面側から形成してなる半導体基板と、この半導体基板の表面に形成される絶縁層と、この絶縁層の表面に前記各凹部に対応して形成される複数の発熱抵抗体と、これら発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層の表面に形成される保護層とを有して、被検出雰囲気内に配置される検出素子を備える可燃性ガス検出装置において、
前記複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように当該2つの発熱抵抗体を通電により制御する定温度制御手段と、
前記被検出雰囲気内の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記定温度制御手段による制御状態にて生ずる前記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比を電圧比として決定する電圧比決定手段と、
前記被検出雰囲気内の湿度、前記電圧比及び前記環境温度の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から前記電圧比及び前記環境温度に基づき前記湿度を決定する湿度決定手段と、
前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度、前記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体の端子電圧、前記湿度及び前記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から前記高温側発熱抵抗体の端子電圧、前記湿度及び前記環境温度に基づき前記可燃性ガスの濃度を算出する濃度算出手段とを備えて、
この濃度算出手段の算出濃度に基づき前記可燃性ガスを検出するようにしたことを特徴とする可燃性ガス検出装置。
A semiconductor substrate formed with a plurality of recesses from the back side at intervals, an insulating layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a plurality of recesses formed on the surface of the insulating layer corresponding to the recesses In the flammable gas detection device comprising a heating element and a detection layer disposed in the atmosphere to be detected, having a protective layer formed on the surface of the insulating layer so as to cover these heating resistors,
Constant temperature control means for controlling the two heat generating resistors by energization so as to maintain the resistance values of at least two heat generating resistors among the plurality of heat generating resistors at values corresponding to different constant temperatures. ,
Temperature detecting means for detecting an environmental temperature in the detected atmosphere;
Voltage ratio determining means for determining, as a voltage ratio, a ratio of terminal voltages of the two heating resistors generated in the control state by the constant temperature control means;
Humidity determination means for determining the humidity based on the voltage ratio and the environmental temperature from a humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing a relationship between the humidity in the detected atmosphere, the voltage ratio, and the environmental temperature;
Concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature representing the relationship between the concentration of combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature A concentration calculating means for calculating the concentration of the combustible gas based on the terminal voltage of the high temperature side heating resistor from the characteristics, the humidity and the environmental temperature,
The combustible gas detection apparatus, wherein the combustible gas is detected based on the calculated concentration of the concentration calculation means.
前記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの前記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比である電圧比初期値を従属変数とし前記環境温度を独立変数とする第1の関数特性と、
前記湿度を従属変数とし前記電圧比と前記電圧比初期値との差を表す電圧比差を独立変数とする第2の関数特性とを
前記湿度−電圧比−環境温度特性として、記憶する記憶手段を備え、
前記湿度決定手段は、
前記第1の関数特性から前記環境温度に基づき前記電圧比初期値を決定する電圧比初期値決定手段と、
前記電圧比及び前記電圧比初期値に基づき前記電圧比差を算出する電圧比差算出手段と、
前記第2の関数特性から前記電圧比差に基づき前記湿度を算出する湿度算出手段とを有して、
当該湿度算出手段により算出された湿度を、前記湿度決定手段により決定された湿度とするようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の可燃性ガス検出装置。
A first functional characteristic having a voltage ratio initial value which is a ratio of terminal voltages of the two heating resistors when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero as a dependent variable and the environmental temperature as an independent variable. When,
Storage means for storing, as the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic, a second function characteristic having the humidity as a dependent variable and a voltage ratio difference representing a difference between the voltage ratio and the voltage ratio initial value as an independent variable. With
The humidity determining means includes
Voltage ratio initial value determining means for determining the voltage ratio initial value based on the environmental temperature from the first function characteristic;
Voltage ratio difference calculating means for calculating the voltage ratio difference based on the voltage ratio and the voltage ratio initial value;
Humidity calculating means for calculating the humidity based on the voltage ratio difference from the second function characteristic,
The combustible gas detection device according to claim 1 or 2, wherein the humidity calculated by the humidity calculating means is the humidity determined by the humidity determining means.
前記記憶手段は、さらに、
前記環境温度を独立変数とし、前記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの前記高温側発熱抵抗体の端子電圧である第1端子電圧値を従属変数とする第3の関数特性と、
前記湿度を独立変数とし、前記第1端子電圧値を切片とし、かつ前記被検出雰囲気内の湿度が零であるときの前記高温側発熱抵抗体の端子電圧である第2端子電圧値を従属変数とする第4の関数特性と、
前記環境温度を独立変数とし前記可燃性ガスに対するガス感度を従属変数とする第5の関数特性とを
前記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性として、記憶してなり、
前記濃度算出手段は、
前記第3の関数特性から前記環境温度に基づき前記第1端子電圧値を決定する第1端子電圧値決定手段と、
前記第4の関数特性から前記湿度及び前記第1端子電圧値に基づき前記第2端子電圧値を決定する第2端子電圧値決定手段と、
前記第5の関数特性から前記環境温度に基づき前記ガス感度を決定するガス感度決定手段と、
前記高温側発熱抵抗体の前記端子電圧と前記第2端子電圧値との差を前記ガス感度で除算する除算手段とを備えて、
この除算手段による除算結果を前記可燃性ガスの濃度とするようにしたことを特徴とする請求項3に記載の可燃性ガス検出装置。
The storage means further includes
A third function characteristic in which the environmental temperature is an independent variable, and a first terminal voltage value which is a terminal voltage of the high-temperature side heating resistor when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero is a dependent variable; ,
The humidity is an independent variable, the first terminal voltage value is an intercept, and the second terminal voltage value, which is the terminal voltage of the high-temperature heating resistor when the humidity in the detected atmosphere is zero, is a dependent variable. And a fourth function characteristic
Storing the fifth function characteristic having the ambient temperature as an independent variable and the gas sensitivity to the combustible gas as a dependent variable as the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic;
The concentration calculating means includes
First terminal voltage value determining means for determining the first terminal voltage value based on the environmental temperature from the third function characteristic;
Second terminal voltage value determining means for determining the second terminal voltage value based on the humidity and the first terminal voltage value from the fourth function characteristic;
Gas sensitivity determining means for determining the gas sensitivity based on the environmental temperature from the fifth function characteristic;
Dividing means for dividing the difference between the terminal voltage of the high temperature side heating resistor and the second terminal voltage value by the gas sensitivity;
4. The combustible gas detection device according to claim 3, wherein the result of division by the dividing means is set to the concentration of the combustible gas.
前記被検出雰囲気内の飽和水蒸気濃度と前記環境温度との間の関係を表す特性から前記環境温度に基づき前記飽和水蒸気濃度を決定する飽和水蒸気濃度決定手段と、
前記湿度決定手段により決定された湿度が前記飽和水蒸気濃度以上のとき当該決定湿度を前記飽和水蒸気濃度に補正し、前記湿度決定手段により決定された湿度が零以下のときには当該決定湿度を零に補正する湿度補正手段とを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出装置。
Saturated water vapor concentration determining means for determining the saturated water vapor concentration based on the environmental temperature from the characteristic representing the relationship between the saturated water vapor concentration in the detected atmosphere and the environmental temperature;
When the humidity determined by the humidity determining means is equal to or higher than the saturated water vapor concentration, the determined humidity is corrected to the saturated water vapor concentration, and when the humidity determined by the humidity determining means is equal to or lower than zero, the determined humidity is corrected to zero. The combustible gas detection apparatus according to claim 1, further comprising a humidity correction unit that performs the correction.
前記環境温度が所定の温度以下のとき、前記湿度決定手段により決定された湿度を、前記可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の値に補正する他の湿度補正手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の可燃ガス検出装置。   When the environmental temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the humidity determined by the humidity determining unit is corrected to a predetermined value selected in advance so as to suppress deterioration in the detection accuracy of the combustible gas concentration. The combustible gas detection apparatus according to claim 1, further comprising a humidity correction unit. 前記2つの発熱抵抗体の制御温度の差は、50(℃)以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出装置。   The combustible gas detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein a difference in control temperature between the two heating resistors is 50 (° C) or more. 前記2つの発熱抵抗体の制御温度は、150(℃)以上500(℃)以下であることを特徴とする請求項7に記載の可燃性ガス検出装置。   The combustible gas detection device according to claim 7, wherein a control temperature of the two heating resistors is 150 (° C) or more and 500 (° C) or less. 被検出雰囲気内に晒される複数の発熱抵抗体のうち少なくとも2つの発熱抵抗体の各抵抗値を互いに異なる各一定温度に対応する各値に維持するように前記2つの発熱抵抗体を通電により制御し、
前記被検出雰囲気内の前記制御状態において生ずる前記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比を電圧比として決定し、
前記被検出雰囲気内の湿度、前記電圧比及び前記被検出雰囲気内の環境温度の間の関係を表す湿度−電圧比−環境温度特性から前記電圧比及び前記環境温度に基づき前記湿度を決定し、
前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度、前記2つの発熱抵抗体のうち高温側発熱抵抗体の端子電圧、前記湿度及び前記環境温度の間の関係を表す濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性から前記高温側発熱抵抗体の前記端子電圧、前記湿度及び前記環境温度に基づき前記可燃性ガスの濃度を算出することで、当該可燃性ガスを検出する可燃性ガス検出方法。
The two heating resistors are controlled by energization so as to maintain the resistance values of at least two of the heating resistors exposed to the detected atmosphere at respective values corresponding to different constant temperatures. And
A ratio of terminal voltages of the two heating resistors generated in the control state in the detected atmosphere is determined as a voltage ratio;
Determining the humidity based on the voltage ratio and the environmental temperature from the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic representing the relationship between the humidity in the detected atmosphere, the voltage ratio and the environmental temperature in the detected atmosphere,
Concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature representing the relationship between the concentration of combustible gas in the detected atmosphere, the terminal voltage of the high-temperature side heating resistor of the two heating resistors, the humidity, and the environmental temperature A combustible gas detection method for detecting the combustible gas by calculating the concentration of the combustible gas based on the terminal voltage, the humidity, and the environmental temperature of the high-temperature side heating resistor from characteristics.
前記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの前記2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比である電圧比初期値を従属変数とし前記環境温度を独立変数とする第1の関数特性と、
前記湿度を従属変数とし前記電圧比と前記電圧比初期値との差を表す電圧比差を独立変数とする第2の関数特性とを
前記湿度−電圧比−環境温度特性として、設定し、
かつ、前記環境温度を独立変数とし、前記可燃性ガスの濃度及び湿度が共に零であるときの前記高温側発熱抵抗体の端子電圧である第1端子電圧値を従属変数とする第3の関数特性と、
前記湿度を独立変数とし、前記第1端子電圧値を切片とし、かつ前記被検出雰囲気内の湿度が零であるときの前記高温側発熱抵抗体の端子電圧である第2端子電圧値を従属変数とする第4の関数特性と、
前記環境温度を独立変数とし前記可燃性ガスに対するガス感度を従属変数とする第5の関数特性とを
前記濃度−端子電圧−湿度―環境温度特性として、設定しておき、
前記第1〜第5の関数特性に基づき前記可燃性ガスの濃度を決定するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の可燃性ガスの検出方法。
A first functional characteristic having a voltage ratio initial value which is a ratio of terminal voltages of the two heating resistors when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero as a dependent variable and the environmental temperature as an independent variable. When,
A second function characteristic having the humidity as a dependent variable and a voltage ratio difference representing the difference between the voltage ratio and the voltage ratio initial value as an independent variable is set as the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic,
And a third function in which the environmental temperature is an independent variable, and the first terminal voltage value, which is the terminal voltage of the high-temperature heating resistor when the concentration and humidity of the combustible gas are both zero, is a dependent variable. Characteristics,
The humidity is an independent variable, the first terminal voltage value is an intercept, and the second terminal voltage value, which is the terminal voltage of the high-temperature heating resistor when the humidity in the detected atmosphere is zero, is a dependent variable. And a fourth function characteristic
A fifth function characteristic having the ambient temperature as an independent variable and a gas sensitivity to the combustible gas as a dependent variable is set as the concentration-terminal voltage-humidity-environment temperature characteristic,
The method for detecting a combustible gas according to claim 9, wherein the concentration of the combustible gas is determined based on the first to fifth function characteristics.
前記被検出雰囲気内の飽和水蒸気濃度と前記環境温度との間の関係を表す特性から前記環境温度に基づき前記飽和水蒸気濃度を決定し、前記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度が前記飽和水蒸気濃度以上のとき前記決定湿度を前記飽和水蒸気濃度に補正し、前記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度が零以下のときには当該決定湿度を零に補正することを特徴とする請求項8または9に記載の可燃性ガスの検出方法。   Humidity determined based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic, determining the saturated water vapor concentration based on the environmental temperature from the characteristic representing the relationship between the saturated water vapor concentration in the detected atmosphere and the environmental temperature. When the humidity determined based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic is zero or less, the determined humidity is corrected to zero. The method for detecting a combustible gas according to claim 8 or 9, wherein the combustible gas is detected. 前記環境温度が所定の温度以下のときに、前記湿度−電圧比−環境温度特性に基づき決定された湿度を、前記可燃性ガスの濃度の検出精度の悪化を抑制し得るように予め選定した所定の値に設定するようにしたことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出方法。   When the environmental temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the humidity determined based on the humidity-voltage ratio-environment temperature characteristic is selected in advance so as to suppress deterioration in detection accuracy of the combustible gas concentration. The combustible gas detection method according to any one of claims 9 to 11, wherein the value is set to a value of. 前記被検出雰囲気内の圧力を検出し、
前記圧力の変動の影響を受けないように定めた前記第1〜第5の関数特性の各係数と前記圧力との間の関係を表す特性から前記圧力に基づき前記各関数特性をその各係数において補正し、
この補正後の前記第1及び第2の関数特性に基づき前記湿度を決定し、
この決定湿度及び前記補正後の前記第3〜第5の関数特性に基づき前記可燃性ガスの濃度を決定するようにしたことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1つに記載の可燃性ガス検出方法。
Detecting the pressure in the detected atmosphere;
Based on the pressure, the function characteristics are determined based on the pressure from the characteristics representing the relationship between the pressure and the coefficients of the first to fifth function characteristics determined so as not to be influenced by the pressure fluctuation. Correct,
Determining the humidity based on the corrected first and second functional characteristics;
The combustible gas according to any one of claims 10 to 12, wherein the concentration of the combustible gas is determined based on the determined humidity and the third to fifth functional characteristics after the correction. Sex gas detection method.
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