JP2008039668A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に検知対象ガスの濃度を検出しつつ省電力化を図ることができるガス検出器を提供する。
【解決手段】接触燃焼式のセンサ素子１が、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する。加熱回路４が、センサ素子１を検知対象ガスと接触燃焼しない低温と検知対象ガスと接触燃焼する高温との両温度に順次加熱するように電力を供給する。ＣＰＵ５Ａが、低温に加熱されたときのセンサ素子１の抵抗値に応じた出力と高温に加熱されたときのセンサ素子１の抵抗値に応じた出力との比率を求め、求めた比率に基づいて検知対象ガスの濃度を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス検出装置に係り、特に、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、前記センサ素子に電力を供給して前記センサ素子を加熱する加熱手段と、前記センサ素子の抵抗値に応じた出力に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガス検出装置に関するものである。

上述した従来のガス検出装置として、例えば図８に示されたものが一般的に知られている（特許文献１）。同図に示すように、ガス検出装置は、センサ素子１と比較素子２とを有している。センサ素子１は、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスとの接触燃焼を促進する触媒層とで構成されている。比較素子２は、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスに反応しないアルミナ層とで構成されている。

上記センサ素子１の白金コイルと、比較素子２の白金コイルとは、検知対象ガスのない空気中では等しい抵抗値になるように設けられている。上述したセンサ素子１及び比較素子２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２と共にブリッジ回路３を構成している。このブリッジ回路３の端子ａと端子ｂとの間には、駆動電圧Ｅ₀が供給されている。駆動電圧Ｅ₀を供給すると、センサ素子１が、加熱されて検知対象ガスと接触燃焼する。

以上の構成によれば、ブリッジ回路３は検知対象ガスのない空気中では平衡状態となり、電流が流れない。これに対して、検知対象ガスを含む空気中では検知対象ガスとの燃焼熱によりセンサ素子１の温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子１の白金コイルの抵抗値が増加するため不平衡状態となり、不平衡電流Ｉが増加する。不平衡電流Ｉは検知対象ガスの濃度に応じた値である。そして、ブリッジ回路３の端子ｃ、端子ｄ間に接続されたメータが、この不平衡電流Ｉを電圧に変換して検知対象ガスに応じたセンサ出力Ｖ_Sとして出力する。

また、検知対象ガスのない空気中でブリッジ回路３を平衡状態とするのは難しい。例えば、経年変化によりブリッジ回路３の平衡はすぐにずれてしまう。そこで、検知対象ガスがないときのメータの出力と検知対象ガスがあるときのメータの出力との差を検知対象ガスに応じたセンサ出力Ｖ_Sとして得ることもある。
特開２００１−９９７９８号公報

上述した従来のガス検出装置は、センサ素子１及び比較素子２を含むブリッジ回路３を構成することにより、センサ出力Ｖ_Sを、周囲温度の変化の影響や、センサ素子１の経時変化の影響をほとんど受けない値とすることができる。つまり、周囲温度が変動に伴ってセンサ素子１の抵抗値が増減すると、比較素子２も同様にその抵抗値が増減する。このため、センサ出力Ｖ_Sは、周囲温度（環境温度）の変化の影響を受けず、検知対象ガスの濃度のみに応じた値となる。

また、経時変化によってセンサ素子１の抵抗値が変動しても、比較素子２も同様に経時変化が生じているため、センサ素子１と同様にその抵抗値が変動する。このため、ブリッジ回路３の出力である不平衡電流Ｉは、経時変化の影響をほどんど受けず、検知対象ガスの濃度のみに応じた値となる。

しかしながら、上述した従来のガス検出装置は、センサ素子１の他に比較素子２、抵抗Ｒ１、Ｒ２が存在し、センサ素子１以外の比較素子２、抵抗Ｒ１、Ｒ２でも電力が消費され、省電力化を図ることができないという問題があった。そこで、比較素子２、抵抗Ｒ１、Ｒ２を省いてセンサ素子１のみを用いて検知対象ガスの濃度を検出することが考えられるが、上述したようにセンサ素子１のみでは周囲温度の変化の影響や経時変化の影響を受けるため、検知対象ガスの濃度を正確に検出することができないという問題があった。つまり、従来の技術では、省電力化と高精度な検知対象ガスとの両立が難しいという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、正確に検知対象ガスの濃度を検出しつつ省電力化を図ることができるガス検出器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、前記センサ素子に電力を供給して前記センサ素子を加熱する加熱手段と、前記センサ素子の抵抗値に応じた出力に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガス検出装置において、前記加熱手段が、前記センサ素子を前記検知対象ガスと接触燃焼しない低温と前記検知対象ガスと接触燃焼する高温との両温度に順次加熱するように前記電力を供給するものであり、そして、前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力と前記高温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力との両方に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものである
ことを特徴とするガス検出装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値は、接触燃焼が生じていないため検知対象ガスの濃度に対して不感となる。以上のことに着目し、ガス濃度検出手段が、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力と高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力との両者に基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、センサ素子とは別途に比較素子を用いなくても、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力を比較素子の代わりに用いて、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができる。

請求項２記載の発明は、前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力と前記高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力との比率を求め、この求めた比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、ガス濃度検出手段が、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力と高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力との比率を求め、この求めた比率に基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、比率を求めることにより、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができる。

請求項３記載の発明は、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子に直接に接続された固定抵抗と、前記センサ素子及び前記固定抵抗との両者に電力を供給して前記センサ素子を加熱する加熱手段と、前記センサ素子の抵抗値に応じた出力に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガス検出装置において、前記加熱手段が、前記センサ素子を前記検知対象ガスと接触燃焼しない低温と前記検知対象ガスと接触燃焼する高温との両温度に順次加熱するように前記電力を供給するものであり、そして、前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力及び前記低温に加熱されたときの前記固定抵抗の抵抗値に応じた出力の第１比率と、前記高温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力及び前記高温に加熱されたときの前記固定抵抗の抵抗値に応じた出力の第２比率との両比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものであることを特徴とするガス検出装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値は、接触燃焼が生じていないため検知対象ガスの濃度に対して不感となる。また、センサ素子の抵抗値が経時変化により変動すると固定抵抗も同様に経時変化しているため同様に抵抗値が変動する。以上のことに着目して、ガス濃度検出手段が、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力及び低温に加熱されたときの固定抵抗の抵抗値に応じた出力の比率と、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力及び高温に加熱されたときの固定抵抗の抵抗値に応じた出力の比率とに基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、センサ素子とは別途に比較素子を用いなくても、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力を比較素子の代わりに用いて、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができる。またセンサ素子の抵抗値に応じた出力と固定抵抗の抵抗値に応じた出力との比率を求めることにより、センサ素子の抵抗値に応じた出力の経時変化による変動を相殺することができる。

請求項４記載の発明は、前記ガス濃度検出手段が、前記第１比率と前記第２比率との比率を求め、求めた比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものであることを特徴とする請求項３記載のガス検出装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、ガス濃度検出手段が、第１比率と第２比率との比率を求め、求めた比率に基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、比率を求めることにより、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分を相殺することができる。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、ガス濃度検出手段が、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力と高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力との両者に基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、センサ素子とは別途に比較素子を用いなくても、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力を比較素子の代わりに用いて、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができるので、正確に検知対象ガスの濃度を検出しつつ省電力化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、比率を求めることにより、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができるので、比率を求めるだけで簡単に正確な検知対象ガスの濃度を検出することができる。

請求項３記載の発明によれば、センサ素子とは別途に比較素子を用いなくても、低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力を比較素子の代わりに用いて、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子の抵抗値の変動分を相殺することができる。またセンサ素子の抵抗値に応じた出力と固定抵抗の抵抗値に応じた出力との比率を求めることにより、センサ素子の抵抗値に応じた出力の経時変化による変動を相殺することができるので、正確に検知対象ガスの濃度を検出しつつ省電力化を図ることができる。

請求項４記載の発明によれば、比率を求めることにより、高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力から周囲温度の変動分を相殺することができるので、比率を求めるたけで簡単に正確な検知対象ガスの濃度を検出することができる。

第１実施形態
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態におけるガス検出装置の一実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、ガス検出装置は、接触燃焼式のセンサ素子１と、センサ素子１に電力を供給してセンサ素子１を加熱する加熱手段としての加熱回路４と、マイクロコンピュータ５（以下μＣＯＭ３）と、センサ素子１の両端電圧を検出する差動増幅器６と、センサ素子１の両端電圧の検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂを備えている。

センサ素子１は、上述した背景技術で説明したように、白金コイル１１と、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスとの接触燃焼を促進する触媒層１２とで構成されている。センサ素子１の白金コイル１１は、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化するとその温度に応じて抵抗値が変化する。

次に、上述したセンサ素子１の特性について説明する。センサ素子１は、非加熱時では検知対象ガスを反応せずに接触燃焼が起こらない。また、センサ素子１は、電流を流して加熱しても温度が低いうちは検知対象ガスとの接触燃焼が起こらない。このときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S（＝センサ素子１の抵抗値に応じた出力）は、検知対象ガスに対して不感となる。センサ素子１は、電流を流して加熱して温度が高くなると検知対象ガスとの接触燃焼が起こり、その両端電圧Ｖ_Sが検知対象ガスに応じた出力となる。

加熱回路４は、センサ素子１に対して電流を供給してセンサ素子１を加熱する回路である。加熱回路４は、センサ素子１を検知対象ガスと接触しない低温に制御する電流Ｉ１と、検知対象ガスと接触燃焼する高温に制御する電流Ｉ２と順次供給する回路である。なお、本実施形態では、電流Ｉ１の設定値は、電流Ｉ２の１／４〜１／２程度にしている。

加熱回路４は、バッテリなどから定電圧を作る電源回路４１と、この電源回路４１から電源供給を受けて定電流Ｉ１、Ｉ２を供給する定電流源４２Ａ、４２Ｂとを備えている。定電流源４２Ａ及び４２Ｂは互いに並列に接続されている。定電流源４２Ａ及び４２Ｂは、センサ素子１に対して直列に接続されている。

また、加熱回路４は、電源回路４１と定電流源４２Ａとの間に設けられたスイッチ４３Ａと、電源回路４１と定電流源４２Ｂとの間に設けられたスイッチ４３Ｂと、スイッチ４３Ａ、４３Ｂのオンオフを制御するタイマ駆動回路４４とを備えている。タイマ駆動回路４４は、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ０をこの順番で繰り返し計時する図示しないタイマで構成されている。タイマ駆動回路４４は、タイマが時間Ｔ１を計時している間にＨレベルとなるオン信号Ｓ１を出力する。また、タイマ駆動回路４４は、タイマが時間Ｔ２を計時している間にＨレベルとなるオン信号Ｓ２を出力する。

また、上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２は各々、検出タイマ７Ａ、７Ｂに供給される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは各々、オン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出信号Ｓ３、Ｓ４をμＣＯＭ５に対して供給する。

上記μＣＯＭ５は、処理プログラムに従って各種の処理を行う中央演算処理ユニット５Ａと、ＣＰＵ５Ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用のメモリであるＲＯＭ５Ｂ及びＣＰＵ５Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ５Ｃを有している。

次に、上述した構成のガス検出装置の動作を図２及び図３を参照して以下説明する。図２（Ａ）〜（Ｆ）は、オン信号Ｓ１、Ｓ２、検出信号Ｓ３、Ｓ４、センサ素子１に流れる電流Ｉ、センサ素子１の両端電圧Ｖ_Sのタイムチャートである。図３は、図１のガス検出装置を構成するＣＰＵ５Ａの処理手順を示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４４の動作を開始させる（ステップＳ１）。これにより、タイマ駆動回路４４が動作を開始し、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ０をこの順番で、繰り返し計時する。そして、タイマ駆動回路４４は、タイマが時間Ｔ１を計時している間にスイッチ４３Ａに対してオン信号Ｓ１を出力する（図３（Ａ））。このスイッチ４３Ａがオンすると、定電流源４２Ａが電源回路４１に接続されて、センサ素子１に電流Ｉ１が供給される（図３（Ｃ））。電流Ｉ１が流れるとセンサ素子１は検知対象ガスと接触燃焼しない低温に加熱される。

その後、タイマの時間Ｔ１の計時が終了し時間Ｔ２の計時が開始すると、タイマ駆動回路４４は、オン信号Ｓ１の出力を停止し、スイッチ４３Ｂに対してオン信号Ｓ２の出力を開始する（図３（Ｂ））。これにより、スイッチ４３Ａがオフして、スイッチ４３Ｂがオンする。スイッチ４３Ｂがオンすると、定電流源４２Ｂが電源回路４１に接続されて、センサ素子１に流れる電流が電流Ｉ１から電流Ｉ２に切り替わる（図３（Ｃ））。電流Ｉ２が流れるとセンサ素子１は検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱される。

その後、タイマの時間Ｔ２の計時が終了し時間Ｔ０の計時が開始すると、タイマ駆動回路４４は、オン信号Ｓ２の出力も停止する。オン信号Ｓ２の出力停止に応じてスイッチ４３Ｂがオフして、センサ素子１に対する電流の供給が停止される。センサ素子１に電流を供給しない時間Ｔ０のオフ期間を設けることにより、常時通電タイプに比べて省電力化、寿命の延長を可能としている。以上のことを繰り返すと、図３（Ｃ）に示すように、センサ素子１には、電流Ｉ１が時間Ｔ１だけ流れた後に、電流Ｉ２が時間Ｔ２だけ流れる。その後、時間Ｔ０だけセンサ素子１に対する電流の供給が停止される。

検出タイマ７Ａ、７Ｂは、それぞれ上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出信号Ｓ３、Ｓ４を出力する（図３（Ｄ）、（Ｅ））。ステップＳ２においてＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ３が立ち上がると差動増幅器６から出力されるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを読み込む。そして、このとき読み込んだセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを、検知対象ガスと接触燃焼しない低温に加熱したときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1としてＲＡＭ５Ｃ内に格納する。

また、ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ４が立ち上がると差動増幅器６から出力されるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを読み込む。このとき、読み込んだセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを、センサ素子１を検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱したときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2として、ＲＡＭ５Ｃ内に格納する。

その後、ＣＰＵ５Ａは、両端電圧Ｖ_S1と両端電圧Ｖ_S2の比率Ｖ_S3（＝Ｖ_S2／Ｖ_S1）を算出する（ステップＳ３）。ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が予め定めた１段目の警報判定値ＶＲ１を越えていないと判断すると（ステップＳ４でＮ）、再びステップＳ２に戻る。一方、ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が予め定めた１段目の警報判定値ＶＲ１を越えたと判断すると（ステップＳ４でＹ）、さらに予め定めた２段目の警報判定値ＶＲ２（＞ＶＲ１）を越えか否かを判断する（ステップＳ５）。

ＣＰＵ５Ａは、警報判定値ＶＲ２を越えたと判断すると（ステップＳ５でＹ）、警報判定値ＶＲ２にする高濃度の検知対象ガスの漏れが発生したとしてその旨を伝える２段目警報を行った後（ステップＳ６）、処理を終了する。

これに対して、ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が警報判定値ＶＲ２以下であれば（ステップＳ５でＮ）、警報判定値ＶＲ１に対する低濃度の検知対象ガスの漏れが発生したとしてその旨を伝える１段目警報を行った後（ステップＳ７）、処理を終了する。以上のステップＳ４及びＳ５の動作から明らかなように、ＣＰＵ５Ａは、請求項中のガス濃度検出手段として働く。

次に、接触燃焼が生じない低温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1について考えてみる。接触燃焼が生じていないときのセンサ素子１の温度は、検知対象ガスの濃度に対して不感となる。このため、接触燃焼が生じていないときのセンサ素子１の温度は、センサ素子１に電流Ｉ１が流れたことにより生じる発熱量と、周囲温度とに応じた値となる。

従って、周囲温度に対するセンサ素子１の抵抗値をＲ_AT、センサ素子１に電流Ｉ１が流れて発熱量が生じたことによるセンサ素子１の抵抗増加分をΔＲ_I1とすると、両端電圧Ｖ_S1は以下に示す式（１１）で表される。
Ｖ_S1＝（Ｒ_AT＋ΔＲ_I1）・Ｉ１ …（１）

次に、接触燃焼が生じる高温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2について考えてみる。接触燃焼が生じているときのセンサ素子１の温度は、センサ素子１に電流Ｉ２が流れたことにより生じる発熱量と、周囲温度と、検知対象ガスとの接触燃焼により生じる燃焼熱量とに応じた値となる。従って、センサ素子１に電流Ｉ２が流れて発熱量が生じたことによるセンサ素子１の抵抗増加分をΔＲ_I2とし、上記燃焼熱量が生じたことによるセンサ素子１の抵抗増加分をΔＲｃとすると、両端電圧Ｖ_S2は以下に示す式（２）で表される。
Ｖ_S2＝（Ｒ_AT＋ΔＲ_I2＋ΔＲｃ）・Ｉ２ …（２）

従って、接触燃焼が生じない抵抗に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1と接触燃焼が生じる高温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2との比率Ｖ_S3（＝Ｖ_S2／Ｖ_S1）は、周囲温度の変動をキャンセルした値となる。

一方、経年変化すると、上記Ｒ_AT、ΔＲ_I1、ΔＲ_I2、ΔＲｃは何れも同じ割合ａで変化する。よって、経年変化したときの両端電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2はそれぞれ以下の式（１′）、（２）′で表される。
Ｖ_S1＝（ａＲ_AT＋ａΔＲ_I1）・Ｉ１ …（１′）
Ｖ_S2＝（ａＲ_AT＋ａΔＲ_I2＋ΔＲｃ）・Ｉ２ …（２′）

従って、上記比率Ｖ_S3（＝Ｖ_S2／Ｖ_S1）は、常に（Ｒ_AT＋ΔＲ_I1）・Ｉ１／（Ｒ_AT＋ΔＲ_I2＋ΔＲｃ）・Ｉ２の値をキープするためセンサ素子１の抵抗値の経年変化をキャンセルした値となる。

図４を参考にしてより詳しく説明する。図４は、検知対象ガスの濃度０の無ガス時、一定濃度の検知対象ガスが発生している有ガス時におけるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを示すタイムチャートである。同図に示すように、周囲温度が変化したり、経年変化によりセンサ素子１の抵抗値が増減するとセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2も両端電圧Ｖ_S1も同様に増減する。このため、その比率Ｖ_S3から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子１の抵抗値の変動分が相殺される。

即ち、上述したガス検出装置は、ＣＰＵ５Ａは、接触燃焼が生じない低温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1と接触燃焼が生じる高温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2との比率に基づいて、警報判定値ＶＲ１、ＶＲ２以上の濃度のガス漏れを検出している（即ち、検知対象ガスの濃度を検出している）。これにより、センサ素子１とは別途に従来のように比較素子を用いなくても、低温に加熱されたときのセンサ素子１の抵抗値に応じた出力電圧Ｖ_S1を比較素子の代わりに用いて、高温に加熱されたときのセンサ素子１の抵抗値に応じた出力電圧Ｖ_S2から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子１の抵抗値の変動分を相殺することができ、正確に検知対象ガスの濃度を検出しつつ省電力化を図り寿命も延長できる。

具体的には、図８に示す従来のガス検出装置での消費電力は以下の式（３）で表す通りであった。
（センサ素子１の両端電圧：１Ｖ＋比較素子２の両端電圧：１Ｖ）×供給電流：０．１Ａ
＝約０．２Ｗ …（３）

本実施形態での消費電力は以下の式（４）で表す通りとなる。
（低温時のセンサ素子１の両端電圧：０．５Ｖ×電流Ｉ１：０．０５Ａ×供給時間Ｔ１：１０／６０秒）＋（高温時のセンサ素子１の両端電圧：１Ｖ×電流Ｉ２：０．１Ａ×供給時間Ｔ２：１０／６０秒）＝約０．０２Ｗ …（４）
上記式（３）及び（４）を比較しても明らかなように本実施形態では消費電力は約１／１０となる。

また、図８に示す従来のガス検出装置では、５年経過時点でのメタン出力変動予測が約３０％となるが、本実施形態のガス検出装置では、５年経過時点でのメタン出力変動予測が約１５％となり、感度劣化は約半分となり寿命が延長する。

また、上述したガス検出装置では、ＣＰＵ５Ａが、低温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1と高温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2との比率Ｖ_S3を求め、この求めた比率Ｖ_S3に基づいて検知対象ガスの濃度を検出するので、比率Ｖ_S3を求めることにより、高温に加熱されたときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1から周囲温度の変動分や経年変化によるセンサ素子１の抵抗値の変動分を相殺することができ、比率を求めるたけで簡単に正確な検知対象ガスの濃度を検出することができる。

なお、上述した第１実施形態では、２つの定電流源４２Ａ、４２Ｂを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、２つの電流Ｉ１、Ｉ２に切替可能な一つの定電流源を用いてもよい。

第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態における本発明のガス検出装置の構成を示す回路図である。図５において、上述した第１実施形態で説明した図１と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。同図に示すように、ガス検出装置は、接触燃焼式のセンサ素子１と、このセンサ素子１と直列に接続された固定抵抗８と、センサ素子１及び固定抵抗８に電力を供給してセンサ素子１及び固定抵抗８を加熱する加熱手段としての加熱回路４と、μＣＯＭ５と、センサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを検出する差動増幅器６と、固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを検出する差動増幅器９と、センサ素子１及び固定抵抗８の両端電圧Ｖ_S、Ｖ_rの検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂを備えている。固定抵抗８の抵抗値は、センサ素子１の抵抗値よりも小さいものを用いている。

センサ素子１については上述した第１実施形態と同様であるためここではその詳細な説明は省略する。加熱回路４は、センサ素子１及び固定抵抗８から構成される直列回路の両端に対して電圧を印加してセンサ素子１及び固定抵抗８を加熱する回路である。加熱回路４は、センサ素子１を検知対象ガスと接触燃焼しない低温に制御する電圧Ｖ１と、検知対象ガスと接触燃焼する高温に制御する電圧Ｖ２とを順次供給する回路である。なお、本実施形態では、電圧Ｖ１の設定値は、電圧Ｖ２の１／４〜１／２程度にしている。

加熱回路４は、電圧回路４１と、この電圧回路４１から電源供給を受けて定電圧Ｖ１、Ｖ２を供給する定電圧源４５Ａ、４５Ｂとを備えている。定電圧源４５Ａ、４５Ｂは互いに並列に接続されている。定電圧源４５Ａ及び４５Ｂは、センサ素子１に対して直列に接続されている。

また、加熱回路４は、電源回路４１と定電圧源４５Ａとの間に設けられたスイッチ４６Ａと、電源回路４１と定電圧源４６Ｂとの間に設けられたスイッチ４６Ｂと、スイッチ４３Ａ、４３Ｂのオンオフを制御するタイマ駆動回路４４とを備えている。タイマ駆動回路４４は、第１実施形態と同様に動作する。検出タイマ７Ａ、７Ｂ及びμＣＯＭ５は、上述した第１実施形態と同様であるためその詳細な説明を省略する。

上述した構成のガス検出装置の動作を図６及び図７に基づいて以下説明する。図６は、図１のガス検出装置を構成するＣＰＵ５Ａの処理手順を示すフローチャートである。図７は、無ガス時、有ガス時におけるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S及び固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rのタイムチャートである。図７中実線は、センサ素子１の両端電圧Ｖ_Sを示し、点線は、固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを示す。

まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４４の動作を開始させる（ステップＳ１１）。これにより、タイマ駆動回路４４が動作を開始し、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ０をこの順番で、繰り返し計時する。そして、タイマ駆動回路４４は、時間Ｔ１を計時している間にオン信号Ｓ１を出力し、時間Ｔ２を計時している間にオン信号Ｓ２を出力し、時間Ｔ０を計時している間にオン信号Ｓ１、Ｓ２の出力を停止する。

このタイマ駆動回路４４の動作により、センサ素子１、固定抵抗８には、電圧Ｖ１が時間Ｔ１だけ印加された後、電圧Ｖ２が時間Ｔ２だけ印加される。そして、時間Ｔ０だけセンサ素子１、固定抵抗８に対する電圧の印加が停止される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは、それぞれ上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出信号Ｓ３、Ｓ４を出力する。

ステップＳ１２においてＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ３が立ち上がると差動増幅器６から出力されるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sと、差動増幅器９から出力される固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを読み込む。そして、このとき読み込んだセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S、固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを、センサ素子１を検知対象ガスと接触燃焼しない低温に加熱したときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S1及び固定抵抗８の両端電圧Ｖ_r1としてＲＡＭ５Ｃ内に格納する。

また、ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ４が立ち上がると差動増幅器６から出力されるセンサ素子１の両端電圧Ｖ_Sと、差動増幅器９から出力される固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを読み込む。そして、このとき読み込んだセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S、固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rを、センサ素子１を検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱したときのセンサ素子１の両端電圧Ｖ_S2及び固定抵抗８の両端電圧Ｖ_r2としてＲＡＭ５Ｃ内に格納する。

その後、ＣＰＵ５Ａは、両端電圧Ｖ_S1と両端電圧Ｖ_r1の第１比率（Ｖ_S1／Ｖ_r1）と両端電圧Ｖ_S2と両端電圧Ｖ_r2の第２比率（Ｖ_S2／Ｖ_r2）との比率Ｖ_S3（＝（Ｖ_S2／Ｖ_r2）／（Ｖ_S1／Ｖ_r1））を算出する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が予め定めた１段目の警報判定値ＶＲ１を越えていないと判断すると（ステップＳ１４でＮ）、再びステップＳ１２に戻る。一方、ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が予め定めた１段目の警報判定値ＶＲ１を越えたと判断すると（ステップＳ１４でＹ）、さらに予め定めた２段目の警報判定値ＶＲ２（＞ＶＲ１）を越えたか否かを判断する（ステップＳ１５）。

ＣＰＵ５Ａは、警報判定値ＶＲ２を越えたと判断すると（ステップＳ１５でＹ）、警報判定値ＶＲ２にする高濃度の検知対象ガスの漏れが発生したとしてその旨を伝える２段目警報を行った後（ステップＳ１６）、処理を終了する。

これに対して、ＣＰＵ５Ａは、求めた比率Ｖ_S3が警報判定値ＶＲ２以下であれば（ステップＳ１５でＮ）、警報判定値ＶＲ１に対する低濃度の検知対象ガスの漏れが発生したとしてその旨を伝える１段目警報を行った後（ステップＳ１７）、処理を終了する。以上のステップＳ１４及びＳ１５の動作から明らかなように、ＣＰＵ５Ａは、請求項中のガス濃度検出手段として働く。

センサ素子１の抵抗値が経時変化により変動すると固定抵抗８も同様に経時変化しているため同様に抵抗値が変動する。以上のことに着目して、ＣＰＵ５Ａが、センサ素子１の両端電圧Ｖ_Sと固定抵抗８の両端電圧Ｖ_rとの比率を求めることにより、センサ素子１の両端電圧Ｖ_Sの経時変化による変動を相殺することができ、より一層正確に検知対象ガスの濃度を検出することができる。

より詳しく説明すると、図７に示すように、経年変化によりセンサ素子１の抵抗値が増減すると、センサ素子１の両端電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2も固定抵抗８の両端電圧Ｖ_r1、Ｖ_r2も同様に増減する。このため、比率をとると、経年変化によるセンサ素子１の抵抗値の変動分が相殺される。

また、下記に示す条件Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩのとき図８に示す従来のガス検出装置での消費電力は第１実施形態で示した式（３）で表す通りとなり、第２実施形態での消費電力は下記の式（５）で表す通りとなる。
条件Ｉ：電圧Ｖ１が１Ｖであり、電圧Ｖ２がＶ１／２＝０．５Ｖ
条件ＩＩ：固定抵抗８を３．３Ω
条件ＩＩＩ：Ｔ１＝５秒、Ｔ２＝５秒、Ｔ０＝５０秒
（（電圧Ｖ１印加時のセンサ素子１の両端電圧：１Ｖ＋電圧Ｖ１印加時の固定抵抗８の両端電圧０．３３Ｖ）×供給電流１００ｍＡ×５／６０秒）＋（（電圧Ｖ２印加時のセンサ素子１の両端電圧：１Ｖ＋電圧Ｖ２印加時の固定抵抗８の両端電圧：０．２４Ｖ）×６０ｍＡ×５／６０秒）＝１４．８ｍＷ…式（５）
従って、消費電力が９３％低減する。

なお、上述した第２実施形態では、加熱手段として定電圧源４３Ａ、４３Ｂを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、第１実施形態と同様に定電流源を用いても良い。

また、上述した第２実施形態では、２つの定電流源４５Ａ、４５Ｂを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、２つの電圧Ｖ１、Ｖ２に切替可能な一つの定電圧源を用いても良い。

また、上述した第１及び第２実施形態では、タイマ駆動回路４４、検出タイマ７Ａ、７ＢをμＣＯＭ５と別体に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、μＣＯＭ５をタイマ駆動回路４４、検出タイマ７Ａ、７Ｂとして働かすようにしてもよい。

また、上述した第１及び第２実施形態では、センサ素子１を接触燃焼が生じない低温に加熱した後、接触燃焼が生じる高温に加熱していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、センサ素子１を接触燃焼が生じる高温に加熱した後にセンサ素子１を接触燃焼が生じない低温に加熱してもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

第１実施形態におけるガス検出装置の一実施の形態を示す回路図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、オン信号Ｓ１、Ｓ２、検出信号Ｓ３、Ｓ４、センサ素子に流れる電流Ｉ、センサ素子の両端電圧Ｖ_Sのタイムチャートである。 図１のガス検出装置を構成するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 無ガス時、有ガス時におけるセンサ素子の両端電圧のタイムチャートである。 第２実施形態におけるガス検出装置の一実施の形態を示す回路図である。 図５に示すガス検出装置を構成するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 無ガス時、有ガス時におけるセンサ素子の両端電圧及び固定抵抗の両端電圧のタイムチャートである。 従来のガス検出装置の一例を示す回路図である。

符号の説明

１ センサ素子
２ 加熱回路（加熱手段）
５Ａ ＣＰＵ（ガス濃度検出手段）
８ 固定抵抗

Claims (4)

1. 検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、前記センサ素子に電力を供給して前記センサ素子を加熱する加熱手段と、前記センサ素子の抵抗値に応じた出力に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガス検出装置において、
   前記加熱手段が、前記センサ素子を前記検知対象ガスと接触燃焼しない低温と前記検知対象ガスと接触燃焼する高温との両温度に順次加熱するように前記電力を供給するものであり、そして、
   前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力と前記高温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力との両方に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものである
   ことを特徴とするガス検出装置。
2. 前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力と前記高温に加熱されたときのセンサ素子の抵抗値に応じた出力との比率を求め、この求めた比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
3. 検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子に直接に接続された固定抵抗と、前記センサ素子及び前記固定抵抗との両者に電力を供給して前記センサ素子を加熱する加熱手段と、前記センサ素子の抵抗値に応じた出力に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガス検出装置において、
   前記加熱手段が、前記センサ素子を前記検知対象ガスと接触燃焼しない低温と前記検知対象ガスと接触燃焼する高温との両温度に順次加熱するように前記電力を供給するものであり、そして、
   前記ガス濃度検出手段が、前記低温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力及び前記低温に加熱されたときの前記固定抵抗の抵抗値に応じた出力の第１比率と、前記高温に加熱されたときの前記センサ素子の抵抗値に応じた出力及び前記高温に加熱されたときの前記固定抵抗の抵抗値に応じた出力の第２比率との両比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものである
   ことを特徴とするガス検出装置。
4. 前記ガス濃度検出手段が、前記第１比率と前記第２比率との比率を求め、求めた比率に基づいて前記検知対象ガスの濃度を検出するものであることを特徴とする請求項３記載のガス検出装置。

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