JP2011085455A - 警報器 - Google Patents

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Abstract

【課題】COセンサ備えたCO警報器において、COセンサ1の故障を診断して故障警報を行う際に、故障の誤検知を防止する。
【解決手段】マイコン10によりCOセンサ1でCO濃度を検出する。検出濃度が予め設定された警報濃度になると警報を発生する。出荷モード解除時、あるいは通常モード時に、COセンサ1に対して充電及び放電の制御を行い、電流/電圧変換回路40の電圧信号によりCOセンサ1の故障診断を行うを。ガスセンサの充電中の第1ポイント、放電開始直後の定電圧時の第2ポイント、放電後の第3ポイントで故障診断を行う。CO濃度が所定レベル未満の場合は、第1〜第3ポイントで故障診断し、CO濃度が所定レベル以上の場合は、第1、第3ポイントはスキップして第2ポイントのみで故障診断を行う。この場合、CO濃度が低下するのみ見計らって一定時間経過後に、再度第1〜第3ポイントで故障診断を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、警報器に係り、特に、水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサに故障があるか否かを自己診断する警報器に関する。
従来、燃焼機器の不完全燃焼等によるCOガスを検出し警報するCO警報器のように、周辺雰囲気中のCO濃度を測定する装置として、電気化学式COセンサ(ガスセンサ)を内蔵したものが知られている。図8は電気化学式COセンサの一例を示す断面図であり、この電気化学式COセンサ1は、内部に水5が収容された金属缶2(水容器)の上部開口4にプロトン導電体膜3を設置して、その対極32を金属缶2内に露出させると共に、反対側の検知極31にガス吸着フィルタ8cを内蔵した金属キャップ8を重ねて金属缶2の上部開口4にかしめ固定して構成されている。
この電気化学式のCOセンサ1では、周辺雰囲気中のCOガス(対象ガス)が、金属キャップ8の導入孔8aから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ8cや導出孔8b、そして、金属キャップ8とプロトン導電体膜3との間に介設した金属製の拡散防止板7の拡散制御孔7aを通過して検知極31に到達し、ここで、対極32側からプロトン導電体膜3に供給される金属缶2内の水5の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極31にプロトン(2H+ )と電子(2e- )を発生させる。
検知極31に発生した電子(2e- )はプロトン導電体膜3の内部を通過できないので検知極31に滞留し、一方、プロトン(2H+ )は、プロトン導電体膜3の内部を通過して対極32に移動し、ここで、金属缶2内の酸素と還元反応を起こして、対極32に水(H2 O)を生成する。したがって、検知極31と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ8と、拡散防止板7を介して対極32と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶2との間に負荷(図示せず)を接続すると、検知極31に滞留した電子(2e- )の対極32に向かう流れが負荷に生じ、これにより対極32から負荷を経て検知極31に向かう短絡電流の流れが生じるので、この負荷に流れる短絡電流を電流−電圧変換することで、周辺雰囲気中のCO濃度に応じた電圧値のCO濃度信号が得られる。
ところで、上述したCOセンサを用いたCO警報器において、従来より、金属缶2中の水が減少する「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障を検出する自己診断を行っている(例えば特許文献1,2)。このCOセンサ1の自己診断は、このCOセンサ1を一種のコンデンサとみなし、その放電時の電流波形が「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障によって正常時とは異なることを利用して行っている。
前述のCOセンサの自己診断時に、COセンサ(CO警報器)の周囲にCOガスが存在すると、COセンサを流れる充放電電流はそのCO濃度により変動する。このため、実際の設置環境において、COガス存在中に出荷モードを解除した場合、COガスを検出し、故障として誤検知してしまうという問題があった。この問題を解決するために特許文献3のものでは、出荷モード解除時にCOガスの存在を検出した場合には、出荷モード解除を停止し、報知するという提案がなされている。
特開2008−309711号公報 特開2008−309713号公報 特開2008−309712号公報
前述の従来の警報器にあっては、COセンサが初期正常状態でCOガスが存在していた場合、故障として誤検知して出荷モード解除が停止されてしまい、COセンサが正常であるにもかかわらず、クレーム品として返却されてしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、COセンサに故障があるか否かを自己診断する警報器において、COガスが存在していてもCOセンサの故障の誤検知を防止することを課題とする。
請求項1の警報器は、水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によってプロトン導電体膜を挟む検知極と対極との間に流れる電流が対象ガスのガス濃度に応じて変化する電気化学式ガスセンサと、前記ガスセンサに接続された放電抵抗と、前記ガスセンサの検知極と対極に電流を供給して該ガスセンサを充電するための電源と、前記電源−前記ガスセンサ間に設けられて前記ガスセンサの充電及び放電を切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチをオンして前記ガスセンサを充電した後に前記切替スイッチをオフして前記ガスセンサを放電させるスイッチ制御手段と、前記ガスセンサに流れる電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路と、前記スイッチ制御手段による前記ガスセンサの充電及び放電を行って前記電流/電圧変換回路の出力電圧に基づいてガスセンサの故障診断を行う自己診断手段と、を有する警報器において、前記自己診断手段は、前記ガスセンサの充電中の第1ポイントで故障診断を行う第1診断機能と、前記ガスセンサの放電開始直後の定電圧時の第2ポイントで故障診断を行う第2診断機能と、前記ガスセンサの放電後の第3ポイントで故障診断を行う第3診断機能とを有し、該自己診断手段は、前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル未満の場合は、前記第2診断機能と前記第1診断機能または前記第3診断機能により、または、前記第2診断機能と前記第1診断機能及び前記第3診断機能により、前記ガスセンサの故障診断を行い、前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル以上の場合は、前記第2診断機能のみにより前記ガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。
請求項2の警報器は、請求項1に記載の警報器であって、前記自己診断手段が、前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル以上の場合で、前記第2診断機能のみにより前記ガスセンサの故障診断を行った後、所定時間経過後に少なくとも前記第1診断機能または第3診断機能による前記ガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。なお、前記第2診断機能のみにより前記ガスセンサの故障診断を行った後、所定時間経過後に前記第1診断機能と第3診断機能とによる前記ガスセンサの故障診断を行ってもよい。すなわち、第1及び第3診断機能は、故障内容の判別を行うか否かの目的に応じて組み合わせは自由である。
図3はCOセンサの正常時、短絡故障時、断線及び水なし故障時の充放電電流に対応する電圧信号の特性を示す図である。図3(A) に示す正常時には、太い実線で示すCOガスが存在しない場合と、太い破線で示すCOガスが存在する場合とで、電圧信号の波形が異なる。図に示すP1,P2,P3は故障検出を行う候補ポイントである。第1ポイントP1は充電中のポイントであり、第2ポイントP2は放電開始直後の定電圧時のポイントであり、第3ポイントP3は放電後のポイントである。このうち、第1ポイントP1と第3ポイントP3では、COガスが存在しない場合と存在する場合とで電圧値が異なり、COガスのガス濃度が高いほど電圧値が低くなる。しかしながら、第2ポイントでは、COガスが存在しない場合と存在する場合とで電圧値が同じになっている。したがって、ガス濃度が所定レベル未満の場合は、第1ポイントP1による第1診断機能、第2ポイントP2による第2診断機能及び第3ポイントP3による第3診断機能のそれぞれによりガスセンサの故障診断を行っても、故障の誤検知を防止でき、ガス濃度が所定レベル以上の場合は、第2ポイントP2による第2診断機能のみによりガスセンサの故障診断を行うと、COガスが有っても故障の誤検知を防止できる。
請求項1の警報器によれば、COガスが存在していても、COガスに依存しない第2ポイントで故障診断を行うため、例えば出荷モード解除時や通常モード時の故障診断時に、COガスの存在による故障の誤検知を防止しながら、実際の故障も検出することができる。
請求項2の警報器によれば、請求項1の効果に加えて、例えば出荷モード解除時など、始めCOガスが存在していても所定時間経過してCOガスが存在しなくなった場合に、少なくとも第1ポイント及び第3ポイントによる故障診断を行って、故障検知精度を高めることができる。
本発明の実施形態のガス警報器の要部ブロック図である。 図1に示すガス警報器の等価回路図である。 本発明に係るCOセンサの正常時、短絡故障時、断線及び水なし故障時の充放電電流に対応する電圧信号の特性を示す図である。 実施形態におけるマイコンが実行する第1実施例の出荷モード解除時の自己診断処理の制御プログラムの要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第1実施例の通常モード時の制御プログラムを示す要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第2実施例の出荷モード解除時の自己診断処理の制御プログラムを示す要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第2実施例の通常モード時の制御プログラムを示す要部フローチャートである。 本発明に係る電気化学式COセンサの一例を示す断面図である。
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施形態に係る警報器としてのガス警報器の一実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、このガス警報器は、ガスセンサとしてのCOセンサ1、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)10、自己診断回路30、電流/電圧変換回路40、音声警報出力回路50及び当該ガス警報器の各部に電源を供給する電池60を備えている。COセンサ1は、例えば前掲の図8に示す電気化学式COセンサ1であり、対象ガスとしてのCOガスのCO濃度(ガス濃度)に応じた短絡電流Iを電流/電圧変換回路40に出力する。なお、マイコン10の処理は以下の各実施例によって異なるが、ブロック図は同様である。
電流/電圧変換回路40は、COセンサ1の検知極31が−入力端に、対極32が+入力端に接続された演算増幅器41と、演算増幅器41の−入力端及び出力端間に設けられた帰還抵抗Rとから構成されていて、短絡電流Iに応じた電圧信号をマイコン10に出力する。COセンサ1の検知極31と、演算増幅器41の−入力端との間には、抵抗Rsが設けられている。そして、この抵抗Rsと並列にスイッチSW2が設けられている。このスイッチSW2は、マイコン10によってオン/オフが制御される。
マイコン10は、処理プログラムに従って各種の処理を行うCPU10aと、CPU10aが行う処理のプログラムなどを格納したROM10bと、CPU10a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RAM10c、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計測するためのタイマ10d等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。そして、マイコン10は、所定のサンプリング周期により、電流/電圧変換回路40から出力される電圧信号をサンプリングしてCOガスのCO濃度を計測し、そのCO濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力回路50から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。
自己診断回路30は、マイコン10からの指示によりCOセンサ1の自己診断を実行する回路である。自己診断回路30によるCOセンサ1の自己診断は、このCOセンサ1を一種のコンデンサとみなして行われる。この自己診断回路30について図2を参照して説明する。図2は、図1に示すガス警報器の等価回路図である。
図2中、Rdは、電流/電圧変換回路40の入力抵抗Rdである。入力抵抗Rdは、COセンサ1の両端に接続されていて、放電抵抗として働く。また、自己診断回路30は、COセンサ1に電流を供給してCOセンサ1を充電するための電源としての電流源33と、電流源33−COセンサ1間に設けられてCOセンサ1の充電及び放電を切り替える切替スイッチSW1と、を備えている。上記切替スイッチSW1は、マイコン10によってオン/オフが制御される。
次に、ガス警報器の上記自己診断回路30を用いた自己診断時の動作について説明する。マイコン10からの指示により切替スイッチSW1をオン、スイッチSW2をオフすると、電流源33からCOセンサ1が充電される。その後、切替スイッチSW1をオフ、スイッチSW2をオンすると、電流源33からCOセンサ1への充電が遮断され、COセンサ1に蓄積された電荷が入力抵抗Rdを介して放電される。
電流/電圧変換回路40は、入力抵抗Rdに流れる電流(即ち電流/電圧変換回路40に流れる電流)が0のとき所定の基準電圧を出力し、入力抵抗Rdに流れる電流が増加するほど小さくなる電圧信号を出力する。このため、充電及び放電時の電流/電圧変換回路40(入力抵抗Rd)の電圧信号は、正常時には図3(A) の太い実線で示すような波形になる。すなわち、充電開始に応じて基準電圧から徐々に減少し、充電から放電に切り替わると、その直後は一定時間0Vに張り付き、放電電流の過渡現象により増加して再び基準電圧になる。
また、短絡故障時における電流/電圧変換回路40から出力される電圧信号は、図3(B) に示すようになる。COセンサ1が短絡すると、電流源33からの電流は短絡されたCOセンサ1のみに流れ、電流/電圧変換回路40にはほとんど流れない。したがって、短絡故障時はCOセンサ1に電荷がたまらないので、切替スイッチSW2をオンして放電を開始させても電流/電圧変換回路40には電流が流れない。よって、電圧信号は充電時も放電時も略基準電圧付近をキープする波形となる。
また、断線又は水なし故障時における電流/電圧変換回路40から出力される電圧信号は、図3(C) に示すようになる。断線、水なし故障の場合、両者ともCOセンサ1のコンデンサ成分がなく、オープン状態となるため、切替スイッチSW1をオンして充電を開始しても、電流源33からの電流はCOセンサ1には流れずに、その全てが電流/電圧変換回路40に流れる。断線故障、水なし故障は、COセンサ1に電荷がたまらないので、切替スイッチSW1をオンして放電を開始しても、電流/電圧変換回路40には電流が流れない。よって、電圧信号は、充電時は基準電圧よりも低い電圧で一定となり、充電から放電に切り替わると基準電圧に戻る波形となる。
マイコン10は、故障診断を行うときに、切替スイッチSW1,SW2を制御して上記充放電の制御をし、そのとき電流/電圧変換回路40から出力される電圧信号をサンプリングする。また、図3に示すように、第1ポイントP1、第2ポイントP2及び第3ポイントP3に対して電圧の閾値A〜Eが設定されており、この閾値A〜Eと各ポイントの電圧値とを比較して故障診断を行う。第1ポイントP1における診断が第1診断機能、第2ポイントP2における診断が第2診断機能、第3ポイントP3における診断が第3診断機能である。
第1診断機能では、第1ポイントP1の電圧値が閾値Dと閾値Eの範囲内であれば正常と判定し、閾値Dと閾値Eの範囲外であれば故障と判定する。第2診断機能では、第2ポイントP2の電圧値が閾値C未満であれば正常と判定し、閾値C以上であれば故障と判定する。第3診断機能では、第3ポイントP3の電圧値が閾値Aと閾値Bの範囲内であれば正常と判定し、閾値Aと閾値Bの範囲外であれば故障と判定する。なお、第1診断機能で故障を検出すると、その電圧値により故障理由の判定を行う。すなわち、図3(B) ,(C) に示すように、短絡故障時と、断線または水なし故障時とでは、電圧値が異なる。そこで、第1ポイントP1における電圧値が閾値D以上の場合には短絡故障と判定し、第1ポイントP1における電圧値が閾値E未満の場合には断線または水なし故障と判定する。
そして、図3(A) に示すように、第2ポイントP2においては、COガスが存在する場合でもCOガスが存在しない場合でも、電圧値に変化がないので、このCOガスのCO濃度に応じて、診断機能を切り替える。すなわち、CO濃度が所定レベル(例えば50ppm)以上であれば、第2診断機能だけで故障診断を行う。また、COガスのCO濃度が所定レベル未満であれば、第1〜第3診断機能で故障診断を行う。
(第1実施例)図4はマイコン10が実行する第1実施例の出荷モード解除時の自己診断処理の制御プログラムの要部フローチャート、図5はマイコン10が実行する第1実施例の通常モード時の制御プログラムの要部フローチャートである。まず、出荷モードが解除されると、図4のステップS1でCOセンサ1で検出されるCO濃度が所定レベル(例えば50ppm)以上かを判定する。所定レベル未満であれば、ステップS2で第1ポイントP1、第2ポイントP2及び第3ポイントP3の電圧信号により故障診断を行う(第1診断機能、第2診断機能及び第3診断機能の診断)。そして、ステップS3で故障が検出されていれば、ステップS4で故障警報を開始して処理を終了する。ステップS1でCO濃度が所定レベル以上であれば、ステップS5で第2ポイントP2のみの電圧信号により故障診断を行う(第2診断機能のみの診断)。そして、ステップS6で故障が検出されていれば、ステップS7で故障警報を開始して処理を終了する。
図5の通常モード時には、ステップS11で前回の故障診断時から50時間が経過しているかを判定し、50時間が経過していなければ、ステップS12でCOガスの監視(及び警報)、あるいはその他の処理を行ってステップS11に戻る。そして、50時間が経過していれば、ステップS13以降で故障診断を行う。すなわち、この通常モードでは50時間毎に故障診断を行う。
ステップS13では、COセンサ1で検出されるCO濃度が所定レベル(例えば50ppm)以上かを判定する。所定レベル未満であれば、ステップS14以降の処理を行い、CO濃度が所定レベル以上であれば、ステップS18以降の処理を行う。ステップS14〜S16は図4のステップS2〜S4と同じであり、ステップS18〜S20は図4のステップS5〜7と同じである。この通常モード時の故障診断では、これより前に故障と判定された故障警報が開始されている場合があるので、ステップS15及びステップS19で故障が検出されていないと判定されたときは、ステップS17,S21でそれぞれ故障警報を解除するものである。
(第2実施例)図6はマイコン10が実行する第2実施例の出荷モード解除時の自己診断処理の制御プログラムの要部フローチャート、図7はマイコン10が実行する第2実施例の通常モード時の制御プログラムの要部フローチャートである。この第2実施例では、COセンサ1で検出されるCO濃度が所定レベル(50ppm)以上の場合、第1実施例と同様に第2ポイントP2のみ(第2診断機能のみ)によりCOセンサ1の故障診断を行う。そして、その後、一定時間(例えば1時間等の所定時間)経過後に、第1ポイントP1、第2ポイントP2及び第3ポイントP3の第1〜第3診断機能によりCOセンサ1の故障診断を行う。なお、以下の説明では第1実施例との対応関係を説明することで同じ処理についての詳細説明は省略する。
すなわち、図6のステップS31〜S37は第1実施例(図4)のステップS1〜S7と同じであり、ステップS35〜S37で第2ポイントP2のみにより故障診断を行った後、ステップS38で一定時間経過するまで待機し、一定時間経過するとステップS31に戻る。また、図7のステップS41〜S51は第1実施例(図5)のステップ11〜S21と同じであり、ステップS48〜S51で第2ポイントP2のみにより故障診断を行った後、ステップS52で一定時間経過するまで待機し、一定時間経過するとステップS43に戻る。
この第2実施例では、COガスのCO濃度が所定レベル以上の場合すなわちCOガスが存在していても、一定時間経過してCOガスが存在しなくなった場合に、第1〜第3ポイントで故障診断を行うので、故障検知精度が高まる。なお、この場合の故障診断では、第2ポイントによる診断は行わなくてもよい。
以上のように、出荷モード解除時及び通常モード時に、COガスのCO濃度が所定レベル以上の場合(COガスが存在する場合)、第1ポイントP1及び第3ポイントP3による故障診断を行わない(処理をスキップする)ので、誤判定を防止することができる。また、COガスに依存しないポイント(第2ポイント)で故障診断を行うことが可能なため、出荷モード解除を停止する必要がなく、機能が低下した状態でCO濃度に対する報知等を行わないまま放置されてしまうようなことを回避することができる。
また、第2実施例のように、COガスが存在する場合、第2ポイントで故障診断を行った後、例えば1時間経過してCO濃度が低下した時点で再診断を行うことで、故障状態で放置されることを回避することができるとともに、故障検知精度が高まる。
1 COセンサ(ガスセンサ)
10a CPU(スイッチ制御手段、自己診断手段)
33 電流源(電源)
40 電流/電圧変換回路
SW1 切替スイッチ

Claims (2)

  1. 水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によってプロトン導電体膜を挟む検知極と対極との間に流れる電流が対象ガスのガス濃度に応じて変化する電気化学式ガスセンサと、前記ガスセンサに接続された放電抵抗と、前記ガスセンサの検知極と対極に電流を供給して該ガスセンサを充電するための電源と、前記電源−前記ガスセンサ間に設けられて前記ガスセンサの充電及び放電を切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチをオンして前記ガスセンサを充電した後に前記切替スイッチをオフして前記ガスセンサを放電させるスイッチ制御手段と、前記ガスセンサに流れる電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路と、前記スイッチ制御手段による前記ガスセンサの充電及び放電を行って前記電流/電圧変換回路の出力電圧に基づいてガスセンサの故障診断を行う自己診断手段と、を有する警報器において、
    前記自己診断手段は、前記ガスセンサの充電中の第1ポイントで故障診断を行う第1診断機能と、前記ガスセンサの放電開始直後の定電圧時の第2ポイントで故障診断を行う第2診断機能と、前記ガスセンサの放電後の第3ポイントで故障診断を行う第3診断機能とを有し、
    該自己診断手段は、
    前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル未満の場合は、前記第2診断機能と前記第1診断機能または前記第3診断機能により、または、前記第2診断機能と前記第1診断機能及び前記第3診断機能により、前記ガスセンサの故障診断を行い、
    前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル以上の場合は、前記第2診断機能のみにより前記ガスセンサの故障診断を行う
    ことを特徴とする警報器。
  2. 前記自己診断手段が、前記ガスセンサで検出される対象ガス濃度が所定レベル以上の場合で、前記第2診断機能のみにより前記ガスセンサの故障診断を行った後、所定時間経過後に少なくとも前記第1診断機能または第3診断機能による前記ガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする請求項1に記載の警報器。
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