JP2011128973A - ガス漏れ警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】商用交流電源で動作し、センサ出力に基づいてガスセンサのエアベースを補正するガス漏れ警報器において、電源電圧の変動があっても精度よいエアベース補正を行うことを課題とする。
【解決手段】差込プラグ３から商用交流電源をトランス４に供給し、トランス４で降圧された交流電圧をガスセンサ２に供給する。トランス４の電源電圧Ｖｄを制御部１に供給する。ガスセンサ２のレファ素子Ｒｒ及びセンサ素子Ｒｓの接続点と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続点との間に発生するセンサ出力Ｖｓを差動増幅器Ａ１で増幅し、制御部１に供給する。整流回路８で整流して警報ブザー５及びＬＥＤ６に供給する。１０分間隔でセンサ出力Ｖｓをサンプリングして、複数点のデータで補正エアベースを演算する。電源電圧Ｖｄの変動量が８Ｖ以上の場合にマスクモードに設定し、３秒間のマスク時間の間に検出したセンサ出力Ｖｓはエアベース補正用の候補データリストから外す。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触燃焼式のガスセンサ素子へ通電して加熱し、検出対象ガスのガス濃度に応じたガスセンサ素子のセンサ出力が、警報値に達したときにガス漏れ警報を行うガス漏れ警報器に関する。

従来、ＬＰガスのガス漏れを検出するガス漏れ警報器では、接触燃焼式のガスセンサ素子が用いられている。図９は、従来の接触燃焼式のガスセンサ素子を用いたガス漏れ警報器の要部回路図である。このガス漏れ警報器１００のガス漏れ検知の対象ガスはＬＰＧ、ブタンガスであり、ガスセンサ２は、ブリッジ回路２１を構成する接触燃焼式のセンサ素子Ｒｓ、レファ素子Ｒｒ、固定抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。そして、商用交流電源に接続された電源回路２００（トランス）からブリッジ回路２１に交流電圧Ｖｄが供給される。

センサ素子Ｒｓは、触媒担体２１Ａと白金ヒータ２１Ｂとから構成され、触媒担体２１Ａは、検出対象ガスとの燃焼を促進する触媒（例えばパラジウム（Ｐｄ））を担持した担体（例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３））から成る。白金ヒータ２１Ｂは温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体であり、触媒担体２１Ａに覆われている。レファ素子Ｒｒは、担体２１Ｃと白金ヒータ２１Ｄとから構成されており、担体２１Ｃは検出対象ガスに対して不感となる担体のみで構成され、白金ヒータ２１Ｄは温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体であり、担体２１Ｃに覆われている。

センサ素子Ｒｓの白金ヒータ２１Ｂと、レファ素子Ｒｒの白金ヒータ２１Ｄとは、電源回路２００から交流電圧Ｖｄが供給され、かつ、検出対象ガスのない空気中（エアベース）ではほぼ等しい抵抗値になるように設けられている。また、固定抵抗Ｒ１及びＲ２も互いにほぼ等しい抵抗値になるように設けられている。

ブリッジ回路２１は、交流電圧を供給するとエアベースにおいては完全に平衡状態となり、センサ出力Ｖｓ（電圧）はほぼ０となる。これに対して、検出対象ガスを含む空気中では検出対象ガスとの燃焼熱によりセンサ素子Ｒｓの温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子Ｒｓの白金ヒータ２１Ｂの抵抗が増加する。一方、レファ素子Ｒｒは検出対象ガスと燃焼しないため、センサ素子Ｒｓの温度は低くなる。このため、ブリッジ回路２１の平衡が大きく崩れて、センサ出力Ｖｓは、その振幅が大きくなる。すなわち、センサ出力Ｖｓの振幅は検出対象ガスの濃度に応じた値となる。そして、ＣＰＵ３００はセンサ出力Ｖｓをサンプリングし、このセンサ出力Ｖｓと予め設定された警報値とを比較し、センサ出力Ｖｓが警報値を越えると警報出力回路４００により警報ブザーの鳴動等を行う。

また、上記エアベースは周囲の温度環境等により変化することがある。このため、特開２００２−２２８６１３号公報（特許文献１）には、エアベース（エアレベル）の変化を検出して、このエアベースを補正演算するようにしたガス漏れ警報器が開示されている。また、特開２００３−１５６４６３号公報（特許文献２）には、エアベース（エアレベル）に応じて警報値（アラームレベル）を設定するようにしたガス検出装置が開示されている。

特開２００２−２２８６１３号公報 特開２００３−１５６４６３号公報

特許文献１のように、エアベースの補正はセンサ出力に基づいて行われる。また、特許文献２のように、このエアベースは警報値にも大きな影響がある。しかしながら、ガスセンサ２には電源回路２００のトランスの二次側の交流電圧が供給されるが、この交流電圧が変動すると、ガスセンサ２のセンサ出力Ｖｓも変動してしまう。なお、センサ出力Ｖｓは、電圧変動に対して過渡応答特性を示し、この過渡応答時にセンサ出力Ｖｓが大きく変動する。このセンサ出力Ｖｓの変動が大きいと、精度が高いエアベースの補正を行うことができない。

本発明は、接触燃焼式のガスセンサ素子を用いたガス漏れ警報器において、ガスセンサ素子のエアベース補正を精度良く行うことを課題とする。

請求項１のガス漏れ警報器は、商用電源に接続されたトランスから接触燃焼式のガスセンサ素子へ通電して該ガスセンサ素子を加熱し、該ガスセンサ素子のセンサ出力が予め設定された警報判定値に達したときにガス漏れ警報を出力するとともに、センサ出力に基づいてガスセンサ素子のエアベースを補正するガス漏れ警報器において、前記トランスの二次巻線の出力電圧を検出する電圧検出手段と、電圧変動量に対応する所定の電圧変動量閾値を記憶する記憶手段と、を備え、前記電圧検出手段で検出される二次巻線の出力電圧の変動量が前記記憶手段の所定の電圧変動量閾値以上となった場合、前記ガス漏れ警報の出力を遅延させるマスクモードに切り換え、該マスクモード以外のときに検出したセンサ出力に基づいて前記エアベースの補正を行うことを特徴とする。

請求項１のガス漏れ警報器によれば、商用電源に接続されたトランスの出力電圧が変動し、この変動量が所定の電圧変動量閾値以上となるとマスクモードとなり、このマスクモード時に検出したセンサ出力は、エアベースの補正演算に用いないので、精度の高いエアベース補正を行うことができる。

本発明の実施形態のガス漏れ警報器の要部回路ブロック図である。 実施形態における電圧変動時のセンサ出力の特性の一例を示す図である。 実施形態における電源電圧の変動量に対するセンサ出力の過渡特性の関係を示す図である。 実施形態における監視動作及び警報動作の一例を示す動作説明図である。 実施形態における警報出力時のＬＥＤ及び警報ブザーの動作タイミングとセンサ出力の変化を示す図である。 実施形態における電圧変動を監視するための割込処理のフローチャートである。 実施形態におけるガス漏れの監視動作を行うための割込処理のフローチャートである。 実施形態におけるエアベースを補正するための割込処理のフローチャートである。 従来の接触燃焼式ガスセンサ素子を用いたガス漏れ警報器の要部回路図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のガス漏れ警報器の要部回路ブロック図であり、このガス漏警報器１０はＬＰガスを検知対象ガスとするものである。前記図９と同様な要素には同符号を付記して詳細な説明は省略する。

図１に示すように、このガス警報器１０は、制御部１と、ガスセンサ２と、商用交流電源に接続する差込プラグ３と、トランス４と、警報ブザー５と、ＬＥＤ６と、スイッチ７と、整流回路８とを備えている。上記ガスセンサ２は、ブリッジ回路２１と、差動増幅器Ａ１とから構成されている。上記ブリッジ回路２１は、前記同様にセンサ素子Ｒｓ、レファ素子Ｒｒ、固定抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。

そして、レファ素子Ｒｒ及び固定抵抗Ｒ１の接続点と、センサ素子Ｒｓ及び固定抵抗Ｒ２の接続点との間には、トランス４によって降圧された商用交流電源（差込プラグ３）からの交流電圧Ｖｄ（電源電圧）が供給されている。また、レファ素子Ｒｒ及びセンサ素子Ｒｓの接続点と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続点と、の間に発生するセンサ出力Ｖｓは、差動増幅器Ａ１の入力に供給される。この差動増幅器Ａ１によって増幅されたセンサ出力Ｖｓは、制御部（マイコン）１に供給される。また、トランス４の二次巻線から供給される交流電圧Ｖｄは増幅器Ａ２に入力され、この増幅器Ａ２によって増幅された電源電圧Ｖｄは、制御部１に供給される。制御部１は、この交流電圧Ｖｄを検出する「電圧検出手段」に相当する。

以上の構成により、制御部１は、ガス警報器１０全体の制御を行い、差動増幅器Ａ１からのセンサ出力Ｖｓの振幅が警報値以上になったときに後述する警報ブザー５及びＬＥＤ６を制御して警報を出力する。なお、スイッチ７は点検スイッチとして機能し、このスイッチ７の操作により上記警報の出力と停止が可能となっている。

制御部１は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１ｂ、ＣＰＵ１ａ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格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１ｃ、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計時するためのタイマ１ｄ、及び「記憶手段」としてのＥＥＰＲＯＭ１ｅ等を備えている。

整流回路８はトランス４で降圧された交流電流を整流し、所定の直流電圧を警報ブザー５、ＬＥＤ６及びスイッチ７に印加する。そして、警報ブザー５は、制御部１が駆動回路５１の２つのトランジスタのオンオフを制御することによりビープ音を発生して鳴動する。また、ＬＥＤ６は、制御部１が駆動回路６１の２つの抵抗を介してＬＥＤ６への電流の通電及び遮断を制御することにより、点灯及び消灯する。なお、この実施形態では、警報ブザー５の鳴動時の電流は５０ｍＡ、ＬＥＤ６の点灯時の電流は５ｍＡである。また、図示は省略するが整流回路８の直流電圧は制御部１などの各所にも駆動用として供給される。

なお、この実施形態のガス漏れ警報器１０は、９０Ｖ〜１１０Ｖの商用交流電源の電圧を使用範囲としている。また、ガスセンサ２のエアベースの最大許容量は４０ｍＶであり、このエアベースの値（ガス漏れ警報器毎に異なる）は、出荷前検査時にＥＥＰＲＯＭ１ｅに記憶されている。さらに、後述のように、このＥＥＰＲＯＭ１ｅのエアベースは、エアベース補正処理でセンサ出力Ｖｓをサンプリングすることにより更新される。

ＥＥＰＲＯＭ１ｅには、予め設定された警報値を記憶している。この警報値はガスセンサ２のエアベースに応じて設定された値であり、検知対象ガスが存在しない状態でガスセンサ２が所定温度になり、そのエアーベース抵抗が安定した定常状態でのセンサ出力Ｖｓに対して所定電圧だけ高く設定された値である。また、このＥＥＰＲＯＭ１ｅの警報値は、エアベースを補正した補正エアベースに応じて更新される。

ここで、ガスセンサ２のセンサ出力Ｖｓは、電源電圧の変動やトランス４の出力電圧の変動により変動する。図２は電圧変動時のセンサ出力Ｖｓの特性の一例を示す図であり、例えば電源電圧が９０Ｖでセンサ出力Ｖｓがエアベースとなっており、この９０Ｖが１１０Ｖに変動したとすると、この電源電圧の変動時にセンサ出力Ｖｓは一端高くなる過渡応答を示し、その後、電源電圧変動後のエアベースに落ち着く。したがって、この変動時のセンサ出力Ｖｓにより警報判定を行うと、変動直後にセンサ出力Ｖｓが警報値を超えてしまい、誤警報となってしまう。

図３は電源電圧の変動量ΔＶｄに対するセンサ出力Ｖｓの過渡特性の関係を示す図である。図３(A) は変動量ΔＶｄとセンサ出力Ｖｓの過渡応答電圧の最大値との関係を示しており、過渡応答電圧の最大値は変動量ΔＶｄに比例している。図３(B) は変動量ΔＶｄとセンサ出力Ｖｓが警報値を超えている時間（警報値超過時間）との関係を示しており、警報値超過時間は変動量が大きくなると長くなる。なお、この図３(B) はエアベースが４０ｍＶの例であり、変動量ΔＶｄの最大値２０Ｖ（１１０Ｖ−９０Ｖ）のとき３秒となる。また、図３(C) は変動量ΔＶｄが一定（この例では２０Ｖ）のときのエアベースとセンサ出力Ｖｓの警報値超過時間との関係を示している。

このように、変動量ΔＶｄが大きく、エアベースが大きいときに、誤警報の可能性が高くなる。そこで、この実施形態では、「所定の電圧変動量閾値」は８Ｖであり、電圧変動がこの８Ｖ以上となった場合には、所定時間（例えば３秒）のマスクモードを設定し、このマスクモード時には、センサ出力Ｖｓが警報値以上となっても、警報出力を行わないようにする。

ここで、ガスセンサ２のエアベースは周囲の温度環境等により変化することがある。また、エアベースは警報値を設定するために考慮されているので、このエアベースを補正するようにしている。この実施形態では、１０分間隔でセンサ出力Ｖｓをサンプリングし、このサンプリングしたデータを候補データリストとしてＲＡＭ１ｃに記憶していく。そして、複数点のサンプリングデータ（実施形態では６点）に基づいて移動平均を取り、その平均値を補正エアベースとしてＥＥＰＲＯＭ１ｅに記憶（設定）する。

しかし、電源電圧の変動はエアベース（センサ出力Ｖｓ）にも影響するので、この電源電圧が８Ｖ以上変動した場合には、センサ出力Ｖｓを補正エアベースの演算には用いないようにしている。すなわち、エアベース補正処理において、マスクモード時にはサンプリングしたセンサ出力Ｖｓは候補データリストに含めないようにする。これにより、正確な補正エアベースを設定することができる。

図４は監視動作及び警報動作の一例を示す動作説明図であり、この実施形態では、警報動作中にセンサ出力Ｖｓが所定の上限値を超えた場合には、センサ出力Ｖｓの減少に伴って２段階の鳴り止み警報を行うようにしている。すなわち、通常警報、第１鳴り止み警報及び第２鳴り止み警報で、ＬＥＤ６のフラッシュ点灯と警報ブザー５の鳴動との周期を変化させるようにしている。この周期は、通常警報時には８Ｈｚ、第１鳴り止み警報時には４Ｈｚ、第２鳴り止み警報時には２Ｈｚとしている。

これらの動作の切り換え点を判定するために、センサ出力Ｖｓとの比較電圧として、警報値以外に、上記上限値、第１閾値、第２閾値及び解除値を用いており、これらの値はＥＥＰＲＯＭ１ｅに設定されている。図４に示すように、センサ出力Ｖｓが警報値以上となると、通常警報となり、センサ出力Ｖｓが上限値を超え、ピークを過ぎてセンサ出力Ｖｓが第１閾値未満となると、第１鳴り止み警報となる。さらにセンサ出力Ｖｓが第２閾値未満となると第２鳴り止み警報となる。そして、センサ出力Ｖｓが解除値未満となると警報が停止して、監視動作となる。

図５は、警報出力時のＬＥＤ６及び警報ブザー５の動作タイミングとセンサ出力Ｖｓの変化を示す図であり、図５(A) は通常警報時、図５(B) は第１鳴り止み警報時、図５(C) は第２鳴り止み警報時を示している。前記のように、警報ブザー５の鳴動時の電流は５０ｍＡ、ＬＥＤ６の点灯時の電流は５ｍＡであり、これらの駆動電流とガスセンサ２に供給する電流はいずれも一つのトランス４により供給されている。さらに、このトランス４は小型のトランスである。

このため、ＬＥＤ６の点灯時と警報ブザー５の鳴動時には、センサ出力Ｖｓが変化している。警報時にも警報解除となるかの判定を行うためにセンサ出力を得る必要があるが、このセンサ出力Ｖｓが変化すると、判定精度が低下するという問題がある。そこで、この実施形態では回路の負荷電流が一定であるタイミングとして、図５の「Ｐ」で示すタイミング（ＬＥＤ６の点灯タイミング）でセンサ出力Ｖｓをサンプリングする。これにより、ＬＥＤ６及び警報ブザー５の駆動に影響されずに判定精度を高めることができる。

次に、図６〜図８のフローチャートに基づいて実施形態のガス漏れ警報器１０の要部動作を説明する。図６は電圧変動を監視するために所定間隔（５００ｍｓ）で起動される割込処理のフローチャート、図７はセンサ出力によりガス漏れの監視動作を行うための所定間隔（５００ｍｓ）で起動される割込処理のフローチャート、図８はエアベースを補正するために所定間隔（１０ｍｉｎ）で起動される割込処理のフローチャートである。これらの処理は、図示しないメイン処理と平行して実行される。

先ず、図６の処理では、マスクモードの継続時間（３秒）をカウントするタイマを用いる。ます、ステップＳ１で電源電圧Ｖｄを取り込み、ステップＳ２で前回の電源電圧と比較して電源電圧の変動量ΔＶｄを演算する。次に、ステップＳ３で、変動量Δｄが８Ｖ以上であるかを判定し、８Ｖ以上であれば、ステップＳ４でマスクモードに設定し、ステップＳ５でタイマをスタートさせて元のルーチンに復帰する。ステップＳ３で変動量Δｄが８Ｖ以上でなければ、ステップＳ６でタイマがタイムアップしているかを判定し、タイムアップしていなければ元のルーチンに復帰し、タイムアップしていればステップＳ７でマスクモードを解除して元のルーチンに復帰する。以上の処理により、電源電圧の変動量ΔＶｄが８Ｖ以上となると、３秒間のマスクモードに設定され、後述のように、このマスクモードの間はセンサ出力による警報出力が行われなくなる。

図７の処理では、ステップＳ１１で、現在警報中であるかを判定する。この警報は第１鳴り止み警報及び第２鳴り止み警報も含む。警報中であれば、ステップＳ１２で所定のＬＥＤ点灯タイミングまで待ち、ステップＳ１３でセンサ出力Ｖｓを取り込む。警報中でなければ、そのままステップＳ１３でセンサ出力Ｖｓを取り込む。次にステップＳ１４でセンサ出力Ｖｓが警報値以上であるかを判定し、警報値以上でなければステップＳ１５で警報中であるかを判定する。そして、警報中でなければそのまま元のルーチンに復帰し、警報中であれば後述のステップＳ２２に進む。このステップＳ１５→Ｓ２２の処理は、第２鳴り止み警報中でセンサ出力Ｖｓが警報値未満、解除値以上である場合に対応する処理である。

ステップＳ１４でセンサ出力Ｖｓが警報値以上であれば、ステップＳ１６で現在マスクモードであるかを判定し、マスクモードであればそのまま元のルーチンに復帰する。マスクモードでなければステップＳ１７に移行し、センサ出力Ｖｓが上限値以上であるか判定する。センサ出力Ｖｓが上限値以上でなければ、ステップＳ１８に移行し警報出力を行う。以上の処理により、マスクモードであればセンサ出力Ｖｓが警報値以上であっても警報出力は行われず、マスクモードでない場合にセンサ出力Ｖｓが警報値以上であれば警報出力が行われる。

ステップＳ１７の上限値以上であるかの判定は、第１鳴り止み警報と第２鳴り止み警報を行う場合に対応する処理であり、上限値を越えている場合は、ステップＳ１９以降の処理を行う。ステップＳ１９では、センサ出力Ｖｓが第１閾値未満であるかを判定する。第１閾値未満でなければそのまま元のルーチンに復帰し、第１閾値未満であれば、ステップＳ２０で、センサ出力Ｖｓが第２閾値未満であるかを判定する。第２閾値未満でなければ、ステップＳ２１で第１鳴り止み警報を出力し、元のルーチンに復帰する。第２閾値未満であれば、ステップＳ２２で、センサ出力Ｖｓが解錠値未満であるかを判定する。解除値未満でなければ、ステップＳ２３で第２鳴り止み警報を出力し、元のルーチンに復帰する。解除値未満であれば、ステップＳ２４で警報を停止し、元のルーチンに復帰する。

図８の処理では、ステップＳ３１でセンサ出力Ｖｓを取り込み、ステップＳ３２で、センサ出力Ｖｓと現在設定されている補正エアベースとの差が所定値（小さな値）未満であるかを判定する。所定値未満であればそのまま元のルーチンに復帰し、所定値未満でなければ、ステップＳ３３で現在マスクモードであるかを判定し、マスクモードであればそのまま元のルーチンに復帰し、マスクモードでなければステップＳ３４以降で、エアベースの補正処理を行う。ステップＳ３４では、候補データリスト中の最大・最小のデータを削除し、現在のセンサ出力Ｖｓを候補データリストとしてＲＡＭ１ｃに記憶する。次に、ステップＳ３５でＲＡＭ１ｃ中の候補データリストのデータの平均を演算し、ステップＳ３６でその平均値を補正エアベースとしてＥＥＰＲＯＭ１ｅに記憶する。そして、ステップＳ３７で、補正エアベースから警報値、第１閾値、第２閾値及び解除値をそれぞれ演算し、ＥＥＰＲＯＭ１ｅに記憶する。

以上の処理により、電源電圧の変動量が８Ｖ以上でマスクモードとなると、その間のセンサ出力Ｖｓはエアベースの補正に用いることがないので、精度の高い補正エアベースを得ることができ、警報値、第１閾値、第２閾値及び解除値として、最適な値を設定することができる。

以上の実施形態では、電源電圧の変動量が最大の２０Ｖ及びエアベースの最大許容量４０ｍＶを想定して、マスクモードの持続時間（マスク時間）を一定の３秒間としているが、電源電圧の変動量が小さい場合は、その変動量に応じてマスク時間を３秒より短くしてもよい。また、出荷時のエアベース（あるいは補正エアベース）が小さい場合は、そのエアベースに応じてマスク時間を３秒より短くしてもよい。さらに、この電圧変動量とエアベースに応じてマスク時間を設定するように制御してもよい。

また、実施形態では、警報中にはＬＥＤ６の点灯タイミングにセンサ出力をサンプリングするようにしているが、回路中の負荷電流が一定になる動作タイミングであれば、ＬＥＤ点灯時以外に、警報ブザーの鳴動時でもよい。ただし、この実施形態では、警報時のＬＥＤ６はフラッシュ点灯しているが、このＬＥＤ６は当該ガス漏れ警報器１０が動作中であることを示すために、監視時にも点灯しているので、センサ出力をサンプリングするタイミングは、ＬＥＤ６の点灯タイミングが適している。

１ 制御部（電圧検出手段）
１ｃ ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）
２ ガスセンサ
３ 差込プラグ
４ トランス
５ 警報ブザー
６ ＬＥＤ

Claims (1)

1. 商用電源に接続されたトランスから接触燃焼式のガスセンサ素子へ通電して該ガスセンサ素子を加熱し、該ガスセンサ素子のセンサ出力が予め設定された警報判定値に達したときにガス漏れ警報を出力するとともに、センサ出力に基づいてガスセンサ素子のエアベースを補正するガス漏れ警報器において、
   前記トランスの二次巻線の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   電圧変動量に対応する所定の電圧変動量閾値を記憶する記憶手段と、
   を備え、
   前記電圧検出手段で検出される二次巻線の出力電圧の変動量が前記記憶手段の所定の電圧変動量閾値以上となった場合、前記ガス漏れ警報の出力を遅延させるマスクモードに切り換え、該マスクモード以外のときに検出したセンサ出力に基づいて前記エアベースの補正を行うことを特徴とするガス漏れ警報器。

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