JP2012208074A - Temperature control device, gas detector, and temperature control method - Google Patents

Temperature control device, gas detector, and temperature control method Download PDF

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Masahiro Yamashita
雅広 山下
Shoji Kitanoya
昇治 北野谷
Masaya Watanabe
昌哉 渡辺
Daisuke Ichikawa
大祐 市川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control device capable of preventing excess temperature rise when temperature control of a control object is performed by utilizing the Wheatstone bridge circuit, a gas detector using the temperature control device, and a temperature control method.SOLUTION: In a combustible gas detector 1, when on/off of both changeover switches 523 and 524 is switched, a period in which the both changeover switches 523 and 524 become on is set for a predetermined overlapping period TX. Thus, in a high temperature setting period, predetermined high temperature (C2) is maintained, in a low temperature setting period, predetermined (lower than C2) low temperature (C1) is maintained, however, temperature of a heating resistor 34 does not sharply rise in switching of the both changeover switches 523 and 524.

Description

本発明は、例えば被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知等に用いることができるガス検出装置や、例えばそのガス検出装置などに用いることができる温度制御装置及び温度制御方法に関する。   The present invention relates to a gas detection device that can be used for, for example, concentration measurement or leakage detection of a combustible gas present in a detection atmosphere, and a temperature control device and a temperature control method that can be used for the gas detection device, for example. About.

近年、環境・自然保護などの社会的要求から、高効率で、クリーンなエネルギー源として燃料電池の研究が活発に行われている。その中で、低温作動、高出力密度等の利点により、家庭用、車載用などのエネルギー源として固体高分子型燃料電池(PEFC)や水素内燃機関が期待されている。   In recent years, research on fuel cells has been actively conducted as a high-efficiency, clean energy source due to social demands such as environmental protection and nature conservation. Among them, solid polymer fuel cells (PEFCs) and hydrogen internal combustion engines are expected as energy sources for home use and on-vehicle use due to advantages such as low temperature operation and high output density.

これらのシステムでは、例えば、可燃性ガスである水素を燃料としているため、ガス漏れの検知が重要な課題の一つとして挙げられている。
この種の水素を検出するガス検出装置としては、例えばホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、回路の一部の抵抗体として発熱抵抗体を設け、その発熱抵抗体から奪われる熱量によって気体の熱伝導率に換算し、その熱伝導率変化からガス濃度を検出する熱伝導式ガス検出装置が知られている(特許文献1参照)。
In these systems, for example, hydrogen, which is a flammable gas, is used as a fuel, so detection of gas leakage is cited as one of important issues.
As a gas detection device for detecting this type of hydrogen, for example, in a gas detection device using a Wheatstone bridge circuit, a heating resistor is provided as a part of the resistance of the circuit, and the amount of heat taken away from the heating resistor There is known a heat conduction type gas detection device that converts to heat conductivity and detects the gas concentration from the change in heat conductivity (see Patent Document 1).

特開2004−354210号公報JP 2004-354210 A

しかしながら、上述した従来技術では、発熱抵抗体の温度の切り換えの際の安全性に関する検討が十分ではないという問題があった。
例えば、ホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、ホイートストンブリッジ回路の4つの抵抗体の一つとして、2つのスイッチを用いて温度を切り換える一対の発熱抵抗体を用いた場合、即ち並列に配置された2つの発熱抵抗体を2つのスイッチでそれぞれ切り替える場合には、2つの温度に制御された発熱抵抗体の低温度・高温度における電圧から、水素濃度を算出している。
However, the above-described conventional technique has a problem that the study on the safety at the time of switching the temperature of the heating resistor is not sufficient.
For example, in a gas detection device using a Wheatstone bridge circuit, when one pair of heating resistors that switch the temperature using two switches is used as one of the four resistors of the Wheatstone bridge circuit, that is, they are arranged in parallel. When the two heating resistors are switched by two switches, the hydrogen concentration is calculated from the voltages at the low and high temperatures of the heating resistors controlled at two temperatures.

しかし、その温度を切り換える際に、スイッチの一方をオンにすると同時に、もう一方をオフにすると、瞬間的に両スイッチがオフの状態となることがあり、その場合には、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になる。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスへの着火の危険性があり、安全に安定的にガスを検出することが難しいという問題があった。   However, when switching the temperature, if one of the switches is turned on and the other is turned off at the same time, both switches may be turned off momentarily. In this case, the resistance of the Wheatstone bridge circuit Becomes infinite. As a result, the temperature of the heating resistor rises excessively, and the thermal shock causes damage to the device, and there is a risk of ignition of the combustible gas, making it difficult to detect gas safely and stably. There was a problem.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ホイートストンブリッジ回路を利用して制御対象の温度制御を行う場合に、過度の昇温を防止できる温度制御装置、及びその温度制御装置を用いたガス検出装置、並びに温度制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the purpose thereof is a temperature control device capable of preventing excessive temperature rise when performing temperature control of a controlled object using a Wheatstone bridge circuit, Another object of the present invention is to provide a gas detection device using the temperature control device and a temperature control method.

(1)本発明では、第1態様として、第1固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第1接続点を介して直列に接続された第1辺と、第2固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第2接続点を介して直列に接続された第2辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第1接続点の電位と前記第2接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、を有し、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、前記切替抵抗体として、第1抵抗値を有する第1切替抵抗体と第2抵抗値を有する第2切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第1切替抵抗体の接続をオン・オフする第1スイッチと、前記第2切替抵抗体の接続をオン・オフする第2スイッチとを備え、前記第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする。   (1) In the present invention, as a first aspect, a first side in which a first variable resistor and a switching resistor variable in resistance value to a different fixed value are connected in series via a first connection point; A Wheatstone bridge circuit in which a second side in which a fixed resistor and a heating resistor whose resistance value changes due to heat generation are connected in series via a second connection point; and the first connection point And a differential amplifier circuit to which a potential difference between the potential of the second connection point and the potential of the second connection point is supplied, and outputs the differential amplifier circuit to the Wheatstone bridge circuit so that the potential difference becomes zero And a temperature control device that controls the Wheatstone bridge circuit so as to satisfy an equilibrium condition and switches the resistance value of the switching resistor to a predetermined set temperature by switching the resistance value of the switching resistor. And said The resistor has a configuration in which a first switching resistor having a first resistance value and a second switching resistor having a second resistance value are connected in parallel, and the connection of the first switching resistor is turned on / off. And a second switch for turning on / off the connection of the second switching resistor, and when the first switch is turned off and the second switch is turned on to switch both switches, or When switching between both switches by turning on one switch and turning off the second switch, a predetermined period during which both switches are on is set.

本発明では、ホイートストンブリッジ回路の一部に設けられた切替抵抗体として、第1抵抗値を有する第1切替抵抗体と第2抵抗値を有する第2切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、第1切替抵抗体の接続をオン・オフする第1スイッチと、第2切替抵抗体の接続をオン・オフする第2スイッチとを備えている。そして、第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を設定している。   In the present invention, the switching resistor provided in a part of the Wheatstone bridge circuit has a configuration in which a first switching resistor having a first resistance value and a second switching resistor having a second resistance value are connected in parallel. And a first switch for turning on / off the connection of the first switching resistor and a second switch for turning on / off the connection of the second switching resistor. When the first switch is turned off and the second switch is turned on to switch both switches, or when the first switch is turned on and the second switch is turned off to switch both switches, both switches are turned on. A predetermined period is set.

従って、従来の様に、両スイッチのオン・オフを切り替える際に、瞬間的に両スイッチがオフとなることがなく、よって、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。   Therefore, unlike the prior art, when both switches are switched on and off, both switches are not instantaneously turned off, and thus the resistance of the Wheatstone bridge circuit does not become infinite.

その結果、発熱抵抗体が過度に昇温して装置が破損することはないという効果を奏する。また、この温度制御装置を例えば可燃性ガスの検出に用いる場合は、発熱抵抗体が過度に昇温することが無いので、可燃性ガスへの着火の危険性が無いという顕著な効果を奏する。   As a result, there is an effect that the heating resistor is not excessively heated and the device is not damaged. Further, when this temperature control device is used, for example, for detection of combustible gas, the heating resistor does not excessively increase temperature, so that there is a remarkable effect that there is no risk of ignition of the combustible gas.

(2)本発明では、第2態様として、前記請求項1に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、を備えたことを特徴とする。   (2) In the present invention, as a second aspect, in the gas detector that includes the temperature control device according to the first aspect and detects the concentration of the combustible gas in the atmosphere to be detected, the first switch and the first switch 2 switch is driven, and control is performed to switch the energization state of the heating resistor at regular intervals so that the heating resistor has respective resistance values respectively corresponding to two preset temperatures. Energization control means, a resistance temperature detector whose resistance value changes due to a change in environmental temperature, which is the temperature in the atmosphere to be detected, and the heating resistor detected when the heating resistor is energized from the conduction control means Gas concentration calculating means for calculating the concentration of the combustible gas in the detected atmosphere, using the both-end voltage and an environmental temperature based on a voltage difference caused by a change in the resistance value of the resistance temperature detector, With this The features.

第2態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段が、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧と、測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差(温度電圧)に基づく環境温度とを用いて、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算することができる。   In the combustible gas detection device of the second aspect, the gas concentration calculating means changes the voltage across the heating resistor detected when the heating resistor is energized to the heating resistor and the resistance value of the resistance temperature detector. The concentration of the combustible gas in the atmosphere to be detected can be calculated using the environmental temperature based on the voltage difference (temperature voltage) generated by the above.

なお、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧としては、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度のうちの一方に制御されている際に検出してもよく、また、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度に制御されている際のそれぞれ(それぞれの設定温度)において検出してもよい。   Note that the voltage across the heating resistor detected when the heating resistor is energized from the energization control means is detected when the heating resistor is controlled to one of two preset temperatures. Alternatively, detection may be performed at each (each set temperature) when the heating resistor is controlled to two preset temperatures.

特に、この可燃性ガス検出装置では、上述した温度制御装置を用いるので、ホイートストンブリッジ回路に配置された両スイッチのオン・オフを切り替える際に、両スイッチが瞬間的に同時にオフすることはない。よって、両スイッチの切り替えの際に、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスに着火することが無いという顕著な効果を奏する。   In particular, in this combustible gas detection device, since the temperature control device described above is used, both switches are not instantaneously turned off at the same time when both switches arranged in the Wheatstone bridge circuit are turned on / off. Therefore, the resistance of the Wheatstone bridge circuit does not become infinite when switching both switches. As a result, there is a remarkable effect that the heating resistor is excessively heated, and the thermal shock does not cause damage to the device or ignite the combustible gas.

(3)本発明では、第3態様として、前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第1設定温度、低温側を第2設定温度に予め設定されており、前記ガス濃度演算手段は、前記第1設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第2設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする。   (3) In the present invention, as the third mode, the two set temperatures are preset such that the high temperature side of the set temperature is the first set temperature and the low temperature side is the second set temperature, and the gas concentration calculation And means for setting a voltage at both ends of the heating resistor detected at the first set temperature as a high temperature voltage and a voltage at both ends of the heating resistor detected at the second set temperature as a low temperature voltage. The humidity in the detected atmosphere is calculated based on the ratio of the low temperature voltage to the low temperature voltage, and the concentration of the combustible gas is corrected using the humidity.

第3態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段は、第1設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、第2設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、これら高温時電圧と低温時電圧との比に基づいて、被検出雰囲気内の湿度を算出し、その湿度を用いて可燃性ガスの濃度を補正することができる。   In the combustible gas detection device of the third aspect, the gas concentration calculation means uses the voltage at both ends of the heating resistor detected at the first set temperature as the voltage at the high temperature and the voltage across the heating resistor detected at the second set temperature. Is a low temperature voltage, the humidity in the detected atmosphere can be calculated based on the ratio between the high temperature voltage and the low temperature voltage, and the concentration of the combustible gas can be corrected using the humidity.

つまり、高温時電圧と低温時電圧との比における高分解能を確保することができるため、被検出雰囲気内の湿度を精度よく算出することができ、これを用いて可燃性ガスの濃度を補正する結果、可燃性ガスの濃度を精度よく検出することができる。   In other words, since it is possible to ensure high resolution in the ratio between the high temperature voltage and the low temperature voltage, the humidity in the detected atmosphere can be accurately calculated, and this is used to correct the concentration of the combustible gas. As a result, the concentration of combustible gas can be detected with high accuracy.

(4)本発明では、第4態様として、第1固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第1接続点を介して直列に接続された第1辺と、第2固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第2接続点を介して直列に接続された第2辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第1接続点の電位と前記第2接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、前記切替抵抗体として、第1抵抗値を有する第1切替抵抗体と第2抵抗値を有する第2切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第1切替抵抗体の接続をオン・オフする第1スイッチと、前記第2切替抵抗体の接続をオン・オフする第2スイッチと、を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記第1スイッチ及び第2スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする。   (4) In the present invention, as a fourth aspect, the first side in which the first fixed resistor and the switching resistor variable in resistance value to different fixed values are connected in series via the first connection point; A Wheatstone bridge circuit in which a second side in which a fixed resistor and a heating resistor whose resistance value changes due to heat generation are connected in series via a second connection point; and the first connection point A differential amplifier circuit to which a potential difference between the potential of the second connection point and the potential of the second connection point is supplied; and a first switching resistor having a first resistance value and a second switching value having a second resistance value as the switching resistor. A first switch for turning on / off the connection of the first switching resistor, and a second switch for turning on / off the connection of the second switching resistor. Using the temperature control device provided, the temperature of the heating resistor is set to a predetermined value A temperature control method for switching control at a time so that the potential difference becomes zero so that the output of the differential amplifier circuit is applied to the Wheatstone bridge circuit so that the Wheatstone bridge circuit satisfies the equilibrium condition. The first switch and the second switch are driven to switch the resistance values of the two switching resistors to switch the temperature of the heating resistor to a predetermined set temperature. When switching both switches by turning off the second switch and turning on the second switch, or when switching both switches by turning on the first switch and turning off the second switch, a predetermined period during which both the switches are turned on It controls to have.

本発明の第4態様では、第1、第2スイッチを駆動して両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御するので、上述した第1態様と同様な作用効果を奏する。   In the fourth aspect of the present invention, when the first and second switches are driven to switch the resistance values of both switching resistors and the temperature of the heating resistor is switched to a predetermined set temperature, the first switch is turned on. When switching both switches by turning off and turning on the second switch, or when switching both switches by turning on the first switch and turning off the second switch, it has a predetermined period during which both switches are turned on. Therefore, the same effects as the first aspect described above are achieved.

可燃性ガス検出装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of a combustible gas detection apparatus. 可燃性ガス検出装置の主要部となるガス検出素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the gas detection element used as the principal part of a combustible gas detection apparatus. ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the gas concentration calculation process. (a)は切替スイッチ部等の構成を示す説明図、(b)は接点の切り替え状態を示すタイミングチャート、(c)は発熱抵抗体の温度の変化を示すタイミングチャートである。(A) is explanatory drawing which shows structures, such as a change switch part, (b) is a timing chart which shows the switching state of a contact, (c) is a timing chart which shows the change of the temperature of a heating resistor. 両切替スイッチの制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of both changeover switches. スイッチング制御と発熱抵抗体の温度と端子間電圧体との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between switching control, the temperature of a heating resistor, and the voltage body between terminals.

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
ここでは、温度制御装置を備えたガス検出装置として、水素ガス等の可燃性ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置を例に挙げて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Here, a combustible gas detection device that detects the concentration of a combustible gas such as hydrogen gas will be described as an example of a gas detection device including a temperature control device.

a)まず、本実施形態の可燃性ガス検出装置の構成について説明する。
なお、図1は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置1の全体構成図である。図2は、可燃性ガス検出装置1の主要部となるガス検出素子3の構成を示す説明図であり、(a)が平面図(但し、内部構成も一部示す)、(b)が(a)におけるA−A断面図である。
a) First, the configuration of the combustible gas detection device of this embodiment will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a combustible gas detection device 1 to which the present invention is applied. 2A and 2B are explanatory views showing the configuration of the gas detection element 3 which is a main part of the combustible gas detection device 1. FIG. 2A is a plan view (however, the internal configuration is also partially shown), and FIG. It is AA sectional drawing in a).

[全体構成]
可燃性ガス検出装置1は、熱伝導式のガス検出素子3を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の車内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
[overall structure]
The combustible gas detection device 1 detects the concentration of combustible gas using a heat-conducting gas detection element 3. For example, the combustible gas detection device 1 is installed in a fuel cell vehicle and detects hydrogen leakage. Used for etc.

図1に示すように、可燃性ガス検出装置1は、ガス検出素子3(図2参照)を駆動制御する制御回路5と、制御回路5の動作を制御する切替信号CG1を生成するとともに、制御回路5から得られる検出信号V1,VTに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理(ガス濃度演算処理)を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)7と、直流電源Vccから可燃性ガス検出装置1への電源供給経路を導通,遮断することで制御回路5,マイコン7を起動,停止する起動スイッチ9とを備えている。   As shown in FIG. 1, the combustible gas detection device 1 generates a control circuit 5 that drives and controls the gas detection element 3 (see FIG. 2), and a switching signal CG1 that controls the operation of the control circuit 5. Based on the detection signals V1 and VT obtained from the circuit 5, a microcomputer that executes various processes including at least a process (gas concentration calculation process) for calculating the gas concentration of the combustible gas contained in the gas to be detected (hereinafter referred to as “a microcomputer”). 7) and a start switch 9 for starting and stopping the control circuit 5 and the microcomputer 7 by turning on and off the power supply path from the DC power supply Vcc to the combustible gas detection device 1.

なお、制御回路5(但し、後述する発熱抵抗体34および測温抵抗体35を除く),マイコン7,起動スイッチ9は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子3は構成されている。   The control circuit 5 (except for a heating resistor 34 and a temperature measuring resistor 35, which will be described later), the microcomputer 7 and the start switch 9 are configured on a single circuit board, and a gas separate from this circuit board. The detection element 3 is configured.

[ガス検出素子]
次に、ガス検出素子3について説明する。
図2に示すように、ガス検出素子3は、平板形状の基部30を備え、基部30の一方の面(以下「表面」という)には、複数の電極31が形成され、他方の面(以下「裏面」という)には、基部30の中心付近に、基部30の一方の方向に沿って一つの凹部301が形成されている。
[Gas detection element]
Next, the gas detection element 3 will be described.
As shown in FIG. 2, the gas detection element 3 includes a flat base portion 30, and a plurality of electrodes 31 are formed on one surface (hereinafter referred to as “surface”) of the base portion 30, and the other surface (hereinafter referred to as “surface”). In the vicinity of the center of the base 30, a single recess 301 is formed along one direction of the base 30.

なお、ガス検出素子3は、縦横ともに数mm(例えば3mm×3mm)程度の大きさであり、例えば、シリコン製の基板を用いたマイクロマシニング技術(マイクロマシニング加工)により製造される。   The gas detection element 3 has a size of about several mm (for example, 3 mm × 3 mm) in both vertical and horizontal directions, and is manufactured by, for example, a micromachining technique (micromachining process) using a silicon substrate.

電極31は、基部30の一方の辺(図2(a)中では下方の辺)に沿って配置された二つの電極311,312(以下「第1電極群」ともいう)と、他方の辺(図2(a)中では上方の辺)に沿って配置された二つの電極314,315(以下「第2電極群」ともいう)とからなる。これらのうち、電極312,315を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極31を構成する材料としては、例えば、アルミニウム(Al)又は金(Au)が用いられる。   The electrode 31 includes two electrodes 311 and 312 (hereinafter also referred to as “first electrode group”) arranged along one side of the base 30 (the lower side in FIG. 2A) and the other side. It consists of two electrodes 314 and 315 (hereinafter also referred to as “second electrode group”) arranged along the upper side in FIG. Among these, the electrodes 312 and 315 are also referred to as ground electrodes below. Moreover, as a material which comprises the electrode 31, aluminum (Al) or gold | metal | money (Au) is used, for example.

基部30は、シリコン製の基板32と、基板32の一方の面に形成された絶縁層33とからなり、絶縁層33が部分的(ここではほぼ正方形)に露出するように基板32の一部を除去することで凹部301が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部30では、絶縁層33側(基板32が除去されていない方)が基部30の表面となり、基板32側(基板32の一部が除去されている方を含む)が基部30の裏面となる。   The base 30 includes a silicon substrate 32 and an insulating layer 33 formed on one surface of the substrate 32, and a part of the substrate 32 so that the insulating layer 33 is partially exposed (here, approximately square). The diaphragm structure in which the recessed part 301 was formed is comprised by removing. That is, in the base portion 30, the insulating layer 33 side (the side where the substrate 32 is not removed) is the surface of the base portion 30, and the substrate 32 side (including the side where a part of the substrate 32 is removed) is the back surface of the base portion 30. It becomes.

絶縁層33には、凹部301により基部30の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体34が埋設されているとともに、第2電極群314,315が形成された側の基部30の長辺に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体35が埋設されている。   In the insulating layer 33, a linear heating resistor 34 wired in a spiral shape is embedded in a portion exposed on the back surface of the base 30 by the recess 301, and the side on which the second electrode groups 314 and 315 are formed. A resistance temperature detector 35 used for temperature measurement is embedded along the long side of the base 30.

なお、絶縁層33は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層33を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素(SiO2)や窒化珪素(Si34)が用いられる。 Note that the insulating layer 33 may be formed of a single material, or may be formed of a plurality of layers using different materials. Further, as the insulating material constituting the insulating layer 33, for example, silicon oxide (SiO 2) or silicon nitride (Si 3 N 4) is used.

発熱抵抗体34は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料からなり、また、測温抵抗体35は、電気抵抗が温度に比例して変化(本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大)する導電性材料からなる。但し、発熱抵抗体34および測温抵抗体35は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金(Pt)で形成されている。   The heating resistor 34 is made of a conductive material having a large temperature resistance coefficient whose resistance value changes with its own temperature change, and the temperature measuring resistor 35 has an electrical resistance that changes in proportion to the temperature (in this embodiment, And a conductive material whose resistance value increases with increasing temperature). However, the heating resistor 34 and the temperature measuring resistor 35 are both made of the same resistance material, platinum (Pt) in this embodiment.

そして、発熱抵抗体34は、発熱抵抗体34が形成された平面と同じ平面に埋設された配線36、および配線膜37を介して第1電極群311,312に接続され、測温抵抗体35は、測温抵抗体35が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜(図示せず)を介して第2電極群314,315に接続されている。   The heating resistor 34 is connected to the first electrode group 311, 312 via a wiring 36 and a wiring film 37 embedded in the same plane as the heating resistor 34 is formed, and the resistance thermometer 35. Are connected to the second electrode groups 314 and 315 via a wiring film (not shown) embedded in the same plane as that on which the resistance temperature detector 35 is formed.

なお、配線36や配線膜37を構成する材料としては、発熱抵抗体34および測温抵抗体35と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部30の表面に形成される電極31と基部30(絶縁層33)の内部に形成される配線膜37とはコンタクトホール(接続導体)によって接続される。   In addition, as a material constituting the wiring 36 and the wiring film 37, the same resistance material as that of the heating resistor 34 and the temperature measuring resistor 35 is used. Further, the electrode 31 formed on the surface of the base 30 and the wiring film 37 formed inside the base 30 (insulating layer 33) are connected by a contact hole (connection conductor).

つまり、発熱抵抗体34は、一端が電極311、他端がグランド電極312と導通し、測温抵抗体35は、一端が電極314、他端がグランド電極315と導通するように接続されている。   That is, one end of the heating resistor 34 is connected to the electrode 311 and the other end is connected to the ground electrode 312, and the resistance temperature detector 35 is connected so that one end is connected to the electrode 314 and the other end is connected to the ground electrode 315. .

このように構成されたガス検出素子3は、凹部301が形成された裏面を被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
[制御回路]
次に、制御回路5の構成について説明する。
The gas detection element 3 configured as described above is used in a state where the back surface on which the concave portion 301 is formed is disposed so as to be exposed to the atmosphere to be detected.
[Control circuit]
Next, the configuration of the control circuit 5 will be described.

前記図1に示すように、制御回路5は、発熱抵抗体34への通電制御を行い、発熱抵抗体34の両端電圧に対応する検出信号V1を出力する通電制御回路50と、測温抵抗体35への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号VTを出力する温度調整回路80とを備えている。   As shown in FIG. 1, the control circuit 5 controls the energization of the heating resistor 34 and outputs a detection signal V1 corresponding to the voltage across the heating resistor 34, and the resistance temperature detector. And a temperature adjusting circuit 80 that outputs a temperature detection signal VT indicating the temperature of the atmosphere to be detected.

[通電制御回路]
通電制御回路50は、発熱抵抗体34を含んで構成されたブリッジ回路(ホイーストンブリッジ回路)51と、ブリッジ回路51で検出される電位差を増幅する増幅回路53と、増幅回路53の出力に従って、ブリッジ回路51に流れる電流を増減調整する電流調整回路55を備えている。
[Energization control circuit]
The energization control circuit 50 includes a bridge circuit (Wheatstone bridge circuit) 51 including the heating resistor 34, an amplification circuit 53 that amplifies the potential difference detected by the bridge circuit 51, and an output of the amplification circuit 53. A current adjustment circuit 55 that adjusts the current flowing through the bridge circuit 51 to increase or decrease is provided.

電流調整回路55は、ブリッジ回路51に直流電源Vccを供給する前記電源ラインに接続され、増幅回路53の出力である調整信号Cに従って通電状態(オン抵抗)が変化するトランジスタからなる。具体的には、調整信号Cが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路51に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路51に流れる電流が増大するように構成されている。   The current adjustment circuit 55 is connected to the power supply line that supplies the DC power supply Vcc to the bridge circuit 51, and includes a transistor whose energization state (ON resistance) changes according to the adjustment signal C that is the output of the amplification circuit 53. Specifically, as the adjustment signal C is larger, the on-resistance is increased and the current flowing through the bridge circuit 51 is decreased. Conversely, as the adjustment signal is smaller, the on-resistance is decreased and flows through the bridge circuit 51. The current is configured to increase.

増幅回路53は、演算増幅器531と、演算増幅器531の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗532,533と、演算増幅器531の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗534,およびコンデンサ535とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。   The amplifier circuit 53 is connected in parallel between the operational amplifier 531, fixed resistors 532 and 533 connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 531, and the inverting input terminal and output terminal of the operational amplifier 531. It comprises a known differential amplifier circuit constituted by a fixed resistor 534 and a capacitor 535 connected to each other.

つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路53の出力である調整信号Cが大きくなり(ひいては、ブリッジ回路51に流れる電流が減少し)、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Cが小さくなる(ひいては、ブリッジ回路51に流れる電流が増大する)ように構成されている。   That is, when the input voltage of the non-inverting input terminal is larger than the input voltage of the inverting input terminal, the adjustment signal C that is the output of the amplifier circuit 53 increases (and the current flowing through the bridge circuit 51 decreases), and conversely. When the input voltage at the non-inverting input terminal is smaller than the input voltage at the inverting input terminal, the adjustment signal C is reduced (and the current flowing through the bridge circuit 51 is increased).

ブリッジ回路51は、発熱抵抗体34および2個の固定抵抗511,512、抵抗値を切替可能な可変抵抗部52からなり、固定抵抗511と発熱抵抗体34、固定抵抗512と可変抵抗部52をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体34および可変抵抗部52側の各端部PGを接地し、固定抵抗511,512側の各端部を電源側(電流調整回路55)に接続することで構成されている。   The bridge circuit 51 includes a heating resistor 34, two fixed resistors 511 and 512, and a variable resistor 52 that can switch a resistance value. The fixed resistor 511 and the heating resistor 34, the fixed resistor 512, and the variable resistor 52 are connected to each other. Each of the series circuits is connected in series, and in each series circuit, each end PG on the side of the heating resistor 34 and the variable resistor 52 is grounded, and each end on the side of the fixed resistors 511 and 512 is connected to the power supply side (current adjustment circuit 55). It is configured by connecting.

そして、固定抵抗511と発熱抵抗体34との接続点P+は、固定抵抗532を介して演算増幅器531の非反転入力端子に接続され、固定抵抗512と可変抵抗部52との接続点P−は、固定抵抗533を介して演算増幅器531の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点P+の電位を、検出信号V1としてマイコン7に供給するように構成されている。   The connection point P + between the fixed resistor 511 and the heating resistor 34 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 531 through the fixed resistor 532, and the connection point P− between the fixed resistor 512 and the variable resistor unit 52 is Are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 531 through the fixed resistor 533. Further, the potential at the connection point P + is supplied to the microcomputer 7 as the detection signal V1.

また、可変抵抗部52は、抵抗値の異なる2個の固定抵抗(第1固定抵抗521,第2固定抵抗522)と、マイコン7からの切替信号CG1に従って、第1,第2固定抵抗521,522のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ部520(即ち第1切替スイッチ523,第2切替スイッチ524の一対の切替スイッチ)とからなり、両切替スイッチ523,524により可変抵抗部52の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路51のバランス(平衡状態)を変化させることができるように構成されている。   The variable resistance unit 52 includes two fixed resistors (first fixed resistor 521 and second fixed resistor 522) having different resistance values and the first and second fixed resistors 521 and 521 according to the switching signal CG1 from the microcomputer 7. The switch 520 (that is, a pair of switches of the first switch 523 and the second switch 524) that effectively operates one of the switches 522, and the resistance of the variable resistor unit 52 by both the switches 523 and 524 By switching the value, the balance (equilibrium state) of the bridge circuit 51 can be changed.

詳しくは、第1固定抵抗521のオン・オフを切り換えるのが、第1切替スイッチ523であり、第2固定抵抗522のオン・オフを切り換えるのが、第2切替スイッチ524である。   Specifically, the first changeover switch 523 switches on / off of the first fixed resistor 521, and the second changeover switch 524 switches on / off of the second fixed resistor 522.

なお、第1固定抵抗521は、発熱抵抗体34が第1設定温度CH(例えば、400℃)となる抵抗値を有し、第2固定抵抗522は、発熱抵抗体34が第1設定温度CHより低く設定された第2設定温度CL(例えば、300℃)となる抵抗値を有する。従って、第1切替スイッチ523が発熱抵抗体34を高温側に切り替える接点Hであり、第2切替スイッチ524が発熱抵抗体34を低温側に切り替える接点Lである(図4参照)。   The first fixed resistor 521 has a resistance value at which the heating resistor 34 becomes the first set temperature CH (for example, 400 ° C.), and the second fixed resistor 522 has the resistance value at which the heating resistor 34 has the first set temperature CH. It has a resistance value that becomes a second set temperature CL (for example, 300 ° C.) set lower. Therefore, the first changeover switch 523 is a contact H for switching the heating resistor 34 to the high temperature side, and the second changeover switch 524 is a contact L for switching the heating resistor 34 to the low temperature side (see FIG. 4).

このように構成された通電制御回路50では、直流電源Vccからブリッジ回路51への通電を開始すると、増幅回路53および電流調整回路55は、接続点P+,P−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路51に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体34の抵抗値(ひいては温度)が、可変抵抗部52によって決まる一定値(ひいては第1設定温度CHまたは第2設定温度CL)に制御される。   In the energization control circuit 50 configured as described above, when energization from the DC power source Vcc to the bridge circuit 51 is started, the potential difference generated between the connection points P + and P− in the amplifier circuit 53 and the current adjustment circuit 55 becomes zero. Thus, the current flowing through the bridge circuit 51 is adjusted. As a result, the resistance value (and hence the temperature) of the heating resistor 34 is controlled to a constant value (and thus the first set temperature CH or the second set temperature CL) determined by the variable resistance unit 52.

具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量(濃度)が変化し、発熱抵抗体34が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体34の温度が低下することによって、発熱抵抗体34の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体34の温度が上昇することによって、発熱抵抗体34の抵抗値が増大する。   Specifically, when the content (concentration) of the combustible gas in the atmosphere to be detected changes and the amount of heat taken away by the combustible gas becomes larger than the amount of heat generated by the heating resistor 34, the heating resistance As the temperature of the body 34 decreases, the resistance value of the heating resistor 34 decreases. Conversely, when the amount of heat taken away by the combustible gas is smaller than the amount of heat generated by the heating resistor, the temperature of the heating resistor 34 rises, and the resistance value of the heating resistor 34 increases.

これに対して、増幅回路53および電流調整回路55は、発熱抵抗体34の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路51に流れる電流、ひいては発熱抵抗体34が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体34の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路51に流れる電流、ひいては発熱抵抗体34が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体34の抵抗値(ひいては温度)を一定の大きさに保つ。   On the other hand, when the resistance value of the heat generating resistor 34 decreases, the amplifier circuit 53 and the current adjusting circuit 55 increase the current flowing through the bridge circuit 51 and thus the amount of heat generated by the heat generating resistor 34. When the resistance value of the resistor 34 increases, the current flowing through the bridge circuit 51, and hence the amount of heat generated by the heating resistor 34, is reduced, so that the resistance value (and thus the temperature) of the heating resistor 34 is kept constant. .

つまり、接続点P+の電位を表す検出信号V1からは、発熱抵抗体34に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体34の温度(抵抗値)を一定に保つために必要な熱量(さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量)がわかり、その熱量は可燃性ガスのガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号V1から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、可燃性ガスのガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Hを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。   In other words, from the detection signal V1 representing the potential at the connection point P +, the magnitude of the current flowing through the heating resistor 34, that is, the amount of heat necessary for keeping the temperature (resistance value) of the heating resistor 34 constant (and further, , The amount of heat taken away by the combustible gas), and the amount of heat becomes a magnitude corresponding to the gas concentration of the combustible gas, so that the gas concentration of the combustible gas can be determined from the detection signal V1. In detail, when calculating the gas concentration of the combustible gas, the correction is performed by using the humidity H in the detected atmosphere, which will be described in “gas concentration calculation process” described later.

[温度測定回路]
次に、温度調整回路80は、測温抵抗体35を含んで構成されたブリッジ回路(ホイーストンブリッジ)81と、ブリッジ回路81から得られる電位差を増幅する増幅回路83とを備えている。
[Temperature measurement circuit]
Next, the temperature adjustment circuit 80 includes a bridge circuit (Wheatstone bridge) 81 including the resistance temperature detector 35 and an amplification circuit 83 that amplifies the potential difference obtained from the bridge circuit 81.

増幅回路83は、演算増幅器831と、演算増幅器831の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗832,833と、演算増幅器831の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗834,コンデンサ835によって構成された周知の差動増幅回路からなる。   The amplifier circuit 83 is connected in parallel between the operational amplifier 831, fixed resistors 832 and 833 connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 831, and the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 831. It consists of a known differential amplifier circuit constituted by a fixed resistor 834 and a capacitor 835 connected to each other.

ブリッジ回路81は、測温抵抗体35および3個の固定抵抗811,812,813からなり、固定抵抗811と測温抵抗体35、固定抵抗812と固定抵抗813をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体35および固定抵抗813側の各端部を接地し、固定抵抗811,812側の各端部を直流電源Vccに接続することで構成されている。   The bridge circuit 81 includes a resistance temperature detector 35 and three fixed resistors 811, 812, and 813. The fixed resistor 811 and the resistance temperature detector 35, and the fixed resistor 812 and the fixed resistor 813 are connected in series. Among them, each end on the temperature measuring resistor 35 and the fixed resistor 813 side is grounded, and each end on the fixed resistors 811 and 812 side is connected to the DC power source Vcc.

そして、固定抵抗811と測温抵抗体35との接続点P−が固定抵抗833を介して演算増幅器831の反転入力端子に接続され、固定抵抗812と固定抵抗813との接続点P+が固定抵抗832を介して演算増幅器831の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器831の出力を温度検出信号VTとしてマイコンに供給するように構成されている。   The connection point P− between the fixed resistor 811 and the resistance temperature detector 35 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 831 via the fixed resistor 833, and the connection point P + between the fixed resistor 812 and the fixed resistor 813 is connected to the fixed resistor. It is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 831 through 832. The output of the operational amplifier 831 is supplied to the microcomputer as a temperature detection signal VT.

測温抵抗体35は、ガス検出素子3が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号VTが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体35の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号VTとして出力される。
The resistance temperature detector 35 is set so that the temperature detection signal VT becomes a reference value when the temperature of the detected atmosphere to which the gas detection element 3 is exposed is a preset reference temperature.
Then, as the temperature of the atmosphere to be detected changes, the resistance value of the resistance temperature detector 35 changes to generate a potential difference, and an amplified version of this potential difference is output as the temperature detection signal VT.

なお、ガス検出素子3と制御回路5との接続において、ガス検出素子3の各電極31(311,312,314,315)は、電極311が通電制御回路50の接続点P+に、電極314が温度調整回路80の接続点P−に、グランド電極312,315が制御回路5に共通のグランドラインに接続される。   In connection between the gas detection element 3 and the control circuit 5, the electrode 31 (311, 312, 314, 315) of the gas detection element 3 is connected to the connection point P + of the energization control circuit 50 and the electrode 314 is connected to the electrode 311. The ground electrodes 312 and 315 are connected to a common ground line for the control circuit 5 at a connection point P− of the temperature adjustment circuit 80.

[マイコン]
マイコン7は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置(ROM,RAM等)、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するCPU、各種信号を入出力するためのIOポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
[Microcomputer]
The microcomputer 7 is a storage device (ROM, RAM, etc.) that stores various programs and data for executing gas concentration calculation processing, a CPU that executes programs stored in the storage device, and inputs and outputs various signals. For example, a well-known device including an IO port, a timer for timekeeping, and the like.

ここで、第1設定温度CH(400℃)の時に検出される検出信号V1の信号レベルを高温時電圧(高温側ヒータ電圧)VH1、第2設定温度CL(300℃)時に検出される検出信号V1の信号レベルを低温時電圧(低温側ヒータ電圧)VL1、温度調整回路80から読み込んだ温度検出信号VTの信号レベルを温度電圧VTというものとする。   Here, the signal level of the detection signal V1 detected at the first set temperature CH (400 ° C.) is the high temperature voltage (high temperature side heater voltage) VH1, and the detection signal detected at the second set temperature CL (300 ° C.). The signal level of V1 is referred to as a low temperature voltage (low temperature heater voltage) VL1, and the signal level of the temperature detection signal VT read from the temperature adjustment circuit 80 is referred to as a temperature voltage VT.

そして、記憶装置には、被検出雰囲気内の環境温度Tと温度電圧VTとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Hと高温時電圧VH1,低温時電圧VL1,温度電圧VTとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧VH1または低温時電圧VL1(本実施形態では高温時電圧VH1を使用)と可燃性ガスのガス濃度Xとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。なお、各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等からなり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。   In the storage device, temperature conversion data representing the correlation between the environmental temperature T and the temperature voltage VT in the detected atmosphere, the humidity H and the high temperature voltage VH1, the low temperature voltage VL1, and the temperature voltage VT in the detected atmosphere. Conversion data representing the correlation between the high-temperature voltage VH1 or the low-temperature voltage VL1 (in this embodiment, the high-temperature voltage VH1 is used) and the gas concentration X of the combustible gas. It is remembered. Each conversion data specifically includes conversion map data, a conversion calculation formula, and the like, and is created in advance based on data obtained through experiments or the like.

なお、湿度換算データには、環境温度T(ひいては温度電圧VT)と後述する電圧比VC(0)との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔVCと湿度Hとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧VTと後述する高温時電圧VH1(0)との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧VH1および湿度Hと後述する高温時電圧変化ΔVH1(H)との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧VTおよび高温時電圧VH1と後述するガス感度G(VT)との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。   The humidity conversion data includes voltage ratio conversion map data representing a correlation between the environmental temperature T (and thus the temperature voltage VT) and a voltage ratio VC (0) described later, and a voltage ratio difference ΔVC and humidity H described below. Humidity conversion map data representing the correlation is included. Further, the concentration conversion data includes high temperature voltage conversion map data representing a correlation between the temperature voltage VT and a high temperature voltage VH1 (0) described later, a high temperature voltage VH1 and a humidity H, and a high temperature voltage change ΔVH1 described below. (H) includes humidity voltage change conversion map data, temperature voltage VT and high temperature voltage VH1, and gas sensitivity conversion map data indicating a correlation between gas sensitivity G (VT) described later. Yes.

b)次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置1における動作について説明する。
[ガス濃度演算処理]
ここでは、マイコン7のCPUが実行するガス濃度演算処理を、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
b) Next, the operation in the combustible gas detection device 1 of the present embodiment will be described.
[Gas concentration calculation processing]
Here, the gas concentration calculation processing executed by the CPU of the microcomputer 7 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

前記マイコン7は、起動スイッチ9がオンされることによって直流電源Vccから給電が開始されると起動して、マイコン7の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。また、第1切替スイッチ523及び第2切替スイッチ524をオンし、発熱抵抗体34への通電を開始するとともに、測温抵抗体35への通電も開始する。   The microcomputer 7 is activated when power supply from the DC power source Vcc is started by turning on the activation switch 9, and after initializing each part of the microcomputer 7, the gas concentration calculation process is started. In addition, the first changeover switch 523 and the second changeover switch 524 are turned on to start energization of the heating resistor 34 and energization of the resistance temperature detector 35.

なお、ガス濃度Xを求める演算では、低温時電圧VL1または高温時電圧VH1のいずれか或いは両方から濃度換算データを用いてガス濃度Xを求め(本実施形態では高温時電圧VH1からガス濃度Xを求めている)、さらには、温度電圧VTから温度換算データを用いて環境温度Tを求め、演算結果であるガス濃度Xを、同じく演算結果である環境温度Tだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Tに加えて湿度Hを用いてガス濃度Xを求めるものとする。   In the calculation for obtaining the gas concentration X, the gas concentration X is obtained using the concentration conversion data from either or both of the low temperature voltage VL1 and the high temperature voltage VH1 (in this embodiment, the gas concentration X is obtained from the high temperature voltage VH1. Furthermore, there is a method in which the environmental temperature T is obtained from the temperature voltage VT using the temperature conversion data, and the gas concentration X as the calculation result is corrected using only the environmental temperature T as the calculation result. However, here, the gas concentration X is obtained using the humidity H in addition to the environmental temperature T.

本処理(ガス濃度演算処理)が実行されると、まず、S110では、通電制御回路50から低温時電圧VL1,高温時電圧VH1を取得するとともに、温度調整回路80から温度電圧VTを取得する。   When this process (gas concentration calculation process) is executed, first, in S110, the low temperature voltage VL1 and the high temperature voltage VH1 are acquired from the energization control circuit 50, and the temperature voltage VT is acquired from the temperature adjustment circuit 80.

ここで、低温時電圧VL1,高温時電圧VH1を取得する処理について、図4に基づいて詳しく説明する。
ここでは、切替信号CG1によりブリッジ回路51の抵抗値、即ち、発熱抵抗体34の設定温度を、一定の周期時間TW(例えば、200msec)の間(以下「低温測定期間」という)、第2設定温度CLに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間TW(例えば、200msec)の間(以下「高温測定期間」という)、第1設定温度CHに保持する制御を行う。
Here, the process of obtaining the low temperature voltage VL1 and the high temperature voltage VH1 will be described in detail with reference to FIG.
Here, the resistance value of the bridge circuit 51, that is, the set temperature of the heating resistor 34 is set to the second setting for a certain period of time TW (for example, 200 msec) (hereinafter referred to as “low temperature measurement period”) by the switching signal CG1. After the temperature CL is maintained, the setting is switched, and control is performed to maintain the first set temperature CH for a certain period of time TW (for example, 200 msec) again (hereinafter referred to as “high temperature measurement period”).

詳しくは、図4(a)、(b)に示す様に、第1切替スイッチ523(接点H)をオンするとともに、第2切替スイッチ524(接点L)をオフする動作を、高温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路51の抵抗として、(高温用の)第1固定抵抗521を接続する動作を高温設定期間にわたり維持することにより、第1設定温度CHに保持する。   Specifically, as shown in FIGS. 4A and 4B, the operation of turning on the first changeover switch 523 (contact H) and turning off the second changeover switch 524 (contact L) is performed over a high temperature setting period. By maintaining, that is, by maintaining the operation of connecting the first fixed resistor 521 (for high temperature) as the resistance of the bridge circuit 51 over the high temperature setting period, the first set temperature CH is maintained.

そして、高温設定期間の終了後、第1切替スイッチ523をオフするとともに、第2切替スイッチ524をオンする動作を、低温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路51の抵抗として、(低温用の)第2固定抵抗522を接続する動作を低温設定期間にわたり維持することにより、第2設定温度CLに保持する。   Then, after the high temperature setting period ends, the operation of turning off the first changeover switch 523 and turning on the second changeover switch 524 is maintained over the low temperature setting period, that is, as the resistance of the bridge circuit 51 (low temperature The operation of connecting the second fixed resistor 522 is maintained at the second set temperature CL by maintaining the operation for the low temperature set period.

特に本実施形態では、図4(b)に示す様に、両切替スイッチ523、524のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間TX(例えば1.0msec〜10msecの中から設定される所定値)にわたり、両切替スイッチ523、524が共にオンとなる期間を設定している。この重複期間TXは、高温設定期間から低温設定期間への切り替えと、低温設定期間から高温設定期間への切り替えの両方に設定されている。なお、制御の開始時には、重複期間TXにわたり、両切替スイッチ523、524が共にオンとなる期間を設定している。   In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 4B, when turning on / off the two switches 523 and 524, a predetermined overlap period TX (for example, 1.0 msec to 10 msec) is set. A period during which both the changeover switches 523 and 524 are turned on is set over a predetermined value. The overlap period TX is set for both switching from the high temperature setting period to the low temperature setting period and switching from the low temperature setting period to the high temperature setting period. At the start of the control, a period in which both the changeover switches 523 and 524 are turned on is set over the overlap period TX.

これにより、図4(c)に示す様に、発熱抵抗体34の温度が変化する。即ち、高温設定期間では、所定の高温(C2)が維持され、低温設定期間では、所定の(C2より低い)低温(C1)が維持される。よって、その両切替スイッチ523、524の切り替え時に、発熱抵抗体34の温度が急上昇することはない。   Thereby, as shown in FIG.4 (c), the temperature of the heating resistor 34 changes. That is, the predetermined high temperature (C2) is maintained in the high temperature setting period, and the predetermined low temperature (C1) (lower than C2) is maintained in the low temperature setting period. Therefore, the temperature of the heating resistor 34 does not rise rapidly when the two changeover switches 523 and 524 are switched.

次に、上述した両切替スイッチ523、524の動作(スイッチング制御)を、図5フローチャート及び図6タイミングチャートを用いて更に詳細に説明する。なお、図6は、切替動作に伴う発熱抵抗体34の温度及び両端電圧の変化を示している。   Next, the operation (switching control) of both the changeover switches 523 and 524 described above will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG. 5 and the timing chart of FIG. FIG. 6 shows changes in the temperature and both-end voltage of the heating resistor 34 accompanying the switching operation.

図5及び図6に示す様に、両切替スイッチ523、524(接点H、L)は、制御開始時には、同時にオンされているので、発熱抵抗体34の温度は最も低い温度に制御される。   As shown in FIGS. 5 and 6, since both the switches 523 and 524 (contacts H and L) are turned on at the same time when the control is started, the temperature of the heating resistor 34 is controlled to the lowest temperature.

従って、S200では、両切替スイッチ523、524のオンから、所定の重複期間TXが経過した後に、第2切替スイッチ524のみオフとする。これにより、発熱抵抗体34の温度が高温(C2)に制御される。   Accordingly, in S200, only the second changeover switch 524 is turned off after a predetermined overlap period TX has elapsed since both the changeover switches 523 and 524 are turned on. Thereby, the temperature of the heating resistor 34 is controlled to a high temperature (C2).

続くS210では、高温時電圧VH1を読み込む。
続くS220では、第2切替スイッチ524のオフの期間が経過した後に、この第2切替スイッチ524もオンとする。即ち、両切替スイッチ523、524を共にオンの状態とする。これにより、発熱抵抗体34の温度は最も低い温度に制御される。
In subsequent S210, the high-temperature voltage VH1 is read.
In subsequent S220, after the OFF period of the second changeover switch 524 has elapsed, the second changeover switch 524 is also turned on. That is, both changeover switches 523 and 524 are both turned on. Thereby, the temperature of the heating resistor 34 is controlled to the lowest temperature.

続くS230では、両切替スイッチ523、524のオンから、重複期間TXが経過した後に、第1切替スイッチ523のみオフとする。発熱抵抗体34の温度が低温(C1)に制御される。   In subsequent S230, only the first changeover switch 523 is turned off after the overlap period TX has elapsed since both the changeover switches 523 and 524 are turned on. The temperature of the heating resistor 34 is controlled to a low temperature (C1).

続くS240では、低温時電圧VL1を読み込む。
続くS250では、第1切替スイッチ523のオフの期間が経過した後に、この第1切替スイッチ523もオンとする。即ち、両切替スイッチ523、524を共にオンの状態とする。
In subsequent S240, the low temperature voltage VL1 is read.
In subsequent S250, the first changeover switch 523 is also turned on after the first changeover switch 523 has been turned off. That is, both changeover switches 523 and 524 are both turned on.

以後、同様な動作を繰り返し、発熱抵抗体34の加熱状態を高温又は低温に周期的に繰り替える。
これによって、図6に示す様に、両切替スイッチ523、524の切り替え時に、端子間電圧が急上昇することはなく、発熱抵抗体34の温度も急上昇することはない。
Thereafter, the same operation is repeated, and the heating state of the heating resistor 34 is periodically repeated to a high temperature or a low temperature.
As a result, as shown in FIG. 6, the voltage between the terminals does not rise suddenly and the temperature of the heating resistor 34 does not rise suddenly when the two switches 523 and 524 are switched.

そして、これと並行して、低温測定期間中に低温時電圧VL1、高温測定期間中に高温時電圧VH1、両期間のいずれかのタイミングで温度電圧VTを検出する。なお、本実施形態では、高温測定期間中に温度電圧VTを検出した。   In parallel with this, the low-temperature voltage VL1 is detected during the low-temperature measurement period, the high-temperature voltage VH1 is detected during the high-temperature measurement period, and the temperature voltage VT is detected at any timing in both periods. In the present embodiment, the temperature voltage VT is detected during the high temperature measurement period.

前記図3に戻り、S120では、S110にて取得した低温時電圧VL1,高温時電圧VH1を次式(1)の入力値として、電圧比VCを算出する。
VC=VH1/VL1…(1)
また、これと並行して、S130では、S110にて取得した温度電圧VTと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度T(ひいては温度電圧VT)においてガス濃度X、及び、湿度Hがゼロのときの電圧比VC(0)を算出する。
Returning to FIG. 3, in S120, the voltage ratio VC is calculated using the low temperature voltage VL1 and the high temperature voltage VH1 acquired in S110 as input values of the following equation (1).
VC = VH1 / VL1 (1)
In parallel with this, in S130, based on the temperature voltage VT acquired in S110 and the map data for voltage ratio conversion, the gas concentration X and the humidity H at the environmental temperature T (and thus the temperature voltage VT) are obtained. The voltage ratio VC (0) when is zero is calculated.

そして、S140では、S120にて算出した電圧比VCと、S130にて算出したVC(0)とを次式(2)の入力値として、環境温度T(ひいては温度電圧VT)における電圧比差ΔVCを算出する。   In S140, the voltage ratio difference VC in the ambient temperature T (and thus the temperature voltage VT) is obtained by using the voltage ratio VC calculated in S120 and the VC (0) calculated in S130 as input values of the following equation (2). Is calculated.

ΔVC=VC−VC(0)…(2)
次に、S150では、S140にて算出した電圧比差ΔVCと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔVCのときの湿度Hを算出する。
ΔVC = VC−VC (0) (2)
Next, in S150, the humidity H at the voltage ratio difference ΔVC is calculated based on the voltage ratio difference ΔVC calculated in S140 and the humidity conversion map data.

また、これと並行して、S160では、S110にて取得した高温時電圧VH1,温度電圧VTと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度T(ひいては温度電圧VT)においてガス濃度X、及び、湿度Hがゼロのときの高温時電圧VH1(0)を算出する。   In parallel with this, in S160, based on the high temperature voltage VH1, the temperature voltage VT acquired in S110, and the high temperature voltage conversion map data, the gas concentration at the ambient temperature T (and thus the temperature voltage VT). A high-temperature voltage VH1 (0) when X and humidity H are zero is calculated.

続いて、S170では、S110にて取得した高温時電圧VH1、およびS150にて算出した湿度Hと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧VH1のうち湿度Hによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔVH1(H)を算出する。   Subsequently, in S170, the high temperature voltage VH1 obtained in S110, the humidity H calculated in S150, and the humidity voltage change conversion map data are provided by the humidity H of the high temperature voltage VH1. A high-temperature voltage change ΔVH1 (H) that represents the voltage change is calculated.

そして、S180では、S110にて取得した高温時電圧VH1と、S160にて算出した高温時電圧VH1(0)と、S170にて算出した高温時電圧変化ΔVH1(H)とを次式(3)の入力値として、高温時電圧VH1のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔVH1(G)を算出する。   In S180, the high-temperature voltage VH1 acquired in S110, the high-temperature voltage VH1 (0) calculated in S160, and the high-temperature voltage change ΔVH1 (H) calculated in S170 are expressed by the following equation (3). As an input value, a high-temperature voltage change ΔVH1 (G) representing a voltage change caused by the combustible gas in the high-temperature voltage VH1 is calculated.

ΔVH1(G)=VH1−VH1(0)−ΔVH1(H)…(3)
また、これと並行して、S190では、S110にて取得した高温時電圧VH1,温度電圧VTと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧VH1について環境温度T(ひいては温度電圧VT)毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度(単位はガス濃度Xの逆数)を表すガス感度G(VT)を算出する。
ΔVH1 (G) = VH1−VH1 (0) −ΔVH1 (H) (3)
In parallel with this, in S190, based on the high temperature voltage VH1, the temperature voltage VT acquired in S110, and the gas sensitivity conversion map data, the environmental temperature T (and thus the temperature voltage VT) is determined for the high temperature voltage VH1. ) Gas sensitivity G (VT) representing the sensitivity (in units of the reciprocal of the gas concentration X) for the combustible gas set in advance.

最後に、S200では、S180にて算出した高温時電圧変化ΔVH1(G)と、S190にて算出したガス感度G(VT)とを次式(4)の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Xを算出し、S110に戻る。   Finally, in S200, the gas concentration of the combustible gas is obtained by using the high-temperature voltage change ΔVH1 (G) calculated in S180 and the gas sensitivity G (VT) calculated in S190 as input values of the following equation (4). X is calculated, and the process returns to S110.

X=ΔVH1(G)/G(VT)…(4)
このように、本処理では、周期時間TW毎に切替信号CG1を切替スイッチ部520に出力することにより、固定抵抗512と可変抵抗部52との接続点P−から端部PG(可変抵抗部52における接地側端部)への通電経路(可変抵抗部52における通電経路)を、第1、第2固定抵抗521,522のいずれか一方側から他方側に切り替え、これにより高温時電圧VH1,低温時電圧VL1,温度電圧VTを取得する。そして、温度電圧VTから環境温度T、さらには、高温時電圧VH1と低温時電圧VL1の比から被検出雰囲気内の湿度Hを求め、これら環境温度Tと湿度Hとを用いてガス濃度Xを補正するようにしている。
X = ΔVH1 (G) / G (VT) (4)
As described above, in this process, the changeover signal CG1 is output to the changeover switch unit 520 every cycle time TW, so that the connection point P− between the fixed resistor 512 and the variable resistor unit 52 is connected to the end PG (variable resistor unit 52). Is switched from one of the first and second fixed resistors 521 and 522 to the other of the first and second fixed resistors 521 and 522, whereby the high-temperature voltage VH1 and the low-temperature The hour voltage VL1 and the temperature voltage VT are acquired. Then, the ambient temperature T is obtained from the temperature voltage VT, and further, the humidity H in the detected atmosphere is obtained from the ratio of the high temperature voltage VH1 and the low temperature voltage VL1, and the gas concentration X is determined using these environmental temperature T and humidity H. I am trying to correct it.

[効果]
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置1では、両切替スイッチ523、524のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間TXにわたり、両切替スイッチ523、524が共にオンとなる期間を設定している。これにより、高温設定期間では、所定の高温(C2)が維持され、低温設定期間では、所定の(C2より低い)低温(C1)が維持されるが、両切替スイッチ523、524の切り替え時に、発熱抵抗体34の温度が急上昇することはない。
[effect]
As described above, in the combustible gas detection device 1 of the present embodiment, when the on / off of both the changeover switches 523 and 524 is switched, both the changeover switches 523 and 524 are both over a predetermined overlap period TX. The period for turning on is set. Thereby, the predetermined high temperature (C2) is maintained in the high temperature setting period, and the predetermined low temperature (C1) (C1) is maintained in the low temperature setting period, but at the time of switching between the changeover switches 523 and 524, The temperature of the heating resistor 34 does not rise rapidly.

つまり、本実施形態では、上述した重複期間TXを設定することにより、両切替スイッチ523、524の切り替え時に、瞬間的に両切替スイッチ523、524がオフとなることが無いので、ブリッジ回路51の抵抗が無限大になることはない。それにより、発熱抵抗体34が過度に昇温することが無いので、過度の昇温度による熱衝撃によって、装置が破損したり可燃性ガスが高濃度であるときに当該可燃性ガスに着火したりすることが無いという顕著な効果を奏する。   That is, in the present embodiment, by setting the above-described overlap period TX, when both the switches 523 and 524 are switched, the both switches 523 and 524 are not instantaneously turned off. Resistance never becomes infinite. As a result, the heating resistor 34 does not rise excessively, so that the apparatus is damaged by the thermal shock caused by the excessive rise in temperature, or the combustible gas is ignited when the concentration of the combustible gas is high. There is a remarkable effect that there is nothing to do.

[特許請求の範囲との関係]
なお、本実施形態において、通電制御回路50が通電制御手段、マイコン7がガス濃度演算手段に相当する。
[Relationship with Claims]
In the present embodiment, the energization control circuit 50 corresponds to the energization control means, and the microcomputer 7 corresponds to the gas concentration calculation means.

[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects.

(1)例えば、前記実施形態では、上述した構成の温度制御回路を可燃性ガス検出装置に用いたが、それ以外の各種の制御装置に利用できる。例えば、被検出雰囲気の湿度を検出する湿度検出装置に適用できる。   (1) For example, in the said embodiment, although the temperature control circuit of the structure mentioned above was used for the combustible gas detection apparatus, it can utilize for various other control apparatuses. For example, the present invention can be applied to a humidity detection device that detects the humidity of the atmosphere to be detected.

(2)また、前記実施形態の可燃性ガス検出装置1では、被検出雰囲気内の湿度Hを用いてガス濃度Xを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体の両端電圧(VH1,VH2)と、測温抵抗体の温度電圧VTとを用いてガス濃度Xを算出する構成でもよい。   (2) In the combustible gas detection device 1 of the above embodiment, the gas concentration X is calculated using the humidity H in the atmosphere to be detected. However, the present invention is not limited to this. The gas concentration X may be calculated using the both-ends voltage (VH1, VH2) of the body and the temperature voltage VT of the resistance temperature detector.

1…可燃性ガス検出装置、3…ガス検出素子、5…制御回路、7…マイコン、9…起動スイッチ、34…発熱抵抗体、35…測温抵抗体、50…通電制御回路、51…ブリッジ回路、52…可変抵抗部、55…電流調整回路、80…温度調整回路、81…ブリッジ回路、87…スイッチング回路、511,512,521,522…固定抵抗、520…切替スイッチ部、521、522…切替抵抗体、523、524…切替スイッチ、CH…第1設定温度、CL…第2設定温度、TW…周期時間   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustible gas detection apparatus, 3 ... Gas detection element, 5 ... Control circuit, 7 ... Microcomputer, 9 ... Starting switch, 34 ... Heating resistor, 35 ... Resistance temperature detector, 50 ... Current supply control circuit, 51 ... Bridge Circuit 52, variable resistance unit 55 55 current adjustment circuit 80 temperature control circuit 81 bridge circuit 87 switching circuit 511 512 521 522 fixed resistor 520 changeover switch 521 522 ... switching resistor, 523, 524 ... changeover switch, CH ... first set temperature, CL ... second set temperature, TW ... cycle time

Claims (4)

第1固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第1接続点を介して直列に接続された第1辺と、第2固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第2接続点を介して直列に接続された第2辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第1接続点の電位と前記第2接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
を有し、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、
前記切替抵抗体として、第1抵抗値を有する第1切替抵抗体と第2抵抗値を有する第2切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第1切替抵抗体の接続をオン・オフする第1スイッチと、前記第2切替抵抗体の接続をオン・オフする第2スイッチとを備え、
前記第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする温度制御装置。
The first fixed resistor and a switching resistor variable to a fixed value different in resistance value are connected in series via the first connection point, and the resistance value changes due to heat generation with the second fixed resistor. A Wheatstone bridge circuit in which a heating resistor and a second side connected in series via a second connection point are connected in parallel;
A differential amplifier circuit to which a potential difference between the potential of the first connection point and the potential of the second connection point is supplied;
Have
The output of the differential amplifier circuit is applied to the Wheatstone bridge circuit so that the potential difference becomes zero, and the Wheatstone bridge circuit is controlled so as to satisfy an equilibrium condition.
A temperature control device for switching and controlling the temperature of the heating resistor to a predetermined set temperature by switching a resistance value of the switching resistor;
The switching resistor has a configuration in which a first switching resistor having a first resistance value and a second switching resistor having a second resistance value are connected in parallel, and the connection of the first switching resistor is turned on. A first switch that turns off and a second switch that turns on and off the connection of the second switching resistor;
When the first switch is turned off and the second switch is turned on to switch both switches, or when the first switch is turned on and the second switch is turned off to switch both switches, the both switches are turned on. A temperature control device characterized by setting a predetermined period.
前記請求項1に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、
前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、
前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、
前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
A gas detector comprising the temperature control device according to claim 1 for detecting the concentration of combustible gas in the atmosphere to be detected.
By driving the first switch and the second switch, the energization state of the heating resistor is set to a certain period so that the heating resistor has respective resistance values respectively corresponding to two preset temperatures. Energization control means for performing control to switch every time;
A resistance temperature detector whose resistance value changes due to a change in environmental temperature that is a temperature in the detected atmosphere;
Using the both-ends voltage of the heating resistor detected when the heating resistor is energized from the energization control means, and the environmental temperature based on the voltage difference caused by the change in the resistance value of the resistance temperature detector, Gas concentration calculating means for calculating the concentration of the combustible gas in the detected atmosphere;
A gas detection device comprising:
前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第1設定温度、低温側を第2設定温度に予め設定されており、
前記ガス濃度演算手段は、前記第1設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第2設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする請求項2に記載のガス検出装置。
The two set temperatures are preset to a first set temperature on the high temperature side and a second set temperature on the low temperature side among the set temperatures,
The gas concentration calculation means uses a voltage at both ends of the heating resistor detected at the first set temperature as a high temperature voltage, a voltage at both ends of the heating resistor detected at the second set temperature as a low temperature voltage, 3. The humidity in the detected atmosphere is calculated based on a ratio between the high temperature voltage and the low temperature voltage, and the concentration of the combustible gas is corrected using the humidity. The gas detection apparatus as described.
第1固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第1接続点を介して直列に接続された第1辺と、第2固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第2接続点を介して直列に接続された第2辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第1接続点の電位と前記第2接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
前記切替抵抗体として、第1抵抗値を有する第1切替抵抗体と第2抵抗値を有する第2切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第1切替抵抗体の接続をオン・オフする第1スイッチと、前記第2切替抵抗体の接続をオン・オフする第2スイッチと、
を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記第1スイッチ及び第2スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第1スイッチをオフし第2スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第1スイッチをオンし第2スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする温度制御方法。
The first fixed resistor and a switching resistor variable to a fixed value different in resistance value are connected in series via the first connection point, and the resistance value changes due to heat generation with the second fixed resistor. A Wheatstone bridge circuit in which a heating resistor and a second side connected in series via a second connection point are connected in parallel;
A differential amplifier circuit to which a potential difference between the potential of the first connection point and the potential of the second connection point is supplied;
The switching resistor has a configuration in which a first switching resistor having a first resistance value and a second switching resistor having a second resistance value are connected in parallel, and the connection of the first switching resistor is turned on. A first switch that turns off; a second switch that turns on and off the connection of the second switching resistor; and
A temperature control method for switching and controlling the temperature of the heating resistor to a predetermined set temperature using a temperature control device comprising:
The output of the differential amplifier circuit is applied to the Wheatstone bridge circuit so that the potential difference becomes zero, and the Wheatstone bridge circuit is controlled so as to satisfy an equilibrium condition.
When the first switch and the second switch are driven to switch the resistance values of the two switching resistors to switch the temperature of the heating resistor to a predetermined set temperature, the first switch is turned off and the first switch is turned off. When switching between both switches by turning on two switches, or when switching both switches by turning on the first switch and turning off the second switch, the switches have a predetermined period for turning on. The temperature control method characterized by controlling.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107505487A (en) * 2017-08-28 2017-12-22 浙江方圆电气设备检测有限公司 A kind of method, system and the low voltage complete set of temperature rise experiment

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