JP2013200145A

JP2013200145A - ガス検出装置

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Publication number: JP2013200145A
Application number: JP2012067295A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Matsumoto; 晋一松本; Yasushi Kuroe; 靖黒江; Harumi Kuribayashi; 晴美栗林; Akira Miyato; 章宮藤; Hisao Onishi; 久男大西; Toshiro Nakayama; 敏郎中山; Atsushi Nonaka; 篤野中; Takashi Nakajima; 崇中島
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; FIS Inc
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; FIS Inc
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP6108516B2

Abstract

【課題】ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくいガス検出装置を提供する。
【解決手段】記憶部３８は、標準大気中における湿度に関連付けられたガスセンサ２の抵抗値を、既知データとして予め記憶している。検出処理部３５は、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値を用いて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有している。算出部３５１は、ガスセンサ２の温度が第１の設定温度にあり検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に低いときに、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから補正値を算出する。補正部３５２は、ガスセンサ２の温度が第２の設定温度にあり検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に高いときに、直前に求められた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサを用いたガス検出装置に関する。

従来から、この種のガス検出装置として、酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属酸化物半導体を主成分とする感ガス体を有するガスセンサ（センシング素子）を用いた装置が提供されている（たとえば特許文献１参照）。このガス検出装置は、感ガス体の表面に可燃性ガスのような還元性ガスが接触すると酸化還元作用によって感ガス体の抵抗値が減少するという性質を利用して、検知対象ガスを検出する。なお、特許文献１に記載のガス検出装置は、感ガス体の温度や材料を適切に組み合わせることによって、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスと可燃性ガスとの両方を検出する。

特許文献１においては、ガス検出装置は、ガスセンサ（感ガス体）の抵抗値を検出し、この抵抗値から検知対象ガスの濃度を検出するガス検出部を備えている。ただし、ガスセンサの抵抗値は周囲温度によって大きく変動し、特にガスセンサの温度が低い検知期間においては周囲温度の影響が顕著になるので、抵抗値から検知対象ガスを検出する場合、周囲温度の変化によって検知対象ガスを誤検出する可能性がある。そこで、特許文献１に記載のガス検出装置は、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて温度補償を行うことにより、周囲温度変化による誤検出を防止している。

特許第３７４２５８７号公報

ところで、上述したように抵抗値が変化するガスセンサは通常、絶対湿度に対する依存性があり、周囲温度が一定であっても相対湿度が変化すれば抵抗値が変化する。そのため、ガスセンサの抵抗値から検知対象ガスを検出する構成のガス検出装置においては、検出精度の向上のためには湿度に基づく抵抗値の補正が必要になる。

しかし、絶対湿度センサは、比較的高価であり且つ寿命がガスセンサに比べて短く、また、ガスに対する依存性があるなどの理由から、ガス検出装置に搭載するには不向きである。そこで、一般的なガス検出装置においては、気温と絶対湿度との相関関係を利用して、温度センサ部の出力を用いて間接的に湿度に基づいた補正を行っている。そのため、一般的なガス検出装置では、周囲温度が一定であれば相対湿度の変動に伴う抵抗値の変動分を補正できず、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合に、検知対象ガスの検出精度が低下して不十分となる可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくいガス検出装置を提供することを目的とする。

本発明のガス検出装置は、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサと、前記ガスセンサの抵抗値に基づいて雰囲気中の前記検知対象ガスを検出する検出処理部と、標準大気中における湿度に関連付けられた前記ガスセンサの抵抗値を既知データとして予め記憶している記憶部と、前記ガスセンサの前記検知対象ガスに対する感度が所定値未満になる第１の設定温度と前記感度が前記所定値以上になる第２の設定温度とを交互に切り替えるように前記ガスセンサの温度を制御する制御部とを備え、前記検出処理部は、前記ガスセンサの温度が前記第１の設定温度にあるときに、前記ガスセンサの抵抗値と前記記憶部内の前記既知データとから前記雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、前記ガスセンサの温度が前記第２の設定温度にあるときに、直前に前記算出部で求められた前記補正値を用いて前記検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有することを特徴とする。

このガス検出装置において、前記雰囲気中の温度に応じて出力値が変化する温度センサをさらに備え、前記算出部は、前記温度センサの出力値に基づいて前記雰囲気中の温度変化に伴う前記補正値の変化を補償していることが望ましい。

このガス検出装置において、前記ガスセンサへの前記検知対象ガスの流入経路に、湿度に対する前記ガスセンサの反応速度を、前記検知対象ガスに対する前記ガスセンサの反応速度に比べて遅らせるフィルタが設けられていることがより望ましい。

このガス検出装置において、前記抵抗値の湿度依存性は、前記ガスセンサが前記第２の設定温度のときよりも前記第１の設定温度のときの方が大きいことがより望ましい。

本発明は、検出処理部が、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、補正値にて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有するので、雰囲気中の湿度の影響を受けにくいという利点がある。すなわち、算出部は、ガスセンサが検知対象ガスに対し低感度となる第１の設定温度にあるときに、ガスセンサの抵抗値と既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。補正部は、ガスセンサが検知対象ガスに対し高感度となる第２の設定温度にあるときに、直前に算出部で求められた補正値を用いて検知対象ガスの検出結果を補正する。したがって、検出処理部は、周囲温度が一定であっても、補正により湿度変化の影響を除いた検知対象ガスの検出結果を求められるので、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくい。

本発明の他の構成によれば、算出部は温度センサの出力値に基づいて雰囲気中の温度変化に伴う補正値の変化を補償するので、より高精度な検知対象ガスの検出が可能になる。

本発明のさらに他の構成によれば、ガスセンサへの検知対象ガスの流入経路に設けられたフィルタにより、湿度に対するガスセンサの反応速度を検知対象ガスに対するガスセンサの反応速度に比べて遅らせることができる。したがって、ガス検出装置は、補正値を算出した後、検出結果を補正するまでの間に雰囲気中の湿度が急変することがあっても、急激な湿度変化の影響を受けることなく検知対象ガスの検出が可能である。

また、本発明のさらに他の構成によれば、抵抗値の湿度依存性は第２の設定温度のときよりも第１の設定温度のときの方が大きいので、算出部がガスセンサの抵抗値を用いて補正値を算出する際、雰囲気中の湿度が補正値に反映されやすくなる。したがって、算出部は湿度に応じた補正値を高精度で求めることが可能となり、補正部では検出結果を高精度に補正可能となる。

実施形態に係るガス検出装置を示すブロック図である。実施形態に係るガス検出装置に用いるガスセンサの要部を示す正面図である。実施形態に係るガス検出装置に用いるガスセンサを示す一部破断した斜視図である。実施形態に係るガス検出装置の動作を示すタイムチャートである。ガスセンサの温湿度依存性を示すグラフである。実施形態に係るガス検出装置のマイコンの動作を示すフローチャートである。実施形態に係るガス検出装置における補正前の指示濃度を示すグラフである。実施形態に係るガス検出装置における補正後の指示濃度を示すグラフである。実施形態に係るガス検出装置における補正前の指示濃度を示すグラフである。実施形態に係るガス検出装置における補正後の指示濃度を示すグラフである。

本実施形態のガス検出装置１は、図１に示すように、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサ２と、ガスセンサ２の抵抗値に基づいて雰囲気中の検知対象ガスを検出する検出回路３とを備えている。なお、以下では、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）を検知対象ガスの一例として説明する。

ガスセンサ２は、図２に示すように、酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有している。このガスセンサ２は、感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設し、且つヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成されている。

ガスセンサ２は、ヒータ兼用電極２１の両端から感ガス体２０の外部へ引き出された一対のリード線２３，２４と、抵抗検出用２２の一端から感ガス体２０の外部へ引き出されたリード線２５とを有している。これらのリード線２３〜２５は、それぞれ端子２６〜２８に対して電気的に接続されている。各端子２６〜２８は、略円板状（図３参照）に形成された合成樹脂製のベース１１を、その厚み方向に貫通するようにしてベース１１に保持されている。

また、ガスセンサ２は、図３に示すようにベース１１と、感ガス体２０を覆うようにベース１１に取り付けられる有底円筒状のカバー１２とで構成されたハウジング１３を有している。カバー１２の底板１２０には、ハウジング１３内への検知対象ガスの導入口となる円形状の開口部１２１が形成されており、開口部１２１にステンレス製の金網（図示せず）が取り付けられている。

さらに本実施形態では、ガスセンサ２に対して、カバー１２より一回り大きい有底円筒状の外部ハウジング１４が、カバー１２に被せるように取り付けられている。外部ハウジング１４の底板１４０には、外部ハウジング１４内への検知対象ガスの導入口となる円形状の開口部１４１が形成されており、開口部１４１にステンレス製の金網１４２が取り付けられている。

外部ハウジング１４は、高さ方向の寸法がカバー１２よりも大きく設定されており、その底板１４０とカバー１２の底板１２０との間に形成される隙間にフィルタ１５を収納する。ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路に設けられたフィルタ１５は、ここでは活性炭フィルタからなり、検知対象ガス以外の妨害ガスを除去する機能を持つ。具体的には、フィルタ１５はアルコールを除去したり消臭剤などに含まれるシロキサンのガスセンサ２表面への付着を防止したりする機能を持つ。さらに、このフィルタ１５は、湿度に対するガスセンサ２の反応速度を検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅らせる機能を持つ。なお、フィルタ１５は、活性炭に限らず、たとえばシリカゲルあるいはシリカゲルと活性炭とを組み合わせた材料にて形成されていてもよい。

検出回路３は、上述したように構成されるガスセンサ２の感ガス体２０の加熱を制御し、加熱された状態の感ガス体２０の抵抗値に基づいて検知対象ガスを検出する。以下に、検出回路３の構成について図１を参照して説明する。

検出回路３は、略一定電圧（たとえば５Ｖ）に安定化された直流電力を出力する電源回路３０を有し、さらに電源回路３０の出力を電源として動作するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）３１を主構成として備えている。

マイコン３１は、ガスセンサ２を駆動するための制御部３２と、ガスセンサ２の抵抗値を読み出す読出部３３および取得部３４と、ガスセンサ２の抵抗値に基づいて雰囲気中の検知対象ガスを検出する検出処理部３５とを有している。さらにマイコン３１は、検出処理部３５の検出結果を出力する出力部３６と、温度補償用に温度情報を取得する温度取得部３７と、各種データを記憶する記憶部３８とを有している。マイコン３１は、記憶部３８に格納されているプログラムを実行することによって、上述した各部の機能を実現する。

電源回路３０の正極の出力端は、ガスセンサ２におけるヒータ兼用電極２１の一端に接続された端子２６に対し、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）からなるスイッチング素子４０を介して電気的に接続されている。さらに、電源回路３０の負極の出力端は、ヒータ兼用電極２１の他端に接続された端子２７に対し、電気的に接続されている。つまり、ガスセンサ２のヒータ兼用電極２１は、スイッチング素子４０を介して電源回路３０の出力端間に接続されている。

スイッチング素子４０は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなり、ソースが電源回路３０の正極の出力端に接続され、ドレインがガスセンサ２の端子２６に接続されている。スイッチング素子４０のソース−ゲート間にはプルアップ抵抗４１が接続されている。スイッチング素子４０のゲートは、コンデンサ４２を介してマイコン３１の制御部３２の出力に接続されている。

そのため、制御部３２の出力がＨ（ハイ）レベルからＬ（ロー）レベルに反転すると、スイッチング素子４０はオン状態となり、電源回路３０からスイッチング素子４０を介してヒータ兼用電極２１に通電され、ヒータ兼用電極２１が加熱される。一方、制御部３２の出力がＬレベルからＨレベルに反転すると、スイッチング素子４０はオフ状態となり、ヒータ兼用電極２１への通電が停止する。マイコン３１は、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１へ通電されるように、制御部３２にてデューティ制御を行うことによって、ヒータ兼用電極２１に印加されるヒータ電圧の単位時間当たりの平均値を調節する。

この構成では、制御部３２は、デューティ比を変化させることでヒータ電圧の平均値を変化させ、これにより感ガス体２０の温度を変化させることができる。ここにおいて、制御部３２は、ガスセンサ２の検知対象ガスに対する感度が所定値未満になる第１の設定温度と、感度が所定値以上になる第２の設定温度とを交互に切り替えるように、感ガス体２０の温度を制御する。本実施形態では検知対象ガスは一酸化炭素であるので、ガスセンサ２が一酸化炭素に対して十分な感度を持つ温度を第２の設定温度、ガスセンサ２が一酸化炭素に対して殆ど感度を持たない温度を第１の設定温度とする。

ここで、制御部３２は、図４に示すようにヒータ電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を第１の設定温度に加熱する不感期間Ｔ１と、ヒータ電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を第２の設定温度に加熱する検知期間Ｔ２とを交互に切り替える。不感期間Ｔ１には、感ガス体２０は第１の設定温度である約４００℃に加熱され、検知期間Ｔ２には、感ガス体２０は第２の設定温度である約８０℃に加熱される。一例として、制御部３２は、２５秒を１周期として、１周期のうち５秒を不感期間Ｔ１、残り２０秒を検知期間Ｔ２とするようにヒータ電圧を制御する。

また、ガスセンサ２における検出用電極２２に接続された端子２８は、負荷抵抗４３を介してマイコン３１の読出部３３の一方の出力に電気的に接続され、且つ負荷抵抗４４を介して読出部３３の他方の出力に電気的に接続されている。負荷抵抗４３と負荷抵抗４４とでは抵抗値が異なっている。読出部３３は、不感期間Ｔ１には一方の負荷抵抗４３に通電し、検知期間Ｔ２には他方の負荷抵抗４４に通電するように、不感期間Ｔ１と検知期間Ｔ２とで通電する負荷抵抗４３，４４を切り替える。さらに、ガスセンサ２の端子２８は、マイコン３１の取得部３４の入力に対しても電気的に接続されている。

これにより、読出部３３のいずれか一方の出力がＨレベルになると、いずれかの負荷抵抗４３，４４と感ガス体２０の抵抗成分とで分圧された電圧が、検出電圧として取得部３４に入力されることになる。すなわち、感ガス体２０の抵抗値は、ヒータ兼用電極２１に接続された端子２７と、検出用電極２２に接続された端子２８との間の抵抗値であるから、取得部３４に入力される検出電圧は、ガスセンサ（感ガス体２０）２の抵抗値に対応した電圧となる。なお、取得部３４は、検出電圧をガスセンサ２の抵抗値に換算してもよいし、検出電圧のまま検出処理部３５に出力してもよい。

検出処理部３５は、取得部３４が取得したガスセンサ２の抵抗値に基づいて、雰囲気中における検知対象ガスを検出する。すなわち、ガスセンサ２は、感ガス体２０の表面に検知対象ガスが接触すると酸化還元作用によって感ガス体２０の抵抗値が減少するので、検出処理部３５は、雰囲気中の検知対象ガスの濃度に対応した抵抗値から、検知対象ガスの濃度を検出可能である。本実施形態では、検出処理部３５は、検知期間Ｔ２の終了直前におけるガスセンサ２の抵抗値を用いて、検知対象ガスである一酸化炭素を検出する。

さらに、検出処理部３５は、検知期間Ｔ２の終了直前のガスセンサ２の抵抗値を、記憶部３８に予め記憶されている警報値と比較することにより、警報を出す（発報する）か否かを判定する警報判定を行う。このとき、検出処理部３５は、ガスセンサ２の抵抗値が警報値を下回っていると、所定の判定濃度を超える検知対象ガスが発生していると判定し、警報を出す。警報値は、検知対象ガス（ここでは一酸化炭素）の濃度が判定濃度（たとえば３００ｐｐｍ）のときの検知期間Ｔ２でのガスセンサ２の抵抗値であって、記憶部３８に予め記憶されている。

出力部３６は、検出処理部３５の検出結果を受けて、マイコン３１に接続されている発光ダイオード（図示せず）の点灯状態を変化させたり、ブザー（図示せず）やスピーカ（図示せず）に警報音を出力させたりすることによって、検出結果をユーザに通知する。つまり、出力部３６は、検出処理部３５にてガスセンサ２の抵抗値が警報値を下回っていると判定された場合に、検出処理部３５からの警報信号を受けて警報を出す。また、出力部３６は、雰囲気中の検知対象ガスの濃度を表す検出信号を出力するインタフェースとして機能してもよい。この場合、検出処理部３５はガスセンサ２の抵抗値に基づいて検知対象ガスの濃度を求め、出力部３６は検出処理部３５で求まった濃度を表す検出信号を外部機器に出力する。

ところで、本実施形態においては、記憶部３８は、標準大気中における湿度に関連付けられたガスセンサ２の抵抗値を、既知データとして予め記憶している。さらに、検出処理部３５は、記憶部３８内の既知データを用いて雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値を用いて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有している。

すなわち、ガスセンサ２は絶対湿度に対する依存性があり、図５に例示するように、周囲温度が一定であっても相対湿度が変化すれば感ガス体２０の抵抗値が変化する。そこで、本実施形態のガス検出装置１は、湿度に応じた補正値を用いてガスセンサ（感ガス体２０）２の抵抗値を補正することによって、検出精度の向上を図っている。なお、図５では、横軸を周囲温度、縦軸をガスセンサ２の抵抗値Ｒと警報値Ｒｏとの比（Ｒ／Ｒｏ）として、相対湿度が３５％（図中（１））、５０％（図中（２））、６５％（図中（３））、９５％（図中（４））のときのデータを表している。

ここにおいて、既知データは、所定の周囲温度および相対湿度で且つ検知対象ガスがない清浄な雰囲気中（標準大気中）での不感期間Ｔ１におけるガスセンサ２の抵抗値であって、記憶部３８に予め記憶されている。また、警報値は、既知データと同じ周囲温度および相対湿度を維持したまま、検知対象ガスの濃度のみを判定濃度としたときの検知期間Ｔ２でのガスセンサ２の抵抗値である。なお、このような条件下で既知データとしての抵抗値を検出して記憶部３８に書き込む処理を「エア調整」といい、警報値としての抵抗値を検出して記憶部３８に書き込む処理を「ガス調整」という。

算出部３５１は、ガスセンサ２の温度が第１の設定温度にあり検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に低い不感期間Ｔ１に、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。不感期間Ｔ１には、ガスセンサ２の抵抗値は主に雰囲気中の湿度に依存し検知対象ガスの濃度の影響をあまり受けないので、算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値を用いて雰囲気中の湿度を推定することが可能である。算出部３５１は、周期的に繰り返される不感期間Ｔ１の終了時点毎、つまり検知期間Ｔ２へ切り替わる直前に、ガスセンサ２の抵抗値と既知データとから補正値を算出する。

一方、補正部３５２は、ガスセンサ２の温度が第２の設定温度にあり検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に高い検知期間Ｔ２に、直前の不感期間Ｔ１に算出部３５１で求められた補正値を用いて、ガスセンサ２の抵抗値を補正する。検知期間Ｔ２には、ガスセンサ２の抵抗値は雰囲気中の湿度だけでなく検知対象ガスの濃度の影響も受けているので、補正部３５２は、補正により湿度の影響を除いたガスセンサ２の抵抗値を求めることが可能である。補正部３５２は、周期的に繰り返される検知期間Ｔ２の終了時点毎、つまり不感期間Ｔ１へ切り替わる直前に、ガスセンサ２の抵抗値を補正値にて補正する。

また、本実施形態のガス検出装置１は、図１に示すように雰囲気中の温度（周囲温度）に応じて抵抗値（出力値）が変化するサーミスタからなる温度センサ４５をさらに備えている。温度センサ４５は、分圧用の抵抗４６を介して電源回路３０の出力端間に接続されている。温度センサ４５と抵抗４６との接続点は、マイコン３１の温度取得部３７に電気的に接続されている。温度取得部３７は、抵抗４６の両端電圧を取得することにより、周囲温度に相当する温度センサ４５の抵抗値を測定し、測定結果を検出処理部３５に出力する。

検出処理部３５の算出部３５１は、補正値を算出するに当たり、温度センサ４５の出力値（温度取得部３７の測定結果）に基づいて、周囲温度の変化に伴う補正値の変化を補償する。すなわち、図５に示すように、相対湿度が同じでも周囲温度が変化すればガスセンサ２の抵抗値は変化するので、算出部３５１では、周囲温度変化に伴うガスセンサ２の抵抗値の変化分を除去した上で、補正値を算出する。具体的には、算出部３５１は、既知データが設定されるエア調整時の周囲温度を基準温度（たとえば２０℃）とし、現在の周囲温度と基準温度との差に相当する抵抗値変化分をガスセンサ２の抵抗値から減算（または加算）することにより、抵抗値の温度補償を行う。それから、算出部３５１は、温度補償後のガスセンサ２の抵抗値と既知データとを用いて、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。

次に、上述したように構成されたマイコン３１における警報判定のための動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

マイコン３１は、制御部３２の出力でスイッチング素子４０をオン／オフ制御することによって、ヒータ電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する（Ｓ１）。このとき（不感期間Ｔ１）、マイコン３１は、読出部３３より一方の負荷抵抗４３を介して、ガスセンサ２の検出用電極２２とヒータ兼用電極２１との間に所定の読出電圧を印加する。

マイコン３１は、不感期間Ｔ１から検知期間Ｔ２に切り替わる直前に、取得部３４にて検出電圧を取り込んで、不感期間Ｔ１の終了時点における感ガス体２０の抵抗値を検出する（Ｓ２）。このとき、マイコン３１は温度センサ４５および抵抗４６の分圧電圧を温度取得部３７で取り込み、温度センサ４５の抵抗値から周囲温度を検出する（Ｓ３）。マイコン３１は、算出部３５１にて、周囲温度変化に伴う抵抗値変化を補償した上で、補償後のガスセンサ２の抵抗値と既知データとを用いて雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する（Ｓ４）。

次に、マイコン３１は、制御部３２の出力でスイッチング素子４０をオン／オフ制御することによって、ヒータ電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約８０℃に加熱する（Ｓ５）。このとき（検知期間Ｔ２）、マイコン３１は、読出部３３より他方の負荷抵抗４４を介して、ガスセンサ２の検出用電極２２とヒータ兼用電極２１との間に所定の読出電圧を印加する。

マイコン３１は、検知期間Ｔ２から不感期間Ｔ１に切り替わる直前に、取得部３４にて検出電圧を取り込んで、検知期間Ｔ２の終了時点における感ガス体２０の抵抗値を検出する（Ｓ６）。それから、マイコン３１は、直前の不感期間Ｔ１に求めた補正値を用いて、補正部３５２にて感ガス体２０の抵抗値を補正し（Ｓ７）、補正後の抵抗値と、予め設定されている警報値との高低を比較することによって、警報判定を行う（Ｓ８）。ここで、マイコン３１は、補正後の抵抗値が警報値を下回っていると（Ｓ８：Ｙｅｓ）、出力部３６から発報し（Ｓ９）、補正後の抵抗値が警報値以上であると（Ｓ８：Ｎｏ）、発報せずに監視動作を継続する。

マイコン３１は、以上説明したＳ１〜Ｓ９の動作を繰り返し実行することによって、検知対象ガス（一酸化炭素）の警報判定を繰り返し行う。

次に、検出処理部３５が行う湿度変化に応じた検出結果の補正について、具体例を示して説明する。以下では、一例として周囲温度２０℃、相対湿度６５％（絶対湿度１１．２ｇ／ｍ^３）で、且つ検知対象ガスがない清浄な雰囲気中（標準大気中）での不感期間Ｔ１におけるガスセンサ２の抵抗値が、既知データとして与えられている場合について説明する。ここでは、湿度の影響をみるために周囲温度を一定（２０℃）とし、相対湿度のみを変化させた場合を例示する。

図７は、相対湿度６５％のまま６５時間経過した時点、その後に相対湿度９０％に移行した時点から、１０分後、２時間後、４時間後、６時間後、２２時間後の各時点の検知期間Ｔ２に検知対象ガスの濃度を測定したデータを表している。図７では、縦軸をガスセンサ２の抵抗値が示す濃度（指示濃度）とし、各時点での測定結果を時系列に並べて横軸方向にプロットしている。なお、図７では、標準大気中、並びに検知対象ガスの濃度が５０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの各雰囲気中でのデータをそれぞれ（０）、（１）、（２）、（３）、（４）として示している。

本実施形態のガス検出装置１は、ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路にフィルタ１５が設けられているので、湿度に対するガスセンサ２の反応速度は、検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅れている。そのため、ガス検出装置１は、雰囲気中の湿度が変化した後、時間経過に伴って徐々にガスセンサ２の抵抗値が変化して、抵抗値が示す指示濃度が徐々に変化する。たとえば検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍ（図中（２））に着目すると、相対湿度６５％の時点では指示濃度が１６０ｐｐｍであるのに対し、相対湿度９０％に移行後２２時間経過した時点では、湿度変化の影響で指示濃度が２２０ｐｐｍまで変化している。

そこで、ガス検出装置１は、各時点の不感期間Ｔ１において、算出部３５１により、既知データＲ０と現在のガスセンサ２の抵抗値Ｒ１との比α（＝Ｒ０／Ｒ１）を算出する。算出される比αは雰囲気中の湿度の変化（６５％から９０％への変化）を反映しているので、算出部３５１は、この比αから雰囲気中の湿度に応じた補正値β（＝ｆ（α））を算出する。ガス検出装置１は、各時点の検知期間Ｔ２において、補正部３５２により、直前の不感期間Ｔ１に求めた補正値βを、現在のガスセンサ２の抵抗値に乗じることにより、ガスセンサ２の抵抗値を補正する。補正値βは雰囲気中の湿度に応じて決められているので、補正部３５２は、この補正値βを乗じることによりガスセンサ２の抵抗値から雰囲気中の湿度変化の影響を除去することができる。

その結果、図８に示すように、検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍのデータは、相対湿度９０％に移行後２２時間経過した時点での指示濃度が、補正前の２２０ｐｐｍから１５５ｐｐｍまで改善される。図８では、縦軸をガスセンサ２の抵抗値（補正後）が示す指示濃度とし、各時点での測定結果を時系列に並べて横軸方向にプロットしている。なお、図８では、図７と同様に標準大気中、並びに検知対象ガスの濃度が５０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの各雰囲気中でのデータをそれぞれ（０）、（１）、（２）、（３）、（４）として示している。

要するに、ガスセンサ２の抵抗値が補正されることにより、雰囲気中の湿度が変化しても、ガスセンサ２の抵抗値（補正後）が示す指示濃度（１５５ｐｐｍ）と、実際の検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍとの誤差が小さくなる。ここで、図８に示す例では、補正値βと検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍの雰囲気中で測定されたデータの変化比率との相関がよくなるように、補正式（ｆ（α））を決定している。

また、図７，８では雰囲気中の相対湿度が上がった場合のデータを例示したが、この例に限らず、図９，１０に示すように雰囲気中の相対湿度が下がった場合でも、本実施形態のガス検出装置１は、湿度変化に起因した抵抗値変化を補正することが可能である。図９，１０は、相対湿度６５％のまま一晩経過した時点、その後に相対湿度４０％に移行した時点から、１時間後、５時間後、２１時間後、２８時間後、４５時間後の各時点の検知期間Ｔ２に検知対象ガスの濃度を測定したデータを表している。図９，１０では、縦軸をガスセンサ２の抵抗値が示す濃度（指示濃度）とし、各時点での測定結果を時系列に並べて横軸方向にプロットしており、図９が補正前、図１０が補正後のデータである。なお、図９，１０では、標準大気中、並びに検知対象ガスの濃度が５０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの各雰囲気中でのデータをそれぞれ（０）、（１）、（２）、（３）、（４）として示している。

たとえば検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍ（図中（２））に着目すると、図９では、相対湿度６５％の時点で指示濃度が１６０ｐｐｍであるのに対し、相対湿度４０％に移行後４５時間経過した時点では、湿度変化の影響で指示濃度が１３６ｐｐｍまで変化している。これに対して、補正後のデータでは、図１０に示すように、検知対象ガス濃度１５０ｐｐｍのデータは、相対湿度４０％に移行後４５時間経過した時点での指示濃度が、補正前の１３６ｐｐｍから１４４ｐｐｍまで改善される。

以上説明した本実施形態のガス検出装置１によれば、検出処理部３５が、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値にて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有するので、雰囲気中の湿度の影響を受けにくいという利点がある。すなわち、算出部３５１は、ガスセンサ２の温度が第１の設定温度にあって検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に低いときに、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。補正部３５２は、ガスセンサ２の温度が第２の設定温度にあって検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が十分に高いときに、直前に求められた補正値を用いて、ガスセンサ２の抵抗値を補正する。

したがって、検出処理部３５は、周囲温度が一定であっても、補正により湿度変化の影響を除いたガスセンサ２の抵抗値を求めることができ、ガスセンサ２の湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくいという利点がある。しかも、このガス検出装置１では、記憶部３８に予め記憶した既知データとガスセンサ２の抵抗値とを用いて、湿度に応じた補正値を算出するので、絶対湿度センサを用いることなく湿度に基づいた検出結果の補正が可能である。

また、本実施形態のガス検出装置１は、温度センサ４５を備え、算出部３５１が温度センサ４５の出力値（抵抗値）に基づいて周囲温度（雰囲気中の温度）変化に伴う補正値の変化を補償しているので、より高精度な検知対象ガスの検出が可能である。要するに、算出部３５１は、周囲温度変化に伴うガスセンサ２の抵抗値の変化を除いた上で補正値を算出するので、補正部３５２では、雰囲気中の湿度のみに応じた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を高精度に補正可能となる。

さらに、ガス検出装置１は、湿度に対するガスセンサ２の反応速度を検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅らせるフィルタ１５を有するので、急激な湿度変化があっても、適正な補正値によりガスセンサ２の抵抗値の補正が可能である。すなわち、ガス検出装置１は、補正値を算出した後、抵抗値を補正するまでの間に雰囲気中の湿度が急変することがあっても、フィルタ１５がバッファとなりガスセンサ２の反応が遅れるので、補正対象となる抵抗値に急激な湿度変化が影響することを防止できる。したがって、ガス検出装置１は、急激な湿度変化があっても、その影響で検知対象ガスの検出時における抵抗値が急変することはなく、適正な補正値で補正された抵抗値に基づいて、検知対象ガスの検出が可能となる。

しかも、ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路に設けられたフィルタ１５が、検知対象ガス以外の妨害ガスを除去する機能を持つので、ガス検出装置１は、妨害ガスによるガスセンサ２の抵抗値の変化の影響を受けにくいという利点がある。すなわち、ガス検出装置１は、ガスセンサ２の温度が第１の設定温度にあって算出部３５１にて雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する際に、妨害ガスによるガスセンサ２の抵抗値の変化の影響を受けにくくなる。つまり、算出部３５１は、妨害ガスの影響を殆ど受けることなく補正値を算出できるので、補正部３５２では、雰囲気中の湿度のみに応じた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を高精度に補正可能となる。

ところで、上記実施形態では、第１の設定温度は、第２の設定温度（約８０℃）よりも高い温度（約４００℃）に設定されているが、この例に限らず、検知対象ガスに対するガスセンサ２の感度が所定値未満になる範囲で適宜設定可能である。この場合に、ガスセンサ２の抵抗値の湿度依存性は、ガスセンサ２が第２の設定温度にあるときよりも第１の設定温度にあるときの方が大きいことが好ましい。つまり、第１の設定温度のときに抵抗値の湿度依存性が大きければ、算出部３５１がガスセンサ２の抵抗値を用いて補正値を算出する際、補正値に湿度が反映されやすくなる。その結果、算出部３５１は、湿度に応じた補正値を高精度で求めることが可能となり、補正部３５２では、ガスセンサ２の抵抗値を高精度に補正可能となる。

また、ガス検出装置１は、検知対象ガスが一酸化炭素でなく、可燃性ガスであるメタン（ＣＨ_４）であってもよく、この場合、第１の設定温度と第２の設定温度との関係は上記実施形態とは逆になる。すなわち、ガスセンサ２は感ガス体２０の温度が約４００℃のときにメタンに対して十分な感度を持つので、第１の設定温度は約８０℃に設定され、第２の設定温度が約４００℃に設定される。この場合でも、算出部３５１はガスセンサ２が第１の設定温度にある不感期間に、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出し、補正部３５２はガスセンサ２が第２の設定温度にある検知期間に、直前に求められた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を補正する。

さらに、ガス検出装置１は複数種類のガスを検知対象ガスとしてもよい。たとえば一酸化炭素とメタンとの２種類のガスを検知対象ガスとする場合、ガス検出装置１は、ガスセンサ２が一酸化炭素に十分な感度を持つ温度（約８０℃）と、メタンに十分な感度を持つ温度（約４００℃）との２つの温度が第２の設定温度として設定される。この場合、ガス検出装置１は、一酸化炭素とメタンとのいずれに対してもガスセンサ２の感度が所定値未満となる温度を第１の設定温度とし、制御部３２にて、第１の設定温度と２つの第２の設定温度とを周期的に繰り返すようにヒータ電圧を制御する。このときの第１の設定温度は、２つの第２の設定温度の中間の温度であってもよいし、いずれの第２の設定温度よりも高い、あるいは低い温度であってもよい。

この場合において、算出部３５１はガスセンサ２が第１の設定温度にある不感期間に、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出し、補正部３５２はガスセンサ２が第２の設定温度にある検知期間に、直前に求められた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を補正する。すなわち、検出処理部３５は、ガスセンサ２が一酸化炭素に十分な感度を持つような一方の第２の設定温度にあるときには、補正部３５２にてガスセンサ２の抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて検知対象ガスたる一酸化炭素を検知する。また、検出処理部３５は、ガスセンサ２がメタンに十分な感度を持つような他方の第２の設定温度にあるときには、補正部３５２にてガスセンサ２の抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて検知対象ガスたるメタンを検知する。これにより、ガス検出装置１は、１つのガスセンサ２にて検知期間に複数種類のガスを検出することができる。

なお、上記実施形態では、算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値の比αの関数（ｆ（α））を補正値βとして用いる例を示したが、この構成に限らず、ガスセンサ２の抵抗値と既知データとに基づいて現在の相対湿度を求め、この相対湿度から補正値を算出してもよい。この場合、記憶部３８には、複数の相対湿度について各相対湿度と一対一に対応付けられたガスセンサ２の抵抗値が既知データとして記憶され、さらに相対湿度と補正値との対応関係を表す対応テーブルが予め記憶される。算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値を既知データと照らし合わせることにより現在の雰囲気中の相対湿度を求め、対応テーブルを参照することにより、求めた相対湿度に対応する補正値を算出する。

また、上記実施形態では、ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路に、湿度に対するガスセンサ２の反応速度を遅らせ、且つ検知対象ガス以外の妨害ガスを除去する機能を持つフィルタ１５が設けられているが、このフィルタ１５は省略されていてもよい。すなわち、フィルタ１５は、湿度が急変した際にバッファとなってガスセンサ２の反応を遅らせ、また妨害ガスによるガスセンサ２の抵抗値変化を生じにくくしているが、ガス検出装置１は、所望の検出性能を満足するならばフィルタ１５がなくてもよい。

１ガス検出装置
２ガスセンサ
１５フィルタ
３２制御部
３５検出処理部
３５１算出部
３５２補正部
３８記憶部
４５温度センサ

Claims

検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサと、前記ガスセンサの抵抗値に基づいて雰囲気中の前記検知対象ガスを検出する検出処理部と、標準大気中における湿度に関連付けられた前記ガスセンサの抵抗値を既知データとして予め記憶している記憶部と、前記ガスセンサの前記検知対象ガスに対する感度が所定値未満になる第１の設定温度と前記感度が前記所定値以上になる第２の設定温度とを交互に切り替えるように前記ガスセンサの温度を制御する制御部とを備え、
前記検出処理部は、前記ガスセンサの温度が前記第１の設定温度にあるときに、前記ガスセンサの抵抗値と前記記憶部内の前記既知データとから前記雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、前記ガスセンサの温度が前記第２の設定温度にあるときに、直前に前記算出部で求められた前記補正値を用いて前記検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有することを特徴とするガス検出装置。
前記雰囲気中の温度に応じて出力値が変化する温度センサをさらに備え、
前記算出部は、前記温度センサの出力値に基づいて前記雰囲気中の温度変化に伴う前記補正値の変化を補償していることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
前記ガスセンサへの前記検知対象ガスの流入経路に、湿度に対する前記ガスセンサの反応速度を、前記検知対象ガスに対する前記ガスセンサの反応速度に比べて遅らせるフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス検出装置。
前記抵抗値の湿度依存性は、前記ガスセンサが前記第２の設定温度のときよりも前記第１の設定温度のときの方が大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検出装置。