JP2015017865A - Gas detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、冷凍空調機器の冷媒ガスの漏れを検出するためのガス検出システムに関する。 The present invention relates to a gas detection system for detecting leakage of refrigerant gas in a refrigeration air conditioner, for example.
近年、冷凍空調機器の使用時におけるフロンガスの漏洩について、従来考えられていたよりもはるかに多くの量のフロンガスが運転中に漏洩していることが報告されており、フロンガス漏洩の発生原因としては、例えば、冷凍空調機器の設置時または整備時の不備、冷凍空調機器の稼働による経年劣化などが考えられている。 In recent years, it has been reported that a much larger amount of chlorofluorocarbon gas has been leaked during operation than the previously thought about leakage of chlorofluorocarbon gas when using refrigeration and air-conditioning equipment. For example, inadequate installation or maintenance of the refrigeration air-conditioning equipment, aging deterioration due to operation of the refrigeration air-conditioning equipment, and the like are considered.
冷凍空調機器等の冷媒として使用されるフロンガスは温室効果が極めて大きく、気候変動対策の観点から大気への放出を防止すること必要とされており、冷凍空調機器の使用時において、フロンガスの漏洩を監視することが求められている。 Fluorocarbons used as refrigerants in refrigeration and air conditioning equipment have an extremely large greenhouse effect, and it is necessary to prevent their release into the atmosphere from the viewpoint of climate change countermeasures. There is a need to monitor.
例えば特許文献１の特開２０１１−１７４６８５号公報には、冷凍サイクルからのガス漏れを検知可能な位置に配置された複数のガス検知器と、これらのガス検知器が適宜の通信線を介して接続された集中管理装置とにより構成されたガス漏洩監視システムにおいて、集中管理装置によってガス漏れの検知状態を常時監視することにより冷凍空調機器からのガス漏れを検知する方法が示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-174585 of Patent Document 1, a plurality of gas detectors arranged at positions where gas leakage from a refrigeration cycle can be detected, and these gas detectors are connected via an appropriate communication line. In a gas leakage monitoring system constituted by a connected centralized management device, a method of detecting a gas leakage from a refrigeration air conditioner by constantly monitoring a gas leakage detection state by the centralized management device is shown.
現在、フロンガスの検出にあっては、半導体式ガスセンサが広く利用されている。半導体式ガスセンサは、その検知原理上、ガス測定に際してセンサ素子を特定の温度に保つことが必要されている。従って、特許文献１のようなガス漏洩を常時監視するシステムにおいては、すべてのガス検知器におけるガスセンサに対して規定の大きさの電流供給が必要となり、また、ガス検知器の各々に対応した複数の電源回路が必要となるため、消費電力が増大する、という問題がある。 At present, semiconductor gas sensors are widely used for the detection of CFCs. A semiconductor gas sensor is required to maintain a sensor element at a specific temperature for gas measurement because of its detection principle. Therefore, in a system that constantly monitors gas leakage as in Patent Document 1, it is necessary to supply a current having a specified magnitude to the gas sensors in all the gas detectors, and a plurality of gas detectors corresponding to each of the gas detectors. Therefore, there is a problem that power consumption increases.
また、図３を参照して説明すると、半導体式ガスセンサ１１は、通常、半導体物質よりなる感応部１２を負荷抵抗５２を介して基準電源５１に直列に接続し、検知対象ガスの濃度により変化する感応部１２の抵抗（電気抵抗）を負荷抵抗５２の端子電圧として検出するように回路構成されて使用される。
しかしながら、上記のようなガス漏洩監視システムにおいては、ガス検知器と管理装置とが、例えば数百メートルオーダのケーブルにより接続される場合があり、また、ケーブルの長さが不定であるため、ケーブルの線路抵抗に起因した誤差が測定結果に含まれてしまう、という問題がある。
Further, referring to FIG. 3, the semiconductor type gas sensor 11 normally has a
However, in the gas leakage monitoring system as described above, the gas detector and the management device may be connected by, for example, a cable on the order of several hundred meters, and the length of the cable is indefinite. There is a problem that an error due to the line resistance of the measurement is included in the measurement result.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、ガス検知器と管理装置とがケーブルにより接続されて構築されるガス検出システムにおいて、検知対象ガスの濃度を、ケーブルの線路抵抗による影響を受けることなく、高い信頼性をもって検出することのできるガス検出システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and in a gas detection system constructed by connecting a gas detector and a management device by a cable, the concentration of the detection target gas is determined by the cable line. It is an object of the present invention to provide a gas detection system that can be detected with high reliability without being affected by resistance.
本発明のガス検出システムは、検知対象ガスの接触によって抵抗値が変化するセンサ素子を有するガスセンサを具えたガス検知器と、当該ガス検知器と離れた位置に設置されて当該ガス検知器とケーブルにより接続された管理装置とにより構成されたものにおいて、
前記管理装置は、前記センサ素子に定電流を供給する定電流電源回路と、前記センサ素子に供給される電流を検出する電流検出回路と、当該センサ素子に印加される電圧を検出する電圧検出回路と、前記センサ素子の抵抗値に基づいて検知対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出手段とを具えており、
当該ガス濃度算出手段は、前記電流検出回路により検出される電流値と、前記電圧検出回路により検出される電圧値とに基づいて、前記ケーブルの線路抵抗値を算出し、センサ出力として取得される前記ケーブルの線路抵抗値を含んだ検出抵抗値より当該線路抵抗値の影響分を排除することにより、センサ素子自体の抵抗値を取得する機能を有することを特徴とする。
The gas detection system of the present invention includes a gas detector having a gas sensor having a sensor element whose resistance value changes by contact with a gas to be detected, and a gas detector and a cable installed at a position away from the gas detector. In what is configured with the management device connected by
The management device includes a constant current power supply circuit that supplies a constant current to the sensor element, a current detection circuit that detects a current supplied to the sensor element, and a voltage detection circuit that detects a voltage applied to the sensor element. And gas concentration calculation means for calculating the concentration of the detection target gas based on the resistance value of the sensor element,
The gas concentration calculation means calculates a line resistance value of the cable based on a current value detected by the current detection circuit and a voltage value detected by the voltage detection circuit, and is obtained as a sensor output. It has a function of acquiring the resistance value of the sensor element itself by eliminating the influence of the line resistance value from the detection resistance value including the line resistance value of the cable.
本発明のガス検出システムにおいては、前記ガス検知器は、検知対象ガスの接触によって抵抗値が変化する感応部および当該感応部を加熱するヒーターにより構成されたセンサ素子を有する半導体式ガスセンサを具えてなるものであり、
前記管理装置は、基準電源が負荷抵抗を介して前記半導体式ガスセンサにおける感応部に直列に接続されて構成された、当該負荷抵抗の端子電圧を検出することによりセンサ出力としての検出抵抗値を取得するセンサ信号処理回路を具えており、
前記ガス濃度算出手段は、前記負荷抵抗の抵抗値をＲＬ〔Ω〕、前記基準電源の電源電圧をＶ０〔ｍＶ〕、前記負荷抵抗の端子電圧をＶＬ〔ｍＶ〕、前記半導体式ガスセンサに定電流を供給することにより生ずるオフセット電圧をＶｏｆｆ〔ｍＶ〕、前記ケーブルの線路抵抗値をＲ〔Ω〕としたとき、前記半導体式ガスセンサにおける感応部の抵抗値Ｒｓ〔Ω〕を、下記式（１）により、算出する構成のものとすることができる。
In the gas detection system of the present invention, the gas detector includes a semiconductor type gas sensor having a sensitive part whose resistance value is changed by contact with a gas to be detected and a sensor element configured by a heater for heating the sensitive part. And
The management device acquires a detection resistance value as a sensor output by detecting a terminal voltage of the load resistance, which is configured by connecting a reference power source in series to a sensitive part in the semiconductor gas sensor via a load resistance. Sensor signal processing circuit
The gas concentration calculation means includes a resistance value R L [Ω] of the load resistance, a power supply voltage V 0 [mV] of the reference power source, a terminal voltage V L [mV] of the load resistance, and the semiconductor gas sensor. When the offset voltage generated by supplying a constant current to Voff is [mV] and the line resistance value of the cable is R [Ω], the resistance value Rs [Ω] of the sensitive part in the semiconductor gas sensor is By (1), it can be set as the thing of the structure calculated.
さらにまた、本発明のガス検出システムにおいては、複数の前記ガス検知器を１つのグループとするガス検知器群を具えており、
前記管理装置は、前記ガス検知器群に属する各ガス検知器に共有の駆動回路を具えており、ガス検知器の各々を作動モードと休止モードとを繰り返すよう間欠的に駆動し、かつ、ガス検知器を順次に連続して作動モードとする動作シーケンスを実行する機能を有し、作動モードにある一のガス検知器に、一定の大きさに制御されたセンサ駆動電流を供給しながら、休止モードにある他のガス検知器に、当該センサ駆動電流より小さい予熱電流を供給する構成とされていることが好ましい。
このような構成のものにおいては、前記駆動回路は、前記定電流電源回路を有するセンサ駆動電流供給回路と、予熱電流供給回路と、当該センサ駆動電流供給回路および当該予熱電流供給回路のいずれか一方をガス検知器に接続する、ガス検知器の各々に対応する複数のスイッチ手段とを具えており、
前記管理装置は、前記予熱電流供給回路に、センサ駆動電流の大きさとの関係において設定された大きさの定電圧を入力する構成とされていることが好ましい。
Furthermore, in the gas detection system of the present invention, a gas detector group including a plurality of the gas detectors as one group is provided.
The management device includes a common drive circuit for each gas detector belonging to the gas detector group, and intermittently drives each gas detector to repeat an operation mode and a pause mode, and gas It has a function to execute an operation sequence in which the detectors are sequentially and continuously set in the operation mode, and is stopped while supplying a sensor drive current controlled to a constant magnitude to one gas detector in the operation mode. It is preferable that a preheating current smaller than the sensor driving current is supplied to another gas detector in the mode.
In such a configuration, the drive circuit includes any one of a sensor drive current supply circuit having the constant current power supply circuit, a preheating current supply circuit, the sensor drive current supply circuit, and the preheat current supply circuit. A plurality of switch means corresponding to each of the gas detectors,
The management device is preferably configured to input a constant voltage having a magnitude set in relation to the magnitude of the sensor drive current to the preheating current supply circuit.
本発明のガス検出システムによれば、センサ出力として得られる検出抵抗値よりケーブルの線路抵抗による影響分を排除したセンサ素子自体の抵抗値を得ることができ、検知対象ガスの濃度が当該センサ素子自体の抵抗値に基づいて算出されるので、得られる測定結果は、高い信頼性を有するものとなる。
また、演算によりガス濃度を算出することができるので、例えばガス検知器の校正処理を行う場合には、ガス検知器に対して校正用ガスを供給する必要がなく、また、必ずしも、ガス検知器が設置された場所での作業自体を行う必要もないため、高い作業効率が得られる。従って、複数のガス検知器により構築されたシステムにおいて極めて有用である。
According to the gas detection system of the present invention, it is possible to obtain the resistance value of the sensor element itself excluding the influence due to the line resistance of the cable from the detection resistance value obtained as the sensor output, and the concentration of the detection target gas is the sensor element. Since it is calculated based on its own resistance value, the obtained measurement result has high reliability.
Further, since the gas concentration can be calculated by calculation, for example, when performing calibration processing of the gas detector, it is not necessary to supply a calibration gas to the gas detector, and the gas detector is not necessarily required. Since it is not necessary to perform the work itself at the place where is installed, high work efficiency can be obtained. Therefore, it is extremely useful in a system constructed by a plurality of gas detectors.
また、複数のガス検知器によるガス検出システムにおいては、複数のガス検知器を１つのグループとしてグループ化されたガス検知器群毎に、ガス検知器におけるガスセンサの動作状態が制御されるので、規定の大きさのセンサ駆動電流を供給するための電源回路は、一のガス検知器群につき一のガス検知器に対するもののみでよく、従って、システム全体における電源回路の数を低減することができて、消費電力の低減を図ることができる。
しかも、作動モードとされる一のガス検知器におけるガスセンサにセンサ駆動電流が供給されながら、当該ガス検知器と同一のガス検知器群に属する他のガス検知器におけるガスセンサの各々に予熱電流が供給されるので、休止モードから作動モードに移行されたときに、ガスセンサの出力を安定させるために必要とされる暖機処理時間を大幅に短縮することができ、しかも、休止モード時に供給される予熱電流はセンサ駆動電流以下の大きさであるため、休止モード時にガスセンサに対する給電が停止されるよう間欠制御される構成のものに比して、システム全体として消費電力の低減を図ることができる。
Further, in the gas detection system using a plurality of gas detectors, the operation state of the gas sensor in the gas detector is controlled for each gas detector group in which the plurality of gas detectors are grouped as one group. The power supply circuit for supplying the sensor drive current of the size of only one is required for one gas detector per gas detector group, so that the number of power supply circuits in the entire system can be reduced. Thus, power consumption can be reduced.
In addition, while a sensor drive current is supplied to the gas sensor in one gas detector that is in the operation mode, a preheating current is supplied to each of the gas sensors in another gas detector belonging to the same gas detector group as the gas detector. Therefore, when the operation mode is shifted from the sleep mode, the warm-up processing time required to stabilize the output of the gas sensor can be greatly shortened, and the preheating supplied in the sleep mode is also achieved. Since the current is smaller than the sensor drive current, the power consumption of the entire system can be reduced as compared with a configuration in which intermittent control is performed so that power supply to the gas sensor is stopped in the pause mode.
さらにまた、管理装置が、ガスセンサの休止モード時において、予熱電流供給回路に一定の大きさの電圧を入力する構成とされていることにより、ガスセンサに供給される予熱電流の大きさは、管理装置とガス検知器との設置位置との距離に応じた線路抵抗による電圧降下に依存することとなり、別個の電源回路を設けることなく、所期の大きさの予熱電流をガス検知器に供給することができ、消費電力が増大することを回避することができる。 Furthermore, since the management device is configured to input a voltage having a constant magnitude to the preheating current supply circuit when the gas sensor is in the sleep mode, the magnitude of the preheating current supplied to the gas sensor is Depends on the voltage drop due to the line resistance according to the distance between the gas detector and the installation position of the gas detector, and supplies the gas detector with the desired preheating current without providing a separate power circuit. And increase in power consumption can be avoided.
以下、本発明の実施の形態について、例えば大型スーパーストアの冷蔵ショーケースなどの冷凍空調機器からの冷媒ガスの漏れを監視する場合を例に挙げて、詳細に説明する。
図１は、本発明のガス検出システムに係るガス漏洩監視システムの一例における構成の概略を示すブロック図である。このガス漏洩監視システムは、例えば、互いに異なる測定ポイントに配置された複数のガス検知器１０（ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４，ｃ１〜ｃ４，ｄ１〜ｄ４，ｅ１〜ｅ４）（以下、特定のものについて言及する場合を除いて、一部を省略して単に符号「１０」を用いる。）と、これらのガス検知器１０の各々が適宜の給電用／信号伝送用ケーブル１８により接続された管理装置２０とにより構成されている。
そして、このガス漏洩監視システムにおいては、各々複数のガス検知器１０を一のグループとする複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅが設定されている。この例においては、一のガス検知器群に属するガス検知器１０の数が４台、ガス検知器群の数が５つに設定されており、同一のガス検知器群に属するガス検知器１０については、例えば同一の長さの給電用／信号伝送用ケーブル１８が用いられている。ここに、給電用／信号伝送用ケーブル１８の長さは、特に制限されるものではないが、通常、例えば２０００ｍ以下のものが用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail by taking as an example the case of monitoring leakage of refrigerant gas from refrigeration and air conditioning equipment such as a refrigerated showcase of a large superstore.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration in an example of a gas leakage monitoring system according to the gas detection system of the present invention. The gas leakage monitoring system includes, for example, a plurality of gas detectors 10 (a 1 to a 4 , b 1 to b 4 , c 1 to c 4 , d 1 to d 4 , e 1) arranged at different measurement points. to e 4) (hereinafter, except when referring to specific ones, partially omitted simply by the reference number "10".), and each of these gas detector 10 is suitably of the feeding / signal It is comprised with the
In this gas leakage monitoring system, a plurality of
ガス検知器１０としては、検知対象ガスの接触によって抵抗値が変化するセンサ素子を有するガスセンサ、例えば半導体式ガスセンサを具えたものが用いられており、例えば冷凍サイクルにおける高温高圧ガス冷媒や高圧液冷媒が流れる配管及び機器の継手部分の近傍位置などに配置される。 As the gas detector 10, a gas sensor having a sensor element whose resistance value is changed by contact with a detection target gas, for example, a semiconductor gas sensor is used. For example, a high-temperature high-pressure gas refrigerant or a high-pressure liquid refrigerant in a refrigeration cycle is used. It is arranged in the vicinity of the pipe and the joint part of the equipment through which the air flows.
半導体式ガスセンサにおけるセンサ素子は、図２に示すように、通電により発熱する抵抗体の周囲に、金属酸化物半導体よりなる感応部１２が形成されて、構成されている。
感応部１２を構成する金属酸化物半導体としては、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）などの酸化触媒がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体と共に焼結されてなるものを用いることができる。
抵抗体は、例えば白金またはその合金よりなる金属素線がコイル状に巻回されてなるコイル部１３ａおよびこのコイル部１３ａの両端に連続する直線状のリード部１３ｂを有するヒーター１３よりなる。
As shown in FIG. 2, the sensor element in the semiconductor gas sensor is configured by forming a
As the metal oxide semiconductor constituting the
The resistor includes a
管理装置２０は、半導体式ガスセンサにおける感応部１２の抵抗値に基づいて検知対象ガスの濃度を算出する機能を有するマイコン２１と、複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅの各々に対応する複数のセンサ駆動回路３０ａ〜３０ｅとを具えている。
The
センサ駆動回路３０ａは、ガス検知器群１５ａに属するガス検知器１０（ａ１〜ａ４）の各々を、それぞれ、半導体式ガスセンサの暖機処理および当該暖機処理に連続してガス測定が行われる作動モードと休止モードとが繰り返して行われるよう、間欠的に駆動する機能を有する。センサ駆動回路３０ａは、作動モード時には、所定の大きさの定電流であるセンサ駆動電流を半導体式ガスセンサにおけるヒーター１３に供給すると共に、休止モード時には、センサ駆動電流より小さい電流である予熱電流を半導体式ガスセンサにおけるヒーター１３に供給する。
センサ駆動回路３０ａは、図３に示すように、ガス検知器１０（ａ１〜ａ４）における半導体式ガスセンサ１１のヒーター１３にセンサ駆動電流を供給する定電流電源回路３１を有するセンサ駆動電流供給回路３５と、休止モードにあるガス検知器における半導体式ガスセンサ１１のヒーター１３に予熱電流を供給する予熱電流供給回路３８と、センサ駆動電流供給回路３５および予熱電流供給回路３８のいずれか一方を選択的にガス検知器１０ａ１〜１０ａ４に接続する動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４とを具えている。
センサ駆動電流供給回路３５には、半導体式ガスセンサ１１に供給すべきセンサ駆動電流の大きさを監視するヒーター電流検出回路３２が設けられている。ヒーター電流検出回路３２は、定電流電源回路３１と動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４との間に介挿された、半導体式ガスセンサ１１のヒーター１３に供給される電流（ヒーター電流）を検出するヒーター電流検出抵抗３２ａを有する。
ヒーター電流検出回路３２の出力端子はマイコン２１に接続されており、ヒーター電流検出回路３２よりの電流検知信号がマイコン２１における電流検知信号入力端子２１ａに入力される。そして、電流検知信号に基づいて設定された電流調整信号がマイコン２１より定電流電源回路３１に入力されて供給電流の調整がなされる。３１ａは、定電流電源回路３１における電源入力端子であって、所定の大きさの定電圧が図示しない電源より入力される。また、２１ｂは、マイコン２１における電流調整信号出力端子である。
The sensor drive
An output terminal of the heater
また、センサ駆動電流供給回路３５には、ガス検知器１０（ａ１〜ａ４）における半導体式ガスセンサ１１のヒーター１３に印加される電圧を監視するヒーター電圧検出回路３３が設けられている。ヒーター電圧検出回路３３における出力端子はマイコン２１に接続されており、ヒーター電圧検出回路３３よりの電圧検知信号がマイコン２１における電圧検知信号入力端子２１ｇに入力される。図３における３３ａは、ヒーター電圧検出回路３３の電源入力端子である。
The sensor drive
予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９には、ガス検知器１０（ａ１〜ａ４）における半導体式ガスセンサ１１に供給される予熱電流が、管理装置２０とガス検知器１０（ａ１〜ａ４）との間の線間抵抗による電圧降下によって、センサ駆動電流以下の大きさとなるよう設定された所定の大きさの定電圧が入力される。
The preheating current supplied to the semiconductor gas sensor 11 in the gas detector 10 (a 1 to a 4 ) is supplied to the
動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４は、ガス検知器群１５ａに属する複数のガス検知器１０ａ１〜１０ａ４の各々に対応して設けられている。各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４は、ａ接点（常時開成）４１およびｂ接点（常時閉成）４２を具備しており、ガス検知器１０（ａ１〜ａ４）は、ａ接点４１を介してセンサ駆動電流供給回路３５に接続されていると共にｂ接点４２を介して予熱電流供給回路３８に接続されている。そして、各ガス検知器１０ａ１〜１０ａ４は、対応する動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４を介して、センサ駆動電流供給回路３５および予熱電流供給回路３８に対して並列に接続されている。
各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４におけるａ接点４１およびｂ接点４２は、マイコン２１より入力される動作モード切り替え信号によって、いずれか一方が閉成されるよう互いに連動して制御される。２１ｃ〜２１ｆは、マイコン２１における動作モード切り替え信号出力端子である。
The operation mode changeover switches 401 to 404 are provided corresponding to each of the plurality of gas detectors 10a 1 to 10a 4 belonging to the
The a
各ガス検知器１０ａ１〜１０ａ４におけるセンサ信号出力端子１４１〜１４４は、それぞれ、スイッチ手段４５を介して信号処理回路５０に接続されている。信号処理回路５０は、負荷抵抗５２を介して半導体式ガスセンサ１１における感応部１２に直列に接続された基準電源５１を具えており、半導体式ガスセンサ１１における感応部１２の抵抗値および給電用／信号伝送用ケーブル１８の線路抵抗値を含む検出抵抗値を、負荷抵抗５２の端子電圧（センサ出力）として検出する。
各スイッチ手段４５は、対応するガス検知器に係る動作モード切り替えスイッチのａ接点４１と連動して動作され、当該ａ接点４１が閉成されることに伴って、スイッチ手段４５が閉成される。そして、信号処理回路５０よりの作動モードにあるガス検知器に係るセンサ出力（電圧信号）がマイコン２１におけるガス検知信号入力端子２１ｈに入力される。
The sensor
Each switch means 45 is operated in conjunction with the a
以上において、ガス検知器群１５ｂ〜ガス検知器群１５ｅに係るセンサ駆動回路３０ｂ〜３０ｅは、センサ駆動回路３０ａと同一の構成とされており、説明は省略する。
In the above, the
而して、上記のガス漏洩監視システムにおいては、管理装置２０におけるマイコン２１は、ヒーター電流検出回路３２により検出されるヒーター電流値と、ヒーター電圧検出回路３３により検出されるヒーター電圧値とに基づいて、給電用／信号伝送用ケーブル１８の線路抵抗値Ｒを算出し、センサ出力として取得される検出抵抗値（Ｒｓ＋２Ｒ）より当該線路抵抗値の影響分（２Ｒ）を排除することにより、半導体式ガスセンサ１１における感応部１２自体の抵抗値（Ｒｓ）を取得する機能を有する。
Thus, in the gas leakage monitoring system, the
すなわち、マイコン２１は、先ず、ヒーター電流検出回路３２によって検出されるヒーター電流値をＡｈ〔ｍＡ〕、ヒーター電圧検出回路３３によって検出されるヒーター電圧値をＶｈ〔ｍＶ〕としたとき、下記式（２）より、給電用／信号伝送用ケーブル１８の線路抵抗値Ｒを算出する。
That is, the
上記式（２）において、「ｎ」は、半導体ガスセンサ１１の信号電圧（センサ信号）を検出する回路構成に基づいて設定される１以上の整数であり、Ｖｃは、半導体式ガスセンサ１１に固有の規定のヒーター電圧値〔ｍＶ〕である。なお、この例のセンサ駆動回路３０ａは、半導体ガスセンサ１１の信号電圧（センサ信号）を例えば分圧により検出する構成とされており、検出されるヒーター電圧値Ｖｈは、例えば定電流電源回路３１よりの出力電圧を例えば１／４に分圧したものとなる。従って、上記式（２）において、ｎ＝４に設定される。
In the above formula (2), “n” is an integer of 1 or more set based on the circuit configuration for detecting the signal voltage (sensor signal) of the semiconductor gas sensor 11, and Vc is unique to the semiconductor gas sensor 11. It is a specified heater voltage value [mV]. The
また、半導体式ガスセンサ１１に定電流（センサ駆動電流）を供給することにより生ずるオフセット電圧値Ｖｏｆｆ〔ｍＶ〕を、下記式（３）により、算出する。 Further, an offset voltage value V off [mV] generated by supplying a constant current (sensor driving current) to the semiconductor gas sensor 11 is calculated by the following equation (3).
次いで、半導体式ガスセンサ１１における感応部１２のセンサ抵抗値Ｒｓ〔Ω〕を、上記式（２）により算出された線路抵抗値Ｒ〔Ω〕および上記式（３）により算出されたオフセット電圧値Ｖｏｆｆ〔ｍＶ〕を用い、下記式（１）により、算出する。
Next, the sensor resistance value Rs [Ω] of the
上記式（１）において、ＲＬは負荷抵抗５２の抵抗値〔Ω〕、Ｖ０は基準電源５１の電源電圧〔ｍＶ〕、ＶＬは負荷抵抗５２の端子電圧（センサ出力）〔ｍＶ〕である。
In the above equation (1), R L is the resistance value [Ω] of the
そして、マイコン２１は、以上のようにして算出された感応部１２のセンサ抵抗値Ｒｓに基づいて検知対象ガスの濃度を算出する。
Then, the
以下、上記のガス漏洩監視システムにおけるガス漏洩監視動作について説明する。
図４は、図１に示すガス漏洩監視システムにおける各ガス検知器の動作シーケンスを示すタイミングチャートである。
この例の動作シーケンスにおいては、例えば、すべてのガス検知器１０の動作条件が同一であって、同一のガス検知器群に属するガス検知器が順次に連続して作動モードとされると共に、各ガス検知器群における一のガス検知器が同時に作動モードとされる。
Hereinafter, the gas leakage monitoring operation in the gas leakage monitoring system will be described.
FIG. 4 is a timing chart showing an operation sequence of each gas detector in the gas leakage monitoring system shown in FIG.
In the operation sequence of this example, for example, the operation conditions of all the gas detectors 10 are the same, and the gas detectors belonging to the same gas detector group are sequentially set in the operation mode, and each One gas detector in the gas detector group is simultaneously set to the operation mode.
動作シーケンスについて、一のガス検知器群１５ａに着目して具体的に説明すると、マイコン２１より動作モード切り替え信号が各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４に入力される。例えば、作動モードとされるべき一のガス検知器１０ａ１に係る動作モード切り替えスイッチ４０１においては、ａ接点４１が閉成されると共にｂ接点４２が開成され、また、他のガス検知器１０ａ２〜１０ａ４に係る動作モード切り替えスイッチ４０２〜４０４においては、ａ接点４１が開成され、ｂ接点４２が閉成される。
これにより、センサ駆動電流供給回路３５における定電流電源回路３１よりガス検知器１０ａ１に対してのみセンサ駆動電流が供給されて当該ガス検知器１０ａ１が作動モードされると共に、予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９より定電圧が入力されることにより、同一のガス検知器群１５ａに属する他のガス検知器１０（ａ２〜ａ４）の各々に対して予熱電流が供給されて当該ガス検知器１０（ａ２〜ａ４）が休止モードとされる。
The operation sequence will be specifically described by paying attention to one
Thus, the sensor drive current only to gas detectors 10a 1 from the constant current
そして、作動モードにあるガス検知器１０ａ１にあっては、先ず、半導体式ガスセンサ１１の暖機処理が所定時間ｔ１の間行われる。その後、半導体式ガスセンサ１１の暖機処理に連続してガス測定が所定時間ｔ２の間行われる。一方、休止モードにあるガス検知器１０（ａ２〜ａ４）にあっては、半導体式ガスセンサ１１の予熱処理が行われる。 Then, in the gas detector 10a 1 in an actuated mode, first, the warm-up process of the semiconductor gas sensor 11 is performed for a predetermined time t1. Thereafter, the gas measurement is performed for a predetermined time t <b> 2 following the warm-up process of the semiconductor gas sensor 11. On the other hand, in the gas detector 10 (a 2 to a 4 ) in the pause mode, the semiconductor gas sensor 11 is preheated.
次いで、所定時間Ｔ０が経過した後、マイコン２１より動作モード切り替え信号が各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４に入力されて、作動モードにあるガス検知器１０ａ１が休止モードに移行されるのと同時に、休止モードにある他のガス検知器の一が作動モードに移行される。すなわち、作動モードにあるガス検知器１０ａ１に係る動作モード切り替えスイッチ４０１においては、ａ接点４１が開成されると共にｂ接点４２が閉成され、また、休止モードにあるガス検知器１０ａ２に係る動作モード切り替えスイッチ４０２においては、ａ接点４１が閉成され、ｂ接点４２が開成される。他のガス検知器１０ａ３，１０ａ４に係る動作モード切り替えスイッチ４０３，４０４においては、ａ接点４１が開成されると共にｂ接点４２が閉成された状態が維持される。
これにより、センサ駆動電流供給回路３５における定電流電源回路３１よりガス検知器１０ａ２に対してのみセンサ駆動電流が供給されて当該ガス検知器１０ａ２が作動モードされると共に、予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９より定電圧が入力されることにより、同一のガス検知器群１５ａに属する他のガス検知器１０（ａ１，ａ３，ａ４）に対して予熱電流が供給されて当該ガス検知器１０（ａ１，ａ３，ａ４）が休止モードとされる。
Then, after a predetermined time T 0 has passed, the operation mode switching signal from the
Thus, the sensor drive current only to gas detectors 10a 2 from the constant current
以上のような制御が繰り返して行われ、ガス検知器群１５ａに属するガス検知器１０（ａ１〜ａ４）の各々が順次に連続して作動モードとされるよう間欠的に駆動される。
The above control is repeatedly performed, and the gas detectors 10 (a 1 to a 4 ) belonging to the
また、他のガス検知器群１５ｂ〜１５ｅについても、同一の動作シーケンスで各ガス検知器１０が動作される。
そして、この例においては、各ガス検知器群１５ａ〜１５ｅにおける一のガス検知器が同時に作動モード、より具体的にはガス測定状態とされるよう、同期がとられた状態（動作モードの切り替えタイミングが同一となる状態）で、各ガス検知器１０の動作状態が制御される。
このように、このガス漏洩監視システムにおいては、ガス検知器群の各々において、一のガス検知器によるガス測定が行われながら、他のガス検知器に対する予熱処理が行われる。従って、ガス検知器１０が休止モードから作動モードに移行されたときに、半導体式ガスセンサ１１の検知原理上必要とされる半導体式ガスセンサ１１の暖機処理に要する時間を短縮することができる。
Further, the gas detectors 10 are operated in the same operation sequence for the other
In this example, one gas detector in each of the
As described above, in this gas leakage monitoring system, pre-heat treatment is performed on the other gas detectors while gas measurement is performed by one gas detector in each of the gas detector groups. Therefore, when the gas detector 10 is shifted from the pause mode to the operation mode, the time required for the warm-up process of the semiconductor gas sensor 11 required for the detection principle of the semiconductor gas sensor 11 can be shortened.
作動モードにあるガス検知器よりのセンサ信号は、信号処理回路５０に入力されて負荷抵抗５２の端子電圧が検出され、センサ出力（電圧信号）としてマイコン２１に入力される。そして、マイコン２１によって、上述した方法によって、検知対象ガスの濃度が算出され、検知対象ガスが漏洩していることが検出された場合には、例えば、適宜の警報報知手段（図示せず）による警報動作が行われる。
The sensor signal from the gas detector in the operation mode is input to the
以上において、ガス検知器１０の動作条件を示すと、作動モード時に供給されるセンサ駆動電流は、例えば１３０〜２８０ｍＡの範囲内の大きさ、例えば１６７ｍＡであり、暖機処理の時間ｔ１は、例えば２〜１０分間、例えば３分間であり、ガス測定の時間ｔ２は、例えば１〜５分間、例えば２分間、作動モードの時間Ｔ０が３〜１５分間、例えば５分間である。また、休止モード時に供給される予熱電流は、例えばセンサ駆動電流の６０〜１００％の範囲内の大きさである。一のガス検知器１０についての間欠動作の周期Ｔは、例えば１０〜６０分間、例えば２０分間である。 In the above, when the operating conditions of the gas detector 10 are shown, the sensor drive current supplied in the operation mode is, for example, a magnitude within the range of 130 to 280 mA, for example, 167 mA, and the warm-up time t1 is, for example, The gas measurement time t2 is, for example, 1 to 5 minutes, for example, 2 minutes, and the operation mode time T0 is 3 to 15 minutes, for example, 5 minutes. Further, the preheating current supplied in the sleep mode is, for example, a magnitude within a range of 60 to 100% of the sensor driving current. The period T of the intermittent operation for one gas detector 10 is, for example, 10 to 60 minutes, for example, 20 minutes.
而して、上記構成のガス漏洩監視システムによれば、マイコン２１によって、ガス検知器１０と管理装置２０とを接続する給電用／信号伝送用ケーブル１８の線路抵抗値Ｒが算出される。そして、センサ出力として取得される検出抵抗値（Ｒｓ＋２Ｒ）より、ガス検知器１０と管理装置２０と間の線間抵抗による影響分、具体的には、給電用／信号伝送用ケーブル１８の線路抵抗値Ｒの２倍の大きさ（２Ｒ）を排除した半導体式ガスセンサ１１の感応部１２自体のセンサ抵抗値Ｒｓが算出され、検知対象ガスの濃度が当該センサ抵抗値Ｒｓに基づいて算出されるので、得られるガス濃度値は信頼性の高いものとなる。
また、演算によりガス濃度を算出することができるので、ガス検知器１０の校正処理を行う場合には、ガス検知器１０に対して校正用ガスを供給する必要がなく、また、必ずしも、ガス検知器１０が設置された場所での作業自体を行う必要もないため、高い作業効率が得られる。特に、複数のガス検知器により構築されたガス検出システムにおいて極めて有用である。
Thus, according to the gas leakage monitoring system configured as described above, the
Further, since the gas concentration can be calculated by calculation, it is not necessary to supply the calibration gas to the gas detector 10 when performing the calibration process of the gas detector 10, and the gas detection is not necessarily performed. Since it is not necessary to perform the work itself at the place where the vessel 10 is installed, high work efficiency can be obtained. In particular, it is extremely useful in a gas detection system constructed by a plurality of gas detectors.
また、上記構成のガス漏洩監視システムによれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、複数のガス検知器１０が１つのグループとしてグループ化された複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅ毎に、ガス検知器１０における半導体式ガスセンサ１１の動作状態が制御されるので、センサ駆動電流を供給するための電源回路は、一のガス検知器群につき一のガス検知器に対するもののみでよく、従って、システム全体における電源回路の数を低減することができて、消費電力の低減を図ることができる。
Moreover, according to the gas leakage monitoring system having the above-described configuration, the following effects can be obtained. That is, since the operation state of the semiconductor gas sensor 11 in the gas detector 10 is controlled for each of the plurality of
しかも、作動モードとされる一のガス検知器における半導体式ガスセンサ１１にセンサ駆動電流が供給されながら、当該ガス検知器と同一のガス検知器群に属する他のガス検知器における半導体式ガスセンサ１１の各々に予熱電流が供給されるので、休止モードから作動モードに移行されたときに、半導体式ガスセンサ１１の出力を安定させるために必要とされる暖機処理時間を大幅に短縮することができ、しかも、休止モード時に供給される予熱電流はセンサ駆動電流以下の大きさであるため、休止モード時に半導体式ガスセンサ１１に対する給電が停止されるよう間欠制御される構成のものに比して、システム全体として消費電力の低減を図ることができる。
具体的には例えば、休止モード時に半導体式ガスセンサ１１に対する給電が停止されるよう間欠制御されることの他は、本発明に係るガス漏洩監視システムと同一の構成を有するガス漏洩監視システム（参照ガス漏洩監視システム）においては、センサ駆動電流を１６７ｍＡとしたとき、例えば１２０分間以上の暖機処理が必要となるのに対して、上述したように、本発明に係るガス漏洩監視システムにおいては、暖機処理時間は例えば３分間でよく、従って、システム全体では、本発明に係るガス漏洩監視システムは、参照ガス漏洩監視システムの３０〜６０％の消費電力に抑えることができる。
In addition, while the sensor driving current is supplied to the semiconductor gas sensor 11 in one gas detector that is in the operation mode, the semiconductor gas sensor 11 in another gas detector belonging to the same gas detector group as the gas detector. Since the preheating current is supplied to each, the warm-up processing time required to stabilize the output of the semiconductor gas sensor 11 when the operation mode is shifted from the sleep mode can be greatly shortened. In addition, since the preheating current supplied in the sleep mode is smaller than the sensor drive current, the entire system is compared with a configuration in which the power supply to the semiconductor gas sensor 11 is intermittently controlled in the sleep mode. As a result, power consumption can be reduced.
Specifically, for example, a gas leakage monitoring system (reference gas) having the same configuration as that of the gas leakage monitoring system according to the present invention, except that the power supply to the semiconductor gas sensor 11 is stopped so as to be stopped in the sleep mode. In the leakage monitoring system), when the sensor drive current is set to 167 mA, for example, warm-up processing for 120 minutes or more is required, whereas, as described above, in the gas leakage monitoring system according to the present invention, The machine processing time may be, for example, 3 minutes. Therefore, in the entire system, the gas leakage monitoring system according to the present invention can be reduced to 30 to 60% of the power consumption of the reference gas leakage monitoring system.
そして、半導体式ガスセンサ１１にあっては、その特性上、無通電時間が長くなるに従って必要とされる暖機処理時間が長くなる。従って、ガス検知器を上記の特定の動作シーケンスで動作させるガス漏洩監視システムは、半導体式ガスセンサ１１を具えたガス検知器を用いた場合に極めて有用なものとなる。 And in the semiconductor type gas sensor 11, the warm-up process time required becomes longer as the non-energization time becomes longer due to its characteristics. Therefore, the gas leakage monitoring system that operates the gas detector in the specific operation sequence described above is extremely useful when a gas detector including the semiconductor gas sensor 11 is used.
さらにまた、半導体式ガスセンサ１１の休止モード時において、予熱電流供給回路３８に一定の大きさの電圧を入力する構成とされていることにより、半導体式ガスセンサ１１に供給される予熱電流の大きさは、管理装置２０とガス検知器１０との設置位置との距離に応じた線間抵抗による電圧降下に依存することとなり、別個の電源回路を設けることなく、所期の大きさの予熱電流をガス検知器に供給することができ、消費電力が増大することを回避することができる。
Furthermore, when the semiconductor gas sensor 11 is in the sleep mode, the preheating
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明は、冷媒ガスの漏洩監視システムに限定されるものではなく、互いに離れた位置に設置されるガス検知器と管理装置とが給電用／信号伝送用ケーブルによって接続されて構築されるガス検出システムであればよい。従って、ガス検知器としては、半導体式ガスセンサを具えたものに限定されるものではなく、検知対象ガスの接触によって抵抗値が変化するセンサ素子を有するガスセンサ、例えば接触燃焼式ガスセンサなどを具えたものを用いることができる。
また、上記のガス漏洩監視システムにおいては、一のガス検知器群に属するガス検知器の数は、ガス検知器群間で異なっていてもよい。また、実際のガス漏洩監視システムにおいて、ガス検知器群の設定方法（グループ設定方法）は特に制限されるものではないが、例えば、給電用／信号伝送用ケーブルの長さが同等のものが同一のグループに含まれるよう設定することができる。さらにまた、ガス検知器の具体的な制御条件は適宜に変更可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, the present invention is not limited to the refrigerant gas leakage monitoring system, and is constructed by connecting a gas detector and a management device installed at positions separated from each other by a power supply / signal transmission cable. Any gas detection system may be used. Accordingly, the gas detector is not limited to a semiconductor gas sensor, but includes a gas sensor having a sensor element whose resistance value is changed by contact with a gas to be detected, such as a catalytic combustion gas sensor. Can be used.
In the gas leakage monitoring system, the number of gas detectors belonging to one gas detector group may be different between the gas detector groups. In the actual gas leakage monitoring system, the method for setting the gas detector group (group setting method) is not particularly limited. For example, the power supply / signal transmission cables having the same length are the same. It can be set to be included in the group. Furthermore, the specific control conditions of the gas detector can be changed as appropriate.
１０ａ１〜１０ａ４ ガス検知器
１０ｂ１〜１０ｂ４ ガス検知器
１０ｃ１〜１０ｃ４ ガス検知器
１０ｄ１〜１０ｄ４ ガス検知器
１０ｅ１〜１０ｅ４ ガス検知器
１１ 半導体式ガスセンサ
１２ 感応部
１３ ヒーター
１３ａ コイル部
１３ｂ リード部
１４１〜１４４ センサ信号出力端子
１５ａ〜１５ｅ ガス検知器群
１８ 給電用／信号伝送用ケーブル
２０ 管理装置
２１ マイコン
２１ａ 電流検知信号入力端子
２１ｂ 電流調整信号出力端子
２１ｃ〜２１ｆ 動作モード切り替え信号出力端子
２１ｇ 電圧検知信号入力端子
２１ｈ ガス検知信号入力端子
３０ａ〜３０ｅ センサ駆動回路
３１ 定電流電源回路
３１ａ 電源入力端子
３２ ヒーター電流検出回路
３２ａ ヒーター電流検出抵抗
３３ ヒーター電圧検出回路
３３ａ 電源入力端子
３５ センサ駆動電流供給回路
３８ 予熱電流供給回路
３９ 電源入力端子
４０１〜４０４ 動作モード切り替えスイッチ
４１ａ 接点
４２ｂ 接点
４５ スイッチ手段
５０ 信号処理回路
５１ 基準電源
５２ 負荷抵抗
Ｒ 線路抵抗値
Ｒｓ センサ抵抗値
ＲＩ ヒーター電流検出抵抗の抵抗値
ＲＬ 負荷抵抗の抵抗値
10a 1 to 10a 4 Gas detector 10b 1 to 10b 4 Gas detector 10c 1 to 10c 4 Gas detector 10d 1 to 10d 4 Gas detector 10e 1 to 10e 4 Gas detector 11 Semiconductor
Claims (4)
前記管理装置は、前記センサ素子に定電流を供給する定電流電源回路と、前記センサ素子に供給される電流を検出する電流検出回路と、当該センサ素子に印加される電圧を検出する電圧検出回路と、前記センサ素子の抵抗値に基づいて検知対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出手段とを具えており、
当該ガス濃度算出手段は、前記電流検出回路により検出される電流値と、前記電圧検出回路により検出される電圧値とに基づいて、前記ケーブルの線路抵抗値を算出し、センサ出力として取得される前記ケーブルの線路抵抗値を含んだ検出抵抗値より当該線路抵抗値の影響分を排除することにより、センサ素子自体の抵抗値を取得する機能を有することを特徴とするガス検出システム。 A gas detector having a gas sensor having a sensor element whose resistance value changes due to contact with a gas to be detected, and a management device installed at a position away from the gas detector and connected to the gas detector by a cable In the configured gas detection system,
The management device includes a constant current power supply circuit that supplies a constant current to the sensor element, a current detection circuit that detects a current supplied to the sensor element, and a voltage detection circuit that detects a voltage applied to the sensor element. And gas concentration calculation means for calculating the concentration of the detection target gas based on the resistance value of the sensor element,
The gas concentration calculation means calculates a line resistance value of the cable based on a current value detected by the current detection circuit and a voltage value detected by the voltage detection circuit, and is obtained as a sensor output. A gas detection system having a function of acquiring the resistance value of the sensor element itself by eliminating the influence of the line resistance value from the detection resistance value including the line resistance value of the cable.
前記管理装置は、基準電源が負荷抵抗を介して前記半導体式ガスセンサにおける感応部に直列に接続されて構成された、当該負荷抵抗の端子電圧を検出することによりセンサ出力としての検出抵抗値を取得するセンサ信号処理回路を具えており、
前記ガス濃度算出手段は、前記負荷抵抗の抵抗値をＲＬ〔Ω〕、前記基準電源の電源電圧をＶ０〔ｍＶ〕、前記負荷抵抗の端子電圧をＶＬ〔ｍＶ〕、前記半導体式ガスセンサに定電流を供給することにより生ずるオフセット電圧をＶｏｆｆ〔ｍＶ〕、前記ケーブルの線路抵抗値をＲ〔Ω〕としたとき、前記半導体式ガスセンサにおける感応部の抵抗値Ｒｓ〔Ω〕を、下記式（１）により、算出することを特徴とする請求項１に記載のガス検出システム。
The management device acquires a detection resistance value as a sensor output by detecting a terminal voltage of the load resistance, which is configured by connecting a reference power source in series to a sensitive part in the semiconductor gas sensor via a load resistance. Sensor signal processing circuit
The gas concentration calculation means includes a resistance value R L [Ω] of the load resistance, a power supply voltage V 0 [mV] of the reference power source, a terminal voltage V L [mV] of the load resistance, and the semiconductor gas sensor. When the offset voltage generated by supplying a constant current to Voff is [mV] and the line resistance value of the cable is R [Ω], the resistance value Rs [Ω] of the sensitive part in the semiconductor gas sensor is The gas detection system according to claim 1, wherein the gas detection system is calculated by (1).
前記管理装置は、前記ガス検知器群に属する各ガス検知器に共有の駆動回路を具えており、ガス検知器の各々を作動モードと休止モードとを繰り返すよう間欠的に駆動し、かつ、ガス検知器を順次に連続して作動モードとする動作シーケンスを実行する機能を有し、作動モードにある一のガス検知器に、一定の大きさに制御されたセンサ駆動電流を供給しながら、休止モードにある他のガス検知器に、当該センサ駆動電流より小さい予熱電流を供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス検出システム。 A gas detector group including a plurality of gas detectors as one group;
The management device includes a common drive circuit for each gas detector belonging to the gas detector group, and intermittently drives each gas detector to repeat an operation mode and a pause mode, and gas It has a function to execute an operation sequence in which the detectors are sequentially and continuously set in the operation mode, and is stopped while supplying a sensor drive current controlled to a constant magnitude to one gas detector in the operation mode. The gas detection system according to claim 1 or 2, wherein a preheating current smaller than the sensor driving current is supplied to another gas detector in the mode.
前記管理装置は、前記予熱電流供給回路に、センサ駆動電流の大きさとの関係において設定された大きさの定電圧を入力することを特徴とする請求項３に記載のガス検出システム。 The driving circuit includes a sensor driving current supply circuit having the constant current power supply circuit, a preheating current supply circuit, and a gas detector for connecting any one of the sensor driving current supply circuit and the preheating current supply circuit to a gas detector. A plurality of switch means corresponding to each of the detectors,
4. The gas detection system according to claim 3, wherein the management device inputs a constant voltage having a magnitude set in relation to a magnitude of a sensor drive current to the preheating current supply circuit.
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