JP2016014594A - Gas detection device, and method for detecting moisture content accumulation in gas detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス検知装置において、雰囲気内にメタンガス以外のガス（以下では、これを単に“雑ガス”と称する。）の影響を考慮しつつ水分が蓄積したことを検知し、検知した場合には蓄積された水分を排除する回復処理を行う技術に関する。 In the gas detection device, the present invention detects that moisture has accumulated in the atmosphere while taking into consideration the influence of a gas other than methane gas (hereinafter, simply referred to as “miscellaneous gas”). Relates to a technique for performing a recovery process for removing accumulated moisture.
最近では、電池駆動式ガス警報器向けに超省電力のメタンセンサが相当数開発されている。これらのセンサは消費電力を抑制するために、パルス加熱駆動（間欠駆動）を行っている。 Recently, a considerable number of super-power-saving methane sensors have been developed for battery-powered gas alarms. These sensors perform pulse heating driving (intermittent driving) in order to suppress power consumption.
上記超省電力のメタンセンサの一例として薄膜マイクロセンサが知られている。しかしながら薄膜マイクロセンサは、３０sec〜６０secの周期で実施されるパルス加熱駆動の加熱時間はわずか数１０〜数１００ｍｓ、より具体的には、５０〜２００ｍｓのみのパルス加熱（４００℃加熱）を行ってガス検知を行っている。非加熱時に大気中の湿度の影響でセンサ（触媒層）に水分が蓄積され、加熱時に蒸発させているが、この場合、高湿雰囲気に長時間さらされると、非加熱時間に吸着した水分が加熱した際に脱離しきらなくなってゆく。すると、加熱時の熱エネルギーが吸着水分の蒸発潜熱に利用され、経時的に加熱時の到達温度が当初想定していた温度（４００℃）よりも低くなり、ガス感度が低下してしまう。 A thin film microsensor is known as an example of the super power-saving methane sensor. However, in the thin film microsensor, the heating time of the pulse heating driving performed at a cycle of 30 sec to 60 sec is only several tens to several hundreds ms, more specifically, pulse heating (heating at 400 ° C.) for only 50 to 200 ms is performed. Gas detection is performed. Moisture accumulates in the sensor (catalyst layer) due to the influence of atmospheric humidity during non-heating and evaporates during heating. In this case, if it is exposed to a high humidity atmosphere for a long time, the moisture adsorbed during the non-heating time When it is heated, it can no longer be detached. Then, the heat energy at the time of heating is used for the latent heat of vaporization of the adsorbed moisture, and the temperature reached at the time of heating becomes lower than the initially assumed temperature (400 ° C.) over time, resulting in a decrease in gas sensitivity.
ところで下記特許文献１には、ガス検知層が結露による水分の影響を受けることで電導性が増す、すなわち抵抗が低くなる、ことにより、センサが鋭敏化して誤検出してしまうことの対策として結露しているか否かを検出してセンサ出力への結露による水分の影響を無くす提案がなされている。 By the way, in Patent Document 1 below, dew condensation is taken as a countermeasure against the sensor becoming sensitive and erroneously detected because the conductivity is increased, that is, the resistance is lowered by the influence of moisture on the gas detection layer. Proposals have been made to eliminate the influence of moisture due to dew condensation on the sensor output.
図１０は、下記特許文献１に開示されているガス検知装置において用いられるセンサ素子である薄膜マイクロセンサ１の構成概要を示す断面図である。図１０において薄膜ガスセンサ１は、Ｓｉ基板２と、熱絶縁支持層３と、ヒータ層４と、電気絶縁層５と、ガス検知層６とを備えて構成されている。Ｓｉ基板２には、貫通孔２ａが設けられている。熱絶縁支持層３は、熱酸化ＳｉＯ２層３ａと、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃとを備えている。ガス検知層６は、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、感知層６ｃと、選択燃焼層６ｄとを備えている。なお、Ｓｉ基板２はシリコンウェハーから構成され、ヒータ層４はガス検知層６を加熱可能に構成し、ガス検知層６は、例えば、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＨ４（メタン）などに対して選択的に感応した場合に電気的特性が変化するよう構成されている。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film microsensor 1 which is a sensor element used in a gas detection device disclosed in Patent Document 1 below. In FIG. 10, the thin film gas sensor 1 includes a Si substrate 2, a thermal insulation support layer 3, a heater layer 4, an electrical insulation layer 5, and a gas detection layer 6. The Si substrate 2 is provided with a through hole 2a. The thermally insulating support layer 3 includes a thermally oxidized SiO 2 layer 3a, a CVD-Si 3 N 4 layer 3b, and a CVD-SiO 2 layer 3c. The gas detection layer 6 includes a bonding layer 6a, a sensing layer electrode 6b, a sensing layer 6c, and a selective combustion layer 6d. The Si substrate 2 is composed of a silicon wafer, the heater layer 4 is configured to be able to heat the gas detection layer 6, and the gas detection layer 6 is, for example, for CO (carbon monoxide), CH 4 (methane), etc. Thus, the electrical characteristics change when it is selectively sensed.
このような薄膜ガスセンサ１は、まずＳｉ基板２の表面および裏面に、熱酸化ＳｉＯ２層３ａが形成される。次に、熱酸化ＳｉＯ２層３ａ上に、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃとが順次プラズマＣＶＤ法により形成される。さらに、ヒータ層４と、ＳｉＯ２から成る電気絶縁層５とが順次スパッタ法により形成される。 In such a thin film gas sensor 1, first, a thermally oxidized SiO 2 layer 3 a is formed on the front surface and the back surface of the Si substrate 2. Next, a CVD-Si 3 N 4 layer 3b and a CVD-SiO 2 layer 3c are sequentially formed on the thermally oxidized SiO 2 layer 3a by a plasma CVD method. Further, the heater layer 4 and the electrical insulating layer 5 made of SiO 2 are sequentially formed by sputtering.
次に、ガス検知層６を形成するため、電気絶縁層５の上に、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、ＳｂをドープしたＳｎＯ２から成る感知層６ｃとが順次スパッタ法により形成される。スパッタ法による成膜には、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置が用いられる。 Next, in order to form the gas detection layer 6, a bonding layer 6a, a sensing layer electrode 6b, and a sensing layer 6c made of SnO 2 doped with Sb are sequentially formed on the electrical insulating layer 5 by sputtering. The An RF magnetron sputtering apparatus is used for film formation by sputtering.
感知層６ｃを十分に覆うように、選択燃焼層６ｄをスクリーン印刷法により塗布し、その後、５００℃の温度下で１時間以上焼成が行われる。選択燃焼層６ｄは、Ａｌ２Ｏ３にＰｄを触媒として担持した焼結材から構成されている。次に、Ｓｉ基板２の裏面からエッチングによりシリコンを除去し、貫通孔２ａを形成する。 The selective combustion layer 6d is applied by a screen printing method so as to sufficiently cover the sensing layer 6c, and then baked at a temperature of 500 ° C. for 1 hour or more. The selective combustion layer 6d is composed of a sintered material in which Pd is supported on Al 2 O 3 as a catalyst. Next, silicon is removed from the back surface of the Si substrate 2 by etching to form a through hole 2a.
上述のように従来例における薄膜マイクロセンサは、３０sec〜６０secの周期で５０〜２００ｍｓのみのパルス加熱（４００℃加熱）を行ってガス検知を行っている。非加熱時に大気中の湿度の影響でセンサ（触媒層）に水分が蓄積され、加熱時に蒸発させているが、高湿中に長期間暴露される場合には、水分が飛びきらない。すると、加熱時に４００℃に加熱しても、４００℃まで上昇せずに、メタン感度が低下するという課題があった。 As described above, the thin film microsensor in the conventional example performs gas detection by performing pulse heating (400 ° C. heating) for only 50 to 200 ms at a period of 30 to 60 seconds. Moisture accumulates in the sensor (catalyst layer) due to the influence of atmospheric humidity during non-heating and evaporates during heating. However, when exposed to high humidity for a long time, the moisture does not fly. Then, even if it heated to 400 degreeC at the time of a heating, there existed a subject that methane sensitivity fell, without raising to 400 degreeC.
そこで本発明は、蓄積された水分の影響でセンサ検知層が結露するほどでなく、加熱時の到達温度が想定温度よりも若干低下する程度であってもセンサ出力が鈍化（ガス感度が低下）することに対処し且つ雑ガスの影響を考慮してセンサに水分が蓄積したかを検知できるようにすることを目的とするものである。また本発明は、上記で水分が蓄積されたと検知された場合には、蓄積された水分を排除する回復処理を施し、センサをより長期間使用可能にすることを目的とするものである。 Therefore, in the present invention, not only the sensor detection layer is condensed due to the influence of accumulated moisture, but also the sensor output becomes slow (gas sensitivity decreases) even if the temperature reached at the time of heating is slightly lower than the assumed temperature. It is an object to make it possible to detect whether moisture has accumulated in the sensor in consideration of the influence of the miscellaneous gas. Another object of the present invention is to make it possible to use the sensor for a longer period of time by performing a recovery process for removing the accumulated moisture when it is detected that moisture has accumulated.
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、を有する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a sensor element having a gas detection layer whose electrical characteristics are changed by contact with gas, and a heater layer capable of heating the gas detection layer;
In order to heat the gas detection layer, a heater control means for energizing the heater layer to apply a voltage intermittently at a predetermined cycle to a predetermined temperature;
Gas detection means for detecting gas based on electrical characteristics of the gas detection layer heated by the heater layer;
Moisture accumulation detection means for detecting moisture accumulation in the gas detection layer;
After the moisture accumulation detecting means detects moisture accumulation in the gas detection layer, it has miscellaneous gas influence determining means for determining the presence or absence of the influence of other gases.
また請求項２に記載の発明は、上記において、前記水分蓄積検知手段は、前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the above, the moisture accumulation detection means is based on electrical characteristics of the gas detection layer when the heater layer is energized at a temperature lower than a predetermined temperature for gas detection. Then, moisture accumulation in the gas detection layer is detected.
また請求項３に記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 2, the temperature at which the moisture accumulation is detected is set between room temperature and 150 ° C.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the miscellaneous gas influence determining means detects moisture accumulation during the moisture detection driving, it is an abbreviation of the energization time required for normal heating immediately after that. The resistance value of the gas detection layer is measured after energization by 1/4, and the measured resistance value and the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance And when the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance is large, it is determined that there is an influence of miscellaneous gas. To do.
また請求項５に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。 Further, the invention according to claim 5 is the abbreviation of the energization time required for normal heating immediately after the miscellaneous gas influence determination means in the invention according to claim 1 when moisture accumulation is detected during moisture detection driving. The resistance value of the gas detection layer is measured after energization by 1/4, and the measured resistance value and the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance When the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance is small, when moisture accumulation is detected again during moisture detection drive The resistance value of the gas detection layer was measured during the energization time required for normal heating immediately after that, and the resistance of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive was stored in advance. And judging that there is influence of miscellaneous gases when the value is large.
また請求項６に記載の発明は、上記請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発明において、水分蓄積回復手段をさらに有し、前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする。 Further, the invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, further comprising a moisture accumulation recovery means, wherein the moisture accumulation detection means controls moisture accumulation in the gas detection layer. If it is detected and there is no influence of the miscellaneous gas in the determination by the miscellaneous gas influence determining means, a recovery process for removing the moisture accumulated by the moisture accumulation recovery means is performed.
また請求項７に記載の発明は、上記請求項６に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to claim 6, the moisture accumulation recovery means controls the energization time to the heater layer to be longer than the predetermined energization time. To do.
また請求項８に記載の発明は、上記請求項６に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is characterized in that, in the invention according to claim 6, the moisture accumulation recovery means controls the period of energization to the heater layer to be shorter than the predetermined period. To do.
また請求項９に記載の発明は、上記請求項６に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする。 The invention described in claim 9 is characterized in that, in the invention described in claim 6, the moisture accumulation recovery means controls the temperature to be higher than a predetermined heater temperature only during the recovery process.
上記課題を解決するために請求項１０に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段とを備えるガス検知装置における水分蓄積検知方法であって、
前記水分蓄積検知手段は、前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知するとともに前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合には雑ガスの影響の有無を判定することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 10 is a sensor element having a gas detection layer whose electrical characteristics change by contact with a gas, and a heater layer capable of heating the gas detection layer;
In order to heat the gas detection layer, a heater control means for energizing the heater layer to apply a voltage intermittently at a predetermined cycle to a predetermined temperature;
Gas detection means for detecting gas based on electrical characteristics of the gas detection layer heated by the heater layer;
Moisture accumulation detecting means for detecting moisture accumulation in the gas detection layer;
A moisture accumulation detection method in a gas detection apparatus comprising: a miscellaneous gas influence determination means for determining whether or not there is an influence of miscellaneous gas after the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer,
The moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer based on electrical characteristics of the gas detection layer when the heater layer is energized at a temperature lower than a predetermined temperature for gas detection. When the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer, the presence or absence of influence of miscellaneous gas is determined.
また請求項１１に記載の発明は、上記請求項１０に記載の発明において、前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする。
また請求項１２に記載の発明は、上記請求項１０に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。
The invention described in claim 11 is characterized in that, in the invention described in claim 10, the temperature at which the moisture accumulation is detected is set between room temperature and 150 ° C.
The invention described in claim 12 is the abbreviation of the energization time required for normal heating immediately after the miscellaneous gas influence determination means in the invention described in claim 10 when moisture accumulation is detected during moisture detection driving. The resistance value of the gas detection layer is measured after energization by 1/4, and the measured resistance value and the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance And when the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance is large, it is determined that there is an influence of miscellaneous gas. To do.
また請求項１３に記載の発明は、上記請求項１０に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。 Further, the invention described in claim 13 is the abbreviation of the energization time required for normal heating immediately after the miscellaneous gas influence determination means detects moisture accumulation during the moisture detection drive. The resistance value of the gas detection layer is measured after energization by 1/4, and the measured resistance value and the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance When the resistance value of the gas detection layer measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive stored in advance is small, when moisture accumulation is detected again during moisture detection drive The gas detection layer was measured after the energization time required for normal heating immediately after the previous moisture detection drive, which was measured in advance and measured the resistance value of the gas detection layer during the energization time required for normal heating immediately after And judging that there is influence of miscellaneous gases when the resistance value is large.
また請求項１４に記載の発明は、上記請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の発明において、水分蓄積回復手段をさらに有し、前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする。 The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 10 to 13, further comprising a moisture accumulation recovery means, wherein the moisture accumulation detection means controls moisture accumulation in the gas detection layer. If it is detected and there is no influence of the miscellaneous gas in the determination by the miscellaneous gas influence determining means, a recovery process for removing the moisture accumulated by the moisture accumulation recovery means is performed.
また請求項１５に記載の発明は、上記請求項１４に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする。 The invention according to claim 15 is characterized in that, in the invention according to claim 14, the moisture accumulation recovery means controls the energization time to the heater layer to be longer than the predetermined energization time. To do.
また請求項１６に記載の発明は、上記請求項１４に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする。 The invention according to claim 16 is characterized in that, in the invention according to claim 14, the moisture accumulation recovery means controls the energization period to the heater layer to be shorter than the predetermined period. To do.
また請求項１７に記載の発明は、上記請求項１４に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする。 The invention described in claim 17 is characterized in that, in the invention described in claim 14, the moisture accumulation recovery means controls the temperature to be higher than a predetermined heater temperature only during the recovery process.
本発明によれば、雑ガスの影響を考慮したうえで水分蓄積によるセンサ感度低下を検知することができ、性能低下したセンサを使い続けることなく、性能低下をいち早く検知して故障による交換を促すことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect a decrease in sensor sensitivity due to moisture accumulation in consideration of the effects of miscellaneous gases, and promptly detect a decrease in performance and prompt replacement due to a failure without continuing to use the degraded sensor. It becomes possible.
また本発明によれば、雑ガスの影響が無く水分蓄積によるセンサ感度低下を検知した場合には、蓄積された水分を排除する回復処理を行うことにより、センサをより長期間使用することが可能となる。 In addition, according to the present invention, when a sensor sensitivity decrease due to moisture accumulation is detected without being affected by miscellaneous gases, the sensor can be used for a longer period of time by performing a recovery process to remove the accumulated moisture. It becomes.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るガス検知装置の全体構成の概略を示すブロック図である。図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７が設けられており、マイコン制御回路７は、ガス検知装置の全体を制御するように構成されている。ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に接続されたヒータ制御回路８が設けられ、ヒータ制御回路８はマイコン制御回路７に接続されている。なお薄膜ガスセンサ１の構成概要は図１０に示した従来例のものと同様であるためその詳細構成については図示省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the overall configuration of a gas detection device according to an embodiment of the present invention. The gas detection apparatus shown in FIG. 1 is provided with a microcomputer control circuit 7, and the microcomputer control circuit 7 is configured to control the entire gas detection apparatus. The gas detection device is provided with a heater control circuit 8 connected to the heater layer 4 of the thin film gas sensor 1, and the heater control circuit 8 is connected to the microcomputer control circuit 7. The outline of the configuration of the thin film gas sensor 1 is the same as that of the conventional example shown in FIG.
また図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７およびヒータ制御回路８に接続された電源回路９が設けられており、ガス検知装置は電源回路９からの電圧供給によって動作するように構成されている。電源回路９は、主に乾電池や充電池などの消耗電池が用いられるが、商用電源および定電圧回路を用いて構成してもよい。 1 is provided with a power supply circuit 9 connected to the microcomputer control circuit 7 and the heater control circuit 8, and the gas detection apparatus is configured to operate by supplying a voltage from the power supply circuit 9. Has been. The power supply circuit 9 is mainly a consumable battery such as a dry battery or a rechargeable battery, but may be configured using a commercial power supply and a constant voltage circuit.
そしてヒータ制御回路８は、電源回路９から供給される電圧が、薄膜ガスセンサ１全体を駆動するためのセンサ電圧とヒータ層４を加熱するためのヒータ電圧とに変換するように構成している。マイコン制御回路７に含まれるヒータ制御手段７ａは、ヒータ層４の温度を上げてガス検知層６を加熱するように、時間ｔ１の周期で、例えば３０sec〜６０secの周期で、時間ｔ２の間、例えば５０〜２００ｍｓの間、ヒータ層４に電圧Ｖ１を印加して加熱することを繰り返し、ヒータ層４は間欠的に通電されることになる。 The heater control circuit 8 is configured to convert the voltage supplied from the power supply circuit 9 into a sensor voltage for driving the entire thin film gas sensor 1 and a heater voltage for heating the heater layer 4. Heater control means 7a included in the microcomputer control circuit 7 so as to heat the gas sensing layer 6 by raising the temperature of the heater layer 4, with a period of time t 1, for example, in a cycle of 30Sec～60sec, time t 2 during, for example, between 50-200, repeated heating by applying voltages V 1 to the heater layer 4, the heater layer 4 will be intermittently energized.
また図１に示すガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のガス検知層６に接続された水分蓄積検知回路１０が設けられ、水分蓄積検知回路１０はマイコン制御回路７に接続され、薄膜ガスセンサ１、特にガス検知層６に水分が蓄積された場合、マイコン制御回路７に含まれる水分蓄積検知手段７ｂによって水分蓄積が検知される構成となっている。ここでは一例として、水分蓄積検知回路１０がガス検知層６に接続されたシャント抵抗（図示せず）を備えており、水分蓄積検知手段７ｂが前記シャント抵抗の両端電圧を測定するよう構成されている。水分蓄積検知回路１０には、シャント抵抗の両端電圧に関するアナログ信号をデジタル信号に変換して水分蓄積検知手段７ｂに送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。マイコン制御回路７において、水分蓄積検知手段７ｂから水分蓄積回復手段７ｈに信号が送られ、蓄積された水分を排除する回復処理が実施される。蓄積された水分を排除する回復処理の詳細については後述されている。蓄積された水分を排除する回復処理が施される場合には、水分蓄積回復手段７ｈからヒータ制御手段７ａに蓄積された水分を排除する回復処理を行うための指示がなされるように構成されている。そして水分蓄積回復手段７ｈから数次に亘る回復処理の指示でも蓄積された水分が飛ばない場合には、センサ故障が表示・警報制御手段７ｅ〜７ｇに通知されるようになっている。 1 is provided with a moisture accumulation detection circuit 10 connected to the gas detection layer 6 of the thin film gas sensor 1. The moisture accumulation detection circuit 10 is connected to a microcomputer control circuit 7, and the thin film gas sensor 1, In particular, when moisture is accumulated in the gas detection layer 6, the moisture accumulation is detected by the moisture accumulation detection means 7 b included in the microcomputer control circuit 7. Here, as an example, the moisture accumulation detection circuit 10 includes a shunt resistor (not shown) connected to the gas detection layer 6, and the moisture accumulation detection means 7 b is configured to measure the voltage across the shunt resistor. Yes. The moisture accumulation detection circuit 10 is provided with an A / D conversion circuit (not shown) in order to convert an analog signal related to the voltage across the shunt resistor into a digital signal and send it to the moisture accumulation detection means 7b. In the microcomputer control circuit 7, a signal is sent from the moisture accumulation detection means 7b to the moisture accumulation recovery means 7h, and a recovery process for removing the accumulated moisture is performed. Details of the recovery process for removing the accumulated moisture will be described later. When the recovery process for removing the accumulated moisture is performed, an instruction for performing the recovery process for removing the moisture accumulated in the heater control means 7a is given from the moisture accumulation recovery means 7h. Yes. If the accumulated moisture does not fly even in response to several orders of restoration processing from the moisture accumulation and recovery means 7h, a sensor failure is notified to the display / alarm control means 7e to 7g.
ここで水分蓄積検知回路１０により測定されたガス検知層６の抵抗の抵抗値をＲとした場合、ガス検知層６について所定の温度範囲（例えば室温〜１５０℃）内に設定した所定の温度Ｔ1におけるガス検知層６の抵抗の抵抗値Ｒ１と、測定された抵抗値Ｒとを比較して、下記式（１）の条件を満たすか否かによって水分蓄積の状態を判定することができる。 Here, when the resistance value of the resistance of the gas detection layer 6 measured by the moisture accumulation detection circuit 10 is R, the gas detection layer 6 has a predetermined temperature T set within a predetermined temperature range (for example, room temperature to 150 ° C.). and the resistance value R 1 of the resistance of the gas sensing layer 6 in 1, by comparing the measured resistance value R, it is possible to determine the state of the moisture accumulated by whether or not the condition formula (1) .
Ｒ＜Ｒ１・・・・・・・（式１）
すなわち、上記式（１）を満たせば、水分が蓄積状態にあると判定し、上記式（１）を満たしていなければ、水分が蓄積状態になっていないと判定する。上記における所定の抵抗値Ｒ１の設定については後述する。
R <R 1 (Equation 1)
That is, if the above equation (1) is satisfied, it is determined that the moisture is in an accumulated state, and if the above equation (1) is not satisfied, it is determined that the moisture is not in an accumulated state. It will be described later predetermined set resistance value R 1 in the above.
上記式（１）によって水分蓄積状態であることを判定できるのは、検知対象ガスであるメタンガス以外の雑ガスの影響が無いときであれば簡単に判定できるが、実際は雑ガスの影響によっても上記式（１）を満たすようになるため雑ガスの有無を判定する必要がある。これについては後述する。 It can be easily determined if there is no influence of miscellaneous gases other than methane gas, which is the detection target gas, by the above equation (1), but in reality, it is also possible to determine the above by the influence of miscellaneous gases. Since the expression (1) is satisfied, it is necessary to determine the presence or absence of miscellaneous gas. This will be described later.
図２は、本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のガス検知層の温度変化を示す図である。また図３は、本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のセンサ中の雰囲気ガスの抵抗値の変化を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a temperature change of the gas detection layer when the temperature of the heater layer is changed in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 3 is a figure which shows the change of the resistance value of atmospheric gas in a sensor when the temperature of the heater layer in the gas detection apparatus which concerns on embodiment of this invention is changed.
図２において、たとえばガス検知のための検知温度を４００℃とした場合、水分蓄積が起こっていないガス検知層６のAir中の抵抗値に対して、CH4ガス中の抵抗は約１／１０となり、CH4ガスに対する感度を発現していることが分かる。 In FIG. 2, for example, when the detection temperature for gas detection is 400 ° C., the resistance in CH 4 gas is about 1/10 of the resistance value in the air of the gas detection layer 6 where moisture accumulation has not occurred. It can be seen that sensitivity to CH 4 gas is expressed.
一方、ガス検知層６が水分蓄積により鈍化した場合のAir中の抵抗特性は、図３に示す太実線のように変化し、低温（例えば室温〜１００℃）では水分が除去しきれず、上記した所定の抵抗Ｒ１を所定の温度範囲内（例えば室温〜１５０℃）の適当な値に設定することで、上記式１により抵抗値の大小関係を読み取ることができる。すなわち、図３に示した特性から所定の温度範囲内（例えば室温〜１５０℃）にガス検知層６の所定の抵抗値を設定することにより、上記式１で抵抗値の大小を比較して水分の影響を受けて鈍化した状態か否かを読取ることができる。 On the other hand, the resistance characteristic in the air when the gas detection layer 6 is slowed down due to moisture accumulation changes as shown by a thick solid line shown in FIG. 3, and the moisture cannot be completely removed at a low temperature (for example, room temperature to 100 ° C.). By setting the predetermined resistance R 1 to an appropriate value within a predetermined temperature range (for example, room temperature to 150 ° C.), the magnitude relationship between the resistance values can be read by the above equation 1. That is, by setting a predetermined resistance value of the gas detection layer 6 within a predetermined temperature range (for example, room temperature to 150 ° C.) from the characteristics shown in FIG. It is possible to read whether or not the state has been slowed by the influence of
再び図１を参照すると、ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のガス検知層６に接続されたガス検知回路１１が設けられている。ガス検知回路１１は、マイコン制御回路７に含まれる都市ガス検知手段７ｃとＣＯガス検知手段７ｄとにそれぞれ接続されている。都市ガス検知手段７ｃは、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、都市ガスを構成するＣＨ４（メタンガス）などを検知可能に構成されている（図２、図３参照）。ＣＯガス検知手段７ｄもまた、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、ＣＯ（一酸化炭素）を検知可能に構成されている（図２、図３参照）。図示はしていないが、Ｈ２ガス検知手段を設け、上記ＣＯガス検知と同様にガス検知層６の電気的特性に基づいて、Ｈ２（水素）を検知可能に構成することもできる。このようにしてガス検知層６によりガスが検知された場合、ガス検知層６から発せられる信号はアナログ信号となっている。そのため、ガス検知回路１１には、このアナログ信号をデジタル信号に変換して、都市ガス検知手段７ｃおよびＣＯガス検知手段７ｄ（不図示のＨ２ガス検知手段）に送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。 Referring again to FIG. 1, the gas detection device is provided with a gas detection circuit 11 connected to the gas detection layer 6 of the thin film gas sensor 1. The gas detection circuit 11 is connected to the city gas detection means 7c and the CO gas detection means 7d included in the microcomputer control circuit 7, respectively. The city gas detection means 7c is configured to be able to detect CH 4 (methane gas) constituting the city gas based on the electrical characteristics of the gas detection layer 6 (see FIGS. 2 and 3). The CO gas detection means 7d is also configured to detect CO (carbon monoxide) based on the electrical characteristics of the gas detection layer 6 (see FIGS. 2 and 3). Although not shown, it is possible to provide an H 2 gas detection means so that H 2 (hydrogen) can be detected based on the electrical characteristics of the gas detection layer 6 in the same manner as the CO gas detection. When gas is detected by the gas detection layer 6 in this way, the signal emitted from the gas detection layer 6 is an analog signal. Therefore, the gas detection circuit 11 converts this analog signal into a digital signal and converts it to a city gas detection means 7c and a CO gas detection means 7d (H 2 gas detection means not shown) for A / D conversion. A circuit (not shown) is provided.
さらに図１に示すガス検知装置には、ガスを検知した場合に視覚的に警報を表示するための警報表示回路１２が設けられており、警報表示回路１２は、ランプなどの警報表示手段（図示せず）を備えている。この警報表示回路１２は、マイコン制御回路７に含まれる表示制御手段７ｅに接続されている。またガス検知装置には、ガスを検知した場合に聴覚的に警報を出力するための警報音出力回路１３が設けられており、警報音出力回路１３は、スピーカなどの警報を音声として出力する警報音出力手段（図示せず）を備えている。この警報音出力回路１３は、マイコン制御回路７に含まれる警報音制御手段７ｆに接続されている。 Further, the gas detection device shown in FIG. 1 is provided with an alarm display circuit 12 for visually displaying an alarm when gas is detected. The alarm display circuit 12 includes an alarm display means such as a lamp (see FIG. 1). Not shown). The alarm display circuit 12 is connected to display control means 7e included in the microcomputer control circuit 7. Further, the gas detection device is provided with an alarm sound output circuit 13 for audibly outputting an alarm when gas is detected. The alarm sound output circuit 13 is an alarm that outputs an alarm such as a speaker as a sound. Sound output means (not shown) is provided. This alarm sound output circuit 13 is connected to an alarm sound control means 7 f included in the microcomputer control circuit 7.
また図１に示すガス検知装置には、ガスを検知した場合に電気的な外部出力をするための外部出力回路１４が設けられており、外部出力回路１４は、外部の機器に信号などの電気的な外部出力を送出することができるように構成されている。外部出力回路１４は、マイコン制御回路７に含まれる外部出力制御手段７ｇに接続されている。 In addition, the gas detection device shown in FIG. 1 is provided with an external output circuit 14 for outputting an electrical external output when a gas is detected. The external output circuit 14 supplies an electrical signal such as a signal to an external device. A typical external output can be sent. The external output circuit 14 is connected to external output control means 7g included in the microcomputer control circuit 7.
また図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７に接続された外部記憶回路１５が設けられている。外部記憶回路１５には、水分蓄積を判定するために用いる判定値、蓄積された水分の排除の為の操作値およびガス検知に用いられる閾値および設定値、並びに、ガスを検知して警報を発したときのデータなどの履歴を記憶可能に構成されている。 Further, the gas detection device shown in FIG. 1 is provided with an external storage circuit 15 connected to the microcomputer control circuit 7. In the external storage circuit 15, a judgment value used for judging moisture accumulation, an operation value for eliminating accumulated moisture, a threshold value and a set value used for gas detection, and a gas detection alarm are issued. It is configured to be able to store a history such as data.
なお、マイコン制御回路７は、マイクロコンピュータなどのＣＰＵおよびその周辺回路によって構成されている。ヒータ制御手段７ａと、水分蓄積検知手段７ｂと、都市ガス検知手段７ｃと、ＣＯガス検知手段７ｄと、表示制御手段７ｅと、警報音制御手段７ｆと、外部出力制御手段７ｇとは、ハードウェアまたはソフトウェアによって構成されている。 The microcomputer control circuit 7 includes a CPU such as a microcomputer and its peripheral circuits. The heater control means 7a, moisture accumulation detection means 7b, city gas detection means 7c, CO gas detection means 7d, display control means 7e, alarm sound control means 7f, and external output control means 7g Or it is configured by software.
図４は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における正常な状態での空気中およびセンサ中の雰囲気ガスの４００℃加熱時(２００ｍｓ)の抵抗変化を示す図である。図４に示されるように、ヒータ層４に対する通電時のガス検知層６の電気抵抗値の変化状態を用いて、雰囲気中に検知対象ガスおよび検知対象ガス以外の雑ガス（例えば、ＣＯガス、Ｈ２ガス）の有無を判定するので、検出対象ガスであるメタンガスが存在するのか、メタンガス以外のガス、すなわち雑ガス、が存在するのかを判定することができる。 FIG. 4 is a diagram showing a resistance change when the atmospheric gas in the air and the sensor in a normal state is heated at 400 ° C. (200 ms) in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, using the change state of the electric resistance value of the gas detection layer 6 when the heater layer 4 is energized, the detection target gas and other gases other than the detection target gas (for example, CO gas, since determining the presence or absence of H 2 gas), whether methane gas to be detected gas present, gases other than methane, i.e. it can be determined whether the miscellaneous gas, is present.
例えば、図４に示すように、メタンガスの場合には、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸次減少し、所定の値に近づいて安定化する軌跡を描く。 For example, as shown in FIG. 4, in the case of methane gas, the relationship between the energization time and the electric resistance value when the heater layer is energized gradually decreases as the time elapses and approaches a predetermined value. Draw a stable trajectory.
一方、メタンガス以外のガス（雑ガス）の場合には、例えば、図４に示すように、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸次減少し、所定の極小値を経て緩やかに増加に転じる軌跡を描く。この漸次減少は、センサ素子のガス検知層などに吸着したガス（ＣＯガス、Ｈ２ガス）が、ヒータ層４への通電が行われてガス検知層６の温度が上昇する際に燃焼されることにより生じるものと考えられる。したがって、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との軌跡が、どのような軌跡を描くかを調べることにより、ガス検知層６の雰囲気中のガスがメタンガス（都市ガス）なのか、メタンガス以外のガス（雑ガス）なのかを区別することができる。 On the other hand, in the case of a gas other than methane gas (miscellaneous gas), for example, as shown in FIG. 4, the relationship between the energization time and the electric resistance value during energization of the heater layer is such that the electric resistance value gradually increases as time elapses. A trajectory of decreasing and gradually increasing after a predetermined minimum value is drawn. This gradual decrease is caused by the gas (CO gas, H 2 gas) adsorbed on the gas detection layer of the sensor element being burned when the heater layer 4 is energized and the temperature of the gas detection layer 6 rises. This is thought to be caused by Therefore, by investigating what kind of locus the energization time and electric resistance value at the time of energizing the heater layer draw, whether the gas in the atmosphere of the gas detection layer 6 is methane gas (city gas) or other than methane gas It is possible to distinguish the gas (miscellaneous gas).
図５は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積検知及び雑ガスの影響検知の処理フローを示す図である。図５において、水分の蓄積によるガス感度の低下を検知するために、定期的（たとえば１時間に１回の割合で）にセンサの温度が５０〜１００℃になる程度の通電時間ｔ2でパルス加熱駆動を行い（ステップS1）、その時のガス検知層６の抵抗値Ｒを測定（ステップS2）し、当該抵抗値Ｒと予め設定した温度（例えば１００℃）における所定の抵抗値Ｒ１とを比較し、抵抗値Ｒが所定の抵抗値Ｒ１より低い場合（ステップS3）には水分の蓄積がおこっていると判断する。 FIG. 5 is a diagram showing a processing flow of moisture accumulation detection and miscellaneous gas influence detection in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, in order to detect a decrease in gas sensitivity due to moisture accumulation, pulses are applied at an energization time t 2 such that the temperature of the sensor reaches 50 to 100 ° C. periodically (for example, at a rate of once per hour). performing heat driving (step S1), and the resistance value R of the gas sensing layer 6 at that time was measured (step S2), and a predetermined resistor value R 1 at the preset temperature and the resistance value R (e.g., 100 ° C.) comparison, if the resistance value R is less than a predetermined resistance value R 1 (step S3) determines that occurred accumulation of moisture.
そして、水分蓄積が起こっていると判断された場合（ステップS3：Yes）には、ステップS4に進み、雑ガスの影響有りか否かを判定する（ステップS5）。雑ガスの影響が無ければステップS6に進み、蓄積された水分を排除する回復処理を行う。なお、雑ガスの影響とは、上記したように都市ガス（ＣＨ４(メタン)ガス）以外のガスを想定しており、一例として図２〜図４に示されている、ＣＯガス、Ｈ２ガスを挙げることができる。蓄積された水分を排除する回復処理を行った後は、ステップS1に戻り、次の水分蓄積検知処理を行う。なお、蓄積された水分を排除する回復処理については後述する。 If it is determined that moisture accumulation has occurred (step S3: Yes), the process proceeds to step S4, where it is determined whether there is an influence of miscellaneous gas (step S5). If there is no influence of miscellaneous gas, it will progress to step S6 and will perform the recovery process which excludes the accumulated water. The influence of miscellaneous gas is assumed to be gas other than city gas (CH 4 (methane) gas) as described above, and CO gas, H 2 shown in FIGS. 2 to 4 as an example. Gas can be mentioned. After the recovery process for removing the accumulated moisture is performed, the process returns to step S1 to perform the next moisture accumulation detection process. The recovery process for removing the accumulated water will be described later.
一方、ステップS4で雑ガスの影響が有ればステップS5に進み、雑ガスの影響が検知されたことの警報報知を行って、処理を終了する。警報報知は、図１で説明したのでここでは再説しない。 On the other hand, if there is an influence of miscellaneous gas in step S4, the process proceeds to step S5, where an alarm notification that the influence of miscellaneous gas has been detected is performed, and the process is terminated. Since the alarm notification has been described with reference to FIG.
図６は、図５に示した雑ガスの影響検知処理の詳細を説明するためのフロー図である。図６に示すフローにおいて、あらかじめ前回の水分検知駆動直後の加熱（通常の４００℃加熱）を通電時間２００ｍｓとして加熱する（ステップS11）。そしてその時のガス検知層６の抵抗を測定しその値をＲｐとして記憶する（ステップS12）。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the details of the influence detection process of the miscellaneous gas shown in FIG. In the flow shown in FIG. 6, the heating immediately after the previous moisture detection drive (normal 400 ° C. heating) is heated for an energization time of 200 ms (step S11). Then, the resistance of the gas detection layer 6 at that time is measured, and the value is stored as Rp (step S12).
つぎに水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合、その直後の加熱（通常の４００℃加熱）を通電時間３０〜５０ｍｓとして加熱する（ステップS13）。そしてガス検知層６の抵抗値を測定し、その値を抵抗値Ｒとする（ステップS14）。 Next, when moisture accumulation is detected at the time of moisture detection driving, heating immediately after that (normal 400 ° C. heating) is performed with an energization time of 30 to 50 ms (step S13). And the resistance value of the gas detection layer 6 is measured, and the value is set as the resistance value R (step S14).
ステップS15において、ステップS12の処理で記憶した抵抗値ＲｐとステップS14の処理で測定した抵抗値Ｒとを比較する（ステップS15）。比較した結果、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒよりも大きかった場合（ステップS15：Yes）には、雑ガスの影響が有ると判定する（ステップS16）。 In step S15, the resistance value Rp stored in step S12 is compared with the resistance value R measured in step S14 (step S15). If the resistance value Rp is larger than the resistance value R as a result of the comparison (step S15: Yes), it is determined that there is an influence of miscellaneous gas (step S16).
一方、ステップS15における比較結果で、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒよりも小さかった場合（ステップS15：No）には、ステップS17に進み、ステップS17において、２００ｍｓ加熱したときの抵抗値を測定し、その値をＲｎとして記憶する（ステップS17）。そしてステップS18において、ステップS12の処理で記憶した抵抗値ＲｐとステップS17の処理で測定した抵抗値Ｒｎとを比較する（ステップS18）。比較した結果、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒｎよりも大きかった場合（ステップS18：Yes）には、雑ガスの影響が有ると判定する（ステップS19）。一方、ステップS18における比較結果で、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒｎよりも小さかった場合（ステップS18：No）には、ステップS20に進み、ステップS20において雑ガスの影響は無く、水分蓄積の影響であると判定する。 On the other hand, if the resistance value Rp is smaller than the resistance value R in the comparison result in step S15 (step S15: No), the process proceeds to step S17, and the resistance value when heated for 200 ms is measured in step S17. The value is stored as Rn (step S17). In step S18, the resistance value Rp stored in step S12 is compared with the resistance value Rn measured in step S17 (step S18). As a result of the comparison, when the resistance value Rp is larger than the resistance value Rn (step S18: Yes), it is determined that there is an influence of miscellaneous gas (step S19). On the other hand, if the resistance value Rp is smaller than the resistance value Rn in the comparison result in step S18 (step S18: No), the process proceeds to step S20, and there is no influence of miscellaneous gas in step S20. Judged to be an effect.
図７は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その１）である。図７では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが加熱温度を一時的に、通常のパルス加熱（４００℃加熱）から＋５０℃上がるようにパルス加熱操作（ステップS31）を行って４５０℃加熱にし、ガス検知層６の抵抗を測定し（ステップS32）、蓄積した水分を飛ばす操作を実行する（ステップS33）。 FIG. 7 is a flowchart (part 1) for explaining a recovery process after moisture accumulation in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 7, after detecting abnormality by the moisture accumulation detection diagnostic method shown in FIG. 5 and detecting moisture accumulation, the moisture accumulation recovery means 7h is applied to the heater control means 7a as a recovery process for removing the accumulated moisture. A signal for recovery processing is sent, and the heater control means 7a temporarily heats the heating temperature to 450 ° C. by performing a pulse heating operation (step S31) so as to increase + 50 ° C. from normal pulse heating (400 ° C. heating). Then, the resistance of the gas detection layer 6 is measured (step S32), and the operation of blowing off the accumulated moisture is executed (step S33).
その後、同様の水分蓄積診断（異常検知）を行い、上記操作で回復したかを確認する。回復しなければ（ステップS33：No）、回復処理を所定回数（例えば１０回）連続して実行し、回復したかを確認する（ステップS34）。所定回数連続して実行しても回復しない場合には、センサ故障と判定する（ステップS35）。 Thereafter, the same moisture accumulation diagnosis (abnormality detection) is performed, and it is confirmed whether or not the above operation has recovered. If not recovered (step S33: No), the recovery process is continuously executed a predetermined number of times (for example, 10 times) to check whether the recovery has been performed (step S34). If it does not recover even after being executed a predetermined number of times, it is determined that the sensor has failed (step S35).
図８は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その２）である。図８では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが加熱温度を一時的に、通常のパルス加熱（４００℃加熱）から＋１０℃上がるようにパルス加熱操作（ステップS41）を行って４１０℃加熱にし、ガス検知層６の抵抗を測定し（ステップS42）、蓄積した水分を飛ばす操作を実行する（ステップS43）。 FIG. 8 is a flowchart (part 2) illustrating a recovery process after moisture accumulation in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 8, after the abnormality is detected by the water accumulation detection diagnostic method shown in FIG. 5 and the moisture accumulation is detected, the moisture accumulation recovery means 7h is applied to the heater control means 7a as a recovery process for removing the accumulated moisture. A signal for recovery processing is sent, and the heater control means 7a temporarily heats the heating temperature to 410 ° C. by performing a pulse heating operation (step S41) so as to increase + 10 ° C. from normal pulse heating (400 ° C. heating). Then, the resistance of the gas detection layer 6 is measured (step S42), and the operation of blowing off the accumulated moisture is executed (step S43).
その後、同様の水分蓄積診断（異常検知）を行い、上記操作で回復したかを確認する。この操作で回復せずに、その後、再度異常を検知した場合には、さらに＋１０℃上昇させることを繰り返し、所定の温度（たとえば４５０℃）まで上昇させた後に（ステップS44）、回復せずに異常が検知された場合には、センサ故障と判定する（ステップS45）。 Thereafter, the same moisture accumulation diagnosis (abnormality detection) is performed, and it is confirmed whether or not the above operation has recovered. If an abnormality is detected again after this operation is not recovered, the temperature is further increased by + 10 ° C., and after increasing to a predetermined temperature (for example, 450 ° C.) (step S44), without recovery If an abnormality is detected, it is determined that the sensor has failed (step S45).
図９は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その３）である。図９では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが、ヒータ層４への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御するか、又は、水分蓄積回復手段７ｈが、ヒータ層４へ通電する周期を前記所定の通電周期より短くするよう制御する（ステップS51）ものである。その後で再度の回復処理を行うか否かについては上記した図７と同様であるのでその説明を割愛する。 FIG. 9 is a flowchart (part 3) illustrating a recovery process after moisture accumulation in the gas detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 9, after the abnormality is detected by the water accumulation detection diagnostic method shown in FIG. 5 and the moisture accumulation is detected, the moisture accumulation recovery means 7h is applied to the heater control means 7a as a recovery process for removing the accumulated moisture. A signal for recovery processing is sent, and the heater control means 7a controls the energization time to the heater layer 4 to be longer than the predetermined energization time, or the moisture accumulation recovery means 7h energizes the heater layer 4 The period to perform is controlled to be shorter than the predetermined energization period (step S51). Thereafter, whether or not the recovery process is performed again is the same as that in FIG. 7 described above, and will not be described.
１ 薄膜ガスセンサ
４ ヒータ層
６ ガス検知層
７ マイコン制御回路
７ａ ヒータ制御手段
７ｂ 水分蓄積検知手段
７ｃ 都市ガス検知手段
７ｄ ＣＯガス検知手段
７ｅ 表示制御手段
７ｆ 警報音出力制御手段
７ｇ 外部出力制御手段
７ｈ 水分蓄積回復手段
８ ヒータ制御回路
９ 電源回路
１０ 水分蓄積検知回路
１１ ガス検知回路
１２ 警報表示回路
１３ 警報音出力回路
１４ 外部出力回路
１５ 記憶回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film gas sensor 4 Heater layer 6 Gas detection layer 7 Microcomputer control circuit 7a Heater control means 7b Moisture accumulation detection means 7c City gas detection means 7d CO gas detection means 7e Display control means 7f Alarm sound output control means 7g External output control means 7h Moisture Accumulation and recovery means 8 Heater control circuit 9 Power supply circuit 10 Water accumulation detection circuit 11 Gas detection circuit 12 Alarm display circuit 13 Alarm sound output circuit 14 External output circuit 15 Memory circuit
Claims (17)
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、
を有することを特徴とするガス検知装置。 A sensor element having a gas detection layer whose electrical characteristics are changed by contact with gas, and a heater layer capable of heating the gas detection layer;
In order to heat the gas detection layer, a heater control means for energizing the heater layer to apply a voltage intermittently at a predetermined cycle to a predetermined temperature;
Gas detection means for detecting gas based on electrical characteristics of the gas detection layer heated by the heater layer;
Moisture accumulation detection means for detecting moisture accumulation in the gas detection layer;
After the moisture accumulation detecting means detects moisture accumulation in the gas detection layer, the miscellaneous gas influence determining means for determining the presence or absence of the influence of the miscellaneous gas;
A gas detection device comprising:
前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガス検知装置。 It further has a moisture accumulation recovery means,
If the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer, and there is no influence of miscellaneous gas in the determination by the miscellaneous gas influence determination means, the moisture accumulated by the moisture accumulation recovery means is removed. 6. The gas detection device according to claim 1, wherein a recovery process to be eliminated is performed.
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段とを備えるガス検知装置における水分蓄積検知方法であって、
前記水分蓄積検知手段は、前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知するとともに前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合には雑ガスの影響の有無を判定することを特徴とする水分蓄積検知方法。 A sensor element having a gas detection layer whose electrical characteristics are changed by contact with gas, and a heater layer capable of heating the gas detection layer;
In order to heat the gas detection layer, a heater control means for energizing the heater layer to apply a voltage intermittently at a predetermined cycle to a predetermined temperature;
Gas detection means for detecting gas based on electrical characteristics of the gas detection layer heated by the heater layer;
Moisture accumulation detecting means for detecting moisture accumulation in the gas detection layer;
A moisture accumulation detection method in a gas detection apparatus comprising: a miscellaneous gas influence determination means for determining whether or not there is an influence of miscellaneous gas after the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer,
The moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer based on electrical characteristics of the gas detection layer when the heater layer is energized at a temperature lower than a predetermined temperature for gas detection. A moisture accumulation detection method, wherein when the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer, the presence or absence of an influence of miscellaneous gas is determined.
前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の水分蓄積検知方法。 It further has a moisture accumulation recovery means,
If the moisture accumulation detection means detects moisture accumulation in the gas detection layer, and there is no influence of miscellaneous gas in the determination by the miscellaneous gas influence determination means, the moisture accumulated by the moisture accumulation recovery means is removed. The method for detecting moisture accumulation according to any one of claims 10 to 13, wherein recovery processing to be eliminated is performed.
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|---|---|---|---|---|
| JP2005345381A (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detector |
| JP2007271441A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Osaka Gas Co Ltd | Gas sensor |
| JP2009210344A (en) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detection device and gas detection method |
| JP2011137719A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detector and apparatus equipped with the same |
| WO2012105639A1 (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | 富士電機株式会社 | Gas detection device and gas detection method |
| JP2012167954A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Fuji Electric Co Ltd | Gas detection apparatus |
| US20140175570A1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-06-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dual-side micro gas sensor and method of fabricating the same |
-
2014
- 2014-07-02 JP JP2014136870A patent/JP6309374B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005345381A (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detector |
| JP2007271441A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Osaka Gas Co Ltd | Gas sensor |
| JP2009210344A (en) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detection device and gas detection method |
| JP2011137719A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Osaka Gas Co Ltd | Gas detector and apparatus equipped with the same |
| WO2012105639A1 (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | 富士電機株式会社 | Gas detection device and gas detection method |
| JP2012167954A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Fuji Electric Co Ltd | Gas detection apparatus |
| US20140175570A1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-06-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dual-side micro gas sensor and method of fabricating the same |
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