JP2016090269A - 可燃性ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出雰囲気の環境温度を検出する回路が正常であるか異常であるかの判断を可能とする
【解決手段】可燃性ガス検出装置１は、発熱抵抗体１２への通電状態を１００ｍｓで切り替える制御を行うことにより、発熱抵抗体１２の温度を、予め設定された第１設定温度（高温）と、第１設定温度よりも低くなるように設定された第２設定温度（低温）との間で交互に切り替える。温度調整回路３２は、測温抵抗体１７を用いて、環境温度に対応した電圧値を示す温度電圧ＶＴを出力する。そして可燃性ガス検出装置１は、高温時の温度電圧の平均値ＶＴＨａｖと低温時の温度電圧の平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満である場合に、温度調整回路３２に異常が発生していると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスのガス濃度を検出する可燃性ガス検出装置に関する。

近年、環境保護および自然保護などの社会的要求から、高い効率を有し且つ環境への負荷が少ないエネルギー源として、燃料電池の研究が活発に行われている。燃料電池の中で、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が、作動温度が低く出力密度が高いなどの利点により、家庭用のエネルギー源または車載用のエネルギー源として着目されている。固体高分子型燃料電池は、他の燃料と比較して漏れが発生しやすい水素を燃料として用いている。そのため、固体高分子型燃料電池を実用化するためには、水素漏れを検知するガス検出装置が必要になると考えられている。

被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置として、被検出雰囲気内に配置されるガス検出素子に、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、被検出雰囲気の環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体とを実装したものが知られている。

そして、このような可燃性ガス検出装置の中には、測温抵抗体の抵抗値に基づいて環境温度に対応した電圧値を示す温度電圧を出力する温度検出回路を用いて、環境温度を検出するものがある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−４１０５５号公報

しかし、上記特許文献１に記載の可燃性ガス検出装置では、温度検出回路内で断線故障が発生した場合に温度検出回路から出力される温度電圧の値が、正常時において取り得る値であるため、温度検出回路が正常であるか異常であるかを判断することができないという恐れがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、被検出雰囲気の環境温度を検出する回路が正常であるか異常であるかの判断を可能とする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、発熱抵抗体と、通電制御手段と、測温抵抗体と、温度電圧出力回路とを備える可燃性ガス検出装置であって、異常判断手段を備える。

発熱抵抗体は、基体に設けられ、被検出雰囲気内に配置されて自身の温度変化により抵抗値が変化する。通電制御手段は、発熱抵抗体への通電状態を予め設定された通電周期で切り替える制御を行うことにより、発熱抵抗体の温度を、予め設定された第１設定温度と、第１設定温度よりも低くなるように設定された第２設定温度との間で交互に切り替える。

測温抵抗体は、前記発熱抵抗体と同一の前記基体に設けられ、被検出雰囲気の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する。温度電圧出力回路は、測温抵抗体を用いて、環境温度に対応した電圧値を示す温度電圧を出力する。

異常判断手段は、発熱抵抗体の温度が第１設定温度になるように制御されているときにおける温度電圧である第１温度電圧と、発熱抵抗体の温度が第２設定温度になるように制御されているときにおける温度電圧である第２温度電圧との関係が予め設定された温度電圧異常判定条件を満たすと、温度電圧出力回路に異常が発生していると判断する。

このように構成された本発明の可燃性ガス検出装置は、温度電圧出力回路の異常時において温度電圧出力回路から出力される第１温度電圧および第２温度電圧が、正常時において取り得る値であったとしても、第１温度電圧と第２温度電圧との関係が上記の温度電圧異常判定条件を満たす場合に、温度電圧出力回路に異常が発生していると判断することができる。すなわち、本発明の可燃性ガス検出装置は、温度電圧出力回路の正常時と異常時とで、第１温度電圧と第２温度電圧との差に違いがあることを利用して、温度電圧出力回路が正常であるか異常であるかの判断を行う。

さらに本発明の可燃性ガス検出装置は、温度電圧出力回路に異常が発生していることの判断のために、新たに、温度電圧出力回路の異常を検出するための手段を追加する必要がない。

また本発明の可燃性ガス検出装置では、温度電圧異常判定条件が、第１温度電圧と第２温度電圧との差が、予め設定された異常判定電圧差よりも小さいことであるようにしてもよい。

これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、第１温度電圧と第２温度電圧との差と、異常判定電圧差とを比較するという簡便な方法で、温度電圧出力回路が正常であるか異常であるかを判断することができ、可燃性ガス検出装置の演算負荷を低減することができる。

また本発明の可燃性ガス検出装置では、温度電圧異常判定条件が、第１温度電圧に対する第２温度電圧の比が、予め設定された異常判定電圧比よりも大きいことであるようにしてもよい。

これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、第１温度電圧に対する第２温度電圧の比が異常判定電圧比よりも大きいか否かを判断するという簡便な方法で、温度電圧出力回路が正常であるか異常であるかを判断することができ、可燃性ガス検出装置の演算負荷を低減することができる。

また本発明の可燃性ガス検出装置では、温度電圧異常判定条件が、第１温度電圧と第２温度電圧との差が予め設定された異常判定電圧差よりも小さい状態が、予め設定された異常確定時間継続することであるようにしてもよい。

また本発明の可燃性ガス検出装置では、温度電圧異常判定条件が、第１温度電圧に対する第２温度電圧の比が異常判定電圧比よりも大きい状態が、予め設定された異常確定時間継続することであるようにしてもよい。

これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、温度電圧出力回路から出力される温度電圧がノイズにより変動することに起因して異常判断手段が誤判定する事態の発生を抑制し、異常判断手段による判定精度を向上させることができる。

また本発明の可燃性ガス検出装置は、第１平均値算出手段と、第２平均値算出手段とを備え、異常判断手段が、第１平均値算出手段が算出した第１温度電圧平均値を第１温度電圧とし、第２平均値算出手段が算出した第２温度電圧平均値を第２温度電圧として、温度電圧異常判定条件が成立したか否かを判断するようにしてもよい。

第１平均値算出手段は、発熱抵抗体の温度が第１設定温度になるように制御されている期間である第１通電制御期間において温度電圧出力回路から温度電圧を複数回取得し、第１通電制御期間に取得した複数個の温度電圧の平均値である第１温度電圧平均値を算出する。

第２平均値算出手段は、発熱抵抗体の温度が第２設定温度になるように制御されている期間である第２通電制御期間において温度電圧出力回路から温度電圧を複数回取得し、第２通電制御期間に取得した複数個の温度電圧の平均値である第２温度電圧平均値を算出する。

これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、取得した複数個の温度電圧の一部にノイズが含まれている場合であっても、複数個の温度電圧の平均値を第１温度電圧または第２温度電圧として採用することにより、ノイズの影響を低減することができ、異常判断手段による判定精度を向上させることができる。

なお本発明の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段が、発熱抵抗体の温度が第１設定温度になるように制御されているときにおける発熱抵抗体の端子間電圧と、発熱抵抗体の温度が第２設定温度になるように制御されているときにおける発熱抵抗体の端子間電圧と、温度電圧とを用いて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を算出するための演算を行うようにしてもよい。

可燃性ガス検出装置１の構成を示す回路図である。 ガス検出素子２の平面図である。 図２のＡ−Ａ断面部を示す図である。 演算データ取得処理の前半部分を示すフローチャートである。 演算データ取得処理の後半部分を示すフローチャートである。 ガス濃度演算処理を示すフローチャートである。 回路異常検出処理を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態の可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出器であり、例えば、燃料電池自動車の客室内に設置されて、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。

可燃性ガス検出装置１は、図１に示すように、ガス検出素子２、制御部３、演算部４および直流電源５を備える。
ガス検出素子２は、水素ガスの濃度を検出する。制御部３は、ガス検出素子２の動作を制御する。演算部４は、ガス検出素子２からの出力信号に基づいて水素ガス濃度を算出する処理を実行する。直流電源５は、制御部３と演算部４に電力を供給する。

ガス検出素子２は、図２に示すように、基部１１と、発熱抵抗体１２と、電極１３，１４と、配線１５，１６とを備える。
基部１１は、ガス検出素子２の本体を構成するものであり、主にシリコンを材料として矩形板状に形成された部材である。基部１１は、縦横ともに数ｍｍ程度の大きさ（本実施形態では、３ｍｍ×３ｍｍ程度の大きさ）に形成されている。

基部１１は、図３に示すように、シリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面に形成された絶縁層２２とを備える。絶縁層２２は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁性材料で形成されている。

シリコン基板２１の中央には、平面視において正方形状に形成されてシリコン基板２１を貫通する空洞部２３が形成される。これにより基部１１は、シリコン基板２１を枠体とし絶縁層２２を薄膜としたダイヤフラム構造を有する。

発熱抵抗体１２は、自身の温度変化により抵抗値が変化するとともに温度抵抗係数が大きい導電性材料（本実施形態では白金（Ｐｔ））で線状に形成されている。そして、線状の発熱抵抗体１２は、絶縁層２２のうち空洞部２３と対向する領域の内部に、渦巻き状に埋め込まれている。

電極１３，１４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）で形成され、基部１１の表面に設置される。図２に示すように、電極１３および電極１４はそれぞれ、配線１５，１６を介して、線状の発熱抵抗体１２の一端および他端に接続される。

また、絶縁層２２の内部には測温抵抗体１７が設けられている。測温抵抗体１７は、電気抵抗が温度に比例して変化する導電性材料で矩形板状に形成されている。本実施形態では、測温抵抗体１７は、温度の上昇に伴って抵抗値が増大する導電性材料（本実施形態では白金（Ｐｔ））で形成されている。

さらに基部１１の表面には、電極１８，１９が設置される。電極１８および電極１９はそれぞれ、矩形状に形成された測温抵抗体１７における長手方向の一端および他端に接続される。

制御部３は、図１に示すように、通電制御回路３１と、温度調整回路３２とを備える。
まず通電制御回路３１は、発熱抵抗体１２の温度を一定に保つ回路であり、ブリッジ回路４１と増幅回路４２と電流調整回路４３とを備える。

ブリッジ回路４１は、発熱抵抗体１２と、可変抵抗部５１と、固定抵抗５２，５３とを備えるホイートストンブリッジ回路である。
発熱抵抗体１２は、一端が固定抵抗５２に接続され、他端が可変抵抗部５１に接続されている。以下、発熱抵抗体１２と固定抵抗５２との接続点を接続点Ｐ１＋という。また、発熱抵抗体１２と可変抵抗部５１との接続点を接続点ＰＧという。接続点ＰＧは接地される。

可変抵抗部５１は、切替スイッチ６１と、固定抵抗６２，６３とを備える。
切替スイッチ６１は、接続端子７１，７２，７３を備える。接続端子７１は固定抵抗５３に接続され、接続端子７２は固定抵抗６２に接続され、接続端子７３は固定抵抗６３に接続される。そして切替スイッチ６１は、演算部４から出力される切替信号ＣＧ１に従って、接続端子７１と接続端子７２とが接続された状態と、接続端子７１と接続端子７３とが接続された状態との何れか一方に切り替わる。以下、接続端子７１と固定抵抗５３との接続点を接続点Ｐ１−という。

固定抵抗６２は、接続端子７１に接続されていない側の端部が接続点ＰＧに接続される。固定抵抗６３は、接続端子７２に接続されていない側の端部が接続点ＰＧに接続される。

固定抵抗５２は、発熱抵抗体１２に接続されていない側の端部が、固定抵抗５３において可変抵抗部５１に接続されていない側の端部と接続される。以下、固定抵抗５２と固定抵抗５３との接続点を接続点ＰＶという。

そしてブリッジ回路４１は、接続点Ｐ１＋と接続点Ｐ１−との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路４３から制御電圧が印加される。これにより、発熱抵抗体１２の抵抗値、つまり、発熱抵抗体１２の温度が一定になるように制御される。

なお固定抵抗６２は、発熱抵抗体１２が第１設定温度（例えば、４００℃）になるように制御される抵抗値を有する。また固定抵抗６３は、発熱抵抗体１２が第１設定温度より低く設定された第２設定温度（例えば、３００℃）になるように制御される抵抗値を有する。

増幅回路４２は、差動増幅回路であって、演算増幅器８１と、固定抵抗８２，８３，８４と、コンデンサ８５とを備える。
固定抵抗８２は、演算増幅器８１の非反転入力端子と接続点Ｐ１＋との間に接続される。固定抵抗８３は、演算増幅器８１の反転入力端子と接続点Ｐ１−との間に接続される。固定抵抗８４およびコンデンサ８５は、演算増幅器８１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続される。

非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合には、増幅回路４２が出力する調整信号Ｃの値が大きくなる。一方、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合には、調整信号Ｃの値が小さくなる。

電流調整回路４３は、ＰＮＰ型のトランジスタであり、エミッタ、コレクタおよびベースを有する。電流調整回路４３のエミッタは、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続される。電流調整回路４３のコレクタは、接続点ＰＶに接続される。電流調整回路４３のベースは、演算増幅器８１の出力端子に接続される。

このため、調整信号Ｃの値が大きくなると、電流調整回路４３を構成するトランジスタのオン抵抗が大きくなり、電流調整回路４３を介して直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路４１へ流れる電流が減少する。一方、調整信号Ｃの値が小さくなると、オン抵抗が小さくなり、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路４１へ流れる電流が増大する。

このように構成された通電制御回路３１では、直流電源５からブリッジ回路４１への通電が開始されると、増幅回路４２および電流調整回路４３は、接続点Ｐ１＋と接続点Ｐ１−との間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路４１に流れる電流を調整するフィードバック制御を行う。これにより、発熱抵抗体１２の抵抗値、すなわち発熱抵抗体１２の温度が、可変抵抗部５１によって決まる一定値（すなわち、第１設定温度または第２設定温度）に制御される。

具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度が変化することにより、発熱抵抗体１２から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１２において発生する熱量より大きくなった場合には、発熱抵抗体１２の温度が低下して、発熱抵抗体１２の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体１２から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１２において発生する熱量より小さくなった場合には、発熱抵抗体１２の温度が上昇して、発熱抵抗体１２の抵抗値が増大する。

上述のように発熱抵抗体１２の抵抗値が減少すると、増幅回路４２および電流調整回路４３は、ブリッジ回路４１に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１２において発生する熱量を増大させる。逆に、発熱抵抗体１２の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路４１に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１２において発生する熱量を減少させる。このようにして、増幅回路４２および電流調整回路４３は、発熱抵抗体１２の抵抗値、言い換えると発熱抵抗体１２の温度を一定の値に近づけるフィードバック制御を行う。

そして、接続点Ｐ１＋の電圧Ｖ１を測定することにより、発熱抵抗体１２に流れる電流の大きさを検出することができる。この電流の大きさは、発熱抵抗体１２の温度（言い換えると抵抗値）を一定に保つために必要な熱量、つまり、発熱抵抗体１２から可燃性ガスへ奪われる熱量に対応する。そして、発熱抵抗体１２から可燃性ガスへ奪われる熱量は、可燃性ガスの濃度に依存する。このため、電圧Ｖ１を測定することにより、可燃性ガスの濃度を検出することができる。

なお、発熱抵抗体１２が第１設定温度（本実施形態では、４００℃）になるように制御されている場合における電圧Ｖ１を高温時電圧ＶＨという。また、発熱抵抗体１２が第２設定温度（本実施形態では、３００℃）になるように制御されている場合における電圧Ｖ１を低温時電圧ＶＬという。

次に温度調整回路３２は、ブリッジ回路９１と増幅回路９２とを備える。
ブリッジ回路９１は、測温抵抗体１７と、固定抵抗１０１，１０２，１０３とを備えるホイートストンブリッジ回路である。

測温抵抗体１７は、一端が固定抵抗１０３に接続され、他端が接地される。以下、測温抵抗体１７と固定抵抗１０１との接続点を接続点Ｐ２−という。
固定抵抗１０１は、一端が固定抵抗１０２に接続され、他端が接地される。以下、固定抵抗１０１と固定抵抗１０２との接続点を接続点Ｐ２＋という。

固定抵抗１０２は、固定抵抗１０１に接続されていない側の端部が、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続される。
固定抵抗１０３は、測温抵抗体１７に接続されていない側の端部が、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続される。

増幅回路９２は、差動増幅回路であって、演算増幅器１１１と、固定抵抗１１２，１１３，１１４と、コンデンサ１１５とを備える。
固定抵抗１１２は、演算増幅器１１１の非反転入力端子と接続点Ｐ２＋との間に接続される。固定抵抗１１３は、演算増幅器１１１の反転入力端子と接続点Ｐ２−との間に接続される。固定抵抗１１４およびコンデンサ１１５は、演算増幅器１１１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続される。

そして増幅回路９２は、接続点Ｐ２＋と接続点Ｐ２−との電圧差を増幅して増幅電圧差ＶＴを演算部４へ出力する。以下、増幅電圧差ＶＴを温度電圧ＶＴという。また、発熱抵抗体１２が第１設定温度（本実施形態では、４００℃）になるように制御されている場合における温度電圧ＶＴを高温時温度電圧ＶＴＨという。また、発熱抵抗体１２が第２設定温度（本実施形態では、３００℃）になるように制御されている場合における温度電圧ＶＴを低温時温度電圧ＶＴＬという。

演算部４は、演算処理装置（ＣＰＵなど）、記憶部（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）および入出力部などを備える周知のマイクロコンピュータを備えている。
演算部４の記憶部は、温度換算データと、湿度換算データと、濃度換算データを記憶する。

温度換算データは、被検出雰囲気の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を示す。湿度換算データは、被検出雰囲気内の湿度Ｈと、高温時電圧ＶＨと、低温時電圧ＶＬと、温度電圧ＶＴとの相関関係を示す。濃度換算データは、高温時電圧ＶＨまたは低温時電圧ＶＬと、可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を示す。なお各換算データは、換算用マップデータおよび換算用計算式などからなるものであり、実験などにより得られたデータに基づいて予め作成される。

湿度換算データには、電圧比換算用マップデータと、湿度換算用マップデータとが含まれている。電圧比換算用マップデータは、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と、後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を示す。湿度換算用マップデータは、後述する電圧比差ΔＶＣと、湿度Ｈとの相関関係を示す。

濃度換算データには、高温時電圧換算用マップデータと、湿度電圧変化換算用マップデータと、ガス感度換算用マップデータとが含まれている。高温時電圧換算用マップデータは、温度電圧ＶＴと、後述する高温時電圧ＶＨ（０）との相関関係を示す。湿度電圧変化換算用マップデータは、高温時電圧ＶＨおよび湿度Ｈと、後述する高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）との相関関係を示す。ガス感度換算用マップデータは、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨと、後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を示す。

演算部４は、直流電源５から給電が開始されると起動し、演算部４の各部を初期化した後に、後述する演算データ取得処理、ガス濃度演算処理および回路異常検出処理を開始する。

まず、演算データ取得処理の手順を説明する。
演算データ取得処理が開始されると、演算部４の演算処理装置は、図４に示すように、まずＳ１０にて、発熱抵抗体１２を第１設定温度に保持する制御と、測温抵抗体１７に通電する制御を開始する。なお、発熱抵抗体１２を第１設定温度に保持する制御は、接続端子７１と接続端子７２との接続を指示する切替信号ＣＧ１を出力するとともに、発熱抵抗体１２に通電することにより開始される。

さらにＳ２０にて、取得判定タイマのインクリメントを開始する。この取得判定タイマは、例えば１ｍｓごとにインクリメント（１加算）するタイマであり、ある時点でその値が０に設定されると、その時点で再び０からインクリメントする。以下、取得判定タイマの値をタイマ値Ｔ１という。

またＳ３０にて、取得数カウンタをリセットする。これにより、取得数カウンタの値が０に設定される。以下、取得数カウンタの値を、取得数Ｎという。
次にＳ４０にて、タイマ値Ｔ１が予め設定された取得判定値（本実施形態では例えば１０ｍｓに相当する値）以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値Ｔ１が取得判定値未満である場合には（Ｓ４０：ＮＯ）、Ｓ４０の処理を繰り返すことにより、タイマ値Ｔ１が取得判定値以上になるまで待機する。そして、タイマ値Ｔ１が取得判定値以上である場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０にて、取得判定タイマをリセット（０に設定）するとともに、取得数カウンタをインクリメント（１加算）する。

その後Ｓ６０にて、取得数Ｎが予め設定された高温データ取得判定値（本実施形態では１１）以上であるか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが高温データ取得判定値未満である場合には（Ｓ６０：ＮＯ）、Ｓ７０にて、温度調整回路３２から温度電圧ＶＴ（すなわち、高温時温度電圧ＶＴＨ）を取得し、演算部４の記憶部に記憶する。

そしてＳ８０にて、取得数Ｎが（高温データ取得判定値−１）と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが（高温データ取得判定値−１）と等しくない場合には（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行して、上述の処理を繰り返す。

一方、取得数Ｎが（高温データ取得判定値−１）と等しい場合には（Ｓ８０：ＹＥＳ）、Ｓ９０にて、取得数Ｎが１になってから（高温データ取得判定値−１）になるまでに取得された温度電圧ＶＴ（すなわち、高温時温度電圧ＶＴＨ）の平均値を算出し、この平均値を温度電圧平均値ＶＴＨａｖとして、演算部４の記憶部に記憶する。そしてＳ９０の処理が終了すると、Ｓ４０に移行して、上述の処理を繰り返す。

またＳ６０にて、取得数Ｎが高温データ取得判定値以上である場合には（Ｓ６０：ＹＥＳ）、Ｓ１００にて、通電制御回路３１から電圧Ｖ１（すなわち、高温時電圧ＶＨ）を取得し、演算部４の記憶部に記憶する。

そしてＳ１１０にて、取得数Ｎが予め設定された低温切替判定値（本実施形態では２０）と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが低温切替判定値と等しくない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行して、上述の処理を繰り返す。

一方、取得数Ｎが低温切替判定値と等しい場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０にて、取得数Ｎが高温データ取得判定値（本実施形態では１１）になってから低温切替判定値（本実施形態では２０）になるまでに取得された高温時電圧ＶＨの平均値を算出し、この平均値を高温時電圧平均値ＶＨａｖとして、演算部４の記憶部に記憶する。

その後Ｓ１３０にて、取得数カウンタをリセットする。またＳ１４０にて、発熱抵抗体１２を第１設定温度に保持する制御を終了し、発熱抵抗体１２を第２設定温度に保持する制御を開始する。なお、発熱抵抗体１２を第２設定温度に保持する制御は、接続端子７１と接続端子７３との接続を指示する切替信号ＣＧ１を出力することにより開始される。

そして図５に示すように、Ｓ１５０にて、タイマ値Ｔ１が予め設定された取得判定値以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値Ｔ１が取得判定値未満である場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１５０の処理を繰り返すことにより、タイマ値Ｔ１が取得判定値以上になるまで待機する。そして、タイマ値Ｔ１が取得判定値以上である場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０にて、取得判定タイマをリセットするとともに、取得数カウンタをインクリメントする。

次にＳ１７０にて、取得数Ｎが予め設定された低温データ取得判定値（本実施形態では１１）以上であるか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが低温データ取得判定値未満である場合には（Ｓ１７０：ＮＯ）、Ｓ１８０にて、温度調整回路３２から温度電圧ＶＴ（すなわち、低温時温度電圧ＶＴＬ）を取得し、演算部４の記憶部に記憶する。

そしてＳ１９０にて、取得数Ｎが（低温データ取得判定値−１）と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが（低温データ取得判定値−１）と等しくない場合には（Ｓ１９０：ＮＯ）、Ｓ１５０に移行して、上述の処理を繰り返す。

一方、取得数Ｎが（低温データ取得判定値−１）と等しい場合には（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、Ｓ２００にて、取得数Ｎが１になってから（低温データ取得判定値−１）になるまでに取得された温度電圧ＶＴの平均値を算出し、この平均値を温度電圧平均値ＶＴＬａｖとして、演算部４の記憶部に記憶する。そしてＳ２００の処理が終了すると、Ｓ１５０に移行して、上述の処理を繰り返す。

またＳ１７０にて、取得数Ｎが低温データ取得判定値以上である場合には（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、Ｓ２１０にて、通電制御回路３１から電圧Ｖ１（すなわち、低温時電圧ＶＬ）を取得し、演算部４の記憶部に記憶する。

そしてＳ２２０にて、取得数Ｎが予め設定された高温切替判定値（本実施形態では２０）と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Ｎが高温切替判定値と等しくない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ１５０に移行して、上述の処理を繰り返す。

一方、取得数Ｎが高温切替判定値と等しい場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、取得数Ｎが低温データ取得判定値（本実施形態では１１）になってから高温切替判定値（本実施形態では２０）になるまでに取得された低温時電圧ＶＬの平均値を算出し、この平均値を低温時電圧平均値ＶＬａｖとして、演算部４の記憶部に記憶する。

その後Ｓ２４０にて、取得数カウンタをリセットする。またＳ２５０にて、発熱抵抗体１２を第２設定温度に保持する制御を終了し、発熱抵抗体１２を第１設定温度に保持する制御を開始する。なお、発熱抵抗体１２を第１設定温度に保持する制御は、接続端子７１と接続端子７２との接続を指示する切替信号ＣＧ１を出力することにより開始される。

そしてＳ２５０の処理が終了すると、Ｓ４０に移行して、上述の処理を繰り返す。
次に、ガス濃度演算処理の手順を説明する。
ガス濃度演算処理が開始されると、演算部４の演算処理装置は、図６に示すように、まずＳ３１０にて、演算部４の記憶部から、最新の高温時電圧平均値ＶＨａｖ、低温時電圧平均値ＶＬａｖおよび温度電圧平均値ＶＴＬａｖを取得する。

そしてＳ３２０にて、下式（１）により電圧比ＶＣを算出する。
ＶＣ ＝ ＶＨａｖ／ＶＬａｖ ・・・（１）
またＳ３３０にて、温度電圧平均値ＶＴＬａｖと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、温度電圧平均値ＶＴＬａｖ（すなわち、環境温度Ｔ）においてガス濃度Ｘがゼロであり且つ湿度Ｈがゼロであるときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。

さらにＳ３４０にて、Ｓ３２０で算出した電圧比ＶＣと、Ｓ３３０で算出した電圧比ＶＣ（０）とを用いて、下式（２）により、温度電圧平均値ＶＴＬａｖにおける電圧比差ΔＶＣを算出する。

ΔＶＣ ＝ ＶＣ−ＶＣ（０） ・・・（２）
そしてＳ３５０にて、Ｓ３４０で算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣにおける湿度Ｈを算出する。

またＳ３６０にて、高温時電圧平均値ＶＨａｖおよび温度電圧平均値ＶＴＬａｖと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、温度電圧平均値ＶＴＬａｖ（すなわち、環境温度Ｔ）においてガス濃度Ｘがゼロであり且つ湿度Ｈがゼロであるときの高温時電圧ＶＨ（０）を算出する。

さらにＳ３７０にて、Ｓ３１０で取得した高温時電圧平均値ＶＨａｖと、Ｓ３５０で算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧平均値ＶＨａｖのうちの湿度Ｈに起因する電圧変化分を示す高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）を算出する。

次にＳ３８０にて、Ｓ３１０で取得した高温時電圧平均値ＶＨａｖと、Ｓ３６０で算出した高温時電圧ＶＨ（０）と、Ｓ３７０で算出した高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）とを用いて、下式（３）により、高温時電圧平均値ＶＨａｖのうちの可燃性ガスに起因する電圧変化分を示す高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｇ）を算出する。

ΔＶＨ（Ｇ）＝ ＶＨａｖ−ＶＨ（０）−ΔＶＨ（Ｈ） ・・・（３）
またＳ３９０にて、Ｓ４１０で取得した高温時電圧平均値ＶＨａｖおよび温度電圧平均値ＶＴＬａｖと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧平均値ＶＨａｖについて、温度電圧平均値ＶＴＬａｖ毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を示すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。

そしてＳ４００にて、Ｓ３８０で算出した高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｇ）と、Ｓ３９０で算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを用いて、下式（４）により、可燃性ガス（水素）のガス濃度Ｘを算出する。

Ｘ ＝ ΔＶＨ（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ） ・・・（４）
そしてＳ４００の処理が終了すると、Ｓ３１０に移行して、上述の処理を繰り返す。
次に、回路異常検出処理の手順を説明する。

回路異常検出処理が開始されると、演算部４の演算処理装置は、図７に示すように、まずＳ５１０にて、異常判定タイマのインクリメントを開始する。この異常判定タイマは、例えば１ｍｓごとにインクリメントするタイマであり、ある時点でその値が０に設定されると、その時点で再び０からインクリメントする。以下、異常判定タイマの値をタイマ値Ｔ２という。

またＳ５２０にて、異常検出フラグをクリアする。そしてＳ５３０にて、演算部４の記憶部から、最新の温度電圧平均値ＶＴＨａｖ，ＶＴＬａｖを取得する。
その後Ｓ５４０にて、予め設定された異常検出条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の異常検出条件は、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が、予め設定された異常判定電圧（本実施形態では、例えば０．１Ｖ）未満であることである。

ここで、異常検出条件が成立していない場合には（Ｓ５４０：ＮＯ）、Ｓ５５０にて、異常判定タイマをリセットし、Ｓ５３０に移行する。一方、異常検出条件が成立した場合には（Ｓ５４０：ＹＥＳ）、Ｓ５６０にて、タイマ値Ｔ２が予め設定された異常確定値（本実施形態では例えば２ｓに相当する値）以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値Ｔ２が異常確定値未満である場合には（Ｓ５６０：ＮＯ）、Ｓ５３０に移行する。

一方、タイマ値Ｔ２が異常確定値以上である場合には（Ｓ５６０：ＹＥＳ）、Ｓ５７０にて、異常検出フラグをセットし、回路異常検出処理を終了する。
このように構成された可燃性ガス検出装置１は、発熱抵抗体１２への通電状態を１００ｍｓで切り替える制御を行うことにより、発熱抵抗体１２の温度を、予め設定された第１設定温度と、第１設定温度よりも低くなるように設定された第２設定温度との間で交互に切り替える（Ｓ１０，Ｓ１４０，Ｓ２５０）。温度調整回路３２は、測温抵抗体１７を用いて、環境温度に対応した電圧値を示す温度電圧ＶＴを出力する。

また可燃性ガス検出装置１は、高温時電圧平均値ＶＨａｖと、低温時電圧平均値ＶＬａｖと、温度電圧平均値ＶＴＬａｖとを用いて、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を算出するための演算を行う（Ｓ３１０〜Ｓ４００）。

そして可燃性ガス検出装置１は、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満である場合に、温度調整回路３２に異常が発生していると判断する（Ｓ５１０〜Ｓ５７０）。

このように可燃性ガス検出装置１は、温度調整回路３２の異常時において温度調整回路３２から出力される高温時温度電圧ＶＴＨおよび低温時温度電圧ＶＴＬが、正常時において取り得る値であったとしても、高温時温度電圧ＶＴＨと低温時温度電圧ＶＴＬとの差が小さいことを示す上記の異常検出条件に基づいて、温度調整回路３２に異常が発生していると判断することができる。すなわち可燃性ガス検出装置１は、温度調整回路３２の正常時と異常時とで、高温時温度電圧ＶＴＨと低温時温度電圧ＶＴＬとの差に違いがあることを利用して、温度調整回路３２が正常であるか異常であるかの判断を行う。

さらに可燃性ガス検出装置１は、温度調整回路３２に異常が発生していることの判断のために、新たに、温度調整回路３２の異常を検出するための手段を追加する必要がない。
また可燃性ガス検出装置１では、異常検出条件が、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満であることである。これにより可燃性ガス検出装置１は、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差と、異常判定電圧とを比較するという簡便な方法で、温度調整回路３２が正常であるか異常であるかを判断することができ、可燃性ガス検出装置１の演算負荷を低減することができる。

また可燃性ガス検出装置１では、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満である状態が、予め設定された異常確定値に対応する時間継続した場合に（Ｓ５６０：ＹＥＳ）、温度調整回路３２に異常が発生していると判断する。これにより可燃性ガス検出装置１は、温度調整回路３２から出力される温度電圧ＶＴがノイズにより変動することに起因して誤判定する事態の発生を抑制し、判定精度を向上させることができる。

また可燃性ガス検出装置１は、発熱抵抗体１２の温度が第１設定温度になるように制御されている期間（以下、第１通電制御期間という）において温度調整回路３２から温度電圧ＶＴを１０回取得し、第１通電制御期間に取得した１０個の温度電圧ＶＴの平均値である温度電圧平均値ＶＴＨａｖを算出する（Ｓ４０〜Ｓ９０）。

また可燃性ガス検出装置１は、発熱抵抗体１２の温度が第２設定温度になるように制御されている期間（以下、第２通電制御期間という）において温度調整回路３２から温度電圧ＶＴを１０回取得し、第２通電制御期間に取得した１０個の温度電圧ＶＴの平均値である温度電圧平均値ＶＴＬａｖを算出する（Ｓ１５０〜Ｓ２００）。

そして可燃性ガス検出装置１は、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満である場合に、異常検出条件が成立したと判断する。

これにより可燃性ガス検出装置１は、取得した１０個の温度電圧ＶＴの一部にノイズが含まれている場合であっても、１０個の温度電圧ＶＴの平均値を用いて、異常検出条件が成立したか否かを判断することにより、ノイズの影響を低減することができ、判定精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、基部１１は本発明における基体、Ｓ１０，Ｓ１４０，Ｓ２５０の処理は本発明における通電制御手段、温度調整回路３２は本発明における温度電圧出力回路、Ｓ５１０〜Ｓ５７０の処理は本発明における異常判断手段である。

また、Ｓ４０〜Ｓ９０の処理は本発明における第１平均値算出手段、Ｓ１５０〜Ｓ２００の処理は本発明における第２平均値算出手段である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

例えば上記実施形態では、異常検出条件が、温度電圧平均値ＶＴＨａｖと温度電圧平均値ＶＴＬａｖとの差が予め設定された異常判定電圧未満であることであるものを示した。しかし、異常検出条件は、高温時温度電圧ＶＴＨと低温時温度電圧ＶＴＬとの差が小さいことを示すものであれば、これに限定されるものではない。例えば、温度電圧平均値ＶＴＨａｖに対する低温時温度電圧ＶＴＬの比が、１付近の値であることを異常検出条件としてもよい。例えば、温度電圧平均値ＶＴＨａｖに対する低温時温度電圧ＶＴＬの比が、予め設定された異常判定電圧比（例えば、０．９）より大きいことを異常検出条件とするとよい。

１…可燃性ガス検出装置、２…ガス検出素子、３…制御部、４…演算部、５…直流電源、１１…基部、１２…発熱抵抗体、１７…測温抵抗体、３１…通電制御回路、３２…温度調整回路、４１…ブリッジ回路、４２…増幅回路、４３…電流調整回路、９１…ブリッジ回路、９２…増幅回路

Claims (6)

1. 基体に設けられ、被検出雰囲気内に配置されて自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体への通電状態を予め設定された通電周期で切り替える制御を行うことにより、前記発熱抵抗体の温度を、予め設定された第１設定温度と、前記第１設定温度よりも低くなるように設定された第２設定温度との間で交互に切り替える通電制御手段と、
   前記発熱抵抗体と同一の前記基体に設けられ、前記被検出雰囲気の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、
   前記測温抵抗体を用いて、前記環境温度に対応した電圧値を示す温度電圧を出力する温度電圧出力回路とを備える可燃性ガス検出装置であって、
   前記発熱抵抗体の温度が前記第１設定温度になるように制御されているときにおける前記温度電圧である第１温度電圧と、前記発熱抵抗体の温度が前記第２設定温度になるように制御されているときにおける前記温度電圧である第２温度電圧との関係が予め設定された温度電圧異常判定条件を満たすと、前記温度電圧出力回路に異常が発生していると判断する異常判断手段を備える
   ことを特徴とする可燃性ガス検出装置。
2. 前記温度電圧異常判定条件は、
   前記第１温度電圧と前記第２温度電圧との差が、予め設定された異常判定電圧差よりも小さいことである
   ことを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス検出装置。
3. 前記温度電圧異常判定条件は、
   前記第１温度電圧と前記第２温度電圧との差が予め設定された異常判定電圧差よりも小さい状態が、予め設定された異常確定時間継続することである
   ことを特徴とする請求項２に記載の可燃性ガス検出装置。
4. 前記温度電圧異常判定条件は、
   前記第１温度電圧に対する前記第２温度電圧の比が、予め設定された異常判定電圧比よりも大きいことである
   ことを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス検出装置。
5. 前記温度電圧異常判定条件は、
   前記第１温度電圧に対する前記第２温度電圧の比が前記異常判定電圧比よりも大きい状態が、予め設定された異常確定時間継続することである
   ことを特徴とする請求項４に記載の可燃性ガス検出装置。
6. 前記発熱抵抗体の温度が前記第１設定温度になるように制御されている期間である第１通電制御期間において前記温度電圧出力回路から前記温度電圧を複数回取得し、前記第１通電制御期間に取得した複数個の前記温度電圧の平均値である第１温度電圧平均値を算出する第１平均値算出手段と、
   前記発熱抵抗体の温度が前記第２設定温度になるように制御されている期間である第２通電制御期間において前記温度電圧出力回路から前記温度電圧を複数回取得し、前記第２通電制御期間に取得した複数個の前記温度電圧の平均値である第２温度電圧平均値を算出する第２平均値算出手段とを備え、
   前記異常判断手段は、前記第１平均値算出手段が算出した前記第１温度電圧平均値を前記第１温度電圧とし、前記第２平均値算出手段が算出した前記第２温度電圧平均値を前記第２温度電圧として、前記温度電圧異常判定条件が成立したか否かを判断する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の可燃性ガス検出装置。

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