JP2021179357A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１Ａは、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４と、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４を加熱するヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４と、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４と、制御回路２０とを備える。制御回路２０は、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４を制御することにより、期間Ｔ１においてはサーミスタＲｄ２，Ｒｄ４を有効化、サーミスタＲｄ１を無効化し、期間Ｔ２においてはサーミスタＲｄ１，Ｒｄ３を有効化、サーミスタＲｄ４を無効化し、期間Ｔ３においてはサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３を有効化、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４を無効化し、期間Ｔ４においてはサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４を有効化する。これにより、期間Ｔ１，Ｔ２に検出対象ガスの濃度を測定し、期間Ｔ３，Ｔ４に自己診断することができる。しかも、検出対象ガスが存在しても自己診断の結果に影響が及ばない。【選択図】図１

Description

本発明は、雰囲気中に含まれる検出対象ガスの濃度を測定するガスセンサに関する。

雰囲気中に含まれる検出対象ガスの濃度を測定するガスセンサは、経年劣化によって測定誤差が生じることが知られている。特許文献１には、経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサが開示されている。

特許第４７５８１４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたガスセンサは、雰囲気中に検出対象ガスが存在すると自己診断の結果自体に誤差が生じるため、検出対象ガスが存在しないことが保証された環境下でなければ自己診断を行うことができないという問題があった。

したがって、本発明は、雰囲気中に検出対象ガスが存在する環境下においても経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサを提供することを目的とする。

本発明によるガスセンサは、検出対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する第１乃至第４の検知素子と、第１乃至第４の検知素子を加熱するヒータと、第１乃至第４の検知素子の有効又は無効を切り替えるスイッチと、接続ノードの電位に基づいて検出対象ガスの濃度を示す出力信号を生成するとともに、ヒータ及びスイッチを制御する制御回路とを備え、第１及び第４の検知素子と第２及び第３の検知素子は互いに異なる特性を有し、第１及び第２の検知素子は、第１の電源と接続ノードの間に直列又は並列に接続され、第３及び第４の検知素子は、第２の電源と接続ノードの間に直列又は並列に接続され、制御回路は、スイッチを制御することにより、第１の期間においては第２及び第４の検知素子を有効化するとともに第１の検知素子を無効化し、第２の期間においては第１及び第３の検知素子を有効化するとともに第４の検知素子を無効化し、第３の期間においては第２及び第３の検知素子を有効化するとともに第１及び第４の検知素子を無効化し、第４の期間においては第１及び第４の検知素子を有効化することを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の期間に検出対象ガスの濃度を測定することができるとともに、第３及び第４の期間に自己診断することができる。しかも、検出対象ガスが存在しても自己診断の結果に影響が及ばないことから、任意のタイミングで自己診断することが可能となる。

本発明において、第１及び第２の検知素子は第１の電源と接続ノードの間に直列に接続され、第３及び第４の検知素子は第２の電源と接続ノードの間に直列に接続され、スイッチは、第１の検知素子に並列に接続された第１のスイッチと、第４の検知素子に並列に接続された第２のスイッチとを含んでいても構わない。これによれば、第１のスイッチをオンさせることによって第１の検知素子を無効化することができ、第２のスイッチをオンさせることによって第４の検知素子を無効化することができる。

本発明において、制御回路は、第１の期間においては第１のスイッチをオンさせることによって第１の検知素子を無効化するとともに、ヒータによって第２及び第４の検知素子をそれぞれ第１及び第２の温度に加熱し、第２の期間においては第２のスイッチをオンさせることによって第４の検知素子を無効化するとともに、ヒータによって第１及び第３の検知素子をそれぞれ第２及び第１の温度に加熱し、第３の期間においては第１及び第２のスイッチをオンさせることによって第１及び第４の検知素子を無効化するとともに、ヒータによって第２及び第３の検知素子をいずれも第１の温度に加熱し、第４の期間においては第１及び第２のスイッチをオフさせるとともに、ヒータによって第１及び第４の検知素子をいずれも第２の温度に加熱しても構わない。これによれば、自己診断が可能な熱伝導式のガスセンサを提供することが可能となる。

本発明において、制御回路は、第１の期間においてはヒータによって第３の検知素子を第２の温度に加熱し、第２の期間においてはヒータによって第２の検知素子を第２の温度に加熱し、第４の期間においてはヒータによって第２及び第３の検知素子をいずれも第２の温度に加熱しても構わない。これによれば、回路構成を簡素化することが可能となる。

本発明において、制御回路は、第１の期間においてはヒータによって第１の検知素子を第１の温度に加熱し、第２の期間においてはヒータによって第４の検知素子を第１の温度に加熱しても構わない。これによれば、第１乃至第４の検知素子に加わる熱履歴が一致することから、経年劣化による測定誤差を減少させることが可能となる。

本発明において、ヒータは、それぞれ第１乃至第４の検知素子を加熱する第１乃至第４のヒータを含み、制御回路は、第１の期間においては第２、第３及び第４のヒータによって第２、第３及び第４の検知素子をそれぞれ第１、第２及び第２の温度に加熱するとともに第１のヒータによる加熱を停止し、第２の期間においては第１、第２及び第３のヒータによって第１、第２及び第３の検知素子をそれぞれ第２、第２及び第１の温度に加熱するとともに第４のヒータによる加熱を停止し、第３の期間においては第２及び第３のヒータによって第２及び第３の検知素子をいずれも第１の温度に加熱するとともに第１及び第４のヒータによる加熱を停止しても構わない。これによれば、消費電力を低減することが可能となる。

本発明において、スイッチは、第２の検知素子に並列に接続された第３のスイッチと、第３の検知素子に並列に接続された第４のスイッチとをさらに含み、制御回路は、第１の期間においては第１及び第４のスイッチをオンさせることによって第１及び第３の検知素子を無効化し、第２の期間においては第２及び第３のスイッチをオンさせることによって第２及び第４の検知素子を無効化し、第４の期間においては第３及び第４のスイッチをオンさせることによって第２及び第３の検知素子を無効化しても構わない。これによれば、第１乃至第４の検知素子の抵抗値の設計が容易となる。

本発明において、ヒータは、それぞれ第１乃至第４の検知素子を加熱する第１乃至第４のヒータを含み、制御回路は、第１の期間においては第２及び第４のヒータによって第２及び第４の検知素子をそれぞれ第１及び第２の温度に加熱するとともに第１及び第３のヒータによる加熱を停止し、第２の期間においては第１及び第３のヒータによって第１及び第３の検知素子をそれぞれ第２及び第１の温度に加熱するとともに第２及び第４のヒータによる加熱を停止し、第３の期間においては第２及び第３のヒータによって第２及び第３の検知素子をいずれも第１の温度に加熱するとともに第１及び第４のヒータによる加熱を停止し、第４の期間においては第１及び第４のヒータによって第１及び第４の検知素子をいずれも第２の温度に加熱するとともに第２及び第３のヒータによる加熱を停止しても構わない。これによれば、消費電力を低減することが可能となる。

本発明において、第２及び第３の検知素子が第１の温度に加熱されている場合における検出対象ガスに対する感度と、第１及び第４の検知素子が第２の温度に加熱されている場合における検出対象ガスに対する感度が互いに異なっていても構わない。これによれば、ＣＯ_２ガスのように温度によって熱伝導率が変化するガスを検出することが可能となる。

本発明において、第１及び第２の検知素子は第１の電源と接続ノードの間に並列に接続され、第３及び第４の検知素子は第２の電源と接続ノードの間に並列に接続され、スイッチは、第１乃至第４の検知素子に対してそれぞれ直列に接続された第１乃至第４のスイッチを含んでいても構わない。これによれば、第１乃至第４のスイッチをオフさせることによってそれぞれ第１乃至第４の検知素子を無効化することができる。

本発明において、制御回路は、第３及び第４の期間における接続ノードの電位に基づいてエラー信号を生成しても構わない。これによれば、経年劣化の発生を報知することが可能となる。

このように、本発明によれば、雰囲気中に検出対象ガスが存在する環境下においても経年劣化を自己診断することが可能なガスセンサを提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるガスセンサ１Ａの構成を示す回路図である。 図２は、ガスセンサ１Ａの動作波形図である。 図３（ａ）は動作１におけるスイッチＳｗ１，Ｓｗ４の状態を説明するための回路図であり、図３（ｂ）は動作２におけるスイッチＳｗ１，Ｓｗ４の状態を説明するための回路図である。 図４（ａ）は動作３におけるスイッチＳｗ１，Ｓｗ４の状態を説明するための回路図であり、図４（ｂ）は動作４におけるスイッチＳｗ１，Ｓｗ４の状態を説明するための回路図である。 図５は、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４が正常な場合における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化を示す波形図である。 図６は、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の抵抗値が正常値から増加した場合における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化を示す波形図である。 図７は、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４のＢ定数が正常値から減少した場合における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化を示す波形図である。 図８は、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の抵抗値が正常値から増加し、且つ、Ｂ定数が正常値から減少した場合における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化を示す波形図である。 図９は、本発明の第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂの構成を示す回路図である。 図１０は、ガスセンサ１Ｂの動作波形図である。 図１１（ａ）は動作１におけるスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の状態を説明するための回路図であり、図１１（ｂ）は動作２におけるスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の状態を説明するための回路図である。 図１２（ａ）は動作３におけるスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の状態を説明するための回路図であり、図１２（ｂ）は動作４におけるスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の状態を説明するための回路図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態によるガスセンサ１Ｃの構成を示す回路図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態によるガスセンサ２Ａの構成を示す回路図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態によるガスセンサ２Ｂの構成を示す回路図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態によるガスセンサ３Ａの構成を示す回路図である。 図１７は、ガスセンサ３Ａの動作波形図である。 図１８は、本発明の第８の実施形態によるガスセンサ３Ｂの構成を示す回路図である。 図１９は、ガスセンサ３Ｂの動作波形図である。 図２０は、本発明の第８の実施形態によるガスセンサ４の構成を示す回路図である。 図２１は、ガスセンサ４の動作波形図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスセンサ１Ａの構成を示す回路図である。

図１に示すように、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａは、センサ部Ｓと制御回路２０を備えている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるガスセンサ１Ａは、雰囲気中におけるＣＯ_２ガスの濃度を検出するものである。

センサ部Ｓは、検出対象ガスであるＣＯ_２ガスの濃度を検出するための熱伝導式のガスセンサであり、４つのセンサ部Ｓ１〜Ｓ４を有している。センサ部Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ検知素子であるサーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４とこれらを加熱するヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４によって構成されている。図１に示すように、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２は、第１の電源である電源電位Ｖｃｃが供給される配線と、接続ノードＮの間に直列に接続されている。サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４は、第２の電源である接地電位Ｇｎｄが供給される配線と、接続ノードＮの間に直列に接続されている。接続ノードＮの電位である検出信号Ｖｏｕｔ１は、制御回路２０に供給される。Ｒｄ１〜Ｒｄ４は、例えば、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料からなる。

ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２には制御電圧Ｖｍｈ１が印加され、ヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４には制御電圧Ｖｍｈ２が印加される。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２は、後述するガス検知動作時及び自己診断動作時において、第１のレベル又は第２のレベルに設定される。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２が第１のレベルに設定されると、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４によって第１の温度に加熱される。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２が第２のレベルに設定されると、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４によって第２の温度に加熱される。第１の温度は例えば１５０℃であり、第２の温度は例えば３００℃である。サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３は、１５０℃に加熱された場合に所定の抵抗値となるよう設計されている一方、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４は、３００℃に加熱された場合に所定の抵抗値となるよう設計されている。

サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３を１５０℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３の放熱特性が変化する。かかる変化は、サーミスタＲｄ２，Ｒ３の抵抗値の変化となって現れる。一方、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じてサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４の放熱特性はほとんど変化しない。このため、ＣＯ_２ガスの濃度によるサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４の抵抗値の変化はほとんど生じない。本実施形態においては、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の合計抵抗値が一致するよう設計され、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ３の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２の合計抵抗値が一致するよう設計される。これは、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４が互いに同じ特性を有し、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が互いに同じ特性を有し、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４とサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が互いに異なる特性を有するよう設計することにより実現できる。

本実施形態によるガスセンサ１Ａは、サーミスタＲｄ１に対して並列に接続されたスイッチＳｗ１と、サーミスタＲｄ４に対して並列に接続されたスイッチＳｗ４をさらに有している。スイッチＳｗ１がオンするとサーミスタＲｄ１は無効化され、スイッチＳｗ４がオンするとサーミスタＲｄ４は無効化される。言い換えれば、スイッチＳｗ１がオンするとサーミスタＲｄ１は検出信号Ｖｏｕｔ１のレベル変化に寄与しなくなり、スイッチＳｗ４がオンするとサーミスタＲｄ４は検出信号Ｖｏｕｔ１のレベル変化に寄与しなくなる。

制御回路２０は、差動アンプ２１〜２３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２４、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）２５、信号処理部２６及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３を備えている。差動アンプ２１は、検出信号Ｖｏｕｔ１とリファレンス電圧Ｖｒｅｆを比較し、その差を増幅する回路である。差動アンプ２１のゲインは、抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって任意に調整される。差動アンプ２１から出力される増幅信号Ｖａｍｐは、ＡＤコンバータ２４に入力される。

ＡＤコンバータ２４は増幅信号Ｖａｍｐをデジタル変換し、その値を信号処理部２６に供給する。一方、ＤＡコンバータ２５は、信号処理部２６から供給されるリファレンス信号をアナログ変換することによってリファレンス電圧Ｖｒｅｆを生成するとともに、ヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４に供給する制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２を生成する役割を果たす。制御電圧Ｖｍｈ１は、ボルテージフォロアである差動アンプ２２を介してヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２に印加される。同様に、制御電圧Ｖｍｈ２は、ボルテージフォロアである差動アンプ２３を介してヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４に印加される。さらに、信号処理部２６は、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４を制御する切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４を生成する。

図２は、本実施形態によるガスセンサ１Ａの動作波形図である。

図２に示すように、本実施形態によるガスセンサ１Ａの動作は、動作１〜動作４を含む。動作１と動作２はガス検知動作であり、所定のインターバル（例えば１分に１回）で交互に実行される。一方、動作３と動作４は自己診断動作であり、ガス検知動作よりも長いインターバル（例えば１日に１回）で実行される。動作１〜動作４を実行する期間は、いずれも１秒以下で足りる。

動作１を実行する期間Ｔ１においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をそれぞれ第１及び第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をそれぞれハイレベル及びローレベルに設定する。これにより、図３（ａ）に示すように、スイッチＳｗ１がオン、スイッチＳｗ４がオフすることから、サーミスタＲｄ１が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ２〜Ｒｄ４が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。

この状態において、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、上述の通り、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の合計抵抗値が一致するよう設計されていることから、検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２となる。一方、環境中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ２の放熱特性が変化し、サーミスタＲｄ２の抵抗値が変化する。これに対し、サーミスタＲｄ４を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。これにより、ＣＯ_２ガスの濃度に応じて検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルが変化する。ＣＯ_２ガスは空気よりも放熱性が低いため、ＣＯ_２ガスの濃度が高いほどサーミスタＲｄ２の温度が上昇し、その結果、サーミスタＲｄ２の抵抗値が低下することから、検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルは上昇する。

尚、１５０℃用に設計されたサーミスタＲｄ３を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。しかも、サーミスタＲｄ３を３００℃に加熱した際の抵抗値は、１５０℃に加熱したサーミスタＲｄ２の抵抗値や、３００℃に加熱したサーミスタＲｄ４の抵抗値よりも大幅に低い（例えば１／１０程度）。このため、３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ３は、検出信号Ｖｏｕｔ１の変化にはほとんど寄与しない。

このようにして得られた検出信号Ｖｏｕｔ１は、差動アンプ２１及びＡＤコンバータ２４を介して信号処理部２６に供給され、信号処理部２６はこれに基づいてＣＯ_２ガスの濃度を示す出力信号ＯＵＴを生成する。

動作２を実行する期間Ｔ２においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をそれぞれ第２及び第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をそれぞれローレベル及びハイレベルに設定する。これにより、図３（ｂ）に示すように、スイッチＳｗ１がオフ、スイッチＳｗ４がオンすることから、サーミスタＲｄ４が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ１〜Ｒｄ３が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第２の温度（３００℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。

この状態において、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、上述の通り、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ３の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２の合計抵抗値が一致するよう設計されていることから、検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２となる。一方、環境中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ３の放熱特性が変化し、サーミスタＲｄ３の抵抗値が変化する。これに対し、サーミスタＲｄ１を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。これにより、ＣＯ_２ガスの濃度に応じて検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルが変化する。ＣＯ_２ガスは空気よりも放熱性が低いため、ＣＯ_２ガスの濃度が高いほどサーミスタＲｄ３の温度が上昇し、その結果、サーミスタＲｄ３の抵抗値が低下することから、検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルが低下する。

尚、１５０℃用に設計されたサーミスタＲｄ２を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。しかも、サーミスタＲｄ２を３００℃に加熱した際の抵抗値は、１５０℃に加熱したサーミスタＲｄ３の抵抗値や、３００℃に加熱したサーミスタＲｄ１の抵抗値よりも大幅に低い（例えば１／１０程度）。このため、３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ２は、検出信号Ｖｏｕｔ１の変化にはほとんど寄与しない。

このようにして得られた検出信号Ｖｏｕｔ１は、差動アンプ２１及びＡＤコンバータ２４を介して信号処理部２６に供給され、信号処理部２６はこれに基づいてＣＯ_２ガスの濃度を示す出力信号ＯＵＴを生成する。動作２における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化は、動作１における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化とは逆方向となるため、信号処理部２６はこれを考慮して出力信号ＯＵＴを算出する。

このように、本実施形態によるガスセンサ１Ａにおいては、ガス検知動作において動作１と動作２を交互に実行していることから、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４に加わる熱履歴が一致する。これにより、経年劣化による測定誤差を減少させることが可能となる。

動作３を実行する期間Ｔ３においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をいずれも第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をいずれもハイレベルに設定する。これにより、図４（ａ）に示すように、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がいずれもオンすることから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。

上述の通り、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３は、ＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じて抵抗値が変化するが、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３に特性差が生じていない限り、抵抗値の変化はサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３に対して等しく生じる。このため、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３に特性差が生じていない限り、環境中におけるＣＯ_２ガスの濃度にかかわらず検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２レベルに維持される。

このようにして得られた検出信号Ｖｏｕｔ１は、差動アンプ２１及びＡＤコンバータ２４を介して信号処理部２６に供給され、信号処理部２６はこれに基づいてサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３に特性差が生じているか否かを判定する。

動作４を実行する期間Ｔ４においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をいずれも第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をいずれもローレベルに設定する。これにより、図４（ｂ）に示すように、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がいずれもオフすることから、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４が全て有効化される。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第２の温度（３００℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。

上述の通り、３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４は、ＣＯ_２ガスが存在しても抵抗値がほとんど変化しないため、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４に特性差が生じていない限り、検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２レベルとなる。尚、１５０℃用に設計されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。しかも、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３を３００℃に加熱した際の抵抗値は、３００℃に加熱したサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４の抵抗値よりも大幅に低い（例えば１／１０程度）。このため、３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３は、検出信号Ｖｏｕｔ１の変化にはほとんど寄与しない。

このようにして得られた検出信号Ｖｏｕｔ１は、差動アンプ２１及びＡＤコンバータ２４を介して信号処理部２６に供給され、信号処理部２６はこれに基づいてサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４に特性差が生じているか否かを判定する。

そして、信号処理部２６は、自己診断動作である動作３，４において検出信号Ｖｏｕｔ１がＶｃｃ／２レベルからのオフセット量が所定値を超えている場合、エラー信号ＥＲＲを発生させる。これにより、ガスセンサ１Ａの使用者又は管理者は、経年劣化によってガスセンサ１Ａに測定誤差が生じていることを知覚することができる。エラー信号ＥＲＲが発生した場合、例えばガスセンサ１Ａの交換が行われる。

図５〜図８は具体的な検出信号Ｖｏｕｔ１の変化を示す波形図であり、図５はサーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４が正常な場合を示し、図６〜図８はサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の抵抗値又はＢ定数が正常値から変化した場合を示している。図５〜図８において、破線はＣＯ_２ガスが存在しない状態を示しており、実線はＣＯ_２ガスが存在する状態を示している。また、電源Ｖｃｃは３Ｖに設定されている。

図５に示すように、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４が正常な場合、ＣＯ_２ガスが存在しない状態においては動作１〜４の全てにおいて検出信号Ｖｏｕｔ１は１．５Ｖとなる。また、ＣＯ_２ガスが存在する状態においては、動作１における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化方向と動作２における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化方向が互いに逆となり、動作３，４における検出信号Ｖｏｕｔ１は１．５Ｖとなる。

これに対し、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の抵抗値が正常値から増加した場合、図６に示すように、中心レベルがオフセットする（図６に示す例では約１．５７Ｖ）が、動作３における検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルと動作４における検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルは一致する。また、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４のＢ定数が正常値から減少した場合、図７に示すように、中心レベルは１．５Ｖに保たれるものの、動作１，２における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化方向が同方向となり、動作３，４における検出信号Ｖｏｕｔ１にレベル差が生じる。さらに、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の抵抗値が正常値から増加し、且つ、Ｂ定数が正常値から減少した場合、図８に示すように、中心レベルがオフセットする（図８に示す例では約１．５４Ｖ）とともに、動作１，２における検出信号Ｖｏｕｔ１の変化方向が同方向となり、動作３，４における検出信号Ｖｏｕｔ１にレベル差が生じる。

したがって、信号処理部２６は、動作３，４における検出信号Ｖｏｕｔ１に所定値を超えるオフセットが生じたり、動作３における検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルと動作４における検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルに所定値を超える差が生じたりした場合、エラー信号ＥＲＲを発生させればよい。

以上説明したように、本実施形態によるガスセンサ１Ａによれば、検出対象ガスが存在する環境下においても自己診断動作を行うことが可能となる。しかも、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４に加わる熱履歴に差が生じないことから、経年劣化による測定誤差も低減する。

＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂの構成を示す回路図である。

図９に示すように、第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂは、サーミスタＲｄ２に対して並列に接続されたスイッチＳｗ２と、サーミスタＲｄ３に対して並列に接続されたスイッチＳｗ３が追加され、信号処理部２６から出力される切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３によってスイッチＳｗ２，Ｓｗ３のオンオフが制御される点において、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと相違する。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ４の抵抗値が一致するよう設計され、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ３の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１の抵抗値が一致するよう設計される。これは、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４が互いに同じ特性を有し、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が互いに同じ特性を有し、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４とサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が互いに異なる特性を有するよう設計することにより実現できる。

図１０は、本実施形態によるガスセンサ１Ｂの動作波形図である。

図１０に示すように、本実施形態によるガスセンサ１Ｂにおいても、ガス検知動作である動作１と動作２が交互に実行されるとともに、所定のタイミングで自己診断動作である動作３，４が実行される。

動作１を実行する期間Ｔ１においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をそれぞれ第１及び第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。これにより、図１１（ａ）に示すように、スイッチＳｗ１，Ｓｗ３がオン、スイッチＳｗ２，Ｓｗ４がオフすることから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ３が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ４が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。

この状態において、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、上述の通り、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ４の抵抗値が一致するよう設計されていることから、検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２となる。一方、環境中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ２の放熱特性が変化し、サーミスタＲｄ２の抵抗値が変化する。これに対し、サーミスタＲｄ４を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。これにより、ＣＯ_２ガスの濃度が高いほど検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルが高くなる。

動作２を実行する期間Ｔ２においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をそれぞれ第２及び第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。これにより、図１１（ｂ）に示すように、スイッチＳｗ２，Ｓｗ４がオン、スイッチＳｗ１，Ｓｗ３がオフすることから、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ４が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ３が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第２の温度（３００℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。

この状態において、雰囲気中にＣＯ_２ガスが（ほとんど）存在しない場合、上述の通り、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ３の抵抗値と３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１の抵抗値が一致するよう設計されていることから、検出信号Ｖｏｕｔ１はＶｃｃ／２となる。一方、環境中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ３の放熱特性が変化し、サーミスタＲｄ３の抵抗値が変化する。これに対し、サーミスタＲｄ１を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じた抵抗値の変化はほとんど生じない。これにより、ＣＯ_２ガスの濃度が高いほど検出信号Ｖｏｕｔ１のレベルが低くなる。

動作３を実行する期間Ｔ３においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をいずれも第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。これにより、図１２（ａ）に示すように、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がオン、スイッチＳｗ２，Ｓｗ３がオフすることから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。

動作４を実行する期間Ｔ４においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２をいずれも第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。これにより、図１２（ｂ）に示すように、スイッチＳｗ２，Ｓｗ３がオン、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がオフすることから、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３が無効化され、有効化されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４が電源ＶｃｃとグランドＧｎｄ間に直列に接続された状態となる。また、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第２の温度（３００℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。

このように、本実施形態によるガスセンサ１Ｂは、スイッチＳｗ２，Ｓｗ３が追加されていることから、動作１〜４のいずれにおいても２つのサーミスタを有効化し、２つのサーミスタを無効化することができる。これにより、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａの効果に加え、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４の抵抗値の設計が容易となる。また、本実施形態によるガスセンサ１Ｂにおいては、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２の接続位置を逆にしたり、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の接続位置を逆にしたりすることも可能であり、設計自由度が高められる。

＜第３の実施形態＞
図１３は、本発明の第３の実施形態によるガスセンサ１Ｃの構成を示す回路図である。

図１３に示すように、第３の実施形態によるガスセンサ１Ｃは、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２の接続位置が逆であるとともに、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の接続位置が逆である点において、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと相違する。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態が例示するように、スイッチが２個であってもサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２の接続位置やサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４の接続位置は入れ替え可能である。

＜第４の実施形態＞
図１４は、本発明の第４の実施形態によるガスセンサ２Ａの構成を示す回路図である。

図１４に示すように、第４の実施形態によるガスセンサ２Ａは、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２がヒータ抵抗Ｍｈ５に置き換えられ、ヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４がヒータ抵抗Ｍｈ６に置き換えられている点において、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと相違する。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ヒータ抵抗Ｍｈ５はサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２に対して共通に割り当てられており、制御電圧Ｖｍｈ１が印加される。ヒータ抵抗Ｍｈ６はサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４に対して共通に割り当てられており、制御電圧Ｖｍｈ２が印加される。

＜第５の実施形態＞
図１５は、本発明の第５の実施形態によるガスセンサ２Ｂの構成を示す回路図である。

図１５に示すように、第５の実施形態によるガスセンサ２Ｂは、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２がヒータ抵抗Ｍｈ５に置き換えられ、ヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４がヒータ抵抗Ｍｈ６に置き換えられている点において、第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂと相違する。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ヒータ抵抗Ｍｈ５はサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２に対して共通に割り当てられており、制御電圧Ｖｍｈ１が印加される。ヒータ抵抗Ｍｈ６はサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４に対して共通に割り当てられており、制御電圧Ｖｍｈ２が印加される。

第４及び第５の実施形態が例示するように、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２やサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４に対しては、共通のヒータ抵抗を割り当てても構わない。

＜第６の実施形態＞
図１６は、本発明の第６の実施形態によるガスセンサ３Ａの構成を示す回路図である。

図１６に示すように、第６の実施形態によるガスセンサ３Ａにおいては、制御回路２０にボルテージフォロアである差動アンプ２７，２８が追加されている。ＤＡコンバータ２５からは、差動アンプ２２，２３，２７，２８に対してそれぞれ制御電圧Ｖｍｈ１〜Ｖｍｈ４が供給され、制御電圧Ｖｍｈ１〜Ｖｍｈ４はそれぞれ差動アンプ２２，２３，２７，２８を介してヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４に印加される。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１７は、本実施形態によるガスセンサ３Ａの動作波形図である。

図１７に示すように、本実施形態によるガスセンサ３Ａにおいても、ガス検知動作である動作１と動作２が交互に実行されるとともに、所定のタイミングで自己診断動作である動作３，４が実行される。

動作１を実行する期間Ｔ１においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ３，Ｖｍｈ４をそれぞれ第１、第２及び第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ１についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ３，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ１については、ヒータ抵抗Ｍｈ１による加熱が停止される。

動作２を実行する期間Ｔ２においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ３をそれぞれ第２、第２及び第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ４についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ２によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ４による加熱が停止される。

動作３を実行する期間Ｔ３においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ３をいずれも第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ４による加熱が停止される。

動作４を実行する期間Ｔ４においては、制御電圧Ｖｍｈ１〜Ｖｍｈ４をいずれも第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。

このように、本実施形態によるガスセンサ３Ａは、ヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４をそれぞれ独立して制御していることから、無効化されたサーミスタＲｄ１，Ｒｄ４の加熱を停止することができる。これにより、第１の実施形態によるガスセンサ１Ａと比べて、消費電力を削減することが可能となる。

＜第７の実施形態＞
図１８は、本発明の第８の実施形態によるガスセンサ３Ｂの構成を示す回路図である。

図１８に示すように、第７の実施形態によるガスセンサ３Ｂは、第６の実施形態によるガスセンサ３Ａと同様、制御回路２０にボルテージフォロアである差動アンプ２７，２８が追加されている。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるガスセンサ１Ｂ又は第６の実施形態によるガスセンサ３Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１９は、本実施形態によるガスセンサ３Ｂの動作波形図である。

図１９に示すように、本実施形態によるガスセンサ３Ｂにおいても、ガス検知動作である動作１と動作２が交互に実行されるとともに、所定のタイミングで自己診断動作である動作３，４が実行される。

動作１を実行する期間Ｔ１においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ４をそれぞれ第１及び第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ３についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ３については、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ３による加熱が停止される。

動作２を実行する期間Ｔ２においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ３をそれぞれ第２及び第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ４についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ１はヒータ抵抗Ｍｈ１によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ４による加熱が停止される。

動作３を実行する期間Ｔ３においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ３をいずれも第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ４による加熱が停止される。

動作４を実行する期間Ｔ４においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ４をいずれも第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３については、ヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ３による加熱が停止される。

このように、本実施形態によるガスセンサ３Ｂは、ヒータ抵抗Ｍｈ１〜Ｍｈ４をそれぞれ独立して制御していることから、無効化されたサーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４の加熱を停止することができる。これにより、第６の実施形態によるガスセンサ３Ａよりもさらに消費電力を削減することが可能となる。

＜第８の実施形態＞
図２０は、本発明の第８の実施形態によるガスセンサ４の構成を示す回路図である。

図２０に示すように、第８の実施形態によるガスセンサ４は、第１の電源である電源Ｖｃｃと接続ノードＮの間にサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２が並列に接続され、第２の電源であるグランドＧｎｄと接続ノードＮの間にサーミスタＲｄ３，Ｒｄ４が並列に接続されているとともに、スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４がサーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４に対して直列に接続されている点において、第７の実施形態によるガスセンサ３Ｂと相違する。その他の基本的な構成は第７の実施形態によるガスセンサ３Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４を有効化する場合には対応するスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４をオンさせ、サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ４を無効化する場合には対応するスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４をオフさせる。

図２１は、本実施形態によるガスセンサ４の動作波形図である。

図２１に示すように、本実施形態によるガスセンサ４においても、ガス検知動作である動作１と動作２が交互に実行されるとともに、所定のタイミングで自己診断動作である動作３，４が実行される。

動作１を実行する期間Ｔ１においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ４をそれぞれ第１及び第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ３についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ２はヒータ抵抗Ｍｈ２によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ３については、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ３による加熱が停止される。また、スイッチＳｗ２，Ｓｗ４がオンし、スイッチＳｗ１，Ｓｗ３がオフすることから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ３は接続ノードＮから切り離される。

動作２を実行する期間Ｔ２においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ３をそれぞれ第２及び第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ４についてはグランドＧｎｄレベルとする。これにより、サーミスタＲｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱され、サーミスタＲｄ１はヒータ抵抗Ｍｈ１によって第２の温度（３００℃）に加熱される。一方、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ４による加熱が停止される。また、スイッチＳｗ１，Ｓｗ３がオンし、スイッチＳｗ２，Ｓｗ４がオフすることから、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ４は接続ノードＮから切り離される。

動作３を実行する期間Ｔ３においては、制御電圧Ｖｍｈ２，Ｖｍｈ３をいずれも第１のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をローレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３はヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ３によって第１の温度（１５０℃）に加熱される。サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４については、ヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ４による加熱が停止される。また、スイッチＳｗ２，Ｓｗ３がオンし、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がオフすることから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４は接続ノードＮから切り離される。

動作４を実行する期間Ｔ４においては、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ４をいずれも第２のレベルに設定するとともに、切り替え信号Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ４をハイレベルに設定し、切り替え信号Ｖｓｗ２，Ｖｓｗ３をローレベルに設定する。これにより、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ４はヒータ抵抗Ｍｈ１，Ｍｈ４によって第２の温度（３００℃）に加熱される。サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３については、ヒータ抵抗Ｍｈ２，Ｍｈ３による加熱が停止される。また、スイッチＳｗ１，Ｓｗ４がオンし、スイッチＳｗ２，Ｓｗ３がオフすることから、サーミスタＲｄ２，Ｒｄ３は接続ノードＮから切り離される。

本実施形態が例示するように、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２は電源Ｖｃｃと接続ノードＮの間に並列接続しても構わないし、サーミスタＲｄ３，Ｒｄ４はグランドＧｎｄと接続ノードＮの間に並列接続しても構わない。尚、サーミスタとスイッチの接続位置は図２０とは逆であっても構わない。

以上、本発明の好ましい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ことなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態では、ガス検知動作において動作１と動作２を交互に行っているが、本発明においてこの点は必須ではなく、動作１を複数回実行した後、動作２を複数回実行しても構わない。

また、上記各実施形態においては、雰囲気中におけるＣＯ_２ガスの濃度を検出するガスセンサを例に説明したが、本発明において検出対象ガスがこれに限定されるものではない。また、本発明の対象が熱伝導式のガスセンサに限定されるものではなく、接触燃焼式など他の方式のガスセンサに応用することも可能である。

１Ａ〜１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４ ガスセンサ
２０ 制御回路
２１〜２３，２７，２８ 差動アンプ
２４ ＡＤコンバータ
２５ ＤＡコンバータ
２６ 信号処理部
Ｍｈ１〜Ｍｈ６ ヒータ抵抗
Ｎ 接続ノード
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｒｄ１〜Ｒｄ４ サーミスタ
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ４ センサ部
Ｓｗ１〜Ｓｗ４ スイッチ
Ｖｍｈ１〜Ｖｍｈ４ 制御電圧
Ｖｓｗ１〜Ｖｓｗ４ 切り替え信号

Claims (12)

1. 検出対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する第１乃至第４の検知素子と、
   前記第１乃至第４の検知素子を加熱するヒータと、
   前記第１乃至第４の検知素子の有効又は無効を切り替えるスイッチと、
   接続ノードの電位に基づいて前記検出対象ガスの濃度を示す出力信号を生成するとともに、前記ヒータ及び前記スイッチを制御する制御回路と、を備え、
   前記第１及び第４の検知素子と前記第２及び第３の検知素子は、互いに異なる特性を有し、
   前記第１及び第２の検知素子は、第１の電源と前記接続ノードの間に直列又は並列に接続され、
   前記第３及び第４の検知素子は、第２の電源と前記接続ノードの間に直列又は並列に接続され、
   前記制御回路は、前記スイッチを制御することにより、
   第１の期間においては前記第２及び第４の検知素子を有効化するとともに前記第１の検知素子を無効化し、
   第２の期間においては前記第１及び第３の検知素子を有効化するとともに前記第４の検知素子を無効化し、
   第３の期間においては前記第２及び第３の検知素子を有効化するとともに前記第１及び第４の検知素子を無効化し、
   第４の期間においては前記第１及び第４の検知素子を有効化することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記第１及び第２の検知素子は、前記第１の電源と前記接続ノードの間に直列に接続され、
   前記第３及び第４の検知素子は、前記第２の電源と前記接続ノードの間に直列に接続され、
   前記スイッチは、前記第１の検知素子に並列に接続された第１のスイッチと、前記第４の検知素子に並列に接続された第２のスイッチとを含むことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記第１のスイッチをオンさせることによって前記第１の検知素子を無効化するとともに、前記ヒータによって前記第２及び第４の検知素子をそれぞれ第１及び第２の温度に加熱し、
   前記第２の期間においては、前記第２のスイッチをオンさせることによって前記第４の検知素子を無効化するとともに、前記ヒータによって前記第１及び第３の検知素子をそれぞれ前記第２及び第１の温度に加熱し、
   前記第３の期間においては、前記第１及び第２のスイッチをオンさせることによって前記第１及び第４の検知素子を無効化するとともに、前記ヒータによって前記第２及び第３の検知素子をいずれも前記第１の温度に加熱し、
   前記第４の期間においては、前記第１及び第２のスイッチをオフさせるとともに、前記ヒータによって前記第１及び第４の検知素子をいずれも前記第２の温度に加熱することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記ヒータによって前記第３の検知素子を前記第２の温度に加熱し、
   前記第２の期間においては、前記ヒータによって前記第２の検知素子を前記第２の温度に加熱し、
   前記第４の期間においては、前記ヒータによって前記第２及び第３の検知素子をいずれも前記第２の温度に加熱することを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記ヒータによって前記第１の検知素子を前記第１の温度に加熱し、
   前記第２の期間においては、前記ヒータによって前記第４の検知素子を前記第１の温度に加熱することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記ヒータは、それぞれ前記第１乃至第４の検知素子を加熱する第１乃至第４のヒータを含み、
   前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記第２、第３及び第４のヒータによって前記第２、第３及び第４の検知素子をそれぞれ前記第１、第２及び第２の温度に加熱するとともに、前記第１のヒータによる加熱を停止し、
   前記第２の期間においては、前記第１、第２及び第３のヒータによって前記第１、第２及び第３の検知素子をそれぞれ前記第２、第２及び第１の温度に加熱するとともに、前記第４のヒータによる加熱を停止し、
   前記第３の期間においては、前記第２及び第３のヒータによって前記第２及び第３の検知素子をいずれも前記第１の温度に加熱するとともに、前記第１及び第４のヒータによる加熱を停止することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
7. 前記スイッチは、前記第２の検知素子に並列に接続された第３のスイッチと、前記第３の検知素子に並列に接続された第４のスイッチとをさらに含み、
   前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記第１及び第４のスイッチをオンさせることによって前記第１及び第３の検知素子を無効化し、
   前記第２の期間においては、前記第２及び第３のスイッチをオンさせることによって前記第２及び第４の検知素子を無効化し、
   前記第４の期間においては、前記第３及び第４のスイッチをオンさせることによって前記第２及び第３の検知素子を無効化することを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
8. 前記ヒータは、それぞれ前記第１乃至第４の検知素子を加熱する第１乃至第４のヒータを含み、
   前記制御回路は、
   前記第１の期間においては、前記第２及び第４のヒータによって前記第２及び第４の検知素子をそれぞれ前記第１及び第２の温度に加熱するとともに、前記第１及び第３のヒータによる加熱を停止し、
   前記第２の期間においては、前記第１及び第３のヒータによって前記第１及び第３の検知素子をそれぞれ前記第２及び第１の温度に加熱するとともに、前記第２及び第４のヒータによる加熱を停止し、
   前記第３の期間においては、前記第２及び第３のヒータによって前記第２及び第３の検知素子をいずれも前記第１の温度に加熱するとともに、前記第１及び第４のヒータによる加熱を停止し、
   前記第４の期間においては、前記第１及び第４のヒータによって前記第１及び第４の検知素子をいずれも前記第２の温度に加熱するとともに、前記第２及び第３のヒータによる加熱を停止することを特徴とする請求項７に記載のガスセンサ。
9. 前記第２及び第３の検知素子が前記第１の温度に加熱されている場合における前記検出対象ガスに対する感度と、前記第１及び第４の検知素子が前記第２の温度に加熱されている場合における前記検出対象ガスに対する感度が互いに異なることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載のガスセンサ。
10. 前記第１及び第２の検知素子は、前記第１の電源と前記接続ノードの間に並列に接続され、
    前記第３及び第４の検知素子は、前記第２の電源と前記接続ノードの間に並列に接続され、
    前記スイッチは、前記第１乃至第４の検知素子に対してそれぞれ直列に接続された第１乃至第４のスイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
11. 前記制御回路は、前記第３及び第４の期間における前記接続ノードの電位に基づいてエラー信号を生成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のガスセンサ。
12. 検出対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する第１乃至第４の検知素子と、
    第１及び第２のスイッチと、を備え、
    前記第１及び第４の検知素子と前記第２及び第３の検知素子は、互いに異なる特性を有し、
    前記第１及び第２の検知素子は、第１の電源と接続ノードの間に直列に接続され、
    前記第３及び第４の検知素子は、第２の電源と前記接続ノードの間に直列に接続され、
    前記第１のスイッチは、前記第１の検知素子に並列に接続され、
    前記第２のスイッチは、前記第４の検知素子に並列に接続されていることを特徴とするガスセンサ。

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