JP2791472B2 - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JP2791472B2 JP2791472B2 JP63031555A JP3155588A JP2791472B2 JP 2791472 B2 JP2791472 B2 JP 2791472B2 JP 63031555 A JP63031555 A JP 63031555A JP 3155588 A JP3155588 A JP 3155588A JP 2791472 B2 JP2791472 B2 JP 2791472B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用い
たガスの検出に関する。この発明は特に、用いるガスセ
ンサの消費電力の節減に関する。
たガスの検出に関する。この発明は特に、用いるガスセ
ンサの消費電力の節減に関する。
［従来技術］ ガスセンサの消費電力の軽減は、ガスの検出の分野で
の基本的課題の１つである。そして現在までの研究は、
センサの小形化に向けられてきた。しかしセンサの小形
化には限界が有ることも事実である。
の基本的課題の１つである。そして現在までの研究は、
センサの小形化に向けられてきた。しかしセンサの小形
化には限界が有ることも事実である。
発明者は、ガスセンサを極く短時間だけ間欠的に加熱
し、センサを動作させることを検討した。そしてセンサ
の加熱時間を熱時定数以下としても、ガスを検出し得る
ことを見出した。そして加熱と加熱との間隔はかなり長
くても良いことを見出した。例えば熱時定数100msecの
ガスセンサに対して、（この明細書では、加熱開始から
定常加熱温度の90％までセンサが昇温するのに必要な時
間を熱時定数とする。）、毎秒１回5msecずつ加熱パル
スを加えてもセンサは動作した（第４図参照）。この処
置により、ガスセンサの消費電力は連続加熱の場合に比
べ1/100程度に低下する。
し、センサを動作させることを検討した。そしてセンサ
の加熱時間を熱時定数以下としても、ガスを検出し得る
ことを見出した。そして加熱と加熱との間隔はかなり長
くても良いことを見出した。例えば熱時定数100msecの
ガスセンサに対して、（この明細書では、加熱開始から
定常加熱温度の90％までセンサが昇温するのに必要な時
間を熱時定数とする。）、毎秒１回5msecずつ加熱パル
スを加えてもセンサは動作した（第４図参照）。この処
置により、ガスセンサの消費電力は連続加熱の場合に比
べ1/100程度に低下する。
［発明の課題］ この発明の課題は、ガスセンサの消費電力を節減する
ことにあり、特に低圧駆動に適したガスセンサのヒータ
をより高い電圧でパルス駆動し、消費電力の増加を防止
することにある。
ことにあり、特に低圧駆動に適したガスセンサのヒータ
をより高い電圧でパルス駆動し、消費電力の増加を防止
することにある。
［発明の構成と作用］ この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物
半導体を、ヒータにより加熱してガスを検出するように
したガス検出装置において、前記ヒータをスイッチを介
して直流電源に接続するとともに、複数の間欠的な方形
波状のサブパルスの集まりからなる制御パルスを、繰り
返して周期的に発生させるためのパルス発生手段を設け
て、該パルス発生手段で発生させた制御パルスの個々の
サブパルスで前記スイッチをオンさせて、前記ヒータを
サブパルスの間電源に接続するように構成し、かつ各制
御パルスの始まりから終わりまでの時間幅をガスセンサ
の熱時定数よりも短くすると共に、制御パルス間の間隔
をガスセンサの熱時定数よりも長くし、更に制御パルス
の始まりから終わりまでの時間幅と、制御パルスの発生
周期との比を1/10以下としたことを特徴とする。
半導体を、ヒータにより加熱してガスを検出するように
したガス検出装置において、前記ヒータをスイッチを介
して直流電源に接続するとともに、複数の間欠的な方形
波状のサブパルスの集まりからなる制御パルスを、繰り
返して周期的に発生させるためのパルス発生手段を設け
て、該パルス発生手段で発生させた制御パルスの個々の
サブパルスで前記スイッチをオンさせて、前記ヒータを
サブパルスの間電源に接続するように構成し、かつ各制
御パルスの始まりから終わりまでの時間幅をガスセンサ
の熱時定数よりも短くすると共に、制御パルス間の間隔
をガスセンサの熱時定数よりも長くし、更に制御パルス
の始まりから終わりまでの時間幅と、制御パルスの発生
周期との比を1/10以下としたことを特徴とする。
好ましくは、前記直流電源を電池とし、前記スイッチ
をトランジスタとする。制御パルスと制御パルスとの間
隔は、ガスセンサの熱時定数よりも長くし、好ましくは
２倍以上、更に好ましくは５倍以上とする。また各制御
パルスの始まりから終わりまでの時間幅と制御パルスの
発生周期との比は1/10以下、好ましくは1/20以下とす
る。
をトランジスタとする。制御パルスと制御パルスとの間
隔は、ガスセンサの熱時定数よりも長くし、好ましくは
２倍以上、更に好ましくは５倍以上とする。また各制御
パルスの始まりから終わりまでの時間幅と制御パルスの
発生周期との比は1/10以下、好ましくは1/20以下とす
る。
このような条件でもガスセンサは動作し、ガスを検出
できる。そしてセンサの消費電力は、加熱時の電力と加
熱パルスの幅やデューテイ比で定まる。そこで１回の加
熱時間を熱時定数以下とし、デューテイ比を小さくすれ
ば、消費電力を減少させることができる。
できる。そしてセンサの消費電力は、加熱時の電力と加
熱パルスの幅やデューテイ比で定まる。そこで１回の加
熱時間を熱時定数以下とし、デューテイ比を小さくすれ
ば、消費電力を減少させることができる。
制御パルスの幅、即ち制御パルスを構成する複数のサ
ブパルスに付いて、最初のサブパルスの始まりから最後
のサブパルスの終わりまでの時間幅が、熱時定数以下の
場合、センサは加熱温度の定常値に達しない。しかし制
御パルスの幅が一定であれば、センサが到達する温度も
一定であり、問題は生じない。そして幅が一定の制御パ
ルスを形成することは容易である。
ブパルスに付いて、最初のサブパルスの始まりから最後
のサブパルスの終わりまでの時間幅が、熱時定数以下の
場合、センサは加熱温度の定常値に達しない。しかし制
御パルスの幅が一定であれば、センサが到達する温度も
一定であり、問題は生じない。そして幅が一定の制御パ
ルスを形成することは容易である。
この発明では、制御パルスを複数のサブパルスの集合
で構成するので、たとえば1V以下の駆動電圧に適したヒ
ータでも、サブパルスの間3Vや5V等の電圧を加えれば良
い。このためヒータ電圧に適合させるために電源電圧を
降圧する必要がない。もちろん電源電圧の安定化のため
に降圧することを排除するものではない。
で構成するので、たとえば1V以下の駆動電圧に適したヒ
ータでも、サブパルスの間3Vや5V等の電圧を加えれば良
い。このためヒータ電圧に適合させるために電源電圧を
降圧する必要がない。もちろん電源電圧の安定化のため
に降圧することを排除するものではない。
［実施例］ ガスセンサの構造例 実施例では、香田らの開発した省電力形ガスセンサ
（特願昭62−174,220号（特開平１−18053号公報）に記
載）を利用した。このガスセンサの特徴は、Fe−Cr−Al
合金線等の金属発熱体の表面に、Al2O2等の耐熱絶縁性
被覆を施し、金属酸化物半導体の担体とする点に有る。
即ち金属発熱体をヒータとし、絶縁性被覆上にガスによ
り抵抗値が変化する金属酸化物半導体とその電極とを設
ける。ヒータと金属酸化物半導体とは絶縁性被覆で絶縁
される。
（特願昭62−174,220号（特開平１−18053号公報）に記
載）を利用した。このガスセンサの特徴は、Fe−Cr−Al
合金線等の金属発熱体の表面に、Al2O2等の耐熱絶縁性
被覆を施し、金属酸化物半導体の担体とする点に有る。
即ち金属発熱体をヒータとし、絶縁性被覆上にガスによ
り抵抗値が変化する金属酸化物半導体とその電極とを設
ける。ヒータと金属酸化物半導体とは絶縁性被覆で絶縁
される。
実施例で用いたものでは、金属発熱体に線径20μｍの
Fe−Cr−Al合金線を用い、金属酸化物半導体は単味のSn
O2層とし、耐熱絶縁性被覆は約１μｍ厚のAl2O3膜とし
た。このセンサでは、300℃への連続加熱時の消費電力
は70mWatt、印加電圧は約0.6V、発熱体の抵抗値は５Ω
であった。また熱時定数は100msecである。ここで90％
応答の熱時定数が100msecであるので、1/eまでの応答へ
の熱時定数は約40msecとなる。ここにｅは自然対数の底
を現す。
Fe−Cr−Al合金線を用い、金属酸化物半導体は単味のSn
O2層とし、耐熱絶縁性被覆は約１μｍ厚のAl2O3膜とし
た。このセンサでは、300℃への連続加熱時の消費電力
は70mWatt、印加電圧は約0.6V、発熱体の抵抗値は５Ω
であった。また熱時定数は100msecである。ここで90％
応答の熱時定数が100msecであるので、1/eまでの応答へ
の熱時定数は約40msecとなる。ここにｅは自然対数の底
を現す。
このガスセンサは消費電力の小さなセンサの例として
用いたもので、これ以外にも任意のセンサを用い得る。
例えば発明者が提案した、ガラス薄膜上に、ヒータと金
属酸化物半導体層と、電極とを設けたものでも良い（特
願昭62−5596号）。
用いたもので、これ以外にも任意のセンサを用い得る。
例えば発明者が提案した、ガラス薄膜上に、ヒータと金
属酸化物半導体層と、電極とを設けたものでも良い（特
願昭62−5596号）。
第６図〜第８図に、実施例に用いたガスセンサ２を示
す。第６図において、４は線径20μｍのFe−Cr−Al合金
線（スエーデンのガデリウス社製のカンタル、カンタル
は商品名）からなる金属発熱体である。８は金属発熱体
４のほぼ全面に設けた耐熱絶縁性被覆で、アルミナゾル
の塗布と、800℃での熱分解を10回繰り返して厚さ約１
μｍのアルミナ被覆８とした。６は、SnO2や、In2O3、Z
nO等の金属酸化物半導体で、ここではSn（OCH3）３（Ｏ
（CH2）3NH2）、のイソブタノール溶液を滴下し、500℃
で熱分解して、SnO2とした。
す。第６図において、４は線径20μｍのFe−Cr−Al合金
線（スエーデンのガデリウス社製のカンタル、カンタル
は商品名）からなる金属発熱体である。８は金属発熱体
４のほぼ全面に設けた耐熱絶縁性被覆で、アルミナゾル
の塗布と、800℃での熱分解を10回繰り返して厚さ約１
μｍのアルミナ被覆８とした。６は、SnO2や、In2O3、Z
nO等の金属酸化物半導体で、ここではSn（OCH3）３（Ｏ
（CH2）3NH2）、のイソブタノール溶液を滴下し、500℃
で熱分解して、SnO2とした。
10,12はAuを真空蒸着した電極で、14はアルミナを用
いた耐熱絶縁性基板である。また16は空洞で、SnO2の熱
分解時に、原料溶液が基板14にふれるのを防止するため
のものである。18,20,22は金の印刷電極で、電極18,22
に金属発熱体４の両端を溶接すると共に、電極10を印刷
電極18に、検出電極12を印刷電極20に、金ペースト24で
固定した。
いた耐熱絶縁性基板である。また16は空洞で、SnO2の熱
分解時に、原料溶液が基板14にふれるのを防止するため
のものである。18,20,22は金の印刷電極で、電極18,22
に金属発熱体４の両端を溶接すると共に、電極10を印刷
電極18に、検出電極12を印刷電極20に、金ペースト24で
固定した。
第７図の拡大断面図や第８図の全体図において、30は
外部ピンを兼用したリードフレームで、各リードフレー
ム30と印刷電極18,20,22とをリード線で接続する。また
26は金属発熱体４と印刷電極18,22との溶接部、28はリ
ードフレーム30と基板14とのダイボンディング層であ
る。さらに32は合成樹脂等のベース、34は合成樹脂等の
カバーである。
外部ピンを兼用したリードフレームで、各リードフレー
ム30と印刷電極18,20,22とをリード線で接続する。また
26は金属発熱体４と印刷電極18,22との溶接部、28はリ
ードフレーム30と基板14とのダイボンディング層であ
る。さらに32は合成樹脂等のベース、34は合成樹脂等の
カバーである。
ガスセンサの特性 第４図に、センサ２の加熱パルスの幅と抵抗値との関
係を示す。用いたセンサは前記のものである。横軸は金
属発熱体４への印加電圧を、縦軸は加熱パルス終了直前
の金属酸化物半導体６の抵抗値を示す。なお雰囲気は20
℃、湿度65％、連続加熱時の温度は印加電圧0.6Vで約30
0℃である。加熱は、毎秒１回5msec〜100msec幅の加熱
パルスにより行った。5msec（熱時定数の1/20）や15mse
c（熱時定数の15％）の加熱でも、センサは動作してい
る。次に熱時定数あるいはその1/2程度の加熱パルス（1
00msecや50msec）では、連続加熱の場合と特性はほとん
ど変わらない。また熱時定数よりも加熱時間を十分に短
くすると（5msecや15msec）、センサへの印加電圧を連
続加熱の場合よりやや高くするのが好ましい。
係を示す。用いたセンサは前記のものである。横軸は金
属発熱体４への印加電圧を、縦軸は加熱パルス終了直前
の金属酸化物半導体６の抵抗値を示す。なお雰囲気は20
℃、湿度65％、連続加熱時の温度は印加電圧0.6Vで約30
0℃である。加熱は、毎秒１回5msec〜100msec幅の加熱
パルスにより行った。5msec（熱時定数の1/20）や15mse
c（熱時定数の15％）の加熱でも、センサは動作してい
る。次に熱時定数あるいはその1/2程度の加熱パルス（1
00msecや50msec）では、連続加熱の場合と特性はほとん
ど変わらない。また熱時定数よりも加熱時間を十分に短
くすると（5msecや15msec）、センサへの印加電圧を連
続加熱の場合よりやや高くするのが好ましい。
第５図に、100ppmのエタノールへの応答特性を示す。
なお加熱条件は、毎秒１回幅5msecで電圧0.7Vのパルス
を加えたものである。この例ではセンサ２に10KΩの負
荷抵抗と5Vの電源を接続して、加熱パルス終了直後の負
荷抵抗への両端間電圧をサンプリングした。センサ２の
応答は速く、実用に用いることができる。
なお加熱条件は、毎秒１回幅5msecで電圧0.7Vのパルス
を加えたものである。この例ではセンサ２に10KΩの負
荷抵抗と5Vの電源を接続して、加熱パルス終了直後の負
荷抵抗への両端間電圧をサンプリングした。センサ２の
応答は速く、実用に用いることができる。
表１に、各種の加熱条件と特性との関係を示す。
＊ ガス濃度は各100ppm、感度は空気中とガス中との抵
抗値の比を示す。また最後の例では毎分１回10msecのパ
ルスで加熱し、次の加熱の直前の抵抗値を測定、この例
では空気ｅ中の抵抗値を測定できずガス中での抵抗値を
表示、 加熱電圧はいずれも0.7V、抵抗値はＫΩ単位で表示。
抗値の比を示す。また最後の例では毎分１回10msecのパ
ルスで加熱し、次の加熱の直前の抵抗値を測定、この例
では空気ｅ中の抵抗値を測定できずガス中での抵抗値を
表示、 加熱電圧はいずれも0.7V、抵抗値はＫΩ単位で表示。
これらのデータから以下のことが明らかである。
１回の加熱時間を熱時定数の50％（50msec/sec）、15
％（15msec/sec）、５％（5msec/sec）のいずれとして
も、ガスを検出できる。そして加熱と加熱との間隔は、
１秒（熱時定数の10倍）から１分（熱時定数の600倍）
としても全く問題は生じない。そして熱時定数以下の加
熱パルスを加え、加熱パルスと加熱パルスとの間隔を大
きくすれば、センサ２の消費電力は急激に減少する。更
にセンサ２の応答速度は、最も過酷な条件（5msec/sec
の加熱パルス）でも、問題はない。現在のところ全ての
データが満足な結果を示したので、加熱パルスの幅の下
限やパルス間隔の上限は明らかでない。推定としては、
加熱パルスの幅の下限に制約はなく、パルスの間隔の上
限は10〜30分程度であろう。
％（15msec/sec）、５％（5msec/sec）のいずれとして
も、ガスを検出できる。そして加熱と加熱との間隔は、
１秒（熱時定数の10倍）から１分（熱時定数の600倍）
としても全く問題は生じない。そして熱時定数以下の加
熱パルスを加え、加熱パルスと加熱パルスとの間隔を大
きくすれば、センサ２の消費電力は急激に減少する。更
にセンサ２の応答速度は、最も過酷な条件（5msec/sec
の加熱パルス）でも、問題はない。現在のところ全ての
データが満足な結果を示したので、加熱パルスの幅の下
限やパルス間隔の上限は明らかでない。推定としては、
加熱パルスの幅の下限に制約はなく、パルスの間隔の上
限は10〜30分程度であろう。
第９図に、ヒータ４に3.2Vの電圧を毎秒１回0.2msec
ずつ加えた際の特性を示す。0.2msec/secの加熱パルス
でもガスを検出できる。またセンサ出力Voutの応答に
は、加熱パルスに対する遅れが見られる。そして加熱パ
ルスの終了後10msec程度経過すると、センサ出力はパル
ス前の値に復帰する。この結果は次のことを示唆する。
加熱パルスの幅を極端に短くすると、ヒータ４から金属
酸化物半導体６への熱伝導に時間を要すること等のた
め、センサ出力の応答はパルスから遅れる。そしてこの
領域では、パルスの幅や電力よりも１回のパルス当たり
のエネルギーが重要である。逆に言えば、パルス幅の下
限には特に意味はなく、回路的に可能でヒータ４の耐圧
が許す範囲であれば良いことになる。この下限は１μse
c程度であろう。
ずつ加えた際の特性を示す。0.2msec/secの加熱パルス
でもガスを検出できる。またセンサ出力Voutの応答に
は、加熱パルスに対する遅れが見られる。そして加熱パ
ルスの終了後10msec程度経過すると、センサ出力はパル
ス前の値に復帰する。この結果は次のことを示唆する。
加熱パルスの幅を極端に短くすると、ヒータ４から金属
酸化物半導体６への熱伝導に時間を要すること等のた
め、センサ出力の応答はパルスから遅れる。そしてこの
領域では、パルスの幅や電力よりも１回のパルス当たり
のエネルギーが重要である。逆に言えば、パルス幅の下
限には特に意味はなく、回路的に可能でヒータ４の耐圧
が許す範囲であれば良いことになる。この下限は１μse
c程度であろう。
加熱パルスの幅を熱時定数（100msec）より短くする
と、センサ２の温度が安定する前に加熱パルスが終了す
ることになる。しかし実際には、このことは特に問題に
ならない。センサ２の温度変化のパターンは、電源電圧
や発振回路Osc1、Osc2の発振条件で定まる。そこでこれ
らのものが安定であれば、加熱のパターンは一定で問題
は生じない。安定な電源Ebを得ることや、安定な発振回
路Osc1やOsc2を得ることは極く容易である。
と、センサ２の温度が安定する前に加熱パルスが終了す
ることになる。しかし実際には、このことは特に問題に
ならない。センサ２の温度変化のパターンは、電源電圧
や発振回路Osc1、Osc2の発振条件で定まる。そこでこれ
らのものが安定であれば、加熱のパターンは一定で問題
は生じない。安定な電源Ebを得ることや、安定な発振回
路Osc1やOsc2を得ることは極く容易である。
更に表１の最後のデータから明らかなように、加熱パ
ルスをセンサ２のヒートクリーニングに使用し、センサ
２の冷却後に検出を行っても良い。
ルスをセンサ２のヒートクリーニングに使用し、センサ
２の冷却後に検出を行っても良い。
以下に発明者が検討した具体的な回路例を、数値定数
と共に示す。
と共に示す。
装置の回路例 第１図に、実施例の回路図を示す。図において、Ebは
適宜の電源で、ここでは1.5V×２の3V電源とする。これ
は装置の電池使用を意図したものである。Osc1は毎秒１
回、幅10msecのパルスを発する発振回路、Osc2は500μs
ec毎に幅25μsecのパルスを発する発振回路である。そ
して発振回路Osc1の出力パルスをストローブ信号とし
て、発振回路Osc2を発振させる。Osc1,Osc2によりパル
ス発生手段を構成する。しかし付帯回路にマイクロコン
ピュータ等の論理回路を用いる場合、パルス発生手段は
マイクロコンピュータ等の論理回路に内蔵させても良
い。
適宜の電源で、ここでは1.5V×２の3V電源とする。これ
は装置の電池使用を意図したものである。Osc1は毎秒１
回、幅10msecのパルスを発する発振回路、Osc2は500μs
ec毎に幅25μsecのパルスを発する発振回路である。そ
して発振回路Osc1の出力パルスをストローブ信号とし
て、発振回路Osc2を発振させる。Osc1,Osc2によりパル
ス発生手段を構成する。しかし付帯回路にマイクロコン
ピュータ等の論理回路を用いる場合、パルス発生手段は
マイクロコンピュータ等の論理回路に内蔵させても良
い。
２は前記のガスセンサ、Trは金属発熱体４に接続した
トランジスタで、任意のスイッチに変更できる。
トランジスタで、任意のスイッチに変更できる。
R1はセンサ２の負荷抵抗で、その両端間電圧をセンサ
出力Voutとする。
出力Voutとする。
A1,A2は演算増幅器、D1〜D3はダイオード、C1はコン
デンサ、R2〜R4は抵抗で、これらによりピークホールド
回路を構成する。即ち、出力Voutのピークをコンデンサ
C1に蓄積し、これを演算増幅器A2から取り出す。R5は演
算増幅器A2の出力抵抗、Ｍは検出結果を表示するための
メータである。負荷抵抗R1からメータＭをガス検出手段
とする。ここでピークホールド回路を用いたのは、以下
の理由による。センサ出力Voutは加熱パルスに応じて変
動する。そして通常最も意味がある信号は、加熱パルス
終了時付近のセンサ温度が最も高い点での信号である。
そしてこの時、センサの温度依存性のため、出力Voutは
ピークを示す。そこでこのピークをとらえ、これをガス
検出手段で処理するのである。またVoutのピークの持続
時間は一般に短く、ピークホールド回路でピークをホー
ルドすることにより、信号処理を容易にするのである。
デンサ、R2〜R4は抵抗で、これらによりピークホールド
回路を構成する。即ち、出力Voutのピークをコンデンサ
C1に蓄積し、これを演算増幅器A2から取り出す。R5は演
算増幅器A2の出力抵抗、Ｍは検出結果を表示するための
メータである。負荷抵抗R1からメータＭをガス検出手段
とする。ここでピークホールド回路を用いたのは、以下
の理由による。センサ出力Voutは加熱パルスに応じて変
動する。そして通常最も意味がある信号は、加熱パルス
終了時付近のセンサ温度が最も高い点での信号である。
そしてこの時、センサの温度依存性のため、出力Voutは
ピークを示す。そこでこのピークをとらえ、これをガス
検出手段で処理するのである。またVoutのピークの持続
時間は一般に短く、ピークホールド回路でピークをホー
ルドすることにより、信号処理を容易にするのである。
第２図に、センサ出力Voutのサンプリング時期を特定
した回路を示す。この回路では、発振回路Osc1のストロ
ーブ信号の終了時点で、A/D変換回路A/Dをエッジトリガ
ーする。なおA/D変換回路A/Dには、サンプルホールド回
路を内蔵したものが好ましい。サンプルホールド回路を
内蔵させないと、Voutのサンプリング時間が短いため、
高速A/D変換回路が必要となる。このような回路は一般
に高価である。そしてA/D変換した出力を表示回路Displ
ayに表示し、A/D変換回路の出力を制御出力Controlとし
て外部に取り出す。この回路では、加熱パルス終了時の
金属酸化物半導体６の抵抗値を基に、ガスを検出する。
しかし出力のサンプリング時期は任意であり、例えば加
熱パルスの終了直前、あるいはセンサ２の冷却後等とし
ても良い。
した回路を示す。この回路では、発振回路Osc1のストロ
ーブ信号の終了時点で、A/D変換回路A/Dをエッジトリガ
ーする。なおA/D変換回路A/Dには、サンプルホールド回
路を内蔵したものが好ましい。サンプルホールド回路を
内蔵させないと、Voutのサンプリング時間が短いため、
高速A/D変換回路が必要となる。このような回路は一般
に高価である。そしてA/D変換した出力を表示回路Displ
ayに表示し、A/D変換回路の出力を制御出力Controlとし
て外部に取り出す。この回路では、加熱パルス終了時の
金属酸化物半導体６の抵抗値を基に、ガスを検出する。
しかし出力のサンプリング時期は任意であり、例えば加
熱パルスの終了直前、あるいはセンサ２の冷却後等とし
ても良い。
第３図に、第１図の回路の動作を示す。発振回路Osc1
の出力パルスで発振回路Osc2を動作させ、トランジスタ
Trを介して金属発熱体４を加熱する。発振回路Osc2のデ
ューティ比は1/20、電源Ebの出力は3Vなので、これは発
振回路Osc1の出力パルス（幅10msec）の間、0.7Vの電圧
で金属発熱体４を加熱することに等しい。このようにす
るのは、0.7Vの電源よりも3Vや5V等の電源の方が得やす
いためである。発振回路Osc1の出力は毎秒１回幅10msec
のパルスであり、センサ２の消費電力は連続加熱の場合
に比べ1/100程度に減少する。
の出力パルスで発振回路Osc2を動作させ、トランジスタ
Trを介して金属発熱体４を加熱する。発振回路Osc2のデ
ューティ比は1/20、電源Ebの出力は3Vなので、これは発
振回路Osc1の出力パルス（幅10msec）の間、0.7Vの電圧
で金属発熱体４を加熱することに等しい。このようにす
るのは、0.7Vの電源よりも3Vや5V等の電源の方が得やす
いためである。発振回路Osc1の出力は毎秒１回幅10msec
のパルスであり、センサ２の消費電力は連続加熱の場合
に比べ1/100程度に減少する。
そして出力Voutのピーク値（第１図の場合）、あるい
は特定のサンプリング時期（第２図の場合）での出力Vo
utから、ガスを検出する。
は特定のサンプリング時期（第２図の場合）での出力Vo
utから、ガスを検出する。
［発明の効果］ この発明では、ガスセンサの消費電力を減少させるこ
とができ、特に駆動電圧が低く、電源電圧をそのまま加
えるのに適さないガスセンサのヒータに対して、制御パ
ルスを構成する複数のサブパルスでスイッチをオンさせ
てヒータを発熱させるので、電源電圧を降圧する必要が
ない。
とができ、特に駆動電圧が低く、電源電圧をそのまま加
えるのに適さないガスセンサのヒータに対して、制御パ
ルスを構成する複数のサブパルスでスイッチをオンさせ
てヒータを発熱させるので、電源電圧を降圧する必要が
ない。
第１図は実施例の回路図、第２図は変形例の回路図、第
３図は実施例の動作波形図で、第３図１）は金属発熱体
への加熱パルス波形を、第３図２）はセンサ温度の波形
を、第３図３）はセンサ出力の波形を示す。第４図、第
５図は実施例の特性図である。 第６図は実施例に用いたガスセンサの要部正面図、第７
図は実施例に用いたガスセンサの要部拡大断面、第８図
は実施例に用いたガスセンサの断面図である。 第９図は、実施例の特性図である。 図において、２……ガスセンサ、 ４……金属発熱体、６……金属酸化物半導体。
３図は実施例の動作波形図で、第３図１）は金属発熱体
への加熱パルス波形を、第３図２）はセンサ温度の波形
を、第３図３）はセンサ出力の波形を示す。第４図、第
５図は実施例の特性図である。 第６図は実施例に用いたガスセンサの要部正面図、第７
図は実施例に用いたガスセンサの要部拡大断面、第８図
は実施例に用いたガスセンサの断面図である。 第９図は、実施例の特性図である。 図において、２……ガスセンサ、 ４……金属発熱体、６……金属酸化物半導体。
Claims (2)
- 【請求項１】ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半
導体を、ヒータにより加熱してガスを検出するようにし
たガス検出装置において、 前記ヒータをスイッチを介して直流電源に接続するとと
もに、複数の間欠的な方形波状のサブパルスの集まりか
らなる制御パルスを、繰り返して周期的に発生させるた
めのパルス発生手段を設けて、該パルス発生手段で発生
させた制御パルスの個々のサブパルスで前記スイッチを
オンさせて、前記ヒータをサブパルスの間電源に接続す
るように構成し、 かつ各制御パルスの始まりから終わりまでの時間幅をガ
スセンサの熱時定数よりも短くすると共に、制御パルス
間の間隔をガスセンサの熱時定数よりも長くし、更に各
制御パルスの始まりから終わりまでの時間幅と、制御パ
ルスの発生周期との比を1/10以下としたことを特徴とす
る、ガス検出装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のガス検出装置
において、 前記直流電源を電池とし、前記スイッチをトランジスタ
としたことを特徴とする、ガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031555A JP2791472B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-22480 | 1988-02-02 | ||
| JP2248088 | 1988-02-02 | ||
| JP63031555A JP2791472B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316652A JPH01316652A (ja) | 1989-12-21 |
| JP2791472B2 true JP2791472B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=26359708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63031555A Expired - Lifetime JP2791472B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-12 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791472B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19808663C2 (de) * | 1998-03-02 | 2001-05-23 | Epcos Ag | System zur Branderkennung und Betriebsverfahren für dieses System |
| JP3672082B2 (ja) * | 2000-09-14 | 2005-07-13 | 理研計器株式会社 | 熱線式ガスセンサーを用いたガス検知警報装置 |
| JP3522257B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2004-04-26 | フィガロ技研株式会社 | ガス検出方法とその装置 |
| US20040084308A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-06 | Cole Barrett E. | Gas sensor |
| JP2006017681A (ja) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Noritz Corp | 湿度検出装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618752A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Driving method for sensor |
| JPS61209347A (ja) * | 1985-03-13 | 1986-09-17 | Shinkosumosu Denki Kk | 熱線型半導体式ガス警報器 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP63031555A patent/JP2791472B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01316652A (ja) | 1989-12-21 |
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Legal Events
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