JP2840652B2 - ガス検知装置 - Google Patents

ガス検知装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスを検知するガス検知装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
ガス検知装置として、例えばガスセンサを加熱するこ
とにより可焼性ガスを検知し、該検知したガスが継続的
に発生していると外部に対して警報を行うガス漏れ警報
器がある。このようなガス検知装置は通常3〜5Whの消
費電力を必要とするため、一般に商用交流電源により駆
動される。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来の装置は上述のように消費電力が比較的大きいた
め、携帯用の用途も含めて乾電池などで動作させること
ができない。また消費電力を軽減するには、ガスセンサ
を小型化することが考えられるが、ガスセンサの製造が
難しく、実用には至っていない。
よって本発明は、乾電池などにおいても長時間連続し
て動作できるように、消費電力の軽減を図ったガス検知
装置を提供することを課題としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するため成された本発明は、ガスセン
サと、該ガスセンサを通常状態において断続的に加熱す
る加熱手段と、該加熱手段による前記ガスセンサの加熱
時に、前記ガスセンサの出力が被検知ガスの存在を示す
所定値以上となったとき、前記加熱手段による前記ガス
センサの加熱を断続的加熱から連続的加熱に切り替える
センサ出力検出手段と、前記ガスセンサが連続的に加熱
されているときの前記ガスセンサの出力により前記被検
知ガスを検出するガス検出手段とを備え、前記センサ出
力検出手段は、前記加熱手段による前記ガスセンサの連
続的加熱時に、前記ガスセンサの出力が前記所定値以下
となったとき、前記加熱手段による前記ガスセンサの加
熱を連続的加熱から断続的加熱に切り替えることを特徴
とするガス検知装置に存する。
〔作 用〕
上記構成において、通常状態ではガスセンサは加熱手
段により断続的に加熱されている。この加熱時にガスセ
ンサの出力が過渡的に増大し、その大きさは被検知ガス
が存在するときと存在しないときで顕著な相違を示す。
そこで、ガスセンサの出力が被検知ガスの存在を示す所
定値以上となったとき、センサ出力検出手段が被検知ガ
スの存在を検知して加熱手段によるガスセンサの加熱を
断続的加熱から連続的加熱に切り替える。このことによ
ってガスセンサは連続的に加熱されるようになり、この
連続加熱期間にガス検出手段はガスセンサの出力が継続
的に存在することより被検知ガスを検出する。
また、センサ出力検出手段は、連続加熱期間にガスセ
ンサの出力が被検知ガスの存在を示す所定値以下となっ
たとき、加熱手段によるガスセンサの加熱を連続的加熱
から断続的加熱に切り替える。
したがって、エタノールのような雑ガスの場合、その
存在によってガスセンサの出力が過渡的に所定値を越え
て増大することがあっても、そのガスの性格上直ちに所
定値以下に低下するようになって、雑ガスの存在を検知
した場合には、直ちに元の断続的加熱に戻されることに
なる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明によるガス検知装置の一実施例を示す
ブロック図であり、同図において、1は乾電池(例えば
アルカリ電池単3×4本)によるバッテリ、2は半導体
式ガスセンサ、3は半導体式ガスセンサ2のヒータを加
熱するヒータ駆動回路、4,5はヒータ駆動回路3に対し
て加熱時間と無加熱時間をそれぞれ与えてこれを制御す
るタイマ回路、6は半導体式ガスセンサ2の加熱時にお
ける半導体式ガスセンサ2の内部抵抗の過渡的な変化を
検出し、該検出出力に応じてヒータ駆動回路3を制御す
るヒータ判定回路、7はヒータ駆動回路3がヒータ判定
回路6により制御されているときに半導体式ガスセンサ
2の内部抵抗変化を検出し、被検知ガスの有無を判定す
る検出判定回路、8及び9は検出判定回路7の検出出力
によってそれぞれ動作する表示回路及び警報回路であ
る。
上記半導体式センサ2及びヒータ駆動回路3は第2図
に示すように構成される。すなわち、半導体式センサ2
はヒータR1と感知部Kとから構成され、感知部Kは厚さ
0.38mm及び3mm角のアルミナチップ上にスクリーン印刷
によりガス感知材としてSnO2系金属酸化物を膜厚約30μ
mで設けることによって形成されている。またヒータR1
は上記感知部Kの裏面にRuO2を感知材同様にスクリーン
印刷にて設けることによって形成される。上記感知部K
はヒータR1にて加熱した状態において被検知ガスが存在
すると、その内部抵抗が低下する特性を有する。
上記ヒータ駆動回路3はヒータR1に直列接続されたヒ
ータ電源V2及びスイッチSWより構成され、スイッチSWは
タイマ回路4,5及びヒータ判定回路6の各出力によりそ
のオンオフ動作が制御される。またR2は半導体式ガスセ
ンサ2と直列接続された電流検出抵抗であり、その端子
電圧がヒータ判定回路6及び検出判定回路7に入力され
る。更にV1は動作電源であり、ヒータ電源V2と共にバッ
テリ1から供給される。
以上の構成において、まず半導体式ガスセンサ2の作
用について説明する。第3図は半導体式ガスセンサ2を
約350℃で1秒、3秒、5秒、10秒間断続的に加熱した
ときのセンサ出力特性を示し、実線で示す特性Aが半導
体式ガスセンサ2を清浄空気中で加熱した場合であり、
点線で示す特性Bがイソブタンガス10000ppm中で加熱し
た場合である。同図から、ガスの有無により半導体式ガ
スセンサ2の感知部Kの加熱時内部抵抗が変化し、半導
体式ガスセンサ2を短時間継続的に加熱することによ
り、被検知ガスの有無に応じてそのセンサ出力の過渡的
応答特性に相違が見られることが分かる。そこでこれを
判定することにより被検知ガスの有無の判定が可能とな
る。
また第4図は各種の被検知ガスに対する10秒間加熱し
たときのセンサ出力特性を示し、第5図は5秒間加熱し
たときの各種ガスの濃度に対するセンサ出力特性を示
す。
次に第1図の実施例の動作について、第6図のタイミ
ングチャート図を参照して説明する。ここで、タイマ回
路4は5秒間ガスセンサ2を加熱し、タイマ回路5は5
分間無加熱とする。またヒータ判定回路6の判定レベル
を1V、検出判定回路7の検出判定レベルを1Vとする。
現象Iは清浄空気中の状態を示し、同図(a)のよう
に被検知ガスは存在しない。この通常状態ではヒータ駆
動回路3のスイッチSWはタイマ回路4及び5の出力によ
り連続的に5秒間オンし、5秒間オフするため、ヒータ
電源V2は同図(c)に示すように半導体式ガスセンサ2
のヒータR1に対して上記の時間で断続的に供給される。
従って、電流検出抵抗R2の端子電圧より得られるセンサ
出力電圧は同図(b)のようにヒータ判定レベル(1V)
及び検出判定レベル(1V)以下となり、検出判定回路7
からは同図(d)に示すようにガス検出出力が発生しな
い。
次に現象IIは被検知ガス(例えばイソブタンガス)が
発生した状態を示し、同図(a)に示すように上記ガス
が発生すると、上述のように半導体式ガスセンサ2の内
部抵抗が低下し、センサ出力は同図(b)のように加熱
時における過渡的応答出力が増大し、ヒータ判定レベル
以上となる。ヒータ判定回路6は該レベル以上であるこ
とを判定するとヒータ駆動回路3のスイッチSWを常時オ
ン状態にし、同図(c)のようにヒータR1に対してヒー
タ電圧V2を連続的に供給し、感知部Kを連続的に加熱す
る。検出判定回路7はこの連続加熱状態における被検知
ガスによる半導体式ガスセンサ2の感知部Kの内部抵抗
変化(減少)を検出し、ガスセンサ出力(電流検出抵抗
R2の端子電圧)が同図(b)のように検出判定レベル以
上になると検出判定回路7より同図(d)のように警報
出力を発生する。この警報出力により表示回路8や警報
回路9が動作し、外部に警報を与える。
また被検知ガスが存在しなくなり、半導体式ガスセン
サ2の感知部Kの内部抵抗が増大して、ガスセンサ出力
(電流検出抵抗R2の端子電圧)がヒータ判定レベル以下
になるとヒータ判定回路6は元の断続的な加熱を行うよ
うにヒータ駆動回路3を制御する。
なお上記実施例において、通常状態におけるヒータR1
の加熱及び無加熱時間は例えばそれぞれ1〜10秒、1〜
10分の範囲で設定すればガスを検知することができ、ま
た各判定レベルも半導体式ガスセンサ2により任意に設
定してよい。例えば上記実施例において、通常状態にお
けるヒータR1の加熱時の消費電流は約150mAh、無加熱時
では約100μAhであり、ヒータ加熱時間を3秒、無加熱
時間を5分に設定すると、単1アルカリ電池(約7.5A
h)を使用すれば約190日間連続して使用することができ
る。
またガスセンサとして半導体式の代わりに接触燃焼式
ガスセンサを用いることもできる。この接触燃焼式ガス
センサは例えば検知素子として線径20〜50μmの白金抵
抗線を巻装してコイルを構成し、この周囲にパラジウム
−アルミナ、または白金−アルミナ等の触媒を塗布した
後焼成し、100メッシュの2重金網を被せて構成したも
のである。また比較素子も検知素子と同様にして構成
し、シールキャップを被せた密閉型とする。
第7図及び第8図はこのような接触燃焼式ガスセンサ
による各種被検知ガスに対する10秒間加熱したときのセ
ンサ出力特性及び5秒間加熱したときのガス濃度に対す
るセンサ出力特性をそれぞれ示す。同図において、エタ
ノールガスに対してのみ過渡応答特性が異なるため、ガ
ス濃度に対してリニアリティがなく過渡応答出力が高く
なるが、本発明では過渡的出力を検出した後に連続的に
ガスセンサを加熱するようにしているので、LPGガス検
知器や都市ガス検知器に適用したときでもエタノールと
の弁別は可能である。
この接触燃焼式ガスセンサを第1図の装置のガスセン
サとして用いた場合においても、その動作は半導体式ガ
スセンサによるものと同様であり、これにより被検知ガ
スを検知するとができる。
第9図はガスセンサとして接触燃焼式ガスセンサを用
いたときの第1図の装置におけるタイミングチャート図
を示し、その内容は半導体式センサを用いたときの第6
図のタイミングチャート図と同様である。
なお、同図では、タイマ回路4及び5によりガスセン
サを5秒間加熱し、5分間無加熱するようにし、ヒータ
判定レベルを20mV、検知判定レベルを20mVに設定してい
る。ただし、タイマ回路4及び5により加熱時間を1〜
10秒、無加熱時間を1〜10分の範囲で可変しても検出す
ることができ、各判定レベルもガスセンサに応じて任意
に設定することができる。
〔効 果〕
以上説明したように本発明によれば、ガスセンサの断
続的加熱時におけるガスセンサの出力が過渡的に増大し
て所定値以上となったことを検出すると、ガスセンサを
連続的に加熱してこのときのガスセンサの出力により被
検出ガスを検出するようにしているため、消費電力を軽
減することができ、乾電池等により長時間動作させるこ
とができる。
特に、連続加熱期間にガスセンサの出力が被検知ガス
の存在を示す所定値以下となったとき、加熱手段による
ガスセンサの加熱を連続的加熱から断続的加熱に切り替
えており、エタノールのような雑ガスの場合、その存在
によってガスセンサの出力が過渡的に所定値を越えて増
大することがあっても、そのガスの性格上直ちに所定値
以下に低下するようになって、直ちに元の断続的加熱に
戻されることになるので、検知対象ガスの確実な検出を
保障しつつ、雑ガス検知時の無駄な連続的な加熱を直ち
に停止することができ、消費電力をより確実に軽減でき
るようになっている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるガス検知装置の一実施例を示すブ
ロック図、 第2図は第1図の半導体式ガスセンサとヒータ駆動回路
の具体例を示す図、 第3図は半導体式ガスセンサの加熱時間に対するセンサ
出力特性を示す図、 第4図は半導体式ガスセンサの各種ガスに対するセンサ
出力特性を示す図、 第5図は半導体式ガスセンサの各種ガスの濃度に対する
センサ出力特性を示す図、 第6図は第1図の装置の各部の波形を示す図、 第7図は接触燃焼式ガスセンサの各種ガスに対するセン
サ出力特性を示す図、 第8図は接触燃焼式ガスセンサの各種ガスの濃度に対す
るセンサ出力特性を示す図、 第9図は第1図の装置の他の実施例における各部の波形
を示す図である。 1……バッテリ、2……半導体式ガスセンサ、接触燃焼
式ガスセンサ、3……ヒータ駆動回路(加熱手段)、4,
5……タイマ回路、6……ヒータ判定回路(センサ出力
検出手段)、7……検出判定回路(ガス検出手段)、8
……表示回路、9……警報回路、R1……ヒータ、K……
感知部、V2……ヒータ電源、SW……スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G08B 21/00 G01N 27/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスセンサと、 該ガスセンサを通常状態において断続的に加熱する加熱
    手段と、 該加熱手段により前記ガスセンサの加熱時に、前記ガス
    センサの出力が被検知のガスの存在を示す所定値以上と
    なったとき、前記加熱手段による前記ガスセンサの加熱
    を断続的加熱から連続的加熱に切り替えるセンサ出力検
    出手段と、 前記ガスセンサが連続的に加熱されているときの前記ガ
    スセンサの出力により前記被検知ガスを検出するガス検
    出手段とを備え、 前記センサ出力検出手段は、前記加熱手段による前記ガ
    スセンサの連続的加熱時に、前記ガスセンサの出力が前
    記所定値以下となったとき、前記加熱手段による前記ガ
    スセンサの加熱を連続的加熱から断続的加熱に切り替え
    る ことを特徴とするガス検知装置。
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