JP2885417B2 - ガスセンサの温度補償装置 - Google Patents

ガスセンサの温度補償装置

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、酸化金属を使用し、温度変化に対して出力
の変化が大きく、かつ内部抵抗のばらつきの大きいガス
センサの温度補償装置に関するものである。
従来の技術 従来の空気清浄機などに用いられるガスセンサのこの
種の温度補償回路について、図面を参照しながら説明す
る。第10図において、1はガスセンサで、このガスセン
サ1の内部抵抗1bに直列にボリューム2と抵抗3が接続
されている。4は抵抗3に並列に接続されたサーミスタ
で、これら抵抗2,3とサーミスタ4によって分圧された
ガスセンサ出力SOは制御回路5に入力されている。
第11図においては、ガスセンサ10の内部抵抗10bに抵
抗11とコンデンサ12が直列に接続され、コンデンサ12は
内部抵抗10bと抵抗11を通して充電され、コンデンサ12
の電位が所定値に達した時点で放電させる放電回路13
と、充電電流を分流するサーミスタ14がコンデンサ12に
並列に接続され、充放電の回数を測定するカウンタ回路
15およびその回数に応じて機体を制御する制御回路16が
接続されている。
発明が解決しようとする課題 しかしこれら従来の技術においては、ガスセンサの内
部抵抗が温度によって変化した値そのものをサーミスタ
の抵抗値が変化する分で補おうとするものである。この
方法は所定環境におけるガスセンサの内部抵抗値のばら
つき(固体差)が比較的狭い範囲に限定できる場合は、
有効であるが、ガスセンサの内部抵抗値のばらつきは大
きく、通常の使用には適さない。ガスセンサの内部抵抗
は所定環境下において10kΩ〜200kΩ程度の大きな巾を
有しているのが一般的であり、温度による内部抵抗の変
化は定量的なものでなく、定率的な変化と考えなければ
ならない。すなわち100kΩの内部抵抗に合わせて設定し
たサーミスタを利用すれば、50kΩ、200kΩの内部抵抗
を有したガスセンサではそれぞれ過補正、補正不足とい
う現象が明らかに発生するのである。
ここから、これら内部抵抗のばらつき巾が大きいガス
センサに対して、適正な補償を行うという課題が発生す
る。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、内部抵抗
のばらつきの大きいガスセンサを同一のサーミスタで補
償するようにしたガスセンサの温度補償装置を提供する
ことを目的とするものである。
課題を解決するための手段 上記従来からの課題を解決するために、本発明は、ガ
スセンサの内部抵抗を通して充電されるコンデンサの電
圧が一定の値に達した時点で速やかに放電させる放電回
路を設け、所定時間内での充放電回路を計測し、その変
化に応じて機体の運転を制御するものにあって、前記所
定時間を温度に依存して抵抗値が変化する素子によって
高温時ほど短くするように構成したものである。
さらに、本発明は、ガスセンサの内部抵抗に直列に接
続した抵抗に発生する電位を、入力インピーダンスが高
く出力インピーダンスが低いバッファ回路に入力し、そ
の出力を所定のインピーダンスにより分割した後にサー
ミスタを含んだ回路網によって温度補償を行うように構
成したものである。
作用 上記構成により、巾の広い周波数帯で検出できるガス
センサ出力の周波数変換回路において、所定時間内での
充放電回数を出力周波数としたとき、前記所定時間を、
温度が上昇しガスセンサの内部抵抗が減少した場合に短
くすることにより、ガスセンサの内部抵抗値によらず、
定率的に出力周波数として補正し、一定の値とすること
ができる。
さらに、ガスセンサを含む回路の出力をバッファ回路
を通してインピーダンス変換すれば、ガスセンサの内部
抵抗値によらず、バッファ回路の出力によって決まるイ
ンピーダンスを有した出力値が得られ、その出力を抵抗
とサーミスタによる回路網によって分割し、ガスセンサ
出力として処理することによりサーミスタを定抵抗に対
して作用させた状態とすることができる。
実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例の空気清浄機用のガスセン
サの温度補償装置の回路図である。第1図において、ガ
スセンサ21はヒータ21aと内部抵抗21bによって構成さ
れ、コンデンサ22は内部抵抗21bと抵抗23によって充電
され、コンデンサ22の充電電圧VCが設定値VrefOに達し
た時点で、抵抗23は十分に小さい抵抗値を介して放電回
路24により放電され、放電後、再び充電されることを繰
返えす。このときのVC波形は第2図のようになる。この
充放電の回数はカウンタ回路25で第3図に示すカウンタ
ゲートON時の間計数され、その数値は制御回路26に取り
込まれ、変化に応じて機体を運転する。サーミスタ27は
カウンタ回路25に接続され、温度が高くなるほどゲート
ON時間Tを短くするように動作する。
第2図、第3図において、同一ガス濃度雰囲気中にお
いて、ある温度条件下でのガスセンサ21の内部抵抗21b
の値をγとし、このときのコンデンサ22の充放電周期
をτとすれば、カウンタゲートがONされている時間TA
間の充放電回数を5回とする。次に温度が上昇して内部
抵抗21bの値がγOXαに変化した場合、α<1であるた
め、充放電周期τ<τとなる。ここでカウンタゲー
トのON時間をTB<TAとし、この間の充放電回数が5回と
なるようにして温度変化を補正している。ガスセンサ21
の内部抵抗21bにより、充放電周期や回数に差があって
も、この補正は定率的に作用するため、同レベルの効果
を有する。
第4図において、ガスセンサ21、コンデンサ22、抵抗
23は第1図と同様に作用する。放電回路28は、サーミス
タ29の値によって変化する基準電圧Vrefにコンデンサ22
の充電電圧VCが達した時点で、コンデンサ22を抵抗23よ
り十分に小さい抵抗を介して放電する。この充放電の回
数をゲートトリガONの時間T0間計数するカウンタ回路30
と、このカウンタ回路30出力の変化に応じて機体を運転
する制御回路31を有している。
第5図および第6図において、ガスセンサ21の内部抵
抗21bがγのとき、コンデンサ22の充放電電圧VCは第
5図のようになり、カウンタゲートがONしているTOの間
の充放電はスレッシュホールド電圧がVrefAであり、5
回となる。内部抵抗21bの値がα×γでα<1のと
き、コンデンサ22の充電時定数は小さくなるが、サーミ
スタ29の抵抗値変化に対応してスレッシュホールド電圧
をVrefBに上昇させれば、TO間の充放電回数を同一とす
ることができ、ガスセンサ21の内部抵抗21bのばらつき
に関係なく定率の温度補償が行なえるものである。
第7図において、ガスセンサ32のヒータは32a、内部
抵抗は32bであり、内部抵抗32bに直列に接続した抵抗33
と可変抵抗34の接続点の電位V1と、サーミスタ35と直列
および並列に接続した抵抗36〜38によって構成したサー
ミスタ回路網の出力V2をそれぞれマイクロコンピュータ
39の高インピーダンス入力端子AD1とAD2に入力してい
る。ここで、マイクロコンピュータ39はサーミスタ回路
網からの入力V2の値に応じてガスセンサ21からの入力V1
を定率のテーブルによって補正するようにしており、ガ
スセンサ21からの入力V1の変化量または変化率に応じて
機体の運転を制御すれば、ガスセンサ21からの入力V1
サーミスタ回路網からの入力V2はそれぞれ独立した信号
として機能し、内部抵抗32bの値のばらつきに関係な
く、温度補償が行える。
第8図において、ガスセンサ32および抵抗33、可変抵
抗34の接続は第7図と同じであり、可変抵抗34の電圧V3
は、抵抗40を介してオペアンプ41に入力されている。サ
ーミスタ42は抵抗43〜45によって回路網を構成し、出力
V4は抵抗46を介してオペアンプ41に入力されている。こ
こで、抵抗46,48,40,47の抵抗値をそれぞれR1,R2,R3,R4
とすると、オペアンプ41の出力VOUTは、R1=R3であって
抵抗44,45,33,34の値より十分大きく、かつR2=R4のと
き、 となる。ここで、所定温度条件におけるガス濃度の変化
量に対してのVOUTの上昇値が一定となるよう可変抵抗34
を調整し、V3の温度変化による変動とV4の温度変化によ
る変動とが等しくなるようサーミスタ回路網定数を選定
すれば、ガスセンサ32の内部抵抗32bの値に関係なく、V
3という電圧の変化に対して温度補正の行えるインピー
ダンス変換回路を含んだ温度補償回路とすることができ
る。
第9図において、ガスセンサ32、抵抗33、可変抵抗34
の構成は第7図と同じである。この回路の出力をV5
し、インピーダンス変換用にオペアンプ49で構成したバ
ッファ回路に入力している。オペアンプ49の出力電圧V6
は抵抗50,51,52とサーミスタ53からなる回路網によって
分圧されており、出力電圧V7を制御回路に与えている。
ここで、バッファ回路は本来理想的には無限小の出力イ
ンピーダンスを有するものであるが、抵抗50,51,52、サ
ーミスタ53の値を適切に選択すれば実際的にも同様の効
果を得ることができ、電圧V6は、後段のインピーダンス
によらず、一定の値を保持することができる。逆に言え
ば、サーミスタ53などの値による補正は、ガスセンサ32
の内部抵抗32bの値に関係なく、電圧V6に対する分圧出
力V7に加えられるものとなる。ここで、所定温度でのガ
ス濃度差に対する出力V7の変化量が一定となるよう可変
抵抗34を調整すれば、サーミスタ53による補正は、電圧
V7の絶対値による効果の差はあるが、ガスセンサ32の内
部抵抗32bのばらつきによる効果の差に比べて、非常に
小さな差に縮小されたばらつきを有した温度補償ができ
る。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、ガス濃度の変化を内
部抵抗値の変化として出力するガスセンサを用いた回路
で、ガス濃度に応じて変化する出力値の変化に応じて機
体の制御を行うものにおいて、温度に依存して抵抗値が
変化する素子で検出する温度が高温になるほどコンデン
サの充放電回数を計測する時間を短くすることにより、
ガス濃度に応じて出力される出力信号を定率的に温度補
正を加えることができ、ガスセンサの内部抵抗の個体間
のばらつきに関係なく、定率的に同様の補償効果を得る
ことができるものである。また、ガスセンサからの信号
をインピーダンス変換し、ガスセンサの内部抵抗からの
出力が入力されるバッファ回路の出力側にサーミスタを
設けて、ガスセンサの内部抵抗と直接にインピーダンス
の結合を持たない位置にあるこのサーミスタでバッファ
回路の出力を温度補正することにより、内部抵抗のばら
つきによる温度補正の大巾な歪を解消できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による空気清浄機用ガスセン
サの温度補償装置の回路ブロック図、第2図および第3
図はその動作を説明するためのグラフ、第4図は本発明
の他の実施例による回路ブロック図、第5図および第6
図はその動作を説明するためのグラフ、第7図〜第9図
はそれぞれさらに他の実施例による回路図、第10図およ
び第11図は従来の空気清浄機用ガスセンサの温度補償回
路の例を示す回路図である。 21,32……ガスセンサ、21a,32a……ガスセンサのヒー
タ、21b,32b……ガスセンサの内部抵抗、27,29,35,42,5
3……サーミスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−161985(JP,A) 特開 昭63−210652(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/12 G01N 27/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化金属を使用したガスセンサの内部抵抗
    (以後内部抵抗という)を介して充電されるコンデンサ
    と、このコンデンサの充電電圧が一定の値に達した時点
    で放電させる放電回路を有し、所定時間内に繰返えされ
    る前記コンデンサの充放電回数を計測して前記内部抵抗
    の変化を検出するガス濃度検出回路であって、前記所定
    時間を、温度に依存して抵抗値が変化する素子によって
    高温時ほど短くしたガスセンサの温度補償装置。
  2. 【請求項2】酸化金属を使用したガスセンサと直列に接
    続した抵抗の両端に発生する電位差をインピーダンス交
    換する、入力インピーダンスが高く、出力インピーダン
    スの低いバッファ回路を設け、前記バッファ回路の出力
    を複数の直列抵抗と、この直列抵抗の一つに並列に接続
    したサーミスタとによって分圧し、分圧点の電位をガス
    濃度に応じたガスセンサ出力としたガスセンサの温度補
    償装置。
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