JP3144427B2 - ガス検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通電加熱によってガス
を感知するガスセンサを有する、ＬＰＧガスや都市ガス
を検知する検知器などに適したガス検知装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ガス検知装置として、例えば接触燃焼式
ガスセンサを通電加熱することにより可焼性ガスを検知
し、該ガスが発生す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では、ガスセ
ンサに常時通電させて常時加熱する構成を採用している
ため、通常３〜５Ｗｈの消費電力を必要とし、一般に商
用交流電源により動作電力を得るようにしている。

【０００３】

【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。

【０００４】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、動作電源として乾電池などを使用しても長時間連
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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明により成されたガス検知装置は、通電によって加
熱されて可燃性ガスを感知する接触燃焼式ガスセンサ
と、該ガスセンサを通電駆動する通電駆動手段と、前記
ガスセンサの加熱状態が第１の加熱時間と第１の無加熱
時間からなる第１の断続加熱状態になるように前記通電
駆動手段を動作させる第１の加熱制御信号を発生する第
１の制御信号発生手段と、前記ガスセンサの加熱状態が
前記第１の加熱時間よりも長い第２の加熱時間と前記第
１の無加熱時間よりも短い第２の無加熱時間からなり、
前記第２の加熱時間とした場合の前記ガスセンサの出力
を前記第１の加熱時間とした場合の前記ガスセンサの出
力と比較したとき、検知対象の被検知ガスを検知したと
きの前記ガスセンサの出力が増大し、前記被検知ガスに
対して雑ガスとなるエタノールを検知したときの前記ガ
スセンサの出力が低下して、エタノールに対する前記ガ
スセンサの出力が被検知ガスに対する前記ガスセンサの
出力より小さくなるように前記第２の加熱時間を設定し
た第２の断続加熱状態になるように前記通電駆動手段を
動作させる第２の加熱制御信号を発生する第２の制御信
号発生手段と、前記ガスセンサの出力が第１の所定値以
下のとき前記第１の加熱制御信号によって、第１の所定
値以上のとき前記第２の加熱制御信号によって前記通電
駆動手段をそれぞれ動作させる加熱切換制御手段と、前
記ガスセンサの出力が第１の所定値以上に増大して前記
ガスセンサが第２の断続加熱状態にされたとき、前記ガ
スセンサの出力が第２の所定値以上になったことによ
り、被検知ガスを検出するガス検出手段とを備えること
を特徴としている。

【０００６】

【作用】上記構成において、第１及び第２の制御信号発
生手段が、可燃性ガスを感知するガスセンサを通電駆動
する通電駆動手段を、ガスセンサが第１の加熱時間と第
１の無加熱時間からなる第１の断続加熱状態になるよう
に動作させる第１の加熱制御信号、及び、第１の加熱時
間よりも長い第２の加熱時間と第１の無加熱時間よりも
短い第２の無加熱時間からなり、第２の加熱時間とした
場合のガスセンサの出力を第１の加熱時間とした場合の
ガスセンサの出力と比較したとき、検知対象の被検知ガ
スを検知したときのガスセンサの出力が増大し、被検知
ガスに対して雑ガスとなるエタノールを検知したときの
ガスセンサの出力が低下して、エタノールに対するガス
センサの出力が被検知ガスに対するガスセンサの出力よ
り小さくなるように第２の加熱時間を設定した第２の断
続加熱状態になるように動作させる第２の加熱制御信号
をそれぞれ発生する。

【０００７】加熱切換制御手段は、ガスセンサの出力が
第１の所定値以下のとき第１の加熱制御信号によって、
第１の所定値以上のとき第２の加熱制御信号によって通
電駆動手段をそれぞれ動作させる。そして、ガス検出手
段は、ガスセンサの出力が第１の所定値以上に増大して
前記ガスセンサが第２の断続加熱状態にされたとき、前
記ガスセンサの出力が第２の所定値以上になったことに
より被検知ガスを検出するようになっている。

【０００８】このように、ガスセンサの加熱を常時断続
させているので、ガス検出のための加熱に消費する電力
が小さくなる。また、通常、第１の断続加熱状態にある
ガスセンサの動作を、ガスセンサの出力が第１の所定値
以上に増大したとき、第１の加熱時間よりも長い第２の
加熱時間と第１の無加熱時間よりも短い第２の無加熱時
間からなり、第２の加熱時間とした場合のガスセンサの
出力を第１の加熱時間とした場合のガスセンサの出力と
比較したとき、検知対象の被検知ガスを検知したときの
ガスセンサの出力が増大し、被検知ガスに対して雑ガス
となるエタノールを検知したときのガスセンサの出力が
低下して、エタノールに対するガスセンサの出力が被検
知ガスに対するガスセンサの出力より小さくなるように
第２の加熱時間を設定した第２の断続加熱状態に切り替
えることで、ガスセンサの断続加熱状態をガスの有無を
検出する通常時とガス有り検出後で変えているので、雑
ガスとしてのエタノールを被検出ガスと誤って検出する
ことを確実に防止することを可能にする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１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）からなるバッテリ、２は通
電によって加熱されてガスを感知するガスセンサ、３は
ガスセンサ２を加熱させるための通電駆動回路、４は例
えば１〜３秒の時間を計時する第１の加熱時間タイマ４
ａと例えば３〜５分の時間を計時する第１の無加熱時間
タイマ４ｂとを有し、ガスセンサ２の加熱状態を第１の
加熱時間と第１の無加熱時間からなる第１の断続加熱状
態にするように第１の加熱制御信号を通電駆動回路３に
対して供給する第１の制御信号発生回路、５は例えば１
０〜１５秒の時間を計時する第２の加熱時間タイマ５ａ
と例えば３０〜６０秒の時間を計時する第２の無加熱時
間タイマ５ｂとを有し、ガスセンサ２の加熱状態を第２
の加熱時間と第２の無加熱時間からなる第２の断続加熱
状態にするように第２の加熱制御信号を通電駆動回路３
に対して供給する第２の制御信号発生回路である。

【００１０】６はガスセンサ２の出力が第１の所定値以
下のとき第１の加熱制御信号による第１の断続加熱状態
で、第１の所定値以上のとき第２の加熱制御信号による
第２の断続加熱状態でガスセンサ２をそれぞれ動作させ
るための切換信号をヒータ駆動回路３に対して供給する
加熱切換制御回路、７はガスセンサ２の出力が第２の所
定値以上になったことにより、被検知ガスを検出するガ
ス検出回路、８，９はガス検出回路７からの信号によっ
て表示及び警報をそれぞれ行う表示回路及び警報回路で
ある。

【００１１】上記ガスセンサ２が接触燃焼式のものであ
るときには、図２に示すように構成される。すなわち、
接触燃焼式のガスセンサ２は通電駆動回路３によって通
電駆動されるブリッジ回路２１から構成され、ブリッジ
回路２１はガス検知素子２１ａ、比較素子２１ｂ並びに
抵抗Ｒ１及びＲ２がブリッジ状に接続されて形成され、
ガス検知素子２１ａと抵抗Ｒ２との接続点Ａと、比較素
子２１ｂと抵抗Ｒ１との接続点Ｂとの間に通電駆動回路
３により電圧を印加することによって、素子２１ａ及び
２１ｂと抵抗Ｒ１及びＲ２とを通じて電流が流れ、この
とき素子２１ａ及び２１ｂの接続点Ｃと、抵抗Ｒ１及び
Ｒ２の接続点Ｄとに生じる電位差をガスセンサ２の出力
として加熱切換制御回路６及びガス検出回路７に供給す
る。

【００１２】上記ガス検知素子２１ａは、例えば線径２
０〜５０μｍ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２１ｂ
も検知素子と同様にして構成し、ガスに曝されないよう
にシールキャップを被せた密閉型とする。ガス検知素子
２１ａは通電によって加熱しているとき可燃性ガスが接
触すると、接触した可燃性ガスが燃焼してその温度が上
昇し、その内部抵抗が増加する特性を有し、このガス検
知素子２１ａの抵抗増加によって接続点Ｃ及びＤ間の電
圧差が大きくなって、ガスセンサ２の出力が増大する。

【００１３】上記通電駆動回路３には、バッテリ１から
の電圧と、第１の制御信号発生回路４からの第１の加熱
制御信号と、第２の制御信号発生回路５からの第２の加
熱制御信号と、加熱切換制御回路６からの切換信号とが
入力される。加熱切換制御回路６からの切換信号は、ガ
スセンサ２の出力が第１の所定値以下のとき例えばＨレ
ベル、第１の所定値以上のときＬレベルとなり、通電駆
動回路３は、Ｈレベルの切換信号の入力に応じて第１の
加熱制御信号によって、Ｌレベルの切換信号の入力に応
じて第２の加熱制御信号によってガスセンサ２をそれぞ
れ通電駆動して断熱加熱動作させる。

【００１４】通電駆動回路３は、具体的には例えば図３
に示すように構成され、切換信号と第１の加熱制御信号
とが入力に印加される第１のＡＮＤ回路３ａと、インバ
ータ３ｂによって反転した切換信号と第２の加熱制御信
号とが入力に印加される第２のＡＮＤ回路３ｃと、両Ａ
ＮＤ回路３ａ及び３ｃの出力をが印加されるＯＲ回路３
ｄと、ＯＲ回路３ｄの出力によってオン・オフされるス
イッチ回路３ｅとを有する。このスイッチ回路３ｅのオ
ンバッテリ１の電圧をガスセンサ２に印加して通電駆動
する。

【００１５】以上の構成において、まずガスセンサ２の
作用について説明する。図４は接触燃焼式のガスセンサ
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１０００ppm 中で加
熱した場合である。

【００１６】同図から、通電駆動時にガスの有無により
接触燃焼式のガスセンサ２のガス感知素子２１ａの内部
抵抗が変化し、ガスセンサ２を短時間継続的に通電駆動
して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。

【００１７】また、図５は接触燃焼式のガスセンサ２の
通電駆動による加熱時間が５乃至２０秒のときの濃度１
０００ｐｐｍの各種の被検知ガスに対するセンサ出力特
性を示し、同図からは、加熱時間の短いときアルコール
のときにセンサ出力が最も大きくなるが、加熱時間を１
０秒以上にすると、イソブタンのときのセンサ出力より
も小さくなることが分かる。

【００１８】次に、図１の実施例の動作について、図６
のタイミングチャート図を参照して説明する。図６にお
いて、現象Ｐ１は被検知ガスの存在しない清浄空気中の
場合、現象Ｐ２は例えばイソブタンのような被検知ガス
が発生した場合、現象Ｐ３は一過性ガスが発生した場合
の各部の状態を示す。

【００１９】現象Ｐ１の場合には、加熱切換制御回路６
はその出力がＨレベルになっているので、Ｈレベルの切
換信号が入力される通電駆動回路３は、第１の制御信号
発生回路４からの第１の加熱制御信号をＡＮＤ回路３ａ
及びＯＲ回路３ｄを通じてスイッチ回路３ｅに印加す
る。従って、スイッチ回路３ｅは、第１の加熱時間タイ
マ４ａによって規定される１乃至３秒の加熱時間の間オ
ンし、また第１の無加熱時間タイマ４ｂによって規定さ
れる３乃至５分の無加熱時間の間オフし、これによって
接触燃焼式のガスセンサ２が断続的にバッテリ１に接続
されて同図（ｂ）に示すような電流が流れ、断続加熱さ
れる。

【００２０】このとき接触燃焼式のガスセンサ２の抵抗
ブリッジ回路２１の接続点Ｃ及びＤ間に小さなヒゲ状の
電圧差が発生する。従って、このセンサ出力電圧を入力
している加熱切換制御回路６は、第１の所定値以下であ
ることを検出してＨレベルの切換信号を出力し続ける。

【００２１】次に、現象Ｐ２の場合には、同図（ａ）に
示すようにイソブタンガスが発生し、第１の加熱制御信
号によって断続加熱されている接触燃焼式のガスセンサ
２の抵抗ブリッジ回路２１中のガス検知素子２１ａの内
部抵抗が低下し、抵抗ブリッジ回路２１のバランスが大
きく崩れてセンサ出力である接続点Ｃ及びＤ間の加熱時
における過渡的応答電位差が同図（ｂ）のように増大
し、第１の所定値以上となる。加熱切換制御回路６がこ
れを検出するとその出力の切換信号をＬレベルに反転
し、このＬレベルの切換信号が入力される通電駆動回路
３は、第２の制御信号発生回路５からの第２の加熱制御
信号をＡＮＤ回路３ｃ及びＯＲ回路３ｄを通じてスイッ
チ回路３ｅに印加する。

【００２２】従って、スイッチ回路３ｅは、第２の加熱
時間タイマ５ａによって規定される１０乃至１５秒の加
熱時間の間オンし、また第２の無加熱時間タイマ５ｂに
よって規定される３０乃至６０秒の無加熱時間の間オフ
し、これによって接触燃焼式のガスセンサ２がバッテリ
１に断続的に接続されて同図（ｃ）に示すように電流が
流れて断続加熱される。

【００２３】その後ガスの濃度が増大していくと、接触
燃焼式のガスセンサ２のガス検知素子２１ａの抵抗値さ
らに減少してセンサ出力である接続点Ｃ及びＤ間には、
第２の所定値を越える電圧が発生するようになる。この
センサ出力電圧を入力しているガス検出回路７は、第２
の所定値以上であることを検出し、その後第２の無加熱
時間タイマ５ａが規定する３０乃至６０秒の時間に相当
する時間が経過した時点で、再度第２の所定値以上であ
ることを検出すると、同図（ｄ）に示すような警報信号
をその出力に送出し、これを表示回路８及び警報回路９
に入力する。すなわち、センサ出力が２回続けて第２の
所定値以上になったことを検出したときに警報信号を出
力する警報遅延動作を行っている。警報信号を入力した
表示回路８及び警報回路９は、ガスを検出したことを示
すメッセージを表示したり、警報音などを発する。

【００２４】また被検知ガスが存在しなくなって接触燃
焼式のガスセンサ２のガス感知素子２１ａの内部抵抗が
低下し、センサ出力（接続点Ｃ及びＤ間の電位差）が第
１の所定値以下になり、このことを加熱切換制御回路６
が検出すると、切換信号をＨレベルにする。これによっ
て、以後通電駆動回路３が第１の加熱制御信号によって
断続加熱するようになる。

【００２５】最後に、現象Ｐ３の場合には、同図（ａ）
に示すように急激に増大後急激に減少するイソブタンガ
スが発生し、第１の加熱制御信号によって断続加熱され
ている接触燃焼式のガスセンサ２のガス検知素子２１ａ
の内部抵抗が急激に増加すると、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、第１及び第２の所定値以上となる。加熱切換制御回
路６がこれを検出するとその出力の切換信号をＬレベル
に反転し、このＬレベルの切換信号が入力される通電駆
動回路３は、第２の制御信号発生回路５からの第２の加
熱制御信号をＡＮＤ回路３ｃ及びＯＲ回路３ｄを通じて
スイッチ回路３ｅに印加する。

【００２６】通電駆動回路３の第２の加熱制御信号によ
る動作はセンサ出力が第１の所定値以下になるまで続け
られるが、センサ出力が第２の所定値を越えるのは１回
だけであるので、ガス検出回路７は警報信号を出力する
ことがない。また、被検知ガスが存在しなくなって接触
燃焼式のガスセンサ２のガス検知素子２１ａの内部抵抗
が増大し、センサ出力（接続点Ｃ及びＤ間の電位差）が
第１の所定値以下になり、このことを加熱切換制御回路
６が検出すると、切換信号をＨレベルにする。これによ
って、以後通電駆動回路３が第１の加熱制御信号によっ
て断続加熱するようになる。

【００２７】上述したように本実施例では、ガスセンサ
２を例えば１〜３秒の第１の加熱時間と例えば３〜５分
の第１の無加熱時間とで動作させてガスの有無を検知
し、ガス有りを検知すると例えば１０〜１５秒の第２の
加熱時間と例えば３０〜６０秒の第２の無加熱時間とで
動作させて被検出ガスの存在を検出するようにしている
ので、常に断続加熱状態で動作され、電源として使用す
るバッテリ１の消費電力が極めて小さくなる。

【００２８】また、被検知ガス検知時の加熱時間を１０
秒以上にすることによって、図５に示したセンサ出力特
性から明らかなように、ガス有無検知時にエタノールの
ようなアルコールを検知しても被検知ガスを検出すると
きよりもセンサ出力が低下し、ガス弁別機能をもつこと
になるので、エターノールを被検出ガスとして誤って検
出することが防止される。

【００２９】なお、図示実施例では、加熱切換制御回路
６とガス検出回路７を独立に動作させているが、点線で
示すように加熱切換制御回路６からの切換信号をガス検
出回路７にも入力するようにすることによって、加熱切
換制御回路６が通電駆動回路３を第２の加熱制御信号に
よって動作させているときだけ、ガス検出回路７がガス
検出動作を行うようにするようにすることも可能であ
る。

【００３０】また、第１及び第２の制御信号発生回路４
及び５並びに通電駆動回路３の一部分などを、予め定め
た制御プログラムに従って動作するマイクロコンピュー
タ（ＣＰＵ）によって構成することにより、ＣＰＵに２
つの断続加熱状態で動作させる信号を直接発生させるよ
うにすることも可能である。このようにＣＰＵを使用し
て構成した場合には、図７のタイミングチャートに示す
ように、センサ出力が第１の所定値を越えたときから加
熱時間を変えるようにすることが簡単にできるようにな
る。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】なお、上述した第１及び第２の所定値はガ
スセンサの構造などによって微妙に変わり、ガス有無検
出、被ガス検出に適した所望の値に設定することができ
る。また、上述した第１及び第２の加熱時間、無加熱時
間はガスセンサの構造などによって上記範囲内の１点に
好ましく設定することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
スセンサを断続加熱しているので、ガスセンサを加熱す
るための消費電力を小さくすることができ、乾電池等に
より長時間動作させることができる他、ガスの有無を検
出する通常状態と被検出ガスを検出する状態とでガスセ
ンサを断続加熱する周期を変えて雑ガスを誤って検知す
ることを防止しているので、被検知ガスを雑ガスとして
のエタノールと区別して確実に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス検知装置の一実施例を示す図
である。

【図２】図１中のガスセンサが接触燃焼式の場合の構成
例を示す図である。

【図３】図２中の通電駆動回路の具体的な構成例を示す
図である。

【図４】ガスセンサの被検知ガスの有無における加熱時
間に対するセンサ出力特性を示す図である。

【図５】各種ガスにおける加熱時間に対するセンサ出力
特性を示す図である。

【図６】図１の装置の各部の状態を示すタイミングチャ
ートである。

【図７】変形例における各部の状態を示すタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

２ ガスセンサ ３ 通電駆動手段（通電駆動回路） ４ 第１の制御信号発生手段（第１の制御信号発生回
路） ５ 第２の制御信号発生手段（第２の制御信号発生回
路） ６ 加熱切換制御手段（加熱切換制御回路） ７ ガス検出手段（ガス検出回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/24 G08B 21/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電によって加熱されて可燃性ガスを感
   知する接触燃焼式ガスセンサと、 該ガスセンサを通電駆動する通電駆動手段と、 前記ガスセンサの加熱状態が第１の加熱時間と第１の無
   加熱時間からなる第１の断続加熱状態になるように前記
   通電駆動手段を動作させる第１の加熱制御信号を発生す
   る第１の制御信号発生手段と、 前記ガスセンサの加熱状態が前記第１の加熱時間よりも
   長い第２の加熱時間と前記第１の無加熱時間よりも短い
   第２の無加熱時間からなり、前記第２の加熱時間とした
   場合の前記ガスセンサの出力を前記第１の加熱時間とし
   た場合の前記ガスセンサの出力と比較したとき、検知対
   象の被検知ガスを検知したときの前記ガスセンサの出力
   が増大し、前記被検知ガスに対して雑ガスとなるエタノ
   ールを検知したときの前記ガスセンサの出力が低下し
   て、エタノールに対する前記ガスセンサの出力が被検知
   ガスに対する前記ガスセンサの出力より小さくなるよう
   に前記第２の加熱時間を設定した第２の断続加熱状態に
   なるように前記通電駆動手段を動作させる第２の加熱制
   御信号を発生する第２の制御信号発生手段と、 前記ガスセンサの出力が第１の所定値以下のとき前記第
   １の加熱制御信号によって、第１の所定値以上のとき前
   記第２の加熱制御信号によって前記通電駆動手段をそれ
   ぞれ動作させる加熱切換制御手段と、 前記ガスセンサの出力が第１の所定値以上に増大して前
   記ガスセンサが第２の断続加熱状態にされたとき、前記
   ガスセンサの出力が第２の所定値以上になったことによ
   り、被検知ガスを検出するガス検出手段とを備えること
   を特徴とするガス検知装置。