JP3496867B2 - 接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は接触燃焼式ガスセン
サの断線・短絡検出回路に係り、特に、雰囲気温度のみ
に応じて抵抗値が変化する基準素子と、雰囲気温度及び
検知ガス濃度の両方に応じて抵抗値が変化する検知素子
とを互いに直列に接続して構成した接触燃焼式ガスセン
サの断線・短絡検出回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、接触燃焼式ガスセンサを構成す
る検知素子と基準素子は、検知素子が例えば素線径φ５
０μｍの白金線をコイル状に成形し、このコイル状に成
形した白金線の表面にＰｄ，Ｒｈ，Ｐｔ等の貴金属を担
持したアルミナ触媒を塗布してから焼結した後、防爆用
の金網をかぶせて形成されているのに対し、素線径φ５
０μｍの白金線を検知素子と同様にコイル状に成形して
形成したコイルを使用し、白金線に担体であるアルミナ
のみを塗布し焼結したものに金網をかぶせて基準素子が
形成されている点で相違しているが、外観上はほぼ同一
の構造を有している。

【０００３】このような接触燃焼式ガスセンサを使用し
て構成される従来のガス漏れ検出装置としては、図２に
示すような構成のものが一般に使用されている。

【０００４】同図において、基準素子１ａと検知素子１
ｂとは定電圧回路２とアース間に直列に接続されてい
る。両素子は周囲温度の変化に応じて各々が有する互い
に同一の固定抵抗値に周囲温度に応じた温度変化分の抵
抗値の加わった抵抗を呈することで周囲温度の変化によ
る出力変化分を殆どなくし、しかも検知素子１ｂについ
ては周囲の燃焼ガスを吸着して燃焼したことによって生
じる温度上昇分の抵抗値をも加算した抵抗値を呈するこ
とにより、この検知素子１ｂの抵抗値の増加によって、
両素子の接続点にガス濃度に応じた大きさの分圧電圧が
検知ガス濃度信号として出力されるようになっている。

【０００５】ところで、上述したガスセンサはガス漏れ
などのガスを検知しガス濃度が危険レベル以上となった
ときに警報を発生したり、あるいは、ガス供給を遮断し
たりするための信号を発するガス漏れ検出装置などに適
用され、ガス安全機器として重要なものであるので、ガ
スセンサを構成している基準素子や検知素子の不具合に
よってガス漏れなどを正常に検出できなくなることがあ
ってはならない。

【０００６】そこで、従来、ガスセンサには、これを構
成する基準素子や検知素子の断線や短絡の不具合の発生
を検出してその旨を警報するなどして、不具合な状態に
放置されることがないようにする断線・短絡検出回路が
組み込まれている。

【０００７】図３は図２について上述した定電圧回路か
らの定電圧によって動作するようにしたガスセンサに適
用された従来の断線・短絡検出回路の一例を示す。同図
において、定電圧回路２は電源ラインＬから供給される
直流電源を安定して第１及び第２の出力に一定の電圧Ｖ
₁ 及びＶ₂ を出力する。定電圧回路２の第１の出力とア
ース間に直列に接続された基準素子１ａと検知素子１ｂ
との接続点には、第１の出力の電圧Ｖ₁ を基準素子１ａ
及び１ｂの抵抗値によって分圧した検知電圧Ｖ _S が発生
される。この接続点に発生される検知電圧Ｖ_S は、上限
比較を行うコンパレータを構成するオペアンプ３ａの反
転入力に印加されると共に、下限比較を行うコンパレー
タを構成するオペアンプ３ｂの非反転入力に印加され、
オペアンプ３ａの非反転入力及びオペアンプ３ｂの反転
入力に印加されている基準電圧Ｖ _REF1及びＶ_REF2とそれ
ぞれ比較される。この基準電圧Ｖ_REF1及びＶ_REF2は、定
電圧回路２の第２の出力とアース間に直列に接続された
抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって形成された分圧回路によって、
抵抗Ｒ１及びＲ２と抵抗Ｒ２及びＲ３の相互接続点に発
生されている。

【０００８】なお、定電圧回路２の第２の出力は、抵抗
Ｒ４を介して基準素子１ａと検知素子１ｂとの相互接続
点にも接続されている。また、オペアンプ３ａ及び３ｂ
の出力は抵抗Ｒ５を介して電源ラインＬに接続されると
共に、抵抗Ｒ６を介してＮＰＮトランジスタＴｒのベー
スに接続されている。トランジスタＴｒのベースは抵抗
Ｒ７を介して、エミッタは直接アースにそれぞれ接続さ
れると共に、コレクタは抵抗Ｒ８及びＲ９を介して出力
端子ＯＵＴに接続されている。抵抗Ｒ８及びＲ９の相互
接続点はコンデンサＣを介してアースに接続されてい
る。

【０００９】以上説明した断線・短絡検出回路におい
て、基準素子１ａ及び検知素子１ｂが正常に機能してい
るときには、両者の相互接続点に発生される検知電圧Ｖ
_S は基準電圧Ｖ_REF1及びＶ_REF2に対してＶ_REF2＜Ｖ_S ＜
Ｖ_REF1なる関係にあり、よってオペアンプ３ａ及び３ｂ
の出力は共にＨレベルとなっている。オペアンプ３ａ及
び３ｂの出力がＨレベルになっているときには、出力回
路を構成するトランジスタＴｒはオンして出力端子ＯＵ
ＴはＬレベルとなっている。しかし、基準素子１ａの断
線、基準素子１ａの短絡、検知素子１ｂの短絡、検知素
子１ｂの断線、基準素子１ａ及び検知素子１ｂの断線、
或いは、基準素子１ａ及び検知素子１ｂの短絡が生じる
と、オペアンプ３ａ又は３ｂの出力がＬレベルとなって
トランジスタＴｒがオフとなるので、出力端子ＯＵＴは
Ｈレベルとなり、この出力端子ＯＵＴがＬからＨレベル
に立ち上がることによって基準素子１ａ又は検知素子１
ｂに断線又は短絡が生じたことを検出することができ
る。

【００１０】上述した定電圧方式の接触燃焼式ガスセン
サの場合、基準素子１ａと検知素子１ｂによる分圧電圧
を信号出力としているため、ガス濃度の変化に応じて変
化する出力信号の変化が小さく、十分な感度が得られな
いという難点がある。

【００１１】そこで、図４に示すような構成の定電流方
式の接触燃焼式ガスセンサを使用することが考えられて
いる。同図において、基準素子１ａと検知素子１ｂとは
定電流回路１１とアース間に直列に接続されている。両
素子は図２について上述したものと同一のものでよい。
両素子は周囲温度の変化に応じて各々が有する互いに同
一の固定抵抗値に周囲温度に応じた温度変化分の抵抗値
の加わった抵抗を呈し、しかも検知素子１ｂについては
周囲の燃焼ガスを吸着して燃焼したことによって生じる
温度上昇分の抵抗値をも加算した抵抗値を呈する。この
ことにより、基準素子１ａの両端には、固定抵抗値によ
る電圧降下Ｖ_K と周囲温度に応じた抵抗値による電圧降
下Ｖ_T とを加算した電圧が生じるのに対し、検知素子１
ｂの両端には、固定抵抗値による電圧降下Ｖ_K と周囲温
度に応じた抵抗値による電圧降下Ｖ_T とガス濃度に応じ
たガス燃焼で生じる抵抗値増加による電圧降下Ｖα と
を加算した電圧が生じる。

【００１２】よって、基準素子１ａの上端電圧２（Ｖ_K
＋Ｖ_T ）＋Ｖα を差動増幅回路を構成するオペアンプ
１２の非反転入力に印加し、かつ基準素子１ａ及び検知
素子１ｂの相互接続点の電圧Ｖ_K ＋Ｖ_T ＋Ｖα をオペ
アンプ１２の反転入力に印加することによって、オペア
ンプ１２の出力にＶ_K ＋Ｖ_T なる電圧を得、これを差動
増幅回路を構成するオペアンプ１３の反転入力に印加
し、かつ基準素子１ａ及び検知素子１ｂの相互接続点の
電圧Ｖ_K ＋Ｖ_T ＋Ｖα をオペアンプ１３の非反転入力
に印加することによって、オペアンプ１３の出力に電圧
Ｖα を得る。すなわち、オペアンプ１３の出力には、
ガス濃度に応じた電圧Ｖα のみが得られる。この電圧
Ｖα をコンパレータを構成するオペアンプ１４ａ及び
１４ｂの非反転入力に印加し、オペアンプ１４ａ及び１
４ｂの反転入力に印加した警報すべき第１及び第２のガ
ス濃度レベルに応じた電圧Ｖ_U1及びＶ_U2と比較する。

【００１３】検知したガス濃度に応じてのみ変化する電
圧Ｖα が警報すべき第１のガス濃度レベルに応じた電
圧Ｖ_U1より大きいときにはオペアンプ１４ａの出力が、
第２のガス濃度レベルに応じた電圧Ｖ_U2より大きいとき
にはオペアンプ１４ａ及び１４ｂの両出力がそれぞれＬ
からＨレベルとなる。よって、オペアンプ１４ａ及び１
４ｂの出力によって検知したガス濃度が警報レベルを越
えているかどうかを、高い感度で知ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した定電
流方式の接触燃焼式ガスセンサにおいて、例えば、基準
素子１ａの正常動作時の両端電圧は常温２５℃、定電流
値１７０ｍＡで0.6Ｖ±0.06Ｖであり、電圧係数は定電
流値１７０ｍＡで0.8ｍＶ±10％／℃=0.8ｍＶ±0.08ｍ
Ｖ／℃であって、２５０℃での最大変化幅は＋（250−2
5）℃×0.88ｍＶ／℃=＋１９８ｍＶ、−４０℃では−
（250−（−40））×0.88Ｖ／℃=−57.2ｍＶである。よ
って、基準素子１ａの両端電圧の最大値は0.66Ｖ＋0.19
8Ｖ=0.858Ｖ、最小値は0.54Ｖ−0.0572Ｖ=0.4828Ｖであ
る。

【００１５】また、検知素子１ｂの正常動作時の両端電
圧は常温２５℃、定電流値１７０ｍＡで0.6Ｖ±0.06Ｖ
であり、電圧係数は定電流値１８０ｍＡで0.8ｍＡ±10
％／℃=0.8ｍＡ±0.08ｍＡ／℃であって、２５０℃では
＋（250−25）℃×0.88ｍＶ／℃=＋１９８ｍＶ、−４０
℃では−（250−（−40））×0.88Ｖ／℃=−57.2ｍＶで
ある。これらは、ガス吸着単体を有する以外素子構成が
同じであるので、基準素子１ａと全く同じである。検知
素子１ｂのガス感度係数は、11.5ｍＶ±25％／1000ppm
であり、最大値は14.375ｍＶ／1000ppmとなる。最大検
知ガス濃度を6400ppmとしたとき、ガスによる検知素子
１ｂの両端電圧の上昇分は6400ppm×14.375ｍＶ／1000p
pm=92ｍＶとなる。検知素子１ｂの経年変化幅を±3000p
pmとすると、＋3000ppmでは＋14.375ｍＶ×3=＋43.125
ｍＶ、−3000ppmでは−14.375ｍＶ×3=−43.125ｍＶと
なる。上述した全てを包含したときの検知素子１ｂの両
端電圧の上限値は0.66Ｖ＋0.198Ｖ＋0.092Ｖ＋0.043125
Ｖ=0.993125Ｖとなり、下限値は0.54−0.057−0.043125
=0.439675Ｖとなる。

【００１６】よって基準素子１ａの上方端子の電圧、す
なわち、定電流回路１１と接続された端子の電圧（以下
上端電圧という）は、その上限値が0.858Ｖ＋0.993125
Ｖ=1.851125Ｖとなり、下限値が0.4828Ｖ＋0.439675Ｖ=
0.922475Ｖとなる。

【００１７】上述したように、基準素子１ａ及び検知素
子１ｂが正常時の基準素子１ａ上端電圧が0.922475Ｖ〜
1.851125Ｖの範囲にあり、検知素子１ｂの両端電圧が0.
439675Ｖ〜0.993125Ｖの範囲にあるので、基準素子１ａ
が短絡したときには基準素子１ａの上方端子に検知素子
１ｂの両端電圧0.439675Ｖ〜0.993125Ｖが出現し、検知
素子１ｂが短絡したときには基準素子１ａの上方端子に
基準素子１ａの両端電圧0.4828Ｖ〜0.858Ｖが出現する
ようになる。

【００１８】このため、定電流方式の接触燃焼式ガスセ
ンサでは、基準素子１ａが短絡したときには、基準素子
１ａの上方端子に出現する電圧の上限値0.993125Ｖが、
基準素子１ａ及び検知素子１ｂが正常時の基準素子１ａ
上端電圧の下限値0.922475Ｖよりも大きくなって、正常
時の電圧と異常時の電圧とが重なるようになるため、定
電圧方式の接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回路
において採用したように、素子の端子電圧を２つの基準
電圧と比較して断線や短絡を判断することができない。

【００１９】よって本発明は、定電流方式の接触燃焼式
ガスセンサに適用することのできる断線・短絡検出回路
を提供することを課題としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
なされた請求項１記載の本発明は、一定電流を供給する
定電流源と、周囲温度に応じて抵抗値が変化する基準素
子と、周囲温度と検知ガス濃度に応じて抵抗値が変化す
る検知素子とを有し、前記定電流源と前記基準素子と前
記検知素子とを電源の電源電圧ラインとアースとの間に
直列に接続し、前記電源からの電圧に基づいて前記定電
流源が供給する一定電流を前記基準素子及び前記検知素
子を通じて流すことにより発生する前記基準素子の両端
電圧を利用し、前記検知素子の両端電圧の周囲温度によ
る電圧分を打ち消した検知ガス濃度に応じた電圧を得る
ようにした接触燃焼式ガスセンサにおいて前記基準素子
及び前記検知素子の断線及び短絡を検出する断線・短絡
検出回路であって、前記定電流源と前記基準素子との相
互接続点と前記アースとの間に、前記基準素子と前記検
知素子の直列回路と並列に接続された高抵抗回路と、前
記定電流源及び前記基準素子の相互接続点の電圧と前記
基準素子及び前記検知素子の相互接続点の電圧との差を
検出して出力する第１の電圧検出手段と、前記基準素子
及び検知素子の相互接続点の電圧を検出して出力する第
２の電圧検出手段と、前記第１の電圧検出回路の出力す
る電圧と前記第２の電圧検出回路の出力する電圧の大き
い方の電圧を出力する第１のオア回路と、前記第１の電
圧検出回路の出力する電圧と前記第２の電圧検出回路の
出力する電圧の小さい方の電圧を出力する第２のオア回
路と、正常動作時に前記基準素子の両端間に発生する電
圧と前記検知素子の両端間に発生する電圧の最大の電圧
値よりも大きい電圧を上限基準電圧、正常動作時に前記
基準素子の両端間に発生する電圧と前記検知素子の両端
間に発生する電圧の最小の電圧値よりも小さい電圧を下
限基準電圧としてそれぞれ定め、前記上限基準電圧と前
記第１のオア回路の出力する電圧、前記下限基準電圧と
前記第２のオア回路の出力する電圧をそれぞれ比較する
比較手段とを備え、前記高抵抗回路は、該高抵抗回路に
のみ前記定電流源からの定電流が流れたとき前記定電流
源及び前記基準素子の相互接続点に前記上限基準電圧よ
り大きな電圧を発生し、前記比較手段は、前記第１のオ
ア回路の出力する電圧が前記上限基準電圧以上となった
とき、又は、前記第２のオア回路の出力する電圧が前記
下限基準電圧以下となったときに、前記基準素子及び前
記検知素子の断線、短絡を検出したことを示す信号を出
力することを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線・
短絡検出回路に存する。

【００２１】請求項１記載の発明によれば、定電流源と
アース間に基準素子と検知素子の直列回路と並列に高抵
抗回路が接続されているので、基準素子又は検知素子の
断線によって直列回路に定電流回路からの定電流が流れ
なくなると、定電流は高抵抗回路にのみ流れ、定電流源
と基準素子との接続点に上限基準電圧より大きな電圧が
発生するようになる。

【００２２】定電流源及び基準素子の相互接続点の電圧
と基準素子及び検知素子の相互接続点の電圧との差を検
出して出力する第１の電圧検出手段は基準素子の両端電
圧を検出して出力し、基準素子及び検知素子の両方が正
常であるとき両素子の両端電圧の差に相当する電圧を出
力し、基準素子が断線したとき定電流源と基準素子との
接続点の大きな電圧を出力し、基準素子が短絡したとき
０Ｖの電圧を出力するようになる。

【００２３】一方、基準素子及び検知素子の相互接続点
の電圧を検出して出力する第２の電圧検出手段は検知素
子の両端電圧を出力し、基準素子及び検知素子の両方が
正常であるとき又は基準素子が短絡したとき検知素子の
両端電圧に相当する電圧を出力し、基準素子又は検知素
子が断線したとき０Ｖの電圧を出力し、検知素子が短絡
したとき０Ｖの電圧を出力するようになる。

【００２４】第１の電圧検出回路の出力する電圧と第２
の電圧検出回路の出力する電圧の大きい方の電圧を出力
する第１のオア回路と、第１の電圧検出回路の出力する
電圧と第２の電圧検出回路の出力する電圧の小さい方の
電圧を出力する第２のオア回路とは、基準素子及び検知
素子の両方が正常であるとき基準素子又は検知素子の両
端電圧の大きい方の電圧と小さい方の電圧をそれぞれ出
力する。

【００２５】第１のオア回路及び第２のオア回路の出力
する電圧と比較する比較手段は、正常動作時に基準素子
及び検知素子の両端間に発生する最大電圧値よりも大き
い電圧を上限基準電圧、正常動作時に前記基準素子及び
検知素子の両端間に発生する最小電圧値よりも小さい電
圧を下限基準電圧としているので、基準素子及び検知素
子の両方が正常であるとき、第１のオア回路の出力する
電圧は上限基準電圧より大きくなることがなく、また第
２のオア回路の出力する電圧は下限基準電圧より小さく
なることがなく、その出力には基準素子及び検知素子の
断線、短絡を検出したことを示す信号が出力されること
がない。

【００２６】しかし、基準素子又は検知素子が断線した
とき第１の電圧検出手段は定電流源と基準素子との接続
点の大きな電圧を出力し、第２の電圧検出手段は０Ｖの
電圧を出力するようになり、第１のオア回路の出力には
上限基準電圧より大きな電圧が出力されるようになると
ともに、第２のオア回路の出力には下限基準電圧より小
さい０Ｖの電圧がそれぞれ出力されるようになる。

【００２７】また、基準素子が短絡したとき第１の電圧
検出回路は０Ｖの電圧を出力し、第２の電圧検出回路が
検知素子の両端電圧を出力するようになり、第１のオア
回路の出力には上限基準電圧以下の電圧が出力されるよ
うになるが、第２のオア回路の出力には下限基準電圧よ
り小さい０Ｖの電圧がそれぞれ出力されるようになる。

【００２８】更に、検知素子が短絡したとき第１の電圧
検出手段は基準素子の両端電圧に相当する電圧を出力
し、第２の電圧検出手段は０Ｖの電圧を出力するように
なり、第１のオア回路の出力には上限基準電圧以下の電
圧が出力されるようになるが、第２のオア回路の出力に
は下限基準電圧より小さい０Ｖの電圧がそれぞれ出力さ
れるようになる。

【００２９】よって、基準素子又は検知素子が断線した
とき、基準素子が短絡したとき、検知素子が短絡したと
きには、比較手段の出力には基準素子及び検知素子の断
線、短絡を検出したことを示す信号が出力される。

【００３０】 上記課題を解決するためなされた請求項
２記載の本発明は、請求項１記載の接触燃焼式ガスセン
サの断線・短絡検出回路において、前記第１のオア回路
は、アノードが前記第１の電圧検出手段及び前記第２の
電圧検出手段の出力にそれぞれ接続され、カソードが相
互接続された第１及び第２のダイオードと、カソードが
前記第１及び第２のダイオードの相互接続されたカソー
ドに接続されると共に第１の抵抗を介して前記アースに
接続され、アノードが第２の抵抗を介して前記電源電圧
ラインに接続された第５のダイオードとを有し、前記第
５のダイオードのアノードと前記第２の抵抗との接続点
を出力とし、前記第２のオア回路は、カソードが前記第
１の電圧検出手段及び前記第２の電圧検出手段の出力に
それぞれ接続され、アノードが相互接続された第３及び
第４のダイオードと、アノードが前記第３及び第４のダ
イオードの相互接続されたアノードに接続されると共に
第３の抵抗を介して前記電源電圧ラインに接続され、カ
ソードが第４の抵抗を介して前記アースに接続された第
６のダイオードとを有し、前記第６のダイオードのカソ
ードと前記第４の抵抗との接続点を出力とすることを特
徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回路に
存する。

【００３１】 請求項２記載の発明によれば、請求項１
記載の発明の作用に加えて、第１のオア回路は、アノー
ドが第１の電圧検出手段及び第２の電圧検出手段の出力
にそれぞれ接続され、カソードが相互接続された第１及
び第２のダイオードと、カソードが第１及び第２のダイ
オードの相互接続されたカソードに接続されると共に第
１の抵抗を介してアースに接続され、アノードが第２の
抵抗を介して電源電圧ラインに接続された第５のダイオ
ードとを有し、第５のダイオードのアノードと第２の抵
抗との接続点を出力としているので、第１の電圧検出回
路の出力する電圧と第２の電圧検出回路の出力する電圧
の大きい方の電圧を出力する。

【００３２】 第２のオア回路は、カソードが第１の電
圧検出手段及び第２の電圧検出手段の出力にそれぞれ接
続され、アノードが相互接続された第３及び第４のダイ
オードと、アノードが第３及び第４のダイオードの相互
接続されたアノードに接続されると共に第３の抵抗を介
して電源電圧ラインに接続され、カソードが第４の抵抗
を介してアースに接続された第６のダイオードとを有
し、第６のダイオードのカソードと第４の抵抗との接続
点を出力としているので、第１の電圧検出回路の出力す
る電圧と第２の電圧検出回路の出力する電圧の小さい方
の電圧を出力することができる。

【００３３】上記課題を解決するためなされた請求項３
記載の本発明は、請求項１又は２記載の接触燃焼式ガス
センサの断線・短絡検出回路において、前記比較手段
は、反転入力に前記第１のオア回路の出力が、非反転入
力に前記上限基準電圧がそれぞれ印加される演算増幅器
からなる上限比較手段と、非反転入力に前記第２のオア
回路の出力が、反転入力に前記下限基準電圧がそれぞれ
印加される演算増幅器からなる下限比較手段とを有する
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検
出回路に存する。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の発明の作用に加えて、上限比較手段を構成す
る演算増幅器は、反転入力に第１のオア回路の出力が、
非反転入力に上限基準電圧がそれぞれ印加され、下限比
較手段を構成する演算増幅器は、非反転入力に第２のオ
ア回路の出力が、反転入力に下限基準電圧がそれぞれ印
加されるので、基準素子及び検知素子が共に正常である
とき、これらの出力はＨレベルに保持されているが、基
準素子又は検知素子が断線したとき第１のオア回路の出
力には上限基準電圧より大きな電圧が出力されるように
なるとともに、第２のオア回路の出力には下限基準電圧
より小さい０Ｖの電圧がそれぞれ出力されるようになっ
て、これらの出力は共にＬレベルになり、基準素子が短
絡したとき第２のオア回路の出力には下限基準電圧より
小さい０Ｖの電圧が出力されるようになって、下限比較
手段の出力はＬレベルとなり、検知素子が短絡したとき
第２のオア回路の出力には下限基準電圧より小さい０Ｖ
の電圧が出力されるようになって、下限比較手段の出力
はＬレベルとなる。

【００３５】よって、上限比較手段又は下限比較手段の
出力がＨからＬレベルに変化することによって、基準素
子又は検知素子の断線、基準素子の短絡、或いは検知素
子の短絡を検出したことが信号出力される。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明による接触燃焼式ガ
スセンサの断線・短絡検出回路の一実施の形態を示す回
路図であり、同図において、電源の電源電圧ラインＬと
アースとの間に、定電流回路１１と基準素子１ａと検知
素子１ｂとが直列に接続されており、基準素子１ａの上
方端子が抵抗Ｒ１１を介して差動増幅器を構成するオペ
アンプ（演算増幅器）２１の非反転入力に接続され、検
知素子１ｂと相互接続される下方端子が抵抗Ｒ１２を介
してオペアンプ２１の反転入力に接続されている。オペ
アンプ２１によって構成された差動増幅器は、その両入
力に印加される電圧の差、すなわち、基準素子１ａの両
端電圧に応じた大きさの電圧を出力する。また、基準素
子１ａと相互接続されている検知素子１ｂの上方端子が
抵抗Ｒ１３を介して反転増幅器を構成するオペアンプ２
２の反転入力に接続されており、反転増幅器を構成する
オペアンプ２２は検知素子上端電圧と演算基準電圧との
差分を、演算基準電圧を中心に極性反転させて出力す
る。なお、オペアンプ２２の非反転入力は演算基準電圧
（約0.6 Ｖ）に接続されている。

【００３７】 差動増幅器を構成しているオペアンプ２
１の非反転入力は抵抗Ｒ１４を介して電源のアースに接
続されているが、この抵抗Ｒ１４の抵抗値は基準素子１
ａ及び検知素子１ｂの合計抵抗値よりも十分に大きな抵
抗値を有するように設定さている。よって、両素子が正
常であるときには、もっぱら両素子に定電流回路１１か
らの定電流が流れ、基準素子１ａの上方端子の電圧は両
素子の両端に発生した電圧を加算した電圧となっている
が、何れかの素子が断線して素子に定電流が流れなくな
ったときには、抵抗Ｒ１４に定電流が流れることによっ
てその両端に大きな電圧が生じるようになる。この抵抗
Ｒ１４は上記抵抗Ｒ１１と共に、定電流回路１１と電源
のアース間に基準素子１ａと検知素子１ｂの直列回路と
並列に接続された高抵抗回路を構成している。また、オ
ペアンプ２１は、定電流回路１１及び基準素子１ａの相
互接続点の電圧と基準素子１ａ及び検知素子１ｂの相互
接続点の電圧との差を検出して出力する第１の電圧検出
手段を構成している。

【００３８】 オペアンプ２１の出力は一方向のみの導
通を可能にする一方向性素子である第１のダイオードと
してのダイオードＤ１及び第３のダイオードとしてのダ
イオードＤ３のアノード及びカソードにそれぞれ接続さ
れ、オペアンプ２２の出力は同じく一方向性素子である
第２のダイオードとしてのダイオードＤ２及び第４のダ
イオードとしてのダイオードＤ４のアノード及びカソー
ドにそれぞれ接続されている。ダイオードＤ１及びＤ２
のカソードは相互接続された上で一方向性素子である第
５のダイオードとしてのダイオードＤ５のカソードに接
続されると共に第１の抵抗としての抵抗Ｒ１５を介して
電源のアースに接続されている。ダイオードＤ３及びＤ
４のアノードは相互接続された上で一方向性素子である
第６のダイオードとしてのダイオードＤ６のアノードに
接続されると共に第３の抵抗としての抵抗Ｒ１６を介し
て電源電圧ライン（直流電源）Ｌに接続されている。

【００３９】上述したようにカソードを相互接続したダ
イオードＤ１及びＤ２は相互接続点にオペアンプ２１及
び２２の出力電圧の大きい方の電圧よりダイオードの順
方向電圧だけ低い電圧を出力する第１のオア回路を構成
している。この第１のオア回路の出力にアノードの接続
されているダイオードＤ５のアノードには、第１のオア
回路の出力する電圧にダイオードＤ５の順方向電圧を加
算した電圧、すなわち、オペアンプ２１及び２２の出力
電圧の大きい方の電圧に相当する電圧が現れ、これが上
限コンパレータ（上限比較手段）を構成するオペアンプ
２３の反転入力に印加され上限基準電圧と比較される。

【００４０】また、上述したようにアノードを相互接続
したダイオードＤ３及びＤ４は相互接続点にオペアンプ
２１及び２２の出力電圧の小さい方の電圧よりダイオー
ドの順方向電圧だけ高い電圧を出力する第２のオア回路
を構成している。この第２のオア回路の出力にアノード
の接続されているダイオードＤ６のカソードには、第２
のオア回路の出力する電圧からダイオードＤ６の順方向
電圧を差し引いた電圧、すなわち、オペアンプ２１及び
２２の出力電圧の小さい方の電圧に相当する電圧が現
れ、これが下限コンパレータ（下限比較手段）を構成す
るオペアンプ２４の非反転入力に印加されて下限基準電
圧と比較される。

【００４１】上述した上限コンパレータ及び下限コンパ
レータは、正常動作時に基準素子及び検知素子の両端間
に発生する最大電圧値よりも大きい電圧を上限基準電
圧、正常動作時に基準素子及び検知素子の両端間に発生
する最小電圧値よりも小さい電圧を下限基準電圧として
第１のオア回路及び第２のオア回路の出力する電圧と比
較する比較手段を構成している。

【００４２】 一方向性素子であるダイオードＤ５のア
ノードは第２の抵抗としての抵抗Ｒ１７を介して電源電
圧ラインＬに接続されると共に上限コンパレータを構成
するオペアンプ２３の反転入力に直接接続されている。
オペアンプ２３の非反転入力には抵抗Ｒ１８を介して上
限基準電圧源２３ａが接続されており、上限基準電圧源
２３ａから非反転入力に印加される上限基準電圧は反転
入力に通常印加されている電圧よりも大きくなっている
ように設定されいる。よって、ダイオードＤ７のカソー
ドに接続されているオペアンプ２３の出力は、常時は、
Ｈレベルとなっている。

【００４３】 一方、ダイオードＤ６のカソードは第４
の抵抗としての抵抗Ｒ１９を介して電源のアースに接続
されると共に下限コンパレータを構成するオペアンプ２
４の非反転入力に抵抗Ｒ２０を介して接続されている。
オペアンプ２４の反転入力には下限基準電圧源２４ａが
接続されており、下限基準電圧源２４ａから反転入力に
印加される下限基準電圧は非反転入力に通常印加されて
いる電圧よりも小さくなっているように設定される。よ
って、ダイオードＤ８のカソードに接続されているオペ
アンプ２４の出力は、常時は、Ｈレベルとなっている。

【００４４】 ダイオードＤ７及びＤ８のアノードは相
互接続された上で電源電圧ラインＬに抵抗Ｒ２１を介し
て接続されると共に抵抗Ｒ２２を介してダイオードＤ９
のアノードに接続されている。ダイオードＤ９のカソー
ドは、図３について上述した出力回路と同様に、抵抗Ｒ
７を介して電源のアースに接続されたトランジスタＴｒ
のベースに接続されている。上述したようにアノードが
相互接続されたダイオードＤ７及びＤ８は相互接続点に
オペアンプ２３及び２４の出力の小さい方、すなわち、
Ｌレベルの方よりもダイオードの順方向電圧だけ高い電
圧を出力する第３のオア回路を構成している。

【００４５】上述した構成の断線・短絡回路において、
検知すべきガスの存在しない常温時に、基準素子１ａ及
び検知素子１ｂの各々の両端には等しい典型的な電圧、
例えば0.6Ｖが発生する。よって、基準素子１ａの上方
端子の電圧と基準素子１ａ及び検知素子１ｂの接続点の
電圧との差をとる差動増幅器を構成するオペアンプ２１
の出力電圧は0.6Ｖとなり、検知素子１ｂの上端電圧を
反転増幅する反転増幅器を構成するオペアンプ２２の出
力電圧も0.6Ｖとなる。このような状況では、上限コン
パレータ２３の反転入力と下限コンパレータ２４の非反
転入力には0.6Ｖの電圧が印加されて上限基準電圧及び
下限基準電圧と比較される。

【００４６】 上記上限基準電圧は正常動作時に上限コ
ンパレータを構成するオペアンプ２３の反転入力に印加
される電圧よりも必ず大きくなるように、下限基準電圧
は正常動作時に下限コンパレータを構成するオペアンプ
２４の非反転入力に印加される電圧よりも必ず小さくな
るようにそれぞれ設定されている。従って、通常動作時
には両オペアンプ２３及び２４の出力はＨレベルとなっ
ており、電源電圧ラインＬから抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、ダ
イオードＤ９及び抵抗Ｒ７を通じて電源のアースに電流
が流れ、トランジスタＴｒがオンするので出力ＯＵＴは
Ｌレベルとなっている。

【００４７】因みに、基準素子１ａと検知素子１ｂとは
共に周囲温度と素子バラツキの範囲で両端電圧が変化
し、また検知素子１ｂについては更に検知ガスの濃度に
応じても両端電圧が変化する。よって、図３について上
述したように、両素子が正常に動作する場合であって
も、基準素子１ａの両端電圧は0.4828Ｖ〜0.858Ｖの範
囲で変化し、検知素子１ｂの両端電圧は0.439675Ｖ〜0.
993125Ｖの範囲で変化する。したがって、正常動作時に
上限コンパレータのオペアンプ２３の非反転入力に印加
される最大電圧は0.993125Ｖであり、下限コンパレータ
のオペアンプ２４の反転入力に印加される最小電圧は0.
439675Ｖであるので、上限基準電圧として1.2Ｖ、下限
基準電圧として0.4Ｖがそれぞれ設定される。

【００４８】これに対し、基準素子１ａが断線した場合
には、差動増幅器を構成するオペアンプ２１の反転入力
はアース電位に低下し、非反転入力は正常動作時の検知
素子１ａの上方端子の電圧より大きな電圧が印加される
ようになる。このようになると、オペアンプ２１の出力
にはこの電圧差に相当する電圧が出力される。基準素子
１ａの断線によって検知素子１ｂに電流が流れなくな
り、反転増幅器を構成するオペアンプ２２の反転入力は
アース電位に低下し、オペアンプ２２の出力にはほぼ電
源電圧が出力される。よって、第１のオア回路の出力に
はオペアンプ２１の出力の電圧が、第２のオア回路の出
力にはオペアンプ２２の出力の電圧がそれぞれ出力され
るようになる。オペアンプ２１から出力された1.2Ｖを
越える大きな電圧は、上限コンパレータを構成するオペ
アンプ２３の反転入力に印加されるようになるため、オ
ペアンプ２３の出力はＬレベルとなる。このようにオペ
アンプ２３の出力がＨからＬレベルになることによっ
て、それまでオンしていたトランジスタＴｒがオフされ
るので、出力ＯＵＴはそれまでのＬからＨレベルに立ち
上がるようになる。

【００４９】次に、基準素子１ａが短絡した場合には、
差動増幅器を構成するオペアンプ２１の反転入力及び非
反転入力には共に検知素子１ｂの端子電圧が印加されて
互いに等しくなるので、オペアンプ２１の出力電圧はほ
ぼ０Ｖになるのに対し、検知素子１ｂには電流が流れ続
け、反転増幅器を構成するオペアンプ２２の非反転入力
はそれ以前と変わらない電圧が印加され続けるので、オ
ペアンプ２２の出力にはそれ以前と変わらない電圧が出
力される。よって、第１のオア回路の出力にはオペアン
プ２２の出力の電圧、第２のオア回路の出力にはオペア
ンプ２１の出力の電圧がそれぞれ出力されるようにな
る。オペアンプ２２から出力された1.2Ｖを越えない電
圧は、上限コンパレータを構成するオペアンプ２３の反
転入力に印加されるようになるため、オペアンプ２３の
出力はＨレベルのままである。また、オペアンプ２１か
ら出力された0Ｖに近い電圧は、下限コンパレータを構
成するオペアンプ２４の非反転入力に印加されるように
なるため、オペアンプ２４の出力はＨからＬレベルに立
ち下がる。このようにオペアンプ２４の出力がＨからＬ
レベルになることによって、それまでオンしていたトラ
ンジスタＴｒがオフされるので、出力ＯＵＴはそれまで
のＬからＨレベルに立ち上がるようになる。

【００５０】更に、検知素子１ｂが断線した場合には、
両素子を通じて電流が流れなくなり、電流はもっぱら抵
抗Ｒ１１及びＲ１４を通じて流れるようになるので、オ
ペアンプ２１の出力には大きな電圧が出力され、オペア
ンプ２２の出力には電源電圧に近い電圧が出力されるよ
うになる。よって、第１のオア回路の出力にはオペアン
プ２１、２２の出力の電圧が出力されるようになる。オ
ペアンプ２１から出力された1.2Ｖを越える大きな電圧
は、上限コンパレータを構成するオペアンプ２３の反転
入力に印加されるようになるため、オペアンプ２３の出
力はＬレベルとなる。このようにオペアンプ２３の出力
がＨからＬレベルになることによって、それまでオンし
ていたトランジスタＴｒがオフされるので、出力ＯＵＴ
はそれまでのＬからＨレベルに立ち上がるようになる。

【００５１】更にまた、検知素子１ｂが短絡した場合に
は、基準素子１ａにのみ両端電圧が発生するので、オペ
アンプ２１の出力にはその両端電圧に相当する電圧が出
力され、オペアンプ２２の出力には電源電圧に近い電圧
が出力されるようになる。よって、第１のオア回路の出
力にはオペアンプ２２の出力の電圧が出力されるように
なる。オペアンプ２１から出力される1.2Ｖを越える電
圧は、上限コンパレータを構成するオペアンプ２３の反
転入力に印加されるようになるため、オペアンプ２３の
出力はＬレベルとなる。このようにオペアンプ２３の出
力がＨからＬレベルになることによって、それまでオン
していたトランジスタＴｒがオフされるので、出力ＯＵ
ＴはそれまでのＬからＨレベルに立ち上がるようにな
る。

【００５２】また、基準素子１ａ及び検知素子１ｂが断
線した場合には、両素子を通じて電流が流れなくなり、
電流はもっぱら抵抗Ｒ１１及びＲ１４を通じて流れるよ
うになるので、オペアンプ２１の出力には大きな電圧が
出力され、オペアンプ２２の出力には0Ｖに近い電圧が
出力されるようになる。よって、第１のオア回路の出力
にはオペアンプ２１の出力の電圧が出力されるようにな
る。オペアンプ２１から出力された1.2Ｖを越える大き
な電圧は、上限コンパレータを構成するオペアンプ２３
の反転入力に印加されるようになるため、オペアンプ２
３の出力はＬレベルとなる。このようにオペアンプ２３
の出力がＨからＬレベルになることによって、それまで
オンしていたトランジスタＴｒがオフされるので、出力
ＯＵＴはそれまでのＬからＨレベルに立ち上がるように
なる。

【００５３】最後に、基準素子１ａ及び検知素子１ｂが
短絡した場合には、オペアンプ２１の出力には0Ｖに近
い電圧が、オペアンプ２２の出力には電源電圧に近い電
圧がそれぞれ出力されるようになる。よって、第１のオ
ア回路の出力にはオペアンプ２２の出力の電圧が、第２
のオア回路の出力にはオペアンプ２１の出力の電圧がそ
れぞれ出力されるようになる。オペアンプ２２から出力
された1.2Ｖを越える大きな電圧は上限コンパレータを
構成するオペアンプ２３の反転入力に印加されるように
なるため、オペアンプ２３の出力はＬレベルとなる。オ
ペアンプ２１から出力されたアース電位に近い0.4Ｖよ
り小さな電圧は、下限コンパレータを構成するオペアン
プ２４の非反転入力に印加されるようになるため、オペ
アンプ２４の出力がＬレベルになる。このようにオペア
ンプ２４の出力がＨからＬレベルになることによって、
それまでオンしていたトランジスタＴｒがオフされるの
で、出力ＯＵＴはそれまでのＬからＨレベルに立ち上が
るようになる。

【００５４】上述したように、接触燃焼式ガスセンサの
基準素子１ａと検知素子１ｂが正常に動作しているとき
には、断線・短絡検出回路の出力ＯＵＴはＬレベルの状
態になっているが、基準素子１ａ、検知素子１ｂの一方
又は両方に断線、短絡などの不具合が生じたときには、
出力ＯＵＴがＬからＨレベルに立ち上がるようになるの
で、この出力ＯＵＴのレベルを監視することによって、
定電流方式の接触燃焼式ガスセンサにおける素子の断
線、短絡を検出することができる。

【００５５】なお、上述した実施の形態においては、基
準素子及び検知素子の断線、短絡を区別することなく検
出しているが、上限比較手段と下限比較手段を別個独立
に構成しているので、必要に応じて、この２つの比較手
段の出力の組合せによって、基準素子又は検知素子の断
線時を、他と区別して検出することも可能になってい
る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、検知したガス濃度が警報レベルを越えている
かどうかを、高い感度で知ることができる定電流方式の
接触燃焼式ガスセンサにおいて、基準素子又は検知素子
が断線したとき基準素子と定電流源との接続点に予め定
めた上限電圧を発生するようにすると共に、基準素子と
検知素子の両端電圧をそれぞれ独立に検出するように
し、この検出した電圧の大きい方と小さい方をそれぞれ
出力して、予め定めた上限基準電圧及び下限基準電圧と
それぞれ比較し、検出した電圧が上限基準電圧より大き
いとき又は下限基準電圧より小さいとき、基準素子又は
検知素子の断線、基準素子の短絡、検知素子の短絡を検
出したことを示す信号を出力するようになっているの
で、定電流方式の接触燃焼式ガスセンサに適用すること
のできる断線・短絡検出回路が得られる。

【００５７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、検出した電圧を予め定めた上
限基準電圧及び下限基準電圧とそれぞれ比較するため、
その大きい方と小さい方をそれぞれ出力するのに、ダイ
オードによってオア回路を構成しているので、簡単な回
路構成によって、それぞれ独立に検出した基準素子と検
知素子の両端電圧から上限基準電圧及び下限基準電圧と
それぞれ比較するための電圧を取り出すことができる。

【００５８】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の発明の作用に加えて、それぞれ独立に検出し
た基準素子と検知素子の両端電圧の大きい方と小さい方
とを上限基準電圧と下限基準電圧と比較するために、２
つの比較手段を使用しているので、２つの比較結果を利
用して検出内容の判断できる可能性も得られるようにな
っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による接触燃焼式ガスセンサの断線・短
絡検出回路の構成図である。

【図２】定電圧方式の接触燃焼式ガスセンサの構成図で
ある。

【図３】従来の定電圧方式の接触燃焼式ガスセンサの断
線・短絡検出回路の構成図である。

【図４】定電流方式の接触燃焼式ガスセンサの構成図で
ある。

【符号の説明】

１ａ 基準素子 １ｂ 検知素子 １１ 定電流回路（定電流源） ２１ オペアンプ（演算増幅器、第１の電
圧検出手段） ２２ オペアンプ（演算増幅器、第２の電
圧検出手段） Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５ ダイオード（第１のオア回路） Ｄ３，Ｄ４，Ｄ６ ダイオード（第２のオア回路） ２３ オペアンプ（上限比較手段、比較手
段） ２４ オペアンプ（下限比較手段、比較手
段） Ｒ１１，Ｒ１４ 抵抗（高抵抗回路） Ｒ１５ 抵抗（第１の抵抗） Ｒ１６ 抵抗（第３の抵抗） Ｒ１７ 抵抗（第２の抵抗） Ｒ１９ 抵抗（第４の抵抗）Ｌ 電源の電源電圧ライン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定電流を供給する定電流源と、周囲温
   度に応じて抵抗値が変化する基準素子と、周囲温度と検
   知ガス濃度に応じて抵抗値が変化する検知素子とを有
   し、前記定電流源と前記基準素子と前記検知素子とを電
   源の電源電圧ラインとアースとの間に直列に接続し、前
   記電源からの電圧に基づいて前記定電流源が供給する一
   定電流を前記基準素子及び前記検知素子を通じて流すこ
   とにより発生する前記基準素子の両端電圧を利用し、前
   記検知素子の両端電圧の周囲温度による電圧分を打ち消
   した検知ガス濃度に応じた電圧を得るようにした接触燃
   焼式ガスセンサにおいて前記基準素子及び前記検知素子
   の断線及び短絡を検出する断線・短絡検出回路であっ
   て、 前記定電流源と前記基準素子との相互接続点と前記アー
   スとの間に、前記基準素子と前記検知素子の直列回路と
   並列に接続された高抵抗回路と、 前記定電流源及び前記基準素子の相互接続点の電圧と前
   記基準素子及び前記検知素子の相互接続点の電圧との差
   を検出して出力する第１の電圧検出手段と、 前記基準素子及び検知素子の相互接続点の電圧を検出し
   て出力する第２の電圧検出手段と、 前記第１の電圧検出回路の出力する電圧と前記第２の電
   圧検出回路の出力する電圧の大きい方の電圧を出力する
   第１のオア回路と、 前記第１の電圧検出回路の出力する電圧と前記第２の電
   圧検出回路の出力する電圧の小さい方の電圧を出力する
   第２のオア回路と、 正常動作時に前記基準素子の両端間に発生する電圧と前
   記検知素子の両端間に発生する電圧の最大の電圧値より
   も大きい電圧を上限基準電圧、正常動作時に前記基準素
   子の両端間に発生する電圧と前記検知素子の両端間に発
   生する電圧の最小の電圧値よりも小さい電圧を下限基準
   電圧としてそれぞれ定め、前記上限基準電圧と前記第１
   のオア回路の出力する電圧、前記下限基準電圧と前記第
   ２のオア回路の出力する電圧をそれぞれ比較する比較手
   段とを備え、 前記高抵抗回路は、該高抵抗回路にのみ前記定電流源か
   らの定電流が流れたとき前記定電流源及び前記基準素子
   の相互接続点に前記上限基準電圧より大きな電圧を発生
   し、 前記比較手段は、前記第１のオア回路の出力する電圧が
   前記上限基準電圧以上となったとき、又は、前記第２の
   オア回路の出力する電圧が前記下限基準電圧以下となっ
   たときに、前記基準素子及び前記検知素子の断線、短絡
   を検出したことを示す信号を出力することを特徴とする
   接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回路。
2. 【請求項２】 前記第１のオア回路は、アノードが前記
   第１の電圧検出手段及び前記第２の電圧検出手段の出力
   にそれぞれ接続され、カソードが相互接続された第１及
   び第２のダイオードと、カソードが前記第１及び第２の
   ダイオードの相互接続されたカソードに接続されると共
   に第１の抵抗を介して前記アースに接続され、アノード
   が第２の抵抗を介して前記電源電圧ラインに接続された
   第５のダイオードとを有し、前記第５のダイオードのア
   ノードと前記第２の抵抗との接続点を出力とし、 前記第２のオア回路は、カソードが前記第１の電圧検出
   手段及び前記第２の電圧検出手段の出力にそれぞれ接続
   され、アノードが相互接続された第３及び第４のダイオ
   ードと、アノードが前記第３及び第４のダイオードの相
   互接続されたアノードに接続されると共に第３の抵抗を
   介して前記電源電圧ラインに接続され、カソードが第４
   の抵抗を介して前記アースに接続された第６のダイオー
   ドとを有し、前記第６のダイオードのカソードと前記第
   ４の抵抗との接続点を出力とすることを特徴とする請求
   項１記載の接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回
   路。
3. 【請求項３】 前記比較手段は、反転入力に前記第１の
   オア回路の出力が、非反転入力に前記上限基準電圧がそ
   れぞれ印加される演算増幅器からなる上限比較手段と、
   非反転入力に前記第２のオア回路の出力が、反転入力に
   前記下限基準電圧がそれぞれ印加される演算増幅器から
   なる下限比較手段とを有することを特徴とする請求項１
   又は２記載の接触燃焼式ガスセンサの断線・短絡検出回
   路。