JP3742587B2 - ガス検出方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工業分野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガス検出方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスのガス漏れを検知するガス検出装置として、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とする感ガス体を用い、感ガス体の表面に可燃性ガスのような還元性のガスが接触すると酸化還元作用によってその抵抗値が減少するという性質を利用して可燃性ガスを検出するものがあった。また、感ガス体の温度や材料を適切に組み合わせることによって、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスと可燃性ガスの両方を検出するものも提供されている。
【０００３】
このようなガス検出装置は、感ガス体を加熱するためのヒータを有しており、ヒータへの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、感ガス体の温度を低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体の低温期間において一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するとともに、感ガス体の高温期間において感ガス体の表面に付着した不完全燃焼ガスを燃焼させ、その表面の汚れを除去した後、メタン（ＣＨ4）などの可燃性ガスを検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したガス検出装置では、低温期間或いは高温期間の終了時に感ガス体の抵抗値と所定の警報レベルとの高低を比較することによって、検知対象ガスの有無を判別しているのであるが、感ガス体の抵抗値は周囲温度によって大きく変動し、特に低温期間においては周囲温度の影響が顕著になるため、周囲温度の変化によって検知対象ガスを誤検出する虞があった。
【０００５】
そこで、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサを設け、温度センサの検出温度に応じて感ガス体の抵抗値に補正係数をかけることによって、周囲温度による抵抗値変化を補償するものが提案されている。
【０００６】
図１４はこのような温度補償方法のフロー図であり、先ず、ヒータ電圧ＶＨを高温時の設定電圧に切り替えて５秒間保持し（Ｓ１１）、高温期間の５秒目に感ガス体の抵抗値を検出して、可燃性ガスの警報レベルと抵抗値との高低を比較し、可燃性ガスの有無を判別する（Ｓ１２）。次に、ヒータ電圧を低温時の設定電圧に切り替えて１５秒間保持し（Ｓ１３）、低温期間の１５秒目に感ガス体の抵抗値Ｒｓを検出した後（Ｓ１４）、周囲温度を検出し（Ｓ１５）、周囲温度に応じた補正係数ｈを抵抗値Ｒｓにかけて、補正値Ｒｓ’を得る（Ｓ１６）。そして、一酸化炭素の警報レベルと補正値Ｒｓ’との高低を比較することにより、一酸化炭素の有無を判別する。
【０００７】
ところで、図１５は低温期間の２０秒目における感ガス体の抵抗値の温度変化を示しており、図１５中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素（Ｃ０）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素（Ｈ2）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタン（ＣＨ4）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓである。
【０００８】
また、図１６は低温期間の２０秒目における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓに補正係数をかけて求めた補正値Ｒｓ’を示し、図１６中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素（Ｃ０）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素（Ｈ2）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタン（ＣＨ4）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’である。
【０００９】
図１５から分かるように検出対象のガスの種類によって温度変化に対する抵抗値変化の割合が異なるため、図１６に示すように、１００ｐｐｍの一酸化炭素を含む雰囲気中の抵抗値が略一定となるように感ガス体の抵抗値に温度係数（補正係数）をかけて温度補償しても、それ以外のガス中の抵抗値は周囲温度変化に応じて変動するから、検出対象のガス毎に補正係数をかえて温度補償する必要があり、温度補償の手間がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、周囲温度が変動した場合でも複数のガスの有無を確実に検出できるガス検出方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体の抵抗値から検出対象ガスを検出するガス検出方法であって、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱した状態で、感ガス体の抵抗値から第１の検出対象ガスを検出した後、感ガス体の温度を第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の周囲温度を検出し、周囲温度の検出結果に基づいて、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるように感ガス体の抵抗値を取り込むタイミングを変化させ、変化させたタイミングで感ガス体の抵抗値を取り込み、第２の検出対象ガスを検出することを特徴とし、感ガス体の温度を第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させることによって、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出することができ、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償できるから、周囲温度変化による誤検出を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、低温期間の終了する直前に感ガス体の抵抗値を検出しており、周囲温度の検出結果に基づいて上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１４】
請求項４の発明では、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱する加熱部と、加熱部の加熱状態を制御することによって感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に設ける加熱制御部と、高温期間および低温期間における感ガス体の抵抗値からそれぞれ検出対象ガスを検出するガス検出部と、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサ部と、低温期間においてガス検出部が感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が略同じ比率になるようなタイミングに変化させる検出タイミング可変部とを備えて成ることを特徴とし、検出タイミング可変部は、低温期間において感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部の検出した周囲温度に応じて変化させており、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出しているので、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償することができ、周囲温度変化による誤検出を防止できる。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、上記ガス検出部は低温期間の終了する時点で上記感ガス体の抵抗値を検出し、上記検出タイミング可変部は上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
請求項６の発明では、請求項４の発明において、上記検出タイミング可変部は、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の作用を奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１乃至図１３を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置に用いるガス検出素子は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、略円板状の樹脂製のベース１１と、ベース１１を貫通してベース１１の表面側および裏面側に突出する３本の端子１２ａ〜１２ｃと、端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれリード線１３ａ〜１３ｃを介して取り付けられたセンシング素子Ａと、天井面１４ａを有する略円筒状に形成されセンシング素子Ａを覆うようにしてベース１１に冠着されるカバー１４と、カバー１４の天井面１４ａに形成された丸孔１４ｂに取り付けられたガス導入用のステンレス製の金網１５とを備えている。
【００１８】
センシング素子Ａは、図１３に示すように酸化錫（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有しており、この感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設するとともに、ヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成される。ここに、感ガス体２０から突出するヒータ兼用電極２１の両端部から上述したリード線１３ａ，１３ｃが構成され、感ガス体２０から突出する抵抗検出用電極２２の一端部からリード線１３ｂが構成される。
【００１９】
このセンシング素子Ａのヒータ兼用電極２１の加熱を制御するとともに、感ガス体２０の抵抗値変化から検出対象のガスを検出する制御部２の回路構成を図１に示す。
【００２０】
この回路では、交流商用電源ＡＣの交流電圧を降圧トランスＴｒで降圧し、降圧した電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流する。一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧は平滑コンデンサＣ１で平滑された後、三端子レギュレータＩＣ１で略一定の電圧に安定化されて、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）３に供給される。
【００２１】
センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１および抵抗Ｒ１０の並列回路を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間に接続され、トランジスタＱ１のオン／オフに応じてヒータ兼用電極２１への印加電圧が高低２段階に切り換わるようになっている。また、センシング素子Ａの抵抗検出用電極２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１との直列回路およびＰＮＰ型のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１とを介して、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されるとともに、マイコン３の入力ポートＩ１に接続されている。
【００２２】
マイコン３の出力ポートＯ１にはトランジスタＱ１のベースが接続され、出力ポートＯ２１，Ｏ２２にはそれぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、このプルアップ用抵抗Ｒ２の両端間にＰＮＰ型のトランジスタＱ４のエミッタ・コレクタ間を接続してある。このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ１などとともにヒータ兼用電極２１の保護回路５を構成する。
【００２３】
保護回路５では、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子にダイオードＤ１を介して抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路を接続しており、三端子レギュレータＩＣ１の出力電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧するとともに、抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点をコンパレータＣＰ１の反転入力端子に接続している。またマイコン３の出力ポートＯ１と回路のグランドとの間に抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の直列回路を接続し、抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の接続点をコンパレータＣＰ１の非反転入力端子に接続し、コンパレータＣＰ１の出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続している。
【００２４】
ここで、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がローからハイに反転すると、トランジスタＱ１はオフ状態となり、抵抗Ｒ１０を介してヒータ兼用電極２１に電圧が印加されるので、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が低下する。また、マイコン３の出力ポートＯ１がハイになると、抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ０が充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を上回ると、コンパレータＣＰ１の出力がハイになり、トランジスタＱ４はオフする。
【００２５】
次にマイコン３の出力ポートＯ１がハイからローに反転すると、トランジスタＱ１がオンになり、トランジスタＱ１を介してヒータ兼用電極２１に電圧が印加されるので、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が増加する。また、マイコン３の出力ポートＯ１がハイからローに反転すると、コンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が徐々に低下する。そして、コンデンサＣ０と抵抗Ｒ８との時定数で決まる所定時間が経過すると、コンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回り、コンパレータＣＰ１の出力がローになって、トランジスタＱ４がオンになる。この時、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間が短絡されるので、トランジスタＱ１はオフ状態となり、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が低下する。
【００２６】
このように加熱制御部としてのマイコン３が、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１への印加電圧を高電圧に切り替えるようなデューティ制御を行うことによって、ヒータ兼用電極２１に印加するヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設けることができる（図１１参照）。
【００２７】
ここで、マイコン３が外部ノイズなどにより暴走して、マイコン３の出力ポートＯ１がローレベルに固定されると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、やがてコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回るので、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルからローレベルに反転してトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１のベース電位を電源電圧まで吊り上げ、トランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。したがって、マイコン３が暴走してトランジスタＱ１がオンになったとしても、保護回路５がトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とし、ヒータ兼用電極２１への通電を強制的に停止させているので、ヒータ兼用電極２１が必要以上に通電されることはなく、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数を適切に設定することによって、マイコン３の暴走によるヒータ兼用電極２１の断線を防止できる。
【００２８】
ところで、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、温度センサ部たる温湿度補償用のサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の直列回路が接続されており、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の接続点の電位がマイコン３の入力ポートＩ２に入力されている。マイコン３は、入力ポートＩ２からサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を取り込み、この電圧値に応じて感ガス体２０の抵抗値の温度補償を行う。尚、温度補償の方法については後述する。
【００２９】
ここで、図２〜図４は、それぞれ、感ガス体２０を高温状態で５秒間加熱した後、低温状態で所定時間加熱した場合の各種ガスに対する応答特性を示しており、図２は周囲温度が２０℃の場合の応答特性を、図３は周囲温度が−１０℃の場合の応答特性を、図４は周囲温度が５０℃の場合の応答特性をそれぞれ示している。また、各図中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタンを含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓをそれぞれ示している。
【００３０】
これらの測定結果から低温期間において各種ガスに対する抵抗値Ｒｓの応答特性が周囲温度に応じて異なることが判明した。すなわち、周囲温度が常温（２０℃）よりも低い場合は抵抗値Ｒｓの応答速度が緩やかになり、周囲温度が常温（２０℃）よりも高い場合は抵抗値ＲＳの応答速度が早くなっている。而して、検出タイミング可変部としてのマイコン３は、低温期間中に抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを、検知対象ガス（１００ｐｐｍの一酸化炭素）を含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓと、それ以外のガス（例えば１０００ｐｐｍの水素又は１０００ｐｐｍのメタン）を含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとの比率が周囲温度と関係なく略同じ値となるように、周囲温度に応じて変化させており、低温期間において感ガス体２０の抵抗値の検出結果を略同じ値とすることができるから、複数種類のガスについて一度に温度補償を行うことができる。ここで、低温期間の終了直前に感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出するものとすると、感ガス体２０の周囲温度ｔと低温期間の時間幅ＴＬとの関係は次式で表される。
【００３１】
ＴＬ＝０．００３９×ｔ2−０．５０５６×ｔ＋２３．５５６…(１)
式(１)より周囲温度が２０℃の場合は低温期間の時間幅ＴＬ≒１５（秒）、−１０℃の場合は時間幅ＴＬ≒２９（秒）、５０℃の場合は時間幅ＴＬ≒８（秒）となる。尚、図８に周囲温度ｔと低温時間の時間幅ＴＬとの関係を示す。また、図５〜図７に周囲温度が２０℃、−１０℃、５０℃の時のヒータ電圧と抵抗値Ｒｓの検出点ｔａ，ｔｂ，ｔｃとの関係をそれぞれ示す。
【００３２】
また、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、抵抗Ｒ２３および可変抵抗器ＶＲ１の直列回路と、抵抗Ｒ２４および可変抵抗器ＶＲ２の直列回路とが接続されており、マイコン３の入力ポートＩ３，Ｉ４には、それぞれ、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２により設定された設定電圧が入力される。なお、入力ポートＩ３，Ｉ４に入力される電圧は、それぞれ、検出対象ガスであるメタン或いは一酸化炭素のガス濃度が警告レベルに達したときの感ガス体２０の抵抗値に対応した電圧に設定されている。
【００３３】
また、マイコン３の出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードが接続され、出力ポートＯ６，Ｏ７にはそれぞれフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードが接続されている。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードはそれぞれ限流抵抗を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されている。
【００３４】
フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は検出ガスの濃度などに応じたガス検出信号を電圧信号として出力するためのスイッチ素子として用いられる。この電圧信号を出すための直列制御型安定化回路４は、ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端間に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに印加される基準電圧を、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００３５】
この基準電圧は、平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続されたツェナダイオードＺＤの両端電圧を、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することによって得られ、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、すなわちツェナダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路と抵抗Ｒ１３とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。而して、フォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフに応じて、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検出信号として外部に出力される。
【００３６】
また、マイコン３の出力ポートＯ８はコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に接続され、出力ポートＯ９はコンパレータＣＰ３の反転入力端子に接続されている。出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号によって、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力の信号レベルは交互にローレベル／ハイレベルに反転し、圧電ブザーからなるブザー６に印加される電圧の極性が交互に反転し、警報音を発振出力するようになっている。なお、図１中の７はマイコン３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路であり、ＩＣ２は電源投入時にマイコン３をリセットするためのリセット用ＩＣである。
【００３７】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図１０のフローチャートを参照して説明する。先ず、マイコン３は出力ポートＯ１の出力をハイ／ローに切り替えて、トランジスタＱ１のオン／オフを制御することによって、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃の高温状態で加熱する（Ｓ１）。この時、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイにして、トランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。
【００３８】
ガス検出部としてのマイコン３は、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時より約５秒後）に入力ポートＩ１から感ガス体２０の両端電圧を取り込んで、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値を検出し、この抵抗値からメタンの濃度を検出する（Ｓ２）。そして、マイコン３では、感ガス体２０の抵抗値から求めたメタンの濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することによって、メタンに対する警報判定を行う（Ｓ３）。
【００３９】
ここで、検出したメタンの濃度が警報レベルを越えると、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとして、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００４０】
次に、マイコン３はサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を入力ポートＩ２から取り込み、サーミスタＴＨ１の抵抗値から周囲温度ｔを検出し（Ｓ４）、上述した式(１)を用いて周囲温度ｔから低温期間の時間幅（低温時間）ＴＬを求める（Ｓ５）。
【００４１】
マイコン３は、周囲温度の検出値から低温期間の時間幅ＴＬを求めると、出力ポートＯ１の出力をハイ／ローに切り替えて、トランジスタＱ１のオン／オフを制御することによって、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃の低温状態で時間幅ＴＬの間加熱する（Ｓ６）。また、高温期間から低温期間に切り替わると、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をロー、出力ポートＯ２２の出力をハイとして、トランジスタＱ２１をオフ、トランジスタＱ２２をオンさせることにより、負荷抵抗Ｒ２２を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。
【００４２】
その後、マイコン３は、低温期間から高温期間に切り替わる直前（周囲温度が２０℃の場合は低温期間開始時から約１５秒後）に入力ポートＩ１から感ガス体２０の両端電圧を取り込んで、低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出し、この抵抗値Ｒｓから一酸化炭素の濃度を検出する（Ｓ７）。そして、マイコン３では、感ガス体２０の抵抗値から求めた一酸化炭素の濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することによって、一酸化炭素に対する警報判定を行う（Ｓ８）。
【００４３】
ここで、検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えると不完全燃焼警報を発報する。この時、マイコン３は所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１３で検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する。
【００４４】
以上説明したＳ１〜Ｓ８の動作をマイコン３が繰り返し実行することによって、メタンおよび一酸化炭素の警報判定を繰り返し行う。
【００４５】
このように本実施形態のガス検出方法では、低温期間の終了する直前に一酸化炭素の検出を行っており、感ガス体２０の周囲温度に応じて低温期間の時間幅ＴＬを変化させることによって、検出対象ガスを含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとそれ以外のガスを含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとの比率を周囲温度に関係なく略一定とすることができ、複数の検出対象ガスについて一度に温度補償を行うことができる。尚、本実施形態では低温期間の終了する直前に一酸化炭素の検出を行っており、周囲温度に応じて低温期間の時間幅を変化させることによって、抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを変化させているが、低温期間の時間幅は十分長い一定値とし、抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させるようにしても良い。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体の抵抗値から検出対象ガスを検出するガス検出方法であって、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱した状態で、感ガス体の抵抗値から第１の検出対象ガスを検出した後、感ガス体の温度を第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の周囲温度を検出し、周囲温度の検出結果に基づいて、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるように感ガス体の抵抗値を取り込むタイミングを変化させ、変化させたタイミングで感ガス体の抵抗値を取り込み、第２の検出対象ガスを検出することを特徴とし、感ガス体の温度を第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させることによって、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出することができ、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償できるから、周囲温度変化による誤検出を防止できるという効果がある。
【００４７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、低温期間の終了する直前に感ガス体の抵抗値を検出しており、周囲温度の検出結果に基づいて上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００４８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００４９】
請求項４の発明は、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱する加熱部と、加熱部の加熱状態を制御することによって感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に設ける加熱制御部と、高温期間および低温期間における感ガス体の抵抗値からそれぞれ検出対象ガスを検出するガス検出部と、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサ部と、低温期間においてガス検出部が感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が略同じ比率になるようなタイミングに変化させる検出タイミング可変部とを備えて成ることを特徴とし、検出タイミング可変部は、低温期間において感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部の検出した周囲温度に応じて変化させており、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出しているので、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償することができ、周囲温度変化による誤検出を防止できるという効果がある。
【００５０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、上記ガス検出部は低温期間の終了する時点で上記感ガス体の抵抗値を検出し、上記検出タイミング可変部は上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の効果を奏する。
【００５１】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、上記検出タイミング可変部は、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のガス検出装置の回路図である。
【図２】同上の周囲温度が２０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図３】同上の周囲温度が−１０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図４】同上の周囲温度が５０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図５】同上の周囲温度が２０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図６】同上の周囲温度が−１０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図７】同上の周囲温度が５０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図８】同上の周囲温度と低温期間の時間幅との関係を示す図である。
【図９】同上の感ガス体の抵抗値の温度特性を示す図である。
【図１０】同上のガス検出方法を説明するフロー図である。
【図１１】同上のヒータ電圧のタイムチャートである。
【図１２】同上のガス検出素子を示し、（ａ）は一部破断せる正面図、（ｂ）は一部破断せる上面図である。
【図１３】同上のガス検出素子のカバーを外した状態を示す正面図である。
【図１４】従来のガス検出方法を説明するフロー図である。
【図１５】従来のガス検出装置に用いる感ガス体の抵抗値の温度特性を示す図である。
【図１６】同上の温度補償後の抵抗値の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
３ マイコン
２１ ヒータ兼用電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工業分野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガス検出方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスのガス漏れを検知するガス検出装置として、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とする感ガス体を用い、感ガス体の表面に可燃性ガスのような還元性のガスが接触すると酸化還元作用によってその抵抗値が減少するという性質を利用して可燃性ガスを検出するものがあった。また、感ガス体の温度や材料を適切に組み合わせることによって、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスと可燃性ガスの両方を検出するものも提供されている。
【０００３】
このようなガス検出装置は、感ガス体を加熱するためのヒータを有しており、ヒータへの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、感ガス体の温度を低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体の低温期間において一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するとともに、感ガス体の高温期間において感ガス体の表面に付着した不完全燃焼ガスを燃焼させ、その表面の汚れを除去した後、メタン（ＣＨ4）などの可燃性ガスを検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したガス検出装置では、低温期間或いは高温期間の終了時に感ガス体の抵抗値と所定の警報レベルとの高低を比較することによって、検知対象ガスの有無を判別しているのであるが、感ガス体の抵抗値は周囲温度によって大きく変動し、特に低温期間においては周囲温度の影響が顕著になるため、周囲温度の変化によって検知対象ガスを誤検出する虞があった。
【０００５】
そこで、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサを設け、温度センサの検出温度に応じて感ガス体の抵抗値に補正係数をかけることによって、周囲温度による抵抗値変化を補償するものが提案されている。
【０００６】
図１４はこのような温度補償方法のフロー図であり、先ず、ヒータ電圧ＶＨを高温時の設定電圧に切り替えて５秒間保持し（Ｓ１１）、高温期間の５秒目に感ガス体の抵抗値を検出して、可燃性ガスの警報レベルと抵抗値との高低を比較し、可燃性ガスの有無を判別する（Ｓ１２）。次に、ヒータ電圧を低温時の設定電圧に切り替えて１５秒間保持し（Ｓ１３）、低温期間の１５秒目に感ガス体の抵抗値Ｒｓを検出した後（Ｓ１４）、周囲温度を検出し（Ｓ１５）、周囲温度に応じた補正係数ｈを抵抗値Ｒｓにかけて、補正値Ｒｓ’を得る（Ｓ１６）。そして、一酸化炭素の警報レベルと補正値Ｒｓ’との高低を比較することにより、一酸化炭素の有無を判別する。
【０００７】
ところで、図１５は低温期間の２０秒目における感ガス体の抵抗値の温度変化を示しており、図１５中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素（Ｃ０）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素（Ｈ2）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタン（ＣＨ4）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓである。
【０００８】
また、図１６は低温期間の２０秒目における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓに補正係数をかけて求めた補正値Ｒｓ’を示し、図１６中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素（Ｃ０）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素（Ｈ2）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタン（ＣＨ4）を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓから求めた補正値Ｒｓ’である。
【０００９】
図１５から分かるように検出対象のガスの種類によって温度変化に対する抵抗値変化の割合が異なるため、図１６に示すように、１００ｐｐｍの一酸化炭素を含む雰囲気中の抵抗値が略一定となるように感ガス体の抵抗値に温度係数（補正係数）をかけて温度補償しても、それ以外のガス中の抵抗値は周囲温度変化に応じて変動するから、検出対象のガス毎に補正係数をかえて温度補償する必要があり、温度補償の手間がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、周囲温度が変動した場合でも複数のガスの有無を確実に検出できるガス検出方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体の抵抗値から検出対象ガスを検出するガス検出方法であって、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱した状態で、感ガス体の抵抗値から第１の検出対象ガスを検出した後、感ガス体の温度を第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の周囲温度を検出し、周囲温度の検出結果に基づいて、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるように感ガス体の抵抗値を取り込むタイミングを変化させ、変化させたタイミングで感ガス体の抵抗値を取り込み、第２の検出対象ガスを検出することを特徴とし、感ガス体の温度を第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させることによって、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出することができ、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償できるから、周囲温度変化による誤検出を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、低温期間の終了する直前に感ガス体の抵抗値を検出しており、周囲温度の検出結果に基づいて上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１４】
請求項４の発明では、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱する加熱部と、加熱部の加熱状態を制御することによって感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に設ける加熱制御部と、高温期間および低温期間における感ガス体の抵抗値からそれぞれ検出対象ガスを検出するガス検出部と、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサ部と、低温期間においてガス検出部が感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が略同じ比率になるようなタイミングに変化させる検出タイミング可変部とを備えて成ることを特徴とし、検出タイミング可変部は、低温期間において感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部の検出した周囲温度に応じて変化させており、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出しているので、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償することができ、周囲温度変化による誤検出を防止できる。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、上記ガス検出部は低温期間の終了する時点で上記感ガス体の抵抗値を検出し、上記検出タイミング可変部は上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
請求項６の発明では、請求項４の発明において、上記検出タイミング可変部は、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の作用を奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１乃至図１３を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置に用いるガス検出素子は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、略円板状の樹脂製のベース１１と、ベース１１を貫通してベース１１の表面側および裏面側に突出する３本の端子１２ａ〜１２ｃと、端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれリード線１３ａ〜１３ｃを介して取り付けられたセンシング素子Ａと、天井面１４ａを有する略円筒状に形成されセンシング素子Ａを覆うようにしてベース１１に冠着されるカバー１４と、カバー１４の天井面１４ａに形成された丸孔１４ｂに取り付けられたガス導入用のステンレス製の金網１５とを備えている。
【００１８】
センシング素子Ａは、図１３に示すように酸化錫（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有しており、この感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設するとともに、ヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成される。ここに、感ガス体２０から突出するヒータ兼用電極２１の両端部から上述したリード線１３ａ，１３ｃが構成され、感ガス体２０から突出する抵抗検出用電極２２の一端部からリード線１３ｂが構成される。
【００１９】
このセンシング素子Ａのヒータ兼用電極２１の加熱を制御するとともに、感ガス体２０の抵抗値変化から検出対象のガスを検出する制御部２の回路構成を図１に示す。
【００２０】
この回路では、交流商用電源ＡＣの交流電圧を降圧トランスＴｒで降圧し、降圧した電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流する。一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧は平滑コンデンサＣ１で平滑された後、三端子レギュレータＩＣ１で略一定の電圧に安定化されて、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）３に供給される。
【００２１】
センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１および抵抗Ｒ１０の並列回路を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間に接続され、トランジスタＱ１のオン／オフに応じてヒータ兼用電極２１への印加電圧が高低２段階に切り換わるようになっている。また、センシング素子Ａの抵抗検出用電極２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１との直列回路およびＰＮＰ型のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１とを介して、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されるとともに、マイコン３の入力ポートＩ１に接続されている。
【００２２】
マイコン３の出力ポートＯ１にはトランジスタＱ１のベースが接続され、出力ポートＯ２１，Ｏ２２にはそれぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースが接続されている。トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、このプルアップ用抵抗Ｒ２の両端間にＰＮＰ型のトランジスタＱ４のエミッタ・コレクタ間を接続してある。このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ１などとともにヒータ兼用電極２１の保護回路５を構成する。
【００２３】
保護回路５では、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子にダイオードＤ１を介して抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路を接続しており、三端子レギュレータＩＣ１の出力電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧するとともに、抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点をコンパレータＣＰ１の反転入力端子に接続している。またマイコン３の出力ポートＯ１と回路のグランドとの間に抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の直列回路を接続し、抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の接続点をコンパレータＣＰ１の非反転入力端子に接続し、コンパレータＣＰ１の出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続している。
【００２４】
ここで、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がローからハイに反転すると、トランジスタＱ１はオフ状態となり、抵抗Ｒ１０を介してヒータ兼用電極２１に電圧が印加されるので、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が低下する。また、マイコン３の出力ポートＯ１がハイになると、抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ０が充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を上回ると、コンパレータＣＰ１の出力がハイになり、トランジスタＱ４はオフする。
【００２５】
次にマイコン３の出力ポートＯ１がハイからローに反転すると、トランジスタＱ１がオンになり、トランジスタＱ１を介してヒータ兼用電極２１に電圧が印加されるので、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が増加する。また、マイコン３の出力ポートＯ１がハイからローに反転すると、コンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が徐々に低下する。そして、コンデンサＣ０と抵抗Ｒ８との時定数で決まる所定時間が経過すると、コンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回り、コンパレータＣＰ１の出力がローになって、トランジスタＱ４がオンになる。この時、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間が短絡されるので、トランジスタＱ１はオフ状態となり、ヒータ兼用電極２１への印加電圧が低下する。
【００２６】
このように加熱制御部としてのマイコン３が、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１への印加電圧を高電圧に切り替えるようなデューティ制御を行うことによって、ヒータ兼用電極２１に印加するヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設けることができる（図１１参照）。
【００２７】
ここで、マイコン３が外部ノイズなどにより暴走して、マイコン３の出力ポートＯ１がローレベルに固定されると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、やがてコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回るので、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルからローレベルに反転してトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１のベース電位を電源電圧まで吊り上げ、トランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。したがって、マイコン３が暴走してトランジスタＱ１がオンになったとしても、保護回路５がトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とし、ヒータ兼用電極２１への通電を強制的に停止させているので、ヒータ兼用電極２１が必要以上に通電されることはなく、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数を適切に設定することによって、マイコン３の暴走によるヒータ兼用電極２１の断線を防止できる。
【００２８】
ところで、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、温度センサ部たる温湿度補償用のサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の直列回路が接続されており、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の接続点の電位がマイコン３の入力ポートＩ２に入力されている。マイコン３は、入力ポートＩ２からサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を取り込み、この電圧値に応じて感ガス体２０の抵抗値の温度補償を行う。尚、温度補償の方法については後述する。
【００２９】
ここで、図２〜図４は、それぞれ、感ガス体２０を高温状態で５秒間加熱した後、低温状態で所定時間加熱した場合の各種ガスに対する応答特性を示しており、図２は周囲温度が２０℃の場合の応答特性を、図３は周囲温度が−１０℃の場合の応答特性を、図４は周囲温度が５０℃の場合の応答特性をそれぞれ示している。また、各図中の▲１▼（○）は大気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲２▼（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲３▼（△）は１０００ｐｐｍの水素を含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを、▲４▼（●）は１０００ｐｐｍのメタンを含む雰囲気中の感ガス体２０の抵抗値Ｒｓをそれぞれ示している。
【００３０】
これらの測定結果から低温期間において各種ガスに対する抵抗値Ｒｓの応答特性が周囲温度に応じて異なることが判明した。すなわち、周囲温度が常温（２０℃）よりも低い場合は抵抗値Ｒｓの応答速度が緩やかになり、周囲温度が常温（２０℃）よりも高い場合は抵抗値ＲＳの応答速度が早くなっている。而して、検出タイミング可変部としてのマイコン３は、低温期間中に抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを、検知対象ガス（１００ｐｐｍの一酸化炭素）を含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓと、それ以外のガス（例えば１０００ｐｐｍの水素又は１０００ｐｐｍのメタン）を含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとの比率が周囲温度と関係なく略同じ値となるように、周囲温度に応じて変化させており、低温期間において感ガス体２０の抵抗値の検出結果を略同じ値とすることができるから、複数種類のガスについて一度に温度補償を行うことができる。ここで、低温期間の終了直前に感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出するものとすると、感ガス体２０の周囲温度ｔと低温期間の時間幅ＴＬとの関係は次式で表される。
【００３１】
ＴＬ＝０．００３９×ｔ2−０．５０５６×ｔ＋２３．５５６…(１)
式(１)より周囲温度が２０℃の場合は低温期間の時間幅ＴＬ≒１５（秒）、−１０℃の場合は時間幅ＴＬ≒２９（秒）、５０℃の場合は時間幅ＴＬ≒８（秒）となる。尚、図８に周囲温度ｔと低温時間の時間幅ＴＬとの関係を示す。また、図５〜図７に周囲温度が２０℃、−１０℃、５０℃の時のヒータ電圧と抵抗値Ｒｓの検出点ｔａ，ｔｂ，ｔｃとの関係をそれぞれ示す。
【００３２】
また、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、抵抗Ｒ２３および可変抵抗器ＶＲ１の直列回路と、抵抗Ｒ２４および可変抵抗器ＶＲ２の直列回路とが接続されており、マイコン３の入力ポートＩ３，Ｉ４には、それぞれ、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２により設定された設定電圧が入力される。なお、入力ポートＩ３，Ｉ４に入力される電圧は、それぞれ、検出対象ガスであるメタン或いは一酸化炭素のガス濃度が警告レベルに達したときの感ガス体２０の抵抗値に対応した電圧に設定されている。
【００３３】
また、マイコン３の出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードが接続され、出力ポートＯ６，Ｏ７にはそれぞれフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードが接続されている。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードはそれぞれ限流抵抗を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されている。
【００３４】
フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は検出ガスの濃度などに応じたガス検出信号を電圧信号として出力するためのスイッチ素子として用いられる。この電圧信号を出すための直列制御型安定化回路４は、ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端間に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに印加される基準電圧を、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００３５】
この基準電圧は、平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続されたツェナダイオードＺＤの両端電圧を、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することによって得られ、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、すなわちツェナダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路と抵抗Ｒ１３とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。而して、フォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフに応じて、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検出信号として外部に出力される。
【００３６】
また、マイコン３の出力ポートＯ８はコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に接続され、出力ポートＯ９はコンパレータＣＰ３の反転入力端子に接続されている。出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号によって、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力の信号レベルは交互にローレベル／ハイレベルに反転し、圧電ブザーからなるブザー６に印加される電圧の極性が交互に反転し、警報音を発振出力するようになっている。なお、図１中の７はマイコン３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路であり、ＩＣ２は電源投入時にマイコン３をリセットするためのリセット用ＩＣである。
【００３７】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図１０のフローチャートを参照して説明する。先ず、マイコン３は出力ポートＯ１の出力をハイ／ローに切り替えて、トランジスタＱ１のオン／オフを制御することによって、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃の高温状態で加熱する（Ｓ１）。この時、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイにして、トランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。
【００３８】
ガス検出部としてのマイコン３は、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時より約５秒後）に入力ポートＩ１から感ガス体２０の両端電圧を取り込んで、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値を検出し、この抵抗値からメタンの濃度を検出する（Ｓ２）。そして、マイコン３では、感ガス体２０の抵抗値から求めたメタンの濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することによって、メタンに対する警報判定を行う（Ｓ３）。
【００３９】
ここで、検出したメタンの濃度が警報レベルを越えると、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとして、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００４０】
次に、マイコン３はサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を入力ポートＩ２から取り込み、サーミスタＴＨ１の抵抗値から周囲温度ｔを検出し（Ｓ４）、上述した式(１)を用いて周囲温度ｔから低温期間の時間幅（低温時間）ＴＬを求める（Ｓ５）。
【００４１】
マイコン３は、周囲温度の検出値から低温期間の時間幅ＴＬを求めると、出力ポートＯ１の出力をハイ／ローに切り替えて、トランジスタＱ１のオン／オフを制御することによって、ヒータ電圧ＶＨの平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃の低温状態で時間幅ＴＬの間加熱する（Ｓ６）。また、高温期間から低温期間に切り替わると、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をロー、出力ポートＯ２２の出力をハイとして、トランジスタＱ２１をオフ、トランジスタＱ２２をオンさせることにより、負荷抵抗Ｒ２２を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。
【００４２】
その後、マイコン３は、低温期間から高温期間に切り替わる直前（周囲温度が２０℃の場合は低温期間開始時から約１５秒後）に入力ポートＩ１から感ガス体２０の両端電圧を取り込んで、低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出し、この抵抗値Ｒｓから一酸化炭素の濃度を検出する（Ｓ７）。そして、マイコン３では、感ガス体２０の抵抗値から求めた一酸化炭素の濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することによって、一酸化炭素に対する警報判定を行う（Ｓ８）。
【００４３】
ここで、検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えると不完全燃焼警報を発報する。この時、マイコン３は所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１３で検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する。
【００４４】
以上説明したＳ１〜Ｓ８の動作をマイコン３が繰り返し実行することによって、メタンおよび一酸化炭素の警報判定を繰り返し行う。
【００４５】
このように本実施形態のガス検出方法では、低温期間の終了する直前に一酸化炭素の検出を行っており、感ガス体２０の周囲温度に応じて低温期間の時間幅ＴＬを変化させることによって、検出対象ガスを含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとそれ以外のガスを含む雰囲気中の抵抗値Ｒｓとの比率を周囲温度に関係なく略一定とすることができ、複数の検出対象ガスについて一度に温度補償を行うことができる。尚、本実施形態では低温期間の終了する直前に一酸化炭素の検出を行っており、周囲温度に応じて低温期間の時間幅を変化させることによって、抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを変化させているが、低温期間の時間幅は十分長い一定値とし、抵抗値Ｒｓを検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させるようにしても良い。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体の抵抗値から検出対象ガスを検出するガス検出方法であって、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱した状態で、感ガス体の抵抗値から第１の検出対象ガスを検出した後、感ガス体の温度を第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の周囲温度を検出し、周囲温度の検出結果に基づいて、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるように感ガス体の抵抗値を取り込むタイミングを変化させ、変化させたタイミングで感ガス体の抵抗値を取り込み、第２の検出対象ガスを検出することを特徴とし、感ガス体の温度を第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを周囲温度に応じて変化させることによって、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出することができ、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償できるから、周囲温度変化による誤検出を防止できるという効果がある。
【００４７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、低温期間の終了する直前に感ガス体の抵抗値を検出しており、周囲温度の検出結果に基づいて上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００４８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００４９】
請求項４の発明は、検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱する加熱部と、加熱部の加熱状態を制御することによって感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に設ける加熱制御部と、高温期間および低温期間における感ガス体の抵抗値からそれぞれ検出対象ガスを検出するガス検出部と、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサ部と、低温期間においてガス検出部が感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が略同じ比率になるようなタイミングに変化させる検出タイミング可変部とを備えて成ることを特徴とし、検出タイミング可変部は、低温期間において感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部の検出した周囲温度に応じて変化させており、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるようなタイミングで感ガス体の抵抗値を検出しているので、検出対象ガスを含む複数のガスについて一度に温度補償することができ、周囲温度変化による誤検出を防止できるという効果がある。
【００５０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、上記ガス検出部は低温期間の終了する時点で上記感ガス体の抵抗値を検出し、上記検出タイミング可変部は上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の効果を奏する。
【００５１】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、上記検出タイミング可変部は、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とし、請求項４の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のガス検出装置の回路図である。
【図２】同上の周囲温度が２０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図３】同上の周囲温度が−１０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図４】同上の周囲温度が５０℃の場合の各種ガス中の応答特性を示す図である。
【図５】同上の周囲温度が２０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図６】同上の周囲温度が−１０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図７】同上の周囲温度が５０℃の場合のヒータ電圧と検出タイミングとを示すタイムチャートである。
【図８】同上の周囲温度と低温期間の時間幅との関係を示す図である。
【図９】同上の感ガス体の抵抗値の温度特性を示す図である。
【図１０】同上のガス検出方法を説明するフロー図である。
【図１１】同上のヒータ電圧のタイムチャートである。
【図１２】同上のガス検出素子を示し、（ａ）は一部破断せる正面図、（ｂ）は一部破断せる上面図である。
【図１３】同上のガス検出素子のカバーを外した状態を示す正面図である。
【図１４】従来のガス検出方法を説明するフロー図である。
【図１５】従来のガス検出装置に用いる感ガス体の抵抗値の温度特性を示す図である。
【図１６】同上の温度補償後の抵抗値の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
３ マイコン
２１ ヒータ兼用電極
Claims (6)
- 検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体の抵抗値から検出対象ガスを検出するガス検出方法であって、
感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱した状態で、感ガス体の抵抗値から第１の検出対象ガスを検出した後、感ガス体の温度を第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで低下させた状態で、感ガス体の周囲温度を検出し、周囲温度の検出結果に基づいて、第２の検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と第２の検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が周囲温度に関係なく略同じ比率となるように感ガス体の抵抗値を取り込むタイミングを変化させ、変化させたタイミングで感ガス体の抵抗値を取り込み、第２の検出対象ガスを検出することを特徴とするガス検出方法。 - 感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、低温期間の終了する直前に感ガス体の抵抗値を検出しており、周囲温度の検出結果に基づいて上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とする請求項１記載のガス検出方法。
- 感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と、第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に繰り返し、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とする請求項１記載のガス検出方法。
- 検出対象ガスが表面に接触することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱する加熱部と、加熱部の加熱状態を制御することによって感ガス体の温度を第１の設定温度まで加熱する高温期間と第１の設定温度よりも低い第２の設定温度まで加熱する低温期間とを交互に設ける加熱制御部と、高温期間および低温期間における感ガス体の抵抗値からそれぞれ検出対象ガスを検出するガス検出部と、感ガス体の周囲温度を検出する温度センサ部と、低温期間においてガス検出部が感ガス体の抵抗値を検出するタイミングを、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて、検出対象ガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値と検出対象ガス以外のガスを含む雰囲気中の感ガス体の抵抗値との比率が略同じ比率になるようなタイミングに変化させる検出タイミング可変部とを備えて成ることを特徴とするガス検出装置。
- 上記ガス検出部は低温期間の終了する時点で上記感ガス体の抵抗値を検出し、上記検出タイミング可変部は上記低温期間の時間幅を変化させることによって上記タイミングを変化させることを特徴とする請求項４記載のガス検出装置。
- 上記検出タイミング可変部は、上記低温期間の時間幅を略一定として上記タイミングを変化させることを特徴とする請求項４記載のガス検出装置。
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