JP3809898B2 - Combustible gas detector - Google Patents
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Description
【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を用いたメタン等の可燃性ガスの濃度を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
接触燃焼式ガスセンサは、通電により発熱するヒータコイルを、熱伝導関係を形成するように酸化触媒で包囲して構成されている。のセンサは、被検出燃焼性ガスに接触すると、酸化触媒が発熱し、熱伝導によりヒータコイルの温度が上昇するから、ヒータコイルの電気抵抗を検出することにより可燃性ガスの濃度を測定することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化触媒による燃焼熱を利用する関係上、可燃性ガスの燃焼が不可能な高濃度、つまり酸欠状態の環境では発熱が無く、時によってはゼロガスであると判定を誤る虞がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、濃度指示値が極めて低濃度の場合にも高濃度環境であるか否かを判定することができる可燃性ガス検出装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、通電によりジュール熱により発熱するヒータと、前記ヒータの表面に形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁層の表面に形成された可燃性ガスを酸化反応させて発熱する酸化触媒層とを備え、前記酸化触媒層が前記電気絶縁層により前記ヒータと電気絶縁を維持しつつ熱伝導関係を形成して前記ヒータにより加熱される接触燃焼式ガスセンサを用いて空気よりも熱伝導度が高い可燃性ガスを検出する可燃性ガス検出装置において、前記酸化触媒層が酸化反応を維持することが不可能なほど前記可燃性ガスの濃度が上昇したしたことを、前記可燃性ガスの熱伝導性が空気の熱伝導性よりも高いことに起因して発生する前記ヒータの抵抗値が前記空気に接触している場合よりも低下することにより検出する。
【0005】
【作用】
通常の濃度では接触燃焼での熱による抵抗値の増大として、また高濃度領域ではセンサのジュール熱がガスの濃度に比例して放散され、エアに晒されている場合よりも抵抗値が、短時間に減少して出力が変化することにより検出する。
【0006】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明の可燃性ガス検出装置の一実施例を示すものであって、接触燃焼式ガスセンサ1と、センサ1に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出用抵抗2とを直列接続して電源3に接続され、接触燃焼式ガスセンサ1の両端には定電圧維持回路4が接続されている。
接触燃焼式ガスセンサ1は、図2に示したように通電により発熱するヒータコイル10に、熱伝導関係を形成するように電気絶縁性材料、たとえばアルミナ等の電気絶縁層11を形成し、その外周に可燃性ガスの燃焼を促して発熱する酸化触媒層12を形成して構成されている。
【0007】
測定回路5は、低濃度領域ではセンサ電流検出用抵抗2の電圧とデータ記憶手段6に格納されている検量線データに基づいてガス濃度を算出し、また酸素不足により接触燃焼が生じない程度の高い可燃性ガスが流れ込んだ場合には、センサ電流検出用抵抗2の電圧に基づいて検出された電流変化の形態、つまり電流減少後、時間経過とともに電流が増加する状態に基づいて判定するように構成されている。
【0008】
データ記憶手段6は、大気中の酸素と酸化触媒とにより燃焼可能なガス濃度、例えば0乃至80%について検量線データが格納されている。
【0009】
この実施例において、燃焼可能な程度の濃度のメタンが存在する環境、つまり領域Iの範囲にあっては、酸化触媒層12によりメタンがその濃度に応じた発熱量で発熱するから、ヒータコイル10の温度が上昇し、これにつれて抵抗値がメタンの濃度に対応して上昇する(図3の領域I)。したがって、測定回路5は、データ記憶手段6に格納されている検量線データに基づいてメタンの濃度を出力する。
【0010】
一方、接触燃焼式ガスセンサ1での接触燃焼が不可能となるような高い濃度のメタンガスが流入すると、流入当初は残存する酸素により酸化触媒層12でメタンが燃焼して短時間の間に高い濃度値を出力するが、時間とともに酸素が消失してメタンの接触燃焼が停止し、燃焼による発熱が停止する。そればかりでなく、ヒータコイル10の熱がエアに比較して熱伝導率の高いメタンにより奪われ、純粋なエアが接触している場合よりも抵抗値が低下する(図3の領域II)。
【0011】
これにより測定回路5は、短時間で生じた大きな電流変化に基づいてメタン濃度が燃焼可能濃度以上、この実施例では80%以上に急激に上昇したと判定し、必要に応じて警報信号を出力する。
【0012】
なお、上述の実施例においては、直流電圧により駆動しているが、図4に示したようにパルス電圧を供給するようにしても同様の作用を奏することは明らかで、これによれば接触燃焼式ガスセンサのヒータでの消費電力を節減することができる。
【0013】
また上述の実施例においては、ヒータをコイル状に形成したものに例を採って説明したが、板状のヒータの表面に絶縁層を介して酸化触媒を形成した接触燃焼式ガスセンサを用いても同様の作用を奏することは明らかである。
【0014】
さらに本発明は、空気との熱伝導率が大きく異なるメタンについて説明したが、空気よりも熱伝導率が大きな他の燃焼性ガス、例えば水素(熱伝導率6.28)、エタン(熱伝導率1.26)の検出にも適用することができる。
【0015】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、通常の濃度では接触燃焼での熱による抵抗値の増大として、また高濃度領域ではセンサのジュール熱がガスの濃度に比例して放散され、エアに晒されている場合よりも抵抗値が、短時間に減少して出力が変化することにより、高濃度環境であるか否かを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水素濃度測定装置の一実施例を示すブロック図である。
【図2】接触燃焼式ガスセンサーの一実施例を示す断面図である。
【図3】図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上装置の動作を示す説明図である。
【図4】図(イ)乃至(ハ)、それぞれパルス電圧により駆動した場合の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1 接触燃焼式ガスセンサ
2 センサ電流検出用抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting the concentration of a combustible gas such as methane using a contact combustion type gas sensor.
[0002]
[Prior art]
The catalytic combustion type gas sensor is configured such that a heater coil that generates heat when energized is surrounded by an oxidation catalyst so as to form a heat conduction relationship. This sensor measures the concentration of combustible gas by detecting the electrical resistance of the heater coil because the oxidation catalyst generates heat when it comes into contact with the combustible gas to be detected and the temperature of the heater coil rises due to heat conduction. Can do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to the use of the combustion heat generated by the oxidation catalyst, there is a risk of misjudgment that there is no heat generation in a high concentration where combustion of combustible gas is impossible, that is, in an oxygen-deficient state, and that there is sometimes zero gas.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make it possible to determine whether or not the environment is a high-concentration environment even when the concentration indication value is extremely low. It is to provide a sex gas detection device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, a heater that generates heat by Joule heat when energized, an electrical insulating layer formed on the surface of the heater, and a combustible gas formed on the surface of the electrical insulating layer A catalytic combustion type gas sensor that is heated by the heater by forming a heat conduction relationship while maintaining electrical insulation with the heater by the electrical insulating layer. In the flammable gas detection device for detecting the flammable gas having a higher thermal conductivity than air using the gas, the concentration of the flammable gas is increased so that the oxidation catalyst layer cannot maintain the oxidation reaction. things, that the thermal conductivity of the combustible gas becomes lower than the case where resistance values of the heater caused by the higher than the thermal conductivity of the air is in contact with the air To detect Ri.
[0005]
[Action]
At normal concentrations, the resistance increases due to heat from contact combustion, and in high concentration regions, the Joule heat of the sensor is dissipated in proportion to the gas concentration, and the resistance value is shorter than when exposed to air. Detection is performed by decreasing the output with time and changing the output.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Therefore, details of the present invention will be described below based on the illustrated embodiment.
FIG. 1 shows an embodiment of the combustible gas detection device of the present invention, in which a catalytic
As shown in FIG. 2, the contact combustion
[0007]
The measurement circuit 5 calculates the gas concentration based on the voltage of the sensor
[0008]
The data storage means 6 stores calibration curve data for a gas concentration combustible by atmospheric oxygen and an oxidation catalyst, for example, 0 to 80%.
[0009]
In this embodiment, in the environment where methane is present at a combustible concentration, that is, in the range of region I, the
[0010]
On the other hand, when a high concentration of methane gas that makes contact combustion in the catalytic
[0011]
As a result, the measurement circuit 5 determines that the methane concentration has risen above the combustible concentration based on a large current change that has occurred in a short period of time, and in this embodiment, has rapidly increased to 80% or more, and outputs an alarm signal as necessary. To do.
[0012]
In the above-described embodiment, the driving is performed by the DC voltage. However, it is clear that the same effect can be obtained even if the pulse voltage is supplied as shown in FIG. Power consumption at the heater of the gas sensor can be reduced.
[0013]
In the above embodiment, the heater is formed in a coil shape. However, a catalytic combustion type gas sensor in which an oxidation catalyst is formed on the surface of the plate heater through an insulating layer may be used. It is clear that the same effect is achieved.
[0014]
Furthermore, although the present invention has been described for methane that has a significantly different thermal conductivity from air, other combustible gases having a higher thermal conductivity than air, such as hydrogen (thermal conductivity 6.28), ethane (thermal conductivity). It can also be applied to the detection of 1.26).
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, according to the present invention, the resistance value is increased due to heat in catalytic combustion at a normal concentration, and the Joule heat of the sensor is dissipated in proportion to the gas concentration in the high concentration region, and is released to the air. It is possible to determine whether or not the environment is a high-concentration environment by reducing the resistance value in a short time and changing the output as compared with the case of being exposed .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a hydrogen concentration measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a catalytic combustion type gas sensor.
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams showing the operation of the apparatus. FIG.
FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams showing operations when driven by pulse voltages, respectively.
[Explanation of symbols]
1 Contact combustion
Claims (1)
前記酸化触媒層が酸化反応を維持することが不可能なほど前記可燃性ガスの濃度が上昇したしたことを、前記可燃性ガスの熱伝導性が空気の熱伝導性よりも高いことに起因して発生する前記ヒータの抵抗値が前記空気に接触している場合よりも低下することにより検出する可燃性ガス検出装置。A heater that generates heat due to Joule heat by energization, an electrical insulating layer formed on the surface of the heater, and an oxidation catalyst layer that generates heat by oxidizing a combustible gas formed on the surface of the electrical insulating layer , A flammable gas having a thermal conductivity higher than that of air using a contact combustion gas sensor in which the oxidation catalyst layer is electrically insulated from the heater by the electrical insulation layer and forms a heat conduction relationship and is heated by the heater. In the combustible gas detection device that detects
Said oxidation catalyst layer is the concentration of the combustible gas as is impossible to maintain the oxidation reaction was rose, the thermal conductivity of the combustible gas due to higher than the thermal conductivity of air If resistance values of the heater generated Te is in contact with the air combustible gas detector for detecting by lower than.
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