JP3999891B2 - Gas detection method and apparatus - 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、工業分野において、少ない電力消費量で悪臭成分を持つガスを検知するガス検知方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から都市ガス用やプロパン用の家庭用ガス漏れ警報器としてSnO2を主成分とする感ガス体を用いた半導体ガス検知素子や熱線方式のガスセンサが用いられている。
【0003】
もっとも主流である半導体ガス検知素子を用いたガス検知装置は、半導体ガス検知素子の感ガス体を常時一定の比較的高温度となるようにヒータにより加熱し、対象ガスの接触により感ガス体の抵抗値がある一定値以下になることにより、対象ガスを検知するものであった。
【0004】
またヒータに高、低2種類の電力を交互に一定周期で切り替えて供給し、高温期間と、低温期間とを交互に設定し、低温期間の一定点での感ガス体の抵抗値が一定値以下になるか否かに基づいて対象ガスを検知するものであった。
【0005】
これらの半導体のガスセンサは雰囲気中の湿度や、調理の際に発生するアルコール成分でも抵抗値が変化するため、いわゆる雑ガスによって誤報することが問題とされてきた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の場合と同様に悪臭を伴うガス、例えばH2S、CH3SHなどの硫化化合物、NH3、CH3NH2等のアンモニア、アミン系化合物、更にHCHO、CH3CHOなどのアルデヒド系化合物に代表されるガス(以下臭い成分と称する)を検知する場合も同様である。しかし半導体ガス検知素子の抵抗値がある一定の抵抗値以下になると、臭い成分の存在を検知する検知方法では、湿度、雑ガスと臭い成分の区別がつかないという問題がある。特に微量な臭い成分を検出する場合、アルコールの感度が大きかったため臭い成分のみの検出精度が悪かった。
【0007】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、湿度、アルコールなどの雑ガスの影響を受けることことなく、対象ガスを確実に検知できるガス検知方法及びその装置を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明ではSnO2を主成分とする感ガス体及び該感ガス体を加熱するヒータを備えた半導体ガス検知素子を用い、ヒータ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、低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定し、低温期間中であって且つ可燃性ガス、アルコール、湿度の存在によって感ガス体が大きな抵抗値変化を呈する低温期間開始時点から一定時間経過した後に、所定時間間隔の2点で感ガス体の抵抗値をそれぞれサンプリングして両サンプリング値の比を求め、その求めた比の値が一定値以下となることをもって、臭い成分を持つ対象ガスを検知することを特徴とする。
請求項2の発明では、請求項1の発明において、高温期間の温度を300℃〜450℃、低温期間の温度を100℃〜200℃とすることを特徴とする。
請求項3の発明では、SnO2を主成分とする感ガス体及び該感ガス体を加熱するヒータを備えた半導体ガス検知素子と、ヒータ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低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定する温度制御手段と、低温期間中であって且つ可燃性ガス、アルコール、湿度の存在によって感ガス体が大きな抵抗値変化を呈する低温期間開始時点から一定時間経過した後に、所定時間間隔の2点で感ガス体の抵抗値をそれぞれサンプリングして両サンプリング値の比を求め、その求めた比の値が一定値以下となることをもって、臭い成分を持つ対象ガスを検知するガス検知手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【0010】
図1は本発明に用いるガス検知装置の回路構成を示しており、この図に示す回路では交流商用電源ACの電圧を降圧トランスTrで降圧し、その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し、一方のダイオードブリッジDB2整流された電圧を平滑コンデンサC1で平滑した後、3端子レギュレータIC1で所定電圧に安定化させ、半導体ガス検知素子1のヒータ2の電圧及び検知電圧や、制御と検知をつかさどる4ビットのマイクロコンピュータ3の電源を得ている。
【0011】
半導体ガス検知素子1は、ヒータ2をPNP型のトランジスタQ1を介して前記3端子レギュレータIC1の出力端に接続し、トランジスタQ1がオンしたときにヒータ2に通電され、ヒータ2が発熱するようになっているもので、外形寸法が0.8mm以下で、ほぼ球状のSnO2を主成分とする感ガス体と、この感ガス体内に埋設されたコイル状の白金からなるヒータ兼用電極とからなり、熱容量が非常に小さい。
【0012】
また半導体ガス検知素子1の感ガス体の検知出力端子は、検知電圧印加制御用のトランジスタQ21と負荷抵抗R 21 との直列回路及び検知電圧印加制御用のトランジスタQ22と負荷抵抗R 22 との直列回路とダイオードD1を介して3端子レギュレータIC1の出力端子に接続するとともに、マイクロコンピュータ3の入力ポートI1に接続している。
【0013】
マイクロコンピュータ3は出力ポートO1 に抵抗を介してトランジスタQ1のベースを、また出力ポートO21,O22に抵抗を介してトランジスタQ21,Q22のベースを接続している。
【0014】
さらに出力ポートO3〜O5にはそれぞれ表示用発光ダイオードLED1〜LED3のカソードを接続し、出力ポートO6,O7にはフォトカプラPH1,PH2の発光ダイオードL1,L2のカソードを接続してある。これら発光ダイオードLED1〜LED3及びL 1 ,L2のアノードは3端子レギュレータIC1の出力端子に限流抵抗を介して接続してある。
【0015】
フォトカプラPH1,PH2は検知ガスの濃度などに応じたガス検知信号を電圧信号として出力させるためのスイッチ素子として用いられる。
直列制御型安定化回路4は前記電圧信号を出力するための回路であり、前記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の両端に接続され、直列制御用トランジスタQ3のベースに接続される基準電圧をフォトカプラPH1,PH2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。
【0016】
基準電圧は平滑コンデンサC2の両端に抵抗R4を介して接続したツエナーダイオードZDの両端電圧を抵抗R11〜R13で分圧することにより得るようなっており、フォトトランジスタPT1がオン時には抵抗R11〜R13の直列回路の両端電圧、つまりツエナーダイオード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、またフォトトランジスタPT2がオン時には抵抗R11と、R12とR13の直列回路との分圧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、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検知信号として外部に出力される。
【0017】
上記トランジスタ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、該プルアップ用抵抗R2の両端にトランジスタQ4を接続してある。
【0018】
このトランジスタQ4は、コンパレータCP等とともにヒータ2の保護回路5を構成するものである。
【0019】
つまり保護回路5は抵抗R6 ,R7 の直列回路をダイオードD1 を介して3端子レギュレータIC1の出力端子に接続して、その出力電圧を分圧するとともに分圧点をコンパレータCPの反転入力端子に接続し、一方マイクロコンピュータ3の出力ポートO1 とグランドの間に抵抗R8 とコンデンサC0 との直列回路を接続してその直列回路の中点をコンパレータCPの非反転出力端子に接続し、コンパレータCPの出力端子を抵抗R9を介してトランジスタQ4のベースを接続してある。
【0020】
尚ブザー6は圧電ブザーであって、マイクロコンピュータ3の出力ポートO8,O9から交互に出力される信号により,交互に出力を”L”,”H”とする2つのコンパレータCP1、CP2 にて印加電圧の極性が交互に反転され、警報音を発振出力するようになっている。また図中7はマイクロコンピュータ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、IC2は電源投入時にマイクロコンピュータ3をリセットするためのリセットICである。
【0021】
しかして、通常時においては、マイクロコンピュータ3の出力ポートO1が”H”レベルのときにはコンデンサC0 が抵抗R8 を介して充電され、その充電電圧が抵抗R6 ,R7 の接続点の電圧を上回ってコンパレータCPの出力が”H”レベルになり、トランジスタQ4 をオフ状態にしている。
【0022】
そしてマイクロコンピュータ3の出力ポートO1から所定周期(8msec)で所定時間(例えば高温期間では500μsec、低温期間では8μsec)”L”レベルの制御信号が出力され、その所定時間中トランジスタQ1がオンして半導体ガス検知素子1のヒータ2が通電される。一方マイクロコンピュータ3の出力ポートO1が”L”レベルになると、保護回路5のコンデンサC0の電荷が抵抗R8を介して放電され、その両端電圧が低下するが、抵抗R8とコンデンサC0の時定数により、前記所定時間が経過するまで、コンデンサC0の電圧が抵抗R6、R7の接続点の電圧を下回ることがなく、そのため所定時間中においてもコンパレータCPの出力が”L”レベルにならず、トランジスタQ4のオフ状態が維持される。
【0023】
さて通常時においては前記所定時間が終了すると、マイクロコンピュータ3は出力ポートO1を”H”レベルに戻してトランジスタQ1をオフさせる。このオフにより、半導体ガス検知素子1のヒータ2の通電が停止する。
【0024】
このようにして所定周期で所定時間ヒータ2を通電するデュティー制御を行うことにより、感ガス体を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設定するのである。
【0025】
ここで本発明者らは、臭い成分と、アルコール、湿度、可燃性ガスとを区別して検知するために、上記の回路構成を用い、各雰囲気下において半導体ガス検知素子1の感ガス体の抵抗値が低温期間の開始時点からどのように時間的に変化するかを実測してみた。
【0026】
つまり上記回路において、高温期間を例えば8秒に設定した後300秒間の低温期間を設定するように動作を設定し、高温期間から低温期間に切り替えてから感ガス体の抵抗値変化を測定した。
【0027】
図2(a)は20℃の清浄空気下で、湿度を65%に設定した場合において、複数回低温期間(イ)…を設定し、それぞれの低温期間(イ)…においての感ガス体の抵抗値変化を示しており、この測定結果からわかるように、いずれの低温期間(イ)…においても低温期間切り替え時から期間終了までの抵抗値の幅はあまり大きくない。そして可燃性ガスの雰囲気下で感ガス体の抵抗値が大きく変化する期間(つまり感ガス体の温度があまり低下しない切り替え時点から所定時間、上記半導体ガス検知素子1の場合にはおよそ20秒未満)経過後における2点(例えば20秒時点(図では上向きの矢印で示す)と、200秒時点(図では下向きの矢印で示す))において、各抵抗値をサンプリングし、その両点の抵抗値比Rsa/Rsbの値を求めたところその値は殆ど変わらない値を示している。
【0028】
また図2(b)は雰囲気温度を20℃、30℃、40℃、0℃の各温度の清浄空気下において、それぞれの湿度を65%、65%、80%、40%と設定した場合の各低温期間(イ)…における感ガス体の抵抗値変化を示しており、この場合も上記2点の抵抗値の比Rsa/Rsbの値はそれぞれにおいて殆ど変わらないことを示している。
【0029】
一方、図3(a)に示すように20℃の温度で65%の湿度の清浄空気下と、その空気に10ppmのエタノール(アルコール)を加えた場合、同様にその空気に30ppmのエタノール(アルコール)を加えた場合の各低温期間(イ)…の感ガス体の抵抗値変化を測定したところ、エタノールが存在する場合、低温期間の切り替えから凡そ20秒付近までの抵抗値変化は大きいが、それ以後の抵抗値変化の幅は小さく、エタノールの濃度いかんに関わらず上記2点の抵抗値の比Rsa/Rsbの値は殆ど変わらないことを示している。
【0030】
一方、図3(b)に示すように、20℃の温度で65%の湿度の空気に、臭い成分であるH2Sを10ppm、30ppm、100ppm加えた場合における感ガス体の抵抗値を測定したところ、図示するように各濃度に対応する低温期間(ロ)…において切り替え時点から終了時点まで大きな傾きをもって変化し、また濃度によってその変化幅が異なることがわかった。尚同図の(イ)の低温期間は、20℃の温度で65%の湿度の清浄空気下の場合を示す。
従って上記の2点の抵抗値の比Rsa/Rsbの値を求めることにより、アルコールや湿度、或いは可燃性ガスとを区別してH2Sの濃度を知ることが可能であることが判明した。
【0031】
そこで同一の濃度のH2Sを加えた空気の湿度及び温度を変えてそれぞれの抵抗値変化を測定したところ、図3(c)に示すような結果が得られた。図においてaは20℃、湿度60%の清浄空気の場合を、bは20℃、湿度60%の空気にH2Sを10ppm加えた場合、cは30℃、湿度65%の空気にH2Sを10ppm加えた場合、dは40℃、湿度80%の空気にH2Sを10ppm加えた場合を示す。
【0032】
この場合は、20秒経過後のそれぞれの抵抗値の変化を示すカーブはほぼ平行する形となっており、従って上記の2点の抵抗値の比Rsa/Rsbの値は湿度、温度に影響受けることなく、ほぼ同じであることを示している。つまり抵抗値の比Rsa/Rsbの値がわかればH2 Sの濃度がわかることを示している。
【0033】
同上に他の臭い成分であるCH3SH等の硫化化合物、NH3,CH3NH2等のアンモニア、アミン系化合物、さらにHCHO、CH3CHO等のアルデヒド系化合物についても上述のような測定を行ったところ、同様な傾向を示すことがわかった。
【0034】
そこで、臭い成分の複数の濃度に対応する抵抗値比Rsa/Rsbの値を予め実験等によって求め、各濃度に対応するRsa/Rsbの値を濃度検知の基準値として、マイクロコンピュータ3内のROMに登録するともに、警報を発する濃度に対応する抵抗値比Rsa/Rsbの値を同様に予め登録し、またサンプリングする点を低温期間設定から20秒経過時点と、200秒経過時点とし、高温期間を8秒、低温期間を300秒とするように動作プログラムを設定した。
【0035】
而して、マイクロコンピュータ1は所定周期で所定時間ヒータ2を通電するデュティー制御を行うことにより、感ガス体を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設定し、上述の低温期間中のサンプリング時点で、出力ポートO21(又はO22)を" L”レベルとしてトランジスタQ21又はQ22をオンさせることにより、負荷抵抗R21(又はR22)を介して半導体ガス検知素子1の感ガス体に検知電圧を印加し,その印加期間において半導体ガス検知素子1の感ガス体の両端電圧を入力ポートI1に取り込み臭い成分の有無を判定するサンプリング動作を行い、前記両端電圧から感ガス体の抵抗値を検知する。そして低温期間中の2点目(200秒時点)のサンプリングが終了すると1点目(20秒時点)でサンプリングして検知した抵抗値Rsbと2点目のサンプリングで検知した抵抗値Rsaの比Rsa/Rsbの値を求め、この比の値と登録している基準値とを比較して濃度を検知し、検知濃度に応じて出力ポートO3〜O5の何れかを”L”レベルにし、それに接続されている発光ダイオードLED1〜LED3の何れかを点灯させる。また検知濃度に応じて出力ポートO6又はO7を”L”レベルに設定して、対応するフォトカプラPH 1又はPH 2をオンさせ、安定化回路4より所定の電圧信号を外部へ出力させる。また検知濃度が警報濃度を超えている場合、基準となる抵抗値比の値を求めた抵抗値比の値が下回ったときには出力ポートO8,O9の出力を交互に反転させてブザー6を鳴動させて警報を発する。尚本実施形態の回路構成ではマイクロコンピュータ3が外部ノイズなどにより暴走して、マイクロコンピュータ3の出力ポートO1が”L”レベルに固定されると、保護回路5ではコンデンサC0の電荷が放電されてやがてコンデンサC0の電圧が抵抗R6,R7の接続点の電圧を下回ることになり、その結果コンパレータCPの出力が”H”レベルから”L”レベルに反転してトランジスタQ4をオンさせ、トランジスタQ1のベースの電圧を電源電圧に吊り上げトランジスタQ1を強制的にオフ状態とする。
【0036】
つまりマイクロコンピュータ3が暴走しても半導体ガス検知素子1のヒータ2には必要以上に通電されることがなく、ヒータ2の断線を防止できる。
【0037】
このように本実施形態ではコンデンサC0と抵抗R8との時定数を適切に設定することで容易にマイクロコンピュータ3の暴走によるヒータ断線を防止できる。
【0038】
また半導体ガス検知素子1の感ガス体に直列に接続する負荷抵抗値の設定はトランジスタQ21又はQ22の何れかを選択的にオンすることにより可能となっており、ガス検知装置が対象とする対象ガス種に応じて予め接続する負荷抵抗をプログラミングしてある。
【0039】
尚高温期間、低温期間の時間設定は使用半導体ガス検知素子1の熱容量等によって、適宜な値に設定するのは勿論のことであり、上記の値には特に限定されないが、高温期間は0.8秒から数秒、低温期間はほぼ200秒〜300秒の範囲で設定する。またサンプリングする最初の点は可燃性ガスの影響を受けないようになってから設定するのは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
請求項1の発明は、SnO2を主成分とする感ガス体及び該感ガス体を加熱するヒータを備えた半導体ガス検知素子を用い、ヒータ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、低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定し、低温期間中であって且つ可燃性ガス、アルコール、湿度の存在によって感ガス体が大きな抵抗値変化を呈する低温期間開始時点から一定時間経過した後に、所定時間間隔の2点で感ガス体の抵抗値をそれぞれサンプリングして両サンプリング値の比を求め、その求めた比の値が一定値以下となることをもって、臭い成分を持つ対象ガスを検知するので、可燃性ガスや、アルコール、湿度の影響を受けることなく臭い成分を持つ対象ガスを確実に検知することができ、しかも感ガス体を一定温度に加熱し続ける必要がないため、電力消費を押さえることができるという効果がある。
【0041】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、高温期間の温度を300℃〜450℃、低温期間の温度を100℃〜200℃とするので、半導体ガス検知素子のリフレッシュをはかり、経年劣化の少なくすることができる。
【0042】
請求項3の発明では、SnO2を主成分とする感ガス体及び該感ガス体を加熱するヒータを備えた半導体ガス検知素子と、ヒータ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低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定する温度制御手段と、低温期間中であって且つ可燃性ガス、アルコール、湿度の存在によって感ガス体が大きな抵抗値変化を呈する低温期間開始時点から一定時間経過した後に、所定時間間隔の2点で感ガス体の抵抗値をそれぞれサンプリングして両サンプリング値の比を求め、その求めた比の値が一定値以下となることをもって、臭い成分を持つ対象ガスを検知するガス検知手段とを備えたので、可燃性ガスや、アルコール、湿度の影響を受けることなく臭い成分を持つ対象ガスを確実に検知することができる装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態装置の回路図である。
【図2】同上の原理説明図である。
【図3】同上の原理説明図である。
【符号の説明】
1 半導体ガス検知素子
2 ヒータ
3 マイクロコンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas detection method and apparatus for detecting a gas having a malodorous component with a small amount of power consumption in general household and industrial fields.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor gas detection elements and hot-wire gas sensors using a gas sensitive body mainly composed of SnO 2 have been used as household gas leak alarms for city gas and propane.
[0003]
The most mainstream gas detector using a semiconductor gas detecting element is to heat the gas sensitive body of the semiconductor gas detecting element with a heater so that the temperature is constantly kept at a relatively high temperature. The target gas is detected when the resistance value falls below a certain value.
[0004]
In addition, two types of high and low power are alternately supplied to the heater at regular intervals, the high temperature period and the low temperature period are alternately set, and the resistance value of the gas sensor at a certain point in the low temperature period is constant. The target gas is detected based on whether or not the following occurs.
[0005]
Since these semiconductor gas sensors change the resistance value even in the humidity in the atmosphere and the alcohol component generated during cooking, it has been a problem to make a false report with so-called miscellaneous gases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Gas with bad odor as in the above case, for example, sulfur compounds such as H 2 S and CH 3 SH, ammonia such as NH 3 and CH 3 NH 2 , amine compounds, and aldehyde compounds such as HCHO and CH 3 CHO The same applies to the case of detecting a gas represented by (hereinafter referred to as an odor component). However, if the resistance value of the semiconductor gas detection element is below a certain resistance value, the detection method for detecting the presence of odorous components has a problem that it is impossible to distinguish between humidity, miscellaneous gases, and odorous components. In particular, when detecting a trace amount of odor components, the sensitivity of alcohol was high, so the detection accuracy of only the odor components was poor.
[0007]
In view of the above-described problems, the present invention provides a gas detection method and apparatus capable of reliably detecting a target gas without being affected by various gases such as humidity and alcohol.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor gas detection element having a gas sensitive body mainly composed of SnO 2 and a heater for heating the gas sensitive body is used, and the temperature of the gas sensitive body is set to a high temperature by controlling energization of the heater. The high temperature period and the low temperature period to be low temperature are alternately set at a predetermined cycle, and the low temperature period starts during the low temperature period and the gas sensitive body exhibits a large resistance change due to the presence of combustible gas, alcohol, and humidity. After a certain period of time has elapsed, the resistance value of the gas sensitive body is sampled at two points at a predetermined time interval to determine the ratio between the two sampling values. A target gas having a component is detected.
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor gas detection element having a gas sensitive body mainly composed of SnO 2 and a heater for heating the gas sensitive body, and the temperature of the gas sensitive body is set to a high temperature by controlling energization of the heater. Temperature control means for alternately setting a high temperature period to be performed and a low temperature period to be a low temperature in a predetermined cycle, and the gas sensitive body exhibits a large resistance value change due to the presence of combustible gas, alcohol, and humidity during the low temperature period. After a certain period of time has elapsed from the start of the low temperature period, the resistance value of the gas sensitive body is sampled at two points at a predetermined time interval to determine the ratio between the two sampling values, and the value of the ratio obtained is less than the certain value. And a gas detection means for detecting a target gas having an odor component.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0010]
FIG. 1 shows a circuit configuration of a gas detector used in the present invention. In the circuit shown in this figure, the voltage of an AC commercial power supply AC is stepped down by a step-down transformer Tr, and the stepped down voltage is converted to diode bridges DB 1 and DB 2. Each of the diode bridges DB 2 rectified voltage is smoothed by a smoothing capacitor C 1 , stabilized at a predetermined voltage by a three-terminal regulator IC 1 , and the voltage of the
[0011]
In the semiconductor
[0012]
Test knowledge output terminal of the addition the semiconductor
[0013]
The
[0014]
Further, the cathodes of the display light emitting diodes LED 1 to LED 3 are connected to the output ports O 3 to O 5 , respectively, and the light emitting diodes L 1 and L 2 of the photocouplers PH 1 and PH 2 are connected to the output ports O 6 and O 7. The cathode is connected. The light emitting diodes LED 1 to LED 3 and the anodes of L 1 and L 2 are connected to the output terminal of the three-terminal regulator IC 1 via a current limiting resistor.
[0015]
The photocouplers PH 1 and PH 2 are used as switch elements for outputting a gas detection signal corresponding to the concentration of the detection gas as a voltage signal.
The series control
[0016]
Reference voltage has become so obtained by dividing the voltage across the Zener diode ZD connected through a resistor R 4 to both ends of the smoothing capacitor C 2 by the resistors R 11 to R 13, the phototransistor PT 1 is the time of the on-resistance The voltage across the series circuit of R 11 to R 13 , that is, the voltage across the Zener diode ZD is applied as a reference voltage to the base of the transistor Q 3 , and when the phototransistor PT 2 is on, the resistors R 11 , R 12 and R 13 the divided voltage with the series circuit is applied as the reference voltage to the base of the transistor Q 3, a voltage signal corresponding to each of the reference voltage is output to the outside as the gas detection signal.
[0017]
A pull-up resistor R 2 is connected between the emitter and base of the transistor Q 1 , and a transistor Q 4 is connected to both ends of the pull-up resistor R 2 .
[0018]
The transistor Q 4 constitutes the protection circuit 5 for the
[0019]
That is, the protection circuit 5 connects the series circuit of the resistors R 6 and R 7 to the output terminal of the three-terminal regulator IC 1 via the diode D 1 to divide the output voltage and to set the voltage dividing point to the inverting input of the comparator CP. On the other hand, a series circuit of a resistor R 8 and a capacitor C 0 is connected between the output port O 1 of the
[0020]
Note that the buzzer 6 is a piezoelectric buzzer, and two comparators CP 1 and CP 1 that alternately output “L” and “H” by signals alternately output from the output ports O 8 and O 9 of the microcomputer 3. At 2, the polarity of the applied voltage is alternately reversed, and an alarm sound is oscillated and output. In the figure, reference numeral 7 is a reference clock oscillation circuit for supplying a reference clock to the
[0021]
Therefore, under normal conditions, when the output port O 1 of the
[0022]
Then, a control signal of “L” level is output from the output port O 1 of the
[0023]
At the normal time, when the predetermined time ends, the
[0024]
In this way, by performing duty control in which the
[0025]
Here, the present inventors use the above circuit configuration in order to distinguish and detect odor components and alcohol, humidity, and combustible gas, and the resistance of the gas sensitive body of the semiconductor
[0026]
That is, in the above circuit, the operation was set so that the high temperature period was set to, for example, 8 seconds and then the low temperature period of 300 seconds was set, and the change in resistance value of the gas sensitive body was measured after switching from the high temperature period to the low temperature period.
[0027]
FIG. 2 (a) shows a case where a low temperature period (A) is set a plurality of times in a clean air of 20 ° C. and humidity is set to 65%, and the gas sensitive body in each low temperature period (A) is set. The resistance value change is shown, and as can be seen from this measurement result, the width of the resistance value from the switching of the low temperature period to the end of the period is not so large in any low temperature period (A). A period during which the resistance value of the gas sensitive body changes greatly in an atmosphere of a combustible gas (that is, a predetermined time from the switching time at which the temperature of the gas sensitive body does not decrease so much, in the case of the semiconductor
[0028]
FIG. 2 (b) shows the case where the ambient temperature is set to 65%, 65%, 80% and 40% under clean air at temperatures of 20 ° C., 30 ° C., 40 ° C. and 0 ° C., respectively. The change in resistance value of the gas sensitive member during each low temperature period (A) is shown, and also in this case, the value of the resistance value ratio Rsa / Rsb of the two points is almost unchanged.
[0029]
On the other hand, when 10 ppm ethanol (alcohol) is added to clean air at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% as shown in FIG. 3A, and 30 ppm ethanol (alcohol) is similarly added to the air. ), The change in resistance value of the gas sensitive body during each low temperature period (A) was measured. When ethanol was present, the change in resistance value from the switching of the low temperature period to about 20 seconds was large. The width of the resistance value change after that is small, indicating that the value of the resistance value ratio Rsa / Rsb at the two points hardly changes regardless of the ethanol concentration.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), the resistance value of the gas sensitive body is measured when 10 ppm, 30 ppm, and 100 ppm of odorous component H 2 S are added to air at a temperature of 20 ° C. and humidity of 65%. As shown in the figure, it was found that the temperature changed with a large gradient from the switching point to the end point in the low temperature period (b) corresponding to each concentration, and the change width varied depending on the concentration. The low temperature period (A) in the figure shows a case of clean air with a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65%.
Therefore, it has been found that the concentration of H 2 S can be determined by distinguishing alcohol, humidity, or combustible gas by obtaining the value of the ratio Rsa / Rsb of the two resistance values.
[0031]
Then, when the resistance value change was measured by changing the humidity and temperature of the air to which the same concentration of H 2 S was added, the result shown in FIG. 3C was obtained. In the figure, a is clean air at 20 ° C. and 60% humidity, b is 10 ppm of H 2 S in air at 20 ° C. and 60% humidity, and c is H 2 in air at 30 ° C. and 65% humidity. When 10 ppm of S is added, d shows the case where 10 ppm of H 2 S is added to air at 40 ° C. and 80% humidity.
[0032]
In this case, the curves indicating changes in the resistance values after the elapse of 20 seconds are substantially parallel to each other. Therefore, the value Rsa / Rsb of the above two resistance values is affected by humidity and temperature. It shows that it is almost the same. That is, if the value of the resistance value ratio Rsa / Rsb is known, the concentration of H 2 S is known.
[0033]
In addition to the above, other odorous components such as sulfur compounds such as CH 3 SH, ammonia such as NH 3 and CH 3 NH 2 , amine compounds, and aldehyde compounds such as HCHO and CH 3 CHO are also measured as described above. As a result, the same tendency was found.
[0034]
Therefore, the value of the resistance value ratio Rsa / Rsb corresponding to a plurality of concentrations of the odor component is obtained in advance through experiments or the like, and the value of Rsa / Rsb corresponding to each concentration is used as a reference value for concentration detection. In addition, the resistance value ratio Rsa / Rsb corresponding to the concentration at which an alarm is generated is registered in advance in the same manner, and the sampling points are set as 20 seconds after the low temperature period and 200 seconds after the high temperature period. Was set to 8 seconds and the low temperature period was set to 300 seconds.
[0035]
Thus, the
[0036]
That is, even if the
[0037]
As described above, in this embodiment, the heater disconnection due to the runaway of the
[0038]
The setting of the load resistance connected in series to a gas-sensitive material of the semiconductor
[0039]
In addition, the time setting of the high temperature period and the low temperature period is of course set to an appropriate value depending on the heat capacity of the semiconductor
[0040]
【The invention's effect】
The invention according to
[0041]
In the invention of
[0042]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor gas detection element having a gas sensitive body mainly composed of SnO 2 and a heater for heating the gas sensitive body, and the temperature of the gas sensitive body is set to a high temperature by controlling energization of the heater. Temperature control means for alternately setting a high temperature period to be performed and a low temperature period to be a low temperature in a predetermined cycle, and the gas sensitive body exhibits a large resistance value change due to the presence of combustible gas, alcohol, and humidity during the low temperature period. After a certain period of time has elapsed from the start of the low temperature period, the resistance value of the gas sensitive body is sampled at two points at a predetermined time interval to determine the ratio between the two sampling values, and the value of the ratio obtained is less than the certain value. And gas detection means that detects target gases with odorous components, so that it is possible to reliably detect target gases with odorous components without being affected by flammable gas, alcohol, or humidity. We can provide that equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the above.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the above.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor
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