JP4116989B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
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装置に関するものである。 The present invention relates to a gas detection device that detects incomplete combustion gases such as flammable gases and carbon monoxide generated during incomplete combustion in general households and industrial fields.
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)を主成分とし可燃性ガスに対して感度を有する感ガス体を用い、感ガス体の抵抗値変化から可燃性ガスを検出するものが提供されている。 Conventionally, as a gas detection device for detecting gas leaks of flammable gases such as city gas and propane gas, a gas sensitive body mainly composed of tin oxide (SnO 2 ) and sensitive to flammable gases has been used. A device for detecting combustible gas from a change in resistance value of a gas body is provided.
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、ヒータへの通電を制御して高温加熱期間と低温加熱期間を所定周期で交互に設けており、感ガス体が検出対象のガスに接触すると酸化還元反応によってその抵抗値が変化するという性質を利用し、低温加熱期間におい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を検出するとともに、高温加熱期間においてメタン(CH4)などの可燃性ガスを検出し、可燃性ガスの濃度又は不完全燃焼ガスの濃度が所定の警報レベルを超えるとガス漏れ警報や不完全燃焼警報を出力していた(例えば特許文献1参照)。なお、検出対象ガス(可燃性ガスなど)のガス濃度は、実際には感ガス体の抵抗値を清浄大気中の抵抗値と比較することによって間接的に検出しており、感ガス体の抵抗値を上述の警報レベルに対応する抵抗値と比較することで、ガス漏れの有無を判別していた。
ところで、上述のガス検出装置をメタンと一酸化炭素の検出に用いる場合は、雑ガスである水素ガスを誤検出してガス漏れ警報が発報されるのを防止する必要がある。雰囲気中に検知対象ガスと水素ガスの両方が存在する場合、水素ガスの影響によって検知対象ガスのみが存在する場合に比べて感ガス体の抵抗値が低下するので、感ガス体に触媒を担持することによって水素に対する感度を低減させることが行われていたが、触媒作用の経時劣化が問題となっていた。 By the way, when the above-described gas detection device is used for detection of methane and carbon monoxide, it is necessary to prevent misdetection of hydrogen gas, which is a miscellaneous gas, and issue a gas leak alarm. When both the detection target gas and hydrogen gas are present in the atmosphere, the resistance value of the gas sensitive body is lower than when only the detection target gas is present due to the influence of hydrogen gas. In this case, the sensitivity to hydrogen has been reduced, but deterioration of the catalytic action over time has been a problem.
そこで、本発明者らは高温加熱期間から低温加熱期間に切り替えた直後の水素ガスに対して弁別性のある期間に着目し、この期間において感ガス体の抵抗値から求めた水素ガス濃度が所定の判定レベルを超えると、可燃性ガスの警報レベルを高濃度側にシフトさせるように補正することで、水素ガスによる誤動作を防止していた。なお、水素ガスのガス濃度も、感ガス体の抵抗値を清浄大気中の抵抗値と比較することによって間接的に検出しており、感ガス体の抵抗値が上記判定レベルに対応する抵抗値を下回ると、警報レベルを補正する。上記の感ガス体の場合は雰囲気中に可燃性ガスが存在する時の抵抗値に比べて、水素ガスが存在する時の抵抗値が低くなるため、水素ガスの判定レベルに対応する抵抗値は可燃性ガスの警報レベルに対応する抵抗値に比べて低い値に設定されている。 Accordingly, the inventors pay attention to a period in which the hydrogen gas immediately after switching from the high temperature heating period to the low temperature heating period is discriminating, and in this period, the hydrogen gas concentration obtained from the resistance value of the gas sensor is predetermined. When the above judgment level is exceeded, the malfunction level due to hydrogen gas is prevented by correcting the alarm level of the combustible gas so as to shift to the high concentration side. The gas concentration of hydrogen gas is also detected indirectly by comparing the resistance value of the gas sensitive body with the resistance value in the clean atmosphere, and the resistance value of the gas sensitive body corresponds to the above-mentioned determination level. If it falls below, the alarm level is corrected. In the case of the gas sensitive body described above, the resistance value when hydrogen gas is present is lower than the resistance value when combustible gas is present in the atmosphere, so the resistance value corresponding to the determination level of hydrogen gas is It is set to a value lower than the resistance value corresponding to the alarm level of combustible gas.
しかしながら、低温加熱期間に切り替えた直後の所定期間の感ガス体の抵抗値に応じて可燃性ガスの警報レベルを補正する場合、可燃性ガスの濃度が警報レベルよりも高くなったことを検知してガス漏れ警報を出力した後に、水素ガスが漏洩して水素ガス濃度が判定レベルを越えると、可燃性ガスの警報レベルが高濃度側に補正されるため、ガス漏れ警報の鳴り止み現象が発生するという問題があった。また、可燃性ガスのガス濃度が警報レベルを越えてさらに高くなると、感ガス体の抵抗値がさらに低下するため、上記所定期間における感ガス体の抵抗値が水素ガスの判定レベルに対応する抵抗値を下回る可能性もあり、この場合も可燃性ガスの警報レベルが高濃度側に補正されるため、ガス漏れ警報の鳴り止み現象が発生するという問題があった。 However, when the alarm level of the combustible gas is corrected according to the resistance value of the gas sensitive body for a predetermined period immediately after switching to the low temperature heating period, it is detected that the concentration of the combustible gas has become higher than the alarm level. After the gas leak alarm is output, if the hydrogen gas leaks and the hydrogen gas concentration exceeds the judgment level, the alarm level of the combustible gas is corrected to the high concentration side, causing the gas leak alarm to stop sounding. There was a problem to do. Further, when the gas concentration of the combustible gas exceeds the alarm level and further increases, the resistance value of the gas sensor further decreases. Therefore, the resistance value of the gas sensor during the predetermined period is a resistance corresponding to the determination level of hydrogen gas. In this case, the alarm level of the combustible gas is corrected to the high concentration side, which causes a problem that the gas leak alarm stops sounding.
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、水素ガスによる誤動作を防止するとともに、ガス漏れ警報の鳴り止み現象を防止したガス検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas detection device that prevents malfunction due to hydrogen gas and prevents a gas leak alarm from stopping. is there.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ガス濃度に応じて抵抗値の変化する感ガス体と、感ガス体の抵抗値から求めたガス濃度が、水素ガス以外の可燃性ガス又は不完全燃焼ガスに対する警報レベルを超えると警報を出力する警報手段と、水素ガスに対して弁別性のある期間において感ガス体の抵抗値から求めた水素ガスの濃度が所定の判定レベルを超えると警報レベルを高濃度側へシフトさせるように警報レベルを補正する補正手段と、警報手段が警報を出力すると、警報レベルを初期値とする手段とを備えて成ることを特徴とする。 To achieve the above object, a first aspect of the invention, a gas-sensitive member which changes the resistance value depending on the gas concentration, the gas concentration determined from the resistance value of the gas-sensitive body, a combustible other than hydrogen gas and alarm means for warning level on sexual gas or incomplete combustion gases for outputting an alarm is exceeded, determining the concentration of the hydrogen gas calculated from the resistance value of the gas-sensitive body during a period in which a discrimination to hydrogen gas is given A correction means for correcting the alarm level so as to shift the alarm level to a higher concentration side when exceeding the level, and means for setting the alarm level to an initial value when the alarm means outputs an alarm are provided. .
請求項2の発明は、請求項1の発明において、警報対象のガスがメタンガスおよび不完全燃焼ガスであり、感ガス体を加熱する加熱手段と、加熱手段の加熱量を制御することによって高温加熱期間と低温加熱期間とを交互に設ける加熱制御手段とを設け、警報手段は、高温加熱期間における感ガス体の抵抗値から求めたメタンガスのガス濃度が第1の警報レベルを超えるとガス漏れ警報を出力するとともに、低温加熱期間における感ガス体の抵抗値から求めた不完全燃焼ガスのガス濃度が第2の警報レベルを超えると不完全燃焼警報を出力することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the alarm target gas is methane gas and incomplete combustion gas, and the heating means for heating the gas sensitive body and the heating amount by controlling the heating amount of the heating means are used. and heating control means for providing a time and a low temperature heating period alternately provided, the alarm means includes a gas leak gas concentration methane gas obtained from the resistance value of the gas-sensitive member at high temperature heating period is exceeded the first warning level and it outputs an alarm, and outputs a super-El and incomplete combustion alarm gas concentration of incomplete combustion gas obtained from the resistance value of the gas-sensitive body a second warning level in the low temperature heating period.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、補正手段は、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった直後の水素ガスに対して弁別性のある期間において感ガス体の抵抗値から水素ガスの濃度を求めることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the correcting means is configured to detect the hydrogen gas from the resistance value of the gas sensitive body in a period in which the correction is made with respect to the hydrogen gas immediately after switching from the high temperature heating period to the low temperature heating period. The density | concentration of is calculated | required.
請求項4の発明は、請求項2又は3の発明において、補正手段は、水素ガスの濃度が判定レベルを超えると第1および第2の警報レベルの内少なくとも何れか一方を高濃度側へシフトさせるように補正することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the invention according to
以上説明したように、本発明によれば、水素ガスに対して弁別性のある期間において感ガス体の抵抗値から求めた水素ガスの濃度が所定の判定レベルを越えると、補正手段が警報レベルを高濃度側に補正しているので、雑ガスである水素が存在する場合でも水素による誤検知を防止することができ、且つ、警報手段が警報を出力すると、警報レベルを初期値とする手段が補正手段による警報レベルの補正処理を停止させるので、警報の出力後に水素ガスのガス漏れが発生して、水素ガス濃度が判定レベルを越えたとしても、警報レベルが高濃度側にシフトされることはないから、警報が途中で鳴り止むのを防止できる。また、警報の出力後に検知対象ガスのガス濃度がさらに高くなると、検知対象ガス濃度の上昇によって感ガス体の抵抗値が低下し、水素ガスに対して弁別性のある期間において感ガス体の抵抗値が判定レベルに対応する抵抗値を下回る可能性もあるが、警報レベルを初期値とする手段により警報レベルが高濃度側にシフトされるのを防止しているので、警報が途中で鳴り止むのを防止できる。 As described above, according to the present invention, when the concentration of the hydrogen gas obtained from the resistance value of the gas sensitive body exceeds a predetermined determination level in a period in which the hydrogen gas is discriminative, the correction means detects the alarm level. Is corrected to the high concentration side, so that misdetection due to hydrogen can be prevented even in the presence of miscellaneous hydrogen, and when the alarm means outputs an alarm , the alarm level is set to the initial value. Stops the alarm level correction process by the correction means, so even if hydrogen gas leaks after the alarm is output and the hydrogen gas concentration exceeds the judgment level, the alarm level is shifted to the high concentration side. It is possible to prevent the alarm from stopping midway. Further, if the gas concentration of the detection target gas further increases after the alarm is output, the resistance value of the gas detection body decreases due to the increase of the detection target gas concentration, and the resistance of the gas detection body during the period in which the gas detection is discriminating. Although there is a possibility that the value falls below the resistance value corresponding to the judgment level, the alarm stops sounding halfway because the alarm level is prevented from shifting to the high concentration side by means of setting the alarm level as the initial value. Can be prevented.
また、加熱制御手段が加熱手段の加熱量を制御することによって高温加熱期間と低温加熱期間とを交互に設け、警報手段が、高温加熱期間においてメタンガスの警報判定を行うとともに、低温加熱期間において不完全燃焼ガスの警報判定を行うようにすれば、1つの感ガス体を用いてガス漏れ警報と不完全燃焼警報の両方を行うことができる。 In addition, the heating control means controls the heating amount of the heating means to alternately provide a high temperature heating period and a low temperature heating period, and the alarm means makes an alarm judgment of methane gas during the high temperature heating period and is not effective during the low temperature heating period. If the complete combustion gas alarm determination is performed, it is possible to perform both a gas leak alarm and an incomplete combustion alarm using one gas sensitive body.
さらに、補正手段は、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった直後の水素ガスに対して弁別性のある期間において感ガス体の抵抗値から水素ガスの濃度を求めることが好ましい。 Further, it is preferable that the correcting means obtains the concentration of the hydrogen gas from the resistance value of the gas sensitive body in a period in which the hydrogen gas immediately after switching from the high temperature heating period to the low temperature heating period is discriminated.
また更に、補正手段は、水素ガスの濃度が判定レベルを超えると第1および第2の警報レベルの内少なくとも何れか一方を高濃度側へシフトさせるように補正することが好ましく、水素ガスを誤検知してガス漏れ警報あるいは不完全燃焼警報が出力されるのを防止できる。 Furthermore, the correcting means preferably corrects so that at least one of the first and second alarm levels is shifted to the high concentration side when the concentration of hydrogen gas exceeds the determination level. It is possible to prevent a gas leak alarm or an incomplete combustion alarm from being detected.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態のガス検出装置は空気より軽いガス用(空気より軽い12A、13Aガス用のものを除く)のガス検出装置であり、このガス検出装置に用いるガス検出素子は、図5および図6(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の丸孔14bに取着されたステンレス製の金網15とを備えている。
The gas detection device of this embodiment is a gas detection device for gas lighter than air (excluding those for 12A and 13A gas lighter than air), and the gas detection elements used in this gas detection device are shown in FIGS. (A) As shown in (b), a substantially disk-
センシング素子Aは、図5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(球状あるいは楕円球状)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中心電極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から突出する中心電極22の一端部(下端部)からリード線13bが構成される。なお、感ガス体20の外径寸法は0.8mm以下となっており、感ガス体20を略平板状に形成したり、略円筒状に形成して筒内にコイルを埋設した場合に比べて感ガス体20を小型化でき、感ガス体20の熱容量を小さくすることができる。
As shown in FIG. 5, the sensing element A has a so-called sintered body type gas
以上のような構成のガスセンサの製造方法を以下に説明する。先ず、3本の端子12a〜12cをインサート成形によりベース11と同時成形した後、端子12a,12cの先端にヒータ兼用電極21の両端(リード線13a,13c)を、端子12bの先端に中心電極22の一端(リード線13b)をそれぞれ溶接或いはろう付けにより電気的且つ機械的に接続し、各端子12a〜12cと各リード線13a〜13cとの接続部位に防錆剤18を塗布する。次にPd,Ptなどの触媒を添加した酸化錫の粉体に溶媒(硫酸や硝酸など)を加えてペースト状にしたものを電極21,22に塗布し、両電極21,22を内部に埋設した楕円球状の感ガス体20を形成して、約600℃で燒結させた後、感ガス体20の機械的強度を上げるためにシリカ系バインダーを塗布し、再び約600℃で焼成する。そして、感ガス体20を覆うようにしてベース11に金属キャップ14を嵌着し、金属キャップ14をかしめることによってベース11に固定して、センシング素子Aの組立を完了する。ところで、従来は端子12a…の材料として鉄とニッケルの合金を用いており、リード線13a…を溶接するために端子12a…の表面に半田めっきを施していないので、感ガス体20を焼成する際に溶媒の硫酸或いは硝酸が飛散して端子12a…に付着し、端子12a…に錆が発生する可能性があった。そこで、端子12aの材料として例えば銅、ニッケル、亜鉛合金(所謂洋白)や純ニッケルなどの材料、特に好ましくは銅の含有量が54.0〜58.0%、ニッケルの含有量が16.5〜19.5%で、残部が亜鉛の銅、ニッケル、亜鉛合金(JIS H 3130 C7701)を用いており、こられの材料は錆びにくい性質を有しているので、感ガス体20を焼成する際に溶媒の硫酸や硝酸が飛散し、端子12a…に付着したとしても端子12a…に錆が発生するのを抑制することができる。
A method for manufacturing the gas sensor having the above configuration will be described below. First, after the three terminals 12a to 12c are formed simultaneously with the
次に制御部2の回路構成を図1を参照して説明する。制御部2は、ヒータ兼用電極21の通電を制御することで発熱量を制御する加熱制御手段、高温加熱期間(メタンガスに対して弁別性を有する期間)における感ガス体20の抵抗値から求めたメタンガスの濃度が第1の警報レベルを超えるとガス漏れ警報を出力するとともに、低温加熱期間(一酸化炭素に対して弁別性を有する期間)における感ガス体20の抵抗値から求めた一酸化炭素の濃度が第2の警報レベルを超えると不完全燃焼警報を出力する警報手段、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった直後の水素ガスに対して弁別性のある期間において、感ガス体20の抵抗値から求めた水素ガスの濃度が所定の判定レベルを超えると、第1及び第2の警報レベルを高濃度側へシフトさせるように警報レベルを補正する補正手段、および警報手段がガス漏れ警報又は不完全燃焼警報を出力すると、補正手段による警報レベルの補正処理を停止させる補正停止手段などの機能がプログラム化されて装置全体の制御処理を行うマイコン3を備える。なお、検出対象ガス(メタンガスや一酸化炭素や水素ガスなど)のガス濃度は、実際には感ガス体20の抵抗値を検出することで間接的に求めており、感ガス体20の抵抗値を第1,第2の警報レベルや判定レベルに対応して設定されたしきい値と比較することによって、ガス濃度レベルの判定を行っている。
Next, the circuit configuration of the control unit 2 will be described with reference to FIG. The control unit 2 obtains the heating control means for controlling the amount of heat generated by controlling the energization of the heater combined
本回路では、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しており、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で所定電圧に安定化されて、マイコン3に供給される。
In this circuit, the AC voltage of the AC commercial power supply AC is stepped down by the step-down transformer Tr, and the stepped-down voltage is full-wave rectified by the diode bridges DB1 and DB2, respectively. The voltage rectified by the one diode bridge DB2 is a smoothing capacitor. After being smoothed by C1, it is stabilized at a predetermined voltage by a three-terminal regulator IC1 and supplied to the
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R0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ており、トランジスタQ1のベースはマイコン3の出力ポートO1に接続されている。一方、センシング素子Aの中心電極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。トランジスタQ21,Q22のベースはマイコン3の出力ポートO21,O22にそれぞれ接続されており、出力ポートO21又はO22の電圧レベルがローレベルになると、トランジスタQ21又はQ22がオンになり、負荷抵抗R21又はR22が中心電極22に接続される。
The
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。
The output ports O3 to O5 of the
ここで、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。この電圧信号を出力する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。 Here, the photocouplers PC1 and PC2 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 stabilization circuit 4 for outputting the voltage signal is connected between both ends of a smoothing capacitor C2 for smoothing the rectified output of the diode bridge DB1, and applies a reference voltage applied to the base of the series control transistor Q3. The photocouplers PC1 and PC2 are switched by turning on / off the phototransistors PT1 and PT2.
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。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。 This reference voltage is obtained by dividing the voltage across the Zener diode ZD connected to both ends of the smoothing capacitor C2 via the resistor R4 by the resistors R11 to R13. When the phototransistor PT1 is turned on, the resistors R11 to R13 A voltage across the series circuit, that is, a voltage across the Zener diode ZD is applied as a reference voltage to the base of the transistor Q3. When the phototransistor PT2 is turned on, a voltage obtained by dividing the voltage across the Zener diode ZD by the resistor R11 and the series circuit of the resistors R12 and R13 is applied to the base of the transistor Q3 as a reference voltage. Thus, voltage signals corresponding to the respective reference voltages are output to the outside as gas detection signals in accordance with on / off of the phototransistors PT1 and PT2.
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。
The output port O8 of the
また三端子レギュレータIC1の出力端子間には、温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、入力ポートI1から取り込んだ感ガス体20の両端電圧の温度補償を行う。
A series circuit of a temperature compensation thermistor TH1 and a resistor R25 is connected between the output terminals of the three-terminal regulator IC1, and the potential at the connection point of the thermistor TH1 and the resistor R25 is input to the input port I2 of the
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又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の両端電圧の設定値となり、可変抵抗器VR1,VR2を用いて設定される。
A series circuit of a resistor R23 and a variable resistor VR1 and a series circuit of a resistor R24 and a variable resistor VR2 are connected between the output terminals of the three-terminal regulator IC1, and the input ports I3 and I4 of the
また、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の両端にPNP型のトランジスタQ4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を構成してある。保護回路5では、抵抗R6,R7の直列回路をダイオードD1を介して三端子レギュレータIC1の出力端子に接続しており、その出力電圧を抵抗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。
A pull-up resistor R2 is connected between the emitter and base of the transistor Q1, and a PNP transistor Q4 is connected to both ends of the pull-up resistor R2. The transistor Q4 constitutes a
而して、通常時において、マイコン3の出力ポートO1の出力がハイ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の接続点の電位を上回ってコンパレータCP1の出力の信号レベルがハイレベルになり、トランジスタQ4をオフ状態にしている。この時、トランジスタQ1はオフして、センシング素子Aのヒータ兼用電極21への印加電流が低下し、加熱量が低下する。
Thus, in normal times, when the output of the output port O1 of the
また、通常時において、マイコン3の出力ポートO1の出力が所定時間ローレベルになると、トランジスタQ1がオンして、センシング素子Aのヒータ兼用電極21が通電される。一方、マイコン3の出力ポートO1の出力がローレベルになると、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、その両端電圧が低下するが、コンデンサC0および抵抗R8の時定数により、上記所定時間が経過するまでコンデンサC0の両端電圧が抵抗R6,R7の接続点の電位を下回ることがなく、そのため上記所定時間が経過するまでの間、コンパレータCP1の出力がローレベルにならず、トランジスタQ4のオフ状態が維持される。したがって、トランジスタQ1はオン状態となり、ヒータ兼用電極21の印加電流が増加し、その加熱量が増加する。
Further, in normal times, when the output of the output port O1 of the
その後、通常時において、上記所定時間が終了するとマイコン3は出力ポートO1をハイレベルとしてトランジスタQ1をオフさせ、ヒータ兼用電極21の加熱量を低下させる。
Thereafter, at the normal time, when the predetermined time ends, the
このようにして所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極21を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極21に印加する電圧の平均値を約0.9Vとして感ガス体20を約400℃に加熱する高温加熱期間と、ヒータ兼用電極21に印加する電圧の平均値を約0.2Vとして感ガス体20を約60℃に加熱する低温加熱期間とを交互に設定することができる(図3参照)。
In this way, by performing duty control to energize the heater combined
ところで、図4は、ヒータ兼用電極21への加熱を制御することにより、感ガス体20の温度を5秒間高温に加熱した後に、低温で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、横軸は時間(秒)、縦軸は感ガス体20の抵抗値Rs(kΩ)である。
By the way, FIG. 4 has shown the response characteristic with respect to various gas at the time of heating at low temperature, after heating the temperature of the gas
図4のイ(×)は大気に対する測定結果、ロ(◆)は100ppmの一酸化炭素に対する測定結果、ハ(◇)は300ppmの一酸化炭素に対する測定結果、ニ(●)は1000ppmのメタンに対する測定結果、ホ(○)は3000ppmのメタンに対する測定結果、ヘ(▲)は3000ppmの水素ガスに対する測定結果、ト(△)は6000ppmの水素ガスに対する測定結果、チ(▼)は100ppmの一酸化炭素と50ppmの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、リ(▽)は100ppmの一酸化炭素と5000ppmの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、ヌ(■)は3000ppmのメタンと5000ppmの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果をそれぞれ示している。この測定結果から明らかなように、高濃度の水素ガスあるいは水素ガスを含む混合ガスの場合には、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった時点から約0.6秒が経過した時点(図4中のB点)で感ガス体20の抵抗値が急激に低下しており、この時点での抵抗値を検出することによって、水素ガスの有無を検出することが可能になる。
In FIG. 4, (x) is the measurement result for the atmosphere, (b) is the measurement result for 100 ppm carbon monoxide, (c) is the measurement result for 300 ppm carbon monoxide, and (ii) is for 1000 ppm methane. Measurement results: E (◯) is the measurement result for 3000 ppm of methane, F (▲) is the measurement result for 3000 ppm of hydrogen gas, G (△) is the measurement result for 6000 ppm of hydrogen gas, and Z (▼) is 100 ppm monoxide Measurement results for a mixed gas of carbon and 50 ppm hydrogen gas, Li (▽) is a measurement result for a mixed gas of 100 ppm carbon monoxide and 5000 ppm hydrogen gas, Nu (■) is 3000 ppm methane and 5000 ppm The measurement results for the mixed gas in which hydrogen gas is mixed are shown. As is clear from this measurement result, in the case of a high-concentration hydrogen gas or a mixed gas containing hydrogen gas, about 0.6 seconds have elapsed since the switching from the high temperature heating period to the low temperature heating period (FIG. 4). The resistance value of the gas
ここで、マイコン3の警報判定動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
Here, the alarm determination operation of the
高温加熱期間ではマイコン3は出力ポートO21の信号レベルをハイ、O22の信号レベルをローとしてトランジスタQ21をオン、Q22をオフすることにより、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。そして、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わる直前のメタンガスに対して弁別性のある期間(高温加熱期間開始時から約4〜5秒後)に(図4中のA点)、マイコン3は感ガス体20の両端電圧を入力ポートI1から取り込み、入力ポートI2から取り込んだサーミスタTH1および抵抗R25の分圧電圧に基づいて温度補償を行って、高温加熱期間の終了時における感ガス体20の抵抗値を検出し、この時の抵抗値をメタンガス濃度に対応する抵抗値(ch4)として記憶する(S11)。
During the high temperature heating period, the
その後、高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった時点より約0.6秒後の時点(図4中のB点)で、マイコン3は感ガス体20の両端電圧を入力ポートI1から取り込み、入力ポートI2から取り込んだサーミスタTH1および抵抗R25の分圧電圧に基づいて温度補償を行って、この時点における感ガス体20の抵抗値を検出し、この時の抵抗値を水素ガス濃度に対応する抵抗値として記憶する。ここで、マイコン3はB点における感ガス体20の抵抗値に応じてメタンガスおよび一酸化炭素の警報レベルをそれぞれ補正する補正係数Kh1,Kh2の値を設定しており、既にガス漏れ警報が出力されている場合には水素ガス濃度に関係なく補正係数Kh1,Kh2を1とし、ガス漏れ警報が出力されていない場合には、水素ガス濃度が判定レベル未満であれば、補正係数Kh1,Kh2を1にセットし、判定レベルを越えると(つまり感ガス体20の抵抗値が上記判定レベルに対応した抵抗値を下回ると)、補正係数Kh1,Kh2を1よりも大きい所定の値にそれぞれセットする(S12)。尚、補正係数Kh1,Kh2はセンサの特性や仕様に合わせて個別に設定が可能であり、互いに異なる値に設定しても良いし、同じ値に設定しても良い。
Thereafter, the
次に、マイコン3は、低温加熱期間に切り替えてから約1秒が経過した時点で、出力ポートO21の信号レベルをロー、O22の信号レベルをハイとしてトランジスタQ21をオフ、Q22をオンすることにより、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(S13)。そして、低温加熱期間から高温加熱期間に切り替わる直前の一酸化炭素に対して弁別性のある期間(低温加熱期間の開始から約10秒後、図4中のC点)に感ガス体20の両端電圧を入力ポートI1から読み込み、温度補償を行って感ガス体20の抵抗値を求め、この抵抗値を一酸化炭素のガス濃度に対応する抵抗値(co)として記憶する(S14)。
Next, the
以上のようにしてメタンガス、水素ガス、および一酸化炭素ガスの検出が終了すると、マイコン3は先ずメタンガス濃度に対応する抵抗値(ch4)に補正係数Kh1を乗じた値と第1の警報レベルに対応するしきい値(alch)との高低を比較し(S15)、抵抗値(ch4)に補正係数Kh1を乗じた値がしきい値(alch)を下回ると(すなわち感ガス体20の抵抗値から求めたメタンガス濃度が第1の警報レベルを越えると)、ガス漏れ警報を出力し(S16)、しきい値(alch)以上であれば、一酸化炭素の判定ルーチンに移行する。尚、S12の判定の結果、水素ガス濃度が判定レベルを超える場合は補正係数Kh1が1よりも大きな所定値にセットされ、判定レベル未満であれば補正係数Kh1が1にセットされるので、水素ガスの濃度が判定レベルを超える場合にはしきい値(alch)を下回る時の抵抗値(ch4)がより小さい値となることで、メタンガスの警報レベルを高濃度側にシフトさせて、水素ガスによる誤動作を防止することができる。
When the detection of methane gas, hydrogen gas, and carbon monoxide gas is completed as described above, the
そして、マイコン3はメタンガスの判定を終了すると、一酸化炭素の判定を行う。すなわち、マイコン3は一酸化炭素濃度に対応する抵抗値(co)に補正係数Kh2を乗じた値と第2の警報レベルに対応するしきい値(alco)との高低を比較し(S17)、抵抗値(co)に補正係数Kh2を乗じた値がしきい値(alco)を下回ると(すなわち感ガス体20の抵抗値から求めた一酸化炭素濃度が第2の警報レベルを越えると)、不完全燃焼警報を出力し(S18)、しきい値(alco)以上であれば警報を出力せずに、監視動作を継続する(S19)。尚、S12の判定の結果、水素ガス濃度が判定レベルを超える場合は補正係数Kh2が1よりも大きな所定値にセットされ、判定レベル未満であれば補正係数Kh2が1にセットされるので、ガス漏れ警報の場合と同様に、水素ガスの濃度が判定レベルを超える場合にはしきい値(alco)を下回る時の抵抗値(co)がより小さい値となることで、一酸化炭素の警報レベルを高濃度側にシフトさせて、水素ガスによる誤動作を防止することができる。
When the
ここで、マイコン3がガス漏れ警報や不完全燃焼警報を出力する際は、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のである。
Here, when the
このように、本実施形態では高温加熱期間から低温加熱期間に切り替わった直後の水素ガスに対して弁別性のある期間に、水素ガスのガス濃度を検出し、水素ガス濃度が所定の判定レベルを超える場合にはメタンガスおよび一酸化炭素の警報レベルを高濃度側にシフトするように補正しているので、水素ガスによる誤検出を防止することが可能になる。さらに、ガス漏れ警報が一旦出力されると、マイコン3は警報レベルの補正動作を停止するので、ガス漏れ警報の出力後に水素ガスが漏洩して水素ガス濃度が判定レベルを超えたり、メタンガスのガス濃度が高濃度になって水素ガスの判定期間における感ガス体20の抵抗値が判定レベルを下回った場合でも、メタンガスおよび一酸化炭素の警報レベルを高濃度側にシフトさせるような補正が行われないから、ガス漏れ警報が途中で鳴り止んでしまうのを防止できる。
As described above, in the present embodiment, the gas concentration of the hydrogen gas is detected during a period in which the hydrogen gas immediately after switching from the high temperature heating period to the low temperature heating period is discriminated, and the hydrogen gas concentration reaches a predetermined determination level. In the case of exceeding, the alarm level of methane gas and carbon monoxide is corrected so as to shift to the high concentration side, so that erroneous detection by hydrogen gas can be prevented. Furthermore, once the gas leak alarm is output, the
尚、本実施形態では検知対象ガス(メタンガスなどの可燃性ガス、一酸化炭素などの不完全燃焼ガス、又は水素ガス)のガス濃度のレベル判定は、実際には感ガス体20と検出抵抗との直列回路に一定電圧を印加して、対象ガス濃度に応じて変化する感ガス体20の抵抗値をその両端電圧から求め、警報レベル或いは判定レベルに対応して設定された抵抗値(しきい値alch,alco)と高低を比較することでレベル判定を行っているが、レベル判定の方法を上記の方法に限定する趣旨のものでなく、例えば感ガス体20と検出抵抗との直列回路に一定電圧を印加して、感ガス体20の両端電圧と基準となる電圧値との高低を比較することでレベル判定を行っても良いし、また感ガス体20に一定電圧を印加して感ガス体20に流れる電流値を検出し、この電流値と基準となる電流値との高低を比較することでレベル判定を行うようにしても良く、検出対象ガスに対して弁別性のある期間の抵抗値から求めたガス濃度が所定レベルを越えるか否かを検出できるのであれば、どのような方法でレベル判定を行っても良い。
In this embodiment, the gas concentration level determination of the detection target gas (a combustible gas such as methane gas, an incomplete combustion gas such as carbon monoxide, or hydrogen gas) is actually performed using the gas
また、本実施形態では高温加熱期間の終了時にメタンガスを検出してガス漏れ警報の判定を行うと共に、低温加熱期間の終了時に一酸化炭素ガスを検出して不完全燃焼の警報判定を行っているが、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報を行うタイミングを高温加熱期間及び低温加熱期間の終了時に限定する趣旨のものではなく、メタンガスや不完全燃焼ガスに対して弁別性のある期間であれば、高温加熱期間及び低温加熱期間の途中でガス漏れ警報や不完全燃焼警報を行うようにしても良い。また、補正手段としてのマイコン3は、水素ガス濃度が判定レベルを超えると、ガス漏れ警報の警報レベル(第1の警報レベル)と不完全燃焼警報の警報レベル(第2の警報レベル)を両方とも高濃度側にシフトさせているが、何れか一方の警報レベルのみを高濃度側にシフトするようにしても良い。また、補正停止手段としてのマイコン3は、ガス漏れ警報を出力すると警報レベルの補正処理を停止しているが、ガス漏れ警報又は不完全燃焼警報の内少なくとも何れか一方を出力すると警報レベルの補正処理を停止するようにしても良い。
Further, in the present embodiment, methane gas is detected at the end of the high temperature heating period to determine a gas leak alarm, and carbon monoxide gas is detected at the end of the low temperature heating period to perform an incomplete combustion alarm determination. However, the timing of performing the gas leakage alarm and the incomplete combustion alarm is not limited to the end of the high temperature heating period and the low temperature heating period, but if it is a period that is discriminative with respect to methane gas or incomplete combustion gas, A gas leak alarm or incomplete combustion alarm may be performed during the high temperature heating period and the low temperature heating period. Further, when the hydrogen gas concentration exceeds the determination level, the
ところで本実施形態の回路構成では、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がなく、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。
By the way, in the circuit configuration of the present embodiment, when the
また、高温加熱期間および低温加熱期間の時間設定はセンシング素子Aの熱容量などによって適宜な値に設定すれば良く、高温加熱期間及び低温加熱期間の周期が略60秒以下とするのが好ましい。例えば高温加熱期間を約5秒、低温加熱期間を約15秒とすれば、検出周期を20秒以下に設定することができ、(財)日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程(JIA E 001−99)」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができる。 Moreover, the time settings for the high temperature heating period and the low temperature heating period may be set to appropriate values depending on the heat capacity of the sensing element A, and the period of the high temperature heating period and the low temperature heating period is preferably approximately 60 seconds or less. For example, if the high-temperature heating period is about 5 seconds and the low-temperature heating period is about 15 seconds, the detection cycle can be set to 20 seconds or less. "Inspector Inspection Rules (JIA E 001-99)" and "Incomplete Combustion Alarm Inspection Rules".
また、図7に示すように、内部に活性炭よりなる外部フィルタ17が取り付けられた天井面を有する円筒状のキャップ16をカバー13に冠着することにより、外部からセンシング素子Aへガスが流入する径路に外部フィルタ17を配置し、雑ガスであるアルコール蒸気や被毒ガスであるシリコン蒸気を外部フィルタ17で吸着して、センシング素子Aのアルコール感度を低減するとともに、シリコン等の被毒物質からセンシング素子Aを保護して、センシング素子Aがアルコール蒸気やシリコン蒸気などの影響を受けにくくすることができる。尚、本実施形態では活性炭からなる外部フィルタ17を用いているが、外部フィルタ17の材質を活性炭に限定する趣旨のものではなく、外部フィルタ17の材質をシリカゲル(SiO2)としても良いし、活性炭およびシリカゲルの組み合わせとしても良い。
Further, as shown in FIG. 7, a gas flows into the sensing element A from the outside by attaching a
A センシング素子
3 マイコン
20 感ガス体
21 ヒータ兼用電極
A
Claims (4)
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