JP4157894B2

JP4157894B2 - 有極性ガス分別機能付ガスセンサ及び煙有極性ガス分別機能付ガスセンサ

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Publication number: JP4157894B2
Application number: JP2006119889A
Authority: JP
Inventors: 隆彦笹原
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Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2021-04-25
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Description

本発明は、ガス種を分別する機能を有するガスセンサに関し、特に、接触燃焼式ガスセンサを用いたガスセンサ、及び煙も分別する機能を有する煙ガス分別センサに関する。

従来、汎用性の高い接触燃焼式ガスセンサを用いてガス漏れ検知等を行うガス検知装置が数多く提案されている。この一例を図１３を用いて説明する。図１３は、従来のガス検知装置に用いられる接触燃焼式ガスセンサの概観図である。特に、図１３（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、従来の接触燃焼式ガスセンサの感応素子部及び補償素子部の概観図である。

この種の接触燃焼式ガスセンサは、可燃性ガスと空気中の酸素を触媒上で燃焼させることで得られる燃焼熱を白金コイルの抵抗変化としてとらえるようにしている。図１３（Ａ）に示すように、感応素子部は、２０ｕｍφの（白金）Ｐｔコイル４２Ａに直径約１ｍｍの球状になるように、Ｐｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３Ａが塗布されている。また、図１３（Ｂ）に示すように、補償素子部は、同様のＰｔコイル４４Ａに直径約１ｍｍの球状になるように、Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４５Ａが塗布されている。そして、実用的には、可燃性ガスに対するＰｔコイル４２Ａの抵抗変化が微少であるため、上記感応素子部及び補償素子部をブリッジ回路に組み込み、直流又はパルスをこのブリッジ回路の両端に印加し、可燃性ガスに対するブリッジ回路の中点電圧の変化を、センサ出力として測定する。

図１４は、上述の従来の接触燃焼式ガスセンサによるガス濃度とセンサ出力の関係を示すグラフである。図中、Ｇｃ１はイソブタンの出力特性を示し、同様に、Ｇｃ２は水素、Ｇｃ３はエタノール、そしてＧｃ４はメタンの出力特性を示す。この図に示すように、上記４種のガスに対応するセンサ出力は、ガス濃度増加に対して単調増加する、いずれも類似した特性を有する。ここで、エタノールは、酒類を起因とする日常生活で頻繁に発生する無害なものの例である。一方、イソブタン、水素、メタン等は、ガス漏れ等を起因として非日常的に発生する有害なガスとして検出すべきものの例である。

ところが、上述の従来の接触燃焼式ガスセンサは、熱容量が大きく、応答性及び測定精度もよくなかったので、図１４に示すように、いずれのガスに対しても類似の出力特性を呈し、これらを分離識別して検出することは困難であった。したがって、従来の接触燃焼式ガスセンサを用いたガスセンサ装置は、すべてのガス種に共通のガス検知基準値を設定し、この基準値に基づいて、ガス検知をせざるを得なかった。この結果、通常の家庭内に存在する酒類や調味料等に起因するエタノール系ガスや酢酸系ガス等の無害なガスにも、ガスセンサが反応し誤警報する可能性があった。そこで、この点を改善した他の従来例として、ガス種に対する選択性を持たせるため、センサキャップに活性炭等のフィルターをつけたガスセンサ装置も提案されている。更に、他の従来例として、ガス種に対応させた複数の特性の異なるガスセンサを備えて、これらを同時に駆動させるようにしたガスセンサ装置等も提案されている。ところが、これらの従来例でも、フィルター等の選択性を持たせるための手段が別途必要となったり、複数の特性の異なるガスセンサが必要となったりして、装置の複雑化、大型化や消費電力増大によりコスト高を招くという問題があった。

よって本発明は、上述した現状に鑑み、接触燃焼式ガスセンサの構造及びセンサ出力取得タイミングを最適化して、１つの接触燃焼式ガスセンサだけで複数のガス種を分別できるようにして、小型化及び低コスト化を達成したガスセンサを提供することを課題としている。また、検出高速化及び低消費電力化を達成したガスセンサを提供することを課題としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサは、図８〜図１２に示すように、ガス漏れ検出すると共に、間欠的に通電されて駆動する接触燃焼式ガスセンサ４０の通電開始時点から前記接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が安定する定常時点までの立上り期間における前記センサ出力を利用して有極性ガスを分別する有極性ガス分別機能付ガスセンサであって、前記接触燃焼式ガスセンサ４０に対する通電間隔の変動に伴う、前記立上り期間における前記センサ出力の最大値と前記定常時点における前記センサ出力の値である定常値との比率の変動具合に基づいて前記有極性ガスを分別することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の立上り期間における最大値と定常時点における定常値との比率を利用して有極性ガスを分別する。すなわち、接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて上記最大値及び定常値を取得すると、その比率はガス種により通電間隔の変動に伴う変動具合が異なることに着目することによって、有極性ガスの分別が可能になる。このように、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の立上り期間における最大値と定常時点における定常値との比率を利用することにより、ガス漏れ検出をする接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて有極性ガスが分別できるようになる。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサは、図８〜図１２に示すように、請求項１記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、前記有極性ガスの飽和吸着時間に基づいて設定された第１通電間隔による前記センサ出力の前記最大値及び前記定常値を取得する第１センサ出力取得手段１０１ａと、この第１通電間隔よりも長い第２通電間隔による前記センサ出力の前記最大値及び前記定常値を取得する第２センサ出力取得手段１０１ｂと、前記第１センサ出力取得手段１０１ａにより取得された前記最大値及び前記定常値による前記比率を、第１出力比として算出する第１出力比算出手段１０２と、前記第２センサ出力取得手段１０１ｂにより取得された前記最大値及び前記定常値による前記比率を、第２出力比として算出する第２出力比算出手段１０３と、前記第１出力比と前記第２出力比との比較に基づいて、前記有極性ガスを分別する第１分別手段１０４と、前記第１分別手段１０４による分別結果を出力するガス検知出力手段３００とを含むことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、有極性ガスの飽和吸着時間に基づいて設定された第１通電間隔によるセンサ出力から算出された第１出力比と、上記第１通電間隔よりも長い第２通電間隔によるセンサ出力から算出された第２出力比との比較に基づいて、有極性ガスを分別するようにしている。すなわち、有極性ガスの飽和吸着時間を考慮して通電間隔を設定すると有極性ガスの出力比が安定的になることを利用することにより、有極性ガスを他と分別するようにしている。このように、有極性ガスの飽和吸着時間を考慮して通電間隔を設定すると有極性ガスの出力比が安定的になることを利用することにより、ガス漏れ検出をする接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて有極性ガスの分別が可能になる。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサは、図８〜図１２に示すように、請求項２記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、前記有極性ガスは、前記通電間隔によらず前記出力比が約５倍程度である第１有極性ガスと、前記通電間隔によらず前記出力比が約１０〜１３倍程度である第２有極性ガスとを含み、前記第１出力比又は前記第２出力比に基づいて、前記第１有極性ガスと前記第２有極性ガスとを分別する第２分別手段１０５を更に含み、前記ガス検知出力手段３００は、前記第２分別手段１０５による分別結果も出力することを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、有極性ガスの分別に加えて、更に有極性ガスのうち、通電間隔によらず出力比が約５倍程度である第１有極性ガスと、出力比が約１０〜１３倍程度である第２有極性ガスとが分別可能になる。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサは、図８〜図１２に示すように、請求項３記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、前記第１通電間隔及び前記第２通電間隔はそれぞれ、約１０秒及び約３０秒であり、前記第１有極性ガスはエタノールを起因として発生するガスであり、前記第２有極性ガスは酢酸を起因として発生するガスであることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、エタノールを起因として発生する第１有極性ガス、酢酸を起因として発生する第２有極性ガスが分別できるようになる。エタノール及び酢酸を起因として発生するガスは日常的に酒や調味料から発生される可能性が高いので、これらを分別することにより誤警報を防止できるようになる。

上記課題を解決するためになされた請求項５記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサは、図４に示すように、請求項１、２、３、又は４記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、前記接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコンウエハに支持された絶縁膜上にヒータ素子及び触媒層が形成され、更に前記シリコンウエハの裏面からエッチングされて薄膜ダイヤフラムが形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコンウエハに支持された絶縁膜上にヒータ素子及び触媒層が形成され、更にシリコンウエハの裏面からエッチングされて薄膜ダイヤフラムＤｓが形成されているので、熱容量を小さくできる。

上記課題を解決するためになされた請求項６記載の煙有極性ガス分別機能付ガスセンサは、ガス漏れ検出すると共に、間欠的に通電されて駆動する接触燃焼式ガスセンサ４０の通電開始時点から前記接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が安定する定常時点までの立上り期間における前記センサ出力を利用して有極性ガス及び火災時に発生する煙を分別する煙有極性ガス分別機能付ガスセンサであって、前記接触燃焼式ガスセンサ４０に対する通電間隔の変動に伴う、前記立上り期間における前記センサ出力の最大値と前記定常時点における前記センサ出力の値である定常値との比率の変動具合に基づいて、前記有極性ガス及び煙を分別することを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の立上り期間における最大値と定常時点における定常値との比率を利用することにより、ガス漏れ検出をする接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて、有極性ガス及び火災時に発生する煙を分別できるようになる。また、ガス種分別用フィルタ等も不要になる。この結果、小型、低価格かつ更に高性能のガスセンサが得られる。

請求項１記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の立上り期間における最大値と定常時点における定常値との比率を利用することにより、ガス漏れ検出をする接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて有極性ガスが分別できるようになる。また、ガス種分別用フィルタ等も不要になる。この結果、小型、低価格かつ高性能のガスセンサが得られる。

請求項２記載の発明によれば、有極性ガスの飽和吸着時間を考慮して通電間隔を設定すると有極性ガスの出力比が安定的になることを利用することにより、ガス漏れ検出をする接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて有極性ガスの分別が可能になる。この結果、小型、低価格かつ高性能のガスセンサが得られる。

請求項３記載の発明によれば、有極性ガスの分別に加えて、更に有極性ガスのうち、通電間隔によらず出力比が約５倍程度である第１有極性ガスと、出力比が約１０〜１３倍程度である第２有極性ガスとが分別可能になる。このため、更に高性能で信頼性の高いガスセンサが得られる。

請求項４記載の発明によれば、エタノールを起因として発生する第１有極性ガス、酢酸を起因として発生する第２有極性ガスが分別できるようになる。酢酸及びエタノールを起因として発生するガスは日常的に酒や調味料から発生される可能性が高いので、これらを分別できるようになるということは、誤警報の少ない信頼性の高いガスセンサが得られるということになる。

請求項５記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコンウエハに支持された絶縁膜上にヒータ素子及び触媒層が形成され、更にシリコンウエハの裏面からエッチングされて薄膜ダイヤフラムＤｓが形成されているので、熱容量を小さくできる。この結果、消費電力が低減され、かつガス濃度変化に対して高速に応答し、更に測定精度が向上するようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

参考例
まず、図１〜図７を用いて、参考例について説明する。

この参考例においては、まず、図１〜図３を用いて基本構成、駆動波形及びガス種分別方法について説明する。図１は、参考例のガス種分別機能付ガスセンサの参考例の基本構成を示すブロック図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、参考例に関わる駆動波形の例を示すタイムチャートである。図３は、参考例に関わるガス種分別のための判定基準及びガス判定パターンを示す説明図である。

図１に示すように、コントローラ１０には、駆動電源２０、ガス検知出力手段３０、及び検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０が接続されている。このガス種分別機能付ガスセンサでは、図２に示すような駆動パルスが供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１０で、ガス種が分別されてガス検知出力される。この分別原理は、図６に示すように、接触燃焼式ガスセンサ４０の通電開始時点からセンサ出力が安定する定常時点までの立上り期間におけるセンサ出力が、特定種のガス（例えば、酢酸、エタノール等）に対して固有のピーク波形を呈することを利用するものであるが、これに関しては再度後述する。

上記コントローラ１０は、図２（Ａ）に示すように、１０秒間のパルスＯＦＦ期間と４００ｍｓの通電期間Ｄ１０とで１周期が構成される駆動パルスの通電期間Ｄ１０において、図２（Ｂ）に示すように、パルスＯＮから５ｍｓ時点Ｔ５、同１０ｍｓ時点Ｔ１０、同２０ｍｓ時点Ｔ２０、及び同３００ｍｓ時点Ｔ３００において、それぞれセンサ出力を取得する。これらの各時点Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ２０及びＴ３００は、特定のガス固有のピーク波形を識別して検出しやすいように、予め採取したデータに基づいて設定されたものである。

コントローラ１０は、センサ出力取得手段１１、第１〜３判定手段１２〜１４、ガス種分別手段１５、判定パターン格納手段１６、センサ駆動制御手段１７及び補正手段１８を含む。コントローラ１０は、ハードウエアとして、演算部、記憶部及びタイマ部等を有し、上記各手段１１〜１６は、記憶部に格納される制御プログラムにしたがって演算部が行う後述する図７の処理動作に対応するものである。

上記センサ出力取得手段１１は、補正手段１８を介して、図２に示す各時点Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ２０及びＴ３００でセンサ出力を取得する。そして、このセンサ出力取得手段１１は、各時点Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ２０及びＴ３００にそれぞれ対応する、第１時点出力取得手段１１ａ、第２時点出力取得手段１１ｂ、第３時点出力取得手段１１ｃ及び第４時点出力取得手段１１ｄから構成される。例えば、第１時点出力取得手段１１ａはパルスＯＮから５ｍｓ時点Ｔ５でのセンサ出力を取得し、同様に、第２時点出力取得手段１１ｂ、第３時点出力取得手段１１ｃ及び第４時点出力取得手段１１ｄもそれぞれ、１０ｍｓ時点Ｔ１０、２０ｍｓ時点Ｔ２０及び３００ｍｓ時点Ｔ３００でのセンサ出力を取得する。

第１〜３判定手段１２〜１４は、上記センサ出力取得手段１１から供給される各時点でのセンサ出力を受けて、図３の説明図に示す判定基準にしたがって、Ｙ又はＮの判定結果を出力する。図１の第１判定手段１２、第２判定手段１３及び第３判定手段１４はそれぞれ、図３の第１判定ＹＮ１、第２判定ＹＮ２及び第３判定ＹＮ３に対応した方法でＹ又はＮの判定を下す。例えば、この第１判定手段１２は、第１判定ＹＮ１に示す判定基準にしたがい、１０ｍｓ時点出力Ｓ１０（上記時点Ｔ１０でのセンサ出力）と５ｍｓ時点出力Ｓ５（上記時点Ｔ５でのセンサ出力）とを比較して、この判定基準を満たすと上記Ｙ、さもなければＮを出力する。第２判定手段１３及び第３判定手段１４も同様にそれぞれ、図３に示す判定基準、第２判定ＹＮ２及び第３判定ＹＮ３にしたがい、Ｙ又はＮを出力する。

ところで、上記第１判定手段１２は、１０ｍｓ時点出力Ｓ１０と、５ｍｓ時点出力Ｓ５とを比較して、上記Ｙ又はＮを出力している。また、図３には記載していないが、０ｍｓ時点出力（パルスＯＮ時点でのセンサ出力）と上記５ｍｓ時点出力Ｓ５とを比較すると、いずれのガスの場合にも、５ｍｓ時点出力Ｓ５の方が大きくなる。すなわち、上記第１判定手段１２のＹ又はＮの出力により、０〜１０ｍｓ時点（第１立上り期間に相当）のセンサ出力のピーク波形の有無が検出されることになる。同様に、１０〜３００ｍｓ時点（第２立上り期間に相当）におけるセンサ出力のピーク波形の有無は、上記第２判定手段１３及び第３判定手段１４により検出されることになる。すなわち、第１判定手段１２は第１ピーク有無検出手段に相当し、第２判定手段１３及び第３判定手段１４は第２ピーク有無検出手段に相当する。なお、５ｍｓ時点Ｔ５は特定の立上り初期時点に相当し、３００ｍｓ時点Ｔ３００は定常時点に相当する。これら時点Ｔ５及びＴ３００は、参考例において、後述する酢酸及びエタノールの特性及びセンサ性能を考慮して設定したものであり、分別ガスが異なったり、センサ性能が異なる場合には、適宜、変更してもよい。

ガス種分別手段１５は、上記第１〜３判定手段１２〜１４で出された各Ｙ又はＮの判定結果を受け、判定パターン格納手段１６に格納されるガス判定パターン（図３に示す）を参照することにより、センサ出力が、酢酸、エタノール又はメタン、Ｈ2等の３つのパターンのいずれに一致するかを判定して、その判定結果、すなわち、ガス分別結果を出力する。例えば、第１判定ＹＮ１がＮ、第２判定ＹＮ２がＹ、そして第３判定ＹＮ３がＮであれば、ガス種分別手段１５は、この時点でのセンサ出力から酢酸を分別検出したことになる。同様に、第１判定ＹＮ１がＹ、第２判定ＹＮ２がＹ、第３判定ＹＮ３がＮならエタノール、第１判定ＹＮ１がＹ、第２判定ＹＮ２がＹ、第３判定ＹＮ３がＹならメタン、Ｈ2等を分別検出したことになる。なお、この分別については、図５及び図６において、データを用いてより具体的に説明する。

センサ駆動制御手段１７は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して図２（Ａ）、（Ｂ）で示すような１０秒間のパルスＯＦＦ期間と４００ｍｓの通電期間Ｄ１０とで１周期が構成される駆動パルスを、電源ＯＮされて所定のトリガーが有るまで、継続的に発生させる。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）で示す駆動パルスにおいて、ＯＦＦに相当する駆動パルスのレベルは、必ずしもゼロではない。すなわち、この駆動パルスはセンサ出力取得手段１１で所望のセンサ出力が取得されやすいように、直流バイアスが印加されることもある。

補正手段１８は、後述するブリッジ回路からの検出出力に所定の補正をしたものをセンサ出力として、上記センサ出力取得手段１１に供給する。すなわち、図２で示す駆動パルスによる純粋な空気中における上記ブリッジ回路からの検出出力を初期検出出力として予め計測しておき、この初期検出出力を実際に上記ブリッジ回路から得られる検出出力から減算したものを、上記センサ出力として上記センサ出力取得手段１１に供給する。

上記駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。またガス検知出力手段３０は、上記コントローラ１０のガス種分別手段１５からガス種判定結果を受けてその判定結果を出力する。ガス検知出力手段３０は、例えば、ガス漏れ警報を音声や発光表示等により発する公知のスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成される。上記判定結果が酢酸、又はエタノールを示す場合には、それらは人体に無害なので、ガス検知出力手段３０から警報を出さないようにする。又は、表示のみで音声警報は出さないようにする。上記判定結果がＨ2等を示す場合には、異常事態なので、音声警報、又は音声警報と表示警報の両方を出すようにする。なお、酢酸、又はエタノールの検出を区別するために、異なる色のＬＥＤ表示をさせるようにしてもよい。

上記接触燃焼式ガスセンサ４０は、上記図２（Ａ）及び（Ｂ）で示すような駆動パルスが供給されて、間欠的に駆動する。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、基本的に、感応素子部Ｒｓ及び補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３を含み、補償素子部ＲｒはＰｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４５を含む。上記Ｐｔヒータ４２、４４は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及び可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路のＰｔヒータ４４及び固定抵抗Ｒ１の接続点、並びにＰｔヒータ４２及び固定抵抗Ｒ２の接続点には、上記コントローラ１０を介して駆動パルスが所定のインターバルで間欠的に供給される。また、Ｐｔヒータ４２及び４４の接続点、並びに可変抵抗Ｒｖからは、センサ出力としての電圧値がコントローラ１０に供給される。

この接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、上記補正手段１８からセンサ出力取得手段１１に供給されるセンサ出力がゼロになるように上記可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、ＣＯガス等が感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子の表面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、Ｐｔヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０に上記センサ出力が供給される。この場合、Ｐｔヒータ４４は周囲温度の変動によるＰｔヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように補償する。上記接触燃焼式ガスセンサ４０の構造については、図４を用いて後述する。

次に、図４を用いて上記参考例で用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０の構造について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、この接触燃焼式ガスセンサ４０の平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサは、（シリコン）Ｓｉウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ₂膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ、及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ₂膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして（白金）Ｐｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４５が形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。このような構成にすることにより、高速反応可能でかつ測定精度が向上した接触燃焼式ガスセンサが得られる。また、熱容量が小さくなるので、消費電力が低減される。

次に、図５及び図６を用いて上記実施形態で用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０による各ガスの出力特性について説明する。図５及び図６はそれぞれ、接触燃焼式ガスセンサ４０による無極性ガス及び有極性ガスのセンサ出力特性を示すグラフである。なお、図５及び図６においては、横軸は、前述の図２に示したような駆動パルスを接触燃焼式ガスセンサ４０に供給した際のパルスＯＮ時点（図中、０時点）からの経過時間を示す。

図５において、Ｓｖ１は（一酸化炭素）ＣＯガスのセンサ出力特性を示し、同様に、Ｓｖ２、Ｓｖ３及びＳｖ４はそれぞれ、（メタン）ＣＨ₄ガス、（水素）Ｈ₂ガス、（イソブタン）ｉ・Ｃ₄Ｈ₁₀ガスのセンサ出力特性を示す。これらのガスは主にガス漏れ時に発生するものであり、ここでは、各ガスの濃度は共に１０００ｐｐｍにしてデータを採取した。この図５に示すように、４種類のガスに対してセンサ出力は、０時点（パルスＯＮ時点）から１００ｍｓ経過するまでは特有の波形を描いて上昇するが、１００ｍｓ以降は固有出力値の定常状態になることがわかる。しかしながら、これらの無極性ガスは、パルスＯＮ時点から１００ｍｓ経過時点まではいずれも単調に増加し、その後はそれぞれ各ガス固有の一定値で安定する共通の変動パターンを有することがわかる。このような特性を利用して、本接触燃焼式ガスセンサ４０は、ガス漏れ等の異常事態を検出することができる。

また、図６において、Ｓｖ５は（酢酸）ＣＨ₃ＣＯＯＨガスのセンサ出力特性を示し、Ｓｖ６は（エタノール）Ｃ₂Ｈ₅ＯＨガスのセンサ出力特性を示す。これらのガスは主に日常生活で台所等で調味料や酒類を起因として発生するものであり、ここでは、各ガスの濃度は共に１０００ｐｐｍにしてデータを採取した。この図６のＳｖ５で示すように、酢酸に対するセンサ出力は、パルスＯＮ時点から５ｍｓ経過するまで急激に上昇してこの時点で第１ピークを迎えた後、急激に下降する。そして、１０ｍｓ経過時点で極小になった後、再び急激に上昇して３０ｍｓ経過時点で第２ピークを迎える。そして、その後は単調に減少し２００ｍｓ経過時点で固有出力値の定常状態になる。すなわち、このＳｖ５に示す酢酸に対するセンサ出力は、定常状態になるまでに２つのピークを有するピーク波形になることがわかる。この酢酸は、の第１ガスに相当する。

更に、図６のＳｖ６で示すように、エタノールに対するセンサ出力は、パルスＯＮ時点から３０ｍｓ経過するまで急激に上昇してこの時点でピークを迎えた後は、単調に減少し２００ｍｓ経過時点で固有出力値の定常状態になる。すなわち、このＳｖ６に示すエタノールに対するセンサ出力は、定常状態になるまでに１つのピークを有するピーク波形になることがわかる。このような固有のピーク波形特性を利用して、本接触燃焼式ガスセンサ４０は酢酸及びエタノールを分別して検出することができる。このエタノールは、第２ガスに相当する。

上記のような特有なパルス波形が発生する理由としては、吸着力が大きな要因になるものと考えられる。すなわち、酢酸やエタノール等の極性が大きく、吸着力の大きなガスは、パルスＯＦＦ期間にガス分子がセンサ表面に吸着し、パルスＯＮしセンサが通電されると吸着したガスは瞬時に燃焼するので、これに伴いセンサ出力も大きくなる。なお、このときには接触燃焼反応も同時に起こっている。一方、メタン、水素、一酸化炭素等の無極性、又は極性の小さいガスは、吸着力も小さいので、上記のような現象は起こらず、センサ出力は定常値で安定するまで徐々に増加していく。

このように、特定種のガスが固有のピーク波形を呈することを利用してガス種を分別するようにしているので、１つの接触燃焼式ガスセンサを用いるだけで複数のガス種を分別できるようになる。これにより、日常的に酒や調味料から発生される酢酸及びエタノールを起因として発生するガスが分別できるようになり、誤警報の少ない信頼性の高いガスセンサが得られる。

上述の図５及び図６のような各ガスのセンサ出力特性を利用して、ガス種分別を行うために上記コントローラ１０が行う処理動作について、図７を用いて説明する。

図７は、本発明の参考例に関わる処理動作を示すフローチャートである。この実施形態では、図２で示したような駆動パルスを用いて、通電期間Ｄ１０における５ｍｓ時点Ｔ５、１０ｍｓ時点Ｔ１０、２０ｍｓ時点Ｔ２０、及び３００ｍｓ時点Ｔ３００において、それぞれセンサ出力を取得する。そして、各時点Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ２０及びＴ３００で取得されたセンサ出力が、図３に示す判定基準でＹ／Ｎ判定された後、図３に示すガス判定パターンを参照して、ガス種が判定される。これにより、ひとつの接触燃焼式ガスセンサを用いて、複数種のガスを分別するものである。

図７のステップＰ１においては、図２で示した駆動パルスの通電期間Ｄ１０における５ｍｓ時点Ｔ５において接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が、５ｍｓ時点出力Ｓ５として取得される。同様に、ステップＰ２、ステップＰ３、及びステップＰ４においてはそれぞれ、図２で示した駆動パルスの通電期間Ｄ１０における１０ｍｓ時点Ｔ１０、２０ｍｓ時点Ｔ２０、及び３００ｍｓ時点Ｔ３００において、それぞれセンサ出力が１０ｍｓ時点出力Ｓ１０、２０ｍｓ時点出力Ｓ２０、及び３００ｍｓ時点出力Ｓ３００として取得される。これらの出力Ｓ５、Ｓ１０、Ｓ２０、及びＳ３００は、コントローラ１０の有する記憶部に一時保存される。

次に、ステップＰ５においては、上記一時格納されている５ｍｓ時点出力Ｓ５及び１０ｍｓ時点出力Ｓ１０が読み出され、これらが判定パターン格納手段１６に格納される図３で示した判定基準に基づきＹ／Ｎ判定される。同様に、ステップＰ６においては１０ｍｓ時点出力Ｓ１０及び２０ｍｓ時点出力Ｓ２０が読み出され、ステップＰ７においては２０ｍｓ時点出力Ｓ２０及び３００ｍｓ時点出力Ｓ３００が読み出され、これらが判定パターン格納手段１６に格納される図３で示した判定基準に基づきＹ／Ｎ判定される。これらの各Ｙ／Ｎ判定結果もコントローラ１０の有する記憶部に一時保存される。なお、上記ステップＰ５は第１ピーク有無検出手段に相当する。また、上記ステップＰ６及びステップＰ７は第２ピーク有無検出手段に相当する。

そして、ステップＰ８において、上記一時格納されている第１判定ＹＮ１、第２判定ＹＮ２及び第３判定ＹＮ３よる判定結果が読み出され、これらが判定パターン格納手段１６に格納される図３で示したガス判定パターンと比較されて、ガス種が分別される。ステップＰ８における判定が、第１判定ＹＮ１、第２判定ＹＮ２、第３判定ＹＮ３の順にＮ、Ｙ、ＮであればステップＰ９の酢酸検知出力処理に移行し、Ｙ、Ｙ、ＮであればステップＰ１０のエタノール検知出力処理に移行し、そして、Ｙ、Ｙ、ＹであればステップＰ１１のメタン、Ｈ₂等検知出力処理に移行する。なお、上記ステップＰ８はガス種分別手段に相当する。

ステップＰ９及びステップＰ１０における酢酸検知出力処理及びエタノール検知出力処理では、それらは人体に無害なので、ガス検知出力手段３０から警報を出さないようにする。又は、表示のみで音声警報は出さないようにする。又は、酢酸、又はエタノールの検出を区別するために、ステップＰ９及びステップＰ１０において、異なる色のＬＥＤ表示をさせるようにしてもよい。

一方、ステップＰ１１におけるメタン、Ｈ₂等検知出力処理では、それは異常事態の可能性があるので、ガス検知出力手段３００から音声警報、又は音声警報と表示警報の両方を出すようにする。但し、いずれのガスも含まない正常状態にもこのステップＰ１１になるので、この正常状態を上記異常事態と区別するために、３００ｍｓ時点出力Ｓ３００のセンサ出力を監視して、正常状態では警報を出さないようにする。なお、上記ステップＰ９、ステップＰ１０及びステップＰ１１はガス検知出力手段に相当する。

なお、このフローチャートでは、図２で示した駆動パルスの１周期相当の処理のみを示しているが、現実的には、この駆動パルスを連続的に発生させて上述の処理を連続的に行うようにする。これにより、より確実にガス分別ができるようになる。

以上のように参考例によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０の立上り期間におけるセンサ出力に着目して、ステップＰ５及びステップＰ６、７により、ピーク波形有無を検出するようにしているので、ピーク波形の異なる３種類のガスが１つの接触燃焼式ガスセンサを用いるだけで分別できるようになる。また、ガス種分別用フィルタ等も不要になる。この結果、小型、低価格かつ高性能のガス種分別機能付ガスセンサが得られる。特に、日常的に酒や調味料から発生される酢酸及びエタノールを起因として発生するガスと、これ以外のガスと分別できるようになるので、誤警報の少ない信頼性の高いガスセンサが得られるようになる。更に、図４で示したような熱容量の小さな接触燃焼式ガスセンサを用い、立上り期間におけるセンサ出力を取得して瞬間的な燃焼反応を利用するようにしているので、高速にガス種分別ができるようになる。

更に、図８〜図１２を用いて本発明の有極性ガス分別機能付ガスセンサの実施形態について説明する。

この実施形態においては、まず、図８及び図９を用いて基本構成及び駆動波形について説明する。図８は、本発明の有極性ガス分別機能付ガスセンサの実施形態の基本構成を示すブロック図である。図９は、本発明の実施形態に関わる駆動波形の例を示すタイムチャートである。

図８に示すように、コントローラ１００には、駆動電源２０、検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０、及びガス検知出力手段３００が接続されている。このガス種分別機能付ガスセンサでは、図９に示すような駆動パルスが供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１００で、ガス種が分別されてガス検知出力される。この分別原理は、図１１に示すように、接触燃焼式ガスセンサ４０の立上り期間におけるセンサ出力の最大値と定常時点におけるセンサ出力の定常値との比率、すなわち出力比を算出し、通電間隔の変動に伴うこの出力比の変動具合に基づいてガス種を分別するが、これに関しては再度後述する。

上記コントローラ１００は、図９に示すような、１０秒間のパルスＯＦＦ期間の直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ１０、及び３０秒間のパルスＯＦＦ期間の直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ３０において、センサ出力を取得する。このコントローラ１００は、センサ出力取得手段１０１、第１及び第２出力比算出手段１０２及び１０３、第１及び第２分別手段１０４及び１０５、センサ駆動制御手段１７０及び補正手段１８０を含む。このコントローラ１００は、ハードウエアとして、演算部、記憶部及びタイマ部等を有し、上記各手段１０１〜１０５は、記憶部に格納される制御プログラムにしたがって演算部が行う後述する図１２の処理動作に対応するものである。

上記センサ出力取得手段１０１は、補正手段１８０を介して、図９に示す上述の通電期間Ｄ１０及びＤ３０でセンサ出力を取得する。これら通電期間Ｄ１０及びＤ３０は共に４００ｍｓであるが、この期間中は、例えば、５ｍｓ毎にセンサ出力を取得する。すなわち、各通電期間Ｄ１０及びＤ３０でそれぞれ、８０回ずつサンプリングされることになる。このセンサ出力取得手段１０１は、上記通電期間Ｄ１０及びＤ３０にそれぞれ対応する、第１センサ出力取得手段１０１ａ及び第２センサ出力取得手段１０１ｂから構成される。この第１センサ出力取得手段１０１ａは、酢酸やエタノール等の有極性ガスの飽和吸着時間に基づいて設定された上記１０秒間のパルスＯＦＦ直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ１０における上記８０回のセンサ出力から、最大値及び定常値を取得する。この最大値及び定常値については後述する。また、第２センサ出力取得手段１０１ｂは、上記３０秒間のパルスＯＦＦ直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ３０における上記８０回のセンサ出力から、最大値及び定常値を取得する。

上記第１出力比算出手段は１０２は、第１センサ出力取得手段１０１ａにより取得された最大値及び定常値の比率、すなわち、通電期間Ｄ１０における（最大値−定常値）／定常値を第１出力比として算出する。また、第２出力比算出手段１０３は、第２センサ出力取得手段１０１ｂにより取得された最大値及び定常値による比率、すなわち、通電期間Ｄ３０における（最大値−定常値）／定常値を第２出力比として算出する。この最大値−定常値は後述する最大吸着燃焼出力に対応し、定常値は接触燃焼出力に対応する。

そして、第１分別手段１０４は、これら第１出力比及び第２出力比の比較に基づいて、有極性ガスを他のガスと分別する。第２分別手段１０５は、第１出力比又は第２出力比に基づいて、更に有極性ガスのうち、通電間隔によらず出力比が約５倍程度である第１有極性ガス、例えば、エタノールと、出力比が約１０〜１３倍程度である第２有極性ガス、例えば、酢酸とを分別する。

センサ駆動制御手段１７０は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して図９に示すような１０秒及び３０秒の通電間隔を有する駆動パルスを、電源ＯＮされて所定のトリガーが有るまで、継続的に発生させる。なお、図９で示す駆動パルスにおいて、ＯＦＦに相当する駆動パルスのレベルは、必ずしもゼロではない。すなわち、この駆動パルスはセンサ出力取得手段１０１で所望のセンサ出力が取得されやすいように、直流バイアスが印加されることもある。

補正手段１８０は、後述するブリッジ回路からの検出出力に所定の補正をしたものをセンサ出力として、上記センサ出力取得手段１０１に供給する。すなわち、図９で示す駆動パルスによる純粋な空気中における上記ブリッジ回路からの検出出力を初期検出出力として予め計測しておき、この初期検出出力を実際に上記ブリッジ回路から得られる検出出力から減算したものを、上記センサ出力として上記センサ出力取得手段１０１に供給する。

上記駆動電源２０は、図１の参考例で説明したと同様なので、ここでは説明を省略する。またガス検知出力手段３００は、上記コントローラ１００の第１及び第２分別手段１０４及び１０５からガス種分別結果を受けてその分別結果を出力する。ガス検知出力手段３００は、例えば、ガス漏れ警報を音声や発光表示等により発する公知のスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成される。上記判定結果が酢酸、又はエタノールを示す場合には、それらは人体に無害なので、ガス検知出力手段３００から警報を出さないようにする。又は、表示のみで音声警報は出さないようにする。上記判定結果がＨ₂等を示す場合には、異常事態なので、音声警報、又は音声警報と表示警報の両方を出すようにする。なお、酢酸、又はエタノールの検出を区別するために、異なる色のＬＥＤ表示をさせるようにしてもよい。

上記接触燃焼式ガスセンサ４０は、図１の参考例及び図４で示したと同様の構成をしており、供給される駆動パルスが異なるのみであるので、ここでは説明は省略する。この接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、検出動作開始前に、上記補正手段１８０からセンサ出力取得手段１０１に供給されるセンサ出力がゼロになるように上記可変抵抗Ｒｖを調整しておく。

更に、図１０及び図１１を用いて、本ガス種分別機能付ガスセンサのガス種分別の判定基準となる出力比について説明する。図１０は、エタノールを被験物質として、本接触燃焼式ガスセンサの駆動間隔を１秒、１０秒及び３０秒としたときの、それぞれのセンサ出力を示すグラフである。図１１は、ガス濃度及び駆動間隔を変えたときの、複数のガスの出力比を示すグラフである。図１０においては、横軸は、前述の図９に示したような駆動パルスを接触燃焼式ガスセンサ４０に供給した際のパルスＯＮ時点（図中、０時点）からの経過時間を示す。また、図１１においては、横軸の下の数値は駆動間隔−ガス濃度を示す。

図１０において、Ｈ１は駆動間隔を１秒とした直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ１におけるエタノールのセンサ出力特性が示されている。同様に、Ｈ１０は駆動間隔を１０秒とした直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ１０におけるエタノールのセンサ出力特性、Ｈ３０は駆動間隔を３０秒とした直後の４００ｍｓの通電期間Ｄ３０におけるエタノールのセンサ出力特性を示す。この図１０に示すように、パルス駆動間隔を１秒から１０秒に変動させるとセンサ出力、特にピーク値は大きく変動するが、パルス駆動間隔を１０秒から３０秒に変動させてもセンサ出力はほとんど変動しない飽和特性があることがわかる。これはエタノールの飽和吸着時間は１０〜３０秒であることを示している。エタノール以外の他の有極性ガスの飽和吸着時間もほとんど、１０〜３０秒程度であることがわかっている。一方、メタン、水素、一酸化炭素等の無極性ガスは、吸着力が有極性ガスよりも小さいので、このような飽和吸着時間１０〜３０秒の特性はないことがわかっている。このように有極性ガスが１０〜３０秒程度の飽和吸着時間を有することを利用して、有極性ガスを分別することが可能になる。

図１１において、ガス濃度及び駆動間隔を変えたときの複数種のガスの出力比が示されている。この出力比は、一般的には、最大吸着燃焼出力／接触燃焼出力で表される。接触燃焼出力（請求項１の定常値に相当）はセンサ出力が定常状態になったときの出力値であり、最大吸着燃焼出力はピーク出力から上記接触燃焼出力を減じた値である。この図の例では、通電期間を４００ｍｓとし、上記接触燃焼出力をパルスＯＮから３００ｍｓ経過時点のセンサ出力とし、上記ピーク出力を通電期間中のセンサ出力の最大値としている。そして、駆動パルスの駆動間隔を１０秒及び３０秒にして、エタノール、酢酸、綿灯芯、及び木材の煙に対する出力比のデータを採取、算出している。なお、各駆動間隔において、それぞれ３通りのガス濃度を設定して採取、算出したデータも記載している。

図１１に示すように、エタノールは上記設定した駆動間隔及びガス濃度によらす、上記出力比はほぼ５倍で一定である。また、酢酸は上記設定した駆動間隔及びガス濃度によらす、上記出力比はほぼ１０〜１３倍程度である。すなわち、これらの有極性ガスは１０〜３０秒程度の飽和吸着時間を有するので、駆動間隔によらず出力比は安定的であることがわかる。一方、これ以外の綿灯芯及び木材の煙は、上記設定した駆動間隔及びガス濃度において、駆動間隔及びガス濃度に相関性が有ることがわかる。このような特性を利用して、エタノールや酢酸等の有極性ガスを、これとは他種のガスや煙と分別することが可能になる。更に上記エタノール及び酢酸の出力比特性を利用して、エタノールと酢酸との分別も可能になる。このように、上記出力比を利用することにより、１つのガス漏れ検出に利用する接触燃焼式ガスセンサを用いるだけでガス種が分別できるようになる。

上述の図１１のような各ガスの出力比特性を利用して、ガス種分別を行うために上記コントローラ１００が行う処理動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の第２実施形態に関わる処理動作を示すフローチャートである。この実施形態では、図９で示したような駆動パルスを用いて、接触燃焼出力をパルスＯＮから３００ｍｓ経過時点で取得し、４００ｍｓの通電期間中のセンサ出力の最大値をピーク出力として取得する。そして、駆動間隔１０秒及び３０秒の出力比を比較して、エタノール、酢酸及びその他を分別する。なお、この駆動間隔１０秒及び３０秒は、酢酸やエタノール等の有極性ガスの飽和吸着時間に基づいて設定されたものである。

図１１のステップＰ１０１においては、図９で示した駆動間隔を１０秒直後の通電期間Ｄ１０において、例えば、５ｍｓ毎に計８０回のセンサ出力Ｗ１０が取得される。また、ステップＰ１０２においては、同様に、通電期間Ｄ３０において計８０回のセンサ出力Ｗ３０が取得される。これら取得されたセンサ出力は、コントローラ１００の記憶部に一時保存される。

次にステップＰ１０３においては、上記一時保存されているＤ１０における８０回のセンサ出力Ｗ１０から、その最大値及び定常値（接触燃焼出力）が取得される。そして、ステップＰ１０４において、ステップＰ１０３で取得された最大値及び定常値を用いて、（最大値−定常値）／定常値が第１出力比として算出される。なお、上記ステップＰ１０３及びステップＰ１０４はそれぞれ、請求項２の第１センサ出力取得手段及び第１出力比算出手段に相当する。

同様に、ステップＰ１０５においては、上記一時保存されているＤ３０における８０回のセンサ出力Ｗ３０から、その最大値及び定常値（接触燃焼出力）が取得され、ステップＰ１０６において、ステップＰ１０５で取得された最大値及び定常値を用いて、（最大値−定常値）／定常値が第２出力比として算出される。なお、上記第１出力比及び第２出力比は、コントローラ１００の記憶部に一時保存される。上記ステップＰ１０５及びステップＰ１０６はそれぞれ、請求項２の第２センサ出力取得手段及び第２出力比算出手段に相当する。

そして、ステップＰ１０７において、一時格納されている第１出力比及び第２出力比が読み出され、これら第１出力比及び第２出力比の比較に基づいて、有極性ガスが他のガスと分別される。この分別は、例えば、図１１に示した出力比特性を利用して、それらの第１出力比及び第２出力比が２割程度の変動幅に納まっていれば変化無し、すなわち、検出されたガスは、酢酸やエタノール等の有極性ガスであると判断してステップＰ１０８に移行し、さもなければ、変化有り、すなわち、有極性ガス以外の他のガスと判断してステップＰ１１１に移行する。なお、上記ステップＰ１０７は請求項２の第１分別手段に相当する。

ステップＰ１０８においては、図１１に示した出力比特性を利用して、上記第１出力比又は第２出力比のいずれかの値に基づいて、エタノールと酢酸の分別がおこなわれる。すなわち、第１出力比（又は第２出力比）が約５程度であれば検出されたガスはエタノールと判断されステップＰ１０９に移行し、それが１０〜１３程度であれば検出されたガスは酢酸と判断されステップＰ１１０に移行する。念のため追加説明すると、エタノール及び酢酸はともに、上記通電間隔によらず固有の出力比を有するので、このステップＰ１０８における判断には、第１出力比又は第２出力比のいずれを用いてもよい。なお、上記ステップＰ１０８は請求項３の第２分別手段に相当する。

このようにして、エタノール、酢酸、及びその他が分別されると、それぞれ、ステップＰ１０９、ステップＰ１１０及びステップＰ１１１において、エタノール検知出力処理、酢酸検知出力処理及びその他の検知処理が行われる。ステップＰ１０９及びステップＰ１１０におけるエタノール検知出力処理及び酢酸検知出力処理では、それらは人体に無害なので、ガス検知出力手段３００から警報を出さないようにする。又は、表示のみで音声警報は出さないようにする。或いは、エタノール検出及び酢酸検出を区別するために、ステップＰ１０９及びステップＰ１１０において、異なる色のＬＥＤ表示をさせるようにしてもよい。上記ステップＰ１０９、ステップＰ１１０及びステップＰ１１１は請求項２のガス検知出力手段に相当する。

一方、ステップＰ１１１におけるその他の検知出力処理では、検出されたガスが図１１で示す綿灯芯、又は木材の燃焼を起因とする煙、或いは、メタンガスや水素ガスなどの無極性ガス、又は極性が非常に小さいガスに相当する可能性がある。現実的には、上記綿灯芯、又は木材の燃焼を起因とする煙は火災時に発生し、上記メタンガスや水素ガスなどの無極性ガス、又は極性が非常に小さいガスはガス漏れ時に発生するものと考えられる。すなわち、ステップＰ１１１に至ったということは、異常事態の可能性もあるので、ガス検知出力手段３００から音声警報、又は音声警報と表示警報の両方を出すようにする。この警報を発する際に、例えば、上記参考例の方法を利用してメタンガスや水素ガスを検出し、また、図１１の綿灯芯、及び木材に相当するグラフに示すように、出力比が濃度上昇に伴い上昇していく傾向を検出し、火災による煙を検出して、その結果によって、警報の仕方を変えるようにしてもよい。但し、このような異常検出に属さない正常状態にもこのステップＰ１１１になる可能性があるので、この正常状態を上記異常事態と区別するために、例えば、通電期間中の３００ｍｓ時点出力のセンサ出力を監視して、正常状態では警報を出さないようにする。

以上のように本発明の実施形態によれば、酢酸やエタノール等の有極性ガスの飽和吸着時間を考慮して通電間隔を設定すると、有極性ガスの出力比が安定的になることを利用することにより、ガス漏れ検出する１つの接触燃焼式ガスセンサを用いるだけで有極性ガスとその他を分別可能にする。また、更に有極性ガスのうち、通電間隔によらず出力比が約５程度であるエタノールを起因として発生するガスと、出力比が約１０〜１３程度である酢酸を起因として発生するガスとが分別可能になる。すなわち、日常的に酒や調味料から発生されるエタノール及び酢酸を起因として発生するガスと、これ以外が分別できるようになるので、誤警報の少ない信頼性の高いガスセンサが得られるようになる。もちろん、１つの接触燃焼式ガスセンサを用いるだけでガス分別できるようになるので、参考例同様、小型、低価格かつ高性能のガス種分別機能付ガスセンサが得られるのはいうまでもない。更に、図４で示したような熱容量の小さな接触燃焼式ガスセンサを用い、立上り期間におけるセンサ出力を取得して瞬間的な燃焼反応を利用するようにしているので、高速にガス種分別ができるようになる。

なお、本発明は、上記各センサ出力の取得時間、通電間隔、通電時間等を、参考例及び実施形態に例示した値に限定するものではない。それらの値は、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。また、実施形態で有極性ガスとして例示したエタノールや酢酸以外にも、固有の出力比をもつガスに対して、本発明は適用可能である。

ガス種分別機能付ガスセンサの参考例の基本構成を示すブロック図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、参考例に関わる駆動波形の例を示すタイムチャートである。参考例に関わるガス種分別のための判定基準及びガス判定パターンを示す説明図である。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、本接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。接触燃焼式ガスセンサによる無極性ガスのセンサ出力特性を示すグラフである。接触燃焼式ガスセンサによる有極性ガスのセンサ出力特性を示すグラフである。参考例に関わる処理動作を示すフローチャートである。本発明の有極性ガス分別機能付ガスセンサの実施形態の基本構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に関わる駆動波形の例を示すタイムチャートである。本接触燃焼式ガスセンサの駆動間隔を変えたときの、それぞれのセンサ出力を示すグラフである。ガス濃度及び駆動間隔を変えたときの、複数のガスの出力比を示すグラフである。本発明の実施形態に関わる処理動作を示すフローチャートである。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）はそれぞれ、従来の接触燃焼式ガスセンサの感応素子部及び補償素子部の概観図である。従来の接触燃焼式ガスセンサによるガス濃度とセンサ出力の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０、１００コントローラ
２０駆動電源
３０、３００ガス検知出力手段
４０接触燃焼式ガスセンサ
４２、４４Ｐｔヒータ
４３Ｐｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層
４５Ａｌ₂Ｏ₃触媒層
Ｒｓ感応素子部
Ｒｒ補償素子部

Claims

ガス漏れ検出すると共に、間欠的に通電されて駆動する接触燃焼式ガスセンサの通電開始時点から前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力が安定する定常時点までの立上り期間における前記センサ出力を利用して有極性ガスを分別する有極性ガス分別機能付ガスセンサであって、
前記接触燃焼式ガスセンサに対する通電間隔の変動に伴う、前記立上り期間における前記センサ出力の最大値と前記定常時点における前記センサ出力の値である定常値との比率の変動具合に基づいて前記有極性ガスを分別する
ことを特徴とする有極性ガス分別機能付ガスセンサ。
請求項１記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、
前記有極性ガスの飽和吸着時間に基づいて設定された第１通電間隔による前記センサ出力の前記最大値及び前記定常値を取得する第１センサ出力取得手段と、
この第１通電間隔よりも長い第２通電間隔による前記センサ出力の前記最大値及び前記定常値を取得する第２センサ出力取得手段と、
前記第１センサ出力取得手段により取得された前記最大値及び前記定常値による前記比率を、第１出力比として算出する第１出力比算出手段と、
前記第２センサ出力取得手段により取得された前記最大値及び前記定常値による前記比率を、第２出力比として算出する第２出力比算出手段と、
前記第１出力比と前記第２出力比との比較に基づいて、前記有極性ガスを分別する第１分別手段と、
前記第１分別手段による分別結果を出力するガス検知出力手段と、
を含むことを特徴とする有極性ガス分別機能付ガスセンサ。
請求項２記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、
前記有極性ガスは、前記通電間隔によらず前記出力比が約５倍程度である第１有極性ガスと、前記通電間隔によらず前記出力比が約１０〜１３倍程度である第２有極性ガスとを含み、
前記第１出力比又は前記第２出力比に基づいて、前記第１有極性ガスと前記第２有極性ガスとを分別する第２分別手段を更に含み、
前記ガス検知出力手段は、前記第２分別手段による分別結果も出力する
ことを特徴とする有極性ガス分別機能付ガスセンサ。
請求項３記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、
前記第１通電間隔及び前記第２通電間隔はそれぞれ、約１０秒及び約３０秒であり、
前記第１有極性ガスはエタノールを起因として発生するガスであり、前記第２有極性ガスは酢酸を起因として発生するガスである
ことを特徴とする有極性ガス分別機能付ガスセンサ。
請求項１、２、３、又は４記載の有極性ガス分別機能付ガスセンサにおいて、
前記接触燃焼式ガスセンサは、
シリコンウエハに支持された絶縁膜上にヒータ素子及び触媒層が形成され、更に前記シリコンウエハの裏面からエッチングされて薄膜ダイヤフラムが形成されている
ことを特徴とする有極性ガス分別機能付ガスセンサ。
ガス漏れ検出すると共に、間欠的に通電されて駆動する接触燃焼式ガスセンサの通電開始時点から前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力が安定する定常時点までの立上り期間における前記センサ出力を利用して有極性ガス及び火災時に発生する煙を分別する煙有極性ガス分別機能付ガスセンサであって、
前記接触燃焼式ガスセンサに対する通電間隔の変動に伴う、前記立上り期間における前記センサ出力の最大値と前記定常時点における前記センサ出力の値である定常値との比率の変動具合に基づいて、前記有極性ガス及び煙を分別することを特徴とする煙有極性ガス分別機能付ガスセンサ。