JP4222710B2 - ガス検知方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電状態を切替自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置および、そのガス検知装置によるガス検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検知装置としては、前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、実質的に被検知ガスを含まない空気（清浄空気）中における前記ガス検知素子からの安定出力（ベース出力）を第一出力とし、前記第二通電状態終了時における前記ガス検知素子からの第二出力を求めてその差を被検知ガスに基づく出力として算出することが行われている。
しかしながら、このような方法によると、常に第一出力を所定値に維持することになるから、ガス検知素子の劣化等に伴う第一出力の変動を相殺することが出来ず、次第に正確なガス濃度を求められなくなる虞がある。そこで、その第一出力の変動による影響を防止するために、前記第二通電状態時におけるベース出力の変動を経時的に測定し、その平均値を持って第一出力として、前記第二出力との差を求め、長期に渡ってより正確にガス濃度が求められるようにすることが考えられており、これらの制御を行うことが出来るガス検知装置が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなガス検知方法を採用したとしても、たとえば、前記ガス濃度の測定が、警報を発すべき目的で行われているような場合、被検知ガスを検知すべき空間内に、前記被検知ガスが警報レベル以下であらかじめ微量に存在するようなときや、経時劣化により夾雑ガスを過敏に検出してしまうような特性になってしまったときには、前記ベース出力が経時的に次第に上昇して、第二通電状態の開始時と終了時とでは出力が大きく異なる状況があった。そのため、このような場合、測定すべき被検知ガス量は、変動するベース出力の平均値を基に算出されるため、ガス濃度が０であると見なす規準となる第一出力が正確に求められずに変動する要因になっていることになって、やはり濃度測定における信頼性が十分であるとはいえなかった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑み、より信頼性高く、被検知ガスの濃度を測定することのできる技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明のガス検知方法の特徴手段は、
半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電状態を切替自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置によるガス検知方法であって、
前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、
前記第一通電状態と前記第二通電状態との１サイクルにおいて、
前記第二通電状態開始後、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態で前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子の出力が安定化するまでの待機時間が経過した第二通電状態時の前記ガス検知素子からの第一出力を求め、
前記第一出力を得た後の前記第二通電状態終了時における前記ガス検知素子からの第二出力を求め、
前記第一、第二出力の差を前記ガス検知素子による、前記被検知ガスに対する出力とする点にある。
また、本発明のガス検知装置の特徴構成は、
半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電状態を切替自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設け、
前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、前記第一通電状態と前記第二通電状態との１サイクルにおいて、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子の出力が安定化するまでの時間を待機時間として、前記第二通電状態開始後前記待機時間経過時の前記ガス検知素子からの第一出力を求めるとともに、前記第二通電状態終了時における前記ガス検知素子からの第二出力を求め、前記第一、第二出力の差を算出する制御装置を設けた点にある。
【０００６】
〔作用効果〕
つまり、前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うと、前記ガス検知素子が長期の使用等により劣化傾向にあるとしても、前記第一通電状態において、前記ガス検知素子は高温に晒され、その表面に付着した付着物は酸化除去されるとともに、前記ガス検知素子自体の表面付着水分量も一定の状態に維持しやすくなる。また、第二加熱状態において前記ガス検知素子は、雰囲気中の被検知ガスを吸着して、出力検知用の電圧が印加された場合に、そのガス検知素子表面における被検知ガスの酸化反応等による電子状態の変化が電流に反映されることとなるため、被検知ガスの濃度に応じた出力を呈するとともに、高いガス選択性を発揮することが出来るのである。従って、このようにすると、安定して被検知ガスを検出させることが出来るとともに、長期に渡って信頼性の高い検知結果を与えることが出来るのである。
【０００７】
この場合、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態での前記ガス検知素子の出力を求めると、前記被検知ガス濃度が０の場合における前記ガス検知素子からの出力を知ることが出来る。ここで、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた直後には、前記出力は不安定であり、被検知ガス濃度０に対応する出力を得られるものとは言い難い。しかし、前記ガス検知素子の出力が安定化するまでの待機時間をあらかじめ求めておき、前記第二通電状態開始後前記待機時間経過時の前記ガス検知素子からの第一出力を求めると、その出力は、被検知ガス濃度０に対応する出力として取り扱えるものとなる。
【０００８】
ここで、前記ガス検知素子が経時劣化して、前記第二通電状態においても前記夾雑ガスを吸着によるベース出力の増加、及び、常時雰囲気中に存在している被検知ガスによるベース出力の漸増を呈する場合がある。このようなベース出力の変動は、特に微量の被検知ガス濃度を求める場合、ガス濃度測定に大きな影響を及ぼす虞がある。ところで、前記第一出力は、前記ガス検知素子へのガス吸着があまり進行していない状態なので、前記夾雑ガスの出力や、雰囲気中の被検知ガスの出力もあまり含まないものである。そのため、前記第一出力が実質的に従来求めていたベース出力に当たるものとなる。従って、前記第一出力と前記第二出力との差をとれば、検知対象ガス中で前記ガス検知素子を使用して被検知ガス濃度を求めた場合にも、前記ベース出力は被検知ガスの影響をあまり受けないことになる。また、第一出力と第二出力との差を求める事により得られる出力が、前記第一出力を得た時点から前記第二出力を得た時点までに、前記ガス検知素子に吸着した被検知ガス量に依存するものであり、前記ガス検知素子に吸着した被検知ガス量は、検知対象ガス中の被検知ガス濃度に依存するから、結局は前記第一出力と第二出力との差が、前記被検知ガス濃度に依存するものとなり、対応する被検知ガス濃度が正確に求められることになる。
【０００９】
従って、前記第一出力を得てから、前記ガス検知素子からの第二出力を求めるまでの間に、前記ガス検知素子に吸着するガスとして、前記夾雑ガスを含め、常時雰囲気中に存在している被検知ガスをも含めたすべてのガスが想定され、被検知ガスの総量に対応する出力が正確に得られるとともに、夾雑ガスについても、正しく出力に反映させられることになり、前記第一、第二出力の差をとることにより、前記ガス検知素子による、前記被検知ガスに対する出力が得られることになる。すると、得られる出力は、前記ガス検知素子のガス選択特性に従って前記夾雑ガスの存在を考慮した出力が得られるので、ガス濃度に基づき警報を発する場合においても、正確な判断が可能になるものと考えられる。
【００１０】
尚、前記第二出力は、第二通電状態時の前記第一出力検出後におけるいずれのタイミングで求めてもよく、この間の時間が被検知ガス濃度出力を求めるための被検知ガス吸着状態となる。そのため、被検知ガスが、ガス検知素子に吸着する吸着時間を十分確保するとともに、ガス検知間隔を短くするためには、前記第二出力を前記第二通電状態終了時に求めることが好ましい。また、前記第一出力及び第二出力の差を求める際には、第一、第二通電状態の１サイクルのうちで得られる第一出力及び第二出力の差を求めれば、制御の都合上どちらを先に求める形態としても良い。
【００１１】
また、先のガス検知装置の構成によると、上述のガス検知方法を行え、雰囲気中の夾雑ガスの存在や、前記ガス検知素子の経時劣化等によらず、信頼性高くガス濃度を知ることができる。また、ガス検知素子をパージ状態に加熱する場合、前記ガス検知素子は、３００℃〜４５０℃程度に加熱され、吸着状態に維持される場合には、前記ガス検知素子は、常温から３００℃前後に加熱維持され、ガス検知素子ごとに、その特性から固有の温度範囲を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のガス検知装置は、半導体式のガス検知素子１を設け、前記ガス検知素子１に通電して、そのガス検知素子１からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子１を通電状態を切替自在にするブリッジ回路を含んでなるガス検知回路２を設け、前記ガス検知素子１からの出力を基に、警報を発する必要性があるか否かの判断を行う制御装置３を設けるとともに、警報を発する警報装置４を設けて構成してある。
【００１３】
前記制御装置３は、前記ガス検知素子１に電圧をかけ、パージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子１に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御部３１を設けてある。
また、前記ガス検知素子１を清浄空気中に配置した状態で、前記ガス検知素子１が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子１の出力が安定化するまでの時間を待機時間としてあらかじめ求めておき、前記第二通電状態開始後前記待機時間経過時の前記ガス検知素子１からの第一出力を求めるとともに、前記第二通電状態終了時における前記ガス検知素子１からの第二出力を求めるタイマ３２、出力部３３を設け、前記第一、第二出力の差を算出する演算部３４を設けてある。
【００１４】
具体的には、図３に示すように、前記第一通電状態は１．８Ｖにて６００ミリ秒、第二通電状態は３０秒継続する。ここで第二通電状態の開始時から５秒（待機時間）後に１．８Ｖの電圧を１ミリ秒かけて第一出力を得る。また、この第一出力を得た後、２５秒後には前記第一通電状態に入る際の出力を得て、第二通電状態終了時の出力としての第二出力を得る。
得られた出力は、前記演算部３３によって、前記第一、第二出力の差が求められる。さらにその差を基に、警報の判断を行うとともに、警報を発する必要がある場合には、警報出力が前記警報装置４に出力され、警報音等の警報を発する。
【００１５】
【実施例】
ガス検知素子１として約２０μｍ径の白金線コイル１１を覆って、酸化スズ半導体を０．５ｍｍ径に設けて、その酸化スズ半導体を６００℃で１時間焼成して、ガス感応部１２を形成し、前記ガス感応部１２にパラジウムを０．０５ｍｏｌ％添加してある常温作動型で、一酸化炭素ガス選択性の熱線型半導体式ガス検知素子を設け（図２参照）、先の第一、第二通電状態を繰り返す運転を行ったところ清浄空気中において図４に示すような出力経過を示した。このガス検知素子１は、５秒（待機時間）後にセンサ出力が安定し始めることがわかり、これによってこの時点の出力を第一出力として決めることができた。
この差を基に前記第二出力を求めると図５のようになり、前記第一出力との差を求めると図５のようになることがわかった。図６によって求められるガス検知出力は、濃度依存性のある傾きを有し、３０秒時点においてもガス濃度を正確に求められる特性を有することがわかる。
この出力特性の、第一出力を得てから第二出力を得るまでの時間別での濃度依存性として求めたところ、図７に示すようになった。つまり、３０秒後に求められる出力は、特に直線性が高く、出力と濃度との関係が正確に求めやすいことがわかる。
また、このように運転されるガス検知素子のガス検知特性を求めたところ図８に示すようになり、特に一酸化炭素ガスを選択性高く検知していることがわかる。
【００１６】
〔別実施の形態〕
前記ガス検知素子としては、このような常温駆動型の一酸化炭素ガス検知素子に限らず、種々の素子を用いることが出来る。また、前記待機時間は、そのガス検知素子毎に決定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知装置の概念図
【図２】ガス検知素子の概略図
【図３】実施の形態に示す通電加熱制御を示すグラフ
【図４】出力の初期安定化を示すグラフ
【図５】第二出力の経時変化を示すグラフ
【図６】第一、第二出力の差の経時変化を示すグラフ
【図７】第一、第二出力の差の濃度依存性を示すグラフ
【図８】ガス検知素子のガス検知特性を示すグラフ
【符号の説明】
１ ガス検知素子
２ ガス検知回路
３ 制御装置
４ 警報装置

Claims (2)

1. 半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電状態を切替自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置によるガス検知方法であって、
   前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、
   前記第一通電状態と前記第二通電状態との１サイクルにおいて、
   前記第二通電状態開始後、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態で前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子の出力が安定化するまでの待機時間が経過した第二通電状態時の前記ガス検知素子からの第一出力を求め、
   前記第一出力を得た後の前記第二通電状態における前記ガス検知素子からの第二出力を求め、
   前記第一、第二出力の差を前記ガス検知素子による、前記被検知ガスに対する出力とするガス検知方法。
2. 半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電状態を切替自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置であって、
   前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、前記第一通電状態と前記第二通電状態との１サイクルにおいて、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子の出力が安定化するまでの時間を待機時間として、前記第二通電状態開始後前記待機時間経過時の前記ガス検知素子からの第一出力を求めるとともに、前記第一出力を得た後の前記第二通電状態における前記ガス検知素子からの第二出力を求め、前記第一、第二出力の差を算出する制御装置を設けたガス検知装置。

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