JP4326582B1

JP4326582B1 - ガスセンサ装置

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Publication number: JP4326582B1
Application number: JP2008220541A
Authority: JP
Inventors: 伸一玉木
Original assignee: シーアールボックス株式会社
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010054383A

Abstract

【課題】ガスセンサの異常を検知する機能を有するガスセンサ装置を、部品点数の増加を抑えて提供する。
【解決手段】オペアンプ２１の負入力端子とバイアス電圧Ｖbの出力部間を導通状態と遮断状態とに切り換える第１スイッチ回路２７と、オペアンプ２１の負入力端子と出力端子間を導通状態と遮断状態とに切り換える第２スイッチ回路２８と、ＣＯセンサ１０の検知電極１２と電流／電圧変換回路６０間を導通状態と遮断状態とに切り換える第３スイッチ回路５０とを備え、センサ異常検知手段８２は、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８をＯＦＦして出力ポートＰo2の出力をＶLとすることにより、ＣＯセンサ１０の対向電極１１と参照電極１３を短絡状態とし、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８をＯＦＦして出力ポートＰo2の出力をＶHとすることにより、ＣＯセンサ１０の対向電極１１にテスト用電圧Ｖb＋Ｓを印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサから出力される電流のレベルに基づいてガス濃度を検出するガスセンサ装置に関する。

従来より、例えば一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）を検出するガスセンサの出力電流を電圧信号に変換し、この電圧信号をさらに増幅して出力するガスセンサ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、例えば燃焼装置に備えられたＣＯセンサの故障が生じると、ＣＯ濃度の検出信号に基づく不完全燃焼を検出することができなくなるため、警報や燃焼停止等の対応処理が行われずに、不完全燃焼が継続されてしまうという不都合がある。

さらに、一般的に、ガスセンサの感度は経時的に低下し、この感度の低下はガスセンサの通電・非通電に拘わらずに進行する。そして、ガスセンサの感度が低下すると、実際のガス濃度よりも検出されるガス濃度が低くなるため、ガス濃度の検出精度が低下するという不都合がある。
特開平７−２０９２４７号公報

ガスセンサの故障や感度の低下等の異常が生じると、上述したように、不完全燃焼の検出不能や、ガス濃度の検出精度の低下等の不都合が生じる。そこで、ガスセンサ装置に、ガスセンサの異常の有無を検知する機能を備えて、ガスセンサの異常を検知したときに異常報知や燃焼停止等の処理を行うことが考えられる。

そして、ガスセンサの異常の有無を検知する機能を備えることにより、部品点数が増加して部品の搭載スペースや部品コストが増加することは、極力避けることが望ましい。

そこで、本発明は、ガスセンサの異常を検知する機能を有するガスセンサ装置を、部品点数の増加を抑えて提供することを目的とする。

本発明について説明する前に、本発明の前提となるガスセンサ装置の基本構成について、図４及び図５を参照して説明する。

図４はガスセンサ装置の回路構成図であり、ガスセンサ装置１００は、ＣＯセンサ１０（本発明のガスセンサに相当する）と接続して使用され、ＣＯセンサ１０の出力電流に基づいてＣＯの濃度を算出するものである。

ガスセンサ装置１００は、マイクロコンピュータ１００（以下、マイコン１００という）等により構成された電子ユニットであり、接続端子１５，１６，１７を介してＣＯセンサ１０が接続されている。

ＣＯセンサ１０は、検知電極１２と対向電極１１と参照電極１３とを有する３電極方式の電気化学式のガスセンサであり、対向電極１１と参照電極１３は、接続端子１５，１７を介して電位安定回路（ポテンショスタット回路）１１０と接続されている。電位安定回路１１０には、ＣＯセンサ１０の異常を検知するための第１スイッチ１１９，第２スイッチ１２０，第３スイッチ１１８が備えられている。また、電圧供給回路１３０により、バイアス電圧Ｖbとテスト用電圧Ｖb＋Ｓが生成されている。

電位安定回路１１０は、オペアンプ１１１，１１６を備え、オペアンプ１１１の正入力端子が抵抗１１３を介してバイアス電圧Ｖbの出力部と接続され、負入力端子が第３スイッチ１１８を介してＣＯセンサ１０の参照電極１３と接続されている。また、オペアンプ１１１の出力端子が抵抗１１５及び第１スイッチ１１９を介してＣＯセンサ１０の対向電極１１と接続され、オペアンプ１１１の負入力端子と出力端子間にコンデンサ１１４が接続されている。

オペアンプ１１６はボルテージフォロワアンプを構成し、正入力端子がテスト電圧Ｖb＋Ｓの出力部と接続され、出力端子が抵抗１１７及び第１スイッチ１１９を介してＣＯセンサ１０の対向電極と接続されている。また、オペアンプ１１６の負入力端子と出力端子が接続されている。

そして、ＣＯ濃度を検出する通常動作状態では、第１スイッチ１１９と第３スイッチ１１８のｂ−ｃ接点がＯＮ（導通状態）、第２スイッチ１２０がＯＦＦ（遮断状態）とされる。この場合、オペアンプ１１１の正入力端子にバイアス電圧Ｖbが入力され、ＣＯセンサ１０の参照電極１３の電位がバイアス電圧Ｖbとなるように、オペアンプ１１１の出力端子からＣＯセンサ１０の対向電極１１に印加される電圧が制御される。

そして、これにより、ＣＯ濃度と検知電極１２に流れるセンサ電流Ｉsとの相関の直線性と安定性を向上させている。ＣＯセンサ１０は、ＣＯ濃度が高くなるに従って、検知電極１２に流れるセンサ電流Ｉsが大きくなる特性を有している。

ＣＯセンサ１０の検知電極１２は、第４スイッチ５０を介して電流／電圧変換回路６０と接続されている。電流／電圧変換回路６０は、オペアンプ６１とオペアンプ６１の負入力端子と出力端子間に接続された抵抗６２とにより構成され、センサ電流Ｉsを、オペアンプ６１の正入力端子に入力されるバイアス電圧Ｖbでオフセットして電圧信号Ｖ1に変換する。

増幅回路７０は、オペアンプ７４を用いて構成され、オペアンプ７４の出力端子が抵抗７３を介して負入力端子と接続されている。また、オペアンプ７４の負入力端子は抵抗７１を介してバイアス電圧Ｖbの出力部と接続され、正入力端子は抵抗７２を介して電流／電圧変換回路６０と接続されている。増幅回路７０は、電圧信号Ｖ1を増幅した電圧信号Ｖ2をマイコン１４０のＡＤポート（アナログ／デジタル変換ポート）ＡＤ2に出力する。

マイコン１４０に、ＣＯ濃度検出及びＣＯセンサの異常検知用の制御プログラムを実行させることによって、マイコン１４０がガス濃度検出手段１４１及びセンサ異常検知手段１４２として機能する。

また、マイコン１４０のＡＤポート（アナログ／デジタル変換ポート）ＡＤ1に電流／電圧変換回路６０の出力電圧Ｖ1が入力されて、Ｖ1のデジタル変換値が取り込まれ、ＡＤポートＡＤ2に、増幅回路７０の出力電圧Ｖ2が入力されて、Ｖ2のデジタル変換値がマイコン１４０に取り込まれる。

また、マイコン１４０の出力ポートＰo1の出力レベル（ＶH：５Ｖ／ＶL：０Ｖ）に応じて、第１スイッチ回路１１９のＯＮ接点（ａ−ｃ／ｂ−ｃ）が切り換わる。同様にして、マイコン１４０の出力ポートＰo3の出力レベルに応じて、第３スイッチ回路１１８のＯＮ接点（ａ−ｃ／ｂ−ｃ）が切り換わる。

また、マイコン１４０の出力ポートＰo2の出力レベルに応じて、第２スイッチ回路１２０のＯＮ（導通）／ＯＦＦ（遮断）が切り換わる。同様にして、マイコン１４０の出力ポートＰo4の出力レベルに応じて、第４スイッチ回路５０のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる。

ガス濃度検出手段１４１は、第１スイッチ回路１１９と第３スイッチ回路１１８のａ−ｃ接点をＯＮすると共に、第２スイッチ回路１２０をＯＦＦ、第４スイッチ回路５０をＯＮとして、ＣＯ濃度を検出する。具体的には、ガス濃度検出手段１４１は、ＡＤポートＡＤ2から取り込んだ増幅回路７０の出力電圧Ｖ2を、Ｖ2と一酸化炭素濃度の変換マップ又は変換式に適用して、対応する一酸化炭素濃度を求める。

センサ異常検知手段１４２は、図５に示した手順によりＣＯセンサ１０の異常を検知する。図５は各スイッチ回路の状態の変化と処理の内容を示したタイミングチャートであり、センサ異常検知手段１４２は、以下のＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１４の処理を順次実行してＣＯセンサ１０の異常を検知する。

ＳＴＥＰ１０［Ｃ−Ｒ端子短絡］（ｔ₂₀〜ｔ₂₁）：センサ異常検知手段１４２は、第１スイッチ回路１１９をｂ−ｃ接点ＯＮ、第２スイッチ回路１２０をＯＮ、第３スイッチ回路１１８をｂ−ｃ接点ＯＮとする。これにより、ＣＯセンサ１０の対向電極１１と参照電極１３が第２スイッチ回路１２０を介して短絡し、ＣＯセンサ１０の対極電極１１と参照電極１３間の電荷を放電させる。

ＳＴＥＰ１１［通常動作状態］（ｔ₂₁〜ｔ₂₂）：センサ異常検知手段１４２は、第２スイッチ回路１２０をＯＦＦ、第４スイッチ回路５０をＯＮとする。

ＳＴＥＰ１２［テスト用電圧印加］（ｔ₂₂〜ｔ₂₃）：センサ異常検知手段１４２は、第１スイッチ回路１１９をａ−ｃ接点ＯＮ、第３スイッチ回路１１８をａ−ｃ接点ＯＮ、第４スイッチ５０をＯＦＦとする。これにより、参照電極１３にバイアス電圧Ｖbを入力すると共に、対向電極１１にテスト用電圧Ｖb＋Ｓを印加する。

ＳＴＥＰ１３［センサの異常判定］（ｔ₂₃〜ｔ₂₄）：センサ異常検知手段１４２は、第１スイッチ回路１１９をｂ−ｃ接点ＯＮ、第３スイッチ回路１１８をｂ−ｃ接点ＯＮ、第４スイッチ回路５０をＯＮとして、通常動作状態とする。この場合、対向電極１１と参照電極１３間にＳの電位差が生じた状態で通常動作状態に切り換わるため、電位安定回路１１０により、Ｓの電位差を解消させるように対向電極１１に対する電圧が制御される。そして、その際に、ＣＯセンサ１０の検知電極１２から、電位安定回路１１０の動作による電流が出力されるが、この電流のピークはＣＯセンサ１０が正常状態であるときと異常状態であるときとで相違する。そのため、センサ異常検知手段１４２は、ＡＤポートＡＤ1から取り込んだＶ1のピークのレベルにより、ＣＯセンサ１０の異常を検知することができる。

以上説明したように、図４に示したＣＯセンサ装置１００によれば、第１スイッチ回路１１９〜第４スイッチ回路５０を作動させて、上記ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１３の処理を行うことによって、ＣＯセンサ１０の異常を検知することができる。しかし、図４に示したＣＯセンサ装置１００では、４つのスイッチ回路（第１スイッチ回路１１９〜第４スイッチ回路５０）と、２つのオペアンプ１１１，１１６が必要となり、ＣＯセンサ１０の異常を検知するために追加する必要がある部品点数が多くなる。

そこで、本願発明は、検知電極と対向電極と参照電極とを有するガスセンサと接続して使用され、負入力端子が抵抗を介して前記センサの参照電極と接続され、正入力端子が抵抗を介して所定のバイアス電圧の出力部と接続され、出力端子が抵抗を介して前記ガスセンサの対向電極と接続され、負入力端子と出力端子間にコンデンサが接続されたＯＰアンプと、ガスセンサの検知電極と接続され、該検知電極から出力される電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路と、前記電圧信号に基づいて、ガス濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガスセンサ装置の改良に関する。

そして、ガスセンサの参照電極と前記バイアス電圧の出力部間を、導通状態と遮断状態とに切り換える第１スイッチ回路と、前記コンデンサの端子間を導通状態と遮断状態とに切り換える第２スイッチ回路と、ガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を、導通状態と遮断状態とに切り換える第３スイッチ回路と、前記オペアンプの正入力端子に入力される電圧を、前記バイアス電圧と前記バイアス電圧よりも高いテスト用電圧とに切り換える入力電圧切り換え手段と、前記第１スイッチ回路によりガスセンサの参照電極と前記バイアス電圧の出力部間を導通状態とし、且つ、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を導通状態として、前記入力電圧切換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記バイアス電圧を入力することにより、ガスセンサの対向電極と参照電極の双方に前記バイアス電圧を入力する短絡処理を実行し、該短絡処理の実行後、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を遮断状態として、前記入力電圧切り換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記テスト用電圧を入力することにより、ガスセンサの対向電極に前記テスト用電圧を所定時間入力するテスト電圧入力処理を実行して、前記第１スイッチ回路によりオペアンプの参照電極と前記バイアス電圧の出力部を遮断状態とし、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を遮断状態とし、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を導通状態としたときに、前記電流／電圧変換回路から出力される電圧信号のレベルに基づいてガスセンサの異常を検知するセンサ異常検知手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記第１スイッチ回路によりガスセンサの参照電極と前記バイアス電圧の出力部間を導通状態とし、且つ、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を導通状態とした場合、前記オペアンプはボルテージフォロワアンプとして機能する。そのため、この状態で、前記入力電圧切換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記バイアス電圧を入力することにより、ガスセンサの対向電極と参照電極の双方に前記バイアス電圧を入力して、ガスセンサの対向電極と参照電極間の電荷を放電させることができる（ガスセンサの対抗電極と参照電極の短絡処理）。

また、前記短絡処理の後、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を遮断状態として、前記入力電圧切り換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記テスト用電圧を入力することにより、ボルテージフォロワアンプとして機能している前記オペアンプからガスセンサの対向電極に前記テスト用電圧を出力することができる（テスト用電圧の印加処理）。

そして、前記第１スイッチ回路によりオペアンプの参照電極と前記バイアス電圧の出力部を遮断状態とし、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を遮断状態とし、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を導通状態とすることにより、前記オペアンプによりガスセンサの参照電極が前記バイアス電圧となるように対向電極への印加電圧を制御することができる（通常動作状態）。

したがって、本発明によれば、ガスセンサの異常を検知する構成を、３つのスイッチ回路と１つのオペアンプにより実現することができ、部品点数の増加による部品搭載スペースとコストアップを抑制して、ガスセンサの異常を検知する機能を有するガスセンサ装置を提供することができる。

また、前記入力電圧切り換え手段は、前記バイアス電圧よりも高い第１電圧と前記バイアス電圧よりも低い第２電圧とを選択的に出力する電圧選択出力回路と、該電圧選択出力回路の出力部と前記バイアス電圧の出力部との間に、該電圧選択出力回路から前記バイアス電圧の出力部への向きを順方向として接続されたダイオードと、該ダイオードと前記バイアス電圧の出力部との間に直列に接続された第１の分圧抵抗及び第２の分圧抵抗と、該第１の分圧抵抗と該第２の分圧抵抗の接続部と前記オペアンプの正入力端子とを接続する接続回路とを有し、前記電圧選択出力回路から前記第１電圧を出力することによって、前記オペアンプの正入力部に前記テスト電圧を入力し、選択電圧出力回路から前記第２電圧を出力することによって、前記オペアンプの正入力部に前記バイアス電圧を入力することを特徴とする。

かかる本発明によれば、例えば、前記電圧選択出力回路としてマイクロコンピュータの出力ポートを用いることによって、前記入力電圧切り換え手段を、簡易な回路構成によって構成することができる。

本発明の実施形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施形態のガスセンサ装置の回路構成図であり、本実施のガスセンサ装置１は、ＣＯセンサ１０（本発明のガスセンサに相当する）と接続して使用され、ＣＯセンサ１０の出力電流に基づいてＣＯの濃度を算出するものである。なお、上述した図４のガスセンサ装置１００と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１を参照して、ガスセンサ装置１は、マイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０という）等により構成された電子ユニットであり、接続端子１５，１６，１７を介してＣＯセンサ１０が接続されている。

ＣＯセンサ１０の対向電極１１と参照電極１３は、接続端子１５，１７を介して電位安定回路（ホテンショスタット回路）２０と接続されている。電位安定回路２０には、ＣＯセンサ１０の異常を検知するための第１スイッチ回路２７，第２スイッチ回路２８が備えられている。また、電圧供給回路４０によりバイアス電圧Ｖb（例えば１Ｖに設定される）が供給されている。

電位安定回路２０は、オペアンプ２１を備え、オペアンプ２１の正入力端子が抵抗２３を介して、バイアス電圧Ｖbの出力部と接続されると共に第１スイッチ回路２７を介してＣＯセンサ１０の参照電極１３と接続されている。また、オペアンプ２１の負入力端子が抵抗２２を介してＣＯセンサ１０の参照電極と接続され、負入力端子と出力端子間にコンデンサ２４と第２スイッチ回路２８が並列に接続されている。さらに、オペアンプ２１の出力端子が抵抗２９を介してＣＯセンサ１０の対向電極１１と接続されている。また、オペアンプ２１の正入力端子とマイコン６０の出力ポートＰo2間に、抵抗２５とダイオード２６が直列に接続されている。

マイコン８０に、ＣＯ濃度検出及びＣＯセンサの異常検知用の制御プログラムを実行させることによって、マイコン８０がガス濃度検出手段８１及びセンサ異常検知手段８２として機能する。また、マイコン８０の出力ポートＰo1の出力レベル（ＶH：５Ｖ／ＶL：０Ｖ）に応じて、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８のＯＮ（導通状態）／ＯＦＦ（遮断状態）が切り換わる。同様に、マイコン８０の出力ポートＰo3の出力レベルに応じて、第３スイッチ回路５０のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる。

ここで、マイコン８０の出力ポートＰo2の出力レベルに応じてオペアンプ２１の正入力端子に入力される電圧が切り換わる。すなわち、出力ポートＰo2の出力ＶHであるときは、Ｖb＜ＶHであるため、ＶHからダイオード２６を介してＶbに電流が流れ、オペアンプ２１の正入力端子には、テスト用電圧Ｖb＋Ｓ（Ｓは以下の式（１）により定まる電圧）の電圧が入力される。。

但し、Ｒ23：抵抗２３の抵抗値、Ｒ25：抵抗２５の抵抗値、Ｖd：ダイオード２６の順方向電圧。

一方、出力ポートＰo2の出力がＶLであるときには、ダイオード２６によりバイアス電圧Ｖbから出力ポートＰo2への通電が阻止されるため、オペアンプ２１の正入力端子にはバイアス電圧Ｖbが入力される。なお、マイコン８０の出力ポートＰo2は本発明の電圧選択出力回路に相当し、出力ポートＰo2とダイオード２６と抵抗２３，２４とにより、本発明の入力電圧切り換え手段が構成されている。

また、出力ポートＰo1の出力をＶLとして第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＦＦ状態とすると、オペアンプ２１は、正入力端子への入力電圧と負入力端子への入力電圧とが一致するように、出力端子からの出力電圧を制御する作動増幅器として機能する。一方、出力ポートＰo1の出力をＶHとして第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＮ状態とすると、オペアンプ２１は、正入力端子に入力された電圧（バイアス電圧Ｖb又はテスト用電圧Ｖb＋Ｓ）を出力端子から出力するボルテージフォロワとして機能する。

ガス濃度検出手段８１は、ＣＯ濃度を検出するときには、出力ポートＰo2の出力をＶLとしてオペアンプ２１の正入力端子への入力電圧をバイアス電圧Ｖbとし、出力ポートＰo1の出力をＶLとして第１スイッチ回路２７及び第２スイッチ回路２８を共にＯＦＦし、出力ポートＰo3の出力をＶHとして第３スイッチ回路５０をＯＮした通常動作状態とする。

通常動作状態では、オペアンプ２１が作動増幅器として機能して、ＣＯセンサ１０の参照電極１３の電圧がバイアス電圧Ｖbとなるように対向電極１１への印加電圧が制御される。そして、ＣＯセンサ１０の検知電極１２から出力されるセンサ電流Ｉsが電流／電圧変換回路６０に入力されて電圧信号Ｖ1に変換され、増幅回路７０により増幅された電圧信号Ｖ2がマイコン８０のＡＤポート（アナログ／デジタル変換ポート）ＡＤ2に入力される。

そして、ガス濃度検出手段８１は、ＡＤポートＡＤ2を介してＶ2のデジタル変換値を取り込み、Ｖ2と一酸化炭素濃度の変換マップ又は変換式に適用して、対応する一酸化炭素濃度を求める。

また、センサ異常検知手段８２は、図２に示した手順によりＣＯセンサ１０の異常を検知する。図２は各スイッチ回路の状態の変化と処理の内容を示したタイミングチャートであり、センサ異常検知手段８２は、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の処理を順次実行して、ＣＯセンサ１０の異常を検知する。

ＳＴＥＰ１［Ｃ−Ｒ端子短絡］（ｔ₁₀〜ｔ₁₁）：センサ異常検知手段８２は、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＮして、オペアンプ２１をボルテージフォロワとして機能させると共に、出力ポートＰo2の出力をＶLとしてオペアンプ２１の正入力端子への入力をバイアス電圧Ｖbとする。

これにより、ＣＯセンサ１０の対向電極１１にバイアス電圧Ｖbが印加されると共に、参照電極１３もバイアス電圧Ｖbとなる。そのため、ＣＯセンサ１０の対向電極１１と参照電極１３間が短絡された状態となり、対向電極１１と参照電極１３間に滞留していた電荷が放電される。

ＳＴＥＰ２「通常動作状態」（ｔ₁₁〜ｔ₁₂）：センサ異常検知手段８２は、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＦＦし、第３スイッチ回路５０をＯＮする。これにより、オペアンプ２１は差動アンプとして機能し、ＣＯセンサ１０から出力されるセンサ電流Ｉsの電圧変換値Ｖ1がマイコン８０のＡＤポートＡＤ1に入力される。

ＳＴＥＰ３「テスト用電圧印加」（ｔ₁₂〜ｔ₁₃）：センサ異常検知手段８２は、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＮし、マイコン８０の出力ポートＰo2の出力をＶHとし、第３スイッチ回路５０をＯＦＦする。これにより、オペアンプ２１はボルテージフォロワとして機能し、ＣＯセンサ１０の対向電極１１にテスト用電圧Ｖb＋Ｓが印加される。テスト用電圧Ｖb＋Ｓの印加時間は、例えば０．１秒（本発明の所定時間に相当する）に設定される。

ＳＴＥＰ４「センサの異常判定」（ｔ₁₃〜ｔ₁₄）：センサ異常検知手段８２は、第１スイッチ回路２７と第２スイッチ回路２８を共にＯＦＦし、第３スイッチ回路５０をＯＮする（通常動作状態）。これにより、オペアンプ２１は差動アンプとして機能し、ＣＯセンサ１０から出力されるセンサ電流Ｉsの電圧変換値Ｖ1が増幅されてマイコン８０のＡＤポートＡＤ1に入力される。そして、センサ異常検知手段８２は、ｔ₁₃で通常動作状態に切り換えた時からのＶ2のレベルの変化に基づいて、ＣＯセンサ１０の異常の有無を判断する。

ここで、図３は、ＣＯセンサ１０の対向電極１１と参照電極１３間にテスト用電圧Ｖs（＝Ｖb＋Ｓ）を所定時間（ｔ₁〜ｔ₂）印加したときの電流／電圧変換回路６０の出力電圧Ｖos（＝Ｖ1）の推移を示したものであり、縦軸が電圧（Ｖ）に設定され、横軸が時間（ｔ）に設定されている。

図３の上段は、テスト用電圧Ｖsの印加の態様を示したものであり、ｔ₁〜ｔ₂でテスト用電圧ＶsがＣＯセンサ１０の対向電極に印加されている（上述したＳＴＥＰ３の処理）。そして、ｔ₂で通常動作状態に切り換えられるが、このとき、ＣＯセンサ１０の参照電極１３と対向電極１１間には、検査用電圧Ｖsの印加によりＳ分の電圧が生じている。

そのため、通常動作状態となって差動増幅器として機能し始めたオペアンプ２１により、ＣＯセンサ１０の参照電極１３と対向電極１１間の電圧Ｓを解消するように、対向電極１１への印加電圧が制御される。そして、このとき、ＣＯセンサ１０の検知電極１２からは、ＣＯの濃度に応じたセンサ電流Ｉsではなく、オペアンプ２１の作動に伴なうセンサ電流Ｉsが出力される。

そして、図中ａ1はＣＯセンサ１０の使用開始時（劣化が生じていない状態）の変化を示しており、ａ2はＣＯセンサ１０の使用を開始してからある程度の時間が経過した時の変化を示している。ａ1ではＶosのピークがＶos_1となっているのに対して、ａ2ではＶosのピークがＶos_2となっており、経時変化によってＣＯセンサ１０の感度が低下していることがわかる。

そこで、センサ異常検知手段８２は、センサの異常判定期間（図２のｔ₁₃〜ｔ₁₄）におけるＶosの低下のピーク幅（ａ1ではＶos_1〜Ｖos、ａ2ではＶos_2〜Ｖos）が所定の判定閾値よりも小さくなったときに、ＣＯセンサ１０の異常が生じていると判断し、異常報知やバーナの燃焼禁止等の処理を行う。

なお、本実施形態においては、本発明のガスセンサとしてＣＯセンサを用いた例を示したが、他の種類のガスを対象としたガスセンサに対しても本発明の適用が可能である。

また、本実施の形態では、図１に示したように、バイアス電圧Ｖbの出力部とマイコン８０の出力ポートＰo2間に、抵抗１２及び抵抗２５とダイオード２６を直列に接続して、抵抗１２と抵抗２５の接続部をオペアンプ２１の正入力端子と接続することによって、本発明の入力電圧切り換え手段を構成したが、オペアンプの正入力端子への入力電圧をバイアス電圧Ｖbと検査用電圧Ｖb＋Ｓとに切り換えるものであれば、他の構成を用いてもよい。

ガスセンサ装置の回路構成図。図１に示したガスセンサ装置におけるガスセンサの異常検知処理のタイミングチャート。ＣＯセンサの経時的な感度低下の説明図。ガスセンサ装置の基本的な回路構成図。図４に示したガスセンサ装置におけるガスセンサの異常検知処理のタイミングチャート。

符号の説明

１…ガスセンサ装置、１０…ＣＯセンサ、２０…電位安定回路、２７…第１スイッチ回路、２８…第２スイッチ回路、４０…電圧供給回路、５０…第３スイッチ回路、６０…電流／電圧変換回路、７０…増幅回路、８０…マイクロコンピュータ、８１…ガス濃度検出手段、８２…センサ異常検知手段

Claims

検知電極と対向電極と参照電極とを有するガスセンサと接続して使用され、
負入力端子が抵抗を介して前記センサの参照電極と接続され、正入力端子が抵抗を介して所定のバイアス電圧の出力部と接続され、出力端子が抵抗を介して前記ガスセンサの対向電極と接続され、負入力端子と出力端子間にコンデンサが接続されたオペアンプと、
ガスセンサの検知電極と接続され、該検知電極から出力される電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路と、
前記電圧信号に基づいて、ガス濃度を検出するガス濃度検出手段とを備えたガスセンサ装置において、
ガスセンサの参照電極と前記バイアス電圧の出力部間を、導通状態と遮断状態とに切り換える第１スイッチ回路と、
前記コンデンサの端子間を導通状態と遮断状態とに切り換える第２スイッチ回路と、
ガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を、導通状態と遮断状態とに切り換える第３スイッチ回路と、
前記オペアンプの正入力端子に入力される電圧を、前記バイアス電圧と前記バイアス電圧よりも高いテスト用電圧とに切り換える入力電圧切り換え手段と、
前記第１スイッチ回路によりガスセンサの参照電極と前記バイアス電圧の出力部間を導通状態とし、且つ、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を導通状態として、前記入力電圧切換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記バイアス電圧を入力することにより、ガスセンサの対向電極と参照電極の双方に前記バイアス電圧を入力する短絡処理を実行し、該短絡処理の実行後、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を遮断状態として、前記入力電圧切り換え手段により前記オペアンプの正入力端子に前記テスト用電圧を入力することにより、ガスセンサの対向電極に前記テスト用電圧を所定時間入力するテスト電圧入力処理を実行して、前記第１スイッチ回路によりオペアンプの参照電極と前記バイアス電圧の出力部を遮断状態とし、前記第２スイッチ回路により前記コンデンサの端子間を遮断状態とし、前記第３スイッチ回路によりガスセンサの検知電極と前記電流／電圧変換回路間を導通状態としたときに、前記電流／電圧変換回路から出力される電圧信号のレベルに基づいてガスセンサの異常を検知するセンサ異常検知手段とを備えたことを特徴とするガスセンサ装置。
請求項１記載のガスセンサ装置において、
前記入力電圧切り換え手段は、前記バイアス電圧よりも高い第１電圧と前記バイアス電圧よりも低い第２電圧とを選択的に出力する電圧選択出力回路と、該電圧選択出力回路の出力部と前記バイアス電圧の出力部との間に、該電圧選択出力回路から前記バイアス電圧の出力部への向きを順方向として接続されたダイオードと、該ダイオードと前記バイアス電圧の出力部との間に直列に接続された第１の分圧抵抗及び第２の分圧抵抗と、該第１の分圧抵抗と該第２の分圧抵抗の接続部と前記オペアンプの正入力端子とを接続する接続回路とを有し、前記電圧選択出力回路から前記第１電圧を出力することによって、前記オペアンプの正入力部に前記テスト電圧を入力し、選択電圧出力回路から前記第２電圧を出力することによって、前記オペアンプの正入力部に前記バイアス電圧を入力することを特徴とするガスセンサ装置。