JP4408553B2

JP4408553B2 - ガス検知装置及びガス検知方法

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Publication number: JP4408553B2
Application number: JP2000337456A
Authority: JP
Inventors: 弘和三橋; 武司佐藤
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2002139470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子と、そのガス検知素子の抵抗値を測定可能な抵抗測定手段とを有するガス検知装置及びガス検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記従来のガス検知装置としては、天然ガス洩れを検出するためのメタン検知装置に用いられるメタン検知用素子、液化天然ガスの漏洩検出に用いられるプロパンガス検知用素子等に代表されるガス検知素子は、白金線で形成した金属抵抗体上に酸化錫系の半導体を形成した感応部を設けて構成し、そのガス検知素子が被検知ガスに対して感応性を有する感応状態に維持して被検知ガスの検出を行っていた。例えば、メタンガス検知装置に用いられているガス検知素子においては、金属抵抗体に通電することで、ガス検知素子を所定の温度範囲に維持した状態で、被検知ガスの検出を行っている。この被検知ガスの検出は、ガス検知素子の抵抗値を測定し、その検知抵抗値から被検知ガスの濃度を検出するのである。前記ガス検知素子の抵抗値は、前記金属抵抗体の抵抗と前記半導体との合成抵抗として測定されるのである。つまり、従来は、この種のガス検知素子においては、常に前記金属抵抗体と前記感応部との合成抵抗値を基にガスを検知していたのである。ところで、上記メタンガス検知用のガス検知素子は、常温では前記感応部が被検知ガスであるメタンガスに感応しない非検知状態にあり、昇温すれば検知状態となるのである。ところで、ガス検知素子の抵抗値は、長期間にわたって前記検知ガスの濃度に対して安定していることが必要となる。そこで、前記ガス検知素子の抵抗のうちで金属抵抗体の抵抗を安定化させるために、前記金属抵抗体としては純度の高い貴金属（例えば白金或いはその合金）の細線のコイルが用いられる。しかし、上述のガス検知素子の抵抗値から被検知ガスを検知するには、被検知ガスを検知していない状態の基準抵抗値を必要とする。そこで、従来は、前記検知状態に維持した状態で、メタンガスを含まない空気を基準ガスとして、その基準ガスを検知した状態における前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基準ガスとしての空気には湿りがあって干渉ガスである水分を含有しており、その湿度が常に一定ではないため、この基準ガスを用いて検知したガス検知素子の基準抵抗値は変動しがちであり、被検知ガスの検出に誤差をもたらすという結果を招いていた。しかも、安定した基準抵抗値を検出しようとすれば、被検知ガスや水分等の干渉ガスを含まない清浄空気中で前記ガス検知素子の抵抗値を測定しなければならないという煩雑さをもたらす。
【０００４】
そこで、本発明に係るガス検知装置及びガス検知方法の目的は、簡単な手段で、被検知ガスの濃度に応じたガス検知素子の抵抗の変化を正確に検出できる手段を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔本発明の特徴構成〕
本発明に係るガス検知装置は、金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子と、そのガス検知素子の抵抗値を測定可能な抵抗測定手段とを有するガス検知装置において、前記ガス検知素子の温度状態を、前記半導体が被検知ガスの濃度に影響を受けない非感応状態と、前記半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに状態設定可能に構成し、前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値と、前記感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値とを比較して被検出ガスを検出する点に特徴を有するものであり、夫々に以下のような特徴を備えるものである。
【０００６】
本発明に係るガス検知装置の第１特徴構成は、請求項１に記載のごとく、ガス検知素子に対する通電状態を間歇的に変化させて、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに切り換え自在な感応状態切替手段を備え、前記非感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値とし、前記感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値とすると共に、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の抵抗値のみとし、前記検知抵抗値を前記金属抵抗体及び前記感応部の合成抵抗値として、これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知機構を備えた点にある。
【０００７】
本発明に係るガス検知装置の第２特徴構成は、請求項２に記載のごとく、ガス検知素子に対する通電状態を間歇的に変化させて、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに切り換え自在な感応状態切替手段を備え、前記非感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値とし、前記感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値とすると共に、前記非感応状態を前記金属抵抗体に通電しない状態とし、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の非通電抵抗値として、これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知機構を備えた点にある。
【０００８】
本発明に係るガス検知装置の第３特徴構成は、請求項３に記載のごとく、上記第１特徴構成又は第２特徴構成におけるガス検知機構を、ガス検知素子における基準抵抗値と検知抵抗値との差から、被検知ガスのガス濃度を求めるように構成してある点にある。
【０００９】
〔特徴構成の作用及び効果〕
上記本発明に係るガス検知装置によれば、金属抵抗体上に塗布された半導体が被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態におけるガス検知素子の抵抗は、前記金属抵抗体の抵抗を示しており、前記半導体が被検知ガスに対して感応性を有する感応状態においては、前記ガス検知素子の抵抗は、前記半導体からなる感応部と前記金属抵抗体との合成抵抗であり、両者を比較することで、前記半導体の抵抗変化の挙動を弁別して認識出来るのであり、夫々に、以下のような独特の作用効果を奏する。
【００１０】
上記本発明に係るガス検知素子の第１特徴構成によれば、ガス検知素子の基準抵抗値を求めるための標準ガスを用意する必要なく、被検知ガスの検出ができる。つまり、感応状態切替手段は、前記ガス検知素子の温度を変化させる通電状態を間歇的に変化させて、半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態の温度状態を現出可能な通電状態と、前記半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態の温度範囲を現出可能な通電状態とに切り換えるのである。そして、前記非感応状態においては前記ガス検知素子の抵抗値は、雰囲気の影響を受けていないのである。そこで、これを基準抵抗値とすることができるのである。そして、前記感応状態においては、前記半導体に対する前記被検知ガスの作用により、前記被検知ガスの濃度に応じて変化する前記ガス検知素子の抵抗値を示すから、これを検知抵抗値として前記基準抵抗値と比較すれば、前記被検知ガスの濃度を測定することが可能となるのである。前記基準抵抗値は、前記感応状態変化手段によって、前記ガス検知素子には、交互に感応状態と非感応状態とが現出されるようにできるから、前記非感応状態が現出される都度、前記基準抵抗値を測定しておれば、仮に雰囲気の状態が変化したとしても、その非感応状態における抵抗値を基準抵抗値とすることで、雰囲気の変化の影響を回避できる。従って、例えば被検知ガス濃度の高い雰囲気内であっても、基準ガスを用いることなく精度の高い被検知ガスの検出を行うことができるのである。つまり、間歇的に温度状態を変化させることは、随時に被検知状態の現出を可能とし、随時基準抵抗値を確認できるというさらなる利点を有する。さらに、基準抵抗値が実質的に金属抵抗体の抵抗値のみを示し、感応状態における前記ガス検知素子の検知抵抗値が前記金属抵抗体の抵抗値と前記ガス検知素子の感応部の抵抗値との合成抵抗値を示すようにガス検知素子を構成することで、特に非感応状態においては、前記感応部の抵抗値の変化の影響なく、前記金属抵抗体の抵抗値のみを基準抵抗値として測定できるのである。前記金属抵抗体の抵抗値は、被検知ガスや水分等の干渉ガスの影響も受けず、前記非感応状態において前記ガス検知素子の抵抗値を測定することで、簡単かつ容易に基準抵抗値を測定できるのである。
【００１１】
上記本発明に係るガス検知装置の第２特徴構成によれば、ガス検知素子の基準抵抗値を求めるための標準ガスを用意する必要なく、被検知ガスの検出ができる。つまり、感応状態切替手段は、前記ガス検知素子の温度を変化させる通電状態を間歇的に変化させて、半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態の温度状態を現出可能な通電状態と、前記半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態の温度範囲を現出可能な通電状態とに切り換えるのである。そして、前記非感応状態においては前記ガス検知素子の抵抗値は、雰囲気の影響を受けていないのである。そこで、これを基準抵抗値とすることができるのである。そして、前記感応状態においては、前記半導体に対する前記被検知ガスの作用により、前記被検知ガスの濃度に応じて変化する前記ガス検知素子の抵抗値を示すから、これを検知抵抗値として前記基準抵抗値と比較すれば、前記被検知ガスの濃度を測定することが可能となるのである。前記基準抵抗値は、前記感応状態変化手段によって、前記ガス検知素子には、交互に感応状態と非感応状態とが現出されるようにできるから、前記非感応状態が現出される都度、前記基準抵抗値を測定しておれば、仮に雰囲気の状態が変化したとしても、その非感応状態における抵抗値を基準抵抗値とすることで、雰囲気の変化の影響を回避できる。従って、例えば被検知ガス濃度の高い雰囲気内であっても、基準ガスを用いることなく精度の高い被検知ガスの検出を行うことができるのである。つまり、間歇的に温度状態を変化させることは、随時に被検知状態の現出を可能とし、随時基準抵抗値を確認できるというさらなる利点を有する。さらに、非感応状態をガス検知素子中の金属抵抗体に対する通電を行わない状態とすれば、前記金属抵抗体に対する通電を制御する感応状態切替手段は、間歇通電手段で構成することができ、装置の構成を単純化できる。また、前記金属抵抗体の非通電抵抗値を基準抵抗値とすることで、基準抵抗値を比較的安定した値に維持できるようになる。しかも、前記基準抵抗値が前記金属抵抗体を構成する金属の常温における抵抗を示し、温度係数の小さい金属を用いて前記金属抵抗体を形成すれば、前記基準抵抗値は一定値として設定することも可能になる。
【００１２】
上記本発明に係るガス検知装置の第３特徴構成によれば、上記第１特徴構成又は第２特徴構成の作用効果を奏しながら、簡便に被検知ガスの濃度を検出することが可能になる。つまり、検知抵抗値と基準抵抗値との差を基にするという単純なロジックで被検知ガスの濃度を検出できるのである。
【００１３】
従って、簡単な手段で、金属抵抗体の抵抗に経時変化が生じても、被検知ガスの濃度に応じた半導体の抵抗の変化を正確に検出できるようになる。
【００１４】
〔本発明の特徴手段〕
本発明に係るガス検知方法の特徴手段は、金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子の抵抗値に基づき被検知ガスを検出するガス検知方法において、前記ガス検知素子の温度状態を、前記半導体が被検知ガスの濃度に影響を受けない非感応状態と、前記半導体が前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに交互に切り換え、前記非感応状態において認識した前記ガス検知素子の抵抗値と前記感応状態において認識した前記ガス検知素子の抵抗値とに基づいて前記被検知ガスを検出する点に特徴を有するものであり、夫々に以下のような特徴を備えるものである。
【００１５】
本発明にかかるガス検知方法の第１特徴手段は、請求項４に記載のごとく、ガス検知素子に対して通電状態を間歇的に変化させ、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに交互に切り換え、前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値として認識し、前記感応状態に切り換えた後、所定時間経過後の前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値として認識すると共に、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の抵抗値のみとし、前記検知抵抗値を前記金属抵抗体及び前記感応部の合成抵抗値として、これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出する点にある。
【００１６】
本発明に係るガス検知方法の第２特徴手段は、請求項５に記載のごとく、ガス検知素子に対して通電状態を間歇的に変化させ、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに交互に切り換え、前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値として認識し、前記感応状態に切り換えた後、所定時間経過後の前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値として認識すると共に、前記非感応状態を前記金属抵抗体に通電しない状態とし、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の非通電抵抗値として、これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出する点にある。
【００１７】
本発明に係るガス検知方法の第３特徴手段は、請求項６に記載のごとく、上記第１特徴手段又は第２特徴手段において、被検知ガスの濃度を、非感応状態と感応状態とにおいて認識した基準抵抗値と検知抵抗値との差から求める点にある。
【００１８】
本発明に係るガス検知方法の第４特徴手段は、請求項７に記載のごとく、上記第１特徴手段〜第３特徴手段のいずれかにおける非感応状態を常温状態とし、ガス検知素子の基準抵抗値を、常温における前記ガス検知素子の抵抗値として認識する点にある。
【００１９】
〔特徴手段の作用及び効果〕
上記本発明に係るガス検知方法によれば、ガス検知素子の温度状態を、半導体が被検知ガスに感応しない非感応状態と、その半導体が前記被検知ガスに感応する感応状態とに交互に切り換えれば、前記感応状態においては前記被検知ガスの濃度に応じた前記ガス検知素子の抵抗値を測定し、前記非感応状態においては、前記被検知ガスの濃度に関わらない前記ガス検知素子の抵抗値を測定できるから、これら両状態における前記ガス検知素子の抵抗値を比較すれば前記被検知ガスを検出できるもので、夫々に、以下のような独特の作用効果を奏する。
【００２０】
上記本発明に係るガス検知方法の第１特徴手段によれば、被検知ガスの濃度を精度よく検出できるようになる。つまり、ガス検知素子に対する通電状態を変化させれば、そのガス検知素子の金属抵抗体の発熱量を変化させることになり、前記ガス検知素子を、前記ガス検知素子の感応部が被検知ガスに対して感応性を有する温度域にある感応状態と、前記感応部が前記被検知ガスに対して感応性を有しない温度域にある非感応状態とに状態変化させることができる。そこで、前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を測定すれば、例えばメタンガス検出用のガス検知素子に備える感応部の場合には、前記ガス検知素子の金属抵抗体の抵抗値を測定するに等しいから、これを被検知ガスの濃度に影響を受けない基準抵抗値として認識することができ、前記感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を測定すれば、その抵抗値は、前記被検知ガスの濃度に応じて変化しているから、これを検知抵抗値として認識することができ、基準となる前記基準抵抗値と比較すれば、前記検知抵抗値に対する雰囲気の影響を除去できるのである。従って、精度よく被検知ガスの濃度を検出することが可能になる。また、通電状態を間歇的に変化させることで、随時に被検知状態を現出できるから、随時基準抵抗値を確認できるというさらなる利点をもたらす。さらに、基準抵抗値を実質的に金属抵抗体の抵抗値のみとし、感応状態における前記ガス検知素子の検知抵抗値を前記金属抵抗体の抵抗値と前記ガス検知素子の感応部の抵抗値との合成抵抗値とすることで、特に非感応状態においては、前記感応部の抵抗値の変化の影響なく、前記金属抵抗体の抵抗値のみを基準抵抗値として測定できるのである。前記金属抵抗体の抵抗値は、被検知ガスや水分等の干渉ガスの影響も受けず、前記非感応状態において前記ガス検知素子の抵抗値を測定することで、簡単かつ容易に基準抵抗値を測定できるのである。
【００２１】
上記本発明に係るガス検知方法の第２特徴手段によれば、被検知ガスの濃度を精度よく検出できるようになる。つまり、ガス検知素子に対する通電状態を変化させれば、そのガス検知素子の金属抵抗体の発熱量を変化させることになり、前記ガス検知素子を、前記ガス検知素子の感応部が被検知ガスに対して感応性を有する温度域にある感応状態と、前記感応部が前記被検知ガスに対して感応性を有しない温度域にある非感応状態とに状態変化させることができる。そこで、前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を測定すれば、例えばメタンガス検出用のガス検知素子に備える感応部の場合には、前記ガス検知素子の金属抵抗体の抵抗値を測定するに等しいから、これを被検知ガスの濃度に影響を受けない基準抵抗値として認識することができ、前記感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を測定すれば、その抵抗値は、前記被検知ガスの濃度に応じて変化しているから、これを検知抵抗値として認識することができ、基準となる前記基準抵抗値と比較すれば、前記検知抵抗値に対する雰囲気の影響を除去できるのである。従って、精度よく被検知ガスの濃度を検出することが可能になる。また、通電状態を間歇的に変化させることで、随時に被検知状態を現出できるから、随時基準抵抗値を確認できるというさらなる利点をもたらす。さらに、非感応状態をガス検知素子中の金属抵抗体に対する通電を行わない状態とすれば、前記金属抵抗体に対する通電を間歇通電にすることができる。また、前記金属抵抗体の非通電抵抗値を基準抵抗値とすることで、基準抵抗値を比較的安定した値に維持できるようになる。
【００２２】
上記本発明に係るガス検知方法の第３特徴手段によれば、上記第１特徴手段又は第２特徴手段の作用効果を奏する中で、被検知ガスの濃度検出が簡単になる。つまり、間歇的に変化させる通電状態の下で、感応状態において検知抵抗値を測定し、これと基準抵抗値との差を基に前記被検知ガスの濃度を求めるのである。従って、被検知ガスの濃度を求めるロジックが極めて簡単になる。
【００２３】
上記本発明に係るガス検知方法の第４特徴手段によれば、上記第１特徴手段〜第３特徴手段のいずれかの作用効果を奏するガス検知装置の構成を簡素化できる。つまり、非感応状態を常温状態とすることで、ガス検知素子の金属抵抗体への通電状態の変化は、間歇通電に置き換えられ、前記ガス検知素子が常温に復した状態で非通電抵抗として基準抵抗値を求めることができる。従って、非感応状態に維持するための通電電流の制御手段を省略できる。
【００２４】
従って、上記本発明にかかるガス検知装置及びガス検知方法は、何れも、安定した基準に基づき被検知ガスの検出を行うことを可能にする。
【００２５】
その結果、簡単な手段で、金属抵抗体の抵抗に経時変化が生じても、被検知ガスの濃度に応じた半導体の抵抗の変化を正確に検出できるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス検知装置及びガス検知方法に関する実施の形態の一例ついて図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１には、ガス検知装置の構成の一例を示すが、ガス検知装置には、半導体式のガス検知素子１を備えており、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を通電加熱自在にするブリッジ回路からなるガス検知回路５ａを備えた抵抗測定手段５を設けてある。さらに、前記抵抗測定手段５による測定結果を基に、検出した被検知ガスの濃度を演算導出する演算部８を設けてある。これら抵抗測定手段５と演算部８とでガス検知機構４を構成している。また、前記ガス検知機構４によるガス検知の結果に基づき警報を発する警報装置９を設け、前記演算部８は、演算結果に基づき警報の要否を判定すると共に、警報を必要とする場合には、前記警報装置９に向けて警報信号を発信するように構成してある。
【００２８】
前記ガス検知素子１は、金属抵抗体２上に半導体を塗布して形成した感応部３を設けて構成してあり、その感応部３の温度によって、そのガス検知素子１を取り囲む雰囲気中の被検知ガスに対して感応性を有する感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態とを発現するものである。そして、感応状態においては、前記雰囲気中の被検知ガスの濃度に応じて、前記感応部３の抵抗が変化する。
【００２９】
この特性を活かして、前記ガス検知機構４においては、前記ガス検知素子１の金属抵抗体２に通電して前記感応部３の温度を変化させる。前記ガス検知回路５ａでは、前記金属抵抗体２と前記感応部３との合成抵抗値を検出する。そこで、前記ガス検知機構４に、前記ガス検知素子１に対する通電状態を間歇的に変化させて、前記ガス検知素子１の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに切り換え自在な感応状態切替手段６を設ける。
【００３０】
前記感応状態切替手段６は、例えば、前記金属抵抗体２への通電を間歇的にする間歇通電手段６Ａとすることができる（以下、前記感応状態切替手段６として、前記間歇通電手段６Ａを設ける例について説明する。）。つまり、通電状態においては前記感応部３が感応状態（または非感応状態）となり、非通電状態においては前記感応部３は非感応状態（または感応状態）となる。例えば、前記ガス検知素子１を、メタンガスを検知対象として、酸化錫系の半導体で構成する場合には、通電状態においては前記感応部３が感応状態となり、非通電状態においては前記感応部３は非感応状態となるのである。尚、例えば、常温よりも低い温度に冷却された状態において非感応状態となり、常温に近い温度域において感応状態になる半導体を用いて形成した感応部を備える場合には、冷却された状態、即ち非通電状態で非感応状態となり、通電状態で、常温に近付いた状態が、感応状態となるのである。
【００３１】
前記ガス検知機構４では、前記抵抗測定手段５が、前記非感応状態において測定した前記ガス検知素子１の抵抗値を基準抵抗値とし、前記感応状態において測定した前記ガス検知素子１の抵抗値を検知抵抗値として認識する。そして、前記演算部８では、これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出する。
【００３２】
また、前記演算部８は、前記間歇通電手段６Ａに対して通電時期を設定するタイマ７を備えている。つまり、通電開始と同時にタイマ７をスタートし、通電開始から所定時間経過後に通電を停止し、その通電停止後の所定時間が経過した後に前記タイマ７をリセットし、同時に再スタートして、再び通電を開始するのである。この演算部８からの指令により、前記間歇通電手段６Ａは、前記ガス検知素子１に電圧を印加して、前記金属抵抗体２を加熱する通電状態と、前記ガス検知素子１への電圧印加を停止する非通電状態とを交互に繰り返す。つまり、この間歇通電手段６Ａを用いた感応状態の切り換えは、前記ガス検知素子１の常温における抵抗値と、前記ガス検知素子１の加熱状態における抵抗値とを比較して、前記被検知ガスの検出を行うのである。
【００３３】
メタンガスを検出するガス検知装置の例につき説明すると、ガス検知素子１は、常温において非感応状態にあり、加熱状態において感応状態となるのである。前記ガス検知素子１の具体例を挙げると、図２に示すように、金属抵抗体２として約３０μｍ径の白金線コイル２Ａを約４オームとなるように調製し、この白金線コイル２Ａを酸化錫で覆って焼成して半導体を形成し、感応部３として形成したもので、常温ではメタンガスに感応性を有しないで、昇温時にメタンガスに対する感応性を現出する高温作動型の熱線型半導体式センサとして構成した素子である。
【００３４】
そこで、前記抵抗測定手段５は、前記タイマ７で設定される通電開始時期の直前に前記ガス検知回路５ａで検出したガス検知素子１の抵抗値を基準抵抗値として出力し、前記タイマ７により設定される通電停止時期の直前に前記ガス検知回路５ａで検出したガス検知素子１の抵抗値を検知抵抗値として出力するのである。つまり、前記基準抵抗値は、前記金属抵抗体２の常温における抵抗値であり、前記検知抵抗値は、前記金属抵抗体２の抵抗値と前記感応部３の抵抗値とが合成されたガス検知素子１の感応状態における抵抗値なのである。前記演算部８では、前記抵抗測定手段５から出力された基準抵抗値と検知抵抗値とを基に、被検知ガスの濃度を演算導出するのである。前記ガス検知素子１の抵抗値を前記金属抵抗体２の抵抗値と前記感応部３の抵抗値との合成抵抗として扱えば、被検知ガスの演算導出は簡単になる。この演算導出の最も簡単な例は、前記検知抵抗値と前記基準抵抗値との差を基に、前記被検知ガスの濃度を求めるのである。
【００３５】
ここに説明したガス検出素子１の特性の一例を紹介すると、例えば図３に示すように、常温下においてはその抵抗値は雰囲気の温度以外の影響を受けない。これに２．３Ｖの電圧を印加すると急速に抵抗値が増加し、約２秒でその抵抗値がほぼ安定化する。この安定化する抵抗値は、空気中のメタンガスの濃度によって変化し、メタンガス濃度が高くなれば、前記抵抗値は低くなる。つまり、このガス検知素子１は、常温近傍に非感応状態となる温度域を有し、常温より高い或る温度以上の温度領域で感応状態となるのである。そこで、常温近傍における抵抗値を基準抵抗値として認識することにし、温度が上昇して抵抗値が安定化した状態における抵抗値を検知抵抗値とするのである。一例を挙げると、基準抵抗値は３．９０オームであるのに対し、メタンガスの検知されない空気中における検知抵抗値は８．４７オームとなり、メタンガスを２０００ｐｐｍ含有する空気中における検知抵抗値は８．１８オームとなり、メタンガスを５０００ｐｐｍ含有する空気中における検知抵抗値は７．５０オームとなっている。
【００３６】
そこで、このガス検知素子１を用いたガス検知装置においては、ノーマルＯＦＦ、スタートＯＮＮのタイマを、２．５秒でＯＦＦとし、７．５秒でリセットするように設定して、感応状態切替手段６のタイミングを設定するタイマ７として用いる。こうして、感応状態切替手段６を構成する間歇通電手段６Ａでは、例えば図４に示すように、７．５秒のサイクルで、２．５秒間の通電期間と、５秒間の非通電期間とを繰り返すのである。その結果、７．５秒間隔で、感応状態と非感応状態とが現出されるのである。そこで、抵抗測定手段５は、前記タイマ７がリセットされた直後に、つまり、通電開始と同時に、ガス検知素子１の抵抗値を検出して基準抵抗値として演算部８に入力し、前記タイマ７が２．５秒を計時し、前記ガス検知素子１への通電を停止する際に、これに先立って、前記ガス検知素子１の抵抗値を検出して検知抵抗値として前記演算部８に入力する。この演算部８は、前記検知抵抗値の入力を受けると、その検知抵抗値と、先に入力された基準抵抗値との差を算出して、その差に基づき、被検知ガスの濃度を演算導出するのである。前記検知抵抗値と基準抵抗値との差は、上記例の場合にはそれぞれ、メタンガスを実質的に検知しない空気においては４．５７オーム、メタンガスを２０００ｐｐｍ含有する空気においては４．２６オーム、メタンガスを５０００ｐｐｍ含有する空気においては３．６０オームとなる。
【００３７】
以上のように、基準抵抗値を、ガス検出素子の非感応状態における抵抗値を用いて設定することで、仮にガス検知素子の金属抵抗体の抵抗値が経時的に変化したとしても、その変化した抵抗値を基準抵抗値とするから、ガス検知素子の抵抗値の情報を、常に正確に得ることができる。
【００３８】
〔別実施形態〕
上記実施の形態において示さなかった本発明に係るガス検知装置及びガス検知方法の他の実施の形態について以下に説明する。
【００３９】
〈１〉上記実施の形態に於いては、メタンガスを検知可能に構成した高温作動型の半導体を用いて構成したガス検知素子の例について説明したが、前記ガス検知素子は、他のガスを検知するように構成してあってもよい。この場合にも、常温が非感応状態であり、高温域で感応状態を現出するように構成することが好ましい。
【００４０】
〈２〉上記実施の形態に於いては、感応状態切替手段６として間歇通電手段６Ａを設けた例について説明したが、前記感応状態切替手段は、通電電圧（或いは通電電流）を切り換える手段としてもよい。例えば、感応状態切替手段６を抵抗測定手段５のガス検知回路５ａへの電圧印加状態を切り換え可能に構成して、その電圧印加状態を、ガス検知素子１を感応状態に維持可能な第一通電状態と、金属抵抗体２の発熱を抑制して前記ガス検知素子１を非感応状態に維持可能な第二通電状態とに設定する。上記実施の形態に説明した例に沿って説明すれば、この第一通電状態では前記ガス検知素子１の温度が上昇し、空気中のメタンガスを検出できるようになる。そして、第二通電状態では、前記ガス検知素子１の温度は常温にまでは冷却されないが、前記ガス検知素子１の感応部３が非感応状態に維持される温度域にまでは冷却される。そこで、抵抗測定手段５では、前記第一通電状態における前記ガス検知素子１の抵抗値が安定した時期にその抵抗値を検知抵抗値とし、前記第二通電状態における前記ガス検知素子１の最低抵抗値を基準抵抗値として認識することができる。
【００４１】
〈３〉上記実施の形態に於いては、感応状態切替手段６による通電状態の切り換えをタイマ７に設定する例について説明したが、前記通電状態の切り換えは、タイマに限らず、例えば、ガス検知素子の抵抗値の状態を検出して、その状態に応じて切り替えるようにしてもよい。例えば、感応状態への到達及び非感応状態への到達を、ガス検知素子の抵抗値の変化の状態から検知するようにし、その抵抗値が安定した状態で、それぞれの状態に到達したと判断するようにしてもよい。
【００４２】
〈４〉上記実施の形態に於いては、金属抵抗体２を３０μｍ径の白金線コイル２Ａで形成した例について説明したが、前記金属抵抗体の材質は白金線或いは白金合金線に限るものではなく、ニッケル線等、耐久性のある金属線で形成してもよく、その形状もコイルに限るものではなく、例えばセラミック板等の絶縁板上に印刷した金属薄膜体等の極薄抵抗体や、前記金属薄膜体を歪みゲージに見られるようにエッチングして長尺化した薄膜抵抗体、或いは同様の形態に架設した細線等のコイル形成されていない抵抗体であってもよい。
【００４３】
〈５〉上記実施の形態に於いては、感応部３を形成する半導体を酸化錫を基質として構成した例について説明したが、前記感応部の基質の材質は酸化錫に限るものではなく、金属抵抗体に密着して形成できるものであって、被検知ガスに対して特定の条件下で感応性を有し、その他の特定の条件下で感応性を有しないものであればよい。
【００４４】
〈６〉以上説明した中で、ガス検知素子１への通電状態を切り換える時間、通電期間、非通電期間、待機時間、パージ時間等は、前記ガス検知素子１の構成より変更されるべきもので、その構成に応じて適切に選定すればよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、ガス検知装置を簡素な構成としながら、その検知精度を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知装置の一例を示す概念図
【図２】ガス検知素子の一例を示す概念図
【図３】ガス検知素子の特性を一例につき示す線図
【図４】ガス検知素子への通電制御のパターンを一例につき示す線図
【符号の説明】
１ガス検知素子
２金属抵抗体
３感応部
４ガス検知機構
５抵抗測定手段
６感応状態切替手段

Claims

金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子と、そのガス検知素子の抵抗値を測定可能な抵抗測定手段とを有し、
前記ガス検知素子に対する通電状態を間歇的に変化させて、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに切り換え自在な感応状態切替手段を備え、
前記非感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値とし、前記感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値とすると共に、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の抵抗値のみとし、前記検知抵抗値を前記金属抵抗体及び前記感応部の合成抵抗値として、
これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知機構を備えたガス検知装置。
金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子と、そのガス検知素子の抵抗値を測定可能な抵抗測定手段とを有し、
前記ガス検知素子に対する通電状態を間歇的に変化させて、前記ガス検知素子の状態を、被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに切り換え自在な感応状態切替手段を備え、
前記非感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値とし、前記感応状態において測定した前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値とすると共に、前記非感応状態を前記金属抵抗体に通電しない状態とし、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の非通電抵抗値として、
これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知機構を備えたガス検知装置。
前記ガス検知機構を、前記基準抵抗値と前記検知抵抗値との差から、前記被検知ガスのガス濃度を求めるように構成してある請求項１または２に記載のガス検知装置。
金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子の抵抗値に基づき被検知ガスを検出するガス検知方法であって、
前記ガス検知素子に対して通電状態を間歇的に変化させ、前記ガス検知素子の状態を、前記被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに交互に切り換え、
前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値として認識し、前記感応状態に切り換えた後、所定時間経過後の前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値として認識すると共に、
前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の抵抗値のみとし、前記検知抵抗値を前記金属抵抗体及び前記感応部の合成抵抗値として、
これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知方法。
金属抵抗体上に半導体を塗布して形成した感応部を設けたガス検知素子の抵抗値に基づき被検知ガスを検出するガス検知方法であって、
前記ガス検知素子に対して通電状態を間歇的に変化させ、前記ガス検知素子の状態を、前記被検知ガスに対して感応性を有しない非感応状態と、前記被検知ガスに対して感応性を有する感応状態とに交互に切り換え、
前記非感応状態における前記ガス検知素子の抵抗値を基準抵抗値として認識し、前記感応状態に切り換えた後、所定時間経過後の前記ガス検知素子の抵抗値を検知抵抗値として認識すると共に、
前記非感応状態を前記金属抵抗体に通電しない状態とし、前記基準抵抗値を実質的に前記金属抵抗体の非通電抵抗値として、
これら基準抵抗値及び検知抵抗値に基づいて被検知ガスを検出するガス検知方法。
前記被検知ガスの濃度を、認識した基準抵抗値と検知抵抗値との差から求める請求項４または５に記載のガス検知方法。
前記非感応状態を常温状態とし、前記基準抵抗値を、常温における前記ガス検知素子の抵抗値として認識する請求項４〜６のいずれか１項に記載のガス検知方法。