JP4452784B2 - ガス検知器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス警報器等のガス検知器に関し、特に、被検知ガス成分に感応して電気抵抗が変化するガス検知素子と、ガス検知素子を加熱するヒータと、ガス検知素子の電気抵抗の変化に応じて変化するセンサ出力電圧に基づいて被検知ガス成分の有無または濃度を判定するガス検知部と、ヒータの加熱制御を行う加熱制御部と、センサ出力電圧に基づいてヒータまたはその周辺回路の故障を検出するヒータ故障検出部を備えてなるガス検知器に関する。

都市ガス、プロパンガス、及び、ガス機器の不完全燃焼に伴う不完全燃焼ガスのガス成分を検知して、ガス漏れ状態や不完全燃焼状態を報知するガス警報器がある。かかるガス警報器では、１つのガス検知素子を用いて、ガス漏れ状態を示す被検知ガス成分としてメタンを、不完全燃焼状態示す被検知ガス成分として一酸化炭素（ＣＯ）を、その動作温度を夫々の高感度温度域に制御して各別に検出する工夫がなされている。

図７に、上記ガス警報器で一般的に用いられる半導体式ガス検知素子の温度特性例を示す。図７より明らかなように、半導体式ガス検知素子は、被検知ガス成分のメタンやＣＯの濃度によって、その電気抵抗（センサ抵抗）が変化するとともに、当該センサ抵抗は半導体式ガス検知素子の動作温度に依存して大きく変化する。メタンの場合、清浄空気中（メタン濃度０）とメタン濃度１０００ｐｐｍを比較すると、高温時（例えば４２０℃）でセンサ抵抗に大きな差が生じ、高感度でメタン検出可能なことが分かる。また、ＣＯの場合は、清浄空気中（ＣＯ濃度０）とＣＯ濃度１００ｐｐｍを比較すると、低温時（例えば８０℃）でセンサ抵抗に大きな差が生じ、高感度でＣＯ検出可能なことが分かる。

従って、かかるガス警報器では、ガス検知素子の動作温度を適正温度に制御するためのヒータが設けられているが、そのヒータが断線等すると、動作温度が正常に変化しなくなって、所期のガス検知機能を発揮できないことになる。

そこで、ヒータの断線等のヒータまたはその周辺回路の故障を検出、報知可能にすることで、所期のガス検知機能が発揮されることを担保したガス警報器がある。ガス検知素子のセンサ出力電圧に基づいてヒータまたはその周辺回路の故障を検出する機能を備えたガス検知器の一例として、下記の特許文献１に開示されている「ガス漏れ警報器」がある。

この特許文献１に開示されたヒータ等の故障検出方法では、ガス検知素子の動作温度が高温時と低温時の２つの異なる温度でのセンサ出力電圧を比較することにより、その電圧差が大きい場合は、ガス検知素子の動作温度が正常に制御されており、逆に当該電圧差が小さい場合は、ヒータの断線等の理由でガス検知素子の動作温度が正常に制御されずに一定となっていると判断する。
特開２０００−２２１１５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたヒータまたはその周辺回路の故障を検出する方法では、以下にしめすような不具合の生じる虞がある。

第１に、１回のセンサ出力電圧の比較だけでは、２つの異なる温度での各センサ出力電圧の電圧差が、或る時点で所定の閾値電圧を超え、別の時点で超えないということが起こり得る。つまり、ヒータ等の故障以外の原因で当該電圧差が一時的に小さくなった場合等において、ヒータ等の故障が誤検出される可能性がある。

第２に、上記第１の問題点の一例として、図７に示す温度特性を備える半導体式ガス検知素子の場合、図７に示すように、水素５００ｐｐｍの雰囲気中では、ガス検知素子の動作温度の変化に拘わらずセンサ抵抗が略一定となるため、２つの異なる温度での各センサ出力電圧の電圧差が小さいだけでは、その原因が、ヒータ等の故障によるものか、水素５００ｐｐｍの雰囲気中によるものかを識別できないため、ヒータ等の故障が誤検出される可能性がある。

第３に、財団法人日本ガス機器検定協会で規定されているガス警報器の形式検査時における誤発報の問題がある。つまり、当該形式検査の１項目として、水素５００ｐｐｍの雰囲気中でガス検知動作を行い、１５分間のテスト動作中にガス検知せず誤発報しないことが合格条件となっている。従って、上記第２の問題点で指摘したように、水素５００ｐｐｍの雰囲気中では、メタンやＣＯを誤検出しない正常品であっても、ヒータ等の故障を誤って検出して誤発報に至るため、当該形式検査で不合格となる虞がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消し、ガス検知素子の加熱制御用のヒータまたはその周辺回路の故障を高精度に検出可能な故障検出機能を備えたガス検知器を提供することにある。

この目的を達成するための本発明に係るガス検知器は、被検知ガス成分に感応して電気抵抗が変化するガス検知素子と、前記ガス検知素子を加熱するヒータと、前記ガス検知素子の電気抵抗の変化に応じて変化するセンサ出力電圧に基づいて前記被検知ガス成分の有無または濃度を判定するガス検知部と、前記ヒータの加熱制御を行う加熱制御部と、前記センサ出力電圧に基づいて、前記ヒータまたはその周辺回路の故障を検出するヒータ故障検出部と、を備えてなるガス検知器であって、前記加熱制御部は、少なくとも２つの異なる温度状態を周期的に繰り返す加熱制御を行い、前記ヒータ故障検出部は、前記周期的な加熱制御による前記ガス検知素子の２つの異なる温度状態での前記センサ出力電圧の電圧差が所定の故障電圧範囲にあるか否かを複数周期に亘って夫々検出し、前記電圧差が前記故障電圧範囲にあると連続して検出される回数、或いは、一定期間内に検出される回数が、所定の基準回数に達する場合に、前記ヒータまたはその周辺回路が故障であると故障判定することを第１の特徴とする。

上記第１の特徴によれば、ヒータ故障検出部は、ヒータまたはその周辺回路が故障である場合を精度良く検出できる。つまり、ヒータ故障検出部は、２つの異なる温度状態間でのセンサ出力電圧の電圧差が所定の故障電圧範囲にある状態が再現性よく繰り返される場合にのみ、ヒータまたはその周辺回路が故障であると判定するため、一時的な原因でセンサ出力電圧の電圧差が所定の故障電圧範囲内になって誤判定されるのを回避できる。

一方、上記第１の特徴によっても、図７に示す温度特性を備える半導体式ガス検知素子の場合、水素５００ｐｐｍの雰囲気中に長時間存在した場合に、ヒータまたはその周辺回路が故障であると誤判定することは回避できないが、現実的なガス検知器の使用環境において、水素５００ｐｐｍの雰囲気が一時的に実現する可能性はあっても、その状態が長時間持続する可能性は極めて低いと考えられるため、実用上の問題は発生しない。

また、水素５００ｐｐｍ雰囲気中での形式検査は、人為的に当該テスト雰囲気が設定されるが、予め判定時間（１５分間）が規定されているため、周期的な加熱制御の周期や基準回数を適切に設定することで、当該形式検査で不合格となることは回避できる。

上記第１の特徴のガス検知器は、更に、前記ヒータ故障検出部が、前記周期的な加熱制御による前記ガス検知素子の２つの異なる温度状態での前記センサ出力電圧の電圧差が所定の復帰電圧範囲にあるか否かを複数周期に亘って夫々検出し、前記電圧差が前記復帰電圧範囲にあると連続して検出される回数、或いは、一定期間内に検出される回数が、所定の基準回数に達する場合に、前記ヒータまたはその周辺回路が故障から復帰していると復帰判定することを第２の特徴とする。

上記第２の特徴のガス検知器によれば、一旦ヒータまたはその周辺回路が故障であると判定された後に、何らかの理由で当該故障状態から復帰していると復帰判定する場合に、正確な復帰判定が可能となる。つまり、ヒータ故障検出部は、２つの異なる温度状態間でのセンサ出力電圧の電圧差が所定の復帰電圧範囲にある状態が再現性よく繰り返される場合にのみ、ヒータまたはその周辺回路が故障から復帰していると判定するため、一時的な原因でセンサ出力電圧の電圧差が所定の復帰電圧範囲内になって誤って復帰判定されるのを回避できる。

上記第１または第２の特徴のガス検知器は、更に、前記ヒータ故障検出部は、前記ガス検知部がガス検知に使用する前記センサ出力電圧と同じタイミングでサンプリングされた前記センサ出力電圧を使用することを第３の特徴とする。

上記第３の特徴のガス検知器によれば、ガス検知部とヒータ故障検出部が同じタイミングでサンプリングされたセンサ出力電圧を共通に使用することができる。つまり、本発明に係るガス検知器では、特にヒータ故障検出部で使用するセンサ出力電圧の取得タイミングをガス検知部で使用するものと異ならせずとも高精度の故障判定が可能となる。

本発明に係るガス検知器（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

〈第１実施形態〉
図１に、本発明装置１の概略の回路構成を示す。本発明装置１は、図１に示すように、被検知ガス成分に感応して電気抵抗が変化するガス検知素子１１とガス検知素子１１を加熱するヒータ１２を備え、ガス検知素子１１の電気抵抗の変化を電圧値に変換して出力するセンサ回路部１０と、ヒータ１２の加熱制御を行う加熱制御部２０と、センサ出力電圧Ｖｓを所定の時間間隔でサンプル・ホールドして検知し、ディジタル化されたセンサ出力電圧Ｖｄを当該時間間隔で出力するセンサ出力検出部２１と、センサ出力検出部２１の出力するセンサ出力電圧Ｖｄに基づいて被検知ガス成分の有無または濃度を判定するガス検知部２２と、センサ回路部１０のヒータ１２またはヒータ１２を駆動するヒータ駆動回路１３の故障を検出する故障検出回路部３０と、ガス検知部２２及び故障検出回路部３０で検出された検出結果を外部に報知するための警報手段４１，４２を制御する警報装置制御部４０を備えて構成される。

また、加熱制御部２０、センサ出力検出部２１、ガス検知部２２、及び、故障検出回路部３０は、本発明装置１に搭載されるＡ／Ｄコンバータ内蔵のマイクロコンピュータ（マイコン）２のハードウェアとその上で実行されるソフトウェアで実現される。

センサ回路部１０は、ガス検知素子１１、ヒータ１２、ヒータ駆動回路１３、及び、ガス検知素子１１の電気抵抗の変化を電圧値に変換するセンサ出力回路１４を備えて構成される。ガス検知素子１１は、例えば、図７に示すような温度特性を有する半導体式ガス検知素子で、ＣＯとメタンを被検知ガス成分とし、低い動作温度（例えば８０℃）でＣＯに高感度で感応し、高い動作温度（例えば４２０℃）でメタンに高感度で感応する特性を有する。

ヒータ駆動回路１３は、公知のヒータ駆動回路を用いて、加熱制御部２１からの温度制御信号Ｓｔによってヒータ１２を流れる電流量を制御してヒータ１２の加熱温度を低温と高温に制御可能に構成されている。また、センサ出力回路１４は、例えば、電源電圧と接地電圧の間にガス検知素子１１と負荷抵抗（図示せず）を直列に接続して設け、ガス検知素子１１と負荷抵抗の抵抗値によって電源電圧を分圧してセンサ出力電圧Ｖｓを生成する。尚、ヒータ駆動回路１３及びセンサ出力回路１４としては、種々の回路構成が考えられ、適切なものを使用すれば良い。

加熱制御部２０は、図２に示すように、ヒータ駆動回路１３に対して周期的な加熱制御を行い、一定周期Ｔ（例えば、１５秒周期）で、ガス検知素子１１の動作温度を高温（例えば４２０℃）に加熱する高温駆動期間と低温（例えば８０℃）に加熱する低温駆動期間を交互に繰り返す。高温駆動期間と低温駆動期間は、一例として、１５秒周期の場合は夫々５秒と１０秒に振り分けられる。

センサ出力検出部２１は、マイコン２のＡ／Ｄコンバータ部を用いて形成され、センサ回路部１０のセンサ出力電圧Ｖｓ（アナログ値）を所定のタイミングでサンプル・ホールドして検出する。また、センサ出力電圧Ｖｓはマイコン２のアナログ入力端子に入力される。センサ出力検出部２１は入力したセンサ出力電圧ＶｓをＡ／Ｄ変換し、ディジタル化されたセンサ出力電圧Ｖｄを、ガス検知部２２と故障検出回路部３０に上記タイミングで出力する。センサ出力電圧Ｖｓのサンプリングタイミングは、図２に示す加熱制御部２０によるヒータ駆動タイミングにおいて、高温駆動期間から低温駆動期間へ移行する直前のタイミングｔ１と低温駆動期間から高温駆動期間へ移行する直前のタイミングｔ２の２ヶ所で、加熱制御部２０によるヒータ駆動制御（加熱制御）の各周期で２回、センサ出力電圧Ｖｓの検出処理が実行される。ここで、後の説明の便宜上、タイミングｔ１で検出され出力されるセンサ出力電圧ＶｄをＶｄ１、タイミングｔ２で検出され出力されるセンサ出力電圧ＶｄをＶｄ２とする。

ガス検知部２２は、センサ出力検出部２１で検出された２つの異なるガス検知素子１１の動作温度でのセンサ出力電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２と、図７に例示するガス検知素子１１の被検知ガス成分に対する感応特性（温度特性）に基づいて、所定のガス検知処理手順に則って、被検知ガス成分の有無または濃度を判定する。また、被検知ガス成分が検知されると、ガス検知部２２は警報装置制御部４０に対してガス検知信号Ｓ４を出力する。尚、ガス検知部２２でのガス検知処理手順は、マイコン２によるソフトウェア処理によって実行されるが、その具体的な処理手順は、本発明の本旨ではないので、詳細な説明は割愛する。

故障検出回路部３０は、図１に示すように、故障判定部３１、復帰判定部３２、故障表示出力部３３を備えて構成される。

故障判定部３１は、センサ出力検出部２１で検出された２つの異なるガス検知素子１１の動作温度でのセンサ出力電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の入力を受け付け、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）が後述する故障電圧範囲内にある場合が後述する判定条件で生じると、ヒータ１２またはその周辺回路（ヒータ駆動回路１３）が故障であると故障判定し、復帰判定部３２と故障表示出力部３３に対して故障判定信号Ｓ１を出力する。

復帰判定部３２は、故障判定部３１で故障判定された後に、センサ出力電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の入力を受け付け、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）が後述する復帰電圧範囲内にある場合が後述する判定条件で生じると、ヒータ１２またはその周辺回路（ヒータ駆動回路１３）が故障から復帰していると復帰判定し、故障表示出力部３３に対して復帰判定信号Ｓ２を出力する。

故障表示出力部３３は、故障判定部３１から故障判定信号Ｓ１を受信すると、本発明装置１内に設けられている警報装置制御部４０に対して故障表示出力信号Ｓ３を出力する。また、故障表示出力部３３は、故障表示出力信号Ｓ３の出力中に、復帰判定部３２から復帰判定信号Ｓ２を受信すると、故障表示出力信号Ｓ３をリセットして非活性化する。

警報装置制御部４０は、故障表示出力部３３から出力される故障表示出力信号Ｓ３、または、ガス検知部２２から出力されるガス検知信号Ｓ４に基づいて、所定の警報出力（故障判定表示出力またはガス検知表示出力）を、光出力によって行うＬＥＤ等の光出力素子４１や音声出力によって行うスピーカ等の音声出力素子４２を制御する。本実施形態では、故障判定の表示出力を、光出力素子４１や音声出力素子４２を利用して実行する。尚、警報装置制御部４０は、ガス検知部２２から出力されるガス検知信号Ｓ４に基づいて他の警報出力（ガス検知表示出力）も行うため、当該ガス検知表示出力と故障判定表示出力の区別は、例えば、発光色や発光の点滅パターン、或いは、音声のメッセージ内容等によって実現する。従って、警報装置制御部４０は、故障表示出力部３３から故障表示出力信号Ｓ３を受信すると所定の故障報知用の光出力と音声出力がなされるように、光出力素子４１と音声出力素子４２を制御する。

次に、故障判定部３１の故障判定の処理手順について、図３及び図４に示すフローチャート参照しながら説明する。

先ず、故障判定処理を開始すると（図３、図４中、故障判定処理の開始ポイントを「Ａ」で表示）、既に故障判定されているか否かを判定し（＃１）、既に故障判定されている場合は、図４に示す復帰判定部３２による復帰判定処理（図３、図４中、復帰判定処理の開始ポイントを「Ｂ」で表示）に移行する。逆に、まだ故障判定されていない場合は、タイミングｔ１とｔ２で夫々センサ出力電圧Ｖｄ１とＶｄ２の入力を受け付け（＃２、＃３）、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）を算出する（＃４）。次に、電圧差ΔＶが故障判定用の閾値電圧Ｖａ以下（故障電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃５）、電圧差ΔＶが故障判定用の閾値電圧Ｖａ以下である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｎを１だけカウントアップする（＃６）。尚、変数Ｎは、予め故障判定部３１の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、閾値電圧Ｖａは正電圧で、例えば、正常時の清浄空気中における電圧差ΔＶに基づいて予め設定される。正常時の清浄空気中における電圧差ΔＶを仮に１Ｖとした場合、閾値電圧Ｖａは、２０ｍＶ（２％）或いはその近傍値に設定するのが好ましい。

引き続き、変数Ｎが基準回数Ｎｘに達したか（Ｎ＝Ｎｘ）を判定し（＃７）、変数Ｎが基準回数Ｎｘに達していない場合は、図４に示す復帰判定部３２による復帰判定処理Ｂに移行する。復帰判定処理Ｂに移行すると、既に故障判定されているか否かを判定するが（＃１１）、この場合、まだ故障判定されていないので、故障判定処理Ａに戻って、上記ステップを繰り返す。ここで、ステップ＃５で、Ｎｘ回連続して電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖａ以下であると判定されると、変数Ｎが基準回数Ｎｘまでカウントアップされるので、変数Ｎが基準回数Ｎｘに達し、故障判定がなされ、故障判定信号Ｓ１が復帰判定部３２と故障表示出力部３３に対して出力される（＃８）。尚、ステップ＃５で、電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖａ以下でないと判定されると、変数Ｎが０にリセットされ（＃９）、図４に示す復帰判定部３２による復帰判定処理Ｂに移行する。復帰判定処理Ｂに移行すると、既に故障判定されているか否かを判定するが（＃１１）、この場合も、まだ故障判定されていないので、故障判定処理Ａに戻って、上記ステップ＃１以降を変数Ｎがリセットされた状態から繰り返す。

ここで、ヒータ１２の断線等のヒータ１２またはその周辺回路の故障がある場合は、電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖａ以下であると１回目に判定されてから故障判定されるまでの故障判定に要する時間は、大体、加熱制御部２０による加熱制御の周期Ｔと基準回数Ｎｘの積（Ｔ×Ｎｘ）となるので、当該故障判定時間を例えば１５分以上に設定する場合は、Ｔ＝１５秒では、Ｎｘは６１以上に設定する。これにより、形式検査における水素５００ｐｐｍの雰囲気中でのガス検知動作で不合格となる誤発報を防止できる。

次に、復帰判定部３２の復帰判定の処理手順について、図３及び図４に示すフローチャート参照しながら説明する。

先ず、復帰判定処理Ｂを開始すると（図４中の「Ｂ」）、既に故障判定されているか否かを判定し（＃１１）、まだ故障判定されていない場合は、図３に示す故障判定部３１による故障判定処理Ａに戻る。逆に、既に故障判定されている場合は、タイミングｔ１とｔ２で夫々センサ出力電圧Ｖｄ１とＶｄ２の入力を受け付け（＃１２、＃１３）、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）を算出する（＃１４）。次に、電圧差ΔＶが復帰判定用の閾値電圧Ｖｂ以上（復帰電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃１５）、電圧差ΔＶが復帰判定用の閾値電圧Ｖｂ以上である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｍを１だけカウントアップする（＃１６）。尚、変数Ｍは、予め復帰判定部３２の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、閾値電圧Ｖｂは閾値電圧Ｖａより大きい正電圧で、例えば、正常時の清浄空気中における電圧差ΔＶに基づいて予め設定される。

引き続き、変数Ｍが基準回数Ｍｘに達したか（Ｍ＝Ｍｘ）を判定し（＃１７）、変数Ｍが基準回数Ｍｘに達していない場合は、ステップ＃１１に戻る。ステップ＃１１に戻ると、既に故障判定されているか否かを再度判定するが（＃１１）、この場合、既に故障判定されているので、ステップ＃１２以降を繰り返す。ここで、ステップ＃１５で、Ｍｘ回連続して電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖｂ以上であると判定されると、変数Ｍが基準回数Ｍｘまでカウントアップされるので、変数Ｍが基準回数Ｍｘに達し、復帰判定がなされ、復帰判定信号Ｓ２が故障表示出力部３３に対して出力される（＃１８）。尚、ステップ＃１５で、電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖｂ以上でないと判定されると、変数Ｍが０にリセットされ（＃１９）、ステップ＃１１に戻る。ステップ＃１１に戻ると、既に故障判定されているか否かを再度判定するが（＃１１）、この場合も、既に故障判定されているので、上記ステップ＃１２以降を変数Ｍがリセットされた状態から繰り返す。

ここで、復帰判定用の基準回数Ｍｘを、例えば、故障判定用の基準回数Ｎｘより大きく設定することで、復帰判定を故障判定に対してより厳しい条件で実行できる。

〈第２実施形態〉
次に、本発明装置１の第２実施形態について説明する。本発明装置１の回路構成は第１実施形態のものと基本的に同じである。故障検出回路部３０の故障判定部３１と復帰判定部３２が実行する故障判定処理と復帰判定処理のアルゴリズム（処理手順）が、第１実施形態のものと相違する。

第１実施形態では、基準回数Ｎｘ回連続して電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖａ以下であると判定されると故障判定され、また、基準回数Ｍｘ回連続して電圧差ΔＶが閾値電圧Ｖｂ以上であると判定されると復帰判定されるアルゴリズムであった。これに対し、第２実施形態では、一定時間内で、電圧差ΔＶが故障判定用の第１閾値電圧Ｖａ以下と判定される回数が基準回数Ｎｘに達するか、或いは、電圧差ΔＶが故障判定用の第２閾値電圧Ｖｃ（但し、Ｖｃ＜Ｖａ）以下と判定される回数が基準回数Ｌｘ（但し、Ｌｘ＜Ｎｘ）に達した場合に故障判定し、一定時間内で、電圧差ΔＶが復帰判定用の第３閾値電圧Ｖｂ以上と判定される回数が基準回数Ｍｘに達するか、或いは、電圧差ΔＶが復帰判定用の第４閾値電圧Ｖｅ（但し、Ｖｅ＞Ｖｂ）以上と判定される回数が基準回数Ｋｘ（但し、Ｋｘ＜Ｍｘ）に達した場合に復帰判定するアルゴリズムを採用する。

次に、故障判定部３１の第２実施形態における故障判定の処理手順について、図５及び図６に示すフローチャート参照しながら説明する。

先ず、故障判定処理を開始すると（図５、図６中、故障判定処理の開始ポイントを「Ａ」で表示）、既に故障判定されているか否かを判定し（＃２１）、既に故障判定されている場合は、図６に示す復帰判定部３２による復帰判定処理（図５、図６中、復帰判定処理の開始ポイントを「Ｂ」で表示）に移行する。逆に、まだ故障判定されていない場合は、タイミングｔ１とｔ２で夫々センサ出力電圧Ｖｄ１とＶｄ２の入力を受け付け（＃２２、＃２３）、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）を算出する（＃２４）。次に、電圧差ΔＶが故障判定用の第１閾値電圧Ｖａ以下（故障電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃２５）、電圧差ΔＶが故障判定用の第１閾値電圧Ｖａ以下である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｎを１だけカウントアップし、計時用の変数ｔも同時に１だけカウントアップする（＃２６）。尚、変数Ｎ及び変数ｔは、予め故障判定部３１の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、第１閾値電圧Ｖａは第１実施形態の閾値電圧Ｖａと同様に設定される。

次に、電圧差ΔＶが故障判定用の第２閾値電圧Ｖｃ以下（第２の故障電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃２７）、電圧差ΔＶが故障判定用の第２閾値電圧Ｖｃ以下である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｌを１だけカウントアップして（＃２８）、ステップ＃３０に移行する。逆に、電圧差ΔＶが故障判定用の第２閾値電圧Ｖｃ以下でない場合は、変数Ｌのカウントアップを行わずにステップ＃３０に移行する。尚、変数Ｌは、予め故障判定部３１の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、第２閾値電圧Ｖｃは第１閾値電圧Ｖａより低く設定されている。例えば、第１閾値電圧Ｖａが２０ｍＶの場合、第２閾値電圧Ｖｃは１０ｍＶ〜１５ｍＶ程度に設定される。

ステップ＃２５での判定で、電圧差ΔＶが故障判定用の第１閾値電圧Ｖａ以下でない場合は、計時用の変数ｔを１だけカウントアップして（＃２９）、ステップ＃３０に移行する。ステップ＃３０では、計時用の変数ｔは基準値ｔｘに達したか否かを判定し（＃３０）、変数ｔが基準値ｔｘに達していない場合は、故障判定処理の最初（ステップ＃２１）に戻り、上述の処理を繰り返す。

変数ｔが基準値ｔｘに達している場合は、故障判定処理が予め設定された一定時間（Ｔ×ｔｘ）を経過したと判断し、変数Ｎが基準回数Ｎｘに達したか（Ｎ＝Ｎｘ）、或いは、変数Ｌが基準回数Ｌｘに達したか（Ｌ＝Ｌｘ）を判定し（＃３１）、変数Ｎも変数Ｌも夫々の基準回数ＮｘとＬｘに達していない場合は、変数Ｌ、変数Ｎ、変数ｔを０にリセットし（＃３２）、故障判定処理の最初（ステップ＃２１）に戻り、上述の処理を繰り返す。

ステップ＃３１の判定で、変数Ｎが基準回数Ｎｘに達したか（Ｎ＝Ｎｘ）、或いは、変数Ｌが基準回数Ｌｘに達した（Ｌ＝Ｌｘ）場合、一定時間（Ｔ×ｔｘ）内で、電圧差ΔＶが故障判定用の第１閾値電圧Ｖａ以下と判定される回数が基準回数Ｎｘに達するか、或いは、電圧差ΔＶが故障判定用の第２閾値電圧Ｖｃ（但し、Ｖｃ＜Ｖａ）以下と判定される回数が基準回数Ｌｘ（但し、Ｌｘ＜Ｎｘ）に達したと判断されて、故障判定がなされ、故障判定信号Ｓ１が復帰判定部３２と故障表示出力部３３に対して出力される（＃３３）。その後、変数Ｌ、変数Ｎ、変数ｔを０にリセットし（＃３４）、図６に示す復帰判定部３２による復帰判定処理Ｂに移行する。

ここで、ヒータ１２の断線等のヒータ１２またはその周辺回路の故障の有無に拘わらず、１回の故障判定に要する時間は、加熱制御部２０による加熱制御の周期Ｔと基準値ｔｘの積（Ｔ×ｔｘ）で算出される一定時間となるので、当該故障判定時間を例えば１５分以上に設定する場合は、Ｔ＝１５秒では、ｔｘは６１以上に設定する。これにより、少なくともｔｘを６１以上に設定することで、形式検査における水素５００ｐｐｍの雰囲気中でのガス検知動作で不合格となる誤発報を防止できる。また、変数ｔは、１周期毎に必ずカウントアップされるので、基準回数Ｎｘ、基準回数Ｌｘ、基準値ｔｘの関係は、Ｌｘ＜Ｎｘ＜ｔｘとなるので、当該関係を満足するように各基準回数及び基準値を適正に設定する必要がある。

次に、復帰判定部３２の復帰判定の処理手順について、図５及び図６に示すフローチャート参照しながら説明する。

先ず、復帰判定処理Ｂを開始すると（図５中の「Ｂ」）、既に故障判定されているか否かを判定し（＃４１）、まだ故障判定されていない場合は、図５に示す故障判定部３１による故障判定処理Ａに戻る。逆に、既に故障判定されている場合は、タイミングｔ１とｔ２で夫々センサ出力電圧Ｖｄ１とＶｄ２の入力を受け付け（＃４２、＃４３）、その電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｄ１−Ｖｄ２｜）を算出する（＃４４）。次に、電圧差ΔＶが復帰判定用の第３閾値電圧Ｖｂ以上（復帰電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃４５）、電圧差ΔＶが復帰判定用の第３閾値電圧Ｖｂ以上である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｍを１だけカウントアップし、計時用の変数ｕも同時に１だけカウントアップする（＃４６）。尚、変数Ｍ及び変数ｕは、予め 復帰判定部３２の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、第３閾値電圧Ｖｂは第１閾値電圧Ｖａより大きい正電圧で、第１実施形態の閾値電圧Ｖｂと同様に設定される。

次に、電圧差ΔＶが復帰判定用の第４閾値電圧Ｖｅ以上（第２の復帰電圧範囲に相当）であるか否かを判定し（＃４７）、電圧差ΔＶが復帰判定用の第４閾値電圧Ｖｅ以上である場合に、当該判定回数をカウントする変数Ｋを１だけカウントアップして（＃４８）、ステップ＃５０に移行する。逆に、電圧差ΔＶが復帰判定用の第４閾値電圧Ｖｅ以上でない場合は、変数Ｋのカウントアップを行わずにステップ＃５０に移行する。尚、変数Ｋは、予め復帰判定部３２の起動時または起動前に０にリセットされているものとする。また、第４閾値電圧Ｖｅは第３閾値電圧Ｖｂより高く設定されている。

ステップ＃４５での判定で、電圧差ΔＶが復帰判定用の第３閾値電圧Ｖｂ以上でない場合は、計時用の変数ｕを１だけカウントアップして（＃４９）、ステップ＃５０に移行する。ステップ＃５０では、計時用の変数ｕは基準値ｕｘに達したか否かを判定し（＃５０）、変数ｕが基準値ｕｘに達していない場合は、復帰判定処理の最初（ステップ＃４１）に戻り、上述の処理を繰り返す。

変数ｕが基準値ｕｘに達している場合は、復帰判定処理が予め設定された一定時間（Ｔ×ｕｘ）を経過したと判断し、変数Ｍが基準回数Ｍｘに達したか（Ｍ＝Ｍｘ）、或いは、変数Ｋが基準回数Ｋｘに達したか（Ｋ＝Ｋｘ）を判定し（＃５１）、変数Ｍも変数Ｋも夫々の基準回数ＭｘとＫｘに達していない場合は、変数Ｍ、変数Ｋ、変数ｕを０にリセットし（＃５２）、復帰判定処理の最初（ステップ＃４１）に戻り、上述の処理を繰り返す。

ステップ＃５１の判定で、変数Ｍが基準回数Ｍｘに達したか（Ｍ＝Ｍｘ）、或いは、変数Ｋが基準回数Ｋｘに達した（Ｋ＝Ｋｘ）場合、一定時間（Ｔ×ｕｘ）内で、電圧差ΔＶが復帰判定用の第３閾値電圧Ｖｂ以上と判定される回数が基準回数Ｍｘに達するか、或いは、電圧差ΔＶが復帰判定用の第４閾値電圧Ｖｅ（但し、Ｖｅ＞Ｖｂ）以上と判定される回数が基準回数Ｋｘ（但し、Ｋｘ＜Ｍｘ）に達したと判断されて、復帰判定がなされ、復帰判定信号Ｓ２が故障表示出力部３３に対して出力される（＃５３）。その後、変数Ｋ、変数Ｍ、変数ｕを０にリセットし（＃５４）、図５に示す故障判定部３１による故障判定処理Ａに移行する。

ここで、ヒータ１２またはその周辺回路の故障からの復帰判定の有無に拘わらず、１回の復帰判定に要する時間は、加熱制御部２０による加熱制御の周期Ｔと基準値ｕｘの積（Ｔ×ｕｘ）で算出される一定時間となる。また、変数ｕは、１周期毎に必ずカウントアップされるので、基準回数Ｍｘ、基準回数Ｋｘ、基準値ｕｘの関係は、Ｋｘ＜Ｍｘ＜ｕｘとなるので、当該関係を満足するように各基準回数及び基準値を適正に設定する必要がある。

以下に、別の実施形態につき説明する。

〈１〉上記各実施形態では、本発明装置１の故障検出回路部３０は復帰判定部３２を備えて構成される場合を説明したが、復帰判定部３２を備えずに、故障判定だけを行う構成であっても構わない。この場合、図３及び図５に示す故障判定処理手順において、「Ｂ」で表示された復帰判定処理の開始ポイントは、故障判定処理の終了ポイントとなる。

〈２〉上記各実施形態において、故障判定部３１の故障判定処理手順は、及び、復帰判定部３２の復帰判定処理手順は、必ずしも図３と図４または図５と図６に例示した手順に限定されるものではない。これら故障判定及び復帰判定の処理手順は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更可能である。

〈３〉上記第２実施形態では、故障判定用の閾値電圧として第１閾値電圧Ｖａと第２閾値電圧Ｖｃの２種類を設定し、夫々に個別の基準回数ＮｘとＬｘを設定したが、第１実施形態における故障判定用の閾値電圧Ｖａと同様に１種類であっても構わない。故障判定用の閾値電圧が１種類の場合は、図５に示す故障判定処理のステップ＃２７と＃２８が不要となり、ステップ＃３１の判定において、変数Ｌが基準回数Ｌｘに達したか（Ｌ＝Ｌｘ）否かの判定は不要となり、ステップ＃３２とステップ＃３４における変数Ｌのリセット処理も不要となる。

更に、上記第２実施形態では、復帰判定用の閾値電圧として第３閾値電圧Ｖｂと第４閾値電圧Ｖｅの２種類を設定し、夫々に個別の基準回数ＭｘとＫｘを設定したが、第１実施形態における復帰判定用の閾値電圧Ｖｂと同様に１種類であっても構わない。復帰判定用の閾値電圧が１種類の場合は、図６に示す故障判定処理のステップ＃４７と＃４８が不要となり、ステップ＃５１の判定において、変数Ｋが基準回数Ｋｘに達したか（Ｋ＝Ｋｘ）否かの判定は不要となり、ステップ＃５２とステップ＃５４における変数Ｋのリセット処理も不要となる。

〈４〉上記各実施形態では、本発明装置１の加熱制御部２０、センサ出力検出部２１、ガス検知部２２、及び、故障検出回路部３０をＡ／Ｄコンバータ内蔵のマイコン２で構成したが、例えば、加熱制御部２０、センサ出力検出部２１、ガス検知部２２、及び、故障検出回路部３０を夫々の個別の回路で構成しても構わない。また、センサ出力検出部２１を個別のＡ／Ｄコンバータで実現して、加熱制御部２０、ガス検知部２２、及び、故障検出回路部３０をマイコン２で構成しても構わない。また、マイコン２は、プログラム格納用のＲＯＭを内蔵するマイクロコンピュータではなく、当該ＲＯＭを内蔵しないマイクロプロセッサであってもよい。更に、故障検出回路部３０の故障表示出力部３３の機能を警報装置制御部４０側に内蔵し、警報装置制御部４０が直接、故障判定部３１からの故障判定信号Ｓ１と復帰判定部３２からの復帰判定信号Ｓ２を受け取るようにしても構わない。

〈５〉上記各実施形態では、センサ出力検出部２１は、加熱制御部２０によるヒータ駆動タイミングにおいて、高温駆動期間から低温駆動期間へ移行する直前のタイミングｔ１と低温駆動期間から高温駆動期間へ移行する直前のタイミングｔ２の１周期当たり２ヶ所で、センサ出力電圧Ｖｓの検知処理が実行され、各ディジタル化されたセンサ出力電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２は、ガス検知部２２と故障検出回路部３０の両方に同時に供給され、ガス検知処理と故障判定及び復帰判定処理に使用される場合を説明したが、加熱制御１周期当たりのセンサ出力電圧Ｖｓの検知タイミングは、上記タイミングｔ１とタイミングｔ２に限定されるものではない。故障判定及び復帰判定処理に使用されるセンサ出力電圧Ｖｓの検知タイミングは、ガス検知処理に使用されるセンサ出力電圧Ｖｓの検知タイミングと分離しても構わない。

〈６〉上記各実施形態では、本発明装置１は、ＣＯとメタンを被検知ガス成分とする半導体式ガス検知素子を備えた、都市ガスやプロパンガスのガス漏れ検知、及び、ガス機器の不完全燃焼検知を目的とするガス警報器に応用可能なガス検知器を想定して説明したが、本発明装置１の検知対象となるガス成分はＣＯとメタンに限定されるものではない。また、ガス検知器の形態として、例えば、一般家庭の厨房に据え付ける固定型のものや、ハンディタイプのものにも本発明装置は適用可能である。

本発明に係るガス検知器の一実施形態における回路構成例を示す回路ブロック図 本発明に係るガス検知器の第１実施形態におけるガス検知素子のセンサ出力電圧の検出タイミングとヒータ駆動制御パターンを示す波形図 本発明に係るガス検知器の第１実施形態における故障判定処理手順を示すフローチャート 本発明に係るガス検知器の第１実施形態における復帰判定処理手順を示すフローチャート 本発明に係るガス検知器の第２実施形態における故障判定処理手順を示すフローチャート 本発明に係るガス検知器の第２実施形態における復帰判定処理手順を示すフローチャート 半導体式ガス検知素子の電気抵抗の温度特性の一例を示す特性図

符号の説明

１： 本発明に係るガス検知器
２： Ａ／Ｄコンバータ内蔵のマイクロコンピュータ
１０： センサ回路部
１１： ガス検知素子
１２： ヒータ
１３： ヒータ駆動回路
１４： センサ出力回路
２０： 加熱制御部
２１： センサ出力検出部
２２： ガス検知部
３０： 故障検出回路部
３１： 故障判定部
３２： 復帰判定部
３３： 故障表示出力部
４０： 警報装置制御部
４１： 光出力素子（警報手段）
４２： 音声出力素子（警報手段）
Ａ： 故障判定処理の開始ポイント
Ｂ： 復帰判定処理の開始ポイント
Ｎ，Ｌ，ｔ： 故障判定処理で使用する変数
Ｎｘ，Ｌｘ： 故障判定処理で使用する変数Ｎ，変数Ｌに対する基準回数
ｔｘ： 故障判定処理で使用する変数ｔに対する基準値
Ｍ，Ｋ，ｕ： 復帰判定処理で使用する変数
Ｍｘ，Ｋｘ： 復帰判定処理で使用する変数Ｍ，変数Ｋに対する基準回数
ｕｘ： 復帰判定処理で使用する変数ｕに対する基準値
Ｓ１： 故障判定信号
Ｓ２： 復帰判定信号
Ｓ３： 故障表示出力信号
Ｓ４： ガス検知信号
Ｓｔ： 温度制御信号
Ｔ： 加熱制御の周期
ｔ１，ｔ２： センサ出力電圧の検出タイミング
Ｖａ，Ｖｃ： 故障判定用の閾値電圧
Ｖｂ，Ｖｅ： 復帰判定用の閾値電圧
Ｖｓ： センサ出力電圧（アナログ値）
Ｖｄ： センサ出力電圧（ディジタル値）
Ｖｄ１： タイミングｔ１で検出したセンサ出力電圧（ディジタル値）
Ｖｄ２： タイミングｔ２で検出したセンサ出力電圧（ディジタル値）

Claims (2)

1. 被検知ガス成分に感応して電気抵抗が変化するガス検知素子と、
   前記ガス検知素子を加熱するヒータと、
   前記ヒータを駆動するヒータ駆動回路と、
   前記ガス検知素子の電気抵抗の変化に応じて変化するセンサ出力電圧に基づいて前記被検知ガス成分の有無または濃度を判定するガス検知部と、
   前記ヒータの加熱制御を行う加熱制御部と、
   前記センサ出力電圧に基づいて、前記ヒータまたは前記ヒータ駆動回路の故障を検出するヒータ故障検出部と、を備えてなるガス検知器であって、
   前記加熱制御部は、少なくとも２つの異なる温度状態を周期的に繰り返す加熱制御を行い、
   前記ヒータ故障検出部は、
   前記周期的な加熱制御による前記ガス検知素子の２つの異なる温度状態での前記センサ出力電圧の電圧差が所定の故障電圧範囲にあるか否かを複数周期に亘って夫々検出し、前記電圧差が前記故障電圧範囲にあると連続して検出される回数、或いは、一定期間内に検出される回数が、所定の基準回数に達する場合に、前記ヒータまたは前記ヒータ駆動回路が故障であると故障判定し、
   前記周期的な加熱制御による前記ガス検知素子の２つの異なる温度状態での前記センサ出力電圧の電圧差が所定の復帰電圧範囲にあるか否かを複数周期に亘って夫々検出し、前記電圧差が前記復帰電圧範囲にあると連続して検出される回数、或いは、一定期間内に検出される回数が、所定の基準回数に達する場合に、前記ヒータまたは前記ヒータ駆動回路が故障から復帰していると復帰判定することを特徴とするガス検知器。
2. 前記ヒータ故障検出部は、前記ガス検知部がガス検知に使用する前記センサ出力電圧と同じタイミングでサンプリングされた前記センサ出力電圧を使用することを特徴とする請求項１に記載のガス検知器。

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