JP4639117B2 - Contact combustion type gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、可燃性被検出ガスを検出するに適した接触燃焼式ガスセンサに関するものである。   The present invention relates to a contact combustion type gas sensor suitable for detecting a combustible gas to be detected.

従来、この種の接触燃焼式ガスセンサとしては、例えば、下記特許文献１にて開示されているような可燃性ガス検出器が提案されている。この可燃性ガス検出器において、その検出素子は、参照極と、酸化触媒を有する検出極とを備えている。ここで、参照極及び検出極の各温度が可燃性ガスの着火温度に至らないように、当該参照極及び検出極は、それぞれ、別々のブリッジ回路でもって、一定の温度を維持するように制御される。
特開２００３−１９４７５９号公報 Conventionally, as this type of catalytic combustion type gas sensor, for example, a combustible gas detector as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. In this combustible gas detector, the detection element includes a reference electrode and a detection electrode having an oxidation catalyst. Here, the reference electrode and the detection electrode are controlled so as to maintain a constant temperature with separate bridge circuits so that the temperatures of the reference electrode and the detection electrode do not reach the ignition temperature of the combustible gas. Is done.
JP 2003-194759 A

ところで、上記可燃性ガス検出器において、酸化触媒の被毒耐性を向上させるためには、当該酸化触媒の膜厚をある程度厚くすることが望ましい。   By the way, in the combustible gas detector, in order to improve the poisoning resistance of the oxidation catalyst, it is desirable to increase the thickness of the oxidation catalyst to some extent.

しかし、酸化触媒の膜厚が厚くなると、検出極と参照極との間に熱容量の差が生じるため、被検出ガスが存在しない状態におけるガス検出器の出力（零点出力）が、雰囲気温度の変化に応じて１次近似的にばらつく。また、被検出ガスの濃度が同一であっても、ガス検出器の出力（感度）が、雰囲気温度の変化に応じて、１次近似的にばらつく。
However, if the thickness of the oxidation catalyst is increased, a difference in heat capacity occurs between the detection electrode and the reference electrode, so the output of the gas detector (zero output) in the absence of the gas to be detected changes the ambient temperature. Varies according to the first order approximation. Moreover, even if the concentration of the gas to be detected is the same, the output (sensitivity) of the gas detector varies in a first order approximation according to the change in the ambient temperature.

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、温度検出手段を検出素子と同一の被検出空間内に配設し、零点及び感度の雰囲気温度に対する補正を行うことにより、可燃性被検出ガスの濃度に対する出力の零点及び感度のばらつきを無くするようにした接触燃焼式ガスセンサを提供することを目的とする。   Therefore, in order to deal with the above, the present invention arranges the temperature detection means in the same detection space as the detection element, and corrects the zero point and the sensitivity to the ambient temperature, thereby combustible coverage. It is an object of the present invention to provide a contact combustion type gas sensor that eliminates variations in output zero point and sensitivity with respect to the concentration of detection gas.

上記課題の解決にあたり、本発明に係る接触燃焼式ガスセンサは、請求項１の記載によれば、
酸化触媒（１４８０）を有する検出極（１４３０、２１１１）及び参照極（１４３０、２２１１）を一体に或いは別体にて備えてなる検出部（１４００）と、
この検出部と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段（１４５０、２３１４）と、
検出極を一定の温度に制御する検出極用制御手段（２１２０、２１３０）と、
参照極を一定の温度に制御する参照極用制御手段（２２２０、２２３０）と、
検出極及び参照極の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段（２１２０、２２２０）とを備える。 In solving the above problems, the catalytic combustion type gas sensor according to the present invention, according to claim 1,
A detection unit (1400) comprising a detection electrode (1430, 2111) having an oxidation catalyst (1480) and a reference electrode (1430, 2211) integrally or separately;
Temperature detection means (1450, 2314) that is disposed in the same detection space together with the detection unit and detects the ambient temperature in the detection space;
Detection electrode control means (2120, 2130) for controlling the detection electrode to a constant temperature;
Reference electrode control means (2220, 2230) for controlling the reference electrode to a constant temperature;
Differential output generating means (2120, 2220) for generating a difference output between the detection electrode and the reference electrode as a differential output representing the concentration of the combustible gas to be detected;

当該接触燃焼式ガスセンサにおいて、温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて上記差分出力を補正する補正手段（２５１０、２５２０、２５３０、２５４０）を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
上記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における上記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び上記零点出力の上記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける上記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段（２４００）を備えて、
補正手段は、
記憶手段に記憶済みの上記零点出力−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記零点出力を算出し、上記差分出力を、当該零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段（２５１０、２５２０、２５３０）と、
記憶手段に記憶済みの上記傾き−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記傾きを算出し零点補正手段で補正済みの差分出力を、上記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段（２５４０）とを具備するようにしたことを特徴とする。
The catalytic combustion type gas sensor includes correction means (2510, 2520, 2530, 2540) for correcting the differential output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detection means ,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output-atmosphere temperature data representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero, and an inclination representing the characteristic of the ambient temperature in the gradient of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas Comprising storage means (2400) for storing ambient temperature data;
The correction means is
Zero point correction means (2510, 2520) for calculating the zero point output according to the detected ambient temperature based on the zero point output-atmosphere temperature data stored in the storage unit and correcting the difference output based on the zero point output. 2530),
An inclination correction means (2540) that calculates the inclination according to the detected ambient temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means and corrects the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. ) .

このように、それぞれ一定温度に制御された状態にある検出極及び参照極の各出力の差を表す差分出力は、温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて補正される。   As described above, the differential output representing the difference between the outputs of the detection electrode and the reference electrode, each of which is controlled at a constant temperature, is corrected according to the detected ambient temperature of the temperature detection means.

このため、酸化触媒が厚くても、検出部の被検出ガスの濃度に対する感度及び零点の各ばらつきがなくなり、その結果、被検出空間内の雰囲気温度が変動しても、この変動とはかかわりなく、上記差分出力が被検出ガスの濃度に対しほぼ一義的に得られる。
また、補正手段が零点補正手段と、傾き補正手段とを具備することにより、上記の差分出力を被検出ガスの濃度に対してほぼ一義的に得られるという作用効果を、より一層具体的に達成する事ができる。
For this reason, even if the oxidation catalyst is thick, the sensitivity to the concentration of the gas to be detected and the variations in the zero point are eliminated, and as a result, even if the ambient temperature in the detection space fluctuates, this fluctuation is not affected. The differential output is obtained almost uniquely with respect to the concentration of the gas to be detected.
In addition, since the correction means includes the zero point correction means and the inclination correction means, the effect of obtaining the above difference output almost uniquely with respect to the concentration of the detected gas is achieved more specifically. I can do it.

また、本発明に係る接触燃焼式ガスセンサは、請求項２の記載によれば、
酸化触媒（１４８０）を有する検出極（１４３０、２１１１）及び参照極（１４３０、２２１１）を一体に或いは別体にて備えてなる検出部（１４００）と、
この検出部と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段（１４５０、２３１４）と、
検出極をと共に構成される検出極用ブリッジ手段であって検出極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する検出極用ブリッジ手段（２１１０）と、
参照極と共に構成される参照極用ブリッジ手段であって参照極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する参照極用ブリッジ手段（２２１０）と、
検出極を一定温度に維持するように検出極用ブリッジ手段を制御する検出極用制御手段（２１３０）と、
参照極を一定温度に維持するように参照極用ブリッジ手段を制御する参照極用制御手段（２２３０）と、
検出極用及び参照極用の両ブリッジ手段の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段（２１２０、２２２０）とを備える。 Moreover, according to the description of claim 2, the catalytic combustion type gas sensor according to the present invention is provided.
A detection unit (1400) comprising a detection electrode (1430, 2111) having an oxidation catalyst (1480) and a reference electrode (1430, 2211) integrally or separately;
Temperature detection means (1450, 2314) that is disposed in the same detection space together with the detection unit and detects the ambient temperature in the detection space;
A detection pole bridge means (2110) configured with a detection pole and generating an output in response to a change in the resistance value of the detection pole;
Reference electrode bridge means (2210) configured together with a reference electrode and generating an output in response to a change in the resistance value of the reference electrode;
Detection electrode control means (2130) for controlling the detection electrode bridge means so as to maintain the detection electrode at a constant temperature;
Reference electrode control means (2230) for controlling the reference electrode bridge means to maintain the reference electrode at a constant temperature;
Differential output generating means (2120, 2220) for generating a difference output representing the concentration of the combustible gas to be detected as the difference between the outputs of the detection electrode and the reference electrode bridge means;

当該接触燃焼式ガスセンサにおいて、温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて上記差分出力を補正する補正手段（２５１０、２５２０、２５３０、２５４０）を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
上記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における上記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び上記零点出力の上記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける上記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段（２４００）を備えて、
補正手段は、
記憶手段に記憶済みの上記零点出力−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記零点出力を算出し、上記差分出力を、当該零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段（２５１０、２５２０、２５３０）と、
記憶手段に記憶済みの上記傾き−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記傾きを算出し零点補正手段で補正済みの差分出力を、上記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段（２５４０）とを具備するようにしたことを特徴とする。
The catalytic combustion type gas sensor includes correction means (2510, 2520, 2530, 2540) for correcting the differential output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detection means,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output-atmosphere temperature data representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero, and an inclination representing the characteristic of the ambient temperature in the gradient of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas Comprising storage means (2400) for storing ambient temperature data;
The correction means is
Zero point correction means (2510, 2520) for calculating the zero point output according to the detected ambient temperature based on the zero point output-atmosphere temperature data stored in the storage unit and correcting the difference output based on the zero point output. 2530),
An inclination correction means (2540) that calculates the inclination according to the detected ambient temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means and corrects the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. ) .

このように、検出極及び参照極を別々のブリッジ手段に含めた構成としても、当該検出極及び参照極を各ブリッジ手段において一定の温度に制御した状態において、各ブリッジ手段の出力の差を表す差分出力は、温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて補正される。   As described above, even when the detection electrode and the reference electrode are included in the separate bridge means, the difference between the outputs of the respective bridge means is expressed in a state where the detection electrode and the reference electrode are controlled at a constant temperature in each bridge means. The differential output is corrected according to the detected atmospheric temperature of the temperature detecting means.

このため、酸化触媒が厚くても、検出部の被検出ガスの濃度に対する感度及び零点の各ばらつきがなくなり、その結果、被検出空間内の雰囲気温度が変動しても、この変動とはかかわりなく、上記差分出力が被検出ガスの濃度に対しほぼ一義的に得られる。
また、補正手段が零点補正手段と、傾き補正手段とを具備することにより、上記の差分出力を被検出ガスの濃度に対してほぼ一義的に得られるという作用効果を、より一層具体的に達成する事ができる。
For this reason, even if the oxidation catalyst is thick, the sensitivity to the concentration of the gas to be detected and the variations in the zero point are eliminated, and as a result, even if the ambient temperature in the detection space fluctuates, this fluctuation is not affected. The differential output is obtained almost uniquely with respect to the concentration of the gas to be detected.
In addition, since the correction means includes the zero point correction means and the inclination correction means, the effect of obtaining the above difference output almost uniquely with respect to the concentration of the detected gas is achieved more specifically. I can do it.

また、本発明に係る接触燃焼式ガスセンサは、請求項３の記載によれば、
検出素子（１４００）と、電子回路手段（２０００）とを備え、
検出素子は、
複数の凹部（１４１１）を形成してなる半導体基板（１４１０）と、複数の発熱抵抗体（１４３０、２１１１、２２１１）と、半導体基板の表面に沿い複数の発熱抵抗体を互いに間隔をおいて上記各凹部に対応して内包するように形成される絶縁部材（１４２０、１４６０）と、この絶縁部材のうち複数の発熱抵抗体のうちの１つの発熱抵抗体に対する対応部位に設けられる所定の厚さの酸化触媒（１４８０）とを有しており、
電子回路手段は、
検出素子と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段（１４５０、２３１４）と、
上記１つの発熱抵抗体を検出極としてこの検出極と共に構成される検出極用ブリッジ手段であって検出極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する検出極用ブリッジ手段（２１１０）と、
上記複数の発熱抵抗体のうちの他の１つの発熱抵抗体を参照極としてこの参照極と共に構成される参照極用ブリッジ手段であって参照極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する参照極用ブリッジ手段（２２１０）と、
検出極を一定温度に維持するように検出極用ブリッジ手段を制御する検出極用制御手段（２１３０）と、
参照極を一定温度に維持するように参照極用ブリッジ手段を制御する参照極用制御手段（２２３０）と、
検出極用及び参照極用の両ブリッジ手段の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段（２１２０、２２１０）とを備える。 Moreover, according to the description of claim 3, the catalytic combustion type gas sensor according to the present invention is provided.
A detection element (1400) and electronic circuit means (2000);
The detection element is
The semiconductor substrate (1410) formed with a plurality of recesses (1411), the plurality of heating resistors (1430, 2112, 2112), and the plurality of heating resistors along the surface of the semiconductor substrate are spaced apart from each other. An insulating member (1420, 1460) formed so as to be included corresponding to each recess, and a predetermined thickness provided at a corresponding portion of the insulating member with respect to one heating resistor among the plurality of heating resistors. An oxidation catalyst (1480) of
The electronic circuit means is
Temperature detecting means (1450, 2314) disposed in the same detection space together with the detection element to detect the ambient temperature in the detection space;
Detection pole bridge means (2110), which is a detection pole bridge means having the one heating resistor as a detection pole and configured with the detection pole, and generates an output in accordance with a change in the resistance value of the detection pole;
Reference electrode bridging means configured with the reference electrode using another one of the plurality of heating resistors as a reference electrode, and generates an output in response to a change in the resistance value of the reference electrode A pole bridge means (2210);
Detection electrode control means (2130) for controlling the detection electrode bridge means so as to maintain the detection electrode at a constant temperature;
Reference electrode control means (2230) for controlling the reference electrode bridge means to maintain the reference electrode at a constant temperature;
Difference output generation means (2120, 2210) for generating a difference output representing the concentration of the combustible gas to be detected is provided between the outputs of the detection electrode and the reference electrode bridge means.

当該接触燃焼式ガスセンサにおいて、温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて上記差分出力を補正する補正手段（２５１０、２５２０、２５３０、２５４０）を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
上記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における上記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び上記零点出力の上記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける上記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段（２４００）を備えて、
補正手段は、
記憶手段に記憶済みの上記零点出力−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記零点出力を算出し、上記差分出力を、当該零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段（２５１０、２５２０、２５３０）と、
記憶手段に記憶済みの上記傾き−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記傾きを算出し零点補正手段で補正済みの差分出力を、上記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段（２５４０）とを具備するようにしたことを特徴とする。
The catalytic combustion type gas sensor includes correction means (2510, 2520, 2530, 2540) for correcting the differential output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detection means ,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output-atmosphere temperature data representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero, and an inclination representing the characteristic of the ambient temperature in the gradient of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas Comprising storage means (2400) for storing ambient temperature data;
The correction means is
Zero point correction means (2510, 2520) for calculating the zero point output according to the detected ambient temperature based on the zero point output-atmosphere temperature data stored in the storage unit and correcting the difference output based on the zero point output. 2530),
An inclination correction means (2540) that calculates the inclination according to the detected ambient temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means and corrects the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. ) .

これにより、上述のような構成の検出素子を採用しても、請求項１或いは２に記載の発明と同様の作用効果が達成され得る。
そして、補正手段が零点補正手段と、傾き補正手段とを具備することにより、上記の差分出力を被検出ガスの濃度に対してほぼ一義的に得られるという作用効果を、より一層具体的に達成する事ができる。
Thus, even when the detection element having the above-described configuration is employed, the same effect as that of the first or second aspect of the invention can be achieved.
The correction means includes the zero point correction means and the inclination correction means, so that the effect of obtaining the above difference output almost uniquely with respect to the concentration of the gas to be detected is achieved more specifically. I can do it.

また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載の接触燃焼式ガスセンサにおいて、酸化触媒の厚さは、５（μｍ）〜５００（μｍ）の範囲以内であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the catalytic combustion type gas sensor according to any one of the first to third aspects, the thickness of the oxidation catalyst is 5 (μm) to 500 (μm). It is within the range.

これにより、酸化触媒の厚さが、当該酸化触媒の被毒耐性を最低限度において確保し得る厚さ５（μｍ）以上に設定されている。従って、被検出ガスがシリコン（Ｓｉ）やイオウ（Ｓ）等の被毒物質を含んでいても、酸化触媒が当該被毒物質によって被毒されにくくなり、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明の作用効果がより一層具体的に達成され得る。
Thereby, the thickness of the oxidation catalyst is set to a thickness of 5 (μm) or more that can ensure the poisoning resistance of the oxidation catalyst to the minimum. Therefore, even if the gas to be detected contains a poisoning substance such as silicon (Si) or sulfur (S), the oxidation catalyst is hardly poisoned by the poisoning substance, and any one of claims 1 to 3. The effects of the invention described in the above can be achieved more specifically.

また、酸化触媒の厚さが、当該酸化触媒の消費電力を適正に抑え得る厚さ５００（μｍ）以下に設定されている。従って、酸化触媒が余分な電力を消費することなく、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明の作用効果がより一層具体的に達成され得る。
Further, the thickness of the oxidation catalyst is set to 500 (μm) or less so that the power consumption of the oxidation catalyst can be appropriately suppressed. Therefore, the operation and effect of the invention according to any one of claims 1 to 3 can be achieved more specifically without the oxidation catalyst consuming extra power.

なお、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、補正手段による補正は、温度検出手段の検出雰囲気温度の上昇或いは低下に応じて上記差分出力を減少或いは増大するようにすれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明に記載の作用効果はより一層向上され得る。   Note that in the invention according to any one of claims 1 to 3, the correction by the correction means may be performed by reducing or increasing the differential output in accordance with an increase or decrease in the detected atmospheric temperature of the temperature detection means. The effects described in the invention described in any one of claims 1 to 3 can be further improved.

また、請求項１〜３に記載の発明において、上記零点−雰囲気温度データは、上記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力が上記雰囲気温度の上昇（或いは）低下に伴い減少（或いは増大）する特性で表すようにしてもよい。また、上記傾き−雰囲気温度データは、上記零点出力の上記被検出ガスの濃度に対する傾きが上記雰囲気温度の上昇（或いは低下）に伴い減少（或いは増大）する特性で表すようにしてもよい。
In the inventions according to claims 1 to 3 , the zero point-atmosphere temperature data indicates that the zero point output when the concentration of the detected gas is zero decreases (or increases) as the ambient temperature increases (or decreases). ). The slope-atmosphere temperature data may be expressed by a characteristic that the slope of the zero point output with respect to the concentration of the gas to be detected decreases (or increases) as the ambient temperature increases (or decreases).

このような前提のもと、零点補正手段は、上記零点−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記零点出力を算出し、上記零点出力から上記差分出力を減じることで、零点補正をし、また、傾き補正手段は、上記傾き−雰囲気温度データに基づき上記検出雰囲気温度に応じて上記傾きを算出し、上記零点補正済みの差分出力を、これに上記算出傾きを乗ずることで、傾き補正するようにしてもよい。これによれば、請求項１〜３に記載の発明がより一層向上し得る。
Under such a premise, the zero point correcting means calculates the zero point output according to the detected ambient temperature based on the zero point-atmosphere temperature data, and subtracts the differential output from the zero point output, thereby correcting the zero point. In addition, the inclination correction means calculates the inclination according to the detected atmosphere temperature based on the inclination-atmosphere temperature data, and multiplies the zero point corrected difference output by the calculated inclination to obtain the inclination. You may make it correct | amend. According to this, the invention of Claims 1-3 can be improved further.

また、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   Moreover, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの一実施形態を示しており、この接触燃焼式ガスセンサは、例えば、燃料電池から漏れ出る被検出ガス中の水素ガス成分の濃度を検出するのに用いられる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of a catalytic combustion type gas sensor according to the present invention. This catalytic combustion type gas sensor detects, for example, the concentration of a hydrogen gas component in a detection gas leaking from a fuel cell. Used to do.

当該接触燃焼式ガスセンサは、図１或いは図２にて示すごとく、センサ本体１０００及び電子回路２０００でもって構成されている。   As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the catalytic combustion gas sensor includes a sensor main body 1000 and an electronic circuit 2000.

センサ本体１０００は、ケーシング１１００を備えている。このケーシング１１００は、両ケーシング部材１１１０、１１２０を有しており、当該両ケーシング部材１１１０、１１２０は、その各開口部にて嵌合されて、ケーシング１０００を構成している。   The sensor main body 1000 includes a casing 1100. The casing 1100 has both casing members 1110, 1120, and both the casing members 1110, 1120 are fitted in the respective openings to constitute a casing 1000.

ここで、ケーシング部材１１１０は、ガス導入筒１１１１を備えており、このガス導入筒１１１１は、ケーシング部材１１１０の底壁中央から外方へ円筒状に延出し、ガス導入口部１１１２にて、外方に開口している。   Here, the casing member 1110 is provided with a gas introduction cylinder 1111, and this gas introduction cylinder 1111 extends in a cylindrical shape outward from the center of the bottom wall of the casing member 1110. It opens to the direction.

また、センサ本体１０００は、センサユニット１２００を有しており、このセンサユニット１２００は、図１にて示すごとく、ケーシング部材１１１０の内側からガス導入筒１１１１内に同軸的に嵌装されている。   Further, the sensor main body 1000 has a sensor unit 1200, and the sensor unit 1200 is coaxially fitted into the gas introduction cylinder 1111 from the inside of the casing member 1110 as shown in FIG.

当該センサユニット１２００は、図１及び図３にて示すごとく、円筒部材１２１０を備えている。この円筒部材１２１０は、その底壁側円筒部にて、図１にて示すごとく、ガス導入筒１１１１の小径穴部に同軸的に嵌装されており、当該円筒部材１２１０は、その先端側環状底壁１２１１（図１及び図３参照）にて、ガス導入口部１１１２にその内面側から着座している。なお、円筒部材１２１０は、図１にて示すごとく、環状底壁１２１１の中空部にて、ガス導入口部１１１２を通り外方に開口している。   The sensor unit 1200 includes a cylindrical member 1210 as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the cylindrical member 1210 is coaxially fitted in a small-diameter hole portion of the gas introduction cylinder 1111 at the bottom wall side cylindrical portion. The bottom wall 1211 (see FIGS. 1 and 3) is seated on the gas inlet 1111 from the inner surface side. As shown in FIG. 1, the cylindrical member 1210 opens outward through the gas inlet port 1112 in the hollow portion of the annular bottom wall 1211.

また、円筒部材１２１０は、その基端側環状フランジ部１２１２にて、図１にて示すごとく、ガス導入筒１１１１の基端側大径穴部内にパッキン等の環状シール１１１３を介し気密的に嵌装されている。なお、本実施形態では、板状封止部材１１１４が、ケーシング１１００のガス導入筒１１１１の内端部に装着されて、当該ガス導入筒１１１１を封止している。   Further, as shown in FIG. 1, the cylindrical member 1210 is hermetically fitted into the proximal-side large-diameter hole portion of the gas introduction tube 1111 through an annular seal 1113 such as packing, at the proximal-side annular flange portion 1212. It is disguised. In the present embodiment, a plate-shaped sealing member 1114 is attached to the inner end portion of the gas introduction tube 1111 of the casing 1100 to seal the gas introduction tube 1111.

また、センサユニット１２００は、円筒部材１２１０内に設けた撥水フィルタ１２２０、ワッシャ１２３０及び両金網１２４０を備えている。撥水フィルタ１２２０は、その外周部にて、円筒部材１２１０の環状底壁１２１１とワッシャ１２３０との間に挟持されており、この撥水フィルタ１２２０は、ガス導入筒１１１１のガス導入口部１１１２及び円筒部材１２１０の環状底壁１２１１の中空部から円筒部材１２１０のうちワッシャ１２３０よりも基端側内部空間内への水滴や粉塵の侵入を防止する。   Further, the sensor unit 1200 includes a water repellent filter 1220, a washer 1230, and both wire meshes 1240 provided in the cylindrical member 1210. The water repellent filter 1220 is sandwiched between the annular bottom wall 1211 of the cylindrical member 1210 and the washer 1230 at the outer periphery thereof. The water repellent filter 1220 includes the gas inlet 1111 and the gas inlet 1111 of the gas inlet cylinder 1111. Intrusion of water droplets and dust from the hollow portion of the annular bottom wall 1211 of the cylindrical member 1210 into the proximal end side internal space of the cylindrical member 1210 rather than the washer 1230 is prevented.

両金網１２４０は、図３にて拡大して示すごとく、その外周部にて、ワッシャ１２３０と円筒状スペーサ１２５０の環状底壁１２５１との間に挟持されており、これら金網１２４０は、次のような役割を果たす。即ち、検出素子１４００の左右両側発熱抵抗体１４３０（後述する）への通電に伴い当該左右両側発熱抵抗体１４３０に電流が流れ、これら発熱抵抗体１４３０の温度が水素ガスの下限爆発温度を上回ることで、被検出ガス中の水素ガス成分が円筒状スペーサ１２５０内で発火した場合に、両金網１２４０は、スペーサ１２５０の内部からその外方への逸火を防止する。   As shown in an enlarged view in FIG. 3, the two metal meshes 1240 are sandwiched between the washer 1230 and the annular bottom wall 1251 of the cylindrical spacer 1250 at the outer peripheral portion thereof. Play an important role. That is, as the detection element 1400 is energized to the left and right heating resistors 1430 (described later), current flows through the left and right heating resistors 1430, and the temperature of these heating resistors 1430 exceeds the lower limit explosion temperature of hydrogen gas. Thus, when the hydrogen gas component in the gas to be detected ignites in the cylindrical spacer 1250, the two metal meshes 1240 prevent the fire from the inside of the spacer 1250 to the outside thereof.

なお、円筒状スペーサ１２５０は、円筒部材１２１０の底壁側円筒部内に同軸的に圧入により嵌装されて、その環状底壁１２５１にて、両金網１２４０、ワッシャ１２３０及び撥水フィルタ１２２０を、円筒部材１２１０の環状底壁１２１１の内面上に固定している。   The cylindrical spacer 1250 is coaxially press-fitted into the bottom wall side cylindrical portion of the cylindrical member 1210, and the two metal meshes 1240, the washers 1230 and the water repellent filter 1220 are cylindrically connected to the annular bottom wall 1251. The member 1210 is fixed on the inner surface of the annular bottom wall 1211.

当該センサユニット１２００は、図１及び図３にて示すごとく、金属製端子台１２６０を備えており、この端子台１２６０は、図３にて拡大して示すごとく、その断面Ｌ字状外周部１２６１にて、円筒部材１２１０の環状フランジ部１２１２内にＯリング或いはパッキン等の環状シール部材１２６２を介し同軸的にかつ気密的に嵌装されている。   The sensor unit 1200 includes a metal terminal block 1260 as shown in FIGS. 1 and 3, and the terminal block 1260 has an L-shaped outer peripheral portion 1261 as shown in an enlarged view in FIG. In the annular member 1212 of the cylindrical member 1210, it is coaxially and airtightly fitted through an annular seal member 1262 such as an O-ring or packing.

この端子台１２６０には、複数のターミナル１２６３が、その各基端部にて、図３にて拡大して示すごとく、各対応の管状電気絶縁部材１２６４（図３では、２つの電気絶縁部材１２６４のみを示す）を介し挿通されており、これら各ターミナル１２６３の各先端部は、図１にて示すごとく、封止部材１１１４を通り配線板１１１５に挿通されて、この配線板１１１５の配線パターン部に電気的に接続されている。また、各ターミナル１２６３は、その基端部にて、検出素子１４００（後述する）の各対応の電極膜１４５１、１４７０（後述する）にワイヤボンディングにより電気的に接続されている。   The terminal block 1260 includes a plurality of terminals 1263 at their respective base ends, as shown in an enlarged view in FIG. 3, corresponding tubular electrical insulating members 1264 (in FIG. 3, two electrical insulating members 1264. As shown in FIG. 1, each tip portion of each terminal 1263 is inserted through the sealing member 1114 and into the wiring board 1115, and the wiring pattern portion of the wiring board 1115 is inserted. Is electrically connected. Each terminal 1263 is electrically connected to the corresponding electrode films 1451 and 1470 (described later) of the detection element 1400 (described later) by wire bonding at the base end portion.

また、センサユニット１２００は、板状断熱部材１３００及び検出素子１４００を備えており、断熱部材１３００は、検出素子１４００と共に、図１及び図３にて示すごとく、円筒部材１２１０の小径部内（底壁側円筒部内）にて、端子台１２６０に支持されている。
断熱部材１３００は、図１及び図３にて示すごとく、上壁１３１０を備えており、この上壁１３１０は、その表面にて、端子台１２６０の裏面中央部に装着されている。また、当該断熱部材１３００は、十字状の溝１３２０を備えており、この溝１３２０は、断熱部材１３００にその裏面側から十字状に形成されて、４つの角柱状隅角部１３３０（図３では、２つの隅角部１３３０のみを示す）を形成している。 Further, the sensor unit 1200 includes a plate-like heat insulating member 1300 and a detection element 1400. The heat insulating member 1300 together with the detection element 1400, as shown in FIGS. 1 and 3, is inside the small diameter portion (bottom wall) of the cylindrical member 1210. In the side cylindrical portion) and supported by the terminal block 1260.
As shown in FIGS. 1 and 3, the heat insulating member 1300 includes an upper wall 1310, and the upper wall 1310 is attached to the center of the back surface of the terminal block 1260 on the surface thereof. The heat insulating member 1300 includes a cross-shaped groove 1320. The groove 1320 is formed in a cross shape from the back surface side of the heat insulating member 1300, and four prismatic corner portions 1330 (in FIG. 3). Only two corners 1330 are shown).

このように構成した断熱部材１３００は、上壁１３１０にて、端子台１２６０の裏面中央部に固着されており、この断熱部材１３００の各隅角部１３３０には、検出素子１４００の下側絶縁層１４２０（後述する）が固着されている。   The heat insulating member 1300 configured as described above is fixed to the center of the back surface of the terminal block 1260 by the upper wall 1310, and the lower insulating layer of the detection element 1400 is provided at each corner 1330 of the heat insulating member 1300. 1420 (described later) is fixed.

また、検出素子１４００は、図１及び図３にて示すごとく、断熱部材１３００にその裏面側から設けられて、円筒状スペーサ１２５０の開口部内に位置している。この検出素子１４００は、マイクロマシニング技術を用いて製造されているもので、当該検出素子１４００は、図４にて示すごとく、珪素製半導体基板１４１０及び上下両側絶縁層１４２０を備えている。   Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the detection element 1400 is provided on the heat insulating member 1300 from the back surface side, and is located in the opening of the cylindrical spacer 1250. The detection element 1400 is manufactured using a micromachining technique, and the detection element 1400 includes a silicon semiconductor substrate 1410 and upper and lower side insulating layers 1420 as shown in FIG.

半導体基板１４１０は、図４にて示すごとく、図示左右両側凹部１４１１を備えており、これら左右両側凹部１４１１は、半導体基板１４１０の裏面側から表面側にかけて、互いに間隔をおいて断面末すぼまり状に形成されている。   As shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 1410 includes left and right side recesses 1411 shown in the drawing, and these left and right side recesses 1411 narrow in cross section at intervals from the back side to the front side of the semiconductor substrate 1410. It is formed in a shape.

上側絶縁層１４２０は、半導体基板１４１０の表面に形成された上側酸化珪素膜１４２１及びこの上側酸化珪素膜１４２１の表面に沿い形成された上側窒化珪素膜１４２２でもって構成されている。   The upper insulating layer 1420 includes an upper silicon oxide film 1421 formed on the surface of the semiconductor substrate 1410 and an upper silicon nitride film 1422 formed along the surface of the upper silicon oxide film 1421.

一方、下側絶縁層１４２０は、半導体基板１４１０の裏面に形成された下側酸化珪素膜１４２１及びこの下側酸化珪素膜１４２１の裏面に沿い形成された下側窒化珪素膜１４２２でもって構成されている。この下側絶縁層１４２０は、半導体基板１４１０の各凹部１４１１に対応する部位にて、それぞれ除去されて、各凹部１４１１の開口部として形成されている。   On the other hand, the lower insulating layer 1420 includes a lower silicon oxide film 1421 formed on the back surface of the semiconductor substrate 1410 and a lower silicon nitride film 1422 formed along the back surface of the lower silicon oxide film 1421. Yes. The lower insulating layer 1420 is removed at portions corresponding to the respective recesses 1411 of the semiconductor substrate 1410 and formed as openings of the respective recesses 1411.

しかして、検出素子１４００は、下側絶縁層１４２０の下側窒化珪素膜１４２２にて、断熱部材１３００にその裏面側から各隅角部１３３０に亘り固着されている。これにより、上側絶縁層１４２０は、上側酸化珪素膜１４２１の裏面のうち各凹部１４１１に対する各対応裏面部にて、当該各凹部１４１１の開口部を通して断熱部材１３００の各隅角部（図３参照）に対向している。なお、半導体基板１４１０は、各凹部１４１１以外の部位にて基板部１４１２を構成する。   Therefore, the detection element 1400 is fixed to the heat insulating member 1300 from the back surface side to the corner portions 1330 with the lower silicon nitride film 1422 of the lower insulating layer 1420. As a result, the upper insulating layer 1420 has each corner portion of the heat insulating member 1300 (see FIG. 3) through the opening of each recess 1411 at each corresponding back surface portion with respect to each recess 1411 in the back surface of the upper silicon oxide film 1421. Opposite to. Note that the semiconductor substrate 1410 constitutes a substrate portion 1412 at a portion other than each concave portion 1411.

また、検出素子１４００は、図４及び図５にて示すごとく、左右両側発熱抵抗体１４３０及び左側、中央側及び右側の各配線膜１４４０を備えている。左側発熱抵抗体１４３０は、上側絶縁層１４２０の上側窒化珪素膜１４２２の表面のうち左側凹部１４１１に対応する部位上に渦巻き状に形成されており、一方、右側発熱抵抗体１４３０は、上側窒化珪素膜１４２２の表面のうち右側凹部１４１１に対応する部位上に渦巻き状に形成されている。   Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the detection element 1400 includes left and right heat generating resistors 1430 and left, center, and right wiring films 1440. The left heating resistor 1430 is formed in a spiral shape on a portion of the surface of the upper silicon nitride film 1422 of the upper insulating layer 1420 corresponding to the left recess 1411, while the right heating resistor 1430 is formed of the upper silicon nitride 1430. A spiral surface is formed on a portion of the surface of the film 1422 corresponding to the right-side recess 1411.

左側配線膜１４４０は、図４にて示すごとく、上側窒化珪素膜１４２２の表面の左側部上において、半導体基板１４１０の基板部１４１２に対応して位置し、図５にて示すごとく、左側発熱抵抗体１４３０の一端と一体となるように形成されている。   As shown in FIG. 4, the left wiring film 1440 is positioned on the left side of the surface of the upper silicon nitride film 1422 in correspondence with the substrate portion 1412 of the semiconductor substrate 1410. As shown in FIG. It is formed so as to be integrated with one end of the body 1430.

中央側配線膜１４４０は、図４にて示すごとく、上側窒化珪素膜１４２２の表面の中央部上にて、半導体基板１４１０の基板部１４１２に対応して位置しており、この中央側配線膜１４４０は、図５にて示すごとく、左側発熱抵抗体１４３０の他端及び右側発熱抵抗体１４３０の一端と一体となるように形成されている。また、右側配線膜１４４０は、図４にて示すごとく、上側窒化珪素膜１４２２の表面の右側部上にて、半導体基板１４１０の基板部１４１２に対応して位置しており、この右側配線膜１４４０は、図５にて示すごとく、右側発熱抵抗体１４３０の他端と一体となるように形成されている。   As shown in FIG. 4, the central wiring film 1440 is located on the central portion of the surface of the upper silicon nitride film 1422 corresponding to the substrate portion 1412 of the semiconductor substrate 1410, and this central wiring film 1440 5 is formed so as to be integrated with the other end of the left heating resistor 1430 and one end of the right heating resistor 1430, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, the right wiring film 1440 is located on the right side of the surface of the upper silicon nitride film 1422 corresponding to the substrate portion 1412 of the semiconductor substrate 1410. As shown in FIG. 5, it is formed so as to be integrated with the other end of the right heating resistor 1430.

また、検出素子１４００は、図５にて示すごとく、測温抵抗体１４５０を備えており、この測温抵抗体１４５０は、白金（Ｐｔ）を含む測温抵抗材料でもって、左右両側発熱抵抗体１４３０の図５にて図示上側において、上側絶縁層１４２０の上側窒化珪素膜１４２２の表面上に形成されている。しかして、当該測温抵抗体１４５０は、検出素子１４００の周囲の被検出空間内の雰囲気温度を検出する。   Further, as shown in FIG. 5, the detection element 1400 includes a resistance temperature detector 1450, and the resistance temperature detector 1450 is a resistance temperature detector material containing platinum (Pt). 5 is formed on the surface of the upper silicon nitride film 1422 of the upper insulating layer 1420. Accordingly, the resistance temperature detector 1450 detects the ambient temperature in the detection space around the detection element 1400.

また、当該検出素子１４００は、図４及び図５にて示すごとく、絶縁材料からなる保護層１４６０を備えており、この保護層１４６０は、各発熱抵抗体１４３０、各配線膜１４４０及び測温抵抗体１４５０を覆うように、上側絶縁層１４２０の上側窒化珪素膜１４２２の表面上に形成されている。   Further, the detection element 1400 includes a protective layer 1460 made of an insulating material as shown in FIGS. 4 and 5, and the protective layer 1460 includes the heating resistors 1430, the wiring films 1440, and the resistance temperature detectors. Over the surface of upper silicon nitride film 1422 of upper insulating layer 1420 so as to cover body 1450.

また、検出素子１４００は、図４及び図５にて示すごとく、左側、中央側及び右側の各電極膜１４７０を備えており、これら左側、中央側及び右側の各電極膜１４７０は、保護層１４６０に形成した左側、中央側及び右側の各コンタクトホール１４６１を通して左側、中央側及び右側の各配線膜１４４０上に形成されている。なお、測温抵抗体１４５０は、その左右両端部にて、各電極膜１４５１を介し配線板１１１５の上記配線パターン部に接続されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the detection element 1400 includes left, center, and right electrode films 1470, and the left, center, and right electrode films 1470 include the protective layer 1460. The left, center and right side contact holes 1461 are formed on the left, center and right side wiring films 1440. The resistance temperature detector 1450 is connected to the wiring pattern portion of the wiring board 1115 through the electrode films 1451 at both the left and right ends.

また、検出素子１４００は、酸化触媒膜１４８０を備えており、この酸化触媒膜１４８０は、保護層１４６０の表面のうち左側発熱抵抗体１４３０に対する対応部位上に形成されて、保護層１４６０の表面と共に、円筒状スペーサ１２５０の底壁１２５１の中空部に対向している。しかして、酸化触媒膜１４８０は、左側発熱抵抗体１４３０への通電時に、被検出ガス中の水素ガス成分を燃焼させる。   The detection element 1400 includes an oxidation catalyst film 1480. The oxidation catalyst film 1480 is formed on a portion corresponding to the left heating resistor 1430 on the surface of the protective layer 1460, together with the surface of the protective layer 1460. It faces the hollow portion of the bottom wall 1251 of the cylindrical spacer 1250. Thus, the oxidation catalyst film 1480 burns the hydrogen gas component in the detected gas when the left heating resistor 1430 is energized.

本実施形態において、酸化触媒膜１４８０は、５（μｍ）〜５００（μｍ）の範囲以内の膜厚でもって形成されている。ここで、酸化触媒膜１４８０の膜厚を５（μｍ）以上としたのは、酸化触媒膜１４８０の被毒耐性を少なくとも最低限度において確保するためである。また、酸化触媒膜１４８０の膜厚を５００（μｍ）以下としたのは、酸化触媒膜１４８０の消費電力を適正に抑制するためである。   In this embodiment, the oxidation catalyst film 1480 is formed with a film thickness within a range of 5 (μm) to 500 (μm). Here, the thickness of the oxidation catalyst film 1480 is set to 5 (μm) or more in order to ensure the poisoning resistance of the oxidation catalyst film 1480 at least at a minimum. The reason why the thickness of the oxidation catalyst film 1480 is set to 500 (μm) or less is to appropriately suppress the power consumption of the oxidation catalyst film 1480.

なお、本実施形態では、当該接触燃焼式ガスセンサにおいて、左側発熱抵抗体１４３０は、検出極としての役割を果たし、また、右側発熱抵抗体１４３０は、参照極としての役割を果たす。   In this embodiment, in the catalytic combustion gas sensor, the left heating resistor 1430 serves as a detection electrode, and the right heating resistor 1430 serves as a reference electrode.

上述した電子回路２０００は、図１にて示すごとく、配線板１１１５の裏面に装着されて、ケーシング１１００内に支持されている。なお、電子回路２０００は、配線板１１１５の配線パターン部を介し各ターミナル１２６３に電気的に接続されている。   The electronic circuit 2000 described above is mounted on the back surface of the wiring board 1115 and supported in the casing 1100 as shown in FIG. The electronic circuit 2000 is electrically connected to each terminal 1263 via a wiring pattern portion of the wiring board 1115.

電子回路２０００は、図２にて示すごとく、検出極側制御回路２１００、参照極側制御回路２２００、測温抵抗体側制御回路２３００及びマイクロコンピュータ２４００でもって構成されている。   The electronic circuit 2000 includes a detection pole side control circuit 2100, a reference pole side control circuit 2200, a resistance temperature detector side control circuit 2300, and a microcomputer 2400 as shown in FIG.

検出極側制御回路２１００は、ブリッジ回路２１１０、差動増幅回路２１２０及び定温度制御回路２１３０を備えている。ブリッジ回路２１１０は、検出用発熱抵抗体２１１１並びに各固定抵抗２１１２、２１１３及び２１１４でもって、ホイートストーンブリッジ回路を形成するように構成されている。なお、検出用発熱抵抗体２１１１は、検出素子１４００の左側発熱抵抗体１４３０でもって構成されている。   The detection pole side control circuit 2100 includes a bridge circuit 2110, a differential amplifier circuit 2120, and a constant temperature control circuit 2130. The bridge circuit 2110 is configured to form a Wheatstone bridge circuit with the detection heating resistor 2111 and the fixed resistors 2112, 2113 and 2114. The detection heating resistor 2111 is configured by a left heating resistor 1430 of the detection element 1400.

しかして、このブリッジ回路２１１０は、定温度制御回路２１３０による定温度制御のもと、検出用発熱抵抗体２１１１の抵抗値の変化に基づき、両固定抵抗２１１３、２１１４の共通端子（ブリッジ回路２１１０の一側出力端子）と検出用発熱抵抗体２１１１及び固定抵抗２１１２の共通端子（ブリッジ回路２１１０の他側出力端子）との間にて、電位差（水素ガス成分の濃度を表す）を発生する。なお、ブリッジ回路２１１０において、固定抵抗２１１２と固定抵抗２１１４との間の共通端子は接地されている。   Thus, the bridge circuit 2110 is based on a constant temperature control by the constant temperature control circuit 2130, and based on a change in the resistance value of the detection heating resistor 2111, the common terminal of both the fixed resistors 2113 and 2114 (the bridge circuit 2110 A potential difference (representing the concentration of the hydrogen gas component) is generated between the one side output terminal) and the common terminal of the detection heating resistor 2111 and the fixed resistor 2112 (the other side output terminal of the bridge circuit 2110). In the bridge circuit 2110, the common terminal between the fixed resistor 2112 and the fixed resistor 2114 is grounded.

差動増幅回路２１２０は、その各入力抵抗２１２１、２１２２にて、ブリッジ回路２１１０の一側及び他側の各出力端子から出力される電位差を入力されて、この電位差を演算増幅器２１２３でもって差動増幅し差動増幅電圧として発生し、定温度制御回路２１３０に出力するとともに、抵抗２１２４を介しマイクロコンピュータ２４００に出力する。   The differential amplifier circuit 2120 receives the potential difference output from each of the output terminals on one side and the other side of the bridge circuit 2110 through the input resistors 2121 and 2122, and the potential difference is differentially input by the operational amplifier 2123. Amplified and generated as a differential amplified voltage, and is output to the constant temperature control circuit 2130 and also output to the microcomputer 2400 via the resistor 2124.

定温度制御回路２１３０は、トランジスタ２１３１を備えており、このトランジスタ２１３１は、そのベースにて、抵抗２１３２を介し、差動増幅回路２１２０の演算増幅器２１２３の出力端子に接続されている。また、当該トランジスタ２１３１は、そのコレクタにて、ブリッジ回路２１１０の発熱抵抗体２１１１と固定抵抗２１１３との間の共通端子に接続されおり、このトランジスタ２１３１のエミッタは、直流電源の正側端子＋Ｖｃに接続されている。   The constant temperature control circuit 2130 includes a transistor 2131, and the transistor 2131 is connected to the output terminal of the operational amplifier 2123 of the differential amplifier circuit 2120 through the resistor 2132 at the base thereof. The transistor 2131 is connected at its collector to the common terminal between the heating resistor 2111 and the fixed resistor 2113 of the bridge circuit 2110. The emitter of the transistor 2131 is connected to the positive terminal + Vc of the DC power supply. It is connected.

しかして、当該定温度制御回路２１３０においては、トランジスタ２１３１が、そのベースにて、抵抗２１３２を介し演算増幅器２１２３から差動増幅電圧を入力されて、上記直流電源からの直流電圧に基づき、検出用発熱抵抗体２１１１の発熱温度（抵抗値）を一定にするような制御電圧を発生し、ブリッジ回路２１１０の一側及び他側の各出力端子間に出力する。このことは、定温度制御回路２１３０が、差動増幅回路２１２０からの差動増幅電圧に応じて、ブリッジ回路２１１０の検出用発熱抵抗体２１１１の発熱温度を一定に制御することを意味する。   Thus, in the constant temperature control circuit 2130, the transistor 2131 receives the differential amplification voltage from the operational amplifier 2123 via the resistor 2132 at the base thereof, and detects based on the DC voltage from the DC power source. A control voltage that makes the heat generation temperature (resistance value) of the heat generation resistor 2111 constant is generated and output between the output terminals on one side and the other side of the bridge circuit 2110. This means that the constant temperature control circuit 2130 controls the heating temperature of the detection heating resistor 2111 of the bridge circuit 2110 to be constant according to the differential amplification voltage from the differential amplification circuit 2120.

参照極側制御回路２２００は、ブリッジ回路２２１０、差動増幅回路２２２０及び定温度制御回路２２３０を備えている。ブリッジ回路２２１０は、参照用発熱抵抗体２２１１並びに各固定抵抗２２１２、２２１３及び２２１４でもって、ホイートストーンブリッジ回路を形成するように構成されている。なお、参照用発熱抵抗体２２１１は、検出素子１４００の右側発熱抵抗体１４３０でもって構成されている。   The reference electrode side control circuit 2200 includes a bridge circuit 2210, a differential amplifier circuit 2220, and a constant temperature control circuit 2230. The bridge circuit 2210 is configured to form a Wheatstone bridge circuit with the reference heating resistor 2211 and the fixed resistors 2212, 2213 and 2214. The reference heating resistor 2211 is configured by the right heating resistor 1430 of the detection element 1400.

しかして、このブリッジ回路２２１０は、定温度制御回路２２３０による定温度制御のもと、参照用発熱抵抗体２２１１の抵抗値の変化に基づき、両固定抵抗２２１３、２２１４の共通端子（ブリッジ回路２２１０の一側出力端子）と参照用発熱抵抗体２２１１及び固定抵抗２２１２の共通端子（ブリッジ回路２２１０の他側出力端子）との間にて、電位差を発生する。なお、ブリッジ回路２２１０において、固定抵抗２２１２と固定抵抗２２１４との間の共通端子は接地されている。   Therefore, the bridge circuit 2210 is based on the constant temperature control by the constant temperature control circuit 2230, and based on the change in the resistance value of the reference heating resistor 2211, the common terminal of both the fixed resistors 2213 and 2214 (the bridge circuit 2210). A potential difference is generated between the one side output terminal) and the common terminal of the reference heating resistor 2211 and the fixed resistor 2212 (the other side output terminal of the bridge circuit 2210). In the bridge circuit 2210, the common terminal between the fixed resistor 2212 and the fixed resistor 2214 is grounded.

差動増幅回路２２２０は、その各入力抵抗２２２１、２２２２にて、ブリッジ回路２２１０の一側及び他側の各出力端子から出力される電位差を入力されて、この電位差を演算増幅器２２２３でもって差動増幅し差動増幅電圧として発生し、定温度制御回路２２３０に出力するとともに、抵抗２２２４を介しマイクロコンピュータ２４００に出力する。   The differential amplifier circuit 2220 receives the potential difference output from each of the output terminals on one side and the other side of the bridge circuit 2210 at the input resistors 2221 and 2222, and differentially converts the potential difference by the operational amplifier 2223. Amplified and generated as a differential amplified voltage, and is output to the constant temperature control circuit 2230 and also output to the microcomputer 2400 via the resistor 2224.

定温度制御回路２２３０は、トランジスタ２２３１を備えており、このトランジスタ２２３１は、そのベースにて、抵抗２２３２を介し、差動増幅回路２２２０の演算増幅器２２２３の出力端子に接続されている。また、当該トランジスタ２２３１は、そのコレクタにて、ブリッジ回路２２１０の発熱抵抗体２２１１と固定抵抗２２１３との間の共通端子に接続されおり、このトランジスタ２２３１のエミッタは、上記直流電源の正側端子＋Ｖｃに接続されている。   The constant temperature control circuit 2230 includes a transistor 2231, and the transistor 2231 is connected to the output terminal of the operational amplifier 2223 of the differential amplifier circuit 2220 through the resistor 2232 at the base thereof. The transistor 2231 is connected at its collector to a common terminal between the heating resistor 2211 and the fixed resistor 2213 of the bridge circuit 2210. The emitter of the transistor 2231 is the positive terminal + Vc of the DC power source. It is connected to the.

しかして、当該定温度制御回路２２３０においては、トランジスタ２２３１が、そのベースにて、抵抗２２３２を介し演算増幅器２２２３から差動増幅電圧を入力されて、上記直流電源からの直流電圧に基づき、参照用発熱抵抗体２２１１の発熱温度（抵抗値）を一定にするような制御電圧を発生し、ブリッジ回路２２１０の一側及び他側の各出力端子間に出力する。このことは、定温度制御回路２２３０が、差動増幅回路２２２０からの差動増幅電圧に応じて、ブリッジ回路２２１０の参照用発熱抵抗体２２１１の発熱温度を一定に制御することを意味する。   Thus, in the constant temperature control circuit 2230, the transistor 2231 receives the differential amplification voltage from the operational amplifier 2223 via the resistor 2232 at the base thereof, and is based on the DC voltage from the DC power source. A control voltage that makes the heat generation temperature (resistance value) of the heat generation resistor 2211 constant is generated and output between the output terminals on one side and the other side of the bridge circuit 2210. This means that the constant temperature control circuit 2230 controls the heat generation temperature of the reference heating resistor 2211 of the bridge circuit 2210 to be constant according to the differential amplification voltage from the differential amplifier circuit 2220.

測温抵抗体側制御回路２３００は、ブリッジ回路２３１０及び差動増幅回路２３２０を備えている。ブリッジ回路２３１０は、測温抵抗体２３１４並びに各固定抵抗２３１１、２３１２及び２３１３でもって、ホイートストーンブリッジ回路を形成するように構成されており、当該ブリッジ回路２３１０は、両固定抵抗２３１１、２３１３の間の共通端子にて、上記直流電源の正側端子＋Ｖｃに接続されている。なお、測温抵抗体２３１４は、検出素子１４００の測温抵抗体１４５０でもって構成されている。   The resistance temperature detector side control circuit 2300 includes a bridge circuit 2310 and a differential amplifier circuit 2320. The bridge circuit 2310 is configured to form a Wheatstone bridge circuit with the resistance temperature detector 2314 and the fixed resistors 2311, 2312, and 2313, and the bridge circuit 2310 includes both the fixed resistors 2311 and 2313. The common terminal is connected to the positive terminal + Vc of the DC power source. The resistance temperature detector 2314 is configured by the resistance temperature detector 1450 of the detection element 1400.

しかして、このブリッジ回路２３１０は、上記直流電源から直流電圧を定電圧として受けて、定電圧制御され、固定抵抗２３１３及び測温抵抗体２３１４の共通端子（ブリッジ回路２３１０の一側出力端子）と、両固定抵抗２３１１、２３１２の共通端子（ブリッジ回路２３１０の他側出力端子）との間に、測温抵抗体２３１４の抵抗値（温度）に応じて電位差を発生する。なお、固定抵抗２３１２及び測温抵抗体２３１４の共通端子は接地されている。   Thus, the bridge circuit 2310 receives a DC voltage as a constant voltage from the DC power source, is controlled at a constant voltage, and is connected to a common terminal of the fixed resistor 2313 and the resistance temperature detector 2314 (one side output terminal of the bridge circuit 2310). A potential difference is generated between the fixed terminals 2311 and 2312 and the common terminal (the other output terminal of the bridge circuit 2310) according to the resistance value (temperature) of the resistance temperature detector 2314. The common terminal of the fixed resistor 2312 and the resistance temperature detector 2314 is grounded.

差動増幅回路２３２０は、その各入力抵抗２３２１、２３２２にて、ブリッジ回路２３１０の一側及び他側の各出力端子から出力される電位差を入力されて、この電位差を演算増幅器２３２３でもって差動増幅し差動増幅電圧として発生しマイクロコンピュータ２４００に出力する。   The differential amplifier circuit 2320 receives the potential difference output from each of the output terminals on one side and the other side of the bridge circuit 2310 through the input resistors 2321 and 2322, and the potential difference is differentially expressed by the operational amplifier 2323. Amplified and generated as a differential amplified voltage and output to the microcomputer 2400.

マイクロコンピュータ２４００は、図６にて示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを実行し、この実行中において、各差動増幅回路２１２０、２２２０及び２３２０の出力電位差に基づき温度補正に要する各種の処理を行う。なお、上記コンピュータプログラムは、マイクロコンピュータ２４００のＲＯＭに当該マイクロコンピュータにより読み出し可能に予め記憶されている。   The microcomputer 2400 executes a computer program according to the flowchart shown in FIG. 6, and performs various processes required for temperature correction based on the output potential difference of each differential amplifier circuit 2120, 2220, and 2320 during the execution. The computer program is stored in advance in the ROM of the microcomputer 2400 so as to be readable by the microcomputer.

以上のように構成した本実施形態において、当該接触燃焼式ガスセンサが、燃料電池から水素ガス成分を含む被検出ガスとして漏洩するガスの雰囲気内に配置されているものとする。   In the present embodiment configured as described above, it is assumed that the catalytic combustion type gas sensor is disposed in an atmosphere of gas leaking from the fuel cell as a detected gas containing a hydrogen gas component.

このような状態にて、燃料電池からの被検出ガスが、当該接触燃焼式ガスセンサのケーシング部材１１１０のガス導入筒１１１１内にそのガス導入口部１１１２から流入すると、当該被検出ガスは、センサユニット１２００の撥水フィルタ１２２０、ワッシャ１２３０及び両金網１２４０を通り円筒状スペーサ１２５０内にその底壁１２５１の中空部から流入して、検出素子１４００に到達する。   In this state, when the gas to be detected from the fuel cell flows into the gas introduction cylinder 1111 of the casing member 1110 of the catalytic combustion type gas sensor from the gas introduction port portion 1112, the gas to be detected becomes the sensor unit. It passes through the water repellent filter 1220, the washer 1230, and the two metal meshes 1240, flows into the cylindrical spacer 1250 from the hollow portion of the bottom wall 1251, and reaches the detection element 1400.

これに伴い、上述のようにスペーサ１２５０内に流入した被検出ガスが、酸化触媒膜１４８０に接触するようにして保護層１４６０の表面付近にて流動する。このとき、両発熱抵抗体１４３０（２１１１、２２１１）が電子回路２０００の定温度制御回路２１３０、２２３０による制御のもとに通電されて発熱しているものとする。また、測温抵抗体２３１４（１４５０）は、その抵抗値に応じ、ケーシング１１００内の検出素子１４００の周囲における雰囲気温度を検出する。   Accordingly, the gas to be detected that has flowed into the spacer 1250 flows in the vicinity of the surface of the protective layer 1460 so as to contact the oxidation catalyst film 1480 as described above. At this time, it is assumed that both the heating resistors 1430 (2121, 2121) are energized and generate heat under the control of the constant temperature control circuits 2130, 2230 of the electronic circuit 2000. Further, the resistance temperature detector 2314 (1450) detects the ambient temperature around the detection element 1400 in the casing 1100 according to the resistance value.

このような状態において、当該電子回路２０００が作動状態におかれると、検出極側制御回路２１００においては、ブリッジ回路２１１０が発熱抵抗体２１１１（左側発熱抵抗体１４３０）の抵抗値に応じて電位差を発生し、差動増幅回路２１２０が、当該ブリッジ回路２１１０からの電位差を差動増幅して差動増幅電圧を発生し、定温度制御回路２１３０が、差動増幅回路２１２０からの差動増幅電圧に基づき発熱抵抗体２１１１の温度を一定にするようにブリッジ回路２１１０を制御する。   In such a state, when the electronic circuit 2000 is in an operating state, in the detection pole side control circuit 2100, the bridge circuit 2110 changes the potential difference according to the resistance value of the heating resistor 2111 (left heating resistor 1430). And the differential amplifier circuit 2120 differentially amplifies the potential difference from the bridge circuit 2110 to generate a differential amplified voltage, and the constant temperature control circuit 2130 generates the differential amplified voltage from the differential amplifier circuit 2120. Based on this, the bridge circuit 2110 is controlled so that the temperature of the heating resistor 2111 is constant.

このとき、ブリッジ回路２１１０は、その両出力端子から発熱抵抗体２１１１の抵抗値に応じて電位差（水素ガス成分の濃度を表す）を発生し、差動増幅回路２１２０は、ブリッジ回路２１１０からの電位差を差動増幅して差動増幅電圧を発生し、定温度制御回路２１３０は、差動増幅回路２１２０からの差動増幅電圧に基づき制御電圧を発生してブリッジ回路２１１０に出力する。   At this time, the bridge circuit 2110 generates a potential difference (representing the concentration of the hydrogen gas component) from the output terminals according to the resistance value of the heating resistor 2111, and the differential amplifier circuit 2120 receives the potential difference from the bridge circuit 2110. The constant temperature control circuit 2130 generates a control voltage based on the differential amplification voltage from the differential amplification circuit 2120 and outputs it to the bridge circuit 2110.

また、上述のように電子回路２０００が作動状態になると、参照極側制御回路２２００においては、ブリッジ回路２２１０が発熱抵抗体２２１１（右側発熱抵抗体１４３０）の抵抗値に応じて電位差を発生し、差動増幅回路２２２０が、当該ブリッジ回路２２１０からの電位差を差動増幅して差動増幅電圧を発生し、定温度制御回路２２３０が、差動増幅回路２２２０からの差動増幅電圧に基づき発熱抵抗体２２１１の温度を一定にするようにブリッジ回路２２１０を制御する。   Further, when the electronic circuit 2000 is activated as described above, in the reference pole side control circuit 2200, the bridge circuit 2210 generates a potential difference according to the resistance value of the heating resistor 2211 (right heating resistor 1430), The differential amplifier circuit 2220 differentially amplifies the potential difference from the bridge circuit 2210 to generate a differential amplification voltage, and the constant temperature control circuit 2230 generates heat resistance based on the differential amplification voltage from the differential amplifier circuit 2220. The bridge circuit 2210 is controlled so that the temperature of the body 2211 is constant.

このとき、ブリッジ回路２２１０は、その両出力端子から発熱抵抗体２２１１の抵抗値に応じて電位差を発生し、差動増幅回路２２２０は、ブリッジ回路２２１０からの電位差を差動増幅して差動増幅電圧を発生し、定温度制御回路２２３０は、差動増幅回路２２２０からの差動増幅電圧に基づき制御電圧を発生してブリッジ回路２２１０に出力する。   At this time, the bridge circuit 2210 generates a potential difference according to the resistance value of the heating resistor 2211 from both output terminals, and the differential amplifier circuit 2220 differentially amplifies the potential difference from the bridge circuit 2210. The constant temperature control circuit 2230 generates a voltage based on the differential amplification voltage from the differential amplification circuit 2220 and outputs the control voltage to the bridge circuit 2210.

また、測温抵抗体側制御回路２３００においては、ブリッジ回路２３１０が、上記直流電源からの直流電圧に基づき、測温抵抗体２３１４の抵抗値に応じて定電圧制御される。   Further, in the resistance temperature detector side control circuit 2300, the bridge circuit 2310 is subjected to constant voltage control according to the resistance value of the resistance temperature detector 2314 based on the DC voltage from the DC power source.

このとき、ブリッジ回路２３１０は、その両出力端子間にて測温抵抗体２３１４の抵抗値に応じて電位差を発生し、差動増幅回路２３２０は、当該電位差を差動増幅して差動増幅電圧を発生する。   At this time, the bridge circuit 2310 generates a potential difference between the output terminals in accordance with the resistance value of the resistance temperature detector 2314, and the differential amplifier circuit 2320 differentially amplifies the potential difference to generate a differential amplification voltage. Is generated.

また、上述のように電子回路２０００が作動状態になると、マイクロコンピュータ２４００が、図６のフローチャートに従い上記コンピュータプログラムの実行を開始する。これに伴い、マイクロコンピュータ２４００は、ステップ２５００において、各差動増幅回路２１２０、２２２０及び２３２０の差動増幅電圧が検出極電圧Ｖｈ、参照極電圧Ｖｓ及び測温抵抗体電圧ＶTとして入力される。 As described above, when the electronic circuit 2000 is activated, the microcomputer 2400 starts executing the computer program according to the flowchart of FIG. Accordingly, the microcomputer 2400, at step 2500, a differential amplifier the voltage of each differential amplifier circuits 2120,2220 and 2320 are input detection electrode voltage Vh, referred to as the pole voltage Vs and resistance temperature detector voltage V T .

然る後、ステップ２５１０において、検出素子１４００の被検出ガス中の水素ガス成分の濃度に対する感度を表す電圧ΔＶ（以下、感度電圧ΔＶともいう）が、次の式（１）に基づき、ステップ２５００における検出極電圧Ｖｓ及び参照極電圧Ｖｈに応じて算出される。   Thereafter, in step 2510, a voltage ΔV (hereinafter also referred to as a sensitivity voltage ΔV) representing the sensitivity of the detection element 1400 to the concentration of the hydrogen gas component in the gas to be detected is determined based on the following equation (1). Is calculated according to the detection electrode voltage Vs and the reference electrode voltage Vh.

ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｈ ・・・（１）
ついで、ステップ２５２０において、雰囲気温度Ｔが、次の式（２）に基づいて、ステップ２５００における測温抵抗体電圧ＶTに応じて算出される。なお、雰囲気温度Ｔは、センサユニット１２００内における検出素子１４００の周囲の温度をいう。 ΔV = Vs−Vh (1)
Next, in step 2520, the ambient temperature T is calculated according to the resistance temperature detector voltage V T in step 2500 based on the following equation (2). The ambient temperature T is a temperature around the detection element 1400 in the sensor unit 1200.

Ｔ＝Ｐ・ＶT ・・・（２）
この式（２）において、Ｐは、正の定数である。 T = P · V T (2)
In this formula (2), P is a positive constant.

次に、ステップ２５３０において、零点補正電圧Ｖｚが、次の式（３）に基づいて、検出素子１４００の零点（水素ガス成分の濃度が零である座標点）の感度を表す電圧ΔＶ0（以下、零点感度電圧ΔＶ0ともいう）及び感度電圧ΔＶに応じて、算出される。 Next, in step 2530, the zero point correction voltage Vz is a voltage ΔV 0 (hereinafter referred to as the sensitivity of the zero point of the detection element 1400 (coordinate point where the concentration of the hydrogen gas component is zero) based on the following equation (3). , Also referred to as zero-point sensitivity voltage ΔV 0 ) and sensitivity voltage ΔV.

Ｖｚ＝ΔＶ−ΔＶ0 ・・・（３）
この式（３）において、零点感度電圧ΔＶ0は、次の式（４）でもって与えられる。 Vz = ΔV−ΔV 0 (3)
In this equation (3), the zero sensitivity voltage ΔV 0 is given by the following equation (4).

ΔＶ0＝Ｖｓ0−Ｖｈ0・・・（４）
ここで、Ｖｓ0は、参照極電圧Ｖｓの零点を表す電圧であり、Ｖｈ0は、検出極電圧Ｖｓの零点を表す電圧である。 ΔV 0 = Vs 0 −Vh 0 (4)
Here, Vs 0 is a voltage representing the zero point of the reference electrode voltage Vs, and Vh 0 is a voltage representing the zero point of the detected electrode voltage Vs.

さらに、零点感度電圧ΔＶ0が雰囲気温度Ｔに依存することを考慮して、この零点感度電圧ΔＶ0と雰囲気温度Ｔとの間の関係について調べてみたところ、図７にて示すグラフが得られた。 Furthermore, considering that the zero point sensitivity voltage [Delta] V 0 depending on the ambient temperature T, was examined the relationship between the sensitivity voltage the zero point [Delta] V 0 and ambient temperature T, obtained graph shown in FIG. 7 It was.

このグラフによれば、当該零点感度電圧ΔＶ0は、雰囲気温度Ｔとの間にて、この雰囲気温度Ｔの低下（或いは上昇）に伴い増大（或いは減少）するという比例関係を有することが分かる。そこで、本実施形態では、当該零点感度電圧ΔＶ0と雰囲気温度Ｔとの関係が、ΔＶ0−Ｔ特性として、マイクロコンピュータのＲＯＭに予め記憶されている。 According to this graph, it can be seen that the zero-point sensitivity voltage ΔV 0 has a proportional relationship with the ambient temperature T that increases (or decreases) as the ambient temperature T decreases (or increases). Therefore, in the present embodiment, the relationship between the zero-point sensitivity voltage ΔV 0 and the ambient temperature T is stored in advance in the ROM of the microcomputer as the ΔV 0 -T characteristic.

従って、ステップ２５３０においては、零点感度電圧ΔＶ0が、ΔＶ0−Ｔデータに基づき雰囲気温度Ｔ（式（２）参照）に応じて決定される。ついで、零点補正電圧Ｖｚが、上述のように決定された零点感度電圧ΔＶ0及び感度電圧ΔＶ（式（１）参照）に応じて、式（３）を用いて算出される。このようにして得た零点補正電圧Ｖｚは、雰囲気温度Ｔの変動に応じて検出素子１４００の感度の零点を補正した電圧に相当する。 Accordingly, in step 2530, the zero-point sensitivity voltage ΔV 0 is determined according to the ambient temperature T (see equation (2)) based on the ΔV 0 -T data. Next, the zero point correction voltage Vz is calculated using equation (3) according to the zero point sensitivity voltage ΔV 0 and the sensitivity voltage ΔV (see equation (1)) determined as described above. The zero point correction voltage Vz obtained in this way corresponds to a voltage obtained by correcting the zero point of the sensitivity of the detection element 1400 in accordance with the change in the ambient temperature T.

次に、ステップ２５４０において、水素ガス成分の濃度を表す電圧Ｖ（以下、濃度電圧Ｖともいう）が、次の式（５）に基づいて、零点補正電圧Ｖｚに応じて算出される。   Next, in step 2540, a voltage V representing the concentration of the hydrogen gas component (hereinafter also referred to as a concentration voltage V) is calculated according to the zero point correction voltage Vz based on the following equation (5).

Ｖ＝Ｇ・Ｖｚ・・・（５）
この式（５）において、Ｇは、零点補正電圧Ｖｚの水素ガス成分の濃度に対する傾き（以下、ゲインともいう）であって、次の式（６）にて表される。 V = G · Vz (5)
In this equation (5), G is a slope (hereinafter also referred to as gain) of the zero point correction voltage Vz with respect to the concentration of the hydrogen gas component, and is represented by the following equation (6).

Ｇ＝Ｃ／Ｖｚｃ・・・（６）
この式（６）において、Ｃは、検出素子１４００の検出濃度範囲内における所定濃度であり、Ｖｚｃは、検出素子１４００の検出濃度範囲における零点補正電圧Ｖｚの所定濃度Ｃに対応する値である。 G = C / Vzc (6)
In this equation (6), C is a predetermined density within the detection density range of the detection element 1400, and Vzc is a value corresponding to the predetermined density C of the zero point correction voltage Vz within the detection density range of the detection element 1400.

ここで、ゲインＧは、雰囲気温度Ｔに依存することを考慮して、このゲインＧと雰囲気温度Ｔとの関係を調べたところ、図８にて示すグラフが得られた。   Here, considering that the gain G depends on the ambient temperature T, the relationship between the gain G and the ambient temperature T was examined, and the graph shown in FIG. 8 was obtained.

このグラフによれば、ゲインＧは、雰囲気温度Ｔとの間にて、この雰囲気温度Ｔの低下（或いは上昇）に伴い増大（或いは減少）するという比例関係を有することが分かる。そこで、本実施形態では、当該ゲインＧと雰囲気温度Ｔとの関係が、Ｇ−Ｔ特性として、マイクロコンピュータのＲＯＭに予め記憶されている。   According to this graph, it can be seen that the gain G has a proportional relationship with the ambient temperature T that increases (or decreases) as the ambient temperature T decreases (or increases). Therefore, in this embodiment, the relationship between the gain G and the ambient temperature T is stored in advance in the ROM of the microcomputer as a GT characteristic.

従って、ステップ２５４０においては、ゲインＧが、上記Ｇ−Ｔ特性に基づき雰囲気温度Ｔに応じて決定される。ついで、濃度電圧Ｖが、上述のように決定されたゲインＧ及び感度電圧Ｖｚ（式（３）参照）に応じて、式（５）に基づき算出される。   Accordingly, in step 2540, the gain G is determined according to the ambient temperature T based on the GT characteristic. Next, the concentration voltage V is calculated based on the equation (5) according to the gain G and the sensitivity voltage Vz (see equation (3)) determined as described above.

このようにして得られた濃度電圧Ｖは、雰囲気温度Ｔで決まる零点及びゲインでもって補正した値である。このことは、当該ガスセンサは、雰囲気温度Ｔとはかかわりなく、任意の水素ガス成分の濃度をばらつきなくほぼ一義的に検出し得ることを意味する。   The concentration voltage V obtained in this way is a value corrected with a zero point determined by the ambient temperature T and a gain. This means that the gas sensor can detect the concentration of an arbitrary hydrogen gas component almost unambiguously regardless of the ambient temperature T.

ステップ２５４０の処理後、ステップ２５５０において、当該ガスセンサとしての出力電圧Ｖｏｕｔが、次の式（７）に基づいて算出される。   After the processing in step 2540, in step 2550, the output voltage Vout as the gas sensor is calculated based on the following equation (7).

Ｖｏｕｔ＝Ｖ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ・・・（７）
この式において、Ｖｏｆｆｓｅｔは、オフセット量を表す。 Vout = V + Voffset (7)
In this equation, Voffset represents an offset amount.

以上説明したように、本実施形態では、各ブリッジ回路２１１０、２２１０における検出極及び参照極の一定温度制御のもと、検出極電圧Ｖｈと参照極電圧Ｖｓとの差ΔＶ、即ち差分出力が、ΔＶ0−Ｔ特性に基づき雰囲気温度Ｔに応じて得られる零点感度電圧ΔＶ0でもって、零点補正電圧Ｖｚとして零点補正される。 As described above, in the present embodiment, the difference ΔV between the detection electrode voltage Vh and the reference electrode voltage Vs, that is, the difference output, under the constant temperature control of the detection electrode and the reference electrode in each bridge circuit 2110, 2210, Zero correction is performed as the zero correction voltage Vz with the zero sensitivity voltage ΔV 0 obtained according to the ambient temperature T based on the ΔV 0 -T characteristic.

また、この零点補正電圧Ｖｚが、Ｇ−Ｔ特性に基づき雰囲気温度Ｔに応じて得られるゲインＧでもって、濃度電圧Ｖとしてゲイン補正される。   Further, this zero point correction voltage Vz is gain-corrected as a concentration voltage V with a gain G obtained according to the ambient temperature T based on the GT characteristic.

これにより、酸化触媒膜１４８０が上述のように厚くても、検出素子の水素ガス成分の濃度に対する感度及び零点の各ばらつきがなくなり、その結果、雰囲気温度Ｔが変動しても、この変動とはかかわりなく、上記差分出力が水素ガス成分の濃度に対しほぼ一義的に得られる。   As a result, even if the oxidation catalyst film 1480 is thick as described above, there is no variation in sensitivity and zero point with respect to the concentration of the hydrogen gas component of the detection element. As a result, even if the ambient temperature T varies, this variation is Regardless, the differential output is obtained almost uniquely with respect to the concentration of the hydrogen gas component.

ここで、上述のように被検出ガスが円筒状スペーサ１２５０内にて流動すると、この被検出ガスに含まれる水素ガス成分が、円筒状スペーサ１２５０内の空気中において、酸化触媒膜１４８０と接触燃焼反応を起こして、水蒸気を発生する。   When the gas to be detected flows in the cylindrical spacer 1250 as described above, the hydrogen gas component contained in the gas to be detected is in contact with the oxidation catalyst film 1480 in the air in the cylindrical spacer 1250. A reaction is caused to generate water vapor.

しかしながら、上述のように、合成樹脂材料からなる断熱部材１３００が、端子台１２６０と検出素子１４００との間に設けられているため、当該断熱部材１３００が検出素子１４００を端子台１２６０から良好に断熱する。従って、両発熱抵抗体１４３０の発熱により検出素子１４００に生じた熱が、端子台１２６０に伝わることなく、断熱部材１３００により遮断されて、検出素子１４００にとどまる。   However, as described above, since the heat insulating member 1300 made of a synthetic resin material is provided between the terminal block 1260 and the detection element 1400, the heat insulating member 1300 favorably insulates the detection element 1400 from the terminal block 1260. To do. Therefore, the heat generated in the detection element 1400 due to the heat generated by the two heating resistors 1430 is not transmitted to the terminal block 1260 but is blocked by the heat insulating member 1300 and remains in the detection element 1400.

このため、上述のように被検出ガスの温度が低くても、検出素子１４００の表面部位を構成する酸化触媒膜１４８０や保護層１４６０が、その表面側から被検出ガスにより冷却されることがない。その結果、上述のように発生した水蒸気が検出素子１４００の上記表面部位で結露することがなく、当該接触燃焼式ガスセンサとしての検出出力である濃度電圧Ｖが正常に確保され得る。   For this reason, even if the temperature of the gas to be detected is low as described above, the oxidation catalyst film 1480 and the protective layer 1460 constituting the surface portion of the detection element 1400 are not cooled by the gas to be detected from the surface side. . As a result, the water vapor generated as described above is not condensed on the surface portion of the detection element 1400, and the concentration voltage V, which is the detection output as the catalytic combustion gas sensor, can be normally secured.

ちなみに、上述のような温度補正を行う前において、当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係につき、雰囲気温度Ｔをパラメータとして、調べてみたところ、図９にて示すような各グラフ１〜４が得られた。   By the way, before performing the temperature correction as described above, the relationship between the output voltage of the gas sensor and the concentration of the hydrogen gas component was examined using the ambient temperature T as a parameter, and each graph as shown in FIG. 1-4 were obtained.

ここで、グラフ１は、雰囲気温度Ｔ＝０（℃）のときの当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を表し、グラフ２は、雰囲気温度Ｔ＝２５（℃）のときの当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を表す。また、グラフ３は、雰囲気温度Ｔ＝５０（℃）のときの当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を表し、グラフ４は、雰囲気温度Ｔ＝８０（℃）のときの当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を表す。   Here, graph 1 represents the relationship between the output voltage of the gas sensor when the ambient temperature T = 0 (° C.) and the concentration of the hydrogen gas component, and graph 2 represents the relationship when the ambient temperature T = 25 (° C.). It represents the relationship between the output voltage of the gas sensor and the concentration of the hydrogen gas component. Graph 3 represents the relationship between the output voltage of the gas sensor when the ambient temperature T = 50 (° C.) and the concentration of the hydrogen gas component. Graph 4 represents the relationship when the ambient temperature T = 80 (° C.). The relationship between the output voltage of a gas sensor and the density | concentration of a hydrogen gas component is represented.

これら各グラフ１〜４によれば、当該ガスセンサの出力電圧は、同一の水素ガス成分の濃度に対して、雰囲気温度Ｔの変動に伴いばらつくことが分かる。   According to these graphs 1 to 4, it can be seen that the output voltage of the gas sensor varies with the variation of the ambient temperature T with respect to the concentration of the same hydrogen gas component.

これに対して、上述のような温度補正を行った後において、当該ガスセンサの出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係につき、雰囲気温度Ｔをパラメータとして、調べてみたところ、図１０にて示すようなグラフが得られた。   On the other hand, after performing the temperature correction as described above, the relationship between the output voltage of the gas sensor and the concentration of the hydrogen gas component was examined using the ambient temperature T as a parameter. A graph like this was obtained.

これによれば、上述のような温度補正を行う前とは異なり、温度補正を行った後においては、当該ガスセンサの出力電圧は、同一の水素ガス成分の濃度に対して、雰囲気温度Ｔの変動とはかかわりなく一致することが分かる。   According to this, unlike before performing the temperature correction as described above, after performing the temperature correction, the output voltage of the gas sensor changes in the ambient temperature T with respect to the concentration of the same hydrogen gas component. It turns out that it matches regardless of.

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）測温抵抗体１４５０は、検出素子１４００とは別体にて、当該検出素子１４００と同一の被検出空間内に配設するようにしてもよい。
（２）上述した被検出ガスは、水素ガス成分に限ることなく、可燃性ガスであればよい。
（３）検出素子１４００のうち左側発熱抵抗体１４３０及びこれに対応する部位と、検出素子１４００のうち右側発熱抵抗体１４３０及びこれに対応する部位とを、互いに別体となるように構成し、第１及び第２の検出素子としてもよい。ここで、検出素子１４００或いは上記第１及び第２の検出素子を検出部として把握するようにしてもよい。 In carrying out the present invention, the following various modifications are possible without being limited to the above embodiments.
(1) The resistance temperature detector 1450 may be provided separately from the detection element 1400 and disposed in the same detection space as the detection element 1400.
(2) The gas to be detected described above is not limited to a hydrogen gas component, but may be a combustible gas.
(3) The left heating resistor 1430 and the corresponding part of the detection element 1400 and the right heating resistor 1430 and the corresponding part of the detection element 1400 are configured to be separate from each other. It is good also as a 1st and 2nd detection element. Here, you may make it grasp | ascertain the detection element 1400 or the said 1st and 2nd detection element as a detection part.

本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the contact combustion type gas sensor which concerns on this invention. 図１の電子回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electronic circuit of FIG. 図１のセンサユニットの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the sensor unit of FIG. 図５の４−４線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 4-4 line of FIG. 図３の検出素子の拡大平面図である。FIG. 4 is an enlarged plan view of the detection element in FIG. 3. 図２のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the effect | action of the microcomputer of FIG. 上記実施形態において、ΔＶ０と雰囲気温度との関係を示すグラフである。In the said embodiment, it is a graph which shows the relationship between (DELTA) V0 and atmospheric temperature. 上記実施形態において、ゲインと雰囲気温度との関係を示すグラフである。In the said embodiment, it is a graph which shows the relationship between a gain and atmospheric temperature. 上記実施形態において、温度補正前の出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を示すグラフである。In the said embodiment, it is a graph which shows the relationship between the output voltage before temperature correction, and the density | concentration of a hydrogen gas component. 上記実施形態において、温度補正後の出力電圧と水素ガス成分の濃度との関係を示すグラフである。In the said embodiment, it is a graph which shows the relationship between the output voltage after temperature correction | amendment, and the density | concentration of a hydrogen gas component.

符号の説明Explanation of symbols

１４００…検出素子、１４１０…半導体基板、１４１１…凹部、
１４２０…絶縁層、１４６０…保護層、
１４３０、２１１１、２２１１…発熱抵抗体、
１４５０、２３１４…測温抵抗体、１４８０…酸化触媒膜、
２０００…電子回路、２１１０、２２１０…ブリッジ回路、
２１２０、２２２０…差動増幅回路、２４００…マイクロコンピュータ。
1400: Detection element, 1410: Semiconductor substrate, 1411: Recess,
1420 ... Insulating layer, 1460 ... Protective layer,
1430, 2111, 2111, ... heating resistor,
1450, 2314 ... resistance temperature detector, 1480 ... oxidation catalyst membrane,
2000 ... electronic circuit, 2110, 2210 ... bridge circuit,
2120, 2220 ... differential amplifier circuit, 2400 ... microcomputer.

Claims (4)

酸化触媒を有する検出極及び参照極を一体に或いは別体にて備えてなる検出部と、
この検出部と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記検出極を一定の温度に制御する検出極用制御手段と、
前記参照極を一定の温度に制御する参照極用制御手段と、
前記検出極及び前記参照極の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段とを備える接触燃焼式ガスセンサにおいて、
前記温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて前記差分出力を補正する補正手段を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
前記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における前記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び前記零点出力の前記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける前記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段を備えて、
前記補正手段は、
前記記憶手段に記憶済みの前記零点出力−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記零点出力を算出し、前記差分出力を、前記零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段と、
前記記憶手段に記憶済みの前記傾き−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記傾きを算出し、前記零点補正手段で補正済みの差分出力を、前記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段とを具備する
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。 A detection unit comprising a detection electrode having an oxidation catalyst and a reference electrode integrally or separately; and
A temperature detecting means arranged in the same detection space together with the detection unit to detect the ambient temperature in the detection space;
Control means for detection electrode for controlling the detection electrode to a constant temperature;
Reference electrode control means for controlling the reference electrode to a constant temperature;
In a contact combustion type gas sensor comprising differential output generating means for generating a difference output between the detection electrode and the reference electrode as a differential output representing the concentration of the combustible gas to be detected.
Compensating means for correcting the difference output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detecting means ,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero-atmosphere temperature data, and the slope representing the characteristic of the ambient temperature in the slope of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas A storage means for storing ambient temperature data;
The correction means includes
Zero point correction means for calculating the zero point output according to the detected atmosphere temperature based on the zero point output stored in the storage means and the ambient temperature data, and correcting the difference output based on the zero point output;
Inclination correction for calculating the inclination according to the detected atmosphere temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means, and correcting the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. catalytic combustion type gas sensor according to claim <br/> that and means. 酸化触媒を有する検出極及び参照極を一体に或いは別体にて備えてなる検出部と、
この検出部と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記検出極と共に構成される検出極用ブリッジ手段であって前記検出極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する検出極用ブリッジ手段と、
前記参照極と共に構成される参照極用ブリッジ手段であって前記参照極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する参照極用ブリッジ手段と、
前記検出極を一定温度に維持するように前記検出極用ブリッジ手段を制御する検出極用制御手段と、
前記参照極を一定温度に維持するように前記参照極用ブリッジ手段を制御する参照極用制御手段と、
前記検出極用及び参照極用の両ブリッジ手段の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段とを備える接触燃焼式ガスセンサにおいて、
前記温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて前記差分出力を補正する補正手段を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
前記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における前記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び前記零点出力の前記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける前記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段を備えて、
前記補正手段は、
前記記憶手段に記憶済みの前記零点出力−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記零点出力を算出し、前記差分出力を、前記零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段と、
前記記憶手段に記憶済みの前記傾き−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記傾きを算出し、前記零点補正手段で補正済みの差分出力を、前記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段とを具備する
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。 A detection unit comprising a detection electrode having an oxidation catalyst and a reference electrode integrally or separately; and
A temperature detecting means arranged in the same detection space together with the detection unit to detect the ambient temperature in the detection space;
A detection electrode bridge unit configured together with the detection electrode, the detection electrode bridge unit generating an output in response to a change in the resistance value of the detection electrode,
Reference electrode bridge means configured together with the reference electrode, the reference electrode bridge means for generating an output in response to a change in the resistance value of the reference electrode;
Detection electrode control means for controlling the detection electrode bridge means so as to maintain the detection electrode at a constant temperature;
Reference electrode control means for controlling the reference electrode bridge means so as to maintain the reference electrode at a constant temperature;
In the contact combustion type gas sensor comprising difference output generation means for generating a difference output representing the concentration of the combustible gas to be detected, the difference between the outputs of the bridge means for the detection electrode and the reference electrode,
Compensating means for correcting the difference output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detecting means ,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero-atmosphere temperature data, and the slope representing the characteristic of the ambient temperature in the slope of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas A storage means for storing ambient temperature data;
The correction means includes
Zero point correction means for calculating the zero point output according to the detected atmosphere temperature based on the zero point output stored in the storage means and the ambient temperature data, and correcting the difference output based on the zero point output;
Inclination correction for calculating the inclination according to the detected atmosphere temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means, and correcting the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. catalytic combustion type gas sensor according to claim <br/> that and means. 検出素子と、電子回路手段とを備え、
前記検出素子は、
複数の凹部を形成してなる半導体基板と、複数の発熱抵抗体と、前記半導体基板の表面に沿い前記複数の発熱抵抗体を互いに間隔をおいて前記各凹部に対応して内包するように形成される絶縁部材と、この絶縁部材のうち前記複数の発熱抵抗体のうちの１つの発熱抵抗体に対する対応部位に設けられる所定の厚さの酸化触媒とを有しており、
前記電子回路手段は、
前記検出素子と共に同一の被検出空間内に配設されて当該被検出空間内の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記１つの発熱抵抗体を検出極としてこの検出極と共に構成される検出極用ブリッジ手段であって前記検出極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する検出極用ブリッジ手段と、
前記複数の発熱抵抗体のうちの他の１つの発熱抵抗体を参照極としてこの参照極と共に構成される参照極用ブリッジ手段であって前記参照極の抵抗値の変化に応じて出力を発生する参照極用ブリッジ手段と、
前記検出極を一定温度に維持するように前記検出極用ブリッジ手段を制御する検出極用制御手段と、
前記参照極を一定温度に維持するように前記参照極用ブリッジ手段を制御する参照極用制御手段と、
前記検出極用及び参照極用の両ブリッジ手段の各出力の差を、可燃性被検出ガスの濃度を表す差分出力として発生する差分出力発生手段とを備える接触燃焼式ガスセンサにおいて、
前記温度検出手段の検出雰囲気温度に応じて前記差分出力を補正する補正手段を具備し、
検出極が酸化触媒を有するため、検出極と参照極との間に熱容量の差があり、
前記被検出ガスの濃度が零のときの零点出力における前記雰囲気温度の特性を表す零点出力−雰囲気温度データ、及び前記零点出力の前記被検出ガスの濃度に対する傾きにおける前記雰囲気温度の特性を表す傾き−雰囲気温度データを記憶する記憶手段を備えて、
前記補正手段は、
前記記憶手段に記憶済みの前記零点出力−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記零点出力を算出し、前記差分出力を、前記零点出力に基づいて零点補正する零点補正手段と、
前記記憶手段に記憶済みの前記傾き−雰囲気温度データに基づき前記検出雰囲気温度に応じて前記傾きを算出し、前記零点補正手段で補正済みの差分出力を、前記傾きに基づいて傾き補正する傾き補正手段とを具備する
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。 A detection element and electronic circuit means;
The detection element is
A semiconductor substrate formed with a plurality of recesses, a plurality of heating resistors, and formed so as to enclose the plurality of heating resistors along the surface of the semiconductor substrate at intervals from each other. And an insulating catalyst having a predetermined thickness provided at a corresponding portion of the insulating member with respect to one of the plurality of heating resistors.
The electronic circuit means includes
A temperature detecting means arranged in the same detection space together with the detection element to detect the ambient temperature in the detection space;
Detection pole bridge means configured with the detection pole as the detection pole, the detection pole bridge means generating an output in response to a change in the resistance value of the detection pole,
Reference electrode bridging means configured with another reference heating electrode of the plurality of heating resistors as a reference electrode, and generates an output in response to a change in the resistance value of the reference electrode. A bridge means for the reference electrode;
Detection electrode control means for controlling the detection electrode bridge means so as to maintain the detection electrode at a constant temperature;
Reference electrode control means for controlling the reference electrode bridge means so as to maintain the reference electrode at a constant temperature;
In the contact combustion type gas sensor comprising difference output generation means for generating a difference output representing the concentration of the combustible gas to be detected, the difference between the outputs of the bridge means for the detection electrode and the reference electrode,
Compensating means for correcting the difference output according to the detected atmospheric temperature of the temperature detecting means ,
Since the detection electrode has an oxidation catalyst, there is a difference in heat capacity between the detection electrode and the reference electrode,
Zero point output representing the characteristic of the ambient temperature at the zero point output when the concentration of the detected gas is zero-atmosphere temperature data, and the slope representing the characteristic of the ambient temperature in the slope of the zero point output with respect to the concentration of the detected gas A storage means for storing ambient temperature data;
The correction means includes
Zero point correction means for calculating the zero point output according to the detected atmosphere temperature based on the zero point output stored in the storage means and the ambient temperature data, and correcting the difference output based on the zero point output;
Inclination correction for calculating the inclination according to the detected atmosphere temperature based on the inclination-atmosphere temperature data stored in the storage means, and correcting the difference output corrected by the zero point correction means based on the inclination. catalytic combustion type gas sensor according to claim <br/> that and means. 前記酸化触媒の厚さは、５（μｍ）〜５００（μｍ）の範囲以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の接触燃焼式ガスセンサ The thickness of the oxidation catalyst, 5 (μm) ~500 (μm ) catalytic combustion type gas sensor according to any one of claims 1-3, characterized in that within the scope of
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