JP4669146B2 - ガス検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検知ガスとの接触に基づき検出信号の電圧が変化するセンシング手段と、このセンシング手段からの検出信号を増幅して出力する増幅手段と、この増幅手段からの電圧信号に基づいて報知作動する報知手段とを備えているガス検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のように構成されたガス検知装置に使用されるセンシング手段について考えるに、このセンシング手段として一般的な酸化スズや酸化インジウム等の金属酸化物を主成分とした素子を用いるものでは、対象とするガスの検知に適した温度に加熱するためにジュール熱を発生させる構造を有している。又、この素子ではガスを検知した際に電圧値が変化する性質を利用するものであるが、その電圧値の変化量が僅かであることから、一般的には素子に一定電圧を印加しておき、ガスが接触した際の電圧値の変化を増幅手段で増幅することによりアナログ出力を得ることや、この増幅手段からの電圧信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号化してディスプレイに表示することや、この増幅手段からの電圧信号をコンパレータ等によって判別し、この判別結果を出力するよう構成されている。
【０００３】
又、この種のガス検知装置では、センシング手段からの電圧信号を予め設定された増幅率で増幅した場合に適正な信号が出力されるよう設計されることから、この増幅手段の増幅率を精度高く調節することも必要となっている。そこで、従来、増幅手段の増幅率を調節する場合には、該ガス検知装置の電源を投入して、センシング手段でガス検知が可能な状態にした状態で、基準となる濃度のガスの検知を継続して行わせ、そのガスの濃度を示す値が報知手段に出力されるよう増幅手段の増幅率の調節を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術のように決まった濃度のガスをセンシング手段に作用させた状態で増幅手段の増幅率を調節する作業は、決まった濃度のガスを必要とするばかりで無く、ガスを継続的に作用させ続ける必要もあり、多少の熟練を要する点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明の目的は、センシング手段からの信号を増幅する増幅手段の増幅度を、手間をかけず精度高く計測し、しかも、増幅手段の増幅率を精度高く調節し得るガス検知装置を合理的に構成する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るガス検知装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
被検知ガスとの接触に基づき検出信号の電圧が変化するセンシング手段と、このセンシング手段からの検出信号を増幅して出力する増幅手段と、この増幅手段からの電圧信号に基づいて報知作動する報知手段とを備えているガス検知装置において、前記増幅手段が、前記センシング手段からの信号が入力する入力端子と、基準信号が入力する基準端子とを有する差動増幅器を用いて構成されると共に、この差動増幅器の基準端子に印加される電圧信号を任意の値に設定する基準電圧調節手段と、この基準電圧調節手段で設定された電圧に対応して差動増幅器の出力端子に出力される電圧値に基づいて増幅率を計測する増幅率計測手段と、この増幅率計測手段で計測された増幅率を表示する表示手段とを備え、前記センシング手段に電力を供給した後に検出信号が安定した状態で、前記基準電圧調節手段によって前記基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させ、この変化時において前記増幅率計測手段で計測される増幅率を前記表示手段に表示する処理手段を備えている点にある。
【０００７】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、増幅手段の増幅率を調節する際には、センシング手段に電力を供給した後、所定時間が経過して、このセンシング手段からの検出信号が安定した状態で、基準電圧調節手段によって基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させることにより、処理手段が、この変化時において増幅率計測手段で計測される増幅率を表示手段に表示するものとなり、この表示手段に表示された情報に基づいて増幅率を把握できる。つまり、差動増幅器は入力端子と基準端子との電位差に増幅率を乗じた電圧信号を出力端子に出力する特性を有するので、センシング手段からの検出信号が安定した状態で、基準端子に印加される電圧信号を設定値だけ変化させることにより、変化した電圧信号に増幅率を乗じた値の電圧信号が出力端子に出力されるものとなり、表示手段を介して、その値を読み取ることによって増幅手段（差動増幅器）の増幅率を把握できるのである。その結果、センシング手段に決まった濃度のガスを供給する操作を行わずとも、簡単な操作で増幅手段の増幅率を精度高く計測できるものとなった。
【０００８】
本発明の請求項２に係るガス検知装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１のガス検知装置において、前記差動増幅器自身、または、その前、その後に増幅率調節用の可変抵抗器が備えられている点にある。
【０００９】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、差動増幅器のネガティブフィードバック経路や、基準端子や、出力端子等に備えられる増幅率調節用の可変抵抗器を調節することで増幅手段（差動増幅器）の増幅率を調節できるので、必要とする増幅率を得ることを可能にする。その結果、センシング手段に決まった濃度のガスを供給する操作を行わずとも、簡単な操作で精度高く増幅手段の増幅率を必要とする値に精度高く設定できるものとなった。
【００１０】
本発明の請求項３に係るガス検知装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１又は２のガス検知装置において、前記基準電圧調節手段が、予め設定されたビット数のデジタル信号に対応した電圧を出力するＤ／Ａコンバータを備えて構成されている点にある。
【００１１】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、基準電圧調節手段が、予め設定されたビット数のデジタル信号をＤ／Ａ変換することで、ビット数に対応した電圧信号を得るものであるので、ロジック回路やマイクロプロセッサを用いて電圧信号の制御が可能になるばかりか、デジタル信号のビット数を調節するだけで必要とする基準電圧を得るものとなる。その結果、デジタル的な信号処理を利用して増幅手段の増幅率の計測の精度を高めるものとなった。
【００１２】
本発明の請求項４に係るガス検知装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１〜３のいずれか１項のガス検知装置において、前記処理手段が、該ガス検知装置の電源スイッチのＯＮ操作から設定時間が経過した後に前記基準電圧調節手段によって前記基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させ、この変化時において前記増幅率計測手段で計測される増幅率を前記表示手段に表示する処理を行うように構成されている点にある。
【００１３】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、増幅手段の増幅率を計測する際には、電源スイッチをＯＮ操作するだけで、このＯＮ操作から設定時間が経過した後に基準電圧調節手段によって基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させ、この変化時において増幅率計測手段で計測される増幅率が表示手段に表示されるものとなり、特別な操作を別段行わずともシーケンス的な処理が自動的に行われる。その結果、手間を掛けずに増幅手段の増幅率を精度高く計測できるものとなった。
【００１４】
本発明の請求項５に係るガス検知装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１〜４のいずれか１項のガス検知装置において、前記報知手段が前記表示手段に兼用されている点にある。
【００１５】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、増幅手段の増幅率を計測する際には、報知手段に対して増幅率が表示されるので表示手段を特別に設ける必要がない。その結果、部品の兼用化を可能にしてガス検知装置のコスト上昇を抑制できるものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、筐体１の内部にセンシング手段として半導体式のガス検知素子Ｓを備えると共に、この筐体１に報知手段として液晶ディスプレイ２（表示手段に兼用されている）と、スピーカ３と、電源スイッチ４と、セレクトスイッチ５とを備えて携帯型のガス検知装置が構成されている。このガス検知装置は、ガス検知素子Ｓでガスを検知した際に、そのガスの濃度を液晶ディスプレイ２に表示すると共に、そのガス濃度が予め設定された濃度を超えた際において、必要な場合にはスピーカ３から警報音を出力できるよう内部に小型のマイコン６（処理手段の一例）を内蔵している。
【００１７】
このガス検知装置は図２に示す処理回路を備えている。つまり、前記ガス検知素子Ｓは３つの抵抗器ｒ、ｒ、ｒとの組み合わせによりブリッジ回路を成しており、このブリッジ回路からの電圧信号を入力する増幅手段として差動増幅器７を備え、この差動増幅器７の出力端子（ＯＵＴ）からの電圧信号をＡ／Ｄコンバータ８でデジタル信号化して前記マイコン６に入力する信号系を備えている。このマイコン６は入力・出力インターフェースやメモリを１チップに内蔵した数ビット程度の性能のものを用いてあり、このマイコン６から前記液晶ディスプレイ２やスピーカ３を駆動する出力信号系が形成されている。又、この処理回路にはマイコン６から出力される複数ビットのデジタル信号をＤ／Ａコンバータ９でアナログ電圧信号に変換した後、バッファ１０を介して差動増幅器７の基準端子（＋）に入力する補正用の信号系を形成し、更に、このマイコン６に対して前記セレクトスイッチ５からの信号が入力する系が形成されている。
【００１８】
図面には記さないが、筐体１の内部には乾電池で構成される電源を備えており、前記電源スイッチ４を操作することにより、前記ブリッジ回路に電力が供給されると同時に、マイコン６や差動増幅器７等に電力が供給される。
【００１９】
前記差動増幅器７は入力端子（−）と、基準端子（＋）と、出力端子（ＯＵＴ）とを有し、出力端子（ＯＵＴ）からの信号を入力端子（−）に戻すフィードバック経路を形成し、このフィードバック経路に可変抵抗器ＶＲを介装することで、ネガティブフィードバック型に構成されている。図示しないが差動増幅器７にはプラスの電源電圧だけが供給されている。
【００２０】
前記ブリッジ回路は、ガス検知素子Ｓに電力が供給された後に平衡状態に達すると端子ｐ−ｐ間に殆ど電圧を発生させないように他の３つの抵抗器ｒ、ｒ、ｒの抵抗値を設定してあるが、電源スイッチ４がＯＮ操作された直後には非平衡状態となり、その結果、端子ｐ−ｐの間に電圧が現れるものとなっている。そして、時間経過が経過し、ガス検知素子Ｓの温度が上昇するに伴って平衡状態に近づき端子ｐ−ｐの間の電位差も小さくなる。このように過渡的な状態における差動増幅器７の出力端子（ＯＵＴ）の電圧値は図３のように、初期において急勾配なグラフＣとして表される。そして、この出力端子（ＯＵＴ）の電圧値が予め設定された基準電圧Ｖａに達すると補正用の信号系から補正信号を差動増幅器７の基準端子（＋）に印加して電圧値の補正を開始する。
【００２１】
この補正のための電圧信号Ｄはマイコン６から出力されるものであるが、出力端子（ＯＵＴ）の電圧値が予め設定された基準電圧Ｖａに達する毎に、Ｄ／Ａコンバータ９の分解能の最小の値（１ビット）に対応する電圧だけ加算して補正電圧を上昇させる処理を行い、ガス検知素子Ｓが平衡状態に達して、端子ｐ−ｐの間に殆ど電位差が現れない状態に達した時点で、マイコン６から出力される信号が所定の値となる電圧を基準端子（＋）に印加するよう補正用のプログラムがセットされている。そして、セレクトスイッチ５によってガスを検知するモードが選択されている場合においてガスを検出しない状態にあると、マイコン６は液晶ディスプレイ２に対してガスが非検知状態にあることを表示する処理を行う（例えば、「濃度０」等の表示）。
【００２２】
そして、被検知ガスがガス検知素子Ｓに接触した場合には、そのガスの濃度に対応した電圧が端子ｐ−ｐの間に現れ、この電圧信号が差動増幅器７が予め設定された増幅率で増幅された後に出力端子（ＯＵＴ）からＡ／Ｄコンバータ８で所定ビット数のデジタル信号に変換されてマイコン６に入力される。その結果、マイコン６は基準電圧Ｖａを基準とした電圧の変化分をガス濃度として数値化して液晶ディスプレイ２に表示することや、バーグラフの形態で液晶ディスプレイ２に表示する処理を行うようプログラムがセットされている。特に、ガス濃度が予め設定された値より高い場合にはスピーカ３に駆動して聴覚的にも高いガス濃度であることを認識させるためのプログラムもセットされている。
【００２３】
又、差動増幅器７の基準端子（＋）に対して補正電圧を印加して出力端子に「０」ボルトより僅かに高い電圧信号を出力させ続ける理由は以下の２点の不都合を解消するためである。その第１点は、電源スイッチ４をＯＮ操作した後にガス検知素子Ｓが検知可能な状況に達しても端子ｐ−ｐ間の電圧が完全に安定しない状況が一定時間は継続するものであるが、このように電圧が安定しない状況でも基準端子（＋）に対して補正電圧を印加することによりガス検知が不正確になる状況を解消する。その第２点は、前述のように差動増幅器７にプラスの電源電圧だけが供給されているので、例えば、端子ｐ−ｐ間に現れる電圧の極性が想定した極性の逆になった場合には、出力端子からは「０」ボルト以上の電圧が出力されない状況となり、この状況でガスを検知した場合には出力端子（ＯＵＴ）の電圧信号がプラスの電位に達するまでの誤差が大きい、そこで、基準端子（＋）に対して補正電圧を印加することにより、この不都合を解消する。
【００２４】
以上の構成は、このガス検知装置の基本的な処理形態であり、本発明では、このガス検知装置の構成を大きく変更すること無く、差動増幅器７の増幅率を簡便に調節できるように構成した点に特徴を有している。つまり、ハードウエア的には、セレクトスイッチ５で増幅率を計測するモードを選択できるよう構成し、又、ソフトウエア的には、前記セレクトスイッチ５で増幅率を計測するモードが選択された場合に、増幅率を液晶ディスプレイ２に表示する処理を付加しただけである。
【００２５】
増幅率を計測する原理を説明すると、前述のように端子ｐ−ｐ間の電圧が平衡状態に達した状態において、前記補正用の信号系から新たに電圧信号を加えた場合には、新たに加えた電圧値（入力端子（−）と基準端子（＋）との電位差）に差動増幅器７の増幅率を乗じた値の電圧信号が出力端子に出力されることから、この関係から差動増幅器７の増幅率を計測できることが分かる。
【００２６】
つまり、このガス検知装置では、新たに加える電圧値を予め設定しておき、この電圧を加える直前と、この電圧を加えた後とにおける出力端子の電圧値の変化量を求め、このように変化した電圧値と補正用の信号系から新たに加えられた電圧値との比率から差動増幅器７の増幅率を求めるよう計測処理のプログラムをマイコン６に設定してある。そして、その処理形態を以下に説明する。
【００２７】
図３のグラフ、及び、図４のフローチャートに示すように、この増幅率計測ルーチンでは、セレクトスイッチ５の操作で増幅率計測ルーチンが選択された場合には、電源スイッチ４がＯＮ操作されてから予め設定された時間の経過を判別し、経過していない場合には計測が可能になるまでの時間を液晶ディスプレイ２に表示する処理を行い（＃１０１〜＃１０３ステップ）、予め設定された時間が経過した後には、出力端子（ＯＵＴ）の電圧値Ｖｘを保存し、補正用の信号系を介して基準端子（＋）に設定電圧Ｖｓの信号を出力し、このように設定電圧Ｖｓの信号を出力した際における出力端子（ＯＵＴ）の電圧値Ｖｙを保存し、夫々の電圧値の差を設定電圧Ｖｓで除する演算を行い〈（Ｖｘ−Ｖｙ）／Ｖｓ〉、この処理結果を増幅率Ａとしてセットする演算を行う。そして、この演算結果を増幅率Ａとして液晶ディスプレイ２に対して数字で表示する処理を行うものとなっている（＃１０４〜＃１０９ステップ）。
【００２８】
尚、設定電圧Ｖｓを出力する際には、マイコン６からＤ／Ａコンバータ９に対して出力される信号値は、この出力によって差動増幅器７が飽和しない値であればどのような電圧値でも良いが、この実施の形態ではＤ／Ａコンバータ９の分解能の最小の値（最も下位の１ビット）を想定しており、前述のように増幅率Ａを計測する場合に、図３に示すように、設定電圧Ｖｓの信号を複数回出力し、夫々の出力時における差動増幅器７の増幅率Ａの平均値を求めて表示することや、明らかにエラーと思える値をキャンセルして、キャンセルされたもの以外の増幅率Ａの平均値を表示するように処理形態を設定することも可能である。
【００２９】
又、前述のようにネガティブフィードバック型で使用される差動増幅器７は、前記可変抵抗器ＶＲの抵抗値の調節によって増幅率Ａを調節できるものであることから、前述のように差動増幅器７の増幅率を表示した状況において、液晶ディスプレイ２に表示された増幅率Ａが予め設定された増幅率と異なる場合には、可変抵抗器ＶＲを操作した後に、再度、増幅率計測ルーチンを実行して増幅率Ａを計測し、この増幅率Ａが予め設定された値に達するまで繰り返して行い、精度の高い調節を行えるものとなっている。尚、本発明においては、基準端子（＋）や出力端子（ＯＵＴ）に電圧調節用の可変抵抗器を備え、この可変抵抗器を操作することによって増幅率Ａを調節するよう実施しても良い。
【００３０】
このように、本発明では、実施の形態のように補正用の信号経路を有するものでは、計測用のプログラムをマイコン６にセットする程度の改造だけで、差動増幅器７の増幅率を自動的に計測して液晶ディスプレイ２に表示するので、ハードウエア的には殆ど改造しなくとも、手間を掛けずに差動増幅器７の増幅率を精度高く把握できるものとなっている。しかも、計測結果から差動増幅器７の増幅率が適正な値に精度高く設定することも可能となっている。
【００３１】
〔別実施の形態〕
本発明は上記実施の形態以外に、前記実施の形態に示した補正を行うための信号系を備えずにガス検出装置を構成し、差動増幅器の増幅率を調節する際にのみ用いる信号系を備えて実施することも可能である。つまり、この別実施の形態では、補正の処理を行わないものの、前記実施の形態と全く同じ制御系を備えるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知装置の全体斜視図
【図２】ガス検知装置の処理回路を示す図
【図３】増幅出力電圧と補正電圧との関係をグラフ化した図
【図４】増幅率計測ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
２ 報知手段・表示手段
４ 電源スイッチ
６ 処理手段
７ 差動増幅器
９ Ｄ／Ａコンバータ
Ｓ センシング手段
ＶＲ 可変抵抗器

Claims (5)

1. 被検知ガスとの接触に基づき検出信号の電圧が変化するセンシング手段と、このセンシング手段からの検出信号を増幅して出力する増幅手段と、この増幅手段からの電圧信号に基づいて報知作動する報知手段とを備えているガス検知装置であって、
   前記増幅手段が、前記センシング手段からの信号が入力する入力端子と、基準信号が入力する基準端子とを有する差動増幅器を用いて構成されると共に、この差動増幅器の基準端子に印加される電圧信号を任意の値に設定する基準電圧調節手段と、この基準電圧調節手段で設定された電圧に対応して差動増幅器の出力端子に出力される電圧値に基づいて増幅率を計測する増幅率計測手段と、この増幅率計測手段で計測された増幅率を表示する表示手段とを備え、
   前記センシング手段に電力を供給した後に検出信号が安定した状態で、前記基準電圧調節手段によって前記基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させ、この変化時において前記増幅率計測手段で計測される増幅率を前記表示手段に表示する処理手段を備えているガス検知装置。
2. 前記差動増幅器自身、または、その前、その後に増幅率調節用の可変抵抗器が備えられている請求項１記載のガス検知装置。
3. 前記基準電圧調節手段が、予め設定されたビット数のデジタル信号に対応した電圧を出力するＤ／Ａコンバータを備えて構成されている請求項１又は２記載のガス検知装置。
4. 前記処理手段が、該ガス検知装置の電源スイッチのＯＮ操作から設定時間が経過した後に前記基準電圧調節手段によって前記基準端子に印加する電圧信号を設定値だけ変化させ、この変化時において前記増幅率計測手段で計測される増幅率を前記表示手段に表示する処理を行うように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検知装置。
5. 前記報知手段が前記表示手段に兼用されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス検知装置。

Images