JP4755365B2

JP4755365B2 - Gas detector

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Publication number: JP4755365B2
Application number: JP2001198791A
Authority: JP
Inventors: 晋一松本; 晴美河野
Original assignee: FIS Inc
Current assignee: FIS Inc
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2002082083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工業分野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスのガス漏れを検知するガス検出装置としては、酸化錫（ＳｎＯ₂）を主成分とする感ガス体を用い、感ガス体の表面に可燃性ガスが付着したことによる感ガス体の抵抗変化から可燃性ガスを検出するものがあった。このようなガス検出装置は、感ガス体を加熱するためのヒータを有しており、ヒータへの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、感ガス体の温度を低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体が検出対象のガスに接触するとその抵抗値が減少するという性質を利用し、感ガス体の低温期間において不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスを検出するとともに、感ガス体の高温期間において感ガス体の表面に付着した不完全燃焼ガスを燃焼させ、その表面の汚れを除去した後、メタン（ＣＨ₄）などの可燃性ガスを検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、財団法人日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡＥ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器では水素を弁別して検出することが求められるが、従来の半導体ガスセンサでは水素を選択的に検出することが困難であった。また、天然ガスの検出に用いられる半導体ガスセンサでは、雑ガスである水素ガスによる誤作動を防止するため、感ガス体に触媒を担持することによって水素に対する感度を低減させることが行われていたが、感度を低減する効果が不十分であるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、請求項１の発明の目的とするところは、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能の両方を１つの感ガス体に持たせたガス検出装置を提供することにある。また、請求項２の発明の目的とするところは、水素ガスによる誤検知を防止したガス検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うことを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスに対する警報判定を行っているので、水素ガスを精度良く検出することができる。したがって、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と、一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡＥ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現することができる。
【０００６】
請求項２の発明では、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルを水素ガスによる誤作動を防止するようにそれぞれ補正することを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合はガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルをそれぞれ補正しているので、雑ガスである水素が存在する場合でも水素による誤検知を防止することができ、警報の精度を向上させることができる。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、高温期間及び低温期間の周期が略６０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができる。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、制御部は負荷抵抗を介して感ガス体に所定電圧を印加し、感ガス体に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、各々のガス検出毎で負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、感ガス体に最適な電圧が印加され異なる種類のガスを精度良く検出できる。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。
【００１０】
請求項６の発明では、請求項１乃至５の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明では、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコーン蒸気から感ガス体を保護することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図面を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置は空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス検出装置であり、このガス検出装置に用いるガス検出素子は、図５および図６（ａ）（ｂ）に示すように、略円板状の樹脂製のベース１１と、ベース１１を貫通してベース１１の表面側および裏面側に突出する３本の端子１２ａ〜１２ｃと、端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれリード線１３ａ〜１３ｃを介して取り付けられたセンシング素子Ａと、天井面１４ａを有する略円筒状に形成されセンシング素子Ａを覆うようにしてベース１１に冠着されるカバー１４と、カバー１４の天井面１４ａに形成された丸孔１４ｂに取り付けられたガス導入用のステンレス製の金網１５とを備えている。
【００１３】
センシング素子Ａは、図５に示すように酸化錫（ＳｎＯ₂）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有しており、この感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設するとともに、ヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成される。ここに、感ガス体２０から突出するヒータ兼用電極２１の両端部から上述したリード線１３ａ，１３ｃが構成され、感ガス体２０から突出する抵抗検出用電極２２の一端部からリード線１３ｂが構成される。なお、感ガス体２０の外径寸法は０．８ｍｍ以下となっており、感ガス体２０を略平板状に形成したり、略円筒状に形成して筒内にコイルを埋設した場合に比べて感ガス体２０を小型化でき、感ガス体２０の熱容量を小さくすることができる。
【００１４】
ここで、感ガス体２０は、酸化錫（ＳｎＯ₂）を主成分とし、ＳｎＯ₂に対してパラジウム（Ｐｄ）を１．７ｗｔ％担持して形成される。以下にＳｎＯ₂の調整について簡単に説明する。まず塩化錫（ＳｎＣｌ₄）の水溶液をアンモニア（ＮＨ₃）で加水分解して錫酸ゾルを得て、この得た錫酸ゾルを風乾燥後に空気中において例えば５００℃で１時間焼成し、ＳｎＯ₂を得る。このＳｎＯ₂に対してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気中において１時間焼成し、Ｐｄを担持させている。Ｐｄを担持させたＳｎＯ₂に骨材として例えば１０００メッシュのアルミナを等量混合し、更にテルピネオールを加えてペースト状にした後、ヒータ兼用電極２１および抵抗検出用電極２２に塗布し、例えば約５００℃で空気中において１時間焼成することにより感ガス体２０が形成される。ここで、ＳｎＯ₂に担持したＰｄは、各種ガスに対する応答速度を改善する（速くする）触媒としての役割を果たしており、Ｐｄに加えて５ｗｔ％のタングステン（Ｗ）を酸化錫に担持させても良いし、ＰｄおよびＷに加えて白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）の内の１つ又は複数をＳｎＯ₂に対して０．５ｗｔ％担持させても良い。
【００１５】
このセンシング素子Ａのヒータ兼用電極２１の加熱を制御するとともに、感ガス体２０の抵抗値変化から検出対象のガスを検出する制御部２の回路構成を図１に示す。この回路では、交流商用電源ＡＣの交流電圧を降圧トランスＴｒで降圧し、降圧した電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流する。一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧は平滑コンデンサＣ１で平滑された後、三端子レギュレータＩＣ１で所定電圧に安定化されて、４ビットのマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）３に供給される。
【００１６】
センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間に接続され、トランジスタＱ１がオンしたときにヒータ兼用電極２１に通電され、ヒータ兼用電極２１が発熱するようになっている。また、センシング素子Ａの抵抗検出用電極２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１との直列回路およびＰＮＰ型のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１とを介して、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されるとともに、マイコン３の入力ポートＩ１に接続されている。
【００１７】
マイコン３の出力ポートＯ１にはトランジスタＱ１のベースが接続され、出力ポートＯ２１，Ｏ２２にはそれぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースが接続されている。また、マイコン３の出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードが接続され、出力ポートＯ６，Ｏ７にはそれぞれフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードが接続されている。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードはそれぞれ限流抵抗を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されている。
【００１８】
ここで、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は検出ガスの濃度などに応じたガス検出信号を電圧信号として出力するためのスイッチ素子として用いられる。この電圧信号を出すための直列制御型安定化回路４は、ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端間に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに印加される基準電圧を、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００１９】
この基準電圧は、平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続されたツェナダイオードＺＤの両端電圧を、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することによって得られ、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、すなわちツェナダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。而して、フォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフに応じて、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検出信号として外部に出力される。
【００２０】
また、マイコン３の出力ポートＯ８はコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に接続され、出力ポートＯ９はコンパレータＣＰ３の反転入力端子に接続されている。出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号によって、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力の信号レベルは交互にローレベル／ハイレベルに反転し、圧電ブザーからなるブザー６に印加される電圧の極性が交互に反転し、警報音を発振出力するようになっている。なお、図１中の７はマイコン３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路であり、ＩＣ２は電源投入時にマイコン３をリセットするためのリセット用ＩＣである。
【００２１】
一方、トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、このプルアップ用抵抗Ｒ２の両端にＰＮＰ型のトランジスタＱ４を接続してある。このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ１などとともにヒータ兼用電極２１の保護回路５を構成してある。保護回路５では、抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路をダイオードＤ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続しており、その出力電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧するとともに、抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点をコンパレータＣＰ１の反転入力端子に接続している。またマイコン３の出力ポートＯ１と回路のグランドとの間に抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の直列回路を接続し、抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の接続点をコンパレータＣＰ１の非反転入力端子に接続し、コンパレータＣＰ１の出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続している。
【００２２】
三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、温度センサたる温湿度補償用のサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の直列回路が接続されており、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の接続点の電位がマイコン３の入力ポートＩ２に入力されている。マイコン３は、入力ポートＩ２からサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を取り込み、入力ポートＩ１から取り込んだ感ガス体２０の両端電圧の温度補償を行う。
【００２３】
また三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、抵抗Ｒ２３および可変抵抗器ＶＲ１の直列回路と、抵抗Ｒ２４および可変抵抗器ＶＲ２の直列回路とが接続されており、マイコン３の入力ポートＩ３，Ｉ４には、それぞれ、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２により設定された設定電圧が入力される。なお、入力ポートＩ３，Ｉ４に入力される電圧は、それぞれ、検出対象ガスであるメタン又は一酸化炭素のガス濃度が警告レベルに達したときの感ガス体２０の両端電圧に可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて設定されている。
【００２４】
而して、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がハイレベルのときにはコンデンサＣ０が抵抗Ｒ８を介して充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を上回ってコンパレータＣＰ１の出力の信号レベルがハイレベルになり、トランジスタＱ４をオフ状態にしている。この時、トランジスタＱ１はオフして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１への通電が停止される。
【００２５】
また、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力が所定時間ローレベルになると、トランジスタＱ１がオンして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１が通電される。一方、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がローレベルになると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が低下するが、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数により、上記所定時間が経過するまでコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回ることがなく、そのため上記所定時間が経過するまでの間、コンパレータＣＰ１の出力がローレベルにならず、トランジスタＱ４のオフ状態が維持される。したがって、トランジスタＱ１はオン状態となり、ヒータ兼用電極２１が通電される。
【００２６】
その後、通常時において、上記所定時間が終了するとマイコン３は出力ポートＯ１をハイレベルとしてトランジスタＱ１をオフさせ、ヒータ兼用電極２１への通電を停止させる。
【００２７】
このようにして所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設定することができる（図２参照）。
【００２８】
ところで、図３は、ヒータ兼用電極２１への加熱を制御することにより、感ガス体２０の温度を５秒間高温に加熱した後に、低温で加熱した場合の各種ガスに対する応答特性を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ（ｋΩ）である。図３のイ（×）は大気に対する測定結果、ロ（◆）は１００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、ハ（◇）は３００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、ニ（●）は１０００ｐｐｍのメタンに対する測定結果、ホ（○）は３０００ｐｐｍのメタンに対する測定結果、ヘ（▲）は３０００ｐｐｍの水素ガスに対する測定結果、ト（△）は６０００ｐｐｍの水素ガスに対する測定結果、チ（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素と５０ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、リ（▽）は１００ｐｐｍの一酸化炭素と５０００ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、ヌ（■）は３０００ｐｐｍのメタンと５０００ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果をそれぞれ示している。この測定結果から明らかなように、高濃度の水素ガスあるいは水素ガスを含む混合ガスの場合には、高温期間から低温期間に切り替わった時点から約０．５秒が経過した時点（図３中のＢ点）で感ガス体２０の抵抗値が低下しており、この時点での抵抗値を検出することによって、水素ガスの有無を検出している。
【００２９】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図４のフローチャートを参照して説明する。高温期間になるとマイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。そして、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時から約４〜５秒後）に（図３中のＡ点）、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて温度補償を行い、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値を検出し、この抵抗値からメタンの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めたメタンの濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することにより、メタンに対する警報判定を行っており（Ｓ１１）、検出したメタンの濃度が警報レベルを越えると、ガス漏れ警報を発報する（Ｓ１５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００３０】
一方、検出したメタンの濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は、低温期間に切り替わってから約０．５秒が経過した時点で（図３中のＢ点）、感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と所定レベルとの高低を比較することによって、水素ガスの有無を判定する（Ｓ１２）。
【００３１】
ここで、Ｓ１２で検出した水素ガスの濃度が所定レベルよりも低ければ、マイコン３は水素ガスが存在しないと判断し、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後、図３中のＣ点）に感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から一酸化炭素の濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた一酸化炭素の濃度と警報レベルとの高低を比較することにより、一酸化炭素に対する警報判定を行っており（Ｓ１３）、検出した濃度が警報レベルを越えると不完全燃焼警報を発報する（Ｓ１６）。この時、マイコン３は所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１３で検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する（Ｓ１７）。
【００３２】
また、Ｓ１２で検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、マイコン３は水素ガスが存在すると判断し、水素ガスに対する感度が高く且つ安定している低温期間の終了時（一酸化炭素の検知点）に水素ガスに対する警報判定を行う。すなわち、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後）に感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することにより、水素ガスに対する警報判定を行っており（Ｓ１４）、検出した水素ガスの濃度が警報レベルを越えるとガス漏れ警報を発報する（Ｓ１５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１４で検出した水素ガスの濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する（Ｓ１７）。なお、低温期間に切り換わってから約１秒が経過した時点（水素ガスの有無を判定した後の時点）で、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をロー、出力ポートＯ２２の出力をハイとして、トランジスタＱ２１をオフ、トランジスタＱ２２をオンさせることにより、負荷抵抗Ｒ２２を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加している。また、マイコン３は低温期間の終了時に水素又は一酸化炭素に対する警報動作を行っているが、何れか一方の警報動作を行った後は、一酸化炭素を検出する不完全燃焼警報動作と、水素ガスを検出するガス漏れ警報動作を交互に行うようにしても良い。
【００３３】
このように、本実施形態のガス検出装置では高温期間の終了時点でメタンガスに対する警報動作を行うと共に、低温期間の終了時点で一酸化炭素ガスに対する警報動作を行っており、さらに高温期間から低温期間に切り替わった直後の水素ガスに対する弁別性のある期間に水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は、水素ガスに対する感度が高く且つ安定している低温期間の後半で水素ガスに対する警報判定を行っているので、メタン及び水素を検出するガス漏れ警報機能と一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体２０に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡＥ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現することができる。
【００３４】
また本回路では可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて、高温期間および低温期間において警報を発報する際のガス濃度を調整することができるので、１個のサーミスタＴＨ１により高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。しかも、本回路では各検出対象ガス（一酸化炭素ガス、メタンガス及び水素ガス）を検出する毎にセンシング素子Ａに接続する負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を切り換えており、検出対象のガスに応じて負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値を適宜設定することにより、異なる種類のガスを精度良く検出できる。例えば本実施形態では高温期間はメタンガス検出用の負荷抵抗Ｒ２１を用いており、高温期間から低温期間に切り換わった直後の１秒間（水素ガスの有無を判定する期間）はメタンガス検出用の負荷抵抗Ｒ２１を水素ガス検出用に兼用して用い、その後の低温期間では一酸化炭素ガス検出用の負荷抵抗Ｒ２２を用いている。
【００３５】
尚、本実施形態では低温期間の終了時に水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報の判定を行っているが、水素ガスを検出するタイミングを低温期間の終了時に限定する趣旨のものではなく、低温期間の後半で水素ガスに対する感度が安定していれば、どのようなタイミングで水素ガスを検出しても良い。また、図３のデータからも分かるように、高温期間の後半においても水素ガスに対する感度が高く、且つ、安定しているので、高温期間の後半における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出し、この抵抗値Ｒｓから水素ガスの有無を検出するようにしても良いし、低温期間の後半及び高温期間の後半の両方で感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出して、この抵抗値Ｒｓから水素ガスの有無を検出するようにしても良い。
【００３６】
また、高温期間の終了時にメタンガスを検出してガス漏れ警報の判定を行うと共に、低温期間の終了時に一酸化炭素ガスを検出して不完全燃焼の警報判定を行っているが、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報を行うタイミングを高温期間及び低温期間の終了時に限定する趣旨のものではなく、高温期間及び低温期間の途中でガス漏れ警報や不完全燃焼警報を行うようにしても良い。
【００３７】
ところで、本実施形態の回路構成では、マイコン３が外部ノイズなどにより暴走して、マイコン３の出力ポートＯ１がローレベルに固定されると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、やがてコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回るので、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルからローレベルに反転してトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１のベース電位を電源電圧まで吊り上げ、トランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。したがって、マイコン３が暴走したとしても、保護回路５がトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とし、ヒータ兼用電極２１への通電を強制的に停止させているので、ヒータ兼用電極２１が必要以上に通電されることがなく、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数を適切に設定することによって、マイコン３の暴走によるヒータ兼用電極２１の断線を防止できる。
【００３８】
尚、高温期間および低温期間の時間設定はセンシング素子Ａの熱容量などによって適宜な値に設定すれば良く、上記の値には特に限定されないが、高温期間を約５秒、低温期間を約１５秒とすることにより、検出周期を２０秒以下に設定することができ、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡＥ００１−９９）」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができる。
【００３９】
また、図７に示すように、内部に活性炭よりなる外部フィルタ１７が取り付けられた天井面を有する円筒状のキャップ１６をカバー１３に冠着することにより、外部からセンシング素子Ａへガスが流入する径路に外部フィルタ１７を配置し、雑ガスであるアルコール蒸気や被毒ガスであるシリコーン蒸気を外部フィルタ１７で除去して、センシング素子Ａのアルコール感度を低減するとともに、シリコーン等の被毒物質からセンシング素子Ａを保護して、センシング素子Ａがアルコール蒸気やシリコーン蒸気などの影響を受けにくくすることができる。尚、本実施形態では活性炭からなる外部フィルタ１７を用いているが、外部フィルタ１７の材質を活性炭に限定する趣旨のものではなく、外部フィルタ１７の材質をシリカゲル（ＳｉＯ_２）としても良いし、活性炭およびシリカゲルの組み合わせとしても良い。
【００４０】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図８を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置は天然ガス（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス）に用いられるガス検出装置であり、マイコン３の警報動作以外のガス検出装置の構成及び動作は実施形態１と同様であるので、以下では異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４１】
マイコン３は、実施形態１と同様に、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設けている（図２参照）。
【００４２】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図８のフローチャートを参照して説明する。高温期間になるとマイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。そして、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時から約４〜５秒後）に、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて温度補償を行い、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒchを検出する（Ｓ２１）。
【００４３】
次に、低温期間に切り替わってから約０．５秒が経過した時点で、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と所定レベルとの高低を比較することによって、水素ガスの有無を判定し、水素ガスの有無に応じて警報レベルの係数Ｋｈ１及びＫｈ２を決定する（Ｓ２２）。
【００４４】
その後、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後）に、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒcoを検出する（Ｓ２３）。
【００４５】
マイコン３は、高温期間及び低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒch、Ｒcoをそれぞれ検出すると、先ず高温期間の終了時における抵抗値Ｒchに係数Ｋｈ１を乗じた値（Ｒch×Ｋｈ１）と、予め設定されたメタンの閾値Ｒalchとの高低を比較することによって、メタンの濃度が警報レベルを越えたか否かを判定し（Ｓ２４）、検出値（Ｒch×Ｋｈ１）が閾値Ｒalchよりも小さくなると（すなわちメタンの濃度が警報レベルを越えると）、ガス漏れ警報を発報する（Ｓ２５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００４６】
一方、Ｓ２４で検出値（Ｒch×Ｋｈ１）が閾値Ｒalch以上であれば、マイコン３は、低温期間の終了時における抵抗値Ｒcoに係数Ｋｈ２を乗じた値（Ｒco×Ｋｈ２）と、予め設定された一酸化炭素の閾値Ｒalcoとの高低を比較することによって、一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えたか否かを判定し（Ｓ２６）、検出値（Ｒco×Ｋｈ２）が閾値Ｒalcoよりも小さくなると（すなわち一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えると）、不完全燃焼を発報する（Ｓ２７）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ２６で検出値（Ｒco×Ｋｈ２）が閾値Ｒalco以上であれば、マイコン３は警報信号を発報せず、Ｓ２１に戻って監視動作を継続する（Ｓ２８）。
【００４７】
ところで、Ｓ２２でマイコン３が水素ガスの有無を判定した結果、水素ガスが存在していないと判断すると、マイコン３は係数Ｋｈ２として例えば１を設定し、水素が存在していると判断すると係数Ｋｈ２として１よりも大きい値を設定している。したがって、水素ガスが存在する場合、メタンや一酸化炭素に対する警報レベルは、水素ガスが存在しない場合に比べてそれぞれ高くなり、実質的に感度を低下させているので、水素ガスを誤検知してガス漏れ警報や不完全燃焼警報を発報するのを防止でき、警報の精度を向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うことを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスに対する警報判定を行っているので、水素ガスを精度良く検出できるという効果がある。したがって、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と、一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡＥ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現できるという効果がある。
【００４９】
請求項２の発明は、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルを水素ガスによる誤作動を防止するようにそれぞれ補正することを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合はガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルをそれぞれ補正しているので、雑ガスである水素が存在する場合でも水素による誤検知を防止することができ、警報の精度を向上させることができるという効果がある。
【００５０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、高温期間及び低温期間の周期が略６０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができるという効果がある。
【００５１】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、制御部は負荷抵抗を介して感ガス体に所定電圧を印加し、感ガス体に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、各々のガス検出毎で負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、感ガス体に最適な電圧が印加され異なる種類のガスを精度良く検出できるという効果がある。
【００５２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行えるという効果がある。
【００５３】
請求項６の発明は、請求項１乃至４の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明は、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコーン蒸気から感ガス体を保護できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のガス検出装置の回路図である。
【図２】同上の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】同上の各種ガスに対する応答性を示す図である。
【図４】同上の動作を説明するフローチャートである。
【図５】同上に用いるガス検出素子のカバーを外した状態の正面図である。
【図６】同上のガス検出素子を示し、（ａ）は一部破断せる正面図、（ｂ）は一部破断せる上面図である。
【図７】同上の別のガス検出装置を示し、（ａ）は一部破断せる断面図、（ｂ）は下面図である。
【図８】実施形態２のガス検出装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａセンシング素子
３マイコン
２１ヒータ兼用電極
２２抵抗検出用電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas detection device that detects incomplete combustion gases such as flammable gases and carbon monoxide generated during incomplete combustion in general households and industrial fields.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a gas detection device for detecting a gas leak of combustible gas such as city gas and propane gas, tin oxide (SnO) is used. ₂ ) And a combustible gas is detected from a change in resistance of the gas sensitive body due to the attachment of the combustible gas to the surface of the gas sensitive body. Such a gas detection device has a heater for heating the gas sensitive body, and controls the energization of the heater to increase the temperature of the gas sensitive body and the temperature of the gas sensitive body. Occurring at the time of incomplete combustion in the low temperature period of the gas sensitive body by utilizing the property that the resistance value decreases when the gas sensitive body is in contact with the gas to be detected by alternately providing a low temperature period and a low temperature period. After detecting incomplete combustion gas such as carbon monoxide (CO), burning the incomplete combustion gas adhering to the surface of the gas sensitive body during the high temperature period of the gas sensitive body, and removing dirt on the surface, methane (CH _Four ) And other combustible gases were detected.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for gases that are lighter than the air stipulated in the “Gas Alarm Inspection Regulations for City Gas (JIA E 001-99)” of the Japan Gas Appliances Inspection Association (excluding those for 12A and 13A gases that are lighter than air) However, it is difficult to selectively detect hydrogen with a conventional semiconductor gas sensor. In addition, in semiconductor gas sensors used for detecting natural gas, in order to prevent malfunction due to miscellaneous hydrogen gas, the sensitivity to hydrogen has been reduced by supporting a catalyst on a gas sensitive body. There is a problem that the effect of reducing the sensitivity is insufficient.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the invention of claim 1 is to provide a gas leak alarm function for detecting methane gas and hydrogen gas and incomplete combustion for detecting carbon monoxide gas. An object of the present invention is to provide a gas detection device in which both alarm functions are provided to one gas sensitive body. Another object of the present invention is to provide a gas detection device that prevents erroneous detection due to hydrogen gas.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a gas sensitive body whose resistance value changes by adsorbing gas, a heater for heating the gas sensitive body, and a detection obtained from the resistance value of the gas sensitive body. A control unit that performs alarm determination by comparing the concentration of the target gas and the alarm level, and the control unit controls energization to the heater, and a high-temperature period in which the temperature of the gas sensing body is high. The low temperature period is set alternately to detect the methane gas concentration during the high temperature period of the gas sensing element to make a gas leak alarm judgment, and the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion during the low temperature period If the concentration of hydrogen gas detected during a period when there is indistinguishability from hydrogen gas at the time of switching to a low temperature period exceeds a predetermined level, the sensitivity to hydrogen gas becomes stable. The gas leakage alarm judgment is performed by detecting the concentration of hydrogen gas in at least one of the latter half of the period and the latter half of the high temperature period, and in a period with a discrimination property against hydrogen gas at the time of switching to the low temperature period The presence or absence of hydrogen gas is judged from the resistance value of the gas sensitive body. If hydrogen gas is present, an alarm is given to hydrogen gas at least one of the second half of the low temperature period and the second half of the high temperature period when the sensitivity to hydrogen gas is stable. Since the determination is performed, hydrogen gas can be detected with high accuracy. Therefore, a gas leak alarm function for detecting methane gas and hydrogen gas and an incomplete combustion alarm function for detecting carbon monoxide gas can be provided in one gas sensitive body. It is possible to realize gas alarms for gases that are lighter than air (except those for 12A and 13A gases that are lighter than air) stipulated in the “Regulation for Inspection of Gas Alarms for City Gas (JIA E 001-99)”. .
[0006]
In the invention of claim 2, the gas sensitive body whose resistance value changes by adsorbing the gas, the heater for heating the gas sensitive body, the concentration of the detection target gas determined from the resistance value of the gas sensitive body and the alarm level, A control unit that performs alarm judgment by comparing the levels of the gas, and the control unit controls energization to the heater to alternately switch the high temperature period during which the temperature of the gas sensing body is high and the low temperature period during which the temperature is low. The gas detector detects the concentration of methane gas during the high temperature period of the gas sensor and performs a gas leak alarm determination, and also detects the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion during the low temperature period to determine the incomplete combustion alarm. If the concentration of hydrogen gas detected during the period when it is performed and when it is switched to the low temperature period exceeds the predetermined level, the alarm level of the gas leak alarm and incomplete combustion alarm is set to false due to hydrogen gas. When there is hydrogen gas, the presence or absence of hydrogen gas is judged from the resistance value of the gas sensing element during the period when there is discrimination against hydrogen gas at the time of switching to a low temperature period. Has corrected the alarm levels of the gas leak alarm and incomplete combustion alarm, respectively, so that even if miscellaneous hydrogen is present, false detection by hydrogen can be prevented and the accuracy of the alarm can be improved. .
[0007]
The invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the period of the high temperature period and the low temperature period is about 60 seconds or less, and the “for city gas” regulated by the Japan Gas Appliances Inspection Association. "Gas alarm inspection rules" and "Incomplete combustion alarm inspection rules" can be satisfied.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the control unit applies a predetermined voltage to the gas sensitive body via a load resistance, and detects the resistance value of the gas sensitive body from the voltage generated in the gas sensitive body. It is characterized by switching the resistance value of the load resistance for each gas detection, and by setting the resistance value of the load resistance appropriately, the optimum voltage is applied to the gas sensor and different types of gas are accurately detected. It can be detected well.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a temperature sensor for detecting an ambient temperature is provided, and the controller controls the resistance value of the gas sensitive body during the high temperature period and the low temperature period based on the output of the temperature sensor. The control unit compensates the resistance of the gas sensing element based on the output of the temperature sensor, so that the gas to be detected can be detected accurately in the high temperature period and the low temperature period. One temperature sensor can perform temperature compensation during the high temperature period and the low temperature period.
[0010]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the gas flow path leading from the outside to the gas sensitive body is changed from gas contacting the gas sensitive body to alcohol vapor or silicon. - In the invention of claim 7, in the invention of claim 6, the filter is made of either activated carbon or silica gel, and a gas sensitive body is formed by the filter layer. Alcohol vapor or silico from gas in contact with - Since the steam is removed, the alcohol sensitivity of the gas sensitive body can be reduced, and the poisonous silicon - The gas sensitive body can be protected from steam.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. The gas detection device of this embodiment is a gas detection device for gas lighter than air (excluding those for 12A and 13A gas lighter than air), and the gas detection elements used in this gas detection device are shown in FIGS. (A) As shown in (b), a substantially disc-shaped resin base 11, three terminals 12 a to 12 c penetrating the base 11 and projecting to the front surface side and the back surface side of the base 11, and terminals A sensing element A attached to 12a to 12c via lead wires 13a to 13c, and a cover 14 formed in a substantially cylindrical shape having a ceiling surface 14a and attached to the base 11 so as to cover the sensing element A; And a stainless steel wire mesh 15 for introducing gas attached to a round hole 14b formed in the ceiling surface 14a of the cover 14.
[0013]
The sensing element A is composed of tin oxide (SnO) as shown in FIG. ₂ ) And the like, and a so-called sintered gas sensitive body 20 which is formed in a substantially spherical shape as a main component, and a heater combined electrode 21 made of coiled platinum is provided in the gas sensitive body 20. The resistance detecting electrode 22 made of a noble metal wire is embedded in the gas sensitive body 20 so as to penetrate the center of the coil of the heater serving electrode 21. Here, the above-described lead wires 13a and 13c are configured from both ends of the heater electrode 21 protruding from the gas sensitive body 20, and the lead wire 13b is configured from one end of the resistance detection electrode 22 protruding from the gas sensitive body 20. Is done. The outer diameter of the gas sensitive body 20 is 0.8 mm or less, compared to the case where the gas sensitive body 20 is formed in a substantially flat plate shape or formed in a substantially cylindrical shape and a coil is embedded in the cylinder. Thus, the gas sensitive body 20 can be reduced in size, and the heat capacity of the gas sensitive body 20 can be reduced.
[0014]
Here, the gas sensitive body 20 is tin oxide (SnO). ₂ ) As the main component and SnO ₂ In contrast, 1.7 wt% of palladium (Pd) is supported. Below is SnO ₂ A brief description of the adjustment will be given. First, tin chloride (SnCl _Four ) Aqueous solution of ammonia (NH _Three ) To obtain a stannic acid sol. The obtained stannic acid sol is air-dried and then calcined in the air at, for example, 500 ° C. for 1 hour, and SnO ₂ Get. This SnO ₂ Pd is impregnated with an aqueous solution of Pd and baked in air at 500 ° C. for 1 hour to carry Pd. SnO supporting Pd ₂ An equal amount of, for example, 1000 mesh alumina is mixed as an aggregate, and terpineol is added to make a paste, and then applied to the heater electrode 21 and the resistance detection electrode 22. For example, in air at about 500 ° C. for 1 hour. The gas sensitive body 20 is formed by baking. Where SnO ₂ Pd supported on the catalyst serves as a catalyst that improves (accelerates) the response speed to various gases, and in addition to Pd, 5 wt% tungsten (W) may be supported on tin oxide. In addition to W, one or more of platinum (Pt), rhodium (Rh), cerium (Ce), and molybdenum (Mo) may be SnO. ₂ You may carry | support 0.5 wt% with respect to.
[0015]
FIG. 1 shows a circuit configuration of the control unit 2 that controls heating of the heater electrode 21 of the sensing element A and detects a gas to be detected from a change in resistance value of the gas sensitive body 20. In this circuit, the AC voltage of the AC commercial power supply AC is stepped down by the step-down transformer Tr, and the stepped-down voltage is full-wave rectified by the diode bridges DB1 and DB2, respectively. The voltage rectified by one diode bridge DB2 is smoothed by a smoothing capacitor C1, stabilized by a three-terminal regulator IC1, and supplied to a 4-bit microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 3. .
[0016]
The heater combined electrode 21 of the sensing element A is connected between the output terminals of the three-terminal regulator IC1 via the PNP transistor Q1, and the heater combined electrode 21 is energized when the transistor Q1 is turned on. It is supposed to generate heat. Further, the resistance detection electrode 22 of the sensing element A has three terminals via a series circuit of a PNP transistor Q21 and a load resistor R21, a series circuit of a PNP transistor Q22 and a load resistor R22, and a diode D1. In addition to being connected to the output terminal of the regulator IC1, it is connected to the input port I1 of the microcomputer 3.
[0017]
The base of the transistor Q1 is connected to the output port O1 of the microcomputer 3, and the bases of the transistors Q21 and Q22 are connected to the output ports O21 and O22, respectively. The output ports O3 to O5 of the microcomputer 3 are connected to the cathodes of the light emitting diodes LED1 to LED3 for display, respectively, and the cathodes of the light emitting diodes L1 and L2 of the photocouplers PC1 and PC2 are connected to the output ports O6 and O7, respectively. Has been. The anodes of these light emitting diodes LED1 to LED3 and L1 and L2 are connected to the output terminal of the three-terminal regulator IC1 via current limiting resistors, respectively.
[0018]
Here, the photocouplers PC1 and PC2 are used as switch elements for outputting a gas detection signal corresponding to the concentration of the detection gas as a voltage signal. The series control stabilization circuit 4 for outputting the voltage signal is connected between both ends of a smoothing capacitor C2 that smoothes the rectified output of the diode bridge DB1, and a reference voltage applied to the base of the series control transistor Q3 is Switching is performed by turning on and off the phototransistors PT1 and PT2 of the photocouplers PC1 and PC2.
[0019]
This reference voltage is obtained by dividing the voltage across the Zener diode ZD connected to both ends of the smoothing capacitor C2 via the resistor R4 by the resistors R11 to R13. When the phototransistor PT1 is turned on, the resistors R11 to R13 A voltage across the series circuit, that is, a voltage across the Zener diode ZD is applied as a reference voltage to the base of the transistor Q3. When the phototransistor PT2 is turned on, a voltage obtained by dividing the voltage across the Zener diode ZD by the resistor R11 and the series circuit of the resistors R12 and R13 is applied to the base of the transistor Q3 as a reference voltage. Thus, voltage signals corresponding to the respective reference voltages are output to the outside as gas detection signals in accordance with on / off of the phototransistors PT1 and PT2.
[0020]
The output port O8 of the microcomputer 3 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator CP2, and the output port O9 is connected to the inverting input terminal of the comparator CP3. By the signals output alternately from the output ports O8 and O9, the signal levels of the outputs of the comparators CP1 and CP2 are alternately inverted to the low level / high level, and the polarity of the voltage applied to the buzzer 6 comprising the piezoelectric buzzer is alternated. The alarm sound is oscillated and output. 1 is a reference clock oscillation circuit for supplying a reference clock to the microcomputer 3, and IC2 is a reset IC for resetting the microcomputer 3 when the power is turned on.
[0021]
On the other hand, a pull-up resistor R2 is connected between the emitter and base of the transistor Q1, and a PNP transistor Q4 is connected to both ends of the pull-up resistor R2. The transistor Q4 constitutes a protection circuit 5 for the heater electrode 21 together with the comparator CP1 and the like. In the protection circuit 5, a series circuit of resistors R6 and R7 is connected to the output terminal of the three-terminal regulator IC1 via the diode D1, and the output voltage is divided by the resistors R6 and R7 and connected to the resistors R6 and R7. The point is connected to the inverting input terminal of the comparator CP1. Further, a series circuit of a resistor R8 and a capacitor C0 is connected between the output port O1 of the microcomputer 3 and the circuit ground, and a connection point of the resistor R8 and the capacitor C0 is connected to a non-inverting input terminal of the comparator CP1. The output terminal is connected to the base of the transistor Q4 via a resistor R9.
[0022]
A temperature sensor is connected between the output terminals of the three-terminal regulator IC1. Warm The series circuit of the thermistor TH1 for humidity compensation and the resistor R25 is connected, and the potential at the connection point of the thermistor TH1 and the resistor R25 is input to the input port I2 of the microcomputer 3. The microcomputer 3 takes in the divided voltage of the thermistor TH1 and the resistor R25 from the input port I2, and performs temperature compensation of the voltage across the gas sensitive body 20 taken in from the input port I1.
[0023]
A series circuit of a resistor R23 and a variable resistor VR1 and a series circuit of a resistor R24 and a variable resistor VR2 are connected between the output terminals of the three-terminal regulator IC1, and are connected to input ports I3 and I4 of the microcomputer 3. Are respectively input with set voltages set by the variable resistors VR1 and VR2. The voltages input to the input ports I3 and I4 are variable resistors VR1 and V1, respectively, at the voltage across the gas sensing body 20 when the gas concentration of methane or carbon monoxide, which is the detection target gas, reaches a warning level. It is set using VR2.
[0024]
Thus, in normal times, when the output of the output port O1 of the microcomputer 3 is at a high level, the capacitor C0 is charged via the resistor R8, and the charged voltage exceeds the potential at the connection point of the resistors R6 and R7, and the comparator CP1. The signal level of the output of becomes a high level, turning off the transistor Q4. At this time, the transistor Q1 is turned off, and the energization of the sensing element A to the heater electrode 21 is stopped.
[0025]
Further, in normal times, when the output of the output port O1 of the microcomputer 3 becomes low level for a predetermined time, the transistor Q1 is turned on and the heater combined electrode 21 of the sensing element A is energized. On the other hand, when the output of the output port O1 of the microcomputer 3 becomes low level, the charge charged in the capacitor C0 of the protection circuit 5 is discharged through the resistor R8, and the voltage at both ends of the capacitor 3 decreases. Due to the time constant, the voltage across the capacitor C0 does not fall below the potential at the connection point of the resistors R6 and R7 until the predetermined time elapses. Therefore, the output of the comparator CP1 remains low until the predetermined time elapses. The transistor Q4 is kept off. Therefore, the transistor Q1 is turned on, and the heater combined electrode 21 is energized.
[0026]
Thereafter, at the normal time, when the predetermined time ends, the microcomputer 3 sets the output port O1 to the high level to turn off the transistor Q1 and stop the energization to the heater electrode 21.
[0027]
In this way, by performing duty control to energize the heater combined electrode 21 for a predetermined time every predetermined period, the average value of the voltage applied to the heater combined electrode 21 is set to about 0.9 V, and the gas sensitive body 20 is set to about 400 ° C. The high temperature period during which the gas sensitive body 20 is heated to about 60 ° C. can be alternately set with the average value of the voltage applied to the heater serving electrode 21 being about 0.2 V (see FIG. 2). ).
[0028]
By the way, FIG. 3 has shown the response characteristic with respect to various gas at the time of heating at low temperature, after heating the temperature of the gas sensitive body 20 to high temperature for 5 second by controlling the heating to the heater combined electrode 21, The horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents the resistance value Rs (kΩ) of the gas sensitive body 20. In FIG. 3, (x) is the measurement result for the atmosphere, B (♦) is the measurement result for 100 ppm carbon monoxide, C (◇) is the measurement result for 300 ppm carbon monoxide, and D (●) is for 1000 ppm methane. Measurement results: E (◯) is the measurement result for 3000 ppm of methane, F (▲) is the measurement result for 3000 ppm of hydrogen gas, G (△) is the measurement result for 6000 ppm of hydrogen gas, and Z (▼) is 100 ppm monoxide Measurement results for a mixed gas of carbon and 50 ppm hydrogen gas, Li (▽) is a measurement result for a mixed gas of 100 ppm carbon monoxide and 5000 ppm hydrogen gas, Nu (■) is 3000 ppm methane and 5000 ppm The measurement results for the mixed gas in which hydrogen gas is mixed are shown. As is clear from this measurement result, in the case of a high-concentration hydrogen gas or a mixed gas containing hydrogen gas, about 0.5 seconds have elapsed from the time when the high-temperature period is switched to the low-temperature period (see FIG. 3). The resistance value of the gas sensitive body 20 at point B) Is low The presence or absence of hydrogen gas is detected by detecting the resistance value at this point.
[0029]
Here, the alarm determination operation of the microcomputer 3 will be described with reference to the flowchart of FIG. In the high temperature period, the microcomputer 3 sets the output of the output port O21 to the high level and turns on the transistor Q21, so that the resistance detection electrode 22 of the sensing element A and one heater combined electrode 21 are connected via the load resistor R21. A predetermined detection voltage is applied. Then, immediately before switching from the high temperature period to the low temperature period (about 4 to 5 seconds after the start of the high temperature period) (point A in FIG. 3), the microcomputer 3 takes in the voltage across the gas sensitive body 20 to the input port I1, Temperature compensation is performed based on the divided voltage of the thermistor TH1 and the resistor R25 taken in from the input port I2, and the resistance value of the gas sensitive body 20 at the end of the high temperature period is detected, and the methane concentration is detected from this resistance value. . And the microcomputer 3 is performing the alarm determination with respect to methane by comparing the density | concentration of the methane calculated | required from the resistance value of the gas sensitive body 20, and the preset alarm level, and detected (S11). If the methane concentration exceeds the alarm level, a gas leak alarm is issued (S15). At this time, the microcomputer 3 sets the predetermined output ports O3 to O5 to the low level, turns on or blinks the corresponding light emitting diodes LED1 to LED3, and sets the output ports O6 to O7 to the low level, thereby corresponding photocouplers. PC1 or PC2 is turned on, and a predetermined voltage signal is output from the stabilization circuit 4 to the outside. Further, the microcomputer 3 alternately reverses the outputs of the output ports O8 and O9 and sounds the buzzer 6 to issue an alarm.
[0030]
On the other hand, if the detected methane concentration is lower than the alarm level, the microcomputer 3 detects that both ends of the gas sensitive body 20 have passed after about 0.5 seconds have elapsed since switching to the low temperature period (point B in FIG. 3). The voltage is taken into the input port I1, temperature compensation is performed to determine the resistance value of the gas sensitive body 20, and the concentration of hydrogen gas is detected from this resistance value. And the microcomputer 3 determines the presence or absence of hydrogen gas by comparing the level of the hydrogen gas calculated | required from the resistance value of the gas sensitive body 20, and the predetermined level (S12).
[0031]
Here, if the concentration of the hydrogen gas detected in S12 is lower than the predetermined level, the microcomputer 3 determines that there is no hydrogen gas, and immediately before switching from the low temperature period to the high temperature period (about 15 seconds after the start of the low temperature period, The voltage at both ends of the gas sensitive body 20 is read from the input port I1 at point C in FIG. 3, temperature compensation is performed to determine the resistance value of the gas sensitive body 20, and the concentration of carbon monoxide is detected from this resistance value. And the microcomputer 3 is performing the alarm determination with respect to carbon monoxide by comparing the level of the carbon monoxide calculated | required from the resistance value of the gas sensitive body 20, and the alarm level (S13), and the detected density | concentration When the alarm level exceeds the alarm level, an incomplete combustion alarm is issued (S16). At this time, the microcomputer 3 sets the predetermined output ports O3 to O5 to the low level, turns on or blinks the corresponding light emitting diodes LED1 to LED3, sets the output ports O6 to O7 to the low level, and sets the corresponding photocoupler PC1. Alternatively, the PC 2 is turned on, and a predetermined voltage signal is output from the stabilization circuit 4 to the outside. Further, the microcomputer 3 alternately reverses the outputs of the output ports O8 and O9 and sounds the buzzer 6 to issue an alarm. On the other hand, if the concentration of carbon monoxide detected in S13 is lower than the alarm level, the microcomputer 3 does not issue an alarm and continues the monitoring operation (S17).
[0032]
If the concentration of hydrogen gas detected in S12 exceeds a predetermined level, the microcomputer 3 determines that hydrogen gas is present, and at the end of the low temperature period when the sensitivity to hydrogen gas is high and stable (detection of carbon monoxide). At point), an alarm judgment for hydrogen gas is performed. That is, immediately before switching from the low temperature period to the high temperature period (about 15 seconds after the start of the low temperature period), the voltage across the gas sensitive body 20 is read from the input port I1, and temperature compensation is performed to obtain the resistance value of the gas sensitive body 20. The concentration of hydrogen gas is detected from this resistance value. Then, the microcomputer 3 performs an alarm determination for the hydrogen gas by comparing the hydrogen gas concentration obtained from the resistance value of the gas sensitive body 20 with the alarm level (S14). When the concentration exceeds the alarm level, a gas leak alarm is issued (S15). At this time, the microcomputer 3 sets the predetermined output ports O3 to O5 to the low level, turns on or blinks the corresponding light emitting diodes LED1 to LED3, and sets the output ports O6 to O7 to the low level, thereby corresponding photocouplers. PC1 or PC2 is turned on, and a predetermined voltage signal is output from the stabilization circuit 4 to the outside. Further, the microcomputer 3 alternately reverses the outputs of the output ports O8 and O9 and sounds the buzzer 6 to issue an alarm. On the other hand, if the hydrogen gas concentration detected in S14 is lower than the alarm level, the microcomputer 3 does not issue an alarm and continues the monitoring operation (S17). At the time when about 1 second has elapsed since switching to the low temperature period (after the determination of the presence or absence of hydrogen gas), the microcomputer 3 sets the output of the output port O21 to low and the output of the output port O22 to high. By turning off the transistor Q21 and turning on the transistor Q22, a predetermined detection voltage is applied between the resistance detection electrode 22 of the sensing element A and one heater combined electrode 21 via the load resistor R22. The microcomputer 3 performs an alarm operation for hydrogen or carbon monoxide at the end of the low temperature period. After performing either alarm operation, the microcomputer 3 performs an incomplete combustion alarm operation for detecting carbon monoxide, You may make it perform the gas leak alarm operation | movement which detects gas alternately.
[0033]
As described above, in the gas detection device of the present embodiment, the alarm operation for the methane gas is performed at the end of the high temperature period, and the alarm operation for the carbon monoxide gas is performed at the end of the low temperature period. The presence or absence of hydrogen gas is judged during the period when the hydrogen gas is discriminative immediately after switching to, and if hydrogen gas is present, the hydrogen gas alarm is detected in the second half of the low temperature period when the sensitivity to hydrogen gas is high and stable. Since the determination is performed, one gas sensitive body 20 can have a gas leak alarm function for detecting methane and hydrogen and an incomplete combustion alarm function for detecting carbon monoxide gas. For gas lighter than air stipulated in the “Regulation for Inspection of Gas Alarms for City Gas (JIA E 001-99)” by the Equipment Inspection Association (12A, 13A lighter than air) It is possible to realize a gas detector of the excluded) one for scan.
[0034]
In this circuit, the variable resistors VR1 and VR2 can be used to adjust the gas concentration when the alarm is issued in the high temperature period and the low temperature period. Therefore, the temperature of the high temperature period and the low temperature period can be adjusted by one thermistor TH1. Compensation can be performed. In addition, in this circuit, the load resistors R21 and R22 connected to the sensing element A are switched every time each detection target gas (carbon monoxide gas, methane gas, and hydrogen gas) is detected, and the load resistance is changed according to the detection target gas. By appropriately setting the resistance values of R21 and R22, different types of gases can be detected with high accuracy. For example, in this embodiment, the load resistance R21 for detecting methane gas is used during the high temperature period, and the load resistance for detecting methane gas is 1 second (period for determining the presence or absence of hydrogen gas) immediately after switching from the high temperature period to the low temperature period. R21 is also used for hydrogen gas detection, and a load resistance R22 for detecting carbon monoxide gas is used in the subsequent low temperature period.
[0035]
In this embodiment, the concentration of hydrogen gas is detected at the end of the low temperature period to determine the gas leak alarm, but the timing for detecting hydrogen gas is not limited to the end of the low temperature period, As long as the sensitivity to hydrogen gas is stable in the latter half of the low temperature period, the hydrogen gas may be detected at any timing. Further, as can be seen from the data in FIG. 3, since the sensitivity to hydrogen gas is high and stable in the second half of the high temperature period, the resistance value Rs of the gas sensitive body 20 in the second half of the high temperature period is detected. The presence or absence of hydrogen gas may be detected from the resistance value Rs, or the resistance value Rs of the gas sensitive body 20 is detected both in the second half of the low temperature period and in the second half of the high temperature period, and hydrogen is detected from the resistance value Rs. The presence or absence of gas may be detected.
[0036]
In addition, methane gas is detected at the end of the high temperature period and a gas leak alarm is determined.At the end of the low temperature period, carbon monoxide gas is detected and an incomplete combustion alarm is determined. The timing for performing the incomplete combustion alarm is not limited to the end of the high temperature period and the low temperature period, and a gas leak alarm and an incomplete combustion alarm may be performed during the high temperature period and the low temperature period.
[0037]
By the way, in the circuit configuration of the present embodiment, when the microcomputer 3 runs away due to external noise or the like and the output port O1 of the microcomputer 3 is fixed at a low level, the charge charged in the capacitor C0 of the protection circuit 5 is changed to the resistor R8. And the voltage across the capacitor C0 eventually falls below the potential at the connection point of the resistors R6 and R7, so that the output of the comparator CP1 is inverted from the high level to the low level, turning on the transistor Q4 and turning on the base of the transistor Q1. The potential is raised to the power supply voltage to forcibly turn off the transistor Q1. Therefore, even if the microcomputer 3 runs away, the protection circuit 5 forcibly turns off the transistor Q1 and forcibly stops energization of the heater combined electrode 21, so that the heater combined electrode 21 is energized more than necessary. By appropriately setting the time constants of the capacitor C0 and the resistor R8, disconnection of the heater combined electrode 21 due to the runaway of the microcomputer 3 can be prevented.
[0038]
Note that the time settings for the high temperature period and the low temperature period may be set to appropriate values depending on the heat capacity of the sensing element A and the like. Although not particularly limited to the above values, the high temperature period is about 5 seconds and the low temperature period is about 15 seconds. The detection cycle can be set to 20 seconds or less, and the “Gas Alarm Inspection Rules for City Gas (JIA E 001-99)” or “Incomplete” It is possible to meet the “combustion alarm inspection regulations”.
[0039]
Further, as shown in FIG. 7, a gas flows into the sensing element A from the outside by attaching a cylindrical cap 16 having a ceiling surface to which an external filter 17 made of activated carbon is attached to the cover 13. An external filter 17 is arranged in the path, and alcohol vapor that is miscellaneous gas or silicon that is poisonous gas - Is removed by an external filter 17 to reduce the alcohol sensitivity of the sensing element A, and - The sensing element A is protected from poisonous substances such as hydrogen, and the sensing element A - It can be made less susceptible to the effects of steam. In this embodiment, the external filter 17 made of activated carbon is used. However, the material of the external filter 17 is not limited to activated carbon, and the material of the external filter 17 is silica gel (SiO 2). ₂ ), Or a combination of activated carbon and silica gel.
[0040]
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The gas detection device of the present embodiment is a gas detection device used for natural gas (12A, 13A gas lighter than air), and the configuration and operation of the gas detection device other than the alarm operation of the microcomputer 3 are the same as those of the first embodiment. Therefore, only different parts will be described below.
[0041]
Similarly to the first embodiment, the microcomputer 3 performs duty control to energize the heater combined electrode 21 for a predetermined time every predetermined period, thereby making the average value of the voltage applied to the heater combined electrode 21 about 0.9V. A high temperature period for heating the gas body 20 to about 400 ° C. and a low temperature period for heating the gas body 20 to about 60 ° C. with an average value of the voltage applied to the heater serving electrode 21 being about 0.2 V are alternately provided. (See FIG. 2).
[0042]
Here, the alarm determination operation of the microcomputer 3 will be described with reference to the flowchart of FIG. In the high temperature period, the microcomputer 3 sets the output of the output port O21 to the high level and turns on the transistor Q21, so that the resistance detection electrode 22 of the sensing element A and one heater combined electrode 21 are connected via the load resistor R21. A predetermined detection voltage is applied. Then, immediately before switching from the high temperature period to the low temperature period (after about 4 to 5 seconds after the start of the high temperature period), the microcomputer 3 takes in the voltage across the gas sensitive body 20 to the input port I1 and the thermistor TH1 taken in from the input port I2. Further, temperature compensation is performed based on the divided voltage of the resistor R25, and the resistance value Rch of the gas sensitive body 20 at the end of the high temperature period is detected (S21).
[0043]
Next, when about 0.5 seconds have elapsed since switching to the low temperature period, the microcomputer 3 takes in the voltage across the gas sensitive body 20 to the input port I1, performs temperature compensation, and sets the resistance value of the gas sensitive body 20 to the resistance value. The hydrogen gas concentration is detected from this resistance value. Then, the microcomputer 3 determines the presence or absence of hydrogen gas by comparing the hydrogen gas concentration obtained from the resistance value of the gas sensitive body 20 with a predetermined level, and the alarm level is determined according to the presence or absence of hydrogen gas. The coefficients Kh1 and Kh2 are determined (S22).
[0044]
Thereafter, immediately before switching from the low temperature period to the high temperature period (about 15 seconds after the start of the low temperature period), the microcomputer 3 reads the voltage across the gas sensitive body 20 from the input port I1, performs temperature compensation, and ends the low temperature period. The resistance value Rco of the gas sensitive body 20 is detected (S23).
[0045]
When the microcomputer 3 detects the resistance values Rch and Rco of the gas sensitive body 20 at the end of the high temperature period and the low temperature period, first, the resistance value Rch at the end of the high temperature period is multiplied by a coefficient Kh1 (Rch × Kh1). Is compared with a preset methane threshold Ralch to determine whether the methane concentration has exceeded the alarm level (S24), and the detected value (Rch × Kh1) is smaller than the threshold Ralch. When this happens (that is, when the methane concentration exceeds the alarm level), a gas leak alarm is issued (S25). At this time, the microcomputer 3 sets the predetermined output ports O3 to O5 to the low level, turns on or blinks the corresponding light emitting diodes LED1 to LED3, and sets the output ports O6 to O7 to the low level, thereby corresponding photocouplers. PC1 or PC2 is turned on, and a predetermined voltage signal is output from the stabilization circuit 4 to the outside. Further, the microcomputer 3 alternately reverses the outputs of the output ports O8 and O9 and sounds the buzzer 6 to issue an alarm.
[0046]
On the other hand, if the detected value (Rch × Kh1) is equal to or greater than the threshold value Ralch in S24, the microcomputer 3 is preset with a value (Rco × Kh2) obtained by multiplying the resistance value Rco at the end of the low temperature period by the coefficient Kh2. By comparing the level of carbon monoxide with the threshold value Ralco, it is determined whether or not the concentration of carbon monoxide has exceeded the alarm level (S26), and when the detected value (Rco × Kh2) becomes smaller than the threshold value Ralco ( In other words, when the concentration of carbon monoxide exceeds the alarm level, incomplete combustion is reported (S27). At this time, the microcomputer 3 sets the predetermined output ports O3 to O5 to the low level, turns on or blinks the corresponding light emitting diodes LED1 to LED3, and sets the output ports O6 to O7 to the low level, thereby corresponding photocouplers. PC1 or PC2 is turned on, and a predetermined voltage signal is output from the stabilization circuit 4 to the outside. Further, the microcomputer 3 alternately reverses the outputs of the output ports O8 and O9 and sounds the buzzer 6 to issue an alarm. On the other hand, if the detected value (Rco × Kh2) is greater than or equal to the threshold value Ralco in S26, the microcomputer 3 does not issue an alarm signal, returns to S21, and continues the monitoring operation (S28).
[0047]
By the way, if the microcomputer 3 determines in step S22 that hydrogen gas is present and determines that hydrogen gas is not present, the microcomputer 3 sets, for example, 1 as the coefficient Kh2, and if it is determined that hydrogen is present, the coefficient Kh2 Is set to a value larger than 1. Therefore, when hydrogen gas is present, the alarm level for methane and carbon monoxide is higher than when no hydrogen gas is present, and the sensitivity is substantially reduced. It is possible to prevent a gas leak alarm and an incomplete combustion alarm from being issued, and to improve the accuracy of the alarm.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the first aspect of the present invention provides a gas sensitive body whose resistance value changes by adsorbing a gas, a heater for heating the gas sensitive body, and the detection target gas obtained from the resistance value of the gas sensitive body. A control unit that performs alarm determination by comparing the concentration and the alarm level, and the control unit controls energization to the heater to make the temperature of the gas sensitive body high and low. A low temperature period is provided alternately, and the gas leak alarm is determined by detecting the concentration of methane gas during the high temperature period of the gas sensitive body, and the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion is detected during the low temperature period. If the concentration of hydrogen gas detected during the period when the complete combustion alarm is determined and the hydrogen gas is discriminating at the time of switching to the low temperature period exceeds a predetermined level, the second half of the low temperature period when the sensitivity to hydrogen gas is stable or High At least one of the latter half of the period is characterized by detecting the concentration of hydrogen gas and performing a gas leak alarm determination. During the period when the gas sensor is discriminating with respect to hydrogen gas at the time of switching to the low temperature period, The presence or absence of hydrogen gas is determined from the resistance value. If hydrogen gas is present, an alarm is determined for hydrogen gas in at least one of the second half of the low temperature period and the second half of the high temperature period when the sensitivity to hydrogen gas is stable. Therefore, there is an effect that hydrogen gas can be detected with high accuracy. Therefore, a gas leak alarm function for detecting methane gas and hydrogen gas and an incomplete combustion alarm function for detecting carbon monoxide gas can be provided in one gas sensitive body. The effect is that it is possible to realize gas alarms for gases that are lighter than air (excluding those for 12A and 13A gases that are lighter than air) stipulated in the “Gas Alarm Inspection Regulations for City Gas (JIA E 001-99)” is there.
[0049]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a gas sensitive body whose resistance value is changed by adsorbing a gas, a heater for heating the gas sensitive body, a concentration of the detection target gas determined from the resistance value of the gas sensitive body, and an alarm level. A control unit that performs alarm judgment by comparing the levels of the gas, and the control unit controls energization to the heater to alternately switch the high temperature period during which the temperature of the gas sensing body is high and the low temperature period during which the temperature is low. The gas detector detects the concentration of methane gas during the high temperature period of the gas sensor and performs a gas leak alarm determination, and also detects the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion during the low temperature period to determine the incomplete combustion alarm. If the hydrogen gas concentration detected during the period when it is performed and switched to the low temperature period exceeds the predetermined level, the gas leak alarm and incomplete combustion alarm alarm levels will malfunction due to hydrogen gas. If there is hydrogen gas, it is characterized by correcting each so as to prevent it, judging the presence or absence of hydrogen gas from the resistance value of the gas sensitive body during the period of discrimination against hydrogen gas at the time of switching to a low temperature period Since the alarm levels of the gas leak alarm and the incomplete combustion alarm are corrected, it is possible to prevent erroneous detection due to hydrogen even when hydrogen, which is a miscellaneous gas, and to improve the accuracy of the alarm. effective.
[0050]
The invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the period of the high temperature period and the low temperature period is about 60 seconds or less, and is defined as “for city gas” regulated by the Japan Gas Appliances Inspection Association. There is an effect that the “gas alarm inspection rules” and “incomplete combustion alarm inspection rules” can be satisfied.
[0051]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the control unit applies a predetermined voltage to the gas sensitive body via a load resistance, and detects the resistance value of the gas sensitive body from the voltage generated in the gas sensitive body. It is characterized by switching the resistance value of the load resistance for each gas detection, and by setting the resistance value of the load resistance appropriately, the optimum voltage is applied to the gas sensor and different types of gas are accurately detected. There is an effect that it can be detected well.
[0052]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a temperature sensor for detecting an ambient temperature according to the first to fourth aspects of the present invention, and the controller controls the resistance value of the gas sensitive body during the high temperature period and the low temperature period based on the output of the temperature sensor. The control unit compensates the resistance of the gas sensing element based on the output of the temperature sensor, so that the gas to be detected can be detected accurately in the high temperature period and the low temperature period. There is an effect that temperature compensation can be performed in a high temperature period and a low temperature period with one temperature sensor.
[0053]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the gas flow from the outside to the gas sensitive body is changed to a gas flow from the gas contacting the gas sensitive body to alcohol vapor or silicon. - The invention according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to claim 6, the filter is made of activated carbon or silica gel, and the gas sensitive body is formed by the filter layer. Alcohol vapor or silico from gas in contact with - Since the steam is removed, the alcohol sensitivity of the gas sensitive body can be reduced, and the poisonous silicon - The gas sensitive body can be protected from steam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a gas detection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation described above.
FIG. 3 is a diagram showing responsiveness to various gases.
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the above.
FIG. 5 is a front view of the gas detection element used in the same state with the cover removed.
6A and 6B show the gas detection element according to the embodiment, in which FIG. 6A is a front view partially broken and FIG. 6B is a top view partially broken;
7A and 7B show another gas detection device according to the first embodiment, wherein FIG. 7A is a partially cutaway sectional view, and FIG. 7B is a bottom view.
FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the gas detection device according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
A Sensing element
3 Microcomputer
21 Heater combined electrode
22 Resistance detection electrode

Claims

By comparing the gas sensor whose resistance value changes by adsorbing gas, the heater that heats the gas sensor, and the concentration and alarm level of the detection target gas determined from the resistance value of the gas sensor A control unit that performs alarm determination, the control unit controls energization to the heater, and alternately provides a high temperature period in which the temperature of the gas sensitive body is high and a low temperature period in which the temperature of the gas sensitive body is low. In addition to detecting the concentration of methane gas in the high temperature period and making a gas leak warning determination, detecting the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion in the low temperature period to make an incomplete combustion alarm determination, and in the low temperature period When the concentration of hydrogen gas detected during the period when the hydrogen gas is discriminated at the time of switching exceeds a predetermined level, at least one of the second half of the low temperature period and the second half of the high temperature period when the sensitivity to hydrogen gas stabilizes Meanwhile detecting the concentration of hydrogen gas in and gas detection apparatus which is characterized in that a gas leak alarm determination.

By comparing the gas sensor whose resistance value changes by adsorbing gas, the heater that heats the gas sensor, and the concentration and alarm level of the detection target gas determined from the resistance value of the gas sensor A control unit that performs alarm determination, the control unit controls energization to the heater, and alternately provides a high temperature period in which the temperature of the gas sensitive body is high and a low temperature period in which the temperature of the gas sensitive body is low. In addition to detecting the concentration of methane gas in the high temperature period and making a gas leak warning determination, detecting the concentration of carbon monoxide gas generated during incomplete combustion in the low temperature period to make an incomplete combustion alarm determination, and in the low temperature period If the hydrogen gas concentration detected during the period when the hydrogen gas is discriminated at the time of switching exceeds a predetermined level, the alarm level of the gas leak alarm and incomplete combustion alarm is adjusted to prevent malfunction due to hydrogen gas. Gas detecting apparatus, characterized by respective correction.

The gas detection device according to claim 1 or 2, wherein a cycle of the high temperature period and the low temperature period is approximately 60 seconds or less.

The control unit applies a predetermined voltage to the gas sensitive body via the load resistance, detects the resistance value of the gas sensitive body from the voltage generated in the gas sensitive body, and determines the resistance value of the load resistance for each gas detection. The gas detection device according to claim 1, wherein the gas detection device is switched.

The temperature sensor which detects ambient temperature is provided, Based on the output of this temperature sensor, the said control part performs temperature compensation of the resistance value of a gas sensitive body in a high temperature period and a low temperature period. Gas detection device.

A gas flow path to the gas-sensitive body from the outside, the gas detection apparatus of claims 1 to 5, wherein in that a filter for removing alcohol vapor or silicone over emissions vapors from the gas in contact with the gas-sensitive body.

The gas detection device according to claim 6, wherein the filter is made of activated carbon or silica gel.