JP4871776B2 - Gas detection device and gas detection method - Google Patents

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本発明は、接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検知装置およびガス検知方法に関し、接触燃焼式ガスセンサの経年変化に対する補正に関するものである。   The present invention relates to a gas detection device and a gas detection method using a catalytic combustion type gas sensor, and relates to correction for secular change of the catalytic combustion type gas sensor.

従来知られている接触燃焼式ガスセンサは、感応素子部と補償素子部を有し、検知すべきガスを感応素子部の触媒作用により燃焼させ、この燃焼熱を白金コイルの抵抗値変化として捉えるように構成されている。検知すべきガスのうちトルエン、酢酸やエタノール等のように、極性が大きく吸着力の大きなガスは、低温駆動時に、ガス分子が感応素子部の触媒表面に吸着し、高温駆動時に、吸着したガスが瞬時に燃焼すると共に接触燃焼反応も同時に起こるので、センサ出力は、短時間でピークに達しその後徐々に減少するピーク波形を生じる。一方、メタン、水素や一酸化炭素等の無極性または極性の小さいガスは、吸着力も小さいので上記のような現象は起こらず、センサ出力は、定常値で安定するまで徐々に増加していく。   A conventionally known catalytic combustion type gas sensor has a sensitive element part and a compensating element part, and burns the gas to be detected by the catalytic action of the sensitive element part, and captures this combustion heat as a change in the resistance value of the platinum coil. It is configured. Among gases to be detected, gases with high polarity and large adsorption power, such as toluene, acetic acid, ethanol, etc., are adsorbed when the gas molecules are adsorbed on the catalyst surface of the sensitive element when driven at low temperatures and when driven at high temperatures. Burns instantaneously and the catalytic combustion reaction occurs simultaneously, so that the sensor output has a peak waveform that reaches a peak in a short time and then gradually decreases. On the other hand, a nonpolar or small polarity gas such as methane, hydrogen, or carbon monoxide has a small adsorption power, so the above phenomenon does not occur, and the sensor output gradually increases until it stabilizes at a steady value.

このように、トルエン等の特定種類のガスにおいて固有のピーク波形を呈することを利用して、接触燃焼式ガスセンサを用いてガス濃度の検知ばかりでなくガス種を分別することができる。このような特定種類のガスの吸着現象を利用する接触燃焼式ガスセンサは、吸着燃焼式ガスセンサとも呼ばれている。   As described above, by utilizing a specific peak waveform in a specific type of gas such as toluene, it is possible not only to detect the gas concentration but also to classify the gas type using a catalytic combustion type gas sensor. Such a catalytic combustion type gas sensor that utilizes an adsorption phenomenon of a specific type of gas is also called an adsorption combustion type gas sensor.

一方、ガスセンサは、経年変化を起こし、次第にセンサ出力が変化する。このような経年変化を補正するために、たとえば、特開２００６−１９４７７６号公報や特開平７−２７０３１５号公報等に見られるように、種々の方法が提案されている。   On the other hand, the gas sensor undergoes secular change, and the sensor output gradually changes. In order to correct such a secular change, various methods are proposed as seen in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-194776 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-270315.

特開２００６−１９４７７６号公報に開示されているガスクロマトグラフ装置は、ガス分離カラムの排気側に設けられた半導体ガスセンサからなる検出器３０と、演算処理部３３を備えている。演算処理部３３は、校正モードにおいて、検出器３０の出力のピークから求めた検出対象ガス成分のガス濃度が、入力部３８を用いて入力された校正用ガスのガス濃度と一致するように出力を補正する校正計算式を求め、検出モードにおいては全ての検出対象ガス成分について、検出器３０の出力のピークを上記校正計算式を用いて補正して、メモリ３３ａに記憶された検量線データから補正後の検出出力に対応するガス濃度を求めている。   The gas chromatograph apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-194776 includes a detector 30 including a semiconductor gas sensor provided on the exhaust side of a gas separation column, and an arithmetic processing unit 33. In the calibration mode, the arithmetic processing unit 33 outputs so that the gas concentration of the detection target gas component obtained from the peak of the output of the detector 30 matches the gas concentration of the calibration gas input using the input unit 38. A calibration calculation formula is corrected, and in the detection mode, the peak of the output of the detector 30 is corrected using the calibration calculation formula for all the detection target gas components, and the calibration curve data stored in the memory 33a is used. The gas concentration corresponding to the detection output after correction is obtained.

また、特開平７−２７０３１５号公報に開示されている制御装置では、被制御装置５０を制御するための被検知出気体の濃度を大気中で計測し計測濃度ａを出力する計測センサ２０を設けると共に、被検知出気体を含まない大気中における同種気体の濃度を計測し、大気ベース濃度ｂを出力する基準計測センサ２５を設け、制御手段１０により計測濃度ａから大気ベース濃度ｂを減算して経年変化が補正された制御用濃度ｃを得るようにして信頼性を向上させている。
特開２００６−１９４７７６号公報 特開平７−２７０３１５号公報 In addition, the control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-270315 is provided with a measurement sensor 20 that measures the concentration of the detected outgas for controlling the controlled device 50 in the atmosphere and outputs the measured concentration a. At the same time, a reference measurement sensor 25 for measuring the concentration of the same kind of gas in the atmosphere that does not contain the detected output gas and outputting the atmosphere base concentration b is provided, and the control means 10 subtracts the atmosphere base concentration b from the measurement concentration a. The reliability is improved by obtaining the control density c in which the secular change is corrected.
JP 2006-194776 A JP-A-7-270315

しかしながら、特開２００６−１９４７７６号公報に開示されている経年変化補正方式では、校正用のガスを用いてセンサの感度低下量を測定し、その変化に応じた校正計算式を用いることで、センサ出力を補正しているが、この方式では、校正期間中は通常の測定を行うことができないことに加えて校正用の標準ガスを必要とし、被検知出ガスの流路を切り換える構造も必要となっている。そのため、構造が複雑で小型化が困難であり、換気システムなど小型で連続モニタを必須とする用途には不向きである。   However, in the aging correction method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-194976, the amount of decrease in sensitivity of the sensor is measured using a calibration gas, and a calibration calculation formula corresponding to the change is used, whereby the sensor Although the output is corrected, this method requires a standard gas for calibration during the calibration period, and also requires a structure that switches the flow path of the detected output gas. It has become. Therefore, the structure is complicated and it is difficult to reduce the size, and it is not suitable for a small-sized application such as a ventilation system that requires a continuous monitor.

また、特開平７−２７０３１５号公報に開示されている経年変化補正方式では、被検知出気体を含まない大気中に置かれた基準センサの出力と被検知出気体中に置かれた計測センサの出力を減算することで、センサの経年変化による出力変動を補正している。   Further, in the aging correction method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-270315, the output of a reference sensor placed in the atmosphere that does not contain the detected outgas and the measurement sensor placed in the detected outgas. By subtracting the output, output fluctuation due to aging of the sensor is corrected.

しかし、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）ガス等を検出する吸着燃焼式ガスセンサは、被検知出気体を吸着し燃焼させることにより、触媒表面に付着した燃えかすやシリコーン被毒による経年変化が発生する。したがって、特開平７−２７０３１５号公報に開示されている経年変化補正方式と同様の方法では、被検知出気体を含む大気中に置かれたガスセンサのみに、燃えかすやシリコーン被毒による経年変化が発生することになり、補正することができない。   However, an adsorption combustion type gas sensor that detects a VOC (volatile organic compound) gas or the like adsorbs and combusts a gas to be detected, and causes secular change due to debris or silicone poisoning attached to the catalyst surface. Therefore, in the same method as the aging correction method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-270315, only the gas sensor placed in the atmosphere including the detected outgas is subject to aging due to burnout or silicone poisoning. Will occur and cannot be corrected.

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、ＶＯＣなどの吸着性のガスを接触燃焼式ガスセンサで検出する際に、ガスセンサの経年変化によるセンサ感度の変化を良好に補正することができるガス検知装置およびガス検知方法を提供することを目的としている。   Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides a gas detection device that can satisfactorily correct a change in sensor sensitivity due to a secular change of a gas sensor when an adsorptive gas such as VOC is detected by a catalytic combustion type gas sensor. It aims to provide a gas detection method.

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明のガス検知装置は、図１の基本構成図に示すように、被検知ガスが吸着した状態において前記被検知ガスが燃焼する燃焼温度に加熱された時に前記被検知ガスの濃度を計測すると共に、前記被検知ガスが吸着していない状態において前記燃焼温度に加熱された時にエアベース濃度を計測する接触燃焼式ガスセンサ４１と、前記接触燃焼式ガスセンサ４１で計測された前記被検知ガスの濃度を表す計測濃度出力を取得すると共に、前記接触燃焼式ガスセンサ４１で計測された前記エアベース濃度を表すエアベース濃度出力を取得する濃度出力取得手段１１ａと、経時量と前記エアベース濃度出力の関係、および経時量とセンサ感度の関係を予め記憶する記憶手段１２と、前記濃度出力取得手段１１ａで取得された前記計測濃度出力Ｖｇと前記エアベース濃度出力の差が予め決められた一定値以下の場合に、前記濃度出力取得手段１１ａで取得された前記エアベース濃度出力と、前記記憶手段１２に予め記憶されている経時量と前記エアベース濃度出力の関係とに基づいて経時量を取得する経時量取得手段１１ｂと、前記経時量取得手段１１ｂで取得された前記経時量と、前記記憶手段１２に予め記憶されている経時量とセンサ感度の関係とに基づいてセンサ感度を求めるセンサ感度取得手段１１ｃと、前記濃度出力取得手段１１ａで取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力の差に、前記センサ感度取得手段１１ｃで取得された前記センサ感度の補正を行って前記被検知ガスの検知濃度を取得する検知濃度取得手段１１ｄと、を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the gas detector according to the first aspect of the present invention has a combustion temperature at which the detected gas burns in a state where the detected gas is adsorbed as shown in the basic configuration diagram of FIG. A catalytic combustion gas sensor 41 that measures the concentration of the detected gas when heated, and measures the air base concentration when heated to the combustion temperature in a state where the detected gas is not adsorbed; and the catalytic combustion Concentration output acquisition means for acquiring a measured concentration output representing the concentration of the detected gas measured by the gas sensor 41 and obtaining an air base concentration output representing the air base concentration measured by the catalytic combustion gas sensor 41 11a, storage means 12 for storing in advance the relationship between the amount of time and the air base concentration output, and the relationship between the amount of time and the sensor sensitivity, and acquisition of the concentration output When the difference between the measured concentration output Vg acquired at the stage 11a and the air base concentration output is equal to or less than a predetermined value, the air base concentration output acquired by the concentration output acquisition means 11a and the storage A time acquisition unit 11b that acquires a time elapse based on a relationship between a time elapse stored in advance in the unit 12 and the air base concentration output, the time elapse acquired by the time elapse acquisition unit 11b, Sensor sensitivity acquisition means 11c for obtaining sensor sensitivity based on the relationship between the amount of time and sensor sensitivity stored in advance in the storage means 12, the measured concentration output acquired by the concentration output acquisition means 11a, and the air base concentration Detection density acquisition means for correcting the sensor sensitivity acquired by the sensor sensitivity acquisition means 11c to obtain the detection concentration of the gas to be detected. Characterized in that it comprises a 1d, a.

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス検知装置において、前記被検知ガスが吸着するように前記接触燃焼式ガスセンサ４１への通電を第１の通電停止期間の間停止した後に、吸着した前記被検知ガスを燃焼する前記燃焼温度となるように第１の通電期間の間通電し、続いて、前記被検知ガスが吸着しないように前記接触燃焼式ガスセンサ４１への通電を前記第１の通電停止期間より短い第２の通電停止期間の間停止した後に、前記燃焼温度となるように前記第１の通電期間と等しい第２の通電期間の間通電する制御を行う通電制御手段１１ｅをさらに備え、前記濃度出力取得手段１１ａは、前記第１の通電期間の間に前記計測濃度出力を取得し、前記第２の通電期間の間に前記エアベース濃度出力を取得することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 2 is the gas detector according to claim 1, wherein the contact combustion type gas sensor 41 is energized to the first energization so that the gas to be detected is adsorbed. After being stopped for a stop period, energization is performed for a first energization period so as to reach the combustion temperature at which the adsorbed detected gas is combusted, and then the catalytic combustion type so that the detected gas is not adsorbed. After energizing the gas sensor 41 for a second energization stop period shorter than the first energization stop period, energization for a second energization period equal to the first energization period so that the combustion temperature is reached. And a concentration output acquisition unit 11a that acquires the measured concentration output during the first energization period and the air base concentration during the second energization period. Output Characterized in that the Tokusuru.

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項２記載のガス検知装置において、前記濃度出力取得手段１１ａは、前記エアベース濃度出力を積分値または瞬時値として取得することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the gas detector according to claim 2, wherein the concentration output acquisition means 11a acquires the air base concentration output as an integral value or an instantaneous value. It is characterized by.

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項３記載のガス検知装置において、前記濃度出力取得手段１１ａは、前記積分値または瞬時値を複数回取得して平均処理した値を前記エアベース濃度出力として取得することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is the gas detection device according to claim 3, wherein the concentration output acquisition unit 11a acquires the integral value or the instantaneous value a plurality of times and performs an averaging process. A value is acquired as the air base concentration output.

上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明のガス検知方法は、接触燃焼式ガスセンサに被検知ガスが吸着した状態において被検知ガスが燃焼する燃焼温度に加熱された時に被検知ガスの濃度を計測し、計測された前記被検知ガスの濃度を表す計測濃度出力を取得する計測濃度出力取得ステップと、前記被検知ガスが吸着していない状態において前記燃焼温度に加熱された時にエアベース濃度を計測し、計測された前記エアベース濃度を表すエアベース濃度出力を取得するエアベース濃度出力取得ステップと、前記計測濃度取得ステップで取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力取得ステップで取得された前記エアベース濃度出力の差が予め決められた一定値以下の場合に、前記エアベース濃度出力と、記憶手段に予め記憶されている経時量と前記エアベース濃度出力の関係とに基づいて経時量を取得する経時量取得ステップと、前記経時量取得ステップで取得された前記経時量と、前記記憶手段に予め記憶されている経時量とセンサ感度の関係とに基づいてセンサ感度を求めるセンサ感度取得ステップと、前記計測濃度取得ステップで取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力取得ステップで取得された前記エアベース濃度出力の差に、前記センサ感度取得ステップで取得された前記センサ感度の補正を行って前記被検知ガスの検知濃度を取得する検知濃度取得ステップと、を備えていることを特徴とする。   The gas detection method according to claim 5, which has been made to solve the above-described problem, is a gas to be detected when the gas to be detected is heated to a combustion temperature at which the gas to be burned is combusted in a state where the gas to be detected is adsorbed to the catalytic combustion type gas sensor. A measurement concentration output acquisition step for measuring the concentration of the gas to be detected and acquiring a measured concentration output representing the measured concentration of the detected gas; and when the detected gas is not adsorbed, the air is heated to the combustion temperature. An air base concentration output acquisition step for measuring a base concentration and acquiring an air base concentration output representing the measured air base concentration, and the measurement concentration output and the air base concentration output acquisition acquired in the measurement concentration acquisition step. When the difference in the air base concentration output acquired in the step is equal to or smaller than a predetermined value, the air base concentration output is stored in the storage means. A time amount acquisition step of acquiring a time amount based on the relationship between the time amount stored and the air base concentration output; the time amount acquired in the time amount acquisition step; The sensor sensitivity acquisition step for obtaining sensor sensitivity based on the relationship between the elapsed time and the sensor sensitivity, the measurement concentration output acquired in the measurement concentration acquisition step, and the air base concentration output acquisition step A detection concentration acquisition step of correcting the sensor sensitivity acquired in the sensor sensitivity acquisition step to acquire a detected concentration of the detected gas to a difference in air base concentration output, .

請求項１記載の発明のガス検知装置によれば、校正用の標準ガスを必要とせずに、センサと検出回路などの最小の構成で接触燃焼式ガスセンサの経年変化に対する補正を良好に行うことができる。また、小型で校正が簡単である。また、被検知ガスの濃度の連続モニタが可能である。   According to the gas detection device of the first aspect of the present invention, it is possible to satisfactorily correct the secular change of the catalytic combustion type gas sensor with a minimum configuration such as a sensor and a detection circuit without requiring a standard gas for calibration. it can. It is small and easy to calibrate. Further, it is possible to continuously monitor the concentration of the gas to be detected.

請求項２記載の発明のガス検知装置によれば、駆動パルス信号における第１の通電停止期間と第２の通電停止期間の時間長を変える吸着時間差方式を用いて、被検知ガスが存在する雰囲気中でもゼロガス状態に近い状態でエアベース濃度出力の検出をすることができる。   According to the gas detection device of the second aspect of the present invention, the atmosphere in which the gas to be detected exists by using the adsorption time difference method that changes the time length of the first energization stop period and the second energization stop period in the drive pulse signal. In particular, the air base concentration output can be detected in a state close to the zero gas state.

請求項３記載の発明のガス検知装置によれば、エアベース濃度出力の積分値または瞬時値を用いて接触燃焼式ガスセンサの経年変化に対する補正を行うことができる。   According to the gas detection device of the third aspect of the present invention, it is possible to correct the secular change of the catalytic combustion type gas sensor using the integrated value or instantaneous value of the air base concentration output.

請求項４記載の発明のガス検知装置によれば、複数のエアベース濃度出力の積分値または瞬時値の平均値を用いて接触燃焼式ガスセンサの経年変化に対する補正を行うことができる。   According to the gas detection device of the fourth aspect of the present invention, it is possible to correct the secular change of the catalytic combustion type gas sensor using the integrated value or the average value of the instantaneous values of the plurality of air base concentration outputs.

請求項５記載の発明のガス検知方法によれば、校正用の標準ガスを必要とせずに、接触燃焼式ガスセンサの経年変化に対する補正を良好に行うことができる。   According to the gas detection method of the fifth aspect of the present invention, it is possible to satisfactorily correct the secular change of the catalytic combustion type gas sensor without requiring a calibration standard gas.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施の形態に係るガス検知装置１は、図２に示すように、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）１０と、駆動電源２０と、出力部３０と、ガスセンサ部４０とを有している。ＭＣＵ１０には、駆動電源２０、出力部３０およびガスセンサ部４０が接続されている。   As shown in FIG. 2, the gas detection device 1 according to the embodiment of the present invention includes a microcontroller unit (MCU) 10, a drive power supply 20, an output unit 30, and a gas sensor unit 40. A drive power supply 20, an output unit 30, and a gas sensor unit 40 are connected to the MCU 10.

ＭＣＵ１０は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１と、ＣＰＵ１１のためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１２と、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ１１の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１３と、電気的に書き込みおよび消去が可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１４とを有している。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されている駆動制御プログラム等を実行することで、ガスセンサ部４０の駆動制御を行う。   The MCU 10 stores a central processing unit (CPU) 11 that performs various processes and controls according to a predetermined program, a ROM 12 that is a read-only memory that stores programs for the CPU 11, and various data. At the same time, it has a RAM 13 which is a readable / writable memory having an area necessary for processing operations of the CPU 11 and an EEPROM 14 which is an electrically writable and erasable nonvolatile memory. The CPU 11 performs drive control of the gas sensor unit 40 by executing a drive control program or the like stored in the ROM 12.

ＣＰＵ１１は、請求項における濃度出力取得手段（図１の１１ａ）、経時量取得手段（図１の１１ｂ）、センサ感度取得手段（図１の１１ｃ）、検知濃度取得手段（図１の１１ｄ）および通電制御手段（図１の１１ｅ）として働く。ＲＯＭ１２は、請求項における記憶手段として働く。   The CPU 11 includes a concentration output acquisition unit (11a in FIG. 1), an elapsed time acquisition unit (11b in FIG. 1), a sensor sensitivity acquisition unit (11c in FIG. 1), a detected concentration acquisition unit (11d in FIG. 1), and Acts as energization control means (11e in FIG. 1). The ROM 12 serves as storage means in the claims.

駆動電源２０は、既成の商用電源や電池等が用いられ、ガス検知装置１のＭＣＵ１０、ガスセンサ部４０等の各部の動作に必要な直流電力を生成し各部に供給して動作させる。   As the drive power source 20, an existing commercial power source, a battery, or the like is used, and direct current power necessary for the operation of each unit such as the MCU 10 and the gas sensor unit 40 of the gas detection device 1 is generated and supplied to each unit for operation.

出力部３０は、ＭＣＵ１０からの指示に応じて被検知ガスの検知濃度、ガス種等の各種データを出力する。出力部３０は、例えば、検知濃度等を表示する場合はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が用いられ、ガスの種類を色分け、点滅等で表示する場合はＬＥＤおよび駆動回路が用いられる。また、可聴信号にてガス検知結果を出力する場合はブザー、スピーカーおよび出力回路等が用いられる。   The output unit 30 outputs various data such as the detected concentration and gas type of the gas to be detected in response to an instruction from the MCU 10. For example, an LCD (liquid crystal display) is used as the output unit 30 when displaying the detected concentration or the like, and an LED and a drive circuit are used when displaying the type of gas by color, blinking, or the like. Further, when outputting the gas detection result as an audible signal, a buzzer, a speaker, an output circuit, and the like are used.

ガスセンサ部４０は、吸着した被検知ガスに感応したセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサ４１と、該接触燃焼式ガスセンサ４１を駆動する駆動部４２と、センサ出力部４３とを有している。   The gas sensor unit 40 includes a contact combustion gas sensor 41 that outputs a sensor output that is sensitive to the adsorbed gas to be detected, a drive unit 42 that drives the contact combustion gas sensor 41, and a sensor output unit 43.

接触燃焼式ガスセンサ４１は、白金（Ｐｔ）ヒータ上に吸着ガスが燃焼可能な触媒を有する感応素子部Ｒｓと触媒を有さない補償素子部Ｒｒで構成され、両素子部が同一チップ上に構成されており、ＣＰＵ１１から駆動パルス信号が供給されて、低温駆動および高温駆動が交互するように間欠的に駆動される。   The catalytic combustion type gas sensor 41 includes a sensitive element part Rs having a catalyst capable of burning adsorbed gas on a platinum (Pt) heater and a compensating element part Rr having no catalyst, and both element parts are formed on the same chip. The drive pulse signal is supplied from the CPU 11, and the drive is intermittently performed so that the low temperature drive and the high temperature drive are alternated.

具体的には、図３に示すように、感応素子部Ｒｓは、白金（Ｐｔ）ヒータ４１２および白金族、たとえばパラジウム（Ｐｄ）を担持したアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなるＰｄ／Ａｌ2 Ｏ3 触媒層４１３を含み、補償素子部Ｒｒは、白金（Ｐｔ）ヒータ４１４およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）層４１５を含む。 Specifically, as shown in FIG. 3, the sensitive element portion Rs includes a platinum (Pt) heater 412 and Pd / Al 2 O made of alumina (Al 2 O 3 ) carrying a platinum group, for example, palladium (Pd). The compensation element portion Rr includes the three catalyst layers 413 and the platinum (Pt) heater 414 and the alumina (Al 2 O 3 ) layer 415.

詳しくは、図３（Ａ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４１は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１１の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）膜等からなる絶縁薄膜４１８が成膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして白金（Ｐｔ）ヒータ４１２およびＰｄ／Ａｌ2 Ｏ3 触媒層４１３、補償素子部Ｒｒとして白金（Ｐｔ）ヒータ４１４およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）層４１５が形成されている。また、図３（Ｂ）に示すように、異方性エッチングして凹部４１６および４１７を形成して、それぞれ薄膜ダイアフラムＤｓおよびＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。 Specifically, as shown in FIG. 3A, the catalytic combustion type gas sensor 41 includes a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (SiN) film, and a hafnium oxide (HfO) on a silicon (Si) wafer 411. 2 ) An insulating thin film 418 made of a film or the like is formed, on which a platinum (Pt) heater 412 and a Pd / Al 2 O 3 catalyst layer 413 as the sensitive element portion Rs, and a platinum (Pt) heater as the compensating element portion Rr 414 and an alumina (Al 2 O 3 ) layer 415 are formed. Further, as shown in FIG. 3B, the concave portions 416 and 417 are formed by anisotropic etching to form thin film diaphragms Ds and Dr, respectively, thereby reducing the heat capacity.

このように、感応素子部Ｒｓおよび補償素子部Ｒｒは、白金ヒータ４１２，４１４上に触媒層およびアルミナ層を構成し、感応素子部Ｒｓ側の触媒層には被検知ガスが吸着し、補償素子部Ｒｒ側のアルミナ層には被検知ガスが吸着しない構造となっている。そして、ヒータ温度が被検知ガスの燃焼温度まで加熱されると、感応素子部Ｒｓ側に吸着した被検知ガスが燃焼し、補償素子部Ｒｒ側よりも感応素子部Ｒｓ側のヒータ温度が高温になる。そして、白金ヒータ４１２および４１４の抵抗値は、温度に対して一定に増加するため、前述の燃焼による温度差は、白金ヒータ４１２および４１４の抵抗値の差として検出可能となっている。接触燃焼式ガスセンサ４１は、上述の構成により、熱容量が十分に小さく高速応答が可能となっている。   As described above, the sensitive element portion Rs and the compensating element portion Rr constitute the catalyst layer and the alumina layer on the platinum heaters 412 and 414, and the gas to be detected is adsorbed on the catalyst layer on the sensitive element portion Rs side. The alumina layer on the part Rr side has a structure in which the gas to be detected does not adsorb. When the heater temperature is heated to the combustion temperature of the detected gas, the detected gas adsorbed on the sensitive element portion Rs side burns, and the heater temperature on the sensitive element portion Rs side is higher than the compensating element portion Rr side. Become. Since the resistance values of the platinum heaters 412 and 414 increase constantly with respect to the temperature, the temperature difference due to the combustion described above can be detected as a difference in resistance values of the platinum heaters 412 and 414. The catalytic combustion type gas sensor 41 has a sufficiently small heat capacity and a high-speed response due to the above-described configuration.

駆動部４２は、感応素子部Ｒｓの白金（Ｐｔ）ヒータ４１２および補償素子部Ｒｒの白金（Ｐｔ）ヒータ４１４と共にブリッジ回路を構成する固定抵抗Ｒ１およびＲ２と、抵抗Ｒｂと、ｎｐｎ型のトランジスタＱ１とを有している。ブリッジ回路において、感応素子部Ｒｓおよび抵抗Ｒ２の接続点には、トランジスタＱ１のコレクタが接続され、そのベースが固定抵抗Ｒｂを介してＭＣＵ１０のＣＰＵ１１に接続され、そのエミッタが接地されている。また、補償素子部Ｒｒおよび抵抗Ｒ１の接続点には、駆動電源２０が接続されている。   The drive unit 42 includes fixed resistors R1 and R2, a resistor Rb, and an npn transistor Q1 that form a bridge circuit together with the platinum (Pt) heater 412 of the sensitive element unit Rs and the platinum (Pt) heater 414 of the compensation element unit Rr. And have. In the bridge circuit, the collector of the transistor Q1 is connected to the connection point between the sensitive element portion Rs and the resistor R2, the base thereof is connected to the CPU 11 of the MCU 10 via the fixed resistor Rb, and the emitter thereof is grounded. A drive power supply 20 is connected to a connection point between the compensation element portion Rr and the resistor R1.

このように構成された駆動部４２を駆動するために、ローレベルおよびハイレベルが交互する駆動パルスがＭＣＵ１０で生成され、固定抵抗Ｒｂを介してトランジスタＱ１のベースへ入力される。そして、トランジスタＱ１は、ベースにロー（Ｌ）レベルの駆動パルスが入力されるとオフ状態となって、ブリッジ回路への通電停止状態となり、またハイ（Ｈ）レベルの駆動パルスが入力されるとオン状態になって、ブリッジ回路への通電状態となる。したがって、ブリッジ回路には、駆動パルスに連動して、電源電圧の印加および遮断が行われることになる。   In order to drive the drive unit 42 configured in this way, drive pulses with alternating low and high levels are generated by the MCU 10 and input to the base of the transistor Q1 via the fixed resistor Rb. When the low (L) level drive pulse is input to the base, the transistor Q1 is turned off, the energization of the bridge circuit is stopped, and when the high (H) level drive pulse is input. It becomes an ON state, and it will be in the energization state to a bridge circuit. Therefore, the power supply voltage is applied to and cut off from the bridge circuit in conjunction with the drive pulse.

センサ出力部４３は、アンプ４３１と、Ａ／Ｄ変換器４３２と、可変抵抗Ｒ３とを有している。アンプ４３１は、オペアンプからなり、その反転入力端子および非反転入力端子に入力される、ブリッジ回路における抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点と感応素子部Ｒｓおよび補償素子部Ｒｒの接続点とからの中間電圧Ｖ−およびＶ＋の電位差を増幅する。アンプ４３１の出力は、Ａ／Ｄ変換器４３２に入力される。Ａ／Ｄ変換器４３２は、その出力がＭＣＵ１０に接続されており、Ａ／Ｄ変換した結果をＭＣＵ１０へ出力する。   The sensor output unit 43 includes an amplifier 431, an A / D converter 432, and a variable resistor R3. The amplifier 431 is composed of an operational amplifier, and is inputted to its inverting input terminal and non-inverting input terminal, and is an intermediate voltage from the connection point of the resistors R1 and R2 and the connection point of the sensitive element part Rs and the compensation element part Rr in the bridge circuit. Amplify the potential difference between V- and V +. The output of the amplifier 431 is input to the A / D converter 432. The output of the A / D converter 432 is connected to the MCU 10 and outputs the result of A / D conversion to the MCU 10.

また、ゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）では、ブリッジ回路は平衡状態を保ち、中間電圧Ｖ−，Ｖ＋の間に電位差が発生しないように設定されているが、ブリッジ回路を構成する各抵抗には微小なばらつきが存在し、ゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）でもＲｒ：Ｒｓ＝Ｒ１：Ｒ２が成立しない場合がある。このような場合、ブリッジ回路が不平衡になると、中間電圧Ｖ−，Ｖ＋の間に電位差が発生する。この電位差は、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２を微調整することでもゼロにすることはできるが、微小なばらつきを調整することは困難であるため、駆動電源２０に接続された可変抵抗Ｒ３から、アンプ４３１にオフセット電圧を入力し、可変抵抗Ｒ３を可変することにより電位差がゼロになるように調整することが可能な構成となっている。   Further, in the zero gas state (the state in which no gas to be detected exists), the bridge circuit is set to maintain an equilibrium state and no potential difference is generated between the intermediate voltages V− and V +. There is a slight variation in resistance, and Rr: Rs = R1: R2 may not be established even in a zero gas state (a state in which no gas to be detected exists). In such a case, when the bridge circuit becomes unbalanced, a potential difference is generated between the intermediate voltages V− and V +. This potential difference can be reduced to zero by finely adjusting the fixed resistors R1 and R2, but it is difficult to adjust minute variations, so that the variable resistor R3 connected to the drive power source 20 is used to adjust the amplifier 431. In this configuration, the offset voltage is inputted to the variable resistor R3 so that the potential difference can be adjusted to zero by varying the variable resistor R3.

このように構成されたガスセンサ部４０では、ブリッジ回路に駆動電源２０から直流電圧Ｖｂが印加され、ゼロガス時の中間電圧Ｖ−，Ｖ＋は共にＶｂ／２となっている。ここで、感応素子部Ｒｓに被検知ガスが吸着した場合、トランジスタＱ１へのハイ（Ｈ）レベルの駆動パルス信号の印加によりヒータに電流が流れて高温駆動され、センサが加熱されてその温度が被検知ガスの燃焼温度（たとえば、４００℃）まで上昇すると、吸着した被検知ガスが燃焼する。それにより、感応素子部Ｒｓ側のヒータ温度が補償素子部Ｒｒより高温になり、中間電位Ｖ＋はＶｂ／２より大きくなる。一方、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２の中間電位Ｖ−は、常にＶｂ／２となっている。よって、中間電圧Ｖ＋およびＶ−の間に電位差が発生するが、被検知ガスの濃度が増加して多くの被検知ガスが吸着して燃焼するほど、その電位差も大きくなる。   In the gas sensor unit 40 configured as described above, the DC voltage Vb is applied from the drive power supply 20 to the bridge circuit, and the intermediate voltages V− and V + at zero gas are both Vb / 2. Here, when the gas to be detected is adsorbed to the sensitive element portion Rs, a current flows through the heater by applying a high (H) level drive pulse signal to the transistor Q1, the sensor is heated, and the temperature of the sensor is heated. When the temperature rises to the combustion temperature of the detected gas (for example, 400 ° C.), the adsorbed detected gas burns. Thereby, the heater temperature on the sensitive element portion Rs side becomes higher than the compensation element portion Rr, and the intermediate potential V + becomes higher than Vb / 2. On the other hand, the intermediate potential V− of the fixed resistors R1 and R2 is always Vb / 2. Therefore, a potential difference is generated between the intermediate voltages V + and V−. However, as the concentration of the gas to be detected increases and more gas to be detected is adsorbed and burns, the potential difference increases.

以上のように、被検知ガスの濃度変化に伴い、感応素子部Ｒｓへのガス吸着量が変化することで、中間電位Ｖ＋、Ｖ−の電位差にガス濃度に依存した変化を得ることができる。そして、この変化をアンプ４３１で必要なだけ増幅して、Ａ／Ｄ変換器４３２でＡ／Ｄ変換した結果を、センサ出力としてＭＣＵ１０に出力している。   As described above, the gas adsorption amount to the sensitive element portion Rs changes with the change in the concentration of the gas to be detected, so that a change depending on the gas concentration can be obtained in the potential difference between the intermediate potentials V + and V−. This change is amplified as necessary by the amplifier 431, and the result of A / D conversion by the A / D converter 432 is output to the MCU 10 as a sensor output.

上述の構成において、熱容量が十分に小さく高速応答の可能な接触燃焼式ガスセンサ４１を２つの異なる周期を有する駆動パルス信号で通電オン期間と通電オフ期間が交互するようにパルス駆動させることによって、エアベースおよびガス感度の取得が可能となる。特に、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）などの吸着性のガスに対して有効で、センサ表面上への被検知ガス分子の吸着時間を飽和吸着時間より短くすることにより、ガス濃度を測定することができる。   In the above-described configuration, the catalytic combustion type gas sensor 41 having a sufficiently small heat capacity and capable of high-speed response is pulse-driven with drive pulse signals having two different periods so that the energization on period and the energization off period alternate. Base and gas sensitivity can be obtained. In particular, it is effective for adsorptive gases such as VOC (volatile organic compounds), and the gas concentration can be measured by making the adsorption time of the gas molecules to be detected on the sensor surface shorter than the saturated adsorption time. it can.

図４は、駆動パルス信号の波形例のタイミングチャートを示す。図４において、通電オフの期間ａ１は、期間Ｂ０の通電オンによって一旦高温まで加熱された接触燃焼式ガスセンサ４１が、放熱して室温に戻るのに十分な期間であり、かつ被検知ガスの吸着がほとんど進行しない期間である。通常、この通電オフ期間ａ１は０．０５〜０．５秒であり、被検知ガス種、センサの熱容量によって多少異なる。この通電オフ期間ａ１は、請求項における第２の通電停止期間に相当する。   FIG. 4 shows a timing chart of a waveform example of the drive pulse signal. In FIG. 4, the energization-off period a1 is a period sufficient for the catalytic combustion gas sensor 41 once heated to a high temperature by energization on in the period B0 to release heat and return to room temperature, and the detection gas is adsorbed. Is a period in which almost no progress. Normally, the energization off period a1 is 0.05 to 0.5 seconds, and differs slightly depending on the type of gas to be detected and the heat capacity of the sensor. This energization off period a1 corresponds to a second energization stop period in the claims.

この後、通電オフ期間ａ１に続く通電オン期間Ａ１（＝Ｂ０）において、エアベース濃度出力Ｖａを取得する。このエアベース濃度出力Ｖａは、センサ表面に被検知ガス分子が吸着していない状態でのセンサ出力を表す電圧信号である。通電オン期間Ａ１は、請求項における第２の通電期間に相当する。また、エアベース濃度出力Ｖａを取得後の通電オフ期間ｂ１は、被検知ガス吸着期間であり、被検知ガス分子がセンサ表面上へ検出できる量になるまで吸着するのに十分な期間であり、通常１〜６０秒程度である。この通電オフ期間ｂ１は、請求項における第１の通電停止期間に相当する。その後、期間ｂ１に続く通電オンの期間Ｂ１（＝Ｂ０）において、計測濃度出力Ｖｇを取得する。この計測濃度出力Ｖｇは、センサ表面に被検知ガス分子が吸着して燃焼している状態でのセンサ出力を表す電圧信号である。通電オン期間Ｂ１は、請求項における第１の通電期間に相当する。そして、（計測濃度出力Ｖｇ−エアベース濃度出力Ｖａ）の演算により、被検知ガスの検知濃度出力を取得する。このように、通電オフ期間ａ１および通電オン期間Ａ１によるエアベース濃度測定期間Ｐａと、通電オフ期間ｂ１および通電オン期間Ｂ１による被検知ガスの計測濃度測定期間Ｐｂとを含む期間Ｐを１周期とする通電パターンによって、接触燃焼式ガスセンサ４１は駆動される。   Thereafter, in the energization on period A1 (= B0) following the energization off period a1, the air base concentration output Va is acquired. The air base concentration output Va is a voltage signal representing the sensor output in a state where the gas molecules to be detected are not adsorbed on the sensor surface. The energization on period A1 corresponds to a second energization period in the claims. The energization off period b1 after acquiring the air base concentration output Va is a detected gas adsorption period, which is a period sufficient to adsorb until the detected gas molecules reach an amount that can be detected on the sensor surface. Usually, it is about 1 to 60 seconds. The energization off period b1 corresponds to a first energization stop period in the claims. Thereafter, in the energization-on period B1 (= B0) following the period b1, the measured concentration output Vg is acquired. This measured concentration output Vg is a voltage signal representing the sensor output in a state where the gas molecules to be detected are adsorbed and burnt on the sensor surface. The energization on period B1 corresponds to the first energization period in the claims. Then, the detected concentration output of the gas to be detected is obtained by the calculation of (measured concentration output Vg−air base concentration output Va). Thus, the period P including the air-based concentration measurement period Pa in the energization off period a1 and the energization on period A1 and the measured concentration measurement period Pb of the detected gas in the energization off period b1 and the energization on period B1 is defined as one cycle. The catalytic combustion type gas sensor 41 is driven by the energization pattern.

図５〜図７は、上述のように接触燃焼式ガスセンサ４１が駆動された時に実側されたエアベース濃度出力Ｖａ、計測濃度出力Ｖｇおよび検知濃度出力（Ｖｇ−Ｖａ）の各波形を示す図である。なお、図７の縦軸は、図５および６より拡大されている。   5 to 7 are diagrams showing waveforms of the air base concentration output Va, the measured concentration output Vg, and the detected concentration output (Vg−Va) that are actually provided when the catalytic combustion type gas sensor 41 is driven as described above. It is. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 7 is expanded from FIG.

ところで、接触燃焼式ガスセンサ４１は、図８に示すように、経年変化により被検知ガスに対するセンサ出力の感度が低下する。これは、感応素子部Ｒｓにおいて、触媒表面に燃えカスの蓄積やシリコーン被毒の現象が発生するためである。これらの現象により、感応素子部Ｒｓの熱容量が増加し、エアベース濃度測定期間Ｐａおよび計測濃度測定期間Ｐｂの過渡期に温度上昇の遅れが発生する。この遅れにより、センサ出力の検出値が低下するため、その低下した値を検出することで、センサの経年変化量を取得することができる。   Incidentally, as shown in FIG. 8, in the catalytic combustion type gas sensor 41, the sensitivity of the sensor output with respect to the gas to be detected decreases due to the secular change. This is because in the sensitive element portion Rs, burning residue accumulation and silicone poisoning occur on the catalyst surface. Due to these phenomena, the heat capacity of the sensitive element portion Rs increases, and a delay in temperature rise occurs in the transition period of the air base concentration measurement period Pa and the measured concentration measurement period Pb. Due to this delay, the detection value of the sensor output decreases, and by detecting the decreased value, the aging amount of the sensor can be acquired.

本発明では、取得した経時変化量を用いてセンサ感度の低下を補正するものである。以下、センサ感度の補正について説明する。   In the present invention, a decrease in sensor sensitivity is corrected using the obtained amount of change with time. Hereinafter, correction of sensor sensitivity will be described.

（１）まず、初期学習として、経年変化初期の接触燃焼式ガスセンサ４１をゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）において駆動し、エアベース測定期間Ｐａの通電オン期間Ａ１において測定したエアベース濃度出力波形Ｖａを取得する。取得した通電オン期間Ａ１のエアベース濃度出力波形Ｖａを積分し、Ｖａ積分値を初期エアベース濃度値としてＥＥＰＲＯＭ１４に保存しておく。Ｖａ積分値は、繰り返し取得して平均処理をすることにより初期エアベース濃度値の精度を向上させることができる。   (1) First, as initial learning, the catalytic combustion gas sensor 41 at the beginning of aging is driven in a zero gas state (a state in which no gas to be detected exists), and the air base concentration measured in the energization on period A1 of the air base measurement period Pa. An output waveform Va is acquired. The acquired air base concentration output waveform Va in the energization on period A1 is integrated, and the Va integrated value is stored in the EEPROM 14 as an initial air base concentration value. The accuracy of the initial air base concentration value can be improved by repeatedly obtaining the Va integral value and performing an averaging process.

（２）次に、通常の被検知ガス検出を行い、計測濃度測定期間Ｐｂの通電オン期間Ｂ１において測定した計測濃度出力波形Ｖｇを取得する。計測濃度出力Ｖｇとエアベース濃度出力Ｖａの差（Ｖｇ−Ｖａ）が予め決められた一定値以下である場合（すなわち、被検知ガスの濃度が十分に低い場合）、エアベース濃度出力Ｖａの積分値を取得する。   (2) Next, normal detection gas detection is performed, and a measured concentration output waveform Vg measured in the energization-on period B1 of the measured concentration measurement period Pb is acquired. When the difference (Vg−Va) between the measured concentration output Vg and the air base concentration output Va is equal to or smaller than a predetermined value (that is, when the concentration of the gas to be detected is sufficiently low), the integration of the air base concentration output Va is performed. Get the value.

（３）次に、予め計測しＲＯＭ１２に格納しておいた接触燃焼式ガスセンサ４１の経時量とＶａ積分値の関係（図９参照）に基づいて、上記（２）で取得したＶａ積分値に対応する経時量を求める。図９に示すように、Ｖａ積分値は、時間の経過（経時量）にしたがって初期値より小さくなる数値として表される。   (3) Next, based on the relationship between the elapsed time of the catalytic combustion type gas sensor 41 previously measured and stored in the ROM 12 and the Va integral value (see FIG. 9), the Va integral value acquired in the above (2) is obtained. Determine the corresponding amount of time. As shown in FIG. 9, the Va integral value is expressed as a numerical value that becomes smaller than the initial value with the passage of time (amount of time).

（４）次に、上記（３）で求めた経時量より、予め計測しＲＯＭ１２に格納しておいた経時量とセンサ感度の関係（図８参照）を用いて、センサ感度を求める。図８に示すように、センサ感度は、時間の経過（経時量）にしたがって初期値１より小さくなる数値として表される。求めたセンサ感度は、ＥＥＰＲＯＭ１４へ格納し、次に（２）の条件が成立するまで保持する。   (4) Next, the sensor sensitivity is obtained from the amount of time obtained in (3) above, using the relationship between the amount of time previously measured and stored in the ROM 12 and the sensor sensitivity (see FIG. 8). As shown in FIG. 8, the sensor sensitivity is expressed as a numerical value that becomes smaller than the initial value 1 with the passage of time (amount of time). The obtained sensor sensitivity is stored in the EEPROM 14 and then held until the condition (2) is satisfied.

（５）次に、エアベース濃度の変動の影響をなくすため、計測濃度出力Ｖｇからエアベース濃度出力Ｖａを減算し（Ｖｇ−Ｖａ）、減算結果に、ＥＥＰＲＯＭ１４に格納したセンサ感度による補正を行って、検知濃度を得る。   (5) Next, in order to eliminate the influence of fluctuations in the air base concentration, the air base concentration output Va is subtracted from the measured concentration output Vg (Vg−Va), and the subtraction result is corrected by the sensor sensitivity stored in the EEPROM 14. To obtain the detected density.

（６）上記（２）〜（５）の手順を繰り返す。   (6) The above procedures (2) to (5) are repeated.

このようにして、接触燃焼式ガスセンサ４１の経年変化に対する補正が行われた検知濃度を取得することができる。上記では、エアベース濃度出力として通電オン期間Ａ１のＶａの積分値を使用しているが、積分値に限らず通電オン期間Ａ１中の所定タイミングにおける瞬時値を使用しても良い。また、上記（２）において、Ｖａ積分値が複数回取得されるまで（３）および（４）の作業を保留し、複数回のＶａ積分値を平均処理してから用いることで精度を向上させることができる。   In this way, it is possible to acquire the detected concentration that has been corrected for the secular change of the catalytic combustion type gas sensor 41. In the above description, the integrated value of Va in the energization on period A1 is used as the air base concentration output. However, an instantaneous value at a predetermined timing in the energization on period A1 is not limited to the integral value. Further, in (2) above, the operations of (3) and (4) are suspended until the Va integral value is acquired a plurality of times, and the accuracy is improved by using the averaged value of the plurality of Va integral values. be able to.

次に、上述したＲＯＭ１２に予め記憶されているガス濃度測定処理プログラムにしたがってＣＰＵ１１が実行するガス検知処理の一例を、図１０のフローチャートを参照して以下に説明する。   Next, an example of the gas detection process executed by the CPU 11 in accordance with the gas concentration measurement process program stored in advance in the ROM 12 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、予め測定しＲＯＭ１２に格納されている接触燃焼式ガスセンサ４１の標準経年変化特性（図９参照）は、以下の回帰式の通りであったとする。
itg＿base＝itg＿base０×exp (-0.018×age)・・・（１）
ここで、itg＿base：被検ガスの検知時のＶａ積分値、itg＿base０：経年変化初期におけるＶａ積分値、age ：経時量である。 First, it is assumed that the standard aging characteristic (see FIG. 9) of the catalytic combustion type gas sensor 41 measured in advance and stored in the ROM 12 is as shown in the following regression equation.
itg_base = itg_base0 × exp (-0.018 × age) (1)
Here, itg_base: Va integral value at the time of detection of the gas to be detected, itg_base0: Va integral value at the beginning of secular change, age: Aging amount.

また、予め測定しＲＯＭ１２に格納されている接触燃焼式ガスセンサ４１のセンサ感度標準経年変化特性（図８参照）は、以下の回帰式の通りであったとする。
sense ＝exp (-0.0087×age)・・・（２）
ここで、sense ：センサ感度である。 Further, it is assumed that the sensor sensitivity standard aging characteristic (see FIG. 8) of the catalytic combustion type gas sensor 41 measured in advance and stored in the ROM 12 is as shown in the following regression equation.
sense = exp (-0.0087 × age) (2)
Here, sense is sensor sensitivity.

そこで、まず、初期エアベース濃度出力Ｖａの積分値を取得済みか否かを判定する（ステップＳ１）。初期エアベース濃度出力Ｖａの積分値を取得済みでなければ、次に、経年変化初期の接触燃焼式ガスセンサ４１を図４に示す駆動パルス信号で駆動し、エアベース測定期間Ｐａにおいてゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）で測定したエアベース濃度出力波形Ｖａの積分値itg＿baseをｎ回取得する（ステップＳ２）。次に、ｎ回取得したＶａ積分値を平均処理し、itg＿base平均値を初期エアベース濃度値itg＿base０としてＥＥＰＲＯＭ１４に保存する（ステップＳ３）。次に、センサ感度sense の初期値をＥＥＰＲＯＭ１４に保存する（ステップＳ４）。   Therefore, first, it is determined whether or not the integrated value of the initial air base concentration output Va has been acquired (step S1). If the integrated value of the initial air base concentration output Va has not been acquired, the catalytic combustion gas sensor 41 in the early stage of aging is next driven by the drive pulse signal shown in FIG. The integrated value itg_base of the air base concentration output waveform Va measured in a state where no detection gas is present is acquired n times (step S2). Next, the Va integrated value acquired n times is averaged, and the itg_base average value is stored in the EEPROM 14 as the initial air base concentration value itg_base0 (step S3). Next, the initial value of the sensor sensitivity sense is stored in the EEPROM 14 (step S4).

ステップＳ４に続いて、（または、ステップＳ１で初期エアベース濃度出力Ｖａの積分値を取得済みであれば、次いで、）ＥＥＰＲＯＭ１４に保存された初期エアベース濃度値itg＿base０および初期センサ感度sense を読み込む（ステップＳ５）。次に、接触燃焼式ガスセンサ４１を図４に示す駆動パルス信号で駆動し、エアベース測定期間Ｐａにおいてゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）で測定したエアベース濃度出力Ｖａの積分値itg＿baseを取得する（ステップＳ６）。次に、計測濃度測定期間Ｐｂにおいて通常の被検知ガスの測定を行い、測定した計測濃度出力Ｖｇの積分値itg＿gas を取得する（ステップＳ７）。   Subsequent to step S4 (or if the integrated value of the initial air base concentration output Va has been acquired in step S1), the initial air base concentration value itg_base0 and the initial sensor sensitivity sense stored in the EEPROM 14 are read ( Step S5). Next, the catalytic combustion type gas sensor 41 is driven by the drive pulse signal shown in FIG. 4, and the integrated value itg_base of the air base concentration output Va measured in the zero gas state (the state in which no detected gas exists) in the air base measurement period Pa is obtained. Obtain (step S6). Next, a normal gas to be detected is measured in the measured concentration measurement period Pb, and an integrated value itg_gas of the measured measured concentration output Vg is acquired (step S7).

次に、以下の式（３）で示すように、測定した計測濃度出力Ｖｇの積分値からエアベース濃度出力Ｖａ積分値を減算した値にセンサ感度sense の補正を行って検知濃度gas を算出して出力する（ステップＳ８）。
gas ＝（itg＿gas −itg＿base）／sense ・・・（３） Next, as shown in the following equation (3), the sensor concentration sense is corrected by correcting the sensor sensitivity sense to a value obtained by subtracting the air base concentration output Va integrated value from the measured integrated value of the measured concentration output Vg to calculate the detected concentration gas. (Step S8).
gas = (itg_gas -itg_base) / sense (3)

次に、算出した検知濃度gas が、予め決められた一定値より低い濃度になっているか否かを判定する（ステップＳ９）。検知濃度gas が、一定値より低い濃度になっていなければ、次いでステップＳ６に戻り、なっていれば次いでステップＳ１０に進む。   Next, it is determined whether or not the calculated detected concentration gas is lower than a predetermined constant value (step S9). If the detected concentration gas is not lower than the predetermined value, the process returns to step S6, and if it is not, the process proceeds to step S10.

ステップＳ１０で、エアベース濃度出力Ｖａの積分値itg＿baseと初期エアベース濃度値itg＿base０とを用い、上記式（１）を変換した以下の式（４）に代入して経時量age を算出する。
age ＝lｎ（itg＿base／itg＿base０）／（−０．０１８）・・・（４） In step S10, the integrated value itg_base of the air base concentration output Va and the initial air base concentration value itg_base0 are used to substitute the above equation (1) into the following equation (4) to calculate a time-lapse amount age.
age = ln (itg_base / itg_base0) / (− 0.018) (4)

次に、求めた経時量age より式（２）を用いて、センサ感度sense を求め、ＥＥＰＲＯＭ１４へ保存し（ステップＳ１１）、次いでステップＳ６に戻り、以下ステップＳ６〜Ｓ１１の作業を繰り返す。   Next, the sensor sensitivity sense is obtained from the obtained age amount using equation (2) and stored in the EEPROM 14 (step S11), then the process returns to step S6, and the steps S6 to S11 are repeated thereafter.

ステップＳ１１で取得されたセンサ感度sense は、次にステップＳ９の条件（すなわち、検知濃度gas が、予め決められた一定値より低い濃度になっていること）が成立して更新されるまでＥＥＰＲＯＭ１４に保持される。   The sensor sensitivity sense acquired in step S11 is stored in the EEPROM 14 until the condition in step S9 (that is, the detected concentration gas is lower than a predetermined constant value) is updated. Retained.

以上の説明から明らかなように、図１０のステップＳ６は請求項におけるエアベース濃度出力取得ステップに対応し、ステップＳ７は請求項における計測濃度出力取得ステップに対応し、ステップＳ８は請求項における検知濃度取得ステップに対応し、ステップＳ９およびＳ１０は請求項における経時量取得ステップに対応し。ステップＳ１１は請求項におけるセンサ感度取得ステップに対応している。   As is clear from the above description, step S6 in FIG. 10 corresponds to the air-based concentration output acquisition step in the claims, step S7 corresponds to the measured concentration output acquisition step in the claims, and step S8 corresponds to the detection in the claims. Corresponding to the density acquisition step, steps S9 and S10 correspond to the time-lapse amount acquisition step in the claims. Step S11 corresponds to the sensor sensitivity acquisition step in the claims.

図１１は、補正前および補正後の一定濃度の検知濃度出力と経時量の関係を示す図である。図１１から、接触燃焼式ガスセンサ４１の経年変化に対する補正がない場合の特性に比して、補正がある場合の特性は、時間がたってもほぼ一定になっていることが分かる。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the detected density output of a constant density before and after correction and the amount of time. From FIG. 11, it can be seen that the characteristic with the correction is almost constant over time as compared with the characteristic without the correction for the secular change of the catalytic combustion type gas sensor 41.

以上説明したように、被検知ガスの検知濃度は、接触燃焼式ガスセンサ４１の経年変化を補正して出力される。なお、上記のフローチャートでは、ステップＳ９〜Ｓ１１において、被検知ガスの濃度が十分に低いとき、itg＿baseを用いて経時量およびセンサ感度を算出して保存している。itg＿baseは、ガス濃度に対して感度が低いため、低濃度の環境であればゼロガス状態（被検知ガスが存在しない状態）として扱うことが可能である。たとえば、１ｐｐｍ程度の精度が要求される場合、被検知ガス濃度０〜０．３ｐｐｍ程度までは、ゼロガス状態として扱うことができる。このように扱うことにより、検出精度を向上させることができる。   As described above, the detected concentration of the gas to be detected is output after correcting the secular change of the catalytic combustion type gas sensor 41. In the above flow chart, when the concentration of the gas to be detected is sufficiently low in steps S9 to S11, the amount of time and sensor sensitivity are calculated and stored using itg_base. Since itg_base is low in sensitivity to the gas concentration, it can be handled as a zero gas state (a state in which no gas to be detected exists) in a low concentration environment. For example, when an accuracy of about 1 ppm is required, a detected gas concentration of about 0 to 0.3 ppm can be handled as a zero gas state. By handling in this way, detection accuracy can be improved.

また、上記のフローチャートでは、ステップＳ１０およびＳ１１において、ステップＳ６で検出されたエアベース濃度検出値itg＿baseを用いて、経時量age とセンサ感度sense の推定を行っている。この推定を行う際に用いるＶａの積分値itg＿baseと初期Ｖａの積分値itg＿base０は、複数回の検出値を平均処理して用いることで、検出精度を向上させることも可能である。   In the above flowchart, in steps S10 and S11, the amount of time age and the sensor sensitivity sense are estimated using the air base concentration detection value itg_base detected in step S6. For the integral value itg_base of Va and the integral value itg_base0 of the initial Va used when performing this estimation, it is possible to improve the detection accuracy by averaging a plurality of detection values.

以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）センサと検出回路などの最小の構成で接触燃焼式ガスセンサ４１の経年変化に対する補正が可能である。
（２）校正用の標準ガスが不要である。
（３）小型で校正が簡単である。
（４）連続モニタが可能である。 As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) It is possible to correct the secular change of the contact combustion type gas sensor 41 with a minimum configuration such as a sensor and a detection circuit.
(2) No standard gas for calibration is required.
(3) Small and easy to calibrate.
(4) Continuous monitoring is possible.

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation and application are possible.

たとえば、上述の実施の形態では、エアベース濃度出力Ｖａと計測濃度出力Ｖｇを取得するのに、駆動パルス信号における通電オフ期間ａ１および通電オン期間Ａ１の時間長を変える吸着時間差方式を用いている。この吸着時間差方式は、接触燃焼式ガスセンサ４１への吸着時間を制御することで、被検知ガスが存在する雰囲気中でもゼロガス状態に近い状態でエアベース濃度出力の検出を可能とするものである。本発明は、この吸着時間差方式に代えて、被検知ガスが存在する雰囲気を活性炭などのフィルタを通過させることにより被検知ガスを吸収してゼロガス状態を生成し、エアベース濃度出力Ｖａの積分値itg＿baseを取得するように構成しても、同様に接触燃焼式ガスセンサ４１の経年劣化に対する補正を行うことが可能である。フィルタ方式の場合は、吸着時間差方式よりもほぼ被検知ガスが存在しないゼロガス状態を得ることができる。   For example, in the above-described embodiment, the adsorption time difference method of changing the time length of the energization off period a1 and the energization on period A1 in the drive pulse signal is used to acquire the air base concentration output Va and the measured concentration output Vg. . In this adsorption time difference method, by controlling the adsorption time to the catalytic combustion type gas sensor 41, the air base concentration output can be detected in a state close to the zero gas state even in the atmosphere in which the gas to be detected exists. Instead of this adsorption time difference method, the present invention absorbs the detected gas by passing the atmosphere in which the detected gas exists through a filter such as activated carbon to generate a zero gas state, and integrates the air base concentration output Va. Even if it is configured to acquire itg_base, it is possible to correct the aging degradation of the catalytic combustion type gas sensor 41 in the same manner. In the case of the filter method, it is possible to obtain a zero gas state in which almost no gas to be detected exists compared to the adsorption time difference method.

本発明のガス検知装置の基本構成を示す基本構成図である。It is a basic composition figure showing the basic composition of the gas detector of the present invention. 本発明の実施の形態に係るガス検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the gas detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図２中の接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。The structural example of the contact combustion type gas sensor in FIG. 2 is shown, (A) is a top view, (B) is the XX sectional view taken on the line in (A). 接触燃焼式ガスセンサを駆動する駆動パルス信号の波形例のタイミングチャートである。It is a timing chart of the example of a waveform of the drive pulse signal which drives a contact combustion type gas sensor. 接触燃焼式ガスセンサが駆動された時に実側されたエアベース濃度出力Ｖａ波形を示す図である。It is a figure which shows the air-base density | concentration output Va waveform which was actually carried out when the contact combustion type gas sensor was driven. 接触燃焼式ガスセンサが駆動された時に実側された計測濃度出力Ｖｇおよび検知濃度出力（Ｖｇ−Ｖａ）の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the measurement density | concentration output Vg and detection density | concentration output (Vg-Va) which were actually carried out when the contact combustion type gas sensor was driven. 接触燃焼式ガスセンサが駆動された時に実側された検知濃度出力（Ｖｇ−Ｖａ）の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the detection density | concentration output (Vg-Va) actualized when the contact combustion type gas sensor was driven. 経時量とセンサ感度の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the amount of time and sensor sensitivity. 経時量とエアベース濃度出力Ｖａ積分値の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the amount of time and the air base concentration output Va integral value. 図２中のＣＰＵが実行するガス検知処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the gas detection process which CPU in FIG. 2 performs. 補正前および補正後の一定濃度の検知濃度出力と経時量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the detection density output of the fixed density | concentration before correction | amendment, and after correction | amendment, and a time-dependent amount.

符号の説明Explanation of symbols

１ ガス検知装置
１１ ＣＰＵ
１１ａ 濃度出力取得手段（ＣＰＵ）
１１ｂ 経時量取得手段（ＣＰＵ）
１１ｃ センサ感度取得手段（ＣＰＵ）
１１ｄ 検知濃度取得手段（ＣＰＵ）
１１ｅ 通電制御手段（ＣＰＵ）
１２ 記憶手段（ＲＯＭ）
１４ ＥＥＰＲＯＭ
４１ 接触燃焼式ガスセンサ 1 Gas detector 11 CPU
11a Concentration output acquisition means (CPU)
11b Amount-of-time acquisition means (CPU)
11c Sensor sensitivity acquisition means (CPU)
11d Detected density acquisition means (CPU)
11e Energization control means (CPU)
12 Storage means (ROM)
14 EEPROM
41 Contact combustion gas sensor

Claims (5)

被検知ガスが吸着した状態において前記被検知ガスが燃焼する燃焼温度に加熱された時に前記被検知ガスの濃度を計測すると共に、前記被検知ガスが吸着していない状態において前記燃焼温度に加熱された時にエアベース濃度を計測する接触燃焼式ガスセンサと、
前記接触燃焼式ガスセンサで計測された前記被検知ガスの濃度を表す計測濃度出力を取得すると共に、前記接触燃焼式ガスセンサで計測された前記エアベース濃度を表すエアベース濃度出力を取得する濃度出力取得手段と、
経時量と前記エアベース濃度出力の関係、および経時量とセンサ感度の関係を予め記憶する記憶手段と、
前記濃度出力取得手段で取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力の差が予め決められた一定値以下の場合に、前記濃度出力取得手段で取得された前記エアベース濃度出力と、前記記憶手段に予め記憶されている経時量と前記エアベース濃度出力の関係とに基づいて経時量を取得する経時量取得手段と、
前記経時量取得手段で取得された前記経時量と、前記記憶手段に予め記憶されている経時量とセンサ感度の関係とに基づいてセンサ感度を求めるセンサ感度取得手段と、
前記濃度出力取得手段で取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力の差に、前記センサ感度取得手段で取得された前記センサ感度による補正を行って前記被検知ガスの検知濃度を取得する検知濃度取得手段と、
を備えていることを特徴とするガス検知装置。 When the detected gas is heated to a combustion temperature at which the detected gas is burned in a state where the detected gas is adsorbed, the concentration of the detected gas is measured, and when the detected gas is not adsorbed, it is heated to the combustion temperature. A contact combustion gas sensor that measures the air base concentration when
Concentration output acquisition for acquiring a measured concentration output representing the concentration of the detected gas measured by the catalytic combustion type gas sensor and for acquiring an air base concentration output representing the air base concentration measured by the catalytic combustion type gas sensor Means,
Storage means for storing in advance the relationship between the amount of time and the air base concentration output, and the relationship between the amount of time and the sensor sensitivity;
When the difference between the measured concentration output acquired by the concentration output acquisition unit and the air base concentration output is equal to or less than a predetermined value, the air base concentration output acquired by the concentration output acquisition unit, An amount of time acquisition means for acquiring an amount of time based on the relationship between the amount of time stored in advance in the storage means and the air base concentration output;
Sensor sensitivity acquisition means for obtaining sensor sensitivity based on the amount of time acquired by the time amount acquisition means and the relationship between the amount of time and sensor sensitivity stored in advance in the storage means;
The difference between the measured concentration output acquired by the concentration output acquisition means and the air base concentration output is corrected by the sensor sensitivity acquired by the sensor sensitivity acquisition means to acquire the detected concentration of the detected gas. Detection density acquisition means;
A gas detection device comprising: 請求項１記載のガス検知装置において、
前記被検知ガスが吸着するように前記接触燃焼式ガスセンサへの通電を第１の通電停止期間の間停止した後に、吸着した前記被検知ガスを燃焼する前記燃焼温度となるように第１の通電期間の間通電し、続いて、前記被検知ガスが吸着しないように前記接触燃焼式ガスセンサへの通電を前記第１の通電停止期間より短い第２の通電停止期間の間停止した後に、前記燃焼温度となるように前記第１の通電期間と等しい第２の通電期間の間通電する制御を行う通電制御手段をさらに備え、
前記濃度出力取得手段は、前記第１の通電期間の間に前記計測濃度出力を取得し、前記第２の通電期間の間に前記エアベース濃度出力を取得することを特徴とするガス検知装置。 The gas detection device according to claim 1,
After energization of the catalytic combustion type gas sensor is stopped during the first energization stop period so that the detected gas is adsorbed, the first energization is performed so that the combustion temperature at which the adsorbed detected gas is burned is reached. Energized for a period of time, and then, after the energization of the catalytic combustion gas sensor is stopped for a second energization stop period shorter than the first energization stop period so that the detected gas is not adsorbed, the combustion Further comprising energization control means for controlling energization during a second energization period equal to the first energization period so as to be at a temperature;
The gas detector according to claim 1, wherein the concentration output acquisition means acquires the measured concentration output during the first energization period and acquires the air base concentration output during the second energization period. 請求項２記載のガス検知装置において、
前記濃度出力取得手段は、前記エアベース濃度出力を積分値または瞬時値として取得することを特徴とするガス検知装置。 The gas detection device according to claim 2,
The gas detector according to claim 1, wherein the concentration output acquisition means acquires the air base concentration output as an integral value or an instantaneous value. 請求項３記載のガス検知装置において、
前記濃度出力取得手段は、前記積分値または瞬時値を複数回取得して平均処理した値を前記エアベース濃度出力として取得することを特徴とするガス検知装置。 The gas detector according to claim 3, wherein
The gas detector according to claim 1, wherein the concentration output acquisition unit acquires a value obtained by acquiring the integral value or the instantaneous value a plurality of times and averaging the acquired values as the air base concentration output. 接触燃焼式ガスセンサに被検知ガスが吸着した状態において被検知ガスが燃焼する燃焼温度に加熱された時に被検知ガスの濃度を計測し、計測された前記被検知ガスの濃度を表す計測濃度出力を取得する計測濃度出力取得ステップと、
前記被検知ガスが吸着していない状態において前記燃焼温度に加熱された時にエアベース濃度を計測し、計測された前記エアベース濃度を表すエアベース濃度出力を取得するエアベース濃度出力取得ステップと、
前記計測濃度取得ステップで取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力取得ステップで取得された前記エアベース濃度出力の差が予め決められた一定値以下の場合に、前記エアベース濃度出力と、記憶手段に予め記憶されている経時量と前記エアベース濃度出力の関係とに基づいて経時量を取得する経時量取得ステップと、
前記経時量取得ステップで取得された前記経時量と、前記記憶手段に予め記憶されている経時量とセンサ感度の関係とに基づいてセンサ感度を求めるセンサ感度取得ステップと、
前記計測濃度取得ステップで取得された前記計測濃度出力と前記エアベース濃度出力取得ステップで取得された前記エアベース濃度出力の差に、前記センサ感度取得ステップで取得された前記センサ感度の補正を行って前記被検知ガスの検知濃度を取得する検知濃度取得ステップと、
を備えていることを特徴とするガス検知方法。 The concentration of the detected gas is measured when the detected gas is heated to the combustion temperature at which the detected gas burns in the state where the detected gas is adsorbed to the contact combustion type gas sensor, and the measured concentration output representing the measured concentration of the detected gas is output. A measurement concentration output acquisition step to be acquired;
An air base concentration output acquisition step of measuring an air base concentration when heated to the combustion temperature in a state where the detected gas is not adsorbed, and acquiring an air base concentration output representing the measured air base concentration;
When the difference between the measured concentration output acquired in the measured concentration acquisition step and the air base concentration output acquired in the air base concentration output acquisition step is equal to or less than a predetermined value, the air base concentration output and A time-lapse amount obtaining step for obtaining a time-lapse amount based on a relationship between a time-lapse amount stored in advance in a storage unit and the air base concentration output;
A sensor sensitivity acquisition step for obtaining a sensor sensitivity based on the time amount acquired in the time amount acquisition step and a relationship between the time amount stored in advance in the storage means and the sensor sensitivity;
The sensor sensitivity acquired in the sensor sensitivity acquisition step is corrected for the difference between the measured concentration output acquired in the measured concentration acquisition step and the air base concentration output acquired in the air base concentration output acquisition step. A detection concentration acquisition step of acquiring the detection concentration of the gas to be detected;
A gas detection method comprising:
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