JP4960136B2 - Gas detection device and gas detection method - Google Patents

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Description

本発明は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度を検出(演算)するガス検出装置およびガス検出方法に関するものである。   The present invention relates to a gas detection device and a gas detection method for detecting (calculating) the concentration of a detection gas contained in a detection atmosphere.

従来、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を検出するにあたって、被検出雰囲気による熱伝導率に基づいて当該可燃性ガスの濃度を検出するガス検出装置が知られている。しかし、従来のガス検出装置では、被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度が同じであっても、被検出雰囲気中の湿度の変動によって当該被検出雰囲気全体の熱伝導率が変動することにより、可燃性ガスの検出精度が低くなる問題があった。そこで、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮した可燃性ガス検出装置および可燃性ガス検出方法が提案されている(例えば、非特許文献1,特許文献1参照)。この特許文献1において提案されている可燃性ガス検出装置においては、可燃性ガス検出装置が備える2つの発熱抵抗体の各端子電圧の比と、被検出雰囲気の温度(環境温度)とから、被検出雰囲気の湿度を求めている。
Masaaki Tada,他3名、「Hydrogen Sensor for Fuel Cell Vehicles(燃料電池自動車用水素ガスセンサ)」、SAE−2003−01−1137,p7−p8 特開2006−10670号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas detection device that detects the concentration of a combustible gas based on the thermal conductivity of the detected atmosphere when detecting the concentration of the combustible gas contained in the detected atmosphere is known. However, in the conventional gas detection device, even if the concentration of the combustible gas in the detected atmosphere is the same, the thermal conductivity of the entire detected atmosphere varies due to the change in humidity in the detected atmosphere. There was a problem that the detection accuracy of combustible gas was lowered. In view of this, a combustible gas detection device and a combustible gas detection method have been proposed in consideration that the concentration of the combustible gas contained in the detected atmosphere varies based on the humidity of the detected atmosphere (for example, non-patent literature). 1, see Patent Document 1). In the combustible gas detection device proposed in Patent Document 1, the ratio of the respective terminal voltages of the two heating resistors provided in the combustible gas detection device and the temperature of the detected atmosphere (environment temperature) are calculated. The humidity of the detection atmosphere is obtained.
Masaaki Tada, 3 others, “Hydrogen Sensor for Fuel Cell Vehicles”, SAE-2003-01-1137, p7-p8 JP 2006-10670 A

ところで、近年では、可燃性ガス等の被検出ガスの検出精度をより高めることが望まれており、被検出雰囲気中の被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度の影響を考慮したガス検出装置およびガス検出方法のさらなる開発が一層強く望まれるようになっている。   By the way, in recent years, it has been desired to further improve the detection accuracy of a gas to be detected such as a combustible gas, and the gas detection in which the concentration of the gas to be detected in the atmosphere to be detected considers the influence of the humidity of the atmosphere to be detected. Further development of devices and gas detection methods has become increasingly desirable.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮して、被検出ガスを精度よく検出するようにしたガス検出装置およびガス検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in consideration of the fact that the concentration of the gas to be detected contained in the atmosphere to be detected varies based on the humidity of the atmosphere to be detected, the gas to be detected is accurate. An object of the present invention is to provide a gas detection device and a gas detection method which are well detected.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明のガス検出装置は、被検出雰囲気に晒される2つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、異なる目標温度となるように、前記2つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、前記2つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された2つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該2つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された2つの前記熱伝導率演算値の比に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された2つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段とを備えている。 In order to solve the above-described problem, a gas detection device according to a first aspect of the present invention provides a gas detection device including two heat generation resistors exposed to an atmosphere to be detected so that the two heat generation resistors are set to have different target temperatures. An energizing control means for energizing the body, a temperature detecting means for detecting the environmental temperature of the detected atmosphere, a voltage detecting means for detecting each terminal voltage in the two heating resistors, and the voltage detecting means. From the two terminal voltages and the environmental temperature detected by the temperature detecting means, thermal conductivity calculating means for calculating each thermal conductivity corresponding to the two terminal voltages as a thermal conductivity calculated value, based on the ratio of two of the thermal conductivity calculation value calculated by the thermal conductivity calculating means, calculating of said and humidity calculating means for calculating a humidity of the atmosphere to be detected, by the thermal conductivity calculating means Based on at least one of the two calculated thermal conductivity values and the humidity of the detected atmosphere calculated by the humidity calculating means, the gas concentration of the detected gas contained in the detected atmosphere is calculated. Concentration calculating means for calculating.

また、請求項2に係る発明のガス検出装置は、請求項1に記載の発明の構成に加え、複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、前記2つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されている。
また、請求項3に係る発明のガス検出装置は、請求項1または2に記載の発明の構成に加え、前記被検出ガスは水素ガスであり、水分が存在しない状況下で前記水素ガスの濃度を変化させ、前記発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の前記端子電圧と、前記熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたデータを元に、前記端子電圧と環境温度との関係から前記熱伝導率演算値を求める温度演算データが、異なる目標温度ごとに予め作成されており、前記熱伝導率演算手段は、前記温度演算データに基づき、2つの前記熱伝導率演算値を求めることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the gas detection device includes a semiconductor substrate in which a plurality of openings are formed, and the openings are shielded on the semiconductor substrate. A gas detection element including an insulating member to be formed is provided, and the two heating resistors are included in the insulating member at portions that are opposed to the different opening portions while being spaced apart from each other.
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect of the invention, the gas to be detected is hydrogen gas, and the concentration of the hydrogen gas under the condition that no moisture exists. And the terminal voltage when the voltage is applied so that the heating resistor reaches the target temperature, and the relationship between the thermal conductivity and the data plotted for each environmental temperature, the terminal voltage and the environment Temperature calculation data for obtaining the thermal conductivity calculation value from the relationship with temperature is prepared in advance for each different target temperature, and the thermal conductivity calculation means is configured to use the two thermal conductivity values based on the temperature calculation data. An operation value is obtained.

また、請求項に係る発明のガス検出方法は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、異なる目標温度となるように通電制御された2つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、前記電圧検出工程において検出された2つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該2つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された2つの前記熱伝導率演算値の比に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された2つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程とを備えている。
また、請求項5に係る発明のガス検出方法は、請求項4に記載の発明の構成に加え、前記被検出ガスは水素ガスであり、水分が存在しない状況下で前記水素ガスの濃度を変化させ、前記発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の前記端子電圧と、前記熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたデータを元に、前記端子電圧と環境温度との関係から前記熱伝導率演算値を求める温度演算データが、異なる目標温度ごとに予め作成されており、前記熱伝導率演算工程では、前記温度演算データに基づき、2つの前記熱伝導率演算値が求められることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gas detection method for detecting a gas to be detected contained in a detected atmosphere, wherein a temperature detection step for detecting an environmental temperature of the detected atmosphere and a different target temperature are used. A voltage detection step of detecting each terminal voltage in the two heating resistors controlled to energize, the two terminal voltages detected in the voltage detection step, and the environmental temperature detected in the temperature detection step from the ratio of the respective thermal conductivity corresponding to two terminal voltages and thermal conductivity calculation step of calculating the thermal conductivity calculation value, two of the thermal conductivity calculation value calculated in the thermal conductivity calculating step Based on the above, at least one of the humidity calculation step for calculating the humidity of the detected atmosphere and the two thermal conductivity calculation values calculated in the thermal conductivity calculation step , Based on the humidity of the computed the atmosphere to be detected in the humidity calculation step, and a concentration calculating step of calculating a gas concentration of a gas to be detected in the atmosphere to be detected.
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the present invention, the gas to be detected is hydrogen gas, and the concentration of the hydrogen gas is changed in the absence of moisture. And the terminal voltage and the environmental temperature based on the data obtained by plotting the relationship between the terminal voltage when the voltage is applied so that the heating resistor becomes the target temperature and the thermal conductivity for each environmental temperature. Temperature calculation data for obtaining the thermal conductivity calculation value from the relationship is prepared in advance for each different target temperature, and in the thermal conductivity calculation step, based on the temperature calculation data, the two thermal conductivity calculation values Is required.

請求項1に係る発明のガス検出装置によれば、異なる目標温度となるように、通電制御された2つの発熱抵抗体における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値と、環境温度とから、被検出雰囲気の湿度を演算する。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値には、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、被検出ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で被検出ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度(湿度)を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値を用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の2つの熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する。これにより、被検出雰囲気に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が当該被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスを精度よく検出することができる。   According to the gas detection device of the first aspect of the present invention, from each thermal conductivity calculation value corresponding to each terminal voltage in the two heating resistors that are energized and controlled so as to have different target temperatures, and the environmental temperature. The humidity of the detected atmosphere is calculated. The calculated value of thermal conductivity corresponding to each terminal voltage includes the contribution of moisture contained in the atmosphere to be detected and the contribution of the gas to be detected. And the change pattern of the thermal conductivity when the gas concentration to be detected is changed in the absence of moisture, and the thermal conductivity when the moisture concentration (humidity) is changed in the absence of flammability It is different from the change pattern. By utilizing the difference between these change patterns, it is possible to appropriately calculate the humidity of the atmosphere to be detected using the thermal conductivity calculation value corresponding to each terminal voltage. Then, based on at least one of the above two thermal conductivity calculation values and the humidity of the detected atmosphere, the gas concentration of the detected gas contained in the detected atmosphere is calculated. As a result, it is possible to accurately detect the gas to be detected by processing so that the thermal conductivity of the heating resistor disposed in the atmosphere to be detected fluctuates according to the humidity of the atmosphere to be detected. .

また請求項2に係る発明のガス検出装置によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、ガス検出装置は、昇温、降温を短時間で行うことができる発熱抵抗体を有するガス検出素子を備えているので、発熱抵抗体の消費電力を低減することができる。   According to the gas detector of the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the gas detector comprises a gas having a heating resistor capable of raising and lowering temperature in a short time. Since the detection element is provided, the power consumption of the heating resistor can be reduced.

また請求項に係る発明のガス検出方法によれば、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を達成し得るガス検出方法を提供することができる。 Moreover, according to the gas detection method of the invention which concerns on Claim 4 , the gas detection method which can achieve the effect similar to the invention of Claim 1 can be provided.

以下、本発明に係るガス検出装置を具体化した可燃性ガス検出装置10の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態として例示する可燃性ガス検出装置10は、熱伝導式ガス検出素子であるガス検出素子60を備え、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素の濃度を検出(演算)するガス検出装置である。この可燃性ガス検出装置10は、本発明の「ガス検出装置」に相当し、例えば、自動車の燃料電池ユニットが備える配管に搭載され、配管を通じて排出される被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出する目的等に用いられる。また本実施形態において、可燃性ガスである水素は、本発明の「被検出ガス」に相当する。   Hereinafter, an embodiment of a combustible gas detection device 10 embodying a gas detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The combustible gas detection device 10 exemplified as the present embodiment includes a gas detection element 60 that is a heat conduction type gas detection element, and detects (calculates) the concentration of hydrogen that is a combustible gas contained in the atmosphere to be detected. It is a detection device. This combustible gas detection device 10 corresponds to the “gas detection device” of the present invention. For example, the combustible gas detection device 10 is mounted on a pipe provided in a fuel cell unit of an automobile, and the concentration of hydrogen contained in a detection atmosphere discharged through the pipe is determined. Used for detection purposes. Further, in the present embodiment, hydrogen that is a combustible gas corresponds to the “detected gas” of the present invention.

まず、可燃性ガス検出装置10の構成を図1〜図5を参照して説明する。図1は、可燃性ガス検出装置10の縦断面図である。なお、図1において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。図1に示すように、可燃性ガス検出装置10は、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出するためのガス検出素子60を収容する素子ケース20と、この素子ケース20を支持するとともに、ガス検出素子60と電気的に接続された回路基板41を収容する収容ケース40とを備えている。   First, the configuration of the combustible gas detection device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the combustible gas detection device 10. In FIG. 1, the vertical direction is referred to as the vertical direction, and the horizontal direction is referred to as the horizontal direction. As shown in FIG. 1, the combustible gas detection device 10 supports an element case 20 that houses a gas detection element 60 for detecting the concentration of hydrogen contained in the atmosphere to be detected, and the element case 20. A housing case 40 for housing the circuit board 41 electrically connected to the gas detection element 60 is provided.

まず、収容ケース40の構成について図1を参照して説明する。この収容ケース40は、ケース本体42と、ケース本体42の上端部に設けられた開口を覆う蓋であるケース蓋44とを備えている。そして、収容ケース40は、その内部に、マイクロコンピュータ94が実装された回路基板41および、発熱体50,51を備えている。以下、収容ケース40を構成する各部材について詳述する。   First, the configuration of the housing case 40 will be described with reference to FIG. The housing case 40 includes a case body 42 and a case lid 44 that is a lid that covers an opening provided at the upper end of the case body 42. The housing case 40 includes therein a circuit board 41 on which a microcomputer 94 is mounted, and heating elements 50 and 51. Hereinafter, each member which comprises the storage case 40 is explained in full detail.

ケース本体42は、上面および下面に開口を有し、所定の高さを有する容器であり、素子ケース20のつば部38を保持する保持部46と、回路基板41の周縁部を保持する回路基板保持部45とを備えている。また、ケース本体42の上面における開口には、この開口を塞ぎ、合成樹脂からなるケース蓋44を配置可能に構成されている。   The case main body 42 is a container having an opening on the upper surface and the lower surface and having a predetermined height. Holding part 45. Further, the opening on the upper surface of the case main body 42 is configured to be able to close the opening and to arrange a case lid 44 made of synthetic resin.

また、ケース本体42は、ケース本体42の下部中央に形成された流路形成部43と、ケース本体42の側部に形成され、外部給電するためのコネクタ55とを備え、これらは一体に樹脂成形されている。この流路形成部43の内部には、図2を参照して後述する被検出雰囲気を導入および排出するための素子ケース20の導入部35が収納されている。このように、素子ケース20はその一部を収容ケース40内部に配置させた状態で保持部46により保持されている。また、この素子ケース20のつば部38と保持部46との間には、被検出雰囲気の流路と収容ケース40との間を密閉するシール部材47が配置されている。   The case main body 42 includes a flow path forming portion 43 formed in the lower center of the case main body 42 and a connector 55 formed on a side portion of the case main body 42 for external power feeding. Molded. The flow path forming portion 43 accommodates an introduction portion 35 of the element case 20 for introducing and discharging a detection atmosphere described later with reference to FIG. As described above, the element case 20 is held by the holding portion 46 in a state where a part of the element case 20 is disposed inside the housing case 40. In addition, a seal member 47 that seals between the flow path of the atmosphere to be detected and the housing case 40 is disposed between the collar portion 38 and the holding portion 46 of the element case 20.

コネクタ55は、マイクロコンピュータ94を実装した回路基板41に電力を供給するための部材であり、ケース本体42の外側面に組み付けられている。このコネクタ55の内部には、ケース本体42の側壁から突出する複数のコネクタピン56,57が設けられている。コネクタピン56,57はそれぞれ、ケース本体42の側壁の内部を経由して回路基板41に接続されている。   The connector 55 is a member for supplying power to the circuit board 41 on which the microcomputer 94 is mounted, and is assembled to the outer surface of the case main body 42. A plurality of connector pins 56 and 57 projecting from the side wall of the case body 42 are provided inside the connector 55. Each of the connector pins 56 and 57 is connected to the circuit board 41 via the inside of the side wall of the case main body 42.

回路基板41は、被検出雰囲気中の可燃性ガスを検出するための制御回路200(図5参照)と、発熱体50,51の温度を制御するための温度制御回路(図示せず)とをそれぞれ備えている。この制御回路200は、接続端子24乃至28により、ガス検出素子60の電極371,373,391およびグランド電極372,392(図3および図4参照)とそれぞれ電気的に接続されている。また、温度制御回路と発熱体50,51とは、リード線52,53により電気的に接続されている。なお、図示していないが、リード線52,53はそれぞれ2本ずつ備えられている。回路基板41に備えられた制御回路200については、図5を参照して後述する。   The circuit board 41 includes a control circuit 200 (see FIG. 5) for detecting combustible gas in the atmosphere to be detected, and a temperature control circuit (not shown) for controlling the temperature of the heating elements 50 and 51. Each has. The control circuit 200 is electrically connected to the electrodes 371, 373, 391 and the ground electrodes 372, 392 (see FIGS. 3 and 4) of the gas detection element 60 through connection terminals 24 to 28, respectively. Further, the temperature control circuit and the heating elements 50 and 51 are electrically connected by lead wires 52 and 53. Although not shown, two lead wires 52 and 53 are provided. The control circuit 200 provided on the circuit board 41 will be described later with reference to FIG.

回路基板41の下面に実装されたマイクロコンピュータ94は、制御回路200からの出力に基づき、被検出雰囲気中の水素の濃度を演算するとともに、温度制御回路からの出力に基づき、発熱体50,51の発熱量(温度)を制御しているものである。マイクロコンピュータ94は、演算処理装置、記憶部、入出力部等を備える公知のマイクロコンピュータと同様の構成である。本実施形態のマイクロコンピュータ94は、図5に示すように、演算処理装置としてCPU941を備え、記憶部としてROM942およびRAM943を備えている。なお、プログラムを格納する記憶装置としては、外部記憶装置を用いるようにしてもよい。   The microcomputer 94 mounted on the lower surface of the circuit board 41 calculates the concentration of hydrogen in the atmosphere to be detected based on the output from the control circuit 200, and based on the output from the temperature control circuit, the heating elements 50 and 51. The amount of heat generated (temperature) is controlled. The microcomputer 94 has the same configuration as a known microcomputer including an arithmetic processing unit, a storage unit, an input / output unit, and the like. As shown in FIG. 5, the microcomputer 94 according to the present embodiment includes a CPU 941 as an arithmetic processing unit, and includes a ROM 942 and a RAM 943 as storage units. An external storage device may be used as a storage device for storing the program.

次に、発熱体50,51について、図1を参照して説明する。発熱体50,51は、収容ケース40を介し又は直接素子ケース20を加熱し、素子ケース20の内側面の温度を露点より高い温度に保つためのものであり、例えば、電子部品等で用いられる抵抗体や、フィルムヒータが用いられる。そして、発熱体50,51は、検出空間39を形成する素子ケース20の内側面を効率的に加熱するために、収容ケース40の内側面と素子ケース20の外側面とから構成されるとともに、回路基板41を収容する収容空間59を構成する収容空間形成面58のうち、検出空間39に接触する部材に熱を伝達できる部位に固着されるのが好ましい。   Next, the heating elements 50 and 51 will be described with reference to FIG. The heating elements 50 and 51 are for heating the element case 20 through the housing case 40 or directly, and maintaining the temperature of the inner surface of the element case 20 at a temperature higher than the dew point, and are used in electronic parts, for example. A resistor or a film heater is used. The heating elements 50 and 51 are composed of an inner surface of the housing case 40 and an outer surface of the element case 20 in order to efficiently heat the inner surface of the element case 20 forming the detection space 39. It is preferable that the housing space forming surface 58 constituting the housing space 59 for housing the circuit board 41 is fixed to a portion capable of transferring heat to a member in contact with the detection space 39.

この発熱体50,51は、例えば、公知の一定電圧制御、又はPWM制御(パルス幅変調制御)により制御される。また、発熱体50,51の制御方法を規定したプログラムはマイクロコンピュータ94が備える記憶装置(ROM942)に記憶され、CPU941により実行される。   The heating elements 50 and 51 are controlled by, for example, a known constant voltage control or PWM control (pulse width modulation control). A program that defines the control method of the heating elements 50 and 51 is stored in a storage device (ROM 942) included in the microcomputer 94 and executed by the CPU 941.

次に、可燃性ガス検出装置10を構成する素子ケース20について、図2を参照して説明する。図2は、可燃性ガス検出装置10の素子ケース20周辺部分を拡大した縦断面図である。なお、図2において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。   Next, the element case 20 which comprises the combustible gas detection apparatus 10 is demonstrated with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the periphery of the element case 20 of the combustible gas detection device 10. In FIG. 2, the vertical direction is referred to as the vertical direction, and the horizontal direction is referred to as the horizontal direction.

図2に示すように、素子ケース20は、ガス検出素子60が設置される接続端子取出台21と、接続端子取出台21の周縁部を挟持するとともに、被検出雰囲気を導入する導入口に向かって突設された円筒状の検出空間形成部材22とを備えている。そして、素子ケース20の接続端子取出台21の周縁部には、被検出雰囲気の流路と素子ケース20との間をシールするシール部材48が配置されている。この接続端子取出台21および検出空間形成部材22により囲まれた空間は、被検出雰囲気を導入するための検出空間39となっている。   As shown in FIG. 2, the element case 20 sandwiches the connection terminal extraction base 21 on which the gas detection element 60 is installed and the peripheral edge of the connection terminal extraction base 21, and faces the introduction port for introducing the detected atmosphere. And a cylindrical detection space forming member 22 projecting therefrom. A seal member 48 that seals between the flow path of the atmosphere to be detected and the element case 20 is disposed at the periphery of the connection terminal extraction base 21 of the element case 20. A space surrounded by the connection terminal extraction base 21 and the detection space forming member 22 is a detection space 39 for introducing a detection atmosphere.

接続端子取出台21は、その内側面においてガス検出素子60を支持するための部材であり、少なくとも一部は、外側面に設けられた発熱体50の熱を伝導する熱伝導性を有する部材にて形成されることが好ましい。また、接続端子取出台21には、接続端子24乃至28を個別に挿入するための挿入孔がそれぞれ設けられ、各挿入孔の周縁部は絶縁性部材により覆われている。   The connection terminal extraction base 21 is a member for supporting the gas detection element 60 on the inner side surface, and at least a part thereof is a member having thermal conductivity that conducts heat of the heating element 50 provided on the outer side surface. It is preferable to be formed. Further, the connection terminal take-out base 21 is provided with insertion holes for individually inserting the connection terminals 24 to 28, and the periphery of each insertion hole is covered with an insulating member.

この接続端子24乃至28は、図3および図4を参照して後述するガス検出素子60と回路基板41に備えられた各種回路とを電気的に接続するための部材である。各接続端子24乃至28の一端は接続端子取出台21に設けられた挿入孔にそれぞれ挿通され、接続端子取出台21に対して垂直に支持されている。   The connection terminals 24 to 28 are members for electrically connecting a gas detection element 60 described later with reference to FIGS. 3 and 4 and various circuits provided on the circuit board 41. One end of each of the connection terminals 24 to 28 is inserted into an insertion hole provided in the connection terminal extraction base 21 and is supported vertically with respect to the connection terminal extraction base 21.

また、検出空間形成部材22は、外側面にて被検出雰囲気と接する外筒36,接続端子取出台21の周縁部を挟持する取出台支持部37および、収容ケース40により支持されるつば部38を備えている。また、検出空間形成部材22の下端部には、被検出雰囲気を検出空間39に導入する開口である導入口34が設けられている。   Further, the detection space forming member 22 has an outer cylinder 36 that is in contact with the atmosphere to be detected on the outer surface, an extraction table support portion 37 that holds the peripheral portion of the connection terminal extraction table 21, and a collar portion 38 that is supported by the housing case 40. It has. Further, an introduction port 34 that is an opening for introducing the atmosphere to be detected into the detection space 39 is provided at the lower end of the detection space forming member 22.

この導入口34の近傍には、被検出雰囲気をガス検出素子60に対して導入および排出するための流路を形成する導入部35が設けられている。そして、この導入部35には、導入口34から近い順に、撥水フィルタ29,スペーサ30および、2枚の金網31,32がそれぞれ装填されている。そして、これらの部材は、検出空間形成部材22とフィルタ固定部材33とにより挟持固定されている。以下、導入部35を構成する部材について詳述する。   In the vicinity of the introduction port 34, an introduction portion 35 is provided that forms a flow path for introducing and discharging the atmosphere to be detected from the gas detection element 60. The introduction portion 35 is loaded with a water repellent filter 29, a spacer 30, and two metal meshes 31, 32 in order from the introduction port 34, respectively. These members are sandwiched and fixed by the detection space forming member 22 and the filter fixing member 33. Hereinafter, members constituting the introducing portion 35 will be described in detail.

撥水フィルタ29は、導入口34に最も近い位置に取り付けられるフィルタであり、被検出雰囲気中に含まれている水滴を除去する撥水性を有する薄膜である。これより、水滴等が飛来する多湿環境下においても、ガス検出素子60が被水することを防ぐことができる。この撥水フィルタ29は、物理的吸着により水滴を除去するものであればよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を利用したフィルタを適用することができる。   The water repellent filter 29 is a filter attached at a position closest to the introduction port 34 and is a thin film having water repellency that removes water droplets contained in the atmosphere to be detected. Accordingly, it is possible to prevent the gas detection element 60 from getting wet even in a humid environment where water droplets or the like fly. The water repellent filter 29 may be any filter that removes water droplets by physical adsorption. For example, a filter using polytetrafluoroethylene (PTFE) can be applied.

スペーサ30は、フィルタ固定部材33の内周壁に備えられ、被検出雰囲気が導入される開口を有する平面視リング状の部材であり、所定の厚みを有することにより、撥水フィルタ29と金網31,32との位置を調整している。   The spacer 30 is a ring-shaped member that is provided on the inner peripheral wall of the filter fixing member 33 and has an opening through which the atmosphere to be detected is introduced. The spacer 30 has a predetermined thickness so that the water-repellent filter 29 and the metal mesh 31, The position with 32 is adjusted.

金網31,32は、所定の厚みと所定の開口部を有しており、ガス検出素子60に設けられた発熱抵抗体の温度が被検出雰囲気に含まれる水素ガスの発火温度よりも上昇して発火した場合であっても、火炎が外部に出るのを防止するフレームアレスタとしての機能を果たす。   The metal nets 31 and 32 have a predetermined thickness and a predetermined opening, and the temperature of the heating resistor provided in the gas detection element 60 is higher than the ignition temperature of hydrogen gas contained in the detected atmosphere. Even when it ignites, it functions as a flame arrester that prevents the flame from going outside.

フィルタ固定部材33は、撥水フィルタ29,スペーサ30および、2枚の金網31,32を、検出空間形成部材22との間で挟持固定するための部材である。フィルタ固定部材33は、検出空間形成部材22の内壁面と当接する筒状の壁面を有するとともに、その壁面の軸方向に突出し、フィルタを固定するための凸部を備えている。なお、凸部は、撥水フィルタ29,スペーサ30および、2枚の金網31,32を検出空間形成部材22との間で挟持固定するために備えられている。   The filter fixing member 33 is a member for sandwiching and fixing the water repellent filter 29, the spacer 30, and the two metal nets 31 and 32 with the detection space forming member 22. The filter fixing member 33 has a cylindrical wall surface that comes into contact with the inner wall surface of the detection space forming member 22, and includes a convex portion that protrudes in the axial direction of the wall surface and fixes the filter. The convex portion is provided for sandwiching and fixing the water repellent filter 29, the spacer 30, and the two metal nets 31 and 32 to the detection space forming member 22.

次に、検出空間39内に配置され、被検出雰囲気に晒されるガス検出素子60の構成を、図3および図4を参照して説明する。図3は、ガス検出素子60の左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332の配置状態を説明するための模式平面図であり、図4は、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332の配置状態を説明するための、図3のA−A線における矢視方向断面図である。なお、図4において、上側を上方、下側を下方とし、図3および図4において、左右方向を左右方向とする。   Next, the configuration of the gas detection element 60 disposed in the detection space 39 and exposed to the detected atmosphere will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a schematic plan view for explaining the arrangement state of the left side heating resistor 331 and the right side heating resistor 332 of the gas detection element 60. FIG. 4 is a schematic plan view of the left side heating resistor 331 and the right side heating resistor 332. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 for explaining an arrangement state. In FIG. 4, the upper side is the upper side, the lower side is the lower side, and in FIGS. 3 and 4, the left-right direction is the left-right direction.

図3に示すように、ガス検出素子60は、長方形の平面形状を有する熱伝導式ガス検出素子である。また、図3および図4に示すように、ガス検出素子60は、板状のシリコン基板310と、シリコン基板310の上面に形成された上側絶縁被膜層323と、シリコン基板310の下面に形成された下側絶縁被膜層324とを備えている。そして、上側絶縁被膜層323には、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332がそれぞれ内包されている。このガス検出素子60は、例えば、マイクロマシニング技術により形成される。なお、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332は、本発明の「2つの発熱抵抗体」に相当する。以下、ガス検出素子60を構成する各部材について詳述する。   As shown in FIG. 3, the gas detection element 60 is a heat conduction type gas detection element having a rectangular planar shape. As shown in FIGS. 3 and 4, the gas detection element 60 is formed on the plate-shaped silicon substrate 310, the upper insulating coating layer 323 formed on the upper surface of the silicon substrate 310, and the lower surface of the silicon substrate 310. And a lower insulating coating layer 324. The upper insulating coating layer 323 includes a left heating resistor 331 and a right heating resistor 332, respectively. The gas detection element 60 is formed by, for example, a micromachining technique. The left heating resistor 331 and the right heating resistor 332 correspond to “two heating resistors” of the present invention. Hereinafter, each member which comprises the gas detection element 60 is explained in full detail.

シリコン基板310は、シリコン製の平板であり、本発明の「半導体基板」に相当する部材である。このシリコン基板310は、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332の下方に位置する部位に、シリコン基板310の一部が開口状に除去された1対の開口部313,314を備えており、当該開口部313,314の上部は、上側絶縁被膜層323の一部が露出している。つまり、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ上側絶縁被膜層323のうちで異なる開口部313,314に対向する(図4において直上に位置する)部位に内包されている。また、上側絶縁被膜層323をシリコン基板310の板厚方向(図4において上下方向)に投影したときに、左側発熱抵抗体331に対応する位置に当該左側発熱抵抗体331より大きい開口部313が設けられ、右側発熱抵抗体332に対応する位置に当該右側発熱抵抗体332より大きい開口部314が設けられている。   The silicon substrate 310 is a flat plate made of silicon and is a member corresponding to the “semiconductor substrate” of the present invention. This silicon substrate 310 is provided with a pair of openings 313 and 314 in which a part of the silicon substrate 310 is removed in an opening at a portion located below the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332. In the upper portions of the openings 313 and 314, a part of the upper insulating coating layer 323 is exposed. That is, the left side heating resistor 331 and the right side heating resistor 332 are located at portions facing the different openings 313 and 314 (positioned immediately above in FIG. 4) in the upper insulating coating layer 323 while being spaced apart from each other. It is included. In addition, when the upper insulating coating layer 323 is projected in the thickness direction (vertical direction in FIG. 4) of the silicon substrate 310, an opening 313 larger than the left heating resistor 331 is formed at a position corresponding to the left heating resistor 331. An opening 314 larger than the right heating resistor 332 is provided at a position corresponding to the right heating resistor 332.

上側絶縁被膜層323は、シリコン基板310側(下側)から順に絶縁層321,322,350および保護層360により構成されている。この上側絶縁被膜層323(絶縁層321,322,350および保護層360)は、本発明の「絶縁部材」に相当する。一方、下側絶縁被膜層324は、シリコン基板310側(上側)から順に絶縁層325,326により構成されている。絶縁層321,325は酸化ケイ素(SiO)からなり、シリコン基板2を挟むように、その厚み方向両側の面上にそれぞれ形成されている。この絶縁層321,325の外側の面上には、窒化ケイ素(Si)からなる絶縁層322,326がそれぞれ形成されている。また、上側絶縁被膜層323を構成する絶縁層322の上面には酸化ケイ素からなる絶縁層350が形成され、さらにその上面に、窒化ケイ素からなる保護層360が形成されている。 The upper insulating coating layer 323 includes insulating layers 321, 322, 350 and a protective layer 360 in order from the silicon substrate 310 side (lower side). This upper insulating coating layer 323 (insulating layers 321, 322, 350 and protective layer 360) corresponds to the “insulating member” of the present invention. On the other hand, the lower insulating coating layer 324 includes insulating layers 325 and 326 in order from the silicon substrate 310 side (upper side). The insulating layers 321 and 325 are made of silicon oxide (SiO 2 ) and are formed on both surfaces in the thickness direction so as to sandwich the silicon substrate 2. Insulating layers 322 and 326 made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) are formed on the outer surfaces of the insulating layers 321 and 325, respectively. An insulating layer 350 made of silicon oxide is formed on the upper surface of the insulating layer 322 constituting the upper insulating coating layer 323, and a protective layer 360 made of silicon nitride is further formed on the upper surface.

上側絶縁被膜層323を構成する絶縁層350には、左側発熱抵抗体331と右側発熱抵抗体332とがそれぞれ内包されている。また、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332が形成された平面と同じ平面に形成された配線膜341,342,343がそれぞれ絶縁層350に内包されている。   The insulating layer 350 constituting the upper insulating coating layer 323 includes a left heating resistor 331 and a right heating resistor 332, respectively. Further, wiring films 341, 342, and 343 formed in the same plane as the plane on which the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332 are formed are included in the insulating layer 350, respectively.

左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332は、それぞれ異なる目標温度となるように通電制御されるとともに、自身の温度変化により抵抗値が変化する抵抗体である。左側発熱抵抗体331は、シリコン基板310と平行な平面の開口部313の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして左側発熱抵抗体331は、低温側目標温度(例えば、300℃)となるように通電制御される。同様に、右側発熱抵抗体332は、シリコン基板310と平行な平面の開口部314の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして、右側発熱抵抗体332は高温側目標温度(例えば、400℃)となるように通電制御される。左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332は、例えば、白金(Pt)又はその合金、ポリシリコン等により形成される。本実施形態では、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332は、配線膜341,342,343とともに、白金抵抗材料により形成されている。   The left heat generating resistor 331 and the right heat generating resistor 332 are resistors that are energized and controlled so as to have different target temperatures, and whose resistance values change according to their own temperature changes. The left heating resistor 331 is formed in a spiral shape in plan view at a portion corresponding to the upper portion of the planar opening 313 parallel to the silicon substrate 310. The left heating resistor 331 is energized and controlled so as to reach a low temperature side target temperature (for example, 300 ° C.). Similarly, the right side heating resistor 332 is formed in a spiral shape in a plan view at a portion corresponding to the upper portion of the planar opening 314 parallel to the silicon substrate 310. The right heating resistor 332 is energized and controlled so as to reach a high temperature side target temperature (for example, 400 ° C.). The left heating resistor 331 and the right heating resistor 332 are made of, for example, platinum (Pt) or an alloy thereof, polysilicon, or the like. In the present embodiment, the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332 are formed of a platinum resistance material together with the wiring films 341, 342, and 343.

また、左側発熱抵抗体331の左端は配線膜341を介し、電極371と電気的に接続されている。一方、左側発熱抵抗体331の右端は、左側発熱抵抗体331と一体に形成された配線膜342を介し、グランド電極372と電気的に接続されている。同様に、右側発熱抵抗体332の左端は配線膜342を介し、グランド電極372と電気的に接続されている。そして、右側発熱抵抗体332の右端は配線膜343を介し、電極373と電気的に接続されている。電極371乃至373は、左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332に接続される配線の引き出し部位であり、コンタクトホール361を介して露出している。電極371乃至373の材料は、例えば、金(Au)が用いられる。   The left end of the left heating resistor 331 is electrically connected to the electrode 371 through the wiring film 341. On the other hand, the right end of the left heating resistor 331 is electrically connected to the ground electrode 372 via a wiring film 342 formed integrally with the left heating resistor 331. Similarly, the left end of the right heating resistor 332 is electrically connected to the ground electrode 372 via the wiring film 342. The right end of the right heating resistor 332 is electrically connected to the electrode 373 through the wiring film 343. The electrodes 371 to 373 are wiring lead portions connected to the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332, and are exposed through the contact holes 361. For example, gold (Au) is used as the material of the electrodes 371 to 373.

また、ガス検出素子60は、図3に示すように測温抵抗体390を備えている。測温抵抗体390は、検出空間39内に存在する被検出雰囲気の温度(以下、「環境温度」とも言う。)を検出するためのものであり、絶縁層322と絶縁層350との間で、且つ、シリコン基板310と平行な平面上に形成されている。測温抵抗体390は、電気抵抗値が温度に略比例して変化する金属が用いられ、例えば、白金(Pt)が用いられる。本実施形態では、測温抵抗体390の温度抵抗係数は2つの発熱抵抗体331,332の各温度抵抗係数とほぼ同一となっている。   Further, the gas detection element 60 includes a resistance temperature detector 390 as shown in FIG. The resistance temperature detector 390 is for detecting the temperature of the atmosphere to be detected existing in the detection space 39 (hereinafter also referred to as “environment temperature”), and between the insulating layer 322 and the insulating layer 350. And formed on a plane parallel to the silicon substrate 310. The resistance temperature detector 390 is made of a metal whose electrical resistance value changes approximately in proportion to the temperature. For example, platinum (Pt) is used. In this embodiment, the temperature resistance coefficient of the resistance temperature detector 390 is substantially the same as the temperature resistance coefficient of the two heating resistors 331 and 332.

また、測温抵抗体390は、測温抵抗体390の左右両端に形成された、電極391およびグランド電極392と電気的に接続されている。この電極391およびグランド電極392は、コンタクトホール(図示せず)を介して露出している。この電極391およびグランド電極392の材質は、例えば、金(Au)が用いられる。なお、測温抵抗体390は、電極391,392を介して、回路基板41に接続されている。   Further, the resistance temperature detector 390 is electrically connected to the electrode 391 and the ground electrode 392 formed on the left and right ends of the resistance temperature detector 390. The electrode 391 and the ground electrode 392 are exposed through a contact hole (not shown). For example, gold (Au) is used as the material of the electrode 391 and the ground electrode 392. The resistance temperature detector 390 is connected to the circuit board 41 through electrodes 391 and 392.

次に、回路基板41に備えられた制御回路200の概略について、図5を参照して説明する。図5は、ガス検出素子60の検出信号を処理するための制御回路200の説明図である。図5に示すように、制御回路200は、低温側ガス検出回路91,高温側ガス検出回路92および温度測定回路93を備えている。以下、制御回路200が備える各回路について詳述する。   Next, an outline of the control circuit 200 provided on the circuit board 41 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the control circuit 200 for processing the detection signal of the gas detection element 60. As shown in FIG. 5, the control circuit 200 includes a low temperature side gas detection circuit 91, a high temperature side gas detection circuit 92, and a temperature measurement circuit 93. Hereinafter, each circuit included in the control circuit 200 will be described in detail.

低温側ガス検出回路91は、低温側ブリッジ回路210と、電流調整回路230と、演算増幅回路250とを備えている。低温側ブリッジ回路210は、ガス検出素子60に備えられた左側発熱抵抗体331と、回路基板41に備えられた固定抵抗212乃至214とによって構成される。左側発熱抵抗体331は、グランド電極372と接続されている側において接地され、左側発熱抵抗体331の他端側は固定抵抗212乃至214を介して接地されている。また演算増幅回路250は、回路基板41に備えられ、低温側ブリッジ回路210から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路250は、演算増幅器251,非反転入力端子用抵抗252,反転入力端子用抵抗253,帰還用抵抗254およびコンデンサ255を備えている。   The low temperature side gas detection circuit 91 includes a low temperature side bridge circuit 210, a current adjustment circuit 230, and an operational amplification circuit 250. The low temperature side bridge circuit 210 includes a left heating resistor 331 provided in the gas detection element 60 and fixed resistors 212 to 214 provided in the circuit board 41. The left heating resistor 331 is grounded on the side connected to the ground electrode 372, and the other end of the left heating resistor 331 is grounded via fixed resistors 212 to 214. The operational amplifier circuit 250 is provided on the circuit board 41 and amplifies the potential difference obtained from the low temperature side bridge circuit 210. The operational amplifier circuit 250 includes an operational amplifier 251, a non-inverting input terminal resistor 252, an inverting input terminal resistor 253, a feedback resistor 254, and a capacitor 255.

低温側ブリッジ回路210は、左側発熱抵抗体331および固定抵抗212の共通端子と、固定抵抗213および固定抵抗214の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路230から制御電圧が印加される。電流調整回路230は、直流電源280の出力電圧Vccを用いて、演算増幅回路250からの出力に応じて低温側ブリッジ回路210の制御電圧を形成する。これにより、左側発熱抵抗体331の抵抗値が一定に、即ち、左側発熱抵抗体331の温度が低温側目標温度となるように制御される。そして、低温側ガス検出回路91が備える演算増幅回路250は、左側発熱抵抗体331および固定抵抗212の共通端子(電極371)に生じる電圧を、マイクロコンピュータ94に出力信号(電位VL)として入力する。   The low-temperature side bridge circuit 210 is controlled from the current adjustment circuit 230 so that the potential difference generated between the common terminal of the left heating resistor 331 and the fixed resistor 212 and the common terminal of the fixed resistor 213 and the fixed resistor 214 becomes zero. A voltage is applied. The current adjustment circuit 230 uses the output voltage Vcc of the DC power supply 280 to form a control voltage for the low temperature side bridge circuit 210 in accordance with the output from the operational amplifier circuit 250. Thus, the resistance value of the left heating resistor 331 is controlled to be constant, that is, the temperature of the left heating resistor 331 is controlled to be the low temperature side target temperature. The operational amplifier circuit 250 included in the low temperature side gas detection circuit 91 inputs the voltage generated at the common terminal (electrode 371) of the left heating resistor 331 and the fixed resistor 212 to the microcomputer 94 as an output signal (potential VL). .

同様に、高温側ガス検出回路92は、高温側ブリッジ回路220と、電流調整回路240と、演算増幅回路260とを備えている。高温側ブリッジ回路220は、ガス検出素子60に備えられた右側発熱抵抗体332と、回路基板41に備えられた固定抵抗222乃至224とによって構成される。右側発熱抵抗体332は、グランド電極372と接続されている側において接地され、右側発熱抵抗体332の他端側は固定抵抗222乃至224を介して接地されている。また演算増幅回路260は、回路基板41に備えられ、高温側ブリッジ回路220から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路260は、演算増幅器261,非反転入力端子用抵抗262,反転入力端子用抵抗263,帰還用抵抗264およびコンデンサ265を備えている。   Similarly, the high temperature side gas detection circuit 92 includes a high temperature side bridge circuit 220, a current adjustment circuit 240, and an operational amplification circuit 260. The high temperature side bridge circuit 220 includes a right heating resistor 332 provided in the gas detection element 60 and fixed resistors 222 to 224 provided in the circuit board 41. The right heating resistor 332 is grounded on the side connected to the ground electrode 372, and the other end of the right heating resistor 332 is grounded via fixed resistors 222 to 224. The operational amplifier circuit 260 is provided on the circuit board 41 and amplifies the potential difference obtained from the high temperature side bridge circuit 220. The operational amplifier circuit 260 includes an operational amplifier 261, a non-inverting input terminal resistor 262, an inverting input terminal resistor 263, a feedback resistor 264, and a capacitor 265.

高温側ブリッジ回路220は、右側発熱抵抗体332および固定抵抗222の共通端子と、固定抵抗223および固定抵抗224の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路240から制御電圧が印加される。電流調整回路は、直流電源280の出力電圧Vccを用いて、演算増幅回路260からの出力に応じて高温側ブリッジ回路220の制御電圧を形成する。これにより、右側発熱抵抗体332の抵抗値が一定に、即ち、右側発熱抵抗体332の温度が高温側目標温度となるように制御される。そして、高温側ガス検出回路92が備える演算増幅回路260は、右側発熱抵抗体332および固定抵抗222の共通端子(電極373)に生じる電圧を、マイクロコンピュータ94に出力信号(電位VH)として入力する。   The high-temperature side bridge circuit 220 is controlled from the current adjustment circuit 240 so that the potential difference generated between the common terminal of the right heating resistor 332 and the fixed resistor 222 and the common terminal of the fixed resistor 223 and the fixed resistor 224 becomes zero. A voltage is applied. The current adjustment circuit uses the output voltage Vcc of the DC power supply 280 to form a control voltage for the high-temperature side bridge circuit 220 according to the output from the operational amplifier circuit 260. Thereby, the resistance value of the right side heating resistor 332 is controlled to be constant, that is, the temperature of the right side heating resistor 332 is controlled to be the high temperature side target temperature. The operational amplifier circuit 260 included in the high temperature side gas detection circuit 92 inputs the voltage generated at the common terminal (electrode 373) of the right heating resistor 332 and the fixed resistor 222 to the microcomputer 94 as an output signal (potential VH). .

温度測定回路93は、温度測定ブリッジ回路931と、演算増幅回路932とを備えている。温度測定ブリッジ回路931は、ガス検出素子60に備えられた測温抵抗体390と、回路基板41に備えられた固定抵抗232乃至234によって構成される。測温抵抗体390は、グランド電極392と接続されている側において接地され、測温抵抗体390の他端側は固定抵抗232乃至234を介して接地されている。この温度測定ブリッジ回路931は、測温抵抗体390および固定抵抗232の共通端子(一端側出力端子)と、固定抵抗233および固定抵抗234の共通端子(温度測定ブリッジ回路931の他端側出力端子)との間に生ずる電位差を出力する。この電位差は、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。また演算増幅回路932は、回路基板41に備えられ、温度測定ブリッジ回路931から得られる電位差を増幅する。演算増幅回路932は、演算増幅器933,非反転入力端子用抵抗934,反転入力端子用抵抗935,帰還用抵抗936およびコンデンサ937を備えている。そして、この演算増幅回路932は、温度測定ブリッジ回路931の両出力端子間に生ずる電位差を増幅して、マイクロコンピュータ94に出力信号(電位VT)として入力する。この出力信号は、環境温度を演算するのに用いられ、演算された環境温度はさらに、被検出雰囲気に含まれ可燃性ガスを検出するための演算処理に供される。   The temperature measurement circuit 93 includes a temperature measurement bridge circuit 931 and an operational amplifier circuit 932. The temperature measurement bridge circuit 931 includes a resistance temperature detector 390 provided in the gas detection element 60 and fixed resistors 232 to 234 provided in the circuit board 41. The resistance temperature detector 390 is grounded on the side connected to the ground electrode 392, and the other end side of the resistance temperature detector 390 is grounded via fixed resistors 232 to 234. This temperature measurement bridge circuit 931 includes a common terminal (one end side output terminal) of the resistance temperature detector 390 and the fixed resistor 232, and a common terminal of the fixed resistor 233 and the fixed resistor 234 (the other end side output terminal of the temperature measurement bridge circuit 931). ) Is output. This potential difference indicates a value corresponding to the environmental temperature of the atmosphere to be detected. The operational amplifier circuit 932 is provided on the circuit board 41 and amplifies the potential difference obtained from the temperature measurement bridge circuit 931. The operational amplifier circuit 932 includes an operational amplifier 933, a non-inverting input terminal resistor 934, an inverting input terminal resistor 935, a feedback resistor 936, and a capacitor 937. The operational amplifier circuit 932 amplifies a potential difference generated between both output terminals of the temperature measurement bridge circuit 931 and inputs the amplified signal to the microcomputer 94 as an output signal (potential VT). This output signal is used to calculate the environmental temperature, and the calculated environmental temperature is further included in the atmosphere to be detected and subjected to arithmetic processing for detecting combustible gas.

次に、以上のような構成を有する制御回路200の出力値に基づき、マイクロコンピュータ94により実行される可燃性ガスとして水素の濃度を演算するガス検出処理のガス検出処理の検出原理の概要について、図6および図7を参照して説明する。図6は、水分が存在しない状況下で水素濃度を0〜4体積%に変化させ、発熱抵抗体が目標温度400℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図7は、水分が存在しない状況下で水素濃度を0〜4体積%に変化させ、発熱抵抗体が目標温度300℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図6および図7では、水分が存在しない状況下で水素濃度を0,1,2,3および4体積%の5つ異なる濃度において、発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットし、各測定点に基づき近似式(一次式)を求めている。図6に示すグラフ500において、環境温度が−20℃の場合をデータ501,20℃の場合をデータ502,50℃の場合をデータ503,80℃の場合をデータ504にてそれぞれ示している。同様に、図7に示すグラフ550において、環境温度が−20℃の場合をデータ551,20℃の場合をデータ552,50℃の場合をデータ553,80℃の場合をデータ554にてそれぞれ示している。   Next, an outline of the detection principle of the gas detection process of the gas detection process that calculates the concentration of hydrogen as the combustible gas executed by the microcomputer 94 based on the output value of the control circuit 200 having the above configuration. This will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the hydrogen concentration is changed to 0 to 4% by volume in the absence of moisture and the voltage is applied so that the heating resistor has a target temperature of 400 ° C. It is the graph which plotted the relationship for every environmental temperature. FIG. 7 shows the relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the hydrogen concentration is changed to 0 to 4% by volume in the absence of moisture and the voltage is applied so that the heating resistor has a target temperature of 300 ° C. It is the graph which plotted the relationship for every environmental temperature. In FIGS. 6 and 7, when a voltage is applied so that the heating resistor has a target temperature at five different concentrations of 0, 1, 2, 3, and 4% by volume in the absence of moisture. The relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity is plotted for each environmental temperature, and an approximate expression (primary expression) is obtained based on each measurement point. In the graph 500 shown in FIG. 6, data 501, 20 ° C. are data 502, and data 503, 80 ° C. are data 501, 20 ° C. and data 504, respectively. Similarly, in the graph 550 shown in FIG. 7, when the environmental temperature is −20 ° C., the data 551, 20 ° C. is the data 552, 50 ° C., the data 553, 80 ° C. is the data 554, respectively. ing.

本実施形態の可燃性ガス検出装置10においては、水分が存在しない状況下での水素濃度と、端子電圧との間には、正の相関がある。さらに上記条件における端子電圧と、熱伝導率との間には、図6および図7に示すように、一次式で表される正の相関がある。発熱抵抗体の目標温度が一定である場合、環境温度が高いほど、環境温度が低い場合に比べ、上記条件の端子電圧と熱伝導率との関係との関係を表す一次式における切片が小さくなる。したがって、端子電圧と環境温度から被検出雰囲気の熱伝導率を求めることができる。一方、水分が存在しない状況下で水素濃度を変えたときの、高温側目標温度400℃に対応する熱伝導率(高温側熱伝導率)と、低温側目標温度300℃に対応する熱伝導率(低温側熱伝導率)との比(高温側熱伝導率/低温側熱伝導率)をとると、この比は、水素濃度および環境温度によらずほぼ一定の値をとる。   In the combustible gas detection device 10 of the present embodiment, there is a positive correlation between the hydrogen concentration and the terminal voltage in a situation where no moisture exists. Further, as shown in FIGS. 6 and 7, there is a positive correlation represented by a linear expression between the terminal voltage under the above conditions and the thermal conductivity. When the target temperature of the heating resistor is constant, the intercept in the primary expression representing the relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity under the above conditions becomes smaller as the environmental temperature is higher than when the environmental temperature is lower. . Therefore, the thermal conductivity of the atmosphere to be detected can be obtained from the terminal voltage and the environmental temperature. On the other hand, when the hydrogen concentration is changed in the absence of moisture, the thermal conductivity corresponding to the high temperature side target temperature of 400 ° C. (high temperature side thermal conductivity) and the thermal conductivity corresponding to the low temperature side target temperature of 300 ° C. Taking a ratio (high temperature side thermal conductivity / low temperature side thermal conductivity) to (low temperature side thermal conductivity), this ratio takes a substantially constant value regardless of the hydrogen concentration and the environmental temperature.

これに対して、可燃性ガスが存在しない状況下で、水分濃度(湿度)を変えたときの、高温側目標温度400℃に対する熱伝導率(高温側熱伝導率)と、低温側目標温度300℃に対応する熱伝導率(低温側熱伝導率)との比(高温側熱伝導率/低温側熱伝導率)をとると、環境温度によらず、水分濃度(湿度)と上記熱伝導率の比との間には正の相関がある。   On the other hand, the thermal conductivity (high temperature side thermal conductivity) with respect to the high temperature side target temperature 400 ° C. and the low temperature side target temperature 300 when the moisture concentration (humidity) is changed in a situation where no flammable gas exists. When the ratio (high temperature side thermal conductivity / low temperature side thermal conductivity) with the thermal conductivity (low temperature side thermal conductivity) corresponding to ℃ is taken, regardless of the environmental temperature, the moisture concentration (humidity) and the above thermal conductivity There is a positive correlation with the ratio.

本実施形態のガス検出方法においては、上述のように、異なる目標温度となるように通電制御された2つの発熱抵抗体に対応する熱伝導率の比(高温側熱伝導率/低温側熱伝導率)が、可燃性ガスのガス濃度を変化させた場合にはほぼ一定であるのに対し、水分濃度(湿度)を変化させた場合では正の相関を有することを利用し、被検出雰囲気の湿度を演算する。なお、上記正の相関は、発熱抵抗体の材質や形状等のガス検出素子60の構成、発熱抵抗体の目標温度、被検出ガス等によっても異なる。このため、検出対象となる被検出ガスに応じて、2つの発熱抵抗体の目標温度を設定し、上記正の相関およびガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報を、予め設定しておく。   In the gas detection method of this embodiment, as described above, the ratio of thermal conductivity corresponding to two heating resistors that are energized and controlled to have different target temperatures (high temperature side thermal conductivity / low temperature side thermal conductivity). Rate) is almost constant when the gas concentration of the flammable gas is changed, but it has a positive correlation when the moisture concentration (humidity) is changed. Calculate humidity. The positive correlation also varies depending on the configuration of the gas detection element 60 such as the material and shape of the heating resistor, the target temperature of the heating resistor, the gas to be detected, and the like. For this reason, various information such as map data and calculation formulas necessary for setting the target temperature of the two heating resistors in accordance with the detection target gas to be detected and executing the above positive correlation and gas detection processing. Is set in advance.

次に、以上詳述した可燃性ガス検出装置10において実行されるガス検出処理について図8のフローチャートを参照して説明する。図8は、本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。なお、図8のフローチャートに示す各処理を実行させるプログラムは、ROM942に記憶されており、プログラム実行時にはRAM943に読み込んで、図5に示すCPU941が実行する。また、ガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報はROM942に記憶されており、プログラム実行時にはROM942から読み出され、RAM943に記憶されているものとする。また、ガス検出処理実行中に取得したり、演算したりして得られたデータは、随時RAM943の所定の記憶領域に記憶されるものとする。このガス検出処理は、電源スイッチ281がONにされ、マイクロコンピュータ94が直流電源280から給電されると、CPU941により起動される。   Next, the gas detection process performed in the combustible gas detection apparatus 10 explained in full detail above is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the gas detection process of the present embodiment. A program for executing each process shown in the flowchart of FIG. 8 is stored in the ROM 942, and is read into the RAM 943 and executed by the CPU 941 shown in FIG. Various information such as map data and calculation formulas necessary for executing the gas detection process is stored in the ROM 942, and is read from the ROM 942 and stored in the RAM 943 when the program is executed. In addition, data acquired or calculated during execution of the gas detection process is stored in a predetermined storage area of the RAM 943 as needed. This gas detection process is started by the CPU 941 when the power switch 281 is turned ON and the microcomputer 94 is supplied with power from the DC power supply 280.

図8のフローチャートに示すように、このガス検出処理ではまず、初期化処理を実行する(S5)。初期化処理では、別途実行される経時処理を司るソフトタイマを起動する処理や、ガス検出処理に用いる各種変数の初期値を設定する処理を実行する。また、電流調整回路230,240の各制御電圧の出力が開始される。   As shown in the flowchart of FIG. 8, in this gas detection process, first, an initialization process is executed (S5). In the initialization process, a process for starting a soft timer that manages a time-dependent process that is separately executed and a process for setting initial values of various variables used in the gas detection process are executed. Also, the output of each control voltage of the current adjustment circuits 230 and 240 is started.

続いて、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過したか否かを判断する(S10)。この処理は、2つの発熱抵抗体331,332が、それぞれ目標温度に達した後に、ガス検出処理を実行させるための処理である。本実施形態では、左側発熱抵抗体331の目標温度は、低温側目標温度300℃に設定されており、右側発熱抵抗体の目標温度は、高温側目標温度400℃に設定されている。このように目標温度は、2つの発熱抵抗体(左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332)で異なる温度が設定され、高温側目標温度と、低温側目標温度との差は、被検出雰囲気に含まれる水分を精度よく検出する観点から50℃以上あることが好ましい。また、目標温度の下限値は、水の沸点を確実に上回る150℃以上とするのが好ましく、目標温度の上限値は、可燃性ガスの発火温度よりも低い温度とすることが好ましい。   Subsequently, it is determined whether or not a predetermined initial waiting time has elapsed from the start timing of the gas detection process (S10). This process is a process for executing the gas detection process after the two heating resistors 331 and 332 reach the target temperature. In the present embodiment, the target temperature of the left heating resistor 331 is set to the low temperature side target temperature 300 ° C., and the target temperature of the right heating resistor 331 is set to the high temperature side target temperature 400 ° C. Thus, the target temperature is set to a different temperature between the two heating resistors (the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332), and the difference between the high temperature side target temperature and the low temperature side target temperature is the detected atmosphere. From the viewpoint of accurately detecting moisture contained in the water, it is preferably 50 ° C. or higher. Moreover, it is preferable that the lower limit value of the target temperature is 150 ° C. or higher that surely exceeds the boiling point of water, and the upper limit value of the target temperature is preferably lower than the ignition temperature of the combustible gas.

S10において、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過していない場合には(S10:No)、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過するまで待機する。一方、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過した場合には(S10:Yes)、続いて、温度電圧VTの読み込み処理を実行する(S15)。   In S10, when the predetermined initial waiting time has not elapsed since the start timing of the gas detection process (S10: No), the predetermined initial waiting time elapses from the start timing of the gas detection process. Wait until. On the other hand, when a predetermined initial waiting time has elapsed from the start timing of the gas detection process (S10: Yes), the temperature voltage VT reading process is subsequently executed (S15).

温度電圧VTの読み込み処理では、図5に示す温度測定回路93から出力される電位VTを温度電圧VTとして読み込み、RAM943に記憶する(S15)。この温度電圧VTは、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。   In the reading process of the temperature voltage VT, the potential VT output from the temperature measuring circuit 93 shown in FIG. 5 is read as the temperature voltage VT and stored in the RAM 943 (S15). This temperature voltage VT shows a value corresponding to the environmental temperature of the atmosphere to be detected.

続いて、S15で読み込んだ温度電圧VTに基づき、被検出雰囲気の環境温度Tを求める温度換算処理を実行する(S20)。本実施形態の可燃性ガス検出装置10においては、温度電圧VTと、被検出雰囲気の環境温度Tとの関係は温度換算用データとして予め定められており、ROM942の所定の記憶領域に記憶されている。温度換算用データとしては、例えば、温度換算用マップデータや温度換算用計算式が用いられる。したがってS20では、S15で取得した温度電圧VTと、温度換算用データとに基づき、被検出雰囲気の環境温度Tを求める。上記S15,S20の処理は、本発明の「温度検出工程」に相当する。   Subsequently, based on the temperature voltage VT read in S15, a temperature conversion process for obtaining the environmental temperature T of the detected atmosphere is executed (S20). In the combustible gas detection device 10 of the present embodiment, the relationship between the temperature voltage VT and the ambient temperature T of the atmosphere to be detected is predetermined as temperature conversion data and is stored in a predetermined storage area of the ROM 942. Yes. As the temperature conversion data, for example, temperature conversion map data or a temperature conversion calculation formula is used. Therefore, in S20, the environmental temperature T of the detected atmosphere is obtained based on the temperature voltage VT acquired in S15 and the temperature conversion data. The processes of S15 and S20 correspond to the “temperature detection step” of the present invention.

続いて、図5に示す高温側ガス検出回路92から出力される電位VHを高温側電圧VHとして読み込み、低温側ガス検出回路91から出力される電位VLを低温側電圧VLとして読み込む処理を実行する(S25)。読み込まれた高温側電圧VHおよび低温側電圧VLは、それぞれRAM943の所定の記憶領域に記憶される。このS25の処理は、本発明の「電圧検出工程」に相当し、高温側電圧VHおよび低温側電圧VLは、本発明の「2つの端子電圧」に相当する。   Subsequently, a process of reading the potential VH output from the high temperature side gas detection circuit 92 shown in FIG. 5 as the high temperature side voltage VH and reading the potential VL output from the low temperature side gas detection circuit 91 as the low temperature side voltage VL is executed. (S25). The read high-temperature side voltage VH and low-temperature side voltage VL are stored in predetermined storage areas of the RAM 943, respectively. The process of S25 corresponds to the “voltage detection step” of the present invention, and the high temperature side voltage VH and the low temperature side voltage VL correspond to “two terminal voltages” of the present invention.

続いて、S25で読み込んだ高温側電圧VHに対応する高温側熱伝導率演算値λHと、低温側電圧VLに対応する低温側熱伝導率演算値λLとを、それぞれ演算する(S30)。高温側熱伝導率演算値λHは、ROM942等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の高温側熱伝導率演算データと、S25において読み込んだ高温側電圧VHとに基づき演算される。高温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式(1)、λH=(VHmeasure−VH(t))×αH(t)+λHで表される。 Subsequently, a high temperature side thermal conductivity calculated value λH corresponding to the high temperature side voltage VH read in S25 and a low temperature side thermal conductivity calculated value λL corresponding to the low temperature side voltage VL are respectively calculated (S30). The high-temperature-side thermal conductivity calculation value λH is calculated using the high-temperature-side thermal conductivity calculation data such as calculation map data and calculation formulas stored in advance in a storage unit such as the ROM 942 and the high-temperature-side voltage VH read in S25. Calculated based on Calculation equation to be used as a high-temperature-side heat conductivity computed data, such as those of the formula (1) is represented by λH = (VH measure -VH 0 ( t)) × αH (t) + λH 0.

ここで式(1)におけるVHmeasureは、S25において読み込んだ高温側電圧VHである。またVH(t)は、予め可燃性ガス(水素)および水分が存在しない状況下(以下、可燃性ガス(水素)および水分が存在しない状況を「ドライAir条件」と言う。)で求めた、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度tとの相関を表す相関データ(マップデータや、二次式等で表される計算式)から算出した基準端子電圧である。本実施形態の可燃性ガス検出装置10においては、ドライAir条件において予め求めた端子電圧を基準端子電圧とする。図示しないが、ドライAir条件の端子電圧と、環境温度tとの間には、二次式等の計算式で表される負の相関がある。上記相関データはこの相関に基づき予め設定され、ROM942に記憶されている。 Here, VH measure in the equation (1) is the high temperature side voltage VH read in S25. Further, VH 0 (t) was obtained in advance under the condition where there was no flammable gas (hydrogen) and moisture (hereinafter, the situation where there was no flammable gas (hydrogen) and moisture was referred to as “dry air condition”). From the correlation data (map data, calculation formula represented by a quadratic equation, etc.) indicating the correlation between the terminal voltage when the voltage is applied so that the heating resistor reaches the high temperature side target temperature and the environmental temperature t The calculated reference terminal voltage. In the combustible gas detection device 10 of the present embodiment, the terminal voltage obtained in advance under the dry air condition is used as the reference terminal voltage. Although not shown, there is a negative correlation expressed by a calculation expression such as a quadratic expression between the terminal voltage under the dry air condition and the environmental temperature t. The correlation data is preset based on the correlation and stored in the ROM 942.

またαH(t)は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス(水素)を添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔV(VHmeasure−VH(t))を熱伝導率変化ΔλHに変換するための係数である。図6のグラフ500に示すように、水分が存在しない状況下で、可燃性ガス(水素)を0〜4体積%添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度400℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との間の関係は、環境温度tに依存する。このため、係数αH(t)は、環境温度tに応じて予め定められた温度演算データ(マップデータや、一次式等で表される計算式)により求められる。 ΑH (t) is a terminal voltage change ΔV (VH when a voltage is applied so that a heating resistor is at a high temperature target temperature in a state where moisture is not present in advance. This is a coefficient for converting measurement −VH 0 (t)) into a thermal conductivity change ΔλH. As shown in the graph 500 of FIG. 6, 0-4% by volume of flammable gas (hydrogen) is added in the absence of moisture, and a voltage is applied so that the heating resistor has a high temperature side target temperature of 400 ° C. In this case, the relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity depends on the environmental temperature t. For this reason, the coefficient αH (t) is obtained from temperature calculation data (map data, a calculation formula represented by a linear equation or the like) determined in advance according to the environmental temperature t.

またλHは、ドライAir条件において、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率(定数)である。本実施形態では、高温側目標温度となるように電圧が印加される右側発熱抵抗体332の目標温度(高温側目標温度)は400℃であり、λHは50.518[mW/(m・K)]である。 Further, λH 0 is the thermal conductivity (constant) when a voltage is applied so that the heating resistor has a high temperature side target temperature under dry air conditions. In this embodiment, the target temperature (high temperature side target temperature) of the right side heating resistor 332 to which a voltage is applied so as to be the high temperature side target temperature is 400 ° C., and λH 0 is 50.518 [mW / (m · K)].

高温側熱伝導率演算値λHの場合と同様に、低温側熱伝導率演算値λLは、ROM942等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の低温側熱伝導率演算データと、S25において読み込んだ低温側電圧VLとに基づき演算される。低温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式(2)、λL=(VLmeasure−VL(t))×αL(t)+λLに基づき算出される。ここで、VLmeasureは、S25において読み込んだ低温側電圧VLであり、VL(t)は、予めドライAir条件で求めた、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度tとの相関データから算出した基準端子電圧である。また、αL(t)は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス(水素)を添加し、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔV(VLmeasure−VL(t))を熱伝導率変化ΔλLに変換するための係数であり、温度演算データにより求められる。またλLは、ドライAir条件において、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率(定数)である。本実施形態では、低温側目標温度となるように電圧が印加される左側発熱抵抗体331の目標温度は300℃であり、λLは44.038[mW/(m・K)]である。なお、このS30の処理は、本発明の「熱伝導率演算工程」に相当し、高温側熱伝導率演算値λHおよび低温側熱伝導率演算値λLは、本発明の「2つの熱伝導率演算値」に相当する。 As in the case of the high temperature side thermal conductivity calculation value λH, the low temperature side thermal conductivity calculation value λL is the low temperature side thermal conductivity such as calculation map data or calculation formulas stored in advance in a storage unit such as the ROM 942. The calculation is performed based on the calculation data and the low temperature side voltage VL read in S25. Calculation equation to be used as low-temperature heat conductivity computed data, such as those of the formula (2), λL = (VL measure -VL 0 (t)) is calculated on the basis of the × αL (t) + λL 0 . Here, VL measurement is the low-temperature side voltage VL read in S25, and VL 0 (t) is a case where a voltage is applied so that the heating resistor is the low-temperature side target temperature obtained in advance under the dry air condition. Is a reference terminal voltage calculated from correlation data between the terminal voltage and the ambient temperature t. In addition, αL (t) is a terminal voltage change ΔV (when a voltage is applied so that a heating resistor is at a low-temperature target temperature in a state where moisture is not present in advance. VL its measure -VL 0 a (t)) is a coefficient for converting the thermal conductivity change DerutaramudaL, determined by the temperature calculation data. Further, λL 0 is a thermal conductivity (constant) when a voltage is applied so that the heating resistor has a low temperature side target temperature under dry air conditions. In the present embodiment, the target temperature of the left heating resistor 331 to which the voltage is applied so as to be the low temperature side target temperature is 300 ° C., and λL 0 is 44.038 [mW / (m · K)]. The process of S30 corresponds to the “thermal conductivity calculation step” of the present invention, and the high temperature side thermal conductivity calculated value λH and the low temperature side thermal conductivity calculated value λL are the two heat conductivity values of the present invention. It corresponds to “calculated value”.

続いて、S30において求めた高温側熱伝導率演算値λHを低温側熱伝導率演算値λLで除して、熱伝導率比Rλを演算する(S35)。   Subsequently, the thermal conductivity ratio Rλ is calculated by dividing the high temperature side thermal conductivity calculated value λH obtained in S30 by the low temperature side thermal conductivity calculated value λL (S35).

続いて、S35において求めた熱伝導率比Rλと、基準の熱伝導率比Rλとの差分ΔRλを演算する(S40)。基準の熱伝導率比Rλは式(3)、Rλ=λH/λLにより演算され、本実施形態の可燃性ガス検出装置10においては、1.147である。 Then, it calculates a thermal conductivity ratio R [lambda] determined in S35, a difference ΔRλ the thermal conductivity ratio R [lambda] 0 of the reference (S40). The reference thermal conductivity ratio Rλ 0 is calculated by the equation (3), Rλ 0 = λH 0 / λL 0 , and is 1.147 in the combustible gas detection device 10 of the present embodiment.

続いて、被検出雰囲気に含まれる水分HO(被検出雰囲気の湿度)を算出する(S45)。図示しないが、ΔRλと被検出雰囲気に含まれる水分HOとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分演算用の関係演算データ(マップデータや、二次式等で表される計算式)が予め設定され、ROM942に記憶されている。したがって、関係演算データおよびS40において求めたΔRλに基づき、被検出雰囲気中の水分(被検出雰囲気の湿度)を演算する。なお、上記S35,S40,S45の処理は、本発明の「湿度演算工程」に相当する。 Subsequently, moisture H 2 O (humidity of the detected atmosphere) contained in the detected atmosphere is calculated (S45). Although not shown, there is a positive correlation represented by a calculation formula such as a quadratic equation between ΔRλ and moisture H 2 O contained in the atmosphere to be detected. Based on this correlation, relational calculation data (map data, a calculation formula represented by a quadratic expression, etc.) for moisture calculation is set in advance and stored in the ROM 942. Therefore, the moisture in the atmosphere to be detected (humidity of the atmosphere to be detected) is calculated based on the relational calculation data and ΔRλ obtained in S40. The processes of S35, S40, and S45 correspond to the “humidity calculation step” of the present invention.

続いて、S30において求めた高温側熱伝導率演算値λHに含まれる水分による変化分ΔλHH2Oを演算する(S50)。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる水分HOと、水分による熱伝導率の変化分ΔλHH2Oとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分による変化分ΔλHH2O演算用の関係演算データ(マップデータや、二次式等で表される計算式)が予め設定され、ROM942に記憶されている。したがって、関係演算データおよびS45で求めた被検出雰囲気に含まれる水分HOに基づき、上記ΔλHH2Oを演算する。 Subsequently, a change ΔλH H2O due to moisture contained in the high temperature side thermal conductivity calculated value λH obtained in S30 is calculated (S50). Although not shown, there is a positive correlation represented by a calculation formula such as a quadratic equation between the moisture H 2 O contained in the atmosphere to be detected and the change ΔλH H2O in thermal conductivity due to moisture. Based on this correlation, relational calculation data (map data, a calculation formula represented by a quadratic expression, etc.) for calculating a change ΔλH H2O due to moisture is set in advance and stored in the ROM 942. Therefore, the ΔλH H2O is calculated based on the relation calculation data and the moisture H 2 O contained in the detected atmosphere obtained in S45.

続いて、S30において求めた高温側熱伝導率演算値λHに含まれる可燃性ガス(水素)による変化分ΔλHH2を演算する(S55)。この処理では、S30において求めた高温側熱伝導率演算値λHに含まれる可燃性ガス(水素)による変化分ΔλHH2を式(4)、ΔλHH2=λH−ΔλHH2O−λHを用いて演算する。ここでλHは、S30において求めた高温側熱伝導率演算値であり、ΔλHH2Oは、S50において求めた、高温側熱伝導率演算値λHに含まれる水分による変化分である。またλHは、ドライAir条件における熱伝導率(定数)である。 Subsequently, a change ΔλH H2 due to the combustible gas (hydrogen) included in the high temperature side thermal conductivity calculated value λH obtained in S30 is calculated (S55). In this process, the change ΔλH H2 due to the combustible gas (hydrogen) included in the high temperature side thermal conductivity calculated value λH obtained in S30 is calculated using Equation (4), ΔλH H2 = λH−ΔλH H2O −λH 0. To do. Here, λH is the high temperature side thermal conductivity calculated value obtained in S30, and ΔλH H2O is a change due to moisture contained in the high temperature side thermal conductivity calculated value λH obtained in S50. ΛH 0 is the thermal conductivity (constant) under dry air conditions.

続いて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス(水素)を演算する(S60)。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス(水素)と、可燃性ガス(水素)による熱伝導率の変化分ΔλHH2との間には、一次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき、可燃性ガス(水素)演算用の関係演算データ(マップデータや、一次式等で表される計算式)が予め設定され、ROM942に記憶されている。したがって、関係演算データおよびS55において求めた可燃性ガス(水素)による変化分ΔλHH2に基づき、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス(水素)を演算する。なお、上記S50,S55およびS60の処理は、本発明の「濃度演算工程」に相当する。 Subsequently, the combustible gas (hydrogen) contained in the detected atmosphere is calculated (S60). Although not shown, between the combustible gas (hydrogen) contained in the atmosphere to be detected and the change ΔλH H2 in the thermal conductivity due to the combustible gas (hydrogen), a positive expression such as a linear expression is used. There is a correlation. Based on this correlation, relational calculation data (map data, a calculation formula represented by a primary expression, etc.) for calculating the combustible gas (hydrogen) is set in advance and stored in the ROM 942. Therefore, the combustible gas (hydrogen) contained in the atmosphere to be detected is calculated based on the relational calculation data and the change ΔλH H2 due to the combustible gas (hydrogen) obtained in S55. The processes of S50, S55 and S60 correspond to the “density calculation step” of the present invention.

続いて、所定の待ち時間が経過したかを判断する(S65)。この処理は、所定時間ごとに、ガス検出処理を実行するための処理である。待ち時間が経過していない場合には(S65:No)、待ち時間が経過するまで待機する。一方、待ち時間が経過した場合には(S65:Yes)、続いて、S15に戻り処理を繰り返す。   Subsequently, it is determined whether a predetermined waiting time has elapsed (S65). This process is a process for executing the gas detection process at every predetermined time. When the waiting time has not elapsed (S65: No), it waits until the waiting time elapses. On the other hand, when the waiting time has elapsed (S65: Yes), the process returns to S15 and the process is repeated.

以上詳述したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置10においては、図8のフローチャートに示すガス検出処理が実施される。なお、ガス検出処理において、異なる目標温度(高温側目標温度、低温側目標温度)となるように、2つの発熱抵抗体を通電制御する、図5に示す電流調整回路230および演算増幅回路250並びに電流調整回路240および演算増幅回路260は本発明の通電制御手段に相当する。また、図8に示すフローチャートのS15において、被検出雰囲気の環境温度Tを検出する、図5に示す温度測定回路93およびCPU941は、本発明の温度検出手段に相当する。また、図8に示すフローチャートのS25において、2つの発熱抵抗体331,332における各端子電圧VH,VLを検出する、図5に示すCPU941は、本発明の電圧検出手段として機能する。   As described above in detail, in the combustible gas detection device 10 of the present embodiment, the gas detection process shown in the flowchart of FIG. 8 is performed. In the gas detection process, the current adjusting circuit 230, the operational amplifier circuit 250, and the current amplifier circuit 250 shown in FIG. 5 are energized and controlled so as to have different target temperatures (high temperature side target temperature, low temperature side target temperature). The current adjustment circuit 240 and the operational amplifier circuit 260 correspond to the energization control means of the present invention. Further, the temperature measuring circuit 93 and the CPU 941 shown in FIG. 5 that detect the ambient temperature T of the atmosphere to be detected in S15 of the flowchart shown in FIG. 8 correspond to the temperature detecting means of the present invention. Further, in S25 of the flowchart shown in FIG. 8, the CPU 941 shown in FIG. 5 that detects the terminal voltages VH and VL in the two heating resistors 331 and 332 functions as the voltage detection means of the present invention.

また図8に示すフローチャートのS30において、S25において読み込んだ2つの端子電圧VH,VLと、S20で換算した環境温度Tとから、2つの端子電圧VH,VLに対応する各熱伝導率演算値λH,λLを演算する、図5に示すCPU941は、本発明の熱伝導率演算手段として機能する。また図8に示すフローチャートのS35,S40およびS45において、S30において演算した2つの熱伝導率演算値λH,λLに基づき、被検出雰囲気の湿度を演算する、図5に示すCPU941は、本発明の湿度演算手段として機能する。また図8に示すフローチャートのS50,S55およびS60において、S30において演算した2つの熱伝導率演算値λH,λLのうち、高温側熱伝導率演算値λHと、S45において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する、図5に示すCPU941は、本発明の濃度演算手段として機能する。   Further, in S30 of the flowchart shown in FIG. 8, from the two terminal voltages VH and VL read in S25 and the environmental temperature T converted in S20, each thermal conductivity calculation value λH corresponding to the two terminal voltages VH and VL. , ΛL is calculated, and the CPU 941 shown in FIG. 5 functions as the thermal conductivity calculating means of the present invention. Further, in S35, S40 and S45 in the flowchart shown in FIG. 8, the CPU 941 shown in FIG. 5 calculates the humidity of the detected atmosphere based on the two thermal conductivity calculated values λH and λL calculated in S30. Functions as humidity calculation means. Further, in S50, S55 and S60 of the flowchart shown in FIG. 8, among the two thermal conductivity calculated values λH and λL calculated in S30, the high temperature side thermal conductivity calculated value λH and the detected atmosphere humidity calculated in S45. Based on the above, the CPU 941 shown in FIG. 5 that calculates the gas concentration of the combustible gas contained in the atmosphere to be detected functions as the concentration calculation means of the present invention.

以上詳述した本実施形態の可燃性ガス検出装置10によれば、異なる目標温度(高温側目標温度および低温側目標温度)となるように、通電制御された2つの発熱抵抗体331,332における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値λH,λLと、環境温度Tとから、被検出雰囲気の湿度を演算する(S35,S40,S45)。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λH,λLには、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、可燃性ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で可燃性ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度(湿度)を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λH,λLを用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の2つの熱伝導率演算値λH,λLのうち、高温側熱伝導率演算値λHと、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する(S50,S55,S60)。これにより、検出空間39内に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスである可燃性ガスを精度よく検出することができる。   According to the combustible gas detection device 10 of the present embodiment described in detail above, the two heating resistors 331 and 332 that are energized and controlled so as to have different target temperatures (high temperature side target temperature and low temperature side target temperature). From the thermal conductivity calculated values λH and λL corresponding to the terminal voltages and the environmental temperature T, the humidity of the detected atmosphere is calculated (S35, S40, S45). The thermal conductivity calculation values λH and λL corresponding to each terminal voltage include a contribution of moisture contained in the atmosphere to be detected and a contribution of combustible gas, respectively. And the change pattern of the thermal conductivity when the flammable gas concentration is changed in the absence of moisture, and the thermal conductivity when the moisture concentration (humidity) is changed in the absence of flammability It is different from the change pattern. By utilizing the difference between these change patterns, it is possible to appropriately calculate the humidity of the detected atmosphere using the thermal conductivity calculation values λH and λL corresponding to each terminal voltage. Based on the high temperature side thermal conductivity calculation value λH and the humidity of the detected atmosphere among the above two calculated thermal conductivity values λH and λL, the gas concentration of the combustible gas contained in the detected atmosphere is calculated. Calculate (S50, S55, S60). As a result, the thermal conductivity of the heating resistor disposed in the detection space 39 is processed so as to avoid fluctuations according to the humidity of the detected atmosphere, and the combustible gas that is the detected gas is accurately detected. Can be detected.

また可燃性ガス検出装置10において、可燃性ガスとして水素を検出する場合、発熱抵抗体331,332の目標温度を150℃以上に設定することで、被検出雰囲気において、水の沸点を確実に上回る温度範囲に制御でき、被検出雰囲気が多湿環境であっても水素ガスの濃度検知が可能となる。また、発熱抵抗体331,332の目標温度を500℃以下と設定することにより、被検出雰囲気が水素ガスの発火(爆発)温度まで上昇することを抑制し、水素ガスが発火することを防止できる。   In the combustible gas detection device 10, when hydrogen is detected as the combustible gas, the target temperature of the heating resistors 331 and 332 is set to 150 ° C. or higher so that the boiling point of water is reliably exceeded in the detected atmosphere. The temperature range can be controlled, and the hydrogen gas concentration can be detected even if the atmosphere to be detected is a humid environment. In addition, by setting the target temperature of the heating resistors 331 and 332 to 500 ° C. or lower, it is possible to suppress the detected atmosphere from rising to the ignition (explosion) temperature of the hydrogen gas and to prevent the hydrogen gas from igniting. .

また可燃性ガス検出装置10は、昇温、降温を短時間で行うことができるガス検出素子60を備えているので、発熱抵抗体331,332の消費電力を低減することができる。   Moreover, since the combustible gas detection apparatus 10 is provided with the gas detection element 60 which can perform temperature rise and temperature fall for a short time, it can reduce the power consumption of the heating resistors 331 and 332.

なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態において、可燃性ガス検出装置10は、例えば、自動車の燃料電池ユニットに搭載され、水素の漏れを検出する目的等に用いられると例示したが、可燃性ガス検出装置10の設置場所や用途は、種々選択可能であり、これに限定されない。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the combustible gas detection device 10 is exemplified as being mounted on a fuel cell unit of an automobile and used for the purpose of detecting leakage of hydrogen. Various locations and applications can be selected, and the present invention is not limited to this.

また、上記実施形態では、被検出ガスとして可燃性ガスである水素の濃度を検出するガス検出処理について説明したが、被検出ガスとしては可燃性ガスに限定されず、可燃性ガス以外のガスを被検出ガスとしてもよい。また、可燃性ガスを被検出ガスとする場合、可燃性ガスは、上記実施形態で例示した水素に限定されず、メタンやプロパン等の、少なくとも水素原子を含む可燃性ガスを被検出ガスとしてもよい。したがって、例えば、都市ガス等の可燃性ガスの漏洩検出や濃度検出に用いるガス検出装置に本発明を適用してもよい。   In the above embodiment, the gas detection process for detecting the concentration of hydrogen, which is a combustible gas, is described as the gas to be detected. However, the gas to be detected is not limited to the combustible gas, and a gas other than the combustible gas may be used. It may be a gas to be detected. Further, when the flammable gas is a detected gas, the flammable gas is not limited to the hydrogen exemplified in the above embodiment, and a flammable gas containing at least a hydrogen atom, such as methane or propane, may be used as the detected gas. Good. Therefore, for example, the present invention may be applied to a gas detection device used for leak detection or concentration detection of combustible gas such as city gas.

また、ガス検出素子60の構成は、被検出ガスの濃度に応じて発熱抵抗体の電気抵抗値が変化することを利用して被検出ガスの濃度を検出するものであればよく、本実施形態に限定されない。したがって、例えば、本実施例の測温抵抗体390に代えて、ガス検出素子60とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを採用してもよい。ガス検出素子60とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを用いる場合、検出空間39内に設置されることが好ましい。   The configuration of the gas detection element 60 may be any as long as it detects the concentration of the gas to be detected by utilizing the change in the electrical resistance value of the heating resistor according to the concentration of the gas to be detected. It is not limited to. Therefore, for example, instead of the resistance temperature detector 390 of the present embodiment, a resistance temperature detector different from the gas detection element 60 and other temperature sensors may be adopted. When using a resistance temperature detector or other temperature sensor separate from the gas detection element 60, it is preferably installed in the detection space 39.

可燃性ガス検出装置10およびガス検出素子60を構成する各部材の数、材質、形状、配置等も適宜変更可能である。例えば、ガス検出素子60の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形であってもよい。また例えば、ガス検出素子60が3以上の発熱抵抗体を備えるようにしてもよい。また例えば、検出空間39内に発熱抵抗体を腐食させる成分が存在しない条件で可燃性ガス検出装置10を使用する場合、ガス検出素子60は保護層360を備えず、発熱抵抗体が被検出雰囲気に露出するようにしてもよい。   The number, material, shape, arrangement, and the like of each member constituting the combustible gas detection device 10 and the gas detection element 60 can be appropriately changed. For example, the planar shape of the gas detection element 60 is not limited to a rectangle, but may be a polygon or a circle. Further, for example, the gas detection element 60 may include three or more heating resistors. Further, for example, when the flammable gas detection device 10 is used in a condition in which no component that corrodes the heating resistor exists in the detection space 39, the gas detection element 60 does not include the protective layer 360, and the heating resistor is in the atmosphere to be detected. You may make it expose to.

また例えば、被検出雰囲気の湿度は、S30において演算した2つの熱伝導率演算値λH,λLに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。   Further, for example, the humidity of the detected atmosphere may be calculated by a predetermined calculation method based on the two thermal conductivity calculation values λH and λL calculated in S30, and is not limited to the gas detection method of the above embodiment. .

また例えば、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度は、S30において演算した2つの熱伝導率演算値λH,λLのうち少なくともいずれか一方と、S45において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。例えば、図8のフローチャートのS50,S55,S60において、S30において演算した低温側熱伝導率演算値λLと、S45で求めた被検出雰囲気の水分濃度(湿度)とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算してもよい。また例えば、2つの熱伝導率演算値λH,λLの差又は比と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を算出してもよい。   Further, for example, the gas concentration of the combustible gas contained in the detected atmosphere is set to at least one of the two thermal conductivity calculated values λH and λL calculated in S30 and the humidity of the detected atmosphere calculated in S45. What is necessary is just to calculate by the predetermined calculation method based on this, and is not limited to the gas detection method of the said embodiment. For example, in S50, S55, and S60 of the flowchart of FIG. 8, the detected atmosphere is determined based on the low temperature side thermal conductivity calculated value λL calculated in S30 and the moisture concentration (humidity) of the detected atmosphere determined in S45. You may calculate the gas concentration of the combustible gas contained. Further, for example, the gas concentration of the combustible gas contained in the detected atmosphere may be calculated based on the difference or ratio between the two calculated thermal conductivity values λH and λL and the humidity of the detected atmosphere.

可燃性ガス検出装置10の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a combustible gas detection device 10. FIG. 可燃性ガス検出装置10の素子ケース20周辺部分を拡大した縦断面図である。3 is an enlarged longitudinal sectional view of the periphery of an element case 20 of the combustible gas detection device 10. FIG. ガス検出素子60の左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332の配置状態を説明するための模式平面図である。4 is a schematic plan view for explaining the arrangement state of a left heating resistor 331 and a right heating resistor 332 of a gas detection element 60. FIG. 左側発熱抵抗体331および右側発熱抵抗体332の配置状態を説明するための、図3のA−A線における矢視方向断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view in the direction of the arrows in the line AA in FIG. 3 for explaining the arrangement state of the left heating resistor 331 and the right heating resistor 332. ガス検出素子60の検出信号を処理するための制御回路200の説明図である。It is explanatory drawing of the control circuit 200 for processing the detection signal of the gas detection element. 水分が存在しない状況下で水素濃度を0〜4体積%に変化させ、発熱抵抗体が目標温度400℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。The relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the hydrogen concentration is changed to 0 to 4% by volume in the absence of moisture and the voltage is applied so that the heating resistor has a target temperature of 400 ° C. is the environmental temperature. It is the graph plotted for every. 水分が存在しない状況下で水素濃度を0〜4体積%に変化させ、発熱抵抗体が目標温度300℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。The relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the hydrogen concentration is changed to 0 to 4% by volume in the absence of moisture and the voltage is applied so that the heating resistor reaches the target temperature of 300 ° C. is the environmental temperature. It is the graph plotted for every. 本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the gas detection process of this embodiment.

1 可燃ガス検出装置
60 ガス検出素子
93 温度測定回路
94 マイクロコンピュータ
230,240 電流調整回路
250,260 演算増幅回路
331 左側発熱抵抗体
332 右側発熱抵抗体
310 シリコン基板
311,312 開口部
321,322,350 絶縁層
323 上側絶縁被膜層
360 保護層
941 CPU
942 ROM
943 RAM
1 Combustible Gas Detection Device 60 Gas Detection Element 93 Temperature Measurement Circuit 94 Microcomputer 230, 240 Current Adjustment Circuit 250, 260 Operational Amplification Circuit 331 Left Heating Resistor 332 Right Heating Resistor 310 Silicon Substrate 311, 312 Opening 321, 322 350 Insulating layer 323 Upper insulating coating layer 360 Protective layer 941 CPU
942 ROM
943 RAM

Claims (5)

被検出雰囲気に晒される2つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、
異なる目標温度となるように、前記2つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記2つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された2つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該2つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された2つの前記熱伝導率演算値の比に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された2つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段と
を備えることを特徴とするガス検出装置。
In a gas detection device comprising two heating resistors exposed to the atmosphere to be detected,
Energization control means for energizing the two heating resistors so as to have different target temperatures;
Temperature detecting means for detecting the environmental temperature of the detected atmosphere;
Voltage detecting means for detecting each terminal voltage in the two heating resistors;
Heat that calculates each thermal conductivity corresponding to the two terminal voltages as a thermal conductivity calculation value from the two terminal voltages detected by the voltage detection unit and the environmental temperature detected by the temperature detection unit Conductivity calculating means;
Humidity calculation means for calculating the humidity of the detected atmosphere based on the ratio of the two thermal conductivity calculation values calculated by the thermal conductivity calculation means;
Based on at least one of the two thermal conductivity calculated values calculated by the thermal conductivity calculating means and the humidity of the detected atmosphere calculated by the humidity calculating means, the detected atmosphere And a concentration calculating means for calculating the gas concentration of the gas to be detected.
複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、
前記2つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されていることを特徴とする請求項1に記載のガス検出装置。
A gas detection element comprising a semiconductor substrate having a plurality of openings formed thereon and an insulating member formed on the semiconductor substrate so as to block the openings;
2. The gas detection device according to claim 1, wherein the two heat generating resistors are included in the insulating member at portions that are opposed to the different opening portions while being spaced apart from each other.
前記被検出ガスは水素ガスであり、The detected gas is hydrogen gas,
水分が存在しない状況下で前記水素ガスの濃度を変化させ、前記発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の前記端子電圧と、前記熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたデータを元に、前記端子電圧と環境温度との関係から前記熱伝導率演算値を求める温度演算データが、異なる目標温度ごとに予め作成されており、The relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the voltage is applied so that the concentration of the hydrogen gas is changed in a state where moisture does not exist and the heating resistor becomes a target temperature is set for each environmental temperature. Based on the plotted data, temperature calculation data for obtaining the thermal conductivity calculation value from the relationship between the terminal voltage and the environmental temperature is created in advance for each different target temperature,
前記熱伝導率演算手段は、前記温度演算データに基づき、2つの前記熱伝導率演算値を求めることを特徴とする請求項1または2に記載のガス検出装置。The gas detection device according to claim 1 or 2, wherein the thermal conductivity calculation means obtains two thermal conductivity calculation values based on the temperature calculation data.
被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、
異なる目標温度となるように通電制御された2つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧検出工程において検出された2つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該2つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された2つの前記熱伝導率演算値の比に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された2つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程と
を備えることを特徴とするガス検出方法。
In a gas detection method for detecting a detected gas contained in a detected atmosphere,
A temperature detecting step for detecting an environmental temperature of the detected atmosphere;
A voltage detection step for detecting each terminal voltage in the two heating resistors that are energized and controlled to have different target temperatures;
Heat that calculates each thermal conductivity corresponding to the two terminal voltages as a thermal conductivity calculation value from the two terminal voltages detected in the voltage detection step and the environmental temperature detected in the temperature detection step Conductivity calculation step;
A humidity calculating step of calculating the humidity of the detected atmosphere based on the ratio of the two calculated values of the thermal conductivity calculated in the thermal conductivity calculating step;
Based on at least one of the two calculated thermal conductivity values calculated in the thermal conductivity calculation step and the humidity of the detected atmosphere calculated in the humidity calculation step, And a concentration calculating step for calculating the gas concentration of the detection gas.
前記被検出ガスは水素ガスであり、The detected gas is hydrogen gas,
水分が存在しない状況下で前記水素ガスの濃度を変化させ、前記発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の前記端子電圧と、前記熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたデータを元に、前記端子電圧と環境温度との関係から前記熱伝導率演算値を求める温度演算データが、異なる目標温度ごとに予め作成されており、The relationship between the terminal voltage and the thermal conductivity when the voltage is applied so that the concentration of the hydrogen gas is changed in a state where moisture does not exist and the heating resistor becomes a target temperature is set for each environmental temperature. Based on the plotted data, temperature calculation data for obtaining the thermal conductivity calculation value from the relationship between the terminal voltage and the environmental temperature is created in advance for each different target temperature,
前記熱伝導率演算工程では、前記温度演算データに基づき、2つの前記熱伝導率演算値が求められることを特徴とする請求項4に記載のガス検出方法。5. The gas detection method according to claim 4, wherein, in the thermal conductivity calculation step, two of the thermal conductivity calculation values are obtained based on the temperature calculation data.
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