JP5517963B2 - Gas detector - Google Patents

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Description

本発明は、電池駆動を念頭においた低消費電力型のガス検知装置に関するものである。   The present invention relates to a low power consumption type gas detection device with battery driving in mind.

一般的にガスセンサは、ガス漏れ警報器等の用途に用いられ、ある特定ガス、例えば、CO,CH,C,COH等の還元性ガスに選択的に感応するデバイスであり、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、高信頼性、低消費電力が必要不可欠である。
ところで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガスの検知を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼ガスの検知を目的としたもの、または、これら両方の機能を併せ持ったもの等があるが、何れもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高くない。
そこで、ガス漏れ警報器の普及率を向上させる観点から、設置性の改善、具体的には、ガス漏れ警報器を電池駆動としてコードレス化することが望まれている。
Generally, a gas sensor is used for applications such as a gas leak alarm, and is a device that is selectively sensitive to a specific gas, for example, a reducing gas such as CO, CH 4 , C 3 H 8 , and C 2 H 5 OH. Therefore, high sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption are indispensable.
By the way, gas leak alarms that are widely used for household use are intended for detection of flammable gas for city gas and propane gas, for detection of incomplete combustion gas in combustion equipment, Alternatively, there are those having both of these functions, but the spread rate is not so high due to cost and installation problems.
Therefore, from the viewpoint of improving the diffusion rate of the gas leak alarm device, it is desired to improve the installation property, specifically, to make the gas leak alarm device cordless by driving the battery.

電池駆動を実現するためには低消費電力化が最も重要であるが、接触燃焼式や半導体式のガスセンサでCH、Cを検知する場合は、400℃〜500℃の高温に加熱して検知する必要がある。このため、ガス感知膜としてSnO等の粉体を焼結する従来の方法では、スクリーン印刷等の方法を用いても厚みを薄くするには限界があり、電池駆動に用いるには熱容量が大き過ぎるという問題があった。そこで、微細加工プロセスを用いてダイヤフラム構造等により超低熱容量構造としたガスセンサが開発されている。 Low power consumption is the most important for realizing battery drive, but when detecting CH 4 and C 3 H 8 with a catalytic combustion type or semiconductor type gas sensor, it is heated to a high temperature of 400 ° C to 500 ° C. Need to be detected. For this reason, in the conventional method of sintering powder such as SnO 2 as a gas sensing film, there is a limit to reducing the thickness even if a method such as screen printing is used, and the heat capacity is large for use in battery driving. There was a problem of passing. Therefore, a gas sensor having an ultra-low heat capacity structure using a microfabrication process and a diaphragm structure has been developed.

このようなガスセンサの従来技術としては、例えば、特許文献1(特開2005−164566号公報)に記載されたダイヤフラム構造のガスセンサがある。
ここで、図7は、例えば特許文献1の図7に記載されたガスセンサとほぼ同様の、一般的なダイヤフラム構造のガスセンサの断面図である。
As a prior art of such a gas sensor, for example, there is a gas sensor having a diaphragm structure described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-164666).
Here, FIG. 7 is a cross-sectional view of a gas sensor having a general diaphragm structure, which is substantially the same as the gas sensor described in FIG.

ガスセンサ100は、図7の断面図で示すように、Si基板1の上側に、熱酸化SiO層21、CVD−Si層22、CVD−SiO層23によってダイヤフラム構造の熱絶縁支持層2が形成されている。また、ヒータ層3は、Ni−Crにより形成されており、熱絶縁支持層2の上側に設けられる。熱絶縁支持層2およびヒータ層3は、スパッタSiO層からなる電気絶縁層4により覆われる。Ptによる一対の感知電極層52の下側には、下地酸化膜である電気絶縁層4に対する中間層として、Taによる接合層51も形成されている。一対の感知電極層52にはSbをドープしたSnO層からなるガス感知層53が渡された状態で設けられる。電気絶縁層4の一部、一対の感知電極層52およびガス感知層53はPd担持Al焼結材であるガス選択燃焼層54により覆われている。なお、Pd担持Al焼結材に代えてPt担持Al焼結材やPd・Pt合金担持Al焼結材としても良い。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 7, the gas sensor 100 has a diaphragm structure thermally insulating support by a thermally oxidized SiO 2 layer 21, a CVD-Si 3 N 4 layer 22 and a CVD-SiO 2 layer 23 on the upper side of the Si substrate 1. Layer 2 is formed. The heater layer 3 is made of Ni—Cr and is provided on the upper side of the heat insulating support layer 2. The heat insulating support layer 2 and the heater layer 3 are covered with an electric insulating layer 4 made of a sputtered SiO 2 layer. On the lower side of the pair of sensing electrode layers 52 made of Pt, a bonding layer 51 made of Ta is also formed as an intermediate layer with respect to the electrical insulating layer 4 which is a base oxide film. The pair of sensing electrode layers 52 is provided with a gas sensing layer 53 made of Sb-doped SnO 2 layer passed. A part of the electrical insulating layer 4, the pair of sensing electrode layers 52 and the gas sensing layer 53 are covered with a gas selective combustion layer 54 which is a Pd-supported Al 2 O 3 sintered material. Instead of the Pd-supported Al 2 O 3 sintered material, a Pt-supported Al 2 O 3 sintered material or a Pd / Pt alloy-supported Al 2 O 3 sintered material may be used.

また、ガスセンサ100は、図示しないヒータ駆動部からの駆動信号が導線を通じてヒータ層3に入力されてヒータ駆動を行う。そして、ヒータ層3により400℃〜500℃の高温に加熱された状態でガス感知層53がガスに接触し、ガス感知層53の変化するセンサ抵抗値を検知信号として出力することでセンサとして機能する。   In addition, the gas sensor 100 drives the heater by inputting a driving signal from a heater driving unit (not shown) to the heater layer 3 through a conducting wire. The gas sensing layer 53 comes into contact with the gas while being heated to a high temperature of 400 ° C. to 500 ° C. by the heater layer 3, and functions as a sensor by outputting a sensor resistance value that changes in the gas sensing layer 53 as a detection signal. To do.

このようなガスセンサ100は、CH、C等の可燃性ガスを検知する。この場合、ヒータ層3が50〜500msの一定時間にわたり通電され、ガス感知層53の温度が高温(High400〜500℃)に保持される。このような高温の状態で感知電極層52によりガス感知層53のセンサ抵抗値が測定され、その変化からCH、C等の有無や可燃性ガス濃度を検知する。このような検知は周期的(例えば30秒毎)に行われる。(High−Off方式)。 Such a gas sensor 100 detects flammable gases such as CH 4 and C 3 H 8 . In this case, the heater layer 3 is energized for a fixed time of 50 to 500 ms, and the temperature of the gas sensing layer 53 is maintained at a high temperature (High 400 to 500 ° C.). The sensor resistance value of the gas sensing layer 53 is measured by the sensing electrode layer 52 in such a high temperature state, and the presence or absence of CH 4 , C 3 H 8, etc. and the combustible gas concentration are detected from the change. Such detection is performed periodically (for example, every 30 seconds). (High-Off method).

ここで高温時のガス選択燃焼層54は、CO、H等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させるが、不活性なCH、C等の可燃性ガスをガス選択燃焼層54は透過させる。可燃性ガスはガス選択燃焼層54内を拡散してガス感知層53のSnOと反応し、SnOのセンサ抵抗値を変化させる。このセンサ抵抗値の変化を検知してガス機器などのガス漏れ時に発生するCH、C等の可燃性ガスの有無や濃度を検知する。 Here, the gas selective combustion layer 54 at a high temperature burns reducing gases such as CO and H 2 and other miscellaneous gases, but inactive combustible gases such as CH 4 and C 3 H 8 are gas selective combustion layers. 54 is transmitted. The combustible gas diffuses in the gas selective combustion layer 54 and reacts with SnO 2 in the gas sensing layer 53, thereby changing the sensor resistance value of SnO 2 . By detecting this change in the sensor resistance value, the presence or concentration of a combustible gas such as CH 4 or C 3 H 8 generated when a gas leak occurs in a gas device or the like is detected.

また、不完全燃焼(CO)を検知する場合、一旦、ヒータ層3の温度を50〜500msの一定期間にわたり高温(High400〜500℃)にし、ガス感知層53のクリーニングを行う。そして、低温(Low約100℃)に降温して不完全燃焼(CO)の検知を行う。これにより、CO感度およびガス選択性が高くなることが知られている(High−Low−Off方式)。   When incomplete combustion (CO) is detected, the temperature of the heater layer 3 is once increased to a high temperature (High 400 to 500 ° C.) for a certain period of 50 to 500 ms, and the gas sensing layer 53 is cleaned. Then, the temperature is lowered to a low temperature (Low about 100 ° C.) and incomplete combustion (CO) is detected. This is known to increase CO sensitivity and gas selectivity (High-Low-Off method).

また、High状態で、クリーニングのみならずCH、C等の可燃性ガス検知も行い、Low状態でのCO等の不完全燃焼ガスの検知と合わせ、ワンセンサで可燃性ガス・不完全燃焼ガスの両方を検知できるガスセンサも存在する。 Also, in the High state, not only cleaning but also detection of flammable gases such as CH 4 and C 3 H 8 is performed, and in combination with detection of incomplete combustion gases such as CO in the Low state, flammable gases and incompleteness with one sensor. There are also gas sensors that can detect both combustion gases.

これらガスセンサのヒータ駆動方式は、上記のように(1)High−Off方式による駆動、または(2)High−Low−Off方式による駆動、を所定の周期(例えば150秒周期)で繰り返す間欠駆動としており、低消費電力化を図っている。
前述した特許文献1のガスセンサでも同様な原理によりセンシングを行う。従来技術はこのようなものである。
As described above, the heater driving method of these gas sensors is intermittent driving in which (1) driving by the high-off method or (2) driving by the high-low-off method is repeated at a predetermined cycle (for example, a cycle of 150 seconds). Therefore, low power consumption is achieved.
The gas sensor disclosed in Patent Document 1 performs sensing based on the same principle. The prior art is like this.

特開2005−164566号公報(段落[0049],[0050]、図1等)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-164666 (paragraphs [0049], [0050], FIG. 1, etc.)

一般にガスセンサが搭載されたガス検知装置の設置環境の雰囲気においては、検知対象ガスに加え、他の雑ガスも共存する。雑ガスは、検知対象外の可燃性ガス、酸素、窒素、炭酸ガス、水蒸気などのガス種である。このようなガスの一部には、ガスセンサにとって干渉ガスとなり、ガスセンサの抵抗値が一時的に変化し、あたかも検知対象ガスが存在するかのように振舞い、誤検知を誘発する場合がある。   In general, in the atmosphere of the installation environment of the gas detection device on which the gas sensor is mounted, other miscellaneous gases coexist in addition to the detection target gas. The miscellaneous gas is a gas type such as combustible gas, oxygen, nitrogen, carbon dioxide gas, and water vapor that is not detected. Some of these gases become interference gases for the gas sensor, the resistance value of the gas sensor changes temporarily, and it may behave as if there is a gas to be detected, leading to false detection.

このような干渉ガスの影響を排除し、検知対象ガスの有無および濃度を正確に検知するためには、干渉ガスをガス選択燃焼層で除去し、さらに検知対象ガスが検知可能な高温で十分な時間通電する必要がある。しかしながら、このような加熱が、低消費電力化の妨げになっているという課題があった。   In order to eliminate the influence of such interference gas and accurately detect the presence and concentration of the detection target gas, the interference gas is removed by the gas selective combustion layer, and the detection target gas can be detected at a sufficiently high temperature. It is necessary to energize for hours. However, there is a problem that such heating hinders low power consumption.

そこで、本発明は上記した課題を解決しようとするものであり、その目的は、ガス種の判定ロジックを改良し、検知性能を維持しつつ低消費電力化を実現しようとするガス検知装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a gas detection device that improves gas type determination logic and realizes low power consumption while maintaining detection performance. There is to do.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
前記ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
前記ガス感知層および前記ヒータ層駆動部が接続される信号処理・駆動部と、
を備え、
前記信号処理・駆動部は、
通常時にあっては前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が干渉ガスまたは検知対象ガスの有無を検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第1モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗値が、エアに対する電気抵抗値より低いことにより干渉ガスまたは検知対象ガスが存在することを判定する第1モード判定手段と、
第1モード判定手段により干渉ガスまたは検知対象ガスが存在すると判定した場合に前記ヒータ層からの加熱により干渉ガスを燃焼させる温度であって前記ガス感知層が検知対象ガスのみを検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御して前記ヒータ層の加熱温度を切り換える第2モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗値が、通電時間の経過につれて減少した後に一定値に近づくことに基づいて検知対象ガスの存在または濃度を判定する第2モード判定手段と、て機能することを特徴とするガス検知装置である。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving section for driving the heater layer;
A signal processing / driving unit to which the gas sensing layer and the heater layer driving unit are connected;
With
The signal processing / driving unit is
In the normal state, a first mode drive means for controlling said heater layer driver so that the gas sensing layer by heating from the heater layer is a temperature for detecting the presence or absence of interference gas or detection target gas,
First mode determination means for determining that an interference gas or a detection target gas is present when an electric resistance value of the gas sensing layer is lower than an electric resistance value with respect to air ;
If it is determined that the interference gas or detection target gas is present the first mode determining means, the gas sensing layer a temperature for burning the interference gas by heating from the heater layer and the temperature detected only detection target gas a second mode drive means and said controlling the heater layer driver Ru switches the heating temperature of the heater layer such that,
It functions as second mode determination means for determining the presence or concentration of the detection target gas based on the fact that the electric resistance value of the gas sensing layer decreases as the energization time elapses and approaches a certain value. This is a gas detection device.

また、請求項2に記載した発明は、
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
前記ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
前記ガス感知層および前記ヒータ層駆動部が接続される信号処理・駆動部と、
を備え、
前記信号処理・駆動部は、
通常時にあっては前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が検知対象ガスの電気抵抗特性と干渉ガスの電気抵抗特性とを異ならせる温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第1モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗特性に基づいて検知対象ガスが含まれるか否かを判定する第1モード判定手段と、
検知対象ガスである場合にのみ前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が検知対象ガスのみを検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第2モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗特性に基づいて検知対象ガスの有無または濃度を判定する第2モード判定手段と、て機能することを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 2
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving section for driving the heater layer;
A signal processing / driving unit to which the gas sensing layer and the heater layer driving unit are connected;
With
The signal processing / driving unit is
In a normal time, the heater layer driving unit is controlled so that the gas sensing layer has a temperature that makes the electric resistance characteristic of the detection target gas different from the electric resistance characteristic of the interference gas by heating from the heater layer. Mode driving means;
First mode determination means for determining whether or not a gas to be detected is included based on the electrical resistance characteristics of the gas sensing layer;
Second mode driving means for controlling the heater layer driving unit so that the gas sensing layer detects only the detection target gas by heating from the heater layer only when the gas is the detection target gas;
The gas detection device functions as second mode determination means for determining the presence or concentration of a detection target gas based on the electric resistance characteristic of the gas detection layer.

また、請求項3に記載した発明は、
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値を用いて複数の差分値を取得し、これら差分値が0に近い所定の値以下のときは検知対象ガスが含まれると判定し、所定の値より大きいときは干渉ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 3
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires a plurality of difference values using sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode driving means, and these difference values are zero. The gas detection device is characterized in that it is determined that the detection target gas is included when the value is equal to or less than a predetermined value, and that the interference gas is included when the detection target gas is greater than the predetermined value.

また、請求項4に記載した発明は、
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値を用いて複数の微分値を取得し、これら微分値が0に近い所定の値以下のときは検知対象ガスが含まれると判定し、所定の値より大きいときは干渉ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 4
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires a plurality of differential values using sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode driving means, and these differential values are 0. The gas detection device is characterized in that it is determined that the detection target gas is included when the value is equal to or less than a predetermined value, and that the interference gas is included when the detection target gas is greater than the predetermined value.

また、請求項5に記載した発明は、
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値による時間状態変化特性を取得し、この時間変化状態特性のうち極小値が出現したときは干渉ガスが含まれると判定し、時間変化状態特性のうち極小値が出現しないときは検知対象ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置である。
Moreover, the invention described in claim 5 is
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires time state change characteristics according to sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode drive means. The gas detection device is characterized in that when a minimum value appears, it is determined that an interference gas is included, and when a minimum value does not appear among the time-varying state characteristics, it is determined that a detection target gas is included.

また、請求項6に記載した発明は、
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段または前記第2モード判定手段による判定内容に基づいて、検知対象ガスに関係したガス情報を出力する出力制御手段と、
を備えたことを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 6
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 5,
Output control means for outputting gas information related to the detection target gas based on the determination content by the first mode determination means or the second mode determination means;
It is provided with this.

また、請求項7に記載した発明は、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のガス検知装置において、
内蔵された電池による電源回路からの電力供給により駆動されることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 7
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 6,
The gas detection device is driven by power supplied from a power supply circuit using a built-in battery.

また、請求項8に記載した発明は、
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記信号処理・駆動部は所定の周期で前記ヒータ層を通電して駆動し、
前記ガス感知層は所定の周期で加熱されることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 8
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 7,
The signal processing / driving unit is driven by energizing the heater layer at a predetermined cycle,
The gas detection layer may be heated at a predetermined cycle.

また、請求項9に記載した発明は、
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、
貫通孔を有するSi基板と、
前記貫通孔の開口部に張られるダイヤフラム様の熱絶縁支持層と、
前記熱絶縁支持層上に設けられる前記ヒータ層と、
前記熱絶縁支持層および前記ヒータ層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、
前記電気絶縁層および前記一対の感知電極層の上であって前記ヒータ層の近傍に設けられ、接触したガスによりそのセンサ抵抗値が変化する酸化物半導体からなる前記ガス感知層と、
を備えるセンサであることを特徴とするガス検知装置である。
The invention described in claim 9 is
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 8,
The gas sensor
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched over the opening of the through hole;
The heater layer provided on the thermal insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
The gas sensing layer made of an oxide semiconductor, which is provided on the electrical insulating layer and the pair of sensing electrode layers and in the vicinity of the heater layer, and whose sensor resistance value is changed by the gas in contact with the gas sensing layer;
It is a sensor provided with this.

また、請求項10に記載した発明は、
請求項9に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、更に前記ガス感知層の表面を覆うように設けられ、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、または、PdとPtとを含む合金を触媒として担持したAl焼結材によるガス選択燃焼層を備えることを特徴とするガス検知装置である。
Moreover, the invention described in claim 10 is
The gas detection device according to claim 9, wherein
The gas sensor is further provided so as to cover the surface of the gas sensing layer, and is made of an Al 2 O 3 sintered material that supports Pd (palladium), Pt (platinum), or an alloy containing Pd and Pt as a catalyst. A gas detection device comprising a gas selective combustion layer.

本発明によれば、ガス種の判定ロジックを改良し、検知性能を維持しつつ低消費電力化を実現しようとするガス検知装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas detection apparatus which improves the determination logic of a gas type and tries to implement | achieve low power consumption, maintaining detection performance can be provided.

本発明の実施形態を示すガス検知装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the gas detection apparatus which shows embodiment of this invention. 250℃に加熱したガスセンサの応答波形を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the response waveform of the gas sensor heated to 250 degreeC. 450℃に加熱したガスセンサの応答波形を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the response waveform of the gas sensor heated to 450 degreeC. 300℃に加熱したガスセンサの応答波形を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the response waveform of the gas sensor heated to 300 degreeC. 干渉ガス判定ロジックの説明図である。It is explanatory drawing of interference gas determination logic. 干渉ガス判定ロジックの説明図である。It is explanatory drawing of interference gas determination logic. ガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of a gas sensor.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。本形態のガス検知装置1000は、図1で示すように、ガスセンサ100、ヒータ層駆動部200、警報表示回路300、警報音出力回路400、外部出力回路500、記憶回路600、信号処理・駆動部700、電源回路800を備えている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the gas detection apparatus 1000 of this embodiment includes a gas sensor 100, a heater layer driving unit 200, an alarm display circuit 300, an alarm sound output circuit 400, an external output circuit 500, a storage circuit 600, a signal processing / driving unit. 700 and a power supply circuit 800.

ガスセンサ100は、先に図7を用いて説明したセンサであり同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。また、ガスセンサ100に代えて、ガスセンサ100に周辺回路を加えたガス検知回路としても良い。このガスセンサ100(またはガス検知回路)のヒータ層3にはヒータ層駆動部200が電気的に通電できるように接続されており、ヒータ層駆動部200がヒータ層3に通電して加熱するようになされている。また、ガスセンサ100(またはガス検知回路)の一対の感知電極層52には信号処理・駆動部700が接続されており、ガス感知層53のガス検知によるセンサ抵抗値の変化を検知する。この検知の詳細については後述する検知処理にて説明する。   The gas sensor 100 is the sensor described above with reference to FIG. 7, and is given the same reference numerals and redundant description is omitted. Further, instead of the gas sensor 100, a gas detection circuit in which a peripheral circuit is added to the gas sensor 100 may be used. The heater layer 3 of the gas sensor 100 (or gas detection circuit) is connected so that the heater layer driving unit 200 can be electrically energized, and the heater layer driving unit 200 is energized and heated to the heater layer 3. Has been made. In addition, a signal processing / driving unit 700 is connected to the pair of sensing electrode layers 52 of the gas sensor 100 (or the gas detection circuit), and changes in sensor resistance due to gas detection of the gas detection layer 53 are detected. Details of this detection will be described later in the detection process.

ヒータ層駆動部200は、電源回路800から電源が供給されており、後述するように第1モード駆動や第2モード駆動でヒータ層3を通電により駆動するような回路部である。ヒータ層駆動部200は、信号処理・駆動部700に接続されて各種制御が行われる。これら駆動の詳細についても後述する検知処理にて説明する。   The heater layer driving unit 200 is a circuit unit that is supplied with power from the power supply circuit 800 and drives the heater layer 3 by energization in the first mode driving or the second mode driving as will be described later. The heater layer driving unit 200 is connected to the signal processing / driving unit 700 to perform various controls. Details of these driving operations will be described later in the detection process.

警報表示回路300は、例えばLED、ランプ、LCDディスプレイなどの表示部とそのドライバで構成されており、異常検知時等に警報表示としてこの表示部により表示することが可能である。警報表示回路300は、信号処理・駆動部700に接続されて各種制御が行われる。なお、図示しないが、警報表示回路300は、電源回路800から電源が供給されている。   The alarm display circuit 300 includes a display unit such as an LED, a lamp, and an LCD display and its driver, and can be displayed on the display unit as an alarm display when an abnormality is detected. The alarm display circuit 300 is connected to the signal processing / driving unit 700 to perform various controls. Although not shown, the alarm display circuit 300 is supplied with power from the power supply circuit 800.

警報音出力回路400は、例えばスピーカとそのドライバで構成されており、異常検知時等に警報音としてスピーカにより出力することが可能である。警報音出力回路400は、信号処理・駆動部700に接続されて各種制御が行われる。なお、図示しないが、警報音出力回路400は、電源回路800から電源が供給されている。   The alarm sound output circuit 400 includes, for example, a speaker and a driver thereof, and can output an alarm sound from the speaker when an abnormality is detected. The alarm sound output circuit 400 is connected to the signal processing / driving unit 700 to perform various controls. Although not shown, the alarm sound output circuit 400 is supplied with power from the power supply circuit 800.

外部出力回路500は、例えば接点回路や通信回路などであり、ガス検知装置1000による異常検知時等に、これらの検知内容を電圧等の出力信号として外部へ出力することが可能である。外部出力回路500は、信号処理・駆動部700に接続されて各種制御が行われる。なお、図示しないが、外部出力回路500は、電源回路800から電源が供給されている。   The external output circuit 500 is, for example, a contact circuit or a communication circuit, and can output the detected contents to the outside as an output signal such as a voltage when an abnormality is detected by the gas detector 1000. The external output circuit 500 is connected to the signal processing / driving unit 700 to perform various controls. Although not shown, the external output circuit 500 is supplied with power from the power supply circuit 800.

記憶回路600は、信号処理・駆動部700に接続されて各種データの読み出しや書き込みがなされる。記憶回路600は、各種の警報を発生するための閾値等の設定値や後述する第1モード駆動および第2モード駆動の判定条件やガス検知装置が警報を発した時の状態データ等の履歴データを記憶している。なお、図示しないが、記憶回路600は、電源回路800から電源が供給されている。   The memory circuit 600 is connected to the signal processing / driving unit 700 to read and write various data. The memory circuit 600 stores setting data such as threshold values for generating various alarms, determination conditions for first mode driving and second mode driving described later, and history data such as state data when the gas detection device issues an alarm. Is remembered. Although not illustrated, the memory circuit 600 is supplied with power from the power supply circuit 800.

信号処理・駆動部700は、マイクロコンピュータ等のCPUおよびその周辺回路によって構成されており、上記した各部の制御駆動を行う。ガスセンサ100のガス感知層53からのセンサ抵抗値による出力はアナログ信号であるため、信号処理・駆動部700はこれらのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路を備えている。このような信号処理・駆動部700は、電源回路800から電源が供給されている。   The signal processing / driving unit 700 is constituted by a CPU such as a microcomputer and its peripheral circuits, and controls and drives the above-described units. Since the output by the sensor resistance value from the gas sensing layer 53 of the gas sensor 100 is an analog signal, the signal processing / driving unit 700 includes an A / D conversion circuit that converts these analog signals into digital signals. The signal processing / driving unit 700 is supplied with power from the power supply circuit 800.

電源回路800は、電源を供給する。この電源回路としては、内蔵される乾電池や充電池などの消耗電池を想定しているが、AC100V等の商用電源と定電圧回路により構成しても良い。   The power supply circuit 800 supplies power. As this power supply circuit, a consumable battery such as a built-in dry battery or a rechargeable battery is assumed, but it may be constituted by a commercial power supply such as AC 100 V and a constant voltage circuit.

続いて、信号処理・駆動部700のプログラム処理により行われるガス検知について以下に説明する。
まず、信号処理・駆動部700は、通常時にあってはガスセンサ100のヒータ層3からの加熱によりガス感知層53が干渉ガスまたは検知対象ガスの有無を検知する温度(250℃)となるようにヒータ層駆動部200を制御する手段として機能する(第1モード駆動手段701)。詳しくは、200msにわたりヒータ層3の温度が250℃となるようなパルスを通電する。
Next, gas detection performed by the program processing of the signal processing / driving unit 700 will be described below.
First, the signal processing / driving unit 700 normally has a temperature (250 ° C.) at which the gas sensing layer 53 detects the presence or absence of an interference gas or a detection target gas by heating from the heater layer 3 of the gas sensor 100. It functions as a means for controlling the heater layer driving section 200 (first mode driving means 701). Specifically, a pulse is applied so that the temperature of the heater layer 3 becomes 250 ° C. over 200 ms.

続いて、信号処理・駆動部700は、ガス感知層53の電気抵抗特性に基づいて干渉ガスまたは検知対象ガスが含まれるか否かを判定する手段として機能する(第1モード判定手段702)。   Subsequently, the signal processing / driving unit 700 functions as a unit that determines whether or not the interference gas or the detection target gas is included based on the electric resistance characteristic of the gas sensing layer 53 (first mode determination unit 702).

このような第1モード駆動により、各雰囲気ガス中でガス感知層53が250℃で200msにわたり加熱されたときのセンサ抵抗値の変化は図2に示すようになる。図2からも明らかなように、通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性は、時間が経過するに従い、全てのガス(エア、メタンガス、一酸化炭素、水素)についてセンサ抵抗値が減少する特性を示している。このような傾向はヒータ層3の加熱温度が250℃と低いときに発生する。特にメタンガス、一酸化炭素、水素についてのガス特性は傾向が似通っており、判別は不可能である。一方、エアの抵抗に対してメタンガス、一酸化炭素、水素についての抵抗は低いため充分な感度がある。つまり、干渉ガスまたは検知対象ガスの有無については検知が可能である。   FIG. 2 shows changes in sensor resistance when the gas sensing layer 53 is heated at 250 ° C. for 200 ms in each atmospheric gas by such first mode driving. As is clear from FIG. 2, the electrical resistance characteristic representing the relationship between the energization time and the sensor resistance value is the sensor resistance value for all gases (air, methane gas, carbon monoxide, hydrogen) as time passes. The decreasing characteristic is shown. Such a tendency occurs when the heating temperature of the heater layer 3 is as low as 250 ° C. In particular, the gas characteristics of methane gas, carbon monoxide, and hydrogen have similar trends and cannot be distinguished. On the other hand, since the resistance of methane gas, carbon monoxide, and hydrogen is low with respect to the resistance of air, there is sufficient sensitivity. That is, it is possible to detect the presence or absence of interference gas or detection target gas.

そこでエアについての通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性(または簡略化し、エアについての例えば150msという所定時間経過時のセンサ抵抗値など)を記憶回路600に登録して比較することで判定される。例えば所定時間経過時のセンサ抵抗値を登録しているものとすると、この登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値と、通電から所定時間(例えば150ms)経過時に検知したセンサ抵抗値と、を比較し、登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値よりも充分低いセンサ抵抗値(例えばメタン1000ppmレベルとなる抵抗値(Air中抵抗値の約80%以下))を検知したときには、干渉ガスまたは検知対象ガスがあると判定できる。そして第2モード駆動へ変更することが可能になる。なお、登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値と、検知したセンサ抵抗値がほぼ同じであるとき(例えばAir中抵抗値の約80%より大きいとき)は干渉ガスまたは検知対象ガスが含まれないエアであるとして検知を終了する。通常はこのような250℃という比較的低温の第1駆動モード・第1判定モードで終了することが多く、低消費電力化に寄与している。   Therefore, an electrical resistance characteristic (or a simplified sensor resistance value at a lapse of a predetermined time of 150 ms, for example, for air) that represents the relationship between the energization time and the sensor resistance value for air is registered in the storage circuit 600 and compared. It is determined by. For example, assuming that the sensor resistance value when a predetermined time has elapsed is registered, the sensor resistance value when the registered air has elapsed for a predetermined time (for example, 150 ms) and the sensor detected when the predetermined time (for example, 150 ms) has elapsed since energization The resistance value is compared, and the sensor resistance value sufficiently lower than the sensor resistance value when the registered air has passed for a predetermined time (for example, 150 ms) (for example, the resistance value at which the methane reaches 1000 ppm level (approximately 80% or less of the resistance value in the air) )) Is detected, it can be determined that there is an interference gas or a detection target gas. And it becomes possible to change to the 2nd mode drive. In addition, when the sensor resistance value when the registered air has passed for a predetermined time (for example, 150 ms) and the detected sensor resistance value are substantially the same (for example, when the resistance value is more than about 80% of the air resistance value), interference gas or detection The detection is terminated as air that does not contain the target gas. Normally, the first drive mode and the first determination mode at a relatively low temperature of 250 ° C. are often ended, which contributes to lower power consumption.

続いて、信号処理・駆動部700は、干渉ガスまたは検知対象ガスが含まれる場合にガスセンサ100のヒータ層3からの加熱により干渉ガスを燃焼させる温度であってガス感知層53が検知対象ガスのみを検知する温度となるようにヒータ層駆動部200を制御する手段として機能する(第2モード駆動手段703)。
詳しくは、第1モード駆動手段701よりも高い温度であり、200msにわたりヒータ層3の温度が450℃となるようにパルスを通電する。
なお、第2モード駆動のパルスは、第1駆動モードのパルスに連続して通電しても、第1駆動モードのパルスに間隔をあけて通電してもよい。
Subsequently, the signal processing / driving unit 700 has a temperature at which the interference gas is combusted by heating from the heater layer 3 of the gas sensor 100 when the interference gas or the detection target gas is included, and the gas detection layer 53 has only the detection target gas. It functions as a means for controlling the heater layer driving unit 200 so that the temperature is detected (second mode driving means 703).
Specifically, the pulse is applied so that the temperature is higher than that of the first mode driving unit 701 and the temperature of the heater layer 3 is 450 ° C. over 200 ms.
The pulse for the second mode drive may be energized continuously after the pulse for the first drive mode, or may be energized with an interval from the pulse for the first drive mode.

続いて、信号処理・駆動部700は、ガス感知層53の抵抗特性に基づいて検知対象ガスの有無または濃度を判定する手段として機能する(第2モード判定手段704)。   Subsequently, the signal processing / driving unit 700 functions as a unit that determines the presence or concentration of the detection target gas based on the resistance characteristic of the gas sensing layer 53 (second mode determination unit 704).

このような第2モード駆動により、各雰囲気ガス中でのガス感知層53が450℃となるときのガス感知層53のセンサ抵抗値の変化は図3に示すようになる。図3からも明らかなように、通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性は、通電時間が経過するに従い、検知対象ガス(メタンガス)について、ガス感知層53のセンサ抵抗値が通電時間経過するにつれて減少の後に一定値に近づくが、他の干渉ガス(一酸化炭素、水素)について、通電時間が経過するにつれてセンサ抵抗値が増大する特性を示している。
また、検知対象ガスについて、ガス感知層53のセンサ抵抗値は、図2の250℃の時のセンサ抵抗値と比較したときは濃度が高くなるにつれて一定値は低下していく傾向にある。
FIG. 3 shows changes in the sensor resistance value of the gas sensing layer 53 when the gas sensing layer 53 in each atmospheric gas reaches 450 ° C. by such second mode driving. As is apparent from FIG. 3, the electrical resistance characteristic representing the relationship between the energizing time and the sensor resistance value, in accordance with the energizing time has elapsed, the detection target gas (methane), the sensor resistance of the gas sensing layer 53, Although approaches a constant value after the reduction as the energization time has passed, the other interference gases (carbon monoxide, hydrogen), shows a characteristic that the sensor resistance increases as the energization time has elapsed.
For the detection target gas, the sensor resistance value of the gas sensing layer 53 tends to decrease as the concentration increases as compared to the sensor resistance value at 250 ° C. in FIG.

例えば、検知対象ガス(メタンガス)の場合の通電時間とセンサ抵抗値との関係は、時間が経過するに従い、センサ抵抗値が減少し、約100ms以降で所定の値に安定する。エアのセンサ抵抗値に対してメタンガス(1000ppm)のセンサ抵抗値が低く、さらにメタンガス(1000ppm)のセンサ抵抗値に対してメタンガス(4000ppm)のセンサ抵抗値が低いため感度がある。したがって、検知対象ガス(メタンガス)の有無については検知が容易であり、また、メタンガスについてはセンサ抵抗値と濃度とがほぼ比例関係にあり、記憶回路600にあるセンサ抵抗値における濃度を算出する算出式を登録しておけば、濃度の検知についても可能となっている。
一方、他の干渉ガス(一酸化炭素、水素)の場合の通電時間とセンサ抵抗値との関係は、時間が経過するに従いセンサ抵抗値が一旦低下し、その後、50ms付近で増加に転じエアのセンサ抵抗値へと近づいていく。これは燃焼により干渉ガスがなくなっていくからである。したがってこの傾向を検知すれば干渉ガス(一酸化炭素、水素)の有無の検知は可能である。したがって干渉ガスについて判定結果を出力するようにしても良い。
For example, in the case of the detection target gas (methane gas), the relationship between the energization time and the sensor resistance value decreases as the time elapses, and becomes stable at a predetermined value after about 100 ms. There is sensitivity because the sensor resistance value of methane gas (1000 ppm) is lower than the sensor resistance value of air, and the sensor resistance value of methane gas (4000 ppm) is lower than the sensor resistance value of methane gas (1000 ppm). Therefore, the presence or absence of the detection target gas (methane gas) is easy to detect, and for methane gas, the sensor resistance value and the concentration are approximately proportional to each other, and the calculation for calculating the concentration at the sensor resistance value in the memory circuit 600 is performed. If the equation is registered, it is possible to detect the concentration.
On the other hand, the relationship between the energization time and the sensor resistance value in the case of other interference gases (carbon monoxide, hydrogen) is as follows. The sensor resistance value once decreases as time elapses, and then increases around 50 ms. It approaches the sensor resistance value. This is because the interference gas disappears by combustion. Therefore, if this tendency is detected, the presence or absence of interference gas (carbon monoxide, hydrogen) can be detected. Therefore, the determination result for the interference gas may be output.

したがって、第1モード判定手段,第2モード判定手段により、ガス種がエア、検知対象ガス(メタンガス)、干渉ガス(一酸化炭素、水素)であるかが判定される。検知対象ガス(メタンガス)については濃度も判定される。   Therefore, the first mode determination unit and the second mode determination unit determine whether the gas type is air, detection target gas (methane gas), or interference gas (carbon monoxide, hydrogen). The concentration of the detection target gas (methane gas) is also determined.

続いて、信号処理・駆動部700は、第1モード判定手段702または第2モード判定手段704による判定内容に基づいて、検知対象ガスに関係したガス情報(例えば検知対象ガスがあることを通知する情報)を出力する手段として機能する(出力制御手段705)。信号処理・駆動部700は、検知対象ガスが検知された場合に警報表示回路300に警報表示をさせたり、警報音出力回路400に警報音出力をさせたり、外部出力回路500に外部出力をさせるように機能する。なお、干渉ガス検出時にもこれらのような出力をしても良い。これらのような第1モード駆動手段701、第1モード判定手段702、第2モード駆動手段703、第2モード判定手段704、出力制御手段705からなる一連の駆動が所定の周期(30sや120sなど)毎に繰り返し行われる。   Subsequently, the signal processing / driving unit 700 notifies gas information related to the detection target gas (for example, that there is a detection target gas) based on the determination content by the first mode determination unit 702 or the second mode determination unit 704. Functions as a means for outputting (information) (output control means 705). When the detection target gas is detected, the signal processing / driving unit 700 causes the alarm display circuit 300 to display an alarm, causes the alarm sound output circuit 400 to output an alarm sound, or causes the external output circuit 500 to perform an external output. To function. It should be noted that such an output may also be performed when detecting the interference gas. A series of driving operations including the first mode driving unit 701, the first mode determining unit 702, the second mode driving unit 703, the second mode determining unit 704, and the output control unit 705 are performed at a predetermined cycle (30 s, 120 s, etc.). ) Is repeated every time.

このような本形態のガス検知装置1000によれば、通常は温度を250℃程度に加熱する第1モード駆動として消費電力を少ないモードとし、検知対象ガスまたは干渉ガスを検知したときに初めて温度を450℃程度に加熱する第2モード駆動とすることで、通常運転時の消費電力を大幅に抑えることが可能となる。通常は消費電力が少ない第1モードのみの検知が続くというものであり、長期的に視ると消費電力の低減に寄与する。   According to such a gas detection apparatus 1000 of this embodiment, normally, the first mode drive that heats the temperature to about 250 ° C. is set to a mode with low power consumption, and the temperature is not detected until the detection target gas or the interference gas is detected. By using the second mode drive that heats to about 450 ° C., it is possible to significantly reduce power consumption during normal operation. Normally, only the first mode with low power consumption continues to be detected, which contributes to reduction of power consumption in the long run.

続いて他の形態について説明する。本形態では先に図1を用いて説明した構成はそのままに、信号処理・駆動部700によるガス検知の判定ロジックを改良した形態である。この形態では特に第1モード駆動にてエアおよび干渉ガスを検知できるようにして第2モード駆動の駆動をさらに抑止することでより効果的な低消費電力化を実現する。   Next, another embodiment will be described. In this embodiment, the determination logic of gas detection by the signal processing / driving unit 700 is improved without changing the configuration described above with reference to FIG. In this embodiment, air and interference gas can be detected particularly in the first mode driving, and the driving in the second mode driving is further suppressed to realize more effective low power consumption.

続いて、信号処理・駆動部700のプログラム処理により行われるガス検知について以下に説明する。
まず、信号処理・駆動部700は、通常時にあってはガスセンサ100のヒータ層3からの加熱によりガス感知層53が検知対象ガスの電気抵抗特性と干渉ガスの電気抵抗特性とを異ならせる温度(300℃)となるようにヒータ層駆動部200を制御する手段として機能する(第1モード駆動手段701)。詳しくは、200msにわたりヒータ層3の温度が300℃となるように通電する。
Next, gas detection performed by the program processing of the signal processing / driving unit 700 will be described below.
First, the signal processing / driving unit 700 is configured so that the gas sensing layer 53 differs from the electrical resistance characteristic of the detection target gas and the electrical resistance characteristic of the interference gas by heating from the heater layer 3 of the gas sensor 100 in a normal time ( It functions as a means for controlling the heater layer driving section 200 so as to be 300 ° C. (first mode driving means 701). In detail, it supplies with electricity so that the temperature of the heater layer 3 may be 300 degreeC over 200 ms.

続いて、信号処理・駆動部700は、ガス感知層53の電気抵抗特性に基づいて検知対象ガスが含まれるか否かを判定する手段として機能する(第1モード判定手段702)。   Subsequently, the signal processing / driving unit 700 functions as means for determining whether or not the detection target gas is included based on the electric resistance characteristic of the gas sensing layer 53 (first mode determination means 702).

このような第1モード駆動により、各雰囲気ガス中でのガス感知層53が300℃となるときのセンサ抵抗値の変化は図4に示すようになる。図4からも明らかなように、通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性は、時間が経過するに従い、エアや検知対象ガス(メタンガス)についてはセンサ抵抗値は通電時間経過につれて一旦減少した後で所定の値に安定する軌跡を描くものであるが、他の干渉ガス(一酸化炭素、水素)について通電時間経過につれてセンサ抵抗値が一旦低下し、所定の極小値を経て増加に転じる軌跡を描くものである。また、エア中のセンサ抵抗値に対してメタンガス、一酸化炭素、水素についてのセンサ抵抗値は低いため感度がある。したがって、通電時間とセンサ抵抗値との軌跡がどのような軌跡を描くかを調べることにより、正確かつ簡便にガス種の判定をすることができる。   FIG. 4 shows changes in the sensor resistance value when the gas sensing layer 53 in each atmospheric gas reaches 300 ° C. by such first mode driving. As is clear from FIG. 4, the electrical resistance characteristic representing the relationship between the energization time and the sensor resistance value is once the sensor resistance value for the air and the detection target gas (methane gas) is temporarily increased as the energization time elapses. It is a trace that stabilizes to a predetermined value after decreasing, but for other interference gases (carbon monoxide, hydrogen), the sensor resistance value once decreases as the energization time elapses, and increases after a predetermined minimum value It draws a turning trajectory. Moreover, since the sensor resistance value about methane gas, carbon monoxide, and hydrogen is low with respect to the sensor resistance value in air, it has sensitivity. Therefore, it is possible to accurately and easily determine the gas type by examining what kind of locus the energization time and the sensor resistance value draw.

つまり、エア、干渉ガス、検知対象ガスの何れかであるかが判定可能である。そこでエアについての通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性(または簡略化し、エアについての例えば150msという所定時間経過時のセンサ抵抗値など)を記憶回路600に登録して比較することで判定される。例えばエアについての所定時間経過時のセンサ抵抗値を登録しているものとすると、この登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値と、通電から所定時間(例えば150ms)経過時に検知したセンサ抵抗値と、を比較し、登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値よりも充分低い抵抗値(例えばメタン1000ppmレベルとなる抵抗値(Air中抵抗値の約80%以下))を検知したときには、干渉ガスまたは検知対象ガスがあると判定され、さらに所定の干渉ガスか検知対象ガスであるかが以下の判定方法に基づいて判定されて検知対象ガスであるときに第2モード駆動へ変更することが可能である。なお、登録したエアの所定時間(例えば150ms)経過時のセンサ抵抗値と、検知したセンサ抵抗値がほぼ同じであるとき(例えばAir中抵抗値の約80%より大きいとき)は干渉ガスまたは検知対象ガスが含まれないエアであるとして検知を終了する。そして、後述するが干渉ガスであるときにも検知を終了する。先の形態では干渉ガスでも第2モード駆動に移行していたが、本形態ではエアや干渉ガスでも終了するためさらに低消費電力化に寄与している。   That is, it can be determined whether it is air, interference gas, or detection target gas. Therefore, an electrical resistance characteristic (or a simplified sensor resistance value at a lapse of a predetermined time of 150 ms, for example, for air) that represents the relationship between the energization time and the sensor resistance value for air is registered in the storage circuit 600 and compared. It is determined by. For example, assuming that the sensor resistance value when a predetermined time has elapsed for air is registered, the sensor resistance value when the registered air has elapsed for a predetermined time (for example, 150 ms) and when the predetermined time (for example, 150 ms) has elapsed since energization. The detected sensor resistance value is compared, and the resistance value sufficiently lower than the sensor resistance value when the registered air has passed for a predetermined time (for example, 150 ms) (for example, the resistance value at which the methane reaches 1000 ppm level (about 80% of the air resistance value)). % Or less)) is detected, it is determined that there is an interference gas or a detection target gas, and whether it is a predetermined interference gas or a detection target gas based on the following determination method is a detection target gas It is possible to change to the second mode drive. In addition, when the sensor resistance value when the registered air has passed for a predetermined time (for example, 150 ms) and the detected sensor resistance value are substantially the same (for example, when the resistance value is more than about 80% of the air resistance value), interference gas or detection The detection is terminated as air that does not contain the target gas. As will be described later, the detection is also terminated when the interference gas is used. In the previous embodiment, the transition to the second mode driving is performed even with the interference gas. However, in this embodiment, the process is completed even with the air or the interference gas, which further contributes to lower power consumption.

なお、第1モード判定手段702では、第1モード駆動手段701によりヒータ層3が駆動されてから複数時点におけるガス感知層53のセンサ抵抗値を用いて複数の差分値を取得し、これら差分値が0に近い所定の値以下(例えば短い時刻の抵抗値の10%以下、より好ましくは5%以下)のときは検知対象ガスが含まれると判定し、所定の値(例えば短い時刻の抵抗値の10%、より好ましくは5%以下)より大きいときは干渉ガスが含まれると判定する。   The first mode determination unit 702 acquires a plurality of difference values using sensor resistance values of the gas sensing layer 53 at a plurality of points in time after the heater layer 3 is driven by the first mode driving unit 701, and these difference values are obtained. Is less than a predetermined value close to 0 (for example, 10% or less, more preferably 5% or less of the resistance value at a short time), it is determined that the detection target gas is included, and a predetermined value (for example, a resistance value at a short time) 10%, more preferably 5% or less), it is determined that the interference gas is contained.

具体的には、図4において、干渉ガス(CO、H)である場合は、通電時間経過につれて40ms程度までセンサ抵抗値が低下し、その後、増加に転じ200msまで増加していることから、例えば、図5(a)で示すように、この40ms〜200ms間の任意の2点のセンサ抵抗値を比較し、通電時間の長い時刻のセンサ抵抗値(例えば150msの黒丸のB点)から短い時刻のセンサ抵抗値(例えば100msの黒丸のA点)を引いた差分値が0に近い所定の値(例えば短い時刻の抵抗値の10%、より好ましくは5%以下)より大きいときは干渉ガスが存在すると判定することができる。なお、検知対象ガスであるならばセンサ抵抗値は低下後に安定しており、通電時間の長い時刻のセンサ抵抗値(例えば150msの白丸のB点)から短い時刻のセンサ抵抗値(例えば100msの白丸のA点)を引いた差分値はほぼ0に近い値となり、上記差分が0に近い所定値以下(例えば短い時刻の抵抗値の10%以下、より好ましくは5%以下)である場合には、検知対象ガス(メタンガス)が存在すると判定することができる。したがって干渉ガスと検知対象ガスとの判別は容易である。 Specifically, in FIG. 4, in the case of interference gas (CO, H 2 ), the sensor resistance value decreases to about 40 ms as the energization time elapses, and then starts increasing and increases to 200 ms. For example, as shown in FIG. 5A, the sensor resistance values at two arbitrary points between 40 ms and 200 ms are compared, and the sensor resistance value at the time when the energization time is long (for example, the B point of the black dot of 150 ms) is short. Interference gas when the difference value obtained by subtracting the sensor resistance value at the time (for example, point A of the black circle of 100 ms) is larger than a predetermined value close to 0 (for example, 10% of the resistance value at the short time, more preferably 5% or less) Can be determined to exist. If the gas is a gas to be detected, the sensor resistance value is stable after the decrease, and the sensor resistance value at a short time (for example, a white circle of 100 ms) from the sensor resistance value at a long time of energization (for example, point B of a white circle of 150 ms). When the difference value obtained by subtracting the point A) is almost close to 0, and the difference is less than or equal to a predetermined value close to 0 (for example, 10% or less, more preferably 5% or less of the resistance value at a short time) It can be determined that the detection target gas (methane gas) is present. Therefore, discrimination between the interference gas and the detection target gas is easy.

なお、上記では、2点のセンサ抵抗値を用いているが、図5(b)のように3点でC点−B点間の差分とB点−A点間の差分とをとってもよい。この場合、干渉ガスではC点−B点間(黒丸)の差分値とB点−A点間(黒丸)の差分値との両者とも極性は正となり上昇傾向が確実に捉えられ、干渉ガスであると判別できる。また、検知対象ガスではB点−A点間(白丸)の差分値は負であるがC点−B点間(白丸)の差分値は0に近い値であって傾斜がない傾向が捉えられ、検知対象ガスであると判別できる。   In the above description, sensor resistance values at two points are used, but a difference between point C and point B and a difference between point B and point A may be taken at three points as shown in FIG. In this case, in the interference gas, both the difference value between the point C and the point B (black circle) and the difference value between the point B and the point A (black circle) are positive, and the upward tendency is reliably captured. It can be determined that there is. In addition, in the detection target gas, the difference value between the point B and the point A (white circle) is negative, but the difference value between the point C and the point B (white circle) is a value close to 0 and there is no inclination. It can be determined that the gas is a detection target gas.

また、図5(c)のように4点でD点−C点間の差分とC点−B点間の差分とB点−A点間の差分とをそれぞれとってもよい。この場合、干渉ガスではB点−A点間(黒丸)の差分値は負となるが、D点−C点間(黒丸)の差分値とC点−B点間(黒丸)の差分値との両者とも極性は正となり上昇傾向が確実に捉えられ、干渉ガスであると判別できる。また、検知対象ガスではB点−A点間(白丸)の差分値は負となるが、D点−C点間(白丸)の差分値とC点−B点間(白丸)の差分値との両者とも0に近い値となり傾斜がない傾向が確実に捉えられ、検知対象ガスであると判別できる。   Further, as shown in FIG. 5C, the difference between D point and C point, the difference between C point and B point, and the difference between B point and A point may be taken at 4 points, respectively. In this case, in the interference gas, the difference value between point B and point A (black circle) is negative, but the difference value between point D and point C (black circle) and the difference value between point C and point B (black circle) In both cases, the polarity is positive, and the rising tendency is reliably captured, so that it can be determined that the gas is an interference gas. Further, in the detection target gas, the difference value between point B and point A (white circle) is negative, but the difference value between point D and point C (white circle) and the difference value between point C and point B (white circle) Both of these values are close to 0, and the tendency of no inclination is reliably captured, and it can be determined that the gas is a detection target gas.

また、第1モード判定手段702では、詳しくは、第1モード駆動手段701によりヒータ層3が駆動されてから複数時点におけるガス感知層53のセンサ抵抗値を用いて複数の微分値を取得し、これら微分値差分値が0に近い所定の値より大きいときは干渉ガスが含まれると判定し、微分値が0に近い所定値以下であるときは検知対象ガスが含まれると判定する。   The first mode determination unit 702 acquires a plurality of differential values using the sensor resistance values of the gas sensing layer 53 at a plurality of time points after the heater layer 3 is driven by the first mode driving unit 701. When the differential value difference value is larger than a predetermined value close to 0, it is determined that the interference gas is included, and when the differential value is equal to or less than the predetermined value close to 0, it is determined that the detection target gas is included.

具体的には、図4において、干渉ガス(CO、H)である場合は、40ms程度までセンサ抵抗値が低下し、その後、増加に転じ200msまで増加していることから、例えば、図5(a)で示すように、この40ms〜200ms間の任意の2点のセンサ抵抗値を比較し、通電時間の長い時刻のセンサ抵抗値(例えば150msの黒丸のB点)から短い時刻のセンサ抵抗値(例えば100msの黒丸のA点)を引いた差分値を時間(t2−t1=50ms)で除して微分値を取得し、微分値差分値が0に近い所定の値より大きいときは干渉ガスが存在すると判定することができる。なお検知対象ガスであるならばセンサ抵抗値は低下後に安定しており、通電時間の長い時刻のセンサ抵抗値(例えば150msの白丸のB点)から短い時刻のセンサ抵抗値(例えば100msの白丸のA点)を引いた差分値を時間(t2−t1=50ms)で除して得た微分値もほぼ0となり、上記微分値が0に近い所定値以下である場合には、検知対象ガス(メタンガス)が存在すると判定することができる。したがって干渉ガスと検知対象ガスとの判別は容易である。
なお、この所定の値は、実験等により適宜決定され、例えば10kΩのセンサ抵抗値が100ms〜150ms間に10%以内と規定した場合、所定の値は20Ω/msとなる。
Specifically, in FIG. 4, in the case of interference gas (CO, H 2 ), the sensor resistance value decreases to about 40 ms and then increases until it increases to 200 ms. As shown in (a), the sensor resistance values at any two points between 40 ms and 200 ms are compared, and the sensor resistance value at a short time from the sensor resistance value at a long energization time (for example, point B of a black dot of 150 ms). A differential value is obtained by dividing a difference value obtained by subtracting a value (for example, a black dot A of 100 ms) by time (t2−t1 = 50 ms), and interference occurs when the differential value difference value is larger than a predetermined value close to 0. It can be determined that gas is present. If it is a gas to be detected, the sensor resistance value is stable after the decrease, and the sensor resistance value at a short time (for example, the B point of a white circle of 150 ms) from the sensor resistance value at the time of a long energization time (for example, a white circle of 100 ms). The differential value obtained by dividing the difference value obtained by subtracting (A point) by time (t2−t1 = 50 ms) is also almost 0, and when the differential value is less than a predetermined value close to 0, the detection target gas ( It can be determined that methane gas is present. Therefore, discrimination between the interference gas and the detection target gas is easy.
The predetermined value is appropriately determined by experiments or the like. For example, when the sensor resistance value of 10 kΩ is defined to be within 10% between 100 ms and 150 ms, the predetermined value is 20 Ω / ms.

なお、上記では、2点のセンサ抵抗値を用いているが、図5(b)のように3点でC点−B点間の微分とB点−A点間の微分とをとってもよい。この場合、干渉ガスではC点−B点間(黒丸)の微分値とB点−A点間(黒丸)の微分値との両者とも極性は正となり上昇傾向が確実に捉えられ、干渉ガスであると判別できる。また、検知対象ガスではB点−A点間(白丸)の微分値は負であるがC点−B点間(白丸)の微分値は0に近い値であって傾斜がない傾向が捉えられ、検知対象ガスであると判別できる。   In the above description, sensor resistance values at two points are used. However, as shown in FIG. 5B, the differentiation between point C and point B and the differentiation between point B and point A may be taken at three points. In this case, in the interference gas, both the differential value between point C and point B (black circle) and the differential value between point B and point A (black circle) are positive, and the upward trend is reliably captured. It can be determined that there is. Further, in the gas to be detected, the differential value between the point B and the point A (white circle) is negative, but the differential value between the point C and the point B (white circle) is a value close to 0 and there is no inclination. It can be determined that the gas is a detection target gas.

また、図5(c)のように4点でD点−C点間の微分とC点−B点間の微分とB点−A点間の微分とをそれぞれとってもよい。この場合、干渉ガスではB点−A点間(黒丸)の微分値は負となるが、D点−C点間(黒丸)の微分値とC点−B点間(黒丸)の微分値との両者とも極性は正となり上昇傾向が確実に捉えられ、干渉ガスであると判別できる。また、検知対象ガスではB点−A点間(白丸)の微分値は負となるが、D点−C点間(白丸)の微分値とC点−B点間(白丸)の微分値との両者とも0に近い値となり傾斜がない傾向が確実に捉えられ、検知対象ガスであると判別できる。なお、微分値を計算する点は、測定時のノイズに影響されないよう十分な間隔を持って、設定することはいうまでもない。また、処理時にデータを移動平均して瞬時的な変化を除いたデータを用いるなどしてノイズの影響を除去するようにしても良い。   Further, as shown in FIG. 5C, the differentiation between the D point and the C point, the differentiation between the C point and the B point, and the differentiation between the B point and the A point may be taken at four points, respectively. In this case, in the interference gas, the differential value between point B and point A (black circle) is negative, but the differential value between point D and point C (black circle) and the differential value between point C and point B (black circle) In both cases, the polarity is positive, and the rising tendency is reliably captured, so that it can be determined that the gas is an interference gas. Further, in the detection target gas, the differential value between point B and point A (white circle) is negative, but the differential value between point D and point C (white circle) and the differential value between point C and point B (white circle) Both of these values are close to 0, and the tendency of no inclination is reliably captured, and it can be determined that the gas is a detection target gas. Needless to say, the point at which the differential value is calculated is set with a sufficient interval so as not to be affected by noise during measurement. Further, the influence of noise may be removed by moving average of data during processing and using data from which an instantaneous change is removed.

また、第1モード判定手段702では、詳しくは、第1モード駆動手段701によりヒータ層3が駆動されてから複数時点におけるガス感知層53のセンサ抵抗値による時間状態変化特性を取得し、この時間変化状態特性のうち極小値が出現したときは干渉ガスが含まれると判定し、時間変化状態特性のうち極小値が出現しないときは検知対象ガスが含まれると判定する。   In more detail, the first mode determination unit 702 acquires time state change characteristics based on sensor resistance values of the gas sensing layer 53 at a plurality of time points after the heater layer 3 is driven by the first mode driving unit 701. When the minimum value appears in the change state characteristic, it is determined that the interference gas is included, and when the minimum value does not appear in the time change state characteristic, it is determined that the detection target gas is included.

具体的には、図6で示すように、通電開始から0ms〜200msの間に極小値が出現する特性であることから、極小値が出現する特性である場合には干渉ガスが存在し、極小値が出現しない特性である場合には検知対象ガス(メタンガス)が存在すると判定することができる。このような検出手法でも干渉ガスの電気抵抗特性が確実に捉えられ、干渉ガスであると判別できる。第1モード判定はこのように行われる。
そして、第1モード判定ではエアと判定されたときに加え、検知対象ガスではなく干渉ガスであると判定されたときもそのまま終了する。
Specifically, as shown in FIG. 6, since the minimum value appears between 0 ms and 200 ms from the start of energization, the interference gas exists when the minimum value appears, and the minimum value appears. If the value does not appear, it can be determined that the detection target gas (methane gas) exists. Even with such a detection method, the electric resistance characteristic of the interference gas can be reliably captured, and the interference gas can be determined. The first mode determination is performed in this way.
In addition, in the first mode determination, in addition to the case where it is determined that the air is detected, the processing is also terminated when it is determined that the gas is not the detection target gas but the interference gas.

続いて、信号処理・駆動部700は、検知対象ガスである場合にのみヒータ層3からの加熱によりガス感知層53が検知対象ガスのみを検知する温度となるようにヒータ層駆動部を制御する手段として機能する(第2モード駆動手段703)。
詳しくは、第1モード駆動手段701よりも高い温度であり、200msにわたりヒータ温度が450℃となるパルスを通電する。
Subsequently, the signal processing / driving unit 700 controls the heater layer driving unit so that the gas sensing layer 53 reaches a temperature at which only the sensing target gas is detected by heating from the heater layer 3 only when the gas is the sensing target gas. It functions as a means (second mode driving means 703).
Specifically, a pulse that is higher in temperature than the first mode driving unit 701 and has a heater temperature of 450 ° C. is applied for 200 ms.

続いて、信号処理・駆動部700は、ガス感知層53の抵抗特性に基づいて検知対象ガスの有無または濃度を判定する手段として機能する(第2モード判定手段704)。   Subsequently, the signal processing / driving unit 700 functions as a unit that determines the presence or concentration of the detection target gas based on the resistance characteristic of the gas sensing layer 53 (second mode determination unit 704).

このような第2モード駆動により、ガス感知層53が450℃となるときの各雰囲気ガス中でのガス感知層53のセンサ抵抗値の変化は図3に示すようになる。図3からも明らかなように、通電時間とセンサ抵抗値との関係を表す電気抵抗特性は、時間が経過するに従って、検知対象ガス(メタンガス)についてはセンサ抵抗値が減少する特性を示している。   FIG. 3 shows changes in the sensor resistance value of the gas sensing layer 53 in each atmospheric gas when the gas sensing layer 53 reaches 450 ° C. by such second mode driving. As is clear from FIG. 3, the electrical resistance characteristic representing the relationship between the energization time and the sensor resistance value indicates that the sensor resistance value decreases for the detection target gas (methane gas) as time elapses. .

例えば、検知対象ガス(メタンガス)の場合の通電時間とセンサ抵抗値との関係は、時間が経過するに従い、センサ抵抗値が減少し、約100ms以降で所定の値に安定する。エアのセンサ抵抗値に対してメタンガス(1000ppm)のセンサ抵抗値が低く、さらにメタンガス(1000ppm)のセンサ抵抗値に対してメタンガス(4000ppm)のセンサ抵抗値が低いため感度がある。したがって、検知対象ガス(メタンガス)の有無については検知が容易であり、また、メタンガスについてはセンサ抵抗値と濃度とがほぼ比例関係にあり、記憶回路600にあるセンサ抵抗値における濃度を算出する算出式を登録しておけば、濃度の検知についても可能となっている。   For example, in the case of the detection target gas (methane gas), the relationship between the energization time and the sensor resistance value decreases as the time elapses, and becomes stable at a predetermined value after about 100 ms. There is sensitivity because the sensor resistance value of methane gas (1000 ppm) is lower than the sensor resistance value of air, and the sensor resistance value of methane gas (4000 ppm) is lower than the sensor resistance value of methane gas (1000 ppm). Therefore, the presence or absence of the detection target gas (methane gas) is easy to detect, and for methane gas, the sensor resistance value and the concentration are approximately proportional to each other, and the calculation for calculating the concentration at the sensor resistance value in the memory circuit 600 is performed. If the equation is registered, it is possible to detect the concentration.

したがって、第1モード判定手段,第2モード判定手段により、ガス種がエア、検知対象ガス(メタンガス)、干渉ガス(一酸化炭素、水素)であるかが判定される。検知対象ガス(メタンガス)については濃度も判定される。   Therefore, the first mode determination unit and the second mode determination unit determine whether the gas type is air, detection target gas (methane gas), or interference gas (carbon monoxide, hydrogen). The concentration of the detection target gas (methane gas) is also determined.

続いて、信号処理・駆動部700は、第1モード判定手段702または第2モード判定手段704による判定内容に基づいて、検知対象ガスに関係したガス情報(例えば検知対象ガスがあることを通知する情報)を出力する手段として機能する(出力制御手段705)。信号処理・駆動部700は、警報表示回路300に警報表示をさせたり、警報音出力回路400に警報音出力をさせたり、外部出力回路500に外部出力をさせるように機能する。
これらのような第1モード駆動手段701、第1モード判定手段702、第2モード駆動手段703、第2モード判定手段704、出力制御手段705からなる一連の駆動が所定の周期(ここでは30sまたは120s)毎に繰り返し行われる。
Subsequently, the signal processing / driving unit 700 notifies gas information related to the detection target gas (for example, that there is a detection target gas) based on the determination content by the first mode determination unit 702 or the second mode determination unit 704. Functions as a means for outputting (information) (output control means 705). The signal processing / driving unit 700 functions to cause the alarm display circuit 300 to display an alarm, to cause the alarm sound output circuit 400 to output an alarm sound, and to cause the external output circuit 500 to perform an external output.
A series of driving operations including the first mode driving unit 701, the first mode determining unit 702, the second mode driving unit 703, the second mode determining unit 704, and the output control unit 705 as described above are performed in a predetermined cycle (here, 30 s or It is repeated every 120 s).

このような本実施形態のガス検知装置1000によれば、通常は温度を300℃程度に加熱する第1モード駆動という消費電力を少ないモードとして検知対象ガスの有無の検知を行い、検知対象ガスを検知したときにのみ初めて温度を450℃程度に加熱する第2モード駆動とすることで、通常運転時の消費電力を大幅に抑えることが可能となる。特に干渉ガスのみのときは第2モード駆動とならないため、この点で低消費電力化に寄与する。
なお、本実施例で示したヒータ温度や周期は、使用したセンサの特性によるものであり、異なるヒータ温度や周期を使用しても本発明の内容を逸脱するものではない。また、上述した実施形態は、ガスセンサとして薄膜ガスセンサを用いた場合を説明したが、本発明は薄膜ガスセンサに限定されるものではない。
According to such a gas detection apparatus 1000 of the present embodiment, the detection target gas is detected by detecting the presence or absence of the detection target gas by setting the power consumption mode as a first mode drive that normally heats the temperature to about 300 ° C. By performing the second mode driving in which the temperature is heated to about 450 ° C. for the first time only when it is detected, it becomes possible to significantly reduce power consumption during normal operation. In particular, when only the interference gas is used, the second mode drive is not performed, which contributes to low power consumption.
Note that the heater temperature and cycle shown in this embodiment are due to the characteristics of the sensor used, and even if different heater temperatures and cycles are used, the contents of the present invention are not departed. Moreover, although embodiment mentioned above demonstrated the case where a thin film gas sensor was used as a gas sensor, this invention is not limited to a thin film gas sensor.

以上、本実施形態のガス検知装置について図を参照しつつ説明した。これら形態によれば、従来技術のように全て高温(450℃)で燃焼しないで、対象ガス又は干渉ガスが存在すると判断された場合にのみ燃焼するようにすれば低消費電力化に寄与する。   The gas detection device of this embodiment has been described above with reference to the drawings. According to these embodiments, if the combustion is performed only when it is determined that the target gas or the interference gas exists without being burned at a high temperature (450 ° C.) as in the prior art, it contributes to the reduction in power consumption.

本発明のガス検知装置は、特にガス漏れ警報器等の用途に適用することができる。   The gas detection device of the present invention is particularly applicable to uses such as a gas leak alarm.

1000:ガス検知装置
100:ガスセンサ
1:Si基板
2:熱絶縁支持層
21:熱酸化SiO
22:CVD−Si
23:CVD−SiO
3:ヒータ層
4:電気絶縁層
5:ガス検出部
51:接合層
52:感知電極層
53:ガス感知層
54:選択燃焼層
200:ヒータ層駆動部
300:警報表示回路
400:警報音出力回路
500:外部出力回路
600:記憶回路
700:信号処理・駆動部
701:第1モード駆動手段
702:第1モード判定手段
703:第2モード駆動手段
704:第2モード判定手段
705:出力制御手段
800:電源回路
1000: Gas detector 100: Gas sensor 1: Si substrate 2: Thermal insulating support layer 21: Thermally oxidized SiO 2 layer 22: CVD-Si 3 N 4 layer 23: CVD-SiO 2 layer 3: Heater layer 4: Electrical insulating layer 5: Gas detection unit 51: Bonding layer 52: Sensing electrode layer 53: Gas sensing layer 54: Selective combustion layer 200: Heater layer driving unit 300: Alarm display circuit 400: Alarm sound output circuit 500: External output circuit 600: Storage circuit 700: signal processing / driving unit 701: first mode driving unit 702: first mode determining unit 703: second mode driving unit 704: second mode determining unit 705: output control unit 800: power supply circuit

Claims (10)

検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
前記ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
前記ガス感知層および前記ヒータ層駆動部が接続される信号処理・駆動部と、
を備え、
前記信号処理・駆動部は、
通常時にあっては前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が干渉ガスまたは検知対象ガスの有無を検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第1モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗値が、エアに対する電気抵抗値より低いことにより干渉ガスまたは検知対象ガスが存在することを判定する第1モード判定手段と、
第1モード判定手段により干渉ガスまたは検知対象ガスが存在すると判定した場合に前記ヒータ層からの加熱により干渉ガスを燃焼させる温度であって前記ガス感知層が検知対象ガスのみを検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御して前記ヒータ層の加熱温度を切り換える第2モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗値が、通電時間の経過につれて減少した後に一定値に近づくことに基づいて検知対象ガスの存在または濃度を判定する第2モード判定手段と、
て機能することを特徴とするガス検知装置。
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving section for driving the heater layer;
A signal processing / driving unit to which the gas sensing layer and the heater layer driving unit are connected;
With
The signal processing / driving unit is
In the normal state, a first mode drive means for controlling said heater layer driver so that the gas sensing layer by heating from the heater layer is a temperature for detecting the presence or absence of interference gas or detection target gas,
First mode determination means for determining that an interference gas or a detection target gas is present when an electric resistance value of the gas sensing layer is lower than an electric resistance value with respect to air ;
If it is determined that the interference gas or detection target gas is present the first mode determining means, the gas sensing layer a temperature for burning the interference gas by heating from the heater layer and the temperature detected only detection target gas a second mode drive means and said controlling the heater layer driver Ru switches the heating temperature of the heater layer such that,
Second mode determination means for determining the presence or concentration of the detection target gas based on the fact that the electrical resistance value of the gas sensing layer approaches a constant value after decreasing as the energization time elapses ;
Gas detecting apparatus characterized by that function.
検知対象ガスとの接触により電気抵抗特性が変化するガス感知層、および、前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガスセンサと、
前記ヒータ層を駆動するヒータ層駆動部と、
前記ガス感知層および前記ヒータ層駆動部が接続される信号処理・駆動部と、
を備え、
前記信号処理・駆動部は、
通常時にあっては前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が検知対象ガスの電気抵抗特性と干渉ガスの電気抵抗特性とを異ならせる温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第1モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗特性に基づいて検知対象ガスが含まれるか否かを判定する第1モード判定手段と、
検知対象ガスである場合にのみ前記ヒータ層からの加熱により前記ガス感知層が検知対象ガスのみを検知する温度となるように前記ヒータ層駆動部を制御する第2モード駆動手段と、
前記ガス感知層の電気抵抗特性に基づいて検知対象ガスの有無または濃度を判定する第2モード判定手段と、
て機能することを特徴とするガス検知装置。
A gas sensor having a gas sensing layer whose electrical resistance characteristics change by contact with a gas to be detected, and a heater layer for heating the gas sensing layer;
A heater layer driving section for driving the heater layer;
A signal processing / driving unit to which the gas sensing layer and the heater layer driving unit are connected;
With
The signal processing / driving unit is
In a normal time, the heater layer driving unit is controlled so that the gas sensing layer has a temperature that makes the electric resistance characteristic of the detection target gas different from the electric resistance characteristic of the interference gas by heating from the heater layer. Mode driving means;
First mode determination means for determining whether or not a gas to be detected is included based on the electrical resistance characteristics of the gas sensing layer;
Second mode driving means for controlling the heater layer driving unit so that the gas sensing layer detects only the detection target gas by heating from the heater layer only when the gas is the detection target gas;
Second mode determination means for determining the presence or concentration of the detection target gas based on the electric resistance characteristics of the gas sensing layer;
Gas detecting apparatus characterized by that function.
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値を用いて複数の差分値を取得し、これら差分値が0に近い所定の値以下のときは検知対象ガスが含まれると判定し、所定の値より大きいときは干渉ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置。
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires a plurality of difference values using sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode driving means, and these difference values are zero. A gas detection device that determines that a detection target gas is included when the value is less than or equal to a predetermined value, and determines that interference gas is included when the detection target gas is greater than a predetermined value.
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値を用いて複数の微分値を取得し、これら微分値が0に近い所定の値以下のときは検知対象ガスが含まれると判定し、所定の値より大きいときは干渉ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置。
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires a plurality of differential values using sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode driving means, and these differential values are 0. A gas detection device that determines that a detection target gas is included when the value is less than or equal to a predetermined value, and determines that interference gas is included when the detection target gas is greater than a predetermined value.
請求項2に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段では、前記第1モード駆動手段により前記ヒータ層が駆動されてから複数時点における前記ガス感知層のセンサ抵抗値による時間状態変化特性を取得し、この時間変化状態特性のうち極小値が出現したときは干渉ガスが含まれると判定し、時間変化状態特性のうち極小値が出現しないときは検知対象ガスが含まれると判定することを特徴とするガス検知装置。
The gas detection device according to claim 2,
The first mode determination means acquires time state change characteristics according to sensor resistance values of the gas sensing layer at a plurality of time points after the heater layer is driven by the first mode drive means. A gas detection device that determines that an interference gas is included when a minimum value appears, and determines that a detection target gas is included when a minimum value does not appear among time-varying state characteristics.
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記第1モード判定手段または前記第2モード判定手段による判定内容に基づいて、検知対象ガスに関係したガス情報を出力する出力制御手段と、
を備えたことを特徴とするガス検知装置。
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 5,
Output control means for outputting gas information related to the detection target gas based on the determination content by the first mode determination means or the second mode determination means;
A gas detection device comprising:
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のガス検知装置において、
内蔵された電池による電源回路からの電力供給により駆動されることを特徴とするガス検知装置。
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 6,
A gas detection device driven by power supplied from a power supply circuit by a built-in battery.
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記信号処理・駆動部は所定の周期で前記ヒータ層を通電して駆動し、
前記ガス感知層は所定の周期で加熱されることを特徴とするガス検知装置。
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 7,
The signal processing / driving unit is driven by energizing the heater layer at a predetermined cycle,
The gas detection device, wherein the gas detection layer is heated at a predetermined cycle.
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、
貫通孔を有するSi基板と、
前記貫通孔の開口部に張られるダイヤフラム様の熱絶縁支持層と、
前記熱絶縁支持層上に設けられる前記ヒータ層と、
前記熱絶縁支持層および前記ヒータ層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、
前記電気絶縁層および前記一対の感知電極層の上であって前記ヒータ層の近傍に設けられ、接触したガスによりそのセンサ抵抗値が変化する酸化物半導体からなる前記ガス感知層と、
を備えるセンサであることを特徴とするガス検知装置。
In the gas detection device according to any one of claims 1 to 8,
The gas sensor
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched over the opening of the through hole;
The heater layer provided on the thermal insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
The gas sensing layer made of an oxide semiconductor, which is provided on the electrical insulating layer and the pair of sensing electrode layers and in the vicinity of the heater layer, and whose sensor resistance value is changed by the gas in contact with the gas sensing layer;
It is a sensor provided with, The gas detection apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項9に記載のガス検知装置において、
前記ガスセンサは、更に前記ガス感知層の表面を覆うように設けられ、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、または、PdとPtとを含む合金を触媒として担持したAl焼結材によるガス選択燃焼層を備えることを特徴とするガス検知装置。
The gas detection device according to claim 9, wherein
The gas sensor is further provided so as to cover the surface of the gas sensing layer, and is made of an Al 2 O 3 sintered material that supports Pd (palladium), Pt (platinum), or an alloy containing Pd and Pt as a catalyst. A gas detection device comprising a gas selective combustion layer.
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