JP5592495B2 - 可燃性ガス検出装置 - Google Patents

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本国際出願は、２０１１年２月９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１１−０２５７５４号に基づく優先権を主張し、２０１１年１２月２７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１１−２８６３８７号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１１−０２５７５４号の全内容および日本国特許出願第２０１１−２８６３８７号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

本発明は、被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスのガス濃度を検出する可燃性ガス検出装置に関する。

近年、環境・自然保護などの社会的要求から、高効率で、クリーンなエネルギー源として燃料電池の研究が活発に行われている。その中で、低温作動、高出力密度等の利点により、家庭用、車載用などのエネルギー源として固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や水素内燃機関が期待されている。

これらのシステムでは、例えば、可燃性ガスである水素を燃料としているため、ガス漏れの検知が重要な課題の一つとして挙げられている。
この種の被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスのガス濃度を検出する可燃性ガス検出装置では、被検出雰囲気内にガス検出素子を配置し、このガス検出素子に、自身の温度変化（発熱）により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体とを実装するものが知られている。

具体的には、この可燃性ガス検出装置では、ガス検出素子における発熱抵抗体の抵抗値が、二つの設定温度（第１設定温度，第２設定温度）に対応した各抵抗値となるように、ブリッジ回路によって制御し、その時の制御電圧（発熱抵抗体の両端電圧）と、測温抵抗体の抵抗値が変化することによって生じる電圧差（温度電圧）とを用いて、ガス濃度を算出している。

なお、各設定温度（第１設定温度，第２設定温度）は、例えば、ブリッジ回路内に設置された互いに抵抗値の異なる固定抵抗の導通状態を、一定の周期時間毎に選択的に切り替えることによって変更される（例えば、特許文献１参照）。

特許第４３０２６１１号公報

ところで、近年の集積化技術の向上に伴い、ガス検出素子の小型化が進んでいる。これにより、可燃性ガス検出装置では、従来のガス検出素子と比べて、発熱抵抗体と測温抵抗体とがより近接配置される傾向にある。

これに対して、従来の可燃性ガス検出装置では、発熱抵抗体の発熱温度の変化（ひいては、第１設定温度と第２設定温度との温度差）が、測温抵抗体にもたらす影響について考慮されていなかったため、その影響により、測温抵抗体の温度電圧に基づく環境温度と実際の環境温度との間で誤差が生じ、ガス濃度の検出精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、ガス濃度の検出精度の低下を抑制することが可能な可燃性ガス検出装置を提供することが望ましい。さらには、ガス濃度を精度よく検出することが可能な可燃性ガス検出装置を提供することが望ましい。

本発明の第１局面の可燃性ガス検出装置は、被検出雰囲気内に配置されて、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に連続的に切り替える制御を行う通電制御部と、発熱抵抗体と同一の基板上に配置されるとともに、前記発熱抵抗体と近接配置されて、被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体とを備える。
なお、通電制御部は、発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に連続的に切り替えるにあたり、予め設定された二つの設定温度のうち一方の設定温度に対応する抵抗値となる発熱抵抗体の通電状態と、予め設定された二つの設定温度のうち他方の設定温度に対応する抵抗値となる発熱抵抗体の通電状態と、が連続するように切り替えている。

そして、可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算部が、通電制御部の制御による発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端間の電位差である両端電圧と、測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差（温度電圧）に基づく環境温度とを用いて、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するように構成されている。

本発明では、このような構成において、上記周期時間について、通電制御部が発熱抵抗体の通電状態を連続的に切り替えることによって生じる環境温度の変化分が０．５℃の範囲内となる時間に予め設定している。
また、本発明では、二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度とし、第１設定温度と第２設定温度との温度差が５０℃以上となる温度に予め設定されている。

このように構成された可燃性ガス検出装置によれば、測温抵抗体の温度電圧に基づく環境温度と実際の環境温度との間で誤差が大きくなる前に、発熱抵抗体の発熱温度（設定温度）を切り替えることになり、その結果、ガス濃度の検出誤差を許容差の範囲内に収めることが可能となり、可燃性ガスのガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の第２の局面の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算部は、第１設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、第２設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、これら高温時電圧と低温時電圧との比に基づいて、被検出雰囲気内の湿度を算出し、その湿度を用いて可燃性ガスの濃度を補正している。

このように構成された可燃性ガス検出装置によれば、高温時電圧と低温時電圧との比における高分解能を確保することができるため、被検出雰囲気内の湿度を精度よく算出することができ、これを用いて補正する結果、可燃性ガスの濃度を精度よく検出することができる。

なお、本発明の可燃性ガス検出装置は、シリコン基板を用いたマイクロマシニング加工により形成されるとともに、前記発熱抵抗体及び前記測温抵抗体が同一の前記シリコン基板上に配置されたガス検出素子を備える構成に適用した場合に、上述した効果を有効にもたらすことができる。具体的には、シリコン基板を用いたマイクロマシニング加工により形成されるガス検出素子は非常に小型であり、このようなシリコン基板上に発熱抵抗体と測温抵抗体が配置される場合には、両者が近接することになる。このとき、本発明を適用すれば、測温抵抗体の温度電圧に基づく環境温度と実際の環境温度との間で誤差が大きくなる前に、発熱抵抗体の発熱温度（設定温度）を切り替えることになり、その結果、ガス濃度の検出誤差を許容差の範囲内に収める効果が良好にもたらされる。

また、本発明の第３局面の可燃性ガス検出装置は、通電制御部により切り替えられる各周期のうち連続する二つの周期のそれぞれにおいて、測温抵抗体の抵抗値に基づく環境温度を少なくとも一つずつ検出し、連続する二つの周期の期間中に検出した複数の環境温度の平均値を算出する平均値算出部を備える。そして、この可燃性ガス検出装置におけるガス濃度演算部は、平均値算出部で算出された環境温度の平均値を、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度の演算に用いる。

このように構成された可燃性ガス検出装置は、連続する二つの周期のそれぞれで環境温度の検出を行うとともにそれらの平均値を算出するため、発熱抵抗体の二つの設定温度のいずれか一方に対応する周期のみで環境温度の検出を行う場合に比べて、通電状態の切り替えに伴う発熱抵抗体の発熱量の違いが測温抵抗体に与える影響が反映された状態で、環境温度を検出できるため、環境温度の検出精度を向上できる。

また、環境温度の平均値を算出することで、例えば、突発的なノイズなどの影響により測温抵抗体に基づく環境温度の数値が変動した場合でも、その変動に起因する可燃性ガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

よって、本発明によれば、環境温度の検出精度を向上することができるとともに、可燃性ガスの検出精度の低下を抑制できる。
また、本発明の第４局面の可燃性ガス検出装置は、周期時間が２５［ｍＳｅｃ］〜１［Ｓｅｃ］の範囲内に設定されている。

つまり、周期時間が２５［ｍＳｅｃ］よりも短い場合には、発熱抵抗体の通電状態の切り替え時点から発熱抵抗体の温度が安定するまでの時間が経過する前に、次の周期に移行する（換言すれば、通電状態の切り替え時期が到来する）可能性があり、各設定温度に応じた発熱抵抗体の両端電圧を適切に検出できないおそれがある。

また、周期時間が１［Ｓｅｃ］よりも長い場合には、発熱抵抗体の通電状態の切り替え間隔が長くなり、２つの設定温度それぞれに対応する発熱抵抗体の両端電圧の検出間隔が大きくなるため、ガス濃度の変化に対する追従性が低下してしまい、ガス濃度の検出精度が低下するおそれがある。

よって、本発明の可燃性ガス検出装置によれば、発熱抵抗体の温度が安定した状態で発熱抵抗体の両端電圧を適切に検出できるとともに、ガス濃度の変化に対する追従性の低下を抑制できることから、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

また、本発明の第５局面の可燃性ガス検出装置では、基板が平面視四角形状（略四角形）に形成されており、この基板を平面視した状態において、発熱抵抗体が基板にて測温抵抗体よりも中央側に配置され、測温抵抗体が、基板の縁を形成する四辺のうち、少なくとも連接する二辺に沿った領域に配置されている。

このように構成された可燃性ガス検出装置によれば、測温抵抗体の配置領域を比較的広く確保することが可能になるため、測温抵抗体の長さを所望範囲の抵抗値が得られる長さに設計し易くなり、設計の自由度を向上することができる。そして、このように構成された可燃性ガス検出装置では、測温抵抗体の長さを大きく採る必要がある場合、基板の小型化の要請から、測温抵抗体において発熱抵抗体に近接する部分がより大きくなるため、測温抵抗体が発熱抵抗体の熱影響をより受け易くなる。このため、本発明の第１局面のガス濃度検出装置をより効果的に適用することができる。

さらに、本発明の第６の局面の可燃性ガス検出装置では、測温抵抗体が、基板の縁における三辺に沿った領域に配置されている。この場合、測温抵抗体の配置領域をより広く確保することが可能になるため、設計の自由度をより向上することができる。そして、測温抵抗体において発熱抵抗体に近接する部分がさらに大きくなり得ることから、測温抵抗体が発熱抵抗体の熱影響をさらに受け易くなり、ひいては、本発明の第１局面の可燃性ガス検出装置をさらに効果的に適用することができる。

なお、本発明の第７の局面の可燃性ガス検出装置は、発熱抵抗体の両端に接続された二つの電極を第１電極群、測温抵抗体の両端に接続された二つの電極を第２電極群として、これら第１電極群および第２電極群は、基板の縁における一辺に沿った領域に配置されている構成である。

このように構成された可燃性ガス検出装置によれば、発熱抵抗体および測温抵抗体と基板外部に設けられた入出力回路部との接続が容易になるため、配線構造を単純化することが可能となり、ひいては、装置全体の小型化を図ることができる。

可燃性ガス検出装置の全体構成図である。 図２Ａは可燃性ガス検出装置の主要部となるガス検出素子の構成を示す平面図であり、図２Ｂは図２ＡにおけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿ったガス検出素子の断面図である。 ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。 図４Ａは発熱抵抗体の両端電圧を示すタイムチャートであり、図４Ｂは発熱抵抗体の温度を示すタイムチャートである。 図５Ａは発熱抵抗体の温度のタイムチャートであり、図５Ｂは測温抵抗体の温度出力のタイムチャートであり、図５Ｃは出力誤差のタイムチャートである。 ガス検出素子の各部の配置を例示する第１の概略図である。 図７Ａはガス検出素子の各部の配置を例示する第２の概略図であり、図７Ｂはガス検出素子の各部の配置を例示する第３の概略図である。 第２実施形態における電圧検出処理の内容を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。

１…可燃性ガス検出装置、３…ガス検出素子、５…制御回路、７…マイコン、８…記憶装置、９…起動スイッチ、３４…発熱抵抗体、３５…測温抵抗体、５０…通電制御回路、５１…ブリッジ回路、５２…可変抵抗部、５５…電流調整回路、５７…スイッチング回路、８０…温度調整回路、８１…ブリッジ回路、８７…スイッチング回路、５２１，５２２…固定抵抗、５２３…切替スイッチ、ＣＨ…第１設定温度、ＣＬ…第２設定温度、ＴＷ…周期時間。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置１の全体構成図である。図２Ａは、可燃性ガス検出装置１の主要部となるガス検出素子３の構成を示す平面図（但し、内部構成も一部示す）であり、図２Ｂが図２ＡにおけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿ったガス検出素子の断面図である。

［全体構成］
可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出素子３を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の客室内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。

図１に示すように、可燃性ガス検出装置１は、ガス検出素子３（図２Ａ、図２Ｂ参照）を駆動制御する制御回路５と、制御回路５の動作を制御する切替信号ＣＧ１を生成するとともに、制御回路５から得られる検出信号Ｖ１，ＳＶＴに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理（ガス濃度演算処理）を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）７と、直流電源Ｖｃｃから可燃性ガス検出装置１への電源供給経路を導通，遮断することで制御回路５，マイコン７を起動，停止する起動スイッチ９とを備えている。

なお、制御回路５（但し、後述する発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５を除く），マイコン７，起動スイッチ９は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子３は構成されている。

［ガス検出素子］
次に、ガス検出素子３について説明する。
図２Ａ，図２Ｂに示すように、ガス検出素子３は、平板形状（平面視四角形状）の基部３０を備え、基部３０の一方の面（以下「表面」という）には、複数の電極３１が形成され、他方の面（以下「裏面」という）には、基部３０の中心付近に、基部３０の一方の方向に沿って一つの凹部３０１が形成されている。

なお、ガス検出素子３は、縦横ともに数ｍｍ（例えば３ｍｍ×３ｍｍ）程度の大きさであり、例えば、シリコン基板を用いたマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）により製造される。

電極３１は、基部３０の一方の辺（図２Ａ中では下方の辺）に沿って配置された二つの電極（電極パッド）３１１，３１２（以下「第１電極群」ともいう）と、他方の辺（図２Ａ中では上方の辺）に沿って配置された二つの電極（電極パッド）３１４，３１５（以下「第２電極群」ともいう）とを備える。これらのうち、電極３１２，３１５を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極３１を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。

基部３０は、シリコン製の基板３２と、基板３２の一方の面に形成された絶縁層３３とを備えており、絶縁層３３が部分的（ここではほぼ正方形）に露出するように基板３２の一部を除去することで凹部３０１が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部３０では、絶縁層３３側（基板３２が除去されていない方）が基部３０の表面となり、基板３２側（基板３２の一部が除去されている方を含む）が基部３０の裏面となる。

絶縁層３３には、凹部３０１により基部３０の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体３４が埋設されているとともに、第２電極群３１４，３１５が形成された側の基部３０の長辺（一辺）に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体３５が埋設されている。つまり、発熱抵抗体３４は、絶縁層３３にて測温抵抗体３５よりも中央側の領域に配置され、測温抵抗体３５は、絶縁層３３の縁を形成する四辺のうちの一辺に沿った領域に配置されている。

なお、絶縁層３３は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層３３を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）や窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）が用いられる。

発熱抵抗体３４は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料で構成され、また、測温抵抗体３５は、電気抵抗が温度に比例して変化（本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大）する導電性材料で構成される。但し、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金（Ｐｔ）で形成されている。

そして、発熱抵抗体３４は、発熱抵抗体３４が形成された平面と同じ平面に埋設された配線３６、および配線膜３７を介して第１電極群３１１，３１２に接続され、測温抵抗体３５は、測温抵抗体３５が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜（図示せず）を介して第２電極群３１４，３１５に接続されている。

なお、配線３６や配線膜３７を構成する材料としては、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部３０の表面に形成される電極３１と基部３０（絶縁層３３）の内部に形成される配線膜３７とはコンタクトホール（接続導体）によって接続される。

つまり、発熱抵抗体３４は、一端が電極３１１、他端がグランド電極３１２と導通し、測温抵抗体３５は、一端が電極３１４、他端がグランド電極３１５と導通するように接続されている。

このように構成されたガス検出素子３は、凹部３０１が形成された裏面を被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
［制御回路］
次に、制御回路５の構成について説明する。

図１に示すように、制御回路５は、発熱抵抗体３４への通電制御を行い、発熱抵抗体３４の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１を出力する通電制御回路５０と、測温抵抗体３５への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号ＳＶＴを出力する温度調整回路８０とを備えている。

［通電制御回路］
通電制御回路５０は、発熱抵抗体３４を含んで構成されたブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）５１と、ブリッジ回路５１で検出される電位差を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力に従って、ブリッジ回路５１に流れる電流を増減調整する電流調整回路５５とを備えている。

電流調整回路５５は、ブリッジ回路５１に直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続され、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃに従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタを備える。具体的には、調整信号Ｃが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大するように構成されている。

増幅回路５３は、演算増幅器５３１と、演算増幅器５３１の反転入力端子および非反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗５３２，５３３と、演算増幅器５３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗５３４，およびコンデンサ５３５とによって構成された周知の差動増幅回路を備える。

つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃが大きくなり（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し）、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Ｃが小さくなる（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大する）ように構成されている。

ブリッジ回路５１は、発熱抵抗体３４および２個の固定抵抗５１１，５１２、抵抗値を切替可能な可変抵抗部５２を備えており、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体３４および可変抵抗部５２側の各端部ＰＧを接地し、固定抵抗５１１，５１２側の各端部を電源側（電流調整回路５５）に接続することで構成されている。

そして、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４との接続点Ｐ＋は、固定抵抗５３２を介して演算増幅器５３１の非反転入力端子に接続され、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−は、固定抵抗５３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点Ｐ＋の電位を、検出信号Ｖ１としてマイコン７に供給するように構成されている。

また、可変抵抗部５２は、抵抗値の異なる２個の固定抵抗５２１，５２２と、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に従って、固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ５２３を備えており、切替スイッチ５２３により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１のバランスを変化させることができるように構成されている。

なお、固定抵抗５２１は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨ（例えば、４００℃）となる抵抗値を有し、固定抵抗５２２は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（例えば、３００℃）となる抵抗値を有する。

このように構成された通電制御回路５０では、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路５１への通電を開始すると、増幅回路５３および電流調整回路５５は、接続点Ｐ＋，Ｐ−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路５１に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）が、可変抵抗部５２によって決まる一定値（ひいては第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。

具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量が変化し、発熱抵抗体３４が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が低下することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が上昇することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大する。

これに対して、増幅回路５３および電流調整回路５５は、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）を一定の大きさに保つ。

つまり、接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１からは、発熱抵抗体３４に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体３４の温度（抵抗値）を一定に保つために必要な熱量（さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量）がわかり、その熱量はガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号Ｖ１から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、ガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。

［温度測定回路］
次に、温度調整回路８０は、測温抵抗体３５を含んで構成されたブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）８１と、ブリッジ回路８１から得られる電位差を増幅する増幅回路８３とを備えている。

増幅回路８３は、演算増幅器８３１と、演算増幅器８３１の反転入力端子および非反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗８３２，８３３と、演算増幅器８３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗８３４，コンデンサ８３５によって構成された周知の差動増幅回路を備える。

ブリッジ回路８１は、測温抵抗体３５および３個の固定抵抗８１１，８１２，８１３を備えており、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体３５および固定抵抗８１３側の各端部を接地し、固定抵抗８１１，８１２側の各端部を電源に接続することで構成されている。

そして、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５との接続点Ｐ−が固定抵抗８３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続され、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３との接続点Ｐ＋が固定抵抗８３２を介して演算増幅器８３１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器８３１の出力を温度検出信号ＳＶＴとしてマイコンに供給するように構成されている。

測温抵抗体３５は、ガス検出素子３が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号ＳＶＴが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体３５の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号ＳＶＴとして出力される。

なお、ガス検出素子３と制御回路５との接続において、ガス検出素子３の各電極３１（３１１，３１２，３１４，３１５）は、電極３１１が通電制御回路５０の接続点Ｐ＋に、電極３１４が温度調整回路８０の接続点Ｐ−に、グランド電極３１２，３１５が制御回路５に共通のグランドラインに接続される。

［マイコン］
マイコン７は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置８（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置８に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。

ここで、第１設定温度ＣＨ（４００℃）の時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを高温時電圧ＶＨ１、第２設定温度ＣＬ（３００℃）時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを低温時電圧ＶＬ１、温度調整回路８０から読み込んだ温度検出信号ＳＶＴの信号レベルを温度電圧ＶＴというものとする。

そして、記憶装置８には、被検出雰囲気内の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧ＶＨ１または低温時電圧ＶＬ１（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１を使用）と可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。なお、各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等で構成されており、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。

なお、湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ１（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨ１および湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨ１と後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。

また、マイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。

［ガス濃度演算処理］
ここで、マイコン７のＣＰＵが実行するガス濃度演算処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、低温時電圧ＶＬ１または高温時電圧ＶＨ１のいずれかから濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求め、さらには、温度電圧ＶＴから温度換算データを用いて環境温度Ｔを求め、演算結果であるガス濃度Ｘを、同じく演算結果である環境温度Ｔだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Ｔに加えて湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを求めるものとする。

本処理（ガス濃度演算処理）が実行されると、まず、Ｓ１１０では、通電制御回路５０から低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得するとともに、温度調整回路８０から温度電圧ＶＴを取得する。

具体的には、切替信号ＣＧ１によりブリッジ回路５１の抵抗値、即ち、発熱抵抗体３４の設定温度を、一定の周期時間ＴＷの間（以下「低温測定期間ＴＷＬ」ともいう）、第２設定温度ＣＬに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間ＴＷの間（以下「高温測定期間ＴＷＨ」ともいう）、第１設定温度ＣＨに保持する制御を行う（図４Ａ−４Ｂ参照）。これと並行して、低温測定期間中に低温時電圧ＶＬ１、高温測定期間中に高温時電圧ＶＨ１、両期間のいずれかのタイミングで温度電圧ＶＴを検出する。なお、図４Ａは発熱抵抗体の両端電圧を示すタイムチャートであり、図４Ｂは発熱抵抗体の温度を示すタイムチャートである。

そして、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて取得した低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を次式（１）の入力値として、電圧比ＶＣを算出する。
ＶＣ＝ＶＨ１／ＶＬ１…（１）
また、これと並行して、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にて取得した温度電圧ＶＴと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。

そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出した電圧比ＶＣと、Ｓ１３０にて算出したＶＣ（０）とを次式（２）の入力値として、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）における電圧比差ΔＶＣを算出する。

ΔＶＣ＝ＶＣ−ＶＣ（０）…（２）
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを算出する。

また、これと並行して、Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ１（０）を算出する。

続いて、Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１、およびＳ１５０にて算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１のうち湿度Ｈによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）を算出する。

そして、Ｓ１８０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１と、Ｓ１６０にて算出した高温時電圧ＶＨ１（０）と、Ｓ１７０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）とを次式（３）の入力値として、高温時電圧ＶＨ１のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）を算出する。

ΔＶＨ１（Ｇ）＝ＶＨ１−ＶＨ１（０）−ΔＶＨ１（Ｈ）…（３）
また、これと並行して、Ｓ１９０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１について環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。

最後に、Ｓ２００では、Ｓ１８０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）と、Ｓ１９０にて算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを次式（４）の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Ｘを算出し、Ｓ１１０に戻る。

Ｘ＝ΔＶＨ１（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ）…（４）
このように、本処理では、周期時間ＴＷ毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ５２３に出力することにより、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−から端部ＰＧ（可変抵抗部５２における接地側端部）への通電経路（可変抵抗部５２における通電経路）を、固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方側から他方側に切り替え、これにより高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴを取得する。そして、ガス濃度演算処理では、温度電圧ＶＴに基づいて環境温度Ｔを演算し、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを演算し、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正する。

ところで、本実施形態では、第１設定温度ＣＨとして４００℃、第２設定温度ＣＬとして３００℃を採用し、４００℃に対応する発熱抵抗体３４の両端電圧を高温時電圧ＶＨ１、３００℃に対応する発熱抵抗体３４の両端電圧を低温時電圧ＶＬ１としている。この第１設定温度ＣＨと第２設定温度ＣＬとの差（設定温度差）を１００℃とする理由は、被検出雰囲気内の湿度Ｈを精度よく算出するためには設定温度差を５０℃以上にし、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１との比における高分解能を確保する必要があることに起因する。なお、上記設定温度差の上限については、ガス検出素子３の耐久性等を考慮して、２００℃以下にすればよく、この設定温度差は好ましくは７５℃以上１５０℃以下の範囲内に設定すればよい。

一方、被検出雰囲気内の環境温度Ｔを精度よく算出するためには、測温抵抗体３５が、発熱抵抗体３４による発熱温度の変化（ひいては設定温度差）の影響をなるべく受けないようにすることが好ましい。特に本実施形態のように、シリコン製の基板３２を用いたマイクロマシニング加工により形成されるとともに、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５が基板３２上の絶縁層３３内に埋設（配置）されたダイアフラム構造のガス検出素子３を適用する場合には、ガス検出素子３が非常に小型であるが故に発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５が近接配置されるため、上記したように、測温抵抗体３５が発熱抵抗体３４による発熱温度の変化の影響を受け易い構成といえ、測温抵抗体３５がその影響を受けないようにすることが好ましい。

このため、第１及び第２設定温度（ＣＨ，ＣＬ）を保持する（切り替える）ための周期時間ＴＷは、これらの設定温度を切り替えた後、検出信号Ｖ１の出力が十分に安定するのに要する時間以上である必要はあるものの、ガス濃度Ｘを検出する際の発熱抵抗体３４の設定温度差に基づく検出誤差が予め設定された許容差の範囲内に収まるよう設定しなければならない。

そして、この検出誤差は、設定温度の切り替えによる発熱抵抗体３４の設定温度差の影響を測温抵抗体３５が受けないと仮定した場合、つまり、環境温度Ｔを一定の温度（基準温度）に固定した場合に算出されるガス濃度Ｘを基準濃度とし、環境温度Ｔの変動を考慮したガス濃度Ｘがこの基準濃度に対して±５％Ｆ．Ｓ．（フルスケール）以内であれば許容差の範囲内であると考えられる。

そこで、本処理（ガス濃度演算処理）のプログラムを用いて、周期時間ＴＷを設定するためのシミュレーションを行うと、図５Ａ、図５Ｂ，図５Ｃに示す結果が得られた。なお、図５Ａ−５Ｃは、周期時間を設定するためのシミュレーション結果を示す説明図であり、このうち、図５Ａは発熱抵抗体の温度のタイムチャートであり、図５Ｂは測温抵抗体の温度出力のタイムチャートであり、図５Ｃは出力誤差のタイムチャートである。

図５Ａ、図５Ｂ，図５Ｃに示すように、本シミュレーションでは、発熱抵抗体３４の設定温度が３００℃である場合の環境温度Ｔ（基準温度）が２５℃となる条件下において、周期時間ＴＷを５ｓに仮設定し、上記プログラムを実行したときの測温抵抗体３５の出力変化と、演算結果であるガス濃度Ｘの基準濃度に対する出力誤差（検出誤差）との相関関係を得た。

具体的には、周期時間ＴＷ（５ｓ）毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ５２３に出力することにより、高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴを取得し、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔを求め、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを求め、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いて補正することで、ガス濃度Ｘを算出した。そして、環境温度Ｔの時間変化、基準温度（２５℃）に対応するガス濃度Ｘを基準濃度とし、算出結果であるガス濃度Ｘの基準濃度に対する出力誤差の時間変化をそれぞれシミュレーション結果として得た。

このシミュレーション結果から明らかなように、発熱抵抗体３４の温度変化が１００℃の範囲内で周期時間ＴＷを５ｓに設定すると、測温抵抗体３５の出力変化が０．５℃の範囲内で繰り返しなされ、さらには、この間のガス濃度Ｘの出力誤差が±５％Ｆ．Ｓ．に収まることが確認された。つまり、環境温度Ｔとガス濃度Ｘの検出誤差との相関関係について、測温抵抗体３５の出力変化が０．５℃の範囲内（換言すれば、±０．５℃以内）であれば、検出誤差が許容差の範囲内に収まるガス濃度Ｘが得られる。

一方、このシミュレーションでは、発熱抵抗体３４の設定温度差を１００℃としているが、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１との比における分解能をより上げる（換言すれば、被検出雰囲気内の湿度Ｈをより精度よく検出する）には、設定温度差をさらに大きくすればよいと考えられる。

この場合、測温抵抗体３５は、発熱抵抗体３４による発熱温度の変化の影響をさらに受けやすくなるので、周期時間ＴＷをより短縮する必要があり、そのときには、測温抵抗体３５の出力変化が０．５℃の範囲内となる周期時間ＴＷに設定すればよい。ちなみに、本実施形態では、各種の基準温度に耐え得るように周期時間ＴＷを２００ｍｓに設定している。

［効果］
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１では、周期時間ＴＷについて、発熱抵抗体３４の発熱温度の変化（ひいては設定温度差）によって生じる環境温度Ｔの変化分が０．５℃の範囲内となる時間に予め設定しておくことにより、ガス濃度Ｘの出力誤差が±５％Ｆ．Ｓ．に収まることを可能とした。

したがって、本実施形態の可燃性ガス検出装置１によれば、測温抵抗体３５の温度電圧ＶＴに基づく環境温度Ｔと実際の環境温度との間で誤差が大きくなる前に、発熱抵抗体３４の発熱温度（設定温度）を切り替えることにより、可燃性ガスのガス濃度Ｘの検出誤差を許容差の範囲内に収めることができ、ガス濃度Ｘの検出精度の低下を抑制することができる。

また、可燃性ガス検出装置１では、ガス濃度演算処理にて、高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１から湿度Ｈ、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔをそれぞれ算出し、これら湿度Ｈおよび環境温度Ｔを用いて、高温時電圧ＶＨ１に基づいて求められる被検出雰囲気内のガス濃度Ｘを算出（補正）しているので、精度よく可燃性ガスのガス濃度Ｘを求めることができる。

さらには、可燃性ガス検出装置１では、発熱抵抗体３４の設定温度差が１００℃となるように第１設定温度ＣＨと第２設定温度ＣＬとを予め設定しているので、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１との比における高分解能を確保することができるため、被検出雰囲気内の湿度Ｈを精度よく算出することができ、これを用いて補正する結果、可燃性ガスのガス濃度Ｘをさらに精度よく検出することができる。

［特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。通電制御回路５０および切替信号ＣＧ１を出力するマイコン７が通電制御部の一例に相当し、ガス濃度演算処理を実行するマイコン７がガス濃度演算部の一例に相当する。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記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において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、発熱抵抗体３４の設定温度差が１００℃となるように第１設定温度ＣＨと第２設定温度ＣＬとを予め設定しているが、これに限定されるものではなく、設定温度差は５０℃以上であればよく、詳細には、設定温度差は５０℃〜１５０℃の範囲内が望ましい。

また、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、周期時間ＴＷを２００ｍｓに予め設定しているが、これに限らず、周期時間ＴＷは、発熱抵抗体３４の発熱温度の変化によって生じる環境温度Ｔの変化分が０．５℃の範囲内となる時間であればよい。

さらには、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体３４の両端電圧（ＶＨ１，ＶＬ１）と、測温抵抗体３５の温度電圧ＶＴとを用いてガス濃度Ｘを算出する構成でもよい。

ところで、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、ガス検出素子３において、測温抵抗体３５が絶縁層３３の縁を形成する四辺のうちの一辺に沿った領域に配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ガス検出素子３を平面視した状態で、測温抵抗体３５が、絶縁層３３の縁における三辺に沿った領域（発熱抵抗体３４を囲う領域）に配置されてもよい。

また、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、第１電極群３１１，３１２と第２電極群３１４，３１５とが基部３０の表面上において互いに対向する辺に沿って配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、第１電極群３１１，３１２と第２電極群３１４，３１５とが基部３０の表面の縁における同一辺に沿った領域に配置されてもよい。

つまり、図６に示すガス検出素子３における各部の配置構成では、上記実施形態と比較して、測温抵抗体３５の配置領域をより広く確保することが可能になるため、測温抵抗体３５の長さを所望範囲の抵抗値が得られる長さに設計し易くなり、設計の自由度をより向上することができ、また、温度の検出精度を高めることもできる。そして、測温抵抗体３５において発熱抵抗体３４（配線３６）に近接する部分が、上記実施形態と比較してより大きくなり、測温抵抗体３５が発熱抵抗体３４の熱影響をさらに受け易くなる。このため、この配置構成によれば、上記実施形態においてマイコン７が実行するガス濃度演算処理において発熱抵抗体３４の設定温度を切り替える周期時間ＴＷを短縮することによる効果をより享受することができる。

また、図６に示すガス検出素子３における各部の配置構成では、第１電極群３１１，３１２および第２電極群３１４，３１５とガス検出素子３の外部に設けられた入出力回路部（例えば、回路基板）との接続が容易になるため、配線構造を単純化することが可能となり、ひいては、可燃性ガス検出装置１全体の小型化を図ることができる。

なお、ガス検出素子３における各部の配置構成は、図６に示す構成に限らず、例えば図７Ａに示すように、第１電極群３１１，３１２と第２電極群３１４，３１５とが基部３０上において互いに対向する辺に沿って配置され、且つ、測温抵抗体３５が基部３０上の縁における三辺に沿った領域（発熱抵抗体３４および第１電極群３１１，３１２を囲う領域）に配置されてもよい。

また、ガス検出素子３における各部の配置構成は、例えば図７Ｂに示すように、測温抵抗体３５が基部３０上の縁において連接する二辺に沿った領域（発熱抵抗体３４および第１電極群３１１，３１２を囲う領域）に配置されてもよい。

さらに、ガス検出素子３における各部の配置構成に関して、ガス検出素子３を平面視したときの発熱抵抗体３４と測温抵抗体３５との距離は、例えば、図２Ａに示すガス検出素子３では０．６［ｍｍ］に設定されている。このような構成のガス検出素子３は、発熱抵抗体３４の近傍温度を測温抵抗体３５で適切に検出することが可能となる。

なお、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも絶縁層３３の内部に備えられるが、絶縁層３３の厚さ方向における配置位置は必ずしも同じではない場合がある。しかし、絶縁層３３は薄膜であり、その厚さ寸法は小さいことから、発熱抵抗体３４と測温抵抗体３５との実際の距離は、ガス検出素子３を平面視したときの発熱抵抗体３４と測温抵抗体３５との距離と同等となる。

また、発熱抵抗体３４と測温抵抗体３５との距離は、発熱抵抗体３４を構成する電熱線と測温抵抗体３５を構成する電熱線との距離であり、それぞれの電熱線に繋がる配線（リード部）どうしの距離ではない。

さらに、ガス検出素子３を平面視したときの発熱抵抗体３４と測温抵抗体３５との距離は、０．６［ｍｍ］に限られることはなく、１．０［ｍｍ］以下であればよい。このような構成を採用することで、発熱抵抗体３４の近傍温度を測温抵抗体３５で適切に検出することができる。

また、上記実施形態では、低温測定期間ＴＷＬ、高温測定期間ＴＷＨのいずれかのタイミングで温度電圧ＶＴを検出する構成について説明したが、温度電圧ＶＴの検出時期は低温測定期間および高温測定期間の両方であってもよい。

そこで、第２実施形態として、連続する二つの周期（低温測定期間および高温測定期間）のそれぞれで温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）の検出を行うとともにそれらの平均値である温度電圧平均値ＶＴａｖを算出する可燃性ガス検出装置について説明する。

なお、第２実施形態の可燃性ガス検出装置は、上記実施形態の可燃性ガス検出装置１と比べて、主にマイコン７で実行される処理の一部が相違するが、その他の構成については同様の構成である。そのため、以下の説明では、相違部分を中心に説明し、第１実施形態と同様な内容の説明は、省略又は簡略化する。

まず、第２実施形態の可燃性ガス検出装置に備えられるマイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、電圧検出処理およびガス濃度演算処理を開始する。

ここで、マイコン７のＣＰＵが実行する電圧検出処理を、図８に示すフローチャートに沿って説明する。
図８に示す電圧検出処理が実行されると、まず、Ｓ８１０では、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５への通電を開始する。

このとき、発熱抵抗体３４への通電状態を低温側制御状態に設定しており、具体的には、切替信号ＣＧ１により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１における発熱抵抗体３４の設定温度を第２設定温度ＣＬ（３００℃）に設定する。

次のＳ８１５では、発熱抵抗体３４の低温測定時（換言すれば、第２設定温度ＣＬの設定時）における温度電圧ＶＴ（以下、低温時温度電圧ＶＴＬともいう）を取得する。
続くＳ８２０では、発熱抵抗体３４の低温測定時（換言すれば、第２設定温度ＣＬの設定時）における発熱抵抗体３４の両端電圧（以下、低温時電圧ＶＬ１ともいう）を取得する。

続くＳ８２５では、前回の発熱抵抗体３４への通電状態の切り替え時期を起算点として、予め定められた周期時間ＴＷが経過したか否かを判断しており、肯定判定の場合にはＳ８３０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行することで肯定判定されるまで待機する。

Ｓ８２５で肯定判定されてＳ８３０に移行すると、Ｓ８３０では、発熱抵抗体３４への通電状態を高温側制御状態に切り替える処理を行う。
具体的には、切替信号ＣＧ１により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１における発熱抵抗体３４の設定温度を第１設定温度ＣＨ（４００℃）に設定する。

次のＳ８３５では、発熱抵抗体３４の高温測定時（換言すれば、第１設定温度ＣＨの設定時）における温度電圧ＶＴ（以下、高温時温度電圧ＶＴＨともいう）を取得する。
続くＳ８４０では、発熱抵抗体３４の高温測定時（換言すれば、第１設定温度ＣＨの設定時）における発熱抵抗体３４の両端電圧（以下、高温時電圧ＶＨ１ともいう）を取得する。

続くＳ８４５では、前回の発熱抵抗体３４への通電状態の切り替え時期を起算点として、予め定められた周期時間ＴＷが経過したか否かを判断しており、肯定判定の場合にはＳ８５０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行することで肯定判定されるまで待機する。

Ｓ８４５で肯定判定されてＳ８５０に移行すると、Ｓ８５０では、温度電圧ＶＴの平均値（以下、温度電圧平均値ＶＴａｖともいう）を算出する。
具体的には、Ｓ８１５で取得した低温時温度電圧ＶＴＬとＳ８３５で取得した高温時温度電圧ＶＴＨとの平均値を、温度電圧平均値ＶＴａｖ（＝（ＶＴＬ＋ＶＴＨ）／２）として算出する。

続くＳ８５５では、Ｓ８２０で取得した低温時電圧ＶＬ１、Ｓ８４０で取得した高温時電圧ＶＨ１、Ｓ８４５で算出した温度電圧平均値ＶＴａｖの各値を、マイコン７の記憶装置８（メモリ、ＲＡＭなど）に保存する処理を行う。

次のＳ８６０では、発熱抵抗体３４への通電状態を低温側制御状態に切り替える処理を行う。具体的には、切替信号ＣＧ１により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１における発熱抵抗体３４の設定温度を第２設定温度ＣＬ（３００℃）に設定する。

Ｓ８６０での処理が終了すると、再びＳ８１５に移行し、このあと電圧検出処理が停止するまで、Ｓ８１５からＳ８６０までの処理が繰り返し実行される。
このようにして電圧検出処理を実行することで、まずは、一定の周期時間ＴＷの間（以下「低温測定期間ＴＷＬ」ともいう）は、ブリッジ回路５１の発熱抵抗体３４の設定温度を第２設定温度ＣＬに保持し、低温測定期間ＴＷＬが終了した後、発熱抵抗体３４の設定温度を第１設定温度ＣＨに切り替える。その後、一定の周期時間ＴＷの間（以下「高温測定期間ＴＷＨ」ともいう）は、発熱抵抗体３４の設定温度を第１設定温度ＣＨに保持し、高温測定期間ＴＷＨが終了した後、発熱抵抗体３４の設定温度を第２設定温度ＣＬに切り替える制御を行う（図４Ａ、図４Ｂ参照）。

これと並行して、温度電圧ＶＴに関して、低温時温度電圧ＶＴＬおよび高温時温度電圧ＶＴＨを検出すると共に、これらの平均値である温度電圧平均値ＶＴａｖを算出する処理を行う。

つまり、電圧検出処理を実行することで、一定の周期時間ＴＷごとに発熱抵抗体の通電状態を切り替えるとともに、低温時電圧ＶＬ１、高温時電圧ＶＨ１、温度電圧平均値ＶＴａｖの各値を、マイコン７の記憶装置８（メモリ、ＲＡＭなど）に保存する処理が実行される。

次に、第２実施形態におけるガス濃度演算処理について説明する。
図９は、第２実施形態におけるガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。
第２実施形態のガス濃度演算処理は、図３に示す第１実施形態のガス濃度演算処理と比べて、少なくともＳ１１０，Ｓ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１９０での処理内容が異なる。

まず、第２実施形態のＳ１１０では、マイコン７の記憶装置８（メモリ、ＲＡＭなど）に保存されている情報のうち「低温時電圧ＶＬ１、高温時電圧ＶＨ１、温度電圧平均値ＶＴａｖ」のそれぞれの最新の値を取得する。つまり、第２実施形態のＳ１１０では、通電制御回路５０および温度調整回路８０から各情報を直接取得するのではなく、記憶装置８に保存されている情報を取得する。

Ｓ１１０において、温度電圧ＶＴではなく、温度電圧平均値ＶＴａｖを取得することから、第２実施形態でのこの後のガス濃度演算処理では、第１実施形態とは異なり、温度電圧ＶＴに代えて温度電圧平均値ＶＴａｖを用いて各演算処理を実行する。つまり、第２実施形態のＳ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１９０では、温度電圧平均値ＶＴａｖを用いて各演算処理を実行する。

このように、第２実施形態のガス濃度演算処理では、まず、電圧検出処理によってマイコン７の記憶装置８（メモリ、ＲＡＭなど）に保存されている「低温時電圧ＶＬ１、高温時電圧ＶＨ１、温度電圧平均値ＶＴａｖ」のそれぞれの最新の値を取得する。そして、ガス濃度演算処理では、温度電圧平均値ＶＴａｖに基づいて環境温度Ｔを演算し、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを演算し、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正する。

以上説明したように、第２実施形態の可燃性ガス検出装置１では、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に基づいて通電制御回路５０の切替スイッチ５２３が切り替わることで、一定の測定期間ＴＷ毎に低温測定期間ＴＷＬに対応する周期と高温測定期間ＴＷＨに対応する周期とが切り替わる（Ｓ８２５，Ｓ８３０，Ｓ８４５，Ｓ８６０）。そして、低温測定期間ＴＷＬおよび高温測定期間ＴＷＨにそれぞれ対応する周期のうち、連続する二つの周期のそれぞれにおいて温度電圧ＶＴ（詳細には、低温時温度電圧ＶＴＬおよび高温時温度電圧ＶＴＨ）を検出すると共に、これらの平均値である温度電圧平均値ＶＴａｖを算出する（Ｓ８２５，Ｓ８３０，Ｓ８４５，Ｓ８６０）。このようにして算出した算出した温度電圧平均値ＶＴａｖを、ガス濃度演算処理における可燃性ガスの濃度の演算に用いる。

このように構成された可燃性ガス検出装置１は、低温測定期間ＴＷＬに対応する周期または高温測定期間ＴＷＨに対応する周期のいずれか一方の周期のみで温度電圧ＶＴを検出する場合に比べて、通電状態の切り替えに伴う発熱抵抗体３４の発熱量の違いが測温抵抗体３５に与える影響が反映された状態で、温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）を検出できる。

つまり、発熱抵抗体３４の設定温度を二つの設定温度（第１設定温度ＣＨ、第２設定温度ＣＬ）に切り替える場合、第１設定温度ＣＨ設定時に発熱抵抗体３４の発熱量が測温抵抗体３５に与える影響と、第２設定温度ＣＬ設定時に発熱抵抗体３４の発熱量が測温抵抗体３５に与える影響とは、異なる。すなわち、二つの設定温度のうち一方に対応する周期のみで温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）の検出を行う場合には、他方の設定温度に対応する周期で発熱抵抗体３４の発熱量が測温抵抗体３５に与える影響に関しては反映されない状態で、温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）を検出することとなる。

これに対して、本第２実施形態のように、連続する二つの周期のそれぞれで温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）の検出を行うとともにそれらの平均値である温度電圧平均値ＶＴａｖを算出することで、通電状態の切り替えに伴う発熱抵抗体３４の発熱量の違いが測温抵抗体３５に与える影響が反映された状態で温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）を検出できるため、環境温度Ｔの検出精度を向上できる。

また、温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）の平均値である温度電圧平均値ＶＴａｖ（環境温度平均値）を算出することで、例えば、突発的なノイズなどの影響により測温抵抗体３５に基づく温度電圧ＶＴ（換言すれば、環境温度Ｔ）の数値が変動した場合でも、その変動に起因する可燃性ガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

よって、本第２実施形態によれば、環境温度Ｔの検出精度を向上することができるとともに、可燃性ガスの検出精度の低下を抑制できる。
ここで、特許請求の範囲と本第２実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。通電制御回路５０および電圧検出処理のＳ８１０，Ｓ８２５，Ｓ８３０，Ｓ８４５，Ｓ８６０を実行するマイコン７が通電制御部の一例に相当し、電圧検出処理およびガス濃度演算処理を実行するマイコン７がガス濃度演算部の一例に相当し、電圧検出処理のＳ８１５，Ｓ８３５，Ｓ８５０を実行するマイコン７が平均値算出部の一例に相当する。

以上、本発明の第２実施形態について説明したが、本発明は上記第２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において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、温度電圧ＶＴ（低温時温度電圧ＶＴＬまたは高温時温度電圧ＶＴＨ）の検出頻度に関しては、上記第２実施形態のような１つの周期（周期時間ＴＷ）あたり１回に限られることはなく、１つの周期（周期時間ＴＷ）あたり２回以上であってもよい。そして、１つの周期（周期時間ＴＷ）あたり温度電圧ＶＴ（低温時温度電圧ＶＴＬまたは高温時温度電圧ＶＴＨ）を２回以上検出する場合には、検出した全ての温度電圧ＶＴ（低温時温度電圧ＶＴＬまたは高温時温度電圧ＶＴＨ）の平均値を温度電圧平均値ＶＴａｖ（環境温度平均値）として算出する。

さらに、周期時間ＴＷについては、上記第１実施形態および第２実施形態の数値に限られることはなく、２５［ｍＳｅｃ］〜１［Ｓｅｃ］の範囲内に設定されているとよい。
つまり、周期時間ＴＷが２５［ｍＳｅｃ］よりも短い場合には、発熱抵抗体３４の通電状態の切り替え時点から発熱抵抗体３４の温度が安定するまでの時間が経過する前に、次の周期に移行する（換言すれば、通電状態の切り替え時期が到来する）可能性がある。このような場合には、各設定温度（第１設定温度ＣＨ、第２設定温度ＣＬ）に応じた発熱抵抗体３４の両端電圧（高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１）を適切に検出できないおそれがある。

また、周期時間が１［Ｓｅｃ］よりも長い場合には、発熱抵抗体３４の通電状態の切り替え間隔が長くなり、２つの設定温度（第１設定温度ＣＨ、第２設定温度ＣＬ）それぞれに対応する発熱抵抗体３４の両端電圧（高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１）の検出間隔が大きくなる。このような場合には、ガス濃度の変化に対する追従性が低下してしまい、ガス濃度の検出精度が低下するおそれがある。

よって、周期時間ＴＷが２５［ｍＳｅｃ］〜１［Ｓｅｃ］の範囲内に設定されている可燃性ガス検出装置によれば、発熱抵抗体３４の温度が安定した状態で発熱抵抗体３４の両端電圧を適切に検出できるとともに、ガス濃度の変化に対する追従性の低下を抑制できることから、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

なお、図５Ａ−５Ｃに示したシミュレーション結果から判るように、周期時間ＴＷを５Ｓｅｃに仮設定した場合でもガス濃度Ｘの出力誤差が±５％Ｆ．Ｓ．に収まることから、周期時間を１［Ｓｅｃ］以下に設定した場合には、ガス濃度Ｘの出力誤差が十分に小さくなり、ガス検出精度の低下を抑制できる。

また、マイコン７における各処理を実行するための各種のプログラムやデータを記憶するための装置は、マイコン７の内部に備えられる記憶装置８に限られることはなく、マイコン７との間で情報伝達が可能なあらゆる形態の外部記憶装置や記録媒体でもよい。この場合、マイコン７は、外部記憶装置や記録媒体から読み込んだ各種のプログラムやデータを用いて各処理を実行する。記録媒体としては、例えば、持ち運び可能な半導体メモリ（例えば、ＵＳＢメモリ、メモリカード（登録商標）など）、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク、磁気ディスク等が含まれる。

Claims (7)

1. 可燃性ガス検出装置であって、
   被検出雰囲気内に配置されて、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に連続的に切り替える制御を行う通電制御部と、
   前記発熱抵抗体と同一の基板上に配置されるとともに、前記発熱抵抗体と近接配置されて、前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、
   前記通電制御部の制御による前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端間の電位差である両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧変化に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算部と、
   を備え、
   前記通電制御部は、前記発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に連続的に切り替えるにあたり、予め設定された二つの設定温度のうち一方の設定温度に対応する抵抗値となる前記発熱抵抗体の通電状態と、予め設定された二つの設定温度のうち他方の設定温度に対応する抵抗値となる前記発熱抵抗体の通電状態と、が連続するように切り替えており、
   前記周期時間は、前記通電制御部が前記発熱抵抗体の通電状態を切り替えることによって生じる前記環境温度の変化分が０．５℃の範囲内となる時間に予め設定されており、
   前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度とし、前記第１設定温度と前記第２設定温度との温度差が５０℃以上となる温度に予め設定されている、
   という可燃性ガス検出装置。
2. 請求項１に記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記ガス濃度演算部は、前記第１設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第２設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正する、
   という可燃性ガス検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記通電制御部により切り替えられる各周期のうち連続する二つの周期のそれぞれにおいて、前記測温抵抗体の抵抗値に基づく前記環境温度を少なくとも一つずつ検出し、連続する二つの周期の期間中に検出した複数の前記環境温度の平均値を算出する平均値算出部を備え、
   前記ガス濃度演算部は、前記平均値算出部で算出された前記環境温度の平均値を、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度の演算に用いる、
   という可燃性ガス検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記周期時間は、２５［ｍＳｅｃ］〜１［Ｓｅｃ］の範囲内に設定されている、
   という可燃性ガス検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記基板は、平面視四角形状に形成されており、
   前記基板を平面視した状態において、
   前記発熱抵抗体は、該基板にて前記測温抵抗体よりも中央側に配置され、
   前記測温抵抗体は、該基板の縁を形成する四辺のうち、少なくとも連接する二辺に沿った領域に配置されている、
   という可燃性ガス検出装置。
6. 請求項５に記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記測温抵抗体は、前記基板の縁における三辺に沿った領域に配置されている、
   という可燃性ガス検出装置。
7. 請求項６に記載の可燃性ガス検出装置であって、
   前記発熱抵抗体の両端に接続された二つの電極を第１電極群、前記測温抵抗体の両端に接続された二つの電極を第２電極群として、
   該第１電極群および第２電極群は、前記基板の縁における一辺に沿った領域に配置されている、
   という可燃性ガス検出装置。

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