JP6363553B2 - 流体状態検出装置 - Google Patents
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Description
被検出雰囲気内における流体状態を検出する流体状態検出装置としては、検出対象の流体状態に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備えたものが知られている。この流体状態検出装置は、例えば、発熱抵抗体から検出対象流体に奪われる熱量を測定することにより、検出対象流体の熱伝導率の変化を算出して流体状態(例えば、水素濃度など)を求めることができる。
なお、流体状態検出装置は、故障判定部において、高電位点の電位が電圧上限判定値よりも小さいと判定されるか、または、差分値が故障判定値よりも小さいと判定される場合には、演算部による流体状態の演算を実行することで、流体状態を検出できる。
検出対象である水素ガス濃度が高濃度になる状態は、発熱抵抗体の抵抗値を低下させる状態であり、この状態が継続すると、ブリッジ制御部は、発熱抵抗体の抵抗値を上昇させるために、電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電状態を、最大電流値の電流を通電する状態(あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態)に制御する。
流体状態検出装置における電源装置との接続形態としては、例えば、外部に設けられた電源装置に接続される形態や、一体に備えられる電源装置に接続される形態などが挙げられる。このうち、電源装置を一体に備える構成の流体状態検出装置は、ホイートストンブリッジ回路と電源装置とがブリッジ制御部(通電制御部)を介して常に接続されているため、接続状態を点検することが難しく、短絡異常の発見が困難となる可能性がある。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[1−1.全体構成]
第1実施形態として、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置1について説明する。
可燃性ガス検出装置1は、水素ガス濃度を検出するガス検出素子10と、ガス検出素子10を制御する制御部20と、ガス検出素子10の出力信号に基づいて水素ガス濃度を演算する処理を少なくとも実行する演算部30と、制御部20および演算部30に電力を供給する直流電源40と、を主に備えている。
ガス検出素子10は、図2(a)の平面視図、および、図2(b)のA−A線矢視断面図に示すように、平板状に形成された基部11と、基部11の一方の面(以下、「表面」と表記する。)に配置された複数の電極12と、他方の面(以下、「裏面」と表記する。)に形成された凹部13と、を主に備えている。
測温抵抗体16は、一定電流の通電時において温度に応じた抵抗値が変化した場合には、自身の両端電圧(両端電位差)が変化する。そして、測温抵抗体16の両端電圧を増幅した電圧は、後述する温度検出信号VTとして出力される。この温度検出信号VTは、ガス検出素子10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、所定の電位差である基準値となる。
また、絶縁層112の内部には、測温抵抗体16と、第2電極123および第2接地電極124と、を電気的に接続する配線膜(図示せず)も設けられている。言い換えると、測温抵抗体16は、一端において第2電極123と導通可能に接続され、他端において第2接地電極124と導通可能に接続されている。
図1に戻り、制御部20には、通電制御回路21と、温度調整回路25と、が設けられている。
また、後述するように、第1ブリッジ固定抵抗211と発熱抵抗体15との接続点P+と、第2ブリッジ固定抵抗212と可変抵抗部213との接続点P−とは、増幅回路220および電流調整回路230によるフィードバック制御によって、それぞれの電位が同電位となるように制御されている。
スイッチング回路232は、ブリッジ回路210に駆動電圧Vccを供給する電源ラインと、電流調整回路230の通電状態を変化させる制御ラインCL1との間に接続されている。スイッチング回路232は、演算部30からの作動許可信号S1に従ってオン,オフ動作するトランジスタを備えて構成されており、このトランジスタがオンしている所定期間には、起動信号S11を制御ラインCL1に出力するように構成されている。なお、トランジスタがオンする所定期間は、調整信号Cの出力を妨げないように予め設定されている。
次に、温度調整回路25について説明する。
温度調整回路25には、測温抵抗体16を含むホイーストーンブリッジであるブリッジ回路250と、ブリッジ回路250から得られる電位差を増幅する増幅回路260と、が設けられている。
演算部30は、温度調整回路25から出力される温度検出信号VTと、通電制御回路21から出力される検出信号V1に基づき水素ガス濃度を演算するものである。演算部30は、直流電源40から給電が開始されて起動するものであり、起動後、演算部30は各部を初期化してガス濃度演算処理を開始するものである。
温度換算データとしては、被検出雰囲気の環境温度Tと温度検出信号VTでもある温度電圧VTとの相関関係を表す温度換算データが含まれる。
濃度換算データとしては、高温時電圧VHまたは低温時電圧VL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含まれる。
次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置1による水素ガス濃度の検出方法について説明する。水素ガス濃度を検出する際には、可燃性ガス検出装置1は、図3(a)および図3(b)に示すように、一定の周期時間tの間(以下「低温期間t」と表記する。)に発熱抵抗体15の設定温度を低温側の第2設定温度CLに保持する制御処理と、一定の周期時間tの間(以下「高温期間t」と表記する。)に高温側の第1設定温度CHに保持する制御処理と、を交互に繰り返し行う。
ここで、ガス濃度演算処理について説明する。
可燃性ガス検出装置1において、ブリッジ回路210が直流電源40への短絡故障状態である場合(換言すれば、定温度制御回路231がショート故障(短絡故障)状態である場合)には、ブリッジ回路210に対して直流電源40の出力電圧(駆動電圧Vcc)が直接印加される状態となる。そして、発熱抵抗体15に対するこのような電圧印加状態が継続すると、発熱抵抗体15の温度が上昇するとともに発熱抵抗体15の抵抗値が上昇して、発熱抵抗体15の両端電圧が上昇する。なお、ブリッジ回路210の基準抵抗として備えられる第1ブリッジ固定抵抗211、第2ブリッジ固定抵抗212および可変抵抗部213は、発熱抵抗体15に比べて、温度変化に対する抵抗値変化量が小さい。このため、発熱抵抗体15の両端電圧が上昇すると、第1ブリッジ固定抵抗211と発熱抵抗体15との接続点P+は、第2ブリッジ固定抵抗212と可変抵抗部213との接続点P−よりも高電位となる傾向が強くなる。
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は、ガス濃度演算処理において、トップ電位V21と第1判定値Vth1との比較結果(S130)、および差分値D1(=V11−V31)と第2判定値Vth2との比較結果(S230)に基づいて、ブリッジ回路210の直流電源40への短絡故障(換言すれば、定温度制御回路231の故障(詳細には、ショート故障))を判定するように構成されている。
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。
可燃性ガス検出装置1が流体状態検出装置の一例に相当し、発熱抵抗体15が発熱抵抗体の一例に相当し、ブリッジ回路210がホイートストンブリッジ回路の一例に相当し、増幅回路220および電流調整回路230がブリッジ制御部の一例に相当し、ガス濃度演算処理におけるS120,S140〜S220を実行する演算部30が演算部の一例に相当する。
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。
Claims (3)
- 被検出雰囲気内に配置されて、検出対象の流体状態に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体と第1抵抗部とが直列に接続された第1辺と、第2抵抗部と第3抵抗部とが直列に接続された第2辺と、が並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
電源装置から前記ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御するブリッジ制御部と、
前記発熱抵抗体の抵抗値を用いて前記被検出雰囲気内における前記流体状態を演算する演算部と、
を備える流体状態検出装置であって、
前記ブリッジ制御部は、
出力端子および2つの入力端子を有する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力に従って、前記演算増幅器の2つの入力端子間の電位差がゼロとなるように前記ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する通電制御部と、を備え、
前記ホイートストンブリッジ回路は、
前記第1辺と前記第2辺との接続点のうちの一方が、前記ブリッジ制御部による印加電圧の低電位側に接続される基準点となり、
前記第1辺と前記第2辺との接続点のうちの他方が、前記ブリッジ制御部による前記印加電圧の高電位側に接続される高電位点となり、
前記第1抵抗部と前記発熱抵抗体との接続点が前記演算増幅器の一方の入力端子に接続される第1電位点となり、前記第2抵抗部と前記第3抵抗部との接続点が前記演算増幅器の他方の入力点に接続される第2電位点となるよう構成され、
前記高電位点の電位と予め定められた電圧上限判定値との比較結果、および、前記第1電位点の電位から前記第2電位点の電位を差し引いた差分値と予め定められた故障判定値との比較結果に基づいて、前記高電位点の電位が前記電圧上限判定値以上であり、かつ、前記差分値が前記故障判定値以上である場合に、前記ホイートストンブリッジ回路が前記電源装置への短絡故障状態であると判定する故障判定部を備える、
流体状態検出装置。 - 請求項1に記載の流体状態検出装置であって、
前記演算部は、前記流体状態として、水素ガス濃度を演算する、
流体状態検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の流体状態検出装置であって、
前記電源装置を一体に備える、
流体状態検出装置。
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