JP6391520B2

JP6391520B2 - ガス検知装置

Info

Publication number: JP6391520B2
Application number: JP2015069670A
Authority: JP
Inventors: 篤野中; 大西　久男; 久男大西
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016188830A

Description

本発明は、検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化するガス検知層及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、前記ヒータ層への通電を行う通電駆動制御部とを備えたガス検知装置に関する。

このようなガス検知装置においては、センサ素子が金属酸化物半導体にて構成され、通電駆動制御部によりヒータ層への通電を行うことにより、ガス検知層を検出対象ガスの種類に応じた適切な温度にまで加熱して、この温度を保持した状態におけるガス検知層の電気的特性（電気抵抗値、電圧値など）に基づいて検出対象ガスの有無及び濃度を検出する。

かかるガス検知装置の従来例として、通電駆動制御部が、ガス検知層をメタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱するように、ヒータ層への通電を制御するように構成され、メタンガス検出用温度に加熱されているときのガス検知層の電気抵抗値が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上のメタンガスが存在していると判定するメタン検出部を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
ちなみに、このガス検知装置は、都市ガス等の漏れを検出するために、一般家庭や業務用の厨房室等に設置されるものである。

特開２０００−２９８１０８号公報

ところで、一般家庭や業務用の厨房室等においては、プロパンガスが使用されている場合があるので、ガス検知層及びヒータ層を備えたセンサ素子を有するガス検知装置によって、プロパンガスの漏れを検出することが望まれている。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、ガス検知層及びヒータ層を備えたセンサ素子を用いて、プロパンガスを検出することができるガス検知装置を提供することにある。

この目的を達成するための本発明に係るガス検知装置は、
検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化するガス検知層及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、
前記ヒータ層への通電を行う通電駆動制御部とを備えたガス検知装置であって、その特徴構成は、
前記通電駆動制御部は、前記ガス検知層をプロパンガス検出用の設定高温温度に加熱する高温加熱状態と、前記ガス検知層を前記設定高温温度よりも低いプロパンガス検出用の設定低温温度に加熱する低温加熱状態とに切替えるように、前記ヒータ層への通電を制御する切替加熱処理を行うように構成され、
前記ヒータ層への通電時における前記ガス検知層の電気抵抗値に基づいて、前記検出対象ガスとしてのプロパンガスを検出するガス検出部を備え、
前記ガス検出部が、前記低温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値が、予め定めたプロパンガス検出用抵抗値よりも小さく、かつ、前記高温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値を、前記低温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値により除した値が、予め定めたプロパンガス検出用設定値よりも大きい場合に、設定濃度以上の前記プロパンガスが存在していると判定するプロパンガス検出処理を行うように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、ガス検出部が、検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化するガス検知層を低温加熱状態及び高温加熱状態にしたときの電気抵抗値と、予め定められたプロパンガス検出用抵抗値及びプロパンガス検出用設定値とに基づいて、設定濃度以上のプロパンガスが存在していることを判定するプロパンガス検出処理を行うことによって、設定濃度以上のプロパンガスが存在していることを検出することができる。

すなわち、発明者の鋭意研究により、低温加熱状態におけるガス検知層の電気抵抗値が、予め定めたプロパンガス検出用抵抗値よりも小さく、かつ、高温加熱状態におけるガス検知層の電気抵抗値を、低温加熱状態におけるガス検知層の電気抵抗値により除した値が、予め定めたプロパンガス検出用設定値よりも大きい場合に、設定濃度以上のプロパンガスが存在していると判定することができることが見出されたのである。

よって、検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化するガス検知層を備えたセンサ素子を用いて、プロパンガスを検出することができる。

本発明に係るガス検知装置の更なる特徴構成は、
前記通電駆動制御部が、前記切替加熱処理を設定周期にて行うように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、通電駆動制御部が、切替加熱処理を設定周期にて行うものであるから、ヒータ層への通電が間欠的に行われることになるため、ヒータ層へ通電する電力を低減することができる。

また、切替加熱処理が設定周期にて行われる場合には、ヒータ層への通電が行われていない非加熱時に、ガス検知層に検出対象ガス中に含まれる水分が蓄積するが、設定周期毎にて繰り返される切替加熱処理において、ガス検知層が高温加熱状態に加熱されることにより、非加熱時にガス検知層に蓄積した水分を蒸発させることができるので、水分蓄積のためにガス検知層の耐久性が低下することを抑制できる。

本発明に係るガス検知装置の更なる特徴構成は、
前記検出対象ガスをプロパンガスとするプロパンガス検出状態と、前記検出対象ガスをメタンガスとするメタンガス検出状態とを選択する検出ガス選択部が備えられ、
前記通電駆動制御部が、前記検出ガス選択部にて前記プロパンガス検出状態が選択されたときには、前記切替加熱処理を行い、前記検出ガス選択部にて前記メタンガス検出状態が選択されたときには、前記ガス検知層をメタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱するように前記ヒータ層への通電を制御するメタンガス検出用加熱処理を行うように構成され、
前記ガス検出部が、前記検出ガス選択部にて前記プロパンガス検出状態が選択されたときには、前記プロパンガス検出処理を行い、前記検出ガス選択部にて前記メタンガス検出状態が選択されたときには、前記ガス検知層の電気抵抗値が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上の前記メタンガスが存在していると判定するメタンガス検出処理を行うように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、検出対象ガスをプロパンガスとするプロパンガス検出状態と、検出対象ガスをメタンガスとするメタンガス検出状態とを選択する検出ガス選択部が備えられているので、検出対象ガスをプロパンガスとするか、メタンガスとするかを選択することができる。

そして、検出ガス選択部にてプロパンガス検出状態が選択されたときには、通電駆動制御部が切替加熱処理を行い、ガス検出部がプロパンガス検出処理を行うので、設定濃度以上のプロパンガスが存在していることを判定することができる。

一方、検出ガス選択部にて前記メタンガス検出状態が選択されたときには、通電駆動制御部がメタンガス検出用加熱処理を行い、ガス検出部がメタンガス検出処理を行うので、設定濃度以上のメタンガスが存在していることを判定することができる。

本発明に係るガス検知装置の全体構成図通電駆動制御部による切替加熱処理を示す概略図ガス検出部におけるプロパンガス検出処理を説明するグラフ

本発明に係るガス検知装置１００の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ガス検知装置１００は、検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化する金属酸化物半導体にて構成されたガス検知層としての半導体検知層１０及び半導体検知層１０を加熱するヒータ層６を備えた金属酸化物半導体式のセンサ素子２０と、ヒータ層６への通電を行う通電駆動制御部１２と、ヒータ層６への通電時における半導体検知層１０の電気抵抗値に基づいて、検出対象ガスとしてのプロパンガスを検出するガス検出部１３とを備えている。

また、ガス検知装置１００には、検出対象ガスをプロパンガスとするプロパンガス検出状態と、検出対象ガスをメタンガスとするメタンガス検出状態とを選択する検出ガス選択部１４が備えられている。検出ガス選択部１４は、プロパンガス検出状態とメタンガス検出状態との何れが選択された状態であるかを示す選択情報を、通電駆動制御部１２及びガス検出部１３に出力するように構成されている。

〔センサ素子〕
金属酸化物半導体式のセンサ素子２０は、薄膜状の支持層５の外端部が脚状のＳｉ基板１により支持されたダイアフラム構造の支持基板上に、検出対象ガスの濃度の変化により電気抵抗値が変化する半導体検知層１０、及び、半導体検知層１０を加熱するためのヒータ層６を備えて構成されている。
半導体検知層１０は、金属酸化物半導体である酸化スズ（ＳｎＯ₂）の単体又は酸化スズを主成分とする混合物等により構成されている。

次に、金属酸化物半導体式のセンサ素子２０の詳細な構造を説明する。
金属酸化物半導体式のセンサ素子２０は、熱酸化膜２、Ｓｉ₃Ｎ₄膜３、ＳｉＯ₂膜４が順次積層された支持層５を設けて構成され、さらにこの支持層５の上にヒータ層６を設け、当該ヒータ層６の上側に全体を覆う状態でＳｉＯ₂膜からなる絶縁層７を設けるとともに、当該絶縁層７の上に一対の接合層８を設け、その接合層８の上に一対の電極層９を設けている。
また、絶縁層７の上面の当該一対の電極層９の間に相当する箇所に、半導体検知層１０を設けている。
さらに、図１に示す例の場合は、一対の電極層９および半導体検知層１０の全体を覆う形態で、選択触媒層１１が設けられている。なお、その各々の層厚は０．１〜５０μｍ程度のものである。

また、半導体検知層１０は、金属酸化物半導体である酸化スズを、スパッタリング法などにより形成したものである。

選択触媒層１１は、金属酸化物からなる担体上に触媒を担持して構成されるものであり、触媒を担持した金属酸化物をバインダーを介して互いに結合させて層状に構成するものである。
触媒としては、検出対象ガスに対して干渉ガスともなる還元性ガスを酸化除去できる、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を使用する。
担体を構成する金属酸化物としては、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂
）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化銅（ＣｕＯ
）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）あるいはこれらの混合物等を使用できる。
また、上記の金属酸化物（触媒を担持する金属酸化物）同士を結合させるバインダーとしては、例えばアルミナ微粉末、アルミナゾル、シリカ微粉末、シリカゾル、マグネシアを使用することができる。
ここで、上記のような触媒、金属酸化物、バインダーはいずれも、１種類を単独で使用してもよいし、２種以上を併用することもできる。

選択触媒層１１の役割は、検出対象ガス以外の水素ガス、ＣＯガス、アルコールガスなどの還元性ガス（非検出対象ガス）を燃焼して半導体検知層１０に到達しないようにし、金属酸化物半導体式のセンサ素子２０にガス選択性を持たせることにある。さらに、半導体検知層１０の表面に酸素を供給することにより、感度を向上する役割をも果たしていると考えられる。
この選択触媒層１１に含まれるＰｄまたはＰｔなどの貴金属酸化触媒の担持量は、５〜９質量％（触媒質量／（触媒＋担体）質量×１００）とする。

〔検出ガス選択部〕
検出ガス選択部１４は、検出ガス選択スイッチとしてガス検知装置１００に設けられるものであって、例えば、ガス検知装置１００を一般家庭や業務用の厨房室等の設置場所に設置するときに、ガス検知装置１００の設置作業者等が、その設置場所においてプロパンガスが使用されているか、都市ガスが使用されているかを確認して選択する。

〔通電駆動制御部〕
以下に、検出ガス選択部１４にて、検出対象ガスをプロパンガスとするプロパンガス検出状態が選択されているときの通電駆動制御部１２による制御内容について説明する。

通電駆動制御部１２は、半導体検知層１０をプロパンガス検出用の設定高温温度に加熱する高温加熱状態と、半導体検知層１０を設定高温温度よりも低いプロパンガス検出用の設定低温温度に加熱する低温加熱状態とに切替えるように、ヒータ層６への通電を制御する切替加熱処理を、設定周期毎に繰り返して行う。

プロパンガス検出用の設定低温温度は、例えば、酸化スズで構成される半導体検知層１０にプロパンガスが接触する状態において、最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲である３５０℃〜３７５℃の温度範囲の何れかの温度に設定されている。
また、プロパンガス検出用の設定高温温度は、例えば、設定低温温度よりも高温側の温度範囲である４００℃〜４５０℃の温度範囲の何れかの温度に設定されている。なお、この４００℃〜４５０℃の温度範囲は、酸化スズで構成される半導体検知層１０にメタンガスが接触する状態において、最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲である。

図２は、通電駆動制御部１２により設定周期毎に繰り返して行われる切替加熱処理を時間経過に基づいて示したグラフである。図２に示すように、半導体検知層１０の高温加熱状態と低温加熱状態との切替は、ヒータ層６へ通電する通電電圧を変更することにより行われている。すなわち、図２の縦軸に示すように、ヒータ層６への通電電圧を電圧Ｖ１とした場合には、半導体検知層１０が設定低温温度に加熱する低温加熱状態となり、ヒータ層６への通電電圧を電圧Ｖ２とした場合には、半導体検知層１０が設定高温温度に加熱する高温加熱状態となる。

具体的には、通電駆動制御部１２は、切替加熱処理において、ヒータ層６への通電電圧を電圧Ｖ１として、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を２００ミリ秒の間実施し、その後、ヒータ層６への通電電圧を電圧Ｖ２として、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を２００ミリ秒の間実施する。なお、低温加熱状態及び高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を開始してから半導体検知層１０の温度が低温加熱状態又は高温加熱状態となるまでの応答時間は、２０〜１００ミリ秒となる。

設定周期は、例えば、３０秒に設定されている。つまり、図２に示すように、切替加熱処理の開始時と、その後の切替加熱処理の開始時の間の期間が、設定周期としての３０秒に設定されている。なお、ヒータ層６への通電は切替加熱処理を実施する間にのみ行う。つまり、切替加熱処理の終了後、次の切替加熱処理が開始されるまでの間は、ヒータ層６への通電が切断されている。

次に、検出ガス選択部１４において、検出対象ガスをメタンガスとするメタンガス検出状態が選択されているときの通電駆動制御部１２による制御内容について説明する。

通電駆動制御部１２は、検出ガス選択部１４にてメタンガス検出状態が選択されたときには、半導体検知層１０をメタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱するようにヒータ層６への通電を制御するメタンガス検出用加熱処理を行うように構成されている。

メタンガス検出用加熱処理のメタンガス検出用温度は、例えば、３５０℃〜４５０℃の温度範囲において定められ、本実施形態においては、４００℃とされる。また、通電駆動制御部１２は、メタンガス検出用加熱処理を、上述の切替加熱処理と同様に、設定周期毎に行う。

〔ガス検出部〕
以下に、検出ガス選択部１４にて、プロパンガス検出状態が選択されているときのガス検出部１３による制御内容について説明する。

ガス検出部１３は、通電駆動制御部１２と通信可能に構成されており、通電駆動制御部１２による切替加熱処理の実施時期において半導体検知層１０の電気抵抗値を検出するように構成されている。

具体的には、図２に示すように、切替加熱処理の開始時、つまり、半導体検知層１０を低温加熱状態にするためのヒータ層６への通電開始時から所定の経過時間の経過後の低温検出時期ｔ１において、低温加熱状態における半導体検知層１０の電気抵抗値としての低温電気抵抗値Ｒ１を検出する。なお、低温検出時期ｔ１は、ヒータ層６への通電を開始してから半導体検知層１０の温度が低温加熱状態になるまでの応答時間に基づいて、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２０ミリ秒経過時以降において設定することができる。本実施形態においては、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２００ミリ秒経過時に設定されている。つまり、低温検出時期ｔ１は、半導体検知層１０を高温加熱状態にするためのヒータ層６への通電開始の直前の時期に設定されている。

また、半導体検知層１０を高温加熱状態するためのヒータ層６への通電開始時から所定の経過時間の経過後の高温検出時期ｔ２において、高温加熱状態における半導体検知層１０の電気抵抗値としての高温電気抵抗値Ｒ２を検出するように構成されている。なお、高温検出時期ｔ２についても、低温検出時期ｔ１と同様に、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２０ミリ秒経過時以降において設定することができる。本実施形態においては、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２００ミリ秒経過時に設定されている。つまり、高温検出時期ｔ２は、ヒータ層６への通電を切断する直前の時期に設定されている。

また、ガス検出部１３は、低温電気抵抗値Ｒ１が、予め定めたプロパンガス検出用抵抗値ＲＡよりも小さく、かつ、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値とが、予め定めたプロパンガス検出用設定値ＲＢよりも大きい場合に、設定濃度以上のプロパンガスが存在していると判定するプロパンガス検出処理を実施する。
なお、プロパンガスの設定濃度は、２０００ｐｐｍに設定されている。

予め定めたプロパンガス検出用抵抗値ＲＡは、半導体検知層１０が設定低温温度に加熱された低温加熱状態において空気雰囲気中で得られる電気抵抗値の１／１０の抵抗値であり、予めガス検出部１３に記憶されている。また、予め定めたプロパンガス検出用設定値ＲＢは、１．０に設定され、予めガス検出部１３に記憶されている。

（実験結果）
図３のグラフにおいて、横軸に、低温電気抵抗値Ｒ１及びプロパンガス検出用抵抗値ＲＡの値が示され、縦軸に、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値としての抵抗比率及びプロパンガス検出用設定値ＲＢが示されている。つまり、図３には、低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率との関係が示されている。
なお、図３に示したプロパンガス検出用抵抗値ＲＡは、設定低温温度を３７５℃として空気を検出すると仮定した場合に得らえるプロパンガス検出用抵抗値ＲＡである。

図３に、２０００ｐｐｍのプロパンガスの低温電気抵抗値Ｒ１及び抵抗比率との関係に加えて、空気に１０００ｐｐｍの濃度で含まれる水素ガス、空気に３０００ｐｐｍの濃度で含まれるメタンガス、及び、空気に３００ｐｐｍの濃度で含まれるＣＯガスの低温電気抵抗値Ｒ１及び抵抗比率を示す。プロパンガス、水素ガス、メタンガス及びＣＯガスの低温電気抵抗値Ｒ１及び抵抗比率は、半導体検知層１０の周囲に、プロパンガス、水素ガス、メタンガス又はＣＯガスが存在する状態として、設定低温温度及び設定低温温度に加熱した半導体検知層１０の電気抵抗値を検出する実験により得たものである。

また、図３には、設定高温温度を４００℃とし、設定低温温度を３５０℃とした場合に検出された低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率との関係（白抜きのプロット及び破線×印のプロット）、及び、設定高温温度を４００℃とし、設定低温温度を３７５℃とした場合に検出された低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率との関係（黒抜きのプロット及び実線×印のプロット）とがあわせて示されている。

なお、図３には、夫々のガスについて、設定低温温度を３５０℃とする場合、及び、設定低温温度を３７５℃とする場合の夫々において、異なる４回の実験において得られた低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率との関係を示している。図３に示す同種類のプロットの分布は、センサ素子２０のセンサ特性のバラツキにより発生するものである。

図３に示すように、設定濃度以上である２０００ｐｐｍのプロパンガスにおける低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率については、低温電気抵抗値Ｒ１が、予め定めたプロパンガス検出用抵抗値ＲＡよりも小さく、かつ、抵抗比率が、予め定めたプロパンガス検出用設定値ＲＢよりも大きくなる。つまり、設定濃度以上である２０００ｐｐｍのプロパンガスにおける低温電気抵抗値Ｒ１と抵抗比率との関係が、図３において斜線にて示した範囲内において示される。

一方、１０００ｐｍの水素ガス、及び、３００ｐｐｍのＣＯガスについては、抵抗比率がプロパンガス検出用設定値ＲＢよりも大きくなるが、低温電気抵抗値Ｒ１がプロパンガス検出用抵抗値ＲＡ以上となる。

また、３０００ｐｐｍのメタンガスについては、低温電気抵抗値Ｒ１が予め定めたプロパンガス検出用抵抗値ＲＡよりも小さくなるが、抵抗比率がプロパンガス検出用設定値ＲＢ以下となる。

上述の如く、プロパンガス検出用の設定低温温度は、プロパンガスが半導体検知層１０に接触して反応することにより、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲の温度である３５０℃又は３７５℃に設定され、プロパンガス検出用の設定高温温度は、設定低温温度よりも高温側の温度範囲であり、メタンガスが半導体検知層１０と接触して反応することにより、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲の温度である４００℃に設定されている。ちなみに、プロパンガスが３５０℃に加熱される半導体検知層１０に接触する場合に得られる電気抵抗値は、プロパンガスが３７５℃に加熱される半導体検知層１０に接触する場合に得られる電気抵抗値よりも若干高い電気抵抗値となる。

よって、プロパンガスについては、高温電気抵抗値Ｒ２が、低温電気抵抗値Ｒ１よりも高い電気抵抗値となるので、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値は１．０よりも大きくなる。一方、メタンガスについては、高温電気抵抗値Ｒ２が、低温電気抵抗値Ｒ１よりも低い電気抵抗値となるので、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値は１．０よりも小さくなる。これにより、プロパンガス検出用設定値ＲＢを１．０とすることでプロパンガスとメタンガスとを識別することができる。

したがって、１０００ｐｍの水素ガス、３０００ｐｐｍのメタンガス、３００ｐｐｍのＣＯガスにおける低温電気抵抗値Ｒ１及び抵抗比率との関係は、いずれも図３において斜線にて示した範囲内に示されるものではない。
よって、ガス検出部１３は、プロパンガス検出処理において設定濃度以上のプロパンガスが存在していると判定することができる。

（メタンガスの検出）
次に、検出ガス選択部１４にて、メタンガス検出状態が選択されている場合において、ときのガス検出部１３の制御内容について説明する。

ガス検出部１３は、検出ガス選択部１４にてメタンガス検出状態が選択されたときには、メタンガス検出用加熱処理においてメタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱された半導体検知層１０の電気抵抗値を検出し、その電気抵抗値が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上のメタンガスが存在していると判定するメタンガス検出処理を行うように構成されている。

なお、メタンガス検出用電気抵抗値は、例えば、空気中に比較的低濃度（例えば、１０００ｐｐｍ程度）のメタンガスが存在する場合と、空気中に水素ガス（例えば、４０００ｐｐｍ程度）やＣＯガス（例えば、５００ｐｐｍ程度）等のメタンガス以外のガスが存在する場合とをある程度弁別することができる電気抵抗値に設定される。

〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態では、切替加熱処理において、半導体検知層１０を低温加熱状態とした後に高温加熱状態としたが、これに限らず、切替加熱処理において、半導体検知層１０を高温加熱状態とした後に低温加熱状態としてもよい。

（２）上記実施形態では、切替加熱処理において、半導体検知層１０を低温加熱状態にした後に、ヒータ層６への通電を切断することなく高温加熱状態としたが、これに限らず、切替加熱処理において、半導体検知層１０を低温加熱状態とした後に、ヒータ層６への通電を切断し、その後、ヒータ層６への通電を再開して半導体検知層１０を高温加熱状態にしてもよい。

（３）上記実施形態では、通電駆動制御部１２において、切替加熱処理の設定周期が３０秒に設定されたが、切替加熱処理の設定周期は適宜変更することができる。例えば、４５秒や６０秒に設定してもよい。

（４）上記実施形態では、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を２００ミリ秒の間実施したが、これに限らず、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を、２００ミリ秒よりも長い通電期間の間において通電を実施してもよく、２００ミリ秒よりも短い通電期間の間において通電を実施してもよい。なお、２００ミリ秒よりも短い通電期間の間において通電を実施する場合は、半導体検知層１０を低温加熱状態とするために必要となるヒータ層６への通電期間である２０ミリ秒以上の通電期間となるように通電を実施する。

（５）上記実施形態では、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を２００ミリ秒の間実施したが、これに限らず、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電を、２００ミリ秒よりも長い通電期間の間において通電を実施してもよく、２００ミリ秒よりも短い通電期間の間において通電を実施してもよい。なお、２００ミリ秒よりも短い通電期間の間において通電を実施する場合は、半導体検知層１０を高温加熱状態とするために必要となるヒータ層６への通電期間である２０ミリ秒以上の通電期間となるように通電を実施する。

（６）上記実施形態では、低温検出時期ｔ１が、半導体検知層１０を低温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２００ミリ秒経過時に設定されたが、これに限らず、低温検出時期ｔ１を、半導体検知層１０が低温加熱状態となっている期間において適宜設定してもよい。

（７）上記実施形態では、高温検出時期ｔ２が、半導体検知層１０を高温加熱状態とするためのヒータ層６への通電開始時から２００ミリ秒経過時に設定されたが、これに限らず、高温検出時期ｔ２を、半導体検知層１０が高温加熱状態となっている期間において適宜設定してもよい。

（８）上記実施形態においては、半導体検知層１０を酸化スズ（ＳｎＯ₂）単体又は酸化スズを主成分とする混合物により構成したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、半導体検知層１０を、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）、酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）等の金属酸化物半導体の単体、又は、これらの金属酸化物半導体を主成分とする混合物により構成してもよい。この場合、プロパンガス検出用の設定低温温度を、夫々の金属酸化物半導体で構成される半導体検知層１０にプロパンガスが接触する状態において、最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲の何れかの温度に設定し、プロパンガス検出用の設定高温温度を、夫々の金属酸化物半導体で構成される半導体検知層１０にメタンガスが接触する状態において、最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲の何れかの温度に設定してもよい。

すなわち、上記の金属酸化物半導体によって半導体検知層１０が構成された場合には、その金属酸化物半導体の種類によらず、メタンガスが半導体検知層１０に接触する状態において、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲が、プロパンガスが半導体検知層１０に接触する状態において、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲よりも高温となる。
よって、プロパンガスが半導体検知層１０に接触する状態において、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲内にプロパンガス検出用の設定低温温度を設定し、メタンガスが半導体検知層１０に接触する状態において、半導体検知層１０において最も低い電気抵抗値が検出される温度範囲内にプロパンガス検出用の設定高温温度を設定することで、プロパンガスについては、高温電気抵抗値Ｒ２が低温電気抵抗値Ｒ１よりも高い電気抵抗値となるので、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値は１．０よりも大きくなり、メタンガスについては、高温電気抵抗値Ｒ２が低温電気抵抗値Ｒ１よりも低い電気抵抗値となるので、高温電気抵抗値Ｒ２を低温電気抵抗値Ｒ１により除した値は１．０以下となる。
これにより、上記の金属酸化物半導体によって半導体検知層１０が構成された場合においても、プロパンガス検出用設定値ＲＢを１．０とすることでプロパンガスとメタンガスとを識別することができる。

（９）上記実施形態においては、ガス検出部１３は、検出ガス選択部１４にてメタンガス検出状態が選択されたときには、メタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱された半導体検知層１０の電気抵抗値を検出し、その電気抵抗値が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上の前記メタンガスが存在していると判定するメタンガス検出処理を行うように構成されたが、メタンガス検出処理の処理内容は、これに限るものではない。例えば、メタンガスとプロパンガスとの識別が必要な場合には、メタンガス検出処理において、検出ガス選択部１４にてプロパンガス検出状態が選択されたときと同様に、通電駆動制御部１２が、半導体検知層１０を高温加熱状態と低温加熱状態とに切替えるための切替加熱処理を、設定周期毎に繰り返して行うように構成し、かつ、ガス検出部１３が、低温電気抵抗値Ｒ１及び高温電気抵抗値Ｒ２を検出し、その検出した低温電気抵抗値Ｒ１及び高温電気抵抗値Ｒ２から抵抗比率を求め、その抵抗比率がプロパンガス検出用設定値ＲＢ以下であり、かつ、高温電気抵抗値Ｒ２が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上のメタンガスが存在していると判定するように構成されていてもよい。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

以上説明したように、ガス検知層及びヒータ層を備えたセンサ素子を用いて、プロパンガスを検出することができるガス検知装置を提供することができる。

６ヒータ層
１０半導体検知層（ガス検知層）
１２通電駆動制御部
１３ガス検出部
１４検出ガス選択部
２０センサ素子
１００ガス検知装置
Ｒ１低温電気抵抗値（電気抵抗値）
Ｒ２高温電気抵抗値（電気抵抗値）
ＲＡプロパンガス検出用抵抗値
ＲＢプロパンガス検出用設定値

Claims

検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化するガス検知層及び前記ガス検知層を加熱するヒータ層を備えたセンサ素子と、
前記ヒータ層への通電を行う通電駆動制御部とを備えたガス検知装置であって、
前記通電駆動制御部は、前記ガス検知層をプロパンガス検出用の設定高温温度に加熱する高温加熱状態と、前記ガス検知層を前記設定高温温度よりも低いプロパンガス検出用の設定低温温度に加熱する低温加熱状態とに切替えるように、前記ヒータ層への通電を制御する切替加熱処理を行うように構成され、
前記ヒータ層への通電時における前記ガス検知層の電気抵抗値に基づいて、前記検出対象ガスとしてのプロパンガスを検出するガス検出部を備え、
前記ガス検出部が、前記低温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値が、予め定めたプロパンガス検出用抵抗値よりも小さく、かつ、前記高温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値を、前記低温加熱状態における前記ガス検知層の電気抵抗値により除した値が、予め定めたプロパンガス検出用設定値よりも大きい場合に、設定濃度以上の前記プロパンガスが存在していると判定するプロパンガス検出処理を行うように構成されているガス検知装置。
前記通電駆動制御部が、前記切替加熱処理を設定周期にて行うように構成されている請求項１に記載のガス検知装置。
前記検出対象ガスをプロパンガスとするプロパンガス検出状態と、前記検出対象ガスをメタンガスとするメタンガス検出状態とを選択する検出ガス選択部が備えられ、
前記通電駆動制御部が、前記検出ガス選択部にて前記プロパンガス検出状態が選択されたときには、前記切替加熱処理を行い、前記検出ガス選択部にて前記メタンガス検出状態が選択されたときには、前記ガス検知層をメタンガス検出用のメタンガス検出用温度に加熱するように前記ヒータ層への通電を制御するメタンガス検出用加熱処理を行うように構成され、
前記ガス検出部が、前記検出ガス選択部にて前記プロパンガス検出状態が選択されたときには、前記プロパンガス検出処理を行い、前記検出ガス選択部にて前記メタンガス検出状態が選択されたときには、前記ガス検知層の電気抵抗値が予め定めたメタンガス検出用電気抵抗値よりも低い場合に、設定濃度以上の前記メタンガスが存在していると判定するメタンガス検出処理を行うように構成されている請求項１又は２に記載のガス検知装置。