JP6396757B2 - 可燃性ガス検出装置 - Google Patents

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Description

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、環境保護および自然保護などの社会的要求から、高い効率を有し且つ環境への負荷が少ない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。燃料電池の中で、固体高分子型燃料電池(PEFC)が、作動温度が低く出力密度が高いなどの利点により、家庭用のエネルギー源または車載用のエネルギー源として着目されている。固体高分子型燃料電池は、他の燃料と比較して漏れが発生しやすい水素を燃料として用いている。そのため、固体高分子型燃料電池を実用化するためには、水素漏れを検知するガス検出装置が必要になると考えられている。
被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置として、被検出雰囲気内に配置されるガス検出素子に、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、被検出雰囲気の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したものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2014−41055号公報
しかし、上記特許文献1に記載の可燃性ガス検出装置を車両に搭載する場合には、車両内の温度変動が大きいために、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲内で動作しているか否かを判断する必要があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲内で動作しているか否かの判断を可能とする技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明は、基体に設けられ、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、発熱抵抗体と同一の基体に設けられ、被検出雰囲気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用いて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置であって、異常判断手段を備える。
そして異常判断手段は、測温抵抗体の抵抗値から算出される環境温度が、予め設定された低温側異常判定温度未満であるか、予め設定された高温側異常判定温度を超えている場合に、環境温度が異常であると判断する。
このように構成された本発明の可燃性ガス検出装置は、低温側異常判定温度を動作保証温度範囲の下限値付近の温度に設定するとともに、高温側異常判定温度を動作保証温度範囲の上限値付近の温度に設定することにより、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲内で動作しているか否かを判断することができる。
また本発明の可燃性ガス検出装置は、可燃性ガスの濃度を検出するために用いる測温抵抗体の抵抗値に基づいて、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲内で動作しているか否かを判断する。このため、本発明の可燃性ガス検出装置は、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲内で動作しているか否かの判断のために、新たに、被検出雰囲気の温度を検出するための手段を追加する必要がない。
また本発明の可燃性ガス検出装置は、解除判断手段を備えるようにするとよい。解除判断手段は、環境温度が異常であると異常判断手段が判断した後において、測温抵抗体の抵抗値から算出される環境温度が、予め設定された低温側解除判定温度を超えており、且つ、予め設定された高温側解除判定温度未満である場合に、環境温度が異常ではないと判断する。
このように構成された本発明の可燃性ガス検出装置は、低温側解除判定温度および高温側解除判定温度をそれぞれ、動作保証温度範囲の下限値付近および上限値付近の温度に設定するにより、可燃性ガス検出装置が動作保証温度範囲外で動作している状態から動作保証温度範囲内で動作している状態への遷移を検出することができる。
また本発明の可燃性ガス検出装置では、低温側異常判定温度は低温側解除判定温度よりも小さく、高温側異常判定温度は高温側解除判定温度よりも大きいようにするとよい。
これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、環境温度が動作保証温度範囲の下限値付近または上限値付近で頻繁に変動することに起因して、環境温度が異常であるという判断結果と、環境温度が異常ではないという判断結果とが頻繁に切り替わる現象(ハンチング現象)が発生するのを抑制することができる。
また本発明の可燃性ガス検出装置では、異常判断手段が、環境温度が低温側異常判定温度未満であるか高温側異常判定温度を超えている状態が、予め設定された異常確定時間継続した場合に、環境温度が異常であると判断するようにするとよい。
これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、測温抵抗体の抵抗値の検出結果がノイズにより変動することに起因して異常判断手段が誤判定する事態の発生を抑制し、異常判断手段による判定精度を向上させることができる。
また本発明の可燃性ガス検出装置では、解除判断手段が、環境温度が低温側解除判定温度を超えており、且つ、環境温度が高温側解除判定温度未満である状態が、予め設定された解除確定時間継続した場合に、環境温度が異常ではないと判断するようにするとよい。
これにより、本発明の可燃性ガス検出装置は、測温抵抗体の抵抗値の検出結果がノイズにより変動することに起因して解除判断手段が誤判定する事態の発生を抑制し、解除判断手段による判定精度を向上させることができる。
可燃性ガス検出装置1の構成を示す回路図である。 ガス検出素子2の平面図である。 図2のA−A断面部を示す図である。 演算データ取得処理の前半部分を示すフローチャートである。 演算データ取得処理の後半部分を示すフローチャートである。 ガス濃度演算処理を示すフローチャートである。 温度異常検出処理を示すフローチャートである。
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態の可燃性ガス検出装置1は、熱伝導式のガス検出器であり、例えば、燃料電池自動車の客室内に設置されて、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
可燃性ガス検出装置1は、図1に示すように、ガス検出素子2、制御部3、演算部4および直流電源5を備える。
ガス検出素子2は、水素ガスの濃度を検出する。制御部3は、ガス検出素子2の動作を制御する。演算部4は、ガス検出素子2からの出力信号に基づいて水素ガス濃度を算出する処理を実行する。直流電源5は、制御部3と演算部4に電力を供給する。
ガス検出素子2は、図2に示すように、基部11と、発熱抵抗体12と、電極13,14と、配線15,16とを備える。
基部11は、ガス検出素子2の本体を構成するものであり、主にシリコンを材料として矩形板状に形成された部材である。基部11は、縦横ともに数mm程度の大きさ(本実施形態では、3mm×3mm程度の大きさ)に形成されている。
基部11は、図3に示すように、シリコン基板21と、シリコン基板21の表面に形成された絶縁層22とを備える。絶縁層22は、例えば二酸化ケイ素(SiO)および窒化珪素(Si)等の絶縁性材料で形成されている。
シリコン基板21の中央には、平面視において正方形状に形成されてシリコン基板21を貫通する凹部23が形成される。これにより基部11は、シリコン基板21を枠体とし絶縁層22を薄膜としたダイヤフラム構造を有する。
発熱抵抗体12は、自身の温度変化により抵抗値が変化するとともに温度抵抗係数が大きい導電性材料(本実施形態では白金(Pt))で線状に形成されている。そして、線状の発熱抵抗体12は、絶縁層22のうち凹部23と対向する領域の内部に、渦巻き状に埋め込まれている。
電極13,14は、例えばアルミニウム(Al)または金(Au)で形成され、基部11の表面に設置される。図2に示すように、電極13および電極14はそれぞれ、配線15,16を介して、線状の発熱抵抗体12の一端および他端に接続される。
また、絶縁層22の内部には測温抵抗体17が設けられている。測温抵抗体17は、電気抵抗が温度に比例して変化する導電性材料で矩形板状に形成されている。本実施形態では、測温抵抗体17は、温度の上昇に伴って抵抗値が増大する導電性材料(本実施形態では白金(Pt))で形成されている。
さらに基部11の表面には、電極18,19が設置される。電極18および電極19はそれぞれ、矩形状に形成された測温抵抗体17における長手方向の一端および他端に接続される。
制御部3は、図1に示すように、通電制御回路31と、温度調整回路32とを備える。
まず通電制御回路31は、発熱抵抗体12の温度を一定に保つ回路であり、ブリッジ回路41と増幅回路42と電流調整回路43とを備える。
ブリッジ回路41は、発熱抵抗体12と、可変抵抗部51と、固定抵抗52,53とを備えるホイートストンブリッジ回路である。
発熱抵抗体12は、一端が固定抵抗52に接続され、他端が可変抵抗部51に接続されている。以下、発熱抵抗体12と固定抵抗52との接続点を接続点P1+という。また、発熱抵抗体12と可変抵抗部51との接続点を接続点PGという。接続点PGは接地される。
可変抵抗部51は、切替スイッチ61と、固定抵抗62,63とを備える。
切替スイッチ61は、接続端子71,72,73を備える。接続端子71は固定抵抗53に接続され、接続端子72は固定抵抗62に接続され、接続端子73は固定抵抗63に接続される。そして切替スイッチ61は、演算部4から出力される切替信号CG1に従って、接続端子71と接続端子72とが接続された状態と、接続端子71と接続端子73とが接続された状態との何れか一方に切り替わる。以下、接続端子71と固定抵抗53との接続点を接続点P1−という。
固定抵抗62は、接続端子71に接続されていない側の端部が接続点PGに接続される。固定抵抗63は、接続端子72に接続されていない側の端部が接続点PGに接続される。
固定抵抗52は、発熱抵抗体12に接続されていない側の端部が、固定抵抗53において可変抵抗部51に接続されていない側の端部と接続される。以下、固定抵抗52と固定抵抗53との接続点を接続点PVという。
そしてブリッジ回路41は、接続点P1+と接続点P1−との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路43から制御電圧が印加される。これにより、発熱抵抗体12の抵抗値、つまり、発熱抵抗体12の温度が一定になるように制御される。
なお固定抵抗62は、発熱抵抗体12が第1設定温度(例えば、400℃)になるように制御される抵抗値を有する。また固定抵抗63は、発熱抵抗体12が第1設定温度より低く設定された第2設定温度(例えば、300℃)になるように制御される抵抗値を有する。
増幅回路42は、差動増幅回路であって、演算増幅器81と、固定抵抗82,83,84と、コンデンサ85とを備える。
固定抵抗82は、演算増幅器81の非反転入力端子と接続点P1+との間に接続される。固定抵抗83は、演算増幅器81の反転入力端子と接続点P1−との間に接続される。固定抵抗84およびコンデンサ85は、演算増幅器81の反転入力端子と出力端子との間に並列接続される。
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は、増幅回路42が出力する調整信号Cの値が大きくなる。一方、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は、調整信号Cの値が小さくなる。
電流調整回路43は、PNP型のトランジスタであり、エミッタ、コレクタおよびベースを有する。電流調整回路43のエミッタは、直流電源Vccを供給する電源ラインに接続される。電流調整回路43のコレクタは、接続点PVに接続される。電流調整回路43のベースは、演算増幅器81の出力端子に接続される。
このため、調整信号Cの値が大きくなると、電流調整回路43を構成するトランジスタのオン抵抗が大きくなり、電流調整回路43を介して直流電源Vccからブリッジ回路41へ流れる電流が減少する。一方、調整信号Cの値が小さくなると、オン抵抗が小さくなり、直流電源Vccからブリッジ回路41へ流れる電流が増大する。
このように構成された通電制御回路31では、直流電源5からブリッジ回路41への通電が開始されると、増幅回路42および電流調整回路43は、接続点P1+と接続点P1−との間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路41に流れる電流を調整するフィードバック制御を行う。これにより、発熱抵抗体12の抵抗値、すなわち発熱抵抗体12の温度が、可変抵抗部51によって決まる一定値(すなわち、第1設定温度または第2設定温度)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濃度が変化することにより、発熱抵抗体12から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体12において発生する熱量より大きくなった場合には、発熱抵抗体12の温度が低下して、発熱抵抗体12の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体12から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体12において発生する熱量より小さくなった場合には、発熱抵抗体12の温度が上昇して、発熱抵抗体12の抵抗値が増大する。
上述のように発熱抵抗体12の抵抗値が減少すると、増幅回路42および電流調整回路43は、ブリッジ回路41に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体12において発生する熱量を増大させる。逆に、発熱抵抗体12の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路41に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体12において発生する熱量を減少させる。このようにして、増幅回路42および電流調整回路43は、発熱抵抗体12の抵抗値、言い換えると発熱抵抗体12の温度を一定の値に近づけるフィードバック制御を行う。
そして、接続点P1+の電圧V1を測定することにより、発熱抵抗体12に流れる電流の大きさを検出することができる。この電流の大きさは、発熱抵抗体12の温度(言い換えると抵抗値)を一定に保つために必要な熱量、つまり、発熱抵抗体12から可燃性ガスへ奪われる熱量に対応する。そして、発熱抵抗体12から可燃性ガスへ奪われる熱量は、可燃性ガスの濃度に依存する。このため、電圧V1を測定することにより、可燃性ガスの濃度を検出することができる。
なお、発熱抵抗体12が第1設定温度(本実施形態では、400℃)になるように制御されている場合における電圧V1を高温時電圧VHという。また、発熱抵抗体12が第2設定温度(本実施形態では、300℃)になるように制御されている場合における電圧V1を低温時電圧VLという。
次に温度調整回路32は、ブリッジ回路91と増幅回路92とを備える。
ブリッジ回路91は、測温抵抗体17と、固定抵抗101,102,103とを備えるホイートストンブリッジ回路である。
測温抵抗体17は、一端が固定抵抗103に接続され、他端が接地される。以下、測温抵抗体17と固定抵抗101との接続点を接続点P2−という。
固定抵抗101は、一端が固定抵抗102に接続され、他端が接地される。以下、固定抵抗101と固定抵抗102との接続点を接続点P2+という。
固定抵抗102は、固定抵抗101に接続されていない側の端部が、直流電源Vccを供給する電源ラインに接続される。
固定抵抗103は、測温抵抗体17に接続されていない側の端部が、直流電源Vccを供給する電源ラインに接続される。
増幅回路92は、差動増幅回路であって、演算増幅器111と、固定抵抗112,113,114と、コンデンサ115とを備える。
固定抵抗112は、演算増幅器111の非反転入力端子と接続点P2+との間に接続される。固定抵抗113は、演算増幅器111の反転入力端子と接続点P2−との間に接続される。固定抵抗114およびコンデンサ115は、演算増幅器111の反転入力端子と出力端子との間に並列接続される。
そして増幅回路92は、接続点P2+と接続点P2−との電圧差を増幅して増幅電圧差VTを演算部4へ出力する。以下、増幅電圧差VTを温度電圧VTという。
演算部4は、演算処理装置(CPUなど)、記憶部(RAM、ROMなど)および入出力部などを備える周知のマイクロコンピュータを備えている。
演算部4の記憶部は、温度換算データと、湿度換算データと、濃度換算データを記憶する。
温度換算データは、被検出雰囲気の環境温度Tと温度電圧VTとの相関関係を示す。湿度換算データは、被検出雰囲気内の湿度Hと、高温時電圧VHと、低温時電圧VLと、温度電圧VTとの相関関係を示す。濃度換算データは、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との相関関係を示す。なお各換算データは、換算用マップデータおよび換算用計算式などからなるものであり、実験などにより得られたデータに基づいて予め作成される。
湿度換算データには、電圧比換算用マップデータと、湿度換算用マップデータとが含まれている。電圧比換算用マップデータは、環境温度T(ひいては温度電圧VT)と、後述する電圧比VC(0)との相関関係を示す。湿度換算用マップデータは、後述する電圧比差ΔVCと、湿度Hとの相関関係を示す。
濃度換算データには、高温時電圧換算用マップデータと、湿度電圧変化換算用マップデータと、ガス感度換算用マップデータとが含まれている。高温時電圧換算用マップデータは、温度電圧VTと、後述する高温時電圧VH(0)との相関関係を示す。湿度電圧変化換算用マップデータは、高温時電圧VHおよび湿度Hと、後述する高温時電圧変化ΔVH(H)との相関関係を示す。ガス感度換算用マップデータは、温度電圧VTおよび高温時電圧VHと、後述するガス感度G(VT)との相関関係を示す。
演算部4は、直流電源5から給電が開始されると起動し、演算部4の各部を初期化した後に、後述する演算データ取得処理、ガス濃度演算処理および温度異常検出処理を開始する。
まず、演算データ取得処理の手順を説明する。
演算データ取得処理が開始されると、演算部4の演算処理装置は、図4に示すように、まずS10にて、発熱抵抗体12を第1設定温度に保持する制御と、測温抵抗体17に通電する制御を開始する。なお、発熱抵抗体12を第1設定温度に保持する制御は、接続端子71と接続端子72との接続を指示する切替信号CG1を出力するとともに、発熱抵抗体12に通電することにより開始される。
さらにS20にて、取得判定タイマのインクリメントを開始する。この取得判定タイマは、例えば1msごとにインクリメント(1加算)するタイマであり、ある時点でその値が0に設定されると、その時点で再び0からインクリメントする。以下、取得判定タイマの値をタイマ値T1という。
またS30にて、取得数カウンタをリセットする。これにより、取得数カウンタの値が0に設定される。以下、取得数カウンタの値を、取得数Nという。
次にS40にて、タイマ値T1が予め設定された取得判定値(本実施形態では例えば10msに相当する値)以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値T1が取得判定値未満である場合には(S40:NO)、S40の処理を繰り返すことにより、タイマ値T1が取得判定値以上になるまで待機する。そして、タイマ値T1が取得判定値以上である場合には(S40:YES)、S50にて、取得判定タイマをリセット(0に設定)するとともに、取得数カウンタをインクリメント(1加算)する。
その後S60にて、取得数Nが予め設定された高温データ取得判定値(本実施形態では11)以上であるか否かを判断する。ここで、取得数Nが高温データ取得判定値未満である場合には(S60:NO)、S40に移行して、上述の処理を繰り返す。一方、取得数Nが高温データ取得判定値以上である場合には(S60:YES)、S70にて、通電制御回路31から電圧V1(すなわち、高温時電圧VH)を取得し、演算部4の記憶部に記憶する。
そしてS80にて、取得数Nが予め設定された低温切替判定値(本実施形態では20)と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Nが低温切替判定値と等しくない場合には(S80:NO)、S40に移行して、上述の処理を繰り返す。
一方、取得数Nが低温切替判定値と等しい場合には(S80:YES)、S90にて、取得数Nが高温データ取得判定値(本実施形態では11)になってから低温切替判定値(本実施形態では20)になるまでに取得された高温時電圧VHの平均値を算出し、この平均値を高温時電圧平均値VHavとして、演算部4の記憶部に記憶する。
その後S100にて、取得数カウンタをリセットする。またS110にて、発熱抵抗体12を第1設定温度に保持する制御を終了し、発熱抵抗体12を第2設定温度に保持する制御を開始する。なお、発熱抵抗体12を第2設定温度に保持する制御は、接続端子71と接続端子73との接続を指示する切替信号CG1を出力することにより開始される。
そして図5に示すように、S120にて、タイマ値T1が予め設定された取得判定値以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値T1が取得判定値未満である場合には(S120:NO)、S120の処理を繰り返すことにより、タイマ値T1が取得判定値以上になるまで待機する。そして、タイマ値T1が取得判定値以上である場合には(S120:YES)、S130にて、取得判定タイマをリセットするとともに、取得数カウンタをインクリメントする。
次にS140にて、取得数Nが予め設定された低温データ取得判定値(本実施形態では11)以上であるか否かを判断する。ここで、取得数Nが低温データ取得判定値未満である場合には(S140:NO)、S150にて、温度調整回路32から温度電圧VTを取得し、演算部4の記憶部に記憶する。
そしてS160にて、取得数Nが(低温データ取得判定値−1)と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Nが(低温データ取得判定値−1)と等しくない場合には(S160:NO)、S120に移行して、上述の処理を繰り返す。
一方、取得数Nが(低温データ取得判定値−1)と等しい場合には(S160:YES)、S170にて、取得数Nが1になってから(低温データ取得判定値−1)になるまでに取得された温度電圧VTの平均値を算出し、この平均値を温度電圧平均値VTavとして、演算部4の記憶部に記憶する。そしてS170の処理が終了すると、S120に移行して、上述の処理を繰り返す。
またS140にて、取得数Nが低温データ取得判定値以上である場合には(S140:YES)、S180にて、通電制御回路31から電圧V1(すなわち、低温時電圧VL)を取得し、演算部4の記憶部に記憶する。
そしてS190にて、取得数Nが予め設定された高温切替判定値(本実施形態では20)と等しいか否かを判断する。ここで、取得数Nが高温切替判定値と等しくない場合には(S190:NO)、S120に移行して、上述の処理を繰り返す。
一方、取得数Nが高温切替判定値と等しい場合には(S190:YES)、S200にて、取得数Nが低温データ取得判定値(本実施形態では11)になってから高温切替判定値(本実施形態では20)になるまでに取得された低温時電圧VLの平均値を算出し、この平均値を低温時電圧平均値VLavとして、演算部4の記憶部に記憶する。
その後S210にて、取得数カウンタをリセットする。またS220にて、発熱抵抗体12を第2設定温度に保持する制御を終了し、発熱抵抗体12を第1設定温度に保持する制御を開始する。なお、発熱抵抗体12を第1設定温度に保持する制御は、接続端子71と接続端子72との接続を指示する切替信号CG1を出力することにより開始される。
そしてS220の処理が終了すると、S40に移行して、上述の処理を繰り返す。
次に、ガス濃度演算処理の手順を説明する。
ガス濃度演算処理が開始されると、演算部4の演算処理装置は、図6に示すように、まずS310にて、演算部4の記憶部から、最新の高温時電圧平均値VHav、低温時電圧平均値VLavおよび温度電圧平均値VTavを取得する。
そしてS320にて、下式(1)により電圧比VCを算出する。
VC = VHav/VLav ・・・(1)
またS330にて、温度電圧平均値VTavと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、温度電圧平均値VTav(すなわち、環境温度T)においてガス濃度Xがゼロであり且つ湿度Hがゼロであるときの電圧比VC(0)を算出する。
さらにS340にて、S320で算出した電圧比VCと、S330で算出した電圧比VC(0)とを用いて、下式(2)により、温度電圧平均値VTavにおける電圧比差ΔVCを算出する。
ΔVC = VC−VC(0) ・・・(2)
そしてS350にて、S340で算出した電圧比差ΔVCと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔVCにおける湿度Hを算出する。
またS360にて、高温時電圧平均値VHavおよび温度電圧平均値VTavと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、温度電圧平均値VTav(すなわち、環境温度T)においてガス濃度Xがゼロであり且つ湿度Hがゼロであるときの高温時電圧VH(0)を算出する。
さらにS370にて、S310で取得した高温時電圧平均値VHavと、S350で算出した湿度Hと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧平均値VHavのうちの湿度Hに起因する電圧変化分を示す高温時電圧変化ΔVH(H)を算出する。
次にS380にて、S310で取得した高温時電圧平均値VHavと、S360で算出した高温時電圧VH(0)と、S370で算出した高温時電圧変化ΔVH(H)とを用いて、下式(3)により、高温時電圧平均値VHavのうちの可燃性ガスに起因する電圧変化分を示す高温時電圧変化ΔVH(G)を算出する。
ΔVH(G)= VHav−VH(0)−ΔVH(H) ・・・(3)
またS390にて、S410で取得した高温時電圧平均値VHavおよび温度電圧平均値VTavと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧平均値VHavについて、温度電圧平均値VTav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)を示すガス感度G(VT)を算出する。
そしてS400にて、S380で算出した高温時電圧変化ΔVH(G)と、S390で算出したガス感度G(VT)とを用いて、下式(4)により、可燃性ガス(水素)のガス濃度Xを算出する。
X = ΔVH(G)/G(VT) ・・・(4)
そしてS400の処理が終了すると、S310に移行して、上述の処理を繰り返す。
次に、温度異常検出処理の手順を説明する。
温度異常検出処理が開始されると、演算部4の演算処理装置は、図7に示すように、まずS510にて、異常判定タイマのインクリメントを開始する。この異常判定タイマは、例えば1msごとにインクリメントするタイマであり、ある時点でその値が0に設定されると、その時点で再び0からインクリメントする。以下、異常判定タイマの値をタイマ値T2という。
またS520にて、異常検出フラグをクリアする。そしてS530にて、演算部4の記憶部から、最新の温度電圧平均値VTavを取得する。さらにS540にて、温度電圧平均値VTavと、温度換算データとに基づいて、被検出雰囲気の環境温度Tを算出する。
その後S550にて、異常検出フラグがセットされているか否かを判断する。ここで、異常検出フラグがクリアされている場合には(S550:NO)、S560にて、予め設定された異常検出条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の異常検出条件は、予め設定された低温側異常条件および高温側異常条件の何れかが成立することである。
低温側異常条件は、S540で算出した環境温度Tが、予め設定された低温側異常判定温度(本実施形態では−50℃)未満であることである。高温側異常条件は、S540で算出した環境温度Tが、予め設定された高温側異常判定温度(本実施形態では+120℃)を超えていることである。
なお、本実施形態の異常検出条件は、環境温度Tが可燃性ガス検出装置1の動作保証範囲から外れている場合に成立するように設定されている。
ここで、異常検出条件が成立していない場合には(S560:NO)、S570にて、異常判定タイマをリセットし、S530に移行する。一方、異常検出条件が成立した場合には(S560:YES)、S580にて、タイマ値T2が予め設定された異常確定値(本実施形態では例えば10sに相当する値)以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値T2が異常確定値未満である場合には(S580:NO)、S530に移行する。
一方、タイマ値T2が異常確定値以上である場合には(S580:YES)、S590にて、異常検出フラグをセットし、さらにS600にて、異常判定タイマをリセットし、S530に移行する。
またS550にて、異常検出フラグがセットされている場合には(S550:YES)、S610にて、予め設定された異常解除条件が成立したか否かを判断する。本実施形態の異常解除条件は、予め設定された低温側解除条件および高温側解除条件の両方が成立することである。
低温側解除条件は、S540で算出した環境温度Tが、予め設定された低温側解除判定温度(本実施形態では−40℃)を超えていることである。高温側解除条件は、S540で算出した環境温度Tが、予め設定された高温側解除判定温度(本実施形態では+110℃)未満であることである。
ここで、異常解除条件が成立していない場合には(S610:NO)、S620にて、異常判定タイマをリセットし、S530に移行する。一方、異常解除条件が成立した場合には(S610:YES)、S630にて、タイマ値T2が予め設定された解除確定値(本実施形態では例えば10sに相当する値)以上であるか否かを判断する。ここで、タイマ値T2が解除確定値未満である場合には(S630:NO)、S530に移行する。
一方、タイマ値T2が解除確定値以上である場合には(S630:YES)、S640にて、異常検出フラグをクリアし、さらにS650にて、異常判定タイマをリセットし、S530に移行する。
このように構成された可燃性ガス検出装置1は、基部11に設けられ、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12と、発熱抵抗体12と同一の基部11に設けられ、被検出雰囲気の温度である環境温度Tの変化により抵抗値が変化する測温抵抗体17とを用いて、被検出雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を検出する。
そして可燃性ガス検出装置1は、測温抵抗体17の抵抗値から算出される環境温度Tが、予め設定された低温側異常判定温度未満であるか、予め設定された高温側異常判定温度を超えている場合に、環境温度Tが異常であると判断する(S560,S590)。
このように可燃性ガス検出装置1は、低温側異常判定温度を動作保証温度範囲の下限値付近の温度に設定するとともに、高温側異常判定温度を動作保証温度範囲の上限値付近の温度に設定することにより、可燃性ガス検出装置1が動作保証温度範囲内で動作しているか否かを判断することができる。
また可燃性ガス検出装置1は、水素ガスの濃度を検出するために用いる測温抵抗体17の抵抗値に基づいて、可燃性ガス検出装置1が動作保証温度範囲内で動作しているか否かを判断する。このため可燃性ガス検出装置1は、可燃性ガス検出装置1が動作保証温度範囲内で動作しているか否かの判断のために、新たに、被検出雰囲気の温度を検出するための手段を追加する必要がない。
また可燃性ガス検出装置1は、環境温度Tが異常であると判断した後において、測温抵抗体17の抵抗値から算出される環境温度Tが、予め設定された低温側解除判定温度を超えており、且つ、予め設定された高温側解除判定温度未満である場合に、環境温度Tが異常ではないと判断する(S610,S640)。
このように可燃性ガス検出装置1は、低温側解除判定温度および高温側解除判定温度をそれぞれ、動作保証温度範囲の下限値付近および上限値付近の温度に設定するにより、可燃性ガス検出装置1が動作保証温度範囲外で動作している状態から動作保証温度範囲内で動作している状態への遷移を検出することができる。
また可燃性ガス検出装置1では、低温側異常判定温度は低温側解除判定温度よりも小さく、高温側異常判定温度は高温側解除判定温度よりも大きい。
これにより可燃性ガス検出装置1は、環境温度Tが動作保証温度範囲の下限値付近または上限値付近で頻繁に変動することに起因して、環境温度Tが異常であるという判断結果と、環境温度Tが異常ではないという判断結果とが頻繁に切り替わる現象(ハンチング現象)が発生するのを抑制することができる。
また可燃性ガス検出装置1は、環境温度Tが低温側異常判定温度未満であるか高温側異常判定温度を超えている状態が、予め設定された異常確定値に対応する時間継続した場合に(S580:YES)、環境温度Tが異常であると判断する。
これにより可燃性ガス検出装置1は、測温抵抗体17の抵抗値の検出結果がノイズにより変動することに起因して、環境温度Tが異常であると誤判定する事態の発生を抑制し、判定精度を向上させることができる。
また可燃性ガス検出装置1は、環境温度Tが低温側解除判定温度を超えており、且つ、環境温度Tが高温側解除判定温度未満である状態が、予め設定された解除確定値に対応する時間継続した場合に(S630:YES)、環境温度Tが異常ではないと判断する。
これにより可燃性ガス検出装置1は、測温抵抗体17の抵抗値の検出結果がノイズにより変動することに起因して、環境温度Tが異常ではないと誤判定する事態の発生を抑制し、判定精度を向上させることができる。
以上説明した実施形態において、基部11は本発明における基体、S560,S590の処理は本発明における異常判断手段、S610,S640の処理は本発明における解除判断手段である。
以上、本発明の一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、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、被検出雰囲気の熱伝導率を利用して、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出する熱伝導式の可燃性ガス検出装置を示した。しかし、本発明は、触媒上で水素が燃焼した際に発生する熱を測定することにより、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出する接触燃焼式の可燃性ガス検出装置に適用することができる。
1…可燃性ガス検出装置、2…ガス検出素子、3…制御部、4…演算部、5…直流電源、11…基部、12…発熱抵抗体、17…測温抵抗体、31…通電制御回路、32…温度調整回路、41…ブリッジ回路、42…増幅回路、43…電流調整回路、91…ブリッジ回路、92…増幅回路

Claims (5)

  1. 基体に設けられ、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、前記発熱抵抗体と同一の前記基体に設けられ、前記被検出雰囲気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用いて、前記被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置であって、
    前記可燃性ガスの濃度を検出するために用いられる前記測温抵抗体の抵抗値から算出される前記環境温度が、予め設定された低温側異常判定温度未満であるか、予め設定された高温側異常判定温度を超えている場合に、前記環境温度が異常であると判断する異常判断手段を備える
    ことを特徴とする可燃性ガス検出装置。
  2. 前記環境温度が異常であると前記異常判断手段が判断した後において、前記測温抵抗体の抵抗値から算出される前記環境温度が、予め設定された低温側解除判定温度を超えており、且つ、予め設定された高温側解除判定温度未満である場合に、前記環境温度が異常ではないと判断する解除判断手段を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の可燃性ガス検出装置。
  3. 前記低温側異常判定温度は前記低温側解除判定温度よりも小さく、前記高温側異常判定温度は前記高温側解除判定温度よりも大きい
    ことを特徴とする請求項2に記載の可燃性ガス検出装置。
  4. 前記異常判断手段は、前記環境温度が前記低温側異常判定温度未満であるか前記高温側異常判定温度を超えている状態が、予め設定された異常確定時間継続した場合に、前記環境温度が異常であると判断する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の可燃性ガス検出装置。
  5. 前記解除判断手段は、前記環境温度が前記低温側解除判定温度を超えており、且つ、前記環境温度が前記高温側解除判定温度未満である状態が、予め設定された解除確定時間継続した場合に、前記環境温度が異常ではないと判断する
    ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の可燃性ガス検出装置。
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