JP6636797B2 - ガス検出器およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、特定ガスの濃度測定や漏えい検知等に用いられるガス検出器およびプログラムに関する。

近年、環境保護や自然保護などの社会的要求から、高い効率を有し、かつ、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器が必要になると考えられている。

また、固体高分子型燃料電池と同様に、水素を燃料とした環境への負荷が少ないエネルギー源として、水素内燃機関の研究も活発に行われている。水素内燃機関についても、実用化するためには、水素漏れを検知するガス検出器が必要になると考えられている。

被検出雰囲気における特定ガス（例えば、水素）の漏洩を検知するガス検出器としては、発熱抵抗体を備えたものが知られている。このガス検出器は、発熱抵抗体から被検出雰囲気に奪われる熱量を測定することにより、被検出雰囲気の熱伝導率の変化を算出して特定ガス濃度（水素濃度）を求めるものである。

そして、発熱抵抗体から被検出雰囲気に奪われる熱量を測定するにあたり、発熱抵抗体を４個の抵抗部の１つとして備えるホイートストンブリッジ回路を用いる構成のガス検出器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１８１１８４号公報

しかし、ホイートストンブリッジ回路を用いる上述のガス検出器においては、４個の抵抗部のうち発熱抵抗体以外の抵抗部が経年などの要因により劣化しても、抵抗部の劣化を検出することができない。

そして、抵抗部に劣化が生じて抵抗値が変動した場合、発熱抵抗体から被検出雰囲気に奪われる熱量の測定精度が低下してしまい、ガス濃度の検出精度が低下する虞がある。
つまり、ホイートストンブリッジ回路における４個の抵抗部のうち発熱抵抗体以外の抵抗部の抵抗値が変動した場合、発熱抵抗体の抵抗値（あるいは発熱抵抗体の両端電圧）の検出精度が低下する。これにより、発熱抵抗体から被検出雰囲気に奪われる熱量の測定精度が低下し、ガス濃度の検出精度が低下する。

本発明は、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の劣化を検出できるガス検出器を提供すること、または、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の抵抗値が変動した場合であっても、ガス濃度の検出精度の低下を抑制するガス検出器およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明の１つの局面におけるガス検出器は、発熱抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、ブリッジ制御部と、演算部と、を備えると共に、演算部は、ガス濃度演算部と、基準判定値記憶部と、検出時判定値演算部と、判定平均値演算部と、劣化判定部と、を備える。

発熱抵抗体は、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。ホイートストンブリッジ回路は、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、が並列に接続されて構成されている。ブリッジ制御部は、ホイートストンブリッジ回路が平衡状態となるように、ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する。演算部は、被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する。

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を備える。ブリッジ制御部は、演算増幅器の出力に従って、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ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御している。

ホイートストンブリッジ回路は、基準点と、高電位点と、第１電位点と、第２電位点と、を備えて構成されている。
基準点は、第１辺と第２辺と接続点のうちの一方の接続点であり、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。

高電位点は、第１辺と第２辺と接続点のうちの他方の接続点であり、ブリッジ制御部による印加電圧の高電位側に接続される。
第１電位点は、第１抵抗部と発熱抵抗体との接続点であり、演算増幅器の一方の入力端子に接続される。第２電位点は、第２抵抗部と第３抵抗部との接続点が演算増幅器の他方の入力点に接続される。

また、第１抵抗部は、第２抵抗部および第３抵抗部に比べて、経時的劣化または環境負荷による劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有している。なお、環境負荷による劣化とは、温度や湿度、通電などの影響による劣化を意味している。

ガス濃度演算部は、少なくとも第１電位点の電位に基づき検出される発熱抵抗体の両端電圧を用いて、被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する。なお、第１辺の発熱抵抗体と第２辺の第３抵抗部との接続点が基準点となる場合には、第１電位点と基準点との間の電圧は、発熱抵抗体の両端電圧に相当する。このとき、基準点の電位がグランド電位（＝０Ｖ）である場合には、第１電位点そのものの電位が発熱抵抗体の両端電圧に相当する。

基準判定値記憶部には、基準判定値が記憶されている。基準判定値は、基準となる高電位点の電位である基準トップ電位と、基準となる第１電位点および第２電位点のうちいずれかの電位である基準中間電位と、に基づき定められている。

検出時判定値演算部は、高電位点の電位である検出時トップ電位と、第１電位点および第２電位点のうちいずれかの電位である検出時電位と、に基づき検出時判定値を演算する。

判定平均値演算部は、複数の検出時判定値の平均値である検出時判定平均値を演算する。なお、複数の検出時判定値の平均値の演算方法としては、加重平均、相加平均、移動平均などを採用することができる。

劣化判定部は、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、第２辺（第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方）の劣化状態を判定する。
このような構成のガス検出器においては、第１抵抗部が第２抵抗部および第３抵抗部に比べて劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有していることから、ホイートストンブリッジ回路の抵抗部の中での相対的な比較においては、第２抵抗部および第３抵抗部が直列に接続された第２辺における劣化が第１抵抗部よりも早期に発生しやすくなる。

そして、基準判定値は、基準となる第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まり、検出時判定値は、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まる。検出時判定平均値は、検出時判定値と同様に、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まる特性を有すると共に、平均値であることからノイズなどの影響による突発的な数値変動が生じにくい特性を有する。

なお、基準判定値は、例えば、ガス検出器の出荷前段階における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて定められた基準値であってもよい。
このため、第２抵抗部および第３抵抗部がいずれも劣化していない（第２辺が劣化していない）場合には、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値は、基準となる第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値と比べて大差がないため、検出時判定平均値は基準判定値と同程度の値を示すことになる。この場合、例えば、基準判定値と検出時判定平均値との差分値は小さい値を示し、あるいは、基準判定値と検出時判定平均値との比は、１．０に近い値を示す。

他方、第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方（つまり、第２辺）が劣化した場合には、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方の抵抗値は劣化状態に応じた値に変化するため、検出時判定平均値は基準判定値とは異なる値を示すことになる。このとき、例えば、基準判定値と検出時判定平均値との差分値は大きい値を示し、あるいは、基準判定値と検出時判定平均値との比は、１．０から離れた値（１．０よりも十分に大きい値、あるいは、１．０よりも十分に小さい値）を示す。

このため、劣化判定部は、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、第２辺の劣化状態を判定することが可能となる。例えば、基準判定値と検出時判定平均値との差分値、あるいは、基準判定値と検出時判定平均値との比に基づいて、第２辺の劣化状態を判定できる。

よって、本発明のガス検出器においては、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の劣化を検出できる。
次に、本発明の他の局面におけるガス検出器は、発熱抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、ブリッジ制御部と、演算部と、を備えると共に、演算部は、ガス濃度演算部と、基準判定値記憶部と、検出時判定値演算部と、判定平均値演算部と、電圧補正部と、を備える。

発熱抵抗体は、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。ホイートストンブリッジ回路は、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、が並列に接続されて構成されている。ブリッジ制御部は、ホイートストンブリッジ回路が平衡状態となるように、ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する。演算部は、被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する。

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を備える。ブリッジ制御部は、演算増幅器の出力に従って、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ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御している。

ホイートストンブリッジ回路は、基準点と、高電位点と、第１電位点と、第２電位点と、を備えて構成されている。
基準点は、第１辺と第２辺と接続点のうちの一方の接続点であり、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。

高電位点は、第１辺と第２辺と接続点のうちの他方の接続点であり、ブリッジ制御部による印加電圧の高電位側に接続される。
第１電位点は、第１抵抗部と発熱抵抗体との接続点であり、演算増幅器の一方の入力端子に接続される。第２電位点は、第２抵抗部と第３抵抗部との接続点が演算増幅器の他方の入力点に接続される。

また、第１抵抗部は、第２抵抗部および第３抵抗部に比べて、経時的劣化または環境負荷による劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有している。なお、環境負荷による劣化とは、温度や湿度、通電などの影響による劣化を意味している。

ガス濃度演算部は、少なくとも第１電位点の電位に基づき検出される発熱抵抗体の両端電圧を用いて、被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する。なお、第１辺の発熱抵抗体と第２辺の第３抵抗部との接続点が基準点となる場合には、第１電位点と基準点との間の電圧は、発熱抵抗体の両端電圧に相当する。このとき、基準点の電位がグランド電位（＝０Ｖ）である場合には、第１電位点そのものの電位が発熱抵抗体の両端電圧に相当する。

基準判定値記憶部には、基準判定値が記憶されている。基準判定値は、基準となる高電位点の電位である基準トップ電位と、基準となる第１電位点および第２電位点のうちいずれかの電位である基準中間電位と、に基づき定められている。

検出時判定値演算部は、高電位点の電位である検出時トップ電位と、第１電位点および第２電位点のうちいずれかの電位である検出時電位と、に基づき定められる検出時判定値を演算する。

判定平均値演算部は、複数の検出時判定値の平均値である検出時判定平均値を演算する。なお、複数の検出時判定値の平均値の演算方法としては、加重平均、相加平均、移動平均などを採用することができる。

電圧補正部は、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、発熱抵抗体の両端電圧を補正する。
このような構成のガス検出器においては、第１抵抗部が第２抵抗部および第３抵抗部に比べて劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有しているから、ホイートストンブリッジ回路の抵抗部の中での相対的な比較においては、第２抵抗部および第３抵抗部が直列に接続された第２辺における劣化が第１抵抗部よりも早期に発生しやすくなる。

そして、基準判定値は、基準となる第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まり、検出時判定値は、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まる。検出時判定平均値は、検出時判定値と同様に、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まる特性を有すると共に、平均値であることからノイズなどの影響による突発的な数値変動が生じにくい特性を有する。

なお、基準判定値は、例えば、ガス検出器の出荷前段階における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて定められた基準値であってもよい。
このため、第２抵抗部および第３抵抗部がいずれも劣化していない（第２辺が劣化していない）場合には、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値は、基準となる第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値と比べて大差がないため、検出時判定平均値は基準判定値と同程度の値を示すことになる。この場合、例えば、基準判定値と検出時判定平均値との差分値は小さい値を示し、あるいは、基準判定値と検出時判定平均値との比は、１．０に近い値を示す。この場合、発熱抵抗体の両端電圧（換言すれば、第１電位点と基準点との間の電位差）は、特定ガス濃度に応じた適切な値を示す。

他方、第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方（つまり、第２辺）が劣化した場合には、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方の抵抗値は劣化状態に応じた値に変化するため、検出時判定平均値は基準判定値とは異なる値を示すことになる。このとき、例えば、基準判定値と検出時判定平均値との差分値は大きい値を示し、あるいは、基準判定値と検出時判定平均値との比は、１．０から離れた値（１．０よりも十分に大きい値、あるいは、１．０よりも十分に小さい値）を示す。この場合、発熱抵抗体の両端電圧（換言すれば、第１電位点と基準点との間の電圧）は、第２辺の劣化状態の影響を受けて変動するため、特定ガス濃度に応じた適切な値とは異なる値を示す。

そして、発熱抵抗体の両端電圧の変動量は、第２辺の劣化状態に応じて変化するため、電圧補正部は、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、第２辺の劣化状態の影響を低減するように、発熱抵抗体の両端電圧を補正することができる。

これにより、ガス濃度演算部が発熱抵抗体の両端電圧を用いて特定ガス濃度を演算するにあたり、第２辺の劣化状態の影響を低減しつつ、特定ガス濃度を演算できる。
よって、本発明のガス検出器においては、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の抵抗値が変動した場合であっても、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

次に、上記のガス検出器においては、判定平均値演算部は、加重平均値の演算手法に基づいて、最新の検出時判定値と前回の検出時判定平均値とを用いて最新の検出時判定平均値を演算してもよい。

加重平均値の演算を繰り返し実行することで、２個の数値に基づいて、長期間にわたる検出時判定値の変化傾向が反映された検出時判定平均値を演算することができる。例えば、前回演算時に得られた検出時判定平均値と最新の検出時判定値との２個の数値を用いて、検出時判定平均値を取得することができる。

これにより、長期間にわたる検出時判定値の変化傾向が反映された検出時判定平均値を演算するにあたり、３個以上の検出時判定値を記憶する必要が無くなり、検出時判定値を記憶するための記憶部の記憶容量が膨大になることを抑制できる。例えば、演算部を、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを備えるマイクロコンピュータなどで実現する場合に、記憶部の記憶容量が増大することを抑制できる。これに伴い、ガス検出器全体としてのコストの増大も抑制できる。

加重平均値の演算を用いる場合、前回の検出時判定平均値の加重割合（反映割合）を相対的に大きくし、最新の検出時判定値の加重割合を相対的に小さくすることで、長期間にわたる検出時判定値の傾向が反映されやすくなる。反対に、前回の検出時判定平均値の加重割合を相対的に小さくし、最新の検出時判定値の加重割合を相対的に大きくすることで、最新の検出時判定値の値が反映されやすくなる。

次に、上記のガス検出器においては、演算部は、現状反映値記憶部と、初期値設定部と、を備えてもよい。
現状反映値記憶部は、検出時判定平均値が予め定められた条件を満たす場合に、その検出時判定平均値を現状反映値として記憶する。現状反映値記憶部は、現状反映値と最新の検出時判定平均値との差分値が予め定められた変動判定閾値を超えた場合に、最新の検出時判定平均値を現状反映値として記憶する。現状反映値記憶部は、当該ガス検出器が動作停止状態であるときにも現状反映値を記憶する。

初期値設定部は、当該ガス検出器の起動後初回の検出時判定平均値の演算時までに、現状反映値を検出時判定平均値の初期値として設定する。
このような構成のガス検出器においては、検出時判定平均値は、上述のように、ガス検出器動作時における第２抵抗部および第３抵抗部の各抵抗値に基づいて値が定まる特性を有しているため、第２辺の劣化状態に応じて値が変動する。そして、第２辺の劣化状態に一定量を超える変化が生じた場合には、現状反映値記憶部において、現状反映値と最新の検出時判定平均値との差分値が変動判定閾値を超えたと判定される。

このため、現状反映値記憶手段により記憶された現状反映値は、第２辺の劣化状態に一定量を超える変化が生じる毎に値が更新されることとなり、現状反映値は、最新の第２辺の劣化状態に応じた値が設定される。

そして、現状反映値記憶部が、当該ガス検出器が動作停止状態であるときにも現状反映値を記憶するとともに、初期値設定部が、当該ガス検出器の起動後（動作開始後）から初回の検出時判定平均値の演算時までに、現状反映値を検出時判定平均値の初期値として設定する。

また、判定平均値演算部は、当該ガス検出器の起動後初回の検出時判定平均値の演算時において、前回の検出時判定平均値として検出時判定平均値の初期値を用いることができる。

このため、このガス検出器は、検出時判定平均値を演算するにあたり、ガス検出器の起動直後から、第２辺の劣化状態が反映された「前回の検出時判定平均値」（換言すれば、現状反映値）を利用することができる。

なお、このような処理を実行しない場合でも、検出時判定平均値が繰り返し演算されることで、第２辺の劣化状態が反映された「前回の検出時判定平均値」を得ることはできるが、加重平均値の演算手法に用いる前回の検出時判定平均値が最新の検出時判定値とあまりにもかけ離れた値であると、ガス検出器の最新の状態を反映した（換言すれば、信頼性の高い）検出時判定平均値が得られるまで相応の時間を要する。

よって、このガス検出器によれば、ガス検出器の起動直後から、第２辺の劣化状態が反映された検出時判定平均値を得られることで、起動直後から、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の劣化検出を、精度良く、早期に実現できる。また、このガス検出器によれば、起動直後から、信頼性の高い検出時判定値が得られるため、基準判定値と検出時判定平均値に基づく発熱抵抗体の両端電圧の補正を精度良く行うことができる。

次に、上記の電圧補正部を備えるガス検出器においては、演算部は、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、第２辺（第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方）の劣化状態を判定する劣化判定部を備えてもよい。

このような劣化判定部を備えるガス検出器は、ホイートストンブリッジ回路に備えられる第２辺の劣化を検出できる。
つまり、このガス検出器によれば、ホイートストンブリッジ回路に備えられる第２辺（第２抵抗部および第３抵抗部のうち少なくとも一方）の抵抗値が変動した場合であってもガス濃度の検出精度の低下を抑制できるとともに、ホイートストンブリッジ回路に備えられる第２辺の劣化を検出できる。

次に、上記の電圧補正部を備えるガス検出器においては、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を備えて、ガス濃度演算部が、発熱抵抗体の両端電圧に加えて、測温抵抗体を用いて検出した環境温度を用いて特定ガス濃度を演算してもよい。

このように、発熱抵抗体の両端電圧に加えて環境温度を用いて特定ガス濃度を演算することで、環境温度の変化による影響を抑制しつつ特定ガス濃度を演算できるため、特定ガス濃度の検出精度を向上できる。

次に、上記のガス検出器においては、演算部は、第１電位点の電位を取得する取得部を有し、取得部によって取得された第１電位点の電位が、ガス濃度演算部による特定ガス濃度の演算、および検出時判定値演算部による検出時判定値の演算に用いられる、という構成であっても良い。

つまり、このガス検出器においては、ブリッジ制御部により、第１電位点と第２電位点とは同電位に制御されている。また、第１電位点と基準点との間の電圧は、発熱抵抗体の両端電圧に基づき検出できる。なお、基準点の電位は、発熱抵抗体の一端の電位であることから、第１電位点の電位は、発熱抵抗体の両端電圧に相当する。

このため、第１電位点の電位、第２電位点の電位、発熱抵抗体の両端電圧をそれぞれ個別に検出する信号経路を備える複雑な構成ではなく、第１電位点の電位を取得する取得部のみを備える簡易な構成であっても、その取得値を、第２電位点の電位および発熱抵抗体の両端電圧として利用することができる。

よって、このガス検出器によれば、ガス検出器として簡易な構成を採用しつつ、発熱抵抗体の劣化判定や、特定ガス濃度の検出精度の向上を実現できる。
次に、上記のガス検出器においては、演算部は、基準トップ電位と、基準中間電位と、に基づき基準判定値を演算する基準判定値演算部を有してもよい。

つまり、ガス検出器は、基準判定値を予め基準判定値記憶部に記憶させておく構成ではなく、基準判定値を基準判定値演算部にて演算し、その基準判定値が基準判定値記憶部に記憶される構成であっても良い。

例えば、基準判定値演算部は、ガス検出器の出荷前段階において、基準判定値を演算しても良い。このとき、基準判定値は、ガス検出器の出荷前段階における基準トップ電位および基準中間電位に応じた値が設定される。換言すれば、第２抵抗部および第３抵抗部のいずれも劣化していない状況下での基準トップ電位および基準中間電位に応じた値が、基準判定値として設定される。

これにより、基準判定値と検出時判定平均値とに基づいて、第２辺の劣化状態を判定する際の判定精度を向上できる。
本発明の他の局面におけるプログラムは、コンピュータに、上述のガス検出器における演算部の機能を実現させるものであってもよい。

このようなプログラムを、コンピュータに実行させれば、そのコンピュータは、上述したガス検出器と同様の作用及び効果を奏する。また、プログラムはネットワーク等を用いて流通させることも可能である上、コンピュータにおけるプログラムの入れ替えは、部品の入れ替えに比較して容易である。したがって、ガス検出器の機能向上を容易に行うこともできる。

このプログラムは、例えば、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶させ、記憶させたプログラムをコンピュータに実行させることにより利用することができる。なお、記録媒体は、持ち運び可能なものであってもよいし、コンピュータに予め組み込まれたものであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介してコンピュータにロードされるものであってもよい。

本発明のガス検出器においては、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の劣化を検出できる。
また、本発明のガス検出器においては、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の抵抗値が変動した場合であっても、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

さらに、本発明のプログラムは、上述したガス検出器と同様の作用及び効果を奏する。

可燃性ガス検出装置の全体構成を説明する図である。 ガス検出素子の構成を説明する図である。 可変抵抗部の回路構成を表す回路図を示す。 発熱抵抗体の端子間電圧の時間変化、および、発熱抵抗体の温度の時間変化を説明するグラフである。 基準判定値演算処理の処理内容を示すフローチャートである。 ガス濃度演算処理の前半の処理内容を示すフローチャートである。 ガス濃度演算処理の後半の処理内容を示すフローチャートである。 現状反映値更新処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
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．第１実施形態］
［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、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や車体に設置されて、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
図１は、可燃性ガス検出装置１の全体構成を説明する図である。

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、凹部１３が形成された裏面が被検出雰囲気に晒された状態で配置されるものである。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。

基部１１は、ガス検出素子１０の本体を構成するものであり、シリコンを主体とする部材である。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）に形成された矩形状の板部材である。基部１１に対して複数の電極や凹部１３などを形成する技術としては、シリコン基板に対して行われるマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）などを例示することができる。

基部１１は、シリコンを主体に形成されたシリコン基板１１１と、シリコン基板１１１の表面に形成された絶縁層１１２と、を備えて構成されている。シリコン基板１１１の中央には、平面視においてシリコン基板１１１をほぼ正方形に除去した凹部１３が形成されている。シリコン基板１１１の裏面においては、凹部１３を介して絶縁層１１２が露出している。言い換えると、基部１１は、シリコン基板１１１を枠体とし、絶縁層１１２を薄膜とするダイヤフラム構造で形成されている。

絶縁層１１２のうち凹部１３に対応する領域には、線状の発熱抵抗体１５が渦巻き状に埋設されている。また、絶縁層１１２のうち周縁部のうち図２（ａ）の上側領域には、詳細には図示しないが、被検出雰囲気の温度を測定する測温抵抗体１６が埋設されている。

基部１１は、上述のような凹部１３を備えて、発熱抵抗体１５が設けられる絶縁層１１２の下方を空間部とすることにより、発熱抵抗体１５が周囲（シリコン基板１１１など）と熱的に絶縁され、昇温、降温を短時間で行うことができ、発熱抵抗体１５の消費電力を低減することができる。

なお、絶縁層１１２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いてもよい。また、絶縁層１１２を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）や窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を挙げることができる。

発熱抵抗体１５は、自身の温度変化により抵抗値が変化する材料であって、温度抵抗係数が大きな導電性材料で形成されている。測温抵抗体１６は、電気抵抗が温度に比例して変化する導電性材料で形成されており、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形成されている。

発熱抵抗体１５および測温抵抗体１６は、同じ材料で形成されていてもよく、本実施形態では発熱抵抗体１５および測温抵抗体１６が白金（Ｐｔ）で形成されている。
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。

電極１２は、基部１１の表面のうち矩形の４つの頂点のそれぞれの近傍に形成された４個の電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）を用いて形成されている。電極１２のうち、図２（ａ）における下側の２つの頂点に配置された２つが第１電極１２１、第１接地電極１２２であり、図２（ａ）における上側の２つの頂点に配置された２つが第２電極１２３、第２接地電極１２４である。

なお、第１電極１２１は、後述する通電制御回路２１の接続点Ｐ＋に接続され、第２電極１２３は、後述する温度調整回路２５の接続点Ｐ−に接続されている。第１接地電極１２２および第２接地電極１２４は、いずれも制御部２０と共通のグランドラインに接続されている。

基部１１の内部（詳細には絶縁層１１２の内部）には、配線１７および配線膜１８が設けられている。配線１７および配線膜１８は、発熱抵抗体１５と、第１電極１２１および第１接地電極１２２と、を電気的に接続するものである。基部１１の表面に形成される第１電極１２１および第１接地電極１２２と、絶縁層１１２の内部に形成される配線膜１８とは、導電性を有するコンタクトホールによって電気的に接続されている。言い換えると、発熱抵抗体１５は、一端において第１電極１２１と導通可能に接続され、他端において第１接地電極１２２と導通可能に接続されている。

なお、配線１７および配線膜１８を構成する材料としては、発熱抵抗体１５を構成する材料と同じ材料を用いることができる。
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。

なお、測温抵抗体１６と第２電極１２３とを電気的に接続する配線膜や、測温抵抗体１６と第２接地電極１２４とを電気的に接続する配線膜を構成する材料としては、測温抵抗体１６を構成する材料と同じ材料を用いることができる。

［１−２．制御部］
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。

通電制御回路２１は、発熱抵抗体１５への通電制御を行う。また、通電制御回路２１は、発熱抵抗体１５の両端電圧（端子間電圧）に対応する検出信号Ｖ１の出力や、第１ブリッジ固定抵抗２１１と第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部ＰＶの電位に対応するＴＯＰ電圧信号Ｖ２の出力を行う。

なお、検出信号Ｖ１は、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋の電位に対応する第１中間電位信号Ｖ３にも相当する。
温度調整回路２５は、測温抵抗体１６への通電を行う。また、温度調整回路２５は、被検出雰囲気の温度に係る温度検出信号ＶＴを出力する。

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。接続点Ｐ＋および接続点Ｐ−は、演算増幅器２２１の非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれ接続されてバーチャルショートされることからも、同電位である。このため、検出信号Ｖ１は、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋の電位に対応する第１中間電位信号Ｖ３のみならず、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−の電位に対応する第２中間電位信号Ｖ４にも相当する。

通電制御回路２１は、発熱抵抗体１５の温度を一定温度に保つ回路（換言すれば、発熱抵抗体１５の抵抗値を一定値に保つ回路）である。通電制御回路２１には、発熱抵抗体１５を含むホイートストンブリッジ回路であるブリッジ回路２１０と、ブリッジ回路２１０で検出される電位差を増幅する増幅回路２２０と、増幅回路２２０の出力に従ってブリッジ回路２１０に流れる電流を増減調整する電流調整回路２３０と、が設けられている。

ブリッジ回路２１０は、発熱抵抗体１５と、第１ブリッジ固定抵抗２１１と、第２ブリッジ固定抵抗２１２と、抵抗値を切替可能な可変抵抗部２１３と、を備えるホイートストンブリッジ回路である。ブリッジ回路２１０は、発熱抵抗体１５と第１ブリッジ固定抵抗２１１とが直列に接続された第１辺と、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３とが直列に接続された第２辺と、が並列に接続されて構成されている。

第１ブリッジ固定抵抗２１１は、発熱抵抗体１５と直列接続されている。発熱抵抗体１５の端部のうち、第１ブリッジ固定抵抗２１１との接続端部とは反対側の端部ＰＧは、接地されている。第１ブリッジ固定抵抗２１１の端部のうち、第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部ＰＶは、電流調整回路２３０（詳細には、定温度制御回路２３１）に接続されている。なお、本実施形態では、発熱抵抗体１５の一端が基準点としてグランドラインに接続されるため、発熱抵抗体１５の一端の電位はグランド電位（＝０Ｖ）となり、接続点Ｐ＋の電位は、発熱抵抗体１５の両端電圧に相当する。

なお、第１ブリッジ固定抵抗２１１は、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３と比べて、相対的に劣化しがたい抵抗素子（換言すれば、経時的劣化または環境負荷による劣化（温度や湿度、通電などの影響による劣化）に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有している抵抗素子）で構成されている。

本実施形態では、高温高湿負荷試験（８５℃／８５％ＲＨの環境下で、定格電力の１０分の１の電力を、９０分ＯＮ／３０分ＯＦＦの切替を１０００Ｈにわたり繰り返す負荷試験）における抵抗変動率が０．５％以内の抵抗素子を用いた。

また、第２ブリッジ固定抵抗２１２は、可変抵抗部２１３と直列接続されている。可変抵抗部２１３の端部のうち、第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部とは反対側の端部ＰＧは、接地されている。第２ブリッジ固定抵抗２１２の端部のうち、第１ブリッジ固定抵抗２１１との接続端部ＰＶは、電流調整回路２３０（詳細には、定温度制御回路２３１）に接続されている。

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１固定抵抗２２２を介して演算増幅器２２１の非反転入力端子に接続されている。接続点Ｐ＋の電位は、検出信号Ｖ１として演算部３０に供給されている。また、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−は、第２固定抵抗２２３を介して演算増幅器２２１の反転入力端子に接続されている。

なお、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。このため、接続点Ｐ−の電位が必要な場合には、代わりに接続点Ｐ＋の電位を検出しても良い。

可変抵抗部２１３は、自身の抵抗値を切り替え可能に構成されており、ブリッジ回路２１０のバランスを変化させるために備えられている。図３に、可変抵抗部２１３の回路構成を表す回路図を示す。

可変抵抗部２１３は、抵抗素子２１４、調整用抵抗部２１５、抵抗素子２１７、切替スイッチ２１８を備えている。
抵抗素子２１４および調整用抵抗部２１５が直列接続され、抵抗素子２１４の一端が接続点Ｐ−に接続され、調整用抵抗部２１５の一端が端部ＰＧに接続されている。抵抗素子２１７および切替スイッチ２１８が直列接続され、抵抗素子２１７の一端が端部ＰＧに接続され、切替スイッチ２１８の一端が接続点Ｐ−に接続されている。

切替スイッチ２１８は、演算部３０から出力された切替信号ＣＧ１に従って切り替え動作を行うものである。つまり、切替スイッチ２１８は、可変抵抗部２１３の抵抗値を、「抵抗素子２１４および調整用抵抗部２１５の直列接続回路に相当する抵抗値」、または「抵抗素子２１４および調整用抵抗部２１５の直列接続回路に、抵抗素子２１７を並列接続した回路に相当する抵抗値」のいずれかに切り替えるために備えられている。

なお、調整用抵抗部２１５は、抵抗素子２１５ａおよび抵抗素子２１５ｂが直列接続されると共に、第１端子２１６ａ、第２端子２１６ｂ、第３端子２１６ｃを備えている。
第１端子２１６ａは、抵抗素子２１５ａの端部のうち抵抗素子２１４に接続される端部に接続されており、第２端子２１６ｂは、抵抗素子２１５ａと抵抗素子２１５ｂとの接続点に接続されており、第３端子２１６ｃは、抵抗素子２１５ｂの端部のうち端部ＰＧに接続される端部に接続されている。

この調整用抵抗部２１５は、第１端子２１６ａ、第２端子２１６ｂ、第３端子２１６ｃの短絡状態の組合せにより、調整用抵抗部２１５としての抵抗値を変更可能に構成されている。例えば、第１端子２１６ａ、第２端子２１６ｂ、第３端子２１６ｃのいずれも短絡しない状態では、調整用抵抗部２１５の抵抗値は、抵抗素子２１５ａと抵抗素子２１５ｂと直列接続に相当する抵抗値と等しくなる。また、第１端子２１６ａと第２端子２１６ｂとを短絡した状態では、調整用抵抗部２１５の抵抗値は、抵抗素子２１５ｂの抵抗値と等しくなる。さらに、第２端子２１６ｂと第３端子２１６ｃとを短絡した状態では、調整用抵抗部２１５の抵抗値は、抵抗素子２１５ａの抵抗値と等しくなる。また、第１端子２１６ａと第３端子２１６ｃとを短絡した状態では、調整用抵抗部２１５の抵抗値は、ゼロと等しくなる。

なお、第１端子２１６ａ、第２端子２１６ｂ、第３端子２１６ｃの短絡状態は、調整用抵抗部２１５の抵抗値が設計目標値となるように、設計段階で決定される。そして、可燃性ガス検出装置１の製造段階では、設計段階で決定された短絡状態となるように、調整用抵抗部２１５が製造される。なお、調整用抵抗部２１５の抵抗値における設計目標値は、ガス検出の用途や目的等に応じて決定される。

このような構成の調整用抵抗部２１５を備えることで、可変抵抗部２１３としての抵抗値の調整を容易に実現できる。
そして、図１に示すブリッジ回路２１０は、切替スイッチ２１８（図３参照）の切り替え動作に伴って可変抵抗部２１３の抵抗値を切り替えることで、発熱抵抗体１５の設定温度を、第１設定温度ＣＨ（高温側設定温度。例えば、４００℃）または第２設定温度ＣＬ（低温側設定温度。例えば、３００℃）のいずれかに切り替え可能に構成されている。

なお、第１設定温度ＣＨに設定する場合には、切替スイッチ２１８がオフ状態（開放状態）となり、可変抵抗部２１３の抵抗値が「抵抗素子２１４および調整用抵抗部２１５の直列接続回路に相当する抵抗値」に設定される。このときの発熱抵抗体１５の両端電圧が、高温時電圧ＶＨである。

また、第２設定温度ＣＬに設定する場合には、切替スイッチ２１８がオン状態（短絡状態）となり、可変抵抗部２１３の抵抗値が「抵抗素子２１４および調整用抵抗部２１５の直列接続回路に、抵抗素子２１７を並列接続した回路に相当する抵抗値」に設定される。このときの発熱抵抗体１５の両端電圧が、低温時電圧ＶＬである。

なお、本実施形態では、第１設定温度ＣＨ（高温側設定温度）と第２設定温度ＣＬ（低温側設定温度）との温度差が１００℃以上であるため、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率における分解能を高めることができる。つまり、第１設定温度ＣＨと第２設定温度ＣＬとの温度差を５０℃以上として、被検出雰囲気の湿度Ｈを精度良く算出することで、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率における分解能を高めることができる。

図１に戻り、増幅回路２２０は、差動増幅回路であって、演算増幅器２２１と、第１固定抵抗２２２と、第２固定抵抗２２３と、第３固定抵抗２２４と、コンデンサ２２５と、を備える。第１固定抵抗２２２は、演算増幅器２２１の非反転入力端子と接続点Ｐ＋との間に接続されている。第２固定抵抗２２３は、演算増幅器２２１の反転入力端子と接続点Ｐ−との間に接続されている。第３固定抵抗２２４およびコンデンサ２２５は、演算増幅器２２１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続されている。

増幅回路２２０は、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、出力である調整信号Ｃの値が大きくなる。その結果、ブリッジ回路２１０に流れる電流が減少する。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は、調整信号Ｃの値が小さくなる。その結果、ブリッジ回路２１０に流れる電流が増大する。

電流調整回路２３０のスイッチング回路２３２は、ブリッジ回路２１０に直流電源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からなり、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。

電流調整回路２３０の定温度制御回路２３１は、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインとブリッジ回路２１０（詳細には、接続端部ＰＶ）との間に接続されている。定温度制御回路２３１は、制御ラインＣＬ１を流れる信号に従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタからなる。具体的には、スイッチング回路２３２の出力である起動信号Ｓ１１に従って、ブリッジ回路２１０へ電流供給を開始する。そして、ブリッジ回路２１０への電流供給が開始されると、増幅回路２２０の出力である調整信号Ｃに従って、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２１０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２１０に流れる電流が増大するように構成されている。

上述の構成を有する通電制御回路２１においては、直流電源４０からブリッジ回路２１０への通電が開始されると、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、接続点Ｐ＋と接続点Ｐ−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２１０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１５の抵抗値、言い換えると発熱抵抗体１５の温度が、可変抵抗部２１３によって決まる一定値、言い換えると、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濃度が変化することにより、発熱抵抗体１５から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１５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１５の温度が低下して、発熱抵抗体１５の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体１５から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１５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１５の温度が上昇して、発熱抵抗体１５の抵抗値が増大する。

上述のように発熱抵抗体１５の抵抗値が減少すると、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、ブリッジ回路２１０に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１５において発生する熱量を増大させる。逆に、発熱抵抗体１５の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路２１０に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１５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２２０および電流調整回路２３０は、発熱抵抗体１５の抵抗値、言い換えると発熱抵抗体１５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。

接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１を測定することにより、発熱抵抗体１５に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体１５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が判る。発熱抵抗体１５から可燃性ガス（水素ガス）へ奪われる熱量がわかり、奪われる熱量は水素ガスの濃度に依存するため、検出信号Ｖ１を測定することにより、水素ガス濃度が判る。

［１−３．温度調整回路］
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。

ブリッジ回路２５０は、測温抵抗体１６、第１ブリッジ固定抵抗２５１、第２ブリッジ固定抵抗２５２、第３ブリッジ固定抵抗２５３を備えるホイートストンブリッジ回路である。

第１ブリッジ固定抵抗２５１は、測温抵抗体１６と直接接続されている。測温抵抗体１６の端部のうち第１ブリッジ固定抵抗２５１との接続端部とは反対側の端部は、接地されている。第１ブリッジ固定抵抗２５１の端部のうち第２ブリッジ固定抵抗２５２との接続端部は、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続されている。

また、第２ブリッジ固定抵抗２５２は、第３ブリッジ固定抵抗２５３に直列接続されている。第３ブリッジ固定抵抗２５３の端部のうち第２ブリッジ固定抵抗２５２との接続端部とは反対側の端部は、接地されている。第２ブリッジ固定抵抗２５２の端部のうち第１ブリッジ固定抵抗２５１との接続端部は、直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続されている。

第１ブリッジ固定抵抗２５１と測温抵抗体１６との接続点Ｐ−は、第２温調抵抗２６３を介して演算増幅器２６１の反転入力端子に接続されている。第２ブリッジ固定抵抗２５２と第３ブリッジ固定抵抗２５３との接続点Ｐ＋は、第１温調抵抗２６２を介して演算増幅器２６１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器２６１の出力は、温度検出信号ＶＴとして演算部３０に供給されている。

増幅回路２６０は、差動増幅回路であって、演算増幅器２６１と、第１温調抵抗２６２と、第２温調抵抗２６３と、第３固定抵抗２６４と、コンデンサ２６５と、を備える。第１温調抵抗２６２は、演算増幅器２６１の非反転入力端子と接続点Ｐ＋との間に接続されている。第２温調抵抗２６３は、演算増幅器２６１の反転入力端子と接続点Ｐ−との間に接続されている。第３固定抵抗２６４およびコンデンサ２６５は、演算増幅器２６１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続されている。

［１−４．演算部］
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。

演算部３０には、ガス濃度演算処理などの各種の演算処理を実行する中央演算装置（ＣＰＵ）や、ＣＰＵで各種の演算処理を実行させる各種のプログラムやデータなどを格納するＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置や、各種信号を入出力するためのＩＯポートや、計時用タイマー等が設けられている（図示せず。）。

上述の記憶装置には、温度換算データと、電圧換算データと、湿度換算データと、濃度換算データと、が少なくとも記憶されている。また、記憶装置には、後述する基準トップ電位Ｖ２０および基準中間電位Ｖ１０に基づいて基準抵抗値Ｒ０を演算するための演算式なども記憶されている。

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。
電圧換算データとしては、発熱抵抗体１５の抵抗値と発熱抵抗体１５の両端電圧との相関関係を表す電圧換算データが含まれる。

湿度換算データとしては、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ、低温時電圧ＶＬおよび温度電圧との相関関係を表す湿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。

なお、本実施形態は、高温時電圧ＶＨと水素ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データを用いる構成である。なお、各換算データは、換算用マップデータや換算用計算式等からなるものであり、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。

上述の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、および、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。

上述の濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、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）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、および、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）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。

［１−５．水素ガス濃度の検出方法］
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４（ａ）および図４（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。

具体的には、可燃性ガス検出装置１の演算部３０が切替信号ＣＧ１を出力することにより、低温期間ｔの間、ブリッジ回路２１０の抵抗値、即ち、発熱抵抗体１５の端子間電圧を低温時電圧ＶＬに保持する制御処理と、高温期間ｔの間、発熱抵抗体１５の端子間電圧を高温時電圧ＶＨに保持する制御処理と、を交互に繰り返し行う。

本実施形態では、低温期間ｔおよび高温期間ｔは、それぞれ同一長さであり、具体的には、２００ｍｓである。なお、低温期間ｔおよび高温期間ｔを合計した１サイクルである２ｔの長さは、長くても５秒以下であることが望ましい。１サイクルの長さが長くなると、環境変化に対する出力の追従性、言い換えると出力の精度が悪くなるためである。

そして、演算部３０は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階に実行する基準判定値演算処理や、ガス検出時に実行するガス濃度演算処理などの各種制御処理を実行する。
まず、基準判定値演算処理について説明する。

基準判定値演算処理は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階に１回のみ実行されて、基準抵抗値Ｒ０を演算するための制御処理である。図５は、基準判定値演算処理の処理内容を示すフローチャートである。

基準判定値演算処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、装置内の各部への通電を開始する。具体的には、通電制御回路２１による発熱抵抗体１５への通電や、温度調整回路２５による測温抵抗体１６への通電を開始する。

次のＳ１２０では、通電制御回路２１から低温時電圧ＶＬ，高温時電圧ＶＨ，基準トップ電位Ｖ２０、基準中間電位Ｖ１０を取得し、温度調整回路２５から温度電圧ＶＴを取得する。

なお、基準トップ電位Ｖ２０は、このときに検出されるＴＯＰ電圧信号Ｖ２の電位であり、基準中間電位Ｖ１０は、このとき検出される検出信号Ｖ１の電位であり、温度電圧ＶＴは、このとき検出される温度検出信号ＶＴの電圧である。

次のＳ１３０では、基準抵抗値Ｒ０を［数１］に基づいて演算する。

なお、Ｒ２１１は、第１ブリッジ固定抵抗２１１の抵抗値である。
なお、基準抵抗値Ｒ０は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて値が定まる。

次のＳ１４０では、Ｓ１３０で得られた基準抵抗値Ｒ０を記憶装置に記憶する。
次のＳ１５０では、Ｓ１３０で得られた基準抵抗値Ｒ０の値を現状反映抵抗値Ｒｐに代入する（Ｒｐ＝Ｒ０）ことで、現状反映抵抗値Ｒｐを記憶装置に記憶する。なお、現状反映抵抗値Ｒｐは、後述するガス濃度演算処理で利用される変数の１つである。

Ｓ１５０での処理が完了すると、基準判定値演算処理が終了する。
このようにして基準判定値演算処理は、基準抵抗値Ｒ０を演算するとともに、基準抵抗値Ｒ０を記憶装置に記憶する。また、基準判定値演算処理は、基準抵抗値Ｒ０を用いて、現状反映抵抗値Ｒｐの出荷時設定値を設定する。

次に、ガス濃度演算処理について説明する。
ガス濃度演算処理は、可燃性ガス検出装置１によるガス検出時に実行されることで、可燃性ガス濃度を演算するための制御処理である。なお、ガス濃度演算処理は、基準判定値演算処理が実行されて基準抵抗値Ｒ０が記憶装置に記憶された状況下で実行が許可される。図６は、ガス濃度演算処理の前半の処理内容を示すフローチャートであり、図７は、ガス濃度演算処理の後半の処理内容を示すフローチャートである。

ガス濃度演算処理が起動されると、まず、Ｓ２１０では、装置内の各部への通電を開始する。具体的には、通電制御回路２１による発熱抵抗体１５への通電や、温度調整回路２５による測温抵抗体１６への通電を開始する。

次のＳ２１５では、記憶装置に記憶されている「現状反映抵抗値Ｒｐ」の値を「抵抗平均値Ｒａ」に設定する。つまり、本処理で使用する変数の１つである「抵抗平均値Ｒａ」に対して初期値を設定する。

次のＳ２２０では、通電制御回路２１から低温時電圧ＶＬ，高温時電圧ＶＨ，検出時トップ電位Ｖ２１、検出時中間電位Ｖ１１を取得し、温度調整回路２５から温度電圧ＶＴを取得する。

なお、検出時トップ電位Ｖ２１は、このときに検出されるＴＯＰ電圧信号Ｖ２の電位であり、検出時中間電位Ｖ１１は、このとき検出される検出信号Ｖ１の電位であり、温度電圧ＶＴは、このとき検出される温度検出信号ＶＴの電圧である。

次のＳ２３０では、検出時抵抗値Ｒ１を［数２］に基づいて演算する。

なお、Ｒ２１１は、第１ブリッジ固定抵抗２１１の抵抗値である。
次のＳ２４０では、Ｓ２３０で得られた検出時抵抗値Ｒ１を用いて、検出時抵抗値Ｒ１の平均値である抵抗平均値Ｒａを演算する。ここでは、加重平均値としての抵抗平均値Ｒａを演算するための［数３］を用いて、抵抗平均値Ｒａを演算する。

なお、Ｗ１は、加重平均値としての抵抗平均値Ｒａを演算する際の検出時抵抗値Ｒ１の加重割合（全体を１００とした場合の割合）であり、「１００−Ｗ１」は、加重平均値としての抵抗平均値Ｒａを演算する際の「前回の抵抗平均値Ｒａ」の加重割合である。なお、本実施形態では、加重割合Ｗ１に「１」が設定されている。

なお、検出時抵抗値Ｒ１は、可燃性ガス検出装置１のガス検出時（換言すれば、可燃性ガス検出装置１の動作時）における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて値が定まる。また、検出時抵抗値Ｒ１に基づき算出される抵抗平均値Ｒａについても、可燃性ガス検出装置１のガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて値が定まる。

次のＳ２４５では、現状反映抵抗値Ｒｐの値を更新するための現状反映値更新処理を実行する。図８は、現状反映値更新処理の処理内容を示すフローチャートである。
現状反映値更新処理が起動されると、まず、Ｓ５１０では、抵抗平均値Ｒａと現状反映抵抗値Ｒｐとの差分値の絶対値が変動判定閾値Ｄｔｈよりも大きいか否かを判定し、肯定判定する場合にはＳ５２０に移行し、否定判定する場合には本処理（現状反映値更新処理）を終了する。

なお、変動判定閾値Ｄｔｈは、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて定まる検出時抵抗値Ｒ１の変動量が予め定められた数値を超えたか否かを判定するために設定されている。詳細には、変動判定閾値Ｄｔｈは、検出時抵抗値Ｒ１の平均値（抵抗平均値Ｒａ）の変動量が予め定められた数値を超えたか否かを判定するために設定されている。本実施形態では、変動判定閾値Ｄｔｈには０．０８［Ω］が設定されている。

Ｓ５１０で肯定判定されてＳ５２０に移行すると、Ｓ５２０では、抵抗平均値Ｒａの値を現状反映抵抗値Ｒｐに代入し（Ｒｐ＝Ｒａ）、現状反映抵抗値Ｒｐを記憶装置に記憶することで、現状反映抵抗値Ｒｐを更新する処理を実行する。このとき現状反映抵抗値Ｒｐが記憶される記憶装置３１は、不揮発性メモリであり、可燃性ガス検出装置１（演算部３０）が動作停止状態であるときにも現状反映抵抗値Ｒｐを記憶することができる。

Ｓ５１０で否定判定されるか、Ｓ５２０が終了すると、再び、ガス濃度演算処理（詳細には、Ｓ２５０）に移行する。
ガス濃度演算処理のＳ２５０に移行すると、Ｓ２５０では、Ｓ２４０で得られた抵抗平均値Ｒａと、記憶装置に記憶されている基準抵抗値Ｒ０との差分値（差分抵抗ΔＲ）を［数４］に基づいて演算する。

ここで、基準抵抗値Ｒ０は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に応じた値を示しており、抵抗平均値Ｒａは、可燃性ガス検出装置１のガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に応じた値を示している。

このため、差分抵抗ΔＲは、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階とガス検出時とにおける、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の抵抗値の差に応じた値を示す。換言すれば、差分抵抗ΔＲは、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階とガス検出時とにおける、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態の差に応じた値を示す。

次のＳ２６０では、差分抵抗ΔＲの絶対値が劣化判定閾値Ｒｔｈ以下であるか否かを判定し、肯定判定する場合にはＳ２８０に移行し、否定判定する場合にはＳ２７０に移行する。

なお、劣化判定閾値Ｒｔｈは、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方が劣化状態である場合に差分抵抗ΔＲの絶対値が示す数値範囲と、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のいずれも劣化状態ではない場合に差分抵抗ΔＲの絶対値が示す数値範囲と、の境界値が設定される。本実施形態では、劣化判定閾値Ｒｔｈには「２．０［Ω］」が設定されている。

そして、Ｓ２６０で肯定判定する場合には、ブリッジ回路２１０の第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のいずれも劣化していないと判定でき、Ｓ２６０で否定判定する場合には、ブリッジ回路２１０の第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方が劣化していると判定できる。

このため、Ｓ２６０で否定判定されてＳ２７０に移行すると、Ｓ２７０では、抵抗の劣化を通知する処理を行う。例えば、可燃性ガス検出装置１に設けられた表示部（図示省略）に抵抗の劣化状態を示す表示を行う処理や、音声通知部（図示省略）から音声メッセージを出力する処理などを行い、使用者に対して通知する。

Ｓ２７０での処理が完了すると、Ｓ２８０に移行する。
他方、Ｓ２６０で肯定判定されるかＳ２７０での処理が完了してＳ２８０に移行すると、Ｓ２８０では、差分抵抗ΔＲに基づいて電圧誤差ΔＶ１を演算する。このとき、発熱抵抗体１５の抵抗値と発熱抵抗体１５の両端電圧との相関関係を表す電圧換算データを用いて、電圧誤差ΔＶ１を演算する。

次のＳ２９０では、Ｓ２８０で得られた電圧誤差ΔＶ１を用いて、高温時電圧ＶＨを補正して、補正後高温時電圧ＶＨ’を演算する。具体的には、［数５］を用いて、補正後高温時電圧ＶＨ’を演算する。

次のＳ３００では、Ｓ２９０で得られた補正後高温時電圧ＶＨ’と、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率とを用いて、補正後低温時電圧ＶＬ’を演算する。具体的には、［数６］を用いて、補正後低温時電圧ＶＬ’を演算する。

なお、補正後低温時電圧ＶＬ’の演算方法は、［数６］を用いる方法に限られることはなく、例えば、［数５］を用いた補正後高温時電圧ＶＨ’の演算方法と同様の方法で、電圧誤差ΔＶ１を用いて補正後低温時電圧ＶＬ’を演算しても良い。

次のＳ３１０では、補正後高温時電圧ＶＨ’および補正後低温時電圧ＶＬ’に基づいて、電圧比ＶＣを演算する。具体的には、［数７］を用いて電圧比ＶＣを演算する。

次のＳ３２０では、Ｓ２２０で取得した温度電圧ＶＴおよび電圧比換算用マップデータに基づいて、環境温度Ｔひいては温度電圧ＶＴにおけるガス濃度Ｘがゼロ、および、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を演算する。

次のＳ３３０では、Ｓ３１０で得られた電圧比ＶＣ、および、Ｓ３２０で得られた電圧比ＶＣ（０）を、［数８］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を演算する。

次のＳ３４０では、Ｓ３３０で得られた電圧比差ΔＶＣ、および、湿度換算用マップデータに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを演算する。
次のＳ３５０では、Ｓ２９０で得られた補正後高温時電圧ＶＨ’と、Ｓ２２０で取得した温度電圧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におけるガス濃度Ｘがゼロ、および、湿度Ｈがゼロのときの補正後高温時電圧ＶＨ’（０）を演算する。

次のＳ３６０では、Ｓ２９０で得られた補正後高温時電圧ＶＨ’と、Ｓ３４０で得らえた湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータと、に基づいて、補正後高温時電圧ＶＨ’のうちの湿度Ｈに起因する電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ’（Ｈ）を演算する。

次のＳ３７０では、Ｓ２９０で得られた補正後高温時電圧ＶＨ’、Ｓ３５０で得られた高温時電圧ＶＨ’（０）、Ｓ３６０で得られた高温時電圧変化ΔＶＨ’（Ｈ）を、［数９］の入力値として、補正後高温時電圧ＶＨ’のうちの可燃性ガスに起因する電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ’（Ｇ）を演算する。

次のＳ３８０では、Ｓ２９０で得られた補正後高温時電圧ＶＨ’、Ｓ２２０で得られた温度電圧ＶＴ、ガス感度換算用マップデータに基づいて、補正後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）を演算する。

次のＳ３９０では、Ｓ３７０において算出した高温時電圧変化ΔＶＨ’（Ｇ）、Ｓ３８０において算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）を、［数１０］の入力値として、可燃性ガス（水素）のガス濃度Ｘを演算する。

Ｓ３９０の完了後、再びＳ２２０に移行し、上述の処理を繰り返し実行する。
このように、ガス濃度演算処理においては、差分抵抗ΔＲの絶対値に基づいて、ブリッジ回路２１０の第２辺（第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された辺）の劣化状態を判定できる。

また、ガス濃度演算処理においては、差分抵抗ΔＲを用いて高温時電圧ＶＨおよび低温時電圧ＶＬを補正し、その補正により得られる補正後高温時電圧ＶＨ’および補正後低温時電圧ＶＬ’を用いてガス濃度Ｘを演算している。換言すれば、ガス濃度演算処理においては、差分抵抗ΔＲを用いて発熱抵抗体１５の両端電圧（高温時電圧ＶＨおよび低温時電圧ＶＬ）を補正して、ガス濃度Ｘを演算している。

［１−６．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においては、第１ブリッジ固定抵抗２１１は、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３と比べて、相対的に劣化しがたい抵抗素子（換言すれば、経時的劣化または環境負荷による劣化（温度や湿度、通電などの影響による劣化）に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有している抵抗素子）で構成されている。

このため、相対的な比較においては、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺における劣化が第１ブリッジ固定抵抗２１１よりも早期に発生しやすくなる。

そして、基準抵抗値Ｒ０は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に応じた値を示しており、検出時抵抗値Ｒ１は、可燃性ガス検出装置１のガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に応じた値を示している。また、抵抗平均値Ｒａは、検出時抵抗値Ｒ１と同様に、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて値が定まる特性を有すると共に、検出時抵抗値Ｒ１の平均値であることからノイズなどの影響による突発的な数値変動が生じにくい特性を有する。

そして、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３がいずれも劣化していない場合には、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値は、可燃性ガス検出装置１の出荷前段階における抵抗値と比べて大差がない。このため、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３がいずれも劣化していない場合には、抵抗平均値Ｒａは基準抵抗値Ｒ０と同程度の値を示すことになり、抵抗平均値Ｒａと基準抵抗値Ｒ０との差分値である差分抵抗ΔＲの絶対値は小さい値を示す。

他方、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方（つまり、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺）が劣化した場合には、ガス検出時における当該第２辺の抵抗値は劣化状態に応じた値に変化する。このため、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方が劣化した場合には、抵抗平均値Ｒａは基準抵抗値Ｒ０とは異なる値を示すことになり、抵抗平均値Ｒａと基準抵抗値Ｒ０との差分値である差分抵抗ΔＲの絶対値は大きい値を示す。とりわけ、劣化の程度がひどくなるほど、抵抗平均値Ｒａと基準抵抗値Ｒ０との差分値である差分抵抗ΔＲの絶対値はより大きい値を示す。

これらのことから、演算部３０がガス濃度検出処理のＳ２６０を実行することで、抵抗平均値Ｒａと基準抵抗値Ｒ０との差分値（差分抵抗ΔＲ）の絶対値に基づいて、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方（つまり、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺）の劣化状態を判定することが可能となる。

よって、可燃性ガス検出装置１においては、ブリッジ回路２１０に備えられる第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３（つまり、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺）の劣化を検出できる。

次に、可燃性ガス検出装置１においては、Ｓ２４０において抵抗平均値Ｒａを演算するにあたり、加重平均値の演算手法に基づいて、最新の検出時抵抗値Ｒ１と前回の抵抗平均値Ｒａとを用いて最新の抵抗平均値Ｒａを演算している。

このような加重平均値の演算を繰り返し実行することで、２個の数値（最新の検出時抵抗値Ｒ１、前回の抵抗平均値Ｒａ）に基づいて、長期間にわたる検出時抵抗値Ｒ１の変化傾向が反映された抵抗平均値Ｒａを演算することができる。

これにより、長期間にわたる検出時抵抗値Ｒ１の変化傾向が反映された抵抗平均値Ｒａを演算するにあたり、３個以上の検出時抵抗値Ｒ１を記憶する必要が無くなり、検出時抵抗値Ｒ１を記憶するための記憶部の記憶容量が膨大になることを抑制できる。具体的には、演算部３０におけるＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置の記憶容量が増大することを抑制できる。これに伴い、可燃性ガス検出装置１の全体としてのコストの増大も抑制できる。

次に、可燃性ガス検出装置１においては、演算部３０が現状反映値更新処理を実行することで、最新の抵抗平均値Ｒａと現状反映抵抗値Ｒｐとの差分値の絶対値が変動判定閾値Ｄｔｈよりも大きいと判定される場合に（Ｓ５１０で肯定判定）、抵抗平均値Ｒａの値を現状反映抵抗値Ｒｐに代入し（Ｒｐ＝Ｒａ）、現状反映抵抗値Ｒｐを更新する。このとき、現状反映抵抗値Ｒｐを記憶装置（不揮発性メモリ）に記憶する。

抵抗平均値Ｒａは、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３の各抵抗値に基づいて値が定まる特性を有しているため、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺の劣化状態に応じて値が変動する。そして、当該第２辺の劣化状態に一定量を超える変化が生じた場合には、最新の抵抗平均値Ｒａと現状反映抵抗値Ｒｐとの差分値の絶対値が変動判定閾値Ｄｔｈよりも大きいと判定される（Ｓ５１０で肯定判定）。

このため、現状反映値更新処理のＳ５２０で記憶された現状反映抵抗値Ｒｐは、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺の劣化状態に一定量を超える変化が生じる毎に値が更新されることとなり、現状反映抵抗値Ｒｐは、最新の抵抗部の劣化状態に応じた値が設定される。そして、演算部３０の記憶装置（詳細には、不揮発性メモリ）は、可燃性ガス検出装置１が動作停止状態であるときにも現状反映抵抗値Ｒｐを記憶する。

また、演算部３０は、ガス濃度演算処理のＳ２１５にて、記憶装置に記憶されている「現状反映抵抗値Ｒｐ」の値を「抵抗平均値Ｒａ」に設定する。つまり、演算部３０は、可燃性ガス検出装置１の起動後初回の抵抗平均値Ｒａの演算時（Ｓ２４０の初回実行時）までに、「現状反映抵抗値Ｒｐ」の値を「抵抗平均値Ｒａ」の初期値として設定する。

このため、演算部３０は、可燃性ガス検出装置１の起動後初回の抵抗平均値Ｒａの演算時（Ｓ２４０の初回実行時）において、「前回の抵抗平均値Ｒａ」として「抵抗平均値Ｒａの初期値」（換言すれば、現状反映抵抗値Ｒｐ）を用いることができる。

このため、この可燃性ガス検出装置１は、抵抗平均値Ｒａを演算するにあたり、可燃性ガス検出装置１の起動直後から、抵抗値の劣化状態が反映された「前回の抵抗平均値Ｒａ」（換言すれば、現状反映抵抗値Ｒｐ）を利用することができる。

なお、このような処理を実行しない場合でも、抵抗平均値Ｒａが繰り返し演算されることで、第２辺の劣化状態が反映された「前回の抵抗平均値Ｒａ」を得ることはできるが、相応の時間を要するため、可燃性ガス検出装置１の起動直後から第２辺の劣化状態が反映された「前回の抵抗平均値Ｒａ」を利用することは難しい。

よって、この可燃性ガス検出装置１によれば、可燃性ガス検出装置１の起動直後から、抵抗値の劣化状態が反映された抵抗平均値Ｒａを得られることで、起動直後から、ホイートストンブリッジ回路に備えられる抵抗部の劣化検出を、精度良く、早期に実現できる。また、この可燃性ガス検出装置１によれば、起動直後から、信頼性の高い抵抗平均値Ｒａが得られるため、抵抗平均値Ｒａおよび基準抵抗値Ｒ０に基づく発熱抵抗体１５の両端電圧の補正を精度良く行うことができる。

次に、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３がいずれも劣化していない場合には、発熱抵抗体１５の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１は、水素濃度（特定ガス濃度）に応じた適切な値を示す。

他方、ガス検出時における第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方（つまり、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺）が劣化した場合には、発熱抵抗体１５の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１は、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態の影響を受けて変動するため、水素濃度（特定ガス濃度）に応じた適切な値とは異なる値を示す。

そして、発熱抵抗体１５の両端電圧の変動量は、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態に応じて変化する。このため、演算部３０がガス濃度検出処理のＳ２９０を実行することで、電圧誤差ΔＶ１を用いて高温時電圧ＶＨを補正して、補正後高温時電圧ＶＨ’を演算する。この補正後高温時電圧ＶＨ’は、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態の影響を低減するように補正された発熱抵抗体１５の補正後両端電圧に相当する。

同様に、補正後低温時電圧ＶＬ’は、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態の影響を低減するように補正された発熱抵抗体１５の補正後両端電圧に相当する。

これにより、演算部３０がガス濃度検出処理を実行して、発熱抵抗体１５の両端電圧（検出信号Ｖ１）を用いて水素濃度（特定ガス濃度）を演算するにあたり、第２ブリッジ固定抵抗２１２（あるいは可変抵抗部２１３）の劣化状態の影響を低減しつつ、水素濃度（特定ガス濃度）を演算できる。

よって、可燃性ガス検出装置１においては、ブリッジ回路２１０に備えられる第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３のうち少なくとも一方（つまり、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺）が劣化して抵抗値が変動した場合であっても、水素濃度の検出精度の低下を抑制できる。

次に、可燃性ガス検出装置１は、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１６を備えており、ガス濃度検出処理を実行する演算部３０は、測温抵抗体１６の抵抗値に基づき検出される環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）を取得する。

ガス濃度検出処理を実行する演算部３０は、発熱抵抗体１５の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１に加えて、測温抵抗体１６の抵抗値に応じて変化する温度電圧ＶＴを用いて、水素濃度（特定ガス濃度）を演算する。

このように、発熱抵抗体１５の両端電圧に加えて環境温度Ｔを用いて水素濃度（特定ガス濃度）を演算することで、環境温度Ｔの変化による影響を抑制しつつ水素濃度（特定ガス濃度）を演算できる。

よって、可燃性ガス検出装置１によれば、環境温度Ｔの変化による影響を抑制しつつ水素濃度（特定ガス濃度）を演算できるため、水素濃度（特定ガス濃度）の検出精度を向上できる。

次に、可燃性ガス検出装置１においては、検出信号Ｖ１は、発熱抵抗体１５の両端電圧（端子間電圧）に対応する検出信号のみならず、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋の電位に対応する第１中間電位信号Ｖ３や、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−の電位に対応する第２中間電位信号Ｖ４にも相当する。

このため、発熱抵抗体１５の両端電圧（端子間電圧）、接続点Ｐ＋の電位、接続点Ｐ−の電位をそれぞれ個別に検出する信号経路を備える複雑な構成ではなく、接続点Ｐ＋の電位を検出する信号経路のみを備える簡易な構成であっても、その検出値を、発熱抵抗体１５の両端電圧（端子間電圧）、接続点Ｐ−の電位として利用することができる。

よって、可燃性ガス検出装置１によれば、信号経路について簡易な構成を採用しつつ、発熱抵抗体１５の劣化判定や、水素濃度（特定ガス濃度）の検出精度の向上を実現できる。

［１−７．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。
可燃性ガス検出装置１がガス検出器の一例に相当し、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、演算部３０が演算部の一例に相当する。

第１ブリッジ固定抵抗２１１が第１抵抗部の一例に相当し、第２ブリッジ固定抵抗２１２が第２抵抗部の一例に相当し、可変抵抗部２１３が第３抵抗部の一例に相当する。
端部ＰＧが基準点の一例に相当し、接続端部ＰＶが高電位点の一例に相当し、接続点Ｐ＋が第１電位点の一例に相当し、接続点Ｐ−が第２電位点の一例に相当する。

ガス濃度演算処理を実行する演算部３０がガス濃度演算部の一例に相当し、基準抵抗値Ｒ０が基準判定値の一例に相当し、Ｓ１５０を実行する演算部３０が基準判定値演算部の一例に相当し、検出時抵抗値Ｒ１が検出時判定値の一例に相当し、検出時中間電位Ｖ１１が検出時電位の一例に相当し、Ｓ２２０を実行する演算部３０が取得部の一例に相当し、Ｓ２３０を実行する演算部３０が検出時判定値演算部の一例に相当し、Ｓ２４０を実行する演算部３０が判定平均値演算部の一例に相当し、抵抗平均値Ｒａが検出時判定平均値の一例に相当する。

Ｓ２６０を実行する演算部３０が劣化判定部の一例に相当し、Ｓ２９０およびＳ３００を実行する演算部３０が電圧補正部の一例に相当する。Ｓ２４５（換言すれば、Ｓ５１０、Ｓ５２０）を実行する演算部３０が現状反映値記憶部の一例に相当し、変動判定閾値Ｄｔｈが変動判定閾値の一例に相当し、Ｓ２１５を実行する演算部３０が初期値設定部の一例に相当する。

［２．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、上記実施形態では、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−の電位を演算部３０に取り込む信号経路を設けることなく、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋の電位を演算部３０に取り込む信号経路のみを設けて、接続点Ｐ＋の電位を接続点Ｐ−の電位として利用する構成である。しかし、信号経路の構成はこのような構成に限られることはなく、例えば、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−の電位を演算部３０に取り込む信号経路を別途設けて、この信号経路を介して演算部３０が接続点Ｐ−の電位を取り込む構成であっても良い。

また、上記実施形態では、ホイートストンブリッジ回路に関して、発熱抵抗体の一端が基準点に接続される構成であったが、発熱抵抗体の一端が高電位点に接続される構成であっても良い。さらに、上記実施形態では、Ｓ２６０で否定判定されるとＳ２７０に移行して抵抗の劣化を通知する処理を行うようにしたが、Ｓ２７０の処理を省略し、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３が直列に接続された第２辺の劣化状態の影響を考慮して水素濃度の演算を行う構成を採っても良い。

また、上述した劣化判定閾値Ｒｔｈの値は、「２．０［Ω］」に限られることはなく、ホイートストンブリッジ回路における抵抗部の劣化判定が可能な値であれば、任意の値を設定できる。

さらに、上述した加重割合Ｗ１の値は、「１」に限られることはなく、抵抗平均値Ｒａの演算時における検出時抵抗値Ｒ１の反映割合に応じて任意の値を設定できる。例えば、抵抗平均値Ｒａの演算時における検出時抵抗値Ｒ１の反映割合を大きくし、「前回の抵抗平均値Ｒａ」の反映割合を小さくする場合にはより大きな値を設定することで、長期間にわたる検出時抵抗値Ｒ１の傾向が反映されやすくなる。反対に、抵抗平均値Ｒａの演算時における検出時抵抗値Ｒ１の反映割合を小さくし、「前回の抵抗平均値Ｒａ」の反映割合を大きくする場合にはより小さな値を設定することで、最新の検出時抵抗値Ｒ１の値が反映されやすくなる。

そして、抵抗平均値Ｒａの演算方法は、加重平均値の演算方法に限られることはなく、相加平均や移動平均などを採用してもよい。
また、上記実施形態では、劣化判定処理および電圧補正処理（高温時電圧ＶＨ、低温時電圧ＶＬの補正処理）を、ガス検出器の作動中は常時実行する構成について説明したが、これら各処理の実行タイミングは「常時」に限られることはない。例えば、ガス検出器の起動時毎に各処理を実行しても良く、あるいは、所定の時間間隔毎に各処理を実行しても良い。

さらに、ガス検出器の起動直後は、補正後の電圧値が大きく変動する虞があるため、起動後所定時間（例えば、５ｓｅｃなど）が経過した後に、電圧補正処理を実行する構成としても良い。

次に、上記実施形態では、基準判定値（基準抵抗値Ｒ０）と検出時判定平均値（抵抗平均値Ｒａ）との差分値（差分抵抗ΔＲ）を用いて、劣化判定及び電圧補正を行う構成について説明したが、ガス検出器は、このような構成に限られることはない。例えば、基準判定値（基準抵抗値Ｒ０）と検出時判定平均値（抵抗平均値Ｒａ）との比（抵抗比Ｒｒ（＝Ｒａ／Ｒ０））を用いて、劣化判定及び電圧補正を行う構成であってもよい。このとき、抵抗比Ｒｒが１．０に近い値を示す場合には、劣化していないと判定し、抵抗比Ｒｒが１．０から離れた値を示す場合には、劣化していると判定する。

次に、基準判定値演算処理の実行時期は、ガス検出器の出荷前段階に実行すれば良く、ガス検出器の出荷前段階であればどのタイミングでも良い。
次に、上記実施形態では、基準判定値（基準抵抗値Ｒ０）が基準判定値演算処理で演算される構成であるが、このような構成に限られることはなく、基準判定値が予め記憶部（ＲＯＭなど）に記憶されている構成であっても良い。また、記憶部は、ＲＯＭに限られることはなく、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶部を用いてもよい。

１…可燃性ガス検出装置、１０…ガス検出素子、１５…発熱抵抗体、１６…測温抵抗体、２０…制御部、２１…通電制御回路、２５…温度調整回路、３０…演算部、４０…直流電源、２１０…ブリッジ回路、２１１…第１ブリッジ固定抵抗、２１２…第２ブリッジ固定抵抗、２１３…可変抵抗部、２１４…抵抗素子、２１５…調整用抵抗部、２１５ａ…抵抗素子、２１５ｂ…抵抗素子、２１６ａ…第１端子、２１６ｂ…第２端子、２１６ｃ…第３端子、２１７…抵抗素子、２１８…切替スイッチ、２２０…増幅回路、２２１…演算増幅器、２２２…第１固定抵抗、２２３…第２固定抵抗、２２４…第３固定抵抗、２３０…電流調整回路、２３１…定温度制御回路、２３２…スイッチング回路、２５０…ブリッジ回路、２５１…第１ブリッジ固定抵抗、２５２…第２ブリッジ固定抵抗、２５３…第３ブリッジ固定抵抗、２６０…増幅回路。

Claims (5)

1. 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、
   前記ホイートストンブリッジ回路が平衡状態となるように、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ブリッジ制御部と、
   前記被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する演算部と、
   を備えるガス検出器であって、
   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を備え、
   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しており、
   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、
   前記第１抵抗部は、前記第２抵抗部および前記第３抵抗部に比べて、経時的劣化または環境負荷による劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有しており、
   前記演算部は、
   少なくとも前記第１電位点の電位に基づき検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を用いて、前記被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
   基準となる、前記高電位点の電位である基準トップ電位と、前記第１電位点および前記第２電位点のうちいずれかの電位である基準中間電位と、に基づき定められた基準判定値が記憶された基準判定値記憶部と、
   前記高電位点の電位である検出時トップ電位と、前記第１電位点および前記第２電位点のうちいずれかの電位である検出時電位と、に基づき検出時判定値を演算する検出時判定値演算部と、
   複数の前記検出時判定値の平均値である検出時判定平均値を演算する判定平均値演算部と、
   前記基準判定値と前記検出時判定平均値とに基づいて、前記第２辺の劣化状態を判定する劣化判定部と、を備えること、
   を特徴とするガス検出器。
2. 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、
   前記ホイートストンブリッジ回路が平衡状態となるように、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ブリッジ制御部と、
   前記被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算する演算部と、
   を備えるガス検出器であって、
   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を備え、
   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しており、
   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、
   前記第１抵抗部は、前記第２抵抗部および前記第３抵抗部に比べて、経時的劣化または環境負荷による劣化に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有しており、
   前記演算部は、
   少なくとも前記第１電位点の電位に基づき検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を用いて、前記被検出雰囲気内における特定ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
   基準となる、前記高電位点の電位である基準トップ電位と、前記第１電位点および前記第２電位点のうちいずれかの電位である基準中間電位と、に基づき定められた基準判定値が記憶された基準判定値記憶部と、
   前記高電位点の電位である検出時トップ電位と、前記第１電位点および前記第２電位点のうちいずれかの電位である検出時電位と、に基づき検出時判定値を演算する検出時判定値演算部と、
   複数の前記検出時判定値の平均値である検出時判定平均値を演算する判定平均値演算部と、
   前記基準判定値と前記検出時判定平均値とに基づいて、前記発熱抵抗体の両端電圧を補正する電圧補正部と、を備えること、
   を特徴とするガス検出器。
3. 前記判定平均値演算部は、加重平均値の演算手法に基づいて、最新の前記検出時判定値と前回の前記検出時判定平均値とを用いて最新の前記検出時判定平均値を演算すること、
   
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス検出器。
4. 前記演算部は、
   前記検出時判定平均値が予め定められた条件を満たす場合に、その前記検出時判定平均値を現状反映値として記憶する現状反映値記憶部と、
   当該ガス検出器の起動後初回の前記検出時判定平均値の演算時までに、前記現状反映値を前記検出時判定平均値の初期値として設定する初期値設定部と、
   を備えており、
   前記現状反映値記憶部は、前記現状反映値と最新の前記検出時判定平均値との差分値が予め定められた変動判定閾値を超えたか否かを判定し、前記差分値が前記変動判定閾値を超えたと判定される場合に、最新の前記検出時判定平均値を前記現状反映値として記憶するとともに、当該ガス検出器が動作停止状態であるときにも前記現状反映値を記憶すること、
   を特徴とする請求項３に記載のガス検出器。
5. コンピュータを、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガス検出器における前記演算部として機能させるためのプログラム。

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