JP6660105B2

JP6660105B2 - 気体熱伝導式ガスセンサおよび気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法

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Publication number: JP6660105B2
Application number: JP2015117973A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健吾; 健吾鈴木; 洋宮崎
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
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Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: JP2017003441A

Description

この発明は、気体熱伝導式ガスセンサおよび気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法に関し、特に、検知素子部を備えた気体熱伝導式ガスセンサおよび気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法に関する。

従来、検知素子部を備えた測定装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、気相中のアルコールを検知するガスセンサ（検知素子部）と、温度センサと、温度補正回路とを備える測定装置が開示されている。この測定装置では、濃度が未知の試料アルコール水溶液を蒸発させるとともに、蒸発した（気相中の）アルコール水溶液をガスセンサにより検知するように構成されている。また、この測定装置では、ガスセンサにより検知されたアルコール濃度は、温度補正回路からの温度信号に基づいて、温度の影響に起因する出力の誤差が補正されるように構成されている。

また、従来、気体の熱伝導率を利用して、ガスを検知する方法として、気体熱伝導式ガスセンサが知られている。従来の気体熱伝導式ガスセンサでは、検知素子部と、検知素子部に直列に接続されるとともに、検知素子部とともにブリッジ回路を構成する温度補償素子部とが設けられている。そして、環境温度の変化に起因する気体熱伝導式ガスセンサの出力の誤差が、温度補償素子部により補正されている。

特許第３０３７１０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の測定装置、および、従来の気体熱伝導式ガスセンサでは、それぞれ、温度補正回路（温度センサ）および温度補償素子部により、環境温度の変化に起因する出力の誤差が補正されている一方、環境温度が大きく変動した場合には、誤差が十分に補正できないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することが可能な気体熱伝導式ガスセンサおよび気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法を提供することである。

この発明の第１の局面による気体熱伝導式ガスセンサは、雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて抵抗値が変化する検知素子部と、検知素子部に直列に接続されるとともに、検知素子部とともにブリッジ回路を構成する温度補償素子部とを含むセンサ部と、センサ部に定電流を供給する定電流供給部と、定電流供給部から定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と、環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正する補正部とを備え、検知素子部は、第１抵抗部と、第１抵抗部を収容する検知素子部用筐体とを含み、温度補償素子部は、第２抵抗部と、第２抵抗部を収容する温度補償素子部用筐体とを含み、検知素子部用筐体は、雰囲気ガスを内部に侵入させるための開口部を含み、温度補償素子部用筐体は、基準ガスとしての空気が充填されるとともに、第２抵抗部を密閉した状態で内部に収容するように構成されており、補正部は、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と、環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正することにより、環境温度の変化と、環境温度の変化に伴う温度補償素子部用筐体の内部の圧力変化との両方に起因するセンサ部からの出力の誤差を補正するように構成されている。

この発明の第１の局面による気体熱伝導式ガスセンサでは、上記のように、定電流供給部から定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と、環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正する補正部を備える。これにより、温度補償素子部による環境温度の変化に起因する気体熱伝導式ガスセンサの出力の誤差の補正に加えて、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて環境温度下でのセンサ部からの出力を補正する補正部による補正が行われるので、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することができる。

上記第１の局面による気体熱伝導式ガスセンサにおいて、好ましくは、補正部は、補正係数をＫとし、補正後のセンサ部からの出力をＶ_cとし、補正前のセンサ部からの出力をＶ_outとし、ａおよびｂを定数とし、環境温度下でのセンサ部の電圧をＳＶ_Tとし、基準となる温度下でのセンサ部の電圧をＳＶ_refとした場合に、下記の式（１）および式（２）に基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正するように構成されている。
このように構成すれば、式（２）における（ＳＶ_T−ＳＶ_ref）の項が環境温度の変化を反映するので、上記の式（１）および式（２）に基づいて適切にセンサ部からの出力を補正することができる。

上記第１の局面による気体熱伝導式ガスセンサにおいて、好ましくは、第１の温度下でのセンサ部からの出力と、第１の温度とは異なる第２の温度下でのセンサ部からの出力との差が所定のしきい値を超える場合に、検知素子部および温度補償素子部のうちの少なくとも一方が故障していると判断する制御部をさらに備える。このように構成すれば、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正しながら、検知素子部および温度補償素子部の故障を検知することができる。

この発明の第２の局面による気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法は、雰囲気ガスを内部に侵入させるための開口部を含む検知素子部用筐体に収容され、雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて抵抗値が変化する第１抵抗部を有する検知素子部と、検知素子部に直列に接続されるとともに、検知素子部とともにブリッジ回路を構成し、基準ガスとしての空気が充填されるとともに密閉した状態で温度補償素子部用筐体の内部に収容される第２抵抗部を有する温度補償素子部とを含むセンサ部に、定電流を供給する工程と、定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と、環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正することにより、環境温度の変化と、環境温度の変化に伴う温度補償素子部用筐体の内部の圧力変化との両方に起因するセンサ部からの出力の誤差を補正する工程とを備える。

この発明の第２の局面による気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法では、上記のように、定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と、環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部からの出力を補正する工程を備える。これにより、温度補償素子部による環境温度の変化に起因する気体熱伝導式ガスセンサの出力の誤差の補正に加えて、基準となる温度下でのセンサ部の電圧と環境温度下でのセンサ部の電圧とに基づいて環境温度下でのセンサ部からの出力を補正する補正部による補正が行われるので、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することが可能な気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することが可能な気体熱伝導式ガスセンサおよび気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態による気体熱伝導式ガスセンサのブロック図である。定数ａおよび定数ｂの算出方法を説明するための図である。比較例による気体熱伝導式ガスセンサのブロック図である。比較例による気体熱伝導式ガスセンサの実験の結果を示す図である。本発明の第１実施形態による気体熱伝導式ガスセンサの実験の結果を示す図である。補正前の水素濃度に対するセンサ出力を示す図である。補正後の水素濃度に対するセンサ出力を示す図である。環境温度に対するセンサ出力を示す図である。本発明の第２実施形態による気体熱伝導式ガスセンサのブロック図である。本発明の第３実施形態による気体熱伝導式ガスセンサのブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（気体熱伝導式ガスセンサの構成）
まず、図１を参照して、第１実施形態による気体熱伝導式ガスセンサ１００の構成について説明する。

図１に示すように、第１実施形態による気体熱伝導式ガスセンサ１００は、センサ部１０と、定電流供給部２０と、補正部３０とを備えている。また、センサ部１０は、検知素子部４０と、温度補償素子部５０と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とを含む。

検知素子部４０には、雰囲気ガス（たとえば、水素）との熱伝導に基づいて抵抗値が変化する第１抵抗部４１が設けられている。第１抵抗部４１は、たとえば、白金薄膜抵抗体から構成されている。また、第１抵抗部４１の一方端と他方端とは、それぞれ、リード線４２を介して、電極４３および電極４４に接続されている。また、第１抵抗部４１、リード線４２、電極４３および電極４４は、筐体４５内に収容されている。また、筐体４５は、ＳＵＳキャップ４６により封止されている。また、筐体４５には、複数（たとえば、２個）の開口部４７が設けられている。そして、この開口部４７を介して雰囲気ガスが筐体４５内に侵入することにより、雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて第１抵抗部４１の抵抗値が変化する。

温度補償素子部５０には、基準ガス（たとえば、空気）との熱伝導に基づいて抵抗値が変化する第２抵抗部５１が設けられている。第２抵抗部５１は、たとえば、白金薄膜抵抗体から構成されている。また、第２抵抗部５１の一方端と他方端とは、それぞれ、リード線５２を介して、電極５３および電極５４に接続されている。また、第２抵抗部５１、リード線５２、電極５３および電極５４は、筐体５５内に収容されている。また、筐体５５は、ＳＵＳキャップ５６により封止されている。筐体５５内には、基準ガス（たとえば、空気）が密閉されている。すなわち、基準ガスは、雰囲気ガスとは混ざり合わない。

また、温度補償素子部５０は、検知素子部４０に直列に接続されるとともに、検知素子部４０とともにブリッジ回路を構成している。具体的には、気体熱伝導式ガスセンサ１００には、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２が設けられている。そして、検知素子部４０（第１抵抗部４１）、温度補償素子部５０（第２抵抗部５１）、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２により、ブリッジ回路が構成されている。

定電流供給部２０は、センサ部１０に定電流を供給するように構成されている。具体的には、定電流供給部２０は、検知素子部４０（電極４３）および抵抗Ｒ１に一方端が接続され、温度補償素子部５０（電極５４）および抵抗Ｒ２に他方端が接続されている。また、検知素子部４０（第１抵抗部４１）および温度補償素子部５０（第２抵抗部５１）を定電流供給部２０により駆動させた場合には、検知素子部４０および温度補償素子部５０に印加される電圧は、環境温度を反映するので、検知素子部４０および温度補償素子部５０は、温度センサを兼ねることになる。これにより、気体熱伝導式ガスセンサ１００に別個に温度センサを設ける必要ない。また、温度センサを別個に設けた場合では、長期間使用した時の経年変化による検知素子部の抵抗値のドリフトを補正する必要がある。一方、温度センサを別個に設けずに、検知素子部４０および温度補償素子部５０を用いる気体熱伝導式ガスセンサ１００では、長期間使用した時の検知素子部４０および温度補償素子部５０の各々の抵抗値が同様にドリフトする（キャンセルする）ので、ドリフトの補正を行うことなく、検知の精度を維持することが可能になる。

また、補正部３０には、センサ部１０からの出力と、センサ部１０の電圧が入力されるように構成されている。具体的には、補正部３０は、検知素子部４０と温度補償素子部５０との間（点Ａ１）と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間（点Ａ２）とに接続されており、検知素子部４０と温度補償素子部５０との間の電位と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電位との電位差が入力される。なお、以下では、センサ部１０からの出力を、「センサ出力」と記載する。

また、補正部３０は、検知素子部４０（抵抗Ｒ１）の一方端側と、温度補償素子部５０（抵抗Ｒ２）の他方端側とに接続されており、センサ部１０の電圧（ブリッジ回路の両端の電位差）が入力されるように構成されている。なお、以下では、センサ部１０の電圧（ブリッジ回路の両端の電位差）を、「センサ電圧」と記載する。

ここで、第１実施形態では、補正部３０は、定電流供給部２０から定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部１０の電圧と、環境温度下でのセンサ部１０の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部１０からの出力を補正するように構成されている。具体的には、補正部３０は、補正係数をＫとし、補正後のセンサ部１０からの出力をＶ_cとし、補正前のセンサ部１０からの出力をＶ_outとし、ａおよびｂを定数とし、環境温度下でのセンサ部１０の電圧をＳＶ_Tとし、基準となる温度下でのセンサ部１０の電圧をＳＶ_refとした場合に、下記の式（３）および式（４）に基づいて、環境温度下でのセンサ部１０からの出力を補正するように構成されている。

（定数ａおよび定数ｂの算出方法）
次に、図２を参照して、上記の式（４）の定数ａおよび定数ｂの算出方法について説明する。

まず、たとえば、基準となる温度を２０℃とした場合、２０℃の温度下における基準ガス（空気）中におけるセンサ部１０からの出力Ｖ_out(ref)と、ブリッジ回路の両端の電圧（センサ部１０の電圧）ＳＶ_(ref)が取得される。また、環境温度Ｔ下における基準ガス（空気）中におけるセンサ部１０からの出力Ｖ_out(T)と、ブリッジ回路の両端の電圧（センサ部１０の電圧）ＳＶ_(T)が取得される。そして、（ＳＶ_(T)−ＳＶ_(ref)）と、Ｖ_out(ref)／Ｖ_out(T)とは、図２に示すように、１次の関係になり、この関係から、定数ａおよび定数ｂが算出される。

（検知原理）
次に、気体熱伝導式ガスセンサ１００のガスの検知原理について説明する。

まず、定電流供給部２０からブリッジ回路（検知素子部４０、温度補償素子部５０、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２）に電流値が略一定の定電流が供給される。これにより、検知素子部４０の第１抵抗部４１、および、温度補償素子部５０の第２抵抗部５１が、２００℃〜４００℃程度の温度で自己発熱する。ここで、検知素子部４０の第１抵抗部４１、および、温度補償素子部５０の第２抵抗部５１の発熱量と放熱量とが平衡に達した時、検知素子部４０の第１抵抗部４１、および、温度補償素子部５０の第２抵抗部５１の温度が一定となって、安定状態になる。そして、検知素子部４０の筐体４５内にガス（水素など）が侵入して、第１抵抗部４１に接触した場合、このガスの熱伝導率に応じて第１抵抗部４１の温度が変化する。気体熱伝導式ガスセンサ１００では、この温度の変化を第１抵抗部４１の抵抗値の変化として検知することにより、ガス（ガスの濃度）が検知される。また、上記のように、検知素子部４０および温度補償素子部５０が温度センサを兼ねており、環境温度の温度変化が考慮された（補正された）上で、ガスが検知される。

また、気体熱伝導式ガスセンサ１００は、温度補償素子部５０の筐体５５に封止されている基準ガス（たとえば、空気）と熱伝導率が大きく異なるガスの検知に適しており、たとえば、水素やメタンなどの検知が可能である。また、水素を検知する場合、気体熱伝導式ガスセンサ１００は、燃料電池車に搭載する水素漏洩検知手段として適用することが可能である。この場合、−３０℃〜１００℃程度の環境温度の変動が大きい条件下で、比較的高い検知精度が必要となり、温度補償素子部５０による補正に加えて、第１実施形態のように補正部３０による補正を行うことが特に有効である。

（出力補正方法）
次に、気体熱伝導式ガスセンサ１００の出力補正方法について説明する。

まず、雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて抵抗値が変化する検知素子部４０と、検知素子部４０に直列に接続されるとともに、検知素子部４０とともにブリッジ回路を構成する温度補償素子部５０とを含むセンサ部１０に、定電流が供給される。そして、センサ部１０からの出力が補正部３０に入力される。

次に、定電流が供給されている状態における、基準となる温度（たとえば、２０℃）下でのセンサ部１０の電圧と、環境温度下でのセンサ部１０の電圧とに基づいて、上記の式（３）および（４）により、環境温度下でのセンサ部１０からの出力が補正される。この出力の補正は、気体熱伝導式ガスセンサ１００の動作中常に（出力毎に）行われており、環境温度が変化した場合でも、環境温度の変化に応じた補正が行われる。

（定電圧駆動と定電流駆動との比較）
次に、図３〜図６を参照して、気体熱伝導式ガスセンサを定電圧により駆動した場合と、定電流により駆動した場合との比較（実験）について説明する。図３に示すように、比較例による気体熱伝導式ガスセンサ２００は、定電圧供給部２２０からセンサ部２１０に定電圧が供給されるように構成されている。また、第１実施形態の気体熱伝導式ガスセンサ１００とは異なり、補正部３０は、設けられていない。

図４および図５では、２０℃および８０℃のそれぞれの温度下において、空気中と１００％水素中とにおけるセンサ電圧（Ｖ）、センサ電流（ｍＶ）、検知素子部の電圧（Ｖ）、温度補償素子部の電圧（Ｖ）、検知素子部の第１抵抗部の抵抗（Ω）、および、温度補償素子部の第２抵抗部の抵抗（Ω）が記載されている。

図４に示すように、比較例による気体熱伝導式ガスセンサ２００（定電圧供給部２２０による駆動）では、検知素子部２４０および温度補償素子部２５０の抵抗値の比によって、検知素子部２４０および温度補償素子部２５０の電圧が決まる。これにより、１００％水素中での検知素子部２４０の抵抗値（２０℃で、１３．５４Ω）が、空気中での検知素子部２４０の抵抗値（２０℃で、１６．８６Ω）よりも小さくなる分、温度補償素子部２５０の電圧が上昇した。具体的には、２０℃では、１．１８Ｖから１．４１Ｖに上昇した。すなわち、温度補償素子部２５０の１００％水素中での温度が上昇した。

一方、図５に示すように、気体熱伝導式ガスセンサ１００（定電流供給部２０による駆動）では、検知素子部４０および温度補償素子部５０の抵抗値の和によって、センサ電圧が決まる。これにより、１００％水素中での検知素子部４０の抵抗値（２０℃で、１２．６６Ω）が、空気中での検知素子部２４０の抵抗値（２０℃で、１６．８６Ω）よりも小さくなる分、センサ電圧が低下した。具体的には、２０℃では、２．３６Ｖから２．０７Ｖに低下した。その結果、温度補償素子部５０の電圧は、変化しなかった。具体的には、２０℃では、１．１８Ｖで変化しなかった。すなわち、温度補償素子部５０は、１００％水素中でも温度が変化しなかった。

このように、気体熱伝導式ガスセンサ１００（定電流供給部２０による駆動）では、温度補償素子部５０が１００％水素中でも温度が変化しないので、１００％水素中では、検知素子部４０の抵抗値の変化分のみが反映された出力が得られる。これにより、定電流供給部２０による駆動は、定電圧供給部２２０による駆動に比べて、環境温度の変化に対する気体熱伝導式ガスセンサ１００の特性上、有利になる（精度が良い）ことが確認された。

しかしながら、図５に示すように、気体熱伝導式ガスセンサ１００（定電流供給部２０による駆動）においても、８０℃の温度下においては、空気中の温度補償素子部５０の抵抗値（１９．０７Ω）と、１００％水素中の温度補償素子部５０の抵抗値（１８．５６Ω）とにおいて、ズレが生じた（２０℃の場合に比べて、ズレが比較的大きくなった）。これは、基準ガスが封入されている密閉型の温度補償素子部５０では、環境温度の変化に応じて密閉型の温度補償素子部５０の内部の圧力（基準ガスの密度）が変化して、温度補償素子部５０（第２抵抗部５１）近傍の熱伝導率が僅かに変化してしまうためである。すなわち、検知素子部４０（密閉されていない構造）と温度補償素子部５０（密閉された構造）との構造上の差異に起因して、温度補償素子部５０の抵抗値にズレが生じた。

図６では、気体熱伝導式ガスセンサ１００（定電流供給部２０による駆動）において、２０℃、５０℃および８０℃の各温度下での水素濃度を０％〜１００％に変化させた場合の、水素に対するセンサ出力（感度）の比較結果が示されている。この比較結果から、２０℃でのセンサ出力（感度）を基準とすると、５０℃では、＋３．５％、８０℃では、＋７．５％の誤差が生じていることが判明した。

（補正部によるセンサ出力の補正）
次に、図７および図８を参照して、補正部３０によってセンサ出力を補正した場合について説明する。

上記検知素子部４０と温度補償素子部５０との構造上の差異に起因する、温度補償素子部５０の抵抗値のズレは、環境温度の変化に応じて、センサ部１０の電圧値（検知素子部４０の一方端（電極４３）と、温度補償素子部５０の他方端（電極５４）との間の電圧値）が変化することを利用することにより、補正することが可能である。具体的には、環境温度の変化の前後での電圧値を温度情報としてマイコン（図示せず）に取り込むとともに、上記の式（３）および式（４）に基づいて補正を行った。

ここで、上記の式（３）および式（４）において、定数ａ＝−０．２とし、定数ｂ＝０．９４とし、ＳＶ_ref＝２．３９１とした。その結果、図７に示すように、２０℃でのセンサ出力（感度）を基準とすると、５０℃では、＋０．５％、８０℃では、−０．１％に誤差が改善されたことが判明した。また、図８に示すように、−３０℃から１００℃の間で環境温度を変化させた場合において、水素の体積濃度が０ｖｏｌ．％（空気）、２０ｖｏｌ．％、４０ｖｏｌ．％、６０ｖｏｌ．％、８０ｖｏｌ．％、および、１００ｖｏｌ．％下でのセンサ出力の変化が、略一定になる（変化が小さい）こと確認された。すなわち、上記の式（３）および（４）による補正を行うことにより、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することが可能になることが確認された。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、定電流供給部２０から定電流が供給されている状態における、基準となる温度下でのセンサ部１０の電圧と、環境温度下でのセンサ部１０の電圧とに基づいて、環境温度下でのセンサ部１０からの出力を補正する補正部３０を備える。これにより、温度補償素子部５０による環境温度の変化に起因する気体熱伝導式ガスセンサ１００の出力の誤差の補正に加えて、基準となる温度下でのセンサ部１０の電圧と環境温度下でのセンサ部１０の電圧とに基づいて環境温度下でのセンサ部１０からの出力を補正する補正部３０による補正が行われるので、環境温度が大きく変動した場合でも、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、補正部３０は、補正係数をＫとし、補正後のセンサ部１０からの出力をＶ_cとし、補正前のセンサ部１０からの出力をＶ_outとし、ａおよびｂを定数とし、環境温度下でのセンサ部１０の電圧をＳＶ_Tとし、基準となる温度下でのセンサ部１０の電圧をＳＶ_refとした場合に、上記の式（３）および式（４）に基づいて、環境温度下でのセンサ部１０からの出力を補正する。これにより、式（４）における（ＳＶ_T−ＳＶ_ref）の項が環境温度の変化を反映するので、上記の式（３）および式（４）に基づいて適切にセンサ部１０からの出力を補正することができる。

［第２実施形態］
（気体熱伝導式ガスセンサの構成）
次に、図９を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、第１抵抗部１４１および第２抵抗部１５１は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成され、Ｓｉ（シリコン）基板上に形成された白金薄膜抵抗体から構成されている。

図９に示すように、第２実施形態による気体熱伝導式ガスセンサ１０１では、センサ部１１０は、検知素子部１４０と、温度補償素子部１５０とを含む。また、検知素子部１４０の第１抵抗部１４１と、温度補償素子部１５０の第２抵抗部１５１とは、それぞれ、ＭＥＭＳ技術を用いて形成され、Ｓｉ（シリコン）基板上に形成された白金薄膜抵抗体から構成されている。すなわち、第１抵抗部１４１および第２抵抗部１５１は、極めて小さい白金薄膜抵抗体から構成されている。これにより、気体熱伝導式ガスセンサ１０１の省電力化、俊敏な応答が可能になる。

ここで、極めて小さい白金薄膜抵抗体から構成されている第１抵抗部１４１および第２抵抗部１５１は、発熱量が小さいため、第１抵抗部１４１および第２抵抗部１５１の近傍の気流の影響を受けやすい。すなわち、センサ出力の誤差が生じやすい。そこで、上記第１実施形態と同様に、補正部３０によるセンサ出力の補正を行うことは、センサ出力の誤差が生じやすいＭＥＭＳ技術を用いて形成された第１抵抗部１４１および第２抵抗部１５１を含む気体熱伝導式ガスセンサ１０１にとって、特に有効である。

なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
（気体熱伝導式ガスセンサの構成）
次に、図１０を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、検知素子部４０および温度補償素子部５０のうちの少なくとも一方が故障していると判断する制御部６０が設けられている。

図１０に示すように、第３実施形態による気体熱伝導式ガスセンサ１０２では、センサ部１０に接続される制御部６０が設けられている。制御部６０は、センサ部１０からセンサ出力が入力されるように構成されている。ここで、第３実施形態では、制御部６０は、第１の温度下でのセンサ部１０からの出力と、第１の温度とは異なる第２の温度下でのセンサ部１０からの出力との差が所定のしきい値を超える場合に、検知素子部４０および温度補償素子部５０のうちの少なくとも一方が故障していると判断するように構成されている。

ここで、検知素子部４０および温度補償素子部５０は、それぞれ、個体差がない（少ない）ことを前提として、上記の式（４）における定数ａおよび定数ｂを決定しており、検知素子部４０毎および温度補償素子部５０毎に設定されていない。また、上記の式（３）および式（４）による補正を行うことにより、センサ部１０からの出力は、図８に示すように略一定になる。つまり、第１の温度下でのセンサ部１０からの出力と、第１の温度とは異なる第２の温度下でのセンサ部１０からの出力との差が大きくなる場合には、検知素子部４０および温度補償素子部５０のうちの少なくとも一方が故障している（不良品である）と考えることができる。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、第１の温度下でのセンサ部１０からの出力と、第１の温度とは異なる第２の温度下でのセンサ部１０からの出力との差が所定のしきい値を超える場合に、検知素子部４０および温度補償素子部５０のうちの少なくとも一方が故障していると判断する制御部６０を設ける。これにより、環境温度の変化に起因する誤差を十分に補正しながら、検知素子部４０および温度補償素子部５０の故障を検知することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、１次式である上記の式（３）および式（４）に基づいて、センサ部からの出力を補正する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記の式（３）および式（４）以外の式に基づいて、センサ部からの出力を補正してもよい。たとえば、２次式に基づいて、センサ部からの出力を補正してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、基準となる温度を２０℃とする例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基準となる温度を２０℃以外の温度にしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、気体熱伝導式ガスセンサにより水素の濃度を検知する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、気体熱伝導式ガスセンサを、水素以外のガスの濃度を検知するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、温度補償素子部に空気からなる基準ガスが封入されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、温度補償素子部に空気以外の基準ガスが封入されていてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、検知素子部の筐体に開口部が２つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、検知素子部の筐体に１つまたは３つ以上の開口部を設けてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、第１抵抗体および第２抵抗体が、白金薄膜抵抗体から構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１抵抗体および第２抵抗体を、白金薄膜抵抗体以外の抵抗体から構成してもよい。

また、上記第３実施形態では、補正部と制御部とが別個に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部が補正部を兼ねていてもよい。

１０、１１０センサ部
２０定電流供給部
３０補正部
４０、１４０検知素子部
５０、１５０温度補償素子部
６０制御部
１００、１０１、１０２気体熱伝導式ガスセンサ

Claims

雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて抵抗値が変化する検知素子部と、前記検知素子部に直列に接続されるとともに、前記検知素子部とともにブリッジ回路を構成する温度補償素子部とを含むセンサ部と、
前記センサ部に定電流を供給する定電流供給部と、
前記定電流供給部から定電流が供給されている状態における、基準となる温度下での前記センサ部の電圧と、環境温度下での前記センサ部の電圧とに基づいて、前記環境温度下での前記センサ部からの出力を補正する補正部とを備え、
前記検知素子部は、第１抵抗部と、前記第１抵抗部を収容する検知素子部用筐体とを含み、
前記温度補償素子部は、第２抵抗部と、前記第２抵抗部を収容する温度補償素子部用筐体とを含み、
前記検知素子部用筐体は、前記雰囲気ガスを内部に侵入させるための開口部を含み、
前記温度補償素子部用筐体は、基準ガスとしての空気が充填されるとともに、前記第２抵抗部を密閉した状態で内部に収容するように構成されており、
前記補正部は、基準となる温度下での前記センサ部の電圧と、前記環境温度下での前記センサ部の電圧とに基づいて、前記環境温度下での前記センサ部からの出力を補正することにより、前記環境温度の変化と、前記環境温度の変化に伴う前記温度補償素子部用筐体の内部の圧力変化との両方に起因する前記センサ部からの出力の誤差を補正するように構成されている、気体熱伝導式ガスセンサ。
前記補正部は、補正係数をＫとし、補正後の前記センサ部からの出力をＶ_ｃとし、補正前の前記センサ部からの出力をＶ_ｏｕｔとし、ａおよびｂを定数とし、前記環境温度下での前記センサ部の電圧をＳＶ_Ｔとし、前記基準となる温度下での前記センサ部の電圧をＳＶ_ｒｅｆとした場合に、下記の式（１）および式（２）に基づいて、前記環境温度下での前記センサ部からの出力を補正するように構成されている、請求項１に記載の気体熱伝導式ガスセンサ。
第１の温度下での前記センサ部からの出力と、前記第１の温度とは異なる第２の温度下での前記センサ部からの出力との差が所定のしきい値を超える場合に、前記検知素子部および前記温度補償素子部のうちの少なくとも一方が故障していると判断する制御部をさらに備える、請求項１または２に記載の気体熱伝導式ガスセンサ。
雰囲気ガスを内部に侵入させるための開口部を含む検知素子部用筐体に収容され、前記雰囲気ガスとの熱伝導に基づいて抵抗値が変化する第１抵抗部を有する検知素子部と、前記検知素子部に直列に接続されるとともに、前記検知素子部とともにブリッジ回路を構成し、基準ガスとしての空気が充填されるとともに密閉した状態で温度補償素子部用筐体の内部に収容される第２抵抗部を有する温度補償素子部とを含むセンサ部に、定電流を供給する工程と、
定電流が供給されている状態における、基準となる温度下での前記センサ部の電圧と、環境温度下での前記センサ部の電圧とに基づいて、前記環境温度下での前記センサ部からの出力を補正することにより、前記環境温度の変化と、前記環境温度の変化に伴う前記温度補償素子部用筐体の内部の圧力変化との両方に起因する前記センサ部からの出力の誤差を補正する工程とを備える、気体熱伝導式ガスセンサの出力補正方法。