JPH01199142A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明はガス検出装置に関する。この発明のガス検出
装置は空気汚染の検出や有毒ガスの検出等に用い、例え
ば空気清浄機や換気装置等の空調装置の制御や、冷蔵庫
や畜舎等の臭気除去装置等の制御等に用いる。またこの
発明のガス検出装置は、調理の進行に伴うガスの発生を
監視して、調理器の制御等に用いることもできる。

［用語法］ この明細書では、ガスセンサの出力は雰囲気の浄化によ
り減少し、汚染により増加するものとして示す。センサ
の種類や信号処理の手法によっては逆の結果が得られる
場合もあるので、この明細書でいうセンサ出力の大小は
実際のセンサ出力の大小に対応しない場合もある。

［従来技術］ 特開昭６０−２７，８４９号公報は、６時間程度の区間
でのセンサ出力の最小値をモニターし、これを基準にガ
スを検出することを開示している。この技術の利点は、
個別のセンサ毎の調整が不要で、センサの経時変化を自
動的に補償できる点に有る。

一方実公昭５８−３９，２１９号公報は、センサ出力の
時間的変化を適当な区間に分割し、各区間内でのセンサ
出力の鋭い変化を検出することを開示している。この場
合も、同様の効果が得られる。

ところで基準出力のサンプリシダ後長時間経過すると、
基準出力の信頼性が低下する。これは主として温湿度の
変動に基づく。この点に付いて前記の特開昭６０−２７
，８４９号公報は、６時間程度の範囲内であれば温湿度
はほぼ一定であるとし、温湿度の変動に対応した６時間
毎に基準出力を更新するとしている。しかし温湿度の変
動が激しい場合、この技術では基準出力の信頼性に問題
が生じる。

一方前記の実公昭５８−３９，２１９号公報の場合、雰
囲気の緩慢な汚染を検出できない。センサ出力を時間的
区間により分割し、以前の区間の信号を用いないので、
多数の区間にまたがり雰囲気が徐々に汚染した場合には
、汚染の検出が難しい。

［発明の課題］ この発明の課題は、温湿度等が変動した場合にも信頼し
て用い得る基準出力を得る点に有る。

［発明の構成］ この発明では、ガスセンサ出力の時間的挙動を追跡し、
最も清浄な雰囲気に対応したセンサ出力をサンプリング
し、基準出力として記憶するようにしたガス検出装置に
おいて、基準出力のサンプリング後の時間の経過と共に
、得られた基準出力を汚染雰囲気に対応した側に徐々に
変化させるための手段と、変化させた基準出力が実際の
ガスセンサ出力よりも汚染した雰囲気に対応する場合に
、基準出力を実際のガスセンサ出力に変更する手段とを
設けたことを特徴とする。

この発明の基準出力の挙動を説明する。ガスセンサ出力
の最小値（最も清浄な雰囲気に対応した出力）が得られ
ると、これを基準出力として記憶する。次ぎにサンプリ
ング後の時間の経過と共に、基準出力を徐々に増加させ
る。そして基準出力が実際のセンサ出力以上になると、
（基準出力が実際のセンサ出力以上に汚染雰囲気に対応
した出力になると）、基準出力を変更し、実際のセンサ
出力を基準出力として用いる。このようにすると、基準
出力はセンサ出力の最小値の間を包絡線状に結んだもの
となる。

ここで基準出力の時間的増加率は、使用環境での温湿度
の変動に対応したものとする。例えば自動車の空調にセ
ンサを使用する場合、温湿度の変動はかなり激しいもの
と予想できる。一方冷暖房等の空調を施した居住空間で
センサを用いる場合、温湿度の変動は小さいものと予想
できる。そこで各用途毎に温湿度等の変動の程度を評価
できる。

次ぎに、温湿度等の雰囲気の汚染とは無関係な因子が変
化した場合、清浄雰囲気中のセンサ出力がどの程度変化
するかを評価する。そしてこの評価に基づき、基準出力
の増加率を定める。基準出力の増加率は例えば、温湿度
変動等によるセンサ出力の変化に見合ったものとすれば
良い。

このようにすれば基準出力の上限は、温湿度の変動率で
抑制され、下限は実際のセンサ出力の最小値で定まる。

通常の場合、この手法で充分に温湿度変動を補償したセ
ンサ出力が得られる。

雰囲気が常時汚染されている環境でセンサを使用すると
、この発明での基準出力は汚染雰囲気に対応したものと
なる可能性がある。しかし間欠的にでもセンサが清浄な
雰囲気を経験すると、正しい基準出力を得ることができ
る。また常時汚染された環境でセンサを使用する場合で
も、この発明を適用できることもある。例えばセンサを
換気等の空調制御に用いる場合、外気自体が常に低濃度
のガスにより汚染されていることがある。この場合、外
気の汚染自体はやむを得ないものであり、基準出力が汚
染した外気に対応して増加しても許容され得る。この場
合の検出目標は、外気の汚染自体ではなく、外気の汚染
が更に進行したこと、あるいは室内の汚染が更に進行し
たことだからである。

この発明を空調装置や脱臭装置等の雰囲気の汚染制御に
用いる場合、以下の変形を施すのが好ましい。多くの空
調装置は、バックグラウンド自体の汚染はやむを得ない
ものとして許容している。

これは装置の浄化能力に関係する。この場合の検出目標
は、バックグラウンドからの汚染の進行であり、清浄雰
囲気に対応した基準出力のみで制御を行うと、検出目標
から外れた検出が行なわれる。

そこでバックグラウンドに対するセンサ出力を他の基準
出力（バックグラウンド出力）とし、バックグラウンド
出力と清浄雰囲気に対する基準出力とを組み合わせて検
出するのが好ましい。バックグラウンド出力のサンプリ
ングは、実公昭５８−３９．２１９号等により公知で、
例えば所定の区間でのセンサ出力の最小値や平均値等を
サンプリングすれば良い。このようにすれば、バックグ
ラウンドの雰囲気を基準とする雰囲気の汚染を検出でき
ると共に、清浄雰囲気に対する基準出力を用いて、雰囲
気の汚染の程度の絶対値も知ることができる。

［実施例］ 第１図〜第３図に最初の実施例を示す。この実施例は基
本的原型を示すもので、これを用途に応じて変形して用
いるのが好ましい。このような例を、第４図〜第８図の
実施例に示す。なお実施例は、空気清浄機等の空調装置
の制御に用いるものとする。しかしこの発明は、例えば
冷蔵庫の臭気の検出、畜舎等の脱臭の制御、ガス漏れの
検出等の、種々の用途に用い得る。

第１図に、雰囲気の変化によるセンサ出力（電気伝導度
σ）の変化と、これに基づく空気清浄機の動作とを示す
。なおセンサは、例えばＳｎｏｗ等のｎ形金属酸化物半
導体を用いたものとする。ｌ）の実線にセンサの電気伝
導度σを示す。センサ出力の最小値をサンプリングして
基準出力σ。とじ、これを時間とともに徐々に増加させ
る。そして基準出力が実際のセンサ出力と交差した時点
で、基準出力を変更する。次ぎに基準出力σ。を基に、
空気清浄機の動作閾値σｔを定める。閾値は例えば基準
出力を一定の割合で増加させたもの、あるいは一定の値
Δσを基準出力に加えたものとすれば良い。基準出力σ
。の閾値σｔへの変更手法は、特開昭８０−２７，８４
９号や実公昭５８−３９，２１９号等により種々のもの
が知られている。モしてセンサ出力が閾値以上で空気清
浄機を動作さけ、閾値以下で停止させる。

センサ出力の変動要因としては、センサの経時変動、温
湿度の変動、空気の汚染が知られている。

この内、経時変動は極めて緩慢な現象であり、空気の汚
染とは区別できる。次ぎに温湿度の変動はやや緩慢な現
象であり、同様に空気汚染と区別できる。例えば狭い居
住区間で喫煙するり、センサ出力は急激に変化する。ま
た広い居住区間で間欠的に喫煙しても、センサ出力の変
化は温湿度の変動よりは急激であり、やはり区別できる
。そこで基準出力σ。の増加率を温湿度の変動による増
加率の上限程度に設定すれば、空気の汚染を温湿度の変
動と区別して検出できる。

基準出力σ。は、サンプリング後に周囲の温湿度等が増
加した場合にも、信頼して用い得る。−方周囲の温湿度
等が低下した場合には、実際のセンサ出力が基準出力以
下に低下した時点で、基準出力の更新がなされる。サン
プリングした基準出力をそのまま用いると、温湿度等が
増加した時点で、基準出力の信頼性が低下する。しかし
実施例ではこのような問題は生じない。またセンサ出力
を適当な区間毎にサンプリングし基準出力とすると、周
囲の雰囲気が徐々に汚染される場合に、検出ができなく
なる。実施例ではこのような問題も生じない。

第２図に移り、このための回路構成を説明する。

図において２は金属酸化物半導体ガスセンサで、ここで
は５ｎ０２等のｎ形金属酸化物半導体４をヒータ６で加
熱するようにしたものを用いる。勿論ガスセンサ２には
、プロトン導電体やＺｒ０ｔ等の固体電解質を用いたも
の等の任意のガスセンサを用い得る。８は回路電源、Ｉ
Ｏはセンサ２の負荷抵抗、１２はセン、す２の温湿度依
存性を部分的に補償するためのサーミスタである。サー
ミスタ１２は用いなくても良い。

２０はマイクロコンピュータで、２２はＡ／Ｄコンバー
タ、２４は演算装置、２６は基準出力σ。

の変更に用いるタイマ、２８は基準出力σ。を格納する
ＲＡＭ、３０は汚染の検出信号を格納するＲＡＭである
。なお基準出力σ。を時間的に増加させる手段としては
、これ以外にも任意のものを用い得る。またマイクロコ
ンピュータ２０には、この他に、動作プログラムを記憶
させたＲＯＭ等を設ける。■１はマイクロコンピュータ
２０への入力ボート、Ｐ、はマイクロコンピュータ２０
の出力ポートで、空気清浄機４０の制御に用いる。

第３図に移り、装置の動作フローチャートを説明する。

電源８を投入すると、例えばｌＯ秒秒間様した後、セン
サ２の出力を基準出力の初期値として記憶する。ここで
基準出力σ。のサンプリングに付いて説明する。各時点
でサンプリングしたセンサ出力σと基準出力σ。とを比
較し、σ。〉σ　でσをσ。に代入する。一方タイマ２
６（タイマりを用い、２〜２０分程度の期間の経過毎に
基準出力σ。を徐々に増加させる。この演算は、例えば σ。←（１＋ａ）σ。（ａ＞Ｏ） として行う。定数ａは、温湿度等の変動による基準出力
の変動に対応したものとする。

次ぎに汚染の検出に付いて説明する。例えば！。

２〜２程度の定数Ｊを用い、閾値σｔをσｔ＝Ｊ・σ０
　として定める。そしてセンサ出力がσを以上で汚染と
判断し、σを以下で清浄と判断する。

第４図〜第８図に、より複雑な実施例を示す。

一部の空気清浄機では、煙の除去を目的とし、可燃性ガ
スの除去を目的としていない。この場合、センサ２で煙
に伴うガスの発生を検出して、空気清浄機４０を動作さ
せる。この空気清浄機では、充分に煙を除去した後も、
センサ出力は余り低下しない。また換気装置等を制御す
る場合でも、外気自体が汚染されると、換気を続けても
センサ出力は低下しないことになる。この実施例は、こ
のような状況にも対応できるようにしたものである。

第４図に、装置の動作波形を示す。最初の実施例と同様
、センサ出力の最小値を基準出力σ。とじ、時間の経過
と共に徐々に増加させる。そして基準出力σ。が実際の
センサ出力以上となった時点で、実際のセンサ出力を基
準出力に代入する。

基準出力σ。とは別に、バックグラウンドに対する基準
出力σ１（バックグラウンド出力）を設け、最初はバッ
クグラウンド出力σ１と基準出力σ。とを同一にする。

汚染を検出すると、タイマ（タイマＴ２）で空気清浄機
４０等の動作時間を制限し、動作時間経過後に空気清浄
機４０等を停止させる。動作時間の制限には、これ以外
にも種々の６のが公知である。

空気清浄機４０等の動作終了時のセンサ出力をバックグ
ラウンド出力σ、に代入する。そしてバックグラウンド
出力を以後のセンサ出力の変動に合わせて変化させる。

例えば第５図のように、センサ出力が低下すると、バッ
クグラウンド出力もそれに応じて低下させる。なお実施
例では、センサ出力σが基準出力σ。以下に低下した時
点で、バックグラウンド出力と基準出力は再び一致する
。

バックグラウンド出力σ１のサンプリングには、種々の
変形ができる。例えば実公昭５８−３９，２１９号公報
のように所定の時間間隔でセンサ出力を読込、それをそ
のままバックグラウンド出力としても良い。あるいは、
バックグラウンド出力の読込条件に制限を設け、例えば
５〜３０分程度の区間でのセンサ出力の平均値や最小値
をバックグラウンド出力としても良い。この手法の場合
、タイマＴ２を区間の設定に用い、区間毎にバックグラ
ウンド出力をサンプリングする。そして空気清浄機４０
等の動作時間は区間の幅の２倍程度に制限される。

即ち区間ｎで空気清浄機４０等が動作したとする。

次の区間ｎ＋１では、空気清浄機４０等の動作時のセン
サ出力がバックグラウンド出力σ、となり、実際のセン
サ出力とバックグラウンド出力との差が減少するのであ
る。

第６図に、この実施例での空気清浄機４０等の動作閾値
σｔを示す。閾値σｔは例えば、０．８σ、＋〇、６σ
。

とし、２つの基準出力σ。、σ、を組み合わせて設ける
。金属酸化物半導体ガスセンサ２の出力は、一般にガス
濃度に比例せず、ガス濃度の０．６乗〜０．８乗等に比
例する。そこでバックグラウンド出力σ、のみで閾値を
算出すると、問題が生じる。例えばバックグラウンド出
力に対応したガス濃度をＣとし、空気清浄機４０の動作
条件をガス濃度がＣ＋ΔＣに増加することとする。σ、
のみで動作閾値を算出すると、σ、が大きい程ΔＣも増
加する。これを補うために基準出力σ。を用い、０．８
σ、＋０．６σ０　等を閾値とする。この値は　１．４
σ、−０，６（σ１−σ。）　に等しい。なお第６図で
の動作閾値を変更し、°σＩりσ０より充分大きい場合
に、動作閾値が図の横軸に漸近するようにしても良い。

なお上記の説明では、空気清浄機４０等の動作条件を、
バックグラウンドからのガス濃度の増加ΔＣが一定であ
るようにするのが好ましいとして説明した。しかしバッ
クグラウンドのガス濃度Ｃが高い程ΔＣを小さくするよ
うにしても良い。このためには、例えば閾値σｔに占め
る基準出力σ。

の比重を増してやれば良い。即ち、閾値を基準出力σ。

とバックグラウンド出力σ、の組み合わせで定めること
により、任意の検出条件を設定できる。

第７図にこの実施例の回路構成を、第８図に動作プログ
ラムを示す。なお以下同一番号のものは先の実施例と同
じものを現し、同一のステップは同じ処理を現す。また
特に断らない限り、先の実施例に関する注意はそのまま
この実施例にも当てはまる。

第７図において、５０は新たなマイクロコンピュータ、
３２は空気清浄機４０等の動作時間を制限するためのタ
イマ、３４はパックグラウンド出力赫、を格納するため
のｒｌＡＭである。なおマイクロコンピュータ５０には
、演算の中間値を格納するためのレジスタやＲＡＭ等を
設けておくものとする。

第８図に移り、動作フローチャートを説明する。

１０秒秒間様した後、基準出力σ。、σ、の初期値とし
てセンサ出力σを読み込む。次ぎにタイマＴｌ（タイマ
２６）と定数ａを用い、基準出力σ。の変更を行う。即
ちセンサ出力σがσ。より小さい場合にσ。にσを代入
し、タイマＴＩの経過毎に割合ａで増加させる。ａの値
は、実施例の場合、２〜６時間毎に基準出力σ。を１０
〜３０％増加させる値とするのが好ましい。実際の値は
、センサの種類や使用環境に応じ決定する。また装置の
高感度化の防止のため、バックグラウンド出力σ１は基
準出力σ。以下に低下させないのが好ましい。

センサ出力σが動作閾値（０，８σ、＋０．６σ。）以
上で、汚染検出ループＢに移行する。この場合の空気清
浄機４０等の動作時間はタイマＴ２（タイマ３２）で制
限し、例えば５〜３０分程度とする。そしてこの間にセ
ンサ出力が閾値以下に低下すると、空気清浄機４０等を
停止させ、結合子Ｃから通常の検出ループに戻る。また
タイマＴ２により空気清浄機４０等を停止させる場合は
、その時点でのセンサ出力をバックグラウンド出力σ。

とし、空気清浄機４０の再起動を防止する。得られたバ
ックグラウンド出力は、その時点でのガス濃度に対応し
たものである。なおセンサ出力の非直線性のため、ガス
濃度の増加に対する検出感度が低下する。そこでこの現
象を、基準出力σ。を動作閾値に組み込むことで補う。

タイマＴ２で空気清浄機４０等が停止した後は、センサ
出力の減少に応じてバックグラウンド出力を減少させる
。これは、比較的清浄な雰囲気に対するセンサ出力を、
バックグラウンド出力とするためである。しかし実施例
では、清浄雰囲気に対する信号は基準出力σ。から得ら
れ、バックグラウンド出力を清浄雰囲気に対応したもの
とする必要はない。そこで実公昭５８−３９，２１９号
公報のように、適当な時間毎に、センサ出力をそのまま
バックグラウンド出力に読み込むようにしても良い。

あるいはまた、適当な区間でのセンサ出力の平均値や最
小値等をバックグラウンド出力としても良い。

実施例では、空気清浄機の制御を例に説明したが、換気
装置等の制御、脱臭装置等の制御、ガス漏れの検出等に
適用しても良い。また各用途に応じた種々の設計変更を
加えて実施するのが好ましい。例えば空調の場合、チャ
タリングの防止のため、センサ出力の低下後所定の遅延
時間を置いて、空調装置を停止させるのが好ましい。

［発明の効果］ この発明では、温湿度等の変動を盛り込んだ基準出力が
得られ、ガスの検出精度が向上する。即ち基準出力のサ
ンプリング後に周囲の温湿度等が増加した場合にも、基
準出力はほぼこれに対応して増加し、温湿度等が低下し
た場合には、センサ出力の低下により温湿度の低下に応
じた基準出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は最初の実施例を現し、第１図はその動
作を現す波形図で、第１図１）はセンサ出力の挙動を現
す波形図、第１図２）は空気清浄機の動作を現す波形図
である。第２図は実施例の回路図、第３図はその動作フ
ローチャートである。 第４図〜第８図は第２の実施例を現し、第４図はその動
作を現す波形図で、第４図１）はセンナ出力の挙動を現
す波形図、第４図２）は空気清浄機の動作を現す波形図
である。第５図はセンサ出力の挙動を現す波形図、第６
図は実施例の動作閾値を現す特性図である。第７図は実
施例の回路図、第８図は実施例の動作フローチャートで
ある。 図において、２　ガスセンサ、 ２０．５０　　マイクロコンピュータ、４０　空気清浄
機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスセンサ出力の時間的挙動を追跡し、最も清浄
   な雰囲気に対応したセンサ出力をサンプリングし、基準
   出力として記憶するようにしたガス検出装置において、 基準出力のサンプリング後の時間の経過と共に、得られ
   た基準出力を汚染雰囲気に対応した側に徐々に変化させ
   るための手段と、 変化させた基準出力が実際のガスセンサ出力よりも汚染
   した雰囲気に対応する場合に、基準出力を実際のガスセ
   ンサ出力に変更する手段とを設けたことを特徴とする、
   ガス検出装置。