JPH01199143A - 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、ガスセンサ出力の相対的変化からガスを検
出するようにしたガス検出装置に関する。

この発明のガス検出装置は、空気汚染の検出やガス漏れ
の検出、あるいは調理器の制御等に用いる。

［用語法コ 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］ 特公昭５９−３９，３３０号公報は、ガスセンサによる
空調装置の自動制御装置に付いて記載している。

この装置の特徴は、以下の点に有る。

（１）　　１分程度の間隔で基準出力を更新する。なお
基準出力には更新時点でのセンサ出力を用いる。

（２）センサ出力の基準出力からの変化により空気の汚
染を検出し、換気装置や空気清浄機等の空調負荷を動作
させる。。

（３）空調負荷の動作中は、基準出力の更新を禁止する
。これは、汚染した雰囲気に対応したセンサ出力を基準
出力とすることを避けるためである。

（４）空調負荷の動作によりセンサ出力が低下すると、
空調負荷を停止させる。

この装置の利点は、第一にセンサの経時変化や温湿度変
動の影響を自動的に補償でき、また個別のセンサ毎の調
整が不要な点に有る。第二に、周囲に常時存在するガス
の影響を捨て、ガス濃度の急激な増加から空気の汚染を
検出するようにした点に有る。

しかし所定の間隔で読み込んだ基準出力の意味は、あい
まいである。特に雰囲気の汚染が緩やかに進行する場合
の検出が、困難になる。また空調負荷を作動させてもガ
ス濃度が低下しない場合、制御が不可能になる。例えば
煙の除去を主眼としガスの除去を重視しない空気清浄機
の場合、空気清浄機を動作させ煙を除去しても、ガス濃
度は余り低下しない。　　　　　　　′ ［発明の課題］ この発明の課題は、センサ出力の基準出力のサンプリン
グ手法を改良し、ガス濃度の増加率がわずかな場合にも
ガスの検出を可能にすること、及び検出後ガス濃度が低
下しない場合にも対応し得るようにすることに有る。

［発明の構成と作用コ この発明では、ガスセンサ出力が時間的にほぼ一定であ
ることを検出して、基準出力をサンプリングする。セン
サ出力が一定であることは、ガスの発生が無いことを意
味する。そしてこの時点でのセンサ出力を基準出力とす
れば、ガス濃度の増加率がわずかな場合にも対応できる
。また空調負荷を作動させてもガス濃度が低下しない場
合にも対応できる。

なお基準出力のサンプリング条件には、センサ出力がほ
ぼ一定であることの他に、種々の条件を加えても良い。

例えばセンサ出力が低下しつつある場合に、基準出力を
変更しても良い。

この発明のガス検出装置は、任意のガス検出の用途に用
い得る。

［実施例コ 第１図〜第４図に最初の実施例を示す。なお実施例は、
空気清浄機の制御に用いるものとする。

第１図に実施例の動作波形を示し、（１）は煙濃度を、
（２）はセンサ出力（電気伝導度σ）を、（３）は空気
清浄機の動作を示す。なおセンサは、例えば５ｎＯｔ等
のｉ形金属酸化物半導体を用いたものとする。また空気
清浄機には、電気集゛塵機と活性炭等のフィルターを組
み合わせ、煙の除去を主目的としガスの除去を副次的目
的とした空気清浄機を考える。この場合、煙に伴うガス
の発生から空気清浄機を動作させる。

この空気清浄機では、空気清浄機を動作させてもガス濃
度は余り低下しない。これに対して、センサ出力がフラ
ット、即ち時間的にほぼ一定であることに着目して空気
清浄機を制御すれば、満足な制御性能が得られる。即ち
センサ出力が（２）の実線のように変化する場合に、（
２）の破線の様に基準出力σ、をサンプリングする。そ
して基準出力σ、のサンプリングには、適宜のタイマ等
を用い５〜３０分程度の間センサ出力がほぼ一定である
ことを検出すれば良い。

第２図により、基準出力のサンプリング条件を説明する
。（Ａ）の例では、３０秒〜５分程度の適当な間隔でセ
ンサ出力をサンプリングし、サンプリング値Ａ−Ｆを取
り出す。そしてこれらの値の最大値と最小値とを比較し
、その差が所定の値以下であればセンサ出力がほぼ一定
とする。（Ｂ）の例では、センサ出力は暖やかに増加し
ており、センサ出力が一定であるとはみなさない。

センサ出力が一定であることの検出には、センサ出力が
低下しつつあることを加えても良い。このような例を（
Ｃ）に示す。この例ではサンプリング値Ａ−Ｐを直線近
似し、勾配が負であることからセンサ出力の低下を検出
する。次に直線近似からの検出値の分散を検出し、セン
サ出力が滑らかに減少しつつあることを検出する。

センサ出力がほぼ一定であることの検出には、任意の手
法を用い得る。例えば（Ｄ）の例では、センサ出力をタ
イマにより適当な区間に分割する。

そして各区間（図では区間Ｎ）の最大値Ｘと最小値ｙと
をサンプリングし、その差ｘ−ｙが所定の条件により小
さいことから、センサ出力がほぼ一定とする。これ以外
に例えば、センサ出力をアナログ微分し、微分値が一定
の範囲に有ることから、センサ出力がほぼ一定であると
判断しても良い。また例えば、次の条件からセンサ出力
がほぼ一定であるとしても良い。

ｌ　Ａ−Ｄ　Ｉ　＋　ｌ　Ｂ−Ｅ　ｌ　＋　Ｉ　Ｃ−Ｆ
　ｌ≦にここにＡ−Ｐは、第２図（Ａ）の各時点でのセ
ンサ出力である。

第３図により、第２図（Ａ）の条件に沿った回路構成を
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Ｓｎｏｗ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ＺｒＯ＊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、ｌＯはセンサ２の負荷抵抗、１２はセンサ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
あるっサーミスタ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５〜３０分程度のタイマ、
２８は基準出力σ、を格納するＲＡＭ、３０は汚染の検
出信号（ＦＬＡＧ）を格納するＲＡＭである。また３２
はＲＡＭで、タイマ２６で定まる時間を６等分した各時
点（Ａ−Ｆ：）でのセンサ出力を記憶するために用いる
。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。■、はマイ
クロコンピュータ２０への入力ボート、ＰＩはマイクロ
ぜンピュータ２０の出力ボートで、空気清浄機４０の制
御に用いる。

第４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２分間待機した後、センサ
２の出力を読み込む。これを基準出力σ１の初期値とし
て記憶すると共に、ＲＡＭ３２の初期値を０とする。ま
た表１に、第４図の各記号の意味を示す。

表１ 記号　　意　味 σ１　　　基準出力 σ　　　　センサ出力（電気伝導度）の瞬間値Ａ−ＰＲ
ＡＭ３２の記憶値 ｎ　　　　タイマの動作期間を６等分した各区間の番号
Ｔ１　　　タイマの動作期間の１／６の期間ＦＬＡＧ　
　汚染の検出信号 初期化の次にタイマ２６を動作させ、この期間を６等分
する。６等分した期間の経過毎に、センサ出力をＲＡＭ
３２に順次記憶させてゆく。そしてＲＡＭ３２の記憶内
容Ａ−Ｆの最大値をｘ１最小値をｙとし、ｘ−ｙかに以
下でセンサ出力が時間的にほぼ一定とし、その時点での
センサ出力を基準出力σ１とする。Ｋの値は例えば１．
０２〜１゜０８程度とする。また基準出力の実際の値は
、センサ出力がほぼ一定と判断した時点での、センサ出
力となる。なお図中ｎは、タイマ２６を６等分した区間
のｎ番目を意味し、 Ｌ　ｏａｄ（ｎ）　＝σ はセンサ出力σをＲＡＭ３２のｎ番目の番地に記憶させ
るとの指令を現す。このようにしてセンサ出力がほぼ一
定であることを検出し、基準出力のサンプリングを行う
。

次に汚染の検出について説明する。基準出力σ１を３倍
したもの、（Ｊは例えば１．３程度）を空気清浄機４０
の動作閾値とし、センサ出力がＪ・σ１より大きい場合
に汚染とし、Ｊ・σ１以下で清浄と判断する。そして汚
染時にはＲＡＭ３０の信号（ＦＬＡＧ）をｌとし、清浄
時には信号を０として、空気清浄機４０を制御する。な
お基準出力σ、から動作閾値を得る手法に付いては、前
記の特公昭５９−３９，３３０号公報や、特開昭６０−
２７，８４９号公報等により、種々のものが知られてい
る。

第５図以下に、より複雑な実施例を示す。この実施例で
は、清浄雰囲気に対応したセンサ出力を基準出力σ。と
じて記憶し、２つの基準出力σ。、σ８を用いて制御を
行う。基準出力σ。には、例えばセンサ出力の最小値を
用いる。しかし基準出力σ０のサンプリング後長時間経
過すると、温湿度等の変動のため信頼性が低下する。そ
こで２〜６時間毎に５〜ｌＯ％程度等の割合で徐々に基
準出力σ０を増加させる。この増加率は、清浄雰囲気中
での温湿度変動によるセンサ出力の増加率に見合ったも
のとする。そしてセンサ出力が低下しない場合には基準
出力σ。をこの増加率で徐々に増加させ、センサ出力が
基準出力σ。以下に低下した場合には実際のセンサ出力
を基準出力σ。に代入する。基準出力σ。は、温湿度が
上昇した場合にはそれに見合った割合で増加し、温湿度
が低下した場合には雰囲気の清浄化を待ってそれに応じ
た値に減少する。このようにして清浄空気に対応した基
準出力σ。を得る。

またこの実施例では、センサ出力が低下した場合には、
基準出力σ１も低下させる。更に基準出力σ１の更新に
付いては、更新に伴う基準出力の変化幅が大きい程、よ
り長時間センサ出力が安定であることを必要とするよう
にする。

第６図に、２つの基準出力σ２、σ０の組み合わせによ
る、動作閾値σｔの設定条件を示す。閾値σｔは例えば
、 ａσ、＋１）σ。

とする。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。そこで基準出力σ１のみで閾値を算出
すると、問題が生じる。例えば基準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。次に健康への影響等も考慮
すると、Ｃが大きい程ΔＣを小さくするのが好ましい。

そこでこれらの要請に対応して基準出力σ。を用い、閾
値をσ詠σ。との組み合わせで設定する。

ａ／ｂの比が大きい種動作閾値はσ１に依存し、ａ／ｂ
の比が小さい種動作閾値はσ。に依存する。実施例では
ａを０．８、ｂを０．６とした。この値は１．４σ、−
０，６（σ、−σ。） に等しい。なお第６図での動作閾値を変更し、σ１がσ
。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。基準出力σ１、σ。の組み合わせ
条件には、これ以外にも任意のものを用い得る。

第７図に、基準出力σ１のサンプリング条件を示す。例
えば１〜５分程度の間隔でセンサ出力をサンプリングし
、Ａ−Ｆとして記憶する。次にＡとＦの値を比較し、Ａ
−Ｆを直線近似した際の勾配−を求める。Ｆ−Ａが負ま
たは０でセンサ出力が一定もしくは減少しつつあるもの
とし、Ｆ−Ａが正の場合はセンサ出力が増加しつつある
ものとして基準出力σ１の更新は行わない。次にＰ−Ａ
が負または０の場合、（ｍ≦０）、直線近似からの分散
を検出する。分散を直接演算するのは複雑なので、例え
ば次の値を用いる。

ｌ　Ａ−Ｂ＋ｍ１５　ｌ　＋　ｌ　Ａ−Ｃ＋２ｍ１５　
ｌ　＋ｌ　Ａ−Ｄ＋３ｓ１５　ｌ　＋　ｌ　Ａ−Ｅ＋４
１１５１（ｍ＝Ｆ−Ａ） この値が所定の値以下で基準出力σ８を更新し、所定の
値より大きい場合には更新しない。

なお第７図のサンプリング条件に代え、第８図のもの等
も用い得る。サンプリングしたＡ−Ｆの各位を前２回の
値と比較する。比較は前２回の値の山手さい方と行い、
小さいほうの値に許容幅δを加えたものを許容値とする
。例えば Ｃ≦Ｍｉｎ（Ａ、Ｂ）＋δ てこの演算を行う。そしてこの条件が６回連続して充た
される場合に、基準出力σ１を更新する。

第９図にこの実施例の回路構成を、第１０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９図において、５０は新たなマイクロコンピュータ、
３２は基準出力σ。の増加に用いるタイマ、３４は基準
出力σ。を格納するためのＲＡＭ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１Ｏ図に移り、動作フローチャートを説明する。ｌＯ
秒間待機した後、基準出力σ。９．σ１の初期値として
センサ出力σを読み込む。またＲＡＭ３２の内容Ａ−Ｆ
の初期値を０とする。

次ぎにセンサ出力の最小値から基準出力σ。をサンプリ
ングし、タイマＴ２（タイマ３２）と定数ｐ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Ｔ２の経過毎に割
合ｐで増加させる。実施例では、タイマ３２の動作時間
を１時間、ｐの値を３％とした。

基準出力σ、のサンプリングは、第７図に従って行う。

即ちＲＡＭ３２に格納したＡ−Ｆの値を直線近似し、セ
ンサ出力が一定または減少しつつあることを、サンプリ
ングの第１条件とする。次に、直線近似からのずれｄを
前記の手法で演算し、この値がＤ・（σ−συで基準出
力σ１を更新する。

なおりは定数で、基準出力σ、の変化幅が大きい程基準
出力の更新に厳しい条件を加える。これは第５図の第２
の煙ピークの場合のように、基準出力σ１の変化幅が大
きい場合に、空気清浄機４０の動作時間を長くする効果
が有る。

汚染の検出は、センサ出力σが第６図の閾値以上か否か
で判別し、汚染を検出するとＲＡＭ３０のＦＬＡＧ信号
を１として、空気清浄機４０を制御する。

装置の動作を再度説明する。清浄雰囲気に対応したセン
サ出力を基準出力σ。とじてサンプリングする。またセ
ンサ出力がほぼ一定あるいは減少しつつある場合に、そ
の時点でのセンサ出力を基準出力σ１としてサンプリン
グする。そして２つの基準出力σ。、σ１を組み合わせ
、ガスの検出条件を設定する。センサ出力が動作閾値以
上に達すると、空気清浄機４０を動作させ煙を除去する
。

煙の除去後もガスは残存するが、新たなガスの発生がな
い場合、センサ出力はほぼ安定する。なお新たなガスが
発生しないとは、煙も新たに発生していないことを意味
する。センサ出力が安定すると、センサ出力がほぼ一定
あるいは徐々に減少することから、基準出力σ１を更新
する。基準出力σ１の更新により、センサ出力は動作閾
値以下となり、空気清浄機４０も停止する。ここで基準
出力σ１の変化幅が大きい程、更新の条件を厳しくする
。従って雰囲気の汚染が著しい特種、基準出力の更新が
遅れ、空気清浄機４０の動作時間も長くなる。

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。またセンサ出力が時間的にほぼ一定で
あることの検出は、実施例で示したものには限定されず
、センサ出力がほぼ一定であることを検出し得るもので
あれば任意のものを用い得る。

［発明の効果コ この発明では、ガス濃度の緩やかな増加ら検出すること
ができる。またガスの浄化能力の不充分な空調負荷等を
制御する場合にも、対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の特性図で、第１図（１）は煙濃度を現
す特性図、第１図（２）はガスセンサ出力を現す特性図
、第１図（３）は空気清浄機の動作を現す特性図である
。第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ実施例での基準出
力のサンプリングを現す特性図である。第３図は実施例
の回路図、第４図は実施例の動作フローチャートである
。 第５図は第２の実施例の特性図で、第５図（１）は煙濃
度を現す特性図、第５図（２）はガスセンサ出力を現す
特性図、第５図（３）は空気清浄機の動作を現す特性図
である。第６図、第７図はそれぞれ第２の実施例の特性
図、第８図は変形例の特性図である。第９図は第２の実
施例の回路図、第１０図は第２の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）ガスセンサ出力の相対的変化から、ガスを検出す
   るようにしたガス検出装置において、ガスセンサ出力が
   時間的にほぼ一定であることを検出するための手段と、 この手段からの信号発生時付近のセンサ出力を、基準出
   力として記憶するための手段と、 基準出力に対するセンサ出力の相対的変化からガスを検
   出するための手段とを設けたことを特徴とする、ガス検
   出装置。