JPH0151773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ある種の気体または蒸気（以下、ガ
スという。）の漏洩等を検出するガス検出装置に
関する。

一般に用いられているガス検出装置には、種々
のガスセンサが用いられている。例えば、ガスに
反応して抵抗値が変化するガスセンサとして代表
的なものに酸化物半導体ガスセンサがあり、電流
が変化するものとして陽イオン放出形センサ（ハ
ロゲンダイオードともいわれる。）がある。また、
起電力が変化するものとしてジルコニア式酸素セ
ンサなどがある。なお、これらのセンサ自体によ
つて生じる信号の電力は微小であるため増幅器と
併用されることは周知の通りである。

これらのガスセンサを用いて警報を発しうるよ
うにしたガス検出回路の例を第１図〜第３図に示
す。第１図はガスセンサとして抵抗値が変化する
ものを用いた例である。第１図において、ガスセ
ンサ１には分圧抵抗７が直列接続されており、こ
のガスセンサ１と分圧抵抗７に電源３から所定の
電圧が印加され、印加電圧はガスセンサ１と分圧
抵抗７により分圧される。分圧電圧はトランジス
タ（ＮチヤネルFET）５のゲートに与えられる。

いま、例えば被試験物（図示せず。）からの漏
洩ガスにガスセンサ１が反応したとすると、ガス
センサ１の抵抗値は低下する。するとガスセンサ
１と分圧抵抗７との接続点電位は上昇し、したが
つてトランジスタ５のゲート電位が上昇する。こ
の上昇したゲート電位とソース電位（可変抵抗２
のワイパーの電位）との電位差がトランジスタ５
のピンチオフ電圧より高くなると、トランジスタ
（PNP）６のベースがバイアスされてトランジス
タ６は導通する。トランジスタ６の導通により、
そのコレクタに直列に挿入されたブザー４にコレ
クタ電流が流れてブザー４が鳴る。可変抵抗２は
検知すべきガス漏洩量に相当する基準電圧を設定
するためのものである。８はトランジスタ５の負
荷抵抗である。

第２図はガスセンサ９としてガスに反応して電
流が変化するものを用いた場合のガス検出装置の
例である。第１図と異なる所は、ガスセンサ９自
体であり、かつその電流変化分を取出すための抵
抗１０を用いて検出信号をトランジスタ５のゲー
トに与えている点であり、その他は同様なので説
明を省略する。

第３図はガスセンサ１１として起電力が変化す
るものを用いた場合の例である。第１図又は第２
図と異なる部分は、ガスセンサ１１自体のみであ
り、その他は同じである。

このように、ガス検出装置はガスセンサのガス
との反応に基づく物理的特性の変化により生ずる
電圧変化を利用してガスの存在を検出するのであ
るが、かかる従来のガス検出装置の欠点としてガ
スセンサの温度ドリフト等がある。

すなわち、一般に現在あるガスセンサの多くは
外部の条件（例えば、周囲温度）の変化によつて
ガスが存在しなくても、例えば第１図の場合、抵
抗値が変化し、また一旦ガスに反応すると元の抵
抗値に復帰しないなど、特性の変動ないしは変化
を生じてしまう場合があるという欠点を有してい
る。従来では、かかる不具合を可変抵抗２による
調整にて補償するものであつた。つまり、抵抗値
が変化するといつても一定のガス量に対する抵抗
値の変化幅は変らないので可変抵抗２の調整によ
り補償することはできる。

しかしながら、かかる調整作業は煩雑なもので
あり、また、調整は微妙であるため難しい。特に
検知すべき漏洩量が小さい場合には、トランジス
タ５のソース電圧を上げ過ぎると実際に漏洩があ
るにもかかわらずブザー４が働かなかつたり、ソ
ース電圧が低過ぎると誤動作によりブザー４が鳴
つてしまうというような不都合が生じてしまう。
このことは、第１図の場合に限らず、第２図、第
３図の場合も同様である。

そこで本発明は、真に漏洩ガスの場合にのみ警
報を発することができ、また調整を必要としない
ガス検出装置を提供することを目的とする。

本発明の主な特徴は、ガスセンサのガスに対す
る反応速度がガス以外の原因による影響を受けて
示す反応よりも速く、かつ大きいものであるとい
う点に着目し、その反応速度に対応する時間より
も大なる時定数の積分回路を利用して上記目的を
達成した点にある。

以下、本発明を図示する実施例に基づいて詳述
する。第４図に本発明によるガス検出装置の一実
施例を示す。

＜構成＞ 電源２９の正側信号線＋Ｖにはガスセンサ２３
と分圧抵抗２４が直列に接続され、抵抗２４の他
端は後述する積分回路のオペアンプ２２の出力端
に接続されている。正側信号線＋Ｖと負側信号線
Ｅ間に跨つて直列に接続された抵抗１４，１５，
１６は基準電圧発生回路を構成する。すなわち、
抵抗１４と１５の接続点Ａは高基準電圧V_Aを生
じ、抵抗１５と１６との接続点Ｂは低基準電圧
V_Bを発生することになる。この高基準電圧V_Aは
第１比較演算器１２の反転入力端子に与えら
れ、低基準電圧V_Bは第２比較演算器１３の反転
入力端子に与えられる。一方、各比較演算器１
２，１３の非反転入力端子にはガスセンサ２３
と分圧抵抗２４との接続点Ｃからの検出電圧V_C
が入力される。

第１比較演算器１２の出力信号は抵抗３２を介
してトランジスタ（NPN）１８のベースに与え
られるとともに、抵抗３０を介してトランジスタ
（NPN）２６のベースにも与えられる。トランジ
スタ１８はベースに正電圧が与えられると導通
し、コレクタに接続されたブザー１７にコレクタ
電流を流してブザーを鳴らす。またトランジスタ
２６はベースに正電圧が与えられると導通し、コ
レクタに接続された警報表示用LED２８を点灯
させる。したがつて、ブザー１７と警報表示用
LED２８とは同一条件にて動作する。

第２比較器１３の出力信号は抵抗３１を介して
トランジスタ（PNP）２５のゲートに与えられ
る。トランジスタ２５はゲートに負電圧が与えら
れたとき導通してコレクタに接続された状態表示
用LED２７を点灯させる。

また、第１比較器１２の出力信号は抵抗１９お
よびダイオード３３を介してオペアンプ２２の反
転入力端子に与えられ、第２比較増幅器１３の
出力信号は抵抗２０およびダイオード３４を介し
てオペアンプ２２の非反転入力端子に与えられ
る。これらの第１および第２比較器１２，１３
と、抵抗１９，２０と、ダイオード３３，３４と
フイードバツクコンデンサ２１とにより積分回路
が構成されており、フイードバツクコンデンサ２
１によつて決まる所定の時定数を有している。所
定の時定数は、後述するように、ガスセンサ２３
がガスを検知したときに生じる抵抗の変化率に対
応する時間よりも長い時間に設定される。オペア
ンプ２２の出力端は分圧抵抗２４の他端に接続さ
れており、したがつてＣ点の電位V_Cは積分回路
の時定数の後、オペアンプ２２の出力電圧に影響
されることになる。

＜動作＞ 次に動作を説明する。いま、ガスセンサ２３が
ガスに反応し、その抵抗値が低下したとする。こ
こで、積分回路の時定数が充分に大きく設定され
ていることによりオペアンプ２２の出力はすぐに
は変化しないので、ガスセンサ２３の抵抗値の低
下によりＣ点の電位V_Cは上昇する。すると、第
１比較演算器１２出力は電位となり、その結果
トランジスタ１８が導通するのでブザー１７が鳴
り、かつトランジスタ２６が導通するので警報表
示用LED２８が点灯する。このブザー１７の鳴
りと警報表示用LED２８の点灯により、漏洩ガ
スの存在を知ることができる。

一方、Ｃ点電位の上昇は第２比較演算器１３の
非反転入力にも入力され、その出力は電位と
なるが、トランジスタ２５が導通しないので状態
表示用LED２７は点灯しない。

さらに、第１比較演算器１２の出力信号により
抵抗１９およびダイオード３３を通じてオペアン
プ２２に電流が流れ込む。この電流の流入によつ
てオペアンプ２２の出力電圧はその時定数に従つ
て徐々に低下し、したがつてＣ点電位V_Cも徐々
に低下する。Ｃ点の電位V_CがＡ点の電位V_Aより
も低くなると、第１比較演算器１２の出力信号は
となり、その結果ブザー１７は停止、警報表示
用LED２８は消灯する。また、第１比較演算器
１２の出力信号がになつたことにより、オペア
ンプ２２への入力電流は零となる。この状態でオ
ペアンプ２２の出力電圧はホールドされる。

一方、Ｃ点電位V_Cが低下してもＢ点電位V_Bと
の関係で第２比較器１３の出力信号は依然として
であるため、状態表示用LED２７は消灯状態
を続ける。すなわち、Ｂ点電位V_Bは抵抗１５に
よりＡ点電位V_Aより低く設定されており、V_Bと
V_Aとの電位差はガスセンサ２３の温度ドリフト
等のガス反応以外の原因によつて生じる変動に対
応する電圧以上の値に設定されている。

したがつて、ガスセンサ２３の抵抗値が一定
か、またはV_AとV_B間の電位差内の抵抗値変動で
あれば、ブザー１７は鳴ることはなく、かつ両
LED２７，２８は消灯したままである。

次にガスセンサ２３の抵抗値が増加してＡ点電
位V_AよりＣ点電位V_Cが低下した場合には、第１
比較演算器１２の出力信号はとなり、ブザー１
７は停止、警報表示用LED２８は消灯状態を保
持する。一方、第２比較演算器１３の出力信号も
となるが、トランジスタ２５はPNP型であり、
したがつて導通するので状態表示用LED２７は
点灯する。このことは、第１図の回路においてト
ランジスタ５のソース電位を上げ過ぎたことに相
当する。そして、このときたとえガスセンサ２３
がガスに反応したとしても回路はそれに応じた動
作をし得ないことを意味する。このLED２７の
点灯により上記の注意を促すことができる。

この状態では、ダイオード３４、抵抗器２０を
介してオペアンプ２２から電流が流れ出し、オペ
アンプ２２の出力電圧値が上昇する。その結果、
Ｃ点電位V_Cが上昇し、Ｃ点電位V_CがＢ点電位V_B
を越えると、第２比較演算器１３の出力信号は
となり、状態表示用LED２７は消灯する。この
とき、第１比較演算器１２の出力信号はであ
り、ブザー１７は停止、警報表示用LED２８も
消灯したままである。この状態にてオペアンプ２
２に対する入力電流は零であり、そのときの出力
信号のまま保持され、ガスセンサ２３の抵抗値が
変化しない限り、この状態は継続される。この状
態は第１比較演算器１２と第２比較演算器１３と
がバランスしていることを意味し、漏洩検査の開
始可能であることを示す。

次に、実際の検出態様を第５図ａ，ｂに示す。
いま、被検査物３５内に被検出ガス３６が充填さ
れているものとし、図示するように穴があいてい
るものとする。ガスセンサ２３を接近させて図示
する矢印の方向に走査することにより（ａ図）、
ｂ図に示すような検出信号が得られる。つまり、
ガス濃度の高い所ではガスセンサ２３の抵抗値は
低下する。したがつて、ガスセンサ２３の走査に
より、まず、最初の漏洩個所に接近すると、ブザ
ー１７が鳴るとともに警報表示用LED２８が点
灯するので漏洩が確実にわかる。次に、漏洩位置
より離れると、ブザー１７が停止、LED２８は
消灯する。この状態でバランスし、次の検査開始
が可能となる。以下同様にして走査して検出作業
を続行すればよい。

以上のように、本発明によるガス検出器は、単
一の電源で動作する安価なクオード演算増幅器１
ケで構成することができ、安価でかつ小形化でき
る。また比較用基準電圧も抵抗器のみで構成して
あるため安価に製作しうる。

＜変形例＞ 以上の説明では、ガスセンサとしてガス反応に
より抵抗値が変化するものを用いた場合のガス検
出装置の例について説明したが、その他のガスセ
ンサ、例えばガス反応により電流が変化するもの
４２（第６図）、または起電力が変化するもの４
０（第７図）であつても本発明の適用は可能であ
る。その場合には必要に応じてガスセンサ４２，
４０は当然のこととして回路定数等を適宜変換す
ればよい。４１は分圧抵抗である。その他は第４
図と同様なので説明は省略する。

また、第４図の実施例では警報表示、状態表示
を単体のLEDの点滅により行うものとしたが、
これを第８図に示すように７セグメントのLED
表示器５０により文字表示とすることも可能であ
る。この回路（第８図）によれば、漏洩検出状態
をＬ、バランス状態をｂ、検査不可能状態をｈと
表現することができる。なお、４７，４８，４９
はドライブ用トランジスタ、４３〜４６，５１〜
５５はそれぞれ抵抗を示している。

さらに、基準電圧発生回路は抵抗器１４〜１６
により構成したが、これをツエナーダイオードあ
るいは分圧抵抗との組み合せにより構成すること
も可能である。

＜効果＞ 以上の通り、本発明によれば、ガスとの反応に
基づくガスセンサの端子電圧変化以外の変化に対
しては、警報表示等の出力を生じることがなく、
従来のようにその都度再調整を行うといつたこと
がなくなり、確実な検出とともに調整の手間を省
くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は抵抗値変化形のガスセンサを用いた従
来のガス検出装置の回路図、第２図は電流変化形
のガスセンサを用いた従来のガス検出装置の回路
図、第３図は起動変化形のガスセンサを用いた従
来のガス検出装置の回路図、第４図は本発明によ
るガス検出装置の一実施例を示す回路図、第５図
ａ，ｂは漏洩ガス検出方法の一例とその場合のガ
スセンサ出力状態を示す説明図、第６図、第７
図、第８図は他の実施例を示す回路図である。 １２……第１比較演算器、１３……第２比較演
算器、１４，１５，１６……基準電圧発生用抵
抗、１９，２０……抵抗、２２……オペアンプ、
２３，４０，４２……ガスセンサ、３３，３４…
…ダイオード。

【特許請求の範囲】

１ オゾンの還元電流が得られる電圧を供給する
定電圧回路およびオゾンの還元電流測定回路と、
酸素の還元電流が得られる電圧を供給する定電圧
回路および酸素の還元電流測定回路と、これらの
回路を選択的に検出電極および対極に接続する切
換スイツチからなり、測定時には検出電極および
対極がオゾンの還元電流が得られる定電圧回路お
よびオゾンの還元電流測定回路と接続され、校正
時には検出電極および対極が酸素の還元電流が得
られる定電圧回路および酸素の還元電流測定回路
と接続されるようにして校正溶液または校正ガス
で校正することを特徴とする溶存オゾン濃度測定
装置。 ２ 校正溶液として溶存オゾンの存在しない亜硫
酸ナトリウム溶液と飽和溶存酸素溶液を使用して
校正するようにした特許請求の範囲第１項記載の
溶存オゾン濃度測定装置。 ３ 校正ガスとして大気中の酸素を測定して校正
するようにした特許請求の範囲第１項記載の溶存
オゾン濃度測定装置。