JPH02304342A - ガスセンサの温度補償装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、酸化金属を使用し、温度変化に対して出力の
変化が大きく、かつ内部抵抗のばらつきの大きいガスセ
ンサの温度補償装置に関するものである。

従来の技術 従来の空気清浄機などに用いられるガスセンサのこの種
の温度補償回路について、図面を参照しながら説明する
。第１０図において、１はガスセンサで、このガスセン
サ１の内部抵抗１ｂに直列にボリューム２と抵抗３が接
続されている。４は抵抗３に並列に接続されたサーミス
タで、これら抵抗２．３とサーミスタ４によって分圧さ
れたガスセンサ出力Ｓｏは制御回路５に入力されている
。

第１１図においては、ガスセンサ１０の内部抵抗１０ｂ
に抵抗１１とコンデンサ１２が直列に接続され、コンデ
ンサ１２は内部抵抗１０ｂと抵抗１１を通して充電され
、コンデンサ１２の電位が所定値に達した時点で放電さ
せる放電回路１３と、充電電流を分流するサーミスタ１
４がコンデンサ１２に並列に接続され、充放電の回数を
測定するカウンタ回路１５およびその回数に応じて機体
を制御する制御回路１６が接続されている。

発明が解決しようとする課題 しかしこれら従来の技術においては、ガスセンサの内部
抵抗が温度によって変化した値そのものをサーミスタの
抵抗値が変化する分で補おうとするものである。この方
法は所定環境におけるガスセンサの内部抵抗値のばらつ
き（固体差）が比較的狭い範囲に限定できる場合は、有
効であるが、ガスセンサの内部抵抗値のばらつきは大き
く、通常の使用には適さない、ガスセンサの内部抵抗は
所定環境下において１０にΩ〜２００にΩ程度の大きな
巾を有しているのが一般的であり、温度による内部抵抗
の変化は定量的なものでなく、定率的な変化と考えなけ
ればならない、すなわち１ｏｃｋΩの内部抵抗に合わせ
て設定したサーミスタを利用すれば、５０にΩ、２００
にΩの内部抵抗を有したガスセンサではそれぞれ過補正
、補正不足という現象が明らかに発生するのである。

ここから、これら・内部抵抗のばらつき巾が大きいガス
センサに対して、適正な補償を行うという課題が発生す
る。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、内部抵抗の
ばらつきの大きいガスセンサを同一のサーミスタで補償
するようにしたガスセンサの温度補償装置を提供するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記従来からの課題を解決するために、本発明は、ガス
センサの内部抵抗を通して充電されるコンデンサの電圧
が一定の値に達した時点で速やかに放電させる放電回路
を設け、所定時間内での充放電回数を計測し、その変化
に応じて機体の運転を制御するものにあって、前記所定
時間をサーミスタなどにより、高温時ほど短くするよう
に構成したものである。

さらに、本発明は、ガスセンサの内部抵抗を通して充電
されるコンデンサの電圧が所定の値に達した時点で速や
かに放電させる放電回路を設け、−足時間内での充放電
回数を計測し、その変化に応じて機体の運転を制御する
ものにあって、前記所定電圧値をサーミスタなどにより
高温時ほど大きくするように構成したものである。

さらに１本発明は、ガスセンサの出力と、サーミスタな
どを用いた温度検知回路の出力を、別々にマイクロコン
ピュータのＡ／Ｄ入力端子に入力し、温度検知回路の出
力変化に応じて、ガスセンサからの入力を一定の比率で
補正するように構成したものである。

さらに、°本発明は、ガスセンサの内部抵抗に直列に接
続した可変抵抗から出力するガスセンサ出力と、サーミ
スタを接続した回路網から出力する温度に対応した出力
を、入力インピーダンスの高い差分出力回路に入力し、
差分出力回路の出力をガス濃度に対応した出力として扱
い、この出力の変化値が所定温度で所定ガス濃度差にお
いて一定値を示すように前記可変抵抗を！５１整するよ
う構成したものである。

さらに、本発明は、ガスセンサの内部抵抗に直列に接続
した抵抗に発生する電位を、入力インピーダンスが高く
出力インピーダンスが低いバッファ回路に入力し、その
出力を所定のインピーダンスにより分割した後にサーミ
スタを含んだ回路網によって温度補償を行うように構成
したものである。

作用 上記構成により、巾の広い周波数帯で検出できるガスセ
ンサ出力の周波数変換回路において、所定時間内での充
放電回数を出力周波数としたとき、前記所定時間を、温
度が上昇しガスセンサの内部抵抗が減少した場合に短く
することにより、ガスセンサの内部抵抗値によらず、定
率的に出力周波数として補正し、一定の値とすることが
できる。

また、一定時間内での充放電回数をガスセンサの出力周
波数としたとき、充電から放電に到る場合のスレッシュ
ホールド電圧を、温度が高くなってガスセンサの内部抵
抗が減少した場合に高くすれば、ガスセンサの内部抵抗
値のばらつきによらず、相対的に温度変化に対する出力
周波数をそれぞれのガスセンサに対して一定に保つこと
ができる。

また、マイクロコンピュータの入力端子は一般的に数Ｍ
Ωレベルの高インピーダンスとすることが容易であり、
ガスセンサの出力と、サーミスタを接続した温度検出回
路網からの温度に対応した出力を、それぞれ別に設けた
マイクロコンピュータの入力端子に入力し、温度に対応
した入力の変化に応じて、ガスセンサからの入力を定率
的に補正することにより、ガスセンサの内部抵抗値に影
響されず、それぞれのガスセンサに対して適切な温度補
償を行うことができる。

また、ガスセンサの内部抵抗を含むガスセンサ回路網の
出力インピーダンスおよびサーミスタを含む温度に対応
した出力を与える回路網の出力インピーダンスに対して
十分高い入力インピーダンスを有する差分出力回路に前
記２つの回路網出力を入力し、差分出力回路の出力をも
ってガス濃度に対応した出力とし、所定温度で、所定ガ
ス濃度差を与えた場合の差分出力回路の出力変化値を一
定とするようにガスセンサ回路網を調整すれば。

ガスセンサの内部抵抗に関係なく、差分出力回路出力の
ガス濃度変化に対する変化値は一定となり、定量的にサ
ーミスタによる温度補正が加わってもよく、差分出力回
路出力の変化量に応じた運転を行えば適正な温度補償効
果が得られる。

さらに、ガスセンサを含む回路の出力をバッファ回路を
通してインピーダンス変換すれば、ガスセンサの内部抵
抗値によらず、バッファ回路の出力によって決まるイン
ピーダンスを有した出力値が得られ、その出力を抵抗と
サーミスタによる回路網によって分割し、ガスセンサ出
力として処理することによりサーミスタを定抵抗に対し
て作用させた状態とすることができる。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の空気清浄機用のガスセンサ
の温度補償装置の回路図である。第１図において、ガス
センサ２１はヒータ２１ａと内部抵抗２１ｂによって構
成され、コンデンサ２２は内部抵抗２１ｂと抵抗２３に
よって充電され、コンデンサ２２の充電電圧Ｖｄが設定
値ｖｔｅｔ。に達した時点で、抵抗２３は十分に小さい
抵抗値を介して放電回路２４により放電され、放電後、
再び充電されることを繰返えす、このときのＶｊ波形は
第２図のようになる。この充放電の回数はカウンタ回路
２５で第３図に示すカウンタゲートＯＮ時の量計数され
、その数値は制御回路２６に取り込まれ、変化に応じて
機体を運転する。サーミスタ２７はカウンタ回路２５に
接続され、温度が高くなるほどゲートＯＮ時間Ｔを短く
するように動作する。

第２図、第３図において、同一ガス濃度雰囲気中におい
て、ある温度条件下でのガスセンサ２１の内部抵抗２１
ｂの値をγ０とし、このときのコンデンサ２２の充放電
周期をτ＾とすれば、カウンタゲートがＯＮされている
時ＮＪＴａ間の充放電回数を５回とする０次に温度が上
昇して内部抵抗２１ｂの値がγｏｘαに変化した場合、
α〈１であるため、充放電周期τＢくτ＾となる。ここ
でカウンタゲートの０８時間をＴＢ＜ＴＡとし、この間
の充放電回数が５回となるようにして温度変化を補正し
ている。ガスセンサ２１の内部抵抗２１ｂにより、充放
電周期や回数に差があっても、この補正は定率的に作用
するため、同レベルの効果を有する。

第４図において、ガスセンサ２１．コンデンサ２２゜抵
抗２３は第１図と同様に作用する。放電回路２８は、サ
ーミスタ２９の値によって変化する基準電圧Ｖｒ’ｅｆ
にコンデンサ２２の充電電圧ｖｃが達した時点で、コン
デンサ２２を抵抗２３より十分に小さい抵抗を介して放
電する。この充放電の回数をゲートトリガＯＮの時間１
０間計数するカウンタ回路３０と、このカウンタ回路３
０出力の変化に応じて機体を運転する制御回路３１を有
している。

第５図および第６図において、ガスセンサ２１の内部抵
抗２１ｂがγ。のとき、コンデンサ２２の充放１２！ｆ
ｆｉ圧Ｖ（は第５図のようになり、カウンタゲートがＯ
ＮＬ、ているＴｏの間の充放電はスレッシュホールド電
圧がＶｒｅｒ＾であり、５回となる。内部抵抗２１ｂの
値がαＸ１０でαく１のとき、コンデンサ２２の充電時
定数は小さくなるが、サーミスタ２９の抵抗値変化に対
応してスレッシュホールド電圧をＶｔ’Ｅｌ＃Ｂに上昇
させれば、Ｔｏ間の充放電回数を同一とすることができ
、ガスセンサ２１の内部抵抗２１ｂのばらつきに関係な
く定率の温度補償が行なえるものである。

第７図において、ガスセンサ３２のヒータは３２ａ、内
部抵抗は３２ｂであり、内部抵抗３２ｂに直列に接続し
た抵抗３３と可変抵抗３４の接続点の電位ｖ１と、サー
ミスタ３５と直列および並列に接続した抵抗３６〜３８
によって構成したサーミスタ回路網の出力■、をそれぞ
れマイクロコンピュータ３９の高インピーダンス入力端
子ＡＤ工とＡＤ、に入力している。

ここで、マイクロコンピュータ３９はサーミスタ回路網
からの入力ｖ２の値に応じてガスセンサ２１からの入力
Ｖ１を定率のテーブルによって補正するようにしており
、ガスセンサ２１からの入力Ｖ□の変化量または変化率
に応じて機体の運転を制御すれば、ガスセンサ２１から
の入力Ｖ工とサーミスタ回路網からの入力Ｖ□はそれぞ
れ独立した信号として機能し、内部抵抗３２ｂの値のば
らつきに関係なく、温度補償が行える。

第８図において、ガスセンサ３２および抵抗３３゜可変
抵抗３４の接続は第７図と同じであり、可変抵抗３４の
電圧ｖ３は、抵抗４０を介してオペアンプ４１に入力さ
れている。サーミスタ４２は抵抗４３〜４５によって回
路網を構成し、出力Ｖ、は抵抗４６を介してオペアンプ
４１に入力されている。ここで、抵抗４６．４ｇ、４０
．４７の抵抗値をそれぞれＲ，ｔ　Ｒｓ、Ｒ，。

Ｒ４とすると、オペアンプ４１の出力ｖ　ｏｕｔは、Ｒ
１＝Ｒ，であって抵抗４４，４５，３３．３４の値より
十分太きとなる。ここで、所定温度条件におけるガス濃
度の変化量に対してのＶｏｕτの上昇値が一定となるよ
う可変抵抗３４を調整し、■、の湿度変化による変動と
Ｖ、の温度変化による変動とが等しくなるようサーミス
タの回路網定数を選定すれば、ガスセンサ３２の内部抵
抗３２ｂの値に関係なく、■、という電圧の変化に対し
て温度補正の行えるインピーダンス変換回路を含んだ温
度補償回路とすることができる。

第９図において２ガスセンサ３２、抵抗３３、可変抵抗
３４の構成は第７図と同じである。この回路の出力をＶ
、とし、インピーダンス変換用にオペアンプ４９で構成
したバッファ回路に入力している。

オペアンプ４９の出力電圧Ｖ、は抵抗５０，５１，５２
とサーミスタ５３からなる回路網によって分圧されてお
り、出力電圧ｖ７を制御回路に与えている。ここで、バ
ッファ回路は本来理想的には無限小の出力インピーダン
スを有するものであるが、抵抗５０゜５１．５２、サー
ミスタ５３の値を適切に選択すれば実際的にも同様の効
果を得ることができ、電圧Ｖ。

は、後段のインピーダンスによらず、一定の値を保持す
ることができる。逆に言えば、サーミスタ５３などの値
による補正は、ガスセンサ３２の内部抵抗３２ｂの値に
関係なく、電圧Ｖ−こ対する分圧出力ｖ７に加えられる
ものとなる。ここで、所定温度でのガス濃度差に対する
出力ｖ７の変化量が一定となるよう可変抵抗３４を調整
すれば、サーミスタ５３による補正は、電圧ｖ７の絶対
値による効果の差はあるが、ガスセンサ３２の内部抵抗
３２ｂのばらつきによる効果の差に比べて、非常に小さ
な差に縮少されたばらつきを有した温度補償ができる。

発明の効果 以上のように２本発明によれば、ガス濃度の変化を内部
抵抗値の変化として出力するガスセンサを用いた回路で
、ガス濃度に応じて変化する出力値の変化に応じて機体
の制御を行うものにおいて、ガス濃度に応じて出力され
る出力信号を、温度の変化に応じて一定の比率で温度補
正を加えることによって、ガスセンサの内部抵抗の個体
間のばらつきに関係なく、−率に同様の補償効果を得る
ことができるものである。また、ガスセンサからの信号
をインピーダンス変換し、ガスセンサの内部抵抗と直接
にインピーダンスの結合を持たない位置に設けたサーミ
スタにより、温度補正をすることにより、内部抵抗のば
らつきによる温度補正の大巾な歪を解消できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による空気清浄機用ガスセン
サの温度補償装置の回路ブロック図、第２図および第３
図はその動作を説明するためのグラフ、第４図は本発明
の他の実施例による回路ブロック図、第５図および第６
図はその動作を説明するためのグラフ、第７図〜第９図
はそれぞれさらに他の実施例による回路図、第１０図お
よび第１１図は従来の空気清浄機用ガスセンサの温度補
償回路の例を示す回路図である。 ２１．３２・・・ガスセンサ、２１ａ、３２ａ・・・ガ
スセンサのヒータ、２１ｂ、３２ｂ・・・ガスセンサの
内部抵抗、２７．２９，３５，４２．５３・・・サーミ
スタ。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 Ｄ＾ 第２図 第３図 第４図 Ｏｒ− 第５図 第６図　　　′ 第７図 ｃ ４？・・・オヤアンプ ダ３・−ゴーＳスフ ”ＣＮ 〜？−％−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化金属を使用したガスセンサの内部抵抗（以後内
   部抵抗という）を介して充電されるコンデンサと、この
   コンデンサの充電電圧が一定の値に達した時点で放電さ
   せる放電回路を有し、所定時間内に繰返えされる前記コ
   ンデンサの充放電回数を計測して前記内部抵抗の変化を
   検出するガス濃度検出回路であって、前記所定時間を、
   サーミスタなどにより、高温時ほど短くしたガスセンサ
   の温度補償装置。 ２、酸化金属を使用したガスセンサの内部抵抗を介して
   充電されるコンデンサと、このコンデンサの充電電圧が
   所定の値に達した時点で放電させる放電回路を有し、一
   定時間内に繰返えされる前記コンデンサの充放電回数を
   計測して前記内部抵抗の変化を検出するガス濃度検出回
   路であって、前記所定電圧を、サーミスタなどにより、
   高温時ほど大きくしたガスセンサの温度補償装置。 ３、酸化金属を使用したガスセンサの内部抵抗と直列に
   接続した抵抗の両端電位差をガスセンサ出力として入力
   されるＡ／Ｄ入力端子と、サーミスタと抵抗により定電
   圧を分割した電位差を温度出力として入力される他のＡ
   ／Ｄ入力端子とを有するマイクロコンピュータを設け、
   温度出力の変化に応じて、ガスセンサ出力を一定比率で
   補正するように構成したガスセンサの温度補償装置。 ４、酸化金属を使用したガスセンサの内部抵抗と直列に
   接続した可変抵抗の両端に発生する電位差と、サーミス
   タと抵抗で定電圧を分割した電位差を入力する高インピ
   ーダンスを有する差分出力回路を設け、この差分出力回
   路の出力をガス濃度出力とし、所定温度で所定ガス濃度
   差におけるガス濃度出力の変化が一定値となるように前
   記可変抵抗を調整したガスセンサの温度補償装置。 ５、酸化金属を使用したガスセンサと直列に接続した抵
   抗の両端に発生する電位差をインピーダンス変換する、
   入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスの低い
   バッファ回路を設け、前記バッファ回路の出力を複数の
   直列抵抗と、この直列抵抗の一つに並列に接続したサー
   ミスタとによって分圧し、分圧点の電位をガス濃度に応
   じたガスセンサ出力としたガスセンサの温度補償装置。