JPH0288958A - ガスセンサ制御装置 - 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］ この発明はガスセンサ制御装置に関するもので、特に混
合ガス中の複数のガスの濃度を測定するガスセンサ制御
装置に関する。

［従来の技術］ ガスセンサ素子は素子の加熱温度によってガスの選択性
を持つことが知られている。第４図は成る素子について
の例を示すグラフである。第４図において横軸は該素子
の加熱温度、縦軸は該素子の示す抵抗値を示す。

第４図中ａ。は該素子が清浄空気に触れているときの該
素子の加熱温度と、該素子の示す抵抗値との関係を表わ
す曲線である。ａは同様にガスＡを成る濃度で含んでい
る空気についての曲線であり、ｂは同様にガスＢを上記
濃度と等しい濃度で含む空気についての曲線である。こ
のように空気中に成るガスが混入しているときそのガス
に触れているガスセンサ素子の示す抵抗値と、清浄空気
に対して該ガスセンサ素子の示す抵抗値との比をＲＧＡ
　ｓ　／ＲＡ　１ｇ抵抗比と呼ぶことにする。

第４図中素子加熱温度がＴＡに等しいとき、ガスＡの濃
度を変化させたときと、ガスＢの濃度を変化させたとき
の各々のガス濃度と該素子の示すＲＧＡｓ　／　Ｒ＾１
歎抵抗比との関係を示すのが第５図である。第５図の横
軸はガス濃度、縦軸ぼそのガス濃度のときのＲＧＡ　ｓ
　／ＲＡ　＋　＊抵抗比を表わす。

第５図中、参考のため清浄空気が示すべき曲線を示した
。この場合比は常に１である。第５図を参照して、ガス
Ｂの濃度が変化しても該センサの示すＲＧ　Ａ　ｓ　／
ＲＡ＋　ａ抵抗比はあまり変化しないが、ガスＡの濃度
が変化すると該素子の示すＲＧＡＳ／ＲＡＩＩＬ抵抗比
は大きく変化する。この事実を利用して、素子加熱温度
がＴＡに等しいとき、ガスＡの濃度を選択的に測定する
ことができる。第６図は第５図と同様で、素子加熱温度
がＴ８に笠しいときの各々のガス濃度と、該素子の示す
ＲＧＡ！／ＲＡＩ１１抵抗比の関係を示す図である。第
６図から、索Ｔ加熱昌度がＴらに等しいとき、ガスＢの
濃度を選択的に／１１１定することができる。

従来技術では成るガスの濃度を知るために、上述の５３
１丈を利用して、該ガスの濃度を知るに好適なガスセン
サ素子と該素子の加熱温度との組合わせを選んで構成し
たガスセンサ装置が使用されていた。第７図はその一例
である。第７図を参照して、従来のガスセンサ装置は、
ガス濃度検知部４０とガスセンサ素子加熱部４１と処理
制御部４３とを含む。ガス濃度検知部４０は直流電源に
接続された電源入力端子１と、接地２〕と、負荷抵抗３
と、ガスセンサ素子６とを含み、負荷抵抗３とガスセン
サ素子６とが、電源入力端子１と接Ｊ？！！２１との間
に直列に接続されている。ガスセンサ素子加熱部４１は
、電源入力端子２と、接地２２と、負荷抵抗４と、ガス
センサ素子加熱用のヒータ７とを含み、負荷抵抗４とヒ
ータ７とは、電源入力端子２と接地２２との間に直列に
接続されている。

処理制御部４３は演算／制御部１１とガスセンサ素子抵
抗検出入力端子１２とを含み、ガスセンサ素子抵抗検出
入力端子１２は、負６１１抵抗３とガスセンサ素子６と
の接点に接続されている。ヒータ７はガスセンサ索子６
を熱することができる位置に置かれ、ガスセンサ索子６
とともにガスセンサ５を形成する。

次に、第７図を参照して従来のガスセンサ装置の動作が
説明される。ガスセンサ素子６は測定対象となる混合ガ
スに接している。電源端子２と接地２２との間に印加さ
れた電圧により、ヒータ７がガスセンサ素子６を予め定
められた温度、たとえば第４図に示されたようにガスＡ
の濃度を検出するのに適した温度ＴＡに加熱している。

電源入力端子１と接地２１との間に印加された電圧と、
ガスセンサ素子６の示す抵抗値によって、接地２１とガ
スセンサ素子抵抗検出入力端子１２との間には電位差が
存在している。演算／制御部１１によりこの電位差から
、ガスセンサ索子６の示している抵抗値が算出され、第
５図に示されたようなガス濃度と抵抗値との対応関係を
利用してｉｌＰ＋定対象のガスの濃度が求められる。

上述のガスセンサ装置は、ヒータ７の加熱温度が一定な
ため、ＩＰＩｉ類のガスの濃度のみ知ることができる。

そのため混合ガス中の複数のガスの濃度を知るには、ガ
スセンサ素子６と、該ガスセンサ素子６の加熱温度の組
合わせを変えた複数のガスセンサ装置を使用し、各々の
ガスセンサ装置が別々のガス選択性を持つように（構成
される。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の技術では、混合ガス中の各ガスの濃度を知るため
には、複数のガスセンサを使用する必要があった。しか
しながら、上述の１１４成にした場合、その濃度を測定
しようとするガス成分の数だけ、ガスセンサおよびその
周辺回路を用意しなければならない。その結果、構成が
複雑で高コストとなり、さらに、ガスセンサおよびその
周辺回路を次数配置できるようにするためには装置の大
形化が避けられないという問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消するもので、簡単な構成
で複数ガスの濃度を１１−１定することが可能で、しか
もコストの増大を防ぎ、装置を小形化することがロエ能
なガスセンサ制御装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるガスセンサ制御装置は、ガスセンサ素
子を加熱するヒータの加熱温度を制御することにより上
記ガスセンサのガス選択性を変えるものである。

［作用］ ガスセンサ素子を加熱するヒータの加熱温度を制御し、
予め定めた８度Ｔ＾にする。Ｔ＾は上記ガスセンサ素子
がガスＡに対して選択性を示す温度である。このとき上
記ガスセンサ素子が示す抵抗値をａｌ定すれば、上記ガ
スＡの濃度が算出できる。

さらにガスセンサ素子の加熱温度を制御して、ｐめ定め
た他の温度Ｔ６にする。Ｔａは上記ガスセンサ素子がガ
スＢに対して選択性を示す温度である。このとき、上述
と同様にして上記ガスＢの濃度が算出できる。

このようにして、素子の加熱温度を制御することにより
、１つのガスセンサ素子で混合ガス中の複数のガスの濃
度をＡｌ１１定できる。

［実施例］ この発明の実施例を第１図、第２図および第３図を使用
して説明する。

第１図を参照して、この実施例のガスセンサ制御装置は
ガス濃度検知部４０と、ガスセンサ素子加熱部４１と電
圧切換部４２と処理制御部４３とを含む。ガス濃度検知
部４０は電源入力端子１と接地２１と、両者の間に直列
に接続された負荷抵抗３とガスセンサ６とを含む。ガス
センサ素子加熱部４１は、電源入力端子２と、接地２２
と、ヒータ７と、増幅器８とを含む。増幅器８の非反転
入力端子には抵抗４の一端が接続され、出力端子は分岐
して一方が反転入力端子に接続されてインピーダンス変
換のためのいわゆる電圧ホロワを形成している。ヒータ
７と電圧ホロワ　は電源入力端子２と接地２２との間に
直列接続されている。

電圧切換部４２はヒータ印加電圧切換用抵抗９．９′と
、ヒータ印加電圧切換用トランジスタ１０とからなる。

抵抗９は抵抗４の一端と接地２３の間に接続され、抵抗
９′とトランジスタ１０とは、抵抗４の一端と接地２３
との間に直列に接続されている。処理制御部４３は、演
算／制御部１１を含む。演算／制御部１１は抵抗３とガ
スセンサ索子６との接点にガスセンサ素子抵抗検出入力
端子１２を介して接続され、トランジスタ１０のベース
と、ヒータ電圧切換用信号出力端子１３を介して接続さ
れている。

次に第１図を参照して、この実施例にかかるガスセンサ
制御装置の動作が説明される。ガスセンサ素子６はａｌ
ｌ定対象となる混合ガスの雰囲気中にある。電源端子１
は直流電源に接続され、負荷抵抗３とガスセンサ素子６
の各々に電圧を印加している。電源端子１とは別の直流
電源に接続された電源入力端子２と接地２２．２３との
間に印加された電圧により、ガスセンサ素子加熱用ヒー
タ７が、ガスセンサ素子６を加熱する。このとき、演算
／制御部１１からヒータ電圧切換用信号出力端子１３を
介して与えられる制御信号により、ヒータ印加電圧切換
用トランジスタ１０は開放状態と短絡状態とに切換わる
。それによってヒータ印加電圧切換部４２の示す抵抗が
２８に切換えられ、それに伴なってガスセンサ素子加熱
用ヒータ１の両端にかかる電圧も２種に切換えられる。

負荷抵抗４、ヒータ７、ヒータ印加電圧切換用抵抗９．
９′は、ヒータ７の示す２種類の加熱温度がガスセンサ
素子６が１ｌｌｌ定対象とする２種のガスに対して選択
性を示す２つの温度と一致するように構成される。上述
の構成により、ガスセンサ素子６は、ｒめ定められた成
るガスについて、該ガスについて該ガスセンサ素子６が
選択性を示す温度のとき、該ガスの混合ガス中の濃度に
応じた抵抗値を示す。

さらに予め定められた他のガスについても、該ガスにつ
いて該ガスセンサ素子６が選択性を示す温度のとき、該
ガスの混合ガス中の濃度に応じた抵抗値を示す。演算／
制御部１１は、ガスセンサ素子抵抗検出入力端子１２を
介して上記ガスセンサ６と負荷抵抗３の接点の示す電位
をΔＦ１定し、上記ガスセンサ素子の示す抵抗値を算出
する。次にこの抵抗値と第４図、第５図、および第６図
に示されたような、ガスセンサ素子とガス濃度との対応
関係を用いて、２ａ類のガスの濃度を算出することがで
きる。

次に第２図、第３図を参照して他の実施例が説明される
。第２図を参照して、この実施例にかかるガスセンサ制
御装置はガス濃度検知部４０と、ガスセンサ素子加熱切
換部４４と処理制御部４３とを含む。ガス濃度検知部４
０は電源入力端子１と、接地２１と、負荷抵抗３と、ガ
スセンサ素子６とを含む。ガスセンサ素子６と負荷抵抗
３は端子１と接地２１との間に直列に接続されている。

ガスセンサ素子加熱切換部４４は電源入力端子２と、ヒ
ータ印加電圧断続用トランジスタ１４と、白金等の感温
抵抗体よりなるガスセンサ素子加熱用ヒータ７と、接地
２２とを含む。トランジスタ１４とヒータ７は端子２と
接地２２との間に直列に接続されている。処理制御部４
３は演算／制御部１１を含む。演算／制御部１１は負荷
抵抗３とガスセンサ索子６の接点と、ガスセンサ素子抵
抗検出入力端子１２を介して接続され、ヒータ印加電圧
断続用トランジスタ１４のベースと、ヒータ印加電圧切
換用信号出力端子１３を介して接続され、ヒータ７とト
ランジスタ１４の接点と、ヒータ抵抗検出入力端子１５
を介して接続されている。

次に第２図を参照してこの実施例の動作が説明される。

電源入力端子１は直流電源に接続され、負荷抵抗３、ガ
スセンサ索子６の各々に電圧を印加している。電源入力
端子２は電源入力端子１が接続されている直流電源とは
別の直流電源に接続されている。ヒータ電圧切換制御信
号出力端子１３からの信号に従って、ヒータ印加電圧断
続用トランジスタ１４は開放状態と短絡状態の２種の状
態をとる。第３図（ａ）はヒータ印加電圧断続用トラン
ジスタ１４の状態を開放と短絡とを切換えることを繰返
したときに、ガスセンサ加熱用ヒータ７の両端に加わる
電圧の様子を、横軸に時間をとって示したものである。

ヒータ印加電圧断続用トランジスタ１４が短絡状態のと
き、ガスセンサ素子加熱用ヒータ７は発熱し、上記トラ
ンジスタ１４が開放状態のとき、ヒータフの温度は低下
する。本実施例ではヒータ７に感温抵抗体として白金を
用いているので、第２図のヒータ抵抗検出入力端子１５
によって導出される上記ヒータ７の示す抵抗値は、上記
ヒータ７の温度に応じた値を示す。上記ヒータ７の温度
と上記ガスセンサ素子６の温度とは対応関係にある。し
たがって、上記ヒータフの示す抵抗値を測定することに
より、上記ガスセンサ素子６の温度が検出できる。この
様子が第３図（ｂ）、（ｃ）に示されている。第３図（
ｂ）の縦軸は上記ヒータ７の示す抵抗値（ＫΩ）を示し
、第３図（ｃ）の縦軸はガスセンサ索子６の温度（’Ｃ
）を表わしている。第３図（ｂ）縦軸Ｒ＾で示された値
は、ガスセンサ素子６の温度が第３図（Ｃ）の縦軸Ｔ、
で示された温度のときにヒータ７が承す抵抗値を表わす
。Ｒａも同様にガスセンサ素子６の温度がＴＢで示され
た温度のときにガスセンサ素子加熱用ヒータ７が示す抵
抗値を表わす。

すなわち、ヒータ７の示す抵抗値がＲＡのとき、ガスセ
ンサ素子６の温度がＴ＾になっていると考えられるから
、このときのガスセンサ素子６の示す抵抗値を実施例１
と同様に測定して、ガスＡの濃度が検知できる。ガスＢ
についても同様である。

実施例１では検出できるガスが２種のみだったが、実施
例２では多種類のガスについて、簡単な回路構成を用い
、回路構造を変えずに各々の濃度を検出できるところに
その特色がある。

なお上記実施例では感温抵抗体として白金を用いている
が、該抵抗体の温度と、該抵抗体の示す抵抗値との間に
１対１の対応のある物質であって、ヒータとして用いる
ことが可能な物質であれば同様の効果を奏することは言
うまでもない。また、ガスセンサ素子の種類と素子加熱
温度の設定を様々に設定することにより、多様なガス、
を検出することが可能になることも言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ガスセンサ制御装置は
温度によってガス選択性の異なるガスセンサ素子と、上
記ガスセンサ素子の抵抗値の検出手段と、センサ加熱手
段と、センサ加熱温度を制御する手段とを含む。そのた
め、ガスセンサ素子のガス選択性を加熱により変化させ
ることによって、１ガスセンサ素子で複数のガスの濃度
が可能となる。そのため、従来の技術に比べ簡単な構成
でしかも低コストでより小形なガスセンサ制御装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
第２図はこの発明の他の実施例を示すブロック図であり
、第３図は上記第２図の実施例中のヒータ印加電圧と、
感温抵抗体の抵抗値と、ガスセンサ素子の加熱温度との
関係を示すグラフであり、第４図は素子加熱温度によっ
てガス選択性を持つガスセンサ素子の特性を表わすグラ
フであり、第５図、第６図は各々ガスＡに対して選択性
を示すガスセンサ、およびガスＢに対して選択性を示す
ガスセンサの特性を示したグラフであり、第７図は従来
のガスセンサの動作を示すブロック図である。 図において、５はガスセンサ、６はガスセンサ素子、７
はガスセンサ素子加熱用ヒータ、９．９′はヒータ印加
電圧切換用抵抗、１０はヒータ印加電圧切換用トランジ
スタ、１１は演算／制御部、１２はガスセンサ素子抵抗
検出入力端子、１３はヒータ印加電圧切換制御信号出力
端子、１４はヒータ印加電圧断続用トランジスタ、１５
はヒータ抵抗検出入力端子を示す。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２図 第３図 常出入力場子 Ｒ８：が文シブ章子Ａ’４ｔｔ＝ゴ１４吟　と−２☆く
ホ１緘−Ｌ第５図 第７ｉ図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料ガスの濃度を検出するためのガスセンサ制御
   装置であって、 前記試料ガスの通路に設けられるガスセンサ素子と、 前記ガスセンサ素子は温度によってその特性が変化し、
   かつその変化の態様が前記試料ガスによって異なり、 前記ガスセンサ素子のセンサ出力を導出する手段と、 前記ガスセンサ素子に作動的に結合され、前記ガスセン
   サ素子の温度を所定値にもたらすガスセンサ素子温度発
   生手段と、 前記ガスセンサ素子温度発生手段の発生温度を制御する
   ための発生温度制御手段とを含むガスセンサ制御装置。