JPH0290051A - 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１ この発明はガスの検出に関し、特にガスセンサや付帯回
路の異常の検出に関する。

［従来技術１ ガス検出装置に関する問題の１つとして、ガスセンサや
付帯回路の故障を検出することがある。

セ／すや付帯回路の故障を検出することは、ガス検出装
置の信頼性を高める上で重要である。検出装置の故障と
しては、ガスセンサのヒータの断線が最も多く、これ以
外にガス検出部の破損や（例えばクラックの発生）、ガ
ス検出部の電極のり一ド線の溶接不良、あるいは付帯回
路の配線不良等がある。

これに関する提案の１つに、特公昭５１−４５゜８１０
号公報のものがある。この装置では、ガスセンサのヒー
タ電流を監視し、ヒータ電流が異常に減少したことがら
ヒータの断線を検出する。しかしこの装置では、ヒータ
断線以外の故障は検出できない。これに類似のものとし
て、ガスセンサの出力が異常に低下したことから故障を
検出するものが有る。しかしこの手法にも問題がある。

ヒータが断線した場合、ガス検出部に付着した吸着水等
により、検出部に表面伝導が生じることがある。吸着水
による表面伝導が生じると、ヒータが断線している場合
でも、検出できないことがある。

また付帯回路の配線不良でセンサの出力側に浮遊電位が
生じている場合も、生じた出力がセンサの出力か浮遊電
位による出力かを識別できない。

［発明の課題］ この発明の課題は、（１）ヒータの故障と、（２）それ
以外のガスセンサの故障と、（３）付帯回路の故障との
、３種の故障を同時に検出できる、ガス検出装置を提供
することにある。

［発明の構成］ この発明では、ヒータとガス検出部とを備えたガスセン
サを用い、センサの出力からガスを検出する。そしてこ
こで、ヒータの電力を所定の間隔で変化させ、ヒータ電
力の変化に同期したセンサ出力の変化の有無を検出する
。このようにすれば、センサのヒータの故障と、それ以
外のセンサの故障、及び付帯回路の故障とを、簡単に検
出できる。

ガスセンサの出力には一般に温度依存性が有り、ヒータ
電力を変化させれば、これに同期してセンサ出力も変化
する。ここでもしヒータに故障が有れば、あるいはセン
サが正常ｌこ加熱されていなければ、ヒータ電力の変化
に同期しｔ；センサ出力の変化は生じない。単純にセン
サ出力を監視するだけでは、ヒータが故障しセンサが室
温に冷却されている場合、センサへの吸着水等による表
面伝導のため、故障を見逃すおそれがある。しかし吸着
水による表面伝導では、ヒータ電力の変化に同期した出
力の変化は生じない。そこで確実にヒータの異常を検出
できる。センサの他の部分が故障した場合や、付帯回路
に故障が生じた場合を考える。

この場合、何らかの原因により生じｔ；見掛けの出力、
例えば配線不良に等による浮遊電位が生じることがある
。このような出力が、ヒータ電力の変化に同期して変化
することは、考えられない。センサの出力が、ヒータ電
力の変化に同期して変化するのは、センサに故障がなく
、付帯回路にも故障がない場合に限られる。そこでヒー
タ電力の変化に同期したセンサ出力の変化の有無を監視
すれば、センサや付帯回路の故障を確実に検出できる。

実施例では、ガスセンサに周期的に温度変化を与えて、
−酸化炭素を選択的に検出するようにした装置を示す。

これは−酸化炭素の検出のための温度変化を、検出装置
の異常検出のための温度変化に兼用した場合である。

しかしこの発明はこれには限られず、例えば装置の故障
検出のためだけに、ヒータ電力を変化させても良い。例
えばＳｎＯ，等の金属酸化物半導体ガスセンサを用いて
ガス漏れを検出する場合、１分程度でガス漏れを検出す
ることが求められている。そこで例えば２０〜６０秒程
度の間ヒータをオフし、ヒータを再度オンした直後のセ
ンサ出力の変化を検出すれば良い。この手法であれば、
検出のデッドタイムは３０秒〜８０秒程度におさえるこ
とができ、ガス漏れの検出の障害にならない。またこれ
に必要な回路としては、例えば１日〜１週間程度のタイ
マと、２０秒〜６０秒程度のタイマとの２つである。１
日〜１週間程度のタイマでヒータをオフする間隔を定め
、２０秒〜６０秒程度のタイマでヒータをオフさせるの
である。

このようなタイマを設けることは、マイクロコンピュー
タを用いれば容易である。装置の故障は間欠的に検出す
れば良く、検出の間隔も１日〜１週間程度としても問題
はない。またマイクロコンピュータを用いる場合、１日
〜１週間程度のタイマと２０秒〜６０秒程度のタイマと
を設けることは、回路的に安価である。一方ヒータ電流
の監視は、通常ヒータに抵抗を接続し、この抵抗への出
力を監視することで行われる。ヒータが一般に低抵抗で
大電流を用いるため、低抵抗で大容量の抵抗を用いねば
ならず、回路的にも安価ではない。

ヒータ電力の変化に同期したセンサ出力の変化としては
、ヒータ電力を減少させる場合の変化、ヒータ電力を増
加させる場合の変化、の２８１がある。これらの信号は
いずれも利用できるが、ＳｎＯ□等の金属酸化物半導体
ガスセンサを用いる場合、ヒータ電力の増加に伴う変化
の方が扱い易い。

金属酸化物半導体ガスセンサでは、ヒータ電力を増加さ
せると、センサ出力に一時的な鋭いピークが生じるから
である。ヒータ電力に同期したセンサ出力の変化として
は、変化の前後での出力の変化や、ヒータ電力の変化時
の出力の微分値、あるいはヒータ電力の変化に伴って生
じるセンサ出力のピークの有無等がある。

用いるガスセンサとしては、例えばＳｎＯ，やＩｎ２Ｏ
，等の金属酸化物半導体をガス検出部とし、ヒータで加
熱するようにしたものを用いれば良い。

またＺｒＯ，やアンチモン酸等の固体電解質をガス検出
部に用い、ヒータで加熱して、酸素や一酸化炭素、水素
、水蒸気等を検出するようにしｔ；ものを用いても良い
。この発明では通常のガスの他に、水蒸気等も検出でき
る。

［実施例］ 第１図において、２は、５ｎＯ１やＩｎｘＯｓ等の金属
酸化物半導体４を、ヒータ６で加熱するようにしたガス
センサである。ここではガスセンサ２として、−酸化炭
素検出用のＳｎＯ，系金属酸化物半導体ガスセンサ″Ｔ
Ｇ５２０３″　（フイガロ技研株式会社製、ＴＧＳ　２
０３’は商品名）を用いた。ガスセンサには、これ以外
に任意のものを用いることができる。またこのガスセン
サ２の標準的な使用条件は、高温側が３５０℃で６０秒
間、低温側が８０℃で９０秒間である。加熱条件や温度
周期は適宜に変更でき、特に低温側の温度は室温でも良
い。

８は電源、１０は２つの出力ｖ１１Ｖ！を持つ電源で、
ここではＶ　＋　＞　Ｖ　２とする。またＳｌはスイッ
チ、Ｒ１は負荷抵抗である。

１２は信号処理用のマイクロコンピュータで、１４はＡ
／Ｄコンバータ、１６は算術論理演算ユニット、１８は
クロック回路、２０は動作プログラムや各種の定数を記
憶させたＲＯＭである。

２２はＣＯの検出結果を記憶させるＲＡＭで、低温側の
センサ出力（低温側の終了直前の出力）からＣＯを検出
し、その結果を記憶させる。２４は、センサや付帯回路
の異常検出の結果を記憶させるためのＲＡＭである。Ｒ
ＡＭ２４では、低温側から高温側への移行時のセンサ出
力の増加の有無から、異常の有無を識別する。また２６
は、動作周期を決定するためのタイマである。

３０はマイクロコンピュータ１２の出力で動作するドラ
イバで、発光ダイオード３２や、ブザー３４、燃焼機器
の燃料遮断弁３６等を制御する。

例えば装置の異常の場合発光ダイオード３２やブザー３
４を断続的に動作させ、ＣＯが発生した場合これらのも
のを連続的に動作させると共に、燃料遮断弁３６を閉じ
て不完全燃焼を防止する。

第２図、第３図により、装置の動作を説明する。

第３図２）は、センサ２に周期的温度変化を生じさせる
ための、ヒータ６の電圧パターンを示す。

Ｔ、は低温側の終了時刻で、Ｔ２は高温側の終了時刻で
ある。第３図１）は、空気中でのセンサの出カバターン
（金属酸化物半導体４の電気伝導度σ）である。この出
カバターンは、ＣＨ４中やイソブタン中でも類似である
。第３図３）はＣＯ中（実線）と水素中やエタノール中
（破線）での出カバターンである。いずれのものでも低
温側から高温側への移行に伴い、鋭いピークが生じる。

ピークの半値幅は一般に１〜数秒程度である。そこでこ
のこのピークの有無等から、センサの温度変化に同期し
たセンサ出力の変化の有無を検出すれば、装置の異常を
検出できる。このピークは一般に強いピークであり、ピ
ークの高さが所定値以上か否かを弁別するだけでも、装
置の異常を検出できる。

装置の異常としては、ヒータ６の故障（特に断線）、金
属酸化物半導体４の物理的破損（例えばクラックの発生
）、センサのリード線の溶接不良、付帯回路の配線不良
等のものが有る。問題は、これらの異常が生じてもセン
サへの吸着水等のため表面伝導が生じ、センサの出力が
Ｏとならない場合があることである。また配線不良に伴
って浮動電位が生じている場合も、センサ出力のみでは
検出しにくい。これに対して、センサの温度変化に同期
した出力変化が生じるのは、センサにも付帯回路にも異
常がない場合に限られる。また低温側から高温側への温
度変化に伴うピークは高く、浮動電位や吸着水による出
力とは識別し得る。

装置の異常は、高温側から低温側への変化に同期した信
号（例えば高温側と低温側との出力差）でも検出できる
。この信号は電気伝導度としてみた場合、空気中やＣｏ
、ＣＨ４、イソブタンでは負であるが、水素やエタノー
ルでは正である。この信号を用いても装置の異常を検出
し得るが、信号の正負が不定なため扱い難い点が問題で
ある。

次に第２図により、装置の動作を説明する。検出周期を
開始すると、タイマ２６をリセッｌ−して再スタートさ
せ、低温側ヘセンサ２を移行させる。

低温側の終了直前（時刻Ｔ　−Ｔ　、）にセンサ出力σ
１をサンプリングし、σ１と定数にとを比較してＣＯを
検出する。次いで高温側ヘセンサ２を移行させ、待ち時
間Δ後に出力σ、をサンプリングする。待ち時間Δは、
例えば出力のピークが生じるまでの時間、ここでは２〜
３秒程度とする。モしてσ、とｄｌとの変化、例えばσ
、−σ、や、σ、／σ１、から異常の有無を検出する。

なお出力の変化としては、センサ出力のアナログ微分等
の任意のものを用いることができる。

異常の有無は１回の結果のみで判定しても良いが、ここ
では数回続けて異常が検出された場合を異常と判定する
こととした。ｎは異常の検出に用いた変数で、ＲＡＭ２
４に格納し、 σ２−σ１≦Ｊ　　（Ｊは定数）　で減算し、σ８−σ
ｌ＞Ｊ　　で加算する。モしてｎには例えば３等の上限
を設け、　　　ｎ＝ｏ　　　で異常と判定する。勿論１
回でも、　　σ２−σ１≦Ｊが成立すると、異常と判断
するようにしても良い。

この後時刻がＴ２に達すると、次回の検出周期に移行す
る。

［発明の効果］ この発明では、ガスセンサのヒータ電力の変化に同期し
た出力の変化の有無から、装置の異常を検出する。

センサの出力がヒータ電力に同期して変化するのは、セ
ンサと付帯回路の双方に異常がない場合に限られるため
、確実ｊこ異常の有無を判別できる。

このようにすれば、ヒータの故障の有無、ヒータ以外の
センサの故障の有無、付帯回路の故障の有無の３者を、
容易にか゛つ確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の回路図、第２図はその動作アルゴリズ
ムを示すフローチャート、第３図１）〜３）は実施例の
動作波形図で、第３図１）は空気中でのセンサの出力波
形を、２）はヒータ電圧の波形を、３）はＣＯ中での出
力波形を現す。 図において ２　ガスセンサ、　　　４　金属酸化物半導体、６　ヒ
ータ、 １２　マイクロコンピュータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ヒータとガス検出部とを備えたガスセンサを用いて
   、その出力からガスを検出するようにした装置において
   、 ヒータの電力を所定の間隔で変化させるための手段と、
   ヒータ電力の変化に同期したガスセンサ出力の変化の有
   無から装置の故障を検出する手段とを、設けたことを特
   徴とする、ガス検出装置。