JPH0564762U - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスセンサの温度依存性を、広範囲にかつ高
精度にサーミスタで補正する。 【構成】 マイクロコンピュータ内に、サーミスタ出力
とガスセンサの抵抗値への補正係数の参照表を用意し、
サーミスタの出力でこの表を参照して補正係数を求め、
ガスセンサの抵抗値に補正係数を乗算して、信号処理す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の利用分野】

この考案は金属酸化物半導体ガスセンサを用いたガス検出装置に関し、特にそ の温度補償に関する。

【０００２】

【従来技術】

金属酸化物半導体ガスセンサの周囲温度依存性を、サーミスタで補償すること は周知である。ガスセンサには周囲の絶対湿度への依存性があり、日本の気候で は気温と絶対湿度とは相関するので、サーミスタで周囲温度依存性の他にガスセ ンサの絶対湿度依存性も補償することができる。

【０００３】 図４にマイクロコンピュータを用いる場合の、温度補償の原理を示す。図にお いて、２はガスセンサ、４は金属酸化物半導体、６はヒータ、ＲLは負荷抵抗、 ＲTはサーミスタである。ここでは固定抵抗Ｒ1への電圧をＡＤ変換の基準電圧と し、ガスセンサ２の温度依存性を補償する。

【０００４】 図５に示すように、ガスセンサ２の温度依存性とサーミスタＲTの温度依存性 では、サーミスタＲTの方が温度依存性が大きく、これを補うためサーミスタＲT に直列あるいは並列に固定抵抗Ｒ2を接続し、温度依存性をガスセンサ２とマッ チングさせる。しかしこのようにすると、サーミスタＲTの抵抗値が大きい低温 域と、サーミスタＲTの抵抗値が小さい高温域とで、抵抗Ｒ1への出力の温度依存 性が異なってくる。即ち低温域では抵抗Ｒ1への出力に大きな温度依存性が有り 、高温域では温度依存性が小さくなる。このため極端な高温域や低温域ではガス センサ２の温度依存性とサーミスタＲTによる温度補償回路側の温度依存性とが マッチングせず、狭い温度範囲でしか正確な温度補償ができなくなる。

【０００５】 同様の問題はガスセンサ２の側にもあり、ガスセンサ２の抵抗値が所定の範囲 にないと、サーミスタＲTによる温度補償を正確に行うことができない。ＡＤ変 換の対象は、負荷抵抗ＲLへの電圧あるいはセンサ２への電圧である。負荷抵抗 ＲLへの電圧をＶRLとすると、 ＶRL＝（ＲL×ＶC）／（ＲS＋ＲL） (1) となる。ここにＲSはセンサ抵抗、ＶCは回路電圧を現す。センサ抵抗ＲSの温度 依存性が同じでも、ＲSが大きい時と小さい時ではＶRLに現れる温度依存性は異 なる。このことを図６に示す。ＲSが小さい場合ＶRLの温度依存性は小さく、ＲS が大きい場合ＶRLの温度依存性は大きい。サーミスタＲTで与えることができる 温度依存性の補償曲線は１種類で、ＲS毎に変化するのではない。すると特定の ＲSの範囲で正しい補償ができるように、サーミスタＲTのＢ定数や抵抗Ｒ1，Ｒ2 の値を設定するしかないことになる。このようにするとセンサ抵抗ＲSが所定の 範囲から外れると、温度補償の精度が低下することになる。例えばガスセンサ２ のばらつきや経時変動等でＲSが変化すると、温度補償の精度が低下する。また ガス濃度の高低あるいは空気中かガス中かでセンサ抵抗ＲSが広範囲に変化する と、温度補償精度が低下する。

【０００６】

【考案の課題】

この考案の課題は、ガスセンサの周囲温度依存性を、広範囲にかつ高精度に補 償することにある。

【０００７】

【考案の構成】

この考案のガス検出装置は、金属酸化物半導体ガスセンサの周囲温度依存性を 、サーミスタで補正するようにしたガス検出装置において、ガスセンサの出力と サーミスタの出力とを、ＡＤ変換するための手段と、ＡＤ変換したガスセンサの 出力を、ガスセンサの抵抗値または電気伝導度に換算するための手段と、サーミ スタの出力から、ガスセンサの抵抗値または電気伝導度に対する補正係数を求め るための参照表と、参照表で得られた補正係数を、ガスセンサの抵抗値または電 気伝導度に乗算または除算して温度補正済みの信号を得るための手段、とを設け たことを特徴とする。

【０００８】

【考案の作用】

この考案ではサーミスタ出力を基に参照表を探り、該当する補正係数を求めて 、ガスセンサの抵抗値または電気伝導度に乗算あるいは除算して、温度補正済み のセンサ出力とする。補正の対象はガスセンサの電気伝導度または抵抗値とし、 負荷抵抗への出力とはしない。これはガスセンサの温度依存性が同じでも、その 抵抗値により、負荷抵抗への出力では温度依存性が異なるからである。この結果 、例えばサーミスタ出力と補正係数の１次元の参照表で補正を行うことができる 。これに対し負荷抵抗の出力で直接補正すると、サーミスタ出力と負荷抵抗の出 力の２次元の見出しの参照表が必要で、補正に要するメモリが増加する。またガ スセンサ抵抗ＲSのばらつきの影響を避けるため、補正係数は抵抗値あるいは電 気伝導度に乗算もしくは除算し、足し算や引算は行わない。

【０００９】

【実施例】

図１，図２に実施例を示す。図１において、２は金属酸化物半導体ガスセンサ で、４はその金属酸化物半導体、６はヒータである。金属酸化物半導体４には、 例えば酸化第２錫や酸化インジウム、酸化タングステン等を用いれば良い。ＲL はガスセンサ２の負荷抵抗、ＲTはサーミスタ、Ｒ1はサーミスタＲTの負荷抵抗 である。８は電源回路で、その出力ＶCを電源とする。

【００１０】 １０は信号処理用のマイクロコンピュータで、１２はそのＡＤコンバータ、１ ４はセンサ出力ＶRLをセンサ抵抗ＲSに変換するためのＲS算出回路、１６はサー ミスタの出力から補正係数Ｋを求めるための参照表、１８はセンサ抵抗ＲSに補 正係数Ｋを乗算するための乗算回路、２０は乗算回路１８で温度依存性を補正し たセンサ抵抗ＲS・Ｋに基づきガスを検出するための信号処理回路である。マイ クロコンピュータ１０の規模は例えば４ビットのワンチップマイクロコンピュー タ程度のものが適当で、参照表１６は例えばマイクロコンピュータ１０内のＲＯ Ｍ等で実現する。

【００１１】 図２に参照表１６の内容を示す。ＡＤコンバータ１２はサーミスタ出力ＶTを ＡＤ変換し、次いで図示しない変換回路によりこれを周囲温度Ｔに変換する。Ａ Ｄ変換の精度は８ビットであるので、参照表１６では例えば−１３．７５℃〜＋ ５０℃までの範囲について０．２５℃刻みで参照表を設ける。参照表１６の上の 欄は周囲温度Ｔであり、下の欄には補正係数Ｋを配置する。そして求めた周囲温 度Ｔにより補正係数Ｋを求め、これを乗算回路１８でセンサ抵抗ＲSに乗算して 補正済みの出力ＲS・Ｋとする。

【００１２】 実施例の動作を示す。ＡＤコンバータ１２は、負荷抵抗ＲLへの出力ＶRLと固 定抵抗Ｒ1への出力ＶTとをＡＤ変換し、出力ＶTから周囲の温度Ｔを求める。参 照表１６では周囲の温度Ｔを基に補正係数Ｋを求める。一方ＲS算出回路１４で ＶRLをセンサ抵抗ＲSに換算し、乗算回路１８でセンサ抵抗ＲSに補正係数Ｋを乗 算する。このようにして得られた信号ＲS・Ｋは周囲温度依存性を補正した信号 であり、これを基に信号処理回路２０でガスを検出する。

【００１３】 ここでは負荷抵抗ＲLへの出力ＶRLをＡＤ変換することとしたが、例えば金属 酸化物半導体４への電圧をＡＤ変換しても良い。また固定抵抗Ｒ1への出力ＶTを ＡＤ変換する代わりに、サーミスタＲTへの出力をＡＤ変換しても良い。参照表 １６を参照する際には、サーミスタの出力ＶTを一旦周囲温度Ｔに換算して参照 した。しかしながら参照表１６をＶTと補正係数Ｋとの関係を示した参照表とし 、ＶTで直接参照表１６を参照するようにしても良い。またここではセンサ抵抗 ＲSを用いたが、その逆数のセンサの電気伝導度を用いても良い。さらに乗算回 路１８ではセンサ抵抗ＲSに補正係数Ｋを乗算したが、補正係数の種類を上記の 逆数とし、乗算回路１８では乗算の代わりりに除算を行うようにしても良い。

【００１４】 実施例ではセンサ抵抗ＲSに対して補正係数Ｋを乗算する。このためＶRLに対 し直接補正係数Ｋを乗算する場合と異なり、参照表は周囲温度Ｔと補正係数Ｋの １次元の参照表でよい。これに対してＶRLに対し補正係数を乗算する場合、セン サの温度依存性が同じであってもセンサの抵抗値ＲSと負荷抵抗ＲLとの比により ＶRLの温度係数が異なるので、参照表は周囲温度ＴとをＶRLの２次元の見出しの 参照表が必要となる。このような場合に実施例と同じ補正精度を得ようとすると 、ＶRLに対する参照表の規模は周囲温度Ｔに対して８ビットの２５６点、ＶRLに 対し８ビットの２５６点で、データの個数は約６５Ｋとなる。このような参照表 は極めて大規模で、ワンチップマイクロコンピュータのレベルでは達成し難い。

【００１５】

【実施例２】 図３にタグ付きの信号処理を用いたマイクロコンピュータ３０を示す。なおこ の実施例は他の点では図１の実施例と同等である。図において、３２は周囲温度 ＴSが基準となる温度Ｔと一致するか否かを検出するための比較回路で、３４は 新たな参照表、３６はメモリである。

【００１６】 図３の実施例の動作を示す。センサ出力ＶRLとサーミスタ出力ＶTとをＡＤ変 換すると、これをセンサ抵抗ＲSと周囲温度ＴSの対とし、センサ抵抗ＲSに周囲 温度ＴSのタグを付けて比較回路３２に入力する。比較回路３２では基準温度Ｔ を記憶し、周囲温度ＴSが基準温度Ｔに一致するかどうかを検出する。ここで基 準温度Ｔとしては、例えば信号処理回路２０でセンサ抵抗ＲSに対する基準値を 定めた時点での周囲温度等を用いる。周囲温度ＴSが基準温度Ｔに一致する場合 、参照表３４を参照せずにそのままその時点での抵抗値ＲSをメモリ３６に記憶 させる。一方周囲温度ＴSが基準温度Ｔと異なる場合には、参照表３４を参照す る。ここでの参照表３４は図１の参照表１６を簡略したもので、周囲温度ＴSと 基準温度Ｔとの差△Ｔと補正係数Ｋとの関係を記憶させたものである。△Ｔの範 囲は例えば−１０℃〜＋１０℃程度の２０℃程度の範囲とし、これを処理するた めに例えば６ビットの６４個の参照データを設ける。この結果参照表３４の規模 は、８ビット２５５個の参照データを記憶した図１の参照表１６よりも小規模と なる。参照表３４で補正係数Ｋを求めると、この値をセンサ抵抗ＲSに乗算しＲS ・Ｋをメモリ３６に入力する。メモリ３６では基準温度Ｔを記憶して置き、個別 の測定温度ＴSは特に記憶せず、必要な個数のセンサ抵抗ＲSのデータ、例えばＲ S1〜ＲSXを測定順に記憶しておく。そして信号処理回路２０で適宜これらの信号 を取り出し、ガスを検出する。

【００１７】

【考案の効果】

この考案では、ガスセンサの抵抗値によらず、精密にその周囲温度依存性を補 償できるので、 (1) ガスセンサの抵抗値にばらつきがあっても、温度補償の精度が低下しない 、 (2) ガスセンサの抵抗値が経時的に変動しても、温度補償の精度が低下しない 、 (3) 空気中や低濃度領域から高濃度領域まで広い範囲に渡って、ガスセンサの 周囲温度依存性を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のガス検出装置のブロック図

【図２】 図１の実施例で用いた参照表を示す図

【図３】 第２の実施例のガス検出装置の要部ブロッ
ク図

【図４】 従来例のガス検出装置のブロック図

【図５】 ガスセンサとサーミスタの温度依存性を示
す特性図

【図６】 ガスセンサの抵抗値による、ＶRLの温度依
存性の変化を示す特性図

【符号の説明】

２ ガスセンサ ４ 金属酸化物半導体 ６ ヒータ ８ 電源回路 １０ マイクロコンピュータ １２ ＡＤコンバータ １４ ＲS算出回路 １６ 参照表 １８ 乗算回路 ２０ 信号処理回路 ３２ 比較回路 ３４ 参照表 ３６ メモリ ＲL 負荷抵抗 ＲT サーミスタ Ｒ1，Ｒ2 抵抗

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属酸化物半導体ガスセンサの周囲温度
   依存性を、サーミスタで補正するようにしたガス検出装
   置において、 ガスセンサの出力とサーミスタの出力とを、ＡＤ変換す
   るための手段と、 ＡＤ変換したガスセンサの出力を、ガスセンサの抵抗値
   または電気伝導度に換算するための手段と、 サーミスタの出力から、ガスセンサの抵抗値または電気
   伝導度に対する補正係数を求めるための参照表と、 参照表で得られた補正係数を、ガスセンサの抵抗値また
   は電気伝導度に乗算または除算して温度補正済みの信号
   を得るための手段、とを設けたことを特徴とするガス検
   出装置。