JPH0690166B2 - Co detection device - Google Patents

Co detection device

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JPH0690166B2
JPH0690166B2 JP1826189A JP1826189A JPH0690166B2 JP H0690166 B2 JPH0690166 B2 JP H0690166B2 JP 1826189 A JP1826189 A JP 1826189A JP 1826189 A JP1826189 A JP 1826189A JP H0690166 B2 JPH0690166 B2 JP H0690166B2
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low
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gas sensor
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誠 佐々木
吉田  隆
太郎 天本
靖典 小野
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フィガロ技研株式会社
三菱電機株式会社
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【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] この発明は、金属酸化物半導体ガスセンサを用いたCOの検出装置に関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention The present invention relates to the detection device of the CO using metal oxide semiconductor gas sensors.

[従来技術] 特公昭53-43,320号公報は、SnO 2等の金属酸化物半導体ガスセンサの加熱温度を高温域と低温域とに交互に変化させ、低温域でのセンサ出力からCOを検出することを開示している。 PRIOR ART JP 53-43,320 discloses alters alternately heating temperature of the metal oxide semiconductor gas sensor SnO 2 or the like and high temperature region and low temperature region, detecting CO from the sensor output in the low-temperature region It discloses. この技術を用いるとCOへの選択性は著しく改善されるが、選択性はなお不十分である。 While selectivity to CO is significantly improved using this technique, it is the selective noted insufficient. COの検出を妨げるものは主としてエタノール等の有機溶剤蒸気と水素であり、これらのものが高濃度で存在すると誤報が生じることになる。 Is primarily organic solvent vapor and hydrogen such as ethanol is nothing to prevent the detection of CO, so that these things are false alarms to be present at high concentrations occur. 現在のところCO100ppmを検出目標とした場合、400ppm程度のエタノールや、1000ppm程度の水素で誤報が生じる。 If the currently CO100ppm a detection target, and ethanol of approximately 400 ppm, the false alarm hydrogen of about 1000ppm occur.

これ以外の問題として、ガスセンサの経時変化がある。 As other problems, there is a change over time of the gas sensor.
センサが経時変化すれば検出の信頼性も失われることは、この技術を用いる場合も、他の手法を用いる場合も変わらない。 Sensors also by causing the loss of reliability of the detection if aging, even when using this technique do not change when using other techniques.

[発明の課題] この発明の基本的課題は、 (1)COと、エタノールや水素等の他のガスとの識別性を更に高めること、 (2)センサ特性の経時変化への許容幅を拡大すること、に有る。 [Problems of the Invention The basic object of the present invention, enlarged (1) and CO, ethanol and other possible to further improve the identification of the gas such as hydrogen, an allowable width of the time course of (2) sensor characteristics be, there to.

またこの発明の副次的課題は、センサや装置の異常を検出し得るようにすることに有る。 The secondary object of the invention is to adapted to detect the abnormality of the sensor or device.

[発明の構成] この発明の基本的特徴は、低温域と高温域とのガスセンサ出力の比と、低温域でのガスセンサ出力の2つの因子を用いて、COを検出する点に有る。 [Configuration of the Invention] The basic features of the present invention, the ratio of the gas sensor output of the low-temperature region and high temperature region, by using the two factors of the gas sensor output in the low-temperature region, is in the point of detecting the CO. 第5図に示すように、低温域と高温域との出力比はCOの有無を敏感に反映し、エタノールや水素等の妨害ガスに対しては小さく、 As shown in FIG. 5, the output ratio of the low temperature region and high temperature region is sensitively reflect the presence or absence of CO, small for ethanol and interfering gases such as hydrogen,
COには大きい。 The large CO. またこの比は、COとエタノールや水素等が共存している場合でも大きな値をとる。 Also this ratio takes a large value even if the CO and ethanol, hydrogen and the like coexist. 従ってこの比は、COの検出に関する新たな要素として用いることができる。 Therefore this ratio can be used as a new element for the detection of CO. 更にこの比を用いた場合、水素やエタノールが共存している場合でも、COを検出できる。 If further use of this ratio, even when the hydrogen and ethanol coexist, can detect CO.

低温域と高温域との出力比単独でも、COを検出できる。 Also the output ratio alone the low temperature region and high temperature region, can detect CO.
しかしこの比を低温域でのセンサ出力と組み合わせれば、検出の信頼性は更に向上する。 But if combined with the ratio between the sensor output in the low-temperature region, the reliability of the detection is further improved. 水素やエタノール等の妨害ガスは低温域でのセンサ出力を増加させ、低温域と高温域との出力比をやや減少させる。 Interfering gases such as hydrogen or ethanol increases the sensor output in the low-temperature region, slightly reduce the output ratio of the low temperature region and high temperature region. これらの影響は逆方向に生じ、低温域での出力と、低温域と高温域との出力比との双方を用いれば、検出精度は更に向上する。 These effects occur in the reverse direction, using the output of a low temperature range, both the output ratio of the low temperature region and high temperature region, the detection accuracy is further improved.
またセンサ特性が経時的に変化した場合でも、低温域と高温域との出力比と低温域での出力とが共に変化することは希で、これらの2つの因子が共に同じ方向に変化することは更に希である。 Even when the sensor characteristics change over time, it is rare that the output of the output ratio and the low temperature region of the low-temperature region and high temperature region is changed together, that these two factors both change in the same direction it is even more rare. これらのことから明らかなように、低温域と高温域との出力と、低温域での出力との2 2 As apparent from these facts, the output of the low-temperature region and high temperature region, and the output in the low-temperature region
つの因子を用いれば、CO検出の信頼性を高めることができる。 One of the use of the factor, it is possible to increase the reliability of the CO detection. これらのことは、1つの因子に変えて2つの因子を用いることによる結果である。 These things are the result of the use of two factors instead of a single factor.

この発明の副次的特徴は、高温域でのセンサ出力の有無からセンサや装置の異常を検出することである。 Secondary features of the present invention is to detect the abnormal presence or absence from the sensor or device of the sensor output in a high temperature range. センサや付帯回路に異常がなければ、高温域では加熱された金属酸化物半導体の空気中に対する出力が生じる。 If there is no abnormality in the sensors and accompanying circuitry, output to the metal oxide semiconductor in the air heated in the high temperature range occurs. この出力が生じていない場合、センサもしくは付帯回路に異常が有る。 If the output has not occurred, the abnormality is on the sensor or incidental circuit. そこで高温域でのセンサ出力から、装置の異常を検出できる。 Accordingly the sensor output in a high temperature range, it detects an abnormality of the apparatus.

なおこの明細書では、ガスセンサの出力として電気伝導度を用いたものを示した。 Incidentally, in this specification, it showed that using the electric conductivity as the output of the gas sensor. しかし出力にはセンサの抵抗値を用いても良く、あるいは電気伝導度や抵抗の関数を用いても良い。 However, the output may be used a resistance value of the sensor, or may be used electric conductivity and resistance function. センサ抵抗を出力とする場合、出力の大小は明細書の説明と逆転する。 If the output of the sensor resistance, the magnitude of the output is reversed with the description of the specification.

[実施例] 第1図において、2は、SnO 2やIn 2 O 3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。 In Figure 1 Example, 2, a metal oxide semiconductor 4 such as SnO 2 and an In 2 O 3, a gas sensor so as to heat by the heater 6. ここではガスセンサ2として、フィガロ技研株式会社製の“TGS203"(“TGS203"は商品名)を用いた。 As a gas sensor 2 is here, manufactured by Figaro Engineering Inc. "TGS203" ( "TGS203" is a trade name) was used. このガスセンサは金属酸化物半導体4としてSnO 2を用い、 The gas sensor of SnO 2 is used as metal oxide semiconductor 4,
活性炭フィルターでNO xやエタノール等の妨害ガスを除くようにしている。 So that except for the NO x and the interference gas such as ethanol with activated charcoal filter. しかし実施例では、活性炭フィルターを取り外して用いた。 In however example used to remove the activated carbon filter. 活性炭フィルターを用いれば、 The use of activated carbon filters,
エタノールやNO xを除去し、妨害ガスの影響を更に小さくすることができる。 The ethanol was removed and NO x, the effect of interfering gases can be further reduced.

8は電源、10は2つの出力V 1 、V 2を持つ電源で、ここではV 1 >V 2とする。 8 power supply, 10 denotes a power supply having two outputs V 1, V 2, here, the V 1> V 2. またS 1はスイッチ、R1は負荷抵抗である。 The S 1 switches, R1 is the load resistance.

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 12 is a microcomputer for signal processing, 14 A / D converter, the arithmetic logic unit 16, a clock circuit 18, 20 has been stored operation programs and various constants ROM
である。 It is. 22〜28はRAMで、22は低温域でのセンサ出力σ 2 22-28 in RAM, 22 is the sensor output sigma 2 in the low-temperature region
を記憶させるためのRAM、24は低温域での出力σ 2と高温域の出力σ 1との比を記憶させるためのRAM、26はこれらに基づいてCOの検出結果を記憶させるためのRAM、28はセンサや装置の異常検出に関する結果を記憶させるためのRAMである。 RAM for storing the, 24 RAM for storing the detection result of CO on the basis of these RAM, 26 for storing the ratio of the output sigma 1 output sigma 2 and high temperature range in the low-temperature region, 28 is a RAM for storing results for abnormality detection sensor or device. また30はタイマである。 The 30 is a timer.

32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34や、ブザー36、燃焼機器の燃料遮断弁38等を制御する。 32 is a driver operating the output of the microcomputer 12, and a light emitting diode 34, a buzzer 36, and controls the fuel shut-off valve 38 and the like of the combustion equipment. 例えば装置の異常の場合発光ダイオード34やブザー36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供に、燃料遮断弁38を閉じて不完全燃焼を防止する。 For example intermittently operating the case of abnormality of the device emitting diode 34 and a buzzer 36, if the CO is generated to test the operated continuously these things, to prevent incomplete combustion by closing the fuel shut-off valve 38 .

装置の動作を説明する。 The operation of the apparatus will be described. 実施例では、ガスセンサ2を1 In an embodiment, the gas sensor 2 1
周期150秒で動作させ、60秒間高温域(約350℃)に、90 It is operated at a period 150 seconds, 60 seconds high temperature range (about 350 ° C.), 90
秒間低温域(約80℃)に保持し、高温域の終了直前の電気伝導度をσ 1としてサンプリングし、低温域の終了直前の電気伝導度をσ 2としてサンプリングした。 Seconds and held in a low temperature range (about 80 ° C.), sampling the electrical conductivity of immediately before the end of the high temperature region as sigma 1, were sampled electrical conductivity of immediately before the end of the low temperature range as sigma 2. また図中のガス濃度は全てppm単位で示す。 The gas concentration in the figure shows in all ppm units.

第4図に、ガスセンサ2の低温域での電気伝導度σ 2を示す。 In Figure 4 shows the electrical conductivity sigma 2 in the low-temperature region of the gas sensor 2. COへの選択性は不十分で、例えばCO100ppmを検出目標とする場合、400〜500ppmのエタノールや1000ppm強の水素で誤報が生じる。 Selectivity to CO is not sufficient, for example, when the the detection target CO100ppm, the false alarm hydrogen ethanol and 1000ppm strength of 400~500ppm occur. COの検出はエタノールや水素の共存でも影響を受け、これらのガスが共存するとCOの検出濃度が低下する。 Detection of CO is also affected by the coexistence of ethanol and hydrogen, when these gases coexist detected concentration of CO decreases. またNO xの存在は、COの検出濃度を増加させる。 The presence of the NO x increases the detected concentration of CO. 妨害ガスとしてはこれ以外に各種のアルコール類やエーテル類等が有るが、その作用はエタノールの場合と類似している。 Various alcohols and ethers in there in addition to this as interference gas, the effect is similar to that of ethanol.

第5図に、低温域の電気伝導度σ 2と高温域の電気伝導度σ 1との比を示す。 In Figure 5 shows the ratio of the electric conductivity sigma 1 electrical conductivity sigma 2 and high temperature region of the low temperature range. 水素の場合この比は1の付近に保たれ、エタノールの存在により比の値は増加するが4には達しない。 This ratio case of hydrogen is maintained in the vicinity of 1, the value of the ratio in the presence of ethanol to not reach the 4 increase. COが単独で発生した場合比の値は高く、10 Value when ratio CO occurs alone is high, 10
0ppmでは15程度である。 In 0ppm it is about 15. COとエタノールや水素が共存する場合でも比は大きく、これらのガスが1000ppm存在しても比の値は4以上となる。 Large ratio even if CO and ethanol and hydrogen coexist, the value of even these gases are present 1000ppm ratio is 4 or more. またCOとNO x (ここではNO 2 The CO and NO x (NO 2 in this case
20ppm)が共存している場合でも、Co濃度が200ppm程度に達すると比の値は8〜9に達する。 Even if the 20 ppm) coexist, the value of the ratio when the Co concentration reached about 200ppm reaches 8-9. これらのことから、低温域と高温域との出力比を用いることにより、CO From these, by using the output ratio of the low temperature region and high temperature region, CO
の有無を識別できることが分かる。 It can be seen that identify the presence of. 例えば出力比が4以上でCOが発生したものとすると、1000ppmのエタノールに対してでも誤報は生じず、1000ppmのエタノールや水素が共存している場合でも100ppm強のCOが有れば検出できる。 For example, it is assumed that the output ratio CO occurs in 4 or more, does not occur even false alarm than to ethanol 1000ppm, can be detected if there is 100ppm little of CO even if 1000ppm ethanol and hydrogen coexist.

第3図に、低温域と高温域との出力比σ 2 /σ 1と、低温域での出力σ 2とを用いた検出条件の設定例を示す。 In FIG. 3, showing an output ratio σ 2 / σ 1 of the low-temperature region and high temperature region, the setting example of the detection conditions using an output sigma 2 in the low-temperature region. 図ではσ 2が0.14mシーメンス(CO20ppm)と、σ 2 /σ 1が3とを漸近線とする双曲線を用い、この双曲線の外側か内側かでCOの有無を判別した。 Sigma 2 is the 0.14m Siemens (CO20ppm) in the figure, using the hyperbolic to asymptote and σ 2 / σ 1 is 3, and determines the presence or absence of CO in whether inside outside this hyperbola. これは多変量解析の例であるが、具体的手法は任意である。 This is an example of multivariate analysis, but specific technique is optional. また多変量解析を用いず、単純にσ 2 /σ 1とσ 2がいずれも閾値以上の場合に、COが存在するとしても良い。 Also without using the multivariate analysis, simply when both σ 2 / σ 1 and sigma 2 is not less than the threshold value, may be CO is present. このような解析を行うことの利点は、独立した2つの因子によりCOを検出することに有る。 Such advantage of performing analysis is to detect CO by two independent factors. 例えば第3図の結果では、第5図の結果から30ppmのCOによる誤報を除いて、検出濃度を100ppm付近に集中させ、また第4図の結果から1000ppm程度のエタノールや水素による誤報を除いている。 For example, in the results of Figure 3, with the exception of false alarms due to CO of 30ppm the results of Figure 5, the detected concentration was concentrated around 100 ppm, also with the exception of false alarms due to 1000ppm about ethanol and hydrogen from the results of FIG. 4 there. 2つの因子を用いる利点はこれだけではない。 The advantage of using two factors not the only. σ 2 /σ 1とσ 2の2つの因子が、同時に同じ方向に経時変化することは希である。 Two factors sigma 2 / sigma 1 and sigma 2 are, it is rare to change over time at the same time in the same direction. そこで2つの因子を用いれば、1つの因子のみを用いる場合よりも、センサ2の経時変化の影響を小さくできる。 Therefore the use of the two factors, than when using only one factor, it is possible to reduce the influence of aging of the sensor 2.

第2図により、装置の動作を説明する。 The second view, the operation of the device. 前回の検出周期(150秒周期、60秒間高温域、90秒間低温域)が終了すると、タイマ30をリセットして再スタートし、スイッチ Detection previous cycle (150 second cycle, 60 seconds hot zone, the low temperature region 90 seconds) When completed, restarted by resetting the timer 30, the switch
S 1を用いて電圧V 1をヒータ6に加え、センサ2を高温域へと移行させる。 Adding voltages V 1 to the heater 6 with S 1, it shifts the sensor 2 to the high temperature range. 高温域の終了直前の電気伝導度σ 1をサンプリングし、この値を用いてセンサや装置の異常チェックサブルーチン処理を行う。 Sampling the electrical conductivity sigma 1 just before the end of the high-temperature range, the abnormality check subroutine processing of the sensor and apparatus using this value.

このサブルーチンでは、σ 1を定数Jと比較し、σ 1が続けてJ以下で異常とする。 In this subroutine compares the sigma 1 and constant J, sigma 1 is abnormal below J continued. 即ちσ 1 ≦Jで変数nを減算し、σ 1 >Jでnを加算する。 That variable n is subtracted by sigma 1 ≦ J, adds the n in sigma 1> J. nの上限は例えば3とし、nが0で異常とする。 The upper limit of n is set to 3 eg, n is an abnormal zero. 異常の判別には繰り返し処理を行わず、1回の分析でもσ 1 ≦Jであれば異常としても良い。 The determination of the abnormality without performing the iterative process may be abnormal if also the sigma 1 ≦ J in a single analysis. このサブルーチンの原理は、センサ2が正常で、付帯回路にも異常がない場合、高温域では必ずσ 1 The principle of this subroutine, the sensor 2 is normal, if there is no abnormality in the supplementary circuit, always sigma 1 is in a high temperature range
が0でない値をとることにある。 But there is to take a non-zero value. これに対して低温域では、COが無い場合で、極端な低湿状態では、σ 2はほとんど0となることがある。 The low temperature range contrary, when CO is not, in the extreme low humidity conditions, it may become sigma 2 almost 0.

時刻TがT 1に達すると、スイッチS 1を切り替え低温域に移行させる。 When the time T reaches T 1, shifting to a low temperature range changeover switch S 1. 低温域の終了直前(時刻T 2 −Δ)の出力σ The output of the low-temperature region immediately before the end (time T 2 -Δ) σ
2をサンプリングし、σ 2とσ 2 /σ 1とからCOの有無を判別する。 2 was sampled to determine the presence or absence of CO from sigma 2 and sigma 2 / sigma 1 Tokyo. σ 2に付いてはσ 2 /xの対数を、σ 2 /σ 1に付いてはσ 2 /σ 1 −yを用い、これらの積を定数Cと比較して、COを検出する。 The logarithm of attached to σ 2 σ 2 / x, with the σ 2 / σ 1 using the σ 2 / σ 1 -y, compare these products with constant C, and detect CO. なおx,yの意味は、第3図に例示した。 Note x, meaning of y is illustrated in Figure 3.

ここでは特定の条件に付いて実施例を説明したが、これに限るものでないことは当然である。 Here has been described the embodiment with the particular conditions, it will be appreciated not limited thereto. また実施例で示した多変量解析に変え、単純にσ 2 /σ 1の比とσ 2に付いて閾値を設け、双方が共に閾値を越える場合にCOが発生したものとしても良い。 The place of the multivariate analysis in Example simply the threshold value is marked on the ratio and sigma 2 of σ 2 / σ 1, both may be that CO occurs if both exceed the threshold value.

[発明の効果] この発明では、低温域と高温域とのガスセンサの出力比と、低温域での出力の2つの因子を用いることにより、 [Effect of the Invention] In the invention, the output ratio of the gas sensor of the low temperature region and high temperature region, by using two factors of the output of a low temperature range,
水素やエタノール等による誤報を除去し、かつセンサの経時変化の影響を抑制して、COの検出精度を向上させる。 Removing false alarms by hydrogen or ethanol, and to suppress the influence of the aging of the sensor, improve the detection accuracy of the CO.

またこの発明では、高温域でのセンサ出力からセンサや装置の異常をチェックし、装置の信頼性を高める。 In the present invention, to check the abnormality of the sensor or device from the sensor output in a high temperature range, increasing the reliability of the device.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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〜第5図は実施例に用いたガスセンサの特性図である。 Circuit diagram of Figure 1 embodiment, Figure 2 is a flow chart showing the operation algorithm, Fig. 3 - FIG. 5 is a characteristic diagram of a gas sensor used in the examples.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 隆 神奈川県鎌倉市大船2丁目14番40号 三菱 電機株式会社生活システム研究所内 (72)発明者 佐々木 誠 岐阜県中津川市駒場町1番3号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−162798(JP,A) 特開 昭51−80294(JP,A) 特開 昭62−165553(JP,A) 特開 昭61−17943(JP,A) 実開 昭61−89156(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Takashi Yoshida Kamakura, Kanagawa Prefecture Ofuna 2-chome 14th No. 40 Mitsubishi electric Co., Ltd. living system in the Laboratory (72) inventor Makoto Sasaki Gifu Prefecture Nakatsugawa Komaba-cho, No. 1 No. 3 Mitsubishi Electric Corporation Nakatsugawa in Works (56) references Patent Sho 60-162798 (JP, A) JP Akira 51-80294 (JP, A) JP Akira 62-165553 (JP, A) JP Akira 61- 17943 (JP, A) JitsuHiraku Akira 61-89156 (JP, U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】金属酸化物半導体ガスセンサの加熱温度を高温域と低温域とに交互に変化させ、低温域でのガスセンサ出力からCOを検出するようにした装置において、 低温域と高温域とのガスセンサ出力の比を求めるための手段を設けると共に、 この手段の出力と、低温域でのガスセンサの出力との双方からCOの有無を判別するための手段とを設けたことを特徴とする、CO検出装置。 1. A by changing the heating temperature of the metal oxide semiconductor gas sensor to alternately and high temperature region and low temperature region in the apparatus to detect the CO from the gas sensor output in the low-temperature region, the low temperature region and high temperature region provided with a means for determining the ratio of the gas sensor output, to the output of this unit, characterized in that a means for determining whether or not the both CO and the output of the gas sensor in the low-temperature region, CO detection device.
  2. 【請求項2】高温域でのガスセンサ出力が存在しないことから検出装置の異常を検出するための手段を設けたことを特徴とする、請求項1に記載のCO検出装置。 Wherein characterized in that a means for detecting an abnormality of the detection device because there is no gas sensor output in a high temperature range, CO detection device according to claim 1.
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