JPH08285807A - 接触燃焼式ガスセンサ回路 - Google Patents

接触燃焼式ガスセンサ回路

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JPH08285807A
JPH08285807A JP9060795A JP9060795A JPH08285807A JP H08285807 A JPH08285807 A JP H08285807A JP 9060795 A JP9060795 A JP 9060795A JP 9060795 A JP9060795 A JP 9060795A JP H08285807 A JPH08285807 A JP H08285807A
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JP
Japan
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platinum wire
gas sensor
type gas
constant current
bridge
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Pending
Application number
JP9060795A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Kanzaki
昇 神崎
Yasuyuki Masunaga
靖行 増永
Motomitsu Iwamoto
基光 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 接触燃焼式ガスセンサ回路の計測精度を向上
させるとともに、センサ素子の清掃を容易にする。 【構成】 接触燃焼式ガスセンサ素子F1、白金線F2
および抵抗Ra,Rbを各辺とするプリッジを組み、こ
れに定電流回路1から定電流を流し、信号Sによってこ
の定電流をオン,オフさせることにより、ガス濃度と比
例関係にあるブリッジ出力Vaが得られるようにし、精
度の向上を図る。同時に、比較的長いオン電流期間を利
用して、センサ素子F1の自己清掃を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、防災や保安,プロセ
ス制御または環境計測などに利用される接触燃焼式ガス
センサ回路、特に高感度な計測を可能とする接触燃焼式
ガスセンサ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来の接触燃焼式ガスセンサ回路
の原理回路図を示す。同図において、F10は接触燃焼
式ガスセンサ(以下、単にセンサともいう)素子とその
抵抗値を示し、F20はガスがない状態でF10と同じ
抵抗値をもつ白金線とその抵抗値を示す。R10,R2
0は抵抗器の抵抗値でここでは同一とする。これらによ
り、いわゆるホイートストンブリッジが形成され、定電
圧Eによって駆動される。このホイートストンブリッジ
の出力V0は、アンプAによって増幅され、ガス濃度と
して出力される。なお、信号S1は定電圧源Eをオン,
オフさせるためのパルス信号であり、定電圧源Eのオン
時にガス濃度を計測するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な回路では、ブリッジの出力V0は次の(1)式で与え
られる。 V0=E×{R10/(R10+R20)−F20/(F10+F20)} …(1) この(1)式からも明らかなように、図3に示す回路で
は、下記,のような問題を有している。
【0004】ガス濃度と出力V0との直線性が悪い。
これは、式(1)式において、接触燃焼式ガスセンサの
抵抗値F10の白金抵抗値の変化をΔF10とすると、
このΔF10は次式(2)の如き関係にある。 ΔF10=K×C×Q …(2) K:接触燃焼式ガスセンサの熱容量(Ω/ジュール) C:接触燃焼式ガスセンサに対するガス濃度(ppm) Q:接触燃焼式ガスセンサのガスに対する燃焼熱比(ジ
ュール/ppm)
【0005】(2)式を(1)式に代入すると、次の
(3)式となり、 V0=E×{R10/(R10+R20)−F20/(F10+F20+KC Q)} …(3) 式(3)を整理すると、次式のようになる。 V0=AE−(E×F20)/(F10+F20+KCQ) …(4) ただし、A=R10/(R10+R20)
【0006】したがって、(4)式に示すとおりガス濃
度Cは、出力V0に対して分母側にある、つまり比例関
係にはないことから、出力V0はガス濃度に対して直線
性が悪いことが分かる。その結果、ガス濃度に応じて段
階的に警報を出すような場合に、その警報設定値の設定
が困難になる等の問題を生じる。
【0007】接触燃焼式ガスセンサでは触媒上に付着
したゴミ等を清掃し、ガスとの接触面を常に一定に保つ
ための清掃(クリーニング)処理が必要となる。このた
め、図3の如き回路ではセンサ素子を過電圧により一定
時間ドライブし、自己発熱でその表面のゴミなどを清掃
するようにしており、このため電源電圧を大きくしなけ
ればならず大型かつ高価になる、という問題が生じる。
したがって、この発明の課題は接触燃焼式ガスセンサ回
路において、ガス濃度に比例する出力を得られるように
するとともに、電源装置を大型化し高価にすることなく
清掃を行ない得るようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、接触燃焼式ガスセンサ素子とし
ての触媒を塗布された第1の白金線の一側に、その抵抗
値がこの接触燃焼式ガスセンサ素子のガス非接触時に示
す抵抗値とほぼ同じ値を持ち触媒を塗布されない第2の
白金線を接続し、この第2の白金線の一側には第1の抵
抗を接続し、この第1の抵抗の一側には第2の抵抗を接
続し、第1,第2抵抗の抵抗値はほぼ同じ値とし、前記
第2抵抗の一側には前記第1の白金線の他側を接続し、
この第1の白金線の他側と前記第2の白金線の一側との
間に定電流源を接続し、前記第1の白金線の一側と第1
の抵抗の一側との間の出力を監視するとともに、前記定
電流源をパルス信号にてオン,オフ駆動し、そのオン時
間を長くして接触燃焼式ガスセンサ素子の清掃を行なう
ことを特徴としている。
【0009】
【作用】接触燃焼式ガスセンサをホイートストンブリッ
ジに組み込み、これを定電流回路によりパルス駆動する
ことにより、ブリッジ出力Vaから、これと比例関係に
あるガス濃度Cを得られるようにし、測定精度を向上さ
せる。また、センサの清掃を定電流回路のオン時間を比
較的長くして行なうことにより、電源容量を特に大きく
することなく低コストに実行し得るようにする。
【0010】
【実施例】図1はこの発明の原理構成例を示す回路図で
ある。同図からも明らかなように、ここではホイートス
トンブリッジを、ガスが非接触時には抵抗値F1を示す
センサ(触媒を塗布された白金線)と、抵抗値F1と同
じ抵抗値F2を持つ白金線F2と、抵抗Raと、抵抗R
bとから構成し、電流Iを供給する定電流回路1によっ
てオン,オフ駆動するようにした点が特徴である。な
お、定電流回路1には電源Eより電源が供給される。ま
た、抵抗Ra,抵抗Rbの各抵抗値をほぼ等しくするも
のとする。
【0011】図1におけるブリッジ出力Vaは、次の
(5)式で示される。 Va=I{(Ra×F1−Rb×F2)/(Ra+Rb+F1+F2)} …(5) ここで、抵抗値F1の白金線の抵抗値変化をΔF1とす
ると、これは、上記(2)式と同様に、 ΔF1=K×C×Q …(6) なる関係にあるので、(6)式を(5)式に代入する
と、 Va=I[{(Ra×(F1+KCQ)−Rb×F2}/(Ra+Rb+F1 +KCQ+F2)] …(7) となる。
【0012】(7)式において、(Ra+Rb)≫(F
1+KCQ+F2)が成立するようRa,Rbを選ぶも
のとすれば、Vaは次式で近似される。 Va=I×(Ra×KCQ+Ra×F1−Rb×F2)/(Ra+Rb) …(8) この(8)式から、ガス濃度Cはブリッジ出力Vaと比
例関係にあり、両者間に直線性を持たせることができ、
精度を向上させることが可能となる。
【0013】つまり、接触燃焼式ガスセンサをホイート
ストンブリッジに組み込み、これを定電流回路によって
パルス駆動することにより、ブリッジ出力Vaから、こ
れと比例関係にあるガス濃度Cを得るようにしたもので
ある。なお、(Ra+Rb)≫(F1+KCQ+F2)
とすることは、センサを大きな電流にてドライブできる
ことを示しており、これによりセンサへのオン時間周期
を短くすることができ、計測応答を速くすることが可能
となる。
【0014】図2は図1の動作を説明するための説明図
である。図1の定電流回路1は、図2(イ)のような信
号Sによりオン,オフ制御される。すなわち、測定中に
はセンサとしての白金線F1が余り発熱しないよう、オ
ン時間幅の狭いパルスによってドライブし、クリーニン
グ時にはセンサとしての白金線F1が充分発熱するよ
う、オン時間幅の広いパルスによってドライブするよう
にしている。
【0015】図2(ロ)のF1温度上昇信号は、各パル
スのオン時間において、センサとしての白金線F1の温
度上昇例を示す。触媒が塗布されていない白金線F2に
おいても、ドライブ電流はセンサとしての白金線と同じ
なので、触媒が塗布されていない白金線F2の温度特性
をセンサとしての白金線F1と同一としておくことによ
り、図2(ハ)のF2温度上昇信号は図2(ロ)のF1
温度上昇信号とほぼ同様となる。また、図2(ホ)に示
すブリッジ出力Vaは、各白金線F1,F2の抵抗値差
と抵抗Ra,Rbの抵抗値差のバランスによってもたら
されるが、ガス濃度0の状態では抵抗値差がないので、
ブリッジ出力Vaも0となる。
【0016】ここで、ガス濃度が例えば図2(ニ)のよ
うに変化すると、センサとしての白金線F1は触媒の発
熱によって図2(ロ)の期間Aで示すように温められ、
その抵抗値が白金の温度係数によって上昇する。一方、
触媒が塗布されていない白金線はF2、白金自身の温度
上昇による上昇分しかないので、ブリッジのバランスが
くずれ、その出力Vaにはガス濃度変化による出力が、
図2(ホ)のように現れることになる。
【0017】また、図2の符号Bはクリーニング期間を
示しており、この期間は信号Sのオン期間が測定中のそ
れとは長くなっていることが分かる。このとき、ドライ
ブ電流による白金自身の自己発熱は、図2(ロ),
(ハ)に示すようにセンサF1,触媒を塗布しない白金
線F2ともに同じなので、ブリッジは平衡が保たれ、出
力Vaは0となる。
【0018】
【発明の効果】この発明によれば、接触燃焼式ガスセン
サをホイートストンブリッジに組み込み、これを定電流
回路によりパルス駆動するようにしたので、ブリッジ出
力Vaから、これと比例関係にあるガス濃度Cを得るこ
とで、測定精度を向上させることができる。また、ブリ
ッジのオン,オフ駆動電流周期を短くすることで、計測
応答を速めることが可能となる。さらに、センサの清掃
を定電流回路のオン時間を長くして実行するようにした
ので、電源容量を特に大きくすることなく低コストに実
行し得る利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の動作を説明するための各部波形図であ
る。
【図3】従来例を示す原理構成図である。
【符号の説明】
1…定電流回路、2,A…アンプ、E…電源、F1,F
10…センサ(白金線)、F2,F20…白金線、R
a,Rb,R10,R20…抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接触燃焼式ガスセンサ素子としての触媒
    を塗布された第1の白金線の一側に、その抵抗値がこの
    接触燃焼式ガスセンサ素子のガス非接触時に示す抵抗値
    とほぼ同じ値を持ち触媒を塗布されない第2の白金線を
    接続し、この第2の白金線の一側には第1の抵抗を接続
    し、この第1の抵抗の一側には第2の抵抗を接続し、第
    1,第2抵抗の抵抗値はほぼ同じ値とし、前記第2抵抗
    の一側には前記第1の白金線の他側を接続し、この第1
    の白金線の他側と前記第2の白金線の一側との間に定電
    流源を接続し、前記第1の白金線の一側と第1の抵抗の
    一側との間の出力を監視するとともに、前記定電流源を
    パルス信号にてオン,オフ駆動し、そのオン時間を長く
    して接触燃焼式ガスセンサ素子の清掃を行なうことを特
    徴とする接触燃焼式ガスセンサ回路。
JP9060795A 1995-04-17 1995-04-17 接触燃焼式ガスセンサ回路 Pending JPH08285807A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324463A (ja) * 2000-05-12 2001-11-22 Hioki Ee Corp ガス濃度検出センサおよびガス濃度測定装置
JP2007198816A (ja) * 2006-01-25 2007-08-09 Taizo Ishikawa 接触燃焼式ガスセンサを用いた検出回路
US8201992B2 (en) * 2001-07-16 2012-06-19 Sensor Tech, Inc. Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8201992B2 (en) * 2001-07-16 2012-06-19 Sensor Tech, Inc. Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances
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