JPH0972872A - 接触燃焼式複合ガス検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスの選択性を改善し、メタンガスとＣＯガス
を選択的に検知できる接触燃焼式複合ガス検知装置を提
供する。 【解決手段】都市ガスセンサを枝片に組み込んだブリッ
ジ回路Ｂ１と一酸化炭素ガスセンサを枝片に組み込んだ
ブリッジ回路Ｂ２と、両ブリッジ回路を駆動する制御部
Ｎと、両ブリッジ回路の出力をデジタル演算して出力す
る演算部Ｓとを備える接触燃焼式複合ガス検知装置であ
って、都市ガスセンサおよびＣＯガスセンサのいずれか
を、低温と高温との２温度サイクル動作させ、ガスセン
サ間あるいは同じガスセンサの２温度間のブリッジ出力
の演算において、水素ガスに対する出力を等しくするよ
うに演算係数を設定しておき、これを用いて水素ガスに
対する出力を相殺して、ＣＯガスに対する出力が水素ガ
スにより影響を受けないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は都市ガス中のメタン
ガスおよび不完全燃焼ガス中の一酸化炭素ガスの濃度を
分別検知して、信号を発したり、遮断弁を作動させたり
するガス警報器に用いる複合ガス検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の都市ガスおよび一酸化炭素ガス警
報器には、半導体式ガスセンサまたは接触燃焼式ガス検
知装置が用いられている。半導体式ガスセンサは酸化ス
ズ、酸化亜鉛などの金属酸化物半導体をガス検知素子と
し、ガスに接触した時の大きい抵抗値の変化を利用して
いる。接触燃焼式ガス検知装置は、金、パラジウムまた
はロジウムなどの触媒を担持した金属酸化物焼結体を測
温抵抗体に付着させたガス検知素子を用いるが、ガスに
接触した時の抵抗値変化は小さいので、補償素子と共に
ブリッジ回路に組み込みブリッジ出力を利用している。

【０００３】半導体式ガスセンサは都市ガスや低濃度の
一酸化炭素ガス（以下、ＣＯガスと記す）を有し、比較
的安価に製造できるという長所を有しているが、ガスの
選択性が低く、再現性がよくないなどの問題点がある。
接触燃焼式ガス検知装置はガス感度の再現性が良く、湿
度の影響を受けないという特長があり、広く普及してい
るが、ガスの選択性、特に不完全燃焼ガス中のＣＯガス
に対する選択性は必ずしも充分ではない。

【０００４】図１２は従来の接触燃焼式ガス検知装置の
ブリッジ回路である。ガス検知素子Ｄと補償素子Ｃの直
列接続、および２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列接続と電源
Ｅが片列接続されている。各直列接続の中間点に負荷Ｖ
が接続されていて、負荷Ｖにブリッジ出力が印加され
る。ブリッジ出力を感度ともいう。従来の接触燃焼式ガ
ス検知装置はＣＯガスに対する感度を有しているが、不
完全燃焼時にＣＯガスと同時に発生する水素ガスにも高
い感度を有し、例えば、同一濃度のＣＯガスと水素ガス
に対する感度の比率（水素ガス感度／ＣＯガス感度）は
約２〜４倍であった。しかしながら、一般に不完全燃焼
時に発生するＣＯガスと水素ガスの比率は燃焼器具の種
類や、燃焼条件により、１〜６：１の範囲で変化するこ
とが知られている。このため、従来の接触燃焼式ガス検
知装置では、燃焼条件によって、ＣＯ：水素の比率が大
幅に変動する不完全燃焼ガス中の毒性の強いＣＯガスを
精度良く検知することは困難であった。

【０００５】ガス漏れ警報器は通産省の指導ににより、
比較的普及が促進されているが、近年、住宅の密室化、
室内での燃焼器具の普及が進み、燃焼器具のＣＯ中毒事
故が増加している傾向がある。このような事故の増加傾
向に歯止めをかけるため、大手ガス会社を中心に、１台
の警報器に都市ガスと一酸化炭素ガスの両方の検知機能
をもたせた複合ガス検知装置を内蔵する複合ガス警報器
の普及を図る動きが高まってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在、都市ガスと一酸
化炭素ガスの両方の検知機能をもたせた複合ガス検知装
置としては、都市ガスセンサと不完全燃焼検知センサと
してそれぞれ個別の半導体式センサを搭載したタイプの
ガス検知装置がある。しかし、半導体式センサを搭載し
ているため、以下の問題点がある。

【０００７】ガスの選択性が悪い。 再現性がよくない。 水蒸気に感度をもち、湿度によりガス感度が変化す
る。 また、接触燃焼式ガス検知装置にも以下の問題点があ
る。 ガスの選択性が悪い。特にＣＯガスと水素ガスの識別
が困難である。

【０００８】本発明は、上記の問題点の少ない接触燃焼
式センサを用い、さらにその短所であるガスの選択性を
改善し、メタンガスとＣＯガスを選択的に検知できる接
触燃焼式複合ガス検知装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、メタンガスを主成分とする都市ガスに高
い感度を有する都市ガスセンサを枝片に組み込んだ第１
のブリッジ回路と一酸化炭素ガスに高い感度を有する一
酸化炭素ガスセンサを枝片に組み込んだ第２のブリッジ
回路と、両ブリッジ回路を駆動し、タイミング信号を演
算部に出力する制御部と、両ブリッジ回路の出力をそれ
ぞれ増幅、デジタル化した後、タイミング信号に同期し
て演算して出力する演算部とを備える接触燃焼式複合ガ
ス検知装置であって、前記都市ガスセンサを、メタンガ
スに対し感度をもつ第１の高温とメタンガスに対し感度
を持たない第１の低温との２温度サイクル動作させ、前
記一酸化炭素ガスセンサを、水素ガスに対する感度が異
なる第２の高温と第２の低温との２温度サイクル動作さ
せ、また、水素ガスに対して、両ガスセンサの低温時お
よび高温時の各温度に対して、第１のブリッジ回路の出
力と第２のブリッジ回路の出力とが等しくなるように演
算部を予め校正しておくこととする。

【００１０】また、同じ構成の接触燃焼式複合ガス検知
装置において、前記都市ガスセンサを、メタンガスに対
し感度を持つ一定温度で動作させ、前記一酸化炭素ガス
センサを、水素ガスに対する感度が異なる第２の高温と
第２の低温との２温度サイクル動作させ、また、水素ガ
スに対して、第２のブリッジ回路の一酸化炭素ガスセン
サの低温時の出力と高温時の出力とが等しくなるように
演算部を予め校正しておくこととする。

【００１１】また、同じ構成の接触燃焼式複合ガス検知
装置において、前記都市ガスセンサを、メタンガスに対
し感度をもつ第１の高温とメタンガスに対し感度を持た
ない第１の低温との２温度サイクル動作させ、前記一酸
化炭素ガスセンサを水素ガスに感度を有する一定の温度
で動作させ、また、水素ガスに対して、第１のブリッジ
回路の都市ガスセンサの低温時の出力と第２のブリッジ
回路の一酸化炭素ガスセンサの出力とが等しくなるよう
に演算部を予め校正しておくこととする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る実施例の接触
燃焼式複合ガス検知装置のブロック図である。都市ガス
センサのガス検知素子Ｄ１と補償素子Ｃ１と抵抗Ｒ１、
Ｒ２を枝片に組み込んだブリッジ回路Ｂ１とＣＯガスセ
ンサのガス検知素子Ｄ２と補償素子Ｃ２と抵抗Ｒ３、Ｒ
４を枝片に組み込んだブリッジ回路Ｂ２とは、制御部Ｎ
により別々に駆動され、各素子は所定の温度に保持、ま
たは２温度サイクル駆動される。制御部Ｎは周期駆動と
同期の信号Ｔを演算部Ｓに送る。演算部Ｓは前記の各ブ
リッジ回路Ｂ１、２からの出力Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ増
幅する２つの増幅器Ａ１、Ａ２および増幅器Ａ１、Ａ２
の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器ＡＤおよびデジタ
ルデータを同期信号Ｔに従って記憶、演算処理し出力す
るマイクロコンピュータＭＣからなっている。

【００１３】図２は本発明に係る２温度サイクル駆動の
タイムチャートであり、（ａ）はセンサ駆動パルス、
（ｂ）はセンサの温度、（ｃ）はセンサ出力読み込みの
タイミングである。２温度サイクル駆動は次のように行
った。温度駆動周期は２０sec（低温駆動時間１０sec
、高温駆動時間１０sec ）とした。一定電圧（数
V）、一定周期（１ms）であり、低温、高温に応じたパ
ルス幅のパルスをセンサに印加した。センサの温度が一
定となった後、各温度の最後の１０msのタイミングパル
スに従ってセンサ出力をマイクロコンピュータＭＣに読
み込んだ。これらのセンサ駆動パルスおよびタイミング
パルスは制御部Ｎから出力した。 実施例１ 都市ガスセンサは、白金とパラジウムを担持したアルミ
ナ担体を白金コイルに付着させたガス検知素子Ｄ１と酸
化銅を担持したアルミナ担体を白金コイルに付着させた
補償素子Ｃ１からなり、ＣＯガスセンサは白金を担持し
たアルミナ担体を白金コイルに付着させたガス検知素子
Ｄ２と触媒を担持しないアルミナ担体を白金コイルに付
着させた補償素子Ｃ２からなる。

【００１４】図３は本発明に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置内の都市ガスセンサのブリッジ回路Ｂ１の出力Ｖ
１の温度依存性のグラフである。カーブ２ｍはメタンガ
ス、カーブ２ｃはＣＯガス、カーブ２ｈは水素ガスに対
する出力であり、ガス濃度はいずれも１０００ppm であ
る。メタンガスは約２４０℃から立ち上がるが、他のガ
スに対しては１００℃以上で出力はでている。

【００１５】図４は本発明に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置内のＣＯガスセンサのブリッジ回路Ｂ２の出力Ｖ
２の温度依存性のグラフである。カーブ３ｍはメタンガ
ス、カーブ３ｃはＣＯガス、カーブ３ｈは水素ガスに対
する出力であり、ガス濃度はいずれも１０００ppm であ
る。このような特性のブリッジ出力から、メタンガスお
よびＣＯガスを識別して検知するため、この実施例で
は、両ガスセンサとも２温度サイクル動作する。都市ガ
スセンサはメタンガスを燃焼させない１５０℃と燃焼さ
せる４５０℃、ＣＯガスセンサは水素ガスとＣＯガスと
のブリッジ出力比が異なる１５０℃と４００℃の２温度
動作させた。

【００１６】演算部の校正は次のように行った。校正用
ガスとして水素ガスを例えば１０００ppm の濃度とし全
素子に接触させておく。低温時に、出力の小さい都市ガ
スセンサのブリッジ出力のデジタル値が、ＣＯガスセン
サのブリッジ出力のデジタル値に等しくなるように演算
係数Ｋｌを設定した。同様に、高温時に、出力の小さい
都市ガスセンサのブリッジ出力のデジタル値が、ＣＯガ
スセンサのブリッジ出力のデジタル値に等しくなるよう
に演算係数Ｋｈを設定した。

【００１７】このように演算係数Ｋｉ、Ｋｈを設定して
おけば、メタンガス、ＣＯガスおよび水素ガスの混合ガ
スに対する各ブリッジ出力のデジタル値の差は、水素に
対する出力が相殺されており、低温時にはＣＯガスに対
する出力が残り、高温時にはメタンガスに対する出力が
残る。図５は、本発明に係る接触燃焼式複合ガス検知装
置の高温時の混合ガスに対する出力のグラフである。直
線４ｍはメタンガス、直線４ｃはＣＯガス、直線４ｈは
水素ガスに対する出力である。図５からメタンガスに対
してのみ出力が出ていることが判る。

【００１８】図６は、本発明に係る接触燃焼式複合ガス
検知装置の低温時の混合ガスに対する出力のグラフであ
る。直線５ｍはメタンガス、直線５ｃはＣＯガス、直線
５ｈは水素ガスに対する出力である。図６からＣＯガス
に対してのみ出力が出ていることが判る。このようにし
て、本発明に係るガス検知装置は、他のガスの混在に影
響されず、低温時にはＣＯガスのみを検知し、高温時に
はメタンガスのみを検知できることが判る。すなわち、
都市ガス漏れと不完全燃焼とを分別して検知できる。 実施例２ 都市ガスセンサは、白金とパラジウムを担持したアルミ
ナ担体を白金コイルに付着させたガス検知素子Ｄ１と白
金を担持したアルミナ担体を白金コイルに付着させた補
償素子Ｃ１からなり、ＣＯガスセンサは実施例１と同じ
ものとした。

【００１９】図７は本発明に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置内の都市ガスセンサのブリッジ回路Ｂ１の出力Ｖ
１の温度依存性のグラフである。カーブ６ｍはメタンガ
ス、カーブ６ｃはＣＯガス、カーブ６ｈは水素ガスに対
する出力であり、ガス濃度はいずれも１０００ppm であ
る。メタンガスは約３００℃以上で出力が出るが、他の
ガスに対しては出力は小さい。

【００２０】この実施例では、接触燃焼式複合ガス検知
装置を都市ガスセンサを約４５０℃の一定温度動作さ
せ、ＣＯガスセンサを１５０℃と４００℃との２温度サ
イクル動作させた場合であり、水素ガスに対する出力の
相殺のための校正はＣＯガスセンサのブリッジ出力で行
った。実施例１と同様に、水素ガスをＣＯガスセンサに
接触させておき、低温時のブリッジ出力のデジタル値
が、１／２サイクル前にマイクロンピュータに記憶させ
ておいた高温時のブリッジ出力のデジタル値に等しくな
るように演算係数Ｋｔを設定した。

【００２１】このように演算係数Ｋｔを設定しておけ
ば、メタンガス、ＣＯガスおよび水素ガスの混合ガスに
対するＣＯガスセンサのブリッジ出力のデジタル値の低
温時と高温時との差は、水素に対する出力が相殺されて
おり、ＣＯガスに対する出力が残る。１５０℃ではＣＯ
に対する出力は出ているので得られた感度は打ち消し合
ってやや小さくなっている。

【００２２】都市ガスセンサは一定温度なので、そのブ
リッジ出力はメタンに対する出力である。図８は本発明
に係る接触燃焼式複合ガス検知装置の混合ガスに対する
ＣＯガスセンサの高温時のセンサ出力のグラフである。
直線７ｍはメタンガス、直線７ｃはＣＯガス、直線７ｈ
は水素ガスに対する出力である。図９は本発明に係る接
触燃焼式複合ガス検知装置の混合ガスに対するＣＯガス
センサの低温時の出力のグラフである。直線８ｍはメタ
ンガス、直線８ｃはＣＯガス、直線８ｈは水素ガスに対
する出力である。

【００２３】接触燃焼式複合ガス検知装置は、ＣＯガス
センサが低温時に、ＣＯガスに対する出力を出力し、高
温時にはメタンガスに対する出力を出力するようにし
た。このようにして、本発明に係るガス検知装置は、他
のガスの混在に影響されず、都市ガス漏れと不完全燃焼
とを分別して検知できることが判る。 実施例３ この実施例では、実施例１のガス検知素子および補償素
子を用い、都市ガスセンサは１５０℃と４５０℃との２
温度サイクル動作し、ＣＯガスセンサを１５０℃の一定
温度動作させた。その他は実施例１と同じとした。

【００２４】演算部の校正は次のように行った。校正用
ガスとして水素ガスを例えば１０００ppm の濃度とし全
素子に接触させておく。都市ガスセンサの低温時のブリ
ッジ出力のデジタル値が、ＣＯガスセンサのブリッジ出
力のデジタル値に等しくなるように演算係数Ｋｃを設定
した。このように演算係数を設定しておけば、メタンガ
ス、ＣＯガスおよび水素ガスの混合ガスに対する都市ガ
スセンサの低温時のブリッジ出力のデジタル値とＣＯガ
スセンサのブリッジ出力とのデジタル値の差は、水素に
対する出力が相殺されており、ＣＯガスに対するＣＯガ
スセンサのブリッジ出力とのデジタル値が残る。

【００２５】都市ガスセンサの高温時の出力はメタン感
度および水素感度の和の出力、すなわち、都市ガスに対
する出力である。図１０は本発明に係る接触燃焼式複合
ガス検知装置の混合ガスに対する都市ガスセンサの高温
時のセンサ出力のグラフである。直線９ｍはメタンガ
ス、直線９ｃはＣＯガス、直線９ｈは水素ガスに対する
出力である。図１１は本発明に係る接触燃焼式複合ガス
検知装置の混合ガスに対する都市ガスセンサの低温時の
出力のグラフである。直線１０ｍはメタンガス、直線１
０ｃはＣＯガス、直線１０ｈは水素ガスに対する出力で
ある。

【００２６】このようにして、本発明の接触燃焼式複合
ガス検知装置は都市ガスと不完全燃焼とを分別して出力
できることが判る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、都市ガスセンサを枝片
に組み込んだ第１のブリッジ回路と一酸化炭素ガスセン
サを枝片に組み込んだ第２のブリッジ回路と、両ブリッ
ジ回路を駆動し、タイミング信号を演算部に出力する制
御部と、両ブリッジ回路の出力をそれぞれ増幅、デジタ
ル化した後、タイミング信号に同期して演算して出力す
る演算部とを備える接触燃焼式複合ガス検知装置で構成
し、前記都市ガスセンサおよびＣＯガスセンサのいずれ
かを、低温と高温との２温度サイクル動作させ、ガスセ
ンサ間あるいは同ガスセンサの２温度間のブリッジ出力
の演算において、水素ガスに対する出力を等しくする演
算係数を設定し、これを用いて水素ガスに対する出力を
相殺して、ＣＯガスに対する出力が水素ガスにより影響
を受けないようにしたため、都市ガスと不完全燃焼とを
分別して出力できる。

【００２８】本発明の接触燃焼式複合ガス検知装置を用
いれば都市ガスと不完全燃焼とを分別して警報をあるい
は対応する操作が実施できる複合ガス警報器を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の接触燃焼式複合ガス検知
装置のブロック図

【図２】本発明に係る２温度サイクル駆動のタイムチャ
ート、（ａ）センサ駆動パルス、（ｂ）センサの温度、
（ｃ）センサ出力読み込みのタイミング

【図３】本発明に係る接触燃焼式複合ガス検知装置内の
都市ガスセンサのブリッジ回路Ｂ１の出力Ｖ１の温度依
存性のグラフ

【図４】本発明に係る接触燃焼式複合ガス検知装置内の
ＣＯガスセンサのブリッジ回路Ｂ２の出力Ｖ２の温度依
存性のグラフ

【図５】本発明に係る接触燃焼式複合ガス検知装置の高
温時の混合ガスに対する出力のグラフ

【図６】本発明に係る接触燃焼式複合ガス検知装置の低
温時の混合ガスに対する出力のグラフ

【図７】本発明の実施例２に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置内の都市ガスセンサのブリッジ回路Ｂ１の出力Ｖ
１の温度依存性のグラフ

【図８】本発明の実施例２に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置の混合ガスに対するＣＯガスセンサの高温時のセ
ンサ出力のグラフ

【図９】本発明の実施例２に係る接触燃焼式複合ガス検
知装置の混合ガスに対するＣＯガスセンサの低温時の出
力のグラフ

【図１０】本発明の実施例３に係る接触燃焼式複合ガス
検知装置の混合ガスに対する都市ガスセンサの高温時の
センサ出力のグラフ

【図１１】本発明の実施例３に係る接触燃焼式複合ガス
検知装置の混合ガスに対する都市ガスセンサの低温時の
出力のグラフ

【図１２】従来の接触燃焼式ガス検知装置のブリッジ回
路

【符号の説明】

Ｄ ガス検知素子 Ｃ 補償素子 Ｅ 電源 Ｖ 負荷 Ｄ１ ガス検知素子 Ｄ２ ガス検知素子 Ｃ１ 補償素子 Ｃ２ 補償素子 Ｒ１ 抵抗 Ｒ２ 抵抗 Ｒ３ 抵抗 Ｒ４ 抵抗 Ｂ１ ブリッジ回路 Ｂ２ ブリッジ回路 Ｎ 制御部 Ｔ 同期信号 Ｓ 演算部 Ａ１ 増幅器 Ａ２ 増幅器 ＡＤ Ａ／Ｄ変換器 ＭＣ マイクロコンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メタンガスを主成分とする都市ガスに高い
   感度を有する都市ガスセンサを枝片に組み込んだ第１の
   ブリッジ回路と一酸化炭素ガスに高い感度を有する一酸
   化炭素ガスセンサを枝片に組み込んだ第２のブリッジ回
   路と、 両ブリッジ回路を駆動し、タイミング信号を演算部に出
   力する制御部と、 両ブリッジ回路の出力をそれぞれ増幅、デジタル化した
   後、タイミング信号に同期して演算して出力する演算部
   とを備える接触燃焼式複合ガス検知装置であって、 前記都市ガスセンサを、メタンガスに対し感度をもつ第
   １の高温とメタンガスに対し感度を持たない第１の低温
   との２温度サイクル動作させ、前記一酸化炭素ガスセン
   サを、水素ガスに対する感度が異なる第２の高温と第２
   の低温との２温度サイクル動作させ、 また、水素ガスに対して、両ガスセンサの低温時および
   高温時の各温度に対して、第１のブリッジ回路の出力と
   第２のブリッジ回路の出力とが等しくなるように演算部
   を予め校正しておくことを特徴とする接触燃焼式複合ガ
   ス検知装置。
2. 【請求項２】メタンガスを主成分とする都市ガスに高い
   感度を有する都市ガスセンサを枝片に組み込んだ第１の
   ブリッジ回路と一酸化炭素ガスに高い感度を有する一酸
   化炭素ガスセンサを枝片に組み込んだ第２のブリッジ回
   路と、 両ブリッジ回路を駆動し、タイミング信号を演算部に出
   力する制御部と、 両ブリッジ回路の出力をそれぞれ増幅、デジタル化した
   後、タイミング信号に同期して演算して出力する演算部
   とを備える接触燃焼式複合ガス検知装置であって、 前記都市ガスセンサを、メタンガスに対し感度を持つ一
   定温度で動作させ、前記一酸化炭素ガスセンサを、水素
   ガスに対する感度が異なる第２の高温と第２の低温との
   ２温度サイクル動作させ、 また、水素ガスに対して、第２のブリッジ回路の一酸化
   炭素ガスセンサの低温時の出力と高温時の出力とが等し
   くなるように演算部を予め校正しておくことを特徴とす
   る接触燃焼式複合ガス検知装置。
3. 【請求項３】メタンガスを主成分とする都市ガスに高い
   感度を有する都市ガスセンサを枝片に組み込んだ第１の
   ブリッジ回路と一酸化炭素ガスに高い感度を有する一酸
   化炭素ガスセンサを枝片に組み込んだ第２のブリッジ回
   路と、 両ブリッジ回路を駆動し、タイミング信号を演算部に出
   力する制御部と、 両ブリッジ回路の出力をそれぞれ増幅、デジタル化した
   後、タイミング信号に同期して演算して出力する演算部
   とを備える接触燃焼式複合ガス検知装置であって、 前記都市ガスセンサを、メタンガスに対し感度をもつ第
   １の高温とメタンガスに対し感度を持たない第１の低温
   との２温度サイクル動作させ、前記一酸化炭素ガスセン
   サを水素ガスに感度を有する一定の温度で動作させ、 また、水素ガスに対して、第１のブリッジ回路の都市ガ
   スセンサの低温時の出力と第２のブリッジ回路の一酸化
   炭素ガスセンサの出力とが等しくなるように演算部を予
   め校正しておくことを特徴とする接触燃焼式複合ガス検
   知装置。