JPS62291555A - ガス検知装置 - 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】 五　発明の詳細な説明 〔産業上の第１」用分野〕 本発明は還元性ガスを検知するガス検知装置にかかわり
、特に、長期にかたって高信頼度の検知を行うのに好適
なガス検知装置に関する。

〔従来の技術〕

可燃性ガスのガス検知装置については、従来たら種々の
提案がなさｎているが、″！Ｍ、恢仰ガス以外の汐りえ
はγルコール寺の雑ガスにＬジ誤動作、誤報を生じやす
い問題があり、さらに、長期の使用中にガスセンサの固
有抵抗値が低下してくるため、あらかじめ定めた警報レ
ベルのままで使用していると、次第に設定時より低濃度
のガス漏れでも警報を発するようになシ、見掛は上はガ
スセンサの感度が鋭敏に変化したのと同等になり、長期
安定性および信頼性の面で問題があった。

これらの問題の解決策として、特公昭５８−７９４０号
公報、特公昭５８−４７６６５号公報に開示されている
ように、雑ガス酸化フィルタを用いる万策や、特公昭５
７−５５５３＋号公報に開示されているように、複数の
ガスセンサを用いることによってガスセンサの経時変化
を相殺する方策が用いられてきている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、実用化することにより初期特性は改善
されてきているが、まだ十分とはいえない。複数個のガ
スセンサを必要とせず、簡便でしかも長期にわたり信頼
性のあるガス検知装置、すなわちガスセンサ自体の特性
変化（劣化）が検知でき、自己補正が可能な、高信頼性
を有するガス検知装置が求められていた。

本発明の目的は、ガスセンサの性能劣化にかかわらず、
長期にわたり高信頼性、高精度検知ができるガス検知装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明者らは、ガスセンサ性能の経時変化について種
々検討した結果、ガスセンサに性能劣化が生じてくると
、該ガスセンサの出力信号に発振現象が生じることを新
たに見いだした。この現象について、以下に詳説する。

長期使用によりガスセンサの性能劣化が進行してくると
、還元性ガスの存在しない空気雰囲気中において、ガス
センサの動作温度が定格動作温度近辺で発振現象を生じ
る。そして、このガスセンサの出力信号の発振現象の生
じる動作温度が、ガスセンサ性能の経時変化による性能
劣化程度と関係があり、性能劣化が少ないガスセンサで
は動作温度が低温時に発振が発生するが、定格動作温度
への昇温過程で消滅する。すなわち、ガスセンサの経時
劣化の程度と、ガスセンサの空気雰囲気中における発振
現象が消滅する（もしくは出現する）動作温度との間に
、相関関係があることを新たに見いだした。

本願発明者らは、またさらに、ガスセンサを、定格動作
温度以下で、しかもガスセンサの出力に発振が生じる一
定の低い動作温度に設定した場合。

定格動作温度から該一定の低い動作温度に温度を変化さ
せた時点から、ガスセンサの出力信号が発振を開始する
までの所要時間が、ガスセンサの性能劣化程度と相関関
係があることを見いだした。

前記目的は、上記の現象、特に最後に述べた現象を利用
して性能劣化８度を見付け、性能劣化程度に応じて検知
レベルをｆえることによって、達成される。

本発明は、ヒータ部の動作温度を変化させる手段と、ガ
スセンサの出力信号の発振の有無を検知する手段と、ヒ
ータ部の動作温度を定格動作温度から該定格動作温度よ
り低いあらかじめ定めた温度に変化させた時点から、ガ
スセンサの出力信号の発振開始までの所要時間を計測す
る手段とを設け、ガスセンサの使用初期からの該所要時
間の変化に応じて、検知レベルをあらかじめ定めた値の
一つに再設定するものである。

また、本発明では、所要時間検出動作時、すなわちヒー
タ部の動作温度を定格動作温度から該定格動作温度よシ
低いあらかじめ定めた温度に変化させた時点から、ガス
センサの出力信号の発振開始までの所要時間を計測して
いる間、検知レベルを、前記定格動作温度より低い動作
温度に対応するあらかじめ定めた第２の＠、知レベルに
設定し、該期間中に発生したガス漏ｎにも対処でさるよ
うにしている。

〔作用〕

ヒータ部の動作温度を、還元性ガス検知のための定格動
作温度から、あらかじめ定めたこれより低い温度に変化
させ、この低い動作温度におけるガスセンサの出力信号
の発振開始までの所要時間を計測し、ガスセンサの使用
初期からの該Ｐｆｒ妾時開時間化の程度に応じて、ガス
センサの性能劣化の程度を判断し、還元性ガス検知レベ
ルを第１の検知レベルの一つに順次再設定することによ
り、ガスセンサの性能劣化の自己補正が可能となる。

そして、このような操作を、ガスセンサの使用開始時か
らあらかじめ定めた一定時間ごとに行うことにより、長
期にわたって高信頼性と高精度が得られるとともに、性
能劣化が非常に進み寿命に達した場合には、ガスセンサ
の寿命報知を行うこともできる。またさらに、ガスセン
サの性能劣化検出のための発振検出動作時にガス漏れが
発生した場合にも、ガスセンサの出力信号が一定時間以
上継続して第２の検知レベル以上となったとき、還元性
ガス検知の動作に戻して、ガス漏れに対処できるので、
ガス漏れ検知ミスを生じることはない。

〔実施例〕

以下、本発明によるガス検知装置の一実施例を第１図な
いし第７図により説明する。第１図は該実施例の装置の
構成を示すブロック図、第２図。

第３図および第４図は本発明の装置に用いられるガスセ
ンサの性能特性の一例を示す特性図、第５図および第６
図は該実施例の装置の動作を示すタイムチャート、第７
図は該実施例の装置の動作を示すフローチャートである
。

第１図において、１は半導体式のガスセンサ、２は該ガ
スセンサ１の還元性ガス検知用の感ガス部、３は該感ガ
ス部２を加熱するためのヒータ部、４は前記ガスセンサ
１の感ガス特性を計測するための出力抵抗、５は前記ガ
スセンサ１のヒータ部５の動作温度を制御するためのヒ
ータ制御部、６は前記ガスセンサ１の使用開始から一定
時間経過するごとに、該ヒータ制御部５によシ前記ヒー
タ部６の動作温度をあらかじめ定めた温度に一定時間変
化させる制御用信号を送るためのタイマ部、７は前記ヒ
ータ８３の動作温度をガス検知動作時の定格動作温度か
らあらかじめ定めた温度に変化させた時点から、前記ガ
スセンサ１の出力信号の発振開始までの所要時間を計測
するための所要時間検知部、８は前記ガスセンサ１の周
辺雰囲気温度を検知するための温度検知部、９は該温度
検知部８の信号により前記所要時間検知部７の信号を補
正演算するための補正演算部、１０は該補正演算部９に
より温度補正後の、発振開始までの所要時間を記憶し、
かつ前記ガスセンサ１の使用初期からの該所要時間の変
化（差または比など）を演算するための演算記憶部、１
１は、該発振開始までの所要時間の変化に対応する該演
算記憶部１０の信号の程度に応じて、還元性ガスの検知
レベルを、あらかじめ定めである第１の検知レベルの一
つに再設定するとともに、発振開始までの所要時間検出
動作時には、あらかじめ足めた第２の検知レベルに設定
するための検知レベル制御部、１２は定格動作温度状況
におけるガスセンサ１の出力信号を検出するための信号
検出部、１３は該信号検出８１２の信号のレベルと、検
知レベル制御部１１により新たに設定された検知レベル
とを比較し、信号レベルが検知レベルを越えたとき信号
を出力する比較部、１４は該比較部１３の出力信号によ
シ、ガス漏れおよびガスセンサの寿命を表示したり、警
報を兄した）２口るいはガス配管の元栓を閉止する等、
他の機器を制御したりするための制御部である。

第２図は、空気雰囲気中におけるガスセンサ１のヒータ
部５の動作温度を、ガス検知動作時の定格動作温度Ｔ、
から、ガスセンサ１の出力信号の発振検知動作時の動作
源ｉＴ２　（ただし’ｒ、＞Ｔ２）へと変化させたとき
のガスセンサ１の出力信号の発振特性の一例を示す特性
図である。ガスセンサ１のヒータ部の動作温度（ヒータ
温度）を定格動作温度Ｔ、から温度Ｔ２へと変化させる
と、ガスセンサ１の出力信号は定格動作温度１５時の出
力信号Ｖ。から急減するとともに、時間℃Ａ経過後に発
振を開始し、発振周期ｔ、で発振を継続する。

第３図は、半導体式ガスセンサのヒータ部の動作温度を
定格動作温度Ｔ１から低温側へ変化させた場合の、動作
温度（絶対温度の逆数で示しである）と、ガスセンサの
出力信号の発振開始までの所要時間ｔＡ（逆数で示しで
ある）との関係の一例を示す特性図である０図中、特性
＋５．１６．１７および１８は、ガスセンサの使用開始
からの経過時間の違いによる経時特性を示したものであ
り、感ガス性能が劣化するＫつれて、特性は１５→１６
−１７−１８へと変化してくるが、このような関係は新
たに見いたした現象である。すなわち、ガスセンサをガ
ス検知のための定格動作温度よシ低い温度で動作させた
場合に生じるガスセンサの出力信号の極低周波（＋ｏ−
’〜１Ｏ−２Ｈｚ）の発振開始までの所要時間ｔＡと、
ガスセンサの感ガス性能の劣化との間に相関関係がある
ことがわかった。

空気雰囲気中におけるガスセンサのヒータ部の動作温度
を定格動作温度Ｔ、から温度Ｔ２へ変化させたときから
、ガスセンサの出力信号の発振開始までの所要時間ｔ＾
の逆数は、ガスセンサの感ガス性能の劣化が進行するに
つれて、例えば、第６図におけるｄ。１９からｄ、　２
０．　ｃ１２２１．　ｄ、　２２　へと変化する。そこ
で、その所要時間の逆数の変化の程凝（すなわち、差ｄ
Ｏ−ｄＩ　ｔ　ｄＱ　−ｄ２　＋　ａｏ−ｄＳ、もしく
は比ｄ１／　６ｏ１　ｄ２　／　ｄ（ｌｔ　６５　／　
ｄ（１）を求めることによジ、ガスセンサの性能劣化の
程度を知ることができる。第４図は、この発振開始まで
の所要時間の逆数の変化（−例としてｄ／ｄｏで示しで
ある）と、ガスセンサの特性劣化との関係を表わす特性
の一例を示したものである。そこで、第４図に示した特
性２３を用いることによシ、ガスセンナの性能劣化分を
自己補正することができる。第４図に示した特性を利用
してガスセンサの性能劣化を自己補正する方法としては
、極々のものが使用可能であるが、第１図に構成を示し
た本実施例では、被検知ガスａ度の検知レベルを自動補
正する方法を用いた例を示している。

以下、第１図に示した本発明によるガス検知装置の動作
を、第５図のタイムチャートおよび第７図の７０−チャ
ートを用いて説明する。まず、ヒータ制御部５によシ、
ガスセンサ１のヒータ部３を定格動作温度ＴＩ（Ｋ）で
動作させる◇また、還元性ガスの検知レベルは、検知レ
ベル制御部１１により、還元性ガスの検知すべきガス濃
度に対応して、あらかじめ第１の検知レベルの一つであ
る検知レベルＬ、に設定しである。このとさ、還元性ガ
スの、検知すべきａ鼠以下のガス漏れが生じ、還元性ガ
ス検出信号出力Ｖ、が生じた場合には％　Ｖｌ＜Ｌ、　
　であるので、比較部１３は信号を出力せず、制御部１
４も信号を出力せず、従って、表示や警報等の動作は生
じない。次に、ガスセンサ１の使用時間が、タイマ部６
にあらかじめ設定しておいた時間１＋（例えば数十〜数
百時間）に到達すると、タイマ部６からヒータ制御部５
および所要時間検知部７へそれぞれ制御信号が時間ｔｚ
（例えば数分〜数十分）送出され、ヒータ制御部５はヒ
ータ部６の動作温度をＴ、からＴ、へと変化させ、同時
に。

所要時間検知部７は、ガスセンサ１の出力信号の発振開
始までの所要時間を検出する。補正演算部９は、温度検
知部８（例えばサーミスタ等）からの周辺雰囲気温度に
対応した出力信号により、前記所要時間検知部７が検出
した所要時間に対し、温度補正のための補正演算を行う
。次いで、演算記憶部１０は、この温度補正後の、発振
開始までの所要時間の逆数ｄ、と、記憶していた使用初
期における所要時間の逆数ｄ。とから、所要時間の逆数
の変化（例えは”＋／ｄ−ｏ）を演算し、出力信号Ｆ、
を検知レベル制御１ｆｉ＋１に送る。検知レベル制御部
１１は、出力信号Ｆ１のレベルを、あらかじめ設定して
おいたレベルに、およびに２　（Ｋｌ　＜Ｋｔ　）と比
較し、Ｆ、　＜　Ｋ、であればガスセンサの特性劣化は
少ないと判定し、還元性ガスの第１の検知レベルはり、
のままで変更させない。次いで、還元性ガスの、検知す
べき濃度以上のガス漏れが生じ、還元性ガス検出信号ｖ
２が生じると、ｖ２≧Ｌ、であるので、比較部１６およ
び制御部１４は信号を出力し、表示や警報により異常を
報知する。

続いて、経過時間がさらにｔ、に到達すると、上記と同
様に、タイマ部６はヒータ制御部５お工び所要時間検知
部７へそれぞれ制′ｉ＃信号を送出し、ヒータ部６の動
作温度をＴ、からＴ２へと変化させ、同時に、ガスセン
サ１の出力信号の発振開始までの所要時間を検出する。

このとき、ガスセンサの特性劣化に応じて、発振開始ま
での所要時間の変化に対応した演算記憶部１０の出力信
号がＦ２（Ｆ２〉Ｆ、）と大きくなり、レベルに、を越
え、Ｋ、＞Ｆ２＞Ｋ、となったとすると、検知レベル制
御ｍ１１は、還元性ガスの第１の検知レベルを、ガスセ
ンサの特性劣化の程度に応じて、あらかじめ設定しであ
る検知レベルＬｘ（Ｌ２＞Ｌｌ）に変更、再設定する。

その後、検知濃度以下のガス漏れが生じ、還元性ガス検
出信号出力ｖ５が生じたとする。また、このｖ３は、ガ
スセンサの特性劣化による固有抵抗値の低下のために、
検知濃度以下のガス漏れにもかかわらず、前記した検知
濃度以上のガス漏れ時のガス検出信号出力Ｖ、と同等（
Ｖｓ’Ｆ　Ｖ２　）の出力であったとする。しかし、今
回の場合は、ガスセンサの特性劣化の程度に応じて、第
１の検知レベルがすでにり、からＬ２（Ｌ２＞Ｌｌ）に
再設定されており、かつＶ、＜Ｌ２　　であるので、比
較部１３および制御部１４は出力を生ぜず、従って、経
時劣化による検知誤差を補正できたことになる０次いで
、検知濃度以上のガス漏れが生じ、再設定された第１の
検知レベルより大きい検出信号出力Ｖ４が生じると、比
較部１６を介し制御部１４は信号を出力し、表示、警報
により異常を知らせるか、またはガス供給用の元栓を閉
止させる。

次に、長期間の使用によυガスセンサの特性劣化がさら
に進行し、発振開始までの所要時間の変化に対応した演
算記憶部１０の出力信号がＦＳ（Ｆ、　＞Ｆ、　）とな
り、レベルに２を越えたとすると、還元性ガスの第１の
検知レベルをり、　（１，＞　Ｌ２　）　　に変更、再
設定して、還元性ガスのガス漏れ検知を続行する。ある
いは、上記のように出力信号Ｆ、がレベルに２を越えた
場合、このガスセンサが寿命に到達したとして、第７図
のフローチャート中Ｋｉｉ線で示したように、ガスセン
サ交換用の寿命信号を出力し、表示または警報を発する
ようにしてもよい０次に、タイマ部乙のタイマ信号によ
シガスセンサ１のヒータ部６の動作温度が定格動作温度
Ｔ、から温度Ｔ２へと変化し、発振開始までの所要時間
を検知する所要時間検知部７の動作時にガス漏れが生じ
た場合の動作について、第６図および第７図により説明
する。ガスセンサ１の使用時間があらかじめ設定してお
いた時間℃１に到達すると、上記のように、タイマ部６
からヒータ制御部５および所要時間検知部７へそれぞれ
制御信号が時間ｔ２送出され、ヒータ制御部５はヒータ
ｓ５の動作温度をＴ、からＴ２へと変化させ、同時に、
所要時間検知部７は発振開始までの所要時間検知動作を
開始する。そして、また同時に、還元性ガスの検知レベ
ルを第１の検知レベル（前記ＬＩ、”２等）から、あら
かじめ定めである第２の検知レベルＭに切り換える。こ
の第２の検知レベルＭは１発振開始までの所要時間検出
時にガス漏れが生じた場合の検知用のもので、定格動作
温度で動作時の検知レベルである第１の検知レベル（Ｌ
１＋Ｌ２等）よシ小さい値に設定しである。上記のよう
にして動作温度Ｔ２で所要時間検知中にガス漏れが生じ
た場合、還元性ガス検出信号ｖ６が生じ、かつｖ６≧Ｍ
であるとすると、ヒータ制御ｓ５は比較部１３からの信
号により、所賛時間検５ｆ１動作に関係なく優先的に、
ヒータＷＩＸＳ３の動作温度を還元性ガス検知時の温度
である定格動作温度Ｔ、に復帰させ、同時に還元性ガス
検知レベルを第１の検知レベルに復帰させる。

このとさ、還元性ガス検出信号出力ｖ７が第１の検知レ
ベル（例えはＬｌ）を越えていれは、比較部１６は信号
を出力し、制０１４１部１４も信号を出力し、表示、警
報等により異常を仰らせるか、またはガス供給の元栓を
閉止する等地の機器を制御する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス検知装置において、実使用状態の
ままで、ガスセンサの性能劣化を任意の時間ごとに自己
チェックし、特性劣化の程度に応じた補正を自動的に行
わせることができるとともに寿命検知ができるので、長
期にわたり高信頼性。

高精度を保持した誤動作の生じないガス検知装置が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス検知装置の一実施［＋ｉＪの
構成を示すブロック図、第２図、第６図および第４図は
本発明の装置に用いられるガスセンサの性能特性の一例
を示す特性図、第５図および第６図は第１図の装置の動
作を示すタイムチャート、第７図は第１図の装置の動作
を示すフローチャートである。 し・・ガスセンサ、２・・・感ガス部、６・・・ヒータ
部、４・・・出力抵抗、５・・・ヒータ制御部、６・・
・タイマ部、７・°・所要時間検知部、８・・・温度検
知部、９・・・補正演算部、１０・・・演算記憶部、１
１・・・検知レベル制御部、１２・・・信号検出部、１
３・・・比較部、１４・・・制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、感ガス部および該感ガス部を加熱するヒータ部を有
   する半導体式のガスセンサと、該ガスセンサの出力信号
   を検出する信号検出部と、該信号検出部からの検出信号
   のレベルを設定された検知レベルと比較し、その結果に
   より、表示もしくは発報または他の機器を制御するため
   の制御部に信号を出力する比較部とで構成される還元性
   ガス用のガス検知装置であって、前記ヒータ部の動作温
   度を変化させる手段と、前記ガスセンサの出力信号の発
   振の有無を検知する手段と、前記ヒータ部の動作温度を
   定格動作温度から該定格動作温度より低いあらかじめ定
   めた温度に変化させた時点から、該ガスセンサの出力信
   号の発振開始までの所要時間を計測する手段とを設け、
   ガスセンサの使用初期からの該所要時間の変化に応じて
   、前記検知レベルをあらかじめ定めた値の一つに再設定
   することを特徴とするガス検知装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のガス検知装置におい
   て、ヒータ部の動作温度を定格動作温度から該定格動作
   温度より低いあらかじめ定めた温度に変化させた時点か
   ら、ガスセンサの出力信号の発振開始までの所要時間を
   計測している間、検知レベルを、前記定格動作温度より
   低い動作温度に対応するあらかじめ定めた第２の検知レ
   ベルに設定することを特徴とするガス検知装置。