JPS6229953Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔技術分野〕 この考案は、ガス検知素子として金属酸化物半
導体を用いたガス検知装置に関するものである。

〔背景技術〕

ガス検知素子として金属酸化物半導体を用いた
ガス検知装置は、ガスの吸脱着により半導体ガス
検知素子の電気抵抗が変化する性質を利用したも
のであるが、半導体ガス検知素子にこのように機
能を与えるためには、半導体ガス検知素子への一
定の加熱状態を維持しておく必要がある。

このように加熱状態を与えるために、通常、半
導体ガス検知素子に埋設したヒータに商用電源よ
り変圧器を介しヒータ加熱用の電力を供給するよ
うにした回路構成が採られるが、この場合、電源
電圧の変動に応じて半導体ガス検知素子の素子温
度が変動し、これに応じてガス検知感度が変動し
てしまい、安定したガス検知を行えない欠点があ
る。

前記回路構成におけるこのような欠点を解決す
るために、第１図に示すような回路構成のガス検
知装置が提案されている。このガス検知装置は、
半導体ガス検知素子１、ブザーなどの負荷２およ
び交流電源（商用電源）３を直列接続するととも
に、交流電源３より半導体ガス検知素子１のヒー
タ４にヒータ電力供給用変圧器５を介してヒータ
加熱用の電力を供給するように接続してあり、前
記ヒータ電力供給用変圧器５の１次巻線の一端６
と交流電源３の一方の極７とを接続する線路間に
交流電源３の正の半波分を導通させるNPNトラ
ンジスタ８と負の半波分を導通させるPNPトラン
ジスタ９とを並例に接続するとともに、これらの
NPNトランジスタ８およびPNPトランジスタ９
のバイアス回路として、前記交流電源３の一方の
極７とヒータ電力供給用変圧器５の１次巻線の途
中に設けたタツプ１０との間を抵抗１１と両方向
ツエナーダイオード１２で直列接続しこの直列回
路の分圧電圧をダイオード１３，１４を介して
NPNトランジスタ８およびPNPトランジスタ９
のベースに与えるように構成されたものである。

前記構成において、交流電源３の極７側で正の
半波分が発生すると、NPNトランジスタ８が導
通するが、交流電源３の極７とヒータ電力供給用
変圧器５のタツプ１０との間の電位差が両方向ツ
エナーダイオード１２のツエナー電圧を越える
と、両方向ツエナーダイオード１２の両端電圧は
ほぼ一定値に保たれるから、ヒータ電力供給用変
圧器５の一端６およびタツプ１０間に現われる逆
起電力がツエナー電圧からダイオード１３および
NPNトランジスタ８のベース・エミツタ間の順
方向電圧降下分の和を差し引いた値になるよう、
NPNトランジスタ８のベース電源が制御され、
電源電圧がさらに高くなつてもヒータ電力供給用
変圧器５に流れ込む電流は一定に保たれる。

電源電圧が降下し、両方向ツエナーダイオード
１２に電流が流れなくなると、電圧の降下と同時
にベース電流が降下し、ヒータ電力供給用変圧器
５に流れる電流も降下する。

極７の電位が負に転じた場合、PNPトランジス
タ９の回路が前述と同様に動作する。

以上の動作によつて、ヒータ電力供給用変圧器
５の１次巻線への印加電圧は第２図に示すように
前記両方向ツエナーダイオード１２の作用によつ
て所定レベル以内に制限される。なお、同図中に
おいて、実線Ａは電源電圧が所定の場合より高い
場合、波線Ｂは電源電圧が所定の場合より低い場
合を示す。

以上の説明から明らかなように、このような回
路構成ではヒータ電力供給用変圧器５に印加され
る定電圧はバイアス回路中のツエナー電圧、ダイ
オード１３，１４の順方向電圧に大きく影響され
るため、ダイオード１３，１４の両方向ツエナー
ダイオード１２の温度特性、さらにはヒータ電力
供給用変圧器５の温度特性も加わつて、前記ヒー
タ電力供給用変圧器５の１次巻線に印加される定
電圧は、周囲温度20℃の場合を１とする第３図に
示すように、周囲温度の変化に対し正の温度係数
で変化し、したがつて半導体ガス検知素子１の素
子温度が周囲温度の変化によつて変化することに
なり、結局、半導体ガス検知素子１のガス検知感
度が安定しないという欠点は解消されない。

〔考案の目的〕

この考案の目的は、周囲温度の変化に対しても
常に所定の感度でガス検知を行うことのできるガ
ス検知装置を提供することである。

〔考案の開示〕

この考案のガス検知装置は、半導体ガス検知素
子１のヒータ電力供給用変圧器の１次巻線と交流
電源とを接続する一方の線路間に交流電源の正の
半波分を導通させるNPNトランジスタと負の半
波分を導通させるPNPトランジスタとを並列に接
続するとともに、前記交流電源の両端間に抵抗お
よび可変抵抗の直列回路を接続し、この抵抗およ
び可変抵抗の接続点と前記ヒータ電力供給用変圧
器の１次巻線に設けたタツプとの間に温度補償用
のダイオードの逆並列回路と流方向ツエナーダイ
オードとの直列成分を接続し、前記抵抗および可
変抵抗の接続点を前記NPNトランジスタおよび
PNPトランジスタのベースに接続し、前記半導体
ガス検知素子、NPNトランジスタ、PNPトラン
ジスタ、両方向ツエナーダイオードおよびヒータ
電力供給用変圧器の各温度特性の合成温度特性に
対して前記半導体ガス検知素子の素子温度が一定
になるように前記ダイオードの直列接続個数を設
定している。

この考案の構成によれば、交流電源の両端間に
抵抗および可変抵抗の直列回路を接続し、抵抗お
よび可変抵抗の接続点とヒータ電力供給用変圧器
の１次巻線に設けたタツプとの間に、温度補償用
のダイオードの逆並列回路と両方向ツエナーダイ
オードとの直列成分を接続し前記抵抗および可変
抵抗の接続点を前記NPNトランジスタおよび
PNPトランジスタのベースに接続してNPNトラ
ンジスタおよびPNPトランジスタのバイアス回路
とし、前記半導体ガス検知素子、NPNトランジ
スタ、PNPトランジスタ、両方向ツエナーダイオ
ードおよびヒータ電力供給用変圧器の各温度特性
の合成温度特性に対して前記半導体ガス検知素子
の素子温度が一定になるように前記ダイオードの
直列接続個数を設定したため、周囲温度が変化し
ても半導体ガス検知素子の素子温度を一定に保つ
ことができ、ガス検知感度を周囲温度の変化にか
かわらず安定させることができる。また、両方向
ツエナーダイオード、ヒータ電力供給用変圧器等
の温度特性の合成温度特性がどのような特性であ
つても、ダイオードの直列接続個数を変更するこ
とによつて対応でき、ツエナーダイオード、ヒー
タ電力供給用変圧器等の温度特性からみた選択の
自由度を増加させることができる。

また、可変抵抗の抵抗値を調整することで両方
向ツエナーダイオードのツエナー電圧のばらつき
やヒータ電力供給用変圧器の誘起電圧のばらつき
等による半導体ガス検知素子への印加電圧のばら
つきを補正でき、したがつてガス検知感度のばら
つきを補正できる。

実施例 この考案の一実施例を第４図ないし第１０図に
基づいて説明する。このガス検知装置は、第４図
に示すように、半導体ガス検知素子１のヒータ電
力供給用変圧器５の１次巻線と交流電源３とを接
続する一方の線路間に交流電源３の正の半波分を
導通させるNPNトランジスタ８と負の半波分を
導通させるPNPトランジスタ９とを並列に接続す
るとともに、前記交流電源３の両端間に抵抗１１
および可変抵抗２０の直列回路を接続し、この抵
抗１１および可変抵抗２０の接続点と前記ヒータ
電力供給用変圧器５の１次巻線に設けたタツプ１
０との間に温度補償用のダイオード１３，１４の
逆並列回路１５と両方向ツエナーダイオード１２
との直列成分２１を接続し、前記抵抗１１および
可変抵抗２０の接続点を前記NPNトランジスタ
８およびPNPトランジスタ９のベースに接続し、
前記半導体ガス検知素子１、NPNトランジスタ
８、PNPトランジスタ９、両方向ツエナーダイオ
ード１２およびヒータ電力供給用変圧器５の各温
度特性の合成温度特性に対して前記半導体ガス検
知素子１の素子温度が一定になるように前記ダイ
オード１３，１４の直列接続個数を設定してい
る。

このガス検知装置は、第１図に示すNPNトラ
ンジスタ８およびPNPトランジスタ９のベースに
接続されるバイアス回路のダイオード１３，１４
を省略し、第４図に示すようにNPNトランジス
タ１およびPNPトランジスタ９のベースとヒータ
電力供給用変圧器５のタツプ１０との間をダイオ
ード１３，１４の逆並列回路１５と両方向ツエナ
ーダイオード１２の直列成分２１で接続して、バ
イアス回路を抵抗１１、両方向ツエナーダイオー
ド１２，ダイオード１３，１４の逆並列回路１５
の直列回路で構成している。なお、ダイオード１
３，１４の逆並列回路１５は第５図に示すよう
に、ダイオード１６，１７，１８，１９を複数段
に直列接続して構成してもよい。

さらに、前記バイアス回路を構成する抵抗１１
と直列成分２１の接続点と前記交流電源３の他方
の極２２の間に可変抵抗２０を接続し、交流電源
３に対し直列に抵抗１１と可変抵抗２０との直列
回路を構成している。

このように構成したため、両方向ツエナーダイ
オード１２と直列に接続したダイオード１３，１
４の逆並列回路１５の順方向抵抗の負の温度係数
により、このダイオード１３，１４の逆並列回路
１５と両方向ツエナーダイオード１２との直列回
路の端子間電圧の温度特性は負の温度係数を有す
ることとなつて、前記ヒータ電力供給用変圧器５
の１次巻線に印加される定電圧は、周囲温度20℃
の場合を１とすると第６図に示すように、周囲温
度の変化に対し負の温度係数で変化し、半導体ガ
ス検知素子１の素子温度は周囲の温度変化に左右
されず一定になり、したがつてガス検知感度は周
囲の温度変化に左右されず安定した感度を得るこ
とができる。

なお、前記ダイオードの逆並列回路１５による
負性特性は、第５図に示すように複数のダイオー
ド１６，１７，１８，１９を直列接続して構成す
ることにより、その負性特性の傾向を所望の程度
に自由に設定することができる。この場合の温度
補償はつぎのような考え方で行われる。すなわ
ち、半導体ガス検知素子１の温度補償を行う場
合、 半導体ガス検知素子１そのものの温度特性 NPNトランジスタ８およびPNPトランジス
タ９の温度特性 両方向ツエナーダイオード１２の温度特性 ヒータ電力供給用変圧器５の温度特性 の合成温度特性に対し半導体ガス検知素子１の素
子温度が一定になるように補償する考え方が必要
になる。

この実施例では、上記した複数種類の温度特性
の合成温度特性に対して半導体ガス検知素子１の
素子温度が一定となるように温度補償用のダイオ
ードの直列接続個数を１または複数個に設定する
ことによつて適正なる温度補償を実現したもので
ある。

したがつて、上記の合成温度特性がどのような
特性であつても、ダイオードの直列接続個数を変
更することによつて対応でき、両方向ツエナーダ
イオード１２，ヒータ電力供給用変圧器５等の温
度特性からみた選択の自由度を増加させることが
できる。

例えば、両方向ツエナーダイオード１２のツエ
ナー電圧の温度特性は、ツエナー電圧値とも関係
し、温度特性が正のものから負のものまである。
その温度特性に合わせてダイオードの直列接続個
数を変更するようにすれば、両方向ツエナーダイ
オード１２の温度特性がどのようなものであつて
も適正なる温度補償を行うことができ、両方向ツ
エナーダイオード１２の選択の自由度を増加させ
ることができる。

また、逆にNPNトランジスタ８およびPNPト
ランジスタ９のベース側に第１図に示す従来例の
ごとくダイオードを接続することにより、前記負
性特性の傾向を適当に抑制することもできる。

また、この構成においては、バイアス回路を構
成する抵抗１１と直列成分２１の接続点と交流電
源３の極２２の間に可変抵抗２０を接続して、交
流電源３に対し抵抗１１と可変抵抗２０の直列回
路を設けているため、正常なレベルの電源出力に
対し両方向ツエナーダイオード１２などの部品の
ばらつきに起因してヒータ電力供給用変圧器５の
１次巻線への出力電圧が第７図の実線Ａで示すよ
うに抑制される場合でも、前記可変抵抗２０の調
整により第７図の波線Ｂで示すように正常なレベ
ルの電源出力にほぼ等しい歪のない出力を得るこ
とができる。

ここで、可変抵抗２０の作用について詳しく説
明する。この可変抵抗２０は各部品のばらつきに
よるガス検知感度のばらつきを補正するものであ
る。

まず、両方向ツエナーダイオード１２のばらつ
きに対する補正作用について説明する。第８図の
ように、両方向ツエナーダイオード１２のツエナ
ー電圧がＶ_Z1のように高い場合は、半導体ガス検
知素子１に印加される電圧が高くなり。ツエナー
電圧がV₂₂のように低い場合は、半導体ガス検知
素子１に印加される電圧が低くなる。したがつ
て、ツエナー電圧のばらつきが半導体ガス検知素
子１に加わる電圧のばらつきの原因となる。

これに対し、可変抵抗２０の抵抗値を調整する
ことによつて半導体ガス検知素子１へ印加される
電圧が変化するが、第９図に示すように可変抵抗
２０の抵抗値が大きい場合は曲線C₁のようにな
り、小さい場合は曲線C₂のようになる。つま
り、可変抵抗２０の抵抗値を小さくしていくこと
で半導体ガス検知素子１への印加電圧が下がつて
いく。なお、曲線C₃は可変抵抗２０がない場合
の半導体ガス検知素子１への印加電圧を示してい
る。

したがつて、可変抵抗２０の抵抗値を調整する
ことで、両方向ツエナーダイオード１２のツエナ
ー電圧のばらつきによる半導体ガス検知素子１へ
の印加電圧のばらつきを補正できる。ヒータ電力
供給用変圧器５のばらつきに対しても同様に補正
できる。

〔考案の効果〕

この考案のガス検知装置によれば、交流電流の
両端間に抵抗および可変抵抗の直列回路を接続
し、抵抗および可変抵抗の接続点とヒータ電力供
給用変圧器の１次巻線に設けたタツプとの間に、
温度補償用のダイオードの逆並列回路と両方向ツ
エナーダイオードとの直列成分を接続し前記抵抗
および可変抵抗の接続点を前記NPNトランジス
タおよびPNPトランジスタのベースに接続して
NPNトランジスタおよびPNPトランジスタのバ
イアス回路とし、前記半導体ガス検知素子、
NPNトランジスタ、PNPトランジスタ、両方向
ツエナーダイオードおよびヒータ電力供給用変圧
器の各温度特性の合成温度特性に対して前記半導
体ガス検知素子の素子温度が一定になるように前
記ダイオードの直列接続個数を設定したため、周
囲温度が変化しても半導体ガス検知素子の素子温
度を一定に保つことができ、ガス検知感度を周囲
温度の変化にかかわらず安定させることができ
る。また、両方向ツエナーダイオード、ヒータ電
力供給用変圧器等の温度特性の合成温度特性がど
のような特性であつても、ダイオードの直列接続
個数を変更することによつて対応でき、ツエナー
ダイオード、ヒータ電力供給用変圧器等の温度特
性からみた選択の自由度を増加させることができ
る。

また、可変抵抗の抵抗値を調整することで両方
向ツエナーダイオードのツエナー電圧のばらつき
やヒータ電力供給用変圧器の誘起電圧のばらつき
等による半導体ガス検知素子への印加電圧のばら
つきを補正でき、したがつてガス検知感度のばら
つきを補正できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図はその出力特
性を示す波形図、第３図はその温度特性を示す
図、第４図はこの考案の一実施例を示す回路図、
第５図はその一部の変形例を示す回路図、第６図
はその温度特性を示す図、第７図はその出力特性
を示す波形図、第８図ないし第１０図は可変抵抗
の作用を説明するための説明図である。 １…半導体ガス検知素子、３…交流電源、４…
ヒータ、５…ヒータ電力供給用変圧器、８…
NPNトランジスタ、９…PNPトランジスタ、１
０…タツプ、１１…抵抗、１２…両方向ツエナー
ダイオード、１３，１４…ダイオード、１５…逆
並列回路、２０…可変抵抗、２１…直列成分。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半導体ガス検知素子のヒータ電力供給用変圧器
   の１次巻線と交流電源とを接続する一方の線路間
   に交流電源の正の半波分を導通させるNPNトラ
   ンジスタと負の半波分を導通させるPNPトランジ
   スタとを並列に接続するとともに、前記交流電源
   の両端間に抵抗および可変抵抗の直列回路を接続
   し、この抵抗および可変抵抗の接続点と前記ヒー
   タ電力供給用変圧器の１次巻線に設けたタツプと
   の間に温度補償用のダイオードの逆並列回路と両
   方向ツエナーダイオードとの直列成分を接続し、
   前記抵抗および可変抵抗の接続点を前記NPNト
   ランジスタおよびPNPトランジスタのベースに接
   続し、前記半導体ガス検知素子、NPNトランジ
   スタ、PNPトランジスタ、両方向ツエナーダイオ
   ードおよびヒータ電力供給用変圧器の各温度特性
   の合成温度特性に対して前記半導体ガス検知素子
   の素子温度が一定になるように前記ダイオードの
   直列接続個数を設定したガス検知装置。