JPS6363857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大気中に存在する危険な成分または
汚染成分であるメタン等の炭化水素ガス（以下、
たんにガスと称す）を検出する装置に関する。本
発明はとくに、大気中で爆発する混合物を作るお
それがあるこのようなガスの存在を検知して指示
する装置に関する。

大気中の汚染物質であるガスの存在を検出する
新規な装置が英国特許願第58481／73号に開示さ
れている。ガスの濃度を検知するこの装置は汚染
のレベルが所定のしきい値に達したときあるいは
これを越えたとき目視可能な警報かつ／または可
聴警報を発生するよう構成されている。この特許
に開示されている装置の場合、警報は間欠的であ
つて、しきい値を上回つた汚染レベルを反復して
表わすようになつている。

本出願人の英国特許願第58481／73号に開示さ
れている装置の好適した実施態様によれば、間欠
的な警報信号は十分な強さをもつているので、た
とえば、高い背景ノイズを発生するやかましい産
業環境の中で見すごされてしまうおそれは少な
い。十分な強さをもつているので、背景のノイズ
に打ち勝つことがでかる可聴警報または目視可能
な警報を発生することができるトランスデユーサ
ーをこの装置に設けるにはかなりのエネルギーの
入力が必要であり、このため本装置にパワーを供
給する電源をかなり消耗させる。

多くの場合、主電力供給源を利用することがで
きないような場所でガスの濃度を検出するために
この種の装置が必要とされるから、適当な１次電
池電源または２次電池電源を装置に組み込まなけ
ればならない。この装置が携帯可能な状態で使用
される場所でもしこのような電池の寸法に制約を
うける場合、電池の電力貯蔵能力に制約をうける
ので、関連した回路といつしよに連続的なベース
で警報トランスデユーサーを付勢することが必要
となると、使用寿命は比較的短かくなる。このよ
うな事情にかんがみ、かなりの期間にわたつて装
置を純粋に検出の目的に使用するには、警報の目
的に必要とされるときに利用に供することができ
る適当な電力を貯蔵しておくことが重要なことで
ある。

１次電池にせよ２次電池にせよ、電池を電源と
する場合、ガスが存在しないとき、装置を間欠的
に作動させることが有効使用期間を引き伸ばすう
えから望ましいことであり、かなりの電力を貯蔵
することができるので、実際にこのようなガスが
存在しているとき、警報を発すことができる。主
電力源を使用することができる場合、装置を間欠
的に作動させることにより検知手段がガスに露出
する時間を短縮させることができるとともに、感
度に影響を及ぼすよごれやその他有害な影響をう
ける危険にさらされる時間を短縮させることがで
きる。

しかして、大気中のメタン等の炭化水素ガスの
存在を選択的に検知して、ガスの存在を表示する
信号を発生するよう構成された検知手段と、該検
知手段の出力に応答して、所定のレベルを上回つ
た濃度でガスの存在を表示する出力信号を発生す
るようにされた信号変換手段と、検出が行なわれ
る所定の期間、検出手段を自動的かつ周期的に作
動させ、しかるのち検知手段を非作動状態にする
よう構成された作動手段と、回路が故障したとき
あるいは電源が故障したとき、不具合信号を発信
する不具合検出手段と、不具合信号に応答すると
ともに、出力信号に応答して警報を発する警報手
段とより成る検出装置が本発明に従がつて提案さ
れたのである。

検知出力を変調するため変調手段を設けること
が好ましい。不具合信号は連続的な末変調信号で
あることが好都合であり、これによりガスの存在
と不具合または故障の発生とを識別することがで
きる。

現在、接触反応式トランスデユーサー・タイプ
のガス検出器が広く使用に供されている。このよ
うなトランスデユーサーは抵抗温度計として作用
する金属製コイルであつて、加熱された触媒の表
面またはコイルの材料自身が酸化工程の触媒であ
る場合のコイル自身の表面で大気の酸素と可熱ガ
スが反応するとき発生する熱を検知する。熱の増
加とこれに付随する抵抗の増加は電気的な出力信
号に変換される。適当な接触反応式トランスデユ
ーサーは英国特許願第892530号より公知である。
発明にこのような接触反応式トランスデユーサー
を使用する場合、短期間間欠的に使用することに
よりトランスデユーサーの使用寿命を改善するこ
とができることができるので有利である（なお、
トランスデユーサーのコストは無視することがで
きるものではない）。キヤリブレーシヨンの間隔
を伸ばすことができる。長期間にわたる使用の安
定性を改善することができ、電池を電源とするに
せよあるいは主電力系に依存するにせよ、トラン
スデユーサーの付勢時間を比較的短縮することが
できるので、メタン等のガスによりトランスデユ
ーサーが“劣下”する危険を減らすことができ
る。たとえば、高温の機械油からシリコンが生じ
るため、このような“劣下”は恒久的でかつ非可
逆的である。

さらに、平衡型ホイートストーン・ブリツジ回
路の隣接したアームに２つの接触反応式トランス
デユーサーを配置することは公知のことである。
一方のトランスデユーサーはガスの存在に感応し
ないようになつている。このような回路は一般
に、ガスが存在しない場合、出力がゼロになるよ
うブリツジを平衡させた状態で使用される。これ
らの公知の装置に付随する問題は、ブリツジ・オ
フセツト・ドリフトの問題、すなわち、ガスが存
在していないとき、出力がゼロになるようホイー
ストン・ブリツジを平衡状態に保持する問題（ゼ
ロ・ドリフトの問題）である。このようなトラン
スデユーサーを間欠的に使用することには上述の
ようなドリフトの問題を解決するうえに役だつて
いる。

さらに、このような装置ではブリツジからの出
力に差があると、これが後続の回路で増幅され
る。残留ドリフトが増幅され、場合によつては、
ガスの存在を指示する出力信号として判断される
おそれがあることが従来の装置に付随する重大な
欠点である。これに対し、本発明の実施態様に従
がつた装置のブリツジ回路は出力が一方的にゼロ
から偏位するよう構成されていて、ガスが存在し
ていると、出力がゼロを越えて反対の方向に移動
するようになつている。このように出力がゼロを
越えることは、高性能ゼロ・クロツシング式比較
器、たとえば、ロジツク出力を発生するようにさ
れた増幅器により検出される。したがつて、本発
明は、ゼロ・ドリフトの影響をうけることはな
い。

検知手段が隣接したアームに２つのセンサーを
備えたブリツジ回路より成り、センサーを保護す
るとともに、ブリツジ回路で所定の条件からずれ
が生じていることを検知するため、電圧分割抵抗
がブリツジ回路の抵抗と直列に接続されている。
不具合検知ロジツク回路が前記電圧分割抵抗に接
続されている。

本発明の好適した実施態様によれば、間欠的な
作動をオーバーライドさせて、検知手段を連続的
に動作させるためにモード変更手段が設けられて
いる。このモードではガスの濃度とともに変調が
変わるよう構成されているので、ガス源、すなわ
ち、ガスの濃度がもつとも高い領域を位置ぎめす
るために本装置を使用することができる。

自動的に非作動状態となる期間が終ることを待
たないで、検知手段を作動させることを必要とす
る場合、作動−非作動期間の自動サイクルをオー
バーライドさせる手動式オーバーライド手段を本
装置に使用するようにしてもよい。このオーバー
ライド・モードでは作業はランダムに行なわれる
が、この作業態様はオーバーライド手段を連続的
に作動させることにより実現させることができ
る。上述の要領によれば、待機期間を必要とする
ことなく、作業者が大気をサンプリングして、汚
染または故障の有無をチエツクすることができ
る。

汚染が生じていることを警報する同じ手段を回
路の故障または電力のレベルが異常であることを
警報するために使用することが好ましい。

ガスの存在をシユミレイトするため、検知手段
に適当な試験装置を接続することが望ましい。こ
れにより必要なときにはいつでも本装置をセル
フ・チエツクすることができる。

本発明の変更態様によれば、低電圧の直流電源
から本装置に電力を供給するようにされており、
この電源の出力電圧をモニターするため、警報装
置を備えた手段が用意されている。

本装置の作動手段は、十分な持続期間をもつた
パルスを発生して、検知手段を付勢しこれを安定
させるタイマーと、該タイマーに接続されいて、
タイマーから受け取つたパルスが終つたときにパ
ルスを発生するようにされたワン・シヨツト・ジ
エネレーターであつて、該ワン・シヨツト・ジエ
ネレーターの持続期間がタイマーが発生したパル
スの持続期間と無関係であるよう構成されたワ
ン・シヨツト・ジエネレーターと、該ワン・シヨ
ツト・ジエネレーターから到来したパルスを受け
取るよう接続されていて、信号変換手段と不具合
検出手段から到来した信号を同時にゲイトするよ
う構成されたロジツク・ゲイテイング回路とを備
えていることが有利である。

以下、本発明装置の構成を図解した添付図面を
参照しながら本発明を詳細に説明する。

本発明の装置は、検知区画を組み込んだ検知手
段を備えており、図示の実施例においてはこの検
知手段は２つの接触反応式トランスデユーサー型
センサーＰ１とＰ２であり、このセンサーＰ１と
Ｐ２の一方が試験中の大気の中に存在しているメ
タン・ガス等の炭化水素ガスに感応する。メタン
がもつとも頻ぱんに大気汚染をひき起こす物質の
一つであつて、以下の説明はメタンに限定して行
なう。トランスデユーサーＰ１とＰ２は、メタン
の濃度が所定のしきい値のレベルを下回つている
とき、ゼロまたはバランスの一方の側に小さい出
力を作りだすよう配置されたブリツジ回路２の隣
接したアームの中に取り付けられている。メタン
が存在していることは他の方向における出力の変
化として表示され、出力レベルは汚染のレベルを
表わす。

第２図を見ればよく判るように、ブリツジ２は
２つの接触反応式トランスデユーサーＰ１，Ｐ２
と２つの固定抵抗Ｒ２，Ｒ３を備えていて、４つ
のアームを構成している。抵抗Ｒ４がトランスデ
ユーサーＰ２に並列に接続されていて、試験の間
に調節して、温度補償を行なうようになつてい
る。図示のごとく、可変抵抗Ｒ１がブリツジの入
力に接続されていて、電位計として動作するよう
になつており、この電位計の出力は後述の比較器
４の基準入力として使用される。ブリツジの状態
とトランスデユーサーを保護する抵抗３１がトラ
ンスデユーサーＰ１と抵抗Ｒ３の接続点とアース
との間に接続されている。抵抗３１とブリツジ２
の有効抵抗が協働して、電位分割器を構成してい
る。

ブリツジ２の出力は比較器４に印加されるが、
この比較器４は、正確なバランスが生じたときた
だちに切り換えを行なうとともに、ガスの存在の
有無に従がつて０のレベルまたは１のレベルのロ
ジツク出力を作るようにされた増幅器として機能
するゼロ・クロツシング検出器である。

ブリツジ２は乾電池、再充電可能な電池等より
成る従来公知の電源６または整流器に給電する２
次巻線を備えた主ステツプ・ダウン変圧器から使
用電流を受け取る。電源６は参照数字８により表
示されている従来公知の安定化回路をへてブリツ
ジ２に2.5ボルトを供給する。本発明が適用され
る装置構成においては、電力は１次電池または２
次電池から供給されており、２次電池の場合、再
充電のために主電源が用意されている。別の安定
化回路１０は本装置の正の電路に５ボルトを供給
しており、この電路から供給された電流は後述の
いろいろなモジユールを付勢している。

安定化回路８の出力はブリツジ供給抑止回路１
２によりバイアスをかけて、断路するようにされ
たパワー出力トランジスターをへて制御される。

本発明においては、抑止回路１２は４分ごとに
持続時間が約10秒の一連のパルスとしてプリツジ
２に間欠的な使用電流を自動的に供給するよう構
成されている。10秒間パルスが持続することによ
りブリツジ２が作動状態となり、ブリツジの出力
が終り、比較器４の出力をサンプリングするパル
ス期間の後端ごろに安定した使用状態に到達す
る。

２進カウンターを備えたデイジタル式波形ジエ
ネレーター１４は、30秒ごとにＲ−Ｃ回路網を備
えたオート・タイマー１６から持続期間が10秒の
パルスを受け取り、240秒ごとに10秒の反復割合
でこれらのパルスを変換する。タイミング・パル
スはパルス組み合わせ回路１８と“NOR”ゲー
ト２０をへて抑止回路１２に印加される。なお、
“NOR”ゲート２０は抑止回路１２と手動式オー
バーライド・タイマー２２間のアクセスの働らき
をしている。手動式オーバーライト・タイマー２
２はオート・タイマー１６とは完全に別個のもの
であつて、通常は動作しない。Ｒ−Ｃ回路網を備
えている手動式オーバーライド・タイマー２２
は、デイジタル波形ジエネレーター１４により制
御されるタイマー・サイクルのどの点でも10秒
間、ブリツジ２に電流を供給するよう抑止回路１
２を作動させることができるとともに、ランダ
ム・テストを必要とする場合は、４分間までの待
ち時間をなくすことができる。

接触反応式トランスデユーサーの多くは安定状
態となるのに５から８秒を必要とするが、なかに
は５秒より短かくてすむものもある。電池の消耗
の程度を同じにするため、このようなトランスデ
ユーサーにあわせてタイマー１６と２２のＲ−Ｃ
回路網を調節してもよくあるいは取り換えてもよ
い。

特定の使用状態の場合、サンプリングの時間を
早めたりあるいは遅くするため、トランスデユー
サーの作動時の持続期間を非作動時の持続期間の
比を変えることが好ましい。トランスデユーサー
の非作動期間はデイジタル波形ジエネレーター１
４の２進カウンターの分割比を変えることにより
変更するのが非常に好都合である。

使用状態が安定したとき、10秒の作動期間の後
端部でだけガス・テストのため比較器４の出力を
サンプリングすることができるようにするため、
NORゲート２０からの出力に応じて反応される
パルスを出す“ワン・シヨツト”ジエネレーター
２５によつてゲートされるロジツク・ゲイテイン
グ回路２４をへて比較器４の出力が警報制御回路
に印加される。ワン・シヨツト・ジエネレーター
２５のパルスの持続期間はオート・タイマー１６
のパルスの持続時間とは無関係である。ワン・シ
ヨツト・ジエネレーター２５は10秒のゲート出力
が終つたとき持続期間が約１ミクロン秒のパルス
を供給するが、この持続期間のあいだ、ロジツ
ク・ゲイテイング回路２４は一方ではラツチ２６
と２８間のアクセスを提供するとともに、他方で
は比較器４と、電池レベル比較器４４と、ブリツ
ジ短絡検知回路３０と回路開放検知回路３２間の
アクセスを提供している。したがつて、１ミクロ
ン秒という期間の“ワン・シヨツト”が外部干渉
パルスと取り違えるおそれがないことは理解して
いただけよう。さらに、ワン・シヨツトが４分間
ごとに１回の割合で発生するので、みせかけの干
渉信号への応答をほぼ排除することができるか、
少なくともかなりこれを低減させることができ
る。このことは、とくにブリツジ２と比較器４が
互に離れている場合には重要なことである。

第２図に示されているように、ブリツジ検知回
路３０と回路開放検知回路３２それぞれの入力は
ブリツジの状態とセンサーを保護する抵抗３１か
ら取り出されている。ブリツジ検知回路３０と回
路開放検知回路３２はブリツジ２が短絡状態また
は回路開放状態のときにロジツク出力を発生する
よう機能する。したがつて、ブリツジ検知回路３
０と回路開放検知回路３２はこれらのモードのど
ちらかが不具合であることを警報することにより
本装置の安全性を高めることができる。抵抗３１
はまた、ウオーミング・アツプの間、接触反応式
トランスデユーサーＰ１，Ｐ２を保護する働らき
をするものであつて、抵抗３１の抵抗値がトラン
スデユーサーの組み合わされた“常温の”抵抗値
にほぼ等しくなるよう選択されているので、抵抗
３１は安定化回路８の出力電流のかなりの部分を
トランスデユーサーに振り向けることができる。
代表的な接触反応式トランスデユーサーの“高
温”抵抗値は“常温”抵抗値より50〜75％程度高
い。

第２図はまた、トランスデユーサーＰ１を横ぎ
つてガス・シミユレイテイング抵抗R5と接続さ
れたスイツチＳを示している。スイツチＳはテス
ト・スイツチであつて、このテスト・スイツチを
閉じることにより回路の電気的な不具合をテスト
することが可能である。抵抗Ｒ５はトランスデユ
ーサーＰ１の側路に設けられている。抵抗Ｒ５の
抵抗値は、しきい値のレベルを上回つたガスの存
在に相当した偏位を与え、これによりブリツジの
出力がゼロDCレベルを越すよう選択されている。

ラツチ２６と２８は、ロジツク・ゲイテイング
回路２４をへてパルス入力が検出器より印加され
るかあるいはブリツジ検知回路３０または回路開
放検知回路３２により印加されたとき、連続的な
出力を保持しかつこれを供給する働らきをするも
のである。

ロジツク・ゲイテイング回路２４は、選択され
たしきい値を上回つた汚染レベルを指示する比較
器４から到来したロジツク信号により作動状態と
なるよう構成されている。ラツチ２８はガスが存
在しているときだけこれに応答して働らくので、
パルス・ジエイパー３６をへて可聴周波数オツシ
レーターとラウドスピーカーのごときガス警報指
示器またはトランスデユーサー（図示せず）を備
えた出力段３８を変調するよう低周波オツシレー
ター３４が作動する。低周波オツシレーター３４
はまた目視可能な警報システム４２を付勢するこ
とができるよう構成されている。必要な場合、た
とえば、クラクソン（商品名）のごとき補足的な
外設の警報装置を駆動するため回路４０を設けて
もよい。

ラツチ２８と異なり、ラツチ２６はガス信号ま
たは不具合信号が発信されたとき付勢される。し
たがつて、不具合信号が発信されたとき、出力段
３８だけが変調されていない出力を提供するよう
付勢されるので、この場合、違つたモードの警報
信号がラウンドスピーカーから得られる。警報信
号は“ガスが存在している”状態または不具合な
状態がはつきりしたあとでさえ、警報信号が持続
されるので、積極的なリセツトの動作が必要であ
る。さらに、次の検知期間が終つたとき、リセツ
トのあと、“ガスが存在している”状態がいぜん
として存在しているときは、ガス警報装置は再び
“オン”となる。

特定の使用目的の場合、たとえば、メタン濃度
が１パーセントと５パーセントそれぞれに対応し
て２レベルの信号が用意される。このためには、
ロジツク・ゲイテイング回路との適当なカツプリ
ングと可聴警報かつ／または目視可能な警報を作
る差動手段といつしよに、ブリツジとゼロ・クロ
ツシング比較器の中に抵抗のような特定の回路要
素を適当に組み合わせることが必要である。

ガス汚染警報信号について本発明を詳細に説明
したが、たとえば、排液のPHレベルが所定の危険
な限界を越えたときに表示を行なう他の警報シス
テムにも同様に本発明を適用することができるこ
とは理解していただけよう。

上述のごとく、ロジツク・ゲイテイング回路２
４は電池の故障または容量の減少を表示する低電
位電池指示器４６に接続された電池レベル比較器
４４にも応答する。電池レベル比較器４４の基準
入力は、作業者が本装置を監視していない場合、
回路の残りの部分が短時間電池が低電位にあるこ
とを警報することができる十分な容量をいぜんと
して備えているレベルで電池の電圧を検知するこ
とができるよう選択されている。関連のある双安
定ラツチまたはその他の電子式ラツチが回路をセ
ツト状態に保持し、適当な差違を表示する。電池
が回復しても、不具合信号はいぜんとして残る。

すべてのラツチと警報器を初期のスイツチ・オ
ン時の正常な状態にリセツトするリセツト手段が
設けられている。

本装置が正しく機能していて、ガスが検出され
ない場合、ガスが検出されている場合、回路構成
要素にも電力供給系にも不具合がある場合、本装
置のいろいろな部分から到来したロジツク出力を
うまく組み合わせることにより本発明装置が非常
に高度な自己チエツキングを行なうことができる
ことは上述の説明より容易に理解していただけよ
う。プリセツトされた状態からずれが生じたと
き、自動的に警報を発するよう構成されている。

なお、本発明装置に使用されている回路は特性
がデイジタルであつて、アナログではないので、
従来公知のアナログ装置に付随するドリフトの間
題を解消するかあるいは低めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の構成を概念的に図解し
た回路図。第２図は、第１図に示されている回路
の詳細図。 ２……ブリツジ回路、４……比較器、６……電
源、８，１０……安定化回路、１２……抑止回
路、１４……デイジタル波形ジエネレーター、１
６……オート・タイマー、１８……パルス組み合
わせ回路、２０……NORゲート、２２……手動
式オーバーライド・タイマー、２４……ロジツ
ク・ゲイテイング回路、２５……ワン・シヨツ
ト・ジエネレーター、２６，２８……ラツチ、３
０……ブリツジ短絡検知回路、３１……抵抗、３
２……回路開放検知回路、３４……低周波オツシ
レーター、３６……パルス・シエイパー、３８…
…出力段、４０……外設の警報駆動装置、４２…
…目視可能な警報システム、４４……電池レベル
比較器、４６……低電位電池指示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 大気中に含まれているメタン等の炭化水素ガ
   スの存在に選択的に応答して、前記炭化水素ガス
   の存在を表示する電気信号を発信する検知手段
   と、該検知手段から到来した信号に応答し、所定
   のレベルを上回つた濃度で炭化水素ガスが存在し
   ていることを指示する電気出力信号変換手段と、
   回路が故障したとき、不具合信号を発信する不具
   合検知手段と、不具合信号に応答するとともに、
   信号変換手段から到来した出力信号に応答して警
   報を出す警報手段とより成る大気中のメタン等の
   炭化水素ガスを検出する装置であつて、該装置が
   さらに、十分な持続期間をもつパルスを自動的か
   つ周期的に使用して、検知手段２を付勢し、正常
   な動作状態に安定させ、少なくとも検知手段の作
   動が持続している間、検知手段２を非作動状態に
   保持するよう構成された作動手段１６，１４と、
   検知手段が正常な使用状態で安定しているとき、
   作動手段から受け取つた各パルスの終りごろにワ
   ン・シヨツト・パルスを発生するよう作動手段１
   ６，１４に接続されているワン・シヨツト・ジエ
   ネレーター手段であつて、該ワン・シヨツト・ジ
   エネレーター手段のパルスの持続期間が作動手段
   が発生したパルスの持続期間と無関係であつて、
   外部の干渉信号と取り違えるおそれをなくすよう
   選択されているワン・シヨツト・ジエネレーター
   手段２５と、該ワン・シヨツト・ジエネレーター
   手段２５から到来したパルスを受け取つて、該パ
   ルスに応答して信号変換手段４から到来した出力
   信号と不具合検出手段４４，４６；３０；３２か
   ら到来した不具合信号を同時に警報手段３８，４
   ０；４２にゲートさせるよう接続されたロジツ
   ク・ゲイテイング回路２４とを備えていることを
   特徴とする検出装置。