WO2006095719A1

WO2006095719A1 - ガスセンサ

Info

Publication number: WO2006095719A1
Application number: PCT/JP2006/304339
Authority: WO
Inventors: Masaki Tada; Rihito Shoji
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-09-14
Also published as: EP1857814A4; JP2006250535A; US7631537B2; EP1857814A1; JP4692026B2; US20090133472A1

Abstract

　回路のＳ／Ｎ比を改善し高精度なガスセンサを提供する。被検出ガスに接触する発熱素子（１）と基準抵抗（２）の一端（１ａ），（２ａ）を共通接続し、それぞれの他方の端子(１ｂ)，(２ｂ)側に第１スイッチ（３）の各接点を各別に接続する。第1スイッチ(３)には発熱素子（１）または基準抵抗（２）に電流を供給する電源装置（４）を接続する。発熱素子（１）または基準抵抗（２）の両端に生じる両端電圧を測定する電圧測定部（５）は、第１スイッチ（３）が切り替えられたときに、発熱素子（１）または基準抵抗（２）に並列に接続される。演算部（６）は基準抵抗（２）側に第１スイッチ（３）を切り替えるとともに、基準抵抗（２）に生じた両端電圧から発熱素子（１）に少なくとも３段階のステップ状の電流を供給する電源装置（４）の制御条件を決定し、所定のタイミングで第１スイッチ（３）を発熱素子（１）側に切り替える。発熱素子（１）に順次少なくとも３段階のステップ状電流を連続して供給し、それぞれの電流の大きさに対する発熱素子（１）の両端電圧を電圧測定部（５）を介して演算部（６）に取り込み、電流をオフにして被検出ガス濃度を演算し出力する動作を行う。

Description

明細書

ガスセンサ技術分野

[0001] 本発明は湿気を含む大気と混合した被検出ガスの濃度を検出するためのガスセンサに関するものである。

背景技術

[0002] 昨今、燃料電池がエネルギーや環境問題を解決する 1つとして大いに注目されているとともに、期待され、開発が盛んに行われている。特に、固体高分子膜を電解質に用いた燃料電池は動作温度が 80°C程度と低く扱、やす、ため、現在燃料電池開発の主流をなしている。しかし、これは燃料に水素を用いているため、その漏洩に対する安全対策として水素検出用ガスセンサが必要になってくる。

[0003] 従来、このようなガスセンサとしては、水素の熱伝導率が他のガスに比べ極めて大きいことを利用し、水素の存在による熱伝導率の変化を発熱素子の温度変化として検出する原理のものが採用されている。こうしたガスセンサは、空気中に水素が存在すると、発熱素子から奪われる熱量が空気のときよりも多くなり、これにより発熱素子の温度が水素濃度に応じて変化する。この温度変化を温度検出素子の抵抗値の変化として電気的に検出するというものである。

[0004] ガスセンサに使用される発熱素子は、温度検出素子としても兼用され、その材料、部品としては、おもに白金で作った薄膜抵抗体が用いられている。これは薄膜であるがゆえに半導体微細加工技術、すなわち、マイクロマシン技術を利用して製造することが可能であるからである。これにより、極微小な発熱素子を形成することができ、ガスセンサの検出と応答の高速ィ匕が図れ、かつ、低消費電力化が図れるという特長を有する。

[0005] なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、日本特許公開、特開平 8— 101156号公報（引用文献 1)が知られている。

[0006] このようなガスセンサを水素漏洩検知に用いる場合、被検出ガス (水素）中の湿気の存在が問題となる。すなわち、湿気が存在していなければ発熱素子の抵抗値は水素濃度に応じて変化する。湿気が存在するとなると、それによつても抵抗値が変化してしまい、その変化の要因が水素であるのか湿気であるの力、それとも両者の相乗作用であるのかを区別することが困難となる。

[0007] これに対し、前記の従来例では、白金薄膜抵抗体からなる発熱素子に供給する電流を可変することにより発熱素子の反応度合いに応じて出力電圧が変化することを利用する。電流を供給したときの発熱素子の両端電圧をあらかじめ求めた推定式に代入し、かつ連立させることにより、その推定式の解力大気ガスの量すなわち各ガスの濃度を求めている。

[0008] 基本的にはこのような解法で複数成分のガス濃度を求めることができるのである。しかし、問題となるのは燃料電池の水素漏洩を検知するときのように、 80°C近い水蒸気がほぼ飽和した状態で水素が大気中に漏洩して、る状態を検知する場合である。こうした場合は、各ガス成分の熱伝導率の変化が従来のように 1次式で表される力、もしくは、 1次式とみなせる範囲であれば、チェビシェフの直交多項式を用いて計算することができる。しかし、水素に比べ水蒸気が多量に存在することが想定される系においては、それらの混合系の熱伝導率が湿度とともにー且上昇しピークを持って下降する非線形の特性は、必ず 2次以上の次数を持つ特性を示すものとなるので、単に推定式を連立させて解くだけでは計算が煩雑になる。また、湿度に対する解が複数個存在し湿度を一義的に決定することができないために、水素濃度も一義的に決定することができな、と、う不具合が生じる。

[0009] このような不具合を克服するために、発明者らは発熱素子の発熱温度を異ならせ、それぞれの温度での発熱素子の出力差が湿度に 1対 1で対応することを利用して湿度補正を可能とする湿度補正方式に関する技術的思想を既に提案した (特開 2004 - 354210号公報)。この湿度補正方式に基づ!/、て上記引用文献 1に記載されて!ヽるような複数の定電流源を切り替える方式でガスセンサを作動させてみたところ、水素濃度の検知精度は ±0. 5%H2 (%H2は水素濃度を表す。以下同様)であり、水素漏洩検知のようにパーセントのオーダーでの水素濃度を検知する方法としては必ずしもよいものとは言えなかった。

[0010] この理由は湿度補正を行うことにより水素感度が約 1桁以上小さくなり、 SZN比が悪ィ匕するためである。従って、引用文献 1に記載されているような定電流源を切り替える方式では SZN比が大きくなり、依然として不具合は残ったままである。

発明の開示

[0011] 本発明は高精度なガスセンサを提供するものである。本発明のガスセンサは湿気を含む大気と混合した被検出ガスに接触する発熱素子を備え、この発熱素子の一端と、基準抵抗の一端とを共通接続する。また、発熱素子及び基準抵抗の他端側にはどちらかを選択するための選択スィッチが接続され、この選択スィッチを介して発熱素子または基準抵抗に電流を供給する電源装置が備えられている。

[0012] また、発熱素子または基準抵抗の両端電圧を測定する電圧測定部を備える。また、選択スィッチ、電源装置および電圧測定部が接続された演算部を備える。演算部は電源装置からの電流供給先が基準抵抗となるように選択スィッチを切り替える。また、演算部は基準抵抗の両端電圧から、あらかじめ発熱素子に大きさが異なる少なくとも 3つのステップ状電流を連続して供給するための電源装置の制御条件を決定する。

[0013] 基準抵抗の両端に生じた両端電圧カゝら発熱素子に 3つのステップ状の電流を供給する制御条件が決定された後は、所定のタイミングで選択スィッチを基準抵抗側から発熱素子側に切り替え、発熱素子に大きさが異なる少なくとも 3つのステップ状の電流を所定の時間連続して供給する。その後、それぞれの電流の大きさに対する発熱素子の所定時間が経過した後の発熱素子の両端電圧を演算部に取り込み、被検出ガス濃度を演算して出力する。この構成によって測定の都度、基準抵抗で発熱素子に供給する電流を調整することが可能となる。

[0014] こうした本発明のガスセンサによれば、回路の部品ばらつきや経時変化あるいは温度による変化などの外乱因子が存在しても、それらの影響を含めて一定電流の大きさになるように調整することができるため、常に発熱素子に適切な電流が供給されて高精度な検出が可能なガスセンサを構成することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態に力かるガスセンサの回路構成図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施の形態に力かるガスセンサの発熱素子に供給する電流波形図である。 [図 3]図 3は、本発明の実施の形態に力かるガスセンサのメイン動作を表すフロートである。

[図 4]図 4は、本発明の実施の形態に力かるガスセンサのサブ動作を表すフローートである。

符号の説明

1 発熱素子

2 基準抵抗

3 第 1スィッチ

4 電源装置

5 電圧測定部

6 演算部

7 振幅圧縮回路

8 積分器

9 基準電圧発生回路

10 第 2スィッチ

11 定電流供給回路

91 第 1基準電圧発生回路

92 第 2基準電圧発生回路

93 第 3基準電圧発生回路

発明を実施するための最良の形態

[0017] 図 1は本発明の実施の形態に力かるガスセンサの回路構成図である。図 2は本発明の実施の形態に力かるガスセンサの発熱素子に供給する電流波形図である。図 3 は本発明の実施の形態に力かるガスセンサのメイン動作を表すフローチャートである。図 4は本発明の実施の形態に力かるガスセンサの副動作を表すフローチャートである。

[0018] 図 1において、湿気を含む大気と混合した被検出ガスに接触して被検出ガスの濃度を検出する発熱素子 1は、従来の構成と同様にマイクロマシン技術によって作製された白金薄膜抵抗体からなる。 [0019] なお、本発明にお、て、被検出ガスは湿気を含む大気に対して濃度が 4%までの水素を対象とした。この濃度領域における水素による熱伝導率の変化は燃料電池の動作温度である 80°Cでの湿度 (水蒸気濃度）による熱伝導率の変化と同程度である。このため、水素濃度領域を 4%とすることによって、本発明は、従来の構成に比べて、濃度を検出する精度がさらに向上する。

[0020] 上記に鑑み、被検出ガスは水素濃度領域を 4%までとして、以下説明する。

[0021] 図 1において、発熱素子 1の一方の端子 laには基準抵抗 2の一方の端子 2aを接続する。基準抵抗 2は、後述する発熱素子 1への供給電流調整時の基準となるので、温度に対する変化率を表す温度係数は 5ppmZ°C程度の極めて温度変化の少ない、いわゆる高精度品の抵抗を採用する。なお、発熱素子 1及び基準抵抗 2の抵抗値は、いずれもたとえば 100 Ω程度である。

[0022] 発熱素子 1及び基準抵抗 2の他方の端子 lb,2bには、両者のどちらかを選択するための第 1スィッチ 3の接点 3a、 3bを各別に接続する。また、第 1スィッチの共通接点 3cは後述の電源装置 4の一部を構成する定電流供給回路 11に接続する。また、第 1 スィッチ 3にはフォトスィッチを用いる。これにより、各接点間に生じる相互干渉を排除することができるので、発熱素子 1と基準抵抗 2を電気的に十分に絶縁することができる。

[0023] さらに、第 1スィッチ 3には発熱素子 1または基準抵抗 2のどちらかの両端電圧を測定するために電圧測定部 5を接続する。電圧測定部 5は後述する水素濃度演算を高精度に行うために電圧取り込み精度が 19ビットの ADコンバータを用いてデジタル出力に換算している。

[0024] 第 1スィッチ 3、電源装置 4および電圧測定部 5にはそれぞれ演算部 6を接続する。

第 1スィッチ 3は制御線 63を介して演算部 6によって制御されている。演算部 6は内部演算処理機能力が 16ビット以上のマイクロコンピュータを用いる。これにより演算の有効桁数が上がり、高濃度のガスセンサを実現することができる。なお、処理機能力が 16ビット以上のマイクロコンピュータであれば十分な演算精度が得られる。

[0025] ここで、電源装置 4について説明する。電源装置 4は演算部 6からの出力信号 (パルス電圧）の 1周期内の周期全体に対するオン期間の比（以下デューティー比と略す )を直流電圧に変換し、前記直流電圧に応じて定電流を作り出し、発熱素子 1または基準抵抗 2に電流を供給する。電源装置 4が定電流をデューティー比から作り出す理由は、パルス電圧のオン時間とオフ時間を調整して電流制御を行うことにより、比較的簡便な回路構成によって電流制御を高精度に行うことができるためである。

[0026] 次に定電流を作り出す回路動作手順を説明する。まず演算部 6からの出力信号（パルス電圧） 6Pを振幅圧縮回路 7に入力する。振幅圧縮回路 7は、パルス電圧の振幅を所定の比率で圧縮する。パルス電圧の振幅圧縮をすることにより、定電流を作り出す際に電流調整幅、すなわちダイナミックレンジは小さくなる。し力しその分、信号の分解能が上がり電流の微調整が可能となるため、高精度に電流制御が可能となる

[0027] 次に圧縮したパルス電圧の信号は振幅圧縮回路 7から積分器 8に入力され、パルス電圧が直流電圧に変換される。これにより、パルス電圧に含まれるノイズ成分が平滑ィ匕されるため、さらに電流制御の精度が高まる。このようにして、演算部 6からの信号に基づいて電流の微調整を行うための直流電圧が得られる。

[0028] 発熱素子 1または基準抵抗 2に供給する電流の大まかな大きさは、基準電圧発生回路 9の電圧の大きさとしてあら力じめ決定されている。具体的には供給するべき電流の大きさを設定するための出力電圧が出力できるように電源電圧を抵抗分割によつて決定する。

[0029] 本実施の形態では後述するように発熱素子 1に電流の大きさが異なる 3つのステツプ状の電流を供給するものとしている。それぞれの電流を作り出すのに必要な大まかな直流電圧が得られるように 3つの基準電圧発生回路 9を準備する。すなわち、低い電流を供給するもの力順に第 1基準電圧発生回路 91、第 2基準電圧発生回路 92 および第 3基準電圧発生回路 93を各別に設ける。

[0030] 基準電圧発生回路 9に設けられた 3つの電圧は、第 2スィッチ 10により切り替えられる。第 2スィッチ 10の共通接点 10dは定電流供給回路 11に接続する。接続点 10a, 10b及び 10cは第 1基準電圧発生回路 91 ,第 2基準電圧発生回路 92及び第 3基準電圧発生回路 93に各別に接続する。これにより、供給すべき電流の大きさに対応した大ま力な電圧が得られ、供給すべき電流の粗い調整が可能となる。なお、第 2スィツチ 10は制御線 610を介して演算部 6によって制御されている。第 2のスィッチ 10には第 1スィッチ 3と同じ理由で、フォトスィッチを用いる。すなわち、フォトスィッチを用 V、ることにより、接点 10a〜 10c間に生じる相互干渉を排除することができる。

[0031] 図 1に示した回路構成によれば、演算部 6からの信号により基準電圧発生回路 9の粗調整用電圧と積分器 8の微調整用電圧が得られるので、両者を加算した合成直流電圧を定電流供給回路 11に入力することができる。このように、粗調整と微調整を行うことでデューティー比の分解能が小さいマイクロコンピュータでも十分に高精度に電流を調整することが可能となる。

[0032] 定電流供給回路 11は入力された合成直流電圧に対応した定電流を発熱素子 1または基準抵抗 2に供給する。このような回路構成で発熱素子 1に供給する電流を制御する電源装置 4が形成されてヽる。

[0033] 本実施の形態で測定対象とする水素は湿気を含む大気中に存在するので、湿度および周囲温度を補正する必要がある。そのため、周囲温度に比例した、発熱素子 1の両端電圧と発熱素子 1の発熱温度を異ならせた状態での出力の 3つの出力を測定することを基本構成としている。なお、発熱素子 1が発熱しない程度の低い電流、たとえば、 1mAを流したときの発熱素子 1の両端電圧は実質的に周囲温度の大きさを表している。したがって、このときの両端電圧は、周囲温度の出力信号とみなすことができる。

[0034] 前にも述べたように、発熱素子 1はマイクロマシン技術で作製した白金薄膜抵抗体で構成する。このため、その熱容量は比較的小さい。従って、発熱温度を異ならせるためには発熱素子 1に供給する電流を変えてやればよい。これにより数 10ミリ秒の時間で所望の温度に到達させることが可能となる。さらにほとんど発熱しない範囲で白金薄膜抵抗体に電流を供給すれば、白金自体が持つ抵抗温度係数に応じた周囲温度を反映した電圧出力を得ることができる。

[0035] これらのことから、発熱素子 1に対し、最初にほとんど発熱しな!、電流を供給して、その両端電圧力も周囲温度に比例した出力を得る。次に低発熱温度となる電流を供給することで低温時の出力を得る。さらに高発熱温度となる電流を供給して高温時の出力を得る。これら 3つの出力から所定の演算を行い、水素濃度のみの出力を得ることが可能となる。

[0036] 図 2は、発熱素子 1に供給する電流波形を示す。横軸は電流を供給する時間 (TI ME)、縦軸は供給する電流 Iの大きさをそれぞれ示す。発熱素子 1には順次電流が大きくなるパルス電流 110, 170及び 175を供給する。本発明の一実施の形態において、パルス電流 110, 170及び 175はそれぞれ、 1mA, 7mA及び 7. 5mAに設定している。図 2に示すように、大きさが異なる 3つのパルス電流が連続したステップ状電流を順次供給した後、電流をオフにして発熱素子 1を周囲温度まで冷却する。発熱素子 1の両端電圧は、各電流を供給してから所定の時間が経過した後に、それぞれ電圧測定部 5に取り込みその大きさを測定する。これらの動作を繰り返すことでパルス電流の周期毎の水素濃度を得ることができる。

[0037] 図 2に示すように、発熱素子 1に供給する 3つのパルス電流は大きさが低、電流から高い電流に向力つて順次切り替えるものとして示している。これは電流を供給したときに発熱素子 1自体が発熱する時間が冷却時間より短い、すなわち降温速度よりも昇温速度が速いためである。したがって、発熱素子 1の発熱温度が段階的に高くなるようにすれば、所望の温度にそれぞれは早く到達することができるため、パルス電流 I 10, 170及び 175の周期を短くすることができる。これによりガスセンサ出力の応答性が早くなり、濃度変化に即応した高精度な出力が得られる。

[0038] なお、本実施の形態では、発熱素子 1に供給する電流の最も小さいときの電流をたとえば、 1mAとした。この電流の大きさであれば発熱素子 1がほとんど発熱しない範囲内であることを確認している。これにより、発熱素子 1の近傍のガス雰囲気による熱伝導率の変化をほとんど検知しなくなるため、白金の持つ抵抗温度係数により周囲温度を反映した出力のみが高精度に得られる。

[0039] また、発熱素子 1に供給する低発熱温度となる電流は 7mAに、高発熱温度となる電流は 7. 5mAにそれぞれ設定した。また、 3段階の電流を供給する時間はそれぞれ 0. 2秒、電流をオフにする時間は 1. 4秒とした。なお、電流のオフ時間を 1. 4秒とすることによって、発熱素子 1の温度が室温まで十分下がることを確認した。

[0040] 本実施の形態では 1周期 2 (0. 2 X 3+1. 4 = 2)秒のパルス電流を発熱素子 1に供給する。また、電流供給がオフの期間に水素濃度を演算するため、 2秒間に 1回の間隔で水素濃度の出力を更新する。以上のような基本動作によって水素濃度を検出することがでさる。

[0041] 図 3,図 4は、本実施の形態のガスセンサに力かる具体的な動作を示すフローチヤートである。

[0042] 図 3はガスセンサの電源が投入されたときに作動するメインルーチンを示す。まず、メインルーチンを起動した直後はステップ S1でスタートフラグ SFを" 1"にする。

[0043] 次にステップ S 2では、電源回路 4が 1mAの電流を基準抵抗 2に供給するための調整を行う。具体的には、電源装置 4からの電流供給先が基準抵抗 2となるように第 1スイッチ 3を切り替える。また、ステップ S3では、第 2スィッチ 10を切り替えて、粗調整用の第 1基準電圧発生回路 91を選択する。

[0044] 次に、これから基準抵抗 2に供給する電流を 1mAとするとき、ステップ S4に示すように、 i= lを代入し、ステップ S5でデューティー比 Diを調整するためにサブルーチンを実行する。ここで、ステップ S6以降の動作は後述するとし、次にサブルーチンについて具体的な動作を説明する。

[0045] 図 4は、本発明にかかるガスセンサが実行するサブルーチンを示したフローチヤ一トである。サブルーチンが実行（START)されると、ステップ S101で、まずスタートフラグ SFの状態を調べ、スタートフラグ SFが" 1"であるならば、ステップ S101Y (YES )を介して、ステップ S102に移る。このときの作動状態は電源の投入直後であり、設定されたデューティー比は存在していないので、あら力じめ演算部 6に記憶された暫定の初期デューティー比 Dsを現在のデューティー比 Diとして設定する。

[0046] 一方、スタートフラグ SF力でないときにはステップ SIOIN (NO)を介して、ステップ S103に移り、前に設定したデューティー比 Doiを Diとして設定する。このような設定により、デューティー比 Diは当初力真値に近いものに設定されることになるので、サブルーチンの処理でのデューティー比を決定するために要する収束時間が早まり、その分、デューティー比の設定を高精度に調整することが可能となる。

[0047] ステップ S104ではステップ S102またはステップ S103のいずれの処理であっても、デューティー比の演算回数 nのカウンター値を 0にする。ステップ S105ではこれから設定するデューティー比の演算回数 nを更新するために演算回数 nを 1つ加算する。次にステップ S106で、演算回数 nが 20になった力否かを判定する。もし、演算回数 n 力 S 20に到達していなければステップ S 106N (NO)を介してステップ S 107に移る。ステツプ S 107では、現在、設定すべきデューティー比 Diのパルス電圧を演算部 6から電源装置 4に供給する。その結果、電源装置 4は、供給されたパルス電圧から得られた直流電圧と、粗調整用の基準電圧発生回路 9の電圧を合成した電圧に応じた定電流を出力する。

[0048] ステップ S108では、図 1に示した第 1スィッチ 3は基準抵抗 2に切り替えられている。このため電源装置 4で生成された定電流は基準抵抗 2に供給される。その結果、基準抵抗 2の両端には定電流の大きさに応じた両端電圧 Vsが生じる。この両端電圧 V sを電圧測定部 5で取り込み測定する。

[0049] ステップ S 109では得られた両端電圧 Vsから次の手順で次の演算処理を行うためのデューティー比を Diとして設定する。まず、あらかじめ発熱素子 1に供給すべき設定電流、すなわち、本実施の形態では 1, 7及び 7. 5mAの 3つの大きさの異なる電流を基準抵抗 2に供給したとき、基準抵抗 2の両端に生じる電圧の大きさを基準電圧 Vi (i= l, 7, 7. 5)として演算部 6にあら力じめ記憶しておく。この場合、基準抵抗 2 に温度係数の極めて小さな高精度品を用いるならば、基準抵抗 2の周囲温度に拘わらず目標電流の大きさに対応した基準電圧 Viはほぼ一定となる。

[0050] 次に、現在の任意環境下での基準抵抗 2にかかる両端電圧 Vsと演算部 6に記憶させた基準電圧 Viとの差の絶対値 A= I Vs-Vi Iを求める。

[0051] 次に、絶対値 Aを小さくするために、デューティー比 Diを可変調整することで変化する基準抵抗 2の両端電圧 Vslの変化量の絶対値を B ( I Vs-Vsl I )としたとき、後者が前者より小さく (A>B)、かつ、 Aの大きさそのものが前回の大きさよりも小さくなるような再設定のデューティー比 Diを設定する。

[0052] このように設定することにより、デューティー比 Diの調整による絶対値 Bが絶対値 A との差より常に小さくなるので微調整が可能となる。絶対値 Aより大きな調整変化幅をもった絶対値 Bとしたときに起こりうる、デューティー比 Diが目標値力も外れ、目標値に収束しないという不具合を排除することができる。このような調整を繰り返すことによりデューティー比 Diの設定を高精度に行うことができる。 [0053] ステップ S109でデューティー比 Diを設定したならば、配列 Din(n= 1〜20)にデュ一ティー比 Diを記憶した後（S110)、ステップ S 105に戻りデューティー比 Diの調整を繰り返す。

[0054] なお、デューティー比 Diを求めるための演算回数 nは本実施の形態では n= 20とした。これは多いほど高精度なデューティー比 Diの設定が行えることになる力本発明の実施の形態で用いた演算部 6の処理速度の関係から処理可能な最大回数が 20 回であったので、その回数を用いてみた。また、後述するように演算回数 nを 20回とすることによって、ガスセンサ全体の高精度化は十分に達成していることも確認することができた。

[0055] また、演算回数 nを 20回とすれば、基準抵抗 2にかかる両端電圧 Vsと演算部 6に記憶させた基準電圧 Viとの差の絶対値 A= I Vs-Vi Iはほとんど 0に近づけることを知見した。こうして、デューティー比 Diを求める演算を繰り返すことによって、基準抵抗 2に印加された両端電圧 Vsは基準電圧 Viにほぼ一致してくることが分力つた。従つて、絶対値 Aがほぼ 0になった時点で、デューティー比 Diを求める演算を終了して、そのときのデューティー比 Diを次回のデューティー比 Diとして決定すればょ、とも考えられる。し力しこのことは次の理由によって精度的に不十分であることが分力つた

[0056] すなわち、基準抵抗 2にかかる両端電圧 Vsと演算部 6に記憶させた基準電圧 Viとの差の絶対値 Aと、デューティー比 Diの関係を詳しく吟味したところ、確かに演算する回数は 20回も繰り返さないうちに絶対値 Aは 0に近づくという事実を確認することができた。

[0057] しかし、その後の繰り返し調整により得られたデューティー比 Diは絶対値 Aが 0の近傍であるにも拘わらず、デューティー比 Diが変動していることが分力つた。これはガスセンサの回路全体が微視的なノイズの影響を受けて、るため、絶対値 Aが 0の近傍となるデューティー比 Diが調整されるたびに、その大きさが変動していることを示唆している。従って、絶対値 A力^に近づいた際の当初のデューティー比 Diだけで次回のデューティー比を決定するという手順に固定してしまうと、最終的なセンサのデューティー比 Diが変動し、そのために出力電圧、すなわち、発熱素子 1に lmA、 7mA及び 7. 5mAの各電流を順次発熱素子 1に供給したときの両端電圧がばらつくことになりガスセンサの検出精度が悪くなる。

[0058] これらのことから、たとえ絶対値 Aがほぼ 0になっても所定の回数、たとえば 20回の間においては、デューティー比 Diの調整を繰り返して実行するようにして、各々のデユーティー比 Diの平均値を求め、その求めた平均値を次回のデューティー比 Diとして設定するようにすればガスセンサの検出精度が高まることを知見した。

[0059] ステップ S106でカウンターが示す数値が 20に到達した後、すなわち、デューティ一比の演算回数 nが当初設定した 20回分終了したら、ステップ S106Y (YES)を介してステップ S111に移る。ステップ S111では、まず配列 Dinの複数のデューティー比 Diの後半、すなわち、演算回数 nが 11〜20のときのデューティー比 Diの平均値を求め、その平均値を次の演算処理のデューティー比 Diとして設定する。

[0060] ステップ S111での処理が終わると、ステップ S112に移り、スタートフラグ SFの状態を調べる。もし、スタートフラグ SF力 1"であることが確認できたならば、電源投入直後の状態に置かれていることになるので、ステップ S 112Y (YES)を介し、ステップ S 116にジャンプする。なお、この場合、デューティー比 Diの初期値 Dsは暫定値に設定しているので、調整の初期においては、目標力かけ離れた値となり、調整初期のデューティー比 Dinも含めて平均化してしまうと、デューティー比 Diの真値力ずれてしまい、誤差が大きくなる。これを避けるためにステップ S 111では変化の大きい前半のデューティー比 Dinは無視し、後半、すなわち、演算回数 nが 11〜20の範囲のデューティー比の平均値を求め、その平均値を次の演算のためのデューティー比 Di として設定する。

[0061] スタートフラグ SF力 ' 1 "でないときには、ステップ S113において、当初設定した電流の最も少ない、すなわち、 1mAのときの、デューティー比 Dol (Doiにおいて、 i= l mA)と、次の段階で、発熱素子 1に供給するために決定した電流の最も少ないときのデューティー比 DI (Diにおいて、 i= 1mA)との差の絶対値、すなわち前回との変化幅が 0. 0025未満の所定の範囲であるかを判断する。もし、所定の範囲内でなければ、ステップ S 113N (NO)を介してステップ S 116にジャンプする。なお、変化幅を 0 . 0025未満としたのは、本実施の形態における様々な実測の結果、所定の範囲でのデューティー比 Dolとデューティー比 Dlとの差の絶対値 (変化幅）がたとえば、 0. 0025未満であれば最終のセンサ出力精度に影響を及ぼさないことを確認しているためである。

[0062] 一方、上記デューティー比の絶対値 | Dol -Di |が所定の範囲内にあるときには、ステップ S 113Y (YES)を介し、ステップ S 114に移る。ステップ S 114では、これから決定しょうとする次回のデューティー比 Diに近い前回のデューティー比 Doiを初期値として用いる。これにより、その後、調整した複数のデューティー比 Dinは全て真値に近い値をとる。ゆえに、ここで改めてデューティー比 Dinの全数（n= l〜20)を平均して求め、次回のデューティー比 Diと決定することになるので、安定した高精度な電流供給が可能となる。

[0063] さらに、デューティー比 Dinの全数の平均値を求めた場合には、ステップ S115において、ステップ S 114で求めたデューティー比 Diに対して前回決定したデューティ一比 Doiも平均して求め、これを次回以降のステップで用いるデューティー比 Diとして決定する。これにより、前回のデューティー比 Doiを反映したデューティー比 Diが決定される。

[0064] これにより、外乱ノイズ等によって、デューティー比 Doiが大幅に変化するといぅ不具合を排除し、さらなる高精度化が可能となる。なお、ステップ S 113でデューティー比 Do 1とデューティー比 D 1の差の絶対値が所定範囲内である力否かを判断して!/ヽる。これは、所定範囲内であれば周囲温度から大きな影響を受けな力つたとみなされるので、デューティー比 Dinの全数を平均して求め、さらにデューティー比 Doiとデュ一ティー比 Diを平均して求めることで外乱ノイズの影響を低減することができる。

[0065] 一方、所定の範囲から逸脱して、る場合には、燃料電池の起動直後時のように周囲温度が急変しており、基準抵抗 2の抵抗値が変化しているとみなすことができるので、デューティー比 Dinやデューティー比 Doiは変化の途中に置かれて!/、るとみなすことができる。このためデューティー比 Dinの全体での平均値を求め、さらにデューティー比 Doiとの平均値を求めてしまうと、かえってデューティー比 Diに誤差が含まれるという不具合が生じる。

[0066] そこで、デューティー比 Doiとデューティー比 D1の差の絶対値が所定の範囲から逸脱してヽる場合には、ステップ SI 11でデューティー比 Dinの後半であって安定した状態に置かれる、すなわち本実施の形態では演算回数 nが 11〜20のときのデュ一ティー比 Dinの平均値を求め、その平均値を次のデューティー比 Diとするようにしている。

[0067] ステップ S116では、デューティー比 Doiに決定したデューティー比 Diを代入することでデューティー比 Doiを更新する。以上の動作により、目標電流に対するデューティー比 Diを決定し、メインルーチンに戻る。ステップ S5において、 1mA用のデューティー比 D1が決定されたので、引き続き、同様の手順に従い、基準抵抗 2に供給する電流が 7mA及び 7. 5mAのときのデューティー比を決定していく。

[0068] ここで再度図 3に戻る。ステップ S1〜S5まではすでに説明したので、ステップ S6以降について説明する。

[0069] ステップ S6では、図 1に示した第 2スィッチ 10を、粗調整用の第 2基準電圧発生回路 92が選択されるように切り替える。これによつて、基準抵抗 2に 7mAを供給する準備が整う。ステップ S7においては、これから調整する電流 iが 7mAであるので、 1= 7 を代入する。次にステップ S8に移り、デューティー比 Diを調整するためのサブルーチンを実行する。これにより 7mA用のデューティー比 D7が決定される。

[0070] ステップ S8においては、ステップ S5で行ったのと同様に図 4に示したサブルーチンを実行する。なお、図 4については既に詳述したのでここでは説明を割愛する。

[0071] 図 4に示したステップ S8において、サブルーチンが終了すると、次のステップ S9に移る。ステップ S9では基準抵抗 2に供給する 3段階の中での 3番目、すなわち、本実施の形態では最後の電流供給を行う。すなわち、これ力調整しょうとする電流 iが 7 . 5mAであるのでデューティー比 D7. 5を決定するために、図 1に示した第 2スィッチ 10を粗調整用の第 3基準電圧発生回路 93を選択するように切り替える。

[0072] 次にステップ S 10においては、基準抵抗 2に供給する電流 iを 7. 5mAに調整するために、 1= 7. 5を代入し、ステップ S 11でデューティー比 Diを調整するサブルーチンを実行する。これ〖こより 7. 5mA用のデューティー比 D7. 5が決定される。

[0073] ステップ S 12では電源装置 4の制御条件である各デューティー比 Diを決定することができたので、次にスタートフラグ SFを 0にする。これは、この時点では電源投入直後であっても既に最初のデューティー比 Diが決定されているので、もはや電源投入直後ではないためである。

[0074] 以下、決定したデューティー比 Diで発熱素子 1に電流を供給する動作を行う。ステップ S13では、まず、発熱素子 1に電流を供給するタイミングを図 2で説明したように 2 秒毎に合わせるために所定の時間待機する。次に、ステップ S14で第 1スィッチ 3を発熱素子 1側に切り替える。ステップ S15では、第 2スィッチ 10を第 1基準電圧発生回路 91に切り替える。

[0075] ステップ S16は、ステップ S5で決定したデューティー比 D1に応じた電流を電源装置 4に出力し、発熱素子 1に 1mAの電流を供給する。ステップ S17では所定の時間待機する。この待機時間の設定は、発熱素子 1に電流を供給してもすぐに所望の温度には到達して、な、ためである。所望の温度まで上昇する時間と安定するまでの時間を合わせて 0. 05秒を待機時間とした。ステップ S18では、発熱素子 1の両端電圧 Vを電圧測定部 5で取り込み測定する。なお、取り込みのタイミングは各電流の供

T

給時間がそれぞれ 0. 2秒で、ステップ S17での待機時間が 0. 05秒なので、差し引き 0. 15秒の間に取り込んでいる。

[0076] 以上の動作で 1mAを発熱素子 1に供給したときの両端電圧 Vを取り込むことがで

T

きた。以下、同様に 7, 7. 5mAについても両端電圧 V , V の取り込みを行う。

L H

[0077] ステップ S19では、第 2スィッチ 10を第 2基準電圧発生回路 92に切り替えるために

、第 2スィッチ 10を接点 10b側に切り替える。

[0078] 次に、ステップ S 20では、ステップ S8で決定した、 7mA用のデューティー比 D7を電源装置 4に出力することにより、発熱素子 1に 7mAの電流を供給する。次に、ステップ S21で、所定の規定の時間待った後、ステップ S22では、発熱素子 1の両端電圧 Vを電圧測定部 5で取り込む。

し

[0079] 次に、ステップ S23で、第 3基準電圧発生回路 93に切り替えるために、第 2スィッチ 10を接点 10c側に接続する。次に、ステップ S24では、ステップ S 11で決定した 7. 5 mAのときのデューティー比 D7. 5を電源装置 4に出力することにより発熱素子 1に 7 . 5mAの電流を供給する。次に、ステップ S25で所定時間待った後、ステップ S26で、発熱素子 1の両端電圧 V を電圧測定部 5で取り込む。 [0080] 以上のようにして、連続した 3段階のステップ状の電流を発熱素子 1に、所定時間供給して、印加電流 1, 7及び 7.5mAにおけるそれぞれの発熱素子 1の両端電圧 V , V及び Vを取り込んでいる。その後、ステップ S27で、ステップ発熱素子 1への電

T L H

流供給をオフにする。

[0081] 次に、取り込まれた発熱素子 1の両端電圧 V , V及び Vから以下の手順に従って

T L H

水素濃度を求めるための演算を行う。なお、いずれも取り込んだ両端電圧は電圧測定部 5が精度 19ビットの ADコンバータであるので、 6桁の正の整数となる。これらの値に対しての演算手法を以下に述べる。

[0082] まず、ステップ S28で、温度による 0点補正演算を行う。なお、 0点補正演算を行う目的は、電流の大きさを仮に高精度に設定したとしても各電流の大きさに応じて、発熱素子 1の両端電圧が周囲温度によって変化してしまうからである。 0点補正演算は次の式 1から式 4までの 0点補正式により行う。

[0083] なお、上記の式 1〜4において、 V , V は、湿度、水素とも 0%の時の発熱素子 1

LO HO

の両端に生じた上記両端電圧 V , Vの周囲温度 Tに依存して生じた電圧変化量を

L H

示す。また、 0点補正後両端電圧 V , V は、発熱素子 1の両端電圧の中から周囲

ZL ZH

温度 Tに依存して変化した電圧の大きさを差し引いた、すなわち、周囲温度 Tの影響分を補正した大きさを示す。なお、下記に示す電圧の大きさは実測値であって、そのオーダーは数百 mVから数 Vの範囲である。

[0084] V =119715X10"¹⁴XV ³-771880X 10"⁹X V ²

LO Τ Τ

+ 217824X10"⁴XV +923398X10"¹ ……（式 1)

T

V =105074X10"¹⁴XV ³— 646937X 10^_9X V ²

HO Τ Τ

+ 187822X10"⁴XV +691799X10"¹ ……（式 2)

τ

V =V -V ……（式 3)

ZL L LO

V =V -V ……（式 4)

上記の式 1は発熱素子 1の低発熱時、すなわち、 7mAが供給されたときの両端電圧 Vによる 0点の変化を表す式である。あら力じめ湿気、水素ともに存在しない状態し

で、被検出ガスの濃度が既知の状態で周囲温度を変えたときの、発熱素子 1への 1 mA供給時の両端電圧 Vと両端電圧 Vとの相関を最小二乗法で 3次近似することによって求めた。ここで、 3次近似としたのは両端電圧 Vと両端電圧 Vの相関を高精度

T L

に表すことができる力もである。

[0085] 従って、電圧変化量 V は任意の両端電圧 Vのうち純粋に周囲温度 Tによっての

し 0 し

み変化する量を表す。式 3に示すように 0点補正後両端電圧 V =V -V を求める

Zししし 0 と、任意の周囲温度 τにおける両端電圧 Vへの影響を補正することができる。

し

[0086] なお、式 1の係数は有効数字 6桁の指数表示とし、内部演算は全て有効数字 6桁で行った。これは、様々な有効桁数で演算した結果、 6桁がガスセンサ出力として必要十分な演算精度が得られたためである。

[0087] 同様に、式 2は発熱素子 1の高発熱時、すなわち、 7. 5mAを供給したときの発熱素子 1の両端電圧 V力発熱素子 1への 1mA供給時の両端電圧 Vに依存した 0点

H T

の変化を表す式で、あらカゝじめ近似式を求めてある。式 4から任意の両端電圧 Vに

T

依存した両端電圧 Vへの影響を補正することができる。

H

[0088] このようにして最も電流の少ないときの発熱素子 1の周囲温度 Tに相当する両端電圧 Vから、その他の電流を供給したときの発熱素子 1の両端電圧 V , Vの値を補正

T L H

することで、温度による 0点補正演算を行っている。

[0089] 次に、ステップ S29では、上記の 0点補正後両端電圧 V , V を用いて式 5から式

ZL ZH

8に基づき感度補正式により温度による感度補正演算を行う。

[0090] V = 111933 X 10" XV ²- 353411 X 10"⁶ X V

ZLl T T

- 219967 X 10"² ……（式 5)

V =632817 X 10" XV ²- 206821 X 10"⁶ X V

ZHl T T

- 220734 X 10"² ……（式 6)

KL=V /V ……（式 7)

ZL ZL1

KH=V /V ……（式 8)

ZH ZH1

ここで、式 5に示した感度補正用両端電圧 V は、低発熱時、すなわち、発熱素子

ZL1

1を周囲温度 Tに設定し、 7mAの電流を供給したときであって、水素の濃度が 1%での発熱素子 1の両端電圧を示す。とりわけ、湿気が存在していない状態であって、水素濃度を 1%含んだ、いわゆる濃度が既知の被検出ガスを本発明にかかるガスセンサに触れさせたときの、発熱素子 1への 1mA供給時の両端電圧 Vと 0点補正後両

T 端電圧 V との相関を最小二乗法で 2次近似することによって求めたものである。ここ

ZL

で、 2次近似としたのは 3次近似をするまでもなく両端電圧 Vと 0点補正後両端電圧

T

V の相関を高精度に表すことができるからである。

ZL

[0091] 同様に式 6に示した感度補正用両端電圧 V は、高発熱時、すなわち、発熱素子

ZH1

1を周囲温度 Tに設定し、 7. 5mAの電流を供給したときであって、水素の濃度が 1% での発熱素子 1の両端電圧を示す。とりわけ、湿気が存在していない状態であって、水素濃度を 1%含んだ、いわゆる濃度が既知の被検出ガスを本発明にかかるガスセンサに触れさせたときの、発熱素子 1への 1mA供給時の両端電圧 Vと 0点補正後両

T

端電圧 V との相関を最小二乗法で 2次近似することによって求めたものである。ここ

ZH

で、 2次近似としたのは 3次近似までしなくても両端電圧 Vと 0点補正後両端電圧 V

T Z

Hの相関を高精度に表すことができた力である。

[0092] 上記の式 5及び 6に示した感度補正用両端電圧 V , V は周囲温度 Tにおいて

ZL1 ZH1

水素濃度が 1%のときの発熱素子 1に生じる出力電圧を表す。したがって式 7に示すように任意の 0点補正後両端電圧 V を V で除算して規格ィ匕してやると、任意の周

ZL ZL1

囲温度 Tにおける両端電圧 V への影響、すなわち、感度の影響を補正することがで

ZL

きる。なお、式 7に基づき補正後の、 0点補正後両端電圧 V と、感度補正用両端電

ZL

圧 V との比 KLは単位が％H2の規格ィ匕出力となる。

ZL1

[0093] 同様に、上記の式 6は高発熱時、すなわち、 7. 5mAのときの周囲温度 Tにおいての発熱素子 1の 0点補正後両端電圧 V に基づく水素濃度が 1%のときの水素に対

ZH

する感度の変化を表し、あら力じめ近似式を求めてある。ゆえに、式 8に基づき任意の周囲温度 Tにおいての発熱素子 1の 0点補正後両端電圧 V への感度の影響を

ZH

ネ ΐ正することできる。

[0094] このようにして温度による感度補正演算を行い、規格化出力 KL, ΚΗを各々求めている。

[0095] 次に、湿度を補正して、ステップ S30で、水素濃度のみの演算を行う。これは、具体的には以下に示した湿度補正式を用い、式 9〜 13を用いる。

[0096] まず、式 9で規格ィ匕出力 ΚΗと KLの規格ィ匕出力差 Humを求める。

[0097] Hum=KH-KL ……（式 9) ここで、任意の規格ィ匕出力 KHは水素濃度出力に湿度出力が加算されている。そこで、あら力じめ水素が存在していない湿気を含む空気であって、濃度が既知の被検出ガスにおける規格ィ匕出力 KHと規格ィ匕出力差 Humの相関を求めておく。その結果、式 9から規格化出力差 Humを求めてやれば規格化出力 KHに含まれる湿度出力 Off (Offは湿度を反映した値なので湿度出力として扱う）が得られる。なお、発明者らは規格ィ匕出力差 Humが湿度に対し 1対 1対応をすることを知見したので、その性質により規格ィ匕出力差 Hum力も湿度出力 Offを一義的に求めることができる。

[0098] 湿度出力 Offは式 10から求められる。なお、基本的には規格ィ匕出力差 Humとの相関で湿度出力 Offを求めることができるが、算出する精度を高めるためには規格ィ匕出力差 Hum以外に僅か〖こ存在する周囲温度 Tの影響も加味する必要がある。この観点から発明者らは様々な検討を行った結果、規格ィ匕出力差 Humと周囲温度 Tに相当する発熱素子 1への 1mA供給時の両端電圧 Vに対して、規格化出力差 HumX

T

V ³の値と、規格ィ匕出力差 Offの相関が最も精度が良いことを知見した。式 10はこれ

T

らの良好な関係を表す規格化出力差 Hum XV ³に対する湿度出力 Offの関係式で

T

ある。

[0099] Off=878551 X 10"⁵³ X (Hum X V ³) ³

τ

- 193304 X 10"³⁶ X (Hum XV

τ Υ

+ 140458 X 10"²⁰ X Hum X V ³

τ

+482210 X 10—⁷ ……（式 10) 式 10から、規格ィ匕出力差 Humと周囲温度 Τを代入することにより、規格化出力 KH に含まれる湿度出力 Offが求められるため、式 11に示すように規格ィ匕出力 KHから規格ィ匕出力差 Offを差し引くことにより水素出力 Outが求められる。

[0100] Out=KH— Off ……（式 11)

次に、水素出力 Outの湿度による水素感度変化を補正する。これは、本来は水素出力 Outで水素のみの出力が得られる力発熱素子 1に 1mAの電流を供給したときの、その両端電圧 Vはできるだけ発熱しない電流条件で測定しているものの実際に

T

は電流が流れるため、僅かに発熱することによる水素や湿度の感度が重畳されることになる。その結果、湿度による水素感度変化が表れる。従って、高精度な出力を得るためにはこの補正も必要である。

[0101] 補正方法としては、まず、あら力じめ各湿度に対する水素出力 Outの傾き HumKを求め、前記した両端電圧 V、すなわち周囲温度 Tの影響を加味した湿度に相当する

T

規格化出力差 Hum XV ³との相関関係を求めておく。その結果を式 12に示す。

T

[0102] HumK= 646500 X 10"⁵⁴ X (Hum XV ³) ³

T

+ 763511 X 10" X (Hum XV )

τ

-698337 Χ 10"²² X Hum XV ³

τ

+ 100255 X 10"⁵ ……（式 12) 式 12に規格化出力差 Humと両端電圧 Vを代入することにより、水素感度補正値

T

HumKが得られるので、これを式 13に代入することで最終水素濃度出力 H2が得られる。

[0103] H2 = Out/HumK ……（式 13)

こうして規格ィ匕出力 KHを湿度補正式である式 9〜 13で補正することで得られた最終水素濃度出力 H2をステップ S31で水素濃度として出力する。

[0104] 以上の行程を 1サイクルとして、ステップ S2に戻って繰り返すことで水素濃度を出力し続けることができる。なお、水素濃度の出力は 2秒に 1回の周期で得られるので、次の水素濃度が求められるまでは現在の水素濃度を出力し続けるようにしている。これにより、どのタイミングでも水素濃度を知ることができる。

[0105] このような構成に基づき、ガスセンサを実際に試作、評価してみたところ、ガスセンサ全体としての精度は ±0. 2%H2であった。これは従来に比べ半分以下の精度幅であり、水素漏洩検知用に適することを確認した。以上の回路構成、メインルーチン及びサブルーチンを実行することにより、高精度なガスセンサが得られた。

[0106] なお、本実施の形態では水素濃度のみを出力している力式 9で得られた規格ィ匕出力差 Humは湿度に相関のある出力なので、あら力じめ規格ィ匕出力差 Humと湿度の相関式を求めておくことで湿度出力を得ることもできる。さらに、必要に応じて発熱素子 1の両端電圧 Vの値カゝら周囲温度を例えば摂氏の単位 (°C)で出力するよう〖こ

T

してちよい。

[0107] 本実施の形態では水素を検出するために発熱素子 1に対して、 3つの大きさの異なるステップ状電流を供給した。しかし、他にも測定したいガスが共存する場合は 4段階以上のステップ状の電流を供給するならば、同様の手法により各種各様のガス濃度を出力することができる。

[0108] また、本実施の形態で述べた具体的な数値は一例である。本実施の形態の数値に限定されるものではない。当業者であれば、設計的事項の範囲で各種の数値を変えて実験してみることは可能である。

産業上の利用可能性

[0109] 本発明にかかるガスセンサは、測定の都度、基準抵抗で発熱素子に供給する電流をあらかじめ調整することにより、高精度な出力を得ることが可能になるので、湿気を含む大気と混合した被検出ガスの濃度や湿度を検出するためのガスセンサ等への適用に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 湿気を含む大気と混合した被検出ガスに接触する発熱素子と、

一端が前記発熱素子の一端側に共通接続された基準抵抗と、

前記発熱素子及び前記基準抵抗の他端側に接続され、前記発熱素子または前記基準抵抗のどちらかを選択するスィッチと、

前記スィッチを介して前記発熱素子または前記基準抵抗に電流を供給する電源装置と、

前記発熱素子または前記基準抵抗の両端電圧を測定する電圧測定部と、前記スィッチ、前記電源装置および前記電圧測定部が接続された演算部とを有し、この演算部は前記電源装置からの電流供給先が前記基準抵抗となるように前記スィツチを切り替え、

前記基準抵抗の両端電圧から、あらかじめ前記発熱素子に大きさが異なる少なくとも

3つのステップ状電流を供給するために前記電源装置の制御条件を前記演算部で決定した後、

前記スィッチを前記基準抵抗から前記発熱素子に切り替え、

前記発熱素子に大きさが異なる少なくとも 3つのステップ状電流を連続して供給し、それぞれの電流値に対する既定時間経過後の前記発熱素子の両端電圧を前記演算部に取り込み、前記少なくとも 3つのステップ状の電流の中の最も少ないときの前記発熱素子の両端電圧と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた 0点および感度の補正式とから、前記 3つのステップ状の電流の中のその他の電流を供給したときの前記発熱素子の両端電圧を補正することで規格ィ匕出力をそれぞれ求め、前記規格ィ匕出力の差と濃度既知の被検出ガスであらかじめ求めた湿度補正式とから前記規格ィ匕出力を補正して被検出ガスの濃度を求める行程を 1サイクルとし、前記 1 サイクルの行程を繰り返すことで被検出ガスの濃度を出力するガスセンサ。

[2] 前記被検出ガスが濃度 4%までの水素である請求項 1に記載のガスセンサ。

[3] 前記スィッチはフォトスィッチ力もなる請求項 1に記載のガスセンサ。

[4] 前記発熱素子に供給する大きさが異なる少なくとも 3つのステップ状電流の中で最も電流の小さ、ときの電流値は前記発熱素子がほとんど発熱しな、請求項 1に記載のガスセンサ。

[5] 前記発熱素子に供給する大きさが異なる少なくとも 3つのステップ状電流は低い電流力順次高、電流に設定された請求項 1に記載のガスセンサ。

[6] 前記演算部は少なくとも 16ビット以上の内部演算処理能力を有するマイクロコンピュータである請求項 1に記載のガスセンサ。

[7] 前記電源装置は演算部から出力されるパルス電圧の 1周期内のオンする時間の比（デューティー比）により前記発熱素子に供給する電流を制御する請求項 1に記載のガスセンサ。

[8] 前記演算部から出力されるパルス電圧を積分器により直流電圧に変換し、

前記直流電圧により発熱素子に供給する電流を制御するようにした請求項 7に記載のガスセンサ。

[9] 前記演算部から出力されるパルス電圧の振幅をあらかじめ圧縮して力も積分器により直流電圧に変換するようにした請求項 8に記載のガスセンサ。

[10] 前記積分器で変換された直流電圧と、

基準電圧発生回路により作り出した直流電圧とを加算した合成直流電圧により、発熱素子に供給する電流を制御するようにした請求項 9に記載のガスセンサ。

[11] 前記発熱素子に供給する目標電流を基準抵抗に供給したときの前記基準抵抗の両端に

生じる電圧を基準電圧として前記演算部に記憶しておき、

任意の環境下でパルス電圧の 1周期内のオンする時間のデューティー比に応じた電流を前記基準抵抗に供給したときの両端電圧と前記基準電圧の差の絶対値が小さくなるように前記デューティー比を可変するフィードバック調整を既定回数繰り返し、得られた既定回数分の複数の前記比のうち後半を平均して前記目標電流に対する次回の前記デューティー比として設定した後、

電源投入直後以外で、かつ前回の最も電流が少な!、ときの前記デューティー比と、次回の最も電流が少ないときの前記デューティー比との差の絶対値が既定範囲内であれば、

複数の前記デューティー比の全数を平均して改めて次回の前記デューティー比として決定するようにした請求項 7に記載のガスセンサ。

[12] 前記パルス電圧の 1周期内のオンする時間のデューティー比を調整する際に、任意の環境下での基準抵抗に力かる両端電圧と演算部に記憶させた基準電圧との差の絶対値よりも前記差の絶対値を小さくするために前記デューティー比を調整することで、変化する前記基準抵抗の両端電圧の変化量絶対値が小さくなるように前記デューティー比を設定するようにした請求項 11に記載のガスセンサ。

[13] 前記パルス電圧の 1周期内のオンする時間のデューティー比を調整する際に、前記デューティー比の初期値は前回決定した前記デューティー比を採用するようにした請求項 11に記載のガスセンサ。

[14] 前記パルス電圧の 1周期内のオンする時間の比の調整において、

既定回数分のフィードバック調整による複数の前記デューティー比の全数を平均した場合は、

さらに前回決定した前記デューティー比を平均して次回の前記デューティー比を決定するようにした請求項 11に記載のガスセンサ。