WO2019220741A1 - 金属酸化物半導体ガスセンサを用いるガス検出装置とガス検出方法 - Google Patents

金属酸化物半導体ガスセンサを用いるガス検出装置とガス検出方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to gas detection by a metal oxide semiconductor gas sensor.
  • Patent Document 1 JP2741381B
  • Patent Document 2 JP2911928B discloses that when a SnO2 film is rapidly cooled from a temperature of 450 ° C. or more to room temperature, the resistance value in air increases drastically and the resistance value in gas does not increase. For this reason, gas can be detected with high sensitivity at room temperature.
  • Patent Document 1 a steady value of the resistance value of the gas sensor is used, but this steady value varies depending on various factors. Therefore, it is difficult to convert to a resistance value that should be shown in the gas by multiplying the constant value by some constant.
  • An object of the present invention is to accurately detect a low-concentration gas.
  • the gas detection device of the present invention detects gas by processing the output of a metal oxide semiconductor gas sensor whose resistance value decreases in a reducing gas by a digital information processing device and comparing it with a comparison value for gas detection.
  • the digital information processing apparatus extracts data representing the resistance value of the gas sensor in the air from the output of the gas sensor, preferably from the output distribution, and the higher the resistance value of the gas sensor in the air,
  • the comparison value is generated so that the ratio between the resistance value in the middle and the resistance value corresponding to the comparison value is increased.
  • the output of the metal oxide semiconductor gas sensor whose resistance value decreases in the reducing gas is processed by the digital information processing device, and the gas is detected by comparing with the comparison value for gas detection.
  • the digital information processing apparatus extracts data representing the resistance value of the gas sensor in the air from the output of the gas sensor, preferably from the output distribution, and the higher the resistance value of the gas sensor in the air, the higher the resistance value in the air.
  • the comparison value is generated so that the ratio of the resistance value corresponding to the comparison value becomes large.
  • the digital information processing apparatus extracts data representing the resistance value of the gas sensor in the air from the output of the gas sensor, for example, from the distribution of the output of the gas sensor. For example, the output corresponding to the maximum value in the resistance value distribution of the gas sensor for each predetermined period is extracted.
  • the resistance value or the like at a predetermined position (the upper 5% position, the upper 10% position, etc.) on the high resistance side in the resistance value distribution of the gas sensor is extracted.
  • the comparison value is used for gas detection.
  • the data representing the resistance value of the gas sensor in the air can be extracted without using the output distribution of the gas sensor.
  • the measurement is started when the gas sensor can detect the gas after the power is turned on and the heating of the gas sensor is started. Therefore, when the gas sensor can detect gas, the resistance value of the gas sensor at that time may be the resistance value in the air.
  • the resistance value of the gas sensor at the time when it is detected that a person is seated may be a resistance value in the air.
  • the comparison value for gas detection is a resistance value that the gas sensor should have or a value corresponding to the resistance value when a gas with a predetermined concentration is present. If the resistance value of the gas sensor is less than or equal to the comparison value, there is a gas having a predetermined concentration or more, and if the resistance value of the gas sensor is greater than the comparison value or a resistance value determined from the comparison value, the gas concentration is less than the predetermined value. . Further, the output of the gas sensor may be handled as a resistance value, as an electric conductivity of the reciprocal thereof, or as an output voltage to the load resistance of the gas sensor. Instead of the ratio between the resistance value in air and its initial value, the reciprocal thereof may be used. Further, instead of the ratio of resistance values in air and gas, the ratio of resistance values in gas and air, which is the reciprocal thereof, may be used. Although these definitions are different, the meaning of the data is the same.
  • the digital information processing apparatus stores data corresponding to the initial value of the resistance value of the gas sensor in the air.
  • the digital information processing apparatus further increases the resistance corresponding to the resistance value in air and the comparison value as the value corresponding to the ratio of the resistance value of the gas sensor in air to the initial value of the resistance value of the gas sensor in air increases.
  • a correction factor for generating a comparison value for gas detection is stored so that the ratio to the value increases.
  • the digital information processing apparatus stores data corresponding to the initial value Rgas0 of the resistance value of the gas sensor in the gas, determines the correction factor C by Rair / Rair0, corrects Rgas0, and compares the value for gas detection. For example, C ⁇ Rgas0.
  • the information processing apparatus may store the correction factor D for converting Rair to the resistance value Rgas in the gas by the ratio Rair / Rair0. Also in this case, the digital information processing apparatus stores data corresponding to the initial resistance value Rair0 in the air. Then, for example, the correction factor D may be multiplied by the resistance value Rair in the air to obtain the comparison value D ⁇ Rair for gas detection. The difference between C ⁇ Rgas0 and D ⁇ Rair is whether or not Rgas0 is used directly. When D ⁇ Rair is used, the correction factor D includes information on Rgas0 / Rair0.
  • the digital information processing apparatus is Stores the initial value of the resistance value of the gas sensor in the gas at a plurality of concentrations from a relatively low concentration to a high concentration, By multiplying the initial value of the resistance value of the gas sensor in the gas by the correction factor Ci, a comparison value for gas detection is generated, In addition, the correction factor Ci at a plurality of gas concentrations changes so that the correction factor corresponding to the relatively low concentration changes more greatly than the correction factor corresponding to the high concentration with respect to the change in the resistance value of the gas sensor in the air. Is remembered.
  • the digital information processing apparatus is By multiplying the resistance value of the gas sensor in air by the correction factor Di, a comparison value for gas detection is generated,
  • the correction factor Di at multiple gas concentrations is such that the correction factor corresponding to a relatively high concentration changes more greatly than the correction factor corresponding to a low concentration for changes in the resistance value of the gas sensor in air. Is remembered.
  • the above example will be explained.
  • the correction factor Di for conversion from the resistance of the gas sensor in the air to the resistance value in the gas is changed according to the resistance value of the gas sensor in the air. Then, the correction factor corresponding to the relatively high density is changed larger than the correction factor corresponding to the low density.
  • the gas concentration can be accurately detected by changing the correction factor for conversion from the air into the gas at a high concentration and at a low concentration.
  • the correction factor is stored, for example, using the ratio between the resistance value in air and its initial value as a headline. The above ratio may be reversed to find the ratio between the initial resistance value in air and the resistance value in air at the time of measurement.
  • a comparison value may be generated by converting the initial value Rair0 of the resistance value in air by a correction factor.
  • the correction factor is changed opposite to the above example. That is, the digital information processing apparatus has a plurality of correction factors corresponding to a relatively low concentration more greatly than a correction factor corresponding to a high concentration with respect to a change in the resistance value of the gas sensor in the air. The correction factor at the gas concentration is stored.
  • Sectional view of the gas sensor of the embodiment Block diagram of the gas detector of the embodiment
  • the flowchart which shows the gas detection algorithm of an Example Flow chart showing the estimation algorithm of resistance value in air
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing the transition of the resistance value in methyl mercaptan and the resistance value in the air.
  • This is a characteristic diagram showing the transition of resistance value in hydrogen and resistance value in air.
  • 11 is a characteristic diagram showing the data of FIG. 11 as a resistance ratio between gas and air.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing the data of FIG. 12 as a resistance ratio between gas and air.
  • Characteristic diagram showing the correlation between resistance in decane and resistance in air (n 12)
  • FIG. 1 shows the structure of the gas sensor 2
  • 4 is a film-like metal oxide semiconductor, for example, SnO 2 film, WO 3 film, In 2 O 3 film, etc. These metal oxide semiconductors are in contact with reducing gas. Then, the resistance value decreases. Further, when the ambient temperature increases or the absolute humidity increases, the resistance value decreases. In addition to this, the resistance value of the metal oxide semiconductor film 4 varies depending on a small amount of gas contained in the air.
  • a heater 8 is provided on the substrate 6, and the metal oxide semiconductor 4 is heated to an operating temperature.
  • the material and structure of the gas sensor 2 are arbitrary.
  • the substrate 6 may be a thin film such as SiO 2 / SiN x / SiO 2 or a thin film such as TaN x provided on the cavity of the Si chip.
  • the heater 8 may be brought into contact with the metal oxide semiconductor 4 without providing the pair of electrodes 5 and 5.
  • FIG. 2 shows the structure of the gas detection device. Electric power is supplied from the power source to the gas sensor 2, and for example, the voltage to the load resistor 10 connected to the metal oxide semiconductor 4 is AD converted by the AD converter 14 of the microcomputer 12.
  • the memory 15 stores an operation program for the microcomputer 12, and the memory 16 stores various data.
  • the CPU 17 performs calculation and logic judgment.
  • the air level estimation unit 20 extracts the resistance value of the metal oxide semiconductor 4 in the air (resistance value of the gas sensor 2). Note that the CPU 17 and the memories 15 and 16 are used for estimating the air level (resistance value in the air).
  • the correction table 21 may store a correction factor for converting a resistance value in air into a comparison value for gas detection, and may store data in a format other than the table format.
  • the output interface 22 outputs a gas detection result.
  • the resistance value Rair0 in the air and the resistance value Rgas0 in the gas at one to a plurality of concentrations are measured and stored in the memory 16 in a nonvolatile manner.
  • the resistance value Rair of the gas sensor in the air is extracted by the algorithm of FIG. For example, the period of 10 minutes or more and 1 day or less is set as a predetermined period, and the maximum resistance value of the gas sensor within the period is sampled. This resistance value is defined as a resistance value Rair in air in the next period.
  • the period is more preferably 20 minutes or longer and 4 hours or shorter.
  • the resistance value at a position such as 5% from the highest resistance value in the resistance value distribution histogram may be used as the resistance value in the air.
  • a parameter representing a resistance value in the air may be appropriately generated. If the measured resistance value is higher, the parameter may be increased by, for example, 10%, and if lower, for example, the parameter may be decreased by 1%. Even in this case, the resistance value in the air can be extracted in the same manner as extracting the skirt on the high resistance side of the histogram.
  • the resistance value Rair in the air is in the portion on the high resistance side in the past resistance distribution of the gas sensor.
  • the correction factor C is read from the correction table 21.
  • the correction factor Ci for each gas concentration is stored in the correction table 21.
  • Gas is detected using C ⁇ Rgas0 or Ci ⁇ Rgas0i (Ci is a correction factor at the i-th gas concentration and Rgas0i is an initial value of the resistance value at the i-th gas concentration) as a comparison value for gas detection.
  • This algorithm is shown in the upper left of FIG. Whether or not to store the correction factor in a table format is arbitrary.
  • correction factors C and Ci are obtained by linear interpolation.
  • the correction factors C and Ci are larger than 1 and smaller than Rair / Rair0.
  • the correction factors C and Ci are less than 1, and Greater than Rair / Rair0.
  • the read correction factors C and Ci are multiplied by the resistance value Rgas0 in the stored gas, for example, to generate a comparison value C ⁇ Rgas0 or Ci ⁇ Rgas0i for gas detection. Then, when the actual resistance value of the gas sensor is equal to or less than the generated comparison value, it is determined that a gas having a predetermined concentration or more exists. That is, the gas sensor is detected by comparing the resistance value of the gas sensor with C ⁇ Rgas0, Ci ⁇ Rgas0i.
  • Rgas C ⁇ Rgas0 ⁇ Rair / Rair0 ⁇ Rgas0.
  • Rgas / Rair ⁇ Rgas0 / Rair0 that is, Rair / Rgas> Rair0 / Rgas0. This means that when the resistance value in air is large (Rair is larger than Rair0), the ratio of the resistance value in air and in gas becomes large.
  • Rgaso is not corrected by the correction factor C, but as shown in the lower left of FIG. 5, another correction factor D may be determined by Rair / Rair0, and D ⁇ Rair may be used as a comparison value for gas detection.
  • D is less than 1.
  • a number starting from the low concentration side is i, and a plurality of correction factors Di are stored in the table 21. As the number i increases, the correction factor Di decreases. Di represents the resistance ratio in gas and air, and becomes small when Rair / Rair0 is large (resistance value in air is high) and large when Rair / Rair0 is small (resistance value in air is low).
  • Rair0 is stored, but Rgas0 need not be stored.
  • Figures 6-14 show the behavior of gas sensor resistance in air, 0.1-1 ppm methyl mercaptan (MM), and 30-300 ppm hydrogen, with 5 sensors and 5 results. The average of the sensors.
  • the background air is air from an air-conditioned laboratory. *
  • FIG. 15 shows the correlation between the resistance ratio in decane and air and the resistance value in air in decane at 3 ppm and 10 ppm.
  • the number of sensors n was 12, the result was the average of 12 sensors, and the temperature was adjusted to 20 ° C. and the relative humidity was adjusted to 65%. If the decane concentration is the same, the higher the resistance value in air, the smaller the resistance ratio between decane and air, and these correlations are extremely high. Therefore, also in this case, the gas can be detected by using the correction factor C and comparing with C ⁇ Rgas0. Further, the gas can be detected by using the correction factor D and comparing with D ⁇ Rair.

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Abstract

還元性ガス中で抵抗値が減少する金属酸化物半導体ガスセンサの出力を、デジタル情報処理装置により処理し、ガス検出用の比較値と比較することによりガスを検出する。デジタル情報処理装置は、ガスセンサの出力から空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出する。デジタル情報処理装置は、空気中でのガスセンサの抵抗値が高いほど、空気中とガス中との抵抗値の比が大きくなるように、比較値を発生させる。

Description

金属酸化物半導体ガスセンサを用いるガス検出装置とガス検出方法
　この発明は、金属酸化物半導体ガスセンサによるガス検出に関する。
　金属酸化物半導体ガスセンサの抵抗値は種々の要素により変動するため、低濃度のガスを正確に検出することは難しい。この点に関し、特許文献１（JP2741381B）では、金属酸化物半導体ガスセンサの抵抗値がほぼ一定である時に、ガスセンサの抵抗値を基準値として記憶する。そして記憶した抵抗値からの変化によりガスを検出する。特許文献２（JP2911928B）は、SnO2膜を450℃以上の温度から室温へ急冷すると、空気中での抵抗値が激増し、しかもガス中での抵抗値は増加しないことを開示している。このため室温で高感度にガスを検出できる。
JP2741381B JP2911928B
　特許文献１ではガスセンサの抵抗値の定常値を用いるが、この定常値は種々の要素により変動する。従って定常値に何らかの定数を乗算することにより、ガス中で示すはずの抵抗値に換算することは難しい。
　この発明は、低濃度のガスを正確に検出することを課題とする。
　この発明のガス検出装置は、還元性ガス中で抵抗値が減少する金属酸化物半導体ガスセンサの出力を、デジタル情報処理装置により処理し、ガス検出用の比較値と比較することにより、ガスを検出する。この発明では、デジタル情報処理装置により、ガスセンサの出力から、好ましくは出力の分布から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出し、空気中でのガスセンサの抵抗値が高いほど、空気中の抵抗値と比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、比較値を発生させる。
　この発明のガス検出方法では、還元性ガス中で抵抗値が減少する金属酸化物半導体ガスセンサの出力を、デジタル情報処理装置により処理し、ガス検出用の比較値と比較することにより、ガスを検出する。デジタル情報処理装置は、ガスセンサの出力から、好ましくは出力の分布から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出し、空気中でのガスセンサの抵抗値が高いほど、空気中の抵抗値と比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、比較値を発生させる。
　図６，図１５に示すように、ガス中と空気中との抵抗値の比と、空気中の抵抗値とには強い相関がある。そして空気中の抵抗値が高いほど、空気中とガス中との抵抗値の比が大きくなる。なおこの明細書で、空気中はガス中と対比する用語で、ガスセンサにより検出できる濃度のガスを含まず、湿度は任意である。この発明では、デジタル情報処理装置により、ガスセンサの出力から、例えばガスセンサの出力の分布から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出する。例えば所定の期間毎の、ガスセンサの抵抗値分布での最大値に対応する出力を抽出する。あるいは、ガスセンサの抵抗値の分布での、高抵抗側の所定位置（上位5%の位置、上位10%の位置など）にある抵抗値等を抽出する。これらは空気中に対応するガスセンサの抵抗値である。空気中の抵抗値が高いほど、空気中とガス中との抵抗値の比が大きくなるので、抽出した空気中の抵抗値を用いてガス中で示すはずの抵抗値を発生させ、ガス検出用の比較値とする。
　なお空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータは、ガスセンサの出力分布を用いないでも抽出できる。例えば呼気中のガスを検出する場合、電源をオンしガスセンサの加熱を開始した後、ガスセンサがガスを検出可能になると、測定を開始する。そこでガスセンサがガスを検出可能になると、その時点でのガスセンサの抵抗値を空気中の抵抗値としても良い。また便器等にガスセンサを設置し、人の排泄物の匂い等を検出する場合、人が着座したことを検出した時点でのガスセンサの抵抗値を、空気中の抵抗値としても良い。
　ガス検出用の比較値とは、所定濃度のガスが存在する場合に、ガスセンサが持つはずの抵抗値あるいは抵抗値に対応する値である。そしてガスセンサの抵抗値が比較値以下であれば所定濃度以上のガスが存在し、ガスセンサの抵抗値が比較値あるいは比較値から定まる抵抗値よりも大きければ、ガス濃度は所定値未満であるとする。またガスセンサの出力は、抵抗値として扱っても、その逆数の電気伝導度として扱っても、あるいはガスセンサの負荷抵抗への出力電圧として扱っても良い。空気中の抵抗値とその初期値の比の代わりに、その逆数を用いても良い。また空気中とガス中の抵抗値の比の代わりに、その逆数であるガス中と空気中との抵抗値の比を用いても良い。これらは定義は異なるが、データの意味は同じである。
　好ましくはデジタル情報処理装置は、空気中でのガスセンサの抵抗値の初期値に対応するデータを記憶する。デジタル情報処理装置はさらに、空気中でのガスセンサの抵抗値と空気中でのガスセンサの抵抗値の初期値との比に対応する値が大きいほど、空気中の抵抗値と比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、ガス検出用の比較値を発生させるための補正因子を記憶している。さらに好ましくは、デジタル情報処理装置はガス中でのガスセンサの抵抗値の初期値Rgas0に対応するデータを記憶し、Rair/Rair0により補正因子Cを定めてRgas0を補正し、ガス検出用の比較値、例えばC・Rgas0とする。あるいはまた、情報処理装置は、比Rair/Rair0によりRairをガス中の抵抗値Rgasに換算するための、補正因子Dを記憶しても良い。この場合も、デジタル情報処理装置は空気中での抵抗値の初期値Rair0に対応するデータを記憶する。そして例えば補正因子Dを空気中の抵抗値Rairに乗算し、ガス検出用の比較値D・Rairとしても良い。C・Rgas0とD・Rairとの相違点は、Rgas0を直接用いるかどうかである。D・Rairを用いる場合、補正因子DがRgas0/Rair0に関する情報を含んでいる。
　好ましくは、デジタル情報処理装置は、
　　相対的に低い濃度から高い濃度までの複数の濃度での、ガス中でのガスセンサの抵抗値の初期値を記憶し、
　　ガス中でのガスセンサの抵抗値の初期値に補正因子Ciを乗算することにより、ガス検出用の比較値を発生させ、
　　かつ空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に低い濃度に対応する補正因子が高い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子Ciを記憶している。
　上記の例を説明する。図５の表に示すように、初期値に対する空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、低濃度でガス中での抵抗値の初期値に対する補正因子を大きく変化させ、高濃度では変化を小さくする。このことは図６～図１５のデータと一致する。例えば図７、図８のデータから、上記の手法により正確にガス濃度を検出できることが分かる。
　好ましくは、デジタル情報処理装置は、
　　空気中でのガスセンサの抵抗値に補正因子Diを乗算することにより、ガス検出用の比較値を発生させ、
　　かつ空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に高い濃度に対応する補正因子が低い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子Diを記憶している。
　上記の例を説明する。空気中でのガスセンサの抵抗値に応じて、空気中でのガスセンサの抵抗からのガス中の抵抗値への換算用の補正因子Diを変化させる。そして相対的に高い濃度に対応する補正因子を、低い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化させる。このことは図６～図１５のデータと一致する。例えば図７、図８の場合、空気中からガス中への換算用の補正因子を、高濃度で大きく、低濃度で小さく変化させると、正確にガス濃度を検出できる。補正因子は、図５と同様に、例えば空気中の抵抗値とその初期値との比を見出しとして、記憶する。なお上記の比を逆にして、空気中の抵抗値の初期値と測定時点での空気中の抵抗値との比を見出しにしても良い。
　測定時点での空気中の抵抗値Rairの代わりに、空気中での抵抗値の初期値Rair0を補正因子により換算して比較値を発生させても良い。この場合、補正因子を上記の例とは逆に変化させる。即ち、デジタル情報処理装置は、空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に低い濃度に対応する補正因子が高い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子を記憶する。
実施例のガスセンサの断面図 実施例のガス検出装置のブロック図 実施例のガス検出アルゴリズムを示すフローチャート 空気中の抵抗値の推定アルゴリズムを示すフローチャート 補正テーブルによる処理を模式的に示す図 0.1～1ppmのメチルメルカプタン中の抵抗値と空気中の抵抗値との相関を示す特性図　（n=5） メチルメルカプタン中の抵抗値と空気中の抵抗値の推移を示す特性図で、ガスセンサは主として動作状態に置いた　（n=5） 水素中の抵抗値と空気中の抵抗値の推移を示す特性図で、ガスセンサは主として動作状態に置いた　（n=5） 図７のデータをガス中と空気中との抵抗比として示す特性図 図８のデータをガス中と空気中との抵抗比として示す特性図 メチルメルカプタン中の抵抗値と空気中との抵抗値の推移を示す特性図で、ガスセンサは主として停止状態に置いた　（n=5） 水素中の抵抗値と空気中の抵抗値の推移を示す特性図で、ガスセンサは主として停止状態に置いた　（n=5） 図１１のデータをガス中と空気中との抵抗比として示す特性図 図１２のデータをガス中と空気中との抵抗比として示す特性図 デカン中の抵抗値と空気中の抵抗値との相関を示す特性図　（n=12）
　以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
　図１～図１５に実施例を示す。図１はガスセンサ２の構造を示し、４は膜状の金属酸化物半導体で、例えばSnO2膜、WO3膜、In2O3膜等で、これらの金属酸化物半導体は還元性ガスに接触すると抵抗値が減少する。また周囲温度が増加する、あるいは絶対湿度が増加すると、抵抗値が減少する。金属酸化物半導体膜４の抵抗値は、これ以外に空気中に含まれる微量のガスによっても変化する。
　金属酸化物半導体４の抵抗値を検出するため、例えば一対の電極５，５が接続され、基板６にヒータ８が設けられ、金属酸化物半導体４を動作温度に加熱する。ガスセンサ２の材料、構造は任意である。例えば基板６を、Siチップの空洞上に設けた、SiO2／SiNｘ/SiO2等の薄膜、TaNx等の薄膜としても良い。一対の電極５，５を設けず、ヒータ８を金属酸化物半導体４と接触させても良い。金属酸化物半導体４の抵抗値が変化すると、ヒータ８と金属酸化物半導体４の合成抵抗が変化するので、ヒータ８の見かけの抵抗値を監視する。
　図２は、ガス検出装置の構造を示す。電源からガスセンサ２に電力を供給し、例えば金属酸化物半導体４に接続した負荷抵抗１０への電圧を、マイクロコンピュータ１２のADコンバータ１４によりAD変換する。メモリ１５にはマイクロコンピュータ１２の動作プログラムを記憶させ、メモリ１６には種々のデータを記憶させる。CPU１７は演算と論理判断を行う。エアレベル推定部２０は、空気中での金属酸化物半導体４の抵抗値（ガスセンサ２の抵抗値）を抽出する。なおエアレベル（空気中の抵抗値）の推定には、CPU１７，メモリ１５，１６を使用する。補正テーブル２１は、空気中の抵抗値をガス検出用の比較値へ変換するための補正因子を記憶し、テーブル形式以外のフォーマットでデータを記憶しても良い。出力インターフェース２２はガスの検出結果を出力する。
　ガスセンサ２の出力を、金属酸化物半導体４の抵抗値に換算して処理しても、金属酸化物半導体４の電気伝導度に換算して処理しても、あるいは負荷抵抗１０への電圧のままで処理しても良い。以下では、負荷抵抗１０への電圧を金属酸化物半導体４の抵抗値に換算して処理する例を示す。
　図３～図５に、実施例のアルゴリズムを示す。ガス検出装置の出荷前に、空気中の抵抗値Rair0、及び１～複数の濃度でのガス中の抵抗値Rgas0を測定し、これらをメモリ１６に不揮発に記憶させる。空気中のガスセンサの抵抗値Rairを、図４のアルゴリズム等により抽出する。例えば10分以上1日以下の期間を所定の期間とし、期間内のガスセンサの抵抗値の最大値をサンプリングする。この抵抗値を次の期間での、空気中の抵抗値Rairとする。期間は20分以上4時間以下がより好ましい。
　抵抗値の最大値を抽出するのではなく、抵抗値の分布のヒストグラムでの、例えば最も抵抗値が高い側から5%などの位置にある抵抗値を、空気中の抵抗値としても良い。また空気中の抵抗値を表すパラメータを適宜に発生させ、測定した抵抗値がより高ければ、前記のパラメータを例えば10%増加させ、低ければ例えば1%減少させても良い。このようにしても、ヒストグラムの高抵抗側の裾を抽出するのと同様に、空気中の抵抗値を抽出できる。空気中の抵抗値Rairは、過去のガスセンサの抵抗値の分布での高抵抗側の部分にある。
　図４のアルゴリズムで空気中の抵抗値Rairを抽出すると、Rair/Rair0が求まる。これを見出しとして、補正テーブル２１から、補正因子Cを読み出す。複数のガス濃度での抵抗値の初期値Rgas0を記憶する場合、補正テーブル２１に各ガス濃度毎の補正因子Ciを記憶する。そしてC・Rgas0、あるいはCi・Rgas0i（Ciはi番目のガス濃度での補正因子、Rgas0iはi番目のガス濃度での抵抗値の初期値）をガス検出用の比較値としてガスを検出する。このアルゴリズムを図５の左上に示す。なおテーブル形式で補正因子を記憶するか否かは任意である。またテーブル２１の各欄の間では、線形補間により補正因子C,Ciを求める。
　Rair/Rair0が1よりも大きい場合、補正因子C,Ciは１よりも大きく、かつRair/Rair0よりも小さい。Rair/Rair0が1よりも小さい場合、補正因子C,Ciは１よりも小さく、かつ
Rair/Rair0よりも大きい。読み出した補正因子C,Ciを、記憶済みのガス中の抵抗値Rgas0に例えば乗算し、ガス検出用の比較値C・Rgas0あるいはCi・Rgas0iを生成する。そして実際のガスセンサの抵抗値が生成した比較値以下の場合に、所定濃度以上のガスが存在すると判断する。即ちC・Rgas0，Ci・Rgas0i とガスセンサの抵抗値を比較し、ガスを検出する。
　C・Rgas0をRgasとすると、Rair/Rair0が1よりも大きい場合、補正因子CはRair/Rair0よりも小さい。従って、　Rgas=C・Rgas0＜Rair/Rair0×Rgas0　である。この式を整理すると、　Rgas／Rair＜Rgas0/Rair0　、即ち　Rair／Rgas＞Rair0／Rgas0　となる。これは空気中での抵抗値が大きい（RairがRair0よりも大きい）と、空気中とガス中との抵抗値の比が大きくなることを意味する。
　Rgasoを補正因子Cで補正するのではなく、図５の左下に示すように、Rair/Rair0により別の補正因子Dを定め、D・Rairをガス検出用の比較値としても良い。この場合、Dは1未満である。例えば複数のガス濃度で検出する場合、Dはガス濃度が高い程小さい。低濃度側から始まる番号をiとして、複数の補正因子Diをテーブル２１に記憶させ、番号iが増すと補正因子Diは小さくなる。Diはガス中と空気中の抵抗比を表し、Rair/Rair0が大きい（空気中の抵抗値が高い）と小さくなり、Rair/Rair0が小さい（空気中の抵抗値が低い）と大きくなる。この場合は、Rair0を記憶するが、Rgas0を記憶する必要はない。また　Rair/Rair0=1　の場合（空気中の抵抗値が初期値から変化していない場合）、Di・Rairはi番目のガス濃度でのガスセンサ抵抗値の初期値　Rgas0i　に一致する。即ち
　Di・Rair=Di・Rair0=Rgas0i　（　Rair=Rair0　）である。
　図６～図１４は、空気中、及び0.1～1ppmのメチルメルカプタン（MM）と、30～300ppmの水素への、ガスセンサの抵抗値の挙動を示し、センサ数nは5、結果は5個のセンサの平均である。バックグラウンドの空気は空調を施した実験室の空気である。　
　図６～図１４は、
・　空気中の抵抗値が高いとガス中の抵抗値が高く（図７，図８，図１１，図１２）、
・　空気中の抵抗値が高いと空気中とガス中との抵抗比が大きくなる（図９，図１０，図１３，図１４）ことを示している。Rair/Rair0が大きいほど、空気中とガス中との抵抗値の比Rair/Rgasが大きくなる。そこでこの条件を充たすように補正因子Cを記憶し、
C・Rgas0と比較することによりガスを検出する。あるいは補正因子Dを記憶し、D・Rairと比較することによりガスを検出する。これによって、正確に低濃度のガスを検出できる。
　図１５は、3ppm及び10ppmのデカン中での、デカン中と空気中の抵抗比と、空気中の抵抗値との相関を示す。センサ数nは12で、結果は12個のセンサの平均であり、気温を20℃、相対湿度を65%に調整して測定した。デカン濃度が同じであれば、空気中の抵抗値が高いほど、デカン中と空気中の抵抗比は小さくなり、これらの相関は極めて高い。そこでこの場合も、前記の補正因子Cを用い、C・Rgas0と比較することによりガスを検出できる。また前記の補正因子Dを用い、D・Rairと比較することによりガスを検出できる。
　
２　ガスセンサ　　４　金属酸化物半導体　　５　電極　　６　基板
８　ヒータ　　１０　負荷抵抗　　１２　マイクロコンピュータ
１４　ADコンバータ　　１５，１６　メモリ　　１７　CPU
２０　エアレベル推定部　　２１　補正テーブル
２２　出力インターフェース

Claims (7)

  1. 　還元性ガス中で抵抗値が減少する金属酸化物半導体ガスセンサの出力を、デジタル情報処理装置により処理し、ガス検出用の比較値と比較することにより、ガスを検出するガス検出装置であって、
    　前記デジタル情報処理装置は、
    　　前記ガスセンサの出力から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出すると共に、
    　　空気中でのガスセンサの抵抗値が高いほど、空気中の抵抗値と前記比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、前記比較値を発生させるように構成されていることを特徴とする、ガス検出装置。
  2. 　前記デジタル情報処理装置は、前記ガスセンサの出力の分布から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出することを特徴とする、請求項１のガス検出装置。
  3. 　前記デジタル情報処理装置は、
    　　空気中でのガスセンサの抵抗値の初期値に対応するデータを記憶すると共に、
    　　空気中でのガスセンサの抵抗値と空気中でのガスセンサの抵抗値の初期値との比に対応する値が大きいほど、空気中の抵抗値と比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、ガス検出用の比較値を発生させるための補正因子を記憶していることを特徴とする、請求項１または２のガス検出装置。
  4. 　前記デジタル情報処理装置は、
    　　相対的に低い濃度から高い濃度までの複数の濃度での、ガス中でのガスセンサの抵抗値の初期値を記憶し、
    　　ガス中でのガスセンサの抵抗値の初期値に補正因子を乗算することにより、ガス検出用の比較値を発生させ、
    　　かつ空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に低い濃度に対応する補正因子が高い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子を記憶していることを特徴とする、請求項３のガス検出装置。
  5. 　前記デジタル情報処理装置は、
    　　空気中でのガスセンサの抵抗値に補正因子を乗算することにより、ガス検出用の比較値を発生させ、
    　　かつ空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に高い濃度に対応する補正因子が低い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子を記憶していることを特徴とする、請求項３のガス検出装置。
  6. 　前記デジタル情報処理装置は、
    　　空気中でのガスセンサの抵抗値の初期値に補正因子を乗算することにより、ガス検出用の比較値を発生させ、
    　　かつ空気中でのガスセンサの抵抗値の変化に対して、相対的に低い濃度に対応する補正因子が高い濃度に対応する補正因子よりも大きく変化するように、複数のガス濃度での補正因子を記憶していることを特徴とする、請求項３のガス検出装置。
  7. 　還元性ガス中で抵抗値が減少する金属酸化物半導体ガスセンサの出力を、デジタル情報処理装置により処理し、ガス検出用の比較値と比較することにより、ガスを検出するガス検出方法であって、
    　前記デジタル情報処理装置により、前記ガスセンサの出力から、空気中でのガスセンサの抵抗値を表すデータを抽出し、
    　前記デジタル情報処理装置により、空気中でのガスセンサの抵抗値が高いほど、空気中の抵抗値と前記比較値に対応する抵抗値との比が大きくなるように、前記比較値を発生させることを特徴とする、ガス検出方法。
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