WO2025258513A1 - 濃度検出装置、および濃度検出方法 - Google Patents

濃度検出装置、および濃度検出方法

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WO2025258513A1
WO2025258513A1 PCT/JP2025/020545 JP2025020545W WO2025258513A1 WO 2025258513 A1 WO2025258513 A1 WO 2025258513A1 JP 2025020545 W JP2025020545 W JP 2025020545W WO 2025258513 A1 WO2025258513 A1 WO 2025258513A1
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WO
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concentration
gas
sensor
correction
hydrogen
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PCT/JP2025/020545
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English (en)
French (fr)
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舞子 畑野
崇 内貴
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested

Definitions

  • This disclosure relates to a concentration detection device and a concentration detection method.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor gas sensor that detects the concentration of carbon dioxide.
  • the concentration detection device disclosed herein comprises a concentration sensor, a sensor module, and an arithmetic circuit.
  • the concentration sensor detects a first concentration of a first gas contained in a gas.
  • the sensor module detects a correction parameter that is at least one of the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and a second concentration of a second gas contained in the gas but different from the first gas.
  • the arithmetic circuit corrects the first concentration using the correction parameter and outputs the corrected first concentration.
  • the concentration detection method disclosed herein comprises detecting a first concentration of a first gas contained in a gas.
  • the concentration detection method also comprises detecting a correction parameter that is at least one of the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and a second concentration of a second gas contained in the gas and different from the first gas.
  • the concentration detection method also comprises correcting the first concentration with the correction parameter and outputting the corrected first concentration.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a gas supply system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of a sensor system.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the concentration detection device.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the hydrogen sensor, flow rate sensor, etc.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resistance change of the detection element and the hydrogen concentration.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an LUT.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of installation of a concentration detection device.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the hydrogen concentration detection process.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of installation of the concentration detecting device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a gas supply system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of a sensor system.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the determination timing.
  • FIG. 11 is a flowchart of the determination process.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a concentration detecting device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a concentration detecting device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining another correction method.
  • First Embodiment [Installation of concentration detection device 100] 1 is a diagram illustrating an example configuration of a gas supply system 1000.
  • the gas supply system 1000 includes a manufacturing apparatus 200, a solar power generation apparatus 300, a hydrogen generation apparatus 310, a wind power generation apparatus 400, a hydrogen generation apparatus 410, a plurality of facilities F, a pipeline P, and a concentration detection apparatus 100 of this embodiment.
  • the concentration detection apparatus 100 of this embodiment detects the concentration of hydrogen.
  • the production equipment 200 produces natural gas and supplies the natural gas to the pipeline P. Furthermore, the main component of natural gas is methane.
  • the solar power generation device 300 generates electricity using sunlight.
  • the hydrogen generation device 310 generates hydrogen by electrolyzing water using electricity generated by the solar power generation device 300, and supplies the hydrogen to the pipeline P.
  • the hydrogen generation device 410 generates hydrogen by electrolyzing water using electricity generated by the wind power generation device 400, and supplies the hydrogen to the pipeline P.
  • gas is supplied to the pipeline P, and the gas present in the pipeline P corresponds to the "gas” of the present disclosure.
  • This gas also includes hydrogen, methane, and the like.
  • Hydrogen corresponds to an example of the "first gas” of the present disclosure.
  • Methane corresponds to an example of the “second gas” of the present disclosure.
  • the concentration of hydrogen in the gas is also referred to as the "first concentration,” and the concentration of methane in the gas is also referred to as the "second concentration.”
  • the energy density within pipeline P is shown by hatching. This energy is, for example, the energy obtained when natural gas is combusted. Furthermore, hydrogen is supplied to pipeline P from hydrogen generators 310 and 410. Therefore, the hydrogen concentration within pipeline P may change over time.
  • a concentration detection device 100 is installed at a predetermined location in the pipeline P. This concentration detection device 100 can detect variable hydrogen concentrations. This allows the user of the concentration detection device 100 to recognize changes in hydrogen concentration, etc.
  • [Configuration of sensor system] 2 is a diagram illustrating the configuration of a sensor system 150 including the concentration detecting device 100.
  • the height direction (thickness direction) of the concentration detecting device 100 (sensor system 150) is the Z-axis direction
  • a plane perpendicular to the Z-axis direction is the XY plane.
  • a predetermined direction in the XY plane is the X-axis direction
  • a direction perpendicular to the X-axis direction is the Y-axis direction.
  • the sensor system 150 comprises a base 102, a printed circuit board 104, and a concentration detection device 100.
  • the sensor system 150 is positioned so that the placement surface 102A of the base 102 is in contact with or faces the surface of the placement location (for example, the interior of the pipeline P described above).
  • [Functional block diagram of concentration detection device 100] 3 is a functional block diagram of the concentration detection device 100.
  • the concentration detection device 100 includes a hydrogen sensor 110, a sensor module 117, and a microcomputer 120.
  • the hydrogen sensor 110 detects the concentration of hydrogen.
  • the hydrogen sensor 110 is a thermal conduction sensor.
  • the sensor module 117 detects at least one physical quantity among the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and second concentration. This at least one physical quantity is also referred to as a "correction parameter" because it is used to correct the hydrogen concentration as described below.
  • the second concentration is the concentration of a second gas (methane in this embodiment) that is contained in the gas and is different from the first gas (hydrogen in this embodiment).
  • the sensor module 117 includes a flow rate sensor 111 that detects the flow rate of the gas, a pressure sensor 112 that detects the pressure of the gas, a temperature sensor 113 that detects the temperature of the gas, and a methane sensor 114 that detects the concentration of methane.
  • the sensor module 117 includes only the flow rate sensor 111.
  • the sensor module 117 may also be referred to as an "auxiliary sensor,” and the flow rate sensor 111, pressure sensor 112, temperature sensor 113, and methane sensor 114 may also be referred to as "auxiliary sensors.”
  • the pressure sensor 112, temperature sensor 113, and methane sensor 114 are shown as other auxiliary sensors 130.
  • the microcomputer 120 corresponds to the "arithmetic circuit" of this disclosure.
  • the microcomputer 120 includes a CPU (Central Processing Unit) 125 and memory 121.
  • CPU Central Processing Unit
  • Memory 121 stores lookup table (LUT) 122 or function 123.
  • LUT 122 corresponds to the "table” in this disclosure. In this embodiment, an example using LUT 122 is described.
  • the microcomputer 120 periodically transmits a request signal to the hydrogen sensor 110 to request the hydrogen concentration. Upon receiving the request signal, the hydrogen sensor 110 detects the hydrogen concentration. The hydrogen sensor 110 then transmits the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110 to the microcomputer 120. As a result, the microcomputer 120 obtains the hydrogen concentration.
  • the microcontroller 120 transmits a request signal requesting a correction parameter to the auxiliary sensor corresponding to the correction parameter at predetermined intervals.
  • the auxiliary sensor detects the correction parameter.
  • the auxiliary sensor transmits the correction parameter detected by the auxiliary sensor to the microcontroller 120.
  • the microcontroller 120 acquires the correction parameter.
  • a timing detection device (not shown) separate from the microcontroller 120 may transmit a request signal at predetermined intervals to the auxiliary sensor corresponding to the correction parameter.
  • the auxiliary sensor is the flow rate sensor 111. Therefore, the microcomputer 120 transmits a request signal to the flow rate sensor 111 at predetermined intervals to request the flow rate of the gas. Upon receiving the request signal, the flow rate sensor 111 detects the flow rate of the gas. The flow rate sensor 111 then transmits the flow rate detected by the flow rate sensor 111 to the microcomputer 120. In this way, the microcomputer 120 acquires the flow rate.
  • the microcomputer 120 uses the correction parameter to refer to the LUT 122 corresponding to the correction parameter to identify a correction value.
  • the microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration by applying the correction value to the hydrogen concentration and outputs the corrected hydrogen concentration.
  • “Applying the correction value to the hydrogen concentration” means multiplying the hydrogen concentration by the correction value, or adding the correction value to the hydrogen concentration, etc.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining examples of the arrangement of the hydrogen sensor 110, flow rate sensor 111, etc.
  • Fig. 4A is applied.
  • Figs. 4B to 4D will be described later.
  • the hydrogen sensor 110, flow rate sensor 111, and microcomputer 120 are arranged on the same printed circuit board 104.
  • the concentration detection device 100 includes a lid 152, a housing 154, wire bonding 156, a housing 164, and wire bonding 166.
  • the housing 154 and the housing 164 are made of, for example, ceramic.
  • the housing 154 houses the hydrogen sensor 110.
  • the housing 154 has an opening, which is covered by the lid 152.
  • the lid 152 also has at least one through-hole 152A formed in it. Gas passes through this through-hole 152A, and the hydrogen sensor 110 detects the concentration of hydrogen contained in the gas.
  • the hydrogen sensor 110 is protected from foreign matter while allowing the hydrogen sensor 110 to detect the hydrogen concentration.
  • the flow velocity sensor 111 is housed in the housing 164.
  • the flow velocity sensor 111 is not provided with a lid and is open at the top. With this configuration, the flow velocity sensor 111 can detect the flow velocity of gas without being obstructed by a lid or the like.
  • the printed circuit board 104 also has a fixing portion 171 for fixing the printed circuit board 104 to the base 102 (see Figure 2).
  • the hydrogen sensor 110 is a thermal conduction sensor. Therefore, although not specifically shown, the hydrogen sensor 110 includes a coil (e.g., a platinum wire coil) that constitutes a detection element, and the detection element is configured to come into contact with the gas.
  • the detection element is heated by the platinum wire coil to a predetermined temperature that is higher than the temperature of the gas.
  • the predetermined temperature is, for example, a temperature between 200°C and 800°C.
  • the temperature of the detection element drops due to the inherent thermal conductivity of hydrogen. This temperature change also causes a decrease in the resistance of the platinum wire coil (detection element).
  • Figure 5 is a diagram showing the relationship between the resistance value of the platinum wire coil (detection element) and the hydrogen concentration.
  • the hydrogen sensor 110 detects a higher hydrogen concentration as the resistance value (temperature) of the platinum wire coil (detection element) decreases. In other words, the hydrogen sensor 110 detects a higher hydrogen concentration as the amount of change in resistance of the platinum wire coil (detection element) increases.
  • the temperature of the hydrogen sensor 110 drops more than when the gas flow rate is low.
  • the temperature of the detection element platinum wire coil
  • the amount of change in resistance of the detection element increases.
  • the detected hydrogen concentration appears to be larger, as shown in Figure 5.
  • the microcomputer 120 of this embodiment uses the LUT 122 to correct the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110 (which is higher than the actual hydrogen concentration).
  • FIG. 6 shows an example of the LUT 122.
  • the horizontal axis in FIGS. 6(A) to 6(D) represents the correction parameter, and the vertical axis represents the correction value corresponding to the correction parameter.
  • the horizontal axis in FIG. 6(A) represents the flow velocity as a correction parameter, and the vertical axis represents the first correction value.
  • Correction values such as the first correction value are positive integers.
  • FIG. 6(A) is a diagram showing an example of a flow velocity LUT serving as the LUT 122.
  • FIG. 6(A) is an LUT showing the relationship between the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 and a correction value (first correction value).
  • the flow velocity LUT is defined so that the greater the flow velocity, the smaller the first correction value.
  • a flow velocity reference value is defined, and a reference correction value is associated with this flow velocity reference value.
  • the flow velocity reference value, as well as the pressure reference value, temperature reference value, and concentration reference value described below, are collectively referred to as "reference values.”
  • the reference correction value is 1. Note that the reference value is defined in advance by a designer or the like.
  • the microcomputer 120 acquires the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • the microcomputer 120 also acquires the flow rate detected by the flow rate sensor 111.
  • the microcomputer 120 uses the flow rate as a correction parameter and references the flow rate LUT to identify a correction value (first correction value).
  • the microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration by applying the first correction value to the hydrogen concentration, and outputs the corrected hydrogen concentration.
  • “Applying the correction value to the hydrogen concentration” means multiplying the hydrogen concentration by the correction value, or adding the correction value to the hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the larger the first correction value, the higher the hydrogen concentration. In other words, when the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 is greater than the flow velocity reference value, the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when this flow velocity is smaller than the flow velocity reference value.
  • Fig. 7 is a diagram showing an example of installation of the concentration detecting device 100.
  • the concentration detecting device 100 is simplified to show a preferable positional relationship between the hydrogen sensor 110, the flow rate sensor 111, and the microcomputer 120.
  • the example of Fig. 7 also shows a gas flow ⁇ within the pipeline P.
  • the other device may obstruct the gas flow, reducing the accuracy of the flow rate detection by the flow rate sensor 111.
  • the concentration detection device 100 it is preferable to position the concentration detection device 100 so that the flow rate sensor 111 is located furthest upstream of other devices (hydrogen sensor, microcomputer 120) in the gas flow ⁇ . Therefore, in the concentration detection device 100 of this embodiment, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the flow rate of the flow rate sensor 111.
  • [Processing flow of concentration detection device] 8 is a flowchart showing the flow of the hydrogen concentration detection process performed by the microcomputer 120. The process of FIG. 8 is executed at predetermined intervals.
  • step S2 the microcomputer 120 acquires the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • step S4 the microcomputer 120 acquires the correction parameter detected by the sensor module 117 (flow rate sensor 111).
  • step S6 the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration using the correction parameter.
  • step S8 the microcomputer 120 outputs the corrected hydrogen concentration.
  • the output hydrogen concentration is displayed, for example, on a display device.
  • the concentration detecting device 100 can correct the first concentration of the first gas using the flow velocity of the gas. Therefore, the concentration detecting device 100 can detect the first concentration with the influence of the flow velocity of the gas suppressed.
  • the hydrogen sensor 110 which is a thermal conduction sensor, detects a hydrogen concentration that is higher than the actual hydrogen concentration. Therefore, using the flow velocity LUT of FIG. 6(A), the microcomputer 120 determines a smaller first correction value the higher the flow velocity. The microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration so that the larger the first correction value, the higher the hydrogen concentration. In other words, when the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 is higher than the flow velocity reference value, the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when this flow velocity is lower than the flow velocity reference value. Therefore, the microcomputer 120 can detect a hydrogen concentration in which the influence of the gas flow velocity is suppressed.
  • the concentration detection device 100 can improve the accuracy of detecting the hydrogen concentration.
  • the hydrogen sensor 110 and the sensor module 117 are arranged on the same printed circuit board 104.
  • This configuration reduces the number of components compared to a configuration in which the concentration sensor and the sensor module are arranged on separate printed circuit boards.
  • the microcomputer 120 stores an LUT 122 (see Figure 3) for determining a correction value from the correction parameter (gas flow rate). Therefore, the microcomputer 120 can use the LUT 122 to determine the correction value used to correct the hydrogen concentration.
  • the sensor module 117 includes only the flow velocity sensor 111.
  • the sensor module 117 includes other auxiliary sensors.
  • the sensor module 117 includes only the pressure sensor 112.
  • the higher the gas pressure the higher the gas temperature.
  • the higher the gas temperature the higher the gas's thermal conductivity. If the gas's thermal conductivity is high, the temperature of the detection element (platinum wire coil) of the hydrogen sensor 110 will decrease. As the temperature of the detection element decreases, the hydrogen sensor 110 will detect a higher hydrogen concentration, as shown in FIG. 5.
  • the microcomputer 120 in the first example uses the LUT 122 to correct the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110 (which is higher than the actual hydrogen concentration).
  • FIG. 6(B) is a diagram showing an example of a pressure LUT serving as LUT 122.
  • FIG. 6(B) is an LUT showing the relationship between the pressure detected by pressure sensor 112 and a correction value (second correction value).
  • the pressure LUT is defined so that the higher the pressure, the smaller the second correction value.
  • a pressure reference value is specified, and a reference correction value is associated with this pressure reference value.
  • the reference correction value is 1.
  • the microcomputer 120 acquires the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • the microcomputer 120 also acquires the pressure detected by the pressure sensor 112.
  • the microcomputer 120 uses the pressure as a correction parameter and references the pressure LUT to identify a correction value (second correction value).
  • the microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration by applying the second correction value to the hydrogen concentration and outputs the corrected hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the larger the second correction value, the higher the hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 when the detected pressure is greater than the pressure reference value, the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that it is lower than when the pressure is lower than the pressure reference value. Therefore, the microcomputer 120 can detect a hydrogen concentration in which the influence of gas pressure is suppressed.
  • the sensor module 117 includes only the temperature sensor 113.
  • the higher the gas temperature the greater the thermal conductivity of the gas.
  • the temperature of the detection element (platinum wire coil) of the hydrogen sensor 110 decreases.
  • the hydrogen sensor 110 detects a higher hydrogen concentration, as shown in FIG. 5 .
  • the microcomputer 120 in the second example uses the LUT 122 to correct the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110 (which is higher than the actual hydrogen concentration).
  • a temperature reference value is specified, and a reference correction value is associated with this temperature reference value.
  • the reference correction value is 1.
  • the microcomputer 120 acquires the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • the microcomputer 120 also acquires the temperature detected by the temperature sensor 113.
  • the microcomputer 120 uses the temperature as a correction parameter and references the temperature LUT to identify a correction value (third correction value).
  • the microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration by applying the third correction value to the hydrogen concentration and outputs the corrected hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the larger the third correction value, the higher the hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when the temperature is lower than the temperature reference value. Therefore, the microcomputer 120 can detect a hydrogen concentration in which the influence of the gas temperature is suppressed.
  • the microcomputer 120 uses the LUT 122 to correct the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110 (a hydrogen concentration that is higher than the actual hydrogen concentration).
  • Figure 6(D) is a diagram showing an example of a methane concentration LUT serving as LUT 122.
  • Figure 6(C) is an LUT showing the relationship between the methane concentration detected by the methane sensor 114 and a correction value (fourth correction value).
  • the methane concentration LUT is defined so that the higher the methane concentration, the smaller the fourth correction value.
  • a density reference value is defined, and a reference correction value is associated with this density reference value.
  • the reference correction value is 1.
  • the microcomputer 120 acquires the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • the microcomputer 120 also acquires the methane concentration detected by the methane sensor 114.
  • the microcomputer 120 uses the methane concentration as a correction parameter and references the methane concentration LUT to identify a correction value (fourth correction value).
  • the microcomputer 120 then corrects the hydrogen concentration by applying the fourth correction value to the hydrogen concentration and outputs the corrected hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the larger the fourth correction value, the higher the hydrogen concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when the methane concentration is lower than the concentration reference value. Therefore, the microcomputer 120 can detect a hydrogen concentration in which the influence of the methane concentration is suppressed.
  • the sensor module 117 may also include at least two of the flow rate sensor 111, pressure sensor 112, temperature sensor 113, and methane sensor 114.
  • the request signals sent from the microcomputer 120 to each sensor are all the same in period.
  • the sensors are the hydrogen sensor 110 and at least one sensor included in the sensor module.
  • the concentration detection device 100 includes a lid 172, a housing 174, a wire bonding 176, a housing 164, and a wire bonding 166.
  • the housing 174 is made of, for example, ceramic.
  • the housing 174 houses the other auxiliary sensor 130.
  • the housing 174 has an opening, which is covered by the lid 172.
  • the lid 172 has at least one through-hole 172A formed therein. Gas passes through this through-hole 172A, and the other auxiliary sensor 130 detects a correction parameter of the gas (at least one of the gas pressure, gas temperature, and methane concentration).
  • the hydrogen sensor 110 can detect the hydrogen concentration while protecting the other auxiliary sensor 130 from foreign matter. Note that if the other auxiliary sensor 130 has two or more auxiliary sensors, the two or more auxiliary sensors are arranged side by side on the printed circuit board 104.
  • Figure 4(C) is a diagram showing another example of sensor placement.
  • the hydrogen sensor 110 and another auxiliary sensor 130 are housed in the same housing 154 and lid 152.
  • the hydrogen sensor 110 and the other auxiliary sensor 130 may be configured as a single sensor 180.
  • the hydrogen sensor 110 and the other auxiliary sensor 130 may be integrated into a single chip.
  • the hydrogen sensor 110, the other auxiliary sensor 130, and the microcomputer 120 may be configured as a single device.
  • the hydrogen sensor 110 and the other auxiliary sensor 130 may be integrated into a single chip.
  • the flow velocity sensor 111 may be arranged without a lid, as shown in Figure 4(A), or may be arranged with a lid like the other auxiliary sensors 130.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the installation of the concentration detection device 100 of the second embodiment.
  • the concentration detection device 100 includes a flow rate sensor 111, a hydrogen sensor 110, another auxiliary sensor 130, and a microcomputer 120.
  • the flow rate sensor 111, the hydrogen sensor 110, the other auxiliary sensor 130, and the microcomputer 120 from the upstream side in the gas flow ⁇ . Therefore, it is preferable to arrange the hydrogen sensor 110 between the flow rate sensor 111 and the other auxiliary sensor 130 on the same printed circuit board 104.
  • This configuration can reduce obstacles to the detection accuracy of the flow rate by the flow rate sensor 111 and the flow rate detection accuracy by the flow rate sensor 111. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the flow rate and the hydrogen concentration.
  • the period of the request signals transmitted from the microcomputer 120 to each sensor is the same.
  • the microcomputer 120 executes a determination process at predetermined intervals to determine whether to request (obtain) correction parameters from the sensor module 117.
  • the timing at which the determination process is executed is also referred to as the determination timing.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the determination timing.
  • the horizontal axis of Figure 10 is the time axis.
  • Figure 10(A) is a diagram for explaining the hydrogen concentration timing at which the microcomputer 120 determines whether to request a hydrogen concentration.
  • Figure 10(B) is a diagram for explaining the flow rate timing at which the microcomputer 120 determines whether to request a flow rate.
  • Figure 10(C) is a diagram for explaining the methane concentration timing at which the microcomputer 120 determines whether to request a methane concentration.
  • Figure 10(D) is a diagram for explaining the pressure timing at which the microcomputer 120 determines whether to request a pressure.
  • Figure 10(E) is a diagram for explaining the temperature timing at which the microcomputer 120 determines whether to request a temperature.
  • the temperature or pressure used as a correction parameter corresponds to the "first predetermined parameter” of this disclosure. Furthermore, the flow rate used as a correction parameter corresponds to the "second predetermined parameter" of this disclosure.
  • the cycles of the hydrogen concentration timing, flow rate timing, and methane concentration timing are set to a first cycle T1.
  • the cycle of the pressure timing is set to a second cycle T2.
  • the cycle of the temperature timing is set to a third cycle T3.
  • the period of the determination process for determining whether or not to acquire the first predetermined parameter is the second period T2 or the third period T3. Furthermore, the period of the determination process for determining whether or not to acquire the second predetermined parameter (flow velocity) is the first period T1. Furthermore, the second period T2 or the third period T3 is longer than the first period T1.
  • the first period T1, the second period T2, and the third period T3 are also referred to as periods corresponding to the auxiliary sensors.
  • the first period T1 is the period corresponding to the flow rate sensor 111 and the methane sensor 114
  • the second period T2 is the period corresponding to the pressure sensor 112
  • the third period T3 is the period corresponding to the pressure sensor 112.
  • the current timing or a timing in the past from the present is also referred to as the first judgment timing.
  • the first judgment timings are timing t1, timing t11, and timing t21.
  • the timing one cycle before the first judgment timing is also referred to as the second judgment timing.
  • the second judgment timings are timing t2, timing t12, and timing t22.
  • the timing one cycle before the second judgment timing is also referred to as the third judgment timing.
  • the third judgment timings are timing t3, timing t13, and timing t23. Note that the example of FIG. 10 shows timing t3, timing t14, and timing t24, which are the timings one cycle before the third judgment timing.
  • the correction parameter acquired at the second determination timing is also referred to as the "first correction parameter P1.”
  • the correction parameter acquired at the third determination timing is also referred to as the "second correction parameter P2.”
  • the microcomputer 120 stores the acquired first correction parameter P1 and second correction parameter P2 in memory 121, for example, in RAM (Random Access Memory).
  • Figure 11 is a flowchart of this judgment process. The flowchart of Figure 11 is executed at the first judgment timing.
  • step S22 the microcomputer 120 reads the first correction parameter P1 and the second correction parameter P2 from the RAM in the memory 121.
  • step S24 the microcomputer 120 calculates the rate of change C from P2 to P1.
  • the microcomputer 120 calculates the rate of change C using the following equation (1):
  • step S30 the microcomputer 120 determines not to acquire correction parameters.
  • Figure 10 shows an example in which flow velocity is not requested and an example in which temperature is not requested at the first determination timing (see marks M in Figure 10(B) and M in Figure 10(E)).
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration using the acquired correction parameters in step S6 of FIG. 8. On the other hand, if it is decided not to acquire correction parameters (S30), the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration using the most recently acquired correction parameters in step S6.
  • the microcomputer 120 determines not to acquire new correction parameters. This reduces the burden on the auxiliary sensor of detecting correction parameters and the burden of acquiring correction parameters.
  • the first period T1, the second period T2, and the third period T3 are different. Therefore, the degree of freedom in designing the period of the judgment process can be improved at the design stage.
  • Fourth Embodiment 7 and 9 illustrate examples in which the gas flow is constant. However, there are cases in which the gas flow is not constant. In such cases, the detection accuracy of the hydrogen sensor 110 and the auxiliary sensor 130 may decrease. The concentration detection device 100 of the fourth embodiment suppresses the decrease in detection accuracy even in such cases.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the concentration detection device 100 of the fourth embodiment.
  • the gas flow may not be in a fixed direction, such as direction ⁇ 1. In this case, the detection accuracy of the hydrogen sensor 110 and the auxiliary sensor 130 may decrease.
  • the flow path member 160 is a member that extends in the arrangement direction.
  • the flow path member 160 has a through-hole that extends through the member in the arrangement direction.
  • the auxiliary sensor, hydrogen sensor 110, and microcomputer 120 are installed in this through-hole.
  • the flow velocity sensor 111 is positioned upstream of the hydrogen sensor 110 in the fixed direction ⁇ 2.
  • the non-unidirectional gas flow is converted to a unidirectional flow ⁇ 2 by the flow path member 160.
  • This converted gas is also called "converted gas.”
  • the hydrogen sensor 110 detects the concentration of hydrogen contained in the converted gas.
  • the sensor module (flow rate sensor 111 in the example of Figure 12) also detects a correction parameter, which is at least one of the flow rate of the converted gas, the pressure of the converted gas, the temperature of the converted gas, and the concentration of methane contained in the converted gas.
  • the concentration detection device 100 of the fourth embodiment is equipped with a flow path member 160. Therefore, the concentration detection device 100 can suppress a decrease in the detection accuracy of each sensor caused by gas flow not being in a fixed direction.
  • the flow velocity sensor 111 is positioned upstream of the fixed direction ⁇ 2 of the converted gas flow. Therefore, there are no obstructions upstream of the flow velocity sensor 111, improving the accuracy of detecting the gas flow velocity.
  • the concentration detection device 100 of the fifth embodiment suppresses the decrease in detection accuracy.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a concentration detection device 100 according to a fifth embodiment.
  • the concentration detection device 100 in the example of FIG. 13 includes a prevention wall 163.
  • the prevention wall 163 prevents gas from flowing toward the hydrogen sensor 110. This prevention wall 163 is installed upstream of the hydrogen sensor 110 and the other auxiliary sensor 130 in the gas flow.
  • the prevention wall 163 causes gas to accumulate downstream of the prevention wall 163.
  • this accumulated gas is shown as accumulated gas R.
  • the hydrogen sensor 110 detects the hydrogen concentration of this accumulated gas R.
  • the other auxiliary sensor 130 detects a correction parameter for the accumulated gas.
  • the concentration detection device 100 of the fifth embodiment is equipped with a prevention wall 163. Therefore, even if the gas flow rate is excessively fast, the gas can be retained near the hydrogen sensor 110. This makes it possible to suppress a decrease in the accuracy of the hydrogen concentration detection by the hydrogen sensor and a decrease in the accuracy of the correction parameter detection by the other auxiliary sensor 130.
  • a predetermined parameter and a methane concentration are used.
  • the predetermined parameter is at least one of a gas flow rate, a gas pressure, and a gas temperature.
  • the microcomputer 120 corrects the methane concentration using a predetermined parameter.
  • the method for correcting the methane concentration is similar to the method for correcting the hydrogen concentration, for example.
  • the microcomputer 120 uses at least one of the LUTs shown in Figures 6(A) to 6(C) to identify a correction value (at least one of the first to third correction values) and corrects the methane concentration by reflecting the correction value in the methane concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the methane concentration so that the methane concentration is lower than when the predetermined parameter is less than the reference value.
  • the corrected methane concentration is also referred to as the corrected methane concentration.
  • the corrected methane concentration corresponds to the "second corrected concentration" in this disclosure.
  • the microcomputer 120 replaces the methane concentration in the LUT of Figure 6(D) with the corrected methane concentration and uses the LUT of Figure 6(D). In other words, when the corrected methane concentration is greater than the concentration reference value, the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when the corrected methane concentration is lower than the concentration reference value.
  • the concentration detection device 100 of the sixth embodiment corrects the methane concentration and then corrects the hydrogen concentration using the corrected methane concentration. Therefore, the concentration detection device 100 can detect the methane concentration more accurately than when the methane concentration is not corrected, thereby improving the accuracy of hydrogen concentration correction.
  • the concentration detecting device 100 is configured to identify a correction value and correct the hydrogen concentration using the correction value.
  • the concentration detecting device 100 may correct the hydrogen concentration using another method.
  • Figure 14 is a diagram for explaining another correction method.
  • Figure 14 corresponds to the table in Figure 5.
  • the example in Figure 14 shows a case where flow velocity is used as the correction parameter.
  • Table L1 is a table used when the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 is the flow velocity reference value.
  • Table L2 is a table used when the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 is greater than the flow velocity reference value.
  • Table L3 is a table used when the flow velocity detected by the flow velocity sensor 111 is smaller than the flow velocity reference value.
  • the microcomputer 120 when the detected flow velocity is greater than the flow velocity reference value, the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration so that the hydrogen concentration is lower than when the flow velocity is less than the flow velocity reference value.
  • a concentration detection device 100 employing such a configuration achieves the same effects as the above-described embodiment.
  • the microcomputer 120 also corrects the hydrogen concentration for other correction parameters using a LUT similar to that of Figure 14.
  • the microcomputer 120 is configured to correct the hydrogen concentration mainly using one correction parameter.
  • the microcomputer 120 may also correct the hydrogen concentration using at least two correction parameters selected from the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and methane concentration.
  • the microcomputer 120 corrects the hydrogen concentration by, for example, multiplying the correction values of the at least two correction parameters and then multiplying the hydrogen concentration by the multiplied correction value.
  • the method for applying the correction parameter to the hydrogen concentration is multiplication.
  • the microcomputer 120 may reflect the hydrogen concentration using the following equation (2):
  • Corrected hydrogen concentration F(x, gi) (2)
  • the function F( ⁇ ) on the right side of equation (2) is a function for correcting the hydrogen concentration.
  • x input to function F( ⁇ ) is the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 110.
  • g1 is the flow rate
  • g2 is the pressure
  • g3 is the temperature
  • g4 is the methane concentration.
  • gi represents at least one value among g1 to g4.
  • the first concentration and the second concentration are the hydrogen concentration and the methane concentration, respectively.
  • at least one of the first concentration and the second concentration may be the concentration of another gas.
  • a concentration detection device includes a concentration detection device, a sensor module, and an arithmetic circuit.
  • the concentration sensor detects a first concentration of a first gas contained in a gas.
  • the sensor module detects a correction parameter that is at least one of a flow rate of the gas, a pressure of the gas, a temperature of the gas, and a second concentration of a second gas contained in the gas but different from the first gas.
  • the arithmetic circuit corrects the first concentration using the correction parameter and outputs the corrected first concentration.
  • the first concentration of the first gas can be corrected using at least one of the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and second concentration of the second gas. Therefore, the first concentration can be detected with the influence of at least one of these factors suppressed.
  • the correction parameter includes flow velocity.
  • the calculation circuit corrects the first concentration so that the first concentration is smaller than when the flow velocity is less than the flow velocity reference value.
  • the hydrogen concentration can be detected while minimizing the influence of gas flow velocity.
  • the correction parameter includes pressure.
  • the calculation circuit corrects the first concentration so that the first concentration is smaller than when the pressure is less than the pressure reference value.
  • the correction parameter includes temperature.
  • the arithmetic circuit corrects the first concentration so that the first concentration is smaller than when the temperature is less than the temperature reference value.
  • the correction parameters include a second concentration.
  • the second gas is methane.
  • the arithmetic circuit corrects the first concentration so that the first concentration is smaller than when the second concentration is less than the concentration reference value.
  • the correction parameters include at least one predetermined parameter selected from flow velocity, pressure, and temperature, and a second concentration.
  • the arithmetic circuit generates a second corrected concentration by correcting the second concentration when the predetermined parameter is greater than a reference value, so that the second concentration is smaller than when the predetermined parameter is smaller than the reference value.
  • the arithmetic circuit corrects the first concentration so that the first concentration is smaller than when the second corrected concentration is smaller than the concentration reference value.
  • a concentration detection device according to any one of Items 1 to 7, further comprising a flow path member for converting the gas flow into a unidirectional flow.
  • the concentration sensor detects a first concentration of a first gas contained in the converted gas whose flow has been converted into a unidirectional flow.
  • the sensor module detects a correction parameter that is at least one of the flow rate of the converted gas, the pressure of the converted gas, the temperature of the converted gas, and a second concentration of a second gas contained in the converted gas that is different from the first gas.
  • This configuration improves the accuracy with which the concentration sensor detects the first concentration of the first gas.
  • the sensor module includes a flow rate sensor that detects the flow rate of the gas.
  • the flow rate sensor is positioned upstream of the concentration sensor in a fixed direction.
  • This configuration improves the accuracy of the flow velocity sensor that detects the gas flow velocity.
  • the arithmetic circuit does not acquire the gas flow velocity, but acquires at least one of the pressure, the temperature, and the second concentration as the correction parameter.
  • the concentration detection device further includes a prevention wall for preventing gas from flowing to the concentration sensor.
  • the arithmetic circuit executes a judgment process to determine whether or not to acquire correction parameters at a judgment timing for each predetermined period. If the arithmetic circuit determines through the judgment process to acquire correction parameters, it corrects the first concentration using the acquired correction parameters. If the arithmetic circuit determines through the judgment process not to acquire correction parameters, it corrects the first concentration using the most recently acquired correction parameters.
  • the arithmetic circuit has a memory that stores a first correction parameter acquired at a second judgment timing that is one cycle before the first judgment timing, and a second correction parameter acquired at a third judgment timing that is one cycle before the second judgment timing.
  • the arithmetic circuit determines to acquire a correction parameter at the first judgment timing if the rate of change from the second correction parameter to the first correction parameter is greater than a predetermined value.
  • the arithmetic circuit determines not to acquire a correction parameter at the first judgment timing if the rate of change is less than the predetermined value.
  • one of the flow rate, pressure, temperature, and second concentration is the first predetermined parameter, and the other is the second predetermined parameter.
  • the cycle of the determination process for determining whether to acquire the first predetermined parameter is longer than the cycle of the determination process for determining whether to acquire the second predetermined parameter.
  • This configuration allows for greater freedom in designing the cycle of the judgment process.
  • the cycle of the determination process for temperature or pressure which is assumed to have a small rate of change, is longer than the cycle of the determination process for flow velocity. Therefore, the calculation circuit can acquire appropriate correction parameters while minimizing the burden of the process of determining whether or not to acquire correction parameters.
  • This configuration reduces the number of components compared to a configuration in which the concentration sensor and sensor module are mounted on separate printed circuit boards.
  • (Item 16) A concentration detection device according to any one of items 1 to 15, wherein the concentration sensor and the sensor module are configured as a single sensor.
  • This configuration allows the size of the sensor module to be reduced.
  • (Item 17) A concentration detection device according to any one of Items 1 to 16, wherein the arithmetic circuit holds a function for calculating a correction value from a correction parameter, and corrects the first concentration by reflecting the correction value in the first concentration.
  • the correction value used to correct the first density can be determined using a function.
  • (Item 18) A concentration detection device according to any one of Items 1 to 16, wherein the arithmetic circuit holds a table for identifying a correction value from a correction parameter, and corrects the first concentration by reflecting the correction value in the first concentration.
  • the correction value used to correct the first density can be determined using a table.
  • a concentration detection device according to any one of items 2 to 18, wherein the concentration sensor is a thermal conduction sensor.
  • a concentration detection method disclosed herein includes detecting a first concentration of a first gas contained in a gas.
  • the concentration detection method also includes detecting a correction parameter that is at least one of the gas flow rate, gas pressure, gas temperature, and a second concentration of a second gas contained in the gas and different from the first gas.
  • the concentration detection method also includes correcting the first concentration with the correction parameter and outputting the corrected first concentration.
  • 100 concentration detection device 102 base, 102A placement surface, 104 printed circuit board, 110 hydrogen sensor, 111 flow rate sensor, 112 pressure sensor, 113 temperature sensor, 114 methane sensor, 117 sensor module, 120 microcomputer, 121 memory, 130 auxiliary sensor, 150 sensor system, 152, 172 lid, 152A, 172A through hole, 154, 164, 174 container, 156, 166, 176 wire bonding, 160 flow path member, 163 prevention wall, 171 fixing portion, 180 sensor, 200 manufacturing apparatus, 300 solar power generation apparatus, 310, 410 hydrogen generation apparatus, 400 wind power generation apparatus, 1000 gas supply system.

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Abstract

濃度検出装置は、水素センサと、センサモジュールと、マイコンとを備える。水素センサは、ガスに含まれる水素の濃度を検出する。センサモジュールは、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、メタン濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する。マイコンは、水素濃度を補正パラメータで補正し、該補正された水素濃度を出力する。

Description

濃度検出装置、および濃度検出方法
 本開示は、濃度検出装置、および濃度検出方法に関する。
 たとえば、特開2017-106857号公報(特許文献1)には、二酸化炭素の濃度を検出する半導体式ガスセンサが開示されている。
特開2017-106857号公報
 [概要]
 従来の半導体式ガスセンサなどの濃度センサにおいて、二酸化炭素などの対象ガスを含むガスの状態(たとえば、ガスの流速など)が当該濃度センサの濃度検出に対して影響を及ぼす場合がある。しかしながら、従来のガスセンサでは、このような場合が想定されていないことから、濃度検出の精度が低いという問題が生じ得る。
 本開示の濃度検出装置は、濃度センサと、センサモジュールと、演算回路とを備える。濃度センサは、ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出する。センサモジュールは、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、ガスに含まれかつ第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する。演算回路は、第1濃度を補正パラメータで補正し、該補正された第1濃度を出力する。
 本開示の濃度検出方法は、ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出することを備える。また、濃度検出方法は、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、ガスに含まれかつ第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出することを備える。さらに、濃度検出方法は、第1濃度を補正パラメータで補正し、該補正された第1濃度を出力することを備える。
図1は、ガス供給システムの構成例を説明するための図である。 図2は、センサシステムの構成例を説明するための図である。 図3は、濃度検出装置の機能ブロック図である。 図4は、水素センサ、流速センサなどの配置例を説明するための図である。 図5は、検出素子の抵抗変化量と、水素濃度との関係を示す図である。 図6は、LUTの一例を示す図である。 図7は、濃度検出装置の設置例を示す図である。 図8は、水素濃度検出処理の流れを示すフローチャートである。 図9は、第2実施形態の濃度検出装置の設置例を示す図である。 図10は、判断タイミングを説明するための図である。 図11は、判断処理のフローチャートである。 図12は、第4実施形態の濃度検出装置を説明するための図である。 図13は、第5実施形態の濃度検出装置を説明するための図である。 図14は、補正手法の別の手法を説明するための図である。
 [詳細な説明]
 図面に基づいて本開示の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
 <第1実施形態>
 [濃度検出装置100の設置]
 図1は、ガス供給システム1000の構成例を説明するための図である。ガス供給システム1000は、製造装置200と、太陽光発電装置300と、水素発生装置310と、風力発電装置400と、水素発生装置410と、複数の施設Fと、パイプラインPと、本実施形態の濃度検出装置100とを備える。本実施の形態の濃度検出装置100は、水素の濃度を検出する。
 製造装置200は、天然ガスを製造し、該天然ガスをパイプラインPに供給する。また、天然ガスの主成分は、メタンである。
 太陽光発電装置300は、太陽光により発電する。水素発生装置310は、太陽光発電装置300で生成された電気を用いて水を電気分解することにより水素を発生させ、該水素をパイプラインPに供給する。水素発生装置410は、風力発電装置400で生成された電気を用いて水を電気分解することにより水素を発生させ、該水素をパイプラインPに供給する。
 以上のような構成により、パイプラインPにはガスが供給され、該パイプラインPに存在するガスが、本開示の「ガス」に対応する。また、このガスには、水素およびメタンなどが含まれている。水素が、本開示の「第1ガス」の一例に対応する。メタンが、本開示の「第2ガス」の一例に対応する。ガス中の水素の濃度は、「第1濃度」とも称され、ガス中のメタンの濃度は、「第2濃度」とも称される。
 図1においては、パイプラインP内のエネルギー密度がハッチングで示されている。このエネルギーは、たとえば、天然ガスが燃焼されたときに得られるエネルギーである。また、パイプラインPには、水素発生装置310、および水素発生装置410から水素が供給される。したがって、パイプラインP内の水素濃度は時間の経過とともに変化し得る。
 そこで、パイプラインPの所定の箇所に濃度検出装置100は設置される。この濃度検出装置100は、変化し得る水素濃度を検出できる。これにより、濃度検出装置100のユーザは、水素濃度の変化などを認識できる。
 [センサシステムの構成]
 図2は、濃度検出装置100を含むセンサシステム150の構成を説明するための図である。図2の例では、濃度検出装置100(センサシステム150)の高さ方向(厚み方向)がZ軸方向とされ、Z軸方向と直交する平面は、XY平面であるとする。また、XY平面における所定方向がX軸方向とされ、該X軸方向と直交する方向がY軸方向であるとする。
 センサシステム150は、ベース102と、プリント基板104と、濃度検出装置100とを備える。ベース102の配置面102Aが配置場所(たとえば、上記のパイプラインPの内部)の面と接触または対向するように、センサシステム150は配置される。
 [濃度検出装置100の機能ブロック図]
 図3は、濃度検出装置100の機能ブロック図である。図3の例では、水素センサ110と、センサモジュール117と、マイコン120とを備える。
 水素センサ110は、水素の濃度を検出する。本実施形態では、水素センサ110は、熱伝導式センサである。センサモジュール117は、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、第2濃度とのうち少なくとも1つの物理量を検出する。該少なくとも1つの物理量は、後述のように水素濃度を補正するために用いられることから、「補正パラメータ」とも称される。
 第2濃度は、ガスに含まれかつ第1ガス(本実施の形態では水素)とは異なる第2ガス(本実施の形態ではメタン)の濃度である。
 図3の例では、センサモジュール117は、ガスの流速を検出する流速センサ111と、ガスの圧力を検出する圧力センサ112と、ガスの温度を検出する温度センサ113と、メタンの濃度を検出するメタンセンサ114とを含む。第1実施形態では、センサモジュール117が流速センサ111のみを含む例が説明される。また、センサモジュール117が、「補助センサ」とも称される場合があり、流速センサ111、圧力センサ112、温度センサ113、およびメタンセンサ114が、「補助センサ」とも称される場合がある。図3の例では、圧力センサ112、温度センサ113、およびメタンセンサ114が、他の補助センサ130として示されている。
 マイコン120(マイクロコンピュータ)は、本開示の「演算回路」に対応する。マイコン120は、CPU(Central Processing Unit)125、およびメモリ121などを有する。
 メモリ121は、ルックアップテーブル(LUT:Look up table)122、または関数123を記憶する。LUT122は、本開示の「テーブル」に対応する。本実施形態では、LUT122を用いる例が説明される。
 マイコン120は、水素濃度を要求するための要求信号を所定周期毎に、水素センサ110に送信する。水素センサ110は、該要求信号を受信すると、水素濃度を検出する。そして、水素センサ110は、該水素センサ110が検出した水素濃度をマイコン120に送信する。これにより、マイコン120は、水素濃度を取得する。
 また、マイコン120は、補正パラメータを要求するための要求信号を所定周期毎に、該補正パラメータに対応する補助センサに送信する。補助センサは、該要求信号を受信すると、補正パラメータを検出する。そして、補助センサは、該補助センサが検出した補正パラメータをマイコン120に送信する。これにより、マイコン120は、補正パラメータを取得する。なお、変形例として、マイコン120とは別のタイミング検出装置(図示せず)が、要求信号を所定周期毎に、該補正パラメータに対応する補助センサに送信するようにしてもよい。
 第1実施形態では、補助センサは、流速センサ111である。したがって、マイコン120は、ガスの流速を要求するための要求信号を所定周期毎に、流速センサ111に送信する。流速センサ111は、該要求信号を受信すると、ガスの流速を検出する。そして、流速センサ111は、該流速センサ111が検出した流速をマイコン120に送信する。これにより、マイコン120は、流速を取得する。
 マイコン120は、補正パラメータを用いて、補正パラメータに対応するLUT122を参照して、補正値を特定する。そして、マイコン120は、補正値を水素濃度に適用することにより、水素濃度を補正し、該補正した水素濃度を出力する。「補正値を水素濃度に適用する」とは、水素濃度に補正値を乗算する、または、水素濃度に補正値を加算するなどを意味する。
 [センサの配置例]
 図4は、水素センサ110、流速センサ111などの配置例を説明するための図である。本実施形態においては、図4(A)が適用される。なお、図4(B)~図4(D)は後述される。
 図4(A)の例では、水素センサ110、流速センサ111、マイコン120は、同一のプリント基板104上に配置される。さらに、濃度検出装置100は、リッド152、収容体154、ワイヤボンディング156、収容体164、およびワイヤボンディング166を備える。収容体154、および収容体164は、たとえば、セラミックなどにより構成される。
 収容体154は、水素センサ110を収容する。収容体154は開口されており、この開口は、リッド152に覆われる。また、リッド152には、少なくとも1つの貫通孔152Aが形成されている。ガスは、この貫通孔152Aを通り、水素センサ110は、該ガスに含まれる水素の濃度を検出する。水素センサ110は、貫通孔152Aが形成されたリッド152により覆われることにより、水素センサ110を異物から保護しつつ、水素センサ110は水素濃度を検出できる。
 流速センサ111は、収容体164に収容される。また、流速センサ111は、リッドが備えられておらず、上方が開放されている。このような構成により、流速センサ111は、リッドなどにより阻害されることなく、ガスの流速を検出できる。
 また、プリント基板104は、該プリント基板104とベース102(図2参照)とを固定するための固定部171を有する。
 [水素センサの構成]
 上述のように、水素センサ110は、熱伝導式センサである。したがって、特に図示しないが、水素センサ110は、検出素子を構成するコイル(たとえば、白金線コイル)を含み、該検出素子は、ガスに接触する構造となっている。また、検出素子は、白金線コイルによって、ガスの温度よりも高い所定温度に加熱される。所定温度は、たとえば、200度以上800度以下の温度である。そして、ガス中の水素が検出素子に触れると、水素固有の熱伝導率により、検出素子の温度は低下する。この温度変化に伴い、白金線コイル(検出素子)の抵抗値も低下する。
 図5は、白金線コイル(検出素子)の抵抗値と、水素濃度との関係を示す図である。図5の例では、水素センサ110は、白金線コイル(検出素子)の抵抗値(温度)が小さいほど、大きい水素濃度を検出する。つまり、水素センサ110は、白金線コイル(検出素子)の抵抗変化量が大きいほど、大きい水素濃度を検出する。
 ここで、ガスの流速が大きい場合には、ガスの流速が小さい場合よりも、水素センサ110の温度は大きく低下する。水素センサ110の温度が低下すると、検出素子(白金線コイル)の温度も低下する。検出素子の温度が低下すると、検出素子の抵抗変化量は増加する。抵抗変化量が大きいと、図5に示すように、水素濃度は大きくなるように該水素濃度が検出される。
 つまり、ガスの流速が大きい場合には、熱伝導式センサである水素センサ110は、実際の水素濃度よりも大きい水素濃度を検出してしまう。そこで、本実施の形態のマイコン120は、LUT122を用いて、水素センサ110が検出した水素濃度(実際の水素濃度よりも大きい水素濃度)を補正する。
 図6は、LUT122の一例を示す図である。図6(A)~図6(D)の横軸は補正パラメータであり、縦軸は該補正パラメータに対応する補正値である。たとえば、図6(A)の横軸は、補正パラメータとしての流速であり、縦軸は、第1補正値である。第1補正値などの補正値は正の整数である。
 図6(A)は、LUT122としての流速用LUTの一例を示す図である。図6(A)においては、流速センサ111が検出した流速と、補正値(第1補正値)との関係を示すLUTである。図6(A)の例では、流速が大きいほど、第1補正値が小さくなるように、流速用LUTは、規定されている。
 さらに、図6(A)の例では、流速基準値が規定されており、当該流速基準値に基準補正値が対応付けられている。流速基準値、および以下で説明される圧力基準値、温度基準値、および濃度基準値はまとめて「基準値」とも称される。図6(A)の例では、基準補正値は1となる。なお、基準値は、予め設計者などにより規定される。
 マイコン120は、水素センサ110で検出した水素濃度を取得する。また、マイコン120は、流速センサ111が検出した流速を取得する。マイコン120は、流速を補正パラメータとして、流速用LUTを参照して、補正値(第1補正値)を特定する。そして、マイコン120は、第1補正値を水素濃度に適用することにより、水素濃度を補正し、該補正した水素濃度を出力する。「補正値を水素濃度に適用する」とは、水素濃度に補正値を乗算する、または、水素濃度に補正値を加算することを意味する。
 つまり、マイコン120は、第1補正値が大きいほど水素濃度が大きくなるように、水素濃度を補正する。換言すれば、マイコン120は、流速センサ111により検出された流速が流速基準値よりも大きい場合には、この流速が流速基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、該水素濃度を補正する。
 [濃度検出装置の設置例]
 図7は、濃度検出装置100の設置例を示す図である。図7の例では、濃度検出装置100が、簡略化されて、水素センサ110、流速センサ111、マイコン120の好ましい位置関係を示す図である。また、図7の例では、パイプラインP内におけるガスの流れαが示されている。
 仮に、ガスの流れαにおいて、流速センサ111よりも他のデバイス(水素センサ)が上流側に存在する場合には、該他デバイスにより、ガスの流れが阻害され、流速センサ111の流速の検出精度が低下し得る。
 これに対し、本実施の形態においては、図7に示すように、ガスの流れαにおいて流速センサ111は、他のデバイス(水素センサ、マイコン120)よりも最も上流側となるように、濃度検出装置100は配置されることが好ましい。したがって、本実施の形態の濃度検出装置100においては、流速センサ111の流速の検出精度の低下を抑制し得る。
 [濃度検出装置の処理フロー]
 図8は、マイコン120による水素濃度検出処理の流れを示すフローチャートである。図8の処理は、所定の周期毎に実行される。
 まず、ステップS2において、マイコン120は、水素センサ110が検出した水素濃度を取得する。次にステップS4において、マイコン120は、センサモジュール117(流速センサ111)が検出した補正パラメータを取得する。次に、ステップS6において、マイコン120は、水素濃度を補正パラメータで補正する。次に、ステップS8において、マイコン120は、補正された水素濃度を出力する。出力された水素濃度は、たとえば、表示装置に表示される。
 [第1実施形態の小括]
 (1) 図3などで説明したように、濃度検出装置100は、ガスの流速を用いて第1ガスの第1濃度を補正できる。したがって、濃度検出装置100は、当該ガスの流速による影響が抑制された第1濃度を検出できる。
 (2) 上述のように、ガスの流速が大きい場合には、熱伝導式センサである水素センサ110は、実際の水素濃度よりも大きい水素濃度を検出してしまう。そこで、図6(A)の流速用LUTを用いて、マイコン120は、流速が大きいほど、小さい第1補正値を決定する。そして、マイコン120は、第1補正値が大きいほど水素濃度が大きくなるように、水素濃度を補正する。換言すれば、マイコン120は、流速センサ111により検出された流速が流速基準値よりも大きい場合には、この流速が流速基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、該水素濃度を補正する。したがって、マイコン120は、ガスの流速の影響が抑制された水素濃度を検出できる。
 (3) また、第1ガスは水素である。したがって、濃度検出装置100は、水素濃度の検出精度を高めることができる。
 (4) また、図4(A)に示すように、水素センサ110とセンサモジュール117(流速センサ111)とは同一のプリント基板104に配置されている。このような構成によれば、濃度センサとセンサモジュールとが別のプリント基板に配置される構成と比較して、部品点数を抑制できる。
 (5) マイコン120は、補正パラメータ(ガスの流速)から補正値を特定するためのLUT122(図3参照)を保持している。したがって、マイコン120は、水素濃度を補正するために用いる補正値を、LUT122を用いて決定できる。
 <第2実施形態>
 第1実施形態においては、センサモジュール117が流速センサ111のみを含む例が説明された。第2実施形態では、センサモジュール117が、他の補助センサを含む例が説明される。
 [第1例]
 まず、センサモジュール117が圧力センサ112のみを含む第1例が説明される。一般的に、体積が一定の場合、ガスの圧力が大きいほどガスの温度は大きい。また、ガスの温度が大きいほど、ガスの熱伝導率も大きい。ガスの熱伝導率が大きいと、水素センサ110の検出素子(白金線コイル)の温度は低くなる。検出素子の温度が低くなると、図5により、水素センサ110は、大きい水素濃度を検出する。
 つまり、ガスの圧力が大きい場合には、熱伝導式センサである水素センサ110は、実際の水素濃度よりも大きい水素濃度を検出してしまう。そこで、第1例のマイコン120は、LUT122を用いて、水素センサ110が検出した水素濃度(実際の水素濃度よりも大きい水素濃度)を補正する。
 図6(B)は、LUT122としての圧力用LUTの一例を示す図である。図6(B)においては、圧力センサ112が検出した圧力と、補正値(第2補正値)との関係を示すLUTである。図6(B)の例では、圧力が大きいほど、第2補正値が小さくなるように、圧力用LUTは、規定されている。
 さらに、図6(B)の例では、圧力基準値が規定されており、当該圧力基準値に基準補正値が対応付けられている。図6(B)の例では、基準補正値は1となる。
 マイコン120は、水素センサ110で検出した水素濃度を取得する。また、マイコン120は、圧力センサ112が検出した圧力を取得する。マイコン120は、圧力を補正パラメータとして、圧力用LUTを参照して、補正値(第2補正値)を特定する。そして、マイコン120は、第2補正値を水素濃度に適用することにより、水素濃度を補正し、該補正した水素濃度を出力する。つまり、マイコン120は、第2補正値が大きいほど水素濃度が大きくなるように、水素濃度を補正する。換言すれば、マイコン120は、検出された圧力が圧力基準値よりも大きい場合には、圧力が圧力基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、該水素濃度を補正する。したがって、マイコン120は、ガスの圧力の影響が抑制された水素濃度を検出できる。
 [第2例]
 次に、センサモジュール117が温度センサ113のみを含む第2例が説明される。一般的に、ガスの温度が大きいほど、ガスの熱伝導率も大きい。ガスの熱伝導率が大きいと、水素センサ110の検出素子(白金線コイル)の温度は低くなる。検出素子の温度が低くなると、図5により、水素センサ110は、大きい水素濃度を検出する。
 つまり、ガスの温度が大きい場合には、熱伝導式センサである水素センサ110は、実際の水素濃度よりも大きい水素濃度を検出してしまう。そこで、第2例のマイコン120は、LUT122を用いて、水素センサ110が検出した水素濃度(実際の水素濃度よりも大きい水素濃度)を補正する。
 図6(C)は、LUT122としての温度用LUTの一例を示す図である。図6(C)においては、温度センサ113が検出した温度と、補正値(第3補正値)との関係を示すLUTである。図6(C)の例では、温度が大きいほど、第3補正値が小さくなるように、温度用LUTは、規定されている。
 さらに、図6(C)の例では、温度基準値が規定されており、当該温度基準値に基準補正値が対応付けられている。図6(C)の例では、基準補正値は1となる。
 マイコン120は、水素センサ110で検出した水素濃度を取得する。また、マイコン120は、温度センサ113が検出した温度を取得する。マイコン120は、温度を補正パラメータとして、温度用LUTを参照して、補正値(第3補正値)を特定する。そして、マイコン120は、第3補正値を水素濃度に適用することにより、水素濃度を補正し、該補正した水素濃度を出力する。つまり、マイコン120は、第3補正値が大きいほど水素濃度が大きくなるように、水素濃度を補正する。換言すれば、マイコン120は、検出された温度が温度基準値よりも大きい場合には、温度が温度基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、水素濃度を補正する。したがって、マイコン120は、ガスの温度の影響が抑制された水素濃度を検出できる。
 [第3例]
 次に、センサモジュール117がメタンセンサ114のみを含む第3例が説明される。ガスには、水素、メタン濃度の他に、二酸化炭素、および酸素が含まれる。また、メタン濃度の熱伝導率は、二酸化炭素、および酸素の熱伝導率よりも高い。したがって、メタン濃度が大きい場合には、メタン濃度が小さい場合よりも、ガス全体の熱伝導率は大きい。
 ガスの熱伝導率が大きいと、水素センサ110の検出素子(白金線コイル)の温度は低下する。つまり、ガスのメタン濃度が大きい場合には、熱伝導式センサである水素センサ110は、実際の水素濃度よりも大きい水素濃度を検出してしまう。そこで、第3例のマイコン120は、LUT122を用いて、水素センサ110が検出した水素濃度(実際の水素濃度よりも大きい水素濃度)を補正する。
 図6(D)は、LUT122としてのメタン濃度用LUTの一例を示す図である。図6(C)においては、メタンセンサ114が検出したメタン濃度と、補正値(第4補正値)との関係を示すLUTである。図6(C)の例では、メタン濃度が大きいほど、第4補正値が小さくなるように、メタン濃度用LUTは、規定されている。
 さらに、図6(D)の例では、濃度基準値が規定されており、当該濃度基準値に基準補正値が対応付けられている。図6(D)の例では、基準補正値は1となる。
 マイコン120は、水素センサ110で検出した水素濃度を取得する。また、マイコン120は、メタンセンサ114が検出したメタン濃度を取得する。マイコン120は、メタン濃度を補正パラメータとして、メタン濃度用LUTを参照して、補正値(第4補正値)を特定する。そして、マイコン120は、第4補正値を水素濃度に適用することにより、水素濃度を補正し、該補正した水素濃度を出力する。つまり、マイコン120は、第4補正値が大きいほど水素濃度が大きくなるように、水素濃度を補正する。換言すれば、マイコン120は、メタン濃度が濃度基準値よりも大きい場合には、メタン濃度が濃度基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、水素濃度を補正する。したがって、マイコン120は、メタン濃度の影響が抑制された水素濃度を検出できる。
 なお、センサモジュール117は、流速センサ111、圧力センサ112、温度センサ113、およびメタンセンサ114のうち少なくとも2つを備えるようにしてもよい。また、本実施の形態においては、マイコン120から各センサに送信される要求信号の周期は全て同一とされる。各センサは、水素センサ110と、およびセンサモジュールに含まれる少なくとも1つのセンサとである。
 [センサの配置例]
 次に、図4(B)~図4(D)を用いて、本実施の形態のセンサの配置例が説明される。図4(B)においては、他の補助センサ130(図3参照)が説明される。
 図4(B)の例では、濃度検出装置100は、リッド172、収容体174、ワイヤボンディング176、収容体164、ワイヤボンディング166を備える。収容体174は、たとえば、セラミックなどにより構成される。
 収容体174は、他の補助センサ130を収容する。収容体174は開口されており、この開口は、リッド172に覆われる。また、リッド172には、少なくとも1つの貫通孔172Aが形成されている。ガスは、この貫通孔172Aを通り、他の補助センサ130は、ガスの補正パラメータ(ガスの圧力、ガスの温度、およびメタン濃度の少なくとも1つ)を検出する。他の補助センサ130に、貫通孔172Aが形成されたリッド172により覆われることにより、他の補助センサ130を異物から保護しつつ、水素センサ110は水素濃度を検出できる。なお、他の補助センサ130が2つ以上の補助センサを有する場合には、該2つ以上の補助センサは、プリント基板104上に並べて配置される。
 図4(C)は、センサの他の配置例が示される図である。図4(C)の例では、水素センサ110と、他の補助センサ130とが同一の収容体154およびリッド152に収容されている。
 図4(D)に示すように、水素センサ110と他の補助センサ130とが1つのセンサ180として構成されてもよい。換言すれば、水素センサ110と他の補助センサ130と1チップ化されてもよい。
 また、特に図示しないが、水素センサ110と他の補助センサ130とマイコン120とが1つのデバイスとして構成されてもよい。換言すれば、水素センサ110と他の補助センサ130と1チップ化されてもよい。
 また、流速センサ111については、図4(A)に示すように、リッドを設けないように配置されてもよいし、他の補助センサ130のようにリッドを設けて配置されてもよい。
 図9は、第2実施形態の濃度検出装置100の設置例を示す図である。図9の例では、の濃度検出装置100は、流速センサ111、水素センサ110、他の補助センサ130、およびマイコン120を備える。図9に示すように、ガスの流れαにおいて、上流側から、流速センサ111、水素センサ110、他の補助センサ130、マイコン120が配置されることが好ましい。したがって、同一のプリント基板104において、水素センサ110は、流速センサ111と、他の補助センサ130との間に配置されることが好ましい。このような構成により、流速センサ111による流速の検出精度における阻害物、および流速センサ111による流速の検出精度における阻害物を少なくできる。よって、流速の検出精度の低下、および水素濃度の検出精度の低下を抑制できる。
 <第3実施形態>
 上述の実施形態においては、マイコン120から各センサに送信される要求信号の周期は全て同一とされる構成が説明された。第3実施形態では、マイコン120は、センサモジュール117に対して補正パラメータを要求(取得)するか否かを判断する判断処理を、所定の周期毎に実行する。当該判断処理を実行するタイミングは、判断タイミングとも称される。
 図10は、判断タイミングを説明するための図である。図10の横軸は時間軸である。図10(A)は、マイコン120が水素濃度を要求するか否かを判断する水素濃度タイミングを説明するための図である。図10(B)は、マイコン120が流速を要求するか否かを判断する流速タイミングを説明するための図である。図10(C)は、マイコン120がメタン濃度を要求するか否かを判断するメタン濃度タイミングを説明するための図である。図10(D)は、マイコン120が圧力を要求するか否かを判断する圧力タイミングを説明するための図である。図10(E)は、およびマイコン120が温度を要求するか否かを判断する温度タイミングを説明するための図である。
 補正パラメータとしての温度または圧力が本開示の「第1所定パラメータ」に対応する。また、補正パラメータとしての流速が本開示の「第2所定パラメータ」に対応する。
 図10(A)~図10(C)に示されるように、水素濃度タイミング、流速タイミング、メタン濃度タイミングの周期は第1周期T1とされる。また、図10(D)に示されるように、圧力タイミングの周期は第2周期T2とされる。また、図10(E)に示されるように、温度タイミングの周期は第3周期T3とされる。ただし、第3周期T3>第2周期T2>第1周期T1とされる。
 つまり、第1所定パラメータ(温度または圧力)を取得するか否かを判断する判断処理の周期は、第2周期T2または第3周期T3となる。また、第2所定パラメータ(流速)を取得するか否かを判断する判断処理の周期は、第1周期T1となる。そして、第2周期T2または第3周期T3は、第1周期T1より長い。
 このように、第3周期T3>第2周期T2>第1周期T1となっている理由は、一般的に、水素濃度、流速、メタン濃度の変化頻度が最も高く、圧力の変化頻度は2番目に高く、温度の変化頻度は最も低いからである。
 以下の説明では、第1周期T1、第2周期T2、および第3周期T3は、補助センサに対応する周期とも称される。第1周期T1は、流速センサ111およびメタンセンサ114に対応する周期であり、第2周期T2は、圧力センサ112に対応する周期であり、第3周期T3は、圧力センサ112に対応する周期である。
 また、現在のタイミングまたは現在から過去のタイミングは、第1判断タイミングとも称される。図10の例では、第1判断タイミングは、タイミングt1、タイミングt11、タイミングt21である。また、第1判断タイミングよりも1つの周期前のタイミングは、第2判断タイミングとも称される。図10の例では、第2判断タイミングは、タイミングt2、タイミングt12,およびタイミングt22である。さらに第2判断タイミングよりも1つの周期前のタイミングは、第3判断タイミングとも称される。図10の例では、第3判断タイミングは、タイミングt3、タイミングt13,およびタイミングt23である。なお、図10の例では、第3判断タイミングよりも1つ前のタイミングであるタイミングt3、タイミングt14,およびタイミングt24が示されている。
 また、第2判断タイミングで取得された補正パラメータは、「第1補正パラメータP1」とも称される。第3判断タイミングで取得された補正パラメータは、「第2補正パラメータP2」とも称される。マイコン120は、取得した第1補正パラメータP1および第2補正パラメータP2をメモリ121のたとえば、RAM(Random Access Memory)に格納する。
 また、マイコン120は、図8の水素濃度検出処理と並行して、判断処理を実行する。図11は、この判断処理のフローチャートである。図11のフローチャートは、第1判断タイミングにおいて実行される。
 まず、ステップS22において、マイコン120は、第1補正パラメータP1と、第2補正パラメータP2とをメモリ121の上記RAMから読出す。次に、ステップS24において、マイコン120は、P2からP1への変化率Cを算出する。本実施形態では、マイコン120は、以下の式(1)により変化率Cを算出する。
 C=(P2-P1)/P2  (1)
 変化率Cが所定値以上である場合には(ステップS26でYES)、補正パラメータは大きく変化していると想定される。したがって、ステップS28において、マイコン120は、補正パラメータを取得することを決定する。そして、マイコン120は、ステップS26でYESと判断された変化率Cに対応する補助センサに対して補正パラメータを第1判断タイミングで要求する(要求信号を送信する)。この要求により、マイコン120は、該補助センサから補正パラメータを取得する。
 一方、変化率Cが所定値未満である場合には(ステップS26でNO)、ステップS30において、マイコン120は、補正パラメータを取得しないことを決定する。なお、図10においては、第1判断タイミングにおいて、流速が要求されていない例と、温度が要求されていない例とが示されている(図10(B)のマークM、および図10(E)のマークM参照)。
 また、補正パラメータを取得することを決定した場合(S28)、図8のステップS6においてマイコン120は該取得した補正パラメータで水素濃度を補正する。一方、補正パラメータを取得しないことを決定した場合(S30)、ステップS6においてマイコン120は、直近に取得した補正パラメータで水素濃度を補正する。
 以上のように、マイコン120は、補正パラメータを取得するか否かを判断する判断処理(図11参照)を実行する。そして、マイコン120は、補正パラメータを取得しないと判断した場合には(ステップS26でNO、ステップS30)、補正パラメータを取得しないことから、補助センサによる補正パラメータの検出負担を抑制できる。
 また、第2補正パラメータP2から第1補正パラメータP1への変化率C(ステップS24および上記式(1)参照)が小さい補正パラメータについては、補正パラメータを新たに取得する必要性が低い。したがって、マイコン120は、変化率Cが所定値よりも小さい場合には、新たに補正パラメータを取得しないことを決定する。よって、補助センサの補正パラメータの検出負担、および補正パラメータの取得負担を抑制できる。
 また、図10に示すように、第1周期T1と、第2周期T2と、第3周期T3とは異なる。したがって、判断処理の周期の設計の段階において、該周期の設計の自由度を向上させることができる。
 また、図10に示すように、変化率が小さいと想定される温度または圧力についての判断処理の周期(第2周期T2または第3周期T3)は、流速についての判断処理の周期(第1周期T1)よりも長い。したがって、演算回路は、補正パラメータの取得有無の判断処理の負担を抑制できつつ、適切な補正パラメータを取得できる。
 <第4実施形態>
 図7または図9の例では、ガスの流れが一定である例が説明された。しかしながら、ガスの流れが一定ではない場合がある。この場合には、水素センサ110、および補助センサ130の検出精度が低下する場合がある。第4実施形態の濃度検出装置100は、このような場合であっても、該検出精度の低下を抑制する。
 図12は、第4実施形態の濃度検出装置100を説明するための図である。濃度検出装置100の設置環境によっては、ガスの流れが、方向α1のように一定方向ではない場合がある。この場合には、水素センサ110、および補助センサ130の検出精度が低下する場合がある。
 そこで、第4実施形態の濃度検出装置100は、ガスの流れを一定方向の流れに形成するための流路部材160を備える。以下では、補助センサ(図12の例では、流速センサ111)および水素センサ110が配列された方向は配列方向(図12の例では、X軸方向)と称される。
 流路部材160は、配列方向に延伸する部材である。そして、流路部材160は、当該配列方向に延伸する貫通する貫通孔を有する。補助センサ、および水素センサ110、マイコン120は、この貫通孔に設置される。さらに、流速センサ111は、水素センサ110の一定方向α2の上流側に配置される。
 一定方向ではないガスの流れは、流路部材160により、一定方向α2に変換される。この変換されたガスは、「変換後ガス」とも称される。そして、水素センサ110は、変換後ガスに含まれる水素の濃度を検出する。また、センサモジュール(図12の例では、流速センサ111)は、変換後ガスの流速と、変換後ガスの圧力と、変換後ガスの温度と、変換後ガスに含まれるメタン濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する。
 以上のように、第4実施形態の濃度検出装置100は、流路部材160を備える。したがって、濃度検出装置100は、ガスの流れが一定方向とはならないことに起因する、各センサの検出精度の低下を抑制できる。
 また、流速センサ111は、変換後ガスの流れの一定方向α2の上流側に配置される。したがって、流速センサ111の上流側には阻害物が存在しなくなることから、ガスの流速の検出精度を向上させることができる。
 <第5実施形態>
 たとえば、図9の例において、ガスの流速が過度に早い場合には、水素センサ110、および他の補助センサ130による検出精度が低下する場合がある。第5実施形態の濃度検出装置100は、このような場合であっても、該検出精度の低下を抑制する。
 図13は、第5実施形態の濃度検出装置100を説明するための図である。図13の例での濃度検出装置100は、防止壁163を備える。防止壁163は、水素センサ110へのガスの流れを防止する。この防止壁163は、ガスの流れにおける、水素センサ110および他の補助センサ130の上流側に設置される。
 防止壁163により、防止壁163の下流側に、ガスが滞留する。図13の例では、該滞留したガスが滞留ガスRとして示されている。そして、水素センサ110は、この滞留ガスRの水素濃度を検出する。また、他の補助センサ130は、該滞留ガスについての補正パラメータを検出する。
 以上のように、第5実施形態の濃度検出装置100は、防止壁163を備える。したがって、たとえば、ガスの流速が過度に速い場合であっても、水素センサ110近傍においてガスを滞留させることができる。よって、水素センサによる水素濃度の検出精度の低下および他の補助センサ130による補正パラメータの検出精度の低下を抑制できる。
 <第6実施形態>
 第6実施形態では、所定パラメータと、メタン濃度とが用いられる。所定パラメータは、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度とのうち少なくとも1つのパラメータである。
 第6実施形態のマイコン120は、所定パラメータを用いて、メタン濃度を補正する。メタン濃度の補正の手法は、たとえば、水素濃度の補正の手法と同様である。たとえば、マイコン120は、図6(A)~図6(C)のうちの少なくとも1つのLUTを用いて、補正値(第1~第3補正値のうちの少なくとも1つ)を特定し、メタン濃度に対して該補正値を反映することによりメタン濃度を補正する。つまり、マイコン120は、所定パラメータが基準値よりも大きい場合には、所定パラメータが基準値よりも小さい場合よりもメタン濃度が小さくなるように、メタン濃度を補正する。補正されたメタン濃度は、補正後メタン濃度とも称される。補正後メタン濃度は、本開示の「第2補正後濃度」に対応する。
 そして、マイコン120は、図6(D)のLUTのメタン濃度を、補正後メタン濃度に置換えて、図6(D)のLUTを用いる。つまり、マイコン120は、補正後メタン濃度が濃度基準値よりも大きい場合には、補正後メタン濃度が濃度基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、水素濃度を補正する。
 以上、第6実施形態の濃度検出装置100は、メタン濃度を補正し、該補正された補正後メタン濃度を用いて、水素濃度を補正する。したがって、濃度検出装置100は、メタン濃度を補正しない場合と比較して、より正確なメタン濃度を検出できることから、水素濃度の補正精度を向上できる。
 <その他の実施形態>
 (1) 上述の実施形態においては、濃度検出装置100は、補正値を特定し、該補正値を用いて水素濃度を補正する構成が説明された。しかしながら、濃度検出装置100は、別の手法により水素濃度を補正してもよい。
 図14は、別の手法の補正手法を説明するための図である。図14は、図5のテーブルに対応するものである。図14の例では、補正パラメータとして流速が採用された場合が示されている。
 図14の例では、LUTとして、テーブルL1~L3が示されている。テーブルL1は、流速センサ111により検出された流速が流速基準値である場合に用いられるテーブルである。テーブルL2は、流速センサ111により検出された流速が流速基準値よりも大きい場合に用いられるテーブルである。テーブルL3は、流速センサ111により検出された流速が流速基準値よりも小さい場合に用いられるテーブルである。
 図14の例では、上記の例と同様に、マイコン120は、検出された流速が流速基準値よりも大きい場合には、流速が流速基準値よりも小さい場合よりも水素濃度が小さくなるように、水素濃度を補正する。このような構成が採用された濃度検出装置100であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。また、特に図示しないが、マイコン120は、他の補正パラメータについても図14と同様のLUTを使用して水素濃度を補正する。
 (2) 上述の実施形態においては、マイコン120は、主に、1つの補正パラメータを用いて水素濃度を補正する構成が説明された。しかしながら、マイコン120は、ガスの流速、ガスの圧力、ガスの温度、およびメタン濃度のうち少なくとも2つの補正パラメータを用いて水素濃度を補正してもよい。このような構成の場合には、マイコン120は、たとえば、少なくとも2つの補正パラメータのそれぞれの補正値を乗算し、該乗算された補正値を水素濃度に乗算することにより該水素濃度を補正する。
 (3) 上述の実施形態においては、補正パラメータの水素濃度への適用の手法は、乗算である構成が説明された。しかしながら、たとえば、マイコン120は、以下の式(2)により水素濃度を反映するようにしてもよい。
 補正後の水素濃度=F(x、gi)  (2)
 式(2)の右辺の関数F(・)は、水素濃度を補正するための関数である。また、関数F(・)に入力されるxは、水素センサ110が検出した水素濃度である。また、gi(i=1~4)については、g1が流速であり、g2が圧力であり、g3が温度であり、g4がメタン濃度である。また、giは、g1~g4のうち少なくとも1つの値を示す。
 (4) 上述の実施形態においては、第1濃度および第2濃度はそれぞれ水素濃度およびメタン濃度である構成が説明された。しかしながら、第1濃度および第2濃度の少なくとも一方、他のガスの濃度としてもよい。
 [付記]
 (第1項) 本開示の濃度検出装置は、濃度検出装置と、センサモジュールと、演算回路とを備える。濃度センサは、ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出する。センサモジュールは、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、ガスに含まれかつ第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する。演算回路は、第1濃度を補正パラメータで補正し、該補正された第1濃度を出力する。
 このような構成によれば、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つを用いて第1ガスの第1濃度を補正できる。したがって、当該少なくとも1つによる影響が抑制された第1濃度を検出できる。
 (第2項) 第1項に記載の濃度検出装置であって、第1ガスは水素である。
 このような構成によれば、水素の濃度を検出できる。
 (第3項) 第2項に記載の濃度検出装置であって、補正パラメータは、流速を含む。演算回路は、流速が流速基準値よりも大きい場合には、流速が流速基準値よりも小さい場合よりも第1濃度が小さくなるように、第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、ガスの流速の影響が抑制された水素の濃度を検出できる。
 (第4項) 第2項または第3項に記載の濃度検出装置であって、補正パラメータは、圧力を含む。演算回路は、圧力が圧力基準値よりも大きい場合には、圧力が圧力基準値よりも小さい場合よりも第1濃度が小さくなるように、第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、ガスの圧力の影響が抑制された水素の濃度を検出できる。
 (第5項) 第2項~第4項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、補正パラメータは、温度を含む。演算回路は、温度が温度基準値よりも大きい場合には、温度が温度基準値よりも小さい場合よりも第1濃度が小さくなるように、第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、ガスの温度の影響が抑制された水素の濃度を検出できる。
 (第6項) 第2項~第5項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、補正パラメータは、第2濃度を含む。第2ガスは、メタンである。演算回路は、第2濃度が濃度基準値よりも大きい場合には、第2濃度が濃度基準値よりも小さい場合よりも第1濃度が小さくなるように、第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、ガスに含まれるメタンの濃度の影響が抑制された水素の濃度を検出できる。
 (第7項) 第6項に記載の濃度検出装置であって、補正パラメータは、流速と、圧力と、温度とのうち少なくとも1つの所定パラメータと、第2濃度とを含む。演算回路は、所定パラメータが基準値よりも大きい場合には、所定パラメータが基準値よりも小さい場合よりも第2濃度が小さくなるように、第2濃度を補正することにより第2補正後濃度を生成する。演算回路は、第2補正後濃度が濃度基準値よりも大きい場合には、第2補正後濃度が濃度基準値よりも小さい場合よりも第1濃度が小さくなるように、第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、ガスに含まれるメタンの濃度の影響が抑制された水素の濃度を検出できる。
 (第8項) 第1項~第7項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、濃度検出装置は、ガスの流れを一定方向の流れに変換するための流路部材をさらに備える。濃度センサは、流れが一定方向に変換された変換後ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出する。センサモジュールは、変換後ガスの流速と、変換後ガスの圧力と、変換後ガスの温度と、変換後ガスに含まれかつ第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する。
 このような構成によれば、濃度センサによる第1ガスの第1濃度の検出精度を向上させることができる。
 (第9項) 第8項に記載の濃度検出装置であって、センサモジュールは、ガスの流速を検出する流速センサを含む。流速センサは、濃度センサの一定方向の上流側に配置される。
 このような構成によれば、ガスの流速を検出する流速センサの流速の検出精度を向上させることができる。
 (第10項) 第8項または第9項に記載の濃度検出装置であって、演算回路は、ガスの流速を取得せずに、圧力と、温度と、第2濃度とのうち少なくとも1つを、補正パラメータとして取得する。濃度検出装置は、さらに、濃度センサへのガスの流れを防止するための防止壁をさらに備える。
 このような構成によれば、たとえば、ガスの流速が過度に速い場合であっても、濃度センサ近傍においてガスを滞留させることができる。よって、濃度センサによる第1ガスの第1濃度の検出精度を向上させることができる。
 (第11項) 第1項~第10項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、演算回路は、所定の周期毎の判断タイミングにおいて、補正パラメータを取得するか否かを判断する判断処理を実行する。演算回路は、判断処理により補正パラメータを取得することを決定した場合、該取得した補正パラメータを用いて第1濃度を補正する。演算回路は、判断処理により補正パラメータを取得しないことを決定した場合、直近に取得した補正パラメータを用いて第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、補正パラメータを取得しないと判断した場合には、補正パラメータを取得しないことから、補正パラメータの取得負担を抑制できる。
 (第12項) 第11項に記載の濃度検出装置であって、演算回路は、第1判断タイミングよりも1つの周期前の第2判断タイミングで取得された第1補正パラメータと、第2判断タイミングよりも1つの周期前の第3判断タイミングで取得された第2補正パラメータと、を記憶するメモリを有する。演算回路は、第2補正パラメータから第1補正パラメータへの変化率が所定値よりも大きい場合に、第1判断タイミングで補正パラメータを取得することを決定する。演算回路は、変化率が所定値よりも小さい場合に、第1判断タイミングで補正パラメータを取得しないことを決定する。
 このような構成によれば、第1判断タイミングより2つの周期前の補正パラメータ(第2補正パラメータ)から、第1判断タイミングより1つの周期前の補正パラメータ(第1補正パラメータ)への変化率が小さい補正パラメータについては、新たに補正パラメータを新たに取得する必要性が低い。したがって、演算回路は、当該変化率が小さい場合には、新たに補正パラメータを取得しないことを決定する。よって、濃度検出装置は、演算回路による補正パラメータの取得負担を抑制できる。
 (第13項) 第11項または第12項に記載の濃度検出装置であって、流速と、圧力と、温度と、第2濃度とのうちいずれか1つが第1所定パラメータであり、他の1つが第2所定パラメータである。第1所定パラメータを取得するか否かを判断する判断処理の周期は、第2所定パラメータを取得するか否かを判断する判断処理の周期よりも長い。
 このような構成によれば、判断処理の周期の設計の段階において、該周期の設計の自由度を向上させることができる。
 (第14項) 第13項に記載の濃度検出装置であって、第1所定パラメータは、温度または圧力であり、第2所定パラメータは、流速である。
 このような構成によれば、変化率が小さいと想定される温度または圧力についての判断処理の周期は、流速についての判断処理の周期よりも長い。したがって、演算回路は、補正パラメータの取得有無の判断処理の負担を抑制できつつ、適切な補正パラメータを取得できる。
 (第15項) 第1項~第14項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、濃度センサとセンサモジュールとは同一のプリント基板に配置されている。
 このような構成によれば、濃度センサとセンサモジュールとが別のプリント基板に配置される構成と比較して、部品点数を抑制できる。
 (第16項) 第1項~第15項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、濃度センサと、センサモジュールとは1つのセンサとして構成される。
 このような構成によれば、センサモジュールの大きさを抑制できる。
 (第17項) 第1項~第16項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、演算回路は、補正パラメータから補正値を算出するための関数を保持しており、補正値を第1濃度に反映することにより該第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、第1濃度を補正するために用いる補正値を、関数を用いて決定できる。
 (第18項) 第1項~第16項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、演算回路は、補正パラメータから補正値を特定するためのテーブルを保持しており、補正値を第1濃度に反映することにより該第1濃度を補正する。
 このような構成によれば、第1濃度を補正するために用いる補正値を、テーブルを用いて決定できる。
 (第19項) 第2項~第18項のいずれか1項に記載の濃度検出装置であって、濃度センサは、熱伝導式センサである。
 このような構成によれば、既存の熱伝導式センサを用いて水素の濃度を検出できる。
 (第20項) 本開示の濃度検出方法は、ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出することを備える。また、濃度検出方法は、ガスの流速と、ガスの圧力と、ガスの温度と、ガスに含まれかつ第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出することを備える。さらに、濃度検出方法は、第1濃度を補正パラメータで補正し、該補正された第1濃度を出力することを備える。
 今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 100 濃度検出装置、102 ベース、102A 配置面、104 プリント基板、110 水素センサ、111 流速センサ、112 圧力センサ、113 温度センサ、114 メタンセンサ、117 センサモジュール、120 マイコン、121 メモリ、130 補助センサ、150 センサシステム、152,172 リッド、152A,172A 貫通孔、154,164,174 収容体、156,166,176 ワイヤボンディング、160 流路部材、163 防止壁、171 固定部、180 センサ、200 製造装置、300 太陽光発電装置、310,410 水素発生装置、400 風力発電装置、1000 ガス供給システム。

Claims (20)

  1.  ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出する濃度センサと、
     前記ガスの流速と、前記ガスの圧力と、前記ガスの温度と、前記ガスに含まれかつ前記第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出するセンサモジュールと、
     前記第1濃度を前記補正パラメータで補正し、該補正された前記第1濃度を出力する演算回路とを備える、濃度検出装置。
  2.  前記第1ガスは水素である、請求項1に記載の濃度検出装置。
  3.  前記補正パラメータは、前記流速を含み、
     前記演算回路は、前記流速が流速基準値よりも大きい場合には、前記流速が前記流速基準値よりも小さい場合よりも前記第1濃度が小さくなるように、前記第1濃度を補正する、請求項2に記載の濃度検出装置。
  4.  前記補正パラメータは、前記圧力を含み、
     前記演算回路は、前記圧力が圧力基準値よりも大きい場合には、前記圧力が前記圧力基準値よりも小さい場合よりも前記第1濃度が小さくなるように、前記第1濃度を補正する、請求項2または請求項3に記載の濃度検出装置。
  5.  前記補正パラメータは、前記温度を含み、
     前記演算回路は、前記温度が温度基準値よりも大きい場合には、前記温度が前記温度基準値よりも小さい場合よりも前記第1濃度が小さくなるように、前記第1濃度を補正する、請求項2~請求項4のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  6.  前記補正パラメータは、前記第2濃度を含み、
     前記第2ガスは、メタンであり、
     前記演算回路は、前記第2濃度が濃度基準値よりも大きい場合には、前記第2濃度が前記濃度基準値よりも小さい場合よりも前記第1濃度が小さくなるように、前記第1濃度を補正する、請求項2~請求項5のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  7.  前記補正パラメータは、前記流速と、前記圧力と、前記温度とのうち少なくとも1つの所定パラメータと、前記第2濃度とを含み、
     前記演算回路は、
      前記所定パラメータが基準値よりも大きい場合には、前記所定パラメータが前記基準値よりも小さい場合よりも前記第2濃度が小さくなるように、前記第2濃度を補正することにより第2補正後濃度を生成し、
      前記第2補正後濃度が前記濃度基準値よりも大きい場合には、前記第2補正後濃度が前記濃度基準値よりも小さい場合よりも前記第1濃度が小さくなるように、前記第1濃度を補正する、請求項6に記載の濃度検出装置。
  8.  前記濃度検出装置は、前記ガスの流れを一定方向の流れに変換するための流路部材をさらに備え、
     前記濃度センサは、前記流れが前記一定方向に変換された変換後ガスに含まれる前記第1ガスの前記第1濃度を検出し、
     前記センサモジュールは、前記変換後ガスの流速と、前記変換後ガスの圧力と、前記変換後ガスの温度と、前記変換後ガスに含まれかつ前記第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出する、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  9.  前記センサモジュールは、前記ガスの流速を検出する流速センサを含み、
     前記流速センサは、前記濃度センサの前記一定方向の上流側に配置される、請求項8に記載の濃度検出装置。
  10.  前記演算回路は、前記ガスの流速を取得せずに、前記圧力と、前記温度と、前記第2濃度とのうち少なくとも1つを、前記補正パラメータとして取得し、
     前記濃度検出装置は、さらに、前記濃度センサへの前記ガスの流れを防止するための防止壁をさらに備える、請求項8または請求項9に記載の濃度検出装置。
  11.  前記演算回路は、
      所定の周期毎の判断タイミングにおいて、前記補正パラメータを取得するか否かを判断する判断処理を実行し、
      前記判断処理により前記補正パラメータを取得することを決定した場合、該取得した補正パラメータを用いて前記第1濃度を補正し、
      前記判断処理により前記補正パラメータを取得しないことを決定した場合、直近に取得した補正パラメータを用いて前記第1濃度を補正する、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  12.  前記演算回路は、
      第1判断タイミングよりも1つの周期前の第2判断タイミングで取得された第1補正パラメータと、前記第2判断タイミングよりも1つの周期前の第3判断タイミングで取得された第2補正パラメータと、を記憶するメモリを有し、
      前記第2補正パラメータから前記第1補正パラメータへの変化率が所定値よりも大きい場合に、前記第1判断タイミングで前記補正パラメータを取得することを決定し、
      前記変化率が前記所定値よりも小さい場合に、前記第1判断タイミングで前記補正パラメータを取得しないことを決定する、請求項11に記載の濃度検出装置。
  13.  前記流速と、前記圧力と、前記温度と、前記第2濃度とのうちいずれか1つが第1所定パラメータであり、他の1つが第2所定パラメータであり、
     前記第1所定パラメータを取得するか否かを判断する判断処理の周期は、前記第2所定パラメータを取得するか否かを判断する判断処理の周期よりも長い、請求項11または請求項12に記載の濃度検出装置。
  14.  前記第1所定パラメータは、前記温度または前記圧力であり、
     前記第2所定パラメータは、前記流速である、請求項13に記載の濃度検出装置。
  15.  前記濃度センサと前記センサモジュールとは同一のプリント基板に配置されている、請求項1~請求項14のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  16.  前記濃度センサと、前記センサモジュールとは1つのセンサとして構成される、請求項1~請求項15のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  17.  前記演算回路は、
      前記補正パラメータから補正値を算出するための関数を保持しており、
      前記補正値を前記第1濃度に反映することにより該第1濃度を補正する、請求項1~請求項16のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  18.  前記演算回路は、
      前記補正パラメータから補正値を特定するためのテーブルを保持しており、
      前記補正値を前記第1濃度に反映することにより該第1濃度を補正する、請求項1~請求項16のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  19.  前記濃度センサは、熱伝導式センサである、請求項2~請求項18のいずれか1項に記載の濃度検出装置。
  20.  ガスに含まれる第1ガスの第1濃度を検出することと、
     前記ガスの流速と、前記ガスの圧力と、前記ガスの温度と、前記ガスに含まれかつ前記第1ガスとは異なる第2ガスの第2濃度とのうち少なくとも1つである補正パラメータを検出することと、
     前記第1濃度を前記補正パラメータで補正し、該補正された前記第1濃度を出力することとを備える、濃度検出方法。
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