ガス検出装置およびガス検出方法
【課題】被検出雰囲気中の被検出ガスの濃度が湿度に基づき変動することを考慮して、被検出ガスを精度よく検出するようにしたガス検出装置およびガス検出方法を提供すること。
【解決手段】まず、環境温度を検出し（Ｓ１５，Ｓ２０）、続いて、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する（Ｓ２５）。Ｓ２５で検出した２つの端子電圧と、Ｓ１５において検出された環境温度とから、２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する（Ｓ３０）。続いて、Ｓ３０で求めた２つの熱伝導率演算値に基づき、湿度を演算する（Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５）。そして、Ｓ３０で求めた２つの熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、Ｓ４５で求めた被検出雰囲気の湿度とに基づき、被検出ガスのガス濃度を演算する（Ｓ５０，Ｓ５５，Ｓ６０）。
【解決手段】まず、環境温度を検出し（Ｓ１５，Ｓ２０）、続いて、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する（Ｓ２５）。Ｓ２５で検出した２つの端子電圧と、Ｓ１５において検出された環境温度とから、２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する（Ｓ３０）。続いて、Ｓ３０で求めた２つの熱伝導率演算値に基づき、湿度を演算する（Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５）。そして、Ｓ３０で求めた２つの熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、Ｓ４５で求めた被検出雰囲気の湿度とに基づき、被検出ガスのガス濃度を演算する（Ｓ５０，Ｓ５５，Ｓ６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度を検出（演算）するガス検出装置およびガス検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を検出するにあたって、被検出雰囲気による熱伝導率に基づいて当該可燃性ガスの濃度を検出するガス検出装置が知られている。しかし、従来のガス検出装置では、被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度が同じであっても、被検出雰囲気中の湿度の変動によって当該被検出雰囲気全体の熱伝導率が変動することにより、可燃性ガスの検出精度が低くなる問題があった。そこで、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮した可燃性ガス検出装置および可燃性ガス検出方法が提案されている（例えば、非特許文献１，特許文献１参照）。この特許文献１において提案されている可燃性ガス検出装置においては、可燃性ガス検出装置が備える２つの発熱抵抗体の各端子電圧の比と、被検出雰囲気の温度（環境温度）とから、被検出雰囲気の湿度を求めている。
【非特許文献１】Ｍａｓａａｋｉ Ｔａｄａ，他３名、「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ（燃料電池自動車用水素ガスセンサ）」、ＳＡＥ−２００３−０１−１１３７，ｐ７−ｐ８
【特許文献１】特開２００６−１０６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年では、可燃性ガス等の被検出ガスの検出精度をより高めることが望まれており、被検出雰囲気中の被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度の影響を考慮したガス検出装置およびガス検出方法のさらなる開発が一層強く望まれるようになっている。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮して、被検出ガスを精度よく検出するようにしたガス検出装置およびガス検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明のガス検出装置は、被検出雰囲気に晒される２つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、異なる目標温度となるように、前記２つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、前記２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段とを備えている。
【０００６】
また、請求項２に係る発明のガス検出装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、前記２つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されている。
【０００７】
また、請求項３に係る発明のガス検出方法は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、前記電圧検出工程において検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明のガス検出装置によれば、異なる目標温度となるように、通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値と、環境温度とから、被検出雰囲気の湿度を演算する。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値には、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、被検出ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で被検出ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度（湿度）を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値を用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の２つの熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する。これにより、被検出雰囲気に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が当該被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスを精度よく検出することができる。
【０００９】
また請求項２に係る発明のガス検出装置によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガス検出装置は、昇温、降温を短時間で行うことができる発熱抵抗体を有するガス検出素子を備えているので、発熱抵抗体の消費電力を低減することができる。
【００１０】
また請求項３に係る発明のガス検出方法によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成し得るガス検出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るガス検出装置を具体化した可燃性ガス検出装置１０の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態として例示する可燃性ガス検出装置１０は、熱伝導式ガス検出素子であるガス検出素子６０を備え、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素の濃度を検出（演算）するガス検出装置である。この可燃性ガス検出装置１０は、本発明の「ガス検出装置」に相当し、例えば、自動車の燃料電池ユニットが備える配管に搭載され、配管を通じて排出される被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出する目的等に用いられる。また本実施形態において、可燃性ガスである水素は、本発明の「被検出ガス」に相当する。
【００１２】
まず、可燃性ガス検出装置１０の構成を図１〜図５を参照して説明する。図１は、可燃性ガス検出装置１０の縦断面図である。なお、図１において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。図１に示すように、可燃性ガス検出装置１０は、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出するためのガス検出素子６０を収容する素子ケース２０と、この素子ケース２０を支持するとともに、ガス検出素子６０と電気的に接続された回路基板４１を収容する収容ケース４０とを備えている。
【００１３】
まず、収容ケース４０の構成について図１を参照して説明する。この収容ケース４０は、ケース本体４２と、ケース本体４２の上端部に設けられた開口を覆う蓋であるケース蓋４４とを備えている。そして、収容ケース４０は、その内部に、マイクロコンピュータ９４が実装された回路基板４１および、発熱体５０，５１を備えている。以下、収容ケース４０を構成する各部材について詳述する。
【００１４】
ケース本体４２は、上面および下面に開口を有し、所定の高さを有する容器であり、素子ケース２０のつば部３８を保持する保持部４６と、回路基板４１の周縁部を保持する回路基板保持部４５とを備えている。また、ケース本体４２の上面における開口には、この開口を塞ぎ、合成樹脂からなるケース蓋４４を配置可能に構成されている。
【００１５】
また、ケース本体４２は、ケース本体４２の下部中央に形成された流路形成部４３と、ケース本体４２の側部に形成され、外部給電するためのコネクタ５５とを備え、これらは一体に樹脂成形されている。この流路形成部４３の内部には、図２を参照して後述する被検出雰囲気を導入および排出するための素子ケース２０の導入部３５が収納されている。このように、素子ケース２０はその一部を収容ケース４０内部に配置させた状態で保持部４６により保持されている。また、この素子ケース２０のつば部３８と保持部４６との間には、被検出雰囲気の流路と収容ケース４０との間を密閉するシール部材４７が配置されている。
【００１６】
コネクタ５５は、マイクロコンピュータ９４を実装した回路基板４１に電力を供給するための部材であり、ケース本体４２の外側面に組み付けられている。このコネクタ５５の内部には、ケース本体４２の側壁から突出する複数のコネクタピン５６，５７が設けられている。コネクタピン５６，５７はそれぞれ、ケース本体４２の側壁の内部を経由して回路基板４１に接続されている。
【００１７】
回路基板４１は、被検出雰囲気中の可燃性ガスを検出するための制御回路２００（図５参照）と、発熱体５０，５１の温度を制御するための温度制御回路（図示せず）とをそれぞれ備えている。この制御回路２００は、接続端子２４乃至２８により、ガス検出素子６０の電極３７１，３７３，３９１およびグランド電極３７２，３９２（図３および図４参照）とそれぞれ電気的に接続されている。また、温度制御回路と発熱体５０，５１とは、リード線５２，５３により電気的に接続されている。なお、図示していないが、リード線５２，５３はそれぞれ２本ずつ備えられている。回路基板４１に備えられた制御回路２００については、図５を参照して後述する。
【００１８】
回路基板４１の下面に実装されたマイクロコンピュータ９４は、制御回路２００からの出力に基づき、被検出雰囲気中の水素の濃度を演算するとともに、温度制御回路からの出力に基づき、発熱体５０，５１の発熱量（温度）を制御しているものである。マイクロコンピュータ９４は、演算処理装置、記憶部、入出力部等を備える公知のマイクロコンピュータと同様の構成である。本実施形態のマイクロコンピュータ９４は、図５に示すように、演算処理装置としてＣＰＵ９４１を備え、記憶部としてＲＯＭ９４２およびＲＡＭ９４３を備えている。なお、プログラムを格納する記憶装置としては、外部記憶装置を用いるようにしてもよい。
【００１９】
次に、発熱体５０，５１について、図１を参照して説明する。発熱体５０，５１は、収容ケース４０を介し又は直接素子ケース２０を加熱し、素子ケース２０の内側面の温度を露点より高い温度に保つためのものであり、例えば、電子部品等で用いられる抵抗体や、フィルムヒータが用いられる。そして、発熱体５０，５１は、検出空間３９を形成する素子ケース２０の内側面を効率的に加熱するために、収容ケース４０の内側面と素子ケース２０の外側面とから構成されるとともに、回路基板４１を収容する収容空間５９を構成する収容空間形成面５８のうち、検出空間３９に接触する部材に熱を伝達できる部位に固着されるのが好ましい。
【００２０】
この発熱体５０，５１は、例えば、公知の一定電圧制御、又はＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）により制御される。また、発熱体５０，５１の制御方法を規定したプログラムはマイクロコンピュータ９４が備える記憶装置（ＲＯＭ９４２）に記憶され、ＣＰＵ９４１により実行される。
【００２１】
次に、可燃性ガス検出装置１０を構成する素子ケース２０について、図２を参照して説明する。図２は、可燃性ガス検出装置１０の素子ケース２０周辺部分を拡大した縦断面図である。なお、図２において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。
【００２２】
図２に示すように、素子ケース２０は、ガス検出素子６０が設置される接続端子取出台２１と、接続端子取出台２１の周縁部を挟持するとともに、被検出雰囲気を導入する導入口に向かって突設された円筒状の検出空間形成部材２２とを備えている。そして、素子ケース２０の接続端子取出台２１の周縁部には、被検出雰囲気の流路と素子ケース２０との間をシールするシール部材４８が配置されている。この接続端子取出台２１および検出空間形成部材２２により囲まれた空間は、被検出雰囲気を導入するための検出空間３９となっている。
【００２３】
接続端子取出台２１は、その内側面においてガス検出素子６０を支持するための部材であり、少なくとも一部は、外側面に設けられた発熱体５０の熱を伝導する熱伝導性を有する部材にて形成されることが好ましい。また、接続端子取出台２１には、接続端子２４乃至２８を個別に挿入するための挿入孔がそれぞれ設けられ、各挿入孔の周縁部は絶縁性部材により覆われている。
【００２４】
この接続端子２４乃至２８は、図３および図４を参照して後述するガス検出素子６０と回路基板４１に備えられた各種回路とを電気的に接続するための部材である。各接続端子２４乃至２８の一端は接続端子取出台２１に設けられた挿入孔にそれぞれ挿通され、接続端子取出台２１に対して垂直に支持されている。
【００２５】
また、検出空間形成部材２２は、外側面にて被検出雰囲気と接する外筒３６，接続端子取出台２１の周縁部を挟持する取出台支持部３７および、収容ケース４０により支持されるつば部３８を備えている。また、検出空間形成部材２２の下端部には、被検出雰囲気を検出空間３９に導入する開口である導入口３４が設けられている。
【００２６】
この導入口３４の近傍には、被検出雰囲気をガス検出素子６０に対して導入および排出するための流路を形成する導入部３５が設けられている。そして、この導入部３５には、導入口３４から近い順に、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２がそれぞれ装填されている。そして、これらの部材は、検出空間形成部材２２とフィルタ固定部材３３とにより挟持固定されている。以下、導入部３５を構成する部材について詳述する。
【００２７】
撥水フィルタ２９は、導入口３４に最も近い位置に取り付けられるフィルタであり、被検出雰囲気中に含まれている水滴を除去する撥水性を有する薄膜である。これより、水滴等が飛来する多湿環境下においても、ガス検出素子６０が被水することを防ぐことができる。この撥水フィルタ２９は、物理的吸着により水滴を除去するものであればよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を利用したフィルタを適用することができる。
【００２８】
スペーサ３０は、フィルタ固定部材３３の内周壁に備えられ、被検出雰囲気が導入される開口を有する平面視リング状の部材であり、所定の厚みを有することにより、撥水フィルタ２９と金網３１，３２との位置を調整している。
【００２９】
金網３１，３２は、所定の厚みと所定の開口部を有しており、ガス検出素子６０に設けられた発熱抵抗体の温度が被検出雰囲気に含まれる水素ガスの発火温度よりも上昇して発火した場合であっても、火炎が外部に出るのを防止するフレームアレスタとしての機能を果たす。
【００３０】
フィルタ固定部材３３は、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２を、検出空間形成部材２２との間で挟持固定するための部材である。フィルタ固定部材３３は、検出空間形成部材２２の内壁面と当接する筒状の壁面を有するとともに、その壁面の軸方向に突出し、フィルタを固定するための凸部を備えている。なお、凸部は、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２を検出空間形成部材２２との間で挟持固定するために備えられている。
【００３１】
次に、検出空間３９内に配置され、被検出雰囲気に晒されるガス検出素子６０の構成を、図３および図４を参照して説明する。図３は、ガス検出素子６０の左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための模式平面図であり、図４は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための、図３のＡ−Ａ線における矢視方向断面図である。なお、図４において、上側を上方、下側を下方とし、図３および図４において、左右方向を左右方向とする。
【００３２】
図３に示すように、ガス検出素子６０は、長方形の平面形状を有する熱伝導式ガス検出素子である。また、図３および図４に示すように、ガス検出素子６０は、板状のシリコン基板３１０と、シリコン基板３１０の上面に形成された上側絶縁被膜層３２３と、シリコン基板３１０の下面に形成された下側絶縁被膜層３２４とを備えている。そして、上側絶縁被膜層３２３には、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２がそれぞれ内包されている。このガス検出素子６０は、例えば、マイクロマシニング技術により形成される。なお、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、本発明の「２つの発熱抵抗体」に相当する。以下、ガス検出素子６０を構成する各部材について詳述する。
【００３３】
シリコン基板３１０は、シリコン製の平板であり、本発明の「半導体基板」に相当する部材である。このシリコン基板３１０は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の下方に位置する部位に、シリコン基板３１０の一部が開口状に除去された１対の開口部３１３，３１４を備えており、当該開口部３１３，３１４の上部は、上側絶縁被膜層３２３の一部が露出している。つまり、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ上側絶縁被膜層３２３のうちで異なる開口部３１３，３１４に対向する（図４において直上に位置する）部位に内包されている。また、上側絶縁被膜層３２３をシリコン基板３１０の板厚方向（図４において上下方向）に投影したときに、左側発熱抵抗体３３１に対応する位置に当該左側発熱抵抗体３３１より大きい開口部３１３が設けられ、右側発熱抵抗体３３２に対応する位置に当該右側発熱抵抗体３３２より大きい開口部３１４が設けられている。
【００３４】
上側絶縁被膜層３２３は、シリコン基板３１０側（下側）から順に絶縁層３２１，３２２，３５０および保護層３６０により構成されている。この上側絶縁被膜層３２３（絶縁層３２１，３２２，３５０および保護層３６０）は、本発明の「絶縁部材」に相当する。一方、下側絶縁被膜層３２４は、シリコン基板３１０側（上側）から順に絶縁層３２５，３２６により構成されている。絶縁層３２１，３２５は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、シリコン基板２を挟むように、その厚み方向両側の面上にそれぞれ形成されている。この絶縁層３２１，３２５の外側の面上には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる絶縁層３２２，３２６がそれぞれ形成されている。また、上側絶縁被膜層３２３を構成する絶縁層３２２の上面には酸化ケイ素からなる絶縁層３５０が形成され、さらにその上面に、窒化ケイ素からなる保護層３６０が形成されている。
【００３５】
上側絶縁被膜層３２３を構成する絶縁層３５０には、左側発熱抵抗体３３１と右側発熱抵抗体３３２とがそれぞれ内包されている。また、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２が形成された平面と同じ平面に形成された配線膜３４１，３４２，３４３がそれぞれ絶縁層３５０に内包されている。
【００３６】
左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、それぞれ異なる目標温度となるように通電制御されるとともに、自身の温度変化により抵抗値が変化する抵抗体である。左側発熱抵抗体３３１は、シリコン基板３１０と平行な平面の開口部３１３の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして左側発熱抵抗体３３１は、低温側目標温度（例えば、３００℃）となるように通電制御される。同様に、右側発熱抵抗体３３２は、シリコン基板３１０と平行な平面の開口部３１４の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして、右側発熱抵抗体３３２は高温側目標温度（例えば、４００℃）となるように通電制御される。左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、例えば、白金（Ｐｔ）又はその合金、ポリシリコン等により形成される。本実施形態では、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、配線膜３４１，３４２，３４３とともに、白金抵抗材料により形成されている。
【００３７】
また、左側発熱抵抗体３３１の左端は配線膜３４１を介し、電極３７１と電気的に接続されている。一方、左側発熱抵抗体３３１の右端は、左側発熱抵抗体３３１と一体に形成された配線膜３４２を介し、グランド電極３７２と電気的に接続されている。同様に、右側発熱抵抗体３３２の左端は配線膜３４２を介し、グランド電極３７２と電気的に接続されている。そして、右側発熱抵抗体３３２の右端は配線膜３４３を介し、電極３７３と電気的に接続されている。電極３７１乃至３７３は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２に接続される配線の引き出し部位であり、コンタクトホール３６１を介して露出している。電極３７１乃至３７３の材料は、例えば、金（Ａｕ）が用いられる。
【００３８】
また、ガス検出素子６０は、図３に示すように測温抵抗体３９０を備えている。測温抵抗体３９０は、検出空間３９内に存在する被検出雰囲気の温度（以下、「環境温度」とも言う。）を検出するためのものであり、絶縁層３２２と絶縁層３５０との間で、且つ、シリコン基板３１０と平行な平面上に形成されている。測温抵抗体３９０は、電気抵抗値が温度に略比例して変化する金属が用いられ、例えば、白金（Ｐｔ）が用いられる。本実施形態では、測温抵抗体３９０の温度抵抗係数は２つの発熱抵抗体３３１，３３２の各温度抵抗係数とほぼ同一となっている。
【００３９】
また、測温抵抗体３９０は、測温抵抗体３９０の左右両端に形成された、電極３９１およびグランド電極３９２と電気的に接続されている。この電極３９１およびグランド電極３９２は、コンタクトホール（図示せず）を介して露出している。この電極３９１およびグランド電極３９２の材質は、例えば、金（Ａｕ）が用いられる。なお、測温抵抗体３９０は、電極３９１，３９２を介して、回路基板４１に接続されている。
【００４０】
次に、回路基板４１に備えられた制御回路２００の概略について、図５を参照して説明する。図５は、ガス検出素子６０の検出信号を処理するための制御回路２００の説明図である。図５に示すように、制御回路２００は、低温側ガス検出回路９１，高温側ガス検出回路９２および温度測定回路９３を備えている。以下、制御回路２００が備える各回路について詳述する。
【００４１】
低温側ガス検出回路９１は、低温側ブリッジ回路２１０と、電流調整回路２３０と、演算増幅回路２５０とを備えている。低温側ブリッジ回路２１０は、ガス検出素子６０に備えられた左側発熱抵抗体３３１と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２１２乃至２１４とによって構成される。左側発熱抵抗体３３１は、グランド電極３７２と接続されている側において接地され、左側発熱抵抗体３３１の他端側は固定抵抗２１２乃至２１４を介して接地されている。また演算増幅回路２５０は、回路基板４１に備えられ、低温側ブリッジ回路２１０から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路２５０は、演算増幅器２５１，非反転入力端子用抵抗２５２，反転入力端子用抵抗２５３，帰還用抵抗２５４およびコンデンサ２５５を備えている。
【００４２】
低温側ブリッジ回路２１０は、左側発熱抵抗体３３１および固定抵抗２１２の共通端子と、固定抵抗２１３および固定抵抗２１４の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路２３０から制御電圧が印加される。電流調整回路２３０は、直流電源２８０の出力電圧Ｖｃｃを用いて、演算増幅回路２５０からの出力に応じて低温側ブリッジ回路２１０の制御電圧を形成する。これにより、左側発熱抵抗体３３１の抵抗値が一定に、即ち、左側発熱抵抗体３３１の温度が低温側目標温度となるように制御される。そして、低温側ガス検出回路９１が備える演算増幅回路２５０は、左側発熱抵抗体３３１および固定抵抗２１２の共通端子（電極３７１）に生じる電圧を、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＬ）として入力する。
【００４３】
同様に、高温側ガス検出回路９２は、高温側ブリッジ回路２２０と、電流調整回路２４０と、演算増幅回路２６０とを備えている。高温側ブリッジ回路２２０は、ガス検出素子６０に備えられた右側発熱抵抗体３３２と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２２２乃至２２４とによって構成される。右側発熱抵抗体３３２は、グランド電極３７２と接続されている側において接地され、右側発熱抵抗体３３２の他端側は固定抵抗２２２乃至２２４を介して接地されている。また演算増幅回路２６０は、回路基板４１に備えられ、高温側ブリッジ回路２２０から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路２６０は、演算増幅器２６１，非反転入力端子用抵抗２６２，反転入力端子用抵抗２６３，帰還用抵抗２６４およびコンデンサ２６５を備えている。
【００４４】
高温側ブリッジ回路２２０は、右側発熱抵抗体３３２および固定抵抗２２２の共通端子と、固定抵抗２２３および固定抵抗２２４の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路２４０から制御電圧が印加される。電流調整回路は、直流電源２８０の出力電圧Ｖｃｃを用いて、演算増幅回路２６０からの出力に応じて高温側ブリッジ回路２２０の制御電圧を形成する。これにより、右側発熱抵抗体３３２の抵抗値が一定に、即ち、右側発熱抵抗体３３２の温度が高温側目標温度となるように制御される。そして、高温側ガス検出回路９２が備える演算増幅回路２６０は、右側発熱抵抗体３３２および固定抵抗２２２の共通端子（電極３７３）に生じる電圧を、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＨ）として入力する。
【００４５】
温度測定回路９３は、温度測定ブリッジ回路９３１と、演算増幅回路９３２とを備えている。温度測定ブリッジ回路９３１は、ガス検出素子６０に備えられた測温抵抗体３９０と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２３２乃至２３４によって構成される。測温抵抗体３９０は、グランド電極３９２と接続されている側において接地され、測温抵抗体３９０の他端側は固定抵抗２３２乃至２３４を介して接地されている。この温度測定ブリッジ回路９３１は、測温抵抗体３９０および固定抵抗２３２の共通端子（一端側出力端子）と、固定抵抗２３３および固定抵抗２３４の共通端子（温度測定ブリッジ回路９３１の他端側出力端子）との間に生ずる電位差を出力する。この電位差は、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。また演算増幅回路９３２は、回路基板４１に備えられ、温度測定ブリッジ回路９３１から得られる電位差を増幅する。演算増幅回路９３２は、演算増幅器９３３，非反転入力端子用抵抗９３４，反転入力端子用抵抗９３５，帰還用抵抗９３６およびコンデンサ９３７を備えている。そして、この演算増幅回路９３２は、温度測定ブリッジ回路９３１の両出力端子間に生ずる電位差を増幅して、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＴ）として入力する。この出力信号は、環境温度を演算するのに用いられ、演算された環境温度はさらに、被検出雰囲気に含まれ可燃性ガスを検出するための演算処理に供される。
【００４６】
次に、以上のような構成を有する制御回路２００の出力値に基づき、マイクロコンピュータ９４により実行される可燃性ガスとして水素の濃度を演算するガス検出処理のガス検出処理の検出原理の概要について、図６および図７を参照して説明する。図６は、水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図７は、水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度３００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図６および図７では、水分が存在しない状況下で水素濃度を０，１，２，３および４体積％の５つ異なる濃度において、発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットし、各測定点に基づき近似式（一次式）を求めている。図６に示すグラフ５００において、環境温度が−２０℃の場合をデータ５０１，２０℃の場合をデータ５０２，５０℃の場合をデータ５０３，８０℃の場合をデータ５０４にてそれぞれ示している。同様に、図７に示すグラフ５５０において、環境温度が−２０℃の場合をデータ５５１，２０℃の場合をデータ５５２，５０℃の場合をデータ５５３，８０℃の場合をデータ５５４にてそれぞれ示している。
【００４７】
本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、水分が存在しない状況下での水素濃度と、端子電圧との間には、正の相関がある。さらに上記条件における端子電圧と、熱伝導率との間には、図６および図７に示すように、一次式で表される正の相関がある。発熱抵抗体の目標温度が一定である場合、環境温度が高いほど、環境温度が低い場合に比べ、上記条件の端子電圧と熱伝導率との関係との関係を表す一次式における切片が小さくなる。したがって、端子電圧と環境温度から被検出雰囲気の熱伝導率を求めることができる。一方、水分が存在しない状況下で水素濃度を変えたときの、高温側目標温度４００℃に対応する熱伝導率（高温側熱伝導率）と、低温側目標温度３００℃に対応する熱伝導率（低温側熱伝導率）との比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）をとると、この比は、水素濃度および環境温度によらずほぼ一定の値をとる。
【００４８】
これに対して、可燃性ガスが存在しない状況下で、水分濃度（湿度）を変えたときの、高温側目標温度４００℃に対する熱伝導率（高温側熱伝導率）と、低温側目標温度３００℃に対応する熱伝導率（低温側熱伝導率）との比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）をとると、環境温度によらず、水分濃度（湿度）と上記熱伝導率の比との間には正の相関がある。
【００４９】
本実施形態のガス検出方法においては、上述のように、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体に対応する熱伝導率の比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）が、可燃性ガスのガス濃度を変化させた場合にはほぼ一定であるのに対し、水分濃度（湿度）を変化させた場合では正の相関を有することを利用し、被検出雰囲気の湿度を演算する。なお、上記正の相関は、発熱抵抗体の材質や形状等のガス検出素子６０の構成、発熱抵抗体の目標温度、被検出ガス等によっても異なる。このため、検出対象となる被検出ガスに応じて、２つの発熱抵抗体の目標温度を設定し、上記正の相関およびガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報を、予め設定しておく。
【００５０】
次に、以上詳述した可燃性ガス検出装置１０において実行されるガス検出処理について図８のフローチャートを参照して説明する。図８は、本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。なお、図８のフローチャートに示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ９４２に記憶されており、プログラム実行時にはＲＡＭ９４３に読み込んで、図５に示すＣＰＵ９４１が実行する。また、ガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報はＲＯＭ９４２に記憶されており、プログラム実行時にはＲＯＭ９４２から読み出され、ＲＡＭ９４３に記憶されているものとする。また、ガス検出処理実行中に取得したり、演算したりして得られたデータは、随時ＲＡＭ９４３の所定の記憶領域に記憶されるものとする。このガス検出処理は、電源スイッチ２８１がＯＮにされ、マイクロコンピュータ９４が直流電源２８０から給電されると、ＣＰＵ９４１により起動される。
【００５１】
図８のフローチャートに示すように、このガス検出処理ではまず、初期化処理を実行する（Ｓ５）。初期化処理では、別途実行される経時処理を司るソフトタイマを起動する処理や、ガス検出処理に用いる各種変数の初期値を設定する処理を実行する。また、電流調整回路２３０，２４０の各制御電圧の出力が開始される。
【００５２】
続いて、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１０）。この処理は、２つの発熱抵抗体３３１，３３２が、それぞれ目標温度に達した後に、ガス検出処理を実行させるための処理である。本実施形態では、左側発熱抵抗体３３１の目標温度は、低温側目標温度３００℃に設定されており、右側発熱抵抗体の目標温度は、高温側目標温度４００℃に設定されている。このように目標温度は、２つの発熱抵抗体（左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２）で異なる温度が設定され、高温側目標温度と、低温側目標温度との差は、被検出雰囲気に含まれる水分を精度よく検出する観点から５０℃以上あることが好ましい。また、目標温度の下限値は、水の沸点を確実に上回る１５０℃以上とするのが好ましく、目標温度の上限値は、可燃性ガスの発火温度よりも低い温度とすることが好ましい。
【００５３】
Ｓ１０において、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過していない場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過するまで待機する。一方、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過した場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、続いて、温度電圧ＶＴの読み込み処理を実行する（Ｓ１５）。
【００５４】
温度電圧ＶＴの読み込み処理では、図５に示す温度測定回路９３から出力される電位ＶＴを温度電圧ＶＴとして読み込み、ＲＡＭ９４３に記憶する（Ｓ１５）。この温度電圧ＶＴは、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。
【００５５】
続いて、Ｓ１５で読み込んだ温度電圧ＶＴに基づき、被検出雰囲気の環境温度Ｔを求める温度換算処理を実行する（Ｓ２０）。本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、温度電圧ＶＴと、被検出雰囲気の環境温度Ｔとの関係は温度換算用データとして予め定められており、ＲＯＭ９４２の所定の記憶領域に記憶されている。温度換算用データとしては、例えば、温度換算用マップデータや温度換算用計算式が用いられる。したがってＳ２０では、Ｓ１５で取得した温度電圧ＶＴと、温度換算用データとに基づき、被検出雰囲気の環境温度Ｔを求める。上記Ｓ１５，Ｓ２０の処理は、本発明の「温度検出工程」に相当する。
【００５６】
続いて、図５に示す高温側ガス検出回路９２から出力される電位ＶＨを高温側電圧ＶＨとして読み込み、低温側ガス検出回路９１から出力される電位ＶＬを低温側電圧ＶＬとして読み込む処理を実行する（Ｓ２５）。読み込まれた高温側電圧ＶＨおよび低温側電圧ＶＬは、それぞれＲＡＭ９４３の所定の記憶領域に記憶される。このＳ２５の処理は、本発明の「電圧検出工程」に相当し、高温側電圧ＶＨおよび低温側電圧ＶＬは、本発明の「２つの端子電圧」に相当する。
【００５７】
続いて、Ｓ２５で読み込んだ高温側電圧ＶＨに対応する高温側熱伝導率演算値λＨと、低温側電圧ＶＬに対応する低温側熱伝導率演算値λＬとを、それぞれ演算する（Ｓ３０）。高温側熱伝導率演算値λＨは、ＲＯＭ９４２等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の高温側熱伝導率演算データと、Ｓ２５において読み込んだ高温側電圧ＶＨとに基づき演算される。高温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式（１）、λＨ＝（ＶＨｍｅａｓｕｒｅ−ＶＨ０（ｔ））×αＨ（ｔ）＋λＨ０で表される。
【００５８】
ここで式（１）におけるＶＨｍｅａｓｕｒｅは、Ｓ２５において読み込んだ高温側電圧ＶＨである。またＶＨ０（ｔ）は、予め可燃性ガス（水素）および水分が存在しない状況下（以下、可燃性ガス（水素）および水分が存在しない状況を「ドライＡｉｒ条件」と言う。）で求めた、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度ｔとの相関を表す相関データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）から算出した基準端子電圧である。本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、ドライＡｉｒ条件において予め求めた端子電圧を基準端子電圧とする。図示しないが、ドライＡｉｒ条件の端子電圧と、環境温度ｔとの間には、二次式等の計算式で表される負の相関がある。上記相関データはこの相関に基づき予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。
【００５９】
またαＨ（ｔ）は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔＶ（ＶＨｍｅａｓｕｒｅ−ＶＨ０（ｔ））を熱伝導率変化ΔλＨに変換するための係数である。図６のグラフ５００に示すように、水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を０〜４体積％添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との間の関係は、環境温度ｔに依存する。このため、係数αＨ（ｔ）は、環境温度ｔに応じて予め定められた温度演算データ（マップデータや、一次式等で表される計算式）により求められる。
【００６０】
またλＨ０は、ドライＡｉｒ条件において、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率（定数）である。本実施形態では、高温側目標温度となるように電圧が印加される右側発熱抵抗体３３２の目標温度（高温側目標温度）は４００℃であり、λＨ０は５０．５１８［ｍＷ／（ｍ・Ｋ）］である。
【００６１】
高温側熱伝導率演算値λＨの場合と同様に、低温側熱伝導率演算値λＬは、ＲＯＭ９４２等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の低温側熱伝導率演算データと、Ｓ２５において読み込んだ低温側電圧ＶＬとに基づき演算される。低温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式（２）、λＬ＝（ＶＬｍｅａｓｕｒｅ−ＶＬ０（ｔ））×αＬ（ｔ）＋λＬ０に基づき算出される。ここで、ＶＬｍｅａｓｕｒｅは、Ｓ２５において読み込んだ低温側電圧ＶＬであり、ＶＬ０（ｔ）は、予めドライＡｉｒ条件で求めた、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度ｔとの相関データから算出した基準端子電圧である。また、αＬ（ｔ）は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を添加し、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔＶ（ＶＬｍｅａｓｕｒｅ−ＶＬ０（ｔ））を熱伝導率変化ΔλＬに変換するための係数であり、温度演算データにより求められる。またλＬ０は、ドライＡｉｒ条件において、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率（定数）である。本実施形態では、低温側目標温度となるように電圧が印加される左側発熱抵抗体３３１の目標温度は３００℃であり、λＬ０は４４．０３８［ｍＷ／（ｍ・Ｋ）］である。なお、このＳ３０の処理は、本発明の「熱伝導率演算工程」に相当し、高温側熱伝導率演算値λＨおよび低温側熱伝導率演算値λＬは、本発明の「２つの熱伝導率演算値」に相当する。
【００６２】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨを低温側熱伝導率演算値λＬで除して、熱伝導率比Ｒλを演算する（Ｓ３５）。
【００６３】
続いて、Ｓ３５において求めた熱伝導率比Ｒλと、基準の熱伝導率比Ｒλ０との差分ΔＲλを演算する（Ｓ４０）。基準の熱伝導率比Ｒλ０は式（３）、Ｒλ０＝λＨ０／λＬ０により演算され、本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、１．１４７である。
【００６４】
続いて、被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏ（被検出雰囲気の湿度）を算出する（Ｓ４５）。図示しないが、ΔＲλと被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分演算用の関係演算データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ４０において求めたΔＲλに基づき、被検出雰囲気中の水分（被検出雰囲気の湿度）を演算する。なお、上記Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５の処理は、本発明の「湿度演算工程」に相当する。
【００６５】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる水分による変化分ΔλＨＨ２Ｏを演算する（Ｓ５０）。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏと、水分による熱伝導率の変化分ΔλＨＨ２Ｏとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分による変化分ΔλＨＨ２Ｏ演算用の関係演算データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ４５で求めた被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏに基づき、上記ΔλＨＨ２Ｏを演算する。
【００６６】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２を演算する（Ｓ５５）。この処理では、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２を式（４）、ΔλＨＨ２＝λＨ−ΔλＨＨ２Ｏ−λＨ０を用いて演算する。ここでλＨは、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値であり、ΔλＨＨ２Ｏは、Ｓ５０において求めた、高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる水分による変化分である。またλＨ０は、ドライＡｉｒ条件における熱伝導率（定数）である。
【００６７】
続いて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）を演算する（Ｓ６０）。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）と、可燃性ガス（水素）による熱伝導率の変化分ΔλＨＨ２との間には、一次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき、可燃性ガス（水素）演算用の関係演算データ（マップデータや、一次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ５５において求めた可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２に基づき、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）を演算する。なお、上記Ｓ５０，Ｓ５５およびＳ６０の処理は、本発明の「濃度演算工程」に相当する。
【００６８】
続いて、所定の待ち時間が経過したかを判断する（Ｓ６５）。この処理は、所定時間ごとに、ガス検出処理を実行するための処理である。待ち時間が経過していない場合には（Ｓ６５：Ｎｏ）、待ち時間が経過するまで待機する。一方、待ち時間が経過した場合には（Ｓ６５：Ｙｅｓ）、続いて、Ｓ１５に戻り処理を繰り返す。
【００６９】
以上詳述したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、図８のフローチャートに示すガス検出処理が実施される。なお、ガス検出処理において、異なる目標温度（高温側目標温度、低温側目標温度）となるように、２つの発熱抵抗体を通電制御する、図５に示す電流調整回路２３０および演算増幅回路２５０並びに電流調整回路２４０および演算増幅回路２６０は本発明の通電制御手段に相当する。また、図８に示すフローチャートのＳ１５において、被検出雰囲気の環境温度Ｔを検出する、図５に示す温度測定回路９３およびＣＰＵ９４１は、本発明の温度検出手段に相当する。また、図８に示すフローチャートのＳ２５において、２つの発熱抵抗体３３１，３３２における各端子電圧ＶＨ，ＶＬを検出する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の電圧検出手段として機能する。
【００７０】
また図８に示すフローチャートのＳ３０において、Ｓ２５において読み込んだ２つの端子電圧ＶＨ，ＶＬと、Ｓ２０で換算した環境温度Ｔとから、２つの端子電圧ＶＨ，ＶＬに対応する各熱伝導率演算値λＨ，λＬを演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の熱伝導率演算手段として機能する。また図８に示すフローチャートのＳ３５，Ｓ４０およびＳ４５において、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬに基づき、被検出雰囲気の湿度を演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の湿度演算手段として機能する。また図８に示すフローチャートのＳ５０，Ｓ５５およびＳ６０において、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち、高温側熱伝導率演算値λＨと、Ｓ４５において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の濃度演算手段として機能する。
【００７１】
以上詳述した本実施形態の可燃性ガス検出装置１０によれば、異なる目標温度（高温側目標温度および低温側目標温度）となるように、通電制御された２つの発熱抵抗体３３１，３３２における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値λＨ，λＬと、環境温度Ｔとから、被検出雰囲気の湿度を演算する（Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５）。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λＨ，λＬには、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、可燃性ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で可燃性ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度（湿度）を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λＨ，λＬを用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち、高温側熱伝導率演算値λＨと、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する（Ｓ５０，Ｓ５５，Ｓ６０）。これにより、検出空間３９内に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスである可燃性ガスを精度よく検出することができる。
【００７２】
また可燃性ガス検出装置１０において、可燃性ガスとして水素を検出する場合、発熱抵抗体３３１，３３２の目標温度を１５０℃以上に設定することで、被検出雰囲気において、水の沸点を確実に上回る温度範囲に制御でき、被検出雰囲気が多湿環境であっても水素ガスの濃度検知が可能となる。また、発熱抵抗体３３１，３３２の目標温度を５００℃以下と設定することにより、被検出雰囲気が水素ガスの発火（爆発）温度まで上昇することを抑制し、水素ガスが発火することを防止できる。
【００７３】
また可燃性ガス検出装置１０は、昇温、降温を短時間で行うことができるガス検出素子６０を備えているので、発熱抵抗体３３１，３３２の消費電力を低減することができる。
【００７４】
なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態において、可燃性ガス検出装置１０は、例えば、自動車の燃料電池ユニットに搭載され、水素の漏れを検出する目的等に用いられると例示したが、可燃性ガス検出装置１０の設置場所や用途は、種々選択可能であり、これに限定されない。
【００７５】
また、上記実施形態では、被検出ガスとして可燃性ガスである水素の濃度を検出するガス検出処理について説明したが、被検出ガスとしては可燃性ガスに限定されず、可燃性ガス以外のガスを被検出ガスとしてもよい。また、可燃性ガスを被検出ガスとする場合、可燃性ガスは、上記実施形態で例示した水素に限定されず、メタンやプロパン等の、少なくとも水素原子を含む可燃性ガスを被検出ガスとしてもよい。したがって、例えば、都市ガス等の可燃性ガスの漏洩検出や濃度検出に用いるガス検出装置に本発明を適用してもよい。
【００７６】
また、ガス検出素子６０の構成は、被検出ガスの濃度に応じて発熱抵抗体の電気抵抗値が変化することを利用して被検出ガスの濃度を検出するものであればよく、本実施形態に限定されない。したがって、例えば、本実施例の測温抵抗体３９０に代えて、ガス検出素子６０とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを採用してもよい。ガス検出素子６０とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを用いる場合、検出空間３９内に設置されることが好ましい。
【００７７】
可燃性ガス検出装置１０およびガス検出素子６０を構成する各部材の数、材質、形状、配置等も適宜変更可能である。例えば、ガス検出素子６０の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形であってもよい。また例えば、ガス検出素子６０が３以上の発熱抵抗体を備えるようにしてもよい。また例えば、検出空間３９内に発熱抵抗体を腐食させる成分が存在しない条件で可燃性ガス検出装置１０を使用する場合、ガス検出素子６０は保護層３６０を備えず、発熱抵抗体が被検出雰囲気に露出するようにしてもよい。
【００７８】
また例えば、被検出雰囲気の湿度は、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。
【００７９】
また例えば、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度は、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち少なくともいずれか一方と、Ｓ４５において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。例えば、図８のフローチャートのＳ５０，Ｓ５５，Ｓ６０において、Ｓ３０において演算した低温側熱伝導率演算値λＬと、Ｓ４５で求めた被検出雰囲気の水分濃度（湿度）とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算してもよい。また例えば、２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬの差又は比と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】可燃性ガス検出装置１０の縦断面図である。
【図２】可燃性ガス検出装置１０の素子ケース２０周辺部分を拡大した縦断面図である。
【図３】ガス検出素子６０の左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための模式平面図である。
【図４】左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための、図３のＡ−Ａ線における矢視方向断面図である。
【図５】ガス検出素子６０の検出信号を処理するための制御回路２００の説明図である。
【図６】水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。
【図７】水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度３００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。
【図８】本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１ 可燃ガス検出装置
６０ ガス検出素子
９３ 温度測定回路
９４ マイクロコンピュータ
２３０，２４０ 電流調整回路
２５０，２６０ 演算増幅回路
３３１ 左側発熱抵抗体
３３２ 右側発熱抵抗体
３１０ シリコン基板
３１１，３１２ 開口部
３２１，３２２，３５０ 絶縁層
３２３ 上側絶縁被膜層
３６０ 保護層
９４１ ＣＰＵ
９４２ ＲＯＭ
９４３ ＲＡＭ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度を検出（演算）するガス検出装置およびガス検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を検出するにあたって、被検出雰囲気による熱伝導率に基づいて当該可燃性ガスの濃度を検出するガス検出装置が知られている。しかし、従来のガス検出装置では、被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度が同じであっても、被検出雰囲気中の湿度の変動によって当該被検出雰囲気全体の熱伝導率が変動することにより、可燃性ガスの検出精度が低くなる問題があった。そこで、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮した可燃性ガス検出装置および可燃性ガス検出方法が提案されている（例えば、非特許文献１，特許文献１参照）。この特許文献１において提案されている可燃性ガス検出装置においては、可燃性ガス検出装置が備える２つの発熱抵抗体の各端子電圧の比と、被検出雰囲気の温度（環境温度）とから、被検出雰囲気の湿度を求めている。
【非特許文献１】Ｍａｓａａｋｉ Ｔａｄａ，他３名、「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ（燃料電池自動車用水素ガスセンサ）」、ＳＡＥ−２００３−０１−１１３７，ｐ７−ｐ８
【特許文献１】特開２００６−１０６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年では、可燃性ガス等の被検出ガスの検出精度をより高めることが望まれており、被検出雰囲気中の被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度の影響を考慮したガス検出装置およびガス検出方法のさらなる開発が一層強く望まれるようになっている。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスの濃度が当該被検出雰囲気の湿度に基づき変動することを考慮して、被検出ガスを精度よく検出するようにしたガス検出装置およびガス検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明のガス検出装置は、被検出雰囲気に晒される２つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、異なる目標温度となるように、前記２つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、前記２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段とを備えている。
【０００６】
また、請求項２に係る発明のガス検出装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、前記２つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されている。
【０００７】
また、請求項３に係る発明のガス検出方法は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、前記電圧検出工程において検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明のガス検出装置によれば、異なる目標温度となるように、通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値と、環境温度とから、被検出雰囲気の湿度を演算する。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値には、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、被検出ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で被検出ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度（湿度）を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値を用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の２つの熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する。これにより、被検出雰囲気に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が当該被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスを精度よく検出することができる。
【０００９】
また請求項２に係る発明のガス検出装置によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガス検出装置は、昇温、降温を短時間で行うことができる発熱抵抗体を有するガス検出素子を備えているので、発熱抵抗体の消費電力を低減することができる。
【００１０】
また請求項３に係る発明のガス検出方法によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成し得るガス検出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るガス検出装置を具体化した可燃性ガス検出装置１０の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態として例示する可燃性ガス検出装置１０は、熱伝導式ガス検出素子であるガス検出素子６０を備え、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素の濃度を検出（演算）するガス検出装置である。この可燃性ガス検出装置１０は、本発明の「ガス検出装置」に相当し、例えば、自動車の燃料電池ユニットが備える配管に搭載され、配管を通じて排出される被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出する目的等に用いられる。また本実施形態において、可燃性ガスである水素は、本発明の「被検出ガス」に相当する。
【００１２】
まず、可燃性ガス検出装置１０の構成を図１〜図５を参照して説明する。図１は、可燃性ガス検出装置１０の縦断面図である。なお、図１において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。図１に示すように、可燃性ガス検出装置１０は、被検出雰囲気に含まれる水素の濃度を検出するためのガス検出素子６０を収容する素子ケース２０と、この素子ケース２０を支持するとともに、ガス検出素子６０と電気的に接続された回路基板４１を収容する収容ケース４０とを備えている。
【００１３】
まず、収容ケース４０の構成について図１を参照して説明する。この収容ケース４０は、ケース本体４２と、ケース本体４２の上端部に設けられた開口を覆う蓋であるケース蓋４４とを備えている。そして、収容ケース４０は、その内部に、マイクロコンピュータ９４が実装された回路基板４１および、発熱体５０，５１を備えている。以下、収容ケース４０を構成する各部材について詳述する。
【００１４】
ケース本体４２は、上面および下面に開口を有し、所定の高さを有する容器であり、素子ケース２０のつば部３８を保持する保持部４６と、回路基板４１の周縁部を保持する回路基板保持部４５とを備えている。また、ケース本体４２の上面における開口には、この開口を塞ぎ、合成樹脂からなるケース蓋４４を配置可能に構成されている。
【００１５】
また、ケース本体４２は、ケース本体４２の下部中央に形成された流路形成部４３と、ケース本体４２の側部に形成され、外部給電するためのコネクタ５５とを備え、これらは一体に樹脂成形されている。この流路形成部４３の内部には、図２を参照して後述する被検出雰囲気を導入および排出するための素子ケース２０の導入部３５が収納されている。このように、素子ケース２０はその一部を収容ケース４０内部に配置させた状態で保持部４６により保持されている。また、この素子ケース２０のつば部３８と保持部４６との間には、被検出雰囲気の流路と収容ケース４０との間を密閉するシール部材４７が配置されている。
【００１６】
コネクタ５５は、マイクロコンピュータ９４を実装した回路基板４１に電力を供給するための部材であり、ケース本体４２の外側面に組み付けられている。このコネクタ５５の内部には、ケース本体４２の側壁から突出する複数のコネクタピン５６，５７が設けられている。コネクタピン５６，５７はそれぞれ、ケース本体４２の側壁の内部を経由して回路基板４１に接続されている。
【００１７】
回路基板４１は、被検出雰囲気中の可燃性ガスを検出するための制御回路２００（図５参照）と、発熱体５０，５１の温度を制御するための温度制御回路（図示せず）とをそれぞれ備えている。この制御回路２００は、接続端子２４乃至２８により、ガス検出素子６０の電極３７１，３７３，３９１およびグランド電極３７２，３９２（図３および図４参照）とそれぞれ電気的に接続されている。また、温度制御回路と発熱体５０，５１とは、リード線５２，５３により電気的に接続されている。なお、図示していないが、リード線５２，５３はそれぞれ２本ずつ備えられている。回路基板４１に備えられた制御回路２００については、図５を参照して後述する。
【００１８】
回路基板４１の下面に実装されたマイクロコンピュータ９４は、制御回路２００からの出力に基づき、被検出雰囲気中の水素の濃度を演算するとともに、温度制御回路からの出力に基づき、発熱体５０，５１の発熱量（温度）を制御しているものである。マイクロコンピュータ９４は、演算処理装置、記憶部、入出力部等を備える公知のマイクロコンピュータと同様の構成である。本実施形態のマイクロコンピュータ９４は、図５に示すように、演算処理装置としてＣＰＵ９４１を備え、記憶部としてＲＯＭ９４２およびＲＡＭ９４３を備えている。なお、プログラムを格納する記憶装置としては、外部記憶装置を用いるようにしてもよい。
【００１９】
次に、発熱体５０，５１について、図１を参照して説明する。発熱体５０，５１は、収容ケース４０を介し又は直接素子ケース２０を加熱し、素子ケース２０の内側面の温度を露点より高い温度に保つためのものであり、例えば、電子部品等で用いられる抵抗体や、フィルムヒータが用いられる。そして、発熱体５０，５１は、検出空間３９を形成する素子ケース２０の内側面を効率的に加熱するために、収容ケース４０の内側面と素子ケース２０の外側面とから構成されるとともに、回路基板４１を収容する収容空間５９を構成する収容空間形成面５８のうち、検出空間３９に接触する部材に熱を伝達できる部位に固着されるのが好ましい。
【００２０】
この発熱体５０，５１は、例えば、公知の一定電圧制御、又はＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）により制御される。また、発熱体５０，５１の制御方法を規定したプログラムはマイクロコンピュータ９４が備える記憶装置（ＲＯＭ９４２）に記憶され、ＣＰＵ９４１により実行される。
【００２１】
次に、可燃性ガス検出装置１０を構成する素子ケース２０について、図２を参照して説明する。図２は、可燃性ガス検出装置１０の素子ケース２０周辺部分を拡大した縦断面図である。なお、図２において、上下方向を上下方向、左右方向を左右方向と言う。
【００２２】
図２に示すように、素子ケース２０は、ガス検出素子６０が設置される接続端子取出台２１と、接続端子取出台２１の周縁部を挟持するとともに、被検出雰囲気を導入する導入口に向かって突設された円筒状の検出空間形成部材２２とを備えている。そして、素子ケース２０の接続端子取出台２１の周縁部には、被検出雰囲気の流路と素子ケース２０との間をシールするシール部材４８が配置されている。この接続端子取出台２１および検出空間形成部材２２により囲まれた空間は、被検出雰囲気を導入するための検出空間３９となっている。
【００２３】
接続端子取出台２１は、その内側面においてガス検出素子６０を支持するための部材であり、少なくとも一部は、外側面に設けられた発熱体５０の熱を伝導する熱伝導性を有する部材にて形成されることが好ましい。また、接続端子取出台２１には、接続端子２４乃至２８を個別に挿入するための挿入孔がそれぞれ設けられ、各挿入孔の周縁部は絶縁性部材により覆われている。
【００２４】
この接続端子２４乃至２８は、図３および図４を参照して後述するガス検出素子６０と回路基板４１に備えられた各種回路とを電気的に接続するための部材である。各接続端子２４乃至２８の一端は接続端子取出台２１に設けられた挿入孔にそれぞれ挿通され、接続端子取出台２１に対して垂直に支持されている。
【００２５】
また、検出空間形成部材２２は、外側面にて被検出雰囲気と接する外筒３６，接続端子取出台２１の周縁部を挟持する取出台支持部３７および、収容ケース４０により支持されるつば部３８を備えている。また、検出空間形成部材２２の下端部には、被検出雰囲気を検出空間３９に導入する開口である導入口３４が設けられている。
【００２６】
この導入口３４の近傍には、被検出雰囲気をガス検出素子６０に対して導入および排出するための流路を形成する導入部３５が設けられている。そして、この導入部３５には、導入口３４から近い順に、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２がそれぞれ装填されている。そして、これらの部材は、検出空間形成部材２２とフィルタ固定部材３３とにより挟持固定されている。以下、導入部３５を構成する部材について詳述する。
【００２７】
撥水フィルタ２９は、導入口３４に最も近い位置に取り付けられるフィルタであり、被検出雰囲気中に含まれている水滴を除去する撥水性を有する薄膜である。これより、水滴等が飛来する多湿環境下においても、ガス検出素子６０が被水することを防ぐことができる。この撥水フィルタ２９は、物理的吸着により水滴を除去するものであればよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を利用したフィルタを適用することができる。
【００２８】
スペーサ３０は、フィルタ固定部材３３の内周壁に備えられ、被検出雰囲気が導入される開口を有する平面視リング状の部材であり、所定の厚みを有することにより、撥水フィルタ２９と金網３１，３２との位置を調整している。
【００２９】
金網３１，３２は、所定の厚みと所定の開口部を有しており、ガス検出素子６０に設けられた発熱抵抗体の温度が被検出雰囲気に含まれる水素ガスの発火温度よりも上昇して発火した場合であっても、火炎が外部に出るのを防止するフレームアレスタとしての機能を果たす。
【００３０】
フィルタ固定部材３３は、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２を、検出空間形成部材２２との間で挟持固定するための部材である。フィルタ固定部材３３は、検出空間形成部材２２の内壁面と当接する筒状の壁面を有するとともに、その壁面の軸方向に突出し、フィルタを固定するための凸部を備えている。なお、凸部は、撥水フィルタ２９，スペーサ３０および、２枚の金網３１，３２を検出空間形成部材２２との間で挟持固定するために備えられている。
【００３１】
次に、検出空間３９内に配置され、被検出雰囲気に晒されるガス検出素子６０の構成を、図３および図４を参照して説明する。図３は、ガス検出素子６０の左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための模式平面図であり、図４は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための、図３のＡ−Ａ線における矢視方向断面図である。なお、図４において、上側を上方、下側を下方とし、図３および図４において、左右方向を左右方向とする。
【００３２】
図３に示すように、ガス検出素子６０は、長方形の平面形状を有する熱伝導式ガス検出素子である。また、図３および図４に示すように、ガス検出素子６０は、板状のシリコン基板３１０と、シリコン基板３１０の上面に形成された上側絶縁被膜層３２３と、シリコン基板３１０の下面に形成された下側絶縁被膜層３２４とを備えている。そして、上側絶縁被膜層３２３には、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２がそれぞれ内包されている。このガス検出素子６０は、例えば、マイクロマシニング技術により形成される。なお、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、本発明の「２つの発熱抵抗体」に相当する。以下、ガス検出素子６０を構成する各部材について詳述する。
【００３３】
シリコン基板３１０は、シリコン製の平板であり、本発明の「半導体基板」に相当する部材である。このシリコン基板３１０は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の下方に位置する部位に、シリコン基板３１０の一部が開口状に除去された１対の開口部３１３，３１４を備えており、当該開口部３１３，３１４の上部は、上側絶縁被膜層３２３の一部が露出している。つまり、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ上側絶縁被膜層３２３のうちで異なる開口部３１３，３１４に対向する（図４において直上に位置する）部位に内包されている。また、上側絶縁被膜層３２３をシリコン基板３１０の板厚方向（図４において上下方向）に投影したときに、左側発熱抵抗体３３１に対応する位置に当該左側発熱抵抗体３３１より大きい開口部３１３が設けられ、右側発熱抵抗体３３２に対応する位置に当該右側発熱抵抗体３３２より大きい開口部３１４が設けられている。
【００３４】
上側絶縁被膜層３２３は、シリコン基板３１０側（下側）から順に絶縁層３２１，３２２，３５０および保護層３６０により構成されている。この上側絶縁被膜層３２３（絶縁層３２１，３２２，３５０および保護層３６０）は、本発明の「絶縁部材」に相当する。一方、下側絶縁被膜層３２４は、シリコン基板３１０側（上側）から順に絶縁層３２５，３２６により構成されている。絶縁層３２１，３２５は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、シリコン基板２を挟むように、その厚み方向両側の面上にそれぞれ形成されている。この絶縁層３２１，３２５の外側の面上には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる絶縁層３２２，３２６がそれぞれ形成されている。また、上側絶縁被膜層３２３を構成する絶縁層３２２の上面には酸化ケイ素からなる絶縁層３５０が形成され、さらにその上面に、窒化ケイ素からなる保護層３６０が形成されている。
【００３５】
上側絶縁被膜層３２３を構成する絶縁層３５０には、左側発熱抵抗体３３１と右側発熱抵抗体３３２とがそれぞれ内包されている。また、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２が形成された平面と同じ平面に形成された配線膜３４１，３４２，３４３がそれぞれ絶縁層３５０に内包されている。
【００３６】
左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、それぞれ異なる目標温度となるように通電制御されるとともに、自身の温度変化により抵抗値が変化する抵抗体である。左側発熱抵抗体３３１は、シリコン基板３１０と平行な平面の開口部３１３の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして左側発熱抵抗体３３１は、低温側目標温度（例えば、３００℃）となるように通電制御される。同様に、右側発熱抵抗体３３２は、シリコン基板３１０と平行な平面の開口部３１４の上部に対応する部位に平面視渦巻き状に形成されている。そして、右側発熱抵抗体３３２は高温側目標温度（例えば、４００℃）となるように通電制御される。左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、例えば、白金（Ｐｔ）又はその合金、ポリシリコン等により形成される。本実施形態では、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２は、配線膜３４１，３４２，３４３とともに、白金抵抗材料により形成されている。
【００３７】
また、左側発熱抵抗体３３１の左端は配線膜３４１を介し、電極３７１と電気的に接続されている。一方、左側発熱抵抗体３３１の右端は、左側発熱抵抗体３３１と一体に形成された配線膜３４２を介し、グランド電極３７２と電気的に接続されている。同様に、右側発熱抵抗体３３２の左端は配線膜３４２を介し、グランド電極３７２と電気的に接続されている。そして、右側発熱抵抗体３３２の右端は配線膜３４３を介し、電極３７３と電気的に接続されている。電極３７１乃至３７３は、左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２に接続される配線の引き出し部位であり、コンタクトホール３６１を介して露出している。電極３７１乃至３７３の材料は、例えば、金（Ａｕ）が用いられる。
【００３８】
また、ガス検出素子６０は、図３に示すように測温抵抗体３９０を備えている。測温抵抗体３９０は、検出空間３９内に存在する被検出雰囲気の温度（以下、「環境温度」とも言う。）を検出するためのものであり、絶縁層３２２と絶縁層３５０との間で、且つ、シリコン基板３１０と平行な平面上に形成されている。測温抵抗体３９０は、電気抵抗値が温度に略比例して変化する金属が用いられ、例えば、白金（Ｐｔ）が用いられる。本実施形態では、測温抵抗体３９０の温度抵抗係数は２つの発熱抵抗体３３１，３３２の各温度抵抗係数とほぼ同一となっている。
【００３９】
また、測温抵抗体３９０は、測温抵抗体３９０の左右両端に形成された、電極３９１およびグランド電極３９２と電気的に接続されている。この電極３９１およびグランド電極３９２は、コンタクトホール（図示せず）を介して露出している。この電極３９１およびグランド電極３９２の材質は、例えば、金（Ａｕ）が用いられる。なお、測温抵抗体３９０は、電極３９１，３９２を介して、回路基板４１に接続されている。
【００４０】
次に、回路基板４１に備えられた制御回路２００の概略について、図５を参照して説明する。図５は、ガス検出素子６０の検出信号を処理するための制御回路２００の説明図である。図５に示すように、制御回路２００は、低温側ガス検出回路９１，高温側ガス検出回路９２および温度測定回路９３を備えている。以下、制御回路２００が備える各回路について詳述する。
【００４１】
低温側ガス検出回路９１は、低温側ブリッジ回路２１０と、電流調整回路２３０と、演算増幅回路２５０とを備えている。低温側ブリッジ回路２１０は、ガス検出素子６０に備えられた左側発熱抵抗体３３１と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２１２乃至２１４とによって構成される。左側発熱抵抗体３３１は、グランド電極３７２と接続されている側において接地され、左側発熱抵抗体３３１の他端側は固定抵抗２１２乃至２１４を介して接地されている。また演算増幅回路２５０は、回路基板４１に備えられ、低温側ブリッジ回路２１０から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路２５０は、演算増幅器２５１，非反転入力端子用抵抗２５２，反転入力端子用抵抗２５３，帰還用抵抗２５４およびコンデンサ２５５を備えている。
【００４２】
低温側ブリッジ回路２１０は、左側発熱抵抗体３３１および固定抵抗２１２の共通端子と、固定抵抗２１３および固定抵抗２１４の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路２３０から制御電圧が印加される。電流調整回路２３０は、直流電源２８０の出力電圧Ｖｃｃを用いて、演算増幅回路２５０からの出力に応じて低温側ブリッジ回路２１０の制御電圧を形成する。これにより、左側発熱抵抗体３３１の抵抗値が一定に、即ち、左側発熱抵抗体３３１の温度が低温側目標温度となるように制御される。そして、低温側ガス検出回路９１が備える演算増幅回路２５０は、左側発熱抵抗体３３１および固定抵抗２１２の共通端子（電極３７１）に生じる電圧を、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＬ）として入力する。
【００４３】
同様に、高温側ガス検出回路９２は、高温側ブリッジ回路２２０と、電流調整回路２４０と、演算増幅回路２６０とを備えている。高温側ブリッジ回路２２０は、ガス検出素子６０に備えられた右側発熱抵抗体３３２と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２２２乃至２２４とによって構成される。右側発熱抵抗体３３２は、グランド電極３７２と接続されている側において接地され、右側発熱抵抗体３３２の他端側は固定抵抗２２２乃至２２４を介して接地されている。また演算増幅回路２６０は、回路基板４１に備えられ、高温側ブリッジ回路２２０から得られる電位差を増幅する。この演算増幅回路２６０は、演算増幅器２６１，非反転入力端子用抵抗２６２，反転入力端子用抵抗２６３，帰還用抵抗２６４およびコンデンサ２６５を備えている。
【００４４】
高温側ブリッジ回路２２０は、右側発熱抵抗体３３２および固定抵抗２２２の共通端子と、固定抵抗２２３および固定抵抗２２４の共通端子との間に生ずる電位差がゼロになるように、電流調整回路２４０から制御電圧が印加される。電流調整回路は、直流電源２８０の出力電圧Ｖｃｃを用いて、演算増幅回路２６０からの出力に応じて高温側ブリッジ回路２２０の制御電圧を形成する。これにより、右側発熱抵抗体３３２の抵抗値が一定に、即ち、右側発熱抵抗体３３２の温度が高温側目標温度となるように制御される。そして、高温側ガス検出回路９２が備える演算増幅回路２６０は、右側発熱抵抗体３３２および固定抵抗２２２の共通端子（電極３７３）に生じる電圧を、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＨ）として入力する。
【００４５】
温度測定回路９３は、温度測定ブリッジ回路９３１と、演算増幅回路９３２とを備えている。温度測定ブリッジ回路９３１は、ガス検出素子６０に備えられた測温抵抗体３９０と、回路基板４１に備えられた固定抵抗２３２乃至２３４によって構成される。測温抵抗体３９０は、グランド電極３９２と接続されている側において接地され、測温抵抗体３９０の他端側は固定抵抗２３２乃至２３４を介して接地されている。この温度測定ブリッジ回路９３１は、測温抵抗体３９０および固定抵抗２３２の共通端子（一端側出力端子）と、固定抵抗２３３および固定抵抗２３４の共通端子（温度測定ブリッジ回路９３１の他端側出力端子）との間に生ずる電位差を出力する。この電位差は、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。また演算増幅回路９３２は、回路基板４１に備えられ、温度測定ブリッジ回路９３１から得られる電位差を増幅する。演算増幅回路９３２は、演算増幅器９３３，非反転入力端子用抵抗９３４，反転入力端子用抵抗９３５，帰還用抵抗９３６およびコンデンサ９３７を備えている。そして、この演算増幅回路９３２は、温度測定ブリッジ回路９３１の両出力端子間に生ずる電位差を増幅して、マイクロコンピュータ９４に出力信号（電位ＶＴ）として入力する。この出力信号は、環境温度を演算するのに用いられ、演算された環境温度はさらに、被検出雰囲気に含まれ可燃性ガスを検出するための演算処理に供される。
【００４６】
次に、以上のような構成を有する制御回路２００の出力値に基づき、マイクロコンピュータ９４により実行される可燃性ガスとして水素の濃度を演算するガス検出処理のガス検出処理の検出原理の概要について、図６および図７を参照して説明する。図６は、水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図７は、水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度３００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。図６および図７では、水分が存在しない状況下で水素濃度を０，１，２，３および４体積％の５つ異なる濃度において、発熱抵抗体が目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットし、各測定点に基づき近似式（一次式）を求めている。図６に示すグラフ５００において、環境温度が−２０℃の場合をデータ５０１，２０℃の場合をデータ５０２，５０℃の場合をデータ５０３，８０℃の場合をデータ５０４にてそれぞれ示している。同様に、図７に示すグラフ５５０において、環境温度が−２０℃の場合をデータ５５１，２０℃の場合をデータ５５２，５０℃の場合をデータ５５３，８０℃の場合をデータ５５４にてそれぞれ示している。
【００４７】
本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、水分が存在しない状況下での水素濃度と、端子電圧との間には、正の相関がある。さらに上記条件における端子電圧と、熱伝導率との間には、図６および図７に示すように、一次式で表される正の相関がある。発熱抵抗体の目標温度が一定である場合、環境温度が高いほど、環境温度が低い場合に比べ、上記条件の端子電圧と熱伝導率との関係との関係を表す一次式における切片が小さくなる。したがって、端子電圧と環境温度から被検出雰囲気の熱伝導率を求めることができる。一方、水分が存在しない状況下で水素濃度を変えたときの、高温側目標温度４００℃に対応する熱伝導率（高温側熱伝導率）と、低温側目標温度３００℃に対応する熱伝導率（低温側熱伝導率）との比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）をとると、この比は、水素濃度および環境温度によらずほぼ一定の値をとる。
【００４８】
これに対して、可燃性ガスが存在しない状況下で、水分濃度（湿度）を変えたときの、高温側目標温度４００℃に対する熱伝導率（高温側熱伝導率）と、低温側目標温度３００℃に対応する熱伝導率（低温側熱伝導率）との比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）をとると、環境温度によらず、水分濃度（湿度）と上記熱伝導率の比との間には正の相関がある。
【００４９】
本実施形態のガス検出方法においては、上述のように、異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体に対応する熱伝導率の比（高温側熱伝導率／低温側熱伝導率）が、可燃性ガスのガス濃度を変化させた場合にはほぼ一定であるのに対し、水分濃度（湿度）を変化させた場合では正の相関を有することを利用し、被検出雰囲気の湿度を演算する。なお、上記正の相関は、発熱抵抗体の材質や形状等のガス検出素子６０の構成、発熱抵抗体の目標温度、被検出ガス等によっても異なる。このため、検出対象となる被検出ガスに応じて、２つの発熱抵抗体の目標温度を設定し、上記正の相関およびガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報を、予め設定しておく。
【００５０】
次に、以上詳述した可燃性ガス検出装置１０において実行されるガス検出処理について図８のフローチャートを参照して説明する。図８は、本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。なお、図８のフローチャートに示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ９４２に記憶されており、プログラム実行時にはＲＡＭ９４３に読み込んで、図５に示すＣＰＵ９４１が実行する。また、ガス検出処理を実行するために必要なマップデータや計算式等の各種情報はＲＯＭ９４２に記憶されており、プログラム実行時にはＲＯＭ９４２から読み出され、ＲＡＭ９４３に記憶されているものとする。また、ガス検出処理実行中に取得したり、演算したりして得られたデータは、随時ＲＡＭ９４３の所定の記憶領域に記憶されるものとする。このガス検出処理は、電源スイッチ２８１がＯＮにされ、マイクロコンピュータ９４が直流電源２８０から給電されると、ＣＰＵ９４１により起動される。
【００５１】
図８のフローチャートに示すように、このガス検出処理ではまず、初期化処理を実行する（Ｓ５）。初期化処理では、別途実行される経時処理を司るソフトタイマを起動する処理や、ガス検出処理に用いる各種変数の初期値を設定する処理を実行する。また、電流調整回路２３０，２４０の各制御電圧の出力が開始される。
【００５２】
続いて、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１０）。この処理は、２つの発熱抵抗体３３１，３３２が、それぞれ目標温度に達した後に、ガス検出処理を実行させるための処理である。本実施形態では、左側発熱抵抗体３３１の目標温度は、低温側目標温度３００℃に設定されており、右側発熱抵抗体の目標温度は、高温側目標温度４００℃に設定されている。このように目標温度は、２つの発熱抵抗体（左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２）で異なる温度が設定され、高温側目標温度と、低温側目標温度との差は、被検出雰囲気に含まれる水分を精度よく検出する観点から５０℃以上あることが好ましい。また、目標温度の下限値は、水の沸点を確実に上回る１５０℃以上とするのが好ましく、目標温度の上限値は、可燃性ガスの発火温度よりも低い温度とすることが好ましい。
【００５３】
Ｓ１０において、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過していない場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過するまで待機する。一方、ガス検出処理の起動時期から、予め定められた初期待ち時間が経過した場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、続いて、温度電圧ＶＴの読み込み処理を実行する（Ｓ１５）。
【００５４】
温度電圧ＶＴの読み込み処理では、図５に示す温度測定回路９３から出力される電位ＶＴを温度電圧ＶＴとして読み込み、ＲＡＭ９４３に記憶する（Ｓ１５）。この温度電圧ＶＴは、被検出雰囲気の環境温度に応じた値を示す。
【００５５】
続いて、Ｓ１５で読み込んだ温度電圧ＶＴに基づき、被検出雰囲気の環境温度Ｔを求める温度換算処理を実行する（Ｓ２０）。本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、温度電圧ＶＴと、被検出雰囲気の環境温度Ｔとの関係は温度換算用データとして予め定められており、ＲＯＭ９４２の所定の記憶領域に記憶されている。温度換算用データとしては、例えば、温度換算用マップデータや温度換算用計算式が用いられる。したがってＳ２０では、Ｓ１５で取得した温度電圧ＶＴと、温度換算用データとに基づき、被検出雰囲気の環境温度Ｔを求める。上記Ｓ１５，Ｓ２０の処理は、本発明の「温度検出工程」に相当する。
【００５６】
続いて、図５に示す高温側ガス検出回路９２から出力される電位ＶＨを高温側電圧ＶＨとして読み込み、低温側ガス検出回路９１から出力される電位ＶＬを低温側電圧ＶＬとして読み込む処理を実行する（Ｓ２５）。読み込まれた高温側電圧ＶＨおよび低温側電圧ＶＬは、それぞれＲＡＭ９４３の所定の記憶領域に記憶される。このＳ２５の処理は、本発明の「電圧検出工程」に相当し、高温側電圧ＶＨおよび低温側電圧ＶＬは、本発明の「２つの端子電圧」に相当する。
【００５７】
続いて、Ｓ２５で読み込んだ高温側電圧ＶＨに対応する高温側熱伝導率演算値λＨと、低温側電圧ＶＬに対応する低温側熱伝導率演算値λＬとを、それぞれ演算する（Ｓ３０）。高温側熱伝導率演算値λＨは、ＲＯＭ９４２等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の高温側熱伝導率演算データと、Ｓ２５において読み込んだ高温側電圧ＶＨとに基づき演算される。高温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式（１）、λＨ＝（ＶＨｍｅａｓｕｒｅ−ＶＨ０（ｔ））×αＨ（ｔ）＋λＨ０で表される。
【００５８】
ここで式（１）におけるＶＨｍｅａｓｕｒｅは、Ｓ２５において読み込んだ高温側電圧ＶＨである。またＶＨ０（ｔ）は、予め可燃性ガス（水素）および水分が存在しない状況下（以下、可燃性ガス（水素）および水分が存在しない状況を「ドライＡｉｒ条件」と言う。）で求めた、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度ｔとの相関を表す相関データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）から算出した基準端子電圧である。本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、ドライＡｉｒ条件において予め求めた端子電圧を基準端子電圧とする。図示しないが、ドライＡｉｒ条件の端子電圧と、環境温度ｔとの間には、二次式等の計算式で表される負の相関がある。上記相関データはこの相関に基づき予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。
【００５９】
またαＨ（ｔ）は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔＶ（ＶＨｍｅａｓｕｒｅ−ＶＨ０（ｔ））を熱伝導率変化ΔλＨに変換するための係数である。図６のグラフ５００に示すように、水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を０〜４体積％添加し、発熱抵抗体が高温側目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との間の関係は、環境温度ｔに依存する。このため、係数αＨ（ｔ）は、環境温度ｔに応じて予め定められた温度演算データ（マップデータや、一次式等で表される計算式）により求められる。
【００６０】
またλＨ０は、ドライＡｉｒ条件において、発熱抵抗体が高温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率（定数）である。本実施形態では、高温側目標温度となるように電圧が印加される右側発熱抵抗体３３２の目標温度（高温側目標温度）は４００℃であり、λＨ０は５０．５１８［ｍＷ／（ｍ・Ｋ）］である。
【００６１】
高温側熱伝導率演算値λＨの場合と同様に、低温側熱伝導率演算値λＬは、ＲＯＭ９４２等の記憶部に予め記憶された演算用マップデータや演算用計算式等の低温側熱伝導率演算データと、Ｓ２５において読み込んだ低温側電圧ＶＬとに基づき演算される。低温側熱伝導率演算データとして用いられる演算用計算式は、例えば式（２）、λＬ＝（ＶＬｍｅａｓｕｒｅ−ＶＬ０（ｔ））×αＬ（ｔ）＋λＬ０に基づき算出される。ここで、ＶＬｍｅａｓｕｒｅは、Ｓ２５において読み込んだ低温側電圧ＶＬであり、ＶＬ０（ｔ）は、予めドライＡｉｒ条件で求めた、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、環境温度ｔとの相関データから算出した基準端子電圧である。また、αＬ（ｔ）は、予め水分が存在しない状況下で、可燃性ガス（水素）を添加し、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の端子電圧変化ΔＶ（ＶＬｍｅａｓｕｒｅ−ＶＬ０（ｔ））を熱伝導率変化ΔλＬに変換するための係数であり、温度演算データにより求められる。またλＬ０は、ドライＡｉｒ条件において、発熱抵抗体が低温側目標温度となるように電圧を印加した場合の熱伝導率（定数）である。本実施形態では、低温側目標温度となるように電圧が印加される左側発熱抵抗体３３１の目標温度は３００℃であり、λＬ０は４４．０３８［ｍＷ／（ｍ・Ｋ）］である。なお、このＳ３０の処理は、本発明の「熱伝導率演算工程」に相当し、高温側熱伝導率演算値λＨおよび低温側熱伝導率演算値λＬは、本発明の「２つの熱伝導率演算値」に相当する。
【００６２】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨを低温側熱伝導率演算値λＬで除して、熱伝導率比Ｒλを演算する（Ｓ３５）。
【００６３】
続いて、Ｓ３５において求めた熱伝導率比Ｒλと、基準の熱伝導率比Ｒλ０との差分ΔＲλを演算する（Ｓ４０）。基準の熱伝導率比Ｒλ０は式（３）、Ｒλ０＝λＨ０／λＬ０により演算され、本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、１．１４７である。
【００６４】
続いて、被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏ（被検出雰囲気の湿度）を算出する（Ｓ４５）。図示しないが、ΔＲλと被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分演算用の関係演算データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ４０において求めたΔＲλに基づき、被検出雰囲気中の水分（被検出雰囲気の湿度）を演算する。なお、上記Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５の処理は、本発明の「湿度演算工程」に相当する。
【００６５】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる水分による変化分ΔλＨＨ２Ｏを演算する（Ｓ５０）。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏと、水分による熱伝導率の変化分ΔλＨＨ２Ｏとの間には、二次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき水分による変化分ΔλＨＨ２Ｏ演算用の関係演算データ（マップデータや、二次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ４５で求めた被検出雰囲気に含まれる水分Ｈ２Ｏに基づき、上記ΔλＨＨ２Ｏを演算する。
【００６６】
続いて、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２を演算する（Ｓ５５）。この処理では、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２を式（４）、ΔλＨＨ２＝λＨ−ΔλＨＨ２Ｏ−λＨ０を用いて演算する。ここでλＨは、Ｓ３０において求めた高温側熱伝導率演算値であり、ΔλＨＨ２Ｏは、Ｓ５０において求めた、高温側熱伝導率演算値λＨに含まれる水分による変化分である。またλＨ０は、ドライＡｉｒ条件における熱伝導率（定数）である。
【００６７】
続いて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）を演算する（Ｓ６０）。図示しないが、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）と、可燃性ガス（水素）による熱伝導率の変化分ΔλＨＨ２との間には、一次式等の計算式で表される正の相関がある。この相関に基づき、可燃性ガス（水素）演算用の関係演算データ（マップデータや、一次式等で表される計算式）が予め設定され、ＲＯＭ９４２に記憶されている。したがって、関係演算データおよびＳ５５において求めた可燃性ガス（水素）による変化分ΔλＨＨ２に基づき、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガス（水素）を演算する。なお、上記Ｓ５０，Ｓ５５およびＳ６０の処理は、本発明の「濃度演算工程」に相当する。
【００６８】
続いて、所定の待ち時間が経過したかを判断する（Ｓ６５）。この処理は、所定時間ごとに、ガス検出処理を実行するための処理である。待ち時間が経過していない場合には（Ｓ６５：Ｎｏ）、待ち時間が経過するまで待機する。一方、待ち時間が経過した場合には（Ｓ６５：Ｙｅｓ）、続いて、Ｓ１５に戻り処理を繰り返す。
【００６９】
以上詳述したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１０においては、図８のフローチャートに示すガス検出処理が実施される。なお、ガス検出処理において、異なる目標温度（高温側目標温度、低温側目標温度）となるように、２つの発熱抵抗体を通電制御する、図５に示す電流調整回路２３０および演算増幅回路２５０並びに電流調整回路２４０および演算増幅回路２６０は本発明の通電制御手段に相当する。また、図８に示すフローチャートのＳ１５において、被検出雰囲気の環境温度Ｔを検出する、図５に示す温度測定回路９３およびＣＰＵ９４１は、本発明の温度検出手段に相当する。また、図８に示すフローチャートのＳ２５において、２つの発熱抵抗体３３１，３３２における各端子電圧ＶＨ，ＶＬを検出する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の電圧検出手段として機能する。
【００７０】
また図８に示すフローチャートのＳ３０において、Ｓ２５において読み込んだ２つの端子電圧ＶＨ，ＶＬと、Ｓ２０で換算した環境温度Ｔとから、２つの端子電圧ＶＨ，ＶＬに対応する各熱伝導率演算値λＨ，λＬを演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の熱伝導率演算手段として機能する。また図８に示すフローチャートのＳ３５，Ｓ４０およびＳ４５において、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬに基づき、被検出雰囲気の湿度を演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の湿度演算手段として機能する。また図８に示すフローチャートのＳ５０，Ｓ５５およびＳ６０において、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち、高温側熱伝導率演算値λＨと、Ｓ４５において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する、図５に示すＣＰＵ９４１は、本発明の濃度演算手段として機能する。
【００７１】
以上詳述した本実施形態の可燃性ガス検出装置１０によれば、異なる目標温度（高温側目標温度および低温側目標温度）となるように、通電制御された２つの発熱抵抗体３３１，３３２における各端子電圧に対応する各熱伝導率演算値λＨ，λＬと、環境温度Ｔとから、被検出雰囲気の湿度を演算する（Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５）。各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λＨ，λＬには、被検出雰囲気に含まれる水分の寄与分と、可燃性ガスの寄与分とがそれぞれ含まれている。そして、水分が存在しない状況下で可燃性ガス濃度を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンと、可燃性が存在しない状況下で水分濃度（湿度）を変化させた場合の熱伝導率の変化パターンとは異なる。これらの変化パターンの相違を利用することにより、各端子電圧に対応する熱伝導率演算値λＨ，λＬを用いて被検出雰囲気の湿度を適切に演算することができる。そして、上述の２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち、高温側熱伝導率演算値λＨと、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する（Ｓ５０，Ｓ５５，Ｓ６０）。これにより、検出空間３９内に配置された発熱抵抗体の熱伝導率が被検出雰囲気の湿度に応じて変動することを回避するように処理して、被検出ガスである可燃性ガスを精度よく検出することができる。
【００７２】
また可燃性ガス検出装置１０において、可燃性ガスとして水素を検出する場合、発熱抵抗体３３１，３３２の目標温度を１５０℃以上に設定することで、被検出雰囲気において、水の沸点を確実に上回る温度範囲に制御でき、被検出雰囲気が多湿環境であっても水素ガスの濃度検知が可能となる。また、発熱抵抗体３３１，３３２の目標温度を５００℃以下と設定することにより、被検出雰囲気が水素ガスの発火（爆発）温度まで上昇することを抑制し、水素ガスが発火することを防止できる。
【００７３】
また可燃性ガス検出装置１０は、昇温、降温を短時間で行うことができるガス検出素子６０を備えているので、発熱抵抗体３３１，３３２の消費電力を低減することができる。
【００７４】
なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態において、可燃性ガス検出装置１０は、例えば、自動車の燃料電池ユニットに搭載され、水素の漏れを検出する目的等に用いられると例示したが、可燃性ガス検出装置１０の設置場所や用途は、種々選択可能であり、これに限定されない。
【００７５】
また、上記実施形態では、被検出ガスとして可燃性ガスである水素の濃度を検出するガス検出処理について説明したが、被検出ガスとしては可燃性ガスに限定されず、可燃性ガス以外のガスを被検出ガスとしてもよい。また、可燃性ガスを被検出ガスとする場合、可燃性ガスは、上記実施形態で例示した水素に限定されず、メタンやプロパン等の、少なくとも水素原子を含む可燃性ガスを被検出ガスとしてもよい。したがって、例えば、都市ガス等の可燃性ガスの漏洩検出や濃度検出に用いるガス検出装置に本発明を適用してもよい。
【００７６】
また、ガス検出素子６０の構成は、被検出ガスの濃度に応じて発熱抵抗体の電気抵抗値が変化することを利用して被検出ガスの濃度を検出するものであればよく、本実施形態に限定されない。したがって、例えば、本実施例の測温抵抗体３９０に代えて、ガス検出素子６０とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを採用してもよい。ガス検出素子６０とは別体の測温抵抗体やその他の温度センサを用いる場合、検出空間３９内に設置されることが好ましい。
【００７７】
可燃性ガス検出装置１０およびガス検出素子６０を構成する各部材の数、材質、形状、配置等も適宜変更可能である。例えば、ガス検出素子６０の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形であってもよい。また例えば、ガス検出素子６０が３以上の発熱抵抗体を備えるようにしてもよい。また例えば、検出空間３９内に発熱抵抗体を腐食させる成分が存在しない条件で可燃性ガス検出装置１０を使用する場合、ガス検出素子６０は保護層３６０を備えず、発熱抵抗体が被検出雰囲気に露出するようにしてもよい。
【００７８】
また例えば、被検出雰囲気の湿度は、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。
【００７９】
また例えば、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度は、Ｓ３０において演算した２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬのうち少なくともいずれか一方と、Ｓ４５において演算した被検出雰囲気の湿度とに基づいた予め定められた演算方法で演算されればよく、上記実施形態のガス検出方法に限定されない。例えば、図８のフローチャートのＳ５０，Ｓ５５，Ｓ６０において、Ｓ３０において演算した低温側熱伝導率演算値λＬと、Ｓ４５で求めた被検出雰囲気の水分濃度（湿度）とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算してもよい。また例えば、２つの熱伝導率演算値λＨ，λＬの差又は比と、被検出雰囲気の湿度とに基づいて、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスのガス濃度を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】可燃性ガス検出装置１０の縦断面図である。
【図２】可燃性ガス検出装置１０の素子ケース２０周辺部分を拡大した縦断面図である。
【図３】ガス検出素子６０の左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための模式平面図である。
【図４】左側発熱抵抗体３３１および右側発熱抵抗体３３２の配置状態を説明するための、図３のＡ−Ａ線における矢視方向断面図である。
【図５】ガス検出素子６０の検出信号を処理するための制御回路２００の説明図である。
【図６】水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度４００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。
【図７】水分が存在しない状況下で水素濃度を０〜４体積％に変化させ、発熱抵抗体が目標温度３００℃となるように電圧を印加した場合の端子電圧と、熱伝導率との関係を環境温度ごとにプロットしたグラフである。
【図８】本実施形態のガス検出処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１ 可燃ガス検出装置
６０ ガス検出素子
９３ 温度測定回路
９４ マイクロコンピュータ
２３０，２４０ 電流調整回路
２５０，２６０ 演算増幅回路
３３１ 左側発熱抵抗体
３３２ 右側発熱抵抗体
３１０ シリコン基板
３１１，３１２ 開口部
３２１，３２２，３５０ 絶縁層
３２３ 上側絶縁被膜層
３６０ 保護層
９４１ ＣＰＵ
９４２ ＲＯＭ
９４３ ＲＡＭ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出雰囲気に晒される２つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、
異なる目標温度となるように、前記２つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段と
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、
前記２つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されていることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、
異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧検出工程において検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程と
を備えることを特徴とするガス検出方法。
【請求項１】
被検出雰囲気に晒される２つの発熱抵抗体を備えるガス検出装置において、
異なる目標温度となるように、前記２つの発熱抵抗体を通電制御する通電制御手段と、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出手段により検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算手段と、
前記熱伝導率演算手段により演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算手段により演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づいて、前記被検出雰囲気に含まれる被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算手段と
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
複数の開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に前記開口部を遮るように形成される絶縁部材とを備えるガス検出素子を備え、
前記２つの発熱抵抗体は、互いに間隔をおきつつ、それぞれ異なる前記開口部と対向する部位において前記絶縁部材に内包されていることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
被検出雰囲気に含まれる被検出ガスを検出するガス検出方法において、
前記被検出雰囲気の環境温度を検出する温度検出工程と、
異なる目標温度となるように通電制御された２つの発熱抵抗体における各端子電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧検出工程において検出された２つの前記端子電圧と、前記温度検出工程において検出された環境温度とから、当該２つの端子電圧に対応する各熱伝導率を熱伝導率演算値として演算する熱伝導率演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値に基づき、前記被検出雰囲気の湿度を演算する湿度演算工程と、
前記熱伝導率演算工程において演算された２つの前記熱伝導率演算値のうち少なくともいずれか一方と、前記湿度演算工程において演算された前記被検出雰囲気の湿度とに基づき、前記被検出雰囲気における被検出ガスのガス濃度を演算する濃度演算工程と
を備えることを特徴とするガス検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２６７９４８（Ｐ２００８−２６７９４８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１０２５８（Ｐ２００７−１１０２５８）
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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