ガス検出装置及びガス検出装置の温度補正方法
【課題】異なる温度特性を持つガスセンサでも周囲温度の影響を排除した検出出力を得ることができる接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置およびその温度補正方法を提供すること。
【解決手段】センサ素子（Ｓｓ）及び比較素子（Ｓｒ）を有する接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）から出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）の周囲温度を検出する温度センサ（Ｓｔ）と、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力および接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段（５Ｂ）と、ガス検出時に、温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力及び前記相関式に基づいて接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段（５Ａ）と、を備えている。
【解決手段】センサ素子（Ｓｓ）及び比較素子（Ｓｒ）を有する接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）から出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）の周囲温度を検出する温度センサ（Ｓｔ）と、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力および接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段（５Ｂ）と、ガス検出時に、温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力及び前記相関式に基づいて接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段（５Ａ）と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置およびその温度補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来のガス検出装置として、例えば図８に示されたものが一般的に知られている。同図に示すように、ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサを構成するセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒとを有している。センサ素子Ｓｓは、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスとの接触燃焼を促進する触媒層とで構成されている。比較素子Ｓｒは、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスに反応しないアルミナ層とで構成されている。
【０００３】
センサ素子Ｓｓと、比較素子Ｓｒは、検知対象ガスのない空気中では等しい抵抗値になるように設けられている。センサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒは、抵抗Ｒａ、Ｒｂ２と共にブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路には、定電圧源Ｅ0が供給され、それにより、センサ素子Ｓｓが、加熱されて検知対象ガスと接触燃焼する。
【０００４】
上述の構成では、検知対象ガスのない空気中では、ブリッジ回路が平衡となるように（すなわち、接続点ａ及びｂ間に現れるガスセンサ出力電圧Ｖｓがゼロとなるように、すなわち、エアベース値がゼロとなるように、抵抗Ｒａ及びＲｂが設定されている。これに対して、検知対象ガスを含む空気中では、検知対象ガスとの接触燃焼による熱でセンサ素子Ｓｓの温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子Ｓｓの抵抗値が増加するが、ガスを検知しない比較素子Ｓｒの抵抗値は温度上昇せず、したがって抵抗値も上昇しないため、ブリッジ回路が不平衡状態となり、接続点ａ及びｂ間に表れるガスセンサ出力電圧Ｖｓは、検知対象ガスの濃度に応じた電圧値となる。
【０００５】
上述のガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサのセンサ素子Ｓｓとガスを検知しないレファ素子（Ｒ）との温度差によって生じる抵抗差を電圧差によって検出し、検知対象ガスの有無を判別している。このため、周囲温度に大きな変化があった場合、センサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒの熱バランスが崩れやすいセンサの場合、保証温度範囲内でもエアベース値がゼロとならず、ガス濃度の検出精度に影響を及ぼす場合がある。特に、ガスセンサの小型化に伴い、上述の理由から感度のＳ／Ｎ比が低くなり、この影響が大きくなる。
【０００６】
図９は、接触燃焼式ガスセンサＡ〜Ｅをそれぞれ用いたガス検出装置で構成されたガス警報器における周囲温度とガス警報濃度の関係の測定例を示す表である。この表では、常温２０℃におけるメタンガスの警報濃度が３０００ｐｐｍである複数の接触燃焼式ガスセンサＡ〜Ｅにおいて、保証温度範囲内の低温度−１０℃と高温度＋５０℃の時の警報濃度が変化していることが示されており、それぞれが異なる温度特性を有していることが分かる。例えば、センサＡは、−１０℃では４５６０ｐｐｍが警報濃度となって、２０℃時よりも鈍化し、＋５０℃では２４７０ｐｐｍが警報濃度となって、２０℃時よりも鋭敏化する。これらの温度特性の相違は、センサ素子と比較素子のコイル及び触媒のバランスによって生じる温度特性のばらつきに起因して生じるものと思われる。
【０００７】
このような周囲温度の変化に対するエアベース値の変動の影響を軽減するために、接触燃焼式ガスセンサとは別個に温度センサを付加したガス検出装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００８】
図１０は、このような従来のガス検出装置の構成例を示す回路図である。図１０のガス検出装置においては、比較素子Ｓｒとセンサ素子Ｓ１からなる直列回路と、可変抵抗Ｒｏと感熱素子（温度センサ）ＰＴからなる直列回路がブリッジ回路を構成し、これらの直列回路に、抵抗Ｒ３，Ｒ５と零点調整用の可変抵抗Ｒ４からなる直列回路が並列に接続され、比較素子Ｓｒとセンサ素子Ｓ１殿接続点が増幅器Ａｄ１の正相入力端子に接続され、可変抵抗Ｒ４のタップが誤差増幅器Ａｄ１，Ａｄ２の反転入力端子にそれぞれ接続され、可変抵抗Ｒｏと感熱素子（温度センサ）ＰＴとの接続点が抵抗Ｒ６を介して差動増幅器Ａ１の反転入力端子に接続され、その出力端子が抵抗Ｒ８を介して差動増幅器Ａ２の反転入力端子に接続され、それらの出力端子間に接続された可変抵抗Ｒ１０のタップが誤差増幅器Ａｄ２の正相入力端子に接続され、誤差増幅器Ａｄ１，Ａｄ２の出力端子は抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して加算器Ａａに入力され、温度補正された出力電圧Ｖａを得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０６−２４２０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示した温度センサを付加したガス検出装置は、周囲温度の変化に対するエアーベース値の変動がそれぞれ単調増加または単調減少するような一様なガスセンサの場合は適用可能である。しかしながら、周囲温度によって変動する警報濃度の変化の様子が単調増加または単調減少するような一様なものだけではなく、図９に示すように様々な変化を呈している異なる温度特性を有するガスセンサＡ〜Ｅのような接触燃焼式ガスセンサに対しては、図１０のガス検出装置は、その回路構成上、全てのガスセンサに対して適用することができない。
【００１１】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、異なる温度特性を持つガスセンサでも周囲温度の影響を排除した検出出力を得ることができる接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置およびその温度補正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置の温度補正方法であって、前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、センサ素子（Ｓｓ）及び比較素子（Ｓｒ）を有する接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）から出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）の周囲温度を検出する温度センサ（Ｓｔ）と、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段（５Ｂ）と、ガス検出時に、前記温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段（５Ａ）と、を備えている。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項２記載のガス検出装置において、前記温度センサ（Ｓｔ）は、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）が駆動されていない期間に駆動されることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のガス検出装置において、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）は、第１のブリッジ回路（１）で構成されて定電圧で駆動され、前記温度センサ（Ｓｔ）は、定電流で駆動されることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、請求項２または３記載のガス検出装置において、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）は、第１のブリッジ回路（１）で構成されて第１の定電圧で駆動され、前記温度センサ（Ｓｔ）は、第２のブリッジ回路（３）で構成されて前記第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されることを特徴とする。
【００１７】
なお、上述の課題を解決するための手段の説明におけるかっこ書きの参照符号は、以下の発明の実施の形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１及び２記載の発明によれば、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサ接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する温度センサのセンサ出力および接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、温度センサのセンサ出力及び相関式に基づいて接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するので、異なる温度特性を有するどんな接触燃焼式ガスセンサを使用した場合でもエアーベースの変動による影響を無くした精度の良いガス検出を行うことができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、温度センサは、接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に駆動されるので、接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けることがない。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて定電圧で駆動され、温度センサは、定電流で駆動されるので、精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧で駆動され、温度センサは、第２のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されるので、精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明で使用される接触燃焼式ガスセンサの要部構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態に係るガス検出装置の構成を示す回路図である。（第１の実施形態）
【図３】図２のガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。（第１の実施形態）
【図４】図２のガス検出装置で使用される接触燃焼式ガスセンサの温度特性測定手順を示すフローチャートである。（第１の実施形態）
【図５】図２のガス検出装置におけるガス検出処理手順を示すフローチャートである。（第１の実施形態）
【図６】本発明に係る第２の実施形態に係るガス検出装置の構成を示す回路図である。（第２の実施形態）
【図７】図６のガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。（第２の実施形態）
【図８】従来のガス検出装置の構成例を示す回路図である。
【図９】接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置で構成されたガス警報器における周囲温度とガス警報濃度の関係の測定例を示す表である。
【図１０】従来のガス検出装置の他の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明で使用される接触燃焼式ガスセンサの要部構成例を示す図である。本発明では、ガスセンサのパッケージ内に、センサ素子、比較素子とは別個に金属線あるいはヒータ状の温度センサを設ける。
【００２５】
図１（Ａ）は、ビーズ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳを構成するセンサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）のビーズに金属線の温度センサＳｔが埋め込まれたものを示している。センサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）及び温度センサＳｔの出力は、センサベースＳ２を貫通するピンＳ３、Ｓ４から取り出される。
【００２６】
図１（Ｂ）は、ビーズ型の接触燃焼式ガスセンサの他の構成例であり、ガスセンサＳを構成するセンサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）のビーズの近傍に温度センサＳｔが配置されたものを示している。センサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）および温度センサＳｔの出力は、センサベースＳ２を貫通するピンＳ３、Ｓ４から取り出される。
【００２７】
図１（Ｃ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳは、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、比較素子Ｓｒの近傍に配置されたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００２８】
図１（Ｃ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳは、シリコン基板Ｓ５上に設けられた、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、比較素子Ｓｒの近傍にパターンとして設けられたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００２９】
図１（Ｄ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの他の構成例であり、ガスセンサＳは、シリコン基板Ｓ５上に設けられた、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、センサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒから離れた位置にパターンとして設けられたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００３０】
次に、図１に示す構成の接触燃焼式ガスセンサＳを用いて本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）図２は、本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置の第１の実施形態における構成を示す回路図、図３は、ガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒからなる直列回路と、抵抗Ｒａ及びＲｂからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路１と、ブリッジ回路１に電源を供給してセンサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒを加熱すると共に、接触燃焼式ガスセンサＳの温度センサＳｔを加熱する加熱手段としての加熱回路４と、マイクロコンピュータ５（以下、μＣＯＭ５と記す）と、ブリッジ回路１の接続点ａ及びｂ間の電圧（ガスセンサ出力）を検出する差動増幅器６と、温度センサＳｔの両端電圧（温度センサ出力）を検出する差動増幅器７と、ガスセンサ出力及び温度センサ出力の検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂとを備えている。
【００３２】
加熱回路４は、バッテリなどからなる電源回路４１と、電源回路４１から電源供給を受けてブリッジ回路１へ定電圧Ｖ１を供給する定電圧回路４３と、電源回路４１から電源供給を受けて温度センサＳｔへ定電流Ｉ１を供給する定電流回路４５を有する。
【００３３】
また、加熱回路４は、電源回路４１と定電圧回路４３の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４２と、電源回路４１と定電流回路４５の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４４と、スイッチ４２及び４４のオン／オフを制御するタイマ駆動回路４６を有する。タイマ駆動回路４６は、期間Ｔ１の間Ｈレベル、期間Ｔ２の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ１と、期間Ｔ３（＝Ｔ１）の間Ｈレベル、期間Ｔ４（＝Ｔ２）の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ２を出力する。オン信号Ｓ２がＨレベルとなる期間Ｔ３は、オン信号Ｓ１がＬレベルとなる期間Ｔ２中に位置するように設定される。
【００３４】
また、上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２は各々、検出タイマ７Ａ、７Ｂに供給される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは各々、オン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出タイミング信号Ｓ３、Ｓ４をμＣＯＭ５に対して供給する。
【００３５】
μＣＯＭ５は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ５Ａと、ＣＰＵ５Ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用メモリであるＲＯＭ５Ｂと、ＣＰＵ５Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ５Ｃを有している。
【００３６】
次に、上述した構成のガス検出装置の動作を図３〜図５を参照しながら以下に説明する。
【００３７】
ガス検出装置は、製造段階の出荷時の検査工程等において、検知対象ガスが存在しない雰囲気を有する環境試験室に入れられ、ガス検出装置の周囲温度を保証温度範囲内で段階的に可変しながらガスセンサ出力を測定することにより、ガス検出装置で使用されている接触燃焼式ガスセンサの温度特性が測定される。図４は、ガス検出装置で使用されている接触燃焼式ガスセンサの温度特性測定手順を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４６の動作を開始させる（ステップＳ１）。
【００３９】
これにより、タイマ駆動回路４６が動作を開始し、スイッチ４２及び４４に対してオン信号Ｓ１及びＳ２を出力する。オン信号Ｓ１における期間Ｔ１のＨレベル時にスイッチ４２がオンすると、定電圧回路４３が電源回路４１に接続され、ブリッジ回路１に定電圧Ｖ１が供給される。それにより、センサ素子Ｓｓに電流が流れ、センサ素子Ｓｓは、期間Ｔ１の間、検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱される。その後、オン信号Ｓ１における期間Ｔ２のＬレベル時にスイッチ４２がオフになり、センサ素子Ｓｓに対する電流の供給が停止される。
【００４０】
一方、オン信号Ｓ２における期間Ｔ３のＨレベル時にスイッチ４４がオンすると、定電流回路４５が電源回路４１に接続され、温度センサＳｔに定電流Ｉ１が供給される。それにより、温度センサＳｔに電流が流れ、温度センサＳｔは加熱される。その後、オン信号Ｓ２における期間Ｔ４のＬレベル時にスイッチ４４がオフになり、温度センサＳｔに対する電流の供給が停止される。
【００４１】
次に、周囲温度をガス検出装置の保証温度範囲内で所定の温度間隔で可変させる（ステップＳ２）。
【００４２】
次に、所定の温度間隔で可変された各周囲温度時におけるガスセンサＳのセンサ出力を順次ＣＰＵ５Ａで読み込み（ステップＳ３）、続いて、同じ周囲温度時の温度センサＳｔのセンサ出力を順次ＣＰＵ５Ａで読み込む（ステップＳ４）。
【００４３】
この読み込み動作は次のように行われる。すなわち、検出タイマ７Ａ、７Ｂは、それぞれ上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出信号Ｓ３、Ｓ４を出力する。ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ３が立ち上がると、差動増幅器６から出力されるガスセンサ出力電圧Ｖｓ１を読み込み、ＲＡＭ５Ｃ内に格納する。また、ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ４が立ち上がると、差動増幅器７から出力される温度センサ出力電圧Ｖｒ１を読み込み、ＲＡＭ５Ｃ内に格納する。
【００４４】
次に、ＣＰＵ５Ａは、ステップＳ３及びＳ４で読み込まれた複数のガスセンサ出力電圧データによる温度特性と複数の温度センサ出力電圧データによる温度特性とに基づいて、ガスセンサ出力と温度センサ出力の相関式を算出してＲＯＭ５Ｂ内に格納し（ステップＳ５）、次いで処理を終了する。格納された相関式は、周囲温度の変化に対するエアベース値の変動を表す式として、後述するガス濃度検出処理において温度補正を行うために利用される。
【００４５】
次に、ガス検出装置におけるガス検出処理手順について説明する。図５は、ガス検出装置のガス検出処理手順を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４６の動作を開始させる（ステップＳ１１）。
【００４７】
これにより、タイマ駆動回路４４が動作を開始し、スイッチ４２及び４４に対してオン信号Ｓ１及びＳ２を出力する。オン信号Ｓ１における期間Ｔ１のＨレベル時にスイッチ４２がオンすると、定電圧回路４３が電源回路４１に接続され、ブリッジ回路１に定電圧Ｖ１が供給される。それにより、センサ素子Ｓｓに電流が流れ、センサ素子Ｓｓは、期間Ｔ１の間、検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱される。その後、オン信号Ｓ１における期間Ｔ２のＬレベル時にスイッチ４２がオフになり、センサ素子Ｓｓに対する電流の供給が停止される。
【００４８】
一方、オン信号Ｓ２における期間Ｔ３のＨレベル時にスイッチ４４がオンすると、定電流回路４５が電源回路４１に接続され、温度センサＳｔに定電流Ｉ１が供給される。それにより、温度センサＳｔに電流が流れ、温度センサＳｔは加熱される。その後、オン信号Ｓ２における期間Ｔ４のＬレベル時にスイッチ４４がオフになり、温度センサＳｔに対する電流の供給が停止される。
【００４９】
次に、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ出力ＶｓをＣＰＵ５Ａで読み込み（ステップＳ１２）、続いて、温度センサＳｔのセンサ出力ＶｒをＣＰＵ５Ａで読み込む（ステップＳ１３）。次に、ＣＰＵ５Ａは、ステップＳ１３で読み込まれた温度センサ出力電圧値Ｖｒと上述の相関式とを利用して、相関式における温度センサ出力電圧値Ｖｒ１に対応するガスセンサ出力電圧値Ｖｓ１を求め、求めたガスセンサ出力電圧値Ｖｓ１はガス検出時のエアーベース値に相当するので、このＶｓ１を温度補正値としてセンサ出力Ｖｓから減算して補正する（ステップＳ１４）。次に、補正後のガスセンサ出力値（Ｖｓ−Ｖｓ１）と、ＲＯＭ５Ｂに予め格納されているガスセンサ出力値とガス濃度の対応テーブルを参照してガス濃度を算出し（ステップＳ１５）、次いで処理を終了する。
【００５０】
このように、本発明の第１の実施形態によれば、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサとは別個に温度センサを備え、接触燃焼式ガスセンサ及び温度センサの温度特性を測定してそれらの相関式を求めて記憶手段に予め記憶しておき、ガス検出時に温度センサ出力と相関式とを利用してエアーベース値を求め、求めたエアーベース値を温度補正値としてガスセンサ出力より減算してガス濃度を算出するので、周囲温度によりエアーベース値が変動するどんな接触燃焼式ガスセンサを使用しても、保証温度範囲内でエアーベースの変動による影響を無くした精度の良いガス検出を行うことができる。また、温度センサＳｔは、接触燃焼式ガスセンサＳが駆動されていないときに駆動されるので、接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けることが無く、精度の良いガス検出を行うことができる。
【００５１】
したがって、このようなガス検出装置をガス警報器に用いた場合、基本的にはエアベースの変動は０に近い値とみなせることになり、警報濃度も保証温度範囲内で初期の設定値とほとんど変わらなくなり、感度のＳ／Ｎが低くならず精度の良い警報動作を実現することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）次に、図６は、本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置の第２の実施形態における構成を示す回路図、図７は、ガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒからなる直列回路と、抵抗Ｒａ及びＲｂからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路１と、温度センサＳｔと抵抗Ｒｃからなる直列回路と、抵抗Ｒｄ及びＲｅからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路３と、ブリッジ回路１及び３に電源を供給してセンサ素子Ｓｓ、比較素子Ｓｒ及び温度センサＳｔを加熱する加熱手段としての加熱回路４と、マイクロコンピュータ５（以下、μＣＯＭ５と記す）と、ブリッジ回路１の接続点ａ及びｂ間の電圧（ガスセンサ出力）を検出する差動増幅器６と、ブリッジ回路３の接続点ｃ及びｄ間の電圧（温度センサ出力）を検出する差動増幅器７と、ガスセンサ出力及び温度センサ出力の検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂとを備えている。
【００５３】
加熱回路４は、バッテリなどからなる電源回路４１と、電源回路４１から電源供給を受けてブリッジ回路１へ定電圧Ｖ１を供給する定電圧回路４３と、電源回路４１から電源供給を受けて温度センサＳｔへ定電圧Ｖ２（＜Ｖ１）を供給する定電圧回路４７を有する。
【００５４】
また、加熱回路４は、電源回路４１と定電圧回路４３の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４２と、電源回路４１と定電圧回路４７の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４４と、スイッチ４２及び４４のオン／オフを制御するタイマ駆動回路４６を有する。タイマ駆動回路４６は、期間Ｔ１の間Ｈレベル、期間Ｔ２の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ１と、期間Ｔ３（＝Ｔ１）の間Ｈレベル、期間Ｔ４（＝Ｔ２）の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ２を出力する。オン信号Ｓ２がＨレベルとなる期間Ｔ３は、オン信号Ｓ１がＬレベルとなる期間Ｔ２中に位置するように設定される。
【００５５】
また、上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２は各々、検出タイマ７Ａ、７Ｂに供給される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは各々、オン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出タイミング信号Ｓ３、Ｓ４をμＣＯＭ５に対して供給する。
【００５６】
μＣＯＭ５は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ５Ａと、ＣＰＵ５Ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用メモリであるＲＯＭ５Ｂと、ＣＰＵ５Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ５Ｃを有している。
【００５７】
次に、上述した構成の第２の実施形態に係るガス検出装置の動作は、上述の第１の実施形態と同様であるが、この第２の実施形態では、温度センサＳｔをブリッジ回路３で駆動すると共に、その駆動電圧Ｖ２を、接触燃焼式ガスセンサＳのブリッジ回路１を駆動する駆動電圧Ｖ１より低い電圧としているので、さらに精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【００５８】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００５９】
たとえば、上述の第１及び第２の実施形態において、温度センサＳｔを駆動する定電流Ｉ１及び定電圧Ｖ２は、任意の使用期間において温度検知に影響を与えるほどの抵抗変化を生じない程度の低い電流または電圧とすることができる。
【００６０】
また、上述の第１及び第２の実施形態において、接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に温度センサが駆動されるようにしているが、温度センサが接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けない場所に配置されている場合は、接触燃焼式ガスセンサと温度センサを同時駆動するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ 接触燃焼式ガスセンサ
Ｓｓ センサ素子
Ｓｒ 比較素子
Ｓｔ 温度センサ
１ ブリッジ回路（第１のブリッジ回路）
３ ブリッジ回路（第２のブリッジ回路）
５Ａ ＣＰＵ（ガス濃度検出手段）
５Ｂ ＲＯＭ（記憶手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置およびその温度補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来のガス検出装置として、例えば図８に示されたものが一般的に知られている。同図に示すように、ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサを構成するセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒとを有している。センサ素子Ｓｓは、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスとの接触燃焼を促進する触媒層とで構成されている。比較素子Ｓｒは、白金コイルと、この白金コイルに塗布した、検知対象ガスに反応しないアルミナ層とで構成されている。
【０００３】
センサ素子Ｓｓと、比較素子Ｓｒは、検知対象ガスのない空気中では等しい抵抗値になるように設けられている。センサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒは、抵抗Ｒａ、Ｒｂ２と共にブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路には、定電圧源Ｅ0が供給され、それにより、センサ素子Ｓｓが、加熱されて検知対象ガスと接触燃焼する。
【０００４】
上述の構成では、検知対象ガスのない空気中では、ブリッジ回路が平衡となるように（すなわち、接続点ａ及びｂ間に現れるガスセンサ出力電圧Ｖｓがゼロとなるように、すなわち、エアベース値がゼロとなるように、抵抗Ｒａ及びＲｂが設定されている。これに対して、検知対象ガスを含む空気中では、検知対象ガスとの接触燃焼による熱でセンサ素子Ｓｓの温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子Ｓｓの抵抗値が増加するが、ガスを検知しない比較素子Ｓｒの抵抗値は温度上昇せず、したがって抵抗値も上昇しないため、ブリッジ回路が不平衡状態となり、接続点ａ及びｂ間に表れるガスセンサ出力電圧Ｖｓは、検知対象ガスの濃度に応じた電圧値となる。
【０００５】
上述のガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサのセンサ素子Ｓｓとガスを検知しないレファ素子（Ｒ）との温度差によって生じる抵抗差を電圧差によって検出し、検知対象ガスの有無を判別している。このため、周囲温度に大きな変化があった場合、センサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒの熱バランスが崩れやすいセンサの場合、保証温度範囲内でもエアベース値がゼロとならず、ガス濃度の検出精度に影響を及ぼす場合がある。特に、ガスセンサの小型化に伴い、上述の理由から感度のＳ／Ｎ比が低くなり、この影響が大きくなる。
【０００６】
図９は、接触燃焼式ガスセンサＡ〜Ｅをそれぞれ用いたガス検出装置で構成されたガス警報器における周囲温度とガス警報濃度の関係の測定例を示す表である。この表では、常温２０℃におけるメタンガスの警報濃度が３０００ｐｐｍである複数の接触燃焼式ガスセンサＡ〜Ｅにおいて、保証温度範囲内の低温度−１０℃と高温度＋５０℃の時の警報濃度が変化していることが示されており、それぞれが異なる温度特性を有していることが分かる。例えば、センサＡは、−１０℃では４５６０ｐｐｍが警報濃度となって、２０℃時よりも鈍化し、＋５０℃では２４７０ｐｐｍが警報濃度となって、２０℃時よりも鋭敏化する。これらの温度特性の相違は、センサ素子と比較素子のコイル及び触媒のバランスによって生じる温度特性のばらつきに起因して生じるものと思われる。
【０００７】
このような周囲温度の変化に対するエアベース値の変動の影響を軽減するために、接触燃焼式ガスセンサとは別個に温度センサを付加したガス検出装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００８】
図１０は、このような従来のガス検出装置の構成例を示す回路図である。図１０のガス検出装置においては、比較素子Ｓｒとセンサ素子Ｓ１からなる直列回路と、可変抵抗Ｒｏと感熱素子（温度センサ）ＰＴからなる直列回路がブリッジ回路を構成し、これらの直列回路に、抵抗Ｒ３，Ｒ５と零点調整用の可変抵抗Ｒ４からなる直列回路が並列に接続され、比較素子Ｓｒとセンサ素子Ｓ１殿接続点が増幅器Ａｄ１の正相入力端子に接続され、可変抵抗Ｒ４のタップが誤差増幅器Ａｄ１，Ａｄ２の反転入力端子にそれぞれ接続され、可変抵抗Ｒｏと感熱素子（温度センサ）ＰＴとの接続点が抵抗Ｒ６を介して差動増幅器Ａ１の反転入力端子に接続され、その出力端子が抵抗Ｒ８を介して差動増幅器Ａ２の反転入力端子に接続され、それらの出力端子間に接続された可変抵抗Ｒ１０のタップが誤差増幅器Ａｄ２の正相入力端子に接続され、誤差増幅器Ａｄ１，Ａｄ２の出力端子は抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して加算器Ａａに入力され、温度補正された出力電圧Ｖａを得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０６−２４２０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示した温度センサを付加したガス検出装置は、周囲温度の変化に対するエアーベース値の変動がそれぞれ単調増加または単調減少するような一様なガスセンサの場合は適用可能である。しかしながら、周囲温度によって変動する警報濃度の変化の様子が単調増加または単調減少するような一様なものだけではなく、図９に示すように様々な変化を呈している異なる温度特性を有するガスセンサＡ〜Ｅのような接触燃焼式ガスセンサに対しては、図１０のガス検出装置は、その回路構成上、全てのガスセンサに対して適用することができない。
【００１１】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、異なる温度特性を持つガスセンサでも周囲温度の影響を排除した検出出力を得ることができる接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置およびその温度補正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置の温度補正方法であって、前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、センサ素子（Ｓｓ）及び比較素子（Ｓｒ）を有する接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）から出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）の周囲温度を検出する温度センサ（Ｓｔ）と、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段（５Ｂ）と、ガス検出時に、前記温度センサ（Ｓｔ）のセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）のセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段（５Ａ）と、を備えている。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項２記載のガス検出装置において、前記温度センサ（Ｓｔ）は、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）が駆動されていない期間に駆動されることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のガス検出装置において、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）は、第１のブリッジ回路（１）で構成されて定電圧で駆動され、前記温度センサ（Ｓｔ）は、定電流で駆動されることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、請求項２または３記載のガス検出装置において、前記接触燃焼式ガスセンサ（Ｓ）は、第１のブリッジ回路（１）で構成されて第１の定電圧で駆動され、前記温度センサ（Ｓｔ）は、第２のブリッジ回路（３）で構成されて前記第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されることを特徴とする。
【００１７】
なお、上述の課題を解決するための手段の説明におけるかっこ書きの参照符号は、以下の発明の実施の形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１及び２記載の発明によれば、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサ接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する温度センサのセンサ出力および接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、温度センサのセンサ出力及び相関式に基づいて接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するので、異なる温度特性を有するどんな接触燃焼式ガスセンサを使用した場合でもエアーベースの変動による影響を無くした精度の良いガス検出を行うことができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、温度センサは、接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に駆動されるので、接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けることがない。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて定電圧で駆動され、温度センサは、定電流で駆動されるので、精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧で駆動され、温度センサは、第２のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されるので、精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明で使用される接触燃焼式ガスセンサの要部構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態に係るガス検出装置の構成を示す回路図である。（第１の実施形態）
【図３】図２のガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。（第１の実施形態）
【図４】図２のガス検出装置で使用される接触燃焼式ガスセンサの温度特性測定手順を示すフローチャートである。（第１の実施形態）
【図５】図２のガス検出装置におけるガス検出処理手順を示すフローチャートである。（第１の実施形態）
【図６】本発明に係る第２の実施形態に係るガス検出装置の構成を示す回路図である。（第２の実施形態）
【図７】図６のガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。（第２の実施形態）
【図８】従来のガス検出装置の構成例を示す回路図である。
【図９】接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置で構成されたガス警報器における周囲温度とガス警報濃度の関係の測定例を示す表である。
【図１０】従来のガス検出装置の他の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明で使用される接触燃焼式ガスセンサの要部構成例を示す図である。本発明では、ガスセンサのパッケージ内に、センサ素子、比較素子とは別個に金属線あるいはヒータ状の温度センサを設ける。
【００２５】
図１（Ａ）は、ビーズ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳを構成するセンサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）のビーズに金属線の温度センサＳｔが埋め込まれたものを示している。センサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）及び温度センサＳｔの出力は、センサベースＳ２を貫通するピンＳ３、Ｓ４から取り出される。
【００２６】
図１（Ｂ）は、ビーズ型の接触燃焼式ガスセンサの他の構成例であり、ガスセンサＳを構成するセンサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）のビーズの近傍に温度センサＳｔが配置されたものを示している。センサ素子Ｓｓ（または比較素子Ｓｒ）および温度センサＳｔの出力は、センサベースＳ２を貫通するピンＳ３、Ｓ４から取り出される。
【００２７】
図１（Ｃ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳは、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、比較素子Ｓｒの近傍に配置されたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００２８】
図１（Ｃ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの構成例であり、ガスセンサＳは、シリコン基板Ｓ５上に設けられた、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、比較素子Ｓｒの近傍にパターンとして設けられたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００２９】
図１（Ｄ）は、マイクロセンサ型接触燃焼式ガスセンサの他の構成例であり、ガスセンサＳは、シリコン基板Ｓ５上に設けられた、触媒層Ｓ６で覆われたヒータからなるセンサ素子Ｓｓと、触媒層で覆われていないヒータからなる比較素子Ｓｒと、センサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒから離れた位置にパターンとして設けられたヒータからなる温度センサＳｔを有するものである。
【００３０】
次に、図１に示す構成の接触燃焼式ガスセンサＳを用いて本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）図２は、本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置の第１の実施形態における構成を示す回路図、図３は、ガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒからなる直列回路と、抵抗Ｒａ及びＲｂからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路１と、ブリッジ回路１に電源を供給してセンサ素子Ｓｓ及び比較素子Ｓｒを加熱すると共に、接触燃焼式ガスセンサＳの温度センサＳｔを加熱する加熱手段としての加熱回路４と、マイクロコンピュータ５（以下、μＣＯＭ５と記す）と、ブリッジ回路１の接続点ａ及びｂ間の電圧（ガスセンサ出力）を検出する差動増幅器６と、温度センサＳｔの両端電圧（温度センサ出力）を検出する差動増幅器７と、ガスセンサ出力及び温度センサ出力の検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂとを備えている。
【００３２】
加熱回路４は、バッテリなどからなる電源回路４１と、電源回路４１から電源供給を受けてブリッジ回路１へ定電圧Ｖ１を供給する定電圧回路４３と、電源回路４１から電源供給を受けて温度センサＳｔへ定電流Ｉ１を供給する定電流回路４５を有する。
【００３３】
また、加熱回路４は、電源回路４１と定電圧回路４３の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４２と、電源回路４１と定電流回路４５の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４４と、スイッチ４２及び４４のオン／オフを制御するタイマ駆動回路４６を有する。タイマ駆動回路４６は、期間Ｔ１の間Ｈレベル、期間Ｔ２の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ１と、期間Ｔ３（＝Ｔ１）の間Ｈレベル、期間Ｔ４（＝Ｔ２）の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ２を出力する。オン信号Ｓ２がＨレベルとなる期間Ｔ３は、オン信号Ｓ１がＬレベルとなる期間Ｔ２中に位置するように設定される。
【００３４】
また、上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２は各々、検出タイマ７Ａ、７Ｂに供給される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは各々、オン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出タイミング信号Ｓ３、Ｓ４をμＣＯＭ５に対して供給する。
【００３５】
μＣＯＭ５は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ５Ａと、ＣＰＵ５Ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用メモリであるＲＯＭ５Ｂと、ＣＰＵ５Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ５Ｃを有している。
【００３６】
次に、上述した構成のガス検出装置の動作を図３〜図５を参照しながら以下に説明する。
【００３７】
ガス検出装置は、製造段階の出荷時の検査工程等において、検知対象ガスが存在しない雰囲気を有する環境試験室に入れられ、ガス検出装置の周囲温度を保証温度範囲内で段階的に可変しながらガスセンサ出力を測定することにより、ガス検出装置で使用されている接触燃焼式ガスセンサの温度特性が測定される。図４は、ガス検出装置で使用されている接触燃焼式ガスセンサの温度特性測定手順を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４６の動作を開始させる（ステップＳ１）。
【００３９】
これにより、タイマ駆動回路４６が動作を開始し、スイッチ４２及び４４に対してオン信号Ｓ１及びＳ２を出力する。オン信号Ｓ１における期間Ｔ１のＨレベル時にスイッチ４２がオンすると、定電圧回路４３が電源回路４１に接続され、ブリッジ回路１に定電圧Ｖ１が供給される。それにより、センサ素子Ｓｓに電流が流れ、センサ素子Ｓｓは、期間Ｔ１の間、検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱される。その後、オン信号Ｓ１における期間Ｔ２のＬレベル時にスイッチ４２がオフになり、センサ素子Ｓｓに対する電流の供給が停止される。
【００４０】
一方、オン信号Ｓ２における期間Ｔ３のＨレベル時にスイッチ４４がオンすると、定電流回路４５が電源回路４１に接続され、温度センサＳｔに定電流Ｉ１が供給される。それにより、温度センサＳｔに電流が流れ、温度センサＳｔは加熱される。その後、オン信号Ｓ２における期間Ｔ４のＬレベル時にスイッチ４４がオフになり、温度センサＳｔに対する電流の供給が停止される。
【００４１】
次に、周囲温度をガス検出装置の保証温度範囲内で所定の温度間隔で可変させる（ステップＳ２）。
【００４２】
次に、所定の温度間隔で可変された各周囲温度時におけるガスセンサＳのセンサ出力を順次ＣＰＵ５Ａで読み込み（ステップＳ３）、続いて、同じ周囲温度時の温度センサＳｔのセンサ出力を順次ＣＰＵ５Ａで読み込む（ステップＳ４）。
【００４３】
この読み込み動作は次のように行われる。すなわち、検出タイマ７Ａ、７Ｂは、それぞれ上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出信号Ｓ３、Ｓ４を出力する。ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ３が立ち上がると、差動増幅器６から出力されるガスセンサ出力電圧Ｖｓ１を読み込み、ＲＡＭ５Ｃ内に格納する。また、ＣＰＵ５Ａは、検出信号Ｓ４が立ち上がると、差動増幅器７から出力される温度センサ出力電圧Ｖｒ１を読み込み、ＲＡＭ５Ｃ内に格納する。
【００４４】
次に、ＣＰＵ５Ａは、ステップＳ３及びＳ４で読み込まれた複数のガスセンサ出力電圧データによる温度特性と複数の温度センサ出力電圧データによる温度特性とに基づいて、ガスセンサ出力と温度センサ出力の相関式を算出してＲＯＭ５Ｂ内に格納し（ステップＳ５）、次いで処理を終了する。格納された相関式は、周囲温度の変化に対するエアベース値の変動を表す式として、後述するガス濃度検出処理において温度補正を行うために利用される。
【００４５】
次に、ガス検出装置におけるガス検出処理手順について説明する。図５は、ガス検出装置のガス検出処理手順を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ＣＰＵ５Ａは、電源投入に応じて動作を開始し、タイマ駆動回路４６の動作を開始させる（ステップＳ１１）。
【００４７】
これにより、タイマ駆動回路４４が動作を開始し、スイッチ４２及び４４に対してオン信号Ｓ１及びＳ２を出力する。オン信号Ｓ１における期間Ｔ１のＨレベル時にスイッチ４２がオンすると、定電圧回路４３が電源回路４１に接続され、ブリッジ回路１に定電圧Ｖ１が供給される。それにより、センサ素子Ｓｓに電流が流れ、センサ素子Ｓｓは、期間Ｔ１の間、検知対象ガスと接触燃焼する高温に加熱される。その後、オン信号Ｓ１における期間Ｔ２のＬレベル時にスイッチ４２がオフになり、センサ素子Ｓｓに対する電流の供給が停止される。
【００４８】
一方、オン信号Ｓ２における期間Ｔ３のＨレベル時にスイッチ４４がオンすると、定電流回路４５が電源回路４１に接続され、温度センサＳｔに定電流Ｉ１が供給される。それにより、温度センサＳｔに電流が流れ、温度センサＳｔは加熱される。その後、オン信号Ｓ２における期間Ｔ４のＬレベル時にスイッチ４４がオフになり、温度センサＳｔに対する電流の供給が停止される。
【００４９】
次に、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ出力ＶｓをＣＰＵ５Ａで読み込み（ステップＳ１２）、続いて、温度センサＳｔのセンサ出力ＶｒをＣＰＵ５Ａで読み込む（ステップＳ１３）。次に、ＣＰＵ５Ａは、ステップＳ１３で読み込まれた温度センサ出力電圧値Ｖｒと上述の相関式とを利用して、相関式における温度センサ出力電圧値Ｖｒ１に対応するガスセンサ出力電圧値Ｖｓ１を求め、求めたガスセンサ出力電圧値Ｖｓ１はガス検出時のエアーベース値に相当するので、このＶｓ１を温度補正値としてセンサ出力Ｖｓから減算して補正する（ステップＳ１４）。次に、補正後のガスセンサ出力値（Ｖｓ−Ｖｓ１）と、ＲＯＭ５Ｂに予め格納されているガスセンサ出力値とガス濃度の対応テーブルを参照してガス濃度を算出し（ステップＳ１５）、次いで処理を終了する。
【００５０】
このように、本発明の第１の実施形態によれば、センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサとは別個に温度センサを備え、接触燃焼式ガスセンサ及び温度センサの温度特性を測定してそれらの相関式を求めて記憶手段に予め記憶しておき、ガス検出時に温度センサ出力と相関式とを利用してエアーベース値を求め、求めたエアーベース値を温度補正値としてガスセンサ出力より減算してガス濃度を算出するので、周囲温度によりエアーベース値が変動するどんな接触燃焼式ガスセンサを使用しても、保証温度範囲内でエアーベースの変動による影響を無くした精度の良いガス検出を行うことができる。また、温度センサＳｔは、接触燃焼式ガスセンサＳが駆動されていないときに駆動されるので、接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けることが無く、精度の良いガス検出を行うことができる。
【００５１】
したがって、このようなガス検出装置をガス警報器に用いた場合、基本的にはエアベースの変動は０に近い値とみなせることになり、警報濃度も保証温度範囲内で初期の設定値とほとんど変わらなくなり、感度のＳ／Ｎが低くならず精度の良い警報動作を実現することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）次に、図６は、本発明に係る温度補正方法を実施するガス検出装置の第２の実施形態における構成を示す回路図、図７は、ガス検出装置における各部信号のタイミングチャートである。ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサＳのセンサ素子Ｓｓと比較素子Ｓｒからなる直列回路と、抵抗Ｒａ及びＲｂからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路１と、温度センサＳｔと抵抗Ｒｃからなる直列回路と、抵抗Ｒｄ及びＲｅからなる直列回路とで構成されるブリッジ回路３と、ブリッジ回路１及び３に電源を供給してセンサ素子Ｓｓ、比較素子Ｓｒ及び温度センサＳｔを加熱する加熱手段としての加熱回路４と、マイクロコンピュータ５（以下、μＣＯＭ５と記す）と、ブリッジ回路１の接続点ａ及びｂ間の電圧（ガスセンサ出力）を検出する差動増幅器６と、ブリッジ回路３の接続点ｃ及びｄ間の電圧（温度センサ出力）を検出する差動増幅器７と、ガスセンサ出力及び温度センサ出力の検出タイミングを指示する検出タイマ７Ａ、７Ｂとを備えている。
【００５３】
加熱回路４は、バッテリなどからなる電源回路４１と、電源回路４１から電源供給を受けてブリッジ回路１へ定電圧Ｖ１を供給する定電圧回路４３と、電源回路４１から電源供給を受けて温度センサＳｔへ定電圧Ｖ２（＜Ｖ１）を供給する定電圧回路４７を有する。
【００５４】
また、加熱回路４は、電源回路４１と定電圧回路４３の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４２と、電源回路４１と定電圧回路４７の間に設けられた電子スイッチ等からなるスイッチ４４と、スイッチ４２及び４４のオン／オフを制御するタイマ駆動回路４６を有する。タイマ駆動回路４６は、期間Ｔ１の間Ｈレベル、期間Ｔ２の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ１と、期間Ｔ３（＝Ｔ１）の間Ｈレベル、期間Ｔ４（＝Ｔ２）の間Ｌレベルとなるオン信号Ｓ２を出力する。オン信号Ｓ２がＨレベルとなる期間Ｔ３は、オン信号Ｓ１がＬレベルとなる期間Ｔ２中に位置するように設定される。
【００５５】
また、上述したオン信号Ｓ１、Ｓ２は各々、検出タイマ７Ａ、７Ｂに供給される。検出タイマ７Ａ、７Ｂは各々、オン信号Ｓ１、Ｓ２をΔＴ１、ΔＴ２だけ遅延した検出タイミング信号Ｓ３、Ｓ４をμＣＯＭ５に対して供給する。
【００５６】
μＣＯＭ５は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ５Ａと、ＣＰＵ５Ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用メモリであるＲＯＭ５Ｂと、ＣＰＵ５Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ５Ｃを有している。
【００５７】
次に、上述した構成の第２の実施形態に係るガス検出装置の動作は、上述の第１の実施形態と同様であるが、この第２の実施形態では、温度センサＳｔをブリッジ回路３で駆動すると共に、その駆動電圧Ｖ２を、接触燃焼式ガスセンサＳのブリッジ回路１を駆動する駆動電圧Ｖ１より低い電圧としているので、さらに精度が良くかつ電力消費の少ないガス検出を行うことができる。
【００５８】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００５９】
たとえば、上述の第１及び第２の実施形態において、温度センサＳｔを駆動する定電流Ｉ１及び定電圧Ｖ２は、任意の使用期間において温度検知に影響を与えるほどの抵抗変化を生じない程度の低い電流または電圧とすることができる。
【００６０】
また、上述の第１及び第２の実施形態において、接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に温度センサが駆動されるようにしているが、温度センサが接触燃焼式ガスセンサの輻射熱の影響を受けない場所に配置されている場合は、接触燃焼式ガスセンサと温度センサを同時駆動するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ 接触燃焼式ガスセンサ
Ｓｓ センサ素子
Ｓｒ 比較素子
Ｓｔ 温度センサ
１ ブリッジ回路（第１のブリッジ回路）
３ ブリッジ回路（第２のブリッジ回路）
５Ａ ＣＰＵ（ガス濃度検出手段）
５Ｂ ＲＯＭ（記憶手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置の温度補正方法であって、
前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出することを特徴とするガス検出装置の温度補正方法。
【請求項２】
センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、
前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサと、
検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段と、
ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
を備えていることを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のガス検出装置において、
前記温度センサは、前記接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のガス検出装置において、
前記接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて定電圧で駆動され、前記温度センサは、定電流で駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項５】
請求項２または３記載のガス検出装置において、
前記接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧で駆動され、前記温度センサは、第２のブリッジ回路で構成されて前記第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項１】
センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置の温度補正方法であって、
前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサを設け、検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定してそれらの相関式を求めて予め記憶し、ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出することを特徴とするガス検出装置の温度補正方法。
【請求項２】
センサ素子及び比較素子を有する接触燃焼式ガスセンサから出力されるガスセンサ出力に基づいてガス濃度を検出するガス検出装置であって、
前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度を検出する温度センサと、
検知対象ガスが存在しない雰囲気中で周囲温度の変化に対する前記温度センサのセンサ出力および前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の温度特性を測定して求めたそれらの相関式を記憶する記憶手段と、
ガス検出時に、前記温度センサのセンサ出力及び前記相関式に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を温度補正してガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
を備えていることを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のガス検出装置において、
前記温度センサは、前記接触燃焼式ガスセンサが駆動されていない期間に駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のガス検出装置において、
前記接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて定電圧で駆動され、前記温度センサは、定電流で駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項５】
請求項２または３記載のガス検出装置において、
前記接触燃焼式ガスセンサは、第１のブリッジ回路で構成されて第１の定電圧で駆動され、前記温度センサは、第２のブリッジ回路で構成されて前記第１の定電圧より低い第２の定電圧で駆動されることを特徴とするガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２５６１７２（Ｐ２０１０−２５６１７２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６５９９（Ｐ２００９−１０６５９９）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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