ガス検出装置
【課題】ガス濃度に対して高い検出精度が要求される場合に温度センサを設けることなく、周囲温度を正確に検出して温度補償を行うことができるガス検出装置を提供すること。
【解決手段】ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサ１と、ガスセンサ１に、ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源１２と、ガスセンサ１に流れる電流を検出する電流検出手段１６と、電圧源１２より低レベル時の電圧が供給されている間に検出された電流値を判定し、電流値とガスセンサの周囲温度とセンサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段２０ｃと、温度情報信号に基づいて、センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段２０ｄとを備えている。
【解決手段】ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサ１と、ガスセンサ１に、ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源１２と、ガスセンサ１に流れる電流を検出する電流検出手段１６と、電圧源１２より低レベル時の電圧が供給されている間に検出された電流値を判定し、電流値とガスセンサの周囲温度とセンサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段２０ｃと、温度情報信号に基づいて、センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段２０ｄとを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に関し、特に、温度補償について改善されたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元性ガスのガス漏れ警報器または不完全燃焼ガス用警報器のガスセンサとして、接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサが数多く利用されている。
【０００３】
図１は、現在多く利用されている半導体式ガスセンサの構造を示す。半導体式ガスセンサ１は、酸化錫（ＳｎＯ2 ）等の金属酸化物を主体に形成され、ガスが存在した場合に抵抗変化を示す感ガス体１ａと、白金（Ｐｔ）等の金属抵抗体で形成されたコイル等からなり、感ガス体１ａを加熱するヒーター１ｂと、ヒーター１ｂからセンサ外部に導出されたヒーター電極１ｂ１および１ｂ２と、感ガス体１ａの抵抗変化を検出するためのセンサ電極１ｃとを有する。
【０００４】
基本的に、都市ガスやＬＰＧガス等の可燃性ガス（還元性ガス）を検出する場合、ガスセンサの素子温度を、３００〜５００℃程度の高温に加温することが必要であり、それぞれヒーターによる加熱を行い使用されている。また、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを検出するためには、素子温度を１００℃以下の低温に加温して使用されている。
【０００５】
すなわち、半導体式ガスセンサは、それぞれ検出するガスに対し、より最適な素子温度に加温する必要があると共に、周囲温度の変化に対しても変動する特性を持っている。
【０００６】
したがって、周囲温度に対する補正を行うために、たとえば特開２０００−１９３６２３号公報（特許文献１）に開示されているように、半導体式ガスセンサをもったガス検出装置において、周囲温度を検出するためのＮＴＣサーミスタや測温抵抗体等の温度センサを装置内に設置し、その温度センサの情報と予め計測されているガスセンサの周囲温度との関係により、周囲温度に対する補正を行い、使用されている。
【特許文献１】特開２０００−１９３６２３号公報（［００２１］、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、１００ｐｐｍ程度の、ガス濃度に対して高い検出精度が要求される場合、サーミスタや測温抵抗体等の温度センサでは、周囲温度を正確に検出することが難しいという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、ガス濃度に対して高い検出精度が要求される場合に温度センサを設けることなく、周囲温度を正確に検出して温度補償を行うことができるガス検出装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサと、前記ガスセンサを動作させる電圧であって、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、前記ガスセンサに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧源より前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、感ガス体、該感ガス体を加熱するヒーター、および感ガス体の抵抗変化を取り出すためのセンサ電極を有する半導体式ガスセンサと、前記ヒーターに、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を供給するヒーター電源と、前記センサ電極に間欠的に一定レベルのプレート電圧を供給するプレート電源と、前記ヒーターに前記高レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記プレート電源から前記プレート電圧が前記センサ電極に供給されている間にセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、前記ヒーターに流れるヒーター電流を検出する電流検出手段と、前記ヒーターに前記低レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記センサ電極に前記プレート電圧が供給されていない間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記半導体式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を有し、前記ガスの濃度を検知してセンサ出力を生成する接触燃焼式ガスセンサと、前記センサ素子に、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、前記センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記センサ素子に前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のガス検出装置において、前記電圧の低レベルは、前記ガスと異なる種類のガスの濃度を検出するためのレベルになっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項２記載のガス検出装置において、前記電流検出手段は、前記ヒーターの温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項３記載のガス検出装置において、前記電流検出手段は、前記センサ素子の温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、センサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、半導体式ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、半導体式ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、半導体式ガスセンサのセンサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、接触燃焼式ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、センサ出力を精度良く温度補償した２種類のガスに関するガス濃度データを生成することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、電流検出手段における周囲温度の影響を軽減して、周囲温度を正確に検出することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、電流検出手段における周囲温度の影響を軽減して、周囲温度を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１実施形態）図２は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の回路図である。図２において、ガス検出装置１０は、半導体式ガスセンサ１を用いており、プレート電源１１、電圧源としてのヒーター電源１２、プレート電圧印加部１３、ヒーター電圧印加部１４、センサ出力検出手段としてのセンサ出力検出部１５、電流検出手段としての電流検出部１６、およびマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０を含む。
【００２３】
プレート電圧印加部１３は、ｎｐｎ型のトランジスタＱ１からなる。トランジスタＱ１のコレクタは、プレート電源１１に接続され、エミッタは、センサ出力検出部１５を構成する検出抵抗Ｒ８を介して、ガスセンサ１のセンサ電極１ｃに接続されている。
【００２４】
ヒーター電圧印加部１４は、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２、ｐｎｐ型のトランジスタＱ３、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ７およびスイッチＳＷ１からなる。
【００２５】
トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ１を介してヒーター電源１２に接続され、エミッタは、電流検出部１６を構成する検出抵抗Ｒ９を介して、ガスセンサ１のヒーター１ｂのヒーター電極に接続されている。
【００２６】
抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２の接続点と設置間には、抵抗Ｒ２およびＲ３とスイッチＳＷ１の直列回路と、抵抗Ｒ４、Ｒ５およびＲ６の直列回路と、トランジスタＱ３のエミッタが接続されている。トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点に接続されている。
【００２７】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点に接続され、反転入力端子は、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒーター１ｂのヒーター電極の接続点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ２０は、プレート電圧制御部２０ａと、電圧切替制御部２０ｂと、温度情報信号生成手段としての電流検出判定部２０ｃと、ガス濃度データ生成手段としてのセンサ出力判定部２０ｄとを有し、プレート電源１１から電源電圧が供給される。
【００２９】
プレート電圧制御部２０ａは、プレート電圧制御信号を出力して、プレート電圧印加部１３のトランジスタＱ１のベースに印加する。電圧切替制御部２０ｂは、電圧切替制御信号を出力して、ヒーター電圧印加部１４のスイッチＳＷ１をオン／オフ制御する。なお、スイッチＳＷ１は、アナログ電子スイッチやリレーを用いることができる。電流検出判定部２０ｃは、ヒータ１ｂに流れるヒーター電流を、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９の両端に発生する電圧降下として検出し、その大きさを判定する。センサ出力判定部２０ｄは、センサ出力検出部１５を構成する検出抵抗Ｒ８を流れるプレート電流により、検出抵抗Ｒ８の両端に発生する電圧降下として検出されたセンサ出力の大きさを判定する。
【００３０】
次に、上述の構成を有するガス検出装置の動作について、説明する。ガス検出装置の使用時、ヒーター電圧印加部１４は、ガスセンサ１のヒーター１ｂに、高レベル（Ｈｉ）と低レベル（Ｌｏ）の２段階にパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を印加する。
【００３１】
すなわち、スイッチＳＷ１が、ＣＰＵ２０の電圧切替制御部２０ｂから供給される電圧切替制御信号でオンになるように制御されると、トランジスタＱ３がオン状態となり、抵抗Ｒ４を短絡する。それにより、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に抵抗Ｒ５およびＲ６による分圧電圧が入力され、トランジスタＱ２がオン状態になり、反転入力端子に接続された検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒータ１ｂのヒーター電極の接続点電位、すなわちヒーター電圧が、抵抗Ｒ５およびＲ６による分圧電圧に等しくなり、Ｈｉレベルとなる。
【００３２】
一方、スイッチＳＷ１が、ＣＰＵ２０の電圧切替制御部２０ｂから供給される電圧切替制御信号でオフになるように制御されると、トランジスタＱ３がオフ状態となる。それにより、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に抵抗Ｒ４およびＲ５と抵抗Ｒ６による分圧電圧が入力され、反転入力端子に接続された検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒータ１ｂのヒーター電極の接続点電位、すなわちヒーター電圧が、抵抗Ｒ４およびＲ５と抵抗Ｒ６による分圧電圧に等しくなり、Ｌｏレベルとなる。
【００３３】
電流検出部１６は、ヒーター１ｂに流れる電流を検出し、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６で検出された電流値の大きさを判定し、予め求められてＣＰＵ２０のメモリ（図示しない）に記憶されている、この電流値と半導体式ガスセンサ１の周囲温度とセンサ出力との相関関係を示すルックアップテーブルを参照し、これに基づいて、判定された電流値の大きさに対応する温度を示す温度情報信号を生成する。
【００３４】
たとえば、ヒーター１ｂが白金（Ｐｔ）で構成されている場合、Ｐｔ線のみでは、３９２０ｐｐｍ／℃の温度係数を持つが、ヒーター１ｂの周りには、感ガス体１ａが形成されており、Ｐｔ線単体より温度係数は小さくなる。このヒーター１ｂの温度係数は、感ガス体１ａのサイズ等によっても異なるが、約３０００ｐｐｍ／℃程度となり、この温度係数により周囲温度を示す温度情報を読み取ることが可能である。
【００３５】
ただし、下記のような問題もあり、正確に温度情報を読み取ることが難しい。
（１）感ガス体１ａは触媒であり、還元性ガスに対しては、非常に強い酸化作用を持つため、検知しようとするガスが雰囲気に存在すると、その反応熱によりヒーター１ｂ抵抗が上昇し、正確な温度情報を読み取れなくなってしまう。
（２）ガスセンサ１として感ガス体１ａの抵抗変化を計測するため、図２に示すように、感ガス体１ａに対しても当然ながら、プレート電圧印加部１３により一定電圧であるプレート電圧を印加し、検出抵抗Ｒ８の両端電位を基に感ガス体１ａの抵抗変化を計測している。清浄空気中では問題はないが、還元性ガス中では感ガス体１ａの抵抗が低抵抗化し、ジュール発熱が発生し、ヒーター１ｂの抵抗が上昇し、正確な温度情報を読み取れなくなってしまう。
【００３６】
上述の問題に鑑み、ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を利用して正確に周囲温度を示す温度情報を検出する駆動条件を、図３のタイミングチャートで示す。
【００３７】
ガスセンサ１のヒーター１ｂには、定期的に検出するために、ガス濃度をより選択的に計測できる高温度に加温される。たとえば、検知対象ガスがメタンやブタン等の還元性ガスであれば、４５０℃程度に、水素等であれば、３５０℃程度に加温される。しかしながら、この加温状態を常時保持し、かつ感ガス体１ａの抵抗変化を計測するためのプレート電圧を常時印加しては、上述の問題が発生する。
【００３８】
そこで、図３（Ａ）に示すように、ヒーター電圧は、検知対象ガス、たとえば還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、検知対象ガスが存在する場合でもその濃度を検出しない温度、すなわち、感ガス体１ａで触媒反応を起こさない温度まで下げるための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、ヒーター１ｂに印加される。
【００３９】
それにより、ガスセンサ１の感ガス体１ａの温度は、図３（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃以下の低温となる低温期間とで推移する。
【００４０】
また、プレート電圧は、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前に、図３（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、ＣＰＵ２０のプレート電圧制御部２０ａからＨｉレベルとなるプレート電圧制御信号を供給してトランジスタＱ１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、プレート電源１１からガスセンサ１のセンサ電極１ｃに印加される。それにより流れるプレート電流が、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８で検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００４１】
一方、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、感ガス体１ａの温度が十分に冷却されたら、プレート電圧は印加せず、図３（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、ヒーター電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりヒーター電流を計測してその電流値を取り込み、ヒーター１ｂの抵抗を検出する。
【００４２】
ヒーター１ｂの抵抗値を計測する温度に関しては、基本的には感ガス体１ａの能力にもよるが、ヒーター１ｂでの加熱温度が低温期間で１００℃以下であれば、周囲温度に対してＰｔ線を用いた場合、ヒーター１ｂの温度係数約３０００ｐｐｍ／℃に基づく抵抗変化がヒーター電流値で計測され、計測されたヒーター電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００４３】
なお、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９として、ヒーター１ｂの温度係数約３０００ｐｐｍ／℃程度に対して充分に小さい温度係数、たとえば、この第１実施形態では１００ｐｐｍ／℃以下（好適には、数１０ｐｐｍ／℃以下）の温度係数を持つ固定抵抗器が使用される。このような固定抵抗器を用いることにより、検出抵抗Ｒ９自体で発生する周囲温度の変化による抵抗変化率は、ヒーター１ｂの周囲温度の変化による抵抗変化率に対して十分に小さい値となり、ヒーター電流検出の精度への周囲温度の影響をほとんど与えないようにすることができる。
【００４４】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成する。なお、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８も、検出抵抗Ｒ９と同等の温度係数を持つ固定抵抗器を使用することによって、センサ出力検出の精度への周囲温度の影響をほとんど与えないようにすることができる。
【００４５】
このように、本発明の第１実施形態によれば、半導体式ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を基に、温度情報を入手し、ガスセンサのセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、ヒーター１ｂの金属抵抗体の温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）上述した第１実施形態では、ガス検出装置は、還元性ガスを検知できるように構成されているが、以下に説明する第２実施形態では、還元性ガスと不完全燃焼ガスとを検知できるように構成される。第２実施形態では、ガス検出装置の構成は、図２に示す第１実施形態と同一であるが、図４のタイミングチャートに示すように駆動条件が異なっている。
【００４７】
ガスセンサ１のヒーター１ｂには、メタン等の還元性ガスと一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを定期的に検出するためのヒーター電圧が印加される。すなわち、図４（Ａ）に示すように、ヒーター電圧は、還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスを検出しないが還元性ガスと種類の異なるガス、たとえば不完全燃焼ガスを検出するための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、ヒーター１ｂに印加される。
【００４８】
それにより、ガスセンサ１の感ガス体１ａの温度は、図４（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃程度の低温となる低温期間とで推移する。
【００４９】
また、プレート電圧は、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前とヒーター電圧がＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる直前に、図４（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、ＣＰＵ２０のプレート電圧制御部２０ａからＨｉレベルとなるプレート電圧制御信号を供給してトランジスタＱ１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、プレート電源１１からガスセンサ１のセンサ電極１ｃに印加される。それにより流れるプレート電流が、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８で検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００５０】
一方、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、感ガス体１ａの温度が十分に冷却されたら、プレート電圧は印加せず、図４（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、ヒーター電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりヒーター電流を計測してその電流値を取り込み、ヒーター１ｂの抵抗を検出する。
【００５１】
それにより、第１実施形態と同様に、ヒーター１ｂの温度係数に基づく抵抗変化がヒーター電流値によって計測され、計測されたヒーター電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００５２】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、高温期間において判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行って還元性ガスのガス濃度データを生成し、低温期間において判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行って不完全燃焼ガスのガス濃度データを生成する。
【００５３】
このように、本発明の第２実施形態によれば、半導体式ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を基に、温度情報を入手し、還元性ガスおよび不完全燃焼ガスに対応するセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、ヒーター１ｂの金属抵抗体の温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００５４】
（第３実施形態）上述した第１および第２実施形態では、ガス検出装置は、半導体式ガスセンサを用いているが、本発明は、以下に第３実施形態として説明するように接触燃焼式ガスセンサを用いることもできる。
【００５５】
図５は、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置の回路図である。図５において、ガス検出装置１０は、接触燃焼式ガスセンサ１９を用いており、電圧源としての駆動電源１７、駆動電圧印加部１８、センサ出力検出部１５、電流検出部１６およびＣＰＵ２０を含む。
【００５６】
接触燃焼式ガスセンサ１９は、ガスの雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検知するセンサ素子１９ａを有する。センサ素子１９ａは、たとえば、２０〜５０μｍの線径を有する白金（Ｐｔ）抵抗線を巻回してコイル形状を形成し、このコイルの周囲にパラジウム−アルミナ等の触媒を塗布した後焼成して、１００メッシュ程度の二重金網を被せて形成されている。
【００５７】
駆動電圧印加部１８は、図２のヒーター電圧印加部と同一構成になっており、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２、ｐｎｐ型のトランジスタＱ３、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ７およびスイッチＳＷ１からなる。
【００５８】
トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ１を介して駆動電源１７に接続され、エミッタは、電流検出部１６を構成する検出抵抗Ｒ９を介して、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに接続されている。
【００５９】
抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２の接続点と設置間には、抵抗Ｒ２およびＲ３とスイッチＳＷ１の直列回路と、抵抗Ｒ４、Ｒ５およびＲ６の直列回路と、トランジスタＱ３のエミッタが接続されている。トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点に接続されている。
【００６０】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点に接続され、反転入力端子は、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９と接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの接続点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。
【００６１】
ＣＰＵ２０は、電圧切替制御部２０ｂと、電流検出判定部２０ｃと、センサ出力判定部２０ｄとを有し、駆動電源１７から電源電圧が供給される。
【００６２】
電圧切替制御部２０ｂは、電圧切替制御信号を出力して、駆動電圧印加部１８のスイッチＳＷ１をオン／オフ制御する。なお、スイッチＳＷ１は、アナログ電子スイッチやリレーを用いることができる。電流検出判定部２０ｃは、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに流れる電流を、検出抵抗Ｒ９の両端に発生する電圧降下として検出し、その大きさを判定する。センサ出力判定部２０ｄは、センサ出力を、センサ素子１９ａの抵抗変化によりセンサ素子１９ａの両端に発生する電圧降下として検出し、センサ出力の大きさを判定する。
【００６３】
次に、上述の構成を有する図５のガス検出装置の動作について、図６に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。ガス検出装置の使用時、駆動電圧印加部１８は、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに、高レベル（Ｈｉ）と低レベル（Ｌｏ）の２段階にパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を印加する。
【００６４】
電流検出部１６は、センサ素子１９ａに流れる電流を検出し、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６で検出された電流値の大きさを判定し、予め求められてＣＰＵ２０のメモリ（図示しない）に記憶されている、この電流値と接触燃焼式ガスセンサ１９の周囲温度とセンサ出力との相関関係を示すルックアップテーブルを参照し、これに基づいて、判定された電流値の大きさに対応する温度を示す温度情報信号を生成する。
【００６５】
図６（Ａ）に示すように、駆動電圧は、検知対象ガス、たとえば還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスが存在する場合でもその濃度を検出しない温度、すなわち、触媒反応を起こさない温度まで下げるための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、センサ素子１９ａに印加される。
【００６６】
それにより、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度は、図６（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃以下の低温となる低温期間とで推移する。
【００６７】
また、図６（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前に、センサ素子１９ａの両端の電圧降下が検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００６８】
一方、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、センサ素子１９ａの温度が十分に冷却されたら、図６（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、駆動電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９により、センサ素子１９ａを流れる電流を計測してその電流値を取り込む。それにより、センサ素子１９ａの温度係数に基づく抵抗変化が電流値で計測され、計測された電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００６９】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成する。
【００７０】
このように、本発明の第３実施形態によれば、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を基に、温度情報を入手し、ガスセンサのセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、センサ素子１９ａの温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００７１】
（第４実施形態）上述した第３実施形態では、ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサを用いて還元性ガスを検知できるように構成されているが、以下に説明する第４実施形態では、還元性ガスと不完全燃焼ガスとを検知できるように構成される。第４実施形態では、ガス検出装置の構成は、図５に示す第１実施形態と同一であるが、図７のタイミングチャートに示すように駆動条件が異なっている。
【００７２】
接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａには、メタン等の還元性ガスと一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを定期的に検出するための駆動電圧が印加される。すなわち、図７（Ａ）に示すように、駆動電圧は、還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスを検出しないが還元性ガスと種類の異なるガス、たとえば不完全燃焼ガスを検出するための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として印加される。
【００７３】
それにより、センサ素子１９ａの温度は、図７（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃程度の低温となる低温期間とで推移する。
【００７４】
また、図７（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前とＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる直前に、センサ素子１９ａの両端の電圧降下が検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００７５】
一方、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、センサ素子１９ａの温度が十分に冷却されたら、図７（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、駆動電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりセンサ素子１９ａを流れる電流を計測してその電流値を取り込む。それにより、第３実施形態と同様に、センサ素子１９ａの温度係数に基づく抵抗変化が電流値によって計測され、計測された電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００７６】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、高温期間において判定されたセンサ出力に対する温度補償を行って還元性ガスのガス濃度データを生成し、低温期間において判定されたセンサ出力に対する温度補償を行って不完全燃焼ガスのガス濃度データを生成する。
【００７７】
このように、本発明の第４実施形態によれば、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を基に、温度情報を入手し、還元性ガスおよび不完全燃焼ガスに対応するセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、センサ素子１９ａの温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００７８】
なお、接触燃焼式ガスセンサは、通常、センサ素子以外に、センサ素子と同一構造でガスに対して不感処理が施された温度補償用素子を備えているが、本発明の第３および第４実施形態では、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を利用して温度情報信号を得ているので、温度補償用素子は不要であり、接触燃焼式ガスセンサの構造が簡単で安価となる利点がある。
【００７９】
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。
【００８０】
たとえば、本発明は、ある一定レベルの温度係数を持った、ヒーター材料等の材料を使用したガスセンサ全てに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】半導体式ガスセンサの構造を示す略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の回路図である。（第１実施形態）
【図３】本発明の第１実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第１実施形態）
【図４】本発明の第２実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第２実施形態）
【図５】本発明の第３実施形態に係るガス検出装置の回路図である。（第３実施形態）
【図６】本発明の第３実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第３実施形態）
【図７】本発明の第４実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第４実施形態）
【符号の説明】
【００８２】
１ 半導体式ガスセンサ
１ａ 感ガス体
１ｂ ヒーター
１ｃ センサ電極
１０ ガス検出装置
１１ プレート電源
１２ ヒーター電源（電圧源）
１５ センサ出力検出部（センサ出力検出手段）
１６ 電流検出判定部（電流検出手段）
１７ 駆動電源（電圧源）
１９ 接触燃焼式ガスセンサ
１９ａ センサ素子
２０ マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
２０ｃ 電流検出判定部（温度情報信号生成手段）
２０ｄ センサ出力判定部（ガス濃度データ生成手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に関し、特に、温度補償について改善されたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元性ガスのガス漏れ警報器または不完全燃焼ガス用警報器のガスセンサとして、接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサが数多く利用されている。
【０００３】
図１は、現在多く利用されている半導体式ガスセンサの構造を示す。半導体式ガスセンサ１は、酸化錫（ＳｎＯ2 ）等の金属酸化物を主体に形成され、ガスが存在した場合に抵抗変化を示す感ガス体１ａと、白金（Ｐｔ）等の金属抵抗体で形成されたコイル等からなり、感ガス体１ａを加熱するヒーター１ｂと、ヒーター１ｂからセンサ外部に導出されたヒーター電極１ｂ１および１ｂ２と、感ガス体１ａの抵抗変化を検出するためのセンサ電極１ｃとを有する。
【０００４】
基本的に、都市ガスやＬＰＧガス等の可燃性ガス（還元性ガス）を検出する場合、ガスセンサの素子温度を、３００〜５００℃程度の高温に加温することが必要であり、それぞれヒーターによる加熱を行い使用されている。また、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを検出するためには、素子温度を１００℃以下の低温に加温して使用されている。
【０００５】
すなわち、半導体式ガスセンサは、それぞれ検出するガスに対し、より最適な素子温度に加温する必要があると共に、周囲温度の変化に対しても変動する特性を持っている。
【０００６】
したがって、周囲温度に対する補正を行うために、たとえば特開２０００−１９３６２３号公報（特許文献１）に開示されているように、半導体式ガスセンサをもったガス検出装置において、周囲温度を検出するためのＮＴＣサーミスタや測温抵抗体等の温度センサを装置内に設置し、その温度センサの情報と予め計測されているガスセンサの周囲温度との関係により、周囲温度に対する補正を行い、使用されている。
【特許文献１】特開２０００−１９３６２３号公報（［００２１］、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、１００ｐｐｍ程度の、ガス濃度に対して高い検出精度が要求される場合、サーミスタや測温抵抗体等の温度センサでは、周囲温度を正確に検出することが難しいという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、ガス濃度に対して高い検出精度が要求される場合に温度センサを設けることなく、周囲温度を正確に検出して温度補償を行うことができるガス検出装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサと、前記ガスセンサを動作させる電圧であって、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、前記ガスセンサに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧源より前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、感ガス体、該感ガス体を加熱するヒーター、および感ガス体の抵抗変化を取り出すためのセンサ電極を有する半導体式ガスセンサと、前記ヒーターに、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を供給するヒーター電源と、前記センサ電極に間欠的に一定レベルのプレート電圧を供給するプレート電源と、前記ヒーターに前記高レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記プレート電源から前記プレート電圧が前記センサ電極に供給されている間にセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、前記ヒーターに流れるヒーター電流を検出する電流検出手段と、前記ヒーターに前記低レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記センサ電極に前記プレート電圧が供給されていない間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記半導体式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を有し、前記ガスの濃度を検知してセンサ出力を生成する接触燃焼式ガスセンサと、前記センサ素子に、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、前記センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記センサ素子に前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のガス検出装置において、前記電圧の低レベルは、前記ガスと異なる種類のガスの濃度を検出するためのレベルになっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項２記載のガス検出装置において、前記電流検出手段は、前記ヒーターの温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項３記載のガス検出装置において、前記電流検出手段は、前記センサ素子の温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、センサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、半導体式ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、半導体式ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、半導体式ガスセンサのセンサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、接触燃焼式ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を精度良く温度補償したガス濃度データを生成することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、ガスセンサとは別部品である温度センサを用いることなく、周囲温度を示す温度情報信号を入手することができる。また、温度情報信号は、ガスセンサのガス検出期間以外の期間に入手されるので、周囲温度を正確に検出することができる。また、入手した温度情報信号に基づいて、センサ出力を精度良く温度補償した２種類のガスに関するガス濃度データを生成することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、電流検出手段における周囲温度の影響を軽減して、周囲温度を正確に検出することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、電流検出手段における周囲温度の影響を軽減して、周囲温度を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１実施形態）図２は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の回路図である。図２において、ガス検出装置１０は、半導体式ガスセンサ１を用いており、プレート電源１１、電圧源としてのヒーター電源１２、プレート電圧印加部１３、ヒーター電圧印加部１４、センサ出力検出手段としてのセンサ出力検出部１５、電流検出手段としての電流検出部１６、およびマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０を含む。
【００２３】
プレート電圧印加部１３は、ｎｐｎ型のトランジスタＱ１からなる。トランジスタＱ１のコレクタは、プレート電源１１に接続され、エミッタは、センサ出力検出部１５を構成する検出抵抗Ｒ８を介して、ガスセンサ１のセンサ電極１ｃに接続されている。
【００２４】
ヒーター電圧印加部１４は、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２、ｐｎｐ型のトランジスタＱ３、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ７およびスイッチＳＷ１からなる。
【００２５】
トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ１を介してヒーター電源１２に接続され、エミッタは、電流検出部１６を構成する検出抵抗Ｒ９を介して、ガスセンサ１のヒーター１ｂのヒーター電極に接続されている。
【００２６】
抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２の接続点と設置間には、抵抗Ｒ２およびＲ３とスイッチＳＷ１の直列回路と、抵抗Ｒ４、Ｒ５およびＲ６の直列回路と、トランジスタＱ３のエミッタが接続されている。トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点に接続されている。
【００２７】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点に接続され、反転入力端子は、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒーター１ｂのヒーター電極の接続点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ２０は、プレート電圧制御部２０ａと、電圧切替制御部２０ｂと、温度情報信号生成手段としての電流検出判定部２０ｃと、ガス濃度データ生成手段としてのセンサ出力判定部２０ｄとを有し、プレート電源１１から電源電圧が供給される。
【００２９】
プレート電圧制御部２０ａは、プレート電圧制御信号を出力して、プレート電圧印加部１３のトランジスタＱ１のベースに印加する。電圧切替制御部２０ｂは、電圧切替制御信号を出力して、ヒーター電圧印加部１４のスイッチＳＷ１をオン／オフ制御する。なお、スイッチＳＷ１は、アナログ電子スイッチやリレーを用いることができる。電流検出判定部２０ｃは、ヒータ１ｂに流れるヒーター電流を、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９の両端に発生する電圧降下として検出し、その大きさを判定する。センサ出力判定部２０ｄは、センサ出力検出部１５を構成する検出抵抗Ｒ８を流れるプレート電流により、検出抵抗Ｒ８の両端に発生する電圧降下として検出されたセンサ出力の大きさを判定する。
【００３０】
次に、上述の構成を有するガス検出装置の動作について、説明する。ガス検出装置の使用時、ヒーター電圧印加部１４は、ガスセンサ１のヒーター１ｂに、高レベル（Ｈｉ）と低レベル（Ｌｏ）の２段階にパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を印加する。
【００３１】
すなわち、スイッチＳＷ１が、ＣＰＵ２０の電圧切替制御部２０ｂから供給される電圧切替制御信号でオンになるように制御されると、トランジスタＱ３がオン状態となり、抵抗Ｒ４を短絡する。それにより、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に抵抗Ｒ５およびＲ６による分圧電圧が入力され、トランジスタＱ２がオン状態になり、反転入力端子に接続された検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒータ１ｂのヒーター電極の接続点電位、すなわちヒーター電圧が、抵抗Ｒ５およびＲ６による分圧電圧に等しくなり、Ｈｉレベルとなる。
【００３２】
一方、スイッチＳＷ１が、ＣＰＵ２０の電圧切替制御部２０ｂから供給される電圧切替制御信号でオフになるように制御されると、トランジスタＱ３がオフ状態となる。それにより、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に抵抗Ｒ４およびＲ５と抵抗Ｒ６による分圧電圧が入力され、反転入力端子に接続された検出抵抗Ｒ９とガスセンサ１のヒータ１ｂのヒーター電極の接続点電位、すなわちヒーター電圧が、抵抗Ｒ４およびＲ５と抵抗Ｒ６による分圧電圧に等しくなり、Ｌｏレベルとなる。
【００３３】
電流検出部１６は、ヒーター１ｂに流れる電流を検出し、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６で検出された電流値の大きさを判定し、予め求められてＣＰＵ２０のメモリ（図示しない）に記憶されている、この電流値と半導体式ガスセンサ１の周囲温度とセンサ出力との相関関係を示すルックアップテーブルを参照し、これに基づいて、判定された電流値の大きさに対応する温度を示す温度情報信号を生成する。
【００３４】
たとえば、ヒーター１ｂが白金（Ｐｔ）で構成されている場合、Ｐｔ線のみでは、３９２０ｐｐｍ／℃の温度係数を持つが、ヒーター１ｂの周りには、感ガス体１ａが形成されており、Ｐｔ線単体より温度係数は小さくなる。このヒーター１ｂの温度係数は、感ガス体１ａのサイズ等によっても異なるが、約３０００ｐｐｍ／℃程度となり、この温度係数により周囲温度を示す温度情報を読み取ることが可能である。
【００３５】
ただし、下記のような問題もあり、正確に温度情報を読み取ることが難しい。
（１）感ガス体１ａは触媒であり、還元性ガスに対しては、非常に強い酸化作用を持つため、検知しようとするガスが雰囲気に存在すると、その反応熱によりヒーター１ｂ抵抗が上昇し、正確な温度情報を読み取れなくなってしまう。
（２）ガスセンサ１として感ガス体１ａの抵抗変化を計測するため、図２に示すように、感ガス体１ａに対しても当然ながら、プレート電圧印加部１３により一定電圧であるプレート電圧を印加し、検出抵抗Ｒ８の両端電位を基に感ガス体１ａの抵抗変化を計測している。清浄空気中では問題はないが、還元性ガス中では感ガス体１ａの抵抗が低抵抗化し、ジュール発熱が発生し、ヒーター１ｂの抵抗が上昇し、正確な温度情報を読み取れなくなってしまう。
【００３６】
上述の問題に鑑み、ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を利用して正確に周囲温度を示す温度情報を検出する駆動条件を、図３のタイミングチャートで示す。
【００３７】
ガスセンサ１のヒーター１ｂには、定期的に検出するために、ガス濃度をより選択的に計測できる高温度に加温される。たとえば、検知対象ガスがメタンやブタン等の還元性ガスであれば、４５０℃程度に、水素等であれば、３５０℃程度に加温される。しかしながら、この加温状態を常時保持し、かつ感ガス体１ａの抵抗変化を計測するためのプレート電圧を常時印加しては、上述の問題が発生する。
【００３８】
そこで、図３（Ａ）に示すように、ヒーター電圧は、検知対象ガス、たとえば還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、検知対象ガスが存在する場合でもその濃度を検出しない温度、すなわち、感ガス体１ａで触媒反応を起こさない温度まで下げるための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、ヒーター１ｂに印加される。
【００３９】
それにより、ガスセンサ１の感ガス体１ａの温度は、図３（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃以下の低温となる低温期間とで推移する。
【００４０】
また、プレート電圧は、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前に、図３（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、ＣＰＵ２０のプレート電圧制御部２０ａからＨｉレベルとなるプレート電圧制御信号を供給してトランジスタＱ１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、プレート電源１１からガスセンサ１のセンサ電極１ｃに印加される。それにより流れるプレート電流が、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８で検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００４１】
一方、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、感ガス体１ａの温度が十分に冷却されたら、プレート電圧は印加せず、図３（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、ヒーター電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりヒーター電流を計測してその電流値を取り込み、ヒーター１ｂの抵抗を検出する。
【００４２】
ヒーター１ｂの抵抗値を計測する温度に関しては、基本的には感ガス体１ａの能力にもよるが、ヒーター１ｂでの加熱温度が低温期間で１００℃以下であれば、周囲温度に対してＰｔ線を用いた場合、ヒーター１ｂの温度係数約３０００ｐｐｍ／℃に基づく抵抗変化がヒーター電流値で計測され、計測されたヒーター電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００４３】
なお、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９として、ヒーター１ｂの温度係数約３０００ｐｐｍ／℃程度に対して充分に小さい温度係数、たとえば、この第１実施形態では１００ｐｐｍ／℃以下（好適には、数１０ｐｐｍ／℃以下）の温度係数を持つ固定抵抗器が使用される。このような固定抵抗器を用いることにより、検出抵抗Ｒ９自体で発生する周囲温度の変化による抵抗変化率は、ヒーター１ｂの周囲温度の変化による抵抗変化率に対して十分に小さい値となり、ヒーター電流検出の精度への周囲温度の影響をほとんど与えないようにすることができる。
【００４４】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成する。なお、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８も、検出抵抗Ｒ９と同等の温度係数を持つ固定抵抗器を使用することによって、センサ出力検出の精度への周囲温度の影響をほとんど与えないようにすることができる。
【００４５】
このように、本発明の第１実施形態によれば、半導体式ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を基に、温度情報を入手し、ガスセンサのセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、ヒーター１ｂの金属抵抗体の温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）上述した第１実施形態では、ガス検出装置は、還元性ガスを検知できるように構成されているが、以下に説明する第２実施形態では、還元性ガスと不完全燃焼ガスとを検知できるように構成される。第２実施形態では、ガス検出装置の構成は、図２に示す第１実施形態と同一であるが、図４のタイミングチャートに示すように駆動条件が異なっている。
【００４７】
ガスセンサ１のヒーター１ｂには、メタン等の還元性ガスと一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを定期的に検出するためのヒーター電圧が印加される。すなわち、図４（Ａ）に示すように、ヒーター電圧は、還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスを検出しないが還元性ガスと種類の異なるガス、たとえば不完全燃焼ガスを検出するための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、ヒーター１ｂに印加される。
【００４８】
それにより、ガスセンサ１の感ガス体１ａの温度は、図４（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃程度の低温となる低温期間とで推移する。
【００４９】
また、プレート電圧は、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前とヒーター電圧がＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる直前に、図４（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、ＣＰＵ２０のプレート電圧制御部２０ａからＨｉレベルとなるプレート電圧制御信号を供給してトランジスタＱ１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、プレート電源１１からガスセンサ１のセンサ電極１ｃに印加される。それにより流れるプレート電流が、センサ出力検出部１５の検出抵抗Ｒ８で検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００５０】
一方、ヒーター電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、感ガス体１ａの温度が十分に冷却されたら、プレート電圧は印加せず、図４（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、ヒーター電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりヒーター電流を計測してその電流値を取り込み、ヒーター１ｂの抵抗を検出する。
【００５１】
それにより、第１実施形態と同様に、ヒーター１ｂの温度係数に基づく抵抗変化がヒーター電流値によって計測され、計測されたヒーター電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００５２】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、高温期間において判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行って還元性ガスのガス濃度データを生成し、低温期間において判定されたプレート電流値（すなわち、センサ出力）に対する温度補償を行って不完全燃焼ガスのガス濃度データを生成する。
【００５３】
このように、本発明の第２実施形態によれば、半導体式ガスセンサ１のヒーター１ｂに使用されている金属抵抗体の温度係数を基に、温度情報を入手し、還元性ガスおよび不完全燃焼ガスに対応するセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、ヒーター１ｂの金属抵抗体の温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００５４】
（第３実施形態）上述した第１および第２実施形態では、ガス検出装置は、半導体式ガスセンサを用いているが、本発明は、以下に第３実施形態として説明するように接触燃焼式ガスセンサを用いることもできる。
【００５５】
図５は、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置の回路図である。図５において、ガス検出装置１０は、接触燃焼式ガスセンサ１９を用いており、電圧源としての駆動電源１７、駆動電圧印加部１８、センサ出力検出部１５、電流検出部１６およびＣＰＵ２０を含む。
【００５６】
接触燃焼式ガスセンサ１９は、ガスの雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検知するセンサ素子１９ａを有する。センサ素子１９ａは、たとえば、２０〜５０μｍの線径を有する白金（Ｐｔ）抵抗線を巻回してコイル形状を形成し、このコイルの周囲にパラジウム−アルミナ等の触媒を塗布した後焼成して、１００メッシュ程度の二重金網を被せて形成されている。
【００５７】
駆動電圧印加部１８は、図２のヒーター電圧印加部と同一構成になっており、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２、ｐｎｐ型のトランジスタＱ３、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ７およびスイッチＳＷ１からなる。
【００５８】
トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ１を介して駆動電源１７に接続され、エミッタは、電流検出部１６を構成する検出抵抗Ｒ９を介して、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに接続されている。
【００５９】
抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２の接続点と設置間には、抵抗Ｒ２およびＲ３とスイッチＳＷ１の直列回路と、抵抗Ｒ４、Ｒ５およびＲ６の直列回路と、トランジスタＱ３のエミッタが接続されている。トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点に接続されている。
【００６０】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点に接続され、反転入力端子は、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９と接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの接続点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。
【００６１】
ＣＰＵ２０は、電圧切替制御部２０ｂと、電流検出判定部２０ｃと、センサ出力判定部２０ｄとを有し、駆動電源１７から電源電圧が供給される。
【００６２】
電圧切替制御部２０ｂは、電圧切替制御信号を出力して、駆動電圧印加部１８のスイッチＳＷ１をオン／オフ制御する。なお、スイッチＳＷ１は、アナログ電子スイッチやリレーを用いることができる。電流検出判定部２０ｃは、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに流れる電流を、検出抵抗Ｒ９の両端に発生する電圧降下として検出し、その大きさを判定する。センサ出力判定部２０ｄは、センサ出力を、センサ素子１９ａの抵抗変化によりセンサ素子１９ａの両端に発生する電圧降下として検出し、センサ出力の大きさを判定する。
【００６３】
次に、上述の構成を有する図５のガス検出装置の動作について、図６に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。ガス検出装置の使用時、駆動電圧印加部１８は、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａに、高レベル（Ｈｉ）と低レベル（Ｌｏ）の２段階にパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を印加する。
【００６４】
電流検出部１６は、センサ素子１９ａに流れる電流を検出し、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６で検出された電流値の大きさを判定し、予め求められてＣＰＵ２０のメモリ（図示しない）に記憶されている、この電流値と接触燃焼式ガスセンサ１９の周囲温度とセンサ出力との相関関係を示すルックアップテーブルを参照し、これに基づいて、判定された電流値の大きさに対応する温度を示す温度情報信号を生成する。
【００６５】
図６（Ａ）に示すように、駆動電圧は、検知対象ガス、たとえば還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスが存在する場合でもその濃度を検出しない温度、すなわち、触媒反応を起こさない温度まで下げるための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として、センサ素子１９ａに印加される。
【００６６】
それにより、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度は、図６（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃以下の低温となる低温期間とで推移する。
【００６７】
また、図６（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前に、センサ素子１９ａの両端の電圧降下が検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００６８】
一方、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、センサ素子１９ａの温度が十分に冷却されたら、図６（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、駆動電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９により、センサ素子１９ａを流れる電流を計測してその電流値を取り込む。それにより、センサ素子１９ａの温度係数に基づく抵抗変化が電流値で計測され、計測された電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００６９】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成する。
【００７０】
このように、本発明の第３実施形態によれば、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を基に、温度情報を入手し、ガスセンサのセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、センサ素子１９ａの温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００７１】
（第４実施形態）上述した第３実施形態では、ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサを用いて還元性ガスを検知できるように構成されているが、以下に説明する第４実施形態では、還元性ガスと不完全燃焼ガスとを検知できるように構成される。第４実施形態では、ガス検出装置の構成は、図５に示す第１実施形態と同一であるが、図７のタイミングチャートに示すように駆動条件が異なっている。
【００７２】
接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａには、メタン等の還元性ガスと一酸化炭素等の不完全燃焼ガスを定期的に検出するための駆動電圧が印加される。すなわち、図７（Ａ）に示すように、駆動電圧は、還元性ガスを検出できる高温度に加温するための一定の高レベル電圧（Ｈｉ）と、還元性ガスを検出しないが還元性ガスと種類の異なるガス、たとえば不完全燃焼ガスを検出するための一定の低レベル電圧（Ｌｏ）とにパルス的に交互に所定周期でレベル変化する電圧として印加される。
【００７３】
それにより、センサ素子１９ａの温度は、図７（Ｂ）に示すように、４００℃前後の高温となる高温期間と、１００℃程度の低温となる低温期間とで推移する。
【００７４】
また、図７（Ｃ）のセンサ出力計測タイミングに示すように、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる直前とＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる直前に、センサ素子１９ａの両端の電圧降下が検出され、センサ出力としてセンサ出力判定部２０ｄに取り込まれる。
【００７５】
一方、駆動電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わった後、センサ素子１９ａの温度が十分に冷却されたら、図７（Ｄ）の温度情報計測タイミングに示すように、駆動電圧がＬｏレベルになっている間であって温度情報計測タイミング信号Ｈｉで示される期間に、電流検出判定部２０ｃは、電流検出部１６の検出抵抗Ｒ９によりセンサ素子１９ａを流れる電流を計測してその電流値を取り込む。それにより、第３実施形態と同様に、センサ素子１９ａの温度係数に基づく抵抗変化が電流値によって計測され、計測された電流値に基づいて、十分、温度補償のための温度情報が得られる。
【００７６】
そして、センサ出力判定部２０ｄは、電流検出判定部２０ｃで生成された温度情報信号に基づいて、高温期間において判定されたセンサ出力に対する温度補償を行って還元性ガスのガス濃度データを生成し、低温期間において判定されたセンサ出力に対する温度補償を行って不完全燃焼ガスのガス濃度データを生成する。
【００７７】
このように、本発明の第４実施形態によれば、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を基に、温度情報を入手し、還元性ガスおよび不完全燃焼ガスに対応するセンサ出力の温度補償を精度良く行うことが可能である。したがって、従来より使用していた温度センサを用いることなく、センサ素子１９ａの温度係数を温度センサの情報として流用することによって、ガスセンサの精度の良い温度補償が可能なガス検出装置を構築することが可能となる。
【００７８】
なお、接触燃焼式ガスセンサは、通常、センサ素子以外に、センサ素子と同一構造でガスに対して不感処理が施された温度補償用素子を備えているが、本発明の第３および第４実施形態では、接触燃焼式ガスセンサ１９のセンサ素子１９ａの温度係数を利用して温度情報信号を得ているので、温度補償用素子は不要であり、接触燃焼式ガスセンサの構造が簡単で安価となる利点がある。
【００７９】
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。
【００８０】
たとえば、本発明は、ある一定レベルの温度係数を持った、ヒーター材料等の材料を使用したガスセンサ全てに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】半導体式ガスセンサの構造を示す略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の回路図である。（第１実施形態）
【図３】本発明の第１実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第１実施形態）
【図４】本発明の第２実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第２実施形態）
【図５】本発明の第３実施形態に係るガス検出装置の回路図である。（第３実施形態）
【図６】本発明の第３実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第３実施形態）
【図７】本発明の第４実施形態に係るガス検出装置における駆動条件を説明するタイミングチャートである。（第４実施形態）
【符号の説明】
【００８２】
１ 半導体式ガスセンサ
１ａ 感ガス体
１ｂ ヒーター
１ｃ センサ電極
１０ ガス検出装置
１１ プレート電源
１２ ヒーター電源（電圧源）
１５ センサ出力検出部（センサ出力検出手段）
１６ 電流検出判定部（電流検出手段）
１７ 駆動電源（電圧源）
１９ 接触燃焼式ガスセンサ
１９ａ センサ素子
２０ マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
２０ｃ 電流検出判定部（温度情報信号生成手段）
２０ｄ センサ出力判定部（ガス濃度データ生成手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサと、
前記ガスセンサを動作させる電圧であって、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、
前記ガスセンサに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧源より前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
感ガス体、該感ガス体を加熱するヒーター、および感ガス体の抵抗変化を取り出すためのセンサ電極を有する半導体式ガスセンサと、
前記ヒーターに、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を供給するヒーター電源と、
前記センサ電極に間欠的に一定レベルのプレート電圧を供給するプレート電源と、
前記ヒーターに前記高レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記プレート電源から前記プレート電圧が前記センサ電極に供給されている間にセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、
前記ヒーターに流れるヒーター電流を検出する電流検出手段と、
前記ヒーターに前記低レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記センサ電極に前記プレート電圧が供給されていない間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記半導体式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を有し、前記ガスの濃度を検知してセンサ出力を生成する接触燃焼式ガスセンサと、
前記センサ素子に、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、
前記センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記センサ素子に前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記電圧の低レベルは、前記ガスと異なる種類のガスの濃度を検出するためのレベルになっている
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項５】
請求項２記載のガス検出装置において、
前記電流検出手段は、前記ヒーターの温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器である
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項６】
請求項３記載のガス検出装置において、
前記電流検出手段は、前記センサ素子の温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器である
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項１】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度を検出してセンサ出力を生成するガスセンサと、
前記ガスセンサを動作させる電圧であって、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、
前記ガスセンサに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧源より前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
感ガス体、該感ガス体を加熱するヒーター、および感ガス体の抵抗変化を取り出すためのセンサ電極を有する半導体式ガスセンサと、
前記ヒーターに、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化するヒーター電圧を供給するヒーター電源と、
前記センサ電極に間欠的に一定レベルのプレート電圧を供給するプレート電源と、
前記ヒーターに前記高レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記プレート電源から前記プレート電圧が前記センサ電極に供給されている間にセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、
前記ヒーターに流れるヒーター電流を検出する電流検出手段と、
前記ヒーターに前記低レベル時のヒーター電圧が供給されかつ前記センサ電極に前記プレート電圧が供給されていない間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記半導体式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
ガス雰囲気中に設置された状態でガスの存在を検出するガス検出装置であって、
ガス雰囲気中に設置された状態で前記ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を有し、前記ガスの濃度を検知してセンサ出力を生成する接触燃焼式ガスセンサと、
前記センサ素子に、前記ガスの濃度を検出するための一定の高レベルと、前記ガスの濃度を検出しない一定の低レベルとにパルス的に交互にレベル変化する電圧を供給する電圧源と、
前記センサ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記センサ素子に前記低レベル時の電圧が供給されている間に前記電流検出手段で検出された電流値を判定し、前記電流値と前記接触燃焼式ガスセンサの周囲温度と前記センサ出力との予め求められた相関関係に基づいて、周囲温度を示す温度情報信号を生成する温度情報信号生成手段と、
前記温度情報信号生成手段で生成された前記温度情報信号に基づいて、前記センサ出力に対する温度補償を行ってガス濃度データを生成するガス濃度データ生成手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記電圧の低レベルは、前記ガスと異なる種類のガスの濃度を検出するためのレベルになっている
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項５】
請求項２記載のガス検出装置において、
前記電流検出手段は、前記ヒーターの温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器である
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項６】
請求項３記載のガス検出装置において、
前記電流検出手段は、前記センサ素子の温度係数より充分に小さい温度係数を有する固定抵抗器である
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０１０５５（Ｐ２００６−２０１０５５Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３７４５（Ｐ２００５−１３７４５）
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【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１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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