ガス検出装置
【課題】吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子における温度上昇特性の差異によって誤差電位差が生じる場合においても、増幅率を高めて検出対象ガスの検出感度を向上できるガス検出装置を提供する。
【解決手段】ガス検出装置１は、吸着燃焼式ガスセンサ１５を備えるブリッジ回路２の中点電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部６ａと、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するオフセット電圧生成部８と、増幅された中点電位差にオフセット電圧を加算する電圧加算部６ｂと、を備えている。そして、各素子の温度が上昇する過渡期間において、オフセット電圧切換情報に基づき、複数のオフセット電圧のうち、誤差電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくするオフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成部を制御するオフセット電圧切換手段６１ａが設けられている。
【解決手段】ガス検出装置１は、吸着燃焼式ガスセンサ１５を備えるブリッジ回路２の中点電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部６ａと、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するオフセット電圧生成部８と、増幅された中点電位差にオフセット電圧を加算する電圧加算部６ｂと、を備えている。そして、各素子の温度が上昇する過渡期間において、オフセット電圧切換情報に基づき、複数のオフセット電圧のうち、誤差電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくするオフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成部を制御するオフセット電圧切換手段６１ａが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来知られている接触燃焼式ガスセンサは、感応素子と補償素子を有し、検出対象となるガスを感応素子の触媒作用により燃焼させ、この燃焼熱を白金コイルの抵抗値変化として捉えるように構成されている。検出対象となるガスのうちトルエンや酢酸、エタノール等のように、極性が大きく吸着力の大きなガスは、低温駆動時に、ガス分子が感応素子の触媒表面に吸着し、高温駆動時に、吸着したガスが瞬時に燃焼すると共に接触燃焼反応も同時に起こるので、センサ出力は、短時間でピークに達しその後徐々に減少するピーク波形（山形波形）を生じる。一方、メタンや水素、一酸化炭素等の無極性または極性の小さいガスは、吸着力も小さいので上記のような現象は起こらず、センサ出力は、定常値で安定するまで徐々に増加していく。
【０００３】
このように、トルエン等の特定種類のガスにおいて固有のピーク波形を呈することを利用して、接触燃焼式ガスセンサを用いてガス濃度の検出やガス種の分別などを行うことができる。このような特定種類のガスの吸着現象を利用する接触燃焼式ガスセンサは、吸着燃焼式ガスセンサとも呼ばれている。上述したような吸着燃焼式ガスセンサは、ガス濃度検出装置やガス種別検出装置などの種々のガス検出装置において用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
吸着燃焼式ガスセンサを備えた従来のガス検出装置の構成例を図９に示す。図９に示されるガス検出装置８０１は、検出対象ガスと感応する感応素子８１１及び該感応素子８１１と直列接続された固定抵抗器８１４からなるセンサ回路部８１０、並びに、センサ回路部８１０と並列接続されるとともに、検出対象ガスと感応しない補償素子８１２及び補償素子８１２と直列接続された固定抵抗器８１３からなるレファレンス回路部８２０、で構成されたブリッジ回路８０２と、感応素子８１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、感応素子８１１の温度が感応素子８１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、をブリッジ回路８０２に順次供給する電圧供給源８０５と、感応素子８１１及び固定抵抗器８１４間に生じる第１電圧Ｖ１と補償素子８１２及び固定抵抗器８１３間に生じる第２電圧Ｖ２とが入力されるように、センサ回路部８１０の中点とレファレンス回路部８２０の中点とに接続されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差（以下、「中点電位差Ｖｃ」という）を所定の増幅率で増幅する計装アンプ８０６と、計装アンプ８０６によって増幅された中点電位差Ｖｃをアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ８０７と、Ａ／Ｄコンバータ８０７によってデジタル値に変換された中点電位差Ｖｃに基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する周知のマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）８６０と、を備えている。ブリッジ回路８０２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において高温駆動電圧を供給されたときに、各素子の温度変化が収束した定常状態で平衡（即ち、中点電位差Ｖｃが０）となるように、固定抵抗器８１３、８１４の抵抗値が定められている。また、計装アンプ８０６には、オフセット電圧端子が設けられており、該オフセット電圧端子に入力された電圧を、増幅後の電位差に加算する機能を備えている。計装アンプ８０６のオフセット電圧端子には、例えば、分圧回路などからなる定電圧生成回路８０８が接続されている。
【０００５】
この中点電位差Ｖｃは、感応素子８１１の抵抗値をＲｓ、補償素子８１２の抵抗値をＲｒ、固定抵抗器８１４の抵抗値をＲ２、固定抵抗器８１３の抵抗値をＲ１、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、次の式（１）で示される。
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・・（１）
【０００６】
また、計装アンプ８０６で増幅された中点電位差Ｖｃ、即ち、計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏは、計装アンプ８０６の増幅率をＧ、オフセット電圧端子に入力されるオフセット電圧をＶｏｆｆｓｅｔとすると、次の式（２）で示される。
Ｖｏ＝Ｖｃ×Ｇ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ・・・（２）
【０００７】
上記式（１）、（２）から明らかなように、計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏの変化は、それぞれ値が固定される抵抗値Ｒ１、抵抗値Ｒ２、供給電圧Ｖｂｒｇ、増幅率Ｇ及びオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの影響は受けず、つまり、出力電圧Ｖｏは、温度変化に応じて値が変化する感応素子８１１の抵抗値Ｒｓ及び補償素子８１２の抵抗値Ｒｒによって決定される。
【０００８】
そして、センサ回路部８１０の感応素子８１１及びレファレンス回路部２０の補償素子８１２は、供給電圧Ｖｂｒｇが低温駆動電圧から高温駆動電圧に切り替わると温度上昇を開始するが、これら感応素子８１１と補償素子８１２とは、それぞれの熱容量や熱伝導特性、放熱特性などが異なるので、各素子の温度が安定した定常状態に至るまでの過渡状態の期間（過渡期間）における温度上昇カーブ、即ち、温度上昇特性が異なり、そのため、温度上昇に伴う抵抗値の変化に差異が生じて、過渡期間において、温度上昇特性の差異による中点電位差Ｖｃ、即ち、誤差電位差Ｖｅが生じてしまう。このような各素子の温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅを防ぐために、各素子の製造方法の精度向上や選別等を行うことが考えられるが、完全に温度上昇特性を一致させることは不可能である。この誤差電位差Ｖｅは、計装アンプ８０６により増幅率Ｇで増幅されて、出力電圧Ｖｏに含まれて出力されてしまう。図１０に、検出対象ガスを含まない雰囲気中における高温駆動時の計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）のグラフを示す。そして、このような吸着燃焼式ガスセンサは、高温駆動時の中点電位差Ｖｃの変化（即ち、応答波形）に基づいてガス検出を行うので、上述したような、温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅが影響して、ガス検出の精度が低下してしまう。
【０００９】
そこで、ガス検出装置８０１では、感応素子８１１及び補償素子８１２における温度上昇特性の差異によって生じる中点電位差Ｖｃ、即ち、誤差電位差Ｖｅの影響を回避するため、以下のようにして検出対象ガスの濃度を検出していた。
【００１０】
まず、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、ブリッジ回路８０２に低温駆動電圧を供給したのちに高温駆動電圧を供給したときの中点電位差Ｖｃ（即ち、誤差電位差Ｖｅ）を所定のサンプリング周期で計測し、この計測した複数の中点電位差Ｖｃを積算して誤差電位差積分値を算出する。次に、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気中において、ブリッジ回路８０２に低温駆動電圧を供給したのちに高温駆動電圧を供給したときの中点電位差Ｖｃを同様に所定のサンプリング周期で計測し、この計測した複数の中点電位差Ｖｃを積算して濃度電位差積分値を算出する。そして、濃度電位差積分値から誤差電位差積分値を差し引いた値に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する。このようにして、温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅの影響を回避して、検出対象ガスの濃度検出の精度低下を防いでいた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−８３９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した中点電位差Ｖｃは微小電圧であるので、計装アンプ８０６において所定の増幅率で増幅されたあとに、後段のＡ／Ｄコンバータ８０７に入力される。一般的に、計装アンプはその最大出力電圧（通常は電源電圧と同じ又は若干低い電圧）が定められており、そのため、計装アンプ８０６が出力する電圧がこの最大出力電圧以下になるように、その増幅率が定められる。また同様に、Ａ／Ｄコンバータについても、最大入力電圧が定められており、そのため、Ａ／Ｄコンバータ８０７に入力される電圧がこの最大入力電圧以下になるように、計装アンプ８０６の増幅率が定められる。そして、計装アンプ８０６の増幅率が高いほど、微小電圧を大きな電圧に変換できるので、検出感度を向上できる。しかしながら、中点電位差Ｖｃに含まれる上述した誤差電位差Ｖｅの値が大きいと、低い増幅率でも上記最大入力電圧または上記最大出力電圧に達してしまうので、計装アンプ８０６の増幅率を高めることが出来ず、検出対象ガスの検出感度の向上が望めなかった。
【００１３】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子における温度上昇特性の差異によって誤差電位差が生じる場合においても、増幅率を高めて検出対象ガスの検出感度を向上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】
【００１４】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、図１の基本構成図に示すように、（ａ）検出対象ガスと感応する感応素子及び前記検出対象ガスと感応しない補償素子からなる吸着燃焼式ガスセンサ１５を含むブリッジ回路２と、（ｂ）前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、前記感応素子の温度が前記感応素子に吸着した前記検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、を前記ブリッジ回路２に順次供給する電圧供給源５と、（ｃ）前記ブリッジ回路２における一対の中点と接続される増幅回路９と、を有するガス検出装置１において、前記増幅回路９には、前記一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部６ａと、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部８と、前記オフセット電圧生成部８が出力する前記オフセット電圧を、前記増幅部６ａで増幅された前記電位差に加算する電圧加算部６ｂと、が設けられ、そして、前記電圧供給源５によって前記ブリッジ回路２に前記高温駆動電圧が供給されたあとの前記感応素子及び前記補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに前記増幅部６ａによって増幅された前記電位差に加算されることにより、該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、前記オフセット電圧生成部８を制御するオフセット電圧切換手段６１ａが設けられていることを特徴とするガス検出装置１である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された発明によれば、増幅回路には、ブリッジ回路における一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部と、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部と、オフセット電圧生成部が出力する前記オフセット電圧を、増幅部で増幅された前記電位差に加算する電圧加算部と、が設けられ、そして、電圧供給源によってブリッジ回路に高温駆動電圧が供給されたあとの感応素子及び補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに増幅部によって増幅された前記電位差（即ち、増幅後の誤差電位差）に加算されることにより該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成部を制御するので、予め設定された複数のオフセット電圧のうち、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差が所定の最低電圧以上で且つ最小となるオフセット電圧を該誤差電位差に加算することができ、そのため、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差の最小値と最大値との差を小さくして、増幅器における増幅率をより高めることができ、検出感度を向上できる。また、従来のブリッジ回路をそのまま用いることができるとともに、増幅回路についても簡易な回路で構成でき、さらに、オフセット電圧生成部に対する制御も簡易であるので、検出感度を向上できるガス検出装置を低コストで提供できる。また、感応素子と補償素子とが並列に接続された構成のブリッジ回路において、該ブリッジ回路の平衡調整が困難である場合でも、オフセット電圧を調整することのみで、ブリッジ回路の平衡を調整したことと同様の効果が得られる。さらに、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子と補償素子との温度上昇特性を高精度で一致させる必要がないので、現状の素子が利用でき、さらに、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態であるガス濃度検出装置を示す構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、図２のガス濃度検出装置が備えるガスセンサユニットの平面図、背面図、及び、平面図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うオフセット電圧切換情報取得処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図２のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）を示すグラフである。
【図７】従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）を示すグラフである。
【図８】図２のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）及び従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）をそれぞれＡ／Ｄコンバータの最大入力電圧まで増幅したグラフである。
【図９】従来のガス濃度検出装置の構成図である。
【図１０】従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るガス検出装置の一実施形態としてのガス濃度検出装置を、図２〜図８を参照して説明する。
【００１８】
ガス濃度検出装置１は、図２に示すように、ブリッジ回路２と、電圧供給源５と、増幅回路９と、Ａ／Ｄコンバータ７と、マイクロコンピュータ６０と、図示しない気体収容室と、図示しない表示装置と、を備えている。
【００１９】
ブリッジ回路２は、第１固定抵抗器１３と、第２固定抵抗器１４と、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５と、を備えている。このガスセンサユニット１５は、感応素子１１と補償素子１２とを備えている。そして、第２固定抵抗器１４と感応素子１１とを互いに直列接続することでセンサ回路部１０を構成し、第１固定抵抗器１３と補償素子１２とを互いに直列接続することでレファレンス回路部２０を構成している。また、センサ回路部１０とレファレンス回路部２０とを互いに並列接続することでブリッジ回路２を構成している。ブリッジ回路２における第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを接続する信号線は、電圧供給源５に接続されている。ブリッジ回路２における感応素子１１と補償素子１２とを接続する信号線は接地点（ＧＮＤ）に接続されている。また、他のブリッジ回路として、上記センサ回路部１０を、感応素子１１と補償素子１２とを直列接続して構成し、且つ、上記レファレンス回路部２０を、第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを直列接続して、構成するようにしてもよい。
【００２０】
ガスセンサユニット１５は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、所定厚さ（例えば、４００μｍ程度）のシリコン（Ｓｉ）ウェハ４１上に、所定厚さ（例えば、６００ｎｍ程度）の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂ、および所定厚さ（例えば、３０ｎｍ程度）の酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａの絶縁薄膜が順次成膜され、多層絶縁膜が形成されている。
【００２１】
この多層絶縁膜上に、感応素子１１として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第１のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４２が形成されていると共に、この白金ヒータ４２と熱的に接触するとともに、触媒物質として、例えば、検出対象ガスを吸着及び燃焼させるパラジウム（Ｐｄ）などの白金族を担持した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる触媒層４３が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００２２】
また、多層絶縁膜上には、補償素子１２として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第２のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４４と、この白金ヒータ４４と熱的に接触する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみからなる非触媒層４５が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００２３】
また、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウェハ４１を異方性エッチングして、感応素子１１及び補償素子１２に対応する位置に凹部４６、４７を形成し、それにより、上述の各絶縁薄膜による薄膜ダイヤフラムＤｓおよびＤｒが形成されている。
【００２４】
感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、後述する電圧供給源５によって低温駆動電圧及び高温駆動電圧が供給されたのちにそれらの温度変化が収束した定常状態では、感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４とが同一の抵抗値となるように形成されている。
【００２５】
また、感応素子１１は触媒層４３を備えているとともに、補償素子１２は非触媒層４５を備えている（即ち、触媒を備えていない）ので、電圧供給源５によってブリッジ回路２（センサ回路部１０及びレファレンス回路部２０）に所定の低温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では検出対象ガスが触媒層４３に吸着され、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが非触媒層４５に吸着されず、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に所定の高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では触媒により検出対象ガスが燃焼し、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが燃焼しない。即ち、感応素子１１は検出対象ガスと感応し、補償素子１２は検出対象ガスと感応しない。
【００２６】
このため、感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含む雰囲気中において、電圧供給源５によって低温駆動電圧が供給されたのちに高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１に吸着した検出対象ガスが爆発的に燃焼する。すると、この燃焼エネルギーにより感応素子１１の温度が補償素子１２の温度より高くなり、感応素子１１と補償素子１２とのそれぞれに検出対象ガスの濃度に応じた温度差が生じて、この温度差によって感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４との抵抗値に差が生じる。そして、この抵抗値の差が、第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（即ち、センサ回路部１０の中点）と第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（即ち、レファレンス回路部２０の中点）との間、つまり、ブリッジ回路２における一対の中点間に、電位差として現れる。この一対の中点間の電位差を「中点電位差Ｖｃ」といい、この中点電位差Ｖｃに基づいてガス濃度が検出される。
【００２７】
ガスセンサユニット１５は、図示しない気体収容室内に設置されている。この気体収容室には、検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気（エアベース）、及び、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）が、後述するマイクロコンピュータ６０の制御によって充填される。
【００２８】
第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、予め定められた固定値の電気抵抗を生じる周知の電子部品である。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、複数の固定抵抗器を直列、並列、または、直列及び並列に組み合わせて構成してもよく、或いは、ガス濃度測定時に抵抗値を固定して用いるものであれば、例えば、平衡調整のためなどに抵抗値を変更できる、可変抵抗器であってもよい。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、これら第１固定抵抗器１３、第２固定抵抗器１４及びガスセンサユニット１５のみで構成されたブリッジ回路２に電圧供給源５によって高温駆動電圧が供給されたときに、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度の変化が収束した定常状態で平衡となるように、即ち、一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃが０となるように、それぞれの抵抗値が定められている。本実施形態においては、第１固定抵抗器１３の抵抗値が２００Ω、第２固定抵抗器１４の抵抗値が２００Ωに設定されている。これら抵抗値は一例であって、ガス濃度検出装置又は検出対象ガスの種類などに応じて適宜定められる。また、ブリッジ回路２には、上記固定抵抗器とは別に可変抵抗器（半固定抵抗器やデジタルポテンショメータなど）を設けて、上記定常状態での平衡調整を可能とする構成としてもよい。
【００２９】
感応素子１１の抵抗値をＲｓ、補償素子１２の抵抗値をＲｒ、第１固定抵抗器１３の抵抗値をＲ１、第２固定抵抗器１４の抵抗値をＲ２、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、上記中点電位差Ｖｃは、以下の式（３）で表される。
【００３０】
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・・（３）
【００３１】
電圧供給源５は、ブリッジ回路２に所定の電圧を供給する電圧供給回路である。電圧供給源５は、後述するＭＰＵ６０に接続されるとともに、該ＭＰＵ６０からの電圧制御信号に応じて、感応素子１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温（例えば、２００度）となる低温駆動電圧、及び、感応素子１１の温度が感応素子１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温（例えば、４００度）となる高温駆動電圧、などのパルス状の供給電圧Ｖｂｒｇをブリッジ回路２に供給する。これらの低温及び高温は一例であり、ガス濃度検出装置の構成又は検出対象ガスの種類などに応じて適宜定められる。
【００３２】
増幅回路９は、増幅部及び電圧加算部としての計装アンプ６と、オフセット電圧生成部としてのオフセット電圧生成回路８と、を備えている。
【００３３】
計装アンプ６は、差動入力・シングルエンド出力の平衡入力アンプであり、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を大きくとれるという特徴を有する周知の増幅器である。計装アンプ６は、それぞれ高インピーダンスの一対の差動入力端子に入力された信号の電位差を、所定の増幅率で増幅して出力する。計装アンプ６の差動入力端子の一方（Ｖ＋）には、センサ回路部１０の中点の信号線が接続されており、他方（Ｖ−）には、レファレンス回路部２０の中点が接続されている。つまり、計装アンプ６は、センサ回路部１０の中点の電位（即ち、第１電圧Ｖ１）と、レファレンス回路部２０の中点の電位（即ち、第２電圧Ｖ２）と、が入力されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の電位差（即ち、中点電位差Ｖｃ、詳細には第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた電圧）を、所定の増幅率で増幅して出力電圧Ｖｏとして出力端子から出力する。計装アンプ６には出力可能な最大電圧（最大出力電圧）が定められており、計装アンプ６の増幅率は、出力電圧Ｖｏがこの最大出力電圧を超えないように定められている。
【００３４】
また、計装アンプ６には、オフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔが設けられている。そして、計装アンプ６は、このオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに入力された電圧を、上記所定の増幅率で増幅した後の電位差に加算したのち、出力電圧Ｖｏとして出力する。
【００３５】
オフセット電圧生成回路８は、例えば、図示しない負電圧供給源等から供給される電圧を分圧して互いに異なる複数の定電圧（即ち、オフセット電圧）を生成する複数の分圧回路（図示なし）と、複数の信号系統を備えるとともに、各信号系統の入力側がそれぞれ上記複数の分圧回路のうちいずれか１つに接続され、且つ、各信号系統の出力側が出力信号線として１本にまとめて接続された単極単投型（ＳＰＳＴ）のアナログスイッチ（図示なし）と、などで構成されている。アナログスイッチの制御信号線はＭＰＵ６０に接続されており、アナログスイッチの出力信号線は、計装アンプ６のオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに接続されている。
【００３６】
オフセット電圧生成回路８のアナログスイッチは、ＭＰＵ６０からのオフセット電圧切換制御信号に基づいて、各信号系統の入力側に接続された複数の分圧回路のうち１つの分圧回路のみが出力側に接続されるように各信号系統をオン又はオフし、つまり、各信号系統に入力された複数のオフセット電圧のうち１つのオフセット電圧をオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに向けて出力する。なお、オフセット電圧生成回路８は、上述した構成以外にも、例えば、周知のデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）と分圧回路とを組み合わせた構成やＤ／Ａコンバータに代えてデジタルポテンショメータを用いた構成など、本発明の目的に反せず、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに、これら複数のオフセット電圧のうち１つのオフセット電圧を出力できるものであれば、その構成は任意である。
【００３７】
本実施形態において、オフセット電圧生成回路８は、３つのオフセット電圧（それぞれ、オフセット電圧Ａ（０Ｖ）、オフセット電圧Ｂ（−３．４Ｖ）、及び、オフセット電圧Ｃ（−７．２Ｖ））、を生成し、オフセット電圧切換制御信号に基づいて、これらオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、１つのオフセット電圧を出力する。上記各オフセット電圧は一例であり、ガス濃度検出装置の構成などに応じて適宜定められる。複数のオフセット電圧は、上述した過渡期間において、計装アンプ６の出力電圧Ｖｏに含まれる誤差電位差Ｖｅ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）を相殺又は小さくするため、オフセット電圧Ａ、Ｂ、・・・、ｎと順次電圧が低くなっていくように設定されているのが望ましい。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する周知のアナログ−デジタル変換器である。Ａ／Ｄコンバータ７の入力部には、計装アンプ６によって出力された出力電圧Ｖｏが入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７の出力部は、ＭＰＵ６０に接続されており、デジタル信号に変換された出力電圧ＶｏがＭＰＵ６０に向けて出力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７には、入力可能な最大電圧（最大入力電圧）が定められており、出力電圧Ｖｏがこの最大入力電圧を超えないように、計装アンプ６の増幅率が定められている。
【００３９】
マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）６０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）６１、ＣＰＵ６１のためのプログラムや各種パラメータ（例えば、低温駆動電圧値、高温駆動電圧値、複数のオフセット電圧の数、サンプリング上限数、各種期間値など）を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ６２、各種データを格納するとともにＣＰＵ６１の処理作業に必要なエリア（例えば、ループ変数、誤差電位差格納領域、誤差電位差積分値１、濃度電位差積分値など）を有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６３、及び、電力供給が断たれた場合でも、格納された各種データの保持が可能であり、ＣＰＵ６１の処理作業に必要な各種格納エリア（例えば、オフセット電圧切換情報格納領域、誤差電位差積分値など）を有するＥＥＰＲＯＭ６４等を備えている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に格納された各種プログラムを実行することにより、オフセット電圧切換手段として機能する。
【００４０】
ＭＰＵ６０は、図示しない入出力ポートや各種インタフェース機能を備えた外部接続部をさらに備えている。ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、Ａ／Ｄコンバータ７、電圧供給源５及びオフセット電圧生成回路８（即ち、オフセット電圧生成回路８が備える図示しないアナログスイッチ）と接続されている。ＭＰＵ６０は、Ａ／Ｄコンバータ７からデジタル信号に変換された出力電圧Ｖｏ（即ち、増幅後の中点電位差Ｖｃ）を受信して、この出力電圧Ｖｏに基づいてガス濃度を検出する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、低温駆動電圧を所定のガス吸着期間供給した後、高温駆動電圧を所定のガス燃焼期間供給するように、電圧供給源５に向けて電圧制御信号を送信する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、適切なオフセット電圧が計装アンプ６に向けて出力されるように、オフセット電圧生成回路８に向けてオフセット電圧切換制御信号を送信する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、図示しない表示装置に接続されており、例えば、検出した検出対象ガスの濃度に関する情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。そして、表示装置は、この表示制御信号に応じた情報、即ち、検出対象ガスの濃度などを表示する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ポンプなどを備えた気体収容室に接続されており、処理に応じて各種気体を該気体収容室に充填する。
【００４１】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（オフセット電圧切換情報取得処理）の一例を、図４に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００４２】
ガス濃度検出装置１に電源が投入されると、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気を充填した後、その処理をステップＳ１１０に進める。
【００４３】
ステップＳ１１０では、本フローチャートの処理に用いられる、ＲＡＭ６３上に設けられたループ変数を初期化する（オフセット電圧切換ループ回数ｓ＝１、サンプリングループ回数ｎ＝１）。また、オフセット電圧生成回路８に対して、複数のオフセット電圧のうちひとつのオフセット電圧（例えば、オフセット電圧Ａ）を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００４４】
ステップＳ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１３０に進む。
【００４５】
ステップＳ１３０では、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度が安定するまで（温度安定期間、例えば、６０秒）待つ。そして、温度安定期間が経過した後、ステップＳ１４０に進む。
【００４６】
ステップＳ１４０では、オフセット電圧生成回路８に対して、オフセット電圧切換ループ回数ｓに応じたオフセット電圧（ｓ＝１のときはオフセット電圧Ａ、ｓ＝２のときはオフセット電圧Ｂ、ｓ＝３のときはオフセット電圧Ｃ）を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＳ１５０に進む。
【００４７】
ステップＳ１５０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１６０に進む。
【００４８】
ステップＳ１６０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを、誤差電位差Ｖｅとして取得して、ＲＡＭ６３上に設けられた誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］に格納する。この誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］は二次元配列データ構造を有しており、オフセット電圧切換ループ回数ｓ及びサンプリングループ回数ｎをインデックスとして、取得した誤差電位差Ｖｅの格納位置が指定される。例えば、オフセット電圧切換ループ回数ｓ＝１で、サンプリングループ回数ｎ＝３のときは、誤差電位差Ｖｅは誤差電圧格納領域［１、３］に格納される。その後、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、ステップＳ１７０に進む。
【００４９】
ステップＳ１７０では、所定のサンプリング間隔時間が経過するまで待つ。このサンプリング間隔時間とは、一例を挙げると、サンプリングが行われる期間（過渡期間、例えば、４００ｍｓ）をＲＯＭ６２に格納された所定のサンプリング上限数（例えば、４００回）で除した値（例えば、１ｍｓ）などが用いられる。サンプリング間隔時間は、概ね、数百μｓ〜数ｍｓの範囲で設定される。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＳ１８０に進む。
【００５０】
ステップＳ１８０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、現在のオフセット電圧における誤差電位差Ｖｅの取得が終了したものとして、オフセット電圧切換ループ回数ｓを１増加したのち、ステップＳ１９０に進み（Ｓ１８０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、現在のオフセット電圧における誤差電位差Ｖｅの取得を継続するものとして、ステップＳ１６０に戻る（Ｓ１８０でＮ）。
【００５１】
ステップＳ１９０では、オフセット電圧切換ループ回数ｓが、ＲＯＭ６２に格納された、オフセット電圧生成回路８において生成される複数のオフセット電圧の数（即ち、３つ）を超えたか否かを判定し、複数のオフセット電圧の数を超えていたときは、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃの全てにおいて誤差電位差Ｖｅの取得が終了したものとして、ステップＳ２００に進み（Ｓ１９０でＹ）、複数のオフセット電圧の数以下のときは、まだ誤差電位差Ｖｅを取得していないオフセット電圧が残っているものとして、ステップＳ１２０に戻る（Ｓ１９０でＮ）。
【００５２】
ステップＳ２００では、ループ変数等を初期化する（サンプリングループ回数ｎ＝１、誤差電位差積分値１＝０）。そして、ステップＳ２１０に進む。
【００５３】
ステップＳ２１０では、誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］においてサンプリングタイミングが同一（即ち、ｎが同一）のものの中から、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さいものを選定し、この選定された誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］におけるオフセット電圧を特定する情報（即ち、ｓ）を、ＥＥＰＲＯＭ６４上に設けられたオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］に格納する。このオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］は、一次元配列データ構造を有しており、サンプリングループ回数ｎをインデックスとして、オフセット電圧を示す情報の格納位置が指定される。一例を挙げると、誤差電位差格納領域［１、３５］＝７．５Ｖ、誤差電位差格納領域［２、３５］＝４Ｖ、誤差電位差格納領域［３、３５］＝０Ｖのとき、オフセット電圧切換情報格納領域［３５］に、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さい「２」を格納する。そして、ステップＳ２２０に進む。なお、本実施形態においては、誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］においてサンプリングタイミングが同一（即ち、ｎが同一）のものの中から、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さいものを選定するものであったが、これに限らず、例えば、各素子の経時劣化などに伴う抵抗値の変動等により誤差電位差Ｖｅが０を下回るのを防ぐためなど、所定の最低電圧以上（例えば、０．５Ｖ以上など）で且つ最も小さいものを選定するようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で選定された誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］に格納されている誤差電位差ＶｅをＲＡＭ６３上に設けられた誤差電位差積分値１に積算する。そして、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、ステップＳ２３０に進む。
【００５５】
ステップＳ２３０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、誤差電位差積分値１の算出が終了したものとして、ステップＳ２４０に進み（Ｓ２３０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、誤差電位差積分値１の算出途中として、ステップＳ２１０に戻る（Ｓ２３０でＮ）。
【００５６】
ステップＳ２４０では、ステップＳ２２０で積算した誤差電位差積分値１を、ＥＥＰＲＯＭ６４上に設けられた誤差電位差積分値に格納する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
【００５７】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（ガス濃度検出処理）の一例を、図５に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００５８】
上述した、オフセット電圧切換情報取得処理が終了した後、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）を充填した後、その処理をステップＴ１１０に進める。
【００５９】
ステップＴ１１０では、本フローチャートの処理に用いられる、ＲＡＭ６３上に設けられたループ変数等を初期化する（サンプリングループ回数ｎ＝１、濃度電位差積分値＝０）。そして、ステップＴ１２０に進む。
【００６０】
ステップＴ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＴ１３０に進む。
【００６１】
ステップＴ１３０では、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度が安定するとともに、感応素子１１に検出対象ガスを吸着させるためのガス吸着期間が経過するまで（例えば、６０秒）待つ。そして、ガス吸着期間が経過した後、ステップＴ１４０に進む。
【００６２】
ステップＴ１４０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＴ１５０に進む。
【００６３】
ステップＴ１５０では、当該サンプリングタイミング（即ち、サンプリングループ回数ｎ）に対応するオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］に格納されたオフセット電圧を特定する情報（即ち、オフセット電圧切換情報）を読み出す。そして、ステップＴ１６０に進む。
【００６４】
ステップＴ１６０では、オフセット電圧生成回路８に対して、ステップＴ１５０で読み出した情報によって特定されるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＴ１７０に進む。
【００６５】
ステップＴ１７０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを、ガス濃度電位差として取得して、ＲＡＭ６３上に設けた濃度電位差積分値に積算する。その後、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、Ｔ１８０に進む。
【００６６】
ステップＴ１８０では、上述した所定のサンプリング間隔時間が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ１９０に進む。
【００６７】
ステップＴ１９０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、濃度電位差積分値の算出が終了したものとして、ステップＴ２００に進み（Ｔ１９０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、濃度電位差積分値の算出途中として、ステップＴ１５０に戻る（Ｔ１９０でＮ）。
【００６８】
ステップＴ２００では、ステップＴ１７０で積算した濃度電位差積分値から、ＥＥＰＲＯＭ６４に格納された誤差電位差積分値を差し引いた値を算出し、ＲＯＭ６２上に予め格納された、電位差積分値及びガス濃度の関係についての変換テーブルに基づいて、当該算出した値からガス濃度を求め、このガス濃度についての情報を含む表示情報を生成して、表示装置に対して送信する。そして、再度ガス濃度を測定するため、ステップＴ１１０に戻る（フローチャート終了）。
【００６９】
なお、上述したステップＴ１５０、Ｔ１６０が、請求項中のオフセット電圧切換手段に相当する。また、上記ではオフセット電圧切換情報取得処理及びガス濃度検出処理を別々に説明するものであったが、これら処理は別々に行われてもよく、又は、補正情報取得処理に連続してガス濃度検出処理を行ってもよい。
【００７０】
次に、上述したガス濃度検出装置１における本発明に係る動作（作用）について説明する。
【００７１】
ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気を充填したのち、オフセット電圧切換情報取得処理のための初期化処理を実行する（Ｓ１１０）。そして、ブリッジ回路２に対して低温駆動電圧を供給し（Ｓ１２０、Ｓ１３０）、オフセット電圧Ａを計装アンプ６に向けて出力した後（Ｓ１４０）、ブリッジ回路２に対して高温駆動電圧を供給して（Ｓ１５０）、所定のサンプリングタイミング毎に、中点電位差Ｖｃ（即ち、誤差電位差Ｖｅ）を取得するとともにＲＡＭ６３に格納（記憶）する（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）。そして、オフセット電圧生成回路８を切り換えて、オフセット電圧Ｂ及びオフセット電圧Ｃを順次計装アンプ６に向けて出力して、これらオフセット電圧Ｂ及びオフセット電圧Ｃについても、上記一連の誤差電位差Ｖｅ取得動作（Ｓ１２０〜Ｓ１８０）を行う。
【００７２】
そして、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれを用いて取得した誤差電位差Ｖｅについて、同一のサンプリングタイミングで取得した誤差電位差Ｖｅを互いに比較して、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さい値となるオフセット電圧を、当該サンプリングタイミングにおいて最も誤差電位差Ｖｅを小さくできるオフセット電圧として、このオフセット電圧を特定する情報（即ち、オフセット電圧切換情報）をＥＥＰＲＯＭ６４に格納（記憶）する（Ｓ２１０）。このようにして、すべてのサンプリングタイミングについて、オフセット電圧切換情報を生成する。また、同時に誤差電位差積分値も生成する（Ｓ２２０）。
【００７３】
次に、ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気を充填したのち、ガス濃度検出処理のための初期化処理を実行する（Ｔ１１０）。そして、ブリッジ回路２に対して低温駆動電圧を所定のガス吸着期間供給して感応素子１１に検出対象ガスを吸着させた後（Ｔ１２０、Ｔ１３０）、ブリッジ回路２に対して高温駆動電圧をサンプリングが行われる期間（即ち、ガス燃焼期間）供給して（Ｔ１４０）、所定のサンプリングタイミング毎に、ＥＥＰＲＯＭ６４から読み出した当該サンプリングタイミングに対応するオフセット電圧切換情報に基づいて（Ｔ１５０）、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、誤差電位差Ｖｅが最も小さくなるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力して（Ｔ１６０）、中点電位差Ｖｃをガス濃度電位差として取得するとともに積算（即ち、積分）する（Ｔ１７０）。このようにして、すべてのサンプリングタイミングについて、上記ガス濃度電位差を取得、積分、及び、積算して、濃度電位差積分値を算出する。そして、最後に、濃度電位差積分値から誤差電位差積分値を差し引いた値を、変換テーブルと照らし合わせてガス濃度を求め、表示装置に表示する（Ｔ２００）。
【００７４】
図６に、上述した本発明に係るガス濃度検出装置１において測定した誤差電位差Ｖｅ（増幅率２００倍）のグラフを示し、図７に、オフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうちいずれかひとつのみを計装アンプ６に入力する、従来の構成（図９）のガス濃度検出装置（順に従来構成Ａ、Ｂ、Ｃという）において測定した誤差電位差Ｖｅ（増幅率２００倍）のグラフを示す。図６及び図７のグラフは、本発明に係るガス濃度検出装置１及び従来構成Ａ、Ｂ、Ｃのガス濃度検出装置のそれぞれの増幅率を同一にして取得したものである。また、図８に、本発明に係るガス濃度検出装置において測定した誤差電位差Ｖｅを最大電圧が１０Ｖ（即ち、Ａ／Ｄコンバータ７における最大入力電圧）になるまで増幅したときのグラフと、従来構成Ａのガス濃度検出装置において測定した誤差電位差Ｖｅを最大電圧が１０Ｖになるまで増幅したときのグラフと、を示す。
【００７５】
図６のグラフから、本発明に係るガス濃度検出装置１は、０〜１０ｍｓではオフセット電圧Ａ、１１〜３５ｍｓではオフセット電圧Ｂ、３６〜１８０ｍｓではオフセット電圧Ｃ、１８１〜２６５ｍｓではオフセット電圧Ｂ、２６６〜４００ｍｓではオフセット電圧Ａに、順次切り換えられて計装アンプ６に向けて出力されており、そのため、誤差電位差Ｖｅの最大値が４Ｖ程度に抑えられていることがわかった。その一方で、図７のグラフから、従来構成Ａのガス濃度検出装置では、誤差電位差Ｖｅの最大値が約１０Ｖになり、また、従来構成Ｂ及び従来構成Ｃのガス濃度検出装置では誤差電位差Ｖｅの最大値は従来構成Ａより若干低いものの、各素子の温度が安定する定常状態（概ね４００ｍｓ以降）に達する前に誤差電位差Ｖｅが０Ｖになる区間が生じてしまい、つまり、過渡期間の一部のみしか正常に測定できないことがわかった。
【００７６】
そして、計装アンプ６の後段に接続されたＡ／Ｄコンバータ７の最大入力電圧を１０Ｖとしたとき、図８に示すように、従来構成Ａのガス濃度検出装置が備える計装アンプ６の増幅率を１とすると、本発明に係るガス濃度検出装置１では、計装アンプ６の増幅率を２．５倍に設定することができた。このことから、本発明によれば、従来のガス濃度検出装置より高い増幅率を設定することができるので、検出感度を向上できる。なお、実際に検出対象ガスの濃度を測定するときは、誤差電位差Ｖｅに濃度に応じた電圧が加わるので、Ａ／Ｄコンバータ７の最大入力電圧を超過しないように、これら増幅率より低い値が設定される。
【００７７】
以上より、本発明によれば、増幅回路９には、ブリッジ回路２における一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃを所定の増幅率で増幅するとともに、該増幅された中点電位差Ｖｃにオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに入力されたオフセット電圧を加算して出力する、計装アンプ６と、互いに異なる複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃを生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を計装アンプ６のオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに向けて出力するオフセット電圧生成回路８と、が設けられ、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に高温駆動電圧が供給されたあとの感応素子１１及び補償素子１２の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子１１と前記補償素子１２との温度上昇特性の差異によって生じるとともに計装アンプ６によって増幅された中点電位差Ｖｃ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）に加算されることにより該誤差電位差Ｖｅを０より大きく且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成回路８を制御するので、予め設定された複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差Ｖｅが所定の最低電圧以上で且つ最小となるオフセット電圧を該誤差電位差Ｖｅに加算することができ、そのため、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差Ｖｅの最小値と最大値との差を小さくして、計装アンプ６における増幅率をより高めることができ、検出感度を向上できる。また、従来のブリッジ回路２をそのまま用いることができるとともに、増幅回路９についても簡易な回路で構成でき、さらに、オフセット電圧生成回路８に対する制御も簡易であるので、検出感度を向上できるガス検出装置１を低コストで提供できる。また、感応素子１１を備えたセンサ回路部１０と補償素子１２を備えたレファレンス回路部２０とが並列に接続された構成のブリッジ回路２において、該ブリッジ回路２の平衡調整が困難である場合でも、オフセット電圧を調整することのみで、ブリッジ回路２の平衡を調整したことと同様の効果が得られる。さらに、ガスセンサユニット１５の感応素子１１と補償素子１２との温度上昇特性を高精度で一致させる必要がないので、現状の素子が利用でき、さらに、コストを低減することができる。
【００７８】
本実施形態では、オフセット電圧生成回路８は、３つのオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃを生成するものであったが、これに限らず、互いに異なる複数のオフセット電圧であれば、その数は任意である。また、オフセット電圧の数が多いほど、上述した誤差電位差Ｖｅの最小値と最大値との差をより小さくすることが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態では、実測に基づいて、オフセット電圧切換情報を設定するものであったが、これに限らず、例えば、ブリッジ回路２及び計装アンプ６について、コンピュータ上でシミュレーションを行った結果に基づいてオフセット電圧切換情報を求めて、事前にＥＥＰＲＯＭ６４（又は、ＲＯＭ６２）に設定しておくなど、本発明の目的に反しない限り、オフセット電圧生成回路８によって生成される複数のオフセット電圧のうち、過渡期間において誤差電位差が最も小さくなるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力できるオフセット電圧切換情報であれば、その設定方法は任意である。
【００８０】
また、本実施形態は検出対象ガスの濃度を検出するものであったが、これに限らず、本発明は、成分不明の被検ガスに含まれるガスの種別を検出するガス種別検出装置など、他の種類のガス検出装置に適用してもよい。
【００８１】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ ガス濃度検出装置（ガス検出装置）
２ ブリッジ回路
５ 電圧供給源
６ 計装アンプ（増幅部、電圧加算部）
７ Ａ／Ｄコンバータ
８ オフセット電圧生成回路（オフセット電圧生成部）
９ 増幅回路
１０ センサ回路部
１１ 感応素子
１２ 補償素子
１５ ガスセンサユニット（吸着燃焼式ガスセンサ）
２０ レファレンス回路部
６０ ＭＰＵ
６１ ＣＰＵ（オフセット電圧切換手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着燃焼式ガスセンサを用いたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来知られている接触燃焼式ガスセンサは、感応素子と補償素子を有し、検出対象となるガスを感応素子の触媒作用により燃焼させ、この燃焼熱を白金コイルの抵抗値変化として捉えるように構成されている。検出対象となるガスのうちトルエンや酢酸、エタノール等のように、極性が大きく吸着力の大きなガスは、低温駆動時に、ガス分子が感応素子の触媒表面に吸着し、高温駆動時に、吸着したガスが瞬時に燃焼すると共に接触燃焼反応も同時に起こるので、センサ出力は、短時間でピークに達しその後徐々に減少するピーク波形（山形波形）を生じる。一方、メタンや水素、一酸化炭素等の無極性または極性の小さいガスは、吸着力も小さいので上記のような現象は起こらず、センサ出力は、定常値で安定するまで徐々に増加していく。
【０００３】
このように、トルエン等の特定種類のガスにおいて固有のピーク波形を呈することを利用して、接触燃焼式ガスセンサを用いてガス濃度の検出やガス種の分別などを行うことができる。このような特定種類のガスの吸着現象を利用する接触燃焼式ガスセンサは、吸着燃焼式ガスセンサとも呼ばれている。上述したような吸着燃焼式ガスセンサは、ガス濃度検出装置やガス種別検出装置などの種々のガス検出装置において用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
吸着燃焼式ガスセンサを備えた従来のガス検出装置の構成例を図９に示す。図９に示されるガス検出装置８０１は、検出対象ガスと感応する感応素子８１１及び該感応素子８１１と直列接続された固定抵抗器８１４からなるセンサ回路部８１０、並びに、センサ回路部８１０と並列接続されるとともに、検出対象ガスと感応しない補償素子８１２及び補償素子８１２と直列接続された固定抵抗器８１３からなるレファレンス回路部８２０、で構成されたブリッジ回路８０２と、感応素子８１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、感応素子８１１の温度が感応素子８１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、をブリッジ回路８０２に順次供給する電圧供給源８０５と、感応素子８１１及び固定抵抗器８１４間に生じる第１電圧Ｖ１と補償素子８１２及び固定抵抗器８１３間に生じる第２電圧Ｖ２とが入力されるように、センサ回路部８１０の中点とレファレンス回路部８２０の中点とに接続されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差（以下、「中点電位差Ｖｃ」という）を所定の増幅率で増幅する計装アンプ８０６と、計装アンプ８０６によって増幅された中点電位差Ｖｃをアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ８０７と、Ａ／Ｄコンバータ８０７によってデジタル値に変換された中点電位差Ｖｃに基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する周知のマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）８６０と、を備えている。ブリッジ回路８０２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において高温駆動電圧を供給されたときに、各素子の温度変化が収束した定常状態で平衡（即ち、中点電位差Ｖｃが０）となるように、固定抵抗器８１３、８１４の抵抗値が定められている。また、計装アンプ８０６には、オフセット電圧端子が設けられており、該オフセット電圧端子に入力された電圧を、増幅後の電位差に加算する機能を備えている。計装アンプ８０６のオフセット電圧端子には、例えば、分圧回路などからなる定電圧生成回路８０８が接続されている。
【０００５】
この中点電位差Ｖｃは、感応素子８１１の抵抗値をＲｓ、補償素子８１２の抵抗値をＲｒ、固定抵抗器８１４の抵抗値をＲ２、固定抵抗器８１３の抵抗値をＲ１、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、次の式（１）で示される。
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・・（１）
【０００６】
また、計装アンプ８０６で増幅された中点電位差Ｖｃ、即ち、計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏは、計装アンプ８０６の増幅率をＧ、オフセット電圧端子に入力されるオフセット電圧をＶｏｆｆｓｅｔとすると、次の式（２）で示される。
Ｖｏ＝Ｖｃ×Ｇ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ・・・（２）
【０００７】
上記式（１）、（２）から明らかなように、計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏの変化は、それぞれ値が固定される抵抗値Ｒ１、抵抗値Ｒ２、供給電圧Ｖｂｒｇ、増幅率Ｇ及びオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの影響は受けず、つまり、出力電圧Ｖｏは、温度変化に応じて値が変化する感応素子８１１の抵抗値Ｒｓ及び補償素子８１２の抵抗値Ｒｒによって決定される。
【０００８】
そして、センサ回路部８１０の感応素子８１１及びレファレンス回路部２０の補償素子８１２は、供給電圧Ｖｂｒｇが低温駆動電圧から高温駆動電圧に切り替わると温度上昇を開始するが、これら感応素子８１１と補償素子８１２とは、それぞれの熱容量や熱伝導特性、放熱特性などが異なるので、各素子の温度が安定した定常状態に至るまでの過渡状態の期間（過渡期間）における温度上昇カーブ、即ち、温度上昇特性が異なり、そのため、温度上昇に伴う抵抗値の変化に差異が生じて、過渡期間において、温度上昇特性の差異による中点電位差Ｖｃ、即ち、誤差電位差Ｖｅが生じてしまう。このような各素子の温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅを防ぐために、各素子の製造方法の精度向上や選別等を行うことが考えられるが、完全に温度上昇特性を一致させることは不可能である。この誤差電位差Ｖｅは、計装アンプ８０６により増幅率Ｇで増幅されて、出力電圧Ｖｏに含まれて出力されてしまう。図１０に、検出対象ガスを含まない雰囲気中における高温駆動時の計装アンプ８０６の出力電圧Ｖｏ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）のグラフを示す。そして、このような吸着燃焼式ガスセンサは、高温駆動時の中点電位差Ｖｃの変化（即ち、応答波形）に基づいてガス検出を行うので、上述したような、温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅが影響して、ガス検出の精度が低下してしまう。
【０００９】
そこで、ガス検出装置８０１では、感応素子８１１及び補償素子８１２における温度上昇特性の差異によって生じる中点電位差Ｖｃ、即ち、誤差電位差Ｖｅの影響を回避するため、以下のようにして検出対象ガスの濃度を検出していた。
【００１０】
まず、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、ブリッジ回路８０２に低温駆動電圧を供給したのちに高温駆動電圧を供給したときの中点電位差Ｖｃ（即ち、誤差電位差Ｖｅ）を所定のサンプリング周期で計測し、この計測した複数の中点電位差Ｖｃを積算して誤差電位差積分値を算出する。次に、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気中において、ブリッジ回路８０２に低温駆動電圧を供給したのちに高温駆動電圧を供給したときの中点電位差Ｖｃを同様に所定のサンプリング周期で計測し、この計測した複数の中点電位差Ｖｃを積算して濃度電位差積分値を算出する。そして、濃度電位差積分値から誤差電位差積分値を差し引いた値に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する。このようにして、温度上昇特性の差異によって生じる誤差電位差Ｖｅの影響を回避して、検出対象ガスの濃度検出の精度低下を防いでいた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−８３９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した中点電位差Ｖｃは微小電圧であるので、計装アンプ８０６において所定の増幅率で増幅されたあとに、後段のＡ／Ｄコンバータ８０７に入力される。一般的に、計装アンプはその最大出力電圧（通常は電源電圧と同じ又は若干低い電圧）が定められており、そのため、計装アンプ８０６が出力する電圧がこの最大出力電圧以下になるように、その増幅率が定められる。また同様に、Ａ／Ｄコンバータについても、最大入力電圧が定められており、そのため、Ａ／Ｄコンバータ８０７に入力される電圧がこの最大入力電圧以下になるように、計装アンプ８０６の増幅率が定められる。そして、計装アンプ８０６の増幅率が高いほど、微小電圧を大きな電圧に変換できるので、検出感度を向上できる。しかしながら、中点電位差Ｖｃに含まれる上述した誤差電位差Ｖｅの値が大きいと、低い増幅率でも上記最大入力電圧または上記最大出力電圧に達してしまうので、計装アンプ８０６の増幅率を高めることが出来ず、検出対象ガスの検出感度の向上が望めなかった。
【００１３】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子における温度上昇特性の差異によって誤差電位差が生じる場合においても、増幅率を高めて検出対象ガスの検出感度を向上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】
【００１４】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、図１の基本構成図に示すように、（ａ）検出対象ガスと感応する感応素子及び前記検出対象ガスと感応しない補償素子からなる吸着燃焼式ガスセンサ１５を含むブリッジ回路２と、（ｂ）前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、前記感応素子の温度が前記感応素子に吸着した前記検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、を前記ブリッジ回路２に順次供給する電圧供給源５と、（ｃ）前記ブリッジ回路２における一対の中点と接続される増幅回路９と、を有するガス検出装置１において、前記増幅回路９には、前記一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部６ａと、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部８と、前記オフセット電圧生成部８が出力する前記オフセット電圧を、前記増幅部６ａで増幅された前記電位差に加算する電圧加算部６ｂと、が設けられ、そして、前記電圧供給源５によって前記ブリッジ回路２に前記高温駆動電圧が供給されたあとの前記感応素子及び前記補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに前記増幅部６ａによって増幅された前記電位差に加算されることにより、該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、前記オフセット電圧生成部８を制御するオフセット電圧切換手段６１ａが設けられていることを特徴とするガス検出装置１である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された発明によれば、増幅回路には、ブリッジ回路における一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部と、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部と、オフセット電圧生成部が出力する前記オフセット電圧を、増幅部で増幅された前記電位差に加算する電圧加算部と、が設けられ、そして、電圧供給源によってブリッジ回路に高温駆動電圧が供給されたあとの感応素子及び補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに増幅部によって増幅された前記電位差（即ち、増幅後の誤差電位差）に加算されることにより該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成部を制御するので、予め設定された複数のオフセット電圧のうち、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差が所定の最低電圧以上で且つ最小となるオフセット電圧を該誤差電位差に加算することができ、そのため、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差の最小値と最大値との差を小さくして、増幅器における増幅率をより高めることができ、検出感度を向上できる。また、従来のブリッジ回路をそのまま用いることができるとともに、増幅回路についても簡易な回路で構成でき、さらに、オフセット電圧生成部に対する制御も簡易であるので、検出感度を向上できるガス検出装置を低コストで提供できる。また、感応素子と補償素子とが並列に接続された構成のブリッジ回路において、該ブリッジ回路の平衡調整が困難である場合でも、オフセット電圧を調整することのみで、ブリッジ回路の平衡を調整したことと同様の効果が得られる。さらに、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子と補償素子との温度上昇特性を高精度で一致させる必要がないので、現状の素子が利用でき、さらに、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態であるガス濃度検出装置を示す構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、図２のガス濃度検出装置が備えるガスセンサユニットの平面図、背面図、及び、平面図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うオフセット電圧切換情報取得処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図２のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）を示すグラフである。
【図７】従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）を示すグラフである。
【図８】図２のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）及び従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）をそれぞれＡ／Ｄコンバータの最大入力電圧まで増幅したグラフである。
【図９】従来のガス濃度検出装置の構成図である。
【図１０】従来のガス濃度検出装置における計装アンプの出力電圧（増幅後の誤差電位差）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るガス検出装置の一実施形態としてのガス濃度検出装置を、図２〜図８を参照して説明する。
【００１８】
ガス濃度検出装置１は、図２に示すように、ブリッジ回路２と、電圧供給源５と、増幅回路９と、Ａ／Ｄコンバータ７と、マイクロコンピュータ６０と、図示しない気体収容室と、図示しない表示装置と、を備えている。
【００１９】
ブリッジ回路２は、第１固定抵抗器１３と、第２固定抵抗器１４と、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５と、を備えている。このガスセンサユニット１５は、感応素子１１と補償素子１２とを備えている。そして、第２固定抵抗器１４と感応素子１１とを互いに直列接続することでセンサ回路部１０を構成し、第１固定抵抗器１３と補償素子１２とを互いに直列接続することでレファレンス回路部２０を構成している。また、センサ回路部１０とレファレンス回路部２０とを互いに並列接続することでブリッジ回路２を構成している。ブリッジ回路２における第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを接続する信号線は、電圧供給源５に接続されている。ブリッジ回路２における感応素子１１と補償素子１２とを接続する信号線は接地点（ＧＮＤ）に接続されている。また、他のブリッジ回路として、上記センサ回路部１０を、感応素子１１と補償素子１２とを直列接続して構成し、且つ、上記レファレンス回路部２０を、第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを直列接続して、構成するようにしてもよい。
【００２０】
ガスセンサユニット１５は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、所定厚さ（例えば、４００μｍ程度）のシリコン（Ｓｉ）ウェハ４１上に、所定厚さ（例えば、６００ｎｍ程度）の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂ、および所定厚さ（例えば、３０ｎｍ程度）の酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａの絶縁薄膜が順次成膜され、多層絶縁膜が形成されている。
【００２１】
この多層絶縁膜上に、感応素子１１として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第１のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４２が形成されていると共に、この白金ヒータ４２と熱的に接触するとともに、触媒物質として、例えば、検出対象ガスを吸着及び燃焼させるパラジウム（Ｐｄ）などの白金族を担持した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる触媒層４３が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００２２】
また、多層絶縁膜上には、補償素子１２として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第２のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４４と、この白金ヒータ４４と熱的に接触する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみからなる非触媒層４５が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００２３】
また、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウェハ４１を異方性エッチングして、感応素子１１及び補償素子１２に対応する位置に凹部４６、４７を形成し、それにより、上述の各絶縁薄膜による薄膜ダイヤフラムＤｓおよびＤｒが形成されている。
【００２４】
感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、後述する電圧供給源５によって低温駆動電圧及び高温駆動電圧が供給されたのちにそれらの温度変化が収束した定常状態では、感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４とが同一の抵抗値となるように形成されている。
【００２５】
また、感応素子１１は触媒層４３を備えているとともに、補償素子１２は非触媒層４５を備えている（即ち、触媒を備えていない）ので、電圧供給源５によってブリッジ回路２（センサ回路部１０及びレファレンス回路部２０）に所定の低温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では検出対象ガスが触媒層４３に吸着され、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが非触媒層４５に吸着されず、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に所定の高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では触媒により検出対象ガスが燃焼し、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが燃焼しない。即ち、感応素子１１は検出対象ガスと感応し、補償素子１２は検出対象ガスと感応しない。
【００２６】
このため、感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含む雰囲気中において、電圧供給源５によって低温駆動電圧が供給されたのちに高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１に吸着した検出対象ガスが爆発的に燃焼する。すると、この燃焼エネルギーにより感応素子１１の温度が補償素子１２の温度より高くなり、感応素子１１と補償素子１２とのそれぞれに検出対象ガスの濃度に応じた温度差が生じて、この温度差によって感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４との抵抗値に差が生じる。そして、この抵抗値の差が、第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（即ち、センサ回路部１０の中点）と第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（即ち、レファレンス回路部２０の中点）との間、つまり、ブリッジ回路２における一対の中点間に、電位差として現れる。この一対の中点間の電位差を「中点電位差Ｖｃ」といい、この中点電位差Ｖｃに基づいてガス濃度が検出される。
【００２７】
ガスセンサユニット１５は、図示しない気体収容室内に設置されている。この気体収容室には、検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気（エアベース）、及び、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）が、後述するマイクロコンピュータ６０の制御によって充填される。
【００２８】
第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、予め定められた固定値の電気抵抗を生じる周知の電子部品である。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、複数の固定抵抗器を直列、並列、または、直列及び並列に組み合わせて構成してもよく、或いは、ガス濃度測定時に抵抗値を固定して用いるものであれば、例えば、平衡調整のためなどに抵抗値を変更できる、可変抵抗器であってもよい。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、これら第１固定抵抗器１３、第２固定抵抗器１４及びガスセンサユニット１５のみで構成されたブリッジ回路２に電圧供給源５によって高温駆動電圧が供給されたときに、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度の変化が収束した定常状態で平衡となるように、即ち、一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃが０となるように、それぞれの抵抗値が定められている。本実施形態においては、第１固定抵抗器１３の抵抗値が２００Ω、第２固定抵抗器１４の抵抗値が２００Ωに設定されている。これら抵抗値は一例であって、ガス濃度検出装置又は検出対象ガスの種類などに応じて適宜定められる。また、ブリッジ回路２には、上記固定抵抗器とは別に可変抵抗器（半固定抵抗器やデジタルポテンショメータなど）を設けて、上記定常状態での平衡調整を可能とする構成としてもよい。
【００２９】
感応素子１１の抵抗値をＲｓ、補償素子１２の抵抗値をＲｒ、第１固定抵抗器１３の抵抗値をＲ１、第２固定抵抗器１４の抵抗値をＲ２、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、上記中点電位差Ｖｃは、以下の式（３）で表される。
【００３０】
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・・（３）
【００３１】
電圧供給源５は、ブリッジ回路２に所定の電圧を供給する電圧供給回路である。電圧供給源５は、後述するＭＰＵ６０に接続されるとともに、該ＭＰＵ６０からの電圧制御信号に応じて、感応素子１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温（例えば、２００度）となる低温駆動電圧、及び、感応素子１１の温度が感応素子１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温（例えば、４００度）となる高温駆動電圧、などのパルス状の供給電圧Ｖｂｒｇをブリッジ回路２に供給する。これらの低温及び高温は一例であり、ガス濃度検出装置の構成又は検出対象ガスの種類などに応じて適宜定められる。
【００３２】
増幅回路９は、増幅部及び電圧加算部としての計装アンプ６と、オフセット電圧生成部としてのオフセット電圧生成回路８と、を備えている。
【００３３】
計装アンプ６は、差動入力・シングルエンド出力の平衡入力アンプであり、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を大きくとれるという特徴を有する周知の増幅器である。計装アンプ６は、それぞれ高インピーダンスの一対の差動入力端子に入力された信号の電位差を、所定の増幅率で増幅して出力する。計装アンプ６の差動入力端子の一方（Ｖ＋）には、センサ回路部１０の中点の信号線が接続されており、他方（Ｖ−）には、レファレンス回路部２０の中点が接続されている。つまり、計装アンプ６は、センサ回路部１０の中点の電位（即ち、第１電圧Ｖ１）と、レファレンス回路部２０の中点の電位（即ち、第２電圧Ｖ２）と、が入力されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の電位差（即ち、中点電位差Ｖｃ、詳細には第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた電圧）を、所定の増幅率で増幅して出力電圧Ｖｏとして出力端子から出力する。計装アンプ６には出力可能な最大電圧（最大出力電圧）が定められており、計装アンプ６の増幅率は、出力電圧Ｖｏがこの最大出力電圧を超えないように定められている。
【００３４】
また、計装アンプ６には、オフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔが設けられている。そして、計装アンプ６は、このオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに入力された電圧を、上記所定の増幅率で増幅した後の電位差に加算したのち、出力電圧Ｖｏとして出力する。
【００３５】
オフセット電圧生成回路８は、例えば、図示しない負電圧供給源等から供給される電圧を分圧して互いに異なる複数の定電圧（即ち、オフセット電圧）を生成する複数の分圧回路（図示なし）と、複数の信号系統を備えるとともに、各信号系統の入力側がそれぞれ上記複数の分圧回路のうちいずれか１つに接続され、且つ、各信号系統の出力側が出力信号線として１本にまとめて接続された単極単投型（ＳＰＳＴ）のアナログスイッチ（図示なし）と、などで構成されている。アナログスイッチの制御信号線はＭＰＵ６０に接続されており、アナログスイッチの出力信号線は、計装アンプ６のオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに接続されている。
【００３６】
オフセット電圧生成回路８のアナログスイッチは、ＭＰＵ６０からのオフセット電圧切換制御信号に基づいて、各信号系統の入力側に接続された複数の分圧回路のうち１つの分圧回路のみが出力側に接続されるように各信号系統をオン又はオフし、つまり、各信号系統に入力された複数のオフセット電圧のうち１つのオフセット電圧をオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに向けて出力する。なお、オフセット電圧生成回路８は、上述した構成以外にも、例えば、周知のデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）と分圧回路とを組み合わせた構成やＤ／Ａコンバータに代えてデジタルポテンショメータを用いた構成など、本発明の目的に反せず、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに、これら複数のオフセット電圧のうち１つのオフセット電圧を出力できるものであれば、その構成は任意である。
【００３７】
本実施形態において、オフセット電圧生成回路８は、３つのオフセット電圧（それぞれ、オフセット電圧Ａ（０Ｖ）、オフセット電圧Ｂ（−３．４Ｖ）、及び、オフセット電圧Ｃ（−７．２Ｖ））、を生成し、オフセット電圧切換制御信号に基づいて、これらオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、１つのオフセット電圧を出力する。上記各オフセット電圧は一例であり、ガス濃度検出装置の構成などに応じて適宜定められる。複数のオフセット電圧は、上述した過渡期間において、計装アンプ６の出力電圧Ｖｏに含まれる誤差電位差Ｖｅ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）を相殺又は小さくするため、オフセット電圧Ａ、Ｂ、・・・、ｎと順次電圧が低くなっていくように設定されているのが望ましい。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する周知のアナログ−デジタル変換器である。Ａ／Ｄコンバータ７の入力部には、計装アンプ６によって出力された出力電圧Ｖｏが入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７の出力部は、ＭＰＵ６０に接続されており、デジタル信号に変換された出力電圧ＶｏがＭＰＵ６０に向けて出力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７には、入力可能な最大電圧（最大入力電圧）が定められており、出力電圧Ｖｏがこの最大入力電圧を超えないように、計装アンプ６の増幅率が定められている。
【００３９】
マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）６０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）６１、ＣＰＵ６１のためのプログラムや各種パラメータ（例えば、低温駆動電圧値、高温駆動電圧値、複数のオフセット電圧の数、サンプリング上限数、各種期間値など）を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ６２、各種データを格納するとともにＣＰＵ６１の処理作業に必要なエリア（例えば、ループ変数、誤差電位差格納領域、誤差電位差積分値１、濃度電位差積分値など）を有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６３、及び、電力供給が断たれた場合でも、格納された各種データの保持が可能であり、ＣＰＵ６１の処理作業に必要な各種格納エリア（例えば、オフセット電圧切換情報格納領域、誤差電位差積分値など）を有するＥＥＰＲＯＭ６４等を備えている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に格納された各種プログラムを実行することにより、オフセット電圧切換手段として機能する。
【００４０】
ＭＰＵ６０は、図示しない入出力ポートや各種インタフェース機能を備えた外部接続部をさらに備えている。ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、Ａ／Ｄコンバータ７、電圧供給源５及びオフセット電圧生成回路８（即ち、オフセット電圧生成回路８が備える図示しないアナログスイッチ）と接続されている。ＭＰＵ６０は、Ａ／Ｄコンバータ７からデジタル信号に変換された出力電圧Ｖｏ（即ち、増幅後の中点電位差Ｖｃ）を受信して、この出力電圧Ｖｏに基づいてガス濃度を検出する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、低温駆動電圧を所定のガス吸着期間供給した後、高温駆動電圧を所定のガス燃焼期間供給するように、電圧供給源５に向けて電圧制御信号を送信する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、適切なオフセット電圧が計装アンプ６に向けて出力されるように、オフセット電圧生成回路８に向けてオフセット電圧切換制御信号を送信する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、図示しない表示装置に接続されており、例えば、検出した検出対象ガスの濃度に関する情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。そして、表示装置は、この表示制御信号に応じた情報、即ち、検出対象ガスの濃度などを表示する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ポンプなどを備えた気体収容室に接続されており、処理に応じて各種気体を該気体収容室に充填する。
【００４１】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（オフセット電圧切換情報取得処理）の一例を、図４に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００４２】
ガス濃度検出装置１に電源が投入されると、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気を充填した後、その処理をステップＳ１１０に進める。
【００４３】
ステップＳ１１０では、本フローチャートの処理に用いられる、ＲＡＭ６３上に設けられたループ変数を初期化する（オフセット電圧切換ループ回数ｓ＝１、サンプリングループ回数ｎ＝１）。また、オフセット電圧生成回路８に対して、複数のオフセット電圧のうちひとつのオフセット電圧（例えば、オフセット電圧Ａ）を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００４４】
ステップＳ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１３０に進む。
【００４５】
ステップＳ１３０では、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度が安定するまで（温度安定期間、例えば、６０秒）待つ。そして、温度安定期間が経過した後、ステップＳ１４０に進む。
【００４６】
ステップＳ１４０では、オフセット電圧生成回路８に対して、オフセット電圧切換ループ回数ｓに応じたオフセット電圧（ｓ＝１のときはオフセット電圧Ａ、ｓ＝２のときはオフセット電圧Ｂ、ｓ＝３のときはオフセット電圧Ｃ）を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＳ１５０に進む。
【００４７】
ステップＳ１５０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１６０に進む。
【００４８】
ステップＳ１６０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを、誤差電位差Ｖｅとして取得して、ＲＡＭ６３上に設けられた誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］に格納する。この誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］は二次元配列データ構造を有しており、オフセット電圧切換ループ回数ｓ及びサンプリングループ回数ｎをインデックスとして、取得した誤差電位差Ｖｅの格納位置が指定される。例えば、オフセット電圧切換ループ回数ｓ＝１で、サンプリングループ回数ｎ＝３のときは、誤差電位差Ｖｅは誤差電圧格納領域［１、３］に格納される。その後、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、ステップＳ１７０に進む。
【００４９】
ステップＳ１７０では、所定のサンプリング間隔時間が経過するまで待つ。このサンプリング間隔時間とは、一例を挙げると、サンプリングが行われる期間（過渡期間、例えば、４００ｍｓ）をＲＯＭ６２に格納された所定のサンプリング上限数（例えば、４００回）で除した値（例えば、１ｍｓ）などが用いられる。サンプリング間隔時間は、概ね、数百μｓ〜数ｍｓの範囲で設定される。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＳ１８０に進む。
【００５０】
ステップＳ１８０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、現在のオフセット電圧における誤差電位差Ｖｅの取得が終了したものとして、オフセット電圧切換ループ回数ｓを１増加したのち、ステップＳ１９０に進み（Ｓ１８０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、現在のオフセット電圧における誤差電位差Ｖｅの取得を継続するものとして、ステップＳ１６０に戻る（Ｓ１８０でＮ）。
【００５１】
ステップＳ１９０では、オフセット電圧切換ループ回数ｓが、ＲＯＭ６２に格納された、オフセット電圧生成回路８において生成される複数のオフセット電圧の数（即ち、３つ）を超えたか否かを判定し、複数のオフセット電圧の数を超えていたときは、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃの全てにおいて誤差電位差Ｖｅの取得が終了したものとして、ステップＳ２００に進み（Ｓ１９０でＹ）、複数のオフセット電圧の数以下のときは、まだ誤差電位差Ｖｅを取得していないオフセット電圧が残っているものとして、ステップＳ１２０に戻る（Ｓ１９０でＮ）。
【００５２】
ステップＳ２００では、ループ変数等を初期化する（サンプリングループ回数ｎ＝１、誤差電位差積分値１＝０）。そして、ステップＳ２１０に進む。
【００５３】
ステップＳ２１０では、誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］においてサンプリングタイミングが同一（即ち、ｎが同一）のものの中から、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さいものを選定し、この選定された誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］におけるオフセット電圧を特定する情報（即ち、ｓ）を、ＥＥＰＲＯＭ６４上に設けられたオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］に格納する。このオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］は、一次元配列データ構造を有しており、サンプリングループ回数ｎをインデックスとして、オフセット電圧を示す情報の格納位置が指定される。一例を挙げると、誤差電位差格納領域［１、３５］＝７．５Ｖ、誤差電位差格納領域［２、３５］＝４Ｖ、誤差電位差格納領域［３、３５］＝０Ｖのとき、オフセット電圧切換情報格納領域［３５］に、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さい「２」を格納する。そして、ステップＳ２２０に進む。なお、本実施形態においては、誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］においてサンプリングタイミングが同一（即ち、ｎが同一）のものの中から、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さいものを選定するものであったが、これに限らず、例えば、各素子の経時劣化などに伴う抵抗値の変動等により誤差電位差Ｖｅが０を下回るのを防ぐためなど、所定の最低電圧以上（例えば、０．５Ｖ以上など）で且つ最も小さいものを選定するようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で選定された誤差電位差格納領域［ｓ、ｎ］に格納されている誤差電位差ＶｅをＲＡＭ６３上に設けられた誤差電位差積分値１に積算する。そして、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、ステップＳ２３０に進む。
【００５５】
ステップＳ２３０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、誤差電位差積分値１の算出が終了したものとして、ステップＳ２４０に進み（Ｓ２３０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、誤差電位差積分値１の算出途中として、ステップＳ２１０に戻る（Ｓ２３０でＮ）。
【００５６】
ステップＳ２４０では、ステップＳ２２０で積算した誤差電位差積分値１を、ＥＥＰＲＯＭ６４上に設けられた誤差電位差積分値に格納する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
【００５７】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（ガス濃度検出処理）の一例を、図５に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００５８】
上述した、オフセット電圧切換情報取得処理が終了した後、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）を充填した後、その処理をステップＴ１１０に進める。
【００５９】
ステップＴ１１０では、本フローチャートの処理に用いられる、ＲＡＭ６３上に設けられたループ変数等を初期化する（サンプリングループ回数ｎ＝１、濃度電位差積分値＝０）。そして、ステップＴ１２０に進む。
【００６０】
ステップＴ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＴ１３０に進む。
【００６１】
ステップＴ１３０では、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度が安定するとともに、感応素子１１に検出対象ガスを吸着させるためのガス吸着期間が経過するまで（例えば、６０秒）待つ。そして、ガス吸着期間が経過した後、ステップＴ１４０に進む。
【００６２】
ステップＴ１４０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＴ１５０に進む。
【００６３】
ステップＴ１５０では、当該サンプリングタイミング（即ち、サンプリングループ回数ｎ）に対応するオフセット電圧切換情報格納領域［ｎ］に格納されたオフセット電圧を特定する情報（即ち、オフセット電圧切換情報）を読み出す。そして、ステップＴ１６０に進む。
【００６４】
ステップＴ１６０では、オフセット電圧生成回路８に対して、ステップＴ１５０で読み出した情報によって特定されるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力するためのオフセット電圧切換制御信号を送信する。そして、ステップＴ１７０に進む。
【００６５】
ステップＴ１７０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを、ガス濃度電位差として取得して、ＲＡＭ６３上に設けた濃度電位差積分値に積算する。その後、サンプリングループ回数ｎを１増加する。そして、Ｔ１８０に進む。
【００６６】
ステップＴ１８０では、上述した所定のサンプリング間隔時間が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ１９０に進む。
【００６７】
ステップＴ１９０では、サンプリングループ回数ｎがサンプリング上限数を超えたか否かを判定し、サンプリング上限数を超えていたときは、濃度電位差積分値の算出が終了したものとして、ステップＴ２００に進み（Ｔ１９０でＹ）、サンプリング上限数以下のときは、濃度電位差積分値の算出途中として、ステップＴ１５０に戻る（Ｔ１９０でＮ）。
【００６８】
ステップＴ２００では、ステップＴ１７０で積算した濃度電位差積分値から、ＥＥＰＲＯＭ６４に格納された誤差電位差積分値を差し引いた値を算出し、ＲＯＭ６２上に予め格納された、電位差積分値及びガス濃度の関係についての変換テーブルに基づいて、当該算出した値からガス濃度を求め、このガス濃度についての情報を含む表示情報を生成して、表示装置に対して送信する。そして、再度ガス濃度を測定するため、ステップＴ１１０に戻る（フローチャート終了）。
【００６９】
なお、上述したステップＴ１５０、Ｔ１６０が、請求項中のオフセット電圧切換手段に相当する。また、上記ではオフセット電圧切換情報取得処理及びガス濃度検出処理を別々に説明するものであったが、これら処理は別々に行われてもよく、又は、補正情報取得処理に連続してガス濃度検出処理を行ってもよい。
【００７０】
次に、上述したガス濃度検出装置１における本発明に係る動作（作用）について説明する。
【００７１】
ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に検出対象ガスを含まない０ガス雰囲気を充填したのち、オフセット電圧切換情報取得処理のための初期化処理を実行する（Ｓ１１０）。そして、ブリッジ回路２に対して低温駆動電圧を供給し（Ｓ１２０、Ｓ１３０）、オフセット電圧Ａを計装アンプ６に向けて出力した後（Ｓ１４０）、ブリッジ回路２に対して高温駆動電圧を供給して（Ｓ１５０）、所定のサンプリングタイミング毎に、中点電位差Ｖｃ（即ち、誤差電位差Ｖｅ）を取得するとともにＲＡＭ６３に格納（記憶）する（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）。そして、オフセット電圧生成回路８を切り換えて、オフセット電圧Ｂ及びオフセット電圧Ｃを順次計装アンプ６に向けて出力して、これらオフセット電圧Ｂ及びオフセット電圧Ｃについても、上記一連の誤差電位差Ｖｅ取得動作（Ｓ１２０〜Ｓ１８０）を行う。
【００７２】
そして、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれを用いて取得した誤差電位差Ｖｅについて、同一のサンプリングタイミングで取得した誤差電位差Ｖｅを互いに比較して、誤差電位差Ｖｅが０より大きく且つ最も小さい値となるオフセット電圧を、当該サンプリングタイミングにおいて最も誤差電位差Ｖｅを小さくできるオフセット電圧として、このオフセット電圧を特定する情報（即ち、オフセット電圧切換情報）をＥＥＰＲＯＭ６４に格納（記憶）する（Ｓ２１０）。このようにして、すべてのサンプリングタイミングについて、オフセット電圧切換情報を生成する。また、同時に誤差電位差積分値も生成する（Ｓ２２０）。
【００７３】
次に、ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気を充填したのち、ガス濃度検出処理のための初期化処理を実行する（Ｔ１１０）。そして、ブリッジ回路２に対して低温駆動電圧を所定のガス吸着期間供給して感応素子１１に検出対象ガスを吸着させた後（Ｔ１２０、Ｔ１３０）、ブリッジ回路２に対して高温駆動電圧をサンプリングが行われる期間（即ち、ガス燃焼期間）供給して（Ｔ１４０）、所定のサンプリングタイミング毎に、ＥＥＰＲＯＭ６４から読み出した当該サンプリングタイミングに対応するオフセット電圧切換情報に基づいて（Ｔ１５０）、複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、誤差電位差Ｖｅが最も小さくなるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力して（Ｔ１６０）、中点電位差Ｖｃをガス濃度電位差として取得するとともに積算（即ち、積分）する（Ｔ１７０）。このようにして、すべてのサンプリングタイミングについて、上記ガス濃度電位差を取得、積分、及び、積算して、濃度電位差積分値を算出する。そして、最後に、濃度電位差積分値から誤差電位差積分値を差し引いた値を、変換テーブルと照らし合わせてガス濃度を求め、表示装置に表示する（Ｔ２００）。
【００７４】
図６に、上述した本発明に係るガス濃度検出装置１において測定した誤差電位差Ｖｅ（増幅率２００倍）のグラフを示し、図７に、オフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうちいずれかひとつのみを計装アンプ６に入力する、従来の構成（図９）のガス濃度検出装置（順に従来構成Ａ、Ｂ、Ｃという）において測定した誤差電位差Ｖｅ（増幅率２００倍）のグラフを示す。図６及び図７のグラフは、本発明に係るガス濃度検出装置１及び従来構成Ａ、Ｂ、Ｃのガス濃度検出装置のそれぞれの増幅率を同一にして取得したものである。また、図８に、本発明に係るガス濃度検出装置において測定した誤差電位差Ｖｅを最大電圧が１０Ｖ（即ち、Ａ／Ｄコンバータ７における最大入力電圧）になるまで増幅したときのグラフと、従来構成Ａのガス濃度検出装置において測定した誤差電位差Ｖｅを最大電圧が１０Ｖになるまで増幅したときのグラフと、を示す。
【００７５】
図６のグラフから、本発明に係るガス濃度検出装置１は、０〜１０ｍｓではオフセット電圧Ａ、１１〜３５ｍｓではオフセット電圧Ｂ、３６〜１８０ｍｓではオフセット電圧Ｃ、１８１〜２６５ｍｓではオフセット電圧Ｂ、２６６〜４００ｍｓではオフセット電圧Ａに、順次切り換えられて計装アンプ６に向けて出力されており、そのため、誤差電位差Ｖｅの最大値が４Ｖ程度に抑えられていることがわかった。その一方で、図７のグラフから、従来構成Ａのガス濃度検出装置では、誤差電位差Ｖｅの最大値が約１０Ｖになり、また、従来構成Ｂ及び従来構成Ｃのガス濃度検出装置では誤差電位差Ｖｅの最大値は従来構成Ａより若干低いものの、各素子の温度が安定する定常状態（概ね４００ｍｓ以降）に達する前に誤差電位差Ｖｅが０Ｖになる区間が生じてしまい、つまり、過渡期間の一部のみしか正常に測定できないことがわかった。
【００７６】
そして、計装アンプ６の後段に接続されたＡ／Ｄコンバータ７の最大入力電圧を１０Ｖとしたとき、図８に示すように、従来構成Ａのガス濃度検出装置が備える計装アンプ６の増幅率を１とすると、本発明に係るガス濃度検出装置１では、計装アンプ６の増幅率を２．５倍に設定することができた。このことから、本発明によれば、従来のガス濃度検出装置より高い増幅率を設定することができるので、検出感度を向上できる。なお、実際に検出対象ガスの濃度を測定するときは、誤差電位差Ｖｅに濃度に応じた電圧が加わるので、Ａ／Ｄコンバータ７の最大入力電圧を超過しないように、これら増幅率より低い値が設定される。
【００７７】
以上より、本発明によれば、増幅回路９には、ブリッジ回路２における一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃを所定の増幅率で増幅するとともに、該増幅された中点電位差Ｖｃにオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに入力されたオフセット電圧を加算して出力する、計装アンプ６と、互いに異なる複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃを生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を計装アンプ６のオフセット電圧端子Ｖｏｆｆｓｅｔに向けて出力するオフセット電圧生成回路８と、が設けられ、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に高温駆動電圧が供給されたあとの感応素子１１及び補償素子１２の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子１１と前記補償素子１２との温度上昇特性の差異によって生じるとともに計装アンプ６によって増幅された中点電位差Ｖｃ（即ち、増幅後の誤差電位差Ｖｅ）に加算されることにより該誤差電位差Ｖｅを０より大きく且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、オフセット電圧生成回路８を制御するので、予め設定された複数のオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃのうち、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差Ｖｅが所定の最低電圧以上で且つ最小となるオフセット電圧を該誤差電位差Ｖｅに加算することができ、そのため、上記過渡期間における増幅後の誤差電位差Ｖｅの最小値と最大値との差を小さくして、計装アンプ６における増幅率をより高めることができ、検出感度を向上できる。また、従来のブリッジ回路２をそのまま用いることができるとともに、増幅回路９についても簡易な回路で構成でき、さらに、オフセット電圧生成回路８に対する制御も簡易であるので、検出感度を向上できるガス検出装置１を低コストで提供できる。また、感応素子１１を備えたセンサ回路部１０と補償素子１２を備えたレファレンス回路部２０とが並列に接続された構成のブリッジ回路２において、該ブリッジ回路２の平衡調整が困難である場合でも、オフセット電圧を調整することのみで、ブリッジ回路２の平衡を調整したことと同様の効果が得られる。さらに、ガスセンサユニット１５の感応素子１１と補償素子１２との温度上昇特性を高精度で一致させる必要がないので、現状の素子が利用でき、さらに、コストを低減することができる。
【００７８】
本実施形態では、オフセット電圧生成回路８は、３つのオフセット電圧Ａ、Ｂ、Ｃを生成するものであったが、これに限らず、互いに異なる複数のオフセット電圧であれば、その数は任意である。また、オフセット電圧の数が多いほど、上述した誤差電位差Ｖｅの最小値と最大値との差をより小さくすることが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態では、実測に基づいて、オフセット電圧切換情報を設定するものであったが、これに限らず、例えば、ブリッジ回路２及び計装アンプ６について、コンピュータ上でシミュレーションを行った結果に基づいてオフセット電圧切換情報を求めて、事前にＥＥＰＲＯＭ６４（又は、ＲＯＭ６２）に設定しておくなど、本発明の目的に反しない限り、オフセット電圧生成回路８によって生成される複数のオフセット電圧のうち、過渡期間において誤差電位差が最も小さくなるオフセット電圧を計装アンプ６に向けて出力できるオフセット電圧切換情報であれば、その設定方法は任意である。
【００８０】
また、本実施形態は検出対象ガスの濃度を検出するものであったが、これに限らず、本発明は、成分不明の被検ガスに含まれるガスの種別を検出するガス種別検出装置など、他の種類のガス検出装置に適用してもよい。
【００８１】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ ガス濃度検出装置（ガス検出装置）
２ ブリッジ回路
５ 電圧供給源
６ 計装アンプ（増幅部、電圧加算部）
７ Ａ／Ｄコンバータ
８ オフセット電圧生成回路（オフセット電圧生成部）
９ 増幅回路
１０ センサ回路部
１１ 感応素子
１２ 補償素子
１５ ガスセンサユニット（吸着燃焼式ガスセンサ）
２０ レファレンス回路部
６０ ＭＰＵ
６１ ＣＰＵ（オフセット電圧切換手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）検出対象ガスと感応する感応素子及び前記検出対象ガスと感応しない補償素子からなる吸着燃焼式ガスセンサを含むブリッジ回路と、（ｂ）前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、前記感応素子の温度が前記感応素子に吸着した前記検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、を前記ブリッジ回路に順次供給する電圧供給源と、（ｃ）前記ブリッジ回路における一対の中点と接続される増幅回路と、を有するガス検出装置において、
前記増幅回路には、前記一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部と、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部と、前記オフセット電圧生成部が出力する前記オフセット電圧を、前記増幅部で増幅された前記電位差に加算する電圧加算部と、が設けられ、そして、
前記電圧供給源によって前記ブリッジ回路に前記高温駆動電圧が供給されたあとの前記感応素子及び前記補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに前記増幅部によって増幅された前記電位差に加算されることにより該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、前記オフセット電圧生成部を制御するオフセット電圧切換手段が設けられている
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項１】
（ａ）検出対象ガスと感応する感応素子及び前記検出対象ガスと感応しない補償素子からなる吸着燃焼式ガスセンサを含むブリッジ回路と、（ｂ）前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、前記感応素子の温度が前記感応素子に吸着した前記検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、を前記ブリッジ回路に順次供給する電圧供給源と、（ｃ）前記ブリッジ回路における一対の中点と接続される増幅回路と、を有するガス検出装置において、
前記増幅回路には、前記一対の中点間に生じる電位差を所定の増幅率で増幅する増幅部と、互いに異なる複数のオフセット電圧を生成するとともに前記複数のオフセット電圧のうち１つの前記オフセット電圧を出力するオフセット電圧生成部と、前記オフセット電圧生成部が出力する前記オフセット電圧を、前記増幅部で増幅された前記電位差に加算する電圧加算部と、が設けられ、そして、
前記電圧供給源によって前記ブリッジ回路に前記高温駆動電圧が供給されたあとの前記感応素子及び前記補償素子の温度が上昇する過渡期間において、予め設定されたオフセット電圧切換情報に基づき、前記複数のオフセット電圧のうち、前記感応素子と前記補償素子との温度上昇特性の差異によって生じるとともに前記増幅部によって増幅された前記電位差に加算されることにより該電位差を所定の最低電圧以上で且つ最も小さくする前記オフセット電圧が出力されるように、前記オフセット電圧生成部を制御するオフセット電圧切換手段が設けられている
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２０１１−５２９７６（Ｐ２０１１−５２９７６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９９４８６（Ｐ２００９−１９９４８６）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【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２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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