ガス検出装置
【課題】可燃性ガスなどの特定ガスの濃度や湿度などのガスの状態を検出する際に、入力分解能の低い安価な装置を用いながらも測定精度が高いガス検出装置を提供すること。
【解決手段】可燃性ガス検出装置１は、被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体３４と、発熱抵抗体３４を２つの異なる温度に制御する通電制御回路５０とを備え、発熱抵抗体３４を異なる温度に制御した際に、異なる温度に対応した発熱抵抗体３４の両端の各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるものである。この可燃性ガス検出装置１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えており、２つの異なるオフセット電圧を設定し、各出力電圧から各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、その増幅後の各電圧に基づいてガスの状態を求める。
【解決手段】可燃性ガス検出装置１は、被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体３４と、発熱抵抗体３４を２つの異なる温度に制御する通電制御回路５０とを備え、発熱抵抗体３４を異なる温度に制御した際に、異なる温度に対応した発熱抵抗体３４の両端の各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるものである。この可燃性ガス検出装置１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えており、２つの異なるオフセット電圧を設定し、各出力電圧から各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、その増幅後の各電圧に基づいてガスの状態を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知、或いは被検出雰囲気の湿度の検知など、ガスの状態の検知に用いることができるガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス検出装置として、例えば熱伝導式湿度センサが知られている。この熱伝導式湿度センサは、ジュール熱で自己発熱する発熱体により熱せられた測温抵抗体からの熱放射が変化することを利用して湿度を測定するセンサである。
【０００３】
この種の熱伝導式湿度センサとして、近年では、ホイートストンブリッジ回路を用いて発熱抵抗体を２つの温度に切り替えて制御し、その時のヒータに印加される電圧から湿度を求める技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、発熱抵抗体の両端の出力電圧は、演算回路（マイコン）に直接入力されているので、その出力電圧（計測電圧）の分解能が演算回路の入力分解能によって制限されるという問題があった。
【０００６】
つまり、発熱抵抗体を用いた熱伝導検出式のセンサでは、微小な電圧変化を検知する必要があるので、計測電圧の分解能が低いと測定精度が低いという問題があった。
この対策として、高い分解能を有する演算回路を用いることが考えられるが、一般的に、分解能が高くなれば演算回路の価格も高くなるという問題がある。
【０００７】
また、計測電圧をアンプで増幅することが考えられるが、増幅後の電圧を電源電圧以下にする必要があるので増幅率をそれほど高くすることができず、そのため高い測定精度が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、可燃性ガスなどの特定ガスの濃度や湿度などのガスの状態を検出する際に、入力分解能の低い安価な装置を用いながらも測定精度が高いガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、第１態様として、被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を２つの異なる温度に制御する制御回路と、を備え、前記発熱抵抗体を異なる温度に制御した際に、該異なる温度に対応した該発熱抵抗体からの各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるガス検出装置において、２つの異なるオフセット電圧を設定し、前記各出力電圧から前記各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、該増幅後の各電圧に基づいて、前記ガスの状態を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、発熱抵抗体を２つの異なる温度（設定温度）に制御する構成を採ることから、２つの異なるオフセット電圧を設定するようにしている。そして、異なる温度に対応した発熱抵抗体からの各出力電圧から各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、その増幅後の各電圧に基づいて、ガスの濃度や湿度などガスの状態を求めるので、発熱抵抗体からの出力電圧が微小な電圧変化であっても、電圧変化部分のみを好適に取り出して、大きな増幅率で増幅することが可能となる。
【００１１】
よって、低コストのマイコン等の電子制御装置を使用した場合でも、大きな増幅率を設定することにより、精度良くガスの状態を測定できるという顕著な効果を奏する。
つまり、本発明により、入力分解能の低い安価な装置を用いた場合でも、高分解能のガスの状態の検出が可能になり、ガスの状態の測定精度が向上するという顕著な効果を奏する。
【００１２】
（２）本発明は、第２態様として、前記２つの異なるオフセット電圧を設定する手段として、前記２つの異なる温度のうちの一方の温度に対応する第１オフセット電圧を設定する第１オフセット設定手段と、前記２つの異なる温度のうちの他方の温度に対応する第２オフセット電圧を設定する第２オフセット設定手段とを備えるとともに、前記一方の温度に対応する出力電圧と前記第１オフセット電圧との電位差を増幅する第１増幅手段と、前記他方の温度に対応する出力電圧と前記第２オフセット電圧との電位差を増幅する第２増幅手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、２つの温度（従って２つのオフセット電圧）に対応して、第１オフセット設定手段及び第１増幅手段と、第２オフセット設定手段及び第２増幅手段とを備えているので、例えば１つの増幅手段を備えた回路のもと、マイコンなどの電子制御装置を用いて２つの異なるオフセット電圧に切り替える構成を採る場合に比べて、それぞれの温度（設定温度）に対応するオフセット電圧を第１，第２増幅手段に常時設定することができる。また、増幅手段の増幅率（増幅度）についても異なる値に個別に設定することもできる。このようなことから、より精度が高いガスの状態の測定が可能になる。また、オフセット電圧の切り替え制御等が不要となるため、マイコン等の電子制御装置の制御を簡略化できるという利点がある。
【００１４】
（３）本発明は、第３態様として、１つの増幅手段を備え、電子制御装置からの制御信号に基づいて、前記増幅手段に入力されるオフセット電圧を、当該増幅手段に入力される異なる温度に対応した前記発熱抵抗体からの各出力電圧に対応した前記２つの異なるオフセット電圧のいずれかに切り替えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、電子制御装置（例えばマイコン）からの制御信号に基づいて、１つの増幅手段に入力されるオフセット電圧を２つの異なるオフセット電圧に切り替えるので、それぞれの温度に対応するオフセット電圧設定手段を設ける必要がなく、構成を簡易化できる。これにより、回路規模を最小限に抑えられコスト低減を図ると共に、精度良くガスの状態を測定できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の可燃性ガス検出装置の全体構成図である。
【図２】可燃性ガス検出装置のガス検出素子の構成を示す説明図である。
【図３】可燃性ガス検出装置のオフセット回路及び増幅回路を示す説明図である。
【図４】（ａ）は通電制御回路の要部を示す説明図、（ｂ）は水素濃度と出力電圧との関係を示すグラフ、（ｃ）は周囲温度と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図５】ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】低温時電圧や高温時電圧を算出する際の処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の可燃性ガス検出装置の要部を示す説明図である。
【図８】第３実施形態の可燃性ガス検出装置の要部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜第１実施形態＞
ここでは、ガス検出装置として、水素ガス等の可燃性ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
ａ）まず、本実施形態の可燃性ガス検出装置の基本構成について説明する。
なお、図１は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置１の全体構成図である。図２は、可燃性ガス検出装置１の主要部となるガス検出素子３の構成を示す説明図であり、（ａ）が平面図（但し、内部構成も一部示す）、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
［全体構成］
可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出素子３を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の車内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
【００２０】
図１に示すように、可燃性ガス検出装置１は、ガス検出素子３（図２参照）を駆動制御する制御回路５と、制御回路５の動作を制御する切替信号ＣＧ１を生成するとともに、制御回路５から得られる出力電圧（検出信号）Ｖ１，ＶＴに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理（ガス濃度演算処理）を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）７と、直流電源Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）から可燃性ガス検出装置１への電源供給経路を導通，遮断することで制御回路５，マイコン７を起動，停止する起動スイッチ９とを備えている。
【００２１】
なお、制御回路５（但し、後述する発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５を除く），マイコン７，起動スイッチ９は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子３は構成されている。
【００２２】
［ガス検出素子］
次に、ガス検出素子３について説明する。
図２に示すように、ガス検出素子３は、平板形状の基部３０を備え、基部３０の一方の面（以下「表面」という）には、複数の電極３１が形成され、他方の面（以下「裏面」という）には、基部３０の中心付近に、基部３０の一方の方向に沿って一つの凹部３０１が形成されている。
【００２３】
なお、ガス検出素子３は、縦横ともに数ｍｍ（例えば３ｍｍ×３ｍｍ）程度の大きさであり、例えば、シリコン製の基板を用いたマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）により製造される。
【００２４】
電極３１は、基部３０の一方の辺（図２（ａ）中では下方の辺）に沿って配置された二つの電極３１１，３１２（以下「第１電極群」ともいう）と、他方の辺（図２（ａ）中では上方の辺）に沿って配置された二つの電極３１４，３１５（以下「第２電極群」ともいう）とからなる。これらのうち、電極３１２，３１５を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極３１を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００２５】
基部３０は、シリコン製の基板３２と、基板３２の一方の面に形成された絶縁層３３とからなり、絶縁層３３が部分的（ここではほぼ正方形）に露出するように基板３２の一部を除去することで凹部３０１が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部３０では、絶縁層３３側（基板３２が除去されていない方）が基部３０の表面となり、基板３２側（基板３２の一部が除去されている方を含む）が基部３０の裏面となる。
【００２６】
絶縁層３３には、凹部３０１により基部３０の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体３４が埋設されているとともに、第２電極群３１４，３１５が形成された側の基部３０の長辺に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体３５が埋設されている。
【００２７】
なお、絶縁層３３は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層３３を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）が用いられる。
【００２８】
発熱抵抗体３４は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料からなり、また、測温抵抗体３５は、電気抵抗が温度に比例して変化（本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大）する導電性材料からなる。但し、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金（Ｐｔ）で形成されている。
【００２９】
そして、発熱抵抗体３４は、発熱抵抗体３４が形成された平面と同じ平面に埋設された配線３６、および配線膜３７を介して第１電極群３１１，３１２に接続され、測温抵抗体３５は、測温抵抗体３５が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜（図示せず）を介して第２電極群３１４，３１５に接続されている。
【００３０】
なお、配線３６や配線膜３７を構成する材料としては、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部３０の表面に形成される電極３１と基部３０（絶縁層３３）の内部に形成される配線膜３７とはコンタクトホール（接続導体）によって接続される。
【００３１】
つまり、発熱抵抗体３４は、一端が電極３１１、他端がグランド電極３１２と導通し、測温抵抗体３５は、一端が電極３１４、他端がグランド電極３１５と導通するように接続されている。
【００３２】
このように構成されたガス検出素子３は、被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
［制御回路］
次に、制御回路５の構成について説明する。
【００３３】
前記図１に示すように、制御回路５は、発熱抵抗体３４への通電制御を行い、発熱抵抗体３４の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１を出力する通電制御回路５０と、測温抵抗体３５への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号ＶＴを出力する温度調整回路８０とを備えている。
【００３４】
［通電制御回路］
通電制御回路５０は、発熱抵抗体３４を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ回路）５１と、ブリッジ回路５１で検出される電位差を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力に従って、ブリッジ回路５１に流れる電流を増減調整する電流調整回路５５とを備えている。
【００３５】
電流調整回路５５は、ブリッジ回路５１に直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続され、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃに従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタからなる。具体的には、調整信号Ｃが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大するように構成されている。
【００３６】
増幅回路５３は、演算増幅器５３１と、演算増幅器５３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗５３２，５３３と、演算増幅器５３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗５３４，およびコンデンサ５３５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００３７】
つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃが大きくなり（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し）、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Ｃが小さくなる（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大する）ように構成されている。
【００３８】
ブリッジ回路５１は、発熱抵抗体３４と２個の固定抵抗５１１，５１２と抵抗値を切替可能な可変抵抗部５２とからなり、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体３４および可変抵抗部５２側の各端部ＰＧを接地し、固定抵抗５１１，５１２側の各端部を電源側（電流調整回路５５）に接続することで構成されている。
【００３９】
そして、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４との接続点Ｐ＋は、固定抵抗５３２を介して演算増幅器５３１の非反転入力端子に接続され、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−は、固定抵抗５３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点Ｐ＋の電位を、検出信号Ｖ１としてマイコン７に供給するように構成されている。
【００４０】
また、可変抵抗部５２は、抵抗値の異なる２個の固定抵抗（第１固定抵抗５２１，第２固定抵抗５２２）と、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に従って、第１，第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ部５２０（即ち第１切替スイッチ５２３，第２切替スイッチ５２４の一対の切替スイッチ）とからなり、両切替スイッチ５２３，５２４により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１のバランス（平衡状態）を変化させることができるように構成されている。
【００４１】
詳しくは、第１固定抵抗５２１への通電状態のオン・オフを切り換えるのが、第１切替スイッチ５２３であり、第２固定抵抗５２２への通電状態のオン・オフを切り換えるのが、第２切替スイッチ５２４である。
【００４２】
なお、第１固定抵抗５２１は、発熱抵抗体３４が高温側の第１設定温度ＣＨ（例えば、４００℃）となる抵抗値を有し、第２固定抵抗５２２は、発熱抵抗体３４が低温側の第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（例えば、３００℃）となる抵抗値を有する。従って、第１切替スイッチ５２３が発熱抵抗体３４を高温側に切り替える接点Ｈであり、第２切替スイッチ５２４が発熱抵抗体３４を低温側に切り替える接点Ｌである。
【００４３】
特に本実施形態では、後に詳述する様に、検出信号Ｖ１は第１増幅回路１０１及び第２増幅回路１０２に入力する様に構成されるとともに、第１増幅回路１０１及び第２増幅回路１０２には、それぞれ異なるオフセット電圧を設定する第１オフセット回路１０３及び第２オフセット回路１０４が接続されている。なお、第１増幅回路１０１の出力電圧（ＶＨ’）と第２増幅回路１０２の出力電圧（ＶＬ’）とが、それぞれマイコン７に入力する様に構成されている。
【００４４】
このように構成された通電制御回路５０では、基本的に、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路５１への通電を開始すると、増幅回路５３および電流調整回路５５は、接続点Ｐ＋，Ｐ−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路５１に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）が、可変抵抗部５２によって決まる一定値（ひいては第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。
【００４５】
具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量が変化し、発熱抵抗体３４が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が低下することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が上昇することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大する。
【００４６】
これに対して、増幅回路５３および電流調整回路５５は、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）を一定の大きさに保つ。
【００４７】
つまり、接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１（詳しくは第１、第２増幅回路１０１、１０２の出力電圧ＶＨ’、ＶＬ’）からは、後述する様に、発熱抵抗体３４に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体３４の温度（抵抗値）を一定に保つために必要な熱量（さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量）がわかり、その熱量はガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号Ｖ１（詳しくはＶＨ１、ＶＬ１）から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、ガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。
【００４８】
［温度測定回路］
次に、温度調整回路８０は、測温抵抗体３５を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）８１と、ブリッジ回路８１から得られる電位差を増幅する増幅回路８３とを備えている。
【００４９】
増幅回路８３は、演算増幅器８３１と、演算増幅器８３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗８３２，８３３と、演算増幅器８３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗８３４，コンデンサ８３５によって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００５０】
ブリッジ回路８１は、測温抵抗体３５および３個の固定抵抗８１１，８１２，８１３からなり、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体３５および固定抵抗８１３側の各端部を接地し、固定抵抗８１１，８１２側の各端部を電源（Ｖｃｃ）に接続することで構成されている。
【００５１】
そして、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５との接続点Ｐ−が固定抵抗８３３を介して演算増幅器８３１の反転入力端子に接続され、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３との接続点Ｐ＋が固定抵抗８３２を介して演算増幅器８３１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器８３１の出力を温度検出信号ＶＴとしてマイコンに供給するように構成されている。
【００５２】
測温抵抗体３５は、ガス検出素子３が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号ＶＴが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体３５の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号ＶＴとして出力される。
【００５３】
なお、ガス検出素子３と制御回路５との接続において、ガス検出素子３の各電極３１（３１１，３１２，３１４，３１５）は、電極３１１が通電制御回路５０の接続点Ｐ＋に、電極３１４が温度調整回路８０の接続点Ｐ−に、グランド電極３１２，３１５が制御回路５に共通のグランドラインに接続される。
【００５４】
［マイコン］
マイコン７は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
【００５５】
ここで、第１設定温度ＣＨ（４００℃）の時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベル（従って第１増幅回路１０１の出力電圧ＶＨ’から後述する所定の演算によって得られる電圧）を、高温時電圧ＶＨ１といい、第２設定温度ＣＬ（３００℃）時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベル（従って第２増幅回路１０２の出力電圧ＶＬ’から後述する所定の演算によって得られる電圧）を、低温時電圧ＶＬ１といい、温度調整回路８０から読み込んだ温度検出信号ＶＴの信号レベルを、温度電圧ＶＴというものとする。
【００５６】
そして、記憶装置には、被検出雰囲気内の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧ＶＨ１または低温時電圧ＶＬ１（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１を使用）と可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。また、後述するオフセット電圧と増幅率も、記憶されている。なお、前記各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等からなり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。
【００５７】
なお、湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ１（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨ１および湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨ１と後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。
【００５８】
ｂ）次に、本実施形態の要部である第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４について詳細に説明する。
本実施形態の可燃性ガス検出装置１では、上述した基本的な構成に加えて、図３に示す様に、通電制御回路５０からマイコン７に到る回路に、第１設定温度ＣＨ側（即ち４００℃の高温側）の差動増幅回路である前記第１増幅回路１０１と、第２設定温度ＣＬ側（即ち３００℃の低温側）の差動増幅回路である前記第２増幅回路１０２と、４００℃側のオフセット回路である第１オフセット回路１０３と、３００℃側のオフセット回路である第２オフセット回路１０４とが接続されている。
【００５９】
詳しくは、第１増幅回路１０１は、演算増幅器１０１１と、演算増幅器１０１１の反転入力端子に接続された固定抵抗１０１２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１０１３及び（接地された）固定抵抗１０１４と、演算増幅器１０１１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１０１５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この第１増幅回路１０１での増幅率はＭ（例えば５倍）に設定されている。
【００６０】
同様に、第２増幅回路１０２は、演算増幅器１０２１と、演算増幅器１０２１の反転入力端子に接続された固定抵抗１０２２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１０２３及び（接地された）固定抵抗１０２４と、演算増幅器１０２１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１０２５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この第２増幅回路１０２での増幅率はＮ（例えば６倍）に設定されている。
【００６１】
また、第１オフセット回路１０３は、演算増幅器１０３１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１０３２、１０３３とを備えており、演算増幅器１０３１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。この第１オフセット回路１０３によって、電源電圧を固定抵抗１０３２、１０３３の抵抗比に応じて分圧した第１オフセット電圧（高温側のオフセット電圧）ＶHoffが設定される。
【００６２】
同様に、第２オフセット回路１０４は、演算増幅器１０４１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１０４２、１０４３とを備えており、演算増幅器１０４１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。この第２オフセット回路１０４によって、電源電圧を固定抵抗１０４２、１０４３の抵抗比に応じて分圧した第２オフセット電圧（低温側のオフセット電圧）ＶLoffが設定される。
【００６３】
そして、第１増幅回路１０１の演算増幅器１０１１の反転入力端子側は、第１オフセット回路１０３の出力側に接続されるとともに、非反転入力端子側は、通電制御回路５０の出力側（検出信号Ｖ１が出力される側）に接続されている。
【００６４】
同様に、第２増幅回路１０２の演算増幅器１０２１の反転入力端子側は、第２オフセット回路１０４の出力側に接続されるとともに、非反転入力端子側は、通電制御回路５０の出力側（検出信号Ｖ１が出力される側）に接続されている。
【００６５】
従って、第１増幅回路１０１では、第１オフセット回路１０３の出力電圧ＶHoffと通電制御回路５０の出力電圧Ｖ１との電位差、即ち出力電圧（例えば３．５Ｖ）から第１オフセット電圧（例えば３Ｖ）を引いた差を増幅し、その増幅後の電圧ＶＨ’をマイコン７側に出力する。
【００６６】
同様に、第２増幅回路１０２では、第２オフセット回路１０４の出力電圧ＶLoffと通電制御回路５０の出力電圧Ｖ１との電位差、即ち出力電圧（例えば２．５Ｖ）から第２オフセット電圧（例えば２．２Ｖ）を引いた差を増幅し、その増幅後の電圧ＶＬ’をマイコン７側に出力する。
【００６７】
ｃ）次に、上述した構成の可燃性ガス検出装置１によって測定精度が向上する原理について簡単に説明する。
図４（ａ）に通電制御回路５０を模式的に示す様に、演算回路５３１の非反転入力端子側より、通電制御回路５０の出力電圧（検出信号）Ｖ１が得られる。即ち、この出力電圧Ｖ１は、同図から明かな様に、発熱抵抗体３４の両端の電圧（ヒータ電圧）である。
【００６８】
ここで、上述した第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４が無く、前記出力電圧Ｖ１がそのままマイコン７に入力する場合を考えると、出力電圧Ｖ１と水素濃度との関係を図４（ｂ）に示す様に、発熱抵抗体（ヒータ）３４が３００℃に制御される場合と４００℃に制御される場合とでは、ヒータ電圧が異なるが、水素濃度が変化してもヒータ電圧の変化は僅かである。詳しくは、４００℃側感度は、水素１％当たり４３ｍＶ、３００℃側感度は３５ｍＶである。
【００６９】
同様に、出力電圧Ｖ１と周囲温度との関係を図４（ｃ）に示すが、発熱抵抗体（ヒータ）３４が３００℃に制御される場合と４００℃に制御される場合とでは、ヒータ電圧が異なるが、周囲温度の変化に対して、ヒータ電圧の変化が大きいことがわかる。
【００７０】
従って、水素濃度によって僅かしか変化しないヒータ電圧から、周囲温度の影響などを補正しつつ、水素濃度を精度良く検出することは容易では無い。
例えば、電源電圧５Ｖ、Ａ／Ｄ分解能１０ｂｉｔマイコン７に、前記ヒータ電圧を直接に入力して計測したとすると、電圧分解能は、５０００ｍＶ／１０２４＝５ｍＶとなる。従って、水素濃度の分解能は、４００℃側で（５ｍＶ／４３ｍＶ）×１００００＝１１６０ppmとなる。
【００７１】
また、仮にアンプで増幅する場合を考えると、マイコン７に入力可能な５Ｖ以下に設定する必要があるため、４００℃側のヒータ電圧の最大値を４Ｖと仮定すると、５Ｖ／４Ｖ＝１．３倍程度しか増幅できない。従って、水素濃度の分解能は、４００℃側で１１６０ppm／１．３＝８９０ppm程度となる。
【００７２】
それに対して、本実施形態の様に、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えた場合には、４００℃側と３００℃側のそれぞれに第１、第２オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定すると、高い増幅が可能で、水素濃度の分解能も高くなる。
【００７３】
具体的には、４００℃側では、第１オフセット電圧ＶHoffを３Ｖ、４００℃側のヒータ電圧の最大値を４Ｖ、電源電圧を５Ｖとした場合、例えば５Ｖ／（４Ｖ−３Ｖ）＝５倍の増幅率が可能であり、３００℃側では、第２オフセット電圧ＶLoffを２．２Ｖ、３００℃側のヒータ電圧の最大値を３Ｖ、電源電圧を５Ｖとした場合、例えば５Ｖ／（３Ｖ−２．２Ｖ）＝６．３倍の増幅率が可能である。従って、水素濃度の分解能も、例えば４００℃側では、１１６０ppm／５＝２３０ppmとなり、５００ppm以下の測定が可能となる。
【００７４】
この様に、異なる２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定することにより、高い精度で水素濃度等の測定が可能となる。
ｄ）次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１における動作について説明する。
【００７５】
［ガス濃度演算処理］
ここで、マイコン７のＣＰＵが実行するガス濃度演算処理を、図５及び図６に示すフローチャートに沿って説明する。
【００７６】
なお、予め下記のオフセット電圧と増幅率をマイコン７に入力しておく。
４００℃側オフセット電圧：ＶHoff
３００℃側オフセット電圧：ＶLoff
４００℃側増幅率：Ｍ
３００℃側増幅率：Ｎ
このマイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。
【００７７】
なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、低温時電圧ＶＬ１または高温時電圧ＶＨ１のいずれか、或いはその両方から濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求め、さらには、温度電圧ＶＴから温度換算データを用いて環境温度Ｔを求め、演算結果であるガス濃度Ｘを、同じく演算結果である環境温度Ｔだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Ｔに加えて湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを求めるものとする。
【００７８】
図５に示す様に、本処理（ガス濃度演算処理）が実行されると、まず、Ｓ１１０では、通電制御回路５０から低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得するとともに、温度調整回路８０から温度電圧ＶＴを取得する。
【００７９】
ここで、低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する際の制御及び処理について、詳しく説明する。
低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する際には、切替信号ＣＧ１によりブリッジ回路５１の抵抗値、即ち、発熱抵抗体３４の設定温度を、一定の周期時間ＴＷの間（以下「低温測定期間」という）、第２設定温度ＣＬに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間ＴＷの間（以下「高温測定期間」という）、第１設定温度ＣＨに保持する制御を行う。
【００８０】
詳しくは、第１切替スイッチ５２３（接点Ｈ）をオンするとともに、第２切替スイッチ５２４（接点Ｌ）をオフする動作を、高温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（高温用の）第１固定抵抗５２１を接続する動作を高温設定期間にわたり維持することにより、第１設定温度ＣＨに保持する。
【００８１】
そして、高温設定期間の終了後、第１切替スイッチ５２３をオフするとともに、第２切替スイッチ５２４をオンする動作を、低温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（低温用の）第２固定抵抗５２２を接続する動作を低温設定期間にわたり維持することにより、第２設定温度ＣＬに保持する。
【００８２】
そして、この様なスイッチの切り替え動作（スイッチング制御）を、周期期間ＴＷ毎に繰り返す。これにより、発熱抵抗体３４の温度が交互に変化する。即ち、高温設定期間では、所定の高温（４００℃）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（３００℃）が維持される。
【００８３】
従って、本実施形態では、上述した動作に伴い図６に示す処理を行う。
具体的には、図６のＳ２００にて、４００℃の高温設定期間においては、第１増幅回路１０１から出力される増幅後のヒータ電圧ＶＨ’を読み込む。
【００８４】
続くＳ２１０では、次式（１）により、元の４００℃側のヒータ電圧ＶＨ１を求める演算を行う。増幅した電圧を元に戻すとともに、差し引いた第１オフセット電圧ＶHoff分の電圧を元に戻す処理を行う。
【００８５】
ＶＨ１＝ＶＨ’／Ｍ＋ＶHoff…（１）
続くＳ２２０にて、３００℃の高温設定期間においては、第２増幅回路１０２から出力される増幅後のヒータ電圧ＶＬ’を読み込む。
【００８６】
続くＳ２３０では、次式（２）により、元の３００℃側のヒータ電圧ＶＬ１を求める演算を行う。
ＶＬ１＝ＶＬ’／Ｎ＋ＶLoff…（２）
続くＳ２４０では、温度調整回路８０から温度電圧（測温抵抗体電圧）ＶＴを読み込む。
【００８７】
そして、前記図６に示す処理の後に、前記図５に戻って、Ｓ１２０以降の処理を行う。
具体的には、図５のＳ１２０では、Ｓ１１０にて取得した低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を次式（３）の入力値として、電圧比ＶＣを算出する。
【００８８】
ＶＣ＝ＶＨ１／ＶＬ１…（３）
また、これと並行して、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にて取得した温度電圧ＶＴと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。
【００８９】
そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出した電圧比ＶＣと、Ｓ１３０にて算出したＶＣ（０）とを次式（４）の入力値として、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）における電圧比差ΔＶＣを算出する。
【００９０】
ΔＶＣ＝ＶＣ−ＶＣ（０）…（４）
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを算出する。
【００９１】
また、これと並行して、Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ１（０）を算出する。
【００９２】
続いて、Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１、およびＳ１５０にて算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１のうち湿度Ｈによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）を算出する。
【００９３】
そして、Ｓ１８０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１と、Ｓ１６０にて算出した高温時電圧ＶＨ１（０）と、Ｓ１７０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）とを次式（５）の入力値として、高温時電圧ＶＨ１のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）を算出する。
【００９４】
ΔＶＨ１（Ｇ）＝ＶＨ１−ＶＨ１（０）−ΔＶＨ１（Ｈ）…（５）
また、これと並行して、Ｓ１９０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１について環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。
【００９５】
最後に、Ｓ２００では、Ｓ１８０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）と、Ｓ１９０にて算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを次式（６）の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Ｘを算出し、Ｓ１１０に戻る。
【００９６】
Ｘ＝ΔＶＨ１（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ）…（６）
このように、本処理では、周期時間ＴＷ毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ部５２０に出力することにより、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−から端部ＰＧ（可変抵抗部５２における接地側端部）への通電経路（可変抵抗部５２における通電経路）を、第１、第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方側から他方側に切り替える。
【００９７】
これにより、増幅後の高温時電圧ＶＨ’低温時電圧ＶＬ’を得るとともに、高温時電圧ＶＨ’低温時電圧ＶＬ’から、高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１を算出し、更に、温度電圧ＶＴを取得する。
【００９８】
そして、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔ、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを求め、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正するようにしている。
【００９９】
［効果］
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えている。
【０１００】
そして、第１オフセット回路１０３で、高温側の第１オフセット電圧ＶHoffを設定し、第２オフセット回路１０４で、低温側の第２オフセット電圧ＶLoffを設定している。また、第１増幅回路１０１では、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１から第１オフセット電圧ＶHoffを差し引き、その差圧を増幅した電圧ＶＨ’をマイコン７に入力している。同様に、第２増幅回路１０１では、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１から第２オフセット電圧ＶLoffを差し引き、その差圧を増幅した電圧ＶＬ’をマイコン７に入力している。更に、マイコン７では、増幅された各電圧ＶＨ’、ＶＬ’から、前記式（１）、（２）によって、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１とを算出する様にしている。
【０１０１】
これにより、発熱抵抗体からの出力電圧（ヒータ電圧）が微小な電圧変化であっても、適切なオフセット電圧を設定することにより、電圧変化部分のみを好適に取り出して、大きな増幅率で増幅することが可能となる。よって、低コストのマイコン７を使用した場合でも、大きな増幅率を設定することにより、精度良く水素濃度を測定できるという顕著な効果を奏する。
【０１０２】
特に、本実施形態では、常に、第１、第２増幅回路１０１、１０２から、増幅された電圧ＶＨ’、ＶＬ’を取得することができるので、マイコン７を用いて２つの異なるオフセット電圧に切り替える構成を採る場合に比べて、それぞれの温度（設定温度）に対応するオフセット電圧を第１，第２増幅回路１０１、１０２に常時設定することができる。また、本実施形態では、第１、第２増幅回路１０１、１０２にて、各ヒータ電圧に見合う最適な増幅率（増幅度）を異なる値で設定するようにしている。このようなことから、本実施形態では、より一層精度の高い水素濃度の測定が可能になっている。また、オフセット電圧の切り替え制御等が不要となるため、マイコン７の制御を簡略化できるという利点がある。
【０１０３】
なお、増幅率Ｍ、Ｎは、同じ値に設定しても良い。また、各オフセット電圧ＶHoff、ＶHoffの大きさは、マイコン７の電源電圧や発熱抵抗体３４からの出力電圧の変化や増幅率に応じて、適宜設定すればよい。
【０１０４】
［特許請求の範囲との関係］
なお、本実施形態において、通電制御回路５０が制御回路、第１オフセット回路１０３が第１オフセット設定手段、第２オフセット回路１０４が第２オフセット設定手段、第１増幅回路１０１が第１増幅手段、第２増幅回路１０２が第２増幅手段に相当する。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１０５】
本実施形態の可燃性ガス検出装置は、マイコンからの制御によってオフセット電圧を切り替えるものである。
図７に示す様に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１１０は、前記第１実施形態と同様に、通電制御回路やブリッジ回路等を備えている（第１実施形態と同様な構成は図示しない）。
【０１０６】
特に、本実施形態では、２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定するためのオフセット回路１２０と、オフセット回路１２０からのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffと通電制御回路からの出力電圧Ｖ１との電位差を増幅する増幅回路１３０と、マイコン１４０とを備えている。
【０１０７】
このうち、増幅回路１３０は、演算増幅器１３０１と、演算増幅器１３０１の反転入力端子に接続された固定抵抗１３０２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１３０３及び（接地された）固定抵抗１３０４と、演算増幅器１３０１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１３０５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この増幅回路１３０での増幅率は（例えば５倍）に設定されている。
【０１０８】
また、オフセット回路１２０は、演算増幅器１２０１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１２０２及び切替抵抗部１２０３とを備えており、演算増幅器１２０１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。
【０１０９】
前記切替抵抗部１２０３は、並列に配置された（高温用の）固定抵抗１２０５及び（低温用の）固定抵抗１２０６と、スイッチ部１２０７とを備えており、スイッチ部１２０７は、各固定抵抗１２０５、１２０６の接続をオン・オフする第１、第２切替スイッチ１２０８、１２０９を備えている。
【０１１０】
特に本実施形態では、マイコン１４０からの制御信号によって、両切替スイッチ１２０８、１２０９を切り替える制御を行う。
具体的には、高温測定期間においては、１つの増幅回路１３０に対して、高温時に対応した第１オフセット電圧ＶHoffの出力が可能な様に、（第２切替スイッチ１２０９はオフの状態で）第１切替スイッチ１２０８をオンし、固定抵抗１２０５を接続する。
【０１１１】
従って、高温測定期間においては、増幅回路１３０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第１オフセット電圧ＶHoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＨ’がマイコン１４０に入力される。
【０１１２】
また、同様に、低温測定期間においては、１つの増幅回路１３０に対して、低温時に対応した第２オフセット電圧ＶLoffの出力が可能な様に、（第１切替スイッチ１２０８はオフの状態で）第２切替スイッチ１２０９をオンし、固定抵抗１２０６を接続する。
【０１１３】
従って、低温測定期間においては、増幅回路１３０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第２オフセット電圧ＶLoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＬ’がマイコン１４０に入力される。
【０１１４】
なお、各固定抵抗の値等は、両切替スイッチ１２０８、１２０９を切り替えた場合に、各オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffの出力が可能に様に設定されている。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、オフセット回路１２０及び増幅回路１３０がそれぞれ一つで済むので、コスト低減に寄与するという利点がある。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１１５】
本実施形態の可燃性ガス検出装置は、マイコンからの制御によってオフセット電圧を切り替えるものである。
図８に示す様に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１５０は、前記第１実施形態と同様に、通電制御回路やブリッジ回路等を備えている（第１実施形態と同様な構成は図示しない）。
【０１１６】
特に、本実施形態では、２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定するためのオフセット回路１６０と、オフセット回路１６０からのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffと通電制御回路からの出力電圧Ｖ１との電位差を増幅する増幅回路１７０と、マイコン１８０とを備えている。
【０１１７】
このうち、増幅回路１７０は、演算増幅器１７０１と、演算増幅器１７０１の反転入力端子に接続された固定抵抗１７０２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１７０３及び（接地された）固定抵抗１７０４と、演算増幅器１７０１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１７０５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この増幅回路１７０での増幅率は（例えば５倍）に設定されている。
【０１１８】
また、オフセット回路１６０は、演算増幅器１６０１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１６０２、１６０３とを備えており、演算増幅器１６０１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。
【０１１９】
特に本実施形態では、マイコン１８０から分圧点に至る回路には固定抵抗１６０４が設けられ、マイコン１４０からの制御信号が分圧点に加えられるようになっている。
具体的には、高温測定期間においては、高温時に対応した第１オフセット電圧ＶHoffの出力が可能な様に、マイコン１８０から高温時に対応した制御信号（詳しくは５Ｖという電圧）が出力される。
【０１２０】
従って、高温測定期間においては、１つの増幅回路１７０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第１オフセット電圧ＶHoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＨ’がマイコン１８０に入力される。
【０１２１】
また、同様に、低温測定期間においては、低温時に対応した第２オフセット電圧ＶLoffの出力が可能な様に、マイコン１８０から低温時に対応した制御信号（詳しくは０Ｖという電圧）が出力される。
【０１２２】
従って、低温測定期間においては、１つの増幅回路７０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第２オフセット電圧ＶLoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＬ’がマイコン１８０に入力される。
【０１２３】
なお、各固定抵抗の値等やマイコン１８０からの制御信号は、各オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffの出力が可能に様に設定されている。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、オフセット回路及び増幅回路がそれぞれ一つで済むので、コスト低減に寄与するという利点がある。特に、切り替えのためのスイッチを使用しないので、コストが極めて安価である。
【０１２４】
［実験例］
ここでは、例えば前記第１実施形態の可燃性ガス検出装置と、本発明の範囲外の（比較例１、２の）可燃性ガス検出装置とを例に挙げて、その電圧分解能の違いを説明する。
【０１２５】
・前記第１実施形態の可燃性ガス検出装置（実施例１）において、マイコンのＡ／Ｄ分解能を１０ｂｉｔ（１０２４）、電源電圧を５Ｖ、発熱抵抗体の高温側を４００℃、低温側を３００℃、第１オフセット電圧ＶHoffを３Ｖ、第２オフセット電圧ＶLoffを２．２Ｖに設定した。
【０１２６】
この実施例１では、ヒータ電圧可動範囲が、４００℃側で３〜４Ｖ、３００℃側で２．２〜３Ｖの場合には、増幅率は４００℃側で５倍であり、電圧分解能は１ｍＶである。また、３００℃側では増幅率は６倍であり、電圧分解能は０．８ｍＶである。
【０１２７】
・比較例１は、通電制御回路からの出力電圧をそのままマイコンにて処理して、ガス濃度を測定するものである。なお、この比較例１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えていない点以外は、第１実施形態と同様である。
【０１２８】
この比較例１では、前記実施例１と同様に（マイコンのＡ／Ｄ分解能、電源電圧、発熱抵抗体の温度、ヒータ電圧可動範囲の）各数値を設定した場合には、増幅率は１であり、電圧分解能は５ｍＶであり、好ましくない。
【０１２９】
・比較例２は、通電制御回路からの出力電圧から単一にオフセット電圧を引き、その電位差を単一の増幅回路で増幅し、その増幅した電圧をマイコンにて処理して、ガス濃度を測定するものである。なお、この比較例２は、第１実施形態と同様に、通電制御回路や温度測定回路を備えている。
【０１３０】
この比較例２では、前記実施例１と同様に（マイコンのＡ／Ｄ分解能、電源電圧、発熱抵抗体の温度、ヒータ電圧可動範囲の）各数値を設定し、オフセット電圧を２Ｖに設定した場合には、増幅率は２．５であり、電圧分解能は２．５ｍＶであり、前記第１実施形態より劣っていた。
【０１３１】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１３２】
（１）例えば、前記実施形態では、水素ガスを検出する可燃性ガス検出装置について説明したが、本発明は、水素ガス以外に、ヘリウム、メタン等の特定ガスの検知に適用できる。
【０１３３】
（２）また、前記実施形態では、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体の両端から得られる電圧と、測温抵抗体の温度電圧とを用いてガス濃度Ｘを算出する構成でもよい。
【０１３４】
（３）更に、本発明は、特定ガスの濃度等の検知だけでなく、それ以外のガスの状態の検知に適用できる。例えば特開平９−５２８４号公報に記載の様な熱伝導式湿度センサに適用できる。この場合にも適宜オフセット電圧の設定と増幅回路による増幅を行うことにより、測定精度の向上が期待できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１、１１０、１５０…可燃性ガス検出装置、３…ガス検出素子、５…制御回路、７、１４０、１８０…マイコン、９…起動スイッチ、３４…発熱抵抗体、３５…測温抵抗体、５０…通電制御回路、５１…ブリッジ回路、５５…電流調整回路、５７…スイッチング回路、８０…温度調整回路、８１…ブリッジ回路、８７…スイッチング回路、１０１…第１増幅回路、１０２…第２増幅回路、１０３…第１オフセット回路、１０４…第２オフセット回路、１２０、１６０…オフセット回路、１３０、１７０…増幅回路、ＣＨ…第１設定温度、ＣＬ…第２設定温度、ＴＷ…周期時間、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知、或いは被検出雰囲気の湿度の検知など、ガスの状態の検知に用いることができるガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス検出装置として、例えば熱伝導式湿度センサが知られている。この熱伝導式湿度センサは、ジュール熱で自己発熱する発熱体により熱せられた測温抵抗体からの熱放射が変化することを利用して湿度を測定するセンサである。
【０００３】
この種の熱伝導式湿度センサとして、近年では、ホイートストンブリッジ回路を用いて発熱抵抗体を２つの温度に切り替えて制御し、その時のヒータに印加される電圧から湿度を求める技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、発熱抵抗体の両端の出力電圧は、演算回路（マイコン）に直接入力されているので、その出力電圧（計測電圧）の分解能が演算回路の入力分解能によって制限されるという問題があった。
【０００６】
つまり、発熱抵抗体を用いた熱伝導検出式のセンサでは、微小な電圧変化を検知する必要があるので、計測電圧の分解能が低いと測定精度が低いという問題があった。
この対策として、高い分解能を有する演算回路を用いることが考えられるが、一般的に、分解能が高くなれば演算回路の価格も高くなるという問題がある。
【０００７】
また、計測電圧をアンプで増幅することが考えられるが、増幅後の電圧を電源電圧以下にする必要があるので増幅率をそれほど高くすることができず、そのため高い測定精度が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、可燃性ガスなどの特定ガスの濃度や湿度などのガスの状態を検出する際に、入力分解能の低い安価な装置を用いながらも測定精度が高いガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、第１態様として、被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を２つの異なる温度に制御する制御回路と、を備え、前記発熱抵抗体を異なる温度に制御した際に、該異なる温度に対応した該発熱抵抗体からの各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるガス検出装置において、２つの異なるオフセット電圧を設定し、前記各出力電圧から前記各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、該増幅後の各電圧に基づいて、前記ガスの状態を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、発熱抵抗体を２つの異なる温度（設定温度）に制御する構成を採ることから、２つの異なるオフセット電圧を設定するようにしている。そして、異なる温度に対応した発熱抵抗体からの各出力電圧から各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、その増幅後の各電圧に基づいて、ガスの濃度や湿度などガスの状態を求めるので、発熱抵抗体からの出力電圧が微小な電圧変化であっても、電圧変化部分のみを好適に取り出して、大きな増幅率で増幅することが可能となる。
【００１１】
よって、低コストのマイコン等の電子制御装置を使用した場合でも、大きな増幅率を設定することにより、精度良くガスの状態を測定できるという顕著な効果を奏する。
つまり、本発明により、入力分解能の低い安価な装置を用いた場合でも、高分解能のガスの状態の検出が可能になり、ガスの状態の測定精度が向上するという顕著な効果を奏する。
【００１２】
（２）本発明は、第２態様として、前記２つの異なるオフセット電圧を設定する手段として、前記２つの異なる温度のうちの一方の温度に対応する第１オフセット電圧を設定する第１オフセット設定手段と、前記２つの異なる温度のうちの他方の温度に対応する第２オフセット電圧を設定する第２オフセット設定手段とを備えるとともに、前記一方の温度に対応する出力電圧と前記第１オフセット電圧との電位差を増幅する第１増幅手段と、前記他方の温度に対応する出力電圧と前記第２オフセット電圧との電位差を増幅する第２増幅手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、２つの温度（従って２つのオフセット電圧）に対応して、第１オフセット設定手段及び第１増幅手段と、第２オフセット設定手段及び第２増幅手段とを備えているので、例えば１つの増幅手段を備えた回路のもと、マイコンなどの電子制御装置を用いて２つの異なるオフセット電圧に切り替える構成を採る場合に比べて、それぞれの温度（設定温度）に対応するオフセット電圧を第１，第２増幅手段に常時設定することができる。また、増幅手段の増幅率（増幅度）についても異なる値に個別に設定することもできる。このようなことから、より精度が高いガスの状態の測定が可能になる。また、オフセット電圧の切り替え制御等が不要となるため、マイコン等の電子制御装置の制御を簡略化できるという利点がある。
【００１４】
（３）本発明は、第３態様として、１つの増幅手段を備え、電子制御装置からの制御信号に基づいて、前記増幅手段に入力されるオフセット電圧を、当該増幅手段に入力される異なる温度に対応した前記発熱抵抗体からの各出力電圧に対応した前記２つの異なるオフセット電圧のいずれかに切り替えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、電子制御装置（例えばマイコン）からの制御信号に基づいて、１つの増幅手段に入力されるオフセット電圧を２つの異なるオフセット電圧に切り替えるので、それぞれの温度に対応するオフセット電圧設定手段を設ける必要がなく、構成を簡易化できる。これにより、回路規模を最小限に抑えられコスト低減を図ると共に、精度良くガスの状態を測定できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の可燃性ガス検出装置の全体構成図である。
【図２】可燃性ガス検出装置のガス検出素子の構成を示す説明図である。
【図３】可燃性ガス検出装置のオフセット回路及び増幅回路を示す説明図である。
【図４】（ａ）は通電制御回路の要部を示す説明図、（ｂ）は水素濃度と出力電圧との関係を示すグラフ、（ｃ）は周囲温度と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図５】ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】低温時電圧や高温時電圧を算出する際の処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の可燃性ガス検出装置の要部を示す説明図である。
【図８】第３実施形態の可燃性ガス検出装置の要部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜第１実施形態＞
ここでは、ガス検出装置として、水素ガス等の可燃性ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
ａ）まず、本実施形態の可燃性ガス検出装置の基本構成について説明する。
なお、図１は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置１の全体構成図である。図２は、可燃性ガス検出装置１の主要部となるガス検出素子３の構成を示す説明図であり、（ａ）が平面図（但し、内部構成も一部示す）、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
［全体構成］
可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出素子３を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の車内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
【００２０】
図１に示すように、可燃性ガス検出装置１は、ガス検出素子３（図２参照）を駆動制御する制御回路５と、制御回路５の動作を制御する切替信号ＣＧ１を生成するとともに、制御回路５から得られる出力電圧（検出信号）Ｖ１，ＶＴに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理（ガス濃度演算処理）を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）７と、直流電源Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）から可燃性ガス検出装置１への電源供給経路を導通，遮断することで制御回路５，マイコン７を起動，停止する起動スイッチ９とを備えている。
【００２１】
なお、制御回路５（但し、後述する発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５を除く），マイコン７，起動スイッチ９は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子３は構成されている。
【００２２】
［ガス検出素子］
次に、ガス検出素子３について説明する。
図２に示すように、ガス検出素子３は、平板形状の基部３０を備え、基部３０の一方の面（以下「表面」という）には、複数の電極３１が形成され、他方の面（以下「裏面」という）には、基部３０の中心付近に、基部３０の一方の方向に沿って一つの凹部３０１が形成されている。
【００２３】
なお、ガス検出素子３は、縦横ともに数ｍｍ（例えば３ｍｍ×３ｍｍ）程度の大きさであり、例えば、シリコン製の基板を用いたマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）により製造される。
【００２４】
電極３１は、基部３０の一方の辺（図２（ａ）中では下方の辺）に沿って配置された二つの電極３１１，３１２（以下「第１電極群」ともいう）と、他方の辺（図２（ａ）中では上方の辺）に沿って配置された二つの電極３１４，３１５（以下「第２電極群」ともいう）とからなる。これらのうち、電極３１２，３１５を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極３１を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００２５】
基部３０は、シリコン製の基板３２と、基板３２の一方の面に形成された絶縁層３３とからなり、絶縁層３３が部分的（ここではほぼ正方形）に露出するように基板３２の一部を除去することで凹部３０１が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部３０では、絶縁層３３側（基板３２が除去されていない方）が基部３０の表面となり、基板３２側（基板３２の一部が除去されている方を含む）が基部３０の裏面となる。
【００２６】
絶縁層３３には、凹部３０１により基部３０の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体３４が埋設されているとともに、第２電極群３１４，３１５が形成された側の基部３０の長辺に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体３５が埋設されている。
【００２７】
なお、絶縁層３３は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層３３を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）が用いられる。
【００２８】
発熱抵抗体３４は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料からなり、また、測温抵抗体３５は、電気抵抗が温度に比例して変化（本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大）する導電性材料からなる。但し、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金（Ｐｔ）で形成されている。
【００２９】
そして、発熱抵抗体３４は、発熱抵抗体３４が形成された平面と同じ平面に埋設された配線３６、および配線膜３７を介して第１電極群３１１，３１２に接続され、測温抵抗体３５は、測温抵抗体３５が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜（図示せず）を介して第２電極群３１４，３１５に接続されている。
【００３０】
なお、配線３６や配線膜３７を構成する材料としては、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部３０の表面に形成される電極３１と基部３０（絶縁層３３）の内部に形成される配線膜３７とはコンタクトホール（接続導体）によって接続される。
【００３１】
つまり、発熱抵抗体３４は、一端が電極３１１、他端がグランド電極３１２と導通し、測温抵抗体３５は、一端が電極３１４、他端がグランド電極３１５と導通するように接続されている。
【００３２】
このように構成されたガス検出素子３は、被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
［制御回路］
次に、制御回路５の構成について説明する。
【００３３】
前記図１に示すように、制御回路５は、発熱抵抗体３４への通電制御を行い、発熱抵抗体３４の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１を出力する通電制御回路５０と、測温抵抗体３５への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号ＶＴを出力する温度調整回路８０とを備えている。
【００３４】
［通電制御回路］
通電制御回路５０は、発熱抵抗体３４を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ回路）５１と、ブリッジ回路５１で検出される電位差を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力に従って、ブリッジ回路５１に流れる電流を増減調整する電流調整回路５５とを備えている。
【００３５】
電流調整回路５５は、ブリッジ回路５１に直流電源Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続され、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃに従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタからなる。具体的には、調整信号Ｃが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大するように構成されている。
【００３６】
増幅回路５３は、演算増幅器５３１と、演算増幅器５３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗５３２，５３３と、演算増幅器５３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗５３４，およびコンデンサ５３５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００３７】
つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃが大きくなり（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し）、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Ｃが小さくなる（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大する）ように構成されている。
【００３８】
ブリッジ回路５１は、発熱抵抗体３４と２個の固定抵抗５１１，５１２と抵抗値を切替可能な可変抵抗部５２とからなり、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体３４および可変抵抗部５２側の各端部ＰＧを接地し、固定抵抗５１１，５１２側の各端部を電源側（電流調整回路５５）に接続することで構成されている。
【００３９】
そして、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４との接続点Ｐ＋は、固定抵抗５３２を介して演算増幅器５３１の非反転入力端子に接続され、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−は、固定抵抗５３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点Ｐ＋の電位を、検出信号Ｖ１としてマイコン７に供給するように構成されている。
【００４０】
また、可変抵抗部５２は、抵抗値の異なる２個の固定抵抗（第１固定抵抗５２１，第２固定抵抗５２２）と、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に従って、第１，第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ部５２０（即ち第１切替スイッチ５２３，第２切替スイッチ５２４の一対の切替スイッチ）とからなり、両切替スイッチ５２３，５２４により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１のバランス（平衡状態）を変化させることができるように構成されている。
【００４１】
詳しくは、第１固定抵抗５２１への通電状態のオン・オフを切り換えるのが、第１切替スイッチ５２３であり、第２固定抵抗５２２への通電状態のオン・オフを切り換えるのが、第２切替スイッチ５２４である。
【００４２】
なお、第１固定抵抗５２１は、発熱抵抗体３４が高温側の第１設定温度ＣＨ（例えば、４００℃）となる抵抗値を有し、第２固定抵抗５２２は、発熱抵抗体３４が低温側の第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（例えば、３００℃）となる抵抗値を有する。従って、第１切替スイッチ５２３が発熱抵抗体３４を高温側に切り替える接点Ｈであり、第２切替スイッチ５２４が発熱抵抗体３４を低温側に切り替える接点Ｌである。
【００４３】
特に本実施形態では、後に詳述する様に、検出信号Ｖ１は第１増幅回路１０１及び第２増幅回路１０２に入力する様に構成されるとともに、第１増幅回路１０１及び第２増幅回路１０２には、それぞれ異なるオフセット電圧を設定する第１オフセット回路１０３及び第２オフセット回路１０４が接続されている。なお、第１増幅回路１０１の出力電圧（ＶＨ’）と第２増幅回路１０２の出力電圧（ＶＬ’）とが、それぞれマイコン７に入力する様に構成されている。
【００４４】
このように構成された通電制御回路５０では、基本的に、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路５１への通電を開始すると、増幅回路５３および電流調整回路５５は、接続点Ｐ＋，Ｐ−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路５１に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）が、可変抵抗部５２によって決まる一定値（ひいては第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。
【００４５】
具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量が変化し、発熱抵抗体３４が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が低下することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が上昇することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大する。
【００４６】
これに対して、増幅回路５３および電流調整回路５５は、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）を一定の大きさに保つ。
【００４７】
つまり、接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１（詳しくは第１、第２増幅回路１０１、１０２の出力電圧ＶＨ’、ＶＬ’）からは、後述する様に、発熱抵抗体３４に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体３４の温度（抵抗値）を一定に保つために必要な熱量（さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量）がわかり、その熱量はガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号Ｖ１（詳しくはＶＨ１、ＶＬ１）から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、ガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。
【００４８】
［温度測定回路］
次に、温度調整回路８０は、測温抵抗体３５を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）８１と、ブリッジ回路８１から得られる電位差を増幅する増幅回路８３とを備えている。
【００４９】
増幅回路８３は、演算増幅器８３１と、演算増幅器８３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗８３２，８３３と、演算増幅器８３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗８３４，コンデンサ８３５によって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００５０】
ブリッジ回路８１は、測温抵抗体３５および３個の固定抵抗８１１，８１２，８１３からなり、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体３５および固定抵抗８１３側の各端部を接地し、固定抵抗８１１，８１２側の各端部を電源（Ｖｃｃ）に接続することで構成されている。
【００５１】
そして、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５との接続点Ｐ−が固定抵抗８３３を介して演算増幅器８３１の反転入力端子に接続され、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３との接続点Ｐ＋が固定抵抗８３２を介して演算増幅器８３１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器８３１の出力を温度検出信号ＶＴとしてマイコンに供給するように構成されている。
【００５２】
測温抵抗体３５は、ガス検出素子３が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号ＶＴが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体３５の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号ＶＴとして出力される。
【００５３】
なお、ガス検出素子３と制御回路５との接続において、ガス検出素子３の各電極３１（３１１，３１２，３１４，３１５）は、電極３１１が通電制御回路５０の接続点Ｐ＋に、電極３１４が温度調整回路８０の接続点Ｐ−に、グランド電極３１２，３１５が制御回路５に共通のグランドラインに接続される。
【００５４】
［マイコン］
マイコン７は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
【００５５】
ここで、第１設定温度ＣＨ（４００℃）の時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベル（従って第１増幅回路１０１の出力電圧ＶＨ’から後述する所定の演算によって得られる電圧）を、高温時電圧ＶＨ１といい、第２設定温度ＣＬ（３００℃）時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベル（従って第２増幅回路１０２の出力電圧ＶＬ’から後述する所定の演算によって得られる電圧）を、低温時電圧ＶＬ１といい、温度調整回路８０から読み込んだ温度検出信号ＶＴの信号レベルを、温度電圧ＶＴというものとする。
【００５６】
そして、記憶装置には、被検出雰囲気内の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧ＶＨ１または低温時電圧ＶＬ１（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１を使用）と可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。また、後述するオフセット電圧と増幅率も、記憶されている。なお、前記各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等からなり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。
【００５７】
なお、湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ１（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨ１および湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨ１と後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。
【００５８】
ｂ）次に、本実施形態の要部である第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４について詳細に説明する。
本実施形態の可燃性ガス検出装置１では、上述した基本的な構成に加えて、図３に示す様に、通電制御回路５０からマイコン７に到る回路に、第１設定温度ＣＨ側（即ち４００℃の高温側）の差動増幅回路である前記第１増幅回路１０１と、第２設定温度ＣＬ側（即ち３００℃の低温側）の差動増幅回路である前記第２増幅回路１０２と、４００℃側のオフセット回路である第１オフセット回路１０３と、３００℃側のオフセット回路である第２オフセット回路１０４とが接続されている。
【００５９】
詳しくは、第１増幅回路１０１は、演算増幅器１０１１と、演算増幅器１０１１の反転入力端子に接続された固定抵抗１０１２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１０１３及び（接地された）固定抵抗１０１４と、演算増幅器１０１１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１０１５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この第１増幅回路１０１での増幅率はＭ（例えば５倍）に設定されている。
【００６０】
同様に、第２増幅回路１０２は、演算増幅器１０２１と、演算増幅器１０２１の反転入力端子に接続された固定抵抗１０２２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１０２３及び（接地された）固定抵抗１０２４と、演算増幅器１０２１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１０２５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この第２増幅回路１０２での増幅率はＮ（例えば６倍）に設定されている。
【００６１】
また、第１オフセット回路１０３は、演算増幅器１０３１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１０３２、１０３３とを備えており、演算増幅器１０３１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。この第１オフセット回路１０３によって、電源電圧を固定抵抗１０３２、１０３３の抵抗比に応じて分圧した第１オフセット電圧（高温側のオフセット電圧）ＶHoffが設定される。
【００６２】
同様に、第２オフセット回路１０４は、演算増幅器１０４１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１０４２、１０４３とを備えており、演算増幅器１０４１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。この第２オフセット回路１０４によって、電源電圧を固定抵抗１０４２、１０４３の抵抗比に応じて分圧した第２オフセット電圧（低温側のオフセット電圧）ＶLoffが設定される。
【００６３】
そして、第１増幅回路１０１の演算増幅器１０１１の反転入力端子側は、第１オフセット回路１０３の出力側に接続されるとともに、非反転入力端子側は、通電制御回路５０の出力側（検出信号Ｖ１が出力される側）に接続されている。
【００６４】
同様に、第２増幅回路１０２の演算増幅器１０２１の反転入力端子側は、第２オフセット回路１０４の出力側に接続されるとともに、非反転入力端子側は、通電制御回路５０の出力側（検出信号Ｖ１が出力される側）に接続されている。
【００６５】
従って、第１増幅回路１０１では、第１オフセット回路１０３の出力電圧ＶHoffと通電制御回路５０の出力電圧Ｖ１との電位差、即ち出力電圧（例えば３．５Ｖ）から第１オフセット電圧（例えば３Ｖ）を引いた差を増幅し、その増幅後の電圧ＶＨ’をマイコン７側に出力する。
【００６６】
同様に、第２増幅回路１０２では、第２オフセット回路１０４の出力電圧ＶLoffと通電制御回路５０の出力電圧Ｖ１との電位差、即ち出力電圧（例えば２．５Ｖ）から第２オフセット電圧（例えば２．２Ｖ）を引いた差を増幅し、その増幅後の電圧ＶＬ’をマイコン７側に出力する。
【００６７】
ｃ）次に、上述した構成の可燃性ガス検出装置１によって測定精度が向上する原理について簡単に説明する。
図４（ａ）に通電制御回路５０を模式的に示す様に、演算回路５３１の非反転入力端子側より、通電制御回路５０の出力電圧（検出信号）Ｖ１が得られる。即ち、この出力電圧Ｖ１は、同図から明かな様に、発熱抵抗体３４の両端の電圧（ヒータ電圧）である。
【００６８】
ここで、上述した第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４が無く、前記出力電圧Ｖ１がそのままマイコン７に入力する場合を考えると、出力電圧Ｖ１と水素濃度との関係を図４（ｂ）に示す様に、発熱抵抗体（ヒータ）３４が３００℃に制御される場合と４００℃に制御される場合とでは、ヒータ電圧が異なるが、水素濃度が変化してもヒータ電圧の変化は僅かである。詳しくは、４００℃側感度は、水素１％当たり４３ｍＶ、３００℃側感度は３５ｍＶである。
【００６９】
同様に、出力電圧Ｖ１と周囲温度との関係を図４（ｃ）に示すが、発熱抵抗体（ヒータ）３４が３００℃に制御される場合と４００℃に制御される場合とでは、ヒータ電圧が異なるが、周囲温度の変化に対して、ヒータ電圧の変化が大きいことがわかる。
【００７０】
従って、水素濃度によって僅かしか変化しないヒータ電圧から、周囲温度の影響などを補正しつつ、水素濃度を精度良く検出することは容易では無い。
例えば、電源電圧５Ｖ、Ａ／Ｄ分解能１０ｂｉｔマイコン７に、前記ヒータ電圧を直接に入力して計測したとすると、電圧分解能は、５０００ｍＶ／１０２４＝５ｍＶとなる。従って、水素濃度の分解能は、４００℃側で（５ｍＶ／４３ｍＶ）×１００００＝１１６０ppmとなる。
【００７１】
また、仮にアンプで増幅する場合を考えると、マイコン７に入力可能な５Ｖ以下に設定する必要があるため、４００℃側のヒータ電圧の最大値を４Ｖと仮定すると、５Ｖ／４Ｖ＝１．３倍程度しか増幅できない。従って、水素濃度の分解能は、４００℃側で１１６０ppm／１．３＝８９０ppm程度となる。
【００７２】
それに対して、本実施形態の様に、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えた場合には、４００℃側と３００℃側のそれぞれに第１、第２オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定すると、高い増幅が可能で、水素濃度の分解能も高くなる。
【００７３】
具体的には、４００℃側では、第１オフセット電圧ＶHoffを３Ｖ、４００℃側のヒータ電圧の最大値を４Ｖ、電源電圧を５Ｖとした場合、例えば５Ｖ／（４Ｖ−３Ｖ）＝５倍の増幅率が可能であり、３００℃側では、第２オフセット電圧ＶLoffを２．２Ｖ、３００℃側のヒータ電圧の最大値を３Ｖ、電源電圧を５Ｖとした場合、例えば５Ｖ／（３Ｖ−２．２Ｖ）＝６．３倍の増幅率が可能である。従って、水素濃度の分解能も、例えば４００℃側では、１１６０ppm／５＝２３０ppmとなり、５００ppm以下の測定が可能となる。
【００７４】
この様に、異なる２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定することにより、高い精度で水素濃度等の測定が可能となる。
ｄ）次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１における動作について説明する。
【００７５】
［ガス濃度演算処理］
ここで、マイコン７のＣＰＵが実行するガス濃度演算処理を、図５及び図６に示すフローチャートに沿って説明する。
【００７６】
なお、予め下記のオフセット電圧と増幅率をマイコン７に入力しておく。
４００℃側オフセット電圧：ＶHoff
３００℃側オフセット電圧：ＶLoff
４００℃側増幅率：Ｍ
３００℃側増幅率：Ｎ
このマイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。
【００７７】
なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、低温時電圧ＶＬ１または高温時電圧ＶＨ１のいずれか、或いはその両方から濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求め、さらには、温度電圧ＶＴから温度換算データを用いて環境温度Ｔを求め、演算結果であるガス濃度Ｘを、同じく演算結果である環境温度Ｔだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Ｔに加えて湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを求めるものとする。
【００７８】
図５に示す様に、本処理（ガス濃度演算処理）が実行されると、まず、Ｓ１１０では、通電制御回路５０から低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得するとともに、温度調整回路８０から温度電圧ＶＴを取得する。
【００７９】
ここで、低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する際の制御及び処理について、詳しく説明する。
低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する際には、切替信号ＣＧ１によりブリッジ回路５１の抵抗値、即ち、発熱抵抗体３４の設定温度を、一定の周期時間ＴＷの間（以下「低温測定期間」という）、第２設定温度ＣＬに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間ＴＷの間（以下「高温測定期間」という）、第１設定温度ＣＨに保持する制御を行う。
【００８０】
詳しくは、第１切替スイッチ５２３（接点Ｈ）をオンするとともに、第２切替スイッチ５２４（接点Ｌ）をオフする動作を、高温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（高温用の）第１固定抵抗５２１を接続する動作を高温設定期間にわたり維持することにより、第１設定温度ＣＨに保持する。
【００８１】
そして、高温設定期間の終了後、第１切替スイッチ５２３をオフするとともに、第２切替スイッチ５２４をオンする動作を、低温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（低温用の）第２固定抵抗５２２を接続する動作を低温設定期間にわたり維持することにより、第２設定温度ＣＬに保持する。
【００８２】
そして、この様なスイッチの切り替え動作（スイッチング制御）を、周期期間ＴＷ毎に繰り返す。これにより、発熱抵抗体３４の温度が交互に変化する。即ち、高温設定期間では、所定の高温（４００℃）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（３００℃）が維持される。
【００８３】
従って、本実施形態では、上述した動作に伴い図６に示す処理を行う。
具体的には、図６のＳ２００にて、４００℃の高温設定期間においては、第１増幅回路１０１から出力される増幅後のヒータ電圧ＶＨ’を読み込む。
【００８４】
続くＳ２１０では、次式（１）により、元の４００℃側のヒータ電圧ＶＨ１を求める演算を行う。増幅した電圧を元に戻すとともに、差し引いた第１オフセット電圧ＶHoff分の電圧を元に戻す処理を行う。
【００８５】
ＶＨ１＝ＶＨ’／Ｍ＋ＶHoff…（１）
続くＳ２２０にて、３００℃の高温設定期間においては、第２増幅回路１０２から出力される増幅後のヒータ電圧ＶＬ’を読み込む。
【００８６】
続くＳ２３０では、次式（２）により、元の３００℃側のヒータ電圧ＶＬ１を求める演算を行う。
ＶＬ１＝ＶＬ’／Ｎ＋ＶLoff…（２）
続くＳ２４０では、温度調整回路８０から温度電圧（測温抵抗体電圧）ＶＴを読み込む。
【００８７】
そして、前記図６に示す処理の後に、前記図５に戻って、Ｓ１２０以降の処理を行う。
具体的には、図５のＳ１２０では、Ｓ１１０にて取得した低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を次式（３）の入力値として、電圧比ＶＣを算出する。
【００８８】
ＶＣ＝ＶＨ１／ＶＬ１…（３）
また、これと並行して、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にて取得した温度電圧ＶＴと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。
【００８９】
そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出した電圧比ＶＣと、Ｓ１３０にて算出したＶＣ（０）とを次式（４）の入力値として、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）における電圧比差ΔＶＣを算出する。
【００９０】
ΔＶＣ＝ＶＣ−ＶＣ（０）…（４）
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを算出する。
【００９１】
また、これと並行して、Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ１（０）を算出する。
【００９２】
続いて、Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１、およびＳ１５０にて算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１のうち湿度Ｈによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）を算出する。
【００９３】
そして、Ｓ１８０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１と、Ｓ１６０にて算出した高温時電圧ＶＨ１（０）と、Ｓ１７０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）とを次式（５）の入力値として、高温時電圧ＶＨ１のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）を算出する。
【００９４】
ΔＶＨ１（Ｇ）＝ＶＨ１−ＶＨ１（０）−ΔＶＨ１（Ｈ）…（５）
また、これと並行して、Ｓ１９０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１について環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。
【００９５】
最後に、Ｓ２００では、Ｓ１８０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）と、Ｓ１９０にて算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを次式（６）の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Ｘを算出し、Ｓ１１０に戻る。
【００９６】
Ｘ＝ΔＶＨ１（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ）…（６）
このように、本処理では、周期時間ＴＷ毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ部５２０に出力することにより、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−から端部ＰＧ（可変抵抗部５２における接地側端部）への通電経路（可変抵抗部５２における通電経路）を、第１、第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方側から他方側に切り替える。
【００９７】
これにより、増幅後の高温時電圧ＶＨ’低温時電圧ＶＬ’を得るとともに、高温時電圧ＶＨ’低温時電圧ＶＬ’から、高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１を算出し、更に、温度電圧ＶＴを取得する。
【００９８】
そして、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔ、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを求め、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正するようにしている。
【００９９】
［効果］
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えている。
【０１００】
そして、第１オフセット回路１０３で、高温側の第１オフセット電圧ＶHoffを設定し、第２オフセット回路１０４で、低温側の第２オフセット電圧ＶLoffを設定している。また、第１増幅回路１０１では、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１から第１オフセット電圧ＶHoffを差し引き、その差圧を増幅した電圧ＶＨ’をマイコン７に入力している。同様に、第２増幅回路１０１では、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１から第２オフセット電圧ＶLoffを差し引き、その差圧を増幅した電圧ＶＬ’をマイコン７に入力している。更に、マイコン７では、増幅された各電圧ＶＨ’、ＶＬ’から、前記式（１）、（２）によって、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１とを算出する様にしている。
【０１０１】
これにより、発熱抵抗体からの出力電圧（ヒータ電圧）が微小な電圧変化であっても、適切なオフセット電圧を設定することにより、電圧変化部分のみを好適に取り出して、大きな増幅率で増幅することが可能となる。よって、低コストのマイコン７を使用した場合でも、大きな増幅率を設定することにより、精度良く水素濃度を測定できるという顕著な効果を奏する。
【０１０２】
特に、本実施形態では、常に、第１、第２増幅回路１０１、１０２から、増幅された電圧ＶＨ’、ＶＬ’を取得することができるので、マイコン７を用いて２つの異なるオフセット電圧に切り替える構成を採る場合に比べて、それぞれの温度（設定温度）に対応するオフセット電圧を第１，第２増幅回路１０１、１０２に常時設定することができる。また、本実施形態では、第１、第２増幅回路１０１、１０２にて、各ヒータ電圧に見合う最適な増幅率（増幅度）を異なる値で設定するようにしている。このようなことから、本実施形態では、より一層精度の高い水素濃度の測定が可能になっている。また、オフセット電圧の切り替え制御等が不要となるため、マイコン７の制御を簡略化できるという利点がある。
【０１０３】
なお、増幅率Ｍ、Ｎは、同じ値に設定しても良い。また、各オフセット電圧ＶHoff、ＶHoffの大きさは、マイコン７の電源電圧や発熱抵抗体３４からの出力電圧の変化や増幅率に応じて、適宜設定すればよい。
【０１０４】
［特許請求の範囲との関係］
なお、本実施形態において、通電制御回路５０が制御回路、第１オフセット回路１０３が第１オフセット設定手段、第２オフセット回路１０４が第２オフセット設定手段、第１増幅回路１０１が第１増幅手段、第２増幅回路１０２が第２増幅手段に相当する。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１０５】
本実施形態の可燃性ガス検出装置は、マイコンからの制御によってオフセット電圧を切り替えるものである。
図７に示す様に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１１０は、前記第１実施形態と同様に、通電制御回路やブリッジ回路等を備えている（第１実施形態と同様な構成は図示しない）。
【０１０６】
特に、本実施形態では、２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定するためのオフセット回路１２０と、オフセット回路１２０からのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffと通電制御回路からの出力電圧Ｖ１との電位差を増幅する増幅回路１３０と、マイコン１４０とを備えている。
【０１０７】
このうち、増幅回路１３０は、演算増幅器１３０１と、演算増幅器１３０１の反転入力端子に接続された固定抵抗１３０２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１３０３及び（接地された）固定抵抗１３０４と、演算増幅器１３０１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１３０５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この増幅回路１３０での増幅率は（例えば５倍）に設定されている。
【０１０８】
また、オフセット回路１２０は、演算増幅器１２０１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１２０２及び切替抵抗部１２０３とを備えており、演算増幅器１２０１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。
【０１０９】
前記切替抵抗部１２０３は、並列に配置された（高温用の）固定抵抗１２０５及び（低温用の）固定抵抗１２０６と、スイッチ部１２０７とを備えており、スイッチ部１２０７は、各固定抵抗１２０５、１２０６の接続をオン・オフする第１、第２切替スイッチ１２０８、１２０９を備えている。
【０１１０】
特に本実施形態では、マイコン１４０からの制御信号によって、両切替スイッチ１２０８、１２０９を切り替える制御を行う。
具体的には、高温測定期間においては、１つの増幅回路１３０に対して、高温時に対応した第１オフセット電圧ＶHoffの出力が可能な様に、（第２切替スイッチ１２０９はオフの状態で）第１切替スイッチ１２０８をオンし、固定抵抗１２０５を接続する。
【０１１１】
従って、高温測定期間においては、増幅回路１３０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第１オフセット電圧ＶHoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＨ’がマイコン１４０に入力される。
【０１１２】
また、同様に、低温測定期間においては、１つの増幅回路１３０に対して、低温時に対応した第２オフセット電圧ＶLoffの出力が可能な様に、（第１切替スイッチ１２０８はオフの状態で）第２切替スイッチ１２０９をオンし、固定抵抗１２０６を接続する。
【０１１３】
従って、低温測定期間においては、増幅回路１３０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第２オフセット電圧ＶLoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＬ’がマイコン１４０に入力される。
【０１１４】
なお、各固定抵抗の値等は、両切替スイッチ１２０８、１２０９を切り替えた場合に、各オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffの出力が可能に様に設定されている。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、オフセット回路１２０及び増幅回路１３０がそれぞれ一つで済むので、コスト低減に寄与するという利点がある。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【０１１５】
本実施形態の可燃性ガス検出装置は、マイコンからの制御によってオフセット電圧を切り替えるものである。
図８に示す様に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１５０は、前記第１実施形態と同様に、通電制御回路やブリッジ回路等を備えている（第１実施形態と同様な構成は図示しない）。
【０１１６】
特に、本実施形態では、２つのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffを設定するためのオフセット回路１６０と、オフセット回路１６０からのオフセット電圧ＶHoff、ＶLoffと通電制御回路からの出力電圧Ｖ１との電位差を増幅する増幅回路１７０と、マイコン１８０とを備えている。
【０１１７】
このうち、増幅回路１７０は、演算増幅器１７０１と、演算増幅器１７０１の反転入力端子に接続された固定抵抗１７０２と、非反転入力端子に接続された固定抵抗１７０３及び（接地された）固定抵抗１７０４と、演算増幅器１７０１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗１７０５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。なお、この増幅回路１７０での増幅率は（例えば５倍）に設定されている。
【０１１８】
また、オフセット回路１６０は、演算増幅器１６０１と、電源電圧Ｖccを（分圧点にて）分圧する固定抵抗１６０２、１６０３とを備えており、演算増幅器１６０１の出力端子は反転入力端子に接続され、分圧点はその非反転入力端子に接続されている。
【０１１９】
特に本実施形態では、マイコン１８０から分圧点に至る回路には固定抵抗１６０４が設けられ、マイコン１４０からの制御信号が分圧点に加えられるようになっている。
具体的には、高温測定期間においては、高温時に対応した第１オフセット電圧ＶHoffの出力が可能な様に、マイコン１８０から高温時に対応した制御信号（詳しくは５Ｖという電圧）が出力される。
【０１２０】
従って、高温測定期間においては、１つの増幅回路１７０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第１オフセット電圧ＶHoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＨ’がマイコン１８０に入力される。
【０１２１】
また、同様に、低温測定期間においては、低温時に対応した第２オフセット電圧ＶLoffの出力が可能な様に、マイコン１８０から低温時に対応した制御信号（詳しくは０Ｖという電圧）が出力される。
【０１２２】
従って、低温測定期間においては、１つの増幅回路７０にて、通電制御回路５０からの出力電圧Ｖ１からこの第２オフセット電圧ＶLoffを引いた電圧が増幅され、この増幅後の電圧ＶＬ’がマイコン１８０に入力される。
【０１２３】
なお、各固定抵抗の値等やマイコン１８０からの制御信号は、各オフセット電圧ＶHoff、ＶLoffの出力が可能に様に設定されている。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、オフセット回路及び増幅回路がそれぞれ一つで済むので、コスト低減に寄与するという利点がある。特に、切り替えのためのスイッチを使用しないので、コストが極めて安価である。
【０１２４】
［実験例］
ここでは、例えば前記第１実施形態の可燃性ガス検出装置と、本発明の範囲外の（比較例１、２の）可燃性ガス検出装置とを例に挙げて、その電圧分解能の違いを説明する。
【０１２５】
・前記第１実施形態の可燃性ガス検出装置（実施例１）において、マイコンのＡ／Ｄ分解能を１０ｂｉｔ（１０２４）、電源電圧を５Ｖ、発熱抵抗体の高温側を４００℃、低温側を３００℃、第１オフセット電圧ＶHoffを３Ｖ、第２オフセット電圧ＶLoffを２．２Ｖに設定した。
【０１２６】
この実施例１では、ヒータ電圧可動範囲が、４００℃側で３〜４Ｖ、３００℃側で２．２〜３Ｖの場合には、増幅率は４００℃側で５倍であり、電圧分解能は１ｍＶである。また、３００℃側では増幅率は６倍であり、電圧分解能は０．８ｍＶである。
【０１２７】
・比較例１は、通電制御回路からの出力電圧をそのままマイコンにて処理して、ガス濃度を測定するものである。なお、この比較例１は、第１、第２増幅回路１０１、１０２並びに第１、第２オフセット回路１０３、１０４を備えていない点以外は、第１実施形態と同様である。
【０１２８】
この比較例１では、前記実施例１と同様に（マイコンのＡ／Ｄ分解能、電源電圧、発熱抵抗体の温度、ヒータ電圧可動範囲の）各数値を設定した場合には、増幅率は１であり、電圧分解能は５ｍＶであり、好ましくない。
【０１２９】
・比較例２は、通電制御回路からの出力電圧から単一にオフセット電圧を引き、その電位差を単一の増幅回路で増幅し、その増幅した電圧をマイコンにて処理して、ガス濃度を測定するものである。なお、この比較例２は、第１実施形態と同様に、通電制御回路や温度測定回路を備えている。
【０１３０】
この比較例２では、前記実施例１と同様に（マイコンのＡ／Ｄ分解能、電源電圧、発熱抵抗体の温度、ヒータ電圧可動範囲の）各数値を設定し、オフセット電圧を２Ｖに設定した場合には、増幅率は２．５であり、電圧分解能は２．５ｍＶであり、前記第１実施形態より劣っていた。
【０１３１】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１３２】
（１）例えば、前記実施形態では、水素ガスを検出する可燃性ガス検出装置について説明したが、本発明は、水素ガス以外に、ヘリウム、メタン等の特定ガスの検知に適用できる。
【０１３３】
（２）また、前記実施形態では、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体の両端から得られる電圧と、測温抵抗体の温度電圧とを用いてガス濃度Ｘを算出する構成でもよい。
【０１３４】
（３）更に、本発明は、特定ガスの濃度等の検知だけでなく、それ以外のガスの状態の検知に適用できる。例えば特開平９−５２８４号公報に記載の様な熱伝導式湿度センサに適用できる。この場合にも適宜オフセット電圧の設定と増幅回路による増幅を行うことにより、測定精度の向上が期待できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１、１１０、１５０…可燃性ガス検出装置、３…ガス検出素子、５…制御回路、７、１４０、１８０…マイコン、９…起動スイッチ、３４…発熱抵抗体、３５…測温抵抗体、５０…通電制御回路、５１…ブリッジ回路、５５…電流調整回路、５７…スイッチング回路、８０…温度調整回路、８１…ブリッジ回路、８７…スイッチング回路、１０１…第１増幅回路、１０２…第２増幅回路、１０３…第１オフセット回路、１０４…第２オフセット回路、１２０、１６０…オフセット回路、１３０、１７０…増幅回路、ＣＨ…第１設定温度、ＣＬ…第２設定温度、ＴＷ…周期時間、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を２つの異なる温度に制御する制御回路と、
を備え、
前記発熱抵抗体を異なる温度に制御した際に、該異なる温度に対応した該発熱抵抗体からの各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるガス検出装置において、
２つの異なるオフセット電圧を設定し、前記各出力電圧から前記各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、該増幅後の各電圧に基づいて、前記ガスの状態を求めることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記２つの異なるオフセット電圧を設定する手段として、前記２つの異なる温度のうちの一方の温度に対応する第１オフセット電圧を設定する第１オフセット設定手段と、前記２つの異なる温度のうちの他方の温度に対応する第２オフセット電圧を設定する第２オフセット設定手段とを備えるとともに、
前記一方の温度に対応する出力電圧と前記第１オフセット電圧との電位差を増幅する第１増幅手段と、前記他方の温度に対応する出力電圧と前記第２オフセット電圧との電位差を増幅する第２増幅手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
１つの増幅手段を備え、電子制御装置からの制御信号に基づいて、前記増幅手段に入力されるオフセット電圧を、当該増幅手段に入力される異なる温度に対応した前記発熱抵抗体からの各出力電圧に対応した前記２つの異なるオフセット電圧のいずれかに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項１】
被検出雰囲気に晒される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を２つの異なる温度に制御する制御回路と、
を備え、
前記発熱抵抗体を異なる温度に制御した際に、該異なる温度に対応した該発熱抵抗体からの各出力電圧を検出し、その出力電圧に基づいてガスの状態を求めるガス検出装置において、
２つの異なるオフセット電圧を設定し、前記各出力電圧から前記各オフセット電圧を引いた各電位差を増幅し、該増幅後の各電圧に基づいて、前記ガスの状態を求めることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記２つの異なるオフセット電圧を設定する手段として、前記２つの異なる温度のうちの一方の温度に対応する第１オフセット電圧を設定する第１オフセット設定手段と、前記２つの異なる温度のうちの他方の温度に対応する第２オフセット電圧を設定する第２オフセット設定手段とを備えるとともに、
前記一方の温度に対応する出力電圧と前記第１オフセット電圧との電位差を増幅する第１増幅手段と、前記他方の温度に対応する出力電圧と前記第２オフセット電圧との電位差を増幅する第２増幅手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
１つの増幅手段を備え、電子制御装置からの制御信号に基づいて、前記増幅手段に入力されるオフセット電圧を、当該増幅手段に入力される異なる温度に対応した前記発熱抵抗体からの各出力電圧に対応した前記２つの異なるオフセット電圧のいずれかに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０２９３９（Ｐ２０１２−２０２９３９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０２９１（Ｐ２０１１−７０２９１）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]