ガス検知装置
【課題】 水素検知におけるメタンとの弁別性の向上を図り、高精度なメタン検知を可能とするガス検知装置を提供する。
【解決手段】 金属酸化物半導体を主成分とするメタン及び水素に感応するセンサ素子を備えたセンサ部３と、センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部５と、センサ素子のセンサ抵抗を検出する抵抗検出部６ａと、抵抗検出部６ａの検出したセンサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部６ｂを備える。抵抗検出部６ａが、センサ素子が高温状態にあるときの第１センサ抵抗を検出し、センサ素子が高温状態と低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの第２センサ抵抗を検出する。ガス判定部６ｂが、第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、第２センサ抵抗と第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行う。
【解決手段】 金属酸化物半導体を主成分とするメタン及び水素に感応するセンサ素子を備えたセンサ部３と、センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部５と、センサ素子のセンサ抵抗を検出する抵抗検出部６ａと、抵抗検出部６ａの検出したセンサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部６ｂを備える。抵抗検出部６ａが、センサ素子が高温状態にあるときの第１センサ抵抗を検出し、センサ素子が高温状態と低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの第２センサ抵抗を検出する。ガス判定部６ｂが、第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、第２センサ抵抗と第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子の電気抵抗の変化によりメタンを検知するガス検知装置に関し、より具体的には、水素等の雑ガスの干渉を排除することによるメタン検知精度の向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物半導体を主成分とする１つのセンサ素子で、検知対象のメタンとメタン検知を干渉する雑ガスとなる水素を弁別して検知可能なガス検知装置として、例えば、下記の特許文献１〜５等に開示された装置がある。センサ素子は、例えば、図１１に示すように、センサ素子２１の温度調節用の加熱コイル２２とセンサ出力用の電極２３を金属酸化物半導体２４中に埋め込んで加熱コイルと一体化した構成のものがある。加熱コイル２２の一端を接地し、加熱コイル２２の他端に印加する加熱電圧ＶＨＥＡＴの電圧値を周期的に変化させ、センサ素子の温度が低温状態（約８０℃）と高温状態（約４００℃）の間を周期的に遷移するようにセンサ素子を加熱制御する。センサ素子２１の電極２３に負荷抵抗２５を設けることで、電極２３にはセンサ抵抗（電極２３と加熱コイル２２間の金属酸化物半導体の電気抵抗値）に応じた電圧がセンサ出力として出力される。センサ抵抗はセンサ出力の電圧値から換算可能である。図１２に示すように、加熱電圧ＶＨＥＡＴの周期的変化に追従してセンサ素子の温度が周期的に変化する。尚、負荷抵抗２５の抵抗値は、センサ素子の温度状態に応じて最適値となるように切替制御される。
【０００３】
従来のガス検知装置では、上記低温状態（図１２中のＣ点）におけるセンサ出力より一酸化炭素を選択的に検出し、センサ抵抗に換算可能な高温状態（図１２中のＡ点）におけるセンサ出力よりメタンを選択的に検出し、センサ抵抗に換算可能な高温状態から低温状態へ遷移する中間状態（図１２中のＢ点）におけるセンサ出力より水素を検出する構成となっている。ＳｎＯ２等の金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子は、検知対象ガス種のメタンと一酸化炭素、及び、検知対象ガスの検知を干渉する雑ガスとなる水素に対して、図１３に示すような感度特性を示す。図１３では、センサ素子の感度つまり検知能は、清浄空気中でのセンサ抵抗と各ガス雰囲気でのセンサ抵抗の比（ＲＡＩＲ／ＲＧＡＳ）で表される。図１３より明らかなように、メタンの検知能は高温状態で高く、逆に、一酸化炭素の検知能は低温状態で高く、水素の検知能は高温状態と低温状態の中間状態で高くなる。しかし、水素の検知能は低温及び高温状態でも一定の感度を有するため、メタン及び一酸化炭素の検知を干渉する雑ガスとして働き、水素雰囲気中においてメタン或いは一酸化炭素が存在すると誤検知する場合がある。従って、従来のガス検知装置では、上記中間状態におけるセンサ出力よりセンサ抵抗を求め、水素の存在を判定し、その判定結果に基づいてメタン及び一酸化炭素の感度を補正していた。例えば、メタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗を閾値として高温状態でのセンサ抵抗を大小比較して３０００ｐｐｍメタン濃度を検出して警報を出力する場合に、水素の存在を検知した場合には、同じメタン濃度３０００ｐｐｍでもセンサ抵抗が下がるために、閾値を低めに補正することで、メタン濃度３０００ｐｐｍ未満の状態での誤警報を防止できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５６１０号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８７１１号公報
【特許文献３】特開２００２−８２０８３号公報
【特許文献４】特開平０７−１９８６４４号公報
【特許文献５】特開昭６２−２３８４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のガス検知装置で行っていた中間状態でのセンサ抵抗による水素検知では、図１３に示すように、中間状態においてもメタン感度が存在するため、メタン雰囲気中において水素を誤検知する虞があった。図１４に、横軸に高温状態でのセンサ抵抗ＲＨをメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）を取り、縦軸に中間状態でのセンサ抵抗ＲＭをメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した中間正規化抵抗（ＲＭ／ＲＨ−ＣＨ４）を取った２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時における、１９０個の測定サンプルに対するメタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットしたものを示す。図１４より、縦軸方向に水素の座標点とメタンの座標点が重複していることが分かる。つまり、水素の検知を中間状態でのセンサ抵抗ＲＭで判断すると、メタン雰囲気を水素雰囲気と誤検知する可能性がある。また、メタン濃度３０００ｐｐｍ時にメタン検知の警報を出力するとすれば、図１４の横軸の高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）が１以下の領域が警報出力領域となるが、当該領域内に水素の座標点が存在するため、正しく水素検知ができなければ、水素雰囲気をメタン雰囲気と誤検知する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素の検知におけるメタンとの弁別性の向上を図り、高精度なメタン検知を可能とするガス検知装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るガス検知装置は、金属酸化物半導体を主成分とする少なくともメタンと水素に感応して電気抵抗が変化するセンサ素子と、前記センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部と、前記センサ素子の電気抵抗値または当該電気抵抗値に換算可能な電気抵抗相当値で表されるセンサ抵抗を検出する抵抗検出部と、前記抵抗検出部の検出した前記センサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部と、を備えてなるガス検知装置であって、前記抵抗検出部が、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態にあるときの前記センサ抵抗を第１センサ抵抗として検出し、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態と前記低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの前記センサ抵抗を第２センサ抵抗として検出し、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、前記第２センサ抵抗と前記第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うことを第１の特徴とする。
【０００８】
上記第１の特徴のガス検知装置によれば、ガス判定部が第２センサ抵抗と第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うため、従来の第２センサ抵抗、つまり中間状態での電気抵抗値（センサ抵抗）で水素の存在判定を行う場合（図１４参照）に比べて、図１５に示すように、メタンとの弁別性が向上し、より高精度に水素の存在判定を行うことができ、結果として高精度のメタンの存在判定が可能となる。これは、高温状態及び中間状態の何れにおいても、水素及びメタンの感度が存在することから、メタン感度が顕著な高温状態と水素感度が顕著な中間状態の各センサ抵抗を比較することで、水素とメタンの弁別性を向上できるという本願発明者の新知見によるものである。尚、図１５は、図１４に示す分布図の縦軸を、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）から、第２センサ抵抗を第１センサ抵抗で除した比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）に置き換えて表示し直した同じ実験サンプルに基づく分布図である。
【０００９】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第１の特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記比較結果値に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを第２の特徴とする。
【００１０】
上記第２の特徴のガス検知装置によれば、比較結果値によって水素とメタンの弁別性の向上が図られているため、水素雰囲気中においてメタン検知用の閾値を適正に補正することができ、水素雰囲気中におけるメタンの誤検知を防止できる。
【００１１】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第１または第２の特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記比較結果値に基づいて水素がメタンと共存せずに単独で存在するか否かを判定し、当該判定結果に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを第３の特徴とする。
【００１２】
上記第３の特徴のガス検知装置によれば、比較結果値によって水素とメタンの弁別性の向上が図られているため、水素とメタン混合水素の弁別性も向上することから水素の単独検知が可能となり、水素単独検知時とメタン混合水素検知時を区別した閾値のより適正な補正が可能となり、高精度なメタン検知が可能となる。
【００１３】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第２または第３の特徴に加えて、前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを第４の特徴とする。
【００１４】
上記第４の特徴のガス検知装置によれば、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性により、同じ水素濃度であっても周囲温度により第２センサ抵抗が変化して、水素の存在判定に用いる比較結果値も周囲温度より変化するため、周囲温度に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値を補正することにより、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性を考慮した高精度なメタン検知が可能となる。
【００１５】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記何れかの特徴に加えて、前記センサ素子の前記金属酸化物半導体が、更に、一酸化炭素に感応して電気抵抗が変化し、前記抵抗検出部が、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記低温状態にあるときの前記センサ抵抗を第３センサ抵抗として検出し、前記ガス判定部が、前記第３センサ抵抗に基づいて一酸化炭素の存在判定を行う場合に、前記比較結果値に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行うことを第５の特徴とする。
【００１６】
上記第５の特徴のガス検知装置によれば、水素が一酸化炭素の存在判定においても雑ガスとなるところ、比較結果値によって水素の検知精度が向上しているため、水素雰囲気中において一酸化炭素検知用の閾値を適正に補正することができ、水素雰囲気中における一酸化炭素の誤検知を防止できる。
【００１７】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第５の特徴に加えて、前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、前記ガス判定部が、前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを第６の特徴とする。
【００１８】
上記第６の特徴のガス検知装置によれば、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性により、同じ水素濃度であっても周囲温度により第２センサ抵抗が変化して、水素の存在判定に用いる比較結果値も周囲温度より変化するため、周囲温度に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値を補正することにより、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性を考慮した高精度な一酸化炭素検知が可能となる。
【００１９】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記何れかの特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗の増減方向と前記比較結果値の増減方向で規定される２次元直交座標空間内において、前記第１センサ抵抗と前記比較結果値で定まる座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在する場合に、水素の存在を判定することを第７の特徴とする。
【００２０】
上記第７の特徴のガス検知装置によれば、水素に加えてエタノールやジメチルエーテル等の複数種の雑ガスを同時に検知することができる。この結果、メタン等の検知対象ガスの選択性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るガス検知装置（以下、適宜「本発明装置」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
〈第１実施形態〉
図１に、本発明装置１の回路構成を示す。図１に示すように、本発明装置１は、金属酸化物半導体を主成分とするメタンと一酸化炭素（ＣＯ）の２種類の検出対象ガス、及び、検出対象ガスの検知を干渉する水素等の雑ガスに感応して電気抵抗が変化するセンサ素子を備えて構成されるセンサ部３と、不揮発性記憶手段４と、センサ部３に対しセンサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部５、センサ部３から出力されるセンサ出力に基づいて警報を出力するか否かを判定する判定部６、判定部６の警報出力判定に基づいて警報を出力する警報出力部７、本発明装置１の各部に所定の電力を供給する電源部８、及び、判定部６の警報出力判定処理における温度補正のための温度検出を行うサーミスタ等の温度センサ９を備えたガス警報器として構成される。また、後述するように、加熱制御部５の一部、判定部６、及び、警報出力部７の一部はマイクロプロセッサ２内に構成される。
【００２３】
センサ部３は、図２に示すように、メタンと一酸化炭素の２種類の検出対象ガスをヒータ（加熱コイル）１０の駆動制御により選択的に検出可能な半導体式ガスセンサからなるセンサ素子１１による検出対象ガスの検出状態を電気的信号として出力可能に構成され、より具体的には、ヒータ１０と一体化して形成されたＳｉＯ２等の金属酸化物半導体を主成分とする半導体式ガスセンサからなるセンサ素子１１のセンサ出力端子１２と電源電圧Ｖｃｃとの間に２つの異なる負荷抵抗Ｒ１とＲ２を並列に設けて構成される。但し、負荷抵抗Ｒ２は、スイッチングトランジスタＴと直列回路を形成して、センサ出力端子１２と電源電圧Ｖｃｃの間に設けられている。かかる構成により、スイッチングトランジスタＴのオン・オフ操作により、検出対象ガスがメタンの場合と一酸化炭素の場合のヒータ１０の温度制御の違いによる検出対象ガスの検出／非検出のセンサ出力の振幅を適正に調整することが可能となる。負荷抵抗Ｒ１とＲ２は、本実施形態では固定抵抗で、その抵抗値は、例えば、１００ｋΩと１０ｋΩ等が一例として使用される。尚、センサ出力端子１２上に現れるセンサ出力は、ヒータ１０の温度制御が１００℃前後においては、一酸化炭素の有無によりセンサ出力端子１２とヒータ１０の接地端子側の間のセンサ素子１１の電気抵抗が顕著に変化することで変化し、更に、ヒータ１０の温度制御が４００〜５００℃においては、メタンの有無により上記電気抵抗が顕著に変化することで変化する。スイッチングトランジスタＴは、後述するようにヒータ１０の駆動制御のタイミングに合わせて本体部１の加熱制御部５からの制御信号によってオン・オフ制御される。
【００２４】
本実施形態では、センサ素子１１のヒータ１０の温度制御は、一定電圧（例えば３．３Ｖ）の電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御で、つまり、ヒータ１０に印加する電圧パルスのオン（電圧印加状態）とオフ（電圧非印加状態）の時間比（デューティー比）を制御して印加することで、実効的な印加電圧の調整を行い、センサ素子１１に掛かる温度を制御する。ヒータ１０のＰＷＭ制御による印加電圧波形と実効的な印加電圧波形の一例を図３に示す。図３に示す例では、実効的な印加電圧は、５秒間の高温駆動時に０．９Ｖ、１０秒間の低温駆動時に０．２ＶとなるようにＰＷＭ制御される。また、図３に、当該印加電圧波形での加熱制御によるセンサ素子１１に掛かる温度変化を印加電圧波形の下側に併記する。
【００２５】
不揮発性記憶手段４は、電気的に情報の読み出し・書き込み・消去が可能なＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性半導体メモリからなり、本発明装置１に関する各種情報を記憶する。不揮発性記憶手段４に記憶される情報としては、例えば、本発明装置１の製造年月日、製造番号、メーカ名、製品コード、警報出力設定値、センサ部３の検出特性のバラツキを調整するための調整パラメータ、後述する水素等の雑ガス検知用の各種パラメータ、温度補正用のパラメータ、加熱制御部５がセンサ部３に対する加熱制御用の制御パラメータ、判定部６がセンサ部３から出力されるセンサ出力に基づいて警報出力判定を行う際の判定基準値等が挙げられる。
【００２６】
加熱制御部５は、センサ素子１１のヒータ１０に印加する電圧パルスを駆動するセンサ駆動部５ａとセンサ駆動部５ａが駆動する電圧パルスの駆動タイミングと電圧パルスのデューティー比を制御するパルス制御部５ｂとを備えて構成される。加熱制御部５のパルス制御部５ｂは、マイクロプロセッサ２内に構成され、制御パラメータを不揮発性記憶手段４から読み出し、当該制御パラメータの各電圧パルス印加の開始タイミング、終了タイミング、そのデューティー比で、対応する電圧パルスの駆動タイミングとデューティー比を制御し、当該制御に従って、センサ駆動部５ａがセンサ部３内のヒータ１０を、図３に示す温度制御パターンとなるように駆動する。マイクロプロセッサ２は、プログラム格納用のＲＯＭやＲＡＭを内蔵したマイクロコンピュータを含み、当該ＲＯＭやＲＡＭを内蔵するか外付けで備えるかは問わない。
【００２７】
判定部６は、抵抗検出部６ａとガス判定部６ｂを備えて構成される。抵抗検出部６ａは、不揮発性記憶手段４に記憶されている制御パラメータの内のメタン検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＨ点）と、水素検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＭ点）と、一酸化炭素検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＬ点）で、夫々のセンサ出力を読み込み、読み込まれた各センサ出力から、メタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗を第１センサ抵抗ＲＨとして、水素検出タイミング（ｔＭ）におけるセンサ抵抗を第２センサ抵抗ＲＭとして、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）におけるセンサ抵抗を第３センサ抵抗ＲＬとして、夫々算出する。図３に示すように、高温駆動開始後５秒時点のメタン検出タイミング（ｔＨ）ではセンサ素子１１の温度は高温状態にあり、高温駆動開始後５．６秒（低温駆動開始後０．６秒）時点の水素検出タイミング（ｔＭ）ではセンサ素子１１の温度は高温状態と低温状態の中間状態にあり、高温駆動開始後１５秒（低温駆動開始後１０秒）時点のＣＯ検出タイミング（ｔＬ）ではセンサ素子１１の温度は低温状態にある。尚、各検出タイミング（ｔＨ，ｔＭ，ｔＬ）におけるセンサ出力は、各検出タイミング（ｔＨ，ｔＭ，ｔＬ）に至る手前から数ｍ秒（例えば８ｍ秒）間隔で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して使用する。
【００２８】
ここで、センサ出力を適切な分解能が得られる電圧範囲内で読む込むために、負荷抵抗Ｒ１とＲ２の切替制御が加熱制御部５により行われる。加熱制御部５は、センサ素子１１のスイッチングトランジスタＴのオン・オフ制御を、図３に示す温度制御パターンの加熱制御に同期して行う。具体的には、高温駆動時の中間（開始後約２．５秒）から低温駆動時の中間（開始後約５秒）までのメタン検出タイミング（ｔＨ）と水素検出タイミング（ｔＭ）を含む期間中にスイッチングトランジスタＴをオフし、低温駆動時の中間（開始後約５秒）から高温駆動時の中間（開始後約２．５秒）までのＣＯ検出タイミング（ｔＬ）含む期間中にスイッチングトランジスタＴをオンさせる。つまり、メタン及び水素検出時の負荷抵抗ＲＬＨＭはＲ１となり、一酸化炭素検出時の負荷抵抗ＲＬＬはＲ３（＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））となる。
【００２９】
ガス判定部６ｂは、抵抗検出部６ａで検出された第１センサ抵抗ＲＨに基づいてメタンの存在（濃度が検出規定濃度以上か否か）を判定し、抵抗検出部６ａで検出された第３センサ抵抗ＲＬに基づいて一酸化炭素の存在（濃度が検出規定濃度以上か否か）を判定する。また、ガス判定部６ｂは、温度センサ９が検出した周囲温度からメタン判定及び一酸化炭素判定に用いられる第１センサ抵抗ＲＨと第３センサ抵抗ＲＬに対する各温度補正係数を算出して温度補正を行う。更に、ガス判定部６ｂは、抵抗検出部６ａで検出された第１センサ抵抗ＲＨと第２センサ抵抗ＲＭの後述する比較結果値に基づいて水素の存在を判定し、水素の存在が判定された場合は、第１センサ抵抗ＲＨと第３センサ抵抗ＲＬを夫々補正する。ガス判定部６ｂは、メタンの濃度がメタンの検出規定濃度以上の場合は、内蔵レジスタ内のメタン検知ビットを「１」にセットし、ガス漏れが発生していると判定してガス漏れ判定信号を出力する。また、ガス判定部６ｂは、一酸化炭素の濃度が検出規定濃度以上の場合は、内蔵レジスタ内のＣＯ検知ビットを「１」にセットし、不完全燃焼状態であると判定して不完全燃焼判定信号を出力する。更に、ガス判定部６ｂは、比較結果値に基づいて水素の存在を判定すると、内蔵レジスタ内の水素検知ビットを「１」にセットし、水素検出信号を出力する。
【００３０】
判定部６は、本体部１に設けられたマイクロプロセッサ２内に構成され、センサ出力（アナログ値）は、マイクロプロセッサ２の所定のアナログポートから入力され、マイクロプロセッサ２内のＡ／Ｄ変換部でサンプリングされ、ディジタル化される。この時のサンプリングタイミングが、制御パラメータの内の各検出対象ガスのセンサ出力の検出タイミングで規定される。また、温度センサ９の温度検出出力（アナログ値）もマイクロプロセッサ２の所定のアナログポートから入力され、マイクロプロセッサ２内のＡ／Ｄ変換部でサンプリングされ、ディジタル化される。
【００３１】
警報出力部７は、３色（緑、赤、黄）のＬＥＤ１４ａを有するＬＥＤ表示回路からなる光警報出力部１４、音声回路１５ａとスピーカ１５ｂからなる音声警報出力部１５、判定部６の警報出力判定情報を外部に電圧レベルによって出力する外部出力回路１６、判定部６の警報出力判定に基づいて光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６に対して所定の制御信号を出力する警報出力制御部１７を備えて構成される。ここで、警報出力制御部１７は、本体部１に設けられたマイクロプロセッサ２内に構成される。警報出力制御部１７は、判定部６の警報出力判定（ガス漏れ判定信号、不完全燃焼判定信号、水素検出信号）に基づいて、警報を出力すべき状態においては、光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６に対して所定の制御信号を出力し、光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６が所定の警報を出力できるように制御する。
【００３２】
電源部８は、電源トランス、平滑回路、及び、定電圧回路等を備えて構成され、例えば、家庭用の商用交流電圧１００Ｖから直流低電圧（例えば、５Ｖ、３．３Ｖ）を生成する。
【００３３】
次に、図１に示す本発明装置１の判定部６のメタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理の各動作について、図４乃至図６に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、加熱制御部５はセンサ素子１１に対して上述の加熱制御及びスイッチングトランジスタＴのオン・オフ制御を別途並行して実行している。尚、メタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理は、マイクロプロセッサ２内でＣＰＵが各処理手順を記述したプログラムを実行することより実現される。
【００３４】
先ず、メタン検知処理（図４参照）を開始し、判定部６は前回までのメタン検知処理、及び、水素検知処理において判定した判定結果（メタン検知ビット、水素検知ビット）に基づいて、継続してガス漏れ判定信号及び水素検出信号を出力する（ステップ＃１）。
【００３５】
次に、抵抗検出部６ａが、メタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ出力ＶＨと水素検出タイミング（ｔＭ）におけるセンサ出力ＶＭを読み込む（ステップ＃２）。
【００３６】
次に、ガス判定部６ｂは、メタン検出タイミング（ｔＨ）直近の高温駆動時において、温度センサ９が検出した周囲温度を一定間隔（例えば０．１秒間隔）で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して周囲温度Ｔとする（ステップ＃３）。
【００３７】
次に、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＨとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数１に示す算出式より、第１センサ抵抗ＲＨを算出する（ステップ＃４）。
【００３８】
（数１）
ＲＨ＝ＶＨ×ＲＬＨＭ／（Ｖｃｃ−ＶＨ）
【００３９】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔからメタン検知時の温度補正係数ＫＨを算出する（ステップ＃５）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＨを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＨを算出する。
【００４０】
次に、ガス判定部６ｂは、第１センサ抵抗ＲＨとメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）と温度補正係数ＫＨより、メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数２に示す判定式により判定する（ステップ＃６）。数２に示す判定式が成立するとメタン判定（メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上）となる。
【００４１】
（数２）
ＲＨ／（ＲＨ−ＣＨ４×ＫＨ）＜１
【００４２】
ステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）は、水素検知処理（図５参照）に移行する。メタン判定でない場合（ＮＯ）は、水素検知処理（図５参照）に移行せずに、メタン検知ビットを「０」にリセットする（ステップ＃７）。ここで、メタン検知ビットが「１」であった場合は、ガス漏れ警報が解除される。更に、ステップ＃７に引き続き、水素検知処理を行わずに水素の非存在を仮定して、水素検知ビットを「０」にリセットして（ステップ＃８）、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する。
【００４３】
次に、水素検知処理（図５参照）について説明する。メタン検知処理（図４参照）のステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＭとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数３に示す算出式より、第２センサ抵抗ＲＭを算出する（ステップ＃１１）。
【００４４】
（数３）
ＲＭ＝ＶＭ×ＲＬＨＭ／（Ｖｃｃ−ＶＭ）
【００４５】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから水素検知時における閾値Ｓの温度補正係数ＫＳを算出する（ステップ＃１２）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＳを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＳを算出する。
【００４６】
次に、ガス判定部６ｂは、第２センサ抵抗ＲＭを第１センサ抵抗ＲＨで除した比較結果値と閾値Ｓに温度補正係数ＫＳを乗じた温度補正後の閾値（Ｓ×ＫＳ）を、下記の数４に示す判定式により大小比較して、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気であるか否かを判定する（ステップ＃１３）。数４に示す判定式が成立すると水素判定（水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気）となる。
【００４７】
（数４）
ＲＭ／ＲＨ＜Ｓ×ＫＳ
【００４８】
尚、数４に示す判定式での閾値Ｓは、所定の基準温度及び基準相対湿度（例えば、２０℃、６５％）における水素を含まない各種メタン濃度におけるメタン雰囲気中で複数のサンプルから求めた複数のＲＭ／ＲＨの分布範囲の下限値より僅かに低めに設定される。例えば、図７に示すように、各種メタン濃度におけるメタン雰囲気に対して水素が１０００ｐｐｍ含有されると、ＲＭ／ＲＨの分布範囲は下に移動することが分かる。これより、数４に示す判定式により、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気を検知できることが分かる。
【００４９】
ステップ＃１３において水素判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し（ステップ＃１４）、水素検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃１５）。
【００５０】
ステップ＃１３において水素判定の場合（ＹＥＳ）は、水素検知ビットを「１」にセットして、水素検知信号を出力する（ステップ＃１６）。
【００５１】
引き続き、メタン検知処理のステップ＃６で行ったメタン判定を補正するために、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから第１センサ抵抗ＲＨに対する水素検知時における補正係数Ｆの温度補正係数ＫＦを算出する（ステップ＃１７）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＦを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＦを算出する。尚、補正係数Ｆは不揮発性記憶手段４に記憶されている値を読み出して使用する。
【００５２】
次に、ガス判定部６ｂは、第１センサ抵抗ＲＨとメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）、温度補正係数ＫＨ、補正係数Ｆ、及び、温度補正係数ＫＦより、水素検知時においてメタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数５に示す判定式により判定する（ステップ＃１８）。数５に示す判定式が成立するとメタン判定（メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上）となる。
【００５３】
（数５）
ＲＨ／（ＲＨ−ＣＨ４×ＫＨ×Ｆ×ＫＦ）＜１
【００５４】
図７に示すように、水素含有メタン雰囲気では、同じメタン濃度であっても、ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４が僅かに低めにシフトすることから、補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦによる水素検知時の補正がない場合は、メタン濃度が３０００ｐｐｍ未満でも、メタン濃度３０００ｐｐｍ以上と誤判定される虞がある。補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦは当該ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４の水素含有によるシフトを補正するものである。
【００５５】
ステップ＃１６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃１９）。メタン判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃２０）。ここで、メタン検知ビットが「１」であった場合は、ガス漏れ警報が解除される。
【００５６】
次に、ＣＯ検知処理（図６参照）について説明する。メタン検知処理（図４参照）または水素検知処理（図５参照）からＣＯ検知処理に移行すると、先ず、判定部６は前回までのＣＯ検知処理において判定した判定結果（ＣＯ検知ビット、水素検知ビット）に基づいて、継続して不完全燃焼判定信号及び水素検出信号を出力する（ステップ＃２１）。
【００５７】
次に、抵抗検出部６ａが、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）におけるセンサ出力ＶＬを読み込む（ステップ＃２２）。
【００５８】
次に、ガス判定部６ｂは、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）直近の低温駆動時において、温度センサ９が検出した周囲温度を一定間隔（例えば０．１秒間隔）で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して周囲温度Ｔとする（ステップ＃２３）。
【００５９】
次に、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＬと一酸化炭素検知時の負荷抵抗ＲＬＬ（＝Ｒ３）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数６に示す算出式より、第３センサ抵抗ＲＬを算出する（ステップ＃２４）。
【００６０】
（数６）
ＲＬ＝ＶＬ×ＲＬＬ／（Ｖｃｃ−ＶＬ）
【００６１】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから一酸化炭素検知時の温度補正係数ＫＬを算出する（ステップ＃２５）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＬを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＬを算出する。
【００６２】
次に、水素検知ビットが「１」の場合に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから第３センサ抵抗ＲＬに対する水素検知時における補正係数Ｇの温度補正係数ＫＧを算出する（ステップ＃２６）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＧを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＧを算出する。尚、補正係数Ｇは不揮発性記憶手段４に記憶されている値を読み出して使用する。水素検知ビットが「０」の場合は、ステップ＃２６は実行せず次ステップ（ステップ＃２７）に移行する。
【００６３】
次に、ガス判定部６ｂは、水素検知ビットが「０」の場合は、第３センサ抵抗ＲＬと一酸化炭素濃度３００ｐｐｍ時のＣＯ検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＬ−ＣＯ（定数）と温度補正係数ＫＬより、一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数７に示す判定式により判定する（ステップ＃２７）。水素検知ビットが「１」の場合は、水素の存在によって第３センサ抵抗ＲＬが干渉を受けるため、温度補正係数ＫＬによる補正に加えて、補正係数Ｇによる補正も行う。従って、水素検知時において一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かを、第３センサ抵抗ＲＬ、センサ抵抗ＲＬ−ＣＯ（定数）、温度補正係数ＫＬ、補正係数Ｇ、及び、温度補正係数ＫＧに基づき、下記の数８に示す判定式により判定する（ステップ＃２７）。数７または数８に示す判定式が成立するとＣＯ判定（一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上）となる。
【００６４】
（数７）
ＲＬ／（ＲＬ−ＣＯ×ＫＬ）＜１
【００６５】
（数８）
ＲＬ／（ＲＬ−ＣＯ×ＫＬ×Ｇ×ＫＧ）＜１
【００６６】
ステップ＃２７においてＣＯ判定の場合（ＹＥＳ）は、ＣＯ検知ビットを「１」にセットして、不完全燃焼判定信号を出力し、メタン検知処理（図４参照）に戻る（ステップ＃２８）。ＣＯ判定でない場合（ＮＯ）は、ＣＯ検知ビットを「０」にリセットして、メタン検知処理（図４参照）に戻る（ステップ＃２９）。ここで、ＣＯ検知ビットが「１」であった場合は、不完全燃焼警報が解除される。
【００６７】
〈第２実施形態〉
次に、本発明装置１の別実施形態（第２実施形態）について、図面に基づいて説明する。
【００６８】
第２実施形態に係る本発明装置１の回路構成は、第１実施形態の場合と全く同じである。第２実施形態に係る本発明装置１は、判定部６のガス判定部６ｂによる水素検知処理の処理アルゴリズムにおいて、第１実施形態と相違し、他の構成要素及び判定部６によるメタン検知処理及びＣＯ検知処理の処理手順は第１実施形態と同じである。従って、第１実施形態と重複する説明は割愛し、第２実施形態における水素検知処理について説明する。
【００６９】
第２実施形態では、水素以外のジメチルエーテル（ＤＭＥ）やエタノール等もメタン及び一酸化炭素の検知において雑ガスとなることから、水素以外の雑ガスの影響も排除して正確なメタン検知処理及びＣＯ検知処理を行うために、ＤＭＥ及びエタノールの検知も水素検知処理で同時に実行する。
【００７０】
図８に、横軸に第１センサ抵抗をメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）を取り、縦軸に第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）を取った２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時における、１９０個の測定サンプルに対するメタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点、ＤＭＥ濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点、及び、エタノール濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットしたものを示す。
【００７１】
第１実施形態では、水素検知処理（図５参照）のステップ＃１３において、数４に示す判定式を用いることで、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気を検知できた。しかし、図８に示すように、第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）は、メタン雰囲気と水素雰囲気でその分布範囲が有意に分離するが、ＤＭＥ及びエタノールについては、メタン雰囲気と分布範囲が重複するため、数４に示す判定式では、ＤＭＥ及びエタノールの存在をメタンと区別して検知できない。
【００７２】
従って、第２実施形態では、水素検知処理（図５参照）のステップ＃１３で使用した数４に示す判定式を用いずに、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）の増減方向と比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）の増減方向規定される２次元直交座標空間内において、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）と比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）で定まる水素検知用座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在するか否かによって、水素、ＤＭＥ及びエタノールの雑ガスの検知を行う。以下、第２実施形態において、「水素検知」は「雑ガス検知」と同義である。
【００７３】
具体的には、図９に示すように、上記２次元直交座標空間内を数点の基準座標点（例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４点）を通る折れ線（境界線）Ｌで２つの領域に区分して、折れ線Ｌの右側及び下側に水素、ＤＭＥ及びエタノールの座標点が収まるように、基準座標点の座標（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４，ＲＭ／ＲＨ）を規定する。尚、折れ線Ｌは、基準座標点Ａから基準座標点Ｂと反対側には縦軸に平行に下側に延伸し、基準座標点Ｄから基準座標点Ｃと反対側には横軸に平行に右側に延伸するように規定される。従って、折れ線Ｌは２次元直交座標空間を雑ガス判定領域と雑ガス非判定領域に区分する境界線となる。基準座標点の座標値は、予め異なる周囲温度、例えば、−１０℃、０℃、２０℃、５０℃で設定しておき、不揮発性記憶手段４に記憶する。水素検知用座標点が折れ線Ｌの右側及び下側に位置する場合は、水素等の雑ガスが存在すると判定（水素判定）され、水素検知ビットを「１」にセットして、水素検知信号を出力する。
【００７４】
以下、図１０を参照して、第２実施形態における水素検知処理の処理手順を説明する。メタン検知処理（図４参照）のステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＭとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、上記の数３に示す算出式より、第２センサ抵抗ＲＭを算出する（ステップ＃３１）。
【００７５】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから、２次元直交座標空間内の折れ線Ｌを規定する基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を算出する（ステップ＃３２）。具体的には、周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を基に補間処理を行い、周囲温度Ｔでの基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝Ａ〜Ｄ）を算出する。例えば、周囲温度Ｔが３０℃の場合は、周囲温度が２０℃と５０℃における基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を基に補間処理を行う。ここで、Ｘ座標は横軸の高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、Ｙ座標は縦軸の比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする。
【００７６】
次に、ガス判定部６ｂは、ステップ＃３１で算出した第２センサ抵抗ＲＭと、メタン検知処理（図４参照）のステップ＃４で算出した第１センサ抵抗ＲＨから、水素検知用座標点の座標値（Ｘ０，Ｙ０）を求める（ステップ＃３３）。
【００７７】
次に、ガス判定部６ｂは、水素検知用座標点の座標値（Ｘ０，Ｙ０）が、ステップ＃３２で算出した基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝Ａ〜Ｄ）で規定される折れ線Ｌの雑ガス領域側（右側及び下側）に存在するか否かを判定する（ステップ＃３４）。具体的には、水素検知用座標点のＸ座標Ｘ０と、基準座標点Ａ〜Ｄの各Ｘ座標との大小比較、及び、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０と、基準座標点Ａ〜Ｄの各Ｙ座標との大小比較により、水素検知用座標点が基準座標点Ａ〜Ｄに対して横軸方向及び縦軸方向のどの位置にあるかを判定する。
【００７８】
水素検知用座標点が基準座標点Ａの左側（Ｘ０＜ＸＡ）にあれば、水素判定されない。また、水素検知用座標点が基準座標点Ａの上側（Ｙ０＞ＹＤ）にあれば、水素判定されない。それ以外の場合は、以下の要領で判定を行う。
【００７９】
水素検知用座標点が基準座標点ＡとＢの中間（ＸＡ≦Ｘ０＜ＸＢ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＡとＢを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＡＢ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＡＢ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点ＢとＣの中間（ＸＢ≦Ｘ０＜ＸＣ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＢとＣを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＢＣ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＢＣ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点ＣとＤの中間（ＸＣ≦Ｘ０＜ＸＤ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＣとＤを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＣＤ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＣＤ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点Ｄより右側（ＸＤ≦Ｘ０）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＤのＹ座標ＹＤより下側（Ｙ０≦ＹＤ）にあれば、水素判定となる。
【００８０】
ステップ＃３４において水素判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し（ステップ＃３５）、水素検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃３６）。また、ステップ＃３４において水素判定の場合は、ステップ＃３７以降の各処理を行う。尚、ステップ＃３７以降の各処理は、第１実施形態における水素検知処理（図５参照）のステップ＃１６以降の処理と同じであるので、重複する説明は省略する。
【００８１】
次に、本発明装置の別実施形態について説明する。
【００８２】
〈１〉上記第１実施形態の水素検知処理（図５参照）において、数４に示す判定式により、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気であるか否かを判定する（ステップ＃１３）場合を説明したが、閾値Ｓを２通り用意することにより、水素含有メタン雰囲気ではなく、水素単独雰囲気だけを選択的に判定することも可能である。従って、ステップ＃１３において水素判定となる場合に、更に、閾値Ｓより小さい第２の閾値Ｓ’を用いて水素単独雰囲気の検知を行い、水素単独雰囲気である場合には、ステップ＃１８でのメタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かの判定において、水素検知時における補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦに代えて第２の補正係数Ｆ’とその温度補正係数ＫＦ’を使用するようにしても構わない。補正係数Ｆは１より小さい正数であるが、第２の補正係数Ｆ’は１以下で補正係数Ｆより大きい値とする。第２の補正係数Ｆ’及び温度補正係数ＫＦが１の場合は、数５に示す判定式は、数２に示す判定式と同じになる。つまり、水素単独雰囲気の場合には、水素検知時における補正を行わないか、或いは、その補正の程度を弱くする。これにより、メタン検知感度が緩和されず、メタン判定となり易くなる。
【００８３】
同様に、水素単独雰囲気である場合には、ＣＯ検知処理（図６参照）のステップ＃２７における一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かの判定において、水素検知時における補正係数Ｇと温度補正係数ＫＧに代えて第２の補正係数Ｇ’とその温度補正係数ＫＧ’を使用するようにしても構わない。
【００８４】
〈２〉上記各実施形態において、水素検知処理に使用する第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨを比較した比較結果値として、第２センサ抵抗ＲＭを第１センサ抵抗ＲＨで除した比較結果値を使用したが、当該比較結果値として、例えば、第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの差をメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で除して正規化した値を使用しても構わない。上記各実施形態と同様に、水素検知時のメタンとの弁別性が向上し、より高精度に水素の存在判定を行うことができる。
【００８５】
〈３〉上記各実施形態において、第１センサ抵抗ＲＨ、第２センサ抵抗ＲＭ、第３センサ抵抗ＲＬとして、夫々、数１、数３及び数６に示す算出式によりセンサ素子の電気抵抗値として算出したが、各センサ抵抗は、必ずしも電気抵抗値として算出されなくても構わない。各センサ抵抗は、例えば、夫々の電気抵抗値と比例関係にあって、当該電気抵抗値に一義的に換算可能な値であっても構わない。例えば、夫々の電気抵抗値を清浄空気雰囲気中での電気抵抗値（定数）で正規化したもの（電気抵抗相当値）であっても構わない。
【００８６】
〈４〉上記各実施形態におけるメタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理は、上記各実施形態に例示した処理手順に限定されるものではない。本発明の趣旨に沿って適宜変更可能である。例えば、上記第１実施形態では、メタン検知処理後に、水素検知処理を行ったが、水素検知処理の水素の存在を判定するまでの処理をメタン検知処理の前に行っても構わない。
【００８７】
〈５〉上記各実施形態では、メタンと一酸化炭素の２種類の検知対象ガスを１つのセンサ素子を用いて検知する場合を説明したが、検知対象ガスはメタンだけあっても構わない。
【００８８】
〈６〉上記各実施形態では、センサ素子１１のヒータ１０の温度制御の一例として、ヒータ１０に一定電圧をＰＷＭ制御により印加する場合を説明したが、ヒータ１０に直接、５秒間の高温駆動時に０．９Ｖ、１０秒間の低温駆動時に０．２Ｖの電圧を印加するようにしても構わない。
【００８９】
〈７〉上記各実施形態において例示した各電圧値やタイミング、或いは、ガス濃度等は、一例であり上記各実施形態において例示した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るガス検知装置は、ガス漏れや不完全燃焼を検知するガス警報器等のガス検知装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係るガス検知装置の回路構成例を示す回路ブロック図
【図２】本発明に係るガス検知装置におけるメタンと一酸化炭素の２種類の検出対象ガスに対する検出能を有するセンサ部の回路構成例を示す回路図
【図３】図２に示すセンサ部のヒータを加熱制御する場合の印加電圧波形、実効的な印加電圧、温度変化、及び、センサ出力の検出タイミングを示すタイミング波形図
【図４】本発明に係るガス検知装置によるメタン検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図５】本発明に係るガス検知装置による水素検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図６】本発明に係るガス検知装置によるＣＯ検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図７】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、各種メタン濃度のメタン雰囲気と各種メタン濃度と水素濃度１０００ｐｐｍの水素含有メタン雰囲気の座標点をプロットした分布図
【図８】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点、ＤＭＥ濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点、及び、エタノール濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【図９】図８に示す分布図上に雑ガス判定用の折れ線（境界線）とそれを規定する基準座標点を示す図
【図１０】本発明に係るガス検知装置による水素検知処理の処理手順の他の一例を示すフローチャート
【図１１】金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子の一構成例を示す図
【図１２】図１１に示すセンサ素子に印加する加熱電圧波形と温度変化を示すタイミング波形図
【図１３】図１１に示すセンサ素子のメタンと一酸化炭素と水素に対する感度特性を模式的に示す感度特性図
【図１４】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を中間正規化抵抗（ＲＭ／ＲＨ−ＣＨ４）とする２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時おける、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【図１５】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時おける、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【符号の説明】
【００９２】
１： 本発明に係るガス検知装置
２： マイクロプロセッサ
３： センサ部
４： 不揮発性記憶手段
５： 加熱制御部
５ａ： センサ駆動部
５ｂ： パルス制御部
６： 判定部
６ａ： 抵抗検出部
６ｂ： ガス判定部
７： 警報出力部
８： 電源部
９： 温度センサ
１０： ヒータ（加熱コイル）
１１： センサ素子
１２： センサ出力端子
１３： 電源プラグ
１４： 光警報出力部（光報知信号出力部）
１４ａ： ＬＥＤ
１５： 音声警報出力部
１５ａ： 音声回路
１５ｂ： スピーカ
１６： 外部出力回路
１７： 警報出力制御部
１８： 光報知信号制御部
２１： センサ素子
２２： 加熱コイル
２３： 電極
２４： 金属酸化物半導体
２５： 負荷抵抗
Ｒ１，Ｒ２： 負荷抵抗
Ｔ： スイッチングトランジスタ
Ｖｃｃ： 電源電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子の電気抵抗の変化によりメタンを検知するガス検知装置に関し、より具体的には、水素等の雑ガスの干渉を排除することによるメタン検知精度の向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物半導体を主成分とする１つのセンサ素子で、検知対象のメタンとメタン検知を干渉する雑ガスとなる水素を弁別して検知可能なガス検知装置として、例えば、下記の特許文献１〜５等に開示された装置がある。センサ素子は、例えば、図１１に示すように、センサ素子２１の温度調節用の加熱コイル２２とセンサ出力用の電極２３を金属酸化物半導体２４中に埋め込んで加熱コイルと一体化した構成のものがある。加熱コイル２２の一端を接地し、加熱コイル２２の他端に印加する加熱電圧ＶＨＥＡＴの電圧値を周期的に変化させ、センサ素子の温度が低温状態（約８０℃）と高温状態（約４００℃）の間を周期的に遷移するようにセンサ素子を加熱制御する。センサ素子２１の電極２３に負荷抵抗２５を設けることで、電極２３にはセンサ抵抗（電極２３と加熱コイル２２間の金属酸化物半導体の電気抵抗値）に応じた電圧がセンサ出力として出力される。センサ抵抗はセンサ出力の電圧値から換算可能である。図１２に示すように、加熱電圧ＶＨＥＡＴの周期的変化に追従してセンサ素子の温度が周期的に変化する。尚、負荷抵抗２５の抵抗値は、センサ素子の温度状態に応じて最適値となるように切替制御される。
【０００３】
従来のガス検知装置では、上記低温状態（図１２中のＣ点）におけるセンサ出力より一酸化炭素を選択的に検出し、センサ抵抗に換算可能な高温状態（図１２中のＡ点）におけるセンサ出力よりメタンを選択的に検出し、センサ抵抗に換算可能な高温状態から低温状態へ遷移する中間状態（図１２中のＢ点）におけるセンサ出力より水素を検出する構成となっている。ＳｎＯ２等の金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子は、検知対象ガス種のメタンと一酸化炭素、及び、検知対象ガスの検知を干渉する雑ガスとなる水素に対して、図１３に示すような感度特性を示す。図１３では、センサ素子の感度つまり検知能は、清浄空気中でのセンサ抵抗と各ガス雰囲気でのセンサ抵抗の比（ＲＡＩＲ／ＲＧＡＳ）で表される。図１３より明らかなように、メタンの検知能は高温状態で高く、逆に、一酸化炭素の検知能は低温状態で高く、水素の検知能は高温状態と低温状態の中間状態で高くなる。しかし、水素の検知能は低温及び高温状態でも一定の感度を有するため、メタン及び一酸化炭素の検知を干渉する雑ガスとして働き、水素雰囲気中においてメタン或いは一酸化炭素が存在すると誤検知する場合がある。従って、従来のガス検知装置では、上記中間状態におけるセンサ出力よりセンサ抵抗を求め、水素の存在を判定し、その判定結果に基づいてメタン及び一酸化炭素の感度を補正していた。例えば、メタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗を閾値として高温状態でのセンサ抵抗を大小比較して３０００ｐｐｍメタン濃度を検出して警報を出力する場合に、水素の存在を検知した場合には、同じメタン濃度３０００ｐｐｍでもセンサ抵抗が下がるために、閾値を低めに補正することで、メタン濃度３０００ｐｐｍ未満の状態での誤警報を防止できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５６１０号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８７１１号公報
【特許文献３】特開２００２−８２０８３号公報
【特許文献４】特開平０７−１９８６４４号公報
【特許文献５】特開昭６２−２３８４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のガス検知装置で行っていた中間状態でのセンサ抵抗による水素検知では、図１３に示すように、中間状態においてもメタン感度が存在するため、メタン雰囲気中において水素を誤検知する虞があった。図１４に、横軸に高温状態でのセンサ抵抗ＲＨをメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）を取り、縦軸に中間状態でのセンサ抵抗ＲＭをメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した中間正規化抵抗（ＲＭ／ＲＨ−ＣＨ４）を取った２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時における、１９０個の測定サンプルに対するメタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットしたものを示す。図１４より、縦軸方向に水素の座標点とメタンの座標点が重複していることが分かる。つまり、水素の検知を中間状態でのセンサ抵抗ＲＭで判断すると、メタン雰囲気を水素雰囲気と誤検知する可能性がある。また、メタン濃度３０００ｐｐｍ時にメタン検知の警報を出力するとすれば、図１４の横軸の高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）が１以下の領域が警報出力領域となるが、当該領域内に水素の座標点が存在するため、正しく水素検知ができなければ、水素雰囲気をメタン雰囲気と誤検知する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素の検知におけるメタンとの弁別性の向上を図り、高精度なメタン検知を可能とするガス検知装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るガス検知装置は、金属酸化物半導体を主成分とする少なくともメタンと水素に感応して電気抵抗が変化するセンサ素子と、前記センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部と、前記センサ素子の電気抵抗値または当該電気抵抗値に換算可能な電気抵抗相当値で表されるセンサ抵抗を検出する抵抗検出部と、前記抵抗検出部の検出した前記センサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部と、を備えてなるガス検知装置であって、前記抵抗検出部が、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態にあるときの前記センサ抵抗を第１センサ抵抗として検出し、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態と前記低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの前記センサ抵抗を第２センサ抵抗として検出し、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、前記第２センサ抵抗と前記第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うことを第１の特徴とする。
【０００８】
上記第１の特徴のガス検知装置によれば、ガス判定部が第２センサ抵抗と第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うため、従来の第２センサ抵抗、つまり中間状態での電気抵抗値（センサ抵抗）で水素の存在判定を行う場合（図１４参照）に比べて、図１５に示すように、メタンとの弁別性が向上し、より高精度に水素の存在判定を行うことができ、結果として高精度のメタンの存在判定が可能となる。これは、高温状態及び中間状態の何れにおいても、水素及びメタンの感度が存在することから、メタン感度が顕著な高温状態と水素感度が顕著な中間状態の各センサ抵抗を比較することで、水素とメタンの弁別性を向上できるという本願発明者の新知見によるものである。尚、図１５は、図１４に示す分布図の縦軸を、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）から、第２センサ抵抗を第１センサ抵抗で除した比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）に置き換えて表示し直した同じ実験サンプルに基づく分布図である。
【０００９】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第１の特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記比較結果値に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを第２の特徴とする。
【００１０】
上記第２の特徴のガス検知装置によれば、比較結果値によって水素とメタンの弁別性の向上が図られているため、水素雰囲気中においてメタン検知用の閾値を適正に補正することができ、水素雰囲気中におけるメタンの誤検知を防止できる。
【００１１】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第１または第２の特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記比較結果値に基づいて水素がメタンと共存せずに単独で存在するか否かを判定し、当該判定結果に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを第３の特徴とする。
【００１２】
上記第３の特徴のガス検知装置によれば、比較結果値によって水素とメタンの弁別性の向上が図られているため、水素とメタン混合水素の弁別性も向上することから水素の単独検知が可能となり、水素単独検知時とメタン混合水素検知時を区別した閾値のより適正な補正が可能となり、高精度なメタン検知が可能となる。
【００１３】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第２または第３の特徴に加えて、前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを第４の特徴とする。
【００１４】
上記第４の特徴のガス検知装置によれば、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性により、同じ水素濃度であっても周囲温度により第２センサ抵抗が変化して、水素の存在判定に用いる比較結果値も周囲温度より変化するため、周囲温度に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値を補正することにより、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性を考慮した高精度なメタン検知が可能となる。
【００１５】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記何れかの特徴に加えて、前記センサ素子の前記金属酸化物半導体が、更に、一酸化炭素に感応して電気抵抗が変化し、前記抵抗検出部が、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記低温状態にあるときの前記センサ抵抗を第３センサ抵抗として検出し、前記ガス判定部が、前記第３センサ抵抗に基づいて一酸化炭素の存在判定を行う場合に、前記比較結果値に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行うことを第５の特徴とする。
【００１６】
上記第５の特徴のガス検知装置によれば、水素が一酸化炭素の存在判定においても雑ガスとなるところ、比較結果値によって水素の検知精度が向上しているため、水素雰囲気中において一酸化炭素検知用の閾値を適正に補正することができ、水素雰囲気中における一酸化炭素の誤検知を防止できる。
【００１７】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記第５の特徴に加えて、前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、前記ガス判定部が、前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを第６の特徴とする。
【００１８】
上記第６の特徴のガス検知装置によれば、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性により、同じ水素濃度であっても周囲温度により第２センサ抵抗が変化して、水素の存在判定に用いる比較結果値も周囲温度より変化するため、周囲温度に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値を補正することにより、第２センサ抵抗の周囲温度に対する温度特性を考慮した高精度な一酸化炭素検知が可能となる。
【００１９】
更に、本発明に係るガス検知装置は、上記何れかの特徴に加えて、前記ガス判定部が、前記第１センサ抵抗の増減方向と前記比較結果値の増減方向で規定される２次元直交座標空間内において、前記第１センサ抵抗と前記比較結果値で定まる座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在する場合に、水素の存在を判定することを第７の特徴とする。
【００２０】
上記第７の特徴のガス検知装置によれば、水素に加えてエタノールやジメチルエーテル等の複数種の雑ガスを同時に検知することができる。この結果、メタン等の検知対象ガスの選択性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るガス検知装置（以下、適宜「本発明装置」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
〈第１実施形態〉
図１に、本発明装置１の回路構成を示す。図１に示すように、本発明装置１は、金属酸化物半導体を主成分とするメタンと一酸化炭素（ＣＯ）の２種類の検出対象ガス、及び、検出対象ガスの検知を干渉する水素等の雑ガスに感応して電気抵抗が変化するセンサ素子を備えて構成されるセンサ部３と、不揮発性記憶手段４と、センサ部３に対しセンサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部５、センサ部３から出力されるセンサ出力に基づいて警報を出力するか否かを判定する判定部６、判定部６の警報出力判定に基づいて警報を出力する警報出力部７、本発明装置１の各部に所定の電力を供給する電源部８、及び、判定部６の警報出力判定処理における温度補正のための温度検出を行うサーミスタ等の温度センサ９を備えたガス警報器として構成される。また、後述するように、加熱制御部５の一部、判定部６、及び、警報出力部７の一部はマイクロプロセッサ２内に構成される。
【００２３】
センサ部３は、図２に示すように、メタンと一酸化炭素の２種類の検出対象ガスをヒータ（加熱コイル）１０の駆動制御により選択的に検出可能な半導体式ガスセンサからなるセンサ素子１１による検出対象ガスの検出状態を電気的信号として出力可能に構成され、より具体的には、ヒータ１０と一体化して形成されたＳｉＯ２等の金属酸化物半導体を主成分とする半導体式ガスセンサからなるセンサ素子１１のセンサ出力端子１２と電源電圧Ｖｃｃとの間に２つの異なる負荷抵抗Ｒ１とＲ２を並列に設けて構成される。但し、負荷抵抗Ｒ２は、スイッチングトランジスタＴと直列回路を形成して、センサ出力端子１２と電源電圧Ｖｃｃの間に設けられている。かかる構成により、スイッチングトランジスタＴのオン・オフ操作により、検出対象ガスがメタンの場合と一酸化炭素の場合のヒータ１０の温度制御の違いによる検出対象ガスの検出／非検出のセンサ出力の振幅を適正に調整することが可能となる。負荷抵抗Ｒ１とＲ２は、本実施形態では固定抵抗で、その抵抗値は、例えば、１００ｋΩと１０ｋΩ等が一例として使用される。尚、センサ出力端子１２上に現れるセンサ出力は、ヒータ１０の温度制御が１００℃前後においては、一酸化炭素の有無によりセンサ出力端子１２とヒータ１０の接地端子側の間のセンサ素子１１の電気抵抗が顕著に変化することで変化し、更に、ヒータ１０の温度制御が４００〜５００℃においては、メタンの有無により上記電気抵抗が顕著に変化することで変化する。スイッチングトランジスタＴは、後述するようにヒータ１０の駆動制御のタイミングに合わせて本体部１の加熱制御部５からの制御信号によってオン・オフ制御される。
【００２４】
本実施形態では、センサ素子１１のヒータ１０の温度制御は、一定電圧（例えば３．３Ｖ）の電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御で、つまり、ヒータ１０に印加する電圧パルスのオン（電圧印加状態）とオフ（電圧非印加状態）の時間比（デューティー比）を制御して印加することで、実効的な印加電圧の調整を行い、センサ素子１１に掛かる温度を制御する。ヒータ１０のＰＷＭ制御による印加電圧波形と実効的な印加電圧波形の一例を図３に示す。図３に示す例では、実効的な印加電圧は、５秒間の高温駆動時に０．９Ｖ、１０秒間の低温駆動時に０．２ＶとなるようにＰＷＭ制御される。また、図３に、当該印加電圧波形での加熱制御によるセンサ素子１１に掛かる温度変化を印加電圧波形の下側に併記する。
【００２５】
不揮発性記憶手段４は、電気的に情報の読み出し・書き込み・消去が可能なＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性半導体メモリからなり、本発明装置１に関する各種情報を記憶する。不揮発性記憶手段４に記憶される情報としては、例えば、本発明装置１の製造年月日、製造番号、メーカ名、製品コード、警報出力設定値、センサ部３の検出特性のバラツキを調整するための調整パラメータ、後述する水素等の雑ガス検知用の各種パラメータ、温度補正用のパラメータ、加熱制御部５がセンサ部３に対する加熱制御用の制御パラメータ、判定部６がセンサ部３から出力されるセンサ出力に基づいて警報出力判定を行う際の判定基準値等が挙げられる。
【００２６】
加熱制御部５は、センサ素子１１のヒータ１０に印加する電圧パルスを駆動するセンサ駆動部５ａとセンサ駆動部５ａが駆動する電圧パルスの駆動タイミングと電圧パルスのデューティー比を制御するパルス制御部５ｂとを備えて構成される。加熱制御部５のパルス制御部５ｂは、マイクロプロセッサ２内に構成され、制御パラメータを不揮発性記憶手段４から読み出し、当該制御パラメータの各電圧パルス印加の開始タイミング、終了タイミング、そのデューティー比で、対応する電圧パルスの駆動タイミングとデューティー比を制御し、当該制御に従って、センサ駆動部５ａがセンサ部３内のヒータ１０を、図３に示す温度制御パターンとなるように駆動する。マイクロプロセッサ２は、プログラム格納用のＲＯＭやＲＡＭを内蔵したマイクロコンピュータを含み、当該ＲＯＭやＲＡＭを内蔵するか外付けで備えるかは問わない。
【００２７】
判定部６は、抵抗検出部６ａとガス判定部６ｂを備えて構成される。抵抗検出部６ａは、不揮発性記憶手段４に記憶されている制御パラメータの内のメタン検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＨ点）と、水素検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＭ点）と、一酸化炭素検出用のセンサ出力の検出タイミング（図３中のｔＬ点）で、夫々のセンサ出力を読み込み、読み込まれた各センサ出力から、メタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗を第１センサ抵抗ＲＨとして、水素検出タイミング（ｔＭ）におけるセンサ抵抗を第２センサ抵抗ＲＭとして、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）におけるセンサ抵抗を第３センサ抵抗ＲＬとして、夫々算出する。図３に示すように、高温駆動開始後５秒時点のメタン検出タイミング（ｔＨ）ではセンサ素子１１の温度は高温状態にあり、高温駆動開始後５．６秒（低温駆動開始後０．６秒）時点の水素検出タイミング（ｔＭ）ではセンサ素子１１の温度は高温状態と低温状態の中間状態にあり、高温駆動開始後１５秒（低温駆動開始後１０秒）時点のＣＯ検出タイミング（ｔＬ）ではセンサ素子１１の温度は低温状態にある。尚、各検出タイミング（ｔＨ，ｔＭ，ｔＬ）におけるセンサ出力は、各検出タイミング（ｔＨ，ｔＭ，ｔＬ）に至る手前から数ｍ秒（例えば８ｍ秒）間隔で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して使用する。
【００２８】
ここで、センサ出力を適切な分解能が得られる電圧範囲内で読む込むために、負荷抵抗Ｒ１とＲ２の切替制御が加熱制御部５により行われる。加熱制御部５は、センサ素子１１のスイッチングトランジスタＴのオン・オフ制御を、図３に示す温度制御パターンの加熱制御に同期して行う。具体的には、高温駆動時の中間（開始後約２．５秒）から低温駆動時の中間（開始後約５秒）までのメタン検出タイミング（ｔＨ）と水素検出タイミング（ｔＭ）を含む期間中にスイッチングトランジスタＴをオフし、低温駆動時の中間（開始後約５秒）から高温駆動時の中間（開始後約２．５秒）までのＣＯ検出タイミング（ｔＬ）含む期間中にスイッチングトランジスタＴをオンさせる。つまり、メタン及び水素検出時の負荷抵抗ＲＬＨＭはＲ１となり、一酸化炭素検出時の負荷抵抗ＲＬＬはＲ３（＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））となる。
【００２９】
ガス判定部６ｂは、抵抗検出部６ａで検出された第１センサ抵抗ＲＨに基づいてメタンの存在（濃度が検出規定濃度以上か否か）を判定し、抵抗検出部６ａで検出された第３センサ抵抗ＲＬに基づいて一酸化炭素の存在（濃度が検出規定濃度以上か否か）を判定する。また、ガス判定部６ｂは、温度センサ９が検出した周囲温度からメタン判定及び一酸化炭素判定に用いられる第１センサ抵抗ＲＨと第３センサ抵抗ＲＬに対する各温度補正係数を算出して温度補正を行う。更に、ガス判定部６ｂは、抵抗検出部６ａで検出された第１センサ抵抗ＲＨと第２センサ抵抗ＲＭの後述する比較結果値に基づいて水素の存在を判定し、水素の存在が判定された場合は、第１センサ抵抗ＲＨと第３センサ抵抗ＲＬを夫々補正する。ガス判定部６ｂは、メタンの濃度がメタンの検出規定濃度以上の場合は、内蔵レジスタ内のメタン検知ビットを「１」にセットし、ガス漏れが発生していると判定してガス漏れ判定信号を出力する。また、ガス判定部６ｂは、一酸化炭素の濃度が検出規定濃度以上の場合は、内蔵レジスタ内のＣＯ検知ビットを「１」にセットし、不完全燃焼状態であると判定して不完全燃焼判定信号を出力する。更に、ガス判定部６ｂは、比較結果値に基づいて水素の存在を判定すると、内蔵レジスタ内の水素検知ビットを「１」にセットし、水素検出信号を出力する。
【００３０】
判定部６は、本体部１に設けられたマイクロプロセッサ２内に構成され、センサ出力（アナログ値）は、マイクロプロセッサ２の所定のアナログポートから入力され、マイクロプロセッサ２内のＡ／Ｄ変換部でサンプリングされ、ディジタル化される。この時のサンプリングタイミングが、制御パラメータの内の各検出対象ガスのセンサ出力の検出タイミングで規定される。また、温度センサ９の温度検出出力（アナログ値）もマイクロプロセッサ２の所定のアナログポートから入力され、マイクロプロセッサ２内のＡ／Ｄ変換部でサンプリングされ、ディジタル化される。
【００３１】
警報出力部７は、３色（緑、赤、黄）のＬＥＤ１４ａを有するＬＥＤ表示回路からなる光警報出力部１４、音声回路１５ａとスピーカ１５ｂからなる音声警報出力部１５、判定部６の警報出力判定情報を外部に電圧レベルによって出力する外部出力回路１６、判定部６の警報出力判定に基づいて光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６に対して所定の制御信号を出力する警報出力制御部１７を備えて構成される。ここで、警報出力制御部１７は、本体部１に設けられたマイクロプロセッサ２内に構成される。警報出力制御部１７は、判定部６の警報出力判定（ガス漏れ判定信号、不完全燃焼判定信号、水素検出信号）に基づいて、警報を出力すべき状態においては、光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６に対して所定の制御信号を出力し、光警報出力部１４、音声警報出力部１５、及び、外部出力回路１６が所定の警報を出力できるように制御する。
【００３２】
電源部８は、電源トランス、平滑回路、及び、定電圧回路等を備えて構成され、例えば、家庭用の商用交流電圧１００Ｖから直流低電圧（例えば、５Ｖ、３．３Ｖ）を生成する。
【００３３】
次に、図１に示す本発明装置１の判定部６のメタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理の各動作について、図４乃至図６に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、加熱制御部５はセンサ素子１１に対して上述の加熱制御及びスイッチングトランジスタＴのオン・オフ制御を別途並行して実行している。尚、メタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理は、マイクロプロセッサ２内でＣＰＵが各処理手順を記述したプログラムを実行することより実現される。
【００３４】
先ず、メタン検知処理（図４参照）を開始し、判定部６は前回までのメタン検知処理、及び、水素検知処理において判定した判定結果（メタン検知ビット、水素検知ビット）に基づいて、継続してガス漏れ判定信号及び水素検出信号を出力する（ステップ＃１）。
【００３５】
次に、抵抗検出部６ａが、メタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ出力ＶＨと水素検出タイミング（ｔＭ）におけるセンサ出力ＶＭを読み込む（ステップ＃２）。
【００３６】
次に、ガス判定部６ｂは、メタン検出タイミング（ｔＨ）直近の高温駆動時において、温度センサ９が検出した周囲温度を一定間隔（例えば０．１秒間隔）で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して周囲温度Ｔとする（ステップ＃３）。
【００３７】
次に、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＨとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数１に示す算出式より、第１センサ抵抗ＲＨを算出する（ステップ＃４）。
【００３８】
（数１）
ＲＨ＝ＶＨ×ＲＬＨＭ／（Ｖｃｃ−ＶＨ）
【００３９】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔからメタン検知時の温度補正係数ＫＨを算出する（ステップ＃５）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＨを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＨを算出する。
【００４０】
次に、ガス判定部６ｂは、第１センサ抵抗ＲＨとメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）と温度補正係数ＫＨより、メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数２に示す判定式により判定する（ステップ＃６）。数２に示す判定式が成立するとメタン判定（メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上）となる。
【００４１】
（数２）
ＲＨ／（ＲＨ−ＣＨ４×ＫＨ）＜１
【００４２】
ステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）は、水素検知処理（図５参照）に移行する。メタン判定でない場合（ＮＯ）は、水素検知処理（図５参照）に移行せずに、メタン検知ビットを「０」にリセットする（ステップ＃７）。ここで、メタン検知ビットが「１」であった場合は、ガス漏れ警報が解除される。更に、ステップ＃７に引き続き、水素検知処理を行わずに水素の非存在を仮定して、水素検知ビットを「０」にリセットして（ステップ＃８）、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する。
【００４３】
次に、水素検知処理（図５参照）について説明する。メタン検知処理（図４参照）のステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＭとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数３に示す算出式より、第２センサ抵抗ＲＭを算出する（ステップ＃１１）。
【００４４】
（数３）
ＲＭ＝ＶＭ×ＲＬＨＭ／（Ｖｃｃ−ＶＭ）
【００４５】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから水素検知時における閾値Ｓの温度補正係数ＫＳを算出する（ステップ＃１２）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＳを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＳを算出する。
【００４６】
次に、ガス判定部６ｂは、第２センサ抵抗ＲＭを第１センサ抵抗ＲＨで除した比較結果値と閾値Ｓに温度補正係数ＫＳを乗じた温度補正後の閾値（Ｓ×ＫＳ）を、下記の数４に示す判定式により大小比較して、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気であるか否かを判定する（ステップ＃１３）。数４に示す判定式が成立すると水素判定（水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気）となる。
【００４７】
（数４）
ＲＭ／ＲＨ＜Ｓ×ＫＳ
【００４８】
尚、数４に示す判定式での閾値Ｓは、所定の基準温度及び基準相対湿度（例えば、２０℃、６５％）における水素を含まない各種メタン濃度におけるメタン雰囲気中で複数のサンプルから求めた複数のＲＭ／ＲＨの分布範囲の下限値より僅かに低めに設定される。例えば、図７に示すように、各種メタン濃度におけるメタン雰囲気に対して水素が１０００ｐｐｍ含有されると、ＲＭ／ＲＨの分布範囲は下に移動することが分かる。これより、数４に示す判定式により、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気を検知できることが分かる。
【００４９】
ステップ＃１３において水素判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し（ステップ＃１４）、水素検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃１５）。
【００５０】
ステップ＃１３において水素判定の場合（ＹＥＳ）は、水素検知ビットを「１」にセットして、水素検知信号を出力する（ステップ＃１６）。
【００５１】
引き続き、メタン検知処理のステップ＃６で行ったメタン判定を補正するために、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから第１センサ抵抗ＲＨに対する水素検知時における補正係数Ｆの温度補正係数ＫＦを算出する（ステップ＃１７）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＦを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＦを算出する。尚、補正係数Ｆは不揮発性記憶手段４に記憶されている値を読み出して使用する。
【００５２】
次に、ガス判定部６ｂは、第１センサ抵抗ＲＨとメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）、温度補正係数ＫＨ、補正係数Ｆ、及び、温度補正係数ＫＦより、水素検知時においてメタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数５に示す判定式により判定する（ステップ＃１８）。数５に示す判定式が成立するとメタン判定（メタン濃度が３０００ｐｐｍ以上）となる。
【００５３】
（数５）
ＲＨ／（ＲＨ−ＣＨ４×ＫＨ×Ｆ×ＫＦ）＜１
【００５４】
図７に示すように、水素含有メタン雰囲気では、同じメタン濃度であっても、ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４が僅かに低めにシフトすることから、補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦによる水素検知時の補正がない場合は、メタン濃度が３０００ｐｐｍ未満でも、メタン濃度３０００ｐｐｍ以上と誤判定される虞がある。補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦは当該ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４の水素含有によるシフトを補正するものである。
【００５５】
ステップ＃１６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃１９）。メタン判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃２０）。ここで、メタン検知ビットが「１」であった場合は、ガス漏れ警報が解除される。
【００５６】
次に、ＣＯ検知処理（図６参照）について説明する。メタン検知処理（図４参照）または水素検知処理（図５参照）からＣＯ検知処理に移行すると、先ず、判定部６は前回までのＣＯ検知処理において判定した判定結果（ＣＯ検知ビット、水素検知ビット）に基づいて、継続して不完全燃焼判定信号及び水素検出信号を出力する（ステップ＃２１）。
【００５７】
次に、抵抗検出部６ａが、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）におけるセンサ出力ＶＬを読み込む（ステップ＃２２）。
【００５８】
次に、ガス判定部６ｂは、ＣＯ検出タイミング（ｔＬ）直近の低温駆動時において、温度センサ９が検出した周囲温度を一定間隔（例えば０．１秒間隔）で所定回（例えば１６回）読み込み、それらの平均値を算出して周囲温度Ｔとする（ステップ＃２３）。
【００５９】
次に、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＬと一酸化炭素検知時の負荷抵抗ＲＬＬ（＝Ｒ３）と電源電圧Ｖｃｃより、下記の数６に示す算出式より、第３センサ抵抗ＲＬを算出する（ステップ＃２４）。
【００６０】
（数６）
ＲＬ＝ＶＬ×ＲＬＬ／（Ｖｃｃ−ＶＬ）
【００６１】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから一酸化炭素検知時の温度補正係数ＫＬを算出する（ステップ＃２５）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＬを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＬを算出する。
【００６２】
次に、水素検知ビットが「１」の場合に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから第３センサ抵抗ＲＬに対する水素検知時における補正係数Ｇの温度補正係数ＫＧを算出する（ステップ＃２６）。具体的には、不揮発性記憶手段４に記憶されている周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における各温度補正係数ＫＧを補間処理して周囲温度Ｔにおける温度補正係数ＫＧを算出する。尚、補正係数Ｇは不揮発性記憶手段４に記憶されている値を読み出して使用する。水素検知ビットが「０」の場合は、ステップ＃２６は実行せず次ステップ（ステップ＃２７）に移行する。
【００６３】
次に、ガス判定部６ｂは、水素検知ビットが「０」の場合は、第３センサ抵抗ＲＬと一酸化炭素濃度３００ｐｐｍ時のＣＯ検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＬ−ＣＯ（定数）と温度補正係数ＫＬより、一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かを、下記の数７に示す判定式により判定する（ステップ＃２７）。水素検知ビットが「１」の場合は、水素の存在によって第３センサ抵抗ＲＬが干渉を受けるため、温度補正係数ＫＬによる補正に加えて、補正係数Ｇによる補正も行う。従って、水素検知時において一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かを、第３センサ抵抗ＲＬ、センサ抵抗ＲＬ−ＣＯ（定数）、温度補正係数ＫＬ、補正係数Ｇ、及び、温度補正係数ＫＧに基づき、下記の数８に示す判定式により判定する（ステップ＃２７）。数７または数８に示す判定式が成立するとＣＯ判定（一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上）となる。
【００６４】
（数７）
ＲＬ／（ＲＬ−ＣＯ×ＫＬ）＜１
【００６５】
（数８）
ＲＬ／（ＲＬ−ＣＯ×ＫＬ×Ｇ×ＫＧ）＜１
【００６６】
ステップ＃２７においてＣＯ判定の場合（ＹＥＳ）は、ＣＯ検知ビットを「１」にセットして、不完全燃焼判定信号を出力し、メタン検知処理（図４参照）に戻る（ステップ＃２８）。ＣＯ判定でない場合（ＮＯ）は、ＣＯ検知ビットを「０」にリセットして、メタン検知処理（図４参照）に戻る（ステップ＃２９）。ここで、ＣＯ検知ビットが「１」であった場合は、不完全燃焼警報が解除される。
【００６７】
〈第２実施形態〉
次に、本発明装置１の別実施形態（第２実施形態）について、図面に基づいて説明する。
【００６８】
第２実施形態に係る本発明装置１の回路構成は、第１実施形態の場合と全く同じである。第２実施形態に係る本発明装置１は、判定部６のガス判定部６ｂによる水素検知処理の処理アルゴリズムにおいて、第１実施形態と相違し、他の構成要素及び判定部６によるメタン検知処理及びＣＯ検知処理の処理手順は第１実施形態と同じである。従って、第１実施形態と重複する説明は割愛し、第２実施形態における水素検知処理について説明する。
【００６９】
第２実施形態では、水素以外のジメチルエーテル（ＤＭＥ）やエタノール等もメタン及び一酸化炭素の検知において雑ガスとなることから、水素以外の雑ガスの影響も排除して正確なメタン検知処理及びＣＯ検知処理を行うために、ＤＭＥ及びエタノールの検知も水素検知処理で同時に実行する。
【００７０】
図８に、横軸に第１センサ抵抗をメタン濃度３０００ｐｐｍ時の高温状態でのセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で正規化した高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）を取り、縦軸に第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）を取った２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時における、１９０個の測定サンプルに対するメタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点、ＤＭＥ濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点、及び、エタノール濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットしたものを示す。
【００７１】
第１実施形態では、水素検知処理（図５参照）のステップ＃１３において、数４に示す判定式を用いることで、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気を検知できた。しかし、図８に示すように、第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）は、メタン雰囲気と水素雰囲気でその分布範囲が有意に分離するが、ＤＭＥ及びエタノールについては、メタン雰囲気と分布範囲が重複するため、数４に示す判定式では、ＤＭＥ及びエタノールの存在をメタンと区別して検知できない。
【００７２】
従って、第２実施形態では、水素検知処理（図５参照）のステップ＃１３で使用した数４に示す判定式を用いずに、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）の増減方向と比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）の増減方向規定される２次元直交座標空間内において、高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）と比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）で定まる水素検知用座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在するか否かによって、水素、ＤＭＥ及びエタノールの雑ガスの検知を行う。以下、第２実施形態において、「水素検知」は「雑ガス検知」と同義である。
【００７３】
具体的には、図９に示すように、上記２次元直交座標空間内を数点の基準座標点（例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４点）を通る折れ線（境界線）Ｌで２つの領域に区分して、折れ線Ｌの右側及び下側に水素、ＤＭＥ及びエタノールの座標点が収まるように、基準座標点の座標（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４，ＲＭ／ＲＨ）を規定する。尚、折れ線Ｌは、基準座標点Ａから基準座標点Ｂと反対側には縦軸に平行に下側に延伸し、基準座標点Ｄから基準座標点Ｃと反対側には横軸に平行に右側に延伸するように規定される。従って、折れ線Ｌは２次元直交座標空間を雑ガス判定領域と雑ガス非判定領域に区分する境界線となる。基準座標点の座標値は、予め異なる周囲温度、例えば、−１０℃、０℃、２０℃、５０℃で設定しておき、不揮発性記憶手段４に記憶する。水素検知用座標点が折れ線Ｌの右側及び下側に位置する場合は、水素等の雑ガスが存在すると判定（水素判定）され、水素検知ビットを「１」にセットして、水素検知信号を出力する。
【００７４】
以下、図１０を参照して、第２実施形態における水素検知処理の処理手順を説明する。メタン検知処理（図４参照）のステップ＃６においてメタン判定の場合（ＹＥＳ）、抵抗検出部６ａは、センサ出力ＶＭとメタン検知時の負荷抵抗ＲＬＨＭ（＝Ｒ１）と電源電圧Ｖｃｃより、上記の数３に示す算出式より、第２センサ抵抗ＲＭを算出する（ステップ＃３１）。
【００７５】
次に、ガス判定部６ｂは、周囲温度Ｔから、２次元直交座標空間内の折れ線Ｌを規定する基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を算出する（ステップ＃３２）。具体的には、周囲温度が−１０℃、０℃、２０℃、５０℃における基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を基に補間処理を行い、周囲温度Ｔでの基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝Ａ〜Ｄ）を算出する。例えば、周囲温度Ｔが３０℃の場合は、周囲温度が２０℃と５０℃における基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値を基に補間処理を行う。ここで、Ｘ座標は横軸の高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、Ｙ座標は縦軸の比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする。
【００７６】
次に、ガス判定部６ｂは、ステップ＃３１で算出した第２センサ抵抗ＲＭと、メタン検知処理（図４参照）のステップ＃４で算出した第１センサ抵抗ＲＨから、水素検知用座標点の座標値（Ｘ０，Ｙ０）を求める（ステップ＃３３）。
【００７７】
次に、ガス判定部６ｂは、水素検知用座標点の座標値（Ｘ０，Ｙ０）が、ステップ＃３２で算出した基準座標点Ａ〜Ｄの各座標値（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝Ａ〜Ｄ）で規定される折れ線Ｌの雑ガス領域側（右側及び下側）に存在するか否かを判定する（ステップ＃３４）。具体的には、水素検知用座標点のＸ座標Ｘ０と、基準座標点Ａ〜Ｄの各Ｘ座標との大小比較、及び、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０と、基準座標点Ａ〜Ｄの各Ｙ座標との大小比較により、水素検知用座標点が基準座標点Ａ〜Ｄに対して横軸方向及び縦軸方向のどの位置にあるかを判定する。
【００７８】
水素検知用座標点が基準座標点Ａの左側（Ｘ０＜ＸＡ）にあれば、水素判定されない。また、水素検知用座標点が基準座標点Ａの上側（Ｙ０＞ＹＤ）にあれば、水素判定されない。それ以外の場合は、以下の要領で判定を行う。
【００７９】
水素検知用座標点が基準座標点ＡとＢの中間（ＸＡ≦Ｘ０＜ＸＢ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＡとＢを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＡＢ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＡＢ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点ＢとＣの中間（ＸＢ≦Ｘ０＜ＸＣ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＢとＣを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＢＣ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＢＣ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点ＣとＤの中間（ＸＣ≦Ｘ０＜ＸＤ）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＣとＤを結ぶ線分上のＸ座標がＸ０におけるＹ座標ＹＣＤ（Ｘ０）より下側（Ｙ０≦ＹＣＤ（Ｘ０））にあれば、水素判定となる。水素検知用座標点が基準座標点Ｄより右側（ＸＤ≦Ｘ０）にある場合は、水素検知用座標点のＹ座標Ｙ０が、基準座標点ＤのＹ座標ＹＤより下側（Ｙ０≦ＹＤ）にあれば、水素判定となる。
【００８０】
ステップ＃３４において水素判定でない場合（ＮＯ）は、メタン検知ビットを「１」にセットして、ガス漏れ判定信号を出力し（ステップ＃３５）、水素検知ビットを「０」にリセットして、ＣＯ検知処理（図６参照）に移行する（ステップ＃３６）。また、ステップ＃３４において水素判定の場合は、ステップ＃３７以降の各処理を行う。尚、ステップ＃３７以降の各処理は、第１実施形態における水素検知処理（図５参照）のステップ＃１６以降の処理と同じであるので、重複する説明は省略する。
【００８１】
次に、本発明装置の別実施形態について説明する。
【００８２】
〈１〉上記第１実施形態の水素検知処理（図５参照）において、数４に示す判定式により、水素単独雰囲気または水素含有メタン雰囲気であるか否かを判定する（ステップ＃１３）場合を説明したが、閾値Ｓを２通り用意することにより、水素含有メタン雰囲気ではなく、水素単独雰囲気だけを選択的に判定することも可能である。従って、ステップ＃１３において水素判定となる場合に、更に、閾値Ｓより小さい第２の閾値Ｓ’を用いて水素単独雰囲気の検知を行い、水素単独雰囲気である場合には、ステップ＃１８でのメタン濃度が３０００ｐｐｍ以上か否かの判定において、水素検知時における補正係数Ｆと温度補正係数ＫＦに代えて第２の補正係数Ｆ’とその温度補正係数ＫＦ’を使用するようにしても構わない。補正係数Ｆは１より小さい正数であるが、第２の補正係数Ｆ’は１以下で補正係数Ｆより大きい値とする。第２の補正係数Ｆ’及び温度補正係数ＫＦが１の場合は、数５に示す判定式は、数２に示す判定式と同じになる。つまり、水素単独雰囲気の場合には、水素検知時における補正を行わないか、或いは、その補正の程度を弱くする。これにより、メタン検知感度が緩和されず、メタン判定となり易くなる。
【００８３】
同様に、水素単独雰囲気である場合には、ＣＯ検知処理（図６参照）のステップ＃２７における一酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ以上か否かの判定において、水素検知時における補正係数Ｇと温度補正係数ＫＧに代えて第２の補正係数Ｇ’とその温度補正係数ＫＧ’を使用するようにしても構わない。
【００８４】
〈２〉上記各実施形態において、水素検知処理に使用する第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨを比較した比較結果値として、第２センサ抵抗ＲＭを第１センサ抵抗ＲＨで除した比較結果値を使用したが、当該比較結果値として、例えば、第２センサ抵抗ＲＭと第１センサ抵抗ＲＨの差をメタン濃度３０００ｐｐｍ時のメタン検出タイミング（ｔＨ）におけるセンサ抵抗ＲＨ−ＣＨ４（定数）で除して正規化した値を使用しても構わない。上記各実施形態と同様に、水素検知時のメタンとの弁別性が向上し、より高精度に水素の存在判定を行うことができる。
【００８５】
〈３〉上記各実施形態において、第１センサ抵抗ＲＨ、第２センサ抵抗ＲＭ、第３センサ抵抗ＲＬとして、夫々、数１、数３及び数６に示す算出式によりセンサ素子の電気抵抗値として算出したが、各センサ抵抗は、必ずしも電気抵抗値として算出されなくても構わない。各センサ抵抗は、例えば、夫々の電気抵抗値と比例関係にあって、当該電気抵抗値に一義的に換算可能な値であっても構わない。例えば、夫々の電気抵抗値を清浄空気雰囲気中での電気抵抗値（定数）で正規化したもの（電気抵抗相当値）であっても構わない。
【００８６】
〈４〉上記各実施形態におけるメタン検知処理、水素検知処理、及び、ＣＯ検知処理は、上記各実施形態に例示した処理手順に限定されるものではない。本発明の趣旨に沿って適宜変更可能である。例えば、上記第１実施形態では、メタン検知処理後に、水素検知処理を行ったが、水素検知処理の水素の存在を判定するまでの処理をメタン検知処理の前に行っても構わない。
【００８７】
〈５〉上記各実施形態では、メタンと一酸化炭素の２種類の検知対象ガスを１つのセンサ素子を用いて検知する場合を説明したが、検知対象ガスはメタンだけあっても構わない。
【００８８】
〈６〉上記各実施形態では、センサ素子１１のヒータ１０の温度制御の一例として、ヒータ１０に一定電圧をＰＷＭ制御により印加する場合を説明したが、ヒータ１０に直接、５秒間の高温駆動時に０．９Ｖ、１０秒間の低温駆動時に０．２Ｖの電圧を印加するようにしても構わない。
【００８９】
〈７〉上記各実施形態において例示した各電圧値やタイミング、或いは、ガス濃度等は、一例であり上記各実施形態において例示した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るガス検知装置は、ガス漏れや不完全燃焼を検知するガス警報器等のガス検知装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係るガス検知装置の回路構成例を示す回路ブロック図
【図２】本発明に係るガス検知装置におけるメタンと一酸化炭素の２種類の検出対象ガスに対する検出能を有するセンサ部の回路構成例を示す回路図
【図３】図２に示すセンサ部のヒータを加熱制御する場合の印加電圧波形、実効的な印加電圧、温度変化、及び、センサ出力の検出タイミングを示すタイミング波形図
【図４】本発明に係るガス検知装置によるメタン検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図５】本発明に係るガス検知装置による水素検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図６】本発明に係るガス検知装置によるＣＯ検知処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図７】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、各種メタン濃度のメタン雰囲気と各種メタン濃度と水素濃度１０００ｐｐｍの水素含有メタン雰囲気の座標点をプロットした分布図
【図８】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点、ＤＭＥ濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点、及び、エタノール濃度が１０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【図９】図８に示す分布図上に雑ガス判定用の折れ線（境界線）とそれを規定する基準座標点を示す図
【図１０】本発明に係るガス検知装置による水素検知処理の処理手順の他の一例を示すフローチャート
【図１１】金属酸化物半導体を主成分とするセンサ素子の一構成例を示す図
【図１２】図１１に示すセンサ素子に印加する加熱電圧波形と温度変化を示すタイミング波形図
【図１３】図１１に示すセンサ素子のメタンと一酸化炭素と水素に対する感度特性を模式的に示す感度特性図
【図１４】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を中間正規化抵抗（ＲＭ／ＲＨ−ＣＨ４）とする２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時おける、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【図１５】横軸を高温正規化抵抗（ＲＨ／ＲＨ−ＣＨ４）とし、縦軸を比較結果値（ＲＭ／ＲＨ）とする２次元直交座標空間内に、センサ素子の周囲温度及び相対湿度が２０℃、６５％時おける、メタン濃度が１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、６０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ時の座標点、及び、水素濃度が５００ｐｐｍと３０００ｐｐｍ時の座標点を夫々プロットした分布図
【符号の説明】
【００９２】
１： 本発明に係るガス検知装置
２： マイクロプロセッサ
３： センサ部
４： 不揮発性記憶手段
５： 加熱制御部
５ａ： センサ駆動部
５ｂ： パルス制御部
６： 判定部
６ａ： 抵抗検出部
６ｂ： ガス判定部
７： 警報出力部
８： 電源部
９： 温度センサ
１０： ヒータ（加熱コイル）
１１： センサ素子
１２： センサ出力端子
１３： 電源プラグ
１４： 光警報出力部（光報知信号出力部）
１４ａ： ＬＥＤ
１５： 音声警報出力部
１５ａ： 音声回路
１５ｂ： スピーカ
１６： 外部出力回路
１７： 警報出力制御部
１８： 光報知信号制御部
２１： センサ素子
２２： 加熱コイル
２３： 電極
２４： 金属酸化物半導体
２５： 負荷抵抗
Ｒ１，Ｒ２： 負荷抵抗
Ｔ： スイッチングトランジスタ
Ｖｃｃ： 電源電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物半導体を主成分とする少なくともメタンと水素に感応して電気抵抗が変化するセンサ素子と、
前記センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部と、
前記センサ素子の電気抵抗値または当該電気抵抗値に換算可能な電気抵抗相当値で表されるセンサ抵抗を検出する抵抗検出部と、
前記抵抗検出部の検出した前記センサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部と、を備えてなるガス検知装置であって、
前記抵抗検出部は、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態にあるときの前記センサ抵抗を第１センサ抵抗として検出し、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態と前記低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの前記センサ抵抗を第２センサ抵抗として検出し、
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、前記第２センサ抵抗と前記第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うことを特徴とするガス検知装置。
【請求項２】
前記ガス判定部は、前記比較結果値に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記ガス判定部は、前記比較結果値に基づいて水素がメタンと共存せずに単独で存在するか否かを判定し、当該判定結果に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを特徴とする請求項２または３に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記センサ素子の前記金属酸化物半導体は、更に、一酸化炭素に感応して電気抵抗が変化し、
前記抵抗検出部は、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記低温状態にあるときの前記センサ抵抗を第３センサ抵抗として検出し、
前記ガス判定部は、前記第３センサ抵抗に基づいて一酸化炭素の存在判定を行う場合に、前記比較結果値に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガス検知装置。
【請求項６】
前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、
前記ガス判定部は、前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを特徴とする請求項５に記載のガス検知装置。
【請求項７】
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗の増減方向と前記比較結果値の増減方向で規定される２次元直交座標空間内において、前記第１センサ抵抗と前記比較結果値で定まる座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在する場合に、水素の存在を判定することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガス検知装置。
【請求項１】
金属酸化物半導体を主成分とする少なくともメタンと水素に感応して電気抵抗が変化するセンサ素子と、
前記センサ素子の温度が高温状態と低温状態間を周期的に遷移するように加熱制御を行う加熱制御部と、
前記センサ素子の電気抵抗値または当該電気抵抗値に換算可能な電気抵抗相当値で表されるセンサ抵抗を検出する抵抗検出部と、
前記抵抗検出部の検出した前記センサ抵抗に基づいて、メタンと水素の存在を各別に判定するガス判定部と、を備えてなるガス検知装置であって、
前記抵抗検出部は、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態にあるときの前記センサ抵抗を第１センサ抵抗として検出し、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記高温状態と前記低温状態の間を遷移している中間状態にあるときの前記センサ抵抗を第２センサ抵抗として検出し、
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗に基づいてメタンの存在判定を行い、前記第２センサ抵抗と前記第１センサ抵抗を比較した比較結果値に基づいて水素の存在判定を行うことを特徴とするガス検知装置。
【請求項２】
前記ガス判定部は、前記比較結果値に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記ガス判定部は、前記比較結果値に基づいて水素がメタンと共存せずに単独で存在するか否かを判定し、当該判定結果に基づいて前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行い、前記メタンの存在判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗または前記第１センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを特徴とする請求項２または３に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記センサ素子の前記金属酸化物半導体は、更に、一酸化炭素に感応して電気抵抗が変化し、
前記抵抗検出部は、前記加熱制御部による加熱制御により前記センサ素子が前記低温状態にあるときの前記センサ抵抗を第３センサ抵抗として検出し、
前記ガス判定部は、前記第３センサ抵抗に基づいて一酸化炭素の存在判定を行う場合に、前記比較結果値に基づいて前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する閾値判定に使用する閾値の補正を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガス検知装置。
【請求項６】
前記センサ素子の周囲温度を測定する温度センサを備え、
前記ガス判定部は、前記第３センサ抵抗または前記第３センサ抵抗に対する前記閾値判定に使用する閾値を、前記温度センサで測定した前記周囲温度に基づいて補正することを特徴とする請求項５に記載のガス検知装置。
【請求項７】
前記ガス判定部は、前記第１センサ抵抗の増減方向と前記比較結果値の増減方向で規定される２次元直交座標空間内において、前記第１センサ抵抗と前記比較結果値で定まる座標点が当該２次元直交座標空間内の所定領域内に存在する場合に、水素の存在を判定することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガス検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２７１４４１（Ｐ２００７−２７１４４１Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９７０６１（Ｐ２００６−９７０６１）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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