ガス識別装置
【課題】可燃性ガスの濃度範囲を限定することなく、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができるガス識別装置を提供する。
【解決手段】ガス識別装置は、識別対象となる可燃性ガスを第１ガスセンサ１０Ａ及び第２ガスセンサ１０Ｂに供給して、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂの吸着燃焼時の出力を時系列的に取得する。これらの時系列的に取得した出力から、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂのそれぞれにおける出力の積分値を算出する。これら算出した積分値の比を算出する。算出した積分値の比を、特定の可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報と比較して、吸着性の高い可燃性ガスを識別する。
【解決手段】ガス識別装置は、識別対象となる可燃性ガスを第１ガスセンサ１０Ａ及び第２ガスセンサ１０Ｂに供給して、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂの吸着燃焼時の出力を時系列的に取得する。これらの時系列的に取得した出力から、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂのそれぞれにおける出力の積分値を算出する。これら算出した積分値の比を算出する。算出した積分値の比を、特定の可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報と比較して、吸着性の高い可燃性ガスを識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス種が不明な単一の可燃性ガスを識別するガス識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来のガス識別装置として、例えば、特許文献１に記載されたガス識別装置が提案されている。このガス識別装置は、それぞれ触媒としてルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）を備えた３つの接触燃焼式ガスセンサを有しており、これら接触燃焼式ガスセンサを用いて、水素、プロパン、エタノール、トルエン、及び、キシレンの識別を行う。
【０００３】
このガス識別装置で用いられる接触燃焼式ガスセンサは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ 微小電気機械システム）技術を用いて形成されており、燃焼状態に対する高速応答性に優れている。そして、このような接触燃焼式ガスセンサを用いて可燃性ガスに対する出力波形を測定すると、吸着性の低いガスに対しては定常的な出力（定常出力という）が観測されるのみであるが、吸着性の高いガスに対しては上記定常出力に加えて、低温時に触媒表面に吸着したガスが、高温時に瞬時に燃焼することによるピーク状の大きな出力（ピーク出力という）が観測される。これら定常出力及びピーク出力は、触媒と可燃性ガスの種類との組み合わせでそれぞれ出力の大きさに差異があることが判っており、このガス識別装置では、これらの差異を用いて可燃性ガスを識別する。
【０００４】
上記ガス識別装置は、まず、各接触燃焼式ガスセンサにおける、識別対象となる可燃性ガスに対する出力波形を測定して、それぞれの接触燃焼式ガスセンサにおけるピーク出力である第１燃焼値及び定常出力である第２燃焼値を得る。そして、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１燃焼値と第２燃焼値との比（第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）という）を求めて、この第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）を、所定の閾値（吸着判定値）と比較する。この比較結果に基づいて、識別対象となる可燃性ガスを、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が高いガス（即ち、定常出力とピーク出力との差が大きく、Ｐｄ触媒に対する吸着性の高いガスであるエタノール、トルエン、又は、キシレン）と、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が低いガス（即ち、定常出力とピーク出力との差が小さく、Ｐｄ触媒に対する吸着性の低いガスである水素又はプロパン）と、に識別する。
【０００５】
上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が高いガス（即ち、吸着性の高いガス）として識別されると、次に、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）を求め、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）を所定の閾値（第１閾値）と比較する。そして、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が第１閾値以上のときにエタノールと識別し、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が第１閾値より小さいときにトルエン又はキシレンと識別する。この第１閾値は、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、エタノール、トルエン、キシレンを供給したときの出力に基づいて定められている。
【０００６】
また、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が低いガス（即ち、吸着性の低いガス）として識別されると、次に、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値とＲｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値との比（第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ））、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値とＲｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値との比（第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ））、をそれぞれ求めて、これらの２つの第２比を、それぞれに対する所定の閾値（水素判定値Ｘ１、Ｘ２）と比較する。そして、これら２つの第２比がともに水素判定値Ｘ１、Ｘ２より大きいときに水素と識別し、これら２つの第２比がともに水素判定値Ｘ１、Ｘ２以下のときにプロパンと識別する。これら水素判定値Ｘ１、Ｘ２は、Ｒｕ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの出力に基づいて定められている。
【０００７】
このように、上記ガス識別装置によれば、複数の接触燃焼式ガスセンサを用いて吸着性の高いガス同士、吸着性の低いガス同士を識別することができるので、接触燃焼式ガスセンサを用いて性質の似た可燃性ガスを識別することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１８５３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したガス識別装置は、吸着性の高いガスと識別された可燃性ガスについて、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）、即ち、ピーク出力の大きさに基づいて、エタノールと、トルエン又はキシレンと、に識別するものであるが、この接触燃焼式ガスセンサにおけるピーク出力の大きさは可燃性ガスの濃度に応じて変動するので、トルエン又はキシレンにおいてもその濃度によっては第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が上記第１閾値以上となる場合があった。そのため、このガス識別装置では、識別可能な可燃性ガスの濃度範囲が限られるという問題があった。また、ピーク出力の大きさに基づいて識別するので、正確なピーク出力が必要とされるが、ガスの種類や濃度によっては、ピーク出力の位置（時間）が変動してしまい、正確なピーク出力を求めるために複雑な処理を要するという問題があった。
【００１０】
また、上述した従来のガス識別装置は、水素判定値Ｘ１が、Ｒｕ触媒、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの定常出力の比（第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ―Ｃ））に基づいて定められており、そして、水素判定値Ｘ２が、Ｒｕ触媒、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの定常出力の比（第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ―Ｃ））に基づいて定められているので、水素判定値Ｘ１、Ｘ２の取りうる値の範囲（値幅）が非常に狭く、測定値に対して十分なマージンを設けることができず、例えば、接触燃焼式ガスセンサの個体差や、シリコンや硫黄化合物を原因とする触媒の被毒などにより、ガス識別装置において測定した上記第２比に誤差が生じたときに、これら水素判定値Ｘ１、Ｘ２を超えてしまう恐れがあった。そのため、可燃性ガスを正確に識別することができない可能性があり、信頼性が低いという問題があった。また、２つの水素判定値Ｘ１、Ｘ２を用いて識別を行うため、処理が煩雑という問題があった。そして、本発明が解決しようとする課題は、上記した従来技術において生じる、識別可能な可燃性ガスの濃度範囲が限られるという問題が一例として挙げられる。
【００１１】
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、可燃性ガスの濃度範囲を限定することなく、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができるガス識別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】
【００１２】
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１２の基本構成図に示すように、可燃性ガスを識別するガス識別装置において、前記可燃性ガスを吸着する第１の触媒を備えた接触燃焼式の第１センサ素子が設けられた第１ガスセンサ１０Ａと、前記可燃性ガスを吸着する、前記第１の触媒とは異なる、第２の触媒を備えた接触燃焼式の第２センサ素子が設けられた第２ガスセンサ１０Ｂと、前記第１センサ素子及び前記第２センサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記第１ガスセンサ１０Ａ及び前記第２ガスセンサ１０Ｂのそれぞれに通電する通電制御手段２１Ａ１と、前記第１センサ素子の前記低温時に前記第１の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第１ガスセンサ１０Ａの出力を時系列的に取得する第１時系列出力取得手段２１Ｃ１と、前記第２センサ素子の前記低温時に前記第２の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第２ガスセンサ１０Ｂの出力を時系列的に取得する第２時系列出力取得手段２１Ｃ２と、前記第１時系列出力取得手段２１Ｃ１によって時系列的に取得された前記出力から、前記第１ガスセンサ１０Ａの前記出力の積分値を算出する第１積分値算出手段２１Ｄ１と、前記第２時系列出力取得手段２１Ｃ２によって時系列的に取得された前記出力から、前記第２ガスセンサ１０Ｂの前記出力の積分値を算出する第２積分値算出手段２１Ｄ２と、前記第１積分値算出手段２１Ｄ１によって算出された前記積分値と前記第２積分値算出手段２１Ｄ２によって算出された前記積分値との比を算出する積分値比算出手段２１Ｄ３と、前記積分値比算出手段２１Ｄ３によって算出された前記積分値の比から、前記可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報を記憶する積分値比判定情報記憶手段２１Ｅ１と、前記積分値比算出手段２１Ｄ３によって算出された前記積分値の比を、前記積分値比判定情報記憶手段２１Ｅ１に記憶された前記積分値比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを識別する吸着性ガス識別手段２１Ｄ４と、を有していることを特徴とするガス識別装置である。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、図１３の基本構成図に示すように、可燃性ガスを水素とアルカン類ガスとに識別するガス識別装置において、パラジウム触媒を備えた接触燃焼式のＰｄセンサ素子が設けられたＰｄ触媒ガスセンサ１２と、白金触媒を備えた接触燃焼式のＰｔセンサ素子が設けられたＰｔ触媒ガスセンサ１３と、前記Ｐｄセンサ素子及び前記Ｐｔセンサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及び前記Ｐｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれに通電する通電制御手段２１Ａ２と、前記Ｐｄセンサ素子の前記低温時に前記パラジウム触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力を取得する第１出力取得手段２１Ｃ３と、前記Ｐｔセンサ素子の前記低温時に前記白金触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｔ触媒ガスセンサ１３の出力を取得する第２出力取得手段２１Ｃ４と、前記第１出力取得手段２１Ｃ３によって取得された前記出力と前記第２出力取得手段２１Ｃ４によって取得された前記出力との比を算出する出力比算出手段２１Ｄ５と、前記出力比算出手段２１Ｄ５によって算出された前記出力の比から、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別するための出力比判定情報を記憶する出力比判定情報記憶手段２１Ｅ２と、前記出力比算出手段２１Ｄ５によって算出された前記出力の比を、前記出力比判定情報記憶手段２１Ｅ２に記憶された前記出力比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別する非吸着性ガス識別手段２１Ｄ６と、を有していることを特徴とするガス識別装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によれば、第１ガスセンサ１０Ａ及び第２ガスセンサ１０Ｂのそれぞれが備える第１センサ素子及び第２センサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスが燃焼しているときの各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおける出力の積分値を求めて、これら積分値の比に基づいて可燃性ガスの識別を行っているので、可燃性ガスはその燃焼特性と吸着特性に応じてピーク出力の大きさ及び幅が決まり、上記出力の積分値を用いることで触媒に吸着したガスの特徴を的確に捉えることができ、また、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおける出力の積分値の比をとることにより、濃度による出力の変動を各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂ間で相殺して、濃度の影響を回避できる。そのため、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。また、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおいて吸着燃焼時の出力を時系列的に取得するので、正確なピーク出力（位置）を求める必要がなく、そのため、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができる。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＰｄセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスの燃焼が終了した後の各ガスセンサ１２、１３の出力、即ち、定常出力を取得して、これら出力の比（即ち、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ））に基づいて可燃性ガスの識別を行うので、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は水素及びアルカン類ガスに対してほぼ同じ出力をするのに対し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素に対する出力に比べ、アルカン類ガスに対する出力が極端に小さく、そのため、水素を供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とアルカン類ガスを供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）との差が大きく、識別に用いる出力比判定情報（即ち、水素判定値）の取りうる値幅を大きくすることができる。したがって、ガス識別装置で算出された上記出力の比に対する出力比判定情報のマージンを大きくすることができ、識別の信頼性を向上させることができる。また、１つの出力比判定情報を用いて識別を行うため、簡素な処理で可燃性ガスの識別ができる。また、可燃性ガスの濃度に応じてＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の定常出力が同様に変化するので、各ガスセンサの出力の比を用いることにより、濃度の影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス識別装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの詳細な回路図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの平面図、背面図及びＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、エタノールを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエンを１００ｐｐｍ、プロパンを１０００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、水素、プロパンを、各々１０００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図１０】図１に示すガス識別装置を構成するコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】ガスセンサの出力の積分値の概要を示す説明図である。
【図１２】本発明のガス識別装置の基本構成図である。
【図１３】本発明のガス識別装置の他の基本構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス識別装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの詳細な回路図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの平面図、背面図及びＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００１８】
同図に示すように、ガス識別装置は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１と、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２と、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３と、コントローラ２０と、駆動電源３０と、ガス検知出力部４０とを備えている。このガス識別装置は、一例として、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレン（ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン）の各可燃性ガスを識別する。
【００１９】
上記ガスセンサ１１、１２、１３はそれぞれ、図２に示すように、可燃性ガスと接触燃焼する接触燃焼式のガス検知素子（センサ素子）８及び比較素子９を有している。ガス検知素子８は、図３に示すように、白金から成るＰｔヒータ１０ｓと、このＰｔヒータ１０ｓ上に設けられた、可燃ガスの接触燃焼を促進する触媒層１１ｓ（触媒）とで構成されている。比較素子９は、Ｐｔヒータ１０ｒと、このＰｔヒータ１０ｒ上に設けられたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層１１ｒとで構成されている。
【００２０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各ガスセンサ１１、１２、１３は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ２膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ２膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、ガス検知素子８としてＰｔヒータ１０ｓ及び触媒層１１ｓ、比較素子９としてＰｔヒータ１０ｒ及びＡｌ２Ｏ３層１１ｒが形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ４１を異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。
【００２１】
上記ガス検知素子８のＰｔヒータ１０ｓと、比較素子９のＰｔヒータ１０ｒとは、可燃性ガスのない空気中では等しい抵抗値になるように設けられている。また、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は上記触媒層１１ｓとしてルテニウム（以下Ｒｕ）を用い、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は上記触媒層１１ｓとしてパラジウム（以下Ｐｄ）を用い、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は上記触媒層１１ｓとして白金（以下Ｐｔ）を用いている。これにより、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔを各々触媒とした複数のガスセンサ１１、１２、１３を用いてガスの識別を行うことができる。触媒層１１ｓとしてルテニウムを用いたガス検知素子８が、請求項中の第１センサ素子に相当し、触媒層１１ｓとして白金を用いたガス検知素子８が、請求項中の第２センサ素子に相当する。また、触媒層１１ｓとしてパラジウムを用いたガス検知素子８が、請求項中のＰｄセンサ素子に相当し、触媒層１１ｓとして白金を用いたガス検知素子８が、請求項中のＰｔセンサ素子に相当する。
【００２２】
上述したガス検知素子８及び比較素子９は、図２に示すように、抵抗１２、１３と共にブリッジ回路１４を構成している。このブリッジ回路１４の端子ａと端子ｂとの間には、ヒータ駆動回路２１Ａからパルス状のセンサ駆動電圧が供給される。
【００２３】
以上の構成によれば、ブリッジ回路１４は可燃性ガスのない空気中では平衡状態となり、ｃ、ｄ間に電位差が生じない。これに対して、可燃性ガスを含む空気中では可燃性ガスとの燃焼熱によりガス検知素子８のＰｔヒータ１０ｓの抵抗値が増加するため不平衡状態となり、ｃ、ｄ間に電位差が生じる。この電位差は可燃性ガスの濃度に比例した値である。そして、ブリッジ回路１４の端子ｃ、端子ｄ間に接続されたセンサ出力検出器１６が、上記電位差を増幅してセンサ出力Ｖ１として出力する。
【００２４】
また、ブリッジ回路１４に供給されるセンサ駆動電圧は、所定の周期で低電圧、高電圧を繰り返し出力する信号であり、高電圧時間が４００ｍｓで低電圧時間が１０秒である。これら時間は一例であり、適宜調整可能である。このセンサ駆動電圧の高電圧時間中にガス検知素子８及び比較素子９が高温に制御されガス検知素子８が可燃ガスと接触燃焼する。一方、低電圧時間中にガス検知素子８及び比較素子９が低温に制御されガス検知素子８は可燃ガスと接触燃焼しない。このヒータ駆動回路２１Ａは、請求項中の通電制御手段に相当する。
【００２５】
また、上述したコントローラ２０は、周知のマイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成されており、ヒータ駆動回路２１Ａと、補正部２１Ｂと、センサ出力取得部２１Ｃと、ガス種分別部２１Ｄと、メモリ２１Ｅと、を備えている。ヒータ駆動回路２１Ａは、上述したように駆動電源３０の供給電圧からパルス状のセンサ駆動電圧を作ってブリッジ回路１４に供給する回路である。本実施形態においてヒータ駆動回路２１Ａは、センサ駆動電圧の高電圧時に各ガスセンサ１１、１２、１３が４５０℃になり、低電圧時に各ガスセンサ１１、１２、１３が２００℃となるようなセンサ駆動電圧を供給する。この温度は一例で適宜調整可能である。
【００２６】
補正部２１Ｂは、ガスセンサ１１、１２、１３の出力の温度補正などを行うものである。センサ出力取得部２１Ｃは、補正部２１Ｂによって補正されたガスセンサ１１、１２、１３の出力を取得してガス種分別部２１Ｄに供給するものである。ガス種分別部２１Ｄは、上記ガスセンサ１１、１２、１３の出力に基づいてガスの識別を行うものである。ガス種分別部２１Ｄによる識別結果は、ガス検知出力部４０によって外部の装置などに送られる。また、メモリ２１Ｅには、後述する各種閾値などが格納されている。
【００２７】
ところで、エタノールなどの吸着性の高い可燃性ガスは、センサ駆動電圧が低電圧のときに触媒層１１ｓ表面に吸着した分が、センサ駆動電圧が高電圧になったとき瞬間的に燃焼（この現象を吸着燃焼という）して、ピーク状の出力となる。一方、吸着性の低い水素等の一般的な可燃ガスは、触媒層１１ｓ表面への吸着量が少ないので、センサ駆動電圧が高電圧になったときに雰囲気中の可燃性ガスが燃焼（即ち、接触燃焼）して、その出力が小さく定常的な出力となる。
【００２８】
従って、このピークの有無により吸着性の高いガスと吸着性の低いガスとの識別を行うことができる。また、吸着性の高いガスは、触媒を変えることによりガスセンサ１１、１２、１３の出力のピーク値が変化する。これに対して吸着性の低いガスは、触媒を変えることによりガスセンサ１１、１２、１３の出力の定常値が変化する。本実施形態は、上記ピーク値を第１燃焼値、上記定常値を第２燃焼値として取得し、各ガスセンサの第１燃焼値、第２燃焼値の違いを利用して、ガス種や異性体の同定と定量を行う。また、上記吸着燃焼中の出力を時系列的に取得し、該出力の積分値に基づいて吸着性の高いガス種の識別を行う。
【００２９】
次に、本願発明者らは、各可燃性ガスと、ガスセンサ１１、１２、１３の出力との関係を調べた。結果を図４〜図８に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、エタノールを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力をそれぞれ示すグラフである。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエンを１００ｐｐｍ、プロパンを１０００ｐｐｍ、供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、水素、プロパンを、各々１０００ｐｐｍに供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンを各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。なお、図４〜図７の（Ｂ）、（Ｃ）については、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３に、高電圧時に４００℃となるようなセンサ駆動電圧が供給されたときの出力のグラフを示しているが、これらグラフについて、高電圧時に４５０℃となるようなセンサ駆動電圧が供給されたときのものと同様の傾向にあることが、本発明者による試験、調査等により分かっている。
【００３０】
図４に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、キシレンに対する出力が小さく、特にｏ−キシレンに対する出力が小さく、どの異性体にもピーク状の出力は現れないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、ピーク状の出力は現れるが、異性体による差はないことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、ピーク状の出力が現れ、そのピーク値が異性体によって異なることが分かった。このことから、キシレンの異性体、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別できることが分かる。
【００３１】
また、図５に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエンとｐ−キシレンとでは出力に差がないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、ピーク状の出力が現れ、ピーク値はｐ−キシレンの方が大きく、定常値は逆にトルエンの方が大きいことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、ピーク値、定常値ともトルエンの方が大きいことが分かった。このことから、ｐ−キシレンとトルエンとを識別することができることが分かる。
【００３２】
また、図６に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエンではピークが無いのに対してエタノールではピークが現れることが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、トルエン、エタノールともピーク状の出力が現れたが、ピーク値と定常値との比がトルエンの方が大きいと分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、トルエン、エタノールともピーク状の出力が現れたが、ピーク値と定常値との比がエタノールの方が大きかった。
【００３３】
また、図７に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエン、プロパンともにピーク状の出力が現れないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、トルエンでピーク状の出力が現れたのに対してプロパンではピーク状の出力が現れないことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２と同様の傾向であるが、プロパンではＰｄ触媒ガスセンサ１２の出力に比べて著しく小さな値となることが分かった。このことから、トルエンとプロパンを識別することができる。
【００３４】
また、図８に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、水素、プロパン共にほぼ同じ定常出力を示すことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、水素、プロパン共にほぼ同じ定常出力を示すことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素での出力に比べてプロパンでの定常出力が著しく小さな値となることが分かった。このことから、水素とプロパンとを識別することができる。
【００３５】
また、図９に示すように、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンの全てでピーク状の出力が現れるが、エタノールのピーク値が最も小さいことが分かった（図９（Ｃ））。一方で、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエン及びｏ−キシレンに対しては、Ｐｔ触媒ガスセンサよりも小さいピーク値となるが、エタノールに対してはＰｔ触媒ガスセンサ１３よりも大きいピーク値となることが分かった（図９（Ａ））。なお、図からも明らかなように、ピーク値が大きくなるとピーク出力の面積（後述）も大きくなり、ピーク値が小さくなるとピーク出力の面積も小さくなる。このことから、エタノールと、トルエン及びキシレンと、を識別することができることが分かる。
【００３６】
上述したガス種による各ガスセンサ１１、１２、１３の出力の違いを利用してコントローラ２０が行うガス種識別動作について図１０のフローチャートを参照して以下説明する。まず、電源投入に応じてコントローラ２０内のヒータ駆動回路２１Ａが、センサ駆動電圧をブリッジ回路１４に供給する。
【００３７】
次に、上記コントローラ２０内のセンサ出力取得部２１Ｃは、センサ駆動電圧が高電圧の期間の各ガスセンサ１１、１２、１３の出力Ｒｕ−Ｏ、Ｐｄ−Ｏ、Ｐｔ−Ｏを所定の間隔（例えば、１ｍｓ）で時系列的に取得する（ステップＳ０）。そして、これら時系列的に取得した出力Ｒｕ−Ｏ、Ｐｄ−Ｏ、Ｐｔ−Ｏから、センサ駆動電圧が低電圧から高電圧になった直後に各ガスセンサ１１、１２、１３の出力に現れるピーク値（即ち低電圧から高電圧になってから一定時間（例えば５０ｍｓ）経過する間のセンサ出力Ｖ１のピーク値）を第１燃焼値Ｒｕ−Ａ、Ｐｄ−Ａ、Ｐｔ−Ａとして取得し（ステップＳ１）、また、センサ駆動電圧が高電圧から低電圧になる直前のピーク終了後の定常値を第２燃焼値Ｒｕ−Ｃ、Ｐｄ−Ｃ、Ｐｔ−Ｃとして取得する（ステップＳ２）。以上のステップＳ０、Ｓ２から明らかなようにセンサ出力取得部２１Ｃが請求項中の第１時系列出力取得手段、第２時系列出力取得手段、第１出力取得手段、及び、第２出力取得手段に相当する。
【００３８】
次に、コントローラ２０内のガス種分別部２１Ｄは、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第１燃焼値Ｐｄ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｄ−Ｃの第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）を演算する（ステップＳ３）。そして、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ３で演算した第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が吸着判定値である「２」よりも小さければ（ステップＳ４でＹ）、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力にピークがないと判定し吸着性の低い水素かプロパンであると判定する（ステップＳ５）。なお、上述した吸着判定値は、予め計測したキシレン、トルエン、エタノール、プロパン、水素を供給したときの各Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力から定めた値である。また、上記「２」は吸着判定値の一例であり、吸着性の高いガスか低いガスかを判定できれば別の値でもよい。
【００３９】
次に、ガス種分別部２１Ｄは、出力比算出手段として働き、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第２燃焼値Ｐｄ−Ｃ及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の第２燃焼値Ｐｔ−Ｃの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）を演算する（ステップＳ６）。このように比を演算することによりガス濃度による変動を受けにくくすることができ、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）はガス濃度に依存して変動しにくい値となる。そして、図８に示すように、水素であれば第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が小さく、プロパンであれば第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が大きい。
【００４０】
以上のことに着目し、ガス種分別部２１Ｄは、非吸着性ガス識別手段として働き、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）と水素判定値Ｘ３とを比較する。なお、上述した水素判定値Ｘ３は、予め測定した水素、プロパンを供給したときのＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の第２燃焼値Ｐｄ−Ｃ、Ｐｔ−Ｃから定めた値であり、メモリ２１Ｅに予め記憶されている。このことから明らかなように、水素判定値Ｘ３は請求項中の出力比判定情報に相当し、メモリ２１Ｅは請求項中の出力比判定情報記憶手段に相当する。
【００４１】
そして、ガス種分別部２１Ｄは、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が水素判定値Ｘ３より小さければ（ステップＳ７でＹ）、水素と判定して（ステップＳ８）、ガス濃度を演算した後（ステップＳ９）、ステップＳ０に戻る。これに対して、ガス種分別部２１Ｄは、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が水素判定値Ｘ３以上であれば（ステップＳ７でＮ）、プロパンと判定して（ステップＳ１０）、上記ステップＳ９に進む。これにより、吸着性の低いガス同士のうち水素とプロパンとを識別することができる。
【００４２】
一方、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ３で演算した第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が吸着判定値である「２」以上であれば（ステップＳ４でＮ）、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力にピークが現れていると判定し吸着性の高いエタノールかトルエンかキシレンであると判定する（ステップＳ１１）。
【００４３】
次に、ガス種分別部２１Ｄは、第１積分値算出手段及び第２積分値算出手段として働き、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１において時系列的に取得した出力Ｒｕ−Ｏのうち、時刻５０ｍｓ〜４００ｍｓの間で第２燃焼値Ｒｕ−Ｃを超えるものに対して上記所定の間隔をそれぞれに掛け合わせて積分値（Ｒｕピーク積分値）を演算し、また、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３において時系列的に取得したＰｔ−Ｏのうち、時刻５０ｍｓ〜４００ｍｓの間で第２燃焼値Ｐｔ−Ｃを超えるものに対して上記所定の間隔をそれぞれに掛け合わせて積分値（Ｐｔピーク積分値）を演算する（ステップＳ１２）。これら演算によって算出される積分値のイメージを図１１に示し、図中、グラフの網掛け部分の面積（即ち、ピーク出力の面積）が積分値によって示される。なお、積分値を算出する上記時刻範囲は一例であり、本発明の目的に反しない限り、上記時刻範囲は任意である。そして、ガス種分別部２１Ｄは、積分値比算出手段として働き、Ｒｕピーク積分値とＰｔピーク積分値との比（積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）という）を演算する（ステップＳ１２１）。そして、エタノールであれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１におけるピーク出力の面積が、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３におけるピーク出力の面積より大きいので、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）が大きく、一方で、トルエン、キシレンであれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１におけるピーク出力の面積が、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３におけるピーク出力の面積より小さいので、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）が小さい。
【００４４】
以上のことに着目し、ガス種分別部２１Ｄは、吸着性ガス識別手段として働き、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）とエタノール判定値Ｘ５とを比較する。なお、上述したエタノール判定値Ｘ５は、予め測定したエタノール、トルエン、キシレンを供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ１１及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれの出力の積分値の比から定めた値であり、メモリ２１Ｅに予め記憶されている。このことから明らかなように、エタノール判定値Ｘ５は、請求項中の積分値比判定情報に相当し、メモリ２１Ｅは、請求項中の積分値比判定情報記憶手段に相当する。また、Ｒｕ触媒が、請求項中の第１の触媒に相当し、Ｐｔ触媒が、請求項中の第２の触媒に相当し、触媒層としてＲｕを用いたガス検知素子８が、請求項中の第１センサ素子に相当し、触媒層としてＰｔを用いたガス検知素子８が、請求項中の第２センサ素子に相当し、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１が、請求項中の第１ガスセンサに相当し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３が、請求項中の第２ガスセンサに相当する。
【００４５】
そして、ガス種分別部２１Ｄは、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）がエタノール判定値Ｘ５以上であれば（ステップＳ１３でＹ）、エタノールと判定して（ステップＳ１４）、ガス濃度を演算した後（ステップＳ９）、ステップＳ０に戻る。これに対して、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）がエタノール判定値Ｘ５より小さければ（ステップＳ１３でＮ）、トルエンかキシレンであると判定する（ステップＳ１５）。これにより、吸着性の高いガス同士のうちエタノールと、トルエン又はキシレンとを識別することができる。つまり、エタノール判定値Ｘ５を用いて、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）からエタノール（アルコール類ガス）とトルエン及びキシレン（芳香族化合物ガス）とを識別する。
【００４６】
その後、ガス種分別部２１Ｄは、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第１燃焼値Ｐｄ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｄ−Ｃの第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３の第１燃焼値Ｐｔ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｔ−Ｃの第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とを演算する（ステップ１６）。図５に示すように、トルエンであれば第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とがほぼ等しくなるのに対して、キシレンは第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とが等しくならない。
【００４７】
以上のことに着目して、ガス種分別部２１Ｄは、第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とがほぼ等しければ（ステップＳ１７でＹ）、トルエンと判定した後（ステップＳ１８）、ステップＳ９に進む。一方、等しくなければ（ステップＳ１７でＮ）、キシレンと判定する（ステップＳ１９）。これにより、吸着性の高いガス同士のうちトルエンとキシレンとを識別することができる。
【００４８】
また、図４（Ｃ）に示すように、ｏ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が最も大きくなり、ｍ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が２番目に大きくなり、ｐ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が最も小さくなる。
【００４９】
以上のことに着目して、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第２閾値である「５」以上であれば（ステップＳ２０でＹ）、ｏ−キシレンと判定した後（ステップＳ２１）、ステップＳ９に進む。また、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第２閾値である「５」未満であり第３閾値である「４」以上であれば（ステップＳ２２でＹ）、ｍ−キシレンであると判定した後（ステップＳ２３）、ステップＳ９に進む。
【００５０】
また、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第３閾値である「４」未満であれば（ステップＳ２２でＮ）、ｐ−キシレンであると判定した後（ステップＳ２４）、ステップＳ９に進む。これにより、キシレンのうちｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別することができる。なお、上述した第２閾値及び第３閾値は、予め測定したｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを供給したときのＰｔ触媒ガスセンサ１３の出力から定めた値である。また、上記「５」は第２閾値の一例であり、「４」は第３閾値の一例であり、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別できる値であれば別の値でもよい。
【００５１】
このようにして、上述したガス識別装置によって、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレン（ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン）を識別できる。本実施形態において、エタノール（アルコール類ガス）、トルエン、キシレン（芳香族化合物ガス）が、請求項１中の可燃性ガスに相当し、水素、プロパン（アルカン類ガス）が、請求項２中の可燃性ガスに相当する。
【００５２】
以上より、本発明によれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＲｕセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスが燃焼しているときの各ガスセンサ１１、１３における出力の積分値を求めて、これら積分値の比に基づいて可燃性ガスの識別を行っているので、可燃性ガスはその燃焼特性と吸着特性に応じてピーク出力の大きさ及び幅が決まり、上記出力の積分値を用いることで触媒に吸着したガスの特徴を的確に捉えることができ、また、各ガスセンサ１１、１３における出力の積分値の比をとることにより、濃度による出力の変動を各ガスセンサ１１、１３間で相殺して、濃度の影響を回避できる。そのため、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。また、各ガスセンサ１１、１３において吸着燃焼時の出力を時系列的に取得するので、正確なピーク出力（位置）を求める必要がなく、そのため、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができる。
【００５３】
また、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＰｄセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスの燃焼が終了した後の各ガスセンサ１２、１３の出力、即ち、定常出力を取得して、これら出力の比（即ち、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ））に基づいて可燃性ガスの識別を行うので、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は水素及びプロパンに対してほぼ同じ出力をするのに対し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素に対する出力に比べ、プロパンに対する出力が極端に小さく、そのため、水素を供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とプロパンを供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）との差が大きく、識別に用いる水素判定値Ｘ３の取りうる値幅を大きくすることができる。したがって、ガス識別装置で算出された上記出力の比に対する水素判定値Ｘ３のマージンを大きくすることができ、識別の信頼性を向上させることができる。また、１つの水素判定値Ｘ３を用いて識別を行うため、簡素な処理で可燃性ガスの識別ができる。また、可燃性ガスの濃度に応じてＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の定常出力が同様に変化するので、各ガスセンサの出力の比を用いることにより、濃度の影響を小さくすることができる。
【００５４】
上述した実施形態では、触媒としてＲｕ、Ｐｄ、Ｐｔを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。各種ガスが識別できれば別の触媒であってもよい。また、上述した実施形態では、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレンを識別するものであったが、これに限ったものではなく、プロパンに代えてこれと同様の性質を有するブタンなどのアルカン類ガス、エタノールに代えてこれと同様の性質を有するメタノールなどのアルコール類ガス、トルエン又はキシレンに代えてこれらと同様の性質を有するエチルベンゼン、スチレンなどの芳香族化合物ガス、などの識別することができる。この場合、識別するガスについて事前に測定を行って適宜閾値を再設定するなどの調整が必要である。
【００５５】
次に、本発明者らは、図８のグラフから、従来のガス識別装置において可燃性ガスを水素とプロパンとに識別するときに用いる第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）及び第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）と、本発明のガス識別装置において可燃性ガスを水素とプロパンとに識別するときに用いる第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とを算出した。これら値を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）は、従来のガス識別装置における水素判定値Ｘ１の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は１．６４となり、また、第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）は、従来のガス識別装置における水素判定値Ｘ２の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は５．０４となる。一方、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）は、本発明のガス識別装置における水素判定値Ｘ３の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は１１．３７となり、上述した従来の水素判定値Ｘ１、Ｘ２の２倍以上の値幅となる。そのため、本発明において、水素判定値Ｘ３に、ガス識別装置における測定値に対して十分大きなマージンを設けることができ、測定の信頼性を向上させることができることが、このことからも分かる。
【００５８】
また、本発明者らは、図９のグラフから、従来のガス識別装置において可燃性ガスをエタノールとトルエン及びキシレンとに識別するときに用いる第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）と、本発明のガス識別装置において可燃性ガスをエタノールとトルエン及びキシレンとに識別するときに用いる積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）と、を算出した。これら値を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１のピーク出力を定常出力で割った値であり、上述したように可燃性ガスの濃度によってピーク出力が変動するので、これら値に基づいて識別を行うには、識別対象となるガスの濃度を限定する必要がある。一方、図９のグラフから、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１はＰｔ触媒ガスセンサ１３に比べて、エタノールを吸着する能力が高いと考えられ、そのため、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３における出力の積分値（Ｐｔピーク積分値）は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１における出力の積分値（Ｒｕピーク積分値）を超えることはない。また、各ガスセンサ１１、１３の出力は、濃度の変化に応じて同様に変化するので、積分値の比を用いることで、濃度の変化に伴う出力の変化が各ガスセンサ１１、１３の間で相殺されて、濃度の影響を回避することができる。よって、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。
【００６１】
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】
【００６２】
８ ガス検知素子（第１センサ素子、第２センサ素子、Ｐｄセンサ素子、Ｐｔセンサ素子）
１１ Ｒｕ触媒ガスセンサ（第１ガスセンサ）
１２ Ｐｄ触媒ガスセンサ
１３ Ｐｔ触媒ガスセンサ（第２ガスセンサ）
２０ コントローラ
２１Ａ ヒータ駆動回路（通電制御手段）
２１Ｃ センサ出力取得部（第１時系列出力取得手段、第２時系列出力取得手段、第１出力取得手段、第２出力取得手段）
２１Ｄ ガス種分別部（第１積分値算出手段、第２積分値算出手段、積分値比算出手段、吸着性ガス識別手段、出力比算出手段、非吸着性ガス識別手段）
２１Ｅ メモリ（積分値比判定情報記憶手段、出力比判定情報記憶手段）
Ｘ３ 水素判定値（出力比判定情報）
Ｘ５ エタノール判定値（積分値比判定情報）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス種が不明な単一の可燃性ガスを識別するガス識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来のガス識別装置として、例えば、特許文献１に記載されたガス識別装置が提案されている。このガス識別装置は、それぞれ触媒としてルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）を備えた３つの接触燃焼式ガスセンサを有しており、これら接触燃焼式ガスセンサを用いて、水素、プロパン、エタノール、トルエン、及び、キシレンの識別を行う。
【０００３】
このガス識別装置で用いられる接触燃焼式ガスセンサは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ 微小電気機械システム）技術を用いて形成されており、燃焼状態に対する高速応答性に優れている。そして、このような接触燃焼式ガスセンサを用いて可燃性ガスに対する出力波形を測定すると、吸着性の低いガスに対しては定常的な出力（定常出力という）が観測されるのみであるが、吸着性の高いガスに対しては上記定常出力に加えて、低温時に触媒表面に吸着したガスが、高温時に瞬時に燃焼することによるピーク状の大きな出力（ピーク出力という）が観測される。これら定常出力及びピーク出力は、触媒と可燃性ガスの種類との組み合わせでそれぞれ出力の大きさに差異があることが判っており、このガス識別装置では、これらの差異を用いて可燃性ガスを識別する。
【０００４】
上記ガス識別装置は、まず、各接触燃焼式ガスセンサにおける、識別対象となる可燃性ガスに対する出力波形を測定して、それぞれの接触燃焼式ガスセンサにおけるピーク出力である第１燃焼値及び定常出力である第２燃焼値を得る。そして、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１燃焼値と第２燃焼値との比（第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）という）を求めて、この第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）を、所定の閾値（吸着判定値）と比較する。この比較結果に基づいて、識別対象となる可燃性ガスを、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が高いガス（即ち、定常出力とピーク出力との差が大きく、Ｐｄ触媒に対する吸着性の高いガスであるエタノール、トルエン、又は、キシレン）と、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が低いガス（即ち、定常出力とピーク出力との差が小さく、Ｐｄ触媒に対する吸着性の低いガスである水素又はプロパン）と、に識別する。
【０００５】
上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が高いガス（即ち、吸着性の高いガス）として識別されると、次に、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）を求め、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）を所定の閾値（第１閾値）と比較する。そして、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が第１閾値以上のときにエタノールと識別し、この第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が第１閾値より小さいときにトルエン又はキシレンと識別する。この第１閾値は、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、エタノール、トルエン、キシレンを供給したときの出力に基づいて定められている。
【０００６】
また、上記第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が低いガス（即ち、吸着性の低いガス）として識別されると、次に、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値とＲｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値との比（第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ））、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値とＲｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサの第２燃焼値との比（第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ））、をそれぞれ求めて、これらの２つの第２比を、それぞれに対する所定の閾値（水素判定値Ｘ１、Ｘ２）と比較する。そして、これら２つの第２比がともに水素判定値Ｘ１、Ｘ２より大きいときに水素と識別し、これら２つの第２比がともに水素判定値Ｘ１、Ｘ２以下のときにプロパンと識別する。これら水素判定値Ｘ１、Ｘ２は、Ｒｕ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの出力に基づいて定められている。
【０００７】
このように、上記ガス識別装置によれば、複数の接触燃焼式ガスセンサを用いて吸着性の高いガス同士、吸着性の低いガス同士を識別することができるので、接触燃焼式ガスセンサを用いて性質の似た可燃性ガスを識別することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１８５３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したガス識別装置は、吸着性の高いガスと識別された可燃性ガスについて、Ｒｕ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサにおける第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）、即ち、ピーク出力の大きさに基づいて、エタノールと、トルエン又はキシレンと、に識別するものであるが、この接触燃焼式ガスセンサにおけるピーク出力の大きさは可燃性ガスの濃度に応じて変動するので、トルエン又はキシレンにおいてもその濃度によっては第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）が上記第１閾値以上となる場合があった。そのため、このガス識別装置では、識別可能な可燃性ガスの濃度範囲が限られるという問題があった。また、ピーク出力の大きさに基づいて識別するので、正確なピーク出力が必要とされるが、ガスの種類や濃度によっては、ピーク出力の位置（時間）が変動してしまい、正確なピーク出力を求めるために複雑な処理を要するという問題があった。
【００１０】
また、上述した従来のガス識別装置は、水素判定値Ｘ１が、Ｒｕ触媒、Ｐｄ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの定常出力の比（第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ―Ｃ））に基づいて定められており、そして、水素判定値Ｘ２が、Ｒｕ触媒、Ｐｔ触媒を備えた接触燃焼式ガスセンサに、水素、プロパンを供給したときの定常出力の比（第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ―Ｃ））に基づいて定められているので、水素判定値Ｘ１、Ｘ２の取りうる値の範囲（値幅）が非常に狭く、測定値に対して十分なマージンを設けることができず、例えば、接触燃焼式ガスセンサの個体差や、シリコンや硫黄化合物を原因とする触媒の被毒などにより、ガス識別装置において測定した上記第２比に誤差が生じたときに、これら水素判定値Ｘ１、Ｘ２を超えてしまう恐れがあった。そのため、可燃性ガスを正確に識別することができない可能性があり、信頼性が低いという問題があった。また、２つの水素判定値Ｘ１、Ｘ２を用いて識別を行うため、処理が煩雑という問題があった。そして、本発明が解決しようとする課題は、上記した従来技術において生じる、識別可能な可燃性ガスの濃度範囲が限られるという問題が一例として挙げられる。
【００１１】
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、可燃性ガスの濃度範囲を限定することなく、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができるガス識別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】
【００１２】
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１２の基本構成図に示すように、可燃性ガスを識別するガス識別装置において、前記可燃性ガスを吸着する第１の触媒を備えた接触燃焼式の第１センサ素子が設けられた第１ガスセンサ１０Ａと、前記可燃性ガスを吸着する、前記第１の触媒とは異なる、第２の触媒を備えた接触燃焼式の第２センサ素子が設けられた第２ガスセンサ１０Ｂと、前記第１センサ素子及び前記第２センサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記第１ガスセンサ１０Ａ及び前記第２ガスセンサ１０Ｂのそれぞれに通電する通電制御手段２１Ａ１と、前記第１センサ素子の前記低温時に前記第１の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第１ガスセンサ１０Ａの出力を時系列的に取得する第１時系列出力取得手段２１Ｃ１と、前記第２センサ素子の前記低温時に前記第２の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第２ガスセンサ１０Ｂの出力を時系列的に取得する第２時系列出力取得手段２１Ｃ２と、前記第１時系列出力取得手段２１Ｃ１によって時系列的に取得された前記出力から、前記第１ガスセンサ１０Ａの前記出力の積分値を算出する第１積分値算出手段２１Ｄ１と、前記第２時系列出力取得手段２１Ｃ２によって時系列的に取得された前記出力から、前記第２ガスセンサ１０Ｂの前記出力の積分値を算出する第２積分値算出手段２１Ｄ２と、前記第１積分値算出手段２１Ｄ１によって算出された前記積分値と前記第２積分値算出手段２１Ｄ２によって算出された前記積分値との比を算出する積分値比算出手段２１Ｄ３と、前記積分値比算出手段２１Ｄ３によって算出された前記積分値の比から、前記可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報を記憶する積分値比判定情報記憶手段２１Ｅ１と、前記積分値比算出手段２１Ｄ３によって算出された前記積分値の比を、前記積分値比判定情報記憶手段２１Ｅ１に記憶された前記積分値比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを識別する吸着性ガス識別手段２１Ｄ４と、を有していることを特徴とするガス識別装置である。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、図１３の基本構成図に示すように、可燃性ガスを水素とアルカン類ガスとに識別するガス識別装置において、パラジウム触媒を備えた接触燃焼式のＰｄセンサ素子が設けられたＰｄ触媒ガスセンサ１２と、白金触媒を備えた接触燃焼式のＰｔセンサ素子が設けられたＰｔ触媒ガスセンサ１３と、前記Ｐｄセンサ素子及び前記Ｐｔセンサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及び前記Ｐｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれに通電する通電制御手段２１Ａ２と、前記Ｐｄセンサ素子の前記低温時に前記パラジウム触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力を取得する第１出力取得手段２１Ｃ３と、前記Ｐｔセンサ素子の前記低温時に前記白金触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｔ触媒ガスセンサ１３の出力を取得する第２出力取得手段２１Ｃ４と、前記第１出力取得手段２１Ｃ３によって取得された前記出力と前記第２出力取得手段２１Ｃ４によって取得された前記出力との比を算出する出力比算出手段２１Ｄ５と、前記出力比算出手段２１Ｄ５によって算出された前記出力の比から、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別するための出力比判定情報を記憶する出力比判定情報記憶手段２１Ｅ２と、前記出力比算出手段２１Ｄ５によって算出された前記出力の比を、前記出力比判定情報記憶手段２１Ｅ２に記憶された前記出力比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別する非吸着性ガス識別手段２１Ｄ６と、を有していることを特徴とするガス識別装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によれば、第１ガスセンサ１０Ａ及び第２ガスセンサ１０Ｂのそれぞれが備える第１センサ素子及び第２センサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスが燃焼しているときの各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおける出力の積分値を求めて、これら積分値の比に基づいて可燃性ガスの識別を行っているので、可燃性ガスはその燃焼特性と吸着特性に応じてピーク出力の大きさ及び幅が決まり、上記出力の積分値を用いることで触媒に吸着したガスの特徴を的確に捉えることができ、また、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおける出力の積分値の比をとることにより、濃度による出力の変動を各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂ間で相殺して、濃度の影響を回避できる。そのため、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。また、各ガスセンサ１０Ａ、１０Ｂにおいて吸着燃焼時の出力を時系列的に取得するので、正確なピーク出力（位置）を求める必要がなく、そのため、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができる。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＰｄセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスの燃焼が終了した後の各ガスセンサ１２、１３の出力、即ち、定常出力を取得して、これら出力の比（即ち、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ））に基づいて可燃性ガスの識別を行うので、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は水素及びアルカン類ガスに対してほぼ同じ出力をするのに対し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素に対する出力に比べ、アルカン類ガスに対する出力が極端に小さく、そのため、水素を供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とアルカン類ガスを供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）との差が大きく、識別に用いる出力比判定情報（即ち、水素判定値）の取りうる値幅を大きくすることができる。したがって、ガス識別装置で算出された上記出力の比に対する出力比判定情報のマージンを大きくすることができ、識別の信頼性を向上させることができる。また、１つの出力比判定情報を用いて識別を行うため、簡素な処理で可燃性ガスの識別ができる。また、可燃性ガスの濃度に応じてＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の定常出力が同様に変化するので、各ガスセンサの出力の比を用いることにより、濃度の影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス識別装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの詳細な回路図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの平面図、背面図及びＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、エタノールを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエンを１００ｐｐｍ、プロパンを１０００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、水素、プロパンを、各々１０００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサ出力を示すグラフである。
【図１０】図１に示すガス識別装置を構成するコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】ガスセンサの出力の積分値の概要を示す説明図である。
【図１２】本発明のガス識別装置の基本構成図である。
【図１３】本発明のガス識別装置の他の基本構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス識別装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの詳細な回路図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すＲｕ触媒ガスセンサ、Ｐｄ触媒ガスセンサ、Ｐｔ触媒ガスセンサの平面図、背面図及びＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００１８】
同図に示すように、ガス識別装置は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１と、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２と、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３と、コントローラ２０と、駆動電源３０と、ガス検知出力部４０とを備えている。このガス識別装置は、一例として、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレン（ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン）の各可燃性ガスを識別する。
【００１９】
上記ガスセンサ１１、１２、１３はそれぞれ、図２に示すように、可燃性ガスと接触燃焼する接触燃焼式のガス検知素子（センサ素子）８及び比較素子９を有している。ガス検知素子８は、図３に示すように、白金から成るＰｔヒータ１０ｓと、このＰｔヒータ１０ｓ上に設けられた、可燃ガスの接触燃焼を促進する触媒層１１ｓ（触媒）とで構成されている。比較素子９は、Ｐｔヒータ１０ｒと、このＰｔヒータ１０ｒ上に設けられたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層１１ｒとで構成されている。
【００２０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各ガスセンサ１１、１２、１３は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ２膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ２膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、ガス検知素子８としてＰｔヒータ１０ｓ及び触媒層１１ｓ、比較素子９としてＰｔヒータ１０ｒ及びＡｌ２Ｏ３層１１ｒが形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、Ｓｉウエハ４１を異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。
【００２１】
上記ガス検知素子８のＰｔヒータ１０ｓと、比較素子９のＰｔヒータ１０ｒとは、可燃性ガスのない空気中では等しい抵抗値になるように設けられている。また、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は上記触媒層１１ｓとしてルテニウム（以下Ｒｕ）を用い、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は上記触媒層１１ｓとしてパラジウム（以下Ｐｄ）を用い、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は上記触媒層１１ｓとして白金（以下Ｐｔ）を用いている。これにより、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔを各々触媒とした複数のガスセンサ１１、１２、１３を用いてガスの識別を行うことができる。触媒層１１ｓとしてルテニウムを用いたガス検知素子８が、請求項中の第１センサ素子に相当し、触媒層１１ｓとして白金を用いたガス検知素子８が、請求項中の第２センサ素子に相当する。また、触媒層１１ｓとしてパラジウムを用いたガス検知素子８が、請求項中のＰｄセンサ素子に相当し、触媒層１１ｓとして白金を用いたガス検知素子８が、請求項中のＰｔセンサ素子に相当する。
【００２２】
上述したガス検知素子８及び比較素子９は、図２に示すように、抵抗１２、１３と共にブリッジ回路１４を構成している。このブリッジ回路１４の端子ａと端子ｂとの間には、ヒータ駆動回路２１Ａからパルス状のセンサ駆動電圧が供給される。
【００２３】
以上の構成によれば、ブリッジ回路１４は可燃性ガスのない空気中では平衡状態となり、ｃ、ｄ間に電位差が生じない。これに対して、可燃性ガスを含む空気中では可燃性ガスとの燃焼熱によりガス検知素子８のＰｔヒータ１０ｓの抵抗値が増加するため不平衡状態となり、ｃ、ｄ間に電位差が生じる。この電位差は可燃性ガスの濃度に比例した値である。そして、ブリッジ回路１４の端子ｃ、端子ｄ間に接続されたセンサ出力検出器１６が、上記電位差を増幅してセンサ出力Ｖ１として出力する。
【００２４】
また、ブリッジ回路１４に供給されるセンサ駆動電圧は、所定の周期で低電圧、高電圧を繰り返し出力する信号であり、高電圧時間が４００ｍｓで低電圧時間が１０秒である。これら時間は一例であり、適宜調整可能である。このセンサ駆動電圧の高電圧時間中にガス検知素子８及び比較素子９が高温に制御されガス検知素子８が可燃ガスと接触燃焼する。一方、低電圧時間中にガス検知素子８及び比較素子９が低温に制御されガス検知素子８は可燃ガスと接触燃焼しない。このヒータ駆動回路２１Ａは、請求項中の通電制御手段に相当する。
【００２５】
また、上述したコントローラ２０は、周知のマイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成されており、ヒータ駆動回路２１Ａと、補正部２１Ｂと、センサ出力取得部２１Ｃと、ガス種分別部２１Ｄと、メモリ２１Ｅと、を備えている。ヒータ駆動回路２１Ａは、上述したように駆動電源３０の供給電圧からパルス状のセンサ駆動電圧を作ってブリッジ回路１４に供給する回路である。本実施形態においてヒータ駆動回路２１Ａは、センサ駆動電圧の高電圧時に各ガスセンサ１１、１２、１３が４５０℃になり、低電圧時に各ガスセンサ１１、１２、１３が２００℃となるようなセンサ駆動電圧を供給する。この温度は一例で適宜調整可能である。
【００２６】
補正部２１Ｂは、ガスセンサ１１、１２、１３の出力の温度補正などを行うものである。センサ出力取得部２１Ｃは、補正部２１Ｂによって補正されたガスセンサ１１、１２、１３の出力を取得してガス種分別部２１Ｄに供給するものである。ガス種分別部２１Ｄは、上記ガスセンサ１１、１２、１３の出力に基づいてガスの識別を行うものである。ガス種分別部２１Ｄによる識別結果は、ガス検知出力部４０によって外部の装置などに送られる。また、メモリ２１Ｅには、後述する各種閾値などが格納されている。
【００２７】
ところで、エタノールなどの吸着性の高い可燃性ガスは、センサ駆動電圧が低電圧のときに触媒層１１ｓ表面に吸着した分が、センサ駆動電圧が高電圧になったとき瞬間的に燃焼（この現象を吸着燃焼という）して、ピーク状の出力となる。一方、吸着性の低い水素等の一般的な可燃ガスは、触媒層１１ｓ表面への吸着量が少ないので、センサ駆動電圧が高電圧になったときに雰囲気中の可燃性ガスが燃焼（即ち、接触燃焼）して、その出力が小さく定常的な出力となる。
【００２８】
従って、このピークの有無により吸着性の高いガスと吸着性の低いガスとの識別を行うことができる。また、吸着性の高いガスは、触媒を変えることによりガスセンサ１１、１２、１３の出力のピーク値が変化する。これに対して吸着性の低いガスは、触媒を変えることによりガスセンサ１１、１２、１３の出力の定常値が変化する。本実施形態は、上記ピーク値を第１燃焼値、上記定常値を第２燃焼値として取得し、各ガスセンサの第１燃焼値、第２燃焼値の違いを利用して、ガス種や異性体の同定と定量を行う。また、上記吸着燃焼中の出力を時系列的に取得し、該出力の積分値に基づいて吸着性の高いガス種の識別を行う。
【００２９】
次に、本願発明者らは、各可燃性ガスと、ガスセンサ１１、１２、１３の出力との関係を調べた。結果を図４〜図８に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、ｐ−キシレンを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエン、エタノールを、各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力をそれぞれ示すグラフである。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、トルエンを１００ｐｐｍ、プロパンを１０００ｐｐｍ、供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、水素、プロパンを、各々１０００ｐｐｍに供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンを各々１００ｐｐｍ供給したときの各ガスセンサ１１、１２、１３の出力を示すグラフである。なお、図４〜図７の（Ｂ）、（Ｃ）については、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３に、高電圧時に４００℃となるようなセンサ駆動電圧が供給されたときの出力のグラフを示しているが、これらグラフについて、高電圧時に４５０℃となるようなセンサ駆動電圧が供給されたときのものと同様の傾向にあることが、本発明者による試験、調査等により分かっている。
【００３０】
図４に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、キシレンに対する出力が小さく、特にｏ−キシレンに対する出力が小さく、どの異性体にもピーク状の出力は現れないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、ピーク状の出力は現れるが、異性体による差はないことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、ピーク状の出力が現れ、そのピーク値が異性体によって異なることが分かった。このことから、キシレンの異性体、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別できることが分かる。
【００３１】
また、図５に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエンとｐ−キシレンとでは出力に差がないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、ピーク状の出力が現れ、ピーク値はｐ−キシレンの方が大きく、定常値は逆にトルエンの方が大きいことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、ピーク値、定常値ともトルエンの方が大きいことが分かった。このことから、ｐ−キシレンとトルエンとを識別することができることが分かる。
【００３２】
また、図６に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエンではピークが無いのに対してエタノールではピークが現れることが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、トルエン、エタノールともピーク状の出力が現れたが、ピーク値と定常値との比がトルエンの方が大きいと分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、トルエン、エタノールともピーク状の出力が現れたが、ピーク値と定常値との比がエタノールの方が大きかった。
【００３３】
また、図７に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエン、プロパンともにピーク状の出力が現れないことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、トルエンでピーク状の出力が現れたのに対してプロパンではピーク状の出力が現れないことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２と同様の傾向であるが、プロパンではＰｄ触媒ガスセンサ１２の出力に比べて著しく小さな値となることが分かった。このことから、トルエンとプロパンを識別することができる。
【００３４】
また、図８に示すように、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、水素、プロパン共にほぼ同じ定常出力を示すことが分かった。Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は、水素、プロパン共にほぼ同じ定常出力を示すことが分かった。Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素での出力に比べてプロパンでの定常出力が著しく小さな値となることが分かった。このことから、水素とプロパンとを識別することができる。
【００３５】
また、図９に示すように、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、エタノール、トルエン、ｏ−キシレンの全てでピーク状の出力が現れるが、エタノールのピーク値が最も小さいことが分かった（図９（Ｃ））。一方で、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１は、トルエン及びｏ−キシレンに対しては、Ｐｔ触媒ガスセンサよりも小さいピーク値となるが、エタノールに対してはＰｔ触媒ガスセンサ１３よりも大きいピーク値となることが分かった（図９（Ａ））。なお、図からも明らかなように、ピーク値が大きくなるとピーク出力の面積（後述）も大きくなり、ピーク値が小さくなるとピーク出力の面積も小さくなる。このことから、エタノールと、トルエン及びキシレンと、を識別することができることが分かる。
【００３６】
上述したガス種による各ガスセンサ１１、１２、１３の出力の違いを利用してコントローラ２０が行うガス種識別動作について図１０のフローチャートを参照して以下説明する。まず、電源投入に応じてコントローラ２０内のヒータ駆動回路２１Ａが、センサ駆動電圧をブリッジ回路１４に供給する。
【００３７】
次に、上記コントローラ２０内のセンサ出力取得部２１Ｃは、センサ駆動電圧が高電圧の期間の各ガスセンサ１１、１２、１３の出力Ｒｕ−Ｏ、Ｐｄ−Ｏ、Ｐｔ−Ｏを所定の間隔（例えば、１ｍｓ）で時系列的に取得する（ステップＳ０）。そして、これら時系列的に取得した出力Ｒｕ−Ｏ、Ｐｄ−Ｏ、Ｐｔ−Ｏから、センサ駆動電圧が低電圧から高電圧になった直後に各ガスセンサ１１、１２、１３の出力に現れるピーク値（即ち低電圧から高電圧になってから一定時間（例えば５０ｍｓ）経過する間のセンサ出力Ｖ１のピーク値）を第１燃焼値Ｒｕ−Ａ、Ｐｄ−Ａ、Ｐｔ−Ａとして取得し（ステップＳ１）、また、センサ駆動電圧が高電圧から低電圧になる直前のピーク終了後の定常値を第２燃焼値Ｒｕ−Ｃ、Ｐｄ−Ｃ、Ｐｔ−Ｃとして取得する（ステップＳ２）。以上のステップＳ０、Ｓ２から明らかなようにセンサ出力取得部２１Ｃが請求項中の第１時系列出力取得手段、第２時系列出力取得手段、第１出力取得手段、及び、第２出力取得手段に相当する。
【００３８】
次に、コントローラ２０内のガス種分別部２１Ｄは、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第１燃焼値Ｐｄ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｄ−Ｃの第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）を演算する（ステップＳ３）。そして、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ３で演算した第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が吸着判定値である「２」よりも小さければ（ステップＳ４でＹ）、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力にピークがないと判定し吸着性の低い水素かプロパンであると判定する（ステップＳ５）。なお、上述した吸着判定値は、予め計測したキシレン、トルエン、エタノール、プロパン、水素を供給したときの各Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力から定めた値である。また、上記「２」は吸着判定値の一例であり、吸着性の高いガスか低いガスかを判定できれば別の値でもよい。
【００３９】
次に、ガス種分別部２１Ｄは、出力比算出手段として働き、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第２燃焼値Ｐｄ−Ｃ及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の第２燃焼値Ｐｔ−Ｃの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）を演算する（ステップＳ６）。このように比を演算することによりガス濃度による変動を受けにくくすることができ、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）はガス濃度に依存して変動しにくい値となる。そして、図８に示すように、水素であれば第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が小さく、プロパンであれば第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が大きい。
【００４０】
以上のことに着目し、ガス種分別部２１Ｄは、非吸着性ガス識別手段として働き、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）と水素判定値Ｘ３とを比較する。なお、上述した水素判定値Ｘ３は、予め測定した水素、プロパンを供給したときのＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の第２燃焼値Ｐｄ−Ｃ、Ｐｔ−Ｃから定めた値であり、メモリ２１Ｅに予め記憶されている。このことから明らかなように、水素判定値Ｘ３は請求項中の出力比判定情報に相当し、メモリ２１Ｅは請求項中の出力比判定情報記憶手段に相当する。
【００４１】
そして、ガス種分別部２１Ｄは、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が水素判定値Ｘ３より小さければ（ステップＳ７でＹ）、水素と判定して（ステップＳ８）、ガス濃度を演算した後（ステップＳ９）、ステップＳ０に戻る。これに対して、ガス種分別部２１Ｄは、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）が水素判定値Ｘ３以上であれば（ステップＳ７でＮ）、プロパンと判定して（ステップＳ１０）、上記ステップＳ９に進む。これにより、吸着性の低いガス同士のうち水素とプロパンとを識別することができる。
【００４２】
一方、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ３で演算した第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）が吸着判定値である「２」以上であれば（ステップＳ４でＮ）、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の出力にピークが現れていると判定し吸着性の高いエタノールかトルエンかキシレンであると判定する（ステップＳ１１）。
【００４３】
次に、ガス種分別部２１Ｄは、第１積分値算出手段及び第２積分値算出手段として働き、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１において時系列的に取得した出力Ｒｕ−Ｏのうち、時刻５０ｍｓ〜４００ｍｓの間で第２燃焼値Ｒｕ−Ｃを超えるものに対して上記所定の間隔をそれぞれに掛け合わせて積分値（Ｒｕピーク積分値）を演算し、また、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３において時系列的に取得したＰｔ−Ｏのうち、時刻５０ｍｓ〜４００ｍｓの間で第２燃焼値Ｐｔ−Ｃを超えるものに対して上記所定の間隔をそれぞれに掛け合わせて積分値（Ｐｔピーク積分値）を演算する（ステップＳ１２）。これら演算によって算出される積分値のイメージを図１１に示し、図中、グラフの網掛け部分の面積（即ち、ピーク出力の面積）が積分値によって示される。なお、積分値を算出する上記時刻範囲は一例であり、本発明の目的に反しない限り、上記時刻範囲は任意である。そして、ガス種分別部２１Ｄは、積分値比算出手段として働き、Ｒｕピーク積分値とＰｔピーク積分値との比（積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）という）を演算する（ステップＳ１２１）。そして、エタノールであれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１におけるピーク出力の面積が、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３におけるピーク出力の面積より大きいので、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）が大きく、一方で、トルエン、キシレンであれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１におけるピーク出力の面積が、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３におけるピーク出力の面積より小さいので、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）が小さい。
【００４４】
以上のことに着目し、ガス種分別部２１Ｄは、吸着性ガス識別手段として働き、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）とエタノール判定値Ｘ５とを比較する。なお、上述したエタノール判定値Ｘ５は、予め測定したエタノール、トルエン、キシレンを供給したときのＲｕ触媒ガスセンサ１１及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれの出力の積分値の比から定めた値であり、メモリ２１Ｅに予め記憶されている。このことから明らかなように、エタノール判定値Ｘ５は、請求項中の積分値比判定情報に相当し、メモリ２１Ｅは、請求項中の積分値比判定情報記憶手段に相当する。また、Ｒｕ触媒が、請求項中の第１の触媒に相当し、Ｐｔ触媒が、請求項中の第２の触媒に相当し、触媒層としてＲｕを用いたガス検知素子８が、請求項中の第１センサ素子に相当し、触媒層としてＰｔを用いたガス検知素子８が、請求項中の第２センサ素子に相当し、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１が、請求項中の第１ガスセンサに相当し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３が、請求項中の第２ガスセンサに相当する。
【００４５】
そして、ガス種分別部２１Ｄは、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）がエタノール判定値Ｘ５以上であれば（ステップＳ１３でＹ）、エタノールと判定して（ステップＳ１４）、ガス濃度を演算した後（ステップＳ９）、ステップＳ０に戻る。これに対して、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）がエタノール判定値Ｘ５より小さければ（ステップＳ１３でＮ）、トルエンかキシレンであると判定する（ステップＳ１５）。これにより、吸着性の高いガス同士のうちエタノールと、トルエン又はキシレンとを識別することができる。つまり、エタノール判定値Ｘ５を用いて、積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）からエタノール（アルコール類ガス）とトルエン及びキシレン（芳香族化合物ガス）とを識別する。
【００４６】
その後、ガス種分別部２１Ｄは、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２の第１燃焼値Ｐｄ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｄ−Ｃの第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３の第１燃焼値Ｐｔ−Ａ及び第２燃焼値Ｐｔ−Ｃの第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とを演算する（ステップ１６）。図５に示すように、トルエンであれば第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とがほぼ等しくなるのに対して、キシレンは第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とが等しくならない。
【００４７】
以上のことに着目して、ガス種分別部２１Ｄは、第１比（Ｐｄ−Ａ／Ｐｄ−Ｃ）と第１（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）とがほぼ等しければ（ステップＳ１７でＹ）、トルエンと判定した後（ステップＳ１８）、ステップＳ９に進む。一方、等しくなければ（ステップＳ１７でＮ）、キシレンと判定する（ステップＳ１９）。これにより、吸着性の高いガス同士のうちトルエンとキシレンとを識別することができる。
【００４８】
また、図４（Ｃ）に示すように、ｏ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が最も大きくなり、ｍ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が２番目に大きくなり、ｐ−キシレンであれば第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が最も小さくなる。
【００４９】
以上のことに着目して、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第２閾値である「５」以上であれば（ステップＳ２０でＹ）、ｏ−キシレンと判定した後（ステップＳ２１）、ステップＳ９に進む。また、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第２閾値である「５」未満であり第３閾値である「４」以上であれば（ステップＳ２２でＹ）、ｍ−キシレンであると判定した後（ステップＳ２３）、ステップＳ９に進む。
【００５０】
また、ガス種分別部２１Ｄは、ステップＳ１６で求めた第１比（Ｐｔ−Ａ／Ｐｔ−Ｃ）が第３閾値である「４」未満であれば（ステップＳ２２でＮ）、ｐ−キシレンであると判定した後（ステップＳ２４）、ステップＳ９に進む。これにより、キシレンのうちｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別することができる。なお、上述した第２閾値及び第３閾値は、予め測定したｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを供給したときのＰｔ触媒ガスセンサ１３の出力から定めた値である。また、上記「５」は第２閾値の一例であり、「４」は第３閾値の一例であり、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンを識別できる値であれば別の値でもよい。
【００５１】
このようにして、上述したガス識別装置によって、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレン（ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン）を識別できる。本実施形態において、エタノール（アルコール類ガス）、トルエン、キシレン（芳香族化合物ガス）が、請求項１中の可燃性ガスに相当し、水素、プロパン（アルカン類ガス）が、請求項２中の可燃性ガスに相当する。
【００５２】
以上より、本発明によれば、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＲｕセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスが燃焼しているときの各ガスセンサ１１、１３における出力の積分値を求めて、これら積分値の比に基づいて可燃性ガスの識別を行っているので、可燃性ガスはその燃焼特性と吸着特性に応じてピーク出力の大きさ及び幅が決まり、上記出力の積分値を用いることで触媒に吸着したガスの特徴を的確に捉えることができ、また、各ガスセンサ１１、１３における出力の積分値の比をとることにより、濃度による出力の変動を各ガスセンサ１１、１３間で相殺して、濃度の影響を回避できる。そのため、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。また、各ガスセンサ１１、１３において吸着燃焼時の出力を時系列的に取得するので、正確なピーク出力（位置）を求める必要がなく、そのため、簡易な処理で可燃性ガスの識別ができる。
【００５３】
また、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３のそれぞれが備えるＰｄセンサ素子及びＰｔセンサ素子の低温時にそれぞれの触媒に吸着した可燃性ガスの燃焼が終了した後の各ガスセンサ１２、１３の出力、即ち、定常出力を取得して、これら出力の比（即ち、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ））に基づいて可燃性ガスの識別を行うので、Ｐｄ触媒ガスセンサ１２は水素及びプロパンに対してほぼ同じ出力をするのに対し、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３は、水素に対する出力に比べ、プロパンに対する出力が極端に小さく、そのため、水素を供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とプロパンを供給したときの第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）との差が大きく、識別に用いる水素判定値Ｘ３の取りうる値幅を大きくすることができる。したがって、ガス識別装置で算出された上記出力の比に対する水素判定値Ｘ３のマージンを大きくすることができ、識別の信頼性を向上させることができる。また、１つの水素判定値Ｘ３を用いて識別を行うため、簡素な処理で可燃性ガスの識別ができる。また、可燃性ガスの濃度に応じてＰｄ触媒ガスセンサ１２及びＰｔ触媒ガスセンサ１３の定常出力が同様に変化するので、各ガスセンサの出力の比を用いることにより、濃度の影響を小さくすることができる。
【００５４】
上述した実施形態では、触媒としてＲｕ、Ｐｄ、Ｐｔを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。各種ガスが識別できれば別の触媒であってもよい。また、上述した実施形態では、水素、プロパン、エタノール、トルエン、キシレンを識別するものであったが、これに限ったものではなく、プロパンに代えてこれと同様の性質を有するブタンなどのアルカン類ガス、エタノールに代えてこれと同様の性質を有するメタノールなどのアルコール類ガス、トルエン又はキシレンに代えてこれらと同様の性質を有するエチルベンゼン、スチレンなどの芳香族化合物ガス、などの識別することができる。この場合、識別するガスについて事前に測定を行って適宜閾値を再設定するなどの調整が必要である。
【００５５】
次に、本発明者らは、図８のグラフから、従来のガス識別装置において可燃性ガスを水素とプロパンとに識別するときに用いる第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）及び第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）と、本発明のガス識別装置において可燃性ガスを水素とプロパンとに識別するときに用いる第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）とを算出した。これら値を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）は、従来のガス識別装置における水素判定値Ｘ１の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は１．６４となり、また、第２比（Ｐｔ−Ｃ／Ｒｕ−Ｃ）は、従来のガス識別装置における水素判定値Ｘ２の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は５．０４となる。一方、第２比（Ｐｄ−Ｃ／Ｐｔ−Ｃ）は、本発明のガス識別装置における水素判定値Ｘ３の取りうる値の範囲を示しており、その値幅は１１．３７となり、上述した従来の水素判定値Ｘ１、Ｘ２の２倍以上の値幅となる。そのため、本発明において、水素判定値Ｘ３に、ガス識別装置における測定値に対して十分大きなマージンを設けることができ、測定の信頼性を向上させることができることが、このことからも分かる。
【００５８】
また、本発明者らは、図９のグラフから、従来のガス識別装置において可燃性ガスをエタノールとトルエン及びキシレンとに識別するときに用いる第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）と、本発明のガス識別装置において可燃性ガスをエタノールとトルエン及びキシレンとに識別するときに用いる積分値比（Ｒｕピーク積分値／Ｐｔピーク積分値）と、を算出した。これら値を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
第１比（Ｒｕ−Ａ／Ｒｕ−Ｃ）は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１のピーク出力を定常出力で割った値であり、上述したように可燃性ガスの濃度によってピーク出力が変動するので、これら値に基づいて識別を行うには、識別対象となるガスの濃度を限定する必要がある。一方、図９のグラフから、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１はＰｔ触媒ガスセンサ１３に比べて、エタノールを吸着する能力が高いと考えられ、そのため、Ｐｔ触媒ガスセンサ１３における出力の積分値（Ｐｔピーク積分値）は、Ｒｕ触媒ガスセンサ１１における出力の積分値（Ｒｕピーク積分値）を超えることはない。また、各ガスセンサ１１、１３の出力は、濃度の変化に応じて同様に変化するので、積分値の比を用いることで、濃度の変化に伴う出力の変化が各ガスセンサ１１、１３の間で相殺されて、濃度の影響を回避することができる。よって、濃度範囲を限定することなく正確に可燃性ガスの識別ができる。
【００６１】
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】
【００６２】
８ ガス検知素子（第１センサ素子、第２センサ素子、Ｐｄセンサ素子、Ｐｔセンサ素子）
１１ Ｒｕ触媒ガスセンサ（第１ガスセンサ）
１２ Ｐｄ触媒ガスセンサ
１３ Ｐｔ触媒ガスセンサ（第２ガスセンサ）
２０ コントローラ
２１Ａ ヒータ駆動回路（通電制御手段）
２１Ｃ センサ出力取得部（第１時系列出力取得手段、第２時系列出力取得手段、第１出力取得手段、第２出力取得手段）
２１Ｄ ガス種分別部（第１積分値算出手段、第２積分値算出手段、積分値比算出手段、吸着性ガス識別手段、出力比算出手段、非吸着性ガス識別手段）
２１Ｅ メモリ（積分値比判定情報記憶手段、出力比判定情報記憶手段）
Ｘ３ 水素判定値（出力比判定情報）
Ｘ５ エタノール判定値（積分値比判定情報）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを識別するガス識別装置において、
前記可燃性ガスを吸着する第１の触媒を備えた接触燃焼式の第１センサ素子が設けられた第１ガスセンサと、
前記可燃性ガスを吸着する、前記第１の触媒とは異なる、第２の触媒を備えた接触燃焼式の第２センサ素子が設けられた第２ガスセンサと、
前記第１センサ素子及び前記第２センサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記第１ガスセンサ及び前記第２ガスセンサのそれぞれに通電する通電制御手段と、
前記第１センサ素子の前記低温時に前記第１の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第１ガスセンサの出力を時系列的に取得する第１時系列出力取得手段と、
前記第２センサ素子の前記低温時に前記第２の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第２ガスセンサの出力を時系列的に取得する第２時系列出力取得手段と、
前記第１時系列出力取得手段によって時系列的に取得された前記出力から、前記第１ガスセンサの前記出力の積分値を算出する第１積分値算出手段と、
前記第２時系列出力取得手段によって時系列的に取得された前記出力から、前記第２ガスセンサの前記出力の積分値を算出する第２積分値算出手段と、
前記第１積分値算出手段によって算出された前記積分値と前記第２積分値算出手段によって算出された前記積分値との比を算出する積分値比算出手段と、
前記積分値比算出手段によって算出された前記積分値の比から、前記可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報を記憶する積分値比判定情報記憶手段と、
前記積分値比算出手段によって算出された前記積分値の比を、前記積分値比判定情報記憶手段に記憶された前記積分値比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを識別する吸着性ガス識別手段と、
を有していることを特徴とするガス識別装置。
【請求項２】
可燃性ガスを水素とアルカン類ガスとに識別するガス識別装置において、
パラジウム触媒を備えた接触燃焼式のＰｄセンサ素子が設けられたＰｄ触媒ガスセンサと、
白金触媒を備えた接触燃焼式のＰｔセンサ素子が設けられたＰｔ触媒ガスセンサと、
前記Ｐｄセンサ素子及び前記Ｐｔセンサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記Ｐｄ触媒ガスセンサ及び前記Ｐｔ触媒ガスセンサのそれぞれに通電する通電制御手段と、
前記Ｐｄセンサ素子の前記低温時に前記パラジウム触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｄ触媒ガスセンサの出力を取得する第１出力取得手段と、
前記Ｐｔセンサ素子の前記低温時に前記白金触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｔ触媒ガスセンサの出力を取得する第２出力取得手段と、
前記第１出力取得手段によって取得された前記出力と前記第２出力取得手段によって取得された前記出力との比を算出する出力比算出手段と、
前記出力比算出手段によって算出された前記出力の比から、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別するための出力比判定情報を記憶する出力比判定情報記憶手段と、
前記出力比算出手段によって算出された前記出力の比を、前記出力比判定情報記憶手段に記憶された前記出力比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別する非吸着性ガス識別手段と、
を有していることを特徴とするガス識別装置。
【請求項１】
可燃性ガスを識別するガス識別装置において、
前記可燃性ガスを吸着する第１の触媒を備えた接触燃焼式の第１センサ素子が設けられた第１ガスセンサと、
前記可燃性ガスを吸着する、前記第１の触媒とは異なる、第２の触媒を備えた接触燃焼式の第２センサ素子が設けられた第２ガスセンサと、
前記第１センサ素子及び前記第２センサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記第１ガスセンサ及び前記第２ガスセンサのそれぞれに通電する通電制御手段と、
前記第１センサ素子の前記低温時に前記第１の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第１ガスセンサの出力を時系列的に取得する第１時系列出力取得手段と、
前記第２センサ素子の前記低温時に前記第２の触媒に吸着した前記可燃性ガスが、燃焼しているときの前記第２ガスセンサの出力を時系列的に取得する第２時系列出力取得手段と、
前記第１時系列出力取得手段によって時系列的に取得された前記出力から、前記第１ガスセンサの前記出力の積分値を算出する第１積分値算出手段と、
前記第２時系列出力取得手段によって時系列的に取得された前記出力から、前記第２ガスセンサの前記出力の積分値を算出する第２積分値算出手段と、
前記第１積分値算出手段によって算出された前記積分値と前記第２積分値算出手段によって算出された前記積分値との比を算出する積分値比算出手段と、
前記積分値比算出手段によって算出された前記積分値の比から、前記可燃性ガスを識別するための積分値比判定情報を記憶する積分値比判定情報記憶手段と、
前記積分値比算出手段によって算出された前記積分値の比を、前記積分値比判定情報記憶手段に記憶された前記積分値比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを識別する吸着性ガス識別手段と、
を有していることを特徴とするガス識別装置。
【請求項２】
可燃性ガスを水素とアルカン類ガスとに識別するガス識別装置において、
パラジウム触媒を備えた接触燃焼式のＰｄセンサ素子が設けられたＰｄ触媒ガスセンサと、
白金触媒を備えた接触燃焼式のＰｔセンサ素子が設けられたＰｔ触媒ガスセンサと、
前記Ｐｄセンサ素子及び前記Ｐｔセンサ素子のそれぞれの温度が、前記可燃性ガスと接触燃焼しない低温及び前記可燃性ガスと接触燃焼する高温に順次切り替わるように、前記Ｐｄ触媒ガスセンサ及び前記Ｐｔ触媒ガスセンサのそれぞれに通電する通電制御手段と、
前記Ｐｄセンサ素子の前記低温時に前記パラジウム触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｄ触媒ガスセンサの出力を取得する第１出力取得手段と、
前記Ｐｔセンサ素子の前記低温時に前記白金触媒に吸着した前記可燃性ガスの燃焼が、終了した後の前記Ｐｔ触媒ガスセンサの出力を取得する第２出力取得手段と、
前記第１出力取得手段によって取得された前記出力と前記第２出力取得手段によって取得された前記出力との比を算出する出力比算出手段と、
前記出力比算出手段によって算出された前記出力の比から、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別するための出力比判定情報を記憶する出力比判定情報記憶手段と、
前記出力比算出手段によって算出された前記出力の比を、前記出力比判定情報記憶手段に記憶された前記出力比判定情報と比較することによって、前記可燃性ガスを前記水素と前記アルカン類ガスとに識別する非吸着性ガス識別手段と、
を有していることを特徴とするガス識別装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１６４４６０（Ｐ２０１０−１６４４６０Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７５５５（Ｐ２００９−７５５５）
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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