ガス警報器
【課題】演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障を検出することができるガス警報器を提供する。
【解決手段】ＯＰアンプ３は、ブリッジ回路２の中点電位Ｖ１、Ｖ２の差分をセンサ出力ＶｓとしてμＣＯＭ４に入力する。μＣＯＭ４は、センサ出力Ｖｓに基づいてガス漏洩を検出する。また、帰還抵抗Ｒｆの両端がμＣＯＭ４に接続されている。μＣＯＭ４は、ＯＰアンプ３の両端電圧を帰還抵抗Ｒｆに流れる演算電流Ｉとして検出し、検出したＯＰアンプ３の両端電圧が閾値以下のときにオープン故障を検出する。
【解決手段】ＯＰアンプ３は、ブリッジ回路２の中点電位Ｖ１、Ｖ２の差分をセンサ出力ＶｓとしてμＣＯＭ４に入力する。μＣＯＭ４は、センサ出力Ｖｓに基づいてガス漏洩を検出する。また、帰還抵抗Ｒｆの両端がμＣＯＭ４に接続されている。μＣＯＭ４は、ＯＰアンプ３の両端電圧を帰還抵抗Ｒｆに流れる演算電流Ｉとして検出し、検出したＯＰアンプ３の両端電圧が閾値以下のときにオープン故障を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス警報器に係り、特に、ブリッジ回路を備えたガス警報器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述したガス警報器として、例えば図８に示されたものが知られている。上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２と、演算増幅器としてのＯＰアンプ３と、このＯＰアンプ３の入力抵抗Ｒｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆと、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）４と、を備えている。上記ブリッジ回路２は、検知対象ガスと燃焼するセンサ素子Ｒｓと、検知対象ガスと燃焼しない比較素子Ｒｒと、第1固定抵抗としての固定抵抗Ｒ１と、第２固定抵抗としての固定抵抗Ｒ２と、がブリッジ接続されて構成されている。
【０００３】
センサ素子Ｒｓは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布した検知対象ガスであるメタンガスとの接触燃焼を捕捉するパラジウム触媒が担持された担体としてのγアルミナと、で構成されている。比較素子Ｒｒは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布したメタンガスに対して不感となる材料であるγアルミナと、で構成されている。これらセンサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒは、互いに同じ抵抗値になるように設けられている。
【０００４】
上記ＯＰアンプ３の−入力には、上記センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１が入力抵抗Ｒｉｎを介して入力され、ＯＰアンプ３の＋入力には、上記固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２が入力されている。また、ＯＰアンプ３の−入力と出力とは帰還抵抗Ｒｆを介して接続されている。ＯＰアンプ３は、入力されたセンサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒの中点電位Ｖ１と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２の中点電位Ｖ２と、の差である中点電位差を増幅してセンサ出力Ｖｓとして出力して、抵抗Ｒ５を介してＣＰＵ４ａに供給している。
【０００５】
以上の構成によれば、メタンガスを含む空気中では可燃ガスとの燃焼熱によりセンサ素子Ｒｓの温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子Ｒｓの抵抗値が増加する。一方、比較素子Ｒｒはメタンガスと接触燃焼しないため、センサ素子Ｒｓの温度より低くなる。このため、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１は、可燃ガスの濃度が高くなるに従って低くなる。一方、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２は可燃ガスの濃度に関係なく一定となるため、中点電位Ｖ１と中点電位Ｖ２との差であるセンサ出力Ｖｓは、雰囲気温度によりセンサ素子Ｒｓの抵抗値の変動分を相殺したメタンガスの濃度に応じた値となる。
【０００６】
上記ＣＰＵ４ａは、上記センサ出力Ｖｓが警報判定点以上の状態が例えば２５秒継続したとき、または、上記センサ出力Ｖｓが判定点（＞警報判定点）以上の状態が例えば５秒継続したときにガス漏れを警報する。
【０００７】
なお、上記警報判定点、判定点及び故障判定点は、出荷前の濃度調整工程において設定される。即ち、上記警報判定点は、図２に示すように、このエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓよりも第１所定値Ｔ１だけ高い値に設定される。また、上記判定点は、このエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓよりも第２所定値Ｔ２（＞Ｔ１）だけ高い値に設定される。
【０００８】
ところで、上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２を構成するセンサ素子Ｒｓ、比較素子Ｒｒ、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２のばらつきや、駆動電圧Ｅ０のばらつきなどに起因して、製品毎にエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓがばらついてしまう。このため、出荷前にエアベースのセンサ出力Ｖｓを求めて、エアベースのセンサ出力Ｖｓが許容ばらつき範囲外のものは規格外として出荷しないようにしている。
【０００９】
上記ガス警報器１においては、図２に示すように、エアベースにおけるセンサ出力ＶｓがＯＰアンプ３の最大出力５Ｖの半分よりも少し下の２．１４５Ｖとなるようにブリッジ回路２を設計して、許容ばらつき範囲の下限値と、上限品に設定された判定点と、をＯＰアンプ３の出力範囲内（０Ｖ〜５Ｖ）に収めていた。
【００１０】
しかしながら、上述した従来のガス警報器１では、図８中バツ印で示す入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障やＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生すると、これを検出することができない、という問題があった。
【００１１】
即ち、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障（即ちＯＰアンプ３の−入力とブリッジ回路２との間のオープン故障）が発生すると、ＯＰアンプ３の出力は中点電位Ｖ２に固定され、ＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生すると、μＣＯＭ４に入力される電圧は中点電位Ｖ１に固定される。この中点電位Ｖ１は、センサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒが等しい値に設定されているため、２．１Ｖの駆動電圧Ｅ０の１／２である１．０５Ｖとなる。中点電位Ｖ２は、例えば固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωに設定すると、１．０９３Ｖとなる。
【００１２】
入力抵抗ＲｉｎやＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生するとμＣＯＭ４に入力された電圧は、上記中点電位Ｖ１もしくは中点電位Ｖ２に固定され、ガス雰囲気中でも上昇することはなく、上記警報判定点を越えることがないため、非常に危険な状況に陥る可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障を検出することができるガス警報器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、検知対象ガスと燃焼するセンサ素子、前記検知対象ガスと燃焼しない比較素子、第１固定抵抗及び第２固定抵抗がブリッジ接続されて構成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の２つの中点電位が入力された演算増幅器と、前記演算増幅器の入力と前記演算増幅器の出力との間に接続された帰還抵抗と、前記演算増幅器の出力に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、を備えたガス警報器において、前記帰還抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する故障検出手段と、をさらに備えたことを特徴とするガス警報器に存する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、前記マイクロコンピュータが、前記電流検出手段として機能し、前記帰還抵抗の片側の電圧と他端側の電圧との差分を前記帰還抵抗に流れる電流として演算すると共に、前記故障検出手段として機能し、前記演算された帰還抵抗に流れる電流に基づいて故障を検出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が入力され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、前記マイクロコンピュータが、前記故障検出手段として機能し、前記差動増幅回路からの出力に基づいて故障を検出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が接続され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、前記故障検出手段が、前記差動増幅回路の出力と閾電圧とが入力され、これら入力された前記差動増幅回路の出力と前記閾電圧との比較結果を出力するコンパレータ回路から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障が発生すると演算増幅器の帰還抵抗に流れる電流がほぼ０になることに着目し、電流検出手段が、演算増幅器の帰還抵抗に流れる電流を検出し、故障検出手段が、電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する。従って、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障を検出することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、ガス漏れ検出手段を構成するマイクロコンピュータを流用して、電流検出手段及び故障検出手段として機能させることにより、帰還抵抗の両端をマイクロコンピュータに接続するだけでよく、部品点数の削減を図ることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、ガス漏れ検出手段を構成するマイクロコンピュータを流用して、故障検出手段として機能させることにより、部品点数を削減できる。しかも、電流検出手段を差動増幅回路で構成し、その出力をマイクロコンピュータに入力することにより、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ入力端子を１つ増やすだけで、故障検出を行うことができる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、電流検出手段を差動増幅回路から構成し、故障検出手段をコンパレータ回路から構成することにより、簡単な構成で故障検出を行うことができ、Ａ／Ｄ入力端子を持たない安価なマイクロコンピュータを選定し、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態における本発明のガス警報器を示す回路図である。
【図２】本発明におけるガス警報器の判定点、警報判定点及びエアベースにおけるセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図３】正常時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図４】入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図５】帰還抵抗Ｒｆのオープン故障時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図６】第２実施形態における本発明のガス警報器の要部を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における本発明のガス警報器の要部を示す回路図である。
【図８】従来のガス警報器の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１実施形態
以下、第１実施形態における本発明のガス警報器を図１及び図２に基づいて説明する。上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２と、演算増幅器としてのＯＰアンプ３と、このＯＰアンプ３の入力抵抗Ｒｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆと、μＣＯＭ４と、を備えている。上記ブリッジ回路２は、検知対象ガスと接触燃焼するセンサ素子Ｒｓと、検知対象ガスと接触燃焼しない比較素子Ｒｒと、第１固定抵抗としての固定抵抗Ｒ１と、第２固定抵抗としての固定抵抗Ｒ２と、がブリッジ接続されて構成されている。
【００２４】
センサ素子Ｒｓは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布され、パラジウム触媒が担持された担体としてのγアルミナと、で構成されている。上記パラジウム触媒は、検知対象ガスであるメタンガスとの接触燃焼を促進する触媒である。比較素子Ｒｒは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布され、メタンガスに対して不感となる材料であるγアルミナと、で構成されている。
【００２５】
これらセンサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒは、互いに直列接続され、同じ抵抗値になるように設けられている。上記固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２は、互いに直列接続され、上記センサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒに対して並列に接続されている。そして、上記センサ素子Ｒｓ及び固定抵抗Ｒ１間の接続点と、比較素子Ｒｒ及び固定抵抗Ｒ２間の接続点と、の間に２．１Ｖの駆動電圧Ｅ０が供給されている。
【００２６】
上記ＯＰアンプ３は、５Ｖの電源電圧の供給を受けて動作し、その−入力には上記センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１が入力抵抗Ｒｉｎを介して入力され、その＋入力には固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２が入力されている。このＯＰアンプ３には、その−入力と出力との間に帰還抵抗Ｒｆが接続されている。
【００２７】
ＯＰアンプ３は、上記中点電位Ｖ１と中点電位Ｖ２との差である中点電位差を増幅してガス濃度に応じたセンサ出力Ｖｓとして出力する。このＯＰアンプ３からのセンサ出力Ｖｓは、抵抗Ｒ５を介してμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ１に供給される。また、上記帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1がμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２に接続され、他端側の電圧ＶRf2がμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ３に接続されている。
【００２８】
上記μＣＯＭ４は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）４ａと、ＣＰＵ４ａが行う処理プログラムなどが格納されたＲＯＭ４ｂと、ＣＰＵ４ａでの各種の処理過程で使用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなど有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４ｃと、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ１〜ＡＤ３に入力されたアナログの電圧をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器４ｄと、が内蔵されていて、これらがバスラインによって接続されている。
【００２９】
まず、上記ＣＰＵ４ａは、電源オンに応じて、ガス漏れ検出手段として機能し、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ１に入力されたセンサ出力Ｖｓを上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってデジタル値に変換し、その変換されたセンサ出力Ｖｓが警報判定点以上の状態が例えば２５秒継続したとき、または、センサ出力Ｖｓが判定点（＞警報判定点）以上の状態が例えば５秒継続したときにガス漏れを検出し、図示しないブザーを鳴動させて警報発生する警報発生処理を行う（図２参照）。
【００３０】
ＣＰＵ４ａは、上記警報発生処理に続いて、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障及びＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障を検出するオープン故障検出処理を行う。このオープン故障検出処理の原理についてまず説明する。正常時には、帰還抵抗ＲｆにはＯＰアンプ３の出力から−入力に向かって演算電流Ｉが流れる。これに対して、上記オープン故障が発生すると、演算電流Ｉが遮断され０となる。
【００３１】
そこで、オープン故障検出処理においてＣＰＵ４ａは、まず電流検出手段として機能し、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ２、ＡＤ３に入力された帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2を上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってそれぞれデジタル値に変換し、その変換された電圧ＶRf1及びＶRf2の差分、即ち、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を演算電流Ｉとして求める。次に、ＣＰＵ４ａは、故障検出手段として機能し、求めた帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値以下のときにオープン故障を検出し、例えば図示しないＬＥＤを点滅させてその旨を報知する。
【００３２】
次に、上記閾値の設定について考えて見る。今、帰還抵抗Ｒｆ＝２７０ｋΩ、入力抵抗Ｒｉｎ＝１１ｋΩ、固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωとしたときの帰還抵抗Ｒｆに流れる演算電流Ｉについて考えて見る。このときエアベースにおいては、中点電位Ｖ１＝１．０５Ｖ（＝２．１Ｖ／２）、中点電位Ｖ２＝１．０９３Ｖ｛＝２．１Ｖ×５１０Ω／（４７０Ω＋５１０Ω）｝となり、これらは正常時でもオープン故障時でも変わらない。
【００３３】
また、正常時は、ＯＰアンプ３のセンサ出力Ｖｓは下記の式（１）で求められる。
Ｖｓ＝｛Ｖ２＋Ｒｆ／Ｒｉｎ（Ｖ２−Ｖ１）｝
＝｛１．０９３Ｖ＋２７０ｋΩ／１１ｋΩ（１．０９３Ｖ−１．０５Ｖ）
＝２．１４５Ｖ …（１）
【００３４】
よって、正常時は、図３に示すように、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1は、センサ出力Ｖｓ＝２．１４５Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの他端側の電圧ＶRf2は、中点電位Ｖ２と等しくなるため、電圧帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は１．０５２Ｖ（＝２．１４５Ｖ−１．０９３Ｖ）となり、演算電流Ｉ＝３．９０μＡ（＝１．０５２Ｖ／２７０ｋΩ）となる。
【００３５】
これに対して、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障が発生したときは、図４に示すように、演算電流Ｉが遮断され０となるため、帰還抵抗Ｒｆの電圧ＶRf1及びＶRf2は、中点電位Ｖ２＝１．０９３Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０となる。
【００３６】
また、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障が発生したときは、図５に示すように、演算電流Ｉが遮断され０となるため、帰還抵抗Ｒｆの電圧ＶRf1及びＶRf2は、中点電位Ｖ１＝１．０５Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０となる。
【００３７】
即ち、正常時は、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が１．０５２Ｖ、オープン故障時は、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が０Ｖとなるため、閾値としてはこの間の０．２Ｖに設定されている。そして、ＣＰＵ４ａは、求めた帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値＝０．２Ｖ以下のときにオープン故障を検出する。
【００３８】
上述したガス警報器１によれば、入力抵抗Ｒｉｎ（ＯＰアンプ３の−入力とブリッジ回路２との間）のオープン故障と、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障が発生するとＯＰアンプ３の帰還抵抗Ｒｆに流れる電流がほぼ０になることに着目し、ＣＰＵ４ａが、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を演算電流Ｉとして検出し、検出された帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値以下のときに故障を検出する。従って、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障と、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障を検出することができる。
【００３９】
また、上述したガス警報器１によれば、ガス漏れ検出手段として機能するμＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａを流用して、電流検出手段及び故障検出手段として機能させることにより、帰還抵抗Ｒｆの両端をμＣＯＭ４に接続するだけでよく、部品点数の削減を図ることができる。
【００４０】
第２実施形態
次に、第２実施形態における本発明のガス警報器を図６を参照して以下説明する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、電流検出手段の構成である。第１実施形態では、帰還抵抗Ｒｆの両端をμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２、ＡＤ３にそれぞれ接続して、ＣＰＵ４ａの演算処理によって演算電流Ｉを求めていたが、第２実施形態では、帰還抵抗Ｒｆの両端とμＣＯＭ４との接続をやめて、差動増幅回路７を用いて演算電流Ｉを検出している。
【００４１】
即ち、第２実施形態では、図６に示すように、ガス警報器１は、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2が＋入力にそれぞれ入力されたＯＰアンプ５、６と、ＯＰアンプ５、６の出力がそれぞれ入力された差動増幅回路７と、をさらに備えている。
【００４２】
ＯＰアンプ５、６は、−入力と出力とを接続したボルテージホロワを構成し、＋入力に供給された電圧ＶRf1、ＶRf2をそれぞれ出力する。上記差動増幅回路７は、ＯＰアンプ７ａと、抵抗Ｒ７１〜Ｒ７４と、を備えている。上記ＯＰアンプ７ａは、その−入力が抵抗Ｒ７１を介してＯＰアンプ６の出力に接続されると共に抵抗Ｒ７２を介してＯＰアンプ７ａの出力に接続されている。また、ＯＰアンプ７ａは、その＋入力が抵抗Ｒ７３を介してＯＰアンプ５の出力に接続されると共に抵抗Ｒ７４を介してグランドに接続されている。
【００４３】
上述した差動増幅回路７は、ＯＰアンプ７ａの出力から電圧ＶRf1、ＶRf2の差分、即ち、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を増幅して出力する。そのＯＰアンプ７ａの出力は、μＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２に接続されている。本実施形態では、正常時にはＯＰアンプ７ａの出力が５Ｖ（＝ＯＰアンプ７ａの電源電圧）、オープン故障時には約０Ｖとなるように差動増幅回路７の増幅率（即ち抵抗Ｒ７１〜Ｒ７４の値）が決められている。
【００４４】
詳しく説明すると、図３〜図５について上述した第１実施形態で説明したように、例えば、帰還抵抗Ｒｆ＝２７０ｋΩ、入力抵抗Ｒｉｎ＝１１ｋΩ、固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωとした場合、正常時には帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は１．０５２Ｖ、オープン故障時には帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０Ｖとなる。この正常時の帰還抵抗Ｒｆの両端電圧に差動増幅回路７の増幅率を掛けた値が、ＯＰアンプ７ａの電源電圧を越えるように差動増幅回路７の増幅率を定めている。例えば、差動増幅回路７の増幅率を１０倍（即ち、１０×Ｒ７１＝１０×Ｒ７３＝Ｒ７２＝Ｒ７４）に設定している。このように設定すると、ＯＰアンプ７ａの出力は、正常時には飽和して５Ｖ（＝ＯＰアンプ７ａの電源電圧）となり、オープン故障時には約０Ｖとなる。
【００４５】
μＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａは、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ２に入力されたＯＰアンプ５の出力を上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってそれぞれデジタル値に変換し、その変換されたＯＰアンプ５の出力が閾値以下のときにオープン故障を検出し、例えば図示しないＬＥＤを点滅させてその旨を報知する。
【００４６】
上述したガス警報器１によれば、ガス漏れ検出手段として機能するμＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａを流用して、故障検出手段として機能させることにより、部品点数を削減できる。しかも、電流検出手段を差動増幅回路７で構成し、その出力をμＣＯＭ４に入力することにより、μＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２を１つ増やすだけで、オープン故障検出機能を追加できる。
【００４７】
第３実施形態
次に、第３実施形態における本発明のガス警報器を図７を参照して以下説明する。なお、同図において、上述した図６について第２実施形態で説明した部分と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第２実施形態と第３実施形態とで大きく異なる点は、故障検出手段の構成である。第２実施形態では、ＯＰアンプ７ａの出力をμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２にそれぞれ接続して、ＣＰＵ４ａの演算処理によってオープン故障を検出していたが、第３実施形態では、ＯＰアンプ７ａの出力とμＣＯＭ４との接続をやめて、コンパレータ回路８を用いてオープン故障の検出を行っている。
【００４８】
即ち、第３実施形態では、図７に示すように、ガス警報器１は、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2が＋入力にそれぞれ入力されたＯＰアンプ５、６と、ＯＰアンプ５、６の出力がそれぞれ入力された差動増幅回路７と、コンパレータ回路８と、をさらに備えている。ＯＰアンプ５、６及び差動増幅回路７については、上述した第２実施形態と同等であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４９】
このコンパレータ回路８は、ＯＰアンプ８ａと、抵抗Ｒ８１、Ｒ８２と、を備えている。上記ＯＰアンプ８ａは、その−入力にＯＰアンプ７ａの出力が供給され、その＋入力に電源電圧５Ｖを抵抗Ｒ８１及びＲ８２で分圧して得た閾電圧Ｖｒｅｆが供給されている。コンパレータ回路８は、ＯＰアンプ７ａの出力が閾電圧Ｖｒｅｆ以上のときはＬｏレベル（０Ｖ）、閾電圧Ｖｒｅｆよりも低いときはＨｉレベル（５Ｖ）を出力する。本実施形態では、閾電圧Ｖｒｅｆ＝０．４５Ｖに設定している（Ｒ８１＝１０×Ｒ８２）。
【００５０】
以上の構成によれば、正常時は、ＯＰアンプ７ａの出力は５Ｖとなり、閾電圧Ｖｒｅｆ以上となるため、コンパレータ回路８のＯＰアンプ８ａからはＬｏレベルが出力される。一方、オープン故障時は、ＯＰアンプ７ａの出力は０Ｖとなり、閾電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなるため、コンパレータ回路８のＯＰアンプ８ａからはＨｉレベルが出力される。
【００５１】
このコンパレータ回路８の出力を例えばμＣＯＭ４に接続して、μＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａは、コンパレータ回路８の出力がＨｉレベルのときにＬＥＤなどを点滅させてその旨を報知させてもよい。また、コンパレータ回路８の出力を直接ＬＥＤに供給してＬＥＤを点灯させてその旨を報知させてもよい。
【００５２】
上述したガス警報器１によれば、電流検出手段を差動増幅回路７から構成し、故障検出手段をコンパレータ回路８から構成することにより、簡単な構成で電流検出、故障検出を行うことができ、Ａ／Ｄ入力端子を持たない安価なマイクロコンピュータを選定し、コストダウンを図ることができる。
【００５３】
なお、上述した帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉｎ、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２の値は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５４】
また、上述した実施形態では、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの接続点を中点電圧Ｖ１とし、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との接続点を中点電圧Ｖ２としていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの接続点と、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点と、の間に駆動電圧Ｅ０を印加し、センサ素子Ｒｓと固定抵抗Ｒ１との接続点を中点電位Ｖ１とし、比較素子Ｒｒと固定抵抗Ｒ２との接続点を中点電位Ｖ２としてもよい。
【００５５】
また、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】
【００５６】
１ ガス警報器
２ ブリッジ回路
３ ＯＰアンプ（演算増幅器）
４ μＣＯＭ（ガス漏れ検出手段、電流検出手段、故障検出手段）
７ 差動増幅回路
８ コンパレータ回路
Ｒ１ 固定抵抗
Ｒ２ 固定抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗
Ｒｓ センサ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス警報器に係り、特に、ブリッジ回路を備えたガス警報器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述したガス警報器として、例えば図８に示されたものが知られている。上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２と、演算増幅器としてのＯＰアンプ３と、このＯＰアンプ３の入力抵抗Ｒｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆと、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）４と、を備えている。上記ブリッジ回路２は、検知対象ガスと燃焼するセンサ素子Ｒｓと、検知対象ガスと燃焼しない比較素子Ｒｒと、第1固定抵抗としての固定抵抗Ｒ１と、第２固定抵抗としての固定抵抗Ｒ２と、がブリッジ接続されて構成されている。
【０００３】
センサ素子Ｒｓは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布した検知対象ガスであるメタンガスとの接触燃焼を捕捉するパラジウム触媒が担持された担体としてのγアルミナと、で構成されている。比較素子Ｒｒは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布したメタンガスに対して不感となる材料であるγアルミナと、で構成されている。これらセンサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒは、互いに同じ抵抗値になるように設けられている。
【０００４】
上記ＯＰアンプ３の−入力には、上記センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１が入力抵抗Ｒｉｎを介して入力され、ＯＰアンプ３の＋入力には、上記固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２が入力されている。また、ＯＰアンプ３の−入力と出力とは帰還抵抗Ｒｆを介して接続されている。ＯＰアンプ３は、入力されたセンサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒの中点電位Ｖ１と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２の中点電位Ｖ２と、の差である中点電位差を増幅してセンサ出力Ｖｓとして出力して、抵抗Ｒ５を介してＣＰＵ４ａに供給している。
【０００５】
以上の構成によれば、メタンガスを含む空気中では可燃ガスとの燃焼熱によりセンサ素子Ｒｓの温度が上昇し、これに伴ってセンサ素子Ｒｓの抵抗値が増加する。一方、比較素子Ｒｒはメタンガスと接触燃焼しないため、センサ素子Ｒｓの温度より低くなる。このため、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１は、可燃ガスの濃度が高くなるに従って低くなる。一方、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２は可燃ガスの濃度に関係なく一定となるため、中点電位Ｖ１と中点電位Ｖ２との差であるセンサ出力Ｖｓは、雰囲気温度によりセンサ素子Ｒｓの抵抗値の変動分を相殺したメタンガスの濃度に応じた値となる。
【０００６】
上記ＣＰＵ４ａは、上記センサ出力Ｖｓが警報判定点以上の状態が例えば２５秒継続したとき、または、上記センサ出力Ｖｓが判定点（＞警報判定点）以上の状態が例えば５秒継続したときにガス漏れを警報する。
【０００７】
なお、上記警報判定点、判定点及び故障判定点は、出荷前の濃度調整工程において設定される。即ち、上記警報判定点は、図２に示すように、このエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓよりも第１所定値Ｔ１だけ高い値に設定される。また、上記判定点は、このエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓよりも第２所定値Ｔ２（＞Ｔ１）だけ高い値に設定される。
【０００８】
ところで、上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２を構成するセンサ素子Ｒｓ、比較素子Ｒｒ、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２のばらつきや、駆動電圧Ｅ０のばらつきなどに起因して、製品毎にエアベースにおけるセンサ出力Ｖｓがばらついてしまう。このため、出荷前にエアベースのセンサ出力Ｖｓを求めて、エアベースのセンサ出力Ｖｓが許容ばらつき範囲外のものは規格外として出荷しないようにしている。
【０００９】
上記ガス警報器１においては、図２に示すように、エアベースにおけるセンサ出力ＶｓがＯＰアンプ３の最大出力５Ｖの半分よりも少し下の２．１４５Ｖとなるようにブリッジ回路２を設計して、許容ばらつき範囲の下限値と、上限品に設定された判定点と、をＯＰアンプ３の出力範囲内（０Ｖ〜５Ｖ）に収めていた。
【００１０】
しかしながら、上述した従来のガス警報器１では、図８中バツ印で示す入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障やＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生すると、これを検出することができない、という問題があった。
【００１１】
即ち、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障（即ちＯＰアンプ３の−入力とブリッジ回路２との間のオープン故障）が発生すると、ＯＰアンプ３の出力は中点電位Ｖ２に固定され、ＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生すると、μＣＯＭ４に入力される電圧は中点電位Ｖ１に固定される。この中点電位Ｖ１は、センサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒが等しい値に設定されているため、２．１Ｖの駆動電圧Ｅ０の１／２である１．０５Ｖとなる。中点電位Ｖ２は、例えば固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωに設定すると、１．０９３Ｖとなる。
【００１２】
入力抵抗ＲｉｎやＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障が発生するとμＣＯＭ４に入力された電圧は、上記中点電位Ｖ１もしくは中点電位Ｖ２に固定され、ガス雰囲気中でも上昇することはなく、上記警報判定点を越えることがないため、非常に危険な状況に陥る可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障を検出することができるガス警報器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、検知対象ガスと燃焼するセンサ素子、前記検知対象ガスと燃焼しない比較素子、第１固定抵抗及び第２固定抵抗がブリッジ接続されて構成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の２つの中点電位が入力された演算増幅器と、前記演算増幅器の入力と前記演算増幅器の出力との間に接続された帰還抵抗と、前記演算増幅器の出力に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、を備えたガス警報器において、前記帰還抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する故障検出手段と、をさらに備えたことを特徴とするガス警報器に存する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、前記マイクロコンピュータが、前記電流検出手段として機能し、前記帰還抵抗の片側の電圧と他端側の電圧との差分を前記帰還抵抗に流れる電流として演算すると共に、前記故障検出手段として機能し、前記演算された帰還抵抗に流れる電流に基づいて故障を検出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が入力され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、前記マイクロコンピュータが、前記故障検出手段として機能し、前記差動増幅回路からの出力に基づいて故障を検出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が接続され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、前記故障検出手段が、前記差動増幅回路の出力と閾電圧とが入力され、これら入力された前記差動増幅回路の出力と前記閾電圧との比較結果を出力するコンパレータ回路から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス警報器に存する。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障が発生すると演算増幅器の帰還抵抗に流れる電流がほぼ０になることに着目し、電流検出手段が、演算増幅器の帰還抵抗に流れる電流を検出し、故障検出手段が、電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する。従って、演算増幅器の−入力とブリッジ回路との間のオープン故障と、演算増幅器の出力のオープン故障を検出することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、ガス漏れ検出手段を構成するマイクロコンピュータを流用して、電流検出手段及び故障検出手段として機能させることにより、帰還抵抗の両端をマイクロコンピュータに接続するだけでよく、部品点数の削減を図ることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、ガス漏れ検出手段を構成するマイクロコンピュータを流用して、故障検出手段として機能させることにより、部品点数を削減できる。しかも、電流検出手段を差動増幅回路で構成し、その出力をマイクロコンピュータに入力することにより、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ入力端子を１つ増やすだけで、故障検出を行うことができる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、電流検出手段を差動増幅回路から構成し、故障検出手段をコンパレータ回路から構成することにより、簡単な構成で故障検出を行うことができ、Ａ／Ｄ入力端子を持たない安価なマイクロコンピュータを選定し、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態における本発明のガス警報器を示す回路図である。
【図２】本発明におけるガス警報器の判定点、警報判定点及びエアベースにおけるセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図３】正常時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図４】入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図５】帰還抵抗Ｒｆのオープン故障時における中点電位Ｖ１、Ｖ２、演算電流Ｉ、センサ出力Ｖｓ及び帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を示す説明図である。
【図６】第２実施形態における本発明のガス警報器の要部を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における本発明のガス警報器の要部を示す回路図である。
【図８】従来のガス警報器の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１実施形態
以下、第１実施形態における本発明のガス警報器を図１及び図２に基づいて説明する。上記ガス警報器１は、ブリッジ回路２と、演算増幅器としてのＯＰアンプ３と、このＯＰアンプ３の入力抵抗Ｒｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆと、μＣＯＭ４と、を備えている。上記ブリッジ回路２は、検知対象ガスと接触燃焼するセンサ素子Ｒｓと、検知対象ガスと接触燃焼しない比較素子Ｒｒと、第１固定抵抗としての固定抵抗Ｒ１と、第２固定抵抗としての固定抵抗Ｒ２と、がブリッジ接続されて構成されている。
【００２４】
センサ素子Ｒｓは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布され、パラジウム触媒が担持された担体としてのγアルミナと、で構成されている。上記パラジウム触媒は、検知対象ガスであるメタンガスとの接触燃焼を促進する触媒である。比較素子Ｒｒは、測温抵抗である白金コイルと、この白金コイルに塗布され、メタンガスに対して不感となる材料であるγアルミナと、で構成されている。
【００２５】
これらセンサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒは、互いに直列接続され、同じ抵抗値になるように設けられている。上記固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２は、互いに直列接続され、上記センサ素子Ｒｓ及び比較素子Ｒｒに対して並列に接続されている。そして、上記センサ素子Ｒｓ及び固定抵抗Ｒ１間の接続点と、比較素子Ｒｒ及び固定抵抗Ｒ２間の接続点と、の間に２．１Ｖの駆動電圧Ｅ０が供給されている。
【００２６】
上記ＯＰアンプ３は、５Ｖの電源電圧の供給を受けて動作し、その−入力には上記センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの中点電位Ｖ１が入力抵抗Ｒｉｎを介して入力され、その＋入力には固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点電位Ｖ２が入力されている。このＯＰアンプ３には、その−入力と出力との間に帰還抵抗Ｒｆが接続されている。
【００２７】
ＯＰアンプ３は、上記中点電位Ｖ１と中点電位Ｖ２との差である中点電位差を増幅してガス濃度に応じたセンサ出力Ｖｓとして出力する。このＯＰアンプ３からのセンサ出力Ｖｓは、抵抗Ｒ５を介してμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ１に供給される。また、上記帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1がμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２に接続され、他端側の電圧ＶRf2がμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ３に接続されている。
【００２８】
上記μＣＯＭ４は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）４ａと、ＣＰＵ４ａが行う処理プログラムなどが格納されたＲＯＭ４ｂと、ＣＰＵ４ａでの各種の処理過程で使用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなど有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４ｃと、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ１〜ＡＤ３に入力されたアナログの電圧をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器４ｄと、が内蔵されていて、これらがバスラインによって接続されている。
【００２９】
まず、上記ＣＰＵ４ａは、電源オンに応じて、ガス漏れ検出手段として機能し、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ１に入力されたセンサ出力Ｖｓを上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってデジタル値に変換し、その変換されたセンサ出力Ｖｓが警報判定点以上の状態が例えば２５秒継続したとき、または、センサ出力Ｖｓが判定点（＞警報判定点）以上の状態が例えば５秒継続したときにガス漏れを検出し、図示しないブザーを鳴動させて警報発生する警報発生処理を行う（図２参照）。
【００３０】
ＣＰＵ４ａは、上記警報発生処理に続いて、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障及びＯＰアンプ３の出力ピンのオープン故障を検出するオープン故障検出処理を行う。このオープン故障検出処理の原理についてまず説明する。正常時には、帰還抵抗ＲｆにはＯＰアンプ３の出力から−入力に向かって演算電流Ｉが流れる。これに対して、上記オープン故障が発生すると、演算電流Ｉが遮断され０となる。
【００３１】
そこで、オープン故障検出処理においてＣＰＵ４ａは、まず電流検出手段として機能し、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ２、ＡＤ３に入力された帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2を上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってそれぞれデジタル値に変換し、その変換された電圧ＶRf1及びＶRf2の差分、即ち、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を演算電流Ｉとして求める。次に、ＣＰＵ４ａは、故障検出手段として機能し、求めた帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値以下のときにオープン故障を検出し、例えば図示しないＬＥＤを点滅させてその旨を報知する。
【００３２】
次に、上記閾値の設定について考えて見る。今、帰還抵抗Ｒｆ＝２７０ｋΩ、入力抵抗Ｒｉｎ＝１１ｋΩ、固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωとしたときの帰還抵抗Ｒｆに流れる演算電流Ｉについて考えて見る。このときエアベースにおいては、中点電位Ｖ１＝１．０５Ｖ（＝２．１Ｖ／２）、中点電位Ｖ２＝１．０９３Ｖ｛＝２．１Ｖ×５１０Ω／（４７０Ω＋５１０Ω）｝となり、これらは正常時でもオープン故障時でも変わらない。
【００３３】
また、正常時は、ＯＰアンプ３のセンサ出力Ｖｓは下記の式（１）で求められる。
Ｖｓ＝｛Ｖ２＋Ｒｆ／Ｒｉｎ（Ｖ２−Ｖ１）｝
＝｛１．０９３Ｖ＋２７０ｋΩ／１１ｋΩ（１．０９３Ｖ−１．０５Ｖ）
＝２．１４５Ｖ …（１）
【００３４】
よって、正常時は、図３に示すように、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1は、センサ出力Ｖｓ＝２．１４５Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの他端側の電圧ＶRf2は、中点電位Ｖ２と等しくなるため、電圧帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は１．０５２Ｖ（＝２．１４５Ｖ−１．０９３Ｖ）となり、演算電流Ｉ＝３．９０μＡ（＝１．０５２Ｖ／２７０ｋΩ）となる。
【００３５】
これに対して、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障が発生したときは、図４に示すように、演算電流Ｉが遮断され０となるため、帰還抵抗Ｒｆの電圧ＶRf1及びＶRf2は、中点電位Ｖ２＝１．０９３Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０となる。
【００３６】
また、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障が発生したときは、図５に示すように、演算電流Ｉが遮断され０となるため、帰還抵抗Ｒｆの電圧ＶRf1及びＶRf2は、中点電位Ｖ１＝１．０５Ｖと等しくなり、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０となる。
【００３７】
即ち、正常時は、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が１．０５２Ｖ、オープン故障時は、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が０Ｖとなるため、閾値としてはこの間の０．２Ｖに設定されている。そして、ＣＰＵ４ａは、求めた帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値＝０．２Ｖ以下のときにオープン故障を検出する。
【００３８】
上述したガス警報器１によれば、入力抵抗Ｒｉｎ（ＯＰアンプ３の−入力とブリッジ回路２との間）のオープン故障と、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障が発生するとＯＰアンプ３の帰還抵抗Ｒｆに流れる電流がほぼ０になることに着目し、ＣＰＵ４ａが、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を演算電流Ｉとして検出し、検出された帰還抵抗Ｒｆの両端電圧が閾値以下のときに故障を検出する。従って、入力抵抗Ｒｉｎのオープン故障と、ＯＰアンプ３の出力のオープン故障を検出することができる。
【００３９】
また、上述したガス警報器１によれば、ガス漏れ検出手段として機能するμＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａを流用して、電流検出手段及び故障検出手段として機能させることにより、帰還抵抗Ｒｆの両端をμＣＯＭ４に接続するだけでよく、部品点数の削減を図ることができる。
【００４０】
第２実施形態
次に、第２実施形態における本発明のガス警報器を図６を参照して以下説明する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、電流検出手段の構成である。第１実施形態では、帰還抵抗Ｒｆの両端をμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２、ＡＤ３にそれぞれ接続して、ＣＰＵ４ａの演算処理によって演算電流Ｉを求めていたが、第２実施形態では、帰還抵抗Ｒｆの両端とμＣＯＭ４との接続をやめて、差動増幅回路７を用いて演算電流Ｉを検出している。
【００４１】
即ち、第２実施形態では、図６に示すように、ガス警報器１は、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2が＋入力にそれぞれ入力されたＯＰアンプ５、６と、ＯＰアンプ５、６の出力がそれぞれ入力された差動増幅回路７と、をさらに備えている。
【００４２】
ＯＰアンプ５、６は、−入力と出力とを接続したボルテージホロワを構成し、＋入力に供給された電圧ＶRf1、ＶRf2をそれぞれ出力する。上記差動増幅回路７は、ＯＰアンプ７ａと、抵抗Ｒ７１〜Ｒ７４と、を備えている。上記ＯＰアンプ７ａは、その−入力が抵抗Ｒ７１を介してＯＰアンプ６の出力に接続されると共に抵抗Ｒ７２を介してＯＰアンプ７ａの出力に接続されている。また、ＯＰアンプ７ａは、その＋入力が抵抗Ｒ７３を介してＯＰアンプ５の出力に接続されると共に抵抗Ｒ７４を介してグランドに接続されている。
【００４３】
上述した差動増幅回路７は、ＯＰアンプ７ａの出力から電圧ＶRf1、ＶRf2の差分、即ち、帰還抵抗Ｒｆの両端電圧を増幅して出力する。そのＯＰアンプ７ａの出力は、μＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２に接続されている。本実施形態では、正常時にはＯＰアンプ７ａの出力が５Ｖ（＝ＯＰアンプ７ａの電源電圧）、オープン故障時には約０Ｖとなるように差動増幅回路７の増幅率（即ち抵抗Ｒ７１〜Ｒ７４の値）が決められている。
【００４４】
詳しく説明すると、図３〜図５について上述した第１実施形態で説明したように、例えば、帰還抵抗Ｒｆ＝２７０ｋΩ、入力抵抗Ｒｉｎ＝１１ｋΩ、固定抵抗Ｒ１＝４７０Ω、固定抵抗Ｒ２＝５１０Ωとした場合、正常時には帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は１．０５２Ｖ、オープン故障時には帰還抵抗Ｒｆの両端電圧は０Ｖとなる。この正常時の帰還抵抗Ｒｆの両端電圧に差動増幅回路７の増幅率を掛けた値が、ＯＰアンプ７ａの電源電圧を越えるように差動増幅回路７の増幅率を定めている。例えば、差動増幅回路７の増幅率を１０倍（即ち、１０×Ｒ７１＝１０×Ｒ７３＝Ｒ７２＝Ｒ７４）に設定している。このように設定すると、ＯＰアンプ７ａの出力は、正常時には飽和して５Ｖ（＝ＯＰアンプ７ａの電源電圧）となり、オープン故障時には約０Ｖとなる。
【００４５】
μＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａは、Ａ／Ｄ入力端子ＡＤ２に入力されたＯＰアンプ５の出力を上記Ａ／Ｄ変換器４ｄによってそれぞれデジタル値に変換し、その変換されたＯＰアンプ５の出力が閾値以下のときにオープン故障を検出し、例えば図示しないＬＥＤを点滅させてその旨を報知する。
【００４６】
上述したガス警報器１によれば、ガス漏れ検出手段として機能するμＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａを流用して、故障検出手段として機能させることにより、部品点数を削減できる。しかも、電流検出手段を差動増幅回路７で構成し、その出力をμＣＯＭ４に入力することにより、μＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２を１つ増やすだけで、オープン故障検出機能を追加できる。
【００４７】
第３実施形態
次に、第３実施形態における本発明のガス警報器を図７を参照して以下説明する。なお、同図において、上述した図６について第２実施形態で説明した部分と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第２実施形態と第３実施形態とで大きく異なる点は、故障検出手段の構成である。第２実施形態では、ＯＰアンプ７ａの出力をμＣＯＭ４のＡ／Ｄ入力端子ＡＤ２にそれぞれ接続して、ＣＰＵ４ａの演算処理によってオープン故障を検出していたが、第３実施形態では、ＯＰアンプ７ａの出力とμＣＯＭ４との接続をやめて、コンパレータ回路８を用いてオープン故障の検出を行っている。
【００４８】
即ち、第３実施形態では、図７に示すように、ガス警報器１は、帰還抵抗Ｒｆの片側の電圧ＶRf1及び他端側の電圧ＶRf2が＋入力にそれぞれ入力されたＯＰアンプ５、６と、ＯＰアンプ５、６の出力がそれぞれ入力された差動増幅回路７と、コンパレータ回路８と、をさらに備えている。ＯＰアンプ５、６及び差動増幅回路７については、上述した第２実施形態と同等であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４９】
このコンパレータ回路８は、ＯＰアンプ８ａと、抵抗Ｒ８１、Ｒ８２と、を備えている。上記ＯＰアンプ８ａは、その−入力にＯＰアンプ７ａの出力が供給され、その＋入力に電源電圧５Ｖを抵抗Ｒ８１及びＲ８２で分圧して得た閾電圧Ｖｒｅｆが供給されている。コンパレータ回路８は、ＯＰアンプ７ａの出力が閾電圧Ｖｒｅｆ以上のときはＬｏレベル（０Ｖ）、閾電圧Ｖｒｅｆよりも低いときはＨｉレベル（５Ｖ）を出力する。本実施形態では、閾電圧Ｖｒｅｆ＝０．４５Ｖに設定している（Ｒ８１＝１０×Ｒ８２）。
【００５０】
以上の構成によれば、正常時は、ＯＰアンプ７ａの出力は５Ｖとなり、閾電圧Ｖｒｅｆ以上となるため、コンパレータ回路８のＯＰアンプ８ａからはＬｏレベルが出力される。一方、オープン故障時は、ＯＰアンプ７ａの出力は０Ｖとなり、閾電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなるため、コンパレータ回路８のＯＰアンプ８ａからはＨｉレベルが出力される。
【００５１】
このコンパレータ回路８の出力を例えばμＣＯＭ４に接続して、μＣＯＭ４内のＣＰＵ４ａは、コンパレータ回路８の出力がＨｉレベルのときにＬＥＤなどを点滅させてその旨を報知させてもよい。また、コンパレータ回路８の出力を直接ＬＥＤに供給してＬＥＤを点灯させてその旨を報知させてもよい。
【００５２】
上述したガス警報器１によれば、電流検出手段を差動増幅回路７から構成し、故障検出手段をコンパレータ回路８から構成することにより、簡単な構成で電流検出、故障検出を行うことができ、Ａ／Ｄ入力端子を持たない安価なマイクロコンピュータを選定し、コストダウンを図ることができる。
【００５３】
なお、上述した帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉｎ、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２の値は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５４】
また、上述した実施形態では、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの接続点を中点電圧Ｖ１とし、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との接続点を中点電圧Ｖ２としていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、センサ素子Ｒｓと比較素子Ｒｒとの接続点と、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点と、の間に駆動電圧Ｅ０を印加し、センサ素子Ｒｓと固定抵抗Ｒ１との接続点を中点電位Ｖ１とし、比較素子Ｒｒと固定抵抗Ｒ２との接続点を中点電位Ｖ２としてもよい。
【００５５】
また、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】
【００５６】
１ ガス警報器
２ ブリッジ回路
３ ＯＰアンプ（演算増幅器）
４ μＣＯＭ（ガス漏れ検出手段、電流検出手段、故障検出手段）
７ 差動増幅回路
８ コンパレータ回路
Ｒ１ 固定抵抗
Ｒ２ 固定抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗
Ｒｓ センサ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象ガスと燃焼するセンサ素子、前記検知対象ガスと燃焼しない比較素子、第１固定抵抗及び第２固定抵抗がブリッジ接続されて構成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の２つの中点電位が入力された演算増幅器と、前記演算増幅器の入力と前記演算増幅器の出力との間に接続された帰還抵抗と、前記演算増幅器の出力に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、を備えたガス警報器において、
前記帰還抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する故障検出手段と、
をさらに備えたことを特徴とするガス警報器。
【請求項２】
前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、
前記マイクロコンピュータが、前記電流検出手段として機能し、前記帰還抵抗の片側の電圧と他端側の電圧との差分を前記帰還抵抗に流れる電流として演算すると共に、前記故障検出手段として機能し、前記演算された帰還抵抗に流れる電流に基づいて故障を検出する演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【請求項３】
前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、
前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が入力され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、
前記マイクロコンピュータが、前記故障検出手段として機能し、前記差動増幅回路からの出力に基づいて故障を検出する演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【請求項４】
前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が接続され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、
前記故障検出手段が、前記差動増幅回路の出力と閾電圧とが入力され、これら入力された前記差動増幅回路の出力と前記閾電圧との比較結果を出力するコンパレータ回路から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【請求項１】
検知対象ガスと燃焼するセンサ素子、前記検知対象ガスと燃焼しない比較素子、第１固定抵抗及び第２固定抵抗がブリッジ接続されて構成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の２つの中点電位が入力された演算増幅器と、前記演算増幅器の入力と前記演算増幅器の出力との間に接続された帰還抵抗と、前記演算増幅器の出力に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、を備えたガス警報器において、
前記帰還抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて故障を検出する故障検出手段と、
をさらに備えたことを特徴とするガス警報器。
【請求項２】
前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、
前記マイクロコンピュータが、前記電流検出手段として機能し、前記帰還抵抗の片側の電圧と他端側の電圧との差分を前記帰還抵抗に流れる電流として演算すると共に、前記故障検出手段として機能し、前記演算された帰還抵抗に流れる電流に基づいて故障を検出する演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【請求項３】
前記ガス漏れ検出手段が、マイクロコンピュータから構成され、
前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が入力され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、
前記マイクロコンピュータが、前記故障検出手段として機能し、前記差動増幅回路からの出力に基づいて故障を検出する演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【請求項４】
前記電流検出手段が、前記帰還抵抗の両端が接続され、前記帰還抵抗の両端電圧を前記帰還抵抗に流れる電流として出力する差動増幅回路から構成され、
前記故障検出手段が、前記差動増幅回路の出力と閾電圧とが入力され、これら入力された前記差動増幅回路の出力と前記閾電圧との比較結果を出力するコンパレータ回路から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。
【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２０１２−１９８７５１（Ｐ２０１２−１９８７５１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２１８９（Ｐ２０１１−６２１８９）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【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２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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