一酸化炭素ガス計測装置及び警報器
【課題】電気化学式ガスセンサの直列内部抵抗成分のバラツキを補正する。
【解決手段】電源３３から電気化学式ガスセンサ１への充電電流への供給を開始すると、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧と抵抗の抵抗値に基づいて、電気化学式ガスセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１によって算出する。そして、その等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値と電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報は感度情報記憶手段１０ｂに記憶される。そして、直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した抵抗値と感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１の感度を感度算出手段１０ａ２によって算出し、補正手段１０ａ３によって当該感度に基づいて電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する。
【解決手段】電源３３から電気化学式ガスセンサ１への充電電流への供給を開始すると、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧と抵抗の抵抗値に基づいて、電気化学式ガスセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１によって算出する。そして、その等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値と電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報は感度情報記憶手段１０ｂに記憶される。そして、直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した抵抗値と感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１の感度を感度算出手段１０ａ２によって算出し、補正手段１０ａ３によって当該感度に基づいて電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象ガスの電気化学反応によって対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサの感度を補正する一酸化炭素ガス計測装置及び警報器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機器の不完全燃焼等によるＣＯガスを検出し警報するＣＯ警報器のように、周辺雰囲気中のＣＯ濃度を測定する装置として、従来から、電気化学式ＣＯセンサ（＝ガスセンサ）を内蔵したものが知られている。
【０００３】
図１１に断面図で示すように、この電気化学式ＣＯセンサ１は、内部に水５が収容された金属缶２（＝水容器）の上部開口４にプロトン導電体膜３を設置して、その対極３２を金属缶２内に露出させると共に、反対側の検知極３１にガス吸着フィルタ８ｃを内蔵した金属キャップ８を重ねて金属缶２の上部開口４にかしめ固定して構成されている。
【０００４】
上述した構成の電気化学式のＣＯセンサ１では、周辺雰囲気中のＣＯ（＝対象ガス）が、金属キャップ８の導入孔８ａから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ８ｃや導出孔８ｂ、そして、金属キャップ８とプロトン導電体膜３との間に介設した金属製の拡散制御板７の拡散制御孔７ａを通過して検知極３１に到達し、ここで、対極３２側からプロトン導電体膜３に供給される金属缶２内の水５の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極３１にプロトン（２Ｈ+）と電子（２ｅ-）を発生させる。
【０００５】
検知極３１に発生した電子（２ｅ-）はプロトン導電体膜３の内部を通過できないので検知極３１に滞留し、一方、プロトン（２Ｈ+）は、プロトン導電体膜３の内部を通過して対極３２に移動し、ここで、金属缶２内の酸素と還元反応を起こして、対極３２に水（Ｈ2Ｏ）を生成する。
【０００６】
したがって、検知極３１と拡散制御板７を介して電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ８と、対極３２とワッシャー９を介して電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶２との間に電流／電圧変換回路（図示せず）を接続すると、検知極３１に滞留した電子（２ｅ-）の対極３２に向かう流れが電流／電圧変換回路の入力抵抗に生じ、これにより対極３２から上記入力抵抗を経て検知極３１に向かう電流の流れが生じるので、この電流を電流／電圧変換回路が、電流／電圧変換することで、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号が得られる（例えば特許文献１，２）。
【０００７】
また、上記同様に水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応を利用するガスセンサとして、２つの電極間にイオン伝導固体電解膜を備えるとともに、イオン伝導固体電解膜に一定の相対湿度を維持するように水を充填した水容器を備えたガスセンサがある（例えば特許文献３）。
【０００８】
前記ＣＯセンサ１は、それ自身では、周囲雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号を生成するために外部からの電力供給を必要としないことから、電池によって長期間駆動する必要のあるＣＯ警報器での利用に適している。
【０００９】
ところで、上述したＣＯ警報器は、従来より、金属缶２中の水が減少する「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障を検出する自己診断を行っている（例えば特許文献３）。ＣＯセンサ１の自己診断は、このＣＯセンサ１を一種のコンデンサとみなし、その放電時の電流波形が「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障によって正常時とは異なることを利用して行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７０１０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９２９３号公報
【特許文献３】特開２０００−１４６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電気化学式ガスセンサを用いた従来の警報器は、警報器の作り込みの際に、電気化学式ガスセンサの感度調整を行っていたが、その後ガスセンサの感度が低下する可能性があることが分かった。上述したようにガスセンサは大きなコンデンサと考えられていたが、警報器の振動、衝撃などにより、導電性疎水膜と電解質との間に積層ズレが生じると、その積層ズレにより直列抵抗が生成されることが分かった。そして、ガスセンサの直流抵抗の大きさによってはガスセンサの感度低下に繋がってしまうため、早急な対応が求められていた。また、従来の感度調整はガスセンサ個々の直列抵抗のバラツキを含んだ調整となっていたため、その直列抵抗の大きさによってはガスセンサの感度低下に繋がる可能性があった。
【００１２】
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、電気化学式ガスセンサの直列内部抵抗成分のバラツキを補正することができる一酸化炭素ガス計測装置及び警報器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサ１と、前記電気化学式ガスセンサ１に流れる前記電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路４０と、前記電気化学式ガスセンサ１に充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサ１を充電する電源３３と、前記電源３３から前記電気化学式ガスセンサ１への供給路と前記電流／電圧変換回路４０の入力端との間に設けられ且つ前記電気化学式ガスセンサ１の充電開始時の等価回路が有する直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値の変化に応じて前記電源３３から流れ込む電流が変化する抵抗値に設定された抵抗Ｒ１と、前記電気化学式ガスセンサ１の充電開始時における前記電流／電圧変換回路４０からの出力電圧と前記抵抗Ｒ１の抵抗値に基づいて前記直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を算出する直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１と、を有する一酸化炭素ガス計測装置において、前記直列内部抵抗成分Ｒｓと前記電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報を記憶する感度情報記憶手段１０ｂと、前記直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した抵抗値と前記感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、前記電気化学式ガスセンサ１の感度を算出する感度算出手段１０ａ２と、前記感度算出手段１０ａ２が算出した感度に基づいて前記電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する補正手段１０ａ３と、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、電源３３から電気化学式ガスセンサ１への充電電流への供給を開始すると、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧と抵抗の抵抗値に基づいて、電気化学式ガスセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１によって算出する。そして、その等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓと電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報は感度情報記憶手段１０ｂに記憶される。そして、直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値と感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１の感度が感度算出手段１０ａ２によって算出し、補正手段１０ａ３によって当該感度に基づいて電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段５０と、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置２０によって計測された対象ガス濃度の異常を検出すると、警報手段によって警報を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、電源から電気化学式ガスセンサへの充電電流への供給の開始に応じて、電流／電圧変換回路が出力した出力電圧に基づいて電気化学式ガスセンサの等価回路における直列内部抵抗成分の抵抗値を算出し、当該抵抗値と感度情報とに基づいて感度を算出して対象ガス濃度を補正するようにしたことから、調整・出荷後に振動、衝撃などで電気化学式ガスセンサの積層ズレ、経年変化、等が生じても、その感度に応じて補正することができるため、精度低下の防止に貢献することができる。また、定期的に充電開始に応じて電流／電圧変換回路が出力した出力電圧から補正を行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、電気化学式ガスセンサが正確な対象ガス濃度を計測することができるため、電気化学式ガスセンサの精度向上に貢献することができる。
【００１８】
以上説明したように請求項２に記載した本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置が補正により正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、電気化学式ガスセンサに故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、一酸化炭素ガス計測装置の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一酸化炭素ガス計測装置及び警報器の基本構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る警報器としてのガス警報器の一実施の形態を示す回路図である。
【図３】図２に示すガス警報器中の電気化学式ガスセンサの等価回路図である。
【図４】図３に示す電気化学式ガスセンサの充電した瞬間の等価回路図である。
【図５】電気化学式ガスセンサに電圧値と時間との関係を示すグラフである。
【図６】ＣＯ感度の測定結果を示すグラフである。
【図７】センサ感度と追加抵抗との特性を示すグラフである。
【図８】センサ感度比率と直列抵抗Ｒｓとの関係を示すグラフである。
【図９】図２のＣＰＵが実行する自己診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図２のＣＰＵが実行するＣＯ検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る電気化学式ＣＯセンサの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る一酸化炭素ガス計測装置を有する警報器の一例を、図１〜図１０の図面を参照して以下に説明する。なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２１】
図２において、ガス警報器１００は、電気化学式ガスセンサ（以下、ＣＯセンサという）１と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１０と、自己診断回路３０と、電流／電圧変換回路４０と、抵抗Ｒ１と、音声警報出力部５０と、当該ガス警報器の各部に電力を供給する電池６０と、を有して構成している。
【００２２】
ＣＯセンサ１は、例えば前掲の図１１に示す電気化学式ＣＯセンサ１となっている。ＣＯセンサ１は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流Ｉを発生し、該電流Ｉを電流／電圧変換回路４０に出力する。ＣＯセンサ１の検知極３１と、演算増幅器４１の−入力端との間には、抵抗Ｒ１が設けられている。
【００２３】
電流／電圧変換回路４０は、抵抗Ｒ１を介してＣＯセンサ１の検知極３１及び第１スイッチＳＷ１が−入力端に、対極３２及び電流源３３が＋入力端にそれぞれ接続された演算増幅器４１と、演算増幅器４１の−入力端及び出力端間に設けられた帰還抵抗Ｒ２とから構成されていて、電流Ｉに応じた電圧信号をマイコン１０に出力する。
【００２４】
マイコン１０は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ１０ａと、ＣＰＵ１０ａが行う処理のプログラムなどを格納したＲＯＭ１０ｂと、ＣＰＵ１０ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するＲＡＭ１０ｃ、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計測するためのタイマ１０ｄ等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。そして、マイコン１０は、所定のサンプリング周期により、電流／電圧変換回路４０から出力される電圧信号をサンプリングしてＣＯのガス濃度を計測し、そのガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力部５０から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。
【００２５】
なお、ＣＯは、燃焼器具を正常な状態で使用しても発生することが知られており、特に、鍋、やかん等の調理器具を用いて、お湯を沸かす場合に、冷たい調理器具が暖まるまでの間にＣＯが発生するので、ＣＯ濃度（ガス濃度）が警報設定点を超えてもすぐには警報の発生を行わず、予め定めた遅延時間経過後も警報設定点を越えている状態が継続した場合に、警報を発生するようにしてもよい。
【００２６】
自己診断回路３０は、マイコン１０からの指示によりＣＯセンサ１の自己診断を実行する回路である。自己診断回路３０は、ＣＯセンサ１に充電電流を供給してＣＯセンサ１を充電するための請求項中の電源としての電流源３３と、電流源３３−ＣＯセンサ１間に設けられてＣＯセンサ１の充電及び放電を切り替える第１スイッチＳＷ１と、を有している。
【００２７】
ＣＯセンサ１は、電流源３３から充電されると、図３に示す等価回路となる。ＣＯセンサ１の等価回路は、電流源３３と抵抗Ｒ１と電気的に接続された直列抵抗（直列内部抵抗成分に相当）Ｒｓと、該直列抵抗Ｒｓに直列接続された抵抗Ｒｐと、抵抗Ｒｐに並列接続されたコンデンサＣと、を有して構成している。そして、直列抵抗Ｒｓと抵抗Ｒｐとの関係は、抵抗Ｒｐ＞＞直列抵抗Ｒｓとなっている。なお、抵抗Ｒ１の抵抗値は１ｋΩ、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値は１００ｋΩとする。
【００２８】
図５はＣＯセンサ１の電圧値と時間の関係を、充電及び放電に対応させて示している。なお、図５において、縦軸は電圧値、横軸は時間をそれぞれ示している。そして、そのＣＯセンサ１の充電開始時ＳＴは、過渡的にＣＯセンサ１の容量成分は無視でき、インピーダンスは０Ωと見なすことができる。すると、ＣＯセンサ１は、図４に示す等価回路と考えることができる。
【００２９】
図４における充電電流Ｉは、ＣＯセンサ１の直列抵抗Ｒｓに流れる電流Ｉａと抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｂとに分流される。よって、直列抵抗Ｒｓの抵抗値が大きくなればなるほど、１ｋΩの抵抗Ｒ１側に流れる電流は大きくなる。その電流Ｉｂが電流／電圧変換回路４０で電圧出力に変換されるので、その電圧値に基づいて、ＣＯセンサ１の直流抵抗Ｒｓの抵抗値を算出することができる。
【００３０】
例えば、上述した構成において、直流抵抗Ｒｓが５００Ω、充電電流Ｉが１μＡとする。このとき、直流抵抗Ｒｓと抵抗Ｒ１に流れる電流比は、５００Ω：１ｋΩ＝１：２から、直列抵抗Ｒｓ側の電流：抵抗Ｒ１側の電流＝２：１となる。そして、抵抗Ｒ１に流れる電流値をＸとして出力電圧を求める場合、１：２＝Ｘ：（１μＡ−Ｘ）となり、Ｘ＝１／３μＡとなる。
【００３１】
よって、電流／電圧変換回路４０の出力電圧は、１／３μＡ＊１００ｋΩ＝１００／３ｍＶ≒３３．３ｍＶとなる。即ち、上述した逆の計算を行うことで、直列抵抗Ｒｓの抵抗値を求めることができる。
【００３２】
例えば、電流／電圧変換回路４０の出力電圧が２５ｍＶとすると、２５ｍＶ／１００ｋΩ＝０．２５μＡとなり、０．２５μＡ：（１−０．２５）μＡ＝１：３となる。よって、１：３＝直列抵抗Ｒｓ：１ｋΩから、直列抵抗Ｒｓ＝１０００／３Ω＝３３３．３Ωと求めることができる。
【００３３】
このように電流／電圧変換回路４０の出力電圧に基づいて直列抵抗Ｒｓを算出し、その直列抵抗Ｒｓの大きさにより、使用上問題のない範囲、閾値、等を積層ズレ判定条件としてＲＯＭ１０ｂ等に予め記憶しておくことで、ＣＯセンサ１の積層ズレを検出することができる。よって、本発明では、ＣＯセンサ１の充電時に、一種のコンデンサと見なすのではなく、その等価回路の直列抵抗Ｒｓに着目することで、ＣＯセンサ１における積層ズレを検出できるようにしたものである。
【００３４】
抵抗Ｒ１は、電流／電圧変換回路４０の入力抵抗となっている。抵抗Ｒ１は、その一旦が電流源３３（電源）からＣＯセンサ１への供給路、且つ、他端が上述した演算増幅器４１の−入力端にそれぞれ電気的に接続されている。抵抗Ｒ１は、上述したＣＯセンサ１の等価回路における直列抵抗Ｒｓの抵抗値の増加（変化）に応じて電流源３３から流れ込む電流Ｉｂが増加（変化）する抵抗値に設定されている。
【００３５】
次に、ＣＯセンサ１の感度補正について、図６〜図８の図面等を参照して以下に説明する。
【００３６】
まず、図６のグラフは、あるＣＯセンサ１に０．２ｋΩ、０．４ｋΩ、０．６ｋΩ、０．８ｋΩの何れか１つの追加抵抗を順次追加して、ＣＯ濃度に対する感度を測定した結果を示している。なお、図６において、縦軸は出力電流Ｉｏｕｔ［μＡ］、横軸はＣＯ濃度［ｃｏｎｃ．／ｐｐｍ］をそれぞれ示している。
【００３７】
図６に示すように、上記４つの追加抵抗の何れに対しても低濃度ではそれほどの差が出ていないが、高濃度になるにつれて感度の傾きが寝てくることが分かった。詳細には、追加抵抗が０．８ｋΩのように抵抗値が大きいほど、感度の傾きが寝てきている。そして、図７のグラフは、ＣＯセンサ１の感度と追加抵抗の関係を示したグラフとなっている。なお、図７において、縦軸はセンサ感度［ｎＡ／ｐｐｍ］、横軸は追加抵抗［ｋΩ］をそれぞれ示している。この図７のグラフに示すように、ＣＯセンサ１の感度が低下していることが分かる。
【００３８】
図８のグラフは、直列抵抗Ｒｓが０Ωでの感度を１（基準）とし、上記４つの追加抵抗の各抵抗値での感度の比率を算出した結果を示すグラフとなっている。そして、図８中に示す線形近似式はｙ＝−０．０９７４ｘ＋１．００７５となっている。そして、その線形近似式を直列抵抗Ｒｓを含んだ式に変換すると、式１で表される。
ｙ＝−０．０９７４＊（Ｒｓ／１０００）＋１．００７５ ・・・ 式１
【００３９】
仮に、上記回路において、直列抵抗Ｒｓ＝５００Ω、検知濃度１５００ｐｐｍとなった場合、ｙ＝−０．０９７４＊（５００／１０００）＋１．００７５＝０．９５８８となる。よって、（１−０．９５８８）＊１００＝４．１２％となり、４．１２％の感度が低下していることになる。
【００４０】
従って、ＣＯセンサ１の検知濃度は実際、１５００ｐｐｍの４．１２％増しの濃度となっているため、１５００ｐｐｍ＊１．０４１２＝１５６１．８ｐｐｍが正確な検知濃度となる。よって、そのように補正するために、上述した線形近似式（式１）等を直列抵抗ＲｓとＣＯセンサ１の出力との感度を示す感度情報として、ＲＯＭ１０ｂ、メモリ（図示せず）等に記憶しておくことで、直列抵抗Ｒｓの抵抗値からその感度を特定できるようになっている。なお、感度情報としては、直列抵抗Ｒｓの抵抗値から感度が特定できれば、変換テーブル、変換プログラムなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００４１】
音声警報出力部５０は、請求項中の通知手段に相当し、マイコン１０と電気的に接続されている。音声警報出力部５０は、ＣＰＵ１０ａからの要求に応じて例えば音声、表示、等による各種出力が可能な構成となっている。なお、本実施形態では、音声警報出力部５０が音声出力回路によって音声による通知、警報を行う場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、表示のみで通知するなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００４２】
次に、ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａが実行する本発明に係る自己診断処理の一例を、図９に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００４３】
ＣＰＵ１０ａによってＲＯＭ１０ｂに記憶している自己診断処理プログラムが実行されると、ステップＳ１１において、予め定められた診断タイミング（例えば、２４時間毎、１週間毎、等）であるか否かが判定される。診断タイミングではないと判定された場合（Ｓ１１でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、診断タイミングを待つ。一方、診断タイミングであると判定された場合（Ｓ１１でＹ）、ステップＳ１２に進む。
【００４４】
ステップＳ１２において、第１スイッチＳＷ１がオンされ、ステップＳ１３において、演算増幅器４１から電圧信号が取り込まれ、その電圧値がＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ１４において、上述したように電圧値に基づいてＣＯセンサ１の直列抵抗Ｒｓの抵抗値が算出されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ１５において、第１スイッチＳＷ１がオフされ、その後ステップＳ１６に進む。
【００４５】
ステップＳ１６において、ＲＡＭ１０ｃの抵抗値とＲＯＭ１０ｂ（感度情報記憶手段に相当）に記憶している感度情報とに基づいて感度が算出されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、該感度に基づいて抵抗値が正常であるか否かが判定される。抵抗値が正常であると判定された場合（Ｓ１６でＮ）、ステップＳ１１に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、抵抗値が正常ではないと判定された場合（Ｓ１６でＹ）、ステップＳ１７に進む。
【００４６】
ステップＳ１７において、ＣＯセンサ１の故障を通知するためのセンサ故障通知情報が生成され、該センサ故障通知情報が音声警報出力回路５０に出力されることで、ＣＯセンサ１の故障が通知され、その後処理を終了する。
【００４７】
以上の説明からも明らかなように、ＣＰＵ１０ａが自己診断処理プログラムを実行することで、図１に示す請求項中の直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１、感度算出手段１０ａ２として機能する。
【００４８】
次に、ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａが実行する本発明に係るＣＯ検出処理の一例を、図１０に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００４９】
ＣＰＵ１０ａによってＲＯＭ１０ｂに記憶しているＣＯ検出処理プログラムが実行されると、ステップＳ３１において、予め定められたＣＯ検出タイミング（例えば、所定のサンプリング周期等）であるか否かが判定される。ＣＯ検出タイミングではないと判定された場合（Ｓ３１でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、ＣＯ検出タイミングを待つ。一方、ＣＯ検出タイミングであると判定された場合（Ｓ３１でＹ）、ステップＳ３２に進む。
【００５０】
ステップＳ３２において、演算増幅器４１から電圧信号が取り込まれ、その電圧値がＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ３３において、ＣＯ演算プログラムが実行されることで、ＲＡＭ１０ｃの電圧値に基づいてガス濃度が算出され、ＲＡＭ１０ｃの上記感度に対応した補正値に基づいて当該ガス濃度が補正されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ３４に進む。
【００５１】
ステップＳ３４において、ＲＡＭ１０ｃのガス濃度と前記警報設定点との判定結果に基づいて、ＣＯ警報判定濃度であるか否かが判定される。ＣＯ警報判定濃度ではないと判定された場合（Ｓ３４でＮ）、ステップＳ３１に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、ＣＯ警報判定濃度であると判定された場合（Ｓ３４でＹ）、音声警報出力部５０に警報が要求されることで、音声警報出力部５０から警報が発せられ、警報解除設定点以下になった時に警報の停止が音声警報出力部５０に要求され、処理を終了する。
【００５２】
以上の説明からも明らかなように、ＣＰＵ１０ａがＣＯ検出処理プログラムを実行することで、図１に示す請求項中の補正手段１０ａ３として機能する。
【００５３】
次に、上述したガス警報器１００の本発明に係る自己診断時における動作（作用）の一例を以下に説明する。
【００５４】
ガス警報器１００は、診断タイミングになると、第１スイッチＳＷ１をオンさせて、電流源３３から充電電流をＣＯセンサ１に供給することで、ＣＯセンサ１を充電する。また、その電流源３３から分流された電流は抵抗Ｒ１を介して電流／電圧変換回路４０に入力され、電流／電圧変換回路４０で電圧に変換して出力する。
【００５５】
ガス警報器１００は、その電流／電圧変換回路４０からの電圧値と抵抗Ｒ１とに基づいて、ＣＯセンサ１に充電を開始した瞬間の直列抵抗Ｒｓの抵抗値を算出する。そして、その直列抵抗Ｒｓの抵抗値と感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する補正値がＲＡＭ１０ｃ等に記憶される。
【００５６】
ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａは、所定のサンプリング周期により、電流／電圧変換回路４０から出力される電圧信号をサンプリングしてＣＯセンサ１のガス濃度を計測すると、ＲＡＭ１０ｃ等の補正値に基づいてガス濃度を補正する。そして、ガス警報器１００はその補正後のガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力部５０から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。
【００５７】
以上説明したガス警報器１００によれば、電源３３からＣＯセンサ（電気化学式ガスセンサ）１への充電電流への供給の開始に応じて、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧に基づいてＣＯセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を算出し、当該抵抗値と感度情報とに基づいて感度を算出して対象ガス濃度を補正するようにしたことから、調整・出荷後に振動、衝撃などでＣＯセンサの積層ズレ、経年変化、等が生じても、その感度に応じて補正することができるため、精度低下の防止に貢献することができる。また、定期的に充電開始に応じて電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧から補正を行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、ＣＯセンサ１が正確な対象ガス濃度を計測することができるため、ＣＯセンサの精度向上に貢献することができる。
【００５８】
また、ガス警報器１００によれば、上述した補正により正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、ＣＯセンサ１に故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、ガス警報器１００の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。
【００５９】
なお、上述した本実施形態では、ＣＯセンサ１のガス濃度を単に補正する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、上述したようにＣＯセンサ１の感度の傾きが寝てくる高濃度の場合に補正するなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、本発明の一酸化炭素ガス計測装置を警報器１００に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、一酸化炭素ガス計測装置を燃焼器具、火災警報器、等の各種機器に組み込む、一酸化炭素ガス計測装置を単独の計測器具として用いるなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００６１】
さらに、上述した自己診断の方式は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気を電解質とし、該水蒸気と対象ガスとの反応によって前記対象ガス濃度に応じた電流をＣＯセンサ１が発生する場合について説明した。これに代えて、電解質に硫酸を用いた２極ないし３極で構成される電気化学式センサなどにも適用することができる。例えば、固体又は液体の電解質に接触する一対の電極を備え、検知対象ガスが反応する検知極ともう一方の電極との間に流れる電流又は当該電流に対応する電圧に基づいて、前記検知対象ガスの濃度を検知する電気化学式ガスセンサに適用することもできる。
【００６２】
このように上述した実施例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】
【００６３】
１ 電気化学式ガスセンサ（ＣＯセンサ）
２ 金属缶（水容器）
１０ａ１ 直列内部抵抗成分算出手段（ＣＰＵ）
１０ａ２ 感度算出手段（ＣＰＵ）
１０ａ３ 補正手段（ＣＰＵ）
１０ｂ 感度情報記憶手段（ＲＯＭ）
３１ 検知極
３２ 対極
３３ 電源（電流源）
４０ 電流／電圧変換回路
５０ 警報手段（音声警報出力部）
Ｒ１ 抵抗
Ｒｓ 直列抵抗（直列内部抵抗成分）
ＳＷ１ 第１スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象ガスの電気化学反応によって対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサの感度を補正する一酸化炭素ガス計測装置及び警報器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機器の不完全燃焼等によるＣＯガスを検出し警報するＣＯ警報器のように、周辺雰囲気中のＣＯ濃度を測定する装置として、従来から、電気化学式ＣＯセンサ（＝ガスセンサ）を内蔵したものが知られている。
【０００３】
図１１に断面図で示すように、この電気化学式ＣＯセンサ１は、内部に水５が収容された金属缶２（＝水容器）の上部開口４にプロトン導電体膜３を設置して、その対極３２を金属缶２内に露出させると共に、反対側の検知極３１にガス吸着フィルタ８ｃを内蔵した金属キャップ８を重ねて金属缶２の上部開口４にかしめ固定して構成されている。
【０００４】
上述した構成の電気化学式のＣＯセンサ１では、周辺雰囲気中のＣＯ（＝対象ガス）が、金属キャップ８の導入孔８ａから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ８ｃや導出孔８ｂ、そして、金属キャップ８とプロトン導電体膜３との間に介設した金属製の拡散制御板７の拡散制御孔７ａを通過して検知極３１に到達し、ここで、対極３２側からプロトン導電体膜３に供給される金属缶２内の水５の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極３１にプロトン（２Ｈ+）と電子（２ｅ-）を発生させる。
【０００５】
検知極３１に発生した電子（２ｅ-）はプロトン導電体膜３の内部を通過できないので検知極３１に滞留し、一方、プロトン（２Ｈ+）は、プロトン導電体膜３の内部を通過して対極３２に移動し、ここで、金属缶２内の酸素と還元反応を起こして、対極３２に水（Ｈ2Ｏ）を生成する。
【０００６】
したがって、検知極３１と拡散制御板７を介して電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ８と、対極３２とワッシャー９を介して電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶２との間に電流／電圧変換回路（図示せず）を接続すると、検知極３１に滞留した電子（２ｅ-）の対極３２に向かう流れが電流／電圧変換回路の入力抵抗に生じ、これにより対極３２から上記入力抵抗を経て検知極３１に向かう電流の流れが生じるので、この電流を電流／電圧変換回路が、電流／電圧変換することで、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号が得られる（例えば特許文献１，２）。
【０００７】
また、上記同様に水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応を利用するガスセンサとして、２つの電極間にイオン伝導固体電解膜を備えるとともに、イオン伝導固体電解膜に一定の相対湿度を維持するように水を充填した水容器を備えたガスセンサがある（例えば特許文献３）。
【０００８】
前記ＣＯセンサ１は、それ自身では、周囲雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号を生成するために外部からの電力供給を必要としないことから、電池によって長期間駆動する必要のあるＣＯ警報器での利用に適している。
【０００９】
ところで、上述したＣＯ警報器は、従来より、金属缶２中の水が減少する「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障を検出する自己診断を行っている（例えば特許文献３）。ＣＯセンサ１の自己診断は、このＣＯセンサ１を一種のコンデンサとみなし、その放電時の電流波形が「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障によって正常時とは異なることを利用して行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７０１０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９２９３号公報
【特許文献３】特開２０００−１４６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電気化学式ガスセンサを用いた従来の警報器は、警報器の作り込みの際に、電気化学式ガスセンサの感度調整を行っていたが、その後ガスセンサの感度が低下する可能性があることが分かった。上述したようにガスセンサは大きなコンデンサと考えられていたが、警報器の振動、衝撃などにより、導電性疎水膜と電解質との間に積層ズレが生じると、その積層ズレにより直列抵抗が生成されることが分かった。そして、ガスセンサの直流抵抗の大きさによってはガスセンサの感度低下に繋がってしまうため、早急な対応が求められていた。また、従来の感度調整はガスセンサ個々の直列抵抗のバラツキを含んだ調整となっていたため、その直列抵抗の大きさによってはガスセンサの感度低下に繋がる可能性があった。
【００１２】
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、電気化学式ガスセンサの直列内部抵抗成分のバラツキを補正することができる一酸化炭素ガス計測装置及び警報器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサ１と、前記電気化学式ガスセンサ１に流れる前記電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路４０と、前記電気化学式ガスセンサ１に充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサ１を充電する電源３３と、前記電源３３から前記電気化学式ガスセンサ１への供給路と前記電流／電圧変換回路４０の入力端との間に設けられ且つ前記電気化学式ガスセンサ１の充電開始時の等価回路が有する直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値の変化に応じて前記電源３３から流れ込む電流が変化する抵抗値に設定された抵抗Ｒ１と、前記電気化学式ガスセンサ１の充電開始時における前記電流／電圧変換回路４０からの出力電圧と前記抵抗Ｒ１の抵抗値に基づいて前記直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を算出する直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１と、を有する一酸化炭素ガス計測装置において、前記直列内部抵抗成分Ｒｓと前記電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報を記憶する感度情報記憶手段１０ｂと、前記直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した抵抗値と前記感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、前記電気化学式ガスセンサ１の感度を算出する感度算出手段１０ａ２と、前記感度算出手段１０ａ２が算出した感度に基づいて前記電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する補正手段１０ａ３と、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、電源３３から電気化学式ガスセンサ１への充電電流への供給を開始すると、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧と抵抗の抵抗値に基づいて、電気化学式ガスセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１によって算出する。そして、その等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓと電気化学式ガスセンサ１の出力との感度を示す感度情報は感度情報記憶手段１０ｂに記憶される。そして、直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１が算出した直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値と感度情報記憶手段１０ｂが記憶している感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１の感度が感度算出手段１０ａ２によって算出し、補正手段１０ａ３によって当該感度に基づいて電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段５０と、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置２０によって計測された対象ガス濃度の異常を検出すると、警報手段によって警報を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、電源から電気化学式ガスセンサへの充電電流への供給の開始に応じて、電流／電圧変換回路が出力した出力電圧に基づいて電気化学式ガスセンサの等価回路における直列内部抵抗成分の抵抗値を算出し、当該抵抗値と感度情報とに基づいて感度を算出して対象ガス濃度を補正するようにしたことから、調整・出荷後に振動、衝撃などで電気化学式ガスセンサの積層ズレ、経年変化、等が生じても、その感度に応じて補正することができるため、精度低下の防止に貢献することができる。また、定期的に充電開始に応じて電流／電圧変換回路が出力した出力電圧から補正を行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、電気化学式ガスセンサが正確な対象ガス濃度を計測することができるため、電気化学式ガスセンサの精度向上に貢献することができる。
【００１８】
以上説明したように請求項２に記載した本発明によれば、一酸化炭素ガス計測装置が補正により正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、電気化学式ガスセンサに故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、一酸化炭素ガス計測装置の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一酸化炭素ガス計測装置及び警報器の基本構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る警報器としてのガス警報器の一実施の形態を示す回路図である。
【図３】図２に示すガス警報器中の電気化学式ガスセンサの等価回路図である。
【図４】図３に示す電気化学式ガスセンサの充電した瞬間の等価回路図である。
【図５】電気化学式ガスセンサに電圧値と時間との関係を示すグラフである。
【図６】ＣＯ感度の測定結果を示すグラフである。
【図７】センサ感度と追加抵抗との特性を示すグラフである。
【図８】センサ感度比率と直列抵抗Ｒｓとの関係を示すグラフである。
【図９】図２のＣＰＵが実行する自己診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図２のＣＰＵが実行するＣＯ検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る電気化学式ＣＯセンサの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る一酸化炭素ガス計測装置を有する警報器の一例を、図１〜図１０の図面を参照して以下に説明する。なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２１】
図２において、ガス警報器１００は、電気化学式ガスセンサ（以下、ＣＯセンサという）１と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１０と、自己診断回路３０と、電流／電圧変換回路４０と、抵抗Ｒ１と、音声警報出力部５０と、当該ガス警報器の各部に電力を供給する電池６０と、を有して構成している。
【００２２】
ＣＯセンサ１は、例えば前掲の図１１に示す電気化学式ＣＯセンサ１となっている。ＣＯセンサ１は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流Ｉを発生し、該電流Ｉを電流／電圧変換回路４０に出力する。ＣＯセンサ１の検知極３１と、演算増幅器４１の−入力端との間には、抵抗Ｒ１が設けられている。
【００２３】
電流／電圧変換回路４０は、抵抗Ｒ１を介してＣＯセンサ１の検知極３１及び第１スイッチＳＷ１が−入力端に、対極３２及び電流源３３が＋入力端にそれぞれ接続された演算増幅器４１と、演算増幅器４１の−入力端及び出力端間に設けられた帰還抵抗Ｒ２とから構成されていて、電流Ｉに応じた電圧信号をマイコン１０に出力する。
【００２４】
マイコン１０は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ１０ａと、ＣＰＵ１０ａが行う処理のプログラムなどを格納したＲＯＭ１０ｂと、ＣＰＵ１０ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するＲＡＭ１０ｃ、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計測するためのタイマ１０ｄ等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。そして、マイコン１０は、所定のサンプリング周期により、電流／電圧変換回路４０から出力される電圧信号をサンプリングしてＣＯのガス濃度を計測し、そのガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力部５０から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。
【００２５】
なお、ＣＯは、燃焼器具を正常な状態で使用しても発生することが知られており、特に、鍋、やかん等の調理器具を用いて、お湯を沸かす場合に、冷たい調理器具が暖まるまでの間にＣＯが発生するので、ＣＯ濃度（ガス濃度）が警報設定点を超えてもすぐには警報の発生を行わず、予め定めた遅延時間経過後も警報設定点を越えている状態が継続した場合に、警報を発生するようにしてもよい。
【００２６】
自己診断回路３０は、マイコン１０からの指示によりＣＯセンサ１の自己診断を実行する回路である。自己診断回路３０は、ＣＯセンサ１に充電電流を供給してＣＯセンサ１を充電するための請求項中の電源としての電流源３３と、電流源３３−ＣＯセンサ１間に設けられてＣＯセンサ１の充電及び放電を切り替える第１スイッチＳＷ１と、を有している。
【００２７】
ＣＯセンサ１は、電流源３３から充電されると、図３に示す等価回路となる。ＣＯセンサ１の等価回路は、電流源３３と抵抗Ｒ１と電気的に接続された直列抵抗（直列内部抵抗成分に相当）Ｒｓと、該直列抵抗Ｒｓに直列接続された抵抗Ｒｐと、抵抗Ｒｐに並列接続されたコンデンサＣと、を有して構成している。そして、直列抵抗Ｒｓと抵抗Ｒｐとの関係は、抵抗Ｒｐ＞＞直列抵抗Ｒｓとなっている。なお、抵抗Ｒ１の抵抗値は１ｋΩ、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値は１００ｋΩとする。
【００２８】
図５はＣＯセンサ１の電圧値と時間の関係を、充電及び放電に対応させて示している。なお、図５において、縦軸は電圧値、横軸は時間をそれぞれ示している。そして、そのＣＯセンサ１の充電開始時ＳＴは、過渡的にＣＯセンサ１の容量成分は無視でき、インピーダンスは０Ωと見なすことができる。すると、ＣＯセンサ１は、図４に示す等価回路と考えることができる。
【００２９】
図４における充電電流Ｉは、ＣＯセンサ１の直列抵抗Ｒｓに流れる電流Ｉａと抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｂとに分流される。よって、直列抵抗Ｒｓの抵抗値が大きくなればなるほど、１ｋΩの抵抗Ｒ１側に流れる電流は大きくなる。その電流Ｉｂが電流／電圧変換回路４０で電圧出力に変換されるので、その電圧値に基づいて、ＣＯセンサ１の直流抵抗Ｒｓの抵抗値を算出することができる。
【００３０】
例えば、上述した構成において、直流抵抗Ｒｓが５００Ω、充電電流Ｉが１μＡとする。このとき、直流抵抗Ｒｓと抵抗Ｒ１に流れる電流比は、５００Ω：１ｋΩ＝１：２から、直列抵抗Ｒｓ側の電流：抵抗Ｒ１側の電流＝２：１となる。そして、抵抗Ｒ１に流れる電流値をＸとして出力電圧を求める場合、１：２＝Ｘ：（１μＡ−Ｘ）となり、Ｘ＝１／３μＡとなる。
【００３１】
よって、電流／電圧変換回路４０の出力電圧は、１／３μＡ＊１００ｋΩ＝１００／３ｍＶ≒３３．３ｍＶとなる。即ち、上述した逆の計算を行うことで、直列抵抗Ｒｓの抵抗値を求めることができる。
【００３２】
例えば、電流／電圧変換回路４０の出力電圧が２５ｍＶとすると、２５ｍＶ／１００ｋΩ＝０．２５μＡとなり、０．２５μＡ：（１−０．２５）μＡ＝１：３となる。よって、１：３＝直列抵抗Ｒｓ：１ｋΩから、直列抵抗Ｒｓ＝１０００／３Ω＝３３３．３Ωと求めることができる。
【００３３】
このように電流／電圧変換回路４０の出力電圧に基づいて直列抵抗Ｒｓを算出し、その直列抵抗Ｒｓの大きさにより、使用上問題のない範囲、閾値、等を積層ズレ判定条件としてＲＯＭ１０ｂ等に予め記憶しておくことで、ＣＯセンサ１の積層ズレを検出することができる。よって、本発明では、ＣＯセンサ１の充電時に、一種のコンデンサと見なすのではなく、その等価回路の直列抵抗Ｒｓに着目することで、ＣＯセンサ１における積層ズレを検出できるようにしたものである。
【００３４】
抵抗Ｒ１は、電流／電圧変換回路４０の入力抵抗となっている。抵抗Ｒ１は、その一旦が電流源３３（電源）からＣＯセンサ１への供給路、且つ、他端が上述した演算増幅器４１の−入力端にそれぞれ電気的に接続されている。抵抗Ｒ１は、上述したＣＯセンサ１の等価回路における直列抵抗Ｒｓの抵抗値の増加（変化）に応じて電流源３３から流れ込む電流Ｉｂが増加（変化）する抵抗値に設定されている。
【００３５】
次に、ＣＯセンサ１の感度補正について、図６〜図８の図面等を参照して以下に説明する。
【００３６】
まず、図６のグラフは、あるＣＯセンサ１に０．２ｋΩ、０．４ｋΩ、０．６ｋΩ、０．８ｋΩの何れか１つの追加抵抗を順次追加して、ＣＯ濃度に対する感度を測定した結果を示している。なお、図６において、縦軸は出力電流Ｉｏｕｔ［μＡ］、横軸はＣＯ濃度［ｃｏｎｃ．／ｐｐｍ］をそれぞれ示している。
【００３７】
図６に示すように、上記４つの追加抵抗の何れに対しても低濃度ではそれほどの差が出ていないが、高濃度になるにつれて感度の傾きが寝てくることが分かった。詳細には、追加抵抗が０．８ｋΩのように抵抗値が大きいほど、感度の傾きが寝てきている。そして、図７のグラフは、ＣＯセンサ１の感度と追加抵抗の関係を示したグラフとなっている。なお、図７において、縦軸はセンサ感度［ｎＡ／ｐｐｍ］、横軸は追加抵抗［ｋΩ］をそれぞれ示している。この図７のグラフに示すように、ＣＯセンサ１の感度が低下していることが分かる。
【００３８】
図８のグラフは、直列抵抗Ｒｓが０Ωでの感度を１（基準）とし、上記４つの追加抵抗の各抵抗値での感度の比率を算出した結果を示すグラフとなっている。そして、図８中に示す線形近似式はｙ＝−０．０９７４ｘ＋１．００７５となっている。そして、その線形近似式を直列抵抗Ｒｓを含んだ式に変換すると、式１で表される。
ｙ＝−０．０９７４＊（Ｒｓ／１０００）＋１．００７５ ・・・ 式１
【００３９】
仮に、上記回路において、直列抵抗Ｒｓ＝５００Ω、検知濃度１５００ｐｐｍとなった場合、ｙ＝−０．０９７４＊（５００／１０００）＋１．００７５＝０．９５８８となる。よって、（１−０．９５８８）＊１００＝４．１２％となり、４．１２％の感度が低下していることになる。
【００４０】
従って、ＣＯセンサ１の検知濃度は実際、１５００ｐｐｍの４．１２％増しの濃度となっているため、１５００ｐｐｍ＊１．０４１２＝１５６１．８ｐｐｍが正確な検知濃度となる。よって、そのように補正するために、上述した線形近似式（式１）等を直列抵抗ＲｓとＣＯセンサ１の出力との感度を示す感度情報として、ＲＯＭ１０ｂ、メモリ（図示せず）等に記憶しておくことで、直列抵抗Ｒｓの抵抗値からその感度を特定できるようになっている。なお、感度情報としては、直列抵抗Ｒｓの抵抗値から感度が特定できれば、変換テーブル、変換プログラムなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００４１】
音声警報出力部５０は、請求項中の通知手段に相当し、マイコン１０と電気的に接続されている。音声警報出力部５０は、ＣＰＵ１０ａからの要求に応じて例えば音声、表示、等による各種出力が可能な構成となっている。なお、本実施形態では、音声警報出力部５０が音声出力回路によって音声による通知、警報を行う場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、表示のみで通知するなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００４２】
次に、ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａが実行する本発明に係る自己診断処理の一例を、図９に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００４３】
ＣＰＵ１０ａによってＲＯＭ１０ｂに記憶している自己診断処理プログラムが実行されると、ステップＳ１１において、予め定められた診断タイミング（例えば、２４時間毎、１週間毎、等）であるか否かが判定される。診断タイミングではないと判定された場合（Ｓ１１でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、診断タイミングを待つ。一方、診断タイミングであると判定された場合（Ｓ１１でＹ）、ステップＳ１２に進む。
【００４４】
ステップＳ１２において、第１スイッチＳＷ１がオンされ、ステップＳ１３において、演算増幅器４１から電圧信号が取り込まれ、その電圧値がＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ１４において、上述したように電圧値に基づいてＣＯセンサ１の直列抵抗Ｒｓの抵抗値が算出されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ１５において、第１スイッチＳＷ１がオフされ、その後ステップＳ１６に進む。
【００４５】
ステップＳ１６において、ＲＡＭ１０ｃの抵抗値とＲＯＭ１０ｂ（感度情報記憶手段に相当）に記憶している感度情報とに基づいて感度が算出されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、該感度に基づいて抵抗値が正常であるか否かが判定される。抵抗値が正常であると判定された場合（Ｓ１６でＮ）、ステップＳ１１に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、抵抗値が正常ではないと判定された場合（Ｓ１６でＹ）、ステップＳ１７に進む。
【００４６】
ステップＳ１７において、ＣＯセンサ１の故障を通知するためのセンサ故障通知情報が生成され、該センサ故障通知情報が音声警報出力回路５０に出力されることで、ＣＯセンサ１の故障が通知され、その後処理を終了する。
【００４７】
以上の説明からも明らかなように、ＣＰＵ１０ａが自己診断処理プログラムを実行することで、図１に示す請求項中の直列内部抵抗成分算出手段１０ａ１、感度算出手段１０ａ２として機能する。
【００４８】
次に、ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａが実行する本発明に係るＣＯ検出処理の一例を、図１０に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００４９】
ＣＰＵ１０ａによってＲＯＭ１０ｂに記憶しているＣＯ検出処理プログラムが実行されると、ステップＳ３１において、予め定められたＣＯ検出タイミング（例えば、所定のサンプリング周期等）であるか否かが判定される。ＣＯ検出タイミングではないと判定された場合（Ｓ３１でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、ＣＯ検出タイミングを待つ。一方、ＣＯ検出タイミングであると判定された場合（Ｓ３１でＹ）、ステップＳ３２に進む。
【００５０】
ステップＳ３２において、演算増幅器４１から電圧信号が取り込まれ、その電圧値がＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ３３において、ＣＯ演算プログラムが実行されることで、ＲＡＭ１０ｃの電圧値に基づいてガス濃度が算出され、ＲＡＭ１０ｃの上記感度に対応した補正値に基づいて当該ガス濃度が補正されてＲＡＭ１０ｃに記憶され、ステップＳ３４に進む。
【００５１】
ステップＳ３４において、ＲＡＭ１０ｃのガス濃度と前記警報設定点との判定結果に基づいて、ＣＯ警報判定濃度であるか否かが判定される。ＣＯ警報判定濃度ではないと判定された場合（Ｓ３４でＮ）、ステップＳ３１に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、ＣＯ警報判定濃度であると判定された場合（Ｓ３４でＹ）、音声警報出力部５０に警報が要求されることで、音声警報出力部５０から警報が発せられ、警報解除設定点以下になった時に警報の停止が音声警報出力部５０に要求され、処理を終了する。
【００５２】
以上の説明からも明らかなように、ＣＰＵ１０ａがＣＯ検出処理プログラムを実行することで、図１に示す請求項中の補正手段１０ａ３として機能する。
【００５３】
次に、上述したガス警報器１００の本発明に係る自己診断時における動作（作用）の一例を以下に説明する。
【００５４】
ガス警報器１００は、診断タイミングになると、第１スイッチＳＷ１をオンさせて、電流源３３から充電電流をＣＯセンサ１に供給することで、ＣＯセンサ１を充電する。また、その電流源３３から分流された電流は抵抗Ｒ１を介して電流／電圧変換回路４０に入力され、電流／電圧変換回路４０で電圧に変換して出力する。
【００５５】
ガス警報器１００は、その電流／電圧変換回路４０からの電圧値と抵抗Ｒ１とに基づいて、ＣＯセンサ１に充電を開始した瞬間の直列抵抗Ｒｓの抵抗値を算出する。そして、その直列抵抗Ｒｓの抵抗値と感度情報とに基づいて、電気化学式ガスセンサ１で発生した対象ガス濃度を補正する補正値がＲＡＭ１０ｃ等に記憶される。
【００５６】
ガス警報器１００のＣＰＵ１０ａは、所定のサンプリング周期により、電流／電圧変換回路４０から出力される電圧信号をサンプリングしてＣＯセンサ１のガス濃度を計測すると、ＲＡＭ１０ｃ等の補正値に基づいてガス濃度を補正する。そして、ガス警報器１００はその補正後のガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力部５０から警報を発し、警報解除設定点以下になった時に警報を停止する。
【００５７】
以上説明したガス警報器１００によれば、電源３３からＣＯセンサ（電気化学式ガスセンサ）１への充電電流への供給の開始に応じて、電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧に基づいてＣＯセンサ１の等価回路における直列内部抵抗成分Ｒｓの抵抗値を算出し、当該抵抗値と感度情報とに基づいて感度を算出して対象ガス濃度を補正するようにしたことから、調整・出荷後に振動、衝撃などでＣＯセンサの積層ズレ、経年変化、等が生じても、その感度に応じて補正することができるため、精度低下の防止に貢献することができる。また、定期的に充電開始に応じて電流／電圧変換回路４０が出力した出力電圧から補正を行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。従って、ＣＯセンサ１が正確な対象ガス濃度を計測することができるため、ＣＯセンサの精度向上に貢献することができる。
【００５８】
また、ガス警報器１００によれば、上述した補正により正常に動作している状態で計測した対象ガス濃度を判定し、その異常を警報するようにしたことから、ＣＯセンサ１に故障が生じたままの状態で使用され続けることを防止できる。従って、ガス警報器１００の計測精度の低下を防止できるため、安全性の向上に貢献することができる。
【００５９】
なお、上述した本実施形態では、ＣＯセンサ１のガス濃度を単に補正する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、上述したようにＣＯセンサ１の感度の傾きが寝てくる高濃度の場合に補正するなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、本発明の一酸化炭素ガス計測装置を警報器１００に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、一酸化炭素ガス計測装置を燃焼器具、火災警報器、等の各種機器に組み込む、一酸化炭素ガス計測装置を単独の計測器具として用いるなど種々異なる実施形態とすることができる。
【００６１】
さらに、上述した自己診断の方式は、水を収容する水容器からの水蒸気または大気中の水蒸気を電解質とし、該水蒸気と対象ガスとの反応によって前記対象ガス濃度に応じた電流をＣＯセンサ１が発生する場合について説明した。これに代えて、電解質に硫酸を用いた２極ないし３極で構成される電気化学式センサなどにも適用することができる。例えば、固体又は液体の電解質に接触する一対の電極を備え、検知対象ガスが反応する検知極ともう一方の電極との間に流れる電流又は当該電流に対応する電圧に基づいて、前記検知対象ガスの濃度を検知する電気化学式ガスセンサに適用することもできる。
【００６２】
このように上述した実施例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】
【００６３】
１ 電気化学式ガスセンサ（ＣＯセンサ）
２ 金属缶（水容器）
１０ａ１ 直列内部抵抗成分算出手段（ＣＰＵ）
１０ａ２ 感度算出手段（ＣＰＵ）
１０ａ３ 補正手段（ＣＰＵ）
１０ｂ 感度情報記憶手段（ＲＯＭ）
３１ 検知極
３２ 対極
３３ 電源（電流源）
４０ 電流／電圧変換回路
５０ 警報手段（音声警報出力部）
Ｒ１ 抵抗
Ｒｓ 直列抵抗（直列内部抵抗成分）
ＳＷ１ 第１スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサと、前記電気化学式ガスセンサに流れる前記電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、前記電気化学式ガスセンサに充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサを充電する電源と、前記電源から前記電気化学式ガスセンサへの供給路と前記電流／電圧変換回路の入力端との間に設けられ且つ前記電気化学式ガスセンサの充電開始時の等価回路が有する直列内部抵抗成分の抵抗値の変化に応じて前記電源から流れ込む電流が変化する抵抗値に設定された抵抗と、前記電気化学式ガスセンサの充電開始時における前記電流／電圧変換回路からの出力電圧と前記抵抗の抵抗値に基づいて前記直列内部抵抗成分の抵抗値を算出する直列内部抵抗成分算出手段と、を有する一酸化炭素ガス計測装置において、
前記直列内部抵抗成分と前記電気化学式ガスセンサの出力との感度を示す感度情報を記憶する感度情報記憶手段と、
前記直列内部抵抗成分算出手段が算出した抵抗値と前記感度情報記憶手段が記憶している感度情報とに基づいて、前記電気化学式ガスセンサの感度を算出する感度算出手段と、
前記感度算出手段が算出した感度に基づいて前記電気化学式ガスセンサで発生した対象ガス濃度を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする一酸化炭素ガス計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の一酸化炭素ガス計測装置と、
前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段と、
を有することを特徴とする警報器。
【請求項１】
固体又は液体の電解質と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度に応じた電流を発生する電気化学式ガスセンサと、前記電気化学式ガスセンサに流れる前記電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、前記電気化学式ガスセンサに充電電流を供給して前記電気化学式ガスセンサを充電する電源と、前記電源から前記電気化学式ガスセンサへの供給路と前記電流／電圧変換回路の入力端との間に設けられ且つ前記電気化学式ガスセンサの充電開始時の等価回路が有する直列内部抵抗成分の抵抗値の変化に応じて前記電源から流れ込む電流が変化する抵抗値に設定された抵抗と、前記電気化学式ガスセンサの充電開始時における前記電流／電圧変換回路からの出力電圧と前記抵抗の抵抗値に基づいて前記直列内部抵抗成分の抵抗値を算出する直列内部抵抗成分算出手段と、を有する一酸化炭素ガス計測装置において、
前記直列内部抵抗成分と前記電気化学式ガスセンサの出力との感度を示す感度情報を記憶する感度情報記憶手段と、
前記直列内部抵抗成分算出手段が算出した抵抗値と前記感度情報記憶手段が記憶している感度情報とに基づいて、前記電気化学式ガスセンサの感度を算出する感度算出手段と、
前記感度算出手段が算出した感度に基づいて前記電気化学式ガスセンサで発生した対象ガス濃度を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする一酸化炭素ガス計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の一酸化炭素ガス計測装置と、
前記一酸化炭素ガス計測装置によって計測された対象ガス濃度の異常を警報する警報手段と、
を有することを特徴とする警報器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６６３５６（Ｐ２０１０−２６６３５６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１８４９４（Ｐ２００９−１１８４９４）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００１１２４３９）フィガロ技研株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００１１２４３９）フィガロ技研株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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