熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法およびポータブル型ガス検知器
【課題】 湿度センサを用いることなく、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易に行うことのできる熱線型半導体式センサの感度補正方法、および、熱線型半導体式センサを具え、信頼性の高いガス検知を効率よく行うことのできるポータブル型ガス検知器を提供すること。
【解決手段】 測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の、基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量とが比例関係にあることを利用して、熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度を補正する。ポータブル型ガス検知器は、上記ガス感度補正を行うガス感度補正機構を有する。
【解決手段】 測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の、基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量とが比例関係にあることを利用して、熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度を補正する。ポータブル型ガス検知器は、上記ガス感度補正を行うガス感度補正機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法、および、熱線型半導体式ガスセンサを具えたポータブル型ガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば可燃性ガスや毒性ガスを検知するガスセンサの一つとして、例えば白金もしくは白金合金線よりなる線状抵抗体によって形成されたコイルが埋設された金属酸化物半導体の表面でのガス吸着による金属酸化物半導体の抵抗値の変化を検出することにより検知対象ガスのガス濃度を測定する熱線型半導体式ガスセンサが知られている。熱線型半導体式ガスセンサは可燃性ガスを低濃度から検知できる特長がある。
【０００３】
一般に、ガスセンサの校正には、ボンベガス（相対湿度が０％Ｒｈである標準ガス）が用いられるが、熱線型半導体式ガスセンサには、湿度影響が大きいという欠点があるため、例えば、ドライエアー（ボンベガス）を用いてゼロ校正したものにおいて、室内エアー（ゼロガス）を測定した場合には、湿度の影響でゼロ出力値が高い数字として出力され、ゼロ出力値が湿度の影響によって変動（ドリフト）する。また、ガス感度（スパン校正点とゼロ校正点との差）についても同様に、湿度の影響によって変動（ドリフト）する。これは、ガス反応による酸素脱離以外にガス感応部の表面に吸着しているＨ２Ｏ等も奪われてしまうためである。このように、従来においては、熱線型半導体式ガスセンサの校正には、湿度ゼロのＤＲＹガスであるボンベガスをそのままの状態で使用することができず、例えば予め加湿を行うなどして測定雰囲気と同等の湿度の校正用ガスを生成していた。しかしながら、校正用ガスを測定雰囲気の環境条件に応じてその都度生成することが必要となって相当に手間がかかり、また、測定雰囲気の環境条件と同等の校正用ガスを常時用意しておくことは実際上困難である、という問題がある。
【０００４】
一方、半導体式ガスセンサが収納されたガス検知部内に温度センサと相対湿度センサとが配置されてなり、半導体式ガスセンサより得られるセンサ出力が、温度センサおよび相対湿度センサの各々の測定値より算出される絶対湿度に基づいて、補正される構成とされたガス濃度測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
しかしながら、湿度センサは高価であるため、ガス検知器の製造コストが高騰すると共に、特に、吸引式のガス検知器においては、湿度センサが接ガス環境下に晒されることとなるため、湿度センサとして、ガスに対する耐久性を有するものを用いることが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、熱線型半導体式センサのガス感度の湿度の影響による変動量は、温度によらず、ゼロ出力値が湿度によって変動する量にほぼ比例するとの知見を得、測定雰囲気におけるエアー（ゼロガス）を測定し、当該測定雰囲気の湿度によるゼロ出力値の変動量を取得することにより、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度の補正を行うことができることが判明し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、熱線型半導体式センサについて、湿度センサを用いることなく、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易に行うことのできる熱線型半導体式センサの感度補正方法、および、熱線型半導体式センサを具えたものにおいて、信頼性の高いガス検知を効率よく行うことのできるポータブル型ガス検知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法は、測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度が下記式（１）に基づいて算出される。
【００１０】
【数１】
【００１１】
また、本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度の温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データを予め取得しておき、
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正がなされると共に、前記基準ガス感度の前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正がなされることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、前記ゼロ校正値として、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されたものを用いることができる。
【００１３】
本発明のポータブル型ガス検知器は、熱線型半導体式ガスセンサと、当該熱線型半導体式ガスセンサのガス感度を測定雰囲気の湿度に応じて補正する機能を有するガス感度補正機構と、前記熱線型半導体式ガスセンサについての基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を含む情報が記録された記憶手段とを具えており、
前記ガス感度補正機構は、測定雰囲気の湿度に応じた前記熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の当該熱線型半導体式ガスセンサの前記基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度を補正する機能を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を上記式（１）に基づいて算出する機能を有する構成とすることができる。
【００１５】
また、本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記記憶手段には、前記測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度との温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データがさらに記録されており、
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の、前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正を行うと共に、前記基準ガス感度の、前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正を行う機能を有する構成とされていることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記ゼロ校正値を、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法によれば、測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量とが比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることにより、基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を予め取得しておき、測定雰囲気における検知対象ガスが含まれないガスについてのセンサ出力値（ゼロ出力値）を取得するという操作を行うだけで、湿度センサ等の特別なデバイスを用いることなく、熱線型半導体式ガスセンサについて、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易にかつ効率よく行うことができる。
また、熱線型半導体式ガスセンサのガス感度補正を行うに際して、測定雰囲気の環境に応じて生成したものではなく、ボンベガス（相対湿度０％Ｒｈ）を校正用ガスとして用いることができるので、高い利便性を得ることができる。
従って、熱線型半導体式ガスセンサについて上記のガス感度補正が行われる本発明のポータブル型ガス検知器によれば、測定雰囲気の環境条件によるセンサ出力の変動が補償された信頼性の高いガス検知を効率よく行うことができる。また、湿度センサ等の特別なデバイスが不要であるので、所期のガス検知器をコスト的に有利に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のポータブル型ガス検知器の一例における要部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】熱線型半導体式ガスセンサを構成するガス感応素子の一例における構成の概略を、ガス感応部の一部を省略して示す斜視図である。
【図３】ガス感度補正処理の一例を示す動作フロー図である。
【図４】湿度補正係数の設定方法を説明するめの、ガス感度比と湿度の影響によるゼロ出力値の変動量との関係を示すグラフである。
【図５】実験例１におけるセンサ出力に対する湿度の影響を示すグラフである。
【図６】参考例１におけるセンサ出力に対する湿度の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のポータブル型ガス検知器の一例における要部の構成を概略的に示すブロック図である。
この実施の形態に係るポータブル型ガス検知器（以下、単に、「ガス検知器」という。）は、熱線型半導体式ガスセンサ１０と、この熱線型半導体式ガスセンサ１０を駆動するセンサ駆動手段２０と、測定雰囲気の温度を測定する温度センサ３０と、ガス検知器の動作制御を行う制御手段と、ガス濃度測定および感度補正に係る情報が記録された記憶手段６０とを具えている。
【００２０】
熱線型半導体式ガスセンサ１０は、通電により加熱された状態において検知対象ガスに感応するガス感応素子（検出素子）を有し、図２に示すように、ガス感応素子１１は、通電により発熱する抵抗体の周囲に、金属酸化物半導体、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）などの酸化触媒がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体と共に焼結されてなるガス感応部１２が形成されて構成されている。
【００２１】
抵抗体は、例えば白金またはその合金よりなる金属素線がコイル状に巻回されてなるコイル部１３Ａおよびこのコイル部１３Ａの両端に連続する直線状のリード部１３Ｂを有するヒータ１３よりなる。
【００２２】
ガス感応素子１１の構成例を示すと、ガス感応部１２の最大外径Ｄが０．２〜１．３ｍｍ、全長Ｌが０．２〜１．３ｍｍであり、ヒータ１３を構成する金属素線の素線径がφ１５〜５０μｍ、全長が７．５〜２５．５ｍｍ（コイル部１３Ａの長さが３．７５〜２２．６ｍｍ）、コイル部１３Ａの巻き数が８〜１８である。
【００２３】
センサ駆動手段２０は、ガス感応部１２の表面温度が所定温度例えば３００〜４００℃に維持されるよう、熱線型半導体式ガスセンサ１０におけるヒータ１３に適正な大きさに制御された電圧または電流を印加する。ここに、例えば、ヒータ１３に対する印加電圧は、１．０〜２．６Ｖである。
【００２４】
制御手段は、センサ駆動手段２０およびその他の構成部材の動作制御を行う動作制御機構（図示せず）と、測定雰囲気の環境条件（温度、湿度）に応じて熱線型半導体式ガスセンサ１０の感度補正を行う機能を有するガス感度補正機構４０と、熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力値に基づいてガス濃度を算出する機能を有するガス濃度算出機構５０とを具えている。
【００２５】
ガス感度補正機構４０は、ゼロ校正点温度補正部４１と、ガス感度温度補正部４２と、ゼロ出力変動量算出部４３と、ガス感度湿度補正部４４とを有する。
【００２６】
ゼロ校正点温度補正部４１は、熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正点Ｚｄを、測定雰囲気の温度に応じて温度補正して一次補正ゼロ出力Ｚｄ（ｔ）を算出する。ここに、熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正点Ｚｄは、基準湿度のゼロ校正用ガス例えば、相対湿度が０％Ｒｈであるボンベガスを用いて取得されたものであって、記憶手段６０に記録されている。そして、ゼロ校正点Ｚｄの温度補正は、熱線型半導体式ガスセンサ１０について予め実験的に取得された、温度変化量と当該熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ出力変動量との関係を示す補正用温度特性データαに基づいて行われ、この補正用温度特性データαは記憶手段６０に記録されている。
【００２７】
ガス感度温度補正部４２は、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度Ｓｄを、測定雰囲気の温度に応じて温度補正して一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）を算出する。ここに、スパン校正点Ｇｄは、ゼロ校正用ガスと同一の湿度のスパン校正用ガス、例えば相対湿度が０％Ｒｈであるボンベガス（標準ガス）を用いて取得されたものであって、記憶手段６０に記録されている。そして、基準ガス感度Ｓｄの温度補正は、熱線型半導体式ガスセンサ１０について予め実験的に取得された、温度変化量と当該熱線型半導体式ガスセンサ１０のガス感度の変動量との関係を示す補正用温度特性データβに基づいて行われ、この補正用温度特性データβは記憶手段６０に記録されている。
【００２８】
ゼロ出力変動量算出部４３は、測定雰囲気における検知対象ガスが含まれないガス（ゼロガス、湿度Ｔｍ％Ｒｈ）が導入されることにより熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力をゼロ出力値Ｚｍとし、このゼロ出力値Ｚｍの、一次補正ゼロ出力Ｚｄ（ｔ）に対するゼロ出力変動量Ｄｚを算出する。
【００２９】
ガス感度湿度補正部４４は、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度の基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、ゼロ出力変動量Ｄｚとが比例関係にあることを利用して、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度（この例では一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ））の補正を行う。測定雰囲気の湿度の影響に対するガス感度の具体的補正方法（湿度補正）については後述する。
【００３０】
記憶手段６０に記録される情報としては、例えば、熱線型半導体式ガスセンサ１０よりのセンサ出力値とガス濃度値との関係を示す当該熱線型半導体式ガスセンサ１０に固有の検量線データ、熱線型半導体式ガスセンサ１０についてのゼロ校正点Ｚｄ、スパン校正点Ｇｄ、基準ガス感度Ｓｄ、ゼロ校正点についての補正用温度特性データα、スパン校正点についての補正用温度特性データβ、ガス感度についての湿度補正係数Ｋ、湿度補正処理後のガス感度Ｓｍ、測定雰囲気に係るゼロ出力値Ｚｍなどを挙げることができる。これらのデータは、複数種の検知対象ガスの各々について設定された複数のものが記録されていてもよい。
【００３１】
以下、上記のガス検知器の動作について説明する。
上記のガス検知器においては、例えばセンサ駆動手段２０によって適正な大きさに制御された電圧が熱線型半導体式ガスセンサ１０におけるヒータ１３に供給されて（定電流制御）ガス感応部１２の表面温度が所定の温度状態、例えば３００〜４００℃に維持されるよう加熱された状態において、測定雰囲気における被検ガスが熱線型半導体式ガスセンサ１０に供給されると、ガス感応部１２を構成する金属酸化物半導体の抵抗値（検出出力値）に応じた検出信号（センサ出力）がガス濃度算出機構５０に入力されることにより、当該検出信号に応じたガス濃度が検量線データに基づいて算出され、その結果が表示手段（図示せず）に表示される。
【００３２】
而して、上述したように、熱線型半導体式ガスセンサは、湿度、温度等の環境変化によってセンサ出力特性が変動することから、上記のガス検知器においては、測定を開始するに際して、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度Ｓｄが測定雰囲気の環境条件に応じたものとなるよう補正するガス感度補正処理が行われる。以下、このガス感度補正処理について具体的に説明する。
【００３３】
測定雰囲気における被検ガスの測定に際しては、図３に示すように、先ず、測定雰囲気における検知対象ガスを含まないゼロガス（湿度Ｔｍ％Ｒｈ）が導入されることにより、温度センサ３０によって測定雰囲気の温度が測定されると共に、熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力値がゼロ出力値Ｚｍとして取得され（Ｓ１）、記憶手段６０に記録されたゼロ校正値Ｚｄの、測定雰囲気の温度に応じた温度補正が行われて一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ）が取得される（Ｓ２）。具体的には、ゼロ校正点温度補正部４１によって、測定雰囲気の温度と基準温度（ゼロ校正点を取得する際に用いられたゼロ校正用ガスの温度）との温度差に応じたゼロ出力の変動量が補正用温度特性データαに基づいて算出され、ゼロ校正点Ｚｄが当該算出されたゼロ出力の変動量によって補正されることにより一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ）が算出される。
次いで、ゼロ出力変動量算出部４３によって、測定雰囲気の湿度の影響によるゼロ出力変動量、すなわち、測定されたゼロ出力値Ｚｍのゼロ校正点（この例では一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ））に対する変動量Ｄｚ（＝Ｚｍ−Ｚｄ（ｔ））が算出される（Ｓ３）。
【００３４】
一方、記憶手段６０に記録された基準ガス感度Ｓｄの、測定雰囲気の温度に応じた温度補正が行われて一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）が取得される（Ｓ４）。具体的には、ガス感度温度補正部４２によって、測定雰囲気の温度と基準温度（スパン校正点を取得する際に用いられたスパン校正用ガスの温度）との温度差に応じたガス感度の変動量が補正用温度特性データβに基づいて算出され、基準ガス感度Ｓｄが当該算出されたガス感度の変動量によって補正されることにより一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）が算出される。
そして、ガス感度湿度補正部４４によって、一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）の、測定雰囲気の湿度に応じた湿度補正が行われ、湿度の影響によるセンサ出力値の変動が補償されたガス感度Ｓｍが算出される（Ｓ５）。具体的には、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度Ｓｍは、基準ガス感度（この例では一次補正ガス感度）をＳｄ（ｔ）、測定雰囲気の湿度の影響によるゼロ出力変動量をＤｚ、湿度補正係数をＫとしたとき、下記式（２）により示される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
上記式（２）における湿度補正係数Ｋは次のようにして取得されるものである。
すなわち、各々相対湿度が異なる基準温度（例えば２０℃）の複数種のゼロ校正用ガスを用意し、各々のゼロ校正用ガスを用いて熱伝導型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正処理を行い、各々のゼロ校正用ガスに係るゼロ出力値Ｚｍの、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスに係るゼロ出力値（ゼロ校正点）Ｚｄに対する変動量Ｄｚ（＝Ｚｍ−Ｚｄ）を算出する。
また、各々相対湿度が異なる基準温度（例えば２０℃）の複数種のスパン校正用ガスを用意し、各々のスパン校正用ガスを用いて熱線型半導体式ガスセンサ１０のスパン校正処理を行うことによりガス感度を算出し、各々のスパン校正用ガスを用いて算出されるガス感度Ｓｍの、相対湿度が０％Ｒｈであるスパン校正用ガス（ボンベガス）を用いて算出される基準ガス感度Ｓｄに対するガス感度比（Ｓｍ／Ｓｄ）を算出する。
そして、図４に示すように、ゼロ出力変動量Ｄｚ〔ｍＶ〕を横軸、ガス感度比Ｓｍ／Ｓｄを縦軸にとって結果をプロット（四角形のプロット）し、これらを直線近似することにより取得される、図４において破線で示す湿度特性データにおいて、近似直線Ｌの傾きが基準温度における湿度補正係数Ｋとして設定される。
【００３７】
ここに、校正用ガスの温度を０℃（図４において菱形のプロット）、４０℃（図４において三角形のプロット）および５０℃（図４においてバツ印のプロット）に変更して上記と同様の操作を行ったところ、ゼロ出力変動量およびガス感度比の両者は、校正用ガスの温度に拘らず、比例関係にあり、しかも、湿度補正係数Ｋ（近似直線Ｌの傾きの大きさ）は、実質的に一致する（一定の大きさ）であることが理解される。
【００３８】
以上のようなガス感度補正処理が行われた後、ガス濃度算出機構５０によって、測定雰囲気における被検ガスが導入されることにより取得される熱線型半導体式ガスセンサ１０のセンサ出力値に応じた被検ガス中の検知対象ガスのガス濃度が当該熱線型半導体式ガスセンサ１０についての固有の検量線データに基づいて算出される。
【００３９】
而して、上記のガス検知器によれば、熱線型半導体式ガスセンサ１０のガス感度補正処理が、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度Ｓｍの、基準湿度における基準ガス感度Ｓｄに対するガス感度比Ｓｍ／Ｓｄの、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値Ｚｍと基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値Ｚｄとの差で示されるゼロ出力変動量Ｄｚとが比例関係にあることを利用して、基準ガス感度Ｓｄが補正されることにより、基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値、ゼロ校正用ガスと同一の湿度のスパン校正用ガスによるスパン校正値およびスパン校正値とゼロ校正値との差で示される基準ガス感度を予め取得しておき、測定雰囲気におけるゼロガスについてのセンサ出力値（ゼロ出力値）を取得するという操作を行うだけで、湿度センサ等の特別なデバイスを用いることなく、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易に行うことができ、測定雰囲気の環境条件によるセンサ出力の変動が補償された信頼性の高いガス検知を効率よく行うことができる。
さらに、基準ガス感度の補正に際して、予め取得されたゼロ校正点Ｚｄおよび基準ガス感度Ｓｄについて測定雰囲気の温度に応じた補正（温度補正）が行われることにより、上記効果を一層確実に得ることができる。
さらにまた、湿度センサ等の特別なデバイスが不要であるので、所期のガス検知器をコスト的に有利に製造することができる。
【００４０】
以上のように、本発明の熱線型半導体式ガスセンサのガス感度補正方法によれば、熱線型半導体式ガスセンサ１０について、測定雰囲気の環境条件、特に湿度に応じたガス感度補正を、測定雰囲気の環境に応じて生成したものではなく、ボンベガス（相対湿度０％Ｒｈの標準ガス）を校正用ガスとして用いて行うことができるので、高い利便性を得ることができ、熱線型半導体式ガスセンサ１０を具えたポータブル型ガス検知器、特に吸引式のポータブル型ガス検知器に極めて有用である。すなわち、湿度センサを用いて感度補正を行う構成のものであれば、吸引式のものに適用した場合には、湿度センサが接ガス環境下に晒されることとなるため、湿度センサとして、ガスに対する耐久性を有するものを用いることが必要となるなど、湿度センサを配管内に配置することが大変であるという問題が生ずることとなるが、本発明によれば、このような問題が生ずることがない。
【００４１】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
＜実験例１＞
図２に示す構成の検出素子を具えた、各々互いに同一の構成を有する１０個の熱線型半導体式ガスセンサを作製し、各々の熱線型半導体式ガスセンサについて、相対湿度０％Ｒｈ、温度２０℃であるボンベガス（エアー（ゼロ校正用ガス）および濃度５００ｐｐｍのメタンガス（スパン校正用ガス））を用いてゼロ校正処理およびスパン校正処理を行うことにより、ゼロ校正値（Ｚｄ）、スパン校正値（Ｇｄ）および基準ガス感度（Ｓｄ）を取得すると共にガス感度についての湿度補正係数（Ｋ）を取得した。
各々の熱線型半導体式ガスセンサにおける検出素子（１１）は、ガス感応部（１２）の最大外径（Ｄ）が０．５５ｍｍ、全長（Ｌ）が０．７ｍｍ、表面積が１．２ｍｍ２であり、ヒータ（１３）を構成する白金線の素線径がφ２０μｍ、全長が１２．４ｍｍ（コイル部（１３Ａ）の長さが８．９ｍｍ）、コイル部（１３Ａ）の巻き数が１８であり、供給電流が１２０ｍＡ（定電流）、通電時におけるヒータ（１３）の発熱量が０．１５Ｗである。
【００４２】
各々相対湿度が３０、６０、９０％Ｒｈ、温度が２０℃、ガス濃度が５００ｐｐｍである３種類のメタンガスを試験用ガスとして用い、各々の試験用ガスについてのガス濃度測定を行った。そして、ガス濃度測定に際して、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度比が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行った。結果を図５に示す。図５において、縦軸は、各々の試験用ガスについて取得されるセンサ出力値の、相対湿度０％Ｒｈの試験用ガスについて取得されるセンサ出力値に対するセンサ出力比であり、横軸は、相対湿度（％Ｒｈ）である。
【００４３】
＜参考例１＞
上記実験例１において、各々の試験用ガスについてのガス濃度測定に際して、ガス感度の補正を行わないことの他は、実験例１と同様のガス濃度測定を行った。結果を図６に示す。
【００４４】
以上の結果より明らかなように、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度変動量が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行うことにより、湿度の影響によるセンサ出力の変動が補償された安定したセンサ出力値が得られることが確認された。これに対して、ガス感度補正を行わない場合には、湿度の影響によってセンサ出力値が最大で６０％程度にまで低下することが確認された。
【００４５】
また、ゼロ校正点についての補正用温度特性データを取得すると共にガス感度についての補正用温度特性データを取得し、上記実験例１において、試験用ガスの温度を０℃、４０℃、５０℃に変更して実験例１と同様のガス濃度測定を行った。そして、ガス濃度測定に際して、ゼロ校正点および基準ガス感度について温度補正を行うと共に、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度変動量が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行ったところ、いずれの場合においても、上記実験例１と同様に、温度および湿度の影響によるセンサ出力の変動が補償された安定したセンサ出力値が得られることが確認された。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、熱線型半導体式ガスセンサの感度補正を行うに際して用いられる測定雰囲気の温度は、ガス検知器それ自体が有する温度センサにより検出された値であっても、ガス検知器と別個の温度検出手段によって検出された値が入力されたものであってもよく、従って、ガス検知器それ自体が温度センサを具備する構成とされている必要はない。
また、ガス感度補正を行うに際して用いられるゼロ校正点およびスパン校正点は、相対湿度が０％Ｒｈである校正用ガスによる値でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 熱線型半導体式ガスセンサ
１１ ガス感応素子
１２ ガス感応部
１３ ヒータ
１３Ａ コイル部
１３Ｂ リード部
２０ センサ駆動手段
３０ 温度センサ
４０ ガス感度補正機構
４１ ゼロ校正点温度補正部
４２ ガス感度温度補正部
４３ ゼロ出力変動量算出部
４４ ガス感度湿度補正部
５０ ガス濃度算出機構
６０ 記憶手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法、および、熱線型半導体式ガスセンサを具えたポータブル型ガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば可燃性ガスや毒性ガスを検知するガスセンサの一つとして、例えば白金もしくは白金合金線よりなる線状抵抗体によって形成されたコイルが埋設された金属酸化物半導体の表面でのガス吸着による金属酸化物半導体の抵抗値の変化を検出することにより検知対象ガスのガス濃度を測定する熱線型半導体式ガスセンサが知られている。熱線型半導体式ガスセンサは可燃性ガスを低濃度から検知できる特長がある。
【０００３】
一般に、ガスセンサの校正には、ボンベガス（相対湿度が０％Ｒｈである標準ガス）が用いられるが、熱線型半導体式ガスセンサには、湿度影響が大きいという欠点があるため、例えば、ドライエアー（ボンベガス）を用いてゼロ校正したものにおいて、室内エアー（ゼロガス）を測定した場合には、湿度の影響でゼロ出力値が高い数字として出力され、ゼロ出力値が湿度の影響によって変動（ドリフト）する。また、ガス感度（スパン校正点とゼロ校正点との差）についても同様に、湿度の影響によって変動（ドリフト）する。これは、ガス反応による酸素脱離以外にガス感応部の表面に吸着しているＨ２Ｏ等も奪われてしまうためである。このように、従来においては、熱線型半導体式ガスセンサの校正には、湿度ゼロのＤＲＹガスであるボンベガスをそのままの状態で使用することができず、例えば予め加湿を行うなどして測定雰囲気と同等の湿度の校正用ガスを生成していた。しかしながら、校正用ガスを測定雰囲気の環境条件に応じてその都度生成することが必要となって相当に手間がかかり、また、測定雰囲気の環境条件と同等の校正用ガスを常時用意しておくことは実際上困難である、という問題がある。
【０００４】
一方、半導体式ガスセンサが収納されたガス検知部内に温度センサと相対湿度センサとが配置されてなり、半導体式ガスセンサより得られるセンサ出力が、温度センサおよび相対湿度センサの各々の測定値より算出される絶対湿度に基づいて、補正される構成とされたガス濃度測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
しかしながら、湿度センサは高価であるため、ガス検知器の製造コストが高騰すると共に、特に、吸引式のガス検知器においては、湿度センサが接ガス環境下に晒されることとなるため、湿度センサとして、ガスに対する耐久性を有するものを用いることが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、熱線型半導体式センサのガス感度の湿度の影響による変動量は、温度によらず、ゼロ出力値が湿度によって変動する量にほぼ比例するとの知見を得、測定雰囲気におけるエアー（ゼロガス）を測定し、当該測定雰囲気の湿度によるゼロ出力値の変動量を取得することにより、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度の補正を行うことができることが判明し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、熱線型半導体式センサについて、湿度センサを用いることなく、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易に行うことのできる熱線型半導体式センサの感度補正方法、および、熱線型半導体式センサを具えたものにおいて、信頼性の高いガス検知を効率よく行うことのできるポータブル型ガス検知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法は、測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度が下記式（１）に基づいて算出される。
【００１０】
【数１】
【００１１】
また、本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度の温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データを予め取得しておき、
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正がなされると共に、前記基準ガス感度の前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正がなされることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法においては、前記ゼロ校正値として、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されたものを用いることができる。
【００１３】
本発明のポータブル型ガス検知器は、熱線型半導体式ガスセンサと、当該熱線型半導体式ガスセンサのガス感度を測定雰囲気の湿度に応じて補正する機能を有するガス感度補正機構と、前記熱線型半導体式ガスセンサについての基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を含む情報が記録された記憶手段とを具えており、
前記ガス感度補正機構は、測定雰囲気の湿度に応じた前記熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の当該熱線型半導体式ガスセンサの前記基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度を補正する機能を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を上記式（１）に基づいて算出する機能を有する構成とすることができる。
【００１５】
また、本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記記憶手段には、前記測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度との温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データがさらに記録されており、
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の、前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正を行うと共に、前記基準ガス感度の、前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正を行う機能を有する構成とされていることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、本発明のポータブル型ガス検知器においては、前記ゼロ校正値を、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法によれば、測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量とが比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることにより、基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を予め取得しておき、測定雰囲気における検知対象ガスが含まれないガスについてのセンサ出力値（ゼロ出力値）を取得するという操作を行うだけで、湿度センサ等の特別なデバイスを用いることなく、熱線型半導体式ガスセンサについて、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易にかつ効率よく行うことができる。
また、熱線型半導体式ガスセンサのガス感度補正を行うに際して、測定雰囲気の環境に応じて生成したものではなく、ボンベガス（相対湿度０％Ｒｈ）を校正用ガスとして用いることができるので、高い利便性を得ることができる。
従って、熱線型半導体式ガスセンサについて上記のガス感度補正が行われる本発明のポータブル型ガス検知器によれば、測定雰囲気の環境条件によるセンサ出力の変動が補償された信頼性の高いガス検知を効率よく行うことができる。また、湿度センサ等の特別なデバイスが不要であるので、所期のガス検知器をコスト的に有利に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のポータブル型ガス検知器の一例における要部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】熱線型半導体式ガスセンサを構成するガス感応素子の一例における構成の概略を、ガス感応部の一部を省略して示す斜視図である。
【図３】ガス感度補正処理の一例を示す動作フロー図である。
【図４】湿度補正係数の設定方法を説明するめの、ガス感度比と湿度の影響によるゼロ出力値の変動量との関係を示すグラフである。
【図５】実験例１におけるセンサ出力に対する湿度の影響を示すグラフである。
【図６】参考例１におけるセンサ出力に対する湿度の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のポータブル型ガス検知器の一例における要部の構成を概略的に示すブロック図である。
この実施の形態に係るポータブル型ガス検知器（以下、単に、「ガス検知器」という。）は、熱線型半導体式ガスセンサ１０と、この熱線型半導体式ガスセンサ１０を駆動するセンサ駆動手段２０と、測定雰囲気の温度を測定する温度センサ３０と、ガス検知器の動作制御を行う制御手段と、ガス濃度測定および感度補正に係る情報が記録された記憶手段６０とを具えている。
【００２０】
熱線型半導体式ガスセンサ１０は、通電により加熱された状態において検知対象ガスに感応するガス感応素子（検出素子）を有し、図２に示すように、ガス感応素子１１は、通電により発熱する抵抗体の周囲に、金属酸化物半導体、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）などの酸化触媒がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体と共に焼結されてなるガス感応部１２が形成されて構成されている。
【００２１】
抵抗体は、例えば白金またはその合金よりなる金属素線がコイル状に巻回されてなるコイル部１３Ａおよびこのコイル部１３Ａの両端に連続する直線状のリード部１３Ｂを有するヒータ１３よりなる。
【００２２】
ガス感応素子１１の構成例を示すと、ガス感応部１２の最大外径Ｄが０．２〜１．３ｍｍ、全長Ｌが０．２〜１．３ｍｍであり、ヒータ１３を構成する金属素線の素線径がφ１５〜５０μｍ、全長が７．５〜２５．５ｍｍ（コイル部１３Ａの長さが３．７５〜２２．６ｍｍ）、コイル部１３Ａの巻き数が８〜１８である。
【００２３】
センサ駆動手段２０は、ガス感応部１２の表面温度が所定温度例えば３００〜４００℃に維持されるよう、熱線型半導体式ガスセンサ１０におけるヒータ１３に適正な大きさに制御された電圧または電流を印加する。ここに、例えば、ヒータ１３に対する印加電圧は、１．０〜２．６Ｖである。
【００２４】
制御手段は、センサ駆動手段２０およびその他の構成部材の動作制御を行う動作制御機構（図示せず）と、測定雰囲気の環境条件（温度、湿度）に応じて熱線型半導体式ガスセンサ１０の感度補正を行う機能を有するガス感度補正機構４０と、熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力値に基づいてガス濃度を算出する機能を有するガス濃度算出機構５０とを具えている。
【００２５】
ガス感度補正機構４０は、ゼロ校正点温度補正部４１と、ガス感度温度補正部４２と、ゼロ出力変動量算出部４３と、ガス感度湿度補正部４４とを有する。
【００２６】
ゼロ校正点温度補正部４１は、熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正点Ｚｄを、測定雰囲気の温度に応じて温度補正して一次補正ゼロ出力Ｚｄ（ｔ）を算出する。ここに、熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正点Ｚｄは、基準湿度のゼロ校正用ガス例えば、相対湿度が０％Ｒｈであるボンベガスを用いて取得されたものであって、記憶手段６０に記録されている。そして、ゼロ校正点Ｚｄの温度補正は、熱線型半導体式ガスセンサ１０について予め実験的に取得された、温度変化量と当該熱線型半導体式ガスセンサ１０のゼロ出力変動量との関係を示す補正用温度特性データαに基づいて行われ、この補正用温度特性データαは記憶手段６０に記録されている。
【００２７】
ガス感度温度補正部４２は、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度Ｓｄを、測定雰囲気の温度に応じて温度補正して一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）を算出する。ここに、スパン校正点Ｇｄは、ゼロ校正用ガスと同一の湿度のスパン校正用ガス、例えば相対湿度が０％Ｒｈであるボンベガス（標準ガス）を用いて取得されたものであって、記憶手段６０に記録されている。そして、基準ガス感度Ｓｄの温度補正は、熱線型半導体式ガスセンサ１０について予め実験的に取得された、温度変化量と当該熱線型半導体式ガスセンサ１０のガス感度の変動量との関係を示す補正用温度特性データβに基づいて行われ、この補正用温度特性データβは記憶手段６０に記録されている。
【００２８】
ゼロ出力変動量算出部４３は、測定雰囲気における検知対象ガスが含まれないガス（ゼロガス、湿度Ｔｍ％Ｒｈ）が導入されることにより熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力をゼロ出力値Ｚｍとし、このゼロ出力値Ｚｍの、一次補正ゼロ出力Ｚｄ（ｔ）に対するゼロ出力変動量Ｄｚを算出する。
【００２９】
ガス感度湿度補正部４４は、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度の基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、ゼロ出力変動量Ｄｚとが比例関係にあることを利用して、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度（この例では一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ））の補正を行う。測定雰囲気の湿度の影響に対するガス感度の具体的補正方法（湿度補正）については後述する。
【００３０】
記憶手段６０に記録される情報としては、例えば、熱線型半導体式ガスセンサ１０よりのセンサ出力値とガス濃度値との関係を示す当該熱線型半導体式ガスセンサ１０に固有の検量線データ、熱線型半導体式ガスセンサ１０についてのゼロ校正点Ｚｄ、スパン校正点Ｇｄ、基準ガス感度Ｓｄ、ゼロ校正点についての補正用温度特性データα、スパン校正点についての補正用温度特性データβ、ガス感度についての湿度補正係数Ｋ、湿度補正処理後のガス感度Ｓｍ、測定雰囲気に係るゼロ出力値Ｚｍなどを挙げることができる。これらのデータは、複数種の検知対象ガスの各々について設定された複数のものが記録されていてもよい。
【００３１】
以下、上記のガス検知器の動作について説明する。
上記のガス検知器においては、例えばセンサ駆動手段２０によって適正な大きさに制御された電圧が熱線型半導体式ガスセンサ１０におけるヒータ１３に供給されて（定電流制御）ガス感応部１２の表面温度が所定の温度状態、例えば３００〜４００℃に維持されるよう加熱された状態において、測定雰囲気における被検ガスが熱線型半導体式ガスセンサ１０に供給されると、ガス感応部１２を構成する金属酸化物半導体の抵抗値（検出出力値）に応じた検出信号（センサ出力）がガス濃度算出機構５０に入力されることにより、当該検出信号に応じたガス濃度が検量線データに基づいて算出され、その結果が表示手段（図示せず）に表示される。
【００３２】
而して、上述したように、熱線型半導体式ガスセンサは、湿度、温度等の環境変化によってセンサ出力特性が変動することから、上記のガス検知器においては、測定を開始するに際して、熱線型半導体式ガスセンサ１０の基準ガス感度Ｓｄが測定雰囲気の環境条件に応じたものとなるよう補正するガス感度補正処理が行われる。以下、このガス感度補正処理について具体的に説明する。
【００３３】
測定雰囲気における被検ガスの測定に際しては、図３に示すように、先ず、測定雰囲気における検知対象ガスを含まないゼロガス（湿度Ｔｍ％Ｒｈ）が導入されることにより、温度センサ３０によって測定雰囲気の温度が測定されると共に、熱線型半導体式ガスセンサ１０により取得されるセンサ出力値がゼロ出力値Ｚｍとして取得され（Ｓ１）、記憶手段６０に記録されたゼロ校正値Ｚｄの、測定雰囲気の温度に応じた温度補正が行われて一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ）が取得される（Ｓ２）。具体的には、ゼロ校正点温度補正部４１によって、測定雰囲気の温度と基準温度（ゼロ校正点を取得する際に用いられたゼロ校正用ガスの温度）との温度差に応じたゼロ出力の変動量が補正用温度特性データαに基づいて算出され、ゼロ校正点Ｚｄが当該算出されたゼロ出力の変動量によって補正されることにより一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ）が算出される。
次いで、ゼロ出力変動量算出部４３によって、測定雰囲気の湿度の影響によるゼロ出力変動量、すなわち、測定されたゼロ出力値Ｚｍのゼロ校正点（この例では一次補正ゼロ出力値Ｚｄ（ｔ））に対する変動量Ｄｚ（＝Ｚｍ−Ｚｄ（ｔ））が算出される（Ｓ３）。
【００３４】
一方、記憶手段６０に記録された基準ガス感度Ｓｄの、測定雰囲気の温度に応じた温度補正が行われて一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）が取得される（Ｓ４）。具体的には、ガス感度温度補正部４２によって、測定雰囲気の温度と基準温度（スパン校正点を取得する際に用いられたスパン校正用ガスの温度）との温度差に応じたガス感度の変動量が補正用温度特性データβに基づいて算出され、基準ガス感度Ｓｄが当該算出されたガス感度の変動量によって補正されることにより一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）が算出される。
そして、ガス感度湿度補正部４４によって、一次補正ガス感度Ｓｄ（ｔ）の、測定雰囲気の湿度に応じた湿度補正が行われ、湿度の影響によるセンサ出力値の変動が補償されたガス感度Ｓｍが算出される（Ｓ５）。具体的には、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度Ｓｍは、基準ガス感度（この例では一次補正ガス感度）をＳｄ（ｔ）、測定雰囲気の湿度の影響によるゼロ出力変動量をＤｚ、湿度補正係数をＫとしたとき、下記式（２）により示される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
上記式（２）における湿度補正係数Ｋは次のようにして取得されるものである。
すなわち、各々相対湿度が異なる基準温度（例えば２０℃）の複数種のゼロ校正用ガスを用意し、各々のゼロ校正用ガスを用いて熱伝導型半導体式ガスセンサ１０のゼロ校正処理を行い、各々のゼロ校正用ガスに係るゼロ出力値Ｚｍの、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスに係るゼロ出力値（ゼロ校正点）Ｚｄに対する変動量Ｄｚ（＝Ｚｍ−Ｚｄ）を算出する。
また、各々相対湿度が異なる基準温度（例えば２０℃）の複数種のスパン校正用ガスを用意し、各々のスパン校正用ガスを用いて熱線型半導体式ガスセンサ１０のスパン校正処理を行うことによりガス感度を算出し、各々のスパン校正用ガスを用いて算出されるガス感度Ｓｍの、相対湿度が０％Ｒｈであるスパン校正用ガス（ボンベガス）を用いて算出される基準ガス感度Ｓｄに対するガス感度比（Ｓｍ／Ｓｄ）を算出する。
そして、図４に示すように、ゼロ出力変動量Ｄｚ〔ｍＶ〕を横軸、ガス感度比Ｓｍ／Ｓｄを縦軸にとって結果をプロット（四角形のプロット）し、これらを直線近似することにより取得される、図４において破線で示す湿度特性データにおいて、近似直線Ｌの傾きが基準温度における湿度補正係数Ｋとして設定される。
【００３７】
ここに、校正用ガスの温度を０℃（図４において菱形のプロット）、４０℃（図４において三角形のプロット）および５０℃（図４においてバツ印のプロット）に変更して上記と同様の操作を行ったところ、ゼロ出力変動量およびガス感度比の両者は、校正用ガスの温度に拘らず、比例関係にあり、しかも、湿度補正係数Ｋ（近似直線Ｌの傾きの大きさ）は、実質的に一致する（一定の大きさ）であることが理解される。
【００３８】
以上のようなガス感度補正処理が行われた後、ガス濃度算出機構５０によって、測定雰囲気における被検ガスが導入されることにより取得される熱線型半導体式ガスセンサ１０のセンサ出力値に応じた被検ガス中の検知対象ガスのガス濃度が当該熱線型半導体式ガスセンサ１０についての固有の検量線データに基づいて算出される。
【００３９】
而して、上記のガス検知器によれば、熱線型半導体式ガスセンサ１０のガス感度補正処理が、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度Ｓｍの、基準湿度における基準ガス感度Ｓｄに対するガス感度比Ｓｍ／Ｓｄの、測定雰囲気の湿度と基準湿度との湿度差による変動量と、測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値Ｚｍと基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値Ｚｄとの差で示されるゼロ出力変動量Ｄｚとが比例関係にあることを利用して、基準ガス感度Ｓｄが補正されることにより、基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値、ゼロ校正用ガスと同一の湿度のスパン校正用ガスによるスパン校正値およびスパン校正値とゼロ校正値との差で示される基準ガス感度を予め取得しておき、測定雰囲気におけるゼロガスについてのセンサ出力値（ゼロ出力値）を取得するという操作を行うだけで、湿度センサ等の特別なデバイスを用いることなく、測定雰囲気の湿度に応じたガス感度補正を容易に行うことができ、測定雰囲気の環境条件によるセンサ出力の変動が補償された信頼性の高いガス検知を効率よく行うことができる。
さらに、基準ガス感度の補正に際して、予め取得されたゼロ校正点Ｚｄおよび基準ガス感度Ｓｄについて測定雰囲気の温度に応じた補正（温度補正）が行われることにより、上記効果を一層確実に得ることができる。
さらにまた、湿度センサ等の特別なデバイスが不要であるので、所期のガス検知器をコスト的に有利に製造することができる。
【００４０】
以上のように、本発明の熱線型半導体式ガスセンサのガス感度補正方法によれば、熱線型半導体式ガスセンサ１０について、測定雰囲気の環境条件、特に湿度に応じたガス感度補正を、測定雰囲気の環境に応じて生成したものではなく、ボンベガス（相対湿度０％Ｒｈの標準ガス）を校正用ガスとして用いて行うことができるので、高い利便性を得ることができ、熱線型半導体式ガスセンサ１０を具えたポータブル型ガス検知器、特に吸引式のポータブル型ガス検知器に極めて有用である。すなわち、湿度センサを用いて感度補正を行う構成のものであれば、吸引式のものに適用した場合には、湿度センサが接ガス環境下に晒されることとなるため、湿度センサとして、ガスに対する耐久性を有するものを用いることが必要となるなど、湿度センサを配管内に配置することが大変であるという問題が生ずることとなるが、本発明によれば、このような問題が生ずることがない。
【００４１】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
＜実験例１＞
図２に示す構成の検出素子を具えた、各々互いに同一の構成を有する１０個の熱線型半導体式ガスセンサを作製し、各々の熱線型半導体式ガスセンサについて、相対湿度０％Ｒｈ、温度２０℃であるボンベガス（エアー（ゼロ校正用ガス）および濃度５００ｐｐｍのメタンガス（スパン校正用ガス））を用いてゼロ校正処理およびスパン校正処理を行うことにより、ゼロ校正値（Ｚｄ）、スパン校正値（Ｇｄ）および基準ガス感度（Ｓｄ）を取得すると共にガス感度についての湿度補正係数（Ｋ）を取得した。
各々の熱線型半導体式ガスセンサにおける検出素子（１１）は、ガス感応部（１２）の最大外径（Ｄ）が０．５５ｍｍ、全長（Ｌ）が０．７ｍｍ、表面積が１．２ｍｍ２であり、ヒータ（１３）を構成する白金線の素線径がφ２０μｍ、全長が１２．４ｍｍ（コイル部（１３Ａ）の長さが８．９ｍｍ）、コイル部（１３Ａ）の巻き数が１８であり、供給電流が１２０ｍＡ（定電流）、通電時におけるヒータ（１３）の発熱量が０．１５Ｗである。
【００４２】
各々相対湿度が３０、６０、９０％Ｒｈ、温度が２０℃、ガス濃度が５００ｐｐｍである３種類のメタンガスを試験用ガスとして用い、各々の試験用ガスについてのガス濃度測定を行った。そして、ガス濃度測定に際して、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度比が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行った。結果を図５に示す。図５において、縦軸は、各々の試験用ガスについて取得されるセンサ出力値の、相対湿度０％Ｒｈの試験用ガスについて取得されるセンサ出力値に対するセンサ出力比であり、横軸は、相対湿度（％Ｒｈ）である。
【００４３】
＜参考例１＞
上記実験例１において、各々の試験用ガスについてのガス濃度測定に際して、ガス感度の補正を行わないことの他は、実験例１と同様のガス濃度測定を行った。結果を図６に示す。
【００４４】
以上の結果より明らかなように、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度変動量が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行うことにより、湿度の影響によるセンサ出力の変動が補償された安定したセンサ出力値が得られることが確認された。これに対して、ガス感度補正を行わない場合には、湿度の影響によってセンサ出力値が最大で６０％程度にまで低下することが確認された。
【００４５】
また、ゼロ校正点についての補正用温度特性データを取得すると共にガス感度についての補正用温度特性データを取得し、上記実験例１において、試験用ガスの温度を０℃、４０℃、５０℃に変更して実験例１と同様のガス濃度測定を行った。そして、ガス濃度測定に際して、ゼロ校正点および基準ガス感度について温度補正を行うと共に、湿度の影響によるゼロ出力変動量とガス感度変動量が比例関係にあることを利用してガス感度補正を行ったところ、いずれの場合においても、上記実験例１と同様に、温度および湿度の影響によるセンサ出力の変動が補償された安定したセンサ出力値が得られることが確認された。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、熱線型半導体式ガスセンサの感度補正を行うに際して用いられる測定雰囲気の温度は、ガス検知器それ自体が有する温度センサにより検出された値であっても、ガス検知器と別個の温度検出手段によって検出された値が入力されたものであってもよく、従って、ガス検知器それ自体が温度センサを具備する構成とされている必要はない。
また、ガス感度補正を行うに際して用いられるゼロ校正点およびスパン校正点は、相対湿度が０％Ｒｈである校正用ガスによる値でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 熱線型半導体式ガスセンサ
１１ ガス感応素子
１２ ガス感応部
１３ ヒータ
１３Ａ コイル部
１３Ｂ リード部
２０ センサ駆動手段
３０ 温度センサ
４０ ガス感度補正機構
４１ ゼロ校正点温度補正部
４２ ガス感度温度補正部
４３ ゼロ出力変動量算出部
４４ ガス感度湿度補正部
５０ ガス濃度算出機構
６０ 記憶手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることを特徴とする熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項２】
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度が下記式（１）に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【数１】
【請求項３】
測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度の温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データを予め取得しておき、
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正がなされると共に、前記基準ガス感度の前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正がなされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項４】
前記ゼロ校正値が、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項５】
熱線型半導体式ガスセンサと、当該熱線型半導体式ガスセンサのガス感度を測定雰囲気の湿度に応じて補正する機能を有するガス感度補正機構と、前記熱線型半導体式ガスセンサについての基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を含む情報が記録された記憶手段とを具えており、
前記ガス感度補正機構は、測定雰囲気の湿度に応じた前記熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の当該熱線型半導体式ガスセンサの前記基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度を補正する機能を有することを特徴とするポータブル型ガス検知器。
【請求項６】
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を下記式（１）に基づいて算出する機能を有することを特徴とする請求項５に記載のポータブル型ガス検知器。
【数２】
【請求項７】
前記記憶手段には、前記測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度との温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データがさらに記録されており、
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の、前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正を行うと共に、前記基準ガス感度の、前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正を行う機能を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のポータブル型ガス検知器。
【請求項８】
前記ゼロ校正値が、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されるものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のポータブル型ガス検知器。
【請求項１】
測定雰囲気の湿度に応じた熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の基準湿度における当該熱線型半導体式ガスセンサの基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動量と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度が補正されることを特徴とする熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項２】
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度が下記式（１）に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【数１】
【請求項３】
測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度の温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データを予め取得しておき、
前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正がなされると共に、前記基準ガス感度の前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正がなされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項４】
前記ゼロ校正値が、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱線型半導体式ガスセンサの感度補正方法。
【請求項５】
熱線型半導体式ガスセンサと、当該熱線型半導体式ガスセンサのガス感度を測定雰囲気の湿度に応じて補正する機能を有するガス感度補正機構と、前記熱線型半導体式ガスセンサについての基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値および当該基準湿度における基準ガス感度を含む情報が記録された記憶手段とを具えており、
前記ガス感度補正機構は、測定雰囲気の湿度に応じた前記熱線型半導体式ガスセンサのガス感度の当該熱線型半導体式ガスセンサの前記基準ガス感度に対するガス感度比の、測定雰囲気の湿度と前記基準湿度との湿度差による変動量と、
当該測定雰囲気において検知対象ガスが含まれないガスが導入されることにより取得されるゼロ出力値と前記基準湿度のゼロ校正用ガスによるゼロ校正値との差で示されるゼロ出力変動と
が比例関係にあることを利用して、前記基準ガス感度を補正する機能を有することを特徴とするポータブル型ガス検知器。
【請求項６】
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を下記式（１）に基づいて算出する機能を有することを特徴とする請求項５に記載のポータブル型ガス検知器。
【数２】
【請求項７】
前記記憶手段には、前記測定雰囲気における温度および前記ゼロ校正用ガスの温度との温度差と当該温度差によるゼロ出力値の変動量との関係を示すゼロ出力温度補正データ、および、前記温度差と当該温度差によるガス感度の変動量との関係を示すガス感度温度補正データがさらに記録されており、
前記ガス感度補正機構は、前記測定雰囲気の湿度に応じたガス感度を算出するに際して、前記ゼロ校正値の、前記ゼロ出力温度補正データに基づく温度補正を行うと共に、前記基準ガス感度の、前記ガス感度温度補正データに基づく温度補正を行う機能を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のポータブル型ガス検知器。
【請求項８】
前記ゼロ校正値が、相対湿度が０％Ｒｈであるゼロ校正用ガスを用いて取得されるものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のポータブル型ガス検知器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９８３２（Ｐ２０１３−７９８３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８９３４（Ｐ２０１１−２１８９３４）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００２５０４２１）理研計器株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００２５０４２１）理研計器株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
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