JP2003107036A

JP2003107036A - ガス検出装置

Info

Publication number: JP2003107036A
Application number: JP2001300693A
Authority: JP
Inventors: Takashi Niwa; 孝丹羽; Masao Maki; 政雄牧; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takahiro Umeda; 孝裕梅田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度、信頼性の高いガス検出装置を実現す
る。【解決手段】ヒータ５で加熱されることによりガス検
知能を有するガス検出部に、静電結合により重畳してく
るヒータ５に印加された電圧を信号増幅器１０と差分器
１１によって相殺し、信頼性の高いガス検出装置を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一酸化炭素や漏洩ガ
スの検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のガス検出装置としては例
えば一酸化炭素検出装置の構成として、特開２０００−
３４６８２５公報に記載されているようなものがあっ
た。図１１は前記公報に記載された従来の一酸化炭素ガ
ス検出装置を示すものである。

【０００３】図１１において１は固体電解質板、２、３
は電極、４は一酸化炭素酸化触媒、５はヒータであり、
ヒータに通電することにより、電極２、３間に一酸化炭
素濃度に応じた電圧が出力され、その出力電圧から一酸
化炭素濃度を知り、警報を発し、一酸化炭素中毒事故を
未然に防ぐというものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の構成では、ガス検出部に近接設置された加熱用ヒータ
に印加される電圧が検出部の信号に重畳し、正しくガス
濃度が検知されない可能性があった。

【０００５】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、ガス検知部の加熱の影響を相殺し、ガス濃度の検出
に影響を与えない構成とすることにより、ガス検出装置
の検知精度の向上および信頼性の向上を図ることを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、一定温度に加熱されることにより、ガス濃度
を検出するガス検出部と、ガス検出部を加熱する発熱体
と、ガス検出部の出力の増幅手段と、増幅手段の出力か
ら一定電圧を差し引く減算手段からなる信号処理手段を
備えたものである。

【０００７】これによって、ガス検出部の電圧に重畳し
たヒータの印加電圧の影響を相殺でき、適正な大きさの
出力電圧が得られ，ガス検知装置の信頼性の向上を図る
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、一定温
度に加熱されることにより、ガス濃度を検出するガス検
出部と、ガス検出部を加熱する発熱体と、ガス検出部の
出力の増幅手段と、増幅手段の出力から一定電圧を差し
引く減算手段からなる信号処理手段を備えたものであ
り、ガス検出部の電圧に重畳したヒータの印加電圧の影
響を相殺でき、適正な大きさの出力電圧が得られ，ガス
検知装置の信頼性の向上を図ることができる。

【０００９】また請求項２に記載の発明は、増幅手段を
ガス検出部の両端の出力の差を増幅する差動増幅手段で
構成したものであり、入力インピーダンスの大きいガス
検出部の電圧を精度良く増幅することが出来る。

【００１０】また請求項３に記載の発明は、ガス検出部
の加熱を間欠的に行うもので、電力の消費を少なくし、
省エネルギー化が図れる。

【００１１】また請求項４に記載の発明は、ガス検出部
の加熱立ち上りを印加電圧幅の１／１０〜３／１０の範
囲内で行うものであり、印加電圧の立ちあがりをゆっく
り行うことにより、ヒータへの熱衝撃が緩和され、ヒー
タの寿命が大幅に伸びることから、ガス検出部の信頼性
も一層向上する。

【００１２】また請求項５に記載の発明は、ガス検出部
の加熱手段の動作に同期して、ガス検出部から出力信号
を処理する信号処理手段を有するもので、加熱温度が平
衡した時に出力信号処理を行うことにより、検知の信頼
性の向上をはかることができる。

【００１３】また請求項６に記載の発明は、信号処理手
段はガス検出部を加熱する間欠動作を終える１〜２ミリ
秒前に行うものであり、温度が平衡に達した時に、信号
処理を行うことにより、検知の信頼性の向上をはかるこ
とができる。

【００１４】さらに請求項７に記載の発明は、ガス検出
部の加熱は複数段階の制御温度を順次切替えることによ
り昇温動作を行うものであり、一気に所定温度まで温度
を上昇させるよりも、段階的に昇温することにより、ヒ
ータの受ける衝撃を緩和することができる。

【００１５】さらに請求項８に記載の発明は、ガス検出
部で検知したガス濃度に応じて間欠加熱の周期を変更す
るものであり、通常、ガス濃度の低い状態では、長い間
隔で間欠駆動し、ガス濃度の上昇を検出した時には、間
欠駆動動作の間隔を短くし、頻繁にガス濃度を監視する
ことによって、危険な状態を早く検知することが可能と
なる。

【００１６】さらに請求項９に記載の発明は、ガス検知
部からの出力信号変動が一定期間、一定電圧以内であれ
ば、その検知電圧を基準として、ガス濃度検出を行うも
のであり、ガス検出の原点を決めるとともに、ガス検出
部の出力が長期的に変動しても、検知の原点を確定する
ことが可能となる。

【００１７】さらに請求項１０に記載の発明は、ガス検
知部からの出力信号変動が一定期間、一定電圧以上であ
ることを検出した時は報知する報知手段を設置したもの
で、出力信号が異常に高い時は、ガス濃度が高い時かあ
るいは機器の異常と判定して警報を発するものであり、
報知により異常を知らしめることが可能である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１９】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おけるガス検出装置のうち一酸化炭素検出装置の構成図
である。

【００２０】図１において、１は４００℃〜５００℃の
高温下で酸素イオン導電性を有する固体電解質板で、そ
の表面には一対の電極２、３を設置し、これらの電極
２、３は、エレクトロンビーム蒸着またはスパッタリン
グまたは厚膜印刷法により形成されている。電極は通常
白金電極が用いられる。

【００２１】また、４は一酸化炭素の酸化触媒を含浸保
持した一酸化炭素酸化触媒層（図は一部分切り欠いて描
いている）で、通気性を有し、電極２を覆っている。そ
して、５はセラミック板６の表面に蒸着もしくは印刷に
よって形成されたヒータであり、固体電解質板１および
一酸化炭素酸化触媒層４を加熱して一酸化炭素検知素子
として動作させる。また８はヒータ５に電圧を供給する
ヒータ電源であり、ヒータ電源８の電圧および通電開
始、通電停止は印加電圧制御手段９によって制御され
る。電極２、３間の電圧は信号増幅器１０へ入り、信号
増幅器１０の出力は差分器１１の入力となり、減算電圧
１２と比較され差分器１１の出力は信号処理手段である
マイクロコンピュータ１３への入力になっている。なお
一酸化炭素酸化触媒層４と電極２、３と固体電解質板１
により一酸化炭素ガス検出部を構成している。以上のよ
うに構成された一酸化炭素検出装置について、以下その
動作、作用を説明する。

【００２２】まず上記の構成による一酸化炭素検出の作
用を説明する。一定温度に加熱されると、一酸化炭素酸
化触媒層４通過した一酸化炭素ガスは、一酸化炭素酸化
触媒層４を通過する時に酸化されて電極２には到達しな
い。従って、固体電解質板１中の電極２の近傍では式
（１）で示される反応によって電極２に吸着された酸素
原子がイオン化される。

【００２３】Ｏ＋２ｅ^-→Ｏ^2-式（１）一方、電極３の近傍では式（１）で示される反応に加え
て、一酸化炭素ガスが到達して来るので式（２）で示さ
れる反応も起きている。

【００２４】ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ２＋２ｅ^-式（２）そして、固体電解質板１の電極２と電極３の近傍での反
応の差によって電極２、３間に電位差が発生する。すな
わち一酸化炭素の濃度に応じて電位差が変化し、一酸化
炭素検知素子として動作する。

【００２５】ヒータ５は式（１）、式（２）の反応が安
定して起こるように、固体電解質板１、一酸化炭素酸化
触媒層４を一定の温度に加熱するための熱源である。ヒ
ータ５への電圧を印加するヒータ電源８は印加電圧制御
手段９によって制御されて、連続駆動や間欠駆動を実現
させている。

【００２６】また電極２、３間の電圧は信号増幅器１０
へ入り、信号増幅器１０の出力は差分器１１の入力とな
り、減算電圧１２と比較され差信号が差分器１１の出力
となって信号処理手段１３であるマイクロコンピュータ
に入力されているが、減算処理されるのは、ヒータ５と
一酸化炭素ガス検出部に近接して設置されているため
（加熱効率を高めるため）にヒータ５に印加される電圧
が、静電結合によって信号増幅器１０の出力に重畳し、
過大電圧となって信号処理が適正に行なわれなくなるの
を防ぐためである。

【００２７】以上のように本実施例においては、ヒータ
５の電圧が信号電圧に重畳するのを差分器１１で減算処
理を行なうことによって除去し、信号処理の精度を向上
し、ひいては一酸化炭素検出素子としての信頼性の向
上、特性の安定化を図ることが可能となる。

【００２８】ここではガス検出装置の一例として一酸化
炭素検出の例を説明したが、検出部を加熱することによ
ってメタンガス、プロパンガスなどの可燃性ガスを検出
するガス検出装置についても本発明は有効であることは
言うまでもない。

【００２９】（実施例２）図２は本発明の実施例２のガ
ス検出装置の増幅手段の構成図である。

【００３０】電極間信号電圧はそれぞれの電極の電位が
増幅器１５および１６で個別に増幅され、差動増幅器１
７でその差が演算される。信号源がハイインピーダンス
であるので、雑音に影響を受けやすい回路においては各
電極に同時に入力してくる外部雑音の除去に大きな効果
を発揮することができ、ガス検出装置の信頼性の向上を
図る事ができる。

【００３１】（実施例３）図３は本発明の実施例３にお
けるガス検出部の加熱パターンである。ヒータ５への電
圧の印加を間欠的に行なうことにより、電力を少なくで
き、電池駆動で長寿命なガス検出装置を形成することが
可能となる。

【００３２】（実施例４）図４は本発明の実施例４にお
けるヒータ５に印加される電圧波形である。ガス検出部
の加熱立ち上りを印加電圧幅の１／１０〜３／１０で行
なうことにより、急激な立ち上りによるヒータの熱衝撃
による破壊を防止することができ、ガス検出装置の信頼
性の向上を図る事が可能である。

【００３３】（実施例５）図５は本発明の実施例５にお
けるヒータ印加電圧と信号処理のタイミング信号であ
り、（Ａ）はヒータ印加電圧であり、（Ｂ）は信号処理
のタイミング信号である。ヒータに電圧が印加されてか
ら一定時間経過してから信号処理が開始され、ガス検出
部からガス濃度に対応する電圧が出力されたタイミング
で信号処理が行われる。

【００３４】（実施例６）図６は本発明の実施例６にお
けるヒータ印加電圧と信号処理のタイミング信号であ
り、（Ａ）はヒータ印加電圧であり、（Ｂ）は信号処理
のタイミング信号である。ヒータに電圧が印加と同時に
立ち上がる信号処理タイミング信号の立ち下がりのタイ
ミングで（加熱終了１〜２ミリ秒前に）信号処理が開始
され、ガス検出部からガス濃度に対応する電圧が出力さ
れたタイミングで信号処理が行われる。

【００３５】（実施例７）図７は本発明の実施例７にお
けるヒータ５への電圧印加のパターンである。ヒータ５
への電圧を一旦２００℃に保ち、さらに最終温度である
４５０℃に持ち上げることにより、ヒータ５へのへ熱衝
撃を緩和し、ガス検出装置の信頼性の向上を図ってい
る。

【００３６】（実施例８）図８は本発明の実施例８の間
欠加熱の周期を決めるシーケンスのフローチャートであ
る。

【００３７】ガス濃度が警戒レベルに達していない時は
ガス濃度検出周期、すなわちヒータ５の加熱周期を３０
秒に設定して動作しているが、警戒レベルに達した時
は、警報レベルに達しているかどうかを判定して、警戒
レベルに達していれば検出周期を２０秒に、短縮して検
出動作を続行する。このようにガス濃度のレベルに応じ
てヒータ５の加熱周期を変更することによって、ガス濃
度の低い時には、検知間隔を長くして低消費電力化を図
り、ガス濃度が上昇し始めたら、検知周期を短縮して検
出回数を増やすことによって安全性を高めている。

【００３８】（実施例９）図９は本発明の実施例９にお
けるガス検出の基準点を決定するシーケンスのフローチ
ャートである。

【００３９】現在のガス濃度変化がΔＶ以下であるなら
ば、カウンタの値を１だけ加える。カウンタの値が６以
上になったら、その時のガス濃度レベルを検出の基準点
とする。一方、ガス濃度の変化がΔＶ以上になったら、
カウンタの値をクリアする。このようにすることによっ
て、ガス濃度の変化がゆっくり変化する時は、基準点を
順次更新し、信号出力の長期的変動に対しても誤検出し
ない検知シーケンスを実現することが出来る。

【００４０】（実施例１０）図１０は本発明の実施例１
０の報知シーケンスのフローチャートである。

【００４１】ガス濃度レベルがＶＨレベルよりも高い時
は報知カウンタの値を１上げる。報知カウンタの値が４
を越えたときは、報知フラッグを立て、信号処理手段１
３は報知手段１８で報知する。ガス濃度レベルがＶＨよ
りも低い時は報知フラッグを倒し、報知カウンタをクリ
アする。

【００４２】上記の構成により、ガス濃度が異常値にな
った時は確実に報知し、信頼性の高いガス検出装置を実
現することが出来る。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ガス検
出部に近接設置された加熱用ヒータに印加される電圧が
検出部の信号に重畳し、ガス濃度の検出を阻害するの
を、増幅手段、減算手段で減殺し、信頼性の高いガス検
出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるガス検出装置のうち
一酸化炭素検出装置の構成図

【図２】本発明の実施例２のガス検出装置の増幅手段の
構成図

【図３】本発明の実施例３におけるガス検出部の加熱パ
ターンを示す図

【図４】本発明の実施例４におけるヒータに印加される
電圧波形を示す図

【図５】本発明の実施例５におけるヒータ印加電圧と信
号処理のタイミング信号を示す図

【図６】本発明の実施例６におけるヒータ印加電圧と信
号処理のタイミング信号を示す図

【図７】本発明の実施例７におけるヒータへの電圧印加
のパターンを示す図

【図８】本発明の実施例８の間欠加熱の周期を決めるシ
ーケンスのフローチャート

【図９】本発明の実施例９におけるガス検出の基準点を
決定するシーケンスのフローチャート

【図１０】本発明の実施例１０における報知シーケンス
のフローチャート

【図１１】従来の一酸化炭素ガス検出装置の構成図

【符号の説明】

１固体電解質板２、３電極４一酸化炭素酸化触媒５ヒータ８ヒータ電源９印加電圧制御手段１０信号増幅器１１差分器１２減算電圧１３信号処理手段（マイクロコンピュータ）１４電極間信号電圧１５、１６増幅器１７差動増幅器１８報知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇野克彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鶴田邦弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者梅田孝裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC03 BE12 BE22 BF07 BF08 BJ03 BL17 BL19 BM04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定温度に加熱されることにより、ガス
濃度を検出するガス検出部と、前記ガス検出部を加熱す
る発熱体と、前記ガス検出部の出力の増幅手段と、前記
増幅手段の出力から一定電圧を差し引く減算手段からな
る信号処理手段を備えたガス検出装置。
【請求項２】増幅手段はガス検出部の両端の出力の差
を増幅する差動増幅手段で構成した請求項１記載のガス
検出装置。
【請求項３】ガス検出部の加熱を間欠的に行うガス検
出部の加熱手段を備えた請求項１記載のガス検出装置。
【請求項４】ガス検出部の加熱部の立ち上りを印加電
圧幅の１／１０〜３／１０の範囲内で行う請求項３記載
のガス検出装置。
【請求項５】ガス検出部の加熱手段の動作に同期し
て、ガス検出部から出力信号を処理する信号処理手段を
有する請求項１記載のガス検出装置。
【請求項６】信号処理手段はガス検出部を加熱する間
欠動作を終える１〜２ミリ秒前に行う請求項１記載のガ
ス検出装置。
【請求項７】ガス検出部の加熱は複数段階の制御温度
を順次切替えることにより昇温動作を行う請求項１記載
のガス検出装置。
【請求項８】ガス検出部で検知したガス濃度に応じて
間欠加熱の周期を変更する請求項３記載のガス検出装
置。
【請求項９】ガス検知部からの出力信号変動が一定期
間、一定電圧以内であれば、その検知電圧を基準とし
て、ガス濃度検出を行う請求項１記載のガス検出装置。
【請求項１０】ガス検知部からの出力信号変動が一定
期間、一定電圧以上であることを検出した時は報知する
報知手段を設置した請求項１記載のガス検出装置。