JP2003156463A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 金属酸化物半導体をパルス的に加熱し、ＣＯ
を検出する。活性炭フィルタにより、雑ガスを除去す
る。金属酸化物半導体の抵抗値Ｒｓが、２４時間以上基
準レベルＳＴＤの１０倍以下の場合、アラームレベルを
基準レベルの０.８倍に低下させ、ＲｓがＳＴＤの１０
倍を超えると、直ちにアラームレベルをＳＴＤに復帰さ
せる。 【効果】 パルス駆動センサの活性炭フィルタに吸着し
た雑ガスが、高温多湿期に脱離して、誤報を起こすのを
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明はガス検出装置に関し、特
に雑ガス吸収用のフィルタから脱離したガスや水分によ
り、誤報することを防止することに関する。

【０００２】

【従来技術】出願人は、金属酸化物半導体ガスセンサを
パルス的に駆動して、ガスを検出することを提案した。
例えば特許２７９１４７３において、絶縁基板上にヒー
タ膜と金属酸化物半導体膜とを積層し、ヒータ膜からの
熱で金属酸化物半導体膜をパルス的に加熱して駆動する
ことを提案した。さらに特許３０５０６６２において、
ガスセンサの駆動用のマイクロコンピュータの消費電力
を減少させることを提案した。また特許３０８７９８２
において、パルス駆動型のガスセンサのハウジングに活
性炭等の水の収着剤を保持させ、湿度依存性を減少させ
ると共に経時安定性を改善することを提案した。

【０００３】しかしながら、パルス駆動型のＣＯセンサ
を用いた警報器をフィールドでモニターすると、設置後
半年以上経過して、誤報が生じる例が相次いだ。誤報は
梅雨季から夏季に生じ、深夜等のガスの発生が全く無い
時間帯でも生じた。出願人は誤報が生じたセンサの活性
炭フィルタを検査し、活性炭に大量の雑ガスが付着して
いることを見出した。これらのことから出願人は、誤報
の機構を以下のように推定した。秋から春の間に、フィ
ルタにエタノールなどの雑ガスが吸着する。梅雨から夏
にかけて高温多湿となるに伴い、フィルタから雑ガスが
脱離し誤報が生じる。

【０００４】活性炭などのフィルタを用いたガスセンサ
での、梅雨期から夏期の誤報は、パルス駆動のセンサに
限るものではない。雑ガスに対する相対感度をフィルタ
で改善すると、高温多湿になることにより雑ガスが脱離
し、誤報が生じやすくなる。特にフィルタの寿命を延ば
すために、フィルタへの外気の流入を制限すると、脱離
したガスはセンサ内にこもり、誤報しやすくなる。

【０００５】

【発明の課題】この発明の課題は、雑ガス吸収用のフィ
ルタを備えたガスセンサを用いた検出装置に対して、高
温多湿期などの誤報を防止することにある（請求項１〜
３）。

【０００６】

【発明の構成】この発明は、雑ガス吸収フィルタを備え
たガスセンサを用いたガス検出装置において、空気中で
のガスセンサの出力が長期間増加していることを検出す
るための監視手段と、該監視手段の検出信号により、ガ
ス検出レベルを高濃度側に補正するための補正手段とを
設けたことを特徴とする。好ましくは、ガス検出装置を
ＣＯ警報装置とする。また好ましくは、監視手段は、ガ
スセンサ出力が所定時間以上継続して所定値以上である
場合に、検出信号を出力するようにする。

【０００７】

【発明の作用と効果】この発明では、空気中でのガスセ
ンサの出力が長期間に渡って増加していることを、ガス
センサのフィルタから雑ガスなどが脱離していることの
兆候として監視手段で検出し、ガス検出レベルを高濃度
側に補正する。このため夏期や梅雨期などの誤報を防止
できる。

【０００８】フィルタが必要なのは、ＣＯのように低濃
度のガスを検出し、しかも雑ガスとの相対感度を充分に
取れない場合に多く、このような場合に誤報も著しくな
るので、ＣＯ警報装置にこの発明を用いるのが好まし
い。

【０００９】空気中でのガスセンサの出力が長期間に渡
って増加していることの検出では、例えば、２４時間以
上などの所定時間以上、ガスセンサ出力が所定値以上
（ここではガス濃度が増すと出力が増すものとして説明
する）で有ることを検出すれば、簡単に検出できる。所
定値は、誤報の防止との観点から、正常な空気中ではあ
り得ない値とすることが好ましく、特にガスの検出レベ
ルに対する相対値で定めることが好ましい。

【００１０】

【実施例】図１〜図８に、実施例とその変形とを示す。
図１に実施例のガス検出装置を示すと、２は電源で、リ
チウム電池やリチウムイオン電池等の電池や太陽電池、
あるいは商用電源などを用いる。４は金属酸化物半導体
の抵抗値の変化を用いたガスセンサで、６は金属酸化物
半導体で、８はそのヒータである。ガスセンサ４には活
性炭やゼオライト、シリカゲル、ゴム等のフィルタを設
けて、エタノール等の雑ガスを吸着ないしは吸収すると
共に、水蒸気を吸着・吸収させて、金属酸化物半導体６
への雑ガスや湿度変動の影響を小さくする。ゴムには雑
ガスを吸収してフィルタとなるものがある。

【００１１】例えばここでは金属酸化物半導体６をヒー
タ８により、６０秒周期で１４ｍ秒ずつ加熱し、加熱か
ら１秒後のセンサ抵抗によりＣＯを検出する。ガスセン
サ４の種類は金属酸化物半導体ガスセンサに限らず、接
触燃焼式ガスセンサやプロトン導電体ガスセンサなどで
も良く、雑ガス吸収用のフィルタを用いたものであれば
よい。ガスセンサの駆動条件はパルスドライブが好まし
いが、これに限らず例えば２０秒周期などでヒータ電力
を周期的に変化させるものでも良い。１０はガスセンサ
４の負荷抵抗で、１１，１２はスイッチで、スイッチ１
１によりヒータ８をパルス的にオンさせ、スイッチ１２
により金属酸化物半導体６に検出電圧をパルス的に加え
る。１４は周囲温度の補正用のサーミスタ、１６は抵抗
である。

【００１２】２０はマイクロコンピュータで、２２はセ
ンサ駆動処理部で、その信号Ｈによりスイッチ１１をオ
ンさせ、信号Ｓによりスイッチ１２をパルス的にオンさ
せる。２３はタイマで、ここでは電源投入後(スタート
後)１時間経過したか否かと、センサ抵抗Ｒｓが所定の
値を２４時間以上継続して下回ったかのチェック等に用
いる。２４はＡＤコンバータで、センサ抵抗Ｒｓの読み
込みや、周囲温度の読み込みに用いる。２６はアラーム
レベル補正部で、例えばセンサ抵抗が基準レベル(ＳＴ
Ｄ)の１０倍以下の状態が２４時間以上続いた場合や、
ＲｓがＳＴＤの５倍以下の状態が２４時間以上続いた場
合に、アラームレベル(Alarm)を、例えばＳＴＤの８０
％と６４％とに減少させる。また電源投入後１時間以内
もアラームレベルを補正する。

【００１３】２７，２８は入出力で、入出力２７はＥＥ
ＰＲＯＭ３０から基準レベルＳＴＤを読み込み、アラー
ムレベルの変更の履歴や警報の履歴をＥＥＰＲＯＭ３０
に書き込む。入出力２８は、駆動回路３２を介して、Ｃ
Ｏの検出時にブザー３４を動作させ、これ以外にスイッ
チ１３を介して信号ＰによりＬＥＤ３６を制御する。Ｌ
ＥＤ３６は電源表示と警報中の２つのモードを、点滅パ
ターンの変化によって表示する。なおＬＥＤ３６は設け
なくてもよく、ＥＥＰＲＯＭ３０に基準レベルＳＴＤを
記憶させる代わりに、可変抵抗等で基準レベルを設定
し、ＡＤコンバータ２４から読み込んでも良い。４０は
検出部で、アラームレベル補正部２６により補正された
アラームレベルと、センサ抵抗Ｒｓとを比較し、センサ
抵抗Ｒｓがアラームレベル以下の場合に、直ちにあるい
は血中ＣＯヘモグロビン濃度等に変換するように積分し
て、ＣＯの発生を警報する。

【００１４】図２にガスセンサ４の構造を示すと、４２
はアルミナやシリカ等の基板で、その上部にヒータ８と
絶縁膜４４と金属酸化物半導体６とを積層し、基板４２
をベース４６に接着等により固定する。４８はフィルタ
で、活性炭やゼオライトあるいはシリカゲル、プラスチ
ック系の気体選択性透過膜等を用い、水蒸気やエタノー
ル、トリクレン等を吸収させて、金属酸化物半導体６に
対するこれらの影響を和らげる。５０は拡散制限用の開
口で、フィルタ４８への外気の流入を制限し、フィルタ
４８の吸収能力が飽和して、雑ガス等が透過するのを遅
らせる。

【００１５】図３に、高温多湿期のエアレベルの低下を
模式的に示す。ＣＯ警報器ではＣＯ１００〜２００ppm
程度で警報することが要求され、ＣＯの発生を見逃すこ
とを防止するため、下限付近のＣＯ１００ppm程度に基
準レベル(ＳＴＤ)を設定する。またＣＯセンサでは、金
属酸化物半導体の抵抗値はほぼＣＯ濃度に反比例して変
化する。そして正常時は空気中の抵抗値Ｒｓは、ＳＴＤ
の１０倍以上となる。

【００１６】ＣＯ警報器を浴室や台所等に設置し、長期
間経過すると、フィルタに徐々に雑ガスが蓄積されてい
く。そして警報器の設置から例えば数ヶ月程度経過し、
梅雨等を迎えると、高温多湿のためフィルタに蓄積した
雑ガスが脱離し、図２の開口５０を絞ってあるため、脱
離した雑ガスは金属酸化物半導体６側へと拡がってい
く。

【００１７】ガスセンサ４はパルス的に加熱するため、
フィルタ４８から脱離した雑ガスを燃焼させて除去でき
ず、またフィルタ４８をヒータ８の熱で温度上昇させる
こともないので、秋から春等にかけてフィルタ４８に雑
ガスが吸着しても、これを加熱して少しずつ脱離させる
ことができない。このため梅雨等を迎えると、フィルタ
４８には大量の雑ガスや水蒸気が蓄積されており、周囲
の温度が増加し、また湿度が増加して、雑ガスがフィル
タ上の吸着点から追い出されやすくなるため、脱離が始
まる。そしてこのためエアレベルが低下する。

【００１８】エアレベルが低下すると、ガス中での抵抗
値レベルも低下し、例えばＣＯ中での抵抗値は図の鎖線
の範囲のように低下する。すると僅かな引き金により、
例えばＣＯやその他の雑ガスが発生したことにより、セ
ンサ抵抗は基準レベルＳＴＤを下回り、誤報が生じる。
例えば設置後半年以上経過し、３５℃相対湿度９５％以
上の極端な雰囲気が１週間程度続くと、ＣＯ１００ppm
を基準レベルとした警報器で、２０〜３０ppm程度のＣ
Ｏで警報する例があった。なおフィルタからの脱離ガス
による誤報は、パルス駆動以外のガスセンサでも生じて
いる。

【００１９】図４〜図７により、実施例でのアラームレ
ベルの補正を示す。センサ抵抗Ｒｓが正常なエアレベル
よりも低い状態が２４時間以上続くことは、ＣＯの発生
では生じない。家庭では２４時間継続して燃焼機器を動
作させることは無いからである。また仮にこれがＣＯの
発生に基づくものであったとしても、ＣＯの警報濃度は
１００〜２００ppmであることが要求され、基準レベル
は１００ppm程度に設定されている場合が多いので、ア
ラームレベルを変更しても、２００ppm以下でＣＯを検
出することができる。

【００２０】これ以外に、ＣＯ警報器の保管中等にフィ
ルタに雑ガスが蓄積し、電源投入時に雑ガスが脱離して
誤報することがある。このことを防止するため、スター
ト後(電源投入後)１時間以内は、アラームレベルを補正
する。そしてＣＯ警報器では補正済みのアラームレベル
とセンサ抵抗Ｒｓとを比較し、所定の条件で警報する。
なおアラームレベルの補正に用いるセンサ抵抗は、サー
ミスタによる温度補正済みのものでも、温度補正前のも
のでもよい。

【００２１】電源投入から１時間動作するタイマを起動
させ、この間はＲｓがＳＴＤの１０を超える場合に、ア
ラームレベルはＳＴＤとし、Ｒｓ／ＳＴＤの比が５〜１
０で、アラームレベルを０.８ＳＴＤとし、５以下でア
ラームレベルを０.６４ＳＴＤとする。スタートから１
時間経過すると以上の処理を打ち切り、その時点でのア
ラームレベルを継続して用いる。この結果電源投入１時
間以内でのアラームレベルの挙動は、図５に示したよう
になる。

【００２２】電源投入から１時間以上経過すると、Ｒｓ
／ＳＴＤの比が１０超で、２４時間のタイマＴ１並びに
２４時間のタイマＴ２をいずれもオフさせ、アラームレ
ベルを直ちに基準レベルＳＴＤに変更する。Ｒｓ／ＳＴ
Ｄが５〜１０の場合、タイマＴ１がオフしていればオン
させ、タイマＴ２がオンしていればオフさせる。そして
タイマＴ１の経過時間が２４時間以上かどうかをチェッ
クし、２４時間以上でアラームレベルを基準レベルＳＴ
Ｄの０.８に変更する。Ｒｓ／ＳＴＤの比が５以下の場
合、タイマＴ１がオフしていればオンさせ、同様にタイ
マＴ２もオフしていればオンさせる。次にタイマＴ２の
経過時間をチェックし、２４時間以上経過していれば、
アラームレベルを０.６４ＳＴＤに変更する。これらの
結果アラームレベルは図６，図７のように変更される。
またアラームレベルの変更アルゴリズムを表１に示す。
Ｓ／Ｎ比はセンサ抵抗と基準レベルとの比である。

【００２３】

【表１】 アラームレベルの補正 ０ 電源ＯＮ直後、Ｓ／Ｎ比が１０以上の場合、 通常通り警報設定レベルを１.０にする 電源ＯＮ直後、Ｓ／Ｎ比が１０以下(５以下)の場合、 即時に警報設定レベルを０.８(０.６４)にする 電源ＯＮ後、１時間以内はＳ／Ｎ比が１０以下(５以下)の場合、 即時に警報設定レベルを０.８(０.６４)にする 電源ＯＮ後、１時間以内はＳ／Ｎ比が５を超える(１０を超える) 場合、即時に警報設定レベルを０.８(１.０)にする(即時に復帰する) 電源ＯＮ後、１時間経過直後、Ｓ／Ｎ比が１０以下(５以下)の場合、 警報設定レベルは０.８(０.６４)のまま継続する 電源ＯＮ後、１時間経過後は、Ｓ／Ｎ比が１０以下(５以下)が２４ 時間継続した場合のみ、警報設定レベルを０.８(０.６４)にする 電源ＯＮ後、１時間経過後は、Ｓ／Ｎ比が５を超える(１０を超える) 場合、即時に警報設定レベルを０.８(１.０)にする(即時に復帰する)

【００２４】電源投入１時間以内の処理は、実質的にこ
の間アラームレベルをＳＴＤの０.６４倍とすることで
ある。この処理を加えることにより、保管中等に雑ガス
がフィルタに吸着した場合でも、電源投入直後の誤報を
防止できる。またアラームレベルをＳＴＤの８０％とす
ると、警報濃度は１４０ppm程度に増加し、０.６４ＳＴ
Ｄとすると警報濃度は２００ppm程度となる。

【００２５】図４でタイマＴ１，Ｔ２をオンさせる条
件、あるいはアラームレベルを補正する条件として、Ｒ
ｓ／ＳＴＤの比のみでなく、例えば周囲温度が所定温度
以上（例えば２５℃以上）であること等を加えても良
い。これは熱帯夜を経験ししかもエアレベルが低下して
いる場合に、アラームレベルを補正することを意味す
る。

【００２６】図８に変形例のガス検出装置を示す。エア
レベルが長時間低下していることが、フィルタから雑ガ
スが発生し、あるいは水蒸気によりセンサ抵抗が低下し
ていることの現れである。エアレベルが長時間低下して
いることの検出には種々の方法がある。図８において、
６０はガスセンサ駆動回路で、図１のマイクロコンピュ
ータ２０よりも左側の部分に相当し、６２はヒストグラ
ム作成部で、例えば過去１日あるいは過去１週間でのセ
ンサ抵抗のヒストグラムを作成し、ヒストグラムの分布
のピーク値やメディアン値あるいはヒストグラムの分布
の半値幅等を出力する。ピークやメディアン値は平均的
なエアレベルに対応し、分布の幅はセンサ抵抗の変動の
程度を表す。そしてセンサ抵抗の変動の程度が小さいの
が、エアレベルの低下の第２の兆候である。スタート時
処理部６４は例えば電源投入後１時間の間、アラームレ
ベルを基準レベルＳＴＤの０.６４倍に変更する。なお
スタート時処理部６４は設けなくても良い。

【００２７】アラームレベル補正部６６は、ヒストグラ
ム作成部６２やスタート時処理部６４からの信号によ
り、アラームレベルを記録部７０に記憶した基準レベル
の０.８倍や０.６４倍等に変更する。記録部７０は設定
時の基準レベルを記憶し、基準レベルは許容警報濃度範
囲内で低濃度側に設定して、エアレベルが継続して低下
していることを検出した際に、許容警報濃度範囲内の上
限側にアラームレベルを補正することが好ましい。

【００２８】トラブル表示部６８はＬＥＤ等を駆動し、
アラームレベルを補正している場合、ＣＯ警報器の警報
機能が低下しているものとして、その旨の表示を行う。
トラブル表示部６８は設けなくても良い。記録部７０は
図１のＥＥＰＲＯＭ３０と同様に、ＥＥＰＲＯＭ等の不
揮発性メモリで構成し、基準レベルＳＴＤを記憶すると
共に、アラームレベルの補正や警報の履歴を記憶する。
これらの履歴は、例えば過去１０回分程度を記憶する。
アラームレベルの変更の履歴では、アラームレベルを高
濃度側に変更した時刻と、基準レベルへ復帰させた時
刻、並びにその間のＲｓ／ＳＴＤの最小値を記憶する。
警報履歴では、警報した時刻とその時点のＲｓ／ＳＴＤ
を記憶する。

【００２９】トラブル表示部６８を設けることにより、
フィルタからの雑ガスの脱離や、それに伴ってアラーム
レベルを一時的に変更したこと等をユーザに伝えること
ができる。またこれらの記録を記録部７０に記憶するこ
とにより、警報発生時にその状況を明らかにし、あるい
はユーザから苦情があった場合に、警報器の状態を調べ
ることができる。７２は警報部で、ガスセンサ駆動回路
６０からのセンサ抵抗Ｒｓを、アラームレベル補正部６
６からのアラームレベルと比較し、所定の条件で警報す
る。

【００３０】実施例ではＣＯ警報器について説明した
が、ＣＯとメタンやＣＯとＬＰＧとの警報器、メタンや
ＬＰＧ用の警報器でも、同様にガス検出レベルを高濃度
側に補正して実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のガス検出装置のブロック図

【図２】 実施例で用いたガスセンサの要部断面図

【図３】 夏季のエアレベルの低下を模式的に示す図

【図４】 実施例でのアラームレベルの補正アルゴリ
ズムを示すフローチャート

【図５】 電源投入後１時間以内のアラームレベルの
補正を示す特性図

【図６】 電源投入後１日程度のアラームレベルの補
正を示す特性図

【図７】 アラームレベルの補正を示す特性図

【図８】 変形例のガス検出装置のブロック図

【符号の説明】

２ 電源 ４ ガスセンサ ６ 金属酸化物半導体 ８ ヒータ １０ 負荷抵抗 １１〜１３ スイッチ １４ サーミスタ １６ 抵抗 ２０ マイクロコンピュータ ２２ センサ駆動処理部 ２３ タイマ ２４ ＡＤコンバータ ２６ アラームレベル補正部 ２７，２８ 入出力 ３０ ＥＥＰＲＯＭ ３２ 駆動回路 ３４ ブザー ３６ ＬＥＤ ４０ 検出部 ４２ 基板 ４４ 絶縁膜 ４６ ベース ４８ フィルタ ５０ 開口 ６０ ガスセンサ駆動回路 ６２ ヒストグラム作成部 ６４ スタート時処理部 ６６ アラームレベル補正部 ６８ トラブル表示部 ７０ 記録部 ７２ 警報部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G046 AA11 AA18 AA19 BA01 BB02 BB04 BD01 BD06 BE03 BF05 BG01 BH00 BJ02 BJ06 BJ10 DA04 DA05 DB05 DB08 DC02 DC12 DC14 DC16 DC17 DC18 DD01 DD03 EB01 FB02 FE00 FE03 FE38 2G060 AA01 AB08 AB15 AB17 AE19 AF02 AF07 BA01 BA03 BB09 BB13 BB14 BD02 BD04 BD06 HA01 HB06 HC03 HC04 HC07 HC09 HC13 HC19 HC21 HC22 HD01 HD02 HE02 KA01 5C086 AA02 CB12 DA01 EA13 EA15 FA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雑ガス吸収フィルタを備えたガスセンサ
   を用いたガス検出装置において、 空気中でのガスセンサの出力が長期間増加していること
   を検出するための監視手段と、該監視手段の検出信号に
   より、ガス検出レベルを高濃度側に補正するための補正
   手段とを設けたことを特徴とする、ガス検出装置。
2. 【請求項２】 ガス検出装置がＣＯ警報装置であること
   を特徴とする、請求項１のガス検出装置。
3. 【請求項３】 前記監視手段は、ガスセンサ出力が所定
   時間以上継続して所定値以上である場合に検出信号を出
   力するようにしたことを特徴とする、請求項２のガス検
   出装置。