JP2012225765A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補償素子による電力消費をなくし、かつほぼ電源投入直後から高い精度でガスを検出できる装置を提供すること。
【解決手段】ジュール熱により被検出ガスに作用して電気信号を出力するガス検出素子１と温度検出素子５とを、ガス導入口を供えたケースに収容したガスセンサと、環境温度ごとの無ガス状態でのガス検出素子の出力を格納した記憶手段と、前記温度検出素子からの信号に基づいて前記記憶手段から出力を読み出してガス検出素子１の出力を相殺する補正手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジュール熱により発熱させ、ガスとの相互作用による温度変化を電気信号として検出するガス検出素子を使用したガス検出装置に関する。

例えば、接触燃焼式ガス検出素子を用いたガス検出装置は、特許文献１に見られるように接触燃焼式ガス検出素子と、サイズなどは同一で可燃性ガスに無反応な補償素子との差分出力によりガス濃度を検出するように構成されている。

これによれば環境温度の変化による出力変動を相殺して高い精度で測定が可能であるものの、補償素子にも接触燃焼式ガス検出素子と同程度の加熱用電力が必要となるため特に携帯型ガス検出装置では電池の消耗が激しいという問題を抱えている。
このような問題を解消するため、温度検出素子により検出された環境温度信号により接触燃焼式ガス検出素子の出力を補正することも行われている。

しかしながら、接触燃焼式ガス検出素子は保護のため通常、通気窓を備えたケースに収容されているため、電源を投入した時点から接触燃焼式ガス検出素子の熱によりケース内の温度がゆっくり、通常2時間程度で環境温度で定まる一定の温度に落ち着く。
この温度変化は温度検出素子では検出できないため、電源投入後２時間程度は高い精度での測定が不可能である。
このため高い精度で測定するためには、電源投入後、長時間の暖機運転が必要となる。

特開2010-85339号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、ジュール熱を利用するガス検出素子と組み合わせて使用される補償素子を不要とし、ほぼ電源投入直後から高い精度でガスを検出することができるガス測定装置を提供することである。

このような問題を解決するために本発明においては、ジュール熱により被検出ガスに作用して電気信号を出力するガス検出素子と温度検出素子とを、ガス導入口を供えたケースに収容したガスセンサと、環境温度ごとの無ガス状態での前記ガス検出素子の出力を格納した記憶手段と、前記温度検出素子からの信号に基づいて前記記憶手段から出力を読み出して前記ガス検出素子の出力を相殺する補正手段と、を備えるようにした。

本発明によれば、ケース内の温度変化に対応してガス検出素子の出力を補正できるため、電源投入後にガス検出素子自体がほぼ定温状態に到達してさえいれば、ケース内の温度が一定温度に到達するのを待つことなく、ガス濃度を正確に測定することができる。

本発明に適したガスセンサの一実施例を示す図である。 本発明の一実施例を示すブロック図である。

そこで以下に本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に適したガスセンサの一実施例を示すものであって、ジュール熱により所定温度まで発熱してガスとの作用により電気信号を発生するガス検出素子１は、例えば接触燃焼式ガス検出素子や半導体ガス検出素子で、その両端のリード部１ａ，１ａが、ステー３，３の上端に導通状態を維持するように固定されている。

スペーサ４は、一端が開口した有底の筒状体として構成されており、基台２に固定されたガスセンサ１をこの空間の一半側に収容できるように対応する領域にステー３，３が貫通する窓４ａが形成され、また他半側には後述する温度検出素子５の収容空間と連通するように貫通孔４ｂが設けられ、さらにこれらの境界に仕切り４ｃが設けられている。

スペーサ４は、その底板４ｄと下端との間に外装ケース８の蓋を兼ねる中継基板６に実装された温度検出素子５を収容できる程度の空間が生じるように底板４ｄがスペーサ４の下端４ｅからオフセットして設けられている。

中継基板６の、スペーサ４の底板４ｄの貫通孔４ｂと対向する箇所には前述の温度検出素子５、例えばチップ型サーミスタが固定され、また中継基板６には第三のステー７が固定されている。なお、符号６ａは、ステー３が貫通する通孔を示す。

第三のステー７は、中継基板６に形成された図示しない導電パターンにより温度検出素子５の一端に導通している。なお、温度検出素子５の他端は第一、第二のステー３，３のアース側のものに導通している。

外装ケース８、この実施例ではフレームアレスタにより構成されており、一端に開口８ａを、他端にガス取入れ口８ｂを備えた筒状体で、上述の各要素を収容した状態でこれの内径程度の外径の中継基板６を挿入して封をされ、接着剤により一体に固定されている。

図２は本発明のガス検出装置の一実施例を示すブロック図であって、記憶手段１０は、環境温度Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔm、‥‥Ｔnごとのガス検出素子１の無ガス状態での出力ΔＳ1、ΔＳ2、ΔＳ3、ΔＳm、‥‥ΔＳnを、温度検出素子５からのデータにより読み出し可能に数値データ、又は数式データとして格納して構成されている。

補正手段１１は、温度検出素子５からの信号に基づいて記憶手段１０からゼロガス分の出力のデータを読み出して環境温度におけるガス検出素子１の無ガス状態での出力を相殺するように構成されている。

このように構成されたガスセンサは、外装ケース８のガス導入口８ａから可燃性ガスが流入すると、ガスとの相互作用によりガス検出素子１の温度が変化し、電気抵抗が変化する。

一方、外装ケース８の空間の気体は貫通穴４ｂから温度検出素子５に流れ込んで温度が検出される。
ガス検出素子１はジュール熱により比較的高温、たとえば数百℃程度に急速に昇温するものの、発熱量がきわめて小さいためケース内全体の空気は、その温度上昇の速度が比較的遅く、徐々に定常状態に到達する。

なお、この実施例では温度検出素子５は、発熱を伴うガス検出素子１と仕切り４ｃ及び底板４ｄによりガス検出素子１からの輻射線が遮蔽されているため、ガス検出素子１が収容されている空間の空気の温度を正確に検出することが可能となる。

このケース内の過渡時の温度変化は、温度検出素子５により適時検出されてその時点の温度T1に対応するガス検出素子１の出力S1が記憶手段１０から補正手段１１に読み出される。

これにより、ケース８内の温度変化に起因してガス検出素子１の出力が変動している状態でも記憶手段１０から当該温度Ｔmに相当するガス検出素子１の出力変動分のデータ、つまりゼロガス状態の出力ΔＳmを読み出し、補正手段１１によりガス検出素子１の出力Ｓから出力ΔＳm分を相殺して表示手段１２に表示する。

これにより、電源投入直後のガス検出素子１の急激な昇温が終了した以後、つまり電源投入後略20秒が経過すれば、ケース８内の温度が安定するのを待つことなくガス濃度を正確に測定することができる。

このようにしてケース８内の温度が定常状態に到達した以後にあっては、環境温度の変化によるケース８内の温度に対応して、ガス検出素子１の出力も変化するが温度検出素子５からの温度に基づいて補正手段１１により補正されるため、環境温度の変化による誤差も補正される。

なお、上述の実施例においてはジュール熱により発熱させ、ガスとの相互作用による温度変化を電気信号として検出するガス検出素子として接触燃焼式ガス検出素子に例を採って説明したが、ジュール熱源である白金線コイルを金属酸化物半導体で包み、ガス吸着による電気伝導度変化を白金線コイルの両端の抵抗値変化として検出する熱線型半導体式ガス検出器や、ジュール熱源と電気的絶縁された金属酸化物半導体の表面でのガス吸着による電気伝導度変化を検出する傍熱式半導体型ガス検出素子、ガスの熱伝導度の差による白金線コイルの温度変化を抵抗値として検出する気体熱伝導型ガス検出素子を使用したガス測定装置にも適用できることは明らかである。

１ ガス検出素子
２ 基台
３ ステー
４ スペーサ
５ 温度検出素子
８ 外装ケース

Claims (2)

1. ジュール熱により被検出ガスに作用して電気信号を出力するガス検出素子と温度検出素子とを、ガス導入口を供えたケースに収容したガスセンサと、環境温度ごとの無ガス状態での前記ガス検出素子の出力を格納した記憶手段と、前記温度検出素子からの信号に基づいて前記記憶手段から出力を読み出してガス検出素子の出力を相殺する補正手段と、からなるガス検出装置。
2. 前記ガスセンサが、前記ガス検出素子の両端を第一と第二のステーの上端に固定され、また前記温度検出素子が、チップ型素子で前記ケースの底部の蓋を構成する基板に実装され、前記ガス検出素子が収容されている空間と、前記温度検出素子が収容されている空間とが連通孔を介して接続され、かつ非見通し状態にある請求項１にガス検出装置。

Images