JP2013200146A

JP2013200146A - ガス検出装置

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Publication number: JP2013200146A
Application number: JP2012067296A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Matsumoto; 晋一松本; Yasushi Kuroe; 靖黒江; Harumi Kuribayashi; 晴美栗林; Akira Miyato; 章宮藤; Hisao Onishi; 久男大西; Toshiro Nakayama; 敏郎中山; Atsushi Nonaka; 篤野中; Takashi Nakajima; 崇中島
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; FIS Inc
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; FIS Inc
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5893982B2

Abstract

【課題】ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくいガス検出装置を提供する。
【解決手段】記憶部３８は、標準大気中における湿度に関連付けられたガスセンサ２の抵抗値を、既知データとして予め記憶している。検出処理部３５は、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値を用いて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有している。ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路には、湿度に対するガスセンサ２の反応速度を、検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅らせるフィルタが設けられている。算出部３５１は、単位時間当たりのガスセンサ２の抵抗値の変化量が判定閾値未満のときに、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから補正値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサを用いたガス検出装置に関する。

従来から、この種のガス検出装置として、酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属酸化物半導体を主成分とする感ガス体を有するガスセンサ（センシング素子）を用いた装置が提供されている（たとえば特許文献１参照）。このガス検出装置は、感ガス体の表面に可燃性ガスのような還元性ガスが接触すると酸化還元作用によって感ガス体の抵抗値が減少するという性質を利用して、検知対象ガスを検出する。なお、特許文献１に記載のガス検出装置は、感ガス体の温度や材料を適切に組み合わせることによって、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスと可燃性ガスとの両方を検出する。

特許文献１においては、ガス検出装置は、ガスセンサ（感ガス体）の抵抗値を検出し、この抵抗値から検知対象ガスの濃度を検出するガス検出部を備えている。ただし、ガスセンサの抵抗値は周囲温度によって大きく変動し、特にガスセンサの温度が低い低温期間においては周囲温度の影響が顕著になるので、抵抗値から検知対象ガスを検出する場合、周囲温度の変化によって検知対象ガスを誤検出する可能性がある。そこで、特許文献１に記載のガス検出装置は、温度センサ部が検出した周囲温度に基づいて温度補償を行うことにより、周囲温度変化による誤検出を防止している。

特許第３７４２５８７号公報

ところで、上述したように抵抗値が変化するガスセンサは通常、絶対湿度に対する依存性があり、周囲温度が一定であっても相対湿度が変化すれば抵抗値が変化する。そのため、ガスセンサの抵抗値から検知対象ガスを検出する構成のガス検出装置においては、検出精度の向上のためには湿度に基づく抵抗値の補正が必要になる。

しかし、絶対湿度センサは、比較的高価であり且つ寿命がガスセンサに比べて短く、また、ガスに対する依存性があるなどの理由から、ガス検出装置に搭載するには不向きである。そこで、一般的なガス検出装置においては、気温と絶対湿度との相関関係を利用して、温度センサ部の出力を用いて間接的に湿度に基づいた補正を行っている。そのため、一般的なガス検出装置では、周囲温度が一定であれば相対湿度の変動に伴う抵抗値の変動分を補正できず、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合に、ガスの検出精度が低下して不十分となる可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でもガスの検出精度が低下しにくいガス検出装置を提供することを目的とする。

本発明のガス検出装置は、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサと、前記ガスセンサの抵抗値に基づいて雰囲気中の前記検知対象ガスを検出する検出処理部と、標準大気中における湿度に関連付けられた前記ガスセンサの抵抗値を既知データとして予め記憶している記憶部と、前記ガスセンサへの前記検知対象ガスの流入経路に設けられ、湿度に対する前記ガスセンサの反応速度を、前記検知対象ガスに対する前記ガスセンサの反応速度に比べて遅らせるフィルタとを備え、前記検出処理部は、単位時間における前記抵抗値の変化量が所定の判定閾値未満のときに、前記ガスセンサの抵抗値と前記記憶部内の前記既知データとから前記雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、前記算出部で求められた前記補正値を用いて前記検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有することを特徴とする。

このガス検出装置において、前記雰囲気中の温度に応じて出力値が変化する温度センサをさらに備え、前記算出部は、前記温度センサの出力値に基づいて前記雰囲気中の温度変化に伴う前記補正値の変化を補償していることが望ましい。

このガス検出装置において、前記算出部は、前記変化量が前記判定閾値未満である期間には前記単位時間毎に前記補正値を更新しており、前記変化量が前記判定閾値以上になると前記補正値を直前に求めた前記補正値に固定し、前記抵抗値が所定の復帰閾値以上になると前記補正値の更新を再開することがより望ましい。

本発明は、検出処理部が、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、補正値にて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有するので、雰囲気中の湿度の影響を受けにくいという利点がある。すなわち、算出部は、ガスセンサの抵抗値と既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。しかも、ガスセンサへの検知対象ガスの流入経路に設けられているフィルタにより、湿度に対するガスセンサの反応速度は、検知対象ガスに対するガスセンサの反応速度に比べて遅れている。そのため、算出部は、雰囲気中の検知対象ガスの有無を単位時間における抵抗値の変化量から容易に判断でき、この変化量が判定閾値未満のとき、つまり雰囲気中に検知対象ガスが殆どないときに、補正値を求めることができる。したがって、検出処理部は、周囲温度が一定であっても、補正により湿度変化の影響を除いた検知対象ガスの検出結果を求められるので、ガスセンサの湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくい。

本発明の他の構成によれば、算出部は温度センサの出力値に基づいて雰囲気中の温度変化に伴う補正値の変化を補償するので、より高精度な検知対象ガスの検出が可能になる。

本発明のさらに他の構成によれば、算出部は、単位時間における抵抗値の変化量が判定閾値未満である期間には単位時間毎に補正値を更新するので、一旦補正値を求めた後も、湿度の変動に合わせた最適な補正値に更新できる。また、算出部は、抵抗値の変化量が判定閾値以上になると補正値を直前に求めた補正値に固定し、抵抗値が復帰閾値以上になると補正値の更新を再開するので、雰囲気中に検知対象ガスが存在する状態では補正値の更新を一時的に停止する。これにより、算出部は、検知対象ガスに依存した抵抗値の変化が補正値に影響することを防止でき、補正部では、ガスセンサの抵抗値を高精度に補正できる。

実施形態に係るガス検出装置を示すブロック図である。実施形態に係るガス検出装置に用いるガスセンサの要部を示す正面図である。実施形態に係るガス検出装置に用いるガスセンサを示す一部破断した斜視図である。ガスセンサの温湿度依存性を示すグラフである。実施形態に係るガス検出装置のマイコンの動作を示すフローチャートである。実施形態に係るガス検出装置の動作を示すグラフである。

本実施形態のガス検出装置１は、図１に示すように、検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサ２と、ガスセンサ２の抵抗値に基づいて雰囲気中の検知対象ガスを検出する検出回路３とを備えている。なお、以下では、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）を検知対象ガスの一例として説明する。

ガスセンサ２は、図２に示すように、酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有している。このガスセンサ２は、感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設し、且つヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成されている。

ガスセンサ２は、ヒータ兼用電極２１の両端から感ガス体２０の外部へ引き出された一対のリード線２３，２４と、抵抗検出用２２の一端から感ガス体２０の外部へ引き出されたリード線２５とを有している。これらのリード線２３〜２５は、それぞれ端子２６〜２８に対して電気的に接続されている。各端子２６〜２８は、略円板状（図３参照）に形成された合成樹脂製のベース１１を、その厚み方向に貫通するようにしてベース１１に保持されている。

また、ガスセンサ２は、図３に示すようにベース１１と、感ガス体２０を覆うようにベース１１に取り付けられる有底円筒状のカバー１２とで構成されたハウジング１３を有している。カバー１２の底板１２０には、ハウジング１３内への検知対象ガスの導入口となる円形状の開口部１２１が形成されており、開口部１２１にステンレス製の金網（図示せず）が取り付けられている。

さらに本実施形態では、ガスセンサ２に対して、カバー１２より一回り大きい有底円筒状の外部ハウジング１４が、カバー１２に被せるように取り付けられている。外部ハウジング１４の底板１４０には、外部ハウジング１４内への検知対象ガスの導入口となる円形状の開口部１４１が形成されており、開口部１４１にステンレス製の金網１４２が取り付けられている。

外部ハウジング１４は、高さ方向の寸法がカバー１２よりも大きく設定されており、その底板１４０とカバー１２の底板１２０との間に形成される隙間にフィルタ１５を収納する。ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路に設けられたフィルタ１５は、ここでは活性炭フィルタからなり、アルコールを除去したり消臭剤などに含まれるシロキサンのガスセンサ２表面への付着を防止したりする機能を持つ。さらに、このフィルタ１５は、湿度に対するガスセンサ２の反応速度を検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅らせる機能を持つ。なお、フィルタ１５は、活性炭に限らず、たとえばシリカゲルあるいはシリカゲルと活性炭とを組み合わせた材料にて形成されていてもよい。

検出回路３は、上述したように構成されるガスセンサ２の感ガス体２０の加熱を制御し、加熱された状態の感ガス体２０の抵抗値に基づいて検知対象ガスを検出する。以下に、検出回路３の構成について図１を参照して説明する。

検出回路３は、略一定電圧（たとえば５Ｖ）に安定化された直流電力を出力する電源回路３０を有し、さらに電源回路３０の出力を電源として動作するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）３１を主構成として備えている。

マイコン３１は、ガスセンサ２を駆動するための制御部３２と、ガスセンサ２の抵抗値を読み出す読出部３３および取得部３４と、ガスセンサ２の抵抗値に基づいて雰囲気中の検知対象ガスを検出する検出処理部３５とを有している。さらにマイコン３１は、検出処理部３５の検出結果を出力する出力部３６と、温度補償用に温度情報を取得する温度取得部３７と、各種データを記憶する記憶部３８とを有している。マイコン３１は、記憶部３８に格納されているプログラムを実行することによって、上述した各部の機能を実現する。

電源回路３０の正極の出力端は、ガスセンサ２におけるヒータ兼用電極２１の一端に接続された端子２６に対し、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）からなるスイッチング素子４０を介して電気的に接続されている。さらに、電源回路３０の負極の出力端は、ヒータ兼用電極２１の他端に接続された端子２７に対し、電気的に接続されている。つまり、ガスセンサ２のヒータ兼用電極２１は、スイッチング素子４０を介して電源回路３０の出力端間に接続されている。

スイッチング素子４０は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなり、ソースが電源回路３０の正極の出力端に接続され、ドレインがガスセンサ２の端子２６に接続されている。スイッチング素子４０のソース−ゲート間にはプルアップ抵抗４１が接続されている。スイッチング素子４０のゲートは、コンデンサ４２を介してマイコン３１の制御部３２の出力に接続されている。

そのため、制御部３２の出力がＨ（ハイ）レベルからＬ（ロー）レベルに反転すると、スイッチング素子４０はオン状態となり、電源回路３０からスイッチング素子４０を介してヒータ兼用電極２１に通電され、ヒータ兼用電極２１が加熱される。一方、制御部３２の出力がＬレベルからＨレベルに反転すると、スイッチング素子４０はオフ状態となり、ヒータ兼用電極２１への通電が停止する。マイコン３１は、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１へ通電されるように、制御部３２にてデューティ制御を行うことによって、ヒータ兼用電極２１に印加されるヒータ電圧の所定時間当たりの平均値を調節する。

ここで、マイコン３１は、検知対象ガスを検出する監視モードにおいて、ガスセンサ２の検知対象ガスに対する感度が所定値以上になる設定温度に感ガス体２０が加熱されるように、制御部３２にてヒータ電圧を制御する。本実施形態では検知対象ガスは一酸化炭素であるので、感ガス体２０が一酸化炭素に対して十分な感度を持つ約８０℃を設定温度とするように、制御部３２は、ヒータ電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を設定温度（約８０℃）に加熱する。

また、ガスセンサ２における検出用電極２２に接続された端子２８は、負荷抵抗４３を介してマイコン３１の読出部３３の一方の出力に電気的に接続され、且つ負荷抵抗４４を介して読出部３３の他方の出力に電気的に接続されている。負荷抵抗４３と負荷抵抗４４とでは抵抗値が異なっている。読出部３３は、感ガス体２０が加熱されている監視モードにおいて、一方の出力をＨレベルとすることにより一方の負荷抵抗４３に通電する。他方の負荷抵抗４４については後述する。さらに、ガスセンサ２の端子２８は、マイコン３１の取得部３４の入力に対しても電気的に接続されている。

これにより、読出部３３の一方の出力がＨレベルになると、負荷抵抗４３と感ガス体２０の抵抗成分とで分圧された電圧が、検出電圧として取得部３４に入力されることになる。すなわち、感ガス体２０の抵抗値は、ヒータ兼用電極２１に接続された端子２７と、検出用電極２２に接続された端子２８との間の抵抗値であるから、取得部３４に入力される検出電圧は、ガスセンサ（感ガス体２０）２の抵抗値に対応した電圧となる。なお、取得部３４は、検出電圧をガスセンサ２の抵抗値に換算してもよいし、検出電圧のまま検出処理部３５に出力してもよい。

検出処理部３５は、感ガス体２０が加熱されている監視モードにおいて、取得部３４が取得したガスセンサ２の抵抗値に基づいて、雰囲気中における検知対象ガスを検出する。すなわち、ガスセンサ２は、感ガス体２０の表面に検知対象ガスが接触すると酸化還元作用によって感ガス体２０の抵抗値が減少するので、検出処理部３５は、雰囲気中の検知対象ガスの濃度に対応した抵抗値から、検知対象ガスの濃度を検出可能である。本実施形態では、検出処理部３５は、監視モードにおいて単位時間（たとえば数秒）毎のサンプリングタイミングにガスセンサ２の抵抗値をサンプリングし、サンプリングした抵抗値を用いて検知対象ガスである一酸化炭素を検出する。

さらに、検出処理部３５は、監視モードにおいてサンプリングしたガスセンサ２の抵抗値を、記憶部３８に予め記憶されている警報値と比較することにより、警報を出す（発報する）か否かを判定する警報判定を行う。このとき、検出処理部３５は、ガスセンサ２の抵抗値が警報値を下回っていると、所定の警報濃度を超える検知対象ガスが発生していると判定し、警報を出す。警報値は、検知対象ガス（ここでは一酸化炭素）の濃度が警報濃度（たとえば３００ｐｐｍ）のときのガスセンサ２の抵抗値であって、記憶部３８に予め記憶されている。

出力部３６は、検出処理部３５の検出結果を受けて、マイコン３１に接続されている発光ダイオード（図示せず）の点灯状態を変化させたり、ブザー（図示せず）やスピーカ（図示せず）に警報音を出力させたりすることによって、検出結果をユーザに通知する。つまり、出力部３６は、検出処理部３５にてガスセンサ２の抵抗値が警報値を下回っていると判定された場合に、検出処理部３５からの警報信号を受けて警報を出す。また、出力部３６は、雰囲気中の検知対象ガスの濃度を表す検出信号を出力するインタフェースとして機能してもよい。この場合、検出処理部３５はガスセンサ２の抵抗値に基づいて検知対象ガスの濃度を求め、出力部３６は検出処理部３５で求まった濃度を表す検出信号を外部機器に出力する。

ところで、本実施形態においては、記憶部３８は、標準大気中における湿度に関連付けられたガスセンサ２の抵抗値を、既知データとして予め記憶している。さらに、検出処理部３５は、記憶部３８内の既知データを用いて雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値を用いて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有している。

すなわち、ガスセンサ２は絶対湿度に対する依存性があり、図４に例示するように、周囲温度が一定であっても相対湿度が変化すれば感ガス体２０の抵抗値が変化する。そこで、本実施形態のガス検出装置１は、湿度に応じた補正値を用いてガスセンサ（感ガス体２０）２の抵抗値を補正することによって、検出精度の向上を図っている。なお、図４では、横軸を周囲温度、縦軸をガスセンサ２の抵抗値Ｒと警報値Ｒｏとの比（Ｒ／Ｒｏ）として、相対湿度が３５％（図中（１））、５０％（図中（２））、６５％（図中（３））、９５％（図中（４））のときのデータを表している。

ここにおいて、既知データは、所定の周囲温度および相対湿度で且つ検知対象ガスがない清浄な雰囲気中（標準大気中）での監視モードにおけるガスセンサ２の抵抗値であって、記憶部３８に予め記憶されている。一例として、周囲温度２０℃、相対湿度６５％（絶対湿度１１．２ｇ／ｍ^３）で、且つ検知対象ガスがない清浄な雰囲気中でのガスセンサ２の抵抗値が、既知データとして与えられる。また、警報値は、既知データと同じ周囲温度および相対湿度を維持したまま、検知対象ガスの濃度のみを警報濃度としたときの監視モードでのガスセンサ２の抵抗値である。なお、このような条件下で既知データとしての抵抗値を検出して記憶部３８に書き込む処理を「エア調整」といい、警報値としての抵抗値を検出して記憶部３８に書き込む処理を「ガス調整」という。

算出部３５１は、雰囲気中に検知対象ガスが殆どなくガスセンサ２の抵抗値に検知対象ガスが殆ど影響しない状態で、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。このように雰囲気中に検知対象ガスが殆ど存在しない状態では、ガスセンサ２の抵抗値は主に雰囲気中の湿度に依存し検知対象ガスの濃度の影響をあまり受けないので、算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値を用いて雰囲気中の湿度を推定することが可能である。

本実施形態では、算出部３５１は、雰囲気中の検知対象ガスの有無の判断に、湿度と検知対象ガスとに対するガスセンサ２の反応速度の違いを利用している。つまり、本実施形態のガス検出装置１は、ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路にフィルタ１５が設けられているので、湿度に対するガスセンサ２の反応速度は、検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅れている。そのため、ある時点で湿度が急激に変化しても、フィルタ１５がバッファとなってガスセンサ２の抵抗値は比較的緩やかに変化し、ある程度の時間が経過してから落ち着く。これに対して、ある時点でガスセンサ２が検知対象ガスに晒されると、フィルタ１５があってもガスセンサ２の抵抗値は比較的急峻に変化する。

そこで、算出部３５１は、単位時間当たりのガスセンサ２の抵抗値の変化量に基づいて、雰囲気中の湿度変化に起因した抵抗値の変化と、検知対象ガスの濃度変化に起因した抵抗値の変化とを区別し、雰囲気中の検知対象ガスの有無を判断する。要するに、算出部３５１は、単位時間におけるガスセンサ２の抵抗値の変化量を所定の判定閾値と比較し、単位時間当たりの抵抗値の変化量が判定閾値未満であれば検知対象ガスなしと判定し、判定閾値以上であれば検知対象ガスありと判定する。そして、算出部３５１は単位時間当たりのガスセンサ２の抵抗値の変化量が所定の判定閾値未満のときに、ガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。

本実施形態では、検出処理部３５は上述したように単位時間毎のサンプリングタイミングでガスセンサ２の抵抗値をサンプリングするので、現在の抵抗値と前回のサンプリングタイミングでの抵抗値との差分が、単位時間における抵抗値の変化量となる。ここでいう判定閾値は、雰囲気中に所定濃度の検知対象ガス（ここでは一酸化炭素）が流入したときの単位時間におけるガスセンサ２の抵抗値の変化量であって、記憶部３８に予め記憶されている。

ここで、算出部３５１は、単位時間当たりの抵抗値の変化量が判定閾値未満の期間には、単位時間毎に補正値を算出し、算出した補正値を記憶部３８に記憶する。このとき、算出部３５１は、単位時間毎に記憶部３８内の補正値を最新の補正値に書き換えて補正値を更新することにより、記憶部３８には最新の補正値のみが残ることになる。算出部３５１は、単位時間当たりの抵抗値の変化量が判定閾値以上になると、補正値の更新を停止して記憶部３８内の補正値を直前に求めた補正値に固定する。

さらに、算出部３５１は、補正値の更新を停止した状態でガスセンサ２の抵抗値が所定の復帰閾値以上になると、その時点から補正値の算出を開始して補正値の更新を再開する。ここでいう復帰閾値は、検知対象ガスの濃度が警報濃度よりも低い所定濃度のときのガスセンサ２の抵抗値であって、記憶部３８に予め記憶されている。復帰閾値は、少なくとも警報判定に用いられる警報値よりも大きな値である。

なお、算出部３５１が補正値の更新を再開するための条件は、上述したように抵抗値と復帰閾値との関係に限らず、たとえば算出部３５１が補正値の更新を停止する直前の抵抗値と、現在の抵抗値との相対的な関係により定められてもよい。つまり、算出部３５１は、最後に補正値を算出したときの抵抗値を基準値として記憶部３８に記憶し、現在の抵抗値と基準値との比あるいは差分によって、補正値の更新を再開するか否かを判断してもよい。

補正部３５２は、単位時間毎に記憶部３８内の補正値、つまり最後に算出部３５１で求められた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を補正する。要するに、補正部３５２は、雰囲気中の湿度に応じた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を補正するので、補正により湿度の影響を除いたガスセンサ２の抵抗値を求めることが可能である。

また、本実施形態のガス検出装置１は、図１に示すように雰囲気中の温度（周囲温度）に応じて抵抗値（出力値）が変化するサーミスタからなる温度センサ４５をさらに備えている。温度センサ４５は、分圧用の抵抗４６を介して電源回路３０の出力端間に接続されている。温度センサ４５と抵抗４６との接続点は、マイコン３１の温度取得部３７に電気的に接続されている。温度取得部３７は、抵抗４６の両端電圧を取得することにより、周囲温度に相当する温度センサ４５の抵抗値を測定し、測定結果を検出処理部３５に出力する。

検出処理部３５の算出部３５１は、補正値を算出するに当たり、温度センサ４５の出力値（温度取得部３７の測定結果）に基づいて、周囲温度の変化に伴う補正値の変化を補償する。すなわち、図４に示すように、相対湿度が同じでも周囲温度が変化すればガスセンサ２の抵抗値は変化するので、算出部３５１では、周囲温度変化に伴うガスセンサ２の抵抗値の変化分を除去した上で、補正値を算出する。具体的には、算出部３５１は、既知データが設定されるエア調整時の周囲温度を基準温度（たとえば２０℃）とし、現在の周囲温度と基準温度との差に相当する抵抗値変化分をガスセンサ２の抵抗値から減算（または加算）することにより、抵抗値の温度補償を行う。それから、算出部３５１は、温度補償後のガスセンサ２の抵抗値と既知データとを用いて、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。

次に、上述したように構成されたマイコン３１における警報判定のための動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。

マイコン３１は、制御部３２の出力でスイッチング素子４０をオン／オフ制御することによって、ヒータ電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約８０℃に加熱する（Ｓ１）。このとき、マイコン３１は、読出部３３より一方の負荷抵抗４３を介して、ガスセンサ２の検出用電極２２とヒータ兼用電極２１との間に所定の読出電圧を印加する。

マイコン３１は、サンプリングタイミングになると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、取得部３４にて検出電圧を取り込んで、感ガス体２０の抵抗値を検出する（Ｓ３）。このとき、マイコン３１は、ガスセンサの抵抗値と復帰閾値との高低を比較し（Ｓ４）、抵抗値が復帰閾値未満であれば（Ｓ４：Ｙｅｓ）、補正値の更新を停止するためのフラグがオフか否かを判断する（Ｓ５）。フラグがオフであれば（Ｓ５：Ｙｅｓ）、マイコン３１は、前回のサンプリングタイミングからの抵抗値の変化量、つまり単位時間における抵抗値の変化量を算出し（Ｓ６）、この変化量と判定閾値との大小を比較する（Ｓ７）。

変化量が判定閾値未満であれば（Ｓ７：Ｙｅｓ）、マイコン３１は温度センサ４５および抵抗４６の分圧電圧を温度取得部３７で取り込み、温度センサ４５の抵抗値から周囲温度を検出する（Ｓ８）。さらにマイコン３１は、算出部３５１にて、周囲温度変化に伴う抵抗値変化を補償した上で、補償後のガスセンサ２の抵抗値と既知データとを用いて雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出し（Ｓ９）、記憶部３８内の補正値を更新する。それから、マイコン３１は、記憶部３８内の補正値を用いて、補正部３５２にて感ガス体２０の抵抗値を補正し（Ｓ１０）、補正後の抵抗値と、予め設定されている警報値との高低を比較することによって警報判定を行う（Ｓ１１）。ここで、マイコン３１は、補正後の抵抗値が警報値を下回っていると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、出力部３６から発報し（Ｓ１２）、補正後の抵抗値が警報値以上であると（Ｓ１１：Ｎｏ）、発報せずに監視動作を継続する。

また、ステップＳ７において変化量が判定閾値未満でなければ（Ｓ７：Ｎｏ）、マイコン３１は、フラグをセット（オン）し（Ｓ１３）、ステップＳ８，Ｓ９を飛ばして、記憶部３８内の補正値にて抵抗値を補正する（Ｓ１０）。さらに、マイコン３１は、ステップＳ４において抵抗値が復帰閾値未満でなければ（Ｓ４：Ｎｏ）、フラグをリセット（オフ）する（Ｓ１４）。つまり、マイコン３１は、変化量が判定閾値以上になると、補正値の更新を停止するためのフラグをセットし、抵抗値が復帰閾値以上になることをもってフラグをリセットする。

さらにまた、ステップＳ５においてフラグがオフでなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、つまり補正値の更新を停止するためのフラグがオンであれば、マイコン３１は、ステップＳ６〜Ｓ９を飛ばして、記憶部３８内の補正値にて抵抗値を補正する（Ｓ１０）。

マイコン３１は、以上説明したＳ３〜Ｓ１４の動作をサンプリングタイミング（Ｓ２：Ｙｅｓ）毎に繰り返し実行することによって、検知対象ガス（一酸化炭素）の警報判定を繰り返し行う。

次に、検出処理部３５が行う湿度変化に応じた検出結果の補正について、図６に具体例を示して説明する。ここでは、湿度の影響をみるために周囲温度を一定（２０℃）とし、相対湿度のみを変化させた場合を例示する。図６では、横軸を時間、縦軸をガスセンサ２の抵抗値として、補正前の抵抗値を実線で表し、補正後の抵抗値を二点差線で表している。なお、図６中のｔ１，ｔ２，・・・，ｔ２２はそれぞれサンプリングタイミングとなる各時刻を表し、Ｔ０は単位時間を表し、Ｔｈ１は警報値、Ｔｈ２は復帰閾値を表している。

図６の例では、時刻ｔ１〜ｔ１３においては、雰囲気中に検知対象ガスは殆ど存在せず、湿度のみが変動しているため、ガスセンサ２の抵抗値は比較的緩やかに変化する。一方、時刻ｔ１３以降には、雰囲気中に検知対象ガスが流入するため、ガスセンサ２の抵抗値は比較的急峻に変化する。

すなわち、図６における時刻ｔ１〜ｔ１３においては、単位時間Ｔ０当たりの抵抗値の変化量がいずれも判定閾値未満であるので、単位時間Ｔ０毎に算出部３５１が補正値を算出し、この補正値を用いて補正部３５２が抵抗値を補正する。ここでは一例として、算出部３５１は既知データＲ０と現在のガスセンサ２の抵抗値Ｒ１との比α（＝Ｒ０／Ｒ１）を算出し、この比αから雰囲気中の湿度に応じた補正値βを算出する。抵抗値の比αは、エア調整時からの雰囲気中の湿度の変化を反映しているので、これにより雰囲気中の湿度に応じた補正値βが求まることになる。補正値βはたとえば次式で表される。

β＝Ａ×ｌｎ（α）＋１
ここで、上式のＡは係数であって、湿度変動時に特定の検知対象ガス濃度の雰囲気中で測定されたデータの変化比率と補正値βとの相関がよくなるように決定されている。補正部３５２は算出部３５１で上式により求められた補正値βを、現在のガスセンサ２の抵抗値に乗じることによりガスセンサ２の抵抗値を補正する。

一方、時刻ｔ１４においては、検知対象ガスの流入に起因して、単位時間Ｔ０当たりの抵抗値の変化量ΔＲが判定閾値以上となるため、算出部３５１は補正値の更新を停止する。したがって、時刻ｔ１４〜ｔ２２においては、単位時間Ｔ０毎に、補正部３５２は時刻ｔ１３で求められた補正値を用いて抵抗値を補正する。

このようにガスセンサ２の抵抗値が補正されることにより、雰囲気中の湿度が変化しても、ガスセンサ２の抵抗値（補正後）が示す指示濃度と、実際の検知対象ガス濃度との誤差が小さくなる。その結果、図６に示すように、補正前の抵抗値（実線）は警報値Ｔｈ１を下回らないのに対し、湿度の影響が除去された補正後の抵抗値（二点差線）は警報値Ｔｈ１を下回るということが起こり得る。なお、算出部３５１が補正値の更新を停止した時刻ｔ１４以降において、雰囲気中の検知対象ガスの濃度が低下してガスセンサ２の抵抗値が復帰閾値Ｔｈ２以上となれば、算出部３５１は補正値の更新を再開する。

以上説明した本実施形態のガス検出装置１によれば、検出処理部３５が、雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部３５１と、補正値にて検知対象ガスの検出結果を補正する補正部３５２とを有するので、雰囲気中の湿度の影響を受けにくいという利点がある。すなわち、算出部３５１は、現在のガスセンサ２の抵抗値と記憶部３８内の既知データとから、雰囲気中の湿度に応じた補正値を算出する。しかも、ガスセンサ２への検知対象ガスの流入経路に設けられているフィルタ１５により、湿度に対するガスセンサ２の反応速度は、検知対象ガスに対するガスセンサ２の反応速度に比べて遅れている。そのため、算出部３５１は、雰囲気中の検知対象ガスの有無を単位時間における抵抗値の変化量から容易に判断でき、この変化量が判定閾値未満のとき、つまり雰囲気中に検知対象ガスが殆どないときに補正値を求めることができる。

したがって、検出処理部３５は、周囲温度が一定であっても、補正により湿度変化の影響を除いたガスセンサ２の抵抗値を求めることができ、ガスセンサ２の湿度依存性が大きい場合でも検知対象ガスの検出精度が低下しにくいという利点がある。さらに、このガス検出装置１では、記憶部３８に予め記憶した既知データとガスセンサ２の抵抗値とを用いて、湿度に応じた補正値を算出するので、絶対湿度センサを用いることなく湿度に基づいた検出結果の補正が可能である。

また、本実施形態のガス検出装置１は、温度センサ４５を備え、算出部３５１が温度センサ４５の出力値（抵抗値）に基づいて周囲温度（雰囲気中の温度）変化に伴う補正値の変化を補償しているので、より高精度な検知対象ガスの検出が可能である。要するに、算出部３５１は、周囲温度変化に伴うガスセンサ２の抵抗値の変化を除いた上で補正値を算出するので、補正部３５２では、雰囲気中の湿度のみに応じた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を高精度に補正可能となる。

また、算出部３５１は、単位時間における抵抗値の変化量が判定閾値未満である期間には単位時間毎に補正値を更新するので、一旦補正値を求めた後も、湿度が変動すれば適宜補正値が変更されることになる。また、算出部３５１は、単位時間における抵抗値の変化量が判定閾値以上になると補正値を固定し、抵抗値が所定の復帰閾値以上になると補正値の更新を再開することにより、雰囲気中に検知対象ガスが存在する状態では補正値の更新を一時的に停止する。そのため、算出部３５１は、検知対象ガスに依存した抵抗値の変化が補正値に影響することを防止でき、補正部３５２では、湿度に応じた補正値を用いてガスセンサ２の抵抗値を高精度に補正可能となる。

ところで、ガス検出装置１は、検知対象ガスが一酸化炭素でなく、可燃性ガスであるメタン（ＣＨ_４）であってもよく、この場合、監視モードにおいて上記実施形態とは異なる設定温度に感ガス体２０が加熱される。すなわち、ガスセンサ２は感ガス体２０の温度が約４００℃のときにメタンに対して十分な感度を持つので、監視モードにおいて、制御部３２はヒータ電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を設定温度たる約４００℃に加熱する。このとき、読出部３３は、他方の出力をＨレベルとすることにより他方の負荷抵抗４４に通電し、これにより、負荷抵抗４４と感ガス体２０の抵抗成分とで分圧された電圧が、検出電圧として取得部３４に入力される。

さらに、ガス検出装置１は複数種類のガスを検知対象ガスとしてもよい。たとえば一酸化炭素とメタンとの２種類のガスを検知対象ガスとする場合、ガス検出装置１は、一酸化炭素に十分な感度を持つ第１の設定温度（約８０℃）と、メタンに十分な感度を持つ第２の設定温度（約４００℃）とでガスセンサ２の温度を交互に切り替える。この場合、ガス検出装置１は、制御部３２にてデューティ比を変化させることでヒータ電圧の平均値を変化させ、第１の設定温度と第２の設定温度とを交互に繰り返すようにヒータ電圧を制御する。一例として、制御部３２は、２５秒を１周期として、１周期のうち５秒を第１の設定温度、残り２０秒を第２の設定温度とするようにヒータ電圧を制御する。また、読出部３３は、第１の設定温度に加熱する期間には一方の負荷抵抗４３に通電し、第２の設定温度に加熱する期間には他方の負荷抵抗４４に通電するように、設定温度により通電する負荷抵抗４３，４４を切り替える。

この場合において、検出処理部３５は、ガスセンサ２が一酸化炭素に十分な感度を持つ第１の設定温度にあるときには、補正部３５２にてガスセンサ２の抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて検知対象ガスたる一酸化炭素を検知する。また、検出処理部３５は、ガスセンサ２がメタンに十分な感度を持つ第２の設定温度にあるときには、補正部３５２にてガスセンサ２の抵抗値を補正し、補正後の抵抗値を用いて検知対象ガスたるメタンを検知する。これにより、ガス検出装置１は、１つのガスセンサ２にて複数種類のガスを検出することができる。

なお、上記実施形態では、算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値の比αの関数を補正値βとして用いる例を示したが、この構成に限らず、ガスセンサ２の抵抗値と既知データとに基づいて現在の相対湿度を求め、この相対湿度から補正値を算出してもよい。この場合、記憶部３８には、複数の相対湿度について各相対湿度と一対一に対応付けられたガスセンサ２の抵抗値が既知データとして記憶され、さらに相対湿度と補正値との対応関係を表す対応テーブルが予め記憶される。算出部３５１は、ガスセンサ２の抵抗値を既知データと照らし合わせることにより現在の雰囲気中の相対湿度を求め、対応テーブルを参照することにより、求めた相対湿度に対応する補正値を算出する。

１ガス検出装置
２ガスセンサ
１５フィルタ
３５検出処理部
３５１算出部
３５２補正部
３８記憶部
４５温度センサ

Claims

検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化するガスセンサと、前記ガスセンサの抵抗値に基づいて雰囲気中の前記検知対象ガスを検出する検出処理部と、標準大気中における湿度に関連付けられた前記ガスセンサの抵抗値を既知データとして予め記憶している記憶部と、前記ガスセンサへの前記検知対象ガスの流入経路に設けられ、湿度に対する前記ガスセンサの反応速度を、前記検知対象ガスに対する前記ガスセンサの反応速度に比べて遅らせるフィルタとを備え、
前記検出処理部は、単位時間における前記抵抗値の変化量が所定の判定閾値未満のときに、前記ガスセンサの抵抗値と前記記憶部内の前記既知データとから前記雰囲気中の湿度に応じた補正値を求める算出部と、前記算出部で求められた前記補正値を用いて前記検知対象ガスの検出結果を補正する補正部とを有することを特徴とするガス検出装置。
前記雰囲気中の温度に応じて出力値が変化する温度センサをさらに備え、
前記算出部は、前記温度センサの出力値に基づいて前記雰囲気中の温度変化に伴う前記補正値の変化を補償していることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
前記算出部は、前記変化量が前記判定閾値未満である期間には前記単位時間毎に前記補正値を更新しており、前記変化量が前記判定閾値以上になると前記補正値を直前に求めた前記補正値に固定し、前記抵抗値が所定の復帰閾値以上になると前記補正値の更新を再開することを特徴とする請求項１または２に記載のガス検出装置。