JP2014041055A - ガス検出装置及びガス検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高温期間及び低温期間のうち、それぞれの期間への切り替え開始から所定の待ち時間が経過した以降の各対象期間において、各対象期間よりも短い所定の時間間隔で3個以上の端子間電圧の取得をそれぞれ行う。そして、高温期間の対象期間に取得された3個以上の端子間電圧に対して、最大値及び最小値を除いた回数の端子間電圧の平均値を求め、その平均値を、水素ガスの濃度の算出に用いる。同様に、低温期間の対象期間に取得された3個以上の端子間電圧を用い、その最大値及び最小値を除いた回数の端子間電圧の平均値を求め、その平均値を、水素ガスの濃度の算出に用いる。
【選択図】図1
Description
本第2態様では、4個以上の端子間電圧を取得するので、取得した複数の値から最大値及び最小値を除外した場合でも、端子間電圧の平均値を算出することができる。
(5)本発明では、第5態様として、前記高温期間の前記対象期間及び前記低温期間の前記対象期間に、それぞれ4個以上端子間電圧を取得することを特徴とする。
(6)本発明では、第6態様として、前記可燃性ガスの濃度の算出の際には、更に、前記被検出雰囲気の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体の抵抗値から求められる前記環境温度を加味して、前記可燃性ガスの濃度の算出を行うガス検出方法であって、前記可燃性ガスの濃度の算出に際しては、前記高温期間の前記待ち時間及び前記低温期間の前記待ち時間のうち、少なくとも一方の待ち時間に、前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧を3個以上取得して、それらの電圧の最大値及び最小値を除いた平均値を求めるとともに、該電圧の平均値を、前記可燃性ガスの濃度の算出に用いる前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧として設定することを特徴とする。
ここでは、可燃性ガスとして水素ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置(以下単にガス検出装置と記す)及び可燃性ガス検出方法(以下単にガス検出方法と記す)を例に挙げて説明する。
[実施形態]
本実施形態のガス検出装置は、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素ガスの濃度を検出する熱伝導式のガス検出装置である。また、本実施形態のガス検出方法は、そのガス検出装置を用いて水素ガスの濃度を検出する方法である。これらは、例えば燃料電池自動車の客室内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
図1に示すように、本実施形態のガス検出装置1は、主として、水素ガス濃度を検出するガス検出素子3と、ガス検出素子3の動作を制御する制御部5と、ガス検出素子3の出力信号に基づいて水素ガス濃度を算出する演算部7と、制御部5及び演算部7に電力を供給する直流電源9とを備えている。
・図2に示すように、ガス検出素子3は、主として、平板状に形成された基部11と、基部11の表面(図2(b)上方)に配置された複数の電極13、15、17、19等とを備えるとともに、基部11の裏面(図2(b)下方)に凹部21が形成された素子であり、この凹部21が形成された裏面が被検出雰囲気に晒された状態で配置される。
本実施形態では、後に詳述する様に、演算部7にて、温度調整回路33から得られる温度電圧VTと、被測定雰囲気中に存在する水素ガスの熱伝導率変化にともなって変化する発熱抵抗体27の端子間電圧に対応して通電制御回路31から出力される検出信号V1(詳しくは高温時電圧VH及び低温時電圧VL)との関係に基づいて湿度Hを演算する。
水素ガス濃度を検出する際には、ガス検出装置1の演算部7では、図3(a)、(b)に示すように、一定の周期時間tの間(以下「低温期間t」と記す)発熱抵抗体27の設定温度を低温側の第2設定温度CLに保持する制御の処理と、一定の周期時間tの間(以下「高温期間t」と記す)高温側の第1設定温度CHに保持する制御の処理と、を交互に繰り返し行う。
なお、本実施形態では、温度の切り替え過渡期の長さが、低温期間tや高温期間tの1/2である例に適用して説明したが、1/2よりも長い所定の期間であってもよいし、1/2よりも短い所定の期間であってもよい。
例えば、低温期間tの前半期間t/2において、複数回(例えば10回)温度電圧VTのデータを取得し、このうち、最大値と最小値を除いた複数回(ここでは8個)のデータの平均値を、温度電圧平均値VTavとしてもよい。
この演算部7では、図5及び図6のフローチャートに関する制御処理(演算データ取得処理)と、図7のフローチャートに関する制御処理(ガス濃度演算処理)と、を同時進行で行う。ここでは、図5及び図6の演算データ取得処理について先に説明した後、図7のガス濃度演算処理を説明する。
<演算データ取得処理>
この演算データ取得処理とは、水素ガス濃度を算出する際に必要な各種のデータを取得するための処理である。
次に、カウンタNの値が20か否か(即ち高温期間tの終了のタイミングであるか否か)の判定を行う(S180)。ここで、カウンタNの値が20でない場合(NOの場合)には、S110に戻って同様な処理を繰り返す。一方、カウンタNの値が20である場合(YESの場合)には、高温期間tの終了時であるので、カウンタNを0の値にセットする(S190)。
次に、発熱抵抗体27の温度を低温側に切り替えてから10msを経過したか否かの判定を行う(S210)。ここで、10msを経過していない場合(NOの場合)にはS210の判定を繰り返し行う。一方、10msを経過したと判定された場合(YESの場合)には、カウンタNの数を1つ増やすカウントアップの処理を行う(S220)。
次に、取得した温度電圧VTの個数が例えば10個となったか否かを判定する(S240)。ここで、取得した温度電圧VTの個数が10個未満の場合(NOの場合)には、S270に進む。一方、取得した温度時電圧VTの個数が10個となった場合(YESの場合)には、取得した10個の温度電圧VTから、(ノイズの可能性の高い)最大値と最小値を除去する(S250)。
次に、カウンタNの値が11以上であるか否か(即ち低温時電圧VLの取得のタイミングであるか否か)の判定を行う(S270)。ここで、カウンタNの値が11以上でない場合(NOの場合)には、S210に戻って同様な処理を繰り返す。一方、カウンタNの値が11以上である場合(YESの場合)には、 通電制御回路31から出力される検出信号V1を、低温時電圧VLとして取得して記憶する処理を行う(S280)。
次に、カウンタNの値が20か否か(即ち低温期間tの終了のタイミングであるか否か)の判定を行う(S320)。ここで、カウンタNの値が20でない場合(NOの場合)には、S210に戻って同様な処理を繰り返す。一方、カウンタNの値が20である場合(YESの場合)には、低温期間tの終了時であるので、カウンタNを0の値にセットする(S330)。
従って、上述した演算データ取得処理によって、高温時電圧平均値VHav、低温時電圧平均値VLav、温度電圧平均値VTavを求めることができる。
このガス濃度演算処理とは、上述した演算データ取得処理によって得られたデータを用いて、水素ガス濃度を算出する処理である。
また、この演算処理と並行して、温度電圧平均値VTavと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、温度電圧平均値VTav(即ち環境温度T)におけるガス濃度Xと、湿度Hがゼロのときの電圧比VC(0)とを算出する演算処理を実行する(S430)。
次に、S440において算出した電圧比差ΔVCと、湿度換算用マップデータに基づいて、電圧比差ΔVCのときの湿度Hを算出する演算処理を実行する(S450)。
また、高温時電圧変化ΔVH(G)の演算処理と並行して、S410で取得された高温時電圧平均値VHav及び温度電圧平均値VTavと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧平均値VHavについて、温度電圧平均値VTav毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度(単位はガス濃度Xの逆数)を表すガス感度G(VT)を算出する演算処理を実行する(S490)。
そして、ガス濃度Xの算出を行うと、前記S400に戻り上述の処理を繰り返し実行する。
本実施形態では、一対の高温期間t及び低温期間tのうち、それぞれの期間への切り替え開始から所定の待ち時間t/2が経過した以降の各対象期間t/2において、各対象期間t/2よりも短い所定の時間間隔(例えば10ms)で端子間電圧の取得をそれぞれ複数回行う。
(1)例えば、前記実施形態では、取得した複数のデータから最大値及び最小値を除いたが、最大値及び最小値以外に、他のデータを除いてもよい。例えば最大値から順番に小さくなる2個以上の値を除いてもよく、最小値から順番に大きくなる2個以上の値を除いてもよい。
7…演算部
27…発熱抵抗体
29…測温抵抗体
31…通電制御回路(通電制御部)
33…温度調整回路
VHav…高温時電圧平均値
VLav…低温時電圧平均値
VTav…温度電圧平均値
Claims (6)
- 被検出雰囲気内に配置されて、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体への通電状態を所定の周期で切り替える制御を行うことにより、前記発熱抵抗体の温度を、予め設定された高温側と低温側との2つの異なる温度に交互に切り替える通電制御部と、
前記高温側に制御された高温期間における前記発熱抵抗体の端子間電圧と、前記低温側に制御された低温期間における前記発熱抵抗体の端子間電圧と、を用いて、前記被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を演算により求める演算部と、
を備えたガス検出装置であって、
前記演算部は、
前記高温期間及び前記低温期間のうち、それぞれの期間への切り替え開始から所定の待ち時間が経過した以降の各対象期間において、該各対象期間よりも短い所定の時間間隔で3個以上の前記端子間電圧の取得をそれぞれ行い、
更に、前記高温期間の対象期間に取得された端子間電圧及び前記低温期間の対象期間に取得された端子間電圧のそれぞれに対して、最大値及び最小値を除いて各対象期間における端子間電圧の平均値を求め、該各対象期間における前記平均値を、前記可燃性ガスの濃度の算出に用いることを特徴とするガス検出装置。 - 前記高温期間の前記対象期間及び前記低温期間の前記対象期間に、それぞれ4個以上端子間電圧を取得することを特徴とする請求項1に記載のガス検出装置。
- 前記被検出雰囲気の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体を備え、
前記演算部は、前記可燃性ガスの濃度の算出の際には、更に、前記測温抵抗体の抵抗値から求められる前記環境温度を加味して、前記可燃性ガスの濃度の算出を行うガス検出装置であって、
前記可燃性ガスの濃度の算出に際しては、
前記高温期間の前記待ち時間及び前記低温期間の前記待ち時間のうち、少なくとも一方の待ち時間に、前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧を3個以上取得して、それらの電圧の最大値及び最小値を除いた平均値を求めるとともに、該電圧の平均値を、前記可燃性ガスの濃度の算出に用いる前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧として設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のガス検出装置。 - 被検出雰囲気内に配置されて、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体を備えたガス検出装置を用いて、
前記発熱抵抗体への通電状態を所定の周期で切り替える制御を行うことにより、前記発熱抵抗体の温度を、予め設定された高温側と低温側との2つの異なる温度に交互に切り替えるとともに、
前記高温側に制御された高温期間における前記発熱抵抗体の端子間電圧と、前記低温側に制御された低温期間における前記発熱抵抗体の端子間電圧と、を用いて、前記被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスの濃度を演算により求めるガス検出方法であって、
前記高温期間及び前記低温期間のうち、それぞれの期間への切り替え開始から所定の待ち時間が経過した以降の各対象期間において、該各対象期間よりも短い所定の時間間隔で3個以上の前記端子間電圧の取得をそれぞれ行い、
更に、前記高温期間の対象期間に取得された端子間電圧及び前記低温期間の対象期間に取得された端子間電圧のそれぞれに対して、最大値及び最小値を除いて各対象期間における端子間電圧の平均値を求め、該各対象期間における前記平均値を、前記可燃性ガスの濃度の算出に用いることを特徴とするガス検出方法。 - 前記高温期間の前記対象期間及び前記低温期間の前記対象期間に、それぞれ4個以上端子間電圧を取得することを特徴とする請求項4に記載のガス検出方法。
- 前記可燃性ガスの濃度の算出の際には、更に、前記被検出雰囲気の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体の抵抗値から求められる前記環境温度を加味して、前記可燃性ガスの濃度の算出を行うガス検出方法であって、
前記可燃性ガスの濃度の算出に際しては、
前記高温期間の前記待ち時間及び前記低温期間の前記待ち時間のうち、少なくとも一方の待ち時間に、前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧を3個以上取得して、それらの電圧の最大値及び最小値を除いた平均値を求めるとともに、該電圧の平均値を、前記可燃性ガスの濃度の算出に用いる前記測温抵抗体の抵抗値に対応した電圧として設定することを特徴とする請求項4又は5に記載のガス検出方法。
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