JP2021092487A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a gas sensor that is able to detect a plurality of kinds of gases.SOLUTION: A gas sensor 10 comprises: a thermistor Rd1 that changes in resistance value at a first sensitivity according to a first gas concentration and changes in resistance value at a second sensitivity according to a second gas concentration; a thermistor Rd2 that changes in resistance value at a third sensitivity according to the first gas concentration and changes in resistance value at a fourth sensitivity according to the second gas concentration; a resistor R2 connected to the thermistor Rd1 or Rd2 in parallel; and a switching circuit SW connected to the resistor R2 in series. When the switch circuit SW is turned on, a potential change corresponding to the second gas concentration is cancelled by the resistor and, therefore, the first gas concentration can be calculated. When the switch circuit is turned off, a potential at a connection point N reflects both the first and second gas concentrations. Accordingly, by turning on/off the switch circuit, the second gas concentration can also be calculated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、雰囲気中に含まれるガスを検出するガスセンサに関し、特に、複数種類のガスを検出可能なガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that detects a gas contained in an atmosphere, and more particularly to a gas sensor that can detect a plurality of types of gases.

ガスセンサは、雰囲気中に含まれる測定対象ガスの濃度を検出するものであるが、検出対象ガスとは異なるガスによって測定値に誤差が生じることがある。特許文献１には、検出対象ガスとは異なるガスによる測定誤差をキャンセル可能なガスセンサが開示されている。 The gas sensor detects the concentration of the gas to be measured contained in the atmosphere, but an error may occur in the measured value due to a gas different from the gas to be detected. Patent Document 1 discloses a gas sensor capable of canceling a measurement error due to a gas different from the detection target gas.

特開２０１９−６０８４８号公報JP-A-2019-60848

しかしながら、特許文献１に記載されたガスセンサは、１種類の測定対象ガスの濃度しか検出することができなかった。 However, the gas sensor described in Patent Document 1 could detect only the concentration of one type of gas to be measured.

したがって、本発明は、複数種類のガスを検出可能なガスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of detecting a plurality of types of gases.

本発明によるガスセンサは、第１のガスの濃度に応じて第１の感度で抵抗値が変化し、第２のガスの濃度に応じて第２の感度で抵抗値が変化する第１の測温体と、第１の測温体に対して直列に接続され、第１のガスの濃度に応じて第１の感度とは異なる第３の感度で抵抗値が変化し、第２のガスの濃度に応じて第２の感度とは異なる第４の感度で抵抗値が変化する第２の測温体と、第１又は第２の測温体に対して並列に接続された抵抗と、抵抗に対して直列に接続されたスイッチ回路とを備えることを特徴とする。 In the gas sensor according to the present invention, the resistance value changes with the first sensitivity according to the concentration of the first gas, and the resistance value changes with the second sensitivity according to the concentration of the second gas. It is connected in series with the body and the first resistance temperature detector, and the resistance value changes with a third sensitivity different from the first sensitivity according to the concentration of the first gas, and the concentration of the second gas. To the second resistance temperature detector whose resistance value changes with a fourth sensitivity different from the second sensitivity, and the resistance connected in parallel to the first or second resistance temperature detector, and the resistance. On the other hand, it is characterized by including a switch circuit connected in series.

本発明によれば、スイッチ回路をオンさせた場合には、第２のガスの濃度に応じた電位変化が抵抗によってキャンセルされるため、第１のガスの濃度を算出することが可能となる。一方、スイッチ回路をオフさせた場合には、第２のガスの濃度に応じた電位変化がキャンセルされないことから、第１の測温体と第２の測温体の接続点の電位は、第１及び第２のガスの両方の濃度を反映したものとなる。したがって、スイッチ回路をオンさせた場合に得られる接続点の電位と、スイッチ回路をオフさせた場合に得られる接続点の電位を参照することにより、第２のガスの濃度についても算出することが可能となる。 According to the present invention, when the switch circuit is turned on, the potential change according to the concentration of the second gas is canceled by the resistance, so that the concentration of the first gas can be calculated. On the other hand, when the switch circuit is turned off, the potential change according to the concentration of the second gas is not canceled, so that the potential at the connection point between the first resistance thermometer and the second resistance temperature detector is the second. It reflects the concentrations of both the first and second gases. Therefore, the concentration of the second gas can also be calculated by referring to the potential of the connection point obtained when the switch circuit is turned on and the potential of the connection point obtained when the switch circuit is turned off. It will be possible.

本発明によるガスセンサは、スイッチ回路を制御する制御部をさらに備え、制御部は、スイッチ回路がオンしている期間に第１の測温体と第２の測温体の接続点に現れる第１の電位に基づいて、第１のガスの濃度を算出しても構わない。また、制御部は、第１の電位と、スイッチ回路がオフしている期間に接続点に現れる第２の電位に基づいて、第２のガスの濃度を算出しても構わない。このように、制御部を用いてスイッチ回路をオンオフさせることにより、２種類のガス濃度を算出することが可能となる。 The gas sensor according to the present invention further includes a control unit that controls the switch circuit, and the control unit appears at the connection point between the first thermometer and the second thermometer while the switch circuit is on. The concentration of the first gas may be calculated based on the potential of. Further, the control unit may calculate the concentration of the second gas based on the first potential and the second potential appearing at the connection point during the period when the switch circuit is off. By turning the switch circuit on and off using the control unit in this way, it is possible to calculate two types of gas concentrations.

本発明において、第１の測温体は第１のヒータによって第１の温度に加熱され、第２の測温体は第２のヒータによって第１の温度とは異なる第２の温度に加熱されるものであっても構わない。これによれば、例えば第１の測温体と第２の測温体を互いに同じ構成とすることができる。 In the present invention, the first resistance temperature detector is heated to the first temperature by the first heater, and the second resistance temperature detector is heated to a second temperature different from the first temperature by the second heater. It does not matter if it is a thing. According to this, for example, the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector can have the same configuration.

本発明において、第４の感度は第２の感度よりも高く、抵抗は第２の測温体に対して並列に接続されていても構わない。これによれば、実効的に第４の感度が低下することから、第２のガスの濃度に応じた第１及び第２の測温体の感度を見かけ上一致させることが可能となる。 In the present invention, the fourth sensitivity is higher than the second sensitivity, and the resistance may be connected in parallel with the second resistance temperature detector. According to this, since the fourth sensitivity is effectively lowered, it is possible to apparently match the sensitivities of the first and second resistance temperature detectors according to the concentration of the second gas.

本発明において、第１及び第２の測温体は熱伝導式のセンサを構成するものであっても構わない。熱伝導式のセンサは高い検出感度を得ることが難しく、検出誤差が大きくなる傾向があるが、本発明によれば、２種類のガス濃度を高精度に検出することが可能となる。 In the present invention, the first and second resistance temperature detectors may constitute a heat conduction type sensor. It is difficult to obtain high detection sensitivity with a heat conduction type sensor, and the detection error tends to be large. However, according to the present invention, it is possible to detect two types of gas concentrations with high accuracy.

本発明において、第１のガスはＣＯ２ガスであり、第２のガスは水蒸気であっても構わない。これによれば、ＣＯ２ガスの濃度と湿度の両方を検出することが可能となる。 In the present invention, the first gas may be CO 2 gas and the second gas may be water vapor. According to this, it is possible to detect both the concentration and humidity of CO 2 gas.

このように、本発明によれば、簡単な構成によって複数種類のガスの濃度を測定することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to measure the concentrations of a plurality of types of gases with a simple configuration.

図１は、本発明の一実施形態によるガスセンサ１０の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a gas sensor 10 according to an embodiment of the present invention. 図２はサーミスタの加熱温度と感度との関係を説明するための図であり、（ａ）はＣＯ２ガスに対する感度を示し、（ｂ）は水蒸気に対する感度を示している。2A and 2B are diagrams for explaining the relationship between the heating temperature of the thermistor and the sensitivity, in which FIG. 2A shows the sensitivity to CO 2 gas and FIG. 2B shows the sensitivity to water vapor. 図３は、ガスセンサ１０の動作を説明するためのタイミング図である。FIG. 3 is a timing diagram for explaining the operation of the gas sensor 10.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施形態によるガスセンサ１０の構成を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a gas sensor 10 according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように、本実施形態によるガスセンサ１０は、センサ部Ｓ１〜Ｓ３及び制御部１１を備えている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるガスセンサ１０は、雰囲気中におけるＣＯ２ガスの濃度及び水蒸気の濃度（湿度）を検出するものである。センサ部Ｓ１，Ｓ２は、検出対象ガスであるＣＯ２ガスの濃度及び湿度を検出するための熱伝導式のガスセンサである。一方、センサ部Ｓ３は温度センサである。 As shown in FIG. 1, the gas sensor 10 according to the present embodiment includes sensor units S1 to S3 and a control unit 11. Although not particularly limited, the gas sensor 10 according to the present embodiment detects the concentration of CO 2 gas and the concentration of water vapor (humidity) in the atmosphere. The sensor units S1 and S2 are heat-conducting gas sensors for detecting the concentration and humidity of CO 2 gas, which is the gas to be detected. On the other hand, the sensor unit S3 is a temperature sensor.

センサ部Ｓ１は、サーミスタＲｄ１及びこれを加熱するヒータ抵抗ＭＨ１を含み、センサ部Ｓ２は、サーミスタＲｄ２及びこれを加熱するヒータ抵抗ＭＨ２を含む。図１に示すように、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２は、電源電位Ｖｃｃが供給される配線と接地電位ＧＮＤが供給される配線との間に直列に接続されている。さらに、サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２の接続点Ｎと接地電位ＧＮＤの間には、スイッチ回路ＳＷ及び抵抗Ｒ２が直列に接続されている。スイッチ回路ＳＷは制御部１１によってオンオフ制御される。そして、スイッチ回路ＳＷがオンしている期間に接続点Ｎに現れる電位が出力電位Ｖｂとして制御部１１に取り込まれ、スイッチ回路ＳＷがオフしている期間に接続点Ｎに現れる電位が出力電位Ｖｃとして制御部１１に取り込まれる。 The sensor unit S1 includes a thermistor Rd1 and a heater resistor MH1 for heating the thermistor Rd1, and the sensor unit S2 includes a thermistor Rd2 and a heater resistor MH2 for heating the thermistor Rd2. As shown in FIG. 1, the thermistors Rd1 and Rd2 are connected in series between the wiring to which the power supply potential Vcc is supplied and the wiring to which the ground potential GND is supplied. Further, a switch circuit SW and a resistor R2 are connected in series between the connection point N of the thermistor Rd1 and the thermistor Rd2 and the ground potential GND. The switch circuit SW is on / off controlled by the control unit 11. Then, the potential appearing at the connection point N while the switch circuit SW is on is taken into the control unit 11 as the output potential Vb, and the potential appearing at the connection point N during the period when the switch circuit SW is off is the output potential Vc. Is taken into the control unit 11.

一方、センサ部Ｓ３は、電源電位Ｖｃｃが供給される配線と接地電位ＧＮＤが供給される配線との間に直列に接続された抵抗Ｒ１及びサーミスタＲｄ３からなり、抵抗Ｒ１とサーミスタＲｄ３の接続点から出力電位Ｖａが出力される。センサ部Ｓ３から出力される出力電位Ｖａは、測定雰囲気中の現在の温度を示している。出力電位Ｖａは制御部１１に供給され、制御部１１は出力電位Ｖａに基づいて制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２を生成する。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２は、それぞれヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２に印加され、これによって、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２がそれぞれ所定の温度に加熱される。 On the other hand, the sensor unit S3 is composed of a resistor R1 and a thermistor Rd3 connected in series between the wiring to which the power supply potential Vcc is supplied and the wiring to which the ground potential GND is supplied, and is formed from the connection point between the resistor R1 and the thermistor Rd3. The output potential Va is output. The output potential Va output from the sensor unit S3 indicates the current temperature in the measurement atmosphere. The output potential Va is supplied to the control unit 11, and the control unit 11 generates control voltages Vmh1 and Vmh2 based on the output potential Va. The control voltages Vmh1 and Vmh2 are applied to the heater resistors MH1 and MH2, respectively, whereby the thermistors Rd1 and Rd2 are heated to predetermined temperatures, respectively.

ヒータ抵抗ＭＨ１によるサーミスタＲｄ１の加熱温度は例えば１５０℃である。サーミスタＲｄ１を加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ１の放熱特性が変化する。かかる変化は、サーミスタＲｄ１の抵抗値の変化となって現れる。サーミスタＲｄ１の加熱温度が１５０℃である場合、サーミスタＲｄ１の抵抗値は、ＣＯ２ガスの濃度に応じて第１の感度で変化する。第１の感度は、接続点Ｎに現れる出力電位Ｖｂ，Ｖｃを十分に変化させることが可能な感度を有している。 The heating temperature of the thermistor Rd1 by the heater resistor MH1 is, for example, 150 ° C. If CO 2 gas is present in the measurement atmosphere while the thermistor Rd1 is heated, the heat dissipation characteristics of the thermistor Rd1 change according to its concentration. Such a change appears as a change in the resistance value of the thermistor Rd1. When the heating temperature of the thermistor Rd1 is 150 ° C., the resistance value of the thermistor Rd1 changes with the first sensitivity according to the concentration of CO 2 gas. The first sensitivity has a sensitivity capable of sufficiently changing the output potentials Vb and Vc appearing at the connection point N.

サーミスタＲｄ１を加熱した状態においては、測定雰囲気中に水蒸気が存在すると、その濃度（湿度）に応じてサーミスタＲｄ１の放熱特性が変化する。サーミスタＲｄ１の加熱温度が１５０℃である場合、サーミスタＲｄ１の抵抗値は、湿度に応じて第２の感度で変化する。 In the heated state of the thermistor Rd1, if water vapor is present in the measurement atmosphere, the heat dissipation characteristics of the thermistor Rd1 change according to its concentration (humidity). When the heating temperature of the thermistor Rd1 is 150 ° C., the resistance value of the thermistor Rd1 changes with a second sensitivity according to the humidity.

ヒータ抵抗ＭＨ２によるサーミスタＲｄ２の加熱温度は例えば３００℃である。サーミスタＲｄ２を加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ２ガスが存在しても、サーミスタＲｄ２の抵抗値はほとんど変化しない。これは、サーミスタＲｄ２の加熱温度が３００℃である場合、サーミスタＲｄ２の抵抗値は、ＣＯ２ガスの濃度に応じて第３の感度で変化するものの、第３の感度は第１の感度よりも大幅に低く、好ましくは第１の感度の１／１０以下、より好ましくはほぼゼロだからである。このため、ＣＯ２ガスの濃度が変化しても、サーミスタＲｄ２の抵抗値はほとんど変化しない。 The heating temperature of the thermistor Rd2 by the heater resistor MH2 is, for example, 300 ° C. Even if CO 2 gas is present in the measurement atmosphere while the thermistor Rd2 is heated, the resistance value of the thermistor Rd2 hardly changes. This is because when the heating temperature of the thermistor Rd2 is 300 ° C., the resistance value of the thermistor Rd2 changes with a third sensitivity according to the concentration of CO 2 gas, but the third sensitivity is higher than the first sensitivity. This is because it is significantly lower, preferably 1/10 or less of the first sensitivity, and more preferably almost zero. Therefore, even if the concentration of CO 2 gas changes, the resistance value of the thermistor Rd2 hardly changes.

サーミスタＲｄ２を加熱した状態においては、測定雰囲気中に水蒸気が存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ２の放熱特性が変化する。サーミスタＲｄ２の加熱温度が３００℃である場合、サーミスタＲｄ２の抵抗値は、湿度に応じて第４の感度で変化する。第４の感度は、上述した第２の感度よりも大きい。 In the heated state of the thermistor Rd2, if water vapor is present in the measurement atmosphere, the heat dissipation characteristics of the thermistor Rd2 change according to the concentration thereof. When the heating temperature of the thermistor Rd2 is 300 ° C., the resistance value of the thermistor Rd2 changes with a fourth sensitivity according to the humidity. The fourth sensitivity is higher than the second sensitivity described above.

サーミスタＲｄ１〜Ｒｄ３は、例えば、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料からなる測温体である。但し、本発明において用いる測温体が負の抵抗温度係数を持つサーミスタに限定されるものではなく、正の抵抗温度係数を持つ材料からなるサーミスタものであっても構わないし、白金測温体であっても構わない。 Thermistors Rd1 to Rd3 are resistance temperature detectors made of materials having a negative temperature coefficient of resistance, such as composite metal oxides, amorphous silicon, polysilicon, and germanium. However, the temperature measuring body used in the present invention is not limited to the thermistor having a negative temperature coefficient of resistance, and may be a thermistor made of a material having a positive temperature coefficient of resistance. It doesn't matter if there is.

図２はサーミスタの加熱温度と感度との関係を説明するための図であり、（ａ）はＣＯ２ガスに対する感度を示し、（ｂ）は水蒸気に対する感度を示している。図２（ａ）は、加熱温度が１５０℃である場合におけるＣＯ２ガスに対する感度（第１の感度）と、加熱温度が３００℃である場合におけるＣＯ２ガスに対する感度（第３の感度）を比較するための相対グラフであり、図２（ｂ）は、加熱温度が１５０℃である場合における水蒸気に対する感度（第２の感度）と、加熱温度が３００℃である場合における水蒸気に対する感度（第４の感度）を比較するための相対グラフである。図２（ａ）の縦軸スケールと図２（ｂ）の縦軸スケールは無関係である。 2A and 2B are diagrams for explaining the relationship between the heating temperature of the thermistor and the sensitivity, in which FIG. 2A shows the sensitivity to CO 2 gas and FIG. 2B shows the sensitivity to water vapor. 2 (a) is sensitive to CO 2 gas when the heating temperature is 0.99 ° C. (first sensitivity), the sensitivity to CO 2 gas when the heating temperature is 300 ° C. (third sensitivity) FIG. 2B is a relative graph for comparison, in which FIG. 2B shows the sensitivity to water vapor when the heating temperature is 150 ° C. (second sensitivity) and the sensitivity to water vapor when the heating temperature is 300 ° C. (No. 2). It is a relative graph for comparison (sensitivity of 4). The vertical scale of FIG. 2 (a) and the vertical scale of FIG. 2 (b) are irrelevant.

図２（ａ）に示すように、サーミスタの加熱温度が１５０℃である場合は、ＣＯ２ガスに対する感度は第１の感度であるのに対し、サーミスタの加熱温度が３００℃である場合は、ＣＯ２ガスに対する感度は第１の感度よりも低い第３の感度である。上述の通り、第３の感度は第１の感度よりも大幅に低く、好ましくは第１の感度の１／１０以下、より好ましくはほぼゼロである。 As shown in FIG. 2A, when the heating temperature of the thermistor is 150 ° C., the sensitivity to CO 2 gas is the first sensitivity, whereas when the heating temperature of the thermistor is 300 ° C., it is the first sensitivity. The sensitivity to CO 2 gas is a third sensitivity that is lower than the first sensitivity. As described above, the third sensitivity is significantly lower than the first sensitivity, preferably 1/10 or less of the first sensitivity, more preferably almost zero.

図２（ｂ）に示すように、サーミスタの加熱温度が１５０℃である場合は、湿度に対する感度は第２の感度であるのに対し、サーミスタの加熱温度が３００℃である場合は、湿度に対する感度は第２の感度よりも高い第４の感度である。第４の感度は、第２の感度の２倍程度である。 As shown in FIG. 2B, when the heating temperature of the thermistor is 150 ° C., the sensitivity to humidity is the second sensitivity, whereas when the heating temperature of the thermistor is 300 ° C., it is sensitive to humidity. The sensitivity is a fourth sensitivity that is higher than the second sensitivity. The fourth sensitivity is about twice the second sensitivity.

上述の通り、本実施形態によるガスセンサ１０は、サーミスタＲｄ２に対して並列接続された抵抗Ｒ２を備えている。抵抗Ｒ２は、サーミスタＲｄ１の湿度に対する感度（第２の感度）とサーミスタＲｄ２の湿度に対する感度（第４の感度）の差をキャンセルするために設けられる。 As described above, the gas sensor 10 according to the present embodiment includes a resistor R2 connected in parallel to the thermistor Rd2. The resistor R2 is provided to cancel the difference between the sensitivity of the thermistor Rd1 to humidity (second sensitivity) and the sensitivity of the thermistor Rd2 to humidity (fourth sensitivity).

次に、本実施形態によるガスセンサ１０の動作について説明する。 Next, the operation of the gas sensor 10 according to the present embodiment will be described.

図３は、本実施形態によるガスセンサ１０の動作を説明するためのタイミング図である。 FIG. 3 is a timing diagram for explaining the operation of the gas sensor 10 according to the present embodiment.

図３に示すように、本実施形態によるガスセンサ１０は、センサ部Ｓ３から制御部１１に出力電位Ｖａが供給されている状態で、制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２を間欠的に生成することによってサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２を加熱する。制御電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２のレベルは、出力電位Ｖａによって調整され、これにより現在の環境温度に関わらず、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２が所定の温度（例えば１５０℃、３００℃）に加熱される。 As shown in FIG. 3, the gas sensor 10 according to the present embodiment intermittently generates the control voltages Vmh1 and Vmh2 in a state where the output potential Va is supplied from the sensor unit S3 to the control unit 11, thereby causing the thermistor Rd1 and Rd1. Heat Rd2. The level of the control voltages Vmh1 and Vmh2 is adjusted by the output potential Va, whereby the thermistors Rd1 and Rd2 are heated to a predetermined temperature (for example, 150 ° C. and 300 ° C.) regardless of the current environmental temperature.

さらに、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２を加熱している間、スイッチ回路ＳＷのオンオフを行うことにより、出力電位Ｖｂ，Ｖｃを取得する。上述の通り、出力電位Ｖｂは、スイッチ回路ＳＷがオンしている期間に接続点Ｎに現れる電位であり、出力電位Ｖｃは、スイッチ回路ＳＷがオフしている期間に接続点Ｎに現れる電位である。 Further, the output potentials Vb and Vc are acquired by turning on / off the switch circuit SW while heating the thermistors Rd1 and Rd2. As described above, the output potential Vb is the potential that appears at the connection point N while the switch circuit SW is on, and the output potential Vc is the potential that appears at the connection point N while the switch circuit SW is off. is there.

上述の通り、サーミスタＲｄ１は１５０℃に加熱されるためＣＯ２ガスの濃度に対する感度（第１の感度）は十分に高い一方、サーミスタＲｄ２は３００℃に加熱されるため、ＣＯ２ガスの濃度に対する感度（第３の感度）をほぼゼロである。そして、サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２は直列に接続されていることから、湿度の影響がなければ、接続点Ｎに現れる電位はＣＯ２ガスの濃度を示すことになる。 As described above, the thermistor Rd1 is heated to 150 ° C., so its sensitivity to the concentration of CO 2 gas (first sensitivity) is sufficiently high, while the thermistor Rd2 is heated to 300 ° C., so that it is sensitive to the concentration of CO 2 gas. The sensitivity (third sensitivity) is almost zero. Since the thermistor Rd1 and the thermistor Rd2 are connected in series, the potential appearing at the connection point N indicates the concentration of CO 2 gas if there is no influence of humidity.

一方、サーミスタＲｄ１の加熱温度が１５０℃である場合の湿度に対する感度（第２の感度）と、サーミスタＲｄ２の加熱温度が３００℃である場合の湿度に対する感度（第４の感度）は互いに異なっている。したがって、サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２を単に直列に接続しただけでは、接続点Ｎに現れる電位には湿度の影響が反映されてしまう。 On the other hand, the sensitivity to humidity (second sensitivity) when the heating temperature of the thermistor Rd1 is 150 ° C. and the sensitivity to humidity (fourth sensitivity) when the heating temperature of the thermistor Rd2 is 300 ° C. are different from each other. There is. Therefore, if the thermistor Rd1 and the thermistor Rd2 are simply connected in series, the influence of humidity is reflected in the potential appearing at the connection point N.

しかしながら、本実施形態によるガスセンサ１０は、サーミスタＲｄ２に対して抵抗Ｒ２が並列に接続されていることから、湿度の影響をキャンセルすることができる。つまり、サーミスタＲｄ２に対して抵抗Ｒ２を並列に接続することにより、湿度に対するサーミスタＲｄ２の感度（第４の感度）を見かけ上低下させ、これにより湿度に対するサーミスタＲｄ１の感度（第２の感度）と一致させれば、出力電位Ｖｂから湿度の影響が取り除かれる。例えば、第４の感度が第２の感度の２倍である場合、抵抗Ｒ２の抵抗値をサーミスタＲｄ２の抵抗値と同じとすれば、第４の感度が見かけ上半分になるため、第２の感度と一致する。このように、湿度に対するサーミスタＲｄ１の感度（第２の感度）と、サーミスタＲｄ２と抵抗Ｒ２からなる並列回路の湿度に対する感度が一致するよう、抵抗Ｒ２の抵抗値を選択すれば、湿度に応じた出力電位Ｖｂの変化がほぼキャンセルされる。 However, in the gas sensor 10 according to the present embodiment, since the resistor R2 is connected in parallel to the thermistor Rd2, the influence of humidity can be canceled. That is, by connecting the resistor R2 in parallel with the thermistor Rd2, the sensitivity of the thermistor Rd2 to humidity (fourth sensitivity) is apparently lowered, thereby increasing the sensitivity of the thermistor Rd1 to humidity (second sensitivity). If they match, the influence of humidity is removed from the output potential Vb. For example, when the fourth sensitivity is twice the second sensitivity, if the resistance value of the resistor R2 is the same as the resistance value of the thermistor Rd2, the fourth sensitivity is apparently halved, so that the second sensitivity is halved. Matches sensitivity. In this way, if the resistance value of the resistor R2 is selected so that the sensitivity of the thermistor Rd1 (second sensitivity) to the humidity and the sensitivity of the parallel circuit including the thermistor Rd2 and the resistor R2 to the humidity match, it corresponds to the humidity. The change in the output potential Vb is almost canceled.

このように、スイッチ回路ＳＷがオンしている期間に接続点Ｎに現れる出力電位Ｖｂは、ＣＯ２ガスの濃度によって決まる。制御部１１は、出力電位Ｖｂに基づいてＣＯ２ガスの濃度を示すガス濃度信号Ｇを生成し、外部に出力する。 In this way, the output potential Vb that appears at the connection point N while the switch circuit SW is on is determined by the concentration of CO 2 gas. The control unit 11 generates a gas concentration signal G indicating the concentration of CO 2 gas based on the output potential Vb, and outputs the gas concentration signal G to the outside.

これに対し、スイッチ回路ＳＷがオフしている期間においては、湿度の影響がキャンセルされないため、接続点Ｎに現れる出力電位Ｖｃは、ＣＯ２ガスの濃度と湿度の両方によって決まる。しかしながら、ＣＯ２ガスの濃度は、出力電位Ｖｂに基づく演算によって既知であることから、制御部１１は出力電位Ｖｃ−Ｖｂに基づいて湿度を算出することができる。算出の結果得られた湿度信号Ｈは、外部に出力される。 On the other hand, since the influence of humidity is not canceled during the period when the switch circuit SW is off, the output potential Vc appearing at the connection point N is determined by both the concentration and humidity of the CO 2 gas. However, since the concentration of CO 2 gas is known by calculation based on the output potential Vb, the control unit 11 can calculate the humidity based on the output potential Vc−Vb. The humidity signal H obtained as a result of the calculation is output to the outside.

このように、本実施形態によるガスセンサ１０は、加熱温度の異なる２つのサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２を直列に接続するとともに、サーミスタＲｄ２に対して並列に抵抗Ｒ２を接続していることから、スイッチ回路ＳＷをオンさせることによって、湿度の影響を受けることなく、ＣＯ２ガスの濃度を正確に測定することができる。さらに、スイッチ回路ＳＷをオフさせれば、ＣＯ２ガスの濃度と湿度の両方が混在した情報が得られるため、ここからＣＯ２ガスの濃度を減算すれば、湿度を算出することが可能となる。 As described above, in the gas sensor 10 according to the present embodiment, two thermistors Rd1 and Rd2 having different heating temperatures are connected in series, and a resistor R2 is connected in parallel with the thermistor Rd2. Therefore, the switch circuit SW is connected. By turning it on, the concentration of CO 2 gas can be accurately measured without being affected by humidity. Further, if the switch circuit SW is turned off , information in which both the concentration of CO 2 gas and the humidity are mixed can be obtained. Therefore, if the concentration of CO 2 gas is subtracted from this, the humidity can be calculated. ..

以上説明したように、本実施形態によるガスセンサ１０は、簡単な構成によってＣＯ２ガスの濃度と湿度の両方を測定することが可能となる。さらに、必要に応じて、出力電位Ｖａに基づいて算出した温度信号Ｔを外部に出力しても構わない。 As described above, the gas sensor 10 according to the present embodiment can measure both the concentration and humidity of CO 2 gas with a simple configuration. Further, if necessary, the temperature signal T calculated based on the output potential Va may be output to the outside.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態では、第１のガスがＣＯ２ガスであり、第２のガスが水蒸気である場合を例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。また、本発明において使用するセンサ部Ｓ１，Ｓ２が熱伝導式のセンサであることは必須でなく、接触燃焼式など他の方式のセンサであっても構わない。 For example, in the above embodiment, the case where the first gas is CO 2 gas and the second gas is water vapor has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. Further, it is not essential that the sensor units S1 and S2 used in the present invention are heat conduction type sensors, and other types of sensors such as contact combustion type sensors may be used.

１０ ガスセンサ
１１ 制御部
Ｇ ガス濃度信号
Ｈ 湿度信号
ＭＨ１，ＭＨ２ ヒータ抵抗
Ｎ 接続点
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｒｄ１〜Ｒｄ３ サーミスタ
Ｓ１〜Ｓ３ センサ部
ＳＷ スイッチ回路
Ｔ 温度信号
Ｖａ〜Ｖｃ 出力電位
Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２ 制御電圧 10 Gas sensor 11 Control unit G Gas concentration signal H Humidity signal MH1, MH2 Heater resistance N Connection point R1, R2 Resistance Rd1 to Rd3 Thermistor S1 to S3 Sensor unit SW switch circuit T Temperature signal Va to Vc Output potential Vmh1, Vmh2 Control voltage

Claims (7)

第１のガスの濃度に応じて第１の感度で抵抗値が変化し、第２のガスの濃度に応じて第２の感度で抵抗値が変化する第１の測温体と、
前記第１の測温体に対して直列に接続され、前記第１のガスの濃度に応じて前記第１の感度とは異なる第３の感度で抵抗値が変化し、前記第２のガスの濃度に応じて前記第２の感度とは異なる第４の感度で抵抗値が変化する第２の測温体と、
前記第１又は第２の測温体に対して並列に接続された抵抗と、
前記抵抗に対して直列に接続されたスイッチ回路と、を備えることを特徴とするガスセンサ。 A first resistance temperature detector whose resistance value changes with the first sensitivity according to the concentration of the first gas and whose resistance value changes with the second sensitivity according to the concentration of the second gas.
It is connected in series with the first resistance temperature detector, and the resistance value changes with a third sensitivity different from the first sensitivity according to the concentration of the first gas, and the resistance value of the second gas A second resistance temperature detector whose resistance value changes with a fourth sensitivity different from the second sensitivity depending on the concentration.
A resistor connected in parallel to the first or second resistance temperature detector,
A gas sensor comprising a switch circuit connected in series with respect to the resistor. 前記スイッチ回路を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記スイッチ回路がオンしている期間に前記第１の測温体と前記第２の測温体の接続点に現れる第１の電位に基づいて、前記第１のガスの濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。 A control unit for controlling the switch circuit is further provided.
The control unit concentrates the first gas based on the first potential that appears at the connection point between the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector while the switch circuit is on. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is calculated. 前記制御部は、前記第１の電位と、前記スイッチ回路がオフしている期間に前記接続点に現れる第２の電位に基づいて、前記第２のガスの濃度を算出することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。 The control unit is characterized in that the concentration of the second gas is calculated based on the first potential and the second potential that appears at the connection point during the period when the switch circuit is off. The gas sensor according to claim 2. 前記第１の測温体は第１のヒータによって第１の温度に加熱され、前記第２の測温体は第２のヒータによって前記第１の温度とは異なる第２の温度に加熱されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The first resistance temperature detector is heated to a first temperature by a first heater, and the second resistance temperature detector is heated to a second temperature different from the first temperature by a second heater. The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas sensor is characterized by the above. 前記第４の感度は前記第２の感度よりも高く、前記抵抗は前記第２の測温体に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 4, wherein the fourth sensitivity is higher than the second sensitivity, and the resistance is connected in parallel to the second resistance temperature detector. 前記第１及び第２の測温体は、熱伝導式のセンサを構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second temperature measuring bodies constitute a heat conduction type sensor. 前記第１のガスはＣＯ２ガスであり、前記第２のガスは水蒸気であることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 6, wherein the first gas is CO 2 gas, and the second gas is water vapor.
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