JP2572783Y2 - ガス検出装置 - Google Patents

ガス検出装置

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JP2572783Y2
JP2572783Y2 JP1992013964U JP1396492U JP2572783Y2 JP 2572783 Y2 JP2572783 Y2 JP 2572783Y2 JP 1992013964 U JP1992013964 U JP 1992013964U JP 1396492 U JP1396492 U JP 1396492U JP 2572783 Y2 JP2572783 Y2 JP 2572783Y2
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gas sensor
temperature
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thermistor
resistance
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隆司 山口
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Figaro Engineering Inc
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【考案の利用分野】この考案は金属酸化物半導体ガスセ
ンサを用いたガス検出装置に関し、特にその温度補償に
関する。
【0002】
【従来技術】金属酸化物半導体ガスセンサの周囲温度依
存性を、サーミスタで補償することは周知である。ガス
センサには周囲の絶対湿度への依存性があり、日本の気
候では気温と絶対湿度とは相関するので、サーミスタで
周囲温度依存性の他にガスセンサの絶対湿度依存性も補
償することができる。
【0003】図4にマイクロコンピュータを用いる場合
の、温度補償の原理を示す。図において、2はガスセン
サ、4は金属酸化物半導体、6はヒータ、RLは負荷抵
抗、RTはサーミスタである。ここでは固定抵抗R1への
電圧をAD変換の基準電圧とし、ガスセンサ2の温度依
存性を補償する。
【0004】図5に示すように、ガスセンサ2の温度依
存性とサーミスタRTの温度依存性では、サーミスタRT
の方が温度依存性が大きく、これを補うためサーミスタ
RTに直列あるいは並列に固定抵抗R2を接続し、温度依
存性をガスセンサ2とマッチングさせる。しかしこのよ
うにすると、サーミスタRTの抵抗値が大きい低温域
と、サーミスタRTの抵抗値が小さい高温域とで、抵抗
R1への出力の温度依存性が異なってくる。即ち低温域
では抵抗R1への出力に大きな温度依存性が有り、高温
域では温度依存性が小さくなる。このため極端な高温域
や低温域ではガスセンサ2の温度依存性とサーミスタR
Tによる温度補償回路側の温度依存性とがマッチングせ
ず、狭い温度範囲でしか正確な温度補償ができなくな
る。
【0005】同様の問題はガスセンサ2の側にもあり、
ガスセンサ2の抵抗値が所定の範囲にないと、サーミス
タRTによる温度補償を正確に行うことができない。A
D変換の対象は、負荷抵抗RLへの電圧あるいはセンサ
2への電圧である。負荷抵抗RLへの電圧をVRLとする
と、 VRL=(RL×VC)/(RS+RL) (1) となる。ここにRSはセンサ抵抗、VCは回路電圧を現
す。センサ抵抗RSの温度依存性が同じでも、RSが大き
い時と小さい時ではVRLに現れる温度依存性は異なる。
このことを図6に示す。RSが小さい場合VRLの温度依
存性は小さく、RSが大きい場合VRLの温度依存性は大
きい。サーミスタRTで与えることができる温度依存性
の補償曲線は1種類で、RS毎に変化するのではない。
すると特定のRSの範囲で正しい補償ができるように、
サーミスタRTのB定数や抵抗R1,R2の値を設定する
しかないことになる。このようにするとセンサ抵抗RS
が所定の範囲から外れると、温度補償の精度が低下する
ことになる。例えばガスセンサ2のばらつきや経時変動
等でRSが変化すると、温度補償の精度が低下する。ま
たガス濃度の高低あるいは空気中かガス中かでセンサ抵
抗RSが広範囲に変化すると、温度補償精度が低下す
る。
【0006】
【考案の課題】この考案の課題は、ガスセンサの周囲温
度依存性を、広範囲にかつ高精度に補償することにあ
る。
【0007】
【考案の構成】この考案のガス検出装置は、金属酸化物
半導体ガスセンサの周囲温度依存性を、サーミスタで補
正するようにしたガス検出装置において、ガスセンサの
出力とサーミスタの出力とを、AD変換するための手段
と、AD変換したガスセンサの出力を、ガスセンサの抵
抗値または電気伝導度に換算するための手段と、サーミ
スタの出力から、ガスセンサの抵抗値または電気伝導度
に対する補正係数を求めるための参照表と、参照表で得
られた補正係数を、ガスセンサの抵抗値または電気伝導
度に乗算または除算して温度補正済みの信号を得るため
の手段、とを設けたことを特徴とする。
【0008】
【考案の作用】この考案ではサーミスタ出力を基に参照
表を探り、該当する補正係数を求めて、ガスセンサの抵
抗値または電気伝導度に乗算あるいは除算して、温度補
正済みのセンサ出力とする。補正の対象はガスセンサの
電気伝導度または抵抗値とし、負荷抵抗への出力とはし
ない。これはガスセンサの温度依存性が同じでも、その
抵抗値により、負荷抵抗への出力では温度依存性が異な
るからである。この結果、例えばサーミスタ出力と補正
係数の1次元の参照表で補正を行うことができる。これ
に対し負荷抵抗の出力で直接補正すると、サーミスタ出
力と負荷抵抗の出力の2次元の見出しの参照表が必要
で、補正に要するメモリが増加する。またガスセンサ抵
抗RSのばらつきの影響を避けるため、補正係数は抵抗
値あるいは電気伝導度に乗算もしくは除算し、足し算や
引算は行わない。
【0009】
【実施例】図1,図2に実施例を示す。図1において、
2は金属酸化物半導体ガスセンサで、4はその金属酸化
物半導体、6はヒータである。金属酸化物半導体4に
は、例えば酸化第2錫や酸化インジウム、酸化タングス
テン等を用いれば良い。RLはガスセンサ2の負荷抵
抗、RTはサーミスタ、R1はサーミスタRTの負荷抵抗
である。8は電源回路で、その出力VCを電源とする。
【0010】10は信号処理用のマイクロコンピュータ
で、12はそのADコンバータ、14はセンサ出力VRL
をセンサ抵抗RSに変換するためのRS算出回路、16は
サーミスタの出力から補正係数Kを求めるための参照
表、18はセンサ抵抗RSに補正係数Kを乗算するため
の乗算回路、20は乗算回路18で温度依存性を補正し
たセンサ抵抗RS・Kに基づきガスを検出するための信
号処理回路である。マイクロコンピュータ10の規模は
例えば4ビットのワンチップマイクロコンピュータ程度
のものが適当で、参照表16は例えばマイクロコンピュ
ータ10内のROM等で実現する。
【0011】図2に参照表16の内容を示す。ADコン
バータ12はサーミスタ出力VTをAD変換し、次いで
図示しない変換回路によりこれを周囲温度Tに変換す
る。AD変換の精度は8ビットであるので、参照表16
では例えば−13.75℃〜+50℃までの範囲につい
て0.25℃刻みで参照表を設ける。参照表16の上の
欄は周囲温度Tであり、下の欄には補正係数Kを配置す
る。そして求めた周囲温度Tにより補正係数Kを求め、
これを乗算回路18でセンサ抵抗RSに乗算して補正済
みの出力RS・Kとする。
【0012】実施例の動作を示す。ADコンバータ12
は、負荷抵抗RLへの出力VRLと固定抵抗R1への出力V
TとをAD変換し、出力VTから周囲の温度Tを求める。
参照表16では周囲の温度Tを基に補正係数Kを求め
る。一方RS算出回路14でVRLをセンサ抵抗RSに換算
し、乗算回路18でセンサ抵抗RSに補正係数Kを乗算
する。このようにして得られた信号RS・Kは周囲温度
依存性を補正した信号であり、これを基に信号処理回路
20でガスを検出する。
【0013】ここでは負荷抵抗RLへの出力VRLをAD
変換することとしたが、例えば金属酸化物半導体4への
電圧をAD変換しても良い。また固定抵抗R1への出力
VTをAD変換する代わりに、サーミスタRTへの出力を
AD変換しても良い。参照表16を参照する際には、サ
ーミスタの出力VTを一旦周囲温度Tに換算して参照し
た。しかしながら参照表16をVTと補正係数Kとの関
係を示した参照表とし、VTで直接参照表16を参照す
るようにしても良い。またここではセンサ抵抗RSを用
いたが、その逆数のセンサの電気伝導度を用いても良
い。さらに乗算回路18ではセンサ抵抗RSに補正係数
Kを乗算したが、補正係数の種類を上記の逆数とし、乗
算回路18では乗算の代わりりに除算を行うようにして
も良い。
【0014】実施例ではセンサ抵抗RSに対して補正係
数Kを乗算する。このためVRLに対し直接補正係数Kを
乗算する場合と異なり、参照表は周囲温度Tと補正係数
Kの1次元の参照表でよい。これに対してVRLに対し補
正係数を乗算する場合、センサの温度依存性が同じであ
ってもセンサの抵抗値RSと負荷抵抗RLとの比によりV
RLの温度係数が異なるので、参照表は周囲温度TとをV
RLの2次元の見出しの参照表が必要となる。このような
場合に実施例と同じ補正精度を得ようとすると、VRLに
対する参照表の規模は周囲温度Tに対して8ビットの2
56点、VRLに対し8ビットの256点で、データの個
数は約65Kとなる。このような参照表は極めて大規模
で、ワンチップマイクロコンピュータのレベルでは達成
し難い。
【0015】
【実施例2】図3にタグ付きの信号処理を用いたマイク
ロコンピュータ30を示す。なおこの実施例は他の点で
は図1の実施例と同等である。図において、32は周囲
温度TSが基準となる温度Tと一致するか否かを検出す
るための比較回路で、34は新たな参照表、36はメモ
リである。
【0016】図3の実施例の動作を示す。センサ出力V
RLとサーミスタ出力VTとをAD変換すると、これをセ
ンサ抵抗RSと周囲温度TSの対とし、センサ抵抗RSに
周囲温度TSのタグを付けて比較回路32に入力する。
比較回路32では基準温度Tを記憶し、周囲温度TSが
基準温度Tに一致するかどうかを検出する。ここで基準
温度Tとしては、例えば信号処理回路20でセンサ抵抗
RSに対する基準値を定めた時点での周囲温度等を用い
る。周囲温度TSが基準温度Tに一致する場合、参照表
34を参照せずにそのままその時点での抵抗値RSをメ
モリ36に記憶させる。一方周囲温度TSが基準温度T
と異なる場合には、参照表34を参照する。ここでの参
照表34は図1の参照表16を簡略したもので、周囲温
度TSと基準温度Tとの差△Tと補正係数Kとの関係を
記憶させたものである。△Tの範囲は例えば−10℃〜
+10℃程度の20℃程度の範囲とし、これを処理する
ために例えば6ビットの64個の参照データを設ける。
この結果参照表34の規模は、8ビット255個の参照
データを記憶した図1の参照表16よりも小規模とな
る。参照表34で補正係数Kを求めると、この値をセン
サ抵抗RSに乗算しRS・Kをメモリ36に入力する。メ
モリ36では基準温度Tを記憶して置き、個別の測定温
度TSは特に記憶せず、必要な個数のセンサ抵抗RSのデ
ータ、例えばRS1〜RSXを測定順に記憶しておく。そし
て信号処理回路20で適宜これらの信号を取り出し、ガ
スを検出する。
【0017】
【考案の効果】この考案では、ガスセンサの抵抗値によ
らず、精密にその周囲温度依存性を補償できるので、 (1) ガスセンサの抵抗値にばらつきがあっても、温度
補償の精度が低下しない、 (2) ガスセンサの抵抗値が経時的に変動しても、温度
補償の精度が低下しない、 (3) 空気中や低濃度領域から高濃度領域まで広い範囲
に渡って、ガスセンサの周囲温度依存性を補償すること
ができる。
【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】 図1の実施例で用いた参照表を示す図
【図3】 第2の実施例のガス検出装置の要部ブロッ
ク図
【図4】 従来例のガス検出装置のブロック図
【図5】 ガスセンサとサーミスタの温度依存性を示
す特性図
【図6】 ガスセンサの抵抗値による、VRLの温度依
存性の変化を示す特性図
【符号の説明】
2 ガスセンサ 4 金属酸化物半導体 6 ヒータ 8 電源回路 10 マイクロコンピュータ 12 ADコンバータ 14 RS算出回路 16 参照表 18 乗算回路 20 信号処理回路 32 比較回路 34 参照表 36 メモリ RL 負荷抵抗 RT サーミスタ R1,R2 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/12 G01N 27/04

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属酸化物半導体ガスセンサの周囲温度
    依存性を、サーミスタで補正するようにしたガス検出装
    置において、 ガスセンサの出力とサーミスタの出力とを、AD変換す
    るための手段と、 AD変換したガスセンサの出力を、ガスセンサの抵抗値
    または電気伝導度に換算するための手段と、 サーミスタの出力から、ガスセンサの抵抗値または電気
    伝導度に対する補正係数を求めるための参照表と、 参照表で得られた補正係数を、ガスセンサの抵抗値また
    は電気伝導度に乗算または除算して温度補正済みの信号
    を得るための手段、とを設けたことを特徴とするガス検
    出装置。
JP1992013964U 1992-02-13 1992-02-13 ガス検出装置 Expired - Lifetime JP2572783Y2 (ja)

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JPH0564762U JPH0564762U (ja) 1993-08-27
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4750327B2 (ja) * 2001-08-23 2011-08-17 新コスモス電機株式会社 半導体式検知装置及びその出力算出方法
JP4495563B2 (ja) * 2004-09-30 2010-07-07 矢崎総業株式会社 警報器
JP4575861B2 (ja) * 2005-08-22 2010-11-04 エフアイエス株式会社 温度補償機能付検出装置
JP4575862B2 (ja) * 2005-08-22 2010-11-04 エフアイエス株式会社 ガス検出装置
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JP6500507B2 (ja) * 2015-03-05 2019-04-17 いすゞ自動車株式会社 センサ

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