JP4270711B2 - ガス検知方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電して、そのガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電加熱自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置および、そのガス検知装置によるガス検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検知装置としては、前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、被検知ガスの濃度が無視できる程度以下である清浄空気中における第二通電状態での前記ガス検知素子からの安定出力（ベース出力）を第一出力とし、前記第二通電状態終了時における、被検知ガスに対する前記ガス検知素子からの第二出力を求めてその差を被検知ガスに基づく出力として算出することが行われている。
しかしながら、このような方法によると、ガス検知素子の劣化等に伴う第一出力の変動を相殺することが出来ず、次第に正確なガス濃度を求められなくなる虞がある。また、その第一出力の変動による影響を防止するために、前記第二通電状態時におけるベース出力の変動を経時的に測定し、その平均値を持って第一出力として、前記第二出力との差を求め、長期に渡ってより正確にガス濃度が求められるようにすることが考えられており、これらの制御を行うことが出来るガス検知装置が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、たとえば、前記ガス濃度の測定が、警報を発すべき目的で行われているような場合、上述のようなガス検知方法を採用したとしても、被検知ガスを検知すべき空間内に、前記被検知ガスが警報レベル以下であらかじめ微量に存在するようなときや、経時劣化により夾雑ガスを過敏に検出してしまうような特性になってしまったときには、前記ベース出力が経時的に次第に上昇して、第二通電状態の開始時と終了時とでは出力が大きく異なる状況があった。そのため、このような場合、測定すべき被検知ガス量は、変動するベース出力の平均値を基に算出されるため、ガス濃度が０であると見なす基準となる第一出力が正確に求められず、変動する要因になっていることになって、やはり濃度測定における信頼性が十分であるとはいえなかった。
また、特に高濃度ガスの検知を行いたいような場合には、ガス検知素子のベース出力が短時間に急上昇するという事情があって、たとえ前記ガス検知素子が劣化していなくてもベース出力の安定状態を得ることが困難である場合が多く、やはり第一出力を正確に求めることは困難となり、正確なガス濃度を求めることが出来ず、やはり濃度測定における信頼性が十分であるとはいえなかった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑み、高濃度の被検知ガスを検知する場合であっても、より信頼性高く、被検知ガスの濃度を測定することのできる技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明のガス検知方法の特徴手段は、
半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電してそのときの電圧に基づいて前記ガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電加熱自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設け、
前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、
前記ガス検知素子を被検知ガス雰囲気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子が被検知ガスの吸着による出力を呈し始める出力開始時間よりも短い待機時間にわたって前記第二通電状態を維持し、
前記第二通電状態開始後、前記待機時間経過時に、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第一出力を求めるとともに、
前記第一出力を得た後の第二通電状態において、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第二出力を求め、
前記第一、第二出力の差を前記ガス検知素子による、前記被検知ガスに対する出力とする点にある。
【０００６】
また、前記目的を達成するための本発明のガス検知装置の特徴構成は、
半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電してそのときの電圧に基づいて前記ガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電加熱自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設け、
前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、前記ガス検知素子を被検知ガス雰囲気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子が被検知ガスの吸着による出力を呈し始める出力開始時間よりも短い待機時間にわたって前記第二通電状態を維持し、前記第二通電状態開始後、前記待機時間経過時に、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第一出力を求めるとともに、前記第一出力を得た後の第二通電状態において、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第二出力を求め、前記第一、第二出力の差を算出する制御装置を設けた点にある。
【０００７】
〔作用効果〕
つまり、前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うと、前記ガス検知素子が長期の使用等により、劣化傾向にあるとしても、前記第一通電状態において、前記ガス検知素子は、高温に晒され、その表面に付着した付着物は酸化除去されるとともに、前記ガス検知素子自体の表面付着水分量も一定の状態に維持しやすくなる。また、第二加熱状態において前記ガス検知素子は、雰囲気中の被検知ガスを吸着して、出力検知用の電圧が印加された場合に、そのガス検知素子表面における被検知ガスの酸化反応等による電子状態の変化が電流に反映されることとなるため、被検知ガスの濃度に応じた出力を呈するとともに、高いガス選択性を発揮することが出来るのである。従って、このようにすると、安定して被検知ガスを検出させることが出来るとともに、長期に渡って信頼性の高い検知結果を与えることが出来るのである。
【０００８】
この場合、前記ガス検知素子を清浄空気中に配置した状態での前記ガス検知素子の出力を求めると、前記被検知ガスの濃度が０の場合における前記ガス検知素子からの前記ガス検知素子からの出力を知ることが出来る。ここで、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた直後には、前記出力は不安定であり、被検知ガス濃度０に対応する出力を正確に得られるものとは言い難い。また、第二通電状態で雰囲気中に被検知ガスが高濃度に存在するような場合には、ベース出力が急上昇して被検知ガス濃度０に対する出力はえられにくい。そこで、本発明者らは、前記被検知ガスの存在下であっても、前記第一通電状態から第二通電状態に切り替えられた直後であれば、前記ガス検知素子はほとんど被検知ガスに対する出力を呈していない期間がある点に着目し、その期間内に前記第一出力を得ると、被検知ガス濃度０に対応する出力が得られる点に想到し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
つまり、前記第一通電状態から第二通電状態に切り替えられた直後には、前記第一通電状態における加熱状態がしばらく残っている時期があり、この時期は前記ガス検知素子が、ほとんど被検知ガスに対する出力を呈しないことになる（図４参照）。つまり、前記ガス検知素子の温度が定常状態に落ち着くに従って、被検知ガスが前記ガス検知素子に吸着し、半導体式ガス検知素子特有の出力経過をたどることになる。（たとえば図４における５秒経過以降の、出力が急激に立ち上がり、次第に飽和出力に達している状態）この出力経過をたどるのは、ガス検知素子の温度が定常状態に落ち着くに従って、被検知ガスの吸着に基づく出力を呈しているものと考えることが出来、それ以前の前記ガス検知素子の温度が定常状態になっていない期間の出力は、前記被検知ガスの濃度０に相当する出力が温度その他の要因でドリフトしているものと見なせるのである。従って、この時の出力を第一出力として得ると、被検知ガス濃度によらずほぼ一定の出力経過を示す。そのため、この期間の出力を基に前記ガス検知素子に被検知ガスを吸着させた後の出力を第二出力として、その差を求めると、前記ガス検知素子に対する前記被検知ガスの吸着量に基づく出力が得られる。そのため、ここで得られた出力に基づき警報を発する場合においても、正確なガス濃度の判断が可能になるものと考えられる。
【００１０】
尚、前記第一出力及び第二出力の差を求める際には、第一、第二通電状態の１サイクルのうちで得られる第一出力及び第二出力の差を求めれば、制御の都合上どちらを先に求める形態としても良い。
また、ガス検知素子をパージ状態に加熱する場合、前記ガス検知素子は３００℃〜４５０℃程度に加熱され、吸着状態に維持される場合、前記ガス検知素子は常温〜３００℃程度に加熱され、そのガス検知素子の特性により個有の温度範囲を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のガス検知装置は、半導体式のガス検知素子１を設け、前記ガス検知素子１に通電して、そのガス検知素子１からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子１を通電加熱自在にするブリッジ回路を含んでなるガス検知回路２を設け、前記ガス検知素子１からの出力を基に、警報を発する必要性があるか否かの判断を行う制御装置３を設けるとともに、警報を発する警報装置４を設けて構成してある。
【００１２】
前記制御装置３は、前記ガス検知素子１に電圧をかけ、パージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子１に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御部３１を設けてある。
また、前記ガス検知素子を被検知ガス雰囲気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子が被検知ガスの吸着による出力を呈し始める出力開始時間よりも短い時間を待機時間としてあらかじめ求めておき、前記第二通電状態開始後前記待機時間経過時の前記ガス検知素子１からの第一出力を求めるとともに、前記第二通電状態における前記ガス検知素子１からの第二出力を求めるタイマ３２、出力部３３を設け、前記第一、第二出力の差を算出する演算部３４を設けてある。
【００１３】
具体的には、図３に示すように、前記第一通電状態は２．０Ｖにて３秒、第二通電状態は２７秒継続する。ここで第二通電状態の開始時から１秒（待機時間）後に２．０Ｖの電圧を１ミリ秒かけて第一出力を得る。また、この第一出力を得た後、約２６秒後には前記第一通電状態に入る際の出力を得て、第二通電状態終了時の出力としての第二出力を得る。
得られた出力は、前記演算部３３によって、前記第一、第二出力の差が求められる。さらにその差を基に、警報の判断を行うとともに、警報を発する必要がある場合には、警報出力が前記警報装置４に出力され、警報音等の警報を発する。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
ガス検知素子１として約３０μｍ径の白金線コイル１１を覆って、酸化スズ半導体を０．５ｍｍ径に設けて、その酸化スズ半導体を６００℃で１時間焼成して、ガス感応部１２を形成し、前記ガス感応部１２にパラジウムを０．０５ｍｏｌ％添加してある常温作動型で、一酸化炭素ガス選択性の熱線型半導体式ガス検知素子を設け（図２参照）、このときの一酸化炭素ガスに対する感度出力を求めると、図４のようになり、５秒経過以降の出力が急激に立ち上がり、次第に飽和出力に達している。この出力経過をたどるのは、ガス検知素子の温度が定常状態に落ち着くに従って、被検知ガスの吸着に基づく出力を呈しているものと考えることが出来、従って被検知ガスの吸着に伴う出力の増加は、上に凸の半導体式ガス検知素子特有のカーブを描き、それ以前の出力は下に凸のカーブを描く。従って、このような感度出力特性を調べたときに、グラフが下に凸のカーブを描く期間を求め、その期間内に第一出力を得るための待機時間を設定することが出来る。
【００１５】
さらに、このようにして設定した待機時間を１秒から７秒にかけて変化させ、第二出力を第二通電状態開始後２７秒に固定させて、一酸化炭素ガス感度出力のガス濃度依存性を調べたところ図５のようになった。これによれば、ガス感度出力の濃度依存性は、前記待機時間が短いほど良好で、ガス濃度測定精度を高く出来ることがわかる。
【００１６】
〔別実施の形態〕
前記ガス検知素子としては、このような常温駆動型の一酸化炭素ガス検知素子に限らず、種々の素子を用いることが出来る。また、前記待機時間は、そのガス検知素子毎に決定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知装置の概念図
【図２】ガス検知素子の概略図
【図３】通電制御パターンを示すグラフ
【図４】第二通電状態における温度、出力経過グラフ
【図５】待機時間によるガス感度のガス濃度依存性の相違を示すグラフ
【符号の説明】
１ ガス検知素子
２ ガス検知回路
３ 制御装置
４ 警報装置

Claims (2)

1. 半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電してそのときの電圧に基づいて前記ガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電加熱自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置によるガス検知方法であって、
   前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、
   前記ガス検知素子を被検知ガス雰囲気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子が被検知ガスの吸着による出力を呈し始める出力開始時間よりも短い待機時間にわたって前記第二通電状態を維持し、
   前記第二通電状態開始後、前記待機時間経過時に、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第一出力を求めるとともに、
   前記第一出力を得た後の第二通電状態において、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第二出力を求め、
   前記第一、第二出力の差を前記ガス検知素子による、前記被検知ガスに対する出力とするガス検知方法。
2. 半導体式のガス検知素子を設け、前記ガス検知素子に通電してそのときの電圧に基づいて前記ガス検知素子からの出力を得るとともに、前記ガス検知素子を通電加熱自在にするガス検知回路を設け、前記ガス検知素子からの出力を基に、警報を発する警報装置を設けたガス検知装置であって、
   前記ガス検知素子をパージ加熱する第一通電状態と、前記ガス検知素子に雰囲気ガスを吸着させる吸着状態に維持する第二通電状態とを交互に繰り返す通電加熱制御を行うとともに、前記ガス検知素子を被検知ガス雰囲気中に配置した状態で、前記ガス検知素子が前記第一通電状態から前記第二通電状態に切り替えられた後、前記ガス検知素子が被検知ガスの吸着による出力を呈し始める出力開始時間よりも短い待機時間にわたって前記第二通電状態を維持し、前記第二通電状態開始後、前記待機時間経過時に、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第一出力を求めるとともに、前記第一出力を得た後の第二通電状態において、前記ガス検知素子への通電によって得られる電圧から第二出力を求め、前記第一、第二出力の差を算出する制御装置を設けたガス検知装置。

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