JP5903353B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
本発明は、ガス検出装置に関するものである。 The present invention relates to a gas detection device.
従来、金属酸化物半導体からなる感ガス部を用い、検出対象ガスのガス濃度に応じて感ガス部の抵抗値が変化する性質を利用して、検出対象ガスのガス検知を行う検知装置がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された検知装置では、感ガス部を加熱するヒータの加熱量を制御することによって、感ガス部の温度を高温状態とする高温期間と、低温状態とする低温期間とを所定の周期で交互に設定してある。そして、高温期間において感ガス部の表面に付着したガスを燃焼させるヒートクリーニングを行い、低温期間で検出対象ガスのガス検知を行っている。
Conventionally, there is a detection device that uses a gas-sensitive portion made of a metal oxide semiconductor and detects the gas of the detection target gas by utilizing the property that the resistance value of the gas-sensitive portion changes according to the gas concentration of the detection target gas. (For example, refer to Patent Document 1). In the detection device disclosed in
上述の検知装置では、高温期間から低温期間に切り替えると感ガス部の温度が徐々に低下するのであるが、低温期間において検出対象ガスに対するガス感度がピークとなる温度まで感ガス部の温度が低下した時点で感ガス部の抵抗値を取り込み、この時の抵抗値をもとにガス検知を行っていた。 In the above-described detection device, when the temperature is switched from the high temperature period to the low temperature period, the temperature of the gas sensitive part gradually decreases, but the temperature of the gas sensitive part decreases to a temperature at which the gas sensitivity to the detection target gas reaches a peak in the low temperature period. At that time, the resistance value of the gas sensitive part was taken in, and the gas was detected based on the resistance value at this time.
そのため、低温期間に切り替えられた時点からガス検知を行うまでに比較的長い時間がかかってしまい、ガス検知を行うまでの時間を短縮したいという要望があった。 For this reason, it takes a relatively long time to perform gas detection from the time of switching to the low temperature period, and there has been a desire to shorten the time until gas detection.
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、低温期間においてガス検知までの時間を短縮可能なガス検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a gas detection device capable of shortening the time until gas detection in a low temperature period.
請求項１の発明は、感ガス部と、ヒータと、ヒータ制御部と、サンプリング部と、ホールド部と、ガス判定部とを備える。感ガス部は、検出対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する。ヒータは前記感ガス部を加熱する。ヒータ制御部は、前記ヒータによる加熱量を制御して、高温期間と、検出対象ガスを検出する低温期間とを交互に設定する。サンプリング部は、低温期間中に低温期間よりも短い周期で前記感ガス部の抵抗値をサンプリングする。検出対象ガスが還元性ガスである場合に、ホールド部は、前回の低温期間の終了時に前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持し、今回の低温期間の途中では前記サンプリング部がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値とホールド値との高低を比較して何れか小さい方を新たなホールド値として保持し、且つ、今回の低温期間の終了時には前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持する。ガス判定部は、前記ホールド部によって保持された抵抗値と所定のガス判定レベルとの高低を比較することによって、検出対象ガスの存否を判定する。
The invention of
請求項２の発明は、感ガス部と、ヒータと、ヒータ制御部と、サンプリング部と、ホールド部と、ガス判定部とを備える。感ガス部は、検出対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する。ヒータは前記感ガス部を加熱する。ヒータ制御部は、前記ヒータによる加熱量を制御して、高温期間と、検出対象ガスを検出する低温期間とを交互に設定する。サンプリング部は、低温期間中に低温期間よりも短い周期で前記感ガス部の抵抗値をサンプリングする。検出対象ガスが酸化性ガスである場合に、ホールド部は、前回の低温期間の終了時に前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持し、今回の低温期間の途中では前記サンプリング部がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値とホールド値との高低を比較して何れか大きい方を新たなホールド値として保持し、且つ、今回の低温期間の終了時には前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持する。ガス判定部は、前記ホールド部によって保持された抵抗値と所定のガス判定レベルとの高低を比較することによって、検出対象ガスの存否を判定する。
The invention of
請求項１の発明によれば、低温期間の途中でもサンプリング部がサンプリングする毎にホールド部がホールド値を更新し、ガス判定部が、ホールド部に保持された抵抗値をガス判定レベルと比較することで検出対象ガスの存否を判定しているので、低温期間の終了時にガス判定部が初めてガス判定を行う場合に比べてガス検知までの時間を短縮することができる。しかも、ホールド部は、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値を次の低温期間まで保持しており、検出対象ガスの存否を判定した結果が次の低温期間まで保持されるから、検出対象ガスの存否を判定した結果が途中で途切れることはない。またホールド部は、低温期間の途中ではサンプリング値又はホールド値のうち何れか小さい方を保持しているが、低温期間の終了時には終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持しているので、検出対象ガスのガス濃度が減少して感ガス部の抵抗値が検知前の状態に戻れば、低温期間の終了時にホールド値が更新されるので、ガス判定部の判定結果を非検知状態にすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the hold unit updates the hold value every time the sampling unit samples even during the low temperature period, and the gas determination unit compares the resistance value held in the hold unit with the gas determination level. Thus, since the presence / absence of the detection target gas is determined, it is possible to shorten the time until the gas detection as compared with the case where the gas determination unit performs the gas determination for the first time at the end of the low temperature period. In addition, the hold unit holds the resistance value sampled at the end of the low temperature period until the next low temperature period, and the result of determining the presence or absence of the detection target gas is held until the next low temperature period. The result of determining whether or not there is no interruption in the middle. The hold unit holds the smaller of the sampling value or the hold value during the low temperature period, but holds the resistance value sampled at the end as the hold value at the end of the low temperature period. If the gas concentration of the detection target gas decreases and the resistance value of the gas sensing part returns to the state before detection, the hold value is updated at the end of the low temperature period, so the judgment result of the gas judgment part is made non-detection state. be able to.
請求項２の発明によれば、低温期間の途中でもサンプリング部がサンプリングする毎にホールド部がホールド値を更新し、ガス判定部が、ホールド部に保持された抵抗値をガス判定レベルと比較することで検出対象ガスの存否を判定しているので、低温期間の終了時にガス判定部が初めてガス判定を行う場合に比べてガス検知までの時間を短縮することができる。しかも、ホールド部は、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値を次の低温期間まで保持しており、検出対象ガスの存否を判定した結果が次の低温期間まで保持されるから、検出対象ガスの存否を判定した結果が途中で途切れることはない。またホールド部は、低温期間の途中ではサンプリング値又はホールド値のうち何れか大きい方を保持しているが、低温期間の終了時には終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持しているので、検出対象ガスのガス濃度が減少して感ガス部の抵抗値が検知前の状態に戻れば、低温期間の終了時にホールド値が更新されるので、ガス判定部の判定結果を非検知状態にすることができる。
According to the invention of
以下に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態のガス検出装置は、例えば、メタンなどの炭素化合物を改質して取り出した水素を発電に利用する燃料電池に用いられ、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を検出するために用いられる。改質ガス中に一酸化炭素が残っていると、燃料電池の触媒が被毒されて、発電能力が低下する可能性があるため、改質ガス中の一酸化炭素が所定のガス判定レベルを越えると、検出信号を外部に出力する。尚、本発明に係るガス検出装置の用途は上記の用途に限定されるものではなく、様々な種類のガス検出に使用でき、またガス警報器、口臭測定器、呼気測定機などの用途にも適用が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. The gas detection apparatus according to the present embodiment is used in, for example, a fuel cell that uses hydrogen extracted by reforming a carbon compound such as methane for power generation, and detects carbon monoxide contained in the reformed gas. Used. If carbon monoxide remains in the reformed gas, the catalyst of the fuel cell is poisoned and the power generation capacity may be reduced. Therefore, the carbon monoxide in the reformed gas has a predetermined gas judgment level. If it exceeds, the detection signal is output to the outside. The application of the gas detection device according to the present invention is not limited to the above application, and can be used for various types of gas detection, and also for applications such as gas alarms, breath odor measuring devices, and breath measuring devices. Applicable.
図１はガス検出装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すガス検出装置は、定電圧電源部１と、ガスセンサ２と、信号処理部３と、出力部４とを主要な構成として備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a gas detection device. The gas detection apparatus shown in FIG. 1 includes a constant voltage
定電圧電源部１は、商用交流電源の交流電源電圧を一定の直流電圧Ｖccに変換して、ガスセンサ２及び信号処理部３に供給する。尚、ガス検出装置の電源は商用交流電源に限定されるものではなく、電池などの直流電源から定電圧電源部１に電源を供給しても良い。
The constant voltage
ガスセンサ２は、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物半導体の焼結体からなる感ガス部２０を備えている。感ガス部２０は、雰囲気中の検出対象ガスに感応して抵抗値が変化する。検出対象ガスが一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）などの還元性ガスの場合には、検出対象ガスの濃度が高くなるにつれて、感ガス部２０の抵抗値は低くなる。また、検出対象ガスが窒素酸化物（ＮＯｘ）、オゾン（Ｏ３）、硫化水素（Ｓ２Ｈ）などの酸化性ガスの場合には、検出対象ガスの濃度が高くなるにつれて、感ガス部２０の抵抗値は高くなる。
The
この種の感ガス部２０では、検出対象ガスの種類によって、ガス感度が高感度となる温度範囲が異なっている。例えば４００℃付近の比較的高温の温度範囲では、不完全燃焼ガスである一酸化炭素（ＣＯ）の感度に比べて、燃焼ガスであるメタンの感度が高くなっており、この温度範囲における抵抗値変化からメタンを選択的に検知することが可能となっている。また８０℃付近の比較的低温の温度範囲では、燃焼ガスであるメタンの感度に比べて、不完全燃焼ガスである一酸化炭素の感度が高くなり、この温度範囲における抵抗値変化から一酸化炭素を選択的に検知することが可能となっている。尚、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲は、要求されるガス検知精度、感ガス部２０の組成、検出対象ガスの種類やその検出対象ガスに対して想定されるガス検知時の濃度（すなわちガス判定レベルの濃度）などに応じて適宜設定される。
In this type of gas
感ガス部２０の材料である金属酸化物半導体には、雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持していることが好ましい。このような触媒としては、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）等がある。これらの触媒は一種類が単独で用いられてもよいし、２種類以上が併用して用いられてもよい。特に触媒としてＰｄが用いられる場合、感ガス部２０の応答性が向上する。すなわち、感ガス部２０にＰｄを担持することにより、検出対象ガスのガス濃度が上昇するのに伴って、感ガス部２０の電気抵抗が変化し始めてから、電気抵抗が安定するまでに要する時間が短縮されるのである。
It is preferable that the metal oxide semiconductor, which is the material of the gas
図２に示すように、感ガス部２０の内部にはヒータ２１と中心電極２２とが埋設される。ヒータ２１は貴金属線（例えば白金線）をコイル状に巻回して形成されている。中心電極２２は棒状の貴金属線（例えば白金線）からなり、コイル状に形成されたヒータ２１の中心を貫通するように配置されている。図１中に感ガス部２０の等価回路を示してあり、ヒータ２１の電気抵抗をＲｈとし、ヒータ２１の一端と中心電極２２との間の電気抵抗（すなわち感ガス部２０の電気抵抗）をＲｓとしている。
As shown in FIG. 2, a
ヒータ２１は、上述のように感ガス部２０の内部に埋設されており、その両端は感ガス部２０の外部に露出している。そして、ヒータ２１はスイッチング素子Ｑ１を介して定電圧電源部１の出力端子間に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は例えばＮＰＮ形のトランジスタからなり、そのベースにはヒータ制御部３１の出力信号が抵抗Ｒ２を介して入力されており、ヒータ制御部３１の出力信号に応じてオン／オフが切り替えられる。ヒータ制御部３１は、スイッチング素子Ｑ１のベースにデューティ比が可変のパルス信号を出力しており、パルス信号のデューティ比、すなわちスイッチング素子Ｑ１のオン幅を調整することで、ヒータ２１に印加される電圧の平均値及び消費電力を調整する。例えばヒータ制御部３１は、感ガス部２０の温度を約４００℃の高温状態とする高温期間と、感ガス部２０の温度を約８０℃の低温状態とする低温期間とが、所定の周期で交互に繰り返すように、スイッチング素子Ｑ１のベースに出力する信号のデューティ比を調整する。そして、高温期間では、低温期間において感ガス部２０の表面に付着したガスを燃焼させることによってヒートクリーニングが行われ、低温期間では検出対象ガス（例えばＣＯ）のガス検知が行われる。
The
中心電極２２の両端は感ガス部２０の外部に露出しており、一方の端部は負荷抵抗Ｒ１及びスイッチング素子Ｑ２を介して定電圧電源部１の高圧側出力端に接続されるとともに、サンプリング部３２のＡ／Ｄ入力端に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＮＰＮ形のトランジスタからなり、そのベースにはサンプリング部３２の出力信号が抵抗Ｒ３を介して入力されており、サンプリング部３２の出力信号に応じてオン／オフが切り替えられる。スイッチング素子Ｑ２がオンになると、負荷抵抗Ｒ１と感ガス部２０の電気抵抗Ｒｓとの直列回路に一定電圧Ｖccが印加される。この時、負荷抵抗Ｒ１と中心電極２２との接続点に感ガス部２０の電気抵抗Ｒｓに応じた電圧Ｖ１が発生し、この電圧Ｖ１がサンプリング部３２に入力される。感ガス部２０の電気抵抗Ｒｓが検出対象ガスのガス濃度に応じて変化すると、負荷抵抗Ｒ１と感ガス部２０の電気抵抗Ｒｓとの分圧比が変化して、サンプリング部３２に入力される電圧Ｖ１が変化する。検出対象ガスが一酸化炭素のような還元性ガスの場合、検出対象ガスのガス濃度が上昇すると、感ガス部２０の電気抵抗Ｒｓが減少するので、サンプリング部３２に入力される電圧Ｖ１は低下するから、電圧Ｖ１の変化から検出対象ガスの濃度変化を検出することができる。
Both ends of the
次に信号処理部３の各部の機能について説明する。
Next, the function of each part of the
信号処理部３は例えばマイクロコンピュータからなり、ヒータ制御部３１、サンプリング部３２、ホールド部３３、ガス判定部３４などの機能を備えている。尚、これらの機能は、マイクロコンピュータが組み込みプログラムを実行することによって実現されている。
The
ヒータ制御部３１は、スイッチング素子Ｑ１のベースに出力するパルス信号のデューティ比を調整することによって、高温期間および低温期間が交互に繰り返すようにヒータ２１の発熱を制御する。尚、高温期間および低温期間の時間幅はそれぞれ別個に設定できる。本実施形態ではヒータ２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして、感ガス部２０を約４００℃に加熱する高温期間を５秒間、ヒータ２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとし、感ガス部２０の温度を約８０℃とする低温期間を２０秒間としている。
The
サンプリング部３２は、例えば２０秒間の低温期間において予め設定された検出タイミング（例えば低温期間の開始時から５秒目、１０秒目、１５秒目、２０秒目）がくると、スイッチング素子Ｑ２のベースにＨレベルの信号を出力して、スイッチング素子Ｑ２をオンさせ、負荷抵抗Ｒ１と感ガス部２０の直列回路に一定電圧Ｖccを印加する。そして、サンプリング部３２は、感ガス部２０に電圧を印加した状態で、負荷抵抗Ｒ１と感ガス部２０との接続点に発生する電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換して取り込み、電圧Ｖ１から求めた感ガス部２０の抵抗値Ｒｓをホールド部３３に出力する。
For example, when the detection timing preset in the low temperature period of 20 seconds (for example, the fifth, tenth, fifteenth, and twenty seconds from the start of the low temperature period) comes, the
ホールド部３３は、サンプリング部３２から感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが入力されると、以下のようなルールにしたがって抵抗値を保持する動作を行う。すなわち、ホールド部３３は、前回の低温期間の終了時（低温期間の開始から２０秒目のタイミング）においてサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値Ｒｓをホールド値Ｒｓ０として保持する。そして、ホールド部３３は、今回の低温期間の途中ではサンプリング部３２がサンプリングする毎（例えば低温期間の開始時から５秒後、１０秒後、１５秒後）にサンプリング部３２によってサンプリングされた抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０との高低を比較する。本実施形態では検出対象ガスが一酸化炭素のような還元性ガスであるから、ホールド部３３は、サンプリング部３２によってサンプリングされた抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０のうち、何れか小さい方を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する。またホールド部３３は、今回の低温期間の終了時（低温期間の開始時から２０秒後）にサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値Ｒｓをホールド値Ｒｓ０として保持する。
When the resistance value Rs of the
ここで、ホールド部３３の動作を纏めると図３に示すフローチャートのようになる。電源投入後の最初の低温期間では、低温期間（Ｌｏｗ）の開始から５秒が経過したタイミングでサンプリング部３２が感ガス部２０の抵抗値をサンプリングして、抵抗値Ｒｓ１を得る（ステップＳ１）。電源が投入された直後にはホールド部３３に抵抗値が保持されていないので、ホールド部３３は、低温開始から５秒が経過したタイミングで検出された抵抗値Ｒｓ１をホールド値Ｒｓ０として保持する（ステップＳ２）。そして、ホールド部３３は、低温期間の開始から５秒が経過したタイミングで検出された抵抗値Ｒｓ１とホールド値Ｒｓ０との高低を比較する（ステップＳ３）。ここで、ホールド値Ｒｓ０が抵抗値Ｒｓ１以下であれば（ステップＳ３のＹｅｓ）、ホールド部３３はホールド値Ｒｓ０をそのまま保持する。一方、抵抗値Ｒｓ１がホールド値Ｒｓ０よりも小さければ（ステップＳ３のＮｏ）、ホールド部３３は抵抗値Ｒｓ１を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する（ステップＳ４）。尚、電源投入後の最初の低温期間では、低温期間の開始時から５秒後にサンプリングされた抵抗値Ｒｓ１がホールド値Ｒｓ０として保持されているので、ホールド部３３はホールド値Ｒｓ０をそのまま保持することになる。
Here, the operation of the
その後、低温期間の開始から１０秒が経過すると、サンプリング部３２が感ガス部２０の抵抗値をサンプリングして、抵抗値Ｒｓ２を得る（ステップＳ５）。ホールド部３３は、１０秒経過時の抵抗値Ｒｓ２とホールド値Ｒｓ０との高低を比較し（ステップＳ６）、ホールド値Ｒｓ０が１０秒経過時の抵抗値Ｒｓ２以下であれば（ステップＳ６のＹｅｓ）、ホールド部３３はホールド値Ｒｓ０をそのまま保持する。一方、１０秒経過時の抵抗値Ｒｓ２がホールド値Ｒｓ０よりも小さければ（ステップＳ６のＮｏ）、ホールド部３３は抵抗値Ｒｓ２を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する（ステップＳ７）。
Thereafter, when 10 seconds elapse from the start of the low temperature period, the
さらに低温期間の開始から１５秒が経過すると、サンプリング部３２が感ガス部２０の抵抗値をサンプリングして、抵抗値Ｒｓ３を得る（ステップＳ８）。ホールド部３３は、１５秒経過時の抵抗値Ｒｓ３とホールド値Ｒｓ０との高低を比較し（ステップＳ９）、ホールド値Ｒｓ０が１５秒経過時の抵抗値Ｒｓ３以下であれば（ステップＳ９のＹｅｓ）、ホールド部３３はホールド値Ｒｓ０をそのまま保持する。一方、１５秒経過時の抵抗値Ｒｓ３がホールド値Ｒｓ０よりも小さければ（ステップＳ９のＮｏ）、ホールド部３３は抵抗値Ｒｓ３を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する（ステップＳ１０）。
Further, when 15 seconds elapse from the start of the low temperature period, the
さらに低温期間の開始から２０秒が経過すると、サンプリング部３２が感ガス部２０の抵抗値をサンプリングして、抵抗値Ｒｓ４を得る（ステップＳ１１）。ホールド部３３は、２０秒経過時（すなわち低温期間の終了時）の抵抗値Ｒｓ４を新たなホールド値Ｒｓ０として保持し（ステップＳ１２）、次の低温期間において、より小さい抵抗値が検出されるまで、この時のホールド値Ｒｓ０を保持する。
Further, when 20 seconds elapse from the start of the low temperature period, the
その後、高温期間を経て次の低温期間に移行すると、次の低温期間の開始から５秒が経過したタイミングで、サンプリング部３２が感ガス部２０の抵抗値をサンプリングして、抵抗値Ｒｓを得る（ステップＳ１３）。その後の動作は上述したステップＳ３以降の動作と同様であり、低温期間の途中ではサンプリングされた抵抗値の最小値にホールド値Ｒｓ０が順次更新され、低温期間の終了時には終了時においてサンプリングされた抵抗値がホールド値Ｒｓ０として保持される。
After that, when a transition is made to the next low temperature period after passing through the high temperature period, the
ガス判定部３４は、低温開始から５秒、１０秒、１５秒、２０秒がそれぞれ経過したタイミングで、ホールド部３３がホールド値Ｒｓ０を更新或いは維持した後に、ホールド値Ｒｓ０と、所定のガス判定レベルＬ１との高低を比較する（図４（ａ）参照）。そして、ホールド値Ｒｓ０がガス判定レベルＬ１を下回ると、ガス判定部３４は検出対象ガスが存在すると判断して、検出信号を出力部４に出力する。
The
出力部４は、ガス判定部３４から検出信号が入力されると、上位の監視機器（図示せず）に対して、検出対象ガスが存在することを報知する報知信号を出力する。また出力部４は、ガス判定部３４から検出信号が入力されると、例えばＬＥＤのようなランプ（図示せず）を点灯させたり、ブザー（図示せず）を鳴動させたりして、検出対象ガスの存在を報知してもよい。
When the detection signal is input from the
ここで、本実施形態の動作を図４の波形図を参照して説明する。尚、図４（ａ）は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓ及びホールド値Ｒｓ０を、図４（ｂ）はヒータ２１に印加されるヒータ電圧を、図４（ｃ）はガス判定部３４の判定結果をそれぞれ示している。尚、図４（ａ）中の波形Ａは抵抗値Ｒｓを、波形Ｂはホールド値Ｒｓ０をそれぞれ示している。
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG. 4A shows the resistance value Rs and hold value Rs0 of the
ヒータ制御部３１は、上述のように、スイッチング素子Ｑ２のベースに出力するパルス信号のデューティ比を調整することによって、ヒータ２１に印加する平均電圧を調整する。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、平均電圧が０．９Ｖとなる高温期間ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３…を５秒間、平均電圧が０．２Ｖとなる低温期間ＴＬ０，ＴＬ１，ＴＬ２，ＴＬ３…を２０秒間とし、高温期間と低温期間が交互に繰り返すように、ヒータ制御部３１がヒータ２１を駆動している。
As described above, the
図４（ａ）に示すように高温期間では感ガス部２０の抵抗値Ｒｓは急激に低下し、高温期間から低温期間に切り替わると、抵抗値Ｒｓは、一旦急激に増加した後、検出対象ガスのガス濃度に応じて徐々に低下していく。また図４（ａ）の例では、低温期間ＴＬ１の途中の時刻Ｔａ（サンプリングのタイミングｔ３，ｔ４間）において検出対象ガスが注入されており、ガス濃度の上昇に伴って、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓは徐々に低下する。また、その次の低温期間ＴＬ２が終了した後の高温期間ＴＨ３において検出対象ガスが排気されており（高温期間ＴＨ３の途中の時刻Ｔｂ）、ガス濃度の減少に伴って、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが徐々に増加し、注入前のレベルに復帰している。
As shown in FIG. 4A, the resistance value Rs of the
上述のようにホールド部３３は、低温期間ＴＬ０の終了時（時刻ｔ１）にサンプリングされた抵抗値をホールド値Ｒｓ０として保持しており、次の低温期間ＴＬ１でサンプリングされた抵抗値Ｒｓが、検出対象ガスの存在によってホールド値Ｒｓ０を下回れば、ホールド値Ｒｓ０を下回った抵抗値Ｒｓを新たなホールド値Ｒｓ０として順次更新する。同様に、ホールド部３３は、低温期間ＴＬ１の終了時（時刻ｔ６）にサンプリングされた抵抗値をホールド値Ｒｓ０として保持し、次の低温期間ＴＬ２でサンプリングされた抵抗値Ｒｓが、検出対象ガスの存在によってホールド値Ｒｓ０を下回れば、ホールド値Ｒｓ０を下回った抵抗値Ｒｓを新たなホールド値Ｒｓ０として順次更新する。尚、時刻ｔ９以後はホールド部３３のホールド値Ｒｓ０がガス判定レベルＬ１を下回っているので、ガス判定部３４は、検出対象ガスが存在すると判定し、検出信号を出力部４に出力する。
As described above, the
一方、検出対象ガスが排気された後の低温期間ＴＬ３では、検出対象ガスのガス濃度が低下するのに伴って、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓがホールド値Ｒｓ０より大きく、増加し続けている。したがって、ホールド部３３は、低温期間ＴＬ３の途中のサンプリングタイミングｔ１３，ｔ１４，ｔ１５では、１つ前の低温期間ＴＬ２の終了時に保持されたホールド値Ｒｓ０を保持し続ける。その後、低温期間ＴＬ３の終了時（時刻ｔ１６）になると、ホールド部３３は、終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値Ｒｓ０として保持しており、このタイミングでホールド値Ｒｓ０が更新されることになる。
On the other hand, in the low temperature period TL3 after the detection target gas is exhausted, the resistance value Rs of the
これにより、時刻ｔ９から時刻ｔ１６になるまではホールド値Ｒｓ０がガス判定レベルＬ１を常に下回っているので、ガス判定部３４は検出対象ガスが存在すると判定しており、高温期間の終了後に抵抗値Ｒｓが一旦増加したとしても、検出対象ガスが存在していないと誤検知されることはない。また時刻ｔ１６になると、ホールド値Ｒｓ０がその時点での抵抗値Ｒｓに更新されることによって、ホールド値Ｒｓ０がガス判定レベルＬ１を上回るから、ガス判定部３４は検出対象ガスが存在しないと判定でき、検出対象ガスが存在するとの判定出力が継続することがない。
Thus, since the hold value Rs0 is always below the gas determination level L1 from time t9 to time t16, the
以上説明したように、本実施形態のガス検出装置は、感ガス部２０と、ヒータ２１と、ヒータ制御部３１と、サンプリング部３２と、ホールド部３３、ガス判定部３４とを備える。感ガス部２０は、検出対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する。ヒータ２１は感ガス部２０を加熱する。ヒータ制御部３１は、ヒータ２１による加熱量を制御して、高温期間と、検出対象ガスを検出する低温期間とを交互に設定する。検出対象ガスが還元性ガスである場合、ホールド部３３は、前回の低温期間の終了時にサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持する。またホールド部３３は、今回の低温期間の途中ではサンプリング部３２がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０との高低を比較して何れか小さい方を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する。そして、ホールド部３３は、今回の低温期間の終了時にはサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値Ｒｓをホールド値Ｒｓ０として保持する。ガス判定部３４は、ホールド部３３によって保持されている抵抗値と所定のガス判定レベルＬ１との高低を比較することによって、検出対象ガスの存否を判定する。
As described above, the gas detection apparatus according to the present embodiment includes the
このように、サンプリング部３２は、低温期間中に低温期間よりも短い周期で感ガス部２０の抵抗値Ｒｓをサンプリングしており、ホールド部３３は、今回の低温期間でサンプリング部３２がサンプリングを開始すると、サンプリングした抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０との高低を比較して何れか小さい方を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する。そして、ガス判定部３４は、ホールド値Ｒｓ０とガス判定レベルとの高低を比較することによって検出対象ガスの存否を判定しているから、低温期間の終了時にサンプリングして検出対象ガスの存否を判定する場合に比べて、より早いタイミングで還元性ガスの存否を判定できる。またホールド部３３は、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持し、次の低温期間ではサンプリングされた抵抗値とホールド値の何れか小さい方を新たなホールド値として保持しているので、高温期間から次の低温期間に切り替わった直後に抵抗値Ｒｓが一旦急増してガス判定レベルＬ１を上回ったとしても、検出対象ガスが存在するとの判定結果が途中で途切れないようにできる。またホールド部３３は、低温期間の終了時にはホールド値との高低に関係無く、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持しているので、検出対象ガスのガス濃度が低下するなどして、低温期間の終了時に抵抗値がホールド値を上回っていれば、その時の抵抗値を新たなホールド値Ｒｓとして保持することで、検出対象ガスが存在するとの判定結果が継続されるのを防止できる。
As described above, the
尚、上記の実施形態では還元性ガスを検出対象ガスとする場合を例に説明したが、ガス濃度が高いほど感ガス部２０の抵抗値が高くなる酸化性ガス（例えばＮＯｘやＯ３やＳ２Ｏなど）を検出対象ガスとしても良い。
In the above embodiment, the case where the reducing gas is the detection target gas has been described as an example. However, the oxidizing gas (for example, NOx, O 3 , S, etc.) in which the resistance value of the
この場合、ホールド部３３は、上述と同様、前回の低温期間の終了時にサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持し、今回の低温期間の途中ではサンプリング部３２がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０との高低を比較し、何れか大きい方を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する。そして、今回の低温期間の終了時には、ホールド部３３は、低温期間の終了時にサンプリング部３２がサンプリングした抵抗値Ｒｓをホールド値Ｒｓ０として保持しており、低温期間の終了時における抵抗値Ｒｓにホールド値Ｒｓ０が更新される。尚、ホールド部３３以外は上記の形態で説明したガス検出装置と同様であるので、その説明は省略する。
In this case, as described above, the
このように、サンプリング部３２は、低温期間中に低温期間よりも短い周期で感ガス部２０の抵抗値Ｒｓをサンプリングしており、ホールド部３３は、今回の低温期間でサンプリング部３２がサンプリングを開始すると、サンプリングした抵抗値Ｒｓとホールド値Ｒｓ０との高低を比較して何れか大きい方を新たなホールド値Ｒｓ０として保持する。そして、ガス判定部３４は、ホールド値Ｒｓ０とガス判定レベルとの高低を比較することによって検出対象ガスの存否を判定しているから、低温期間の終了時にサンプリングした抵抗値をもとに検出対象ガスの存否を判定する場合に比べて、より早いタイミングで検出対象ガスの存否を判定できる。またホールド部３３は、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持し、次の低温期間ではサンプリングされた抵抗値とホールド値のうち何れか大きい方を新たなホールド値として保持しているので、高温期間から次の低温期間に切り替わった直後に抵抗値Ｒｓが一旦急減してガス判定レベルＬ１を下回ったとしても、検出対象ガスが存在するとの判定結果が途中で途切れないようにできる。またホールド部３３は、低温期間の終了時にはホールド値との高低に関係無く、低温期間の終了時にサンプリングされた抵抗値をホールド値として保持しているので、検出対象ガスのガス濃度が低下するなどして、低温期間の終了時に抵抗値がホールド値を下回っていれば、その時の抵抗値を新たなホールド値Ｒｓとして保持することで、検出対象ガスが存在するとの判定結果が継続されるのを防止できる。
As described above, the
尚、上記の実施形態で説明したガス検出装置の回路構成は一例であって、必要な機能、性能に合わせて適宜変更が可能である。 The circuit configuration of the gas detection device described in the above embodiment is merely an example, and can be appropriately changed according to necessary functions and performance.
また、上述の実施形態では感ガス部２０の低温期間のみに感ガス部２０の検出対象ガスの存否を検出ているが、高温期間においても検出対象ガス（例えばメタンなどの可燃性ガス）の存否を検出してもよく、高温期間と低温期間の両方で別々の種類のガスを検出することが可能になる。
Further, in the above-described embodiment, the presence / absence of the detection target gas of the
２ ガスセンサ
３ 信号処理部
２０ 感ガス部
２１ ヒータ
３１ ヒータ制御部
３２ サンプリング部
３３ ホールド部
３４ ガス判定部
2
Claims (2)
前記感ガス部を加熱するヒータと、
前記ヒータによる加熱量を制御して、高温期間と、検出対象ガスを検出する低温期間とを交互に設定するヒータ制御部と、
低温期間中に低温期間よりも短い周期で前記感ガス部の抵抗値をサンプリングするサンプリング部と、
検出対象ガスが還元性ガスである場合に、前回の低温期間の終了時に前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持し、今回の低温期間の途中では前記サンプリング部がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値とホールド値との高低を比較して何れか小さい方を新たなホールド値として保持し、且つ、今回の低温期間の終了時には前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持するホールド部と、
前記ホールド部によって保持されている抵抗値と所定のガス判定レベルとの高低を比較することによって、検出対象ガスの存否を判定するガス判定部とを備えることを特徴とするガス検出装置。 A gas-sensitive part whose resistance value changes according to the gas concentration of the detection target gas;
A heater for heating the gas sensitive part;
A heater control unit that controls a heating amount by the heater and alternately sets a high temperature period and a low temperature period for detecting a detection target gas;
A sampling unit that samples the resistance value of the gas-sensitive unit in a period shorter than the low temperature period during the low temperature period;
When the gas to be detected is a reducing gas, the resistance value sampled by the sampling unit at the end of the previous low temperature period is held as a hold value, and sampled every time the sampling unit samples during the current low temperature period Holds the resistance value sampled by the sampling unit as the hold value at the end of the low temperature period and compares the difference between the measured resistance value and the hold value as a new hold value. And
A gas detection apparatus comprising: a gas determination unit that determines whether or not a detection target gas exists by comparing a resistance value held by the hold unit with a predetermined gas determination level.
前記感ガス部を加熱するヒータと、
前記ヒータによる加熱量を制御して、高温期間と、検出対象ガスを検出する低温期間とを交互に設定するヒータ制御部と、
低温期間中に低温期間よりも短い周期で前記感ガス部の抵抗値をサンプリングするサンプリング部と、
検出対象ガスが酸化性ガスである場合に、前回の低温期間の終了時に前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持し、今回の低温期間の途中では前記サンプリング部がサンプリングする毎にサンプリングした抵抗値とホールド値との高低を比較して何れか大きい方を新たなホールド値として保持し、且つ、今回の低温期間の終了時には前記サンプリング部がサンプリングした抵抗値をホールド値として保持するホールド部と、
前記ホールド部によって保持されている抵抗値と所定のガス判定レベルとの高低を比較することによって、検出対象ガスの存否を判定するガス判定部とを備えることを特徴とするガス検出装置。 A gas-sensitive part whose resistance value changes according to the gas concentration of the detection target gas;
A heater for heating the gas sensitive part;
A heater control unit that controls a heating amount by the heater and alternately sets a high temperature period and a low temperature period for detecting a detection target gas;
A sampling unit that samples the resistance value of the gas-sensitive unit in a period shorter than the low temperature period during the low temperature period;
When the detection target gas is an oxidizing gas, the resistance value sampled by the sampling unit at the end of the previous low temperature period is held as a hold value, and sampled every time the sampling unit samples during the current low temperature period Holds the resistance value sampled by the sampling unit as the hold value at the end of the low temperature period and compares the difference between the resistance value and the hold value. And
A gas detection apparatus comprising: a gas determination unit that determines whether or not a detection target gas exists by comparing a resistance value held by the hold unit with a predetermined gas determination level.
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