JPH11211686A - ガス検出装置 - Google Patents

ガス検出装置

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JPH11211686A
JPH11211686A JP1649498A JP1649498A JPH11211686A JP H11211686 A JPH11211686 A JP H11211686A JP 1649498 A JP1649498 A JP 1649498A JP 1649498 A JP1649498 A JP 1649498A JP H11211686 A JPH11211686 A JP H11211686A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスセンサの検出値から雰囲気温度の変化に
よる絶対湿度の変化の影響を排除して、ガスセンサの誤
検出を防止する。 【解決手段】 ガスセンサ11の検出空間14内の雰囲
気は、温度が変化しても、検出空間14を覆う活性炭フ
ィルタ16によって相対湿度がほぼ一定に保たれるた
め、雰囲気温度の変化をガスセンサ11の外部又は内部
に設置したサーミスタ等で測定すれば、その測定値から
絶対湿度の変化を推定することが可能であり、ひいては
絶対湿度の変化によるガスセンサ11のガス検出素子の
抵抗値の変化を推定することが可能である。従って、こ
の推定値を湿度補正値として用いて、ガス検出素子の検
出抵抗値を補正することで、絶対湿度の変化によるガス
検出素子の抵抗値の変化を補正して、ガスセンサ11の
検出精度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気中の検出対
象ガスをガスセンサで検出するガス検出装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】例えば、自動車や屋内等で使用される空
気清浄器において、自動運転を行うものでは、煙草の煙
り等を検出するガスセンサを設け、室内雰囲気中の煙り
等の濃度が高くなったとき(つまりガスセンサの検出ガ
ス濃度が判定レベルを越えたとき)、自動的に空気清浄
器の運転を開始するようにしている。一般に、ガスセン
サの検出ガス濃度は、検出雰囲気中の湿度の変化によっ
て変化するため、ガスセンサのセンサハウジング内に、
検出雰囲気中の湿気を吸着する活性炭フィルタを設け、
この活性炭フィルタを通過した検出雰囲気中のガス濃度
を半導体式のガス検出素子で検出するようにしたものが
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ガス検出素
子は、絶対湿度(単位体積の雰囲気中の水分の重量)の
影響を強く受け、絶対湿度が変化すると、ガス検出素子
の出力が変化するという特性がある。
【0004】一方、ガスセンサ内の活性炭フィルタは、
ガス検出素子近傍の検出雰囲気の相対湿度(飽和蒸気圧
に対する実際の蒸気圧の比率)を一定に保つように作用
する。このため、雰囲気温度が変化すると、ガス検出素
子近傍の検出雰囲気の相対湿度は一定に保たれるが、絶
対湿度は雰囲気温度の変化に伴って変化してしまう(図
5及び図6参照)。例えば、雰囲気温度が上昇すると、
相対湿度が低下し、その湿度低下分の湿気を補うべく、
活性炭フィルタから水分が離脱して相対湿度を一定に保
とうとするため、絶対湿度は、活性炭フィルタから離脱
した水分量によって上昇する。このため、雰囲気温度の
上昇によってガス検出素子の出力が変化してしまい、検
出精度が低下するという欠点がある。
【0005】尚、特開平2−304342号公報、実開
平5−64762号公報に示すように、ガスセンサにサ
ーミスタ等の温度検出素子を設けて、ガス検出素子の温
度特性を補償する技術があるが、現在、市場に出回って
いる半導体式のガス検出素子は、温度特性による出力変
化が少なく、絶対湿度の影響の方が遥かに大きい。従っ
て、ガス検出素子の温度特性を補償しても、絶対湿度の
影響を排除しなければ、十分な検出精度を確保すること
ができない。
【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、絶対湿度の影響を排
除することができて、検出精度を向上することができる
ガス検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1のガス検出装置は、活性炭フィル
タ等の吸湿部材を内蔵したガスセンサを用い、このガス
センサの外部又は内部に設置した温度検出素子の出力に
基づいてガス検出素子の近傍の検出雰囲気の絶対湿度に
応じた湿度補正値を湿度補正値演算手段により演算し、
湿度補正手段によって前記ガス検出素子の検出値を前記
湿度補正値で補正する。つまり、ガス検出素子の近傍の
検出雰囲気は、温度が変化しても、吸湿部材によって相
対湿度がほぼ一定に保たれるため、雰囲気温度の変化を
測定すれば、絶対湿度の変化を推定することが可能であ
り、ひいてはガス検出素子の出力変化(湿度補正値)を
推定することが可能である。本発明は、この原理を利用
し、温度検出素子の出力から湿度補正値を演算してガス
検出素子の検出値を補正するので、絶対湿度の影響を排
除することができて、検出精度を向上することができ
る。
【0008】この場合、請求項2のように、温度検出素
子の現在の出力と現在までの出力平均値とに基づいて湿
度補正値を演算するようにしても良い。このように、温
度検出素子の現在の出力と現在までの出力平均値とを用
いれば、温度検出素子の出力に重畳するノイズ等の影響
を抑えながら、現在の雰囲気温度の変化ひいては絶対湿
度の変化を精度良く推定することができ、湿度補正値の
演算精度を向上することができる。
【0009】更に、請求項3のように、温度検出素子の
現在の出力と現在までの出力平均値との比に基づいて湿
度補正値を演算するようにしても良い。このようにすれ
ば、簡単な処理で、精度の良い湿度補正値を演算するこ
とができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を車載用の空気清浄
器のガス検出装置に適用した一実施形態を図面に基づい
て説明する。まず、図1及び図2に基づいてガスセンサ
11の構成を説明する。ガスセンサ11のセンサハウジ
ング12は、樹脂により筒状に形成され、その内部に
は、センサ部13と、その上方に検出空間14を形成す
る筒状のスペーサ15を介して活性炭フィルタ16(吸
湿部材)が収納されている。活性炭フィルタ16は、セ
ンサハウジング12の上面部に形成された開口部17か
ら流入する雰囲気中の湿気を吸着する。この活性炭フィ
ルタ16を通過した雰囲気は、スペーサ15の上面の開
口部18から検出空間14内に流入し、センサ部13の
ガス検出素子19(図2参照)によって検出空間14内
の雰囲気中のガス濃度が検出される。
【0011】ガス検出素子19は、例えばn型酸化物半
導体(SnO2 等)により形成され、雰囲気中の煙等の
検出対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する。図2に
示すように、センサ部13には、ガス検出素子19を活
性化するヒータ20が設けられている。ガス検出素子1
9には抵抗21が直列に接続され、この直列回路が電源
供給端子(+B)とグランド端子との間に接続され、ガ
ス検出素子19と抵抗21とで分圧された電圧Vgas が
ガスセンサ11の出力電圧となり、A/D変換器22を
介してマイクロコンピュータ23に読み込まれる。検出
空間14内の雰囲気中のガス濃度が変化すると、それに
応じてガス検出素子19の抵抗値が変化して、ガスセン
サ11の出力電圧Vgas が変化する。
【0012】マイクロコンピュータ23を構成するIC
やガスセンサ11は、回路基板24(図3参照)に実装
され、該回路基板24には、雰囲気温度を検出するサー
ミスタ25(温度検出素子)がガスセンサ11の近傍に
実装されている。このサーミスタ25には抵抗26が直
列に接続され、この直列回路が電源供給端子(+B)と
グランド端子との間に接続され、サーミスタ25と抵抗
26とで分圧された電圧VthがA/D変換器27を介し
てマイクロコンピュータ23に読み込まれる。サーミス
タ25周辺の雰囲気温度が変化すると、それに応じてサ
ーミスタ25の抵抗値が変化して、電圧Vthが変化す
る。尚、サーミスタ25には、ノイズ防止用のコンデン
サ28が並列に接続されている。
【0013】以上のように構成されたガス検出装置29
は、車載用の空気清浄器30に組み込まれ、検出したガ
ス濃度が判定レベルを越えると、マイクロコンピュータ
23が空気清浄器30のファンモータ31を起動して車
室内の空気を浄化する。この空気清浄器30は、図4に
示すように、自動車32の後席の後側のダッシュボード
の下方に組み込むビルトインタイプ、後席の後側のダッ
シュボード上に据え置く据え置きタイプ、車室の天井に
取り付ける天吊りタイプのいずれでも良い。
【0014】次に、雰囲気中のガス濃度の判定方法を説
明する。ガスセンサ11のガス検出素子19は、検出雰
囲気の絶対湿度(単位体積の雰囲気中の水分の重量)の
影響を強く受け、絶対湿度が変化すると、ガス検出素子
19の抵抗値(ガスセンサ11の出力電圧Vgas )が変
化するという特性がある。一方、活性炭フィルタ16
は、検出空間14内の雰囲気の相対湿度(飽和蒸気圧に
対する実際の蒸気圧の比率)を一定に保つように作用す
る。このため、雰囲気温度が変化すると、検出空間14
内の雰囲気の相対湿度は一定に保たれるが、図5及び図
6に示すように、相対湿度が一定の状態のもとでは、雰
囲気温度の変化に伴って絶対湿度も変化してしまう。例
えば、雰囲気温度が上昇すると、相対湿度が低下し、そ
の湿度低下分の湿気を補うべく、活性炭フィルタ16か
ら水分が離脱して相対湿度を一定に保とうとするため、
絶対湿度は、活性炭フィルタ16から離脱した水分量に
よって上昇し、その結果、ガス検出素子19の抵抗値が
変化する。
【0015】本実施形態では、このような絶対湿度の変
化によるガス検出素子19の抵抗値の変化を次の原理に
基づいて補正する。上述したように、ガスセンサ11の
検出空間14内の雰囲気は、温度が変化しても、活性炭
フィルタ16によって相対湿度がほぼ一定に保たれるた
め、雰囲気温度の変化を測定すれば、図5の特性から絶
対湿度の変化を推定することが可能であり、ひいては絶
対湿度の変化によるガス検出素子19の抵抗値の変化を
推定することが可能である。従って、この推定値を湿度
補正値として用いて、ガス検出素子19の検出抵抗値を
補正すれば、絶対湿度の変化によるガス検出素子19の
抵抗値の変化を補正して、雰囲気中のガス濃度を精度良
く測定することができる。
【0016】このようなガス濃度の検出・補正は、マイ
クロコンピュータ23によって図7の初期化ルーチン及
び図8の判定ルーチンに従って実行される。図7の初期
化ルーチンは、空気清浄器30の電源スイッチ(図示せ
ず)がオンされたときに1回のみ実行される。この初期
化ルーチンが起動されると、まずステップ101で、初
期化処理を行い、マイクロコンピュータ23内のRAM
(図示せず)の初期化等を行う。この後、ステップ10
2で、ガスセンサ11の出力電圧Vgas を読み込んで、
ガス検出素子19の抵抗値Rgas (ガス濃度に相当)を
算出し、続くステップ103で、ガス検出素子19の平
均抵抗値Rgasaveの初期値をRgas に設定する。この
後、ステップ104で、サーミスタ25の出力電圧Vth
を読み込んで、サーミスタ25の抵抗値Rth(雰囲気温
度に相当)を算出し、続くステップ105で、サーミス
タ25の平均抵抗値Rthave の初期値をRthに設定し
て、初期化ルーチンを終了する。
【0017】一方、図8の判定ルーチンは、空気清浄器
30の電源スイッチ(図示せず)のオン後に所定時間毎
に繰り返し実行される。この判定ルーチンが起動される
と、まずステップ201で、ガスセンサ11の出力電圧
Vgas を読み込んで、ガス検出素子19の最新の抵抗値
Rgasnewを算出し、続くステップ202で、ガス検出素
子19の現在までの平均抵抗値Rgasaveを次式により算
出して更新する。 Rgasave(i) =1/n×Rgasnew+(n−1)/n×R
gasave(i-1)
【0018】ここで、Rgasave(i) は今回値、Rgasave
(i-1) は前回値である。上式は、なまし処理(一次遅れ
処理)により平均抵抗値Rgasaveを算出するものである
が、次式により過去所定時間の抵抗値Rgasnewを積算し
て、その積算値をサンプル数iで割り算して過去所定時
間の平均抵抗値Rgasaveを求めるようにしても良い。 Rgasave(i) ={Rgasnew(1) +Rgasnew(2) +……+
Rgasnew(i) }/i この場合、最新の抵抗値Rgasnewを検出する毎に最も古
いデータが破棄される。
【0019】以上のようにしてガス検出素子19の現在
までの平均抵抗値Rgasaveを更新した後、ステップ20
3に進み、ガス検出素子19の最新の抵抗値Rgasnewと
平均抵抗値Rgasaveとの比(Rgasnew/Rgasave)を算
出する。このガス検出素子抵抗比Rgasnew/Rgasave
は、検出雰囲気のガス濃度の変化率に相当する。
【0020】次のステップ204で、サーミスタ25の
出力電圧Vthを読み込んで、サーミスタ25の最新の抵
抗値Rthnew を算出し、続くステップ205で、サーミ
スタ25の現在までの平均抵抗値Rthave を次式により
算出して更新する。 Rthave(i)=1/n×Rthnew +(n−1)/n×Rth
ave(i-1)
【0021】ここで、Rthave(i)は今回値、Rthave(i-
1)は前回値である。上式は、なまし処理(一次遅れ処
理)により平均抵抗値Rthave を算出するものである
が、次式により過去所定時間の抵抗値Rthnew を積算し
て、その積算値をサンプル数iで割り算して過去所定時
間の平均抵抗値Rthave を求めるようにしても良い。 Rthave(i)={Rthnew(1)+Rthnew(2)+……+Rthne
w(i)}/i この場合、最新の抵抗値Rthnew を検出する毎に最も古
いデータが破棄される。
【0022】以上のようにしてサーミスタ25の現在ま
での平均抵抗値Rthave を更新した後、ステップ206
に進んで、サーミスタ25の最新の抵抗値Rthnew と平
均抵抗値Rthave との比(Rthnew /Rthave )を算出
する。このサーミスタ抵抗比Rthnew /Rthave は、雰
囲気温度の変化率に相当する。
【0023】次のステップ207で、ガス検出素子19
の補正後抵抗比を次式により算出する(このステップ2
07の処理が特許請求の範囲でいう湿度補正手段として
の役割を果たす)。
【0024】補正後抵抗比=ガス検出素子抵抗比+K×
(1−サーミスタ抵抗比) ここで、Kは、サーミスタ抵抗比による補正度合を決め
る補正係数であり、ガス検出素子19のばらつき、サー
ミスタ25のばらつき及び活性炭フィルタ16からの水
分離脱によるばらつきを考慮して設定すれば良い。具体
的には、図9に示す補正係数Kと補正後抵抗比との関係
から、誤判定しない範囲内で、且つ煙応答性限界を越え
ない範囲内となるように補正係数Kを設定する。一般
に、補正係数Kは0<K≦1の範囲で設定し、例えばK
=0.5とする。
【0025】ステップ207の数式において、K×(1
−サーミスタ抵抗比)は、湿度補正値に相当し、これを
演算する機能が特許請求の範囲でいう湿度補正値演算手
段に相当する。尚、K×(1−サーミスタ抵抗比)に代
えて、K’×サーミスタ抵抗比を湿度補正値として、次
式により補正後抵抗比を算出しても良い。 補正後抵抗比=ガス検出素子抵抗比+K’×サーミスタ
抵抗比 ここで、K’は補正係数であり、Kと同じようにして設
定すれば良い。
【0026】以上のようにして、ガス検出素子抵抗比を
湿度補正値で補正して補正後抵抗比を求めた後、ステッ
プ208に進み、補正後抵抗比(補正後のガス濃度変化
率に相当)を判定値(例えば0.9)と比較し、補正後
抵抗比が判定値よりも小さければ、雰囲気中の煙等のガ
ス濃度が上昇していると判断して、ステップ209に進
み、煙検出フラグを煙有りを意味する「1」にセットす
る。この場合には、空気清浄器30のファンモータ31
を起動し、車室内の空気を浄化する。
【0027】一方、補正後抵抗比が判定値以上であれ
ば、煙等のガスがあまり発生していないと判断して、ス
テップ210に進み、煙検出フラグを煙無しを意味する
「0」にセットして、判定ルーチンを終了する。
【0028】次に、ガス検出素子抵抗比を湿度補正値で
補正する効果を、図10を用いて説明する。図10は雰
囲気中のガス濃度が一定の状態のもとで、雰囲気温度が
0℃から25℃付近まで急上昇した時のガス検出素子抵
抗比の挙動を示すタイムチャートである。雰囲気温度が
上昇すると、活性炭フィルタ16から水分が離脱して検
出雰囲気の絶対湿度が上昇するため、ガス濃度が一定で
あっても、ガス検出素子抵抗比が低下し始める。従来
は、湿度補正を行わなかったため、絶対湿度の上昇によ
りガス検出素子抵抗比が判定値以下になることがあり、
ガス発生(煙発生)と誤判定しまうことがあった。
【0029】これに対し、本実施形態では、雰囲気温度
の変化(サーミスタ抵抗比)から絶対湿度の変化ひいて
はガス検出素子19の抵抗値の変化を推定し、これを湿
度補正値として用いてガス検出素子抵抗比を補正するよ
うにしたので、雰囲気温度の上昇により絶対湿度が上昇
しても、補正後のガス検出素子抵抗比は、低下が少な
く、判定値以下になることが防止され、ガス発生(煙発
生)の誤判定が防止される。
【0030】尚、本実施形態では、サーミスタ25(温
度検出素子)をガスセンサ11の外部に設置したが、こ
れをガスセンサ11の内部に設けても良いことは言うま
でもない。
【0031】また、本実施形態は、車載用の空気清浄器
に本発明を適用したものであるが、屋内用の空気清浄器
にも適用でき、その他、都市ガス(LPガス)検出器、
アルコール検出器等、種々のガス検出器に広く適用して
実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すもので、(a)は
(b)のA−A線に沿って示す横断面図、(b)はガス
センサの縦断面図
【図2】ガス検出素子装置の電気的構成を示す回路図
【図3】回路基板の一部分の実装状態を示す側面図
【図4】空気清浄器の取付位置を説明する図
【図5】相対湿度が一定の状態で雰囲気温度が変化した
時の絶対湿度の変化特性を示す図
【図6】雰囲気温度が一定の状態で相対湿度が変化した
時の絶対湿度の変化特性を示す図
【図7】初期化ルーチンの処理の流れを示すフローチャ
ート
【図8】判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャー
【図9】補正係数Kの設定方法を説明する図
【図10】雰囲気中のガス濃度が一定の状態のもとで雰
囲気温度が0℃から25℃付近まで急上昇した時のガス
検出素子抵抗比の挙動を示すタイムチャート
【符号の説明】
11…ガスセンサ、12…センサハウジング、13…セ
ンサ部、14…検出空間、16…活性炭フィルタ(吸湿
部材)、19…ガス検出素子、20…ヒータ、21…抵
抗、23…マイクロコンピュータ(湿度補正値演算手
段,湿度補正手段)、24…回路基板、25…サーミス
タ(温度検出素子)、26…抵抗、29…ガス検出装
置、30…空気清浄器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出雰囲気中の湿気を吸着する吸湿部材
    及びこの吸湿部材を通過した検出雰囲気中の検出対象ガ
    スに感応するガス検出素子を内蔵したガスセンサと、 前記ガスセンサの外部又は内部の雰囲気温度に応じた信
    号を出力する温度検出素子と、 前記温度検出素子の出力に基づいて前記ガス検出素子の
    近傍の検出雰囲気の絶対湿度に応じた湿度補正値を演算
    する湿度補正値演算手段と、 前記ガス検出素子の検出値を前記湿度補正値で補正する
    湿度補正手段とを備えていることを特徴とするガス検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記湿度補正値演算手段は、前記温度検
    出素子の現在の出力と現在までの出力平均値とに基づい
    て前記湿度補正値を演算することを特徴とする請求項1
    に記載のガス検出装置。
  3. 【請求項3】 前記湿度補正値演算手段は、前記温度検
    出素子の現在の出力と現在までの出力平均値との比に基
    づいて前記湿度補正値を演算することを特徴とする請求
    項2に記載のガス検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013200146A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Fis Inc ガス検出装置
JP2015184201A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 新コスモス電機株式会社 ガス検知器

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