特許 6074163 ガス検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6074163

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】ガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20170123BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 D

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-125743(P2012-125743)

(22)【出願日】2012年6月1日

(65)【公開番号】特開2013-250179(P2013-250179A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2015年3月9日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000231361

【氏名又は名称】日本写真印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087767

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 惠清

(74)【代理人】

【識別番号】100155745

【弁理士】

【氏名又は名称】水尻 勝久

(74)【代理人】

【識別番号】100143465

【弁理士】

【氏名又は名称】竹尾 由重

(74)【代理人】

【識別番号】100155756

【弁理士】

【氏名又は名称】坂口 武

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(74)【代理人】

【識別番号】100167830

【弁理士】

【氏名又は名称】仲石 晴樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162248

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100100262

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 勉

(72)【発明者】

【氏名】松本 晋一

(72)【発明者】

【氏名】黒江 靖

(72)【発明者】

【氏名】栗林 晴美

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０６４０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９２０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１０６６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−１１６４９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５０−０３７４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３７１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６６７１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／２４

Ｇ０１Ｎ ３３／４９７

Ｇ０８Ｂ １９／００−２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性値が変化する感ガス部と、
前記検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に前記感ガス部を加熱する加熱部と、
前記電気的特性値から前記検出対象ガスを検出する検出部と、
前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させる加熱制御部とを備え、
前記加熱制御部は、前記感ガス部の加熱を停止させた状態で所定時間が経過する毎に前記感ガス部を一定期間加熱し、この加熱期間における前記電気的特性値が所定の再加熱判定レベルよりも低濃度側であれば、前記感ガス部の加熱を再開することを特徴とするガス検出装置。

【請求項2】

検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性値が変化する感ガス部と、
前記検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に前記感ガス部を加熱する加熱部と、
前記電気的特性値から前記検出対象ガスを検出する検出部と、
前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させる加熱制御部とを備え、
前記感ガス部は半導体式ガスセンサからなり、
前記加熱部が加熱を停止している状態で、前記検出部は、所定の第１時間の間隔で、前記感ガス部と負荷抵抗とが電気的に直列に接続された直列回路に、前記第１時間よりも短い第２時間だけ電圧を印加することによって、前記感ガス部の前記電気的特性値を検出し、
前記加熱制御部は、前記検出部によって検出された前記電気的特性値が、所定の再加熱判定レベルよりも低濃度側であれば、前記感ガス部の加熱を再開することを特徴とするガス検出装置。

【請求項3】

前記加熱制御部は、前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が前記閾値を超え、且つ、前記電気的特性値が所定の停止判定レベルよりも高濃度側であれば、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス検出装置。

【請求項4】

前記検出部は、基準レベルに対する前記電気的特性値の比率と、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、前記検出対象ガスの存否を判定しており、
前記検出対象ガスが存在しないと判定されている状態で前記基準レベルを更新する更新部を備え、
前記更新部は、所定の更新期間が経過する毎に直前の前記更新期間において前記電気的特性値が最も低濃度側に変化した時の値を現在の前記更新期間における前記基準レベルとして設定し、且つ、前記更新期間内で前記電気的特性値が前記基準レベルよりも低濃度側に変化した場合は、その時の前記電気的特性値を新たな前記基準レベルとして即座に更新することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のガス検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、検出対象ガスに感応して電気的特性が変化する半導体材料を用いた半導体式のガス検知素子があった（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５３２６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような半導体式のガス検知素子はガス警報器やガス検知器などに用いられており、これらの装置で動作点検を行う際には、高濃度ガス（検出対象ガスやライターガスなどの代替ガス）を吹き掛けて、所定の動作が行われるかを確認していた。

【0005】

ところで、半導体式のガス検知素子は、検出対象ガスが数％以下の濃度で存在する雰囲気中に晒されるのであれば性能の劣化は少なく、繰り返しの使用が可能であるが、動作点検時に高濃度（例えば濃度が数％以上）のガスに晒されると、その接触燃焼による高温経験や還元反応によってダメージを受け、ガス検知性能が劣化する可能性があった。

【0006】

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、高濃度ガスに晒されてもガス検知性能の劣化が少ないガス検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１の発明は、感ガス部と、加熱部と、検出部と、加熱制御部とを備えることを特徴とする。感ガス部は、検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性値が変化する。前記加熱部は、前記検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に前記感ガス部を加熱する。前記検出部は前記電気的特性値から検出対象ガスを検出する。前記加熱制御部は、前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させている。前記加熱制御部は、前記感ガス部の加熱を停止させた状態で所定時間が経過する毎に前記感ガス部を一定期間加熱し、この加熱期間における前記電気的特性値が所定の再加熱判定レベルよりも低濃度側であれば、前記感ガス部の加熱を再開することを特徴とする。

【0008】

請求項２の発明は、感ガス部と、加熱部と、検出部と、加熱制御部とを備えることを特徴とする。感ガス部は、検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性値が変化する。前記加熱部は、前記検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に前記感ガス部を加熱する。前記検出部は前記電気的特性値から検出対象ガスを検出する。前記加熱制御部は、前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させている。前記感ガス部は半導体式ガスセンサからなる。前記加熱部が加熱を停止している状態で、前記検出部は、所定の第１時間の間隔で、前記感ガス部と負荷抵抗とが電気的に直列に接続された直列回路に、前記第１時間よりも短い第２時間だけ電圧を印加することによって、前記感ガス部の前記電気的特性値を検出する。前記加熱制御部は、前記検出部によって検出された前記電気的特性値が、所定の再加熱判定レベルよりも低濃度側であれば、前記感ガス部の加熱を再開することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記加熱制御部は、前記電気的特性値が高濃度側に変化する場合に前記電気的特性値の変化率が前記閾値を超え、且つ、前記電気的特性値が所定の停止判定レベルよりも高濃度側であれば、前記加熱部による前記感ガス部の加熱を停止させることを特徴とする。

【0011】

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、前記検出部は、基準レベルに対する前記電気的特性値の比率と、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、前記検出対象ガスの存否を判定しており、前記検出対象ガスが存在しないと判定されている状態で前記基準レベルを更新する更新部を備える。そして、前記更新部は、所定の更新期間が経過する毎に直前の前記更新期間において前記電気的特性値が最も低濃度側に変化した時の値を現在の前記更新期間における前記基準レベルとして設定し、且つ、前記更新期間内で前記電気的特性値が前記基準レベルよりも低濃度側に変化した場合は、その時の前記電気的特性値を新たな前記基準レベルとして即座に更新することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１の発明によれば、動作点検時に高濃度ガス（検出対象ガスやライターガスなどの代替ガス）が感ガス部に吹き掛けられた場合、感ガス部の電気的特性値は急激に変化するが、電気的特性値が高濃度側に変化する場合に電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、加熱部による感ガス部の加熱を加熱制御部が停止させている。これにより、高濃度ガスが存在する場合には、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲まで感ガス部が加熱されなくなり、感ガス部の劣化を抑制することができる。さらに、加熱停止中に所定時間が経過する毎に感ガス部を一定時間加熱し、この期間に求めた電気的特性値が再加熱判定レベルよりも低濃度側になれば、感ガス部の加熱を再開しても、感ガス部の劣化は抑えられるから、感ガス部の加熱を再開することで、検出対象ガスの検出動作を再開することができる。

【0013】

請求項２の発明によれば、動作点検時に高濃度ガス（検出対象ガスやライターガスなどの代替ガス）が感ガス部に吹き掛けられた場合、感ガス部の電気的特性値は急激に変化するが、電気的特性値が高濃度側に変化する場合に電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、加熱部による感ガス部の加熱を加熱制御部が停止させている。これにより、高濃度ガスが存在する場合には、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲まで感ガス部が加熱されなくなり、感ガス部の劣化を抑制することができる。さらに、金属酸化物半導体からなる感ガス部の場合、接触燃焼式のガスセンサと異なり、加熱部が感ガス部の加熱を停止している状態でも、負荷抵抗の他端とヒータ電極の間に電圧を印加して求めた電気的特性値から検出対象ガスのガス濃度を求めることが可能であり、加熱制御部は、加熱停止中に検出した電気的特性値と再加熱判定レベルとを比較することで、感ガス部の加熱を再開するか否かを判定できる。よって、感ガス部の加熱を再開するか否かを判定するために、一時的にでも加熱部を加熱する必要が無く、省電力が図られるとともに、感ガス部が劣化する可能性をさらに低減できる。
請求項３の発明によれば、電気的特性値が高濃度側に変化する場合に電気的特性値から求まるガス濃度の変化率が閾値を上回り、且つ、電気的特性値が停止判定レベルよりも高濃度側であれば、加熱部による感ガス部の加熱を加熱制御部が停止させているので、動作点検用に高濃度ガスが吹き掛けられた場合など、高濃度ガスが存在する場合には感ガス部の加熱を停止することで、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲まで感ガス部が加熱されなくなり、感ガス部の劣化を抑制することができる。

【0016】

請求項４の発明によれば、基準レベルに対する電気的特性値の比率と、ガス判定レベルとの高低を比較することで検出対象ガスの存否を判定する場合に（いわゆる相対値判定）、更新部が、検出対象ガスの存否を判定するために用いられる基準レベルを、直前の更新期間における電気的特性値や現在の更新期間における電気的特性値をもとに更新しているので、温湿度の変化や風があたることによって発生する電気的特性値の変化にあわせて基準レベルを更新することができ、検出対象ガスの誤検知が発生しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態の概略的な回路図である。

【図2】同上に用いられる感ガス部を収納したパッケージの断面図である。

【図3】同上に用いられるパッケージが外ケースに収納された状態の一部を破断した斜視図である。

【図4】同上の動作を説明するフローチャートである。

【図5】同上の動作を説明するタイムチャートであり、（ａ）は感ガス部の抵抗値変化、（ｂ）は報知出力を示す図である。

【図6】同上のまた別の動作を説明するタイムチャートであり、（ａ）は感ガス部の抵抗値変化、（ｂ）はヒータ電圧、（ｃ）は報知出力を示す図である。

【図7】同上のさらに別の動作を説明するタイムチャートであり、（ａ）はヒータ電圧、（ｂ）は中心電極への印加電圧を示す図である。

【図8】同上の相対値判定に用いる基準レベルの更新動作を説明する波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明を、検出対象ガスである燃焼ガス（例えばメタンなど）の濃度が警報レベルを超えるとガス漏れ警報を発するガス警報器に適用した実施形態について図１〜図８を参照して説明する。尚、本発明に係るガス検出装置はガス警報器に限定されるものではなく、空気の汚れ度合いを検出するものや、匂いガスを検出するものに適用してもよいことは言うまでもない。

【0019】

図１はガス検出装置のブロック図であり、信号処理回路１０と、定電圧回路１１と、報知回路１２と、感ガス部２０と、ヒータ２１と、中心電極２２と、サーミスタ２３とを主要な構成として備えている。

【0020】

定電圧回路１１は、電池１３を電源として、一定の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を生成し、信号処理回路１０などに動作電圧を供給する。尚、電源は電池１３に限定されるものではなく、商用電源を電源とするものでもよい。

【0021】

報知回路１２は、例えばブザー音や音声メッセージなどの報知音（警報音）を出力するスピーカからなり、信号処理回路１０からの出力信号に応じて所定の報知音を出力する。

【0022】

感ガス部２０は、例えば酸化錫（ＳｎＯ_２）等の金属酸化物半導体の焼結体からなり、雰囲気中の検出対象ガスに感応して電気的特性値である電気抵抗が変化する。検出対象ガスの濃度が高くなるほど、感ガス部２０の酸化還元反応によって、感ガス部２０の電気抵抗は小さくなる。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の感度に比べて、燃焼ガスであるメタンの感度が十分高感度であり、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十分高感度であり、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（すなわち警報判定レベルの濃度）などに応じて適宜設定される。

【0023】

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、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。

【0024】

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との間の感ガス部２０の電気抵抗をＲｓとしている。

【0025】

この感ガス部２０は図２及び図３に示すようにベース３１とケース３２とからなるパッケージ３０内に収納されている。ベース３１は絶縁性の樹脂により円盤状に形成され、３本のリード端子３３ａ，３３ｂ，３３ｃがベース３１を厚み方向に貫通するように設けられている。ヒータ２１の両端はそれぞれリード端子３３ａ，３３ｂに溶接され、中心電極２２の一端はリード端子３３ｃに溶接されている。ケース３２は金属材料により、円筒状の筒部３２ａと、筒部３２ａの上端部から内側に張り出すように設けられた上板部３２ｂとを一体に備えている。上板部３２ｂの中央には通気用の貫通孔３２ｃが設けられ、この貫通孔３２ｃには塵や埃の侵入を抑制するために例えばステンレス製の金網３４が取り付けられている。

【0026】

そして、このパッケージ３０は、合成樹脂製の外ケース４０内に収納されている。外ケース４０は、筒部３２ａの外径よりも内径が若干大きめに形成された円筒状の筒部４０ａと、筒部４０ａの上端部から内側に張り出すように設けられた上板部４０ｂとを一体に備えている。上板部４０ｂの中央には通気用の開口４０ｃが設けられ、この開口４０ｃには例えばステンレス製の金網４１が取り付けられている。外ケース４０の内部には、貫通孔３２ｃを内側に向けた状態でパッケージ３０が収納されており、貫通孔３２ｃと開口４０ｃとの間のガス流路にはフィルタ４２が配置されている。このフィルタ４２は例えば活性炭、シリカゲル等で形成され、また活性炭とシリカゲルとを組み合わせた材料で形成されても良い。フィルタ４２が設けられていると、開口４０ｃから外ケース４０内に流入したガスに含まれる雑ガス（例えばＮＯｘ、アルコールのような有機溶剤の蒸気等）や被毒ガス（例えばシリコン蒸気等）がフィルタ４２に除去される。これにより、パッケージ３０内に流入する雑ガスや被毒ガスが低減されるから、雑ガスによる誤検知が抑制され、また感ガス部２０が被毒ガスによって被毒されにくくなる。

【0027】

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を介して定電圧回路１１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ＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなり、そのゲート電極は信号処理回路１０の出力端子Ｔ１に接続され、信号処理回路１０からの出力信号に応じてオン／オフが切り替えられる。信号処理回路１０は、出力端子Ｔ１からスイッチング素子Ｑ１のゲート電極に出力するデューティ信号のパルス幅を制御することで、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し、それによって感ガス部２０の温度を制御する。

【0028】

例えば、検出対象ガスがメタンのような燃焼ガスの場合、感ガス部２０の温度が約４００℃付近で燃焼ガスに対する感ガス部２０の感度が、他のガスに対する感度よりも大きくなるので、信号処理回路１０は、ヒータ２１に印加される電圧の平均値を約０．９Ｖ、消費電力を約１５０ｍＷとすることで、感ガス部２０の温度を４００℃付近の比較的高い温度領域に制御する。また、検出対象ガスが一酸化炭素のような不完全燃焼ガスの場合、感ガス部２０の温度が約８０℃付近で一酸化炭素に対する感ガス部２０の感度が他のガスに対する感度よりも大きくなるので、信号処理回路１０は、ヒータ２１に印加される電圧の平均値を約０．２Ｖ、消費電力を約３６ｍＷとすることで、感ガス部２０の温度を８０℃付近の比較的低い温度領域に制御する。ここにおいて、ヒータ２１によって感ガス部２０を加熱する加熱部が構成され、信号処理回路１０とスイッチング素子Ｑ１とで、ヒータ２１への通電を制御することで感ガス部２０の加熱状態を制御する加熱制御回路が構成される。

【0029】

中心電極２２の両端は感ガス部２０の外部にそれぞれ露出している。中心電極２２の一方の端部は、負荷抵抗Ｒ１を介して信号処理回路１０の出力端子Ｔ２に電気的に接続されるとともに、信号処理回路１０のＡ／Ｄ入力端子Ｔ３に接続される。信号処理回路１０は、出力端子Ｔ２から一定電圧を出力し、負荷抵抗Ｒ１と感ガス部２０との直列回路に一定電圧を印加した状態で、中心電極２２の電圧Ｖ１をＡ／Ｄ入力端子Ｔ３から取り込んでいる。ここで、感ガス部２０の電気抵抗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との分圧比が変化して、中心電極２２の電圧Ｖ１が変化する。例えば検出対象ガスのガス濃度が上昇すると、感ガス部２０の電気抵抗が減少するので、分圧比の変化によって中心電極２２の電圧Ｖ１は低下する。信号処理回路１０は、出力端子Ｔ２から一定電圧を出力している状態で、Ａ／Ｄ入力端子Ｔ３に入力される電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換して取り込んでおり、この電圧Ｖ１から感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを求め、この抵抗値Ｒｓをもとにガス濃度を検出する。ここにおいて、信号処理回路１０と中心電極２２と負荷抵抗Ｒ１とで、感ガス部２０の電気的特性値から検出対象ガスを検出する検出部が構成される。

【0030】

また、サーミスタ２３と抵抗Ｒ２との直列回路が定電圧回路１１の両端間に接続され、サーミスタ２３及び抵抗Ｒ２の接続点の電圧Ｖ２は信号処理回路１０のＡ／Ｄ入力端子Ｔ４に入力されている。サーミスタ２３の電気抵抗は温度に応じて変化するので、温度変化に応じてサーミスタ２３と抵抗Ｒ２との分圧比が変化し、それによって電圧Ｖ２の値が変化する。信号処理回路１０の内蔵メモリ（図示せず）には、雰囲気温度と電圧Ｖ２との関係を示す検量線データが予め記憶されている。信号処理回路１０は、この検量線データと、Ａ／Ｄ入力端子Ｔ４から取り込んだ電圧Ｖ２の値をもとに、雰囲気温度を求めることができる。感ガス部２０は温湿度の影響を受けてその電気抵抗が変化するため、信号処理回路１０は、サーミスタ２３を用いて検出した雰囲気温度をもとに、感ガス部２０の電気抵抗を補正する。

【0031】

ところで、上述の感ガス部２０は適宜の手法で作製される。例えば感ガス部２０に含まれる酸化物半導体がＳｎＯ_２である場合、適宜の手法で調製されたＳｎＯ_２の粉末が用いられる。例えばＳｎＣｌ_４の水溶液をＮＨ_４で加水分解してスズ酸ゾルを調製する。このスズ酸ゾルを風乾した後、例えば５５０〜７００℃の空気雰囲気中で０．５〜３時間焼成する。この焼成により得られたＳｎＯ_２の塊状物が粉砕されると、ＳｎＯ_２の粉末が得られる。粉末状のＳｎＯ_２にパラジウム（Ｐｄ）を担持させるためには、ＳｎＯ_２の粉末にＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃の空気雰囲気中で１時間焼成する。Ｐｄの担持量は例えばＳｎＯ_２に対して１．７質量％とすることができる。またＰｄに加えて、タングステン（Ｗ）をＳｎＯ_２に対して５質量％担持させても良い。またＰｄ及びＷに加えて、ＳｎＯ_２に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）の内の１つ又は複数を、ＳｎＯ_２に対して０．５質量％程度担持させても良い。骨材が使用される場合は、ＳｎＯ_２の粉末とアルミナ（α−アルミナ）等の骨材の粉末とを混合する。この混合物に、ポリエチレングリコール、グリセリン、テルピネオール等の有機溶剤が加えられると、ペースト状の混合物が調製される。このペースト状の混合物が、リード端子３３ａ〜３３ｃに支持されたヒータ２１及び中心電極２２の周囲に塗布され、例えば５００℃の空気雰囲気中で１時間焼成されると、感ガス部２０が形成される。

【0032】

尚、感ガス部２０は平板状、球状（楕円球状を含む）等の適宜の形状に形成でき、また感ガス部２０の寸法も適宜設計される。本実施形態では、図２に示すように感ガス部２０は長手方向の径が略０．５ｍｍ、短手方向の径が略０．３ｍｍの楕円球状に形成されている。感ガス部２０が球状に形成されると、感ガス部２０が平板状や円筒状に形成される場合と比べて感ガス部２０の小型化が可能であり、その結果、感ガス部２０の熱容量を低減することができる。また本実施形態では、球状の感ガス部２０にヒータ２１と中心電極２２とを埋設し、ヒータ２１により感ガス部２０を直接加熱するガスセンサを例に説明したが、上記の構造のガスセンサに限定されるものではなく、アルミナなどの絶縁基板上に感ガス部を配置し、絶縁基板の裏面に配置したヒータで感ガス部を間接加熱するガスセンサでもよい。

【0033】

本実施形態のガス検出装置は、以上のような構成を有しており、その動作について以下に説明する。

【0034】

信号処理回路１０に定電圧回路１１から電源が供給されると、信号処理回路１０は、初期化動作を行った後、検出対象ガスである燃焼ガスの検出を開始する。

【0035】

信号処理回路１０は、出力端子Ｔ１から出力するパルス信号のデューティ比を制御することによってヒータ２１の発熱を制御し、検出対象ガスに対して感度を有するような温度領域であって、より好ましくは検出対象ガスに対する感度が他のガスに対する感度よりも高くなる温度範囲に感ガス部２０の温度を制御し、検出対象ガスの検出動作を開始する。

【0036】

ここで、図４のフローチャートを参照して、信号処理回路１０による検出対象ガスの検出動作を説明する。信号処理回路１０は所定の検出周期のカウントを行い、検出周期が経過する毎に（ステップＳ１のＹｅｓ）、出力端子Ｔ２から一定電圧を出力して、この時の電圧Ｖ１を入力端子Ｔ３から取り込むとともに、入力端子Ｔ４から電圧Ｖ２を取り込む（ステップＳ２）。

【0037】

信号処理回路１０は、サーミスタ２３の抵抗値に比例した電圧Ｖ２を用いて電圧Ｖ１の温度補正を行い（ステップＳ３）、温度補正後の電圧Ｖ１をもとに感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを求め、抵抗値Ｒｓと所定の警報判定レベルＬＶ１との高低を比較する（ステップＳ４）。

【0038】

ここで、抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１よりも高ければ（ステップＳ４のＮｏ）、信号処理回路１０は、ガス濃度が警報レベルを下回っていると判断し、ステップＳ１に戻って上記の処理を繰り返す。

【0039】

一方、抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１よりも低ければ（ステップＳ４のＹｅｓ）、信号処理回路１０は、ガス濃度が警報レベルを超えたと判断して、報知回路１２からガス警報を出力させる（ステップＳ５）。信号処理回路１０は、ガス濃度が警報レベルを超えたと判断すると、抵抗値Ｒｓ（電気的特性値）の変化率が所定の閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ６）。本実施形態では、電気的特性値として感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを検出しており、ガス濃度が高濃度側に変化するにつれて、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓは小さくなる。したがって、信号処理回路１０は、抵抗値Ｒｓの変化率が所定の閾値を下向きに超えるか否かを判定することで、高濃度ガスが感ガス部２０に吹き掛けられたか否かを判定する。本実施形態の信号処理回路１０は、４秒間の抵抗値Ｒｓの移動平均値Ｒｓ０を逐次算出しており、今回求めた感ガス部２０の抵抗値Ｒｓと、所定時間前（例えば１秒前）に求めた移動平均値Ｒｓ０との比率（Ｒｓ／Ｒｓ０）を変化率として求め、この変化率が閾値を下向きに超えると（ステップＳ６のＹｅｓ）、高濃度ガスが吹き掛けられたと判断する。尚、高濃度ガスが感ガス部２０に吹き掛けられた場合には、抵抗値Ｒｓの変化率が閾値を下回り（下向きに超え）、それ以外の場合には抵抗値Ｒｓの変化率が閾値を下回らないように、閾値の値が設定されている。

【0040】

ステップＳ６の判定で抵抗値Ｒｓの変化率が閾値を下回っていなければ（ステップＳ６のＮｏ）、信号処理回路１０は、高濃度ガスが吹き掛けられていないと判断し、ステップＳ１に戻って、上記の処理を繰り返す。

【0041】

ステップＳ６の判定で抵抗値Ｒｓの変化率が閾値を下回っていると（ステップＳ６のＹｅｓ）、信号処理回路１０は、高濃度ガスに晒されることによって抵抗値Ｒｓが大きく変動したと判断し、出力端子Ｔ１からのパルス信号の出力を停止して、ヒータ２１による感ガス部２０の加熱を停止させる（ステップＳ７）。このように、信号処理回路１０は、抵抗値Ｒｓ（電気的特性値）が高濃度側に変化する場合に抵抗値Ｒｓの変化率が所定の閾値を超え、且つ、抵抗値Ｒｓが所定の停止判定レベル（本実施形態では警報判定レベルＬＶ１と同じ）よりも高濃度側であれば、ヒータ２１（加熱部）による感ガス部２０の加熱を停止させている。

【0042】

その後、信号処理回路１０は、加熱停止時からの経過時間をカウントし、加熱停止時から所定時間（例えば１５秒）が経過すると（ステップＳ８のＹｅｓ）、出力端子Ｔ１からパルス信号を出力して、ヒータ２１による加熱を再開させる（ステップＳ９）。そして、加熱を再開してから一定時間（感ガス部２０の抵抗値が安定するのに必要な時間、例えば５秒間）が経過した時点で、信号処理回路１０は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを検出し、この抵抗値Ｒｓと所定の再加熱判定レベルＬＶ２との高低を比較する（ステップＳ１０）。ここで、抵抗値Ｒｓが再加熱判定レベルＬＶ２以下であれば（ステップＳ１０のＮｏ）、信号処理回路１０は、高濃度ガスの影響が残っていると判断し、ステップＳ７に戻って、上記の処理を繰り返す。一方、抵抗値Ｒｓが再加熱判定レベルＬＶ２よりも大きければ（ステップＳ１０のＹｅｓ）、信号処理回路１０は、高濃度ガスが拡散してその影響が十分に低下したと判断し、ステップＳ１に戻って通常の検出動作を再開する。尚、本実施形態では再加熱判定レベルＬＶ２を、停止判定レベルとなる警報判定レベルＬＶ１よりも大きい値（すなわち低濃度側）に設定しているが、再加熱判定レベルＬＶ２を停止判定レベルや警報判定レベルＬＶ１と同じ値にしてもよい。また停止判定レベルを、警報判定レベルＬＶ１と同じ値に設定しているが、停止判定レベルを、警報判定レベルＬＶ１と異なる値に設定してもよい。

【0043】

次に、本実施形態のガス検出装置の動作を図５及び図６のタイムチャートにしたがって説明する。図５は通常動作時の波形を示し、図５（ａ）は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを、図５（ｂ）は報知出力をそれぞれ示す。検出対象ガスのガス濃度が変化するにつれて、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが変化しており、時刻ｔ１において抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１を下回ると、信号処理回路１０は、ガス濃度が警報レベルを超えたと判断し、報知回路１２により報知動作を行わせる。その後、検出対象ガスのガス濃度が低下し、時刻ｔ２において抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１よりも大きくなると、信号処理回路１０は、ガス濃度が警報レベルを下回ったと判断し、報知回路１２による報知動作を停止させる。

【0044】

図６は高濃度ガスが感ガス部２０に吹き掛けられた場合の波形を示し、図６（ａ）は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを、図６（ｂ）はヒータ２１に印加されるヒータ電圧を、図６（ｃ）は報知回路１２の報知出力をそれぞれ示している。

【0045】

清浄雰囲気中に置かれた感ガス部２０に、時刻ｔ１１において高濃度ガスが吹き掛けられると、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓは急激に低下する。信号処理回路１０は上記のガス検出処理を定期的に繰り返しており、高濃度ガスの吹き掛けによって抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１を下回ると、報知回路１２からガス警報を出力させる。また信号処理回路１０は、抵抗値Ｒｓが警報判定レベルＬＶ１を下回った場合（すなわちガス濃度が警報レベルを超えた場合）、抵抗値Ｒｓの変化率と所定の閾値との高低を比較する。高濃度ガスが吹き掛けられた場合は抵抗値Ｒｓの変化率が閾値を下向きに超えるので、信号処理回路１０は、抵抗値Ｒｓの変化率と閾値との高低を比較した結果に基づいて、高濃度ガスが吹き掛けられたと判断し、ヒータ２１による感ガス部２０の加熱を停止する。

【0046】

信号処理回路１０は、加熱を停止した時刻ｔ１１から所定時間Ｗ１（例えば１５秒）が経過した時刻ｔ１２において、出力端子Ｔ１からパルス信号を出力し、ヒータ２１による加熱を一定時間行わせる。そして、加熱開始から所定時間Ｗ２（例えば５秒）が経過した時刻ｔ１３において信号処理回路１０は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを求め、この時の抵抗値Ｒｓと再加熱判定レベルＬＶ２との高低を比較する。時刻ｔ１３では感ガス部２０に吹き掛けた高濃度ガスの影響が残っており、抵抗値Ｒｓは再加熱判定レベルＬＶ２よりも低いため、信号処理回路１０は、高濃度ガスが感ガス部２０の周囲に残っていると判断して、ヒータ２１を停止させる。

【0047】

その後も、信号処理回路１０は、加熱停止時（時刻ｔ１３）からの経過時間をカウントしており、時刻ｔ１３から所定時間Ｗ１が経過した時刻ｔ１４において、出力端子Ｔ１からパルス信号を出力し、ヒータ２１による加熱を一定時間行わせる。そして、加熱開始から所定時間Ｗ２（例えば５秒）が経過した時刻ｔ１５において、信号処理回路１０は感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを求め、この時の抵抗値Ｒｓと再加熱判定レベルＬＶ２との高低を比較する。時刻ｔ１５では高濃度ガスの影響が低下し、抵抗値Ｒｓが再加熱判定レベルＬＶ２よりも大きくなっているので、信号処理回路１０は、高濃度ガスが拡散したと判断し、報知回路１２によるガス警報を停止させるとともに、ヒータ２１の加熱を継続し、通常のガス検出動作に復帰する。

【0048】

以上のように、加熱制御部たる信号処理回路１０は、感ガス部２０の電気的特性値（例えば抵抗値Ｒｓ）が高濃度側に変化する場合に電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、ヒータ２１（加熱部）による感ガス部２０の加熱を停止させている。高濃度ガス（例えば検出対象ガスやライターガスなどの代替ガス）が周囲に存在している状態で感ガス部２０の加熱が継続されていると、接触燃焼による高温経験や還元反応によって感ガス部２０がダメージを受ける可能性があるが、信号処理回路１０は、感ガス部２０の電気的特性値が高濃度側に変化する場合に電気的特性値の変化率が所定の閾値を超えると、ヒータ２１による感ガス部２０の加熱を停止させているので、感ガス部２０の劣化を抑制して、ガス検知性能の劣化を低減することができる。尚、本実施形態では感ガス部２０として半導体式ガスセンサを用いた場合を例に説明したが、接触燃焼式のガスセンサを用いた場合でも同様の効果が得られる。

【0049】

また、加熱制御部たる信号処理回路１０は、感ガス部２０の加熱を停止させた状態で所定時間が経過する毎に感ガス部２０を一定期間加熱し、この加熱期間における電気的特性値（抵抗値Ｒｓ）が所定の再加熱判定レベルＬＶ２よりも低濃度側になると、感ガス部２０の加熱を再開している。

【0050】

これにより、検出対象ガスの濃度が低下した状態で感ガス部２０の加熱を再開して、検出対象ガスの検出動作を開始することができる。

【0051】

また、加熱制御部たる信号処理回路１０は、感ガス部２０の電気的特性値（例えば抵抗値Ｒｓ）が高濃度側に変化する場合に電気的特性値の変化率が所定の閾値を超え、且つ、電気的特性値が所定の停止判定レベル（本実施形態では警報判定レベルＬＶ１と同じ値を使用）よりも高濃度側になると、加熱部（ヒータ２１）による感ガス部２０の加熱を停止させている。

【0052】

これにより、信号処理回路１０は、高濃度ガスが存在する場合、ヒータ２１による感ガス部２０の加熱を確実に停止できるので、高濃度ガスに晒されることによって感ガス部２０の劣化が進むのを抑制できる。尚、本実施形態では停止判定レベルを警報判定レベルＬＶ１と同じ値にしているが、停止判定レベルは警報判定レベルＬＶ１と異なる値に設定されていてもよい。

【0053】

なお、本実施形態では感ガス部２０に半導体式ガスセンサを用いている。接触燃焼式のガスセンサの場合、白金コイルで触媒を加熱し、触媒でガスを接触燃焼させたときの温度上昇を白金コイルの抵抗値変化から検出するため、ガス検出のためには白金コイルに通電する必要があり、消費電力が大きくなる。それに対して、本実施形態では感ガス部２０に半導体式ガスセンサを用いており、検出対象ガスの種類によっては（例えば一酸化炭素や水素などでは）、加熱停止中でも感ガス部２０が検知対象ガスに対して感度を有しているので、感ガス部２０と負荷抵抗Ｒ１との直列回路に検出電圧を印加するだけで、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓからガスの存否を検出することが可能である。そこで、信号処理回路１０は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、感ガス部２０の加熱停止中に、出力端子Ｔ２から例えば３０秒間隔で約１ｍ秒間、一定電圧を出力することによって、負荷抵抗Ｒ１の他端とヒータ２１との間に電圧を印加し、この状態で中心電極２２に発生する電圧をもとに感ガス部２０の電気的特性値を検出する。そして、加熱制御部たる信号処理回路１０は、感ガス部２０の電気的特性値が所定の再加熱判定レベルよりも低濃度側であれば、感ガス部２０の加熱を再開する。

【0054】

このように本実施形態では感ガス部２０に半導体式ガスセンサを用いているので、ヒータ２１に通電していない状態でも、感ガス部２０と負荷抵抗Ｒ１との直列回路に一定電圧を印加することによって、感ガス部２０の抵抗値を検出して、ガスの存否を判断できる。よって、ヒータ２１への通電を停止した状態で高濃度ガスの影響が低下したか否かを判断でき、感ガス部２０の電気的特性値を検出するために、一時的にでもヒータ２１に通電する必要が無いから、省電力が図られるとともに、感ガス部２０が劣化する可能性をさらに低減できる。

【0055】

ところで、上述の実施形態では、感ガス部２０の電気的特性値（抵抗値Ｒｓ）と所定のガス判定レベル（警報判定レベルＬＶ１）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が、空気の汚れ度合いを検出するガス検出装置や、匂いガスを検出するガス検出装置には、基準レベルに対する電気的特性値（例えば抵抗値Ｒｓ）の比率と、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するものもある。ここにおいて、基準レベルに対する電気的特性値の比率と所定のガス判定レベルとの高低を比較する判定方法を相対値判定といい、電気的特性値と所定のガス判定レベルとの高低を比較する判定方法を絶対値判定という。

【0056】

そして、相対値判定により検出対象ガスの存否を判定する場合に、電気的特性値の基準レベルを一定値としてもよいが、温湿度の変化や風があたることによって発生する電気的特性値の変化にあわせて基準レベルを更新することも好ましい。

【0057】

以下に、信号処理回路１０が、電気的特性値（例えば抵抗値Ｒｓ）の基準レベルＲ０を、周囲の環境変化に応じて更新する動作について図８を参照して説明する。尚、図８中の実線ａは感ガス部２０の抵抗値Ｒｓ、図８中の点線ｂは基準レベルＲ０をそれぞれ示している。

【0058】

信号処理回路１０は、検出対象ガスが存在しないと判定されている状態で抵抗値Ｒｓの基準レベルＲ０を逐次更新する。すなわち、更新部たる信号処理回路１０は、所定の更新期間Ｄ１，Ｄ２…が経過する毎に直前の更新期間Ｄ（ｎ−１）において感ガス部２０の電気的特性値が最も低濃度側に変化した時の値を現在の更新期間Ｄ（ｎ）における基準レベルＲ０として設定し、且つ、現在の更新期間Ｄ（ｎ）内で電気的特性値が現在の基準レベルＲ０よりも低濃度側に変化した場合は、その時の電気的特性値を新たな基準レベルＲ０して即座に更新する。尚、（ｎ−１）番目（ｎは２以上の整数）の更新期間をＤ（ｎ−１）と表記している。

【0059】

図８（ａ）の更新期間Ｄ１では感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが漸増傾向（低濃度側に変化する傾向）にあり、この期間内では感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが基準レベルＲ０よりも低濃度側に常に変化するので、更新部たる信号処理回路１０は、感ガス部２０の抵抗値Ｒｓを演算により求める毎に、この抵抗値Ｒｓを新たな基準レベルＲ０として即座に更新する。

【0060】

一方、更新期間Ｄ４〜Ｄ７では、現在の更新期間における感ガス部２０の抵抗値Ｒｓが、直前の更新期間における抵抗値Ｒｓの最大値よりも高濃度側に変化しているので、更新部たる信号処理回路１０は、直前の更新期間における抵抗値Ｒｓの最大値を、現在の更新期間における基準レベルＲ０として設定する。

【0061】

信号処理回路１０は、上述のようにして更新した基準レベルＲ０に対する感ガス部２０の抵抗値Ｒｓの比率を求め、この比率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。尚、図８の例では、基準レベルＲ０に対する感ガス部２０の抵抗値Ｒｓの比率がガス判定レベルを常に上回っているので、信号処理回路１０は、検出対象ガスが存在しないと判定する。更新部としての信号処理回路１０は、検出対象ガスが存在すると判定した場合、基準レベルＲ０の更新処理を停止しており、検出対象ガスが存在すると判定した状態で基準レベルＲ０が更新されることによって、検出対象ガスの存否を判定した結果が変更されるのを防止できる。

【0062】

以上のように、検出部たる信号処理回路１０は、基準レベルに対する電気的特性値（例えば抵抗値Ｒｓ）の比率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。更新部たる信号処理回路１０は、検出対象ガスが存在しないと判定されている状態で基準レベルを更新する処理を行う。そして、更新部たる信号処理回路１０は、所定の更新期間が経過する毎に直前の更新期間において電気的特性値が最も低濃度側に変化した時の値を現在の更新期間における基準レベルとして設定し、且つ、更新期間内で電気的特性値が基準レベルよりも低濃度側に変化した場合は、その時の電気的特性値を新たな基準レベルとして即座に更新する。

【0063】

このように、検出対象ガスの存否を判定するために用いられる基準レベルを、直前の更新期間における電気的特性値や現在の更新期間における電気的特性値をもとに更新しているので、温湿度の変化や風があたることによって発生する電気的特性値の変化にあわせて基準レベルを更新することができ、検出対象ガスの誤検知が発生しにくくなる。

【符号の説明】

【0064】

１０ 信号処理回路（検出部、加熱制御部、更新部）
２０ 感ガス部
２１ ヒータ（加熱部）
２２ 中心電極（検出部）
Ｒ１ 負荷抵抗（検出部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】