特許 6363553 流体状態検出装置

(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】6363553

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】流体状態検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20180712BHJP

   G01N 27/04 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/18

   G01N27/04 Q

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-79442(P2015-79442)

(22)【出願日】2015年4月8日

(65)【公開番号】特開2016-200456(P2016-200456A)

(43)【公開日】2016年12月1日

【審査請求日】2017年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山下 雅広

(72)【発明者】

【氏名】北野谷 昇治

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 昌哉

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−４１０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６２２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４４６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０８６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９８０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５８０４７０３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／５６−１／９０

Ｇ０１Ｎ ２５／００−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出雰囲気内に配置されて、検出対象の流体状態に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体と第１抵抗部とが直列に接続された第１辺と、第２抵抗部と第３抵抗部とが直列に接続された第２辺と、が並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
電源装置から前記ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御するブリッジ制御部と、
前記発熱抵抗体の抵抗値を用いて前記被検出雰囲気内における前記流体状態を演算する演算部と、
を備える流体状態検出装置であって、
前記ブリッジ制御部は、
出力端子および２つの入力端子を有する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力に従って、前記演算増幅器の２つの入力端子間の電位差がゼロとなるように前記ホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する通電制御部と、を備え、
前記ホイートストンブリッジ回路は、
前記第１辺と前記第２辺との接続点のうちの一方が、前記ブリッジ制御部による印加電圧の低電位側に接続される基準点となり、
前記第１辺と前記第２辺との接続点のうちの他方が、前記ブリッジ制御部による前記印加電圧の高電位側に接続される高電位点となり、
前記第１抵抗部と前記発熱抵抗体との接続点が前記演算増幅器の一方の入力端子に接続される第１電位点となり、前記第２抵抗部と前記第３抵抗部との接続点が前記演算増幅器の他方の入力点に接続される第２電位点となるよう構成され、
前記高電位点の電位と予め定められた電圧上限判定値との比較結果、および、前記第１電位点の電位から前記第２電位点の電位を差し引いた差分値と予め定められた故障判定値との比較結果に基づいて、前記高電位点の電位が前記電圧上限判定値以上であり、かつ、前記差分値が前記故障判定値以上である場合に、前記ホイートストンブリッジ回路が前記電源装置への短絡故障状態であると判定する故障判定部を備える、
流体状態検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の流体状態検出装置であって、
前記演算部は、前記流体状態として、水素ガス濃度を演算する、
流体状態検出装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の流体状態検出装置であって、
前記電源装置を一体に備える、
流体状態検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検出雰囲気内における流体状態を検出する流体状態検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被検出雰囲気内における流体状態（ガス濃度、ガス流量、液体流量、温度など）を検出する流体状態検出装置がある。
被検出雰囲気内における流体状態を検出する流体状態検出装置としては、検出対象の流体状態に応じて抵抗値が変化する発熱抵抗体を備えたものが知られている。この流体状態検出装置は、例えば、発熱抵抗体から検出対象流体に奪われる熱量を測定することにより、検出対象流体の熱伝導率の変化を算出して流体状態（例えば、水素濃度など）を求めることができる。

【0003】

そして、発熱抵抗体から検出対象流体に奪われる熱量を測定するにあたり、発熱抵抗体を４個の抵抗部の１つとして備えるホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路ともいう）を用いる構成の流体状態検出装置が知られている。

【0004】

このようなブリッジ回路を用いる構成の流体状態検出装置においては、演算増幅器の反転入力端子とブリッジ回路との間のオープン故障や、演算増幅器の出力端子のオープン故障が発生することがある。

【0005】

これに対して、上記オープン故障発生時における演算増幅器の出力値が、正常時における演算増幅器の出力範囲を逸脱するように、ブリッジ回路を構成する抵抗部の抵抗値を適宜設定することで、オープン故障を検出するように構成された流体状態検出装置が提案されている（特許文献１）。

【0006】

なお、近年、環境保護や自然保護などの社会的要求から、高い効率を有し、かつ、環境への負荷が少ないエネルギー源として、燃料電池の研究が活発に行われている。燃料電池の中で、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が、作動温度が低く出力密度が高いなどの利点により、家庭用のエネルギー源、または、車載用のエネルギー源として着目されている。固体高分子型燃料電池は、他の燃料と比較して漏れが発生しやすい水素を燃料として用いている。そのため、固体高分子型燃料電池を実用化するためには、水素漏れを検出する流体状態検出装置が必要になると考えられている。

【0007】

また、固体高分子型燃料電池と同様に、水素を燃料とした環境への負荷が少ないエネルギー源として、水素内燃機関の研究も活発に行われている。水素内燃機関についても、実用化するためには、水素漏れを検出する流体状態検出装置が必要になると考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２−１９８０９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、上述の流体状態検出装置においては、ブリッジ回路における電源装置への短絡故障が発生した場合（例えば、電源装置からブリッジ回路への通電電流を制御する通電制御部で短絡故障が生じた場合）、その短絡故障の検出が困難である。

【0010】

つまり、ブリッジ回路における電源装置への短絡故障発生時における演算増幅器の出力値は、正常時における演算増幅器の出力範囲に含まれるため、上述のようなブリッジ回路を構成する抵抗部の抵抗値を適宜設定する手法では、故障を検出することが難しい。

【0011】

例えば、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる場合には、演算増幅器によるフィードバック制御により通電制御部からブリッジ回路への通電電流が最大値（または、印加電圧が最大値）に制御される。これは、流体状態の検出結果による制御状態であり、流体状態検出装置としては、正常な制御状態である。

【0012】

他方、通電制御部（例えば、トランジスタ）が短絡故障状態になり、ブリッジ回路が電源装置への短絡故障状態になると、電源装置からブリッジ回路への通電電流を制御できず、ブリッジ回路への通電電流が最大値（または、印加電圧が最大値）となる。これは、通電制御部の短絡故障に起因しており、流体状態検出装置としては異常状態（故障状態）になる。

【0013】

このように、発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる正常状態と、通電制御部の短絡故障状態（換言すれば、ブリッジ回路における電源装置への短絡故障状態）とは、いずれもブリッジ回路への通電電流が最大値（または、印加電圧が最大値）となり、演算増幅器の出力値が同等の値となるため、演算増幅器の出力値に基づいて両者を識別することは困難である。

【0014】

本発明は、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障が生じた場合に、その短絡故障を検出できる流体状態検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の１つの局面における流体状態検出装置は、発熱抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、ブリッジ制御部と、演算部と、を備える。ブリッジ制御部は、演算増幅器と、通電制御部と、を備えている。さらに、流体状態検出装置は、故障判定部を備えている。

【0016】

発熱抵抗体は、被検出雰囲気内に配置されて、検出対象の流体状態に応じて抵抗値が変化する抵抗体である。ホイートストンブリッジ回路は、発熱抵抗体と第１抵抗部とが直列に接続された第１辺と、第２抵抗部と第３抵抗部とが直列に接続された第２辺と、が並列に接続されて構成されている。ブリッジ制御部は、電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する。演算部は、発熱抵抗体の抵抗値を用いて被検出雰囲気内における流体状態を演算する。

【0017】

演算増幅器は、出力端子および２つの入力端子を有する。通電制御部は、演算増幅器の出力に従って、演算増幅器の２つの入力端子間の電位差がゼロとなるようにホイートストンブリッジ回路への通電状態を制御する。

【0018】

ホイートストンブリッジ回路は、第１辺と第２辺との接続点のうちの一方が、ブリッジ制御部による印加電圧の低電位側に接続される基準点となり、第１辺と第２辺との接続点のうちの他方が、ブリッジ制御部による印加電圧の高電位側に接続される高電位点となるよう構成されている。また、ホイートストンブリッジ回路は、第１抵抗部と発熱抵抗体との接続点が演算増幅器の一方の入力端子に接続される第１電位点となり、第２抵抗部と第３抵抗部との接続点が演算増幅器の他方の入力点に接続される第２電位点となるよう構成されている。

【0019】

演算部は、少なくとも第１電位点の電位に基づき検出される発熱抵抗体の両端電圧を用いて、被検出雰囲気内における流体状態を演算してもよい。なお、発熱抵抗体の両端電圧は、発熱抵抗体の抵抗値に応じて変化するため、発熱抵抗体の抵抗値に相当する状態量として利用できる。

【0020】

故障判定部は、高電位点の電位と予め定められた電圧上限判定値との比較結果、および、第１電位点の電位から第２電位点の電位を差し引いた差分値と予め定められた故障判定値との比較結果に基づいて、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障（例えば、通電制御部の故障など）を判定するように構成されている。詳細には、故障判定部は、高電位点の電位が電圧上限判定値以上であり、かつ、差分値が故障判定値以上である場合に、ホイートストンブリッジ回路が電源装置への短絡故障状態であると判定する。

【0021】

なお、電圧上限判定値は、ブリッジ制御部による制御状態が、電源装置からホイートストンブリッジ回路へ最大電流値の電流を通電する状態（あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態）である場合に、高電位点に生じる電位（最大通電時電位）に基づいて、値が決定される。例えば、電圧上限判定値には、最大通電時電位と同じ値、あるいは最大通電時電位よりもわずかに小さい値などが予め設定されている。

【0022】

また、故障判定値は、ホイートストンブリッジ回路が電源装置への短絡故障状態であるときに差分値が示す値と、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となるときに差分値が示す値と、で挟まれる数値範囲内のうち、任意の値が予め設定されている。

【0023】

流体状態検出装置において、ホイートストンブリッジ回路が電源装置への短絡故障状態である場合には、ホイートストンブリッジ回路に対して電源装置の出力電圧が直接印加される状態となる。そして、発熱抵抗体に対するこのような電圧印加状態が継続すると、発熱抵抗体の温度が上昇するとともに発熱抵抗体の抵抗値が上昇して、発熱抵抗体の両端電圧が上昇する。なお、ホイートストンブリッジ回路の基準抵抗として備えられる第１抵抗部、第２抵抗部および第３抵抗部は、発熱抵抗体に比べて、温度変化に対する抵抗値変化量が小さい。このため、発熱抵抗体の両端電圧が上昇すると、第１電位点が第２電位点よりも高電位となる傾向が強くなる。

【0024】

他方、流体状態検出装置において、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる状態が継続すると、ブリッジ制御部は、発熱抵抗体の抵抗値を上昇させるために、電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電状態を、最大電流値の電流を通電する状態（あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態）に制御する。このとき、発熱抵抗体の抵抗値は、検出対象の流体状態によって低下するため、発熱抵抗体の両端電圧は低下する。このように発熱抵抗体の両端電圧が低下することにより、第１電位点が第２電位点よりも低電位となる傾向が強くなる。

【0025】

このことから、第１電位点の電位から第２電位点の電位を差し引いた差分値は、「ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障状態」と「検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる状態」とで、それぞれ異なる値を示す。このため、故障判定値を上述のように設定した上で、差分値と故障判定値との比較結果を用いることで、「ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障状態」と「検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる状態」とを識別することが可能となる。

【0026】

なお、第１電位点の電位から第２電位点の電位を差し引いた差分値は、通電制御部が正常状態の場合にも値が変動することから、差分値に加えて、高電位点の電位も用いて判定することで、通電制御部の短絡故障状態であるか否かを判定することができる。

【0027】

これらのことから、「高電位点の電位が電圧上限判定値以上であり、かつ、差分値が故障判定値以上である場合」には、ホイートストンブリッジ回路が電源装置への短絡故障状態であると判定できる。また、「高電位点の電位が電圧上限判定値以上であり、かつ、差分値が故障判定値以上ではない場合」には、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低い値となる状態であると判定できる。

【0028】

このため、流体状態検出装置は、上述の故障判定部を備えることで、ホイートストンブリッジ回における電源装置への短絡故障状態であるか、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低下した状態であるかを、識別することができる。

【0029】

よって、この流体状態検出装置によれば、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障が生じた場合に、その短絡故障を検出できる。
なお、流体状態検出装置は、故障判定部において、高電位点の電位が電圧上限判定値よりも小さいと判定されるか、または、差分値が故障判定値よりも小さいと判定される場合には、演算部による流体状態の演算を実行することで、流体状態を検出できる。

【0030】

また、故障判定部において、高電位点の電位が電圧上限判定値以下と判定され、かつ、差分値が故障判定値よりも小さいと判定される場合には、検出対象の流体状態によって発熱抵抗体の抵抗値が低下した状態であると判定するとともに、さらに、演算部にて、被検出雰囲気内における流体状態を演算して流体状態を検出してもよい。

【0031】

次に、上述の流体状態検出装置においては、演算部は、流体状態として水素ガス濃度を演算してもよい。
検出対象である水素ガス濃度が高濃度になる状態は、発熱抵抗体の抵抗値を低下させる状態であり、この状態が継続すると、ブリッジ制御部は、発熱抵抗体の抵抗値を上昇させるために、電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電状態を、最大電流値の電流を通電する状態（あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態）に制御する。

【0032】

このため、流体状態検出装置は、上述の故障判定部を備えることで、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障状態であるか、検出対象である水素ガス濃度が高濃度状態であるかを、識別することができる。

【0033】

よって、この流体状態検出装置によれば、水素ガス濃度を検出する用途において、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障が生じた場合に、その短絡故障を検出できる。

【0034】

なお、故障判定部において、高電位点の電位が電圧上限判定値以下と判定され、かつ、差分値が故障判定値よりも小さいと判定される場合には、水素濃度が高濃度状態であると判定するとともに、さらに、演算部にて、被検出雰囲気内における水素濃度を演算して水素濃度を検出してもよい。

【0035】

次に、上述の流体状態検出装置においては、電源装置を一体に備えてもよい。
流体状態検出装置における電源装置との接続形態としては、例えば、外部に設けられた電源装置に接続される形態や、一体に備えられる電源装置に接続される形態などが挙げられる。このうち、電源装置を一体に備える構成の流体状態検出装置は、ホイートストンブリッジ回路と電源装置とがブリッジ制御部（通電制御部）を介して常に接続されているため、接続状態を点検することが難しく、短絡異常の発見が困難となる可能性がある。

【0036】

このような構成の流体状態検出装置に対して、上述の故障判定部を用いてホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障を判定することで、ホイートストンブリッジ回路における電源装置への短絡故障が生じた場合に、その短絡故障を検出することが可能となる。

【発明の効果】

【0037】

本発明の流体状態検出装置によれば、ホイートストンブリッジ回路への通電電流を制御する通電制御部に短絡故障が生じた場合に、その短絡故障を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】可燃性ガス検出装置の全体構成を説明する図である。

【図2】ガス検出素子の構成を説明する図である。

【図3】発熱抵抗体の端子間電圧の時間変化、および、発熱抵抗体の温度の時間変化を説明するグラフである。

【図4】ガス濃度演算処理の処理内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0040】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、被検出雰囲気に含まれる可燃性ガスである水素ガスの濃度を検出する可燃性ガス検出装置１について説明する。

【0041】

可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出器であり、例えば、燃料電池自動車の客室内に設置されて、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。可燃性ガス検出装置１は、検出したガス濃度を外部機器（例えば、エンジン制御装置など）に対して送信する。

【0042】

図１は、可燃性ガス検出装置１の全体構成を説明する図である。
可燃性ガス検出装置１は、水素ガス濃度を検出するガス検出素子１０と、ガス検出素子１０を制御する制御部２０と、ガス検出素子１０の出力信号に基づいて水素ガス濃度を演算する処理を少なくとも実行する演算部３０と、制御部２０および演算部３０に電力を供給する直流電源４０と、を主に備えている。

【0043】

なお、直流電源４０は、可燃性ガス検出装置１の各部に対して、駆動電圧Ｖｃｃ（５［Ｖ］）を供給する。
ガス検出素子１０は、図２（ａ）の平面視図、および、図２（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図に示すように、平板状に形成された基部１１と、基部１１の一方の面（以下、「表面」と表記する。）に配置された複数の電極１２と、他方の面（以下、「裏面」と表記する。）に形成された凹部１３と、を主に備えている。

【0044】

基部１１は、ガス検出素子１０の本体を構成するものであり、シリコンを主体とする矩形状の板部材である。基部１１は、縦横ともに数ｍｍ程度の大きさ（本実施形態では、３ｍｍ×３ｍｍ程度の大きさ）に形成された矩形状の板部材である。基部１１に対して複数の電極や凹部１３などを形成する技術としては、シリコン基板に対して行われるマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）などを例示することができる。

【0045】

基部１１は、シリコンを主体に形成されたシリコン基板１１１と、シリコン基板１１１の表面に形成された絶縁層１１２と、を備えて構成されている。シリコン基板１１１の中央には、平面視においてシリコン基板１１１をほぼ正方形に除去した凹部１３が形成されている。シリコン基板１１１の裏面においては、凹部１３を介して絶縁層１１２が露出している。言い換えると、基部１１は、シリコン基板１１１を枠体とし、絶縁層１１２を薄膜とするダイヤフラム構造で形成されている。

【0046】

絶縁層１１２のうち凹部１３に対応する領域には、線状の発熱抵抗体１５が渦巻き状に埋設されている。また、絶縁層１１２のうち周縁部のうち図２（ａ）の上側領域には、被検出雰囲気の温度を測定する測温抵抗体１６が埋設されている。

【0047】

基部１１は、上述のような凹部１３を備えて、発熱抵抗体１５が設けられる絶縁層１１２の下方を空間部とすることにより、発熱抵抗体１５が周囲（シリコン基板１１１など）と熱的に絶縁され、昇温、降温を短時間で行うことができ、発熱抵抗体１５の消費電力を低減することができる。

【0048】

なお、絶縁層１１２は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されていてもよい。また、絶縁層１１２を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）や窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を挙げることができる。

【0049】

発熱抵抗体１５は、自身の温度変化により抵抗値が変化する材料であって、温度抵抗係数が大きな導電性材料で形成されている。測温抵抗体１６は、電気抵抗が温度に比例して変化する導電性材料で形成されており、本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大する導電性材料で形成されている。

【0050】

発熱抵抗体１５および測温抵抗体１６は、同じ材料で形成されていてもよく、本実施形態では発熱抵抗体１５および測温抵抗体１６が白金（Ｐｔ）で形成されている。
測温抵抗体１６は、一定電流の通電時において温度に応じた抵抗値が変化した場合には、自身の両端電圧（両端電位差）が変化する。そして、測温抵抗体１６の両端電圧を増幅した電圧は、後述する温度検出信号ＶＴとして出力される。この温度検出信号ＶＴは、ガス検出素子１０が晒される被検出雰囲気の温度が予め設定された基準温度の時に、所定の電位差である基準値となる。

【0051】

電極１２は、基部１１の表面のうち矩形の４つの頂点のそれぞれの近傍に形成された４個の電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）を用いて形成されている。電極１２のうち、図２（ａ）における下側の２つの頂点に配置された２つが第１電極１２１、第１接地電極１２２であり、図２（ａ）における上側の２つの頂点に配置された２つが第２電極１２３、第２接地電極１２４である。

【0052】

なお、第１電極１２１は、後述する通電制御回路２１の接続点Ｐ＋に接続され、第２電極１２３は、後述する温度調整回路２５の接続点Ｐ−に接続されている。第１接地電極１２２および第２接地電極１２４は、いずれも制御部２０と共通のグランドラインに接続されている。

【0053】

基部１１の内部（詳細には絶縁層１１２の内部）には、配線１７および配線膜１８が設けられている。配線１７および配線膜１８は、発熱抵抗体１５と、第１電極１２１および第１接地電極１２２と、を電気的に接続するものである。基部１１の表面に形成される第１電極１２１および第１接地電極１２２と、絶縁層１１２の内部に形成される配線膜１８とは、導電性を有するコンタクトホールによって電気的に接続されている。言い換えると、発熱抵抗体１５は、一端において第１電極１２１と導通可能に接続され、他端において第１接地電極１２２と導通可能に接続されている。

【0054】

なお、配線１７および配線膜１８を構成する材料としては、発熱抵抗体１５を構成する材料と同じ材料を用いることができる。
また、絶縁層１１２の内部には、測温抵抗体１６と、第２電極１２３および第２接地電極１２４と、を電気的に接続する配線膜（図示せず）も設けられている。言い換えると、測温抵抗体１６は、一端において第２電極１２３と導通可能に接続され、他端において第２接地電極１２４と導通可能に接続されている。

【0055】

なお、測温抵抗体１６と第２電極１２３とを電気的に接続する配線膜や、測温抵抗体１６と第２接地電極１２４とを電気的に接続する配線膜を構成する材料としては、測温抵抗体１６を構成する材料と同じ材料を用いることができる。

【0056】

［１−２．制御部］
図１に戻り、制御部２０には、通電制御回路２１と、温度調整回路２５と、が設けられている。

【0057】

通電制御回路２１は、発熱抵抗体１５への通電制御を行う。また、通電制御回路２１は、演算部３０に対して、各種信号（検出信号Ｖ１、ＴＯＰ電圧信号Ｖ２、中間電位信号Ｖ３）を出力する。検出信号Ｖ１は、発熱抵抗体１５の両端電圧（端子間電圧）に対応する信号であり、ＴＯＰ電圧信号Ｖ２は、第１ブリッジ固定抵抗２１１と第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部ＰＶの電位に対応する信号であり、中間電位信号Ｖ３は、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−の電位に対応する信号である。なお、検出信号Ｖ１は、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋の電位に対応する信号にも相当する。

【0058】

温度調整回路２５は、測温抵抗体１６への通電を行う。また、温度調整回路２５は、演算部３０に対して、被検出雰囲気の温度に係る温度検出信号ＶＴを出力する。
また、後述するように、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋と、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−とは、増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるフィードバック制御によって、それぞれの電位が同電位となるように制御されている。

【0059】

通電制御回路２１は、発熱抵抗体１５の温度を一定温度に保つ回路である。通電制御回路２１には、発熱抵抗体１５を含むホイートストンブリッジ回路であるブリッジ回路２１０と、ブリッジ回路２１０で検出される電位差を増幅する増幅回路２２０と、増幅回路２２０の出力に従ってブリッジ回路２１０に流れる電流を増減調整する電流調整回路２３０と、が設けられている。

【0060】

ブリッジ回路２１０は、発熱抵抗体１５と、第１ブリッジ固定抵抗２１１と、第２ブリッジ固定抵抗２１２と、抵抗値を切替可能な可変抵抗部２１３と、を備えるホイートストンブリッジ回路である。ブリッジ回路２１０は、発熱抵抗体１５と第１ブリッジ固定抵抗２１１とが直列に接続された第１辺と、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３とが直列に接続された第２辺と、が並列に接続されて構成されている。

【0061】

第１ブリッジ固定抵抗２１１は、発熱抵抗体１５と直列接続されている。発熱抵抗体１５の端部のうち、第１ブリッジ固定抵抗２１１との接続端部とは反対側の端部ＰＧは、グランドに接地されている。第１ブリッジ固定抵抗２１１の端部のうち、第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部ＰＶは、電流調整回路２３０（詳細には、定温度制御回路２３１）に接続されている。なお、発熱抵抗体１５の一端が基準点（グランド）に接続される場合には、発熱抵抗体１５の一端の電位は基準点の電位となることから、発熱抵抗体１５の他端（本実施形態では、接続点Ｐ＋）の電位は、発熱抵抗体１５の両端電圧に相当する。

【0062】

また、第２ブリッジ固定抵抗２１２は、可変抵抗部２１３と直列接続されている。可変抵抗部２１３の端部のうち、第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部とは反対側の端部ＰＧは、グランドに接地されている。第２ブリッジ固定抵抗２１２の端部のうち、第１ブリッジ固定抵抗２１１との接続端部ＰＶは、電流調整回路２３０（詳細には、定温度制御回路２３１）に接続されている。

【0063】

第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋は、第１固定抵抗２２２を介して演算増幅器２２１の非反転入力端子に接続されている。接続点Ｐ＋の電位は、検出信号Ｖ１として演算部３０に供給されている。また、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−は、第２固定抵抗２２３を介して演算増幅器２２１の反転入力端子に接続されている。接続点Ｐ−の電位は、中間電位信号Ｖ３として演算部３０に供給されている。

【0064】

可変抵抗部２１３は、自身の抵抗値を切り替え可能に構成されており、ブリッジ回路２１０のバランスを変化させるために備えられている。図１に示すように、可変抵抗部２１３は、第１固定抵抗２１４、第２固定抵抗２１５、切替スイッチ２１６を備えている。

【0065】

第１固定抵抗２１４および第２固定抵抗２１５は、互いに抵抗値の異なる抵抗素子で構成されている。切替スイッチ２１６は、第１固定抵抗２１４および第２固定抵抗２１５のうちいずれか一方を、第２ブリッジ固定抵抗２１２と発熱抵抗体１５との間に接続するための切替スイッチである。切替スイッチ２１６は、演算部３０から出力された切替信号ＣＧ１に従って切り替え動作を行う。

【0066】

なお、第１固定抵抗２１４は、発熱抵抗体１５が第１設定温度ＣＨ（高温側設定温度。例えば、４００℃。）となる抵抗値を有するものである。また、第２固定抵抗２１５は、発熱抵抗体１５が第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（低温側設定温度。例えば、３００℃。）となる抵抗値を有するものである。

【0067】

つまり、ブリッジ回路２１０は、可変抵抗部２１３の抵抗値を切り替えることで、発熱抵抗体１５の設定温度を、第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬのいずれかに切り替え可能に構成されている。

【0068】

なお、第１設定温度ＣＨに設定する場合には、切替スイッチ２１６によって、第１固定抵抗２１４が第２ブリッジ固定抵抗２１２と発熱抵抗体１５との間に接続される。このときの発熱抵抗体１５の両端電圧が、高温時電圧ＶＨである。

【0069】

また、第２設定温度ＣＬに設定する場合には、切替スイッチ２１６によって、第２固定抵抗２１５が第２ブリッジ固定抵抗２１２と発熱抵抗体１５との間に接続される。このときの発熱抵抗体１５の両端電圧が、低温時電圧ＶＬである。

【0070】

なお、本実施形態では、第１設定温度ＣＨ（高温側設定温度）と第２設定温度ＣＬ（低温側設定温度）との温度差が１００℃以上であるため、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率における分解能を高めることができる。つまり、第１設定温度ＣＨと第２設定温度ＣＬとの温度差を５０℃以上として、被検出雰囲気の湿度Ｈを精度良く算出することで、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率における分解能を高めることができる。

【0071】

図１に示すように、増幅回路２２０は、差動増幅回路であって、演算増幅器２２１と、第１固定抵抗２２２と、第２固定抵抗２２３と、第３固定抵抗２２４と、コンデンサ２２５と、を備える。第１固定抵抗２２２は、演算増幅器２２１の非反転入力端子と接続点Ｐ＋との間に接続されている。第２固定抵抗２２３は、演算増幅器２２１の反転入力端子と接続点Ｐ−との間に接続されている。第３固定抵抗２２４およびコンデンサ２２５は、演算増幅器２２１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続されている。

【0072】

増幅回路２２０は、演算増幅器２２１における非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合には、出力である調整信号Ｃの値を大きくするように動作し、演算増幅器２２１における非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合には、調整信号Ｃの値を小さくするように動作する。

【0073】

電流調整回路２３０（詳細には、定温度制御回路２３１）は、調整信号Ｃに応じてブリッジ回路２１０に流れる電流を増減調整するものであり、調整信号Ｃが大きくなるほどブリッジ回路２１０に流れる電流を減少させ、調整信号Ｃが小さくなるほどブリッジ回路２１０に流れる電流を増加させる。

【0074】

つまり、演算増幅器２２１における非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合には、ブリッジ回路２１０に流れる電流が減少し、逆に、演算増幅器２２１における非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合には、ブリッジ回路２１０に流れる電流が増大する。

【0075】

電流調整回路２３０は、定温度制御回路２３１と、スイッチング回路２３２と、を備える。
スイッチング回路２３２は、ブリッジ回路２１０に駆動電圧Ｖｃｃを供給する電源ラインと、電流調整回路２３０の通電状態を変化させる制御ラインＣＬ１との間に接続されている。スイッチング回路２３２は、演算部３０からの作動許可信号Ｓ１に従ってオン，オフ動作するトランジスタを備えて構成されており、このトランジスタがオンしている所定期間には、起動信号Ｓ１１を制御ラインＣＬ１に出力するように構成されている。なお、トランジスタがオンする所定期間は、調整信号Ｃの出力を妨げないように予め設定されている。

【0076】

定温度制御回路２３１は、駆動電圧Ｖｃｃを供給する電源ラインとブリッジ回路２１０（詳細には、接続端部ＰＶ）との間に接続されている。定温度制御回路２３１は、制御ラインＣＬ１を流れる信号に従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタを備えて構成されている。具体的には、定温度制御回路２３１は、スイッチング回路２３２の出力である起動信号Ｓ１１に従って、ブリッジ回路２１０へ電流供給を開始する。そして、定温度制御回路２３１は、ブリッジ回路２１０への電流供給が開始されると、増幅回路２２０の出力である調整信号Ｃに従って、調整信号Ｃが大きいほどオン抵抗が大きくなってブリッジ回路２１０に流れる電流を減少させ、逆に、調整信号Ｃが小さいほどオン抵抗が小さくなってブリッジ回路２１０に流れる電流を増大させるように構成されている。

【0077】

上述の構成を有する通電制御回路２１においては、直流電源４０からブリッジ回路２１０への通電が開始されると、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、接続点Ｐ＋と接続点Ｐ−との間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路２１０に流れる電流を調整するフィードバック制御を行う。これにより、発熱抵抗体１５の抵抗値（言い換えると発熱抵抗体１５の温度）が、可変抵抗部２１３によって決まる一定値（言い換えると、第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。

【0078】

具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの濃度が変化することにより、発熱抵抗体１５から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１５において発生する熱量より大きくなった場合には、発熱抵抗体１５の温度が低下して、発熱抵抗体１５の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体１５から可燃性ガスに奪われる熱量が、発熱抵抗体１５において発生する熱量より小さくなった場合には、発熱抵抗体１５の温度が上昇して、発熱抵抗体１５の抵抗値が増大する。

【0079】

上述のように発熱抵抗体１５の抵抗値が減少すると、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、ブリッジ回路２１０に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１５において発生する熱量を増大させる。逆に、発熱抵抗体１５の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路２１０に流れる電流、言い換えると、発熱抵抗体１５において発生する熱量を減少させる。このようにして、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、発熱抵抗体１５の抵抗値（言い換えると発熱抵抗体１５の温度）を一定の値に近づけるフィードバック制御を行う。

【0080】

接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１を測定することにより、発熱抵抗体１５に流れる電流の大きさが判るとともに、発熱抵抗体１５の温度（言い換えると抵抗値）を一定に保つために必要な熱量が判る。これにより、発熱抵抗体１５から可燃性ガス（水素ガス）へ奪われる熱量がわかり、奪われる熱量は水素ガスの濃度に依存するため、検出信号Ｖ１を測定することにより、水素ガス濃度が判る。

【0081】

［１−３．温度調整回路］
次に、温度調整回路２５について説明する。
温度調整回路２５には、測温抵抗体１６を含むホイーストーンブリッジであるブリッジ回路２５０と、ブリッジ回路２５０から得られる電位差を増幅する増幅回路２６０と、が設けられている。

【0082】

ブリッジ回路２５０は、測温抵抗体１６、第１ブリッジ固定抵抗２５１、第２ブリッジ固定抵抗２５２、第３ブリッジ固定抵抗２５３を備えるホイートストンブリッジ回路である。

【0083】

第１ブリッジ固定抵抗２５１は、測温抵抗体１６と直列接続されている。測温抵抗体１６の端部のうち第１ブリッジ固定抵抗２５１との接続端部とは反対側の端部は、接地されている。第１ブリッジ固定抵抗２５１の端部のうち第２ブリッジ固定抵抗２５２との接続端部は、駆動電圧Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続されている。

【0084】

また、第２ブリッジ固定抵抗２５２は、第３ブリッジ固定抵抗２５３に直列接続されている。第３ブリッジ固定抵抗２５３の端部のうち第２ブリッジ固定抵抗２５２との接続端部とは反対側の端部は、接地されている。第２ブリッジ固定抵抗２５２の端部のうち第１ブリッジ固定抵抗２５１との接続端部は、駆動電圧Ｖｃｃを供給する電源ラインに接続されている。

【0085】

第１ブリッジ固定抵抗２５１と測温抵抗体１６との接続点Ｐ−は、第２温調抵抗２６３を介して演算増幅器２６１の反転入力端子に接続されている。第２ブリッジ固定抵抗２５２と第３ブリッジ固定抵抗２５３との接続点Ｐ＋は、第１温調固定抵抗２６２を介して演算増幅器２６１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器２６１の出力は、温度検出信号ＶＴとして演算部３０に供給されている。

【0086】

増幅回路２６０は、差動増幅回路であって、演算増幅器２６１と、第１温調固定抵抗２６２と、第２温調抵抗２６３と、第３固定抵抗２６４と、コンデンサ２６５と、を備える。第１温調固定抵抗２６２は、演算増幅器２６１の非反転入力端子と接続点Ｐ＋との間に接続されている。第２温調抵抗２６３は、演算増幅器２６１の反転入力端子と接続点Ｐ−との間に接続されている。第３固定抵抗２６４およびコンデンサ２６５は、演算増幅器２６１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続されている。

【0087】

［１−４．演算部］
演算部３０は、温度調整回路２５から出力される温度検出信号ＶＴと、通電制御回路２１から出力される検出信号Ｖ１に基づき水素ガス濃度を演算するものである。演算部３０は、直流電源４０から給電が開始されて起動するものであり、起動後、演算部３０は各部を初期化してガス濃度演算処理を開始するものである。

【0088】

演算部３０には、ガス濃度演算処理などの各種の演算処理を実行する中央演算装置（ＣＰＵ）や、ＣＰＵで各種の演算処理を実行させる各種のプログラムやデータなどを格納するＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置や、各種信号を入出力するためのＩＯポートや、計時用タイマー等が設けられている（図示省略）。

【0089】

上述の記憶装置には、温度換算データと、湿度換算データと、濃度換算データと、が少なくとも記憶されている。
温度換算データとしては、被検出雰囲気の環境温度Ｔと温度検出信号ＶＴでもある温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データが含まれる。

【0090】

湿度換算データとしては、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ、低温時電圧ＶＬおよび温度電圧との相関関係を表す湿度換算データが含まれる。
濃度換算データとしては、高温時電圧ＶＨまたは低温時電圧ＶＬと可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが含まれる。

【0091】

なお、本実施形態は、高温時電圧ＶＨと水素ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データを用いる構成である。なお、各換算データは、換算用マップデータや換算用計算式等で構成されるものであり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。

【0092】

上述の湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、および、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。

【0093】

上述の濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨおよび湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、および、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨと後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。

【0094】

［１−５．水素ガス濃度の検出方法］
次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１による水素ガス濃度の検出方法について説明する。水素ガス濃度を検出する際には、可燃性ガス検出装置１は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、一定の周期時間ｔの間（以下「低温期間ｔ」と表記する。）に発熱抵抗体１５の設定温度を低温側の第２設定温度ＣＬに保持する制御処理と、一定の周期時間ｔの間（以下「高温期間ｔ」と表記する。）に高温側の第１設定温度ＣＨに保持する制御処理と、を交互に繰り返し行う。

【0095】

具体的には、可燃性ガス検出装置１の演算部３０が切替信号ＣＧ１を出力することにより、低温期間ｔの間、ブリッジ回路２１０の抵抗値、即ち、発熱抵抗体１５の端子間電圧を低温時電圧ＶＬに保持する制御処理と、高温期間ｔの間、発熱抵抗体１５の端子間電圧を高温時電圧ＶＨに保持する制御処理と、を交互に繰り返し行う。

【0096】

本実施形態では、低温期間ｔおよび高温期間ｔは、それぞれ同一長さであり、具体的には、２００ｍｓである。なお、低温期間ｔおよび高温期間ｔを合計した１サイクルである２ｔの長さは、長くても５秒以下であることが望ましい。１サイクルの長さが長くなると、環境変化に対する出力の追従性、言い換えると出力の精度が悪くなるためである。

【0097】

そして、演算部３０は、ガス検出時に実行するガス濃度演算処理などの各種制御処理を実行する。
ここで、ガス濃度演算処理について説明する。

【0098】

ガス濃度演算処理は、可燃性ガス検出装置１によるガス検出時に実行される制御処理であって、可燃性ガス濃度を演算するための制御処理である。なお、可燃性ガス検出装置１が起動されると、演算部３０にてガス濃度演算処理が開始される。図４は、ガス濃度演算処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0099】

ガス濃度演算処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す。以下同様。）では、装置内の各部への通電を開始する。具体的には、通電制御回路２１による発熱抵抗体１５への通電や、温度調整回路２５による測温抵抗体１６への通電を開始する。

【0100】

次のＳ１２０では、通電制御回路２１から低温時電圧ＶＬ，高温時電圧ＶＨ，トップ電位Ｖ２１、検出電位Ｖ１１、中間電位Ｖ３１を取得し、温度調整回路２５から温度電圧ＶＴを取得する。

【0101】

なお、トップ電位Ｖ２１は、このときに検出されるＴＯＰ電圧信号Ｖ２の電位であり、検出電位Ｖ１１は、このとき検出される検出信号Ｖ１の電位であり、中間電位Ｖ３１は、このとき検出される中間電位信号Ｖ３の電位であり、温度電圧ＶＴは、このとき検出される温度検出信号ＶＴの電圧である。

【0102】

次のＳ１３０では、トップ電位Ｖ２１が予め定められた第１判定値Ｖｔｈ１以上であるか否かを判定しており、肯定判定するとＳ２３０に移行し、否定判定するとＳ１４０に移行する。

【0103】

なお、第１判定値Ｖｔｈ１には、増幅回路２２０および電流調整回路２３０による制御状態が、直流電源４０からブリッジ回路２１０へ最大電流値の電流を通電する状態（あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態）である場合に、接続端部ＰＶに生じる電位（最大通電時電位）に基づいて予め設定されている。本実施形態では、駆動電圧Ｖｃｃ（５［Ｖ］）から定温度制御回路２３１での電圧降下分（約０．６［Ｖ］）を差し引いた値が最大通電時電位である。本実施形態では、第１判定値Ｖｔｈ１には、最大通電時電位と同じ値（具体的には、４．４［Ｖ］）が予め設定されている。

【0104】

Ｓ１３０で肯定判定されてＳ２３０に移行すると、Ｓ２３０では、検出電位Ｖ１１と中間電位Ｖ３１との差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）が予め定められた第２判定値Ｖｔｈ２以上であるか否かを判定しており、肯定判定するとＳ２４０に移行し、否定判定するとＳ１４０に移行する。

【0105】

第２判定値Ｖｔｈ２には、定温度制御回路２３１が短絡状態であるときに差分値Ｄ１が示す値と、水素が高濃度である状態（発熱抵抗体１５の抵抗値が低下した状態）であるときに差分値Ｄ１が示す値と、で挟まれる数値範囲内のうち任意の値が予め設定されている。本実施形態では、第２判定値Ｖｔｈ２には、５．０［ｍＶ］が設定されている。

【0106】

Ｓ２３０で肯定判定されてＳ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障が発生している（換言すれば、定温度制御回路２３１にショート故障（短絡故障）が発生している）と判定する。このとき、演算部３０の内部フラグの１つである短絡故障フラグＦ１をリセット状態からセット状態に設定変更するとともに、可燃性ガス検出装置１に接続される外部機器（例えば、エンジン制御装置など）に対して、短絡故障が発生したことを通知する。

【0107】

Ｓ１３０で否定判定されるかＳ２３０で否定判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、高温時電圧ＶＨおよび低温時電圧ＶＬに基づいて、電圧比ＶＣを演算する。具体的には、［数１］を用いて電圧比ＶＣを演算する。

【0108】

【数1】

次のＳ１５０では、Ｓ１２０で取得した温度電圧ＶＴおよび電圧比換算用マップデータに基づいて、環境温度Ｔひいては温度電圧ＶＴにおけるガス濃度Ｘがゼロ、および、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を演算する。

【0109】

次のＳ１６０では、Ｓ１４０で得られた電圧比ＶＣ、および、Ｓ１５０で得られた電圧比ＶＣ（０）を、［数２］の入力値として、環境温度Ｔひいては温度電圧ＶＴにおける電圧比差ΔＶＣを演算する。

【0110】

【数2】

次のＳ１７０では、Ｓ１６０で得られた電圧比差ΔＶＣ、および、湿度換算用マップデータに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを演算する。

【0111】

次のＳ１８０では、Ｓ１２０で得られた高温時電圧ＶＨと、Ｓ１２０で取得した温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータと、に基づいて、環境温度Ｔひいては温度電圧ＶＴにおけるガス濃度Ｘがゼロ、および、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ（０）を演算する。

【0112】

次のＳ１９０では、Ｓ１２０で得られた高温時電圧ＶＨと、Ｓ１７０で得らえた湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータと、に基づいて、高温時電圧ＶＨのうちの湿度Ｈに起因する電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）を演算する。

【0113】

次のＳ２００では、Ｓ１２０で得られた高温時電圧ＶＨ、Ｓ１８０で得られた高温時電圧ＶＨ（０）、Ｓ１９０で得られた高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｈ）を、［数３］の入力値として、高温時電圧ＶＨのうちの可燃性ガスに起因する電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｇ）を演算する。

【0114】

【数3】

次のＳ２１０では、Ｓ１２０で得られた高温時電圧ＶＨ、Ｓ１２０で得られた温度電圧ＶＴ、ガス感度換算用マップデータに基づいて、可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を演算する。

【0115】

次のＳ２２０では、Ｓ２００において算出した高温時電圧変化ΔＶＨ（Ｇ）、Ｓ２１０において算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）を、［数４］の入力値として、可燃性ガス（水素）のガス濃度Ｘを演算する。

【0116】

【数4】

Ｓ２２０の完了後、再びＳ１２０に移行し、上述の処理を繰り返し実行する。

【0117】

このように、ガス濃度演算処理においては、Ｓ１２０，Ｓ１４０〜Ｓ２２０での処理によりガス濃度Ｘ（水素濃度）を演算する。また、ガス濃度演算処理では、ガス濃度を演算するにあたり、Ｓ１３０およびＳ２３０での判定処理により、トップ電位Ｖ２１および差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）に基づいて、ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障が発生している（換言すれば、定温度制御回路２３１にショート故障（短絡故障）が発生している）か否かを判定する。

【0118】

ガス濃度演算処理において、ショート故障が発生していると判定した場合には、ガス濃度Ｘの演算を行わず、ショート故障と判定する（Ｓ２４０）。ガス濃度演算処理において、ショート故障が発生していないと判定した場合には、ガス濃度Ｘの演算を行う。

【0119】

［１−６．温度制御回路の故障判定］
可燃性ガス検出装置１において、ブリッジ回路２１０が直流電源４０への短絡故障状態である場合（換言すれば、定温度制御回路２３１がショート故障（短絡故障）状態である場合）には、ブリッジ回路２１０に対して直流電源４０の出力電圧（駆動電圧Ｖｃｃ）が直接印加される状態となる。そして、発熱抵抗体１５に対するこのような電圧印加状態が継続すると、発熱抵抗体１５の温度が上昇するとともに発熱抵抗体１５の抵抗値が上昇して、発熱抵抗体１５の両端電圧が上昇する。なお、ブリッジ回路２１０の基準抵抗として備えられる第１ブリッジ固定抵抗２１１、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３は、発熱抵抗体１５に比べて、温度変化に対する抵抗値変化量が小さい。このため、発熱抵抗体１５の両端電圧が上昇すると、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋は、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−よりも高電位となる傾向が強くなる。

【0120】

他方、可燃性ガス検出装置１において、検出対象である可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態が継続すると、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、発熱抵抗体１５の抵抗値を上昇させるために、直流電源４０からブリッジ回路２１０への通電状態を、最大電流値の電流を通電する状態（あるいは、最大電圧値の電圧を印加する状態）に制御する。このとき、発熱抵抗体１５の抵抗値は、検出対象である可燃性ガス（水素）によって低下するため、発熱抵抗体１５の両端電圧は低下する。このように発熱抵抗体１５の両端電圧が低下することにより、第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋は、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−よりも低電位となる傾向が強くなる。

【0121】

このことから、検出電位Ｖ１１（接続点Ｐ＋の電位）から中間電位Ｖ３１（接続点Ｐ−の電位）を差し引いた差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）は、「ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」と「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」とで、それぞれ異なる値を示す。

【0122】

また、上述のように、第２判定値Ｖｔｈ２には、ブリッジ回路２１０が直流電源４０への短絡故障状態であるとき（換言すれば、定温度制御回路２３１が短絡状態であるとき）に差分値Ｄ１が示す値と、水素が高濃度である状態（発熱抵抗体１５の抵抗値が低下した状態）であるときに差分値Ｄ１が示す値と、で挟まれる数値範囲内のうち任意の値が予め設定されている。本実施形態では、第２判定値Ｖｔｈ２には、５．０［ｍＶ］が設定されている。

【0123】

このため、差分値Ｄ１と第２判定値Ｖｔｈ２との比較結果を用いることで、「ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」と「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」とを識別することが可能となる。

【0124】

なお、検出電位Ｖ１１から中間電位Ｖ３１を差し引いた差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）は、定温度制御回路２３１が正常状態の場合にも値が変動することから、差分値Ｄ１に加えて、トップ電位Ｖ２１も用いて判定することで、定温度制御回路２３１が短絡故障状態であるか否かを判定することができる。

【0125】

よって、ガス濃度演算処理におけるＳ１３０およびＳ２３０の判定処理を実行することで、トップ電位Ｖ２１および差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）に基づいて、ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障が発生しているか否か（換言すれば、定温度制御回路２３１にショート故障（短絡故障）が発生しているか否か）を判定することが可能となる。

【0126】

［１−７．効果］
以上説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１は、ガス濃度演算処理において、トップ電位Ｖ２１と第１判定値Ｖｔｈ１との比較結果（Ｓ１３０）、および差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）と第２判定値Ｖｔｈ２との比較結果（Ｓ２３０）に基づいて、ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障（換言すれば、定温度制御回路２３１の故障（詳細には、ショート故障））を判定するように構成されている。

【0127】

詳細には、トップ電位Ｖ２１が第１判定値Ｖｔｈ１以上であり（Ｓ１３０で肯定判定）、かつ差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）が第２判定値Ｖｔｈ２以上である（Ｓ２３０で肯定判定）場合に、ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障が発生している（換言すれば、定温度制御回路２３１にショート故障（短絡故障）が発生している）と判定する（Ｓ２４０）。

【0128】

上述したように、検出電位Ｖ１１から中間電位Ｖ３１を差し引いた差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）は、「ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」と「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」とで、それぞれ異なる値を示す。このため、第２判定値Ｖｔｈ２を上述のように設定した上で、差分値Ｄ１と第２判定値Ｖｔｈ２との比較結果を用いることで、「ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」と「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」とを識別することが可能となる。

【0129】

なお、差分値Ｄ１（＝Ｖ１１−Ｖ３１）は、定温度制御回路２３１が正常状態の場合にも値が変動することから、差分値Ｄ１に加えて、トップ電位Ｖ２１も用いて判定することで、ブリッジ回路２１０が直流電源４０への短絡故障状態であるか否か（換言すれば、定温度制御回路２３１が短絡故障状態であるか否か）を判定することができる。

【0130】

このため、可燃性ガス検出装置１は、ガス濃度演算処理におけるＳ１３０およびＳ２３０の判定処理を実行することで、トップ電位Ｖ２１および差分値Ｄ１に基づいて、「ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」であるか「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」であるかを識別することができる。

【0131】

よって、可燃性ガス検出装置１によれば、ブリッジ回路２１０において直流電源４０への短絡故障が生じた場合（換言すれば、ブリッジ回路２１０への通電電流を制御する定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）が生じた場合）に、その短絡故障を検出できる。

【0132】

なお、可燃性ガス検出装置１は、トップ電位Ｖ２１が第１判定値Ｖｔｈ１以上ではないと判定されるか（Ｓ１３０で否定判定）、差分値Ｄ１が第２判定値Ｖｔｈ２以上ではないと判定される（Ｓ２３０で否定判定）場合には、Ｓ１２０，Ｓ１４０〜Ｓ２２０での処理によりガス濃度Ｘを演算することで、水素濃度を検出できる。

【0133】

［１−８．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
可燃性ガス検出装置１が流体状態検出装置の一例に相当し、発熱抵抗体１５が発熱抵抗体の一例に相当し、ブリッジ回路２１０がホイートストンブリッジ回路の一例に相当し、増幅回路２２０および電流調整回路２３０がブリッジ制御部の一例に相当し、ガス濃度演算処理におけるＳ１２０，Ｓ１４０〜Ｓ２２０を実行する演算部３０が演算部の一例に相当する。

【0134】

第１ブリッジ固定抵抗２１１が第１抵抗部の一例に相当し、第２ブリッジ固定抵抗２１２が第２抵抗部の一例に相当し、可変抵抗部２１３が第３抵抗部の一例に相当する。演算増幅器２２１が演算増幅器の一例に相当し、定温度制御回路２３１が通電制御部の一例に相当し、直流電源４０が電源装置の一例に相当する。

【0135】

発熱抵抗体１５と可変抵抗部２１３との接続端部である端部ＰＧが基準点の一例に相当し、第１ブリッジ固定抵抗２１１と第２ブリッジ固定抵抗２１２との接続端部である接続端部ＰＶが高電位点の一例に相当する。第１ブリッジ固定抵抗２１１と発熱抵抗体１５との接続点Ｐ＋が第１電位点の一例に相当し、第２ブリッジ固定抵抗２１２と可変抵抗部２１３との接続点Ｐ−が第２電位点の一例に相当する。

【0136】

ガス濃度演算処理におけるＳ１３０，Ｓ２３０，Ｓ２４０を実行する演算部３０が故障判定部の一例に相当し、第１判定値Ｖｔｈ１が電圧上限判定値の一例に相当し、第２判定値Ｖｔｈ２が故障判定値の一例に相当する。

【0137】

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0138】

例えば、第１判定値Ｖｔｈ１や第２判定値Ｖｔｈ２は、上記数値に限られることはなく、「ブリッジ回路２１０の直流電源４０への短絡故障状態（換言すれば、定温度制御回路２３１のショート故障（短絡故障）状態）」であるか「可燃性ガス（水素）によって発熱抵抗体１５の抵抗値が低い値となる状態」であるかを識別することが可能な値であれば、任意の値を設定してもよい。

【0139】

また、ガス濃度演算処理は、Ｓ２３０で否定判定された後に、水素濃度が高濃度状態（発熱抵抗体１５の抵抗値が低下した状態）であると判定するステップ（抵抗値低下判定ステップ）を実行して、その後、Ｓ１４０に移行するように構成しても良い。この場合、抵抗値低下判定ステップでは、演算部３０の内部フラグの１つである水素濃度高フラグ（あるいは、抵抗値低下フラグ）をリセット状態からセット状態に設定変更してもよい。また、抵抗値低下判定ステップでは、さらに、可燃性ガス検出装置１に接続される外部機器（例えば、エンジン制御装置など）に対して、水素濃度が高濃度状態（発熱抵抗体１５の抵抗値が低下した状態）であることを通知しても良い。

【0140】

また、上記実施形態では、流体状態の検出に関する一例として、可燃性ガスの濃度を検出する例について説明したが、これに限られることはなく、ガスの流量、液体の流量などを検出するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0141】

１…可燃性ガス検出装置、１０…ガス検出素子、１５…発熱抵抗体、１６…測温抵抗体、２０…制御部、２１…通電制御回路、２５…温度調整回路、３０…演算部、４０…直流電源、２１０…ブリッジ回路、２１１…第１ブリッジ固定抵抗、２１２…第２ブリッジ固定抵抗、２１３…可変抵抗部、２２０…増幅回路、２２１…演算増幅器、２３０…電流調整回路、２３１…定温度制御回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】